JPH0917385A

JPH0917385A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH0917385A
Application number: JP18663895A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kumazawa; 敏弘熊澤
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は小形の高演色形メタルハライドラン
プの始動特性を改善するために、発光管内に放射性同位
元素を用いることなく、発光管の両電極間に比較的低い
パルス電圧を印加することにより、放電ギャップの電離
・励起作用により容易に始動が可能で、外球内放電等が
生じない長寿命のメタルハライドランプを提供すること
を目的とする。【構成】本発明は、一端に口金を有する外球内に発光
管を支持し外球内に窒素ガスを封入し、高圧パルスを印
加して点灯してなるメタルハライドランプにおいて、高
圧パルス発生時に発光管に並列に接続して外球内に配置
した放電ギャップに通電して発生するグロー放電に基づ
く放電ギャップ間の電離・励起作用により発光管が始動
するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高演色形メタルハライ
ドランプの始動特性の改善に関し、外球内に配置した放
電ギャップの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小形のＨＩＤランプとして電極を
封着した発光管内に水銀及び希ガスと共に金属ハロゲン
化物を封入したメタルハライドランプが使用される頻度
が増している。この最も大きな理由は、ランプ口金とし
てＥ２６形仕様が普及し、小形で、取り扱いが容易であ
るからである。しかし、当該ランプはＥ２６形口金を使
用しており、リード線間の絶縁距離が短いので、印加さ
れるパルス電圧は２．３ｋＶ以下に規定することが望ま
しい。そして、ＨＩＤランプのうち高圧ナトリウムラン
プは発光管の絶縁破壊が容易でアーク放電に移行しやす
く、前記電圧以下で始動しこの始動特性は改善されてい
る。これは、発光管の両端に封着した電極のエミッター
として酸化トリウム等の電子放射物質を用いることによ
り、２ｋＶ程度の高圧パルスによりランプが始動するか
らである。

【０００３】しかし、石英製発光管内に金属ハロゲン化
物を封入したメタルハライドランプのような始動電圧の
高いランプ、特に発光管の両端に主電極と共に補助電極
を封着したランプでも前記パルス電圧でもその始動の確
率は２０〜４０％程度となり、更に、補助電極を用いな
いランプでは５〜１０％と極端に低下する。これは、発
光管材料である石英管に含まれる電気陰性度が大きい水
素がランプ点灯中、自由電子を奪ってヨウ化水素が生成
されるからである。このため、高圧パルス電圧を印加し
ても始動性が悪く、前記した始動の確率まで低下してし
まう。

【０００４】そこで、始動を容易にするために他のエネ
ルギーを付加する必要がある。この代表的な方法とし
て、発光管内にプロメチウム（¹⁴⁷Ｐｍ）やクリプトン
（⁸⁵Ｋｒ）などの放射性同位元素を封入する方法があ
る。これは、必要な自由電子を過剰に供給するので始動
特性の改善が可能である。しかし、放射性同位元素であ
るトリウム酸化物を含んだトリエーテッドタングステン
電極を使用するだけでなく、電極にトリウムの酸化物を
塗布したり、添加物として発光管内にトリウムやプロメ
チウムあるいはクリプトンを封入することによりランプ
が容易に点灯可能であるが、発光管の製造上、放射性同
位元素の管理及び処理の問題が発生する。

【０００５】又、一般のランプでは始動改善を行なうた
め主電極と共に補助電極を封着しているが、前記した高
演色形メタルハライドランプは、発光管が小形であり、
製造の際、発光管封着部の精度を確保しつつ補助電極を
封着することは困難である。更に、特公平３−２２０１
８号公報に開示されているように、発光管の始動を容易
にするために紫外線を照射する方法が提案されている。
しかし、紫外線の発生源を外球内の発光管近傍に配置す
ることは、その支持が困難であるばかりかコストアップ
になるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】まず、本発明を明確に
するために前記した従来技術について、詳細に説明す
る。発光管内に放射性同位元素を使用しない始動改善方
法を提案するために、発光管の状態で外部から紫外線を
瞬時照射した場合に効果があることが、特開昭６３−６
２１４７号及び特公平３−２２０１８号において開示さ
れている。前者は、両口金型ランプの安定器を使用した
場合、高いパルス電圧により外球内放電が生じやすい懸
念がある。一方、後者は安定器の二次無負荷電圧により
効果が現れるものである。しかし、これは始動に有効で
あるものの、更に水銀ランプ用発光管を具えることと等
しいため、コストアップするとともに水銀量の低減を必
要としている現在のシステムでは採用し難い。又、ラン
プを始動させるのに３００ｎｍ以下の紫外線を照射させ
るというものであるが、前記したようにメタルハライド
ランプは２．３ｋＶの高圧パルスを印加した状態で１０
〜３０％の確率で瞬時点灯できる事実がある。

【０００７】そこで、本発明者は外球内に窒素ガス等の
不活性ガスを封入し、発光管と並列に放電ギャップを該
発光管の近傍に設けることによってグロー放電を発生さ
せることが可能と考えた。これは、特公平３−２２０１
８号公報で開示されている紫外線発生源として、いわゆ
る新たな発光管を備えることなく、外球マウントに放電
ギャップを接続すればよい、ことを意味する。この場
合、留意することはランプ始動時に外球が常温時と高温
時の両方において外球内放電が生じないことが条件とし
て必要である。この点では、外球内にネオンガスやアル
ゴンガスのみを封入することは実用的ではない。

【０００８】これは、発光管を容易に始動させるため
に、高いエネルギーを有する紫外線を照射することな
く、外球内の窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中でパルス
発生時に放電ギャップ間にグロー放電が発生し、該放電
ギャップの電離・励起作用により始動させるものであ
る。この理由は明確ではないが、紫外線による始動改善
というよりも、始動性は発光スペクトルのエネルギーの
強度及びスペクトルの波長幅に影響されるものと考えら
れる。又、放電ギャップが外部補助電極の役割を行なう
ものと推測される。すなわち、安定器側から高いパルス
を印加し、外側からわずかな放電エネルギーを加えるこ
とによって、瞬時に点灯可能となる。このことは、発光
管の始動を容易にするために、発光管に紫外線のような
強いエネルギーを照射する必要がないということであ
る。又、外球内では発光管のようにヨウ化水素が存在す
ることがないので、グロー放電が容易となり、該放電が
発光管の主電極間のアーク放電を促進することができ
る。

【０００９】本発明は前記に鑑みてなされたもので、小
形の高演色形メタルハライドランプの始動特性を改善す
るために、従来のように発光管内に放射性同位元素を用
いることなく、また、補助電極等を用いることなく、発
光管の両電極間に比較的低いパルス電圧を印加すること
により、放電ギャップの電離・励起作用により容易に始
動が可能で、外球内放電等が生じない長寿命のメタルハ
ライドランプを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、一端に口金を有する外球内に発光管を支
持し、外球内に窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン又
はキセノンガスを単体あるいは混合体で封入し、高圧パ
ルスを印加して点灯してなり、該パルス発生時に、発光
管に並列に接続して外球内に配置した放電ギャップに通
電して発生するグロー放電に基づく放電ギャップ間の電
離・励起作用により発光管が始動することを特徴とす
る。又、前記外球内に発光管支柱を介して、両端に主電
極を封着した発光管と該発光管の全周を覆うように配置
した石英ガラス製の中空管を支持してなり、かつ前記支
柱に少なくとも限流抵抗と放電ギャップとを発光管と並
列に接続してなる。

【００１１】

【作用】前記構成により、パルス発生時に外球内に封入
した窒素等の不活性ガス雰囲気中で、限流抵抗により制
限された微電流が放電ギャップに流れ、その際発生する
グロー放電に基づく放電ギャップ間の電離・励起作用に
より容易に始動する。又、外球内に中空管を配置するこ
とにより万が一発生した場合の発光管リーク等に伴う破
裂による外球の破損事故を防止できるばかりでなく、発
光管の最冷部温度を上げることができ、高い演色性のラ
ンプが得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は本発明に係わるメタルハライドランプの側面
図であり、図中１は石英ガラス製の発光管であり、両端
に主電極を封着し、内部にアルゴンガスと水銀及びヨウ
化ディスプロシウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化セシウム
が封入されている。又、発光管の電極周辺部の外周には
保温膜が被着されている。２は石英ガラス製の中空管
（石英スリーブ）であり、発光管の外周にその全長にわ
たって配置されている。この円筒形の石英スリーブの両
端開口部にはリング状の支持金具３ａ，３ｂが嵌合され
ている。更に、一端に口金４を有する硬質ガラス製の外
球５内のステム６に植立した発光管支柱７ａ，７ｂの先
端部に支持金具３ｂが固定されている。

【００１３】又、発光管の一方の主電極（図１の下側）
より導出した外部リード線と支持金具３ｂ及び支柱７ａ
とは電気的に接続され、前記ステム６を介して口金４の
一端に接続されている。なお、他方の支柱７ｂとは絶縁
体８を介在させて前記下側の主電極との導通を防止して
いる。更に、前記支持金具３ａに対応する発光管の他方
の主電極（図１の上側）より導出した外部リード線はワ
イヤ状のモリブデン製のリード線９を介してステム６に
植立した支柱７ｂに電気的に接続され、かつ口金４の他
端に接続されて発光管の両主電極の電気回路を構成して
いる。

【００１４】そして、図２に示すように、前記発光管１
の外周に配置された石英スリーブ２の下端部には一端を
支柱７ｂに接続した絶縁体８を介して限流抵抗１０及び
その先端部に接続したニッケル線１１が機械的に保持さ
れ、かつ限流抵抗は支持金具３ｂと電気的に接続され、
その先端部は前記リード線９との間で放電ギャップ
（Ｄ）を形成している。この放電ギャップは発光管と並
列に接続され、該ギャップＤは０．１〜２．０mmに規定
している。なお、図１に示すように本発明に係わるラン
プは発光管近傍に発光管と並列に放電ギャップを設け、
外球内の窒素封入圧は３００torrあるいは窒素とアルゴ
ンガスの１：１の混合ガス３００torrを封入しており、
放電ギャップの距離は０．５mmとしている。

【００１５】そして、比較例を含めて実験結果を説明す
る。従来ランプの発光管に２０ｋＢｑのプロメチウム封
入したランプ（１）、従来の放射性同位元素を封入しな
いランプ（２）、（２）の発光管を用い、図１に示す構
造で外球内に窒素ガスを封入したランプ（３）、同じ
く、窒素−アルゴン混合ガスを封入したランプ（４）の
４種類の仕様のランプ各１０灯での始動試験を行なっ
た。その条件は、２次無負荷電圧を２００Ｖ、２２０
Ｖ、２４０Ｖとし、（？）かつ印加するパルス電圧は
（発生パルスの高さ）１．８ｋＶとした。結果は表１の
通りである。（以下、余白）

【００１６】

【表１】

【００１７】表１から明らかなように、（２）の仕様の
ランプでは、始動時間がかかりすぎることが明らかであ
る。その他の仕様のランプでは大差がなく始動性が良い
という結果となった。なお、平均始動時間の１秒は１秒
以下という意味である。

【００１８】次に、本発明者は始動機構に係わる前に、
外球の発光管支持構造について検討した。図１，２に示
す本発明の基礎となるＤｙ−Ｔｌ−Ｃｓ系の管入力１５
０Ｗのメタルハライドランプについて説明する。この発
光管内には始動補助ガスとしてアルゴンガスと共に⁸⁵Ｋ
ｒガスを１０torr封入している。この場合、ランプが−
１０℃となっても容易に始動する。これに対して、発光
管内に⁸⁵Ｋｒガスを封入せずに、図２に示すように絶縁
体９の上側に１５ｋΩの限流抵抗１０を配置し、その先
端部に放電ギャップ（Ｄ）を形成するためにニッケル線
１１を接続し、外球内には３５０torrの窒素ガスを封入
している。この条件で電源を投入すると発光管は瞬時に
始動可能であった。なお、本発明に係わる放電ギャップ
の支持構造は、図２及び図３に示すような構造となる。
図２では前記のようにニッケル線とリード線との放電ギ
ャップ間長Ｄ（mm）を０．５mmとしたが、製造及び使用
の際の強度が充分でない場合は、図３のようにアルミニ
ウム板１３の上に所定の間隔で銀等のロウ材を介してニ
ッケル線１４ａ，１４ｂを対向して固定し、放電ギャッ
プ（Ｄ）を形成することができる。

【００１９】そこで、本発明に係わるランプのように、
放電ギャップを発光管と並列に接続してパルス発生時に
グロー放電を生じさせ、ランプがいかにして始動できる
かについて検討した。図４はグロー放電を起こして紫外
線量を測定する装置の外観図である。入力１５０Ｗの両
端に電極を封着した測定管を用い、Ａは水銀１０mg＋ア
ルゴンガス５０torrを封入し、Ｂは窒素ガス１００torr
を封入し、これを暗室内で測定した結果を図５に示す。
図５のスペクトル図から明らかなように、Ｂは紫外線が
ほとんど発光していないことが分かる。

【００２０】このことは、１９７４年発行された電気学
会編「放電ハンドブック」の第３１，３２頁に記載され
たスペクトル表に示すように、水銀の強いスペクトル
（実線）は波長３８０nmまでに４本あるが、窒素ガス
（点線）ではその発光はない。そして、本発明者は前記
文献の第３３頁の記載を参考にして、窒素ガスに基づく
グロー放電が発生すれば、その電離・励起作用により光
子やイオンが発生するために、発光管に紫外線を照射す
ることなく、始動が可能となることを確認した。又、外
球内に配置しているので、放電を妨げるハロゲン化水素
等の不純ガスの影響を受けることもない。

【００２１】更に、具体的な実験例について説明する。
図１に示すような発光管内にＤｙ，Ｔｌ，Ｃｓの金属ハ
ロゲン化物を封入したメタルハライドランプにおいて、
表２に示す発光管内には始動ガスとして⁸⁵Ｋｒガスを１
０torr封入たランプ（ランプＮｏ１）と、発光管内には
始動ガスとして⁸⁵Ｋｒガスを封入しないランプ（ランプ
Ｎｏ２）と、発光管内に⁸⁵Ｋｒガスを封入せず、図１に
示す構造のランプ（ランプＮｏ３）として構成し、その
始動特性を測定した。表２から明らかなように、Ｎｏ
１，３のランプは瞬時に点灯できたが、Ｎｏ２のランプ
は３０秒以内に点灯するランプは１灯もなかった。この
際の条件は周囲温度２０℃で、印加した電源電圧は１８
０Ｖである。又、サンプル数は５灯である。（以下、余白）

【００２２】

【表２】

【００２３】次に、本発明に係わるランプはギャップ間
でグロー放電が発生しなければ、発光管は始動しない。
このため、放電距離を短くした方がより効果的であり、
又、ランプの点灯条件である周囲温度によっても影響が
あることを確認した。表３に示すように、周囲温度によ
りその差が現われていることがわかる。この例では発光
管の始動特性よりも放電ギャップの特性が現われてい
る。この場合、−４℃で１８０Ｖの印加電圧により実験
した。放電ギャップの間隔はランプＮｏ４（０．５m
m）、ランプＮｏ５（１．０mm）、ランプＮｏ６（１．
５mm）、ランプＮｏ７（１．５mmで材質として１％酸化
トリウム含有）とした。サンプル数は５灯である。（以下、余白）

【００２４】

【表３】（注）※ 放電ギャップでの始動時間遅れ。 ※※発光管での始動時間遅れ。

【００２５】このように、外球内で放電ギャップ間にグ
ロー放電を発生させ、発光管の始動が容易となるが、こ
のためには放電ギャップの間隔を短くするか、その構成
材料も始動性がよい材料を選定すれば、瞬時点灯が可能
となる。又、前記実施例では外球内の封入ガスとして窒
素ガス及び窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスについて
説明したが、その他のネオンガス、アルゴンガス、クリ
プトンガス又はキセノンガスを単体あるいは混合ガスと
して用いてもほぼ同様な効果が認められる。ただし、ネ
オンガスやアルゴンガスを単体で用いることは外球内放
電が生じる可能性があり、除外する必要がある。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係わるメタルハライドランプは外球内に窒素ガス等を
封入すると共に放電ギャップを設け、電源投入による安
定器からのパルス発生時に、該雰囲気中でのグロー放電
に基づく電離・励起作用により、低いパルス電圧でも始
動が容易となり、従来のように放射性同位元素や過剰の
水銀等を封入する必要がないので、その取り扱い及び環
境保全に対し充分な対策を講じることができる。又、ラ
ンプの不慮の事故に対し安全、確実な対策が講じられ
て、長寿命であり、高演色形メタルハライドランプ、特
に小形のメタルハライドランプが得られるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるメタルハライドランプの側面図
である。

【図２】同じく外球内要部における放電ギャップの取り
付け状態を示す説明図である。

【図３】同じく外球内要部における他の放電ギャップの
取り付け状態を示す説明図である。

【図４】放電管にグロー放電を発生させ、紫外線量を測
定するための装置の外観図である。

【図５】図４に示す装置により測定した内部に水銀とア
ルゴンガスを封入した放電管と、内部に窒素ガスを封入
した放電管における、波長２００〜４００ｎｍの発光ス
ペクトル分布を示す図である。

【符号の説明】

１発光管８リー
ド線２中空管９絶縁
体３ａ，３ｂ支持金具１０限流
抵抗４口金１１ニッ
ケル線５外球１３アル
ミニウム板６ステム１４ａ，１４
ニッケル線７ａ，７ｂ発光管支柱Ｄ放電
ギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に口金を有する外球内に発光管を支
持し、外球内に窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン又
はキセノンガスを単体あるいは混合体で封入してなり、
高圧パルスを印加して点灯してなるメタルハライドラン
プにおいて、該パルス発生時に、発光管に並列に接続し
て外球内に配置した放電ギャップに通電して発生するグ
ロー放電に基づく放電ギャップ間の電離・励起作用によ
り発光管が始動することを特徴とするメタルハライドラ
ンプ。
【請求項２】前記外球内に発光管支柱を介して、両端
に主電極を封着した発光管と、該発光管の全周を覆うよ
うに配置した石英ガラス製の中空管を支持してなり、か
つ前記支柱に少なくとも限流抵抗と放電ギャップとを発
光管と並列に接続してなる請求項１記載のメタルハライ
ドランプ。