(57)【要約】【課題】耐水圧を向上することができる水中灯用放電ランプの提供。【解決手段】水中灯用放電ランプ１は、発光管１０と、発光管１０を内方に収容する外管２０とを備え、外管２０は、中心軸Ｐを含む断面において、発光管１０の当該中心軸Ｐ方向の一端から他端に亘って発光管１０の周囲に配置される発光管対応部２１の外縁形状が、直線である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管と、
前記発光管を内方に収容する外管とを備え、
前記外管は、中心軸を含む断面において、前記発光管の当該中心軸方向の一端から他端に亘って前記発光管の周囲に配置される発光管対応部の外縁形状が、直線である
水中灯用放電ランプ。
【請求項２】
前記発光管の中央部分において、前記発光管の外径に対する前記発光管の外面と前記外管の内面との距離の比が、０．１よりも大きく０．５よりも小さい
請求項１に記載の水中灯用放電ランプ。
【請求項３】
前記外管は、肉厚が、前記外管の外径に０．０２を乗じて０．０２ｍｍを加えた値以上である
請求項１または２に記載の水中灯用放電ランプ。
【請求項４】
前記外管の前記発光管対応部は、肉厚の最大値から最小値を差し引いた値の平均肉厚に対する比が、０．３以下である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中灯用放電ランプ。
【請求項５】
前記外管は、口金に接続されるステム収容部と、前記発光管対応部と前記ステム収容部との間に配置される中間部とを有し、前記中心軸を含む断面において、前記発光管対応部及び前記中間部の外縁形状が、直線である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水中灯用放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中灯用放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
水中で使用される集魚灯等に用いられる水中灯用放電ランプにおいては、発光管と、発光管を内方に収容する外管とを備えたものが知られている。そして、従来、このような水中灯用放電ランプにおいて、高出力で点灯しても破損しない安価な構成として、外管（外球）の最大外径と平均肉厚とを所定範囲に規定したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、水中灯用放電ランプにおいては、深海用仕様に向けて、より一層の耐水圧の向上が望まれている。つまり、上記従来の水中灯用放電ランプにおいては、１５０ｍ〜３００ｍ程度の水深が想定されているが、この水深を超えるような深さでも適用可能とするために、さらなる耐水圧の向上を図る必要がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、耐水圧を向上することができる水中灯用放電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】
【０００６】
本発明の一態様に係る水中灯用放電ランプは、発光管と、前記発光管を内方に収容する外管とを備え、前記外管は、中心軸を含む断面において、前記発光管の当該中心軸方向の一端から他端に亘って前記発光管の周囲に配置される発光管対応部の外縁形状が、直線である。
【発明の効果】
【０００７】
耐水圧を向上することができる水中灯用放電ランプが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る水中灯用放電ランプの構成を示す概念図である。
【図２】図１における水中灯用放電ランプの外管の構成を概念的に示す断面図である。
【図３】図２における発光管及び外管のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す概念図である。
【図４】実施形態に係る水中灯用放電ランプの水中点灯試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る水中灯用放電ランプについて説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、以下の各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
【００１０】
本発明者は、水中灯用放電ランプにおいて、深海用仕様に向けてさらなる耐水圧の向上を図るために、外管の形状に着目した。つまり、本発明者は、外管の発光管周囲に、径が変化している部分があると、当該部分に応力が集中し、外管の耐水圧の向上を妨げている懸念があると考えた。すなわち、外管は、通常、発光管からの熱による破損を防止するために、窄め加工等により発光管周囲の外径を大きくしている。このため、外管に外から大きな水圧がかかると、この窄め加工等によって径が変化している部分で応力集中が起こり、破損に至る場合があった。特に、当該窄め加工によって、径が変化している部分の肉厚が薄くなることがあり、低い水圧でも破損することがあった。
【００１１】
このため、本発明者は、外管の発光管周囲の径を一定にすることで、上記懸念を払拭できると考えた。すなわち、外管の発光管周囲の径を一定にすることで、応力集中する箇所を分散することができるため、外管の耐水圧を向上することができると考えた。
【００１２】
よって、本発明者は、この構成により、水中灯用放電ランプにおいて、耐水圧を向上することができることを見出した。以下に、詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る水中灯用放電ランプ１の構成を示す概念図である。
【００１４】
水中灯用放電ランプ１は、例えば、高圧水銀蒸気中にメタルハライド（金属ハロゲン化物）を添加して、当該メタルハライドのアーク放電による発光を利用した、いわゆるメタルハライドランプである。特に、水中灯用放電ランプ１は、例えば水深３５０ｍ（耐水圧３．５ＭＰａ）以上、あるいは、水深４００ｍ（耐水圧４ＭＰａ）または５００ｍ（耐水圧５ＭＰａ）以上の、例えば最大出力８ｋＷ〜１０ｋＷの深海用のランプである。具体的には、図１に示すように、水中灯用放電ランプ１は、一対の電極１１を有する発光管１０と、発光管１０を保持する保持部材１２と、発光管１０及び保持部材１２を内方に収容する外管２０と、外管２０に接続される口金３０とを備えている。
【００１５】
発光管１０は、例えば、石英ガラスで構成された円筒状の部材である。また、発光管１０の両端に設けられた一対の電極１１は、例えば、タングステン等の耐熱性金属で構成された棒状体である電極芯と、当該電極芯の先端部に巻回されたタングステン等の耐熱性金属で構成されたコイルとをそれぞれ有している。
【００１６】
また、発光管１０内部には、例えば、水銀と、主発光金属（Ｔｌ、Ｎａ、Ｉｎ、Ｓｃ等）と、ハロゲンとしての沃素とが封入され、さらにアルゴン等の始動用の希ガスが封入される。なお、主発光金属及びハロゲンは、例えば、ＴｌＩ等の金属ハロゲン化物の形で発光管１０内に封入できる。
【００１７】
外管２０は、例えば、硬質ガラスまたは石英ガラスで構成された円筒状の部材である。以下に、外管２０の構成について、詳細に説明する。図２は、図１における水中灯用放電ランプ１の外管２０の構成を概念的に示す断面図である。なお、図２では、説明の便宜のため、水中灯用放電ランプ１の発光管１０及び外管２０以外の構成を省略し、外管２０の中心軸Ｐを含む平面（同図ではＸＺ平面）で切断して、発光管１０及び外管２０（同図ではステム収容部２２以外の部分）の断面を概念的に示している。
【００１８】
図２に示すように、外管２０は、発光管１０の周囲に配置される発光管対応部２１と、口金３０に接続されるステム収容部２２と、発光管対応部２１とステム収容部２２との間に配置される第一中間部２３と、先端部２４と、発光管対応部２１と先端部２４との間に配置される第二中間部２５とを有している。
【００１９】
発光管対応部２１は、発光管１０の中心軸Ｐ方向の一端から他端に亘って発光管１０の周囲に配置される部位である。具体的には、発光管対応部２１は、中心軸Ｐと垂直な方向（例えば、Ｙ軸方向またはＺ軸方向）から見た場合に、外管２０のうちの発光管１０の一端と重なる位置から他端と重なる位置までに亘る、円筒状かつＸ軸方向に長尺状の部分である。つまり、発光管対応部２１は、中心軸Ｐを含む断面において、外縁形状（外縁２１ａの形状）が、直線である。具体的には、発光管対応部２１の外縁２１ａの形状は、中心軸Ｐに平行な直線である。
【００２０】
なお、中心軸Ｐは、本実施の形態では、外管２０の中心軸としているが、発光管１０の中心軸でもよいし、水中灯用放電ランプ１の中心軸でもよい。また、中心軸Ｐ方向とは、当該中心軸Ｐが延びる方向であり、同図ではＸ軸方向である。また、発光管対応部２１の外縁２１ａの形状が直線とは、例えば、Ｘ軸方向の長さに対してＸ軸方向と直交する方向（同図ではＺ軸方向）の変位が１％、好ましくは０．３％までの線を許容する概念である。また、外縁２１ａと中心軸Ｐとが平行とは、例えば、外縁２１ａと中心軸Ｐとのなす角が１°までを許容する概念である。
【００２１】
このように、本実施形態に係る水中灯用放電ランプ１において、外管２０の発光管対応部２１は、凹み（湾曲部分）のないストレートな形状を有しているため、応力集中する箇所を分散させることができ、耐水圧を向上させることができる。
【００２２】
また、ステム収容部２２は、外管２０の基端部に配置された、ステムが収容される部位であり、第一中間部２３と溶着により接合されている。また、先端部２４は、外管２０の先端部に配置された部位であり、中心軸Ｐを含む断面において、外縁形状（外縁２４ａの形状）が、円弧状（半円形状）を有している。なお、外管２０が石英ガラス製の場合には、先端部２４には、ガス排気及び置換用の小径のガラス管（チップ管）が取り付けられる。
【００２３】
また、第一中間部２３は、発光管対応部２１からステム収容部２２まで延びる円筒状の部位であり、第二中間部２５は、発光管対応部２１から先端部２４まで延びる円筒状の部位である。つまり、発光管対応部２１、第一中間部２３及び第二中間部２５は、中心軸Ｐを含む断面において、外縁形状（外縁２１ａ、２３ａ及び２５ａの形状）が、直線である。具体的には、外縁２１ａ、２３ａ及び２５ａの形状は、中心軸Ｐに平行な直線である。なお、この外縁形状が直線とは、上記の発光管対応部２１の外縁形状が直線の場合と同様のずれを許容する。つまり、例えば、Ｘ軸方向に延びる外縁２５ａ、２１ａ及び２３ａの合計長さに対して、Ｘ軸方向と直交する方向（同図ではＺ軸方向）の変位が１％、好ましくは０．３％までの線を許容する。
【００２４】
このように、本実施形態に係る水中灯用放電ランプ１においては、発光管対応部２１のみではなく、第一中間部２３及び第二中間部２５も含めて、外管２０のステム収容部２２と先端部２４との間を凹み（湾曲部分）のないストレートな形状にすることで、さらに耐水圧を向上させることができる。なお、このような外管２０は、先端部２４と第二中間部２５と発光管対応部２１と第一中間部２３とからなる部材に、ステム収容部２２を熱溶着することで製造することができる。つまり、外管２０は、溶着箇所よりも先端側がストレートの形状を有している。
【００２５】
なお、同図では、先端部２４は、外縁２４ａの断面形状が半円形状を有しているが、半楕円形状、半長円形状など、所定範囲内の曲率（曲率半径）で徐々に縮径するような形状であればよい。また、第一中間部２３及び第二中間部２５は双方ともがストレートの形状でなくてもよく、第一中間部２３及び第二中間部２５のいずれか一方または双方がストレートでない構成でもよい。
【００２６】
次に、外管２０の寸法について、詳細に説明する。図３は、図２における発光管１０及び外管２０のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す概念図である。つまり、図３は、発光管１０及び外管２０の中央部分における断面図を示している。
【００２７】
図３に示すように、発光管１０の外径をＤ１とし、外管２０（発光管対応部２１）の内径をＤ２とし、外管２０（発光管対応部２１）の外径をＤ３とする。また、外管２０（発光管対応部２１）の肉厚をｔ（＝（Ｄ３−Ｄ２）／２）とし、発光管１０の外面と外管２０（発光管対応部２１）の内面との距離をＬ（＝（Ｄ２−Ｄ１）／２）とする。
【００２８】
この構成において、最大出力１０ｋＷの水中灯用放電ランプ１（発光管１０の外径Ｄ１＝約４７ｍｍ）を用いて、発光管１０の中央部分におけるＬ／Ｄ１が０．１よりも大きく０．５よりも小さい範囲で、水中点灯試験（耐水圧５ＭＰａ）を行った。その結果、外管２０が破損することなく、良好な結果が得られた。このため、発光管１０の中央部分において、発光管１０の外径Ｄ１に対する発光管１０の外面と外管２０の内面との距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ１）が、０．１よりも大きく０．５よりも小さいのが好ましい。
【００２９】
なお、Ｌ／Ｄ１は、どのように計算してもよいが、例えば、発光管１０の中央部分における発光管１０の外径Ｄ１と発光管対応部２１の外径Ｄ３と発光管対応部２１の肉厚ｔとを測定し、Ｌ＝（（Ｄ３−２×ｔ）−Ｄ１）／２によってＬを計算することで、Ｌ／Ｄ１を計算することができる。ここで、発光管対応部２１の肉厚ｔは、例えば、発光管対応部２１の周方向の複数点（例えば４点）を超音波計で測定し、当該複数点の値の平均値を肉厚ｔとして計算することができる。また、Ｌ／Ｄ１として、発光管１０の中央部分における複数箇所で計算したＬ／Ｄ１の値の平均値を用いてもよい。
【００３０】
また、発光管１０の中央部分とは、発光管１０のＸ軸方向における端部（縮径されている部分）を除いた、径が略同一の部分である。つまり、発光管１０の中央部分は、Ｘ軸方向において発光管１０の中心となる位置からＸ軸方向の両側へ幅をもった領域内の部分である。
【００３１】
なお、発光管１０の中央部分において、発光管１０の外面と外管２０の内面とが最も近付くため、発光管１０の中央部分を、発光管１０の外面と外管２０の内面とが最も近付く部分と言い換えることができる。また、発光管１０の中央部分を、発光管１０の外径（または内径）が最大となる部分、または、外管２０の外径（または内径）が最大となる部分と言い換えてもよい。
【００３２】
また、発光管１０の中央部分の径または発光管対応部２１の径が変化する場合には、発光管１０が最大外径となる部分、または、発光管対応部２１が最小内径となる部分において、Ｌ／Ｄ１を計算することにしてもよい。または、この場合、発光管１０の中央部分の平均外径をＤ１とし、発光管対応部２１の平均内径をＤ２として、Ｌ／Ｄ１を計算することにしてもよい。
【００３３】
また、上記では、発光管１０の中心軸と外管２０の中心軸とが一致しており、発光管１０の外面と外管２０の内面との距離が、発光管１０の周囲で一定であることとして説明を行った。しかし、発光管１０と外管２０との中心軸がずれていたり、発光管１０または外管２０が円筒状ではない場合には、発光管１０の外面と外管２０の内面との距離が、発光管１０の周囲で異なる。この場合には、発光管１０の外面と外管２０の内面との距離のうち、最小距離をＬとしてもよいし、最大距離をＬとしてもよいし、平均距離をＬとしてもよい。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る水中灯用放電ランプ１は、水中で外管２０が冷却されるため、発光管１０と外管２０とを近付けることができる。このため、発光管１０の中央部分において、発光管１０の外径Ｄ１に対する発光管１０の外面と外管２０の内面との距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ１）が、０．１よりも大きく０．５よりも小さい構成とすることができ、これにより、ランプの小型化を図ることができる。また、外管２０を発光管１０に近付けることができると、外管２０の大きさの自由度が高くなるため、例えば、外管２０の大きさを、規格で定められている大きさに合わせやすい。
【００３５】
なお、Ｌ／Ｄ１の大きさは、０．１よりも大きく０．５よりも小さい範囲の中でも、保持部材１２の配置スペース確保の観点からは、０．１５よりも大きいのが好ましい。また、ランプのさらなる小型化の観点からは、Ｌ／Ｄ１が０．２７５（または０．３）よりも小さいのが好ましく、０．２３以下であるのがさらに好ましい。
【００３６】
また、最大出力１０ｋＷの水中灯用放電ランプ１において、外管２０の外径Ｄ３と肉厚ｔとを変化させて、水中点灯試験（耐水圧３．５ＭＰａ、４ＭＰａ及び５ＭＰａ）を行った。その結果を、図４に示す。図４は、本実施形態に係る水中灯用放電ランプ１の水中点灯試験結果を示すグラフである。同図には、耐水圧３．５ＭＰａ、４ＭＰａ及び５ＭＰａにおいて、外管２０が破損せずに良好な結果が得られたデータをプロットしている。
【００３７】
図４に示すように、耐水圧３．５ＭＰａにおいて、外管２０が破損せずに良好な結果が得られたデータを直線近似すると、外管２０の肉厚ｔ＝０．０２×外管２０の外径Ｄ３＋０．０２ｍｍとなった。また同様に、耐水圧４ＭＰａにおいては、ｔ＝０．０２３×Ｄ３＋０．０３ｍｍとなり、耐水圧５ＭＰａにおいては、ｔ＝０．０２９×Ｄ３＋０．０３ｍｍとなった。
【００３８】
これにより、深海用として水深３５０ｍ（耐水圧３．５ＭＰａ）の水圧に耐えるには、外管２０は、肉厚ｔが、外管２０の外径Ｄ３に０．０２を乗じて０．０２ｍｍを加えた値以上であるのが好ましい。また、水深４００ｍ（耐水圧４ＭＰａ）の水圧に耐えるには、外管２０は、肉厚ｔが、外管２０の外径Ｄ３に０．０２３を乗じて０．０３ｍｍを加えた値以上であるのが好ましい。さらに、水深５００ｍ（耐水圧５ＭＰａ）の水圧に耐えるには、外管２０は、肉厚ｔが、外管２０の外径Ｄ３に０．０２９を乗じて０．０３ｍｍを加えた値以上であるのが好ましい。
【００３９】
このように、本実施形態に係る水中灯用放電ランプ１は、水圧がかかるため、外管２０が破損するのを防ぐために、外管２０の肉厚を厚くする必要がある。このため、外管２０の肉厚を、上記の数値範囲とすることで、耐水圧を向上させ、外管２０が破損するのを抑制することができる。
【００４０】
また、外管２０の平均肉厚と、外管２０の肉厚の偏肉（肉厚の最大値から最小値を差し引いた値）との関係を調べる試験において、外管２０の発光管対応部２１の平均肉厚が２．９１ｍｍで、発光管対応部２１の偏肉が０．９ｍｍの場合に、過負荷点灯において外管２０が破損した。なお、過負荷点灯では、電力８．５ｋＷの仕様のランプを、９．４ｋＷに上げて点灯を行った。
【００４１】
上記の試験結果から、外管２０の発光管対応部２１において、肉厚の偏肉の平均肉厚に対する比が０．３を超えた場合に、点灯時の発光管１０からの熱によって外管２０が破損する可能性がある。このため、外管２０の発光管対応部２１は、肉厚の偏肉（肉厚の最大値から最小値を差し引いた値）の平均肉厚に対する比が、０．３以下であるのが好ましい。
【００４２】
ここで、発光管対応部２１の平均肉厚及び肉厚の偏肉の測定方向は、以下の通りである。まず、発光管１０の中央部分における発光管対応部２１の周方向の４点において、発光管対応部２１の肉厚を超音波計で測定した。そして、この４点の肉厚の平均値を平均肉厚とし、この４点の肉厚のうちの最大値の肉厚から最小値の肉厚を差し引いた値を偏肉として計算した。
【００４３】
このように、本実施形態に係る水中灯用放電ランプ１においては、外管２０の肉厚にばらつきがあると、発光管１０からの熱による熱膨張差や水圧によって外管２０が破損する場合がある。このため、外管２０の発光管対応部２１の肉厚の偏肉の平均肉厚に対する比を０．３以下にして肉厚のばらつきを小さくすることで、発光管１０からの熱が均一に当たって熱膨張差の発生が抑制され、また、肉厚が薄い部分が低減される。これにより、耐水圧を向上することができ、外管２０が破損するのを抑制することができる。なお、外管２０は、ステム収容部２２よりも先端側がストレートな形状を有しているため、肉厚のばらつきが少ない外管２０を作製しやすい。
【００４４】
以上のような構成により、耐水圧を向上することができる水中灯用放電ランプ１を実現することができる。なお、本発明は、このような水中灯用放電ランプ１として実現することができるだけでなく、水中灯用放電ランプ１が備える外管２０、または、１組の外管２０及び発光管１０としても実現することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  水中灯用放電ランプ
１０  発光管
１１  電極
１２  保持部材
２０  外管
２１  発光管対応部
２１ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ  外縁
２２  ステム収容部
２３  第一中間部
２４  先端部
２５  第二中間部
３０  口金
【図１】
2018037376.tif 000003
【図２】
2018037376.tif 000004
【図３】
2018037376.tif 000005
【図４】
2018037376.tif 000006