JP2007220444A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 高効率な特性を発揮する水平点灯形、並びに、任意方向点灯形の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を収容する外管バルブ２とを備える。セラミック発光管１は、金属ハロゲン化物および水銀を封入した本体部分（１−１〜１−５）および本体部分端部１−２に一対の電極１−６を有する。セラミック発光管１の本体部分の周囲にわたって、本体部分中央部１−１の肉厚を本体部分端部１−２の肉厚よりも厚く形成する。例えば、中央部１−１の肉厚と端部１−２の肉厚との差は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、端部１−２の肉厚は０．９ｍｍ〜１．３ｍｍ、中央部１−１の幅は電極間の距離の１／２〜３／４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、特に水平点灯形、並びに、任意方向点灯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、並びに、放電空間の熱を逃がさないことが重要である。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。一般に、高圧蒸気放電ランプを水平で点灯する場合、アークの浮力により発光管内の放電は上方に湾曲するが、セラミックメタルハライドランプでは上述の如くメタルハライドの蒸気圧が高くアークが絞られることと、水銀蒸気は密度が高いことから湾曲する割合はより一層顕著となる。これにより、発光管の上部は管壁が過度に加熱されて変形が生じたり、ランプが破損したり、あるいは封入メタルハライドとセラミックスが反応して寿命性能を損なうおそれがある。

したがって、水平点灯用のメタルハライドランプでは封入物質にセシウムを添加することによりアークを太くし、結果的にアークの湾曲を抑制したり、あるいは、特許文献１に開示されている如く、発光管の上側肉厚を厚くして、管壁温度の過度の温度上昇を防止する方法、あるいはまた、特許文献２に開示されている如く、発光管の肉厚を全体的に厚くして上側管壁の温度が過度となることを防止する方法が採られている。
特開平０９−３０６４３０号公報 特開２００１−３１２９９８号公報

しかし、メタルハライドランプに発光物質としてセシウムを添加することは、セシウムの主要な発光が赤外放射であることから効率の低下をもたらすことなり、好ましくない。また、発光管の管壁を上下非対称とすることは、点灯する場合に、水平方向とした上で更に、上下方向を区別し指定する必要が生じ、一般的使い方としての利便性を損なうこととなる。また更に、発光管の肉厚を全体的に厚くすることは、放電空間の熱を管端部、ひいては封止用細管部へ逃がすこととなり、効率の低下をもたらすこととなる。

本発明の目的は、セラミック発光管を用いたメタルハライドランプにあって、その取扱いに格別の制限を設けず、高効率な特性を発揮する水平点灯形、並びに、任意方向点灯形の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、金属ハロゲン化物および水銀を封入した本体部分および前記本体部分端部に一対の電極を有するセラミック発光管と、前記セラミック発光管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の周囲にわたって前記本体部分中央部の肉厚を前記本体部分端部の肉厚よりも厚く形成したメタルハライドランプにより、達成される。

ここで、前記本体部分中央部の肉厚と前記本体部分端部の肉厚との差は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、前記本体部分端部の肉厚が０．９ｍｍ〜１．３ｍｍであることが好ましい。また、前記本体部分中央部の幅が前記電極間の距離の１／２〜３／４であることが好ましい。さらに、前記本体部分中央部は前記本体部分外側に帯状の凸部を有するようにすることができる。

本発明によれば、セラミック発光管を用いたメタルハライドランプにあって、その取扱いに格別の制限を設けず、高効率な特性を発揮する水平点灯形、並びに、任意方向点灯形メタルハライドランプを得ることができる。すなわち、本発明では、水平点灯時のセラミック発光管の上部管壁温度と下部管壁温度との差を少なくでき、上部管壁温度が過度に上昇することを防止し、また、管端部への熱の移動を少なくでき、管端部温度が過度に上昇することを防止できるとともに、効率向上を図ることができる。

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、これによって口金６とリード線４ａ、４ｂとの間が電気的に接続される。

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。
近接導体１１は太さ０．２ｍｍのモリブデン線からなり、発光管１の外形に沿って接触し設けられている。

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は、本発明による水平点灯形、拡散形、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断面図であるが、便宜上、一対の電極の配置を併せて示している。図示のように、セラミック発光管１は、本体部分中央部１−１と、本体部分端部１−２と、本体部分端部につながる細管部１−３とを備え、セラミック発光管１の本体部分の周囲にわたって、本体部分中央部１−１の肉厚を本体部分端部１−２の肉厚よりも厚く形成している。本図では、本体部分中央部１−１の肉厚部分を明確にするために、本体部分端部１−２と同じ肉厚とした場合の仮想線を点線１−４で示しており、この肉厚部分は該点線よりも外側に肉厚となっている。すなわち本例では、本体部分中央部１−１は、本体部分外側に帯状の凸部１−５を有する。

本体部分中央部１−１の肉厚と本体部分端部１−２の肉厚との差は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍが好ましい。この差が０．１ｍｍに満たないと効率向上の効果が十分でなく、また０．５ｍｍを超えると発光管の透過性が悪くなり、あるいは発光管にひずみが生じて歩留まりが低下するおそれがあるからである。上記のように肉厚の差を設定する場合、本体部分端部１−２の肉厚は０．９ｍｍ〜１．３ｍｍとすることが好ましい。この本体部分端部１−２の肉厚が０．９ｍｍに満たないと発光管が壊れやすくなり、また１．３ｍｍを超えると管端部への熱の移動が大きく、効率の低下が生じるからである。また、本体部分端部１−２には一対の電極１−６が設けられている。ここで、例えば、電極間距離Ｌは２２ｍｍ、発光管中央部１−１の内径Φは１８ｍｍである。以下、実施例を説明する。

本実施例では、図２に示すように、セラミック発光管１の本体部分中央部１−１の肉厚は本体部分端部１−２の肉厚よりも厚く形成されている。すなわち、相対的に見ると、本体部分中央部１−１は肉厚に形成されており、本体部分端部１−２は肉薄に形成されている。ここで例えば、定格入力２７０Ｗの場合、端部１−２の肉厚は１．０ｍｍ±０．１ｍｍであり、中央部１−１の肉厚は１．３ｍｍ±０．１ｍｍである。このような形状とすることにより、アークが上方に屈曲したとしても、セラミック発光管１の本体部分中央部１−１の上部の熱は側面、ひいては下面に伝達されて、均等化されることにより、局部的に過熱されることを緩和できると共に管端部への熱の伝導を少なくできる。

また、本実施例では管端部の曲面部分（端部１−２）を肉薄とし、直線部分（中央部１−１）を肉厚としているが、上記肉厚の帯状部分（中央部１−１）の幅Ｗは、アークの曲がりの程度を勘案して設計され、概略、電極間距離の１／２以上とし３／４以下（１／２〜３／４）とするのが適当である。この比率が１／２に満たないと効率向上の効果が十分でなく、また３／４を超えると効率が悪くなるからである。

なお、上述のとおり、本図では、発光管１の本体部分中央部１−１の肉厚部分を明確にするために、本体部分端部１−２と同じ肉厚とした場合の仮想線を点線１−４で示しており、肉厚部分は、該点線よりも外側に肉厚となっているが、上記熱伝導の理由から、肉厚部分は内側であっても、あるいは、内外に肉厚としても効率向上に関して同様な効果が得られる。ただし、本図のように点線１−４よりも外側に肉厚とする方が、発光管を型で作る場合に便利であり、また本ランプを他のランプと外観で見分けることができるという利点があるので、好ましい。また、本実施例では、外管内に不活性ガスを封入し、始動器を内蔵した水平点灯形としているが、真空の場合も同様であり、始動器の有無に関係なく、任意方向点灯形にも有効であることは明白である。
図２において、電極を封止する管端部の細管部１−３は本体部分端部１−２よりも若干肉厚としているが、これは上記理由からではなく、封止の強度を保つためである。

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、従来例の等厚なセラミック発光管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、水平の状態で裸点灯したところ、発光管中央部１−１の上部温度は１１１０℃、下部温度は１０１０℃、ランプ効率は１０３ルーメン／ワットであった。

これに対し、上記発光管中央部の肉厚を管端部と同じく１．０ｍｍ±０．１とした従来例のランプを、同様に、定格電力２７０Ｗで点灯したところ、発光管中央部１−１の上部温度は１１５０℃、下部温度は１０００℃、ランプ効率は１０４ルーメン／ワットであった。また、入力を減じて、上部温度が１１１０℃となる入力は２３０Ｗであり、そのときのランプ効率は９８ルーメン／ワットであった。すなわち、本発明の実施例によれば、従来例と比べて、発光管最高温度を約４０℃低下させることができ、ランプ効率を５％程度向上することが出来る。

また、上記発光管の中央部、並びに、管端部の肉厚をどちらも等しく１．２ｍｍ±０．１とした従来例のランプを、同様に、定格電力２７０Ｗで点灯したところ、発光管中央部１−１の上部温度は１１３０℃、下部温度は１０００℃、ランプ効率は９９ルーメン／ワットであった。また、入力を減じて、上部温度が１１１０℃となる入力は２５０Ｗであり、そのときのランプ効率は９７ルーメン／ワットであった。すなわち、本発明の実施例によれば、従来例と比べて、発光管最高温度を約２０℃低下させることができ、ランプ効率を６％程度向上することが出来る。

ところで、上記熱伝導の理由から、肉厚に形成されたセラミック発光管１の本体部分中央部１−１は、必ずしも図３（ａ）に示すような同幅の帯状形状３１で無ければならないものではなく、概略帯状形状とすることができるが、さらに図３（ｂ）に示すように帯状側部をジグザグ形状３２にしてもよい。また、中央部１−１は、帯状部分が連続している必要はなく、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、発光管長手方向に切り欠き３３を設けてもよく、また斜め方向に切り欠き３４を設けてもよい。さらに、図示はしないが、中央部１−１の帯状形状の肉厚を両端部１−２からみて中央方向へ段階的に厚くするように形成することもできる。中央部１−１の帯状形状については以上に限定されず、本発明の趣旨に照らして各種の形状を作製することができる。

以上のように、本発明は、一対の電極をもち、金属ハロゲン化物を封入したセラミック発光管と、セラミック発光管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、セラミック発光管がその本体部分において肉厚を異にし、前記肉厚を異にする部分は前記一対の電極がなす軸を回転軸とした帯状、及び、該帯状に類似した形状とし、本体中央部分において管端部よりも肉厚となるように構成したものである。この場合、前記肉厚を異にする部分において、肉厚が厚い部分と肉厚が薄い部分との厚さの差を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることで、より一層の効率向上を達成することができる。これは、セラミック発光管は石英ガラス管からなる発光管に比して熱伝導率が高いことによるものと推測される。一方、肉厚が薄い部分の範囲が狭い場合、あるいは、全く無い場合には管中央部から管端部への熱の移動が大きく、管端部の温度が過度に上昇し、封入発光物質の過度の蒸発をもたらし、結果として寿命特性、光学特性を損なうこととなる。なお、肉厚が薄い部分の範囲が狭い場合、あるいは、全く無い場合で、管端部の温度を過度に上昇させない設計とした場合には、管壁中央部の温度を高くすることができず、十分な効率を達成することができなくなる。同様に、管端部の肉厚が薄い部分において、その肉厚が１．３ｍｍを越えると管端部への熱の移動が大きく、効率の低下が生じる。これは、上記セラミックス発光管が石英ガラス発光管に比べて熱伝導が高いことに加えて、電極封止部の形状が、セラミック発光管の方が細長いことによると推測される。

本発明は、水平点灯形セラミックメタルハライドランプにおいて発光管の局部的過熱を防止すると共に、発光管中央部の熱の損失を改善するものであり、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。 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断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明で用いられるセラミック発光管の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１…セラミック発光管、２…外管バルブ、２ａ…球状部、２ｂ…ネック部、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…近接導体、３１…同幅の帯状形状、３２…ジグザグ形状、３３、３４…切り欠き、１−１…本体部分中央部、１−２…本体部分端部、１−３…管端部の細管部、１−４…点線、１−５…帯状の凸部、１−６…電極

Claims (4)

1. 金属ハロゲン化物および水銀を封入した本体部分および前記本体部分端部に一対の電極を有するセラミック発光管と、前記セラミック発光管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の周囲にわたって前記本体部分中央部の肉厚を前記本体部分端部の肉厚よりも厚く形成したことを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記本体部分中央部の肉厚と前記本体部分端部の肉厚との差が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、前記本体部分端部の肉厚が０．９ｍｍ〜１．３ｍｍであ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. 前記本体部分中央部の幅が前記電極間の距離の１／２〜３／４であ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. 前記本体部分中央部が前記本体部分外側に帯状の凸部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメタルハライドランプ。

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