JPH0450703B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は直流点灯される100ワツト以下の小形
高圧金属蒸気放電灯に係り、特にその陰極側の電
極構造に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年省エネルギーの要請により、発光効率およ
び演色性に優れた金属蒸気放電灯を、白熱電球に
代替して使用する技術の開発が進められており、
一般家庭などの室内照明に使用できる100ワツト
以下の小形金属蒸気放電灯、たとえば40ワツト級
のメタルハライドランプなどが研究されている。

高圧金属蒸気放電灯の場合には、その放電を維
持するために安定器が必要であり、従来はランプ
とは別個に安定器を設置している。しかしながら
白熱電球との代替を考えると、ランプと安定器は
一体化されることが望ましく、しかもランプが小
形化されるゆえに安定器も小形軽量および低コス
トにすることが望まれる。従来のチヨークコイル
形安定器ではこのような要望を満すことは困難で
ある。近時、トランジスタやIC等の発達により
上記小形、軽量および低コスト化を実現できる安
定器の開発技術も急速に進歩しつつある。

電子回路式安定器としては高周波点灯方式およ
び直流点灯方式等が開発されているが、高周波点
灯方式の安定器を使用すると、高周波共鳴により
アークの揺れを招き立消えを生じる（アコーステ
イツク・レゾナンスと称す）ことがある。特にメ
タルハライドランプにおいては、発光管形状や封
入ハロゲン化金属の種類などの影響によりアコー
ステイツク・レゾナンスを起し易くなり、したが
つて直流点灯電子回路式安定器が有利である。

しかしながら直流点灯式安定器を用いて、元元
交流用に設計されたランプを直流点灯させると以
下のごとき問題が発生する。すなわち、始動時に
アークが陰極側電極の根元部分より発生した場
合、安定点灯状態になつてもアークが陰極側電極
の先端部に移行せず、したがつてアーク発生点が
発光管を構成する石英ガラスに近い状態が持続さ
れるので、陰極付近の石英ガラスの温度が異常に
上昇し過ぎ、クラツクの発生を招き、リークの原
因となる。

またアークが陰極の先端から出る場合と、根元
から生る場合とでは、アーク長に差が生じるので
点灯ごとにランプ電圧が異なつてしまうという不
具合も生じる。

交流用に設計された小形高圧金属蒸気放電灯
は、通常一対の電極がそれぞれ電極軸に電極コイ
ルを巻装して互に対称的な構造が採用される。そ
して交流点灯の場合であれば一方の電極は１サイ
クル中に１回の陰極と陽極を交互に繰り返すの
で、たとえ始動時にアークが一方の電極の根元部
分より発生しても、この電極は直ちに陽極に変わ
り、この電極の先端が暖められてアークが発生し
易い温度となるのでアークが先端部へ移り易い。
しかも高圧金属蒸気放電灯は、始動時に比べて定
常点灯状態の方が発光管内の圧力が高くなるの
で、アークはより短かい距離をとろうとして、上
記極性の繰り返し反転作用と相まつて、ほとんど
の場合アークは電極の先端部から発生するように
なる。

しかしながら、上述のごとき交流用に設計され
たランプを直流点灯すると、アークが陰極の根元
で発生した場合に、この電極が陽極に変わること
がないからこの電極のアーク発生箇所のみが部分
的に加熱され、しかも電極先端部分の電極コイル
部が放熱を促すごとき作用を生じ、電極先端部の
温度は上昇せず、したがつてアークは最初に発生
した場所から移行することができず、前述のクラ
ツク、リークの原因となる。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、極性の変化しな
い電圧例えば直流点灯または脈流点灯などした場
合に安定点灯状態で陰極となる電極の先端部に確
実にアークを発生させることができ、石英ガラス
のクラツクやリークを防止して長寿命となり、か
つ点灯ごとにランプ電圧が変化するなどの不具合
を防止した小形金属蒸気放電灯を提供しようとす
るものである。

〔発明の概要〕

本発明は極性の変化しない電圧によつて点灯す
る小形高圧金属蒸気放電灯において点灯中に陰極
となる電極は１本の高融点金属棒により構成する
とともに、上記陰極の金属棒の直径をｄ（mm）、始
動時の放電電流をI₀（アンペア）としたとき、 17≦I₀／ｄ≦440 としたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図および第２図に
もとづき説明する。

第１図は40ワツト級メタルハライドランプの発
光管を示し、通常このような発光管は図示しない
外管に収容されて二重構造とされる。

１は最大内径rmaxが約８mmの球状に成形され
た石英ガラス製の発光管であり、この発光管１内
には陰極２および陽極３が、電極間距離ｌ＝４mm
をへだてて対設されている。上記陰極２は直径d₁
＝0.1mmの高融点金属、たてえばタングステン棒
からなり、また陽極３は直径d₂＝0.22mmの高融点
棒、たとえばタングステン棒３ａに電極コイル３
ｂを巻装して構成されている。電極コイル３ｂは
線径が0.06mmのタングステンワイヤを上記タング
ステン棒３ａに二重コイル状に巻いて構成し、こ
のコイル部３ｂの長さを1.5mmとしてある。各陰
極２および陽極３の発光管内への突出長h₁および
h₂はそれぞれ２mmとしてある。

発光管１の封止部４，５にはモリブデンなどか
らなる金属箔導体６，７が封着されており、上記
陰極２および陽極３はそれぞれこれら金属箔導体
６，７はアウタウエルズ８，９に接続されてい
る。

発光管１内には、水銀10mg、沃化スカンジウム
（ScI₃）と沃化ナトリウム（NaI）が合計で２mg、
およびアルゴンガスが100Torr封入されている。

このような構成の小形メタルハライドランプ
は、第２図に示された直流点灯電子回路式安定器
１０を介して交流電源１１に接続される。安定器
１０はAC／DCコンバータ１２、電流検出回路１
３を備えている。１４は始動回路であり陰極２と
陽極３間に始動用パルス電圧を印加する。上記安
定器１０および始動回路１４によつて、、発光管
１には始動時に放電電流I₀が0.7アンペア印加さ
れるとともに、安定点灯時にはランプ入力が40ワ
ツトとなるように制御される。

このような構成のメタルハライドランプを10本
製作して各々100回の点滅試験を行つたところ、
安定点灯時におけるアークの陰極２根元部分より
発生する現象は全く見られなかつた。その理由は
以下の通りである。すなわち上記構成の陰極２は
コイル部を備えないタングステン棒のみで形成し
たから、かりに始動時にアークが陰極２の根元部
分で発生しても、（第１図中想像線Ａで示す）、放
熱作用を生じるコイル部が無いので陰極２の先端
部の温度が上昇し易くなり、先端部はアークの発
生し易い温度まで速やかに上昇する。そして安定
点灯状態に移るにつれて発光管１内の金属が蒸気
されて蒸気圧が上昇し、アークはできるだけその
距離を短かくしようとしてついには電極先端間の
アークへと移行する。

したがつてこのような構成によれば、発光管１
の石英ガラスを異常に加熱することがなくなり、
石英ガラスの失透、クラツクが防止されるので長
寿命となり、かつ点灯ごとにアーク長が変化する
ことがないのでランプ電圧が変わるような不具合
もなくなる。

ところで上記陰極２はタングステン棒の直径d₁
が太過ぎるとグロー放電からアーク放電への移行
に長時間を要し始動時間が長くなり、また直径d₁
が細過ぎるとタングステン棒の温度が上昇し過ぎ
て溶融蒸発し、電極が短かくなることが判つた。
そこでタングステン棒の直径d₁を、0.22、0.20、
0.15、0.04、0.02（各mm）としたランプを各々10本
試作して実験してみた。

d₁が0.20、0.15および0.04（mm）のものは、図示
のd₁＝0.10mmと同様な効果が得られたが、d₁を
0.22mmとした場合には放電開始時の電流I₀＝0.7ア
ンペアに対して軸径が太過ぎるためグロー放電か
らアーク放電への移行が円滑でなく、10本中４本
は全くアーク放電に移行せず、残りの６本もグロ
ー放電からアーク放電へ移るのに１分近くも必要
とした。またd₁が0.02mmのものは電極の温度上昇
が大きすぎ、電極が短かくなつた。

この結果、タングステン棒の直径d₁は0.04〜
0.20mmの大きさに規制するべきであるとの結論に
達した。

グロー放電からアーク放電への移行、およびタ
ングステン棒の溶融蒸発は、電極軸の太さだけで
なく、この電極軸の電流、つまり電流密度に影響
されるので、タングステン棒の直径d₁と始動時の
放電電流との関係で整理すれば 17≦I₀／d₁ ²≦440 ……(1) となる。

したがつて上記(1)式を満足すればよいことが判
つた。

上記実施例の場合は40ワツト級のメタルハライ
ドランプについて実験したが、同様にして100ワ
ツトのメタルハライドランプについて実験した結
果を示す。100ワツトのメタルハライドランプで
は、直流点灯用の安定器としては始動時の放電電
流I₀が1.6アンペア、安定点灯状態でランプ入力
が100ワツトになるものを使用した。陰極のタン
グステン棒の直径d₁mmは0.31〜0.06mmとすべきで
あるとの結果を得た。したがつてこの場合も 17≦I₀／d₁ ²≦440 ……(2) にすべきである。

(1)および(2)式から 17≦I₀／d₁ ²≦440 を満たすことが必要である。

なお陰極に使用する１本の高融点金属棒２は第
１図のように直線状のものには限らず、第３図に
図示するように先端部をたとえばスパイラル状な
どのように曲成しておいてもよく、このようにす
れば、陰極の先端部が蒸発されても電極間距離ｌ
の変化が少ない利点がある。

また本発明はメタルハライドランプには限ら
ず、白熱電球と代替可能な100ワツト以下の小形
であれば高圧水銀ランプなどであつても実施でき
る。

尚上記においては始動時の放電電流を0.7アン
ペアまたは1.6アンペアの場合について 17≦I₀／d²≦440 ……(1) の関係を具体的に示したが始動時の放電電流I₀、
陰極の軸径ｄ、をどのように変えても上記式(1)の
関係は常に満される。また陽極については前記具
体例に示したコイル巻付け構造に限らず例えば先
端を膨大にした棒状のものなどでもよく特に限定
されない。

〔発明の効果〕

以上述べた通り本発明によれば、陰極側となる
電極を１本の高融点金属棒により構成したので、
この先端部の温度が上昇し易くなつてアークが先
端部に発生する。したがつて石英ガラスの失透や
クラツクを防止し、また点灯ごとにランプ電圧が
変化するなどの不具合もなくなる。そして上記金
属棒の直径ｄ（mm）は始動時の放電電流I₀アンペ
アに対して 17≦I₀／d²≦440 としたから、グロー放電からアーク放電への移行
が円滑に行われ、陰極先端部の溶融、蒸発などが
発生し難いなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図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
を示す断面図、第２図は点灯回路図、第３図は他
の実施例を示す発光管の断面図である。 １…発光管、２…陰極、３…陽極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の電極を有する発光管内に発光金属と始
   動用希ガスを封入し、上記一対の電極間に極性の
   変化しない電圧を印加して点灯使用される100ワ
   ツト以下の小形高圧金属蒸気放電灯において、上
   記一対の電極のうち陰極側の電極は１本の連続な
   高融点金属棒により構成するとともに、上記陰極
   側電極棒の直径をｄ（mm）、始動時の放電電流をI₀
   （アンペア）としたとき、 17≦I₀／d²≦440 なる関係を満足したことを特徴とする小形高圧金
   属蒸気放電灯。