JP2606401B2

JP2606401B2 - 片封止形金属蒸気放電灯

Info

Publication number: JP2606401B2
Application number: JP2071017A
Authority: JP
Inventors: 淳松浦; 和雄本田; 久則佐野; 勝友内野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JPH03272559A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、小形メタルハライドランプ等の片封止形金
属蒸気放電灯に関する。

（従来の技術）従来、屋外照明や工場照明等に使用されていた高輝度
放電灯、すなわち高圧金属蒸気放電灯（HID）を最近に
おいて店舗等の低天井の屋内照明に使用するケースが多
くなってきた。

この種HIDを店舗等に利用するようになった背景は、
発光管を小形化し、これに伴ってランプの外管を硬質ガ
ラスから一層耐熱性の高い石英に変えて外形も小形化
し、コンパクト化したことであり、これに加えて従来の
高効率、高演色性、高出力および長寿命の特性を利用で
きるので、白熱電球やハロゲン電球に代替して使用する
ことにより省電力も可能になるなどの理由が挙げられ
る。

特に、メタルハライドランプは高効率および高演色性
において他の放電灯よりも優れており、陳列商品の照明
にはきわめて好適するのでその普及が進んでいる。

ところで、発光管を小形化するため、従来のような両
端封止形のバルブ構造にすると成形に手間を要するばか
りでなく、封止部が大きくなるので形状が大形になり、
しかもこれら封止部を通じて発光管からの熱損失が大き
くなる等の欠点がある。

このため、この種の小形ランプでは発光管形状を、バ
ルブの一端だけに圧潰封止部を形成し、この圧潰封止端
部に一対の電極を封着をした、いわゆる片封止形の構造
を採用している。

このようにすれば、封止部が１個であるから両端封止
形のバルブに比較して熱損失が小さくなり、よって発光
効率の向上が可能になるとともに、成形に手間を要さ
ず、しかも放電空間の大きさに比較して相対的に大きな
形状となり勝ちな封止部が１個になるので全体を小形化
できるなどの利点がある。

ところで、このような片封止形発光管では、圧潰封止
部に一対の金属箔導体を封着し、これら金属箔導体にそ
れぞれ電極軸および外部リード線を接続し、これら電極
軸部を放電空間に導き、これら電極軸部の先端にそれぞ
れ互いに対向するようにして電極コイル部を設けて構成
されている。

具体例として、例えば特開昭59−54167号公報には、
発光管およびこれを収容する外管をともに片封止形に
し、両者の封止部を同一方向に揃えて配置することによ
り寸法を小形化した40Wの低出力形メタルハライドラン
プが記載されている。

また、特開昭57−163956号公報には、片封止形の発光
管であって、電極間距離に対する電極と発光管の放電空
間内面との最短距離を所定の値以上に設定して寿命特性
を改善した低出力形メタルハライドランプも記載されて
いる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような片封止形の小形メタルハライド
ランプは、高効率および高演色性を実現するため、従来
の両端封止形ランプに比べてランプ負荷を高くして点灯
するようになっており、ランプ入力をW_L（ワット）、発
光管の内表面積をＱ（cm²）としたときの負荷W_L/Qの値
が20〜70（W/cm²）程度と高い負荷で点灯される。

このため放電空間内の蒸気圧が約20気圧以上にも高く
なり、また封止部が電極間に発生するアークと平行に対
向する構造となるから封止部がアークからの熱を受け、
封止部の温度が両端封止形のバルブよりも上昇する。

上記封止部に封着されている電極軸は封止部の石英ガ
ラスと熱膨脹率が異なるので、点灯時のクラックを防止
するためこれら電極軸と石英ガラスとの間は密着させて
いない。したがって、放電空間内で高圧になったガス、
例えば封入金属ハロゲン化物が上記電極軸と石英ガラス
との隙間から侵入し、金属箔導体と石英ガラスとの接着
面に侵入してこれらの接着面間を押し拡げて密着性を阻
害し、さらには外部リード線と封止部ガラスとの接着面
へと波及し、ついにはこれら電極軸部、金属箔導体およ
び外部リード線と封止部ガラスとの間に放電空間と外部
とを導通させる隙間を発生させ、リークを発生させる場
合がある。

このようなリークは、発光色の変化を招くばかりでな
く、ランプ寿命を著しく短くする。

上述のように、上記リークは封止部の温度上昇が１原
因であり、温度が高すぎると金属箔導体と石英ガラスと
の剥離を進行させ、短時間の内にリークを発生させる。

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、
圧潰封止部の温度上昇を抑止して放電空間の封入ガスが
封止部からリークするのを防止し、ランプ寿命が長くな
る片封止形金属蒸気放電灯を提供しようとするものであ
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、放電空間を形成した発光管の一端に圧潰封
止部を形成するとともに、この圧潰封止部に一対の金属
箔導体を封着し、これら金属箔導体に先端が上記放電空
間内で互に対向される電極および外部リード線を接合し
た片封止形金属蒸気放電灯において、ランプ入力をW
_L（ワット）、電極の先端間距離をＬ（cm）、上記電極
の先端間を結ぶ線から上記放電空間の圧潰封止部側内面
までの最長距離をl₁（cm）、上記放電空間の圧潰封止部
側内面から金属箔導体までの距離をl₂（cm）、金属箔導
体の長さをl₃（cm）、上記圧潰封止部の横断面積をＳ
（cm²）、電極間単位長さ当たりの入力をＰとした場
合、としたことを特徴とする。

（作用）本発明者等は、前述したように、封止部でリークが発
生するのは封止部の温度が高すぎることに１つの原因が
あることに注目し、これを防止するには金属箔導体の周
囲の温度上昇を規制すればよいと判断した。そして、金
属箔導体が温度上昇する要因は、放電空間中のアークか
ら受ける熱に依存すると考えられるのでアークからの熱
伝達を規制することを検討した。

アークから金属箔導体への熱伝達を考えた場合、発熱
源となるアークの発熱量、つまりランプ入力W_Lと電極間
距離Ｌが関係し、アークの熱が放電空間中を封止部まで
伝わるのはこれらの距離l₁の２乗に反比例する。しかも
このようにして封止部に伝えられた熱が封止部の壁を伝
わって金属箔導体に達する割合は封止部の横断面積Ｓに
反比例するとともに、金属箔導体までの距離l₂に反比例
する。さらに、金属箔導体の先端で剥離を防止するには
金属箔導体の長さl₃に反比例する。

したがって、本発明は、これ等の関係を数値的に規制
したので、アークで発生する熱が圧潰封止部を通じて金
属箔導体に至る割合いが軽減され、圧潰封止部の温度上
昇が抑止されて放電空間の封入ガスが封止部からリーク
するのが防止される。

（実施例）以下、本発明について、図面に示す一実施例にもとづ
き説明する。

図面はランプ電力W_Lが150Wのメタルハライドランプに
おける発光管を示し、通常この発光管は図示しない外管
に収容され２重管構造とされる。

図において１は、石英ガラスからなる発光管バルブで
あり、内容積が1.3cc程度となるほぼ楕円球形の放電空
間８を有している。このバルブ１は、上記楕円球形の放
電空間８の長軸方向がバルブ軸となり、このバルブ軸に
直交する短軸方向の一端に圧潰封止部２が形成されてい
る。この圧潰封止部２は押し潰されて成形されているの
で偏平な形状をなしている。

上記バルブ１内には、バルブ軸方向に離間対向して一
対の電極3,3が配置されており、これら電極3,3は共に上
記片側の圧潰封止部２に封着されている。

電極3,3は、電極軸部４と、熱容量を大きくするため
の電極コイル部５とで構成され、電極軸部４は線径0.5m
mの純レニウム線より形成され、電極コイル部５は線径
0.5mmのトリエーテッドタングステン線にて形成されて
上記電極軸部４の屈曲された先端部に３〜４回巻回され
ている。

そして、これら電極コイル部５、５はバルブ軸方向に
沿って6.8mm程度離間して（電極間距離＝Ｌ）互いに対
向されている。

電極軸部４、４は、これら電極軸部４、４の基端部間
で放電を発生しないように、上記電極をコイル部５、５
の先端間距離Ｌよりも大きな距離をもって離間されてお
り、これら電極軸部４、４の基端は上記圧潰封止部２に
封着されたモリブデンMoなどのような金属箔導体6,6に
それぞれ接続されている。

そして、これら金属箔導体6,6はそれぞれ外部リード
線7,7に接続されている。

なお、本実施例では、一対の電極軸部４、４および外
部リード線7,7がそれぞれ金属箔導体6,6の互いの反対側
の面に接合されている。

このような構成のバルブ１内には、始動用希ガスと、
所定量の水銀およびSnI2、NaI、TlI、InI、NaBr、LiBr
などのような金属ハロゲン化物が封入されている。

また、このランプにおいては、安定点灯時のランプ電
流Ｉが1.8Aで、この時のランプ電力W_Lは150Wとなるよう
に設定されている。そして、発光管の内表面積Ｑは約3.
5cm²であり、発光管単位表面積当りのランプ負荷は約43
W/cm²となっている。

そして、このランプのランプ入力をW_L（ワット）、電
極間距離をＬ（cm）、電極３、３の先端間を結ぶ線から
上記放電空間８の圧潰封止部２側内面8aまでの最長距離
をl₁（cm）、上記放電空間８の圧潰封止部側内面8aから
金属箔導体６、６までの距離をl₂（cm）、金属箔導体6,
6の長さをl₃（cm）、上記圧潰封止部２の横断面積をＳ
（cm²）、電極間単位長さ当りの入力をＰとした場合、の関係を満足するように規制されている。

前記実施例の場合の具体的な数値を示すと、ランプ入
力W_L＝150（Ｗ）、電極間距離Ｌ＝0.68cm、l₁＝0.63c
m、l₂＝0.42cm、l₃＝0.9cm、圧潰封止部２の横断面積Ｓ
＝0.9（cm²）とされている。

なお、金属箔導体６、６の上端部から圧潰封止部２の
先端までの距離l₄は1.08cmとされている。

したがって、この場合、Ｐ＝W_L/Lの値は220.6であ
り、の値は612.8であり、2400l₂の値は1008で、かつ680l₃の
値が614であるから、前記第（１）式ないし第（３）式
を満足している。

このような構成による実施例の作用を説明する。

ランプの点灯中は電極３、３の先端間でアーク放電が
発生し、この放電により金属ハロゲン化物が励起されて
発光する。

この場合、アークで熱が発生し、この熱はバルブ１の
壁を加熱しかつ圧潰封止部２を加熱する。

しかしながら、上記実施例の場合、（１）式ないし
（３）式を満足しているので、金属箔導体６、６および
その周囲の温度上昇を規制し、リークの発生を防止す
る。

すなわち、封止部でリークが発生するのは封止部の温
度が高くなり過ぎることにも原因しており、これを防止
するにはアークの熱が封止部２を経て金属箔導体６、６
およびその周囲に伝わり難くすればよいと考えられる。

そこで、放電空間中のアークから金属箔導体６、６に
至る熱伝達経路を検討し、この熱経路で熱伝達を規制す
ることを考察した。

まず、発熱源となるアークの発熱量はランプ入力W_Lに
依存するのでランプ入力W_Lがファクタの１つとなる。そ
して、アークの発熱はアークの単位長さ当りの入力Ｐに
左右される。

つぎに、アークの熱が圧潰封止部２を伝わる割合は、
放電空間中のアークから封止部までの距離l₁の２乗に反
比例する。

しかもこのようにして封止部２に伝えられた熱が封止
部２の壁を伝わって金属箔導体６、６に達する割合は封
止部の横断面積Ｓに反比例する。

さらに、封止部２に伝えられた熱が封止部２の壁を伝
わって金属箔導体６、６に達する割合は封止部２から金
属箔導体６、６までの離間距離l₂に半比例する。

したがって、アークから金属箔導体６、６に至る熱伝
達経路では、熱の伝達割合いは、の数式で表わされる。

そしてまた、金属箔導体６、６の先端で剥離が生じる
と、これがリークの直接原因となるから、金属箔導体
６、６の先端での剥離を阻止することが望ましく、この
ためには金属箔導体６、６の先端での過度な温度上昇を
防止する必要がある。

金属箔導体６、６の先端位置に対する熱伝達割合い
は、金属箔導体の長さをl₃とすると、の数式で表わされる。

ここで、上記式のａおよびｂは定数となり、これらに
ついて実験によって求めた。

その結果を、第１表および第２表に示し、かつ第３図
および第４図で図示する。

この実験は、先に説明した実施例のメタルハライドラ
ンプにおいて、ランプ入力を150W、圧潰封止部２の断面
積Ｓを0.9cm²として、各電極先端間を結ぶ線から放電空
間８の圧潰封止部側内面までの最長距離l₁（cm）、上記
放電空間の圧潰封止部側内面から金属箔導体までの距離
l₂（cm）および金属箔導体の長さl₃（cm）をそれぞれ変
化させた場合の薬品侵入具合およびリークの発生具合を
調べたものである。

第１表は、試作ランプ10本づつについて、点灯1000時
間後に金属箔導体６、６の部分に金属ハロゲン化物が侵
入したか否かを調べたもので、侵入ありを×印、侵入な
しを○印で表わしてある。

この第１表の結果をグラフに直して示したのが第３図
であり、これらの実験結果より、であれば、薬品の洩れがないことが判かる。

また、第２表は、試作ランプ10本づつについて、点灯
3000時間後に圧潰封止部からリークの発生があったか否
かを調べたもので、リークありを×印、リークなしを○
印で表わしてある。

上記第２表の結果をグラフに直して示したのが第４図
であり、これらの実験結果よりであれば、リークの発生がないことが判かる。

したがって、ａ、ｂの定数が判り、前記第（１）式な
いし第（３）式を満足すれば、本発明の目的を達成する
ことができることが確認される。

換言すれば、金属箔導体６、６は放電空間８から遠ざ
けた位置に封止すれば温度上昇が防止され、かつ金属箔
導体６、６を長くすれば温度上昇が抑制されることにな
る。

このため、管壁負荷W_L/Qの値を20〜70（W/cm²）に高
くして放電空間の蒸気圧が20気圧以上になる場合でも、
金属箔導体６、６およびその周囲の温度上昇が少なくな
り、電極軸と石英ガラスとの隙間から金属ハロゲン化物
のガスなどが侵入してこれらの密着性を阻害したり、外
部リード線と封止部ガラスとの接着部から洩れ出すなど
の不具合が防止されることになる。

なお、本発明は上記実施例に制約されるものではな
い。

すなわち、上記実施例ではメタルハライドランプにつ
いて説明したが、本発明はメタルハライドランプ以外の
ランプでも実施可能であり、要するにバルブの片側端部
のみに圧潰封止部を形成した放電灯であればよく、した
がって高圧水銀ランプなどのような他の小形金属蒸気放
電灯であってもよい。

また、電極は、電極軸部と電極コイル部を一体に形成
した構造のもの、または電極コイル部のないものであっ
てもよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明によると、ランプ入力W
_L（ワット）、電極間距離Ｌ（cm）、電極先端間を結ぶ
線から放電空間の圧潰封止部側内面までの最長距離l
₁（cm）、上記放電空間の圧潰封止部側内面から金属箔
導体までの距離l₂（cm）、金属箔導体の長さl₃（cm）お
よび圧潰封止部の横断面積Ｓ（cm²）の関係を規制した
ので、圧潰封止部の温度上昇が抑止され、放電空間の封
入ガスが封止部からリークするのが防止され、ランプ寿
命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は小形メタルハ
ライドランプの発光管の断面図、第２図は第１図中II−
II線の断面図、第３図および第４図はそれぞれ実験結果
の特性図である。１……発光管バルブ、２……圧潰封止部、３……電極、
４……電極軸部、５……電極コイル部、６……金属箔導
体、７……外部リード線、８……放電空間。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放電空間を形成した発光管の一端に圧潰封
止部を形成するとともに、この圧潰封止部に一対の金属
箔導体を封着し、これら金属箔導体に先端が上記放電空
間内で互に対向される電極および外部リード線を接合し
た片封止形金属蒸気放電灯において、ランプ入力をW_L（ワット）、電極の先端間距離をＬ（c
m）、上記電極の先端間を結ぶ線から上記放電空間の圧
潰封止部側内面までの最長距離をl₁（cm）、上記放電空
間の圧潰封止部側内面から金属箔導体までの距離をl
₂（cm）、金属箔導体の長さをl₃（cm）、上記圧潰封止
部の横断面積をＳ（cm²）、電極間単位長さ当たりの入
力をＰとした場合、としたことを特徴とする片封止形金属蒸気放電灯。