JPH0429182B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 本発明は石英発光管を備えた高圧金属蒸気放電
灯に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 一般に高圧金属蒸気放電灯は、発光管自身で電
流を制御する機能を持たないので、限流器として
の安定器と組み合わせて使用される。安定器は鉄
心の上に絶縁被覆を施した金属線を多層に巻回
し、必要に応じてこれを更に絶縁体で覆つて金属
ケースに収納した構造となつている。このような
安定器は長時間の使用で絶縁物が劣化すると、
巻線間の一部で短絡し、このときの火花で断線し
たり、短絡によつてインピーダンスが低下して
過電流が流れるようになり、安定器の温度が異状
に上昇して絶縁物の劣化が促進され、この結果短
絡状態が進展して遂には限流機能を失う等の寿命
現象を呈するに至る。また、巻線と金属ケースが
短絡して限流機能を失つたり、断線することもあ
る。断線の場合はランプ回路に電流が流れないか
らランプは点灯しないが、限流機能を失つた場合
はランプに過大電流が流れて過負荷点灯となり、
発光管内の圧力が過大となつて発光管が破裂し、
この破片によつて外管までが破損して落下した
り、あるいは過大電流によつて外管ステムのリー
ド線が溶断してこの時の熱で外管が破損落下する
ようなことも生じるおそれがあつた。 ところで、螢光ランプのような低圧放電灯の場
合には、安定器の限流機能喪失時のランプ破損防
止や安定器の過熱による火災防止のため、熱応動
スイツチを利用して異常時には電気回路を断つよ
うな保護装置を付設したものが知られているが、
高圧金属蒸気放電灯ではこのようなものは知られ
ていない。 かりに、上記手段を高圧金属蒸気放電灯に適用
するとしても、次のような問題が予想されるので
好ましくない。すなわち、高圧金属蒸気放電灯た
とえば高圧水銀ランプやメタルハライドランプは
点灯時の発光管内圧はほぼ１〜10気圧と螢光ラン
プよりも高く、発光管破裂に至るまでの内圧の上
昇時間が短く、また安定器の巻線の絶縁が安定器
全体にわたつて全くの均一ではないため局部的な
短絡で瞬時に限流機能を失つた場合、上記保護装
置が動作するよりも前にランプ破損が生じやす
い。さらに、安定器を保護装置付きのものと交換
するには特別な電気工事が必要となる。 〔発明の目的〕 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
安定器に保護装置を付設することなく、安定器が
限流機能を喪失した場合におけるランプ破損を防
止できる高圧金属蒸気放電灯を提供することを目
的とする。 〔発明の概要〕 本発明はランプ自体に保護機能を持たせるよう
にしたもので、ランプに過大電流が流れた場合、
石英発光管の封止部に封着したモリブデン
（Mo）箔を溶断することによつて、ランプ内の
電気回路を断ち、ランプ破損を防止するようにし
たものである。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。 第１図は400Wの高圧水銀ランプを示し、１は
硬質ガラスからなる外管で、その開口端部はステ
ム２で封止され、さらに口金３が被冠されてい
る。ステム２には一対のリード線４Ａ，４Ｂが貫
通封止されると共に支持線５が植設されている。 また、一方のリード線４Ａと支持線５の外管１
内露出部分には、枠状に形成された給電線を兼ね
るサポート６が固着支持され、このサポート６に
はホルダ７Ａ，７Ｂを介して発光管８が支持され
ている。発光管８は石英ガラスからなる発光管バ
ルブ９を備え、その両端に圧潰形成された封止部
１０Ａ，１０Ｂが上記ホルダ７Ａ，７Ｂに挟持さ
れている。封止部１０Ａ，１０Ｂにはモリブデン
（Mo）箔１３Ａ，１３Ｂおよび１４が気密に封
止され、Mo箔１３Ａ，１３Ｂの各一端にはそれ
ぞれ主電極１５Ａ，１５Ｂが、またMo箔１４の
一端には始動用の補助電極１６が接続され、かつ
各Mo箔１３Ａ，１３Ｂ，１４の他端には導電線
１７Ａ，１７Ｂおよび１８が接続されている。さ
らに、上記導電線１７Ａおよび１８はサポート６
に、また導電線１７Ｂはリード線４Ｂに接続さ
れ、このリード線４Ｂと上記サポート６を支持す
る他方のリード線４Ａとは、ステム２を貫通して
外管１外部へ導出されて口金３に接続される。 さらに、要部につき発光管８の一方の封止部１
０Ａの断面図（説明不要部分は省略してある。）
である第２図を参照して説明する。 封止部１０Ａの厚さＴは2.5mm、Mo箔１３Ａの
断面積Ｓは0.10mm²、Mo箔１３Ａの厚さｔは0.03
mmにそれぞれ設定されている。 したがつて、 封止部の厚さＴ（mm）＝2.5mm≦４mm ……(1) Mo箔断面積Ｓ（mm²）／Mo箔厚さｔ（mm） ＝0.10／0.03＝3.3≦６ ……(2) の各式で満足していることになる。 なお、ランプ内の導電線１７Ａ，１７Ｂ、サポ
ート６、リード線４Ａ，４Ｂ等の各給電部材は
Mo箔１３Ａよりも溶断しにくいように設計され
ている。 このような構成のランプは、400W高圧水銀ラ
ンプ用チヨークコイル形安定器（図示しない）を
介して交流電源に接続して使用されるが、安定器
の絶縁物が劣化し、その限流機能が低下してラン
プに過大電流が流れても、上記発光管封止部１０
Ａに封着されたMo箔１３Ａが直ちに溶断してラ
ンプ内の電気回路を断つので、発光管封止部１０
Ａが破損することはあつても、発光管本体（放電
空間包囲部）までが破裂して外管１の破損を生じ
るような事態は回避することができる。 上記(1)，(2)の各式は本発明者の実験結果から求
められたものであり、以下その実験について説明
する。 まず、ランプ内部の発光管８への給電回路にお
いて、どの部分にヒユーズ機能を持たせるように
したら良いかの点について検討した結果、ステム
２から外管１の外へ導出されて口金３に至る間の
リード線４Ａ，４Ｂ部分については、たとえばそ
の径を細くしてヒユーズ機能を持たせようとする
と口金３内部は大気と同じ雰囲気であるからリー
ド線４Ａ，４Ｂは表面から次第に酸化して通常の
点灯時において断線することがある。 また、外管１内部の発光管８への給電体を兼ね
るサポート６等にヒユーズ機能を持たせると、こ
れが過電流によつて溶断した場合、高温の溶融金
属が外管１に接触して外管１が破損するおそれが
あり、これを避けるためヒユーズ機能を持たせた
部分にカバーを取り付けようとすればコストアツ
プとなる。また、給電体である上記サポート６は
発光管８の保持体を兼ねるので、むやみに細くし
てヒユーズ機能を持たせるわけにもいかない。 これに対し、Mo箔１３Ａ，１３Ｂのいずれか
を瞬時に溶断させた場合には、封止部１０Ａ，１
０Ｂのうち、溶断する方のMo箔を封着した側の
封止部が破損するが、この際飛散する石英ガラス
の破片は微細なものであるため、破片の持つ運動
エネルギーは小さく、したがつてその破片が外管
１に衝突しても破損させるまでには至らないこと
を実験的に確かめた。 ところで、Mo箔にヒユーズ機能をもたせる場
合に、Mo箔が備えなくてはならない条件として
は次の４点がある。 正常点灯時にはMo箔が溶断しないこと。 ランプに過大電流が流れた場合、ランプ内の
他の給電体が溶断する以前にMo箔が溶断する
こと。 Mo箔の溶断時に飛散する発光管封止部の石
英ガラス破片によつて外管が破損しないこと。 正常点灯時に安定器が限流機能を失い瞬時に
過大電流が流れた場合、発光管が破裂するより
も前にMo箔が溶断してランプ内の電気回路を
断つこと。すなわち、正常点灯時における発光
管内圧は１〜10気圧程度に達しているから、過
大電流が流れた場合に発光管破裂を生じるよう
な内圧に至るまでの時間は短かく、したがつて
Mo箔はそれより早く溶断させる必要がある。 実験においてMo箔は、従来から知られている
発光管封止部における気密封着性と不所望な応力
集中を避けるために、その断面形状は図示のよう
に端部がナイフエツジのクサビ状とした。 また、長時間の使用によつて巻線が短絡した安
定器のインピーダンスを測定したところ、完全な
短絡状態ではなくて若干ながらインピーダンスが
残つており、流れ得る電流は多くてもほぼ100A
程度であつた。また、発光管８の破裂が急激でな
く、緩慢に進行する場合には破片の持つ運動エネ
ルギーは小さくて外管１に与える衝撃は弱いの
で、実験においては最も厳しい条件である安定点
灯時のランプに100A程度の過大電流を急激に流
すようにした。 また、ヒユーズ機能を持たせるMo箔は一方の
みでよいから、下記実験は一方のMo箔のみにつ
いて実施し、他のMo箔は上記一方のMo箔より
も溶断しにくい構造とした。 〔実験 １〕 上記ヒユーズ機能を持たせるMo箔の備えるべ
き条件のについて検討した。 実験に供したランプの概要は第１図および第２
図に示した上記実施例と同じ400Wの高圧水銀ラ
ンプで、肉厚0.9〜1.8mmの石英管で発光管８を形
成し、一方の封止部１０Ａの厚さＴを1.0mm〜6.0
mmの範囲で種々変化させた。 石英管の端部を圧潰封止により封止部を形成す
る方法およびその構造上からＴはこの範囲が妥当
である。 また、この封止部１０Ａに封着されるMo箔１
３Ａは、充分な気密性と不所望な応力集中による
歪防止の点から、その厚さｔは0.02〜0.05mmと
し、この範囲内で種々変化させた。なお、Mo箔
１３Ａの幅ｄは４mm一定とし、かるMo箔１３Ａ
は封止部１０Ａの厚さ方向のほぼ中心に位置する
ように配置した。 このように各種の封止部厚さＴと、Mo箔厚さ
ｔのものとを組み合せた各ランプの安定点灯時
に、上記のように100A程度の過大電流を急激に
流した場合の外管１の破損状況を表１に示す。

〔実験 ２〕

上記ヒユーズ機能を持たせるMo箔の備えるべ
き条件のについて検討した。 発光管破裂の発生の有無は、過大電流によつて
Moが昇温して溶断するまでの時間と、発光管内
圧が上昇して破裂するまでの時間との差で決ま
る。 Mo箔の昇温は、（ジユール熱および高温のア
ークからの輻射熱と伝導熱による温度上昇）と
（Mo箔からこれに接触する封止部石英ガラス、
導電線、ホルダおよびサポート等を通しての熱伝
導による熱損失）とのバランスによつて決まり、
この中でも特にはジユール熱と封止部石英ガラス
からの熱損失とのバランスの関係が大きいことを
予備実験で確めた。しかして、Mo箔に発生する
ジユール熱はMo箔の断面積Ｓが大きく関係し、
一方、封止部石英ガラスからの熱損失は、Mo箔
との接触面積の大小が大きく影響するものと考え
られる。同一厚さのMo箔においてはその断面積
Ｓが大きくなるほどその幅ｄも大きくなり、また
同一断面積Ｓにおいては厚さｔが薄いほどその幅
ｄは大きくなる。これ等はいずれも封止部石英ガ
ラスとの接触面積が大きくてMo箔の冷却効果が
大となるため、Mo箔の昇温速度は遅くなり、し
たがつて相対的に発光管内圧の上昇速度の方が速
くなつて発光管が破裂する結果を招来することに
なる。 実験２ではこのような関係について調査したも
ので、上記実験１の結果をふまえて封止部材１０
Ａの厚さＴを４mm、Mo箔１３Ａの厚さｔを0.02
〜0.05mmの範囲とし、かつ幅ｄを変えることによ
つて断面積Ｓを種々変化させたMo箔１３Ａと、
主に封入水銀量を変化させることによつて安定点
灯時の発光管内圧を変化させた発光管８とを組み
合せた各ランプについて、上記実験１と同様に安
定点灯時に100A程度の過大電流を急激に流した
場合の外管１の破損状況を表２に示す。 ○は外管破損発生ゼロ。 △は10〜30％の外管破損発生。 ×は30％を越える外管破損発生。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は、ランプに過大電
流が流れるような事態が発生した場合、石英発光
管の封止部に封着したMo箔を発光管が破裂する
前に溶断するように設計したので、従来のように
安定器に保護装置を付設することなしに、発光管
破裂にもとづく外管破損を防止してランプの安全
使用に顕著な効果を挙げることができたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である高圧水銀ラン
プの正面図、第２図は同じくその要部である発光
管封止部の断面図、第３図は他の実施例における
発光管封止部の断面図をそれぞれ示す。 １……外管、２……ステム、４Ａ，４Ｂ……リ
ード線、６……サポート、７Ａ，７Ｂ……ホル
ダ、８……発光管、９……発光管バルグ、１０
Ａ，１０Ｂ……発光管封止部、１３Ａ，１３Ｂ…
…主電極に接続するモリブデンMo箔、１７Ａ，
１７Ｂ……導電線、Ｔ（mm）……封止部の厚さ、
ｔ（mm）……Mo箔の厚さ、Ｓ（mm²）……Mo箔の
断面積。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石英ガラスからなる発光管バルブの両端に形
   成した封止部に、それぞれ主電極に接続するモリ
   ブデン箔を気密に封着してなる発光管を備え、少
   なくとも一方の封止部の厚さをＴ（mm）、モリブデ
   ン箔の厚さをｔ（mm）、モリブデン箔の断面積をＳ
   （mm²）としたとき、 Ｔ≦４mm Ｓ／ｔ≦６ を満足するようにしたことを特徴とする高圧金属
   蒸気放電灯。