(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直点灯時における放電容器の過熱を抑え、クラックなどの不具合の発生が抑制された無水銀セラミックメタルハライドランプを提供する。【解決手段】下側電極の体積が上側電極の体積より大きい無水銀セラミックメタルハライドランプの電極に流れる単位時間あたりの電気量を、上側電極から下側電極に流れる電気量よりも下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流波形で点灯することにより、放電容器上下での温度差を抑制し、クラックの発生を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ハロゲン化物と希ガスを封入し水銀を含んでいないセラミック製放電容器と、前記セラミック製放電容器内に一対の電極を備え、垂直点灯時における前記一対の電極に流れる電気量が、単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形により点灯され、前記下側電極の体積が前記上側電極の体積よりも大きいことを特徴とする、無水銀セラミックメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形が、デューティー比を変更した交流点灯波形であることを特徴とする、請求項１記載の無水銀セラミックメタルハライドランプ。
【請求項３】
前記単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形が、上側電極から下側電極に流れる電流値よりも、下側電極から上側電極に流れる電流値を大きくした交流点灯波形であることを特徴とする、請求項１記載の無水銀セラミックメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形が、元となる点灯波形のベースをプラス側に移動させることにより、上側電極から下側電極に電流が流れる期間を短くし、下側電極から上側電極に電流が流れる期間を長くしたことを特徴とする、請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形が、矩形波電流以外の波形であり、下側電極から上側電極に流れる矩形波電流よりも電流値を小さくして、下側電極から上側電極に流れる矩形波電流よりも電気量が小さい上側電極から下側電極に流れる電流波形と、下側電極から上側電極に流れる矩形波電流との組み合わせであることを特徴とする、請求項１記載のセラミックメタルハライドランプ。
【請求項６】
前記単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形が、元となる点灯波形を、複数の時間Ｔ１１と時間Ｔ２２に分割し、Ｔ１１の期間は上側電極から下側電極に電流を流し、Ｔ２２の期間は下側電極から上側電極に電流を流すこととし、Ｔ２２をＴ１１よりも長くしたことを特徴とする、請求項１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、本質的に水銀を含まない無水銀セラミックメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への意識の高まりから、本質的に水銀を含まない無水銀高圧放電ランプが開発されている（特許文献１参照）。この高圧放電ランプは、石英ガラス製の放電容器を備え、１気圧以上の希ガスを封入したり、水銀の代わりに亜鉛などの蒸気圧の高いハロゲン化物を封入することにより、発光管内の蒸気圧を高め、ランプ電圧を確保し、発光特性の向上を図っている。この石英ガラス製放電容器を使用した無水銀高圧放電ランプは、自動車用前照灯などにおいて実用化されている。
【０００３】
一方、透光性セラミックス製放電容器を使用したセラミックメタルハライドランプが、長寿命、高効率などの特長を有しているため、道路、工場、スポーツ施設等の照明として広く利用されている。透光性セラミックス（多結晶アルミナなど）は、石英ガラスに比べ、耐食性、耐熱性に優れているため、種々の金属ハロゲン化物を封入物として利用できるため、高効率、高演色などの利点がある。
【０００４】
また、プロジェクタ用放電ランプにおいては、垂直に配置する放電ランプの一対の電極に対して印加する交流駆動電圧のデューティー比を異ならせたランプ装置が開示されている（特許文献２）。上側電極の熱容量が下側電極の熱容量と同等もしくは大きく形成されており、上側電極の温度上昇を抑え、タングステンの蒸発による消耗を抑制し、ランプ寿命の長期化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３８４８８号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらのセラミックメタルハライドランプにおいては、無水銀化を図る上で点灯するためのランプ電圧を確保する必要があるため、水銀の代わりに蒸気圧の高い金属ハロゲン化物を封入する。しかしながら、放電容器に透光性セラミックスを使用し、水銀を含まず水銀の代替として蒸気圧の高い金属ハロゲン化物を封入した無水銀セラミックメタルハライドランプを垂直点灯した場合においては、以下のような問題が発生した。
【０００７】
蒸気圧の高い金属ハロゲン化物を封入したランプにおいては、アーク長に対するランプ電圧を十分に確保できるものの、水銀封入ランプに比べ発光管内の対流が激しくなるため、アークは不安定になり、このためアークの上方が太くなり、アークの曲がりなども見られるようになった。このようにアーク上方が太くなる現象や、アーク曲がりが生じると、アークがセラミック放電容器に近くなるため、アークの近くなった管壁は過熱され、放電容器上部での温度が上昇し、放電容器内の上下において大きな温度差が生じる。透光性セラミックは、石英ガラスに比べ耐食性、耐熱性においては優れているものの、このような発光管上部の過熱や発光管における大きな温度差が生じた場合に、放電容器にクラックが発生しやすい問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、無水銀セラミックメタルハライドランプを垂直点灯した場合において、放電容器の上部が過熱されることによる放電容器内の大きな温度差の発生を抑え、過熱による寿命中におけるクラックの発生を抑制することを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の無水銀セラミックメタルハライドランプは、金属ハロゲン化物と希ガスを封入し水銀を含んでいないセラミック製放電容器と、前記セラミック製放電容器内に一対の電極を備え、垂直点灯時における前記一対の電極に流れる電気量が、単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形により点灯され、前記下側電極の体積が前記上側電極の体積よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、垂直点灯時における一対の電極に流れる電気量が、単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形により点灯されるので、下側電極に流れる電子の数が上側電極に流れる電子の数を上回る。これにより単位時間あたりに下側電極は上側電極よりも多くの電子の衝突を受けるため温度が高くなり放電容器の下部温度を上昇させる。このため放電容器内の大きな温度差の発生を抑制し、寿命中におけるクラックの発生を抑制することができる。
【００１１】
また、流れる電子の数が増えると電極温度が過度に上昇し電極が損耗する懸念があるが、下側電極は上側電極よりも大きな体積を有しているため、電子の衝突により電極が損耗することはない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る無水銀セラミックメタルハライドランプを示す断面図。
【図２】第１実施形態における点灯電流波形を示す図。
【図３】第２実施形態における点灯電流波形を示す図。
【図４】第３実施形態における点灯電流波形を示す図。
【図５】第４実施形態における点灯電流波形を示す図。
【図６】第５実施形態における点灯電流波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の無水銀セラミックメタルハライドランプを示す断面図である。
セラミックメタルハライドランプ１は、発光部２と両端に細管部３ａ、３ｂを備えている。細管部３ａ、３ｂには電極マウント４ａ、４ｂが挿入され、ガラスフリットにより封じられている。電極マウント４ａ、４ｂはタングステン製の電極５ａ、５ｂ、モリブデン製のロッドにモリブデン製のコイルを巻き回した中間材６ａ、６ｂ、導電性サーメットロッド７ａ、７ｂ、モリブデン製の外部リード８ａ、８ｂ、ニオブ製のストッパー９ａ、９ｂからなる。ストッパー９ａ、９ｂは、細管部の端部に電極マウント４ａ、４ｂを係止するためのもので、導電性サーメットロッド７ａ、７ｂにそれぞれ溶接されている。また導電性サーメットロッド７ａ、７ｂと外部リード８ａ、８ｂの周囲には、この部分が折損しないための補強部材としてアルミナ製の補強リング１０ａ、１０ｂが固着されている。
【００１４】
発光部２は上下対称の略楕円形状をしており、内径８ｍｍ、内容積は０．３５ｃｃである。発光部２の内部には、ＺｎＩ５ｍｇと希土類ハロゲン化物が封入されており、点灯電力７０Ｗで点灯される。ＺｎＩは蒸気圧が高く、水銀の代わりに封入することにより、ランプの点灯に必要なランプ電圧を確保することができるため、電極間距離は６ｍｍであるが７５Ｖのランプ電圧を得ることができる。このように蒸気圧が高くランプ電圧を確保するために封入される物質としては、ＺｎＩの他にＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎなどのハロゲン化物を使用することができる。
【００１５】
一般的に、高圧放電ランプを点灯するための交流波形は正弦波または矩形波であるが、本発明の無水銀セラミックメタルハライドランプにおいては、垂直点灯時における前記一対の電極に流れる電気量が、単位時間あたりに上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくした交流点灯波形により点灯されている。
【００１６】
放電空間における上側電極の体積Ｖ１、下側電極の体積Ｖ２、単位時間に上側電極から下側電極に流れる電気量をＱ１、下側電極から上側電極に流れる電気量をＱ２としたとき、Ｖ１／Ｖ２は０．５（Ｑ１／Ｑ２）≦Ｖ１／Ｖ２≦１．５（Ｑ１／Ｑ２）の範囲にあることが好ましく、更に０．２≦Ｖ１／Ｖ２≦０．８の範囲にあることが好ましい。
【００１７】
本実施例においては、Ｖ１＝０．３３ｍｍ３、Ｖ２＝０．６６ｍｍ３であり、Ｖ１／Ｖ２＝０．５となっている。各実施例の点灯波形はこの電極の体積を基準として決められたもので、電極体積を変更した場合には、点灯波形も適宜変更したほうが好ましい。
【００１８】
以下本発明に係る無水銀セラミックメタルハライドランプの点灯電流波形に関して、添付の図面により詳細に説明する。点灯電流波形の図面においては、上側電極から下側電極に流れる電流を＋側に、下側電極から上側電極に流れる電流を−側に表記している。
【実施例１】
【００１９】
図２（ａ）は本発明の第１実施形態に係る無水銀セラミックメタルハライドランプの点灯電流波形である。
図２（ａ）に示すように、単位時間Ｔにおいて、上側電極から下側電極に電流が流れる時間をＴ１、下側電極から上側電極に電流が流れる時間をＴ２としたとき、Ｔ２をＴ１よりも大きくし、デューティー比を変更したことを特徴とする。
【００２０】
本実施例においては、点灯周波数は１００Ｈｚであり、単位時間Ｔは１０ｍｓｅｃである。Ｔ１は３．３ｍｓｅｃ、Ｔ２は６．７ｍｓｅｃであり、上側電極から下側電極に流れる電流値と下側電極から上側電極に流れる電流値の電流値は同じであるため、Ｑ１／Ｑ２は０．５となる。
【００２１】
本構成によれば、単位時間Ｔにおいて、下側電極に流れる電子の数が上側電極に流れる電子の数より大きくなるため、下側電極は上側電極よりも多くの電子の衝突を受け温度が上昇する。上側電極より下側電極の温度が上昇することにより放電容器内の上下温度差は抑制され、寿命中におけるクラックの発生を抑制することができる。
【００２２】
図２（ａ）は矩形波による例を示したが、矩形波に限らず図２（ｂ）に示すような正弦波や図２（ｃ）に示す三角波でもよい。
また、単位時間Ｔにおいて、下側電極から上側電極に電流が流れる時間Ｔ２が上側電極から下側電極に電流が流れる時間Ｔ１よりも大きくしてあればよく、本実施例に示した矩形波、正弦波、三角波に限定されるものではない。
【実施例２】
【００２３】
図３（ａ）は本発明の第２実施形態に係る無水銀セラミックメタルハライドランプの点灯電流波形である。
図３（ａ）に示すように、上側電極から下側電極に流れる電流値をＩ１、下側電極から上側電極に流れる電流値をＩ２としたとき、Ｉ２をＩ１よりも大きくしたことにより上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくする。
【００２４】
本実施例においては、点灯周波数１００Ｈｚであり、Ｉ１は０．６Ａ、Ｉ２は１．２Ａであるため、Ｑ１／Ｑ２は０．５となる。
【００２５】
図３（ａ）は矩形波による例を示したが、矩形波に限らず図３（ｂ）に示すような正弦波や図３（ｃ）に示す三角波でもよい。
また、下側電極から上側電極に流れる電流値Ｉ２が上側電極から下側電極に流れる電流値Ｉ１よりも大きくしてあればよく、本実施例に示した矩形波、正弦波、三角波に限定されるものではない。
【実施例３】
【００２６】
図４（ａ）は本発明の第３実施形態に係る無水銀セラミックメタルハライドランプの点灯電流波形である。
図４（ａ）に示すように、破線で示した正弦波のベースとなる位置をプラス側にｄＩだけ移動させる。本実施例においては、ｄＩ＝０．２Ａである。本構成により、上側電極から下側電極に電流が流れる期間が短くなり、下側電極から上側電極に電流が流れる期間が長くなり、上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量は大きくなる。
【００２７】
図４（ａ）は正弦波においてベースをプラス側に移動させ、上側電極から下側電極に電流が流れる期間を短くし、下側電極から上側電極に電流が流れる期間を長くしたが、図４（ｂ）に示す三角波でもよい。
また、ベースをプラス側に移動させることにより、上側電極から下側電極に電流が流れる期間を短くし、下側電極から上側電極に電流が流れる期間が長くなればよく、ベースを移動させる前の電流波形は本実施例に示した正弦波、三角波に限定されるものではない。
【実施例４】
【００２８】
図５（ａ）は本発明の第４実施形態に係る無水銀セラミックメタルハライドランプの点灯電流波形である。
図５（ａ）に示すように、下側電極から上側電極に流れる電流の電流波形が矩形波であり、上側電極から下側電極に流れる電流の電流波形が正弦波である。このとき正弦波のピーク電流値Ｉ３は矩形波の電流値Ｉ４と同じもしくは小さくなっている。
図５（ａ）の破線で示した矩形波１１は下側電極から上側電極に流れる電流の電流波形を反転させたものであり、この反転させた領域内に上側電極から下側電極に流れる電流の電流波形である正弦波が収まる構成になっており、単位時間あたりの電気量が小さい。
【００２９】
図５（ａ）は矩形波と正弦波の組み合わせを示したが、上側電極から下側電極に流れる電流の電流波形は正弦波に限らず、図５（ｂ）に示す三角波でもよい。
また、下側電極から上側電極に流れる矩形波電流に対して組み合わせる上側電極から下側電極に流れる電流波形は、下側電極から上側電極に流れる矩形波電流よりも単位時間あたりの電気量が小さい電流波形であればよく、本実施例に示した正弦波、三角波に限定されるものではない。
【実施例５】
【００３０】
図６（ａ）は本発明の第５実施形態に係る無水銀セラミックメタルハライドランプの点灯電流波形である。
図６（ａ）に示すように、時間Ｔ２２は時間Ｔ１１よりも長い時間としたとき、破線で示した正弦波１２を複数の時間Ｔ１１と時間Ｔ２２に分割し、時間Ｔ１１の期間において上側電極から下側電極に電流を流し、時間Ｔ２２の期間において下側電極から上側電極に電流を流したことにより上側電極から下側電極に流れる電気量よりも、下側電極から上側電極に流れる電気量を大きくする。ここでＴ１１とＴ２２の時間的な比率Ｔ１１／Ｔ２２は０．５である。
【００３１】
図６（ａ）は正弦波１２を分割した電流波形を示したが、分割する前の電流波形は正弦波に限らず、図６（ｂ）に示す三角波でもよい。
また、複数の時間Ｔ１１と時間Ｔ２２に分割したとき、下側電極から上側電極に電流を流す時間Ｔ２２が上側電極から下側電極に電流を流す時間Ｔ１１よりも長ければよく、分割する前の波形は本実施例に示した正弦波、三角波に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１  セラミックメタルハライドランプ
２  発光部
３ａ，３ｂ  細管部
４ａ，４ｂ  電極マウント
５ａ，５ｂ  電極
６ａ，６ｂ  中間材
７ａ，７ｂ  導電性サーメットロッド
８ａ，８ｂ  外部リード
９ａ，９ｂ  ストッパー
１０ａ，１０ｂ  補強リング
１１  矩形波
１２  正弦波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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