(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と、
この外管内に配置され、一対の主電極と、これらの主電極間の放電を補助する補助電極とを有する発光管と、
前記外管内に配置され、前記発光管からの熱により開閉する常閉型バイメタルスイッチと、
前記外管内に配置され、前記常閉型バイメタルスイッチと、紫外線放電管電流制限抵抗とを介して前記発光管に並列に接続され、発光管に紫外線を放射する紫外線放電管と、
前記外管内に配置され、前記紫外線放電管電流制限抵抗と紫外線放電管との直列回路に、電流制限抵抗を介して並列に接続され、前記発光管を始動させる始動部品とを備え、前記補助電極は前記一方の主電極に隣接して設けられ、前記外管内にて補助放電電流制限抵抗と前記常閉型バイメタルスイッチとを介して前記他方の主電極に接続していることを特徴とする金属蒸気放電灯。
【請求項２】
前記紫外線放電管電流制限抵抗の抵抗値を６０ＫΩ以上４００ＫΩ以下としたことを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電灯。
【請求項３】
前記紫外線放電管電流制限抵抗の抵抗値をＲｄとし、紫外線放電管電流制限抵抗と補助放電電流制限抵抗との並列接続合成抵抗の抵抗値をＲｏ（Ｒｏ＝（Ｒａ×Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒｄ））とした場合、Ｒｏを１５ＫΩ以上４５ＫΩ以下にしたことを特徴とする請求項２記載の金属蒸気放電灯。
【請求項４】
紫外線放電管は、少なくとも水銀が封入され、両端に冷陰極を有し、紫外線透過ガラスを有する低圧水銀放電灯であることを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属蒸気放電灯の始動特性の向上に関するものである。特に、メタルハライドランプの始動特性の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプなどの金属蒸気放電灯は、水銀ランプに比べて高い演色性を有する一方で、高い始動電圧が必要であるという欠点がある。このため、安全性を考慮して始動電圧をできるだけ低減することが望まれている。
この点、始動電圧を低下させる手段として、特開昭６１−２１６２３０号公報に記載の技術が知られている。これは、外管内に金属フィラメントコイルを設け、かかる金属フィラメントコイルが発する紫外線を発光管に照射することによって始動電圧を下げるものである。
【０００３】
図２及び図３は、特開昭６１−２１６２３０号公報に記載されたメタルハライドランプの回路図である。
図中の１は硬質ガラスからなる外管、２は石英ガラスなどから成る発光管、３は紫外線放射用の金属フィラメント、４は金属フィラメントの加熱電力を調整するための抵抗器、５はグロー放電用の抵抗器、６はバイメタルスイッチ、７及び８は主電極、９は補助電極、１０は安定器、１１は交流電源、１２は点灯管であり、蛍光ランプの点灯管と同じ原理でパルス電圧を発生させる。
【０００４】
次に、動作について説明する。
交流電源１１より電圧が印加されると、金属フィラメント３に電流が流れ、金属フィラメントは加熱される。加熱された金属フィラメント３は発光し、紫外線を放射する。ここで、金属フィラメント３はこの放射された紫外線が発光管２に当たる位置に配置されているため、紫外線が発光管に照射される。
そして、紫外線が照射された発光管内では補助放電が始まり、やがて補助放電は主放電に発達し、発光管が発光することとなる。
ここで、紫外線の照射によって補助放電が発生する理由を特開昭６１−２１６２３０号公報の記載を引用して説明する。
メタルハライドランプの始動電圧が高い理由は、ハロゲン化物が発光管内に持ち込んだ水分などが原因となって生じる不純ガス（例えばＨＩなど）が自由電子を捕獲することが原因と考えられる。ところで、紫外線が発光管に照射されると、電極から電子が放出され、また、水銀や希ガスの電離も起って自由電子の発生個数が多くなる。さらに、紫外線はＨＩなどの不純ガス分子を解離するものと考えられる。その結果、解離された不純ガスは発光管の管壁に付着しやすくなり、したがって、放電空間中の不純ガスの量が少なくなる。以上述べた二つの効果によって、始動電圧は低下するものと考えられる（以上、引用終わり）。
【０００５】
以上のように、従来技術は金属フィラメント３から発せられる紫外線の作用により高圧パルスを用いることなく、低い始動電圧でメタルハライドランプを始動することを可能にしている。
他方で、発光管内の不純ガスが多い場合には、補助放電が生じても主放電に移行しない場合がある。
そこで、この場合に備えて、図３に示すように、点灯管１２が配設されている。つまり、金属フィラメント３による紫外線放射では不十分なので、点灯管の作動に伴って発生するパルス電圧を追加して、補助放電を主放電に移行させている。
【０００６】
また、図４は、特開昭５５−１３００６４号公報に示されたメタルハライドランプである。以下、特開昭５５−１３００６４号公報の記載を引用して、図４を説明する。
図４においては、始動用直列回路が接続されている。この直列回路は、点灯管１７、インピーダンス素子として、例えば、限流抵抗４及び常閉形熱応動開閉器としてのバイメタルスイッチ６を直列に結んだものである。従って、この直列回路は、点灯中の発光管２に対しては並列となるように介装されている。上記点灯管１７は、グロー放電によって電極バイメタルが加熱されると、接点１７ａ，１７ｂ間が閉じ、しかる後、電極バイメタルが冷えるので、接点１７ａ，１７ｂを開くような公知の点灯管であり、内部にはネオン、アルゴン、ヘリウムの少なくとも１種のガスが封入されており、この点灯管１７は、１０００Ｖ以上のパルス電圧を発生させるように、上記封入ガスのガス圧を１５Ｔｏｒｒ以下に規制してある。また、バイメタルスイッチ６は、外管バルブ１内において、上記点灯管１７よりも発光管２側に近接した位置に配置されており、発光管２側からの熱を受けて開動作するようになっている。
このような構成に基づくメタルハライドランプは、水銀ランプ用安定器１０に接続されて点灯使用されるが、始動時にあっては周囲温度が低いため、バイメタルスイッチ６が閉じており、従って、このバイメタルスイッチ６、抵抗４及び点灯管１７に、安定器１０からの供給電圧に対応した電流が流れる。そして、点灯管１７にあっては、グロー放電のために、電極バイメタルが加熱されて変形し、一旦接点１７ａ，１７ｂを閉じて、やがて電極バイメタルが冷えて復帰するので、接点１７ａ，１７ｂ間を開放する。この接点１７ａ，１７ｂの開動作に伴うキック電圧が発光管２の電極７，８間にパルス電圧として印加され、このパルス電圧は、前記安定器１０のインダクタンス成分Ｌに対応したパルス電圧が発生し、供給電圧に重畳されるので、発光管２の電極７，８間に放電が開始されることになる。
そして、発光管２は、アーク放電を開始すると、このときの発光管２における放電電圧は、点灯管１７のグロー放電開始電圧よりも低いので、点灯管１７が再びグロー放電を開始することはない。そして、上記発光管２の放電が安定してくると、発光管２は発熱し、この発光管２に近接して配置されているバイメタルスイッチ６がこの発光管２により加熱されて接点を開く。従って、点灯管１７への通電回路、つまり、前記直列回路が開かれた状態を維持するため、この点灯管１７が閉じても何らパルス電圧を発生させることはなく、ランプの立ち消えや抵抗４の熱損を防止する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６１−２１６２３０号公報は、始動時にフィラメントを加熱した光（紫外線）を発光管に当て、始動を容易にするものであるが、主に電極のバラツキによる始動性のバラツキを抑えることはできない。
また、特開昭５５−１３００６４号公報には、グロー管、或いは、熱応動スイッチ（バイメタルスイッチ）を用いたメタルハライドランプが開示されているが、電極のバラツキや封入ガスや混在する不純ガスのバラツキによる始動性のバラツキを抑えることができない。
即ち、従来のメタルハライドランプは、実用的に製造上のバラツキがあるため、始動特性にバラツキが出てしまう。
【０００８】
一般にメタルハライドランプ始動は、主電極間にグロー放電が生じ、それにより、放電電流が増加し、主電極を熱して電極の電子放出が増大し、異常グロー放電電圧よりランプ印加電圧が高くなると、アーク放電へ移行し、ランプが始動する。ここで、補助電極、補助電極と隣接する主電極との間の補助放電は、片側だけであるが、異常グロー放電電圧を低下させる。また、発光管に紫外線（特に、Ｈｇの共鳴線は有効）が発光管の主電極間の放電を容易にする電離状態を作る。また、ランプ印加電圧は、パルスでない方が好ましいが、実際上高価格になり、始動パルスを用いる。ランプ印加電圧が２００Ｖ（ＡＣ）だけでは始動しないものが出てくる（バラツキが大きい）。
【０００９】
そこで、本発明では、金属蒸気放電灯の始動特性を向上させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る金属蒸気放電灯は、外管と、この外管内に配置され、一対の主電極と、これらの主電極間の放電を補助する補助電極とを有する発光管と、外管内に配置され、発光管からの熱により開閉する常閉型バイメタルスイッチと、外管内に配置され、常閉型バイメタルスイッチと、紫外線放電管電流制限抵抗とを介して発光管に並列に接続され、発光管に紫外線を放射する紫外線放電管と、外管内に配置され、紫外線放電管電流制限抵抗と紫外線放電管との直列回路に、電流制限抵抗を介して並列に接続され、発光管を始動させる始動部品とを備え、補助電極は一方の主電極に隣接して設けられ、外管内にて補助放電電流制限抵抗と常閉型バイメタルスイッチとを介して他方の主電極に接続していることを特徴とする。
【００１１】
また、紫外線放電管電流制限抵抗の抵抗値を６０ＫΩ以上４００ＫΩ以下としたことを特徴とする。
【００１２】
また、紫外線放電管電流制限抵抗の抵抗値をＲｄとし、紫外線放電管電流制限抵抗と補助放電電流制限抵抗との並列接続合成抵抗の抵抗値をＲｏ（Ｒｏ＝（Ｒａ×Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒｄ））とした場合、Ｒｏを１５ＫΩ以上４５ＫΩ以下にしたことを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る金属蒸気放電灯は、紫外線放電管は、少なくとも水銀が封入され、両端に冷陰極を有し、紫外線透過ガラスを有する低圧水銀放電灯であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電気蒸気放電灯の回路図である。
図中の１，２，４，５，６，７，８，９，１０，１１は、従来例と同じ部品又は相当部品である。
ここでは、メタルハライドランプの始動性（始動電圧、始動時間）の改善に関する例を示す。
図１は、外管１内に、片端に主電極７及び補助電極９及び他端に主電極８を有し、金属ハロゲン化物、アルゴンガスなどの希ガス及び水銀が封入された発光管２と、この発光管２を始動させるためのパルス電圧を発生する始動部品となるグロー管１２（もしくは、グロー管１２と同一機能を持つ図示していない熱応動スイッチ）が配設され、補助電極９は、補助放電電流制限抵抗５を介して発光管２の片端に接続され、電流制限抵抗４を介して始動部品となるグロー管１２（もしくは、熱応動スイッチ）が上記発光管に並列に接続されたメタルハライドランプを示している。
そして、上記外管１内に紫外線を放射する紫外線放電管１３を、上記紫外線放電管１３からの紫外線が上記発光管２に当たるように配設し、かつ、紫外線放電管１３が紫外線放電管電流制限抵抗１４とバイメタルスイッチ６とを介して上記発光管に並列に接続されるようにしている。
【００１５】
また、紫外線放電管電流制限抵抗の抵抗値をＲｄとし、補助放電電流制限抵抗の抵抗値をＲａとしたとき、Ｒｄを６０ＫΩ以上４００ＫΩ以下とし、ＲａとＲｄの並列接続合成抵抗の抵抗値Ｒｏ（Ｒｏ＝（Ｒａ×Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒｄ））の値を１５ＫΩ以上４５ＫΩ以下としている。
【００１６】
この実施の形態のメタルハライドランプは、紫外線放電管からの紫外線が発光管内放電空間を常に安定した電離状態に保ち、補助放電電流制限抵抗Ｒａと紫外線放電管電流制限抵抗Ｒｄの並列接続合成抵抗Ｒｏの選択された値が、補助電極と主電極間の放電による電極の放電開始電圧の低下を促し、主電極間放電に足りる始動パルスを供給するように作用するものである。
【００１７】
また、上記紫外線放電管１３は、少なくとも水銀が封入され、両端に冷陰極を有する低圧水銀放電灯である。
紫外線放電管１３は、例えば、紫外線透過ガラスからなる紫外線透過部を有している。
紫外線放電管１３は、全体が紫外線透過ガラスにより形成されていてもよいし、紫外線放電管１３の一部に紫外線透過ガラス部が設けられていてもよい。本実施の形態では、紫外線放電管１３全体が紫外線透過ガラスである場合を想定している。
そして、紫外線放電管１３は、放出する紫外線が発光管に当たる位置に配置されている。
紫外線放電管１３に電圧が印加されると、紫外線放電管１３は放電を開始し、紫外線を放射する。紫外線放電管１３は、紫外線透過ガラスにより形成されているため、この紫外線を発光管２に照射することができる。
ここで、紫外線放電管１３は、従来の金属フィラメントに比べて多くの紫外線を放出することができるため、発光管２に照射される紫外線量が多くなり、始動電圧をより低く押さえることができ、また始動時間の短縮を図ることができる。その後、従来例と同様の原理により、照射された紫外線が発光管内で補助放電発生を助長させるとともに、グロー管１２の作動によって発生したパルス電圧が補助放電を主放電に移行させる。
ここで、紫外線放電管１３は、２５０〜２６０ｎｍの紫外線の分光透過率を１０％以上の紫外線透過ガラスから形成されるとともに、グロー放電中の電力が０．５ワット以上となるようにすることが望ましい。
水銀原子を電離するには、電離電圧よりも少し高いエネルギーの光を照射することが必要であるが、この光は真空紫外線に近い波長となり、現実的な使用には適さない。
このため、水銀原子を電離させる方法として、最低励起レベルの光を当てて累積電離を起こす方法が考えられる。これは、最低励起レベルの光を水銀原子に当てると、最外殻電子の励起が起こり、この電子が他の原子と連続的に衝突し、更にこの衝突によって新たに別の電子が励起されるというように、励起が次々と起こり最終的に電子が電離する現象（累積電離）を利用するものである。
水銀原子においては、励起レベルの光の波長が２５３．７ｎｍであることから、ここでは２５０〜２６０ｎｍの光を発光管内の水銀に当てこととしている。また、励起レベルの光として１８５．０ｎｍの波長の光を当てるようにしてもよい。
【００１８】
以下に、実施例を述べる。
発光管の内径１．９５ｃｍ、主電極間長４．５ｃｍの石英製発光管内に沃化スカンジウム及び沃化ナトリウム水銀及び希ガスアルゴン５０Ｔｏｒｒを封入した。外管内にグロー管、紫外線放電管及び紫外線放電管電流制限抵抗（Ｒｄ＝１００ＫΩ）、補助放電制限抵抗（Ｒａ＝３０ＫΩ）、グロー管の電流制限抵抗（２００ＫΩ）を設けた４００Ｗメタルハライドランプを試作した。また、この実施例と同じ仕様で紫外線放電管のない比較例も試作した。また、この実施例と同じ仕様で補助電極を使用しない比較例も試作した。
実験は、一般チョークコイル式バラスト、ＡＣ６０Ｈｚ、電源電圧１８０Ｖで始動試験を周囲温度室温（２５℃）及び−１０℃で行った。メタルハライドランプを商用周波数の２００Ｖ電源で点灯させることが必要であるが、電源の電圧低下を見込んで実質１８０Ｖで、安価なチョーク式安定器で点灯させることが必要であるとし、実験は１８０Ｖで行った。
その結果、実施例の試作品は全て確実に始動した。
一方、実施例と同じ仕様で紫外線放電管のない比較例は、室温では全て始動したが、−１０℃では約３０％のランプが始動しなかった。
また、実施例と同じ仕様で補助電極を使用しない比較例においては、室温で約１０％，−１０℃で５５％のものが始動しなかった。
0003863332.tif 000002
【００１９】
この実施例は、
（１）補助電極に隣接した主電極の異常グロー放電電圧の低下と、
（２）紫外線放電管による主電極間の電離と、
（３）グロー管により主電極間に印加されるパルス電圧と
により、始動の可否が決定され、これら三者の相乗効果に始動性が改善されたと考えられる。
【００２０】
また、各抵抗の値を変化させて実験をした結果、以下のことが判明した。
（１）紫外線放電管電流制限抵抗のＲｄが４００ＫΩを越えると、始動パルスが出ていないとき、電源電圧１８０Ｖのみで放電が持続しなくなるため、また、紫外線放電管電流制限抵抗のＲｄが６０ＫΩ未満では、紫外線放電管の寿命がランプ寿命より短くなるため、紫外線放電管電流制限抵抗のＲｄは、６０ＫΩ以上４００ＫΩ以下が望ましい。
（２）ＲａとＲｄの並列接続合成抵抗のＲｏ（Ｒｏ＝（Ｒａ×Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒｄ））を１５ＫΩ未満とすると始動パルス電圧が低下し、発光管の主電極放電が起こらなくなり、また、ＲａとＲｄの並列接続合成抵抗のＲｏが４５ＫΩを越えると、補助電極の主電極間放電移行への寄与が低下し、いずれも始動電圧が上昇することがわかった。従って、Ｒｏは１５ＫΩ以上４５ＫΩ以下が望ましい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明の好適な実施の形態によれば、外管内に金属ハロゲン化物が封入され、補助極を持つ発光管とこの発光管を始動させるためのグロー管が配設されたメタルハライドランプにおいて、紫外線を放射する紫外線放電管をその電流制限抵抗（ＲｄＫΩ）を介して発光管に並列に接続してなり、発光管の補助放電電流制限抵抗を（ＲａＫΩ）としたとき、Ｒｄを６０ＫΩ〜４００ＫΩとし、ＲａとＲｄの並列合成抵抗Ｒｏを１５ＫΩ〜４５ＫΩとしたので、発光管製造上の放電空間の放電の容易性のバラツキ及び電極のグロー放電からアーク放電へのバラツキを同時に解決し、始動電圧の低下及び始動時間のバラツキを小さくすることができる。
具体的には、ＡＣ２００Ｖの電源及びチョークコイルバラストを使用して点灯させるメタルハライドランプにおいて、始動電圧を低くでき、始動時間のバラツキを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示す回路図。
【図２】  従来の技術を示す回路図。
【図３】  従来の技術を示す回路図。
【図４】  従来の技術を示す回路図。
【符号の説明】
１  外管、２  発光管、３  金属フィラメント、４  抵抗、５  抵抗、６  バイメタルスィッチ、７  主電極、８  主電極、９  補助電極、１０  安定器、１１  交流電源、１２  点灯管、１３  紫外線放電管、１４  抵抗。
【図１】
0003863332.tif 000003
【図２】
0003863332.tif 000004
【図３】
0003863332.tif 000005
【図４】
0003863332.tif 000006