JP2006286400A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミック発光管に封入するメタルハライドの量を増やすことなく、効率的に対流を生じせしめ、メタルハライドガスの循環を活発にし、ひいてはランプの効率を高めると共に、その寿命性能を向上させることが可能なメタルハライドランプを提供する。
【解決手段】 メタルハライドランプは、セラミック発光管１と、セラミック発光管１を始動するための始動器１０と、セラミック発光管１および始動器１０を収容する外管バルブ２とを備える。セラミック発光管の本体部分１１は、その上部と比べ下部に向かって先細りとなる形状、例えば概略卵形の形状を点灯時において有するように構成されている。また、その下端部１２にはメタルハライドの液溜まり部を設けることができ、その断面は概略台形状とされる。
【選択図】 図２

Description

本発明はメタルハライドランプに係り、特に低電圧始動形のセラミックメタルハライドランプに関するものである。

メタルハライドランプは、発光管内に水銀、希ガスのほかに発光金属をハロゲン化合物の形で封入し、これにより演色性等を改善したランプである。このメタルハライドランプの効率を向上させるためには、発光管の温度を高めて、発光物質であるメタルハライドの蒸気圧を高めることが重要である。

このため、近年、耐熱性の高いセラミックスを用いたセラミックメタルハライドランプが多く用いられてきている。中でも、水銀灯安定器で点灯することが可能な、始動器内蔵型の低電圧始動式セラミックメタルハライドランプは、水銀灯のおよそ２倍の効率を持つことから、従来の水銀灯の代替品として、その普及が広く進んでいる。そのため、こうした低電圧始動式のセラミックメタルハライドランプは、上述した水銀ランプとの互換性を確保するため、ランプ電圧やランプ電流等において制約があり、効率向上のための改善も自ずと制限される。

ところで、発光管の形状、特に管軸方向に対して非対称とすることに関しては、例えば次の特許文献１に、発光管の肉厚、ひいてはその内容積を非対称とし、発光管の膨らみを防止する技術が述べられている。また、例えば次の特許文献２には、発光管の最冷部に凝縮する封入物質を制御し、光の利用効率を高めるために、発光管の形状をその管軸方向に対して非対称とする技術が述べられている。また更に、例えば次の特許文献３には、照射される光のむらを少なくしてランプの長寿命化を図るために、発光管形状を非対称とする技術が述べられている。

また、封入物と発光管との反応を抑制することについては、例えば次の特許文献４において、ディスク部の放電空間に面する側の表面に、ランプ点灯中、封入物である発光金属が溜まるための溝を形成する技術が述べられている。
特開平０５−２８３０４５号公報 特開平０９−３２６２４４号公報 特開２００３−１３２８４０公報 特開平１１−１４４６８２号公報

セラミックメタルハライドランプは、発光管の温度を高くしてその効率を高めるために、管壁における単位面積あたりの電気入力を高く設定している。このため、石英ガラス製の同ワットクラスの発光管と比較して、その電極間の距離が短く設定される場合が多く、発光管内部に封入したメタルハライドガスの循環が不十分となる場合が多々生じていた。これは高温となる電極間の容積が少ないことから十分な浮力が生じないために、対流が効率よく発生しないことに起因するものである。なかでも、始動器内蔵の低電圧始動型では、水銀ランプとの互換性を維持するためにランプ電圧が規制されており、そのためにランプ内に封入する水銀量を多くすることが出来ない。このことから、かかる傾向が強く現れることとなる。

従来技術では、このような条件下でもランプの効率を高めるために、例えば、封入するメタルハライドの量を多くし、そして、通常は、最冷部の温度で規制されるメタルハライドの蒸気圧よりも高めに設定することが行われている。しかし、多量のメタルハライドを封入した場合には、ランプの点灯中において、未蒸発のままで液状となったメタルハライドとセラミック発光管とが反応してしまい、これがランプの光束維持率に（したがって、寿命性能に）悪影響を及ぼすという副作用を生じてしまう。なお、最冷部温度を更に高めに設定した場合、メタルハライドの蒸気圧は高まり、ランプの効率は高くなるが、その寿命性能が劣化することは良く知られているところである。

従って本発明の目的は、セラミック発光管に封入するメタルハライドの量を増やすことなく、効率的に対流を生じせしめ、メタルハライドガスの循環を活発にし、ひいてはランプの効率を高めると共に、その寿命性能を向上させることが可能なメタルハライドランプを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、色温度のばらつきを抑制することが可能なメタルハライドランプを提供することにある。

上記目的は、セラミック発光管と、前記セラミック発光管を始動するための始動器と、前記セラミック発光管および前記始動器を収容する外管バルブとを備えたメタルハライドランプであって、前記セラミック発光管の本体部分が、その上部と比べ下部に向かって先細りとなる形状を点灯時において有するように構成されたメタルハライドランプにより、達成される。ここで、前記セラミック発光管の本体部分は概略卵形の形状を有することができる。

また、前記セラミック発光管の本体部分は、その下端部に前記セラミック発光管に封入されたメタルハライドの液溜まり部を有することが好ましい。前記液溜まり部の断面は概略台形状とすることができる。

本発明によれば、セラミック発光管に封入するメタルハライドの量を増やすことなく、効率的に対流を生じせしめ、メタルハライドガスの循環を活発にし、ひいてはランプの効率を高めると共に、その寿命性能を向上させることが可能なメタルハライドランプを得ることができる。すなわち、本発明のセラミック発光管形状とすることにより、少ないメタルハライド封入量にもかかわらずメタルハライドガスの循環が十分となり、メタルハライドの発光を管軸方向に対して均一化することにより、ランプ効率を高めると共に、ランプの寿命性能を向上させることが出来る。

また、セラミック発光管の本体部分の下端部に、セラミック発光管に封入されたメタルハライドの液溜まり部を設けることにより、色バラツキすなわち色温度のばらつきを抑制することができ、より性能の優れたメタルハライドランプを得ることができる。

以下、本発明の実施例について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るメタルハライドランプの一実施例を示す図である。本図は始動器内蔵式の低電圧始動形セラミックメタルハライドランプの構成を示すものであり、同図では、その内部構造が分かるように、その一部を切り欠いて示している。

セラミック発光管１は、図１に示すように、一例として、硬質ガラスからなる外管バルブ２の内部にステム５を介して気密に封止されており、そして、支持棒を兼ねたリード線４ａ、４ｂによって保持されている。この外管バルブ２の球状部２ａの内面には蛍光膜３が塗布されている。また、口金６は、上記外管バルブ２のネック部２ｂに、機械的にかしめ固定されており、これによってリード線との間が電気的に接続されている。

一方、グロー管７、電流制限用抵抗８、バイメタル（図示せず）からなる始動器１０は、リード線４ａ、４ｂに電気的に接続され、固定されている。反射板９は、例えば白色セラミック板からなり、上記外管バルブの球状部２ａとネック部２ｂと間の境界部分に配置されており、反射板９に設けた穴を貫通するリード線４ａ、４ｂによって固定されている。電流制限用抵抗８の一部は、反射板９に設けた穴を通じて、ランプ中心部に伸びている。これにより、外管バルブの球状部２ａと反射板９とで概略球状を形成する。

なお、外管バルブ２の内部には、窒素ガスが約二分の一気圧に減圧されて封入されている。一方、セラミック発光管１の内部には、始動ガスとして約１５ｋＰａのアルゴンガスと、バッファガスとして水銀５０ｍｇ、発光金属としてナトリウム、タリウム、並びに、ディスプロシウム等の希土類ヨウ化物が適量封入されている。

図２（ａ）、（ｂ）は、本発明による拡散形の低電圧始動形セラミックメタルハライドランプのセラミック発光管の一例をそれぞれ示す図である。本図は、上記図１に示したセラミック発光管１の封止前の、所謂、素管の詳細形状を示すものである。

まず、図２（ａ）において、セラミック発光管１の本体部分１１は、その上部と比べ下部に向かって先細りとなる形状を点灯時において有するように構成されており、管軸方向に対して非対称とされている。例えば、セラミック発光管１の本体部分１１は、図示のように概略卵形の形状（即ち、その回転軸上、上方に偏った円形（楕円）を回転して得られる回転体形状）をなしており、その径が太い方の先端部分（図の上部）は概略球形となり、他方、その下部は回転楕円体形となっている。この楕円形の長径は、概略、その短径の２倍程度に設定されている。すなわち、このような形状とすることにより、対流により循環するメタルハライドガスの流れを活発にすることが出来る。

また、図２（ｂ）の例では、上記図２（ａ）の場合と同様、セラミック発光管１の本体部分１１は、その上部と比べ下部に向かって先細りとなる形状を点灯時において有するように構成されており、管軸方向に対して非対称とされている。すなわち、発光管の上部を概略球形とし、その下部を回転楕円体形とし、そして、この楕円形の長径を短径の概略２倍としている。更に、図からも明らかなように、セラミック発光管１の本体部分１１の下部において、その先端部分（下端部）１２を、その断面が概略台形状になるように形成している。このセラミック発光管１の断面概略台形状に形成した下端部１２は、封入されたメタルハライドの液溜まり部として機能する。

図３は、比較のために用いる従来例のセラミック発光管１’の一例を示す図である。図では、セラミック発光管の封止前の素管の状態で示されている。この従来例のセラミック発光管は、図からも明らかなように、その本体部分１１’が、概略繭形の形状にされており、その上部及び下部共に概略球形である。

次に、上記構造のセラミック発光管におけるメタルハライドガスの循環について説明する。

まず、上記図２（ａ）に示した形状を有するセラミック発光管１は、図１の口金６を上向きにして点灯した場合、上述した概略卵形の形状により、セラミック発光管１の両電極間中心部のアークを形成するガスは、浮力により上方に上昇し、その後、セラミック発光管１の管壁に沿って下降する。このガスの流れは、その下降時において、発光管の上部と比べ下部に向かって先細りとなる形状の部分、すなわち発光管の管壁の狭められた部分では、その流速が早くなり、そのため、メタルハライドガスを大量に巻き込んで、再びアークに戻ることになる。このように、セラミック発光管１の本体部分の下部に向かって先細りとなる形状によれば、管内のメタルハライドガスは循環不足を生じることなく、アークに沿って、概略均一に発光することとなる。

本発明に係るセラミック発光管１により得られる性能を、従来例のセラミック発光管１’で得られる性能と比較して、以下に説明する。

まず、本実施例のランプを、例えば、定格電力２７０Ｗ、周囲温度２５°Ｃ、ベースアップの状態で裸点灯したところ、ランプ効率は１０５ルーメン／ワットであった。

これに対し、上記従来例のランプを、同様に、定格電力２７０Ｗで点灯したところ、ランプ効率は９２ルーメン／ワットであった。すなわち、本実施例によれば、従来例と比べて、ランプ効率を１４％程度向上することが出来る。

図４は、本発明および従来例のセラミック発光管の発光特性の一例をそれぞれ示すグラフである。本例は、透明な低電圧始動形セラミックメタルハライドランプのセラミック発光管１を用いた場合と、および、比較のため、上記従来技術のセラミック発光管１’を用いた場合における、ナトリウム原子の発光（５９０ｎｍ）による光強度の管軸方向の分布状態を比較したものである。同図のグラフにおいて、実線は本発明の特性、破線は従来例の特性である。また、横軸は下側電極からの管軸方向の距離（ｍｍ）であり、他方、縦軸は得られた光強度の相対強度（％）を表す。本図により本発明によるランプ効率向上の原因を説明する。

図４のグラフからも明らかな通り、本発明のランプは、従来例のものに比べ、光強度が管軸方向に対して均一化されていると共に、その強度自体が強められている。これは、上述した如く、本発明では発光管内の対流が活発になっていることに起因するものと推定される。

図５は、本発明および従来例のセラミック発光管の光束維持率の一例をそれぞれ示すグラフである。本図は、本発明による光束維持率の向上を示す図であり、ここでも、比較のために、上記従来技術のセラミック発光管１’による光束維持率を併せて示している。従来例では、封入するメタルハライドの量を、本発明の約１．５倍多く封入している。このようにしてランプの効率が本発明および従来例共に１０５ルーメン／ワットとなるように設定している。

図５のグラフからも明らかなように、従来例のセラミック発光管１’では、その光束維持率が低く、２０００時間で７０％まで低下し、その寿命に至ったため、その測定を打ち切っている。これに対し、本発明のランプでは、その光束維持率は１４０００時間を越えても７０％にまでは低下せず、十分なランプの寿命性能を維持すること、即ち、ランプの寿命性能を向上することが可能であることが分った。

更に、上記図２（ｂ）に示したセラミック発光管１では、上記に加えて、その下端に、断面概略台形状に形成した下端部１２を備えている。即ち、メタルハライドの液溜まり部を設けた構造を採用することにより、管内におけるメタルハライドの蒸発のばらつきを抑制することができ、従って色バラツキを抑制することが出来る。

すなわち、上記図２（ｂ）に示したセラミック発光管１を用いた場合には、色温度のばらつきは４２００Ｋ±４００Ｋであった。これは、上記図２（ａ）に示した発光管を用いた場合に得られた値である４２００Ｋ±５００Ｋと比較しても、約１００Ｋ程、色温度のばらつきを低減することが可能となることを意味する。

ちなみに、従来例になる図３のセラミック発光管を用いた場合には、その色温度のばらつきは、４２００Ｋ±４５０Ｋであり、これは、上記図２（ａ）に示す形状の発光管１により得られた値よりも小さいものとなった。これは、従来技術のセラミック発光管では、メタルハライドの蒸発が相対的に低いことによるものと推測される。

しかしながら、図２（ｂ）に示す形状の発光管１により得られた色温度のばらつきの値は、上記従来技術のセラミック発光管により得られた値に比較しても、十分に小さなものとなった。このことは、セラミック発光管１の形状を、上記図２（ａ）に示すように、本体部分１１の形状を下部で絞った形（概略卵形の形状）とすることにより、メタルハライドガスの循環を活発にしてランプの効率を高めることが出来るが、色温度のばらつきが多少低減してしまう（即ち、犠牲となる）。しかしながら、かかる問題点も、発光管１を上記図２（ｂ）に示す形状に、即ち、その下端部１２を概略台形状に形成することによって、十分に解消することが出来ることを意味している。即ち、上記図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す発光管１の形状は、それぞれ、その状況に適合して、適宜、選択すればよい。

本発明は、低電圧始動形セラミックメタルハライドランプにおいてランプ効率の改善を図ると共に、その寿命性能を改善し、更には、その色バラツキの低減を図るものであり、産業上の利用可能性を有する。

本発明に係る始動器内蔵式の低電圧始動形セラミックメタルハライドランプの一実施例を示す構成図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明で用いられるセラミック発光管の素管の一例を示す図である。 従来例のセラミック発光管の素管の一例を示す図である。 本発明および従来例のセラミック発光管の発光特性を示す図である。 本発明および従来例のセラミック発光管の光束維持率を示す図である。

符号の説明

１…セラミック発光管、２…外管バルブ、３…蛍光膜、４ａ、４ｂ…リード線、５…ステム、６…口金、７…グロー管、８…電流制限用抵抗、９…反射板、１０…始動器、１１…発光管の本体部分、１２…発光管の本体部分の下端部

Claims (4)

1. セラミック発光管と、前記セラミック発光管を始動するための始動器と、前記セラミック発光管および前記始動器を収容する外管バルブとを備えたメタルハライドランプであって、前記セラミック発光管の本体部分が、その上部と比べ下部に向かって先細りとなる形状を点灯時において有するように構成されたことを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記セラミック発光管の本体部分が、概略卵形の形状を有することを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
3. 前記セラミック発光管の本体部分が、その下端部に前記セラミック発光管に封入されたメタルハライドの液溜まり部を有することを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライドランプ。
4. 前記液溜まり部の断面が、概略台形状を有す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。

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