JPS62177853A - 小形金属蒸気放電灯 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はたとえば直流などの極性の反転のない電源で点
灯される小形金属蒸気放電灯に関する。

（従来の技術） 近年、省エネルギーの観点から発光効率の低い白熱電球
と代替して使用できるようなたとえばメタルハライドラ
ンプ等の発光効率に優れた小形金属蒸気放電灯の開発が
積極的に進められている。

これ等小形金属蒸気放電灯は商用周波数５０　Ｈｚまた
は６０　Ｈｚ　　の交流１００■または２００ｖの一般
供給電源で安定器を介して点灯するのが常であり、また
安定器は放電灯とは別の位置に設置するという方法がと
られている。しかしながら、一般家庭および店舗等の屋
内用として多用される白熱電球の代替として考えると、
ランプと安定器とは一体化し、さらに安定器を小形、軽
量、低価格にすることが欠かせない条件である。ところ
が、現在−般的であるチョークコイルを使用した安定器
では上記条件を満足させることは困難視されている。

近年、トランジスタ、ＩＣ等の発達によシ上記条件を満
足させ得る安定器としての電子回路を構成することが可
能となってきた。このような電子回路の方式としては直
流点灯方式や高周波点灯方式等が考えられるが、高周波
点灯方式によると特定の周波数帯域では音響共振という
現象を生じてアークがゆらぎ、立消えの原因となる。特
にメタルハライドランプの場合は、その発光管形状、封
入物等の影響で音響共振を生じる周波数帯域が非常に広
くなるだめ高周波点灯方式は不適自となる。

したがって、特にはメタルハライドランプ用の電子安定
器としては直流など極性の反転のない電源での点灯方式
が望ましい。

一方、従来における車両の前照灯は、その光源として白
熱電球が使用されているが、白熱電球は発光効率が低く
、シかも寿命が短いなどの不具合があシ、ランプの交換
頻度が高い欠点があシ、このような不具合を解消するた
め、高効率、長寿命でしかも小形化が容易なメタルハラ
イドランプや高圧力トリクムランプなどの金属蒸気放電
灯を前照灯の光源として使用する研究が試みられている
。

このような放電灯を前照灯光源として使用する場合、前
照灯の大きさ、要求される光束：訃よび車両のバッテリ
ーの消耗度等を考慮すると、放１灯の消費電力は１００
Ｗ（ワット）以下のものが望ましく、しかも電源自体は
直流であるから極性が反転しない点灯方式が望まれる。

（発明が解決しようとする問題点） しかして上述のように、直流などの極性の反転のない電
源を用いる小形金属蒸気放電灯において、従来の交流点
灯用に設計された、電極軸の先端部にコイルを巻回して
なる電極を用いたものでは点灯中に、陰桓近傍の発光管
管壁に失透、クラックを発生し、発光管がリークして不
点となるランプが発生することがある。しかも、この現
象は陰極と発光管管壁とがよシ接近してくる１００Ｗ以
下のような小形のランプはど一層甚だしくなることが判
明した。

これらの現象につき、さらに交流点灯のランプと比較観
察したところ、ランプが定常状態で安定した場合でも、
極性反転のない電源で点灯した場合には陰極の樹上端側
にアークスポットが形成され、このスポットが陰極先端
に移行しない場合があることが判シ、このままの状態で
長時間点灯を続けたものは殆んど上記のようなりラック
を発生させていることが判った。これに対し、交流点灯
の場合には始動直後釦は電極の樹上端側から放電を開始
するものの短時間で全てのランプはアークスポットが電
極先端（Ｆ−移行し、クラックは発生しなかった。

このような現象は次のような理由によるものと推察され
る。すなわち、交流および１性の反転のない電源の場合
でも、始動直後は１気圧以下の低圧状態であるため放電
距離が長くなる状態で・放電は開始する。

しかし、時間と共に発光管内の温度が上昇し、発光管内
の圧力は上昇して定格点灯時には１気圧以上の高圧たと
えば４メタルハライドランプでは１０気圧前後あるいは
それ以上にもなる。したがって、放電が安定を維持する
ため、よく知られている法則ｐｄ＝　ｃｏｎｓｔ、（Ｐ
は圧力、ｄは放電距離）を満足するようにアークスポッ
トは電極対上端側から電極先端へ移行し、放電距離ｄが
短かくなる方向へ動く。この現象は交流の場合には両電
極がそれぞれ陰極と陽極の両方の作用を各半サイクルで
繰返すので、陽極時にはアークがその電極全体に集中し
て電極先端も加熱されるため、上記の圧力の増加と共に
アークは電極先端へ容易に移行するが、直流のように極
性の反転のない場合には陰極側はアークがスポット状と
なシミ極対上端側のごく一部にのみ集中し、その集中し
た個所のみが加熱される。しかもコイル部が放熱フィン
のような役割をするので、電極先端は発光管内圧力が充
分高まっても電子放射・を行うに充分なまでには昇温せ
ず、加えて極性の反転がないので、一旦できたスポット
位置からアークの移動は何等かのきっかけが無いと起ら
ない場合があるものと推察される０ したがって、アークスポットが陰極の封止端側に生じ、
しかもその陰極先端への移行がないと、高温のアークの
発光管管壁への接近、接触が長時間続き、その結果、管
壁に失透、クラックが発生することになるわけである。

しかも、アークが陰極の封止端側または先端に発生する
ことがあるということは、それぞれアーク長が異なるこ
とになシ、アーク長が異なればランプ電圧もそれにつれ
て相違するから点灯ごとにランプ電圧が一定しなくなシ
、かつ光束および色温度もばらつくという不都合も生じ
る結果となる。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、直流など
の極性の反転のない電源で点灯した場合に発光管に失透
、クラックが発生せず、しかもランプ電圧や光束および
色温度の変動も少ない長寿命で安定した特性を有するｉ
ｏｏｗ（ワット）以下の小形金属蒸気放電灯を提供しよ
うとするものである０ 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、陰極を封止軸と放電極とで形成し、これら封
止軸および放電軸のいずれか一方のｐ；ハ部にコイル部
を形成してこのコイル部に他方の郊５部を挿入係着して
連結したことを特徴とする。

（作　用） 上記のような構成によると、陰極は封止軸と放電軸とに
分離され、しかもコイル部によって連結されているので
、接合部質量が小さくなυ放電軸から封止軸への熱伝導
が軽減されて放電軸の先端部温度が速やかに上昇し、ア
ークの発生し易い温度まで上昇し易くなる。

（発明の実施例） 以下本発明の詳細を図面に示す実施例にもとづき説明す
る。

第１図は４０Ｗ（ワット）級小形メタルハライドランプ
の発光管１を示し、最大内径約８鴎のほぼ球状に成形さ
れた石英ガラスよりなる発光管パルプ２の内部には、始
動用希ガスとしてアルゴンガス１００Ｔｏｒｒ　、水銀
１０■および金属ハロゲン化物としてたとえば沃化スカ
ンジウムと沃化ナトリウムが合計２ｍｇ封入されている
。このパルプ２内には、４ｕの間隔をおいて、陰極３と
陽極４とが対向封止されている。

陰極３は、第２図に示すように線径Ｑ、１５ｍのタング
ステン線よりなる放電軸５と、線径０．１８Ｗｍのタン
グステン線よりなる封止軸６とで構成され、上記放電軸
５の後端にコイル部７を形成し、このコイル部７内に上
記封止軸６の先端を挿入係着することによシ、これら放
電軸５と封止軸６が軸方向に連結されている。

封止軸６は、発光管パルプ２の圧潰封止部８ａに気密１
７ＣＭ着されたモリブデン箔９ａに接合され、このモリ
ブデン箔９ａは外部リード線１θａに接続されている。

陽極４は、従来の交流点灯用電池と同様に電極軸にコイ
ルを巻回したもの、あるいは１本の電極軸のみで構成し
たものであってもよいが、本実施例では発光管１の使用
方向を自由に選択することができるように、この陽極４
も上記陰極３と同様な構成を採用しである。っまシ、１
１は放電軸、１２は封止軸、１３はコイル部、９ｂはモ
リブデン箔、１０ｂは外部リード線である。

このような発光管１は、図示しないが、上記外部リード
線１０ａ、１０ｂを、極性が反転しない電源、たとえば
直流電源に接続して点灯使用される０ このような構成の小形メタルハライドランプは、安定点
灯時においてアークが陰極３の根元部（封止軸６側）に
発生する現象が全く見られなかった。

この理由は、陰極３を放電軸５と封止軸６とに分離し、
コイル部７で結合したので、かシに始動時にアークが陰
極３の根元部で発生しても、放電軸５の質量が小さく熱
容量が小さく、しかもコイル部７を通じて封止軸６側に
伝達される熱量がコイル部７と封止軸６の接触面が小さ
いことによシ少〈な）、したがって放電軸５先端部は速
かにアークが発生し易い温度にまで上昇する。

そして安定点灯状態に移るにつれて発光管１内の金属が
蒸発して蒸気圧が上昇し、アークはできるだけその距離
を短かくしようとして遂には両電極３，４先端間へのア
ークへと移行するに至る。

したがって、安定点灯時には陰極３の根元部分にはアー
ク発生個所がないので、発光管１の石英がラヌが異常加
熱されて失透、クラックを生じることがなく、長寿命が
得られると共に、点灯のたびにアーク長が変化すること
もないのでランプ電圧が変化したシ、光束および色温度
がばらつくという不都合も生じない。

本発明についてその効果を確認するために行った実験に
ついて、以下説明する。

（実験１） 上記実施例に記載された構造による小形メタルハライド
ランプを２０本製造し、直流で水平方向で点灯したとき
のアークスポットのずれ、安定時におけるランプ電圧と
光束および色温度の再現性について従来との比較を行っ
た。なお、従来は陰極が電極軸にコイルを巻回して構成
されたタイプである。

表１には、１分間点灯、３秒消灯の条件で５０回の点滅
試験を行った場合のアークスポットのずれ状況を示す。

表　　１ 上記表１から従来構造のランプは、始動当初よシアーク
スポットが陰極の先端もしくは始動直後に先端に移行す
るものが合計８本で、残シ１２本は始動時および安定時
の管内圧が高い状態に至っても他箇所にアークスポット
が形成されて陰極に移らなかった。これに対し本発明の
ランプは、始動当初からアークスポットが陰極先端に形
成されるもの１５本、始動直後に移行したものが５本で
あシ、全てのものが安定時には確実に陰極先端にアーク
スポットを発生させることができだ。

表２には、２０分間点灯、５分間消灯の条件で点滅試験
を行い、各点灯毎に緒特性を測定した結果を示す。なお
、再現性の範囲は初期特性値（１００％）に対する特性
差で、本数はその範囲内にあるランプの数である。

上記表２よシ理解できるように、本発明によるランプは
、ランプ′亀圧、ランプ光束および色温度の緒特性が、
従来のものに比べて向上し、かつ各ランプ間および同一
ランプの点灯毎におけるばらつきも著しく小さくなって
良好なランプとなる。

（実験２） 前記実施例と同一寸法の発光管パルプ２内に同一封入物
を封入し、陰極３として線径０．１８ｊ１ｍのトリウム
入シタングステン線からなる放電軸５と、線径０，１８
ｍのタングステン線からなる封止軸６とを、放電軸５に
形成したコイル部７で結合したものを用いた。従来のも
のとして、１本の線径Ｑ、１８Ｈのトリウム入シタング
ステン線よりなる陰極を用いたものを使用し、これらの
比較を行った。

表３は１０本づつのランプについて、表１と同様の実験
をした場合の結果を示し、また表４は表２と同様の実験
による結果を示す。

表　　３ 表３の結果から、放電軸５としてトリウム人フタングス
テンを用いたものは、アークスポットが放電軸５の先端
に発生もしくは移行し易く、この効果は実験１のものよ
シ一層良好であることが−■った。

表４の結果からも本発明の構造が有効であることが判シ
、シかもトリウム入シタングステンを放電軸５として使
用したものは一層顕著であることが判る。

なお、トリウム入シタングステンを用いたものが、単な
るタングステンを用いた場合よシも良好な結果が得られ
るのは、同−温」二においてはタングステンよシトリラ
ム入シタングステンの方が電子放射性能良いためである
。

なお、上記実施例においては、放電軸５の基端にコイル
部７を形成し、このコイル部７に封止軸６の先端を挿入
して係着させるようにしたが、本発明は逆に、封止軸６
の先端にコイル部を形成し、このコイル部に放電軸５の
基端を嵌挿するようにしても同様の効果が得られる。

５シー　　　　　　　専 また、放電軸５の線径は封止軸６の線径よシ小さい方が
、放電軸５の温度上昇を促すので好ましく、シたがって
、放電軸５の線径を封止軸６の線径と同径以下にすると
一層効果がある。

なお、本発明はその点灯方向については制約されるもの
ではなく、水平点灯、垂直点灯のいづれであってもよい
。

そして陽極４の構造については、先に述べ九通シ、従来
の交流点灯用電極の構造であってもよい。

さらには、メタルハライドランプに限らず、高圧ナトリ
クムランプや高圧水銀灯においても同様の効果がある。

したがって、一般照明用光源はもちろん、車両前照灯用
光源、携帯用投光器の光源などに使用可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述した通シ本発明によれば、極性の反転のない電
源で点灯した場合、始動時には陰極の先端にアークスポ
ットが発生し、もしくは始動直後に陽極先端に直ちにア
ークスポットが移行し、発光管の管壁を異常加熱するこ
とがなくなるので、失透やクラックの発生を防止し、長
寿命になる。

また安定点灯時にはアークスポットが確夾に陰極先端部
に発生するから、点灯のたびにアーク長が変化すること
がなくなシ、ランプ電圧が一定となシ、ランプ光束およ
び色温度のばらつきもなくなシ、安定し、＋特性が得ら
れる０

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は小形メタルハ
ライドランプの発光管を示す断面図、第２図は陰極の構
造を示す図である。 １・・・発光管、２・・・パルプ、３・・・陰、匝、４
・・・１Ｌ５・・・放電軸、６・・・封止軸、７・・・
コイル部、８ａ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光管バルブの両端部に対向して陽極と陰極を封
   止し、内部に始動用希ガスと少なくとも水銀を含む封入
   物を封入してなる発光管を有し、極性の反転しない電源
   で点灯される１００Ｗ（ワット）以下の小形金属蒸気放
   電灯において、上記陰極は封止軸および高融点金属より
   なる放電軸とからなり、これら封止軸および放電軸のい
   づれか一方の端部にコイル部を形成し、このコイル部に
   他方の軸の端部を挿入係着して連結したことを特徴とす
   る小形金属蒸気放電灯。
2. （２）上記電極の放電軸は封止軸の線径に対し同径以下
   に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の小形金属蒸気放電灯。
3. （３）上記電極の放電軸は、トリウム入りタングステン
   よりなることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の小形金属蒸気放電灯。