メタルハライドランプ
【課題】製造が容易で、長期間の繰り返し使用が可能なメタルハライドランプを提供すること。
【解決手段】内部に水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部１１ａと、発光部の両側にそれぞれ備えられた側管部１１ｂとを有する石英製の発光管１１、各側管部の端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金１２、口金よりも発光部の側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔１３、モリブデン箔の発光部の側に接続されている電極棒１４、およびモリブデン箔の口金の側に金属材料製の給電部材１５を介して接続されている電極端子１６を備え、上記の各側管部１１ｂの外周面に、上記モリブデン箔１３の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するようにして、上記口金１２の端部から少なくとも給電部材１５とモリブデン箔１３との接続部にまで延びる不透明膜１７が形成されているメタルハライドランプ。
【解決手段】内部に水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部１１ａと、発光部の両側にそれぞれ備えられた側管部１１ｂとを有する石英製の発光管１１、各側管部の端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金１２、口金よりも発光部の側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔１３、モリブデン箔の発光部の側に接続されている電極棒１４、およびモリブデン箔の口金の側に金属材料製の給電部材１５を介して接続されている電極端子１６を備え、上記の各側管部１１ｂの外周面に、上記モリブデン箔１３の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するようにして、上記口金１２の端部から少なくとも給電部材１５とモリブデン箔１３との接続部にまで延びる不透明膜１７が形成されているメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舞台や撮影スタジオの照明装置の光源として特に有利に用いることができるメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
メタルハライドランプ（メタルハライド放電灯と呼ばれることもある）は、太陽光に近い発光色を有し、またハロゲンランプと比較して高輝度であるという利点を有することから、舞台や撮影スタジオの照明装置の光源として、あるいはホテルやレストランなどの建物の照明装置の光源として広く用いられている。
【０００３】
メタルハライドランプは、水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部と、発光部の両側にそれぞれ備えられた側管部とを有する石英製の発光管、各側管部の端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金、口金よりも発光部の側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔、モリブデン箔の発光部の側に接続された電極棒、およびモリブデン箔の口金の側に金属材料製の給電部材を介して接続された電極端子から構成されている。
【０００４】
メタルハライドランプの電極端子に電気的エネルギーを供給することにより、発光管の発光部の内部に突き出された各電極棒の間にアーク放電が発生し、この放電の発光が照明に利用される。
【０００５】
発光管の発光部は、アーク放電の放射熱が付与されるため高温になる。そして、発光管の側管部には、アーク放電の放射熱が付与されると共に、高温の発光部から熱が伝達する。このため、側管部、側管部の内部に気密封止されたモリブデン箔、そして側管部の周囲に装着された金属材料製の口金もまた高温になる。
【０００６】
このため、長期間にわたって繰り返しメタルハライドランプが使用され、ランプの点灯と消灯とが繰り返されると、石英製の側管部の熱膨張率が、金属材料製の部品（モリブデン箔や口金）の熱膨張率と比較して極端に小さいことから、側管部に繰り返し発生する熱応力によってクラック（亀裂）が発生することがある。
【０００７】
特許文献１には、発光管（バルブ）の各側管部内にて電極棒（棒状とした電極材）の基部と金属箔とが気密封止された構成のメタルハライドランプが開示されている。このメタルハライドランプの電極棒の周囲には、高融点材料とゲッター材料とから形成され、電極棒の径に応じた所定の線径、ピッチ、そして内径を有するコイルが装着されている。そして同文献には、ランプの点灯時の発熱により発光管と電極棒との間に熱膨張係数の差による寸法差を生じるときも、この寸法差は上記コイルに吸収されるため、発光管の電極棒と接触する部位におけるクラックの発生が防止されるとの記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１５４４８５号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、製造が容易で、長期間の繰り返し使用が可能なメタルハライドランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、メタルハライドランプの発光管の側管部の外周面（口金よりも発光部の側）に不透明膜を形成することにより、アーク放電の放射熱が不透明膜により遮られて側管部に伝わり難くなるため側管部の口金と接触する部位の温度上昇が抑制され、更に上記の不透明膜をモリブデン箔の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するように形成することにより、モリブデン箔から側管部の周囲への放熱を妨げ難いため側管部のモリブデン箔と接触する部位の温度上昇も抑制されることから、側管部における熱応力の発生が十分に低減され、これにより側管部におけるクラックの発生が抑制されることを見出し、本願発明に到達した。
【００１１】
本発明は、内部に水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部と、発光部の両側にそれぞれ備えられた側管部とを有する石英製の発光管、各側管部の端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金、口金よりも発光部の側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔、モリブデン箔の発光部の側に接続されている電極棒、およびモリブデン箔の口金の側に金属材料製の給電部材を介して接続されている電極端子を含むメタルハライドランプであって、上記の各側管部の外周面に、上記モリブデン箔の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するようにして、上記口金の端部から少なくとも給電部材とモリブデン箔との接続部にまで延びる不透明膜が形成されていることを特徴とするメタルハライドランプにある。
【００１２】
本発明のメタルハライドランプの好ましい態様は、次の通りである。
（１）モリブデン箔の周囲の側管部の１／３以上の長さの部分が露出している。
（２）不透明膜が白色膜である。
【００１３】
なお、本明細書において「透光性」とは波長が４００〜４０００ｎｍの範囲にある光の透過率が７０％以上であることを意味する。また「不透明」とは波長が４００〜４０００ｎｍの範囲にある光の透過率が４０％以下であることを意味する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のメタルハライドランプでは、各側管部の外周面の所定領域に形成された不透明膜により、側管部の金属材料製の部品（モリブデン箔や口金）と接触する部位の温度上昇が抑制されるため、側管部における熱応力の発生が十分に低減され、これにより側管部におけるクラックの発生が抑制される。従って、本発明のメタルハライドランプは、長期間の繰り返し使用が可能で、また側管部の外周面の所定領域に不透明膜を形成することにより簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のメタルハライドランプの構成例を示す一部切り欠き正面図である。
【図２】図１のメタルハライドランプ１０の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のメタルハライドランプを、添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明のメタルハライドランプの構成例を示す一部切り欠き正面図であり、そして図２は、図１のメタルハライドランプ１０の拡大断面図である。但し、図２のメタルハライドランプ１０は、電極棒１４、モリブデン箔１３、給電部材１５、および電極端子１６以外の部品についてのみ断面として図示してある。
【００１７】
メタルハライドランプ１０は、内部に水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部１１ａと、発光部１１ａの両側にそれぞれ備えられた側管部１１ｂとを有する石英製の発光管１１、各側管部１１ｂの端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金１２、口金１２よりも発光部１１ａの側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔１３、モリブデン箔１３の発光部１１ａの側に接続されている電極棒１４、およびモリブデン箔１３の口金１２の側に金属材料製の給電部材１５を介して接続されている電極端子１６などから構成されている。
【００１８】
そして、メタルハライドランプ１０は、上記の各側管部１１ｂの外周面に、モリブデン箔１３の周囲の側管部の少なくとも一部（メタルハライドランプ１０の場合には、モリブデン箔１３の周囲の側管部の約１／２の長さの部分）が露出するようにして、口金１２の端部から少なくとも給電部材１５とモリブデン箔１３との接続部２１にまで（メタルハライドランプ１０の場合には、モリブデン箔１３の長さ方向の概ね中央の位置にまで）延びる不透明膜１７が形成されていることに特徴がある。
【００１９】
発光管１１は、石英製であり、中央領域にて棒出する透光性の発光部１１ａと、その両側にそれぞれ備えられている側管部１１ｂとから構成されている。
【００２０】
発光部１１ａには、水銀及びメタルハライドが収容される。メタルハライドの例としては、Ｎａ、Ｔｌ、Ｔｈ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍなどの金属と沃素または臭素などのハロゲンとの化合物が挙げられる。発光部１１ａには、アルゴンなどの希ガスを収容することができる。
【００２１】
発光部１１ａは「透光性」であることが必要である。「透光性」とは、波長が４００〜４０００ｎｍの範囲にある光の透過率が７０％以上であることを意味する。発光部１１ａの光透過率は７５％以上であることが好ましく、８０％以上であることが更に好ましい。
【００２２】
側管部１１ｂの端部領域の周囲には口金１２が装着されている。口金１２は、例えば、真鍮に代表される金属材料から形成される。口金１２の表面の酸化を抑制するため、口金１２の表面をめっき処理（例、ニッケルめっき処理）することもできる。
【００２３】
口金１２よりも発光部１１ａの側において、各側管部１１ｂの内部にはモリブデン箔１３が気密封止されている。
【００２４】
モリブデン箔１３としては、モリブデン製のフィルムが用いられる。モリブデン箔１３の厚みは、一般に５〜２００μｍ、好ましくは１０〜１５０μｍの範囲内に設定される。
【００２５】
モリブデン箔１３には、更に一枚あるいは二枚以上のモリブデン箔を重ねて配置することもできる。モリブデン箔１３が、合計で二枚以上のモリブデン箔から構成されているときには、互いに隣接するモリブデン箔の間に電気的に絶縁性を示す材料（例、石英）から形成された薄板を配置することもできる。
【００２６】
モリブデン箔１３は、側管部１１ｂが熱膨張した際に塑性変形し、これにより側管部１１ｂのモリブデン箔１３と接触する部位に発生する熱応力を低減する機能を有している。
【００２７】
しかしながら、モリブデン箔１３は、上記塑性変形を可能とするため薄い厚みに設定されるため電気抵抗が大きく、その内部を流れる電流によって大きなジュール熱を発生させる。そして、モリブデン箔が高温になり劣化（例、酸化膨張）すると、モリブデン箔に接触する側管部にクラックが発生して気密封止が不十分になったり、モリブデン箔の切断により電極棒に電気エネルギーを供給することができなくなったりすることがある。
【００２８】
一方、後述の電極棒１４の基部に巻き付けられているモリブデンフィルム１８ａ、そして給電部材１５の棒材１５ａの端部領域に巻き付けられているモリブデンフィルム１８ｂとしても、上記のモリブデン箔１３と同様に、それぞれモリブデン製のフィルムが用いられる。しかしながら、モリブデンフィルム１８ａ、１８ｂの各々は、導電性の部品（電極棒１４あるいは棒材１５ａ）に巻き付けられて電気的に接続された状態において小さな電気抵抗の値を示すため、上記のような大きなジュール熱を発生させることはなく、従って上記劣化の問題を生じ難い。このような理由により、本願明細書では、上記モリブデンフィルム（導電性の部品に巻き付けられたモリブデン製のフィルム）１８ａ、１８ｂと、上記モリブデン箔（導電性の部品に巻き付けられていないモリブデン製のフィルム）１３とを互いに区別している。
【００２９】
モリブデン箔１３の発光部１１ａの側には電極棒１４が接続されている。電極棒１４の先端部は、発光部１１ａの内部に突き出されている。電極棒１４は、例えば、タングステンから形成される。前記のように、電極棒１４の基部にはモリブデンフィルム１８ａが巻き付けられている。
【００３０】
モリブデン箔１３の口金１２の側には金属材料製の給電部材１５を介して電極端子１６が接続されている。
【００３１】
給電部材１５は、例えば、タングステン製の棒材１５ａ、銅製のより線１５ｂ、およびモリブデン製の棒材１５ｃから構成されている。前記のように、タングステン製の棒材１５ａの端部領域には、モリブデンフィルム１８ｂが巻き付けられている。より線１５ｂは、給電部材１５が熱膨張した際に変形し、この熱膨張による給電部材１５の伸びを吸収することにより、側管部１１ｂに発生する熱応力を低減する働きをする。
【００３２】
給電部材１５の棒材１５ｃには、電極端子１６の一方の端部が接続されている。電極端子１６の他方の端部は、発光管１１の外部に突き出されている。電極端子１６としては、例えば、モリブデン製の棒材が用いられる。
【００３３】
メタルハライドランプ１０の構成は、次に説明する不透明膜を除いて、公知のメタルハライドランプの構成と同様であるので、これ以上の説明は行なわない。
【００３４】
図１及び図２に示すメタルハライドランプ１０では、上記の各側管部１１ｂの外周面に、モリブデン箔１３の周囲の側管部の約１／２の長さ（すなわちモリブデン箔１３の全長の約１／２の長さ）の部分が露出するようにして、口金１２の端部からモリブデン箔１３の長さ方向の概ね中央の位置にまで延びる不透明膜１７が形成されている。
【００３５】
この不透明膜１７により、発光部１１ａにて発生するアーク放電の放射熱が遮られ、側管部１１ｂの口金１２よりも発光部１１ａの側の部位の温度上昇が抑制される。このため、側管部１１ｂの口金１２の内側の部位に伝わる熱の量も少なくなり、側管部における熱応力の発生が十分に低減される。従って、側管部の口金１２（金属材料製の部品）と接触する部位におけるクラックの発生が抑制される。
【００３６】
本発明では、アーク放電の放射熱を遮って側管部１１ｂの温度上昇を抑制するため、上記の不透明膜１７を、側管部１１ｂの外周面の口金１２の端部から少なくとも給電部材１５とモリブデン箔１３との接続部２１の位置に対応する位置にまで延びるように形成する。なお、不透明膜を、更に口金の外周面に形成することもできる。
【００３７】
不透明膜１７は、側管部１１ｂの上記接続部２１の位置に対応する位置よりも発光部１１ａの側に延びていてもよいが、前記のようにモリブデン箔１３では大きなジュール熱が発生するため、不透明膜１７がモリブデン箔の周囲への放熱を妨げることがある。
【００３８】
従って、本発明では、上記の不透明膜１７を、モリブデン箔１３の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するようにして（モリブデン箔１３の周囲の側管部の全体が不透明膜で覆われることのないようにして）側管部１１ｂの外周面に形成する。
【００３９】
モリブデン箔１３の周囲への放熱が良好であると、モリブデン箔１３とその周囲の側管部の温度上昇が抑制される。従って、側管部１１ｂのモリブデン箔１３（金属材料製の部品）と接触する部位におけるクラックの発生が抑制される。
【００４０】
モリブデン箔１３の周囲の側管部は、その全長（すなわちモリブデン箔１３の全長に等しい）の１／３以上、特に１／２以上の長さの部分が露出していることが好ましい。
【００４１】
以上のように、本発明のメタルハライドランプ１０は、側管部１１ｂの金属材料製の部品（モリブデン箔１３や口金１２）と接触する部位におけるクラックの発生が抑制され、クラックからの水銀やメタルハライドの蒸気の漏れ出しの発生が抑制されることから、長期間の繰り返し使用が可能で、また側管部１１ｂの外周面の所定領域に不透明膜を形成することにより容易に製造することができる。
【００４２】
不透明膜１７は、発光部１１ａで生じるアーク放電による放射熱を遮ることができれば、膜の色に特に制限はない。不透明膜１７としては、例えば、公知の黒色膜あるいは白色膜を用いることができる。なお、「不透明」とは、波長が４００〜４０００ｎｍの範囲にある光の透過率が４０％以下であることを意味する。不透明膜の光透過率は３５％以下であることが好ましく、３０％以下であることが更に好ましい。
【００４３】
黒色膜は、黒色顔料粉末及びバインダを含むことが好ましい。黒色顔料粉末としては、例えば、四三酸化鉄の粉末を用いることができる。バインダとしては公知の無機ポリマー（例、金属酸化物系ポリマー）を用いることが好ましい。
【００４４】
白色膜は、白色顔料粉末及びバインダを含むことが好ましい。白色顔料粉末としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）あるいは酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）の粉末を用いることができる。バインダとしては公知の無機ポリマー（例、金属酸化物系ポリマー）を用いることが好ましい。
【００４５】
図１及び図２に示すメタルハライドランプ１０の不透明膜１７としては、発光部１１ａで生じるアーク放電による放射熱を効率良く反射して、側管部１１ｂの温度上昇を効果的に抑制することができることから、白色膜が用いられている。
【００４６】
不透明膜１７は、上記の顔料粉末とバインダとを含む塗布液を、発光管１１の側管部１１ｂの外周面に塗布あるいは吹き付けし、次いで乾燥することにより形成することができる。
【００４７】
不透明膜の厚みは、５〜５００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００４８】
本発明のメタルハライドランプでは、各側管部１１ｂがモリブデン箔１３よりも口金１２の側（側管部１１ｂの端部の側）にて更に気密封止されていることが好ましい。
【００４９】
図２に示すメタルハライドランプ１０の側管部１１ｂの端部の内側面には、二個の石英製の筒体１９ａ、１９ｂが嵌め合わされて固定（例、溶着）されている。筒体１９ａの端部は、モリブデン製の筒状部材２０に固定（例、溶着）されている。そして側管部１１ｂは、筒状部材２０が給電部材１５の棒材１５ｃの周囲にろう付けされることにより気密封止されている。これにより、不透明膜１７により温度上昇が抑制された側管部１１ｂを、高温のアーク放電から離れた比較的に低温の部位にて確実に気密封止することができる。
【００５０】
側管部１１ｂの追加で気密封止が行なわれる位置と電極棒１４の先端と対応する位置との距離（図２：Ｌ）は、一対の電極棒の間の距離（図１：Ｗ）と等しいか、それ以上であること（すなわちＬ≧Ｗの関係を満足すること）が好ましい。
【００５１】
上記の距離Ｌが大きいほど、側管部１１ｂをより低温の部位にて確実に封止することができるが、側管部が長くなる。従って、上記距離Ｌは、距離Ｗの１〜１５倍の範囲内にあることが好ましく、２〜１０倍の範囲内にあることが更に好ましい。
【実施例】
【００５２】
先ず、白色膜（不透明膜）が形成されていないこと以外は図１及び図２に示すメタルハライドランプ１０と同一の構成を有するメタルハライドランプを用意した。
【００５３】
このメタルハライドランプの口金に透孔を形成し、この透孔から熱電対を挿入し、これを側管部の外周面上で、図２に示す筒状部材２０と棒材１５ｃとが接触する位置と対応する位置に固定した。これにより、ランプの周囲の空気の流れの影響を受けることなく、側管部の温度を安定に測定することができる。
【００５４】
次に、白色膜を形成していないメタルハライドランプの点灯を開始してから６０分後に熱電対を用いて側管部の温度を測定したのち、ランプを消灯して放冷した。
【００５５】
続いて、上記のメタルハライドランプの各側管部の外周面に、白色顔料粉末（酸化ジルコニウムの粉末）とバインダ（有機金属ポリマー）とを含有する白色塗料の塗布膜を形成し、この塗布膜を常温にて乾燥することにより白色膜（不透明膜）を形成した。白色膜は、側管部の外周面の口金の端部からモリブデン箔の長さ方向の概ね中央の位置に対応する位置までの領域に形成し、これによりモリブデン箔の周囲の側管部の約１／２の長さ（すなわちモリブデン箔の全長の約１／２の長さ）の部分を露出させた。
【００５６】
このようにして白色膜を形成したメタルハライドランプの構成は、口金に上記透孔が形成されていることを除き、図１及び図２に示すメタルハライドランプ１０の構成と同一である。
【００５７】
そして、白色膜を形成したメタルハライドランプの点灯を開始してから６０分後に熱電対を用いて側管部の温度を測定したのち、ランプを消灯して放冷した。
【００５８】
上記の白色膜を形成していないメタルハライドランプについて測定された側管部の温度と、白色膜を形成したメタルハライドランプについて測定された側管部の温度との差は約１００℃であり、白色膜が側管部の温度上昇の抑制に極めて有効であることを確認した。
【００５９】
更に、上記の白色膜を形成したメタルハライドランプを３時間点灯させ、次いで１時間消灯する操作を８５回繰り返したのち、発光管の側管部の目視での観察を行なった。その結果、発光管の側管部の口金に接触する部位、そして側管部のモリブデン箔に接触する部位にクラックが発生していないことを確認した。
【符号の説明】
【００６０】
１０ メタルハライドランプ
１１ 発光管
１１ａ 発光部
１１ｂ 側管部
１２ 口金
１３ モリブデン箔
１４ 電極棒
１５ 給電部材
１５ａ 棒材
１５ｂ より線
１５ｃ 棒材
１６ 電極端子
１７ 不透明膜
１８ａ、１８ｂ モリブデンフィルム
１９ａ、１９ｂ 筒体
２０ 筒状部材
２１ 給電部材１５とモリブデン箔１３との接続部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舞台や撮影スタジオの照明装置の光源として特に有利に用いることができるメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
メタルハライドランプ（メタルハライド放電灯と呼ばれることもある）は、太陽光に近い発光色を有し、またハロゲンランプと比較して高輝度であるという利点を有することから、舞台や撮影スタジオの照明装置の光源として、あるいはホテルやレストランなどの建物の照明装置の光源として広く用いられている。
【０００３】
メタルハライドランプは、水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部と、発光部の両側にそれぞれ備えられた側管部とを有する石英製の発光管、各側管部の端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金、口金よりも発光部の側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔、モリブデン箔の発光部の側に接続された電極棒、およびモリブデン箔の口金の側に金属材料製の給電部材を介して接続された電極端子から構成されている。
【０００４】
メタルハライドランプの電極端子に電気的エネルギーを供給することにより、発光管の発光部の内部に突き出された各電極棒の間にアーク放電が発生し、この放電の発光が照明に利用される。
【０００５】
発光管の発光部は、アーク放電の放射熱が付与されるため高温になる。そして、発光管の側管部には、アーク放電の放射熱が付与されると共に、高温の発光部から熱が伝達する。このため、側管部、側管部の内部に気密封止されたモリブデン箔、そして側管部の周囲に装着された金属材料製の口金もまた高温になる。
【０００６】
このため、長期間にわたって繰り返しメタルハライドランプが使用され、ランプの点灯と消灯とが繰り返されると、石英製の側管部の熱膨張率が、金属材料製の部品（モリブデン箔や口金）の熱膨張率と比較して極端に小さいことから、側管部に繰り返し発生する熱応力によってクラック（亀裂）が発生することがある。
【０００７】
特許文献１には、発光管（バルブ）の各側管部内にて電極棒（棒状とした電極材）の基部と金属箔とが気密封止された構成のメタルハライドランプが開示されている。このメタルハライドランプの電極棒の周囲には、高融点材料とゲッター材料とから形成され、電極棒の径に応じた所定の線径、ピッチ、そして内径を有するコイルが装着されている。そして同文献には、ランプの点灯時の発熱により発光管と電極棒との間に熱膨張係数の差による寸法差を生じるときも、この寸法差は上記コイルに吸収されるため、発光管の電極棒と接触する部位におけるクラックの発生が防止されるとの記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１５４４８５号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、製造が容易で、長期間の繰り返し使用が可能なメタルハライドランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、メタルハライドランプの発光管の側管部の外周面（口金よりも発光部の側）に不透明膜を形成することにより、アーク放電の放射熱が不透明膜により遮られて側管部に伝わり難くなるため側管部の口金と接触する部位の温度上昇が抑制され、更に上記の不透明膜をモリブデン箔の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するように形成することにより、モリブデン箔から側管部の周囲への放熱を妨げ難いため側管部のモリブデン箔と接触する部位の温度上昇も抑制されることから、側管部における熱応力の発生が十分に低減され、これにより側管部におけるクラックの発生が抑制されることを見出し、本願発明に到達した。
【００１１】
本発明は、内部に水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部と、発光部の両側にそれぞれ備えられた側管部とを有する石英製の発光管、各側管部の端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金、口金よりも発光部の側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔、モリブデン箔の発光部の側に接続されている電極棒、およびモリブデン箔の口金の側に金属材料製の給電部材を介して接続されている電極端子を含むメタルハライドランプであって、上記の各側管部の外周面に、上記モリブデン箔の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するようにして、上記口金の端部から少なくとも給電部材とモリブデン箔との接続部にまで延びる不透明膜が形成されていることを特徴とするメタルハライドランプにある。
【００１２】
本発明のメタルハライドランプの好ましい態様は、次の通りである。
（１）モリブデン箔の周囲の側管部の１／３以上の長さの部分が露出している。
（２）不透明膜が白色膜である。
【００１３】
なお、本明細書において「透光性」とは波長が４００〜４０００ｎｍの範囲にある光の透過率が７０％以上であることを意味する。また「不透明」とは波長が４００〜４０００ｎｍの範囲にある光の透過率が４０％以下であることを意味する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のメタルハライドランプでは、各側管部の外周面の所定領域に形成された不透明膜により、側管部の金属材料製の部品（モリブデン箔や口金）と接触する部位の温度上昇が抑制されるため、側管部における熱応力の発生が十分に低減され、これにより側管部におけるクラックの発生が抑制される。従って、本発明のメタルハライドランプは、長期間の繰り返し使用が可能で、また側管部の外周面の所定領域に不透明膜を形成することにより簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のメタルハライドランプの構成例を示す一部切り欠き正面図である。
【図２】図１のメタルハライドランプ１０の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のメタルハライドランプを、添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明のメタルハライドランプの構成例を示す一部切り欠き正面図であり、そして図２は、図１のメタルハライドランプ１０の拡大断面図である。但し、図２のメタルハライドランプ１０は、電極棒１４、モリブデン箔１３、給電部材１５、および電極端子１６以外の部品についてのみ断面として図示してある。
【００１７】
メタルハライドランプ１０は、内部に水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部１１ａと、発光部１１ａの両側にそれぞれ備えられた側管部１１ｂとを有する石英製の発光管１１、各側管部１１ｂの端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金１２、口金１２よりも発光部１１ａの側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔１３、モリブデン箔１３の発光部１１ａの側に接続されている電極棒１４、およびモリブデン箔１３の口金１２の側に金属材料製の給電部材１５を介して接続されている電極端子１６などから構成されている。
【００１８】
そして、メタルハライドランプ１０は、上記の各側管部１１ｂの外周面に、モリブデン箔１３の周囲の側管部の少なくとも一部（メタルハライドランプ１０の場合には、モリブデン箔１３の周囲の側管部の約１／２の長さの部分）が露出するようにして、口金１２の端部から少なくとも給電部材１５とモリブデン箔１３との接続部２１にまで（メタルハライドランプ１０の場合には、モリブデン箔１３の長さ方向の概ね中央の位置にまで）延びる不透明膜１７が形成されていることに特徴がある。
【００１９】
発光管１１は、石英製であり、中央領域にて棒出する透光性の発光部１１ａと、その両側にそれぞれ備えられている側管部１１ｂとから構成されている。
【００２０】
発光部１１ａには、水銀及びメタルハライドが収容される。メタルハライドの例としては、Ｎａ、Ｔｌ、Ｔｈ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍなどの金属と沃素または臭素などのハロゲンとの化合物が挙げられる。発光部１１ａには、アルゴンなどの希ガスを収容することができる。
【００２１】
発光部１１ａは「透光性」であることが必要である。「透光性」とは、波長が４００〜４０００ｎｍの範囲にある光の透過率が７０％以上であることを意味する。発光部１１ａの光透過率は７５％以上であることが好ましく、８０％以上であることが更に好ましい。
【００２２】
側管部１１ｂの端部領域の周囲には口金１２が装着されている。口金１２は、例えば、真鍮に代表される金属材料から形成される。口金１２の表面の酸化を抑制するため、口金１２の表面をめっき処理（例、ニッケルめっき処理）することもできる。
【００２３】
口金１２よりも発光部１１ａの側において、各側管部１１ｂの内部にはモリブデン箔１３が気密封止されている。
【００２４】
モリブデン箔１３としては、モリブデン製のフィルムが用いられる。モリブデン箔１３の厚みは、一般に５〜２００μｍ、好ましくは１０〜１５０μｍの範囲内に設定される。
【００２５】
モリブデン箔１３には、更に一枚あるいは二枚以上のモリブデン箔を重ねて配置することもできる。モリブデン箔１３が、合計で二枚以上のモリブデン箔から構成されているときには、互いに隣接するモリブデン箔の間に電気的に絶縁性を示す材料（例、石英）から形成された薄板を配置することもできる。
【００２６】
モリブデン箔１３は、側管部１１ｂが熱膨張した際に塑性変形し、これにより側管部１１ｂのモリブデン箔１３と接触する部位に発生する熱応力を低減する機能を有している。
【００２７】
しかしながら、モリブデン箔１３は、上記塑性変形を可能とするため薄い厚みに設定されるため電気抵抗が大きく、その内部を流れる電流によって大きなジュール熱を発生させる。そして、モリブデン箔が高温になり劣化（例、酸化膨張）すると、モリブデン箔に接触する側管部にクラックが発生して気密封止が不十分になったり、モリブデン箔の切断により電極棒に電気エネルギーを供給することができなくなったりすることがある。
【００２８】
一方、後述の電極棒１４の基部に巻き付けられているモリブデンフィルム１８ａ、そして給電部材１５の棒材１５ａの端部領域に巻き付けられているモリブデンフィルム１８ｂとしても、上記のモリブデン箔１３と同様に、それぞれモリブデン製のフィルムが用いられる。しかしながら、モリブデンフィルム１８ａ、１８ｂの各々は、導電性の部品（電極棒１４あるいは棒材１５ａ）に巻き付けられて電気的に接続された状態において小さな電気抵抗の値を示すため、上記のような大きなジュール熱を発生させることはなく、従って上記劣化の問題を生じ難い。このような理由により、本願明細書では、上記モリブデンフィルム（導電性の部品に巻き付けられたモリブデン製のフィルム）１８ａ、１８ｂと、上記モリブデン箔（導電性の部品に巻き付けられていないモリブデン製のフィルム）１３とを互いに区別している。
【００２９】
モリブデン箔１３の発光部１１ａの側には電極棒１４が接続されている。電極棒１４の先端部は、発光部１１ａの内部に突き出されている。電極棒１４は、例えば、タングステンから形成される。前記のように、電極棒１４の基部にはモリブデンフィルム１８ａが巻き付けられている。
【００３０】
モリブデン箔１３の口金１２の側には金属材料製の給電部材１５を介して電極端子１６が接続されている。
【００３１】
給電部材１５は、例えば、タングステン製の棒材１５ａ、銅製のより線１５ｂ、およびモリブデン製の棒材１５ｃから構成されている。前記のように、タングステン製の棒材１５ａの端部領域には、モリブデンフィルム１８ｂが巻き付けられている。より線１５ｂは、給電部材１５が熱膨張した際に変形し、この熱膨張による給電部材１５の伸びを吸収することにより、側管部１１ｂに発生する熱応力を低減する働きをする。
【００３２】
給電部材１５の棒材１５ｃには、電極端子１６の一方の端部が接続されている。電極端子１６の他方の端部は、発光管１１の外部に突き出されている。電極端子１６としては、例えば、モリブデン製の棒材が用いられる。
【００３３】
メタルハライドランプ１０の構成は、次に説明する不透明膜を除いて、公知のメタルハライドランプの構成と同様であるので、これ以上の説明は行なわない。
【００３４】
図１及び図２に示すメタルハライドランプ１０では、上記の各側管部１１ｂの外周面に、モリブデン箔１３の周囲の側管部の約１／２の長さ（すなわちモリブデン箔１３の全長の約１／２の長さ）の部分が露出するようにして、口金１２の端部からモリブデン箔１３の長さ方向の概ね中央の位置にまで延びる不透明膜１７が形成されている。
【００３５】
この不透明膜１７により、発光部１１ａにて発生するアーク放電の放射熱が遮られ、側管部１１ｂの口金１２よりも発光部１１ａの側の部位の温度上昇が抑制される。このため、側管部１１ｂの口金１２の内側の部位に伝わる熱の量も少なくなり、側管部における熱応力の発生が十分に低減される。従って、側管部の口金１２（金属材料製の部品）と接触する部位におけるクラックの発生が抑制される。
【００３６】
本発明では、アーク放電の放射熱を遮って側管部１１ｂの温度上昇を抑制するため、上記の不透明膜１７を、側管部１１ｂの外周面の口金１２の端部から少なくとも給電部材１５とモリブデン箔１３との接続部２１の位置に対応する位置にまで延びるように形成する。なお、不透明膜を、更に口金の外周面に形成することもできる。
【００３７】
不透明膜１７は、側管部１１ｂの上記接続部２１の位置に対応する位置よりも発光部１１ａの側に延びていてもよいが、前記のようにモリブデン箔１３では大きなジュール熱が発生するため、不透明膜１７がモリブデン箔の周囲への放熱を妨げることがある。
【００３８】
従って、本発明では、上記の不透明膜１７を、モリブデン箔１３の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するようにして（モリブデン箔１３の周囲の側管部の全体が不透明膜で覆われることのないようにして）側管部１１ｂの外周面に形成する。
【００３９】
モリブデン箔１３の周囲への放熱が良好であると、モリブデン箔１３とその周囲の側管部の温度上昇が抑制される。従って、側管部１１ｂのモリブデン箔１３（金属材料製の部品）と接触する部位におけるクラックの発生が抑制される。
【００４０】
モリブデン箔１３の周囲の側管部は、その全長（すなわちモリブデン箔１３の全長に等しい）の１／３以上、特に１／２以上の長さの部分が露出していることが好ましい。
【００４１】
以上のように、本発明のメタルハライドランプ１０は、側管部１１ｂの金属材料製の部品（モリブデン箔１３や口金１２）と接触する部位におけるクラックの発生が抑制され、クラックからの水銀やメタルハライドの蒸気の漏れ出しの発生が抑制されることから、長期間の繰り返し使用が可能で、また側管部１１ｂの外周面の所定領域に不透明膜を形成することにより容易に製造することができる。
【００４２】
不透明膜１７は、発光部１１ａで生じるアーク放電による放射熱を遮ることができれば、膜の色に特に制限はない。不透明膜１７としては、例えば、公知の黒色膜あるいは白色膜を用いることができる。なお、「不透明」とは、波長が４００〜４０００ｎｍの範囲にある光の透過率が４０％以下であることを意味する。不透明膜の光透過率は３５％以下であることが好ましく、３０％以下であることが更に好ましい。
【００４３】
黒色膜は、黒色顔料粉末及びバインダを含むことが好ましい。黒色顔料粉末としては、例えば、四三酸化鉄の粉末を用いることができる。バインダとしては公知の無機ポリマー（例、金属酸化物系ポリマー）を用いることが好ましい。
【００４４】
白色膜は、白色顔料粉末及びバインダを含むことが好ましい。白色顔料粉末としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）あるいは酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）の粉末を用いることができる。バインダとしては公知の無機ポリマー（例、金属酸化物系ポリマー）を用いることが好ましい。
【００４５】
図１及び図２に示すメタルハライドランプ１０の不透明膜１７としては、発光部１１ａで生じるアーク放電による放射熱を効率良く反射して、側管部１１ｂの温度上昇を効果的に抑制することができることから、白色膜が用いられている。
【００４６】
不透明膜１７は、上記の顔料粉末とバインダとを含む塗布液を、発光管１１の側管部１１ｂの外周面に塗布あるいは吹き付けし、次いで乾燥することにより形成することができる。
【００４７】
不透明膜の厚みは、５〜５００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００４８】
本発明のメタルハライドランプでは、各側管部１１ｂがモリブデン箔１３よりも口金１２の側（側管部１１ｂの端部の側）にて更に気密封止されていることが好ましい。
【００４９】
図２に示すメタルハライドランプ１０の側管部１１ｂの端部の内側面には、二個の石英製の筒体１９ａ、１９ｂが嵌め合わされて固定（例、溶着）されている。筒体１９ａの端部は、モリブデン製の筒状部材２０に固定（例、溶着）されている。そして側管部１１ｂは、筒状部材２０が給電部材１５の棒材１５ｃの周囲にろう付けされることにより気密封止されている。これにより、不透明膜１７により温度上昇が抑制された側管部１１ｂを、高温のアーク放電から離れた比較的に低温の部位にて確実に気密封止することができる。
【００５０】
側管部１１ｂの追加で気密封止が行なわれる位置と電極棒１４の先端と対応する位置との距離（図２：Ｌ）は、一対の電極棒の間の距離（図１：Ｗ）と等しいか、それ以上であること（すなわちＬ≧Ｗの関係を満足すること）が好ましい。
【００５１】
上記の距離Ｌが大きいほど、側管部１１ｂをより低温の部位にて確実に封止することができるが、側管部が長くなる。従って、上記距離Ｌは、距離Ｗの１〜１５倍の範囲内にあることが好ましく、２〜１０倍の範囲内にあることが更に好ましい。
【実施例】
【００５２】
先ず、白色膜（不透明膜）が形成されていないこと以外は図１及び図２に示すメタルハライドランプ１０と同一の構成を有するメタルハライドランプを用意した。
【００５３】
このメタルハライドランプの口金に透孔を形成し、この透孔から熱電対を挿入し、これを側管部の外周面上で、図２に示す筒状部材２０と棒材１５ｃとが接触する位置と対応する位置に固定した。これにより、ランプの周囲の空気の流れの影響を受けることなく、側管部の温度を安定に測定することができる。
【００５４】
次に、白色膜を形成していないメタルハライドランプの点灯を開始してから６０分後に熱電対を用いて側管部の温度を測定したのち、ランプを消灯して放冷した。
【００５５】
続いて、上記のメタルハライドランプの各側管部の外周面に、白色顔料粉末（酸化ジルコニウムの粉末）とバインダ（有機金属ポリマー）とを含有する白色塗料の塗布膜を形成し、この塗布膜を常温にて乾燥することにより白色膜（不透明膜）を形成した。白色膜は、側管部の外周面の口金の端部からモリブデン箔の長さ方向の概ね中央の位置に対応する位置までの領域に形成し、これによりモリブデン箔の周囲の側管部の約１／２の長さ（すなわちモリブデン箔の全長の約１／２の長さ）の部分を露出させた。
【００５６】
このようにして白色膜を形成したメタルハライドランプの構成は、口金に上記透孔が形成されていることを除き、図１及び図２に示すメタルハライドランプ１０の構成と同一である。
【００５７】
そして、白色膜を形成したメタルハライドランプの点灯を開始してから６０分後に熱電対を用いて側管部の温度を測定したのち、ランプを消灯して放冷した。
【００５８】
上記の白色膜を形成していないメタルハライドランプについて測定された側管部の温度と、白色膜を形成したメタルハライドランプについて測定された側管部の温度との差は約１００℃であり、白色膜が側管部の温度上昇の抑制に極めて有効であることを確認した。
【００５９】
更に、上記の白色膜を形成したメタルハライドランプを３時間点灯させ、次いで１時間消灯する操作を８５回繰り返したのち、発光管の側管部の目視での観察を行なった。その結果、発光管の側管部の口金に接触する部位、そして側管部のモリブデン箔に接触する部位にクラックが発生していないことを確認した。
【符号の説明】
【００６０】
１０ メタルハライドランプ
１１ 発光管
１１ａ 発光部
１１ｂ 側管部
１２ 口金
１３ モリブデン箔
１４ 電極棒
１５ 給電部材
１５ａ 棒材
１５ｂ より線
１５ｃ 棒材
１６ 電極端子
１７ 不透明膜
１８ａ、１８ｂ モリブデンフィルム
１９ａ、１９ｂ 筒体
２０ 筒状部材
２１ 給電部材１５とモリブデン箔１３との接続部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部と、該発光部の両側にそれぞれ備えられた側管部とを有する石英製の発光管、各側管部の端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金、該口金よりも発光部の側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔、該モリブデン箔の発光部の側に接続された電極棒、および該モリブデン箔の口金の側に金属材料製の給電部材を介して接続された電極端子を含むメタルハライドランプであって、
上記の各側管部の外周面に、該モリブデン箔の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するようにして、該口金の端部から少なくとも上記の給電部材とモリブデン箔との接続部にまで延びる不透明膜が形成されていることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
上記のモリブデン箔の周囲の側管部の１／３以上の長さの部分が露出している請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
不透明膜が白色膜である請求項１もしくは２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項１】
内部に水銀及びメタルハライドを収容している中央領域にて膨出する透光性の発光部と、該発光部の両側にそれぞれ備えられた側管部とを有する石英製の発光管、各側管部の端部領域の周囲に装着された金属材料製の口金、該口金よりも発光部の側にて各側管部内に気密封止されたモリブデン箔、該モリブデン箔の発光部の側に接続された電極棒、および該モリブデン箔の口金の側に金属材料製の給電部材を介して接続された電極端子を含むメタルハライドランプであって、
上記の各側管部の外周面に、該モリブデン箔の周囲の側管部の少なくとも一部が露出するようにして、該口金の端部から少なくとも上記の給電部材とモリブデン箔との接続部にまで延びる不透明膜が形成されていることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
上記のモリブデン箔の周囲の側管部の１／３以上の長さの部分が露出している請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
不透明膜が白色膜である請求項１もしくは２に記載のメタルハライドランプ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１７４５８５（Ｐ２０１２−１７４５８５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７０３９（Ｐ２０１１−３７０３９）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００１６８０７８）江東電気株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００１６８０７８）江東電気株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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