JPS5880258A - 小形メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は１００ワツト以下の小形メタルハツイドランノ
に関する。

（発明に至った背景） 近年省エネルギーの見地から、従来一般家庭の屋内用照
明として使用されていた白熱電球に代替して、高効率で
高波色なメタルハライドラングの適用が注目されている
。メタルハライドラングを一般家庭用の照明に使用しよ
うとすると、１００ワ、トリ下の小形化が必要となる。

従来におけるメタルハライＶｐラングは２００ワット以
上であシ、光束値が白熱電球に比べて格段に高く、この
ため高演色性が要求される屋内であっても演色性を犠牲
にして光量が多く活用できるように、比較的高所に設置
されて使用さ°れることか多い。しかしながら１００ワ
、トリ下の小形になると、白熱電球と同様に直接的に物
品勢を照射して骸被照射体をきわだたせる必要が生じ、
それゆえ演色性を無視できなくなる。

従来の中、大形メタルハライド２ンノは平均演色評価数
Ｒ１が６０〜７ｏであシ、一般尿庭用としての小形メタ
ルハシイドランｆｔｒｔ上記Ｒａ８ｉ度では不足し、ど
うしてもＲ１が８ｏ以上必要となってくる。

また、室内照明としては暖かさや、併用される可能性の
ある白熱電球やけい光２７／との違和感を減する意味か
ら、色温度も３０００〜３５００に程度の低い範囲が望
まれる。

加えてメタルハライドラン／の重要な長所である高効率
についても省電力の見地からこれを低下させることは好
ましくない。

従来、中、大形メタルハライドランプにおいては、一般
的に演色性と効率とは相反する特性であると考えられて
おシ、演色性優先型の２７ノは効率が低下する傾向にあ
ル、また５ＩＩＪ率主眼のものは演色性が低く、平均演
色評価数Ｒ１が６０〜７０程嵐となっているがこれでは
白熱篭球代替用ランプとしては不充分である。

（発明の目的） 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ζろは、高効率、高演色性および低色温
度を兼ね備えて白熱電球に代替して屋内照明に好適する
１００ワツト以下の小形メタル八２イＰッンｌｔ−提供
しようとする−のである。

（発明の概１１り すなわち０本発明は本発明者らの種々の実験研究に４と
づき、平均電位傾度とランノミ力とのＸｉおよび発光封
入物としてのナトリウムバーダン化物とスカンジウムへ
四ｒン化物との総封入量ならびに封入重量比を規制する
ことにょル、上祠目的を達成し九ことを特徴とする。

（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１００ワツト以下の小形メタルハライドラング
を示し、１は発光管である。発光管１は石英等の耐熱性
透光物質によ多形成されておシ、両端にはタングステン
を主成分とする電極２．３が、モリブデン箔４．４を介
して封着されている。電極の封着部６．５は圧潰封止さ
れておシ、これら封着部５．５はたとえば棒状などのよ
うに、できる＠シ小さく形成されていて、これら封着部
５．５からの熱損失を極力抑止することによシ発光管１
の最冷部温度を上昇させ、発光／＃ｔｌ内に封入した後
述する発光金属の蒸発を促し、発光効率の上昇を図っで
ある。

また発光管１は球状もしく祉楕円球状に成形されておシ
、これによって封着部５．６の根元を滑らかな曲線にし
て封着部６．５の機械的強度を増加せしめるとともに、
発光管１内における蒸気の対流を活発にし封入金属の発
光の均一化および効率向上を促すように工夫しである。

さらに発光ｔ１が小形化される１発光管管壁のわずかな
不連続形状であってもそこが発光管の最冷部となル易く
、封入金属が凝同するから、発光’ｙ（ｉのチップ部６
はできるかぎシ小さく、かつ内＆向が均一な形状となる
ように成形されている。モリブデン箔４．４にはウェル
ズ１．１が接続されている。

発光管ｌ内には希ガスと水銀および少なくともナトリウ
ムハＥＩｒン化物とスヵンノウムハロｒン化物が封入さ
れている。現在までにメタルハライド２ンノの封入金属
として数多くの八−ｒン化物が封入され、試作研究が繰
シ返されかつ実用化されているが、高効率、高演色性お
よび低色温度の特性を満すものとしてはナトリウムハロ
ダン化物トスカンシウムハーｒン化物ヲ混入することが
最適であることが判っている。

しかし、ナトリウムおよびナトリウムハ日グン化物を発
光管１内に封入し九場合、発光管１内から発せられた紫
外線が金属部材に当るとこれＫよって金属部材が光電子
を発し、発光管１内からナトリウムを抜き出してしまう
、いわゆるナトリウム消失現象を生ずることがあシ、そ
れ故第１図のととく、口金１から遠い電＆３のウェルズ
ｒは細くしかつ発光管１から遠くに献れるように弓形に
曲成したリードワイヤ９を介してステム１ｏのインナー
ワイヤ１１に接続しである。ステムｌＯの他のインナー
ワイヤ１２は他方の電極２のウェルズ１に′ｌ＆絖され
ておシ、これらインナーワイヤ１１．１１は口金８およ
び端子８ａに接続されている。そして発光管１は外管１
３によって囲繞されており、この外管１３は真空もしく
は窒素或いは不活性ガスｙ囲気に保たれている。

このような構成によるラングにおいて、高効率、高演色
性、低色温度の特性をもつ２７ノを得ようとすると、発
光管の平均電位傾度が極めて大きな要素を占めることが
本発明者らの研究によシ判明し友。ことで平均電位傾度
とはランプ電圧ＶＬ（Ｓルト）を電極間短線Ｌ　（ｗｍ
　）で除した値ＶＬ／Ｌで定義される。

従来から知られている中、大形メタルハ２イドランノに
あっては、九とえｔｆ４００ＷＭでＶＬ／Ｌは３〜３．
５　Ｖ／ｍ、　Ｉ　Ｇ　ＯＷ級テア　〜８　Ｖ／ｍ程度
であｐ１ランｆ電力Ｐ（ワット）との関係を１虫ると概
ね次式の範囲に設定されていた。

一方、１ｇ２図ａ４０Ｗの小形メタルハライドラン／に
おける平均電位傾度を種々変化させて平均演色評価数置
い色温度Ｔｓ（Ｋ）およびランプ効率ム、／Ｗを調べえ
ものである。すなわち第２図に）は平均電位傾度と平均
演色評価数との関係を示し、第２図＄）ｉｉ平拘電位傾
度と色温度との関係を示し、かつ第２図（Ｑは平均電位
傾度とラング効率との関係をそれでれ示す。

これら第２図に）ないしく０ふら判る通シ、色温度Ｔ、
を最小にする平均電位傾度の値近傍でランプ効率紘最大
になりている。またこの付近では平均演色評価数置、が
８ｏを越えている。上記色温度が最小訃よびラング効率
が最大となる平均電位傾度の値以上になると色温度社上
昇しかつラング効率が低下するとともに、平均演色評価
数は徐々にであるが直線的に増加する。

このような傾向は館３図に示され九発光スペクトル分布
図を見ればその理由が明らかとなる。

すなわち第３図中実線は平均電位傾度ＶＬ／Ｌ　２２５
　（Ｖ／ｉ＋ｉ）の発光スペクトル分布であル、また破
線はＶＬ／Ｌ　−１ｓ　（Ｖ／騙）の場合の発光スペク
トル分布を示す。第３図を見れば、ナトリウムの発光波
長である５　９０　ｎｗａ付近のスペクトルが大きく変
化していることが判る。これは以下の理由による。つｔ
シ、一般にナトリウムなどのように原子発光を生じる物
質は同一発光管内に存在するたとえば水銀分子等の衝突
によ〕自己吸収を起すことは知られているが、これは発
光管内の圧力、特に水銀の圧力に大きく左右され、水銀
の圧力が高い租ナトリウムの自己吸収が活発になシ、そ
のスペクトルが線形から帯状に拡がる。このような拡が
りが生じる程そのスペクトルの連続部分の増加につなが
るわ妙で、このことによシ演色性が改善される。しかし
ながら、上記拡がシは高波長方向に向って拡大されるの
で色温度は逆に褐〈な〕、また自己吸収のためラング効
率は低下し始める。し九がって第２１において％／Ｌが
２２　Ｖ／ｗｍ以上の範囲における平均演色評価数Ｒ１
９色温度Ｔ１およびランプ効率の各特性は上記の理由に
よるものと考えられる。

従来、ナトリウムとスカンジウムのハｏｆン化物を封入
した中、大形メタルへンイドランノはすでに実用化され
ているが、このものはラン／効率が１００　ｔｅａ／Ｗ
と高いにも拘らず平均演色評価数Ｒ１は６ｓ程度であっ
てそれ程高い値ではなかった。これは演色性として主に
スカンジウムの発光に依存し九九めでありたと考えられ
る。しかしながら白熱電球との代替が課題となっている
小形メタルハライド２ンノにあっては、平均演色評価数
Ｂ、なさらに向上させる必要が６９、本発明においては
第３図から判るように、スカンジウムばか）でなくナト
リウムによっても演色性を改善させ得ることから、スペ
クトルの拡が〕が著しくなるところまで平均電位傾度を
高めることが有効であると判断した。

第２図（転）から明らかなように、平均−位傾度Ｖ、／
Ｌを２２　Ｖ／ｊ以上に設定すれば、平均演色評価数Ｒ
１を８０以上に向上させることが可能になる。

また色温度Ｔ０は白熱電球との違和感を減らすため、好
ましくは３５００に以下に抑えるのがよく、シたがって
第２図（１１）から平均電位傾度ＶノＬを３４　Ｖ／ｗ
、ｙｘ以下に制限することが望まれる。

さらに、上記Ｒ１と〒１の関係によシ平均電位傾度ＭＬ
／Ｌを２２〜３４の範囲に規制した場合には、第２図（
０から、ランｌ効率が７０ム／Ｗ以上の領域となシ、白
熱電球の４〜５倍の効率が得られること龜理解できる。

以上述べた説明は４０Ｗメタルノ１ライド２ンプに係る
ものであるが、本発明者らは１００Ｗ以下のメタルハラ
イドランプとして２０Ｗおよび１００Ｗについても同様
の研究を行い、その平均電位傾度の上限および下限を求
めた。その結果を第４図に示す。第４図は横軸に２ン！
電力Ｐ（ワット）、縦軸に平均電位傾ｊｉｉ：　Ｖｂ／
Ｌ（Ｖ／ｍ）を示すが、前述の従来の中、大形メタルハ
ライドランプは斜線りで示す領域であるのに対し、本発
明にもとづく高演色性、低色温度および′高効率が得ら
れる小形メタルハライド２ンゾは、平均電位傾度の上限
を○印、下限をΔ印で示しである。

第４Ｅの実験よ〕Ｏ印の点を結ぶ線はＶＬ／Ｉ。

−５０−１０１ｍ、。Ｐであル、Δ印を結ぶ線はＶ＆／
Ｌ−３８−１Ｏｉ＠、０Ｐ−ｔ’ある。そして１００Ｗ
以下の小形メタルハライドランプにおいては、低色温度
で高演色かつ高効率が得られる条件として紘Ｏ印のライ
ンとΔ印のラインに囲まれた領域となシ、平均電位傾度
Ｖ、／Ｌとラング電力Ｐとの関係は に設定すればよいことが判る。

次に本発明者らはスカンジウムハルダン化物とナトリウ
ムハ四グン化物の封入量について検討した。これら両者
の会計封入量は発光管内の単位容積尚ルｌＯ〜４０　Ｍ
ｇ／Ｗの範囲に封入することが嵐いことを確認した。封
入総量が１０〜／ＣＣ未満であると水銀の発光が多くな
９演色性の低下を招き、また４０〜／匡を超える場合に
杜ハロダン化合物が過剰となってアークの不安定、各ラ
ンプごとに色むら等を生じるので好ましくない。

またスカンジウム７１０ｒン化物とナトリウムハロダン
化物の封入比について検討した。第５図はノ・口ｒンと
して沃素を使用した例において、平均電位傾Ｌ　カＶＬ
／Ｌ　−２５Ｖ／ｕｚ（Ｄ　４０　Ｗメタルハライドラ
ンプについて、沃化ナトリウムと沃化スカンジウムの混
合比（重量比）を、沃化ナトリウム／沃化スカンジウム
−１〜ｌＯの範囲に変化させた場合の色温度の変化を示
す。第５図が示すように、色温度を３５００に以下にす
るには沃化ナトリウム／沃化スカンジウムの重量比を３
以上にする必要がある。また電量比を１０以上にすると
色温度は白熱電球の２８００〜２９００に以下になるば
かシでなく、実質的に連続スペクトルを与えるスカンジ
ウムの相対発光強度が低下するので平均演色評価数Ｒ１
も低下するから、好ましく　＆　−ｍ ところで、平均電位傾度Ｖ＆／Ｌを増加させるためには
、ラン！電圧ｖ１を増すか電極開路＠Ｌを短縮させる手
段がある。後者の場合にはランプ寿命特性に及ぼす影譬
が甚だ大きいので、寿命特性上許容できる範囲内での電
極間距離に留め、残シはランノミ圧Ｖ、を増大させるこ
とに依存すべきである。しかし２ンｆ亀圧ｖ１を上昇さ
せるとランプの立消え電圧が増大する傾向にあシ、この
ためラン！への供給電圧を上げなければならないが、こ
のようにすると、九とえば配線。

配線器具、安定器勢の耐電圧強度を上げなければならな
いので容島ではない、し九がってランプ特性としての立
消え特性を改善することが、この種の演色性改豐形うン
ノでは実用上において配慮しなければならなくなる。

ｊ１１６図には、電極軸が電極コイル部よルも放電空間
側に突出するような公知の形状の電極を用い、かつ安定
器の二次側（ランｆ＠）開放電圧が２２０−ルトである
場合における４０Ｗメタルハライドラングの立消え特性
を示す。第６囚において横軸は平均電位傾度ＶＬ／ｌ、
　ｅ縦軸は立消え電圧Ｖｏｔｔ　（Ｍルト）を示し、Δ
ラメータとして電極軸の軸径ｄ（０）と２ンノ安定点灯
時における放′＃Ｌ電流Ｉ、（アンペア）との関数、Ｖ
′′Ｖ／ｄを採用した。

第６図から、メＬン′ｄが小さい根立消え電圧は尚くな
ることが判る。前述した過多、４０Ｗのメタルハライド
ラングの場合、低色温度、高演色性、高効率が得られる
平均電位傾度Ｖ、／Ｌは２２〜３４ｖ／冨富の範囲であ
シ、この最大値３４Ｖ／ｇｇにおいて本例の２２０Ｖ印
加電圧の場合、許容電圧変動幅±６ｔｓ％また寿命中の
２ンゾ電圧上昇を４ポル）／１０００時間とみると、白
熱電球の３倍の６０００時間の寿命を得るためには、０
時間におけるランｌの立消え電圧を１８５＆ルト以下に
設定しなければなら′ない、−この仁とカラＶＬ／Ｌ＝
　３４　Ｖ／ｍＫオイテＶ、１ｔ１８５　Ｍルト以下の
範囲は、第６図からメＬン′−を３以下に抑える必要が
るることが判る。安定器、配線、器具等の耐電圧強度お
よび、一般家庭用照明という事を考慮すればラング付加
電圧はできる限シ小さい仁とが望まれる。上述の２２０
ｖはあくまで４最大値に近い値であ多、印加電圧が２２
０Ｖよ）も低い場合にはＶＬン′−の値は３以上にしな
ければならない。

ま九電極の軸径−を考える場合には始動時の豊点弧電圧
について配慮しておく必要がある。

こ９再点弧電圧は、印加する電源が周期的にノツスとマ
イナスに入れ替る交流の場合にランプ電圧波形に現われ
るもので、この再点弧電圧が印加電圧波形を超え九場合
ツングは立消える。

本発明者らはこの再点弧電圧値とメζ７ｄの関係を実験
によシ調べ九ところ、３ＬＯ≦ｙ′Ｕ／ａの範囲では電
極による再点弧電圧が生じないことを確認している。

一方、ＶＬン′ｄの値が高ければ高い程立消え特性は良
くなり、かつ始動時の再点弧電圧の問題も生じないが、
電極軸の単位断面積ＩＪ＞の電流密度が増加するので、
電極の温度が上外し過ぎ、タングステンが蒸発し、管壁
に黒化を生じさせて光束維持率の低下を招く。本発明者
らの実験では〆Ｉ　Ｘ、／ｄ≦６．１の範囲であれば光
束維持率も良好になることを確認した。

このような事は４０Ｗ以外の１００Ｗ以下のメタルハラ
イドラングには全般的に言えることを確かめてあシ、し
九がって ３．０≦メＬン′ｄ≦６．１　　　・・・・・・（２）
を満足する必要がある。

ま友本発明者らは、電極軸の先端が電極コイル部の先端
と同一高さもしくは電極コイルが放電空間側に突出して
いるタイプの電極について、上記と同様の実験を行うた
。電極軸が電極コイルよシも突出している電極は電極軸
の突出先端にアークスｆｙトが形成されるのに対し、電
極コイルが電極軸と同一高さもしくは突出されている電
極は、電極コイル部にアークス４．トが形成される。し
たがって電極コイルのコイル素線の墓小線径をＤ　（ｍ
　）とすれば ３．０≦〆叩４≦６．１　　　・・・・・・（３）を満
足する必要があることを見い出した。

（発明の効果） 以上詳述した通〕本発明紘、電極間距離をＬ（ｗｒ　）
　、ランプ電圧なり１（−ルト）としたとき、平均電位
傾度ｖＸ、／Ｌとランプ電力Ｐ（ワット）との関係を、 とし、ナトリウムハｏｆン化物およびスカンジウムハロ
ダン化物の線対入量は単位容積尚如１０　Ｗ１０ｃ〜４
０　ｑｌｏｃ であシ、かつナトリウムハｕｐン化物／スカンジウムハ
ｃＩｒン化物の封入比を重量比で３ないし１０とした４
のである。したがってこのものは、色温度が３５００に
以下となって白熱電球に代替しても他の電球との違和感
がなくなル、かつ平均演色評価数置、が８０以上の高い
領域となって演色性が向上するとともに％２７グ効率は
白熱電球の４〜５倍となるので、一般家庭の屋内照明用
光源として充分に活用することが可能でアシ、省電力に
寄与することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る小形メタルハ２イドランノの構成
図、第２図に）ないしくｑはそれぞれ平均電位傾度に対
する平均演色奸価数１色＠度。 ラング効率の特性図、第３図は分光分布特性図、第４図
はランプ入力と平均電位傾度との関係を示す特性図、縞
５図は色温度系を示す特性図、第６図は平均電位傾度と
立消え電圧との関係を示す％性図である。 １・・・発光管、Ｊ、Ｊ−電極、４．４−・・モリブデ
ン箔、５・・・封止部、１１・・・外管。 出願人代理人　弁理土鈴　江　武　彦 １ＩＩｐ１図 ＋２ｉ！１ ｊＰｎｔｓＢ度　（’／？ｎｍ）　　　３’７１ｉｉＩ
Ｐ３図 成長（ｍｍ） 矛４図 ランプ電力　　Ｐ←−Ｉト） 矛、５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光管内に相対する電極を備え、希ガスと水制および少
   なくともナトリウムノ・ログン化物とスカンジウムハロ
   ダン化物を封入した１００ワツト以下の小形メタルノ旭
   うイドランノにおいて、’１４．．ｌｒｓ、間距屹をＬ
   　（１１Ｊｌ）、ラング電圧をＶ、　（＆／Ｌ／ト）と
   したとき、平均電位＃４度％／Ｌとランプ電力Ｐ（ワッ
   ト）との関係を とし、上記ノ・ログン化物の総封入蓋は単位容積当シ １０　ｍ９／ＣＣ〜４０　ＩＪ９／ｃｒ。 でりり、かつナトリウム７１０ｒン化物／スカンジウム
   ハロｒノ化物の重量比は３ないし１０の乾Ｈとしたこと
   を特徴とする小形メタルノ・ライドラ７ノ。