JP2001210274A - 金属蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＣ２００Ｖの電源及びチョークコイルバラ
スを使用して点灯させるメタルハライドランプにおい
て、始動電圧を低くする。 【解決手段】 外管１内に、片端に主電極７及び補助電
極９及び他端に主電極８を有し、金属ハロゲン化物が封
入された発光管２と、この発光管２を始動させるための
パルス電圧を発生する始動部品となるグロー管１２が配
設され、補助電極９は、補助放電電流制限抵抗５を介し
て発光管２の片端に接続され、電流制限抵抗４を介して
グロー管１２が上記発光管に並列に接続され、上記外管
１内に紫外線を放射する紫外線放電管１３を上記紫外線
放電管１３からの紫外線が上記発光管２に当たるよう
に、かつ、紫外線放電管１３が紫外線放電管電流制限抵
抗１４を介して上記発光管に並列に接続されるようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属蒸気放電灯の
始動特性の向上に関するものである。特に、メタルハラ
イドランプの始動特性の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプなどの金属蒸気放
電灯は、水銀ランプに比べて高い演色性を有する一方
で、高い始動電圧が必要であるという欠点がある。この
ため、安全性を考慮して始動電圧をできるだけ低減する
ことが望まれている。この点、始動電圧を低下させる手
段として、特開昭６１−２１６２３０号公報に記載の技
術が知られている。これは、外管内に金属フィラメント
コイルを設け、かかる金属フィラメントコイルが発する
紫外線を発光管に照射することによって始動電圧を下げ
るものである。

【０００３】図２及び図３は、特開昭６１−２１６２３
０号公報に記載されたメタルハライドランプの回路図で
ある。図中の１は硬質ガラスからなる外管、２は石英ガ
ラスなどから成る発光管、３は紫外線放射用の金属フィ
ラメント、４は金属フィラメントの加熱電力を調整する
ための抵抗器、５はグロー放電用の抵抗器、６はバイメ
タルスイッチ、７及び８は主電極、９は補助電極、１０
は安定器、１１は交流電源、１２は点灯管であり、蛍光
ランプの点灯管と同じ原理でパルス電圧を発生させる。

【０００４】次に、動作について説明する。交流電源１
１より電圧が印加されると、金属フィラメント３に電流
が流れ、金属フィラメントは加熱される。加熱された金
属フィラメント３は発光し、紫外線を放射する。ここ
で、金属フィラメント３はこの放射された紫外線が発光
管２に当たる位置に配置されているため、紫外線が発光
管に照射される。そして、紫外線が照射された発光管内
では補助放電が始まり、やがて補助放電は主放電に発達
し、発光管が発光することとなる。ここで、紫外線の照
射によって補助放電が発生する理由を特開昭６１−２１
６２３０号公報の記載を引用して説明する。メタルハラ
イドランプの始動電圧が高い理由は、ハロゲン化物が発
光管内に持ち込んだ水分などが原因となって生じる不純
ガス（例えばＨＩなど）が自由電子を捕獲することが原
因と考えられる。ところで、紫外線が発光管に照射され
ると、電極から電子が放出され、また、水銀や希ガスの
電離も起って自由電子の発生個数が多くなる。さらに、
紫外線はＨＩなどの不純ガス分子を解離するものと考え
られる。その結果、解離された不純ガスは発光管の管壁
に付着しやすくなり、したがって、放電空間中の不純ガ
スの量が少なくなる。以上述べた二つの効果によって、
始動電圧は低下するものと考えられる（以上、引用終わ
り）。

【０００５】以上のように、従来技術は金属フィラメン
ト３から発せられる紫外線の作用により高圧パルスを用
いることなく、低い始動電圧でメタルハライドランプを
始動することを可能にしている。他方で、発光管内の不
純ガスが多い場合には、補助放電が生じても主放電に移
行しない場合がある。そこで、この場合に備えて、図３
に示すように、点灯管１２が配設されている。つまり、
金属フィラメント３による紫外線放射では不十分なの
で、点灯管の作動に伴って発生するパルス電圧を追加し
て、補助放電を主放電に移行させている。

【０００６】また、図４は、特開昭５５−１３００６４
号公報に示されたメタルハライドランプである。以下、
特開昭５５−１３００６４号公報の記載を引用して、図
４を説明する。図４においては、始動用直列回路が接続
されている。この直列回路は、点灯管１７、インピーダ
ンス素子として、例えば、限流抵抗４及び常閉形熱応動
開閉器としてのバイメタルスイッチ６を直列に結んだも
のである。従って、この直列回路は、点灯中の発光管２
に対しては並列となるように介装されている。上記点灯
管１７は、グロー放電によって電極バイメタルが加熱さ
れると、接点１７ａ，１７ｂ間が閉じ、しかる後、電極
バイメタルが冷えるので、接点１７ａ，１７ｂを開くよ
うな公知の点灯管であり、内部にはネオン、アルゴン、
ヘリウムの少なくとも１種のガスが封入されており、こ
の点灯管１７は、１０００Ｖ以上のパルス電圧を発生さ
せるように、上記封入ガスのガス圧を１５Ｔｏｒｒ以下
に規制してある。また、バイメタルスイッチ６は、外管
バルブ１内において、上記点灯管１７よりも発光管２側
に近接した位置に配置されており、発光管２側からの熱
を受けて開動作するようになっている。このような構成
に基づくメタルハライドランプは、水銀ランプ用安定器
１０に接続されて点灯使用されるが、始動時にあっては
周囲温度が低いため、バイメタルスイッチ６が閉じてお
り、従って、このバイメタルスイッチ６、抵抗４及び点
灯管１７に、安定器１０からの供給電圧に対応した電流
が流れる。そして、点灯管１７にあっては、グロー放電
のために、電極バイメタルが加熱されて変形し、一旦接
点１７ａ，１７ｂを閉じて、やがて電極バイメタルが冷
えて復帰するので、接点１７ａ，１７ｂ間を開放する。
この接点１７ａ，１７ｂの開動作に伴うキック電圧が発
光管２の電極７，８間にパルス電圧として印加され、こ
のパルス電圧は、前記安定器１０のインダクタンス成分
Ｌに対応したパルス電圧が発生し、供給電圧に重畳され
るので、発光管２の電極７，８間に放電が開始されるこ
とになる。そして、発光管２は、アーク放電を開始する
と、このときの発光管２における放電電圧は、点灯管１
７のグロー放電開始電圧よりも低いので、点灯管１７が
再びグロー放電を開始することはない。そして、上記発
光管２の放電が安定してくると、発光管２は発熱し、こ
の発光管２に近接して配置されているバイメタルスイッ
チ６がこの発光管２により加熱されて接点を開く。従っ
て、点灯管１７への通電回路、つまり、前記直列回路が
開かれた状態を維持するため、この点灯管１７が閉じて
も何らパルス電圧を発生させることはなく、ランプの立
ち消えや抵抗４の熱損を防止する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６１−２１６２
３０号公報は、始動時にフィラメントを加熱した光（紫
外線）を発光管に当て、始動を容易にするものである
が、主に電極のバラツキによる始動性のバラツキを抑え
ることはできない。また、特開昭５５−１３００６４号
公報には、グロー管、或いは、熱応動スイッチ（バイメ
タルスイッチ）を用いたメタルハライドランプが開示さ
れているが、電極のバラツキや封入ガスや混在する不純
ガスのバラツキによる始動性のバラツキを抑えることが
できない。即ち、従来のメタルハライドランプは、実用
的に製造上のバラツキがあるため、始動特性にバラツキ
が出てしまう。

【０００８】一般にメタルハライドランプ始動は、主電
極間にグロー放電が生じ、それにより、放電電流が増加
し、主電極を熱して電極の電子放出が増大し、異常グロ
ー放電電圧よりランプ印加電圧が高くなると、アーク放
電へ移行し、ランプが始動する。ここで、補助電極、補
助電極と隣接する主電極との間の補助放電は、片側だけ
であるが、異常グロー放電電圧を低下させる。また、発
光管に紫外線（特に、Ｈｇの共鳴線は有効）が発光管の
主電極間の放電を容易にする電離状態を作る。また、ラ
ンプ印加電圧は、パルスでない方が好ましいが、実際上
高価格になり、始動パルスを用いる。ランプ印加電圧が
２００Ｖ（ＡＣ）だけでは始動しないものが出てくる
（バラツキが大きい）。

【０００９】そこで、本発明では、金属蒸気放電灯の始
動特性を向上させることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る金属蒸気
放電灯は、外管と、外管内に配置された発光管と、発光
管に設けられた一対の主電極と、主電極間の放電を補助
する補助電極と、外管内に配置され、発光管を始動させ
る始動部品と、外管内に配置され、発光管に紫外線を放
射する紫外線放電管とを備えたことを特徴とする。

【００１１】上記金属蒸気放電灯は、更に、紫外線放電
管に流れる電流を制限する紫外線放電管電流制限抵抗を
有し、紫外線放電管電流制限抵抗の抵抗値を６０ＫΩ以
上４００ＫΩ以下としたことを特徴とする。

【００１２】上記金属蒸気放電灯は、更に、紫外線放電
管電流制限抵抗と並列に接続され、補助電極に流れる電
流を制限する補助放電電流制限抵抗を有し、紫外線放電
管電流制限抵抗の抵抗値をＲｄとし、紫外線放電管電流
制限抵抗と補助放電電流制限抵抗との並列接続合成抵抗
の抵抗値をＲｏ（Ｒｏ＝（Ｒａ×Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒ
ｄ））とした場合、Ｒｏを１５ＫΩ以上４５ＫΩ以下に
したことを特徴とする。

【００１３】この発明に係る金属蒸気放電灯は、紫外線
放電管は、少なくとも水銀が封入され、両端に冷陰極を
有し、紫外線透過ガラスを有する低圧水銀放電灯である
ことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本実施の
形態に係る電気蒸気放電灯の回路図である。図中の１，
２，４，５，６，７，８，９，１０，１１は、従来例と
同じ部品又は相当部品である。ここでは、メタルハライ
ドランプの始動性（始動電圧、始動時間）の改善に関す
る例を示す。図１は、外管１内に、片端に主電極７及び
補助電極９及び他端に主電極８を有し、金属ハロゲン化
物、アルゴンガスなどの希ガス及び水銀が封入された発
光管２と、この発光管２を始動させるためのパルス電圧
を発生する始動部品となるグロー管１２（もしくは、グ
ロー管１２と同一機能を持つ図示していない熱応動スイ
ッチ）が配設され、補助電極９は、補助放電電流制限抵
抗５を介して発光管２の片端に接続され、電流制限抵抗
４を介して始動部品となるグロー管１２（もしくは、熱
応動スイッチ）が上記発光管に並列に接続されたメタル
ハライドランプを示している。そして、上記外管１内に
紫外線を放射する紫外線放電管１３を、上記紫外線放電
管１３からの紫外線が上記発光管２に当たるように配設
し、かつ、紫外線放電管１３が紫外線放電管電流制限抵
抗１４とバイメタルスイッチ６とを介して上記発光管に
並列に接続されるようにしている。

【００１５】また、紫外線放電管電流制限抵抗の抵抗値
をＲｄとし、補助放電電流制限抵抗の抵抗値をＲａとし
たとき、Ｒｄを６０ＫΩ以上４００ＫΩ以下とし、Ｒａ
とＲｄの並列接続合成抵抗の抵抗値Ｒｏ（Ｒｏ＝（Ｒａ
×Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒｄ））の値を１５ＫΩ以上４５Ｋ
Ω以下としている。

【００１６】この実施の形態のメタルハライドランプ
は、紫外線放電管からの紫外線が発光管内放電空間を常
に安定した電離状態に保ち、補助放電電流制限抵抗Ｒａ
と紫外線放電管電流制限抵抗Ｒｄの並列接続合成抵抗Ｒ
ｏの選択された値が、補助電極と主電極間の放電による
電極の放電開始電圧の低下を促し、主電極間放電に足り
る始動パルスを供給するように作用するものである。

【００１７】また、上記紫外線放電管１３は、少なくと
も水銀が封入され、両端に冷陰極を有する低圧水銀放電
灯である。紫外線放電管１３は、例えば、紫外線透過ガ
ラスからなる紫外線透過部を有している。紫外線放電管
１３は、全体が紫外線透過ガラスにより形成されていて
もよいし、紫外線放電管１３の一部に紫外線透過ガラス
部が設けられていてもよい。本実施の形態では、紫外線
放電管１３全体が紫外線透過ガラスである場合を想定し
ている。そして、紫外線放電管１３は、放出する紫外線
が発光管に当たる位置に配置されている。紫外線放電管
１３に電圧が印加されると、紫外線放電管１３は放電を
開始し、紫外線を放射する。紫外線放電管１３は、紫外
線透過ガラスにより形成されているため、この紫外線を
発光管２に照射することができる。ここで、紫外線放電
管１３は、従来の金属フィラメントに比べて多くの紫外
線を放出することができるため、発光管２に照射される
紫外線量が多くなり、始動電圧をより低く押さえること
ができ、また始動時間の短縮を図ることができる。その
後、従来例と同様の原理により、照射された紫外線が発
光管内で補助放電発生を助長させるとともに、グロー管
１２の作動によって発生したパルス電圧が補助放電を主
放電に移行させる。ここで、紫外線放電管１３は、２５
０〜２６０ｎｍの紫外線の分光透過率を１０％以上の紫
外線透過ガラスから形成されるとともに、グロー放電中
の電力が０．５ワット以上となるようにすることが望ま
しい。水銀原子を電離するには、電離電圧よりも少し高
いエネルギーの光を照射することが必要であるが、この
光は真空紫外線に近い波長となり、現実的な使用には適
さない。このため、水銀原子を電離させる方法として、
最低励起レベルの光を当てて累積電離を起こす方法が考
えられる。これは、最低励起レベルの光を水銀原子に当
てると、最外殻電子の励起が起こり、この電子が他の原
子と連続的に衝突し、更にこの衝突によって新たに別の
電子が励起されるというように、励起が次々と起こり最
終的に電子が電離する現象（累積電離）を利用するもの
である。水銀原子においては、励起レベルの光の波長が
２５３．７ｎｍであることから、ここでは２５０〜２６
０ｎｍの光を発光管内の水銀に当てこととしている。ま
た、励起レベルの光として１８５．０ｎｍの波長の光を
当てるようにしてもよい。

【００１８】以下に、実施例を述べる。発光管の内径
１．９５ｃｍ、主電極間長４．５ｃｍの石英製発光管内
に沃化スカンジウム及び沃化ナトリウム水銀及び希ガス
アルゴン５０Ｔｏｒｒを封入した。外管内にグロー管、
紫外線放電管及び紫外線放電管電流制限抵抗（Ｒｄ＝１
００ＫΩ）、補助放電制限抵抗（Ｒａ＝３０ＫΩ）、グ
ロー管の電流制限抵抗（２００ＫΩ）を設けた４００Ｗ
メタルハライドランプを試作した。また、この実施例と
同じ仕様で紫外線放電管のない比較例も試作した。ま
た、この実施例と同じ仕様で補助電極を使用しない比較
例も試作した。実験は、一般チョークコイル式バラス
ト、ＡＣ６０Ｈｚ、電源電圧１８０Ｖで始動試験を周囲
温度室温（２５℃）及び−１０℃で行った。メタルハラ
イドランプを商用周波数の２００Ｖ電源で点灯させるこ
とが必要であるが、電源の電圧低下を見込んで実質１８
０Ｖで、安価なチョーク式安定器で点灯させることが必
要であるとし、実験は１８０Ｖで行った。その結果、実
施例の試作品は全て確実に始動した。一方、実施例と同
じ仕様で紫外線放電管のない比較例は、室温では全て始
動したが、−１０℃では約３０％のランプが始動しなか
った。また、実施例と同じ仕様で補助電極を使用しない
比較例においては、室温で約１０％，−１０℃で５５％
のものが始動しなかった。 室温（２５℃） −１０℃ 試作品 ： 全て始動 全て始動 紫外線放電管のない比較例 ： 全て始動 ３０％が始動せず 補助電極を使用しない比較例：１０％が始動せず ５５％が始動せず

【００１９】この実施例は、（１）補助電極に隣接した
主電極の異常グロー放電電圧の低下と、（２）紫外線放
電管による主電極間の電離と、（３）グロー管により主
電極間に印加されるパルス電圧とにより、始動の可否が
決定され、これら三者の相乗効果に始動性が改善された
と考えられる。

【００２０】また、各抵抗の値を変化させて実験をした
結果、以下のことが判明した。 （１）紫外線放電管電流制限抵抗のＲｄが４００ＫΩを
越えると、始動パルスが出ていないとき、電源電圧１８
０Ｖのみで放電が持続しなくなるため、また、紫外線放
電管電流制限抵抗のＲｄが６０ＫΩ未満では、紫外線放
電管の寿命がランプ寿命より短くなるため、紫外線放電
管電流制限抵抗のＲｄは、６０ＫΩ以上４００ＫΩ以下
が望ましい。 （２）ＲａとＲｄの並列接続合成抵抗のＲｏ（Ｒｏ＝
（Ｒａ×Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒｄ））を１５ＫΩ未満とす
ると始動パルス電圧が低下し、発光管の主電極放電が起
こらなくなり、また、ＲａとＲｄの並列接続合成抵抗の
Ｒｏが４５ＫΩを越えると、補助電極の主電極間放電移
行への寄与が低下し、いずれも始動電圧が上昇すること
がわかった。従って、Ｒｏは１５ＫΩ以上４５ＫΩ以下
が望ましい。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明の好適な実施の
形態によれば、外管内に金属ハロゲン化物が封入され、
補助極を持つ発光管とこの発光管を始動させるためのグ
ロー管が配設されたメタルハライドランプにおいて、紫
外線を放射する紫外線放電管をその電流制限抵抗（Ｒｄ
ＫΩ）を介して発光管に並列に接続してなり、発光管の
補助放電電流制限抵抗を（ＲａＫΩ）としたとき、Ｒｄ
を６０ＫΩ〜４００ＫΩとし、ＲａとＲｄの並列合成抵
抗Ｒｏを１５ＫΩ〜３５ＫΩとしたので、発光管製造上
の放電空間の放電の容易性のバラツキ及び電極のグロー
放電からアーク放電へのバラツキを同時に解決し、始動
電圧の低下及び始動時間のバラツキを小さくすることが
できる。具体的には、ＡＣ２００Ｖの電源及びチョーク
コイルバラストを使用して点灯させるメタルハライドラ
ンプにおいて、始動電圧を低くでき、始動時間のバラツ
キを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を示す回路図。

【図２】 従来の技術を示す回路図。

【図３】 従来の技術を示す回路図。

【図４】 従来の技術を示す回路図。

【符号の説明】

１ 外管、２ 発光管、３ 金属フィラメント、４ 抵
抗、５ 抵抗、６ バイメタルスィッチ、７ 主電極、
８ 主電極、９ 補助電極、１０ 安定器、１１ 交流
電源、１２ 点灯管、１３ 紫外線放電管、１４ 抵
抗。

フロントページの続き (72)発明者 石神 隆幸 静岡県掛川市淡陽64 オスラム・メルコ株 式会社掛川工場内 Ｆターム(参考） 5C039 BA01 BB02 BB07 HH15 5C043 AA20 CC03 CD01 CD06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外管と、 外管内に配置された発光管と、 発光管に設けられた一対の主電極と、 主電極間の放電を補助する補助電極と、 外管内に配置され、発光管を始動させる始動部品と、 外管内に配置され、発光管に紫外線を放射する紫外線放
   電管とを備えたことを特徴とする金属蒸気放電灯。
2. 【請求項２】 上記金属蒸気放電灯は、更に、紫外線放
   電管に流れる電流を制限する紫外線放電管電流制限抵抗
   を有し、紫外線放電管電流制限抵抗の抵抗値を６０ＫΩ
   以上４００ＫΩ以下としたことを特徴とする請求項１記
   載の金属蒸気放電灯。
3. 【請求項３】 上記金属蒸気放電灯は、更に、紫外線放
   電管電流制限抵抗と並列に接続され、補助電極に流れる
   電流を制限する補助放電電流制限抵抗を有し、紫外線放
   電管電流制限抵抗の抵抗値をＲｄとし、紫外線放電管電
   流制限抵抗と補助放電電流制限抵抗との並列接続合成抵
   抗の抵抗値をＲｏ（Ｒｏ＝（Ｒａ×Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒ
   ｄ））とした場合、Ｒｏを１５ＫΩ以上４５ＫΩ以下に
   したことを特徴とする請求項２記載の金属蒸気放電灯。
4. 【請求項４】 紫外線放電管は、少なくとも水銀が封入
   され、両端に冷陰極を有し、紫外線透過ガラスを有する
   低圧水銀放電灯であることを特徴とする請求項１記載の
   金属蒸気放電灯。