JP3221276B2 - メタルハライドランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バイパス電極を有する
メタルハライドランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からメタルハライドランプの寿命特
性を決定する要因として電極寿命が知られている。一般
に電極の劣化は電極変形として観察されるが、この原因
は電極先端部が高温になることによって電極材料が溶融
・蒸発するためである。

【０００３】電極温度を決定する一要因に、放電アーク
中の電子の電極への衝突が挙げられる。ランプ点灯中に
おける電子の挙動をみるとき陽極と陰極では様子が異な
る。放電アークにおける陰極は熱電子が高密度で放出さ
れている部分であり、放電維持のために十分高温に保つ
必要がある。定常的な熱電子放出が主たる電子の供給源
であるアーク放電において陰極の温度が低下することは
放電維持が困難になることを意味し、つまり作意的に低
下させることはできない。この陰極が高温に保たれるの
は陰極に投射される陽イオンの持っているエネルギーが
授受されるためであり、その内訳は陰極降下電圧に加速
されることによる運動エネルギーと中性原子にかえる際
の電離ポテンシャルエネルギーである。

【０００４】一方、陽極は放電アークから飛来する高密
度の電子流が流入する部分である。陽極前面に電子のみ
の空間電荷効果による陽極降下が生じ、これに基づく局
部的強電界が発生する。流入する電子がこの陽極降下部
を通過する間に得る運動エネルギーと仕事関数に相当す
るエネルギーを陽極で放出する。電極材料が炭素やタン
グステンなどの高融点材料の場合は特に陰極よりも陽極
の方が高温となる。これは陽極からは陽イオンをほとん
ど放出しないが、陰極においては熱電子が多量に放出さ
れて熱が奪われるためである。またこれは陰極において
電子電流が大きな割合を占めることを意味する。つまり
陽極は電子を捕集する役目を担っているのみで、したが
って陽極温度は放電維持にほとんど関与していない。

【０００５】陽極と陰極の電極温度が異なれば、電極材
料の溶融・蒸発の様子も各電極で異なる。上記説明から
わかるように陰極に比較して陽極温度が一般に高い。溶
融・蒸発を抑制するためには電極温度を低下させればよ
いのであるが、陰極温度を作意的に低下させると放電維
持が困難となる。むしろ陽極温度は放電維持にほとんど
関与しないのであるから、陽極温度を低下させればよ
い。この様な考え方のもとに陽極の物理的形状を陰極に
比較して大きくしたランプがこれまで報告されている
（特公平５−６５９７４号公報）。これを従来ランプ例
として図５に示す。陽極１０４の物理的形状を陰極１０
６に比較して大きくし、陽極１０４に流入する電子電流
をより大きな表面積で受けることにより、電流密度を小
さくして陽極温度の上昇を抑制しようというものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５に示
したような従来のランプ構成は、直流点灯を前提として
おり、交流点灯には適さない。図５で示したようなラン
プを用いて交流点灯を行なう場合、通常の両電極が同形
状のランプと比較して形状の大きい方の電極が陰極にな
るタイミングで問題が生じる。従来の技術の項で述べた
ように陰極は高温に保つ必要があるが、形状が大きくな
って陰極表面積が大きくなることにより、陰極温度が低
下し放電維持が困難になる。加えて同時に陽極の表面積
は小さいままで電流密度は大きく、陽極温度は高い。

【０００７】また通常の両電極が同形状のランプで交流
点灯する場合においても、陽極サイクル時の高温状態
が、電極材料の溶融・蒸発を促進し電極変形の原因とな
る。

【０００８】本発明は、ランプ交流点灯において陽極サ
イクル時の陽極温度の上昇を抑制するメタルハライドラ
ンプを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、以下に示す手段を用いる。

【００１０】

【００１１】本発明は、少なくとも２つ以上の主電極
と、前記各主電極の側部に設けた少なくとも２つ以上の
バイパス電極と、前記バイパス電極を導通させるタイミ
ングを制御する制御手段を備えたメタルハライドランプ
において、放電管内に存在する前記主電極と前記バイパ
ス電極との間に絶縁材料を挿入する。

【００１２】

【００１３】

【作用】

【００１４】本発明は、主電極の側部に設けたバイパス
電極を、主電極が陽極サイクル内の所定のタイミングだ
け導通させる制御手段を用いて導通させることにより、
本来主電極のみに流入する電子を主電極とバイパス電極
とに分散させる。こうすることにより電子が流入する陽
極表面積が大きくなり、電流密度が減少し、陽極温度の
上昇が抑制される。主電極とバイパス電極との間に絶縁
材料を挿入することにより、バイパス電極の非導通時の
対主電極絶縁性を向上させ、非導通時に放電電極となる
ことを阻止する。

【００１５】

【００１６】

【実施例】以下本発明のメタルハライドランプの実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００１７】（実施例１）本発明の実施例１の構成を図
１に示す。図１に示すように、交流電源１にランプ内に
封止された主電極２と主電極３が接続されている。主電
極２の側部にはバイパス電極４が、主電極３の側部には
バイパス電極５が併せて封止されている。バイパス電極
４はスイッチング素子８を介して主電極２に、バイパス
電極５はスイッチング素子９を介して主電極３に接続さ
れる。スイッチング素子８は制御手段６から発せられる
信号によって、スイッチング素子９は制御手段７から発
せられる信号によって所定のタイミング期間だけオンさ
れる。本実施例では主電極５側が接地されている。

【００１８】ランプ始動時は、スイッチング素子８およ
びスイッチング素子９は制御手段６および制御手段７か
ら発せられる信号によってオフされている。制御手段６
および制御手段７はランプ電圧を検知でき、制御手段６
によって所定のランプ電圧以上の場合にスイッチング素
子８がオンとなるようにし、制御手段７によって所定の
ランプ電圧以下の場合はスイッチング素子９がオンとな
るようにしておく。ランプ始動は交流電源１から供給さ
れる電力によって、主電極２と主電極３との間でアーク
放電を発生させて行なう。ランプ電圧は、始動後安定点
灯状態に至るまでは徐々に上昇する。

【００１９】制御手段６はランプ電圧が所定の値以上に
なるとスイッチング素子８をオンする。制御手段６が検
知するランプ電圧が正のときは、主電極２が陽極サイク
ル時である。主電極２が陽極サイクル内の、ランプ電圧
が所定の値以上の時間内においてバイパス電極４を主電
極２とショートさせるということである。こうすること
により主電極２に流入する電子を主電極２とバイパス電
極４とに分散することができ、電子が流入する陽極表面
積が大きくなり、電流密度が減少し、陽極温度の上昇が
抑制される。ランプ電圧が所定の値以下になるとスイッ
チング素子８はオフされる。したがってランプ電圧が
負、すなわち陰極サイクル時にはスイッチング素子８は
オフのままであり、放電は主電極２のみで維持される。

【００２０】制御手段７はランプ電圧が所定の値以下に
なるとスイッチング素子９をオンする。制御手段７が検
知するランプ電圧が負のときは、主電極３が陽極サイク
ル時である。主電極３が陽極サイクル内の、ランプ電圧
が所定の値以下の時間内においてバイパス電極５を主電
極３とショートさせるということである。こうすること
により主電極３に流入する電子を主電極３とバイパス電
極５とに分散することができ、電子が流入する陽極表面
積が大きくなり、電流密度が減少し、陽極温度の上昇が
抑制される。ランプ電圧が所定の値以上になるとスイッ
チング素子９はオフされる。したがってランプ電圧が
正、すなわち陰極サイクル時にはスイッチング素子９は
オフのままであり、放電は主電極３のみで維持される。

【００２１】図２に以上述べた、検知するランプの主電
極２の電圧波形に対してのスイッチング素子のオンする
タイミングの様子を示す。図２に示すように、制御手段
６および制御手段７による制御をランプ点灯中、継続さ
せる。ランプ消灯時はランプ電圧が減少し、制御手段６
および制御手段７がランプ電圧を検知することで、スイ
ッチング素子８およびスイッチング素子９はいずれもオ
フされ、次回の点灯に備えることができる。

【００２２】なお、本実施例においては主電極の側部に
設けたバイパス電極は各１個としたが、複数個用意して
もよい。また、本実施例においては主電極の側部に設け
たバイパス電極は棒状の構造としたが、リング状のもの
を主電極上面に支持する構成も考えられる。さらに、本
実施例においては制御手段を二台用いたが、一台で構成
してもよい。

【００２３】また、本実施例においては、制御手段６及
び制御手段７はランプ電圧を検知する方法を用いたが、
ランプ点灯特性が限定されている場合には、数秒後にオ
ン、数時間後にオフというように時間で制御を行なう方
法でもよい。

【００２４】（実施例２）本発明のメタルハライドラン
プの実施例２の主要構成を図３に示す。本実施例は、主
電極およびバイパス電極の構造が異なるのみで、その他
は実施例１と全く同様で、かつ対向する主電極およびバ
イパス電極の構造も全く同様であるため、その他の詳細
な説明は省略する。図３は対向する片側一方の主電極お
よびバイパス電極の構造のみを示す図である。

【００２５】図３に示すように、主電極１０およびバイ
パス電極１１は同心構造とし、主電極１０とバイパス電
極１１との間に絶縁材料１２が挿入されている。主電極
１０とバイパス電極１１が近接していることにより、バ
イパス電極が非導通時に放電電極となることを阻止する
ために絶縁材料１２を利用している。主電極は交流電源
に接続され、バイパス電極はスイッチング素子を介して
主電極に接続されるのは図１と同様である。

【００２６】なお、本実施例においては主電極＋絶縁材
料＋バイパス電極の三層構造を示したが、層数は三層に
限定するものではない。また、本実施例においては同心
構造を示したが、主電極とバイパス電極との間に絶縁材
料が挿入されているならば、同心である必要はない。

【００２７】（実施例３）本発明のメタルハライドラン
プの実施例３の構成を図４に示す。図４に示すように、
交流電源１にランプ内に封止された主電極２と主電極３
が接続されている。主電極２の側部にはバイパス電極４
が、主電極３の側部には補助電極１３が併せて封止され
ている。バイパス電極４はスイッチング素子８を介して
主電極２に、補助電極１３はスイッチング素子９を介し
て主電極３に接続される。スイッチング素子８は制御手
段６から発せられる信号によって、スイッチング素子９
は制御手段７から発せられる信号によって所定のタイミ
ング期間だけオンされる。本実施例では主電極３側が接
地されている。

【００２８】補助電極１３は高抵抗１６、スイッチング
素子１４を介して主電極２と接続される。スイッチング
素子１４は制御手段１５から発せられる信号によってオ
ンオフされる。制御手段１５はランプ電流を検知してお
り、所定のランプ電流以上の場合にスイッチング素子１
４をオフ、所定のランプ電流以下の場合にスイッチング
素子１４をオンするようにしておく。

【００２９】ランプ始動時は始動を円滑に行なうために
補助電極１３が用いられる。ランプ始動時はランプ電流
が流れていないので、スイッチング素子１４はオンとな
っている。交流電源１から供給される電力が主電極３と
補助電極１３との間に印加され、放電が開始する。ラン
プ始動直後の過大ランプ電流を制御手段１５が検知し
て、スイッチング素子１４をオフとする。

【００３０】ランプ始動直後は、スイッチング素子８お
よびスイッチング素子９は制御手段６および制御手段７
から発せられる信号によってオフされている。制御手段
６および制御手段７はランプ電圧を検知でき、制御手段
６によって所定のランプ電圧以上の場合にスイッチング
素子８がオン、制御手段７によって所定のランプ電圧以
下の場合はスイッチング素子９がオンとなるようにして
おく。

【００３１】制御手段１５によってスイッチング素子１
４をオフとした後、制御手段６および制御手段７による
ランプ電圧の検知を開始するように、制御手段１５から
制御手段６および制御手段７に信号を発する。こうする
ことにより、始動時には補助電極としての役割であった
補助電極１３がバイパス電極として転用可能となる。ラ
ンプ電圧は、始動後安定点灯状態に至るまでは徐々に上
昇する。

【００３２】制御手段６はランプ電圧が所定の値以上に
なるとスイッチング素子８をオンする。制御手段６が検
知するランプ電圧が正のときは、主電極２が陽極サイク
ル時である。主電極２が陽極サイクル内の、ランプ電圧
が所定の値以上の時間内においてバイパス電極４を主電
極２とショートさせるということである。こうすること
により主電極２に流入する電子を主電極２とバイパス電
極４とに分散することができ、電子が流入する陽極表面
積が大きくなり、電流密度が減少し、陽極温度の上昇が
抑制される。ランプ電圧が所定の値以下になるとスイッ
チング素子８はオフされる。したがってランプ電圧が
負、すなわち陰極サイクル時にはスイッチング素子８は
オフのままで、放電は主電極２のみで維持される。

【００３３】制御手段７はランプ電圧が所定の値以下に
なるとスイッチング素子９をオンする。制御手段７が検
知するランプ電圧が負のときは、主電極３が陽極サイク
ル時である。主電極３が陽極サイクル内の、ランプ電圧
が所定の値以下の時間内において補助電極１３を主電極
３とショートさせるさせるということである。こうする
ことにより主電極３に流入する電子を主電極３と補助電
極１３とに分散することができ、電子が流入する陽極表
面積が大きくなり、電流密度が減少し、陽極温度の上昇
が抑制される。ランプ電圧が所定の値以上になるとスイ
ッチング素子９はオフされる。したがってランプ電圧が
正、すなわち陰極サイクル時にはスイッチング素子９は
オフのままであり、放電は主電極３のみで維持される。
制御手段６および制御手段７による制御をランプ点灯
中、継続させる。

【００３４】ランプ消灯時はランプ電圧が減少し、制御
手段６および制御手段７がランプ電圧を検知すること
で、スイッチング素子８およびスイッチング素子９はい
ずれもオフされ、またランプ電流がないことを制御手段
１５が検知しスイッチング素子１４をオンとするため、
次回の点灯に備えることができる。

【００３５】なお、本実施例においては主電極の側部に
設けた補助電極およびバイパス電極は各１個としたが、
複数個用意してもよい。また、本実施例においては主電
極の側部に設けた補助電極およびバイパス電極は棒状の
構造としたが、リング状のものを主電極上面に支持する
構成も考えられる。さらに、本実施例においては制御手
段を三台用いたが、一台で構成してもよい。

【００３６】また本実施例においては、制御手段６およ
び制御手段７はランプ電圧を、制御手段１５はランプ電
流を検知する方法を用いたが、ランプ点灯特性が限定さ
れている場合には、数秒後にオン、数時間後にオフとい
うように時間で制御を行なう方法でもよい。

【００３７】尚、各実施例においては交流点灯を前提に
説明したが、ランプ点灯中、陽極となる側のバイパス電
極あるいは補助電極を、常時側部の主電極とショートさ
せておくことにより、直流点灯への適用も可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明では、メタルハライ
ドランプの交流点灯中の、陽極サイクル時の陽極温度の
上昇を抑制する電極構成により、電極先端部が高温にな
ることによって電極材料の溶融・蒸発が抑制できる。こ
の電極材料の溶融抑制により、電極変形が抑制される。
電極変形は電極表面上に凹凸を生じさせる。この場合凸
部に輝点が形成され易く、輝点が複数の凸部を移動し光
特性におけるちらつきが発生する。本発明によって電極
変形が抑制されればちらつきが低減される。

【００３９】電極材料の蒸発抑制により、電極管距離の
変化が抑制される。電極材料が蒸発すれば電極管距離は
長くなる。電極管距離はランプ電圧に影響をおよぼし、
長くなればランプ電圧は上昇する。本発明によって電極
管距離の変化が抑制されればランプ電圧の上昇は低減さ
れ、点灯回路設計においてランプ電圧許容値を広くとる
必要がなくなり有利になる。

【００４０】また電極材料の蒸発抑制は、発光管内壁の
黒化現象を抑制する。黒化は光束低下の主原因の一つで
あるが、本発明によって黒化現象が抑制されれば、光束
維持率の増加が期待され、ひいてはランプの長寿命化に
つながる。

【００４１】さらに本発明におけるバイパス電極の役割
は電極への流入電子の一部を捕捉し電極温度の上昇を抑
制する、いいかえれば一般に使用されているコイル電極
のコイルの放熱作用の代替ともいえる。本発明によって
一般に使用されているコイル電極のコイルレス化も可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるメタルハライド
ランプの構成図

【図２】本発明の第１の実施例における検知するランプ
電圧に対しての、スイッチング素子のオンするタイミン
グの様子を表わす図

【図３】本発明の第２の実施例におけるメタルハライド
ランプの構成図

【図４】本発明の第３の実施例におけるメタルハライド
ランプの構成図

【図５】従来例のメタルハライドランプの構成図

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 主電極 ３ 主電極 ４ バイパス電極 ５ バイパス電極 ６ 制御手段 ７ 制御手段 ８ スイッチング素子 ９ スイッチング素子 １０ 主電極 １１ バイパス電極 １２ 絶縁材料 １３ 補助電極 １４ スイッチング素子 １５ 制御手段 １６ 高抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−160755（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/56

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２つ以上の主電極と、前記各主
   電極の側部に設けた少なくとも２つ以上のバイパス電極
   と、前記バイパス電極を導通させるタイミングを制御す
   る制御手段を備えたメタルハライドランプにおいて、放
   電管内に存在する前記主電極と前記バイパス電極との間
   に絶縁材料を挿入したことを特徴とするメタルハライド
   ランプ。