メタルハライドランプ
【課題】点灯回路が熱破壊し難く且つ配光特性も良好なメタルハライドランプを提供する。
【解決手段】一対の電極１５ａ，１５ｂを有する発光管１０および当該発光管１０を気密封止する内管２８を有する二重管構造体２０と、前記内管２８の長手方向一端部を保持するホルダ３０と、一方の開口側端部に前記ホルダ３０がその開口を塞ぐように取り付けられ内部に前記発光管１０を点灯させる点灯回路が収納されたケース４０と、を備えたメタルハライドランプ１において、前記ホルダ３０と前記ケース４０とで構成されるランプ筐体８０の底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、前記一対の電極１５ａ，１５ｂのうちの前記ランプ筐体８０に近い側に配置された電極１５ａの先端から前記ランプ筐体８０の底側端面を含む仮想平面Ａまでの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、０．２９≦Ｄ／２Ｌ≦３．６、４０≦Ｄ≦１２２、１０≦Ｌ≦７５の関係を満たす構成とする。
【解決手段】一対の電極１５ａ，１５ｂを有する発光管１０および当該発光管１０を気密封止する内管２８を有する二重管構造体２０と、前記内管２８の長手方向一端部を保持するホルダ３０と、一方の開口側端部に前記ホルダ３０がその開口を塞ぐように取り付けられ内部に前記発光管１０を点灯させる点灯回路が収納されたケース４０と、を備えたメタルハライドランプ１において、前記ホルダ３０と前記ケース４０とで構成されるランプ筐体８０の底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、前記一対の電極１５ａ，１５ｂのうちの前記ランプ筐体８０に近い側に配置された電極１５ａの先端から前記ランプ筐体８０の底側端面を含む仮想平面Ａまでの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、０．２９≦Ｄ／２Ｌ≦３．６、４０≦Ｄ≦１２２、１０≦Ｌ≦７５の関係を満たす構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタルハライドランプに関し、特に、水銀灯代替光源として好適なメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
道路、広場、競技場などの屋外照明、体育館や工場などの高天井の屋内照明には、従来、主として水銀灯が用いられているが、水銀灯は比較的効率が低いため、近年の省エネルギーの要請を背景として、当該水銀灯を効率の高いメタルハライドランプへ置き換えることが推奨されている。
【０００３】
しかし、水銀灯用の既存の照明施設には安定器が設けられているため、当該水銀灯用の照明器具にメタルハライドランプをそのまま装着して水銀灯と同等の明るさを得るためには、前記安定器をメタルハライドランプ用の安定器に取り替える必要があり、このことが、メタルハライドランプへの置き換えの阻害要因の一つとなっている。
【０００４】
そこで、水銀灯用の安定器はそのまま残存させた状態で、当該水銀灯と同等の明るさが得られるメタルハライドランプとして、安定器を含む点灯回路をランプ筐体の内部に収納した所謂回路内蔵型のメタルハライドランプへの要望が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５８３６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１１６２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来から、回路内蔵型のランプに関しては、電球形蛍光ランプや水槽用ランプのような低ワットタイプのランプについては検討されているが、水銀灯の代替品となる高ワットタイプのランプについては耐熱性などの観点から課題が多いため検討されていない。例えば、メタルハライドランプの定常点灯中、前記発光管の表面は１０００［℃］近い温度になり、当該発光管を気密封止する内管でさえも４００［℃］を超える温度になるため、上記のようにランプ筐体内部に点灯回路を収納すると、内管の熱がランプ筐体を介して点灯回路に伝わり、その熱で点灯回路が熱破壊されるおそれがある。
【０００７】
このような点灯回路の熱破壊を防止する方法の一つとして、ランプ筐体を大型化してその表面積を大きくし、ランプ筐体の放熱性を向上させることが考えられる。しかしながら、ランプ筐体を大型化すると、そのランプ筐体の陰となって発光管の光が届き難い暗い領域が広がるため、メタルハライドランプの配光特性が悪化する。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、点灯回路が熱破壊し難く且つ配光特性も良好なメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るメタルハライドランプは、先端が互いに対向する一対の電極を有し発光物質としてハロゲン化金属が封入された発光管および当該発光管を気密封止する内管を有する二重管構造体と、前記内管の長手方向一端部を保持するホルダと、一方の開口側端部に前記ホルダがその開口を塞ぐように取り付けられ、他方の開口側の端部に口金が外嵌され、内部に前記発光管を点灯させる点灯回路が収納されたケースと、前記二重管構造体を内包した状態で前記ケース又はホルダに取り付けられた外管とを備え、前記ホルダと前記ケースとで構成される有底のランプ筐体において、その底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、
前記一対の電極のうちの前記ランプ筐体に近い側に配置された電極の先端から、前記ランプ筐体の底側端面を含む仮想平面までの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、
０．２９≦Ｄ／２Ｌ≦３．６、
４０≦Ｄ≦１２２、
１０≦Ｌ≦７５、
の関係を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るメタルハライドランプは、ランプ筐体の底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、ランプ筐体に近い側に配置された電極の先端からランプ筐体の底側端面を含む仮想平面までの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、０．２９≦Ｄ／２Ｌの関係を満たすため、ランプ筐体の放熱性が高く、その結果点灯回路が熱破壊し難い。また、Ｄ／２Ｌ≦３．６の関係を満たすため、配光特性が良好である。なお、具体的な根拠については後述する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係るメタルハライドランプの概略構成を示す縦断面図
【図２】本実施の形態に係る発光管の概略構成を示す縦断面図
【図３】点灯回路ユニットにおける点灯回路の回路図
【図４】外管を示す縦断面図
【図５】外管を示す縦断面図
【図６】外管を示す縦断面図
【図７】外管を示す縦断面図
【図８】外管を示す縦断面図
【図９】最大外径Ｄ及び最短距離Ｌが点灯回路の熱破壊に及ぼす影響についての実験結果を示す図
【図１０】最大外径Ｄ及び最短距離Ｌがランプの配光特性に及ぼす影響についての実験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施の形態に係るメタルハライドランプ（以下単に「ランプ」と称する）について、図面を参照しながら説明する。
＜ランプの構成＞
図１は、本実施の形態に係るメタルハライドランプの概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係るランプ１は、発光管１０を有する二重管構造体２０と、当該二重管構造体２０が取り付けられたホルダ３０と、筒状であって一方の開口側端部に前記ホルダ３０が取り付けられた筒状のケース４０と、当該ケース４０の他方の開口側端部に外嵌された口金５０と、前記ケース４０内部に収納された点灯回路ユニット６０と、前記二重管構造体２０を内包した状態で前記ケース４０に取り付けられた外管７０とを備える。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る発光管の概略構成を示す縦断面図である。図２に示すように、発光管１０は、内部に気密封止された放電空間１１を有する本管部１２と当該本管部１２の管軸方向両側に延出するように形成された一対の細管部１３ａ，１３ｂとからなる放電容器１４を有する。本管部１２及び細管部１３ａ，１３ｂは、例えば透光性セラミックで形成されている。なお、透光性セラミックとしては、例えばアルミナセラミックを用いることができるが、他のセラミック、或いは石英ガラス等を用いても良い。
【００１４】
放電容器１４は、本管部１２及び細管部１３ａ，１３ｂをそれぞれ別個に成形した後、それらを焼きばめによって一体化したものを用いているが、これに限らず、例えば本管部１２及び２つの細管部１３ａ，１３ｂを一体成形しても構わない。
【００１５】
発光管１０は、メタルハライドランプ１の長手方向の中心軸上に位置し、先端が互いに対向する一対の電極１５ａ，１５ｂを備える。また、発光管１０の放電空間１１には、発光物質としてのハロゲン化金属、始動補助ガスである希ガス、及び、緩衝ガスである水銀がそれぞれ所定量封入されている。なお、ハロゲン化金属としては、例えばヨウ化ナトリウムやヨウ化ジスプロシウム等が用いられる。また、本発明では、ランプ１の長手方向の中心軸上を、単に、「ランプ軸」とも称する。なお、ランプ軸は後述するケース４０の筒軸Ｘと一致する。
【００１６】
電極１５ａ，１５ｂは、電極棒１６ａ，１６ｂと、当該電極棒１６ａ，１６ｂの先端側（放電空間１１側）の端部に設けられた電極コイル１７ａ，１７ｂとを備え、前記電極棒１６ａ，１６ｂの先端が電極１５ａ，１５ｂの先端に相当する。なお、図１及び図２において符号Ｐで示す部分が、後述するランプ筐体８０に近い側に配置された電極１５ａの先端である。電極棒１６ａ，１６ｂと細管部１３ａ，１３ｂとの隙間には、発光物質の侵入を防ぐためのモリブデンコイル１８ａ，１８ｂが電極棒１６ａ，１６ｂに巻装された状態で配置されている。
【００１７】
なお、電極１５ａ，１５ｂは、理想的（設計的）には上述した通りランプ軸上に、つまり、電極棒１６ａ，１６ｂの中心軸がランプ軸と一致するように配置されている。しかし、実際には、そのプロセスの精度上、前記中心軸がランプ軸と一致していない場合もある。
【００１８】
細管部１３ａ，１３ｂには、先端部に電極１５ａ，１５ｂが接合された給電体１９ａ、１９ｂがそれぞれ挿入されている。給電体１９ａ、１９ｂは、それぞれの細管部１３ａ，１３ｂにおける本管部１２とは反対側の端部部分に流し込まれたフリットからなるシール材（不図示）によって封着されている。
【００１９】
図１に戻って、発光管１０の一方の給電体１９ａは、電極１５ａとは反対側の端部が電力供給線２１に電気的に接続されており、他方の給電体１９ｂは、電極１５ｂとは反対側の端部が電力供給線２２に電気的に接続されている。各電力供給線２１，２２は、それぞれ金属箔２３，２４及び当該金属箔２３，２４に接続されたリード線２５，２６を介して点灯回路ユニット６０に接続されている。なお、一方の電力供給線２１における他方の電力供給線２２及び給電体１９ｂと対向する部分は、例えば石英ガラスからなるスリーブ２７で被覆されている。
【００２０】
上記した発光管１０等の部材は、例えば円筒状をした内管２８内に収納されており、発光管１０、電力供給線２１，２２、金属箔２３，２４、リード線２５，２６、スリーブ２７及び内管２８等で二重管構造体２０が構成されている。
【００２１】
内管２８は、例えば石英ガラスからなり、金属箔２３，２４が位置する側の端部がいわゆるピンチシール法によって圧潰され気密封止されている。したがって、内管２８は、片封止型の気密容器であるといえる。ここで、内管２８において圧潰されている部分をピンチシール部２９と称するが、当該ピンチシール部２９の横断面は略長方形である。
【００２２】
内管２８の内部であって発光管１０の外部にあたる空間は、ランプ点灯時に給電体１９ａ，１９ｂや電力供給線２１，２２等が高温にさらされた際に酸化するのを防止するために、真空にされている。なお、真空にするのではなく前記空間に不活性ガスを充満させて酸化を防止する構成であっても良い。
【００２３】
ホルダ３０は、例えばアルミニウムからなる円板形状であって、中央に二重管構造体２０のピンチシール部２９を挿入するための長孔３１が、ピンチシール部２９の形状に合わせて形成されている。二重管構造体２０は、ピンチシール部２９を長孔３１に挿入し、ピンチシール部２９と長孔３１との間隙に無機接着剤３２を充填することで、ホルダ３０に取り付けられている。その状態において、一対の電極１５ａ，１５ｂはそれぞれ筒軸Ｘ上に位置し、そのため一対の電極１５ａ，１５ｂの電極中心もケース４０の筒軸Ｘ上に位置する。なお、無機接着剤３２には、例えばシリカ及びアルミナを主成分とし１０００℃の耐熱温度を有するものが用いられる。また、ホルダ材料としては、例えば、ＳＵＳ３０４のようなステンレス鋼、鉄、白金、アルミナ、ジルコニア、石英ガラス、ステアタイト、硬質ガラス、軟質ガラス、ＰＰＳ、ＰＢＩ、ＰＢＴ等が挙げられる。ただし、本発明におけるホルダ材料としては、特に限定されず、加工性、耐熱性、および部材としたときの軽量化という点を考慮しながら、適宜選択すれば良い。
【００２４】
ケース４０は、例えば耐熱性の合成樹脂材料からなり、外観が略円錐台形をした筒状である回路収納部４１と、前記回路収納部４１の小さい方の開口側の端部に連設された円筒状の口金取付部４２とからなる。回路収納部４１の内面には、点灯回路ユニット６０を載置するための円環状の回路載置面４３と、ホルダ３０を載置するための円環状のホルダ載置面４４とがそれぞれ内側の一部を切り欠くことによって形成されており、さらに、回路収納部４１の大きい方の開口側の端面４５には円環状の挿入溝４６が形成されている。一方、口金取付部４２には、点灯回路ユニット６０の第１リード線６３をケース４０の外部に導出させるための貫通孔４７が形成されている。また、ケース材料としては、金属アルミ，鉄、それらを含む合金、アルミナなどのセラミック、およびＰＰＳ，ＰＢＴのような樹脂材料、硬質ガラスや軟質ガラスなどを適宜使用して良い。
【００２５】
ケース４０の内部空間（回路収納部４１の内部空間４８）と外管７０の内部空間７１とは、ホルダ３０によって仕切られており、外管７０の内部空間７１で熱された空気が回路収納部４１の内部空間４８へ流れ込まないようになっている。したがって、回路収納部４１の内部空間４８の雰囲気温度は外管７０の内部空間７１の雰囲気温度よりも低い。
【００２６】
ホルダ３０とケース４０とで構成されるランプ筐体８０は、有底筒状であって、ホルダ３０の発光管１０側の主面３３とケース４０の大きい方の開口側の端面４５とでランプ筐体８０の底側端面が構成されている。ケース４０のホルダ載置面４４にホルダ３０が載置された状態で、ホルダ３０はケース４０の開口を塞いでおり、ホルダ３０がケース４０の開口内に埋没するために、ホルダ３０の発光管１０側の主面３３とケース４０の大きい方の開口側の端面４５とは略面一になっている。図１に示すように、ランプ筐体８０の底側端面の最大外径Ｄは、ケース４０の大きい方の開口側の端面４５の最大外径と同じである。
【００２７】
なお、ランプ筐体８０の底側端面は、ホルダ３０の発光管１０側の主面３３とケース４０の大きい方の開口側の端面４５とで構成される場合に限られない。例えば、ホルダの外径がケースの開口径よりも大きく、ケースの大きい方の開口側の端面にホルダを載置した状態でホルダとケースとが接合されているような場合は、ランプ筐体８０の底側端面がホルダの発光管側の主面のみで構成され、ランプ筐体の底側端面の最大外径Ｄはホルダの発光管側の主面の最大外径と同じになる。
【００２８】
口金５０は、筒状胴部とも称されるシェル５１と、円形皿状をしたアイレット５２と、シェル５１及びアイレット５２とを接合するガラス材料からなる絶縁部５３とで構成される。点灯回路ユニット６０の第１リード線６３の貫通孔４７から導出された部分は、ケース４０の外面と口金５０の内面とに挟持され、これにより第１リード線６３とシェル５１とが電気的に接続されている。点灯回路ユニット６０の第２リード線６４の口金取付部４２の開口から導出された部分は、アイレット５２に半田５４で接合され、これにより第２リード線６４とアイレット５２とが電気的に接合されている。
【００２９】
点灯回路ユニット６０は、ケース４０の回路載置面４３に載置され固定されたプリント配線板６１と複数の電子部品６２等からなり、ケース４０の回路収納部４１の内部空間４８、すなわちランプ筐体８０内部に配置されている。
【００３０】
図３は、点灯回路ユニットにおける点灯回路の回路図である。図３に示すように、点灯回路は、ＡＣ／ＤＣ変換部、ＤＣ調整部、及び、ＤＣ／ＡＣ変換部を有し、口金５０から第１リード線６３及び第２リード線６４を介して供給される商用交流電力を、発光管１０を点灯させるための電力に変換して発光管１０に給電する。
【００３１】
ＡＣ／ＤＣ変換部は、商用交流電源からの交流電力を所定電圧の直流電力に変換する役割を有し、整流回路ＤＢと、整流回路ＤＢから出力される直流電圧を昇圧する昇圧回路とを備える。昇圧回路は、チョッパー方式の昇圧回路であり、インダクタンスＬ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、及び、コンデンサＣ１を備える。本例において、インダクタンスＬ１にはチョークコイルが、スイッチング素子Ｑ１にはトランジスタが、コンデンサＣ１には電解コンデンサが、それぞれ使用される。
【００３２】
ＤＣ調整部は、ＡＣ／ＤＣ変換部から出力される直流電圧を所定の電圧に調整する役割を有し、チョッパー方式の降圧回路からなる。当該降圧回路は、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、インダクタンスＬ２、及び、コンデンサＣ２を備える。本例において、スイッチング素子Ｑ２にはトランジスタが、インダクタンスＬ２にはチョークコイルが、コンデンサＣ２には電解コンデンサが、それぞれ使用される。
【００３３】
ＤＣ／ＡＣ変換部は、ＤＣ調整部から出力される直流電圧を交流電力に変換して、発光管１０に給電する役割を有し、直流電力を交流電力に変換する変換回路と、発光管１０に流れる電流を制御し放電を安定させる安定器Ｌ３とを備える。変換回路は、フルブリッジ回路であり、４つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を備える。また、安定器Ｌ３には、例えばチョークコイルが使用される。
【００３４】
ランプ１は、上記した構成の点灯回路を内蔵しているため、水銀灯用の安定器（銅鉄安定器）が残存している既設の照明施設にも使用することができる。なお、言うまでも無く、水銀灯用の銅鉄安定器を除去した施設でも、あるいは、電力ラインにおいて当該銅鉄安定器を意図的に短絡させた施設においても、ランプ１を使用することは可能である。
【００３５】
外管７０は、開口端縁部７１がケース４０の挿入溝４６に挿入され、開口端縁部７１と挿入溝４６との間隙に無機接着剤（不図示）が充填されて、ケース４０に接合されている。外管７０には、耐熱性や加工性を考慮して例えば硬質ガラスまたは軟質ガラスが用いられる。硬質ガラスの熱膨張係数は、３０〜６０×１０−７［／℃］、熱伝導率は１．０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、軟質ガラスの熱膨張係数は、８０〜１００×１０−７［／℃］、熱伝導率は０．７４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。なお、無機接着剤には、例えば二重管構造体２０をホルダ３０に固定する無機接着剤３２と同様のものを使用することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態に係る外管７０は、図４（ａ）に示すような所謂ドロップ形状であったが、図５（ａ）に示すような、頂部が半球状の円筒形状であっても良いし、図６（ａ）に示すような、外側にやや膨らんだ円形の端面を頂部側に有する円筒形状であっても良いし、図７（ａ）に示すような、外周面全体に僅かに膨らみをもたせた円筒形状であっても良いし、図８（ａ）に示すような、ランプ軸方向中間部に大径部が設けられた円筒形状であっても良い。また、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、外管７０の頂部に凹入部が設けられていても良いし、図４（ｃ）、図５（ｃ）、図６（ｃ）、図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、外管７０の頂部に突出部が設けられていても良い。
【００３７】
以上に説明した本実施の形態に係るランプは、水銀灯代替光源として既存の水銀灯用照明器具に装着して用いられるものであって、定格ランプ電力が３０〜４２０［Ｗ］であることが好ましい。２５０Ｗより高ワットタイプのランプの場合、熱源である発光部からの熱の影響が非常に大きいために、回路の寿命信頼性を確保することが非常に困難になるなどの理由から、定格ランプ電力は３０〜２５０［Ｗ］であることがより好ましい。具体的な定格ランプ電力としては、例えば３０［Ｗ］、７０［Ｗ］、１００［Ｗ］、１５０［Ｗ］、２００［Ｗ］、２５０［Ｗ］等が挙げられる。なお、本発明において定格ランプ電力とは、回路込みのランプにおいて光源で消費される電力をいう。
【００３８】
一般に、メタルハライドランプは、水銀灯と比較して発光効率［ｌｍ／Ｗ］が良いため、水銀灯の代替品として使用する場合は水銀灯よりも低いランプ電力で同等の明るさが得られる。例えば３０［Ｗ］のメタルハライドランプは、８０［Ｗ］の水銀灯と同等の明るさが得られ、８０［Ｗ］の水銀灯の代替品となり得る。同様に、７０［Ｗ］のメタルハライドランプは１００［Ｗ］の水銀灯と同等、１００［Ｗ］のメタルハライドランプは２００［Ｗ］の水銀灯と同等、１５０［Ｗ］のメタルハライドランプは２５０［Ｗ］の水銀灯と同等、２００［Ｗ］のメタルハライドランプは３００［Ｗ］の水銀灯と同等、２５０［Ｗ］のメタルハライドランプは４００［Ｗ］の水銀灯と同等の明るさが得られ、それぞれの水銀灯の代替品となり得る。ところで、後述する「配光に及ぼす影響」についての用途では、３ｍの高さの街路灯用モールライトに装着し、上向きに、すなわち外管７０が上側、口金５０が下側になる姿勢で点灯させる際に、所望の直下照度の絶対値を確保するという観点から、代替となるワットレンジの水銀灯を用いる。ただし、使用する用途、環境によっては、全光束・照度などのような代替条件として注目するランプ特性が異なる場合があるため、代替となるワットレンジは適宜変更して良い。
【００３９】
＜最大外径Ｄ及び最短距離Ｌについて＞
（１）放熱性に及ぼす影響
本発明に係るランプは、図１に示すように、ランプ筐体８０の底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、ランプ筐体８０に近い側の電極１５ｂの先端から、ランプ筐体８０の底側端面を含む仮想平面Ａまでの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、０．２９≦Ｄ／２Ｌ、の関係を満たすため点灯回路の短命化を防ぐ。
【００４０】
上記Ｄ／２Ｌは、図１に示すように、電極１５ｂの先端とランプ筐体８０の底側端面の外周縁（ケース４０の大きい方の開口側の端面４５の外周縁）とを結ぶ線分Ｙと、ケース４０の筒軸Ｘとがなす角度［°］をαとした場合のｔａｎαに相当する。したがって、言い換えれば、０．２９≦ｔａｎα、の関係を満たす場合に点灯回路の短命化を防ぐと言える。
【００４１】
図９は、最大外径Ｄ及び最短距離Ｌが点灯回路の熱破壊に及ぼす影響についての実験結果を示す図である。実験では、本実施の形態に係るランプ１をベースに、消費電力、最大外径Ｄ及び最短距離Ｌに変更を加えたランプを種々作製し、それらランプを点灯させて、点灯回路が熱破壊されるまでの時間を測定した。
【００４２】
具体的には、まず、実施例１〜１４及び比較例１〜７のランプを用意し、各ランプに対してエージングを実施し、点灯回路が熱破壊するまでの総点灯時間（回路寿命時間）を測定した。そして、回路寿命時間が２４０００［ｈ］以上の場合は、所望の定格寿命に対してバラツキを考慮した寿命信頼性を確保する「良好」なランプと評価し、２４０００［ｈ］未満の場合は、所望の定格寿命に対してバラツキを考慮した寿命信頼性を確保できない「不良」なランプと評価した。なお、ランプが不点になり、かつ、点灯回路以外の箇所に故障が見られなかった場合に、点灯回路が短命化し、破壊したとみなした。また、エージングは、ランプの口金が下側となる点灯姿勢を保持し、定格電力において裸点灯させながら、５．５ｈ点灯させた後に０．５ｈ消灯するという点灯サイクルを採用し、評価を行った。
【００４３】
回路寿命時間２４０００［ｈ］を境にして「良好」、「不良」の評価した理由としては、メタルハライドランプ１は、水銀灯の代替品としての位置づけから当該水銀灯と同等かそれ以上の寿命を実現する必要があり、水銀灯の寿命は１２０００［ｈ］であるため、その代替品として少なくとも１２０００［ｈ］好ましくは１５０００［ｈ］の寿命を確保する必要があり、回路設計上の電子部品の品質のバラツキやランプの使用環境までも考慮するとその２倍の寿命すなわち３００００［ｈ］を設計寿命とすることが好ましいからである。
【００４４】
図９から明らかなように、０．２９≦ｔａｎα、の関係を満たす実施例１〜１４のランプは、いずれも回路寿命時間が３００００［ｈ］以上であり目標値を超えている。一方、０．２９≦ｔａｎα、の関係を満たさない比較例１〜７のランプは３００００［ｈ］どころか、水銀灯の定格寿命である１２０００［ｈ］の半分にも満たない。
【００４５】
また、実施例１〜１４のランプは、いずれもケース４０の回路収納部４１の内部空間４８の雰囲気温度のうち少なくとも一部の温度が７０［℃］を超えることがなかった。一方、比較例１〜７のランプはいずれもランプ筐体内全ての雰囲気温度が８０［℃］以上である。一般に、点灯回路の中で最も熱に弱い素子は電解コンデンサであると考えられるが、電解コンデンサが所望の定格寿命に対してバラツキを考慮した寿命信頼性を確保する温度は７０［℃］であるため、この温度を超えている比較例１〜７のランプは寿命が短かったと考えられる。なお、本願において、「回路温度」とは、点灯を開始してから３ｈ経過後、点灯回路ユニットが収納されたランプ筐体８０の内部空間の温度が安定した状態の際に、熱電対を用いてランプ筐体８０内の雰囲気温度を、全空間を網羅する領域においてランダムに１６点測定したうち、最低の測定温度を意味する。
【００４６】
（２）配光性に及ぼす影響
本発明に係るランプは、Ｄ／２Ｌ≦３．６、すなわちｔａｎα≦３．６、の関係を満たすため配光性が良好である。
【００４７】
図１０は、最大外径Ｄ及び最短距離Ｌが配光性に及ぼす影響についての評価結果を示す図である。実験では、本実施の形態に係るランプ１をベースに、消費電力、最大外径Ｄ及び最短距離Ｌに変更を加えたランプを種々作製し、それらランプの配光性を評価した。
【００４８】
具体的には、まず、実施例１５〜２６及び比較例８〜１３のランプを用意し、各ランプを３ｍの高さの街路灯用モールライト（パナソニック電工株式会社製 モールライトベーシック）に装着し上向きに点灯させ（外管７０が上側、口金５０が下側になる姿勢で点灯させ）、モールライトのポールから半径１［ｍ］離れた地点において地面から１００［ｃｍ］の高さにて照度計（コニカミノルタ株式会社製 デジタル照度計 Ｔ−１）を用いて照度を測定した。そして、代替の対象となる水銀灯を同じ条件で点灯させた場合の照度に対する比率［％］を算出し、その算出値を直下照度と称して、直下照度が８０［％］以上の場合は、配光性の良い「良好」なランプと評価し、８０［％］未満の場合は、配光性の悪い「不良」のランプと評価した。
【００４９】
図１０から明らかなように、ｔａｎα≦３．６、の関係を満たす実施例１５〜２６のランプは、いずれも直下照度が８５［％］以上であり目標値を超えている。一方、ｔａｎα≦３．６、の関係を満たさない比較例８〜１３のランプは７５［％］以下であり目標値に至らなかった。
【００５０】
（３）その他
本実施の形態に係るランプ１は、水銀灯の代替品として既存の水銀灯用照明器具に装着して使用されるものであるため、水銀灯用照明器具に装着可能なように、今回、水銀灯照明器具の適合評価を実施した結果、器具装着に関して適合可能である範囲を見出している。そのため、本実施の形態に係るランプ１は、０．２９≦Ｄ／２Ｌ≦３．６、の関係を満たすだけでなく、さらに、４０≦Ｄ≦１２２、且つ、１０≦Ｌ≦７５、の関係を満たす必要がある。なお、図９及び図１０に示すように、実施例１〜２６のランプはいずれも、４０≦Ｄ≦１２２、且つ、１０≦Ｌ≦７５、の関係を満たしている。
【００５１】
また、本実施の形態に係る回路内蔵型ランプは、銅鉄式のような安定器を含む照明器具にも適用することができる。
このように本実施の形態に係る回路内蔵型ランプの取替え対象となる既存の水銀灯用照明器具が安定器を含んでいる場合、本実施の形態に係るランプに内蔵している点灯回路を保護するという観点からは、点灯回路の入力部にパルス保護回路を付設することが好ましい。なぜならば、例えば、点灯中のランプが立ち消えるなどして回路への入力電流が急激に遮断された場合には、インダクタンス成分を含む安定器から高電圧のパルスが発生することがあり、このパルス電圧により回路素子が破損するおそれがあるが、上記のようにパルス保護回路を付設すると、パルス電圧による回路素子の破損を抑えることができるためである。また、ランプが立消えたりなどした場合であっても、回路への入力電流が急激に遮断されることなく、緩やかに減少させるための保護回路を設けることによって、安定器からのパルス電圧を低下させることもできる。
また、本実施の形態においては、回路の入力部にＡＣフィルタおよび／またはアクティブフィルタ回路を付設させてもよい。一般的に、水銀灯用に使用される安定器はインダクタであるため、本実施の形態に係る点灯回路への入力電流が高調波成分を多く含む場合、本来の入力電流波形を歪ませることがある。その点、これらの回路を付設することにより、回路への入力電流の高調波成分を低減することが出来るため、安定器によって電流波形を歪ませられることなく、ランプに対して適正な電流を安定して供給することができるので、ちらつきなどの問題が回避できる。
【００５２】
ところで、本実施の形態の取替え対象となる既存の水銀灯用照明器具は、既に数十年という長期にわたって使用されている場合が多く、コイル劣化などが懸念される。
その点、本実施の形態に係るランプはセラミック発光管を使用しているため、水銀灯の２倍程度の効率を得ることが出来る。そのため、既存の水銀灯に対して同等の光束（光量）を得るのであれば、およそ半分の電力/電流にすることが出来る。このため、既存の安定器が長期間にわたって使用されていても、本実施の形態に係るランプに交換した後は、安定器の電流負荷を低減することができるため、コイル劣化を抑制させる効果や発煙などの不具合を抑制することが出来る。さらに、水銀灯を使用している際、コイル劣化により安定器が短絡状態になった場合は水銀灯の発光管が爆発することがあるが、本実施の形態に係るランプであれば内蔵された回路により電流が制限されているため、発光管が爆発するなどの危険性もない。そのため、本実施の形態に係る回路内蔵型ランプを既存の水銀灯用照明器具に適用する場合には、回路内蔵型ランプとして既存の水銀灯よりも低電力タイプのものを選択することが好ましい。このように低電力タイプを選択すると、取替え対象となる水銀灯よりも回路内蔵型ランプが低電流であるため、既存の安定器が長期間にわたって使用されていても、回路に対する電流負荷が低いので、コイル劣化等が生じている場合でも発煙などの不具合を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るメタルハライドランプは、点灯回路を内蔵しているにも関わらず、回路を内蔵するためのケース容積を適正に確保するようにしたので、高ワットを負荷した場合であっても、回路温度が低減されるため、回路信頼性を確保することができる。また、本発明に係るメタルハライドランプは、ケースの陰となって発光管の光が届き難い暗い領域が発生しにくいので、優れた配光特性を得ることができることから、特に、既存の水銀灯用照明器具にそのまま装着して用いる水銀灯代替品として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 発光管
１５ａ，１５ｂ 電極
２０ 二重管構造体
２８ 内管
３０ ホルダ
４０ ケース
５０ 口金
７０ 外管
８０ ランプ筐体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタルハライドランプに関し、特に、水銀灯代替光源として好適なメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
道路、広場、競技場などの屋外照明、体育館や工場などの高天井の屋内照明には、従来、主として水銀灯が用いられているが、水銀灯は比較的効率が低いため、近年の省エネルギーの要請を背景として、当該水銀灯を効率の高いメタルハライドランプへ置き換えることが推奨されている。
【０００３】
しかし、水銀灯用の既存の照明施設には安定器が設けられているため、当該水銀灯用の照明器具にメタルハライドランプをそのまま装着して水銀灯と同等の明るさを得るためには、前記安定器をメタルハライドランプ用の安定器に取り替える必要があり、このことが、メタルハライドランプへの置き換えの阻害要因の一つとなっている。
【０００４】
そこで、水銀灯用の安定器はそのまま残存させた状態で、当該水銀灯と同等の明るさが得られるメタルハライドランプとして、安定器を含む点灯回路をランプ筐体の内部に収納した所謂回路内蔵型のメタルハライドランプへの要望が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５８３６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１１６２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来から、回路内蔵型のランプに関しては、電球形蛍光ランプや水槽用ランプのような低ワットタイプのランプについては検討されているが、水銀灯の代替品となる高ワットタイプのランプについては耐熱性などの観点から課題が多いため検討されていない。例えば、メタルハライドランプの定常点灯中、前記発光管の表面は１０００［℃］近い温度になり、当該発光管を気密封止する内管でさえも４００［℃］を超える温度になるため、上記のようにランプ筐体内部に点灯回路を収納すると、内管の熱がランプ筐体を介して点灯回路に伝わり、その熱で点灯回路が熱破壊されるおそれがある。
【０００７】
このような点灯回路の熱破壊を防止する方法の一つとして、ランプ筐体を大型化してその表面積を大きくし、ランプ筐体の放熱性を向上させることが考えられる。しかしながら、ランプ筐体を大型化すると、そのランプ筐体の陰となって発光管の光が届き難い暗い領域が広がるため、メタルハライドランプの配光特性が悪化する。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、点灯回路が熱破壊し難く且つ配光特性も良好なメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るメタルハライドランプは、先端が互いに対向する一対の電極を有し発光物質としてハロゲン化金属が封入された発光管および当該発光管を気密封止する内管を有する二重管構造体と、前記内管の長手方向一端部を保持するホルダと、一方の開口側端部に前記ホルダがその開口を塞ぐように取り付けられ、他方の開口側の端部に口金が外嵌され、内部に前記発光管を点灯させる点灯回路が収納されたケースと、前記二重管構造体を内包した状態で前記ケース又はホルダに取り付けられた外管とを備え、前記ホルダと前記ケースとで構成される有底のランプ筐体において、その底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、
前記一対の電極のうちの前記ランプ筐体に近い側に配置された電極の先端から、前記ランプ筐体の底側端面を含む仮想平面までの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、
０．２９≦Ｄ／２Ｌ≦３．６、
４０≦Ｄ≦１２２、
１０≦Ｌ≦７５、
の関係を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るメタルハライドランプは、ランプ筐体の底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、ランプ筐体に近い側に配置された電極の先端からランプ筐体の底側端面を含む仮想平面までの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、０．２９≦Ｄ／２Ｌの関係を満たすため、ランプ筐体の放熱性が高く、その結果点灯回路が熱破壊し難い。また、Ｄ／２Ｌ≦３．６の関係を満たすため、配光特性が良好である。なお、具体的な根拠については後述する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係るメタルハライドランプの概略構成を示す縦断面図
【図２】本実施の形態に係る発光管の概略構成を示す縦断面図
【図３】点灯回路ユニットにおける点灯回路の回路図
【図４】外管を示す縦断面図
【図５】外管を示す縦断面図
【図６】外管を示す縦断面図
【図７】外管を示す縦断面図
【図８】外管を示す縦断面図
【図９】最大外径Ｄ及び最短距離Ｌが点灯回路の熱破壊に及ぼす影響についての実験結果を示す図
【図１０】最大外径Ｄ及び最短距離Ｌがランプの配光特性に及ぼす影響についての実験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施の形態に係るメタルハライドランプ（以下単に「ランプ」と称する）について、図面を参照しながら説明する。
＜ランプの構成＞
図１は、本実施の形態に係るメタルハライドランプの概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係るランプ１は、発光管１０を有する二重管構造体２０と、当該二重管構造体２０が取り付けられたホルダ３０と、筒状であって一方の開口側端部に前記ホルダ３０が取り付けられた筒状のケース４０と、当該ケース４０の他方の開口側端部に外嵌された口金５０と、前記ケース４０内部に収納された点灯回路ユニット６０と、前記二重管構造体２０を内包した状態で前記ケース４０に取り付けられた外管７０とを備える。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る発光管の概略構成を示す縦断面図である。図２に示すように、発光管１０は、内部に気密封止された放電空間１１を有する本管部１２と当該本管部１２の管軸方向両側に延出するように形成された一対の細管部１３ａ，１３ｂとからなる放電容器１４を有する。本管部１２及び細管部１３ａ，１３ｂは、例えば透光性セラミックで形成されている。なお、透光性セラミックとしては、例えばアルミナセラミックを用いることができるが、他のセラミック、或いは石英ガラス等を用いても良い。
【００１４】
放電容器１４は、本管部１２及び細管部１３ａ，１３ｂをそれぞれ別個に成形した後、それらを焼きばめによって一体化したものを用いているが、これに限らず、例えば本管部１２及び２つの細管部１３ａ，１３ｂを一体成形しても構わない。
【００１５】
発光管１０は、メタルハライドランプ１の長手方向の中心軸上に位置し、先端が互いに対向する一対の電極１５ａ，１５ｂを備える。また、発光管１０の放電空間１１には、発光物質としてのハロゲン化金属、始動補助ガスである希ガス、及び、緩衝ガスである水銀がそれぞれ所定量封入されている。なお、ハロゲン化金属としては、例えばヨウ化ナトリウムやヨウ化ジスプロシウム等が用いられる。また、本発明では、ランプ１の長手方向の中心軸上を、単に、「ランプ軸」とも称する。なお、ランプ軸は後述するケース４０の筒軸Ｘと一致する。
【００１６】
電極１５ａ，１５ｂは、電極棒１６ａ，１６ｂと、当該電極棒１６ａ，１６ｂの先端側（放電空間１１側）の端部に設けられた電極コイル１７ａ，１７ｂとを備え、前記電極棒１６ａ，１６ｂの先端が電極１５ａ，１５ｂの先端に相当する。なお、図１及び図２において符号Ｐで示す部分が、後述するランプ筐体８０に近い側に配置された電極１５ａの先端である。電極棒１６ａ，１６ｂと細管部１３ａ，１３ｂとの隙間には、発光物質の侵入を防ぐためのモリブデンコイル１８ａ，１８ｂが電極棒１６ａ，１６ｂに巻装された状態で配置されている。
【００１７】
なお、電極１５ａ，１５ｂは、理想的（設計的）には上述した通りランプ軸上に、つまり、電極棒１６ａ，１６ｂの中心軸がランプ軸と一致するように配置されている。しかし、実際には、そのプロセスの精度上、前記中心軸がランプ軸と一致していない場合もある。
【００１８】
細管部１３ａ，１３ｂには、先端部に電極１５ａ，１５ｂが接合された給電体１９ａ、１９ｂがそれぞれ挿入されている。給電体１９ａ、１９ｂは、それぞれの細管部１３ａ，１３ｂにおける本管部１２とは反対側の端部部分に流し込まれたフリットからなるシール材（不図示）によって封着されている。
【００１９】
図１に戻って、発光管１０の一方の給電体１９ａは、電極１５ａとは反対側の端部が電力供給線２１に電気的に接続されており、他方の給電体１９ｂは、電極１５ｂとは反対側の端部が電力供給線２２に電気的に接続されている。各電力供給線２１，２２は、それぞれ金属箔２３，２４及び当該金属箔２３，２４に接続されたリード線２５，２６を介して点灯回路ユニット６０に接続されている。なお、一方の電力供給線２１における他方の電力供給線２２及び給電体１９ｂと対向する部分は、例えば石英ガラスからなるスリーブ２７で被覆されている。
【００２０】
上記した発光管１０等の部材は、例えば円筒状をした内管２８内に収納されており、発光管１０、電力供給線２１，２２、金属箔２３，２４、リード線２５，２６、スリーブ２７及び内管２８等で二重管構造体２０が構成されている。
【００２１】
内管２８は、例えば石英ガラスからなり、金属箔２３，２４が位置する側の端部がいわゆるピンチシール法によって圧潰され気密封止されている。したがって、内管２８は、片封止型の気密容器であるといえる。ここで、内管２８において圧潰されている部分をピンチシール部２９と称するが、当該ピンチシール部２９の横断面は略長方形である。
【００２２】
内管２８の内部であって発光管１０の外部にあたる空間は、ランプ点灯時に給電体１９ａ，１９ｂや電力供給線２１，２２等が高温にさらされた際に酸化するのを防止するために、真空にされている。なお、真空にするのではなく前記空間に不活性ガスを充満させて酸化を防止する構成であっても良い。
【００２３】
ホルダ３０は、例えばアルミニウムからなる円板形状であって、中央に二重管構造体２０のピンチシール部２９を挿入するための長孔３１が、ピンチシール部２９の形状に合わせて形成されている。二重管構造体２０は、ピンチシール部２９を長孔３１に挿入し、ピンチシール部２９と長孔３１との間隙に無機接着剤３２を充填することで、ホルダ３０に取り付けられている。その状態において、一対の電極１５ａ，１５ｂはそれぞれ筒軸Ｘ上に位置し、そのため一対の電極１５ａ，１５ｂの電極中心もケース４０の筒軸Ｘ上に位置する。なお、無機接着剤３２には、例えばシリカ及びアルミナを主成分とし１０００℃の耐熱温度を有するものが用いられる。また、ホルダ材料としては、例えば、ＳＵＳ３０４のようなステンレス鋼、鉄、白金、アルミナ、ジルコニア、石英ガラス、ステアタイト、硬質ガラス、軟質ガラス、ＰＰＳ、ＰＢＩ、ＰＢＴ等が挙げられる。ただし、本発明におけるホルダ材料としては、特に限定されず、加工性、耐熱性、および部材としたときの軽量化という点を考慮しながら、適宜選択すれば良い。
【００２４】
ケース４０は、例えば耐熱性の合成樹脂材料からなり、外観が略円錐台形をした筒状である回路収納部４１と、前記回路収納部４１の小さい方の開口側の端部に連設された円筒状の口金取付部４２とからなる。回路収納部４１の内面には、点灯回路ユニット６０を載置するための円環状の回路載置面４３と、ホルダ３０を載置するための円環状のホルダ載置面４４とがそれぞれ内側の一部を切り欠くことによって形成されており、さらに、回路収納部４１の大きい方の開口側の端面４５には円環状の挿入溝４６が形成されている。一方、口金取付部４２には、点灯回路ユニット６０の第１リード線６３をケース４０の外部に導出させるための貫通孔４７が形成されている。また、ケース材料としては、金属アルミ，鉄、それらを含む合金、アルミナなどのセラミック、およびＰＰＳ，ＰＢＴのような樹脂材料、硬質ガラスや軟質ガラスなどを適宜使用して良い。
【００２５】
ケース４０の内部空間（回路収納部４１の内部空間４８）と外管７０の内部空間７１とは、ホルダ３０によって仕切られており、外管７０の内部空間７１で熱された空気が回路収納部４１の内部空間４８へ流れ込まないようになっている。したがって、回路収納部４１の内部空間４８の雰囲気温度は外管７０の内部空間７１の雰囲気温度よりも低い。
【００２６】
ホルダ３０とケース４０とで構成されるランプ筐体８０は、有底筒状であって、ホルダ３０の発光管１０側の主面３３とケース４０の大きい方の開口側の端面４５とでランプ筐体８０の底側端面が構成されている。ケース４０のホルダ載置面４４にホルダ３０が載置された状態で、ホルダ３０はケース４０の開口を塞いでおり、ホルダ３０がケース４０の開口内に埋没するために、ホルダ３０の発光管１０側の主面３３とケース４０の大きい方の開口側の端面４５とは略面一になっている。図１に示すように、ランプ筐体８０の底側端面の最大外径Ｄは、ケース４０の大きい方の開口側の端面４５の最大外径と同じである。
【００２７】
なお、ランプ筐体８０の底側端面は、ホルダ３０の発光管１０側の主面３３とケース４０の大きい方の開口側の端面４５とで構成される場合に限られない。例えば、ホルダの外径がケースの開口径よりも大きく、ケースの大きい方の開口側の端面にホルダを載置した状態でホルダとケースとが接合されているような場合は、ランプ筐体８０の底側端面がホルダの発光管側の主面のみで構成され、ランプ筐体の底側端面の最大外径Ｄはホルダの発光管側の主面の最大外径と同じになる。
【００２８】
口金５０は、筒状胴部とも称されるシェル５１と、円形皿状をしたアイレット５２と、シェル５１及びアイレット５２とを接合するガラス材料からなる絶縁部５３とで構成される。点灯回路ユニット６０の第１リード線６３の貫通孔４７から導出された部分は、ケース４０の外面と口金５０の内面とに挟持され、これにより第１リード線６３とシェル５１とが電気的に接続されている。点灯回路ユニット６０の第２リード線６４の口金取付部４２の開口から導出された部分は、アイレット５２に半田５４で接合され、これにより第２リード線６４とアイレット５２とが電気的に接合されている。
【００２９】
点灯回路ユニット６０は、ケース４０の回路載置面４３に載置され固定されたプリント配線板６１と複数の電子部品６２等からなり、ケース４０の回路収納部４１の内部空間４８、すなわちランプ筐体８０内部に配置されている。
【００３０】
図３は、点灯回路ユニットにおける点灯回路の回路図である。図３に示すように、点灯回路は、ＡＣ／ＤＣ変換部、ＤＣ調整部、及び、ＤＣ／ＡＣ変換部を有し、口金５０から第１リード線６３及び第２リード線６４を介して供給される商用交流電力を、発光管１０を点灯させるための電力に変換して発光管１０に給電する。
【００３１】
ＡＣ／ＤＣ変換部は、商用交流電源からの交流電力を所定電圧の直流電力に変換する役割を有し、整流回路ＤＢと、整流回路ＤＢから出力される直流電圧を昇圧する昇圧回路とを備える。昇圧回路は、チョッパー方式の昇圧回路であり、インダクタンスＬ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、及び、コンデンサＣ１を備える。本例において、インダクタンスＬ１にはチョークコイルが、スイッチング素子Ｑ１にはトランジスタが、コンデンサＣ１には電解コンデンサが、それぞれ使用される。
【００３２】
ＤＣ調整部は、ＡＣ／ＤＣ変換部から出力される直流電圧を所定の電圧に調整する役割を有し、チョッパー方式の降圧回路からなる。当該降圧回路は、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、インダクタンスＬ２、及び、コンデンサＣ２を備える。本例において、スイッチング素子Ｑ２にはトランジスタが、インダクタンスＬ２にはチョークコイルが、コンデンサＣ２には電解コンデンサが、それぞれ使用される。
【００３３】
ＤＣ／ＡＣ変換部は、ＤＣ調整部から出力される直流電圧を交流電力に変換して、発光管１０に給電する役割を有し、直流電力を交流電力に変換する変換回路と、発光管１０に流れる電流を制御し放電を安定させる安定器Ｌ３とを備える。変換回路は、フルブリッジ回路であり、４つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を備える。また、安定器Ｌ３には、例えばチョークコイルが使用される。
【００３４】
ランプ１は、上記した構成の点灯回路を内蔵しているため、水銀灯用の安定器（銅鉄安定器）が残存している既設の照明施設にも使用することができる。なお、言うまでも無く、水銀灯用の銅鉄安定器を除去した施設でも、あるいは、電力ラインにおいて当該銅鉄安定器を意図的に短絡させた施設においても、ランプ１を使用することは可能である。
【００３５】
外管７０は、開口端縁部７１がケース４０の挿入溝４６に挿入され、開口端縁部７１と挿入溝４６との間隙に無機接着剤（不図示）が充填されて、ケース４０に接合されている。外管７０には、耐熱性や加工性を考慮して例えば硬質ガラスまたは軟質ガラスが用いられる。硬質ガラスの熱膨張係数は、３０〜６０×１０−７［／℃］、熱伝導率は１．０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、軟質ガラスの熱膨張係数は、８０〜１００×１０−７［／℃］、熱伝導率は０．７４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。なお、無機接着剤には、例えば二重管構造体２０をホルダ３０に固定する無機接着剤３２と同様のものを使用することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態に係る外管７０は、図４（ａ）に示すような所謂ドロップ形状であったが、図５（ａ）に示すような、頂部が半球状の円筒形状であっても良いし、図６（ａ）に示すような、外側にやや膨らんだ円形の端面を頂部側に有する円筒形状であっても良いし、図７（ａ）に示すような、外周面全体に僅かに膨らみをもたせた円筒形状であっても良いし、図８（ａ）に示すような、ランプ軸方向中間部に大径部が設けられた円筒形状であっても良い。また、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、外管７０の頂部に凹入部が設けられていても良いし、図４（ｃ）、図５（ｃ）、図６（ｃ）、図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、外管７０の頂部に突出部が設けられていても良い。
【００３７】
以上に説明した本実施の形態に係るランプは、水銀灯代替光源として既存の水銀灯用照明器具に装着して用いられるものであって、定格ランプ電力が３０〜４２０［Ｗ］であることが好ましい。２５０Ｗより高ワットタイプのランプの場合、熱源である発光部からの熱の影響が非常に大きいために、回路の寿命信頼性を確保することが非常に困難になるなどの理由から、定格ランプ電力は３０〜２５０［Ｗ］であることがより好ましい。具体的な定格ランプ電力としては、例えば３０［Ｗ］、７０［Ｗ］、１００［Ｗ］、１５０［Ｗ］、２００［Ｗ］、２５０［Ｗ］等が挙げられる。なお、本発明において定格ランプ電力とは、回路込みのランプにおいて光源で消費される電力をいう。
【００３８】
一般に、メタルハライドランプは、水銀灯と比較して発光効率［ｌｍ／Ｗ］が良いため、水銀灯の代替品として使用する場合は水銀灯よりも低いランプ電力で同等の明るさが得られる。例えば３０［Ｗ］のメタルハライドランプは、８０［Ｗ］の水銀灯と同等の明るさが得られ、８０［Ｗ］の水銀灯の代替品となり得る。同様に、７０［Ｗ］のメタルハライドランプは１００［Ｗ］の水銀灯と同等、１００［Ｗ］のメタルハライドランプは２００［Ｗ］の水銀灯と同等、１５０［Ｗ］のメタルハライドランプは２５０［Ｗ］の水銀灯と同等、２００［Ｗ］のメタルハライドランプは３００［Ｗ］の水銀灯と同等、２５０［Ｗ］のメタルハライドランプは４００［Ｗ］の水銀灯と同等の明るさが得られ、それぞれの水銀灯の代替品となり得る。ところで、後述する「配光に及ぼす影響」についての用途では、３ｍの高さの街路灯用モールライトに装着し、上向きに、すなわち外管７０が上側、口金５０が下側になる姿勢で点灯させる際に、所望の直下照度の絶対値を確保するという観点から、代替となるワットレンジの水銀灯を用いる。ただし、使用する用途、環境によっては、全光束・照度などのような代替条件として注目するランプ特性が異なる場合があるため、代替となるワットレンジは適宜変更して良い。
【００３９】
＜最大外径Ｄ及び最短距離Ｌについて＞
（１）放熱性に及ぼす影響
本発明に係るランプは、図１に示すように、ランプ筐体８０の底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、ランプ筐体８０に近い側の電極１５ｂの先端から、ランプ筐体８０の底側端面を含む仮想平面Ａまでの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、０．２９≦Ｄ／２Ｌ、の関係を満たすため点灯回路の短命化を防ぐ。
【００４０】
上記Ｄ／２Ｌは、図１に示すように、電極１５ｂの先端とランプ筐体８０の底側端面の外周縁（ケース４０の大きい方の開口側の端面４５の外周縁）とを結ぶ線分Ｙと、ケース４０の筒軸Ｘとがなす角度［°］をαとした場合のｔａｎαに相当する。したがって、言い換えれば、０．２９≦ｔａｎα、の関係を満たす場合に点灯回路の短命化を防ぐと言える。
【００４１】
図９は、最大外径Ｄ及び最短距離Ｌが点灯回路の熱破壊に及ぼす影響についての実験結果を示す図である。実験では、本実施の形態に係るランプ１をベースに、消費電力、最大外径Ｄ及び最短距離Ｌに変更を加えたランプを種々作製し、それらランプを点灯させて、点灯回路が熱破壊されるまでの時間を測定した。
【００４２】
具体的には、まず、実施例１〜１４及び比較例１〜７のランプを用意し、各ランプに対してエージングを実施し、点灯回路が熱破壊するまでの総点灯時間（回路寿命時間）を測定した。そして、回路寿命時間が２４０００［ｈ］以上の場合は、所望の定格寿命に対してバラツキを考慮した寿命信頼性を確保する「良好」なランプと評価し、２４０００［ｈ］未満の場合は、所望の定格寿命に対してバラツキを考慮した寿命信頼性を確保できない「不良」なランプと評価した。なお、ランプが不点になり、かつ、点灯回路以外の箇所に故障が見られなかった場合に、点灯回路が短命化し、破壊したとみなした。また、エージングは、ランプの口金が下側となる点灯姿勢を保持し、定格電力において裸点灯させながら、５．５ｈ点灯させた後に０．５ｈ消灯するという点灯サイクルを採用し、評価を行った。
【００４３】
回路寿命時間２４０００［ｈ］を境にして「良好」、「不良」の評価した理由としては、メタルハライドランプ１は、水銀灯の代替品としての位置づけから当該水銀灯と同等かそれ以上の寿命を実現する必要があり、水銀灯の寿命は１２０００［ｈ］であるため、その代替品として少なくとも１２０００［ｈ］好ましくは１５０００［ｈ］の寿命を確保する必要があり、回路設計上の電子部品の品質のバラツキやランプの使用環境までも考慮するとその２倍の寿命すなわち３００００［ｈ］を設計寿命とすることが好ましいからである。
【００４４】
図９から明らかなように、０．２９≦ｔａｎα、の関係を満たす実施例１〜１４のランプは、いずれも回路寿命時間が３００００［ｈ］以上であり目標値を超えている。一方、０．２９≦ｔａｎα、の関係を満たさない比較例１〜７のランプは３００００［ｈ］どころか、水銀灯の定格寿命である１２０００［ｈ］の半分にも満たない。
【００４５】
また、実施例１〜１４のランプは、いずれもケース４０の回路収納部４１の内部空間４８の雰囲気温度のうち少なくとも一部の温度が７０［℃］を超えることがなかった。一方、比較例１〜７のランプはいずれもランプ筐体内全ての雰囲気温度が８０［℃］以上である。一般に、点灯回路の中で最も熱に弱い素子は電解コンデンサであると考えられるが、電解コンデンサが所望の定格寿命に対してバラツキを考慮した寿命信頼性を確保する温度は７０［℃］であるため、この温度を超えている比較例１〜７のランプは寿命が短かったと考えられる。なお、本願において、「回路温度」とは、点灯を開始してから３ｈ経過後、点灯回路ユニットが収納されたランプ筐体８０の内部空間の温度が安定した状態の際に、熱電対を用いてランプ筐体８０内の雰囲気温度を、全空間を網羅する領域においてランダムに１６点測定したうち、最低の測定温度を意味する。
【００４６】
（２）配光性に及ぼす影響
本発明に係るランプは、Ｄ／２Ｌ≦３．６、すなわちｔａｎα≦３．６、の関係を満たすため配光性が良好である。
【００４７】
図１０は、最大外径Ｄ及び最短距離Ｌが配光性に及ぼす影響についての評価結果を示す図である。実験では、本実施の形態に係るランプ１をベースに、消費電力、最大外径Ｄ及び最短距離Ｌに変更を加えたランプを種々作製し、それらランプの配光性を評価した。
【００４８】
具体的には、まず、実施例１５〜２６及び比較例８〜１３のランプを用意し、各ランプを３ｍの高さの街路灯用モールライト（パナソニック電工株式会社製 モールライトベーシック）に装着し上向きに点灯させ（外管７０が上側、口金５０が下側になる姿勢で点灯させ）、モールライトのポールから半径１［ｍ］離れた地点において地面から１００［ｃｍ］の高さにて照度計（コニカミノルタ株式会社製 デジタル照度計 Ｔ−１）を用いて照度を測定した。そして、代替の対象となる水銀灯を同じ条件で点灯させた場合の照度に対する比率［％］を算出し、その算出値を直下照度と称して、直下照度が８０［％］以上の場合は、配光性の良い「良好」なランプと評価し、８０［％］未満の場合は、配光性の悪い「不良」のランプと評価した。
【００４９】
図１０から明らかなように、ｔａｎα≦３．６、の関係を満たす実施例１５〜２６のランプは、いずれも直下照度が８５［％］以上であり目標値を超えている。一方、ｔａｎα≦３．６、の関係を満たさない比較例８〜１３のランプは７５［％］以下であり目標値に至らなかった。
【００５０】
（３）その他
本実施の形態に係るランプ１は、水銀灯の代替品として既存の水銀灯用照明器具に装着して使用されるものであるため、水銀灯用照明器具に装着可能なように、今回、水銀灯照明器具の適合評価を実施した結果、器具装着に関して適合可能である範囲を見出している。そのため、本実施の形態に係るランプ１は、０．２９≦Ｄ／２Ｌ≦３．６、の関係を満たすだけでなく、さらに、４０≦Ｄ≦１２２、且つ、１０≦Ｌ≦７５、の関係を満たす必要がある。なお、図９及び図１０に示すように、実施例１〜２６のランプはいずれも、４０≦Ｄ≦１２２、且つ、１０≦Ｌ≦７５、の関係を満たしている。
【００５１】
また、本実施の形態に係る回路内蔵型ランプは、銅鉄式のような安定器を含む照明器具にも適用することができる。
このように本実施の形態に係る回路内蔵型ランプの取替え対象となる既存の水銀灯用照明器具が安定器を含んでいる場合、本実施の形態に係るランプに内蔵している点灯回路を保護するという観点からは、点灯回路の入力部にパルス保護回路を付設することが好ましい。なぜならば、例えば、点灯中のランプが立ち消えるなどして回路への入力電流が急激に遮断された場合には、インダクタンス成分を含む安定器から高電圧のパルスが発生することがあり、このパルス電圧により回路素子が破損するおそれがあるが、上記のようにパルス保護回路を付設すると、パルス電圧による回路素子の破損を抑えることができるためである。また、ランプが立消えたりなどした場合であっても、回路への入力電流が急激に遮断されることなく、緩やかに減少させるための保護回路を設けることによって、安定器からのパルス電圧を低下させることもできる。
また、本実施の形態においては、回路の入力部にＡＣフィルタおよび／またはアクティブフィルタ回路を付設させてもよい。一般的に、水銀灯用に使用される安定器はインダクタであるため、本実施の形態に係る点灯回路への入力電流が高調波成分を多く含む場合、本来の入力電流波形を歪ませることがある。その点、これらの回路を付設することにより、回路への入力電流の高調波成分を低減することが出来るため、安定器によって電流波形を歪ませられることなく、ランプに対して適正な電流を安定して供給することができるので、ちらつきなどの問題が回避できる。
【００５２】
ところで、本実施の形態の取替え対象となる既存の水銀灯用照明器具は、既に数十年という長期にわたって使用されている場合が多く、コイル劣化などが懸念される。
その点、本実施の形態に係るランプはセラミック発光管を使用しているため、水銀灯の２倍程度の効率を得ることが出来る。そのため、既存の水銀灯に対して同等の光束（光量）を得るのであれば、およそ半分の電力/電流にすることが出来る。このため、既存の安定器が長期間にわたって使用されていても、本実施の形態に係るランプに交換した後は、安定器の電流負荷を低減することができるため、コイル劣化を抑制させる効果や発煙などの不具合を抑制することが出来る。さらに、水銀灯を使用している際、コイル劣化により安定器が短絡状態になった場合は水銀灯の発光管が爆発することがあるが、本実施の形態に係るランプであれば内蔵された回路により電流が制限されているため、発光管が爆発するなどの危険性もない。そのため、本実施の形態に係る回路内蔵型ランプを既存の水銀灯用照明器具に適用する場合には、回路内蔵型ランプとして既存の水銀灯よりも低電力タイプのものを選択することが好ましい。このように低電力タイプを選択すると、取替え対象となる水銀灯よりも回路内蔵型ランプが低電流であるため、既存の安定器が長期間にわたって使用されていても、回路に対する電流負荷が低いので、コイル劣化等が生じている場合でも発煙などの不具合を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るメタルハライドランプは、点灯回路を内蔵しているにも関わらず、回路を内蔵するためのケース容積を適正に確保するようにしたので、高ワットを負荷した場合であっても、回路温度が低減されるため、回路信頼性を確保することができる。また、本発明に係るメタルハライドランプは、ケースの陰となって発光管の光が届き難い暗い領域が発生しにくいので、優れた配光特性を得ることができることから、特に、既存の水銀灯用照明器具にそのまま装着して用いる水銀灯代替品として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 発光管
１５ａ，１５ｂ 電極
２０ 二重管構造体
２８ 内管
３０ ホルダ
４０ ケース
５０ 口金
７０ 外管
８０ ランプ筐体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が互いに対向する一対の電極を有し発光物質としてハロゲン化金属が封入された発光管および当該発光管を気密封止する内管を有する二重管構造体と、
前記内管の長手方向一端部を保持するホルダと、
一方の開口側端部に前記ホルダがその開口を塞ぐように取り付けられ、他方の開口側の端部に口金が外嵌され、内部に前記発光管を点灯させる点灯回路が収納されたケースと、
前記二重管構造体を内包した状態で前記ケース又はホルダに取り付けられた外管とを備え、
前記ホルダと前記ケースとで構成される有底のランプ筐体において、その底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、
前記一対の電極のうちの前記ランプ筐体に近い側に配置された電極の先端から、前記ランプ筐体の底側端面を含む仮想平面までの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、
０．２９≦Ｄ／２Ｌ≦３．６、
４０≦Ｄ≦１２２、
１０≦Ｌ≦７５、
の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
定格ランプ電力が３０〜２５０［Ｗ］であることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
【請求項１】
先端が互いに対向する一対の電極を有し発光物質としてハロゲン化金属が封入された発光管および当該発光管を気密封止する内管を有する二重管構造体と、
前記内管の長手方向一端部を保持するホルダと、
一方の開口側端部に前記ホルダがその開口を塞ぐように取り付けられ、他方の開口側の端部に口金が外嵌され、内部に前記発光管を点灯させる点灯回路が収納されたケースと、
前記二重管構造体を内包した状態で前記ケース又はホルダに取り付けられた外管とを備え、
前記ホルダと前記ケースとで構成される有底のランプ筐体において、その底側端面の最大外径［ｍｍ］をＤとし、
前記一対の電極のうちの前記ランプ筐体に近い側に配置された電極の先端から、前記ランプ筐体の底側端面を含む仮想平面までの最短距離［ｍｍ］をＬとした場合に、
０．２９≦Ｄ／２Ｌ≦３．６、
４０≦Ｄ≦１２２、
１０≦Ｌ≦７５、
の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
定格ランプ電力が３０〜２５０［Ｗ］であることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２８２９４９（Ｐ２０１０−２８２９４９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７５３４（Ｐ２０１０−８７５３４）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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