JP2013114812A - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】定格ランプ電力が４５０Ｗ以上のものにおいて本管部及び細管部のつなぎ部分にクラックが発生しないセラミックメタルハライドランプを提供する。
【解決手段】本管部２１及びこの本管部２１の軸方向両端部に設けられた細管部２２を有する発光管２と、この発光管２の細管部２２に挿入して設けられた電極４１、４２と、この電極４１、４２の先端部に巻回して設けられた第１コイル４ｂと、この第１コイル４ｂの後端側において電極４１、４２に巻回して設けられた第２コイル４ｃと、細管部２２に設けられた近接導体６とを有し、定格電力が４５０Ｗ以上のセラミックメタルハライドランプ１００であって、第２コイル４ｃが、細管部２２から本管部２１側に１ｍｍ以上突出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光管が透光性アルミナセラミックなどのセラミック管からなるセラミックメタルハライドランプに関するものである。

従来のセラミックメタルハライドランプとしては、特許文献１に示すように、本管部及びこの本管部の軸方向両端部に設けられた細管部を有する透光性セラミックからなる発光管と、この発光管の細管部に挿入して設けられた一対の電極と、この一対の電極の先端部に巻回して設けられた第１コイルと、この第１コイルの後端側において電極に巻回して設けられた第２コイルとを有するものがある。

しかしながら、このセラミックメタルハライドランプは、初回点灯時において、第２コイルの先端部が加工により生じるバリを有すること又は封入物の付着の無いクリーンな金属表面であることから、放電始動用の近接導体の効果により、第２コイルの先端部からアーク放電（バックアーク）が生じてしまう。このバックアークは、第２コイルの先端部で数秒間持続することがあり、特にこの場合には、第２コイルの先端部の急激な温度上昇を引き起こしてしまう。ここで、第２コイルの先端部は、通常、本管部及び細管部のつなぎ部分又は細管部の内部に位置することから、前記バックアークの発生に伴う第２コイルの急激な温度上昇によって、本管部及び細管部のつなぎ部分に応力が集中してクラックが発生してしまうという問題がある。そして、最悪の場合、セラミックメタルハライドランプが点灯しなくなるという問題がある。これらの問題は、セラミックメタルハライドランプの定格ランプ電力が高ワット化するに連れて顕著となる。なお、定格ランプ電力とは、ＪＩＳ−Ｃ−７６２３に定められるように、ランプを規定の条件で点灯した場合の製造業者もしくは責任ある販売業者が公表しているランプの電力値を表すものである。

特開２００３−３１７６６１号公報

一方、本願発明者は、定格ランプ電力の大きいセラミックメタルハライドランプにおいて本管部及び細管部のつなぎ部分でクラックが発生しない構成について種々の検討を行っている。

本発明は、本願発明者の種々の検討の結果初めてなされたものであり、定格ランプ電力が４５０Ｗ以上のものにおいて本管部及び細管部のつなぎ部分にクラックが発生しないセラミックメタルハライドランプを提供することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、本管部及びこの本管部の軸方向両端部に設けられた細管部を有する発光管と、この発光管の細管部に挿入して設けられた電極と、この電極の先端部に巻回して設けられた第１コイルと、この第１コイルの後端側において電極に巻回して設けられた第２コイルと、前記細管部に設けられた近接導体とを有し、定格ランプ電力が４５０Ｗ以上のセラミックメタルハライドランプであって、前記第２コイルが、前記細管部から本管部側に１ｍｍ以上突出していることを特徴とする。

このようなものであれば、セラミックメタルハライドランプの初回点灯時において、本管部及び細管部のつなぎ部分にクラックが発生することが無い。このようにクラックの発生が抑えられるのは、初回点灯時において、第２コイルの先端部でバックアークが発生し、当該第２コイルの先端部で急激な温度上昇が生じるものの、第２コイルを細管部から本管部側に１ｍｍ以上突出させているので、その温度上昇が本管部及び細管部のつなぎ部分に熱が伝わりにくくなり、細管部及び本管部のつなぎ部分でのクラックが発生しないと考えられる。

ここで、本発明は定格ランプ電力が４５０Ｗ以上であれば種々の定格ランプ電力に適用できるが、本願発明者の検討結果及び実用性を考えて、１５００Ｗ以下であることが望ましい。

また、前記細管部が直管状であり、前記本体部が前記細管部に連続するように縮径する縮径部を有し、前記第２コイルが、前記細管部及び前記縮径部の境界から本体部側に１ｍｍ以上突出していることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、定格ランプ電力が４５０Ｗ以上のものにおいて本管部及び細管部のつなぎ部分にクラックが発生しないセラミックメタルハライドランプを提供することができる。

本実施形態のセラミックメタルハライドランプの構成を示す概略図。 同実施形態の発光管の構成を示す断面図。 同実施形態の第２コイル先端部及びつなぎ部分を示す拡大断面図。 変形実施形態の発光管の構成を示す断面図。 変形実施形態の発光管の構成を示す断面図。

以下に本発明に係るセラミックメタルハライドランプの一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ１００は、図１に示すように、例えば透光性アルミナセラミック等の透光性セラミックにより形成され、内部に発光物質として金属ハロゲン化物が充填されるとともに一対の電極４１、４２が配置された発光管２と、当該発光管２を収容する外管３とを備えている。

発光管２は、図２に示すように、放電空間Ｓを形成する本管部２１及びこの本管部２１の軸方向両端部に設けられた細管部２２を備えている。

本管部２１は、概略直管形状をなすものであり、その両端部に端部側に行くに従って徐々に縮径する縮径部２１Ａを有する。そしてこの本管部２１の縮径部２１Ａに連続して直管状の細管部２２が接続されている。なお、本実施形態の本管部２１及び細管部２２は、透光性セラミックにより一体成形されている。

また、本管部２１の内部に形成される放電空間Ｓには、始動用希ガス、金属ハロゲン化物及び水銀（いずれも不図示）が封入されるとともに、一対の電極４１、４２が配置されている。この一対の電極４１、４２は、タングステン等の耐熱性金属により棒形状に形成された一対の電極芯４ａを備えており、この各電極芯４ａは各細管部２２内にそれぞれ挿入されることによって、その先端部が放電空間Ｓ内で対向配置されている。

電極芯４ａの先端部には、ランプ点灯時に電極芯４ａの先端部に生じるアークスポットの高温から電極芯４ａを保護するための、タングステン等の耐熱性金属からなる先端コイル（第１コイル）４ｂが巻回されている。

さらに細管部２２内の電極芯４ａには、電極４１、４２の先端部の熱を基端部側に逃がすための、モリブデン等の耐熱性金属からなる細管内コイル（第２コイル）４ｃが巻回されている。また、電極芯４ａの基端部には、金属ハロゲン化物に耐食性を有する電極支持体４ｄが接続されている。この電極支持体４ｄは、金属ハロゲン化物に耐食性を有する封着材４ｅにより細管部２２に気密に固定されており、後述する支持フレーム５に接続される。

この発光管２には、モリブデン等の細線からなる放電始動用の近接導体６が取り付けられている。この近接導体６は、一対の細管部２２を架け渡すように本管部２１の外側周面に沿って一方の細管部２２から他方の細管部２２に亘って設けられている。この近接導体６には、バイメタルスイッチ７を介して支持フレーム５に接続され、一方の電位が印加される。

外管３は、前記発光管２を収容するとともに、発光管２に設けられた一対の電極４１、４２に給電するための口金３１を有する。この外管３は、透明の硬質ガラスにより形成されており、中央部分が概略楕円球状をなすものである。外管３の内部は真空又は不活性ガスが封入されており、外管３の基端部はステム３２によって気密に封止されており、このステム３２に口金３１が取り付けられている。また、外管３には、発光管２を支持するとともに、発光管２内の一対の電極４１、４２に給電するための金属棒製の支持フレーム５が設けられている。この支持フレーム５は、基端部がステム３２に接続されるととともに、先端部が、外管３の先端側内壁に接触して、発光管２を外管３の中央部分に位置決めして支持するものである。

なお、外管３内には、グロー管からなる始動器８が発光管２とは並列に接続されて固定されている。この始動器８を内蔵させることにより、水銀灯用安定器での点灯が可能となる。また、外管３内を真空にした場合には、ランプ１００の寿命期間を通じて高真空に保持されるように、バリウムなどからなるゲッター９が取り付けられる。

このように構成したセラミックメタルハライドランプ１００の動作原理は次のとおりである。セラミックメタルハライドランプ１００の口金３１に安定器（不図示）を介して電源を接続すると、始動器８と発光管２とに電圧が印加される。そして、始動器８に電圧が印加されるとグロー管の接点でオンオフを繰り返すことになり、これに応じて安定器に高圧パルスが発生する。そして、安定器で発生した高圧パルスが発光管２の電極４１、４２間に印加されるので、ランプ１００が始動する。

しかして本実施形態のセラミックメタルハライドランプ１００においては、図３に示すように、第２コイル４ｃが、細管部２２から本管部２１側に１ｍｍ以上突出している。

第２コイル４ｃが、細管部２２から本管部２１側に１ｍｍ以上突出しているとは、第２コイル４ｃが、本管部２１の縮径部２１Ａと細管部２２との境界Ｘから本体部２１側に１ｍｍ以上突出していることである。ここで本管部２１の縮径部２１Ａと細管部２２との境界Ｘとは、発光管２の内側周面において直線部分（細管部２２の内側周面）と円弧部分（縮径部２１Ａの内側周面）との境界である。そして、第２コイル４ｃが境界Ｘから本外部２１側に１ｍｍ以上突出しているとは、第２コイル４ｃの最先端と境界Ｘとの距離（突出長Ｌ）が１ｍｍ以上であることである。

次に、セラミックメタルハライドランプ１００において、第２コイル４ｃの突出長Ｌ及び定格ランプ電力を変更させた場合におけるバックアーク発生の有無及びクラック発生の有無についての実験結果について説明する。

この実験における主な条件は以下の表１に示すとおりである。また、各定格ランプ電力のセラミックメタルハライドランプの発光管内には、金属ハロゲン化物としてＤｙＩ_３を０．６μｍｏｌ／ｃｃ、ＨｏＩ_３を０．５μｍｏｌ／ｃｃ、ＴｍＩ_３を０．６μｍｏｌ／ｃｃ、ＴｌＩを０．５μｍｏｌ／ｃｃ、ＮａＩを５．０μｍｏｌ／ｃｃ、始動用ガスとしてアルゴンガスを１０ｋＰａ、及びランプ電圧を調整するための緩衝ガスとして水銀ガスを封入した。

そして、上記の定格ランプ電力が４５０Ｗ、７００Ｗ、１０００Ｗ、１５００Ｗのものに対して、第２コイルの突出長を−３．０ｍｍ〜３．０ｍｍの間で０．５ｍｍ刻みで変化させた場合における、バックアークの発生及びクラックの発生の有無を確認した。なお、マイナス（−）は、第２コイルの先端部が、細管部の内部に位置していることを意味している。

各定格ランプ電力の第２コイルの各突出長におけるバックアークの発生及びクラックの発生の有無を以下の表２に示す。

表２から分かるように、近接導体を有する定格ランプ電力が４５０Ｗ以上のセラミックメタルハライドランプにおいては、第２コイルが本管部側に突出しているか否かに関わらず、バックアークが発生することが分かった（表２の「バックアーク発生」の欄を参照）。一方で、第２コイルを１．０ｍｍ以上本体部側へ突出させることで、バックアークが発生するにもかかわらず、本管部及び細管部のつなぎ部分（境界Ｘ及びその近傍部分）にクラックが発生しないことが分かった（表２の「クラック発生」の欄における１．０ｍｍ〜３．０ｍｍを参照）。このようにクラックの発生が抑えられるのは、バックアークより第２コイルの先端部が急激に温度上昇したとしても、第２コイルの先端部を細管部から遠ざける方向に突出させているので、第２コイルの先端部から細管部へ熱が伝わりにくくなっているためと考えられる。

このように構成した本実施形態のセラミックメタルハライドランプ１００によれば、初回点灯時において、第２コイル４ｃの先端部にバックアークが発生するにもかかわらず、本管部２１及び細管部２２のつなぎ部分（境界Ｘ及びその近傍部分）にクラックが発生することを押さえることができる。

また、本管部に透光性アルミナセラミックを用いているので、従来の透明石英材料と比べて、メタルハライドランプの充填物である金属ハロゲン化物に対して高温における耐食性が優れているという特長を有する。このため本実施形態のセラミックメタルハライドランプ１００により、動作中の発光管温度を高く設定してランプの発光効率や演色性を高めることができる。

なお、アルミナセラミックのようなセラミック材料は、石英材料と比べて熱衝撃に対して弱いという欠点がある。例えば、石英ガラスの熱膨張率は０〜９００℃の温度範囲で約０．５×１０−６／℃であるが、アルミナセラミックのそれは約８×１０^−６／℃であるからである。このようなセラミック材料を用いたものであっても、本実施形態によれば、本管部にクラックを好適に抑えることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば発光管の形状としては、図４に示すように、本管部全体が円筒状をなすものであっても良い。この場合、第２コイル４ｃの突出長は、細管部２２の本体部２１側の開口端から第２コイル４ｃの先端までの距離である。つまり、第２コイル４ｃが、細管部２２の本体部２１側の開口端から１ｍｍ以上突出した構成となる。

また発光管は、本管部及び細管部が一体成形されたものの他に、図５に示すように、本管部２１と細管部２２とが別体をなすものであり、本管部２１の軸方向両端部に形成された嵌合部２１１に細管部２２を嵌合させることにより構成しても良い。この場合、第２コイル４ｃの突出長は、細管部２２の本体部２１側の開口端から第２コイル４ｃの先端までの距離である。つまり、第２コイル４ｃが、細管部２２の本体部２１側の開口端から１ｍｍ以上突出した構成となる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・セラミックメタルハライドランプ
２・・・発光管
２１・・・本管部
２２・・・細管部
Ｘ・・・本管部と細管部との境界
４１、４２・・・一対の電極
４ｂ・・・第１コイル
４ｃ・・・第２コイル
６・・・近接導体

Claims (4)

1. 本管部及びこの本管部の軸方向両端部に設けられた細管部を有する発光管と、この発光管の細管部に挿入して設けられた電極と、この電極の先端部に巻回して設けられた第１コイルと、この第１コイルの後端側において電極に巻回して設けられた第２コイルと、前記細管部に設けられた近接導体とを有し、定格ランプ電力が４５０Ｗ以上のセラミックメタルハライドランプであって、
   前記第２コイルが、前記細管部から本管部側に１ｍｍ以上突出しているセラミックメタルハライドランプ
2. 定格ランプ電力が１５００Ｗ以下である請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
3. 前記細管部が直管状であり、前記本体部が前記細管部に連続するように縮径する縮径部を有し、
   前記第２コイルが、前記細管部及び前記縮径部の境界から本体部側に１ｍｍ以上突出している請求項１又は２記載のセラミックメタルハライドランプ。
4. 前記発光管が、透光性アルミナセラミックからなる請求項１、２又は３記載のセラミックメタルハライドランプ。