JPS6040138B2 - 金属ハロゲン化物添加高圧放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属ハロゲン化物添加高圧アーク放電灯に関
し、特に、よう化ナトリウムを含有している放電灯に関
する。

一般に、金属ハロゲン化物添加高圧アーク放電灯は、イ
オン化可能な添加物を含有し、また両端に一対の王熱電
子電極を有している管形溶融シリカアーク管を備えてい
る。

主電極は、導入線によって支持されており、この導入線
は、密封した形で放電灯端部にあるピンチシールを貫通
して延びている薄いモリブデンリボン部分を含むもので
ある。一般に始動を容易にするために始動電極は、主電
極の１つに隣接したアーク管の中に配置されている。こ
うして、２つの主電極の間の比較的長いギャップ間に放
電を生じさせるのに要する電圧よりもはるかに低い電圧
で、始動電極とそれに隣接している主電極との間の短か
し、ギャップ間に放電を発生させることができる。放電
が一度生ずると、イオン化ガスが２つの主電極の間の抵
抗を減少させるので、放電はその主電極間のァークへと
変化する。金属ハロゲン化物添加放電灯に用いるイオン
化可能な添加物は、水銀、アルゴンなどの不活性始動ガ
ス、ならびに使用可能な蒸気圧を有しかつ可視スペクト
ルにおいて望ましい発光特性を有する１つ以上の金属ハ
ロゲン化物から成っている。周知の金属ハロゲン化物の
１つは、ナトリウム、タリウムおよびインジウムのよう
化物からなっている。もう１つのよく知られている金属
ハロゲン化物は、ナトリウム、スカンジウムおよびトリ
ウムのよう化物から成っている。ナトリウムの添加は、
ナトリウムイオンが電灯の点灯中にアーク管の外へ移動
するために、初めから多くの問題を有していた。ナトリ
ウムが選択的に損失すると、遊離したイオンが後に残る
ので電灯のスペクトルはナトリウム放射の損失によって
低下し、動作電圧が上昇し、最終的には電灯の欠陥に至
る。さて、ア−ク管を外管の中に支持するための取付具
を従来の連結藤構造から分割取付構造に変えることによ
って、ナトリウムの損失を著しく減少できることが明さ
らかになった。連結榛構造の場合には、フレームの連結
棒が電灯口金とは反対側のアーク管の端部にある電極へ
電流を伝達するのである。マルト氏らの合衆国特許第２
８８８５８５号に開示されている複合取付に属する分割
取付構造の場合には、長い連結棒が取り除かれ、取付台
は２つの部分に分かれている。その１つは外管のステム
からアーク管に伸び、もう１つは外管のドーム端部から
アーク管に伸びている。ＭＩＴプレスから１９７１年に
発行された「放電灯」の中で、ジョン、Ｆ、ウェィマゥ
ス氏は、その改良を、次のように説明している。

すなわち放電灯は交流で動作するので、連結榛はアーク
管の表面に対して交互に正、負の電位となる。連結棒は
アーク管から紫外光線を浴び、その結果として光電子を
放出する。連結棒が負電位の時には、この光電子のある
部分はア−ク管の外側表面の方に流れて、この表面を負
に帯電させる。残りの半分の周期では、連結榛は正電位
であり、シリカは非常に僅かな光電子しか発生せず、光
電子流の帰還は起こらない。アーク管表面が負に帯電す
ると正に帯電したナトリウムイオンが生じ、これは溶融
シリカを介して外側表面に移動して、さらにその表面で
気化する。アーク管取付け台の連結棒が取り除かれた場
合には、光電子の主要原因が除去されると述べている。
しかしながら、分割取付け構造の場合でも、かなりの量
のナトリウムの損失が発生する。

本発明の目的は金属ハロゲン放電灯からのナトリウムの
損失をさらに一層減少させることである。制御電位を有
する外管の中に集電線を設けて、金属ハロゲン放電灯の
溶融シリカを介してのナトリウム損失を減少させること
ができる。

できれば光電線は効果的に導入線をおおし、、捕集しな
ければアーク管の方に流れてナトリウム電気分解を促進
する電子を捕集できるように、電流が流れる導入線に近
接した位置にあることが望ましい。我々は、分割取付け
構造の場合での主な光電子源は、アーク管の遠方端にお
いて外管のステムから電極に伸びている長い導入線であ
ることを発見した。したがって光電子効果を減ずるため
に、放電灯回路に集電線を設け、これを長い導入線に沿
って、かつ実用上可能な限りそれに近接させて延ばした
。集電線は、長い導入線とは反対側の放電灯回路に電気
的に接続している。半分の周期において、集電線が長い
導入線に対して正電位である時には、この集電線は、長
い導入線からの光電子流の大部分を橋集する。次の半分
の周期においては犠牲が反対になり、長い導入線が集電
線からの光電子流を浦集する。このようにして、長に導
入線と集電線との間を往復する一次光電子は、ほぼ２倍
になるにもかかわらず。アーク管への光電子流は、著し
く減少する。口金が下側に配置される金属ハロゲン化物
添加放電灯においては、始動電極はバイメタルスイッチ
と並んで最上部にあるようにドーム端部に取り付けられ
、またステムからドーム端部に延びる２本の長い導入線
が設けられる。

このうちの１本は始動電極の方に延び、他の１本は主電
極の方に延びている。本発明によると、この導入線は、
近接して相互に平行に延びており、また始動抵抗器は導
入線の始動器側端部に取付けられる。このようにして、
動作中、導入線は反対の極性になり、ナトリウム損失を
著しく減少できる。口金が上側に配置される放電灯にお
いては、集電線を、長い導入線に沿って、アーク管の遠
方端部にある遊び端子の方に延ばし、それを反対側の交
流電圧に接続して、ナトリウム損失を減少させている。

集電線の効率は、集電線を交流周期の間中、アーク管に
対して正電位に維持するように接続した整流二極管を用
いてさらに一層改善することができる。外管の中に内側
ア−ク管を備えている放電灯を考察すると、電界を決定
する境界条件に関する仮説が立てられるならば、電流近
似を用いて、ァーク管によって捕集された光電子流の部
分ｆを集電線の電位に対して正規化したアーク管表面電
位の関数として決定することが可能である。

第１図に示されている幾何図形において２本の線材Ａお
よびＢは、アーク管軸０からァーク管直径の２１′２倍
のところに位置していて、その軸に対しては８の角度を
なしており、放出される電子１つ当り、線材の単位長さ
当りのアーク管への算定平均光電流は、ｆの０〜１まで
の積分である。

線材ＡおよびＢが異なった電位になっている場合につい
て、次の値が決定されている。角度 積分 １８００ ２７９００
２２ ４５０ １７１１０
１○上記の値は、単一の線材がアーク
管に沿って延 ・びてし・て、そこに交流電位を有して
いる場合に算定平均光電子流が０．５であるならば、２
本の線材が反対の電位を有し、アーク管とは正反対の方
向に１８０ｏをなして位置している場合には、それは０
．２７になり、電線がア−ク管に９０ｏの角度をなして
いる場合には０．２２に、１１０の角度をなしている場
合には０．１０になることを示している。

１８００をなして位置している２本の線材が同じ電位で
ある場合には、算定平均の光電流は１である。

第２図はナトリウム損失をより一層少なくするために上
記の原理を使用している。

口金が下方に配置される放電灯のための、金属ハロゲン
化物添加放電灯である。ランプ１は、ガラス製の外包２
ならびに熔融シリカの内側のアーク管３から成っており
、外包は、その下端に、ねじ込みの口金４を有している
。アーク管３は、点灯中にほぼ完全に気化する多量の水
銀、気化される量より多いよう化ナトリウム、および少
量のよう化タリウムとよう化インジウムまたはよう化ス
カンジウムとよう化トリウムなどのような他の適切な金
属ハロゲン化物を含んでいる。そして２５ｔｏｎのアル
ゴンなどのような低圧の不活性希ガスが始動およびウオ
ームアップを容易にするために、アーク管の中に入れら
れている。一対のアーク用の主の電極５，６（下方にあ
る５および上方にある６）ならびに上方にある始動用の
補助の電極７は、アーク管３の中に密封されている。こ
れらの電極はアーク管のピンチシールされた両端部９，
１０を通って延びており、第５図の如く、中間に薄いモ
リブデン箔８を備えた導入線に支持されている。主電極
５，６はそれぞれ、心線の周囲にらせん状に巻き付けて
いるタングステン線から成っており、らせんの１回転ご
との間のすき間を埋める、たとえば酸化ナトリウムなど
のような活性物質を含んでいる場合もある。アーク管３
は、外包内にマウントによって保持されている。

このマウントは、ピンチシールの端部９，１０をそれぞ
れ包囲している金属のストラップ１３，１４を有してお
り、口金側にあるワィアのフレーム１１ならびにドーム
端部にあるもう１つのワイアのフレーム１２を備えてい
る。外包のネックは凹部のステム１５によって閉じられ
ており、それを通って、剛性の導入線１６，１７が延び
、口金４のねじ外殻ならびに中央接点に、その外側端が
接続されている。下側のフレーム１１およびコネクタ１
８は導入線１６から主電極５までの回路を接続している
。長く細くかつ弾性のあるカーブ状の導線１９が、導入
線１７からァーク管３の上端にある主電極６まで延びて
いる。もう１つのカーブ状の導線２０は、フレーム１１
を介在して導入線１６から始動用の補助電極７に接続さ
れている始動用の抵抗器２１にまで延びている。長いカ
ーブ状の導線１９，２０は、電気伝導体としてのみ機能
し、アーク管の物理的な保持をもたらすことはほとんど
ない。バイメタルのスイッチ２２は、主電極６の導入線
上に取り付けられており「ランプがウオームアップした
後は、第４図に示される如く、補助電極７の導入線と接
合し、電極６，７を短絡するように配置されている。始
動用の電極７は、導入線周囲の熔融シリカの電気分解を
最小限にするために、常に最上部にあるアーク管３の端
部に位置している。

このことは、バイメタルのスイッチ２２も同様であって
、上端、すなわち第２図に示した口金下方ランプのドー
ム端寄りに取り付けられている。アーク電流を運ぶカー
ブ状の導線１９は、光電子の放出を引き起す紫外線およ
び青色光線の遮断を最小限にするために、細いタングス
テン線でできている。同じ理由からこの導線は、アーク
管から離れるようにカーブされており、外包の壁面に近
接するようになっている。この導線を通る電流は、とく
に始動時において、この導線の著しい加熱をひき起す。
導線としてタングステンを用いることによって、その弾
性が保持され、このような諸条件のもとでもその形状が
維持される。第２のカーブ状の導線２川ま、物理的な諸
特性では、最初の導線１９に匹適するものである。本発
明以前の方法は、第３図の如く、電流を始動用電極に制
限する始動用の抵抗器２１を、ランプのステムすなわち
口金部に取り付けることであった。

剛い導入線１６に取り付けられ、第２のカーブ状の導線
２０が、この抵抗器から始動用の電極７に延びていた。
第３図は略図で表わされており、それは、２本のカーブ
状の導線１９，２０が、ランプがぶつかつたり、振動し
たりする結果、偶然に接触した場合に、標準的には４０
０００オームの始動用抵抗器が、電流を１ミリアンベア
の数分の１まで制限し、いかなる損傷をも防止するので
好まれていた。上述のような従来の配置は、ランプが作
動温度に達し、バイメタルのスイッチ２２が閉じられた
時、２つのカーブ状の導線１９，２０が共に、同じ電位
、すなわち導入線１７の電位となるということを生じし
めた。これが光電子流にとって、考えられる最悪のケ−
スであるという事実は、重要視されなかったか、あるい
は見過ごされていた。本発明によると、第２図ならびに
第４図に表わされているように、始動用の抵抗器２１を
、導線２０の始動用の電極近くにまで移動させるという
きわめて単純な方法によって、光電子流を実質的に減少
できる。

いいかえると、始動用の抵抗器２１は、この場合、アー
ク管の上端にある始動用の電極７の導入線に取り付けら
れており、第２のカーブ状の導線２川ま、導入線１６か
ら始動用の抵抗器にまで延びている。このような配置は
、カーブ状の導線１９，２０を、点灯中、反対の極性に
置くという効果を有している。このような改良により、
ナトリウム損失およびそれに結びついた電圧上昇をかな
り著しく減少できる。我々の１００餌時間におよぶ寿命
試験で発見したところによると、上述したような始動用
抵抗器の位置の変更は、電圧上昇を９．１ボルトから３
．０ボルトにまでおさえるものであった。ナトリウムを
含有する金属ハロゲン化物放電灯の寿命は、電圧上昇の
逆関数であるから、放電灯の寿命はこれに対応して改善
されるわけである。第５図に示す如く、口金４を上方に
配置して点灯するランプｌａの場合には、始動用の電極
７ならびにバイメタルのスイッチ２２が、最上部になる
ように、口金４の近くに配置されている。

本発明以前の方法は、単一の長く細いカーブ状の導線１
９を、ステムにある導入線１７から主電極５の導入線に
まで走らせることであった。導線１９は、アーク管から
離れるように力−ブされており、アーク管への光電子流
を最小限にするために、外包の壁面に近接するようにな
っている。しかしながら、実質的に光電子流が残存して
いることは明らかである。本発明によると、ステムの導
入線１６からアーク管のピンチされた端部９に密封され
ている遊びのピン２３にまで延びている第２のカーブ状
の導線２０を設けることによって、さらに減少すること
ができる。２本の導線１９，２０は、点灯中、反対の交
流電位を有しており、アーク管の鞠線に対して、約１１
度あるいはそれ以下の角度になっている。

このことは、光電子流のフアクタが０．５から０．１以
下に減少することを意味し、その結果、ナトリウム損失
ならびに電圧上昇が実質的に減少し、寿命が長くなる。
カーブ状の導線２０の効果は、交流サイクルの全期間に
わたっていつでも、アーク管に対して導線を常に正に維
持することにより、一層高めることができることにある
。

このようにするための適切な配置が、第６図に示されて
いる変形例に表わされている。第５図のランプとほぼ同
じであるランプｌｂにおいて、ステムは、遊びの導入線
２４を含むように修正されている。第２のカーブ状の導
線２川ま、ステムの導入線２４から放電灯のドーム端に
あるアーク管の遊びのピン２３にまで延びており、２本
の導線１９，２川ま共に、平行かつ互いに接近して延び
ており、アーク管から離れるようにカーブしている。一
対の固体装置のダイオード２５，２６は、それぞれ導入
線１６，１７から導入線２４に接続されており、極性接
続は、導入線２４ならびに導線２０を正にバイアスする
ようになっている。導線２０が正電位であることは、導
線１９からの光電子の収集において、第５図の交流接続
の場合よりもさらに一層効果的であり、ナトリウム損失
と電圧上昇を一層少なくする。２つのダイオードの使用
は、両方の半サイクルを通して、導線２０を正電位に維
持するためには、単一のダイオードよりも望ましい。

がしかし、単一のダイオードが適切な容量を有するもの
であれば、十分に使用することができる。なお、取り付
け用のフレーム１１は、アーク管３を保持するために、
導入線１６に固定されると共にアーク管３に取り付けら
れ、さらに電極６のひとつに電気的に接続されており、
口金端のアーク管３の保持部ともいえる。

また、取り付け用のフレーム１２は、アーク管３を保持
するために、アーク管３に取り付けられると共に外包２
のドームに結合されており、ドーム端のアーク管３の保
持部ともいえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、管形のアーク管とそれに平行な一対の導線と
の間の幾何学的な関係を示す説明図である。 第２図は、本発明を具体化している口金下方の金属ハロ
ゲン化物添加放電灯の正面図である。第３図は、従来の
技術による口金下方の放電灯における始動用の抵抗器の
位置を示す概略図である。第４図は、本発明による抵抗
器の位置を示す概略図である。第５図は、本発明を具体
化した口金上方の放電灯をしめす正面図である。第６図
は、本発明の変形例の具体化した別の放電灯をしめす正
面図であり、その場合に、正のバイアスが集電子用の導
線に印加されている。５，６・・・主電極、３・・・ア
ーク管、２・・・外包、４・・・口金、１６，１７…導
入線、１１・・・口金部保持用のフレーム、１２・・・
ドーム端部保持用のフレ−ム、１９，２０・・・導線。 付９．′ 村々Ｚ 材夕３ ‘汝．〆 〇９．３ 〇・９．６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 口金を上方にして作動する高圧金属ハロゲン化物ラ
   ンプであつて、該ランプが管状の溶融シリカのアーク管
   ３を備えると共に、その対向端にシールされる一対の電
   極５，６と、水銀ならびにナトリウムのハロゲン化物を
   含むイオン化可能な充てん物と、上記電極５，６のひと
   つ寄りに配設される始動用電極７と、前記アーク管３を
   囲むガラス製の外包２と、電流用の端子をもつ口金４と
   、上記外包２内に伸びると共に該口金４の端子に接続さ
   れる１対の剛い導入線１６，１７と、前記アーク管３を
   保持するための取り付け用のフレーム１１，１２と、前
   記下方の電極５用の細長い弾性的なタングステンの導線
   １９とをそれぞれ備えて、該導線１９が前記アーク管３
   から離れるようにカーブされてなるものであつて、 前
   記始動用電極７が、前記上方の電極６寄りでバイメタル
   のスイツチ２２の近くに配置され、始動用の抵抗器２１
   が、該始動用の電極７の近くで該電極７に接続され、さ
   らに光電子集電用の細長い弾性的なタングステンの導線
   ２０が、前記アーク管３から離れるようにカーブされて
   なると共に、一端が前記の剛い導入線１６に取り付けら
   れ、他端が前記アーク管３の下方端内にシールされるピ
   ン２３に取り付けられて、該導線２０が前記導線１９の
   近くに配置されてなることを特徴とした高圧金属ハロゲ
   ン化物ランプ。 ２ 口金を下方にして作動する高圧金属ハロゲン化物ラ
   ンプであつて、該ランプが、管状の溶融シリカのアーク
   管３を備えると共に、その対向端にシールされる一対の
   電極５，６と、水銀ならびにナトリウムのハロゲン化物
   を含むイオン化可能な充てん物と、上記電極５，６のひ
   とつ寄りに配設される始動用の電極７と、前記アーク管
   ３を囲むガラス製の外包２と、電流用の端子をもつ口金
   ４と、上記外包２内に伸びると共に該口金４の端子に接
   続される１対の剛い導入線１６，１７と、前記アーク管
   ３を保持するための取り付け用のフレーム１１，１２と
   、前記上方の電極６用の細長い弾性的なタングステンの
   導線１９とをそれぞれ備えて、該導線１９が前記アーク
   管３から離れるようにカーブされてなるものであつて、
   前記始動用の電極７が、前記上方の電極６寄りでバイ
   メタルのスイツチ２２の近くに配置され、始動用の抵抗
   器２１が、該始動用の電極７の近くで該電極７に接続さ
   れ、さらに光電子集電用の細長い弾性的なタングステン
   の導線２０が、前記アーク管３から離れるようにカーブ
   されてなると共に、一端が前記の剛い導入線１６に取り
   付けられ、他端が前記始動用の抵抗器２１に取り付けら
   れて、該導線２０が前記導線１９の近くに配置されてな
   ることを特徴とした高圧金属ハロゲン化物ランプ。 ３ 口金を上方あるいは下方にして作動する高圧金属ハ
   ロゲン化物ランプであつて、該ランプが、管状の溶融シ
   リカのアーク管３を備えると共に、その対向端にシール
   される一対の電極５，６と、水銀ならびにナトリウムの
   ハロゲン化物を含むイオン化可能な充てん物と、上記電
   極５，６のひとつ寄りに配設される始動用の電極７と、
   前記アーク管３を囲むガラス製の外包２と、電流用の端
   子をもつ口金４と、上記外包２内に伸びると共に該口金
   ４の端子に接続される１対の剛い導入線１６，１７と、
   前記アーク管３を保持するために、前記導入線１６，１
   ７のひとつに固定されると共に該アーク管３に取り付け
   られ、さらに前記電極５，６のひとつに電気的に接続さ
   れる口金端保持部、ならびに、該アーク管３に取り付け
   られると共に前記外包２のドームに結合されるドーム端
   保持部からなる取り付け用のフレーム１１，１２と、前
   記のひとつの電極（５あるいは６）用の細長い弾性的な
   タングステンの導線１９とをそれぞれ備えて、該導線１
   ９が前記アーク管３から離れるようにカーブされてなり
   、さらに光電子集電用の細長い弾性的なタングステンの
   導線２０を備えて、該導線２０が前記の導線１９に並び
   かつ接近してなるものであつて、 前記始動用の電極７
   が、前記上方の電極６寄りで、バイメタルのスイツチ２
   ２の近くに配置され、始動用の抵抗器２１が、該始動用
   の電極７の近くで該電極７に接続され、さらにひとつあ
   るいは２つのダイオード整流器２５，２６が、前記導入
   線１６，１７の一方あるいは双方と前記集電用の導線２
   ０との間に接続されて、該集電用の導線２０を正にバイ
   アスするようにしたことを特徴とする高圧金属ハロゲン
   化物ランプ。