JP2907671B2 - 高圧放電ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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および高圧キ
セノンランプをはじめとする高圧放電ランプに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に高圧放電ランプは、石英からなる
透光性の発光管内に、一対の電極を設け、発光管内に始
動用の希ガスと水銀、あるいはさらに金属ハロゲン化物
を封入し、両電極に電圧を印加し電流を流すことによっ
てアーク放電を起こさせ、このアーク放電による封入物
質の発光を一般照明の他、ＯＨＰなどの機器用照明とし
て広く利用できるようにした光源である。

【０００３】一例として従来のメタルハライドランプの
発光部の構成を図１３に示し、これを参照しながらこの
ランプの特性を説明する。図１３は水平点灯時の従来の
発光管断面図を示したものである。１は金属ハロゲン化
物、水銀、希ガスを封入した石英からなる発光管、２
ａ、２ｂはピンチ部、３ａ、３ｂは一対の電極である。
また、４はアーク心部、５はアーク周辺部、３０は封入
ガスの対流方向を示したもので、水平点灯の場合、アー
クは図１３のアーク心部４、アーク周辺部５に示すがご
とく、封入ガスの対流作用によって上方に湾曲する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高圧放電ランプは、発
光管内の封入金属の質量や電離電圧が種類によってそれ
ぞれ異なるため、たとえば、Ｓｃ−Ｎａ系メタルハライ
ドランプでは、アーク中心部では水銀発光、その周辺に
Ｓｃの発光、その最外部にＮａの発光となるように、ア
ークの部位により異なる発光スペクトルを呈する。さら
に封入ガスの対流現象によって、水平点灯の場合、図１
３に示すごとくアークが浮力を受けて湾曲したり、垂直
点灯の場合は、アークは湾曲はしないが、上部が膨れ下
部がとがった、いわゆる涙滴形となるため、アークの部
位によるスペクトルの不均一性は、一層強められる。し
たがってアークが湾曲したり涙滴形になる現象は、高圧
放電ランプと組み合わされる光学系の設計に対し、非常
に障害となる。

【０００５】さらに水平点灯の場合、アークの湾曲が、
発光管上部の温度を高め、そのため発光管の上部に膨れ
が発生しランプ寿命の低下につながると言う問題点があ
る。また一般に高圧放電ランプは、始動・再始動が困難
であるという問題点もある。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決し、光学系の
設計などがしやすく、始動・再始動が容易で、かつラン
プの長寿命化を可能とする高圧放電ランプを提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明の高圧放電ランプは、水平点灯型の高圧放
電ランプにおいて、発光管内部に、少なくとも一対の電
極の先端部の間の中央部を含んで、かつ前記一対の電極
の先端部を結ぶ電極軸の少なくとも上部または下部のど
ちらか一方の一部を覆う透光性の絶縁物からなる構造物
を配置したものであり、さらに、構造物を一対の電極の
うち少なくとも一方の電極の先端部を覆うように配置し
たものである。

【０００８】垂直点灯型の高圧放電ランプにおいては、
発光管内部に、電極軸の周辺部を覆う透光性の絶縁物か
らなる筒状の構造物を配置し、その構造物の内側に放電
アークを形成するように構成したものであり、前記構造
物は一対の電極を覆い、かつ上部電極が前記構造物に覆
われる長さをｄ３、下部電極が前記構造物に覆われる長
さをｄ４としたとき、ｄ３＜ｄ４なる関係が満たされる
ように前記構造物を配置したものである。

【０００９】さらに、筒状構造物が上下両電極が覆う場
合は、下部電極が筒状構造物に覆われる長さが、上部電
極が筒状構造物に覆われる長さより長くなるようにした
ものである。

【００１０】直流点灯型の高圧放電ランプにおいて、発
光管の内部に、前記一対の電極の先端部を結ぶ電極軸
の、少なくとも上部または下部のどちらか一方の一部を
覆う透光性の絶縁物からなる構造物、もしくは前記電極
軸の周辺部を覆う透光性の絶縁物からなる筒状の構造物
を備え、前記構造物は少なくとも前記陰極の先端部を覆
う形か、または前記一対の電極を覆う場合は、前記陽極
が前記構造物に覆われる長さをｄ５，前記陰極が前記構
造物に覆われる長さをｄ６としたとき、ｄ５＜ｄ６なる
関係が満たされるような形で配置されたことを特徴とす
る。

【００１１】また、筒状構造物において、筒状構造物の
両端のうち、少なくとも一方を、筒状構造物の中央部付
近よりも太く開いたものである。また、筒状構造物の両
端周囲部の少なくとも一部と発光管内壁との間に間隙が
生じるように、筒状構造物を配置したものである。ま
た、筒状構造物の外面に、同一材料からなりる鍔を形成
し、かつ鍔の周囲部の少なくとも一部と発光管内壁との
間に間隙が生じるように、筒状構造物を配置したもので
ある。

【００１２】また筒状構造物を弾性のある透光性の絶縁
物からなる支持台を介して発光管内部に配置したもので
ある。

【００１３】

【作用】上記の構成のように、構造物を電極軸の上部に
設置することによって、水平点灯の場合は、構造物を設
置しない場合と比べて、発光管下部から上部に向かう封
入ガスの対流が、アーク上部の近傍において水平方向に
変えられるために、アーク上部の近傍における水平方向
の封入ガスの流量が増加する。また構造物を電極軸の下
部に設置することによって、発光管下部からアークに流
入する封入ガスの流量が減少する。この結果、アークの
湾曲度が抑制されると同時に、発光管上部の温度が低下
する。よって、水平点灯時のアークの部位による発光ス
ペクトルの不均一性、およびランプ寿命が改善できる。

【００１４】さらに電極を覆うように構造物を設置する
ことで、構造物に覆われる電極は、構造物による保温効
果により、温まり易くかつ冷えにくくなる。したがっ
て、始動・再始動時の電極からの熱電子放出が容易とな
り、ランプの始動・再始動性が改善できる。このよう
な、構造物による保温効果の度合は、電極が構造物に覆
われる度合によって、自由に変化できる。

【００１５】ランプを垂直点灯した場合は、電極軸の周
辺部に筒状の構造物を設けることによって、アーク周辺
部における封入ガスの上昇流が、筒状構造物の内壁と平
行になる。その結果、アークは涙滴形から紡錘形に近づ
き、アークの部位による発光スペクトルの不均一性が改
善できる。

【００１６】また、構造物の形状が筒状であっても、前
述のごとく、電極が構造物に覆われれば、電極は温まり
易くかつ冷えにくくなる。また、構造物による保温効果
の度合は、電極が構造物に覆われる度合によって、自由
に変化できるので、上部電極の方が電極温度が高くなる
垂直点灯時は、下部電極が筒状構造物に覆われる長さ
が、上部電極が構造物に覆われる長さより、長くなるよ
うに筒状構造物を配置すれば、上部電極温度の異常な上
昇を招くことなくランプの始動・再始動性を改善でき
る。

【００１７】同様に陽極の方が電極温度が高くなる直流
点灯型の高圧ランプにおいては、陰極が構造物に覆われ
る長さが、陽極が構造物に覆われる長さより、長くなる
ように構造物を配置すれば、陽極温度の上昇を招くこと
なくランプの始動・再始動性を改善できる。

【００１８】また、筒状構造物の端部を中央部付近より
も太く開けることで、電極先端部から端部付近の内面ま
での距離が長くなり、電極から飛散する電極材料の粒子
が拡散しやすく、筒状構造物の端部に黒化が集中するこ
とを防止できる。

【００１９】また、筒状構造物と発光管内壁との間に僅
かの間隙を設けて発光管内に筒状構造物を設置し、ある
いは筒状構造物を弾性のある透光性の絶縁物からなる支
持台を介して設置することで、発光管と筒状構造物が熱
膨張係数の異なる異種材料でそれぞれ構成されていて
も、間隙あるいは弾性のある支持台が、異なる熱膨張係
数に起因する異常な熱応力を吸収し、点灯中に、発光管
や構造物にクラックが生じて破損する危険性が回避でき
る。

【００２０】さらに、構造物を拡散性を有する透光性の
絶縁物とすれば、アーク各部から発せられる光が、構造
物を通過する際、その内部で混ざりあうので、構造物の
出射面上において部位によるスペクトルの不均一性が改
善できる。

【００２１】

【実施例】以下に、メタルハライドランプを例に本発明
の一実施例を図１から図１２を参照しながら説明する。

【００２２】まず第1 の実施例を図１(a) 、(b) および
図２によって説明する。図１(a) は、メタルハライドラ
ンプの発光管内に、電極軸の上部の一部を覆う構造物を
設けた場合の、水平点灯時の発光管断面図であり、図１
(b) はこのランプを電極方向から見た電極間の断面図で
ある。図１(a),(b) において、１は金属ハロゲン化物、
および水銀と希ガスを封入した石英からなる発光管、２
ａ、２ｂはそれぞれ発光管１のピンチ部、３ａと３ｂは
有電極放電のための一対の電極、４はアーク心部、５は
アーク周辺部を示す。６は形状が板状で絶縁物からなる
透光性であるアルミナセラミックスの構造物、７は構造
物６の支持棒で、８ａ、８ｂ、８ｃはそれぞれ封入ガス
の対流方向を示したものである。

【００２３】上記の構成において、安定点灯時、対流方
向８ａに沿って発光管上部から下部に降下し、対流方向
８ｂに沿って上昇してアークに流入する封入ガスがアー
クから流出するとき、対流方向８ｃが示すように、アー
ク上部の近傍において水平方向に変えられるため、構造
物６を設置しない場合よりもアーク上部の近傍における
水平方向の封入ガスの流量が増加する。したがって、ア
ーク上部の圧力が増加し、アークの湾曲度は構造物を設
置しない従来方式に比べて小さくなり、アーク形状が上
下対称に近づく。そして、アーク上部の強い水平方向の
対流がアークの膨張も抑制する。この結果、アーク心部
４とアーク周辺部５におけるスペクトルの違いが抑制さ
れる。またアークの湾曲度が小さくなるので、発光管１
の上部の温度が低下し、発光管１の上部の熱負担が低減
される。以上の結果、アークの部位における発光スペク
トルの不均一性が改善されて光学系の設計が容易にな
り、さらにランプ寿命も飛躍的に向上する。

【００２４】図２は図１(a),(b) で示した構造物６の発
光管１の内部における取付位置関係を示した発光管断面
図で、ｄ１は電極３ａが構造物６に覆われる長さ、ｄ２
は電極３ｂが構造物６に覆われる長さを表わす。その他
の構成は、図１(a),(b) と同様である。

【００２５】図２に示すように、構造物６が電極３ａお
よび電極３ｂを覆うので、構造物６の保温効果により、
始動時は、電極３ａおよび電極３ｂの温度の上昇を助成
することができ、さらに消灯後は、電極３ａおよび電極
３ｂの温度低下を抑制することができる。この結果、構
造物６を持たない従来方式と比べて、始動および再始動
時の電極３ａおよび電極３ｂからの熱電子放出が容易と
なり、始動・再始動性が改善される。なお、電極３ａお
よび電極３ｂに対する構造物６の保温の度合は、電極３
ａおよび電極３ｂが構造物６に覆われる長さｄ１および
ｄ２にそれぞれ比例すると考えてよい。

【００２６】また、図２では、電極３ａおよび電極３ｂ
の両電極が構造物６に覆われている場合を示している
が、通常一対の電極のうち片方の電極の熱電子放出が容
易であれば、始動・再始動が容易になるので、電極３ａ
と電極３ｂのうち少なくともどちらか一方が、構造物６
に覆われていれば、上記作用によって、やはり始動・再
始動性を改善することができる。

【００２７】次に第２の実施例を図３(a) 、(b) によっ
て説明する。図３(a) はメタルハライドランプの発光管
内に、電極軸の下部の一部を覆う構造物を設けた場合
の、水平点灯時の発光管断面図であり、図３(b) はこの
ランプを電極方向から見た電極間の断面図である。図３
(a),(b) において、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄはそれぞれ
封入ガスの対流方向を表わす。その他の構成は、第１の
実施例と同じである。

【００２８】上記構成における第２の実施例の動作を説
明する。安定点灯時、対流方向９ａに沿って発光管下部
に降下し、対流方向９ｂに沿ってアークに向かう封入ガ
スは、アークの下部で構造物６により遮られるために、
対流方向９ｃに沿ってアークへ流入するものと、対流方
向９ｄが示すような、アークへ流入せずに発光管上部に
上昇するものとに分かれる。すなわち、構造物６を設置
しない従来方式に比べて、発光管下部からアークに流入
する封入ガスの流量が減少する。したがって、アークに
作用する浮力が減少し、アークの湾曲度は小さくなり、
アークの形状は電極軸を中心とした上下対称に近づく。
またアークの湾曲度が小さくなるので、発光管１の上部
の温度が低下し、発光管１の上部の熱負担が低減され
る。以上の結果、アークの部位における発光スペクトル
の不均一性が改善されて光学系の設計が容易になり、さ
らにランプ寿命も飛躍的に向上する。

【００２９】図３(a) に示すように、構造物６が電極の
下部を覆っている場合も、第１の実施例で説明した構造
物６の保温効果により、始動および再始動時の電極３ａ
および電極３ｂからの熱電子放出が容易となり、始動・
再始動性が改善される。

【００３０】さらに、本実施例においても、構造物６を
電極３ａあるいは電極３ｂのうち、少なくともどちらか
一方を覆うように設置すれば、構造物６の保温効果によ
って、始動・再始動性が改善できることは、第１の実施
例の説明から明かである。

【００３１】以上の第１の実施例および第２の実施例に
おいては、構造物を絶縁物からなる透光性を有するアル
ミナセラミックスからなるとしたが、これを拡散性を有
する透光性の絶縁物、たとえば多結晶性アルミナセラミ
ックスからなる構造物とすれば、アークの各部から発せ
られる光が、構造物を通過する際、その内部で混ざりあ
うので、構造物の出射面上において各部のスペクトの不
均一性を一層改善することができ、ランプと組み合わさ
れる光学系の設計が、さらに容易になる。

【００３２】なお、第１の実施例および第２の実施例に
おいては、発光管内に設けた構造物の形状を、電極方向
から見た断面形状が長方形の板状としたが、構造物の形
状はこれに限られることはなく、たとえば、電極方向か
らみた断面形状が弧状である板状の構造物であっても構
わない。

【００３３】また、第１の実施例と第２の実施例の構成
を組み合わせて、電極軸の上部と下部を覆おう、それぞ
れ独立した２つの構造物を発光管内部に設けた構成とし
ても、第１の実施例および第２の実施例で示した効果が
得られることは、言うまでもない。

【００３４】次に第３の実施例を図４(a),(b) によって
説明する。図４(a) はメタルハライドランプの発光管内
に、筒状の構造物を設けた場合の、水平点灯時の発光管
断面図であり、図４(b) はこのランプを電極方向から見
た電極間の断面図である。図４(a),(b) において、１０
は絶縁物からなる透光性のアルミナセラミックスの筒状
の構造物、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはそれぞれ
封入ガスの対流方向を示したものである。その他の構成
は、第１の実施例と同じである。

【００３５】上記の構成において、安定点灯時、対流方
向１１ａに沿って発光管下部に降下してきた封入ガス
は、、対流方向１１ｂにしたがい、筒状構造物１０の外
壁に沿って上昇するものと、対流方向１１ｃに沿って筒
状構造物１０の内側に向かうものとに分れる。このため
筒状構造物１０の内側に流入する封入ガスの量は、筒状
構造物１０の両端の開口部の面積に相当する量に抑制さ
れる。この結果、筒状構造物１０を設置しない従来の方
式に比べて、アークに流入するガスの量が減少する。加
えてアークから流出した封入ガスの対流方向１１ｄは、
アーク上部の近傍において水平方向に変えられるため、
アーク上部の近傍における水平方向の封入ガスの流量が
増加する。したがって、アークに作用する浮力が減少
し、アークの湾曲度は筒状の構造物を設けない従来方式
に比べて小さくなる。そして、アーク上部の強い水平方
向の対流がアークの膨張も抑制する。この結果、アーク
心部４とアーク周辺部５におけるスペクトルの違いが抑
制される。またアークの湾曲度が小さくなるので、発光
管１の上部の温度が低下し、発光管１の上部の熱負担が
低減される。

【００３６】以上の結果、アークの部位における発光ス
ペクトルの不均一性は、メタルハライドランプと組み合
わされる光学系の設計の上で問題とならない程度にまで
改善され、さらにランプ寿命も飛躍的に向上する。

【００３７】図４(a) に示すように、筒状構造物１０が
電極３ａおよび電極３ｂの先端部を覆っているので、筒
状構造物１０の保温効果により、筒状構造物１０を持た
ない従来方式と比べて、始動および再始動時の電極３ａ
および電極３ｂからの熱電子放出が容易となり、始動・
再始動性が改善される。

【００３８】また、図４(a) では、電極３ａおよび電極
３ｂの両電極が筒状構造物１０に覆われているが、電極
３ａと電極３ｂのうち少なくともどちらか一方が、筒状
構造物１０に覆われていれば、始動・再始動性を改善す
ることができることは、第１の実施例で説明した通りで
ある。

【００３９】さらに筒状構造物１０の下部に任意形状の
１つ以上の小さな孔が設けてあっても構わない。この場
合、点灯直後において、封入ガスが容易にアークへ侵入
できるので、光の立ち上がりが速くなるという、別の効
果が得られる。

【００４０】次に第４の実施例を図５によって説明す
る。図５はメタルハライドランプの発光管内に筒状の構
造物を設けた場合の垂直点灯時の発光管断面図を示した
もので、３ｃは上部電極、３ｄは下部電極、ｄ３および
ｄ４はそれぞれ上部電極３ｃおよび下部電極３ｄが筒状
構造物１０のに覆われる長さ、１２は垂直点灯時の封入
ガスの対流方向である。その他の構成は第３の実施例と
同様である。

【００４１】メタルハライドランプを垂直点灯した場
合、上記構成とすることにより、アーク周辺部５近傍に
おける封入ガスの対流は、対流方向１２に示すごとく、
筒状構造物１０の内壁に平行となり、アーク周辺部５全
体が、一様にこの対流の影響を受けるようになる。よっ
て、アーク形状は筒状構造物１０を設置しない従来方式
に比べて、涙滴形から紡錘形に近づく。さらにこのアー
ク周辺部５近傍の平行な封入ガスの対流がアークの膨張
も抑制する。以上の結果、アークの部位による発光スペ
クトルの不均一性は、飛躍的に改善される。

【００４２】また、垂直点灯時、封入ガスの対流は、対
流方向１２に示すごとく、アーク周辺では下部電極３ｄ
から上部電極３ｃに向かって生じる。アークの熱はこの
対流によって上部電極３ｃの方向に運ばれるため、通常
上部電極３ｃの方が下部電極３ｄより電極温度が高く消
耗し易い。したがって垂直点灯時は、少なくとも下部電
極３ｄだけを筒状構造物１０によって保温してやれば上
部電極３ｃの異常な消耗を招くことなく、ランプの始動
・再始動性が改善できる。すなわち上部電極３ｃを覆わ
ないように筒状構造物１０を設置するか、あるいは、構
造物による保温効果の度合は電極が構造物に覆われる度
合によって異なることから、図５に示すように、上部電
極３ｃが筒状構造物１０に覆われる長さｄ３と下部電極
３ｄが筒状構造物１０に覆われる長さｄ４との関係が、
ｄ３＜ｄ４となるよに筒状構造物１０を設置すれば、上
部電極３ｃの余分な消耗を来すことなく、ランプの始動
・再始動性の改善が果たせる。なお、ｄ３≧ｄ４の場合
でも、発光を均一にする効果があることは言うまでもな
い。

【００４３】次に第５の実施例を図６によって説明す
る。図６は、発光管内に筒状の構造物を設けた場合の垂
直点灯時における直流点灯型メタルハライドランプの発
光管断面図である。１３は陽極、１４は陰極、ｄ５およ
びｄ６はそれぞれ陽極１３および陰極１４が筒状構造物
１０に覆われる長さであり、その他の構成は第４の実施
例と同様である。

【００４４】直流点灯型メタルハライドランプを垂直点
灯した場合、上記構成とすることにより、第４の実施例
と同様に、アーク周辺部５近傍における封入ガスの対流
は、筒状構造物１０の内壁に平行となるため、アーク形
状は筒状構造物１０を設置しない従来方式に比べて、涙
滴形から紡錘形に近づき、さらにアークの膨張も抑制さ
れる。よって、アークの部位による発光スペクトルの不
均一性は、飛躍的に改善される。

【００４５】また、直流点灯型メタルハライドランプで
は、熱電子放出は陰極１４で起きるので、少なくとも陰
極１４のみを筒状構造物１０によって保温してやれば、
第１の実施例で説明したように、ランプの始動・再始動
性が改善できる。またこうすることで、通常、陰極１４
より温度が高く消耗が激しい陽極１３をさらに傷めるこ
ともない。換言すれば陽極１３を含まないように筒状構
造物１０を設置するか、あるいは図６に示すように陽極
１３が筒状構造物１０に覆われる長さｄ５と陰極１４が
筒状構造物１０に覆われる長さｄ６との関係が、ｄ５＜
ｄ６となるよに筒状構造物１０を設置すれば、陽極１３
の余分な消耗を来すことなく、ランプの始動・再始動性
の改善が十分に果たせる。なお、ｄ５≧ｄ６の場合で
も、発光を均一にする効果があることは言うまでもな
い。

【００４６】この第５の実施例では垂直点灯時の直流点
灯型メタルハライドランプについて説明したが、水平点
灯時の直流点灯型メタルハライドランプについても、ア
ークの部位による発光スペクトルの不均一性およびラン
プの始動・再始動性に対し同様の効果が得られるととも
に、さらに水平点灯時では、第３の実施例で説明したよ
うにアークの湾曲が抑制されるために発光管上部の熱負
担が低下するので、ランプ寿命の改善という効果も得ら
れる。

【００４７】また水平点灯時の直流点灯型メタルハライ
ドランプでは、筒状構造物でなくても、電極軸の少なく
とも上部あるいは下部のどちらか一方の一部を覆う構造
物であれば、十分であることは、第１あるいは第２の実
施例から明かである。このときのｄ５とｄ６の関係は筒
状の場合と同じである。

【００４８】以上の第３から第５の実施例においては、
筒状の構造物は絶縁物からなる透光性のアルミナセラミ
ックスからなるとしたが、これを拡散性を有する透光性
の絶縁物、たとえば多結晶性アルミナセラミックスから
なる筒状の構造物とすれば、アークの各部から発せられ
る光が、構造物を通過する際、その内部で混ざりあうの
で、構造物の出射面上において各部のスペクトルの不均
一性を一層改善することができる。

【００４９】なお、第３から第５の実施例において、電
極方向からみた断面形状が円である筒状構造物を例に説
明したが、筒状構造物の形状がこれに限られることはな
く、たとえば図７に示すように、両端が中央部付近より
も太く開いている筒状構造物８０のようなものであって
も構わない。特に、この筒状構造物８０のように、筒状
構造物の端部が、中央部付近よりも太く開いてる場合、
電極先端部から端部付近内面までの距離が長くなるの
で、電極から飛散する電極材料の粒子が拡散しやすく、
よって筒状構造物の端部の黒化の度合を低減するという
別の効果も得られる。

【００５０】なお、第１から第５までの実施例では、構
造物は支持棒７で発光管１の管壁に間に取り付たが、支
持棒７の取付位置はこれに限られることはない。また支
持棒の構造や支持棒の数、さらに支持・固定方法も本実
施例で示したもの以外でもあっても構わない。

【００５１】次に第６の実施例を図８(a) 、(b) によっ
て説明する。図８(a) は発光管が透光性セラミックスか
らなるメタルハライドランプの発光管内に、筒状の構造
物を設けた場合の、水平点灯時の発光管断面図であり、
図８(b) は、図８(b) に示した軸Ｉ−Ｉ’における発光
管の断面図である。

【００５２】図８(a) 、(b) において、５０は金属ハロ
ゲン化物、水銀、希ガスを封入した透光性アルミナセラ
ミックスからなる発光管、５１は透光性アルミナセラミ
ックスからなる筒状構造物で、その両端付近に、筒状構
造物の支持棒として、たとえば開口５３を有する鍔５２
が形成されている。その他の構成は第３の実施例と同じ
である。

【００５３】アルミナセラミックスは石英と比べると熱
伝導率が大きいため、その発光管の温度は、石英発光管
の場合より高く、そしてその分布も均一になる。そのた
めに発光管内部における発光領域が広く、石英発光管の
場合に比べアークの部位によるスペクトルは、より一
層、不均一なものとなる。

【００５４】しかるに上記の構成のように、発光管５０
の内部に筒状の構造物５１を設置し、この筒状構造物５
１内部にアークを形成させれば、第３の実施例で説明し
たのと同様に封入ガスの対流が制御され、アークの膨張
が抑制されるので、発光領域が狭まる。その結果、アー
ク心部４とアーク周辺部５におけるスペクトルの違いが
抑制され、アークの部位における発光スペクトルの不均
一性は、従来のセラミックス発光管を有するメタルハラ
イドランプと比較して飛躍的に改善される。

【００５５】またアークの膨張が抑制されるのと同時
に、水平点灯時はアークの湾曲度も小さくなるので、発
光管５０の上部の温度が低下し、発光管５０の上部の熱
負担が低減される。よって、ランプ寿命も向上する。

【００５６】また、電極３ａおよび電極３ｂのうちどち
らか一方が、筒状構造物５１に覆われている場合、始動
・再始動性を改善することができることは、第３の実施
例で説明した通りである。

【００５７】なお本実施例では筒状構造物５１は鍔５２
によって発光管５０に固定されているが、鍔５２には開
口５３が設けられているので、この鍔５２が、対流１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ，１１ｄそれぞれに大きな影響を与
えることはない。またこの開口５３の形状や数、さらに
は筒状構造物５１の断面形状や、その発光管５０内部に
おける支持・固定方法も本実施例に限られることはな
い。

【００５８】さらに本実施例においては、発光管が透光
性のアルミナセラミックスからなるメタルハライドラン
プを例に説明したが、他のセラミックス材料からなる発
光管を有する高圧放電ランプでも同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。また本実施例に示すような水平
点灯時においては、筒状構造物でなくても、電極軸の少
なくとも上部あるいは下部のどちらか一方の一部を覆う
構造物であれば、アークの部位によるスペクトルの不均
一、ならびに始動・再始動性を改善することは、第１あ
るいは第２の実施例から明かである。

【００５９】なお本実施例においては、水平点灯方式を
例に説明したが、垂直点灯方式においても同様の効果が
得られることは勿論である。次に第７の実施例を図９に
よって説明する。

【００６０】図９は発光管内に電極軸の上部を覆う構造
物を設けたメタルハライドランプの発光管の外壁に、透
光性赤外線反射膜を付着させた透光性赤外線反射膜付発
光管断面図を示したものである。図９において、２５は
透光性赤外線反射膜で、その他の構成は第１の実施例と
同様である。

【００６１】構造物６を導入した場合、アークからの赤
外線放射が僅かであるがさえぎられるため、発光管１の
内部の最冷点温度が低下する。このため点灯中、発光管
１の内部に封入されている金属ハロゲン化物や水銀の蒸
気圧が低下し、その結果、発光の分光分布や輝度が変化
し、発光効率が低下する。しかし、透光性赤外線反射膜
２５を発光管１の外面に付着させれば、透光性赤外線反
射膜２５を付着させない場合と比べて、発光管１内部の
温度が上昇するため、この温度上昇分でもって構造物６
の設置による最冷点温度の低下を防ぐことができ、上記
の問題を克服できる。

【００６２】なお、以上の透過性赤外線反射膜２５の導
入による効果は、構造物の設置場所やその形状、支持方
法、さらに水平点灯、垂直点灯いずれに対しても有効で
あることは言うまでもない。

【００６３】以下の実施例は筒状構造物を発光管内部に
配置する方法に関するものである。第８の実施例を図１
０(a) 、(b) によって説明する。図１０(a) は筒状構造
物を配置した発光管の電極軸を含む断面図であり、図１
０(b) は、図１０(a) に示した軸Ｉ−Ｉ’における発光
管の断面図である。

【００６４】図１０(a) 、(b) において２６はアルミナ
セラミックスからなる筒状構造物で、両端部側壁に軸芯
方向に長い開口部２７を有している。２８は発光管１の
内壁に設けた止め具で、その他の構成は第１の実施例と
同じである。

【００６５】アルミナセラミックスからなる筒状構造物
２６は、石英からなる発光管１の内壁により支持され、
図１０(a) に示すごとく、発光管１の内部に配置されて
いる。筒状構造物２６の両端部と発光管１の内壁との接
触部分に、僅かの間隙を設ける。

【００６６】安定点灯時、発光管や内部の構造物は高温
の放電アークにより膨張するが、この際、発光管と構造
物が膨張係数の異なる異種材料で構成されていれば、そ
れぞれの接触、あるいは接合部分に異常な熱応力が発生
し、クラックを生じる危険性がある。

【００６７】しかしながら、発光管１と筒状構造物２６
が熱膨張係数の異なる異種材料でそれぞれ構成されてい
る場合であっても、筒状構造物２６と発光管１との接触
部分に、僅かの間隙を設ければ、間隙が、異なる熱膨張
係数にって生じる異常な熱応力を吸収し、したがって点
灯中に、発光管１や筒状構造物２６にクラックが生じて
破損する危険性が回避できる。

【００６８】間隙が狭くそのため封入ガスの筒状構造物
２６内部への流入量が減る場合、開口部２７を設けるこ
とで、筒状構造物２６内部に封入ガスの侵入が容易にな
り、したがって、放電、発光の状態に支障をきたすこと
はない。

【００６９】なお止め具２８は筒状構造物２６の電極軸
方向へのぶれを抑制するものであるが、筒状構造物２６
が発光管１の内壁により、強固に発光管１内部に支持で
きる場合、止め具２８は省略できる。

【００７０】次に第９の実施例を図１１(a) 、(b) によ
って説明する。図１１(a) は外面に同一材料からなる鍔
を２つ形成した筒状構造物を内部に配置した発光管の電
極軸を含む断面図であり、図１１(b) は図１１(a) の軸
Ｉ−Ｉ’における発光管の断面図である。

【００７１】図１１(a) 、(b) において、２９はアルミ
ナセラミックスからなる筒状構造物で、両端部外面に同
一材料からなる２つの鍔３０が形成されている。その他
の構成は第８の実施例と同じである。

【００７２】アルミナセラミックスからなる筒状構造物
２９は２つの鍔３０によって、石英からなる発光管１の
内壁に支持されている。この際、鍔３０の周囲部と発光
管１の内壁との接触部分に、僅かの間隙を設ける。

【００７３】これにより、発光管１と筒状構造物２９
（鍔３０）が熱膨張係数の異なる異種材料でそれぞれ構
成されていても、間隙が、異なる熱膨張係数によって生
じる異常な熱応力を吸収し、したがって点灯中に、発光
管や構造物にクラックが生じて破損する危険性が回避で
きる。

【００７４】間隙が狭くそのため電極軸方向の封入ガス
の対流が鍔３０によって大きく妨げられる場合は、鍔３
０に切欠部３１を設けることで、鍔３０による対流への
影響を低減でき、よって鍔３０の存在が、放電、発光の
状態に支障をきたすことはない。

【００７５】なお止め具２８は鍔３０を介して筒状構造
物２９の電極軸方向へのぶれを抑制するものであるが、
筒状構造物２９が鍔３０によって強固に発光管１内壁に
支持できる場合、止め具２８は省略できる。

【００７６】また鍔３０の数や筒状構造物２９の外面に
おける形成位置は、図１１(a) 、(b) に示した例に限ら
れることはない。さらに鍔３０の形状は本実施例に示さ
れたものに限定されるべきものではなく、たとえば軸方
向から見た形状として、図１１(c) に示すように、開口
６１を有する鍔６２のようなものでも構わない。

【００７７】次に第１０の実施例を図１２(a) 、(b) に
よって説明する。図１２(a) は外面に放射状の突起を有
する２つの支持台を取り付けた筒状構造物を内部に配置
した発光管の電極軸を含む断面図であり、図１２(b) は
図１２(a) の軸Ｉ−Ｉ’における発光管の断面図であ
る。

【００７８】図１２(a) 、(b) において１０はアルミナ
セラミックスからなる筒状構造物で、その両端部外面に
は、４つの突起３５を有するアルミナセラミックスから
なり、かつ軸方向にきれめ３４を持つ２つのリング３３
が取り付けられている。その他の構成は第８の実施例と
同じである。

【００７９】リング３３は弾性があるアルミナセラミッ
クスの突起３５を介して発光管１の内壁と接触している
ので、リング３３が広がろうとすると、その応力を、突
起３５が図１２(a) の矢印７０が示す方向にたわんで、
吸収する。

【００８０】したがって、安定点灯時、筒状構造物１０
が高温の放電アークによって膨張しても、異常な応力が
発光管１にかかる危険性はない。同時に、リング３３に
は軸方向にきれめ３４を設けて広がり易くしてあるの
で、筒状構造物１０の膨張によって、リング３３が破損
することもない。また電極軸方向の封入ガスの対流は、
突起３５間の開口部３６を通じて起こるので、支持台で
あるリング３３の存在が、放電、発光の状態に支障をき
たすことはない。

【００８１】以上の結果、発光管１と筒状構造物１０が
熱膨張係数の異なる異種材料でそれぞれ構成されていて
も、発光管１や筒状構造物１０にクラックが生じて破損
する危険性が回避できる。言うまでもなく、リング３３
の突起３５と発光管１の内壁との接触部分に、僅かの間
隙を設けば、発光管１に伝わる応力をさらに低減できる
ことは、第８あるいは第９の実施例の説明から明かであ
る。

【００８２】なお止め具２８は筒状構造物１０の電極軸
方向へのぶれを抑制するものであるが、筒状構造物１０
がリング３３によって強固に発光管１内部に支持できる
場合、止め具２８は省略できる。

【００８３】またリング３３の数や筒状構造物１０の外
面における設置位置、および突起３５の数や形状は、本
実施例に限られることはない。さらにリング３３は、弾
性がある透光性の絶縁物であれば、本実施例で使用した
アルミナセラミックス以外の材料であってもかまわな
い。

【００８４】なお、第８から第１０の実施例では、水平
点灯方式のメタルハライドランプを例にとって説明した
が、垂直点灯方式のメタルハライドランプであっても同
様の効果が得られるのは言うまでもない。

【００８５】以上の第１から第１０までの実施例では、
メタルハライドランプを例にとって説明したが、高圧水
銀ランプや高圧ナトリウムランプ、あるいは高圧キセノ
ンランプなどその他の高圧放電ランプに対しても同様の
効果が得られる。また、本発明は好ましい実施例につい
て説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、
種々の変形が可能であることは勿論である。

【００８６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高圧放
電ランプの発光管内に絶縁物からなる透光性の構造物、
あるいは拡散性を有する透光性の絶縁物からなる構造物
を設置することで、対流によるアークの湾曲や涙滴形へ
の変形、あるいはアークの膨張を防止し、アークの部位
による発光スペクトルの不均一性を改善するので、ラン
プと組み合わされる光学系の設計を容易するとともに、
アークの湾曲防止がランプ寿命を改善する。さらに導入
した構造物が電極を保温するので、電極からの熱電子放
出を容易にし、ランプの始動・再始動に必要なエネルギ
ーを低減でき点灯回路の小型化を可能とする。また構造
物の保温効果の度合が、電極が構造物に覆われる度合で
制御できることが、消耗の激しい垂直点灯時の上部電極
や直流点灯時の陽極の寿命低下を防止する。

【００８７】筒状構造物と発光管内壁との間に僅かの間
隙を設けて発光管内に筒状構造物を設置し、あるいは筒
状構造物を弾性のある透光性の絶縁物からなる支持台を
介して設置することで、発光管と筒状構造物が熱膨張係
数の異なる異種材料でそれぞれ構成されていても、間隙
あるいは弾性のある支持台が、異なる熱膨張係数に起因
する異常な熱応力を吸収し、点灯中に、発光管や構造物
にクラックが生じて破損する危険性が回避できる。した
がって発光管と筒状構造物を異種材料で構成できるとい
う実用性の高い発光管設計を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図２】本発明の第１の実施例における構造物の取付位
置を示した図

【図３】本発明の第２の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図４】本発明の第３の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図５】本発明の第４の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図６】本発明の第５の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図７】本発明の実施例における筒状構造物の他の例を
示す斜視図

【図８】本発明の第６の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図９】本発明の第７の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図10】本発明の第８の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図11】本発明の第９の実施例におけるメタルハライド
ランプの断面図

【図12】本発明の第１０の実施例におけるメタルハライ
ドランプの断面図

【図13】従来例のメタルハライドランプの断面図

【符号の説明】

１ 発光管 ３ａ、３ｂ 一対の電極 ３ｃ 上部電極 ３ｄ 下部電極 ６ 構造物 １０ 筒状構造物 １３ 陽極 １４ 陰極 ２５ 透光性赤外線反射膜 ｄ３ 上部電極が筒状構造物に覆われる長さ ｄ４ 下部電極が筒状構造物に覆われる長さ ｄ５ 陽極が筒状構造物に覆われる長さ ｄ６ 陰極が筒状構造物に覆われる長さ ２９ 筒状構造物 ３０ 鍔 ３３ リング ３４ きれめ ３５ 突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沢 正孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−107251（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−101759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−165944（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−9959（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−7162（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭28−5762（ＪＰ，Ｙ１) 米国特許3867660（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 61/10

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平点灯型の高圧放電ランプにおいて、
   一対の電極を有する発光管と、前記発光管内部に、少な
   くとも前記一対の電極の先端部の間の中央部を含んで、
   かつ前記一対の電極の先端部を結ぶ電極軸の少なくとも
   上部または下部のどちらか一方の一部を覆う透光性の絶
   縁物からなる構造物を具備したことを特徴とする高圧放
   電ランプ。
2. 【請求項２】 構造物が、少なくとも一方の電極の先端
   部を覆う形で、配置されたことを特徴とする請求項１記
   載の高圧放電ランプ。
3. 【請求項３】 構造物の形状が筒状であり、前記構造物
   の内側に放電アークを形成せしめる構成としたことを特
   徴とする請求項１あるいは請求項２記載の高圧放電ラン
   プ。
4. 【請求項４】 垂直点灯型の高圧放電ランプにおいて、
   一対の電極を有する発光管と、前記発光管内部に、前記
   一対の電極の先端部を結ぶ電極軸の周辺部を覆う透光性
   の絶縁物からなる筒状の構造物を具備し、前記構造物の
   内側に放電アークを形成せしめる構成とし、前記構造物
   は一対の電極を覆い、かつ上部電極が前記構造物に覆わ
   れる長さをｄ３、下部電極が前記構造物に覆われる長さ
   をｄ４としたとき、ｄ３＜ｄ４なる関係が満たされるよ
   うに前記構造物を配置したことを特徴とする高圧放電ラ
   ンプ。
5. 【請求項５】 直流点灯型の高圧放電ランプにおいて、
   陽極と陰極よりなる一対の電極を有する発光管と、前記
   発光管内部に、前記一対の電極の先端部を結ぶ電極軸
   の、少なくとも上部または下部のどちらか一方の一部を
   覆う透光性の絶縁物からなる構造物、もしくは前記電極
   軸の周辺部を覆う透光性の絶縁物からなる筒状の構造物
   を備え、前記構造物は少なくとも前記陰極の先端部を覆
   う形か、または前記一対の電極を覆う場合は、前記陽極
   が前記構造物に覆われる長さをｄ５，前記陰極が前記構
   造物に覆われる長さをｄ６としたとき、ｄ５＜ｄ６なる
   関係が満たされるような形で配置されたことを特徴とす
   る高圧放電ランプ。
6. 【請求項６】 筒状構造物において、前記筒状構造物の
   両端のうち、少なくとも一方が、前記筒状構造物の中央
   部付近よりも太く開いていることを特徴とする請求項３
   から請求項５のいずれかに記載の高圧放電ランプ。
7. 【請求項７】 筒状構造物の両端周辺部の少なくとも一
   部と発光管内壁との間に間隙が設けられて、前記筒状構
   造物を前記発光管内部に配置したことを特徴とする請求
   項３から請求項６のいずれかに記載の高圧放電ランプ。
8. 【請求項８】 筒状構造物の外面に鍔が形成されてお
   り、かつ前記鍔の周囲部の少なくとも一部と発光管内壁
   との間に間隙が設けられて、前記筒状構造物を前記発光
   管内部に配置したことを特徴とする請求項３から請求項
   ６のいずれかに記載の高圧放電ランプ。
9. 【請求項９】 筒状構造物を支持台を介して発光管内部
   に配置し、前記支持台が弾性のある透光性の絶縁体から
   なることを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか
   に記載の高圧放電ランプ。
10. 【請求項１０】 発光管がセラミックスからなることを
    特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の高
    圧放電ランプ。
11. 【請求項１１】 透光性赤外反射膜を発光管の表面に取
    り付けたことを特徴とする請求項１から請求項１０のい
    ずれかに記載の高圧放電ランプ。