JPH0322018B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石英ガラス製の発光管に金属のハロゲ
ン化物を封入してなるメタルハライドランプの改
良に係り、特に、この種のランプにおける始動特
性の向上に関するものである。

メタルハライドランプは高効率、高演色性であ
るという特長を有しているが、始動電圧が高いと
いう欠点があつた。そこで、従来、(1)発光管内の
希ガスとしてネオン（Ne）ガスを主体としたNe
−ArまたはNe−Krなどのペニングガスを使用す
ること（例えば特開昭54−26080号公報参照）、(2)
バイメタルスイツチあるいはグロースタータを利
用した高電圧パルス発生回路を外管球内に組み込
むこと（例えば特開昭54−3385号公報参照）など
が行なわれてきた。しかしながら、１項の対策を
施したメタルハライドランプではネオンガスを使
用するため電極のスパツターリングが大きくなつ
て光束維持率が低下すること、ネオンガスが発光
管を透過するため外管球内にもネオンガスを封入
する必要が生じて高価になることなどの欠点があ
つた。また、２項の対策を施したメタルハライド
ランプでは2000V以上の高電圧が発生するめ安全
性に問題があること、ラジオ雑音を発生すること
などの欠点があつた。

したがつて、本発明の目的はネオンガスや高電
圧パルス発生回路を使用することなく、通常の商
用電源の電圧で始動し得るメタルハライドランプ
を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明においては、
外管球内に発光管に対して並列に紫外線発生源を
設けてメタルハライドランプを構成したことを特
徴としている。

かかる本発明の特徴的な構成によつてネオンガ
スや高電圧パルス発生回路を使用することなく、
通常の商用電源の電圧で始動するメタルハライド
ランプが提供できるようになつた。

以下、本発明を図面を用いて詳細に述べる。

はじめに、本発明の原理について述べる。

本発明者等はメタルハライドランプの発光管に
種々の波長の光を照射しながらその始動特性を調
べた。その結果、波長が300nｍ以下の紫外線を
照射すると始動電圧が著しく低下することを発見
した。このような紫外線の照射による始動電圧の
低下の機構は必ずしも明確ではないが、以下のよ
うであると考えられる。すなわち、メタルハライ
ドランプの始動電圧が高い理由はハロゲン化物が
発光管内に持ち込んだ水分などが原因となつて生
じる不純ガス（例えば、沃化水素HIなど）が自
由電子を捕獲することが主因と考えられている。
ところで、紫外線が発光管に照射されると電極か
ら電子が放出され、また、水銀や希ガスの電離も
起つて自由電子の発生個数が多くなる。さらに、
紫外線は沃化水素HIなどの不純ガスの分子を解
離するものと考えられる。その結果、解離された
不純ガスは発光管の管壁に付着しやすくなり、し
たがつて、放電空間中の不純ガスの量が少なくな
る。以上述べた二つの効果によつて始動電圧が低
下するものと考えられる。

通常、メタルハライドランプの発光管は石英ガ
ラスからなるので波長が170nｍ未満の光は吸収
が多くなつて有効に使用できない。したがつて、
紫外線としては波長が170nｍから300nｍの範囲
の紫外線が適している。

ところで、ランプの始動前に放電空間に存在す
る自由電子の個数は、当然、放電空間の体積が小
さくなるほど少なくなる。したがつて、紫外線の
照射によつて自由電子の個数を増加させることに
よつてランプの始動を行なう本発明は放電空間の
小さなランプに適用することが特に有効である。
実際の結果、発光管の内容積が22c.c.以下のランプ
において本発明は顕著な効果が認められた。

また、外管球内に紫外線発生源を封入して紫外
線の量と始動電圧との関係を調べた。ここで、紫
外線発生源としては石英ガラス管の両端に電極を
設けて水銀とアルゴンとを封入してなる低圧放電
ランプを使用した。この低圧放電ランプからは水
銀原子の共鳴線である254nｍの光が特に強く放
射される。

始動の対象としたメタルハライドランプは石英
ガラス製の発光管の内容積が2.5c.c.であり、封入
物はDyI₃、TlI、NaI、CsI、Hgおよびアルゴン
ガスであり、その定格電力は100Wのものである。
紫外線発生源である低圧放電ランプの大きさとこ
のランプへの入力を変えることによつて発生する
紫外線の量（μW）を変えたところ、第１図に示
したように、波長が170nｍから300nｍの範囲の
紫外線が0.01μWをこえるとメタルハライドラン
プの始動電圧は著しく低下した。なお、理論上で
は始動電圧は発光管に入射する紫外線の量、すな
わち、紫外線発生源の放射パワーの他に紫外線発
生源の設置位置などによつて決まると考えられ
る。しかしながら、実験結果では紫外線発生源か
ら発射される波長が170nｍから300nｍまでの紫
外線の総放射パワーが最も影響することが判明し
た。この理由は外管球や発光管の支持具などによ
る紫外線反射効果が影響していることによる。

紫外線発生源は外管球内において発生管と電気
的に並列に接続され、メタルハライドランプの安
定器を通して電源から電力が供給される。したが
つて、紫外線発生源に流れる電流の値が大きすぎ
ると発光管に流れる電流の値が小さくなつて始動
が困難になつたり、あるいは、立ち消えなどが起
る。そこで、種々の大きさのメタルハライドラン
プを用いて実験をしたところ、紫外線発生源に流
れる電流の値が定常点灯状態において発光管に流
れる電流の30％以下であればメタルハライドラン
プの始動の困難および立ち消えは全く発生しなか
つた。

次に、本発明によるメタルハライドランプの実
施例について述べる。

実施例 １ 第２図および第３図はそれぞれ本発明によるメ
タルハライドランプの外観構成およびその電気的
な接続回路を示したものである。これらの図にお
いて、１は硬質ガラスからなる外管球、２は石英
ガラス製の発光管、５は補助放電用の抵抗器、６
は定常点灯状態において補助電極１１と主電極９
とを短絡するための常開型バイメタルスイツチで
あり、ここまでは従来のメタルハライドランプと
まつたく同一の構成である。本発明のメタルハラ
イドランプの特徴とするところは紫外線発生源３
と固定抵抗器４とを直列に接続した始動回路が外
管球１内において発光管２に対して並列に接続さ
れているところにある。

発光管２は内容積が2.5c.c.で、DyI₃、TlI、
NaI、CsI、Hgを合計で26mgとアルゴンガスを
25Torrとを封入した100W用発光管である。紫外
線発生源３は内径が７mmの石英ガラス管に一対の
電極を約２mmの間隔で封入し、さらに、Hgとア
ルゴンガスを15Torrとを封入したものである。
このような紫外線発生源３は封入物がアルゴンガ
スとHgだけなので不純ガスの混入が少なく、し
たがつて、160V程度の電圧で十分に始動する。
ここで、固定抵抗器４の抵抗値を30kΩに選び、
紫外線発生源３を流れる電流の値を約２ｍＡにし
た。この時、波長が170nｍから300nｍまでの間
の紫外線の放射パワーは約1μWであつた。なお、
紫外線発生源３の電極アーク放電が生じないよう
な材質および構造にすれば固定抵抗器４の抵抗値
を零にすることも可能である。

さて、このようなメタルハライドランプにおい
て口金１６、安定器１４を通して交流電源１５の
電圧が印加されると、まず、紫外線発生源３が始
動して紫外線を放射する。この紫外線によつて発
光管２内に多量の自由電子が発生して主電極９と
補助電極１１との間に放電が起り、やがて主電極
９，１０間に放電が起つて発光管２の放電が開始
する。紫外線発生源３を流れる電流の値は発光管
２の定常点灯状態における電流の値の30％
（0.3A）よりも十分に小さいから、発光管２の放
電が立ち消えることはない。やがて、発光管２が
定常点灯状態になると発光管２からの熱輻射によ
つて紫外線発生源３の温度が高くなる。そうする
と、水銀の蒸気圧が高くなるため紫外線発生源３
の放電は停止する。

上述のメタルハライドランプを１０本製作して
始動テストを行なつたが、すべて、180Vの電圧、
つまり電源１５の電圧以下で始動した。

実施例 ２ 第４図は本発明による他の実施例の電気回路を
示したものである。

この実施例は、定常点灯状態において、補助電
極１１と主電極９とを発光管２からの輻射熱を利
用して常閉型バイメタルスイツチ７で切りはなす
ように構成されたメタルハライドランプに本発明
を適用した例である。同図において、紫外線発生
源３と固定抵抗器４とを直列に接続した始動回路
を常閉型バイメタルスイツチ７を通して発光管２
の他方の電極側に接続する。こうすると、発光管
２の定常点灯状態においては常閉バイメタルスイ
ツチ７が開となるため紫外線発生源３の放電は確
実に停止できる。

実施例 ３ 第５図は本発明によるさらに他の実施例の電気
回路を示したものである。この実施例は、紫外線
発生源としてタングステンなどの金属フイラメン
ト３を使用し、これからの紫外線放射を利用する
ように構成した例である。発光管２としては上述
した第１の実施例と同一の発光管を使用し、金属
フイラメント８はタングステン線を使用し、固定
抵抗器４の抵抗の値を600Ωにして金属フイラメ
ント８に流れる電流の値を0.26Aにした。この
時、フイラメント８で消費される電力は約6Wで
あり、波長が170nｍから300nｍまでの間の紫外
線は約0.4μWであつた。このようなメタルハライ
ドランプは電源１５の電圧値以下である180Vで
十分に始動した。ここで、ランプが定常点灯状態
になると発光管２からの輻射熱によつて常閉型バ
イメタルスイツチ７が開いて金属フイラメント８
および補助電極１１には通常しなくなる。なお、
比較のために金属フイラメント８を硬質ガラス管
で完全に覆うと波長が300nｍ以下の紫外線がほ
とんど吸収されてしまい、その結果、始動電圧は
200V以上となり始動電圧の低下の効果が全く得
られなかつた。

実施例 ４ 第６図および第７図は各々、本発明によるさら
に他の実施例を示したものである。この実施例は
グロー放電からアーク放電に移行しにくいメタル
ハライドランプに本発明を適用した例である。安
定器１４を介して電源１５の電圧がランプに印加
されると紫外線発生源３が点灯する。この例にお
いて、紫外線発生源３は電極が直径0.5mm、長さ
５mmのタングステン棒からなるので今までの実施
例における固定抵抗器４を省略しても紫外線発生
源３に流れる電流は0.1A以下であつた。さて、
紫外線発生源３から放射される紫外線の照射によ
つて発光管２の補助電極１１と主電極９との間に
はグロー放電が発生する。この時、補助電極１１
と主電極９との間の距離は２mm以下なのでグロー
放電は直ちにアーク放電に移行する。このアーク
放電による電流によつて金属フイラメント１２が
加熱され、その近傍に設けられた常閉型バイメタ
ルスイツチ１３が開く。この時、主電極９の温度
は十分高くなつているので、主電極９と主電極１
０の間に容易にアーク放電が生じる。このような
メタルハライドランプは電源１５の電圧値以下で
ある180Vで十分に始動した。

以上述べたように本発明によれば、高電圧パル
ス発生回路による高電圧を印加することなく商用
電源の電圧値以下でメタルハライドランプを点灯
することができるので、安全性にすぐれ、かつラ
ジオ雑音が少ないという利点が得られる。また、
始動電圧を低下させるためのネオンガスを使用し
なくてもよいので光束維持率がよくなる利点も得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるメタルハライドランプの
始動効果を示すグラフ、第２図は本発明によるメ
タルハライドランプの外観構成図、第３図は第２
図に示したランプの電気回路図、第４図〜第７図
は各々、本発明による他の実施例の電気回路図で
ある。 １……外管球、２……発光管、３……紫外線発
生源、４，５……固定抵抗器、６……常開型バイ
メタルスイツチ、７，１３……常閉型バイメタル
スイツチ、８，１２……金属フイラメント、９…
…主電極、１０……主電極、１１……放電始動補
助電極、１４……安定器、１５……電源、１６…
…口金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端に電極が設けられ、かつ、金属のハロゲ
   ン化物が封入された発光管と、始動時に上記発光
   管に紫外線を照射することによつて上記電極間の
   放電を容易にするため上記発光管に対して電気的
   に並列に接続された紫外線発生源と、上記発光管
   と上記紫外線発生源とを収納する外管とを備えて
   なることを特徴とするメタルハライドランプ。 ２ 上記紫外線発生源は波長が300nｍを超えな
   い紫外線を含む紫外線を発生し得る紫外線発生源
   であることを特徴とする第１項のメタルハライド
   ランプ。 ３ 上記紫外線発生源は波長が170nｍから300n
   ｍまでの紫外線を含む紫外線を発生し得る紫外線
   発生源であることを特徴とする第１項のメタルハ
   ライドランプ。 ４ 上記紫外線発生源は波長が170nｍから300n
   ｍまでの紫外線の放射パワーが少なくとも
   0.01μWである紫外線を発生し得る紫外線発生源
   であることを特徴とする第３項のメタルハライド
   ランプ。 ５ 上記紫外線発生源は動作時に流れる電流の値
   が定常点灯状態において上記発光管に流れる電流
   の値の30％を超えないように制御する手段を有し
   ていることを特徴とする第１項から第４項までの
   いずれか一つの項のメタルハライドランプ。 ６ 上記制御手段が上記紫外線発生源に対して電
   気的に直列に接続された固定抵抗器からなること
   を特徴とする第５項のメタルハライドランプ。 ７ 上記紫外線発生源が紫外線を透過し得る容器
   内に対向する電極を設け、かつ、水銀と希ガスと
   を封入してなる低圧放電ランプからなることを特
   徴とする第１項から第６項までのいずれか一つの
   項のメタルハライドランプ。 ８ 上記紫外線発生源が金属フイラメントからな
   ることを特徴とする第１項から第６項までのいず
   れか一つの項のメタルハライドランプ。 ９ 上記金属フイラメントがタングステンフイラ
   メントからなることを特徴とする第８項のメタル
   ハライドランプ。 １０ 上記紫外線発生源は上記発光管の放電開始
   後に紫外線の発生を停止する手段を有しているこ
   とを特徴とする第１項から第９項までのいずれか
   一つの項のメタルハライドランプ。 １１ 上記停止手段が上記紫外線発生手段に対し
   て電気的に直列に接続された熱応動スイツチであ
   ることを特徴とする第１０項のメタルハライドラ
   ンプ。