JP4433251B2 - 交流点灯用メタルハライドランプおよび照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる垂直点灯される交流点灯用メタルハライドランプおよび照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプは、高効率、高演色であるなどの特長を備えていることから店舗照明、道路照明などの一般照明用などに広く普及している。しかし、近年の省エネルギー指向の観点から、さらなる高効率、長寿命のものが要求されている。
【０００３】
ところで、メタルハライドランプの効率を上げるためには、発光管の温度を上げることが有効である。これは、メタルハライドランプの中に封入された水銀およびハロゲン化金属の蒸発を促進し、発光に寄与させるためである。
【０００４】
しかし、発光管の温度を上げることによって、発光管に封止されている電極の温度もまた上昇する。このため電極材料が飛散して、発光管に付着し早期黒化の原因となっていた。
【０００５】
そのため、特開平５−２８３０３９号公報には、電極の少なくとも先端部を二次再結晶させて早期黒化を抑制し、光束維持率を改善しようとする金属蒸気放電灯（従来例１）が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メタルハライドランプを垂直点灯する場合、上側に位置する電極の温度が放電空間内の対流によって上昇し、このため特に上側に位置する電極物質が飛散し、特に発光管の上側に位置する範囲での黒化が発生するなどの不具合が発生する。
【０００７】
また、このような電極温度の上昇による電極材料の飛散を抑制するため、比較的電極物質の飛散が少ないドープトタングステンを用いることもできる。しかし、発光管の下側に位置する電極は上側に位置する電極と比較して、発光管内部に封入されているガスの対流によって温度が上昇することが少ないため、下側電極に電子放射性が比較的良好ではないドープトタングステンからなる電極を用いた場合には、熱電子の放射が悪化し高圧放電ランプが立消え、放電アークのちらつきを起こすなどの不具合が発生する。
【０００８】
本発明は、このような早期黒化の問題と立消えの問題を解決するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の交流点灯用メタルハライドランプは、電子放射性物質を含む高融点金属にて形成された第１の電極と；点灯時に第１の電極の上側に位置され、電子放射性物質を含まない高融点金属にて形成された第２の電極と；第１の電極および第２の電極がそれぞれ気密に封止され内部に少なくともハロゲン化金属および希ガスが封入された透光性放電容器と；を具備している。
【００１０】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１１】
電子放射性物質は、電子放射の容易である性質を有するもので例えば、トリウム、セリウム、ランタン、イットリウムなどの酸化物を許容する。高融点金属は、例えばタングステン、レニウムなどを許容する。電子放射性物質を含む高融点金属は、高融点金属に例えば０．３％から５％程度の電子放射性物質を混入させ焼結するなどして形成されたものである。
【００１２】
電子放射性を含まない高融点金属は、上記のように純粋なタングステン、レニウムなどを許容するが、高温での強度をさらに高めるために、アルミニウム、シリコン、カリウムなどのドープ剤を添加したドープトタングステンなどを用いることもできる。
【００１３】
ハロゲン化金属は、スカンジウムなどの希土類金属およびナトリウムなどのアルカリ金属の沃化物および臭化物を許容し、希ガスは、アルゴンガス、キセノンガスを許容する。他に所望により水銀などの金属、他のハロゲン化金属を封入することもできる。
【００１４】
透光性放電容器は、その材質としては、石英ガラスなどの硬質ガラス、透光性セラミックなどを許容する。
【００１５】
請求項１の発明によれば、交流点灯用メタルハライドランプは点灯時に下側に位置する電極に電子放射性物質を含む高融点金属を用いている。このような材質の電極を用いることによって、相対的に温度が低くても安定的に電子放射を行うことができる。相対的に温度が低くなっているため、電極材料の飛散が少なく、黒化が生じる虞が少ない。
【００１６】
また、上側に位置する電極には電子放射性物質を含まない高融点金属を用いている。このような材質の電極を用いることによって、高温にさらされても比較的電極材料が飛散することが低減される。このとき、上側に位置する電極は高温状態にあるため熱電子の放射が容易であり、安定的に電子放射を行うことができるので立消えなどが生じる虞は少ない。
【００１７】
これらの作用によって、高温にさらされる上側の電極の電極材料の飛散を低減させ、早期黒化を抑制するとともに、比較的低温となる下側の電極からの熱電子の放射を安定的にでき、立消え、ちらつきなどを抑制する交流点灯用メタルハライドランプを提供することができる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１記載の交流点灯用メタルハライドランプであって、第１の電極は電子放射性物質を含む高融点金属にて形成される軸部および電子放射性物質を含まない高融点金属からなるコイル部を有し、第２の電極は電子放射性物質を含まない高融点金属にて形成される軸部およびコイル部を有している。
【００１９】
請求項２の発明によれば、コイル部を有していることで電極の温度を低減させる作用があり、さらに早期黒化を抑制することができる。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項２記載の交流点灯用メタルハライドランプであって、第２の電極の軸部の直径は第１の電極の軸部の直径よりも大である。
【００２１】
請求項３の発明によれば、点灯時に上側に位置する電極の軸の直径を大きくすることにより、高温にさらされる上側の電極温度低減がなされ、電極材料の飛散をさらに抑制することができる。また、下側に位置する電極は温度が低減し過ぎないために、一定以上の温度が確保でき安定的に熱電子の放射を行うことができ立消えなどを低減することができる。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の交流点灯用メタルハライドランプであって、第２の電極は、第１の電極よりも熱伝導性が大きいことを特徴とする。
【００２３】
熱伝導性を大きくするとは、電極の先端部の温度が低減できるように電極を形成することである。その手段は、例えば電極の大きさを大きくする、電極が軸部およびコイル部で構成されるときには、コイルのターン数を増やす、軸部の先端からコイル部までの距離（電極先端距離）を短くするなどによって、電極の先端部の温度を低減させる方法などを用い得る。
【００２４】
請求項４の発明によれば、点灯時に上側に位置する電極の熱伝導性を大きくすることにより、高温にさらされる上側電極の特に、電極軸の先端部の温度低減がなされ電極材料の飛散をさらに低減することができ早期黒化を抑制できる。また、下側に位置する電極の熱伝導性を小さくすることによって、下側電極の過度の温度低減を抑えることができ、一定以上の温度を確保して安定的に熱電子の放射を行うことができるため立消えなどを抑制することができる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の交流点灯用メタルハライドランプであって透光性放電容器の第２の電極が封止された封止部は、第１の電極が封止された封止部よりも熱伝導性が大きいことを特徴とする。
【００２６】
封止部の熱伝導を大きくする手段としては、封止部の大きさを大きく形成する、封止部の形状を上側は円状に形成し、下側はＶ字に形成する、または、封止部の下側にアルミナなどの保温膜を塗布し保温性を向上することで下側の封止部の熱伝導性を小さくするなどの方法を用い得る。
【００２７】
請求項５の発明によれば、封止部の熱伝導性を上側が大きく、下側を小さく形成することによって、上側封止部の放熱性を上げ、電極の先端部の温度をさらに低減させることができ、また、下側封止部の温度低減を緩和することによって、下側の電極の温度を所要の温度に保つことが可能となり、早期黒化を低減し、立消えも低減できる交流点灯用メタルハライドランプを提供できる。
【００２８】
請求項６の発明の照明装置は、照明装置本体と；請求項１から５のいずれか一記載の交流点灯用メタルハライドランプと；交流点灯用メタルハライドランプを安定的に点灯させる高圧水銀灯適合安定器と；を具備している。
【００２９】
本発明において、照明装置とはメタルハライドランプの発光を利用するあらゆる装置を含む概念である。たとえば、屋内用照明器具、屋外用照明器具そのほか、画像投射装置、光化学装置などに用いることができる。
【００３０】
また、高圧水銀灯適合安定器は、入力電圧が商用電源の１００Ｖまたは２００Ｖで、二次電圧が定格２００Ｖから２２０Ｖであり、交流電源およびメタルハライドランプの間に介在して、メタルハライドランプに定格電圧を印加し、安定的に点灯を行うものである。
【００３１】
請求項６の発明によれば、高効率、高寿命の交流点灯用メタルハライドランプを安価で汎用的に利用されている高圧水銀灯用安定器にて点灯できる照明装置を提供できるため、トータルコストを低減することができる。
【００３２】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態を図１を参照を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の交流点灯用メタルハライドランプの一実施形態の正面図、図２は、同じく交流点灯用メタルハライドランプの発光管の拡大断面図、図３は、同じく交流点灯用メタルハライドランプの電極概略を拡大して示す断面図である。
【００３４】
本実施形態は、定格電力２５０Ｗタイプの交流点灯用メタルハライドランプであり、口金を上側に垂直点灯を行うタイプのものである。
【００３５】
図１において、１は発光管、２は外管、３は口金、４は下部支持体、５は上部支持体、６はパルス発生器である。
【００３６】
発光管１は、石英ガラスからなる透光性放電容器１ａ、第２の電極７ａ、第１の電極７ｂがそれぞれ１対の封止部１ｂ１、１ｂ２で封止されて構成されている。なお、１ｃは発光管の排気チップ部、１ｄは補助電極をしめす。
【００３７】
第２の電極７ａは、点灯時に第１の電極７ｂの上側になるように配置されており、本実施形態では、口金に近い封止部１ｂ１に第２の電極７ａが、対向する位置にある封止部１ｂ２に第１の電極７ｂがそれぞれ、モリブデン箔１ｅ１、１ｅ２、導入線１ｆ１、１ｆ２を備えて封止されている。また、補助電極１ｄは、第２の電極７ａの近傍にモリブデン箔１ｅ３、導入線１ｆ３を備えて封止されている。また、封止部１ｂ２には保温膜１ｇが塗布されている。
【００３８】
透光性放電容器１ａ内部には、放電媒体として水銀、希ガスおよびハロゲン化金属が所定量封入されて、外部と気密性を保っている。
【００３９】
外管２は、硬質ガラスからなり一対の導入線２ａ１、２ａ２を気密に導入しており、内部には、不活性ガスである窒素が封入されている。また、外管２はフッ素樹脂２ｂでコーティングされており、万一の落下に備えて外管２の飛散を抑制する。
【００４０】
口金３は、Ｅ３９型口金であり、外管２に固着され一対の導入線２ａ１、２ａ２が接続され、内部の発光管１およびパルス発生器６に通電を行う役割を担っている。
【００４１】
上部支持体４は、発光管１の上部を支持するとともに第２の電極７ａを電気的に接続するもので、枠形導体４ａおよび金属バンド４ｂを備えている。枠形導体４ａは導入線２ａ１と発光管１の上部導入線１ｆ１を接続している。金属バンド４ｂは、封止部１ｂ１を抱持することにより、発光管１の上側を支持するように枠形導体４ａに溶接されている。
【００４２】
下部支持体５は、発光管１の下部を支持するとともに第１の電極７ｂを電気的に接続するもので、枠形導体５ａ、金属バンド５ｂおよびスプリング片５ｃを備えている。枠形導体５ａは導入線２ａ２を接続導体５ｅを介して、発光管１の下部導入線１ｆ２と接続している。金属バンド５ｂは、封止部１ｂ２を抱持することにより、発光管１の下側を支持するように枠形導体５ａに溶接されている。スプリング片５ｃは、枠形導体５ａに溶接され、先端が外管２の頂部内面に対して弾力的に当接して下部支持体５を外管２内の所定の位置に保持する。また、枠形導体５ａにはゲッター５ｄが接続されており寿命中に発生する不純ガスの吸着に利用している。
【００４３】
パルス発生器６は、熱応動スイッチ６ａ、点灯管６ｂおよび加熱抵抗６ｃを直列に備え、安定器と協働して高電圧パルスを発生させて発光管１の始動を行う。また、補助電極１ｄには、限流抵抗６ｄが接続されて始動の補助を行っている。
【００４４】
第２の電極７ａ、第１の電極７ｂの概略は、図３に示すように電極軸部７１ａ（ｂ）、およびコイル部７２ａ（ｂ）から構成されている。第２の電極７ａの電極軸部７１ａ、コイル部７２ａおよび第１の電極７ｂのコイル部７２ｂは、ドープトタングステンを用いている。ドープトタングステンは、タングステンに微量のアルミニウム、ケイ素およびカリウムなどを添加したもので、再結晶温度が高くなりノンザグ性にすぐれた効果を持つものである。また、第１の電極７ｂの電極軸部７１ｂはトリエーテッドタングステンを用いている。ここでのトリエーテッドタングステンは、タングステンに電子放射性物質である酸化トリウムを１．７％含有したもので、熱電子の放射性に優れたものである。
【００４５】
第２の電極７ａおよび第１の電極７ｂの各コイル部７２ａ、７２ｂには、エミッタ剤が混入され発光管の始動性を向上させている。
【００４６】
図３にしめす各電極の寸法は次のとおり。なお、電極の全長は、それぞれ１２ｍｍ一定とし、電極の寸法以外の電極材質、発光管形状などは、全て同一とした。
【００４７】
（実施例１）は、第２の電極７ａと第１の電極７ｂは同一寸法である。なお、電極の材質は上記実施形態と同一仕様である。
第２の電極７ａおよび第１の電極７ｂ：
電極軸径（ａ）０．６ｍｍ、コイル線径（ｂ）０．４ｍｍ、コイル部長（ｃ）３．２ｍｍ、電極先端距離（ｄ）２．０ｍｍ
【００４８】
（実施例２）は、第２の電極７ａは、第１の電極７ｂの電極より熱伝導性を大きくするため、第２の電極７ａは第１の電極７ｂよりも大きな形状としている。なお、電極の材質は上記実施形態と同一仕様である。
第２の電極７ａ：
電極軸径（ａ）０．７ｍｍ、コイル線径（ｂ）０．５ｍｍ、コイル部長（ｃ）４．０ｍｍ、電極先端距離（ｄ）２．０ｍｍ
第１の電極７ｂ：
電極軸径（ａ）０．６ｍｍ、コイル線径（ｂ）０．４ｍｍ、コイル部長（ｃ）３．２ｍｍ、電極先端距離（ｄ）２．０ｍｍ
【００４９】
（実施例３）は、第２の電極７ａは、第１の電極７ｂの電極より熱伝導性を実施例２と比較してさらに大きくするため、第２の電極７ａは電極先端距離（ｄ）を短く形成している。これは、電極先端距離（ｄ）を短く形成することによって電極先端部とコイル部の距離を近づけることになり、コイルの放熱効果によって電極先端の温度を低減させるものである。なお、電極の材質は上記実施形態と同一仕様である。
第２の電極７ａ：
電極軸径（ａ）０．７ｍｍ、コイル線径（ｂ）０．５ｍｍ、コイル部長（ｃ）４．０ｍｍ、電極先端距離（ｄ）１．０ｍｍ
第１の電極７ｂ：
電極軸径（ａ）０．６ｍｍ、コイル線径（ｂ）０．４ｍｍ、コイル部長（ｃ）３．２ｍｍ、電極先端距離（ｄ）２．０ｍｍ
【００５０】
図４は、本発明の光束維持率特性を比較例のそれと対比して示したグラフである。
【００５１】
なお、比較例１は上下の電極ともに電極軸の材質にトリエーテッドタングステンを用い、コイル部は、ドープトタングステンを用いている。比較例１の電極の寸法は、実施例１の電極の寸法と同一である。
【００５２】
図４において、横軸は点灯時間（ｈ）を、縦軸は光束維持率（％）をそれぞれ示す。曲線Ｂは実施例１、曲線Ａは実施例２、曲線Ａ’は実施例３、曲線Ｃは比較例１を示す。
【００５３】
図４より、実施例１（曲線Ｂ）にあるように第２の電極軸にドープトタングステン、第１の電極軸にトリエーテッドタングステンを用いることによって、比較例１（曲線Ｃ）に対して上下の電極の電極軸をともにトリエーテッドタングステンを用いた場合よりも光束維持率特性を向上することができる。また、実施例２（曲線Ａ）にあるように第２の電極の大きさを大きく形成することによって、さらに光束維持率特性が向上する。実施例３（曲線Ａ’）にあるように第２の電極の電極先端距離を短く形成することによって、さらに光束維持率特性が向上する。
【００５４】
これは、高温になりやすい上側に位置する電極の電極先端の温度が低減できたことによって、電極材料の飛散が抑制でき、ランプの黒化などを低減できたためである。
【００５５】
また、図５は寿命初期でのランプの立消え特性を比較例のそれと対比して示したグラフである。
【００５６】
立消え電圧とは、ランプを定格の電源電圧にて点灯を行い、安定点灯状態において、電源電圧を単位時間（１秒）あたり６Ｖ毎低減させていき、ランプが消灯する電源電圧を測定したものである。この立消え電圧が上昇すると電源電圧が正常であっても消灯してしまうという不具合となる。
【００５７】
図５において横軸はランプ電圧（Ｖ）を縦軸は立消え電圧（Ｖ）をそれぞれ示す。直線Ｅは実施例１、実施例２、実施例３および比較例１、直線Ｄは、比較例２を示す。
【００５８】
なお、比較例２は上下の電極ともに電極軸およびコイル部の材質にドープトタングステンを用いている。比較例２の電極の寸法は、実施例１の電極の寸法と同一である。
【００５９】
図５より、実施例１、実施例２および実施例３（曲線Ｅ）にあるように第1の電極軸にドープトタングステン、第２の電極軸にトリエーテッドタングステンを用いることによって、比較例２（曲線Ｄ）にあるように上下の電極の電極軸にドープトタングステンを用いた場合よりも立消え電圧を低下させることができる。初期での立消え電圧を低下させることによって、寿命中のランプ電圧の上昇による立消えを抑制する効果を得ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、交流点灯用メタルハライドランプは点灯時に下側に位置する電極に電子放射性物質を含む高融点金属を用いている。このような材質の電極を用いることによって、温度が低くなっても安定的に電子放射をすることができる。また、上側に位置する電極には電子放射性物質を含まない高融点金属を用いている。このような材質の電極を用いることによって、高温にさらされても比較的電極材料が飛散することを低減できる。これらによって、高温にさらされる上側の電極の電極材料の飛散を低減させ比較的低温となる下側の電極からの電子放射を安定的にでき、早期黒化を抑制するとともに立消えなどを抑制した、交流点灯用メタルハライドランプを提供することができる。
【００６１】
請求項２の発明によれば、コイル部を備えることで電極の温度を低減させる作用があり、さらに早期黒化を抑制することができる。
【００６２】
請求項３の発明によれば、点灯時に上側に位置する電極の軸の直径を大きくすることにより、高温にさらされる上側の電極温度低減がなされ、電極材料の飛散をさらに抑制することができ、下側に位置する電極の過度の温度低減を抑えることもでき、安定的に電子放射を行うことができ立消えなどを低減することができる。
【００６３】
請求項４の発明によれば、点灯時に上側に位置する電極の軸の直径を大きくすることにより、高温にさらされる上側の電極温度低減がなされ、電極材料の飛散をさらに抑制することができ、下側に位置する電極の温度低減を抑えることもでき、安定的に電子放射を行うことができ立消えなどを低減することができる。
【００６４】
請求項５の発明によれば、封止部の熱伝導性を上側が大きく、下側を小さく形成することによって、封止部の上側の放熱性を上げ、電極の先端部の温度をさらに低減させることができ、封止部下側の温度を所要に保つことが可能となり、さらに早期黒化および立消えを抑制できる。
【００６５】
請求項６の発明によれば、高効率、高寿命の交流点灯用メタルハライドランプを安価で汎用的に利用されている高圧水銀灯用安定器にて点灯できる照明装置を提供できるため、トータルコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す交流点灯用メタルハライドランプの正面図
【図２】同じく交流点灯用メタルハライドランプの発光管の拡大断面図。
【図３】同じく交流点灯用メタルハライドランプの電極の断面図。
【図４】同じく交流点灯用メタルハライドランプの光束維持率特性を示すグラフ
【図５】同じく交流点灯用メタルハライドランプの立消え特性を示すグラフ
【符号の説明】
１…発光管
２…外管
３…口金
６…パルス発生器
７ａ…第２の電極
７ｂ…第１の電極

Claims (6)

1. 電子放射性物質を含む高融点金属にて形成された第１の電極と；点灯時に第１の電極の上側に位置され、電子放射性物質を含まない高融点金属にて形成された第２の電極と；
   第１の電極および第２の電極がそれぞれ気密に封止され内部に少なくともハロゲン化金属および希ガスが封入された透光性放電容器と；
   を具備していることを特徴とする交流点灯用メタルハライドランプ。
2. 第１の電極は電子放射性物質を含む高融点金属にて形成される軸部および電子放射性物質を含まない高融点金属からなるコイル部を有し、第２の電極は電子放射性物質を含まない高融点金属にて形成される軸部およびコイル部を有していることを特徴とする請求項１に記載の交流点灯用メタルハライドランプ。
3. 第２の電極の軸部の直径は第１の電極の軸部の直径よりも大であることを特徴とする請求項２に記載の交流点灯用メタルハライドランプ。
4. 第２の電極は、第１の電極よりも熱伝導性が大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の交流点灯用メタルハライドランプ。
5. 透光性放電容器の第２の電極が封止された封止部は、第１の電極が封止された封止部よりも熱伝導性が大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の交流点灯用メタルハライドランプ。
6. 照明装置本体と；
   請求項１から５のいずれか一記載の交流点灯用メタルハライドランプと；
   交流点灯用メタルハライドランプを安定的に点灯させる高圧水銀灯適合安定器と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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