JPH0341938B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧アーク放電灯の分野に関し、特に
金属ハロゲン化物充填物を有する放電灯に適用で
きるものである。詳しくいうと、本発明は溶解シ
リカよりつくられかつ両端部に主電極を、一端部
に起動電極、またはプローブを有する高圧発光管
（アーク管）を含むとともに起動子（スタータ）
電極構成に固有の電極の問題を有する放電灯に関
する。

高圧金属ハロゲン化物アーク放電灯は一般にイ
オン化可能な充填物を含み、両端部が圧力封止さ
れた細長い発光管を有する。この発光管内には各
端部に１つづつの２つの主電極が配置されてい
る。これら電極は一般に圧力封止部に支持されて
おり、かつ圧力封止部内に配置された薄いモリブ
デンのリボンに通常は接続されている。このモリ
ブデンのリボンは導入ワイヤの熱膨張のために封
止部が破損することを防止するためのものであ
る。

アーク放電の起動を容易にするために、すなわ
ち、ガス充填物のイオン化を容易にするために、
一般に起動電極が主電極の一方に隣接して発光管
内に配置されている。そのような電極は、２つの
主電極間にアークを点弧させるのに必要な起動電
圧よりも非常に低い起動電圧で起動電極とその隣
接する電極間にアークが点弧できるので、使用さ
れる。すなわち、主電極の一方の近傍に起動電極
を配置することは起動するアークのギヤツプ寸法
を短かくし、従つて点弧に必要な電圧を減じるこ
とになる。いつたんアークが点弧されると、イオ
ン化ガスが２つの主電極間の抵抗を減じ、これら
主電極間にアークが形成される。

アルカリまたはアルカリ土類の添加剤を含む若
干の金属ハロゲン化物放電灯の動作中、起動電極
と隣接する主電極間の電解が、それら間に電位が
存在する場合には、圧力封止部において生じる可
能性がある。電解電流は主としてアルカリイオン
流よりなり、従つてアルカリを含む充填物を有す
る発光管においてアルカリを含まない他の部分よ
りも大きい。しかしながら、一般に溶解シリカ
（高シリカガラスまたは石英）である発光管材料
は通常微量のアルカリ金属を含むから、電解は常
に存在し得る。それ故、金属ハロゲン化物放電灯
の場合には溶解シリカまたはアルカリ土類添加物
中のアルカリのために、アルカリイオンの移動が
起動電極と主電極間に、これら電極間に非対称の
電位差が生じる場合には、生じる。

溶解シリカ発光管の必然的に高い動作温度にお
いて、アルカリイオン、溶解シリカおよびモリブ
デン間の反応は新たに汚染された領域と周囲の溶
解シリカ間の膨張係数に差を生じさせる。膨張係
数の差によつてもたらされる応力は短時間内に破
砕を生じさせる可能性がある。

電解は起動電極が隣接する電極に関して負であ
るときにのみ生じる。従つて、たとえ放電灯が
AC電圧によつて付勢されても、起動電極と隣接
する電極間の電位を防止するための適当な手段が
使用されない限り、起動電極は隣接する電極に関
して時間の50％負となり得る。

上記した電解の問題を制限するために若干の従
来技術の解決方法が採用されている。その１つは
米国特許第3226597号に記載されており、放電灯
が正常な動作温度に達したときに起動電極を隣接
する主電極に短絡するためにバイメタルスイツチ
が使用されている。短時間、例えば30秒の時間が
このスイツチを十分に加熱し、スイツチのワイヤ
を偏向させて短絡するために通常必要であつた。
これらワイヤが短絡されている限り、従つて同じ
電位にある限り、２つの電極間に電解が生じ得な
い。しかしながら、スイツチが閉成するのに必要
な時間中電極が生じ得る。

放電灯の動作中、発光管から発生する熱にスイ
ツチが長い時間さらされることによりバイメタル
は応力の加わつた位置において「セツト」するよ
うになり、その結果スイツチは閉成するのに徐々
に長い時間を必要とするようになる。ある場合に
は、バイメタルの物理的特性がスイツチの閉成を
全く阻止するのに十分に、あるいは室温において
さえスイツチを閉成したまゝにするように、変更
される。この後者の場合には、放電灯は通常は再
起動され得ない。

電解の問題を解決する他の方法は米国特許第
3619711号に記載されており、起動電極が負電位
を発生できないように半導体ダイオードが配置さ
れている。多くの応用例において、半導体装置は
大いに受け入れることのできる電解防止手段であ
ることが分つている。しかしながら、取付具が高
温となるある応用例においては、ダイオードの早
過ぎる故障がその後の冷たい天候の起動状態にお
いて起動の問題を生じ得る。また、半導体装置は
比較的高価である。

別の解決方法が米国特許第3906275号に記載さ
れており、金属のスクリーン素子が導入導体間の
挾持部に封止されておりかつ外被の内表面と交差
していない。

最近では、米国特許第3909660号が非常に短か
い起動電極の使用を開示しており、そして隣接す
る主電極からの距離が起動電極と主電極間の導通
を本質的に除去するように圧力封止部の拘束内で
最大にされている。短かい起動電極は多くの形式
の放電灯において有効であるけれど、米国特許第
3883766号および第3896326号に記載されているよ
うな改良された対流電流を有する金属ハロゲン化
物放電灯においては比較的信頼できない。熱ガス
の改良された循環が起動電極を十分に加熱して半
サイクルにかなりの導通を生じさせ、それによつ
て短時間において電解および故障を生じさせる。
また、製造時に、起動電極を完全には埋設するこ
となしに、従つて起動電極の有効さをなくすこと
なしに石英の発光管中に僅かに突出した状態に保
持することが困難である。

本発明の目的は電解を最小にするまたは防止す
るための改良された手段を備えた高圧金属ハロゲ
ン化物アーク放電灯を提供することである。

上記および他の目的、利点および特徴は、本発
明によれば、水銀および金属ハロゲン化物を含む
イオン化可能な放電持続充填物を含む発光管を有
するアーク放電灯によつて達成される。第１およ
び第２の主電極が発光管内に配置され、起動電極
が第１の主電極に隣接して発光管内に配置され
る。電気絶縁材料のスリーブが起動電極のまわり
に配置され、放電灯の正常な動作中第１の主電極
と起動電極間の導通を最小にしまたは阻止し、そ
れによつて電解を最小にしまたは防止している。
好ましい一実施例においては、起動電極は絶縁ス
リーブ内に配され、そしてこのスリーブは開放端
部を有し、それによつて起動電極は発光管の内部
雰囲気に露出されている。起動電極がスリーブの
開放端部を越えて突出しないということが非常に
重要である。

本発明による上記構成は、放電灯の正常な動作
中起動電極と主電極間にアークが発生しない場合
にはこれら２つの電極間にDC電位が存在せず、
従つて電解が本質的に除去されるということを本
発明者達が見出すことによつて得られた。この状
態は起動電極を絶縁スリーブ、すなわち覆いで取
囲み、起動電極がスリーブから延在しないで内部
に隠されるようにすることによつて得られる。こ
の構成は主電極と起動電極間の導通を制限し、そ
の結果放電灯が動作しているときのいずれの半サ
イクルにおいても実質的に導通がなく、従つて
DC電位が存在せず、ナトリウムの移動および続
いて起る電解がない。

水銀放電灯の場合には、絶縁スリーブまたは包
囲体を起動電極のまわりに使用するという長年の
間の既知の技術がある。しかしながら、この絶縁
スリーブの唯一の目的は発光管内の凝縮した水銀
が、水銀灯のその端部が下側位置にあるときに、
起動電極と主電極間に短絡回路を生じさせること
を防止することだけであつた。従つて、あらゆる
場合に、起動電極はこれら従来技術の水銀灯にお
いては絶縁スリーブの端部を越えて延在してお
り、構造上の構成は電解を防止するための本発明
の教示とは完全に一致しない。詳しくいうと、絶
縁スリーブを越えて突出する起動電極の従来の水
銀灯の構成が金属ハロゲン化物放電灯に使用され
た場合には、正常な放電灯の動作中第１の主電極
と起動電極間の導通が阻止または最小にできず、
従つて電解の問題が存続することになる。電解を
制限する本発明によれば、起動電極は絶縁スリー
ブ内に収容され、その結果、発光管の内部雰囲気
に起動電極を露出させる管状体の孔を除き、起動
電極は絶縁スリーブから突出せずにスリーブの内
部に埋設された状態にある。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実
施例について詳細に説明する。

第１図は上記した米国特許第3883766号および
第3896326号に記載されたような改良された対流
電流を有する形式の金属ハロゲン化物アーク放電
灯に本発明による「覆いを付けたブロープ（起動
電極）」を使用した例を示す。しかしながら、こ
の「覆いを付けたプローブ」は第１図に例示した
特定形式の放電灯に適用することに限定されるも
のではなく、そのような放電灯において電解を制
限するのに特に有用で、有益であることが分つた
ということを理解すべきである。この放電灯はガ
ラス外被すなわちジヤケツト１を含み、このジヤ
ケツト１は一端部に封止された内曲したステム２
を備えている。ステム２を貫通して比較的堅い導
入ワイヤ３および４が延在しており、これら導入
ワイヤ３および４はそれらの外側端部が通常のね
じ形式のベース５の電気接点に接続されている。
ふくらんだ断面の発光管（アーク管）６がジヤケ
ツト１内の中心に配置されている。発光管６は石
英、すなわち高溶解シリカガラスよりつくられて
いる。

発光管６はジヤケツト１内に、発光管６の各端
部における金属フレーム７および８によつて、支
持されている。金属フレーム７および８は堅いワ
イヤ９および１０をそれぞれ含み、これらワイヤ
９および１０にクランプ１１および１２が固着さ
れており、各クランプは発光管６の圧力封止され
た端部６ａを支持する。金属フレーム７は導入ワ
イヤ４に溶接されており、かつこのワイヤ４によ
つて支持されている。金属フレーム８はジヤケツ
ト１の内壁に圧接する金属のリーフスプリング１
３によつて他方の端部において支持されている。
発光管６の両端部において、導入ワイヤ２４およ
び２６にそれぞれ支持された主放電電極１４およ
び１６が発光管６内に封止されている。各主電極
はワイヤ２４および２６の延長部でよくかつタン
グステンあるいはモリブデンのような適当な電極
金属よりつくることができるコア部分を含む。ワ
イヤ２４および２６の延長部はタングステンある
いはモリブデンあるいはワイヤのらせん状体によ
つて取囲むことができる。

一般にはタングステンよりつくられた補助の起
動電極（またはブローブ）２０が主電極１４に隣
接する発光管６の下端部に設けられている。本発
明によれば、後で詳細に説明するように、電気絶
縁材料のスリーブ２８が正常な放電灯の動作中、
主電極１４と起動電極２０間の導通を最小にす
る、または防止するために、起動電極２０のまわ
りに配置されており、それによつて電解を最小に
または防止している。

導入ワイヤ２４および２６の端部は発光管６の
圧力封止端部６ａ内に完全に埋設されているモリ
ブデンリボンのコネクタ３４および３６にそれぞ
れ溶接されている。起動電極２０はモリブデンリ
ボンのコネクタ３０に接続されている。比較的短
かいモリブデンの端子ワイヤ４４，４６および４
０がこれらモリブデンリボンのコネクタの端部に
それぞれ溶接されており、電流を電極１４，１６
および２０にそれぞれ搬送するように働く。

導入ワイヤ４および金属フレーム７から主電極
１４に関連した最も近い端子ワイヤ４４への電気
接続は接続ワイヤ１５を通じて行なわれる。導入
ワイヤ３から他方の主電極１６に関連した端子ワ
イヤ４６への電気接続はワイヤ１７，１８および
１９を通じて行なわれる。導入ワイヤ３から起動
電極２０に関連した端子ワイヤ４０への電気接続
は電流制限抵抗２１を介して行なわれる。放電灯
の点弧が生じた後で起動電極を隣接する主電極１
４に短絡するためにバイメタルスイツチ２２が端
子ワイヤ４４および４０間に結合されている。勿
論、このようなバイメタルスイツチは本発明によ
る電解を制限する「覆いの付いたプローブ」を使
用するという観点からは除去してもよい。しかし
ながら、バイメタルスイツチは信頼性を高めるた
めに余分な設計の一形式として含まれていてもよ
い。

発光管６は約450℃ないし800℃の温度における
正常な放電灯の動作中、0.5ないし数大気圧の程
度の圧力に達する水銀の充填物を含んでいる。こ
の充填物はまた、25トルのおおよその充填圧力
で、イオン化可能ガス、例えばアルゴンを含む。
また、この充填物はハロゲン、例えばフツ素を含
み、かつヨウ化ナトリウムのような適当な金属の
ヨウ化物の形式で加えられることが好ましい。ヨ
ウ化スカンジウムが含まれていてもよい。第１図
に示す特定の実施例では、発光管６はその中心の
まわりにまたは近傍にふくらんだ部分を有し、上
部への流れと下部への流れとの間の半径方向の対
流的流れを実質的に除去するようにしており、こ
れによつて上記した米国特許第3883766号および
第3896326号に記載されているように放電灯の効
率が相当に増大する。

本発明によれば、電気絶縁材料のスリーブ２８
が、放電灯の正常な動作中隣接する主電極１４と
起動電極２０間の導通を最小にするまたは防止す
るために起動電極２０のまわりに配置され、それ
によつて電解を最小にまたは防止している。この
スリーブ、すなわち覆い２８は通常の圧力封止動
作中、石英の発光管の圧力封止端部６ａに溶解さ
れた管状の石英スリーブであることが好ましい。
図示するように、管状スリーブ２８の開放端部は
発光管の内部と対面し、起動電極２０を構成する
実質的に真直ぐな金属ワイヤの端部がこのスリー
ブ２８内に引つ込んで配され、従つてスリーブか
ら突出していない。電解を制限するためには、起
動電極が絶縁スリーブから突出しないで、管状体
のスリーブの開放端部を除きスリーブの内側に埋
設され、それによつて起動電極が発光管の内部雰
囲気にさらされるようにすることが重要であると
いうことを本発明者達は見出した。例示の好まし
い実施例においては、本発明者達は起動電極２０
の端部とスリーブ２８の開放端部間の約0.5mmの
間隔Ａが本発明に従つて電解を制限しかつ所望の
放電灯起動機能を提供することを見出した。この
間隔Ａは０から0.5mmの範囲でよい。しかしなが
ら、0.5mmより大きな間隔Ａは起動機能に悪影響
を与える可能性がある。この実施例の代表的な特
定の具体例では、起動電極２０は0.015インチの
直径を有し、スリーブ２８は最小内径が0.016イ
ンチ、外径が0.040インチ、最小壁厚が0.005イン
チであつた。

石英スリーブ２８の過熱はスリーブがアーク流
中に延在する場合に問題がある。従つて、起動電
極２０およびスリーブ２８は、第２図に例示する
ように、スリーブ温度を低いレベルに保持するた
めに隣接する主電極１４よりかなり短かいことが
好ましい。例えば、一特定実施例では主電極１４
の長さ（モリブデンリボンのコネクタ３４と電極
１４の自由端間の）は約0.536インチであり、一
方起動電極２０の長さ（モリブデンリボンのコネ
クタ３０と電極２０の自由端間の）は約0.326イ
ンチである。それ故、起動電極はおよそ、発光管
内の隣接する主電極の長さの1/2の程度でよい。

この「覆いの付けられたプローブ」の構成は主
電極１４と起動電極２０間の導通を制限し、その
結果放電灯が動作しているときにいずれの半サイ
クルにおいても実質的に導通がなく、従つてDC
電位が存在しない。その結果、これら電極間にナ
トリウムの移動がなく、続いて起る電解もない。
すなわち、本発明者達は放電灯の正常な動作中起
動電極と主電極間にアークが発生しない場合に
は、これら電極間にDC電位が存在せず、従つて
電解が本質的に除去されるということを見出し
た。それ故、放電灯の正常な動作中起動電極と隣
接する主電極間のそのようなアークを防止するた
めには、起動電極が決して石英スリーブから延在
しないということが重要である。

本発明者達はこの技術がすべての形式の標準の
金属ハロゲン化物アーク放電灯において成功する
ことを見出し、また第１図に例示し、かつ上記し
たような改良された対流形式金属ハロゲン化物放
電灯に特に有益であることを見出した。また、温
度要件を持たないから、上記した米国特許第
3619711号のダイオードによる解決法に勝る明ら
かな改良である。さらに、厳しい公差が起動電極
組立体および石英スリーブの切断に保持できるか
ら、製造上の困難は最小となる。石英スリーブの
使用はまた、起動電極および主電極が下方位置に
あるときに水銀の充填物がこれら電極を短絡する
可能性を除去し、従つて任意の点火構成で発光管
を使用することができ、かくして万能の金属ハロ
ゲン化物放電灯を提供する。

第３Ａ図は起動電極２０が本発明に従つて絶縁
スリーブ２８内に引つ込んで配されている際の主
電極１４と起動電極２０間の電圧の波形図であ
る。「覆いの付いたプローブ」によつて非常に対
称な波形が得られ、そしてDC電位が存在しない
ということに気が付くであろう。第３Ｂ図は主電
極と通常のスリーブのない起動電極間の電圧の波
形図である。この波形図は代表的に得られるかつ
電解を導びく非対称の波形を示している。

本発明を特定の実施例に関して記載したけれ
ど、本発明の真の精神および範囲から逸脱するこ
となしにこの分野の技術者によつて種々の変形お
よび変更がなし得ることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスリーブ付起動電極を有
する高圧金属ハロゲン化物アーク放電灯の一実施
例を示す正面図、第２図は第１図の放電灯の発光
管の起動電極および隣接する主電極を含む端部の
部分的に断面にした拡大図、第３Ａ図は本発明に
よるスリーブ付起動電極を有する放電灯における
主電極と起動電極間の電圧の波形図、第３Ｂ図は
スリーブなしの起動電極を含む従来技術の放電灯
の主電極と起動電極間の電圧の波形図である。 １：ガラス外被（ジヤケツト）、２：ステム、
３，４：導入ワイヤ、５：ベース、６：発光管、
６ａ：発光管の圧力封止端部、７，８：金属フレ
ーム、９，１０：ワイヤ、１１，１２：クラン
プ、１４，１６：主電極、２０：起動電極、２
４，２６：導入ワイヤ、３０，３４，３６：モリ
ブデンリボンのコネクタ、４０，４４，４６：モ
リブデンの端子ワイヤ、２８：電気絶縁材料のス
リーブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水銀および金属ハロゲン化物を含むイオン化
   可能な放電持続充填物を含む発光管と、 該発光管内に配置された第１および第２の主電
   極と、 前記第１の主電極に隣接して前記発光管内に配
   置された起動電極と、 該始動電極が当該絶縁スリーブ内に引つ込んで
   配されるように、該起動電極の回りに配置された
   電気絶縁性材料のスリーブと を備え、 前記スリーブおよび前記起動電極の長さが、前
   記発光管内の前記第１主電極より相当短くかつ該
   長さの約二分の一よりも短くなく、前記スリーブ
   が開放端部を有し、前記始動電極が前記発光管の
   内部雰囲気にさらされるが、前記始動電極は前記
   スリーブの前記開放端部を越えて突出しておら
   ず、放電灯の正常な動作中前記第１の主電極と前
   記起動電極間の導通を最小にまたは防止し、それ
   によつて電解を最小にまたは防止することを特徴
   とするアーク放電灯。 ２ 前記発光管がアルカリ含有材料より形成され
   る特許請求の範囲第１項記載の放電灯。 ３ 前記発光管がアルカリ土類添加剤を含む特許
   請求の範囲第１項記載の放電灯。 ４ 前記絶縁スリーブが前記発光管の内部と対面
   する開放端部を備えた管状体であり、前記起動電
   極が前記スリーブ内に配されかつ前記スリーブの
   前記開放端部から０ないし0.5mmの範囲内で離間
   された端部を有する実質的に真直な金属ワイヤか
   らなる特許請求の範囲第１項記載の放電灯。 ５ 前記絶縁スリーブが石英であり、前記発光管
   が溶解シリカより形成されている特許請求の範囲
   第４項記載の放電灯。 ６ 前記発光管が各端部に圧力封止部を有し、前
   記第１および第２の主電極が前記発光管の前記各
   端部に配置され、前記石英スリーブが前記第１の
   主電極が配置されている前記発光管の端部の前記
   圧力封止部に融着されている特許請求の範囲第５
   項記載の放電灯。