JP4301892B2 - 金属蒸気放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属蒸気放電ランプならびにこれを装着した照明装置に関し、特に、アルミナセラミックをはじめとする透光性セラミック製の発光管を用いた金属蒸気放電ランプに関する。

メタルハライドランプにおける発光管は、透明容器内に発光金属がハロゲン化金属として封入されると共に、容器内に一対の電極が対向して設けられており、その電極に外部から給電することによって放電させ、高温で発光させるようになっている。
発光管の容器としては、従来から石英ガラス製のものが多く用いられてきたが、近年、石英ガラスよりも耐熱性に優れる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。

発光管における電極の封止方法として、石英ガラス製の場合は、発光管の側管部を加熱および圧潰して封着する方法が用いられるが、アルミナセラミック製の発光管においては、本管部の両端部から１対の細管部が伸長する形状に容器を成型しておき、電極及び電極支持体からなる給電体を各細管部に挿入し、細管部の内壁と給電体との隙間に、フリットガラス等のシール材を溶融して流し込むことによって封着する方法が多く用いられている(特許文献１)。

ところで、アルミナセラミック製の発光管には、いろいろな利点があり、高性能のランプを実現できるものとして期待されている。
例えば、アルミナセラミック製の発光管は、石英ガラス製の発光管よりも高温で点灯させることができるので、封入物の蒸気圧を高めることができ、高演色性と高効率を両立させるのに有利である。

また、アルミナセラミックは、石英ガラスに比べて、発光管内に封入するハロゲン化金属との反応性も低い点で、メタルハライドランプの長寿命化にも有利である。
特開昭５７−７８７６３号公報

一方、このようなアルミナセラミック製発光管を用いたメタルハライドランプにおいては、ライフ中における色温度が変化するという問題がある。すなわち、新しいランプを使用開始した直後には十分な色温度特性が得られても、例えば点灯後１００時間、１０００時間と経過していく過程で、色温度特性が大きく変わってしまうことも多い。
この理由は、以下のように考えられる。

アルミナセラミック製発光管では、上記のように封着されるので、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。
点灯中においては、その隙間に液状の発光金属が徐々に沈み込む。特に、ランプの電極が鉛直方向に向くような姿勢で点灯させた場合、発光管内に封入してある発光金属が、下側に位置する隙間に沈み込み易い。

この沈み込みによって、放電空間内で発光に寄与する金属量が少なくなるので、金属の蒸気圧が十分に得られなくなり、その結果、色温度が変化する。
このような色温度変化を防止するために、発光管内に封入する発光金属の量を多くすることも考えられる。しかし、発光金属をあまり多く封入すると、発光金属と電極やアルミナやシール材との反応が促進され、寿命特性が悪化してしまう。

また、封着時にシール材を細管部と給電体の隙間に奥深く流し込むことによって、隙間を埋めれば、発光金属の隙間への沈み込みは抑えられる。
しかしながら、この場合、シール材の端面が放電空間に近くなるので、その温度がかなり高くなる。そして、シール材と発光金属との反応が促進され、寿命特性を悪化させる原因となる。また、封止部にクラックが発生し易くなるので、この点もランプ寿命が短くなる原因となる。

本発明は、発光金属の沈み込みを抑えることにより、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できる金属蒸気放電ランプならびに照明装置を提供することを目的とする。
また、アルミナセラミック製発光管を用いたメタルハライドランプにおける別の課題として、発光金属にセリウムが含まれる場合、ランプ作製直後の初期エイジング点灯時に立消えが発生することがあるので、本発明は、この立消えを抑えることも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、透光性セラミック製の発光容器を有し、各細管部内に電極部及び電極支持体が挿入され、電極支持体が細管部内でシール材によって封着されてなる発光管を備える金属蒸気放電ランプにおいて、発光管に用いる電極部の電極長Ｌ1を、ランプ電力をＰ（Ｗ）とするときに、（０．０４１Ｐ＋０．５）ｍｍ以上、（０．０４１Ｐ＋８．０）ｍｍ以下に設定した。

ここで電極長Ｌ1は、電極部の先端から電極部の接続端（電極支持体と接続されてる端）までの距離を指す。また、ランプ電力は、安定点灯時におけるランプ電力を指す。
上記金属蒸気放電ランプにおいて、電極部が、細管部から放電空間内方に突き出している長さｌlは、３．０ｍｍ以上、６．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、電極部には、熱伝導率が１３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上のものを用い、電極支持体には、熱伝導率が１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下のものを用いるのが好ましい。

電極部に用いる好ましい材質としてはタングステンやモリブデンが挙げられ、電極支持体に用いる好ましい材質としてはサーメットが挙げられる。
また、発光金属の沈み込み量を低く抑える効果をより確実に得るために、発光管の細管部長Ｌ2を（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上、（０．０３２Ｐ＋８．０）ｍｍ以下の範囲内に設定することが好ましい。

また、細管部内へのシール材の流し込み長ｌ2は、３．７ｍｍ以上、５．５ｍｍ以下に設定することが、ライフ中における封止部の信頼性をより高め、安定した特性を持続する上で好ましい。
なお、ランプ電力が７０Ｗ〜４００Ｗの範囲内にある金属蒸気放電ランプにおいて、電極長Ｌ1を、（０．０４１Ｐ＋０．５）ｍｍ以上、（０．０４１Ｐ＋８．０）ｍｍ以下に設定することによって十分な効果が得られることが確認されている。

また、上記目的は、透光性セラミック製の発光容器を有し、各細管部内に電極部及び電極支持体が挿入され、電極支持体が細管部内でシール材によって封着されてなる発光管を備える金属蒸気放電ランプにおいて、ランプ電力をＰ（Ｗ）とするときに、発光管の細管部の長さＬ2を、（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上、（０．０３２Ｐ＋８．０）ｍｍ以下の範囲内に設定しても達成できる。

なお、ランプ電力が７０Ｗ〜３６０Ｗの範囲内にある金属蒸気放電ランプにおいて、細管部の長さＬ2を、（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上、（０．０３２Ｐ＋８．０）ｍｍ以下の範囲内に設定することによって十分な効果が得られることが確認されている。
ここで、細管部長Ｌ2を（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上、（０．０３２Ｐ＋６．０）ｍｍ以下の範囲内に設定すれば、発光金属の沈み込み低減並びに立ち消え低減効果を一層向上させることができる。

上記金属蒸気放電ランプにおいて、細管部内へのシール材の流し込み長ｌ2は、３．７ｍｍ以上、５．５ｍｍ以下に設定することが、ライフ中における封止部の信頼性をより高め、安定した特性を持続する上で好ましい。
なお、発光管を構成する発光容器における細管部の肉厚が本管部の肉厚に対して１．１５倍以上であるものや、発光容器における本管部と細管部とが焼きばめ部を有さない一体成型となっているものや、発光管が窒素を充填した外管の中に設けられているものでは、発光管における細管部内への発光金属の沈み込みが生じやすい。従って、本発明は、特にこのタイプの金属蒸気放電ランプに対して有効である。

上記のように電極長Ｌ1を（０．０４１Ｐ＋８．０）ｍｍ以下に設定することにより、発光金属の沈み込み量を低く抑えることができる。その結果、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金属蒸気放電ランプを実現することができる。

一方、電極長Ｌ1を（０．０４１Ｐ＋０．５）ｍｍ以上に設定することによって、シール材と発光金属との反応が促進されたりシール部においてクラックが発生するのが抑えられる。
また、上記のように、細管部長Ｌ2を（０．０３２Ｐ＋８.０）ｍｍ以下に設定することにより、発光金属の沈み込み量を低く抑えることができる。その結果、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金属蒸気放電ランプを実現することができる。

一方、細管部長Ｌ2を（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上に設定することによって、シール材と発光金属との反応が促進されたりシール部においてクラックが発生するのが抑えられる。
また、細管部長Ｌ2を上記（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上、（０．０３２Ｐ＋８．０）ｍｍ以下の範囲に設定することによって、立ち消えの問題も低減でき、特に、封入される発光金属にセリウムが含まれている場合は有効である。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
（金属蒸気放電ランプの全体構成及び発光管の構成）
図１は、本実施形態にかかる金属蒸気放電ランプの構成を示す正面図（一部断面）である。
図１に示すように、この金属蒸気放電ランプは、窒素が所定圧で封入された外管３内に、透光性セラミック製の発光管１が、電力供給線２ａ・２ｂによって所定の位置に保持されて構成されており、外管３の封止部付近には口金４が装着されている。

図２は、発光管１の構成を示す断面図である。
図２に示すように、発光管１は、放電空間を形成する本管部（発光部）１１の両端に細管部１２ａ・１２ｂを有する容器１０に、給電体２０ａ・２０ｂが挿入されて構成されている。容器１０を形成する透光性セラミックとしてはアルミナセラミックが代表的である。

この給電体２０ａ・２０ｂは、タングステンからなる電極ピン２１ａ・２１ｂの先端部に、タングステンからなるコイル２２ａ・２２ｂが巻き付けられて電極部が形成され、電極ピン２１ａ・２１ｂの他端部に導電性サーメットからなる電極支持体２３ａ・２３ｂが接合されて構成されている。なお、導電性サーメットとは、金属粉末とセラミックの粉末とを混合し、焼結させたものであり、その熱膨張係数はセラミックとほぼ等しい。

また、電極ピン２１ａ・２１と電極支持体２３ａ・２３ｂとの接合は、レーザ溶接によってなされている。
この接合を突き合わせによる抵抗溶接（バット溶接）で行うと、サーメットの比抵抗値が大きいために接合強度が得られにくいが、レーザ溶接によって接合されることによって十分な接合強度が得られ、ライフ中における溶接はずれも起こりにくい。

電極ピン２１ａ・２１と電極支持体２３ａ・２３ｂとは、細管部１２ａ・１２ｂ内で接続されている。
そして、電極ピン２１ａ・２１ｂの先端部は、細管部１２ａ・１２ｂから放電空間内方に突き出し、当該先端部に付けられたコイル２２ａ・２２ｂは、容器１０の放電空間内で対向配置されている。

また、電極支持体２３ａ・２３ｂの他端部は、細管部１２ａ・１２ｂから外方に突出しており、電極支持体２３ａ・２３ｂと細管部１２ａ、１２ｂとの間は、シール部２４ａ・２４ｂによって封着されている。
シール部２４ａ・２４ｂは、細管部１２ａ・１２ｂの終端から内方に、酸化金属，アルミナ及びシリカ等からなるガラスフリットが流し込まれて形成されている。

本管部１１内の放電空間には、水銀と、希ガスと、発光金属とが封入されている。
上記構成の金属蒸気放電ランプは、外部の駆動回路から、例えば周波数６０Ｈｚ、ピーク電圧２８３Ｖの正弦波電圧を、口金４，電力供給線２ａ・２ｂを経由して給電体２０ａ・２０ｂに印加することによって点灯を維持する。
（照明装置の構成）
図３は上記金属蒸気放電ランプを装着した照明装置の一例を示す概略断面図である。

照明装置３０は、天井面等へ取付けるための基台３１と、この基台３１に取付けられたソケット３２および反射笠３３とからなる照明装置本体に上記放電ランプ３４が装着されて構成される。放電ランプ３４はその口金を上方に向けた状態で、ソケット３２に装着されている。反射笠３３は、円錐状であって内面側に反射面が形成され、反射笠３４はその開口部を下方に向けた状態で、放電ランプ３４を囲むように取り付けられている。なお、点灯回路装置（不図示）は照明装置本体とは別の場所に設けられている。

この照明装置３０において、点灯回路装置からソケット３２を介して放電ランプ３４に通電されてランプ３４が点灯され、ランプ３４からの可視光は、反射笠３３の反射面で反射され、あるいは反射笠３３の開口部を透過して下方に放射される。
（電極長Ｌ1とランプ特性との関係）
本実施形態では、電極ピン２１ａ・２１ｂの電極長Ｌ1（ｍｍ）を、下記数１の範囲内に設定した。

０．０４１Ｐ＋０．５≦Ｌ1≦０．０４１Ｐ＋８．０…（数１）
ここで、Ｐはランプ電力（Ｗ）である。
このように電極長Ｌ1を数１式の範囲に設定することによって、下記実験１の結果からもわかるように、発光金属の沈み込みを抑えるとともに、シール部におけるクラック発生やシール部と発光金属との反応を抑えることができる。よって、長期にわたって色温度変化を抑制すると共に長寿命化を確保することができる。

この内容について、以下に詳しく説明する。
先ず、発光金属の沈み込みが生じやすいか否かは、上記隙間Ｇ付近の温度によって大きく左右される。ここで、隙間Ｇは、電極ピン２１ａ・２１ｂと細管部１２ａ・１２ｂ内に生じる隙間全域を示すが、特に重要なのはシール部２４ａ・２４ｂの端面付近の隙間の温度である。

すなわち、電極ピン２１ａ・２１ｂの細管部１２ａ・１２ｂ内における温度、並びに細管部１２ａ・１２ｂにおいて電極ピン２１ａ・２１ｂに直面する内壁の温度が低ければ、封入されている発光金属がこの隙間Ｇにおいて液状となるため、沈み込みが生じる。
これ対して、上記のように電極長Ｌ1を（０．０４１Ｐ＋８．０）ｍｍ以下に設定すれば、ランプ点灯中において、この隙間Ｇ付近の温度が、液状の発光金属が気化し得る程度の高さに保たれる。

そのメカニズムは、以下のように考察される。
電極ピン２１ａ・２１ｂは熱伝導性が高いので陽光柱からの熱が伝わり易い。これに対して電極支持体２３ａ・２３ｂは熱伝導性が低いので、電極ピン２１ａ・２１ｂからの熱が伝わり難い。従って、隙間Ｇ付近、特にシール部２４ａ・２４ｂの端面付近の温度は、電極ピン２１ａ・２１ｂの長さ（熱容量）が大きな影響を与えることになる。電極ピン２１ａ・２１ｂの長さが長いと、陽光柱から距離が長くなると共に、熱容量も大きいので、隙間Ｇ付近、特にシール部２４ａ・２４ｂの端面付近の温度は低くなる（逆に電極ピン２１ａ・２１ｂの長さが短いと隙間Ｇ付近の温度は高くなる）。

このように、隙間Ｇ付近、特にシール部２４ａ・２４ｂの端面付近の温度が高く保たれることによって、発光金属の沈み込み量が低く抑えられる。
一方、電極長Ｌ1が短かすぎると、シール部２４ａ・２４ｂが隙間Ｇに臨む端面が高温になるので、シール材と発光金属との反応が促進される。
また、電極ピン２１ａ・２１ｂと電極支持体２３ａ・２３ｂとがレーザ溶接されていると、溶接部表面ではアルミナ層がリッチとなるので、溶接部が隙間Ｇに露出している場合には、この溶接部と発光金属との反応が促進される。そして、発光金属が反応すると管電圧が上昇し、早期に立ち消えを起こして短寿命になる等の不具合が生じる。

また、シール部２４ａ・２４ｂの端面があまり高温になると、シール部２４ａ・２４ｂにおいてクラックが発生し易い。
これに対して、電極長Ｌ1を（０．０４１Ｐ＋０．５）ｍｍ以上に設定すると、シール部２４ａ・２４ｂの端面温度が高くなりすぎることはないので、シール部２４ａ・２４ｂにおけるクラック発生やシール部と発光金属との反応が抑えられる。

（電極突出長ｌlについて）
電極ピン２１ａ・２１ｂが、細管部１２ａ・１２ｂから放電空間の内方に突き出している長さ、すなわち電極突出長ｌ1については、３．０ｍｍ以上、６．５ｍｍ以下とすることが好ましい。その理由は、次の通りである。
３．０ｍｍより小さいと、本管部１１と細管部１２ａ・１２ｂとの境界部分における管壁が、陽光柱に近づきすぎて当該管壁の温度が高くなりすぎ、熱衝撃によるクラックの発生や管壁と封入金属（発光金属）との反応が促進される。また、６．５ｍｍを超えると、陽光柱と細管部１２ａ・１２ｂとの距離が大きすぎて、細管部１２ａ・１２ｂの温度、延いては隙間Ｇの温度が低くなりすぎて、封入金属（発光金属）が細管部１２ａ・１２ｂ内へ沈み込み易くなる。ここで、細管部１２ａ・１２ｂと放電空間の境界は、細管部１２ａ・１２ｂの内径が実質的に広がり始める箇所とする。

（コイル２５ａ・２５ｂが巻つけられている例）
上記図２の例では、細管部１２ａ・１２ｂの内周面と、電極ピン２１ａ・２１ｂの外周面との間に、両者の径差に相当する隙間Ｇが存在する。
図４は、電極ピン２１ａ・２１ｂにおける細管部１２ａ・１２ｂ内の外周部分にモリブデンからなるコイル２５ａ・２５ｂが巻つけられている例である。

上で説明した内容は、このようなタイプのものにも同様に適用でき、同様の効果を奏する。
すなわち、上記のように、電極ピン２１ａ・２１ｂにコイル２５ａ・２５ｂが巻つけられることによって、隙間Ｇがかなり埋められるので、沈み込みは低減され、シール材と発光金属との反応も生じにくくなるものの、コイル２５ａ・２５ｂだけでは隙間Ｇが完全に埋められないので、同様の沈み込みやシール材と発光金属との反応は生じ得る。

ここで、電極長Ｌ1（ｍｍ）を上記数１式の範囲に調整すると、同様に沈み込みやシール材と発光金属との反応を抑制する効果が得られる。
（電極部の形態と電極長Ｌ1について）
図５は、電極長Ｌ1について説明する断面図である。通常、電極部の長さ（電極長Ｌ1）は、電極ピン２１ａ・２１ｂの長さ、もしくはコイル２２ａ・２２ｂの先端から電極ピン２１ａ・２１ｂの電極支持体との接続端までの長さである。例えば、図５（Ａ）のように、電極ピン２１ａ・２１ｂの接続端部が電極支持体２３ａ・２３ｂに埋め込まれているように場合でも同様であって、当図の場合も、電極ピン２１ａ・２１ｂの長さが電極長Ｌ1に相当する。

一方、例外的に、図５（Ｂ）に示されるように、細管部１２ａ・１２ｂ内において、電極ピン２１ａ・２１ｂの外周面と電極支持体２３ａ・２３ｂの外周面にまたがってコイル２５ａ・２５ｂが巻き付けられているタイプのものでは、電極ピン２１ａ・２１ｂの先端あるいはコイル２２ａ・２２ｂの先端から、コイル２５ａ・２５ｂの端（放電空間と反対側の端）までの距離が電極長Ｌ1に相当する。

（電極部及び電極支持体の熱伝導率）
電極ピン２１ａ・２１ｂ及びコイル２２ａ・２２ｂの材質としては、上記のように高融点金属であるタングステンが用いられるが、その熱伝導率は１３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上である。また、図４のように電極ピン２１ａ・２１ｂにモリブデンからなるコイル２５ａ・２５ｂが巻き付けられている場合もあるが、モリブデンの熱伝導率も１３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上である。

従って、電極ピン２１ａ・２１ｂ，コイル２２ａ・２２ｂから構成される電極部、あるいは電極ピン２１ａ・２１ｂ，コイル２２ａ・２２ｂ，コイル２５ａ・２５ｂから構成される電極部は、熱伝導率が１３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上である。
一方、電極支持体２３ａ・２３ｂの材質としては、導電性サーメットが用いられるが、その熱伝導率が、電極部より低めの１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下のものを用いるのが好ましい。

これは、下記実験２の結果からもわかるように、電極支持体２３ａ・２３ｂの熱伝導率が電極部と同程度に高いと、電極ピンから電極支持体に熱が逃げやすいので、間隙Ｇ付近の温度が下がって沈み込みが生じやすくなるためである。
（細管部長Ｌ2とランプ特性との関係）
本実施形態では、発光管の細管部長Ｌ2（ｍｍ）を、下記数２の範囲内に設定した。以下でＰはランプ電力（Ｗ）である。

０．０３２Ｐ＋３．５≦Ｌ2≦０．０３２Ｐ＋８．０…（数２）
また、細管部長Ｌ2は、細管部１２ａ・１２ｂにおける終端から、管径が広がり始める箇所までの部分の長さを指す。通常、この部分の管径はほぼ一定である。
このように細管部長Ｌ2を数２式の範囲に設定することによって、下記実験３の結果からもわかるように、発光金属の沈み込みを抑えるとともに、シール部におけるクラック発生やシール部と発光金属発光金属のシール部との反応を抑えることができる。よって、長期にわたって色温度を維持すると共に長寿命化を確保することができる。

なお、発光金属の沈み込み量を低く抑える効果をより確実に得るために、電極長Ｌ1を数１の範囲内に設定し、且つ細管部長Ｌ2を数２の範囲内に設定することが好ましい。
この内容について、以下に詳しく説明する。
先ず、発光金属の沈み込みが生じやすいか否かは、上記隙間Ｇ付近の温度によって大きく左右される。

すなわち、電極ピン２１ａ・２１ｂの細管部１２ａ・１２ｂ内における温度、並びに細管部１２ａ・１２ｂにおいて電極ピン２１ａ・２１ｂに直面する内壁の温度が低ければ、封入されている発光金属がこの隙間Ｇにおいて蒸発せず液状となるため、沈み込みが生じる。
これ対して、上記のように細管部長Ｌ2を（０．０３２Ｐ＋８．０）ｍｍ以下に設定すれば、ランプ点灯中において、この隙間Ｇ付近の温度が、液状の発光金属が気化し得る程度の高さに保たれる。

そのメカニズムは、以下のように考察される。
隙間Ｇ付近、特にシール部２４ａ・２４ｂの端面付近の温度は、細管部長Ｌ2が大きな影響を与えることになる。細管部長Ｌ2が長いと、陽光柱からの距離が長くなると共に、熱容量も大きいので、隙間Ｇ付近、特にシール部２４ａ・２４ｂの端面付近の温度は低くなる（逆に細管部長Ｌ2が短いと隙間Ｇ付近の温度は高くなる）。

一方、細管部長Ｌ2が短かすぎると、シール部２４ａ・２４ｂが隙間Ｇに臨む端面が高温になので、シール材と発光金属との反応が促進される。
また、電極ピン２１ａ・２１ｂと電極支持体２３ａ・２３ｂとがレーザ溶接されていると、溶接部表面ではアルミナ層がリッチとなるので、溶接部が隙間Ｇに露出している場合には、この溶接部と発光金属との反応が促進される。そして、発光金属が反応すると管電圧が上昇する等の不具合が生じる。

また、シール部２４ａ・２４ｂの端面があまり高温になると、シール部２４ａ・２４ｂにおいてクラックが発生し易い。
これに対して、細管部長Ｌ2を（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上に設定すると、シール部２４ａ・２４ｂの端面温度が高くなりすぎることはないので、シール部２４ａ・２４ｂにおけるクラック発生やシール材と発光金属との反応が抑えられる。

（細管部長Ｌ2とランプの立ち消えとの関係）
金属蒸気放電ランプにおいて、発光金属にセリウムが含まれる場合には、点灯直後に立消えが発生することがある。特に、ランプ作製直後の初期エイジング点灯時には点灯直後に立消えが発生しやすい。これに対して、細管部長Ｌ2を上記数２の範囲内に設定すれば、上述した効果に加えて、点灯開始直後の立ち消えの問題も低減できる。

また、細管部長Ｌ2（ｍｍ）を下記数３の範囲内に設定すればさらに効果的である。
０．０３２Ｐ＋３．５≦Ｌ2≦０．０３２Ｐ＋６．０ …（数３）
ここで、Ｐはランプ電力（Ｗ）である。
以下に、立消え発生のメカニズムと、細管部長Ｌ2を短く設定することによる立消え抑制効果について説明する。

図６は、点灯時における立消え発生を説明するための図である。
本図において、Ｖｍは駆動回路に入力される電源電圧、Ｖｌａはランプにかかっているランプ電圧である。
また、図６において、ランプ電圧Ｖｌａ波形の頂点における電圧は再点弧電圧に相当する。

点灯開始すると、ランプ電圧Ｖｌａは次第に上昇するが、発光金属にセリウムＣｅが含まれている場合、点灯開始からしばらく（数十秒）して、再点弧電圧が急激に上昇する傾向がある。図６でも５番目の山で、再点弧電圧が急減に上昇している。これは、点灯開始後に発光管の管壁温度がある程度上昇すると、セリウムＣｅが急激に蒸発し、このときにアーク放電のゆれ（アークゆれ）が発生するためである。

ここで、点灯開始後に発光管の管壁温度が上昇する速度が小さいと、セリウムが蒸発するまでの時間が長くかかるので、ランプ電圧Ｖｌａがかなり上昇した時点で、再点弧電圧が急激に上昇する。そして、この時点での再点弧電圧の値がかなり高くなるので、電源電圧Ｖｍと再点弧電圧との差ＶＡが０になることがある。
図６に示した波形でも、５番目の山において再点弧電圧が急減に上昇して電源電圧Ｖｍと再点弧電圧との差電圧ＶＡが０になっている。

このように、電源電圧Ｖｍと再点弧電圧との差電圧ＶＡが０になると、その時点で立消えが発生する。
これに対して、細管部長Ｌ2を短くすれば、発光管の管壁温度が上昇する速度が大きいので、セリウムが蒸発するまでの時間は短くなる。従って、セリウムが蒸発する時点ではランプ電圧Ｖｌａ自体があまり高くなっていないので、再点弧電圧が上昇したとしても、電源電圧Ｖｍと再点弧電圧との差電圧ＶＡが０にはなりにくい。

なお、放電空間に封入する発光金属量を１３．５ｍｇとし，その組成を、ＣｅＩ₃（セリウム５．４ｍｇ），ＮａＩ（ナトリウム７．１ｍｇ），ＴｌＩ（タリウム０．６ｍｇ），ＩｎＩ（インジウム０．４ｍｇ）とした金属蒸気放電ランプについて、細管部長Ｌ2を（０．０３２Ｐ＋８．０）ｍｍ以下に設定することによって立ち消えが抑制されることを実験的に確認している。

（シール材の流し込み長ｌ2及び発光容器の肉厚について）
金属蒸気放電ランプにおいて、細管部内へのシール材の流し込み長ｌ2（ｍｍ）は、数４の範囲内に設定することが好ましい。
３．７≦ｌ2≦５．５…（数４）
これによって、下記実験４の結果からもわかるように、ライフ中における封止部の信頼性をより高め、安定した特性を持続することができる。

また、セラミック製の発光容器においては、細管部の肉厚ｔ2は、本管部１１の肉厚ｔ1に対して通常１．１５倍以上である。
このように細管部の肉厚ｔ2が本管部１１の肉厚ｔ1より大き目の場合には、隙間Ｇ付近、特にシール部２４ａ・２４ｂの端面付近の温度が低くなりやすいので、特に、上記のように細管部長Ｌ2を上記数２式あるいは数３式のように設定することによって沈み込みを抑えることが有効である。

（変形例など）
ところで、沈み込みの問題は、鉛直下方側に位置する細管部内で主として生じるため、上記発光管１の細管部１２ａ及び細管部１２ｂのいずれかが鉛直下方に位置することが決まっている場合は、その下側に位置するものについて、細管部長Ｌ2等を上で説明したように規定すれば、同様の効果が期待できる。

しかし、ランプの取り付け姿勢が決まっていない場合は、発光管１の細管部１２ａ及び細管部１２ｂのいずれも、鉛直下方に位置する可能性があるので、細管部１２ａ・１２ｂ等について上で説明した内容は、１対の細管部１２ａ・１２ｂの両方に対して適用することが好ましい。

本実施例にかかる金属蒸気放電ランプは、ランプ電力Ｐ＝３００Ｗであって、各部材の種類やサイズは以下の通りである。
細管部長Ｌ2は１５．８ｍｍとした。
電極ピン２１ａ・２１ｂは、外径０．７１ｍｍ、長さ１７．８ｍｍとした。
電極支持体２３ａ・２３ｂの導電性サーメットとしては、モリブデンとアルミナを混合焼結させたものを用いており、その熱膨張係数は７．０×１０^-6 、熱伝導率は７０（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。電極支持体２３ａ・２３ｂのサイズは、外径１．３ｍｍ、長さ３０ｍｍである。

放電空間内に封入する発光金属量は、１３．５ｍｇとし、その組成は、ＤｙＩ3を２．６ｍｇ、ＨｏＩ3を２．６ｍｇ、ＴｍＩ3を２．６ｍｇ、ＮａＩを３．３ｍｇ、ＴｌＩを２．４ｍｇとした。また、放電空間内に、希ガスとして、２０ｋＰａのアルゴンを封入した。
細管部１２ａ・１２ｂの内径は１．３ｍｍ、本管部１１の肉厚ｔ1は１．１ｍｍ、細管部１２ａ・１２ｂの肉厚ｔ2は１．３５ｍｍとした。

実施例の金属蒸気放電ランプについて、以下の各種実験を行った。これら実験では、電極ピン２１ａ・２１ｂにモリブデンからなるコイル２５ａ・２５ｂを巻き付けたものを使用いた。
（実験１）
実施例の金属蒸気放電ランプにおいて、電極長Ｌ1を１１．８ｍｍ、１２．８ｍｍ、１６．３ｍｍ、１９．８ｍｍ、２０．８ｍｍに変えた場合について、３０００時間ライフ試験を行い、その間における管電圧上昇（Ｖ）および色温度変化（Ｋ）を測定した。

間隙Ｇの長さ（細管部１２ａ・１２ｂにおける放電空間側の端部から、シール部２４ａ・２４ｂの端面までの距離）は４．５ｍｍと一定にした。
表１はその結果を示すものである。
なお、表１の評価の欄において、「○」は「良好」を、「×」は「不良」をそれぞれ示す（表２〜表６についてもこれに準ずるものである。）。

表１より、電極長Ｌ1が１１．８ｍｍの場合と比べて、１２．８ｍｍ以上の範囲では、管電圧上昇が非常に少ないことが分かる。
これは、電極長Ｌ1が１２．８ｍｍ未満ではシール部２４ａ・２４ｂの端面が高温となって発光金属との反応が生じるが、１２．８ｍｍ以上ではそれが抑制されたためと考えられる。

一方、表１より、電極長Ｌ1が１９．８ｍｍ以下であれば、ライフ中の色温度変化が非常に少なくなることが分かる。
これは、電極長Ｌ1を１９．８ｍｍ以下にすることにより、細管部内壁の温度が適度に高く保たれ、沈み込みが抑制されたためと考えられる。
以上のように、Ｐ＝３００Ｗでは、電極長Ｌ1が１２．８ｍｍ〜１９．８ｍｍの範囲（すなわち上記数１式の範囲）において、点灯中の管電圧上昇および色温度変化を抑制できることがわかる。

また、外径０．３５ｍｍの電極ピン２１ａ・２１ｂを用いたランプ出力Ｐ＝７０Ｗの金属蒸気放電ランプにおいても、電極長Ｌ1を３．０ｍｍ、３．５ｍｍ、７．０ｍｍ、１０．８ｍｍ、１１．３ｍｍに変えた場合について、同様に３０００時間ライフ試験を行い、その間における管電圧上昇（Ｖ）および色温度変化（Ｋ）を測定した。
その結果は表２に示す通りであって、この結果より、電極長Ｌ1が３．５ｍｍ〜１０．８ｍｍの範囲（上記数１式の範囲）において、点灯中の管電圧上昇および色温度変化を抑制できることがわかる。

なお、ここでは３００Ｗ及び７０Ｗの金属蒸気放電ランプについてのみ具体的な測定結果を示したが、Ｐ＝７０Ｗ〜４００Ｗの範囲内で同様の実験を行ったところ、上記の数１を満たす場合に点灯中の管電圧上昇および色温度変化を小さくすることができることを確認した。
また、発光金属の組成比率を変えて調べたところ、組成比率について関係なく、上記の数１を満たす場合に点灯中の管電圧上昇および色温度変化を小さくすることができることがわかった。

（実験２）
実施例の金属蒸気放電ランプにおいて、電極長は１７．８ｍｍで一定とし、電極支持体の材質を、熱伝導率７０Ｗ／ｍ・Ｋのサーメットの他に、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ及び１１０Ｗ／ｍ・Ｋのサーメットに置き換えたもの、並びにモリブデン（熱伝導率１３８Ｗ／ｍ・Ｋ）に置き換えたものについて、ライフ中の色温度変化を測定した。その結果を表３に示す。

表３より、電極支持体２３ａ・２３ｂの材質として、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものを用いると、色温度変化が大きいことが分かる。これは、電極支持体の熱伝導率が高いと、電極ピンから電極支持体に熱が逃げやすいので、間隙Ｇ付近、特にシール部２４ａ・２４ｂの端面付近の温度が下がり、沈み込みが生じるためと考えられる。
（実験３）
実施例の金属蒸気放電ランプにおいて、細管部長Ｌ2を１０．０ｍｍ、１１．６ｍｍ、１３．１ｍｍ、１５．０ｍｍ、１７．６ｍｍ、１９．１ｍｍとした場合について、３０００時間ライフ試験を行い、クラックの発生確率および色温度変化を測定した。

電極長Ｌ1は、１７．６ｍｍで一定とし、細管部内へのシール材の流し込み長ｌ2も４．５ｍｍで一定にした。
表４はその結果を示すものである。なお、表４の評価の欄において「◎」は「特に良好」を示す（表５についてもこれに準ずるものである。）。

表４より、細管部長Ｌ2が１１．６ｍｍ以下ではクラックが発生するが、細管部長Ｌ2を１３．１ｍｍ以上にすれば、クラック発生確率が非常に小さくなることが分かる。これは、細管部長Ｌ2を１３．１ｍｍ以上にすることにより、細管部内の電極支持体およびシール部が点灯中に過度に高温にならないので、発光金属との反応や熱膨張によるストレスが抑制されるためと考えられる。

一方、表４より、細管部長Ｌ2が１９．１ｍｍでは色温度変化が大きいが、細管部長Ｌ2を１７．６ｍｍ以下にすれば、色温度変化が非常に少なくなることが分かる。これは、細管部長Ｌ2を１７．６ｍｍ以下にすることにより、細管部内壁の温度が適度に高く保たれ、沈み込みが抑制されるためと考えられる。
以上のように、Ｐ＝３００Ｗでは、細管部長Ｌ2が１３．１ｍｍ〜１７．６ｍｍの範囲（上記数２式の範囲）において、クラック発生および色温度変化を抑制できることがわかる。

また、Ｐ＝７０Ｗの金属蒸気放電ランプにおいても、細管部長Ｌ2を４．０ｍｍ、５．０ｍｍ、５．８ｍｍ、８．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１１．０ｍｍに変えた場合について、同様に３０００時間ライフ試験を行い、クラック発生確率および色温度変化（Ｋ）を測定した。
その結果は表５に示す通りであって、この結果より、Ｐ＝７０Ｗの場合も、細管部長Ｌ2が５．８ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲（上記数２式の範囲）において、クラック発生および色温度変化を抑制できることがわかる。

（実験４）
実施例の金属蒸気放電ランプにおいて、電極長Ｌ1は、１７．６ｍｍ、細管部長Ｌ2を１５．８ｍｍで一定とし、ガラスフリットの流し込み長ｌ2を３．２ｍｍ、３．７ｍｍ、５．５ｍｍ、６．０ｍｍとした場合について、３０００時間ライフ試験を行い、シール部でのクラック発生確率および色温度変化を測定した。その結果を表６に示す。

表６より、流し込み長ｌ2が５．５ｍｍ以下の範囲では、封止部でのクラック発生確率が非常に小さいことが分かる。これは、この範囲では、細管部内の電極支持体および封止部が点灯中に過度に高温にならないので、発光金属との反応や熱膨張によるストレスが抑制されるためと考えられる。
一方、表６より、流し込み長Ｌ2が３．７ｍｍ以上の範囲では、色温度変化が非常に少なくなることが分かる。これは、この範囲では、封止部の端面温度が適度に高温に保たれるため、沈み込みが抑制されるためと考えられる。

本発明は、金属蒸気放電ランプならびに照明装置において、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できるもの、あるいは立ち消えしにくいものを提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる金属蒸気放電ランプの構成を示す正面図である。 発光管１の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態にかかる照明装置の構成を示す図である。 発光管１の構成の一例を示す断面図である。 Ａ，５Ｂは、電極長Ｌ1について説明する断面図である。 ランプ点灯時における立消え発生を説明するための図である。

符号の説明

１ 発光管
３ 外管
１０ 容器
１１ 本管部
１２ａ・１２ｂ 細管部
２０ａ・２０ｂ 給電体
２１ａ・２１ｂ 電極ピン
２２ａ・２２ｂ コイル
２３ａ・２３ｂ 電極支持体
２４ａ・２４ｂ シール部
２５ａ・２５ｂ コイル

Claims (5)

1. 内部に発光金属が封入されて放電空間が形成された本管部に当該本管部の両端部から延出した細管部が形成された透光性セラミック製の発光容器を有し、
   前記各細管部内に、一端部が前記放電空間に臨み当該一端部にコイルが設けられた電極部、及び当該電極部の他端部と接続された電極支持体が挿入され、
   前記電極支持体が前記細管部内でシール材によって封着されてなる発光管を備える金属蒸気放電ランプであって、
   前記電極部の長さは、
   当該ランプの電力をＰ（Ｗ）とするときに、（０．０４１Ｐ＋０．５）ｍｍ以上、（０．０４１Ｐ＋８．０）ｍｍ以下であり、
   前記電極部の熱伝導率が１３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり、且つ前記電極支持体の熱伝導率が１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下であり、
   前記細管部の長さは、
   当該ランプの電力をＰ（Ｗ）とするときに、（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上、（０．０３２Ｐ＋８．０）ｍｍ以下であり、
   前記シール材は、
   前記細管部の端部から細管部内に流し込まれており、当該流し込み長が、３．７ｍｍ以上、５．５ｍｍ以下であることを特徴とする金属蒸気放電ランプ。
2. 前記電極部は、前記細管部から放電空間内方に突き出している長さが、３．０ｍｍ以上、６．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電ランプ。
3. 前記発光容器における本管部と細管部とは、一体成型されていることを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電ランプ。
4. 内部に発光金属が封入されて放電空間が形成された本管部に当該本管部の両端部から延出した細管部が形成された透光性セラミック製の発光容器を有し、
   前記各細管部内に、一端部が前記放電空間に臨み当該一端部にコイルが設けられた電極部、及び当該電極部の他端部と接続された電極支持体が挿入され、
   前記電極支持体が前記細管部内でシール材によって封着されてなる発光管を備える金属蒸気放電ランプであって、
   前記電極部の長さは、
   当該ランプの電力をＰ（Ｗ）とするときに、（０．０４１Ｐ＋０．５）ｍｍ以上、（０．０４１Ｐ＋８．０）ｍｍ以下であり、
   前記電極部の熱伝導率が１３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり、且つ前記電極支持体の熱伝導率が１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下であり、
   前記細管部の長さは、
   当該ランプの電力をＰ（Ｗ）とするときに、（０．０３２Ｐ＋３．５）ｍｍ以上、（０．０３２Ｐ＋８．０）ｍｍ以下であり、
   前記シール材は、
   前記細管部の端部から細管部内に流し込まれており、当該流し込み長が、３．７ｍｍ以上、５．５ｍｍ以下であり、
   且つランプ電力が、７０Ｗ以上、４００Ｗ以下であることを特徴とする金属蒸気放電ランプ。
5. 装置本体と、この装置本体に設けられた請求項１〜４のいずれか記載の金属蒸気放電ランプと、この金属蒸気放電ランプに接続した点灯回路装置とからなることを特徴とする照明装置。

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