JP2013004286A - セラミックメタルハライドランプ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２本以上の複数本の発光管の内の点灯し易い１本の発光管のみが点灯するセラミックメタルハライドランプ照明装置において、再始動時間の短縮及び瞬時再始動の実現を達成すること
【解決手段】セラミックメタルハライドランプと駆動回路とを備えた照明装置であって、前記セラミックメタルハライドランプは、１つの外球内に複数本の発光管を有し、常に点灯し易い１本の発光管のみが点灯するランプであり、点灯中の一方の発光管から消灯中の他方の発光管への熱伝達を抑制するため、前記複数本の発光管の相互間に透光性熱遮蔽部材が配置され、前記駆動回路は、再始動の際に２．５〜４．５ｋＶのパルス電圧を前記ランプに印加する。
【選択図】図４

Description

本発明は、セラミックメタルハライドランプ照明装置に関する。更に具体的には、複数本の発光管を有し、常に点灯し易い１本の発光管のみが点灯するセラミックメタルハライドランプ照明装置の再始動時間の短縮又は瞬時再始動の実現に関する。

高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ及びセラミックメタルハライドランプのような高輝度放電ランプ（以下、「ＨＩＤランプ」という。）は、電極間の放電を利用して発光する。白熱電球と比べて光束が大きいため大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。従って、道路、店舗、工場等の照明、テレビや映画のロケーション照明、自動車や鉄道車両の前照灯として、一般に広く使用されている。

ＨＩＤランプにおいて、発光物質として金属ハロゲン化物を採用したメタルハライドランプは、青白い光線を放つ高圧水銀ランプに比較して白色光（自然光）に近く優れた演色性、高い発光効率等の長所を有している。メタルハライドランプの発光管として、従来は石英製発光管が使用されていた。

最近では、発光管として、透光性セラミックス製発光管が使用されている。透光性セラミックス製発光管は、石英製発光管に比較して、格段に長寿命化が図れ、例えば、１本で２４，０００時間の寿命が確保できる。更に、材料のセラミックスは、発光管内に封入された金属ハロゲン化物と反応しないため、種々の金属ハロゲン化物を使用できる利点があり、且つ耐熱性が良好であるといった長所を有している。

透光性セラミックス製の発光管を使用しているメタルハライドランプは、特に、「セラミックメタルハライドランプ」と呼ばれている。

本発明者等は、セラミックメタルハライドランプの再始動時間の短縮に関する先行技術文献として、下記の特許文献を承知している。

特開昭４９−１７０７７号公報（公開日：１９７４年２月１５日）「多アーク管ランプ」（出願人：ゼネラル エレクトリック コンパニー） 特開平１０−１２３８８号公報（公開日：１９９８年１月１６日）「高圧ナトリウムランプ、高圧ナトリウムランプ点灯回路および照明装置」（出願人：東芝ライティング株式会社） 特開２００６−１０００８９号公報（公開日：２００６年４月１３日）「セラミックメタルハライドランプ」（出願人：日立ライティング株式会社）

ランプ一般に対して、更なる長寿命化の要請がある。長寿命化の要請に応えるため、本発明者等は、１個のランプの外球内に２本の発光管を封入して、常に点灯し易い１本の発光管のみが点灯するセラミックメタルハライドランプの研究・開発を進めてきた。例えば、２本の発光管の内の常に１本の発光管のみが点灯するランプにすると、理論上、４８，０００時間の長寿命化が期待できる。

しかし、セラミックメタルハライドランプでは、点灯中の発光管を消灯して再始動すると、発光管は高温状態にあるため再始動に要する時間は比較的長く、通常、約１５分間以上必要とする。２本の発光管を封入し発光管が交互に点灯する場合でも（即ち、点灯中の一方の発光管が消灯し、消灯中であった他方の発光管が再始動する場合でも）、約８分間以上必要としている。隣接する点灯発光管からの熱伝達により、他方の発光管は、たとえ消灯中であっても、かなり高温状態になっていると思われる。

従って、再始動時間の短縮は、セラミックメタルハライドランプにおいて非常に重要な開発テーマとなっている。

なお、前掲特許文献１〜３には、本発明の特徴である、パルス電圧を高くし、更に発光中の発光管から隣接発光管への熱伝達を抑制する透光性熱遮蔽部材を備えたセラミックメタルハライドランプに関する記載は存在しない。

上述の問題に鑑みて、本発明は、複数本の発光管の内の点灯し易い１本の発光管のみが点灯するセラミックメタルハライドランプ照明装置において、再始動時間の短縮及び瞬時再始動の実現を目的とする。

本発明に係るセラミックメタルハライドランプ照明装置は、セラミックメタルハライドランプと駆動回路とを備えた照明装置において、前記セラミックメタルハライドランプは、１つの外球内に複数本の発光管を有し、常に点灯し易い１本の発光管のみが点灯するランプであり、点灯中の一方の発光管から消灯中の他方の発光管への熱伝達を抑制するため、前記複数本の発光管の相互間に透光性熱遮蔽部材が配置され、前記駆動回路は、再始動の際に２．５〜４．５ｋＶのパルス電圧を前記ランプに印加する。

更に、上記照明装置では、前記駆動回路は、再始動の際に３．０〜４．５ｋＶのパルス電圧を前記ランプに印加してもよい。

更に、上記照明装置では、前記透光性熱遮蔽部材は、石英ガラスから成っていてもよい。

更に、上記照明装置では、前記透光性熱遮蔽部材は、板状体であってよい。

更に、上記照明装置では、前記透光性熱遮蔽部材は、各々の前記発光管を取り巻く円筒形部材であってよい。

更に、上記照明装置では、前記透光性熱遮蔽部材は、各々の前記発光管を取り巻く部材であって、口径の僅かに異なる２個の試験管形状のガラス管を相互に組み合わせて形成した胴体は円筒形であり、両端部は丸く形成されていてもよい。

更に、上記照明装置では、前記ランプは、出力１９０Ｗのランプであってよい。

本発明によれば、２本以上の複数本の発光管の内の点灯し易い１本の発光管のみが点灯するセラミックメタルハライドランプ照明装置において、再始動時間の短縮及び瞬時再始動の実現が出来る。

図１は、現状の２本の発光管を封入したセラミックメタルハライドランプの構成を説明する図である。 図２は、図１に示すランプにおいて、パルス電圧を順次高くしたときのパルス電圧−再始動時間特性を説明するグラフである。 図３は、図１に示すランプにおいて、透光性熱遮蔽部材を用いて他方のランプの温度上昇を抑制し、且つパルス電圧を順次高くしたときのパルス電圧−再始動時間特性を説明するグラフである。 図４は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの構成を説明する図である。 図５は、図４に示す透光性熱拡散部材の他の実施形態を示す図である。 図６は、メタルハライドランプの回路を説明する図である。

以下、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複する説明を省略する。

［現状のセラミックメタルハライドランプ及びその再始動特性］
図１は、現状の２本の発光管を封入したセラミックメタルハライドランプ１０の構成を説明する図である。図に示すように、ランプ１０は、外球２の内部に２本の発光管４−１，４−２が内封されている。外球２の一方の端部には、口金６が接合されている。各発光管４−１，４−２は、マウント８により所定の位置に支持されている。

発光管４−１，４−２は、いずれも透光性セラミックス製であり、発光部の最大外径は１５．２ｍｍであり、外表面の最短距離は１０．８ｍｍである。このように２本の発光管が隣接して近い距離で並んで配置されている。

外球２は、例えば、ホウケイ酸ガラス等の透光性の硬質ガラス製である。外球２は、最大口径の中央部、図で見て下側のトップ部及び上側の口金に接続するネック部を有するＢＴ形をなしている。外球２には、発光管４からの光線をそのまま直線的に透す透明型外球と、内面を白色の曇りガラス状にして光線を或る程度拡散して透す拡散型外球とがある。

この出願書類では、「始動」は、低温状態（即ち、ランプの状態は通常のランプ周囲の外気温度、室温等と同じ状態）の発光管を点灯することをいう。「再始動」は、点灯していたランプを一度消灯して、十分冷却する前の高温状態の発光管を再び点灯させようとすることをいう。この高温状態のランプは、例えば、消灯した発光管を短時間で再点灯する場合、点灯中の発光管によって加熱された消灯中の隣接発光管を点灯する場合等のランプが挙げられる。

また、２本の発光管を封入したセラミックメタルハライドランプにおいて、点灯中の発光管を「一方の発光管」と呼び、消灯中の発光管を「他方の発光管」と呼ぶこととする。

２本の発光管４−１，４−２を封入したセラミックメタルハライドランプ１０において、ランプ消灯後に直ちに再点灯操作をした場合、又は一方の発光管（点灯中）の寿命が尽きて隣接する他方の発光管（消灯中）が点灯する場合、再始動に要する時間は、通常、８分間程度必要としている。

本発明者等は、一方の発光管からの熱伝達により他方の発光管に内封されたガスの温度が上昇していることが、短時間で再始動できない原因であると認識している。更に、従来の高圧ナトリウムランプ等では、外球内は真空状態であるため、２本の発光管の間の熱放射による熱伝達量は非常に少なかったが、現状のセラミックメタルハライドランプでは外球内は所定の不活性ガス（典型的には、アルゴンＡｒ，窒素Ｎ）で満たされているために熱伝達量が大きく、短時間の再始動を更に困難にしていると認識している。なお、ガス圧は、２０〜７０ｋＰａの範囲にある。２０ｋＰａ未満になると、一方の発光管がリークした時、外球内で放電が発生し、他方の発光管が点灯しないおそれがあり、７０ｋＰａを超えると、外球の封止が困難になるおそれがある。

［再始動時間の短縮及び瞬時再始動の実現］
本発明者等は、第１段階として、再始動時間を半分の４分程度に短縮することを目標として設定した。更に、第２段階として、１分以内に短縮することを目標として設定した。

第１のアプローチとして、再始動時に印加されるパルス電圧を高くすることにより、再始動時間の短縮及び瞬時再始動を実現することを検討した。

図２は、図１に示すランプにおいて、パルス電圧Ｖｐを順次高くしたときのパルス電圧−再始動時間特性ＲＳ−Ａを説明するグラフである。このランプの出力は１９０Ｗであり、現在、パルス電圧２．３ｋＶで使用されている。なお、ランプには、製品仕様として耐電圧値が規定されている。耐電圧値は、口金の耐電圧値、異電位導体間の距離等により決定される。図１に示すような口金をもつ一般照明用ランプ（即ち、自動車の前照灯等の特殊用途以外のランプ）では、一般に、耐電圧値は約５．０ｋＶとなっている。従って、１０％のマージンを考慮してパルス電圧Ｖｐを２．３〜４．５ｋＶの間で変化させて再始動時間ｔを求めた。

図２の結果より、次の事項が判明した。

(1)パルス電圧Ｖｐを３．５〜４．５ｋＶに上げると、再始動時間ｔは約半分に低下する。

(2) パルス電圧２．３ｋＶの再始動時間は８分程度であるが、これを何等かの手段により４分程度に出来れば、同じような特性を描く限り、再始動時間ｔを１分以内に短縮することができる。

発光管１本のランプの再始動時間は１５分以上である。２本の発光管を交互に点灯する場合の再始動時間は８分程度である。低温状態（室温）のランプの始動時間は数秒である。従って、２本の発光管の場合、消灯中の発光管の温度上昇を現状の半分以下に抑制できれば、パルス電圧２．３ｋＶの再始動時間は４分程度にすることが期待できる。

そこで、第２のアプローチとして、消灯中の他方の発光管の温度上昇を抑制する手段を検討した。その結果、点灯中の一方の発光管と消灯中の他方の発光管との間に、熱遮蔽部材（「熱拡散部材」ともいう。）を配置することとした。良好な熱拡散性能をもつ部材を熱遮蔽部材として配置することにより、一方の発光管からの熱が熱遮蔽部材で拡散し、他方の発光管に向かって伝達するのを減少し又は他方の発光管に集中するのを阻止する。

なお、この熱遮蔽部材は、発光管の間に配置するため、透光性であることが必要である。このような透光性熱遮蔽部材の材質として、例えば、透明石英ガラスを使用することが出来る。しかし、これに限定されない。

図３は、透光性熱遮蔽部材の効果を示すグラフである。パルス電圧−再始動時間特性ＲＳ−Ａ（◆で表示）は、図２で説明した透光性熱遮蔽部材が無い場合であり、パルス電圧−再始動時間特性ＲＳ−Ｂ（□で表示）は、適当な透光性熱遮蔽部材を配置した場合である。

特性ＲＳ−Ａと特性ＲＳ−Ｂとの関係において、透光性熱遮蔽部材の配置による再始動時間の短縮分をＴｔで示し、パルス電圧を上げることによる再始動時間の短縮分をＴｖで示している。

パルス電圧２．３ｋＶにおいて、特性ＲＳ−Ａでは再始動時間が８分間程度あったが、２本の発光管の間に透光性熱遮蔽部材を配置することにより、特性ＲＳ−Ｂでは再始動時間を４分以下に短縮出来た。また、パルス電圧２．３ｋＶを順次上げることにより、パルス電圧２．５〜４．５ｋＶでは、再始動時間を３分以内に短縮することができ、更にパルス電圧３．０〜４．５ｋＶでは、再始動時間を１分以内に短縮することが出来た。

［本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ照明装置］
図４（Ａ）は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ１０−１の構成を説明する図である。図１のランプ１０に比較して、発光管４−１，４−２の間に、透光性熱遮蔽部材１２が配置されている。発光管４−１，４−２と、透光性熱遮蔽部材１２との関係は、図４（Ｂ）に示す通りである。

（透光性熱遮蔽部材の変形例）
図５は、図４に示すセラミックメタルハライドランプで使用される透光性熱遮蔽部材１２の変形例を示す図である。透光性熱遮蔽部材１２は、透光性であり、良好な熱拡散特性を有することに加えて、２本の発光管の間に配置されていれば、任意の部材であってよい。各透光性熱遮蔽部材が１本の発光管を取り巻く形状であれば、両発光管の間の熱遮蔽として一層好ましい。

変形例１では、透光性熱遮蔽部材１２−１，１２−２が、各発光管４−１，４−２を夫々取り巻く円筒形状の部材となっている。変形例２では、透光性熱遮蔽部材１２−３，１２−４が、各発光管を夫々取り巻いており、各透光性熱遮蔽部材は、口径の僅かに異なる２個の試験管形状のガラス管を相互に組み合わせて形成して、胴体は円筒形であり、両端部は丸く閉塞（発光管につながるリード線用の開孔有り。）された部材である。

（ランプの駆動回路）
図６は、セラミックメタルハライドランプの駆動回路を説明する図である。商用交流電源（１００／２００ Ｖ， ５０／６０Ｈｚ）１４に接続された安定器１６からセラミックメタルハライドランプ１０に対して給電される。安定器１６は、チョークコイル１７及びイグナイター（始動回路）１８を有している。ランプ内の発光管４−１，４−２は、電源側に対して電気的に並列に接続されている。

図６に示すように、セラミックメタルハライドランプ照明装置では、ランプ自体に始動回路は無く、安定器１６からのパルスにより、点灯し易い状態の１個の発光管が点灯する。再始動の際、イグナイター１８からのパルス電圧Ｖｐは、従来のＶｐ＝２．３ｋＶから、Ｖｐ＝３．０〜４．５ｋＶに高く変更されている。

［その他］
上述の通り、本発明を２本の発光管のランプの実施形態に沿って説明したが、本発明は、３本又はそれ以上の複数本の発光管のランプにも適用可能である。発光管相互の間に適当な透光性熱遮蔽部材を配置し、パルス電圧を順次高めて、所望の再始動時間が得られるパルス電圧を決定する。

このような手順に依れば、新たな透光性熱遮蔽部材が得られ、熱遮蔽性能が向上すれば、所望の再始動時間が得られるパルス電圧はそれ以前より低くなる。

また、あらゆるタイプの複数本の発光管を有するランプに関しても、このような手順に依れば、所望の再始動時間が得られるパルス電圧を決定することが出来る。

従って、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの実施形態について説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を限定するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。

本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

２：外球、 ４，４−１，４−２：発光管、 ８：マウント、 １０：セラミックメタルハライドランプ、 １２，１２−１，１２−２，１２−３，１２−４：透光性熱遮蔽部材、 １４：商用交流電源、 １６：安定器、 １７：チョークコイル、 １８：イグナイター，始動回路、
Ｖｐ：パルス電圧、 ＲＳ−Ａ，ＲＳ−Ｂ：パルス電圧−再始動時間特性、 Ｔｔ：熱遮蔽部材の配置による再始動時間の短縮分、 Ｔｖ：パルス電圧を上げることによる再始動時間の短縮分、

Claims (7)

1. セラミックメタルハライドランプと駆動回路とを備えた照明装置において、
   前記セラミックメタルハライドランプは、１つの外球内に複数本の発光管を有し、常に点灯し易い１本の発光管のみが点灯するランプであり、
   点灯中の一方の発光管から消灯中の他方の発光管への熱伝達を抑制するため、前記複数本の発光管の相互間に透光性熱遮蔽部材が配置され、
   前記駆動回路は、再始動の際に２．５〜４．５ｋＶのパルス電圧を前記ランプに印加する、照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記駆動回路は、再始動の際に３．０〜４．５ｋＶのパルス電圧を前記ランプに印加する、照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明装置において、
   前記透光性熱遮蔽部材は、石英ガラスから成る、照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置において、
   前記透光性熱遮蔽部材は、板状体である、照明装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置において、
   前記透光性熱遮蔽部材は、各々の前記発光管を取り巻く円筒形部材である、照明装置。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置において、
   前記透光性熱遮蔽部材は、各々の前記発光管を取り巻く部材であって、口径の僅かに異なる２個の試験管形状のガラス管を相互に組み合わせて形成した胴体は円筒形であり、両端部は丸く形成されている、照明装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置において、
   前記ランプは、出力１９０Ｗのランプである、照明装置。

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