JPH03272559A - 片封止形金属蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、小形メタルハライドランプ等の片封止形金属
蒸気放電灯に関する。

（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、すなわち高圧金属蒸気放電灯（ＨＩ　Ｄ）を最近
において店舗等の低天井の屋内照明に使用するケースが
多くなってきた。

この種ＨＩＤを店舗等に利用するようになった背景は、
発光管を小形化し、これに伴ってランプの外管を硬質ガ
ラスから一層耐熱性の高い石英に変えて外形も小形化し
、コンパクト化したことであり、これに加えて従来の高
効率、高演色性、高出力および長寿命の特性を利用でき
るので、白熱電球やハロゲン電球に代替して使用するこ
とにより省電力も可能になるなどの理由が挙げられる。

特に、メタルハライドランプは高効率および高演色性に
おいて他の放電灯よりも優れており、陳列商品の照明に
はきわめて好適するのでその普及が進んでいる。

ところで、発光管を小形化するため、従来のような両端
封止形のバルブ構造にすると成形に手間を要するばかり
でなく、封止部が大きくなるので形状が大形になり、し
かもこれら封止部を通じて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、この種の小形ランプでは発光管形状を、バル
ブの一端だけに圧潰封止部を形成し、この圧潰封止端部
に一対の電極を封着をした、いわゆる片封止形の構造を
採用している。

このようにすれば、封止部が１個であるから両端封止形
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、
しかも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個になるので全体を小形化でき
るなどの利点がある。

ところで、このような片封止形発光管では、圧潰封止部
に一対の金属箔導体を封着し、これら金属箔導体にそれ
ぞれ電極軸および外部リード線を接続し、これら電極軸
部を放電空間に導き、これら電極細部の先端にそれぞれ
互いに対向するようにして電極コイル部を設けて構成さ
れている。

具体例として、例えば特開昭５９−５４１６７号公報に
は、発光管およびこれを収容する外管をともに片封止形
にし、両者の封止部を同一方向に揃えて配置することに
より寸法を小形化した４０Ｗの低出力形メタルハライド
ランプが記載されている。

また、特開昭５７−１６３９５６号公報には、片封止形
の発光管であって、電極間距離に対する電極と発光管の
放電空間内面との最短距離を所定の値以上に設定して寿
命特性を改善した低出力形メタルハライドランプも記載
されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような片封止形の小形メタルハライドラ
ンプは、高効率および高演色性を実現するため、従来の
両端封止形ランプに比べてランプ負荷を高くして点灯す
るようになっており、ランプ入力をＷｔ（ワット）、発
光管の内表面積をＱＣｃｄ）としたときの負荷ＷＬ／Ｑ
の値が２０〜７０（Ｗ／ｃｊ）程度と高い負荷で点灯さ
れる。

このため放電空間内の蒸気圧が約２０気圧以上にも高く
なり、また封止部が電極間に発生するアークと平行に対
向する構造となるから封止部がアークからの熱を受け、
封止部の温度が両端封止形のバルブよりも上昇する。

上記封止部に封着されている電極軸は封止部の石英ガラ
スと熱膨脂率が異なるので、点灯時のクラックを防止す
るためこれら電極軸と石英ガラスとの間は密着させてい
ない。したがって、放電空間内で高圧になったガス、例
えば封入金属ハロゲン化物が上記電極軸と石英ガラスと
の隙間から侵入し、金属箔導体と石英ガラスとの接着面
に侵入してこれらの接着面間を押し拡げて密着性を阻害
し、さらには外部リード線と封止部ガラスとの接着面へ
と波及し、ついにはこれら電極軸部、金属箔導体および
外部リード線と封止部ガラスとの間に放電空間と外部と
を導通させる隙間を発生させ、リークを発生させる場合
がある。

このようなリークは、発光色の変化を招くばかりでなく
、ランプ寿命を著しく短くする。

上述のように、上記リークは封止部の温度上昇が１原因
であり、温度が高すぎると金属箔導体と石英ガラスとの
剥離を進行させ、短時間の内にリークを発生させる。

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、圧
潰封止部の温度上昇を抑止して放電空間の封入ガスが封
止部からリークするのを防止し、ランプ寿命が長くなる
片封止形金属蒸気放電灯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） 本発明は、放電空間を形成した発光管の一端に圧潰封止
部を形成するとともに、この圧潰封止部に一対の金属箔
導体を封着し、これら金属箔導体に先端が上記放電空間
内で互に対向される電極および外部リード線を接合した
片封止形金属蒸気放電灯において、ランプ入力をＷＬ　
（ワット）、電極の先端間距離をＬ　（ｃｍ）　、上記
電極の先端間を結ぶ線から上記放電空間の圧潰封止部側
内面までの最長距離をＩＩ　、（ｃｍ）　％上記放電空
間の圧潰封止部側内面から金属箔導体までの距離を１２
（ｃｍ）、金属箔導体の長さをｉ’　ｓ　　（ｃｍ）　
、上記圧潰封止部の横断面積をＳ（ｃｍ２）、電極間単
位長さ当りの入力をＰとした場合、 Ｐ　＝　Ｗ　ｔ　／　Ｌ としたことを特徴とする。

（作用） 本発明者等は、前述したように、封止部でリークが発生
するのは封止部の温度が高すぎることに１つの原因があ
ることに注目し、これを防止するには金属箔導体の周囲
の温度上昇を規制すればよいと判断した。そして、金属
箔導体が温度上昇する要因は、放電空間中のアークから
受ける熱に依存すると考えられるのでアークからの熱伝
達を規制することを検討した。

アークから金属箔導体への熱伝達を考えた場合、間中を
封止部まで伝わるのはこれらの距離ｐ１の２乗に反比例
する。しかもこのようにして封止部に伝えられた熱が封
止部の壁を伝わって金属箔導体に達する割合は封止部の
横断面積Ｓに反比例するとともに、金属箔導体までの距
離１２に反比例する。さらに、金属箔導体の先端で剥離
を防止するには金属箔導体の長さＩ３に反比例する。

したがって、本発明は、これ等の関係を数値的に規制し
たので、アークで発生する熱が圧潰封止部を通じて金属
箔導体に至る割合いが軽減され、圧潰封止部の温度上昇
が抑止されて放電空間の封入ガスが封止部からリークす
るのが防止される。

（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。

図面はランプ電力ＷＬが１５０Ｗのメタルハライドラン
プにおける発光管を示し、通常この発光管は図示しない
外管に収容されて２重管構造とされる。

図において１は、石英ガラスからなる発光管バルブであ
り、内容積が１．３ｃｃ程度となるほぼ楕円球形の放電
空間８を有している。このバルブ１は、上記楕円球形の
放電空間８の長袖方向がバルブ軸となり、このバルブ軸
に直交する短軸方向の一端に圧潰封止部２が形成されて
いる。この圧潰封止部２は押し潰されて成形されている
ので偏平な形状をなしている。

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、電極軸部４は線径０．
５ｍｍの純レニウム線より形成され、電極コイル部５は
線径０．５ｍｍのトリエーテッドタングステン線にて形
成されて上記電極軸部４の屈曲された先端部に３〜４回
巻回されている。

そして、これら電極コイル部５．５はバルブ軸方向に沿
って６．８ｍ＋ｓ程度離間して（電極間距離−Ｌ）互い
に対向されている。

電極軸部４．４は、これら電極軸部４．４の基端部間で
放電を発生しないように、上記電極コイル部５．５の先
端間距離りよりも大きな距離をもって離間されており、
これら電極軸部４．４の基端は上記圧潰封止部２に封着
されたモリブデン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。

そして、これら金属箔導体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、本実施例では、一対の電極軸部４．４および外部
リード線７．７がそれぞれ金属箔導体６゜６の互いの反
対側の面に接合されている。

このような構成のバルブ１内には、始動用希ガスと、所
定量の水銀およびＳ　ｎ　Ｉ　２　、Ｎ　ａ　１５ＴＩ
ＩＳ　ＩｎＩ、ＮａＢｒ５ＬｉＢｒなどのような金属ハ
ロゲン化物が封入されている。

また、このランプにおいては、安定点灯時のランプ電流
ｌが１．８Ａで、この時のランプ電力ＷＬは１５０Ｗと
なるように設定されている。そして、発光管の内表面積
Ｑは約３．５０−であり、発光管単位表面積当りのラン
プ負荷は約４３Ｗ／ｃｄとなっている。

そして、このランプのランプ入力をＷＬ（ワット）、電
極間距離をＬ　（ｃｍ）、電極３．３の先端間を結ぶ線
から上記放電空間８の圧潰封止部２側内面８ａまでの最
長距離をｌ　１’　（ｅ■）、上記放電空間８の圧潰封
止部側内面８ａから金属箔導体６゜６までの距離を＃２
（ｃｍ）、金属箔導体６．６の長さをＩＩ　ｓ　　（Ｃ
ｓ）　、上記圧潰封止部２の横断面積をＳ（ｃｍ２）、
電極間単位長さ当りの入力をＰとした場合、 の関係を満足するように規制されている。

前記実施例の場合の具体的な数値を示すと、ランプ入力
ＷＬ　−１５０（Ｗ）　、電極間距離Ｌ−０、６８ｃｍ
、　Ｉ　＋　−０，６３ｃｍ５Ｒ２−０，４２０ｓｓ　
Ｉ　ｉ　−０、９ｃＬ圧潰封止部２の横断面積Ｓ＝０．
９　（ｃｊ）とされている。

なお、金属箔導体６．６の上端部から圧潰封止部２の先
端までの距離ｆＩ４は１．０８ｃｍとされている。

したがって、この場合、Ｐ−ＷＬ／Ｌの値はあり、２４
００１１２の値は１００８て、かつ６８０ρ、の値が６
１４であるから、前記第（１）式ないし第（３）式を満
足している。

このような構成による実施例の作用を説明する。

ランプの点灯中は電極３．３の先端間でアーク放電が発
生し、この放電により金属ハロゲン化物が励起されて発
光する。

この場合、アークで熱が発生し、この熱はバルブ１の壁
を加熱しかつ圧潰封止部２を加熱する。

しかしながら、上記実施例の場合、（１）式ないしく３
）式を満足しているので、金属箔導体６゜６およびその
周囲の温度上昇を規制し、リークの発生を防止する。

すなわち、封止部でリークが発生するのは封止部の温度
が高くなり過ぎることにも原因しており、これを防止す
るにはアークの熱が封止部２を経て金属箔導体６．６お
よびその周囲に伝わり難くすればよいと考えられる。

そこで、放電空間中のアークから金属箔導体６゜６に至
る熱伝達経路を検討し、この熱経路で熱伝達を規制する
ことを考察した。

まず、発熱源となるアークの発熱量はランプ入力ＷＬに
依存するのでランプ入力ＷＬがファクタの１つとなる。

そして、アークの発熱はアークの単位長さ当りの入力Ｐ
に左右される。

つぎに、アークの熱が圧潰封止部２を伝わる割合は、放
電空間中のアークから封止部までの距離１１ｒの２乗に
反比例する。

しかもこのようにして封止部２に伝えられた熱が封止部
２の壁を伝わって金属箔導体６．６に達する割合は封止
部の横断面積Ｓに反比例する。

さらに、封止部２に伝えられた熱が封止部２の壁を伝わ
って金属箔導体６．６に達する割合は封止部２から金属
箔導体６．６までの離間距離ｐ２に半比例する。

したがって、アークから金属箔導体６．６に至る熱伝達
経路では、熱の伝達割合いは、そしてまた、金属箔導体
６．６の先端で剥離が生じると、これがリークの直接原
因となるから、金属箔導体６．６の先端での剥離を阻止
することが望ましく、このためには金属箔導体６．６の
先端での過度な温度上昇を防止する必要がある。

金属箔導体６．６の先端位置に対する熱伝達割合いは、
金属箔導体の長さをｐ、とすると、侵入ありを×印、侵
入なしを０印で表わしである。

第１表　１０００時間点灯後の薬品侵入具合ここで、上
記式のａおよびｂは定数となり、これらについて実験に
よって求めた。

その結果を、第１表および第２表に示し、かつ第３図お
よび第４図で図示する。

この実験は、先に説明した実施例のメタルハライドラン
プにおいて、ランプ入力を１５０Ｗ。

圧潰封止部２の断面積Ｓを０．９ｃｍとして、各電極先
端間を結ぶ線から放電空間８の圧潰封止部側内面までの
最長距離１１（ｃＩ）、上記放電空間の圧潰封止部側内
面から金属箔導体までの距離Ｉ２（ｃｍ）および金属箔
導体の長さｌ３（ｃ−）をそれぞれ変化させた場合の薬
品侵入具合およびリークの発生具合を調べたものである
。

第１表は、試作ランプ１０本づつについて、点灯１００
０時間後に金属箔導体６．６の部分に金属ハロゲン化物
が侵入したか否かを調べたもので、この第１表の結果を
グラフに直して示したのが第３図であり、これらの実験
結果より、であれば、薬品の洩れがないことが判かる。

また、第２表は、試作ランプ１ｏ本づつについて、点灯
３０００時間後に圧潰封止部からリークの発生があった
か否かを調べたもので、リークありをＸ印、リークなし
ｂｘ＝に、を０印で表わしである。

第２表　３０００時間点灯後のリーク発生具合上記第２
表の結果をグラフに直して示したのが第４図であり、こ
れらの実験結果より であれば、リークの発生がないことが判かる。

したがって、ａ、ｂの定数が判り、前記第（１）式ない
し第（３）式を満足すれば、本発明の目的を達成するこ
とができることが確認される。

換言すれば、金属箔導体６．６は放電空間８がら遠ざけ
た位置に封止すれば温度上昇が防止され、かつ金属箔導
体６．６を長くすれば温度上昇が抑制されることになる
。

このため、管壁負荷ＷＬ／Ｑの値を２０〜７０（Ｗ　／
　ｃｄ　）に高くして放電空間の蒸気圧が２０気圧以上
になる場合でも、金属箔導体６．６およびその周囲の温
度上昇が少なくなり、電極軸と石英ガラスとの隙間から
金属ハロゲン化物のガスなどが侵入してこれらの密着性
を阻害したり、外部リド線と封止部ガラスとの接着部か
ら洩れ出すなどの不具合が防止されることになる。

なお、本発明は上記実施例に制約されるものではない。

すなわち、上記実施例ではメタルハライドランプについ
て説明したが、本発明はメタルハライドランプ以外のラ
ンプでも実施可能であり、要するにバルブの片側端部の
みに圧潰封止部を形成した放電灯であればよ＜、シたが
って高圧水銀ランプなどのような他の小形金属蒸気放電
灯であってもよい。

また、電極は、電極軸部と電極コイル部を一体に形成し
た構造のもの、または電極コイル部のないものであって
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によると、ランプ人Ｌ 力Ｙ（ワット）、電極間距離Ｌ　（ｃ■）、電極先端間
を結ぶ線から放電空間の圧潰封止部側内面までの最長距
離Ｎ＋（ｃｇ＋）、上記放電空間の圧潰封止部側内面か
ら金属箔導体までの距離ｌ２（ｅ■）、金属箔導体の長
さ１５（ａｓ＞および圧潰封止部の横断面積５（ｃｊ）
の関係を規制したので、圧潰封止部の温度上昇が抑止さ
れ、放電空間の封入ガスが封止部からリークするのが防
止され、ランプ寿命が長くなる。

【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
ライドランプの発光管の断面図、第２図は′ｓ１図中■
−■線の断面図、第３図および第４図はそれぞれ実験結
果の特性図である。 １・・・発光管パルプ、２・・・圧潰封止部、３・・・
電極、４・・・電極軸部、５・・・電極コイル部、６・
・・金属箔導体、 ７・・・外部リ ド線、 ８・・・放電空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　放電空間を形成した発光管の一端に圧潰封止部を形成
   するとともに、この圧潰封止部に一対の金属箔導体を封
   着し、これら金属箔導体に先端が上記放電空間内で互に
   対向される電極および外部リード線を接合した片封止形
   金属蒸気放電灯において、 ランプ入力をＷ＿Ｌ（ワット）、電極の先端間距離をＬ
   （ｃｍ）、上記電極の先端間を結ぶ線から上記放電空間
   の圧潰封止部側内面までの最長距離をｌ＿１（ｃｍ）、
   上記放電空間の圧潰封止部側内面から金属箔導体までの
   距離をｌ＿２（ｃｍ）、金属箔導体の長さをｌ＿３（ｃ
   ｍ）、上記圧潰封止部の横断面積をＳ（ｃｍ＾２）、電
   極間単位長さ当たりの入力をＰとした場合、 Ｐ＝Ｗ＿Ｌ／Ｌ Ｐ／（Ｓ・ｌ＿１＾２）≦２４００ｌ＿２ Ｐ／（Ｓ・ｌ＿１＾２）≦６８０ｌ＿３ としたことを特徴とする片封止形金属蒸気放電灯。