JP2001243912A - 交流点灯用メタルハライドランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光束維持率特性および立消え特性に優れた交流
点灯メタルハライドランプを提供する。 【解決手段】交流点灯メタルハライドランプにおいて、
高温にさらされる上側の電極７ａを電子放射性を含まな
い高融点金属にて形成することにより電極の飛散による
早期黒化を抑制し、比較的低温となる下側の電極７ｂを
電子放射性物質を含む高融点金属にて形成することによ
り、安定的に熱電子放射を促進させることによって寿命
特性を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる垂直点灯
される交流点灯用メタルハライドランプおよび照明装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプは、高効率、高演
色であるなどの特長を備えていることから店舗照明、道
路照明などの一般照明用などに広く普及している。しか
し、近年の省エネルギー指向の観点から、さらなる高効
率、長寿命のものが要求されている。

【０００３】ところで、メタルハライドランプの効率を
上げるためには、発光管の温度を上げることが有効であ
る。これは、メタルハライドランプの中に封入された水
銀およびハロゲン化金属の蒸発を促進し、発光に寄与さ
せるためである。

【０００４】しかし、発光管の温度を上げることによっ
て、発光管に封止されている電極の温度もまた上昇す
る。このため電極材料が飛散して、発光管に付着し早期
黒化の原因となっていた。

【０００５】そのため、特開平５−２８３０３９号公報
には、電極の少なくとも先端部を二次再結晶させて早期
黒化を抑制し、光束維持率を改善しようとする金属蒸気
放電灯（従来例１）が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メタル
ハライドランプを垂直点灯する場合、上側に位置する電
極の温度が放電空間内の対流によって上昇し、このため
特に上側に位置する電極物質が飛散し、特に発光管の上
側に位置する範囲での黒化が発生するなどの不具合が発
生する。

【０００７】また、このような電極温度の上昇による電
極材料の飛散を抑制するため、比較的電極物質の飛散が
少ないドープトタングステンを用いることもできる。し
かし、発光管の下側に位置する電極は上側に位置する電
極と比較して、発光管内部に封入されているガスの対流
によって温度が上昇することが少ないため、下側電極に
電子放射性が比較的良好ではないドープトタングステン
からなる電極を用いた場合には、熱電子の放射が悪化し
高圧放電ランプが立消え、放電アークのちらつきを起こ
すなどの不具合が発生する。

【０００８】本発明は、このような早期黒化の問題と立
消えの問題を解決するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の交流点
灯用メタルハライドランプは、電子放射性物質を含む高
融点金属にて形成された第１の電極と；点灯時に第１の
電極の上側に位置され、電子放射性物質を含まない高融
点金属にて形成された第２の電極と；第１の電極および
第２の電極がそれぞれ気密に封止され内部に少なくとも
ハロゲン化金属および希ガスが封入された透光性放電容
器と；を具備している。

【００１０】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１１】電子放射性物質は、電子放射の容易である
性質を有するもので例えば、トリウム、セリウム、ラン
タン、イットリウムなどの酸化物を許容する。高融点金
属は、例えばタングステン、レニウムなどを許容する。
電子放射性物質を含む高融点金属は、高融点金属に例え
ば０．３％から５％程度の電子放射性物質を混入させ焼
結するなどして形成されたものである。

【００１２】電子放射性を含まない高融点金属は、上記
のように純粋なタングステン、レニウムなどを許容する
が、高温での強度をさらに高めるために、アルミニウ
ム、シリコン、カリウムなどのドープ剤を添加したドー
プトタングステンなどを用いることもできる。

【００１３】ハロゲン化金属は、スカンジウムなどの希
土類金属およびナトリウムなどのアルカリ金属の沃化物
および臭化物を許容し、希ガスは、アルゴンガス、キセ
ノンガスを許容する。他に所望により水銀などの金属、
他のハロゲン化金属を封入することもできる。

【００１４】透光性放電容器は、その材質としては、石
英ガラスなどの硬質ガラス、透光性セラミックなどを許
容する。

【００１５】請求項１の発明によれば、交流点灯用メタ
ルハライドランプは点灯時に下側に位置する電極に電子
放射性物質を含む高融点金属を用いている。このような
材質の電極を用いることによって、相対的に温度が低く
ても安定的に電子放射を行うことができる。相対的に温
度が低くなっているため、電極材料の飛散が少なく、黒
化が生じる虞が少ない。

【００１６】また、上側に位置する電極には電子放射性
物質を含まない高融点金属を用いている。このような材
質の電極を用いることによって、高温にさらされても比
較的電極材料が飛散することが低減される。このとき、
上側に位置する電極は高温状態にあるため熱電子の放射
が容易であり、安定的に電子放射を行うことができるの
で立消えなどが生じる虞は少ない。

【００１７】これらの作用によって、高温にさらされる
上側の電極の電極材料の飛散を低減させ、早期黒化を抑
制するとともに、比較的低温となる下側の電極からの熱
電子の放射を安定的にでき、立消え、ちらつきなどを抑
制する交流点灯用メタルハライドランプを提供すること
ができる。

【００１８】請求項２の発明は、請求項１記載の交流点
灯用メタルハライドランプであって、第１の電極は電子
放射性物質を含む高融点金属にて形成される軸部および
電子放射性物質を含まない高融点金属からなるコイル部
を有し、第２の電極は電子放射性物質を含まない高融点
金属にて形成される軸部およびコイル部を有している。

【００１９】請求項２の発明によれば、コイル部を有し
ていることで電極の温度を低減させる作用があり、さら
に早期黒化を抑制することができる。

【００２０】請求項３の発明は、請求項２記載の交流点
灯用メタルハライドランプであって、第２の電極の軸部
の直径は第１の電極の軸部の直径よりも大である。

【００２１】請求項３の発明によれば、点灯時に上側に
位置する電極の軸の直径を大きくすることにより、高温
にさらされる上側の電極温度低減がなされ、電極材料の
飛散をさらに抑制することができる。また、下側に位置
する電極は温度が低減し過ぎないために、一定以上の温
度が確保でき安定的に熱電子の放射を行うことができ立
消えなどを低減することができる。

【００２２】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれか一記載の交流点灯用メタルハライドランプであっ
て、第２の電極は、第１の電極よりも熱伝導性が大きい
ことを特徴とする。

【００２３】熱伝導性を大きくするとは、電極の先端部
の温度が低減できるように電極を形成することである。
その手段は、例えば電極の大きさを大きくする、電極が
軸部およびコイル部で構成されるときには、コイルのタ
ーン数を増やす、軸部の先端からコイル部までの距離
（電極先端距離）を短くするなどによって、電極の先端
部の温度を低減させる方法などを用い得る。

【００２４】請求項４の発明によれば、点灯時に上側に
位置する電極の熱伝導性を大きくすることにより、高温
にさらされる上側電極の特に、電極軸の先端部の温度低
減がなされ電極材料の飛散をさらに低減することができ
早期黒化を抑制できる。また、下側に位置する電極の熱
伝導性を小さくすることによって、下側電極の過度の温
度低減を抑えることができ、一定以上の温度を確保して
安定的に熱電子の放射を行うことができるため立消えな
どを抑制することができる。

【００２５】請求項５の発明は、請求項１ないし４のい
ずれか一記載の交流点灯用メタルハライドランプであっ
て透光性放電容器の第２の電極が封止された封止部は、
第１の電極が封止された封止部よりも熱伝導性が大きい
ことを特徴とする。

【００２６】封止部の熱伝導を大きくする手段として
は、封止部の大きさを大きく形成する、封止部の形状を
上側は円状に形成し、下側はＶ字に形成する、または、
封止部の下側にアルミナなどの保温膜を塗布し保温性を
向上することで下側の封止部の熱伝導性を小さくするな
どの方法を用い得る。

【００２７】請求項５の発明によれば、封止部の熱伝導
性を上側が大きく、下側を小さく形成することによっ
て、上側封止部の放熱性を上げ、電極の先端部の温度を
さらに低減させることができ、また、下側封止部の温度
低減を緩和することによって、下側の電極の温度を所要
の温度に保つことが可能となり、早期黒化を低減し、立
消えも低減できる交流点灯用メタルハライドランプを提
供できる。

【００２８】請求項６の発明の照明装置は、照明装置本
体と；請求項１から５のいずれか一記載の交流点灯用メ
タルハライドランプと；交流点灯用メタルハライドラン
プを安定的に点灯させる高圧水銀灯適合安定器と；を具
備している。

【００２９】本発明において、照明装置とはメタルハラ
イドランプの発光を利用するあらゆる装置を含む概念で
ある。たとえば、屋内用照明器具、屋外用照明器具その
ほか、画像投射装置、光化学装置などに用いることがで
きる。

【００３０】また、高圧水銀灯適合安定器は、入力電圧
が商用電源の１００Ｖまたは２００Ｖで、二次電圧が定
格２００Ｖから２２０Ｖであり、交流電源およびメタル
ハライドランプの間に介在して、メタルハライドランプ
に定格電圧を印加し、安定的に点灯を行うものである。

【００３１】請求項６の発明によれば、高効率、高寿命
の交流点灯用メタルハライドランプを安価で汎用的に利
用されている高圧水銀灯用安定器にて点灯できる照明装
置を提供できるため、トータルコストを低減することが
できる。

【００３２】

【発明の実施形態】本発明の実施形態を図１を参照を参
照して説明する。

【００３３】図１は、本発明の交流点灯用メタルハライ
ドランプの一実施形態の正面図、図２は、同じく交流点
灯用メタルハライドランプの発光管の拡大断面図、図３
は、同じく交流点灯用メタルハライドランプの電極概略
を拡大して示す断面図である。

【００３４】本実施形態は、定格電力２５０Ｗタイプの
交流点灯用メタルハライドランプであり、口金を上側に
垂直点灯を行うタイプのものである。

【００３５】図１において、１は発光管、２は外管、３
は口金、４は下部支持体、５は上部支持体、６はパルス
発生器である。

【００３６】発光管１は、石英ガラスからなる透光性放
電容器１ａ、第２の電極７ａ、第１の電極７ｂがそれぞ
れ１対の封止部１ｂ１、１ｂ２で封止されて構成されて
いる。なお、１ｃは発光管の排気チップ部、１ｄは補助
電極をしめす。

【００３７】第２の電極７ａは、点灯時に第１の電極７
ｂの上側になるように配置されており、本実施形態で
は、口金に近い封止部１ｂ１に第２の電極７ａが、対向
する位置にある封止部１ｂ２に第１の電極７ｂがそれぞ
れ、モリブデン箔１ｅ１、１ｅ２、導入線１ｆ１、１ｆ
２を備えて封止されている。また、補助電極１ｄは、第
２の電極７ａの近傍にモリブデン箔１ｅ３、導入線１ｆ
３を備えて封止されている。また、封止部１ｂ２には保
温膜１ｇが塗布されている。

【００３８】透光性放電容器１ａ内部には、放電媒体と
して水銀、希ガスおよびハロゲン化金属が所定量封入さ
れて、外部と気密性を保っている。

【００３９】外管２は、硬質ガラスからなり一対の導入
線２ａ１、２ａ２を気密に導入しており、内部には、不
活性ガスである窒素が封入されている。また、外管２は
フッ素樹脂２ｂでコーティングされており、万一の落下
に備えて外管２の飛散を抑制する。

【００４０】口金３は、Ｅ３９型口金であり、外管２に
固着され一対の導入線２ａ１、２ａ２が接続され、内部
の発光管１およびパルス発生器６に通電を行う役割を担
っている。

【００４１】上部支持体４は、発光管１の上部を支持す
るとともに第２の電極７ａを電気的に接続するもので、
枠形導体４ａおよび金属バンド４ｂを備えている。枠形
導体４ａは導入線２ａ１と発光管１の上部導入線１ｆ１
を接続している。金属バンド４ｂは、封止部１ｂ１を抱
持することにより、発光管１の上側を支持するように枠
形導体４ａに溶接されている。

【００４２】下部支持体５は、発光管１の下部を支持す
るとともに第１の電極７ｂを電気的に接続するもので、
枠形導体５ａ、金属バンド５ｂおよびスプリング片５ｃ
を備えている。枠形導体５ａは導入線２ａ２を接続導体
５ｅを介して、発光管１の下部導入線１ｆ２と接続して
いる。金属バンド５ｂは、封止部１ｂ２を抱持すること
により、発光管１の下側を支持するように枠形導体５ａ
に溶接されている。スプリング片５ｃは、枠形導体５ａ
に溶接され、先端が外管２の頂部内面に対して弾力的に
当接して下部支持体５を外管２内の所定の位置に保持す
る。また、枠形導体５ａにはゲッター５ｄが接続されて
おり寿命中に発生する不純ガスの吸着に利用している。

【００４３】パルス発生器６は、熱応動スイッチ６ａ、
点灯管６ｂおよび加熱抵抗６ｃを直列に備え、安定器と
協働して高電圧パルスを発生させて発光管１の始動を行
う。また、補助電極１ｄには、限流抵抗６ｄが接続され
て始動の補助を行っている。

【００４４】第２の電極７ａ、第１の電極７ｂの概略
は、図３に示すように電極軸部７１ａ（ｂ）、およびコ
イル部７２ａ（ｂ）から構成されている。第２の電極７
ａの電極軸部７１ａ、コイル部７２ａおよび第１の電極
７ｂのコイル部７２ｂは、ドープトタングステンを用い
ている。ドープトタングステンは、タングステンに微量
のアルミニウム、ケイ素およびカリウムなどを添加した
もので、再結晶温度が高くなりノンザグ性にすぐれた効
果を持つものである。また、第１の電極７ｂの電極軸部
７１ｂはトリエーテッドタングステンを用いている。こ
こでのトリエーテッドタングステンは、タングステンに
電子放射性物質である酸化トリウムを１．７％含有した
もので、熱電子の放射性に優れたものである。

【００４５】第２の電極７ａおよび第１の電極７ｂの各
コイル部７２ａ、７２ｂには、エミッタ剤が混入され発
光管の始動性を向上させている。

【００４６】図３にしめす各電極の寸法は次のとおり。
なお、電極の全長は、それぞれ１２ｍｍ一定とし、電極
の寸法以外の電極材質、発光管形状などは、全て同一と
した。

【００４７】（実施例１）は、第２の電極７ａと第１の
電極７ｂは同一寸法である。なお、電極の材質は上記実
施形態と同一仕様である。 第２の電極７ａおよび第１の電極７ｂ：電極軸径（ａ）
０．６ｍｍ、コイル線径（ｂ）０．４ｍｍ、コイル部長
（ｃ）３．２ｍｍ、電極先端距離（ｄ）２．０ｍｍ

【００４８】（実施例２）は、第２の電極７ａは、第１
の電極７ｂの電極より熱伝導性を大きくするため、第２
の電極７ａは第１の電極７ｂよりも大きな形状としてい
る。なお、電極の材質は上記実施形態と同一仕様であ
る。 第２の電極７ａ：電極軸径（ａ）０．７ｍｍ、コイル線
径（ｂ）０．５ｍｍ、コイル部長（ｃ）４．０ｍｍ、電
極先端距離（ｄ）２．０ｍｍ 第１の電極７ｂ：電極軸径（ａ）０．６ｍｍ、コイル線
径（ｂ）０．４ｍｍ、コイル部長（ｃ）３．２ｍｍ、電
極先端距離（ｄ）２．０ｍｍ

【００４９】（実施例３）は、第２の電極７ａは、第１
の電極７ｂの電極より熱伝導性を実施例２と比較してさ
らに大きくするため、第２の電極７ａは電極先端距離
（ｄ）を短く形成している。これは、電極先端距離
（ｄ）を短く形成することによって電極先端部とコイル
部の距離を近づけることになり、コイルの放熱効果によ
って電極先端の温度を低減させるものである。なお、電
極の材質は上記実施形態と同一仕様である。 第２の電極７ａ：電極軸径（ａ）０．７ｍｍ、コイル線
径（ｂ）０．５ｍｍ、コイル部長（ｃ）４．０ｍｍ、電
極先端距離（ｄ）１．０ｍｍ 第１の電極７ｂ：電極軸径（ａ）０．６ｍｍ、コイル線
径（ｂ）０．４ｍｍ、コイル部長（ｃ）３．２ｍｍ、電
極先端距離（ｄ）２．０ｍｍ

【００５０】図４は、本発明の光束維持率特性を比較例
のそれと対比して示したグラフである。

【００５１】なお、比較例１は上下の電極ともに電極軸
の材質にトリエーテッドタングステンを用い、コイル部
は、ドープトタングステンを用いている。比較例１の電
極の寸法は、実施例１の電極の寸法と同一である。

【００５２】図４において、横軸は点灯時間（ｈ）を、
縦軸は光束維持率（％）をそれぞれ示す。曲線Ｂは実施
例１、曲線Ａは実施例２、曲線Ａ’は実施例３、曲線Ｃ
は比較例１を示す。

【００５３】図４より、実施例１（曲線Ｂ）にあるよう
に第２の電極軸にドープトタングステン、第１の電極軸
にトリエーテッドタングステンを用いることによって、
比較例１（曲線Ｃ）に対して上下の電極の電極軸をとも
にトリエーテッドタングステンを用いた場合よりも光束
維持率特性を向上することができる。また、実施例２
（曲線Ａ）にあるように第２の電極の大きさを大きく形
成することによって、さらに光束維持率特性が向上す
る。実施例３（曲線Ａ’）にあるように第２の電極の電
極先端距離を短く形成することによって、さらに光束維
持率特性が向上する。

【００５４】これは、高温になりやすい上側に位置する
電極の電極先端の温度が低減できたことによって、電極
材料の飛散が抑制でき、ランプの黒化などを低減できた
ためである。

【００５５】また、図５は寿命初期でのランプの立消え
特性を比較例のそれと対比して示したグラフである。

【００５６】立消え電圧とは、ランプを定格の電源電圧
にて点灯を行い、安定点灯状態において、電源電圧を単
位時間（１秒）あたり６Ｖ毎低減させていき、ランプが
消灯する電源電圧を測定したものである。この立消え電
圧が上昇すると電源電圧が正常であっても消灯してしま
うという不具合となる。

【００５７】図５において横軸はランプ電圧（Ｖ）を縦
軸は立消え電圧（Ｖ）をそれぞれ示す。直線Ｅは実施例
１、実施例２、実施例３および比較例１、直線Ｄは、比
較例２を示す。

【００５８】なお、比較例２は上下の電極ともに電極軸
およびコイル部の材質にドープトタングステンを用いて
いる。比較例２の電極の寸法は、実施例１の電極の寸法
と同一である。

【００５９】図５より、実施例１、実施例２および実施
例３（曲線Ｅ）にあるように第1の電極軸にドープトタ
ングステン、第２の電極軸にトリエーテッドタングステ
ンを用いることによって、比較例２（曲線Ｄ）にあるよ
うに上下の電極の電極軸にドープトタングステンを用い
た場合よりも立消え電圧を低下させることができる。初
期での立消え電圧を低下させることによって、寿命中の
ランプ電圧の上昇による立消えを抑制する効果を得るこ
とができる。

【００６０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、交流点灯用メ
タルハライドランプは点灯時に下側に位置する電極に電
子放射性物質を含む高融点金属を用いている。このよう
な材質の電極を用いることによって、温度が低くなって
も安定的に電子放射をすることができる。また、上側に
位置する電極には電子放射性物質を含まない高融点金属
を用いている。このような材質の電極を用いることによ
って、高温にさらされても比較的電極材料が飛散するこ
とを低減できる。これらによって、高温にさらされる上
側の電極の電極材料の飛散を低減させ比較的低温となる
下側の電極からの電子放射を安定的にでき、早期黒化を
抑制するとともに立消えなどを抑制した、交流点灯用メ
タルハライドランプを提供することができる。

【００６１】請求項２の発明によれば、コイル部を備え
ることで電極の温度を低減させる作用があり、さらに早
期黒化を抑制することができる。

【００６２】請求項３の発明によれば、点灯時に上側に
位置する電極の軸の直径を大きくすることにより、高温
にさらされる上側の電極温度低減がなされ、電極材料の
飛散をさらに抑制することができ、下側に位置する電極
の過度の温度低減を抑えることもでき、安定的に電子放
射を行うことができ立消えなどを低減することができ
る。

【００６３】請求項４の発明によれば、点灯時に上側に
位置する電極の軸の直径を大きくすることにより、高温
にさらされる上側の電極温度低減がなされ、電極材料の
飛散をさらに抑制することができ、下側に位置する電極
の温度低減を抑えることもでき、安定的に電子放射を行
うことができ立消えなどを低減することができる。

【００６４】請求項５の発明によれば、封止部の熱伝導
性を上側が大きく、下側を小さく形成することによっ
て、封止部の上側の放熱性を上げ、電極の先端部の温度
をさらに低減させることができ、封止部下側の温度を所
要に保つことが可能となり、さらに早期黒化および立消
えを抑制できる。

【００６５】請求項６の発明によれば、高効率、高寿命
の交流点灯用メタルハライドランプを安価で汎用的に利
用されている高圧水銀灯用安定器にて点灯できる照明装
置を提供できるため、トータルコストを低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す交流点灯用メタルハ
ライドランプの正面図

【図２】同じく交流点灯用メタルハライドランプの発光
管の拡大断面図。

【図３】同じく交流点灯用メタルハライドランプの電極
の断面図。

【図４】同じく交流点灯用メタルハライドランプの光束
維持率特性を示すグラフ

【図５】同じく交流点灯用メタルハライドランプの立消
え特性を示すグラフ

【符号の説明】

１…発光管 ２…外管 ３…口金 ６…パルス発生器 ７ａ…第２の電極 ７ｂ…第１の電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緒方 博之 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 犬飼 伸治 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 佐野 久則 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 Ｆターム(参考） 5C015 AA03 CC07 CC08 CC09 CC12 JJ01 KK02 QQ03 QQ14 QQ34 QQ35

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子放射性物質を含む高融点金属にて形成
   された第１の電極と；点灯時に第１の電極の上側に位置
   され、電子放射性物質を含まない高融点金属にて形成さ
   れた第２の電極と；第１の電極および第２の電極がそれ
   ぞれ気密に封止され内部に少なくともハロゲン化金属お
   よび希ガスが封入された透光性放電容器と；を具備して
   いることを特徴とする交流点灯用メタルハライドラン
   プ。
2. 【請求項２】第１の電極は電子放射性物質を含む高融点
   金属にて形成される軸部および電子放射性物質を含まな
   い高融点金属からなるコイル部を有し、第２の電極は電
   子放射性物質を含まない高融点金属にて形成される軸部
   およびコイル部を有していることを特徴とする請求項１
   に記載の交流点灯用メタルハライドランプ。
3. 【請求項３】第２の電極の軸部の直径は第１の電極の軸
   部の直径よりも大であることを特徴とする請求項２に記
   載の交流点灯用メタルハライドランプ。
4. 【請求項４】第２の電極は、第１の電極よりも熱伝導性
   が大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   一記載の交流点灯用メタルハライドランプ。
5. 【請求項５】透光性放電容器の第２の電極が封止された
   封止部は、第１の電極が封止された封止部よりも熱伝導
   性が大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
   か一記載の交流点灯用メタルハライドランプ。
6. 【請求項６】照明装置本体と；請求項１から５のいずれ
   か一記載の交流点灯用メタルハライドランプと；交流点
   灯用メタルハライドランプを安定的に点灯させる高圧水
   銀灯適合安定器と；を具備していることを特徴とする照
   明装置。