JP4407088B2 - 高圧放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性セラミックス放電容器を備えた高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、透光性セラミックス製の放電容器を備えたメタルハライドランプが普及している。このメタルハライドランプは、従来の石英ガラス製の放電容器を備えたメタルハライドランプに比べて、高効率、長寿命といった特長の他、寿命中の色温度変化およびランプ間の色ばらつきが少ないという特長がある。
【０００３】
従来の透光性セラミックス放電容器を備えたメタルハライドランプなどの高圧放電ランプに使用されている透光性セラミックス放電容器は、円筒状部分と円盤状部分とパイプ状部分とを焼き嵌めしてなる構造のものが多い。なお、この場合、透光性セラミックス放電容器は、円筒状部分と円盤状部分とが放電空間を包囲する包囲部を、またパイプ状部分が小径筒部を、それぞれ形成する。この構造の透光性セラミックス放電容器を備えた高圧放電ランプは、点灯方向を変えたときの色温度変化が少ない。これは最冷部温度の変化が小さいからである。上述した従来の高圧放電ランプでは、最冷部がパイプ状部分の一端部付近に形成される。この部分の温度は、電極からの伝導熱および輻射熱と、透光性セラミックス放電容器の熱伝導量とのバランスにより決定される。そして、点灯方向を変えた場合、電極からの伝導熱および輻射熱はほぼ一定であるが、透光性セラミックス放電容器の熱伝導量が大きく変化する。すなわち、水平点灯時においてはアークが上方へ曲がり、透光性セラミックス放電容器の上部壁面に接近することで、その上部をより多く加熱する。しかし、透光性セラミックス放電容器に用いる透光性アルミナなどのセラミックスの熱伝導率は、石英ガラスのそれに比較して格段に高い。そのため、本来なら最冷部が形成される小径筒部の端部への熱伝導量が増加し、最冷部温度が変化して色温度が変化するところだが、透光性セラミックス放電容器の焼き嵌め部が熱抵抗となって、最冷部が形成される小径筒部への熱伝達量をある程度制限しており、色温度変化を実用に支障のない程度に低減していて、これが点灯方向を変えたときの色温度の変化が少ない理由である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、色温度変化をさらに小さくとの要望も高い。
【０００５】
一方、焼き嵌め構造の透光性セラミックス放電容器の場合、熱容量が比較的大きくなる傾向がある。したがって、ランプ電力が小さくなってくると、高効率を確保するために必要な最冷部温度を確保できなくなるという問題がある。
【０００６】
これに対して、鋳込み成形などにより一体的に成形された透光性セラミックス放電容器も用いられており、このものは熱容量が比較的小さくなる傾向にある。したがって、熱容量が大きいことによる後者の最冷部温度確保の問題に対しては有利であるが、熱伝導率が高いことによる前者の問題は解消されない。
【０００７】
また、高圧放電ランプを高周波点灯する場合、音響共鳴を回避する必要があり、そのためには、透光性セラミックス放電容器の音響共鳴モードを単一化することが重要である。そして、これを実現するためには、透光性セラミックス放電容器の包囲部の内面を真球形状にする必要がある。しかし、透光性セラミックス放電容器の包囲部を均一な肉厚で高い真球度に構成すると、たとえば特開平１１−３１２４９３号公報に見られるように、包囲部と小径筒部との境界部の内外両面に急激な変曲点ができ、さらに点灯中高温になる電極が変曲点の近傍に位置していることもあって、上記変曲点に大きな熱応力が発生し、クラックを生じる虞がある。この問題点については、本発明者による種々開発の結果、包囲部と小径筒部との境界部の外面が適当な凹曲面であれば、問題を回避できることが分かった。
【０００８】
さらに、導電性金属線からなり、反対側の電極と導電位に接続したコイルを小径筒部に巻装すると、始動時に上記コイルと小径筒部内に挿通されている電極との間に微小放電が発生して、始動が補助されることが分かった。しかし、微小放電が発生した際に、透光性セラミックス放電容器の包囲部と小径筒部との境界部に熱衝撃が加わり、当該境界部にクラックが生じやすいという問題がある。
【０００９】
本発明は、最冷部温度を所要値に確保するとともに、点灯方向を変化させたときの色温度変化を抑制するとともに小径筒部の折損など械的強度の低下を抑制する透光性セラミックス放電容器を備えた高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は、加えて透光性セラミックス放電容器の音響共鳴モードを単一化して、音響共鳴を回避しやすくするとともに、透光性セラミックス放電容器の包囲部と小径筒部との境界部に熱応力によるクラックが生じにくい高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを他の目的とする。
【００１１】
本発明は、加えて小径筒部に始動補助用のコイルを配設した場合に、微小放電による熱衝撃でもクラックが発生しにくい高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することをさらに他の目的とする。
【００１２】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプは、放電空間を包囲する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えて一体的に成形されるとともに、最小肉厚ｔminおよび最大肉厚ｔmaxの肉厚比ｔmin／ｔmaxが０．１≦ｔmin／ｔmax≦０．７５を満足し、包囲部と小径筒部との境界部の外面が連続した凹曲面に形成されているとともに、包囲部の内径Ｒと、上記凹曲面の曲率半径ｒとの比ｒ／Ｒが０．１≦ｒ／Ｒ≦１．５を満足している透光性セラミックス放電容器と；透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性放電容器の包囲部に臨んでいる一対の電極と；先端が電極の基端部に接続され少なくとも中間部が透光性放電容器に封着され基端が透光性放電容器から外部に露出した導入導体と；透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００１３】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。本発明の高圧放電ランプは、上記のように透光性セラミックス放電容器、一対の電極、導入導体および放電媒体を構成要素としている。以下、構成要素ごとに説明する。
【００１４】
＜透光性セラミックス放電容器について＞
「透光性セラミックス放電容器」とは、単結晶の金属酸化物たとえばサファイヤと、多結晶の金属酸化物たとえば半透明の気密性アルミニウム酸化物、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物たとえばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような光透過性および耐熱性を備えた材料からなる放電容器を意味する。なお、「透光性」とは、放電によって発生した光を透過して外部に導出できる程度に光透過性であることをいい、透明ばかりでなく、光拡散性であってもよい。そして、少なくとも包囲部が透光性を備えていればよく、要すれば小径筒部は遮光性であってもよい。
【００１５】
また、透光性セラミックス放電容器は、放電空間を包囲する包囲部と包囲部の端部に連通して配設された小径筒部とを備えている。そして、包囲部と小径筒部とは、一体的な成形により一体化されている。したがって、焼き嵌めによる材料断面の不均質構造がない。包囲部は、その内部に放電空間を包囲するために、包囲部の内面を連続的な曲面に形成することが許容される。さらに、包囲部内部の主要部を球状の中空にすることができる。「球状」とは、音響共鳴周波数が単一モードになることから好ましくは真球状であるが、要すれば楕円球状などであってもよい。なお、包囲部の「主要部」とは、小径筒部と接している側の端部近傍を除いた残余の大部分であって、放電による発光が主として透過する部分をいう。
【００１６】
次に、小径筒部は、その内部に後述する電極および電極に接続する導入導体が挿通し、電極の周囲にキャピラリーと称するわずかな隙間を形成して、その内部に最冷部が形成されるとともに、透光性セラミックス放電容器を封止するのに寄与する。なお、熱容量をなるべく小さくするため、小径筒部の内径は１ｍｍ以下、好適には０．８ｍｍ以下であるのが望ましい。また、小径筒部の断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００１７】
ところで、本発明の構成上の特徴は、上述した構成の透光性セラミックス放電容器において、その最小肉厚ｔminおよび最大肉厚ｔmaxの肉厚比ｔmin／ｔmaxが０．１以上、かつ、０．７５以下に規制されていることである。肉厚比ｔmin／ｔmaxが０．１未満では透光性セラミックス放電容器の熱容量が大きくなり、そのため始動時の光束立ち上がりが遅くなるので、不可である。また、０．７５を超えると、蓄熱効果が所要の程度まで得られないで、最冷部温度を確保しにくくなり、点灯方向特性などのランプ特性が悪くなるので、不可である。なお、好適には肉厚比ｔmin／ｔmaxは０．３以上、かつ、０．６５以下であり、これにより点灯方向を変化したときの色温度変化が一層少なくなる。
【００１８】
しかし、最小肉厚および最大肉厚が形成されている位置は、特段限定されないが、最少肉厚の位置は、包囲部の最大径部近傍が製造上最も無理がない。また、最大肉厚の位置は、包囲部小径筒部との境界部近傍が同様に最も無理がない。なお、最小肉厚の部分は、最大肉厚の部分に対する相対的なものであり、本発明の目的達成のためにそれ以上の格別の意味を持たない。しかし、最小肉厚は、高圧放電ランプの点灯中に放電媒体が呈する圧力に耐える機械的強度を示す値でなければならない。また、最小肉厚の部分は、相対的に光透過率が大きくなる。したがって、包囲部の最大径部分およびその近傍が最小肉厚であることにより、当該部分を通過する有効光量が多くなるので、高効率が得られる。なお、「有効光量」とは、高圧放電ランプから外部へ放射されて照明に利用できる光量をいう。
【００１９】
一方、最大肉厚の部分は、小径筒部より包囲部に形成されている方が肉厚部の断面積が相対的に大きくて、熱容量が大きくなるので、効果的である。また、最大肉厚の部分は、相対的に光透過率が小さくなるから、効率を重視する場合には、なるべく有効光量の通過が少ない位置であることが好ましい。たとえば、小径筒部と包囲部の境界部近傍に設けることにより、上記の観点に応えることができる。この場合、包囲部と小径筒部との境界部位の機械的強度が向上呈する圧力に耐える機械的強度を示す肉厚より肉厚が大きくなることから、一般的には肉厚の部分を付加的に形成することによって、これを設けることができる。
【００２０】
本発明の構成上の他の特徴は、透光性セラミックス放電容器の包囲部と小径筒部との境界部の外面が連続した凹曲面に形成されていることである。そして、上記凹曲面は、その包囲部の内径Ｒと、包囲部および小径筒部の境界部の外面に形成された凹曲面の曲率半径ｒとの比ｒ／Ｒが０．１≦ｒ／Ｒ≦１．５を満足している。なお、透光性セラミックス放電容器の包囲部と小径筒部との境界部の内面形状は、連続した凸曲面であってもよいし、不連続な変曲点を形成していてもよい。
【００７２】
上記凹曲面の構成は、包囲部および小径筒部の境界部の外面に形成された凹曲面の好適な構成を示している。なお、ｒ／Ｒが０．１未満であると、機械的強度が低下し、製造時に小径筒部が折損しやすいばかりでなく、寿命中のヒートサイクルにより小径筒部にクラックが発生しやすくなる。また、ｒ／Ｒが１．５を超えると、放電媒体の水銀などのランプ電圧形成媒体を効率よく冷却できなくなるために、製造時に不具合が生じやすくなる。
【００２１】
また、小径筒部は、その肉厚が変曲点をもって変化していることが許容される。変曲点は、透光性セラミックス放電容器の小径筒部に急激な肉厚変化を生じさせ、これにより熱抵抗が増加するので、包囲部から小径筒部への熱伝達を抑制する。したがって、最冷部温度の絶対値制御が容易になる。なお、変曲点は、たとえば小径筒部の包囲部との境界部近傍に形成すると製造が容易になる。
【００２２】
さらに、透光性セラミックス放電容器の包囲部の内径と全長Ｌとの関係が下式を満足するように設定することにより、所望のランプ特性を維持しながら透光性セラミックス放電容器のリーク発生を抑制することができる。
【００２３】
０．１＜Ｒ／Ｌ＜０．３
なお、Ｒ／Ｌが０．１未満であると、最冷部温度を維持することが困難になるので、発光効率が低下し、所望の発光色が得られなくなる。また、Ｒ／Ｌが０．３を超えると、透光性セラミックス放電容器のシール部にリークが発生しやすくなる。
【００２４】
さらにまた、透光性セラミックス放電容器の全長Ｌは、投入されるランプ電力Ｗとの関係があり、Ｗ／Ｌが下式を満足するように設定することにより、良好な高圧放電ランプを得ることができる。
【００２５】
なお、Ｌ／Ｗが０．５未満であると、透光性セラミックス放電容器のシール部にリークが発生しやすくなる。また、Ｌ／Ｗが１．８を超えると、最冷部温度を維持することが困難になる。
【００２６】
さらにまた、本発明において、透光性セラミックス放電容器の全長および内容積は特に制限されない。しかし、ランプ電力が１０〜５０W程度、さらに好適には１０〜３０Ｗの小形の高圧放電ランプを得ようとするならば、全長は、一般的には３５ｍｍ以下、好適には１０〜３０ｍｍであるのがよい。また、内容積は、０．１０ｃｃ以下、好適には０．０１〜０．０８ｃｃであるのがよい。
【００２７】
さらにまた、透光性セラミックス放電容器の点灯中の外表面における最高温度が１０００〜１２００℃になるように設計されているのが好ましい。
【００２８】
＜一対の電極について＞
一対の電極は、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間にわずかな隙間を形成しながら小径筒部内に挿通されているとともに先端が透光性放電容器の包囲部に臨んでいる。また、電極は、タングステン、ドープドタングステン、モリブデン、サーメットなどの導電性にして、かつ、耐火性の物質を単体で、または適宜組み合わせて用いて形成することができる。さらに、電極は、好ましくは細長い電極軸部および電極軸部の先端部に配設される電極主部から構成することができる。この場合、電極主部は、電極軸の先端に配設されて主として陰極およびまたは陽極として作用する部分であり、電極の先端部を構成する。また、電極主部は、その表面積を大きくして放熱を良好にするために、必要に応じてタングステンのコイルを巻装することができなくなる。
【００２９】
さらに、電極は、上述のように、その先端部が、包囲部内を臨む位置にあるが、「包囲部内を臨む」とは、包囲部内に位置している態様と、包囲部内に連通している小径筒部内に位置している態様とを含む概念である。また、電極の中間部は、透光性放電容器の小径筒部の内面との間になるべく均一なわずかな隙間すなわちキャピラリーを形成するために、一定の太さであることが望ましい。さらに、電極の中間部に純タングステン、レニウム、タングステンーレニウム合金またはドープドタングステンのコイルを巻装することが許容される。これにより、電極が小径筒部に対してセンタリングしやすくなる。電極の基端部は、透光性放電容器に対して所要の相対的な位置に固定するとともに、外部から電流を導入するために機能する導入導体の先端に溶接などにより固着されることによって電気的および機械的に支持される。なお、溶接に際して熱的に緩衝するなどの目的のために、モリブデン、サーメットなどの部材を導入導体の先端部に配設として電極の基端との間に当該部材を介在させることができる。
【００３０】
＜導入導体について＞
導入導体は、電極間に電圧を印加するとともに、電極に電流を供給し、かつ、透光性セラミックス放電容器を封止するために機能する導体で、先端が電極の基端部に接続し、基端が透光性放電容器の外部に露出している。なお、「透光性放電容器の外部に露出している」とは、透光性放電容器から外部へ突出していてもよいし、また突出していなくてもよいが、外部から給電できる程度に外部に臨んでいることを意味する。
【００３１】
また、導入導体は、その熱膨張係数が透光性セラミックスのそれと近似している導電性金属であるニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびバナジウムなどを用いることができる。透光性セラミックス放電容器の材料にアルミナセラミックスなどのアルミニウム酸化物を用いる場合、ニオブおよびタンタルは、平均熱膨張係数がアルミニウム酸化物とほぼ同一であるから、封止に好適である。イットリウム酸化物およびＹＡＧの場合も差が少ない。窒化アルミニウムを透光性セラミックス放電容器に用いる場合には、導入導体にジルコニウムを用いるとよい。また、導入導体に用いる上記の金属は、水素、酸素透過性を有しているので、所望により透光性セラミックス放電容器の内部に残存している不純ガスを排出するのに寄与させることもできる。
【００３２】
さらに、導入導体は、これを支持することにより、高圧放電ランプ全体を支持するのに利用してもよい。
【００３３】
さらにまた、導入導体をニオブなどの封着性金属の棒状体、パイプ状体やコイル状体などによって構成することができる。この場合、ニオブなどは酸化性が強いので、高圧放電ランプを大気に通じた状態で点灯する場合には、耐酸化性の導体を導入導体にさらに接続するとともに、導入導体が大気に接触しないようにたとえばシールなどによって被覆する必要がある。
【００３４】
＜放電媒体について＞
放電媒体は、発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成媒体および希ガスをたとえば以下の組み合わせで用いることができる。なお、発光金属のハロゲン化物は、可視光を発光する発光金属のハロゲン化物である。ランプ電圧形成媒体には、水銀またはハロゲン化物を主体的に用いることができる。水銀は、下記の３．の場合に発光金属としても寄与する。ランプ電圧形成媒体としてのハロゲン化物は、点灯中の蒸気圧が相対的に大きくて、可視域の発光が比較的少ない金属、たとえばＡｌ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｍｎなどのハロゲン化物が好適である。希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用する。希ガスとしては、キセノン、アルゴン、クリプトン、ネオンなどを単体でまたは混合して用いることができる。なお、本発明において、「高圧放電」とは、イオン化媒体の点灯中の圧力が大気圧以上になる放電をいい、いわゆる超高圧放電を含む概念である。
【００３５】
１．発光金属のハロゲン化物＋水銀＋希ガス：いわゆるメタルハライドランプの構成である。
【００３６】
２．発光金属のハロゲン化物＋ランプ電圧形成媒体としてのハロゲン化物＋希ガス：環境負荷の大きな水銀を用いないいわゆる水銀レスのメタルハライドランプの構成である。
【００３７】
３．水銀＋希ガス：いわゆる高圧水銀ランプの構成である。
【００３８】
４．希ガス：希ガスとしてＸｅを用いると、いわゆるキセノンランプの構成である。
【００３９】
次に、発光金属のハロゲン化物は、ハロゲンとしてよう素、臭素、塩素またはフッ素のいずれか一種または複数種を用いることができる。発光金属の金属ハロゲン化物は、発光色、平均演色評価数Ｒａおよび発光効率などについて所望の発光特性を備えた可視光の放射を得るため、さらには透光性セラミックス放電容器のサイズおよび入力電力に応じて、既知の金属ハロゲン化物の中から任意所望に選択することができる。たとえば、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、スカンジウムＳｃ、タリウムＴｌおよび希土類金属からなるグループの中から選択された一種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。
【００４０】
＜その他の構成について＞
本発明において、必須構成要件ではないが、所望により以下の構成の一部または全部を具備することができる。
【００４１】
（１）セラミックス封止用コンパウンドのシールについて
先端に電極を配設した導入導体を透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿入し、透光性セラミックス放電容器と導入導体とを封着して透光性セラミックス放電容器を封止するために、セラミックス封止用コンパウンドのシールを用いることができる。そして、セラミックス封止用コンパウンドのシールを用いて封止するには、小径筒部の端面において導入導体および小径筒部の間に施与され、加熱により溶融して小径筒部と導入導体との間に浸透し、冷却により固化して両者間を気密にシールする。このシールにより導入導体は所定の位置に固着される。
【００４２】
小径筒部内に挿入されている導入導体は、上記シールによって完全に被覆されていることが望ましい。さらに、シールを導入導体に固着している細長い電極の基端部をもわずかな距離、好適には０．２〜３ｍｍにわたって被覆するように構成すれば、導入導体がハロゲン化物などの放電媒体によって腐食されにくくなる。
【００４３】
（２）始動補助導体について
透光性セラミックス放電容器の包囲部の内径を大きくするとともに、これに対応して電極間距離を大きくすると、高圧放電ランプの始動電圧が上昇する傾向があるので、必要に応じて始動補助導体を配設することにより、始動電圧を低減することができる。始動補助導体は、少なくとも一方の電極が挿通している小径筒部の外周に配設されるとともに、他方の電極と同電位になるように接続されている金属製コイルによって構成することができる。また、始動補助導体は、第１の電極が挿通している一方の小径筒部の外周に巻装されるとともに、一端が第２の電極と同電位になるように接続されている第１の金属製コイルと、第２の電極が挿通している他方の小径筒部の外周に巻装されるとともに、一端が第１の電極と同電位になるように接続されている第２の金属製コイルとによって構成することができる。
【００４４】
また、始動補助導体は、その端部が透光性セラミックス放電容器の包囲部と小径筒部との境界部に接近してように、これを配設することができる。さらに、始動補助導体は、金属製コイル、導電性被膜などによって形成することができる。さらにまた、始動補助導体が上記金属製コイルからなる場合の好適な構成を以下に示す。実施に際しては、下記項目の一または複数を組み合わせることができる。
【００４５】
１ 金属製コイルの巻き数を４ターン以上にする。
【００４６】
２ 金属製コイルの巻きピッチを１００〜５００％にする。
【００４７】
３ 金属製コイルの長さをＬＳＡ１とし、小径筒部の長さをＬＳＡ２としたとき、ＬＳＡ１／ＬＳＡ２を０．３〜１．０にする。（図６を参照）
（３）外管について
本発明の高圧放電ランプは、透光性セラミックス放電容器が大気中に露出した状態で点灯するように構成することができる。しかし、要すれば、透光性セラミックス放電容器を外管内に気密に収納することができる。なお、外管の内面を高圧放電ランプの発光部を焦点とする反射面とすることにより、指向性を備えた高圧放電ランプを得ることができる。
【００４８】
（４）反射鏡について
本発明の高圧放電ランプを反射鏡と一体化することができる。この場合、透光性セラミックス放電容器を内部に収納する外管の内面に反射鏡を形成してもよいし、高圧放電ランプを別設の反射鏡内に組み付けてもよい。また、外管を用いないで反射鏡を付設してもよい。
【００４９】
（５）導入導体の直径と電極の直径との関係について
導入導体の直径をφｓ（ｍｍ）とし、電極の直径をφｅ（ｍｍ）としたときに下式を満足させると効果的である。
【００５０】
０．２≦φｅ／φｓ≦０．６
すなわち、セラミックス封止用コンパウンドのシールの温度を低減してシールがハロゲン化物によって腐食するのを防止するとともに、わずかな隙間の温度を高くして発光効率を高めるためには、一方では導入導体をなるべく太くしてその熱抵抗を減らしながら、他方では電極の熱抵抗を大きくするのがよい。なお、直径比φｅ／φｓが０．２未満では電極が細くなりすぎる。また、０．６を超えると、シールの温度およびわずかな隙間の温度を所要の値に維持することが困難になる。
【００５１】
（６）透光性セラミックス放電容器の内容積と直線透過率の関係について
透光性セラミックス放電容器の内容積を０．１ｃｃ以下、好適には０．０７ｃｃ以下にするとともに、中空部の平均直線透過率を１０％以上好適には３０％以上にすることができる。ただし、直線透過率は、波長５５０ｎｍにおいて測定したものとする。また、「平均直線透過率」とは、対象部分に対して異なる５個所の位置において測定した直線透過率データを相加平均して求めた値をいう。さらに、透光性セラミックス放電容器の内容積は、当該容器を水中に入れて内部に水が充満してから、両方の小径筒部の開口端を封鎖して水中から取り出し、内部の水を軽量して、測定する。
【００５２】
内容積が上記のように小さい透光性セラミックス放電容器の場合、その包囲部の平均直線透過率が１０％以上であると、組み合わせる光学系たとえば反射鏡との光学的効率（器具効率）を高くできるとともに、透光性セラミックス放電容器のクラックが生じにくい。
【００５３】
（７）ランプ電力について
本発明は、ランプ電力１０〜５０Ｗ程度の小形メタルハライドランプに好適である。しかし、より好適には１０〜３０Ｗである。また、管壁負荷は、１５〜５０Ｗ／ｃｍ２の範囲が好適である。
【００５４】
＜本発明の作用について＞
本発明においては、前述の構成を備えていることにより、最大肉厚の部分が蓄熱部となり、この部分における蓄熱効果により高圧放電ランプの点灯方向を変えた場合の最冷部温度変化、したがって色温度変化を抑制することができる。
【００５５】
また、本発明によれば、透光性セラミックス放電容器の包囲部と小径筒部との境界部の外面が連続した凹曲面に形成されていることにより、透光性セラミックス放電容器の特に小径筒部の折損など械的強度の低下を抑制することができる。
【００５６】
すなわち、透光性セラミックス放電容器が、その包囲部と小径筒部との境界部の外面に不連続な変曲点が形成されている構成であると、小径筒部の包囲部側に偏倚して金属コイルからなる始動補助導体を巻装する場合に、始動補助導体と小径筒部の内部に挿通されている電極との間に生じる先駆微小放電によってクラックが発生しやすい。なお、この傾向は、上記境界部の内面が不連続な変曲点を形成している場合に、一層顕著になる。
【００５７】
これに対して、本発明においては、上記境界部の外面が連続して凹曲面を形成していることにより、上述した始動補助導体を備えた構成における先駆微小放電の際にも、十分な機械的強度を示し、そのためクラックが発生しにくい。また、高圧放電ランプの製造時における小径筒部の折損や寿命中におけるヒートサイクルによる小径筒部のクラックが生じにくくなる。
【００５８】
なお、包囲部の内面が連続的な曲面を形成している構成を採用した場合、水平点灯時にアークの曲がりの中央部と、これに対向する包囲部の内壁との距離を大きくして、アークからの熱伝達量を低減することができる。
【００５９】
請求項２の発明の高圧放電ランプは、請求項１記載の高圧放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、最小肉厚ｔminが０．３mm以上であることを特徴としている。
【００６０】
本発明は、透光性セラミックス放電容器の最小肉厚ｔminの好適な値を規定している。最小肉厚は、透光性セラミックス放電容器の耐圧を左右し、最小肉厚ｔminが０．３ｍｍ未満であると、耐圧の低下が大きくなるので、好ましくない。
【００６１】
したがって、本発明においては、耐圧の問題のない透光性セラミックス放電容器を備えた高圧放電ランプが得られる。
【００６２】
請求項３の発明の高圧放電ランプは、請求項１または２記載の高圧放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の内面の真球度が０．５３以上であることを特徴としている。
【００６３】
以下、図１を参照して、本発明において用いている「真球度」なる用語を説明する。
【００６４】
図１は、本発明の高圧放電ランプにおける透光性セラミックス容器の包囲部の真球度を説明する説明図である。図において、１は透光性セラミックス容器、１ａは包囲部、１ｂは小径筒部、ｘは透光性セラミックス容器１の中心軸、ｙは中心軸ｘに直角な軸である。
【００６５】
包囲部１ａの中心軸ｘに直角で、かつ中心軸ｘの中央部を通過する軸ｙに沿った最大内径をＤ、中心軸ｘに沿った軸長をＬａとする。そして、軸ｙと包囲部１ａの内面との交点をＰ１とし、点Ｐ１から中心軸ｘに向かう直線が包囲部１ａと小径筒部１ｂとの凸曲面を呈する隣接部に内接する点をＰ２とし、Ｐ１およびＰ２の間を結ぶ直線ｌの延長線が中心軸ｘと交差する点をＰ３としたとき、左右の点Ｐ３とＰ３との間の距離をもって包囲部１ａの軸長Ｌａとする。真球度をＩＧとすると、真球度ＩＧは、包囲部１ａの最大内径Ｄおよび軸長Ｌａから下式により与えられる。
【００６６】
ＩＧ＝Ｄ／Ｌａ
なお、真球度ＩＧは、中心軸ｘの周りに複数箇所について求めて、最大値と最小値の平均値により定めるものとする。
【００６７】
そうして、本発明においては、透光性セラミックス容器の包囲部の真球度ＩＧが０．５３以上であることにより、音響的共鳴基本周波数が単一化される。そのため、上記の透光性セラミックス放電容器を用いて製作した本発明の高圧放電ランプを高周波で点灯する場合に、音響的共鳴周波数を回避した周波数で点灯することが容易になる。すなわち、高周波点灯が可能になる。なお、真球度は、好適には０．５３〜０．８５であり、より一層好ましくは０．５７〜０．８２である。
【００６８】
請求項４の発明の高圧放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の内径が２〜６ｍｍであり；定格ランプ電力が５０Ｗ以下であり；定格点灯周波数が１５〜３０ｋＨｚまたは４０〜５０ｋＨｚである；ことを特徴としている。
【００６９】
本発明は、ランプ電力が比較的小さくて、高周波点灯を可能にした高圧放電ランプの好適な構成を規定している。すなわち、定格ランプ電力が５０Ｗ以下の場合、透光性セラミックス放電容器の包囲部の内径は、これを２〜６ｍｍにするのがよい。また、定格点灯周波数を上記の範囲に規定した理由は、以下のとおりである。１５ｋＨｚ未満であると、可聴周波数であるため、可聴ノイズの問題を生じる。また、３０ｋＨｚ近傍の周波数では、赤外線リモコンで使用している周波数帯になるので、赤外線リモコンの誤動作防止のために採用は不可であり、また、３０ｋＨｚ超から４０ｋＨｚ未満の周波数帯は、たとえ包囲部の真球度を高くしたとしても、透光性セラミックス放電容器の音響共鳴モードが含まれるので、好ましくない。５０ｋＨｚ以上では、音響的共鳴を発生する周波数の間隔が狭くなり、点灯回路の周波数のばらつきを考慮しながら周波数の整合を図ることが困難になる。
【００７０】
そうして、本発明においては、可聴ノイズ、音響共鳴および赤外線リモコンの誤動作といった実用上の問題のない高周波点灯を行なうランプ電力の小さな高圧放電ランプを得ることができる。
【００７３】
請求項５の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００７４】
本発明において、「照明装置」とは、高圧放電ランプの発光を何らかの目的で用いるあらゆる装置を含む広い概念である。たとえば、電球形高圧放電ランプ、照明器具、移動体用前照灯、光ファイバー用光源装置、画像投射装置、光化学装置、指紋判別装置などに適用することができる。なお、「照明装置本体」とは、上記照明装置から高圧放電ランプおよび点灯回路を除いた残余の部分をいう。
【００７５】
また、「電球形高圧放電ランプ」とは、高圧放電ランプと、その高周波点灯回路とを一体化し、さらに受電用の口金を付設してなり、口金に適応するランプソケットに装着することにより、白熱電球を点灯するような感覚で使用することができるように構成した照明装置を意味する。電球形高圧放電ランプを構成する場合、高圧放電ランプの発光を所望の配光特性が得られるように、集光するための反射鏡を備えることができる。さらに、高圧放電ランプの高い輝度を低減するために、光拡散性のグローブまたはカバーを備えることができる。さらにまた、口金は、所望の仕様のものを用いることができる。したがって、在来の光源ランプとの代替を図る目的の場合には、在来の光源ランプの口金と同じ口金を採用すればよい。
【００７６】
点灯回路は、交流および直流点灯のいずれであってもよい。また、交流点灯の場合、高周波および低周波のいずれであってもよい。しかし、本発明に用いる高圧放電ランプは、その透光性セラミックス放電容器が包囲部と小径筒部とが一体的に成形されていて、包囲部の真球度が高いものに好適であるから、音響的共鳴現象による影響を回避しやすいので、５〜２００ｋＨｚ程度の周波数範囲の高周波点灯に好適である。
【００７７】
次に、高周波点灯の場合、の高周波発生手段には、たとえばインバータを用いることができる。なお、インバータは、ハーフブリッジ形インバータ、フルブリッジ形インバータなど種々の回路方式のものを用いることができる。限流インピーダンスは、インダクタンス、キャパシタンスおよび抵抗のいずれか一種または複数種の組み合わせを用いることができるが、実用上インダクタンスが好適である。インダクタンスは、インダクタ、漏洩トランスなどを用いることができる。そして、限流インダクタおよびコンデンサの共振回路を備えた負荷回路を形成することにより、２次開放電圧から２次短絡電流まで連続な負荷特性を備えた点灯回路の構成にすることにより、高周波点灯の場合に、点灯回路の小形、かつ、軽量化を図ることができるので、特に好適である。
【００７８】
これに対して、低周波点灯の場合、点灯回路は、昇圧チョッパまたは降圧チョッパと、その直流出力電圧を電源として作動するフルブリッジ形インバータとを主体とする回路構成を用いると好適である。なお、この構成においては、チョッパの動作制御により見かけ上の限流インピーダンスを省略することが可能である。
【００７９】
また、直流点灯の場合、点灯回路は、昇圧チョッパまたは降圧チョッパの出力端に降圧放電ランプを接続する回路構成が、点灯回路のより一層の小形、かつ、軽量化を図ることができるので、好適である。
【００８０】
なお、点灯回路は、照明装置本体に配設されていてもよいし、照明装置本体から離間した位置、たとえば天井裏に配設されていてもよい。
【００８１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００８２】
図２および図３は、本発明の高圧放電ランプにおける参考例を示し、図２は縦断面図、図３は同じく透光性セラミックス放電容器の断面を模式的に示す説明図である。各図において、１は透光性セラミックス放電容器、２は電極、３は導入導体、４はシールである。透光性セラミックス放電容器１の内部には、放電媒体が封入される。以下、以上の構成要素について詳細に説明する。なお、本参考例は、透光性セラミックス放電容器の一部の構成を除けば本発明の実施形態と同様である。
【００８３】
＜透光性セラミックス放電容器１について＞
透光性セラミックス放電容器１は、包囲部１ａおよび小径筒部１ｂから構成されているとともに、その全体が一体成形により形成されている。包囲部１ａは、その内部に放電空間を包囲する空洞１ａ１を有している。小径筒部１ｂは、その内部に貫通孔１ｂ１を有している。そして、最大肉厚ｔmaxおよび最小肉厚ｔminを備え、かつ、肉厚比ｔmin／ｔmaxが０．１以上、かつ、０．７５以下となっている。なお、包囲部１ａの内面は、その主要部がほぼ真球状をなし、また外面は紡錘状をなしている。そして、小径筒部が紡錘の巻取り軸棒のような形状をなしている。また、包囲部１ａと小径筒部１ｂとの境界部は、その内面が凸曲面Ｂiを、外面が変曲点Ｂoeを、それぞれ形成している。
【００８４】
＜一対の電極２、２について＞
一対の電極２、２は、それぞれ軸部２ａ、第１のコイル部２ｂおよび第２のコイル部２ｃを備え、全体として細長い棒状をなしている。第１のコイル部２ｂは、軸部２ａの先端に巻装されている。第２のコイル部２ｃは、軸部２ａの基端部近傍に巻装されている。そして、電極２は、その先端が包囲部１ａ内に突出して放電空間を包囲する空洞１ａ１内に臨んで小径筒部１ｂの貫通孔１ｂ１内に挿通され、貫通孔１ｂ１および電極２の間にわずかな隙間ｇが形成されている。
【００８５】
＜導入導体３について＞
導入導体３は、ニオブからなり、棒状をなしていて、先端が電極２の軸部２ａの基端部に溶接され、基端が透光性セラミックス放電容器１の外部へ突出している。
【００８６】
＜シール４について＞
シール４は、セラミックス封止用コンパウンドを溶融し、固化することにより、透光性セラミックス放電容器１の小径筒部１ｂおよび導入導体３の間に介在して透光性セラミックス放電容器１を気密に封止するとともに、導入導体３が透光性セラミックス放電容器１の内部に露出しないように被覆している。また、この封止により、電極２を所定の位置に固定している。
【００８７】
シール４を形成するには、セラミックス封止用コンパウンドを小径筒部１ｂの端面において、導入導体３の貫通孔１ｂ１から外部に突出している部分の周りに施与し、加熱溶融させて導入導体３および貫通孔１ｂ１の内面の間に形成される隙間に進入させて小径筒部１ｂ内に挿入されている導入導体３全体を被覆するとともに、さらに電極２の基端部をも被覆し、冷却により固化させる。
【００８８】
＜放電媒体について＞
放電媒体は、希ガスたとえばネオンおよびアルゴンを含む始動ガスおよびバッファガス、発光金属の金属ハロゲン化物、ならびにバッファガスを供給する水銀からなり、透光性セラミックス放電容器１内に封入されている。
【参考例１】
透光性セラミックス放電容器１：透光性アルミナセラミックスからなり、全長２３ｍｍ、包囲部の最大外径６ｍｍ、最大内径５ｍｍ、最大肉厚ｔmax１ｍｍ、最小肉厚ｔmin０．５ｍｍ、肉厚比ｔmin／ｔmax０．５、小径筒部の外径１．７ｍｍ、内径０．７ｍｍ
電極２：ドープドタングステンからなり、軸部２ａが上側の電極で直径０．２５ｍｍ、同じく下側で直径０．２ｍｍ、長さ５．８ｍｍ、第１のコイル部２ｂが直径０．１３５ｍｍのドープドタングステン線の密巻４ターン、第２のコイル部２ｃが０．２５ｍｍのドープドタングステン線の密巻４ターン導入導体３：ニオブ、直径０．６４ｍｍ
放電媒体：始動ガスおよびバッファガスとしてＮｅ３％＋Ａｒが約２７ｋＰａ、他に適量の水銀および発光金属としてＮａ、Ｔｌ、Ｄｙのヨウ化物（発光金属のハロゲン化物は、点灯中にその全てが蒸発しないで、余剰分がわずかな隙間ｇ内に滞留する程度の量封入している。）
ランプ電力：２０Ｗ
全光束：１８００ｌｍ、発光効率：９０ｌｍ／Ｗ
色温度：３５００Ｋ
定格寿命：８０００ｈ
【参考例２】
透光性セラミックス放電容器１：透光性アルミナセラミックスからなり、全長２３ｍｍ、包囲部の最大外径６ｍｍ、最大内径５ｍｍ、最大肉厚ｔmax１．２ｍｍ、最小肉厚ｔmin０．５ｍｍ、肉厚比ｔmin／ｔmax０．４２、小径筒部の外径１．７ｍｍ、内径０．７ｍｍ
その他の構成は、実施例１と同じ。
【参考例３】
透光性セラミックス放電容器１：透光性アルミナセラミックスからなり、全長３１．６ｍｍ、包囲部の最大外径６．０ｍｍ、最大内径５．０ｍｍ、最大肉厚ｔmax１．０ｍｍ、最小肉厚ｔmin０．５ｍｍ、肉厚比ｔmin／ｔmax０．５、小径筒部の外径１．７ｍｍ、内径０．７ｍｍ
電極２：ドープドタングステンからなり、軸部２ａが上側の電極で直径０．２ｍｍ、長さ２．５ｍｍ、第１のコイル部２ｂが直径０．１６ｍｍのドープドタングステン線の密巻４ターン、第２のコイル部２ｃが０．１３ｍｍのドープドタングステン線の密巻７０ターン、電極間距離３．５ｍｍ
導入導体３：ニオブ、直径０．６４ｍｍ
放電媒体：始動ガスおよびバッファガスとしてＮｅ３％＋Ａｒが約１３ｋＰａ、水銀約２ｍｇ、および発光金属としてＮａ、Ｔｌ、Ｄｙのヨウ化物＝２．０ｍｇ
ランプ電力：２１Ｗ
全光束：１８００ｌｍ、発光効率：９０ｌｍ／Ｗ
色温度：３０００Ｋ
定格寿命：８０００ｈ
図４は、本発明の高圧放電ランプの参考例で点灯方向を変化させた場合の色温度変化の測定データを比較例のそれとともに示すグラフである。図において、横軸は点灯方向を、縦軸は色温度（Ｋ）を、それぞれ示す。また、直線Ａは本発明の参考例１、直線Ｂは参考例２、直線Ｃは比較例、をそれぞれ示す。なお、比較例は、透光性セラミックス放電容器の肉厚が包囲部および小径筒部の全てにわたり、ほぼ０．５ｍｍ均一である以外は、本発明の参考例と同一仕様である。
【００８９】
図から明らかなように、本発明の参考例においては、その１、２いずれであっても、比較例に比較して色温度変化が顕著に少ない。
【００９０】
以下、図５ないし図９を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図中、図２および図３と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００９１】
図５は、本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態を示す一部切欠一部断面正面図である。本実施形態は、透光性セラミックス放電容器１の包囲部１ａと小径筒部１ｂとの境界部の外面が凹曲面Ｂoに形成されている点で参考例と異なる。すなわち、図３に示す参考例においては、上記境界部が変曲点を形成していたが、本発明においては、適当な曲率ｒの凹曲面Ｂoになっている。なお、一実施例としては、ｒ＝４ｍｍ、包囲部１ａの内径Ｒ＝５ｍｍ、ｒ／Ｒ＝０．８である。
【００９２】
図６は、本発明の高圧放電ランプの第２の実施形態を示す一部切欠一部断面正面図である。本実施形態は、始動補助導体ＳＡＣ１、ＳＡＣ２などを備えた２重管構造である点で異なる。すなわち、高圧放電ランプは、発光管ＩＢ、第１および第２の接続導体ＣＣ１、ＣＣ２、ブリッジ導体ＢＣ、ビードガラスＢＧ、第１および第２の始動補助導体ＳＡＣ１、ＳＡＣ２、外管ＯＢ、ゲッタＧＴおよび外部接続導体ＯＣＴ１、ＯＣＴ２からなる。
【００９３】
発光管ＩＢは、図２に示す高圧放電ランプの参考例と同一の構造である。なお、金属ハロゲン化物および水銀は蒸発する分より過剰に封入されているので、その一部が安定点灯時にわずかな隙間ｇ内に液相状態で滞留する。そして、液相状態の放電媒体の界面は、最冷部を形成する。
【００９４】
第１および第２の接続導体ＣＣ１、ＣＣ２は、それぞれモリブデン線からなり、外管ＯＢ内の軸方向に発光管ＩＢを挟んでほぼ平行に延在している。そして、第１の接続導体ＣＣ１は、その先端が上部の電極２の給電導体３に接続しているとともに、中間が透光性セラミックス放電容器１の軸方向に対してほぼ平行に、かつ、離間して延在している。第２の接続導体ＣＣ２は、ブリッジ導体ＢＣを介して下部の電極２の給電導体３に接続している。
【００９５】
ビードガラスＢＧは、第１および第２の接続導体ＣＣ１、ＣＣ２の下部にガラス溶着することによって、それらを所定間隔になるよう固定している。
【００９６】
始動補助導体ＳＡＣ１、ＳＡＣ２は、それぞれ金属製コイルからなり、直径０．３ｍｍのモリブデン線を約６．５ターン小径筒部１ｂの外周に巻装して構成されている。一方の始動補助導体ＳＡＣ１は、上部の小径筒部１ｂに巻装され、かつ、第２の接続導体ＣＣ２に接続されることによって、下部にある反対側の電極２と同電位になっている。また、他方の始動補助導体ＳＡＣ２は、下部の小径筒部１ｂに巻装され、かつ、第１の接続導体ＣＣ１に接続されることによって、図において上部にある反対側の電極２と同電位になっている。
【００９７】
外管ＯＢは、硬質ガラス製のＴ形バルブからなり、基端にピンチシール部ｐｓが、先端に排気チップオフ部ｔが、それぞれ形成され、内部が排気されて１．３×１０−２Ｐａ程度の低真空状態になっている。ピンチシール部ｐｓは、Ｔ形バルブの開口端を加熱して軟化状態のときにピンチして形成する。排気チップオフ部ｔは、外管ＯＢを封止した後に外管ＯＢの内部を排気して排気管（図示しない。）を封じ切った跡である。
【００９８】
ゲッタＧＴは、ＺｒＡｌ合金からなり、第１の接続導体ＣＣ１に溶接により支持されている。
【００９９】
外部接続導体ＯＣＴ１、ＯＣＴ２は、接続導体ＣＣ１、ＣＣ２を一体に延長して、外管ＯＢのピンチシール部ｐｓを気密に貫通させて外部に導出することにより、構成されている。
【０１００】
図７は、本発明の高圧放電ランプの第３の実施形態を示す一部断面正面図である。本実施形態は、口金Ｂを装着しているとともに、図において下部の電極にのみ始動補助導体ＳＡＣ２を配設している点で主として異なる。
【０１０１】
すなわち、口金Ｂは、Ｅ１１形ねじ口金導体ｂ１およびセラミックス基体ｂ２からなる。Ｅ１１形ねじ口金導体ｂ１は、一対の外部接続導体（図示しない。）を所要に接続している。セラミックス基体ｂ２は、Ｅ１１形ねじ口金導体ｂ１を支持するとともに、外管ＯＢのピンチシール部ｐｓを受け入れて無機質接着剤（図示しない。）によって固着している。
【０１０２】
始動補助導体ＳＡＣ２は、ターン数が７ターンである。
【０１０３】
そうして、本実施形態の高圧放電ランプは、ハロゲン電球と同様な外形構造を備えているので、ハロゲン電球用のダウンライトやスポットライトなどの照明装置に代替可能な光源として好適である。
【０１０４】
図８は、本発明の高圧放電ランプの第４の実施形態を示す一部断面正面図である。本実施形態は、前面ガラス付の反射鏡Ｍを装着している点で図７と異なる。
【０１０５】
すなわち、反射鏡Ｍは、ガラス基体ｍ１、ダイクロイックミラー反射面ｍ２、円筒部ｍ３および前面ガラスｍ４を備えて構成されている。ガラス基体ｍ１は、円筒部ｍ３と一体にガラス成形されている。ダイクロイックミラー反射面ｍ２は、ガラス基体ｍ１の内面に蒸着により形成されていて、赤外線を透過し、かつ、可視光を反射する。円筒部ｍ３は、反射鏡頂部から背方へ突出している。前面ガラスｍ４は、その周縁がガラス基体ｍ１の投光開口面に無機質接着剤により接着されて、投光開口面を閉塞している。
【０１０６】
口金Ｂは、そのセラミックス基体ｂ２が外管ＯＢおよび反射鏡Ｍの円筒部ｍ４を同心配置関係で受け入れて図示しない無機質接着剤により固定している。
【０１０７】
そうして、本実施形態の高圧放電ランプは、ミラー付ハロゲン電球と同様な外形構造を備えているので、ミラー付ハロゲン電球用のダウンライトやスポットライトなどの照明装置に代替可能な光源として好適である。
【０１０８】
図９は、本発明の照明装置の第１の実施形態としてのスポットライトを示す一部中央断面正面図である。本実施形態のスポットライトは、スポットライト本体１１、高圧放電ランプ１２および高周波点灯回路からなる。なお、高周波点灯回路は、図示を省略している。
【０１０９】
スポットライト本体１１は、主として天井取付部１１ａ、アーム１１ｂ、本体ケース１１ｃ、ランプソケット１１ｄ、反射鏡１１ｅ、遮光筒１１ｆおよび前面ガラス１１ｇを備えている。天井取付部１１ａは、天井に取り付けられてスポットライトを吊持するとともに、たとえば天井裏などに別置きに配設される点灯回路手段（図示しない。）に接続して、ここから受電する。アーム１１ｂは、基端が天井取付部１１ａに固定されている。本体ケース１１ｃは、前面が開口した容器状をなし、アーム１１ｂの先端に垂直面内において俯仰自在に枢着されている。なお、図中の２点鎖線は、本体ケース１１ｃを基準にしたときのアーム１１ｂの俯仰調節可能な範囲を説明している。ランプソケット１１ｄは、Ｅ１１形口金用に適合するもので、本体ケース１１ｃ内に配設されている。反射鏡１１ｅは、ランプソケット１１ｄの前方に位置して本体ケース１１ｃに配設されている。遮光筒１１ｆは、反射鏡１１ｅの開口端の中央部に配設されている。前面ガラス１１ｇは、本体ケース１１ｃの開口端に配設されている。
【０１１０】
高圧放電ランプ１２は、図７に示すのと同様な仕様である。そして、高圧放電ランプ１２は、その口金Ｂをランプソケット１１ｄに装着することにより、スポットライト本体１１に取り付けられている。また、高圧放電ランプ１２が取り付けられている状態で遮光筒１１ｆが外管ＯＢ先端からの光を遮光して、グレアを防止する。
【０１１１】
図１０および図１１は、本発明の本発明の照明装置の第２の実施形態としての電球形高圧放電ランプを示し、図１０は要部断面正面図、図１１は高周波点灯回路の回路構成を示す回路図である。各図において、電球形高圧放電ランプは、高圧放電ランプ１２、台座１３、反射鏡１４、高周波点灯回路１５、基体１６および口金１７を備えている。以下、構成要素別に説明する。なお、高周波点灯回路１５の回路構成については後述する。
【０１１２】
〔高圧放電ランプ１２について〕
高圧放電ランプ１２は、図６に示すのと同一仕様であり、外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２が外管ＯＢのピンチシール部ｐｓから図において上方へ突出している。なお、図７と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１１３】
〔台座１３について〕
台座１３は、耐熱性合成樹脂を成形して形成され、中心部に装着孔１３ａ、図において上部外周縁に取付部１３ｂ、また下部外周縁に中空のコップ状のスカート部１３ｃを備えている。装着孔１３ａは、高圧放電ランプ１２および反射鏡１４を装着するためのもので、そこに挿入された高圧放電ランプ１２のピンチシール部ｐｓおよび後述する反射鏡１４の縁部１４ａを同心にして無機質接着剤１９を介して固定している。取付部１３ｂは、後述する基体１６の開口端に固着される。スカート部１３ｃは、反射鏡１４の周囲を包囲して保護するとともに、外観を整えている。
【０１１４】
〔反射鏡１４について〕
反射鏡１４は、高圧放電ランプ１２の周囲に配設されているとともに、高圧放電ランプ１２の少なくとも発光部すなわち包囲部１ａを包囲している。そして、反射鏡１４は、台座１３に固定されている。本実施形態においては、前記したように、高圧放電ランプ１２と一緒に固定されている。また、反射鏡１４は、ガラス成形により臥せ椀状に成形され、同時に頂部の円筒状の縁部１４ａを一体に形成しているとともに、内面にアルミニウム蒸着膜からなる反射面１４ｂを形成している。なお、この縁部１４ａは、台座１３の装着孔１３ａに挿入され、無機接着剤ＢＣで台座１３に固定されている。さらに、反射鏡１３の開口部に前面ガラス１４ｃが配設されている。前面１４ｂは、透明ガラスを成形して製作され、低融点フリットガラス１８で反射鏡１４に気密に封着されている。さらにまた、反射鏡１４および前面ガラス１４ｂにより形成されている内部空間には、不活性ガスとして窒素が封入されている。
【０１１５】
〔高周波点灯回路１５について〕
高周波点灯回路１５は、配線基板１５ａの図１０において主として上側に実装され、また配線基板１５ａの下面から高圧放電ランプ１２の外部接続端子ＯＣＴ１，ＯＣＴ２を受け入れて、配線基板１５ａと所要に接続している。
【０１１６】
〔基体１６について〕
基体１６は、杯状をなしていて、その基部に後述する口金１７が装着され、また開口縁に周段部１６ａが形成されている。また、基体１６の内部には、点灯回路手段１５が収納されている。さらに、開口縁の周段部１６ａに台座１３の周段部１３ｃを嵌合して、接着剤によって固着している。なお、基体１６の適所または台座との嵌合部に空気抜きや放熱のための孔隙を必要に応じて形成する。
【０１１７】
〔口金１７について〕
口金１７は、Ｅ２６形の口金からなり、基体１６の基部に装着されている。
【０１１８】
次に、高周波点灯回路１５の回路構成を図１１を参照して説明する。
【０１１９】
図１１は、ハーフブリッジ形高周波インバータを主体とする高圧放電ランプの高周波点灯回路を示している。図において、ＡＳは交流電源、ｆは過電流ヒューズ、ＮＦはノイズフィルタ、ＲＤは整流化直流電源、ＨＦＩは高周波インバータは、ＬＣは負荷回路である。以下、構成要素ごとに説明する。
【０１２０】
交流電源ＡＳは、商用１００Ｖ電源である。
【０１２１】
過電流ヒューズｆは、配線基板に一体に形成したパターンヒューズであり、過電流が流れた際に溶断して回路が焼損しないように保護する。
【０１２２】
ノイズフィルタＮＦは、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１からなり、高周波インバータの動作に伴って発生する高周波を電源側に流出しないように除去する。
【０１２３】
整流化直流電源ＲＤは、ブリッジ形整流回路ＢＲおよび平滑コンデンサＣ２からなり、ブリッジ形整流化色ＢＲの交流入力端がノイズフィルタＮＦおよび過電流ヒューズｆを介して交流電源Ａに接続し、また直流出力端が平滑コンデンサＣ２の両端に接続していて、平滑化直流を供給する。
【０１２４】
高周波インバータＨＦＩは、ハーフブリッジ形インバータからなり、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２、ゲートドライブ回路ＧＤ、始動回路ＳＴおよびゲート保護回路ＧＰを備えて構成されている。第１のスイッチング手段Ｑ１は、Ｎチャンネル形ＭＯＳＦＥＴからなり、そのドレインが平滑コンデンサＣ２のプラス側に接続している。第２のスイッチング手段Ｑ２は、Ｐチャンネル形ＭＯＳＦＥＴからなり、そのソースが第１のスイッチング手段Ｑ１のソースに接続し、ドレインが平滑コンデンサＣ２のマイナス側に接続している。したがって、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２は、順方向に直列接続されて、その両端が整流化直流電源ＲＤの出力端間に接続していることになる。
【０１２５】
ゲートドライブ回路ＧＤは、帰還回路ＦＢＣ、直列共振回路ＳＯＣおよびゲート電圧出力回路ＧＯからなる。帰還手段ＦＢＣは、後述する限流インダクタＬ２に磁気結合している補助巻線からなる。直列共振回路ＳＯＣは、インダクタＬ３およびコンデンサＣ３の直列回路からなり、その両端は帰還手段ＦＢＣに接続している。ゲート電圧出力手段ＧＯは、直列共振回路ＳＯＣのコンデンサＣ３の両端に現れる共振電圧をコンデンサＣ４を介して取り出すように構成されている。そして、コンデンサＣ４の一端は、コンデンサＣ３とインダクタＬ３との接続点に接続し、コンデンサＣ４の他端は第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのゲートに接続している。さらに、コンデンサＣ３の他端が第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のソースに接続している。その結果、コンデンサＣ３の両端に現れた共振電圧は、ゲート電圧出力回路ＧＯを介して第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のゲート・ソース間に印加される。
【０１２６】
始動回路ＳＴは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３からなる。抵抗器Ｒ２は、その一端が平滑コンデンサＣ２のプラス側に接続し、他端が第１のスイッチング手段Ｑ１のゲートに接続しているとともに、抵抗器Ｒ２の一端およびゲートドライブ回路ＧＤのゲート電圧出力回路ＧＯのゲート側の出力端すなわちコンデンサＣ４の他端に接続している。抵抗器Ｒ２の他端は、直列共振回路ＳＯＣのインダクタＬ３および帰還回路ＦＢＣの接続点に接続している。抵抗器Ｒ３は、その一端が第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２の接続点すなわちそれぞれのソースおよびゲート電圧出力回路ＧＯのソース側に接続し、他端が平滑コンデンサＣ２のマイナス側に接続している。
【０１２７】
ゲート保護回路ＧＰは、一対のツェナーダイオードを逆直列接続してなり、ゲート電圧出力回路ＧＯに並列接続している。
【０１２８】
負荷回路ＬＣは、高圧放電ランプ１２、限流インダクタＬ２および直流カットコンデンサＣ５の直列回路と、高圧放電ランプＨＰＬに並列接続した共振コンデンサＣ６とからなり、一端が第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２の接続点に、他端が第２のスイッチング手段Ｑ２のドレインに接続している。高圧放電ランプ１２は、図５に示す構成を備えている。限流インダクタＬ２と共振コンデンサＣ６とは、直列共振回路を形成する。なお、直流カットコンデンサＣ５は、容量が大きいので、直列共振に大きくは影響しない。
【０１２９】
Ｑ２のドレイン・ソース間に接続されたコンデンサＣ７は、第２のスイッチング手段Ｑ２のスイッチング中の負荷を軽減する。
【０１３０】
次に、回路動作について説明する。
【０１３１】
交流電源ＡＳを投入すると、整流化直流電源ＲＤにより平滑化された直流電圧が平滑コンデンサＣ２の両端に現れる。そして、直列接続された第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２の両ドレイン間に直流電圧が印加される。しかし、両スイッチング手段Ｑ１、Ｑ２は、ゲート電圧が印加されてないので、オフしている。
【０１３２】
上記直流電圧は、同時に始動回路ＳＴにも印加されるので、抵抗器Ｒ２の両端には主として抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗値の案分比に応じた電圧が現れる。そして、抵抗器Ｒ２の端子電圧は、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のゲート・ソース間に正極性の電圧として印加される。
【０１３３】
その結果、第１のスイッチング手段Ｑ１は、スレッシュホールド電圧を超えるように設定されているため、オンする。これに対して、第２のスイッチング手段Ｑ２のゲート・ソース間に印加される電圧は、所要のゲート電圧とは逆極性であるため、オフ状態のままである。
【０１３４】
第１のスイッチング手段Ｑ１がオンすると、整流化直流電源ＲＤから第１のスイッチング手段Ｑ１を介して負荷回路ＬＣに電流が流れる。これにより限流インダクタＬ２および共振コンデンサＣ６の直列共振回路が共振して共振コンデンサＣ６の端子間に高い共振電圧が現れ、高圧放電ランプＨＰＬに印加される。
【０１３５】
一方、限流インダクタＬ２に電流が流れたことにより、磁気結合している帰還回路ＦＢＣに電圧が誘起される。これにより直列共振回路ＳＯＣが直列共振して、コンデンサＣ３には昇圧された負電圧が発生するので、ゲート保護回路ＧＰにより一定電圧にクリップされ、ゲート電圧出力回路ＧＯを介して第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のゲート・ソース間に印加される。
【０１３６】
これにより、第２のスイッチング手段Ｑ２はスレッシュホールド電圧を超えるため、オンする。
【０１３７】
これに対して、今までオンしていた第１のスイッチング手段Ｑ１は、ゲート電圧が逆極性になるので、オフする。
【０１３８】
第２のスイッチング手段Ｑ２がオンすると、負荷回路ＬＣの限流インダクタＬ２に蓄積されている電磁エネルギーおよびコンデンサＣ６の電荷が放出されて、限流インダクタＬ２から第２のスイッチング手段Ｑ２を介して負荷回路ＬＣ内を逆方向に電流が流れ、コンデンサＣ６の両端には極性が反転した共振による高い電圧が現れ、高圧放電ランプＨＰＬに印加される。以後、以上説明した動作を繰り返す。高周波インバータＨＦＩの動作周波数は１５０ｋＨｚであり、高圧放電ランプ１２は音響的共鳴現象を生じることなく良好に始動し、点灯した。
【０１３９】
次に、上記実施形態のランプ仕様について説明する。
外径：５０ｍｍ、全長：１１０ｍｍ
口金：Ｅ２６定格電圧：１００Ｖ
消費電力：２３Ｗ
最大光度：４２００ｃｄ
ビームの開き：２８°
ビーム光束：７８０ｌｍ
定格寿命：８０００ｈ
図１２は、本発明の高圧放電ランプの第５の実施形態および照明装置の第３の実施形態としてのスポットライトを示す正面図である。図において、２１は照明器具本体、２２は高圧放電ランプである。
【０１４０】
照明器具本体２１は、基台２１ａ、支柱２１ｂおよび灯体２１ｃを備えている。
【０１４１】
基台２１ａは、天井に直付けまたはライティングダクトを介して天井に吊り下げるように構成され、内部に高周波点灯回路（図示しない。）を収納している。支柱２１ｂは、基台２１ａから垂下して灯体２１ｃを支持している。内部に高周波点灯回路から灯体２１ｃに接続する絶縁被覆導線（図示しない。）を収容している。灯体２１ｃは、内部にランプソケット（図示しない。）を収納している。
【０１４２】
高圧放電ランプ２２は、高圧放電ランプ本体２２ａ、反射鏡付ガラスバルブ２２ｂおよび口金２２ｃを備えている。高圧放電ランプ本体２２ａは、図５に示すのと同一仕様である。反射鏡付ガラスバルブ２２ｂは、Ｒ形ガラスバルブの前面を除く内面にアルミニウム蒸着反射面２２ｂ１を形成することによって構成されている。口金２２ｃは、口金導体およびセラミックス基体２２ｃ２から構成されている。口金導体は、Ｅ２６形であり、灯体２１ｃの内部に配設されているランプソケットに装着されている。セラミックス基体２２ｃ２は、口金導体と一体化されているとともに、高圧放電ランプ本体２２ａおよび反射鏡付ガラスバルブ２２ｂの基部を同心関係に受け入れて無機接着剤により固着している。
【０１４３】
そうして、灯体２１ｃのランプソケットに高圧放電ランプ２２の口金２２ｃを装着すれば、高圧放電ランプ２２が高輝度で点灯し、反射鏡付ガラスバルブ２２ｂのアルミニウム蒸着反射面２２ｂ１により集光されるので、所望のシャープな配光特性を得て被照体を良好に照明することができる。したがって、本実施形態の高圧放電ランプ２２は、従来の反射鏡付水銀ランプを用いるスポットライトなどにおいて、反射鏡付水銀ランプと代替するのに好適である。
【０１４４】
【発明の効果】
請求項１ないし５の各発明によれば、透光性セラミックス放電容器、一対の電極、導入導体および放電媒体を具備し、透光性セラミックス放電容器が放電空間を包囲する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えて一体的に成形されるとともに、最小肉厚ｔminおよび最大肉厚ｔmaxの肉厚比ｔmin／ｔmaxが０．７５以下であるとともに、包囲部と小径筒部との境界部の外面が連続した凹曲面に形成され、かつ包囲部の内径Ｒと、上記凹曲面の曲率半径ｒとの比ｒ／Ｒが０．１≦ｒ／Ｒ≦１．５を満足していることにより、点灯方向を変化したときの色温度変化が抑制されるとともにセラミックス放電容器の小径筒部における械的強度の低下をより一層効果的に抑制した高圧放電ランプを提供することができる。
【０１４５】
請求項２の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器の最小肉厚ｔminが０．３ｍｍ以上であることにより、透光性セラミックス放電容器に耐圧の問題のない高圧放電ランプを提供することができる。
【０１４６】
請求項３の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器の包囲部の内面の真球度が０．５３以上であることにより、音響的共鳴周波数を回避しての高周波点灯が可能な高圧放電ランプを提供することができる。
【０１４７】
請求項４の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器の包囲部の内径が２〜６ｍｍ、定格ランプ電力が５０Ｗ以下、定格点灯周波数が１５〜３０ｋＨｚまたは４０〜５０ｋＨｚであることにより、高周波点灯において音響共鳴が生じないとともに実用上問題のない高圧放電ランプを提供することができる。
【０１４９】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし４の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の透光性セラミックス放電容器における包囲部の真球度を説明する説明図
【図２】 本発明の高圧放電ランプの参考例を示す縦断面図
【図３】 同じく透光性セラミックス放電容器の断面を模式的に示す説明図
【図４】 本発明の高圧放電ランプの参考例で点灯方向を変化させた場合の色温度変化の測定データを比較例のそれとともに示すグラフ
【図５】 本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態における透光性セラミックス放電容器の断面を模式的に示す説明図
【図６】 本発明の高圧放電ランプの第２の実施形態を示す一部切欠一部断面正面図
【図７】 本発明の高圧放電ランプの第３の実施形態を示す一部断面正面図
【図８】 本発明の高圧放電ランプの第４の実施形態を示す一部断面正面図
【図９】 本発明の照明装置の第１の実施形態としてのスポットライトを示す一部中央断面正面図
【図１０】 本発明の本発明の照明装置の第２の実施形態としての電球形高圧放電ランプを示す要部断面正面図
【図１１】 同じく高周波点灯回路の回路構成を示す回路図
【図１２】 本発明の高圧放電ランプの第５の実施形態および照明装置の第３の実施形態としてのスポットライトを示す正面図
【符号の説明】
１…透光性セラミックス放電容器
１ａ…包囲部
１ａ１…空洞
１ｂ…小径筒部
１ｂ１…貫通孔
２…電極
２ａ…軸部
２ｂ…第１のコイル部
２ｃ…第２のコイル部
３…導入導体
４…シール部
Ｂｏ…凹曲面
ｇ…わずかな隙間

Claims (5)

1. 放電空間を包囲する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えて一体的に成形され、最小肉厚ｔminおよび最大肉厚ｔmaxの肉厚比ｔmin／ｔmaxが０．１≦ｔmin／ｔmax≦０．７５を満足し、包囲部と小径筒部との境界部の外面が連続した凹曲面に形成されているとともに、包囲部の内径Ｒと、上記凹曲面の曲率半径ｒとの比ｒ／Ｒが０．１≦ｒ／Ｒ≦１．５を満足している透光性セラミックス放電容器と；
   透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性放電容器の包囲部に臨んでいる一対の電極と；
   先端が電極の基端部に接続され少なくとも中間部が透光性放電容器に封着され基端が透光性放電容器から外部に露出した導入導体と；
   透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 透光性セラミックス放電容器は、最小肉厚ｔminが０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の内面の真球度が０．５３以上であることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
4. 透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の内径が２〜６ｍｍであり；定格ランプ電力が５０Ｗ以下であり；定格点灯周波数が１５〜３０ｋＨｚまたは４０〜５０ｋＨｚである；ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
5. 照明装置本体と；
   照明装置本体に支持された請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
   高圧放電ランプを付勢する点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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