JP2005190742A - 金属蒸気放電ランプ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来よりランプサイズが小さく、しかもステムのクラックや外管の変形が生じにくい金属蒸気放電ランプを提供する。
【解決手段】 金属蒸気放電ランプ１００は、一方の端部がステム５によって封止された外管２と、この外管２内に収納され、かつ発光部４ａを有する発光管４とを備えており、外管２のステム５が封止された側と反対側の端部から、ステム５の発光管４側の端部までの距離をＬ１、発光部４ａの中心から、ステム５の発光管４側の端部までの距離をＬ２、外管２の外径をＤとした場合に、
５５ｍｍ≦Ｌ１≦８０ｍｍ、
Ｌ２≧３０ｍｍ、
１．８３≦Ｌ１／Ｄ≦２．７５
の各条件を同時に満たすように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属蒸気放電ランプ及び当該金属蒸気放電ランプを備えた照明装置に関する。

金属蒸気放電ランプ、例えばメタルハライドランプは、一般に発光管を外管に収納し、当該外管の端部をステムで封止して構成される（例えば、特許文献１）。
近年、メタルハライドランプは、その演色性の良さから、店舗などの屋内照明として需要があり、狭い空間においても設置できるように、当該メタルハライドランプの全長及び外径（以下、「ランプサイズ」という。）をできるだけ小型化することが強く要請されている。
特開平１１−９６９７３号公報

そこで、本発明者らは、前述の小型化の要請に応えるため、従来よりさらにランプサイズを小型化したメタルハライドランプを製作し、寿命試験を行った。その結果、１０００時間という短時間のうちに、ステムにクラックが生じる場合があることがわかった。これは、メタルハライドランプの全長を短くすることに伴って、発光管の中心とステムの距離が近づいたため、メタルハライドランプの点灯時と消灯時の温度変化が大きくなり、この結果、ステムに作用する熱応力が大きくなったことが原因であると考えられる。

また、外管の外径を小さくすることに伴って、外管の温度が異常に高くなる場合があることがわかった。このように外管の温度が高温になると、外管に変形が生じるおそれも想定される。
外管内には、外管内で発光管に電力を供給するための電力供給線同士で放電が生じるのを防止するため、不活性ガスが低圧で封入される場合があるが、上述のようにステムにクラックが生じたり外管が変形すると外気が外管内部に浸入し、これにより、マウントを構成する金属部材が酸化して脆化し、最悪の場合、メタルハライドランプの点灯不良となり、短寿命になることがある。

このような問題は、メタルハライドランプのみならず、一般に外管内に発光管を収納した金属蒸気放電ランプにおける小型化に際し、共通に生じ得る。
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであって、従来よりランプサイズが小さく、しかもステムのクラックや外管の変形が生じにくい金属蒸気放電ランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る金属蒸気放電ランプは、一方の端部がステムによって封止された外管と、前記外管内に収納され、かつ発光部を有する発光管とを備えた金属蒸気放電ランプであって、前記外管の前記ステムが封止された側と反対側の端部から、前記ステムの前記発光管側の端部までの距離をＬ１、前記発光部の中心から、前記ステムの前記発光管側の端部までの距離をＬ２、前記外管の外径をＤとした場合に、５５ｍｍ≦Ｌ１≦８０ｍｍ、Ｌ２≧３０ｍｍ、１．８３≦Ｌ１／Ｄ≦２．７５の各条件を同時に満たすことを特徴とする。

また、消費電力が３５Ｗ以上１５０Ｗ以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る照明装置は、光源として上記金属蒸気放電ランプを備えたことを特徴とする。

本発明に係る金属蒸気放電ランプによれば、外管のステムと反対側の端部からステムの発光管側の端部までの距離、外管のステムと反対側の端部からステムの発光管側の端部までの距離、および前記外管の外径の各値を所定の条件を満たすように設定することにより、ステムのクラックや外管の変形が発生しないようにしつつ、可及的にランプサイズを小さくすることができる。

以下、本発明をメタルハライドランプに適用させた実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係るメタルハライドランプ（以下、単に「ランプ」という。）１００の正面図である。なお、同図においては、内部の構造がわかりやすいよう外管２とスリーブ８は断面で示している。

同図に示すように、ランプ（定格電力７０W）１００は、例えば硬質ガラス製の略円筒状の外管２と、当該外管２内に収納された発光管４とを有している。
外管２の一方の端部は、ステム５によって封止され、この封止部を覆うようにして口金６が取り付けられている。また、外管２の他方の端部、つまりステム５とは反対側の端部には半球状の閉塞部２ａを有する。ステム５は、例えば硬質ガラス製である。

発光管４は、その外囲器が例えばアルミナセラミック製であり、内部に放電空間を形成する発光部４ａと、この発光部４ａの両端部に設けられた細管部４ｂ，４ｃとを有している。発光部４ａ内には、アルゴンガスなどの始動補助用の希ガスと、ハロゲン化金属等の発光物質と、水銀とがそれぞれ所定量封入されている。なお、発光部４ａ内の符号Ｃで示される点は、当該発光部４ａの発光中心を示す点である。この発光中心は、より具体的には、発光部４ａ内に対向して配設された１対の電極（不図示）の電極間距離の中間の位置に相当する。

また、細管部４ｂ，４ｃ内には、例えば導電性サーメット等からなる給電体（図示省略）が挿通され、かつ発光部４ａと反対側の端部において細管部４ｂ，４ｃと給電体との間の隙間に流し込まれたフリットガラスなどのシール材によって封止されている。
外管２内には、不活性ガスとして、例えば窒素ガスが常温で４４ｋPa〜４９ｋPa程度封入されており、また、発光管４が万一破損した場合に外管２が損傷することを防止するため、当該発光管４の周りを囲むようにスリーブ８が設けられている。

このスリーブ８は、例えば石英ガラス製であって、両端が開口した円筒形をしており、このスリーブ８を上下から挟むようにして配設された支持体１０や金属プレート１２などを介して、発光管４を囲繞する位置に保持されている。なお、本実施の形態では、スリーブ８の開口端は支持体１０と金属プレート１２によってほぼ全体が閉塞されているが、これに限らず例えば半分程度あるいは大半が開放されていてもよく、公知の種々の支持体や金属プレートを用いればよい。

電力供給線１４ａ，１４ｂは、ステム５に支持されると共に、その一端部がステム５から外管２の内部へ伸びて、発光管４の細管部４ｂ，４ｃの両端部から導出された、例えばニオブからなる外部リード線７ａ，７ｂに接合され、これにより、発光部４ａ内の一対の電極（不図示）に給電されると共に、発光管４が外管２内の所定位置に保持されるようになっている。

なお、符号１６で示す部材は、外管２内の不純物を吸着するための公知のゲッタである。
ここで、ランプ１００においては、図１に示すように、外管２の閉塞部２ａの端から、ステム５の発光管４側の端までの距離をＬ１、発光部４ａの発光中心（Ｃ点）から、ステム５の発光管４側の端までの距離をＬ２、外管２の最大外径をＤとし、各々の寸法の最適な範囲を、以下に示す３つの試験によって画定した。
（試験１）
図１と同様の構成を有するランプ１００において、Ｄの大きさを３０ｍｍ、Ｌ２を３０ｍｍと一定にして、Ｌ１を５０ｍｍから９０ｍｍまで変化させたものを１０本作製して、寿命試験（点灯時間が９０００時間になるまで、５．５時間点灯し０．５時間消灯する連続繰り返し試験）を行い、ステム５にクラックが生じるかどうかを調べた。

上記試験（以下、「試験１」という。）の具体的な仕様としては、放電空間内に封入する発光物質の量を、ＤｙＩ_３を０．５ｍｇ、ＨｏＩ_３を０．５ｍｇ、ＴｍＩ_３を０．５ｍｇ、ＮａＩを０．７ｍｇ、ＴｌＩを０．６ｍｇの計２．８ｍｇとし、始動補助用の希ガスとしてアルゴンを２０ｋＰａ封入したランプ１００を使用した。さらに、発光管４の発光部４ａは長さ１２ｍｍ、最大外径９．９ｍｍ、細管部４ｂ，４ｃは長さ１０ｍｍ、外径２．６ｍｍであり、細管部４ｂ，４ｃに放電空間の反対側の端部から流し込むガラスフリットの長さは４．５ｍｍとした。

試験１の結果を次の表１に示す。

同表に示すように、Ｌ１＝５０ｍｍの場合は、１０本中２本のランプ１００のステム５にクラックが発生しているため、「×」と判定した。
また、Ｌ１＝９０ｍｍの場合は、ステム５にクラックが発生していないものの、ランプサイズの小型化という観点からは、Ｌ１≦８０ｍｍであることが好ましいので、「△」と判定した。

そして、ランプサイズの小型化（Ｌ１≦８０ｍｍ）が実現でき、かつ、９０００時間という長時間にわたってステム５にクラックが生じることがないランプ１００については「○」と判定した。
試験１の結果から、Ｌ１の範囲は、５５ｍｍ≦Ｌ１≦８０ｍｍであることが好ましいといえる。

なお、このＬ１の上限は、さらなるランプサイズの小型化という観点から７０ｍｍ以下であることがより望ましい。
また、上記試験１においては、Ｄを３０ｍｍと一定にした場合についての具体的な結果を示したが、Ｄの大きさを２０ｍｍまで小さくしてもステム５にクラックが生じないことが実験により実証されている。
（試験２）
次に、上記試験１で得られた、Ｌ１の好ましい範囲（５５ｍｍ≦Ｌ１≦８０ｍｍ）において、最もランプ１００の小型化を実現することができるＬ１を５５ｍｍと一定にした場合において、Ｌ２を２５ｍｍから３５ｍｍまで変化させたランプ１００を１０本作製して、上記試験１と同様に寿命試験（以下、「試験２」という。）を行い、ステム５にクラックが生じるかどうかを調べた。なお、試験２においてはＤは３０ｍｍと一定にし、発光管４の寸法、放電空間内に封入した発光物質及び希ガス等の具体的な仕様も、試験１と同様とした。

試験２の結果を次の表２に示す。

同表に示すように、Ｌ２＝２５ｍｍの場合は、１０本中２本のランプ１００のステム５にクラックが発生しているため、「×」と判定した。そして、Ｌ２＝３０ｍｍ，３５ｍｍの場合はステム５にクラックが発生しなかったので「○」と判定している。

Ｌ２＝２５ｍｍの場合において、ステム５にクラックが生じたのは、前述のように発光部４ａの中心（Ｃ点）とステム５の距離が近づいたためステム５が高温になり、その内部に発生する熱応力が大きくなったことが原因であると考えられる。
試験２の結果から、Ｌ２の範囲は、Ｌ２≧３０ｍｍであることが好ましいといえる。
なお、上記試験２においては、Ｌ２が３５ｍｍより大きい値については、試験を行っていない。これは、Ｌ１を５５ｍｍと一定にしたため、Ｌ２を３５ｍｍより大きくすると、発光管４を外管２内に収納することが困難となるためである。すなわち、Ｌ２の範囲の上限は、外管２内に収納する発光管４の大きさに応じて実用上問題のない値に適宜決定される。

また、上記試験２においては、Ｌ１＝５５ｍｍと一定にした場合について試験を行ったが、Ｌ１が５５ｍｍより大きい場合であれば、それだけ外管２内の空間が広くなるので、この場合においてもＬ２≧３０ｍｍであるならば、ステム５にクラックが生じる確率を低く抑えることができると考えられる。
（試験３）
上記試験１，２より、Ｌ１＝５５ｍｍ、Ｌ２＝３０ｍｍとしたランプ１００であれば、最もランプサイズが小型である上、長時間にわたってステム５にクラックが生じないことがわかった。そこで、次に、Ｌ１を５５ｍｍ、Ｌ２を３０ｍｍと一定にした場合において、外径Ｄの最適な値を調べるためにＤを１５ｍｍから４５ｍｍまで変化させたランプ１００を作製し、外管温度を測定する試験（以下、「試験３」という。）を行った。ここで、外管温度は、ランプを常温下で水平点灯させたときの、発光部４ａ真上の外管外壁の温度である。ランプを水平点灯すると、発光管４内部の蒸気の対流により、アークは上方に湾曲しやすいので、発光管４においては発光部４ａの上部の温度が局所的に高くなりやすい。このため、外管２においては、発光部４ａ真上の温度が最も高くなると考えられる。

なお、発光管４の寸法、放電空間内に封入した発光物質及び希ガス等の具体的な仕様は、試験１と同様とした。
試験３の結果を次の表３に示す。

同表に示すように、外管２の外径Ｄを小さくするに連れて、外管温度が高くなる結果となった。これは、発光部４ａと外管２とが近づいたためである。
また、同表においては、外管温度が、外管材料である硬質ガラスの歪点約４９０℃に近くなると、外管２が脆くなったり、変形が生じるおそれがあるため、当該外管温度が４２０℃以上となった場合を「×」と判定した。また、Ｄが３０ｍｍより大きい場合は、外管温度の点では問題がないものの、ランプサイズの小型化という観点から「△」と判定した。そして、これら以外のＤ＝２０ｍｍ，３０ｍｍの場合を「○」と判定した。

ここで、ＤとＬ１との関係に着目すると、「○」と判定した場合のＬ１／Ｄの値は、Ｄ＝２０ｍｍの場合は、Ｌ１／Ｄ＝５５／２０＝２．７５、Ｄ＝３０ｍｍの場合は、Ｌ１／Ｄ＝５５／３０＝１．８３となるのでＬ１／Ｄの範囲は、１．８３≦Ｌ１／Ｄ≦２．７５であることが好ましい。
なお、試験３においては、Ｌ１を５５ｍｍとした場合の結果を示しているが、Ｌ１の値が、５５ｍｍ≦Ｌ≦８０ｍｍの範囲であるならば、Ｌ１／Ｄも上述の範囲であることが好ましい。
（その他）
なお、本実施の形態の各試験においては、すべて同じ大きさの発光管４を使用しているが、Ｌ１が５５ｍｍより大きい場合においては、光中心距離や配光特性などを考慮して、発光管４の全長を大きくしてもよい。

また、本実施の形態においては、定格電力が７０Ｗのランプ１００についての具体的な試験結果を示したが、定格電力が３５Ｗ以上１５０Ｗ以下のランプにおいても、上記試験結果から求められた条件を満たすようにランプを構成すれば、ステムなどにクラックが生じにくく、しかも従来よりランプサイズが小さいランプを提供することができる。
（照明装置）
本実施の形態で説明したランプを照明装置の光源として用いれば、従来よりコンパクトな照明装置を提供することができる。図２は、図１の構成を有するランプ１００を用いた照明装置２００の概略構成を示す断面図である。なお、ランプ１００はその内部がわかるよう一部を切り欠いて示している。

照明装置２００は、同図に示すように、例えば、天井に組み込まれるダウンライト用であって、天井２５０に埋設された装置本体２１０と、この装置本体２１０に装着されたランプ１００とから構成される。
装置本体２１０は、下広がり状の笠部２１２と、この笠部２１２内に配置され、かつランプ１００を着脱自在に装着するためのソケット部２１４と、このソケット部２１４に装着されたランプ１００を点灯させるための点灯回路２２０とを備え、天井２５０に形成された取付孔２５２に笠部２１２の外周が当接するように装着されている。

ソケット部２１４は、笠部２１２の上端に取り付けられ、かつ、天井と平行な方向（図中右方向）に延びるベース板２１６に装着されている。点灯回路２２０は、ベース板２１６における笠部２１２の外側に対応する部分に装着されたケース２２２内に収納されている。

本発明に係る金属蒸気放電ランプは、ランプサイズが小さい上、ステムのクラックや外管の変形が生じにくく、長時間にわたって使用することができるので、メタルハライドランプ等の金属蒸気放電ランプの用途に適用できる。

実施の形態に係るメタルハライドランプの正面図である。 図１のメタルハライドランプを用いた照明装置を示す図である。

符号の説明

２ 外管
２ａ 閉塞部
４ 発光管
４ａ 発光部
４ｂ，４ｃ 細管部
５ ステム
８ スリーブ
１００ メタルハライドランプ
２００ 照明装置

Claims (3)

1. 一方の端部がステムによって封止された外管と、
   前記外管内に収納され、かつ発光部を有する発光管と
   を備えた金属蒸気放電ランプであって、
   前記外管の前記ステムが封止された側と反対側の端部から、前記ステムの前記発光管側の端部までの距離をＬ１、
   前記発光部の中心から、前記ステムの前記発光管側の端部までの距離をＬ２、
   前記外管の外径をＤとした場合に、
   ５５ｍｍ≦Ｌ１≦８０ｍｍ、
   Ｌ２≧３０ｍｍ、
   １．８３≦Ｌ１／Ｄ≦２．７５
   の各条件を同時に満たすことを特徴とする金属蒸気放電ランプ。
2. 消費電力が３５Ｗ以上１５０Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載の金属蒸気放電ランプ。
3. 光源として請求項１または２に記載の金属蒸気放電ランプを備えたことを特徴とする照明装置。
   
   

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