JPH0121586B2 - - Google Patents
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- JPH0121586B2 JPH0121586B2 JP54167764A JP16776479A JPH0121586B2 JP H0121586 B2 JPH0121586 B2 JP H0121586B2 JP 54167764 A JP54167764 A JP 54167764A JP 16776479 A JP16776479 A JP 16776479A JP H0121586 B2 JPH0121586 B2 JP H0121586B2
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- lamp
- gas
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- segregation
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
- H01J61/02—Details
- H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
- H01J61/16—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having helium, argon, neon, krypton, or xenon as the principle constituent
Landscapes
- Discharge Lamp (AREA)
Description
本発明は、効率をなお一層向上化させることが
できるようにしたメタルハライドランプに関す
る。 メタルハライドランプは、一般に高能率で演色
性に勝れたランプであり、それ故に広く実用に供
されている。このメタルハライドランプは、電極
を備えた透光性発光管内に水銀と、ハロゲン化金
属と、希ガスとを封入して構成されている。そし
て、封入するハロゲン化金属としては、希土類金
属、ナトリウム、リチウム、セシウム、スカンジ
ウム、スズ、鉛、タリウム、インジウム、カルシ
ウム、アルミニウムなどのハロゲン化物が知られ
ている。また、封入する希ガスとしては、一般に
アルゴンガスが用いられ、20Torr前後の圧力に
封入されている。特殊なものとして、高圧水銀灯
用安定器でも点灯可能にするためアルゴンガスを
１％前後含んだネオンガスを50Torr程度封入し
たものもある。 ところで、このようなメタルハライドランプに
あつて、省エネルギーの面からさらに高能率化す
ることが望まれている。この要望を満す手段とし
て封入するハロゲン化物の組合せ、封入量等を選
択することも重要であるが、“Segregation”と
呼ばれている現象を緩和させることも重要であ
る。 “Segregation”とは、たとえば第１図に示す
ように外管１、発光管２、電極３およびその他必
要要素からなるメタルハライドランプＨを上記発
光管２の軸心線が重力方向と平行するように配置
して点灯させたとき、発光管２内の上部ａ点と下
部ｂ点とでハロゲン化金属の濃度が相違し、上記
程濃度が低くなる現象を云う。この現象が起こる
と、上部では金属発光強度が小さくなり、代つて
水銀発光強度が大きくなつて、上部と下部との色
が相違する。そして、上部での金属発光の不足に
よつてエネルギ損失が生じ、効率が低下する。し
たがつて、効率を向上させるためには
“Segregation”を緩和させることが必要条件と
なる。特に、このような現象がよく生じ、しかも
比較的効率のよいハロゲン化金属として、CeI3、
PrI3、TmI3、DyI3などの希土類金属ハロゲン化
物、NaIのようなハロゲン化ナトリウム、ScI3の
ようなハロゲン化スカンジウムを封入したメタル
ハライドランプにおいて、何らかの手段で
“Segregation”を緩和できれば、大幅な効率向
上化が期待できる。 このように効率低下を招く“Segregation”
は、一般に発光管内の下から上への対流速度と、
管径方向への流れとのかね合いによつて生じると
云われている。そこで、このような観点から、封
入水銀量を増加させて対流速度を増加させ、これ
によつて“Segregation”を緩和させるようにし
たものが考えられている。 しかしながら、封入水銀量を増加させると、定
常点灯時におけるランプ電圧が適正ランプ電圧よ
り大幅に上昇し、その点灯には専用安定器が必要
となる。最近の傾向として、高圧水銀灯と互換可
能なメタルハライドランプの出現が望まれている
ことからして封入水銀量を増加させることは時代
の要請に逆行することになり好ましいことではな
い。 本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところはランプ電圧の上昇
を招くことなしに“Segregation”を緩和でき、
もつて効率を大幅に向上させることができるとと
もに高圧水銀灯との互換も可能化できるメタルハ
ライドランプを提供することにある。 発明者らは、上記目的を達成するために発光管
内の流体力学的考察を行なうとともに実験的考察
を行なつた結果、発光管内の流体速度υと希ガス
封入圧（25℃における）Ｐと、希ガス原子量Ａ
と、発光管容積１c.c.当り中の希ガス重量ｗとの間
に(1)式に示す関係が存在していることを確認した υ∝AP∝ｗ ……(1) この(1)式から判るように発光管内の対流速度υ
は、発光管容積１c.c.当りの封入希ガス重量ｗに比
例する。したがつて、ｗを大きくすればυが大き
くなり、このυの増加によつて“Segregation”
を緩和できることになる。 本発明においては、発光管容積１c.c.当りの封入
希ガス重量ｗ（mg／c.c.）を増加することにより
“Segregation”を緩和するものである。 ところで、“Segregation”は、発光管形状に
よつて左右される。すなわち、電極間隔Ｌが大き
い程“Segregation”が起こり易く、したがつて
希ガス封入量を増加させることによる効率の向上
が顕著に表われるものです。一方、電極間隔Ｌが
一定の場合は発光管の内径Ｄが大きい程対流速度
が大きくなり、したがつて、希ガス封入量の増加
分が少なくても効率の向上が顕著に表われます。
また、Ｌが大きい場合、対流速度を増加させると
アークゆれが生じ、Ｌが小さすぎると
“Segregation”はほとんど起らず、希ガス封入
量を増加させたことによる効果はほとんどないも
のです。したがつて、希ガス封入量を増加させた
ことによる効果が期待できるＬ，Ｄの範囲が自ず
と存在することになります。このことは、Ｌ、Ｄ
が決まると、好適な希ガス封入量の範囲が存在す
るはずです。 一般に照明ランプとして用いる場合には適当な
最冷部温度を得るためにＤの範囲が決まり、メタ
ルハライドランプでは管壁負荷が12〜20W／cm2の
範囲で、25≦Ｌ（mm）≦100、13≦Ｄ（mm）≦30であ
る。 本発明においてはこのような条件のもとで、効
率の向上が期待できる希ガス封入量を設定したも
のである。 以下、実験例をもとにして本発明ランプの諸要
件について説明する。 実験例 １ 内径Ｄ＝25mm、電極間隔Ｌ＝100mmでトリウム
タングステン電極を備えた石英製発光管を20本用
意し、これら発光管内にNaIを50mg、ScI3を10
mg、Hgを67mg共通に封入するとともに希ガスと
してArガスをそれぞれ種々の圧力（25℃におけ
る）封入して入力1kWで点灯させてみた。その
ときの試験結果を表１に示す。 表１から判るように、従来用いられている
Ar25Torr封入のランプ（No.４）に対し５％以上
の効率向上を示すものは、Arガスでは100Torr
以上封入したもの、Krガスでは50Torr以上封入
したもの、Xeガスでは30Torr以上封入したもの
であり、重いガス程有効封入圧の下限が下つてい
る。
できるようにしたメタルハライドランプに関す
る。 メタルハライドランプは、一般に高能率で演色
性に勝れたランプであり、それ故に広く実用に供
されている。このメタルハライドランプは、電極
を備えた透光性発光管内に水銀と、ハロゲン化金
属と、希ガスとを封入して構成されている。そし
て、封入するハロゲン化金属としては、希土類金
属、ナトリウム、リチウム、セシウム、スカンジ
ウム、スズ、鉛、タリウム、インジウム、カルシ
ウム、アルミニウムなどのハロゲン化物が知られ
ている。また、封入する希ガスとしては、一般に
アルゴンガスが用いられ、20Torr前後の圧力に
封入されている。特殊なものとして、高圧水銀灯
用安定器でも点灯可能にするためアルゴンガスを
１％前後含んだネオンガスを50Torr程度封入し
たものもある。 ところで、このようなメタルハライドランプに
あつて、省エネルギーの面からさらに高能率化す
ることが望まれている。この要望を満す手段とし
て封入するハロゲン化物の組合せ、封入量等を選
択することも重要であるが、“Segregation”と
呼ばれている現象を緩和させることも重要であ
る。 “Segregation”とは、たとえば第１図に示す
ように外管１、発光管２、電極３およびその他必
要要素からなるメタルハライドランプＨを上記発
光管２の軸心線が重力方向と平行するように配置
して点灯させたとき、発光管２内の上部ａ点と下
部ｂ点とでハロゲン化金属の濃度が相違し、上記
程濃度が低くなる現象を云う。この現象が起こる
と、上部では金属発光強度が小さくなり、代つて
水銀発光強度が大きくなつて、上部と下部との色
が相違する。そして、上部での金属発光の不足に
よつてエネルギ損失が生じ、効率が低下する。し
たがつて、効率を向上させるためには
“Segregation”を緩和させることが必要条件と
なる。特に、このような現象がよく生じ、しかも
比較的効率のよいハロゲン化金属として、CeI3、
PrI3、TmI3、DyI3などの希土類金属ハロゲン化
物、NaIのようなハロゲン化ナトリウム、ScI3の
ようなハロゲン化スカンジウムを封入したメタル
ハライドランプにおいて、何らかの手段で
“Segregation”を緩和できれば、大幅な効率向
上化が期待できる。 このように効率低下を招く“Segregation”
は、一般に発光管内の下から上への対流速度と、
管径方向への流れとのかね合いによつて生じると
云われている。そこで、このような観点から、封
入水銀量を増加させて対流速度を増加させ、これ
によつて“Segregation”を緩和させるようにし
たものが考えられている。 しかしながら、封入水銀量を増加させると、定
常点灯時におけるランプ電圧が適正ランプ電圧よ
り大幅に上昇し、その点灯には専用安定器が必要
となる。最近の傾向として、高圧水銀灯と互換可
能なメタルハライドランプの出現が望まれている
ことからして封入水銀量を増加させることは時代
の要請に逆行することになり好ましいことではな
い。 本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところはランプ電圧の上昇
を招くことなしに“Segregation”を緩和でき、
もつて効率を大幅に向上させることができるとと
もに高圧水銀灯との互換も可能化できるメタルハ
ライドランプを提供することにある。 発明者らは、上記目的を達成するために発光管
内の流体力学的考察を行なうとともに実験的考察
を行なつた結果、発光管内の流体速度υと希ガス
封入圧（25℃における）Ｐと、希ガス原子量Ａ
と、発光管容積１c.c.当り中の希ガス重量ｗとの間
に(1)式に示す関係が存在していることを確認した υ∝AP∝ｗ ……(1) この(1)式から判るように発光管内の対流速度υ
は、発光管容積１c.c.当りの封入希ガス重量ｗに比
例する。したがつて、ｗを大きくすればυが大き
くなり、このυの増加によつて“Segregation”
を緩和できることになる。 本発明においては、発光管容積１c.c.当りの封入
希ガス重量ｗ（mg／c.c.）を増加することにより
“Segregation”を緩和するものである。 ところで、“Segregation”は、発光管形状に
よつて左右される。すなわち、電極間隔Ｌが大き
い程“Segregation”が起こり易く、したがつて
希ガス封入量を増加させることによる効率の向上
が顕著に表われるものです。一方、電極間隔Ｌが
一定の場合は発光管の内径Ｄが大きい程対流速度
が大きくなり、したがつて、希ガス封入量の増加
分が少なくても効率の向上が顕著に表われます。
また、Ｌが大きい場合、対流速度を増加させると
アークゆれが生じ、Ｌが小さすぎると
“Segregation”はほとんど起らず、希ガス封入
量を増加させたことによる効果はほとんどないも
のです。したがつて、希ガス封入量を増加させた
ことによる効果が期待できるＬ，Ｄの範囲が自ず
と存在することになります。このことは、Ｌ、Ｄ
が決まると、好適な希ガス封入量の範囲が存在す
るはずです。 一般に照明ランプとして用いる場合には適当な
最冷部温度を得るためにＤの範囲が決まり、メタ
ルハライドランプでは管壁負荷が12〜20W／cm2の
範囲で、25≦Ｌ（mm）≦100、13≦Ｄ（mm）≦30であ
る。 本発明においてはこのような条件のもとで、効
率の向上が期待できる希ガス封入量を設定したも
のである。 以下、実験例をもとにして本発明ランプの諸要
件について説明する。 実験例 １ 内径Ｄ＝25mm、電極間隔Ｌ＝100mmでトリウム
タングステン電極を備えた石英製発光管を20本用
意し、これら発光管内にNaIを50mg、ScI3を10
mg、Hgを67mg共通に封入するとともに希ガスと
してArガスをそれぞれ種々の圧力（25℃におけ
る）封入して入力1kWで点灯させてみた。その
ときの試験結果を表１に示す。 表１から判るように、従来用いられている
Ar25Torr封入のランプ（No.４）に対し５％以上
の効率向上を示すものは、Arガスでは100Torr
以上封入したもの、Krガスでは50Torr以上封入
したもの、Xeガスでは30Torr以上封入したもの
であり、重いガス程有効封入圧の下限が下つてい
る。
【表】
【表】
上記表１において、希ガスの種類が変ると封入
圧（Torr）の値も変わつているが、１c.c.当りの
希ガス重量で観るとガスの種類に関係なく同一の
臨界値となつていることが判る。 このことから、効率の向上は封入希ガスの発光
管容積１c.c.当りの重量ｗ（mg／c.c.）に関連してお
り、従来のランプより最低５％以上効率を向上さ
せるためには上記実験１のランプの場合は発光管
容積１c.c.当り、0.21mg以上の希ガスを封入するこ
とが必要であると云える。 このように、封入希ガスを増加させると効率が
向上する理由を解明するため、No.４のランプ
（Ar25Torr封入）とNo.19のランプ（Xe200Torr
封入）とを発光管の軸心線が重力方向と平行する
ように、配置して、いわゆる垂直点灯させ、発光
管各部におけるSc、Na、Hg線の輝度分布を測定
してみた。その結果、第２図に示す分布が得られ
た。なお、Sc線では508.5nｍ、Na線では568.8n
ｍ、Hg線では435.8nｍの強度を測定した。そし
て、図において実線はNo.４のランプを示し、破線
はNo.１９のランプを示しており、また縦線は発光
管の上部保温膜より下方への位置を示し、横軸は
それぞれの発光の最高発光強度を100としたとき
のパーセントを示している。 この図から判るように、No.４のランプ（従来の
もの）では、Hg発光が上方で強く、Na発光が上
方より最下部で強く、またSc発光が上方より中
央部で強くなつており、明らかに
“Segregation”が起こつている。これに対し、
No.19のランプ（本発明のもの）では、Sc発光、
Na発光共に発光管の管軸方向に平均化されてお
り、またHg発光も上部側における強度が低下し
ている。このことから、No.19のランプにあつては
希ガスの封入量が多いことが原因して
“Segregation”が大幅に緩和されていることが
判る。 またこの２つのランプの絶対発光エネルギ分布
を測定したところ第３図に示す結果を得た。この
図においても実線はNo.４のランプの場合を示し、
破線はNo.19のランプの場合を示している。この第
３図から明らかなように、No.19のランプにあつて
は、“Segregation”の改善によつて効率のよい
Na，Scの発光が強く行われ効率の低いHgの発光
が弱くなつている。そして、No.４のランプの可視
光エネルギが282Wであるのに対しNo.19のランプ
では314Wに増加し、希ガス封入量の増加によつ
て効率が大幅に向上している。 このような“Segregation”の改善傾向は、同
一の希ガスではガス圧が高い程強く、また、同一
のガス圧では希ガスの原子量に関係し、Xe
（131.3）＞Kr（83.8）＞Ar（39.9）の順に強く表われ
る。この様子を第４図に示す。第４図は封入希ガ
スとしてXeをとりあげ、その封入圧に対するNa
線の輝度分布を示している。この第４図から判る
ようにXe封入圧が増加する程、Na発光強度の均
一性が強まり、封入圧が高くなる程、
“Segregation”が顕著に改善される。そしてこ
の“Segregation”の改善が効率向上に対応して
いる。このような実験結果から、従来のランプに
較べて５％以上効率を上昇させるには、発光管容
積１c.c.当り0.21mg以上の希ガスを封入する必要が
ある。 上述した実験例はNaIを50mg、ScI3を10mg、
Hgを67mg共通に封入した例であるが、これらの
封入量を上記値とは異ならせ、この条件で希ガス
の封入量を変えた場合に効率がどのように変るか
調べてみた。以下、この結果を実験例２として説
明する。 実験例 ２ 内径Ｄ＝18mm，電極間隔Ｌ＝40mmでトリウムタ
ングステン電極を備えた石英製発光管を14本用意
し、これら発光管内にScI3を６mg、NaIを18mg、
Hgを42mg共通に封入するとともに希ガスとして
Arガス、Krガス、Xeガスを種々の圧力（25℃に
おける）封入し、入力400Wで点灯させてみた。
そのときの試験結果を表２に示す。
圧（Torr）の値も変わつているが、１c.c.当りの
希ガス重量で観るとガスの種類に関係なく同一の
臨界値となつていることが判る。 このことから、効率の向上は封入希ガスの発光
管容積１c.c.当りの重量ｗ（mg／c.c.）に関連してお
り、従来のランプより最低５％以上効率を向上さ
せるためには上記実験１のランプの場合は発光管
容積１c.c.当り、0.21mg以上の希ガスを封入するこ
とが必要であると云える。 このように、封入希ガスを増加させると効率が
向上する理由を解明するため、No.４のランプ
（Ar25Torr封入）とNo.19のランプ（Xe200Torr
封入）とを発光管の軸心線が重力方向と平行する
ように、配置して、いわゆる垂直点灯させ、発光
管各部におけるSc、Na、Hg線の輝度分布を測定
してみた。その結果、第２図に示す分布が得られ
た。なお、Sc線では508.5nｍ、Na線では568.8n
ｍ、Hg線では435.8nｍの強度を測定した。そし
て、図において実線はNo.４のランプを示し、破線
はNo.１９のランプを示しており、また縦線は発光
管の上部保温膜より下方への位置を示し、横軸は
それぞれの発光の最高発光強度を100としたとき
のパーセントを示している。 この図から判るように、No.４のランプ（従来の
もの）では、Hg発光が上方で強く、Na発光が上
方より最下部で強く、またSc発光が上方より中
央部で強くなつており、明らかに
“Segregation”が起こつている。これに対し、
No.19のランプ（本発明のもの）では、Sc発光、
Na発光共に発光管の管軸方向に平均化されてお
り、またHg発光も上部側における強度が低下し
ている。このことから、No.19のランプにあつては
希ガスの封入量が多いことが原因して
“Segregation”が大幅に緩和されていることが
判る。 またこの２つのランプの絶対発光エネルギ分布
を測定したところ第３図に示す結果を得た。この
図においても実線はNo.４のランプの場合を示し、
破線はNo.19のランプの場合を示している。この第
３図から明らかなように、No.19のランプにあつて
は、“Segregation”の改善によつて効率のよい
Na，Scの発光が強く行われ効率の低いHgの発光
が弱くなつている。そして、No.４のランプの可視
光エネルギが282Wであるのに対しNo.19のランプ
では314Wに増加し、希ガス封入量の増加によつ
て効率が大幅に向上している。 このような“Segregation”の改善傾向は、同
一の希ガスではガス圧が高い程強く、また、同一
のガス圧では希ガスの原子量に関係し、Xe
（131.3）＞Kr（83.8）＞Ar（39.9）の順に強く表われ
る。この様子を第４図に示す。第４図は封入希ガ
スとしてXeをとりあげ、その封入圧に対するNa
線の輝度分布を示している。この第４図から判る
ようにXe封入圧が増加する程、Na発光強度の均
一性が強まり、封入圧が高くなる程、
“Segregation”が顕著に改善される。そしてこ
の“Segregation”の改善が効率向上に対応して
いる。このような実験結果から、従来のランプに
較べて５％以上効率を上昇させるには、発光管容
積１c.c.当り0.21mg以上の希ガスを封入する必要が
ある。 上述した実験例はNaIを50mg、ScI3を10mg、
Hgを67mg共通に封入した例であるが、これらの
封入量を上記値とは異ならせ、この条件で希ガス
の封入量を変えた場合に効率がどのように変るか
調べてみた。以下、この結果を実験例２として説
明する。 実験例 ２ 内径Ｄ＝18mm，電極間隔Ｌ＝40mmでトリウムタ
ングステン電極を備えた石英製発光管を14本用意
し、これら発光管内にScI3を６mg、NaIを18mg、
Hgを42mg共通に封入するとともに希ガスとして
Arガス、Krガス、Xeガスを種々の圧力（25℃に
おける）封入し、入力400Wで点灯させてみた。
そのときの試験結果を表２に示す。
【表】
この表２から判るように、この場合にはScI3と
NaIとの封入量比（重量比）が実験１の場合とは
異なつているので全体的に効率が高いが、希ガス
の封入圧力を増加させると実験例１と同様に効率
が向上し、特にXeを150Torr封入したNo.13のラ
ンプやXeを200Torr封入したNo.14のランプでは
極めて高効率となつている。この効率の向上は、
明らかに“Segregation”が改善されたことによ
つて得られたものである。 実験例１および実験例２は共に金属ハロゲン化
物としてNaIとScIとを封入した例であるが金属
ハロゲン化物としてNaI、TlI、InIを封入した例
を実験例３として説明する。 実験例 ３ 内径Ｄ＝20mm、電極間隔Ｌ＝42mmでトリウムタ
ングステン電極を備えた石英製発光管を15本用意
し、これら発光管内にNaIを25mg、TlIを５mg、
InIを１mg、Hg70mg共通に封入するとともに希ガ
スとしてArガス、Krガス、Xeガスを種々の圧力
（25℃において）封入し、入力400Wで点灯させて
みた。このときの試験結果を表３に示す。 この場合には、封入されたTlIおよびInIが顕著
な“Segregation”を示さず、希ガス封入量を増
加させるとNaIの“Segregation”を改善するだ
けである。このため、希ガス封入量を増加させて
NaIの“Segregation”を改善するとNa発光が増
大してランプの色温度が低下する。それとともに
Tl、In発光が減少するので、あまりNa発光を増
大させると効率のよいTl発光が減少し、かえつ
て効率が低下する。それ以後の効率は封入圧力の
増加に関係なく飽和する。表３でNo.８のランプお
よびNo.13のランプの効率が最大になるのはこの理
由による。
NaIとの封入量比（重量比）が実験１の場合とは
異なつているので全体的に効率が高いが、希ガス
の封入圧力を増加させると実験例１と同様に効率
が向上し、特にXeを150Torr封入したNo.13のラ
ンプやXeを200Torr封入したNo.14のランプでは
極めて高効率となつている。この効率の向上は、
明らかに“Segregation”が改善されたことによ
つて得られたものである。 実験例１および実験例２は共に金属ハロゲン化
物としてNaIとScIとを封入した例であるが金属
ハロゲン化物としてNaI、TlI、InIを封入した例
を実験例３として説明する。 実験例 ３ 内径Ｄ＝20mm、電極間隔Ｌ＝42mmでトリウムタ
ングステン電極を備えた石英製発光管を15本用意
し、これら発光管内にNaIを25mg、TlIを５mg、
InIを１mg、Hg70mg共通に封入するとともに希ガ
スとしてArガス、Krガス、Xeガスを種々の圧力
（25℃において）封入し、入力400Wで点灯させて
みた。このときの試験結果を表３に示す。 この場合には、封入されたTlIおよびInIが顕著
な“Segregation”を示さず、希ガス封入量を増
加させるとNaIの“Segregation”を改善するだ
けである。このため、希ガス封入量を増加させて
NaIの“Segregation”を改善するとNa発光が増
大してランプの色温度が低下する。それとともに
Tl、In発光が減少するので、あまりNa発光を増
大させると効率のよいTl発光が減少し、かえつ
て効率が低下する。それ以後の効率は封入圧力の
増加に関係なく飽和する。表３でNo.８のランプお
よびNo.13のランプの効率が最大になるのはこの理
由による。
【表】
一方、顕著な“Segregation”を起こすDyl3、
TmI3、CeI等の金属ハロゲン化物を封入したも
のにおいて希ガス封入量を増加させた場合の例を
実験例４として説明する。 実験例 ４ 内径Ｄ＝18mm、電極間隔40mmの発光管を12本用
意し、これらに水銀と表４に示す関係に金属ハロ
ゲン化物を封入するとともに希ガスとしてArガ
ス20TorrとXeガス200Torrとを封入し、入力
400Wで点灯させたところ表４に示す結果を得た。
TmI3、CeI等の金属ハロゲン化物を封入したも
のにおいて希ガス封入量を増加させた場合の例を
実験例４として説明する。 実験例 ４ 内径Ｄ＝18mm、電極間隔40mmの発光管を12本用
意し、これらに水銀と表４に示す関係に金属ハロ
ゲン化物を封入するとともに希ガスとしてArガ
ス20TorrとXeガス200Torrとを封入し、入力
400Wで点灯させたところ表４に示す結果を得た。
【表】
表４から判るように、Xeガスを200Torr封入
すると、DyI3、TmI3、CeI3の“Segregation”
を改善でき、効率を大幅に向上させることができ
る。また、この結果から、NaIが同時に封入され
ていると効率向上率が大きいことも判る。これ
は、NaIの“Segregation”が改善され、その効
果が付加されるからである。 このように、希ガスを発光管の容積１c.c.当り
0.21mg以上、封入すると、対流速度が増加して
“Segregation”が改善され、この結果、効率を
向上させることができる。そして、効率向上の割
合は、同一発光管形状では封入物の組み合せによ
つて決まる。 ところで、“Segregation”は、発光管形状に
よつても左右される。定性的には、電極間隔Ｌが
大きい程“Segregation”が起こり易く、したが
つて希ガス封入量を増加させたことによる効率の
向上が顕著に表われる。一方、Ｌが一定のとき発
光管内径Ｄが大きい程対流速度が大きく、したが
つて、希ガス封入量の増加分が少なくても効率の
向上が顕著に表われる。また、Ｌが大きい場合、
対流速度を増加させるとアークゆれが生じる。そ
して、Ｌが小さすぎると“Segregation”はほと
んど起こらず、希ガス封入量を増加させたことに
よる効果はほとんどない。したがつて、希ガス封
入量を増加させたことによる効果が期待できる
Ｌ，Ｄの範囲が自ずと存在することになる。この
ことは、Ｌ、Ｄが決まると、好適な希ガス封入量
の範囲が存在するはずである。一般に照明用ラン
プとして用いる場合には適当な最冷部温度を得る
ためにＤの範囲が決まる。このようなことから、
管壁負荷12〜20W／cm2の範囲でＬ（mm）、Ｄ（mm）
の範囲は25≦Ｌ≦100、13≦Ｄ≦30である。この
Ｌ、Ｄの範囲内において、効率向上を期待できる
希ガス封入量がどの程度のものであるか実験した
結果を実験例５として以下に説明する。 実験例 ５ 実験例１と同一の封入物、すなわち、ScI3：
NaI＝１：５（重量比）の封入組成で、入力によ
りその封入絶対量を適当に定め、ランプ電圧が
130V近辺となる量の水銀を封入して有効希ガス
封入量のＬ、Ｄ依存度を調べた。Ｌ、Ｄ入力電力
を多種に亘つて組合せ、その組合せの中で希ガス
としてXeガスを10Torrきざみに変化させ、Arガ
ス20Torr封入したものと比較してみた。その結
果を表５に示す。
すると、DyI3、TmI3、CeI3の“Segregation”
を改善でき、効率を大幅に向上させることができ
る。また、この結果から、NaIが同時に封入され
ていると効率向上率が大きいことも判る。これ
は、NaIの“Segregation”が改善され、その効
果が付加されるからである。 このように、希ガスを発光管の容積１c.c.当り
0.21mg以上、封入すると、対流速度が増加して
“Segregation”が改善され、この結果、効率を
向上させることができる。そして、効率向上の割
合は、同一発光管形状では封入物の組み合せによ
つて決まる。 ところで、“Segregation”は、発光管形状に
よつても左右される。定性的には、電極間隔Ｌが
大きい程“Segregation”が起こり易く、したが
つて希ガス封入量を増加させたことによる効率の
向上が顕著に表われる。一方、Ｌが一定のとき発
光管内径Ｄが大きい程対流速度が大きく、したが
つて、希ガス封入量の増加分が少なくても効率の
向上が顕著に表われる。また、Ｌが大きい場合、
対流速度を増加させるとアークゆれが生じる。そ
して、Ｌが小さすぎると“Segregation”はほと
んど起こらず、希ガス封入量を増加させたことに
よる効果はほとんどない。したがつて、希ガス封
入量を増加させたことによる効果が期待できる
Ｌ，Ｄの範囲が自ずと存在することになる。この
ことは、Ｌ、Ｄが決まると、好適な希ガス封入量
の範囲が存在するはずである。一般に照明用ラン
プとして用いる場合には適当な最冷部温度を得る
ためにＤの範囲が決まる。このようなことから、
管壁負荷12〜20W／cm2の範囲でＬ（mm）、Ｄ（mm）
の範囲は25≦Ｌ≦100、13≦Ｄ≦30である。この
Ｌ、Ｄの範囲内において、効率向上を期待できる
希ガス封入量がどの程度のものであるか実験した
結果を実験例５として以下に説明する。 実験例 ５ 実験例１と同一の封入物、すなわち、ScI3：
NaI＝１：５（重量比）の封入組成で、入力によ
りその封入絶対量を適当に定め、ランプ電圧が
130V近辺となる量の水銀を封入して有効希ガス
封入量のＬ、Ｄ依存度を調べた。Ｌ、Ｄ入力電力
を多種に亘つて組合せ、その組合せの中で希ガス
としてXeガスを10Torrきざみに変化させ、Arガ
ス20Torr封入したものと比較してみた。その結
果を表５に示す。
【表】
【表】
この表５は、同一のＬ，ＤでArガス20Torr封
入したランプに対して効率が５％上昇した最低
Xe封入圧力と発光管容積１c.c.中のXe封入量を示
している。この表５のデータからＷと１／Ｌ、Ｗ
と１／Ｄの関係について図示すれば、第５図に示
す様な結果となり、管壁負荷12〜20W／cm2、25
（mm）≦Ｌ≦100（mm）、13（mm）≦Ｄ≦30（mm）の範
囲
で好適な発光管容積１c.c.当りの希ガス封入量ｗ
（mg／c.c.）の範囲は ｗ≧9.3／Ｌ＋0.19かつｗ≧12.4／Ｄ−0.26 であると結論できる。 なお、表５の場合、Xeガスについて説明した
が、これはAr，Krなどの他のガスの場合も同じ
条件となることは表１の例からも明らかである。 また、上述した各実験例においては、単一の希
ガスを封入しているが複数種の混合希ガスを封入
した場合にも同様の効果が得られることは勿論で
ある。 以上詳述したように本発明によれば
“Segregation”を緩和でき、効率を大幅に向上
させることができるとともに封入希ガス量の設定
によつて“Segregation”を緩和させているので
ランプ電圧が上昇するような虞れもなく、高圧水
銀ランプと互換可能で使用自由度の拡大化を図れ
るメタルハライドランプを提供できる。
入したランプに対して効率が５％上昇した最低
Xe封入圧力と発光管容積１c.c.中のXe封入量を示
している。この表５のデータからＷと１／Ｌ、Ｗ
と１／Ｄの関係について図示すれば、第５図に示
す様な結果となり、管壁負荷12〜20W／cm2、25
（mm）≦Ｌ≦100（mm）、13（mm）≦Ｄ≦30（mm）の範
囲
で好適な発光管容積１c.c.当りの希ガス封入量ｗ
（mg／c.c.）の範囲は ｗ≧9.3／Ｌ＋0.19かつｗ≧12.4／Ｄ−0.26 であると結論できる。 なお、表５の場合、Xeガスについて説明した
が、これはAr，Krなどの他のガスの場合も同じ
条件となることは表１の例からも明らかである。 また、上述した各実験例においては、単一の希
ガスを封入しているが複数種の混合希ガスを封入
した場合にも同様の効果が得られることは勿論で
ある。 以上詳述したように本発明によれば
“Segregation”を緩和でき、効率を大幅に向上
させることができるとともに封入希ガス量の設定
によつて“Segregation”を緩和させているので
ランプ電圧が上昇するような虞れもなく、高圧水
銀ランプと互換可能で使用自由度の拡大化を図れ
るメタルハライドランプを提供できる。
第１図はメタルハライドランプの一例を示す構
成説明図、第２図は本発明に係るランプと本発明
外のランプとの各波長の管軸方向の輝度分布を比
較して示す図、第３図は本発明に係るランプと本
発明外のランプとの絶対発光エネルギ分布を比較
して示す図、第４図は希ガス封入量を変えたとき
の管軸方向の輝度分布変化を説明するための図、
第５図は、効率が５％上昇した時の希ガスの封入
量と電極間距離及び管内径の関係を示す相関図で
ある。
成説明図、第２図は本発明に係るランプと本発明
外のランプとの各波長の管軸方向の輝度分布を比
較して示す図、第３図は本発明に係るランプと本
発明外のランプとの絶対発光エネルギ分布を比較
して示す図、第４図は希ガス封入量を変えたとき
の管軸方向の輝度分布変化を説明するための図、
第５図は、効率が５％上昇した時の希ガスの封入
量と電極間距離及び管内径の関係を示す相関図で
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 透光性発光管内に水銀と、少なくとも希土類
金属ハロゲン化物およびハロゲン化ナトリウムな
らびにハロゲン化スカンジウムから選ばれた一種
以上のハロゲン化金属と、アルゴン、クリプトン
およびキセノンから選ばれた少なくとも一種以上
の希ガスとを封入してなるメタルハライドランプ
において、 管壁負荷が12〜20W／cm2 管内径Ｄが13（mm）≦Ｄ≦30（mm） 電極間隔Ｌが25（mm）≦Ｌ≦100（mm） であり、上記希ガスの発光管容積１c.c.当りの封入
量ｗ（mg／c.c.）を ｗ≧9.3／Ｌ＋0.19 かつ ｗ≧12.4／Ｄ−0.26 としたことを特徴とするメタルハライドランプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16776479A JPS5691368A (en) | 1979-12-24 | 1979-12-24 | Metal halide lamp |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16776479A JPS5691368A (en) | 1979-12-24 | 1979-12-24 | Metal halide lamp |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5691368A JPS5691368A (en) | 1981-07-24 |
| JPH0121586B2 true JPH0121586B2 (ja) | 1989-04-21 |
Family
ID=15855656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16776479A Granted JPS5691368A (en) | 1979-12-24 | 1979-12-24 | Metal halide lamp |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5691368A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1301238C (en) * | 1988-02-18 | 1992-05-19 | Rolf Sverre Bergman | Xenon-metal halide lamp particularly suited for automotive applications |
| TW343348B (en) * | 1996-12-04 | 1998-10-21 | Philips Electronics Nv | Metal halide lamp |
| US6376988B1 (en) * | 1998-08-28 | 2002-04-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Discharge lamp for automobile headlight and the automobile headlight |
| US7138765B2 (en) | 2003-09-08 | 2006-11-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High efficacy lamp in a configured chamber |
| JP2006120599A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-05-11 | Osram Melco Toshiba Lighting Kk | 金属蒸気放電ランプおよび金属蒸気放電ランプ点灯装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5110682A (ja) * | 1974-06-07 | 1976-01-28 | Thorn Electrical Ind Ltd | |
| JPS5458979A (en) * | 1977-10-19 | 1979-05-12 | Toshiba Corp | Metal vapor discharge lamp |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5194570U (ja) * | 1975-01-28 | 1976-07-29 |
-
1979
- 1979-12-24 JP JP16776479A patent/JPS5691368A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5110682A (ja) * | 1974-06-07 | 1976-01-28 | Thorn Electrical Ind Ltd | |
| JPS5458979A (en) * | 1977-10-19 | 1979-05-12 | Toshiba Corp | Metal vapor discharge lamp |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5691368A (en) | 1981-07-24 |
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