JPS6364030B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水銀灯用安定器を用いて点灯使用され
るとともに発光金属としてスカンジウムハロゲン
化物を封入したメタルハライドランプに関する。

近時、二次電圧が200V級の水銀灯用安定器、
すなわち単チヨークコイル形安定器を用いてメタ
ルハライドランプを点灯始動させることが提案さ
れており、メタルハライドランプは水銀灯に比べ
て光効率、演色性において優れていることから省
エネルギーに寄与し、かつ水銀灯との互換性を生
じることから既存の水銀灯設備をそのまま利用で
きるなどの利点がある。

しかしながら、ここで問題となるのは、メタル
ハライドランプの始動性と、さらに高い光効率化
である。高効率であるということと始動性に優れ
るということは、多くの相反する点を生じ、両者
の条件をいかにうまく折り合せるかということが
重要な課題となる。

メタルハライドランプにおいて光効率の向上を
目的として封入金属の選択が挙げられる。近時に
おいては、希土類金属ハロゲン化物、特にスカン
ジウム（Sc）のハロゲン化物は、可視光領或の
特に視感度の良い波長に発光する物質として注目
されており、発光管内に沃化ナトリウム（NaI）
とともに沃化スカンジウム（ScI₃）の形態で封入
される傾向にある。

しかしながらこのスカンジウムを封入使用した
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。

始動性改善の対策として、始動用希ガスにネオ
ン−アルゴン混合ガス、いわゆるペニングガスを
使用することは従来から採用されているが、この
種ペニングガスは質量の軽いネオンを主体とする
ため対流効果が少く、よつて光効率を低下させる
不具合がある。

また易電子放射性物質（エミツター）として酸
化ナトリウム（ThO₂）の採用も考えられるが、
ThO₂はScI₃と反応して遊離トリウムの発生を促
し、これが発光することによつてやはり光効率を
低下させる欠点がある。

最近では外管内にバイメタルスイツチを組み込
み、このバイメタルスイツチの開作動によるキツ
ク電圧でパルスを発生させ、このパルスを主電極
間に印加して始動させる手段も採用されている。
しかしながらパルス発生器としての必要条件は、
単位時間中に多くのパルスを発生すること、その
パルス電位が一定レベルに達していること、あま
り高い電圧のパルスは発生させないことなどであ
るが、バイメタルスイツチの場合は単位時間内の
パルス発生回数が少く、しかも時どき高い電圧の
パルスを発生して絶縁破壊を生じるなどの不具合
がある。

本発明は上述のごとき事情に鑑み、封入物質封
入ガス、パルス発生素子および初期電子の供給な
どの総合的観点から検討して、始動性に優れかつ
水銀灯に比べて1.6倍以上の光効率が得られるよ
うにし、実用性においてきわめて好適するメタル
ハライドランプの提供を目的とする。

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。

図中１は外管であり窒素ガスを封入してある。
この外管１内には発光管２が収容されている。発
光管２は石英ガラスチユーブからなり、一対の主
電極３，４および一方の主電極３に近接して起動
用補助電極５を備えている。上記主電極３，４は
第３図に示されるように、電極軸６に電極コイル
７を巻回して構成されており、電極軸６はトリウ
ムを含有したタングステンで構成されているとと
もに電極コイル７は純タングステンで構成されて
いる。電極コイル７は電極軸６に対して３層巻き
されている。なおこのような電極３，４には、酸
化スカンジウム（Sc₂O₃）が塗布されている。し
かして上記発光管２内には水銀と、沃化スカンジ
ウム（SaI₃）、沃化ナトリウム（NsI）が所定量
封入されているとともに20〜100torrのアルゴン
（Ar）ガスが封入されている。またこの発光管２
内にはプロメチウムなどの放射性物質が、取扱上
密封線源化された形態で封入されている。

上記発光管２は、その両端封止部がホルダー
８，９を介して各各サポート１０，１１に支持さ
れている。なお一方のホルダー８もしくは９には
バリウムアザイド（BaN₂）などのゲツター（図
示しない）を付着してある。外管１内には点灯管
１２が収容されている。点灯管１２は保持筒体１
３を介してサポート１０に支持されている。点灯
管１２の一方のリード線１４はサポート１０に接
続されており、他方のリード線１５は限流抵抗１
６に接続されている。限流抵抗１６は補助抵抗１
７を介して前記起動用補助電極５に接続されてい
る。これら限流抵抗１６と補助抵抗１７との接続
線には、常閉形バイメタルスイツチ１８の固定接
点１９が接続されており、このバイメタルスイツ
チ１８の可動接点２０は、ステム２１のウエルズ
２２に接続されている。このウエルズ２２はリー
ド線２３を介して他方の主電極４に接続されてい
る。なおこのウエルズ２２は口金２４に接続され
ている。またサポート１０はステム２１に封止さ
れた他のウエルズ２５に接続されており、このウ
エルズ２５は口金２４のアイレツト端子２６に接
続されている。なお２７は熱遮蔽板である。

このようなメタルハライドランプは第２図に示
される200V級の水銀灯用安定器２８を介して電
源２９に接続されて、点灯使用される。

しかしてこのような構成に係るメタルハライド
ランプにあつては、電源２９をオンすると、安定
器２８を通じてこの安定器２８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ツ
チ１８は閉じているので、限流抵抗１６と点灯管
１２に電流が流れる。点灯管１２にあつては点灯
管１２自身のグロー電流のために点灯管１２の接
点が開閉され、電流の遮断・通電を繰り返す。こ
のため点灯管１２、限流抵抗１６、バイメタルス
イツチ１８の回路に、安定器のインダクタンスに
よつてパルス電圧が発生する。このパルス電圧は
対向主電極３，４間に印加されると同時に補助抵
抗１７を介して起動用補助電極５とこれに近接し
ている一方の主電極３にも印加される。主電極３
は、対向主電極４よりも補助電極５が近いので、
これら主電極３と補助電極５との間でグロー放電
を開始する。この場合、発光管２内にはプロメチ
ウムなどの放射性物質を封入してあるため、この
放射性物質はβ線などを放出しており、これが初
期電子放出のきつかけ、つまり電子の種となつて
グロー放電を迅速に行わせる。このグロー放電は
直ちに主電極３，４間のグロー放電へ移行する。

このような主電極３，４間のグロー放電は数秒
ないし数10秒続く。この場合点灯管１２は開閉を
繰り返しており、したがつてパルス電圧を繰り返
して発生している。この繰り返しパルスによつて
主電極３，４の温度が上昇してくると主電極３，
４上にアークスポツトが形成され、これによつて
上記グロー放電はアーク放電へと移行する。この
場合、グロー放電からアーク放電に速やかに移る
のは、第３図のごとき電極構造を採用したためで
ある。つまり電極軸６はトリウムを含有したタン
グステンで構成されるのでトリウムの作用にもと
づき電子放射性が良いこと、主電極には酸化スカ
ンジウム（Sc₂O₃）を塗つてあるのでこれも電子
放射性を円滑に進めること、および電極コイル７
は３層構造であるため、２層目の温度上昇を促し
てアークスポツトを形成させ易くなることであ
る。特に電極コイル７を３層にすると、１層目は
電極軸６を通じて熱伝導され、また３層目は放電
空間中に熱放出することになるが、２層目は上記
１層目および３層目に囲まれて温度上昇し易くな
り、よつてアークスポツトの形成が容易となる。

このようにして主電極３，４間にアーク放電が
開始されると発光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１２はもはや開閉作動
しなくなる。そして発光管２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２の熱を受け
てバイメタルスイツチ１８が開かれ、よつて限流
抵抗１６、点灯管１２に電流が流れなくなり、起
動用補助電極５への通電が断たれることになり、
安定点灯を維持する。

このように上記構成のメタルハライドランプ
は、封入発光金属としてスカンジウムを用いたに
も拘らず、しかも始動用希ガスとしてアルゴン用
いたにも拘らず始動が確実に行われ、また始動時
間も短縮化される。そして上記スカンジウムおよ
びアルゴンゴスを用いたので光効率において水銀
灯の1.6倍以上にもなり、演色性も良好であり、
光色のばらつきも少ないものである。

次に実験例について説明する。内径20mm、電極
間距離42mmとした400Wの発光管を第１図のごと
く組み立てた。主電極は、電極軸に1.7％のトリ
ウムを含むタングステンを用い、コイル部は３層
巻きである。この主電極は酢酸ブチルに溶解した
酸化スカンジウム粉末を塗布して真空処理されて
いる。発光管内には水銀60mg、沃化ナトリウム
（NaI）25mg、沃化スカンジウム（ScI₃）５mg、
アルゴンガス50torr封入してある。また発光管内
にはプロメチウム（Pm）を封入してある。この
プロメチウムは、セラミツク体ゼオライト
（Na₂O−SiO₂−Al₂O₃）のNa成分をPmで置換す
ることによつて密封線源化されたものであり、耐
熱性耐ハロゲン性に優れている。上記セラミツク
体は外径１mm長さ２mmの円柱体をなしている。

点灯管は1500V程度のキツク電圧を発生するも
のを用いた。

限流抵抗は300Ωのカーボン被膜抵抗を使用し、
点灯管に流れる電流を制御して高すぎるパルスを
抑止するようになつている。バイメタルスイツチ
は、上記カーボン被膜抵抗の耐熱性に限度がある
ため、１分以上でも点灯しない場合にはこのカー
ボン被膜抵抗の熱で回路を一旦開くように、この
カーボン被膜抵抗に近接して設けてある。

このように構成された400Wメタルハライドラ
ンプは、初期効率105lm／Ｗ、100時間点灯後の
効率は100lm／Ｗ、色温度4000〓、平均演色評価
数Raは65の特性をもち、効率としては400W水銀
灯の1.6倍であつて光色のむらが少い。またこの
ような構成のランプを100灯製造してテストする
と、二次電圧200Vの水銀灯用安定器を用いて電
源電圧170Vで90％が30秒以内に点灯し、電源電
圧200Vの場合は100％が点灯した。よつて水銀灯
との交換性が確認できた。

なお本発明は上記実施例に制約されるものでは
ない。

たとえば放射性物質としてはPmのほかに、
²²Na、 ²⁶Al、 ³⁶Cl、 ⁶⁰Co、 ⁹⁰Sr、 ¹³⁷Cs、
¹³³Ba、 ¹⁴⁴Ce、 ²¹⁰Pb、 ²²⁸Thなどが実施可能
である。また密封線源体としてはセラミツクには
限らず、上記放射性物質を発光管内の物質と同一
物質、たとえばＷ、Si、Na、Scなどの元素で被
覆するようにしてもよいものである。

また起動用補助電極は限ずしも用いなくてもグ
ロー放電が開始されるので実施例には制約されな
い。

以上詳述したように本発明によると、光効率に
おいてきわめて良好となり、水銀灯の1.6倍以上
の光効率が得られるようになるので、水銀灯に代
替して水銀灯用安定器により点灯使用して省電力
化が可能になる。しかもこのものは始動が確実と
なり、始動時間の短縮が可能となるので実用上き
わめて有役となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はラン
プの一部断面した正面図、第２図はその回路構成
図、第３図は主電極の断面図である。 １……外管、２……発光管、３，４……主電
極、６……電極軸、７……電極コイル、１２……
点灯管、２８……安定器。

Claims (1)

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とスカ
   ンジウムハロゲン化物とアルゴンガスとを封入す
   ると共に取扱上密封線源化された放射性物質を封
   入し、この発光管をパルス発生用点灯管とともに
   外管内に収容して、水銀灯用安定器で使用される
   ことを特徴とするメタルハライドランプ。 ２ 上記放射性物質はプロメチウム（ ¹⁴⁷Pm）
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項の
   メタルハイライドランプ。 ３ 上記放射性物質はセラミツク体に分散密封し
   て取扱上密封線源化されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項のメタルハライドランプ。 ４ 主電極は電極軸に電極コイルを３層巻きとし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項のメタ
   ルハライドランプ。 ５ 電極軸はトリウムを含有したタングステンで
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   のメタルハライドランプ。 ６ 主電極にはスカンジウム酸化物を被着したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項のメタルハ
   ライドランプ。