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高圧金属蒸気放電ランプおよび照明装置
説明

高圧金属蒸気放電ランプおよび照明装置

【課題】 本発明は、外管内に発光管を囲繞して耐熱透光性のシュラウドを設けた高圧放電ランプにおいて、シュラウドの配設によって生じる発光管の温度不均一による効率の低下を防ぐとともに色むらを低減するなど発光特性の向上がはかれる高圧金属蒸気放電ランプおよびこの放電ランプを用いた照明装置を提供することを課題としている。
【解決手段】 容器51内に導入導体を介して一対の電極6a,6bが封装されるとともに放電媒体が封入された発光管5と;この発光管5を囲繞するように配設された少なくとも一端側を閉塞した耐熱透光性部材からなる円筒状のシュラウド4と;上記発光管5およびシュラウド4を支持するサポート部材3a、3bと;上記発光管5、シュラウド4およびサポート部材3a、3bを収容した外管バルブ1とを備えた高圧金属蒸気放電ランプLおよびこの放電ランプLを用いた照明装置(器具)9である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、外管内において発光管を囲繞するようシュラウドが設けられた高圧金属蒸気放電ランプおよびこの放電ランプを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高圧金属蒸気放電ランプ、たとえばセラミックス製の容器を用いた発光管内にハロゲン化物を封入したメタルハライドランプは、上記発光管温度の上昇を図りさらに高い効率や演色性などの発光特性を得るためおよび万一の発光管容器の破裂による容器破片で外管バルブをも破壊しこれら飛散部材による事故、損傷や受傷などを防ぐため発光管を囲繞してシュラウドが設けられている。
【0003】
この従来のシュラウドは、発光管容器と所定の間隔を隔て同軸的に設けられた耐熱透光性の例えば石英ガラス製の円筒状のものからなり、この放電ランプの点灯時には、発光管の保温や容器の飛散時などに対応して上記所定の作用効果を奏する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、この種放電ランプを垂直点灯した場合、外管内で高温状態にある発光管の周囲には熱の移動が生じ、特に発光管をシュラウドで囲んだものではシュラウドの煙突作用により下方から上方への対流が起こりやすくなる。
【0005】
そして、この対流は発光管の下方側より上方側の温度が高くなる発光管温度の不均一を招き、発光管内の発光金属濃度の分布が不均一になって光束の低下や輝度むら、色むらなどを生じ、すなわち発光効率の低下、放射光や光照射面に色むらが発生するなど発光特性の低下を来たすことがある。
【0006】
特に略球形状や長円形状をなす膨出部の対向部位に細管部(キャピラリ)を連設したセラミックス製の容器からなる発光管を有するメタルハライドランプでは、発光管の膨出部と最冷部を形成する突出した上記細管部分との温度差が大きくなって上記現象が発生しやすかった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、外管内に発光管を囲繞して耐熱透光性のシュラウドを設けた高圧放電ランプにおいて、シュラウドの配設によって生じる発光管の温度不均一による効率の低下を防ぐとともに色むらを低減するなど発光特性の向上がはかれる高圧金属蒸気放電ランプおよびこの放電ランプを用いた照明装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の請求項1に記載の高圧金属蒸気放電ランプは、容器内に導入導体を介して一対の電極が封装されるとともに放電媒体が封入された発光管と;この発光管を囲繞するように配設された少なくとも一端側を閉塞した耐熱透光性部材からなる円筒状のシュラウドと;上記発光管およびシュラウドを支持するサポート部材と;上記発光管、シュラウドおよびサポート部材を収容した外管バルブとを具備していることを特徴とする。
【0009】
本発明の高圧金属蒸気放電ランプは、少なくとも一端を閉塞した円筒状のシュラウドで発光管を囲む多重管構造の例えばメタルハライドランプで、鉛直や水平状態あるいは傾斜状態で点灯される。
【0010】
この放電ランプは、シュラウドに囲まれている発光管の周囲においては対流の発生がないか生じても僅かで、対流は外管バルブ内面とシュラウド外面との間で起こる。
【0011】
そして、シュラウド内の発光管は、シュラウドにより熱遮蔽されるとともに対流には曝されていないが側面部および閉塞部からの輻射熱を受け、端部が開放され対流に直接曝される構造のシュラウドに比べ保温効率がよく、発光管端部を含め温度を高く発光金属の蒸気圧を高め、かつ、各部の温度差を小さくできる。
【0012】
また、発光管を囲繞してシュラウドが設けられているので、万一、発光管が破損し部材の破片が飛散しても、シュラウがドがこれを阻止ないしは衝撃を緩和して外管バルブに及ぶ応力を低減して、外管バルブの破損を防止して安全上も大いに寄与できる。
【0013】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。以下、その構成要素ごとに説明する。
【0014】
発光管の放電容器を形成する材料としては、サファイヤ、アルミニウム酸化物(アルミナ)、イットリウム−アルミニウム−ガーネットの酸化物(YAG)、イットリウム酸化物(YOX)やアルミニウム窒化物(AlN)などのセラミックスを用いても、あるいは放電ランプの種類によっては石英ガラス、ホウケイ酸ガラスやアルミノシリケートガラスなどの酸化ケイ素を主成分とする高シリカガラスなどからなる耐熱透光性およびハロゲン化物からの耐蝕性が高いものを用いることができる。
【0015】
また、上記発光管容器は、放電によって発生した光を透過して外部に放出できる程度の光透過性を有し、透明に限らず、光拡散性であってもよく、容器端部など放電による放射を主としていない部分は、遮光性であってもよい。発光管容器の端部に形成される封止部の形態はセラミックスの場合は接着剤の充填、ディスクやキャップを焼嵌めたり接着剤による封止を採用することができ、また、ガラスの場合は金属箔や金属線などの導入導体を容器端部内に圧潰封止やシュリンク(焼き絞り)封止などで封止することができる。
【0016】
また、発光管容器の形状は、略球形や楕円形などの略長円形、略円筒形あるいはこれら形状の複合体などあるいは上記形状を主体とする膨出部の対向する両端に細管(キャピラリー)が設けられたものからなり、一体成形されたものであっても膨出部と細管部とが別体で成形され焼嵌めなどの手段で一体的に形成されたものであってもよく、細管外端の開口部を耐熱性シール材などの充填剤で気密に閉塞した封止部が形成してある。
【0017】
電極構体は、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)やバナジウム(V)などの封止用金属からなる封止部材を兼ねる無空棒状やパイプ状などに形成されている外部導入導体に、電極が設けられるタングステン(W)やドープドタングステンからなる電極軸を直接溶接した2部材あるいは両者間にモリブデン(Mo)やサーメット(セラミックスとタングステン(W)やモリブデン(Mo)などとの混合粉末を焼結したもの。)などからなる1ないし2の中間部材からなる給電用導体を介し直列的に2ないし4部材などの複数部材を突合せ溶接などの手段で接続したものからなる。
【0018】
電極は、発光管容器の細管内を挿通し、先端部が膨出部内に臨んでいて、電極軸の先端部が電極を兼ねてもまたは電極軸の先端部にタングステン(W)やドープドタングステン線からなるコイルが巻装されていてもよい。
【0019】
また、発光管容器の細管内に位置する電極構体の上記電極軸または中間にある給電用導体は、細管部内面との最小間隔が0.1mm以下(接触していてもよい。)となるように挿通されているのが好ましい。また、この細管内面との間隔を小さくする(接触していてもよい。)手段として挿通部材の一部にタングステン(W)やモリブデン(Mo)などの材料からなる線材をコイル状に巻装したり、板材をパイプ状に成形したものを巻装したりして対応させてもよい。
【0020】
なお、上記電極構体の各部材料の選択は発光管容器やシール材の材料の熱膨張係数などに応じ適宜選ぶことができる。上記モリブデン(Mo)やサーメットなどの耐ハロゲン性材料からなる給電用導体は、電極部材と封止用金属との間の熱膨張率差を緩和するとともに高温となる電極部から封止部への伝熱を緩和する。
【0021】
放電媒体は、水銀(Hg)などの発光物質の金属ハロゲン化物やアマルガムなどを含む。この金属ハロゲン化物は、発光効率、演色性や発光色などの発光特性あるいはランプ電力や発光管容器の内容積などに応じて、たとえば発光金属として既知の水銀(Hg)、ナトリウム(Na)、タリウム(Tl)、インジウム(In)、リチウム(Li)やセシウム(Cs)などあるいはディスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、ツリウム(Tm)、スカンジウム(Sc)、ネオジム(Nd)やセリウム(Ce)などの希土類金属が、また、ハロゲンとしては、ヨウ素(I)、臭素(Br)、塩素(Cl)やフッ素(F)のいずれか一種または複数種を用いることができる。なお、上記ハロゲン化物は発光用のほか電気的特性調整用として封入されるものを含む。
【0022】
また、希ガスとしては、アルゴン(Ar)やネオン(Ne)などが封入されるが、必要に応じてその他の希ガスを封入することができる。この希ガスは始動用ガスおよび緩衝用ガスで、点灯中は約1気圧以上の圧力を呈するように発光管容器内に封入される。
【0023】
シュラウドは中管とも呼ばれているもので、発光管からの放熱を遮蔽し発光管の保温を促くし、管内の発光金属の蒸気圧を高めてランプの高効率化や高演色化など発光特性の向上がはかれるとともに万一の発光管容器破損時の防護をなす。
【0024】
材料はセラミックス、石英ガラスや硬質ガラスなどの肉厚が1.0〜3.0mm程度の耐熱透光性の材料からなり、形状は発光管を管軸に沿って囲繞するように配設された円筒状をなし、少なくとも一端が略半球状、円錐状、平板状あるいはこれらの複合形状で閉塞されている。また、シュラウドは外周面に耐熱性のセラミックスなどの無機系繊維を編んだ線状やメッシュ状の補強体を巻装するようにしてもよい。
【0025】
なお、上記閉塞部は気密閉塞であっても差し支えないが、発光管の細管部が貫通する場合など部材の熱膨張などによるストレスを考慮すると完全接触でなく少々の空隙があってもよく、また、閉塞部は両端に設けてもよいが少なくとも一端側に設けておくことによりシュラウド内における対流を抑制することができる。この閉塞部は、ランプの種類や定格、外管バルブやサポート部材の形状、大きさなどを考慮して決めればよい。
【0026】
外管バルブは、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスなどの硬質ガラスや半硬質ガラスなどのガラスあるいはセラミックスからなる透光性および耐熱性を有する材料で形成されたA形、AP形、B形、BT形、ED形、R形、T形などをなし、端部の開口部から上記発光管を保持したマウント(サポート部材)を入れ、この開口部をバーナで加熱し直接溶融閉塞したりステムを用い封止した封止部が形成されている。
【0027】
なお、上記封止部は、T(直管)形などの外管バルブの場合は両端に形成されていてもよい。また、外管バルブ内は真空雰囲気であっても、窒素(N2)やアルゴン(Ar)などの希ガスが封入された不活性ガス雰囲気であってもよい。
【0028】
サポート部材は、モリブデン(Mo)やステンレスなどの線材や板状体からなり、略長四角形状の枠状や略コ字形状に成形され発光管両端の外部導線に電気的に接続して給電を行うとともに発光管、シュラウドおよび始動補助回路部品などを管軸に沿って配設保持する支持部材を兼ねている。
【0029】
このサポート部材は、封止部内に封止られる部分が外管バルブとの気密性やなじみがよい材料を要することから、外管バルブ内の給電線部分、封止部の封着部材部分、外管バルブ外に導出した外部リード線部分など複数の材料を接続して構成することができ、材料、寸度などの形態は発光管(や中管)の品種、電力、重量、外管材料などに合わせ適宜選べばよい。
【0030】
口金は金属あるいは一部がセラミックスなどの電気絶縁性の材料で形成されたシェル部と一体的に設けられた端子部を有し、シェル部が外管バルブの封止部およびネック部を収容して接合されるねじ込(E)形や差し込み(S)形のものを用いることができる。
【0031】
本発明の請求項2に記載の高圧金属蒸気放電ランプは、発光管容器が膨出部とこの膨出部の対向部位から突出した全長がAmmの細管部とからなり、この細管部内部に挿通した電極構体を端部で封止する耐熱性シール材の細管部端縁からの埋め込み長さをBmmとしたとき、上記細管部に対するシュラウドの閉塞部の挿通位置から細管部端縁までの長さPが、B<P<(A+B)/2の範囲内にあるよう配設されていることを特徴とする。
【0032】
膨出部とこの膨出部の対向部位から突出した細管部とからなる発光管容器を用いた発光管において、電極が対峙し放電時温度上昇が高い中央の膨出部に比べ電極の背後で温度上昇が小さい最冷部を形成する突出した細管部がシュラウドの側面部および閉塞部で囲われていることにより保温され、上記請求項1に記載したように発光管各部の昇温と温度の均一化がはかれるとともに容器内の発光金属の蒸気圧を高めることができる。
【0033】
本発明の請求項3に記載の高圧金属蒸気放電ランプは、外管バルブ内には不活性ガスが封入され、シュラウドの閉塞部側を下方位置にして点灯されることを特徴とする。
【0034】
ランプを鉛直状態の発光管を囲うシュラウドの閉塞部側を下方側にして点灯した際、下方側は対流には曝されていないが閉塞部からの輻射熱を受け、端部が開放され対流に直接曝される構造のシュラウドに比べ保温効率がよく発光管容器端部の細管部などの温度を高く、かつ、各部の温度差を小さくすることができる。
【0035】
なお、本発明において鉛直状態とは、垂直を指すものではなくランプ点灯時にシュラウドの閉塞部側が他端に対し下方側にある状態をいう。
【0036】
本発明の請求項4に記載の照明装置は、器具本体と;この器具本体内に配設された上記請求項1ないし4のいずれか一に記載の高圧金属蒸気放電ランプと;この高圧金属蒸気放電ランプに接続した点灯回路装置とを具備していることを特徴とする。
【0037】
器具本体内に配設された上記請求項1ないし3に記載の高圧金属蒸気放電ランプを組み込んでいるので、発光特性の向上および万一の発光管破損時の部材破片の飛散を防止することができる。
【発明の効果】
【0038】
請求項1の発明によれば、発光管を囲繞して配設したシュラウドがシュラウド内に起こる対流を抑制するとともに熱遮蔽して、発光管の端部を含み昇温させることができることにより発光管各部の昇温化および均一化がはかれ、格別の部材を用いることなく発光効率、演色性や色温度あるいは光束維持率などの発光特性の向上がはかれた放電ランプを提供できる。
【0039】
また、万一、発光管が破損し部材の破片が飛散しても、シュラウドによりこれを阻止ないしは衝撃を緩和して外管バルブに及ぶ応力を低減し、外管バルブの破損を防止した安全性の向上にも大いに寄与できる。
【0040】
請求項2の発明によれば、発光管容器の膨出部から突出した細管部をシュラウドの閉塞部で覆うことにより、上記請求項1に記載と同様な発光管各部の昇温化と温度の均一化がはかれるとともに容器内の発光金属の蒸気圧を高め発光効率の向上がはかれたメタルハライドランプなどの放電ランプを提供できる。
【0041】
請求項3の発明によれば、シュラウドの閉塞部の配設位置を特定させてランプを点灯することにより、高い効果を奏する放電ランプとすることができる。
【0042】
請求項4の発明によれば、上記請求項1ないし3に記載の効果を有する高圧金属蒸気放電ランプを組み込んでいるので、発光特性の向上がはかれるとともに、万一、発光管が破損しても装置部材の破片を飛散させることがない安全性の高い照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明に係る高圧金属蒸気放電ランプ(始動器内蔵形のメタルハライドランプ)の概略を示す正面図である。
【図2】図1中の外管バルブ内に配設した発光管部分を示す拡大断面正面図である。
【図3】図1中における発光管とシュラウド閉塞部との位置関係を模式的に示す説明図である。
【図4】(a)図および(b)図は本発明に関わるシュラウドの他の実施の形態を示す正面図である。
【図5】本発明に係わる高圧金属蒸気放電ランプを装着した照明器具の概略を示す縦断面図である。
【図6】安定点灯時の発光管容器各部の表面温度を示す分布図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明に係る高圧金属蒸気放電ランプとして、始動器内蔵形のメタルハライドランプの概略を示す正面図、図2は図1中の外管バルブ内に配設した発光管部分を示す拡大断面正面図、図3は図1中における発光管とシュラウド閉塞部との位置関係を模式的に示す説明図である。
【0045】
この図1に示すメタルハライドランプLは、外管バルブ1の一端部に封止されたステム2から導出した一対の内導線2a,2bの一方に金属部材からなる略長四角枠形状のサポート部材3aを、他方に短尺のサポート部材3bを接続するとともに枠状のサポート部材3aの中間部の上下に設けた支持部材31,32に発光管5およびこの発光管5を囲繞した耐熱透光性のシュラウド4の端部を支持させた構造となっている。
【0046】
これら各部分を詳述すると、外管バルブ1はホウケイ酸ガラスなどの透光性の硬質ガラスからなり、図示中央部に膨出部11を有するとともに下部側の閉塞されたトップ部12および上部側にネック部13を有するいわゆるBT形をなしている。上記ネック部12側にはステム2との封止部(図示しない。)が形成され、気密化されたバルブI内には不活性ガスや窒素が封入されている。また、上記封止部を覆ってE形の口金15が取付けられている。
【0047】
発光管5は図2に拡大して示すように、略長円形状をしている膨出部52の対向した両端に連続的な曲面によって繋った細管部(キャピラリー)53a,53bを連設したアルミナなどの透光性セラミックス製の放電容器を形成する発光管容器51を備え、この発光管容器51の細管部53a,53b内を貫通するとともにこの細管部53a,5bに気密封止された電極構体6,6が設けられた上下対称構造をしている。
【0048】
この電極構体6,6は、先端側を膨出部52側に臨ませたタングステン(W)線からなる電極軸61およびこの電極軸61の先端にタングステン(W)細線を巻装したコイル状電極62から構成された電極6a(6b)と、この電極軸61の他端側に接続されたサーメット線などからなる中間部材63と、この中間部材63に接続されて細管部53a,53b外に導出した封止線を兼ねるニオブなどからなる線状の外部導入導体64とを、例えば直列的に突合せ溶接したものからなり上記電極軸61から中間部材63にかけてモリブデン(W)細線からなるコイル部65を巻装して構成されている。
【0049】
そして、この電極構体6,6は、細管部53a,53bの外端部側において充填された耐熱性シール材60,60を介し細管部53a,53b内に気密封止されている。
【0050】
なお、上記コイル状部65は細管部53a,53b内を貫通する電極軸61と細管部53a,53b内壁面との隙間が大きい場合に形成されたもので、細線からなるコイルを巻装して隙間を0.1mm以下と小さくしてあり、このコイルの外側面が細管部53a,53bの内面と接触していてもよい。また、上記電極軸61の先端のコイル状電極62は必須のものではなく、電極軸61の先端が電極作用を行うものであってもよい。
【0051】
また、この発光管5の容器51内には、放電媒体としてたとえばアルゴン(Ar)などを含む始動および緩衝ガスならびに発光金属としてよう化ナトリウム、よう化タリウム、よう化インジウムおよびよう化ツリウムなどの金属ハロゲン化物と水銀とが封入されている。
【0052】
シュラウド4は、石英ガラスからなる円筒形状をなす側面40を有し、発光管5の側面や下方側の周囲を所定の間隔を隔て囲繞しているとともに少なくとも発光管容器51の細管部53a,53bの中間部までを覆う長さで配設され、一方(図において上方側)の端部は開口されているが、他方(図において下方側)の端部は略半球状に絞られた閉塞部41が形成してあり、この閉塞部41の頭頂部に設けられた透孔42に上記発光管5の細管部53bが貫通している。
【0053】
また、ステム2の内導線2a,2bに接続して外管バルブ1内に延在するサポート部材3a、3bは、モリブデンやステンレスなどからなる線材や板材が用いられ、略長四角形状の枠形状のサポート部材3aの中間部において支持部材31,32を介し発光管5およびシュラウド4を支持固定している。
【0054】
上方側の支持部材31は、ステンレスや鉄−ニッケル合金などの導電性の金属薄板を例えば中央に透孔(図示しない)が設けられた円盤状をなし周囲に複数の切起こし片33,…,34,…が形成されていて、その一部の切起こし片33,…でシュラウド4の開口端部を外側から抑えたり内外面の両側から挟むようにするとともに切起こし片34,…をサポート部材3aに溶接やかしめなどの手段で接続することにより固定され、また、下方側の支持部材32は帯状の金属板をサポート部材3bに橋絡して溶接などの手段で固定している。
【0055】
そして、上記支持部材31の中央に形成された透孔(図示しない)内には発光管5の細管部53aが挿通され、細管部53aから導出した部導入導体64が給電部材35を介し、他方のサポート部材3bに溶接などの手段で電気的に接続され、シュラウド4の閉塞部41の透孔42内を貫通し細管部53bから導出した外部導入導体64が、サポート部材3aの下方側に橋絡して固定された帯状の支持部材32に溶接などの手段で電気的に接続してある。
【0056】
すなわち、発光管5は細管部53a,53bがシュラウド4の透孔42と支持部材31の透孔(図示しない)を貫通してサポート部材3a軸に沿って配設されるとともにサポート部材3bと支持部材32に支持固定され、また、シュラウド4は支持部材31に片持ち支持で固定されている。
【0057】
なお、上記において発光管5の細管部53bとシュラウド4閉塞部41との関係は、図3に拡大して示すような位置にあるのが好ましい。すなわち、細管部53bの全長をAmm、細管部53b端縁54から耐熱性シール材60先端部までの長さ(細管部53b内における耐熱性シール材60の埋め込み長さ)をBmmとしたとき、細管部53bがシュラウド4の閉塞部41の透孔42に挿通されて透孔42と対向する挿通位置Sの細管部53bの端縁54からの長さPが、B<P<(A+B)/2の範囲内にあるよう配設されているのがよい。すなわち、耐熱性シール材60の内方端部位置から(A−B)/2の範囲内に収めている。ここで細管部53bの全長Aは膨出部52から突出して外径寸法が一定となっている(長手方向断面の側面形状が直線的になっている)部分の長さで定義される。
【0058】
これは発光管容器51の細管部53bが形成する空間は耐熱性シール材60が充填されている以外の部分であり、通常、この端部は容器51中最も温度が低く余剰の発光金属が滞留している部分で、この耐熱性シール材60充填部の端部近傍にシュラウド4の閉塞部41を配設することにより滞留している発光金属の昇温が促進され蒸気圧を高めることができ発光特性を向上させることができる。
【0059】
また、このシュラウド4の閉塞部41の位置が膨出部52に近い細管部53bであると、閉塞部41の外方に延出した細管部53b部分は温度が上昇せず最冷部を形成するなど好ましくない。
【0060】
また、上記においてシュラウド4に形成された閉塞部41の透孔42部内面と細管部53b外面とは接触していてもよいが、両者部材の熱膨張などによるストレスや熱伝導による細管部53bの温度低下などを考慮すると接触でなく空隙があるのが望ましい。この閉塞部41のほぼ中央の頭頂部に形成される透孔42は細管部53bの外径より2〜6mm大きく形成しておくことによって、互いが中心軸上にあれば1ないし3mmの空隙を隔て貫通、すなわち遊貫しているのが好ましい。
【0061】
この空隙が1mm未満であると製造のばらつきや輸送時の衝撃、振動により相互が接触して損傷するなどの虞があり、また、3mmを超えると対流の影響を受け細管部53bの温度低下を招くなどの虞があり好ましくない。
【0062】
また、図中71はグロースタータ(点灯管)、72は限流抵抗、73はバイメタルを用いた熱応動スイッチ、74,75はこれら部品を絶縁支持するための絶縁体で、これら部品がサポート部材3a,3b間に接続されて始動補助回路7を構成している。また、8は外管バルブ1内を清浄にするゲッタである。
【0063】
なお、上記においてサポート部材3a,3bおよび支持部材31,32の形状、固定手段や接続構造などは図示のものに限らず、例えば閉塞部41側を支持するための支持部材を設けることやサポート部材3bにこれら部材3bを外管バルブ1の中心軸上に保持するための弾性部材36,…などを設けることは差し支えない。また、始動補助回路部品7としてエンハンサ(紫外線放射始動素子)などが設けられていてもよい。
【0064】
そして、図1に示す高圧金属蒸気放電ランプLは、外管バルブ1内に発光管5やシュラウド4を収容した三重管構造のメタルハライドランプLとして、ソケットに口金15部を装着して、電源から安定器などを有する点灯回路装置(図示しない。)を介し通電され、鉛直や水平状態あるいは傾斜状態で点灯される。
【0065】
例えばベースアップ(口金15が上方)で点灯されたメタルハライドランプLは、側面40側と下方側がシュラウド4に囲まれ熱遮蔽されていて発光管5の周囲においては対流の発生がないか生じても僅かで、対流は外管バルブ1内面とシュラウド4外面との間で起こる。
【0066】
そして、シュラウド4の閉塞部41に覆われた発光管容器51の下方側は、対流には曝されていないが側面40や閉塞部41からの輻射熱を受け、端部が開放され対流に直接曝される構造のシュラウドに比べ保温効率がよく発光管容器51端部の細管部53bの温度を高く、かつ、各部の温度差を小さくできる。
【0067】
特に、図示の発光管容器51形状など電極6a,6bが対峙し放電時温度上昇が高い中央の膨出部52に比べ電極6a,6bの背後で温度上昇も小さい最冷部を形成する突出した細管部53bが閉塞部41により保温されるので、発光管容器51内の蒸気圧を高め発光特性を高めることができる。なお、上記発光管容器51の上方に位置する細管部53aは、輻射熱、導伝熱や僅かな対流で下方の細管部53bより温度は高くなっている。
【0068】
このランプを鉛直状態の発光管を囲うシュラウドの閉塞部側を下方側にして点灯した際、下方側は対流には曝されていないが閉塞部からの輻射熱を受け、端部が開放され対流に直接曝される構造のシュラウドに比べ保温効率がよく発光管容器端部の細管部などの温度を高く、かつ、各部の温度差を小さくすることができる。
【0069】
上述したように発光管5を囲繞して配設したシュラウド4で少なくとも一端部を閉塞してシュラウド4内に起こる対流を抑制するとともに、円筒状の側面40や閉塞部41によって放熱を遮蔽し発光管5の端部を輻射熱などで昇温させることにより発光管5の各部温度の均一化を図ったもので、格別の部材を用いることなく発光効率、演色性、色温度や光束維持率などの発光特性の向上した高圧金属蒸気放電ランプLを提供できる。
【0070】
なお、上記実施の形態ではシュラウド4の閉塞部41の位置がランプの点灯時、下方側にある状態で説明したが、閉塞部41の位置は上方側にあっても、発光管の周囲における熱対流を抑制できるので、両端が開放した従来形のランプに比べ諸発光特性を向上することができる。
【0071】
また、シュラウド4の両端に閉塞部41を形成してあるランプにおいても、外管バルブ1に比べ内容積の小さいシュラウド4内においては熱対流が生じ難く保温効果が上がり、諸発光特性の向上がはかれる。したがって、このランプは点灯方向が鉛直、水平や傾斜状態などどの方向における点灯においても所定の保温が行える指向性に左右されないランプを提供することができる。
【0072】
また、本発明のランプLは、万一、発光管容器51が破損し部材の破片が飛散しても、発光管5の周囲を囲繞してシュラウド4を設けたことにより、これを阻止ないしは衝撃を緩和して外管バルブ1に及ぶ応力を低減できて、外管バルブ1の破損を防止して安全上も大いに寄与できる。
【0073】
また、図4(a)、(b)は本発明に関わるシュラウド4の他の実施の形態を示す正面図で、図中、図1と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【0074】
(a)図のシュラウド4は円筒形状をなす一端部を円錐状に絞った形状をなし、(b)図のシュラウド4は円筒形状をなす一端部を平板状に絞った形状をなしていて、いずれのシュラウド4も上記実施の形態と同様な作用効果を奏する。
【0075】
なお、上述した各シュラウド4,…は耐熱透光性のセラミックス、石英ガラスや硬質ガラスなどの材料から形成でき、一体成形されたものであっても、円筒状部と端部閉塞部とが別体や中央部から二分された複数の成形部品を一体的に構成したものであってもよい。また、シュラウド4の外周面に耐熱性のセラミックスなどの無機系繊維で編んだ線状体やメッシュ状体などを巻装して補強するようにしてもよい。
【0076】
また、シュラウド4の形成材料原料を選択したり、シュラウド4の内外表面の少なくとも一方に赤外線や紫外線の反射膜や吸収膜、蛍光体膜、光拡散膜、着色膜などの被膜を形成したりあるいは表面をサンドブラストや蝕刻して光拡散層を形成するなどして制光手段を付加させることは差し支えない。外管バルブ1などに代え、シュラウド4に制光手段を施すようにすれば、作業性の向上や材料の節減がはかれる利点がある。
【0077】
図5は本発明に係わる高圧金属蒸気放電ランプLを装着した店舗照明用などの照明装置(または器具と称される)9の実施の形態の概略を示す縦断面図である。
【0078】
この図5の照明装置(ダウンライト)9は、器具本体を形成する筐体91の内部上方に設けられた基台92にソケット93が取着されているとともに内部に金属板製の円錐形状をして内面に反射面が形成された反射笠94が固定され、上記ソケット93に放電ランプLの口金15が装着されることによりランプLの保持と電気的な接続がなされる。なお、図中、95は反射笠94の開口部を覆うよう設けられた透光性のガラス板からなる保護カバー部材であるが必須のものではない。
【0079】
この照明装置9は、たとえば百貨店などの天井面などに筐体91が反射笠94の開口部側を下方に向けて取付けられ、電源スイッチを入れることにより電源から点灯回路装置(図示しない。)、ソケット93を介して放電ランプLに通電される。
【0080】
そして、この反射笠94内で口金10側を上方(ヘースアップ)にした垂直状態にあるランプLが点灯されると、ランプLからの放射光は反射面で反射され、あるいは直接に開口部を透過して、被照射物である下方の商品、催場や通路などを照射して所定の照度を得ることができる。
【0081】
したがって、上記高圧金属蒸気放電ランプLを用いた本発明の実施の形態に係わる照明装置9は、諸発光特性の向上した放電ランプLを用いているので、従来の装置より高い発光効率、演色性、色温度や光束維持率などの発光特性を呈する照明が行えるとともに安全性の向上が図れるので、器具の開口部に強化ガラスや金網などからなる飛散防止用の保護カバー部材などの配設を省くことが可能なコストの低下も図れる照明装置(器具)9を提供できる。
【0082】
なお、本発明は上記実施の形態に示したものに限らず、構造寸法や形状が変わった定格が35〜400W級のメタルハライドランプにも適用が可能であるとともに上記実施の形態と同様な作用効果を奏することが確認されている。
【0083】
また、本発明が適用できる高圧金属蒸気放電ランプは、たとえば、メタルハライドランプ、ショートアークメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどで発光管が外管バルブ内に封装された二重管などの多重管構造をしている。
【0084】
さらに、照明装置(器具)も上記実施の形態では、筐体、基台、ソケット、反射笠などで器具本体を構成しているが、一部部材を省略したりあるいは他の部材を付加することにより構成しても差し支えない。また、ランプLの点灯回路装置、電源装置やスイッチなどは器具本体とは別の所に設けられていても、器具本体内などに納められていてもよい。
【実施例】
【0085】
図1に示す構造の定格消費電力が150W、定格寿命15000時間のセラミック製発光管5を封装したメタルハライドランプLで、ランプLは次のような構成である。
【0086】
発光管5はアルミナ製の容器51が用いられ中央の膨出部52の最大外径約15mm、最大内径約13mm、内部長さ約17mm、細管部53a,53bの外径約3.0mm、内径約1.0mm、内部長さ約17mm、内容積約2.0cm、内表面積約7.0cmである。
【0087】
また、電極構体6,6は図2に示すものと同じ構造で、タングステン(W)線からなる外径約0.5mm、長さ約12mmの電極軸61、サーメット線からなる外径約0.9mm、長さ約4mmの中間部材63、ニオブ(Nb)線からなる外径約0.9mm、長さ約16mmの外部導入導体64の3部材を直列して突合せ溶接などにより接続した棒材、この棒材の電極軸61部分の先端部に巻装したコイル状電極62、電極軸61および中間部材63の長さ約10mmの範囲に亘り巻装した外径約0.9mmのコイル65で対峙するコイル状電極6a,6bの離間距離は約13mmで構成され細管部53a,53bの開口端部から約5mmの長さにシール材60が充填され外部導入導体64などを気密封止している。
【0088】
また、発光管5内には放電媒体として、アルゴン(Ar)、水銀(Hg)およびNaI−TlI−TmI3−InIなどの金属ハロゲン化物が封入してある。
【0089】
シュラウド4は、肉厚が約1.5mm、内径が約22mm、円筒状部の長さが約20mm、閉塞部41の高さが約15mmの石英ガラス製である。
【0090】
外管1は、ホウケイ酸ガラス製のトップ部12から口金15端部までの長さが約240mm、膨出部11の中間部の最大外径が約90mmのBT形をなして、内部に約50kPaの窒素(N2)ガスが封入してある。
【0091】
図6は上記実施例のランプLの安定点灯時の発光管5容器51各部の表面温度を示す分布図である。図4において左側は発光管容器51の姿図で、右側は縦軸が姿図に対応する各部、横軸は温度を示す。
【0092】
試料は定格電力150WのランプLを用い、測定はランプを図1に示す口金15上方の鉛直状態で点灯させた場合の発光管5の表面温度で、本発明に関わるシュラウド4を用いたランプLは四角い黒印で、また、比較用の単一円筒形状をなすシュラウドを用いた従来型のランプ(シュラウドを除く他の構造仕様は同じ。)は○印で示してある。
【0093】
図のように細管部53bをシュラウド4の閉塞部41で対応させた本発明に関わる発光管5は、細管部53bを含めた下方側の表面温度が従来型に比べ最大約100℃上昇し、目的とする効果が得られることを確認できた。
【0094】
また、表1は上記それぞれのランプ各5本を定格100時間点灯後に測定したランプ効率(光束lm/電力W)で、本発明ランプLは従来型のランプに対し平均で約4%効率の向上ができた。
【0095】
さらに、表2は上記それぞれのランプ各5本を電源電圧200Vで5.5時間点灯、0.5時間消灯の点滅サイクルで4000時間点灯後における光束維持率(%)で、本発明ランプLは従来型のランプに対し平均で約5%光束維持率の向上ができたとともに個々のランプ間におけるばらつきも低減できた。
【表1】

【表2】

【産業上の利用可能性】
【0096】
本発明が適用できる高圧金属蒸気放電ランプは、メタルハライドランプに限らず、ショートアークメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどで発光管が外管バルブ内に封装された二重管などの多重管構造をしている放電ランプに適用できる。
【0097】
また、用途は一般用照明器具、スポーツ、公共施設や工場などの施設用照明器具、前照灯、光ファイバー用光源装置、画像投射装置、光化学装置など発光を何らかの目的で利用する高圧放電ランプおよびこのランプを用いた上記照明装置(器具)に利用することができる。
【符号の説明】
【0098】
L:金属蒸気高圧放電ランプ(メタルハライドランプ)
1:外管バルブ
3a,3b:サポート部材
4:シュラウド
41:閉塞部
5:発光管
51:発光管容器(放電容器)
52:膨出部
53a,53b:細管部
54:端縁
6:電極構体
6a,6b:電極
64:外部導入導体
60:耐熱性シール材
9:照明装置(器具)
91:装置(器具)本体(筐体)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
容器内に導入導体を介して一対の電極が封装されるとともに放電媒体が封入された発光管と;
この発光管を囲繞するように配設された少なくとも一端側を閉塞した耐熱透光性部材からなる円筒状のシュラウドと;
上記発光管およびシュラウドを支持するサポート部材と;
上記発光管、シュラウドおよびサポート部材を収容した外管バルブと;
を具備していることを特徴とする高圧金属蒸気放電ランプ。
【請求項2】
発光管容器が膨出部とこの膨出部の対向部位から突出した全長がAmmの細管部とからなり、この細管部内部に挿通した電極構体を端部で封止する耐熱性シール材の細管部端縁からの埋め込み長さをBmmとしたとき、上記細管部に対するシュラウドの閉塞部の挿通位置Sから細管部端縁までの長さPが、B<P<(A+B)/2の範囲内にあるよう配設されていることを特徴とする請求項1に記載の高圧金属蒸気放電ランプ。
【請求項3】
外管バルブ内には不活性ガスが封入され、シュラウドの閉塞部側を下方位置にして点灯されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一に記載の高圧金属蒸気放電ランプ。
【請求項4】
器具本体と;
この器具本体内に配設された上記請求項1ないし3のいずれか一に記載の高圧金属蒸気放電ランプと;
この高圧金属蒸気放電ランプに接続した点灯回路装置と;
を具備していることを特徴とする照明装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2011−65942(P2011−65942A)
【公開日】平成23年3月31日(2011.3.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−217277(P2009−217277)
【出願日】平成21年9月18日(2009.9.18)
【出願人】(301010951)オスラム・メルコ・東芝ライティング株式会社 (37)
【Fターム(参考)】