JPS6161223B2

JPS6161223B2 -

Info

Publication number: JPS6161223B2
Application number: JP54083990A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawasumi; Kenji Narisei; Sadao Kaiwa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-07-04
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1986-12-24
Also published as: IT1145438B; JPS569960A; IT8049140A0

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は高圧金属蒸気放電灯に関し、特に、保
温膜の塗布領域を最小限にしたメタルハライドラ
ンプに関するものである。高圧金属蒸気放電灯、特にメタルハライドラン
プにおいてはその発光効率、平均演色評価数、光
束維持率などの特性を安定に保持するために発光
管の管端の温度を最適な温度に維持することが必
要である。この目的のために、従来は、(1)管壁負
荷（ランプ出力（Ｗ）／発光管の内表面積
（cm²））を13〜14程度に大きくすること、(2)電極を
小さく設計すること、(3)発光管の管端部分の外周
面にアルミナ粉などを塗布して保温することなど
の手段を講じて対処している。しかしながら、これらのいずれについても各々
個有の欠点を有している。すなわち、管壁負荷を
大きくすることは石英からなる発光管の全体温度
が上昇して発光効率は向上するが、反面、光束維
持率の低下が石英の失透現象により早められると
いう欠点を有する。また、電極を小さくすること
は電極の温度を必要以上に高めるために管端の温
度を上昇させて封入物の蒸気圧を高める効果があ
るが、反面、電極自体の蒸発を早めるために管内
壁の黒化現象を招いて早期に光束維持率の低下を
来たすこととなる。逆に、電極を大きくしすぎて
も電極の温度低下すなわち管端の温度低下により
封入物の適当な蒸気圧が得られないのみならず、
いわゆる輝点の温度を高め、電極の蒸発を促進し
て管内壁の早期黒化を招くという欠点がある。さらにまた、管端の保温は極めて効果のある手
段であるが、しかし、保温膜による発光効率の低
下（発光管内において発光した光が保温膜によつ
てさえぎられるため）は見逃すことができない。
通常の発光管の保温膜塗布領域は封止端から対向
電極の方向へ約14mmある。このため、400W用発
光管において保温膜を設けない時の発光効率にく
らべて約４〜５％の低下を来たす。この発光効率
の低下の割合は電極間距離が小さくなる（すなわ
ち、出力の小さいランプ）に従つて大きくなる。また、この保温膜は微細粒なためにガスの吸
着、特に、水分の吸着が多い。このために発光管
を外管内に封止されてからも水分を放出する。こ
の水分が発光管から出る紫外線により分解されて
水素を生成する。この水素ガスが発光管の石英を
通過して発光管内に侵入し、ランプの始動性能を
悪化させる原因となる。この水素ガスの侵入は数
時間の点灯で起るものであり、この対策として、
通常、水素吸着用ゲツターを使用して吸着させて
いるが不十分である。したがつて、本発明の目的は上述した保温膜の
欠点を解消した、発光効率、平均演色評価数、光
束維持率、始動性能の非常に優れた高圧金属蒸気
放電灯を提供することにある。上記目的を達成するため、本発明においては、
電極の先端中心から対向電極に対して後方の発光
管内面までの距離（電極後方の発光管内壁面の形
状は通常、ほぼ円弧状になつているので、電極先
端中心からの距離は内壁面のどこをとつてもほぼ
同一の値となる）ｌ（mm）と発光管内の電極の重
量ｍ（ｇ）とランプ電流Ｉ(A)との関係を0.1≦
ｍ／Ｉ≦0.16とし、かつ、Ｉ≦４では４≦ｌ＜
6.5とし、４＜Ｉ≦10では７≦ｌ＜13とすること
によつて垂直点灯で発光管の下端部にのみ有する
保温膜の塗布領域を最小限にしたことを特徴とし
ている。つまり、本発明は電極の電流に対する容量を基
準とし、かつ電極から発生する熱による管端の加
熱効果および熱伝導効果を有効に活用するために
電極中心から発光管内面までの距離の最適化を図
つたものである。かかる本発明の特徴的構成によれば、発光効率
始動性能等に悪影響を及ぼす保温膜の塗布領域を
従来のそれの約半分に減らすことができる。その
結果、発光効率、平均演色評価数、光束維持率、
始動性能が共に向上し、極めて優れた高圧金属蒸
気放電灯が容易に得られるようになつた。以下、本発明を実験結果を用いて詳細に説明す
る。はじめに、電極の重量の大小、電極から管内
壁までの距離、保温膜の有無による諸特性への影
響を実験により確認した。すなわち、電極の重量
を小さくし、かつ、電極から管内壁までの距離を
短くして管端温度を上昇させることによつて保温
膜を無くした場合は発光効率、演色性はほぼ良好
であつたが、光束維持率が悪い結果となつた。ま
た、反対に、電極重量を小さくし、かつ、電極か
ら管内壁までの距離を長くした場合は保温膜の塗
布領域を小さくすると演色性が悪くなり、大きく
すると演色性は改善されるが始動性能が悪くな
り、また両者共に光束維持率が悪い結果であつ
た。一方、電極重量を大きくし、かつ、電極から
管内壁までの距離を小さくすることによつて保温
膜を無くした場合は演色性が悪く、しかも、光束
維持率も悪い結果となつた。そこで、保温膜を設
け、その塗布領域を増加させるに従つて演色性は
改善されて行くが、しかし、光束維持率は悪いま
まであつた。また、反対に、電極重量を大きく
し、かつ、電極から管内壁までの距離を大きくし
た場合は保温膜の塗布領域を増加させても演色性
はほとんど改善されず、しかも、光束維持率は依
然として悪いままであつた。以上の両極端な実験結果は電極の先端中心から
対向電極に対して後方の発光管内面までの距離と
発光管内の電極重量とランプ電流との間の関係を
最適値に選ぶことによつて保温膜の塗布領域を最
小限にすることができることを暗示している。そ
こで、発光管の垂直の状態で点灯使用する場合に
おいて、発光管の下端にのみ有する保温膜の塗布
領域（発光管の封止端からの距離）を封止間距離
（発光管の一端の封止端から他端の封止端までの
距離）の15％と固定して以下の詳細な実験を行つ
た。なぜならば、一般に高圧金属蒸気放電灯は特
殊な用途の場合を除いて、発光管を垂直の状態に
して点灯使用するのが普通であるし、そして、発
光管の上端は一般に下端より温度が高いために保
温膜は不要となる場合が多く、あるいは不要とな
るように設定されているためである。実験結果１（400Wメタルハライドランプの場合）発光管内径20mm、電極間距離55mm、封止間距離
70mm、で封入物はNaI、TlI、DyI₃、CsI、Hgを封
入し、封入ガスはアルゴンとし、かつ、NaI／
TlIの比を10、DyI₃／TlIの比を16と一定にした。
電極重量ｍ（ｇ）とランプ電流Ｉ(A)すなわち、
3.3A（一定）との比を0.08〜0.20まで0.02（ｇ／
Ａ）毎にとり、電極中心から管内壁までの距離ｌ
（mm）の範囲については３〜４、４〜５、５〜
6.5、6.5〜7.5にとつて、これらの組合せについて
実験を行つた。その時の実験結果を表１に示す。

【表】表１から明らかなように、良好なランプ特性が
得られるのは距離ｌが４〜6.5の範囲で、比ｍ／
Ｉが0.1〜0.16の範囲である。そして、距離ｌが
４未満になると比ｍ／Ｉをどのように変えても満
足な結果が得られなかつた。また、距離ｌを6.5
以上にすると比ｍ／Ｉをどのように変えても演色
性が改善されなかつた。したがつて、400Wメタ
ルハライドランプにおいては0.1≦ｍ／Ｉ≦0.16
で、かつ、４≦ｌ＜6.5とすることによつて発光
効率、平均演色評価数、光束維持率の諸特性性を
良好な値で維持しながら保温膜の塗布領域を減じ
ることができる。さらに、このことは水素ガス発
生のもととなる領域が減少したことにもなり、ラ
ンプの始動性能も同時に改善される。なお、ラン
プ電流Ｉについては規格値3.3A±0.60の範囲につ
いて実験を行つたところ同様の結果が得られ、全
く問題がなかつた。ちなみに、従来のこのタイプ
のメタルハライドランプは比ｍ／Ｉが0.14であ
り、かつ、距離ｌが７〜８であつた。この時、発
光効率は73 lm／Ｗ、平均演色評価数は75、
2000h光束維持率は82％、保温膜の塗布領域は20
％であつた。実験結果２（250Wメタルハライドランプの場合）発光管内径15mm、電極間距離43mm、封止間距離
59mm、で封入物などは実験結果１と同じとした。
電極重量ｍ（ｇ）とランプ電流Ｉ(A)すなわち、
2.1A（一定）との比を0.08〜0.18まで0.02（ｇ／
Ａ）毎にとり、電極中心から管内壁までの距離ｌ
（mm）の範囲については３〜４、４〜５、５〜
6.5、６〜7.5にとつて、これらの組合せについて
実験を行つた。その時の実験結果を表２に示す。

【表】

【表】表２から明らかなように、良好なランプ特性が
得られるのは距離ｌが４〜6.5の範囲で、比ｍ／
Ｉが0.1〜0.16の範囲である。この関係は実験結
果において述べた400Wランプと全く同じであ
る。そして、距離ｌが４未満になると比ｍ／Ｉを
どのように変えても2000h光束維持率が改善され
なかつた。また、距離ｌを6.5以上にすると、比
ｍ／Ｉをどのように変えても演色性が改善されな
かつた。したがつて、250Wメタルハライドラン
プにおいては0.1≦ｍ／Ｉ≦0.16で、かつ、４≦
ｌ＜6.5とすることによつて発光効率、平均演色
評価数、光束維持率の諸特性を良好な値で維持し
ながら保温膜の塗布領域を減じることができる。
さらに、このことは水素ガス発生のもととなる領
域が減少したことにもなり、ランプの始動性能も
同時に改善される。なお、ランプ電流Ｉについて
は規格値2.1A±0.39の範囲について実験を行つた
ところ同様の結果が得られ、全く問題がなかつ
た。ちなみに、従来のこのタイプのメタルハライ
ドランプは比ｍ／Ｉが0.22であり、かつ、距離ｌ
が７〜８であつた。この時、発光効率は67 lm／
Ｗ、平均演色評価数は70、2000h光束維持率は72
％、保温膜の塗布領域は25％であつた。この塗布
領域を25％にした時、平均演色評価数が最高値の
70を示した。実験結果３（1000Wメタルハライドランプの場合）発光管内径25mm、電極間距離100mm、封止間距
離110mmで封入物などは実験結果１と同じとし
た。電極重量ｍ（ｇ）とランプ電流Ｉ(A)すなわち
8.3A（一定）との比を0.08〜0.18まで0.02（ｇ／
Ａ）毎にとり、電極中心から管内壁までの距離ｌ
（mm）の範囲については６〜７、７〜９、９〜
11、11〜13、13〜15にとつて、これらの組合せに
ついて実験を行つた。その時の実験結果を表３に
示す。

【表】

【表】表３から明らかなように、良好なランプ特性が
得られるのは距離ｌが７〜13の範囲で、比ｍ／Ｉ
が0.1〜0.16の範囲である。そして、距離ｌが７
未満になると比ｍ／Ｉをどのように変えても演色
性以外は改善されなかつた。また、距離ｌを13以
上にすると、比ｍ／Ｉをどのように変えても発光
効率以外は改善されなかつた。したがつて、
1000Wメタルハライドランプにおいては0.1≦
ｍ／Ｉ≦0.16で、かつ、７≦ｌ＜13とすることに
よつて発光効率、平均演色評価数、光束維持率の
諸特性を良好な値で維持しながら保温膜の塗布領
域を減じることができる。なお、ランプ電流Ｉに
ついては規格値8.3A±1.5の範囲について実験を
行つたところ同様の結果が得られ、全く問題がな
かつた。さらに、このことは水素ガス発生のもと
となる領域が減少したことにもなり、ランプの始
動性能も同時に改善される。ちなみに、従来のこ
のタイプのメタルハライドランプは比ｍ／Ｉが
0.9であり、かつ、距離ｌが７〜12であつた。こ
の時、発光効率は82 lm／Ｗ、平均演色評価数は
75、2000h光束維持率は72％、保温膜の塗布領域
は20％であつた。さらに、300Wタイプ、700Wタイプについても
上述した実験を行つたが、300Wについては上述
した250W、400Wとほぼ同様な傾向を示し、
700Wについては上述した1000Wとほぼ同様な傾
向を示した。さて、上述した実験は保温膜の塗布領域を一定
値15％に固定して行つたものである。そこで、次
に、比ｍ／Ｉおよび距離ｌをある代表値に固定し
て、発光管の封止端から対向電極方向の保温膜の
端までの距離Ｈを増減させることによつてランプ
の諸特性がどのように変化するか、換言すれば、
塗布領域の割合を最小限どこまで減らすことがで
きるのか、の実験を行つた。前述したように、塗
布領域の割合は次のように定義する。すなわち、
距離Ｈを封止間距離で割つた値の百分率である。
この実験に使用したメタルハライドランプは次の
仕様のものである。上述の実験結果１において使
用したランプのうち、比ｍ／Ｉが0.14、距離ｌが
５〜6.5のものである。結果は実験結果１におい
て使用した判定基準によつて判定した時、発光効
率、平均演色評価数、2000h光束維持率共に満足
する距離Ｈの下限値は８mm（塗布領域の割合で約
11％）であつた。距離Ｈが８mm未満になると、発
光色は緑が強くなるため演色性が悪くなり不適と
なる。この原因はランプ電圧が低くなり適当な蒸
気圧が得られないためと考えられる。距離Ｈの上
限値は12mm（塗布領域の割合で約17％）であつ
た。距離Ｈが12mmを超えると蒸気圧が高くなり、
ランプ電圧も高くなるため演色性はよくなるが保
温膜に光束がさえぎられるために発光効率の低下
を来たす。これらの値は従来タイプのランプが最
低でも距離Ｈが14mm（塗布領域の割合で20％）必
要であつたことに比べればその効果は非常に大き
いものである。この傾向は400Wランプにおい
て、他の比ｍ／Ｉ、距離ｌ値についてもほぼ同様
であつた。さらに、250W、300W、700W、1000Wのラン
プについても上述した400Wランプと同様の実験
をしたところ、ほぼ同様な結果が得られた。これらの実験結果は比ｍ／Ｉ、距離ｌの値を最
適な値とすることによつて、ランプの諸特性に悪
影響を及ぼす保温膜の塗布領域を最小限にできる
ことを証明している。なお、始動性能に悪影響を及ぼす水素ガスの侵
入をより一層抑制するためには封止端から対向電
極方向と反対方向の保温膜の塗布領域も必要最小
限にすることが望ましいことは述べるまでもな
い。以上述べた如く、本発明を適用した高圧金属蒸
気放電灯、特にメタルハライドランプは発光効率
平均演色評価数、光束維持率、始動性能などの諸
特性が非常に優れたものとなり、その工業的価値
は極めて大きい。

Claims

【特許請求の範囲】１一対の主電極を対向して有し、かつ、水銀の
他に金属のハロゲン化合物、始動ガスを封入した
発光管を垂直状態にて点灯使用する高圧金属蒸気
放電灯において、上記発光管の下端部にのみ保温膜を備え、上記
発光管の下端部の電極の先端中心から対向電極に
対して後方の発光管内壁面までの距離ｌ（mm）と
上記電極の重量ｍ（ｇ）とランプ電流Ｉ(A)との関
係を0.1≦ｍ／Ｉ≦0.16とし、かつ、Ｉ≦４では
４≦ｌ＜6.5とし、４＜Ｉ≦10では７≦ｌ＜13と
してなることを特徴とする高圧金属蒸気放電灯。