(57)【要約】【課題】ＵＬタイプ灯具の寸法を満たしかつ従来の水中灯よりも高出力で点灯しても破損しない、安価な水中灯を提供する。【解決手段】放電電極を具備する発光管１０と前記発光管１０を覆う外球１２とを備え、前記外球は硬質ガラスで形成されていると共に側面部が略円筒形状で形成され、前記外球の最大外径Ｄ１が８０ｍｍ以上８５ｍｍ以下の範囲内であり、前記外球の平均肉厚ｄが０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内として構成する。この構成により、水深１５０ｍでも最大出力１０ｋＷで使用で使用することができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極を具備する発光管と前記発光管を覆う外球とを備えた水中灯用ＨＩＤランプであって、
前記外球は硬質ガラスで形成されていると共に、放電部分が略円筒形状で形成され、
前記外球の最大外径が８０ｍｍ以上８５ｍｍ以下の範囲内であり、
前記外球の平均肉厚が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする水中灯用ＨＩＤランプ。
【請求項２】
放電電極を具備する発光管と前記発光管を覆う外球とを備えた水中灯用ＨＩＤランプであって、
前記外球は硬質ガラスで形成されていると共に、放電部分が略円筒形状よりも外側にふくらんだ形状で形成され、
前記外球の最大外径が８０ｍｍ以上８５ｍｍ以下の範囲内であり、
前記外球の平均肉厚が０．５ｍｍ以上２．７ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする水中灯用ＨＩＤランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高出力の水中灯に用いられるＨＩＤランプ（Ｈｉｇｈ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　Ｌａｍｐｓ：高輝度放電ランプ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＩＤランプは、小型で高出力・高効率・長寿命であるなどの特徴を有しているため、近年様々な用途に応用されている。漁業で使用される水中点灯用集魚灯（以下、「水中灯」という。）も、ＨＩＤランプを利用した応用例の一つである。水中灯は、陸上での使用と比較して、水圧に耐えうる構造にすると共に、ランプの寸法を所定の規格値（一般的に普及している寸法要求値）以下にする必要があるなど、種々の制約がある。
【０００３】
水中灯を使用する漁法は、水中灯が沈められる水深により大きく分けて次の２種類がある。１つは、巻き網漁法といい、最大水深が約１５０ｍ程度までである。他の一つは、イカ釣り漁法といい、最大水深が約３００ｍにも達する。
【０００４】
水中灯を使用するこれらの漁法では、連結された多数の水中灯を海中に投入し、再び船へ引き上げるという作業を、１回の漁で７回から１０回もの間、繰り返すのが通常である。そのため、水中灯の搭載数が多い船では漁を行なうのにかなりの労力を伴っていた。
【０００５】
このため、個々のＨＩＤランプを高出力化してランプの搭載数を減らすことが望まれていたが、実際には、水深３００ｍで使用可能な従来の水中灯用ＨＩＤランプは、ランプの出力電力が最大でも４ｋＷから５ｋＷ程度であった。
【０００６】
図６は、従来の水中灯用ＨＩＤランプの構造を極めて簡略化して示した構造断面図である。同図に示されるように、ＨＩＤランプは、両端に放電電極１０４を具備する発光管１００と、発光管１００を覆う外球１０２とから構成されている。
【０００７】
外球１０２は、放電部分（発光管内における一対の放電電極１０４に挟まれて放電が起こる部分）の周囲の外径（Ｄ１）が約７０ｍｍφの略円筒形状であって、その円筒部分の長さ（Ｌ１）は約２７０ｍｍである。一方、発光管１００の放電部分は最大外径（Ｄ２）が４０ｍｍφの略円筒形状であって、円筒部分の長さ（Ｌ２）は約１６０ｍｍである。なお、発光管１００は石英製であり、外球１０２は硬質ガラスや石英などで形成されている。
【０００８】
発光管１００と外球１０２との間には窒素（Ｎ２）が約１ｘ１０５Ｐａ（約１気圧）の圧力で封入され、また、発光管１００の内部には水銀（Ｈｇ）、アルゴン（Ａｒ）及び沃化タリウム（ＴｌＩ）などが封入されている。
【０００９】
実効値２２０Ｖ〜２４０Ｖの交流電源から安定器を介してランプに電力を供給すると出力電力が約５ｋＷで放電する。このランプは、５ｋＷで使用する限りにおいては、水深３００ｍでも使用することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ＨＩＤランプの光力を増大させるためには、ランプ電力を大きくすればよいが、その場合、発光管からの発熱を抑え長寿命化するためにランプの寸法（発光管及び外球の外径（図６におけるＤ１、Ｄ２）及び、長さ（図６におけるＬ１、Ｌ２））を大きくしなければならない。
【００１１】
しかし、水中灯としての使用を考えた場合、発光管の外径（Ｄ２）を大きくするとその分だけ外球の外径（Ｄ１）も大きくなる。ところが、外球の外径は、水中灯の灯具の主流である「ＵＬタイプ灯具」の寸法に適合する必要があるため、ランプの外球外径の最大値を８５ｍｍ以下にしなければならないという制約が存在するため、外球外径（Ｄ１）を大きくすることには限界がある。
【００１２】
一方、発光管の長さ（Ｌ１）については寸法の制約がない。その結果、水中灯のランプを高出力化しようとすると、ランプ形状は必然的に細長くならざるを得なくなる。ところが、発光管の長さ（Ｌ１）を大きくすると当然のことながらその分だけ外球の長さ（Ｌ２）も大きくなるが、そうすると、外球側面部からの水圧に耐えることができず、外球が破損しやすくなるという新たな問題が発生する。
【００１３】
これを解決する方法の一つとして、外球の肉厚を大きくして外球が水圧に耐える構造にすればよいことが考えられる。
【００１４】
そこで、本件の発明者たちは、外球の平均肉厚を種々変化させて耐圧試験を行なうと共に、従来よりも高出力で点灯させる点灯試験を行なった。この実験の結果、以下のような注目すべき事実に気がついた。
【００１５】
肉厚を大きくすると、圧力を加えても外球が破損し難くなり、確かに従来よりも耐圧は大きくなった。しかし、耐圧試験に合格したランプを従来よりも高出力で点灯させる点灯試験を行なうと、外球が破損してしまうケースがみられたのである。
【００１６】
こうした制約や問題があったため、水中灯の高出力化は困難であった。本発明は、上記に鑑みなされたものであり、ＵＬタイプ灯具の寸法用件を満たしかつ従来の水中灯よりも高出力で点灯しても破損しない、安価な水中灯を提供することを目的とする。
【００１７】
なお、本発明において「高出力」とは、少なくとも８ｋＷ以上の電力で点灯させることを意味するものとする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、外球の肉厚及び形状を工夫した。
【００１９】
本発明に係る第１の水中灯用ＨＩＤランプは、放電電極を具備する発光管と前記発光管を覆う外球とを備えた水中灯用ＨＩＤランプであって、前記外球は硬質ガラスで形成されていると共に、放電部分が略円筒形状で形成され、前記外球の最大外径が８０ｍｍ以上８５ｍｍ以下の範囲内であり、前記外球の平均肉厚が１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする。
【００２０】
このＨＩＤランプは、外球が硬質ガラスを用いているため安価であり、水深１５０ｍでも最大１０ｋＷで点灯させることができる。
【００２１】
本発明に係る第２の水中灯用ＨＩＤランプは、放電電極を具備する発光管と前記発光管を覆う外球とを備えた水中灯用ＨＩＤランプであって、前記外球は硬質ガラスで形成されていると共に、放電部分が略円筒形状よりも外側にふくらんだ形状で形成され、前記外球の最大外径が８０ｍｍ以上８５ｍｍ以下の範囲内であり、前記外球の平均肉厚が０．５ｍｍ以上２．７ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする。
【００２２】
このＨＩＤランプは、外球が硬質ガラスを用いているため安価であり、水深１５０ｍでも最大出力１０ｋＷで点灯することができる。
【００２３】
このうち、前記外球の平均肉厚が１．９ｍｍ以上２．７ｍｍ以下の範囲内であるときは、水深３００ｍでも最大出力１０ｋＷで点灯することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水中灯用ＨＩＤランプの構造を示した構造断面図である。同図に示すように、本実施形態に係る水中灯用ＨＩＤランプは、発光管１０と、発光管１０を保持する金属組み立て部材１１と、発光管１０及び金属組み立て部材１１を覆う外球１２と、口金１３とから構成されている。発光管１０は、石英で形成されており、内部に放電電極１４を備えている。また、外球１２は硬質ガラスで形成されており、放電部分（発光管内における一対の放電電極１４に挟まれて放電が起こる部分）は略円筒形状である。
【００２６】
発光管１０と外球１２との間には窒素（Ｎ２）が約１ｘ１０５Ｐａ（約１気圧）の圧力で封入され、また、発光管１０の内部には水銀（Ｈｇ）、アルゴン（Ａｒ）及び沃化タリウム（ＴｌＩ）などが封入されている。
【００２７】
（予備試験）
まず、予備試験として、図１に示す構造の略円筒形でランプの出力電力が従来の５ｋＷの約２倍に相当する、１０ｋＷの水中灯用ＨＩＤランプを作製すべく、従来よりも一まわり大きいサイズの略円筒形状の外球を用いたランプを作製した。このとき、外球外径Ｄ１は約８０ｍｍφ、外球の長さＬ１＝３１０ｍｍ、発光管の外径Ｄ２＝４７ｍｍφ、長さＬ２＝２６０ｍｍ、外球の肉厚ｄは平均値で３ｍｍであった。
【００２８】
ここで、平均肉厚ｄの求め方について説明する。図１に示すように放電部分の上端部Ａ点、中央部Ｂ点、下端部Ｃ点の３カ所で一周の厚みを測定する。次に、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の各々で最大値と最小値を求める。次に、上記６ヶ所の値の平均を求める。なお、個々での厚みは、平均肉厚±０．２ｍｍまでをいう。±０．２ｍｍを超えるような肉厚の大小があるものについては、含まないものとする。
【００２９】
ランプの放電電極の両端に印加する安定器の出力電圧を従来の２倍（約４８０Ｖ）として、３５Ｘ１０５Ｐａ（水深３００ｍ相当）の実験装置内で、出力１０ｋＷで点灯試験を行なったところ、ランプ点灯後に硬質ガラス製の外球１２が割れ、破損した。
【００３０】
ここで、本件発明者たちは、予備試験の結果から外球の肉厚について、次のように考えた。肉厚が小さいと、側面部からの水圧に耐えることができないため、ある程度大きくする必要がある。しかし、肉厚が大きいと、外球内面には発光管からの熱によって常に高温にさらされているが外球外面は、外気温のままである。予備試験では、従来よりも約２倍の高出力で点灯させたため、外球の内面と外面との温度勾配が限界を超え、外球が破損したものと考えられる。また、さらに進んで考えると、実際の水中灯としての使用では、外球外面は冷たい水中にさらされることになるため、内外温度差はさらに大きくなるものと予想される、と。
【００３１】
外球の破損の原因が温度勾配によるものとすれば、熱膨張率の小さい部材を用いることで、問題が解決できると考えることもできる。実験では、外球は硬質ガラスを用いたが、これより熱膨張率の小さい部材、例えば、石英やセラミックを用いればよい。しかし、これらの部材は高価でありコストがかかるため、安価な硬質ガラスを用いて作製することが好ましい。そこで、安価な硬質ガラスを用いても、外球の外径Ｄ１及び肉厚ｄを最適化することにより、水圧に耐えうる高出力ＨＩＤランプを作製すべく、実験を行なった。
【００３２】
（耐圧試験・点灯試験）
図１に示す円筒形状の水中灯用ＨＩＤランプを、外球外径Ｄ１及び平均肉厚ｄを種々変化させて多数作製し、それぞれについて耐圧試験と点灯試験を行なった。具体的には、装置内の圧力を水深１５０ｍ及び水深３００ｍに相当する圧力にすることができる装置内において、出力８ｋＷ，９ｋＷ，１０ｋＷで点灯させた。図２はその結果を示す図である。なお、”○”は外球が破損しなかったことを表し、”×”は外球が破損したことを意味する。
【００３３】
なお、実験で種々作製したランプの外球の長さＬ１、発光管の外径Ｄ２、発光管の長さＬ２は、予備試験のものと同じものを用いている。
【００３４】
水深１５０ｍに相当する耐圧試験の条件は、２０ｘ１０５Ｐａ（約２０気圧）、また、水深３００ｍに相当する耐圧試験の条件は、３５ｘ１０５Ｐａ（約３５気圧）とした。
【００３５】
図２（ａ）に示す結果から、２０ｘ１０５Ｐａ（約２０気圧）に耐え、かつ、１０ｋＷの点灯で破損しない条件は、外球の最大外径７５ｍｍのランプでは存在しなかったが、最大外径が８０ｍｍ及び８５ｍｍのときは存在し、そのときの平均肉厚は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであった。
【００３６】
ところが、図２（ｂ）に示すように、３５ｘ１０５Ｐａ（約３５気圧）に耐え、かつ、１０ｋＷまで点灯させることができたランプはなかった。
【００３７】
上記実験から明らかなように、硬質ガラスを用いても、最大外径と平均肉厚を所定の範囲内に調整することで、少なくとも水深１５０ｍで使用可能な最大出力１０ｋＷの高出力水中灯用ＨＩＤランプを作製することができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る水中灯用ＨＩＤランプの構成を示したものである。同図に示すように、本実施形態に係る水中灯用ＨＩＤランプは、発光管２０と、発光管２０を保持する導入体である金属組み立て部材２１と、発光管２０及び金属組み立て部材２１を覆う外球２２と口金２３から構成されている。発光管２０は、石英で形成されており、内部に電極２４を備えている。また、外球２２は硬質ガラスで形成されており、放電部分（発光管内における一対の放電電極２４に挟まれて放電が起こる部分）は略円筒形状よりも外側に向かってややふくらんだ形状であることが特徴である。
【００３９】
発光管２０と外球２２との間には窒素（Ｎ２）が約１ｘ１０５Ｐａ（約１気圧）の圧力で封入され、また、発光管２０の内部には水銀（Ｈｇ）、アルゴン（Ａｒ）及び沃化タリウム（ＴｌＩ）などが封入されている。
【００４０】
「外側に向かってふくらんだ形状」とは、外側に凸な形状であることを意味する。このような形状は、円筒形状よりも抗圧力が大きいため、破損しにくい。このため、同じ材質・肉厚でも、外側に凸な形状としたことにより円筒形状の外球ランプよりも、より高い水圧に耐える構造となる。なお、ＵＬ灯具の一般的に普及している寸法に適合するため、最大外径Ｄ１’は８５ｍｍ以下としなければならない。
【００４１】
（耐圧試験・点灯試験）
図４は、図３に示す構造の水中灯用ＨＩＤランプを、外球外径及び平均肉厚を種々変化させた試料を多数作製し、耐圧試験と点灯試験を行なった結果を示したものである。具体的には、装置内の圧力を水深１５０ｍ及び３００ｍに相当する圧力にすることができる装置内において、出力８ｋＷ，９ｋＷ，１０ｋＷで点灯させた。なお、外球の長さＬ１、発光管の外径Ｄ２、長さＬ２の条件はすべて同じとした。
【００４２】
水深１５０ｍに相当する耐圧試験の条件は、２０ｘ１０５Ｐａ（約２０気圧）とした。また、水深３００ｍに相当する耐圧試験の条件は、３５ｘ１０５Ｐａ（約３５気圧）とした。
【００４３】
図４（ａ）に示す結果から、２０ｘ１０５Ｐａ（約２０気圧）に耐え、かつ、１０ｋＷの点灯で破損しない条件は、最大外径８０ｍｍ〜８５ｍｍで平均肉厚０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、図４（ｂ）に示す結果から、３５ｘ１０５Ｐａ（約３５気圧）に耐え、かつ、１０ｋＷの点灯で破損しない条件は、最大外径８０ｍｍ〜８５ｍｍで平均肉厚２．０ｍｍ〜２．５ｍｍとすればよいことが分かる。
【００４４】
さらに、外球が破損しない肉厚の上限を詳細に調べるべく実験を行なった結果が図５である。図５（ａ）に示すように、２０ｘ１０５Ｐａ（約２０気圧）に耐え、かつ、１０ｋＷの点灯で破損しない条件は、最大外径８０ｍｍ〜８５ｍｍで平均肉厚０．５ｍｍ〜２．７ｍｍ、図５（ｂ）に示すように、３５ｘ１０５Ｐａ（約３５気圧）に耐え、かつ、１０ｋＷの点灯で破損しない条件は、最大外径８０ｍｍ〜８５ｍｍで平均肉厚１．９ｍｍ〜２．５ｍｍであることが分かった。
【００４５】
実際に、最大外径Ｄ１’＝８３ｍｍ、外球平均肉厚ｄ＝１．８ｍｍ、外球長さＬ１＝３１０ｍｍφ、発光管長さＬ２＝２６０ｍｍφのランプを用いで水中灯用ＨＩＤランプを作製し、フィールド実験を行なったところ、外球の破損は全く見られず、良好な長寿命特性が得られた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によると、安価な硬質ガラスを用いて、最大水深３００ｍまで使用でき最大１０ｋＷで点灯することができる水中灯用ＨＩＤランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水中灯用ＨＩＤランプの構造を示した構造断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る水中灯用ＨＩＤランプの構造を示した構造断面図である。
【図３】円筒形状の水中灯用ＨＩＤランプの耐圧試験及び点灯試験の結果を示す図である。
【図４】円筒形状よりも外側がふくらんだ形状の水中灯用ＨＩＤランプの耐圧試験及び点灯試験の結果を示す図である。
【図５】円筒形状よりも外側がふくらんだ形状の水中灯用ＨＩＤランプの耐圧試験及び点灯試験の結果を示す図である。
【図６】従来の水中灯用ＨＩＤランプの構造を示した構造断面図である。
【符号の説明】
１０　発光管
１１　金属組立部材
１２　外球
１３　口金
１４　放電電極
２０　発光管
２１　金属組立部材
２２　外球
２３　口金
２４　放電電極
１００　発光管
１０１　金属組立部材
１０２　外球
１０３　口金
１０４　放電電極
Ｄ１　外球外径
Ｄ２　発光管の外径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004014277.tif 000006
【図５】
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【図６】
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