JP2013178875A - 高ワットセラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】同一の外球内に２本の発光管を電気的に直列に配置したセラミックメタルハライドランプにおいて、一方の発光管の熱により他方の発光管の温度が上昇することによる寿命低下やランプ電圧上昇による立ち消えが発生せず、好ましい配光特性を得ることができるセラミックメタルハライドランプを提供する。
【解決手段】第一の発光管３ａと第二の発光管３ｂの管軸方向における距離を、発光部が重ならないように配置することにより熱の影響を低減し、電極間距離に対して第一の発光管の口金側の電極先端から第二の発光管のランプトップ側の電極先端までの距離を、両発光管の平均電極間距離の３．５倍以下に配置することにより好ましい配光を実現する。
【選択図】図７

Description

本発明は、複数本の発光管を電気的に直列に接続して使用する高ワットのセラミックメタルハライドランプに関する。

近年、セラミックメタルハライドランプは、高い耐食性、耐熱性を有するセラミック放電容器を使用することにより、種々の発光金属を使用することができ、石英製の放電容器を使用した放電ランプに比べ高効率、高演色な光源を得ることができるため、工場、店舗、道路等の照明に利用されている。
従来、スポーツ施設や高天井用の照明としては、１ｋW以上の石英製のメタルハライドランプが使用されていたが、環境意識の高まりからＣＯ２削減が求められ、高効率なセラミックメタルハライドランプによる代用が期待されセラミックメタルハライドランプの高ワット化が望まれている。

しかしながら、高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプでは一般的にアーク長が長くなるが、セラミック製の放電容器は石英製の放電容器に比べ熱衝撃に弱く、水平点灯時に浮上したアークによりセラミック放電容器にクラックが発生し、発光管が破裂するという問題がある。
また、高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプは、大きな電流を流すためにセラミック放電容器に封止する導電性材料の太さを太くしなければならないが、導電性材料が太いと、点灯中の温度上昇により膨張したときに、セラミック放電容器と導電性材料との熱膨張率の差から、クラックが発生するおそれがある。
この要望に対し、４５０W以上の高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプが提案されている。（特許文献１：ＷＯ２００６／８８１２８）

一方、一本のランプの光量を増すために２本の発光管を外球内に並べて設置し、各発光管を電気的に直列に接続し、同時に点灯することにより、一本の発光管に比べ略２倍の光量が得られるランプが提案されている。（特許文献２：特表平１１−５１３１８９）
例えば２本の汎用タイプの３６０Wの発光管を使用することにより、７００Wクラスの高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプと同等の光量を得ると共に、汎用の３６０Wの発光管を使用しているため高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプで発生するようなクラックやちらつきの問題がないという利点がある。
さらに、複数の発光管を同一の外球内に並べて設置し、各発光管を電気的に直列に接続するランプにおける他方の発光管の熱による不具合を低減するために、各発光管をランプの管軸方向に並べ、下部に配置する発光管のランプ負荷を上部に配置する発光管のランプ負荷よりも高くする方法が提案されている。（特許文献３：特開平２−２７３４５７）

WO２００６／０８８１２８ 特表平１１−５１３１８９ 特開平０２−２７３４５７

しかしながら、特許文献１記載のセラミックメタルハライドランプにおいては、選択するアーク長や発光金属によっては、アークの揺れや回転により、ちらつきを生じてしまうことが分かった。
さらにこのような高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプは、セラミック放電容器が大きく製造が困難であるため、製造コストが嵩むという問題もある。

また、特許文献２記載の高圧放電ランプにおいては、１本の発光管からなる高ワットのセラミックメタルハライドランプにおける上記課題は解決されるが、２本の発光管を電気的に直列に接続したセラミックメタルハライドランプにおいては、２本の発光管を同一の外球内で近接して配置し点灯しているため、以下のような問題があることが分かった。
近接して配置した２本の発光管は、お互いに他方の発光管の熱の影響を受けやすく、他方の発光管に近い部分が高温になるため、ひとつの発光管において局所的に加熱されることから、セラミック放電容器にクラックが発生することがある。
また、水平点灯時においては、並んで配置された発光管のうち上側に位置する発光管の温度が上昇することから、内部の圧力が上昇し、ランプ電圧が上昇するために立ち消えが発生するなどの不具合が確認された。
さらに、一方の発光管から照射された光は、他方の発光管により遮られるため、一本の発光管を使用したランプのような均一な配光を得られず、器具内に設置した場合、照射面には照度ムラが発生する。

尚、特許文献３記載のランプは、垂直点灯時の各発光管のお互いの熱による影響を低減し特性の改善を図ったものであり、水平点灯における上記問題は考慮されていないことから、水平点灯時の問題は改善されていない。
また特許文献３記載のランプは管軸方向に発光管を並べて配置しているが、ランプ光中心から外れた位置に発光管が配置されるため、器具内にランプを設置した場合、希望とする器具配光が得られず、照度ムラが発生してしまう。

従って、本発明は、同一の外球内に２本の発光管を電気的に直列に配置し、同時に点灯することにより、高ワットのセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。
また本発明は、同一の外球内に２本の発光管を電気的に直列に配置したセラミックメタルハライドランプにおいて、一方の発光管が他方の発光管から受ける熱の影響を低減し、過熱によるクラック、立ち消えを防止するとともに、このようなセラミックメタルハライドランプを器具内に設置した場合における、照度ムラの低減を図ることを目的とする。

本発明に係る高ワットセラミックメタルハライドランプは、一対の電極を発光管内に備えた２本の発光管を１つの外球内に備え、前記２本の発光管を電気的に直列に接続し、同時に点灯するセラミックメタルハライドランプであり、口金側に配置される発光管を第一の発光管、トップ側に配置される発光管を第二の発光管としたとき、ランプ管軸方向において、第一の発光管の発光部のトップ側の端部が第二の発光管の発光部の口金側の端部より
口金側に配置されており、第一の発光管の口金側の電極先端から第二の発光管のトップ側の電極先端までのランプ管軸方向における距離が、第一の発光管と第二の発光管の平均電極間距離の３．５倍以下であることを特徴とする。

本発明によれば、２本の発光管を電気的に直列に接続し１つの外球内において同時に点灯するセラミックメタルハライドランプにおいて、発光管の管軸方向における距離を適切な範囲に設定することにより、発光管の加熱による立ち消えや寿命低下の問題及び器具内に設置して使用した場合の器具配光における中抜けなどの問題が解決される。

２本の発光管を電気的に直列に接続したセラミックメタルハライドランプを示す図である。 図１に使用される発光管の構造を説明する断面図である。 図１に示すセラミックメタルハライドランプの器具配光を示す図である。 ２本の発光管を電気的に直列に接続したセラミックメタルハライドランプを示す図である。 図４に示すセラミックメタルハライドランプの器具配光を示す図である。 図４に示すセラミックメタルハライドランプのランプ電圧変化を示す図である。 本発明の第一の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプを示す図である。 図７に示すセラミックメタルハライドランプの器具配光を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプを示す図である。 図９に示すセラミックメタルハライドランプの器具配光を示す図である。 本発明の第三の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプを示す図である。

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図面を参照しながら説明する。なお、図中の同じ要素に対しては同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

図１は１つの外球内に２本の発光管を電気的に直列に接続したセラミックメタルハライドランプを示す図である。また、図２は図１に使用される発光管を示す断面図である。
図１に示す通り、ランプ１は外球２の内部に２本の発光管３ａ、３ｂを備え、２本の発光管の一方のリード線同士が接続され、それぞれの発光管の他方のリード線は口金４のシェル５とアイレット６にそれぞれ接続され、２本の発光管は同時に点灯して使用される。

図２に示す通り、発光管３ａ、３ｂは発光部１１と発光部１１の両端に細管部１２、１２を備えている。細管部１２、１２には電極マウント１３、１３が挿入され、ガラスフリットにより封じられている。電極マウント１３、１３はタングステン製の電極１４、１４、モリブデン製のロッドにモリブデン製のコイルを巻き回した中間材１５、１５、導電性サーメットロッド１６、１６、モリブデン製の外部リード１７、１７、ニオブ製のストッパー１８、１８からなる。ストッパー１８、１８は、細管部の端部に電極マウント１３、１３を係止するためのもので、導電性サーメットロッド１６、１６にそれぞれ溶接されている。また導電性サーメットロッド１６、１６と外部リード１７、１７の周囲には、この部分が折損しないための補強部材としてアルミナ製の補強リング１９、１９が固着されている。発光部１１は略楕円形状をしており、内部に水銀、希土類ハロゲン化物、希ガスが封入されている。

［問題点］
図１に示すセラミックメタルハライドランプ１は、管軸に沿って２本の発光管を直線的に配置したセラミックメタルハライドランプである。

図３は、図１に示す管軸に沿って２本の発光管が直線的に配置されたセラミックメタルハライド１を照明器具内に配置し、鉛直面の器具配光を測定し、１本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプの器具配光と比較した結果である。

鉛直面の器具配光とは、照明器具に対して照明器具から等距離における光量を水平方向から下側にかけて測定したものであり、図面における器具配光では照明器具に対して水平方向を９０°及び−９０°とし、真下方向を０°として記載している。

図３に示す通り、図１のセラミックメタルハライド１の器具配光は、１本の発光管を有するランプの器具配光と比較して、真下（０度）付近の明るさが低下している所謂中抜けの状態になっており、器具配光として好ましくない。
これは２本の発光管がそれぞれランプ光中心から離れて配置されており、このためそれぞれの発光管からの光が器具設計として意図していた方向とは異なる方向に反射されるからである。

また図４に示すセラミックメタルハライドランプ２１は、２本の発光管を口金からの距離をランプ光中心に合わせ並べて配置したセラミックメタルハライドランプである。尚、図４以降の図では説明の便宜のために外球内に配置した発光管の位置のみ示し、支柱などの部材は省略する。
図５は、図４に示す２本の発光管を口金からの距離をランプ光中心に合わせ並べて配置したセラミックメタルハライドランプ２１を照明器具内に配置し、鉛直面の器具配光を測定し、１本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプの器具配光と比較した結果である。
図５に示す通り、図４のセラミックメタルハライドランプ２１の器具配光は、１本の発光管を有するランプの器具配光とほぼ同じであり、図１のセラミックメタルハライドランプの器具配光のように中抜けの状態にはなっておらず、好ましい配光となっている。

しかしながら、図４に示すセラミックメタルハライドランプを水平点灯した場合、以下のような問題があることが判明した。
図６は、図４に示すセラミックメタルハライドランプを水平点灯させた時のランプ電圧の変化を示す図である。
まず２本の発光管が水平方向に並んだ状態でランプを水平点灯させた。この状態ではランプ電圧は２７０Ｖ程度に安定していた。
次にこの状態から管軸に対してランプを９０度回転させ、２本の発光管が鉛直方向に並ぶように配置させたところ（点Ａ）、ランプ電圧が急激に上昇し、３５０Ｖ付近になった時点で立ち消えを起こしてしまった（点Ｂ）。
これは２本の発光管を鉛直方向に並べて点灯したため、下側の発光管の熱により上側の発光管が加熱され、封入物質が加熱されたことから内部の圧力が上昇したためと考えられる。

それぞれの発光管の仕様を変更しランプ電圧を低く設定すれば、この鉛直方向に発光管を並べて配置した時のランプ電圧上昇による立ち消えは回避することが可能であるが、上側の発光管の温度が上昇することは回避不可能である。発光管の温度が上昇することにより、点灯中の発光色が変化してしまうため、設計値から外れた色になってしまい、また２本の発光管の間で発光色に差が生じることから、照射面の色ムラの原因となるおそれもある。
また、上側に配置された発光管は加熱されることにより、内部の圧力は上昇し、放電容器には通常点灯以上の負荷がかかるため、放電容器の破損や劣化による寿命低下が発生する可能性がある。

また、一方の発光管の点灯に不具合が発生し点灯できなくなると、このセラミックメタルハライドランプは２本の発光管を電気的に直列に接続しているため、他方の発光管も点灯することができなくなり、セラミックメタルハライドランプ２１が不点灯となる。

図４に示すセラミックメタルハライドランプ２１を２本の発光管が水平方向に並ぶように配置されていれば、下側の発光管の熱の影響で上側の発光管に問題が起こることはない。
しかしながら、セラミックメタルハライドランプ２１を器具に取り付ける場合、口金４をソケットに螺合させるため、２本の発光管の位置は選ぶことができない。
また、２本の発光管の距離を離せば他方の発光管の熱の影響を低減することは可能であるが、このセラミックメタルハライドランプ２１の製造方法は、成形した外球４に対して２本の発光管を組み付けたステムを挿入し封止を行うため、２本の発光管は並んだ状態で外球のネック部７を通過する寸法に収める必要があるため、２本の発光管の距離を離すことは困難である。

図７は本発明の第一の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ３１を示す図である。
口金側に配置される発光管を第一の発光管３ａ、ランプトップ側に配置される発光管を第二の発光管３ｂとしたとき、第一の発光管３ａは口金からの距離が略光中心となるよう配置されており、位置Ｘにおいて、管軸方向における第一の発光管３ａの発光部のランプトップ側の端部と第二の発光管３ｂの発光部の口金側の端部がほぼ一致するように第二の発光管３ｂが配置されている。

図８は、図７に示すセラミックメタルハライドランプ３１を照明器具内に配置し、鉛直面の器具配光を測定し、１本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプの器具配光と比較した結果である。
図７に示すセラミックメタルハライドランプ３１の器具配光は、１本の発光管を有するランプの器具配光とほぼ同じであり、照射面の中抜けなどは発生せず良好な配光となっている。

図７に示すセラミックメタルハライドランプ３１を第一の発光管が下側、第二の発光管が上側となるようにランプを水平に設置し点灯を行ったところ、上側の発光管の温度上昇によるものと思われる若干のランプ電圧の上昇が確認されたものの、立ち消えやランプ光色変化による色ムラなどは発生しなかった。
尚、第一の発光管が光中心に配置されるのが好ましいが、光中心が第一の発光管と第二の発光管の間に位置していれば良く、また、第二の発光管を光中心に配置しても良い。

図９は本発明の第二の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ４１を示す図である。
口金側に配置される発光管を第一の発光管３ａ、ランプトップ側に配置される発光管を第二の発光管３ｂとしたとき、第一の発光管３ａは口金からの距離が略光中心となるよう配置されており、第二の発光管３ｂのランプトップ側の電極先端と第一の発光管の口金側の電極先端の管軸方向における距離Ｙが、第一の発光管３ａと第二の発光管３ｂの平均電極間距離の３．５倍の距離になるように第二の発光管３ｂが配置されている。

図１０は、図９に示すセラミックメタルハライドランプ４１を照明器具内に配置し、鉛直面の器具配光を測定し、１本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプの器具配光と比較した結果である。
１本の発光管を有するランプの配光に比べ、左右のバランスが若干異なっているものの、照射面においては有害と思われるほどの輝度ムラや中抜けは観察されず、十分に使用できるものであった。
尚、第一の発光管が光中心に配置されるのが好ましいが、光中心が第一の発光管と第二の発光管の間に位置していれば良く、また、第二の発光管を光中心に配置しても良い。

以上説明したように、実施例１及び実施例２から、２本の発光管を電気的に直列に接続し１つの外球内において同時に点灯するセラミックメタルハライドランプにおいて、発光管の管軸方向における距離を適切な範囲に設定することにより、発光管の加熱による問題や器具配光の問題が解決されることが判明した。

実施例１より、口金側に配置される発光管を第一の発光管、ランプトップ側に配置される発光管を第二の発光管をしたとき、第一の発光管の発光部のランプトップ側の端部が第二の発光管の発光部の口金側の端部より口金側に配置されることにより、発光管同士が近いことによる発光管温度の上昇から、ランプ電圧が上昇し立ち消えが発生したり、温度的な負荷が増すことによる寿命への悪影響は発生しないことが判明し、また、実施例２より、第一の発光管の口金側の電極先端から第二の発光管のランプトップ側の電極先端まで管軸方向における距離が、２本の発光管の平均電極間距離の３．５倍以下であれば、器具内にランプを設置した場合の照度ムラや中抜けなど器具配光における問題が発生しないことが判明した。
つまり、２本の発光管の距離を実施例１と実施例２の間に設定することにより、温度の問題と器具配光の問題を解決できることが判明した。

図１１は本発明の第三の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ５１を示す図である。
口金側に配置される発光管を第一の発光管、ランプトップ側に配置される発光管を第二の発光管としたとき、第一の発光管は口金からの距離が略光中心となるよう配置されており、第二の発光管は管軸から２０度の角度傾けられ、管軸方向における第一の発光管の発光部のランプトップ側の端部と第二の発光管の発光部の口金側の端部がほぼ一致する位置に第二の発光管が配置されている。
図１１に示すセラミックメタルハライドランプ５１を第一の発光管が下側、第二の発光管が上側となるようにランプを水平に設置し点灯を行ったところ、上側の発光管の温度上昇によるものと思われる若干のランプ電圧の上昇が確認されたものの、立ち消えやランプ光色変化による色ムラなどは発生しなかった。

以上のように、図１１に示すように発光管を管軸から傾けて配置したとしても、管軸方向における２本の発光管を、第一の発光管の発光部のランプトップ側の端部を第二の発光管の発光部の口金側の端部より口金側に配置することにより、発光管の温度上昇による問題が発生することがなく、発光管を管軸から傾けて配置することによりランプの小型化を図ることが可能である。

１、２１、３１、４１、５１ セラミックメタルハライドランプ
２ 外球
３ａ、３ｂ 発光管
４ 口金
５ シェル
６ アイレット
７ ネック部
１１ 発光部
１２ 細管部
１３ 電極マウント
１４ 電極
１５ 中間材
１６ 導電性サーメットロッド
１７ 外部リード
１８ ストッパー
１９ 補強リング

Claims (5)

1. 一対の電極を発光管内に備えた２本の発光管を１つの外球内に備え、
   前記２本の発光管を電気的に直列に接続し、同時に点灯する
   セラミックメタルハライドランプであり、
   口金側に配置される発光管を第一の発光管、
   トップ側に配置される発光管を第二の発光管としたとき、
   ランプ管軸方向において、
   第一の発光管の発光部のランプトップ側の端部が
   第二の発光管の発光部の口金側の端部より
   口金側に配置されており、
   第一の発光管の口金側の電極先端から
   第二の発光管のランプトップ側の電極先端までの
   ランプ管軸方向における距離が、
   第一の発光管と第二の発光管の平均電極間距離の３．５倍以下であることを特徴とする
   セラミックメタルハライドランプ。
   
2. 前記２本の発光管が管軸と略平行に配置されていることを特徴とする
   請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
   
3. 前記第一の発光管がランプ光中心に配置されていることを特徴とする
   請求項２記載のセラミックメタルハライドランプ。
   
4. 前記第一の発光管が管軸と略平行に配置され、
   前記第二の発光管が管軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする
   請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
   
5. 前記第一の発光管がランプ光中心に配置されていることを特徴とする
   請求項４記載のセラミックメタルハライドランプ。