JP2003317661A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 細管部内の隙間に沈み込む発光金属の量を少
なくすることにより、長時間連続点灯させても色温度変
化が少なく、安定した特性を持続するメタルハライドラ
ンプを提供する。 【解決手段】 細管部３ｂの外側端部でシール材７ｂに
より封止された電極支持体６ｂの放電空間１側の端部
に、先端部に電極コイル４ｂを有する電極ピン５ｂが支
持される。電極ピン５ｂの基端部にはコイル状の筒状体
１４ｂが外挿される。ランプ電力をＰ（Ｗ）、細管部３
ｂの放電空間１側の端面から、電極コイル４ｂの細管部
３ｂ側の端部までの距離をＸ（ｍｍ）、細管部３ｂの放
電空間１側端面から筒状体１４ｂの放電空間１方向へ延
出する長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧０．００５６Ｐ
＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４４Ｘの関係が成り立
つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタルハライドラ
ンプに関し、特に、アルミナセラミック製の発光管を用
いたメタルハライドランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、メタルハライドランプは発光管の
材料として、従来の石英ガラスに代わってアルミナセラ
ミックを用いたものが主流となりつつある。アルミナセ
ラミックは石英ガラスに比べて耐熱性に優れているの
で、メタルハライドランプのように点灯中に高温になる
高圧放電ランプの発光管に適している。

【０００３】このようにアルミナセラミックを用いたメ
タルハライドランプは、点灯中の温度を高温にすること
ができるため、高演色性の実現と高効率化が可能とな
る。また、アルミナセラミックは、発光管内に封入され
るハロゲン化金属との反応性も、石英ガラスに比べ低い
ことから、メタルハライドランプのさらなる長寿命化へ
の寄与が期待されている。

【０００４】ところで、この種のランプにおける電極の
封止方法は、石英ガラスを用いた場合のように発光管の
側管部を加熱および圧壊封着する方法ではなく、細管部
に給電体を挿入した後、例えば、フリットガラス等のシ
ール材を溶融し、これを当該細管部の外側の端部に流し
込んで封着するようにしている。このため、シール材に
よって封着されていない部分では、給電体と細管部との
間に隙間が生じることとなる（例えば、特許文献１）。

【０００５】また、その隙間は発光管サイズの大きい高
ワットのランプになるほど、必然的に大きくなる。この
ように発光管にアルミナセラミックを用いた従来のメタ
ルハライドランプでは、給電体と細管部との間に隙間が
存在するため、ランプの電極が鉛直方向に向くように配
置して点灯させた場合、発光管内に封入してある発光金
属が、鉛直方向下側の給電体と細管部との隙間に沈み込
み易くなる。

【０００６】ランプの試験寿命（以下、「ライフ」とい
う。）中、その隙間に発光金属が沈み込むと、放電空間
内で発光に寄与する金属が少なくなり、十分な蒸気圧が
得られず、長時間点灯すると色温度の変化が大きくなる
という問題が生じる。このような不具合を解消するため
に、特許文献２には、細管部の放電空間側の端部と電極
コイルとの距離を所定以上に設定する構成が提案されて
いる。

【０００７】すなわち、図１９に示すように、発光金属
が封入される放電空間１０１を形成する透光性セラミッ
ク製の発光部１０２と、発光部１０２の両端部に設けら
れた細管部１０３ａ，１０３ｂと、先端部にコイル１０
４ａ，１０４ｂを備えた一対の電極１０５ａ，１０５ｂ
と、一端部に電極１０５ａ，１０５ｂを支持すると共に
他端部が細管部１０３ａ，１０３ｂにおける放電空間１
０１と反対側の端部まで延在する電極支持体１０６ａ，
１０６ｂと、電極支持体１０６ａ，１０６ｂを細管部１
０３ａ，１０３ｂに封着するシール材１０７ａ，１０７
ｂとを備えた発光管８０を有するメタルハライドランプ
において、ランプ電力をＰ（Ｗ）、コイル１０４ａ，１
０４ｂにおける細管部１０３ａ，１０３ｂ側の端部か
ら、細管部１０３ａ，１０３ｂにおける放電空間１０１
側の端部までの距離をＸ（ｍｍ）とすると、このＸの値
が、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．３９４の関係式を満たす
ように設定されている。

【０００８】これにより当該細管部１０３ａ，１０３ｂ
の放電空間側の端部におけるランプ点灯中の温度を、当
該放電空間内の余剰の発光金属が液状で存在する程度に
低くすることができるので、その分、細管部の内部に沈
み込む発光金属の量を低減でき、色温度の変化を抑える
ことが可能であるとしている。

【０００９】

【特許文献１】特開昭５７−７８７６３号公報

【００１０】

【特許文献２】特開２０００−３４０１７１号公報

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
許文献２に記載されたものでは、細管部１０３ａ，１０
３ｂ内の隙間λを塞ぐ手段が設けられておらず、仮に隙
間λを塞ぐような閉塞体を設けたとしても、通常、閉塞
体の全てが、細管部の端面から内方に後退した位置に存
在しているために発光金属が細管の隙間λに沈み込み易
く、長時間の連続点灯により色温度が大きく変化すると
いう問題が十分に解消されない。

【００１２】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であって、細管部内の隙間に沈み込む発光金属の量を少
なくすることにより、長時間連続点灯させても色温度の
変化が少なく、安定した特性を持続するメタルハライド
ランプを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るメタルハライドランプは、内部に放電
空間が形成される発光部と前記発光部の両端部に設けら
れた孔に内嵌されて取着される一対の細管部とからなる
バルブと、先端部に電極コイルを有し、前記放電空間内
において対向して配置される一対の電極と、それぞれ、
前記細管部に内挿され、放電空間側の端部で前記電極を
支持すると共に、その反対側の端部が細管部の前記放電
空間と反対側の端部から突出し、シール材により前記細
管部に封止される一対の電極支持体と、耐熱性かつ熱伝
導性を有する材料からなり、少なくとも一方の細管部側
における、前記電極ピンおよび電極支持体のうちの少な
くとも一方に外挿される筒状体とを備え、ランプ電力を
Ｐ（Ｗ）、前記細管部の前記放電空間側の端面から、前
記電極コイルの前記細管部側の端面までの距離をＸ（ｍ
ｍ）、前記細管部の放電空間側端面から前記筒状体の当
該放電空間方向へ延出する長さをＬ（ｍｍ）とすると、
Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４
４Ｘの関係が成り立つことを特徴としている。

【００１４】上記のような構成にすることにより、発光
管の電極が鉛直方向になるように配してメタルハライド
ランプを点灯させた場合に、細管部の放電空間側の端部
の温度を、その部分で余剰の発光金属が液状で存在する
程度まで低くできると共に、細管部の所定の位置に、そ
の開口部を塞ぐように筒状体が挿入されるので、当該液
状の発光金属が細管部の内部に進入しにくい部分で溜ま
り、細管部内部に沈み込む発光金属の量を抑制できる。

【００１５】この結果、点灯中、放電空間内の蒸気圧を
十分に保つことができ、長時間連続点灯させても色温度
変化が少なく、安定した特性を持続するメタルハライド
ランプを得ることができる。しかも、筒状体の放電空間
側への突出量が距離Ｘとの関係で所定の値以上にならな
いように設定されており、これにより始動時において筒
状体から放電することを防止できる。

【００１６】また、本発明に係るメタルハライドランプ
は、内部に放電空間が形成される発光部と一対の細管部
が一体として形成されてなるバルブと、先端部に電極コ
イルを有し、前記放電空間内において対向して配置され
る一対の電極と、それぞれ、前記細管部に内挿され、放
電空間側の端部で前記電極を支持すると共に、その反対
側の端部が、細管部の前記放電空間と反対側の端部から
突出し、シール材により前記細管部に封止される一対の
電極支持体と、耐熱性かつ熱伝導性を有する材料からな
り、少なくとも一方の細管部側における、前記電極ピン
および電極支持体のうちの少なくとも一方に外挿される
筒状体とを備え、ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記細管部か
ら前記発光部に繋がる部分のうちその内径が細管部の内
径の１．２５倍となる位置を基準位置とし、この基準位
置から、前記コイルの細管部側の端面までの距離をＸ
（ｍｍ）、前記基準位置から前記筒状体の前記放電空間
方向に延出する部分の長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧
０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４４Ｘ
の関係が成り立つことを特徴としてもよい。

【００１７】このような構成によっても、上記のメタル
ハライドランプと同様の効果を得ることができる。ここ
で、上記筒状体は、コイルであるとしてもよい。この場
合には、当該コイルが、各ターン間の隙間がない密着型
のコイルであることが望ましい。細管部内の発光金属の
沈み込む隙間が少なくなるからである。

【００１８】また、ここで、上記筒状体の、前記放電空
間と反対側の端面は、前記電極支持体にほぼ当接してい
ることが望ましい。この場合でも細管部内の発光金属の
沈み込む隙間を少なくすることができるからである。さ
らに、また、本発明は、前記筒状体は、筒体であり、そ
の周面には軸方向に切り込みが設けられていることを特
徴とする。このような構造にすることにより、筒状体を
電極ピン等に外挿する作業等が容易となる。

【００１９】ここで、前記筒状体は、モリブデンおよび
タングステンのうち一種の金属からなることが望まし
い。モリブデンやタングステンは、耐熱性及び熱伝導性
を有する金属であるからである。また、前記発光部は、
透光性セラミックからなることが望ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施の形
態にかかる２５０Ｗのメタルハライドランプの構成を示
す正面図である。同図に示すように、本メタルハライド
ランプは、外管１０内に、透光性を有するアルミナセラ
ミック製の発光管８が、電力供給線１１ａ，１１ｂによ
って所定の位置に保持されてなる。

【００２１】外管１０内には、所定圧の窒素が封入され
ており、封止部付近に口金１５が装着されている。な
お、発光管８は、紫外線をカットする効果を持つ石英ガ
ラス製スリーブ１２内に配置されている。石英ガラス製
スリーブ１２は、発光管８を保温して十分な蒸気圧を保
たせると共に、発光管８の破損時に外管１０が割れるこ
とを防止する役割も果たす。この石英ガラス製スリーブ
１２は、スリーブ支持板１３ａ，１３ｂを介して電力供
給線１１ａ，１１ｂに保持されている。

【００２２】図２は、発光管８の構成を示す断面図であ
る。同図に示すように、発光管８のバルブは、放電空間
１を形成する発光部２の両端の小径部の孔に、細管部３
ａ，３ｂの端部がそれぞれ内挿され、焼きばめをするこ
とにより形成される。発光部２の放電空間１には、水銀
と、希ガスと、発光金属とが封入されている。

【００２３】細管部３ａ，３ｂの各々には、先端部に放
電空間１内で対向するよう配置された電極コイル４ａ，
４ｂを有する一対の電極ピン５ａ，５ｂと、一端部に上
記電極ピン５ａ，５ｂをそれぞれ支持する一対の電極支
持体６ａ，６ｂとからなる給電体が挿入されている。電
極ピン５ａ，５ｂの基端部には、コイル状の筒状体１４
ａ，１４ｂが外挿されている。この筒状体１４ａ，１４
ｂは、その放電空間１側の先端部を除いてほとんどの部
分が細管部３ａ，３ｂ内部に嵌め込まれており、発光金
属の沈み込みを防止する役目を果たす。

【００２４】電極ピン５ａ，５ｂは、タングステン材料
からなり、外径０．７１ｍｍ、長さ５．２ｍｍである。
また、電極支持体６ａ，６ｂは、外径１．２ｍｍ、長さ
３０ｍｍである。本実施の形態においては、電極支持体
６ａ，６ｂは、例えばモリブデンとアルミナとを混合焼
結させた導電性サーメットを材料としている。この導電
性サーメットの熱膨張係数はアルミナとほぼ等しい７．
０×１０^-6であるため、熱膨張率の差に起因するクラッ
クが生じにくい。

【００２５】電極支持体６ａ，６ｂの放電空間と反対側
の部分は、それぞれ、内径が１．３ｍｍの細管部３ａ，
３ｂの外側の端面から外部に突出しており、シール材７
ａ，７ｂによって、細管部３ａ，３ｂに封着されてい
る。シール材７ａ，７ｂは、例えば、酸化金属、アルミ
ナ、およびシリカ等からなるガラスフリットであり、細
管部３ａ，３ｂにおける発光部２に結合された側とは反
対側の端面から、発光部２側へ向けて、所定の長さだけ
流し込まれている。

【００２６】図３は、図２の発光管８における細管部３
ｂとこれに内挿された電極支持体６ｂ、電極ピン５ｂ、
電極コイル４ｂの状態を示す拡大断面図である。筒状体
１４ｂは、線径０．２５ｍｍのモリブデン材料を隣接す
るターン間に隙間が生じないように密着させて巻回して
なるコイル（密着型コイル）であって、その軸方向の長
さは２．５ｍｍであり、その放電空間と反対側の端部
は、電極支持体６ｂの端面にほぼ当接しており、余剰の
ハロゲン化金属の液体の沈み込む隙間λの容積ができる
だけ少なくなるようにしている。なお、電極コイルは必
ずしも密着型コイルでなくてもよく、各ターン間に多少
隙間があっても構わない。

【００２７】また、細管部３ｂと筒状体１４ｂとの嵌め
あいは、０．００５〜０．２ｍｍの隙間ばめとしてい
る。なお、この部分は、より好ましくは、筒状体１４ｂ
の外径に対して細管部３ｂの内径が０〜０．１ｍｍの隙
間を有しての嵌め合いとするのがよい。このような嵌め
あいにすることにより、発光金属が細管部３ｂの内部に
沈み込むのを防止できると共に、組み立て後に筒状体１
４ｂの位置ずれが生じない。

【００２８】細管部３ａ側も図３に示したものと全く同
じ構成をしている。ここで、上記のような構成のメタル
ハライドランプにおいて、電極コイル４ａ，４ｂにおけ
る細管部３ａ，３ｂ側の端部から、細管部３ａ，３ｂに
おける放電空間１側の端面までの距離をＸ（図３参照）
とすると共に、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光
部２側の放電空間１内に延在する長さ、すなわち、筒状
体１４ａ，１４ｂが細管部３ａ，３ｂの放電空間側の端
面から放電空間方向に突出している部分の長さをＬと
し、このＸおよびＬの値と上記「沈み込み」による色温
度の変化との関係について本願発明者らが実験を重ねた
ところ、色温度の変化量を低減するために最適なＸおよ
びＬの範囲を見出すことができた。

【００２９】以下、当該距離Ｘ、長さＬの最適な範囲に
ついて説明する。 （１）距離Ｘの最適範囲について まず、距離Ｘの最適範囲について、上記図１，２に示す
ものと同じ構成の２５０Ｗのメタルハライドランプにつ
いて実験した。この実験において、距離Ｘの値が、０．
８ｍｍ、１．３ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８
ｍｍおよび２．３ｍｍとなる複数の試験ランプを製作
し、それぞれについて、ライフ中（点灯時間３０００時
間）の色温度変化を測定した。その結果を図４に示す。

【００３０】なお、ここでは、コイル状の筒状体１４
ａ，１４ｂが発光部２側の放電空間１内に延在する長さ
Ｌは０．１ｍｍと一定にした。また、放電空間１内に封
入された発光金属量は、一定量の５．２ｍｇとした。そ
の組成は、ＤｙＩ₃を０．８ｍｇ、ＨｏＩ₃を０．６ｍ
ｇ、ＴｍＩ₃を０．８ｍｇ、ＮａＩを２．２ｍｇ、Ｔｌ
Ｉを０．８ｍｇとした。そして、放電空間１内に、希ガ
スとして、２０ｋＰａのアルゴンを封入した。

【００３１】さらに、細管部３ａ，３ｂにおける放電空
間１側の端面から、ガラスフリットからなるシール材７
ａ，７ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｙ（図
３参照）を１８ｍｍと一定にした。なお、点灯実験は、
各試験ランプの管軸が鉛直方向になるように維持したま
ま、３０００時間連続点灯して行った（後述する他の実
験においても同様）。

【００３２】図６は、図４の実験結果から３０００時間
点灯後の色温度の変化（ΔＴｃ）を求め、その評価と共
に表にしたものである。この表からも分かるように、２
５０Ｗの試作ランプにおいて、長さＬが０．１ｍｍの場
合において、距離Ｘが１．６ｍｍ以上あれば、ライフ中
の色温度変化が非常に少なくなる。

【００３３】このように、上記の距離Ｘを１．６ｍｍ以
上とすれば、高温の陽光柱および、電極コイル４ａ，４
ｂを含む電極ピン５ａ，５ｂの先端部から、細管部３
ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面までの距離を十分
にとることができるので、細管部３ａ，３ｂにおける放
電空間１側の端面における温度を低くすることができ、
筒状体１４ａ，１４ｂの作用と相まって、色温度の変化
を少なく抑えることができる。

【００３４】より詳しく言うと、細管部３ａ，３ｂの放
電空間側の開口部がコイル状の筒状体１４ａ，１４ｂに
より閉塞されているので、特に液状の発光金属が、細管
部３ａ，３ｂと電極支持体６ａ，６ｂとの隙間λに入り
にくく、また、細管部３ａ，３ｂの端面が電極先端から
ある程度離れ、しかも当該筒状体１４ａ，１４ｂが熱伝
導性を有する金属からなるコイル形状なので放熱性に優
れ、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面付近
の温度が、余剰金属が液状となって存在し得る程度に低
く保たれ、蒸気化した金属が隙間λに浸透する前にこの
部分で液化するため、これらが相まって細管部３ａ，３
ｂ内の隙間λに沈み込む発光金属の量を少なくしている
ものと考えられるのである。

【００３５】この結果、点灯中、発光管８内の蒸気圧を
十分に保つことができ、コイル状の筒状体１４ａ，１４
ｂを有していない従来のもの（距離Ｘが１．８ｍｍ、距
離Ｙを１８ｍｍ）に比べ、例えば点灯後千時間経過中に
おける色温度変化を約１／２〜１／３に低減することが
できた。また、距離Ｘを１．６ｍｍ以上とすることによ
り、図４に示すように点灯後３０００時間経過中におけ
る色温度変化も点灯後１０００時間経過中における色温
度変化とほぼ同等にすることができ、ライフ途中におけ
る色温度変化もほとんど生じないようにできる。

【００３６】次に、上記と同様の実験を、図１，２に示
したものと同様の構成を有する７０Ｗのメタルハライド
ランプを用いて行なった。具体的に、当該７０Ｗのメタ
ルハライドランプにおいて、電極コイル４ａ，４ｂにお
ける細管部３ａ，３ｂ側の端部から、細管部３ａ，３ｂ
における放電空間１側の端面までの距離Ｘを、０．４ｍ
ｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ
とした試験ランプを製作し、ライフ中の色温度変化を測
定した。その結果を図５に示す。

【００３７】なお、この実験において、いずれの場合に
おいても、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２
側の放電空間１内に延在する長さＬは０．１ｍｍと一定
にした。また、放電空間１内に封入された発光金属量
は、一定量の２．５ｍｇとした。その組成は、ＤｙＩ₃
を０．４ｍｇ、ＨｏＩ₃を０．３ｍｇ、ＴｍＩ₃を０．４
ｍｇ、ＮａＩを１．１ｍｇ、ＴｌＩを０．３ｍｇとし
た。放電空間１内に、希ガスとして、２０ｋＰａのアル
ゴンを封入した。さらに、細管部３ａ，３ｂにおける放
電空間１側の端面から、ガラスフリットからなるシール
材７ａ，７ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｙ
を８ｍｍと一定にした。

【００３８】図７は、図５の実験結果により３０００時
間点灯後の色温度の変化（ΔＴｃ）を求めて、その評価
と共に表にしたものである。この表により明らかなよう
に、距離Ｘが０．６ｍｍ以上あれば、点灯中の色温度変
化が非常に少なくなることが分かる。これらの原因は、
２５０Ｗのメタルハライドランプと同様に、細管部３
ａ，３ｂ内に沈み込む発光金属の量が抑制されたことに
ある。

【００３９】上述の２５０Ｗと７０Ｗのメタルハライド
ランプの実験結果から、ランプ電力Ｐが異なれば、距離
Ｘの最適値も異なることが分かる。つまり、ランプ電力
Ｐが大きいほど放電による発熱量が大きくなるので、細
管部の放電空間側の端部において余剰金属が液状で存在
する程度までに温度が低くなるためには、それだけ距離
Ｘも大きくしなければならないのである。それ故、最適
範囲となる距離Ｘとランプ電力の間には一定の相関関係
があると考えられる。

【００４０】そこで、図８に示すように、横軸をランプ
電力Ｐ（Ｗ）、縦軸を距離Ｘ（ｍｍ）とする座標系にお
いて、上記図６，７の表における（Ｘ、Ｐ）の値をプロ
ットし、色温度変化低減の効果が得られるＸの最小値
（上述のように、２５０ＷタイプでＸ＝１．６、７０Ｗ
タイプでＸ＝０．６）の点Ａ、Ｂを結んで、その直線の
方程式を求めると、Ｘ＝０．００５６Ｐ＋０．１９４と
なった。

【００４１】したがって、２５０Ｗと７０Ｗのメタルハ
ライドランプについて、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９
４（以下、この条件を「第１の最適化条件」という。）
であれば、色温度変化を低減することが可能であると言
える。 （２）長さＬの最適範囲について 続いて、図１，２に示す構成のメタルハライドランプ
（２５０Ｗ）において、コイル状の筒状体１４ａ，１４
ｂが、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面か
ら発光部２の放電空間１内に延在する長さＬを、―０．
２ｍｍ（すなわち、細管部３ａ，３ｂの放電空間側端面
から筒状体６ａ，６ｂが内部に０．２ｍｍだけ後退した
状態）、−０．１ｍｍ、０ｍｍ、０．５ｍｍとした場合
のそれぞれについて、ライフ中の色温度変化を調べた。
その結果を図９の表に示す。同表において、ΔＴｃは、
３０００時間点灯後の色温度の変化量を示している。

【００４２】なお、いずれの場合においても、電極コイ
ル４ａ，４ｂにおける細管部３ａ，３ｂ側の端面から、
細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面までの距
離Ｘを１．６ｍｍと一定にした。また、放電空間１内に
封入された発光金属量は、一定量の５．２ｍｇとし、そ
の組成を、ＤｙＩ₃を０．８ｍｇ、ＨｏＩ₃を０．６ｍ
ｇ、ＴｍＩ₃を０．８ｍｇ、ＮａＩを２．２ｍｇ、Ｔｌ
Ｉを０．８ｍｇとした。放電空間１内に、希ガスとして
２０ｋＰａのアルゴンガスを封入した。

【００４３】さらに、細管部３ａ，３ｂにおける放電空
間１側の端面から、ガラスフリットからなるシール材７
ａ，７ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｙを１
８ｍｍと一定にした。図９の実験結果からも分かるよう
に、長さＬが０．５ｍｍ以上であれば、長時間点灯中の
色温度変化が非常に少なくなる。また、一般に色温度の
変化量も３００Ｋ程度にとどまれば、観察者にとってさ
ほど気にならない範囲と評価され得るので、２５０Ｗの
メタルハライドランプにおいて色温度の変化が許容され
るためのＬの範囲は、０≦Ｌであると言える。

【００４４】特に０＜Ｌであれば、点灯中、発光管８内
の蒸気圧を十分に保つことができ、コイル状の筒状体１
４ａ，１４ｂを有していない従来のもの（距離Ｘが１．
０ｍｍ、距離Ｙを８ｍｍ）に比べ、例えば点灯後１００
０時間経過中における色温度変化を約１／２に低減する
ことができ、また、点灯後３０００時間経過中における
色温度変化も点灯後１０００時間経過中における色温度
変化とほぼ同等にすることができた。

【００４５】続いて、同じく図１，２の構成を有する７
０Ｗのメタルハライドランプにおいて、細管部３ａ，３
ｂにおける放電空間１側の端面から、コイル状の筒状体
１４ａ，１４ｂが発光部２の放電空間１内に延在する長
さＬを、−０．２ｍｍ、−０．１ｍｍ、０ｍｍ、０．２
ｍｍとした場合のそれぞれについて、ライフ中の色温度
変化を調べた。図１０は、この実験結果を示す表であ
る。

【００４６】なお、いずれの場合においても、電極コイ
ル４ａ，４ｂにおける細管部３ａ，３ｂ側の端面から、
細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面までの距
離Ｘを０．６ｍｍと一定にした。また、放電空間１内に
封入された発光金属量は、一定量の２．５ｍｇとした。
その組成は、ＤｙＩ₃を０．４ｍｇ、ＨｏＩ₃を０．３ｍ
ｇ、ＴｍＩ₃を０．４ｍｇ、ＮａＩを１．１ｍｇ、Ｔｌ
Ｉを０．３ｍｇとした。放電空間１内に、希ガスとして
２０ｋＰａのアルゴンガスを封入した。さらに、細管部
３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から、ガラスフ
リットからなるシール材７ａ，７ｂにおける放電空間１
側の端面までの距離Ｙを８ｍｍと一定にした。

【００４７】図１０の表に示すように７０Ｗタイプの場
合でもやはり、２５０Ｗの場合同様、長さＬが負になる
と極端に色温度が変化し、長さＬが「０」になって初め
て色温度の変化量が許容限度（３００Ｋ前後）の範囲内
となり、さらに長さＬが正の場合には色温度の変化が極
端に少なくなることが分かる。そこで、距離Ｘが第１の
最適化条件を満たすメタルハライドランプを多数試作し
て、上記長さＬに関して同様の実験を行ったところ、や
はり、同様な結果を得ることができた。

【００４８】したがって、距離Ｘが、第１の最適化条件
を満たしている２５０Ｗおよび７０Ｗのメタルハライド
ランプについて、長さＬが０以上（０≦Ｌ）であれば、
その長時間点灯による色温度の変化が許容の範囲内であ
ると言ってよい。そして、０＜Ｌである方がより優れた
結果を得ることができるのは上述の通りである。もっと
も長さＬが「０」より大きい方がよいといっても、一定
の限界がある。Ｌが大きくなり過ぎると、バックアーク
が発生するおそれが生じるからである。

【００４９】バックアークとは、ランプ始動時に電極コ
イル４ａ，４ｂから放電開始するのではなく、筒状体１
４ａ，１４ｂから放電開始することをいう。このような
バックアークが起こると、放電箇所（ここでは筒状体１
４ａ，１４ｂ）からの金属の飛散で発光部２内が黒化し
たり、放電箇所の近傍にある発光部２または細管部３
ａ，３ｂがアークの熱によりクラックが発生するという
不具合が生じ望ましくない。

【００５０】そこで、図１，２の構成を有する２５０Ｗ
のメタルハライドランプにおいて、細管部３ａ，３ｂに
おける放電空間１側の端面から、コイル状の筒状体１４
ａ，１４ｂが発光部２の放電空間１内に延在する長さＬ
を、０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、
０．８ｍｍ、０．９ｍｍとした場合のそれぞれについ
て、ランプ始動時のバックアークの発生確率を調べた。
図１１は、その実験結果を示す表である。

【００５１】なお、試験ランプにおける封入ガスや発光
金属の種類と量および距離Ｘ，Ｙの値は、図９の実験の
場合と全く同様に設定した。図１１の表に示すように、
バックアークの発生については、長さＬが０．８ｍｍ以
上になると、ランプ始動時に筒状体１４ａ，１４ｂから
放電が開始されるものが１０本のうち２本以上確認され
たが、長さＬが０．７ｍｍ以下の場合には１本も確認さ
れなかった。

【００５２】すなわち、長さＬが０．８ｍｍ以上の場合
には、筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２の放電空間１内
に延在する長さが長過ぎるために、筒状体１４ａ，１４
ｂの放電空間１側の端部から放電が発生するものと考え
られる。次に、上記と同様の測定を、図１，２と同様の
構成を有する７０Ｗのメタルハライドランプを用いて行
なった。

【００５３】当該７０Ｗのメタルハライドランプにおい
て、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面か
ら、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２の放電
空間１内に延在する長さＬを、０ｍｍ、０．１ｍｍ、
０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍと
した場合のそれぞれについて、ランプ始動時のバックア
ークの発生確率を調べた。その結果を図１２の表に示
す。

【００５４】なお、各試験ランプにおける封入ガスや発
光金属の種類と量および距離Ｘ，Ｙの値は、図１０の実
験の場合と全く同様に設定した。図１２の表から分かる
ように、バックアークの発生については、長さＬが０．
３ｍｍ以上になると、ランプ始動時に筒状体１４ａ，１
４ｂから放電が開始されるものが１０本のうち２本以上
確認されたが、長さＬが０．２５ｍｍ以下の場合には１
本も確認されなかった。

【００５５】この原因も、２５０Ｗメタルハライドラン
プと同様で、筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２の放電空
間１内に延在する部分の長さＬが長すぎる場合にバック
アークが発生し易いためである。このように長さＬが大
きくなれば、バックアークの発生がしやすくなるという
ことは、筒状体１４ａ，１４ｂの放電空間側の端面と、
電極コイル４ａ，４ｂの距離が短くなることに起因して
バックアーク発生の確率が高くなるからであると考えら
れる。そうであれば、バックアーク発生の確率と距離Ｘ
および長さＬの間に何らかの相関関係があると見ること
ができる。

【００５６】そこで、図１３に示すように横軸を距離Ｘ
（ｍｍ）、縦軸を長さＬ（ｍｍ）とした座標系におい
て、上記２５０Ｗのメタルハライドランプの実験データ
（Ｘ＝１．６ｍｍ）の場合と、７０Ｗのメタルハライド
ランプの実験データ（Ｘ＝０．６ｍｍ）の場合につい
て、図１１、図１２の実験結果の値をプロットした。図
１３のグラフにおいて×は、１０本の試験ランプのうち
バックアークが発生したＬの値を示す点、白丸もしくは
黒丸は、それぞれのランプ電力の試験ランプにおいて１
０本中１本もバックアークが発生しなかったときのＬの
値を示す点である。

【００５７】ここで、各ランプ電力の実験データにおい
てバックアークが生じなかったＬの値のうち最大値とな
る点Ｃ、Ｄを結んだ直線の方程式を求めると、Ｌ＝０．
４４Ｘとなる。したがって、ランプ電力が２５０Ｗおよ
び７０Ｗのメタルハライドランプの特定のＸの値に対し
ては、Ｌ≦０．４４Ｘを満たせばよいことが分かる。

【００５８】そこで、２５０Ｗと７０Ｗのランプ電力の
メタルハライドランプについて上記第１の最適化条件を
満たす範囲でＸを適当に異ならせてバックアークの発生
の確認実験を行ったところ、他の距離Ｘに対してもＬ≦
０．４４Ｘの要件を満たせば、バックアークの発生しな
いことが判明した。したがって、２５０Ｗタイプと７０
Ｗタイプのメタルハライドランプについて一般的にＬ≦
０．４４Ｘの条件式を満たせば、バックアークの発生を
阻止できると言える。

【００５９】上述のように、距離Ｘが第1の最適化条件
を満たす範囲内において、０≦Ｌであれば、色温度の変
化を抑えることができたのであるから、Ｌ≦０．４４Ｘ
の条件式とあわせて、長さＬの最適な範囲は、０≦Ｌ≦
０．４４Ｘと定義することができる（以下、この長さＬ
の範囲に関する条件を「第２の最適化条件」とい
う。）。

【００６０】以上述べたように、ランプ電力をＰ
（Ｗ）、放電空間１側の細管部３ａ，３ｂにおける端面
から、細管部３ａ，３ｂ側の電極コイル４ａ，４ｂの端
面までの距離をＸ（ｍｍ）、発光部２側の放電空間１内
に延在する筒状体１４ａ，１４ｂの長さをＬ（ｍｍ）と
した場合に、第１の最適化条件（Ｘ≧０．００５６Ｐ＋
０．１９４）、かつ第２の最適化条件（０≦Ｌ≦０．４
４Ｘ）を満たせば、２５０Ｗタイプか７０Ｗタイプかに
かかわらず、ライフ中の色温度の変化を許容範囲内に抑
えることができると共にバックアークの生じないのメタ
ルハライドランプが得られる。

【００６１】つまり、垂直方向点灯時に下方側に位置す
る細管部３ａもしくは３ｂの隙間λに沈み込む発光金属
の量を抑制できることから、発光金属の十分な蒸気圧が
得られ、水平方向点灯時の発光金属の蒸気圧との差が小
さくなり、点灯方向による色温度変化が少ないメタルハ
ライドランプを実現することができるものである。な
お、上記実施の形態では、２５０Ｗタイプおよび７０Ｗ
タイプのメタルハライドランプについてのみ具体的な測
定結果を示したが、例えば３５Ｗの低ワットから４００
Ｗの高ワットまでの他のランプ電力のメタルハライドラ
ンプについても同様の実験を行った結果、上記第１と第
２の最適化条件を同時に満たせば、点灯中の色温度変化
を少なくすることができ、バックアークも発生しないこ
とが確かめられた。

【００６２】これにより、実用可能なほぼ全てのメタル
ハライドランプについて、安定的な点灯のため、上記第
１と第２の最適化条件を同時に満たすことが必要である
と言える。なお、第１の最適化条件においては、距離Ｘ
の上限は定義されていないが、メタルハライドランプの
ランプ電力に応じて、その発光管のバルブの大きさや電
極間距離などが自ずから定まり、これに伴って距離Ｘの
上限値も定まるので、特に問題は生じない。

【００６３】＜変形例＞本発明の技術的範囲は、上記実
施の形態に限られないことは言うまでもなく、例えば、
次のような変形例を考えることもできる。 （１）上記実施の形態では、コイル状の筒状体１４ａ，
１４ｂは、電極ピン５ａ，５ｂの基端部のみを包囲する
ように外挿されていたが、電極支持体６ａ，６ｂが長
く、その先が放電空間内までに及んでいるような場合に
は、図１４に示すように、電極支持体６ｂの放電空間側
の先端部の径を小さくし、その部分を包囲するようにコ
イル状の筒状体１４ｂが外挿されてもよい。細管部３ａ
側も同様である。

【００６４】さらには、図１５に示すように電極ピン５
ｂおよび電極支持体６ｂの双方を包囲するようにコイル
状の筒状体１４ｂが外挿されるように構成にしても、上
述したのと同様な効果が得られる。細管部３ａ側も同様
である。なお、上記図１４、１５においては、便宜上電
極支持体６ｂを黒く塗りつぶして、その先端の位置が分
かり易いようにしている。

【００６５】（２）上記実施の形態では、筒状体１４
ａ，１４ｂとして、モリブデンなどの金属線を密に巻回
したコイル形状のものを用いたが、耐熱性と熱伝導性を
有すれば、他の材料、例えばタングステンなどが使用さ
れてもよい。また、形状も細管部内面との隙間を閉塞す
る形状であればよいので、上述のコイル形状のものに限
らず、例えば、チューブ形状等の筒状体でも良く、さら
には図１６に示すように、チューブ形状の筒状体１４ａ
（１４ｂ）の周面に必要に応じて軸方向に切り込み部分
１７ａ（１７ｂ）を有していても同様の効果が得られ
る。

【００６６】このように筒状体１４ａ，１４ｂに切り込
み部分１７ａ，１７ｂを設けることにより、電極ピン５
ａ，５ｂ又は電極支持体６ａ，６ｂに筒状体１４ａ，１
４ｂを外挿する作業が容易となり、生産性が向上する。
さらに筒状体の材質についても上記金属以外に、例えば
導電性サーメットを用いても構わない。

【００６７】（３）上記実施の形態では、発光部２に細
管部３ａ，３ｂを焼きばめした発光管（図２参照）を用
いた例について説明したが、発光部と細管部とを一体成
型した発光管を用いても同様の条件が導き出される。図
１７は、当該一体型の発光管４０の構成を示す断面図で
ある。同図に示すように、発光管４０は、発光部４１と
細管部４２ａ，４２ｂが一体に成形されており、細管部
４２ａ，４２ｂから発光部４１に繋がる部分４３ａ，４
３ｂが漏斗状になっている（以下、この部分を、「漏斗
部」という。）。そのため、図２の発光管８において上
記距離Ｘや長さＬの測定の基準としていた細管部３ａ，
３ｂの放電空間側の端面に該当するものが発光管４０に
はない。

【００６８】そこで、本変形例では、図１８の部分拡大
図に示すように、当該漏斗部４３ｂ（漏斗部４３ａ側も
同じ）において、その内径ｄ'が、細管部４２ｂの内径
ｄの１．２５倍となる管軸方向の位置Ｒを基準位置とし
て、この基準位置から距離Ｘ、長さＬを測定することに
より、上記図２の発光管８で求めた最適化条件（すなわ
ち、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦
０．４４Ｘ）が、一体型の発光管４０にもそのまま適用
できることを実験により確認した。

【００６９】（４）なお、発光金属の沈み込みは、メタ
ルハライドランプをその管軸が鉛直方向になる状態で使
用した場合に、特に下方の細管部の隙間λで生じること
は、既述の通りである。そうであれば、使用時における
ランプの方向が限定されている場合には、筒状体を必ず
しも双方の細管部に設けなくてもよく、当該使用時に下
方にくる細管部にのみ筒状体を設けておけばよいことに
なる。

【００７０】しかし、点灯方向に制限のないランプの場
合には、使用者が最終的にどちらを下にして使用するか
をメタルハライドランプの組み立て段階で確定すること
は困難なので、上記実施の形態のように双方の細管部に
筒状体を設け、それらにおける距離Ｘおよび長さＬが上
記第１、第２の最適化条件を同時に満足するようにする
のが望ましい。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るメタ
ルハライドランプによれば、電極が鉛直方向に向くよう
にして点灯させた場合でも、細管部内に沈み込む発光金
属の量を、従来よりも少なくすることができる。この結
果、点灯中、放電空間内の蒸気圧をほぼ一定に保つこと
ができ、長時間連続点灯させても色温度変化が少なく、
安定した特性を有するメタルハライドランプを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるメタルハライドラ
ンプの構成を示す正面図である。

【図２】図１に示したメタルハライドランプが備える発
光管の構成を示す断面図である。

【図３】図２の発光管の一方の細管部の部分拡大断面図
である。

【図４】図１，２に示した構成を有するメタルハライド
ランプ（２５０Ｗ）において、コイルにおける細管部側
の端部から、細管部における放電空間側の端部までの距
離Ｘを変化させた場合の、点灯中の色温度変化を示すグ
ラフである。

【図５】図１，２に示した構成を有するメタルハライド
ランプ（７０Ｗ）において、コイルにおける細管部側の
端部から、細管部における放電空間側の端部までの距離
Ｘを変化させた場合の、点灯中の色温度変化を示すグラ
フである。

【図６】図４のグラフにおける上記距離Ｘと色温度の変
化量との関係を示す表である。

【図７】図５のグラフにおける距離Ｘと色温度の変化量
との関係を示す表である。

【図８】上記距離Ｘとランプ電力Ｐの関係を求めるた
め、上記図６，７の表に示される実験結果を、グラフ上
にプロットした図である。

【図９】２５０Ｗのメタルハライドランプにおいて、電
極ピンに外挿されている筒状体が、細管部端面から放電
空間に延在している長さＬと色温度の変化量との関係を
示す表である。

【図１０】７０Ｗのメタルハライドランプにおいて、電
極ピンに外挿されている筒状体が、細管部端面から放電
空間に延在している長さＬと色温度の変化量との関係を
示す表である。

【図１１】図１，２に示した構成のメタルハライドラン
プ（２５０Ｗ）において、細管部における放電空間側の
端部から、筒状体の放電空間側の端部までの長さＬを変
化させた場合の、点灯中のバックアークの発生確率を示
す表である。

【図１２】図１，２に示した構成のメタルハライドラン
プ（７０Ｗ）において、細管部における放電空間側の端
部から、筒状体の放電空間側の端部までの長さＬを変化
させた場合の、点灯中のバックアークの発生確率を示す
表である。

【図１３】上記距離Ｘと長さＬの関係を求めるため、図
１１，１２に示される実験結果を、グラフ上にプロット
した図である。

【図１４】本発明の変形例に係る発光管の構成を示す部
分拡大断面図である。

【図１５】本発明の別の変形例に係る発光管の構成を示
す部分拡大断面図である。

【図１６】本発明に係る発光管における筒状体の変形例
を示す外観斜視図である。

【図１７】本発明のさらに別の変形例に係る発光管の構
成を示す断面図である。

【図１８】図１７に示す発光管における一方の細管部側
の詳細を示す部分拡大断面図である。

【図１９】従来のメタルハライドランプにおける発光管
の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１０１ 放電空間 ２，４１，１０２ 発光部 ３ａ，３ｂ，４２ａ，４２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ
細管部 ４ａ，４ｂ，１０４ａ，１０４ｂ 電極コイル ５ａ，５ｂ，１０５ａ，１０５ｂ 電極ピン ６ａ，６ｂ，１０６ａ，１０６ｂ 電極支持体 ７ａ，７ｂ，１０７ａ，１０７ｂ シール材 ８，４０，８０ 発光管 １４ａ，１４ｂ 筒状体 １７ａ，１７ｂ 切り込み部分 ４３ａ，４３ｂ 漏斗部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西浦 義晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5C015 JJ01 5C043 AA05 AA07 CC03 CD01 DD15 DD17 EB14 EC01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に放電空間が形成される発光部と、
   前記発光部の両端部に設けられた孔に内嵌されて取着さ
   れる一対の細管部とからなるバルブと、 先端部に電極コイルを有し、前記放電空間内において対
   向して配置される一対の電極と、 それぞれ、前記細管部に内挿され、放電空間側の端部で
   前記電極を支持すると共に、その反対側の端部が細管部
   の前記放電空間と反対側の端部から突出し、シール材に
   より前記細管部に封止される一対の電極支持体と、 耐熱性かつ熱伝導性を有する材料からなり、少なくとも
   一方の細管部側における、前記電極ピンおよび電極支持
   体のうちの少なくとも一方に外挿される筒状体とを備
   え、 ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記細管部の前記放電空間側の
   端面から、前記電極コイルの前記細管部側の端面までの
   距離をＸ（ｍｍ）、前記細管部の放電空間側端面から前
   記筒状体の当該放電空間方向へ延出する長さをＬ（ｍ
   ｍ）とすると、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ
   ０≦Ｌ≦０．４４Ｘの関係が成り立つことを特徴とする
   メタルハライドランプ。
2. 【請求項２】 内部に放電空間が形成される発光部と一
   対の細管部が一体として形成されてなるバルブと、 先端部に電極コイルを有し、前記放電空間内において対
   向して配置される一対の電極と、 それぞれ、前記細管部に内挿され、放電空間側の端部で
   前記電極を支持すると共に、その反対側の端部が細管部
   の前記放電空間と反対側の端部から突出し、シール材に
   より前記細管部に封止される一対の電極支持体と、 耐熱性かつ熱伝導性を有する材料からなり、少なくとも
   一方の細管部側における、前記電極ピンおよび電極支持
   体のうちの少なくとも一方に外挿される筒状体とを備
   え、 ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記細管部から前記発光部に繋
   がる部分のうちその内径が細管部の内径の１．２５倍と
   なる位置を基準位置とし、この基準位置から、前記コイ
   ルの細管部側の端面までの距離をＸ（ｍｍ）、前記基準
   位置から前記筒状体の前記放電空間方向に延出する部分
   の長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋
   ０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４４Ｘの関係が成り立つ
   ことを特徴とするメタルハライドランプ。
3. 【請求項３】 前記筒状体は、コイルであることを特徴
   とする請求項１又は２に記載のメタルハライドランプ。
4. 【請求項４】 前記コイルは、各ターン間の隙間がない
   密着型のコイルであることを特徴とする請求項３記載の
   メタルハライドランプ。
5. 【請求項５】 前記筒状体の、前記放電空間と反対側の
   端面は、前記電極支持体にほぼ当接していることを特徴
   とする請求項１から４のいずれかに記載のメタルハライ
   ドランプ。
6. 【請求項６】 前記筒状体は、筒体であり、その周面に
   は軸方向に切り込みが設けられていることを特徴とする
   請求項１から５のいずれかに記載のメタルハライドラン
   プ。
7. 【請求項７】 前記筒状体は、モリブデンおよびタング
   ステンのうち一種の金属からなることを特徴とする請求
   項１から６のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
8. 【請求項８】 前記発光部は、透光性セラミックからな
   ることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の
   メタルハライドランプ。