WO2012020582A1 - 複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプ - Google Patents

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WO2012020582A1
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arc
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metal halide
discharge
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大河原亮
前原昭美
松本泰久
西村純平
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岩崎電気株式会社
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    • H01J61/92—Lamps with more than one main discharge path
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
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    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/54—Igniting arrangements, e.g. promoting ionisation for starting

Definitions

  • the present invention relates to a ceramic metal halide lamp having a plurality of arc tubes. More specifically, the present invention relates to a ceramic metal halide lamp in which other arc tubes are surely turned on at the end of the life of one arc tube by setting the gas pressure in the lamp to a predetermined pressure.
  • High-intensity discharge lamps such as high-pressure mercury lamps, high-pressure sodium lamps, metal halide lamps, and ceramic metal halide lamps emit light using discharge between electrodes. For this reason, compared with an incandescent lamp, it has various features such as a large luminous flux suitable for illumination in a large-scale space and high energy efficiency.
  • metal halide lamps that employ metal halides as light-emitting substances have advantages such as excellent color rendering properties close to white light (natural light) and high luminous efficiency compared to mercury lamps that emit pale light. Yes.
  • quartz arc tubes have been used as arc tubes for metal halide lamps.
  • a translucent ceramic arc tube (this material is translucent polycrystalline alumina-PCA) has been used.
  • a translucent ceramic arc tube can have a much longer life than a quartz arc tube. For example, a single one can ensure a lifetime of about 24,000 hours (long life).
  • quartz has an advantage that it easily reacts with a metal halide sealed in the arc tube, but ceramics does not react with it and has good heat resistance. For this reason, there is an advantage that various metal halides can be used as the enclosed material in the arc tube.
  • metal arc lamps are made of translucent ceramic arc tubes, they are called “ceramic metal halide lamps”, which are more efficient than mercury lamps and quartz arc tube metal halide lamps. For example, some can achieve a brightness of 120 lm / W (lumen / watt) or more.
  • Patent Documents 1 to 3 are technologies relating to a single arc tube lamp, and there is no description regarding a plurality of arc tubes. Furthermore, Patent Document 1 targets a case where a voltage exceeding the start of arc tube discharge is applied, and targets an event unrelated to the arc tube burst of the present invention.
  • the lifetime of LED lamps that have recently started to be widely used is said to be nominally 40,000 hours.
  • the inventors of the present invention have achieved a long life by using a plurality of arc tubes so that the life of the LED lamp can be countered with respect to the ceramic metal halide lamp which has a light emitting efficiency superior to that of the LED lamp but has a short life.
  • Research and development In a ceramic metal halide lamp, for example, if a lamp that is easily lit using two arc tubes is selectively lit, the life of one arc tube is assumed to be 24,000 hours.
  • the arc tube can be expected to have a long life of 48,000 hours. Similarly, in the case of three or more arc tubes, it can be expected to prolong the life in proportion.
  • the other arc tubes are reliably turned on (for example, after 2 to 3 minutes) at the end of the life of one arc tube that is lit. It is necessary to do.
  • the ceramic metal halide lamp originally has an inherent failure mode in which the starting performance is poor as compared with other HID lamps. Furthermore, since the arc tube is relatively high temperature and high pressure, it has an inherent failure mode in which the gas inside the arc tube leaks or the arc tube bursts at the end of the life of the arc tube. ing.
  • the inventors of the present invention through research and development for extending the service life of ceramic metal halide lamps having a plurality of arc tubes, have their own failure modes when shifting from the end of the life of one arc tube to lighting of another arc tube. As a result, it has been found that when the gas pressure to be filled is low, a new problem occurs in which glow discharge occurs between narrow metal members having different potentials.
  • the gas in the arc tube diffuses into the inner tube even if the inner tube surrounding the arc tube ruptures without being damaged by the rupture of one arc tube.
  • glow discharge may occur between the lead wires in the inner tube having a relatively low gas pressure.
  • the inner tube when a sealed inner tube is used as the inner tube, the inner tube is also damaged by the rupture of one arc tube, and the gas in the arc tube diffuses into the outer sphere, so that the gas pressure is relatively low. Glow discharge may occur in the outer sphere.
  • the gas in the arc tube diffuses through the open inner tube due to the burst of one arc tube, and glow discharge occurs in the outer bulb with a relatively low gas pressure. May occur.
  • the present invention provides a plurality of arc tubes in which the other arc tube is normally lit at the end of the life of one arc tube due to rupture or leakage by setting the gas pressure in the lamp to a predetermined pressure.
  • An object of the present invention is to provide a ceramic metal halide lamp.
  • a ceramic metal halide lamp according to the present invention includes two arc tubes that selectively light one arc tube, and an outer sphere that houses the arc tube,
  • the gas pressure inside the outer bulb is The pressure is adjusted so that it is equal to or higher than Y obtained by the following formula and equal to or lower than 1 atm, and the other discharge tube starts to discharge without generating a discharge between the different potential metal members.
  • the ceramic metal halide lamp according to the present invention includes two arc tubes that selectively light one arc tube, an inner tube that surrounds each arc tube, and an outer tube that houses the arc tube and the inner tube.
  • the inner tube is a sealed inner tube, and when the shortest distance between the different potential metal members in the inner tube is X, the arc tube bursts or leaks, and the arc tube and the inner tube When the gas pressure inside the sealed inner pipe becomes equal, the gas pressure inside the sealed inner pipe is adjusted so that it is equal to or higher than Y calculated by the following formula and equal to or lower than 1 atm, and the different potential metal member The other discharge tube starts to discharge without generating a discharge.
  • the ceramic metal halide lamp according to the present invention includes two arc tubes that selectively light one arc tube, an inner tube that surrounds each arc tube, and an outer tube that houses the arc tube and the inner tube.
  • the inner tube is a sealed inner tube, and when the shortest distance between the different potential metal members in the outer sphere is X, the arc tube bursts and the sealed inner tube is damaged.
  • the gas pressure inside the outer sphere is such that the gas pressure inside the outer sphere is not less than 1 atm and not less than Y obtained by the following equation:
  • the other discharge tube starts to discharge without generating a discharge between the different potential metal members.
  • the ceramic metal halide lamp according to the present invention includes two arc tubes that selectively light one arc tube, an inner tube that surrounds each arc tube, and an outer tube that houses the arc tube and the inner tube.
  • the inner tube is an open-type inner tube, and when the shortest distance between different potential metal members in the outer sphere is X, one of the arc tube bursts or leaks, and the inside of the arc tube When the gas pressure inside the outer sphere becomes equal, the gas pressure inside the outer sphere is adjusted to be not less than 1 atm and not less than Y obtained by the following formula, and discharge occurs between the different potential metal members Without discharge, the other discharge tube starts to discharge.
  • the gas previously enclosed in the outer bulb and / or the inner tube may be an inert gas such as argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) gas.
  • the present invention by setting the gas pressure in the lamp to a predetermined pressure, a plurality of arc tubes, in which another arc tube is normally lit at the end of the lifetime due to one arc tube bursting or leaking, etc.
  • the ceramic metal halide lamp which has can be provided.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams for explaining the structure of a ceramic metal halide lamp having a single arc tube, in which FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a side view.
  • FIG. 2A and 2B are views for explaining the structure of the ceramic metal halide lamp according to the present embodiment, in which FIG. 2A is a front view and FIG. 2B is a side view.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an inner tube that can be used in the ceramic metal halide lamp of FIG. 2 together with
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an inner tube that can be used for the ceramic metal halide lamp of FIG. 2 together with FIG.
  • FIG. 5 shows experimental data in which the presence or absence of glow discharge was examined using the distance between different potential members and the gas pressure as parameters.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the shortest distance between the different potential members of the lamp 10.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit of a metal halide lamp.
  • the ceramic metal halide lamp according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6 while referring to differences from the conventional ceramic metal halide lamp.
  • the present invention relates to a ceramic metal halide lamp having a plurality of arc tubes, the case of two arc tubes will be described as a representative example in order to make the configuration of the lamp simple and easy to understand.
  • the structure of the ceramic metal halide lamp will be described with reference to FIG. 2, and the types of inner tubes usable for this lamp will be described separately for the sealed type and the open type with reference to FIGS.
  • the setting of the gas pressure in the lamp to a predetermined pressure will be described with reference to FIG.
  • the lamp When the lamp is lit, one of the two arc tubes is easily lit at that point in time. When the light is turned on after the light is turned off, the single light-emitting tube that is easily turned on is turned on. This is repeated thereafter.
  • such a state is referred to as “two arc tubes that are selectively lit”.
  • a lamp that has reached the end of its lifetime during lighting is referred to as “one lamp”, and a lamp that is lit after the end of the life of one lamp is referred to as “the other lamp”.
  • the present invention can be realized by the same technical means as in the case of two arc tubes.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams for explaining the structure of a current ceramic metal halide lamp 100, where FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a side view.
  • the lamp 100 has a double structure in which one arc tube 4 serving as a light emitting portion is enclosed inside an outer bulb 2.
  • An E-shaped base 6 is joined to the end of the outer sphere 2.
  • the arc tube 4 is supported at a predetermined position by a mount 8 in which an inner tube is attached to a structure in which metal wires and plates are combined, and is supplied with power.
  • the arc tube 4 serving as a light emitting unit is a translucent ceramic container having a shape of a central thick tube portion 4a and thin tube portions 4b and 4c at both ends.
  • a pair of lead wires 5 and 7 extend through these narrow tube portions 4b and 4c to the region of the thick tube portion 4a to form a pair of tungsten (W) main electrodes (not shown). ing.
  • a predetermined amount of mercury, a metal halide, and an argon (Ar) gas having a predetermined pressure as a rare gas are sealed as light emission and discharge media.
  • the rare gas in addition to argon (Ar) gas, other rare gas such as krypton (Kr), xenon (Xe), or a mixed gas thereof may be used.
  • the metal halide include halogens such as iodine (I), bromine (Br), chlorine (Cl), and at least sodium (Na), thulium (Tm), cesium (Cs), dysprosium (Dy), and the like.
  • a kind of light-emitting metal is enclosed, and characteristics such as luminous efficiency, color rendering properties, and color temperature are improved.
  • the mount 8 includes a stem tube 14 in which a pair of lead wires are hermetically sealed, and a wire material such as molybdenum (Mo), stainless steel (SUS), nickel-plated iron wire, or a substantially long rectangular shape connected to one lead wire.
  • the main components are a support column 16 formed of a round bar formed in a frame shape and an inner tube 18 formed of a transparent quartz glass tube disposed so as to surround the arc tube 4.
  • the outer sphere 2 is made of translucent hard glass such as borosilicate glass, for example. There are transparent type and diffuse type (opaque).
  • the outer sphere 2 has a BT shape having a central portion 2a having a maximum diameter, a closed top portion 2b on the lower side as viewed in the figure, and a neck portion 2c on the upper side.
  • the neck part 2c has a sealing part in which the flare part of the stem tube 14 is sealed (not shown). After sealing, the inside of the outer sphere 2 is exhausted through an exhaust pipe (not shown) provided in the stem pipe 14, and an inert gas such as argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) gas is enclosed, or It is an airtight atmosphere in a vacuum.
  • an inert gas such as argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) gas is enclosed, or It is an airtight atmosphere in a vacuum.
  • the screw-type base 6 is joined with a heat-resistant adhesive so as to cover the sealing portion, or the base 6 is screwed into a spiral thread groove formed by a mold and attached.
  • a lamp 100 shown in FIG. 1 has a base 6 attached to a socket (not shown), is energized from a power source via a predetermined lighting circuit device (see FIG. 7), and is stably lit by discharge between main electrodes. Is sustained.
  • FIG. 2A and 2B are views for explaining the structure of the ceramic metal halide lamp 10 according to the present embodiment, where FIG. 2A is a front view and FIG. 2B is a side view.
  • the lamp 10 according to the present embodiment has two arc tubes and a gas pressure in an inner tube or an outer sphere described later is set to a predetermined pressure. , Is different.
  • two arc tubes 4-1 and 4-2 are housed in the inner tubes 18H-1 and 18H-2 and supported by the mount 8.
  • the two arc tubes 4-1 and 4-2 are electrically connected in parallel to the start / drive circuit.
  • the inner tube in FIG. 2 is called a combination 18H-1, 18H-2 with openings at both ends.
  • the inner tube includes the inner tube illustrated in FIGS. 3 and 4, and any of the inner tubes may be used in the lamp 10 of FIG.
  • the inner tube includes a sealed inner tube and an open inner tube. Both inner tubes are typically made of quartz.
  • As the sealed inner tube for example, both end sealed inner tube 18A in FIG. 3A, one end sealed / other end sealed inner tube 18B in FIG. 3B, and both ends sealed inner tube 18C in FIG. There is.
  • As an open type inner tube for example, (D) one end sealing / other end open type inner tube 18D, one end sealing / other end opening inner tube 18E in FIG. 4 (E), FIG.
  • FIG. 4 (F) There are an inner tube 18F with one end plug and other end opening, an open-ended inner tube 18G shown in FIG. 1 (G), and a combined inner tube 18H with open ends shown in FIG. 2 (H).
  • an inner tube 18F with one end plug and other end opening
  • an open-ended inner tube 18G shown in FIG. 1 (G)
  • the lamp 10 may not have the inner tube itself.
  • FIG. 5 shows experimental data obtained by examining the presence or absence of glow discharge using the distance between different potential members and the gas pressure as parameters.
  • Five different potential members with distances of 0, 6, 2.2, 3.2, 5.0, and 6.2 (mm) are prepared.
  • the pulse voltage applied to the different potential members is set to 3.5 kV.
  • the filled gas pressure was reduced to 100 (Torr) in the range of 500 to 100 (Torr), and the presence or absence of discharge was tested.
  • the distance between the different potential members (mm) is taken on the X axis
  • the gas pressure (kPa) is taken on the Y axis
  • Equation (1) discharge does not occur in an environment with a gas pressure equal to or higher than Y obtained in Equation (1), where the shortest distance X between different potential members is determined from the lamp design. Therefore, when the shortest distance between the different potential members of the lamp 10 is X, it is necessary to design the gas in the sealed region after the arc tube rupture has a gas pressure equal to or higher than Y.
  • the upper limit of the gas pressure Y is 1 atm (101.3 kPa) when the sealed region is opened.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the shortest distance between the different potential members of the lamp 10. Basically, as shown in FIG. 6A, there is a shortest distance portion (indicated by an arrow) between members of the support on the base side. However, in the case of the one end sealed / other end sealed inner tube 18B of FIG. 3B, there is a shortest distance portion (indicated by an arrow) between the lead wires.
  • the gas pressure of the sealed inner tube after the rupture of the arc tube at the shortest distance X between the different potential members in the inner tube is such that Y is equal to or higher than the gas pressure equal to or higher than Y obtained by the equation (1).
  • the arc tube is at the shortest distance X between the different potential members in the inner bulb or the outer bulb. Is designed so that the gas pressure Y of the outer sphere after rupturing is equal to or higher than the gas pressure Y or higher obtained by the equation (1).
  • the gas pressure Y of the outer sphere after the rupture of the arc tube is expressed by the formula (1) to prevent the occurrence of glow discharge in the outer sphere.
  • the gas pressure is designed to be equal to or higher than the gas pressure Y or higher obtained in (1).
  • the lamp 10 according to this embodiment can have a long life by having two arc tubes. For example, assuming that the lifetime of one arc tube is 24,000 hours, theoretically, it is expected that the lifetime of two arc tubes will be extended by 48,000 hours.
  • the gas pressure in the sealed inner tube or the outer sphere is set to a predetermined pressure based on the equation (1).
  • the gas pressure of the sealed inner tube and the gas pressure of the outer sphere before rupture of the arc tube are not defined, and the gas pressure of the sealed inner tube and the gas pressure of the outer sphere after rupture are defined. .
  • the data obtained by the experiment is the presence or absence of the occurrence of glow discharge using the distance between the different potential members and the gas pressure as parameters.
  • the gas pressure in the sealed inner tube before the arc tube bursts is expressed by the equation (1). It may be Y or more. Furthermore, when the volume of the arc tube and the sealed inner tube is negligibly small compared to the outer bulb volume, the gas pressure in the outer bulb before the arc tube bursts is set to Y or higher in equation (1). Good.
  • the circuit of the ceramic metal halide lamp according to the present embodiment is the same as the circuit of the ceramic metal halide lamp that has been conventionally used.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a circuit of a metal halide lamp.
  • Power is supplied to the ceramic metal halide lamp 10 from a ballast 26 connected to a commercial AC power supply (100/200 V, 50/60 Hz) 24.
  • the ballast 26 includes a choke coil 27 and an igniter (starting circuit) 28.
  • the arc tubes 4-1 and 4-2 in the lamp are electrically connected in parallel to the power supply side.
  • the ceramic metal halide lamp does not have a starting circuit in the lamp itself, and one arc tube that is easily lit is turned on by a pulse from the ballast 26. That is, the ceramic metal halide lamp of this embodiment can be attached to the circuit socket of the conventional ceramic metal halide lamp. Therefore, the ceramic metal halide lamp of this embodiment can be used without changing the existing equipment depending on the combination of the appliance and the ballast.

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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

　ランプ内のガス圧を所定圧に設定することにより、一の発光管の寿命末期時点において他の発光管が正常に点灯する、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプを提供すること。　このセラミックメタルハライドランプ(10)は、選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管(4-1,4-2)と、各発光管を夫々取り囲む内管(18H-1,18H-2)と、前記発光管及び前記内管を収納する外球(2)とを備え、前記内管は、密封型内管であり、前記内管内の異電位金属部材間の最短距離がＸ（ｍｍ）のとき、一方前記発光管が破裂したとき、前記密封型内管の内部のガス圧が、Ｙ＝－9.44Ｘ＋72.29で求められるＹ（ｋＰａ）以上で1気圧以下になるように調整され、前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する。

Description

複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプ
　本発明は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプに関する。更に具体的には、ランプ内のガス圧を所定圧に設定することにより、一の発光管の寿命末期において他の発光管が確実に点灯するようにしたセラミックメタルハライドランプに関する。
　高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ及びセラミックメタルハライドランプのような高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ：High Intensity Discharge Lamp）は、電極間の放電を利用して発光する。このため、白熱電球と比べて、光束が大きく大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。
　従って、道路、店舗、工場、ホール、スポーツ施設等の照明、テレビや映画のロケーション照明、自動車や鉄道車両の前照灯として、一般に広く使用されている。
　ＨＩＤランプにおいて、発光物質として金属ハロゲン化物を採用したメタルハライドランプは、青白い光線を放つ水銀ランプに比較して白色光（自然光）に近く優れた演色性と、また高い発光効率といった長所を有している。
　メタルハライドランプの発光管として、従来は石英製発光管が使用されていた。最近では、透光性セラミックス製発光管（この材質は透光性の多結晶アルミナ PCA）が使用されている。透光性セラミックス製発光管は、石英製発光管に比較して、格段に長寿命化が図れ、例えば、1本で約2万4,000時間の寿命が確保できる（長寿命）。更に、石英は、発光管内に封入した金属ハロゲン化物と反応し易いが、セラミックスはこれと反応せず、且つ耐熱性が良好である、といった長所を有している。このため、発光管内の封入物として、種々の金属ハロゲン化物を使用できる利点がある。
　メタルハライドランプにおいて、透光性セラミックス製発光管を使用している場合は、特に、「セラミックメタルハライドランプ」と呼ばれ、水銀ランプだけで無く石英製発光管のメタルハライドランプと比較しても高効率で、例えば120 lm/W（ルーメン／ワット）以上の明るさを達成できるものもある。
特開平05-089849「高圧放電灯」（公開日：1993年04月09日） 特開平08-148123「高圧放電灯」（公開日：1996年06月07） 特開平09-017385「メタルハライドランプ」（公開日：1991年01月17）　特許文献１～３には、１本の発光管のランプに関する技術であり、複数本の発光管に関する記載はない。更に、特許文献１は、発光管放電開始を上回る電圧が印加された場合を対象とし、本発明の発光管の破裂とは無関係な事象を対象としている。
　一般に、ランプに対しては、更なる長寿命化の要請がある。例えば、最近広く使用され始めたＬＥＤランプの寿命は、公称４万時間と言われている。
　本発明者等は、ＬＥＤランプに対し発光効率は勝っているものの寿命が劣っているセラミックメタルハライドランプに関して、ＬＥＤランプの寿命に対抗できるように、複数本の発光管を用いて長寿命化を達成する研究・開発を行っている。セラミックメタルハライドランプにおいて、例えば、２本の発光管を使用して点灯し易い方が選択的に点灯するランプにすると、１本の発光管の寿命を2万4,000時間として、理論上、２本の発光管では4万8,000時間の長寿命化が期待できる。３本以上の発光管の場合も、同様に比例的に長寿命化が期待できる。
　複数本の発光管を用いてランプの長寿命化を実現するためには、点灯中の一の発光管の寿命終了時点において他の発光管が、（例えば、2～3分後に）確実に点灯することが必要となる。
　しかし、セラミックメタルハライドランプは、元々、他のＨＩＤランプと比較して、始動性能が悪いという固有の不良モードを有している。更に、発光管が比較的高温・高圧であるため、発光管の寿命末期に、発光管の内部ガスがリークしたり、更には、発光管が破裂したりする、という固有の不良モードを有している。
　本発明者等は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプによる長寿命化の研究・開発を通じて、一の発光管の寿命末期から他の発光管の点灯に移る際に、これら固有の不良モードに起因して、封入するガス圧が低いとき、異電位にある狭い金属部材間でグロー放電が発生してしまう新たな問題が発生することを見出した。
　例えば、内管として密封型内管を使用している場合は、一の発光管の破裂により、それを取り囲む内管が損傷されず無事であっても発光管内のガスが内管内に拡散して、ガス圧が比較的低い内管内のリード線間でグロー放電が発生してしまうことがある。
　或いは、内管として密封型内管を使用している場合、一の発光管の破裂により、その内管も損傷し、発光管内のガスが外球内まで拡散して、ガス圧が比較的低い外球内でグロー放電が発生してしまうことがある。
　或いは、内管として開放型内管を使用している場合、一の発光管の破裂により、発光管内のガスが開放型内管を通して拡散して、ガス圧が比較的低い外球内でグロー放電が発生してしまうことがある。
　このようなグロー放電が発生すると、他の発光管が正常に点灯せず、複数本の発光管を用いてランプの長寿命化を図る目的は達成できない。
　なお、現状の１本の発光管のセラミックメタルハライドランプでは、その発光管の寿命が切れれば、その時点でランプ自体の寿命が終了し、他の発光管の点灯の問題は生じない。従って、この問題は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、新たに発生した問題である。
　そこで、本発明は、ランプ内のガス圧を所定圧に設定することにより、一の発光管が破裂又はリーク等による寿命終了時点において他の発光管が正常に点灯する、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。
　上記目的に鑑みて、本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管と、前記発光管を収納する外球とを備え、前記外球内の異電位金属部材間の最短距離がＸのとき、一方前記発光管が破裂又はリークし、該発光管内部と前記外球内部のガス圧が等しくなったとき、該外球内部のガス圧が、次式で求められるＹ以上で1気圧以下になるように調整され、前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する。
　　Ｙ＝－9.44Ｘ＋72.29………（１）
　　（ここで、Ｘ：異電位部材間の距離（ｍｍ）、Ｙ：ガス圧（ｋＰａ））
　更に、本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管と、各発光管を夫々取り囲む内管と、前記発光管及び前記内管を収納する外球とを備え、前記内管は、密封型内管であり、前記内管内の異電位金属部材間の最短距離がＸのとき、一方前記発光管が破裂又はリークし、該発光管内部と前記密封型内管の内部のガス圧が等しくなったとき、該密封型内管の内部のガス圧が、次式で求められるＹ以上で1気圧以下になるように調整され、前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する。
　　Ｙ＝－9.44Ｘ＋72.29………（１）
　　（ここで、Ｘ：異電位部材間の距離（ｍｍ）、Ｙ：ガス圧（ｋＰａ））
　更に、本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管と、各発光管を夫々取り囲む内管と、前記発光管及び前記内管を収納する外球とを備え、前記内管は、密封型内管であり、前記外球内の異電位金属部材間の最短距離がＸのとき、一方前記発光管が破裂し前記密封型内管が損傷し、該発光管内部と該密封型内管内部と前記外球内のガス圧が等しくなったとき、該外球内部のガス圧が、次式で求められるＹ以上で1気圧以下になるように調整され、前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する。
　　Ｙ＝－9.44Ｘ＋72.29………（１）
　　（ここで、Ｘ：異電位部材間の距離（ｍｍ）、Ｙ：ガス圧（ｋＰａ））
　更に、本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管と、各発光管を夫々取り囲む内管と、前記発光管及び前記内管を収納する外球とを備え、前記内管は、開放型内管であり、前記外球内の異電位金属部材間の最短距離がＸのとき、一方前記発光管が破裂又はリークし、該発光管内部と前記外球内部のガス圧が等しくなったとき、該外球内部のガス圧が、次式で求められるＹ以上で1気圧以下になるように調整され、前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する。
　　Ｙ＝－9.44Ｘ＋72.29………（１）
　　（ここで、Ｘ：異電位部材間の距離（ｍｍ）、Ｙ：ガス圧（ｋＰａ））
　更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記外球及び／又は前記内管に予め封入するガスは、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス又は窒素（Ｎ2 ）ガスであってよい。
　本発明によれば、ランプ内のガス圧を所定圧に設定することにより、一の発光管が破裂又はリーク等による寿命終了時点において他の発光管が正常に点灯する、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプを提供することが出来る。
図１は、現状の１本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプの構造について説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図２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造を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図３は、図４と共に、図２のセラミックメタルハライドランプに使用可能な内管を例示する図である。 図４は、図３と共に、図２のセラミックメタルハライドランプに使用可能な内管を例示する図である。 図５は、異電位部材間の距離とガス圧をパラメータにして、グロー放電発生の有無を調べた実験データである。 図６は、ランプ１０の異電位部材間の最短距離の箇所を例示する図である。 図７は、メタルハライドランプの回路を説明する図である。
　以下、本発明に係る複数本の発光管を有す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、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。
　ここで、本実施形態の理解を容易にするため、先ず、図１を使用して、現状の１本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプの構造について説明する。
　次に、図２～６を使用して、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、従来のセラミックメタルハライドランプとの相違に言及しつつ詳細に説明する。なお、本発明は、複数本の発光管を有するセラミックメタルハライドランプに関するものであるが、ランプの構成を簡単にして分かり易くするため、２本の発光管の場合を代表例として説明する。ここでは、図２を使って、セラミックメタルハライドランプの構造を説明し、図３及び４を使って、このランプに使用可能な内管の種類を密封型と開放型に分けて説明する。図５を使って、ランプ内のガス圧を所定圧に設定することについて説明する。
　点灯時には、２本の発光管の内のその時点で点灯し易い状態の１本の発光管が点灯する。消灯後、次に点灯する時も、点灯し易い状態の１本の発光管が点灯する。以後、これを繰り返す。本出願書類では、このような状態を、「選択的に点灯する２本の発光管」という。更に、点灯中に寿命末期に至ったランプを「一方のランプ」と呼び、一方のランプの寿命終了後に点灯するランプを「他方のランプ」と呼ぶこととする。なお、３本以上の発光管の場合は、２本の発光管の場合と同様の技術的手段により、本発明を実現できることを承知されたい。
　最後に、図７を使って、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプを点灯させる回路について、簡単に説明する。
　［現状のセラミックメタルハライドランプ］
　図１は、現状のセラミックメタルハライドランプ１００の構造を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図に示すように、ランプ１００は、外球２の内部に、発光部となる１個の発光管４を内封した二重構造となっている。外球２の端部には、Ｅ形の口金６が接合されている。発光管４は、金属の線材や板を組み合わせた構造物に内管を取り付けたマウント８により、所定の位置に支持され、給電される。
　これらの各要素について説明する。
　発光部となる発光管４は、中央の太管部４ａ及び両端の細管部４ｂ，４ｃの形状をもつ透光性セラミックス製の容器である。１対のリード線５，７が、これら細管部４ｂ，４ｃを夫々通って太管部４ａの領域まで延びて、１対のタングステン（Ｗ）製の主電極（図示せず。）を形成している。
　発光管４の容器内には、発光及び放電媒体として、所定量の水銀と、金属ハロゲン化物と、希ガスとして所定圧力のアルゴン（Ａｒ）ガスが封入されている。希ガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガス以外に、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の他の希ガスや、それらの混合ガスでもよい。金属ハロゲン化物としては、よう素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）等のハロゲンと、ナトリウム（Ｎａ）、ツリウム（Ｔｍ）、セシウム（Ｃｓ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）等の少なくとも一種の発光金属とが封入され、発光効率、演色性や色温度等の特性の向上が図られている。
　マウント８は、一対の導入線が気密封着されたステム管１４と、一方の導入線に接続された、モリブデン（Ｍｏ），ステンレス（ＳＵＳ），ニッケルメッキ鉄線等の線材や略長四角形状の枠状に成形した丸棒体から成る支柱１６と、発光管４の周囲を囲むように配設された透明石英ガラス管からなる内管１８とを主要部品として構成されている。
　外球２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。透明型と拡散型（不透明）がある。外球２は、最大口径の中央部２ａ、図で見て下部側の閉塞されたトップ部２ｂ、及び上部側のネック部２ｃを有するＢＴ形をなしている。
　ネック部２ｃには、ステム管１４のフレア部が封止された封止部が有る（図示せず。)。封止後、ステム管１４に設けられた排気管（図示せず。）を通じて外球２内は排気され、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスや窒素（Ｎ2 ）ガス等が封入され、或いは真空にした気密雰囲気となっている。
　この封止部を覆ってねじ込み形口金６が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口金６が螺合されて、取付けられる。
　図１に示すランプ１００は、口金６をソケット（図示せず。）に装着して、電源から所定の点灯回路装置（図７参照）を介して通電され、主電極間の放電により安定した点灯が持続される。
　［本実施形態］
　図２は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプ１０の構造を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図１の現状のランプ１００と比較すると、本実施形態に係るランプ１０は、発光管が２本有る点、並びに後述する内管内又は外球内のガスの圧力が所定圧に設定されている点、で相違する。
　図２に示すように、２本の発光管４－１，４－２が、内管１８Ｈ－１，１８Ｈ－２に夫々収納されて、マウント８により支持されている。この２本の発光管４－１，４－２は、始動・駆動回路に対して電気的に並列に接続されている。
　図２の内管は、両端開孔付き組み合わせ１８Ｈ－１，１８Ｈ－２と呼ばれる。内管には、図３及び４に例示する内管があり、いずれの内管を図２のランプ１０に使用してもよい。ここで、内管には密封型内管と開放型内管とがある。いずれの内管も典型的には石英製である。密封型内管としては、例えば、図３の（Ａ）の両端封止型内管１８Ａ、（Ｂ）の一端封止・他端密封型内管１８Ｂ、（Ｃ）の両端密封型内管１８Ｃがある。開放型内管として、例えば、（Ｄ）の一端封止・他端開放型内管１８Ｄ、図４の（Ｅ）の一端封止・他端開孔付き内管１８Ｅ、図４（Ｆ）の一端閉栓・他端開孔付き内管１８Ｆ、（Ｇ）の図１に示した両端開放型内管１８Ｇ、（Ｈ）の図２に示した両端開孔付き組み合わせ内管１８Ｈがある。しかし、これらに限定されず、その他の内管を使用してもよい。更に、ランプ１０には、内管自体が無い場合もある。
　次に、内管内又は外球内の圧力の設定に関して説明する。本発明者等は、一の発光管の寿命末期から他の発光管の点灯に移る際に、封入するガス圧が低く且つ異電位にある金属部材の距離が狭いと、他の発光管が放電せず、異電位金属部材間でグロー放電が発生してしまうという新たな問題が発生することを見出した。例えば、(1)一方の発光管の破裂により、密封型内管でグロー放電が発生、(2)一方の発光管の破裂により、密封型内管も損傷し、外球内でグロー放電が発生、(3)一方の発光管の破裂により、開放型内管を通りガスが拡散し、外球内でグロー放電が発生等の問題である。
　図５は、異電位部材間の距離とガス圧をパラメータにして、グロー放電発生の有無を調べた実験データである。相互の距離が0,6，2.2，3.2，5.0，6.2（ｍｍ）の５種類の異電位部材を用意し、異電位部材に印加されたパルス電圧を3.5ｋＶに設定し、各異電位部材に関して封入ガス圧を500～100（Ｔｏｒｒ）の範囲で100（Ｔｏｒｒ）単位に減圧して放電の有無を試験した。Ｘ軸に異電位部材間の距離（ｍｍ）をとり、Ｙ軸にガス圧（ｋＰａ）をとり、グロー放電無し（○）、放電有り（×）を図示した結果である。
　図５より、放電発生の有無の境界として、次式の実験式が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（１）より、ランプの設計から異電位部材間の最短距離Ｘが決められる、式（１）で得られたＹ以上のガス圧の環境では放電は発生しない。従って、ランプ１０の異電位部材間の最短距離がＸの場合、発光管の破裂後の密封領域内がＹ以上のガス圧となるように設計しておくことが必要となる。ガス圧Ｙの上限は、密封領域を開放状態にした場合の1気圧（101.3 kＰａ）とする。
　逆に、ランプの設計からガス圧Ｙが決まると、式（１）を変換した式（２）で得られたＸ以上の異電位部材間の距離では放電は発生しない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　従って、ランプ１０の発光管の破裂後の密封領域内のガス圧がＹと想定される場合、異電位部材間を最短距離Ｘ以上に空けて設計しておくことが必要となる。
　一般には、ランプ１０の設計においては、先に異電位部材間の最短距離Ｘが決まってくる。図６は、ランプ１０の異電位部材間の最短距離の箇所を例示する図である。基本的には、図６（Ａ）に示すように、口金側の支柱の部材間に最短距離部分（矢印で示す。）がある。しかし、図３（Ｂ）の一端封止・他端密封型内管１８Ｂのような場合には、リード線間に最短距離部分（矢印で示す。）がある。
　従って、次のように内管又は外球のガス圧を所定圧に設定することにより、一方の放電管が破裂したとき、異電位にある狭い金属部材間でグロー放電が発生するのを阻止し、他方の放電管が確実に放電開始する。
　(1)一方の発光管の破裂による密封型内管の内部のグロー放電発生防止には、内管内の異電位部材間の最短距離Ｘのとき、発光管の破裂後の密封内管のガス圧Ｙが、式（１）で得られたＹ以上のガス圧以上になるように設計する。
　(2)一方の発光管の破裂により密封型内管も損傷する場合、外球内のグロー放電発生防止には、内管又は外球内の異電位部材間の最短距離Ｘのとき、発光管の破裂後の外球のガス圧Ｙが、式（１）で得られたＹ以上のガス圧以上になるように設計する。
　(3)一方の発光管の破裂により開放型内管内のガスが拡散するとき、外球内のグロー放電が発生防止には、発光管の破裂後の外球のガス圧Ｙが、式（１）で得られたＹ以上のガス圧以上になるように設計する。
　以上により、本実施形態に係るランプ１０は、先ず、発光管が２本有ることにより長寿命化が実現できる。例えば、１本の発光管の寿命を2万4,000時間として、理論上、２本の発光管では4万8,000時間の長寿命化が期待できる。
　次に、密封型内管のグロー放電発生防止には、密封型内管内又は外球内のガス圧を、式（１）に基づいて所定圧に設定する。これにより、一方の発光管４－１が破裂した場合、他方の発光管４－２以外の箇所でのグロー放電の発生は阻止でき、確実に他方の発光管４－２を点灯させることが出来る。
　なお、ここでは、発光管の破裂前の密封型内管のガス圧や外球のガス圧を規定せず、破裂後の密封型内管のガス圧や外球のガス圧を規定している。その理由は、第１に、実験により得られたのは、異電位部材間の距離とガス圧とをパラメータにしたグロー放電発生の有無のデータである。第２に、発光管の破裂前で規定するには、発光管の容積及びガス圧、密封型内管の容積及びガス圧、及び外球の容積及びガス圧を規定する必要があり、パラメータが多数有り、実際には発光管の破裂前の密封型内管や外球のガス圧を規定することは困難である。第３に、第三者の模倣ランプが本発明の特許権に抵触するか否かは、模倣ランプの発光管のみをレーザで破壊して試験装置にかけることにより、或いは発光管及び密封型内管のみレーザで破壊して試験装置にかけることにより、判別できるからである。
　厳密に言えば上記の通りであるが、密封型内管容積に比較して発光管容積が無視できる程小さい場合には、発光管破裂前の密封型内管内のガス圧を式（１）のＹ以上にしてもよい。更に、外球容積に比較して、発光管及び密封型内管の容積が無視できる程小さい場合には、発光管破裂前の外球内のガス圧を式（１）のＹ以上にしてもよい。
　［ランプの回路構成］
　本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの回路は、従来使用されていたセラミックメタルハライドランプの回路と同じである。
　図７は、メタルハライドランプの回路を説明する図である。商用交流電源（100/200 V， 50/60 Hz）２４に接続された安定器２６からセラミックメタルハライドランプ１０に対して給電される。安定器２６は、チョークコイル２７及びイグナイター（始動回路）２８を有している。ランプ内の発光管４－１，４－２は、電源側に対して電気的に並列に接続されている。
　図に示すように、セラミックメタルハライドランプは、ランプ自体に始動回路は無く、安定器２６からのパルスにより、点灯し易い状態の１個の発光管が点灯する。即ち、従来のセラミックメタルハライドランプの回路のソケットに対して、本実施形態のセラミックメタルハライドランプを取り付けることが出来る。従って、本実施形態のセラミックメタルハライドランプは、器具、安定器の組合せによっては既存設備を変更することなく、使用することが出来る。
　［変形例等］
　以上、本実施形態に係る外球保護構造を備えた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、添付の請求の範囲の記載によって定められる。
　２：外球、２ａ：中央部、　２ｂ：トップ部、　２ｃ：ネック部　４，４－１，４－２：発光管、　４ａ：太管部、　４ｂ，４ｃ：細管部、　６：口金、　１０，１００：セラミックメタルハライドランプ、　１４：ステム管、　１６：支柱、　１８：内管、　１８Ａ：両端封止型内管、　１８Ｂ：一端封止・他端密封型内管、　１８Ｃ：両端密封型内管、　１８Ｄ：一端封止・他端開放型内管、　１８Ｅ：一端封止・他端開孔付き内管、　１８Ｆ：一端閉栓・他端開孔付き内管、　１８Ｇ両端開放型内管、　１８Ｈ－１，１８Ｈ－２：両端開孔付き組み合わせ内管、　２４：商用交流電源、２６：安定器、　２８：イグナイター、

Claims (5)

  1. 　セラミックメタルハライドランプにおいて、
    　選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管と、
    　前記発光管を収納する外球とを備え、
    　前記外球内の異電位金属部材間の最短距離がＸのとき、
    　一方の前記発光管が破裂又はリークし、該発光管内部と前記外球内部のガス圧が等しくなったとき、該外球内部のガス圧が、次式で求められるＹ以上で1気圧以下になるように調整され、
    　前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する、セラミックメタルハライドランプ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2. 　セラミックメタルハライドランプにおいて、
    　選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管と、
    　各発光管を夫々取り囲む内管と、
    　前記発光管及び前記内管を収納する外球とを備え、
    　前記内管は、密封型内管であり、
    　前記内管内の異電位金属部材間の最短距離がＸのとき、
    　一方の前記発光管が破裂又はリークし、該発光管内部と前記密封型内管の内部のガス圧が等しくなったとき、該密封型内管の内部のガス圧が、次式で求められるＹ以上で1気圧以下になるように調整され、
    　前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する、セラミックメタルハライドランプ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  3. 　セラミックメタルハライドランプにおいて、
    　選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管と、
    　各発光管を夫々取り囲む内管と、
    　前記発光管及び前記内管を収納する外球とを備え、
    　前記内管は、密封型内管であり、
    　前記外球内の異電位金属部材間の最短距離がＸのとき、
    　一方の前記発光管が破裂し前記密封型内管が損傷し、該発光管内部と該密封型内管内部と前記外球内のガス圧が等しくなったとき、該外球内部のガス圧が、次式で求められるＹ以上で1気圧以下になるように調整され、
    　前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する、セラミックメタルハライドランプ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  4. 　セラミックメタルハライドランプにおいて、
    　選択的に１本の発光管が点灯する２本の発光管と、
    　各発光管を夫々取り囲む内管と、
    　前記発光管及び前記内管を収納する外球とを備え、
    　前記内管は、開放型内管であり、
    　前記外球内の異電位金属部材間の最短距離がＸのとき、
    　一方の前記発光管が破裂又はリークし、該発光管内部と前記外球内部のガス圧が等しくなったとき、該外球内部のガス圧が、次式で求められるＹ以上で1気圧以下になるように調整され、前記異電位金属部材間で放電が発生せずに他方の放電管が放電開始する、セラミックメタルハライドランプ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  5. 　請求項１～４のいずれか一項記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
    　前記外球及び／又は前記内管に予め封入するガスは、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス又は窒素（Ｎ2 ）ガスである、セラミックメタルハライドランプ。
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