JP2006236985A

JP2006236985A - 高圧金属蒸気放電ランプおよび照明器具

Info

Publication number: JP2006236985A
Application number: JP2006010213A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogata; 博之緒方; Satoru Iwazawa; 哲岩沢; Makoto Bessho; 誠別所; Hiroshi Watanabe; 央渡邉
Original assignee: Osram Melco Toshiba Lighting Ltd
Current assignee: Osram Melco Toshiba Lighting Ltd
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】一対の電極および始動補助用のグロースタータを備えた高圧放電ランプにおいて、始動が容易であるとともに発光効率や光束維持特性の向上がはかれた高圧金属蒸気放電ランプおよび照明器具を提供することを課題としている。
【解決手段】耐熱透光性気密容器からなる発光管バルブ４０内に一対の電極５ａ，５ｂが対向配設され、発光および放電媒体として5〜20kPaのアルゴンガスおよびハロゲン化物などを封入した定格ランプ電力が400W以下の発光管４と、少なくとも波長200nm〜460nmの紫外線を放射をするグロースタータ８１を含む始動回路構成部と、上記発光管４、シュラウド６および始動回路構成部ならびにこれらを支持するサポート部材７を収容した外管バルブ１とを備えている高圧金属蒸気放電ランプＬ１およびこのランプＬ１を用いた照明器具である。
【選択図】図１

Description

本発明は、外管バルブ内に発光管を有し、この発光管を囲続する耐熱透光性のシュラウドをサポート部材に支持させるとともに始動用のグロースタータを備えた高圧金属蒸気放電ランプおよびこの放電ランプを用いた照明器具に関する。

高圧金属蒸気放電ランプは、発光管内の両端に互いに対向して一対の電極およびこの電極の少なくとも一方側に近接して補助電極が設けられるとともに内部に水銀や発光金属のハロゲン化物が発光媒体として封入されている。また、この放電ランプは高効率、高演色を得るため温度を高めるとともにサポート部材などの酸化対策として、不活性ガスや窒素ガスあるいは真空雰囲気とした外管バルブ内に発光管が封装された二重管構造としてある。

そして、この放電ランプの始動は発光管内の一方の電極とこの電極に近接して設けた反対電位が加わる補助電極との間で放電を生起させた後、この放電を両端の電極間に移行して所定の発光が行われる。

このような高圧金属蒸気放電ランプにおいて、たとえばメタルハライドランプは、放電媒体としてハロゲン化物が封入されていて、ランプ始動時にハロゲンによる電子吸着作用により初期電子が不足して、補助電極を設けたにも拘らず始動特性がよくないという不具合があった。

そこで、この対策として初期電子を増やすことが有効な手段であることから、発光管の内部にプロメチウムPm₁₄₇などの放射性物質を封入することが行われていたが、この放射性物質は取り扱いおよび保管管理作業などに煩わしい規制があり、近時ではこの放射性物質に替わる始動補助部材としグロースタータ(点灯管)などからなる紫外線を放射する始動素子を用いる技術が開発され実用化されている。

この始動素子は、たとえば技術文献１に記載のように、バルブ内にアルゴンガスや水銀などを封入したグロースタータ(点灯管)などを外管内に配設し、始動時、グロースタータのグロー放電によってアルゴンガスや水銀から発生した紫外線を電極に向け照射して初期電子数を増加させるとともに、蛍光ランプのグロースタータと同じ原理でバイメタルの開放時に安定器から高圧パルスを発生させこれを補助電極に印加して、近接した他電位の主電極との間に放電を生起させ、両端の主電極間の放電へと移行して放電ランプの始動を行わせるものである。
特開２００３−１００２５６号公報

上記のようにグロースタータ(点灯管)などの紫外線放射始動素子を用いたことによりランプの始動特性はよくなってきたが、点灯経過とともに光束の低下が大きく、すなわち点灯経過に伴う光束維持特性の低下が注目されるようになってきた。

本発明者はこの光束維持特性の低下原因について種々究明した結果、
高管壁負荷と始動時の電極構成物質のスパッタリングが管壁の黒化を招き光束の早期低下を来たす原因となっていることを突き止めた。また、このスパッタリングは経時による電極の劣化につながるので、始動電圧が上昇するという不具合にもつながる。

この光束維持特性の向上手段としては、管壁負荷を低下させる方法があるが、管壁負荷を低下させるために放電路長を大きくして発光管の内表面積を大きくした場合には発光効率の低下や始動性の悪化を招く問題がある。このため管壁負荷は、相反して変化する光束維持特性と発光効率や始動性などのランプ特性を全て満足する範囲でなければならない。

また、希にではあるが電極のハロゲンとの反応による侵蝕が甚だしい場合には、黒化した部分が内部に封入したガスを吸着してガス圧の低減を来しランプの短寿命を招く不具合があった。

この現象は、定格ランプ電力が４００W以下の補助電極を備えていないランプにおいては特に目立って大きく、その原因は始動時において供給される初期電子が少ないことに起因すると推定される。他に電極物質のスパッタリングを低減させる手段として封入ガス圧を高める方法もあるが始動電圧の上昇を招く問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、一対の電極を有する発光管および始動補助用のグロースタータを備えた高圧放電ランプにおいて、始動が容易であるとともに発光効率および光束維持特性の向上がはかれる高圧金属蒸気放電ランプおよび照明器具を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に記載の高圧金属蒸気放電ランプは、耐熱透光性気密容器からなる発光管バルブ内に一対の電極が対向配設され、放電媒体として５〜２０kPaのアルゴンガスおよびハロゲン化物などを封入した定格ランプ電力が４００W以下の発光管と、この発光管を囲続して配設された耐熱透光性部材からなる円筒状のシュラウドと、この発光管およびシュラウドを支持したサポート部材と、サポート部材に支持され、少なくとも波長２００〜４６０nmの紫外線を放射するグロースタータを含む始動回路構成部と、上記電極および始動回路構成部に電気的に接続した給電部材と、上記発光管、シュラウドおよび始動回路構成部ならびにこれを支持するサポート部材を収容して気密雰囲気にある外管バルブとを具備していることを特徴としている。

発光管内の一対の電極と、この電極と並列的に始動器として接続した始動回路構成部の紫外線を発生するグロースタータ(点灯管)とが始動時に同時に通電され、グロースタータが蛍光ランプのグロースタータと同じ原理でバイメタルの開放時に安定器から高圧パルスを発生させるとともに、グロースタータのグロー放電によってアルゴンガスや水銀などの発光物質から発生した紫外線を発光管に向けて照射し、初期電子数を増加して放電ランプの始動を容易に行わせることができる。

本発明ではランプ電力に適応した小径の発光管バルブが用いられ、始動用の補助電極を設けることによる不具合発生の多い定格ランプ電力が４００W級以下の放電ランプにおいて、発光管内に封入するアルゴンガスの封入圧を適性範囲内に規制することにより補助電極を設けなくても、ランプの始動性および光束維持特性を向上できる。

すなわち、定格ランプ電力４００W以下のバルブ内径が、通常、１０〜２０mm程度と小径化された発光管は、バルブの一端に２本の封着導体が埋設されることは相互が近接して接触のおそれがあったり、異種部材が埋設された封止部における歪量も多くなって強度的にも弱くクラック発生などの危険度も高かった。

しかし、本発明の発光管は、発光管バルブの一端に１本の封着導体を封止するのみなので封着導体相互が短絡するおそれがなく、また封止部の歪量を低減してその強度を高めることができる。また、電極の近傍に始動用の補助電極を設けていないので、ランプの安定点灯時に管内で発生する不純物質の発生量を低減できる。

また、封入するアルゴンガス圧が高まると始動電圧の上昇を招く不具合があるが、本発明では始動時に紫外線を放射するグロースタータを外管バルブ内に収容していることにより封入圧を最大２０kPaにまで可能とすることができる。

また、発光管およびこの発光管を囲続して配設されたシュラウドは、両端部が枠状のサポート部材で支持されている。このサポート部材は、発光管への給電部材と電気的に接続されていてもよいが、絶縁して支持させ電位がかからないようにしてもよく、この場合は、光電子作用によってハロゲン化ナトリウムを封入した発光管からナトリウムが抜け出るのを防ぐ作用を奏する。

また、本発明では、発光管に近接するとともに囲続して配設したシュラウドによって放熱が遮蔽されるため、発光管バルブの温度が全体的に上昇し、最冷部をなすバルブ内端部の電極の根元部をも昇温するので、バルブ内に封入した発光金属を加熱して蒸気圧を高め発光効率や演色性を高めることができる。

さらに、万一、発光管バルブが破損しガラス片などが飛散しても、シュラウドがこれを阻止ないしは衝撃を緩和して外管バルブに及ぼす応力を低減して、外管バルブの破損を防止して安全上も大いに寄与できる。

本発明でいう定格ランプ電力が４００W以下のランプとは、ランプ点灯中の入力電力がほとんど４００W以下であるものを意味し、ランプ点灯中に時おり入力電力が４００Wを少々超えるランプにまで適用できるものである。

本発明が適用できる高圧金属蒸気放電ランプは、たとえば、メタルハライドランプ、ショートアークメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどで発光管が外管バルブ内に封装された二重管などの多重管構造をしていているランプに適用できる
本発明の請求項２に記載の高圧金属蒸気放電ランプは、発光管の管壁負荷ＢＬ（W／cm²）が１４≦ＢＬ≦１７の範囲であることを特徴としている。

１５〜４５mmの離間距離を隔て対向配設した電極を有する発光管を囲いシュラウドを設けたものにおいて適正な管壁負荷ＢＬとすることにより、所望の発光効率、光束維持特性や始動特性を呈する発光管が得られる。

なお、発光効率と光束維持特性や始動特性との間には相反する関係にあるが、管壁負荷ＢＬ（W／cm²）が１４未満であると、発光効率が低下したり始動特性が悪化するといった不具合があり、また、管壁負荷ＢＬ（W／cm²）が１７を超えると光束維持特性の著しい低下を招くなどの不具合がある。

なお、管壁負荷の低下に伴う始動特性の悪化は、発光管の内径が同一の場合には発光管長を大きくして発光管内表面積を大きくする分、電極間距離が長くなることに基ずくものである。

したがって、シュラウドにより増加した発光効率の分だけ管壁負荷ＢＬを低減させることによって、同じ発光効率を保ちながら光束維持特性を向上することができる。

なお、上記管壁負荷ＢＬ（W／cm²）を規定する管壁部分とは、発光管バルブ端部を除く電極先端部間の間隔に対応する内壁部分の面積をいう。

本発明の請求項３に記載の高圧金属蒸気放電ランプは、紫外線を放射するグロースタータが、内部にバイメタル電極を有するとともにアルゴンなどを主体とする希ガスおよび必要に応じて水銀が封入されていることを特徴としている。

グロースタータは点灯管であって、バルブ内に一対のバイメタル電極あるいは少なくとも１個のバイメタル電極と固定電極とで構成されているとともにアルゴンArなどの希ガスおよび必要に応じて水銀が添加された放電媒体が封入されている。そして、上記バイメタル電極が放電熱に応動したスイッチング作用をなすとともに希ガスや水銀が波長２００nm〜４６０nmの紫外線(２００nm未満や４６０nmを越える波長を含んでいてもよい。)の少なくとも一部を放射して始動補助体としての作用をする。

上記グロースタータのバルブは紫外線透過性の石英ガラスやホウケイ酸ガラスなどの硬質ガラス、軟質ガラスあるいはセラミックなどの材料を用い形成することができる。

本発明の請求項４に記載の高圧金属蒸気放電ランプは、紫外線放射するグロースタータの少なくとも一部がシュラウド外周面の仮想延長線内にあることを特徴としている。

シュラウド(発光管)の中心軸とグロースタータの中心とが合致しているのが紫外線の照射が多く最も好ましいが、円筒形状をなすシュラウドの外周面をサポート部材側に延長した仮想線の内側にグロースタータの少なくとも一部が存在するよう配置すれば、所定の紫外線が直線状またはシュラウドの内表面や外表面で反射して発光管に向かって効率的に放射されることから、上記請求項１に記載と同様な作用を奏する。

すなわち、本発明では紫外線を発生するグロースタータ(点灯管)の配設位置をシュラウドの仮想延長線内とすることにより、その始動の確実性を高めることができた。また、グロースタータは、エージングのときの方向によりバルブ内面に被着するエミッタの位置が異なり、このエミッタ被着部分が紫外線の透過を遮蔽していることがあるのでその取付け方向には注意を要する。

本発明の請求項５に記載の高圧金属蒸気放電ランプは、シュラウドが、少なくとも発光管バルブの内端部を覆う長さを有していることを特徴としている。

高圧金属蒸気放電ランプは、点灯時の発光管内の圧力はランプ電力や大きさにも因るが１００kPa〜５００kPa程度になり、不測の事態、たとえば寿命末期には発光管バルブの劣化や点灯回路の不具合に起因する異常電流などによって内圧が上昇したときなどに、その圧力に耐えきれず発光管バルブの破裂を招くことがある。

このシュラウドが長いほど発光管バルブ破裂の際のガラス片などの飛散を防ぐことができ、発光管の全長以上を覆うようにしてもよいが、最低でも発光管の内端部間を覆っていればよい。また、バルブの最冷部を形成する内端部が保温されることにより所定の作用を奏する。

本発明の請求項６に記載の照明器具は、器具本体と、この器具本体内に配設された上記請求項１ないし５のいずれか一に記載の高圧金属蒸気放電ランプと、この高圧金属蒸気放電ランプに接続した点灯回路装置とを具備していることを特徴としている。

上記請求項１ないし５に記載の発光効率(光束維持特性)の低下やランプ電圧（始動特性）の上昇を来たすことがない高圧金属蒸気放電ランプを組み込んでいるので、発光特性の向上がはかれるとともに、万一、発光管バルブが破損してもガラス片を飛散させることがない安全性の高い照明器具を提供できる。

この照明器具は、器具内に点灯回路装置を備えていても、器具外に点灯回路装置を設けランプと接続されているものであってもよい。

この照明器具は、店舗、ホール、地下街、オフィスやスポーツ施設などの照明用として、高い発光特性を呈することができる。

請求項１の発明によれば、始動時に電極構成物質のスパッタリングを低減するために発光管に封入したアルゴンガス圧を高くしても、外管バルブ内に収容したグロースタータが紫外線を放射するので、始動時の発光管内における初期電子数が増加される結果、放電の生起がし易くなりランプの始動特性の向上がはかれる。また、発光管内壁の黒化を抑制して寿命中の光束維持特性の向上がはかれるとともに短寿命の発生を防止した高圧金属蒸気放電ランプを提供することができる。

請求項２の発明によれば、シュラウドで囲った発光管の管壁負荷値ＢＬ（W／cm²）を規制することにより、高い発光効率または光束維持特性や始動特性が得られる。すなわち、発光効率および始動特性と光束維持特性との間には相反する関係にあるが、管壁負荷ＢＬ値を規制することで所望の特性を呈する高圧金属蒸気放電ランプを提供することができる。

請求項３の発明によれば、グロースタータが点灯管であって、バイメタル電極が放電熱に応動したスイッチング作用をなすとともに放電媒体による紫外線放射がなされランプの始動特性の向上がはかれる。

請求項４の発明によれば、発光管に向けグロースタータからの紫外線放射を効率よく照射させることができランプの始動を容易に、かっ、確実に行わせ始動に要する時間の短縮がはかれる高圧金属蒸気放電ランプを提供することができる。

請求項５の発明によれば、万一、発光管バルブが破損してガラスが飛散してもシュラウドを設けたことにより、この飛散を阻止ないしは衝撃を緩和して外管バルブに及ぶ応力を低減でき外管バルブの破損を防止して安全性の向上がはかれるとともに発光管バルブを保温して発光金属の蒸気圧を高め発光効率や演色性などの発光特性を向上した高圧金属蒸気放電ランプを提供できる。

請求項６の発明によれば、上記請求項１ないし５のいずれか一に記載の効果を有する高圧放電ランプを組み込んでいるので、発光特性や始動性の向上がはかれるとともに、万一、発光管バルブが破損してもガラス片を飛散させることがない安全性の高い照明器具を提供することができる。

以下,本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る高圧金属蒸気放電ランプとして、メタルハライドランプの概略を示す正面図、図２は図１に示す高圧金属蒸気放電ランプの点灯回路の概略図である。

この図１に示すメタルハライドランプL１は定格電力が２００〜４００Wで、一端部にステム２を封止した外管バルブ１内に配設したサポート部材７に、発光管４およびこの発光管４を囲続した透光性のシュラウド６の端部を支持させた構成となっている。

これら各部分を詳述すると、外管バルブ１はホウケイ酸ガラスなどの透光性の硬質ガラスからなり、中央部に膨出部１１を有するとともに図示上部側の閉塞されたトップ部１２および下部側のネック部１３に小径部分を有するいわゆるＢＴ形をなしている。このネック部１３側にはステム２が封止られた封止部(図示しない。)を有する気密雰囲気をなし、この封止部を覆ってE形の口金３が取付けられている。

また、この外管バルブ１内に封装された発光管４は、ランプの定格によっても異なるが、透光性気密容器を形成する肉厚が１．０mm〜２．０mm程度で、内径１０〜２０mm程度、長手方向の内側端部の間隔が２５〜６０mm程度の直管(Ｔ)形の石英ガラスからなる発光管バルブ４０の両端部に圧潰封止部４ａ，４ｂを有し、このバルブ４０内には１５〜４５mmの間隔を隔て対向配置したタングステンＷなどで構成した一対の電極５ａ，５ｂが設けられている。

上記圧潰封止部４ａ，４ｂ内にはリボン状のモリブデンＭｏからなる金属箔４１ａ，４１ｂが気密に封止られていて、この金属箔４１ａ，４１ｂの内寄りには上記電極５ａ，５ｂが、バルブ４０の外寄りにはモリブデンＭｏ線などからなる外部導入線４２ａ，４２ｂがそれぞれ溶接やかしめ止めなどの手段で接続されている。

また、発光管バルブ４０内には、発光および放電媒体として所定量の水銀と金属ハロゲン化物および５kPa〜２０kPaのアルゴンガスが封入してある。

なお、希ガスとしてはアルゴンＡｒガスが適しているが、分圧比で１０％以下、好ましくは５％以下のネオンＮｅなどの他の希ガスが混入されていてもよい。また、金属ハロゲン化物としては、よう素Ｉや臭素Ｂｒなどのハロゲンと、ナトリウムＮａ、スカンジウムＳｃ、セシウムＣｓやディスプロシウムＤｙなどの少なくとも一種の発光金属とが封入され、発光効率、演色性や色温度などの特性向上をはかっている。

また、透光性シュラウド６は、石英ガラスなどの耐熱透光性の材料からなる上下端部が開口した円筒形状をなし、内部の発光管４と所定の間隔を隔て全体を囲緯するとともに発光管４と略同じ全長でもって配設されている。また、このシュラウド６の外面の全長に亘り、耐熱性のセラミックスなどの無機系繊維を編んだ線状の補強体６３が５〜２０ターン巻装してある。

外管バルブ１内における上記発光管４およびシュラウド６は、モリブデンＭｏやステンレスなどの線材や板状体を略長四角形状の枠状に成形したサポート部材７に上下両端部を係止する金属製の保持板６０，６０を介し保持されている。

このサポート部材７は、下方側７２(ネック部１３側)の部材が上記ステム２に支持した金属部材(図示しない。)などに締結などの手段で固定されたり、ステム２に植設した導入線２１，２２とは別の外部導入線を有していないサポート線(図示しない。)などに固定して支持されている。すなわちサポート部材７は、上記導入線２１，２２や後述する給電線などの発光管４への給電部材と相互に電気的接続はされていない。

そして、上記シュラウド６は、サポート部材７中間の所定位置にシュラウド６の端面とほぼ同形のリング状に打ち抜き複数箇所に起立片６１，…、６２,…を設けた保持板６０，６０を両端部に当て起立片６１,…を起立させてシュラウド６の端部を外側から抑えたり内外面の両側から挟むようにするとともに一部の起立片６２,…をサポート部材７に溶接やかしめなどの手段で接続することにより固定保持されている。

また、上記保持板６０,６０は、上記シュラウド６の両端を保持するとともにシュラウド６内の発光管４の封止部４ａ，４ｂを切起片(図示しない。)で挟圧することにより発光管4を保持固定している。

なお、サポート部材７の上方側の側面に金属製の羽根状の弾性(ばね)部材７３，７３を設け、この弾性(ばね)部材７３，７３をバルブ１のトップ部１２の内周面に弾性当接することにより、上記発光管４およびシュラウド６が外管バルブ１の中心軸上にあるよう、また、耐振性を高めることができる。また、図示していないがサポート部材７7の下方側の側面にも弾性(ばね)部材を設け外管バルブ１のネック部１３の内周面に弾性当接するようにしてもよい。また、図中７７,…は、サポート部材７や給電線７４，７５などの間を橋絡して補強する電気絶縁物からなるブリッジ部材である。

この外管バルブ１内における電気的接続は、たとえば図２に示す点線で囲った範囲内の回路構成となっている。すなわち、ステム２の一方の導入線２１は給電線７５、外部導入線４２ａを介し一方の電極５ａと接続し、ステム２の他方の導入線２２は給電線７４、発光管バルブ４０と遠ざかるよう湾曲して離した細線からなる給電線７６、外部導入線４２ｂを介し他方の電極５ｂと接続している。また、発光管４の上下の電極５ａ，５ｂと並列的に始動回路構成部８０が接続されている。

この始動回路構成部８０は、始動用のグロースタータ(点灯管)８１、バイメタルを用いた熱応動スイッチ８２、抵抗８３を直列接続したものからなる。なお、図中、８８は交流電源、８９は安定器などで、これら部品で点灯回路装置を構成している。また、点線内は放電ランプL１の外管バルブ１内に封装された部品である。

なお、上記グロースタータ(点灯管)８１の構成は、たとえば石英ガラスからなるバルブの一端部に一対のリード線を気密に封着した封止部が形成され、バルブ内には一対のリード線に接続され所定の放電間隔を隔て対峙して設けられた少なくとも一方がバイメタルからなる電極を有するとともにアルゴンＡｒが所定圧力封入されている。

そして、グロースタータ８１は、通電時に相互のバイメタル電極間あるいはバイメタル電極と固定電極との間にグロー放電が生起して、このグロー放電によりアルゴンＡｒガスから発生する紫外線を放射する。

そして、本発明では紫外線の放射があるグロースタータ８１の配設方向は問わないが、この実施の形態ではグロースタータ８１が、発光管４の中心軸とほぼ同軸上にあって、しかも紫外線透過が最も多いバルブの封止部側を発光管４に指向して給電線７４，７５などに取り付けられている。

すなわち、グロースタータ８１は、放電電極に形成されたエミッタ物質がエージング時に飛散して、バルブ内面の特定箇所たとえばこの場合はバルブのトップ(頂)部側にエミッタ物質などが多く被着することにより不透明となっていて紫外線の放射が阻害されるので、封止部側を発光管４に向けている。

また、この実施の形態では発光管４およびシュラウド６はサポート部材７に支持されているが、何ら電気的に接続していない電位のかからないサポート部材７であって、発光管４内の電極５ａ，５ｂへの電気的接続はステム２の導入線２１，２２から給電線７４，７５などの別の給電部材により行われる。

そして、図１に示す高圧金属蒸気放電ランプL１は、ＢＴ型の外管バルブ１内に発光管４を収容した二重管構造のメタルハライドランプとして、鉛直や水平状態あるいは傾斜状態で点灯される。

このメタルハライドランプL１の点灯は、ランプL１をソケットに装着して電源８８から安定器などを有する点灯回路装置８９を介し通電される。この点灯回路装置８９に接続されたランプL１は、始動時、口金３の端子部(図示しない。)と電気的に接続した導入線２１，２２、と給電線７４，７５を介し発光管４内にある電極５ａと電極５ｂおよび給電線７４，７５に並列的に接続したグロースタータ８１などからなる始動回路構成部８０の両端間に電圧が印加される。

この電圧印加によって、グロースタータ(点灯管)８１、熱応動スイッチ８２、抵抗８３を直列接続した始動回路構成部８０の抵抗が小さくインピーダンスの低いグロースタータ８１内のバイメタル電極とこの電極と離間した固定電極間または離間した一対のバイメタル電極間からなる放電電極間でグロー放電が生起し、グロースタータ８１のほぼ透明な封止部側から紫外線が放射され発光管４の一方の端部の電極５ａ，５ｂに向け紫外線が照射される。そして、このグロースタータ８１内のバイメタル電極が放電により加熱され、熱湾曲(応動)して他極と接触することにより放電が停止する。

すなわち、発光管４の放電空間内に存在する電極５ａ，５ｂに、電極構成金属の仕事関数以上のエネルギをもつ紫外線が照射された場合、電極５ａ，５ｂ表面から電子が放出され、この初期電子数が増加して電極５ａ，５ｂ間に放電が生起し易くなる。

そして、グロースタータ８１内のバイメタル電極が冷えてきて放電電極と離れた瞬間に、点灯回路装置８９の安定器に高圧パルスが発生して両電極５ａ，５ｂにこの高圧パルスが印加されると放電が電極５ａ，５ｂ間に生起して発光管４を短時間のうちに容易に始動するとともに、その後は安定した点灯を持続させることができる。

なお、両電極５ａ，５ｂ間で放電が生起すれば発光管４の温度が上昇して熱応動スイッチ８２が開放され、グロースタータ８１を含む始動回路構成部８０への電気的接続も遮断され、この点灯中はグロースタータ８１に再びグロー放電が発生することがない。

このように、本発明の高圧金属蒸気ランプＬ１は、グロースタータ８１を発光管４の電極５ａ，５ｂに向け配設したことで、始動時、発光管４内における初期電子数が増加される結果、グロー放電が生起し易くなって始動が確実となり、かつ発光管４内のアルゴンガスを５KPa〜２０KPa封入したことで、始動に要する時間が短縮され始動特性の向上がはかれる。

また、始動時における電極物質のスパッタリングが低減されるため点灯経過における光束の早期低下の少ない光束維持特性の向上がはかれ、短寿命の発生を抑制した放電ランプＬ１を提供できる
なお、本発明では、始動時にグロースタータ８１から発光管４に向けて多量の紫外線が照射されるのが好ましく、できれば両者間は空間であるのが望ましい。また、グロースタータ８１の近くに配設されたサポート部材７や給電線７４，７５あるいは始動回路構成部品などを反射体として作用させグロースタータ８１からの紫外線を発光管４に照射するよう、グロースタータ８１は各サポート部材７、給電線７４，７５や始動回路構成部品などの間に配設されるのがより好ましい。

また、万一、発光管バルブ４０が破損しガラス片が飛散しても、発光管４を囲続してシュラウド６およびこのシュラウド６の補強のため外周に巻装した線状の補強体６３を設けたことにより、飛散を阻止ないしは衝撃を緩和して外管バルブ１に及ぶ応力の低減がはかれ、外管バルブ１の破損を防止して安全上も大いに寄与できる。また、上記シュラウド６および補強体６３を、透光性の部材で形成してあるので光束の低下が殆どない。

また、このランプL１は発光管４に近接して配設したシュラウド６によって発光管４の放熱が遮蔽されるため、発光管バルブ４０はさらに昇温する。すなわち、この温度上昇は発光管バルブ４０の全体に及び最冷部を形成する内端部の電極５ａ，５ｂの根元部をも昇温するので、バルブ４０内に封入された発光金属がよく蒸発して蒸気圧を高め発光効率や演色性などの特性を向上した高圧金属蒸気放電ランプＬ１を提供できる。

なお、鉛直点灯されるランプは、発光管バルブ４０の上下封止部４ａ，４ｂ間において温度差が生じ、温度が低くなる下方側封止部の近傍に発光金属が偏って溜まり所定の発光効率や演色性を得ることができない場合がある。

このようなことの生じる虞がある発光管は、予め両端封止部４ａ，４ｂ近傍の成形形状を変えるとか、下方側に位置する封止部近傍の周壁にアルミナ粉末を塗布して保温膜を形成するなどの対応により発光管バルブ４０上下の封止部４ａ，４ｂ間に生じる温度差を解消できる。

さらに、この高圧金属蒸気放電ランプL１は、発光管４やシュラウド６を支持するサポート部材７を電気的に接続していない場合には電位がかかっておらず、発光管４他端側の電極５ｂへの給電は遠く離した細線からなる給電線７６で行われるので、点灯時に光電子作用によって発光管バルブ４０内からナトリウムイオンなどが抜け出すことを防止でき、放電ランプLの発光効率が低下したり、ランプ電圧を上昇させて短寿命に至らせるなどのことがなかった。

また、本発明者等は上記グロースタータ８１を付設した上記構成の高圧放電ランプＬ１の、始動特性および光束維持特性について試験を行った。

試料のランプは、定格電力が４００Wのメタルハライドランプで、最大外径が約１１６mm、長さが約２９０mmのＢＴ形をなす外管バルブ１と、この外管バルブ１内に肉厚が約１.５mm、内径が約１８mm、全長が約９０mm、放電空間部（両内端部間）長さが約６０mm、電極間距離が約４０mmで形成した発光管バルブ４０内に発光および放電媒体としてＳｃ−Ｎａ−Ｉ−Ｂｒからなるハロゲン化物を約２５mg、水銀を約６０mgおよびアルゴンＡｒガスを封入し、補助電極がない一対の主電極５ａ，５ｂを対向配設した石英ガラスからなる発光管４と、この発光管４を囲続して肉厚が１．５〜２．０mm、例えば約１．８mm、外径が約３６mm、全長が約９０mmの円筒形状をした石英ガラスからなる透光性のシュラウド６と、下記グロースタータ８１を含む始動回路構成部品とがサポート部材７により支持され、窒素Ｎ₂ガス雰囲気にある外管１内に収容して構成されている。

また、グロースタータ８１は、紫外線透過性の軟質ガラスからなる外径が約１２mm、全長が約３０mmのバルブ内にバイメタル電極からなる
電極およびアルゴンＡｒガスを封入して構成され、上記外管バルブ１内のシュラウド６外面の仮想延長線内において略平行してグロースタータ８１のバルブ端部と発光管４端部との距離を約３０mm、グロースタータ８１のバルブ端部と電極５ａとの最短距離を約５０mmとした状態で配置した。

上記で発光管４に封入するアルゴンＡｒガスの封入圧を除き同一構成とし、このアルゴンＡｒガスの封入圧を変化させて高圧放電ランプを製造(各試料１０本)し、その特性を同一装置で点灯して測定した結果を図３および図４にグラフで示す。

図３において、横軸はアルゴンガスの封入圧力kPa(キロパスカル)、縦軸は始動時間(スイッチインから発光管内のアーク放電発生までに要した時間…秒)を対比させたもので小円は平均値、縦棒線はばらつきの範囲を示す。

また、図４において横軸は点滅回数(点灯サイクルは定格電圧で１０分点灯−２０分消灯の繰り返し…回)、縦軸は光束維持率(点灯初期の全光束値を１００%として上記点滅回数経過に伴う光束の低下率…%)を対比させたもので、経過線に付した数値はアルゴンＡｒガスの封入圧(例…１３は１３kPa)を示す。

図３から明らかなように、アルゴンガスの封入圧が５〜２０kPaの範囲内であれば放電ランプは「JEL208:メタルハライドランプ（低始動電圧形）日本電球工業会」に定義される始動時間を十分に満足できる短時間での始動が可能であるとともに始動時間のばらつきも小さかった。また、この封入圧が５kPa未満の場合は、スイッチイン後のグロー放電は容易に生じるが、アーク放電に移行するまでに要する時間が長く、また、封入圧が２０kPaを超える場合は、グロー放電からアーク放電に移行するに要する時間は短いが、始動電圧が高くなるのでグロースタータからの紫外線照射が行なわれていてもスイッチオンからグロー放電を生じるまでの時間が長くなったり、特に低温雰囲気においてはグロー放電が生じにくい傾向にあり、好ましくは８〜１７kPaの範囲内がよかった。

また、図４から明らかなように、アルゴンガスの封入圧が５〜２０kPaの範囲内であれば、良好な光束維持特性を呈する高圧放電ランプが得られた。なお、上記からアルゴンＡｒガスの封入圧は、許容される始動時間の範囲において、高い方が好ましい。

また、４０mmの離間距離を隔て対向配設した電極を有する発光管を備えた上記定格ランプ電力が４００Wのランプにおいて、透光性のシュラウド６を設けた場合と、設けていない場合とでは、発光管バルブ４０の表面に図５に示すような温度差が生じている。図５（ａ）は垂直状態にある発光管バルブ４０の温度測定点を、図５（ｂ）は図５（ａ）に対応する測定点の温度（℃）（横軸）を示す。

図５（ｂ）中の温度分布から明らかなようにシュラウド６の有無により発光管バルブ４０の上方側では約５０℃、下方側では約１００℃の温度差があり、シュラウド６を設けたランプは管壁負荷ＢＬ（W／cm² ）が高まり、表１にその初期特性を示すように発光効率（ｌｍ／Ｗ）や平均演色評価数（演色性）が向上できる。

また、図６は管壁負荷と光束維持率および始動確率との関係を対比したグラフで、横軸に管壁負荷（W／cm² ）を、縦軸に初期光束（１００％）に対する定格寿命時における光束維持率（％）および定格寿命時における始動確率（定格電源電圧の９０％印加で１分以内に点灯すれば合格とした。）を示す。

なお、図６に示す測定では、発光管の内径を同一とした異なる放電路長の発光管を複数本用意して、発光管の内表面積を異ならせることによって管壁負荷を変化させている。

図６から明らかなように、管壁負荷（W／cm² ）が１７を超えると光束維持率は４５％を下回り、また、管壁負荷（W／cm² ）が１４以下であると始動確率が１００％以下となって規格から外れるランプが発生するので好ましくない。

なお、上記図３ないし図６は定格ランプ電力が４００Wのメタルハライドランプであるが、この４００Wのランプより電極間距離を含む発光管や外管などの寸法が小さい定格２００W,３００Wのランプにおいても、上記アルゴンＡｒガス封入圧が５〜２０kPaの範囲内であれば４００Wのランプと同様に発光効率、演色性、光束維持特性および始動時間などの発光特性の向上が得られることを確認できた。

また、図７および図８は本発明に関わる他の高圧金属蒸気放電ランプＬ２の実施の形態を示し、図７は正面図、図８は側面図で、図中、図１と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

この高圧金属蒸気放電ランプＬ２は、始動回路構成部に特長を有するもので、図１に示すランプＬ１に比べグロースタータ８１の配設位置を発光管４に近付けるとともに、シュラウド６の仮想延長線より十分内方の発光管４中心軸近くにしてグロースタータ８１から放射される紫外線の電極５ａへの照射効率を高めるようにしている。また、セラミックヒータで限流抵抗８３を構成することにより、発光管が始動しない場合、その熱によって始動回路構成部のバイメタルスイッチを開き、開回路とすることによって始動パルスを停止する機能を備えている。

また、図９は本発明に関わる例えば高圧金属蒸気放電ランプL１を装着したスポーツ施設照明用などの高天井用の照明器具９の実施の形態の概略を示す縦断面図である。

この図９において照明器具９は、天井面などへの取付部をなす基台９１にソケット９２が取着されているとともにこのソケット９２を囲みガード９３が設けられている。そして、このガード９３の下端には金属板やほうろう製の円錐状をし内面に反射面が形成された反射笠９４が固定され、上記ソケット９２に放電ランプL１の口金３が装着されることにより保持と電気的な接続がなされる。

なお、この実施の形態では上記基台９１、ガード９３および反射笠９４などで器具本体を構成している。また、ランプの点灯回路装置８９および電源スイッチ(図示しない。)は器具本体とは別の所に設けられている。

このような照明器具９は、たとえばスポーツ施設の天井面に反射笠９４の開口部側を下方に向けて取付けられ、電源スイッチを入れることにより電源８８から点灯回路装置８９、ソケット９２を介して放電ランプL１に通電される。

そして、この反射笠９４内で口金３側を上方(ベースアップ)にした垂直状態にあるランプL１が点灯されると、ランプL１からの可視光は反射面で反射され、あるいは直接に開口部を透過して、被照射物であるコートやグランド面を照射して所定の照度をることができる。

したがって、上記高圧金属蒸気放電ランプL１を用いた本発明の実施の形態に係わる照明器具９は、ランプL１に対応して発光効率、光束維持率や始動性などの発光特性の向上がはかられるとともに安全性が向上できる。したがって、不所望な光反射、光吸収や光遮蔽などを生じたり、経時とともに汚れ可視光の透過率を下げて器具の発光効率を低下させる要因となる強化ガラスや金網などからなる飛散防止用の保護カバー部材などの配設を省くことが可能な照明器具９を提供できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限るものではない。たとえば、発光管バルブを形成する材料としては、石英ガラスに限らずホウケイ酸ガラスやアルミノシリケートガラスなどの酸化ケイ素を主成分とする耐熱透光性高シリカガラスあるいはアルミナ、イットリア、マグネシア、ルビーやサファイアなどからなる透光性セラミックを用いることにより、発光特性、耐熱性、耐蝕性や電気絶縁性などを満足できる。

この発光管バルブの形状は、円筒形、長円形、球形などの単一形状や複合形状をしたものからなり、端部に形成される封止部の形態はガラスの場合は圧潰封止やシュリンク(焼き絞り)封止などが、また、セラミックの場合はディスクやキャップによる封止を採用することができる。また、発光管バルブの封止部内に封止られる導入導体は金属箔に限らず、金属線であっても差支えない。

この発光管内に設けられる一対の電極は、タングステンＷやモリブデンＭｏなどの高融点金属材料で形成された、電極軸にタングステンＷ線などを巻装したり、タングステンＷ粉末などの焼成体であったりあるいは電極軸自体が電極として構成されていてもよい。

また、対向配設された一対の電極間距離が１５〜４５mmの間隔を隔てたランプに適用して補助電極付きランプと同等の結果が得られた。また、電極間距離が４５mmを超えた場合は始動に時間がかかったり甚しいときには始動しないなどの不具合がある。

また、この発光管バルブ内に封入される発光および放電媒体としては、水銀、発光金属のハロゲン化物や希ガスなどが用途や特性などに応じて適宜選択して用いられる。

シュラウドは、上記発光管バルブと同様な石英ガラス、硬質ガラスやセラミックスなどの耐熱透光性の材料を用いることができ、その肉厚は、1.0〜3.0mm程度の範囲のもので、形状は円筒形状をなしている。このシュラウドを二重管として耐衝撃強度を高めるようにしてもよい。

また、このシュラウドの強度を高める手段として、上記実施の形態では外周面に耐熱性のセラミックスなどの無機系繊維からなる線状の補強体を巻装したが、この補強手段として線状の補強体に限らず、シュラウドの外周面に耐熱性の材料で形成したメッシュ状などの補強体を巻装することにより対応させてもよい。

また、シュラウドの表面に蛍光体膜、光拡散膜、紫外線を反射や吸収する遮断膜などの被膜あるいは光拡散用の凹凸面などが形成してあっても差支えない。

このシュラウドのサポート部材への取り付けは、シュラウドの端面とほぼ同形のリング状の金属板の複数箇所に起立片を設けた保持板を両端部に当て起立片を起立させてシュラウドの端部を外側から抑えたり内外面の両側から挟むようにするとともに一部の起立片をサポート部材やバンド部材に溶接などの手段で接続することにより固定したり、シュラウドの端部の相対した部分に軸方向に切込みを設け、この一対の切込みを発光管を固定するバンド部材に装着するなどの手段で係止するようにしてもよい。

また、発光管およびシュラウドを支持する枠状のサポート部材は、光電子作用を回避するため電位のかからない構成としたが、ハロゲン化ナトリウムを封入しない発光管などにおいては電極への給電部材として用いられてサポート部材に電位がかかるものであってもよく、また、発光管およびシュラウドの上下端部分の支持が分離した2部品からなる構成のサポート部材であってもよい。

また、外管バルブは、石英ガラスまたはホウケイ酸ガラスやアルミノシリケートガラスなどの硬質ガラスあるいはソーダライムガラスなどの軟質ガラスからなり、形状はＡ形、ＡＰ形、Ｂ形、ＢＴ形やＥＤ形などに形成されているものを用いることができる。

また、この外管の内部は、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気あるいは真空雰囲気などの気密雰囲気としてある。すなわち、外管バルブ内に不活性ガスまたは窒素ガスを低圧封入するか真空雰囲気とすることにより、点灯時に高温となる発光管構成部材、サポート部材やステム構成部材の酸化などを防止するとともにランプの再始動時間を短縮したり、万一の外管バルブ破損時の破裂を防止できる。

さらに、本発明に係わる照明器具は、放電ランプを鉛直状態で点灯するものに限らず、水平や傾斜状態で点灯する器具にももちろん適用できる。

本発明の実施の形態に係る高圧金属蒸気放電ランプの概略を示す正面図である。図１に示す高圧金属蒸気放電ランプの点灯回路の概略回路図である。発光管に封入するアルゴンガスの封入圧(kPa−キロパスカル)と、始動時間(秒)とを対比させたグラフである。ランプの点滅回数(回)と、光束維持率(%)とを対比させたグラフである。図（ａ）は垂直状態にある発光管バルブの温度測定点を、図（ｂ）は図（ａ）に対応する測定点の温度（℃）（横軸）を示す。管壁負荷と光束維持率および始動確率との関係を対比したグラフである。本発明の実施の形態に係る他の高圧金属蒸気放電ランプの概略を示す正面図である。図７に示すランプの側面図である。本発明の実施の形態に係る高圧金属蒸気放電ランプを装着したスポーツ施設照明用などの高天井用の照明器具の概略を示す正面図である。

符号の説明

L１，Ｌ２:高圧金属蒸気放電ランプ(メタルハライドランプ)
１：外管バルブ
４:発光管
４０:発光管バルブ
４ａ,４ｂ:封止部
５ａ,５ｂ:電極
６:シュラウド
７:サポート部材
８０:始動回路構成部
８１:グロースタータ
９:照明器具

Claims

耐熱透光性気密容器からなる発光管バルブ内に一対の電極が対向配設され、放電媒体として５〜２０kPaのアルゴンガスおよびハロゲン化物などを封入した定格ランプ電力が４００W以下の発光管と;
この発光管を囲続して配設された耐熱透光性部材からなる円筒状のシュラウドと;
この発光管およびシュラウドを支持したサポート部材と;
サポート部材に支持され、少なくとも波長２００〜４６０nmの紫外線を放射するグロースタータを含む始動回路構成部と;
上記電極および始動回路構成部に電気的に接続した給電部材と;
上記発光管、シュラウドおよび始動回路構成部ならびにこれを支持するサポート部材を収容して気密雰囲気にある外管バルブと;
を具備していることを特徴とする高圧金属蒸気放電ランプ。
発光管は、管壁負荷ＢＬ（W／cm² ）が１４≦ＢＬ≦１７の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の高圧金属蒸気放電ランプ。
紫外線を放射するグロースタータが、内部にバイメタル電極を有するとともにアルゴンなどを主体とする希ガスおよび必要に応じて水銀が封入されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧金属蒸気放電ランプ。
紫外線を放射するグロースタータの少なくとも一部が、シュラウド外周面の仮想延長線内にあることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の高圧金属蒸気放電ランプ。
シュラウドが、少なくとも発光管バルブの内端部を覆う長さを有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の高圧金属蒸気放電ランプ。
器具本体と;
この器具本体内に配設された上記請求項１ないし５のいずれか一に記載の高圧金属蒸気放電ランプと;
この高圧金属蒸気放電ランプに接続した点灯回路装置と;
を具備していることを特徴とする照明器具。