JPS63102153A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は石英ガラス製発光管パルプ内に金属ノ１０ゲン
化物として少なくともよう化スカンジウムを封入したメ
タルハライドランプに関する。

（従来の技術） 金属ハロゲン化物とし℃少なくともよう化スカンジウム
を使用したメタルハライドランプ、たとえばよう化スカ
ンジウムとよう化ナトリウムとを使用したランプは高効
率、高演色でしかも色むらも少ないという利点からメタ
ルハライドランプの主流として広く普及している。

さらに近年、省エネルギーの観点からこのランプを小形
化することによって白熱電球等に代わる屋内照明用光源
として使用する動きも活発化している。

しかしながら、金属ハロゲン化物として少なくともよう
化スカンジウムを使用したメタルノ１ライドランプは、
寿命中のランプ電圧の上昇が大きくなり、立消え不良を
生じるおそれがある。このような現象は、よう化スカン
ジウムが発光管パルプ材料の石英と反応し、その結果遊
離したよう素を生じ、このよう素がランプ電圧を上昇さ
せるものと推定され、このような現象は高効率を維持さ
せるため発光管の管壁負荷を高くする必要がある小形メ
タルハライドランプにおいて一層顕著となる。

このような不都合に対処して、上記発光管内に更にスカ
ンジウムメタルを追加封入する方法も考え出されている
。

この方法は、上記よう化スカンジウムと石英との反応に
よって生じる遊離よう素をスカンジウムメタルに吸着さ
せようとするものである。

ところが２本発明者等がよう化スカンジウムおよびよう
化ナトリウムに更にスカンジウムメタルを追加封入した
１００Ｗ級のメタルハライドランプについてその寿命中
の特性を調べたところ、ランプ点灯数百時間後において
、第６図に示したような電極変形を生じ曵いるものが発
見された。すなわち、同図（Ａ）が正常な形のタングス
テン製主電極（２）で、電極軸（６）の先端はアークの
安定化を計るためにコイル（力から突出させである。こ
れに対し。

ＣＢ）が変形（６ｂ）を生じた同主電極（２）を示し、
突出部（６ａ）は変形して溶融状態を呈しており、この
部分を分析した結果、タングステンとシリコンの合金で
あることが判った。この原因は１発光管内に追加封入し
たスカンジウムメタルが発光管パルプ材料の石英と一部
反応してシリコンＳｉを生じ。

このＳｉが主電極（２）の先端つまり電極軸（６）の突
出部（６ａ）に被着し、高温となっている電極軸材料の
タングステンＷと反応して低融点のＷ−８ｉ合金を生じ
、この合金部分が溶融して上記変形を発生したものと考
えられる。特にスカンジウムメタルはよう化スカンジウ
ムと較べ石英との反応性が強いので、一層シリコンが生
じやすくなるものと考えられる。

このような電極変形は、垂直点灯や傾斜して点灯される
場合には特に下方に位置する電極に、また水平点灯時に
は両電極に発生し、アークの不安定やランプ電圧の大き
な上昇（点灯１．０００時間で約１０ｖ）さらには変形
部を構成する低融点のＷ−Ｓｔ金合金蒸発飛散して管壁
黒化を発生さする等の不都合を生じさせる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように石英ガラス製発光管パルプ内に金属ハロゲ
ン化物として少なくともよう化スカンジウムを封入し、
更にスカンジウムメタルを追加封入するメタルハライド
ランプにあっては、電極変形を生じてランプ特性を低下
させるという欠点があった。

そこで本発明は以上の欠点を除去するもので。

電極変形を発生しないメタルハライドランプを提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題を解決するための手段） 本発明のメタルハライドランプでは、主電極を電極軸の
先端側がコイルより突出するように形成し、電極軸の径
をｄ　（ｍ〕、電極軸の上記突出長をｌ　Ｃｍ）　、ス
カンジウムメタルの発光管単位容積当りの封入量をＭ　
（Ｗ／　ｃｃ　）としたとき。

３≦ｌ／ｄ≦５ で、かつ。

０．０３≦Ｍ≦０．５ となるように構成される。

（作用） このような構成であれば、スカンジウムの封入量は発光
管内に発生する遊離よう素の吸着には充分である一層１
発光管パルプ材料の石英と反応して多量のシリコンＳｉ
を生じる程余分には封入されてないので電極変形防止に
効果がある。また、電極軸はアークを安定化させるため
にその先端側をコイルから突出させることが有効であり
、その突出長ｌが長い程、電極軸上の温度勾配が緩やか
になり１石英発光管パルプからたとえシリコンＳｉが飛
来して被着しＷ−８ｉの合金が形成されたとしても１合
金の形成個所は極めて高温となる電極軸最先端部分（ア
ーク輝点）から充分に雌れているので、溶融し変形を生
じるまでには至らない。

（実施例） 以下１図面に示した一実施例に基づいて本発明の詳細な
説明する。

第１図は１００Ｗ級の小形メタルハライドランプ発光管
の縦断面図を示し、（１）は内径約１０詣で内容積的２
　ｃｃの石英ガラス製の発光管パルプで、その両端封止
部（ｌａ）、（ｌｂ）には一対のタングステン製主電極
（２）　、　（２）が距離１８１ｆｒ１Ｎを隔たてて対
設され、さらに、一方の主電極（２）に近接して補極（
３）が設置されている。これ等主電極（２）　、　（２
）および補極（３）はそれぞれ気密封着用モリブデン箔
（４）・・・を介して外部リード線（５）・・・に接続
されている。また１発光管内には始動用希ガスとしてた
とえばアルゴンガス５０トール、水銀２０ｍ９．スカン
ジウムメタル０．１■およびよう化スカンジウムとよう
化ナトリウムが重量比で１：５の割合で合計１０９が封
入されている。

主電極（２）は第２図に拡大して示すように径０．４ｎ
のタングステン電極軸（６）に長さ１．７鴎の二層のコ
イル（力が巻装され、電極軸（６）の先端側はコイル（
力より突出させて突出部（６ａ）を形成しその突出長１
　（絽）は１．５龍に設定されている。

したがって、　　ｌ／ｄ　＝　１．５鼎１０．４鴎、＝
３．７５　　となっている。

また、スカンジウムメタルの発光管単位容積当りの封入
量Ｍ　（ｍ９／　ｃｃ　）は０．１　ｍ９７２　ｃｃ　
＝　０．０５　ｍｇとなる。

このような構成の発光管をたとえば窒素ガスを充填した
外管（図示しない。）内に封装してメタルハライドラン
プ３０個を作製し９点灯試験を行なった結果、ｔ、ｏｏ
ｏ時経過後でも先の第６図に示した従来ランプのように
甚々しい電極変形を生じたものは見当らず、またランプ
電圧の上昇も従来の約１０Ｖよりも着るしく低い１．５
ｖ程度に止まり。

顕著な効果が認められた。

次に上記実施例と同種ランプについて、スカンジウムメ
タルの封入量Ｍ　（ｍ９／　ｃｃ　）および電極形状特
には電極軸のコイルからの突出長ｅ（龍）を種々変化さ
せた場合のランプ特性に及ぼす影響について試験した結
果を第３図〜第５図に示す。なお。

上記突出長ｌ　Ｃｚａｒ＞の作用は電極軸の径ｄ　（ｍ
）に関連するので、ｌ／ｄと一般化して示す。

第３図はｌ／ｄと電極変形発生率（％）との関係を示す
図で９点灯５００時間後の値であり、　Ｍ　Ｃｖｇ／ｃ
ｃ　）は０．０５１Ｑと０．５Ｉｎ９の２種類とした。

この結果は。

どちらもｌ／ｄ≧３となるように突出長ｌを長くすれば
電極変形を生じないことが判る。これは突出長ｌが長い
程、電極軸上の温度勾配が緩やかとなり１石英発光管パ
ルプからたとえシリコンＳｉが飛来して電極軸に被着し
、Ｗ−Ｓｔの合金が形成されたとしても１合金の形成個
所は極めて高温となる電極軸最先端部分（アーク輝点）
から光分離れているので、溶融し変形を生じるまでには
至らないためと推定される。

しかしながら、ｌ／ｄ＞５となる程に２を長くすると、
電極軸最先端部の温度が上り過ぎて寿命中の光束低下が
大きくなるので。

３≦ぎ／ｄ≦５・・・・・・・・・・・・・・・（１）
の範囲が望ましい。

第４図はスカンジウムメタルの封入量Ｍ　（ｔｗｐ／ｃ
ｃ　’）と電極変形発生率（点灯５００時間後）との関
係を／／ｄ　＝　２．５およびｌ／ｄ＝＝３の２種類の
ランプについて示し、第５図は同じくスカンジウムメタ
ルの封入ｆｌ　Ｍ　（Ｎｉ／　ｃｃ　）とランプ電圧上
昇値（点灯１．０００時間後）との関係を示す。

第４図から上記（１）式の下限値であるｌ／ｄ＝３のラ
ンプはＭ（Ｗ９／ｃｃ）≦０．５になれば電極変形が殆
んど発生しなくなることが判る。しかしながら６／ｄが
上記下限値より小さいｌ／ｄ　：　２．５になるとＭ≦
０．５にしてもなお電極変形を防止することはできない
。

一方、第５図からはランプ寿命中の電圧上昇値（１，０
００時間後）はＭ≧０．０３にすれば急激に低下させ得
ることが判る。

したがって、スカンジウムメタルの封入ｉＭは電極変形
防止の観点からは０．５ｍ９以下に、一方、ランプ寿命
中の大幅なランプ電圧上昇防止の観点からは０．０３１
１９以上、すなわち ０．０３≦Ｍ（ｍｇ／ｃｃ）≦０．５・・・・・・・・
・（２）とすることが望ましい。

以上の結果から。

３≦ｇ／ｄ≦５ で、かつ、０．０３≦Ｍ≦０．５ を満足するようにすれば、電極変形および寿命中の大幅
なランプ電圧の上昇を防止できるメタルハライドランプ
が得られる。

なお、電極変形は垂直点灯や傾斜して点灯される場合に
は、特に下方に位置する電極に生じるので、このような
場合には下方に位置する側の電極のみに本発明を適用し
ても良いし、また水平点灯で使用する場合には両電極属
適用することが望ましい。

さらに、入力の異なる各種メタルハライドランプについ
ても同様の試験を行なったが１本発明は入力１５０Ｗ以
下のランプにおいて特に有効であった。

〔発明の効果〕 以上述べたように本発明の構成によれば、封入よう化ス
カンジウムと発光管パルプ材料の石英との反応によって
生じる遊離よう素を吸着させるためにスカンジウムメタ
ルを追加封入したり、さらにアーク安定化のために電極
軸をコイルよりも突出させるようにしても、電極変形や
寿命中の大幅なランプ電圧の上昇のないメタルハライド
ランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である１　０（１級メタ件と
ランプ特性との関係説明図、第６図は従来ランプの主電
極の変形前と後の状態を示す図である。 （１）・・・・・・発光管パルプ、（２）・・・・・・
主電極。 （６）・・・・・・電極軸。 （６ａ）・・・・・・電極軸の突出部。 （力・・・・・・コイル、（ｄ）・・・・・・電極軸径
。 （ｄ）・・・・・・電極軸突出長。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 石英ガラス製発光管パルプ内に一対の主電極を対設し、
   内部に始動用希ガス、水銀、スカンジウムメタルおよび
   金属ハロゲン化物として少なくともよう化スカンジウム
   を封入した発光管を具備し、上記主電極の少なくとも一
   方は電極軸の先端側がコイルより突出してなり、電極軸
   の径をｄ（ｍｍ）、電極軸の上記突出長をｌ（ｍｍ）、
   スカンジウムメタルの発光管単位容積当りの封入量をＭ
   （ｍｇ／ｃｃ）としたとき、 ３≦ｌ／ｄ≦５ で、かつ。 ０．０３≦Ｍ≦０．５ となるようにしたことを特徴とするメタルハライドラン
   プ。