JPH11283572A - 高圧放電ランプ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】放電容器の損傷が少なく、製作が容易で、発光
効率が向上できる高圧放電ランプ及びこれを用いた照明
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】気密にして放射透過性のセラミックスを主
体として構成された主発光部と一対のキャピラリー部を
有する放電容器の両端部にフリットガラスにより封着さ
れた一対の電流導入導体を備え、この電流導入導体の先
端部に一対の電極を形成し、放電容器内に発光金属のハ
ロゲン化物を含む放電媒体を封入し、放電容器の少なく
とも一方のキャピラリー部先端と電極近傍との間に反射
体を位置させて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックスを主体
として構成された放電容器を備えている高圧放電ランプ
及びこれを用いた照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスは石英に比べて耐熱性及び
耐蝕性に優れることから、高圧放電ランプの放電容器の
材料として放射透過性を有する透光性アルミナやイット
リウム、アルミナ、ガーネット系のセラミックスＹＡＧ
を用いることによって、優れた寿命特性が得られると期
待されている。特にディスプロシウムＤｙやナトリウム
Ｎａなどの発光金属が放電容器を構成している材料と反
応して生じる失透現象に伴う光束低下を抑制できると期
待されている。

【０００３】高圧放電ランプの中でもメタルハライドラ
ンプは、高効率、高演色をもつランプとして知られてお
り、特に低ワットで小型化されたメタルハライドランプ
は上記特性を利用して屋内照明用の光源として多く用い
られるようになってきた。発光薬品としてディスプロシ
ウムＤｙ、ホルミウムＨｏ、ツリウムＴｍなどの希土類
金属のハロゲン化物を用いた小形メタルハライドランプ
は、希土類金属の発光スペクトル分布が可視光の全域に
わたるため、演色性に優れ、一般家庭ばかりでなく、陳
列品の色彩を際立たせることから店舗用の光源にも使用
されている。

【０００４】ところで、上記ディスプロシウムＤｙなど
の希土類金属のハロゲン化物を用いたメタルハライドラ
ンプは、希土類、特にディスプロシウムＤｙの発光を促
すために放電容器としての発光管の最冷部温度を上げる
必要がある。このため、一般に石英ガラス製の発光管か
らなるメタルハライドランプでは、外管に収容された発
光管の端部を保護膜で覆って保温するなどの構造が採用
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような保温膜は石英ガラスの表面に製膜されるものであ
り、使用中に高温度雰囲気に晒されると反応を起こし、
熱劣化し、発光管に損傷をもたらす可能性がある。ま
た、保温膜は、石英ガラスの表面に製膜する必要があ
り、この製膜に手間を要し、コスト高になるという不都
合もある。

【０００６】そこで、本発明はこのような事情に基づい
てなされたもので、放電容器の損傷が少なく、製作が容
易で、発光効率が向上できる高圧放電ランプ及びこれを
用いた照明装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の高圧放
電ランプは、外管と；外管に収容され、気密にして放射
透過性のセラミックスを主体として構成され、かつ、主
発光部と一対のキャピラリー部を有し、主発光部とキャ
ピラリー部との外径寸法が主発光部＞キャピラリー部の
関係である放電容器と；放電容器の両端部にフリットガ
ラスにより封着された一対の電流導入導体と；電流導入
導体の先端部に形成され放電容器内に封装された一対の
電極と； 放電容器内に封入された発光金属のハロゲン
化物を含む放電媒体と；放電容器の少なくとも一方のキ
ャピラリー部先端と電極近傍との間に位置された反射体
と；を具備していることを特徴とする。

【０００８】本発明及び以下の請求項の各発明におい
て、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は次
による。

【０００９】放電容器は、気密性にして放射透過性であ
ればよく、形状、大きさ、材質などを問わない。放射透
過性であるとは、放電によって発生した放射を外部に導
出するために、少なくとも一部が放射透過性を備えてい
るものを含む意味である。放射の透過性は所望波長域の
放射に対して透明性及び拡散透過性のいずれかがあれば
よい。また、セラミックスを主体とするとは、放電容器
の一部に放射透過性を有さない他の材質の部分、例えば
耐火性金属からなる管などが封着されて放電容器を構成
している態様を含む。

【００１０】キャピラリー部は、高圧放電ランプが点灯
中、液相状態で存在する余剰の放電媒体を保持固定する
部分である。

【００１１】放電の態様は、交流放電及び直流放電のい
ずれでもよく、また、ロングアーク放電及びショートア
ーク放電のいずれでもよい。したがって、電極は、上記
放電の態様に対応する構成であることを許容する。

【００１２】反射体の位置は、キャピラリー部先端と電
極近傍との間であればいずれでもよく、反射体の形状、
大きさ、材質、反射面の仕上げ方法は問わない。

【００１３】主発光部とキャピラリー部との径寸法が主
発光部＞キャピラリー部の関係であるので、反射体を前
記に位置させることにより、特に、主発光部とキャピラ
リー部との境における主発光部側部（主発光部とキャピ
ラリー部との径寸法の差の部分）からの輻射熱を有効に
反射し、主発光部に戻すことができる。

【００１４】また、双方のキャピラリー部先端と電極近
傍との間に、つまり、主発光部を境として２個の反射体
を設けてもよいことは勿論である。さらに、反射体は、
放電容器の軸方向垂直面に対し、多少傾斜をもって位置
されてもよく、結果的に主発光部の輻射熱を反射し、主
発光部の温度上昇、ひいてはこの主発光部からの熱伝導
により、最冷部の温度上昇に寄与できればよい。

【００１５】なお、反射体をキャピラリー部におけるフ
リットガラス流入端より主発光部側に位置させることに
より、電流導入導体の封着部に対し、主発光部からの輻
射熱を遮断でき、封着部の温度上昇を抑制し、フリット
ガラスの劣化による封着部端からの放電媒体のリークを
防止できる。

【００１６】本発明においては、放電容器を透光性中筒
を用いて囲み、この中筒の上下端部側に反射体を設ける
のが望ましい。

【００１７】従来、放電ランプ点灯時、放電容器の周囲
には、輻射熱による熱対流が引き起こり、その上昇流の
影響で上方に位置するキャピラリー部の温度は上がり、
下方に位置するキャピラリー部は最冷部となり、両温度
差を助長するものであったが、中筒により放電容器を囲
むことにより、主発光部からの輻射熱を受けた中筒から
の輻射熱による作用及び保温効果により、反射体の存在
と相俟って、一層主発光部の温度上昇、この主発光部か
らの熱伝導による最冷部温度の上昇が期待できる。

【００１８】請求項２の発明の高圧放電ランプは、反射
体が放電容器と非接触状態で設けられることを特徴とす
る。

【００１９】本発明によれば、主発光部の熱が反射体に
伝導し放散するのを軽減でき、主発光部の熱損失を少な
くすることが可能となる。

【００２０】請求項３の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体に支持された請求項１及び２のいず
れか一記載の高圧放電ランプと；を具備していることを
特徴としている。

【００２１】本発明の照明装置は、高圧放電ランプを何
らかの照明のために使用する装置の全てに適応するもの
である。例えば照明器具、表示装置、信号灯装置及び画
像投射装置などに実施することができる。照明器具とし
ては、屋内用のダウンライト、天井直付け灯及びスポッ
トライトなどあらゆる照明用途に実施することができ
る。画像投射装置としては、液晶プロジェクタ、オーバ
ヘッドプロジェクタなどに適用することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２３】図１は、本発明の高圧放電ランプの第１の
実施の形態を示す一部断面正面図であり、図２は、放電
容器を示す一部断面正面図である。

【００２４】図１において、１は高圧放電ランプを示
し、この高圧放電ランプ１のランプ電力は１５０Ｗであ
り、外管２内に気密容器としての放電容器３を収納して
２重管構造をなしている。

【００２５】放電容器３は、図２に示すとおり、肉厚１
ｍｍ、全長５０ｍｍのＹＡＧ製で、内径９．７ｍｍのほ
ぼ円筒状に膨出する主発光部４と、この主発光部４から
連続して長軸に沿って延在する一対の小円筒状キャピラ
リー部５、５から構成される。キャピラリー部５、５に
はその先端から主発光部４に向かって内径１．０ｍｍの
円筒状空間が形成され、この空間に外径０．５ｍｍのタ
ングステンＷ製電極棒６、６及び電極棒６、６と溶接に
より接続された外径０．５ｍｍのニオブＮｂ製リード線
７、７が配設され、これらによって電流導入導体８、８
が構成される。そして、電流導入導体８、８には、電極
棒６、６とリード線７、７との接続部から約１ｍｍ主発
光部４に向かった点を基点として、主発光部４側に外径
０．２ｍｍのモリブデンＭｏ製コイル９、９が卷回さ
れ、キャピラリー部５、５先端側にはフリットガラス１
０、１０が流入され、このフリットガラス１０、１０に
より、電流導入導体８、８は放電容器３に封着される。

【００２６】電極は、電極棒６、６の先端にタングステ
ンＷからなるコイル状電極ヘッド部１１、１１を設けて
構成される。電極ヘッド部１１、１１には、各コイル間
の隙間に酸化トリウムからなる電子放射物質が保持され
ている。

【００２７】ここで、上記放電容器３の主発光部４と
は、主に発光に寄与する部分をいい、ほぼ一方の電極ヘ
ッド１１と他方の電極ヘッド１１間に相当する放電容器
３の部分が該当する。放電容器３の円筒状に膨出した部
分は放電空間１２を形成するが、この放電空間１２内に
は放電媒体として沃化ナトリウム、沃化タリウム、沃化
ディスプロシウムの混合金属ハロゲン化物が８．８ｍ
ｇ、水銀が１５ｍｇ、始動用に希ガスとして８０ｔｏｒ
ｒ前後のアルゴンガスＡｒが封入されている。

【００２８】次に、上記放電容器３は、図１に示すよう
に外径３５ｍｍの硬質ガラスからなる外管２に収容され
ている。外管２はトップ部が閉塞されて全体が円筒状を
なし、基端部はステム１３に封止されており、この基端
部の外側にはセラミックスの口金１４が設けられてい
る。

【００２９】外管２には、導電性ワイヤを屈曲して形成
し、トップ部近傍まで延出して構成した第１のサポート
１５及びこの第１のサポート１５に比較して長さの短い
屈曲した第２のサポート１６が収容されており、これら
サポート１５、１６の基端はステム１３に封着され、機
械的及び口金に電気的に連結されるとともに、第１のサ
ポート１５の先端はトップ部に対して弾性片１７、１７
を介して弾着されている。

【００３０】放電容器３から導出したリード線７、７
は、一方が導電性ワイヤ１８を介して第１のサポート１
５に、他方が同様に導電性ワイヤ１９を介して第２のサ
ポート１６に接続されており、各リード線７、７、導電
性ワイヤ１８、１９、サポート１５、１６はそれぞれ溶
接によって接続されている。

【００３１】また、外管２内の各部材から発生する水Ｈ
₂Ｏ等の不純物を吸着させるため、ジルコニウムＺｒ−
アルミニウムＡｌゲッター２０が第１のサポート１５
に、バリウムＢａゲッター２１が第２のサポート１６に
溶接されている。

【００３２】外管２内には窒素ガス等の不活性ガス３０
０〜４００ｔｏｒｒ封入されている。

【００３３】次に、図３は、図１における放電容器３周
辺部を取り出して示す斜視図である。図３において、図
１を参照しながら放電容器３周辺部について説明する。

【００３４】放電容器３は透光性中筒２２に囲まれてい
る。中筒２２は石英などの耐火性ガラスからなり、円筒
状をなし、内側には赤外線反射膜が塗布されている。こ
の中筒２２は放電容器３の主発光部４を覆うように配設
されており、上下部を金属帯からなるホルダー２３、２
３にて第１のサポート１５に固定されている。

【００３５】そして、中筒２２の上下端には、中央に径
５ｍｍの孔２４ａ、２４ａを開けた外径２１ｍｍ、厚さ
０．２ｍｍのタンタルＴａからなる円盤状の反射体２
４、２４が設けられている。この反射体２４、２４は、
中央の孔２４ａ、２４ａを放電容器３のキャピラリー部
５、５を貫通させ、ホルダー２３、２３に固着された弾
性を有するストッパ２５、２５で中筒２２側に弾性付与
して設けられる。

【００３６】したがって、反射体２４、２４は放電容器
３に対し、主発光部４とキャピラリー部５、５との境界
付近に位置されることとなる。ここで、反射体２４は、
中筒２２の上端のみ又は下端のみのどちらか一方のみで
あってもよい。

【００３７】なお、２６は第１のサポート１５に一端が
固着され、他端側が中筒２２の切欠き部を通って放電容
器３に近接する始動電圧低下用の近接導体である。

【００３８】この実施の形態の作用を説明する。高圧放
電ランプ１を点灯すると、放電容器２３から放出された
光は透光性中筒２２を透過し、外管２を透過して外管２
の外部に放出される。

【００３９】ここで、主発光部４から発生する輻射熱
は、反射体２４、２４により反射され、主発光部４を加
熱することとなる。すると主発光部４の温度が上昇し、
さらにこの熱がキャピラリー部５、５に伝導し、最冷部
の温度が上昇することとなる。

【００４０】通常、最冷部は、キャピラリー部に形成さ
れるが、上記のように最冷部の温度が上昇できるため、
金属ハロゲン化物の蒸気圧が高くでき、よって、高い発
光効率を得ることができる。

【００４１】加えて放電容器３は中筒２２に覆われてい
るため、放電容器３からの輻射熱を中筒２２が受け、中
筒２２から再び輻射熱を放電容器３に戻すこととなるた
め、放電容器３の温度上昇効果が得られる。さらに、放
電容器３は中筒２２に覆われているので熱放散を防止
し、保温効果を期待することができるとともに中筒２２
内側の赤外線反射膜により赤外線を放電容器に反射させ
ることができ、一層主発光部４の温度上昇に貢献でき
る。

【００４２】さらに、この種放電ランプにおいては、点
灯方向を変化させた場合の電気的特性及び光学的特性の
変化が大きい。金属ハロゲン化物は、ランプの動作中に
もその一部がキャピラリー部の最冷部に液状で残存する
ことが多く、点灯方向を変えることにより最冷部が移動
したり、温度が変化すると、それに対応して、金属ハロ
ゲン化物の蒸気圧が変化してランプ電圧、効率及び光色
が変化する。

【００４３】この実施の形態によれば、反射体２４、２
４が主発光部４からの主として輻射熱よる熱対流を妨害
し、つまり、対流による温度変化の影響を緩和し、ラン
プの点灯方向の変化による最冷部の移動を抑制し、点灯
方向の変化による光色の変化を抑制することができる。

【００４４】また、高圧放電ランプ１の点灯中、放電容
器３の温度が低いと主発光部４の黒化現象が生じること
がある。しかし、反射体２４、２４を設けることによ
り、輻射熱を有効に利用し、主発光部４の温度を上昇で
きるので、点灯中の主発光部４の黒化現象を抑制でき
る。

【００４５】さらに、反射体２４、２４は、電流導入導
体８、８を封着するフリットガラス１０、１０より主発
光体４側に位置されているので主発光体４からのフリッ
トガラス１０、１０への輻射熱を遮断でき、封着部の温
度上昇を抑制し、フリットガラス１０、１０の劣化によ
る封着部端からの放電媒体のリークを防止できる。

【００４６】なお、この実施の形態では、反射体中央の
孔２４ａ、２４ａの径を５ｍｍとし、反射体２４、２４
と放電容器３が非接触状態、すなわち、反射体２４、２
４中央の孔２４ａ、２４ａの径とキャピラリー部５、５
外径との間に隙間が形成され非接触状態となるので主発
光部４の熱が反射体２４、２４に伝導し放散するのを軽
減でき、主発光部４の熱損失を少なくすることができ
る。しかしながら、本発明では、例えば、反射体中央の
孔の径を３ｍｍとし、反射体と放電容器とがほとんど接
触状態となるように構成してもよい。

【００４７】また、この実施の形態では、透光性中筒２
２を設けたものについて説明したが、透光性中筒２２は
必ずしも必要ではない。

【００４８】次に、比較試験の結果について説明する。

【００４９】上述の反射体２４、２４を設けた本発明の
実施の形態の高圧放電ランプと反射体を設けていない高
圧放電ランプについて最冷部の温度を比較したところ、
その発光分布から本発明の実施の形態のランプは最冷部
温度が上昇していることが確認できた。

【００５０】また、上記両ランプの寿命試験を実施し
た。その結果、この実施の形態のランプでは１００時間
を経過しても約９０％の効率維持率を示したのに対し、
反射体を設けないランプでは、放電容器の黒化が大き
く、約８０％に低下した。

【００５１】さらに、両ランプ各５本用意し、封着部に
おける放電媒体のリークの状況を確認したところ、この
実施の形態のランプでは２０００時間を経過しても５本
ともリークは発生しなかったが、反射体を設けないラン
プでは５００時間までに５本ともリークが発生した。

【００５２】図４は、本発明の高圧放電ランプの第２の
実施の形態を示す一部断面正面図である。ピンタイプの
放電ランプを示し、外径２１ｍｍ、内径１８．５ｍｍの
石英からなる外管２ａ内に放電容器３ａをモリブデンＭ
ｏ製サポートワイヤ１５ａにて固定したものである。

【００５３】放電容器３ａから導出したリード線７ａ、
７ａは一方がサポートワイヤ１５ａに接続され、他方が
導電性ワイヤ１９ａに接続されている。また、サポート
ワイヤ１５ａ、導電性ワイヤ１９ａともに端子ピン２
７、２７に電気的に接続される。なお、２０ａはサポー
トワイヤ１５ａに溶接されたゲッターである。

【００５４】次に、放電容器３ａ周辺部について説明す
る。放電容器３ａのキャピラリー部５ａ、５ａには図中
上下にタンタルＴａからなる皿状反射体２４ｂ、２４ｂ
がキャピラリー部５ａ、５ａを貫通し、放電容器３ａの
主発光部４ａを挟むように位置されており、この皿状反
射体２４ｂ、２４ｂの一側がサポートワイヤ１５ａに溶
接されており、他側が外管２ａ内壁に当接されている。
なお、この上下皿状反射体２４ｂ、２４ｂは、その開口
側を主発光部４ａ方向に向けているので、主発光部４ａ
の輻射熱を効果的に主発光部４ａへ反射させることがで
きる。

【００５５】図５は、本発明の高圧放電ランプを照明装
置に適用した実施の形態を示す概念図である。

【００５６】高圧放電ランプ１は、照明装置３０の光源
として使用できる。照明装置３０は下面が開口された照
明器具の内面に反射面３１が形成されており、この照明
器具の側壁にはソケット３２が取り付けられている。高
圧放電ランプ１は、その口金１４をソケット３２にねじ
込むことにより照明器具に取り付けられる。ソケット３
２には、照明器具内に設置された又は器具の外部に設け
られた安定器を含む点灯回路３３を介して商用電源３４
に接続されるようになっており、例えば、電源電圧が２
００Ｖ、ランプ電圧が１００±２０Ｖで点灯されるよう
になっている。

【００５７】

【発明の効果】請求項１ないし３の各発明によれば、製
作が容易で、発光効率が向上できる高圧放電ランプ及び
これを用いた照明装置を提供することができる。

【００５８】請求項２の発明によれば、加えて主発光部
の熱が反射体に伝導し放散するのを軽減でき、主発光部
の熱損失を少なくすることができる。

【００５９】請求項３の発明によれば、請求項１及び２
の効果を有する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧放電ランプの第１の実施の形態を
示す一部断面正面図

【図２】同上実施の形態の放電容器を示す一部正面断面
図

【図３】同上実施の形態の放電容器周辺部を示す斜視図

【図４】本発明の高圧放電ランプの第２の実施の形態を
示す一部断面正面図

【図５】本発明の高圧放電ランプの第１の実施の形態を
照明器具に適用した実施の形態を示す概念図

【符号の説明】

１…高圧放電ランプ ２…外管 ３…放電容器 ４…主発光部 ５…キャピラリー部 ８…電流導入導体 １０…フリットガラス １１…電極ヘッド部 ２４…反射体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎田 淳 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 小田部 辰男 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外管と；外管に収容され、気密にして放射
   透過性のセラミックスを主体として構成され、かつ、主
   発光部と一対のキャピラリー部を有し、主発光部とキャ
   ピラリー部との外径寸法が主発光部＞キャピラリー部の
   関係である放電容器と；放電容器の両端部にフリットガ
   ラスにより封着された一対の電流導入導体と；電流導入
   導体の先端部に形成され放電容器内に封装された一対の
   電極と；放電容器内に封入された発光金属のハロゲン化
   物を含む放電媒体と；放電容器の少なくとも一方のキャ
   ピラリー部先端と電極近傍との間に位置された反射体
   と；を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 【請求項２】反射体は、放電容器と非接触状態で設けら
   れることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 【請求項３】照明装置本体と；照明装置本体に支持され
   た請求項１及び２いずれか一記載の高圧放電ランプと；
   を具備していることを特徴とする照明装置。