JP2005285672A

JP2005285672A - 高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP2005285672A
Application number: JP2004100799A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Uchiho; 篤志打保; Koji Nohara; 浩司野原; Yukiya Kanazawa; 有岐也金澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Also published as: WO2005098901A1; CN1820348A; US20050269966A1; US7492104B2

Abstract

【課題】高圧放電ランプの寿命試験中における外管バルブ内でのアーク放電を防止し、高品質で高効率な高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】内空間が真空に排気された外管バルブと、外管バルブ内に収容された発光管と、発光管に印加される電圧を減衰させる電圧減衰スイッチング素子とを具備し、電圧減衰スイッチング素子が、直列接続された熱感応スイッチング素子および始動電圧減衰素子からなる高圧放電ランプであって、熱感応スイッチング素子が所定温度以上である期間は、発光管と前記電圧減衰スイッチング素子とが並列接続された状態で熱感応スイッチング素子が閉じて、始動電圧減衰素子が作動し、熱感応スイッチング素子が所定温度未満である期間は、熱感応スイッチング素子が開いて始動電圧減衰素子が停止する高圧放電ランプ。
【選択図】図３

Description

本発明は、メタルハライドランプなどの高圧放電ランプに関する。

近年、発光管材料として石英に代って半透明の多結晶体アルミナセラミック（ＰＣＡ）管を用いたメタルハライドランプの開発・展開が活発に進められている。石英の耐熱性は約１０００℃であるが、ＰＣＡ管は約１２００℃という高い耐熱性があり、それだけ発光管の管壁負荷を高い範囲に設定できる。従って、ＰＣＡ管を用いれば、ランプ効率のより高いメタルハライドランプを得ることができる。ＰＣＡ管を用いたメタルハライドランプ（セラミックメタルハライドランプ）は、当初は店舗などの屋内照明用として高演色性のものが開発され、実用化されてきたが、最近では一般屋外照明用の高効率メタルハライドランプの開発が進められている。

従来の石英発光管を用いた屋外照明用の高効率メタルハライドランプにおいては、発光物質として、比視感度の高い波長領域に発光スペクトルを放射するセリウムのハロゲン化物（ＣｅＸ₃）、プラセオジウムのハロゲン化物（ＰｒＸ₃）などのランタノイド系希土類金属のハロゲン化物と、ナトリウムのハロゲン化物（ＮａＸ）とを組合せて用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

一方、最近開発されたセラミックメタルハライドランプにおいては、発光物質として、セリウム沃化物（ＣｅＩ₃）とナトリウム沃化物（ＮａＩ）とを用いることが提案されている。このメタルハライドランプは高効率であり、例えば３００Ｗタイプで１１５ｌｍ／Ｗが達成されている。また、屋外照明用としては十分な演色性を有し、一般演色評価数Ｒａ７０が達成されており、１２０００時間の定格寿命時間も得られている。

また、従来のメタルハライドランプでは、発光管は例えばドロップ形の外管バルブ内に収納されており、かつ外管バルブ内に窒素（Ｎ₂）などの不活性ガスが封入されている。発光管は、外管バルブ内において、ステムリードなどにより保持されている。

上記と同様の発光物質（ＣｅＩ₃、ＮａＩ）を用いた、さらに高効率なセラミックメタルハライドランプも提案されている（例えば特許文献２参照）。このメタルハライドランプの管形状パラメータ（中央本管部の内径φｉに対する電極間距離Ｌｅの比）は５より大きく、発光管の形状は比較的細長である。また、発光物質のモル組成比：ＮａＩ／ＣｅＩ₃は、３〜２５であり、管壁負荷（ｗｅ）は３０Ｗ／ｃｍ²以下に設定されている。このような構成により、例えば１５０Ｗタイプで１３０ｌｍ／Ｗという高いランプ効率と、Ｒａ５３という演色性が得られている。
特開昭５７−９２７４７号公報特表２０００−５０１５６３号公報

従来のメタルハライドランプでは、上述のように、不活性ガスが外管バルブ内の空間に封入されている。しかし、不活性ガスが封入された外管バルブ内にＰＣＡ管を保持すると、発光管外壁からの熱伝導損失が増大するとともに、管壁温度（Ｔｗ）の低下によって発光物質の管内蒸気圧が減少する。その結果、ランプ効率をより高めるという目的の達成が難しくなる。そこで、本発明者らは、外管バルブ内に封入する不活性ガスの圧力を、従来のように３０ｋＰａ程度とするのではなく、真空状態（例えば１Ｐａ以下）とする検討を行った。

ところが、上記のセラミックメタルハライドランプにおいては、ある条件下において、ランプ寿命試験中に外管バルブ内でアーク放電が誘発されることが明らかになった。例えば、メタルハライドランプを電子安定器により点灯し、メタルハライドランプの始動時に約５ｋＶの始動電圧を発光管に印加した場合、ステムリード間においてアーク放電が誘発される。アーク放電が起こると、稀に外管バルブの破損を生じる可能性がある。セラミックメタルハライドランプを実用化するには、このようなアーク放電を防止することが望まれる。

本発明は、内空間が真空に排気された外管バルブと、前記外管バルブ内に収容された発光管と、前記発光管に印加される電圧を減衰させる電圧減衰スイッチング素子とを具備し、前記電圧減衰スイッチング素子が、直列接続された熱感応スイッチング素子および始動電圧減衰素子からなる高圧放電ランプであって、前記熱感応スイッチング素子が所定温度以上である期間は、前記発光管と前記電圧減衰スイッチング素子とが並列接続された状態で前記熱感応スイッチング素子が閉じて、前記始動電圧減衰素子が作動し、前記熱感応スイッチング素子が所定温度未満である期間は、前記熱感応スイッチング素子が開いて前記始動電圧減衰素子が停止する高圧放電ランプに関する。

前記発光管は、前記発光管に印加される電圧を供給する第１リードおよび第２リードにより前記外管バルブ内に固定することができる。この場合、前記電圧減衰スイッチング素子は、前記第１リードおよび前記第２リードのうち、少なくとも一方に固定することができる。

本発明によれば、特に高温状態にある点灯中の高圧放電ランプが立ち消えた場合などににおいて、発光管に印加される始動電圧を、外管バルブ内でアーク放電が誘発されないレベルにまで減衰できる。従って、ランプ寿命試験中における外管バルブ内でのアーク放電の誘発を防止できる。

以下、本発明の実施形態について、図１〜５を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る１５０Ｗのメタルハライドランプが具備する発光管１であって、内部構造を示すために発光容器２を断面にした側面図である。
発光管１の発光容器２は、放電空間１９を形成する中央本管部３と、その両端からそれぞれ延長された側管部４、５とを有する。中央本管部３と側管部４、５とは、一体焼結されている。発光容器２には、半透明の多結晶体アルミナセラミック（ＰＣＡ）材料などが用いられる。

側管部４、５の中空には、それぞれ電極６、７が設置されている。電極６、７は、それぞれタングステン製の電極棒８、９と、それらの先端付近に固定されたタングステン製のコイル１０、１１からなる。電極棒８、９の前記先端は、それぞれ放電空間内に位置している。

電極棒８、９の他端は、それぞれ導電性サーメットからなる給電体１２、１３の一端に接続されている。給電体１２、１３は、側管部１２、１３の中空にそれぞれ延在しており、それらの他端には電極リード１５、１６の一端がそれぞれ接続されている。なお、給電体１２、１３を構成する導電性サーメットには、例えばＡｌ₂Ｏ₃−Ｍｏ系の材料が用いられる。また、電極リード１５、１６には、ニオブ（Ｎｂ）などが用いられる。

電極リード１５、１６が導出される側管部４、５の開口端は、ガラスフリット１４により封止されており、放電空間１９内は密閉されている。ガラスフリットには、Ｄｙ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のガラスなどが用いられる。メタルハライドランプの点灯時の発光物質１７によるガラスフリット１４の侵蝕を抑制する観点からは、ガラスフリット１４を給電体１２、１３と電極棒８、９との接続部近傍にまで充填することが好ましい。

発光管１の放電空間１９には、発光物質１７が封入されている。発光物質１７には、金属のハロゲン化物やナトリウムなどが用いられる。従来のメタルハライドランプでは、セリウム沃化物（ＣｅＩ₃）とナトリウム沃化物（ＮａＩ）とが発光物質１７として用いられているが、本発明においては、発光物質１７としてプラセオジウム沃化物（ＰｒＩ₃）とナトリウム沃化物（ＮａＩ）とを用いることが好ましい。前者の沃化物を用いた場合、ランプ発光色を緑色領域に偏位させる傾向があるが、後者の沃化物を用いることにより、ランプ発光色を改善することができる。また、放電空間１９には、緩衝物質として、水銀（Ｈｇ）１８が封入されている。さらに、放電空間１９には、緩衝・始動補助ガスとして、キセノン（Ｘｅ）やアルゴン（Ａｒ）が封入されている。

図２は、図１の発光管１を具備する１５０Ｗのメタルハライドランプの一例であって、内部構造を示すために外管バルブ２１を断面にした正面図である。
メタルハライドランプ２０は、内空間が真空に排気された外管バルブ２１と、外管バルブ２１内に収容された発光管１と、発光管１に印加される電圧を減衰させる電圧減衰スイッチング（ＶＲＳ）素子２７とを具備する。

外管バルブ２１の材質には、硬質ガラスなどが用いられる。外管バルブ２１の端部は次第に窄まった形状を有し、その端部には口金２２が装着されている。発光管１の側管部から導出され、下方に位置する電極リード１６は、外管バルブ２１の当該端部から突出するステムガラス２３に封着されているステムリード２４に、固定されるとともに電気的に接続されている。一方、上方に位置する電極リード１５は、ステムガラス２３に封着されているステムリード２５から延長された支持リード３２に、固定されるとともに電気的に接続されている。ステムガラス２３には、バリウム（Ｂａ）からなるゲッターリング２６が、電極リード１５と電極リード１６からは絶縁された状態で取り付られている。

例えば、ＰＣＡ材料からなる発光管（ＰＣＡ管）を用いた１５０Ｗのメタルハライドランプ２０の場合、発光管１は細長形状であることが好ましく、具体例としては、電極６、７間の距離Ｌｅが３２ｍｍ、中央本管部３の内径φｉが４ｍｍ、管形状パラメータＬｅ／φｉが８であるものを挙げることができる。
また、上記のような発光管１の場合、例えば、発光物質１７（ＰｒＩ₃、ＮａＩ）の封入量は９ｍｇ、発光物質１７の組成比：ＮａＩ／ＰｒＩ₃は１０、水銀１８の封入量は０.７ｍｇ、キセノン圧力は約２５ｋＰａとすることが好適である。

始動前の上記のような１５０Ｗのメタルハライドランプ２０を点灯させる場合、周波数８０〜４００ｋＨｚ、例えば１００ｋＨｚ程度で５ｋＶ程度の高周波始動電圧が、毎秒約５０ｍ秒の間隔（５０ｍ秒ＯＮ／９５０ｍ秒ＯＦＦの間隔）で、メタルハライドランプ２０が始動するまで印加される。このようなメタルハライドランプ２０の寿命試験を行うと、メタルハライドランプ２０が電圧減衰スイッチング素子を有さない場合には、外管バルブ２１内でアーク放電が発生する。図２のような構造を有するメタルハライドランプ２０であれば、特にステムガラス２３内に封着されているステムリード２４と２５との間でアーク放電が誘発され、稀ではあるが外管バルブ２１の破損などに派生する場合がある。

上記のようなアーク放電は、外管バルブ２１内のガス圧が１Ｐａを越える状態でメタルハライドランプ２０が点灯中に立ち消えた際に、高温状態にある発光管１に始動電圧が再印加されることにより発生すると考えられる。
外管バルブ２１内にガスがリークしていない場合には、立ち消えたメタルハライドランプ２０の発光管１に始動電圧を印加しても、アーク放電は発生しない。また、外管バルブ２１内にガスがリークしている場合でも、発光管１が低温状態であれば、始動電圧の印加によるアーク放電は発生しない。

外管バルブ２１内のガス圧が上昇する原因としては、発光管１にクラックが生じて、発光管１内に封入されているＸｅガスが外管バルブ２１内にリークしたり、ステムリード２４、２５の封止不良や外管バルブ２１のマイクロクラックによって外部の空気がリークしたりすることが考えられる。例えば、点灯中のメタルハライドランプ２０が立消えると、冷却時の熱応力により、発光管１にクラックが生じて、Ｘｅガスのリークが生じ得る。また、外管バルブ２１内のガス圧が高い状態においては、冷却時にはメタルハライドランプ２０が始動することができても、点灯中には立消える可能性がある。

なお、外管バルブ２１内に約３０ｋＰａの窒素が封入されている従来のメタルハライドランプの場合には、アーク放電が見られない。従って、外管バルブ２１内のガス圧が３０ｋＰａ以上であれば、立ち消え後の高温状態にある発光管１に始動電圧を印加しても、アーク放電は発生しないと考えられる。

外管バルブ２１内のガス圧が１Ｐａ〜３０ｋＰａの範囲内である場合に、外管バルブ２１内でアーク放電が発生するのは、熱電子によるガスの電離能率が増大するためである。このような現象は、いわゆるパッシェンの法則に基づいている。外管バルブ２１内のアーク放電の発生確率は、特に外管バルブ２１内のガス圧が５ｋＰａ〜１０ｋＰａの場合に高くなる。
また、高温状態のメタルハライドランプ２０に限って、外管バルブ２１内でアーク放電が発生するのは、高温状態にあるステムリード２４、２５などの部品から、熱電子が放射され、初期の電子濃度が増加し、電離頻度が増大するためである。

立ち消え後の高温状態にあるメタルハライドランプ２０の発光管１においては、放電空間１９内の蒸気圧が高いことから、５ｋＶレベルの始動電圧を印加しても、再始動させることは難しい。効率的に再始動を行うには、前記蒸気圧を低下させるために５〜１０分の冷却時間を要する。従って、立ち消え後の高温状態にあるメタルハライドランプ２０の消灯時には、高周波の始動電圧を、アーク放電が誘発されないレベルにまで減衰せしめることが望ましい。

本発明に係る電圧減衰スイッチング（ＶＲＳ）素子２７は、高温状態にある発光管１に印加される高周波の始動電圧を、アーク放電が誘発されないレベルにまで減衰させる役割を果たすものである。以下に、ＶＲＳ素子２７が付設されたメタルハライドランプ２０の動作について詳しく説明する。

図３に、ＶＲＳ素子２７と発光管１とを含む回路図を示す。ＶＲＳ素子２７は、直列接続された熱感応スイッチング素子２８および始動電圧減衰素子２９からなる。ＶＲＳ素子２７は、熱感応スイッチング素子２８が所定温度以上であるときには、発光管１と電圧減衰スイッチング素子２９とが並列接続された状態で、熱感応スイッチング素子２８が閉じるように設定される。その結果、始動電圧減衰素子２９が作動し、発光管１に印加される高周波の始動電圧は、アーク放電が誘発されないレベルにまで減衰する。

一方、熱感応スイッチング素子２８が所定温度未満であるときには、熱感応スイッチング素子２８は、開いた状態となるように設定される。その結果、始動電圧減衰素子２９は作動せず、高周波の始動電圧がそのまま発光管１に印加されることになる。

熱感応スイッチング素子２８には、例えば、熱膨張率の異なる２種の金属板を貼り合わせたバイメタル素子や、所定温度以上でＯＮ状態となる感温リードスイッチを用いることができる。また、始動電圧減衰素子２９には、例えば、セラミックコンデンサなどのコンデンサや、サージアブソーバ素子を用いることができる。

感温リードスイッチは、リードスイッチ、前記リードスイッチに磁束を供給するマグネット、および前記マグネットと接合された感温フェライトからなる。感温フェライトの飽和磁束密度は、キュリー温度付近で急激に減少する。感温フェライトは、マグネットからリードスイッチに供給される磁束量を温度によって制御する役割を果たし、前記磁束量の変化によってリードスイッチのＯＮ／ＯＦＦが制御される。

図４は、熱感応スイッチング素子２８としてバイメタル素子２８ａを用い、始動電圧減衰素子２９としてセラミックコンデンサ２９ａを用いた場合における、図２のメタルハライドランプ２０の要部拡大図である。バイメタル素子２８ａとセラミックコンデンサ２９ａとは、接続リード２７ｃによって直列接続されている。セラミックコンデンサ２９ａの一方の端子は、接続リード２７ａによってステムリード２４に接続されており、接続リード２７ａとステムリード２４との接続位置は固定端子Ａを形成している。なお、図４では、固定端子Ａは、ステムリード２４のステムガラス２３近傍に位置するが、固定端子Ａの位置はこれに限定されない。

一方、バイメタル素子２８ａの一端は、可動端子Ｂとして機能する。例えば１００℃未満の低温状態では、バイメタル素子２８ａの可動端子Ｂは、ステムリード２５から離れた位置にあって、可動端子Ｂとステムリード２５との間には間隔が形成されている。その状態のＶＲＳ素子２７を回路図で図４Ａ（ａ）に示す。そして、バイメタル素子２８ａの温度が１００℃以上に上昇すると、可動端子Ｂがバイメタル素子２８ａの変形動作によりステムリード２５と接触し、可動端子Ｂとステムリード２５とが電気的に接続される。その状態のＶＲＳ素子２７を回路図で図４Ａ（ｂ）に示す。もちろんバイメタル素子２８ａとセラミックコンデンサ２９ａとの接続位置を逆にして、固定端子Ａをステムリード２５上に設置し、可動端子Ｂをステムリード２４上に設置することもできる。

セラミックコンデンサ２９ａの容量値は、可動端子Ｂがステムリード２５と接続された場合に、高周波の始動電圧を、正規の値から外管バルブ２１内でアーク放電が誘発されないレベルにまで減衰できるような値に設定する。セラミックコンデンサ２９ａの容量値は、例えば１００〜５０００ｐＦであることが好ましい。容量値が１００ｐＦ未満になると、始動電圧を十分に減衰できないことがある。また、容量値が５０００ｐＦを越えると、点灯中のメタルハライドランプ２０にチラツキなどの不具合が生じることがある。

上記のような構成においては、点灯中の発光管１からの輻射熱により、セラミックコンデンサ２９ａが加熱されるのを防ぐ観点から、例えばステムリード２４には遮蔽板３０を設置することが好ましい。遮蔽板３０の材質には、セラミックが適している。

メタルハライドランプ２０の立ち消えから、ＶＲＳ素子２７によるメタルハライドランプ２０の再始動に至るまでの動作は、以下のようなものである。まず、定常点灯中に立ち消えたメタルハライドランプ２０のＶＲＳ素子２７は、バイメタル温度（Ｔｂ）が例えば４００℃程度の高温状態にあるため、可動端子Ｂはステムリード２５に接続された状態である。従って、発光管１に並列接続されたＶＲＳ素子２７のセラミックコンデンサ２９ａの機能により、高周波の始動電圧は減衰される。これにより、メタルハライドランプ２０の寿命試験中に外管バルブ２１内のガス圧がアーク放電を誘発するレベルにまで上昇している場合でも、外管バルブ２１内におけるアーク放電の誘発を確実に防止することができる。

その後、所定の冷却時間が経過すると、バイメタル素子２８ａの温度（Ｔｂ）は、例えば１００℃程度にまで低下し、可動端子Ｂは、ステムリード２５から離れた位置に移動する。その結果、正規の高周波始動電圧が、そのまま発光管１に印加され、メタルハライドランプ２０は速やかに再始動することができる。

次に、図５は、熱感応スイッチング素子２８として感温リードスイッチ２８ｂを用い、始動電圧減衰素子２９としてサージアブソーバ素子２９ｂを用いた場合における、図２のメタルハライドランプ２０の要部拡大図である。感温リードスイッチ２８ｂとサージアブソーバ素子２９ｂとは、接続リード２７ｃ’によって直列接続されている。サージアブソーバ素子２９ｂの一方の端子は、図４の場合と同様に、接続リード２７ａによってステムリード２４に接続されており、接続リード２７ａとステムリード２４との接続位置は固定端子Ａを形成している。図５においても、固定端子Ａは、ステムリード２４のステムガラス２３近傍に位置するが、固定端子Ａの位置はこれに限定されない。

感温リードスイッチ２８ｂの一方の端子は、接続リード２７ｂによってステムリード２５に接続されており、接続リード２７ｂとステムリード２５との接続位置は固定端子Ｃを形成している。すなわち、ＶＲＳ素子２７’は、外形的には、常に発光管１と並列接続された状態であるが、サージアブソーバ素子２９ｂとステムリード２５との電気的接続は、感温リードスイッチ２８ｂの挙動に委ねられている。

例えば１００℃未満の低温状態では、感温リードスイッチ２８ｂはＯＦＦ状態であり、すなわちサージアブソーバ素子２９ｂとステムリード２５との電気的接続はＯＦＦ状態にある。その状態のＶＲＳ素子２７’を回路図で図５Ａ（ａ）に示す。そして、感温リードスイッチ２８ｂの温度が１００℃以上に上昇すると、感温リードスイッチ２８ｂはＯＮ状態となって、サージアブソーバ素子２９ｂとステムリード２５との電気的接続がＯＮ状態になる。その状態のＶＲＳ素子２７’を回路図で図５Ａ（ｂ）に示す。従って、メタルハライドランプ２０の立ち消えからメタルハライドランプ２０の再始動に至るまでの間において、感温リードスイッチ２８ｂを用いたＶＲＳ素子２７’は、バイメタル素子２８ａを用いたＶＲＳ素子２７と同様に動作する。なお、もちろん感温リードスイッチ２８ｂとサージアブソーバ素子２９ｂとの接続位置を逆にすることもできる。

図４〜５のような構成において、始動電圧減衰素子２９として、セラミックコンデンサ２９ａの代わりに所定値以上の高電圧時に短絡状態となるサージアブソーバ素子２９ｂを用いることができ、逆にサージアブソーバ素子２９ｂの代わりにセラミックコンデンサ２９ａを用いることができることは明らかである。サージアブソーバ素子２９ｂには、大きく分けて、半導体を用いたタイプと放電を利用するタイプがある。本発明においては、どちらのタイプを使用した場合でも、同様の効果が得られる。

上記のようなＶＲＳ素子２７、２７’は、メタルハライドランプ２０の始動時の電圧印加を高周波電圧により行う場合でも、間欠的なパルス電圧により行う場合でも、同様に有効に機能する。また、高周波電圧の波形は特に限定されず、矩形波、正弦波など、様々な波形を用いることができる。さらに、高周波電圧とパルス電圧とを重畳的に印加することもできる。
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて、さらに具体的に説明する。

比較例１

（イ）１５０Ｗのメタルハライドランプの作製
１５０Ｗのメタルハライドランプ用の発光管１を作製した。発光管１の材質にはＰＣＡ材料を用いた。得られた発光管１（ＰＣＡ管）は細長形状であり、電極６、７間の距離Ｌｅは３２ｍｍ、中央本管部３の内径φｉは４ｍｍ、管形状パラメータＬｅ／は８とした。
発光管１の放電空間１９には、発光物質１７としてのプラセオジウム沃化物（ＰｒＩ₃）とナトリウム沃化物（ＮａＩ）（組成比：ＮａＩ／ＰｒＩ₃＝１０）を９ｍｇ、水銀１８を０．７ｍｇ、キセノンを圧力約２５ｋＰａで封入した。
上記の発光管１を用いて、図２に示すような１５０Ｗのメタルハライドランプ２０を組み立てた。ただし、電圧減衰スイッチング素子２７は設置しなかった。

（ロ）実験１
電子安定器により周波数１５０Ｈｚの矩形波電圧を発光管１に印加して、寿命試験を行った。メタルハライドランプ２０の始動前などの消灯時には、周波数約１００ｋＨｚで約５ｋＶの高周波始動電圧を、約５０ｍ秒間隔（５０ｍ秒ＯＮ／９５０ｍ秒ＯＦＦの間隔）で、メタルハライドランプ２０が始動するまで印加した。

寿命試験中に外管バルブ２１内でアーク放電が発生した。特に外管バルブ２１のステムガラス２３近傍のステムリード２４、２５間でアーク放電が誘発された。ただし、外管バルブ２１内でアーク放電が誘発されたのは、外管バルブ２１内のガス圧が１Ｐａを越える状態の時に限られていた。また、メタルハライドランプ２０が点灯中に立ち消えし、高温状態にある発光管１に始動電圧を再印加したときに限ってアーク放電が誘発された。

一方、外管バルブ２１内が高真空に保持されている状態では、外管バルブ２１内でアーク放電は発生しなかった。また、外管バルブ２１内のガス圧が１Ｐａを越える状態のときでも、発光管１の温度が１００℃未満のときには、始動電圧を印加しても外管バルブ２１内でアーク放電は発生しなかった。

（イ）１５０Ｗのメタルハライドランプの作製
図４に示したように、ＶＲＳ素子２７を設置したこと以外、比較例１と同様のメタルハライドランプ２０を作製した。ここでは、バイメタル素子２８ａとセラミックコンデンサ２９ａとを直列接続したＶＲＳ素子２７を用いた。セラミックコンデンサ２９ａの容量は約３５００ｐＦとした。また、バイメタル素子２８ａには、１００℃以上でＯＮ状態となり、１００℃未満でＯＦＦ状態となるものを用いた。このＶＲＳ素子２７は、高周波の始動電圧を、正規の約５ｋＶから外管バルブ２１内でのアーク放電の誘発を防止できる約１ｋＶ以下のレベルに減衰することができるものである。
得られたメタルハライドランプ２０の初期光束は１９７００ｌｍ、ランプ効率は１３１.３ｌｍ／Ｗ、一般演色評価数はＲａ７０であり、屋外照明用として優れたランプ特性であった。

（ロ）実験２
比較例１と同様の寿命試験を行った。
メタルハライドランプ２０が立ち消えた直後は、バイメタル素子２８ａの温度が約４００℃の高温状態にあるため、ＶＲＳ素子２７の可動端子Ｂはステムリード２５に接続された状態であった。従って、発光管１に並列接続されたＶＲＳ素子２７のセラミックコンデンサ２９ａの機能により、高周波の始動電圧は正規値から約１ｋＶに減衰された。これにより、外管バルブ２１内のガス圧が上昇してメタルハライドランプ２０が立ち消えた場合、高温の発光管１に始動電圧がそのまま印加されることがなくなり、外管バルブ２１内でアーク放電が誘発されることは無かった。

メタルハライドランプ２０が立ち消えてから約８分後には、バイメタル素子２８ａの温度は約１００℃まで低下したため、ＶＲＳ素子２７の可動端子Ｂはステムリード２５から離れた。そのため正規の高周波始動電圧がそのまま発光管１に印加され、メタルハライドランプ２０は速やかに再始動した。その際には、発光管１の温度が十分に低くなっているため、外管バルブ２１内でのアーク放電の誘発は観測されなかった。
以上のように、寿命試験中は、外管バルブ２１内でのアーク放電の誘発は全く観測されず、定格寿命時間は１２０００時間という長寿命であった。

（イ）１５０Ｗのメタルハライドランプの作製
図５に示したように、ＶＲＳ素子２７’を設置したこと以外、比較例１と同様のメタルハライドランプ２０を作製した。ただし、サージアブソーバ素子の代わりにセラミックコンデンサ２９ａを用いた。すなわち、ここでは、温感リードスイッチ２８ｂとセラミックコンデンサ２９ａとを直列接続したＶＲＳ素子を用いた。セラミックコンデンサ２９ａの容量は約３５００ｐＦとした。また、感温リードスイッチ２８ｂには、１００℃以上でＯＮ状態となり、１００℃未満でＯＦＦ状態となるものを用いた。このＶＲＳ素子２７’も、高周波の始動電圧を、正規の約５ｋＶから外管バルブ２１内でのアーク放電の誘発を防止できる約１ｋＶ以下のレベルに減衰することができるものである。得られたメタルハライドランプ２０の初期特性は、実施例１と同様であった。

（ロ）実験３
比較例１と同様の寿命試験を行った。
メタルハライドランプ２０が立ち消えた直後は、感温リードスイッチ２８ｂの温度が約４００℃の高温状態であった。従って、感温リードスイッチ２８ｂはＯＮ状態であり、セラミックコンデンサ２９ａが機能して、高周波の始動電圧は正規値から約１ｋＶに減衰された。これにより、外管バルブ２１内のガス圧が上昇してメタルハライドランプ２０が立ち消えた場合に、高温の発光管１に始動電圧がそのまま印加されることがなくなり、外管バルブ２１内でアーク放電が誘発されることは無かった。

メタルハライドランプ２０が立ち消えてから約８分後には、感温リードスイッチ２８ｂの温度は約１００℃まで低下したため、感温リードスイッチ２８ｂはＯＦＦ状態となった。そのため正規の高周波始動電圧がそのまま発光管１に印加され、メタルハライドランプ２０は速やかに再始動した。その際には、発光管１の温度が十分に低くなっているため、外管バルブ２１内でのアーク放電の誘発は観測されなかった。
以上のように、寿命試験中は、外管バルブ２１内でのアーク放電の誘発は全く観測されず、定格寿命時間は実施例１とほぼ同じであった。

次に、実施例１および２のメタルハライドランプ２０の外管バルブ２１内に、それぞれ約７ｋＰａの空気を意図的に導入した。そして、メタルハライドランプ２０が立ち消えたら強制的に再始動させる強制寿命試験を行った。この試験中においても、外管バルブ２１内でのアーク放電の誘発は観測されなかった。

以上のように、本発明によれば、内空間が真空に排気された外管バルブ内に保持された発光管に、始動時に高圧始動電圧が印加されるメタルハライドランプにおいて、ランプ寿命試験中に誘起される外管バルブ内でのアーク放電を防止することができ、よって高品質で高効率なメタルハライドランプを得ることができる。本発明は、特にＰＣＡ材料や石英からなる発光管を具備するメタルハライドランプにおいて好ましく適用することができるが、メタルハライドランプ以外の各種高圧放電ランプにも適用できる。

本発明の一実施形態に係る１５０Ｗのメタルハライドランプが具備する発光管であって、内部構造を示すために発光容器を断面にした側面図である。図１の発光管を具備する１５０Ｗのメタルハライドランプの一例であって、内部構造を示すために外管バルブを断面にした正面図である。本発明に係るＶＲＳ素子と発光管とを含む回路図である。熱感応スイッチング素子としてバイメタル素子を用い、始動電圧減衰素子としてセラミックコンデンサを用いた場合の、図２のメタルハライドランプの要部拡大図である。低温時（ａ）および高温時（ｂ）における図４のＶＲＳ素子の状態をを示す回路図である。熱感応スイッチング素子として感温リードスイッチを用い、始動電圧減衰素子としてサージアブソーバ素子を用いた場合の、図２のメタルハライドランプの要部拡大図である。低温時（ａ）および高温時（ｂ）における図５のＶＲＳ素子の状態をを示す回路図である。

符号の説明

１発光管
２発光容器
３中央本管部
４、５側管部
６、７電極
８、９電極棒
１０、１１コイル
１２、１３給電体
１４ガラスフリット
１５、１６電極リード
１７発光物質
１８水銀
１９放電空間
２０メタルハライドランプ
２１外管バルブ
２２口金
２３ステムガラス
２４、２５ステムリード
２６ゲッターリング
２７、２７’ 電圧減衰スイッチング素子
２７ａ接続リード
２７ｂ接続リード
２７ｃ接続リード
２７ｃ’ 接続リード
２８熱感応スイッチング素子
２８ａバイメタル素子
２８ｂ感温リードスイッチ
２９始動電圧減衰素子
２９ａセラミックコンデンサ
２９ｂサージアブソーバ素子
３０遮蔽板
３２支持リード

Claims

内空間が真空に排気された外管バルブと、
前記外管バルブ内に収容された発光管と、
前記発光管に印加される電圧を減衰させる電圧減衰スイッチング素子とを具備し、
前記電圧減衰スイッチング素子が、直列接続された熱感応スイッチング素子および始動電圧減衰素子からなる高圧放電ランプであって、
前記熱感応スイッチング素子が所定温度以上である期間は、前記発光管と前記電圧減衰スイッチング素子とが並列接続された状態で前記熱感応スイッチング素子が閉じて、前記始動電圧減衰素子が作動し、
前記熱感応スイッチング素子が所定温度未満である期間は、前記熱感応スイッチング素子が開いて前記始動電圧減衰素子が停止する高圧放電ランプ。
前記発光管が、前記発光管に印加される電圧を供給する第１リードおよび第２リードにより前記外管バルブ内に固定されており、前記電圧減衰スイッチング素子が、前記第１リードおよび前記第２リードのうち、少なくとも一方に固定されている請求項１記載の高圧放電ランプ。
前記熱感応スイッチング素子は、バイメタル素子からなる請求項１記載の高圧放電ランプ。
前記熱感応スイッチング素子は、前記所定温度以上でＯＮ状態となる感温リードスイッチからなる請求項１記載の高圧放電ランプ。
前記始動電圧減衰素子は、コンデンサからなる請求項１〜４のいずれかに記載の高圧放電ランプ。
前記始動電圧減衰素子は、サージアブソーバ素子からなる請求項１〜４のいずれかに記載の高圧放電ランプ。