JP5838834B2 - 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、本発明は、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におけるマウント強度の向上と防爆性能の向上に関する。

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）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。

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。

最近では、メタルハライドランプの発光管として、多結晶アルミナ ＰＣＡを素材とする透光性セラミックス製発光管が使用されている。この透光性セラミックス製発光管は、従来の石英製発光管に比較して、長寿命化が図れ、発光管内に封入した金属ハロゲン化物と反応せず、耐熱性が良好である等の長所を有している。このような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」と呼ばれている。

一般に、ランプに対しては、更なる長寿命化の要請がある。本発明者等は、長寿命化を達成するため、外球内に２本の発光管を内封したランプの研究開発を継続して行ってきた。２本の発光管を使用して常時点灯し易い一方の発光管のみが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時間とすると、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。

実開H04-081348「メタルハライドランプ」公開日：1992年7月15日（出願人：岩崎電気株式会社） 実開S61-1354１８1「メタルハライドランプ」公開日：1986年8月23日（出願人：株式会社東芝） 特開2007-329052「セラミックメタルハライドランプ」公開日：2007年12月20日（出願人：株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション） 特表2004-502277「保護されたメタルハライドランプのドームシールド」公開日：2004年1月22日（出願人：コーニング フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ）

しかし、外球内に２本の発光管を内封するためには、これを支えるランプのマウント強度を向上することが必要となる。

更に、透光性セラミックス製発光管は、元々、発光管の破裂という固有の不良モードを有している。即ち、セラミックメタルハライドランプは、他のＨＩＤランプに比較して、演色性向上のため発光管内は一層高温となっており、点灯時の発光管内の圧力も一層高く、そのために発光管の破裂のおそれが有る。万一、発光管が破裂したとしても、ランプ外部へその影響が及ぶことは避けなければならない。即ち、発光管が破裂しても、外球は損傷しないことが必要となる。

外球内に２本の発光管を内封すると、従来の１本の発光管の場合に比較して、発光管と外球との間の距離が短くなるため、ランプの防爆性能（外球は損傷しない性能）を向上することが必要となる。

なお、先行技術文献１〜４には、本発明が開示する、外側内管と内側内管を組み合わせて形成した内管を、固定金具を使って支柱に取り付ける構成において、マウントの強度を向上又は防爆性能の向上に関する記載又は示唆は存在しない。

従って、本発明は、マウントの強度を向上した、２本の発光管を内封したメタルハライドランプを提供することを目的とする。

更に、本発明は、防爆性能を向上した、２本の発光管を内封した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、本発明に係るメタルハライドランプは、２本の発光管と、各発光管を夫々取り囲む２個の内管と、該発光管及び該内管を収納する外球とを備えたセラミックメタルハライドランプであって、前記２本の内管は、各々、口径が比較的大きな外側内管に比較的小さな内側内管を部分的に組み込んだ構造であり、各内管を夫々拘束して、外球内のマウントの支柱に夫々固定する２個の固定金具を有し、一方の前記固定金具は、各々の前記外側内管を個別に拘束して前記支柱に固定し、他方の前記固定金具は、各々の前記内側内管を個別に拘束して前記支柱に固定している。

更に、前記メタルハライドランプでは、前記内管は、一端が開放され他端に前記発光管の一方のリード線を挿通させる小孔を形成した内側内管と、一端が開放され他端に前記発光管の他方のリード線を挿通させる小孔を形成した外側内管とを有し、該内側内管が該外側内管内に挿入されており、前記小孔によって気体流通経路が形成され、内管内部と外球内部が常時同じ圧力に維持されていてもよい。

更に、前記メタルハライドランプでは、前記２個の固定金具は、前記外球との距離が比較的近い該内管の箇所を拘束して、ランプの防爆性能を向上していてもよい。

更に、前記メタルハライドランプでは、前記固定金具は、各々、中央固定金具、第１の内管拘束固定金具及び第２の内管拘束固定金具から成り、前記支柱は枠状に成形されて、２本の柱状部分を有し、前記中央固定金具が、各々、前記２本の柱状部分に梁として渡されて前記マウントの機械的強度を強化していてもよい。

更に、前記メタルハライドランプでは、前記固定金具は、各々、中央固定金具、第１の内管拘束固定金具及び第２の内管拘束固定金具から成り、前記外側内管に前記内側内管を部分的に組み込む際に、該内管を拘束する前記他方の金具は該外側内管の開放端部に突き当たりストッパとして機能し、前記支柱は枠状に成形されて、２本の柱状部分を有し、前記中央固定金具が、各々、前記２本の柱状部分に梁として渡されて前記マウントの機械的強度を強化していてもよい。

本発明によれば、マウントの強度を向上した、２本の発光管を内封したメタルハライドランプを提供することが出来る。

更に、本発明によれば、防爆性能を向上した、２本の発光管を内封したメタルハライドランプを提供することが出来る。

図１は、ＨＩＤランプの構造を説明する図であり、図１（Ａ）はランプの正面図、図１（Ｂ）はその側面図である。 図２は、図１のランプに使用されている、外側内管と内側内管から成る内管の構造を説明する図である。 図３は、発光管を内管に組み込む方法を説明する図である。図３（Ａ）は発光管を示し、（Ｂ）は発光管を収容しながら内側内管と外側内管を組み合わせる方法を示し、（Ｃ）は発光管が組み込まれた内管を示している。 図４は、内管を支柱に固定する固定金具を説明する図である。図４（Ａ）はランプの支柱及び固定金具の部分斜視図であり、（Ｂ）はランプの支柱及び固定金具をランプ軸線に垂直断面で見た図である。 図５は、第１実施形態に係る、固定部材と発光管保護スリーブ（内管）の関係を説明する図である。 図６は、第２実施形態に係る、固定部材と発光管保護スリーブ（内管）の関係を説明する図である。 図７は、第３実施形態に係る、固定部材と発光管保護スリーブ（内管）の関係を説明する図である。 図８は、第４実施形態に係る、固定部材と発光管保護スリーブ（内管）の関係を説明する図である。 図９は、このランプで、内管が外球に比較的近い箇所を説明する図である。

以下、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの実施形態に関して、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。

［第１実施形態］
（ＨＩＤランプの構造］
図１は、ＨＩＤランプの構造を説明する図であり、図１（Ａ）はランプの正面図、図１（Ｂ）はその側面図である。

ランプ１０は、外球２の内部に、発光部となる２本の発光管４−１，４−２を内封し、発光管の周囲を発光管保護スリーブ（以下、「内管」ともいう。）８−１，８−２が夫々取り囲んでいる。外球２の端部には、Ｅ形の口金６が接合されている。各発光管４は、金属の線材や板を組み合わせた構造物に内管を取り付けたマウント１６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簡単に説明する。

２本の発光管４−１，４−２は、同じ仕様によって製造されたものであるので、以下、一方の発光管４−１について説明する。発光管４−１は、中央の太管部及び両端の細管部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３，５が、これら細管部を夫々通って太管部の領域まで延びて、１対のタングステン（Ｗ）製の主電極を形成している。２本の発光管４−１，４−２は、始動・駆動回路（図示せず、）に対して電気的に並列に接続されている。

発光管４−１の容器内には、発光及び放電媒体として、所定量の水銀と、金属ハロゲン化物と、希ガス等が封入され、発光効率、演色性や色温度等の特性の向上が図られている。

発光管４−１，４−２の周囲を夫々囲むように配設された内管８−１，８−２は、透明石英ガラス管から成る。内管８−１，８−２に関しては、後で、図２〜４を参照しながら詳しく説明する。

マウント１６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、ニッケルメッキ鉄線等の線材や枠状に成形した丸棒体から成る支柱１８とを主要部品として構成されている。ここで、この枠状に成形した支柱１８の図で見て右側部分を１８ａとし、右側部分を１８ａとする。

外球２は、例えば、ホウケイ酸ガラス等の透光性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、図で見て下部側の閉塞されたトップ部、及び上部側のネック部を有するＢＴ形をなしている。ネック部には、ステム管１４のフレア部が封止された封止部が有る。封止後、ステム管１４に設けられた排気管を通じて外球２内は排気され、不活性ガスが封入され、或いは真空にした気密雰囲気となっている。

この封止部を覆ってねじ込み形口金６が接着剤を用いて接合され、或いはモールドにより形成された螺旋状のねじ溝に口金６が螺合されて、取付けられる。ランプ１０は、口金６をソケット（図示せず。）に装着して、電源から所定の点灯回路装置を介して通電され、主電極間の放電により安定した点灯が持続される。

［内管の構造及び支持構造］
図２は、内管を説明する図である。内管８−１，８−２は、同じ仕様によって製造されたものであるので、以下、内管８−１について説明する。内管８−１は、万一、発光管４−１が破裂しても、外球２がその影響を受けず損傷しないようにするための防禦部材である。内管８−１は、外側内管８−１_Oと内側内管８−１_iとの組み合わせで形成される。

具体的には、外側内管８−１_Oと内側内管８−１_iは、ともに略試験管形状に形成されている。外側内管８−１_Oの一方の端部は、管の口径と同じままで開放されており、他方の端部を除き円筒管形状である。他方の端部は、細く絞られて、先端には発光管４−１のリード線（３又は５）が挿通される小孔８ｈが形成されている。同様に、内側内管８−１_iの一方の端部は、管の口径と同じままで開放されており、他方の端部を除き円筒管形状である。他方の端部は、細く絞られて、先端には、発光管４−１のリード線（３又は５）が挿通される小孔８ｈが形成されている。

外側内管８−１_Oと内側内管８−１_iは、ほぼ同様の形状であるが、その口径は、外側内管８−１_Oは内側内管８−１_iより僅かに大きく形成されている。内管８−１は、外側内管８−１_Oと内側内管８−１_iとを開放端を付き合わせて軸線が揃うように位置決めし、その後、外側内管８−１_Oの内部に内側内管８−１_iを突き当たるまで挿入して形成される。内側内管８−１_iの開端部は、外側内管８−１_Oの細く絞られた端部の内壁に当接している。

図３は、発光管を内管に組み込む方法を説明する図である。図３（Ａ）は発光管４−１を示し、（Ｂ）は発光管を収容しながら内側内管８−１_iと外側内管８−１_Oを組み込む方法を示し、（Ｃ）は発光管４−１が組み込まれた内管８−１を示している。

図３（Ａ）に示すように、発光管４−１を用意する。（Ｂ）に示すように、発光管４−１の両側に、１組の内管８−１ｉ及び８−１ｏの開放端部を対向させて配置して、発光管４−１をこれら内管の内部に挿入するとともに、内側内管８−１ｉを外側内管８−１ｏの内側に挿入するようにして組み立てる。この際、発光管４−１の両側のリード線３，５を、それぞれ、内側内管８−１ｉ及び外側内管８−１ｏの小孔８ｈから外側に貫通させる。小孔８ｈを貫通したリード線３，５にストッパとして金属のプレートｓを溶接して、内側内管８−１ｉ及び外側内管８−１ｏが抜けないようにしている。

図３（Ｃ）で分かるように、内管８−１は、発光管４−１を取り囲む部分において、内管８−１ｉ及び８−１ｏが二重重ねに形成されているため、機械的強度が強い。

さらに、リード線３，５と、内管８−１ｉ及び８−１ｏの小孔８ｈとの間には隙間が有るため、内管内と外球内との間で気体の流通経路が形成されていて、内管内と外球内とが常時同じ圧力に維持される。従って、たとえ発光管が破裂したとしても、その破裂時の衝撃は内管内から外球内に吸収され、拡大することはない。

図４は、内管８−１，８−２を、支柱１８に固定する固定金具を説明する図である。図４（Ａ）はランプの支柱及び固定金具の部分斜視図であり、（Ｂ）はランプの支柱及び固定金具をランプ軸線に垂直断面で見た図である。

固定金具１２は、中央固定金具１２−１、第１の内管拘束固定金具１２−２及び第２の内管拘束固定金具１２−３から成る。

枠状に成形した支柱１８の右側部分を１８ａと左側部分を１８ｂとに対して、中央固定金具１２−１の両端部が夫々溶接される。第１の内管拘束固定金具１２−２が、内管８−１を拘束しながら、その両端部が中央固定金具１２−１の一方の面に夫々溶接される。第２の内管拘束固定金具１２−３が、内管８−２を拘束しながら、その両端部が中央固定金具１２−２の他方の面に夫々溶接される。この結果、中央固定金具１２−１により、支柱１８の右側部分１８ａと左側部分１８ｂとの間に梁が形成され、枠状に成形した支柱１８の機械的強度が強化される。更に、２個の内管８−１，８−２が、個別に、中央固定金具１２−１を介して、支柱１８に固定される。

図４で説明した固定金具１２に関して、図５〜図８では固定金具の取付け箇所の相違を明確にするため、添字ａ〜ｄを付して説明する。
図５は、第１実施形態の特徴を説明する図であり、２個の内管８−１，８−２と固定金具１２ａとの関係を示す図である。１箇所の固定金具１２ａが、内管８−１，８−２を端部に近い位置で拘束している。この場合、固定金具１２ａは、内管８−１，８−２の外側内管８−１ｏ，８−２ｏを夫々拘束することになる。

なお、図１に示すように、口金６を上方に、外球トップ部を下方に配置したとき、内管８−１，８−２は、内側内管８−１ｉを上方に外側内管８−１ｏを下方になる状態にしてもよく、上下反転した状態でもよい。また、１個の固定金具１２ａは、内管８−１，８−２の中間部より上方端部に近い位置にあってもよく、下方端部に近い位置にあってもよい。内側内管８−１ｉと外側内管８−１ｏの管の長さＬは、同じであってよい。

第１実施形態の内管の固定方法は、固定金具１２ａが１個であるため作業性が良い点、枠状に成形した支柱１８の右側部分を１８ａと左側部分を１８ｂとの間に中央固定金具１２−１が梁として渡されているためマウント１６が強化されている点、固定金具１２ａが内管８−１，８−２を個別に拘束している点等の利点がある。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の特徴を説明する図であり、２個の内管８−１，８−２と固定金具１２ａ，１２ｂとの関係を示す図である。第２実施形態は、第１実施形態と比較すると、第２の固定金具１２ｂが追加されている点で相違する。第２の固定金具１２ｂの内管の拘束方法は、図４で説明した固定金具１２と同じである。第１の固定金具１２ａ及び第２の固定金具１２ｂは、共に、内管８−１，８−２の外側内管８−１ｏ，８−２ｏを夫々拘束している。

第２実施形態の内管の固定方法は、固定金具１２が２個（即ち、１２ａ，１２ｂ）あり、支柱１８の右側部分を１８ａと左側部分を１８ｂとの間に、固定金具１２ａ，１２ｂを構成する２個の中央固定金具１２−１が梁として渡されているためマウント１６が一層強化されている点、内管８−１，８−２を夫々の両端部付近で拘束しているため第１実施形態の固定法より大きく重い発光管（即ち、更に高出力のランプ）に対応できる点、振動に対しても強い点等の利点がある。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態の特徴を説明する図であり、２個の内管８−１，８−２と固定金具１２ａ，１２ｃとの関係を示す図である。第３実施形態は、第２実施形態と比較すると、第２の固定金具１２ｃが、内管８−１，８−２の内側内管８−１ｉ、８−２ｉを夫々拘束している点で相違する。

内側内管８−１ｉと外側内管８−１ｏの管の長さＬは、同じであってよく、或いは内側内管８−１ｉを長めに形成してもよい。外側内管８ｏに内側内管８ｉを挿入する際に、外側内管８ｏと第２の固定金具１２−２の間には間隙があってもよい。

第３実施形態の内管の固定方法は、第１の固定金具１２ａが内管８−１，８−２の外側内管８−１ｏ，８−２ｏを夫々固定し、且つ第２の固定金具１２ｃが内管８−１，８−２の内側内管８−１ｉ，８−２ｉを夫々固定で拘束しているため振動に対しても一層強い利点がある。即ち、固定金具１２ａ，１２ｃが、内管の４個の構成要素８−１ｏ，８−２ｏ，８−１ｉ，８−２ｉを全て個別に拘束している点で最も優れた内管の拘束方法の１つである。

更に、内管８−１は、発光管４−１を取り囲む部分において、内側内管８−１ｉ及び外側８−１ｏが二重重ねに形成されているが、内側内管８−１ｉの細く絞られた端部付近は一重である。第２の固定金具１２ｃは、この一重部分を取り巻き、機械的強度を強化し、更にこの一重部分が破損しても破片が外球２に向かわないように防爆性能を高めている。

更に、図９に示すように、このランプ１０で、内管８−１，８−２が外球２に比較的近い箇所は矢印Ａ及びＣである。発光管の破裂により内管８−１，８−２が損傷した場合、内管の破片は矢印Ａ及びＣの方向に向かい、外球内面に衝突するおそれが高い。第３実施形態の内管の固定方法では、矢印Ａ及びＣの方向に当たる内管８−１，８−２の部分に対して、固定金具１２ａ，１２ｃを取り付けて内管の機械的強度を強化し、更に内管８−１，８−２の矢印Ａ，Ｃに重なる部分が破損しても破片が外球２に向かわないように固定金具１２ａ，１２ｃによって遮断して、防爆性能を高めている。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態の特徴を説明する図であり、２個の内管８−１，８−２と固定金具１２ａ，１２ｄとの関係を示す図である。第４実施形態は、第３実施形態の変形例である。第４実施形態では、外側内管８ｏに内側内管８ｉを挿入する際に、内側内管８ｉを拘束する第２の固定金具１２ｄは、挿入時のストッパとして機能している。

第４実施形態の内管の固定方法は、第３実施形態と同様に、固定金具１２ａ，１２ｄが、内管の４個の構成要素８−１ｏ，８−２ｏ，８−１ｉ，８−２ｉを全て個別に拘束している点で最も優れた内管の拘束方法の１つである。同様に、内管８−１，８−２の機械的強度の強化し、防爆性能を高めている。

［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、 ３：リード線、 ４：発光管、 ５：リード線、 ６：口金、 ８，８−１：内管、 ８ｏ，８−１ｏ：外側内管、 ８ｉ，８−１ｉ：内側内管、 ８ｈ：小孔、 １０：ランプ、 １２：固定金具、 １２−１：中央固定金具、 １２−２，１２−３：内管拘束固定金具、 １２ａ：第１の固定金具、 １２ｂ，１２ｃ，１２ｄ：第２の固定金具、 １４：ステム管、 １６：マウント、 １８，１８ａ，１８ｂ：支柱、
Ａ：矢印、 ｓ：プレート、

Claims (5)

1. ２本の発光管と、各発光管を夫々取り囲む２本の内管と、該発光管及び該内管を収納する外球とを備えたセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記２本の内管は、各々、口径が比較的大きな外側内管に比較的小さな内側内管を部分的に組み込んだ構造であり、
   各内管を夫々拘束して、外球内のマウントの支柱に夫々固定する２個の固定金具を有し、
   一方の前記固定金具は、前記２本の内管の外側内管を夫々拘束して前記支柱に固定し、
   他方の前記固定金具は、前記２本の内管の内側内管を夫々拘束して前記支柱に固定している、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、
   前記内管は、一端が開放され他端に前記発光管の一方のリード線を挿通させる小孔を形成した内側内管と、一端が開放され他端に前記発光管の他方のリード線を挿通させる小孔を形成した外側内管とを有し、該内側内管が該外側内管内に挿入されており、
   前記小孔によって気体流通経路が形成され、内管内部と外球内部が常時同じ圧力に維持されている、セラミックメタルハライドランプ。
3. 請求項１又は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個の固定金具は、前記外球との距離が比較的近い該内管の箇所を拘束して、ランプの防爆性能を向上している、セラミックメタルハライドランプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記固定金具は、各々、中央固定金具、第１の内管拘束固定金具及び第２の内管拘束固定金具から成り、
   前記支柱は枠状に成形されて、２本の柱状部分を有し、
   前記中央固定金具が、各々、前記２本の柱状部分に梁として渡されて前記マウントの機械的強度を強化している、セラミックメタルハライドランプ。
5. 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、
   前記固定金具は、各々、中央固定金具、第１の内管拘束固定金具及び第２の内管拘束固定金具から成り、
   前記外側内管に前記内側内管を部分的に組み込む際に、該内側内管を拘束する前記他方の固定金具は、該外側内管の開放端部が突き当たるストッパとして機能し、
   前記支柱は枠状に成形されて、２本の柱状部分を有し、
   前記中央固定金具が、各々、前記２本の柱状部分に梁として渡されて前記マウントの機械的強度を強化している、セラミックメタルハライドランプ。

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