JPH08162065A

JPH08162065A - 低電力形メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH08162065A
Application number: JP6323896A
Authority: JP
Inventors: Masanao Kudo; 雅直工藤; Minoru Sugiura; 稔杉浦
Original assignee: Iwasaki Electric Co Ltd
Current assignee: Iwasaki Electric Co Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-21
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JP3573297B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、高効率で、演色性等の色特性が優
れているばかりでなく、長寿命である低電力形のメタル
ハライドランプを提供することを目的とする。【構成】石英管の両端に電極芯棒の先端部にコイル状
電極を巻回した主電極を封着し、内部に少なくとも希土
類金属ハロゲン化物を封入してなる発光管を外球内に保
持してなる管入力１００ｗ以下のメタルハライドランプ
において、前記外球内は真空で、発光管の発光部分の形
状が回転楕円形状として形成され、発光管の管壁負荷を
１４〜２３Ｗ／ｃｍ² とし、かつ発光管重量Ｗと管入力
Ｐとの比（Ｗ／Ｐ）が０．０３９以下とし、電極重量Ｍ
と管入力Ｐとの比（Ｍ／Ｐ）を０．７５以下とし、電流
密度が７．５〜１４Ａ／mm² の範囲であり、かつ電極コ
イル部の他端部から封着部までの距離Ｌ₂ と電極先端部
から封着部までの距離Ｌ₁ との比（Ｌ₂／Ｌ₁）が０．２
５から０．７５であり、Ｌ₂／Ｐが０．００６から０．
０２となるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は管入力１００ｗ以下の高
演色形のメタルハライドランプに関し、特にその発光管
形状及びその両端封着部に設けた電極の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、石英製発光管の両端にタングス
テン芯棒及びコイル状電極を封着し、内部に金属ハロゲ
ン化物を封入したメタルハライドランプは、高効率、高
演色でかつ長寿命であることから、屋内外の一般照明か
ら各種光学装置等の光源として使用されている。この種
ランプとして、主として発光効率を重視したスカンジウ
ム（Ｓｃ）−ナトリウム（Ｎａ）系のメタルハライドラ
ンプと、主として演色性を重視したディスプロシウム
（Ｄｙ）−タリウム（Ｔｌ）系のランプがよく知られて
いる。近年、省電力の観点から発光効率の優れた管入力
１００Ｗ以下の低電力形のメタルハライドランプを、蛍
光ランプや白熱電球あるいはハロゲン電球に変えて使用
されている。

【０００３】特に、店舗等の屋内の商業施設用照明器具
の光源として用いる場合、効率がよくて明るいだけでな
く、物の色の見え方が自然に近くかつその雰囲気を醸し
出すという演色性の良否が重視される。そして、ランプ
の発光色が３０００Ｋ〜５０００Ｋという比較的低色温
度のランプが求められている。そこで、発光管添加物と
してのディスプロシウム、タリウム及びセシウムのヨウ
化物を用いて、発光管内の温度を十分に上げることによ
り、可視域全体にわたってディスプロシウムの連続発光
が得られ、平均演色評価数が９０以上という高演色で、
かつランプの色温度が５０００Ｋ以下という低色温度の
ランプが得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、メタルハライ
ドランプは管入力が小さくなるに従って、発光管寸法が
小さくなるが、発光管両端の封着部からの熱伝導損失や
熱輻射損失の比率が増加して発光効率や色特性が低下し
てしまう。特に、ディスプロシウムのハロゲン化物は蒸
気圧が極めて低いことから、十分に発光させ平均演色評
価数を９０以上とするためには発光管端部の最冷部温度
を高める必要があり、発光管を小型化し、非常に高い管
壁負荷を有するような構造となっている。このため、発
光管最冷部温度が高められると同時に、他の部分の温度
も高まり、発光管の管壁と封入している金属ハロゲン化
物との反応が活発となり、ランプ点灯中に発光管内壁の
侵食及びその失透が進行することとなる。そして、ラン
プ光束や色温度等の諸特性が点灯時間の経過と共に変化
して、ついには発光管の変形及び発光管リーク等が発生
して、ランプ不良となる。

【０００５】本発明は、前記に鑑みてなされたもので、
高効率で、演色性等の色特性が優れているばかりでな
く、長寿命である低電力形のメタルハライドランプを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、石英管の両端
に電極芯棒の先端部にコイル状電極を巻回した主電極を
封着し、内部に不活性ガス及び水銀と共に少なくとも希
土類金属ハロゲン化物を封入してなる発光管を外球内に
保持してなる管入力１００ｗ以下のメタルハライドラン
プにおいて、前記外球内は真空で、発光管形状は略回転
楕円面形状であり、発光管壁面負荷を１４〜２３ｗ／cm
² とし、発光管重量Ｗ（ｇ）と管入力Ｐ（ｗ）との比
（Ｗ／Ｐ）を０．０３９以下と規定し、前記電極重量Ｍ
（mg）と管入力Ｐ（ｗ）との比（Ｍ／Ｐ）を０．７５以
下と規定し、前記電極芯棒断面積Ｓ（mm²）とランプ電
流値Ｉ（Ａ）との比である電流密度（Ａ／mm²）が７．
５〜１４の範囲であり、かつ前記電極の先端部から発光
管両端封着部までの距離をＬ₁、前記電極コイル部の他
端部から封着部までの距離をＬ₂ とした場合、０．２５
≦Ｌ₂／Ｌ₁≦０．７５であり、前記電極コイル部の他端
部から封着部までの距離Ｌ₂ と管入力Ｐ（ｗ）との比が
０．００６≦Ｌ₂／Ｐ≦０．０２であることを特徴とす
る。又、前記発光管の外周に長手方向にわたって円筒状
の石英管を配置して前記外球内に保持してなる。更に、
前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と共にヨウ化ディ
スプロシウム及びヨウ化セシウムとヨウ化タリウムある
いはヨウ化ネオジウム封入してなる。

【０００７】

【作用】本発明は前記構成により、外球内の熱ロスを極
力小さくすることができ、発光管表面温度をほぼ均一と
して部分的に高温となる個所をなくし、ランプの良好な
発光特性を維持できるように発光管温度を低く抑えるこ
とができ、発光管の最冷部温度を所定の蒸気圧が得られ
るのに必要な温度に高めることができ、電極の立ち消え
を防止し熱による変形を防止するためであり、かつ発光
管最冷部となる封着部において所定の蒸気圧が得られる
のに必要な温度とするためである。又、発光管の保温及
び不慮の事故による外球破損等を防止することができ
る。更に、物の色の見え方が自然に近いとの色特性が優
れている。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づき説明す
る。図１はメタルハライドランプの側面図、図２は同発
光管の側面図であり、図中１は石英ガラス製の発光管で
あり、両端に主電極２ａ，２ｂを封着し、内部にアルゴ
ンガスと水銀及びヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化タリ
ウム、ヨウ化セシウムが封入されている。又、発光管の
電極周辺部の外面には保温膜３，３が被着されている。
４は石英ガラス製の円筒管であり、発光管の外周にその
全長にわたって配置されている。そして、一端に口金５
を有する硬質ガラス製の外球６内のステム７に植立した
一対のリード線を兼ねたステンレス製の支柱８ａ，８ｂ
を介して発光管１が支持され、かつ円筒管は前記支柱８
ａ，８ｂ及びバネ状の止め金具９ａ，９ｂを介して支持
されている。又、外球６内は真空とされている。なお、
図中１０はジルコニウム−アルミニウムゲッターを示
す。

【０００９】又、発光管１は図２に示すように、石英管
の両端に封着部１１ａ，１１ｂを形成し、該封着部には
一対のモリブデン箔１２ａ，１２ｂを介して、その先端
部にタングステンコイル２２ａ，２２ｂを巻回したタン
グステン芯棒２３ａ，２３ｂよりなる主電極２ａ，２ｂ
と外部リード線１３ａ，１３ｂが一体的に埋設されてい
る。ここで、発光管の中央発光部１ａは回転楕円面形状
に形成されている。そして、電極周辺部の外周には酸化
ジルコニウムからなる白色の保温膜３，３が被着されて
いる。更に、図２中Ｌ₁ は前記電極芯棒２３ｂの先端部
から発光管封着部１１ｂまでの距離を、Ｌ₂ は前記電
極コイル部２２ａの他端部から封着部１１ａまでの距離
を示す。又、Ｌ₃ は発光管内端部間の距離を表わす。

【００１０】次に、実験例について説明する。前記のよ
うに構成した７０ｗのメタルハライドランプにおいて、
図２に示す発光管構造で、内部にアルゴンガスを１００
torr、水銀を１０．８mg／cc及びヨウ化ディスプロシウ
ムを０．９mg／cc、ヨウ化タリウムを０．３mg／cc、ヨ
ウ化セシウムを０．４mg／cc封入した発光管の寸法と発
光管重量Ｗ（ｇ）とを表１に示すように種々変更したラ
ンプを試作して点灯実験した。又、電極芯棒は芯棒径が
０．３mm，０．３５mm，０．４mm，０．４５mmのもの
で、コイルの線径が０．１５mm，０．２mm，０．２５mm
のものを内側８ターン、外側５ターンの密接巻きしたも
のを用いた。［以下、余白］

【００１１】

【表１】

【００１２】ここで、ランプは発光管重量Ｗ（ｇ）と
管入力Ｐ（ｗ）との比Ｗ／Ｐ＝０．０３５、ランプは
Ｗ／Ｐ＝０．０３９、ランプはＷ／Ｐ＝０．０４５の
場合を示す。そして、前記各ランプにおける、発光管の
壁面負荷を変化させた場合の平均演色評価数Ｒａの推移
を図３に示す。図３から明らかなように、Ｗ／Ｐの値が
０．０３９の場合、壁面負荷が１４ｗ／cm² 未満では高
演色性を表わすＲａが９０以上という効果は認められな
い。又、壁面負荷が１４ｗ／cm² 以上でもＷ／Ｐの値が
０．０３９を超えるとＲａが９０より下がることとな
る。これは、発光管の温度分布が不均一となり、発光管
両端部温度が低くなるからである。更に、壁面負荷が２
３ｗ／cm² を超えると、発光管温度が高くなり過ぎ、早
期に発光管のリーク等が生じ短寿命となることがある。
このことより、発光管壁面負荷を１４〜２３ｗ／cm² と
し、かつ発光管重量と管入力との比（Ｗ／Ｐ）を０．０
３９以下に選定する必要がある。

【００１３】次に、図４に基づき発光管電極重量と管入
力との比（Ｍ／Ｐ）を変えた場合の平均演色評価数の変
化について説明する。前記実験例１と同様に構成したメ
タルハライドランプにおいて、発光管管壁負荷を１４Ｗ
／cm² 一定とし、前記電極コイル部２２ａの他端部から
封着部１１ａまでの距離であるＬ₂と管入力との比（Ｌ₂
／Ｐ）を次のように規定した４種のランプについて平均
演色評価数の推移を調査した。ここで、ランプはＬ₂
／Ｐ＝０．００６、ランプはＬ₂／Ｐ＝０．０１、ラ
ンプはＬ₂／Ｐ＝０．０２、ランプはＬ₂／Ｐ＝０．
０３の場合を示す。図４から明らかなように、Ｍ／Ｐの
値が０．７５を超えると高演色性を表わすＲａを９０以
上とすることができない。又、Ｍ／Ｐの値が０．７５以
下の場合でもＬ₂／Ｐが０．０２を超えるとＲａが９０
より小さくなる。

【００１４】また、図５に基づき発光管電極重量と管入
力との比（Ｍ／Ｐ）を変えた場合の平均演色評価数の変
化について説明する。前記実験例１，２と同様に構成し
たメタルハライドランプにおいて、発光管管壁負荷を１
４Ｗ／cm² 一定とし、Ｌ₂／Ｐが０．０２の場合、前記
電極コイル部２２ａの他端部から封着部１１ａまでの距
離Ｌ₂ と前記電極芯棒２３ｂの先端部から発光管封着部
１１ｂまでの距離Ｌ₁ との比（Ｌ₂／Ｌ₁）を次のように
規定した４種のランプについて平均演色評価数の推移を
調査した。ここで、ランプはＬ₂／Ｌ₁＝０．２５、ラ
ンプはＬ₂／Ｌ₁＝０．５、ランプはＬ₂／Ｌ₁＝０．
７５、ランプはＬ₂／Ｌ₁＝１．０の場合を示す。図５
から明らかなように、Ｍ／Ｐの値が０．７５を超えると
高演色性を表わすＲａを９０以上とすることができな
い。又、Ｍ／Ｐの値が０．７５以下の場合でもＬ₂／Ｌ₁
が０．７５を超えるとＲａが９０より小さくなる。

【００１５】更に、電極芯棒断面積Ｓ（mm²）とランプ
電流値Ｉ（Ａ）との比である電流密度（Ａ／mm²）につ
いて説明する。前記のように構成した発光管を用いたメ
タルハライドランプの電流密度を種々変更した場合の、
発光管の立消え特性及び電極の変形度について調査し
た。その結果を表２に示す。ここで、立消え特性中、△
印は点灯試験２回のうち１回立消えが発生した場合を示
す。又、電極の変形度×印は５００時間点灯後の電極の
変形を目視観察により認めた場合を示す。

【００１６】

【表２】

【００１７】表２から明らかなように、電流密度が１
３．４Ａ／mm² では電極の変形が生じ劣化に基づきラン
プが不点となった。又、電流密度が７．５Ａ／mm² 以上
では点灯中、ランプの立消えが発生する。このことよ
り、電流密度は７．５〜１４の範囲に規定する必要があ
る。

【００１８】このように、外球内を真空とするのは、ガ
スの対流による熱ロスを極力小さくするためであり、発
光管形状を略回転楕円面形状とするのは、発光管表面温
度をほぼ均一として部分的に高温となる個所をなくすた
めである。又、発光管壁面負荷を１４〜２３ｗ／cm² と
することにより、ランプの良好な発光特性を維持できる
ように発光管温度を低く抑えることができ、長寿命とす
ることができ、発光管重量Ｗ（ｇ）と管入力Ｐ（ｗ）と
の比（Ｗ／Ｐ）を０．０３９以下とすることにより、発
光管の最冷部温度を所定の蒸気圧が得られるのに必要な
温度に高めることができる。更に、前記電極芯棒断面積
Ｓ（mm²）とランプ電流値Ｉ（Ａ）との比である電流密
度（Ａ／mm²）が７．５〜１４の範囲であり、前記電極
の先端部から発光管両端封着部までの距離をＬ₁ 、前記
電極コイル部の他端部から封着部までの距離をＬ₂ とし
た場合、０．２５≦Ｌ₂／Ｌ₁≦０．７５であり、かつ前
記電極コイル部の他端部から封着部までの距離Ｌ₂ と管
入力Ｐ（ｗ）との比が０．００６≦Ｌ₂／Ｐ≦０．０２
とすることにより、高効率で、色特性が優れかつ平均演
色評価数を９０以上という高演色性とすることができ
る。

【００１９】前記と同様の試験を管入力が１００ｗ及び
５０ｗのランプについて行なったが、前記とほぼ同様な
結果が得られた。しかし、１００ｗを超える１５０ｗあ
るいは２００ｗ以上のランプでは前記傾向は確認できな
かった。又、前記実施例では発光管添加物としてディス
プロシウム、タリウム及びセシウムを封入したランプに
ついて説明したが、添加物としてディスプロシウム、ネ
オジウム及びセシウムを封入したランプについてもほぼ
同様な効果が認められる。この場合、色温度が６５００
Ｋ程度のランプが得られる。更に、発光管の電極として
図２に示すように、電極芯棒に電極コイルを巻回した電
極について説明したが、電極芯棒の先端部を電極コイル
部より突出せず、内部に収納したホロー型電極でもよ
い。この場合、発光管のアークスポットを広げてアーク
の安定性を増大することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明に係わる低電力形
メタルハライドランプは、発光管形状及び電極形状を規
定することにより、比較的色温度が低く平均演色評価数
も９０以上という高演色であるばかりでなく、発光効率
が高くかつ長寿命であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるメタルハライドランプの一実施
例を示す側面図。

【図２】同発光管の側面図。

【図３】本発明ランプと比較ランプの発光管壁面負荷と
平均演色評価数との関係を示す特性図。

【図４】本発明ランプと比較ランプの発光管電極重量と
管入力に対する比率と、平均演色評価数との関係を示す
特性図。

【図５】同じく本発明ランプと比較ランプの発光管電極
重量と管入力に対する比率と、平均演色評価数との関係
を示す特性図。

【符号の説明】

１石英製発光管２ａ，２ｂ主電極３保温膜４円筒管５口金６外球７ステム８ａ，８ｂ支柱９ａ，９ｂ止め金具１０ゲッター１１ａ，１１ｂ封着部１２ａ，１２ｂモリブデン箔１３ａ，１３ｂ外部リード線２２ａ，２２ｂタングステンコイル２３ａ，２３ｂタングステン芯棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英管の両端に電極芯棒の先端部にコイ
ル状電極を巻回した主電極を封着し、内部に不活性ガス
及び水銀と共に少なくとも希土類金属ハロゲン化物を封
入してなる発光管を外球内に保持してなる管入力１００
ｗ以下のメタルハライドランプにおいて、前記外球内は
真空で、発光管形状は略回転楕円面形状であり、発光管
壁面負荷を１４〜２３ｗ／cm² とし、発光管重量Ｗ
（ｇ）と管入力Ｐ（ｗ）との比（Ｗ／Ｐ）を０．０３９
以下と規定し、前記電極重量Ｍ（mg）と管入力Ｐ（ｗ）
との比（Ｍ／Ｐ）を０．７５以下と規定し、前記電極芯
棒断面積Ｓ（mm²）とランプ電流値Ｉ（Ａ）との比であ
る電流密度（Ａ／mm²）が７．５〜１４の範囲であり、
かつ前記電極の先端部から発光管両端封着部までの距離
をＬ₁ 、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距
離をＬ₂ とした場合、０．２５≦Ｌ₂／Ｌ₁≦０．７５で
あり、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離
Ｌ₂ と管入力Ｐ（ｗ）との比が０．００６≦Ｌ₂／Ｐ≦
０．０２であることを特徴とする低電力形メタルハライ
ドランプ。
【請求項２】前記発光管の外周に長手方向にわたって
円筒状の石英管を配置して前記外球内に保持してなる請
求項１記載の低電力形メタルハライドランプ。
【請求項３】前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と
共にヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化タリウム及びヨウ
化セシウムを封入してなる請求項１又は２記載の低電力
形メタルハライドランプ。
【請求項４】前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と
共にヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化ネオジウム及びヨ
ウ化セシウムを封入してなる請求項１又は２記載の低電
力形メタルハライドランプ。