JP2002025504A - 金属蒸気放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い発光効率と高い演色性とを得ることがで
き、また寿命中の色温度変化を抑制することができる長
寿命な金属蒸気放電ランプを実現する。 【解決手段】 内部に、電極４が取り付けられ、かつ水
銀、希ガスおよび発光金属が封入された発光部１と、こ
の発光部１の両端部に設けられ、かつ内部に電極４と接
続された給電体６がシール材５によって封着された細管
部２とを有する透光性セラミック製の発光管３を備え、
細管部２を細管部２の長手方向の中心軸に対して垂直に
切った断面上において、細管部２の内面温度と給電体６
の外面温度との最大温度差Ｔを５０℃以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属蒸気放電ラン
プに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、金属蒸気放電ランプ、例えばメタ
ルハライドランプには、耐熱性や耐ハロゲン性に優れて
いることから、高演色性、高効率化および長寿命化を実
現することができる透光性セラミック製の発光管が用い
られている。

【０００３】このような従来のメタルハライドランプに
用いられている透光性セラミック製の発光管は、内部
に、電極が取り付けられ、かつハロゲン化金属（発光金
属）等が封入された発光部と、この発光部の両端部に設
けられ、かつ内部に電極と接続された給電体がシール材
によって封着された細管部とを有している。

【０００４】通常、この細管部と給電体との間には、シ
ール材が流し込まれた部分を除いて、発光部内の放電空
間と連通した０．１ｍｍの隙間が存在する。そして、こ
の隙間に最冷部が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のメタルハライドランプでは、点灯中、発光管
内に封入した発光金属が最冷部に沈み込んで、放電空間
内の発光に寄与する発光金属が減少し、放電空間の金属
蒸気圧が低下してしまう。そのために、発光効率および
演色性の低下、また寿命中の色温度変化が大きくなると
いう問題があるとともに、シール材が最冷部に沈み込ん
だ発光金属との反応によって劣化し、発光管にリークが
発生して寿命が短くなるという問題があった。

【０００６】また、放電空間内の発光金属の減少分を補
うために、発光金属の封入量を多くすると、発光金属
と、電極、セラミックおよびシール材との反応がそれぞ
れ促進され、結果として寿命特性が悪化してしまうとい
う問題が起こる。

【０００７】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、高い発光効率と高い演色性とを得る
ことができ、また寿命中の色温度変化を抑制することが
できる長寿命な金属蒸気放電ランプを提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の金属蒸気放電ラ
ンプは、内部に、電極が取り付けられ、かつ水銀、希ガ
スおよび発光金属が封入された発光部と、この発光部の
両端部に設けられ、かつ内部に前記電極と接続された給
電体がシール材によって封着された細管部とを有する透
光性セラミック製の発光管を備え、前記細管部を前記細
管部の長手方向の中心軸に対して垂直に切った断面上に
おいて、前記細管部の内面温度と前記給電体の外面温度
との最大温度差Ｔが５０℃以下である構成を有してい
る。

【０００９】この構成により、点灯中において、最冷部
の温度を上昇させることができるので、封入した発光金
属が給電体と細管部との間の隙間に沈み込むのを抑制す
ることができ、発光部内の放電空間の金属蒸気圧を適正
に保つことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態である
定格電力２５０Ｗのメタルハライドランプは、図１に示
すように、長さ２０．０ｍｍ、最大外径１６．０ｍｍの
円筒状の発光部１と、この発光部１の両端部に設けられ
た長さ１８．３ｍｍ、外径４．０ｍｍ、内径１．２ｍｍ
の円筒状の細管部２とを有するアルミナセラミック（熱
膨張係数：８．０×１０^-6／℃）等の透光性セラミック
製の発光管３を備えている。

【００１１】なお、図１では発光管３の一端部のみしか
図示していないが、発光管３の他端部も図１に示す構成
と同じ構成を有している。

【００１２】発光部１内の両端部には、タングステン製
の電極４が取り付けられている。また、発光部１内に
は、水銀、希ガス、および発光金属がそれぞれ所定量封
入されている。発光金属としては、ヨウ化ナトリウムや
ヨウ化スカンジウム等のハロゲン化金属が用いられる。

【００１３】図２に示すように、細管部２（後述するシ
ール材５で封着された部分は除く）を細管部２の長手方
向の中心軸Ｘに対して垂直に切った断面上において、細
管部２の内面温度と後述する給電体６の外面温度との最
大温度差Ｔ（以下、単に最大温度差Ｔという）は５０℃
以下である。ただし、細管部２の内面温度とは、その断
面上において細管部２内面の任意の点の温度とする。ま
た、給電体６の外面温度とは、その断面上において給電
体６外面の任意の点の温度とする。

【００１４】最大温度差Ｔを５０℃以下にするための一
手段として、細管部２の外面に保温膜２ａを形成する手
段が考えられる。この保温膜２ａが、発光管３から放射
された光（特に赤外光）を反射することにより、細管部
２の温度を上昇させ、最大温度差Ｔを５０℃以下にする
ことができる。そして、保温膜２ａの濃度、つまり光透
過率（％）（濃度が濃いほど、光透過率は小さい）を変
えることにより、最大温度差Ｔを変えることができる。
保温膜２ａとしては、可視域から赤外域までの反射率が
高いジルコニア等を用いることが好ましい。

【００１５】なお、保温膜２ａの光透過率とは、保温膜
２ａを形成していない場合の光束値（ｌｍ）に対するそ
の保温膜２ａを形成した場合の光束値（ｌｍ）の割合を
示す。

【００１６】また、最大温度差Ｔを５０℃以下にするた
めの別の手段として、細管部２と給電体６との間の隙間
を小さくする手段が考えられる。これは、点灯後、給電
体６の外面温度が電極４から伝わる熱によって上昇し、
一方、細管部２の内面温度がその給電体６の熱によって
上昇するので、細管部２と給電体６とが近接しているほ
ど、最大温度差Ｔが小さくなるためである。そして、最
大温度差Ｔを５０℃以下にするために、細管部２と給電
体６との間の隙間の最大値は０．０１ｍｍ以下にするこ
とが好ましく、さらにその最大値を０．００５ｍｍ以下
にすることが好ましい。

【００１７】電極４は、長さ５．２ｍｍ、外径０．７１
ｍｍの電極ピン４ａと、この電極ピン４ａの先端部に設
けられた１層３重密巻きである線径０．２ｍｍのコイル
部４ｂとを有している。

【００１８】電極４のコイル部４ｂとは反対側の端部に
は、細管部２内にガラスフリットからなるシール材５に
よって封着された給電体６が接続されている。シール材
５は、酸化金属、アルミナ、シリカ等からなり、細管部
２の発光部１とは反対側の端部から毛細管現象を利用し
て細管部２と給電体６との間の隙間の一部に流し込まれ
ている。

【００１９】給電体６は、モリブデンとアルミナとの混
合体を焼結させた長さ１５ｍｍ、外径１．１ｍｍの導電
性サーメットからなる。この導電性サーメットの熱膨張
係数は、発光管３（細管部２）の材料の熱膨張係数と近
似していることが好ましい。これにより、発光管３の材
料と導電性サーメットとの熱膨張係数の差によって封止
部にクラックが発生するのを防止することができる。

【００２０】なお、「封止部」とは、シール材、および
細管部のシール材によって封着された部分を示す。

【００２１】次に、本発明の第１の実施の形態にかかる
メタルハライドランプの諸特性の評価を行った。

【００２２】上記本発明の第１の実施の形態にかかるメ
タルハライドランプにおいて、保温膜２ａの光透過率を
表１に示すように種々変化させることにより最大温度差
Ｔが異なるランプをそれぞれ１０本ずつ作製し、各々作
製したランプにおいてシール材５の劣化によるリークの
発生の有無、発光効率（ｌｍ／Ｗ）、演色性（平均演色
評価指数Ｒａ）、および色温度の経時変化について調べ
たところ、シール材５の劣化によるリークの発生の有
無、発光効率、および演色性については表１に、色温度
の経時変化については図３に示すとおりの結果が得られ
た。

【００２３】なお、表１において、「○」は良好を、
「×」は不良をそれぞれ示す。

【００２４】さらに、図３において、記号イは最大温度
差Ｔが４０℃を、記号ロは最大温度差Ｔが５０℃を、記
号ハは最大温度差Ｔが６０℃を、記号ニは最大温度差Ｔ
が１００℃を、記号ホは最大温度差Ｔが１５０℃（従来
例）をそれぞれ示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１から明らかなように、最大温度差Ｔが
５０℃以下では、シール材５の劣化によるリークが発生
しないことがわかった。これは、細管部２と給電体６と
の間の隙間に形成された最冷部の温度が上昇して、封入
した発光金属が細管部２と給電体６との間の隙間に沈み
込むのを抑制することができたためであると考えられ
る。一方、最大温度差Ｔが５０℃を越える場合、例えば
６０℃の場合では、シール材５の劣化によるリークが発
生することがわかった。これは、シール材５が細管部２
と給電体６との間の隙間に沈み込んだ発光金属と反応し
たためであると考えられる。したがって、最大温度差Ｔ
を５０℃以下にすることにより、シール材５の劣化によ
るリークの発生を防止することができ、長寿命化を図る
ことができることが確認された。

【００２７】また、最大温度差Ｔが５０℃以下では、発
光効率が９０ｌｍ／Ｗ、平均演色評価指数Ｒａが８６と
なり、例えば最大温度差Ｔが６０℃の場合で発光効率が
８７ｌｍ／Ｗ、平均演色評価指数Ｒａが８３であること
から、最大温度差Ｔが５０℃を越える場合に比して明ら
かに向上していることがわかる。これは、封入した発光
金属が細管部２と給電体６との間の隙間に沈み込むのを
抑制することができた結果、発光管３内の放電空間の金
属蒸気圧を適切に保つことができたためであると考えら
れる。

【００２８】さらに、図３から明らかなように、最大温
度差Ｔが５０℃以下、例えば５０℃の場合では、点灯経
過時間が３０００時間以内において、色温度がおおよそ
３４００Ｋ〜３６００Ｋの範囲にあることがわかった。
このような結果となったのは、上記と同じく発光管３内
の放電空間の金属蒸気圧を適切に保つことができたため
であると考えられる。一方、最大温度差Ｔが５０℃を越
える場合、例えば６０℃の場合では、点灯経過時間が３
０００時間以内において、色温度が３４００Ｋ〜３８０
０Ｋの範囲で変化することがわかった。したがって、最
大温度差Ｔを５０℃以下に規定することにより、寿命中
の色温度変化を抑制することができることが確認され
た。

【００２９】以上のように本発明の第１の実施の形態に
かかるメタルハライドランプの構成によれば、最冷部の
温度を上昇させることができるので、封入した発光金属
が細管部２と給電体６との間の隙間に沈み込みを抑制す
ることができ、その結果、発光部１内の放電空間の金属
蒸気圧を適正に保つことができ、したがって、高い発光
効率と高い演色性とを得ることができ、また寿命中の色
温度変化を小さくすることができる長寿命なメタルハラ
イドランプを実現することができる。

【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態である定
格電力２５０Ｗのメタルハライドランプは、図４に示す
ように、細管部８の外面に保温膜２ａが形成されておら
ず、また発光管７の細管部８の内面と給電体９の外面と
にねじ切り加工がそれぞれ施され、細管部８と給電体９
とが螺合している点を除いて本発明の第１の実施の形態
である定格電力２５０Ｗのメタルハライドランプと同じ
構成を有している。

【００３１】細管部８側が雌ねじに、給電体９側が雄ね
じにそれぞれなっている。

【００３２】図４には示されていないが、細管部８と給
電体９との間には、最大で０．０１ｍｍの隙間が形成さ
れている。給電体９は、この隙間の一部に流し込まれた
シール材によって細管部８に封着されている。

【００３３】以上のような本発明の第２の実施の形態に
かかるメタルハライドランプの構成によれば、最冷部の
温度を上昇させることができるので、封入した発光金属
が細管部８と給電体９との間の隙間に沈み込みを抑制す
ることができ、その結果、発光部１内の放電空間の金属
蒸気圧を適正に保つことができ、したがって、高い発光
効率と高い演色性とを得ることができ、また寿命中の色
温度変化を小さくすることができる長寿命なメタルハラ
イドランプを実現することができることに加えて、細管
部８の内面と給電体９の外面とにねじ切り加工がそれぞ
れ施され、細管部８と給電体９とが螺合しているため
に、給電体９を細管部８内で偏心することなく配置させ
ることができ、その結果、細管部８と給電体９との間に
介在するシール材５の厚さを均等化することができるの
で、点灯中、シール材５や細管部８等の熱膨張によるス
トレスが封止部に局所的にかかるのを防止することがで
き、封止部にクラックが発生するのを抑制することがで
きる。

【００３４】なお、上記各実施の形態では、定格電力２
５０Ｗのメタルハライドランプの場合について説明した
が、定格電力７０Ｗや１０００Ｗのメタルハライドラン
プの場合についても上記と同様の効果を得ることができ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、高い発光
効率と高い演色性とを得ることができ、また寿命中の色
温度変化を抑制することができる長寿命な金属蒸気放電
ランプを提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるメタルハライ
ドランプの要部拡大断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線の断面図

【図３】本発明の第１の実施の形態であるメタルハライ
ドランプの色温度の経時変化を示す図

【図４】本発明の第２の実施の形態であるメタルハライ
ドランプの要部拡大断面図

【符号の説明】

１ 発光部 ２，８ 細管部 ２ａ 保温膜 ３，７ 発光管 ４ 電極 ４ａ 電極ピン ４ｂ コイル部 ５ シール材 ６，９ 給電体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に、電極が取り付けられ、かつ水
   銀、希ガスおよび発光金属が封入された発光部と、この
   発光部の両端部に設けられ、かつ内部に前記電極と接続
   された給電体がシール材によって封着された細管部とを
   有する透光性セラミック製の発光管を備え、前記細管部
   を前記細管部の長手方向の中心軸に対して垂直に切った
   断面上において、前記細管部の内面温度と前記給電体の
   外面温度との最大温度差Ｔが５０℃以下であることを特
   徴とする金属蒸気放電ランプ。
2. 【請求項２】 前記細管部の外面に保温膜が形成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電ラン
   プ。
3. 【請求項３】 前記細管部と前記給電体との間の隙間の
   最大値は０．０１ｍｍ以下であることを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の金属蒸気放電ランプ。
4. 【請求項４】 前記細管部の内面と前記給電体の外面と
   にねじ切り加工がそれぞれ施され、前記細管部と前記給
   電体とが螺合していることを特徴とする請求項１〜請求
   項３のいずれかに記載の金属蒸気放電ランプ。