JP5854341B1 - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状の外管を備えた高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプにおいて、外管が高温となって熱変形することを防止する技術を提供する。【解決手段】発光物質を収納する放電容器１３０と、該放電容器１３０を収納する透光性外管１１１と、を有するセラミックメタルハライドランプ１００において、前記放電容器１３０と前記外管１１１の間にスリーブ１０８を設け、定格ランプ電力をＰ［Ｗ］、前記外管１１１の内面半径をＲ3［ｍｍ］、前記放電容器１３０の外面と前記スリーブ１０８の内面の間の距離をｔ1［ｍｍ］、前記スリーブ１０８の外面と前記外管１１１の内面の間の距離をｔ2［ｍｍ］とするとき、次の関係式が成り立つ。（Ｒ3／Ｐ）≦０．０６［ｍｍ／Ｗ］、１．０≦（ｔ2／ｔ1）≦２．０【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、セラミックメタルハライドランプに関し、特に、略円筒形の外管を備えた高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプに関する。

近年、セラミック製の放電容器を用いるセラミックメタルハライドランプが広く普及している。セラミックメタルハライドランプは典型的にはセラミック製の放電容器（発光管）とそれを収納する透光性の外管を有する。外管の形状は、Ｂ形（樽型）、Ｇ形（球形）、Ｔ形（円筒形）、Ｒ形（反射形）、ＢＴ形（Ｂ形とＴ形の合成形）等がある。点灯方向は、ＢＨタイプ（水平点灯型）、ＢＵタイプ（垂直点灯型）等がある。ＢＨタイプとは、ランプの中心軸線が略水平となるように設置されるものを言うが、実際には、ランプの中心軸線が水平に対して０〜７５度の角度で傾斜した状態で設置されてもよい。ＢＵタイプとは、口金が上側に且つランプの中心軸線が略垂直となるように設置されるものをいう。

一般にセラミックメタルハライドランプは、工場、体育館等の高天井の照明装置では垂直点灯型が多く使用され、屋外看板の照明等には水平点灯型が多く用いられる。尚、ここで高ワットタイプとは、定格ランプ電力４５０Ｗ以上、特に、５００〜１０００Ｗのものをいう。

特開2014-63623号公報 WO2006/001166（特許第4129279号）

Ｂ形、Ｇ形、ＢＴ形等の外管では、放電容器の周囲では、膨らんでおり、その外径が大きくなっている。そのため、放電容器と外管の間の距離を比較的大きくすることができる。しかしながら、Ｔ形のように円筒状の外管では、放電容器と外管が接近し、外管の温度が高くなる。特に高ワットタイプの水平点灯型のランプでは、放電容器に近い部分では、外管の温度が局部的に高くなり、熱変形する場合がある。

本発明の目的は、円筒状の外管を備えた高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプにおいて、外管が高温となって熱変形することを防止する技術を提供することにある。

本願の発明者は、円筒状の外管を備えた高ワットタイプの水平点灯型のセラミックメタルハライドランプにおいて、外管が高温となることを回避する手段を鋭意考察した。外管の高温化を防止するには、外管と放電容器の間の距離を大きくすればよい。しかしながら、外管が円筒状の場合には、外管と放電容器の間の距離を大きくすることはできない。そこで、本願の発明者は、外管と放電容器の間にスリーブを設けることを着想した。ＢＴ形の外管では、放電容器の破裂に起因した外管の破壊を防止するために、放電容器をスリーブで覆うことが知られている。しかしながら、円筒状の外管を備えた高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプにおいて、外管の高温化を防止するためにスリーブを設ける例は知られていない。

そこで、本願の発明者は、多数の実験を行い、外管と放電容器の間にスリーブを設けることによって、外管の高温化を防止することができることを確認した。

本発明の実施形態によると、発光物質を収納する放電容器と、該放電容器を収納する透光性外管と、を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、
前記放電容器と前記外管の間にスリーブを設け、定格ランプ電力をＰ［Ｗ］、前記外管の内面半径をＲ₃［ｍｍ］、前記放電容器の外面と前記スリーブの内面の間の距離をｔ₁［ｍｍ］、前記スリーブの外面と前記外管の内面の間の距離をｔ₂［ｍｍ］とするとき、次の関係式が成り立つ、としてよい。
（Ｒ₃／Ｐ）≦０．０６［ｍｍ／Ｗ］
１．０≦（ｔ₂／ｔ₁）≦２．０

本発明の実施形態によると、前記セラミックメタルハライドランプにおいて、更に次の関係式が成り立つ、としてよい。
（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐ≦０．０３７［ｍｍ／Ｗ］

本発明の実施形態によると、請求項１記載の前記セラミックメタルハライドランプにおいて、前記定格ランプ電力Ｐは５００Ｗ以上であり、水平点灯型である、としてよい。

本発明の実施形態によると、前記セラミックメタルハライドランプにおいて、前記外管内には不活性ガスが封入されている、としてよい。

本発明の実施形態によると、前記セラミックメタルハライドランプにおいて、更に次の関係式が成り立つ、としてよい。
ｔ₁／Ｐ＞０．０１［ｍｍ／Ｗ］

本発明の実施形態によると、前記セラミックメタルハライドランプにおいて、前記スリーブは石英ガラス製である、としてよい。

本発明によれば、円筒状の外管を備えた高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプにおいて、外管が高温となって熱変形することを防止する技術を提供することができる。

図１Ａは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの構成例を説明する図である。 図１Ｂは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの構成例を説明する図である。 図２Ａは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの放電容器の構成例を説明する図である。 図２Ｂは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの放電容器の構成例の寸法を説明する図である。 図２Ｃは、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの外管、スリーブ及び放電容器の構成例の寸法を説明する図である。 図３Ａは、Ｔ形ランプの形状の例を説明する図である。 図３Ｂは、Ｂ形ランプの形状の例を説明する図である。 図３Ｃは、ＢＴ形ランプの形状の例を説明する図である。 図４Ａは、本願の発明者が行った実験により得られた、定格ランプ電力Ｐと外管１１１の内面半径Ｒ₃と定格ランプ電力Ｐの比Ｒ₃／Ｐの関係を示すグラフである。 図４Ｂは、本願の発明者が行った実験により得られた、比Ｒ₃／Ｐと外管の表面の最高温度の関係を示すグラフである。 図５Ａは、本願の発明者が行った実験により得られた、定格ランプ電力Ｐと比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの関係を示すグラフである。 図５Ｂは、本願の発明者が行った実験により得られた、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐと外管の表面の最高温度の関係の関係を示すグラフである。 図６は、本願の発明者が行った実験により得られた、比ｔ₂／ｔ₁と外管の表面の最高温度の関係の関係を示すグラフである。

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、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。

図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る高ワットタイプの水平点灯型（ＢＨタイプ）のセラミックメタルハライドランプの構造を説明する図である。図１Ａ及び図１Ｂは、ランプの中心軸線に対して直交し、且つ、互いに直交する２つの方向から見たセラミックメタルハライドランプの構成をそれぞれ示す。高ワットタイプとは、定格ランプ電力が４５０Ｗ以上、特に５００〜１０００Ｗのものを言い、代表的には６００〜７００Ｗ程度のものを言う。水平点灯型（ＢＨタイプ）とは、ランプの中心軸線が略水平になるように設置されるものを言うが、実際には、ランプの中心軸線が水平に対して０〜７５度程度の角度にて傾斜してもよい。

セラミックメタルハライドランプ１００は、透光性の外管（外球）１１１と、その内部に配置されたセラミック製の放電容器（発光管）１３０と、放電容器１３０を覆うように設けられた円筒状の透光性のスリーブ１０８（図１Ａ）を有する。外管１１１は、円筒容器状のトップ部１１１ｂと円筒部１１１ａとネック部１１１ｃを有する。円筒部１１１ａの外径は略一定である。円筒部１１１ａの外径は、トップ部１１１ｂ及びネック部１１１ｃの外径より大きい。従って、円筒部１１１ａとトップ部１１１ｂ及びネック部１１１ｃの境界にそれぞれ小さな傾斜部が形成されている。本実施形態の外管１１１は円筒状であるが、特に、ＴＴ形と呼ばれる。円筒部１１１ａの軸線方向の寸法は、放電容器１３０及びスリーブ１０８の軸線方向の寸法より十分に大きい。

ネック部１１１ｃには封止部（図示せず。）が形成されている。この封止部を覆うようにねじ込み形のＥ形口金１１２が装着されている。口金１１２は耐熱性の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螺合されている。ネック部１１１ｃの封止部には、一対の導入線が気密封着されたステム管１１５のフレア部が封止されている。

ステム管１１５によって、逆Ｕ字形に整形された金属製の線材からなる支柱１０９が支持されている。支柱１０９には１対のマウント支持板１１４Ａ、１１４Ｂが装着されている。一方のマウント支持板１１４Ａは外管１１１のトップ部１１１ｂに配置され、他方のマウント支持板１１４Ｂは外管１１１のネック部１１１ｃに配置されている。支柱１０９は、放電容器１３０を所定の位置に支持すると同時に、放電容器１３０に電力を供給する給電機能を有する。

セラミックメタルハライドランプ１００は、更に、ゲッタ１１３及び始動器１１０を有する。本実施例では、ゲッタ１１３は、放電容器１３０よりトップ側に、始動器１１０は放電容器１３０よりネック側に、それぞれ支柱１０９に装着されている。尚、放電容器１３０が破裂したときに外管１１１が損傷するのを防止するために、スリーブ１０８の周囲にワイヤを螺旋状に巻いてもよい。

外管１１１は、例えば、ホウケイ酸ガラス等の透光性の硬質ガラスからなる。スリーブ１０８は、透光性の石英ガラスからなる。外管１１１内は真空の場合もあるが、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ₂）等の不活性ガスを封入する場合もある。外管１１１内を真空にしたほうが放電容器１３０の温度を高温に保持するのに有利である。放電容器１３０の温度を高温に保持することによってランプ効率（発光効率）が高くなり、放電容器１３０内に封入された比較的蒸気圧が低い発光物質の蒸発を促進させることができる。

セラミックメタルハライドランプ１００では、口金１１２をソケット（図示せず。）に装着し、電源から所定の点灯回路装置（図示せず。）を介して通電することにより、放電容器１３０内の電極間に放電を生成する。それにより安定した点灯が持続される。

図２Ａを参照して放電容器１３０の構造を説明する。放電容器１３０は中央の発光部１３０Ｃとその両側の細管部（キャピラリ部）１３０Ａ、１３０Ｂを有する。本例の放電容器１３０は、略回転楕円体形状の発光部１３０Ｃとその両側の細管部１３０Ａ、１３０Ｂが一体的に形成された、所謂一体型である。しかしながら、発光部１３０Ｃの両側に、別個に製造した細管部１３０Ａ、１３０Ｂを接続することによって放電容器１３０を形成してもよい。

細管部１３０Ａ、１３０Ｂには、電極システム１２０ａ、１２０ｂがそれぞれ装着されている。電極システム１２０ａ、１２０ｂは、タングステン電極１２３、電流供給導体１２２、及び、リード線１２１を有する。タングステン電極１２３の先端にはタングステンコイルが装着されている。タングステン電極１２３の先端は放電容器１３０の発光部１３０Ｃに配置されている。

電流供給導体１２２は、耐ハロゲン性中間材１２２ａと導電性サーメット棒１２２ｂを含む。タングステン電極１２３、電流供給導体１２２、及び、リード線１２１は突き合わせ溶接によって接続される。

放電容器１３０の発光部１３０Ｃの内部には、不活性ガス及び水銀に加えて、発光物質である添加物が封入されている。水銀の添加量は、最大１００ｍｇであり、好ましくは、約８５ｍｇである。添加物には、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属のハロゲン化物等が含まれ、これらの添加物の総量は、最大２０ｍｇである。不活性ガスは例えば希ガスであるが本実施例ではアルゴンである。

セラミックメタルハライドランプを点灯させると、発光部１３０Ｃ内において水銀及び添加物が加熱され、その一部が蒸発し、放電により励起され、発光する。残りの部分は、発光部１３０Ｃの底部に液相状態でプールされる。液相の一部は蒸発し、発光部１３０Ｃの内部を対流により循環し、底部に戻る。ランプの点灯中はこのようなサイクルが繰り返される。

図２Ｂを参照して本実施形態によるセラミックメタルハライドランプの放電容器１３０及びスリーブ１０８の寸法を説明する。放電容器１３０の軸線方向の寸法をＬ１、発光部１３０Ｃの外径寸法をＤ１、発光部１３０Ｃの有効内径をＤとする。外径寸法Ｄ１は、発光部１３０Ｃの最大外径、即ち、発光部１３０Ｃの中央部における外径寸法である。有効内径Ｄは、発光部１３０Ｃの最大内径、即ち、発光部１３０Ｃの中央部における内径寸法である。スリーブ１０８の外径寸法をＤ２、スリーブ１０８の軸線方向の寸法をＬ２とする。この寸法Ｌ２は、少なくとも、発光部１３０Ｃの軸線方向の寸法より大きくする。

アーク長ＡＬは、２つの電極１２３の間の距離で定義される。即ち、アーク長ＡＬは、発光部１３０Ｃにおける２つの電極１２３の先端の間の距離である。放電容器のアーク長ＡＬと有効内径Ｄの比ＡＬ／Ｄを放電容器１３０の形状パラメータと称する。発光部１３０Ｃが細長型の場合には、形状パラメータＡＬ／Ｄの値は大きくなり、発光部１３０Ｃが短太型の場合には、形状パラメータＡＬ／Ｄの値は小さくなる。

電極突出長Ｌは、発光部１３０Ｃ内に突出した電極１２３の長さで定義される。即ち、電極突出長Ｌは、発光部１３０Ｃと細管部１３０Ａ、１３０Ｂの境界に形成された遷移曲面Ｌｓの外端と電極１２３の先端の間の距離である。尚、発光部１３０Ｃが円筒形の場合には、電極突出長Ｌは、発光部１３０Ｃの端面と電極１２３の先端の間の距離である。電極突出長Ｌと有効内径Ｄの比Ｌ／Ｄを電極パラメータと称する。放電容器１３０の性能パラメータとして壁面負荷が用いられる。ここでは、壁面負荷は、定格ランプ電力を発光部１３０Ｃの全内面積で除した値で定義される。

水平点灯型のセラミックメタルハライドランプでは、電極１２３間に生じた放電アーク１２３Ａ（図２Ａ）が浮上し、放電容器の発光部１３０Ｃの内面に近接し、又は、接触する状態となることがある。それによって発光部１３０Ｃが局所的に過熱され、放電容器割れが起きることがある。本願の発明者は、多数の実験を行い、定格ランプ電力が５００〜１０００Ｗの高ワットタイプの水平点灯型のセラミックメタルハライドランプにおいて放電容器割れを回避する条件を以下のように設定した。アーク長は、ＡＬ＝２５〜３４ｍｍ、形状パラメータは、Ｄの単位をｍｍとして、ＡＬ／Ｄ＝１．００〜２．００、 電極パラメータは、Ｌ／Ｄ＝０．６０〜１．００、である。更に好ましくは、形状パラメータは、ＡＬ／Ｄ＝１．２０〜１．６０、電極パラメータは、Ｌ／Ｄ＝０．７０〜０．９０である。更に、壁面負荷は、１０〜３０Ｗ／ｃｍ²であり、更に好ましくは、１５〜２０Ｗ／ｃｍ²である。

図２Ｃを参照して本実施形態によるセラミックメタルハライドランプの放電容器１３０とスリーブ１０８と外管１１１の間の寸法を説明する。放電容器１３０の中心軸線１３０Ｌと放電容器１３０の発光部１３０Ｃの外面の間の距離、即ち、発光部１３０Ｃの外面半径をＲ₁とする。発光部１３０Ｃの外面半径Ｒ₁は、発光部１３０Ｃの外径寸法Ｄ１の半分である。放電容器１３０の中心軸線１３０Ｌとスリーブ１０８の内面の間の距離、即ち、スリーブ１０８の内面半径をＲ₂とする。放電容器１３０の中心軸線１３０Ｌと外管１１１の内面の間の距離、即ち、外管１１１の内面半径をＲ₃とする。更に、発光部１３０Ｃの外面とスリーブ１０８の内面の間の距離を内側隙間ｔ₁、スリーブ１０８の外面と外管１１１の内面の間の距離を外側隙間ｔ₂とする。

発光部１３０Ｃの外径寸法Ｄ１、スリーブ１０８の外径寸法Ｄ２、発光部１３０Ｃの外面半径Ｒ₁、スリーブ１０８の内面半径Ｒ₂、外管１１１の内面半径Ｒ₃、内側隙間ｔ₁、及び、外側隙間ｔ₂の間の関係は次の式によって表される。

Ｒ₃＝Ｒ₂＋Δｔｓ＋ｔ₂＝Ｒ₁＋ｔ₁＋Δｔｓ＋ｔ₂
Ｄ１＝２×Ｒ₁＝２×Δｔｄ＋Ｄ
Ｄ２＝２×（Ｒ₂＋Δｔｓ）
ここに、Δｔｓはスリーブ１０８の厚さ、Δｔｄは発光部１３０Ｃの厚さ、Δｔｂは外管１１１の厚さである。

図３Ａ、図３Ｂ、及び、図３Ｃを参照してランプの外管の形状の例を説明する。図３Ａのランプの外管は円筒形でありＴ形（管形：Tubular）と称され、図３Ｂのランプの外管は樽形でありＢ形（樽形：Bulged）と称され、図３Ｃのランプの外管は円筒形と樽形の複合形でありＢＴ形と称される。ランプの形式の表現法はＪＩＳ７７１０に規定されており、アルファベットと数字を組み合わせて表示する。アルファベットはランプ形式を表し、数字は最大部の外径の公称値（ミリメートル）である。例えば「Ｔ４８」は、Ｔ形であり最大部の外径の公称値が４８ｍｍであることを表す。尚、図１Ａ及び図１Ｂに示すランプの外管は円筒形と円筒形の複合形でありＴＴ形と称される。本願の明細書では、円筒状の外管とは、Ｔ形、ＴＴ形等を指しており、少なくとも放電容器の周囲において外管が膨らんでいないものを言う。

上述のように、本願の発明者は、円筒状の外管を備えた高ワットタイプの水平点灯型のセラミックメタルハライドランプにおいて、外管が高温となることを回避する手段を鋭意考察した。そこで、本願の発明者は、外管と放電容器の間にスリーブを設けることを着想した。一般に、セラミックメタルハライドランプにおいて、放電容器と外管の間に円筒状のスリーブを設けることは従来の技術にて既知である。しかしながら、従来の技術では、スリーブは放電容器が破裂した時に外管を破壊することを防止するために設ける。しかも、スリーブは、ＢＴ形のように中央が膨れた外管の場合に用いられ、Ｔ形のように円筒状の外管に用いられることはない。そこで本願の発明者は、多数の実験を行い、スリーブを用いることにより、円筒状の外管の高温化を回避できることを確認した。

本願の発明者は、先ず、点灯中の外管の温度の上限を設定した。硬質ガラス製の外管の温度に関する安全基準について、セラミックメタルハライドランプの場合には規定がないが、高圧ナトリウムランプの場合には、ＩＥＣ６０６６２（２０１１）に規定がある。それによると、日本仕様の場合、定格ランプ電力による裸点灯試験時における外管の表面温度の上限は４００℃である。従って、本願の発明者は、定格ランプ電力による点灯時の外管の最高温度が４００℃以下となることを条件とした。

以下に、表１及、表２及び表３を参照して、本願の発明者が行った実験と本発明の実施形態について説明する。表１は、本願の発明者が行った実験に用いたセラミックメタルハライドランプの仕様とその結果を示す。本願の発明者は多数の実験を行ったが、ここでは、表１の第１列に示すように、実施例１〜４、比較例１〜７、及び、従来例１〜３について説明する。尚、実施例１〜４は、本願の発明者が今回初めて行った実験であり、比較例１〜７、及び、従来例１〜３は本願の発明者が既に行った実験及び既知の実験である。

表１の第２列に示すように、高ワットタイプの例として、定格ランプ電力が６６０Ｗのランプ、中ワットタイプの例として、定格ランプ電力が２５０Ｗ及び４００Ｗのランプを用いた。表１の第３列に示すように、外管の形状は主として円筒状（Ｔ形及びＴＴ形）であるが、従来例１、２はＢＴ形である。上述のように、ランプの形式はアルファベットと数字を組み合わせて表示する。アルファベットはランプ形式を表し、数字は最大部の外径の公称値（ミリメートル）である。例えば「Ｔ４８」は、Ｔ形であり最大部の外径の公称値が４８ｍｍであることを表す。

表１の第４列に示すように、実施例１〜４では、ランプの点灯方向は水平点灯型（ＢＨタイプ）であるが、比較例５、６及び従来例１では垂直点灯型（ＢＵタイプ）である。表１の第５列に示すように、外管内に不活性ガスを充填した場合と外管内を真空とした場合を用意した。

表１の第６列に示すように、実施例１〜４ではスリーブを装着したランプを用意したが、比較例及び従来例にはスリーブを装着しないランプも含まれる。実施例１〜４、比較例１〜７、及び、従来例１〜３のうち、高ワットタイプ且つ水平点灯型であり、外管の形状が円筒状（ＴＴ形又はＴ形）であり、且つ、スリーブ１０８を備えるのは、実施例１、２、比較例３、及び、従来例３のみである。

表１の第７列は、点灯試験結果、即ち、外管の表面の最高温度の測定結果を示す。定格ランプ電力にて点灯した外管の最高温度が４００℃以下となったのは、実施例１〜４、比較例４〜７、従来例１〜３のみである。但し、これらの例のうち、高ワットタイプ且つ水平点灯型であり、外管の形状が円筒状（ＴＴ形又はＴ形）であり、且つ、スリーブ１０８を備えるのは、実施例１、２、及び、従来例３である。しかしながら、従来例３の外管形状は、表１の第３列に示すように、ＴＴ１２０である。これは、外管の形状は円筒状であるが、その最大部の外径が１２０ｍｍであることを示す。従来例３のセラミックメタルハライドランプの外管の外径は比較的大きく、外管１１１が高温により熱変形する可能性は少ない。一方、実施例１、２の外管形状は、ＴＴ６７、ＴＴ８０であり、外管の最大部の外径は精々８０ｍｍ程度である。外管の高温化が問題となるのは、実施例１、２のように、外管の外径が少なくとも１００ｍｍ以下の円筒状外管を備えたランプである。本発明の実施の形態では、従来例３のランプのような外径が比較的大きいランプは含まれない。

表１の第５列の外管内のガスの有無について説明する。上述のように、外管１１１内に不活性ガスを充填するよりも真空にしたほうが、放電容器１３０が高温に保持され、発光物質の蒸発が促進され、ランプ効率が高くなる。一方、外管１１１内に不活性ガスを充填するほうが、真空にするよりも、外管１１１の温度は高くなる。これは、例えば、比較例１と比較例２を比較すると判る。特に、水平点灯型であり、且つ、外管１１１内に不活性ガスを充填した場合には、外管が高温化する。しかしながら、本発明の実施形態では、水平点灯型であるが、外管１１１内を不活性ガスで充填することとした。その理由は、以下に説明するように高温下における外管の変形を考慮したことによる。

外管１１１内が真空の場合、外管の外面には大気圧による圧力が印加されている。従って、外管が熱変形する場合には、放電容器に近づくように収縮する。外管と放電容器の発光部の間の距離が局部的に小さくなると、外管は局部的に高温化し、更に熱変形が増加する。一方、外管１１１内に不活性ガスを充填した場合、外管は熱変形により外方に膨らむように変形する。そこで、外管と放電容器の発光部の間の距離が大きくなり、外管の温度が低下し、変形は停止する。従って、外管の熱変形を抑制するためには、外管１１１内を真空にするよりも、不活性ガスを充填したほうがよい。本発明の実施形態では、スリーブ１０８を設けるため、外管の最高温度が４００℃以下に抑えることができる。従って、外管１１１内に不活性ガスを充填しても真空にしても、外管が熱変形することはない。しかしながら、予測しない事態により外管が熱変形した場合を考慮すると、外管１１１内に不活性ガスを充填したほうがよい。

表２は、本願の発明者が行った実験に用いたセラミックメタルハライドランプの発光部１３０Ｃの外面半径Ｒ₁、スリーブ１０８の内面半径Ｒ₂、外管１１１の内面半径Ｒ₃、外管１１１の内面半径と発光部１３０Ｃの外面半径の差Ｒ₃−Ｒ₁、内側隙間ｔ₁、及び、外側隙間ｔ₂の測定結果を示す。

表３は、本願の発明者が行った実験に用いたセラミックメタルハライドランプにおいて、内側隙間ｔ₁、外側隙間ｔ₂、及び、定格ランプ電力Ｐの間の関係の計算結果を示す。表３の第２列は定格ランプ電力Ｐ、第３列は外管の最高温度の測定結果、第４列は、内側隙間ｔ１と外側隙間ｔ₂の比ｔ₂／ｔ₁、第５列は外管１１１の内面半径Ｒ₃と定格ランプ電力Ｐの比Ｒ₃／Ｐ、第６列は２つの隙間の和と定格ランプ電力Ｐの比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐである。尚、比Ｒ₃／Ｐ、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐ、及び、比ｔ₂／ｔ₁、の意義は後に図４Ａ〜図６を参照して説明する。表３の第７及び第８列には、これらのデータを用いた図面の番号を示す。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは、定格ランプ電力Ｐと外管１１１の内面半径Ｒ₃と定格ランプ電力Ｐの比Ｒ₃／Ｐの関係を示すグラフである。横軸は定格ランプ電力Ｐ［Ｗ］、縦軸は比Ｒ₃／Ｐ［ｍｍ／Ｗ］である。図４Ａは、表３の第２列と第５列のデータの一部をグラフ化したものである。表３の第８列に示すように、このグラフの丸印は実施例１〜４をプロットしたものであり、三角印は比較例３、５、６、７をプロットしたものであり、四角印は従来例１をプロットしたものである。

図４Ｂは、比Ｒ₃／Ｐと外管の表面の最高温度の関係を示すグラフである。横軸は比Ｒ₃／Ｐ［ｍｍ／Ｗ］、縦軸は外管の表面の最高温度［℃］である。図４Ｂは、表３の第３列と第５列のデータの一部をグラフ化したものである。表３の第７列に示すように、このグラフの丸印は実施例１〜４をプロットしたものであり、三角印は比較例２〜５をプロットしたものであり、四角印は従来例１〜３をプロットしたものである。

ここで、比Ｒ₃／Ｐ［ｍｍ／Ｗ］の意義を考察する。本願の発明者は、外管の表面の温度に影響を与える要因として、定格ランプ電力と外管の外径に着目した。定格ランプ電力が一定の場合、外管の外径を小さくすれば外管の表面温度は高くなり、外管の外径を大きくすれば外管の表面温度は低くなることが想定される。逆に、外管の外径が一定の場合、定格ランプ電力を大きくすれば外管の表面温度は高くなり、定格ランプ電力を小さくすれば外管の表面温度は低くなることが想定される。即ち、定格ランプ電力と外管の外径は、外管の表面の温度に対して、相反的に、影響を与えると言える。そこで本願の発明者は両者の比をパラメータとして設定した。尚、比の単位［ｍｍ／Ｗ］には特別な物理的な意義があるわけではない。

図４Ａにおいて、実施例１〜４と比較例２〜５を比較する。定格ランプ電力が大きくなると、比Ｒ₃／Ｐは小さくなる。しかしながら、従来例１の比Ｒ₃／Ｐの値は、実施例及び比較例のＲ₃／Ｐの値より大きい。これは、従来例１のランプの外管の形状はＢＴ形であり、外管の外径が比較的大きいことによる。図４Ｂにおいて、比Ｒ₃／Ｐを大きくすると外管の表面温度は低くなる傾向があると言える。これは、上述の想定と略一致する。しかしながら、本発明の実施の形態では、外管の外径が比較的大きいランプを想定していない。従って、比Ｒ₃／Ｐの上限を設定する必要があるが、これについては後に説明する。

図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。図５Ａは、定格ランプ電力Ｐと比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの関係を示すグラフである。横軸は定格ランプ電力Ｐ［Ｗ］、縦軸は比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐ［ｍｍ／Ｗ］である。図５Ａは、表３の第２列と第６列のデータの一部をグラフ化したものである。表３の第８列に示すように、このグラフの丸印は実施例１〜４をプロットしたものであり、三角印は比較例３、５、６、７をプロットしたものであり、四角印は従来例１をプロットしたものである。

図５Ｂは、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐと外管の表面の最高温度の関係の関係を示すグラフである。横軸は比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐ［ｍｍ／Ｗ］、縦軸は外管の表面の最高温度［℃］である。図５Ｂは、表３の第３列と第６列のデータの一部をグラフ化したものである。表３の第８列に示すように、このグラフの丸印は実施例１〜４をプロットしたものであり、三角印は比較例３、５、６、７をプロットしたものであり、四角印は従来例１をプロットしたものである。

ここで、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐ［ｍｍ／Ｗ］の意義を考察する。本願の発明者は、外管の表面の温度に影響を与える要因として、更に、外管と放電容器の間の隙間の寸法に着目した。定格ランプ電力が一定の場合、外管と放電容器の間の隙間の寸法を小さくすれば外管の表面温度は高くなり、外管と放電容器の間の隙間の寸法を大きくすれば外管の表面温度は低くなることが想定される。逆に、外管と放電容器の間の隙間の寸法が一定の場合、定格ランプ電力を大きくすれば外管の表面温度は高くなり、定格ランプ電力を小さくすれば外管の表面温度は低くなることが想定される。即ち、定格ランプ電力と外管と放電容器の間の隙間の寸法は、外管の表面の温度に対して、相反的に、影響を与えると言える。そこで本願の発明者は両者の比をパラメータとして設定した。尚、比の単位［ｍｍ／Ｗ］には特別な物理的な意義があるわけではない。尚、内側隙間ｔ₁と外側隙間ｔ₂の和（ｔ₁＋ｔ₂）は、外管と放電容器の発光部の間の隙より、スリーブ１０８の厚さΔｔｓだけ小さいが、両者は略対応していると見做してよい。

図５Ａにおいて、実施例１〜４と比較例２〜５を比較する。定格ランプ電力が大きくなっても、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐは同等か、又は、小さくなるかである。しかしながら、従来例１の比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの値は、実施例及び比較例の（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの値より大きい。これは、従来例１のランプの外管の形状はＢＴ形であり、外管の外径が比較的大きいことによる。

図５Ｂにおいて、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐを大きくすると外管の表面温度は低くなる傾向があると言える。これは、上述の想定と略一致する。しかしながら、本発明の実施の形態では、外管の外径が比較的大きいランプを想定していない。従って、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの上限を設定する必要があるが、これについては後に説明する。

図６を参照して説明する。図６は、比ｔ₂／ｔ１と外管の表面の最高温度の関係の関係を示すグラフである。横軸は比ｔ₂／ｔ₁、縦軸は外管の表面の最高温度［℃］である。図６は、表３の第３列と第６列のデータの一部をグラフ化したものである。表３の第８列に示すように、このグラフの丸印は実施例１〜４をプロットしたものであり、三角印は比較例３、５、６、７をプロットしたものであり、四角印は従来例１をプロットしたものである。

ここで、比ｔ₂／ｔ₁の意義を考察する。本願の発明者は、外管の表面の温度に影響を与える要因として、更に、内側隙間ｔ₁と外側隙間ｔ₂の比ｔ₂／ｔ₁に着目した。外管と放電容器の発光部の間の隙間が一定であっても、比ｔ₂／ｔ₁が異なると、外管の表面温度は異なることが想定される。尚、内側隙間ｔ₁と外側隙間ｔ₂の和（ｔ₁＋ｔ₂）は、外管と放電容器の発光部の間の隙より、スリーブ１０８の厚さΔｔｓだけ小さいが、両者を略対応していると見做してよい。そこで本願の発明者は両者の比ｔ₂／ｔ₁をパラメータとして設定した。

本願の発明者は、多数の実験を行い、外側隙間ｔ₂と内側隙間ｔ₁の好ましい大小関係を検討した。外側隙間ｔ₂を内側隙間ｔ₁より小さくすると、スリーブ１０８は外管１１１に近接する。この場合、スリーブ１０８からの熱は拡散しないで直接外管１１１に伝達される。その結果、外管１１１が熱変形する可能性があることが判明した。そこで本願の発明者は、外側隙間ｔ₂を内側隙間ｔ₁に等しくするか、又は、それより大きくする必要がある、との結論に達した。即ち、ｔ₂≧ｔ₁、又は、ｔ₂／ｔ₁≧１である。

しかしながら、外側隙間ｔ₂が内側隙間ｔ₁より大きすぎると、スリーブ１０８は発光部１３０Ｃに近接する。この場合、スリーブ１０８の温度が高温になる。その結果、スリーブ１０８の外面からの熱放射により外管１１１が加熱され熱変形する可能性があることが判明した。従って、比ｔ₂／ｔ₁の下限を設定する必要があるが、これについて後に説明する。

表３、図４Ｂ、図５Ｂ及び図６のグラフから、円筒状の外管を備えた高ワットタイプの水平点灯型のセラミックメタルハライドランプにおいて、外管が高温となって熱変形することを防止するために必要な条件として、比Ｒ₃／Ｐ、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐ、比ｔ₂／ｔ₁の値を設定する。先ず、Ｒ₃／Ｐの上限について考察する。本発明の実施の形態では、外管の外径は比較的小さい円筒状の外管を備えたランプを想定している。そこで、実験例１〜４の比Ｒ₃／Ｐを考慮に入れると、比Ｒ₃／Ｐの上限を０．０６［ｍｍ／Ｗ］とする。尚、比Ｒ₃／Ｐの上限を０．０６［ｍｍ／Ｗ］とすることによって、本発明の実施の形態では。外管の形状がＴ形又はＴＴ形等の円筒状であり、ＢＴ形は含まれないことになる。次に、比Ｒ₃／Ｐの下限を検討する。定格ランプ電力は６００〜７００Ｗ程度であり、略一定であると仮定してよい。そこで、円筒状の外管の外径の最小値を考慮にいれると、比Ｒ₃／Ｐの下限は精々０．０１０程度となる。

次にｔ₂／ｔ₁について考察する。上述のように、比ｔ₂／ｔ₁の下限については、既に設定されており、ｔ₂／ｔ₁≧１である。ここでは、比ｔ₂／ｔ₁の上限を設定する。上述のように、比ｔ₂／ｔ₁の値が大きすぎると、スリーブ１０８が放電容器の発光部に接近する。そこで、比ｔ₂／ｔ₁の上限を２．０とする。

次に、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐを考察する。先ず、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの上限を検討する。一般に、外管の外径が大きくなると、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐは大きくなる。しかしながら、本発明の実施の形態では、外径が比較的小さい円筒状の外管を想定している。そこで、表３の実施例１〜４における比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの値を考慮して、上限を０．０３７［ｍｍ／Ｗ］とする。比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの上限を０．０３７［ｍｍ／Ｗ］とすることによって、本発明の実施の形態では。外管の形状がＴ形又はＴＴ形等の円筒状であり、ＢＴ形は含まれないことになる。次に、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの下限を検討する。一般に、下限を０．０１０とする。円筒状の外管の外径の最小値を考慮にいれると、比（ｔ₁＋ｔ₂）／Ｐの下限は精々０．０１０程度となるからである。

本願の発明者は、外管の表面の温度に影響を与える要因として、定格ランプ電力と内側隙間ｔ₁に着目した。定格ランプ電力が一定の場合、内側隙間ｔ₁の寸法を小さくすれば外管の表面温度は高くなり、内側隙間ｔ₁の寸法を大きくすれば外管の表面温度は低くなることが想定される。逆に、内側隙間ｔ₁の寸法が一定の場合、定格ランプ電力を大きくすれば外管の表面温度は高くなり、定格ランプ電力を小さくすれば外管の表面温度は低くなることが想定される。即ち、定格ランプ電力と内側隙間ｔ₁の寸法は、外管の表面の温度に対して、相反的に、影響を与えると言える。そこで本願の発明者は両者の比をパラメータとして設定した。尚、比の単位［ｍｍ／Ｗ］には特別な物理的な意義があるわけではない。

表２のデータから、実施例１、２における比ｔ₁／Ｐを計算すると、比ｔ₁／Ｐは約０．０１３である。そこで、円筒状の外管を備えた高ワットタイプの水平点灯型のセラミックメタルハライドランプにおいて、外管が高温となって熱変形することを防止するために必要な条件として、比ｔ₁／の値を、ｔ₁／Ｐ＞０．０１、とした。

以上、本実施形態に係る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、添付の特許請求の記載によって定められる。

１００…セラミックメタルハライドランプ、１０８…スリーブ、１０９…支柱、１１０…始動器、１１１…外管、１１２…口金、１１３…ゲッタ、１１４Ａ、１１４Ｂ…マウント支持板、１１５…ステム管、１２０ａ、１２０ｂ…電極システム、１２１…リード線、１２２…電流供給導体、１２２ａ…耐ハロゲン性中間材、１２２ｂ…導電性サーメット棒、１２３…タングステン電極、１２３Ａ…放電アーク、１３０…放電容器、１３０Ａ、１３０Ｂ…細管部、１３０Ｃ…発光部

Claims (6)

1. 発光物質を収納する放電容器と、該放電容器を収納する透光性外管と、を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記放電容器と前記外管の間にスリーブを設け、定格ランプ電力をＰ［Ｗ］、前記外管の内面半径をＲ_３［ｍｍ］、前記放電容器の外面と前記スリーブの内面の間の距離をｔ_１［ｍｍ］、前記スリーブの外面と前記外管の内面の間の距離をｔ_２［ｍｍ］とするとき、前記定格ランプ電力Ｐは５００Ｗ以上であり、次の関係式が成り立つことを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
   （Ｒ_３／Ｐ）≦０．０６［ｍｍ／Ｗ］
   １．０≦（ｔ_２／ｔ_１）≦２．０
2. 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、更に次の関係式が成り立つことを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
   （ｔ_１＋ｔ_２）／Ｐ≦０．０３７［ｍｍ／Ｗ］
3. 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、
   水平点灯型であることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
4. 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、
   前記外管内には不活性ガスが封入されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
5. 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、更に次の関係式が成り立つことを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
   ｔ_１／Ｐ＞０．０１［ｍｍ／Ｗ］
6. 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、
   前記スリーブは石英ガラス製であることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。

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