JP2000243349A

JP2000243349A - メタルハライドランプ、放電ランプ点灯装置および照明装置

Info

Publication number: JP2000243349A
Application number: JP11040317A
Authority: JP
Inventors: Naoya Matsumoto; 直也松本; Kazuo Takita; 和雄瀧田; Shinji Inukai; 伸治犬飼; Shinji Atago; 慎司愛宕; Hisanori Sano; 久則佐野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】小形であってもランプ効率を所要の程度以上
に確保しながら、寿命を改善し、さらにはトータルコス
トを低減可能にできるメタルハライドランプ、これを用
いた放電ランプ点灯装置および照明装置を提供する。【解決手段】少なくとも点灯中下側に位置する封止部
の径を放電空間の中央部の外径より小さく形成した透光
性放電容器の内部に、少なくともＳｃ−Ｎａを含む発光
金属のハロゲン化物を水銀および希ガスとともに封入
し、ハロゲンとしてＩおよびＢｒをモル比（％）で１〜
５０、好ましくは１〜３０、最適には１〜２０に割合で
含み、管壁負荷が１０〜１７Ｗ／ｃｍ^２、定格ランプ電
力が７５〜１２５Ｗの発光管を具備しているメタルハラ
イドランプである。ランプ効率が７０ｌｍ／Ｗ以上、
光束維持率が８０％以上で、水銀灯安定器適合形のメタ
ルハライドランプが得られる。また、点灯３０００時
間までタングステン電極の侵食は見られない。さら
に、Ｎａの消失を大幅に抑制して立ち消え電圧の上昇を
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタルハライドラ
ンプ、これを用いた放電ランプ点灯装置および照明装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプは、高ランプ効率
で、しかも高演色であるという特徴を備えていて、広く
普及しているが、近年の省エネルギー指向の観点からさ
らなる高ランプ効率、長寿命への要求が大きくなってい
る。

【０００３】ランプ電力１００Ｗクラスの小形で、高ラ
ンプ効率、かつ高演色のメタルハライドランプが店舗な
どの低天井に多く用いられるようになってきている。

【０００４】従来のこのクラスのランプは発光金属にＤ
ｙを用いてその連続発光を利用するように構成されてい
るものが主流であるが、ランプ力率が悪いため専用安定
器を用いて点灯するものが多く、ランプ効率は７５ｌｍ
／Ｗ程度である。また、発光金属にＳｃ−Ｎａを用いて
いて平均演色評価数Ｒａを８０程度まで高めたものもあ
るが、これも専用安定器を用いる構成である。

【０００５】小形のメタルハライドランプにおいてもト
ータルコストが低くて、ランプ効率が高く、かつ光束維
持率特性の良好なものが要求されている。

【０００６】水銀灯安定器適合形に構成することによ
り、トータルコストを低減することができるが、そのた
めにはランプ力率をある程度高い値にする必要がある。
これは水銀灯安定器は二次電圧があまり高くないので、
寿命中のアークの立ち消えの問題が生じるからである。
この問題は、発光金属としてＳｃ−Ｎａを用いることに
より、再点弧電圧を低くして解決することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発光金属とし
てＳｃ−Ｎａを用いたメタルハライドランプは、石英ガ
ラス管の両端をそのままピンチシールした、いわゆるフ
ルプレスタイプであり、封止部が比較的大きいために、
最冷部温度が低くなる傾向にある。このため、発光金属
の蒸気圧が高くならないので、十分高いランプ効率を得
ることができない。特にランプ電力１００Ｗクラスの小
形のメタルハライドランプにおいては、製造設備などの
関係で封止部の大きさを比例的に小さくできないため
に、ランプ効率がさらに低くなる。たとえば、現在市販
されている発光金属にＳｃ−Ｎａを用いた水銀灯安定器
適合形の１００Ｗタイプにおいては、ランプ効率が７０
ｌｍ／Ｗである。

【０００８】また、発光金属にＮａを用いているメタル
ハライドランプを点灯すると、外管内の金属枠などの金
属部分が発光管から放射される特に短波長の光で照射さ
れることによって光電子を放出し、この光電子が発光管
の外面に付着して発光管の外面が負電位に帯電する、い
わゆる光電子効果によってＮａイオンが吸引されて発光
管内から消失する。このため、発光管内にフリーヨウ素
が増加してランプ電圧が上昇していき、ランプ力率が低
下していくために、立ち消え電圧が上昇して不点になる
という問題もある。

【０００９】本発明は、小形であってもランプ効率を所
要の程度以上に確保しながら、寿命を改善したメタルハ
ライドランプ、これを用いた放電ランプ点灯装置および
照明装置を提供することを目的とする。

【００１０】また、本発明は、トータルコストを低減し
た小形のメタルハライドランプ、これを用いた放電ラン
プ点灯装置および照明装置を提供することを他の目的と
する。

【００１１】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明のメタル
ハライドランプは、長手方向の両端が一対の封止部で、
それらの間に放電空間部があり、少なくとも点灯中下側
に位置する封止部の放電空間部側の径が放電空間部の長
手方向の中央部の外径より小さく形成されている石英ガ
ラスからなる透光性放電容器、透光性放電容器の封止部
に封装されて放電空間部内に臨在する一対の電極、なら
びに透光性放電容器内に封入された発光金属のハロゲン
化物、水銀および希ガスを含み、発光金属は少なくとも
ＳｃおよびＮａを含み、ハロゲンはＩおよびＢｒをモル
比Ｒ（％）が１≦Ｒ≦５０の範囲になるように含んでい
るイオン化媒体を備え、管壁負荷Ｇ（Ｗ／ｃｍ２）が１
０≦Ｇ≦１７で、定格ランプ電力が７５〜１２５Ｗの発
光管を具備していることを特徴としている。

【００１２】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。

【００１３】透光性放電容器は、石英ガラス管の両端を
ピンチシールにより封止するとともに、点灯中下側の封
止部の径を小さく整形した構造であることを許容する。
透光性放電容器をこのような構成にすることは、特開昭
５７−５３０６２号公報に開示されている。

【００１４】また、透光性放電容器は、放電空間部の両
端部近傍の内径が中央部の内径より小さい構造であって
もよい。このようにすることにより、封止部の電極根本
周辺部径を放電空間部の中央部の外径より小さくするこ
とができるからである。この場合の放電空間部の形状と
しては、たとえば回転楕円体、紡錘形、回転菱形体など
の形状を含む。なお、回転菱形体とは、一対の円錐体の
底面を接合して一体化した基本形状を有している形状を
いう。

【００１５】点灯中下に位置する封止部の径とは、封止
部の放電空間部に接合する部分すなわち基部の径をい
う。

【００１６】さらに、少なくとも点灯中下になる封止部
は、他方の封止部との相対関係において下になることを
意味しており、発光管が鉛直になるように規制されるも
のではない。したがって、発光管が適当な角度傾斜した
状態で点灯されるのであってもよい。

【００１７】一対の電極は、透光性放電容器両端の一対
の封止部に封装されて透光性放電容器の内部に臨在して
いて、電極の構造は、特に限定されないが、一般的には
タングステンの軸とその先端部に巻装されたタングステ
ンのコイルとによって構成される。

【００１８】透光性放電容器の両端の封止部は、ピンチ
シールによる構造を採用することができる。ピンチシー
ル構造の封止部には、内部にモリブデン箔が気密に埋設
され、モリブデン箔の一端に電極の軸の基端が溶接さ
れ、他端には導入線が溶接される。

【００１９】発光金属は、Ｓｃ−Ｎａ以外に他の金属を
副成分として含んでいてもよい。

【００２０】ハロゲンのうちＢｒのモル比Ｒが１％未満
であると、光束維持率改善の効果が十分でない。また、
５０％を超えていると、ランプ効率の低下が著しくな
る。

【００２１】管壁負荷Ｇは、石英ガラス管の両端をピン
チシールなどにより封止した発光管の場合には、定格ラ
ンプ電力（Ｗ）を電極間距離の対向する部分の放電空間
部の内表面積（ｃｍ２）で除した値で近似的に求めるこ
とができる。すなわち、透光性放電容器の内径を２ｒ
（ｃｍ）とし、電極間距離をｄ（ｃｍ）とし、定格ラン
プ電力をＷＬ（Ｗ）とすれば、管壁負荷はＷＬ／２πｒ
ｄ（Ｗ／ｃｍ２）である。また、放電空間部が回転楕円
体、紡錘形、回転菱形など非円筒状の形状の場合には、
定格ランプ電力（Ｗ）を放電空間部の全内表面積（ｃｍ
２）で除した値とする。たとえば、放電空間部が回転楕
円体形状である場合、楕円内表面の長軸径を２ａ、短軸
径を２ｂとすると、管壁負荷は、回転楕円体の表面積を
求める数式を用いて下式により近似できる。

【００２２】ＷＬ／｛２π〔ｂ２＋〈ａ２ｂ／（ａ２−
ｂ２）１／２〉ｃｏｓ−１ｂ／ａ〕｝発光管は、たとえば一般照明用として用いる場合のよう
に、必要に応じて外管内に収納することができる。この
場合、外管内は真空またはわずかな酸素分圧の真空に近
い雰囲気にすることができる。外管の一端または両端に
受電手段たとえば口金を装着することができる。なお、
口金が一端にのみ装着する片口金の場合、口金を点灯中
上にするか、下にするかは、専ら使用目的に応じて任意
に設定することができる。

【００２３】外管内にパルス発生装置を配設することが
できる。この場合のパルス発生装置は、それ自体が高電
圧パルスを発生するのではなく、主としてスイッチング
手段を含み、そのスイッチングによって安定器に流れる
電流の急激な遮断を行い、安定器のインダクタンスから
高電圧パルスを発生させて、発光管の電極に印加して、
発光管内を絶縁破壊してメタルハライドランプを始動さ
せるように作用するものであることを許容する。

【００２４】次に、本発明の作用について説明する。

【００２５】本発明においては、発光金属としてＳｃ−
Ｎａを用いているので、再点弧電圧を低くして水銀灯安
定器適合形に構成しやすくなる。

【００２６】また、透光性放電容器の点灯中下に位置す
る封止部の放電空間部側の径が放電空間部の中央部の外
径より小さくしたことにより、封止部の電極根本周辺部
側の断面積を小さくできる。これにより封止部の熱損失
が少なくなるので、最冷部の温度が上昇して発光金属ハ
ロゲン化物の蒸気圧が高くなり、ランプ効率が向上す
る。

【００２７】封止部の大きさを小さくして封止部の熱損
失を少なくする点については、既述のように特開昭５７
−５３０６２号公報に記載されているが、これだけでは
発光金属ハロゲン化物が高い蒸気圧を示すとともに、発
光管が小形であるため、早期に光束維持率が悪化してし
まう。

【００２８】本発明においては、さらにハロゲンとして
ＩおよびＢｒを前記の所定範囲の割合で封入することに
より、放電空間部内のハロゲンサイクルが活発化して光
束維持率が改善される。

【００２９】従来、メタルハライドランプにおいて臭化
物は、管壁温度で安定であることが知られているが、ア
ーク内においても安定であり過ぎる傾向がある。このた
め、発光金属の蒸気圧を高くするのが困難となる。

【００３０】また、Ｂｒは、タングステンの電極を侵食
することで知られている。

【００３１】以上の理由から、メタルハライドランプに
おいては、実際上ハロゲンとしてＢｒは使用されていな
かった。（第７回瀬戸内海光源研究会「メタルハライド
ランプの封入物」参照）これに対して、本発明において
は、前記したようにＢｒの封入比を適正化するととも
に、管壁負荷を相対的に高い範囲に設定したことによ
り、従来とほぼ同様のランプ効率を得ることができる。

【００３２】また、特筆すべきは電極のタングステンの
侵食についても、点灯３０００時間まで観測されていな
い。その理由は詳でないが、Ｂｒのハロゲンサイクルが
活発な領域は約１０００〜１５００（Ｋ）であるとされ
ているのに対して、本発明においては点灯中下に位置す
る封止部の電極周辺部側の断面積が相対的に小さくなっ
ていることから、封止部の温度が上昇し、これに伴って
最冷部温度が上昇するとともに、さらに加えて管壁温度
が相対的に大きいために、温度分布が改善されたものと
考える。

【００３３】そうして、本発明によれば、ランプ電力７
５Ｗ〜１２５Ｗにおいて、ランプ効率が７０Ｗ／ｃｍ２
以上でありながら光束維持率特性を改善して点灯２００
０時間で８０％以上のメタルハライドランプを得ること
ができる。

【００３４】また、本発明によれば、Ｂｒを封入するこ
とにより、Ｎａの消失に対しても効果的で、立ち消え電
圧上昇を抑制することができる。

【００３５】さらに、水銀灯安定器適合形として構成す
ることができるので、トータルコストを低減することが
できる。

【００３６】請求項２の発明のメタルハライドランプ
は、請求項１記載のメタルハライドランプにおいて、Ｂ
ｒをモル比Ｒ（％）が１≦Ｒ≦３０の範囲になるように
含んでいることを特徴としている。

【００３７】Ｂｒのモル比について、請求項１では一般
的な発明の成立範囲を規定しているのに対して、本発明
はＢｒのより好ましい封入比範囲を規定している。

【００３８】そうして、本発明によれば、ランプ効率が
８５ｌｍ／Ｗ以上でありながら光束維持率を改善して点
灯２０００時間で８０％以上のメタルハライドランプを
得ることができる。

【００３９】請求項３の発明のメタルハライドランプ
は、請求項１または２記載のメタルハライドランプにお
いて、Ｂｒをモル比Ｒ（％）が１≦Ｒ≦２０の範囲にな
るように含んでいることを特徴としている。

【００４０】本発明は、Ｂｒの最適な封入比範囲を規定
している。

【００４１】そうして、本発明によれば、ランプ効率が
９０ｌｍ／Ｗ以上でありながら光束維持率を改善して点
灯２０００時間で８０％以上のメタルハライドランプを
得ることができる。

【００４２】請求項４の発明のメタルハライドランプ
は、石英ガラスからなる透光性放電容器、透光性放電容
器に封装された一対の電極、ならびに透光性放電容器内
に封入された少なくとも発光金属のハロゲン化物および
希ガスを含み、発光金属は少なくともＮａを含み、ハロ
ゲンはＩおよびＢｒを含んでいるイオン化媒体を備えた
発光管を具備していることを特徴としている。

【００４３】イオン化媒体は、少なくとも発光金属とし
てＮａのハロゲン化物および希ガスを含んでいる。

【００４４】発光金属としては、少なくともＮａは用い
るのに加えて、所要により希土類金属好ましくはＳｃが
用いられる。

【００４５】ハロゲンは、ＩおよびＢｒを適当な割合で
封入することができるが、好適にはＢｒをモル比で１〜
３０％にする。

【００４６】さらに好適には、水銀をバッファガスとし
てイオン化媒体に加える。

【００４７】そうして、本発明においては、ハロゲンと
してＢｒをＩと併用することにより、ハロゲンサイクル
が活発化して発光管内面付近におけるＮａ原子やＮａイ
オンの存在確率が小さくなり、その結果Ｎａの消失が防
止される。これにより、フリーハロゲンが低減し、ラン
プ電圧の上昇を抑制するとともに、ランプ力率の変化が
少なくなるので、長寿命化が図れる。

【００４８】また、Ｂｒをモル比で１〜３０％の割合と
することにより、上記の効果が十分に得られるととも
に、ランプ効率の低下をＢｒを封入しない場合の９０％
以上に維持することができる。金属臭化物の蒸気圧は金
属ヨウ化物のそれより低いので、Ｂｒの封入割合が大き
い割にランプ効率の低下が少ない。

【００４９】さらに、本発明の作用は、定格ランプ電力
の大小に関係なく得られる。しかし、特に４００Ｗクラ
ス以下のメタルハライドランプに対して一層効果的であ
る。

【００５０】請求項５の発明の放電ランプ点灯装置は、
請求項１ないし４のいずれか一記載のメタルハライドラ
ンプと；二次電圧が２１０Ｖまたは２２０Ｖで、定格電
圧が１００Ｖまたは２００Ｖであり、交流電源およびメ
タルハライドランプの間に直列に介在する安定器と；を
具備していることを特徴としている。

【００５１】メタルハライドランプを水銀安定器適合形
に構成する場合には、これを点灯する安定器に水銀灯安
定器を用いる。したがって、高ランプ効率でありながら
長寿命の放電ランプ点灯装置を低いトータルコストで得
ることができる。

【００５２】請求項６の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体にメタルハライドランプが支持され
た請求項５記載の放電ランプ点灯装置と；を具備してい
ることを特徴としている。

【００５３】本発明において、「照明装置」とは、メタ
ルハライドランプの発光を何らかの目的で利用するあら
ゆる装置を含む概念であり、たとえば照明器具、移動体
用ヘッドライト、光ファイバー用光源装置、画像投射装
置、光化学装置などに用いることができる。なお、「照
明装置本体」とは、上記照明装置からメタルハライドラ
ンプを備えた放電ランプ点灯装置を除いた残余の部分を
いう。

【００５４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００５５】図１は、本発明のメタルハライドランプの
第１の実施形態における発光管を示す正面図である。

【００５６】発光管１は、透光性放電容器１ａ、一対の
電極１ｂ、図示しないイオン化媒体、モリブデン箔１ｃ
および導入線１ｄを備えている。

【００５７】透光性放電容器１ａは、石英ガラスからな
り、放電空間部１ａ１および一対の封止部１ａ２、１ａ
２を備えている。

【００５８】放電空間部１ａ１は、回転楕円体形状を備
えている。

【００５９】一対の封止部１ａ２、１ａ２は、放電空間
部１ａ１の回転楕円体形状の長軸の両端に接合されてい
る。

【００６０】一対の電極１ｂは、タングステンからな
り、軸１ｂ１とその先端部に巻装されたコイル１ｂ２と
を備えている。そして、軸１ｂ１の基端がそれぞれ封止
部１ａ２内に埋設され、モリブデン箔１ｃに溶接されて
いる。

【００６１】モリブデン箔１ｃは、封止部１ａ２内に気
密に埋設されている。

【００６２】導入線１ｄは、モリブデン箔１ｃに先端が
溶接され、封止部１ａ２から外部に導出されている。

【００６３】イオン化媒体は、発光金属のハロゲン化
物、希ガスおよび水銀からなる。

【００６４】発光金属のハロゲン化物は、ＳｃＩ３、Ｎ
ａＩおよびＮａＢｒである。

【実施例１】定格ランプ電圧：１００Ｗ発光金属のハロゲン化物：ＳｃＩ３＝１．７ｍｇ、Ｎａ
Ｉ＝８．３ｍｇ、ＮａＢｒ（臭素比（モル％）を表１〜
３に示すように変化させた。）希ガス：Ａｒ＝６６６６Ｐａ下側封止部の断面積：２０ｍｍ２管壁負荷：表１〜３に示すように変化させた。

【００６５】ランプ効率：表１に示す（単位：ｌｍ／
Ｗ）。

【００６６】光束維持率：点灯２０００時間の結果を表
２に示す（単位：％）。

【００６７】立ち消え電圧上昇値：表３に示す（単位：
Ｖ）。

【００６８】

【表１】Ｂｒ比(%) ０５１５２０３０５０２１W／cm２ 90 98.1 95.3 93.0 91 89 １７W／cm２ 96.4 96 91.9 90 87 84.2 １０W／cm２ 94.4 93.3 90 88 85 70.2 ７W／cm２ 85.9 79.7 72.4 70

【００６９】

【表２】Ｂｒ比(%) ０１１５２０３０５０２１W／cm２ 60 63.1 70.6 75.7 77 80 １７W／cm２ 73 80 85 90 90 91 １０W／cm２ 75 85 92 95 95 98 ７W／cm２ 80 88.4 98 98

【００７０】

【表３】Ｂｒ比(%) ００．５１１２１５２０３０５０２１W／cm２ 6.85 7 3 1 1 0 1 -1.3 １７W／cm２ 5.73 5 1 2 0.55 0 1 0 １０W／cm２ 2 4 0 -1 1 -1 -1 0 ７W／cm２ 3 3 -1 -1 0 -1 図２は、本発明のメタルハライドランプの第１の実施形
態におけるＢｒ比に対するランプ効率の変化を示すグラ
フである。

【００７１】図３は、同じくＢｒ比に対する光束維持率
の変化を示すグラフである。

【００７２】図４は、同じくＢｒ比に対する立ち消え電
圧上昇の変化を示すグラフである。

【００７３】各図において、横軸はＢｒ比（モル％）
を、縦軸は図２がランプ効率（ｌｍ／Ｗ）を、図３が光
束維持率（％）を、図４が立ち消え電圧上昇（Ｖ）を、
それぞれ示す。

【００７４】なお、図２は表１のデータに基づいて、図
３は表２のデータに基づいて、図４は表３のデータに基
づいて、それぞれ作成したものである。また、図中曲線
Ａは管壁負荷２１Ｗ／ｃｍ２、曲線Ｂは管壁負荷１７Ｗ
／ｃｍ２、曲線Ｃは管壁負荷１０Ｗ／ｃｍ２、曲線Ｄは
管壁負荷７Ｗ／ｃｍ２の場合を、それぞれ示す。

【００７５】また、立ち消え電圧は、毎秒６Ｖずつ印加
電圧を低下させて測定している。

【００７６】各図から、管壁負荷１０および１７Ｗ／ｃ
ｍ２の場合に、Ｂｒが１ないし５０％の範囲でランプ効
率、光束維持率および立ち消え電圧のいずれにおいても
効果的であることが分かる。

【００７７】また、Ｂｒが１〜３０％において、好まし
い効果が得られることが分かる。

【００７８】さらに、Ｂｒが１〜２０％の範囲におい
て、最適な効果が得られることが分かる。

【００７９】図５は、本発明の第２の実施形態における
発光管を拡大して示す拡大正面図である。

【００８０】図において、図１と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【００８１】本実施形態は、下側封止部１ａ３の断面積
を所定範囲に小さく整形しており、断面が円形をなして
いる。

【００８２】また、下側封止部における電極１ｂの放電
空間部１ａ内への突出長を短く設定している。

【００８３】そうして、下側封止部１ａ３を上記のよう
に構成していることにより、最冷部温度が上昇して発光
金属のハロゲン化物の蒸気圧が高くなり、ランプ効率が
向上する。そして、ハロゲンとしてＩおよびＢｒを封入
したことにより、光束維持率が改善される。

【００８４】図６は、本発明のメタルハライドランプの
第３の実施形態を示す正面図である。

【００８５】図７は、同じく発光管を拡大して示す拡大
正面図である。

【００８６】各図において、１は発光管、２は外管、３
は口金、４は下部支持構体、５は上部支持構体、６は接
続導体、７はパルス発生装置である。

【００８７】発光管１は、透光性放電容器１ａ、一対の
電極１ｂ、図示しないイオン化媒体、モリブデン箔１ｃ
および導入線１ｄを備えている。

【００８８】透光性放電容器１ａは、石英ガラス管の両
端を封止して構成され、放電空間部１ａ１および一対の
封止部１ａ２、１ａ３を備えている。なお、１ａ１１
は、排気チップオフ部である。

【００８９】封止部１ａ２は、点灯中上側となり、放電
空間部１ａ１の上端部が半球状をなすようにピンチシー
ルにより形成されている。すなわち、放電空間部１ａ１
の内径を２ｒとし、半球状部分の深さをｌとしたとき、
ｒ＝ｌになっている。

【００９０】封止部１ａ３は、点灯中下側に位置し、放
電空間部１ａ１の下端部が切頭円錐形状をなすようにピ
ンチシールにより形成されている。そして、切頭円錐形
状の開角が７０゜に設定されている。

【００９１】一対の電極１ｂは、タングステンからな
り、軸１ｂ１とその先端部に巻装されたコイル１ｂ２と
を備えている。そして、軸１ｂ１の基端がそれぞれ封止
部１ａ２、１ａ３内に埋設され、モリブデン箔１ｃに溶
接されている。

【００９２】モリブデン箔１ｃは、封止部１ａ２、１ａ
３内に気密に埋設されている。

【００９３】導入線１ｄは、モリブデン箔１ｃに先端が
溶接され、封止部１ａ２、１ａ３から外部に導出されて
いる。

【００９４】イオン化媒体は、少なくともＮａを含む発
光金属のハロゲン化物、希ガスおよび水銀からなる。ハ
ロゲンは、ＩおよびＢｒである。

【００９５】外管２は、硬質ガラスからなり、ネック部
にフレアステム２ａを封着して備えている。フレアステ
ム２ａは、一対の導入線２ａ１、２ａ２を気密に導入し
ている。

【００９６】口金３は、Ｅ２６形口金であり、外管２の
ネック部２ａに固着され、一対の導入線２ａ１、２ａ２
の一方がシェル部に、他方がセンターコンタクトに、そ
れぞれ接続している。

【００９７】下部支持構体４は、発光管１の下部を支持
するとともに、下側の電極１ｂに電気的に接続するもの
で、枠形導体４ａおよび金属バンド４ｂを備えている。

【００９８】枠形導体４ａは、導入線２ａ１に溶接され
ている。発光管１の下部の導入線１ｄは、枠形導体４ａ
に溶接されている。

【００９９】金属バンド４ｂは、封止部１ａ３を抱持す
ることにより、発光管１の下側を支持するとともに、枠
形導体４ａに溶接されている。

【０１００】上部支持構体５は、枠形導体５ａ、金属バ
ンド５ｂおよびスプリング片５ｃを備えている。

【０１０１】金属バンド５ｂは、封止部１ａ２を抱持す
ることにより、発光管１の上側を支持するとともに、枠
形導体５ａに溶接されている。

【０１０２】スプリング片５ｃは、基端が枠形導体５ａ
に溶接され、先端が外管２の頂部内面に対して弾力的に
当接して上部支持構体５を外管２内の所定の位置に保持
する。

【０１０３】発光管１の上部の導入線１ｄは、枠形導体
５ａに溶接されている。

【０１０４】接続導体６は、下端が導入線２ａ２に溶接
され、中間が外管２の内面側に沿って湾曲して延在する
とともに、上端が上部支持構体５の枠形導体５ａに溶接
されている。

【０１０５】パルス発生装置７は、バイメタル接点７ａ
および点灯管７ｂを直列に備え、始動時にのみ作動して
図示しない安定器と協働して高電圧パルスを発生して、
発光管１に印加する。

【０１０６】バイメタル接点７ａは、図示の部分がセラ
ミックス基板であり、この基板の背面に装着されてい
る。

【０１０７】図８は、本発明のメタルハライドランプの
第２の実施形態における点灯時間に対する立ち消え電圧
の変化を比較例のそれとともに示すグラフである。

【０１０８】図９は、同じく点灯時間に対するランプ力
率の変化を比較例のそれとともに示すグラフである。

【０１０９】各図において、横軸は点灯時間（ｈ）を、
縦軸は図８が立ち消え電圧（Ｖ）を、図９がランプ力率
（％）を、それぞれ示す。

【０１１０】図中、曲線Ｅは本実施形態、曲線Ｆは比較
例である。なお、比較例は、ハロゲンがＩのみである以
外は同一仕様のメタルハライドランプである。

【０１１１】本発明によれば、Ｂｒを含むことにより、
寿命中の立ち消え電圧の上昇が少なくて、ランプ力率の
変化が少ないことが各図から理解できる。

【実施例２】定格ランプ電力：４００Ｗ金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３＋ＮａＩ＝３０ｍｇ、Ｎａ
Ｂｒ＝２．７ｍｇＢｒ／（Ｉ＋Ｂｒ）＝０．１１４電極間距離：３６ｍｍ発光管内径：２０ｍｍ図１０は、実施例２を含み、さらにＢｒの比率を変化さ
せたときのランプ効率の変化を示すグラフである。

【０１１２】図において、横軸はＢｒ／（Ｉ＋Ｂｒ）
を、縦軸はランプ効率（相対値）を、それぞれ示す。

【０１１３】図から理解できるように、Ｂｒの封入比率
が増加するにしたがってランプ効率が低下するが、Ｂｒ
／（Ｉ＋Ｂｒ）が０．３以下であれば、Ｂｒを封入しな
いときの９０％以上を確保できる。

【０１１４】図１１は、実施例２を含み、さらにＢｒの
比率の異なるメタルハライドランプについて点灯時間に
対する立ち消え電圧の変化を比較例のそれとともに示す
グラフである。

【０１１５】図１２は、同じく点灯時間に対するランプ
力率の変化を比較例のそれとともに示すグラフである。

【０１１６】各図において、横軸は点灯時間（ｈ）を、
縦軸は図１１が立ち消え電圧（Ｖ）を、図１２がランプ
力率（％）を、それぞれ示す。なお、比較例は、Ｉのみ
でＢｒを封入していない以外同一仕様のメタルハライド
ランプである。

【０１１７】図中、曲線ＧはＢｒ／（Ｉ＋Ｂｒ）が０．
０１、曲線Ｈは同じく０．０４、曲線Ｉは同じく０．１
１、曲線Ｊは同じく０．１４、曲線Ｋは比較例である。

【０１１８】Ｂｒを封入したことにより、立ち消え電圧
上昇が少なくなり、また封入比率が大きいほど立ち消え
電圧上昇が少ないことが分かる。

【０１１９】同様に、Ｂｒを封入したことにより、ラン
プ力率の変化が少なくなり、また封入比率が大きいほど
変化が少ない。

【０１２０】図１３は、本発明の放電ランプ点灯装置の
一実施形態を示す回路図である。

【０１２１】図において、図６同一部分については同一
符号を付して説明は省略する。また、図中、１１は交流
電源、１２は水銀灯用安定器、１３はメタルハライドラ
ンプである。

【０１２２】交流電源１１は、商用２００Ｖ電源であ
る。

【０１２３】水銀灯用安定器１２は、チョークコイル１
２ａおよび力率改善用コンデンサ１２ｂから構成されて
いる。

【０１２４】チョークコイル１２ａは、交流電源１１に
対して、限流インピーダンスとしてメタルハライドラン
プ１３と直列に接続される。

【０１２５】力率改善用コンデンサ１２ｂは、交流電源
１１に対して、チョークコイル１２ａおよびメタルハラ
イドランプ１３の直列回路と並列に接続されて、そこを
流れる進相電流によって遅相の始動電流を相殺して低始
動電流化を図る。

【０１２６】メタルハライドランプ１３は、本発明の各
実施形態のものを用いる。

【０１２７】図１４は、本発明の照明装置の一実施形態
としてのダウンライトを示す断面図である。

【０１２８】図において、２１はダウンライト本体、２
２はランプソケット、２３はメタルハライドランプであ
る。

【０１２９】ダウン来と本体２１は、枠体２１ａおよび
反射板２１ｂを備えている。

【０１３０】枠体２１ａは、天井に装着される。

【０１３１】反射板２１ｂは、枠体２１ａ内に着脱可能
に装着される。

【０１３２】ランプソケット２２は、枠体２１ａに装着
される。

【０１３３】メタルハライドランプ２３は、本発明の各
実施形態のものを用いる。

【０１３４】

【発明の効果】請求項１ないし３の各発明によれば、点
灯中下側に位置する封止部の径を放電空間部の中央部の
外径より小さくした透光性放電容器の放電空間部に発光
金属としてＳｃ−Ｎａを含み、ハロゲンとしてＩおよび
Ｂｒをモル比（％）で１〜５０になるように含んでいる
とともに、管壁負荷が１０〜１７Ｗ／ｃｍ２で、ランプ
電力が７５〜１２５Ｗの発光管を具備していることによ
り、ランプ効率が高く、しかも光束維持特性が優れると
ともに、水銀灯安定器適合形にしてトータルコストの低
減を図ることが可能になるランプ電力が１００Ｗクラス
のメタルハライドランプを提供することができる。

【０１３５】請求項２の発明によれば、加えてＢｒのモ
ル比（％）が１〜３０であることにより、ランプ効率が
８５ｌｍ／Ｗ以上、光束維持率が点灯２０００時間で８
０％以上のメタルハライドランプを提供することができ
る。

【０１３６】請求項３の発明によれば、加えてＢｒのモ
ル比（％）が１〜２０であることにより、ランプ効率が
９０ｌｍ／Ｗ以上、点灯２０００時間の光束維持率８０
％以上のメタルハライドランプを提供することができ
る。

【０１３７】請求項４の発明によれば、発光金属として
Ｎａを含み、ハロゲンとしてＩおよびＢｒを封入するこ
とにより、Ｎａの消失が抑制されて、立ち消え電圧の上
昇およびランプ力率の変化が少なくて長寿命化を図った
メタルハライドランプを提供することができる。

【０１３８】請求項５の発明によれば、二次電圧が２１
０ＶまたＨ２２０Ｖで、定格電圧が１００Ｖまたは２０
０Ｖの安定器を具備していることにより、水銀灯安定器
で点灯可能なコストの低い放電ランプ点灯装置を提供す
ることができる。

【０１３９】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
４の効果を有する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタルハライドランプの第１の実施形
態における発光管を拡大してを示す拡大正面図

【図２】本発明のメタルハライドランプの第１の実施形
態におけるＢｒ比に対するランプ効率の変化を示すグラ
フ

【図３】同じくＢｒ比に対する光束維持率の変化を示す
グラフ

【図４】同じくＢｒ比に対する立ち消え電圧上昇の変化
を示すグラフ

【図５】本発明の第２の実施形態における発光管を拡大
して示す拡大正面図

【図６】本発明のメタルハライドランプの第３の実施形
態を示す正面図

【図７】同じく発光管を拡大して示す拡大正面図

【図８】本発明のメタルハライドランプの第２の実施形
態における点灯時間に対する立ち消え電圧の変化を比較
例のそれとともに示すグラフ

【図９】同じく点灯時間に対するランプ力率の変化を比
較例のそれとともに示すグラフ

【図１０】実施例２を含み、さらにＢｒの比率を変化さ
せたときのランプ効率の変化を示すグラフ

【図１１】実施例２を含み、さらにＢｒの比率の異なる
メタルハライドランプについて点灯時間に対する立ち消
え電圧の変化を比較例のそれとともに示すグラフ

【図１２】同じく点灯時間に対するランプ力率の変化を
比較例のそれとともに示すグラフ

【図１３】本発明の放電ランプ点灯装置の一実施形態を
示す回路図

【図１４】本発明の照明装置の一実施形態としてのダウ
ンライトを示す断面図

【符号の説明】

１…発光管１ａ…透光性放電容器１ａ１…放電空間部１ａ２…封止部１ｂ…電極１ｂ１…軸１ｂ２…コイル１ｃ…モリブデン箔１ｄ…導入線

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月１１日（１９９９．３．１
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】メタルハライドランプ、放電ランプ点灯
装置および照明装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００７】

【００１１】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明のメタル
ハライドランプは、長手方向の両端が一対の封止部で、
それらの間に放電空間部があり、少なくとも点灯中下側
に位置する封止部の放電空間部側の径が放電空間部の長
手方向の中央部の外径より小さく形成されている石英ガ
ラスからなる透光性放電容器、透光性放電容器の封止部
に封装されて放電空間部内に臨在する一対の電極、なら
びに透光性放電容器内に封入された発光金属のハロゲン
化物、水銀および希ガスを含み、発光金属は少なくとも
ＳｃおよびＮａを含み、ハロゲンはＩおよびＢｒをモル
比Ｒ（％）が１≦Ｒ≦５０の範囲になるように含んでい
るイオン化媒体を備え、管壁負荷Ｇ（Ｗ／ｃｍ^２）が１
０≦Ｇ≦１７で、定格ランプ電力が７５〜１２５Ｗの発
光管を具備していることを特徴としている。

【００２１】管壁負荷Ｇは、石英ガラス管の両端をピン
チシールなどにより封止した発光管の場合には、定格ラ
ンプ電力（Ｗ）を電極間距離の対向する部分の放電空間
部の内表面積（ｃｍ^２）で除した値で近似的に求めるこ
とができる。すなわち、透光性放電容器の内径を２ｒ
（ｃｍ）とし、電極間距離をｄ（ｃｍ）とし、定格ラン
プ電力をＷＬ（Ｗ）とすれば、管壁負荷はＷＬ／２πｒ
ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）である。また、放電空間部が回転楕円
体、紡錘形、回転菱形など非円筒状の形状の場合には、
定格ランプ電力（Ｗ）を放電空間部の全内表面積（ｃｍ
^２）で除した値とする。たとえば、放電空間部が回転楕
円体形状である場合、楕円内表面の長軸径を２ａ、短軸
径を２ｂとすると、管壁負荷は、回転楕円体の表面積を
求める数式を用いて下式により近似できる。

【００２２】ＷＬ／｛２π〔ｂ^２＋〈ａ^２ｂ／（ａ^２−
ｂ^２）^１／２〉ｃｏｓ^−１ｂ／ａ〕｝発光管は、たとえば一般照明用として用いる場合のよう
に、必要に応じて外管内に収納することができる。この
場合、外管内は真空またはわずかな酸素分圧の真空に近
い雰囲気にすることができる。外管の一端または両端に
受電手段たとえば口金を装着することができる。なお、
口金が一端にのみ装着する片口金の場合、口金を点灯中
上にするか、下にするかは、専ら使用目的に応じて任意
に設定することができる。

【００２４】次に、本発明の作用について説明する。

【００３３】そうして、本発明によれば、ランプ電力７
５Ｗ〜１２５Ｗにおいて、ランプ効率が７０Ｗ／ｃｍ^２
以上でありながら光束維持率特性を改善して点灯２００
０時間で８０％以上のメタルハライドランプを得ること
ができる。

【００５４】

【００６４】発光金属のハロゲン化物は、ＳｃＩ_３、Ｎ
ａＩおよびＮａＢｒである。

【実施例１】定格ランプ電圧：１００Ｗ発光金属のハロゲン化物：ＳｃＩ_３＝１．７ｍｇ、Ｎａ
Ｉ＝８．３ｍｇ、ＮａＢｒ（臭素比（モル％）を表１〜
３に示すように変化させた。）希ガス：Ａｒ＝６６６６Ｐａ下側封止部の断面積：２０ｍｍ^２管壁負荷：表１〜３に示すように変化させた。

【００６８】

【表１】Ｂｒ比(%) ０５１５２０３０５０２１W／cm^２ 90 98.1 95.3 93.0 91 89 １７W／cm^２ 96.4 96 91.9 90 87 84.2 １０W／cm^２ 94.4 93.3 90 88 85 70.2 ７W／cm^２ 85.9 79.7 72.4 70

【００６９】

【表２】Ｂｒ比(%) ０１１５２０３０５０２１W／cm^２ 60 63.1 70.6 75.7 77 80 １７W／cm^２ 73 80 85 90 90 91 １０W／cm^２ 75 85 92 95 95 98 ７W／cm^２ 80 88.4 98 98

【００７０】

【表３】Ｂｒ比(%) ００．５１１２１５２０３０５０２１W／cm^２ 6.85 7 3 1 1 0 1 -1.3 １７W／cm^２ 5.73 5 1 2 0.55 0 1 0 １０W／cm^２ 2 4 0 -1 1 -1 -1 0 ７W／cm^２ 3 3 -1 -1 0 -1 図２は、本発明のメタルハライドランプの第１の実施形
態におけるＢｒ比に対するランプ効率の変化を示すグラ
フである。

【００７４】なお、図２は表１のデータに基づいて、図
３は表２のデータに基づいて、図４は表３のデータに基
づいて、それぞれ作成したものである。また、図中曲線
Ａは管壁負荷２１Ｗ／ｃｍ^２、曲線Ｂは管壁負荷１７Ｗ
／ｃｍ^２、曲線Ｃは管壁負荷１０Ｗ／ｃｍ^２、曲線Ｄは
管壁負荷７Ｗ／ｃｍ^２の場合を、それぞれ示す。

【００７６】各図から、管壁負荷１０および１７Ｗ／ｃ
ｍ^２の場合に、Ｂｒが１ないし５０％の範囲でランプ効
率、光束維持率および立ち消え電圧のいずれにおいても
効果的であることが分かる。

【実施例２】定格ランプ電力：４００Ｗ金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３＋ＮａＩ＝３０ｍｇ、Ｎａ
Ｂｒ＝２．７ｍｇＢｒ／（Ｉ＋Ｂｒ）＝０．１１４電極間距離：３６ｍｍ発光管内径：２０ｍｍ図１０は、実施例２を含み、さらにＢｒの比率を変化さ
せたときのランプ効率の変化を示すグラフである。

【０１２２】交流電源１１は、商用２００Ｖ電源であ
る。

【０１３０】枠体２１ａは、天井に装着される。

【０１３４】

【発明の効果】請求項１ないし３の各発明によれば、点
灯中下側に位置する封止部の径を放電空間部の中央部の
外径より小さくした透光性放電容器の放電空間部に発光
金属としてＳｃ−Ｎａを含み、ハロゲンとしてＩおよび
Ｂｒをモル比（％）で１〜５０になるように含んでいる
とともに、管壁負荷が１０〜１７Ｗ／ｃｍ^２で、ランプ
電力が７５〜１２５Ｗの発光管を具備していることによ
り、ランプ効率が高く、しかも光束維持特性が優れると
ともに、水銀灯安定器適合形にしてトータルコストの低
減を図ることが可能になるランプ電力が１００Ｗクラス
のメタルハライドランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図７】同じく発光管を拡大して示す拡大正面図

【符号の説明】１…発光管１ａ…透光性放電容器１ａ１…放電空間部１ａ２…封止部１ｂ…電極１ｂ１…軸１ｂ２…コイル１ｃ…モリブデン箔１ｄ…導入線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者犬飼伸治東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者愛宕慎司東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者佐野久則東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 QQ03 QQ14 QQ34 QQ35 RR04 SS03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向の両端が一対の封止部で、それら
の間に放電空間部があり、少なくとも点灯中下側に位置
する封止部の放電空間側の径が放電空間部の長手方向の
中央部の外径より小さく形成されている石英ガラスから
なる透光性放電容器、透光性放電容器の封止部に封装さ
れて放電空間部内に臨在する一対の電極、ならびに透光
性放電容器内に封入された発光金属のハロゲン化物、水
銀および希ガスを含み、発光金属は少なくともＳｃおよ
びＮａを含み、ハロゲンはＩおよびＢｒをモル比Ｒ
（％）が１≦Ｒ≦５０の範囲になるように含んでいるイ
オン化媒体を備え、管壁負荷Ｇ（Ｗ／ｃｍ２）が１０≦
Ｇ≦１７で、定格ランプ電力が７５〜１２５Ｗの発光管
を具備し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】Ｂｒをモル比Ｒ（％）が１≦Ｒ≦３０の範
囲になるように含んでい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３】Ｂｒをモル比Ｒ（％）が１≦Ｒ≦２０の範
囲になるように含んでいることを特徴とする請求項１ま
たは２記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】石英ガラスからなる透光性放電容器、透光
性放電容器に封装された一対の電極、ならびに透光性放
電容器内に封入された少なくとも発光金属のハロゲン化
物および希ガスを含み、発光金属は少なくともＮａを含
み、ハロゲンはＩおよびＢｒを含んでいるイオン化媒体
を備えた発光管を具備していることを特徴とするメタル
ハライドランプ。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか一記載のメタ
ルハライドランプと；二次電圧が２１０Ｖまたは２２０
Ｖで、定格電圧が１００Ｖまたは２００Ｖであり、交流
電源およびメタルハライドランプの間に直列に介在する
安定器と；を具備していることを特徴とする放電ランプ
点灯装置。
【請求項６】照明装置本体と；照明装置本体にメタルハ
ライドランプが支持された請求項５記載の放電ランプ点
灯装置と；を具備していることを特徴とする照明装置。