JP5553226B2 - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Description

本発明は、セラミックメタルハライドランプに関する。更に具体的には、複数本の発光管を確実に支持するに有効な支柱構造を備えたセラミックメタルハライドランプに関する。

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及びセラミックメタルハライドランプのような高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ：High Intensity Discharge Lamp）は、電極間の放電を利用して発光する。このため、白熱電球と比べて、光束が大きく大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。

従って、道路、店舗、工場、ホール、スポーツ施設等の照明、テレビや映画のロケーション照明、自動車や鉄道車両の前照灯として、一般に広く使用されている。

ＨＩＤランプにおいて、発光物質として金属ハロゲン化物を採用したメタルハライドランプは、青白い光線を放つ水銀ランプに比較して白色光（自然光）に近く優れた演色性と、また高い発光効率といった長所を有している。

メタルハライドランプの発光管として、従来は石英製発光管が使用されていた。最近では、透光性セラミックス製発光管が使用されている。透光性セラミックス製発光管は、石英製発光管に比較して、格段に長寿命化が図れ、例えば、1本で約2万4000時間の寿命が確保できる（長寿命）。更に、石英は、発光管内に封入した金属ハロゲン化物と反応し易いが、セラミックスはこれと反応せず、且つ耐熱性が良好である、といった長所を有している。このため、発光管内の封入物として、種々の金属ハロゲン化物を使用できる利点がある。

メタルハライドランプにおいて、透光性セラミックス製発光管を使用している場合は、特に、「セラミックメタルハライドランプ」と呼ばれる。

特開2001-6614「高輝度放電ランプ」（公開日：2001年01月12日） 特許文献１は、高圧ナトリウムランプに関する発明であるが、その図１，４，５，６に示すように、発光管の配列方向に対して垂直方向に支柱が設置されている。図１は、特許文献１の図５であり。図１に明瞭に示されている通り、支柱の軸線を通る平面と、２本の発光管１００，１００の軸線を通る平面とは一致している。

これに対して、本発明は、以下に説明するようにランプの構成自体が相違する。

一般に、ランプに対しては、更なる長寿命化の要請がある。例えば、最近広く使用され始めたＬＥＤランプの寿命は、公称４万時間と言われている。

本発明者等は、セラミックメタルハライドランプに関して、ＬＥＤランプの寿命に対抗できるように、複数本の発光管を用いて長寿命化を達成する研究・開発を行っている。セラミックメタルハライドランプにおいて、例えば、２本の発光管を使用して点灯し易い方が選択的に点灯するランプにすると、１本の発光管の寿命を2万4,000時間として、理論上、２本の発光管では4万8,000時間の長寿命化が期待できる。３本以上の発光管の場合も、同様に比例的に長寿命化が期待できる。

しかし、特許文献１に開示されているような高圧ナトリウムランプに比較して、セラミックメタルハライドランプでは、発光管自体の重量が重い。更に、発光管を取り巻く内管（図２の符号１８参照）も備えている。

このような状況下のセラミックメタルハライドランプにおいて、複数の発光管及び内管を確実に支持して、輸送中の振動に耐え、長期の使用に耐えるような発光管等の支持構造は、従来知られていない。

従って、複数本の発光管や内管を確実に支持するに有効な支柱構造を備えたセラミックメタルハライドランプの開発が望まれる。

そこで、本発明は、複数本の発光管や内管を確実に支持するに有効な支柱構造を備えた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。

上記目的に鑑みて、本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、並列に配置された複数本の発光管と、前記発光管を支持する支柱と、前記発光管及び前記支柱を内包する外球とを備え、前記複数本の発光管の軸線を通る１つの平面と、前記支柱の軸線を通る１つの平面とが交差する状態に該複数本の発光管と該支柱が配置されている。

更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記支柱は、前記複数本の発光管の軸線を通る１つの平面に直交する、両外側に位置する該発光管の軸線を通る２つの平面に挟まれた範囲内に設置されていてもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記複数本の発光管の軸線を通る１つの平面と、前記支柱の軸線を通る１つの平面とが直交する状態に該複数本の発光管と該支柱が配置されていてもよい。

更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記複数本の発光管は、各々、内管に取り囲まれていてもよい。

本発明によれば、複数本の発光管や内管を確実に支持するに有効な支柱構造を備えたセラミックメタルハライドランプを提供することが出来る。

図１は、特許文献１の図５であり、支柱の軸線を通る平面と、２本の発光管の軸線を通る平面とが一致している。 図２は、現在のセラミックメタルハライドランプ１００の構造を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図３は、本発明者等が試作検討した２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプを説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。更に、（Ｃ）は（Ａ）のランプを下方から見た発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図、（Ｄ）は（Ｂ）のランプを下方から見た発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図である。 図４は、第１実施形態に係る２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプを示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。更に、（Ｃ）は（Ａ）のランプを下方から見た発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図、（Ｄ）は（Ｂ）のランプを下方から見た発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図である。 図５は、第２実施形態に係る２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプを示す図であり、第１実施形態とは支柱の形状が異なる。（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。更に、（Ｃ）は（Ａ）のランプを下方から見た発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図、（Ｄ）は（Ｂ）のランプを下方から見た発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図である。 図６（Ｂ）は、支柱１６の好ましい設置位置の範囲を説明する図であり、図６（Ａ）は、耐振動性が最強となる平面Ｌと平面Ｓとが直交する場合を説明する図である。 図７は、セラミックメタルハライドランプの回路を説明する図である。

以下、本発明に係る外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプの第１及び第２実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

ここで、第１及び第２実施形態の理解を容易にするため、先ず、現在の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構造について説明する。

次に、本発明者等が最初に試作した２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプを紹介し、そこで判明した問題点を説明する。

次に、第１及び第２実施形態に係るセラミックメタルハライドランプに関して、この問題点に言及しながら説明する。なお、本発明は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプに関するものであるが、ランプの構成を簡単にして分かり易くするため、２本の発光管の場合を代表例として説明する。ここで、２本の発光管は、点灯時には、その時点で点灯し易い状態の１本の発光管が点灯する。消灯後、次に点灯する時も、点灯し易い状態の１本の発光管が点灯する。以降、これを繰り返す。なお、３本以上の発光管の場合は、２本の発光管の場合と同様の技術的手段により、本発明を実現できることを承知されたい。

最後に、これら実施形態に係るセラミックメタルハライドランプを点灯させる回路及び複数個の発光管をこのように選択的に点灯させる構造について、簡単に説明する。

［現状の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構造］
図２は、現状のセラミックメタルハライドランプ１０の構造を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図に示すように、ランプ１０は、外球２の内部に、発光部となる１個の発光管４を内封した二重構造となっている。外球２の端部には、Ｅ形の口金６が接合されている。発光管４は、金属の線材や板を組み合わせた構造物に内管１８を取り付けたマウント８により、所定の位置に支持され、給電される。

これらの各要素について説明する。

発光部となる発光管４は、中央の太管部４ａ及び両端の細管部４ｂ，４ｃの形状をもつ透光性セラミックス製の容器である。１対のリード線５，７が、これら細管部４ｂ，４ｃを夫々通して太管部４ａの領域まで延びて、１対のタングステン（Ｗ）製の主電極（図示せず。）を形成している。

マウント８は、一対の導入線が気密封着されたステム管１４と、一方の導入線に接続された、モリブデン（Ｍｏ），ステンレス（ＳＵＳ），ニッケルメッキ鉄線等の線材や略長四角形状の枠状に成形した丸棒体から成る支柱１６及び副支柱１６−１と、発光管４の周囲を囲むように配設された透明石英ガラス管からなる内管１８とを主要部品として構成されている。

外球２は、例えば、透光性の硬質ガラスからなる。透明型と拡散型（不透明）がある。外球２は、最大口径の中央部２ａ、下部側の閉塞されたトップ部２ｂ、及び上部側のネック部２ｃを有するＢＴ形をなしている。

外球２内は排気され、不活性ガスや窒素ガス等が封入され、或いは真空にした気密雰囲気となっている。

図２に示すセラミックメタルハライドランプ１０は、口金６をソケット（図示せず。）に装着され、電源から所定の点灯回路装置（図７参照）を介して通電され、主電極間の放電により安定した点灯が持続する。

［試作検討した２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプと問題点］
図３は、本発明者等が試作検討した２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプを説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。（Ｃ）は、発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図であり、両者の関係を正面図（Ａ）のＣ−Ｃ切断面から見た図である。同様に、（Ｄ）は発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図であり、両者の関係を側面図（Ｂ）のＤ−Ｄ切断面から見た図である。

また、各要素の位置関係を明らかにするため、各図には座標軸が付記され、第１の発光管４−１から第２の発光管４−２に向かう方向を＋Ｘ方向、ランプ軸線のトップ部から口金に向かう方向を＋Ｚ方向、＋Ｘ方向をＺ軸の周りに反時計方向に角度９０度回転させた方向を＋Ｙ方向と規定する。

図３では、図を簡単にし、且つ発光管と支柱との相互関係を分かり易くするため内管（図２の符号１８参照）を省略しているが、実際のセラミックメタルハライドランプ３０には発光管４−１，４−２の周囲には夫々内管があることを承知されたい。

図３（Ｂ）に示すように、２本の発光管４−１，４−２は、一端を副支柱１６−１に接続するビーム２０−１に接続され、他端を支柱１６の間を接続するビーム２０−２に接続されている。

図３（Ｃ）及び（Ｄ）で分かるように、発光管４−１，４−２の軸線を通る平面Ｌと、支柱１６，１６−１の軸線を通る平面Ｓとが一致している。即ち、図３のランプ３０と特許文献１のランプとは、発光管と支柱の位置関係は同じである。

振動に対する耐久性を確認するため、図３に示すランプ３０に対して継続的に振動を加えた結果、±Ｘ方向の振動に比較して、±Ｙ方向の振動に弱いことが判明した。即ち、±Ｙ方向の振動に耐えきれず、発光管４−１，４−２が支柱１６，副支柱１６−１から外れたり、発光管のリード線が曲がったりする場合が生じたのである。

高圧ナトリウムランプに比較して、図３のセラミックメタルハライドランプ３０では、発光管自体が比較的重く、また発光管中央の太管部４ａに重量が集中している。従って、ランプ３０に過度の振動が加えられると、太管部４ａから延びるリード線５，７に負荷が集中して曲がり易くなる。

更に、高圧ナトリウムランプに比較して、セラミックメタルハライドランプ３０では、発光管４−１，４−２は高温高圧であるため、発光管の破裂のおそれが高くなる。そのため、図３では図示を省略しているが、各発光管を取り巻く内管（図２の符号１８参照）が備えられている。

更に、２本の発光管４−１，４−２は、ビーム２０−１，２０−２の間に並列して支持された構造になっている。更に、支柱１６の下端部は、外球トップ部２ｂの内壁に係合して支持されている。このような支柱１６，１６−１の構造及び発光管４−１，４−２の配列方向から、発光管４−１，４−２は±Ｙ方向に揺れ易い。このため、支柱１６，副支柱１６−１は、比較的弱い方向（±Ｙ方向）の振動に耐えきれずに変形し、リード線が曲がる結果となる。

そこで、本発明者等は、発光管４−１，４−２と支柱１６との位置関係に関して実験を重ね、以下に説明する第１及び第２実施形態に係るランプを開発した。

［第１実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ］
図４は、第１実施形態に係る２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプ４０を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。（Ｃ）及び（Ｄ）は、発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図であり、（Ｃ）は、両者の関係を正面図（Ａ）のＣ−Ｃ切断面から見た図であり、（Ｄ）は、側面図（Ｂ）のＤ−Ｄ切断面から見た図である。座標軸の規定は、図３と同じである。

図４に示すように、２本の発光管４−１，４−２は、一端を副支柱１６−１に接続するビーム２０−１に夫々接続されている。２本の発光管の他端は、支柱１６の間に渡されたビーム２０−３の中央部にこれと直交して十字形を形成するビーム２０−２を接続して、このビーム２０−２に夫々接続されている。

図４（Ｃ）及び（Ｄ）で分かるように、発光管４−１，４−２の軸線を通る平面Ｌと、支柱１６の軸線を通る平面Ｓとが直交している。図３のランプと比較すると、第１実施形態に係るランプ４０は、支柱１６に対して、発光管４−１，４−２の並列方向をランプ軸線の周りを９０度回転した構造となっている。

２本の発光管４−１，４−２は、ビーム２０−１とビーム２０−２の間に並列して支持された構造になっている。この場合、発光管４−１，４−２は、±Ｙ方向に振動し易い。しかし、支柱１６の構造は、±Ｘ方向より±Ｙ方向の振動に対して耐久力が高く、発光管の振動を抑制し、支柱自体も変形等することが無い。

また、図４のような構造にすることにより、各発光管４−１，４−２に夫々近接する支柱１６までの距離が、図３と比較して長くとる事ができるため、点灯時に支柱の陰をぼやけさせるなど支柱の影響を受け難くする効果がある事も分かった。

［第２実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ］
図５は、第２実施形態に係る２本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプ５０を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。（Ｃ）及び（Ｄ）は、発光管と支柱との位置関係を説明する簡易図であり、（Ｃ）は、両者の関係を正面図（Ａ）のＣ−Ｃ切断面から見た図であり、（Ｄ）は、側面図（Ｂ）のＤ−Ｄ切断面から見た図である。座標軸の規定は、図３と同じである。

第２実施形態に係るランプ５０は、第１実施形態に係るランプ４０と比較すると、支柱１６の形状が異なっている。具体的には、第１実施形態では、支柱１６が概して外球内面に沿って矩形に整形された線材である。これに対し、第２実施形態では支柱１６は、ステム管１４から延びて外球トップ部２ｂでＵターンし、更に口金６に向かう途中で切断されている。従って、図４（Ｃ）及び（Ｄ）の図では、支柱１６が切断部から更に延びた位置を仮想の支柱１６ｓ（破線○）として示している。

このような支柱形状の場合でも、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、発光管４−１，４−２の軸線を通る平面Ｌと、支柱１６，１６ｓの軸線を通る平面Ｓとが直交する構造は、平面Ｌと平面Ｓとが一致する構造に比べて、耐振動性が向上する。

［変形例・代替例］
（支柱の設置エリア）
発光管４−１，４−２の夫々の軸線４ｃを通る平面Ｌと、支柱１６の軸線を通る平面Ｓとが交差していれば、従来の平面Ｌと平面Ｓとが一致している場合に比較して、耐振動性は強化される。

図６（Ｂ）に示すように、支柱１６の位置範囲は、Ｘ方向は発光管４−１，４−２の軸線４ｃ，４ｃの間の範囲内が好ましい。即ち、支柱１６は、複数本の発光管４−１，４−２の軸線４ｃ，４ｃを通る１つの平面に直交する、両外側に位置する該発光管４−１，４−２の軸線４ｃ，４ｃを通る２つの平面に挟まれた範囲内に設置されことが好ましい。Ｙ方向は、外球２のサイズにより制約される。

そして、図６（Ａ）に示すように、平面Ｌと平面Ｓとが直交する場合が耐振動性は最強となる。

［ランプの回路構成］
本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ４０，５０の回路は、従来使用されていたセラミックメタルハライドランプの回路と同じである。

図７は、メタルハライドランプの回路を説明する図である。商用交流電源（100/200 V， 50/60Hz）２４に接続された安定器２６からセラミックメタルハライドランプ４０，５０に対して給電される。安定器２６は、チョークコイル２７及びイグナイター（始動回路）２８を有している。ランプ内の発光管４−１，４−２は、電源側に対して電気的に並列に接続されている。

［まとめ］
以上、本実施形態に係る外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

２：外球、 ２ａ：中央部、 ２ｂ：トップ部、 ２ｃ：ネック部、 ４，４−１，４−２：発光管、 ４ａ：太管部、 ４ｂ，４ｃ：細管部、 ６：口金、 ８：マウント、 １４：ステム管、 １６，１６ｓ：支柱、 １６−１：副支柱、 １８：内管、 ２０−１，２０−２：ビーム、 ２４：商用交流電源、 ２６：安定器、 ２７：チョークコイル、 ２８：イグナイター、 １０，３０，４０，５０：セラミックメタルハライドランプ
Ｓ：支柱の軸線を通る平面、 Ｌ：発光管の軸線を通る平面、

Claims (3)

1. ランプ軸線に沿って口金から同じ高さに並列に配置され、各々、内管に取り囲まれた同じ型式の２本の発光管と、
   ランプ軸線に沿って細長い矩形形状に成形され、前記発光管を支持する支柱と、
   前記発光管及び前記支柱を内包する外球とを備え、
   前記支柱の長手方向の一端は前記口金付近のステム管によって固定され、他端は、前記外球のトップ部の内壁に係合して支持され、
   各々の前記発光管の一端は、ランプ軸線方向に延在する２本の支柱部分に渡されたビームを介して該２本の支柱部分に固定され、他端は前記ステム管に対して固定されており、
   前記２本の発光管の軸線を通る１つの平面と、前記支柱の軸線を通る１つの平面とが交差する状態に該２本の発光管と該支柱とが配置されている、セラミックメタルハライドランプ。
2. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記支柱は、前記２本の発光管の軸線を通る１つの平面に直交する、両外側に位置する該発光管の軸線を通る２つの平面に挟まれた範囲内に設置されている、セラミックメタルハライドランプ。
3. 請求項２に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記２本の発光管の軸線を通る１つの平面と、前記支柱の軸線を通る１つの平面とが直交する状態に該２本の発光管と該支柱とが配置されている、セラミックメタルハライドランプ。

Images