JP4048135B2

JP4048135B2 - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP4048135B2
Application number: JP2003048071A
Authority: JP
Inventors: 幹雄三浦; 俊介柿坂; 義晴西浦
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2003317661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルハライドランプに関し、特に、アルミナセラミック製の発光管を用いたメタルハライドランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、メタルハライドランプは発光管の材料として、従来の石英ガラスに代わってアルミナセラミックを用いたものが主流となりつつある。アルミナセラミックは石英ガラスに比べて耐熱性に優れているので、メタルハライドランプのように点灯中に高温になる高圧放電ランプの発光管に適している。
【０００３】
このようにアルミナセラミックを用いたメタルハライドランプは、点灯中の温度を高温にすることができるため、高演色性の実現と高効率化が可能となる。
また、アルミナセラミックは、発光管内に封入されるハロゲン化金属との反応性も、石英ガラスに比べ低いことから、メタルハライドランプのさらなる長寿命化への寄与が期待されている。
【０００４】
ところで、この種のランプにおける電極の封止方法は、石英ガラスを用いた場合のように発光管の側管部を加熱および圧壊封着する方法ではなく、細管部に給電体を挿入した後、例えば、フリットガラス等のシール材を溶融し、これを当該細管部の外側の端部に流し込んで封着するようにしている。このため、シール材によって封着されていない部分では、給電体と細管部との間に隙間が生じることとなる（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、その隙間は発光管サイズの大きい高ワットのランプになるほど、必然的に大きくなる。
このように発光管にアルミナセラミックを用いた従来のメタルハライドランプでは、給電体と細管部との間に隙間が存在するため、ランプの電極が鉛直方向に向くように配置して点灯させた場合、発光管内に封入してある発光金属が、鉛直方向下側の給電体と細管部との隙間に沈み込み易くなる。
【０００６】
ランプの試験寿命（以下、「ライフ」という。）中、その隙間に発光金属が沈み込むと、放電空間内で発光に寄与する金属が少なくなり、十分な蒸気圧が得られず、長時間点灯すると色温度の変化が大きくなるという問題が生じる。
このような不具合を解消するために、特許文献２には、細管部の放電空間側の端部と電極コイルとの距離を所定以上に設定する構成が提案されている。
【０００７】
すなわち、図１９に示すように、発光金属が封入される放電空間１０１を形成する透光性セラミック製の発光部１０２と、発光部１０２の両端部に設けられた細管部１０３ａ，１０３ｂと、先端部にコイル１０４ａ，１０４ｂを備えた一対の電極１０５ａ，１０５ｂと、一端部に電極１０５ａ，１０５ｂを支持すると共に他端部が細管部１０３ａ，１０３ｂにおける放電空間１０１と反対側の端部まで延在する電極支持体１０６ａ，１０６ｂと、電極支持体１０６ａ，１０６ｂを細管部１０３ａ，１０３ｂに封着するシール材１０７ａ，１０７ｂとを備えた発光管８０を有するメタルハライドランプにおいて、ランプ電力をＰ（Ｗ）、コイル１０４ａ，１０４ｂにおける細管部１０３ａ，１０３ｂ側の端部から、細管部１０３ａ，１０３ｂにおける放電空間１０１側の端部までの距離をＸ（ｍｍ）とすると、このＸの値が、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．３９４の関係式を満たすように設定されている。
【０００８】
これにより当該細管部１０３ａ，１０３ｂの放電空間側の端部におけるランプ点灯中の温度を、当該放電空間内の余剰の発光金属が液状で存在する程度に低くすることができるので、その分、細管部の内部に沈み込む発光金属の量を低減でき、色温度の変化を抑えることが可能であるとしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５７−７８７６３号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２０００−３４０１７１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２に記載されたものでは、細管部１０３ａ，１０３ｂ内の隙間λを塞ぐ手段が設けられておらず、仮に隙間λを塞ぐような閉塞体を設けたとしても、通常、閉塞体の全てが、細管部の端面から内方に後退した位置に存在しているために発光金属が細管の隙間λに沈み込み易く、長時間の連続点灯により色温度が大きく変化するという問題が十分に解消されない。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、細管部内の隙間に沈み込む発光金属の量を少なくすることにより、長時間連続点灯させても色温度の変化が少なく、安定した特性を持続するメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るメタルハライドランプは、内部に放電空間が形成される発光部と前記発光部の両端部に設けられた孔に内嵌されて取着される一対の細管部とからなるバルブと、先端部に電極コイルを有し、前記放電空間内において対向して配置される一対の電極と、それぞれ、前記細管部に内挿され、放電空間側の端部で前記電極を支持すると共に、その反対側の端部が細管部の前記放電空間と反対側の端部から突出し、シール材により前記細管部に封止される一対の電極支持体と、耐熱性かつ熱伝導性を有する材料からなり、少なくとも一方の細管部側における、前記電極ピンおよび電極支持体のうちの少なくとも一方に外挿される筒状体とを備え、ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記細管部の前記放電空間側の端面から、前記電極コイルの前記細管部側の端面までの距離をＸ（ｍｍ）、前記細管部の放電空間側端面から前記筒状体の当該放電空間方向へ延出する長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４４Ｘの関係が成り立つことを特徴としている。
【００１４】
上記のような構成にすることにより、発光管の電極が鉛直方向になるように配してメタルハライドランプを点灯させた場合に、細管部の放電空間側の端部の温度を、その部分で余剰の発光金属が液状で存在する程度まで低くできると共に、細管部の所定の位置に、その開口部を塞ぐように筒状体が挿入されるので、当該液状の発光金属が細管部の内部に進入しにくい部分で溜まり、細管部内部に沈み込む発光金属の量を抑制できる。
【００１５】
この結果、点灯中、放電空間内の蒸気圧を十分に保つことができ、長時間連続点灯させても色温度変化が少なく、安定した特性を持続するメタルハライドランプを得ることができる。
しかも、筒状体の放電空間側への突出量が距離Ｘとの関係で所定の値以上にならないように設定されており、これにより始動時において筒状体から放電することを防止できる。
【００１６】
また、本発明に係るメタルハライドランプは、内部に放電空間が形成される発光部と一対の細管部が一体として形成されてなるバルブと、先端部に電極コイルを有し、前記放電空間内において対向して配置される一対の電極と、それぞれ、前記細管部に内挿され、放電空間側の端部で前記電極を支持すると共に、その反対側の端部が、細管部の前記放電空間と反対側の端部から突出し、シール材により前記細管部に封止される一対の電極支持体と、耐熱性かつ熱伝導性を有する材料からなり、少なくとも一方の細管部側における、前記電極ピンおよび電極支持体のうちの少なくとも一方に外挿される筒状体とを備え、ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記細管部から前記発光部に繋がる部分のうちその内径が細管部の内径の１．２５倍となる位置を基準位置とし、この基準位置から、前記コイルの細管部側の端面までの距離をＸ（ｍｍ）、前記基準位置から前記筒状体の前記放電空間方向に延出する部分の長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４４Ｘの関係が成り立つことを特徴としてもよい。
【００１７】
このような構成によっても、上記のメタルハライドランプと同様の効果を得ることができる。
ここで、上記筒状体は、コイルであるとしてもよい。この場合には、当該コイルが、各ターン間の隙間がない密着型のコイルであることが望ましい。細管部内の発光金属の沈み込む隙間が少なくなるからである。
【００１８】
また、ここで、上記筒状体の、前記放電空間と反対側の端面は、前記電極支持体にほぼ当接していることが望ましい。この場合でも細管部内の発光金属の沈み込む隙間を少なくすることができるからである。
さらに、また、本発明は、前記筒状体は、筒体であり、その周面には軸方向に切り込みが設けられていることを特徴とする。このような構造にすることにより、筒状体を電極ピン等に外挿する作業等が容易となる。
【００１９】
ここで、前記筒状体は、モリブデンおよびタングステンのうち一種の金属からなることが望ましい。モリブデンやタングステンは、耐熱性及び熱伝導性を有する金属であるからである。
また、前記発光部は、透光性セラミックからなることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本実施の形態にかかる２５０Ｗのメタルハライドランプの構成を示す正面図である。
同図に示すように、本メタルハライドランプは、外管１０内に、透光性を有するアルミナセラミック製の発光管８が、電力供給線１１ａ，１１ｂによって所定の位置に保持されてなる。
【００２１】
外管１０内には、所定圧の窒素が封入されており、封止部付近に口金１５が装着されている。
なお、発光管８は、紫外線をカットする効果を持つ石英ガラス製スリーブ１２内に配置されている。石英ガラス製スリーブ１２は、発光管８を保温して十分な蒸気圧を保たせると共に、発光管８の破損時に外管１０が割れることを防止する役割も果たす。この石英ガラス製スリーブ１２は、スリーブ支持板１３ａ，１３ｂを介して電力供給線１１ａ，１１ｂに保持されている。
【００２２】
図２は、発光管８の構成を示す断面図である。同図に示すように、発光管８のバルブは、放電空間１を形成する発光部２の両端の小径部の孔に、細管部３ａ，３ｂの端部がそれぞれ内挿され、焼きばめをすることにより形成される。
発光部２の放電空間１には、水銀と、希ガスと、発光金属とが封入されている。
【００２３】
細管部３ａ，３ｂの各々には、先端部に放電空間１内で対向するよう配置された電極コイル４ａ，４ｂを有する一対の電極ピン５ａ，５ｂと、一端部に上記電極ピン５ａ，５ｂをそれぞれ支持する一対の電極支持体６ａ，６ｂとからなる給電体が挿入されている。
電極ピン５ａ，５ｂの基端部には、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが外挿されている。この筒状体１４ａ，１４ｂは、その放電空間１側の先端部を除いてほとんどの部分が細管部３ａ，３ｂ内部に嵌め込まれており、発光金属の沈み込みを防止する役目を果たす。
【００２４】
電極ピン５ａ，５ｂは、タングステン材料からなり、外径０．７１ｍｍ、長さ５．２ｍｍである。
また、電極支持体６ａ，６ｂは、外径１．２ｍｍ、長さ３０ｍｍである。本実施の形態においては、電極支持体６ａ，６ｂは、例えばモリブデンとアルミナとを混合焼結させた導電性サーメットを材料としている。この導電性サーメットの熱膨張係数はアルミナとほぼ等しい７．０×１０^-6であるため、熱膨張率の差に起因するクラックが生じにくい。
【００２５】
電極支持体６ａ，６ｂの放電空間と反対側の部分は、それぞれ、内径が１．３ｍｍの細管部３ａ，３ｂの外側の端面から外部に突出しており、シール材７ａ，７ｂによって、細管部３ａ，３ｂに封着されている。
シール材７ａ，７ｂは、例えば、酸化金属、アルミナ、およびシリカ等からなるガラスフリットであり、細管部３ａ，３ｂにおける発光部２に結合された側とは反対側の端面から、発光部２側へ向けて、所定の長さだけ流し込まれている。
【００２６】
図３は、図２の発光管８における細管部３ｂとこれに内挿された電極支持体６ｂ、電極ピン５ｂ、電極コイル４ｂの状態を示す拡大断面図である。
筒状体１４ｂは、線径０．２５ｍｍのモリブデン材料を隣接するターン間に隙間が生じないように密着させて巻回してなるコイル（密着型コイル）であって、その軸方向の長さは２．５ｍｍであり、その放電空間と反対側の端部は、電極支持体６ｂの端面にほぼ当接しており、余剰のハロゲン化金属の液体の沈み込む隙間λの容積ができるだけ少なくなるようにしている。なお、電極コイルは必ずしも密着型コイルでなくてもよく、各ターン間に多少隙間があっても構わない。
【００２７】
また、細管部３ｂと筒状体１４ｂとの嵌めあいは、０．００５〜０．２ｍｍの隙間ばめとしている。なお、この部分は、より好ましくは、筒状体１４ｂの外径に対して細管部３ｂの内径が０〜０．１ｍｍの隙間を有しての嵌め合いとするのがよい。このような嵌めあいにすることにより、発光金属が細管部３ｂの内部に沈み込むのを防止できると共に、組み立て後に筒状体１４ｂの位置ずれが生じない。
【００２８】
細管部３ａ側も図３に示したものと全く同じ構成をしている。
ここで、上記のような構成のメタルハライドランプにおいて、電極コイル４ａ，４ｂにおける細管部３ａ，３ｂ側の端部から、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面までの距離をＸ（図３参照）とすると共に、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２側の放電空間１内に延在する長さ、すなわち、筒状体１４ａ，１４ｂが細管部３ａ，３ｂの放電空間側の端面から放電空間方向に突出している部分の長さをＬとし、このＸおよびＬの値と上記「沈み込み」による色温度の変化との関係について本願発明者らが実験を重ねたところ、色温度の変化量を低減するために最適なＸおよびＬの範囲を見出すことができた。
【００２９】
以下、当該距離Ｘ、長さＬの最適な範囲について説明する。
（１）距離Ｘの最適範囲について
まず、距離Ｘの最適範囲について、上記図１，２に示すものと同じ構成の２５０Ｗのメタルハライドランプについて実験した。
この実験において、距離Ｘの値が、０．８ｍｍ、１．３ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍおよび２．３ｍｍとなる複数の試験ランプを製作し、それぞれについて、ライフ中（点灯時間３０００時間）の色温度変化を測定した。その結果を図４に示す。
【００３０】
なお、ここでは、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２側の放電空間１内に延在する長さＬは０．１ｍｍと一定にした。
また、放電空間１内に封入された発光金属量は、一定量の５．２ｍｇとした。その組成は、ＤｙＩ₃を０．８ｍｇ、ＨｏＩ₃を０．６ｍｇ、ＴｍＩ₃を０．８ｍｇ、ＮａＩを２．２ｍｇ、ＴｌＩを０．８ｍｇとした。そして、放電空間１内に、希ガスとして、２０ｋＰａのアルゴンを封入した。
【００３１】
さらに、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から、ガラスフリットからなるシール材７ａ，７ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｙ（図３参照）を１８ｍｍと一定にした。
なお、点灯実験は、各試験ランプの管軸が鉛直方向になるように維持したまま、３０００時間連続点灯して行った（後述する他の実験においても同様）。
【００３２】
図６は、図４の実験結果から３０００時間点灯後の色温度の変化（ΔＴｃ）を求め、その評価と共に表にしたものである。
この表からも分かるように、２５０Ｗの試作ランプにおいて、長さＬが０．１ｍｍの場合において、距離Ｘが１．６ｍｍ以上あれば、ライフ中の色温度変化が非常に少なくなる。
【００３３】
このように、上記の距離Ｘを１．６ｍｍ以上とすれば、高温の陽光柱および、電極コイル４ａ，４ｂを含む電極ピン５ａ，５ｂの先端部から、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面までの距離を十分にとることができるので、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面における温度を低くすることができ、筒状体１４ａ，１４ｂの作用と相まって、色温度の変化を少なく抑えることができる。
【００３４】
より詳しく言うと、細管部３ａ，３ｂの放電空間側の開口部がコイル状の筒状体１４ａ，１４ｂにより閉塞されているので、特に液状の発光金属が、細管部３ａ，３ｂと電極支持体６ａ，６ｂとの隙間λに入りにくく、また、細管部３ａ，３ｂの端面が電極先端からある程度離れ、しかも当該筒状体１４ａ，１４ｂが熱伝導性を有する金属からなるコイル形状なので放熱性に優れ、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面付近の温度が、余剰金属が液状となって存在し得る程度に低く保たれ、蒸気化した金属が隙間λに浸透する前にこの部分で液化するため、これらが相まって細管部３ａ，３ｂ内の隙間λに沈み込む発光金属の量を少なくしているものと考えられるのである。
【００３５】
この結果、点灯中、発光管８内の蒸気圧を十分に保つことができ、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂを有していない従来のもの（距離Ｘが１．８ｍｍ、距離Ｙを１８ｍｍ）に比べ、例えば点灯後千時間経過中における色温度変化を約１／２〜１／３に低減することができた。
また、距離Ｘを１．６ｍｍ以上とすることにより、図４に示すように点灯後３０００時間経過中における色温度変化も点灯後１０００時間経過中における色温度変化とほぼ同等にすることができ、ライフ途中における色温度変化もほとんど生じないようにできる。
【００３６】
次に、上記と同様の実験を、図１，２に示したものと同様の構成を有する７０Ｗのメタルハライドランプを用いて行なった。
具体的に、当該７０Ｗのメタルハライドランプにおいて、電極コイル４ａ，４ｂにおける細管部３ａ，３ｂ側の端部から、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｘを、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍとした試験ランプを製作し、ライフ中の色温度変化を測定した。その結果を図５に示す。
【００３７】
なお、この実験において、いずれの場合においても、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２側の放電空間１内に延在する長さＬは０．１ｍｍと一定にした。
また、放電空間１内に封入された発光金属量は、一定量の２．５ｍｇとした。その組成は、ＤｙＩ₃を０．４ｍｇ、ＨｏＩ₃を０．３ｍｇ、ＴｍＩ₃を０．４ｍｇ、ＮａＩを１．１ｍｇ、ＴｌＩを０．３ｍｇとした。放電空間１内に、希ガスとして、２０ｋＰａのアルゴンを封入した。さらに、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から、ガラスフリットからなるシール材７ａ，７ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｙを８ｍｍと一定にした。
【００３８】
図７は、図５の実験結果により３０００時間点灯後の色温度の変化（ΔＴｃ）を求めて、その評価と共に表にしたものである。
この表により明らかなように、距離Ｘが０．６ｍｍ以上あれば、点灯中の色温度変化が非常に少なくなることが分かる。これらの原因は、２５０Ｗのメタルハライドランプと同様に、細管部３ａ，３ｂ内に沈み込む発光金属の量が抑制されたことにある。
【００３９】
上述の２５０Ｗと７０Ｗのメタルハライドランプの実験結果から、ランプ電力Ｐが異なれば、距離Ｘの最適値も異なることが分かる。
つまり、ランプ電力Ｐが大きいほど放電による発熱量が大きくなるので、細管部の放電空間側の端部において余剰金属が液状で存在する程度までに温度が低くなるためには、それだけ距離Ｘも大きくしなければならないのである。それ故、最適範囲となる距離Ｘとランプ電力の間には一定の相関関係があると考えられる。
【００４０】
そこで、図８に示すように、横軸をランプ電力Ｐ（Ｗ）、縦軸を距離Ｘ（ｍｍ）とする座標系において、上記図６，７の表における（Ｘ、Ｐ）の値をプロットし、色温度変化低減の効果が得られるＸの最小値（上述のように、２５０ＷタイプでＸ＝１．６、７０ＷタイプでＸ＝０．６）の点Ａ、Ｂを結んで、その直線の方程式を求めると、Ｘ＝０．００５６Ｐ＋０．１９４となった。
【００４１】
したがって、２５０Ｗと７０Ｗのメタルハライドランプについて、
Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４（以下、この条件を「第１の最適化条件」という。）であれば、色温度変化を低減することが可能であると言える。
（２）長さＬの最適範囲について
続いて、図１，２に示す構成のメタルハライドランプ（２５０Ｗ）において、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から発光部２の放電空間１内に延在する長さＬを、―０．２ｍｍ（すなわち、細管部３ａ，３ｂの放電空間側端面から筒状体６ａ，６ｂが内部に０．２ｍｍだけ後退した状態）、−０．１ｍｍ、０ｍｍ、０．５ｍｍとした場合のそれぞれについて、ライフ中の色温度変化を調べた。その結果を図９の表に示す。同表において、ΔＴｃは、３０００時間点灯後の色温度の変化量を示している。
【００４２】
なお、いずれの場合においても、電極コイル４ａ，４ｂにおける細管部３ａ，３ｂ側の端面から、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｘを１．６ｍｍと一定にした。
また、放電空間１内に封入された発光金属量は、一定量の５．２ｍｇとし、その組成を、ＤｙＩ₃を０．８ｍｇ、ＨｏＩ₃を０．６ｍｇ、ＴｍＩ₃を０．８ｍｇ、ＮａＩを２．２ｍｇ、ＴｌＩを０．８ｍｇとした。放電空間１内に、希ガスとして２０ｋＰａのアルゴンガスを封入した。
【００４３】
さらに、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から、ガラスフリットからなるシール材７ａ，７ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｙを１８ｍｍと一定にした。
図９の実験結果からも分かるように、長さＬが０．５ｍｍ以上であれば、長時間点灯中の色温度変化が非常に少なくなる。また、一般に色温度の変化量も３００Ｋ程度にとどまれば、観察者にとってさほど気にならない範囲と評価され得るので、２５０Ｗのメタルハライドランプにおいて色温度の変化が許容されるためのＬの範囲は、０≦Ｌであると言える。
【００４４】
特に０＜Ｌであれば、点灯中、発光管８内の蒸気圧を十分に保つことができ、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂを有していない従来のもの（距離Ｘが１．０ｍｍ、距離Ｙを８ｍｍ）に比べ、例えば点灯後１０００時間経過中における色温度変化を約１／２に低減することができ、また、点灯後３０００時間経過中における色温度変化も点灯後１０００時間経過中における色温度変化とほぼ同等にすることができた。
【００４５】
続いて、同じく図１，２の構成を有する７０Ｗのメタルハライドランプにおいて、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２の放電空間１内に延在する長さＬを、−０．２ｍｍ、−０．１ｍｍ、０ｍｍ、０．２ｍｍとした場合のそれぞれについて、ライフ中の色温度変化を調べた。図１０は、この実験結果を示す表である。
【００４６】
なお、いずれの場合においても、電極コイル４ａ，４ｂにおける細管部３ａ，３ｂ側の端面から、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｘを０．６ｍｍと一定にした。また、放電空間１内に封入された発光金属量は、一定量の２．５ｍｇとした。その組成は、ＤｙＩ₃を０．４ｍｇ、ＨｏＩ₃を０．３ｍｇ、ＴｍＩ₃を０．４ｍｇ、ＮａＩを１．１ｍｇ、ＴｌＩを０．３ｍｇとした。放電空間１内に、希ガスとして２０ｋＰａのアルゴンガスを封入した。さらに、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から、ガラスフリットからなるシール材７ａ，７ｂにおける放電空間１側の端面までの距離Ｙを８ｍｍと一定にした。
【００４７】
図１０の表に示すように７０Ｗタイプの場合でもやはり、２５０Ｗの場合同様、長さＬが負になると極端に色温度が変化し、長さＬが「０」になって初めて色温度の変化量が許容限度（３００Ｋ前後）の範囲内となり、さらに長さＬが正の場合には色温度の変化が極端に少なくなることが分かる。
そこで、距離Ｘが第１の最適化条件を満たすメタルハライドランプを多数試作して、上記長さＬに関して同様の実験を行ったところ、やはり、同様な結果を得ることができた。
【００４８】
したがって、距離Ｘが、第１の最適化条件を満たしている２５０Ｗおよび７０Ｗのメタルハライドランプについて、長さＬが０以上（０≦Ｌ）であれば、その長時間点灯による色温度の変化が許容の範囲内であると言ってよい。そして、０＜Ｌである方がより優れた結果を得ることができるのは上述の通りである。
もっとも長さＬが「０」より大きい方がよいといっても、一定の限界がある。Ｌが大きくなり過ぎると、バックアークが発生するおそれが生じるからである。
【００４９】
バックアークとは、ランプ始動時に電極コイル４ａ，４ｂから放電開始するのではなく、筒状体１４ａ，１４ｂから放電開始することをいう。このようなバックアークが起こると、放電箇所（ここでは筒状体１４ａ，１４ｂ）からの金属の飛散で発光部２内が黒化したり、放電箇所の近傍にある発光部２または細管部３ａ，３ｂがアークの熱によりクラックが発生するという不具合が生じ望ましくない。
【００５０】
そこで、図１，２の構成を有する２５０Ｗのメタルハライドランプにおいて、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２の放電空間１内に延在する長さＬを、０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍとした場合のそれぞれについて、ランプ始動時のバックアークの発生確率を調べた。図１１は、その実験結果を示す表である。
【００５１】
なお、試験ランプにおける封入ガスや発光金属の種類と量および距離Ｘ，Ｙの値は、図９の実験の場合と全く同様に設定した。
図１１の表に示すように、バックアークの発生については、長さＬが０．８ｍｍ以上になると、ランプ始動時に筒状体１４ａ，１４ｂから放電が開始されるものが１０本のうち２本以上確認されたが、長さＬが０．７ｍｍ以下の場合には１本も確認されなかった。
【００５２】
すなわち、長さＬが０．８ｍｍ以上の場合には、筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２の放電空間１内に延在する長さが長過ぎるために、筒状体１４ａ，１４ｂの放電空間１側の端部から放電が発生するものと考えられる。
次に、上記と同様の測定を、図１，２と同様の構成を有する７０Ｗのメタルハライドランプを用いて行なった。
【００５３】
当該７０Ｗのメタルハライドランプにおいて、細管部３ａ，３ｂにおける放電空間１側の端面から、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２の放電空間１内に延在する長さＬを、０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍとした場合のそれぞれについて、ランプ始動時のバックアークの発生確率を調べた。その結果を図１２の表に示す。
【００５４】
なお、各試験ランプにおける封入ガスや発光金属の種類と量および距離Ｘ，Ｙの値は、図１０の実験の場合と全く同様に設定した。
図１２の表から分かるように、バックアークの発生については、長さＬが０．３ｍｍ以上になると、ランプ始動時に筒状体１４ａ，１４ｂから放電が開始されるものが１０本のうち２本以上確認されたが、長さＬが０．２５ｍｍ以下の場合には１本も確認されなかった。
【００５５】
この原因も、２５０Ｗメタルハライドランプと同様で、筒状体１４ａ，１４ｂが発光部２の放電空間１内に延在する部分の長さＬが長すぎる場合にバックアークが発生し易いためである。
このように長さＬが大きくなれば、バックアークの発生がしやすくなるということは、筒状体１４ａ，１４ｂの放電空間側の端面と、電極コイル４ａ，４ｂの距離が短くなることに起因してバックアーク発生の確率が高くなるからであると考えられる。そうであれば、バックアーク発生の確率と距離Ｘおよび長さＬの間に何らかの相関関係があると見ることができる。
【００５６】
そこで、図１３に示すように横軸を距離Ｘ（ｍｍ）、縦軸を長さＬ（ｍｍ）とした座標系において、上記２５０Ｗのメタルハライドランプの実験データ（Ｘ＝１．６ｍｍ）の場合と、７０Ｗのメタルハライドランプの実験データ（Ｘ＝０．６ｍｍ）の場合について、図１１、図１２の実験結果の値をプロットした。
図１３のグラフにおいて×は、１０本の試験ランプのうちバックアークが発生したＬの値を示す点、白丸もしくは黒丸は、それぞれのランプ電力の試験ランプにおいて１０本中１本もバックアークが発生しなかったときのＬの値を示す点である。
【００５７】
ここで、各ランプ電力の実験データにおいてバックアークが生じなかったＬの値のうち最大値となる点Ｃ、Ｄを結んだ直線の方程式を求めると、Ｌ＝０．４４Ｘとなる。
したがって、ランプ電力が２５０Ｗおよび７０Ｗのメタルハライドランプの特定のＸの値に対しては、Ｌ≦０．４４Ｘを満たせばよいことが分かる。
【００５８】
そこで、２５０Ｗと７０Ｗのランプ電力のメタルハライドランプについて上記第１の最適化条件を満たす範囲でＸを適当に異ならせてバックアークの発生の確認実験を行ったところ、他の距離Ｘに対してもＬ≦０．４４Ｘの要件を満たせば、バックアークの発生しないことが判明した。
したがって、２５０Ｗタイプと７０Ｗタイプのメタルハライドランプについて一般的にＬ≦０．４４Ｘの条件式を満たせば、バックアークの発生を阻止できると言える。
【００５９】
上述のように、距離Ｘが第1の最適化条件を満たす範囲内において、０≦Ｌであれば、色温度の変化を抑えることができたのであるから、Ｌ≦０．４４Ｘの条件式とあわせて、長さＬの最適な範囲は、０≦Ｌ≦０．４４Ｘと定義することができる（以下、この長さＬの範囲に関する条件を「第２の最適化条件」という。）。
【００６０】
以上述べたように、ランプ電力をＰ（Ｗ）、放電空間１側の細管部３ａ，３ｂにおける端面から、細管部３ａ，３ｂ側の電極コイル４ａ，４ｂの端面までの距離をＸ（ｍｍ）、発光部２側の放電空間１内に延在する筒状体１４ａ，１４ｂの長さをＬ（ｍｍ）とした場合に、第１の最適化条件（Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４）、かつ第２の最適化条件（０≦Ｌ≦０．４４Ｘ）を満たせば、２５０Ｗタイプか７０Ｗタイプかにかかわらず、ライフ中の色温度の変化を許容範囲内に抑えることができると共にバックアークの生じないのメタルハライドランプが得られる。
【００６１】
つまり、垂直方向点灯時に下方側に位置する細管部３ａもしくは３ｂの隙間λに沈み込む発光金属の量を抑制できることから、発光金属の十分な蒸気圧が得られ、水平方向点灯時の発光金属の蒸気圧との差が小さくなり、点灯方向による色温度変化が少ないメタルハライドランプを実現することができるものである。
なお、上記実施の形態では、２５０Ｗタイプおよび７０Ｗタイプのメタルハライドランプについてのみ具体的な測定結果を示したが、例えば３５Ｗの低ワットから４００Ｗの高ワットまでの他のランプ電力のメタルハライドランプについても同様の実験を行った結果、上記第１と第２の最適化条件を同時に満たせば、点灯中の色温度変化を少なくすることができ、バックアークも発生しないことが確かめられた。
【００６２】
これにより、実用可能なほぼ全てのメタルハライドランプについて、安定的な点灯のため、上記第１と第２の最適化条件を同時に満たすことが必要であると言える。
なお、第１の最適化条件においては、距離Ｘの上限は定義されていないが、メタルハライドランプのランプ電力に応じて、その発光管のバルブの大きさや電極間距離などが自ずから定まり、これに伴って距離Ｘの上限値も定まるので、特に問題は生じない。
【００６３】
＜変形例＞
本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に限られないことは言うまでもなく、例えば、次のような変形例を考えることもできる。
（１）上記実施の形態では、コイル状の筒状体１４ａ，１４ｂは、電極ピン５ａ，５ｂの基端部のみを包囲するように外挿されていたが、電極支持体６ａ，６ｂが長く、その先が放電空間内までに及んでいるような場合には、図１４に示すように、電極支持体６ｂの放電空間側の先端部の径を小さくし、その部分を包囲するようにコイル状の筒状体１４ｂが外挿されてもよい。細管部３ａ側も同様である。
【００６４】
さらには、図１５に示すように電極ピン５ｂおよび電極支持体６ｂの双方を包囲するようにコイル状の筒状体１４ｂが外挿されるように構成にしても、上述したのと同様な効果が得られる。細管部３ａ側も同様である。
なお、上記図１４、１５においては、便宜上電極支持体６ｂを黒く塗りつぶして、その先端の位置が分かり易いようにしている。
【００６５】
（２）上記実施の形態では、筒状体１４ａ，１４ｂとして、モリブデンなどの金属線を密に巻回したコイル形状のものを用いたが、耐熱性と熱伝導性を有すれば、他の材料、例えばタングステンなどが使用されてもよい。
また、形状も細管部内面との隙間を閉塞する形状であればよいので、上述のコイル形状のものに限らず、例えば、チューブ形状等の筒状体でも良く、さらには図１６に示すように、チューブ形状の筒状体１４ａ（１４ｂ）の周面に必要に応じて軸方向に切り込み部分１７ａ（１７ｂ）を有していても同様の効果が得られる。
【００６６】
このように筒状体１４ａ，１４ｂに切り込み部分１７ａ，１７ｂを設けることにより、電極ピン５ａ，５ｂ又は電極支持体６ａ，６ｂに筒状体１４ａ，１４ｂを外挿する作業が容易となり、生産性が向上する。
さらに筒状体の材質についても上記金属以外に、例えば導電性サーメットを用いても構わない。
【００６７】
（３）上記実施の形態では、発光部２に細管部３ａ，３ｂを焼きばめした発光管（図２参照）を用いた例について説明したが、発光部と細管部とを一体成型した発光管を用いても同様の条件が導き出される。
図１７は、当該一体型の発光管４０の構成を示す断面図である。同図に示すように、発光管４０は、発光部４１と細管部４２ａ，４２ｂが一体に成形されており、細管部４２ａ，４２ｂから発光部４１に繋がる部分４３ａ，４３ｂが漏斗状になっている（以下、この部分を、「漏斗部」という。）。そのため、図２の発光管８において上記距離Ｘや長さＬの測定の基準としていた細管部３ａ，３ｂの放電空間側の端面に該当するものが発光管４０にはない。
【００６８】
そこで、本変形例では、図１８の部分拡大図に示すように、当該漏斗部４３ｂ（漏斗部４３ａ側も同じ）において、その内径ｄ'が、細管部４２ｂの内径ｄの１．２５倍となる管軸方向の位置Ｒを基準位置として、この基準位置から距離Ｘ、長さＬを測定することにより、上記図２の発光管８で求めた最適化条件（すなわち、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４４Ｘ）が、一体型の発光管４０にもそのまま適用できることを実験により確認した。
【００６９】
（４）なお、発光金属の沈み込みは、メタルハライドランプをその管軸が鉛直方向になる状態で使用した場合に、特に下方の細管部の隙間λで生じることは、既述の通りである。そうであれば、使用時におけるランプの方向が限定されている場合には、筒状体を必ずしも双方の細管部に設けなくてもよく、当該使用時に下方にくる細管部にのみ筒状体を設けておけばよいことになる。
【００７０】
しかし、点灯方向に制限のないランプの場合には、使用者が最終的にどちらを下にして使用するかをメタルハライドランプの組み立て段階で確定することは困難なので、上記実施の形態のように双方の細管部に筒状体を設け、それらにおける距離Ｘおよび長さＬが上記第１、第２の最適化条件を同時に満足するようにするのが望ましい。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るメタルハライドランプによれば、電極が鉛直方向に向くようにして点灯させた場合でも、細管部内に沈み込む発光金属の量を、従来よりも少なくすることができる。この結果、点灯中、放電空間内の蒸気圧をほぼ一定に保つことができ、長時間連続点灯させても色温度変化が少なく、安定した特性を有するメタルハライドランプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるメタルハライドランプの構成を示す正面図である。
【図２】図１に示したメタルハライドランプが備える発光管の構成を示す断面図である。
【図３】図２の発光管の一方の細管部の部分拡大断面図である。
【図４】図１，２に示した構成を有するメタルハライドランプ（２５０Ｗ）において、コイルにおける細管部側の端部から、細管部における放電空間側の端部までの距離Ｘを変化させた場合の、点灯中の色温度変化を示すグラフである。
【図５】図１，２に示した構成を有するメタルハライドランプ（７０Ｗ）において、コイルにおける細管部側の端部から、細管部における放電空間側の端部までの距離Ｘを変化させた場合の、点灯中の色温度変化を示すグラフである。
【図６】図４のグラフにおける上記距離Ｘと色温度の変化量との関係を示す表である。
【図７】図５のグラフにおける距離Ｘと色温度の変化量との関係を示す表である。
【図８】上記距離Ｘとランプ電力Ｐの関係を求めるため、上記図６，７の表に示される実験結果を、グラフ上にプロットした図である。
【図９】２５０Ｗのメタルハライドランプにおいて、電極ピンに外挿されている筒状体が、細管部端面から放電空間に延在している長さＬと色温度の変化量との関係を示す表である。
【図１０】７０Ｗのメタルハライドランプにおいて、電極ピンに外挿されている筒状体が、細管部端面から放電空間に延在している長さＬと色温度の変化量との関係を示す表である。
【図１１】図１，２に示した構成のメタルハライドランプ（２５０Ｗ）において、細管部における放電空間側の端部から、筒状体の放電空間側の端部までの長さＬを変化させた場合の、点灯中のバックアークの発生確率を示す表である。
【図１２】図１，２に示した構成のメタルハライドランプ（７０Ｗ）において、細管部における放電空間側の端部から、筒状体の放電空間側の端部までの長さＬを変化させた場合の、点灯中のバックアークの発生確率を示す表である。
【図１３】上記距離Ｘと長さＬの関係を求めるため、図１１，１２に示される実験結果を、グラフ上にプロットした図である。
【図１４】本発明の変形例に係る発光管の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１５】本発明の別の変形例に係る発光管の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１６】本発明に係る発光管における筒状体の変形例を示す外観斜視図である。
【図１７】本発明のさらに別の変形例に係る発光管の構成を示す断面図である。
【図１８】図１７に示す発光管における一方の細管部側の詳細を示す部分拡大断面図である。
【図１９】従来のメタルハライドランプにおける発光管の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１０１放電空間
２，４１，１０２発光部
３ａ，３ｂ，４２ａ，４２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ細管部
４ａ，４ｂ，１０４ａ，１０４ｂ電極コイル
５ａ，５ｂ，１０５ａ，１０５ｂ電極ピン
６ａ，６ｂ，１０６ａ，１０６ｂ電極支持体
７ａ，７ｂ，１０７ａ，１０７ｂシール材
８，４０，８０発光管
１４ａ，１４ｂ筒状体
１７ａ，１７ｂ切り込み部分
４３ａ，４３ｂ漏斗部

Claims

内部に放電空間が形成される発光部と、前記発光部の両端部に設けられた孔に内嵌されて取着される一対の細管部とからなるバルブと、
先端部に電極コイルを有し、前記放電空間内において対向して配置される一対の電極と、
それぞれ、前記細管部に内挿され、放電空間側の端部で前記電極を支持すると共に、その反対側の端部が細管部の前記放電空間と反対側の端部から突出し、シール材により前記細管部に封止される一対の電極支持体と、
耐熱性かつ熱伝導性を有する材料からなり、少なくとも一方の細管部側における、前記電極ピンおよび電極支持体のうちの少なくとも一方に外挿される筒状体とを備え、
ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記細管部の前記放電空間側の端面から、前記電極コイルの前記細管部側の端面までの距離をＸ（ｍｍ）、前記細管部の放電空間側端面から前記筒状体の当該放電空間方向へ延出する長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４４Ｘの関係が成り立つことを特徴とするメタルハライドランプ。
内部に放電空間が形成される発光部と一対の細管部が一体として形成されてなるバルブと、
先端部に電極コイルを有し、前記放電空間内において対向して配置される一対の電極と、
それぞれ、前記細管部に内挿され、放電空間側の端部で前記電極を支持すると共に、その反対側の端部が細管部の前記放電空間と反対側の端部から突出し、シール材により前記細管部に封止される一対の電極支持体と、
耐熱性かつ熱伝導性を有する材料からなり、少なくとも一方の細管部側における、前記電極ピンおよび電極支持体のうちの少なくとも一方に外挿される筒状体とを備え、
ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記細管部から前記発光部に繋がる部分のうちその内径が細管部の内径の１．２５倍となる位置を基準位置とし、この基準位置から、前記コイルの細管部側の端面までの距離をＸ（ｍｍ）、前記基準位置から前記筒状体の前記放電空間方向に延出する部分の長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧０．００５６Ｐ＋０．１９４、かつ０≦Ｌ≦０．４４Ｘの関係が成り立つことを特徴とするメタルハライドランプ。
前記筒状体は、コイルであることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタルハライドランプ。
前記コイルは、各ターン間の隙間がない密着型のコイルであることを特徴とする請求項３記載のメタルハライドランプ。
前記筒状体は、筒体であり、その周面には軸方向に切り込みが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタルハライドランプ。
前記筒状体の、前記放電空間と反対側の端面は、前記電極支持体にほぼ当接していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
前記筒状体は、モリブデンおよびタングステンのうち一種の金属からなることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
前記発光部は、透光性セラミックからなることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のメタルハライドランプ。