WO2006001166A1

WO2006001166A1 - メタルハライドランプ、およびこれを用いた照明装置

Info

Publication number: WO2006001166A1
Application number: PCT/JP2005/010268
Authority: WO
Inventors: Shunsuke Kakisaka; Masahito Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-01-05
Also published as: CN100573805C; EP1763066A1; EP1763066B1; US20070182333A1; JP4129279B2; US20090085484A1; CN1938816A; JPWO2006001166A1; EP1763066A4; US7965042B2

Description

明細書

メタルハライドランプ、およびこれを用いた照明装置

技術分野

[0001] 本発明は、メタルハライドランプ、およびこれを用いた照明装置に関する。

背景技術

[0002] 従来から、店舗などで使用される光源として、発光管と、この発光管を取り囲む内管と、さらにこの内管を取り囲む外管とを有し、各管の長手方向の中心軸がそれぞれ略一致した三重管構造を有するメタルハライドランプが知られている（例えば、特許文献 1参照）。発光管の内部には一対の電極が配置され、かつ金属ハロゲン化物 (発光金属）、水銀および希ガスが封入されている。

[0003] 内管は、その一方の端部に、排気管の残部であるチップオフ部を有し、他方の端部に、開口端部が圧潰されて形成された封止部を有している。また、内管の内部は、真空状態にあるか、または、窒素ガスが封入されている。

[0004] 内管の材料には、発光管から放射される紫外線を遮断するために、例えば、セリウム（Ce)やチタン (Ti)が添加された、 UVカット機能付きの石英ガラスが多用されている。

[0005] 外管は、その一方の端部が略半球状に閉塞されており、他方の端部の内側にはステムが封着されている。また、外管の他方の端部の外側には、口金が取り付けられている。ステム内には、ステム線が封着されている。ステム線の一方の端部は口金と電気的に接続されており、他方の端部は、外管内に導入されて内管を保持するとともに、電極に電力を供給する。

[0006] 外管の材料には、発光管の破損時にその破片が当たったり、輸送時に外部から衝撃が加わったりしても、容易に破損しないように、耐衝撃性の高い硬質ガラスが多用されている。

[0007] 上記三重管構造を有するメタルハライドランプは、万一発光管が破損しても外管については容易に破損しないので、安全性に優れている。そのため、上記メタルハライドランプは、前面ガラスなどを備えない下面開放型の照明器具との組みあわせに適している。

[0008] ところで、下面開放型の照明器具はスポットライト用の照明器具として使用されている。店舗などで使用されるスポットライト用照明器具は、高いコンパクト性が要求される。そのため、店舗などで使用されるスポットライト用照明器具に組み込まれる光源には、メタルハライドランプよりもコンパクトな、ハロゲン電球が使用されてきた。

[0009] しかし、メタルハライドランプは、ハロゲン電球に比して高効率で、長寿命である。そこで、ハロゲン電球に代えてメタルハライドランプを、スポットライト用の下面開放型の照明器具に組み込まれる光源として使用することが望まれている。メタルハライドランプの中でも、外囲器が透光性セラミックから構成された発光管を用いた、セラミックメタルハライドランプは、ハロゲン電球の代替ランプとして期待されている。例えば、消費電力が 20Wまたは 35Wのセラミックメタルハライドランプでは、発光管が非常にコンパクト（例えば、最大外径 4mm〜6mm、全長 25mm〜35mm)でありながら、ハロゲン電球の約 1/3の消費電力で同等の明るさを得ることができるからである。

特許文献 1 :特開平 8— 236087号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] しかし、従来のメタルハライドランプは、ランプ全体として見た場合、コンパクト性に欠けるという問題がある。この問題は、ランプが三重管構造を有することや、発光管の支持構造などが複雑であることなどに起因する。仮に、可能な限りコンパ外化を図つたとしても、点灯中における発光管の温度上昇によって、外囲器を構成するセラミックと封入物 (発光金属）とが反応して、封入物の蒸気圧や組成比などが変化してしまう。その結果、所望のランプ特性が得られない。以上の理由により、高いコンパクト性が要求される照明器具、特に、スポットライト用の下面開放型の照明器具へ、メタルハライドランプを適用することについてはほとんど検討されておらず、コンパクトであり、かつメタルハライドランプを光源として用いたスポットライト用の下面開放型の照明器具を有する照明装置の実用化は、未だ、なされていない。

[0011] 本発明は、所望のランプ特性を有し、例えば、スポットライト用の下面開放型の照明器具に組み込まれる光源として使用可能であって、安全かつコンパクトな、メタルハライドランプを提供する。

[0012] また、本発明は、例えば、スポットライト用途に適しており、安全かつコンパクトな照明装置を提供する。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明のメタルハライドランプは、外管と、前記外管内に配置され、少なくとも一方の端部に封止部を有し、石英ガラスからなる内管と、前記内管内に配置された発光管とを含み、前記外管の最大外径を A (mm)、前記内管の最大外径を B (mm)、メタノレハライドランプの消費電力を P (W)とした場合、下記の関係式を満たすことを特徴とする。 0. 06P + 15. 8≤A≤25, 0. 05P + 9. 0≤B,および 1. 14≤A/B 但し、 Pは、 20W≤P≤130Wである。

発明の効果

[0014] 本発明は、所望のランプ特性を有し、例えば、スポットライト用の下面開放型の照明器具に組み込まれる光源として使用可能であって、安全かつコンパクトな、メタルハライドランプを提供できる。また、本発明は、例えば、スポットライト用途に適しており、安全かつコンパクトな照明装置を提供できる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は、実施形態 1および実施形態 2のメタルハライドランプの一例を示す一部切欠正面図である。

[図 2]図 2は、図 1に示したメタルハライドランプを構成する外管の一例を示す正面断面図である。

[図 3]図 3は、図 1に示したメタルハライドランプを構成する外管の他の例を示す正面断面図である。

[図 4]図 4は、実施形態 3の照明装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

[0016] 1 メタルハライドランプ

2 外管 5 口金

6 閉塞部

7 開口部

8, 11 直管状の部分

9 チップオフ部

10 封止部

12 本管部

13 細管部

14 外囲器

15 シール材

16, 17 電力供糸 1

18 金属箔

19 外部リード線

20 シェル咅 |5

21 アイレット部

22 口金絶縁部

23 口金接続部

24 セメント

25 絶縁部

28 照明器具

発明を実施するための最良の形態

[0017] 本発明のメタルハライドランプの一例では、発光管の最大外径を C (mm)とした場合、関ィ系式 0. 05P + 2. 2≤C≤0. 07P + 5. 8を満たしてレヽると好ましレヽ。

[0018] 本発明のメタルノ、ライドランプの一例では、内管内に窒素ガスが封入されており、内管内の温度が 25°Cのときに窒素ガス圧力は 20kPa以上であると好ましい。

[0019] 本発明の照明装置の一例は、下面開放型の照明器具と、前記照明器具に取り付けられた、本発明のメタルハライドランプとを含む。 [0020] 以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

[0021] (実施形態 1)

実施形態 1のメタルノヽライドランプは、消費電力 70Wのメタルノヽライドランプである。実施形態 1のメタルハライドランプ（以下、単に「ランプ」とレ、う場合もある。）は、全長し力 100mm〜： 11 Ommである。図 1に示したメタルハライドランプ 1の全長 Lは、例えば、 105mmである。メタルノヽライドランプ 1は、外管 2と、この外管 2内に配置された内管 3と、この内管 3の内部に配置された発光管 4と、外管 2の片方の端部に取り付けられた口金 5とを備えている。内管 3は、少なくとも一方の端部に封止部 10を有し、石英ガラスカゝらなる。

[0022] 外管 2の長手方向の中心軸 Xと、内管 3の長手方向の中心軸 Yと、発光管 4の長手方向の中心軸 Zとは、略同一軸上にある。なお、「略同一軸上にある」とは、中心軸 X 、中心軸 Yおよび中心軸 Zが完全に同一軸上にある場合のみならず、例えば、ランプを組み立てる際に発生するばらつきなどによって、中心軸 X、中心軸 Yおよび中心軸 Zのうちの少なくとも 1つか他から若干ずれた場合なども含む。

[0023] 外管 2は、その一方の端部に、例えば略半球状の閉塞部 6を有し、かつ他方の端部に開口部 7を有している。外管 2の直管状の部分 8は、略円筒状であり、例えば、ホゥ珪酸ガラス（歪点 510°C)などの硬質ガラスからなる。なお、「略円筒状」とは、中心軸 Xと直交する切断面の輪郭が、真円である場合のみならず、ガラスの加工上のばらつきなどによって真円になっていない場合や、楕円である場合をも含む。

[0024] 外管 2の最大外径 A (mm)は、ランプの消費電力を P (W)とした場合、後述する理由により、関係式 0. 06P + 15. 8≤A≤ 25を満たすように設定されている。

[0025] 外管 2の厚み tは、耐衝撃性、低コスト化、加工性および軽量化のため、例えば、 1

A

. 0mm〜2. Ommの範囲内に設定されていることが好ましい。厚み tが薄すぎると、

A

ランプへの組み立て前において（例えば、輸送時などにおいて）、外部から強い衝撃を受けたときに外管 2が破損するおそれがある。一方、厚み tが厚すぎると、コストア

A

ップするとともに、外管 2の重量が重くなる。外管 2の重量が重くなればなるほど、例えば、落下の際にランプに加わる衝撃が大きくなる。そのため、内管 3の封止部 10のうちのセメント 24 (後述する）によって固定された部分が破損し、または、発光管 4の細管部 13が折損するおそれがある。さらに、閉塞部 6の形成が行い難くなるおそれがある。

[0026] 外管 2内の気圧は、例えば、大気圧と等しい。

[0027] 内管 3は、その一方の端部に、例えば開口端部が圧潰されて形成された封止部 10 を有し、他方の端部に、排気管（図示せず）の残部であるチップオフ部 9を有している。内管 3の直管状の部分 11は、略円筒状であり、例えば、 UVカット機能付きの石英ガラス（歪点 1070°C)からなる。なお、ここで言う「略円筒状」は、外管 2の直管状の部分 8についての「略円筒状」と同義である。

[0028] 内管 3の最大外径 Bは、ランプの消費電力を P (W)とした場合、後述する理由により、関係式 0. 05P + 9. 0≤B、および、関係式 1. 14≤AZBを満たすように設定されている。

[0029] 内管 3の厚み tは、外管 2の場合と同様に、耐衝撃性、低コスト化、加工性 (特に、

B

封止部 10の形成についての加工性）および軽量化のため、例えば、 1. 0mm〜2. 0 mmの範囲内に設定されていることが好ましい。厚み tが薄すぎると、ランプへの組

B

み立て前において (例えば、輸送時などにおいて）、外部から強い衝撃を受けたときに内管 3が破損するおそれがある。一方、厚みが厚すぎると、コストアップするととも

B

に、封止部 10の形成が行い難くなるおそれがある。

[0030] 内管 3内は、気密性が保たれており、例えば、真空状態（真空度 10— ³Pa〜10— ²Pa) にあるか、または、窒素ガスなどの不活性ガスが封入されている。図 1に示す例では、内管 3内には窒素ガスが封入されている力窒素ガス圧は、内管 3内の温度が 25°C のときに 20kPa以上であると好ましい。ガス圧が、雰囲気温度が 25°Cのときに 20kPa 以上であると、窒素ガスが、内管 3内（内管 3と発光管 4との間の空間）を対流して、発光管 4が過度に高温となることを防止できる。その結果、発光管 4内に封入された発光金属の蒸気圧を、適正に保つことができる。尚、上記ガス圧の下限について特に制限はないが、通常、内管 3内の温度が 25°Cのときに 60kPa以上であると好ましい。なお、「内管 3内の温度」は、窒素ガスなどの不活性ガスを内管 3内に封入する際に内管 3がおかれた雰囲気の温度と等しぐ上記雰囲気の温度が 25°Cであれば、「内管 3内の温度」も 25°Cとなる。 [0031] 図 1に示した例では、内管 3は、一方の端部に封止部 10を有し、他方の端部にチップオフ部 9を有している力内管 3は、このような構造のものに限定されず、一方および他方の端部がともに開口端部が圧潰されて封止された構造をしていてもよい。

[0032] 発光管 4は、本管部 12と、本管部 12の両端部に連結された 1対の細管部 13とを有する外囲器 14を備えている。外囲器 14は、例えば、多結晶アルミナなどの透光性セラミック力なる。透光性セラミックとしては、例えば、イットリウム一アルミニウム一ガーネット (YAG)、酸化イットリウム (Y〇）、窒化アルミニウム等が挙げられる。

[0033] 発光管 4の最大外径 C (すなわち、本管部 12の最大外径 C)は、ランプの消費電力を P (W)とした場合、後述する理由により、関係式 0. 05P + 2. 2≤C≤0. 07P + 5. 8を満たすように設定されていると好ましい。図 1に示す例では、発光管 4は、それぞれ別個に成形された本管部 12と 1対の細管部 13とを、焼きばめなどによって一体化して得た外囲器を備えている。しかし、発光管 4は、その形状および構造などについて、図 1に示すものに制限されない。発光管 4は、例えば、本管部と細管部とがー体成形されることによって得られる外囲器を備えていてもよいし、発光管 4は、公知の形状や構造をしていてもよい。

[0034] 本管部 12内には、一対の電極（図示せず）が配置されており、かつ、金属ハロゲン化物、希ガスおよび水銀がそれぞれ所定量封入されている。金属ハロゲン化物には、例えば、ヨウ化ナトリウム、またはヨウ化ジスプロシウムなどが用いられている。電極間の距離は、例えば、 4. 0mm〜7. Ommである。

[0035] 各細管部 13内には、一方の端部に電極が取り付けられた給電体（図示せず）が挿入されている。給電体の材料は、例えば、導電性サーメットである。給電体の一部は、フリットからなるシール材 15によって細管部 13に封着されている力細管部 13内に配置された給電体の他の一部と細管部 13との間には、隙間が存在している。

[0036] 給電体の、電極が取り付けられた一方の端部とは反対側の端部（他方の端部）は、細管部 13から突き出ており、 1対の給電体は、それぞれ、電力供給線 16、 17に接続されている。電力供給線 16は、封止部 10内に封止された金属箔 18を介して外部リード線 19に、電力供給線 17は同じく封止部 10内に封止された別の金属箔 18を介して別の外部リード線（図示せず）に接続されている。そして、一方の外部リード線 19は、口金 5のシェル部 20に、もう一方の外部リード線（図示せず）は、口金 5のアイレット部 21にそれぞれ接続されている。

[0037] なお、電力供給線 16， 17には、それぞれ、一本の金属線を用いてもよいし、複数の金属線が接続されて一体化したものを用いてもよい。

[0038] 口金 5は、例えば、ステアタイトなどのセラミックからなる口金絶縁部 22と、 E形の口金接続部 23とを有している。口金接続部 23は、照明器具のソケット（図示せず）に揷入されたときに、ソケットと電気接続される。

[0039] 口金絶縁部 22は、カップ形状をしている。口金絶縁部 22には、外管 2の開口部 7と内管 3の封止部 10とがそれぞれ揷入されており、内管 3は外管 2に、外管 2は口金絶縁部 22に、それぞれ、例えば、耐熱温度 1000°C以上のセメント 24を用いて固着されている。

[0040] 口金接続部 23は、シェノレ部 20と、このシェル部 20に絶縁部 25を介して設けられたアイレット部 21とを有している。

[0041] なお、口金 5は、図 1に示したものに限定されず、公知の形状や構造をしていてもよレ、。例えば、口金接続部 23は、 E形以外に、ピン状の PG形や G形などを用いることができる。また、口金 5の材料についても特に制限はなぐ公知の材料を用いることができる。

[0042] (実施形態 2)

次に、実施形態 2のメタルハライドランプについて説明する。実施形態 2のメタルノ、ライドランプは、消費電力 20Wのメタルハライドランプである。

[0043] 実施形態 2のメタルハライドランプは、実施形態 1のメタルハライドランプと基本的構造は同じであるが、主として寸法が異なる。ここでは、図 1を準用し、主たる寸法について説明する。

[0044] 実施形態 2のメタルハライドランプでは、全長 Lは、 85mm〜： 105mm (例えば、 95 mm)である。外管 2の最大外径 A (mm)は、ランプの消費電力を P (W)とした場合、後述する理由により、 0. 06P+ 15. 8≤A≤ 25なる関係式を満たすように設定されている。外管 2の厚み tは、上記と同様に耐衝撃性、低コスト化、加工性 (特に、閉塞

A

部 6の形成についての加工性）および軽量化のため、例えば 1. 0mm〜2. Ommの範囲内で設定されていることが好ましい。内管 3の最大外径 Bは、ランプの消費電力を P (W)とした場合、後述する理由により、 0. 05P + 9. 0≤B、かつ 1 · 14≤Α/Βなる関係式を満たすように設定されている。内管 3の厚み tは、耐衝撃性、低コスト化、

B

加工性（特に、封止部 10の形成についての加工性）および軽量化のため、例えば 1 . 0mm〜2. Ommの範囲内で設定されていることが好ましレ、。発光管 4の最大外径 C (すなわち、本管部 12の最大外径 C)は、ランプの消費電力を P (W)とした場合、後述する理由により、 0. 05P + 2. 2≤C≤0. 07P + 5. 8なる関係式を満たすように設定されていると好ましレ、。 1対の電極間の距離は、例えば、 2mm〜4mmである。

[0045] 次に、実施形態 1および実施形態 2のメタルノ、ライドランプにおいて、 0. 06P + 15 . 8≤A≤25、力つ 0. 05P + 9. 0≤B、かつ 1. 14≤ A/Bなる関係式を満たすように設計した理由について説明する。

[0046] まず、実施形態 1のランプ (消費電力 70W)および実施形態 2のランプ（消費電力 2 0W)について、表 1に示すように、外管 2の最大外径 A (mm)のみを種々変化させたものを、それぞれ 10本ずつ作製した。

[0047] そして、作製した各ランプについて、公知の銅鉄安定器を用いて通常どおりに点灯させて安定点灯時における外管 2の表面温度（°C)を調べた。その結果を表 1に示している。

[0048] なお、消費電力 70Wのランプでは、外管 2の肉厚 tを 1. 5mm、内管 3の肉厚 tを 1

A B

. 25mm,内管 3の最大外径 Bを 13mm、本管部 12の最大外径 Cを 9. 5mmとした。一方、消費電力 20Wのランプでは、外管 2の肉厚 tを 1. 5mm、内管 3の肉厚 tを 1

A B

. 25mm,内管 3の最大外径 Bを 10mm、本管部 12の最大外径 Cを 5. 2mmとした。

[0049] 外管 2の表面温度は、ランプを裸状態で、かつ水平点灯させた状態で測定した。温度の測定点は、一対の電極間の中心点 Oから鉛直線 Sを引き、この鉛直線 Sと外管 2 の外面との交点のうち、上側の交点 Tを測定点とした。このとき、周囲の雰囲気温度は室温（25°C)であった。また、表面温度の測定には、直径 0. 2mmの K (CA)線からなる熱電対を用いた。外管 2の表面温度の評価は、 420°C以下の場合は「良好」とし、 420°Cを超える場合は「不良」とした。この判断基準は、外管 2の材料として用いられている硬質ガラスの歪点（510°C)よりも、外管 2の表面温度が 90°C以上低ければ、実際に市場で使用される厳しい環境下において、点灯中に、外管 2の温度が歪点を越え、外管 2が変形して外観不良に至ることはない、という発明者の経験則に基づくものである。

[0051] 表 1に示すように、実施例 1および実施例 2の、消費電力 70Wのランプでは、外管 2 の最大外径 Aが 20mm以上であると、外管 2の表面温度は良好であった。また、実施例 3および実施例 4の、消費電力 20Wのランプでは、外管 2の最大外径 Aが 17mm 以上であると、外管 2の表面温度は良好であった。

[0052] 一方、比較例 1の消費電力 70Wのランプでは、外管 2の最大外径 Aが 19mm以下であると、外管 2の表面温度は不良であった。また、比較例 2の消費電力 20Wのランプでは、外管 2の最大外径 Aが 16mm以下であると、外管 2の表面温度は不良であつた。

[0053] このような結果となった理由は、次のように考えられる。

[0054] 比較例 1および比較例 2のランプでは、外管 2の最大外径 Aが小さくなりすぎ、点灯中の発光管 4内におけるアークに外管 2が近づきすぎたため、アークの熱によって外管 2の温度が過度に上昇したものと考えられる。このように、外管 2の温度が過度に上昇すると、外管 2が変形して外観不良を引き起こすおそれがある。一方、実施例:!〜 4 のランプでは、発光管 4内におけるアークと外管 2との間の距離が適切に保たれたため、外管 2の温度が過度に上昇することはなかったと考えられる。

[0055] ところで、市販されているスポットライト用の下面開放型の照明器具へのランプの適合率を考慮すると、外管 2の最大外径 Aは 25mm以下にすべきであることがわかった [0056] したがって、これらの結果から、（1)点灯中において、外管 2の温度の異常上昇による外管 2の変形を阻止し、上記変形による外観不良の発生を防止し、かつ、（2)コンパクト化を図り、特に、スポットライト用の下面開放型の照明器具への適合性を高めるためには、ランプの消費電力を P (W)とした場合、外管 2の最大外径 A (mm)は、関係式 0. 06P + 15. 8≤A≤ 25を満たす必要があることがわかった。

[0057] ただし、ランプの消費電力 Pが大きくなると、点灯中に、発光管 4から放射される熱量が著しく大きくなり、上記関係式を満たしていても、上記（1)および（2)の作用効果を十分に得ることができないことがわかった。そこで、上記作用効果を十分に得ることが可能な消費電力 Pの範囲を検討した結果、 130W以下、実用的には 20W〜： 130 Wであることがわかった。

[0058] ところで、外管 2の最大外径 Aが、上記関係式を満たしていても、内管 3の最大外径 Bを種々変化させた場合に、一部のランプで立消えが発生することがあった。

[0059] そこで、立消えの原因を詳細に調査するべぐ実施形態 1のランプ (消費電力 70W )および実施形態 2のランプ（消費電力 20W)について、表 2に示すように、外管 2の最大外径 A (mm)と内管 3の最大外径 B (mm)とを種々変化させたものを、それぞれ 10本ずつ作製した。

[0060] そして、作製した各ランプについて、公知の銅鉄安定器を用いて、通常どおり 5. 5 時間点灯した後、 0. 5時間消灯するという 1サイクルを繰り返えし行レ、、総点灯時間 3 000時間までに立消えが発生する確率を調べた。その結果を表 2に示している。

[0061] なお、消費電力 70Wのランプでは、外管 2の肉厚 tを 1. 5mm、内管 3の肉厚 tを 1

A B

. 25mm,本管部 12の最大外径 Cを 9. 5mmとした。一方、消費電力 20Wのランプでは、外管 2の肉厚 tを 1. 5mm,内管 3の肉厚 tを 1. 25mm,本管部 12の最大外

A B

径 Cを 5. 2mmとした。

[0062] [表 2] 消費電力 P 外管の最大外径 A 内管の最大外径 B

A/B 立消えの発生確率評価

CW) (mm) (mm)

実施例 1 70 20 13 1.54 0/10 良好実施例 5 70 20 17 1.18 0/10 良好実施例 6 70 25 13 1.92 0/10 良好実施例 7 70 25 14 1.79 0/10 良好比較例 3 70 20 12 1.67 4/10 不良比較例 4 70 25 12 2.08 4/10 不良実施例 3 20 17 10 1.70 0/10 良好実施例 8 20 17 11 1.55 0/10 良好実施例 9 20 17 14 1.21 0/10 良好実施例 1 0 20 25 10 2.50 0/10 良好比較例 5 20 17 9 1.89 4/10 不良比較例 6 20 25 9 2.78 3/10 不良

[0063] 表 2の「立消え発生確率」の欄において、分母は全サンプル数を、分子は立消えが

[0064] 表 2に示すように、実施例 1、実施例 5、実施例 6および実施例 7の、消費電力 70W のランプように、内管 3の最大外径 Bを 13mm以上とし、実施例 3、実施例 8、実施例 9および実施例 10の、消費電力 20Wのランプのように、内管 3の最大外径 Bを 10m m以上とすると、それぞれ、総点灯時間 3000時間後においても、立消えしないことが分かった。

[0065] 一方、比較例 3および比較例 4の消費電力 70Wのランプのように、内管 3の最大外径 Bを 12mm以下とし、比較例 5および比較例 6の、消費電力 20Wのランプのように、内管 3の最大外径 Bを 9mm以下とすると、 10本中 3本または 4本力 S、総点灯時間 3 000時間の経過前に、立消えすることがわ力た。

[0066] このような結果となった理由は、次のように考えられる。

[0067] 比較例 3、比較例 4、比較例 5および比較例 6のランプでは、内管 3の最大外径 Bが小さすぎるため、点灯中に、内管 3による発光管 4への保温効果が異常に高まり、発光管 4の温度が過度に上昇した。その結果、発光管 4内に封入された発光金属と発光管 4の外囲器 14を構成するセラミックとが反応して、放電空間内に余剰のハロゲンが発生した。そして、遊離ハロゲンが、点灯中に電子を捕獲して消滅させてしまい、再点弧電圧が上昇して、立消えが発生したと考えられる。一方、実施例 1、実施例 3、実施例 5、実施例 6、実施例 7、実施例 8、実施例 9および実施例 10のランプでは、点灯中における内管 3による発光管 4への保温の程度が適正であり、発光管 4の温度が過度に上昇することはなかったものと考えられる。

[0068] したがって、これらの結果から、発光管 4の外囲器 14を構成するセラミックと発光管 4内に封入された発光金属との反応に起因して生じる立消えを抑制するためには、ランプの消費電力を P (W)とした場合、内管 3の最大外径 B (mm)は、少なくとも関係式 0. 05P + 9. 0≤Bを満たす必要があることがわかった。また、ランプの消費電力 P 力 ¾0W以上 130W以下である場合において、上記関係式を満たせば、十分な立消え抑制効果があることが確認できた。

[0069] ところ力内管 3の最大外径 Bを大きくしてレ、くと、発光管 4の破損に起因して外管 2 が破損するという予期せぬ問題が浮上した。

[0070] そこで、外管 2の破損の原因を詳細に調查するベぐ実施形態 1のランプ（消費電力 70W)および実施形態 2のランプ（消費電力 20W)について、表 3に示すように、外管 2の最大外径 A (mm)と内管 3の最大外径 B (mm)とを種々変化させたものを、それぞれ 10本ずつ作製した。

[0071] そして、作製した各ランプに、公知の銅鉄安定器を用いて、安定点灯時に流す通常のランプ電流の数倍〜数十倍のランプ電流を流し、ランプを過負荷状態で点灯させて、発光管 4を強制的に破損させ、外管 2の破損確率を調べた。その結果を表 3にしている。

[0072] なお、消費電力 70Wのランプでは、外管 2の肉厚 tを 1. 5mm、内管 3の肉厚 tを 1

A B

径 Cを 5. 2mmとした。

[0073] [表 3] 消費電力 P 外管の最大外径 A 内管の最大外径 B

AZB 外管の破損確率評価

(W) mm) (mm;

実施例 1 70 20 t3 1.54 0/10 良好実施例 5 70 20 17 1.18 0/10 良好実施例 1 1 70 25 22 1.14 0/10 良好比較例 7 70 20 18 1.1 1 3/10 不良比較例 8 70 25 23 1.09 3/10 不良実施例 3 20 17 10 1.70 0/10 良好実施例 9 20 17 14 1.21 0/10 良好実施例 1 2 20 25 22 1.14 0/10 良好比較例 9 20 17 15 1.13 2/10 不良比較例 1 0 20 25 23 1.09 3/10 不良

[0074] 表 3の「外管の破損確率」の欄において、分母は全サンプル数を、分子は外管 2が破損したサンプル数をそれぞれ示してレ、る。

[0075] 表 3に示すように、実施例 1、実施例 3、実施例 5、実施例 9、実施例 11および実施例 12のランプでは、内管 3の最大外径 Bは、外管 2の最大外径 Aに対してさほど大きくない。例えば、内管 3の最大外径 Bに対する外管 2の最大外径 Aの比率 (AZB)は 1. 14以上となっている。これらのランプでは、発光管 4が破損しても、外管 2については破損しな力た。

[0076] 一方、比較例 7、比較例 8、比較例 9および比較例 10のランプでは、内管 3の最大外径 Bが大きく、内管 3の最大外径 Bに対する外管 2の最大外径 Aの比率 (AZB)は 1. 13以下となっている。これらのランプでは、発光管 4が破損すると、発光管 4の破損に起因して、外管 2も破損した。

[0077] このような結果となった理由については、次のように考えられる。

[0078] 比較例 7、比較例 8、比較例 9および比較例 10のランプでは、内管 3の最大外径 B が大きいので、外管 2と内管 3とが接近している。そのため、発光管 4の破損に伴い内管 3も破損し、外管 2も、飛散する内管 3の破片により強い衝撃を直に受けて、破損したものと考えられる。一方、実施例 1、実施例 3、実施例 5、実施例 9、実施例 11および実施例 12のランプでは、外管 2と内管 3との間に適当な距離があるので、発光管 4 が破損して内管 3が破損したとしても、外管 2が、飛散する内管 3の破片により強い衝撃を受けることはなかったと考えられる。 [0079] 以上のことから、発光管 4の破損に起因する外管 2の破損を防止するためには、関係式 A/B≥l . 14を満たす必要があることがわかった。

[0080] 立消えの発生を抑制するという観点からは、内管 3の最大外径 Bは大きいほどよぐ発光管 4の破損に起因する外管 2の破損を防止する観点からは、内管 3の最大外径 Bは小さいほどよいが、表 2および表 3に示した結果から、立消え発生の抑制と外管 2 の破損防止とを両立可能な条件範囲があることがわかった。

[0081] また、上記した全実施例のランプにっレ、てランプ特性を測定した。レ、ずれも、初期の発光光束が 60001m以上であり、発光効率が 801mZWであり、総点灯時間が 600 0時間の時の光束維持率が 70%以上であり、従来のメタルハライドランプと比べて遜色がなぐ所望のランプ特性を有していることが確認できた。なお、「初期の発光光束」は、総点灯時間が 100時間の時の発光光束を示す。また、「光束維持率」は、総点灯時間が 100時間の時の発光光束を 100とした場合の百分率である。

[0082] 以上のとおり、外管 2の最大外径を A (mm)、内管 3の最大外径を B (mm)、ランプの肖費電力を P (W) (ただ、し、 20W≤P≤130W)とすると、 0. 06P + 15. 8≤A≤2 5、 0· 05Ρ + 9. 0≤Β、かつ 1 · 14≤Α/Βなる関係式を満たせば、（1)外管 2の過度な温度上昇に起因して生じる外管 2の変形、（2)発光管 4の過度な温度上昇に起因する立消え、および（3)発光管 4の破損に起因する外管 2の破損、が抑制され、所望のランプ特性を有する、コンパクトなランプを提供できる。このランプは、特に、下面開放型の照明器具に適している。

[0083] 上記 3つの関係式を満たすことを前提として、発光管 4の最大外径 C (mm)は、関係式 0. 05P + 2. 2≤C≤0. 07P + 5. 8 (ただし、 20W≤P≤ 130W)を満たしてレヽるとさらに好ましレ、。以下、その理由について説明する。

[0084] まず、実施形態 1のランプ (消費電力 70W)および実施形態 2のランプ（消費電力 2 0W)について、表 4に示すように、発光管 4の最大外径 Cを種々変化させたものを、それぞれ 10本ずつ作製した。なお、電極間距離や、発光管 4の長手方向の寸法については変化させていなレ、。そのため、管壁負荷（ランプの管壁単位面積あたりの電気入力）が下がって発光金属の蒸気圧が低下し、ランプ電圧が下がる。よって、サンプルは、通常どおりのランプ電圧（90V)が確保されるように、水銀封入量が適宜調整されている。通常、ランプ電圧を上げるためには、水銀封入量を増加させればよい

[0085] そして、作製した各ランプを、公知の銅鉄安定器を用いて、通常どおりに点灯させ、垂直点灯時の色温度と水平点灯時の色温度との色温度変化（差） Δ Τ (K)を調べた

C

。また、各ランプに、安定点灯時に流す通常のランプ電流の数倍〜数十倍のランプ電流を流し、ランプを過負荷状態で点灯させて、発光管 4を強制的に破損させ、外管 2の破損確率を調べた。これらの結果を表 4にしてレ、る。

[0086] 消費電力 70Wのランプでは、外管 2の最大外径 Aを 20mm、外管 2の肉厚 tを 1.

A

5mm、内管 3の最大外径 Bを 13mm、内管 3の肉厚 tを： L 25mm,外囲器 14の全

B

長 Lを 39mm、電極間距離を 5. Ommとした。一方、消費電力 20Wのランプでは、外管 2の最大外径 Aを 20mm、外管 2の肉厚 t を 1. 5mm,内管 3の最大外径 Bを 10m

A

m、内管 3の肉厚 tを 1. 25mm,外囲器 14の全長 Lを 30mm、電極間距離を 2. 5m

B

mとした。

[0087] 色温度変化 Δ Τ (K)が 300K以下の場合は、色温度の安定性が「良好」であるとし、それより大きい場合は、色温度の安定性力 S「不良」であるとした。なお、色温度変化 Δ Τ (K)が 300K以下であると、目視では色温度変化を実感できない。色温度は、 c

色温度計（大塚電子 (株)製、 MCPD - 1000)を用いて測定した。

[0088] また、表 4の「外管の破損確率」の欄において、分母は全サンプノレ数を、分子は外管 2が破損したサンプル数をそれぞれ示してレ、る。

[0089] [表 4] 消費電力 P 発光管の最大外径 C 色温度変化 ΛΤ。

外管の破損確率評価

(W) (mm) (Κ)

実施例 1 3 70 5.7 300 0/10 良好実施例 1 4 70 10.7 180 0/10 良好比較例 1 1 70 5.2 350 0/10 不良比較例 1 2 70 1 1.0 170 3/10 不良実施例 1 5 20 3.2 300 0/10 良好実施例 1 6 20 7.2 240 0/10 良好比較例 1 3 20 2.8 380 0/10 不良比較例 1 4 20 7.5 230 4/10 不良 [0090] 表 4に示すように、実施例 13、実施例 14および比較例 12の、消費電力 70Wのランプでは、発光管 4の最大外径 Cを 5. 7mm以上とし、実施例 15、実施例 16および比較例 14の、消費電力 20Wのランプでは、発光管 4の最大外径 Cを 3. 2mm以上とした。こられのランプの色温度変化 ΔΤ (K)は、 300K以下と小さぐ色温度の安定性 c

は良好であった。

[0091] 一方、比較例 11の消費電力 70Wのランプでは、発光管 4の最大外径 Cを 5. 2mm 以下とし、比較例 13の消費電力 20Wのランプでは、発光管 4の最大外径 Cを 2. 8m m以下とした。これらのランプの色温度変化 Δ Τ (K)は大きぐ色温度の安定性は不良であった。

[0092] このような結果となった理由は、次のように考えられる。

[0093] 通常、ランプを垂直点灯させた場合は、発光金属の蒸気圧を決定する最冷点が、ランプを垂直に設置した状態において、本管部 12の内面のうちの底面または下方に位置する細管部 13内に形成される。一方、ランプを水平点灯させた場合は、最冷点力ランプを水平に設置した状態において、本管部 12の内面のうちの底面に形成される。

[0094] そこで、比較例 11および比較例 13のランプでは、次のような現象が起こっていると考えられる。

[0095] 比較例 11および比較例 13のランプでは、発光管 4の最大外径 Cが小さくなりすぎたことによって、水平点灯させた場合には、最冷点とアークとが近接して最冷点温度が上昇し、発光金属の蒸気圧が著しく上昇する。一方、垂直点灯させた場合には、発光管 4の最大外径 Cが小さくても、最冷点とアークとの距離は適当に確保されているので、発光金属の蒸気圧が著しく上昇することはない。このように、比較例 11および比較例 13ランプでは、発光金属の蒸気圧が、垂直点灯の場合と水平点灯の場合とで異なるので、色温度変化が大きくなつたと考えられる。

[0096] これに対して、実施例 13、実施例 14、実施例 15、実施例 16、比較例 12および比較例 14のランプでは、発光管 4の最大外径 Cが十分に大きぐ最冷点温度が上昇して発光金属の蒸気圧が著しく上昇するほどには、最冷点とアークとが近接しないので、色温度変化が小さかったものと考えられる。 [0097] 以上のことより、垂直点灯した場合と水平点灯した場合との色温度変化 (差)が大きくなることを抑制するためには、発光管 4の最大外径 C (mm)は、関係式 0. 05P + 2 . 2≤Cを満たす必要があることがわ力た。また、ランプの消費電力 Pが 20W以上 1 30W以下である場合においても、上記関係式を満たせば、十分な、色温度変化の抑制効果があることが確認できた。

[0098] また、表 4に示すように、実施例 13、実施例 14および比較例 11の、消費電力 70W のランプのように、発光管 4の最大外径 Cが 10. 7mm以下であり、実施例 15、実施例 16および比較例 13の、消費電力 20Wのランプのように、発光管 4の最大外径 Cが 7. 2mm以下であると、発光管 4が破損しても、それに起因して外管 2が破損することはないことがわかった。一方、比較例 12の消費電力 70Wのランプように、発光管 4の最大外径 Cが 11. Omm以上であり、比較例 14の消費電力 20Wのランプのように、発光管 4の最大外径 Cが 7. 5mm以上であると、発光管 4の破損に起因して外管 2も破損することがわかった。

[0099] このような結果となった理由は、次のように考えられる。

[0100] 比較例 12および比較例 14のランプについては、発光管 4の最大外径 Cを大きくするとともに、ランプ電圧を所定の値（90V)に維持するべく水銀の封入量を 10%〜35 %増加させた。そのため、点灯中の水銀蒸気圧が非常に高くなり、破損した発光管 4 の破片が激しい勢いで飛散し、その結果、外管 2を破損させてしまったと考えられる。一方、実施例 13、実施例 14、実施例 15、実施例 16、比較例 11および比較例 13のランプについては、発光管 4の最大外径 Cはさほど大きくしていないので、増加させるべき水銀の封入量も少なくてすむ。そのため、発光管 4が破損しても、その破片の飛散の勢いは、外管 2を破損させるほどではなかったと考えられる。

[0101] 以上のことから、発光管 4の破損に起因する外管 2の破損を確実に防止するためには、ランプの消費電力を P (W)とすると、発光管 4の最大外径 C (mm)は、関係式 C ≤0. 07P + 5. 8を満たす必要があることがわかった。また、ランプの消費電力 Pが 2 0W以上 130W以下である場合において、上記関係式を満たせば、発光管 4の破損に起因する外管 2の破損を確実に防止できることも確認できた。

[0102] よって、発光管 4の最大外径 C (mm)が、関係式 0. 05P + 2. 2≤C≤0. 07P + 5. 8を満たせば、垂直点灯した場合と水平点灯した場合との色温度変化を抑制でき、力つ、発光管 4の破損に起因する外管 2の破損を確実に防止できる。

[0103] なお、上記各実施例のランプは、銅鉄安定器を用いて点灯させたが、その他公知の電子安定器を用いて点灯させても、銅鉄安定器を用いて点灯させた場合と同様の作用効果を得ることができる。

[0104] また、実施形態 1および実施形態 2では、外管 2に、図 1に示すように一方の端部を除く部分が直管状のものを用いた場合について説明した。しかし、外管 2は図 1に示した形態に限定されず、図 2に示すように、中央部のみがわずかに膨らんだものや、図 3に示すように、中央部の外径が最も大きぐ各端部に近づくに従って外径が徐々に小さくなるように全体的に膨らみを有するものを用いてもよい。図 2および図 3に示した外管 2を用いても、図 1に示したメタルハライドランプと同様の作用効果が得られる。

[0105] (実施形態 3)

実施形態 3では、実施形態 1のメタルハライドランプを用いた照明装置の一例について説明する。図 4に示すように、本実施形態の照明装置は、スポットライト用の下面開放型の照明器具 28と、照明器具 28に装着された、メタルハライドランプ 1とを備えてレヽる。メタルハライドランプ 1の消費電力は 70Wである。

[0106] 図 4に示した照明装置は、例えば、天井に取り付けられる。メタルハライドランプ 1を点灯させるための安定器（図示せず）は、天井に取り付けられていてもよいし、天井内に埋め込まれていてもよい。安定器には、公知の種々の銅鉄安定器や、電子安定器を用いることができる。

[0107] 本実施形態の照明装置は、光源として、高い安全性を有し、かつコンパクトなメタルハライドランプ 1を用いている。そのため、本実施形態の照明装置は、装置自体のコンパクト化が可能であり、かつ、安全性が高い。

[0108] なお、図 4に示した照明装置では、上記実施形態 3では、照明器具として、スポットライト用の下面開放型の照明器具 28を用いているが、本実施形態の照明装置はこれに限定されず、これ以外に公知の種々の照明器具を用いてもよい。この場合においても、図 4に示した照明装置と同様の作用効果が得られる。産業上の利用可能性

本発明のメタルハライドランプは、所望のランプ特性を有し、コンパクトで、かつ安全性が高いので、例えば、スポットライト用の下面開放型の照明器具に組み込まれる光源などの、コンパクトで高い安全性が要求される用途に適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 外管と、

前記外管内に配置され、少なくとも一方の端部に封止部を有し、石英ガラスからなる内管と、

前記内管内に配置された発光管と、を含み、

前記外管の最大外径を A (mm)、前記内管の最大外径を B (mm)、メタルハライドランプの消費電力を P (W)とした場合、下記の関係式を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。

0. 06P + 15. 8≤A≤25,

0. 05P + 9. 0≤B,

および 1 · 14≤Α/Β

但し、 Ρは、 20W≤P≤130Wである。

[2] 前記発光管の最大外径を C (mm)とした場合、関係式 0. 05P + 2. 2≤C≤0. 07

P + 5. 8を満たす請求項 1に記載のメタルハライドランプ。

[3] 前記内管内には窒素ガスが封入されており、前記内管内の温度が 25°Cのときに前記窒素ガス圧力は 20kPa以上である請求項 1に記載のメタルハライドランプ。

[4] 下面開放型の照明器具と、

前記照明器具に取り付けられた、請求項 1に記載のメタルハライドランプとを含むことを特徴とする照明装置。