JP6645363B2

JP6645363B2 - 放電ランプ

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Publication number: JP6645363B2
Application number: JP2016109493A
Authority: JP
Inventors: 祐司西岡; 俊祐佐藤; 畑瀬　和也; 和也畑瀬
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: JP2017216162A

Description

本発明は、放電ランプに関する。

広範囲の照明等に用いられるメタルハライドランプなどの放電ランプにおいて、発光管の外面に保温膜を配置したものが知られている。

このような放電ランプにおいては、封止部のリークを防止するために、発光管の電極包囲部に保温膜が形成されており、封止部外面には保温膜が形成されていないメタルハライドランプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１３０３３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、封止部のリークを防止するために封止部外面に保温膜を形成しない構成であるが、電極を包囲する電極包囲部には保温膜が形成されているため、この構成では、電極の温度が上昇する懸念がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発光管に保温膜が形成されている場合でも、電極の温度上昇を抑制することができる放電ランプを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る放電ランプは、発光管と、前記発光管の内方に配置される電極と、前記発光管に形成される保温膜とを備え、前記発光管は、筒状の本体部と、前記本体部よりも開口面積が小さい筒状の端部とを有し、前記保温膜は、前記発光管の前記電極を囲う位置における前記本体部側の領域に形成されている。

発光管に保温膜が形成されている場合でも、電極の温度上昇を抑制することができる放電ランプが提供される。

本発明の実施形態に係る放電ランプ１の構成を示す概念図である。図１の放電ランプ１における保温膜２０の形成位置を示す概念図である。図２の発光管１０に形成された保温膜２０の形成位置における効果を説明するための概念図である。本発明の実施形態に係る放電ランプ１の効果を説明するためのグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る放電ランプについて説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、以下の各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

本発明者は、発光管の電極包囲部（以下の実施形態では中間部）に保温膜が形成されていると、電極からの赤外放射が保温膜により内側へ反射されるため、電極の温度が上昇する懸念があると考えた。電極の温度が上昇すると、発光管の黒化等により光量が低下したり寿命に影響を及ぼしたりする懸念がある。しかし、電極包囲部に保温膜が形成されていないと、保温の機能を発揮できず、また、発光管内の封入物（金属ハロゲン化物）が電極付近に付着して始動立上り時に電極にダメージを与える懸念がある。

このため、本発明者は、電極包囲部における封止部とは反対側の領域に保温膜が形成されることで、上記懸念を払拭できると考えた。すなわち、このような保温膜を形成することによって、電極包囲部の封止部側から熱が放熱されやすくなるため、電極の温度上昇を抑制することができる。また、電極包囲部の封止部とは反対側には、保温膜が形成されているため、保温の機能を発揮するとともに、発光管内の封入物が電極付近に付着するのを抑制することができる。

よって、本発明者は、この構成により、発光管に保温膜が形成されている場合でも、電極の温度上昇を抑制することができることを見出した。

図１は、本実施形態に係る放電ランプ１の構成を示す概念図である。図２は、図１の放電ランプ１における保温膜２０の形成位置を示す概念図である。

放電ランプ１は、例えば、高圧水銀蒸気中にメタルハライド（金属ハロゲン化物）を添加して、当該メタルハライドのアーク放電による発光を利用した、いわゆるメタルハライドランプである。具体的には、図１及び図２に示すように、放電ランプ１は、発光管１０と、発光管１０の内方に配置される電極４０と、発光管１０に形成される保温膜２０とを備えている。また、発光管１０は、筒状の本体部１１と、本体部１１よりも開口面積が小さい筒状の端部１２とを有している。そして、保温膜２０は、発光管１０の電極４０を囲う位置における本体部１１側の領域に形成されている。

なお、開口面積とは、発光管１０のＹＺ平面での切断面における発光管１０内の空間の面積をいう。また、発光管１０の電極４０を囲う位置とは、発光管１０の外面のうちの電極４０の周囲を囲う位置であり、具体的には、発光管１０の長手方向（図２ではＸ軸方向）に対して垂直方向に向けて、電極４０を発光管１０に投影した位置である。本実施形態では、発光管１０の電極４０を囲う位置は、本体部１１の端部１２側の領域から端部１２に亘る領域内に配置される。また、この電極４０を囲う位置における本体部１１側の領域とは、発光管１０の外面における電極４０を囲う領域のうちの本体部１１側（端部１２側とは反対側）の領域である。

また、保温膜２０は、放電ランプ１の点灯にともなう熱を発光管１０内部に蓄積させる膜である。具体的には、保温膜２０は、放電ランプ１から放射される光（紫外光・可視光・赤外光）を、反射・吸収等により外部に放出しにくくすることにより、保温を行う。なお、保温膜２０は、赤外線を反射・吸収することにより、当該保温ができる赤外線反射膜であるのが好ましい。また、保温膜２０としては、厚みの薄い膜状のものから、厚みを分厚く形成したものまで含まれる。

このように、本実施形態に係る放電ランプ１は、電極４０からの熱によって発光管１０の電極４０を囲う位置は高温となるが、この電極４０を囲う位置における本体部１１側の領域に保温膜２０が形成されることで、当該熱を当該端部１２側から放熱することができ、電極４０の温度上昇を抑制して寿命を向上させることができる。

また、上記の構成により、発光管１０は、電極４０を囲う位置における本体部１１側の方が端部１２側よりも保温率が高くなっている。なお、発光管１０の電極４０を囲う位置において、発光管１０内に赤外線が反射される割合（反射率）を測定したり、発光管１０を赤外線が透過する割合（透過率）を測定したりすることで、保温率が高いか否かを判断することができる。例えば、赤外線レーザーを照射して、透過率を測定し、また、１００％−透過率＝反射率として、反射率を算出することができる。そして、反射率が高い場合には保温率は高く、反射率が低い場合には保温率は低いと判断することができる。なお、当該反射率等の違いは、保温膜２０の材質や厚みを異ならせることで、実現できる。例えば、保温膜２０の材質が同じで厚みが異なる場合には、厚みが厚い方が反射率が高いこととなる。このように、発光管１０は、電極４０を囲う位置における本体部１１側の方が端部１２側よりも赤外線反射率が高くなっている。

このように、発光管１０の電極４０を囲う位置における本体部１１側の方が端部１２側よりも保温率を高く形成することで、電極４０からの熱を端部１２側から放熱することができ、電極４０の温度上昇を抑制して寿命を向上させることができる。

また、発光管１０は、さらに、本体部１１と端部１２とに接続され、本体部１１から端部１２まで開口面積が小さく変化する中間部１３を有し、保温膜２０は、中間部１３に形成されている。つまり、中間部１３は、上記の発光管１０の電極４０を囲う位置の概念に含まれる。なお、開口面積が小さく変化するとは、発光管１０のＹＺ平面での切断面における発光管１０内の空間の面積が小さく変化することをいう。

このように、保温膜２０を中間部１３に形成することで、保温の機能を発揮するとともに、発光管１０内の封入物（金属ハロゲン化物）が電極４０に付着して始動立上り時に電極４０にダメージを与えるのを抑制することができる。

ここで、発光管１０は、例えば、透光性アルミナセラミックスまたは石英ガラスで構成されている。また、本実施形態では、本体部１１は、円筒状かつＸ軸方向に長尺の形状を有し、本体部１１の両端には中間部１３及び端部１２がそれぞれ設けられている。また、それぞれの端部１２は、円筒状の形状を有し、それぞれの中間部１３は、断面（例えばＸＺ平面での断面）において曲線状（円弧状）の外形を有している。また、発光管１０の両端には、口金３０が取り付けられている。

また、本体部１１の両端に設けられた一対の電極４０は、電極芯４１とコイル４２とをそれぞれ有している。電極芯４１は、タングステン等の耐熱性金属で構成された棒状体である。コイル４２は、電極芯４１の先端部に巻回されたコイル体であり、タングステン等の耐熱性金属で構成されている。

また、発光管１０内部には、緩衝ガス用の水銀と、主発光金属となる鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素とが封入され、さらに始動用の希ガスが封入される。ハロゲンは、例えば、ＦｅＩ_２、ＦｅＢｒ_２、ＨｇＩ_２、ＨｇＢｒ_２等の金属ハロゲン化物の形で発光管１０内に封入でき、水銀や鉄は金属ハロゲン化物や金属単体として封入でき、これらが適宜組み合わされて所定の量と比率になるように封入される。なお、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物が用いられるのが好ましい。また、希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ａｒ、Ｋｒ等を用いることができる。

このように、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物を用いるなど、臭素系封入物を用いると電極４０の温度が高くなる傾向にあるが、本発明によって、臭素系封入物を用いる場合でも、電極４０の温度上昇を抑制して寿命を向上させることができる。

次に、保温膜２０について説明する。保温膜２０は、発光管１０の外面（電極４０を囲う位置の外面）に形成された金膜またはシリカ膜である。この保温膜２０の形成位置、及びその効果について、以下に詳細に説明する。図３は、図２の発光管１０に形成された保温膜２０の形成位置における効果を説明するための概念図である。

図１及び図２に示すように、保温膜２０は、中間部１３の本体部１１側に形成され、かつ、中間部１３の端部１２側には形成されていない。

これにより、図３に示すように、中間部１３の端部１２側には保温膜２０を形成しないことで、電極４０からの熱（赤外放射ＩＲ）を中間部１３の端部１２側から効率よく放熱することができ、電極４０の温度上昇を効果的に抑制することができる。また、温度が比較的高くなる中間部１３の本体部１１側には保温膜２０が形成されているため、保温や電極４０へのダメージ抑制など、保温膜２０の機能を発揮することができる。

また、図２に示すように、保温膜２０は、中間部１３の、コイル４２の端部１２側の端縁に対応する位置から、端部１２との境界位置までには、形成されていない。つまり、保温膜２０は、同図のＬ_１の範囲には形成されていない。

このように、発光管１０内の封入物が電極４０へ与える影響を低減するために、コイル４２の周囲には保温膜２０を配置するのが好ましいが、コイル４２よりも端部１２側には保温膜２０は形成していなくてもよいため、電極４０からの熱（図３に示す赤外放射ＩＲ）を、中間部１３のコイル４２よりも端部１２側の部分からも放熱することで、さらに、電極４０の温度上昇を抑制することができる。

また、保温膜２０は、発光管１０の、電極４０の極頭４１ａに対応する極頭対応位置から、極頭対応位置と中間部１３及び端部１２の境界位置との中間位置までに亘って形成されている。極頭対応位置とは、発光管１０の長手方向（図２ではＸ軸方向）に対して垂直方向に向けて、極頭４１ａを発光管１０に投影した位置である。つまり、保温膜２０は、同図のＬ_０／２の範囲に形成されている。なお、極頭４１ａは、電極４０の電極芯４１の先端部分である。また、極頭対応位置から上記の境界位置までの範囲が同図のＬ_０の範囲であり、極頭対応位置から上記の中間位置までの範囲が同図のＬ_０／２の範囲（Ｌ_０の半分の範囲）である。

本実施形態では、保温膜２０は、本体部１１の中間部１３側（Ｘ軸方向プラス側）の端部と、中間部１３の本体部１１側（Ｘ軸方向マイナス側）の端部とに形成されている。なお、中間部１３がＸ軸方向マイナス側に延設されており、保温膜２０は中間部１３のみに形成され本体部１１には形成されていない構成でもかまわない。または、本体部１１がＸ軸方向プラス側に延設されており、保温膜２０は本体部１１のみに形成され中間部１３には形成されていない構成でもかまわない。

このように、最高温度となる極頭４１ａに対応する位置に保温膜２０を形成し、かつ、保温膜２０の形成範囲を必要最小限の範囲とすることで、保温膜２０の量を低減しつつ、かつ、電極４０の温度上昇を抑制することができる。

次に、本実施形態に係る放電ランプ１（実施例１）と従来の放電ランプ（比較例１）とを比較した実験結果について、説明する。図４は、本実施形態に係る放電ランプ１の効果を説明するためのグラフである。なお、実施例１及び比較例１の放電ランプの構成は、以下の通りである。

（実施例１）
図１及び図２を基本構造とし、紫外線を照射する放電ランプを作製した。
（１）発光管１０
軸方向の全長３２０ｍｍ、本体部１１の外径２４ｍｍ、端部１２の外径１０ｍｍ、本体部１１の管壁幅２ｍｍ、図２のＬ_０＝１０ｍｍ。材質は、石英ガラス。
（２）保温膜２０
図２のＬ_０／２の範囲に金膜を形成。
（３）電極４０
電極芯４１は直径１．６ｍｍのＴｈ−Ｗ棒にコイル４２（タングステンの金属線）を巻き付けた。
（４）封入物
水銀、臭化鉄（ＦｅＢｒ_２）およびヨウ化鉄（ＦｅＩ_２）。

（比較例１）
（２）保温膜２０として、図２のＬ_０の範囲及び端部１２の外面に金膜を形成し、その他は、実施例１と同様の放電ランプを作製した。

以上の実施例１及び比較例１の放電ランプに対して、点灯時間に対するＵＶ３５光量維持率の変化を測定したところ、図４に示すように、実施例１は、比較例１に比べて、ＵＶ３５光量維持率の低下を大幅に抑制することができていた。なお、ＵＶ３５光量維持率とは、３５０ｎｍ近辺の紫外線に感度のあるセンサーを用いて測定した紫外線光出力（ＵＶ３５）の対１０時間値比を示す。

なお、上記実施形態では、図２に示すＬ_０／２の範囲にしか保温膜を形成しないこととしたが、図２に示すＬ_２の範囲にまで保温膜を形成してもよい。また、Ｌ_０／２の範囲以外またはＬ_２の範囲以外（例えばＬ_１の範囲）に保温膜を薄く形成してもよい。つまり、発光管１０の電極４０を囲う位置において本体部１１側の方が端部１２側よりも保温率が高くなる構成であれば、上記実施形態には限定されない。

また、上記実施形態では、発光管１０の端部１２には保温膜は形成されていないこととしたが、発光管１０の端部１２の全部または一部に保温膜が形成されている構成でもかまわない。

また、上記実施形態では、保温膜は発光管１０の外面に連続して形成されていることとしたが、発光管１０の外面に断続的に形成されていてもかまわない。

また、上記実施形態では、中間部１３は、断面（例えばＸＺ平面での断面）において曲線状（円弧状）の外形を有していることとしたが、当該断面において直線状や折れ線状の外形を有していることにしてもよい。

１放電ランプ
１０発光管
１１本体部
１２端部
１３中間部
２０保温膜
３０口金
４０電極
４１電極芯
４１ａ極頭
４２コイル

Claims

発光管と、
前記発光管の内方に配置される電極と、
前記発光管に形成される保温膜とを備え、
前記発光管は、
筒状の本体部と、
前記本体部よりも開口面積が小さい筒状の端部とを有し、
前記保温膜は、前記発光管の前記電極を囲う位置における前記本体部側の領域に形成されており、
前記発光管は、さらに、前記本体部と前記端部とに接続され、前記本体部から前記端部まで開口面積が小さく変化する中間部を有し、
前記保温膜は、前記中間部に形成されており、
前記保温膜は、前記中間部の前記本体部側に形成され、かつ、前記中間部の前記端部側には形成されていない
放電ランプ。
前記保温膜は、前記発光管の、前記電極の極頭に対応する極頭対応位置から、前記極頭対応位置と前記中間部及び前記端部の境界位置との中間位置までに亘って形成されている
請求項１に記載の放電ランプ。
発光管と、
前記発光管の内方に配置される電極と、
前記発光管に形成される保温膜とを備え、
前記発光管は、
筒状の本体部と、
前記本体部よりも開口面積が小さい筒状の端部とを有し、
前記保温膜は、前記発光管の前記電極を囲う位置における前記本体部側の領域に形成されており、
前記発光管は、さらに、前記本体部と前記端部とに接続され、前記本体部から前記端部まで開口面積が小さく変化する中間部を有し、
前記保温膜は、前記中間部に形成されており、
前記保温膜は、前記発光管の、前記電極の極頭に対応する極頭対応位置から、前記極頭対応位置と前記中間部及び前記端部の境界位置との中間位置までに亘って形成されている
放電ランプ。
前記発光管は、前記電極を囲う位置における前記本体部側の方が前記端部側よりも保温率が高い
請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電ランプ。
前記発光管には、ハロゲンとして臭素を含む金属ハロゲン化物が封入されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電ランプ。