JP2708524B2

JP2708524B2 - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2708524B2
Application number: JP1028039A
Authority: JP
Inventors: 弘道川島; 和雄本田; 泰樹森; 守古谷; 陽一郎光行; 正和渋谷
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1989-02-07
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH02297858A

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、発光管内に発光金属として希土類ハロゲン
化物を封入したメタルハライドランプに関する。

（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HIDランプを、最近においては店舗等
の低天井の屋内照明や、プロジェクターの光源などに使
用するケースが多くなってきた。

このような用途の拡大は、この種のランプの小形化が
進められた結果に最大の要因がある。

すなわち、従来のランプの発光管は、バルブの両端を
圧潰封止した構造となっており、このような構造の場合
は成形に手間を要するばかりでなく、封止部の占める割
合が大きくなるので形状が大形になり、しかも発光管か
らの熱損失が大きくなる等の欠点がある。このため、発
光管は、片側の封止端部に一対の電極を封着した、いわ
ゆる片封止形の構造を採用し、これにより封止部が１個
になるので上記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、かつ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
るため全体を小形化できるなどの利点がある。

このような小形化の推進に加えて、この種の放電灯
は、本来、高効率、高輝度、高演色性、高出力であると
いう特性を有し、したがって上記光源としてきわめて有
効である。

特に、メタルハライドランプにあっては、高効率およ
び高演色性の点で他の放電灯に比べて優れている。

しかも、発光管に発光物質としてディスプロシウム
（Dy）等の希土類ハロゲン化物を封入したメタルハライ
ドランプは、一層高効率、高輝度および高演色性を得る
ことができる利点がある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記のような希土類ハロゲン化物を封
入してなるメタルハライドランプを光源として用いる場
合、寿命特性の点で不満足が残る。

すなわち、この種のランプは、小形であるにも拘らず
高出力を得るために、管壁負荷が従来のものより高く20
〜70W/cm²程度に設定されており、したがって石英ガラ
スからなる発光管バルブの温度が高くなり勝ちである。

また、発光管に封入された希土類ハロゲン化物は点灯
中に蒸発される量より余剰に封入される。

したがって、点灯中余剰となる希土類ハロゲン化物、
特にディスプロシウム（Dy）が高温下で発光管バルブを
構成しているSiと反応して発光管バルブが失透し易くな
る。このような失透が進むと発光管が破裂する心配があ
る。

また、点灯中余剰となる遊離した希土類ハロゲン化物
は、電極に対して衝撃を与え、電極の変形や電極物質の
飛散を誘発し、発光管の早期黒化やランプ電圧の上昇を
招き、光束維持率が低下する。

このようなことから、特にディスプロシウム（Dy）の
希土類ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプで
は、点灯500時間で光束維持率が50％に低下するものも
ある。

本発明はこのような事情のもとになされたもので、光
束維持率を向上させて、寿命特性が大幅に改善されるメ
タルハライドランプ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）本発明においては、発光管内に発光金属としての希土
類ハロゲン化物に加えてハロゲン化錫を封入したことを
特徴とする。

（作用）本発明によれば、希土類ハロゲン化物に加えて封入さ
れたハロゲン化錫が以下の作用を奏するものと推察され
る。

すなわち、ハロゲン化錫は点灯中余剰となっている遊
離希土類ハロゲン化物を取り込んで遊離希土類ハロゲン
化物を拘束し、このため遊離希土類ハロゲン化物が高温
下で発光管バルブの石英と反応するのを防止する。この
ため、石英の失透を防止する。

また、ハロゲン化錫が遊離希土類ハロゲン化物を拘束
することから、遊離した希土類ハロゲン化物が電極に衝
撃を与えることが軽減され、電極の変形や、電極物質の
飛散を防止するようになる。

さらにまた、発光管内ではアークの中心部に比べて管
壁に近いアークの周辺部で希土類イオンの濃度が薄くな
っていることが認められる。これは、希土類ハロゲン化
物は高温度で原子発光するものであるためアークの中心
部で希土類金属が解離されるのに対し、ハロゲン化錫は
比較的低温度で分子発光するものであるからアークの周
辺部で解離されるようになり、このため、アークの中心
部で希土類金属のイオン濃度が高く、周辺部で希土類金
属のイオン濃度が低くなると考えられる。この結果、ア
ークの中心部における希土類金属の存在領域をハロゲン
化錫が包囲しており、したがってアーク中心部の希土類
金属が周囲のハロゲン化錫の存在領域によって管壁に接
近するのが防止されており、希土類金属が管壁の近傍に
接近するのが規制されるものと推察される。このような
現象も石英の失透を防止するのに寄与しているものと考
えられる。

このようなことから、光束維持率が向上し、寿命特性
が改善される。

（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150Wのメタルハライドランプの発光管を示し、
図示しない石英ガラスよりなる外管に収容されて２重管
構造を構成する。

図において１は、石英ガラスよりなる発光管バルブで
あり、ほぼ楕円球形に形成されている。このような楕円
球形のバルブ１は、長軸方向がバルブ軸となり、このバ
ルブ軸と直交する短軸方向の一端に封止部２が形成され
ている。封止部２は圧濃封止された偏平形をなしてい
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、本実施例の場合、電極
軸部４は線径0.5mmのレニウム−タングステン合金線よ
りなり、電極コイル部５は線径0.5mmのトリエ−テッド
タングステン線にて形成され上記電極軸部４の屈曲され
た先端部に３〜４回巻回されている。

そして、これら一対の電極3,3の電極コイル部５、５
はバルブ軸方向に沿って6.8mm程度離間して互いに対向
されている。

電極４、４は上記圧潰封止部２に封着された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。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、バルブ１内には始動用希ガスと、所定量の水銀
および発光金属として金属ハロゲン化物が封入されてい
る。金属ハロゲン化物としては、希土類ハロゲンを含ん
でおり、たとえばDyI3、HoI3、TmI3、CsI、TlIが封入さ
れている。そして、これらの希土類ハロゲン化物および
金属ハロゲン化物に加えて、ハロゲン化錫、たとえばSn
I2が封入されている。

上記希土類ハロゲン化物を含む金属ハロゲン化物の封
入割合は重量％で、DyI3:HoI3:TmI3:CsI:TlI＝20:21:2
2:17:20とされており、これ等の合計封入量は2.0mg/cc
である。

また、ハロゲン化錫、すなわちSnI2の封入量は0.5mg/
ccである。

このような片封止形メタルハライドランプにおいて
は、安定点灯時のランプ電流Ｉが1.8Aで、この時のラン
プ入力電力Ｗは150Wとなるように設定されている。

なお、発光管の内表面積Ｓは約3.6cm²であり、発光管
単位表面積当りのランプ負荷は約42W/cm²となってい
る。

このような構成の小形メタルハライドランプについて
作用を説明する。

上記実施例のランプは初期特性が下表に示す通りであ
る。

すなわち、ハロゲン化錫を封入したことにより色温度
が従来よりもさらに向上することが認められる。

このようなランプについて光束維持率を調べた結果
を、第２図に示す。

破線Ｂがハロゲン化錫を封入しない従来のランプで、
実線Ａがハロゲン化錫を封入した本実施例のランプであ
る。

従来のランプでは、点灯500時間で光束維持率が50％
も低下するものが見られるが、本実施例のランプでは、
点灯100時間で光束維持率は85％を保ち、従来に比べて
２倍以上の長寿命になることが確認された。

その理由は以下の通りと考えられる。

すなわち、発光管に封入された希土類ハロゲン化物は
点灯中に蒸発される量よりも余剰に封入されており、こ
の点灯中に余剰となる希土類ハロゲン化物、特にディス
プロシウム（Dy）は、従来の場合、高温の石英からなる
発光管バルブ１と反応して、発光管バルブ１が失透す
る。このような失透は発光管を破裂させる場合もある。
また、点灯中余剰となる遊離した希土類ハロゲン化物
は、電極３に対して衝撃を与え、電極コイル５の変形や
電極物質の飛散を誘発し、このため発光管の早期黒化や
ランプ電圧の上昇を招き、光束維持率が低下する。

これに対し、本実施例によれば、希土類ハロゲン化物
にハロゲン化錫が加えられているのでこのハロゲン化錫
が、点灯中に余剰となっている遊離希土類ハロゲンを取
り込んで遊離希土類ハロゲンを拘束し、したがって遊離
希土類ハロゲンが高温下で発光管バルブ１の石英と反応
することが防止され、失透が防止される。また、遊離し
た希土類ハロゲン化物が電極３に対して衝撃を与えるこ
とが軽減され、電極の変形や電極物質の飛散が防止され
るので光束維持率が向上し、寿命が長くなる。

さらに、本発明者らの観察によれば、発光管バルブ１
内ではアークの中心部に比べてアークの周辺部で、管壁
に近づくにつれて希土類イオンの濃度が薄くなっている
ことが認められた。

これは、希土類ハロゲン化物が高温度で原子発光する
ものであるためアークの中心部で希土類金属が解離され
るのに対し、ハロゲン化錫は比較的低温度で分子発光す
るものであるからアークの周辺部で解離されることにな
り、よって、アークの中心部で希土類金属のイオン濃度
が高く、周辺部で希土類金属のイオン濃度が低くなると
考えられる。

この結果、アークの中心部における希土類金属の存在
領域をハロゲン化錫が包囲しており、したがってアーク
中心部の希土類金属が周囲のハロゲン化錫の存在領域に
よって管壁に接近するのが阻止されており、希土類金属
が管壁の近傍に接近するのが規制されるものと考えられ
る。

この点からも石英の失透が防止され、よって、光束維
持率が向上し、寿命特性が改善されると推察される。

なお、本発明の小形メタルハライドランプは、片封止
形メタルハライドランプに制約されず、両端封止形メタ
ルハライドランプであってもよく、要するに管壁負荷が
20〜70W/cm²のものに有効であり、特に20〜50W/cm²の場
合に好適する。

また、希土類ハロゲン化物に対するハロゲン化錫の封
入割合はモル比で4.6〜23.4％がよく、4.6％未満の場合
は失透および黒化防止の効果を期待できない不具合があ
り、また23.4％を越える場合は効率および色温度が低下
する不具合が生じる。

さらに、本発明は希土類ハロゲン化物としてディスプ
ロシウムの場合にその効果は顕著であるが、ディスプロ
シウムを含まない希土類ハロゲン化物であってもよく、
しかもよう化物の形態ではなく、臭化物の形態で封入し
てもよい。

そして、ハロゲン化錫もよう化物の形態ではなく、臭
化物（SnBr）の形態で封入してもよい。

また、本発明は、電極３が電極軸部と電極コイル部を
一体に形成したものであっても実施可能である。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、希土類ハロゲン
化物に加えられたハロゲン化錫が、点灯中余剰となって
いる遊離希土類ハロゲンを取り込んで拘束し、したがっ
て遊離希土類ハロゲンが高温下で発光管バルブの石英と
反応して失透することが防止され、また遊離した希土類
ハロゲン化物が電極に対して衝撃を与えることが軽減さ
れ、電極の変形や電極物質の飛散が防止されるので早期
黒化が防止される。また、希土類ハロゲン化物にハロゲ
ン化錫を加えて封入すると、希土類ハロゲン化物はアー
クの中心部で解離されるのに対し、ハロゲン化錫はアー
クの周辺部で解離されることにより、アークの中心部で
希土類金属のイオン濃度が高く、周辺部で希土類金属の
イオン濃度が低くなる。この結果、アークの中心部にお
ける希土類金属の存在領域をハロゲン化錫が包囲し、し
たがってアーク中心部の希土類金属が周囲のハロゲン化
錫の存在によって管壁に接近するのが阻止され、希土類
金属が管壁の近傍に接近するのが規制されるものと推察
される。

このような理由から石英の失透が防止され、光束維持
率が向上し、長い寿命になるなどの利点がある。

【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
ライドランプの断面図、第２図は光束維持率を示す特性
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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森泰樹神奈川県横須賀市船越町１―201―１東芝ライテック株式会社横須賀工場内 (72)発明者古谷守神奈川県横須賀市船越町１―201―１東芝ライテック株式会社横須賀工場内 (72)発明者光行陽一郎神奈川県横須賀市船越町１―201―１東芝ライテック株式会社横須賀工場内 (72)発明者渋谷正和神奈川県横須賀市船越町１―201―１東芝ライテック株式会社横須賀工場内 (56)参考文献特開昭48−60484（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−66556（ＪＰ，Ａ) 特開昭47−3989（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−93575（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−120586（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】石英製の発光管内に一対の電極を対設する
とともに、この発光管内に水銀と始動用希ガスおよび発
光金属として希土類ハロゲン化物を封入し、管壁負荷が
20〜70W/cm²に設定されたメタルハライドランプにおい
て、上記発光管内に、上記希土類ハロゲン化物に加えて
ハロゲン化錫を封入したことを特徴とするメタルハライ
ドランプ。