JP2013097902A - 高輝度放電ランプ及びそのエージング処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外球内に２本の発光管を内蔵するＨＩＤランプに対するエージング処理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】外球内に発光管を２本有して(4-1,4-2)、点灯し易い１本が点灯するツインタイプのＨＩＤランプ(10)の製造完成時に実施されるエージング処理方法(図2)であって、発光管を１本にしたシングルタイプのＨＩＤランプを作成し、一定期間点灯を継続した後、消灯し、その直後にランプ電源をＯＮにして発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｓを決定し、前記ツインタイプのＨＩＤランプの一方の発光管を一定期間点灯した後、消灯し、その直後に電源をＯＮにして、他方の発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｔを決定し、前記ツインタイプのＨＩＤランプに対するランプ電源をＯＦＦにして一方の発光管の消灯後、次にランプ電源をＯＮにするまでの時間待機期間ｔを、Ｔｔ＜ｔ＜Ｔｓと決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高輝度放電ランプ及びそのエージング処理方法に関する。

高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）として、例えば、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がある。ＨＩＤランプは、電極間の放電を利用して発光する。このため、白熱電球と比べて、光束が大きく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。

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と、また高い発光効率といった長所を有している。

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、これに代わっ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を使用している場合、特に、「セラミックメタルハライドランプ」と呼ばれている。

特開平05-89845「高圧放電灯点灯装置」（公開日：1993年04月09日）（特許第3143984号） 特開平05-335000「高圧放電灯」（公開日：1993年12月17日）（特許第3498320号）

一般に、ランプに対しては、更なる長寿命化の要請がある。最近開発されたセラミックメタルハライドランプは、２本の発光管を使用し（「ツインタイプ」ともいう。）、点灯し易い１方の発光管が点灯する。ツインタイプのセラミックメタルハライドランプは、１本の発光管の寿命を2万4,000時間として、理論上、２本の発光管では4万8,000時間の長寿命化が期待でき、ＬＥＤの公称4万時間を超えることが期待される。

従来、セラミックメタルハライドランプを含めたＨＩＤランプでは、製品完成時にエージング処理を行うことにより、ランプの点灯特性の安定化を図っている。エージング処理を行わないランプの場合、使用開始時にランプ特性が不安定になり、立ち消え等の問題が発生することがある。エージング処理は、例えば、ランプに定格電圧（例えば、２００Ｖ）を３０分程度印加して継続的に点灯する処理である。

一般に、ツインタイプのセラミックメタルハライドランプでは一方の発光管が点灯を継続しその後消灯した場合、その発光管の内部ガス圧は温度上昇により比較的高くなっており、次にランプの点灯操作をすると、消灯した一方の発光管ではなく、他方の発光管が点灯する傾向にある。しかし、２本の発光管は、始動回路に対して並列接続しており、点灯し易い方の発光管が点灯するため、確実に他方の発光管が点灯する保証はない。

ツインタイプのセラミックメタルハライドランプを含めたＨＩＤランプに対するエージング処理は、夫々の発光管に対して実施することが必要である。しかし、ツインタイプのＨＩＤランプに関して、未だ、２本の発光管を順次確実に点灯させてエージング処理する手法は、確立されていなかった。

なお、特許文献1は、要約欄に記載するように、「２本の発光管が半分づつの割合で始動するようにし、片側の発光管に始動が片寄るのを防止して瞬時再点灯の機能を長期に亘り維持することができる高圧放電灯点灯装置を提供すること」を目的とする。これを実現する手段は、「外管１内に、高圧パルスが印加されて始動する２本の発光管５ａ，５ｂをこれら発光管が電気的に並列に接続された状態で収容し、これら発光管はそれぞれ始動補助のための近接導体１７ａ，１７ｂを備えた高圧放電灯１と、前記高圧放電灯を点灯するための限流要素２１Ａ，２１Ｂからなる高圧放電灯点灯装置において、上記各発光管に設けた近接導体は、互いに極性が異なるようにし、かつ限流成分２１Ａ，２１Ｂを構成するインピ−ダンス成分を２つに分割して電源供給の２線に各々接続した」ことにある。

特許文献２は、要約欄に記載するように、「外管に収容した２本の発光管がそれぞれ５０％ずつの割合で確実に始動するようにした高圧放電灯を提供する」ことを目的とする。これを実現する手段は、「外管１内に、互いに極性が反転する高圧パルスで始動する２本の発光管５ａ、５ｂを電気的に並列に接続した状態で収容し、これら発光管に互いに極性が異なる近接導体１７ａ、１７ｂをそれぞれ設け、２本の発光管はそれぞれ、正極側の高圧パルスに対する放電開始電圧と、負極側の高圧パルスに対する放電開始電圧との差が、上記２つの放電開始電圧のうちの小さい方の放電開始電圧の値に対して１０％以上となるように構成されていることを特徴とする。交流電源により、始動パルス発生回路部で発生されるパルスは正と負極性の確率が５０％ずつであり、２本の発光管が始動される確率も５０％ずつとなる。」
このように、特許文献１及び２は、いずれも、製品完成時のエージング処理を対象としておらず、また、後で説明するような待機期間を調整することにより、２本の発光管を順次点灯せしめる方法については何等記載していない。

そこで、本発明は、夫々の発光管を適切にエージング処理した、外球内に２本の発光管を内蔵するＨＩＤランプを提供することを目的とする。

更に、本発明は、外球内に２本の発光管を内蔵するＨＩＤランプに対するエージング処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係るＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ）のエージング処理方法は、外球内に発光管を２本有して、点灯し易い１本が点灯するツインタイプのＨＩＤランプの製造完成時に実施されるエージング処理方法であって、発光管を１本にしたシングルタイプのＨＩＤランプを作成し、一定期間点灯を継続した後、消灯し、その直後にランプ電源をＯＮにして発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｓを決定し、前記ツインタイプのＨＩＤランプの一方の発光管を一定期間点灯した後、消灯し、その直後に電源をＯＮにして、他方の発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｔを決定し、前記ツインタイプのＨＩＤランプに対するランプ電源をＯＦＦにして一方の発光管の消灯後、次にランプ電源をＯＮにするまでの時間待機期間ｔを、Ｔｔ＜ｔ＜Ｔｓと決定する。

更に、本発明に係る高輝度放電ランプのエージング処理方法は、外球内に発光管を２本有して、点灯し易い１本が点灯するツインタイプのＨＩＤランプの製造完成時に実施されるエージング処理方法であって、前記ツインタイプのＨＩＤランプの一方の発光管を一定期間点灯した後、消灯し、その直後に電源をＯＮにして、他方の発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｔを決定し、発光管を１本にしたシングルタイプのＨＩＤランプを作成し、一定期間点灯を継続した後、消灯し、その直後にランプ電源をＯＮにして発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｓを決定し、前記ツインタイプのＨＩＤランプに対するランプ電源をＯＦＦにして一方の発光管の消灯後、次にランプ電源をＯＮにするまでの時間待機期間ｔを、Ｔｔ＜ｔ＜Ｔｓと決定する。

更に、上記高輝度放電ランプのエージング処理方法では、前記再点灯時間Ｔｓ及び再点灯時間Ｔｔの値のバラツキの範囲を±３σ（σ：標準偏差値）とした場合、前記時間待機期間ｔを、（Ｔｔ＋３σ_Tt）＜ｔ＜（Ｔｓ−３σ_Tt）と決定してもよい。

更に、本発明に係る高輝度放電ランプは、製品完成時に、上記エージング処理のいずれかを施した高輝度放電ランプである。

更に、本発明に係る高輝度放電ランプは、製品完成時に、上記エージング処理のいずれかを施したセラミックメタルハライドランプである。

更に、上記高輝度放電ランプのエージング処理方法では、前記ＨＩＤランプは、定格出力１５０〜１９０Ｗのメタルハライドランプであり、前記待機期間ｔは、０＜ｔ≦５分であってよい。

更に、上記高輝度放電ランプのエージング処理方法では、前記ＨＩＤランプは、定格出力１５０〜１９０Ｗのメタルハライドランプであり、前記待機期間ｔは、１≦ｔ≦５分であってよい。

更に、本発明に係るメタルハライドランプは、上記エージング処理方法を施したメタルハライドランプである。

本発明によれば、夫々の発光管を適切にエージング処理した、外球内に２本の発光管を内蔵するＨＩＤランプを提供することが出来る。

更に、本発明によれば、外球内に２本の発光管を内蔵するＨＩＤランプに対するエージング処理方法を提供することが出来る。

図１は、ＨＩＤランプの構造を、ツインタイプのセラミックメタルハライドランプを例にとって説明する図であり、図１（Ａ）はランプの正面図、図１（Ｂ）はその側面図である。 図２は、２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプに対するエージング処理のフローである。 図３Ａは、定格電力１５０Ｗのセラミックメタルハライドランプ関して、待機期間を検討するための実験結果のグラフである。 図３Ｂは、定格電力１９０Ｗのセラミックメタルハライドランプに関して、待機期間を検討するための実験結果のグラフである。 図４は、任意のランプに対する待機期間ｔを決定するフローである。

以下、本発明に係る高輝度放電ランプ及びそのエージング処理方法の実施形態に関して、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、重複した説明を省略する。

［ＨＩＤランプ］
図１は、ＨＩＤランプの構造を、ツインタイプのセラミックメタルハライドランプを例にとって説明する図であり、図１（Ａ）はランプの正面図、図１（Ｂ）はその側面図である。

ランプ１０は、外球２の内部に、発光部となる２本の発光管４−１，４−２を内封し、発光管の周囲を内管１８−１，１８−２が夫々取り囲んでいる。外球２の端部には、Ｅ形の口金６が接合されている。各発光管４は、金属の線材や板を組み合わせた構造物に内管を取り付けたマウント８により、所定の位置に支持され、給電される。

これらの各要素について簡単に説明する。

発光部となる発光管４は、中央の太管部及び両端の細管部の形状をもつ透光性セラミックス製の容器である。１対のリード線が、これら細管部を夫々通って太管部の領域まで延びて、１対のタングステン（Ｗ）製の主電極を形成している。２本の発光管４−１，４−２は、始動・駆動回路（図示せず、）に対して電気的に並列に接続されている。

発光管４の容器内には、発光及び放電媒体として、所定量の水銀と、金属ハロゲン化物と、希ガスとして所定圧力のアルゴン（Ａｒ）等が封入され、発光効率、演色性や色温度等の特性の向上が図られている。

マウント８は、一対の導入線が気密封着されたステム管１４と、一方の導入線に接続された、ニッケルメッキ鉄線等の線材や略長四角形状の枠状に成形した丸棒体から成る支柱１６とを主要部品として構成されている。

発光管４−１，４−２の周囲を夫々囲むように配設された内管１８−１，１８−２は、透明石英ガラス管から成る。内管１８は、万一、発光管４が破裂した場合に外球を損傷しないようにするための防禦部材である。内管は、密封型内管と開放型内管とがある。

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からなる。透明型と拡散型（不透明）がある。外球２は、最大口径の中央部、図で見て下部側の閉塞されたトップ部、及び上部側のネック部を有するＢＴ形をなしている。ネック部には、ステム管１４のフレア部が封止された封止部が有る。封止後、ステム管１４に設けられた排気管（図示せず。）を通じて外球２内は排気され、アルゴン（Ａｒ），窒素（Ｎ₂）等の不活性ガスが封入され、或いは真空にした気密雰囲気となっている。

この封止部を覆ってねじ込み形口金６が耐熱性の接着剤を用いて接合され、或いはモールドにより形成された螺旋状のねじ溝に口金６が螺合されて、取付けられる。

図１に示すランプ１０は、口金６をソケット（図示せず。）に装着して、電源から所定の点灯回路装置を介して通電され、主電極間の放電により安定した点灯が持続される。

［エージング処理］
エージング処理は、製品完成時にランプ特性を安定化するために行われる。従来の外球内に１本の発光管を内蔵するシングルタイプのセラミックメタルハライドランプに対するエージング処理は、単に、ランプに定格電圧を３０分程度印加して、継続的に点灯すれば足りる。

しかし、図１に示すツインタイプのランプでは、２本の発光管を順次確実に点灯してエージング処理する必要がある。そこで、本発明者は、一方の発光管に対するエージング処理終了後の２回目のエージング処理の際に他方の発光管を確実に点灯させるための条件を検討した。

図２は、２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプに対するエージング処理のフローである。

ステップＳ１で、ランプの電源をＯＮにする。

ステップＳ２で、１回目のエージング処理が行われる。１回目のエージング処理は、ランプに定格電圧を印加し、点灯し易い一方のランプが点灯して行われる。通電時間は、例えば、約３０分程度である。

ステップＳ３で、ランプの電源をＯＦＦにして、１回目のエージングが終了する。

ステップＳ４で、ランプの電源をＯＦＦした後、再度ＯＮにするまでの待機期間が設けられる。この待機期間を調整することにより。２回目のエージング処理において、先に点灯した発光管ではなく、他方の発光管を確実に点灯させることとする。

図３Ａは、定格電力１５０Ｗのセラミックメタルハライドランプ関して、待機期間を検討するための実験結果のグラフであり、図３Ｂは、定格電力１９０Ｗのセラミックメタルハライドランプに関して、待機期間を検討するための実験結果のグラフである。両グラフとも、横軸はツインランプ（発光管２本）の場合とシングルランプ（発光管１本）の場合とが別個に示され、縦軸は再点灯時間が示されている。

先ず、グラフには表れていないが、常温環境下で、ランプ電源をＯＮにして発光管が点灯する迄の「点灯時間」は、シングルタイプ（発光管１本）及びツインタイプ（発光管２本）のいずれの場合でも数秒程度である。ここで、待機時間決定に使用するシングルタイプのランプは、ツインタイプと同一仕様（形状、寸法、添加物の種類及び量等）の発光管及び同一仕様の外球を用いて作成したものである。

次に、シングルタイプ（発光管１本）のランプにおいて、一定期間点灯を継続した後、消灯し、その直後にランプ電源をＯＮにして発光管が点灯するまでの「再点灯時間」は、約５〜７分要し、両グラフの横軸に「シングルタイプ（発光管１本）」として表示されている。

更に、ツインタイプ（発光管２本）のランプにおいて、一方の発光管を一定期間点灯した後、消灯し、その直後にランプ電源をＯＮにした場合、消灯直後の一方の発光管内部のガス圧は比較的高く放電が発生しにくい状態にあるため点灯せず、非常に高い確率で他方の発光管が点灯する。この消灯直後に再点灯する場合、他方の発光管は、一方の発光管の点灯中の影響により常温より多少高温になっており、再点灯時間は数秒〜２．５分程度要し、両グラフの横軸に「ツインタイプ（発光管２本）」として表示されている。

しかし、一方の発光管の消灯後、再点灯までの待機期間が長くなるにつれ、消灯した一方の発光管も徐々に冷えて再点灯可能となり、他方の発光管が点灯する確率も徐々に減少する。即ち、待機期間が約５〜６分以上になると、図示したシングルタイプのランプの再点灯時間以上になり、消灯後の同じ発光管が再点灯可能な状態に達するからである。

そこで、図３Ａ及び３Ｂの結果より、待機期間ｔを、０＜ｔ≦５分と定めた。更に、図３Ａのツインタイプ（発光管２本）のデータが示すように、再点灯時間として平均で１分強必要とすることが分かる。従って、好ましくは、待機期間ｔを、１分≦ｔ≦５分と定めている。

ステップＳ５で、待機期間ｔ経過後、電源をＯＮにする。

ステップＳ６で、２回目のエージング処理が他方の発光管に対して行われる。２回目のエージング処理は、１回目のエージング処理と同様に、ランプに定格電圧を印加し、通電時間は、例えば、約３０分程度である。

ステップＳ７で、２回目のエージング処理終了後、電源をＯＦＦにする。

［他の応用例］
（任意のランプに対する待機期間ｔを決定する方法）
図３Ａは１５０Ｗのセラミックメタルハライドランプに関するデータであり、図３Ｂは１９０Ｗのセラミックメタルハライドランプに関するデータである。ここで、上記の考え方を敷衍することにより、任意の出力の任意のツインタイプのＨＩＤランプ（即ち、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）に対する待機期間ｔを定めることが出来る。図４は、任意のランプに対する待機期間ｔを決定するフローである。

ステップＳ１１で、任意のツインタイプのＨＩＤランプに於いて、発光管を１本にしたシングルタイプのＨＩＤランプを作成して発光管の再点灯時間Ｔｓを決定する。再点灯時間Ｔｓは、上述したように、そのシングルタイプのＨＩＤランプにおいて、一定期間点灯を継続した後、消灯し、その直後にランプ電源をＯＮにして発光管が点灯する「再点灯時間」に相当する。

ステップＳ１２で、そのＨＩＤランプのツインタイプの発光管の再点灯時間Ｔｔを決定する。再点灯時間Ｔｔは、上述したように、一方の発光管を一定期間点灯した後、消灯し、直後に電源をＯＮにして他方の発光管が点灯するまでの「再点灯時間」に相当する。なお、ステップ１１とステップＳ１２の順序は、逆転してもよい。

ステップＳ１３で、待機期間ｔを、Ｔｔ＜ｔ＜Ｔｓと決定する。待機期間ｔは、上述の通り、ランプ電源をＯＦＦにして一方の発光管の消灯後、ランプ電源をＯＮにするまでの期間である。

なお、このフローによる待機期間ｔの決定は、Ｔｓ及びＴｔの値のバラツキを考慮していない。ランプ製造の現場では、品質管理の観点よりバラツキの範囲を定めて決定することが必要となる。例えば、Ｔｓ及びＴｔの値のバラツキの範囲を±３σ（σ：標準偏差値）とした場合、夫々の値は、Ｔｓ±３σ_Ts及びＴｔ±３σ_Ttとなる。従って、待機期間ｔは、これを基に、（Ｔｔ＋３σ_Tt）＜ｔ＜（Ｔｓ−３σ_Tt）と決定する。

（市場における応用例）
上記実施形態は、ＨＩＤランプ完成時に行われるエージング処理方法に関して説明している。しかし、これに限定されない。ツインタイプのＨＩＤランプに於いて、一方の発光管のみが点灯して徐々に劣化すると、他方との照度、演色性に差が生じてくる。このため、両方の発光管をバランス良く点灯することが好ましい。例えば、一定期間（待機期間に相当する。）消灯させても問題が無い照明、或いは複数のＨＩＤランプの集合により構成される大規模な照明装置においては、上述したエージング処理方法を応用することにより、両方の発光管をバランス良く点灯させることが出来き、２本の発光管は同じレベルの照度、演色性を維持することが出来る。

［まとめ］
以上、本実施形態に係る外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。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。

１０：セラミックメタルハライドランプ，ランプ、 ２：外球、 発光管：４，４−１，４−２、 ６：口金、 ８：マウント、 １４：ステム管、 １６：支柱、 １８，１８−１，１８−２：内管、

Claims (8)

1. 外球内に発光管を２本有して、点灯し易い１本が点灯するツインタイプのＨＩＤランプの製造完成時に実施されるエージング処理方法において、
   発光管を１本にしたシングルタイプのＨＩＤランプを作成し、一定期間点灯を継続した後、消灯し、その直後にランプ電源をＯＮにして発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｓを決定し、
   前記ツインタイプのＨＩＤランプの一方の発光管を一定期間点灯した後、消灯し、その直後に電源をＯＮにして、他方の発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｔを決定し、
   前記ツインタイプのＨＩＤランプに対するランプ電源をＯＦＦにして一方の発光管の消灯後、次にランプ電源をＯＮにするまでの時間待機期間ｔを、Ｔｔ＜ｔ＜Ｔｓと決定する、エージング処理方法。
2. 外球内に発光管を２本有して、点灯し易い１本が点灯するツインタイプのＨＩＤランプの製造完成時に実施されるエージング処理方法において、
   前記ツインタイプのＨＩＤランプの一方の発光管を一定期間点灯した後、消灯し、その直後に電源をＯＮにして、他方の発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｔを決定し、
   発光管を１本にしたシングルタイプのＨＩＤランプを作成し、一定期間点灯を継続した後、消灯し、その直後にランプ電源をＯＮにして発光管が点灯するまでの再点灯時間Ｔｓを決定し、
   前記ツインタイプのＨＩＤランプに対するランプ電源をＯＦＦにして一方の発光管の消灯後、次にランプ電源をＯＮにするまでの時間待機期間ｔを、Ｔｔ＜ｔ＜Ｔｓと決定する、エージング処理方法。
3. 請求項１又は２に記載のツインタイプのＨＩＤランプの製造完成時に実施されるエージング処理方法において、
   前記再点灯時間Ｔｓ及び再点灯時間Ｔｔの値のバラツキの範囲を±３σ（σ：標準偏差値）とした場合、
   前記時間待機期間ｔを、（Ｔｔ＋３σ_Tt）＜ｔ＜（Ｔｓ−３σ_Tt）と決定する、エージング処理方法。
4. 製品完成時に、請求項１〜３のいずれか一項記載のエージング処理を施したＨＩＤランプ。
5. 製品完成時に、請求項１〜３のいずれか一項記載のエージング処理を施したセラミックメタルハライドランプ。
6. 請求項１又は２に記載のツインタイプのＨＩＤランプの製造完成時に実施されるエージング処理方法において、
   前記ＨＩＤランプは、定格出力１５０〜１９０Ｗのメタルハライドランプであり、
   前記待機期間ｔは、０＜ｔ≦５分である、エージング処理方法。
7. 請求項１又は２に記載のツインタイプのＨＩＤランプの製造完成時に実施されるエージング処理方法において、
   前記ＨＩＤランプは、定格出力１５０〜１９０Ｗのメタルハライドランプであり、
   前記待機期間ｔは、１≦ｔ≦５分である、エージング処理方法。
8. 請求項６又は７に記載のエージング処理方法を施したメタルハライドランプ。

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