JP2010282951A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】内管の熱が、外管内のガスを介してランプ筐体側に伝達するのを抑制することにより、点灯回路が過熱するのを防止できる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１０は、ランプ筐体１２と、口金部１４と、二重管構造体４２と、外管１６と、ランプ筐体１２の内部に収納された点灯回路ユニット１８とを備えている。二重管構造体４２は、一対の電極９０，９２を有する発光管４４と、発光管４４を気密封止する内管４６とで構成されている。
外管１６の頂部１６Ｂから、一対の電極９０，９２のうち頂部１６Ｂ側の電極９０の先端までの距離をＬ［ｍｍ］、外管１６の最大外径の寸法をＤ_ＭＡＸ［ｍｍ］、定格ランプ電力をＰ［Ｗ］とした場合に、
３０≦Ｐ≦４２０
４５≦Ｄ_ＭＡＸ≦１６５．３
の範囲内において、
４４００Ｐ＋９１００≦Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ≦９１００Ｐ＋４８０００
の関係を満たすように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、メタルハライドランプに関し、特に水銀灯代替光源として好適なメタルハライドランプに関する。

道路、広場、競技場などの屋外照明、体育館や工場などの高天井の屋内照明には、従来、主として水銀灯が用いられているが、水銀灯は比較的効率が低いため、近年の省エネルギーの要請を背景として、当該水銀灯を、効率の高い、セラミック製の発光管を備えたメタルハライドランプへ置き換えることが推奨されている。

しかし、水銀灯用の既存の照明施設には安定器が設けられているため、当該水銀灯用の照明器具にメタルハライドランプをそのまま装着して水銀灯と同等の明るさを得るためには、前記安定器をメタルハライドランプ用の安定器に取り替える必要があり、このことが、メタルハライドランプへの置き換えの阻害要因の一つとなっている。

そこで、水銀灯用の安定器はそのまま残存させた状態で、当該水銀灯と同等の明るさが得られるメタルハライドランプとして、安定器を含む点灯回路をランプ筐体の内部に収納した所謂回路内蔵型のメタルハライドランプへの要望が高まっている。

回路内蔵型のランプとしては、従来、電球形蛍光ランプや水槽用ランプのような低ワットタイプのもので検討されているが、水銀灯の代替品となる高ワットタイプのランプでは、耐熱性などの観点から課題が多く、あまり検討されていない。上記要望に応えるべく発明者らにより、回路内蔵型の高ワットタイプのランプが検討されている。

なお、メタルハライドランプを水銀灯の代替光源とするには、配光特性等を揃えるため水銀灯と同様の形状をした外管を備える必要がある。外管は、発光管と当該発光管を気密封止する内管からなる二重管構造体に被せられ、その開口端部が前記ランプ筐体の開口部に固定されるものである。

特開２００５−１１６２１８号公報 特開２００４−１５８３６１号公報

水銀灯代替用となるメタルハライドランプは、発光管で発生する熱量が大きく、ランプの定常点灯中、発光管で発生する熱により内管が４００［℃］を超える高温状態となる。この内管の熱が、外管内のガスに伝わり、当該ガスの対流によってランプ筐体側に伝達される。このため、ランプ筐体の温度が上昇し、当該ランプ筐体内の雰囲気温度の上昇に伴って点灯回路を構成する素子が加熱されることにより、当該素子の寿命が短くなってしまうことが懸念される。その結果、既存の水銀灯よりも寿命が短くなってしまったのでは、代替の利点が半減してしまう。

本発明は、上記した課題に鑑み、内管の熱が、外管内のガスを介してランプ筐体側に伝達するのを抑制することにより、点灯回路が過熱するのを防止できるメタルハライドランプを提供することを目的とする。

本発明に係るメタルハライドランプは、先端が互いに対向する一対の電極を有しかつ発光物質としてハロゲン化金属が封入された発光管および当該発光管を気密封止する内管を有する二重管構造体と、前記内管の長手方向一端部を保持するホルダおよび一方の開口側端部に前記ホルダが取り付けられたケースを有するランプ筐体と、前記ケースの他方の開口側端部に取り付けられた口金と、前記ランプ筐体の内部に収納された、前記発光管を点灯する点灯回路と、前記二重管構造体を内包した状態で前記ランプ筐体に取り付けられた外管と、を備え、前記外管の頂部から、前記発光管の一対の電極のうち当該頂部に近い側にある電極の先端までの距離をＬ［ｍｍ］とし、前記外管の最大外径の寸法をＤ_ＭＡＸ［ｍｍ］、定格ランプ電力をＰ［Ｗ］とした場合に、
３０≦Ｐ≦４２０
４５≦Ｄ_ＭＡＸ≦１６５．３
の範囲内において、前記最大外径Ｄ_ＭＡＸおよび前記距離Ｌが、
４４００Ｐ＋９１００≦Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ≦９１００Ｐ＋４８０００
の関係を満たすことを特徴とする。

上記構成のメタルハライドランプは、外管の最大外径Ｄ_ＭＡＸと距離Ｌとを用いて算出される仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）を、４４００Ｐ＋９１００以上とすることにより、内管の熱によって外管内のガスの温度が上昇するのを抑制し、対流熱伝達によるランプ筐体の温度上昇を抑えることができる。その結果、ランプ筐体に収納された点灯回路が過熱するのを防止することができる。具体的な根拠については後述する。

なお、仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）を大きくすれば、外管内におけるガスの温度上昇をより抑制でき、点灯回路が過熱するのをより防止できるが、仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）を大きくし過ぎた場合には、外管が大きくなり過ぎて、既存の照明器具にランプを取り付けることができなくなる虞がある。

そこで、上記構成のメタルハライドランプは、定格ランプ電力に応じて、仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）の上限を定め、外管の大きさを制限することによって、既存の照明器具に取り付け可能な大きさとしている。特に、仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）を９１００Ｐ＋４８０００以下とすることにより、既存の照明器具に取り付け可能であることが判明した。

本発明に係るメタルハライドランプの別の一態様では、先端が互いに対向する一対の電極を有しかつ発光物質としてハロゲン化金属が封入されたセラミック発光管および当該セラミック発光管を気密封止する内管からなる二重管構造体と、前記内管の長手方向一端部を保持するホルダおよび一方の開口側端部に前記ホルダが取り付けられたケースを有するランプ筐体と、前記ケースの他方の開口側端部に取り付けられた口金と、前記ランプ筐体の内部に収納された、前記セラミック発光管を点灯する点灯回路と、前記二重管構造体を内包した状態で前記ランプ筐体に取り付けられた外管と、を備え、前記外管の最大外径の寸法をＤ_ＭＡＸ［ｍｍ］、前記セラミック発光管における前記一対の電極間の中心を通る径の外径寸法をＤ１［ｍｍ］、前記内管における前記一対の電極間の中心を通る径の外径寸法をＤ２［ｍｍ］、定格ランプ電力をＰ［Ｗ］とした場合に、
３０≦Ｐ≦４２０
Ｄ_ＭＡＸ≦１６５．３
の範囲内において、前記最大外径Ｄ_ＭＡＸおよび前記各外径寸法Ｄ１，Ｄ２が、
０．２１Ｐ＋２６≦Ｄ_ＭＡＸ−Ｄ２
０．０１３Ｐ＋１．９≦Ｄ２−Ｄ１
の関係を満たすことを特徴とする。

上記構成のメタルハライドランプは、外管の最大外径Ｄ_ＭＡＸを１６５．３［ｍｍ］以下とし、かつ最大外径Ｄ_ＭＡＸと内管の外径寸法Ｄ２との寸法差（Ｄ_ＭＡＸ−Ｄ２）を０．２１Ｐ＋２６以上としている。このように、定格ランプ電力に応じて、当該寸法差（Ｄ_ＭＡＸ−Ｄ２）を設定することにより、内管の熱によって外管内のガスの温度が上昇するのを抑制し、対流熱伝達によるランプ筐体の温度上昇を抑えることができる。その結果、ランプ筐体に収納された点灯回路が過熱するのを防止することができる。なお、具体的な根拠については後述する。

なお、内管の外径寸法Ｄ２を小さくし過ぎた場合には、内管と発光管とが近接しすぎて、発光管内の温度を過度に上昇させることになる。そのため、発光管内のハロゲン原子と金属原子が、管壁付近においても、結合せず解離したままの状態となる場合がある。この場合、金属原子が、発光管を形成するセラミックと化学反応を起こすことから、ハロゲン原子がアーク放電中の電子と結合して、ランプの立消えが発生し易くなるという問題がある。

そこで、上記構成のメタルハライドランプは、内管の外径寸法Ｄ２と発光管の外径寸法Ｄ１との寸法差（Ｄ２−Ｄ１）を０．０１３Ｐ＋１．９以上とすることにより、発光管に対し内管が近接し過ぎるのを抑制して、発光管の温度が過度に上昇するのを抑制し、ランプの立消えが発生するのを防止することができる。

第１の実施形態に係るメタルハライドランプを示す模式斜視図である。 第１の実施形態に係るメタルハライドランプの概略構成を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係るタルハライドランプの回路構成を例示する回路図である。 仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）の下限を求めた実験の結果を示す図である。 仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）の上限を示す図である。 仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）と、定格ランプ電力Ｐとの関係を説明するための図である。 第２の実施形態に係るメタルハライドランプの要部を示す縦断面図である。 寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）の下限を求めた実験の結果を示す図である。 寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）と、定格ランプ電力Ｐとの関係を説明するための図である。 寸法差（Ｄ２−Ｄ１）の下限を求めた実験の結果を示す図である。 寸法差（Ｄ２−Ｄ１）と、定格ランプ電力Ｐとの関係を説明するための図である。 二重管構造体の高さの下限を求めた実験の結果を示す図である。 二重管構造体の高さと、定格ランプ電力Ｐとの関係を説明するための図である。 外管を示す縦断面図である。 外管を示す縦断面図である。 外管を示す縦断面図である。 外管を示す縦断面図である。 外管を示す縦断面図である。

本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
＜ランプ構造＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るメタルハライドランプ１０を示す模式斜視図であり、図２は、図１のメタルハライドランプ１０の概略構成を示す縦断面図である。

図１に示すメタルハライドランプ１０は、有底筒状からなるランプ筐体１２と、ランプ筐体１２の開口側端部に接合された口金部１４と、ランプ筐体１２の底部に取り付けられた二重管構造体４２と、二重管構造体４２を内包した状態でランプ筐体１２に取り付けられた外管１６と、ランプ筐体１２の内部に収納された点灯回路ユニット１８とを備えている。二重管構造体４２は、一対の電極を有しかつハロゲン化金属が封入された発光管４４と、発光管４４を気密封止する内管４６とで構成されている。

このメタルハライドランプ１０は、水銀灯代替光源として使用でき、既存の水銀灯用照明器具に装着することができるものである。
（ランプ筐体）
図２に示すように、ランプ筐体１２は、筒状を有しかつ一端に口金部１４が接合されたケース部１２Ａと、ケース部１２Ａの他端の開口を塞ぐように取り付けられホルダ１２Ｂとを有している。ケース材料としては、金属アルミ，鉄、それらを含む合金、アルミナなどのセラミック、およびＰＰＳ，ＰＢＴのような樹脂材料、硬質ガラスや軟質ガラスなどを適宜使用して良い。
ホルダ１２Ｂは、アルミニウム製の円板部材からなり、その中央部に形成された軸方向に貫通する長孔１２Ｃと、軸方向の口金部１４側とは反対側の面に形成された、外縁部に沿う環状の挿入溝８４と有している。長孔１２Ｃに、二重管構造体４２の一端部が挿入固定されている。また、ホルダ材料としては、アルミニウムに限定されることはなく、例えば、ＳＵＳ３０４のようなステンレス鋼、鉄、白金、アルミナ、ジルコニア、石英ガラス、ステアタイト、硬質ガラス、軟質ガラス、ＰＰＳ、ＰＢＩ、ＰＢＴ等が挙げられる。加工性、耐熱性、および部材としたときの軽量化という点を考慮しながら、適宜選択すれば良い。
（点灯回路ユニット）
点灯回路ユニット１８は、ケース部１２Ａの内壁面に固定されたプリント配線板２０と、複数個の電子部品２２とを有している。複数個の電子部品２２は、インダクタンス素子、スイッチング素子、ダイオード、およびコンデンサなどで構成されている。そして、プリント配線板２０および複数の電子部品２２が、図３に示すように、発光管４４を点灯させる点灯回路２４を構成している。

図３を参照しながら、点灯回路２４について説明する。
点灯回路２４は、ＡＣ／ＤＣ変換部２４Ａ、ＤＣ調整部２４Ｂ、およびＤＣ／ＡＣ変換部２４Ｃを有する。

ＡＣ／ＤＣ変換部２４Ａは、口金部１４を介して供給された交流電力を所定電圧の直流電力に変換する。ＡＣ／ＤＣ変換部２４Ａは、整流回路ＤＢと、整流回路ＤＢから出力される直流電圧を昇圧する昇圧回路とを備える。昇圧回路は、チョッパー方式の昇圧回路であり、インダクタンス素子Ｌ１０１、スイッチング素子Ｑ１０１、ダイオードＤ１０１、およびコンデンサＣ１０１を備えている。

ＤＣ調整部２４Ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換部２４Ａから出力される直流電圧を所定の電圧に調整する。ＤＣ調整部２４Ｂは、チョッパー方式の降圧回路からなる。当該降圧回路は、スイッチング素子Ｑ１０２、ダイオードＤ１０２、インダクタンス素子Ｌ１０２、およびコンデンサＣ１０２を備えている。本例において、インダクタンス素子Ｌ１０１，Ｌ１０２にはチョークコイルが、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２にはトランジスタが、コンデンサＣ１０１，Ｃ１０２には電解コンデンサがそれぞれ使用されている。

ＤＣ／ＡＣ変換部２４Ｃは、ＤＣ調整部２４Ｂから出力される直流電力を交流電力に変換して、発光管４４に給電する。ＤＣ／ＡＣ変換部２４Ｃは、直流電力を交流電力に変換する変換回路と、発光管４４に流れる電流を制御し放電を安定させる安定器Ｌ１０３とを備えている。変換回路は、フルブリッジ回路であり、４つのスイッチング素子Ｑ１０３，Ｑ１０４，Ｑ１０５，Ｑ１０６を備えている。また、安定器Ｌ１０３には、例えば、チョークコイルが使用されている。

図２に戻り、点灯回路ユニット１８は、口金部１４から第１リード線２６および第２リード線２８を介して供給される交流電力を、発光管４４を点灯させるための電力に変換して、発光管４４に供給する。なお、第１リード線２６、第２リード線２８は、いずれも被覆線であり被覆が両端部部分において、導線が露出してなるものである。
（口金部）
口金部１４は、略円筒状をし、耐熱性の合成樹脂材料からなる第１絶縁体部３０を有している。この第１絶縁体部３０が、ケース部１２Ａの開口端部に接合されている。

口金部１４は、また、筒状胴部とも称されるシェル３２と円形皿状をしたアイレット３４とを有する。シェル３２とアイレット３４とは、ガラス材料からなる第２絶縁体部３６を介して一体となっている。この一体となったものが、第１絶縁体部３０に嵌め込まれている。

第１絶縁体部３０には、貫通孔３０Ａが開設されており、貫通孔３０Ａを介して第１リード線２６が第１絶縁体部３０内から外部に導出されている。
第１リード線２６の一端部の導線部分は、シェル３２の内周面と第１絶縁体部３０階周面との間に挟持されている。これにより、第１リード線２６とシェル３２とは電気的に接続されている。

アイレット３４は、中央部に開設された貫通孔３４Ａを有している。第２リード線２８の導線部がこの貫通孔３４Ａから外部へ導出され、アイレット３４の外面に半田付けにより接合されている。
（二重管構造体）
二重管構造体４２を構成する発光管４４は、本管部４８と本管部４８の管軸方向両側に形成された細管部５０，５２とからなる放電容器５４を有している。放電容器５４は、透光性セラミックで形成されている。透光性セラミックには、例えば、アルミナセラミックを用いることができる。

本管部４８の内側には、一対の電極９０，９２の各先端９０Ａ，９２Ａが互いに対向して配置され、金属ハロゲン化金属、希ガス、および水銀がそれぞれ所定量封入されている。金属ハロゲン化金属としては、ヨウ化ナトリウムやヨウ化ジスプロシウム等が用いられている。

細管部５０，５２の各々には、先端部に前記各電極が接合された給電体５６，５８が挿入されている。給電体５６，５８は、それぞれの細管部５０，５２における、本管部４８とは反対側の端部部分に流し込まれたフリットからなるシール材６０，６２によって封着されている。なお、図１に現れているシール材６０，６２部分は、細管部５０，５２端部からはみ出た部分である。

給電体５６における電極９０とは反対側の端部が、電力供給線６４に電気的に接続され、給電体５８における電極９２とは反対側の端部が、電力供給線６６に電気的に接続されている。

電力供給線６４，６６はそれぞれ、金属箔６８，７０を介して、外部リード線７２，７４に電気的に接続されている。なお、一方の電力供給線６４において、少なくとも他方の電力供給線６６やこれに接続された給電体５８と対向する部分は、例えば石英ガラスからなるスリーブ７６で被覆されている。

外部リード線７２，７４は、プリント配線板２０に接続されている。
上記した発光管４４等は、筒状、例えば円筒状をした内管４６内に収納されている。
内管４６は、例えば石英ガラスからなり、金属箔６８，７０に存する側の一端部部分は、いわゆるピンチシール法によって圧潰され金属箔６８，７０に相当部分において気密封止されている。したがって、内管４６は、片封止型の気密容器であるといえる。ここで、内管４６において前記圧潰封止されてなる部分をピンチシール部７８と称することとする。ピンチシール部７８の横断面は、略長方形をしている。

内管４６の他端部部分の凸部８０は、内管４６内を真空引きする際に用いた排気管の残部であるチップオフ部である。内管４６内を真空にするのは、ランプ点灯時に高温にさらされる給電体５６，５８、電力供給線６４，６６等の金属部材の酸化を防止するためである。酸化防止の観点から、内管４６の内部は、真空にするのではなく、不活性ガスを充満させることとしても構わない。

上記構成からなる二重管構造体４２は、ピンチシール部７８がホルダ１２Ｂの長孔１２Ｃに挿入され、ピンチシール部７８と長孔１２Ｃの間隙に充填された無機接着剤８２によってホルダ１２Ｂに接合されている。無機接着剤８２は、シリカおよびアルミナを主成分とするものであり、１０００［℃］の耐熱温度を有する。

本実施形態において、発光管４４は、当該発光管４４の管軸を内管４６の管軸に一致した状態で内管４６内に固定されている。ここで、「一致した状態」とは、完全に一致した状態のほか、製造誤差程度のずれを生じた状態も含んでいる。製造誤差程度とは、両者の管軸のずれは３°以下としている。
（外管）
外管１６は、卵形であり、長軸方向一端の開口端縁部１６Ａと、他端の頂部１６Ｂとを有している。頂部１６Ｂは、外管１６において口金部１４から最も離れた最遠部分である。開口端縁部１６Ａが、ホルダ１２Ｂの挿入溝８４に挿入され、無機接着剤８２と同様の無機接着剤（図示せず）によって接合されている。ここで、「卵形の外管」とは、卵の形状はもちろんのこと、楕円球状、長球状などの形状も含み、長軸方向の一端部が切り取られた形状からなる外管を意味している。なお、外管１６とホルダ１２Ｂとの間には空気が存在している。

外管１６における最大外径箇所１６Ｃは、当該管軸方向における一対の電極９０，９２間に相当する領域Ｒ（図１参照）に設けられている。図１には、最大外径箇所１６Ｃの外径寸法がＤ_ＭＡＸ［ｍｍ］（以下、最大外径Ｄ_ＭＡＸという）、開口端縁部１６Ａの外径寸法がＤ_Ｏ［ｍｍ］で示されている。なお、本実施形態において、外管は卵形に限定されず、外管内の対流熱伝達を考慮するほか、外管温度、発光管破損時の耐衝撃性を確保できる機能を有していればよく、外管の形状は直線と曲線を含んだ閉塞体であればよい。例えば、本実施の形態に係る外管１６は、図１４（ａ）に示すような卵形であったが、図１５（ａ）に示すような、頂部が半球状の円筒形状であっても良いし、図１６（ａ）に示すような、外側にやや膨らんだ円形の端面を頂部側に有する円筒形状であっても良いし、図１７（ａ）に示すような、外周面全体に僅かに膨らみをもたせた円筒形状であっても良いし、図１８（ａ）に示すような、ランプ軸方向中間部に大径部が設けられた円筒形状であっても良い。また、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）及び図１８（ｂ）に示すように、外管７０の頂部に凹入部が設けられていても良いし、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）、図１６（ｃ）、図１７（ｃ）及び図１８（ｃ）に示すように、外管１６の頂部に突出部が設けられていても良い。

次に、外管１６の寸法設定について、詳しく説明する。
外管１６の最大外径Ｄ_ＭＡＸは、次の条件を満たす。
４５≦Ｄ_ＭＡＸ≦１６５．３ ・・・（条件１）
また、外管１６の頂部１６Ｂの外側端面から、発光管４４における一対の電極９０，９２のうち頂部１６Ｂ側にある電極９０の先端９０Ａまでの距離をＬ［ｍｍ］とし、定格ランプ電力をＰとした場合に、最大外径Ｄ_ＭＡＸおよび距離Ｌを用いて算出される仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）が、次の条件を満たす。

４４００Ｐ＋９１００≦Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ ・・・（条件２）
Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ≦９１００Ｐ＋４８０００ ・・・（条件３）
この仮容積（Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ）は、図１および図２において、２点鎖線で描かれていて、かつＹで示されている。また、仮容積Ｙの一部を構成する外管１６の頂部１６Ｂ側の空間が１６Ｄで示されている。仮容積Ｙは、頂部側空間１６Ｄの容積と相関関係があり、最大外径Ｄ_ＭＡＸまたは距離Ｌを大きくして仮容積Ｙを大きくしたときには、頂部側空間１６Ｄも大きくなる。逆に、仮容積Ｙを小さくしたときには、頂部側空間１６Ｄも小さくなる。このような相関関係を有することと、頂部側空間１６Ｄの容積を測定するのに比べて測定が容易なことから、仮容積Ｙを、頂部側空間１６Ｄの大きさを指標するパラメータとして用いている。

したがって、仮容積Ｙが小さいと、頂部側空間１６Ｄの容積も小さいので、外管１６内の空気による放熱効果が得られず、対流熱伝達によるランプ筐体１２の温度上昇を抑制することができない。このため、点灯回路２４を構成する各電子部品２２が加熱され、各電子部品２２の寿命の短命化を招くおそれがある。発明者らは、後述する実験により、条件２を満たせば、各電子部品２２が過熱するのを防止して、各電子部品２２の設計寿命を確保できることを見出した。

一方、仮容積Ｙが大きくなると、頂部側空間１６Ｄの容積も大きくなるので、外管１６内の空気による放熱効果を高めることはできるが、メタルハライドランプ１０を既存の照明器具に取り付けることができなくなるという弊害が出てくる。発明者らは、後述する実験により、既存の照明器具に取り付け可能とするための条件３を見出した。

本実施形態において、外管１６は、耐熱性や加工性を考慮して硬質ガラス材料または、軟質ガラス材料で形成され、内面には、光拡散を行うための蛍光膜が塗布されている。硬質ガラスの熱膨張係数は、３０×１０^−７［／℃］〜６０×１０^−７［／℃］、熱伝導率は１.０［Ｗ/(ｍ・Ｋ)］、軟質ガラスの熱膨張係数は、８０×１０^−７［／℃］〜１００×１０^−７［／℃］、熱伝導率は０．７４［Ｗ/(ｍ・Ｋ)］である。

また、開口端縁部１６Ａの外径寸法Ｄ_Ｏと外管１６の厚みｔ［ｍｍ］とは、次の条件を満たすように設定されている。
Ｄ_ＭＡＸ×０．３３≦Ｄ_Ｏ≦Ｄ_ＭＡＸ×１．００ ・・・（条件４）
０．５≦ｔ≦３．０ ・・・（条件５）
上記構成のメタルハライドランプ１０は、定格ランプ電力３０〜４２０［Ｗ］で点灯される。ここで、定格ランプ電力とは、回路込みのランプにおいて光源で消費される電力をいう。具体的な定格ランプ電力としては、例えば、３０［Ｗ］、７０［Ｗ］、１００［Ｗ］、１５０［Ｗ］、２００［Ｗ］、２９０［Ｗ］および４２０［Ｗ］等が挙げられる。

一般に、メタルハライドランプは、水銀灯と比較して効率［ｌｍ／Ｗ］が良いため、水銀灯の代替品として使用する場合は水銀灯よりも低いランプ電力で同等の明るさが得られる。例えば、３０［Ｗ］のメタルハライドランプは、８０［Ｗ］の水銀灯と同等の明るさが得られ、８０［Ｗ］の水銀灯の代替品となり得る。同様に、７０［Ｗ］のメタルハライドランプは１００［Ｗ］の水銀灯と同等、１００［Ｗ］のメタルハライドランプは２００［Ｗ］の水銀灯と同等、１５０［Ｗ］のメタルハライドランプは３００［Ｗ］の水銀灯と同等、２００［Ｗ］のメタルハライドランプは４００［Ｗ］の水銀灯と同等、２９０［Ｗ］のメタルハライドランプは７００［Ｗ］の水銀灯と同等、４２０［Ｗ］のメタルハライドランプは７００［Ｗ］の水銀灯と同等の明るさが得られ、それぞれ水銀灯の代替品となり得る。ただし、代替対象となる水銀灯のワットレンジは、使用環境および用途などによって、代替条件として重視する特性（全光束、照度、省エネ効果等）が異なる場合があるので、代替対象となるワットレンジは、上記範囲に限定されず、適宜選択可能である。
＜条件１について＞
条件１における下限（Ｄ_ＭＡＸ＝４５）は、外管１６の耐衝撃性の実験より求められている。この耐衝撃性の実験では、定格ランプ電力３０〜４２０［Ｗ］のうち最も小さい３０［Ｗ］において、最大外径Ｄ_ＭＡＸが４３［ｍｍ］、４５［ｍｍ］および４７［ｍｍ］の３種の外管１６を用意し、それぞれの外管１６内の発光管を破損させた場合に、外管１６に割れが発生するか否かを確認した。

実験に用いた発光管の仕様は、Ｈｇ量２．５［ｍｇ］、ヨウ化物総量４．０［ｍｇ］、ヨウ化ナトリウム：ヨウ化ジスプロシウム（ｗｔ％）＝８８．５：１１．５、発光管内アルゴンガス圧２０［ｋＰａ］である。

実験の結果、最大外径Ｄ_ＭＡＸが４５［ｍｍ］および４７［ｍｍ］の場合には、外管１６が割れることはなかったが、最大外径Ｄ_ＭＡＸが４３［ｍｍ］の場合には、外管１６に割れが発生した。これらより、最大外径Ｄ_ＭＡＸが４３［ｍｍ］の外管１６は、耐衝撃性が低いと判断でき、最大外径Ｄ_ＭＡＸが４５［ｍｍ］および４７［ｍｍ］の外管１６は、耐衝撃性が高いと判断できる。したがって、メタルハライドランプ１０の安全性を考慮し、発光管が破損した場合でも外管が割れることがない、耐衝撃性に優れた最大外径Ｄ_ＭＡＸ４５［ｍｍ］以上の外管１６が好ましいことが分かった。

また、ランプの安全性の観点から言えば、定常点灯時における外管温度も考慮する必要がある。定常点灯時の温度について調べたところ、最大外径Ｄ_ＭＡＸが４３［ｍｍ］、４５［ｍｍ］および４７［ｍｍ］の外管１６において、それぞれ１５０［℃］、１５５［℃］および１６１［℃］であり、放電ランプの安全規定（ＪＩＳ Ｃ ７６２４）の基準を満たしていたため、何れも問題は無いことが分かった。

一方、上限（Ｄ_ＭＡＸ＝１６５．３）は、外管１６が大きくなり過ぎて、メタルハライドランプ１０が既存の照明器具に取り付けることができなくなるのを防止するために設けられている。本実施形態では、定格ランプ電力の最も大きい４２０［Ｗ］のメタルハライドランプ１０が７００［Ｗ］の水銀灯の代替品となり得ることから、７００［Ｗ］の水銀灯用の照明器具に取り付け可能な外管１６の大きさを上限とすることができる。具体的には、パナソニック電工株式会社製の高天井用照明器具（ホルダ（品番：ＹＢ１６５７５ＺＨ）とセード（品番：ＹＫ３６３３０）の組合せ）に取り付けることができる外管１６の最大外径Ｄ_ＭＡＸを上限としている。
＜条件２を求めた実験＞
次に、条件２を求めた実験について説明する。

本実験では、本実施形態に係るメタルハライドランプ１０をベースにして、３０［Ｗ］、７０［Ｗ］、１００［Ｗ］、１５０［Ｗ］、２００［Ｗ］、２９０［Ｗ］および４２０［Ｗ］の定格ランプ電力毎に、外管１６の最大外径Ｄ_ＭＡＸを固定し、距離Ｌを異ならせることにより仮容積Ｙが異なる複数のランプを作製し、それらランプを点灯させて、点灯回路が熱破壊されるまでの時間を測定した。

具体的には、まず、定格ランプ電力毎に、３つの実施例および１つの比較例のランプを用意し、各ランプに対してエージングを実施し、点灯回路が熱破壊するまでの総点灯時間（回路寿命時間）を測定した。ここで、エージングは定格ランプ電力で裸点灯、口金が上側の点灯姿勢で５．５［ｈ］点灯、０．５［ｈ］消灯の点灯サイクルで評価を実施した。

図４は、条件２を求めた実験の結果を示す図である。
図４には、各実施例および各比較例における、外管１６の最大外径Ｄ_ＭＡＸ、距離Ｌ、仮容積Ｙ、回路温度［℃］、回路寿命時間［ｈ］および判定結果が示されている。当該測定温度は、点灯開始後、回路温度が安定する３［ｈ］経過時での温度を、熱電対を用いて測定した値である。

本実験において、回路寿命時間が２４０００［ｈ］以上の場合は、所望の定格寿命に対してバラツキを考慮した寿命信頼性を確保する良好「○」なランプと判定し、回路寿命時間が２４０００［ｈ］未満の場合は、所望の定格寿命に対してバラツキを考慮した寿命信頼性を確保できない不良「×」のランプと判定した。なお、ランプが不点になり、かつ、点灯回路以外の箇所に故障が見られなかった場合に、点灯回路が過熱することにより短命化し、破壊したとみなした。

回路寿命時間２４０００［ｈ］を境にして、良好または不良と判定した理由としては、メタルハライドランプ１０は、水銀灯の代替光源としての位置付けから、当該水銀灯と同等かそれ以上の寿命を実現する必要がある。水銀灯の寿命は１２０００［ｈ］であるため、その代替光源としては、少なくとも１２０００［ｈ］、好ましくは１５０００［ｈ］の寿命を確保する必要があり、回路設計上の電子部品における品質のバラツキやランプの使用環境までも考慮するとその２倍の寿命、すなわち２４０００［ｈ］、好ましくは３００００［ｈ］を設計寿命とすることが好ましいからである。

実験結果を見ると、図４に示すように、定格ランプ電力３０［Ｗ］のランプは、最大外径Ｄ_ＭＡＸが５０．９［ｍｍ］に設定されている。
そして、実施例１１−１は、Ｌ＝５４．５［ｍｍ］、Ｙ＝１４１１９９［ｍｍ^３］、回路温度＝６３［℃］、回路寿命時間＝３５９００［ｈ］であり、判定が「○」である。

同様に、実施例１１−２は、Ｌ＝５５．５［ｍｍ］、Ｙ＝１４３７９０［ｍｍ^３］、回路温度＝６２［℃］、回路寿命時間＝３９２００［ｈ］、判定「○」であり、実施例１１−３は、Ｌ＝５７［ｍｍ］、Ｙ＝１４７６７６［ｍｍ^３］、回路寿命時間＝４１５００［ｈ］、判定「○」である。

なお、実施例１１−３の回路温度が無いのは、実施例１１−３の仮容積Ｙは、実施例１１−１，１１−２と比べて大きく、実施例１１−１，１１−２よりも回路温度が下がることが予測できることから、回路温度の測定を行っていないためである。実施例１２−３，１３−３，１４−３，１５−３，１６−３および１７−３においても、同様の理由により、回路温度を測定していないため、回路温度の記載が無い。

一方、比較例１１は、Ｌ＝５２．５［ｍｍ］、Ｙ＝１３６０１８［ｍｍ^３］、回路温度＝７９［℃］、回路寿命時間＝１１９００［ｈ］であり、判定が「×」である。
また、図４に示す、定格ランプ電力７０〜４２０［Ｗ］のランプにおける実施例１２−１〜１７−３および比較例１２〜１７おいても、上記と同様に判定された結果が示されている。このような結果が得られた理由として、仮容積Ｙが大きい場合は、頂部側空間１６Ｄの容積もまた大きくなるので、外管１６内の空気による放熱効果が得られることから、対流熱伝達によるケース１２の温度上昇が抑制されると考えられ、最終的に、点灯回路２４を構成する各電子部品２２が過度に加熱されるのを抑制でき、各電子部品２２の寿命の短命化が防ぐことができると考えられる。

図６は、縦軸を仮容積Ｙ、横軸を定格ランプ電力Ｐとし、図４に示す実施例および比較例をプロットした図であり、判定「○」の各実施例が○印で、判定「×」の各比較例が×印で示されている。

また、図６において、定格ランプ電力Ｐ毎の、判定「○」の仮容積Ｙの値と、判定「×」の仮容積Ｙの値との間を通過し、かつ判定「○」の仮容積Ｙの値に近接した下限線１０１が引かれている。この下限線１０１は、各判定「○」の仮容積Ｙの値を含む領域の下限を示す線であり、次の関係式で表すことができる。

４４００Ｐ＋９１００＝Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ
図４および図６より、条件２を満たす実施例１１−１〜１７−３のランプでは、いずれも回路寿命時間が２４０００［ｈ］以上であり目標値を超えている。一方、条件２を満たさない比較例１１〜１７のランプでは、いずれも回路寿命時間が２４０００［ｈ］どころか、水銀灯の寿命である１２０００［ｈ］にも満たない。

また、実施例１１−１〜１７−３のランプは、いずれも回路温度が７０［℃］を超えることがなかった。一方、比較例１１〜１７のランプは、７０［℃］を超えている。一般に、点灯回路の中で最も熱に弱い素子は電解コンデンサであると考えられるが、バラつきを考慮しても所望の定格寿命に対する寿命信頼性を確保できる電解コンデンサの温度は７０［℃］程度であるため、この温度を超えている比較例１１〜１７のランプは短寿命化したと考えられる。

なお、本明細書において、「回路温度」とは、点灯を開始してから３［ｈ］経過後、点灯回路ユニットが収納されたランプ筐体８０の内部空間の温度が安定した状態の際に、熱電対を用いてランプ筐体８０内の雰囲気温度を、全空間を網羅する領域においてランダムに１６点測定したうち、最低の測定温度を意味する。

以上の実験の結果より、メタルハライドランプ１０は、条件２を満たした場合に、点灯回路ユニット１８が過熱するのを防止できることが分かった。
このように、点灯回路ユニット１８の過熱を防止できるのは、定格ランプ電力に応じて仮容積Ｙを設定することにより、外管１６内の空気による放熱効果を効果的に高めることができ、内管４６の熱が外管１６内の空気を介してランプ筐体１２側に熱伝達するのを抑制できるためであると考えられる。その結果として、メタルハライドランプ１０は、ランプ筐体１２の温度上昇を抑制することができ、点灯回路ユニット１８が過熱するのを防止することができる。

なお、本実験では、外管１６の最大外径Ｄ_ＭＡＸを固定し、距離Ｌが異なる実施例および比較例を用いているが、距離Ｌを固定し、最大外径Ｄ_ＭＡＸが異なる実施例および比較例としてもよい。仮容積Ｙの値が同じである限り、同様の結果を得ることができる。

以上より、メタルハライドランプ１０が、３０〜４２０［Ｗ］の高Ｗタイプとした場合であっても、外管の容積が十分に確保されるため、回路温度を低減することでき、回路に対する信頼性を確保することができる。
＜条件３を求めた実験＞
次に、条件３を求めた実験について説明する。

本実験では、３０［Ｗ］、７０［Ｗ］、１００［Ｗ］、１５０［Ｗ］、２００［Ｗ］、２９０［Ｗ］および４２０［Ｗ］の定格ランプ電力毎に、代替対象の水銀灯よりもガラス球径およびランプ全長が大きいメタルハライドランプ１０を作製し、それぞれのメタルハライドランプ１０が、既存の照明器具に取り付けることができるか否かを確認した。

ここで、「代替対象の水銀灯」とは、例えば、３０［Ｗ］のメタルハライドランプであれば８０［Ｗ］の水銀灯のことであり、メタルハライドランプが同等の明るさを有する水銀灯のことを意味している。

具体的には、定格ランプ電力毎に、外管１６の最大外径Ｄ_ＭＡＸを、代替対象の水銀灯のガラス球径よりも大きく、かつ距離Ｌを、代替対象の水銀灯におけるランプ全長と光中心距離との寸法差よりも大きい実施例を１つずつ用意した。

また、各定格ランプ電力のメタルハライドランプ１０を取り付ける既存の照明器具として、次のパナソニック電工株式会社製の照明器具を用意した。
（１）３０［Ｗ］のメタルハライドランプ：高天井用照明器具（水銀灯用）
（ホルダ（品番：ＹＢ１２８５４）とセード（品番：ＹＫ３２１５０）の組合せ）
（２）７０［Ｗ］のメタルハライドランプ：高天井用照明器具（水銀灯用）
（ホルダ（品番：ＹＢ１２８５４）とセード（品番：ＹＫ３２１５０）の組合せ）
（３）１００［Ｗ］のメタルハライドランプ：高天井用照明器具（水銀灯用）
（ホルダ（品番：ＹＢ１５８２０Ｈ）とセード（品番：ＹＫ３４３３０）の組合せ）
（４）１５０［Ｗ］のメタルハライドランプ：高天井用照明器具（水銀灯用）
（ホルダ（品番：ＹＢ１５８３０Ｈ）とセード（品番：ＹＫ３４３３０）の組合せ）
（５）２００［Ｗ］のメタルハライドランプ：高天井用照明器具（水銀灯用） （ホルダ（品番：ＹＢ１５８４０Ｈ）とセード（品番：ＹＫ３４３３０）の組合せ）
（６）２９０［Ｗ］のメタルハライドランプ：高天井用照明器具（水銀灯用）
（ホルダ（品番：ＹＢ１６５７５ＺＨ）とセード（品番：ＹＫ３６３３０）の組合せ）（７）４２０［Ｗ］のメタルハライドランプ：高天井用照明器具（水銀灯用）
（ホルダ（品番：ＹＢ１６５７５ＺＨ）とセード（品番：ＹＫ３６３３０）の組合せ）
図５は、条件３を求めた実験の結果を示す図である。

図５には、定格ランプ電力毎に、最大外径Ｄ_ＭＡＸ、距離Ｌ、仮容積Ｙおよび判定結果が示されている。
ここでの判定基準は、メタルハライドランプを既存の照明器具に取り付けることができた場合に良好「○」、取り付けることができない場合に不良「×」である。また、ここでの「照明器具に取り付けることができた場合」とは、ランプを照明器具に物理的に取り付けることができただけでなく、照明器具の開口部からランプが突出しない状態で、ランプを照明器具に取り付けることができた場合を意味している。

実験結果を見ると、定格ランプ電力３０〜４２０［Ｗ］の全ての実施例１１−４〜１７−４において、良好「○」な判定結果が示されている。
図６には、これら実施例１１−４〜１７−４の各仮容積Ｙの値が、図４に示す実験結果と同様、プロットされている。そして、実施例１１−４〜１７−４の各仮容積Ｙの値を通過する上限線１０２が引かれている。

この上限線１０２は、仮容積Ｙの上限を示す線であり、次の関係式で表すことができる。
Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ＝９１００Ｐ＋４８０００
したがって、仮容積Ｙが、上限線１０２以下であれば、既存の照明器具に取り付け可能であるといえる。

図５および図６より、メタルハライドランプ１０は、条件３を満たした場合に、既存の照明器具に取り付け可能なことが分かった。
［第２の実施形態］
＜ランプ構造＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係るメタルハライドランプ１１０の要部を示す縦断面図である。

先ず、図７に示すメタルハライドランプ１１０と、上記第１の実施形態に係るメタルハライドランプ１０との違いについて説明する。
図７に示すメタルハライドランプ１１０は、外管１１６内の空気の放熱効果を高めることにより、内管４６の熱が、外管１１６内の空気を介してランプ筐体１２側に伝達するのを抑制し、点灯回路が過熱するのを防止している点では、図１のメタルハライドランプ１０と同じである。

一方、図７に示すメタルハライドランプ１１０は、定格ランプ電力に応じて、外管１１６の最大外径Ｄ３_ＭＡＸと内管４６の外径寸法Ｄ２との寸法差を設定することにより、外管１６内の空気の放熱効果を効果的に高めている点が、図１のメタルハライドランプ１０とは異なっている。

また、メタルハライドランプ１１０は、内管４６の外径寸法Ｄ２が小さくなり過ぎて、発光管４４の温度を過度に上昇させることがないように、内管４６の外径寸法Ｄ２と発光管の外径寸法Ｄ１との寸法差についても規定を設けている。

なお、図７では、メタルハライドランプ１１０におけるランプ筐体および口金部が省略されている。これらランプ筐体および口金部は、図１に示すメタルハライドランプ１０のランプ筐体１２および口金部１４と同じ構成である。本実施形態において、図１に示すメタルハライドランプ１０と同じ構成要素については、簡単のため、同じ符号で示し、その説明を省略する。
（二重管構造体）
二重管構造体４２は、図１に示す二重管構造体４２と同じ構成である。

図７には、発光管４４における一対の電極９０，９２間の中心を通る径の外径寸法がＤ１［ｍｍ］、内管４６における一対の電極９０，９２間の中心を通る径の外径寸法がＤ２［ｍｍ］で示されている。また、ホルダ１２Ｂのからの二重管構造体４２の高さがＨで示されている。

なお、本実施形態において、発光管４４の内部には、金属ハロゲン化金属として、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化ジスプロシウム等が封入されている。
（外管）
外管１１６は、図１に示す外管１６と同等の形状からなり、長軸方向一端の開口端縁部１１６Ａと、他端の頂部１１６Ｂとを有している。また、最大外径箇所１１６Ｃが、一対の電極９０，９２間に相当する領域Ｒ２に設けられている。図７には、最大外径箇所１１６Ｃの外径寸法がＤ３_ＭＡＸ［ｍｍ］（以下、最大外径Ｄ３_ＭＡＸという）で示されている。

次に、外管１１６の寸法設定について、詳しく説明する。
外管１１６の最大外径Ｄ３_ＭＡＸは、次の条件を満たす。
Ｄ３_ＭＡＸ≦１６５．３［ｍｍ］ ・・・（条件６）
また、外管１１６の最大外径Ｄ３_ＭＡＸと内管４６の外径寸法Ｄ２との寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）、および内管４６の外径寸法Ｄ２と発光管の外径寸法Ｄ１との寸法差（Ｄ２−Ｄ１）が、次の条件を満たす。

０．２１Ｐ＋２６≦Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２ ・・・（条件７）
０．０１３Ｐ＋１．９≦Ｄ２−Ｄ１ ・・・（条件８）
寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）が小さいと、外管１６内の空気による放熱効果が得られず、対流熱伝達によるランプ筐体１２の温度上昇を抑制することができない。このため、点灯回路２４を構成する各電子部品２２が加熱され、各電子部品２２の寿命の短命化を招くおそれがある。発明者らは、後述する実験により、条件７を満たせば、各電子部品２２が過熱するのを防止して、各電子部品２２の設計寿命を確保できることを見出した。

一方、寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）を大きくすると、外管１６内の空気による放熱効果を高めることはできるが、寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）を大きくすることにより寸法差（Ｄ２−Ｄ１）が小さくなった場合には、内管４６が発光管４４に近接して内管４６による保温効果が強まり、発光管４４の温度を上昇させてしまう。発光管４４の温度が過度に上昇すると、ランプの立消えが発生するという弊害が出てくる。発明者らは、後述する実験により、条件８を満たせば、発光管４４の温度が過度に上昇するのを抑制でき、ランプの立消えが発生するのを防止できることを見出した。
＜条件６について＞
条件６は、外管１１６が大きくなり過ぎて、メタルハライドランプ１１０が既存の照明器具に取り付けることができなくなるのを防止するために設けられている。本実施形態でも、定格ランプ電力の最も大きい４２０［Ｗ］のメタルハライドランプ１１０が７００［Ｗ］の水銀灯の代替品となり得ることから、７００［Ｗ］の水銀灯用の照明器具に取り付け可能な外管１１６の大きさを上限とすることができる。具体的には、パナソニック電工株式会社製の高天井用照明器具（ホルダ（品番：ＹＢ１６５７５ＺＨ）とセード（品番：ＹＫ３６３３０）の組合せ）に取り付けることができる外管１１６の最大外径Ｄ_ＭＡＸを上限としている。
＜条件７を求めた実験＞
先ず、条件７を求めた実験について説明する。

本実験では、本実施形態に係るメタルハライドランプ１１０をベースにして、３０［Ｗ］、７０［Ｗ］、１００［Ｗ］、１５０［Ｗ］、２００［Ｗ］、２９０［Ｗ］および４２０［Ｗ］の定格ランプ電力毎に、外管１１６の最大外径Ｄ３_ＭＡＸを固定し、内管４６の外径寸法Ｄ２を異ならせることにより寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）が異なる複数の複数のランプを作製し、それらランプを点灯させて、点灯回路が過熱して熱破壊されるまでの時間を測定した。

具体的には、上記第１の実施形態における実験と同様、定格ランプ電力毎に、３つの実施例および１つの比較例のランプを用意し、各ランプに対してエージングを実施し、点灯回路が熱破壊するまでの総点灯時間（回路寿命時間）を測定した。

図８は、条件７を求めた実験の結果を示す図である。
図８には、各実施例および各比較例における、外管１１６の最大外径Ｄ３_ＭＡＸ、内管４６の外径寸法Ｄ２、寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）、回路温度［℃］、回路寿命時間［ｈ］および判定結果が示されている。

なお、本実験においても、回路寿命時間２４０００［ｈ］を境にして、良好または不良と判定している。
実験結果を見ると、図８に示すように、定格ランプ電力３０［Ｗ］のランプは、最大外径Ｄ３_ＭＡＸが５５［ｍｍ］に設定されている。

そして、実施例２１−１は、Ｄ２＝２２［ｍｍ］、Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２＝３３［ｍｍ］、回路温度＝６１［℃］、回路寿命時間＝４２１００［ｈ］であり、判定が「○」である。
同様に、実施例２１−２は、Ｄ２＝１７［ｍｍ］、Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２＝３８［ｍｍ］、回路温度＝６０［℃］、回路寿命時間＝４４９００［ｈ］、判定「○」であり、実施例２１−３は、Ｄ２＝１１［ｍｍ］、Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２＝４４［ｍｍ］、回路寿命時間＝４６２００［ｈ］、判定「○」である。

なお、実施例２１−３の回路温度が無いのは、実施例２１−３における寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）は、実施例２１−１，２１−２と比べて大きく、実施例２１−１，２１−２よりも回路温度が下がることが予測できることから、回路温度の測定を行っていないためである。実施例２２−３，２３−３，２４−３，２５−３，２６−３および２７−３においても、同様の理由により、回路温度を測定していないため、回路温度の記載が無い。

一方、比較例２１は、Ｄ２＝２３［ｍｍ］、Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２＝３２［ｍｍ］、回路温度＝７７［℃］、回路寿命時間＝１３９００［ｈ］であり、判定が「×」である。
また、図８に示す、定格ランプ電力７０〜４２０［Ｗ］のランプにおける実施例２２−１〜２７−３および比較例２２−１〜２７−１おいても、上記と同様に判定された結果が示されている。これは、寸法差（Ｄ３max−Ｄ２）が大きければ、外管内の空気による放熱効果が得られるから、対流熱伝達によるケースの温度上昇が抑制されるため、結果として、各電子部品の短寿命化が抑制されるものと考えられる。

図９は、縦軸を寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）、横軸を定格ランプ電力Ｐとし、図８に示す実施例および比較例をプロットした図であり、判定「○」の各実施例が丸印で示され、判定「×」の各比較例が×印で示されている。

図９において、定格ランプ電力Ｐ毎の、判定「○」の寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）の値と、判定「×」の寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）との値の間を通過し、かつ判定「○」の寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）の値に近接した下限線１０３が引かれている。この下限線１０３は、各判定「○」の寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）の値を含む領域の下限を示す線であり、次の関係式で表すことができる。

０．２１Ｐ＋２６＝Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２
図８および図９より、条件７を満たす実施例２１−１〜２７−３のランプでは、いずれも回路寿命時間が２４０００［ｈ］以上であり目標値を超えている。一方、条件７を満たさない比較例２１−１〜２７−１のランプでは、いずれも回路寿命時間が２４０００［ｈ］に満たない。

また、実施例２１−１〜２７−３のランプは、いずれも回路温度が７０［℃］を超えることがなかった。一方、比較例２１−１〜２７−１のランプは、７０［℃］を超えている。

以上の実験の結果より、メタルハライドランプ１１０は、条件７を満たした場合に、点灯回路ユニット１８が過熱するのを防止できることが分かった。
このように、点灯回路ユニット１８の過熱を防止できるのは、定格ランプ電力に応じて寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）を設定することにより、外管１１６内の空気による放熱効果を効果的に高めることができ、内管４６の熱が外管１１６内の空気を介してランプ筐体１２側に熱伝達するのを抑制できるためであると考えられる。その結果として、メタルハライドランプ１１０は、ランプ筐体１２の温度上昇を抑制することができ、点灯回路ユニット１８が過熱するのを防止することができる。

なお、本実験では、外管１１６の最大外径Ｄ３_ＭＡＸを固定し、内管４６の外径寸法Ｄ２が異なる実施例および比較例を用いているが、外径寸法Ｄ２を固定し、最大外径Ｄ３_ＭＡＸが異なる実施例および比較例としてもよい。寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）が同じである限り、同様の結果を得ることができる。
＜条件８を求めた実験＞
次に、条件８を求めた実験について説明する。

本実験では、本実施形態に係るメタルハライドランプ１１０をベースにして、３０［Ｗ］、７０［Ｗ］、１００［Ｗ］、１５０［Ｗ］、２００［Ｗ］、２９０［Ｗ］および４２０［Ｗ］の定格ランプ電力毎に、発光管４４の外径寸法Ｄ１を固定し、内管４６の外径寸法Ｄ２を異ならせることにより寸法差（Ｄ２−Ｄ１）が異なる複数のランプを作製し、それらランプを点灯させて、ランプの立消えが発生するか否かを確認した。

具体的には、定格ランプ電力毎に、２つの実施例および１つの比較例のランプを、それぞれ１０個用意し、各ランプに対して９０００［ｈ］のエージングを実施して、実施例および比較例毎に用意した１０個のランプにおけるランプの立消えの発生数を調べた。

ここで、エージングは、ランプの口金が上側となる点灯姿勢を保持し、定格ランプ電力において裸点灯させながら、５．５［ｈ］点灯させた後に０．５［ｈ］消灯させるという点灯サイクルを採用し、評価を行った。

また、ランプの立消えは、ランプ電圧の上昇傾向により判断した。すなわち、ランプ個々の寿命特性のバラツキを考慮すると、通常、９０００［ｈ］まで評価した場合には、１２０００［ｈ］もしくは１５０００［ｈ］での寿命達成の可否が見極められることから、総点灯時間９０００［ｈ］を境にして、立消えが「良好」または「不良」と判定した。

図１０は、条件８を求めた実験の結果を示す図である。
図１０には、各実施例および各比較例における、内管４６の外径寸法Ｄ２、発光管４４の外径寸法Ｄ１、寸法差（Ｄ２−Ｄ１）、立消えの発生数および判定結果が示されている。

本実験において、総点灯時間９０００［ｈ］において、実施例および比較例毎に用意した１０個のランプが何れも不点とならない場合は、立消えし難い良好「○」なランプと判定し、当該１０個のランプ中、１個のランプでも不点となる場合は、立消えし易い不良「×」のランプと判定した。

実験結果を見ると、図１０に示すように、定格ランプ電力３０［Ｗ］のランプは、発光管４４の外径寸法Ｄ１が８．７［ｍｍ］に設定されている。
そして、実施例２１−３は、Ｄ２＝１１［ｍｍ］、Ｄ２−Ｄ１＝２．３［ｍｍ］、立消え発生数が１０件中０件であり、判定「○」である。

同様に、実施例２１−４は、Ｄ２＝１３［ｍｍ］、Ｄ２−Ｄ１＝４．３［ｍｍ］、立消え発生件数が１０件中０件、判定「○」である。
一方、比較例２１−２は、Ｄ２＝１０［ｍｍ］、Ｄ２−Ｄ１＝１．３［ｍｍ］、立消え発生件数が１０件中３件、判定「×」である。

なお、実施例２１−３は、図８に示す同じ番号となる実施例のランプと同じ構成のものである。
なお、実施例２１−３は、図７に示す実施例２１−３のランプと同じ構成のものである。また、図９に示す他の実施例において、図７に同じ番号の実施例が存在するものについては、当該実施例のランプの構成と同じである。

また、図１０に示す、定格ランプ電力７０［Ｗ］〜４２０［Ｗ］のランプにおける各実施例および各比較例おいても、上記と同様に判定された結果が示されている。
図１１は、縦軸を寸法差（Ｄ２−Ｄ１）、横軸を定格ランプ電力Ｐとし、図１０に示す実施例および比較例をプロットした図であり、判定「○」の各実施例が丸印で示され、判定「×」の各比較例が×印で示されている。

図１１において、定格ランプ電力Ｐ毎の、判定「○」の寸法差（Ｄ２−Ｄ１）の値と、判定「×」の寸法差（Ｄ２−Ｄ１）との値の間を通過し、かつ判定「○」の寸法差（Ｄ２−Ｄ１）の値に近接した下限線１０４が引かれている。この下限線１０４は、各判定「○」の寸法差（Ｄ２−Ｄ１）の値を含む領域の下限を示す線であり、次の関係式で表すことができる。

０．０１３Ｐ＋１．９＝Ｄ２−Ｄ１
図１０および図１１より、条件８を満たす各実施例のランプでは、総点灯時間９０００［ｈ］で不点となるランプがない。一方、条件８を満たさない各比較例のランプでは、１０個中数個のランプが不点となった。

以上の実験の結果より、メタルハライドランプ１１０は、条件８を満たした場合に、ランプの立消えが発生するのを防止できることが分かった。
このように、ランプの立消えが発生するのを防止できるのは、定格ランプ電力に応じて寸法差（Ｄ２−Ｄ１）を設定することにより、内管４６が発光管４４に近接し過ぎるのを抑制し、発光管４４の温度が過度に上昇するのを抑制しているからである。これによって、ランプの立消えが発生するのを防止している。

なお、本実験では、発光管４４の外径寸法Ｄ１を固定し、内管４６の外径寸法Ｄ２が異なる実施例および比較例を用いているが、外径寸法Ｄ２を固定し、外径寸法Ｄ１が異なる実施例および比較例としてもよい。寸法差（Ｄ２−Ｄ１）が同じである限り、同様の結果を得ることができる。

本実施形態における実験により、寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）を大きくすれば、外管１１６内の空気による放熱効果が高めることができ、点灯回路ユニット１８が過熱するのを防止できることが分かった。しかしながら、既存の照明器具に取り付け可能な大きさとするため、最大外径Ｄ３_ＭＡＸが１６５．３［ｍｍ］以下に制限され、寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）の大きさに限界がある。

したがって、寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）の設定により、点灯回路ユニット１８が過熱するのを防止し、回路寿命時間を２４０００［ｈ］以上確保することはできるが、寸法差（Ｄ３_ＭＡＸ−Ｄ２）の設定だけで、回路寿命時間［ｈ］を延長（改善）するには限界がある。発明者らは、メタルハライドランプの回路寿命時間［ｈ］を効果的に延長するため、鋭意検討した結果、二重管構造体４２の高さＨを高くすることが有効であり、次の条件を満たせば回路寿命を、改善できることを見出した。

０．１×Ｐ＋３１≦Ｈ ・・・（条件９）
＜条件９を求めた実験＞
次に、条件７を求めた実験について説明する。

本実験では、図８に示す実施例のうち、３０［Ｗ］〜４２０［Ｗ］の定格ランプ電力毎に、選択した実施例のランプに対する回路寿命時間の改善効果を確認するため、当該選択した実施例のランプの構成に、二重管構造体４２の高さＨのみ異なるランプを作製し、それらランプを点灯させて、点灯回路が過熱して熱破壊されるまでの時間を測定した。

具体的には、定格ランプ電力毎に、図９に示す下限線１０３に最も近接する実施例を選択した。そして、本実験の実施例の二重管構造体４２の高さＨを、当該選択した実施例よりも高くして、本実験の各実施例のランプに対してエージングを実施し、点灯回路が熱破壊するまでの総点灯時間（回路寿命時間）を測定した。

図１２は、条件９を求めた実験の結果を示す図である。
図１２には、各実施例における、二重管構造体４２の高さＨ、回路温度［℃］、回路寿命時間［ｈ］、改善時間［ｈ］および改善率「％」が示されている。また、比較対象であり、選択された実施例のランプにおける二重管構造体４２の高さＨ、回路温度［℃］、回路寿命時間［ｈ］が示されている。

実験結果を見ると、図１２に示すように、定格ランプ電力３０［Ｗ］における実施例２１−５のランプは、実施例２１−１のランプ構成に高さＨがのみ変えられたものである。実施例２１−５では、高さＨ＝３４［ｍｍ］、回路温度＝６０［℃］、回路寿命時間＝４５１００［ｈ］であり、実施例２１−１と比べた場合に、回路寿命の改善時間が３０００［ｈ］、改善率が７．１［％］である。

また、図１２に示す、定格ランプ電力７０〜４２０［Ｗ］のランプにおける実施例２２−５〜２７−５においても、上記と同様、回路寿命時間が改善されている。
図１３は、縦軸を二重管構造体４２の高さＨ、横軸を定格ランプ電力Ｐとし、図１２に示す実施例をプロットした図である。そして、改善率が６．１「％」以上である実施例２１−５〜２７−５を通過する下限線１０５が引かれている。

この下限線１０５は、二重管構造体４２の高さＨの下限を示す線であり、次の関係式で表すことができる。
０．１×Ｐ＋３１＝Ｈ
ここで、回路寿命の目標改善率を、６．１「％」以上とした理由を述べる。メタルハライドランプは、水銀灯の代替光源としての位置づけから、当該水銀灯と同等かそれ以上の寿命を確保する必要がある。通常、水銀灯の定格寿命は１２０００［ｈ］であるため、その代替光源としては、少なくとも１２０００［ｈ］、好ましくは１５０００［ｈ］以上の寿命を確保する必要があるが、回路設計上は、電子部品における品質のバラツキおよびランプの使用環境を考慮し、２倍の寿命、すなわち３００００［ｈ］を設計寿命とすることが好ましい。そのため、３０［Ｗ］から４２０［Ｗ］すべてのワットレンジに対して３００００［ｈ］以上確保することが望ましいという観点から、目標改善率を６．１「％」以上とした。

図１２および図１３より、条件９を満たす実施例２１−５〜２７−５のランプは、条件９を満たさない実施例２１−１〜２７−１（図１３に示す比較対象）と比べて、回路寿命時間を６．１「％」以上改善することができることが分かった。

以上、本発明に係るメタルハライドランプについて、実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られない。
＜変形例＞
例えば、上記実験１〜４において、３０［Ｗ］、７０［Ｗ］、１００［Ｗ］、１５０［Ｗ］、２００［Ｗ］、２９０［Ｗ］および４２０［Ｗ］の各定格ランプ電力のメタルハライドランプを用いたが、これらとは異なる定格ランプ電力のメタルハライドランプを用いたとしても同様の実験結果を得ることができる。

また、上記第２の実施形態において、発光管４４の内部に、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化ジスプロシウム等が封入された構成を示したが、メタルハライドランプの仕様または用途に合わせて、ハロゲン化金属を適宜変更することができる。

上記実施形態では、外管内に空気が存する構成を示したが、外管を密閉して、窒素等の不活性ガスを封入した構成としても良い。
上記実施形態では、外管の内面に蛍光膜が塗布された構成を示したが、蛍光膜を有しない構成であってもよい。

また、ランプ筐体に内蔵された点灯回路の構成は、ランプおよびランプを取り付ける照明器具の仕様または用途に合わせて適宜変更することができる。例えば、イグナイタを有する点灯回路の構成とすることができる。また、安定器を有しない点灯回路の構成であってもよい。

上記実施形態に係るメタルハライドランプは、銅鉄式のような安定器を含む照明器具にも適用することができる。
このように上記実施形態に係るメタルハライドランプの取替え対象となる既存の水銀灯用照明器具が安定器を含んでいる場合、上記実施形態に係るメタルハライドランプに内蔵している点灯回路を保護するという観点からは、点灯回路の入力部にパルス保護回路を付設することが好ましい。なぜならば、例えば、点灯中のランプが立ち消えるなどして回路への入力電流が急激に遮断された場合には、インダクタンス成分を含む安定器から高電圧のパルスが発生することがあり、このパルス電圧により回路素子が破損するおそれがあるが、上記のようにパルス保護回路を付設すると、パルス電圧による回路素子の破損を抑えることができるためである。また、ランプが立消えたりなどした場合であっても、回路への入力電流が急激に遮断されることなく、緩やかに減少させるための保護回路を設けることによって、安定器からのパルス電圧を低下させることもできる。

また、上記実施形態に係るメタルハライドランプにおいては、点灯回路の入力部にＡＣフィルタまたはアクティブフィルタ回路を付設させてもよい。一般的に、水銀灯用に使用される安定器はインダクタであるため、点灯回路への入力電流が高調波成分を多く含む場合、本来の入力電流波形を歪ませることがある。その点、これらの回路を付設することにより、点灯回路への入力電流の高調波成分を低減することが出来るため、安定器によって電流波形を歪ませられることなく、ランプに対して適正な電流を安定して供給することができるので、ちらつきなどの問題が回避できる。

ところで、上記実施形態に係るメタルハライドランプを取り付ける対象となる既存の水銀灯用照明器具は、既に数十年という長期にわたって使用されている場合が多く、コイル劣化などが懸念される。また、上記実施形態に係るメタルハライドランプはセラミック発光管を使用し、水銀灯の２倍程度の効率を得ることが出来るので、既存の水銀灯と同等の光束（光量）を得るのであれば、およそ半分の電力/電流にすることが出来る。このため
、既存の安定器が長期間にわたって使用されていても、上記実施形態に係るメタルハライドランプに交換した後は、安定器の電流負荷を低減することができるため、コイル劣化を抑制させる効果や発煙などの不具合を抑制することが出来る。さらに、水銀灯を使用している際、コイル劣化により安定器が短絡状態になった場合は水銀灯の発光管が破損することがあるが、上記実施形態に係るメタルハライドランプであれば内蔵された回路により電流が制限されているため、発光管が破損するなどの心配もない。また、上記実施形態に係るメタルハライドランプを既存の水銀灯用照明器具に適用する場合には、既存の水銀灯よりも低電力タイプのものを選択することが好ましい。このように低電力タイプを選択すると、既存の照明器具に水銀灯を取り付けて使用するよりも回路に対する電流負荷が低いので、既存の安定器が長期間にわたって使用されていても、コイル劣化等が生じている場合でも発煙などの不具合を抑制することができる。

本発明に係るメタルハライドランプは、点灯回路を内蔵しているにも関わらず、高ワットタイプとした場合であっても、外管内の容積を適量に確保することによって、回路温度の上昇を抑制し、回路の寿命信頼性を確保することができるとともに、発光管の寿命特性も確保することができる。よって、既存の水銀灯用照明器具にそのまま装着して用いる水銀灯代替品として好適に利用可能である。

１０ メタルハライドランプ
１２ ランプ筐体
１２Ａ ケース部
１２Ｂ ホルダ
１２Ｃ 長孔
１４ 口金部
１６ 外管
１６Ａ 開口端縁部
１６Ｂ 頂部
１６Ｃ 最大外径箇所
１６Ｄ 頂部側空間
１８ 点灯回路ユニット
２０ プリント配線板
２２ 電子部品
２４ 点灯回路
２４Ａ ＡＣ／ＤＣ変換部
２４Ｂ ＤＣ調整部
２４Ｃ ＤＣ／ＡＣ変換部
２６ リード線
２８ リード線
３０ 絶縁体部
３０Ａ 貫通孔
３２ シェル
３４ アイレット
３４Ａ 貫通孔
３６ 絶縁体部
４２ 内管
４２ 二重管構造体
４４ 発光管
４４ 発光管
４６ 内管
４８ 本管部
５０，５２ 細管部
５４ 放電容器
５６，５８ 給電体
６０，６２ シール材
６４，６６ 電力供給線
６８，７０ 金属箔
７２，７４ 外部リード線
７６ スリーブ
７８ ピンチシール部
８０ 凸部
８２ 無機接着剤
８４ 挿入溝
９０ 先端
９０ 電極
９０，９２ 電極
１０１ 下限線
１０２ 上限線
１０３ 下限線
１０４ 下限線
１０５ 直線
１１０ メタルハライドランプ
１１６ 外管
１１６Ａ 開口端縁部
１１６Ｂ 最大外径箇所
１１６Ｃ 頂部
Ｄ１ 発光管の外径
Ｄ２ 内管の外径
Ｄ_ＭＡＸ 外管の最大外径
Ｄ３_ＭＡＸ 外管の最大外径
ＤＯ 外管の開口側端部の外径
Ｈ 二重管構造体の高さ
Ｌ 距離
Ｒ 領域
Ｃ１０１，Ｃ１０２ コンデンサ
Ｄ１０１〜１０３ ダイオード
Ｌ１０１，Ｌ１０２ インダクタンス素子
Ｌ１０３ 安定器
Ｑ１０１〜１０６ スイッチング素子

Claims (4)

1. 先端が互いに対向する一対の電極を有しかつ発光物質としてハロゲン化金属が封入された発光管および当該発光管を気密封止する内管を有する二重管構造体と、
   前記内管の長手方向一端部を保持するホルダおよび一方の開口側端部に前記ホルダが取り付けられたケースを有するランプ筐体と、
   前記ケースの他方の開口側端部に取り付けられた口金と、
   前記ランプ筐体の内部に収納された、前記発光管を点灯する点灯回路と、
   前記二重管構造体を内包した状態で前記ランプ筐体に取り付けられた外管と、
   を備えたメタルハライドランプであって、
   前記外管の頂部から、前記発光管の一対の電極のうち当該頂部に近い側にある電極の先端までの距離をＬ［ｍｍ］とし、前記外管の最大外径の寸法をＤ_ＭＡＸ［ｍｍ］、定格ランプ電力をＰ［Ｗ］とした場合に、
   ３０≦Ｐ≦４２０
   ４５≦Ｄ_ＭＡＸ≦１６５．３
   の範囲内において、前記最大外径Ｄ_ＭＡＸおよび前記距離Ｌが、
   ４４００Ｐ＋９１００≦Ｄ_ＭＡＸ ^２×Ｌ≦９１００Ｐ＋４８０００
   の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記外管の開口側の端部の外径寸法をＤ_Ｏ［ｍｍ］とした場合に、
   この外径寸法Ｄ_Ｏが、
   Ｄ_ＭＡＸ×０．３３≦Ｄ_Ｏ≦Ｄ_ＭＡＸ×１．００
   の範囲内である
   ことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
3. 先端が互いに対向する一対の電極を有しかつ発光物質としてハロゲン化金属が封入されたセラミック発光管および当該セラミック発光管を気密封止する内管からなる二重管構造体と、
   前記内管の長手方向一端部を保持するホルダおよび一方の開口側端部に前記ホルダが取り付けられたケースを有するランプ筐体と、
   前記ケースの他方の開口側端部に取り付けられた口金と、
   前記ランプ筐体の内部に収納された、前記セラミック発光管を点灯する点灯回路と、
   前記二重管構造体を内包した状態で前記ランプ筐体に取り付けられた外管と、
   を備えたメタルハライドランプであって、
   前記外管の最大外径の寸法をＤ_ＭＡＸ［ｍｍ］、前記セラミック発光管における前記一対の電極間の中心を通る径の外径寸法をＤ１［ｍｍ］、前記内管における前記一対の電極間の中心を通る径の外径寸法をＤ２［ｍｍ］、定格ランプ電力をＰ［Ｗ］とした場合に、
   ３０≦Ｐ≦４２０
   Ｄ_ＭＡＸ≦１６５．３
   の範囲内において、前記最大外径Ｄ_ＭＡＸおよび前記各外径寸法Ｄ１，Ｄ２が、
   ０．２１Ｐ＋２６≦Ｄ_ＭＡＸ−Ｄ２
   ０．０１３Ｐ＋１．９≦Ｄ２−Ｄ１
   の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
4. 前記二重管構造体の前記ランプ筐体からの高さをＨ［ｍｍ］とした場合に、
   この高さＨが、
   ０．１×Ｐ＋３１≦Ｈ
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載のメタルハライドランプ。

Images