(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外球の内部に、発光部と、その両端に夫々接合された細管部とが一体成型されたセラミックス製発光管と、
前記発光管に直列に接続された過電流制御手段とを備えたセラミックメタルハライドランプであって、
前記過電流制御手段は、ヒューズから成り、
前記ヒューズは、（式１）で規定した溶断限界を超えるランプ電流が流れると瞬時に溶断する特性を有する、セラミックメタルハライドランプ。
【数１】
0005126559.tif 000006
【請求項２】
更に、前記ヒューズは、（式２）で規定した誤作動限界のランプ電流が流れても溶断せず誤作動は発生しない特性を有する、請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプ。
【数２】
0005126559.tif 000007
【請求項３】
前記ヒューズは、ニッケルＮｉ、ニッケル合金又はニクロム製の単線又は撚り線である、請求項１〜２のいずれか一項に記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記発光管の肉厚は、０．６〜１．３ｍｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記セラミックメタルハライドランプの定格電力は、３５〜１，０００Ｗであり、定格ランプ電圧は、８５〜１５０Ｖである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセラミックメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックメタルハライドランプに関する。更に具体的には、本発明は、発光管の破裂を防止する手段を備えたセラミックメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のメタルハライドランプ照明装置１００の回路を示す図である。メタルハライドランプ照明装置１００は、商用交流周波数の交流電源２から、ヒューズ４を備えた安定器６を経て、セラミックメタルハライドランプ８に電力が供給されて点灯する。このヒューズ４は、過電流が安定器６やランプ８に流れた時に溶断し、これらが損傷するのを防止している。
【０００３】
しかし、安定器６の寿命等により内部のコイルが短絡した場合、ランプ８に過大な電流が流れることがある。このような過大な電流によって、ヒューズ４が溶断する前に、ランプ８に過電流が流れてしまうおそれがある。メタルハライドランプの発光管１２は、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ等の他の高輝度ランプ（ＨＩＤランプ）に比較して、高温高圧状態にある。従って、メタルハライドランプでは、安定器６に設けられたヒューズ４では防ぎきれなかった発光管１２の破裂という問題が生じている。
【０００４】
セラミックス製の発光管を備えたメタルハライドランプは、特に、セラミックメタルハライドランプと称している。セラミック製発光管は、従来のメタルハライドランプで使用されていた石英ガラス製発光管に比較して、温度変化に対して脆弱な面を有しているので、発光管の破裂は、一層問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2004-281098号公報「メタルハライドランプ」（公開日：2004年10月07日）、（特許第4471070号）  特許文献１では、安定器のヒューズとは別にランプ内に溶断線を設け、前記「溶断線１３のしきい値電流Ｉthは、図２に示す直線Ｔ1と直線Ｔ2の間のドットハッチングの領域に設定すべきであることが分かる。」（段落００３２）と記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願人の使用しているセラミック製発光管は、細管と発光部が一体成型されており、特許文献１に記載されたランプに使用されている発光管（テーパーエンド型）に比較して破裂しにくいが、破裂するときには細管と発光部との境界付近から破裂する傾向を有している。
【０００７】
即ち、このセラミック製発光管は、両端に電極が挿入された細管を有し、発光部が透光性セラミックスからなり、細管と発光部が一体成型され、発光管の破裂は発光部と細管部との境界付近を起点として発生している。
【０００８】
これは細管部に著しい過電流が流れたとき、内部を通る電流供給体（モリブデンコイル棒）が急速に加熱されて膨張し、高温の電流供給体が発光管細管部の接近した部分に接触又は急加熱することで、発光管にクラックが生じ、破裂に至ると考えられる。
【０００９】
このような発光管を備えたランプに関しては、発光管自体が異なるため、特許文献１にて開示された溶断線（ヒューズ）では確実なランプ破裂防止を保証できなく、新たな溶断線（ヒューズ）の規定方法を確立する必要があった。
【００１０】
また特許文献１には、ヒューズ溶断までの時間に関する記載が無いので、この点に関しても検討する必要があった。
【００１１】
このため、本発明は、発光管を破損するような過大なランプ電流が流れると瞬時に遮断する機能を備えたセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【００１２】
更に、本発明は、発光管を破損するような過大なランプ電流が流れると瞬時に遮断すると共に、通常のランプ電流のバラツキに対してはランプ点灯を維持する機能を備えたセラミックメタルハライド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】
【００１３】
上記目的に鑑みて、本発明は、外球の内部に、発光部と、その両端に夫々接合された細管部とが一体成型されたセラミックス製発光管と、前記発光管に直列に接続された過電流制御手段とを備えたセラミックメタルハライドランプであって、前記過電流制御手段は、ヒューズから成り、前記ヒューズは、（式１）で規定した溶断限界を超えるランプ電流が流れると瞬時に溶断する特性を有している。
【００１４】
【数１】
0005126559.tif 000002
更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記ヒューズは、更に、（式２）で規定した誤作動限界のランプ電流が流れても溶断せず誤作動は発生しない特性を有する、セラミックメタルハライドランプであってよい。
【００１５】
【数２】
0005126559.tif 000003
更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記ヒューズは、ニッケルＮｉ、ニッケル合金又はニクロム製の単線又は撚り線であってよい。
【００１６】
上記セラミックメタルハライドランプでは、前記発光管の肉厚は、０．６〜１．３ｍｍであってよい。
【００１７】
更に、上記セラミックメタルハライドランプでは、前記セラミックメタルハライドランプの定格電力は、３５〜１，０００Ｗであり、定格ランプ電圧は、８５〜１５０Ｖであってよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、本発明は、発光管を破損するような過大なランプ電流が流れると瞬時に遮断する機能を備えたセラミックメタルハライドランプを提供することができる。
【００１９】
更に、本発明によれば、発光管を破損するような過大なランプ電流が流れると瞬時に遮断すると共に、通常のランプ電流のバラツキに対してはランプ点灯を維持する機能を備えたセラミック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】
【００２０】
【図１】図１は、従来のメタルハライドランプ照明装置の回路を示す図である。
【図２】図２は、セラミックメタルハライドランプの中心軸線に沿った要部断面図である。
【図３】図３は、セラミックメタルハライドランプ照明装置の回路を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、定格点灯中のランプに過電流を流し、発光管を破裂させる実験のデータである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、始動時（冷間時）のランプに過電流を流し、発光管を破裂させる実験のデータである。
【図４Ｃ】図４Ｃは、ヒューズの溶断限界特性及び誤作動限界特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ符号を付与して、重複した説明を省略する。なお、本実施形態は、本発明を説明するための例示であって、本発明の技術的範囲を何等限定するものではないことを承知されたい。
【００２２】
［セラミックメタルハライドランプ］
（ランプの構成）
図２は、セラミックメタルハライドランプ８の中心軸線に沿った要部断面図である。メタルハライドランプ８は、口金１４を形成した外管１６内に、ステム２０に固定された支柱１８に支持された発光管１２、発光管に始動電圧を供給する非線形セラミックコンデンサＦＥＣ２２等のランプ内始動器が配置されている。外管１６内は、真空に保持されている。
【００２３】
発光管１２は、断面で見てほぼ楕円形状に形成された発光部１２ａと、その両端に夫々接合された細管部１２ｂ，１２ｃとが一体成型されている。発光管１２の肉厚は、０．６〜１．３ｍｍ程度である。発光部１２ａはセラミックスから形成され、中央部から細管接合部に向けて徐々に内径が小さくなっている。各細管部１２ｂ，１２ｃには、電極及び電流供給体が挿入されている。
【００２４】
このセラミックメタルハライドランプの定格電力Ｐ0は、３５〜１，０００Ｗの範囲にあり、定格ランプ電圧Ｖ0は、８５〜１５０Ｖの範囲にある。
【００２５】
（ランプ回路）
（回路構成）
図３は、図２に示すセラミックメタルハライドランプを使用した照明装置１０の回路を示す図である。図１の従来のメタルハライドランプ照明装置１００の回路と比較して、発光管１２に対して、過電流制御手段（「ヒューズ」ともいう。）２４を設けた点で相違する。
【００２６】
図３に示すように、商用交流電源２に対して、安定器６及び図２に示すメタルハライドランプ８が直列に接続されている。メタルハライドランプ８内では、発光管１２及び過電流制御手段２４が直列に接続され、この直列回路に対して、非線形セラミックコンデンサＦＥＣ２２及び抵抗Ｒｓ２８の直列回路が並列接続され、同様に抵抗Ｒｃ２６が並列接続されている。セラミックメタルハライドランプ８を示す破線ブロックの入口がランプの口金部分にあたる。
【００２７】
過電流制御手段（ヒューズ）２４に関しては、後で説明する。
【００２８】
始動時には、ＦＥＣ２２に交流電圧が加わり、その特性を利用してスイッチング素子としてパルス電圧を発生する。即ち、半サイクルごとに急激な電流変化（dI/dt）が生じてパルス電圧が発生する。ＦＥＣ２２の作用により始動回路に発生した高電圧パルスが支柱１８（図２参照）から発光管１２に印加される。高電圧パルスが印加された発光管１２の内部では絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生して、発光管１２が点灯する。
【００２９】
［過電流制御手段］
（ランプ電流と過電流制御手段）
安定器６は、チョークコイル６ａを主体としており、１次側（交流電源側）と２次側（ランプ側）の間に設けられてランプ８に流れる電流を制御している。安定器（具体的には、チョークコイル）６を小型化・低価格化するためには、ランプ電流Ｉを小さく押さえることが必要となる。しかし、ランプ電流Ｉが小さいと、ランプ側では、必要な電力値を得るためにランプ電圧Ｖを高くする必要があるが、ランプ電圧Ｖが高くなりすぎて電源電圧に近くなるとランプの立ち消え等の問題が生じてくる。
【００３０】
一方、ランプ側では、反対にランプ電流Ｉを大きくしたいが、この場合は、安定器６のコイルの大型化・高価格化につながる。
【００３１】
このため、セラミックメタルハライドランプ照明装置の設計思想の相違により、同じ定格ランプ電力Ｐ0でも、「定格ランプ電流Ｉ0×定格ランプ電圧Ｖ0の組み合わせ」が複数存在している。例えば、定格電力１５０Ｗのランプの場合、定格ランプ電圧１３０Ｖ仕様、９０Ｖ仕様、７０Ｖ仕様等のランプが存在し、これに対応して定格ランプ電流は１．１５Ａ、１．６７Ａ、２．１４Ａと異なった電流値となっている。
【００３２】
過電流制御手段であるヒューズ（「溶断線」ともいう。）２４は、溶断特性の良好なニッケルＮｉ、ニッケル合金、ニクロム等の単線又は撚り線であってよい。本実施形態では、Ｎｉ線を使用している。
【００３３】
過電流制御手段２４は、ジュール熱Ｉ2Ｒによる温度上昇によって溶断する。即ち、温度上昇は、ヒューズに流れる電流（即ち、実際にランプに流れているランプ電流）Ｉの二乗に比例している。従って、定格ランプ電力Ｐ0を基準にして溶断電流値を規定すると、この定格電力に対する「定格ランプ電流Ｉ0×定格ランプ電圧Ｖ0の組み合わせ」が複数存在するため、ランプ電流Ｉが一定しないという問題がある。定格ランプ電流Ｉ0は、ランプが正常な状態の時にランプに流れる電流値であり、定格ランプ電流Ｉ0が大きいランプでは異常時に流れるランプ電流Ｉも大きくなる。
【００３４】
従って、ヒューズ２４の溶断特性は、定格ランプ電流Ｉ0を基準に規定する必要がある。
【００３５】
（ヒューズの特性）
図４Ａ〜４Ｃを参照されたい。ヒューズ２４の特性は、発光管１２を破損するような過大なランプ電流Ｉは瞬時に遮断することが求められる。更に、ヒューズ２４の特性は、発光管１２を破損するような過大なランプ電流Ｉに対しては瞬時に遮断すると共に、通常のランプ電流Ｉのバラツキに対してはランプ点灯を維持することが求められる。
【００３６】
最初に、ヒューズ２４の特性を規定するため、発光管１２が破裂する最小破裂電流を実験により求めた。このため、２つの状況の実験を行った。第１は、図４Ａに示す定格点灯中のランプ８に過電流を流し、発光管１２を破裂させる実験である。第２は、図４Ｂに示す始動時（冷間時）のランプ８に過電流を流し、発光管１２を破裂させる実験である。各々、各定格電流の各ランプ通過電流に関して、１０本のランプを実験した。実験の結果、発光管の破裂は、いずれも１〜２秒の間で発生した。２つの状況の実験の結果を合わせて、最小破裂電流（▲）（図４Ａ及び４Ｂ中の○でデータが囲まれている。）を求め、図４Ｃのグラフにプロットしている。
【００３７】
次に、通常のランプ電流Ｉのバラツキに対してはランプ点灯を維持するように、発光管１２には異常は無いが、発光管１２を流れる可能性のある最大正常電流を求めた。発光管１２に流れる最大電流は、ランプの始動時に流れる「始動時電流」である。これは、安定器二次短絡電流に近い値である。ランプ仕様では、電源電圧の最大変動は、定格電源電圧±６％と規定されている。従って、安定器二次短絡電流の１．０６倍を最大正常電流（◆）として、グラフにプロットしている。
【００３８】
この結果、最小破裂電流（▲）特性及び最大正常電流（◆）によって、ヒューズ２４の特性を規定すればよいことが分かる。
【００３９】
具体的には、発光管１２を破損するような過大なランプ電流Ｉに対しては瞬時遮断する特性として、最小破裂電流（▲）より低いランプ電流値Ｉに対応したヒューズの溶断限界特性を規定する。
【００４０】
更に、発光管１２を破損するような過大なランプ電流Ｉに対しては瞬時遮断すると共に、通常のランプ電流Ｉのバラツキに対してはランプ点灯を維持する特性として、最小破裂電流（▲）より低いランプ電流値Ｉに対応したヒューズの溶断限界特性を規定すると共に、最大正常電流（◆）より高いランプ電流Ｉに対応したヒューズの誤作動限界特性を規定すればよい。
【００４１】
溶断限界特性を超えるランプ電流Ｉが流れたヒューズは、瞬時に（例えば、１秒未満で）溶断する特性が求められる。これは、発光管の破裂が１〜２秒の間に発生するので、発光管の破裂前にヒューズが溶断することで、発光管の破裂を未然に防ぐためである。ヒューズの溶断の応答（レスポンス）の確認実験を行ったところ、一定の電流が流れた場合、レスポンスの良好な、即ち、瞬時に（例えば、１秒未満で）溶断するヒューズが複数存在することを確認できた。
【００４２】
誤作動限界特性に達しないランプ電流Ｉが流れたヒューズは、６０秒以上溶断しない特性が求められる。ランプ及び安定器が正常な状態であれば、安定器二次短絡電流に近い始動電流は、６０秒以上流れることはないからである。
【００４３】
ここで、実際に市場で入手し得るＮｉ製ヒューズに関して、複数のメーカのヒューズを入手して調査したところ、ヒューズの素材の純度の相違、製造上のバラツキ等により、標準偏差の４倍（４σ）で最大±２０％のバラツキが有ることが判明した。従って、ヒューズ２４の溶断限界特性は、（溶断限界＋２０％）でも最小破裂電流（▲）を下回るように規定した。ヒューズの誤作動限界特性は、（誤作動限界−２０％）でも最大正常電流（◆）を上回るように規定した。
【００４４】
これらの結果、（式１）で規定した溶断限界を超えるランプ電流Ｉが流れると、ヒューズ２４は瞬時に溶断し、発光管１２が破裂することは無い。
【００４５】
【数３】
0005126559.tif 000004
更に、（式２）で規定した誤作動限界のランプ電流Ｉが流れても、ヒューズ２４が溶断する誤作動は発生しない。
【００４６】
【数４】
0005126559.tif 000005
（式１）及び（式２）の示す意味は、例えば、定格電流Ｉ０＝２．００Ａの場合、（式１）より溶断限界特性からＩ＝１２．５Ａが得られる。この溶断限界特性を超えるランプ電流（Ｉ＝１２．５Ａを超える電流）が流れると、このヒューズ２４は瞬時に（例えば、１秒未満で）溶断する特性を有する。
【００４７】
更に、（式２）より誤作動限界特性からＩ＝７．４Ａが得られる。この誤作動限界特性に達しないランプ電流（Ｉ＝７．４Ａ未満の電流）が流れても、ヒューズ２４は６０秒以上溶断せず、結果的に溶断しない特性を有する。
【００４８】
（式１）と（式２）の間の領域（即ち、ランプ電流Ｉ＝１２．５〜７．４Ａの範囲）では、ヒューズ２４の特性は、特に規定されない。
【００４９】
なお、参考のため、（溶断限界＋２０％）及び（誤作動限界−２０％）もグラフにプロットしてある。（溶断限界＋２０％）は、最小破裂電流（▲）より低く、一方、（誤作動限界−２０％）は、最大正常電流（◆）より高いことが分かる。
【００５０】
［本実施形態の利点・効果］
以上、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの実施形態について説明したが、これらは例示であり、本発明の範囲を何等制限するものではない。本実施形態に対して当業者が容易に成し得る追加・削除・変更・改良等は本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添附の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。
【符号の説明】
【００５１】
２：商用交流電源、  ４：ヒューズ、  ６：安定器、  ６ａ：チョークコイル、  ８：セラミックメタルハライドランプ、  １２：発光管，セラミックス製発光管、  １２ａ：発光部、  １２ｂ，１２ｃ：細管部、  １４：口金、  １６：外管、  １８：支柱、  ２０：ステム、  ２２：非線形セラミックコンデンサＦＥＣ、  ２４：過電流制御手段，溶断線，ヒューズ、  ２６，２８：抵抗、
【要約】
【課題】発光管を破損するような過大なランプ電流は瞬時に遮断する機能を備えたセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【解決手段】外球の内部にセラミックス製発光管を備えたセラミックメタルハライドランプにおいて、該セラミックス製発光管は、発光部と、その両端に夫々接合された細管部とが一体成型された発光管であり、前記発光管に直列に接続された過電流制御手段を備え、前記過電流制御手段は、ヒューズから成り、該ヒューズの特性は、（式１）で規定した溶断限界を超えるランプ電流が流れると瞬時に溶断する、セラミックメタルハライドランプ。
【数１】
0005126559.tif 000008
【選択図】図３【図１】
0005126559.tif 000009
【図２】
0005126559.tif 000010
【図３】
0005126559.tif 000011
【図４Ａ】
0005126559.tif 000012
【図４Ｂ】
0005126559.tif 000013
【図４Ｃ】
0005126559.tif 000014