JPS603846A - 小形金属蒸気放電灯 - 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〕 本発明はたとえば直流などの極性の反転のない電源で点
灯される小形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〕

近年、省エネルギーの観点から発光効率の低い白熱電球
と代替して使用できるようなたとえばメタルハ２イドジ
ンプ等の発光効率の優れた金属蒸気放電灯の開発が積極
的に進められている。これ等金属蒸気放電灯は商用周波
数５０　Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流１００Ｖまたは２０
０■の一般供給↑１を源で安定器を介して点灯するのが
常であり、また安定器は放電灯とは別の位置に設置する
という方法がとられている。しかしながら、一般家庭お
よび店舗等の屋内用として多用される白熱電球の代替と
して考えると、ランプと安定器とは一体化し、さらに安
定器を小形、軽量、低価格にすることが欠かせない条件
である。ところが、現在一般的であるチョークコイルを
使用した安定器では上記条件を満足させることは困難視
されている。近年、トランジスタ、ＩＣ等の発達により
上記条件を満足させ得る安定器としての電子回路を構成
することが可能となってきた。このような電子回路の方
式としては直流点灯方式や高周波点灯方式等が考えられ
るが、高周波点灯方式によると特定の周波数帯域では音
響共振という現象を生じてアークがゆらぎ。

立消えの原因となる。特にメタル／九ライドランプ、の
場合は、その発光管形状、封入物等の影響で音響共振を
生じる周波数帯域が非常に広くなるためが望ましい。

本発明者等は直流など極性の反転のない電源を用いるメ
タルハライドランプ等の金属蒸気放電灯の開発過程にお
いて、従来の交流点灯用に設計されたＴＩＬ極軸の先端
部にコイルを巻回した電極を有する放電灯を上記極性の
反転のない電源で点灯すると陰極近傍の発光管管壁に失
透、クラックを発生し９発光管がリークし不点となるラ
ンプが多発することを発見した。しかも、この現象は陰
極と発光管管壁とがより接近して（る１００Ｗ以下のよ
うな小形のランプはど一層甚だしくなることが判明した
。これらの現象につき、さらに交流点灯のラングと比較
観察したところ、ランプが定常状態で安定した場合でも
、極性反転のない電源で点灯した場合には陰極の封止端
側にアークスポットが形成され、このスポットが陰極先
端に移行しない場合があることか判り、このままの状態
で長時ｍ１点灯を続けたものが殆んど上記のようなりラ
ックを発生させていることが判った。これに対し、交流
点灯の場合には始動直後には電極の封止端側から放電を
開始するものの短時間で全てのランプはアークスポット
が電極先端に移行し、クラックは発生しなかった。この
ような現象は次のような理由によるものと推察される。

すなわち、交流でも極性の反転のない電源の場合でも、
始動直後は１気圧以下の低圧状態であるため放電距離が
長くなる状態で放電は開始する。しかし１時間と共に発
光管内の温度が上昇し１発光管内の圧力は上昇して定格
点灯時には１気圧以上の高圧たとえばメタルハライドラ
ンプでは１０気圧前後あるいはそれ以上にもなる。した
がって、放電が安定を維持するため、よく知られている
法則Ｐｄ　＝　ｃｏｎｓｔ、（Ｐ　Ｍは圧力、ｄは放電
距離）を満足するようにアークスポットは電極封止端側
から電極先端へ移行し。

放電距離ｄが短かくなる方向へ動く。この現象は交流の
場合には両電極がそれぞれ陰極と陽極の両方の作用を各
半サイクルでＡ′・ｒ返すので、陽極時にはアークがそ
のｐ（（極全体にｉ（％中してｒ６、極先端も加熱され
るため、上記の圧力の増加と共にアークは電極先端へ容
易に移行するが、直流のように極性の反転のない具合に
は陰極側はアークがスポット状となり電極封止端側のご
く一部にのみ集中し。

その集中した個所のみが加熱される。しかもコイル部が
放熱フィンのような役割をするので、電極先端は発光管
内圧力が充分高まっても電子放射を行うに充分なまでに
は昇温せず、しかも極性の反転がないので一旦できたス
ポット位置からのアークの移動は何等かのきっかけが無
いと起らない場合があるものと推察される。

したがつで、アークスポットが陰極の封止端側に生じ、
しかもその陰極先端への移行がないと。

高温のアークの発光管管壁への接近、接触が長時間続き
、その結果管壁に失透、クラックが発生することになる
わけである。そのうえ、アークが陰極の封止端１１ｉ１
１または先端に発生することがあると−いうことは、ア
ーク長が異なることであり、アーク長が異なればランプ
電圧もそれにつれて相違するから点灯ごとにランプ″ｔ
１１庄が一定しないという不都合をも生じる結果となる
。

〔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。

直流などの極性の反転のない電源で点灯しても。

発光管に失透、クラックが発生ぜず、しかもランプ電圧
の変動の少ない長寿命で安定した特性を有する１００Ｗ
（ワット）以下の小形金属蒸気放ｉＥ灯を提供すること
を目的とする。

〔発明の１：″も架〕 本発明は陰極をトリウムタングステンからなる細長体で
連続形成し、上記陰極を形成する細長体の直径と始動時
の放′ｆｌ；；尻流との関係を規制したことを特徴とす
る。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の詳細を図示の実施例を参照して説明する
。第１図は４０Ｗの小形メタルノ・ライドランプの発光
管（１）を示し、内径的８１ｎＲのほぼ球形に成形され
た石英ガラスからなる発光管バルブ（２）の内部には始
動用希ガスとしてアルゴンガス１００トール、水銀１０
ｍｇおよび金属ハロゲン化物としてたとえば沃化スカン
ジウムと沃化ナトリウムが重量比で１：５で計２ｍｇが
封入され、かつ９発光管バルブ（２）の両端部には４　
ｍｍの距離を隔だで対向して陽極（３ンと陰極（４）と
が封止されている。陽極（３）は径約０．２２　ａｍの
タングステン棒を電極軸（３ａ）とし。

径約００６間のタングステン線を径約０．１８＋ｎｍの
タングステン芯線に粗巻きしたものを上記電極軸に密に
巻回して長さ約１．５　ｍｍの電極コイル部（３ｂ）を
形成している。

一方、陰４ｉｆｉｉｊ　（４）は酸化トリウムを重量比
で１．５％含有するトリウムタングステン製の径ｄが０
１朋の細長体で形成されたコ１ルを壱回しな帖棒状電極
でを・す７両電極（３）、（４）は共に発光管内突出長
は２　ｍｍに設定されている。

さらに、ヒ配陽極（３）と陰極（４）とは発光管バルブ
の両端封止６１１Ｉ（５ａ　）＋　（５ｂ）内に気密に
刊着されるモリブデン箔（６ａ）、　（６ｂ）を介して
外部リード線（７ａ）。

（７ｂ）にそれぞれ接続されて発光管（１）が形成され
ている。この発光管（１）は図示しないか−〕″１１ル
に口金を取着した外管内に封装され、北記外部リード線
（７ａ）、　（７ｂ）は口金および端子に接続されてラ
ンプができあがる。

このようなランプはたとえば一般の商用周波数の交流電
源を直流々ど極性の反転のない電１１１ｊｊに変換する
インバーターを経て、かつ、ランプと直列に接続され始
動時の放電電流が０．７Ａ、５５テ常点灯状態でラング
入力が４０Ｗになるような直流点灯用安定器を介して発
光管の両電極間にＹｉ、圧を印加して点灯する。

次に交流点灯用に設計された同じ４ＯＶＶの小形メタル
ハライドランプ、つまり上記実姉例の陽極と同じ電極軸
に電極コイル部を形成した電極を陰極および陽極として
設けた発光管を有するランプと、上記実施例２ンブとを
それぞれ１０本づつ上記直流点灯方式でＯＮ、　ＯＦ’
Ｆの点滅試験１ｏ（）回を行な　１つだ。

この結果は交流点灯用ランプはその多くが定常点灯時に
おいてもアークスポットの陰極付近の石英ガラス製発光
管バルブが失透しており、さらにその内の２本は失透し
た部分にクランクが入りリークして点灯不能となった。

これに対し、実施例ランプは定常点灯時におけるア・−
クスポットの陰極封止端側（４ａ）の発生は全＜″みら
れず２発光管パルプに失透、り２ツクの発生したものは
なかった。

この理由は１本実施例では陰極（４）を電極コイル部の
ない棒状電極形状に形成したため、仮りに放電開始時に
陰極の封止端（１１１（４ａ）にアークスポットが発生
しても、大きな冷却作用を呈する電極コイル部がないか
ら陰極先端部（４ｂ）の温度は容易にアークの発生が可
能なまでに上昇できるし、かつ。

定常点灯状態に近づくにつれて発光管（１）内の圧力は
高（なり、したがって先にも述べたように法則Ｐｄ　＝
　ｃｏｎｓｔ、を満足するようにアークはできるだけそ
の距離を短かくなる方向へ勅くから、ついには陰極の先
端部（４ｂ）へ移行する。このため、陰極（４）近傍の
発光管バルブ（２）が長時間過熱されることはなくなる
から、失透、クラックは発生しないわけである。しかも
、定常点灯状態では陰極アークスポットに常に陰極先端
部に形成されるから放電距離は一定化し、したがってラ
ンプ電圧の変動も少なくなるという利点もある。

次に上記実施例ランプの陰極（４）の径（ｄ）について
検討を加えた。上記陰極（４）は酸化トリウムを重量比
で１．５％含有するトリウムタングステン製の径−（ｄ
）がＱ、１ｍｍの細長体で棒状に形成したが、その細長
た。この結果は、上記径（ｄ）が０．０４１１１１〜０
．２２　ｒｒｒｒｎＯものは先に述べた実施例のもの（
径ｄがＱ、１ｍｍ）と−同様の効果が得られた。これに
反し径（ｄ）を０．２５ｆｉとしたものは放電始動時の
電流０．７Ａに対し径（ｄ）が太過ぎるためグロー放電
からアーク放電への移行がしにくくなり、１０本中３本
はアーク放電に移行せず、残りのラングもその移行に数
１０秒から１公租度も要した。一方、径（ｄ）が０．０
２ｕＬＯものは乳１過ぎるため陰・ｌｉｊ　（４）の耐
層が上り過ぎて電極材料のタングステンが溶融、蒸発し
て変形を生じた。

したが′つ゛Ｃ２始１−ｊｉＩＩＩＪ″ｊの放”ｌ’：
　ｌ！；ｌ；　（ｌｃ　（１０）が０．７Ａのとき、棒
状の１今１；返（４）を、形成するトリウムタングステ
ンの細長体の径（ｄ）は０．０４　ｍｍ〜０．２２罷と
することが好ましい。なお、グロー放電からアーク放電
へのイ冬行」６よび陰極の溶融、蒸発は陰極に流れる戒
ＭＣ，智ｍ’　（単位ｉＷｒ　１７　；Ｍ　当すノ”？
１Ｚ３ｉＨ＋ｉ、　：　Ｌａ／ｄ２）　ト犬＠な関係を
もつので、■ｏ／／ｄ２の好ましい範囲は上記結果から
（ｌｏ（ｏ、７Ａ）／ｄ（ｏ、２２ｍｍ）２＝＝　１４
から（１０（０，７Ａ）／　ｄ（０，０４Ｆｉｉ）２）
＝：＝　４４０まテ、つまり一般式で示ずと。

１４≦ｌＯ／ｄ”≦４４０ の範囲にす才ｔば良いことが判る。なお、径（ｄＪは断
面積を表示するための測度であるから、断面が円形の場
合は当然直径となるが、実質的には細長体の形成過程で
楕円形状となることが多く、この場合の径（ｄ）は長１
１１１と短軸の各長さの平均値と考えれば良い。

次に１００Ｗのメタルハライドランプにつき実験した結
果を示す。点灯方式は上記実施例と同じ。

ただし、直流点灯用の安定器としては始動時の放電電流
ｌｏが１゜６Ａ、屋常点灯状態でランプ入力が１００Ｗ
になるものを使用した。また、陰４＠（４）も上記実施
例と同じく酸化トリウムを重縫比で１．５％含有するト
リウムタングステン製のπｌｉｔ長体でＪｌ’＜成した
棒状電極を使用し、　Ａ（ＩＩ長体の径（ｄ）つまり棒
状電極の径（ｄ）はｉｏ””１．６Ａとして上記一般式
１式％ を満足するように選定した。つまりＦ限ｆｉＡ、１４＝
■ｏ／ｄ２では直径ｄ　＝　０．３４ｍｍ、また上限値
４４〇−■ｏ／ｄ２ではｄ　＝　０．０６　ｍｙｎであ
るからｔ　Ｈ＠、　Ｌｌ　’を０．０６ｎ〜０．３４鶴
の範囲内に設定して各ランプを製作し点滅試験な繰返え
した結果、上記４０　Ｗの実施例の場合と同様の効果が
得られることを確認した。

また、陰極月料としては酸化トリウムを含有したタング
ステン、つまりトリウムタングステンを使用したが、こ
れはランプ始動時のグローｔｌ＜圧がタングステンより
も仕事函数の低い酸化トリウム　１を含有させることに
よりグロー電圧を低くするためである。

グロー電圧が高いと安定器の電圧−電流特性の中で電圧
の高い部分（ｔｆｆ、流の低い部分）の特性によっては
、グロー放電が１推持できなくなったり。

またはグロー放７１ｉ；からアーク放電へ移行しにくく
なるので、グロー電圧は低い方が望ましい。

表１に陰極の酸化トリウムの含有率を変化さぜた揚台の
グローｔｉ、＋、圧と、ｌ　ＯＯｔ、１時間点灯浸の光
束雌ノゲ；を玉との田１係を示す。

表　１ 表１から陰極材料のタングステンに酸化ｌ・リウムを含
有させるとグロー’Ｉ’Ｌ圧を低（できる効果があるこ
と、その効果はぎ有季がｏ、ｔ％以上が好ましいことが
判る。一方、光束維持率は酸化トリウムの含有率が高く
なるにしたがって低下し、含有率が５％を越え−ＵＩＯ
％になると大きく低下することが判る。

したがって、グロー電圧と光束維持率の両台の兼ね合い
を考広すると、タングステンに対する酸化トリウムの含
有率は０．１〜５０％（重、ハ）にすることが好ましい
。

なお２本発明は上記実施例に限られるものではなく９点
灯方式においては上記直流型圧印ｔＪＩ＋以外に電圧波
形が方形波状または正弦波状等の極性の反転のない場合
では同様の効果が得られ、さらに陰極形状についても上
記棒状のような直線形に限らず、要は従来のように再極
軸にτ（（ＮコイルをＹ％装した形状のもので（よ々り
、トリウノ・タングステンからなる卸ｊ長体で連続形式
したものであれば同様の効果が得られろものである。さ
らに十た。−産光管形状は一端封止形いわゆるシングル
エンドタイプでもよいし、またラング品種についても小
形メタルハライドランプに限らず、小形の高圧水銀ラン
グや高圧ナトリウムランプ等信の１　（１０Ｗ以下の小
形金属蒸気放電灯にも適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は直流など４■性の反転のな
い電源で点灯される１００Ｗ以下の小形金属蒸気放電灯
において、従来の電極軸に電極コイルを巻装してなる陰
極に代えて、トリウムタングステンからなる細長体で連
続形成し、かつ、細長体の径と始動時の放電“直流との
関係を規制したので。

発光管管壁の失透、クラックを防止し、しかもランプ電
圧の変動の少ない長寿命で安定した特性を有する小形金
属蒸気放電灯がをられる。

【図面の簡単な説明】

図は４０Ｗの小形メタルハライドランプ用発光管の斜視
図を示す。 （１）・・・発光管、（２）・・・発光管バルブ。 （３）・・・陽極、（４）・・・陰極。 （５ａ）、　（ｓｂ）・・・発光管封止部４　４ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光管パルプの両端部に対向して陽極と陰極を封止し、
   内部に始動用希ガスと少くとも水銀を含む封入物とを封
   入してなる発光管を有し、極性の反転のない電源で点灯
   されるｉｏｏｗ（ワット）以下の小形金属蒸気放電灯に
   おいて、上記陰極はトリウムタングステンからなる細長
   体で連続形成してガリ、かつ、上記細長体の径をｄ（＋
   ｉ）、始動時の放電電流をＩｏ（Ａ）としたとき。 １４≦■ｏ／ｄ２≦４４０ なる関係を有することを特徴とする小形金属蒸気放電灯
   。