JPS59198653A - 小形メタルハライドランプ - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は１００ワツト以下の小形メタルハライドラング
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、省電力の観点から９発光効率に優れたメタルハラ
イドランプを従来の白熱電球と代替して使用するような
技術開発が進められており、たとえば特開昭５４−６３
５６７号公報が知られている。

メタルハライドラングを白熱電球と代替して使用できる
ようにするには、メタルノ・ライドランプの小形化が要
求され、１００ワツト以下のメタルノ・ライドランプを
必要とする。

この種の小形メタルハライドラングは、小寸法および高
効率にするため９発光管を球形もしくは楕円球形に形成
して管内の蒸気の対流を活発化させ、かつ耐圧強度の向
上を実現するような工夫を採用しているが、小形である
ゆえに電極も小さくかつ電極の発光管内に突出する突出
高さも小さくなってしまう。

電極の突出高さが低いとこの電極近傍の発光管壁、つま
り石英が電極輝点からの放射熱および電極軸からの伝導
熱により加熱される。石英ガラスは約１１００℃以上に
加熱されると金属ハロゲン化物９％に希土炉金属のハロ
ゲン化物と反応し易くなることは知られており、たとえ
ば沃化硅素（ＳｉＩ４）を生成する。この沃化硅素は電
極近傍に付着してランプ始動後に急速に蒸発するが、こ
の蒸気圧はきわめて高いのでウオーミングアツプ中に高
い再点弧電圧を発生し立消えの原因となる。また発光管
内に封入した金属ハロゲン化物が上記のごとく石英ガラ
スと反応すると発光管内の金属ハロゲン化物の絶対量が
不足し、光束維持率の低下を招き寿命特性を悪化させる
不具合がある。

このようなことから、電極突出高さを高くして電極近傍
の石英ガラスの加熱を抑止することが考えられるが、電
極の突出量を大きくし過ぎると。

電極の背部に最冷部が生じ、しかもこの最冷部の温度が
低くなり過ぎて金属ハロゲン化物の蒸発が促進されず２
発光効率の低下を招く結果となる。

〔発明の目的〕

本発明は前記の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、再点弧電圧の上昇を抑制して
立消えを防止し、光束維持率および発光効率を高くする
ことができる小形メタルノ為ライドランプを提供しよう
とするものである。

〔発明の概要〕

し、これらの関係を前記目的が達成できるように規制し
たことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下２本発明の詳細を図示の一実施例を参照して説明す
る。

第１図は１００Ｗ（ワット）以下の小形メタルノーライ
ドランプにおける発光管を示し２通常この発光管は外管
バルブ（図示しない）に収容されて二重管構造とされる
。

１は石英ガラスよりなる発光管であり楕円球形に形成さ
れ２両端部には一対の電極２および３が対設されている
。発光管１の両端部内面１ａの形状（電極２，３の封着
部の内面形状。）は楕円球形の本来の形状（破線部分。

）よりも曲率の大きな形状に形成しである。これら電極
２および３は。

それぞれタングステン製の電極軸にタングステン製の電
極コイルを巻装した公知の構造のものである。発光管１
の封止部４，５にはモリブデンなど−１、 からなる金属箔導体６．７が封止されており、−上記電
極２および３の各電極軸はそれぞれこれら全接続されて
いる。

このような発光管１内には所定量の水銀と、スカンジウ
ム−ナトリウム沃化物（８ｃＩ３−ＮａＩ）など、のど
とき金属ハロゲン化物およびア°ルゴンなどの始動用希
ガスが封入されている。このような封入物は発光管１の
側壁に延長した排気管（図示しない）を介して封入され
るが、この排気管を封止切りした跡がチップオフ部１０
として形成されている。

また、前記発光管は電極２および３の発光管１内へ向け
て突出する突出長を、ｄ（ｇｍ）、電極先端と発光管管
壁との最短距離をｄ（ｕｓ）としたとき。

ａ−４ｔ、５（順） ｄｌｌ≧０．６ を満足するように形成されている。

このような構成の発光管の各条件は本発明者らの実験結
果に基づくものであり、以下その実験結果について詳述
する。

まず、前記発光管内の封入物としては始動用希ガスとし
てアルゴンＡｒ１２０）−ル、金属ハロゲン化物として
スカンジウム−ナトリウム沃化物を発光管内容積ｌ　ｃ
、ｃ、当り６．７　ｍｇおよび同一ランプ電圧が得られ
るように調整した水銀量を封入し。

ｄ（電極先端と発光管管壁との最短距離）を種々変化さ
せたランプを試作し、それ等ランプについて再点弧電圧
との関係を調べた。

第２図はその結果を示すもので、横軸はｄを。

縦軸は１０００時間点灯後の再点弧電圧ｖｒｓを示す。

なおＶｒｓは１次側１００Ｖ、２次側２４０Ｖの安定器
を使用した測定値であり、立消え電圧は２８０〜３００
ｖ付近にある。

第２図から、　　１０００時間使用後であっても再点弧
電圧の上昇に基づ（立消えを生じない領域は。

ｄ≧１．５ｍｍの範囲であることが判る。このことは先
にも述べた通り、電極先端に対し石英製の発光管管壁が
近づき過ぎると、つまりｄが１．５朋より小さくなると
２石英ガラスが１１００℃以上にも加熱されて石英と前
記スカンジウム−ナトリウム沃化物との反応を招き、沃
化硅素を生じて再点弧電圧の上昇をもたらすものである
。したがって、電極先端と発光管管壁との最短距離ｄを
］、、５＋＋＋＋＋＋以上とすれば石英ガラスが１１０
０°Ｃ以上に加熱されることが〃くなり、再点弧電圧の
上昇に基づく立消えが防止できるものと考えられる。

また２石英ガラスの過熱に基づき石英と発光金属の沃化
物とが反応して沃化硅素を生じろととは。

とりもなおさず金属沃化物の少なくとも一部が金兄 属に還へされることであり、金、ぽｉがその金属の沃化
物よりも蒸発しに（いことから当然ランプ点灯時の発光
管内の有効発光金属量（蒸発量。）は少なくなり、光束
は低下する。すなわち、第２図に示した各ｄ値のランプ
の１０００時間使用時での光８０％以上であったのに対
し、ｄが１．５ｍｍ未満のランプは４０％〜５０％と大
巾に低下していた。

さらに、ｄが１．５朋未満の場合には、電極付近の発光
管内面に電極構成材料のタングステンが飛散付着し、黒
化しているのが観察された。

次に電極先端と発光管管壁との最短距離ｄを１．４Ｉｌ
ｌ：ｎ以上に設定するための発光管１の両端部内面形状
つまり電極２，３の封着部の内面形状について求べる。

第３図は発光管形状の最適構造を見出すために行なった
実験用試作ランプの発光管の一端部概略図である。発光
管の主部の形状は前記のようにＩト形で、かつ、高い発
光効率を得るために球形、楕円球形またはそれに近い形
状に形成して管内の蒸気の対流を活溌化させる工夫がな
されている。

第３図ば→例として、楕円球形の：場合にめいで示す。

ｆａＪ図は楕円球形発光管を端部内面１ａの形状を損な
わずに本来の楕円球形に形成したもの、（ｂ）図は発光
管の端部内面１ａの形状（電極封着部の内面形状。）が
楕円球形の本来の端部内面形状（破綻部分。）よりも曲
率の大きな形状になるように形成され、かつ、（ａ）も
（ｂ）もｄは同一長になるように設定されている。した
がって、（ｂ）の電極突出長ｌは（ａ）に比較してΔｌ
たけ短かいことになる。

一方、（Ｃ）図のものは発光管の形状は（ａ）の全く同
一でその端部内面ｌａの形状を本来の楕円球形のそれを
世なわないように形成したものであるが。

電極突出長ｌについては（ｂ）と同一に設定しである。

したがって２図示のようにｄについては（ａ）および（
ｂ）よりも小さくなっている。

この上うな各禅形状の発光管を３０Ｗ（ワット）のラン
プに〕Ｊ４用した場合について述べる。（ａ）について
は発光管形状を長軸１０酊り、短軸４朋の漬円球形に形
成し、内部にＡｒ　１２０　）−ルウスカンジウム−ナ
トリウム沃ｆヒ物（Ｓｃ　Ｉ３−Ｎａ　ｌ　）　４．　
ｍｇ　、　’ｆｉ　極間距離４　ｓ＋ｍ　、　心４．．
．突出長ｌが３　ｍｒｎ、　ｄ　＝　１．５１１１７１
１とした。

（１））については（ａ）と異なる点は発光管の端部内
面１ａの形状が楕円球形の端部内面形状（破線部分）よ
りも曲率の大きな形状に形成し、電極の突出長ｌを２ｎ
とした。したがって長軸が８朋の変形楕円球形の発光管
となるが、ｄの値は（ａ）と同じ１．５闘である。さら
に（Ｃ）についてはｌは（ａ）と同じ２−とし、長軸８
ｍ、短軸４　ｍｍの楕円球形で、電極間距離は（ａ）、
　（ｂ）と同じ４關に設定しであるが、ｄの値は１．２
罷で（ａ）　、　（ｂ）のそれより小さい。

なお、　（ａ）、　（ｂＬ　（Ｃ＞共に水銀量は同一ラ
ンプ電圧８０ｖを得る様に調整しである、っ 第１表から判るように（ａ）の場合には電極突出長ｉ！
が大きいので電極背後に最冷点が生じ１発光金属スカン
ジウムーナトリウム沃化物の蒸発が不充分となるため、
効率、演色性共に低くなる。また。

（Ｃ）の場合は、ｄ（電極先端と発光管管との最短距離
）が１．５間より小さいため、前記のように過熱された
石英と沃化物とが反応して再点弧電圧の上昇をきたし、
始動および効率、演色性等の寿命特性に悪影響を及ぼす
ものと考えられる。なお、（Ｃ）について発光管を−周
り太き（してｄの値が１．５間以上になるランプも試作
してみたが９発光管容積が大きくなることによって管壁
負荷が低下し過ぎて、充分な特性が得られなかった。一
方、（ｂ）の場合はあたかも（ａ）と（Ｃ）との各欠点
を補なう形となり、小形にもかかわらず優れた特性を有
するランプが得られる。

ところで、前記（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）の各ランプ
のｄおよびｄｌｌは次のようになる。

以下余白 第２表 第２表について特性の優れた（ｂ）とこれより劣る（ａ
）とを比較すると、ｄは同一でｄｌｌが相違している。

そこでｄｌｌについて両者の中間である０、６で実験し
た結果、はぼ（ｂ）と同様の優れた特性が得られること
が判った。

また、前記第２図で説明したようにｄは１．５ｍ！以上
にすることが好ましいことが判明しているから、　　ｄ
／Ａ’についてもｄを大きくすれば当然その値は大きい
方へ移行することになるから、（ｂ）についティえばｄ
を１．５ｉｍ以上、ｄ／７を０．７５以上とすることは
好結果に′２ながることは明らかである。したがって、
前記各実験結果をまとめると、ｄ≧１．５（朋）で、か
つ、ｄｌｌ≧０．６とすれば再点弧電圧の上昇を抑制し
て立消えを防止し、光束維持率および発光効率の優れた
ランプが得られるわけである。

本結果は、楕円球形発光管でのものであるが。

発明者らは、他の形状として球形あるいは、これらに類
似した形状の発光管で試験したが、やはり同様な結論が
得られた。

なお１本発明は前記実施例に限られるものではなく、ｌ
ｏｏ’Ｊワット）以下の特に小形のメタルハライドラン
プにおいては同様の効果が得られるものである。

さらに、一般に電極突出長ｌはメタルハシイドランプの
効率を決める上で重要な要素であり、従来の１００Ｗを
越える中、高ワツトのランプではその適切な範囲として
いくつかの案が出されている。

しかしこの範囲を１００Ｗ以下の小形メタルハライドラ
ンプにそのまま適用することは困難となってくる。すな
わち、最適な電極突出長ｌは電極間距離りと関係があり
９本発明者等はその関係を０．２≦Ｉｔ　（＋＋＋ｍ）
／Ｌ　０１１１１）≦０．６に維持すれば、小形メタル
ハライドランプにおいてもそれ復動率を低下させずに新
しいランプとして充分な価値のあるものかできることを
知っている。ｌ／Ｌが０．６を越すとランプ効率（ま著
るしく低下する。これは電極端部近傍の最冷部温度力；
低くなり過ぎるためである。一方、／：／Ｌが０．２未
満になると電極が逆に封止部に近づき過ぎて封止部近傍
が過熱され、失透しクラックを生じたり、あるいは電極
材料がスパッターして最冷部温度が高くなり過ぎてラン
プ電圧の上昇やアーク不安定の原因となる。

しかし、ｌ／Ｌを前記範囲に押えると小形メタルハライ
ド２ンプの場合には電極先端と発光管管壁との距離が中
、高カットのランプに較らべ極めて接近し過ぎてしまう
。

電極の温度はランプ入力によりさほどの差違（まな（入
力に応じた電極寸法に設計されるので、　／ＪＸ形にな
るほど電極付近の管壁温度は過熱されて前記のように再
点弧電圧の上昇という悪影響を及ぼす結果どなっていた
。しかし２本発明によれ＋？これ等問題をも一挙に解決
できるもので、小形メタルハライドランプにおける新規
にして、かつ、効果のある設計を呈示するものである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように１本発明によれば再点弧電圧の上昇
を抑制して立消えを防止し、かつ、光束維持率および発
光効率の優れた小形メタルノ・ライドランプが得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である小形メタルノ・ライド
ランプの発光管の縦断面図、第２図は（電極先端と発光
管管壁との最短距離）ｄ（ｍｍ）と再点弧電圧との関係
図、第３図は実験用各種発光管の一端縦断面を示す。 １・・・石英製発光管、　　ｌａ・・発光管端部内面。 ２．３・・・電極。 ｌ・・・電極突出長 ｄ・・・電極先端と発光管管壁との最短距離代理人　弁
理士　　則　近　憲　佑 （ほか　１名） 第１図 第２図 −ｄ　（ｍｍ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 石英バルブに一対の電極を対設し、内部に始動用希ガス
   、水銀および金属ノ・ロゲン化物を封入してなる発光管
   を有する１　００Ｗ（ワット）以下の小形メタルハライ
   ドランプにおいて、前記発光管の形状が球形または楕円
   球形あるいはそれに近い形状であり、かつ、前記電極の
   発光管内突出長をｌ（ｍす、電極先端と発光管管壁との
   最短距離をｄ（扉：ｉ）としたとき。 ｄ≧１，５（πｎ） ｃｌ／ｌ≧０．６ を満足することを特徴とする小形メタル／・ライドラッ
   プ。