JP5747529B2 - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Description

本発明は、本質的に水銀を含まないセラミックメタルハライドランプに関する。

近年、環境問題への意識の高まりから、本質的に水銀を含まない無水銀高圧放電ランプが開発されている（特許文献１参照）。この高圧放電ランプは、石英ガラス製の放電容器を備え、１気圧以上の希ガスを封入したり、水銀の代わりに亜鉛などの蒸気圧の高いハロゲン化物を封入することにより、発光管内の蒸気圧を高め、ランプ電圧を確保し、発光特性の向上を図っている。この石英ガラス製放電容器を使用した無水銀高圧放電ランプは、自動車用前照灯などにおいて実用化されている。

一方、透光性セラミックス製放電容器を使用したセラミックメタルハライドランプが、長寿命、高効率などの特長を有しているため、道路、工場、スポーツ施設等の照明として広く利用されている。透光性セラミックス（多結晶アルミナなど）は、石英ガラスに比べ、耐食性、耐熱性に優れているため、種々の金属ハロゲン化物を封入物として利用できるため、高効率、高演色などの利点がある。

特開平１１−２３８４８８号公報

これらの無水銀ランプにおいては、点灯するためのランプ電圧を確保する必要があるため、水銀の代わりに蒸気圧の高い金属ハロゲン化物を封入する。蒸気圧の高い金属ハロゲン化物としては、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのハロゲン化物がある。しかしながら、放電容器に透光性セラミックスを使用し、水銀を含まず水銀の代替としてＺｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのハロゲン化物を封入したセラミックメタルハライドランプを垂直点灯した場合においては、以下のような問題が発生した。

Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのハロゲン化物を封入したランプにおいては、アーク長に対するランプ電圧を十分に確保できるものの、水銀封入ランプに比べ発光管内の対流が激しくなるため、アークは不安定になり、このためアークの上方が太くなり、アークの曲がりなども見られるようになった。このようにアーク上方が太くなる現象や、アーク曲がりが生じると、アークがセラミック放電容器に近くなるため、アークの近くなった管壁は過熱され、放電容器上部での温度が上昇し、放電容器内の上下において大きな温度差が生じる。透光性セラミックは、石英ガラスに比べ耐食性、耐熱性においては優れているものの、このような発光管上部の過熱や発光管における大きな温度差が生じた場合に、放電容器にクラックが発生しやすい問題がある。

そこで本発明は、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのハロゲン化物を封入し水銀を含まないセラミックメタルハライドランプを垂直点灯した場合において、放電容器の上部が過熱されることによる、放電容器内の大きな温度差の発生を抑え、寿命中におけるクラックの発生を抑制することを技術的課題としている。

上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の発明は、セラミック製の発光管内に一対の電極を有し、垂直点灯時に上下対称となる発光部形状を有し、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかのハロゲン化物を封入し、水銀を含まないセラミックメタルハライドランプにおいて、発光部の長さをＬとしたとき、垂直点灯姿勢における電極間中心を発光部中心よりも下側に配置することにより、発光部中心からＬ／３の距離における発光管表面温度の上部温度と下部温度の温度差を２００℃以下にしたことを特徴とする。これにより、水銀を含まないセラミックメタルハライドランプにおいても、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのハロゲン化物の高い蒸気圧を利用することにより、点灯維持可能なランプ電圧を確保でき、垂直点灯姿勢における電極間中心を発光部中心よりも下側に配置することにより、発光部上側温度の低下が図られるため、発光部の上下温度差が低減され、発光管上部の過熱や発光管における温度差による発光管クラックの発生を抑制することが可能となる。

また、本発明の請求項２記載のセラミックメタルハライドランプは、請求項１記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、垂直点灯姿勢における上側電極と発光部管壁との最短距離をＤ１〔ｍｍ〕、下側電極と発光部管壁との最短距離をＤ２〔ｍｍ〕、点灯電力をＰ〔W〕としたとき、数式１及び数式２を満たすことを特徴とする。

本発明の無水銀セラミックメタルハライドランプを示す断面図。 本発明の無水銀セラミックメタルハライドランプの発光部を拡大した断面図。

図１は、本発明の無水銀セラミックメタルハライドランプを示す断面図である。

セラミックメタルハライドランプ１は、発光部２と両端に細管部３ａ、３ｂを備えている。細管部３ａ、３ｂには電極マウント４ａ、４ｂが挿入され、ガラスフリットにより封じられている。電極マウント４ａ、４ｂはタングステン製の電極５ａ、５ｂ、モリブデン製のロッドにモリブデン製のコイルを巻き回した中間材６ａ、６ｂ、導電性サーメットロッド７ａ、７ｂ、モリブデン製の外部リード８ａ、８ｂ、ニオブ製のストッパー９ａ、９ｂからなる。ストッパー９ａ、９ｂは、細管部の端部に電極マウント４ａ、４ｂを係止するためのもので、導電性サーメットロッド７ａ、７ｂにそれぞれ溶接されている。また導電性サーメットロッド７ａ、７ｂと外部リード８ａ、８ｂの周囲には、この部分が折損しないための補強部材としてアルミナ製の補強リング１０ａ、１０ｂが固着されている。また、発光部２は上下対称の略楕円形状をしており、内径８ｍｍ、内容積は０．３５ｃｃである。発光部２の内部には、ＺｎＩ５ｍｇと希土類ハロゲン化物が封入されており、点灯電力７０Ｗで点灯される。

図２はセラミックメタルハライドランプ１の発光部２を拡大した断面図である。ここで、垂直点灯姿勢における上側電極５ａの先端と発光部管壁までの最短距離をＤ１〔ｍｍ〕、下側電極５ｂの先端と発光部管壁までの最短距離をＤ２〔ｍｍ〕とする。

表1は電極間距離を６ｍｍとしたときの、Ｄ１及びＤ２を変化させた場合の発光部表面温度とクラックの発生の有無を調査した結果である。発光部表面温度は、図２に示すとおり、発光部中心から発光部長さに対して１／３である上部温度測定点１１と下部温度測定点１２の表面温度を、放射温度計を用いて測定した。発光部の長さＬは１２ｍｍであり、上部温度測定点１１は発光部中心から上方に４ｍｍ、下部温度測定点１２は発光部中心から下方に４ｍｍの位置である。

電極間の中心と発光部の中心を一致させた仕様１のランプのうちの１本は、発光部表面の上部温度と下部温度の温度差が２８８℃であり、寿命試験中にクラックが発生し、不点灯になった。

電極間中心を発光部中心よりも下に配置した仕様２以下のランプでは、発光部表面の上部温度と下部温度の温度差が２００℃以下になり、クラックは発生しなかった。具体的には、Ｄ１が２．４４ｍｍ以上のランプ及び、Ｄ２が１．７ｍｍ以下のランプである。また、この距離Ｄ１、Ｄ２は電力の大きなランプほど大きくする必要がある。

尚、両方の電極を下側に移動するほど（Ｄ１を大きく、Ｄ２を小さく）発光管上部温度は低減し発光部表面温度の上下温度差は小さくなるので、クラックの発生を抑制可能であるが、下側電極と発光部管壁の最短距離Ｄ２が小さくなりすぎると、管壁にアークが接触するおそれがあるので、Ｄ２は一定以上の間隔を維持しなければならない。このアーク接触による不具合の発生する確率も、ランプの点灯電力と関係があるため、点灯電力の大きいランプほど、Ｄ２の最小値を大きくする（Ｐ／１００＜Ｄ２）必要がある。

以上の結果より、Ｐ〔Ｗ〕とＤ１〔ｍｍ〕、Ｄ２〔ｍｍ〕の関係が、Ｐ／３０＜Ｄ１かつＰ／１００＜Ｄ２＜Ｐ／３５の関係を満たすことにより、発光管上部の温度と上下温度差を低減することが可能となり、クラックの発生が抑えられることが判明した。

１ セラミックメタルハライドランプ
２ 発光部
３ａ，３ｂ 細管部
４ａ，４ｂ 電極マウント
５ａ，５ｂ 電極
６ａ，６ｂ 中間材
７ａ，７ｂ 導電性サーメットロッド
８ａ，８ｂ 外部リード
９ａ，９ｂ ストッパー
１０ａ，１０ｂ 補強リング
１１ 上部温度測定点
１２ 下部温度測定点

Claims (2)

1. セラミック製の発光管内に一対の電極を有し、垂直点灯時に上下対称となる発光部形状を有し、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかのハロゲン化物を封入し、水銀を含まないセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記発光部の長さをＬとしたとき、垂直点灯姿勢における電極間中心を発光部中心よりも下側に配置することにより、発光部中心からＬ／３の距離における発光管表面温度の上部温度と下部温度の温度差を２００℃以下にしたことを特徴とする、セラミックメタルハライドランプ。
2. 垂直点灯姿勢における上側電極と発光部管壁との最短距離をＤ１〔ｍｍ〕、下側電極と発光部管壁との最短距離をＤ２〔ｍｍ〕、点灯電力をＰ〔W〕としたとき、数式１及び数式２を満たす、請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。