JP2008010272A

JP2008010272A - セラミックメタルハライドランプ

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Publication number: JP2008010272A
Application number: JP2006178426A
Authority: JP
Inventors: Sei Sakuma; 聖佐久間
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: JP4682933B2

Abstract

【課題】金属ハロゲン化物、水銀及び始動用ガスを封入した発光管と、その両端に配置する一対の電極アセンブリを挿通したキャピラリとが透光性セラミックで一体成形されたセラミックメタルハライドランプに関して、垂直点灯時と水平点灯時とでランプ電圧が著しく相違してランプ特性が大きく変化する不具合を解消する。
【解決手段】金属ハロゲン化物の封入量が、ランプの水平点灯時に生ずる未蒸発分Ｈがキャピラリ３Ｒ／３Ｌの内表面に略全量凝集する程度の分量に選定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光管とその両端に設けるキャピラリとが透光性セラミックで一体成形されたセラミックメタルハライドランプに関する。

近年のメタルハライドランプは、石英製発光管に代えて、石英よりも耐熱性、耐食性に優れた透光性アルミナで成るセラミック製発光管を用いたセラミックメタルハライドランプが数多く商品化されている。この種のランプは、透光性セラミックで成る発光管の両端にアルミナセラミック等の細管で成る一対のキャピラリを焼きばめて取り付けるシリンドリカル型が一般的であったが、最近は、焼きばめ加工の面倒を解消するため、発光管とその両端に設けるキャピラリとを透光性セラミックで一体成形したワンピース型が普及しつつある（特許文献１参照）。
特開２００５−３０２６２４号公報

シリンドリカル型は、透光性アルミナの粉末圧縮体を焼成して成る発光管が、円筒形の胴部とフラットな両端部とを有したドラム形（中空円筒形）に成形されるため、その円筒形の胴部とフラットな端部との間に角隅部が形成されるのに対し、ワンピース型は、例えば図３のランプ本体１を構成する発光管２とキャピラリ３Ｒ、３Ｌとを透光性アルミナの粉末圧縮体で一体成形する加工を容易にするために、発光管２が、その胴部４と両端部５Ｒ、５Ｌとの間に角隅部を生じない丸みを帯びた形状に設計されると共に、発光管２の両端部５Ｒ、５Ｌとキャピラリ３Ｒ、３Ｌとの境界部分が漏斗状を成した滑らかな曲面形状に設計されている。

そして、発光管２の内部には、金属ハロゲン化物、水銀、始動用ガス等が封入され、発光管２の両端に形成されたキャピラリ３Ｒ、３Ｌ内には、一対の電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌが挿通されて、そのキャピラリ３Ｒ、３Ｌの両端が、電気絶縁性を有するガラスフリット等のシール材７によって気密にシールされると同時に、該シール材７によって電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌがキャピラリ３Ｒ、３Ｌ内の定位置に固定されている。

また、電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌは、夫々タングステンロッドで成る電極棒８の先端側にタングステン線を密巻きして放熱用のコイル部９が形成された電極１０と、外周部にモリブデン線を密巻きしてコイル部１１が形成されたモリブデンロッドで成る耐ハロゲン性中間材１２と、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合燒結して成る導電性サーメット１３とが直列的に突合せ溶接された構成となっており、キャピラリ３Ｒ、３Ｌ内に挿通された電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌの外表面とキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面との間には、発光管２の内部へ通ずる空隙１４が形成されている。なお、各電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌは、導電性サーメット１３の端部にモリブデン線で成る電極供給リード２４が突き合せ溶接されて、その溶接部に補強用リング２５が外嵌され、該リング２５内から各キャピラリ３Ｒ、３Ｌ内にかけてシール材７が充填されている。

図４は、図３のランプ本体１が口金１５を有する外球１６内に収容配設されたメタルハライドランプの全体的な構成を示す概略図であって、ランプ本体１は、口金１５のステム１７に立設された２本の支柱１８、１９に対して、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの端末から突出する電力供給リード２４、２４を直接溶接するか又はニッケルリボン線２０、２１を介して溶接することにより、その両端が支柱１８、１９に支持固定されている。

しかし、図４のメタルハライドランプは、同図破線図示の如く垂直状態にして点灯使用するときと、実線図示の如く水平状態にして点灯使用するときとで、ランプ電圧が著しく相違し、演色性等のランプ特性が大きく変化することがあるため、ユーザーに対して一定の品質性能を保証することができないという問題があった。

本発明は、発光管とキャピラリとが透光性セラミックで一体成形されたセラミックメタルハライドランプに関して、その点灯方向によってランプ特性が大きく変化する不具合を解消することを技術的課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、金属ハロゲン化物、水銀及び始動用ガスを封入した発光管と、その両端に配置する一対の電極アセンブリを挿通したキャピラリとが透光性セラミックで一体成形されているセラミックメタルハライドランプにおいて、電極アセンブリの外表面との間に発光管の内部へ通ずる空隙を形成しているキャピラリの内表面に、ランプの水平点灯時における温度が発光管各部の内表面温度よりも低い低温部が存在すると共に、前記金属ハロゲン化物の封入量が、ランプの水平点灯時に生ずる未蒸発分が前記キャピラリの内表面に略全量凝集する分量に選定されていることを特徴とする。

本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、水平点灯時に生ずる金属ハロゲン化物の未蒸発分をキャピラリの内表面に略全量凝集させることにより、水平点灯時と垂直点灯時とでランプ電圧が著しく相違してランプ特性が大きく変化する不具合を解消することができるという優れた効果がある。

本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、例えば図３とその部分拡大図である図１に示す如く、ランプ本体１が、金属ハロゲン化物、水銀及び始動用ガスを封入した発光管２と、その両端に配置する電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌを挿通したキャピラリ３Ｒ、３Ｌとが透光性セラミックで一体成形されたワンピース型のランプであって、電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌの外表面との間に発光管２の内部へ通ずる空隙１４を形成するキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面には、ランプ点灯時における温度が発光管２各部の内表面温度よりも低い低温部が存在している。

そして、発光管２内に封入する金属ハロゲン化物としては、ＨｏＩ_３、ＤｙＩ_３、ＴｍＩ_３、ＴＩＩ、ＮａＩが用いられ、その金属ハロゲン化物の封入量は、ランプの水平点灯時と垂直点灯時とでランプ電圧が著しく相違してランプ特性が大きく変化することを防止するために、水平点灯時に生ずる未蒸発分Ｈが図１の如くキャピラリ３Ｒ／３Ｌの内表面に略全量凝集する程度の分量に選定されている。

すなわち、本発明者の知見によれば、水平点灯時と垂直点灯時とでランプ特性が大きく変化する原因は、ランプの点灯方向によってランプ電圧が著しく相違することにあり、また、ランプ電圧が著しく相違する原因は、ランプの点灯方向によって金属ハロゲン化物の未蒸発分Ｈが凝集する位置が異なることにある。そして、未蒸発分Ｈの凝集位置が異なる原因について分析すると、発光管の両端部にキャピラリを焼きばめて取り付けたシリンドリカル型のランプは、垂直点灯時と水平点灯時の何れの場合においても、発光管の胴部と両端部との間に形成される角隅部が他部よりも温度が低い低温部となって、その角隅部に金属ハロゲン化物の未蒸発分が凝集するのに対し、図３の如く発光管２とキャピラリ３Ｒ、３Ｌとが一体成形されたワンピース型のランプは、発光管２がその胴部４と両端部５Ｒ、５Ｌとの間に角隅部を有しない全体的に丸みを帯びた形状となっているため、図４破線図示の如き垂直点灯時には、発光部２の内部に金属ハロゲン化物の未蒸発分が凝集するような低温部がなく、したがって、図５（ａ）に示すように、金属ハロゲン化物の未蒸発分Ｈは、発光管２内に向かって漏斗状に拡径するキャピラリ３Ｒ／３Ｌの先端側からシール材７で塞がれた後端側の内表面にかけて略全量凝集するが、図４実線図示の如き水平点灯時には、図５（ｂ）に示すように、未蒸発分Ｈの一部が電極１０の下方側に位置する発光管２の端部５Ｒ／５Ｌから胴部４にかけての内表面に凝集することがある。

そして、水平点灯時に生ずる未蒸発分Ｈの一部が図５（ｂ）の如く電極１０の下方側に位置する発光管２の内表面に凝集する原因について究明したところ、水平点灯時におけるキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面温度は、電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌからの熱的影響を受けて該アセンブリの上方側に位置する部位がその下方側に位置する部位よりも高温となるため、未蒸発分Ｈの多くが、電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌの下方側に位置するキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面に偏って凝集し、その凝集量が電極１０に最も近接したキャピラリ３Ｒ、３Ｌの先端部位にまで達すると、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面に凝集しきれない余剰の未蒸発分Ｈが、電極１０に近くて温度が高いキャピラリ３Ｒ、３Ｌの先端部位よりも電極１０から遠くて温度が低い発光管２の内表面に凝集することが判った。

以上のような知見に基づいて、本発明に係るランプは、点灯方向によってランプ特性が大きく変化することを防止するために、金属ハロゲン化物の封入量を、水平点灯時に生ずる未蒸発分Ｈが図１の如くキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面に略全量凝集する程度の分量に選定することにより、垂直点灯時と水平点灯時における金属ハロゲン化物の未蒸発分Ｈの凝集位置が略同じになるようにして、垂直点灯時と水平点灯時とでランプ電圧が著しく相違することを防止している。

表１は、図１に示すキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内径Ｒ_１（ｍｍ）、電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌの耐ハロゲン性中間材１２の外径Ｒ_２（ｍｍ）、該中間材１２の先端からシール材７までの長さＬ（ｍｍ）を以下の如く形成した定格ランプ電力７０Ｗの各ランプＡ、Ｂ及びＣ（いずれも発光管２の内容積は約０．３５ｃｃ）について、夫々金属ハロゲン化物の封入量を２．７ｍｇ、２．９ｍｇ、３．１ｍｇ、３．３ｍｇ、３．５ｍｇとしたものを試作し、各々の垂直点灯時と水平点灯時におけるランプ電圧及びその電圧差を計測した結果を示すものである。
ランプＡ：Ｒ_１＝０．８ｍｍ、Ｒ_２＝０．７ｍｍ、Ｌ＝６．０ｍｍ
ランプＢ：Ｒ_１＝０．８ｍｍ、Ｒ_２＝０．７ｍｍ、Ｌ＝７．０ｍｍ
ランプＣ：Ｒ_１＝１．０ｍｍ、Ｒ_２＝０．７ｍｍ、Ｌ＝６．０ｍｍ

表１のとおり、ランプＡは、金属ハロゲン化物の封入量２．７ｍｇのとき、垂直点灯時と水平点灯時の電圧差が、５．２Ｖとなり、封入量２．９〜３．５ｍｇのときの電圧差に比べて約１／２以下となる。また、ランプＢは、封入量２．７〜３．１ｍｇのときの電圧差が、５．５〜６．４Ｖとなり、封入量３．３〜３．５ｍｇのときの電圧差に比べて約１／２となり、また、ランプＣは、封入量２．７〜３．３ｍｇのときの電圧差が３．５〜６．０Ｖとなり、封入量３．５ｍｇのときの電圧差に比べて約１／２以下となる。

そして、各ランプＡ、Ｂ及びＣについて、金属ハロゲン化物の封入量を２．７ｍｇとしたものと、その封入量を３．５ｍｇとしたものとを水平点灯して、金属ハロゲン化物の未蒸発分の凝集状態を軟Ｘ線透視装置で観察すると、金属ハロゲン化物の封入量を３．５ｍｇとした各ランプＡ〜Ｃは、図５（ｂ）の如く発光管２の内表面にも未蒸発分Ｈの一部が凝集するのに対し、金属ハロゲン化物の封入量を２．７ｍｇとした各ランプＡ〜Ｃは、未蒸発分Ｈの略全量が図１の如くキャピラリ３Ｒ／３Ｌの内表面に凝集していた。

この結果、金属ハロゲン化物の封入量を、水平点灯時に生ずる未蒸発分Ｈがキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面に略全量凝集する程度の分量に選定することによって、水平点灯時と垂直点灯時とでランプ電圧が著しく相違してランプ特性が大きく変化する不具合を解消できる効果があることが確認された。

また、上記各ランプＡ〜Ｃを垂直点灯して金属ハロゲン化物の未蒸発分の凝集状態を観察すると、金属ハロゲン化物の封入量を３．５ｍｇとした各ランプＡ〜Ｃも、垂直点灯時には、未蒸発分Ｈの略全量がキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面に凝集するが、金属ハロゲン化物の封入量が多いために、図５（ａ）の如く電極１０からの放熱によって高温となるキャピラリ３Ｒ／３Ｌの先端側部位に凝集する未蒸発分Ｈの量が多くなり、透光性アルミナで成るキャピラリ表面の金属ハロゲン化物による侵食作用が促進されるおそれがある。これに対し、金属ハロゲン化物の封入量を２．７ｍｇとした各ランプＡ〜Ｃは、これを垂直点灯した時に、未蒸発分の略全量が、キャピラリ３Ｒ／３Ｌの先端側部位に比べて温度が低い中間部位から後端側部位にかけての内表面に凝集するので、その未蒸発分による侵食作用も抑制・軽減されるという効果がある。

更に、図２の如く、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの外表面に、熱放射によってキャピラリ３Ｒ、３Ｌの温度を低下させる放熱材２２が設けられていると、金属ハロゲン化物の未蒸発分をキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面に凝集させる効果が高まって、その内表面に、より多くの未蒸発分を凝集させることができると同時に、その内表面に凝集した未蒸発分による浸食作用を抑制・軽減する効果も高まるという優れた効果がある。

すなわち、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの外表面に放熱材２２を設けた図２のランプは、その点灯時におけるキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面温度が図３のランプよりも全体的に低くなって、その内表面に金属ハロゲン化物の未蒸発分を凝集させる効果が高まり、特に、水平点灯時に電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌの上方側に位置する部位の内表面温度が低くなって、当該部位の内表面に凝集する未蒸発分の量が増加するので、発光管２の内表面に未蒸発分の一部が凝集してランプ電圧が著しく変化することが確実に防止される。また、垂直点灯時及び水平点灯時におけるキャピラリ３Ｒ、３Ｌの内表面温度が全体的に低下することによって、その内表面に凝集した金属ハロゲン化物による浸食作用も抑制・軽減される。

図２に示す放熱材２２は、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの外表面を全体的に覆うように外嵌される細管で成り、該細管は、耐熱性と熱伝導性に優れたチタン合金等の金属で形成されている。また、キャピラリ３Ｒ、３Ｌに外嵌された放熱材２２は、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの後端をシールするシール材７によってキャピラリ３Ｒ、３Ｌから抜け落ちないように固定されている。放熱材２２がシール材７で固定される箇所の構造について説明すると、電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌの導電性サーメット１３に、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの後端に当接して電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌの固定位置を規制する一対のニオブ金属棒もしくはタンタル金属棒で成るストッパピン２３、２３が、導電性サーメット１３と直交し、且つ該サーメット１３を挟んで互いに平行に対峙するように溶接されると共に、該サーメット１３の端部にモリブデン線で成る電極供給リード２４が突き合せ溶接されている。

そして、導電性サーメット１３と電極供給リード２４との溶接部に、該溶接部を保護するアルミナセラミック製の補強用リング２５が外嵌され、該リング２５内から各キャピラリ３Ｒ、３Ｌ内へと通ずる空隙に溶融状態で流し込まれて冷却固化したガラスフリットで成るシール材７によって、導電性サーメット１３と電極供給リード２４の接続部が強固に補強され、且つ電極アセンブリ６Ｒ、６Ｌがキャピラリ３Ｒ、３Ｌに固定されると同時に、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの端部が気密にシールされ、更に、導電性サーメット１３に溶接された一対のストッパピン２３、２３が介在するキャピラリ３Ｒ、３Ｌの後端と補強用リング２５の前端との間に生じた隙間から溢出するシール材７の一部が、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの後端からその径方向へはみ出して冷却固化することにより、各キャピラリ３Ｒ、３Ｌに外嵌された放熱材２２が抜け落ちないように固定されることとなっている。また、このようにすれば、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの外表面に放熱材２２を設ける加工を簡易迅速に行なうことができ、その加工コストが著しく低減される。

なお、放熱材２２は、その表面に発光管２から放射される光を遮らない程度の高さを有する突起を形成して放熱効果を高める構成にしてもよい。また、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの外表面に設ける放熱材は、放熱材２２の如く金属製の細管で成るものに限らず、例えば、キャピラリ３Ｒ、３Ｌの外表面に耐熱性を有する放熱塗料等の放熱用コーティング剤を塗工して成るものであってもよい。

本発明は、発光管とキャピラリとが透光性セラミックで一体成形されたワンピース型セラミックメタルハライドランプの品質向上に資するものである。

本発明に係るランプの水平点灯時の状態を示す部分拡大断面図本発明に係るランプの最適な実施態様を示す断面図セラミックメタルハライドランプのランプ本体の断面図セラミックメタルハライドランプの点灯方向を示す全体図従来のランプの垂直点灯時と水平点灯時の状態を示す部分断面図

符号の説明

１ランプ本体
２発光管
３Ｒキャピラリ
３Ｌキャピラリ
４発光管の胴部
５Ｒ発光管の端部
５Ｌ発光管の端部
６Ｒ電極アセンブリ
６Ｌ電極アセンブリ
７シール材
８電極棒
１０電極
１１コイル部
１２耐ハロゲン性中間材
１３導電性サーメット
１４空隙
２２放熱材
２３ストッパピン
２４電力供給リード
２５補強用リング

Claims

金属ハロゲン化物、水銀及び始動用ガスを封入した発光管と、その両端に配置する一対の電極アセンブリを挿通したキャピラリとが透光性セラミックで一体成形されているセラミックメタルハライドランプにおいて、電極アセンブリの外表面との間に発光管の内部へ通ずる空隙を形成しているキャピラリの内表面に、ランプの水平点灯時における温度が発光管各部の内表面温度よりも低い低温部が存在すると共に、前記金属ハロゲン化物の封入量が、ランプの水平点灯時に生ずる未蒸発分が前記キャピラリの内表面に略全量凝集する分量に選定されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
前記キャピラリの外表面に、熱放射によって該キャピラリの温度を低下させる放熱材が設けられている請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。