JPH0339380B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はメタルハライドランプにおける光束維
持率、始動電圧、立消電圧の改善対策に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

メタルハライドランプは水銀ランプに比べて高
効率、高演色性であるため、省エネルギー光源と
して急速に普及しつつあり、また高圧水銀ランプ
用安定器で始動可能なメタルハライドランプが開
発されていることにより、今後一層の普及が予想
される。

しかしながらメタルハライドランプは水銀ラン
プに比べて高演色、高効率等の優れた特性をもつ
反面、始動電圧、立消電圧および光束維持率の点
で劣る不具合がある。これはメタルハライドラン
プには通常、発光金属としてアルカリ金属、アル
カリ土類金属および希土類金属のハロゲン化物の
少なくとも１種が使用されており、これらのハロ
ゲン化物が高演色性、高効率をもたらすが、逆に
始動性、働程の点で劣る原因となつている。

金属ハロゲン化物として特に希土類金属のハロ
ゲン化物、たとえばスカンジウム（Sc）ハロゲ
ン化物を用いたものは、希土類金属の反応性が強
いため光束維持率は低レベルである。この原因は
以下のごとき現象として推察される。すなわち、
希土類金属ハロゲン化物は、ハロゲンサイクルに
もとづき、希土類金属とハロゲンが分離し、この
遊離されたハロゲンが発光管物質としてのケイ素
（Si）と結びついてハロゲン化ケイ素を生じ、こ
れが電極先端に付着し、SiとＷの低触点合金を形
成し、この合金はイオンボンバードによつて発光
管の管壁に付着して黒化することから可視光を吸
収して光束の低下を招く。また上記SiとＷの反応
および飛散のため、電極先端の形状が著しく変形
し、アーク輝点の不安定を招くので始動電圧、立
消電圧が高くなる。

このような不具合を解消するために、従来、発
光管内に希土類金属を、ハロゲン化物よりも多
量、つまりメタルリツチに封入し、ハロゲンサイ
クルによつて遊離したハロゲンをこの過剰な希土
類金属によつて捕捉するようにしたものが知られ
ている。しかしながら、単に希土類金属を発光管
に途剰に封入しただけでは、希土類金属の薄膜が
発光管の最冷部付近の壁面に付着し、この薄膜に
より可視光が遮ぎられて光束が著しく低下する現
象がみられる。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、光束維持率、始
動電圧、立消電圧を改善したメタルハライドラン
プを提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

本発明は、一対の主電極を備えた発光管内に、
水銀と始動用希ガスおよび少なくとも希土類金属
ハロゲン化物の１種を封入し、上記主電極に希土
類金属を付着させたメタルハライドランプにおい
て、希土類金属は主電極において安定動作状態の
動作温度が1350℃ないし1800℃の範囲となる箇所
に付着したことを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、主電極に希土類金属を付着さ
せたので、この希土類金属が拡散して電極を覆う
ようになり電極物質や電子放射物質のの飛散を防
止する。また、電極を覆う希土類金属は、ハロゲ
ンサイクルによる遊離ハロゲンを捕捉することに
も起因して遊離ハロゲンとケイ素との反応物が電
極に触れるのを阻止し、ケイ素とタングステンと
の低融点金属の生成を未然に防止するとともに、
タングステンの蒸発を抑止し、かつイオンボンバ
ードによるスパツタリングのを防止する。よつて
タングステンが飛散して管壁に付着するのを防止
する。しかも、希土類金属は主電極の動作温度が
1350℃ないし1800℃の範囲となる箇所に設けたの
で拡散が円滑に行われ、かつ放電空間中の希土類
金属がこの箇所に確実に回帰するようになり、希
土類金属で電極を覆う作用が確実になされる。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１図ないし第６図の一実施例に
もとづき詳細に説明する。

図中１は外管を示し、この外管１内には石英ガ
ラス製の発光管２が収容されている。発光管２内
には一対の主電極３ａ，３ｂおよび一方の主電極
３ａに近接して起動用補助電極４が配置されてい
る。なお補助電極４は場合により使用しないタイ
プもある。

発光管２内には所定量の水銀と、アルゴンガス
などの始動用希ガスおよびScI₃とNaIなどのごと
く少なくとも希土類金属のハロゲン化物を１種以
上含む発光金属が封入されている。

上記発光管２はその両端をホルダー５ａ，５ｂ
を介して各々サポート６ａ，６ｂに保持されてお
り、一方のサポート６ａはステム７に封止した内
導線８ａと溶接されているとともに、他方のサポ
ート６ｂは外管１の頂部に係着されている。そし
て上記発光管２における一方の主電極３ａは一方
のサポート６ａに電気的に接続されており、他方
の主電極３ｂはリード線９を介して接続線１０に
接続され、この接続線１０はステム７に封止した
他の内導線８ｂに接続されている。上記一方の内
導線８ｂは口金１１に接続されているとともに、
他方の内導線８ｂは口金１１のアイレツト端子１
２に接続されている。

一方前記起動用補助電極４は、始動用補助抵抗
１３および常閉形バイメタルスイツチ１４を介し
て上記接続線１０に接続されている。

そして一方のサポート６ａにはグロー点灯管１
５が点灯管ホルダー１６を介して取り付けられて
いる。このグロー点灯管１５から導びかれた一対
のリード線１７ａ，１７ｂのうちの一方１７ａ
は、サポート６ａと接続されており、また他方の
リード線１７ｂは限流抵抗１８の一端に接続され
ている。この限流抵抗１８の他端は上記バイメタ
ルスイツチ１４と始動用補助抵抗１３との接続部
位に接続されている。

したがつて上記点灯管１５と、限流抵抗１８お
よびバイメタルスイツチ１４は第２図に示される
ように直列回路を構成しており、この直列回路は
発光管２に対して並列に接続されているものであ
る。

しかして、発光管２内に設けられた主電極３
ａ，３ｂは、第３図のごとく構成されている。す
なわち、第３図は一方の主電極３ａを代表として
示すが、主電極３ａは、タングステン、もしくは
トリウムThを含有したタングステンからなる電
極軸３０に、タングステンからなる電極コイル３
１を巻装してある。電極コイル３１は二層コイル
であるが、この電極コイルは単層もしくは２重コ
イルであつてもよい。上記電極コイル３１には少
なくとも安定動作時に動作温度が1350℃ないし
1800℃の範囲となる箇所、たとえば外側で最先端
部に、スカンジウムなどからなる希土類金属３２
が蒸着、溶射などの手段で付着されている。

なお、外管１内には窒素ガスまたは窒素ガスと
他の不活性ガスとの混合ガスが、たとえば
400torr程度封入されている。また限流抵抗１８
は300Ω程度の抵抗値に設定されている。

このような構成に係る実施例の作用について説
明する。

ランプは第２図に示されるように、水銀灯用安
定器１９を介して電源２０に接続されるものであ
るが、始動時には常閉バイメタルスイツチ１４が
閉じられているので、このスイツチ１４、限流抵
抗１８およびグロー点灯管１５に電流が流れる。
上記グロー点灯管１５にあつてはこのグロー電流
によつて点灯管１５内のバイメタルが加熱されて
点灯管接点が開閉し、よつて安定器１９を限流抵
抗１８を介して断続する。この閉塞電流の変動に
よつて安定器１９がパルス電圧を発生し、このパ
ルス電圧は起動用補助電極４とこれに近接した一
方の主電極３ａとの間、および両主電極３ａ，３
ｂ間に投与される。このため発光管２は始動する
ことになる。

発光管２が始動すると、発光管２からの熱によ
つてバイメタルスイツチ１４が加熱されて開かれ
るので直流回路を解放し、点灯管１５、限流抵抗
１８に電流が流れるのを防止し、かつ補助電極４
と主電極３ａとを同電位に保つ。

上記のごとき作動のメタルハライドランプにお
いて、電極コイル３１に希土類金属たとえばスカ
ンジウムメタル３２を付着させたので、このスカ
ンジウムメタル３２が点灯中に拡散して電極軸３
０の先端部分を覆い、よつて電極温度が下がるの
で電極軸３０先端の仕事関数を引き下げてタング
ステンの蒸発を抑止し、かつイオンボンバートに
よるスパツタリングの減少を促し、電極軸先端、
つまりアーク輝点の変形を少くする。この結果、
始動電圧および立消電圧の上昇を防止する。

また上記スカンジウムメタルは、ハロゲンサイ
クルにより遊離ハロゲンを捕捉し、遊離ハロゲン
が発光管材料のケイ素（Si）と反応することを抑
止するばかりでなく、電極コイル３１に付着した
上記スカンジウムメタル３２が拡散してこの電極
コイル３１を覆うから、ハロゲン化ケイ素が電極
先端に直接接触することを防止し、これによりケ
イ素とタングステンとの反応も防止されるので、
タングステンが電極から飛散して付着することも
少くなる。

この結果、前記タングステンの蒸発、スパツタ
リングおよび上記タングステンの飛散が減じら
れ、管壁の黒化が少くなり、光束維持率が改善さ
れる。

しかもスカンジウムメタル３２は電極コイル３
１に付着させてあるので、スカンジウムメタル３
２が直接に管壁に付着する割合が少くなり、この
ためスカンジウムメタル３２自身が可視光を遮ぎ
る割合を軽減し、光束維持率の向上に寄与する。

第４図ないし第６図は、スカンジウムメタル３
２を電極コイル３１の先端部に付着させたもの
と、付着させないものについて、各々光束維持
率、始動電圧、立消電圧の推移を調べた結果を示
す。使用したランプは、ScI₃とNaIを用いた
400Wメタルハライドランプであり、それぞれ実
線Ａは第３図のごとき本実施例ランプ、破線Ｂは
従来ランプを示す。第４図の光束維持率特性にお
いて、使用初期は大差ないが、使用時間の経過と
ともに本実施例のランプが有利になることが判
る。また第５図の始動電圧特性においては、使用
時間が経過しても、本実施例ランプは従来のもの
に比べて始動電圧を低く維持していることが認め
られる。さらに第６図の立消電圧は、使用時間の
経過に伴つて従来ランプよりも本実施例ランプは
立消電圧が低下ぎみに差を生じていることが理解
できる。

なお、希土類金属の付着箇所は1350℃ないし
1800℃の範囲が望まれるのは以下の理由による。
すなわち、電極に付着させた希土類金属が拡散し
てこの電極を覆う作用を奏するためには、発光管
２の管壁に付着せずに電極３ａ，３ｂに回帰して
くれることが必要で、この回帰性は温度の高い箇
所に戻ることから1350℃以上の箇所が必要とな
る。なお1350℃は経験値である。また1800℃以上
の箇所は希土類金属自身が蒸発してしまつて管壁
に付着するので好ましくない。

ちなみに、第３図において400W級メタルハラ
イドランプの電極温度分布は、コイルの先端部
（ほぼl₁）で1600℃前後、コイルの後端部（ほぼ
l₂）で1300℃前後であり、このことから希土類金
属はコイル３１の先端部の１ターン目外表面に付
着させることが有効である。

また希土類金属の中でも、スカンジウムは最つ
とも多用されており、スカンジウムハロゲン化物
を発光金属として使用した場合には、電極に付着
させる希土類金属もスカンジウムメタルが最適で
あるが、希土類金属のハロゲン化物と電極の希土
類金属はその材料の組合せがいかようであつても
効果がある。

さらに電極の希土類金属を付着させる場合に
は、第７図や第８図のように、希土類の金属片７
０を電極コイル３１内、コイル間などに挟み込ん
でもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り本発明は、主電極に希土類金
属を付着させたので、この希土類金属が電極を覆
うことにより電極の仕事関数を引き下げ、イオン
ボンバードによるスパツタリングを防止し、かつ
この希土類金属が遊離ハロゲンを捕捉するので、
光束維持率が向上し、かつ始動電圧、立消電圧を
低下させて始動性も向上させる。しかも希土類金
属は電極に付着させたため、希土類金属自身が発
光管壁に付着する割合が少くなり、可視光の遮蔽
も少くなつて光束が向上する利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示
し、第１図は水銀灯用安定器適合形メタルハライ
ドランプの構成図、第２図はその回路図、第３図
は電極を示す図、第４図ないし第６図は特性図、
第７図および第８図はそれぞれ変形例を示す電極
の図である。 １……外管、２……発光管、３ａ，３ｂ……主
電極、４……起動用補助電極、３０……電極軸、
３１……電極コイル、３２，７０……希土類金
属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の主電極を備えた発光管内に、水銀と始
   動用希ガスおよび少なくとも希土類金属ハロゲン
   化物の１種を封入し、上記主電極に希土類金属を
   付着したメタルハライドランプにおいて、 上記希土類金属は主電極において安定動作状態
   の動作温度が1350℃ないし1800℃の範囲となる箇
   所に付着したことを特徴とするメタルハライドラ
   ンプ。 ２ 発光金属としてスカンジウムハロゲン化物を
   使用する場合には、主電極に付着させる上記希土
   類金属はスカンジウムであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のメタルハライドラン
   プ。