JP5907004B2 - Ｈｉｄランプ - Google Patents

Description

本発明は、ＨＩＤランプ（高圧放電ランプや高輝度放電ランプともいう。）に関し、特に、当該ＨＩＤランプ内にヒューズ等の過電流制限体を設けたＨＩＤランプに関するものである。

例えば２７０Ｗ、３６０Ｗ等のセラミックメタルハライドランプにおいては、特許文献１に示すように、過電流制限体としての金属線を、ランプ内における発光管の電極に電気的に直列接続したものが考えられている。

このセラミックメタルハライドランプにおいては、図６に示すように、発光管１１は、外管（外球ともいう。）１２内に設けられた金属棒製の支持導体１３によって保持されている。具体的には、発光管１１から一方（図６では上側）に延出する電極構造体１４が支持導体１３に接続されることで保持されている。また、発光管１１から他方（図６では下側）に延出する電極構造体１５は、前記支持導体１３とは絶縁された給電部材１６に電気的に接続されている。

ここで、上記の従来構造では、前記電極構造体１５に金属線１７の一端を接続し、前記給電部材１６に金属線１７の他端を接続することによって、電極構造体１５に金属線１７を直列接続するように構成している。

ところが、発光管１１が支持導体１３によって支持されて、電極構造体１５が支持導体１３に支持される一方、給電部材１６が前記支持導体１３とは別の部材（具体的にはステム１８）によって支持されているため、電極構造体１５と給電部材１６とは、別々に振動することになる。そして、それら電極構造体１５及び給電部材１６を接続する金属線１７には、その特定部分に応力集中が生じてしまい、金属疲労によって金属線１７が破断してしまうという問題がある。そうすると、導通が取れなくなり、ランプ不点という問題が生じてしまう。

特許第４４７１０７０号公報

そこで本発明は、例えば金属線等の過電流制限体に加わる応力を低減して、過電流制限体の破損を防止することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係るＨＩＤランプは、内部に発光物質が封入された発光管と、前記発光管の内部で対向配置された一対の電極と、前記一対の電極に電力を導入する一対の給電構造とを備えており、一方の給電構造が、絶縁部材により接続されている第１の給電要素及び第２の給電要素と過電流制限体とを有し、前記一方の給電構造が設けられた過電流制限体が、その一端部が前記第１の給電要素に接続され、他端部が前記第２の給電要素に接続されて、前記絶縁部材と並列となるように接続されたもののみであることを特徴とする。

このようなものであれば、絶縁部材を用いて第１の給電要素と第２の給電要素とを接続して一体に振動する構造とし、その構造において過電流制限体を第１の給電要素及び第２の給電要素に接続しているため、過電流制限体の両側の振動が一致する、又は両側の振動のずれが低減される。したがって、過電流制限体に生じる振動に伴う応力を低減することができ、過電流制限体の故障を防ぐことができる。

ここで、絶縁部材は、部材全体が絶縁材料から形成されて絶縁機能を有するものの他、部材の一部分を絶縁材料から構成することで、全体として絶縁機能を有するものであっても良い。なお、絶縁部材を一方の電極構造体及び一方の給電部材に溶接等により接続する場合には、絶縁部材の両端部に金属製の接続部を設けることが望ましい。

また本発明に係るＨＩＤランプは、内部に発光物質が封入された発光管と、一端部が前記発光管内部で対向配置され、他端部が前記発光管外部に延出した一対の電極構造体と、前記一対の電極構造体に外部からの電力を導入する一対の給電部材と、一方の電極構造体と当該一方の電極構造体に電力を導入する一方の給電部材とを接続する絶縁部材と、一端部が前記一方の電極構造体に接続され、他端部が前記一方の給電部材に接続された過電流制限体のみとを具備することを特徴とする。

このようなものであれば、絶縁部材を用いて一方の電極構造体と一方の給電部材とを接続して一体に振動する構造とし、その構造において過電流制限体を一方の電極構造体及び一方の給電部材に接続しているため、過電流制限体の両側の振動が一致する、又は両側の振動のずれが低減される。したがって、過電流制限体に生じる振動に伴う応力を低減することができ、過電流制限体の故障を防ぐことができる。

前記絶縁部材が、前記一方の電極構造体の一部と、前記給電部材の一部とを接続するものであることが望ましい。これならば、電極構造体及び給電部材をより強固に一体化することができ、過電流制限体に加わる応力を低減して過電流制限体の故障をより一層防止することができる。また、電極構造体の一部及び給電部材の一部を接続することから、絶縁部材を小型化することができる。

また本発明に係るＨＩＤランプは、内部に発光物質が封入された発光管と、一端部が前記発光管内部で対向配置され、他端部が前記発光管外部に延出した一対の電極構造体と、前記一対の電極構造体に外部からの電力を導入する一対の給電部材とを備えており、一方の給電部材が、絶縁部材により接続されている第１の給電体及び第２の給電体と、前記第１の給電体に一端部が接続され、前記第２の給電体に他端部が接続された過電流制限体のみとを有し、前記一方の給電部材が、一体に振動する構造であることを特徴とする。なお、第1の給電体及び第２の給電体は同電位である。

このようなものであれば、絶縁部材を用いて第１の給電体と第２の給電体とを接続して一体に振動する構造としており、その構造において過電流制限体を第１の給電体及び第２の給電体に接続しているため、過電流制限体の両側での振動が一致する、又は両側の振動のずれが低減される。したがって、過電流制限体に生じる振動に伴う応力を低減することができ、過電流制限体の故障を防ぐことができる。

前記絶縁部材が、前記第１の給電体の端部と、前記第２の給電体の端部とを接続するものであることが望ましい。これならば、第１の給電体及び第２の給電体をより強固に一体化することができ、過電流制限体に加わる応力を低減して過電流制限体の故障をより一層防止することができる。

前記過電流制限体が、金属線からなり、所定のしきい値電流以上のランプ電流が流れた場合に、発熱によって自身が溶断するように構成したものであっても良い。これならば、過電流制限体の構成を簡易にすることができる。

所定のしきい値電流は、金属線の材質と、その断面積、断面形状及び長さ等を選択することにより設定することができる。ここで、金属線を所望の長さに設定した場合、単に金属線を接続しただけでは、金属線が周囲の構造物と接触してしまう恐れがある。このため、前記金属線が、前記絶縁部材の周囲を囲むように設けられていることが望ましい。これならば、金属線と周囲の構造物との接触を防ぎ、コンパクトに金属線を配置することができる。

前記発光物質が、メタルハライドであり、前記発光管が、透光性セラミックス製のものとして、ＨＩＤランプがセラミックメタルハライドランプであることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、過電流制限体に加わる応力を低減して、過電流制限体の破損を防止することができる。

本実施形態のメタルハライドランプの構成を模式的に示す図である。 同実施形態の過電流制限体及びその周辺構造の部分拡大図である。 セラミックメタルハライドランプの振動試験結果を示す図である。 変形実施形態のメタルハライドランプの構成を模式的に示す図である。 変形実施形態の過電流制限体及びその周辺構造を模式的に示す図である。 従来のメタルハライドランプの構成を模式的に示す図である。

以下に本発明に係るＨＩＤランプの一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態のＨＩＤランプ１は、金属ハロゲン化物を添加して封入した透光性セラミックス製の発光管２を備えたセラミックメタルハライドランプである。

具体的にこのセラミックメタルハライドランプ１は、図１に示すように、例えば透光性アルミナセラミック等の透光性セラミックにより形成され、内部に発光物質として金属ハロゲン化物（不図示）が充填された発光管２と、この発光管２を収容する外管３とを有する。

そして、発光管２には、一端部である先端部が発光管２内部で対向配置され、他端部である基端部が発光管２外部に延出した一対の電極構造体４１、４２が設けられている。また、外管３の内部には、前記一対の電極構造体４１、４２に外部からの電力を導入する一対の給電部材５１、５２が設けられている。なお、一対の電極構造体４１、４２の先端部に設けられた電極４１ａ、４２ａに対して、当該電極４１ａ、４２ａを除くその他の電極構造体４１、４２の構成要素及び一対の給電部材５１、５２が一対の給電構造を構成する。以下においては、電極４１ａを除くその他の電極構造体４１の構成要素が第１の給電要素であり、一方の給電部材５１が第２の給電要素である。

発光管２は、図１に示すように、放電空間Ｓを形成する直管状の本管部２１及びこの本管部２１の軸方向両端部に設けられた前記本管部２１よりも小径の直管状の細管部２２を備えている。なお、本実施形態の本管部２１及び細管部２２は、透光性セラミックにより成形されている。

また、本管部２１の内部に形成される放電空間Ｓには、始動用希ガス、金属ハロゲン化物及び水銀（いずれも不図示）が封入されるとともに、一対の電極構造体４１、４２の先端部が対向配置されている。

電極構造体４１、４２は、発光管２の細管部２２に挿入されており、先端部が発光管２の本管部２１内部で対向配置され、基端部が細管部２２外部に延出している。そして、各電極構造体４１、４２において本管部２１の内部に位置する先端部には、タングステン等の耐熱性金属からなる電極４１ａ、４２ａが設けられている。また、電極構造体４１、４２は、前記電極４１ａ、４２ａが先端部に設けられたタングステン等の耐熱性金属によりなる一対の電極芯、細管部２２内において前記電極芯に巻回されるモリブデン等の耐熱性金属からなる細管内コイル、前記電極芯に接続されて細管部２２から外部に延出する金属ハロゲン化物に耐食性を有する電気導入体等からなる。なお、電極構造体４１、４２と細管部２２とは気密にシールされている。

外管３は、前記発光管２を収容するとともに、発光管２に設けられた一対の電極構造体４１、４２に給電するための口金３１を有する。この外管３は、透明の硬質ガラスにより形成されており、中央部分が例えば概略楕円球状をなすものである。外管３の内部は真空又は不活性ガスが封入されており、外管３の基端部（図１の下端部）はステム３２によって気密に封止されており、このステム３２に口金３１が取り付けられている。

また、外管３には、発光管２を支持するとともに、発光管２に設けられた一対の電極構造体４１、４２に給電するための金属棒からなる一対の給電部材５１、５２が設けられている。

一方の給電部材５１は、基端部がステム３２に接続されるとともに、先端部が一方の電極構造体４１に電気的に接続される。また、他方の給電部材５２は、発光管２を外管３の中央部分に位置決めして支持するものであり、基端部がステム３２に接続されるととともに、先端部が外管３の先端側内壁に接触する。そして、この他方の給電部材５２は、他方の電極構造体４２に溶接等により構造的に連結されて電気的に接続される。

しかして本実施形態のセラミックメタルハライドランプ１は、図１及び図２に示すように、一方の電極構造体４１と当該一方の電極構造体４１に電力を導入する一方の給電部材５１とを接続する絶縁部材６と、一方の電極構造体４１及び一方の給電部材５１を電気的に接続する過電流制限体７とを備えている。なお、本実施形態では、一対の電極構造体４１、４２のうち、口金側に位置する一方の電極構造体４１と、当該一方の電極構造体４１に電力を供給する一方の給電部材５１との間に絶縁部材６を配置する構成としている。

具体的に絶縁部材６は、概略柱状をなすものであり、その一部である軸方向一端部が、一方の電極構造体４１（具体的には電気導入体）の一部である基端部４１ｘに接続され、その他部である軸方向他端部が、一方の給電部材５１の一部である先端部５１ｘに接続される。このようにして一方の電極構造体４１の基端部４１ｘと一方の給電部材５１の先端部５１ｘとが絶縁部材６を介して連結される。これにより、一方の電極構造体４１の基端部４１ｘと、一方の給電部材５１の先端部５１ｘとが絶縁部材６により連結されて一体に振動するように構成している。

そして、一方の電極構造体４１の基端部４１ｘ又はその近傍に金属線７の一端部が接続され、給電部材５１の先端部５１ｘ又はその近傍に金属線７の他端部が接続されることになる。つまり、絶縁部材６及び金属線７は、構造的に並列配置される。これにより、一方の電極構造体４１の基端部４１ｘと、一方の給電部材５１の先端部５１ｘと、絶縁部材６と、金属線７とが一体に振動するように構成している。

ここで、金属線７は、絶縁部材６の周囲を囲むように設けられている。金属線７は、所定のしきい値電流に対して溶断するように設計されるため、金属線の材質と、その断面積、断面形状及び長さ等が規定される。このため、単純に一方の電極構造体４１及び給電部材５１に接続するだけでは、金属線７の湾曲部が絶縁部材６から外側に膨れ上がってしまい、周辺部材に接触する、又は周辺部材の配置を変更する等が必要になってしまう。これらの理由から、本実施形態では、金属線７を絶縁部材６の周囲を囲むように、つまり、絶縁部材６の周囲において螺旋状に巻かれた状態で配置されるように構成している。この構成により、金属線７を絶縁部材６の周囲にコンパクトに配置することができ、周辺部材との接触を防ぎ、又は周辺部材の配置の変更を不要とすることができる。

次に本実施形態のセラミックメタルハライドランプ１及び従来のセラミックメタルハライドランプの振動試験結果を図３に示す。なお、従来のセラミックメタルハライドランプとは、図６に示すように、一方の電極構造体と一方の給電部材とを絶縁部材で接続することなく、金属線のみで接続したものである。

従来のセラミックメタルハライドランプでは、２５Ｈｚから７０Ｈｚの振動を加えると、１８．２時間で金属線であるヒューズが破断してしまう。一方で、本実施形態のセラミックメタルハライドランプ１では、２５Ｈｚから７０Ｈｚの振動を加えると、１００．１時間経過しても金属線であるヒューズが破断しない。このように本実施形態では、絶縁部材によって一方の電極構造体及び一方の給電部材が構造的に一体化されており、その構造物と金属線が一体となって振動するため、金属線に振動に伴う応力が生じ難く、ヒューズが破断し難い。

このように構成した本実施形態に係るＨＩＤランプ１によれば、絶縁部材６を用いて一方の電極構造体４１と一方の給電部材５１とを接続して一体に振動する構造としており、その構造において過電流制限体である金属線７を一方の電極構造体４１及び一方の給電部材５１に接続しているため、金属線７の両側での振動が一致する、又は両側の振動のずれが低減される。したがって、金属線７に生じる振動に伴う応力を低減することができ、金属線７の破断等の故障を防ぎ、ランプ不点という問題を解決することができる。

また、絶縁部材６が、一方の電極構造体４１の基端部４１ｘと、一方の給電部材５１の先端部５１ｘとを接続するものであるので、一方の電極構造体４１及び一方の給電部材５１をより強固に一体化することができ、一方の電極構造体４１の基端部４１ｘ又はその近傍及び一方の給電部材５１の先端部５１ｘ又はその近傍に接続された金属線７に加わる応力をより一層低減して金属疲労による破断をより一層防止することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、前記実施形態では、一方の電極構造体４１と一方の給電部材５１の間に過電流制限体７を設けて電気的に接続する構成としているが、図４に示すように、一方の給電部材５１に過電流制限体７を設けても良い。具体的には、一方の給電部材５１が、電極構造体４１側の第１の給電体５１１と、口金３１側の第２の給電体５１２とを有しており、この第１の給電体５１１及び第２の給電体５１２を過電流制限体７により電気的に接続するように構成しても良い。そして、この第１の給電体５１１及び第２の給電体５１２を絶縁部材６により接続して第１の給電体５１１及び第２の給電体５１２を一体に振動するように構成する。このようなものであっても、前記実施形態と同様の効果を奏する。

また、前記実施形態では、一方の電極構造体４１と一方の給電部材５１の間に過電流制限体７を設けて電気的に接続する構成としているが、他方の電極構造体４２及び他方の給電部材５２の間に過電流制限体７を設けて電気的に接続する構成としても良い。

また、前記実施形態では、絶縁部材６が一方の電極構造体４１の基端部４１ｘ及び一方の給電部材５１の先端部５１ｘ同士を接続するものであったが、図５（Ａ）に示すように、端部以外の部分同士を接続するようにしても良い。この場合、端部同士を金属線７で接続することが考えられる。また、図５（Ｂ）に示すように、何れか一方の端部と他方の端部以外の部分を接続するようにしても良い。図５（Ａ）、（Ｂ）何れの場合であっても、両者は一体に振動することになるため、過電流制限体７に加わる応力を低減して破損を防止することができる。なお、図５（Ｂ）は、一方の電極構造体４１と一方の給電部材５１とが同軸状でない場合を示している。

また、前記実施形態では、過電流制限体として金属線からなる溶断線（電流ヒューズ）を用いたものであったが、しきい値電流以上の過大な電流が流れた場合に、溶断以外の手段で回路を遮断する過電流制限手段を用いても良い。また、発光管の破損を防止するためであれば、過大な電流を正常な電流未満まで抑制するだけでも良く、しきい値電流以上の過大な電流が流れた場合にこの電流を抑制する過電流抑制手段を用いることもできる。このように金属線を用いない場合であっても、前記過電流制限手段又は過電流抑制手段と一方の電極構造体又は給電部材との接続部分に加わる応力、或いは、過電流制限手段又は過電流抑制手段に加わる応力を低減して、接続部分の破断や過電流制限手段又は過電流抑制手段の故障を防止することができる。

さらに、前記実施形態では、ＨＩＤランプのうち、セラミックメタルハライドランプ等のメタルハライドランプに適用した場合について説明したが、その他、高圧ナトリウムランプや、高圧水銀ランプに適用できることもできる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１・・・ＨＩＤランプ（セラミックメタルハライドランプ）
２・・・発光管
２１・・・本管部
２２・・・細管部
３・・・外管
４１、４２・・・一対の電極構造体
４１ｘ・・・電極構造体の端部
５１、５２・・・給電部材
５１ｘ・・・給電部材の端部
６・・・絶縁部材
７・・・過電流制限体（金属線）

Claims (8)

1. 内部に発光物質が封入された発光管と、
   前記発光管の内部で対向配置された一対の電極と、
   前記一対の電極に電力を導入する一対の給電構造とを備えており、
   一方の給電構造が、絶縁部材により接続されている第１の給電要素及び第２の給電要素と過電流制限体とを有し、
   前記一方の給電構造が設けられた過電流制限体が、その一端部が前記第１の給電要素に接続され、他端部が前記第２の給電要素に接続されて、前記絶縁部材と並列となるように接続されたもののみであるＨＩＤランプ。
2. 内部に発光物質が封入された発光管と、
   前記発光管の内部で対向配置された一対の電極と、
   前記一対の電極に電力を導入する一対の給電構造とを備えており、
   一方の給電構造が、絶縁部材により接続されている第１の給電要素及び第２の給電要素と、前記第１の給電要素に一端部が接続され、前記第２の給電要素に他端部が接続された過電流制限体のみとを有し、
   前記一方の給電構造が、一体に振動する構造であるＨＩＤランプ。
3. 内部に発光物質が封入された発光管と、
   一端部が前記発光管内部で対向配置され、他端部が前記発光管外部に延出した一対の電極構造体と、
   前記一対の電極構造体に外部からの電力を導入する一対の給電部材と、
   一方の電極構造体と当該一方の電極構造体に電力を導入する一方の給電部材とを接続する絶縁部材と、
   一端部が前記一方の電極構造体に接続され、他端部が前記一方の給電部材に接続された過電流制限体のみとを具備するＨＩＤランプ。
4. 前記絶縁部材が、前記一方の電極構造体の一部と、前記一方の給電部材の一部とを接続するものである請求項３記載のＨＩＤランプ。
5. 内部に発光物質が封入された発光管と、
   一端部が前記発光管内部で対向配置され、他端部が前記発光管外部に延出した一対の電極構造体と、
   前記一対の電極構造体に外部からの電力を導入する一対の給電部材とを備えており、
   一方の給電部材が、絶縁部材により接続されている第１の給電体及び第２の給電体と、前記第１の給電体に一端部が接続され、前記第２の給電体に他端部が接続された過電流制限体のみとを有し、
   前記一方の給電部材が、一体に振動する構造であるＨＩＤランプ。
6. 前記絶縁部材が、前記第１の給電体の一部と、前記第２の給電体の一部とを接続するものである請求項５記載のＨＩＤランプ。
7. 前記過電流制限体が、金属線からなる請求項１乃至６の何れかに記載のＨＩＤランプ。
8. 前記金属線が、前記絶縁部材の周囲を囲むように設けられている請求項７記載のＨＩＤランプ。