JPS62103959A - 小形高圧金属蒸気放電灯 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、定格１００Ｗ以下のメタルハライドランプや
高圧ナトリウムランプなどの小形高圧金属蒸気放電灯に
関する。

〔従来の技術〕

近年、省エネルギーの見地から白熱電球に代わり、高効
率、長寿命で、しかも演色性に浸れた小形高圧金属蒸気
放電灯、例えば小形メタルハライドランプの開発が進め
られている。

しかしながら、メタルハライドランプなどの高圧金属蒸
気放電灯は、周知のように、規格値に近い光束を得るま
でに要する始動時間、および消灯後次の点灯までに要す
る再始動時間がいづれも白熱電球に比べて格段に長い欠
点がある。たとえば従来の２００Ｗ形メタルハライドラ
ンプでは、始動時間が８〜１０分、再始動時間が１０〜
１５分というのが普通であった。これ故、この種の高圧
金属蒸気放電灯は、白熱電球の代替光源として普及し得
なかった最大の原因となっていた。

特に、車両用前照灯の光源として従来は白熱電球、最近
ではハロゲン電球が主流を占めているが、寿命特性をさ
らに向上させるため、小形高圧金属蒸気放電灯の採用が
検討されている。

高圧金属蒸気放電灯を車両用前照灯の光源として使用す
る場合、前照灯の大きさ、要求される光度、および車両
のバッテリーの消費具合を考慮すると、放電灯の消費電
力は１００Ｗ　（ワット）以下にすることが必要となる
。

しかしながら、このような小形高圧金属蒸気放電灯、た
とえばメタルハライドランプを前照灯用光源として使用
する場合以下の問題点がある。

すなわち、前照灯は車両の発車寸前やトンネルに入る時
に点灯されるから瞬時に点灯される必要があり、しかも
その光束の立上がり時間が短くて、素早く所定の明るさ
に達する必要がある。

小形高圧金属蒸気放電灯の瞬時点灯対策としては、高圧
パルスを印加してランプを起動させる技術が知られてお
り、たとえば定格１００Ｗ以下のメタルハライドランプ
の場合は１２〜２０ＫＶの高圧パルスを、３〜１５μｓ
（マイクロ秒）印加させることにより瞬時点灯が可能で
あり、このような高圧パルス印加方式を採用すれば前照
灯として実用可能である。

しかしながら、放電が開始してもその直後には発光管に
封入されている水銀や金属ハロゲン化物はほとんど蒸発
せず、したがってランプの明るさは安定点灯時の１０％
程度に過ぎず、これが安定点灯状態になって充分な明る
さになるまでは３〜１０数分間を要し、いわゆる光束立
ち上がりに時間を要するので実用化が困難であった。

光束立ち上がり問題の解決手段として、発光管をヒータ
で加熱する方法が考えられている。たとえば、特開昭５
１−４８８１号公報では発光管の最冷部近傍に保温ヒー
タを配置する技術が示されている。ただし、上記公報の
発明の目的は、上記ヒータに流す電流によってヒータの
発熱量を変え、発光管の最冷部温度を外部から任意に変
えることによりランプの色温度を調節しようとするもの
であるが、同時に上記問題となっているランプの光束立
ち上がりの改善にも関連するものと考えられる。

したがって、発光管の近傍にヒータを設置し、予め始動
前にこのヒータによって発光管を加熱しておけば、発光
管内の封入金属の蒸発が促されているから、始動と同時
に光束が素早く立上がるようになり、瞬時に規格値の光
束が得られ、いわゆる瞬時始動が可能になる。

しかしながら、このような手段によるランプは、外管バ
ルブが小形に構成されることおよびこのような小さな空
間の外管内に発光管と予熱ヒータを収納するから、発光
管や予熱ヒータの支持部材またはリード線間が互いに近
接し、始動のために高圧パルスを印加した場合には外管
内放電が発生する心配がある。このような外管内放電を
防止するため、予熱ヒータをセラミックヒータで構成し
たり、発光管や予熱ヒータの支持部材やリード線をガラ
スまたはセラミックなどからなる絶縁チューブで覆う手
段が検討されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、予め予熱ヒータにより発光管を加熱して
おくものでは、外管バルブや、上記支持部材やリード線
を覆うガラスまたはセラミックなどの絶縁チューブが高
温になる。ガラス材は、一般に高温になると電気抵抗値
が低下する性質をもち、電気抵抗値はガラスに含まれて
いるアルカリ、特にナトリウムイオン（Ｎａ”　）の存
在により左右されることが知られている。

したがって、上述のように瞬時点灯させるために１２〜
２０ＫＶの高圧パルスを、３〜１５μＳ（マイクロ秒）
印加させるものでは、上記ガラス材が予め加熱されてい
ることによって電気抵抗値が低くなった場合、ガラス部
材にパルス電圧が漏れ、発光管の電極間に起動に必要な
所定の電圧が印加されなくなり、発光管内でアーク放電
が発せず、コロナ放電の状態を続け、点灯しない場合が
ある。このような状態が続くと、始動回路はパルス電圧
を発生し続けて故障の原因になる。

点灯を確実にさせるため、さらに高いパルスを印加する
ようにすると、絶縁破壊を生じる心配がある。

したがって本発明は、外管バルブや、支持部材やリード
線を覆うガラスまたはセラミックなどのガラス部材にパ
ルス電圧が漏れる割合いを小さくし、確実な点灯を可能
にする小形高圧金属蒸気放電灯を提供しようとするもの
である。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、発光管は石英からなるとともに、外管バルブ
は低アルカリ成分ないし無アルカリ成分のガラスからな
り、かつ上記発光管および予熱ヒータの支持部材やリー
ド線の表面には低アルカリ成分ないし無アルカリ成分の
ガラスもしくはセラミックを被覆したことを特徴とする
。

（作用） 本発明によると、使用されるガラスもしくはセラミック
材料が、低アルカリ成分ないし無アルカリ成分であるか
ら、高温に加熱されても電気抵抗値の低下割合いが小さ
く、よってパルス電圧の漏れ具合が少なくなって、発光
管の電橋間に起動に必要な所定の電圧を印加するように
なるので確実なアーク放電が発生する。

〔発明の実施例〕

以下本考案について、図面に示す一実施例にもとづき説
明する。

図面は、直流電源にて点灯される定格４０Ｗのメタルハ
ライドランプの構成を示すもので、１は外管バルブであ
る。この外管バルブ１は、例えば米国フーニング社製の
パイレックス７７４０　（商品名、あとで成分を説明す
る）ガラスからなり、内容積が１５１３程度に形成され
、一端部に封止部１ａを形成しである。そして、この外
管パルプ１内は真空雰囲気かまたはアルゴンなどの不活
性ガス雰囲気に保たれるようになっている。

外管パルプ１内には、発光管２および予熱ヒータ３が収
容されている。

発光管２は、石英よりなるバルブの内部両端に陽極４ａ
および陰極４ｂを対設し、これら陽極４ａおよび陰極４
ｂは、発光管３の封止部５ａ、　５ｂに気密に封着され
たモリブデン箔６ａ、　６ｂを介して発光管り一ド線７
ａ、　７ｂに接続されている。これら発光管り一ド＠７
ａ、　７ｂは外管１の封止部１ａを気密に貫通されてい
る。

発光管２内には、始動用希ガス、水銀および金属ハロゲ
ン化物としてよう化スカンジウムとよう化ナトリウムが
封入されている。なお、発光管２の内容積は０．５ｃｍ
３程度に形成されている。

予熱ヒータ３は、タングステンからなる発熱体をセラミ
ックで被覆してなるセラミックヒータであり、たとえば
平板形をなして４０ｗに形成されている。このような予
熱ヒータ３は、上記発光管２の下方に、発光管２から０
．１ｍ〜１．２ｍ離間した位置に設置されている。

予熱ヒータ３は、予熱ヒータリード線８ａ、　８ｂに接
続されており、これら予熱ヒータリード線８ａ。

８ｂは上記外管バルブ１の封止部１ａを気密に負通され
ている。

なお、発光管リード線７ａ、　７ｂの少なくとも一方は
外管内放電を防止するために、絶縁チューブ９で被覆さ
れているとともに、予熱ヒータリード線８ａ、　８ｂも
外管内放電を防止するために、絶縁チュー７１０で被覆
されている。

また、１１はゲッタを示す。

上記発光管リード線７ａ、　７ｂおよび予熱ヒータリー
ド線８ａ、　ｓｂは、上記外管バルブ１に形成した封止
部１ａから導出されている。そして上記発光管リード＠
７ａ、　７ｂの導出部分は、ガラスまたはセラミックな
どからなる絶縁チューブ１２で被覆されている。

上記発光管リードｌ！！７ａ、　７ｂを覆う絶縁チュー
ブ９、および予熱ヒータリード線８ａ、　８ｂを覆う絶
縁チューブ１０、ならびに上記発光管リード線７ａ、　
７ｂの外部導出部分を覆う絶縁チューブ１２は、例えば
アルミナ珪酸ガラス（あとで成分を説明する）によって
形成されている。

このような構成の作用について説明する。

予め、予熱ヒータ３に通電してこれを発熱させておくと
、この予熱ヒータ３によって発光管２が加熱され、発光
管２内に封入した水銀および金属ハロゲン化物としての
よう化スカンジウムとよう化ナトリウムの蒸発が促され
る。

この状態で発光管リード線７ａ、　７ｂに直流の高圧パ
ルス、例えば１２〜２０ＫＶの高圧パルスを、３〜１５
μｓ印加すると、陽極４ａおよび陰極４ｂ間で直流放電
が始まる。

この時、発光管２は既に予熱ヒータ３によって加熱され
、発光管２内に封入した水銀および金属ハロゲン化物と
してよう化スカンジウムとよう化ナトリウムの蒸発が促
されており、ランプ光束は封入金属の蒸気圧によって決
るから、ヒータ３の蒸発促進作用により光束の立上がり
は迅速となり、きわめて短時間のうちに所定の光束が得
られる。

しかして、この種の小形ランプでは、外管バルブ１の内
容積が小さく、その小さな空間の外管バルブ１内に発光
管２と予熱ヒータ３を収納するから、外管１内で発光管
リード線７ａ、　７ｂ相互、発光管リード線７ａ、　７
ｂと予熱ヒータ３の間および発光管リード線７ａ、　７
ｂと予熱ヒータリード線８ａ、　８ｂの間が接近する。

このような構成のもとで、起動のために高圧パルスを印
加した場合には、外管的放電が発生する恐れがある。し
かしながら、予熱ヒータ３はセラミックヒータにより構
成してあり、発光管リード線７ａ、および予熱ヒータリ
ード線８ａ。

８ｂは絶縁チューブ９および１０で被覆しであるから、
外管的放電は防止される。

また、高圧パルスを印加した場合、発光管リード線７ａ
、　７ｂおよび予熱ヒータリード線８ａ、　８ｂの封止
部１ａから外部へ導出されている部分、すなわち外管１
の外部でも放電の心配がある。しかしながら本実施例で
は、発光管リード線７ａ、　７ｂの封止部１ａから導出
されている部分も絶縁チューブ１２．１２で覆っである
から、外管の外部での放電も防止する。

ところで、上述のように予熱ヒータ３により、予め発光
管２を加熱しておく場合、使用されているガラス材料の
温度上昇に伴ってこのガラス材料は電気抵抗値が低下す
る傾向にある。

これは、ガラス成分としてナトリウムなどのようなアル
カリの含有量が多くなるもの程顕著になる。

しかして上記実施例に使用したガラス材料の組成につい
て下表に示す。

上記表から理解できるように、本実施例で用いたガラス
材料（石英、パイレックス７７４０およびアルミナ珪酸
ガラス）は、いづれもナトリウム、つまりアルカリ成分
が少なく、このため加熱されても電気抵抗値の低下が少
ない。したがって１２〜２０ＫＶの高圧パルスを、３〜
１５μｓ印加させた場合、上記ガラス材の電気抵抗値が
高く保たれているから、ガラス部材にパルス電圧が漏れ
ることはなく、発光管２の電極４ａ、　４ｂ間に起動に
必要な所定の電圧が印加されることになる。こ−の結果
、発光管２内で確実にアーク放電が発生し、コロナ放電
の発生を防止して瞬時に点灯灯させることができた。

これに対し、上記表に示すはう珪酸ガラスを用いると、
Ｎａ２Ｏが６．３重連％含まれており、１２〜２０ＫＶ
の高圧パルスを、３〜１５μｓ印加させても円滑に点灯
せず、信頼性の低いことが判明した。その原因はパルス
の漏れであることが突止められている。

空 本発明者等の上記実験およびその他の研究７実験によれ
ば、アルカリ成分、たとえばＮａ２Ｏが４重量％を越え
ると、予熱ヒータにより加熱されるガラス材料は電気抵
抗値の低下率が大きくなり、パルスの印加を何度も繰返
したり、コロナ放電の発生割合いが多くなり、確実な瞬
時点灯が期待できないことが判った。

したがって、使用するガラス材料に含まれるアルカリ成
分、たとえばＮａ２Ｏは０〜４重量％の範囲内が良好で
ある。

そしてこのようにすれば、１２〜２０ＫＶよりも格別に
パルスを高くする必要がなく、よって、絶縁破壊を生じ
る心配もない。

また、定格１００Ｗ以下の高圧金属蒸気放電灯は、外管
パルプの内容積Ｍ１は１０〜２０α３、および発光管の
内容積Ｍ２は０．３〜０．７ｃｍ３程度が適用範囲であ
り、これら外管バルブの内容積Ｍ１と発光管の内容積Ｍ
２との比（Ｍｌ　／Ｍ２　）が１５〜４０の範囲にある
場合に、特に本発明は有利であった。

なお、上記実施例ではメタルハライドランプについて説
明したが、本発明はこれに限らず、高圧ナトリウムラン
プであっても実施可能であり、また、直流点灯するもの
に限られるものでもない。

また、外管バルブは石英で構成してもよいとともに、発
光管リード線を覆う絶縁チューブ、予熱ヒータリード線
を覆う絶縁チューブならびに発光管リード線の外部導出
部分を覆う絶縁チューブは、セラミックで構成してもよ
い。

さらに、外管パルプ内に、発光管や予熱ヒータを機械的
に支持する金属製の支持部材（サポート）を使用するも
のでは、この支持部材を絶縁チューブで被覆する場合が
あり、このような支持部材の絶縁チューブであっても実
施可能である。

そしてまた、本発明の小型金属蒸気放電灯は、車両の前
照灯用光源に使用することに限定されるものではなく、
家庭用の一般照明を始めとするあらゆる光源に実施する
ことができる。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によると、使用されるガラス
もしくはセラミック材料が、低アルカリ成分ないし無ア
ルカリ成分であるから、高温に加熱されても電気抵抗値
の低下割合いが小さく、よって予め予熱ヒータにより加
熱されることで高温になっても電気抵抗値が高いから電
圧の漏れが防止され、起動のために高圧パルスを印加し
た場合に、パルス電圧の漏れ具合が少なくなって、発光
管の電極間に起動に必要な所定の電圧を印加するように
なる。このため確実な点灯が可能になる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すメタルハライドランプの
概略的構成を飛す断面図である。 １・・・外管バルブ、２・・・発光管、３・・・予熱ヒ
ータ、４ａ・・・陽極、４ｂ・・・陰極、７ａ、　７ｂ
・・・発光管リード線、８ａ、　８ｂ・・・予熱ヒータ
リード線、９　、１０．１２・・・絶縁チューブ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｆ３（ｒ３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電雰囲気内に希ガス、水銀および金属ハロゲン
   化物を封入した定格１００Ｗ以下の発光管と、この発光
   管を加熱する予熱ヒータとを、真空または不活性ガス雰
   囲気とした外管バルブ内に封装した小形高圧金属蒸気放
   電灯において、上記発光管は石英からなるとともに、外
   管バルブは低アルカリ成分ないし無アルカリ成分のガラ
   スからなり、かつ上記発光管および予熱ヒータの支持部
   材やリード線の表面には低アルカリ成分ないし無アルカ
   リ成分のガラスもしくはセラミックを被覆したことを特
   徴とする小形高圧金属蒸気放電灯。
2. （２）上記外管バルブおよび支持部材またはリード線の
   表面を被覆するガラスもしくはセラミック中のアルカリ
   成分の含有重量％は、０〜４の範囲であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の小形高圧金属蒸気放電
   灯。