JPH10149802A

JPH10149802A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH10149802A
Application number: JP32215596A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kumazawa; 敏弘熊澤
Original assignee: Iwasaki Electric Co Ltd
Current assignee: Iwasaki Electric Co Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】発光管に比較的低いパルス電圧を印加するだ
けで、放電ギャップの電離・励起作用により容易に始動
が可能で、外球内放電等が生じず、長寿命で、点灯姿勢
が任意に選択できる汎用性のあるメタルハライドランプ
を提供する。【解決手段】一端に口金７を有する外球８内に発光管
１を支持し、外球内に窒素、ネオン、アルゴン、クリプ
トン又はキセノンガスを単体あるいは混合体で封入し、
外球内の始動器３によるパルス発生回路を備え、発光管
に並列に接続して外球内に配置したバイメタル５よりな
る放電ギャップ１２と、その放電を微電流にするための
減流抵抗１３を直列に接続し、バイメタルよりなる放電
ギャップの間隔を０．２〜０．８ｍｍに規定し、ギャッ
プに通電して発生するグロー放電に基づく電離・励起作
用により発光管を始動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メタルハライドランプ
の始動特性の改善に関し、外球内に配置した放電ギャッ
プの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＩＤランプとして電極を封着した発光
管内に水銀及び希ガスと共に金属ハロゲン化物を封入し
たメタルハライドランプが使用されている。この種ラン
プの口金としてＥ３９形口金が使用される。この口金で
は点灯パルスは２．０ｋＶ程度が望ましいため、各種Ｈ
ＩＤランプともにこの規格内で設計されており、水銀ラ
ンプや高圧ナトリウムランプでは始動特性も満足できる
ものであった。これは電極の電子放射性物質として酸化
トリウム等を用いることにより、高圧パルス電圧の印加
によってランプが始動するからである。

【０００３】しかし、石英製発光管内に金属ハロゲン化
物を封入したメタルハライドランプのような始動電圧の
高いランプの場合、発光管の両端に主電極と共に少なく
とも一方に近接して補助電極を封着したランプは、前記
パルス電圧でもその始動の確率は２０〜４０％程度とな
るが、補助電極を用いないランプでは５〜１０％と極端
に低下する。これは、発光管材料である石英管に含まれ
る電気陰性度が大きい水素がランプ点灯中、自由電子を
奪ってヨウ化水素が生成されるからである。このため、
高圧パルス電圧を印加しても始動性が悪く、前記した始
動の確率まで低下してしまう。

【０００４】そこで、始動を容易にするために他のエネ
ルギーを付加する必要がある。この代表的な方法とし
て、発光管内にプロメチウム（¹⁴⁷Ｐｍ）やクリプトン
（⁸⁵Ｋｒ）などの放射性同位元素を封入する方法があ
る。これは、必要な自由電子を過剰に供給するので始動
特性の改善が可能である。しかし、放射性同位元素であ
るトリウム酸化物を含んだトリエーテッドタングステン
電極を使用するだけでなく、電極にトリウムの酸化物を
塗布したり、添加物として発光管内にトリウムやプロメ
チウムあるいはクリプトンを封入することによりランプ
が容易に点灯可能であるが、発光管の製造上、放射性同
位元素の管理及び処理の問題が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】また、特公平３−２２
０１８号公報に開示されているように、発光管の始動を
容易にするために紫外線を照射する方法が提案されてい
る。しかし、紫外線の発生源を外球内の発光管近傍に配
置することは、その支持が困難であるばかりかコストア
ップになるという問題がある。

【０００６】そして、本発明者は先に、窒素ガス等を封
入した外球内に発光管と並列に放電ギャップを接続した
メタルハライドランプを提案している。これは、発光管
を容易に始動させるために、高いエネルギーを有する紫
外線を照射することなく、外球内の窒素ガス等の不活性
ガス雰囲気中でパルス発生時に放電ギャップ間にグロー
放電が発生し、該放電ギャップの電離・励起作用により
発光管を始動させるものである。この理由は、紫外線に
よる始動改善というよりも、始動性は発光スペクトルの
エネルギーの強度及びスペクトルの波長幅に影響される
ものと考えられるからであり、放電ギャップが外部補助
電極の役割を行なうものと推測される。すなわち、安定
器側から高いパルスを印加し、外側からわずかな放電エ
ネルギーを加えることによって、瞬時に点灯可能とな
る。

【０００７】このことは、発光管の始動を容易にするた
めに、発光管に紫外線のような強いエネルギーを照射す
る必要がないということである。又、外球内では発光管
内のようにヨウ化水素が存在することがないので、グロ
ー放電が容易となり、該放電が発光管の主電極間のアー
ク放電を促進することができる。

【０００８】本発明は前記に鑑みてなされたもので、メ
タルハライドランプの始動特性を改善するために、従来
のように発光管内に放射性同位元素を用いることなく、
また、補助電極等を用いることなく、発光管に比較的低
いパルス電圧を印加するだけで、放電ギャップの電離・
励起作用により容易に始動が可能で、外球内放電等が生
じない長寿命のメタルハライドランプを提供することを
目的とする。又、補助電極を用いていないので、ランプ
の点灯姿勢が任意に選択できる汎用性のあるメタルハラ
イドランプを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、一端に口金を有する外球内に発光管を支
持し、外球内に窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン又
はキセノンガスを単体あるいは混合体で封入し、かつ外
球内の始動器によるパルス発生回路を備えてなり、前記
発光管に並列に接続して外球内に配置したバイメタルよ
りなる放電ギャップと、その放電を微電流にするための
減流抵抗を直列に接続し、前記バイメタルよりなる放電
ギャップの間隔を０．２〜０．８ｍｍに規定してなり、
該ギャップに通電して発生するグロー放電に基づく電離
・励起作用により発光管を始動させることを特徴とす
る。

【００１０】また、一端に口金を有する外球内に発光管
を支持し、外球内に窒素、ネオン、アルゴン、クリプト
ン又はキセノンガスを単体あるいは混合体で封入し、か
つ外球内の始動器によるパルス発生回路を備えてなり、
前記発光管に並列に接続して外球内に配置した放電ギャ
ップと、その放電を微電流にするための減流抵抗を直列
に接続し、前記放電ギャップの間隔を０．２〜２．０ｍ
ｍに規定してなり、該ギャップに通電して発生するグロ
ー放電に基づく電離・励起作用により発光管を始動させ
ることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき説明する。図１は本発明に係わるメタルハライドラ
ンプの側面図、図２は回路構成図である。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スカンジウム
とヨウ化ナトリウムが封入されている。又、発光管の電
極周辺部の外周には保温膜が被着されている。３は発光
管１に並列に接続された内部始動器（ランプ内スター
タ）であり、始動補助抵抗４とバイメタルスイッチ５と
グロー放電管６よりなる。そして、一端に口金７を有す
る硬質ガラス製の外球８内のステム９には一対の発光管
支柱１０ａ，１０ｂが固定され、一方の支柱１０ｂは外
球８の先端部に当接され、発光管の両端部を保持して外
球内に支持している。又、発光管電極の電気的な接続は
リード線１１を介して行なわれている。

【００１２】又、前記始動器の抵抗４とバイメタルスイ
ッチ５と並列にバイメタルよりなる放電ギャップ１２と
減流抵抗１３との直列回路が接続されている。これらの
放電ギャップ等は前記発光管支柱１１Ａの側面に溶接さ
れ、前記リード線１１の一部とギャップを構成するよう
に配置されている。そして、この間隔は０．２〜０．８
mmの範囲で規定されている。

【００１３】なお、図１に示すように本発明に係わるラ
ンプは発光管近傍に発光管と並列に放電ギャップを設
け、外球内の窒素封入圧は４６，６００ｐａあるいは窒
素とアルゴンガスの１：１の混合ガス４６，６００ｐａ
を封入しており、放電ギャップの距離は０．３ｍｍとし
ている。

【００１４】そして、比較例を含めて実験結果を説明す
る。従来ランプとして、管入力２５０Ｗのランプをラン
プ電圧１８０Ｖ、配線長５０ｍとして実験した場合、周
囲温度が１０℃であれば、グロー放電管によるパルス電
圧によりサンプル１０灯について全部のランプが点灯可
能であったが、周囲温度がー１０℃となった場合、４灯
のみが点灯しただけであった。これを改善するために
は、補助電極に水銀やヨウ化物が付着しているのを取り
除き、主電極に接近させることが必要であるが、ピンチ
シールによるバラツキがあるので、自ずと限界がある。

【００１５】そこで、本発明に係わる図１及び図２に示
すランプ構造のように、発光管の端部に補助電極を封着
せずに、内部では補主極間放電を行なわせることなく、
外球内で放電を行なわせることとした。外球には窒素ガ
ス等が所定圧で封入されており、これを放電させるには
放電ギャップの間隔は０．２〜０．８ｍｍ程度が適当
で、これと直列に１５ｋΩ程度の減流抵抗を接続してい
る。図１、２の場合、放電ギャップは０．３ｍｍ程度の
ギャップをもつバイメタルを配置している。そして、点
灯後発光管の熱でバイメタルが離れてしまう。又、外球
内でのグロー放電で始動させることが可能であるので、
補助電極が不要でかつセラミック抵抗体が不要となる。

【００１６】次に、本発明に係わるランプのように、放
電ギャップを発光管と並列に接続して、パルス発生時に
グロー放電を生じさせ、ランプがいかにして始動するか
について検討した。まず、グロー放電を起こして紫外線
量を測定する装置を用い、入力１５０Ｗの両端に電極を
封着した測定管として、一方は水銀１０ｍｇ＋アルゴン
ガス６，６５０ｐａを封入し、他方は窒素ガスを１３，
３００ｐａを封入し、これを暗室内で測定した。そし
て、このスペクトル図を分析したところ、本発明に係わ
る窒素ガスを封入したランプは、紫外線がほとんど発光
していないことを確認した。

【００１７】このことは、１９７４年発行された電気学
会編「放電ハンドブック」の第３１，３２頁に記載され
たスペクトル表に示すように、水銀の強いスペクトルは
波長３８０ｎｍまでに４本あるが、窒素ガスではその発
光はない。そして、本発明者は前記文献の第３３頁の記
載を参考にして、窒素ガスに基づくグロー放電が発生す
れば、その電離・励起作用により光子やイオンが発生す
るために、発光管に紫外線を照射することなく、始動が
可能となることを確認した。また、外球内に配置してい
るので、放電を妨げるハロゲン化水素等の不純ガスの影
響を受けることもない。

【００１８】更に、具体的な実験例について説明する。
従来構造のランプと図１に示す外球内に窒素ガスを封入
した本発明ランプとを６種類各々５本づつ作成し、グロ
ーパルス発生後の始動時間の遅れを測定したところ、表
１に示すような結果が得られた。なお、周囲温度は０℃
で、印加電圧は１８０Ｖ、配線長は５０ｍである。（以下、余白）

【００１９】

【表１】

【００２０】表１から明らかなように、本発明に係わる
No.２〜４の仕様のランプでは、ほぼ瞬時に点灯するこ
とができる。

【００２１】次に、本発明の第２の実施例について図３
及び図４に基づき説明する。なお、図１と同一部品は同
一符号を付す。石英ガラス製の発光管１の両端に主電極
２ａ，２ｂを封着し、内部にアルゴンガスと水銀及びヨ
ウ化スカンジウムとヨウ化ナトリウムが封入され、発光
管の電極周辺部の外周には保温膜が被着されている。
又、発光管１には内部始動器３（ランプ内スタータ）が
並列に接続され、始動補助抵抗４とバイメタルスイッチ
５とグロー放電管６とよりなる。そして、一端に口金７
を有する硬質ガラス製の外球８内のステム９には一対の
発光管支柱１０ａ，１０ｂが固定され、一方の支柱１０
ｂは外球８の先端部に当接され、発光管の両端部を保持
して外球内に支持している。又、発光管電極の電気的な
接続はリード線１１を介して行なわれている。

【００２２】又、前記始動器の抵抗４とバイメタルスイ
ッチ５と並列に放電ギャップ２１と減流抵抗２２との並
列回路が接続されている。これらの放電ギャップ等は前
記発光管支柱１１ａの側面に溶接され、アルミニウム板
２３の上に所定の間隔で銀等のロウ材を介してニッケル
線２４ａ，２４ｂを対向して固定し、放電ギャップを形
成して配置されている。そして、この間隔は０．２〜
２．０ｍｍの範囲で規定されている。

【００２３】更に、具体的な実験例について説明する。
図３に示すような発光管内にＳｃ，Ｎａの金属ハロゲン
化物を封入したメタルハライドランプにおいて、従来ラ
ンプ（仕様No.１）と、本発明ランプ（仕様No.２）とを
５本づつ始動特性を測定した。表２から明らかなように
本発明ランプは容易に点灯できた。この際の条件は周囲
温度０℃、印加した電源電圧は１８０Ｖで、配線長は５
０ｍである。

【００２４】

【表２】

【００２５】このように、外球内で放電ギャップ間にグ
ロー放電を発生させ、発光管の始動が容易となるが、こ
のためには放電ギャップの間隔を所定の範囲に選定し、
その構成材料も始動性がよい材料を選定すれば、瞬時点
灯が可能となる。又、前記実施例では外球内の封入ガス
として窒素ガス及び窒素ガスとアルゴンガスの混合ガス
について説明したが、その他のネオンガス、アルゴンガ
ス、クリプトンガス又はキセノンガスを単体あるいは混
合ガスとして用いてもほぼ同様な効果が認められる。た
だし、ネオンガスやアルゴンガスを単体で用いることは
外球内放電が生じる可能性があり、除外する必要があ
る。更に、外球内のパルス発生回路としてグロー放電管
のかわりに非線形セラミックコンデンサ等を用いてもよ
い。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係わるメタルハライドランプは外球内に窒素ガス等を
封入すると共に所定間隔の放電ギャップを設け、電源投
入による内部始動器からのパルス発生時に、該雰囲気中
でのグロー放電に基づく電離・励起作用により、低いパ
ルス電圧でも始動が容易となり、従来のように放射性同
位元素や過剰の水銀等を封入する必要がないので、その
取り扱い及び環境保全に対し充分な対策を講じることが
できる。又、ランプの不慮の事故に対し安全、確実な対
策が講じられて、長寿命であり、点灯姿勢が任意である
メタルハライドランプが得られ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側面図
である。

【図２】同じく回路構成図である。

【図３】本発明に係わる他のメタルハライドランプの側
面図である。

【図４】図３の回路構成図である。

【符号の説明】

１発光管２ａ，２ｂ主電極３内部始動器４始動補助抵抗５バイメタルスイッチ６グロー放電管７口金８外球９ステム１０ａ，１０ｂ発光管支柱１１リード線１２放電ギャップ１３減流抵抗２１放電ギャップ２２減流抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に口金を有する外球内に発光管を支持
し、外球内に窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン又は
キセノンガスを単体あるいは混合体で封入し、かつ外球
内の始動器によるパルス発生回路を備えてなるメタルハ
ライドランプにおいて、前記発光管に並列に接続して外
球内に配置したバイメタルよりなる放電ギャップと、そ
の放電を微電流にするための減流抵抗を直列に接続し、
前記バイメタルよりなる放電ギャップの間隔を０．２〜
０．８ｍｍに規定してなり、該ギャップに通電して発生
するグロー放電に基づく電離・励起作用により発光管を
始動させることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】一端に口金を有する外球内に発光管を支持
し、外球内に窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン又は
キセノンガスを単体あるいは混合体で封入し、かつ外球
内の始動器によるパルス発生回路を備えてなるメタルハ
ライドランプにおいて、前記発光管に並列に接続して外
球内に配置した放電ギャップと、その放電を微電流にす
るための減流抵抗を直列に接続し、前記放電ギャップの
間隔を０．２〜２．０ｍｍに規定してなり、該ギャップ
に通電して発生するグロー放電に基づく電離・励起作用
により発光管を始動させることを特徴とするメタルハラ
イドランプ。