JPH0357576B2

JPH0357576B2 -

Info

Publication number: JPH0357576B2
Application number: JP56022784A
Authority: JP
Inventors: Shinji Mochimaru
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1981-02-18
Filing date: 1981-02-18
Publication date: 1991-09-02
Also published as: JPS57136758A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は250W級のメタルハライドランプに関
する。

メタルハライドランプは発光管内に封入した金
属ハロゲン化物特有の発光スペクトルを利用する
ものであり、高圧水銀灯に比べて発光効率および
演色性において著しく優れている。上記金属ハロ
ゲン化物は通常２種以上を使用しており、たとえ
ばハロゲン化スカンジウム（ScI₃など）とハロゲ
ン化ナトリウム（NaIなど）を組合せたメタルハ
ライドランプは特に優れた効率と良好な演色性を
呈するものである。

しかしながら一般的にメタルハライドランプは
高圧水銀灯に比べて、始動電圧が高いので始動が
困難であり、また寿命中の光束維持率の低下が大
きい不具合がある。始動電圧が高い原因は、発光
管内に金属ハロゲン化物が封入されていることの
ために電子放射性物質として高圧水銀灯に使用さ
れている酸化バリウムのごとき電子放射性に優れ
たアルカリ土類金属酸化物が使用できないこと、
および消灯中に金属ハロゲン化物が電極に付着し
て初期電子の放出が妨げられること等が挙げられ
る。また寿命中における光束維持率の低下は、電
極物質と金属ハロゲン化物との反応や発光管内不
純ガスによる電極先端部の浸蝕変形および電極形
状の不適正にもとづく電極温度の過度な上昇など
により、電極の主材料であるタングステンの飛散
を生じ、これが発光管内壁に付着して黒化を招
き、よつて光を遮蔽することが原因となる。

発光効率は電極形状に非常に影響され、電極形
状を小形にすると電極自身の温度が上昇するので
電極後方の発光管内端部に発生する最冷部の温度
が上昇し、この最冷部に存在している金属ハロゲ
ン化物の蒸発を促すため効率が向上する。しかし
ながら電極を過度に小形化すると電極温度が上昇
しすぎて電極材料のスパツターを生じ易くなり、
発光管の早期黒化を招くので光束維持率の低下を
進行させることになる。

また、発光効率は発光管バルブの形状、大きさ
にも影響される。すなわち、点灯中においては発
光管内で蒸発した金属ハロゲン化物の対流が生じ
ているが、この蒸発および対流が活発であればあ
る程発光効率は向上する。金属ハロゲン化物蒸気
の蒸発および対流を促すには、発光管バルブの形
状を端部の温度があがりやすくかつ蒸気の流れが
円滑となるように球形、または球形に近い形状、
例えば楕円球にする等の対策が考えられる。ま
た、発光管バルブの形状が円筒形、またはこれに
近い形状の場合は、バルブ径を大きくするとガス
の動きを阻害しなくなるので対流が円滑に行われ
る。さらに、ガスの蒸発を活発にするには、管壁
負荷を高くして最冷部温度を上げ、これにより金
属ハロゲン化物の蒸発を促す手段も知られてい
る。

ところで現状においては、メタルハライドラン
プの中にあつて250W入力定格の普及率が最つと
も高く、したがつてこの種250W級の一層の改善
が望まれている。

従来の250W級メタルハライドランプは、発光
管の形状が略円筒形状をなしており、その入力に
対する発光管径の割合が、400W級以上の大電力
タイプに比べて小さいものであり、たとえば発光
管内径は13mm程度であつた。しかしながら発光管
内径が小さいと、上記した通り発光管内の対流を
抑止して封入金属ハロゲン化物の蒸発を制限して
しまうので発光効率は低くなる傾向を示す。この
発光効率を高めるために、管壁負荷を他の大電力
タイプのランプより高くする手段を採用している
が管壁負荷を高めると発光管バルブの石英とハロ
ゲンとが反応して光束維持率の低下を招く。

また上記250W級メタルハライドランプは、そ
の発光管バルブの内径が細いにも拘らず、相対的
に大きな電極を用いている。これは上記管壁負荷
が高いためにスパツター等を未然に防止すること
等を配慮したものであるが、電極が大きいと熱容
量が増し電極自身が充分な発熱をせず最冷部の温
度上昇を促進させなくなるので、発光効率が低く
なるものである。

また、電極が大きいことは電極の熱容量および
電極表面からの熱の放散によるエネルギーロスが
増し、アーク放電に移転するに足りる充分な電子
を放出することができず、始動電圧が高くなる原
因となる。

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、250W級メタル
ハライドランプにおいて発光管バルブの大きさお
よび電極の大きさを改善し、始動電圧の低下、発
光効率の向上および光束維持率の向上を可能にし
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。

すなわち本発明は、略円筒形状の発光管を有す
る250W級メタルハライドランプにおいて、発光
管の内径を従来より大きくすることにより管内の
対流を促して発光効率を向上させるようにし、し
かしながら管内の対流が過度になると最冷部温度
が上昇し過ぎて金属ハロゲン物が管内の中央部に
せり上がるので光を吸収することになり発光効率
を低下させる不具合があるから管壁負荷を規制す
ることにより対流を抑制し、しかもこのように管
壁負荷を規制することにより電極に過度な負担を
掛けないようにし、よつて電極を従来よりも小形
にして始動電圧を引き下げるとともに光束維持率
を高めるようにしたものである。

この目的を実現するため本願は、250W級メタ
ルハライドランプにおいて、発光管の内径を15〜
17mmにするとともに、管壁負荷を15〜22W／cm²と
し、かつ上記電極の電極軸外径を0.5〜0.7mm、電
極コイル部の外径を1.7〜3.0mmとしたことを特徴
とする。

以下本発明の詳細を図面にもとづき説明する。
図中１は石英ガラスからなる発光管バルブを示
し、略円筒形に形成されており、その両端に主電
極２，３を配置してあるとともに、一方の主電極
２に近接して補助電極４を設けてある。なお５…
は金属箔導体、６は保温膜を示す。

上記主電極２，３はその一方を第２図に拡大し
て示す通り、酸化トリウムを含有したタングステ
ンからなる電極軸７に、タングステンからなる素
線を内側および外側ともにたとえば10ターン巻回
してなる巻戻し形二層コイルによつて構成された
コイル部８を形成してある。そして上記発光管バ
ルブ１内には所定量の水銀と、金属ハロゲン化物
および始動用希ガスが封入されている。

しかして本発明者は250W入力定格のメタルハ
ライドランプにおいて、発光管バルブ１の内径Ｄ
を16mm、電極間距離ｌを28mm、発光管内容積をほ
ぼ７c.c.とし、かつ主電極２，３の電極軸７の外径
d₁を0.6mm、全長11mmおよび電極コイル部８は線
径0.4mmの素線を全体の外径d₂が2.1mmになるよう
に巻装して、この発光管バルブ１内に水銀52mg、
沃化スカンジウム（ScI₃）を3.3mg（0.47mg／c.c.）、
沃化ナトリウム（NaI）を16.5mg（2.36mg／c.c.）
および始動用希ガスとして、アルゴン（Ar）を
１％含有したネオン（Ne）ガスを50torr封入し
た。

このランプを点灯試験してみると、ランプ電圧
130V、ランプ電流2.1A、始動電圧170V、発光効
率98ｍ／Ｗ、3000時間後における光束維持率は
88％であつた。

第３図は上記と同条件でありながら電極軸径d₁
とコイル外径d₂とを種々変えた250Wメタルハラ
イドランプについて、各始動電圧を測定したもの
である。

また、第４図は同じく電極軸径とコイル部外径
d₂とを種々変えたランプについて、各々その3000
時間点灯後の光束維持率を測定した結果を示す。

始動電圧は200V以下であることが要求され、
かつ3000時間後の光束維持率は85％以上を必要と
しているので、第３図および第４図の測定結果か
ら、電極軸径d₁＝0.5〜0.7mm、電極コイル部外径
d₂＝1.7〜3.0mm、の範囲に規制すると、良好な特
性のランプが得られることが判る。

なお始動電圧200V以下ということは、格別な
パルス発生装置を使用しなくても水銀灯用安定器
を用いて点灯可能ということを意味し、水銀灯と
交換して使用できるメタルハライドランプが提供
できることになる。

第３図においてd₁およびd₂が大きな値に近づく
と始動電圧が上昇することが判り、これは電極が
大形化することにより電極の熱容量が増しかつ電
極表面からの熱の逃げが大きくなるので、アーク
放電に移行するための充分な電子が放出され難く
なるからである。

また第４図においてd₁およびd₂が小さな値に近
づくにつれて光束維持率が低下するのは、電極材
料のスパツターによる黒化現象に起因するもので
ある。

つぎに電極軸径d₁を0.6mm、コイル部外径d₂を
2.1mmとした主電極２，３を両端に封着した発光
管バルブ内に、沃化スカンジウム（ScI）を0.47
mg／c.c.、沃化ナトリウム（NaI）を23.6mg／c.c.と
し、アルゴン１％を混入したネオンガス50torr、
およびランプ電圧が130Vとなるに足りる水銀を
それぞれ封入し、発光管内径Ｄと管壁負荷を各々
変化させたときの発光効率について測定したとこ
ろ、第５図のごとき結果を得た。発光効率は
250Wメタルハライドランプにおいて従来70
ｍ／Ｗ以上が一応の合格値とされていたが、本発
明においてはこの点の改善も目的としているた
め、90ｍ／Ｗ以上を要求するものであり、した
がつて第５図から、Ｄ＝15〜17mmおよび管壁負荷
は15〜22（Ｗ／cm²）に規制すれば良いことが判る。

なおd₁＝0.5〜0.7mmおよびd₂＝1.7〜3.0mmの範囲
においてこれらd₁およびd₂を種々変えても同様な
結果を得た。

上記のようにＤ＝15〜17mmおよび管壁負荷を15
〜22（Ｗ／cm²）に規制すれば、発光管内の対流が
充分に行われて金属ハロゲン化物の蒸気圧が高ま
ると考えられる。

なお各発光管内径において、管壁負荷を下げる
と効率が低下するのは、有効発光領域、つまり電
極間距離が長くなることにより最冷部温度が低下
するためであり、また逆に管壁負荷が上がり過ぎ
ても効率が下がつてくるのは、対流が活発になり
過ぎて有効発光領域が短かくなることおよび最冷
部温度が上昇しすぎて金属ハロゲン化物が管壁の
中央部にせり上がつて光を吸収してしまうためと
推察される。

そして上記原因による効率の低下は電極形状と
も密接な関係があるけれども、電極軸径d₁を0.5
〜0.7mmコイル部外径d₂を1.7〜3.0mmの範囲に規制
しておけば効率90ｍ／Ｗ以上が得られるもので
ある。

以上詳述した通り本発明は、250W級メタルハ
ライドランプにおいて発光管内径Ｄを15〜17mmと
して管壁負荷は15〜22W／cm²とし、かつ電極にお
ける電極軸径d₁を0.5〜0.7mmおよび電極コイル部
外径d₂を1.7〜3.0mmとしたので、略円筒形状の発
光管であるにも拘らず、発光管の内径が大きくな
るので管内の対流が促され、しかしながら管壁負
荷を規制したので管内の対流が過度になるのを防
止して金属ハロゲン物が管内の中央部にせり上が
るのを防止し光の吸収を軽減し、発光効率を90
ｍ／Ｗ以上に向上させることができる。そして、
管壁負荷を規制したことから電極に過度な負担を
掛けないようになり、よつて電極を従来よりも小
形にして始動電圧を200V以下に引き下げること
ができるとともに、3000時間点灯後の光束維持率
を85％以上に高めることができ、ランプ特性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はメタ
ルハライドランプの発光管を示す図、第２図はそ
の電極の拡大図、第３図ないし第５図は各各実験
結果を示す特性図である。１…発光管バルブ、２，３…主電極、７…電極
軸、８…電極コイル部。

Claims

【特許請求の範囲】１略円筒形状をなす発光管内に、一対の電極を
対設するとともに水銀と金属ハロゲン化物および
始動用希ガスを封入した250W級メタルハライド
ランプにおいて、上記発光管の内径を15〜17mmにするとともに、
管壁負荷を15〜22W／cm²とし、かつ上記電極の電
極軸外径を0.5〜0.7mm、電極コイル部の外径を1.7
〜3.0mmとしたことを特徴とするメタルハライド
ランプ。