JPS5880257A - 小形メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明社屋内照ｒｌＡＫ好適する１００Ｗ以下の小形メ
タルハライドランプに関する。

（発明に至った背景） 近年省エネルギーの見地から、従来一般家庭等の屋内用
照明に多用されていた白熱電球に替わシ、高効率で高演
色性の小形メタルノ・シイドランノの開発が要請されて
いる。

従来においては２００Ｗ以上の中、大形メタルハライド
ランプが既に知られているが、これら中、大形メタルハ
シイドランプは光束値が白＃１４電球に比べて格段に高
く、演色性を要求される屋内で使用されるとしても光量
が多く活用できるように比較的高い場所に設置して使用
されている。しかしながら１００Ｗ以下の小形になって
くると、白熱電球と同様に比較的低い一所から直接被照
射体を照射して＃被照射体をきわだ九せるような使用形
態が生じてくる。このため、従来の中、大形メタルハラ
イドランプにおいてｄ大してｊｋ叢とされなかった配光
、特に直下照度がかなシ大きな問題として考厘されなけ
れはならない。

一般に高圧金属蒸気放電灯は、＃ｉＪ端に相対するに極
を封着した発光管構造を有しておル、屋内照明としては
両端封着部が上下方向の姿勢となる垂直点灯で使用され
ることが多く、両に極間の高圧放電によって発せられる
可視光にょシ明るさを得ている。し六がって放′ｌＩｌ
仝間から発せられる可視光は封着部方向では明るさが減
じられるものであシ、この封着部にょる一配光の不均一
さは従来から間亀とされていたが、点灯位飯が被照射体
よ多かなシ高位置に設置されることおよび後数個のラン
プと並併用されることなどによシ、被照射面の照度分布
はかなシ均等にすることができた。

しかしながら本発明で対象としている１００Ｗ以下のメ
タルハライド２ングのように、直接被照射体を照射し、
かつ一般尿庭のごとく比較的低い位置に設置されて点灯
されるものでは、従来構造の１１であると被照射体に明
るさのむらを発生する不具合を生ずる。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、封着部方向の明るさを増して配光Ｉ
ｆ＃性の均一化がＷＪ能とな力、省エネルギーの観点か
ら高効率さを損うことのない１００Ｗ以下の小形メタル
ハライド２ングを提供しようとするものである。

（発明の概要） すなわち本発Ｆ！ｉＪは、発光管における軸方向中央部
の肉厚を最小にし、封止部に近づくにつれて肉厚が連続
的に増大されるようにし、この肉厚の大きい方向に光ｏ
Ｂ折を生じせしめて封着部方向の光量を増すようにした
ことを特徴とする。

（発明の実施例） 以下本発明の一夾施例を図面にもとづき説明する。

図中１は石英ガラスなどの耐熱性透光物質からなる発光
管であシ、両端にタングステン等の高融点金属からなる
電極２．３を封着しである。

電極２，３はモリブデン勢の金属箔導体４．４に接続さ
れておシ、これら金ｊｌｌｉ箔導体４・４は発光’ｆｊ
ｌの両端部に形成し九封着部５．６内に封着されている
。金属箔導体４．４ｒｉウエルズ６．６に接続されてお
）、これらウェルズ６゜６を介して′＃を極２．３に電
圧が印加される。発光管１はその放電空間部分が球状も
しくは楕円球状となるように、九とえば膨出成形されて
おシ、放電空間内におけるガスの対流を円滑に生じせし
めるようにな′りている。また封５ｉｉ部５゜５は断面
が円形もしくは楕円形をなして棒状に延びておシ、これ
ら封着部５．５を通じて熱損失が小さくなるように考慮
されておシ、これによって発光管１の最冷熱温度の上昇
を図ル、発光全島の蒸発を従して発光効率の向上を可能
にしている。発光管１内には水銀と、始動用希ガスと、
発光全島としての金属ノ・ロダン化物、たとえば沃化ナ
トリウムおよび沃化スカンジウムが封入されている。

発光管１は外管１内に収容されている。外管１は白熱電
球と同様な形状および大きさを有し、一端にねじ込み形
口金８を被着しである。外管１のステ五−にはリードｔ
ｉｓｘｏｈ、ｉｏｂが封着されておシ、一方のり−ドＭ
ＪＯａには支持線１１を介して一方の電極２が接続され
ているとともに、他方のリード、＊Ｊ　ｏ　ｂには発光
管１から遠ざかるように弓形に自戒され良導電ワイヤ１
２を介して他方の電極Ｊが接続されている。

なお外管ｒ内は真空４しくは窒素あるいは不活性ガスの
富囲気に保たれてお〕、また口金８には端子＃ａが設け
られている。

しかして発光管１は第２図に示されるように、発光空間
の周囲の内厚分布が異なるように構成されている。すな
わち発光管１の肉ｌ＃ｔは、軸方向に沿う発光管中心部
に最小肉厚１ｍ１ｍを形成するとともに、発光管１の封
着部５，５に近接する部分、つｔ〕封着１１１Ｊ　、　
Ｊの根元部分に最大角Ｊｌ　ｔｌｌｌａｘを形成し、こ
れら４ｍ１ｍ部分からｔ□□部分の間は連続的に肉厚が
変化されている。このような肉厚変化を無理なく形成す
るためにも、発光管形状は球状または楕円球状が好まし
く、球状もしくは楕円球状であれば肉厚が連続して変化
することとあいまって発光管の機械的強度が向上する。

このような構造の肉厚分布をもつことによル、該肉厚変
化の光学的効果にもとづき配光特性が改善される。すな
わち、上記のごとき肉、厚分布構造によれば、光が肉厚
の大きい方向へ屈折するというレンズ作用によシ、封着
Ｓ＊の光量が増大する。第３図はその原理を一層詳しく
説明するために示したもので、本図によってその作用を
説明する。第３図に）は発光管の形状が従来の中、大形
ランプのように筒形であ〕、シかも肉厚の変化がない場
合を示し、まえ、第３Ｅ伸）は発光管の形状が球状であ
るが肉厚の変化がない場合、第３図Ｃ）は本実施例のも
のに係〕発光管の形状が球状であ如しかも中央部に比べ
て端部の肉厚が大きい場合を各々示す。菖３図に）ない
しくＱにおいては説明を簡単にするため、中心点０から
同一方向に光Ｂ０ムが放出される場合を考えてみる。な
お、第３図（Ｂ）と第３図（Ｑにおいて酸バルブの内面
を同−曲率中径としである。

第３図■の場合、０ム方向の入射光拡パルプ壁の入射面
に直角攻法＠Ｌ−Ｌに対して＃寡の入射角をなしている
。そして通常発光管を構成する物質たとえば石英ｔラス
は発光管内部および外部の雰囲気ガス中よシ、屈折率が
大きいものであシ、ま九光の屈折の性質は屈折率の小さ
な所から屈折率の大きい所へ入射した光は、入射角よシ
も小さな角度をもって透過してゆくものである。したが
って第３図■に示されたＯＡ部方向入射光は、ｆラス壁
内で法線Ｌ−Ｌとなす角度が小さくなるような方向、つ
ｔシムＢ方向へ屈折され、かつ１点から外へ出る場合に
は屈折率が大きな方向へ透過するのでＢＣ方向へ進むこ
とになる。すなわち、館３図に）の例では、０ム方向の
入射光に対し、０ム方向の延−Ｊｉ！：ｌ１ｌｉＩＯム
Ｄ−よ〕も中心方向（図示下方向）へ偏心した屈折光Ｂ
Ｃが放出される。

第３図ω）の場合には、０点が曲率中心であるため、入
射角は零であシ、ガラス壁のム点に入射され走光ＩＩ′
ｉ屈折されることな（Ｂ１点に至ル、かつガラス壁の外
面も曲率中心が０点であることからＢ′点において屈折
されず、よって０ム方向の入射光は直進してＢ′σ方向
へ放出される。

第３図（Ｑｏ場合においては、ＯＡ部方向入射光は２点
まで直進される。ｒ点における曲率中心はＡ点の曲率中
心とは異なる位置にあシ、シかも図示の上方が大きな肉
厚となるように形成されておル、かつ屈折率の大きな所
から小さな所へ光が透過する場合に入射角よシも大きな
角度で透過することの理由によ？）、ＶＣ’方向の屈折
光となる。Ｂ＃σ方向の屈折光は入射方向０ムに対して
角度θ意だけ図示の上方に向って屈折される。このこと
がレンズ効果と称するゆえんであシ、したがって８２図
の発光ｔ１は端部に近づくにつれて肉厚を大きくしであ
るから、第３図（Ｑのレンズ効果にもとづき端部方向、
つまル封着部１．１方向の光量が増大される。

以上の１！明においては中心点０から出た１本の光線に
ついて考察し、かつ発光管形状も球状の場合について検
討し九が、Ｉｌ［＃の光線、中心点０以外から出る光お
よび発光管形状が楕円球状の鳩舎を考えても、その屈折
作用は複雑に１にるが基本的にはレンズ効果によって封
着部方向へ拡散されること祉容晶ＫＪＩ解される。

以上の原理にもとづ１配光特性の改善結果を館４図に示
す。１／ｓ４図中破線社円筒状構造の発光管の例であシ
、実線は本実施例に係る肉厚分布および球状構造の発光
管０例を示す。いづれも１０１０００ｊ照度（＠ｄ）の
配光分布であル、かつ口金を上方とした垂直点灯要部で
ある。また実線のもＯは、最小肉厚ｔｍａ１ｍと最大肉
厚ｔｍ□の比ｔｗｉｎ／ｌ□３ｃがαＳにし大場合であ
る。

ｊ１４１Ｅｌから判るよ５に％図中上方は口金が存在す
るので破ｍＯｔのも実線のものと大差はないが、本実施
例の肉厚分布を４つ実線のものは水平方向の照Ｉｉｔが
わずかに減少するものの、直下照度は破線のものに比べ
て約３倍に上昇されておシ、配光分布が均一化されてい
る。本実施例に係る２ングは、前述のレンズ効果に加え
て、発光管が球状形状の良め筒状形のものに比べて同−
内容積の場合には水平方向への膨らみを有し、かつ封着
部の断面積も小さいことも、下方回への照度が向上する
ことに寄与していると考えてよい。また水平方向の照度
は、嬉４図にあってｄ１０００ムの線上で比較している
から破線のものに比べて低下している様に見えるけれど
も、実質的には後述するように全光束が向上するので水
平方向の照度の低下はない。

第５図には４０Ｗのメタルハライドラングにおいて垂直
点灯時の直下照度とｔｗｉｎ／　ｔｍａｘとの関係を示
す。第５図中白丸（０）は発光管形状を鋤形にした従来
構造の本のであり、肉厚変化がないもの、黒丸（・）は
発光管形状を球状にしたものである。＃Ｉ５図・が示す
通ル、発光管の形状を単に球状に成形するだゆであって
も封着部での遮光損失が減少するから直下照度は約２倍
に向上するが、さらに肉厚分布をｔｍｉＩ、／１ｍａｘ
をα３ないしα７ｏ範囲に規制すれば筒形発光管（０印
）のものに比べて直下照度は２．５〜ｓ、５倍に向上す
る。

ｔｍｌｊｔｍａｘを０．７よ〕大きくすると肉厚分布に
対する配光分布の均一化が小さくなるので所期の目的を
達成し難くなル、を九ｔｍｉａ／１ｍａｘが０、３よシ
小さくなると肉厚分布が急激に変化しすぎる結果、発光
管Ｏ熱的歪が大きくなシ、点灯中に尭光管破損Ｏ惧れも
生ずるから好ましくない。

以上の結果は４０Ｗの例であるが、１００Ｗ以下の小形
メタル＾２イドランｆにおいては発光管を鋤形に成形す
ると、封着部による配光不均一の影譬が中、大形ランプ
に比べて相対的に大きくなるＯＫ対し、本発９１１に係
る効果はラン！が小形化されるはど大１１１に効果が現
われる。

１００　Ｗ＠０メタル＾ライＰランランおいてｔａｉ＆
／１ｍａｚを０．３〜（Ｌ７０ＩＩ囲に選定すれば筒形
のものに比べて約２〜３倍、また２０Ｗ＠では同じく約
３〜４倍の直下照度向上を達成しえ。

さらに本実施例によると、前述した様に、発光管端部に
おける封着部の断面積が小さいので熱損失が減少され、
特に点灯時に下側に位置する封着線根元の発光管内が最
冷部となるが、このｉｌｋ冷部は上記熱損失が少ない理
由によって従来よシも向上し、もって封入金属の蒸発量
を大きくしてランプ効率の向上に寄与する。加えて発光
管の形状を球状または楕円球状とする仁とによシ、発光
管内における蒸発物の対流が円滑に行われてこの対流を
促進し、ランプ効率は一層向上する。４０ＷＯラングの
場合、従来のものに対して約−〇−以上の効率向上が可
能になル、全体的に照度の向上が実現できる。

なお、最小肉厚を考慮する場合には発光管Ｏ耐圧強度に
ついて検討しておく必要がある０本業施例のごとき、発
光管形状を球状もしくは楕円球状にすると、円筒形のも
のに比べて耐圧強度は著しく増大する。とζろで一般に
メタルハライドラングのにおいては、発光管の内表面積
５（−）で２ンｌ電力Ｗ、　（ワＦ））を除した値、つ
壕）管壁負荷Ｗ、／ＩＩ　（ワｙト／−）を増加すれば
ランプ効率が向上することは知られている。

しかしながら小形メタル＾ツイＰ？ンプになると電極に
よゐ熱損失中対流による熱損失尋による損失分が中、大
形ランデに比べて相対的に増加するから、ランプ効率は
中、大形ランプに比べて２０〜４０−も効率の低下を招
く傾向がある。仁の仁とに対し、小形メタルハライドラ
ンｆｌＣおいては、前述のごとく発光管形状を球もしく
紘楕円球とし、封止部の断面積を小さくして熱損失を減
少させてあ〕、加えて管壁負荷Ｗ、／ｌを１５（ワｙ）
／ａｔ）以上とすることによル白熱電球に比し３〜４倍
の光束を得ることが確認で龜た。

仁のように管壁負荷を上げること紘発光管内の圧力が増
大する仁とになゐので、発光管の肉厚についてその最小
値＊ｍ１ｍを一定基準以上に設定する必要がヰじて（る
。管壁負荷を１５（ワ、ト／−）以上にすると発光管内
の圧力は１５ａｔｍ〜２Ｑ　ａｔｍ以上に達する。寿命
中における管壁の耐圧強度の劣化、ランノミ圧上昇等に
よる若干の圧力増加等を考慮に入れて安全率を見込むと
、発光管の耐圧強度は５０　ａｔｍでも破損されないこ
とを必要とする。シ良がって発光管の最小肉＊ａ耐圧強
度５０　ａｔｔｍを限界値として実験した。なお、一般
にランｌ入力が小さくなるほど発光管形状は小形化され
、かつ小形化される１耐圧強度が増す。それゆえ、１０
０Ｗ以下の小形メタルハライドランプは以下の値が要求
されることを確認した。

１００Ｗ≧ＷＬ＞７０Ｗでは番！１１１に≧α５Ｗｍ７
０Ｗ≧ＷＬ、＞４０Ｗではｌｍ１ｍ≧α４ｍｇ４０Ｗ≧
Ｗ１ではｔ、量、≧０．３　ｓａｗさらにまた、一般に
発光管１を囲−する外管゛１は内面にけい光体もしくは
シリカ等の拡散物質を塗布して拡散タイプとするか、も
しくは拡散物質を塗布しない透明（クリア）タイツとさ
れる。拡散タイプの揚合には透明タイ／に比べて配光特
性がかなシ均−化されることは知られている。しかしな
がら本発明による発光管の配光分布線、拡散タイｌの外
管を使用しても何ら打ち消されるもので鉱なく、従来の
ものに比べて依然として有位性をもつ亀のであるから、
外管について紘何ら制約されるものではない。

（尭明の効果） 以上詳述し走過〉本発明は、１００Ｗ以下の小形メタル
ハライドランプにおいて発光管の軸方向に沿う中央付近
の肉厚を最小にし、端部における封着部近傍の肉厚を最
大にしてこれらの間で肉厚が連続的に変化されゐように
したから、発光管内で生じた光は上記肉厚分布に亀とづ
〈レンズ効果の九めに１封着部方向へ屈折されて封着部
方向の光量が増大される。このため封着部方向の１１１
度が向上するので配光分布が均一化され、１ＩＫＩｉ直
点灯時における直下照度が向上する。し九がって屋内照
明として白熱電球に代替して使用する鳩舎に被照射体の
照度分布が向上し、かつ白熱電球に比べて格段に効率が
優れてお〕、省エネルギー照明としてきわめて有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す小形メタルハライドラ
ンプの構成図、第２図はその発光管構造を示す断面図、
第３図■ないしくＱは本発明のレンズ効果を比較して示
す＃ｉ、ＦＪＡ図、第４図は配光分布特性図、第５図は
ｔｗｉｎ／　ｔｍａｚと直下照度との関係を示す特性図
である。 １・・・発光管、２．３−電極、５・・・封着部、Ｃ・
・・ウェルズ、１・・・外管、ａ　−口金。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　廖矛１図　　、
ａ ノ 矛３図 ｔｍｉｎ／１ｍａｘ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対する一対の１１伽を鳴し、耐熱性透元物簀か
   らなる発光管内に、木簡１名−ガスおよび金属ハロダン
   化物を封入した１００Ｗ以下の小形メタルハライドラン
   プにおいて、発光宮の軸方向に沿う中央付近の肉厚を最
   小にし、発光管の端ｆ！ｍ＋Ｊ近に近づくにつれて肉厚
   は連続的に増大し、発光管の封着部との境界部分で肉厚
   を最大にしたことを特徴とする小形メタルハライドラン
   プ。
2. （２）上記中央付近の最小肉厚ｔｍｌ。と端部ｔ」近の
   級大肉Ｗ　ｔｍａｘとの比ｊｍｉｎ／　Ｌｍａｘは０．
   ３〜０．７とした仁とを特徴とする特許請求の＠！、囲
   第（１）項記載の小形メタルハライドランプ。
3. （３）発光管形状は球袂もしくは指日球状であることを
   ％値とする％針訪求の範囲第（１）項もしく１謁（２）
   項す１載の小形メタルノ・ライドランノ。