JPH0451934B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 本発明はたとえば直流などの極性の反転のない
電源で点灯される小形金属蒸気放電灯に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 近年、省エネルギーの観点から発光効率の低い
白熱電球と代替して使用できるようなたとえばメ
タルハライドランプ等の発光効率の優れた金属蒸
気放電灯の開発が積極的に進められている。これ
等金属蒸気放電灯は商用周波数50Hzまたは60Hzの
交流100Vまたは200Vの一般供給電源で安定器を
介して点灯するのが常であり、また安定器は放電
灯とは別の位置に設置するという方法がとられて
いる。しかしながら、一般家庭および店舗等の屋
内用として多用される白熱電球の代替として考え
ると、ランプと安定器とは一体化し、さらに安定
器を小形、軽量、低価格にすることが欠かせない
条件である。ところが、現在一般的であるチヨー
クコイルを使用した安定器では上記条件を満足さ
せることは困難視されている。近年、トランジス
タ、IC等の発達により上記条件を満足させ得る
安定器としての電子回路を構成することが可能と
なつてきた。このような電子回路の方式としては
直流点灯方式や高周波点灯方式等が考えられる
が、高周波点灯方式によると特定の周波数帯域で
は音響共振という現象を生じてアークがゆらぎ、
立消えの原因となる。特にメタルハライドランプ
の場合は、その発光管形状、封入物等の影響で音
響共振を生じる周波数帯域が非常に広くなるため
高周域点灯方式は不適当となる。したがつて、特
にはメタルハライドランプ用の電子安定器として
は直流などの極性の反転のない電源での点灯方式
が望ましい。 本発明者等は直流など極性の反転のない電源を
用いるメタルハライドランプ等の金属蒸気放電灯
の開発過程において、従来の交流点灯用に設計さ
れた電極軸の先端部にコイルを巻回した電極を有
する放電灯を上記極性の反転のない電源で点灯す
ると陰極近傍の発光管管壁に失透、クラツクを発
生し、発光管がリークし不点となるランプが多発
することを発見した。しかも、この現象は陰極と
発光管管壁とがより接近してくる100W以下のよ
うな小形のランプほど一層甚だしくなることが判
明した。これらの現象につき、さらに交流点灯の
ランプと比較観察したところ、ランプが定常状態
で安定した場合でも、極性反転のない電源で点灯
した場合には陰極の封止端側にアークスポツトが
形成され、このスポツトが陰極先端に移行しない
場合があることが判り、このままの状態で長時間
点灯を続けたものが殆んど上記のようなクラツク
を発生させていることが判つた。これに対し、交
流点灯の場合には始動直後には電極の封止端側か
ら放電を開始するものの短時間で全てのランプは
アークスポツトが電極先端に移行し、クラツクは
発生しなかつた。このような現象は次のような理
由によるものと推察される。すなわち、交流でも
極性の反転のない電源の場合でも、始動直後は１
気圧以下の低圧状態であるため放電距離が長くな
る状態で放電は開始する。しかし、時間と共に発
光管内の温度が上昇し、発光管内の圧力は上昇し
て定格点灯時には１気圧以上の高圧たとえばメタ
ルハライドランプでは10気圧前後あるいはそれ以
上にもなる。したがつて、放電が安定を維持する
ため、よく知られている法則Pd＝const.（Ｐは圧
力、ｄは放電距離）を満足するようにアークスポ
ツトは電極封止端側から電極先端へ移行し、放電
距離ｄが短かくなる方向へ動く。この現象は交流
の場合には両電極がそれぞれ陰極と陽極の両方の
作用を各半サイクルで繰返すので、陽極時にはア
ークがその電極全体に集中して電極先端も加熱さ
れるため、上記の圧力の増加と共にアークは電極
先端へ容易に移行するが、直流のように極性の反
転のない異合には陰極側はアークがスポツト状と
なり電極封止端側のごく一部にのみ集中し、その
集中した個所のみが加熱される。しかもコイル部
が放熱フインのような役割をするので、電極先端
は発光管内圧力が充分高まつても電子放射を行う
に充分なまでには昇温せず、しかも極性の反転が
ないので一旦できたスポツト位置からのアークの
移動は何等かのきつかけが無いと起らない場合が
あるものと推察される。 したがつて、アークスポツトが陰極の封止端側
に生じ、しかもその陰極先端への移行がないと、
高温のアークの発光管管壁への接近、接触が長時
間続き、その結果管壁に失透、クラツクが発生す
ることになるわけである。そのうえ、アークが陰
極の封止端側または先端に発生することがあると
いうことは、アーク長が異なることであり、アー
ク長が異なればランプ電圧もそれにつれて相違す
るから点灯ごとにランプ電圧が一定しないという
不都合をも生じる結果となる。 〔発明の目的〕 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
直流などの極性の反転のない電源で点灯しても、
発光管に失透、クラツクが活生せず、しかもラン
プ電圧の変動の少ない長寿命で安定した特性を有
する100W（ワツト）以下の小形金属蒸気放電灯を
提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 本発明は陰極をトリウムタングステンからなる
細長体で連続形成し、上記陰極を形成する細長体
の直径と始動時の放電電流との関係を規制したこ
とを特徴とする。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の詳細を図示の実施例を参照して
説明する。第１図は40Wの小形メタルハライドラ
ンプの発光管１を示し、内径約８mmのほぼ球形に
成形された石英ガラスからなる発光管バルブ２の
内部には始動用希ガスとしてアルゴンガス100ト
ール、水銀10mgおよび金属ハロゲン化物としてた
とえば沃化スカンジウムと沃化ナトリウムが重量
比で１：５で計２mgが封入され、かつ、発光管バ
ルブ２の両端部には４mmの距離を隔だて対向して
陽極３と陰極４とが封止されている。陽極３は径
約0.22mmのタングステン棒を電極軸３ａとし、径
約0.06mmのタングステン線を径約0.18mmのタング
ステン芯線に粗巻きしたものを上記電極軸に密に
巻回して長さ約1.5mmの電極コイル部３ｂを形成
している。 一方、陰極４は酸化トリウムを重量比で1.5％
含有するトリウムタングステン製の径ｄが0.1mm
の細長体で形成されたコイルを巻回しない棒状電
極であり、両電極３，４は共に発光管突出長は２
mmに設定されている。 さらに、上記陽極３と陰極４とは発光管バルブ
の両端封止部５ａ，５ｂ内に気密に封着されるモ
リブデン箔６ａ，６ｂを介して外部リード線７
ａ，７ｂにそれぞれ接続されて発光管１が形成さ
れている。この発光管１は図示しないが一端に口
金を取着した外管内に封装され、上記外部リード
線７ａ，７ｂは口金および端子に接続されてラン
プができあがる。 このようなランプはたとえば一般の商用周波数
の交流電源を直流など極性の反転のない電源に変
換するインバーターを経て、かつ、ランプと直列
に接続され始動時の放電電流が0.7A、定常点灯
状態でランプ入力が40Wになるような直流点灯用
安定器を介して発光管の両電極間に電圧を印加し
て点灯する。 次に交流点灯用に設計された同じ40Wの小形メ
タルハライドランプ、つまり上記実施例の陽極と
同じ電極軸に電極コイル部を形成した電極を陰極
および陽極として設けた発光管を有するランプ
と、上記実施例ランプとをそれぞれ10本づつ上記
直流点灯方式でON，OFFの点滅試験100回を行
なつた。 この結果は交流点灯用ランプはその多くが定常
点灯時においてもアークスポツトの陰極付近の石
英ガラス製発光管バルブが失透しており、さらに
その内の２本は失透した部分にクラツクが入りリ
ークして点灯不能となつた。これに対し、実施例
ランプは定常点灯時におけるアークスポツトの陰
極封止端側４ａの発生は全くみられず、発光管バ
ルブに失透、クラツクの発生したものはなかつ
た。 この理由は、本実施例では陰極４を電極コイル
部のない棒状電極形状に形成したため、仮りに放
電開始時に陰極の封止端側４ａにアークスポツト
が発生しても、大きな冷却作用を呈する電極コイ
ル部がないから陰極先端部４ｂの温度は容易にア
ークの発生が可能なまでに上昇できるし、かつ、
定常点灯状態に近づくにつれて発光管１内の圧力
は高くなり、したがつて先にも述べたように法則
Pd＝const.を満足するようにアークはできるだけ
その距離を短かくなる方向へ動くから、ついには
陰極の先端部４ｂへ移行する。このため、陰極４
近傍の発光管バルブ２が長時間加熱されることは
なくなるから、失透、クラツクは発生しないわけ
である。しかも、定常点灯状態では陰極アークス
ポツトに常に陰極先端部に形成されるから放電距
離は一定化し、したがつてランプ電圧の変動も少
なくなるという利点もある。 次に上記実施例ランプの陰極４の径ｄについて
検討を加えた。上記陰極４は酸化ナトリウムを重
量比で1.5％含有するトリウムタングステン製の
径ｄが0.1mmの細長体で棒状に形成したが、その
細長体の径ｄつまり棒状電極の直径を0.02mm、
0.04mm、0.15mm、0.22mm、0.25mmと種々変化させ、
あとの構造は全て上記実施例のものと同じランプ
をそれぞれ10本作り上記点滅試験を行なつた。こ
の結果は、上記径ｄが0.04mm〜0.22mmのものは先
に述べた実施例のもの（径ｄが0.1mm）と同様の
効果が得られた。これに反し径ｄを0.25mmとした
ものは放電始動時の電流0.7Aに対し径ｄが太過
ぎるためグロー放電からアーク放電への移行がし
にくくなり、10本中３本はアーク放電に移行せ
ず、残りのランプもその移行に数10秒から１分程
度も要した。一方、径ｄが0.02mmのものは細過ぎ
るため陰極４の温度が上り過ぎて電極材料のタン
グステンが溶融、蒸発して変形を生じた。 したがつて、始動時の放電電流I₀が0.7Aのと
き、棒状の陰極４を形成するトリウムタングステ
ンの細長体の径ｄは0.04mm〜0.22mmとすることが
好ましい。なお、グロー放電からアーク放電への
移行および陰極の溶融、蒸発は陰極に流れる電流
密度（単位断面積当りの電流値：I₀／d²）と大き
な関係をもつので、I₀／d²の好ましい範囲は上記
結果から（I₀（0.7A）／ｄ（0.22mm）²≒14から（I₀
（0.7A）／ｄ（0.04mm）²）≒440まで、つまり一般
式で示すと、 14≦I₀／d²≦440 の範囲にすれば良いことが判る。なお、径ｄは断
面積を表示するための測度であるから、断面が円
形の場合は当然直径となるが、実質的には細長体
の形成過程で楕円形状となることが多く、この場
合の径ｄは長軸と短軸の各長さの平均値と考えれ
ば良い。 次に100Wのメタルハライドランプにつき実験
した結果を示す。点灯方式は上記実施例と同じ、
ただし、直流点灯用の安定器としては始動時の放
電電流I₀が1.6A、定常点灯状態でランプ入力が
100Wになるものを使用した。また、陰極４も上
記実施例と同じく酸化トリウムを重量比で1.5％
含有するトリウムタングステン製の細長体で形成
した棒状電極を使用し、細長体の径ｄつまり棒状
電極の径ｄはI₀＝1.6Aとして上記一般式 14≦I₀／d²≦440 を満足するように選定した。つまり下限値14＝
I₀／d²では直径ｄ＝0.34mm、また上限値440＝I₀／
d²ではｄ＝0.06mmであるから、直径ｄを0.06mm〜
0.34mmの範囲内に設定して各ランプを製作し点滅
試験を繰返えした結果、上記40Wの実施例の場合
と同様の効果が得られることを確認した。 また、陰極材料としては酸化ナトリウムを含有
したタングステン、つまりトリウムタングステン
を使用したが、これはランプ始動時のグロー電圧
がタングステンよりも仕事函数の低い酸化トリウ
ムを含有させることによりグロー電圧を低くする
ためである。 グロー電圧が高いと安定器の電圧−電流特性の
中で電圧の高い部分（電流の低い部分）の特性に
よつては、グロー放電が維持できなくなつたり、
またはグロー放電からアーク放電へ移行しにくく
なるので、グロー電圧は低い方が望ましい。 表１に陰極の酸化トリウムの含有率を変化させ
た場合のグロー電圧と、1000時間点灯後の光束維
持率との関係を示す。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は直流など極性の反
転のない電源で点灯される100W以下の小形金属
蒸気放電灯において、従来の電極軸に電極コイル
を巻装してなる陰極に代えて、トリウムタングス
テンからなる細長体で連続形成し、かつ、細長体
の径と始動時の放電電流との関係を規制したの
で、発光管管壁の失透、クラツクを防止し、しか
もランプ電圧の変動の少ない長寿命で安定した特
性を有する小形金属蒸気放電灯が得られる。

【図面の簡単な説明】

図は40Wの小形メタルハライドランプ用発光管
の斜視図を示す。 １……発光管、２……発光管バルブ、３……陽
極、４……陰極、５ａ，５ｂ……発光管封止部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発光管バルブの両端部に対向して陽極と陰極
   を封止し、内部に始動用希ガスと少くとも水銀を
   含む封入物とを封入してなる発光管を有し、極性
   の反転のない電源で点灯される100W（ワツト）以
   下の小形金属蒸気放電灯において、上記陰極はト
   リウムタングステンからなる細長体で連続形成し
   てなり、かつ、上記細長体の径をｄ（mm）、始動時
   の放電電流をI₀（Ａ）としたとき、 14≦I₀／d²≦440 なる関係を有することを特徴とする小形金属蒸気
   放電灯。