JPS641904B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は管入力が700Wないし1kWで使用さ
れるメタルハライドランプに関する。

近時メタルハライドランプを、水銀ランプ用安
定器、すなわち単チヨークコイル形安定器を用い
て点灯させるようになつてきたが、この場合メタ
ルハライドランプは水銀ランプに比べて始動電圧
が高いため格別な手段を採用している。その１例
としては、始動用補助電極に接続される始動用補
助抵抗をその抵抗値が50〜100Ω程度の低いもの
とし、始動時においては上記始動用補助電極とこ
れに近接する主電極との間に始動アーク放電を生
起させ、しかるのち互に対向する主電極間にアー
ク放電を起させるようにしたものが開発されてい
る。

しかしながらこのような始動点灯手段は、管入
力が250W〜400Wとした低負荷ランプに限られて
おり、700Wないし1kWの高負荷ランプには適用
できないものであつた。これは、従来の700Wな
いし1kWの高負荷ランプは、発光管の管内径を
22mmないし25mmと比較的小さくし、これに比べて
電極間距離が長くて電位傾度が小さいため、始動
電圧が高くなり始動アーク放電から主アーク放電
への移行が円滑に行えないことに起因している。

この発明はこのような事情にもとづきなされた
もので、その目的とするところは、700Wないし
1kWのランプにおいて電位傾度を大きくして始
動性の向上を図り、かつ発光効率、つまり明るさ
が向上するメタルハライドランプを提供しようと
するものである。

すなわちこの発明は、電極間距離を小さくする
ことにより電位傾度の増大を図つて始動性を向上
させ、この際管壁負荷が増大しないように発光管
の管内径を太くし、この管径の増大にもとづき明
るさの向上が可能となつたメタルハライドランプ
を特徴とする。

以下この発明の一実施例を図面にもとづき説明
する。

第１図はメタルハライドランプの点灯回路構成
図であり、１は発光管を示す。発光管１は右英ガ
ラスチユーブからなるバルブ２の両端を圧潰封止
し、このバルブ２内に互に対向して一対の主電極
３ａ，３ｂを設けてある。このバルブ２内には一
方の主電極３ａに近接して始動用補助電極４を設
けてある。なお、５ａ，５ｂおよび６はモリブデ
ンなどの金属箔であり、封止部内に封止されてい
る。上記始動用補助電極４は始動用補助抵抗７お
よび熱応動開閉器としてのバイメタルスイツチ８
を直列に接続して他方の主電極３ｂと同一極性と
なるように接続されている。そして発光管１内に
は水銀と、沃化スカンジウム、沃化ナトリウムな
どの金属ハロゲン化物と、たとえば１％のクリプ
トンを混合したネオンガス（ペニングガス）から
なる始動用希ガスが封入されている。また、、発
光管１における電極間距離はＬとし、かつ管内径
はｄとする。

このような発光管１は上記始動用補助抵抗７お
よびバイメタルスイツチ８とともに外管９内に収
容されている。そして使用時においては単チヨー
クコイル形安定器１０を介して電源１１に接続さ
れる。

このようなメタルハライドランプは始動前にお
いてはバイメタルスイツチ８が閉止しているの
で、電源１１に接続すると一方の主電極３ａとこ
れに近接する始動用補助電極４との間に電圧が印
加される。この際始動用補助抵抗７は抵抗値が
50Ω〜100Ω程度の低いものであるため始動用補
助電極４へ大電流が流れ、よつてこの始動用補助
電極４と主電極３ａとの間には最初にグロー放電
が生起されるものの瞬間に補助アーク放電を生じ
る。この補助アーク放電は、発光管１内に高密度
の電子を生じさせ、この電子は主電極３ａ，３ｂ
間の空間を電離させるので、主電極３ａ，３ｂ間
の主アーク放電を生起させることになる。そして
このような主アーク放電によつて発光管１が発熱
し、この熱によつてバイメタルスイツチ８が開か
れて、ランプは正常な点灯を維持することにな
る。

上述のごとき作用によつて点灯されるメタルハ
ライドランプにおいて、以下のごとき実験を行つ
た。電源電圧200V、管入力1kW定格としたメタ
ルハライドランプにおいて、発光管１の内径ｄを
25mm一定とし、電極間距離Ｌを種種変化させて、
その点灯確率を調べると、第２図のごとき結果が
得られた。

すなわち第２図から判ることは、200V、1kW
定格のメタルハライドランプにおいて発光管の管
内径ｄを25mmとした場合には、電極間距離Ｌが
100mm以下であれば点灯確率がほぼ90％となり、
Ｌが90mm以下であれば点灯確率は100％に達する
ということである。

ところで電位傾度は発光管に印加される電圧
V₀を電極間距離Ｌで割つた値（V₀／Ｌ）であり、
したがつて電位傾度は上記第２図における横軸上
にプロツトできる。この際管電圧V₀は電源電圧
の値が安定器１０およびリード線などの抵抗によ
つて電圧降下されたものに対する平均実効値であ
るため、電圧降下が10％とし、しかも印加電圧波
形は正弦波を使用していることから、V_L＝180×
√２＝254.6（Ｖ）である。よつて電位傾度は
254.6／Ｌ（Ｖ／cm）となり、Ｌ＝100mm＝10cmの
場合は25.5V／cm、Ｌ＝９cmの場合は28.3V／cm
となる。したがつて第２図においては電位傾度が
25.5V／cm以上の場合は点灯確率が90％となり、
また28.3V／cm以上の場合は点灯確率は100％に
なると言い換えることができる。

なお点灯確率は低負荷ランプにおいて90％以上
を目標としているので90％以上であれば本発明の
目的が達成されるものとする。

ところで、たとえランプが確実に始動したとし
ても、ランプに定格入力を投入して点灯する場
合、管壁負荷が極端に大きくなると発光管バルブ
を構成する石英ガラスが劣化し、石英の破壊を生
じて危険である。第２図に示される特性のランプ
においては、管壁負荷が17W／cm²を越えたものに
おいて約9000時間の点灯寿命中に破壊することが
確認されており、管壁負荷を17W／cm²以下に抑え
る必要があることは上記確認の実験ばかりでな
く、従来からも知られている事である。したがつ
て管壁負荷を17W／cm²以下に規制しようとすれば
第２図の特性図のものは、電極間距離Ｌを75mm以
上にする必要があり、換言すれば電位傾度を
33.9V／cm以下にする必要があるということであ
る。

ところで管壁負荷は管入力（Ｗ）と電極間距離
(L)および管内径(d)との要因で決定されるもの
（Ｗ／πd_L）であるため、管入力が1kWの場合の
管壁負荷を電極間距離(L)と管内径との関係におい
て第３図に示す。この図から判ることは、管壁負
荷が17W／cm²以下の範囲には管内径ｄが21.2mm、
電極間距離Ｌが100mmのものなども含まれるが、
同図中に斜線で示した始動特性、光束維持率、全
光束すべてが良好な領域を満足するものではな
く、点灯確率、つまり始動性が悪いので本発明の
目的に合致しないものである。この理由は発光管
の管内径が小さくなると、管壁での電子の損失が
顕著となる現象があることに起因するものと思わ
れる。尚、第３図から判るように、管内径が35mm
を越えるもの、電極間距離が100mmを越えるもの
は、本発明の目的に合致しないものである。従つ
て、これらより管壁負荷の最小値は9.1W／cm²で
表される。

一方、電極間距離Ｌがあまり短すぎると、すな
わち電位傾度が大きすぎると光束維持率が著しく
低下する。すなわち電極間距離Ｌと光束維持率と
の関係を、管入力1kW、管壁負荷15W／cm²のも
のについて、1000時間点灯時において調べると第
４図のごとき結果を得た。電極間距離Ｌが小さく
なると光束維持率も低下する傾向にあることが理
解でき、これは電極を構成するタングステンが蒸
発して管壁に付着することから早期の黒化を招く
ことによる。つまり電極間距離Ｌを小さくすると
蒸発タングステンの輸送が均一に行われ、石英ガ
ラスの透明部に均一に付着されることになるため
である。これに対して電極間距離が長い場合には
蒸発タングステンの輸送が局部的しか発生せず、
黒化も局部的にのみ生じるものである。そして
1000時間点灯時の光束維持率は80％以上を必要と
することから、電極間距離は55mm以上、電位傾度
としては46.2V／cm以下に制約される。

また、管内径ｄと全光束（lm）との関係につ
き、管入力1kW、管壁負荷15W／cm²のものにお
いて水平点灯状態の場合で調べると第５図のごと
き特性が得られた。

1kW入力のランプにおいては、全光束が
90000lm以上を要求されることから、管内径ｄは
25mm以上、35mm以下に規制されるべきである。こ
れは、35mm以上を越えると水平点灯の場合に最冷
部温度が低くなりすぎて、封入金属の蒸発が促進
されず、この結果発光効率が低下し、また、管内
径が25mmよりも小さい場合には、管壁での損失が
相対的に増加すること、及び発光管内部の対流の
低減に起因する発光金属の局部的集中両者による
効率の低下に基づくものと推察される。

このようなことから第３図で斜線で示されるご
とく、管壁負荷を17W／cm²以下、管内径ｄを25mm
以上35mm以下とし、かつ電位傾度を25.5V／mm以
上46.2V／mm以下とすれば、点灯確率、つまり始
動性が向上しかつ全光束すなわち明るさが増すこ
とが判る。上記数値的特性は従来のものに比べて
管内径が大きくなりかつ電極間距離が短かくなつ
たことを意味しており、第２図ないし第５図の特
性から、その効果が裏付けられる。

以上説明したようにこの発明は、電極間距離が
短かくなつて電位傾度が大きくなるので始動性が
向上し、しかも管内径が太くなるから発光効率が
向上して明るさが増す利点を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のランプを点灯回路的に示す
構成図、第２図は点灯確率の特性図、第３図は管
壁負荷の特性図、第４図は光束維持率の特性図、
第５図は全光束の特性図である。 １……発光管、３ａ，３ｂ……主電極、４……
始動用補助電極、７……始動用補助抵抗、８……
バイメタルスイツチ、９……外管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発光管の両端に一対の主電極を設けるととも
   に、少なくとも一方の主電極に近接して始動用補
   助電極を設け、かつ水銀と金属ハロゲン化物およ
   び始動用希ガスとを封入し、始動時においては上
   記一方の主電極とこれに近接する始動用補助電極
   との間で始動アーク放電を発生させ、しかるのち
   主電極間に主アーク放電を発生させるようにした
   700Wないし1kWの管入力で使用されるメタルハ
   ライドランプにおいて、発光管の管壁負荷を
   17W／cm²以下、発光管の管内径を25mmないし35mm
   とし、かつ電位傾度を25.5V／cm以上46.2V／cm
   以上としたことを特徴とするメタルハライドラン
   プ。