JPS6017848A - 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〕 本発明はスカンジウムノーロゲン化物を封入したメタル
ハライドランプに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

電極を備えた石英発光管内に始動用希ガス、水銀および
金属ノ・ロゲン化物を封入した。いわゆるメタルハライ
ドランプは高効率、高演色であるため広く実用に供され
ている。特にこのランプの中リウムとを封入したランプ
は極めて高い演色性が得られることから特に賞月されて
いる。しかしながら、スカンジウムを封入したランプは
始動電圧が高くなり、始動時間も長くなる欠点がある。

この点を改良する手段として、たとえば特願昭５５−１
２８３２８号（４？開昭５７−５３０６４号）公報には
発光管内にグロメチウム（１４７ｐｍ）等の放射性物質
をセラミック体等に分散密封して取扱上密封線源化した
ものを追加封入し、この発光管をパルス発生用点灯管と
共に外管内に封入することによって始動電圧を低下させ
、水銀灯用安定器で点灯できるようにしたメタルハライ
ドランプが提案されている。

しかしながら、スカンジウムハロゲン化物を封入したラ
ンプはその反応性が極めて強いことからさらに光束維持
率が悪いという問題もある。すなわち、すトリウム、タ
リウム、インジウム等のハロゲン化物を使用したメタル
ハライドランプでは。

電極エミッタとして酸化トリウム（Ｔｈ０２）を使用し
たり、あるいは電極材料としてＴｈＯ２を含有せしめた
タングステンつまりトリウムタングステンを使用し、　
Ｔｈ０２のエミッション効果により始動性を高める工夫
がなされているが、スカンジウムハロゲン化物を用いた
ランプにＴｈ０２を使用すると。

３　Ｔｈ　０２　＋４．　ＳＣＩ３→２　Ｓｃ　Ｏ３＋
　３　Ｔｈ　Ｉ４・・・（１）の反応を生じ、エミッタ
として比較的多くのＴｈ０２を使用した場合にはＴ１１
０２が消費されるだけでなくスカンジウムＳｃＯ相当は
も酸化物となって発光に寄与しなくなり、光束維持率を
低下させる。

また、トリウムタングステンを電極材料とした場合には
生成したＴｌｌＩ４が点灯中にタングステンの熱力学輸
送過程に影響して、タングステンの電極先端や発光管管
壁への輸送をうながして短時間点灯では電極先端へタン
グステンが積もり、長時間点灯では発光管管壁に電極の
タングステンが被着して黒化を生じ、光束維持率を著る
しく低下させる。

また、スカンジウムハロゲン化物は石英発光管（８１０
２）とも反応し。

４　Ｓｃ　ＩＢ　＋３８ｉ０２→　３　Ｓｒ　Ｉ４　＋
３　Ｓｃ　０３・・　（２）となる。５ｉＴ４は電極先
端へ移行し、これが電極のタングステン（５）と反応し
てＷとＳｉの低融点合金を形成し、アークにより電極先
端から飛散して発光管内壁に付着して黒化を生じ、これ
が可視光を吸収して光束を低下させる。しかも、上記Ｗ
とＳｉの反応および飛散のため、電極先端の形状が侵蝕
変形し、アーク輝点の不安定を招く原因にもなっている
。

〔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。

始動性が良く、かつ寿命特性の優れたスカンジウムハロ
ゲン化物入りメタルハライドランプを提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明はスカンジウムハロゲン化物を封入した発光管を
有するメタルハライドランプにおいて。

始動を容易にするために発光管内に（密封線源化された
放射性物質と始動用希ガス）または（Ｎｅ−Ａｒ）のベ
ニンクガスを封入し、かつ、外管内にパルス発生用点灯
管を収容すると共に、さらに電極先端部の変形および飛
散を防止するために電極軸に電極コイルを取着してなる
主電極の電極軸をアルミニウム、カリウム、けい素のう
ちの少な（とも１種を含有してガるタングステンで形成
し、かつ主電極には酸化スカンジウムを被着すると共に
電極軸の定常点灯時の電流密度を７．５〜１２Ａ／ｃｍ
２の範囲とし、水銀灯用安定器で点灯するようにした点
に特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下２本発明の詳細を図示の一実施例を参照して説明す
る。図は４００Ｗのメタルハライドランプの正面図を示
し１石英ガラスからなる発光管（１）内には一対の主電
極（２ａ）、　（２ｂ）および一方の主電極（２ａ）に
近接して起動用補助電極（３）を設けである。

発光管（１）は内径２０ｍｍ、電極間距離４２間とし。

内部には水銀７Ｑｍｇ、始動用希ガスとしてたとえばア
ルゴンガスを５０トールおよび沃化スカンジウム５”Ｌ
沃化ナトリウム２５ｍｇさらにはグロメチウム１４．７
（１４７Ｐｍ）などの放射性物質が取扱の安全上セラミ
ック々とに分散して密封線源化した形態で）封入されて
いる。主電極（２・）、　（２ｂ）は第２図に示すよう
に電極軸（４）に電極コイル（５）を取着してなり。

その表面には酸化スカンジウム（６）が被着されている
。なお、電極軸（４）は線径０．７皿でアルミニウム（
Ａｌ）、カリウム（５）、けい素（Ｓｉ）の少なくとも
１種を含有するタングステン（ロ）からなり、電極コイ
ル（５）のタングステンコイル素線の径はＱ、　５　ｒ
ａｍでたとえば２層コイルをなしていて、電極軸（４）
の先端は約２ｍｍＭ、極コイル（５）より突出させると
ともに。

主電極の表面たとえば上記電極軸（４）の突出部および
電極コイル（５）の表面には酸化スカンジウム（６）が
被着されている。

（７）はパルス発生装ｆ＃と［７ての点灯管で、常閉形
バイメタルスイッチ（８）および限流抵抗（９）ととも
に直列回路を構成し、この直列回路は第３図に示す通り
２発光管（１）に対して並列に接続され、起動用補助抵
抗（ｉｆ）は点灯管（力とバイメタルスイッチ（８）と
の接続点に接続されている。このような点灯始動回路は
発光管（１）とともに外管（１１）内に収容され、２次
電圧２００■の４０　（ｌ　Ｗ水銀灯用安定器α２を介
して電源α■に接続されて９点灯使用される。

このような構成のメタルハライドランプは、電源ａ謙を
ＯＮすると、安定器Ｏｚを通じてこの安定器の二次電圧
がランプに印加される。すると、常閉バイメタルスイッ
チ（８）は閉じているので、限流抵抗（９）と点灯管（
７）に電流が流れる。点灯管（７）にあっては点灯管自
身のグロー電流のため点灯管の接点が開閉され、ｉｆ流
の遮断１通電を繰り返す。このため点灯管（７）、限流
抵抗（９）、バイメタルスイッチ（８）の回路に安定器
Ｏ２のインダクタンスによってパルス電圧が発生し、こ
のパルス電圧は主を極（２ａ）＋（２ｂ）間に印加され
ると同時に補助抵抗（１０）を介して起動用補助電極（
３）とこれに近接している一方の主電極（２ａ）にも印
加される。すると始めに主電極（２ａ）と補助電極（３
）との間でグロー放電を開始する。

なおこの場合２発光管（１）内には１４７ＰｍのＪ：つ
な放射性物質が封入しであるため、これがβ線などを放
出しており、これが初期電子放出のきっかけ。

つまり電子の種となってグロー放電を迅速に行わせ、こ
のグロー放電は直ちに主電極（２ａ）、　（２ｂ）間行 のグロー放電へ移州する。このグロー放電は数秒ないし
数１０秒続き、この間点灯管（７）は開閉動作を繰り返
しているからパルス電圧も繰り返して発生し、これによ
って主電極（２ａ）、　（２ｂ）の温度が上昇して（る
と主電極（２ａ）、　（２ｂ）上にアーク７ポツトが形
成され、グロー放電は速かにアーク放電へと移行する。

このようにして主電極（２ａ）、　（２ｂ）間にアーク
放電が開始されると発光管管電流が増大して安定器の二
次電圧は低下するので点灯管（７）はもはや動作しな（
なり、また発光管（１）の温度が徐徐に上昇して所定温
度に達するとこの発光管（１）の熱を受けて常閉形バイ
メタルスイッチ（８）が開かれ。

限流抵抗（９）２点灯管（７）に電流が流れなくなり起
動用補助電極（３）への通電が断たれ、安定した定常点
灯を維持する。

定常点灯時における本４００Ｗランプはランプ電圧が約
１．２５Ｖ、ランプ電流約３，３Ａであり、線径０．７
朋の電極軸（４）の電流密度は８．６Ａ、／ＣｒＩＬ２
である。

さらに１本ランプは働程中の主電極の変形が少く、また
光束維持率も低下も従来のものより少い。

これは次の理由によるものと考えられる。すなわちその
理由の一つは主電極（２ａ）、　（２ｂ）にＴｈ　０２
を含まないため従来例の（１）式に示した反応つまり。

３　Ｔｈ０２　＋４　ＳｃＩ３−＋　２８ｃ２０３＋　
３　Ｔｈ、　Ｉ４が生じることがないので２発光金属で
ある８Ｃの酸化物生成による損失がないこと、また別の
理由としては同じく前記（２）式に示した反応。

４　ＳｃＩ３＋３５ｉ０２→３　Ｓｉ　Ｉ４　＋　２８
ｃ（、）３が生じ、この生成物でらる５ＩＩ４がアーク
中で分解して生じたＳ＋が主電極（２ａ）　（２ｂ）の
先端部に被着しても、この先端部は酸化スカンジウム（
６）で予め被覆されていること、おＪ：びこの酸化スカ
ンジウム（６）による被覆を完全なものにするためには
主電極（２ａ）、　（２ｂ）の温度の最適範囲があり、
この範囲は主電極先端部つまり′電極軸（４）の電流密
度つまりランプ電流を電極軸（４）の面積で割った値に
対応し、この値が７．５〜１２　Ａ／ｃｍ２であれば上
記最適温度範囲が保持され９本ランプにおいてはこの値
が８．６Ａ／ｍ２に設計されているので、上記Ｓ１と主
電極のタングステンＷとの反応は防止でき、したがって
従来のように主電極材料のタングステンＷの飛散による
発光管管壁の黒化、これに基づく光束維持率の甚々しい
低下は防止できる。しかも、電極軸（４）はタングステ
ンＷにアルミニウムＡ７．カリウムに、けい素Ｓ＋の少
なくとも１種を含有せしめであるので、Ｗの飛散は一層
防止することができる。その理由は現在のところ明らか
ではないが。

多分、ＡＡ！、に、ＳｉがＷの骨材となってＷを強固に
つかまえているため、Ｗの逸失が阻止されるものと推察
される。

次に上記実施例ランプと同じ４００Ｗランプにつき、主
電極の構成ならびに材質のみを種々変化させ、かつ、上
記と全く同じ点灯条件つまり定常点灯時のランプ電圧約
１２５Ｖ、ランプ電流約３．３Ａ−で。

安定器は二次電圧２００Ｖの４００Ｗ水銀灯用安定器で
点灯した場合の試１瞼結果な次の表１に示す。表Ｉにお
いてＡ、グループは上記実施例と同じく電極軸の材質と
して”　Ｋｒ　Ｓｔの少なくとも】褌をタングステンＷ
に２０〜１０（ｌｏｐｐｍ程度含有せ（−めたもの。

Ｂグルー・プは同材質としてタングステンＷに１．７％
程度のＴｈ　０２を含有せしめたもの、Ｃグループは同
材質として純タングステンを使用したもの。

Ｄグループは同材質としてＡグループと同じ、但し酸化
スカンジウム５ｃ２０３を被着しなかったものである。

以下余白 表■の結果から、４００ＷランプにおいてＡグループす
なわち電極画材質として（Ａｌ、　Ｋ、　Ｓ　ｉ　）含
有タングステンＷを使用し、主電極に５ｃ２０３を被着
したもので、＠Ｉ電極軸径０６〜０．７５ｍｍに設計し
たものつまり電流密１八′が７．５〜１２Ａ２冷１２の
ものは３０００時間後の光束維持率は８０％以上と良好
であったが、他のグループでは良好な光束維持率は得ら
れなかった。

表Ｉは４００Ｗランプについての試験結果であるが２次
に入力の異々る各ワットのランプについて上記Ａグルー
プと同じ主電極につき電極軸径つまり定常点灯時の電流
冨度のみを種々変化させて試験した結果を表Ｈに示す。

以下余白 表■ 表ＩＩに示す結果からランプ入力に関わらず、電極軸の
電流密度を７．５〜１２　Ａ、／ＣｒｒＬ２にすれば３
０００時間後の光束維持率は８０％と向上できることが
判る。

上記実施例は始動用希ガスとしてたとえばアルゴンガス
Ａ、ｒを使用し、かつ始動を容易にするために１４７Ｐ
ｍのような放射性物質を発光管内に封入したが、始動用
希ガスとして（Ｎｅ−Ａｒ）のようなペニングガスを使
用すれば上記放射性物質を封入しなくても同様の効果が
得られる。

表■は７００Ｗのメタルハライドランプに関するもので
、内径２５朋の石英ガラスからなる発光管の両端に距離
６５關を隔たてて主電極を対向設置し。

一方の主電極に近接して起動用補助電極を設けるととも
に内部にＡ、ｒを０．０１〜１０％程度混合した（Ｎｅ
−Ａｒ）ガスを１００　トー＃、水銀７５ｍｇ、および
沃化スカンジウム７　ｍｇと沃化ナトリウム３５ｍｇを
封入して発光管を形成する。主電極は上記実施例と同様
に（Ａｌ、　Ｋ、　Ｓｉ）の少なくとも１種を含有する
タングステンＷで電極軸を形成し、電極軸の一部が突出
するように電極コイルを取着し、かつこの主電極には酸
化スカンジウム５ｃ２０３が被着されている。このよう
な発光管はこれまた上記実施例と全（同様な点灯管、常
閉バイメタルスイッチおよび限流抵抗の直列回路からな
る始動回路と共に外管内に収容されてランプを構成し、
二次電圧２００ｖの７００Ｗ水銀灯用安定器を介して電
源に接続されて点灯使用される。このときのランプ電圧
は約１２５Ｖ、ランプ電流は約５．９Ａである。

表■は上記主電極の電極軸径を変えることで定常点灯時
の電流密度を種々変化させた場合の光束維持率への影響
を示すものである。

以下余白 表　ＩＩＩ この結果から表■１表■の場合と同様に電流密度を７．
５〜１２　ＡｌｃＴＬ２とすれば、良好な光束維持率が
得られることが判る。

次の表ＴＶは上記表１１１が７００Ｗランプについて実
施したものに対し、入力の異なる各ワットのラニ／プに
ついて同様に電流密度と光束維持率の関係について試験
した結果を示したもので、この場合も７００Ｗランプと
同様に電極軸の電流密度を７．５〜１２　Ａ　７ｃｍ、
２とすれば良好な光束維持率が得られることを確認でき
た。

以下余白 表ＴＶ 上記各試験結果から発光管内に〜龜ヌヘ希ガスと放射性
物質とを封入する代りに（Ｎｅ−Ａｒ）のペニングガス
を封入した場合でも同様の効果が得られることが判る。

なお、上記実施例は沃化スカンジウムの他に金属ハロゲ
ン化物として沃化ナトリウムを添加したものであるが２
本発明はこれに限定されるものではなく、要はハロゲン
化スカンジウムを少な（とも封有したメタルハライドラ
ンプにおいては全て効果が得られるものである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によればスカンジウウハロゲ
ン化物を封入したメタルハライドランプにおいて９発光
管内に密封線源化された放射性物質または（Ｎｅ　−Ａ
ｒ　）のペニングガスを封入し、かつ。

外管内にパルス発生用点灯管を収容することによって始
動を容易にして水銀灯用安定器で点灯可能とし、さらに
主電極に酸化スカンジウムを被着し。

その電極軸を（ＡＩ、　Ｋ、　Ｓｉ）の少なくとも１種
を含むタングステンＷで形成し、電極軸の定常点灯時の
電流密度を７．５〜１２　Ａ、７ｃｍ２の範囲に規制す
ることによって主電杼先端部の変形および飛散を防止し
て、３００（１時間後の光束維持率を８０％以上にも向
上させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である４、００Ｗのメタルハ
ライドランプの正面図、第２図は同じく主電極の拡大正
面図、第３図は同じくその点灯回路図をそれぞれ示す。 （１）・・発光管、（２ａ）、（２ｂ）・・・主電極。 （３）・・・補助電極、（４）・・・電極軸、（５）・
・・電極コイル。 （６）・・・酸化スカンジウム、（７）・・・点灯管。 （８）・・常閉形バイメタルスイッチ。 （９）・・・限流抵抗、（Ｉｎ）・・・補助抵抗、ｏｌ
）・・・外　管。 （１，２１・・・水銀灯用安定器。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 （ほか　１名） 第１図 第２図 第３図 １０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対の主電極を備えた発光管内に水銀および少なくとも
   スカンジウムノさロゲン化物を含む金属ノ・ロゲン化物
   と共に（ネオン−アルゴン）ガスまたは（密封線源化さ
   れた放射性物質と始動用希ガス）を封入し、この発光管
   をパルス発生用点灯管と共に外管内に収容し、水銀灯用
   安定器で使用されるメタルハライドランプにおいて、上
   記主電極は（アルミニウム、カリウム、けい素）の少な
   くとも１種を含有するタングステンで形成された電極軸
   に電極コイルを取着してなり、かつ１表面に酸化スカン
   ジウムが被着されると共に定常点灯時の上記電極軸の電
   流密度を７．５〜１２Ａ／α２としたことを特徴とする
   メタルハライドランプ。