(57)【要約】【課題】高輝度放電ランプにおいて、簡単な構造でステムのシール部の高温化を回避するための技術を提供する。【解決手段】定格電力が５００〜２０００Ｗの高ワット型の高輝度放電ランプは、外管と、該外管の開口端部に溶着されたステムと、該ステムを覆う口金と、前記外管内に配置された発光管と、を有し、前記ステムを覆うように円筒状の遮熱キャップが設けられていることを特徴とする。前記ステムは、シール部、胴部及びフレア部を有し、前記遮熱キャップから前記フレア部までの距離Ｌは、Ｌ＝１０〜５０ｍｍである。前記発光管と前記ステムの間に始動装置が設けられており、前記発光管と前記始動装置の間に遮熱板が設けられている。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と、該外管の開口端部に溶着されたステムと、該ステムを覆う口金と、前記外管内に配置された発光管と、を有し、定格電力が５００〜２０００Ｗの高ワット型の高輝度放電ランプにおいて、
前記ステムを覆うように円筒状の遮熱キャップが設けられていることを特徴とする高輝度放電ランプ。
【請求項２】
請求項１記載の高輝度放電ランプにおいて、
前記ステムは、シール部、胴部及びフレア部を有し、前記遮熱キャップから前記フレア部までの距離Ｌは、Ｌ＝１０〜５０ｍｍであることを特徴とする高輝度放電ランプ。
【請求項３】
請求項１記載の高輝度放電ランプにおいて、
前記遮熱キャップは、外径が１０〜３５ｍｍ、高さが５〜３０ｍｍであることを特徴とする高輝度放電ランプ。
【請求項４】
請求項１記載の高輝度放電ランプにおいて、
前記発光管と前記ステムの間に始動装置が設けられており、前記発光管と前記始動装置の間に遮熱板が設けられていることを特徴とする高輝度放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度放電ランプに関し、特に、高輝度放電ランプの外管マウントの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電ランプ（以下、ＨＩＤランプという。）は、高効率であり経済性に優れているため広く用いられている。ＨＩＤランプは、発光管に封入する添加物の種類に応じて、水銀ランプ、メタルハライドランプ、及び、高圧ナトリウムランプの３種類に大きく分けられる。高輝度放電ランプは、高圧金属蒸気放電ランプとも称され、発光管とそれを囲む外管（外球）からなる。発光管は、ステムによって外管内に支持され、ステムのシール部によって密閉されている。発光管内の電極はステムのリード線を介して外管の口金に接続されている。
【０００３】
高輝度放電ランプの点灯中にステムのシール部の温度が過度に上昇すると、ステムにクラックが発生することがある。そこで、高輝度放電ランプでは、点灯中にステムのシール部の温度が所定の温度を超えないように設計されている。更に、外管の封止工程では、外管のネック部とステムのフレア部とを溶着する。ここのとき、発生する熱によってステムにクラックが発生することがある。従って、外管の封止工程におけるステムのクラック発生についても考慮する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、ゲッタの動作温度を適正にするために発光管とゲッタの間に遮熱板を設けたメタルハライドランプの例が記載されている。特許文献２には、発光管放射部と発光管保持部の間に遮熱板を設けたメタルハライドランプの例が記載されている。特許文献３には、ステムの内部導線を通してステムのシール部に接するように遮熱板を設けた高演色小型メタルハライドランプの例が記載されている。特許文献４には、始動装置とステムの間に遮熱板を設けた高圧放電ランプの例が記載されている。
【０００５】
特許文献５には、ステムのピンチ部の周囲に配置される金属遮熱板を設けた高圧金属蒸気放電ランプの例が記載されている。金属遮熱板を設けることにより、ランプ製造工程においてステムピンチ部のクラック発生を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平5-13574号公報（岩崎電気）（４００Ｗ）
【特許文献２】特開平8-148123号公報（岩崎電気）（１５０Ｗ）
【特許文献３】特開平11-250856公報（岩崎電気）（１５０Ｗ）
【特許文献４】特開2014-67663公報（岩崎電気）
【特許文献５】特開平8-185830号公報（特許第3206347号）（松下電器）（１ｋＷ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３に記載された例のように、定格電力が１００〜４００Ｗ程度の低中ワット型の高圧放電ランプでは、１枚の遮熱板を設けることによって、発光管からの熱の放射を遮断することができる。それによって、ゲッタ、ステムのシール部、口金のはんだ部、始動装置等を保護することができる。しかしながら、定格電力が５００〜２０００Ｗ程度の高ワット型の高圧放電ランプでは、発光管からの放熱量が多いため、１枚の遮熱板では不十分であることが判った。しかしながら、複数枚の遮熱板を設けると、構造が複雑化しランプの組立工程が煩雑化する。
【０００８】
本発明の目的は、高輝度放電ランプにおいて、簡単な構造でステムのシール部の高温化を回避するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、外管と、該外管の開口端部に溶着されたステムと、該ステムを覆う口金と、前記外管内に配置された発光管と、を有し、定格電力が５００〜２０００Ｗの高ワット型の高輝度放電ランプにおいて、
前記ステムを覆うように円筒状の遮熱キャップが設けられている、としてよい。
【００１０】
本発明の実施形態によると、前記高輝度放電ランプにおいて、前記ステムは、シール部、胴部及びフレア部を有し、前記遮熱キャップから前記フレア部までの距離Ｌは、Ｌ＝１０〜５０ｍｍである、としてよい。
【００１１】
本発明の実施形態によると、前記高輝度放電ランプにおいて、
前記遮熱キャップは、外径が１０〜３５ｍｍ、高さが５〜３０ｍｍである、としてよい。
【００１２】
本発明の実施形態によると、前記高輝度放電ランプにおいて、
前記発光管と前記ステムの間に始動装置が設けられており、前記発光管と前記始動装置の間に遮熱板が設けられている、としてよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高輝度放電ランプにおいて、簡単な構造でステムのシール部の高温化を回避するための技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、本実施形態に係るメタルハライドランプの構造の例を説明する図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、メタルハライドランプの比較例の構造を説明する図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本実施形態に係るメタルハライドランプのステム及び遮熱キャップの例を説明する図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本実施形態に係るメタルハライドランプのステム及び遮熱キャップの例を説明する図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本実施形態に係るメタルハライドランプのステム及び遮熱キャップの例を説明する図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本実施形態に係るメタルハライドランプのステム及び遮熱キャップの例を説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本実施形態に係るメタルハライドランプの遮熱キャップの例を説明する図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本実施形態に係るメタルハライドランプの遮熱キャップの例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る高輝度放電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、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
【００１６】
図１Ａを参照して本発明に係わる高輝度放電ランプを説明する。本発明に係わる高輝度放電ランプは、定格電力が比較的高い高ワット型のランプであり、例えば、定格電力が５００〜２０００Ｗである。ここでは、本発明に係わる高輝度放電ランプの実施形態として、メタルハライドランプの例を説明する。本実施形態によるメタルハライドランプ１００は、外管１０１と、その開口端部を密閉するように設けられたステム１０５と、それを覆う口金１０３とを有する。外管１０１の内部は、真空排気されてもよいが、不活性ガスが充填されてもよい。外管１０１の内部に、石英製の発光管１１０が配置されている。発光管１１０は、中央の発光部１１０Ａと、その両側のピンチシール部１１０Ｂ、１１０Ｃを有する。発光部１１０Ａの内部空間には不活性ガス、水銀、発光物質等が密封されている。発光管１１０は、更に、１対の主電極１１２Ａ、１１２Ｂと補助電極１１２Ｃを有する。これらの電極の先端は発光部１１０Ａの内部空間に配置されている。
【００１７】
発光管１１０のピンチシール部１１０Ｂ、１１０Ｃは、それぞれ発光管支持部材１１７Ａ、１１７Ｂによって、支柱１１９Ａ、１１９Ｂに固定されている。支柱１１９Ａ、１１９Ｂは、発光管１１０を支持する支持機能と発光管１１０に電力を供給する給電機能を有する。ステム１０５と発光管１１０の間に始動装置１１３が設けられている。本実施例では、始動装置１１３は、始動抵抗やバイメタルユニット等を含む。始動抵抗は、発光管の補助電極１１２Ｃに接続され、主電極１１２Ｂから補助電極１１２Ｃへ流れる電流を制御する。バイメタルユニットは、通常、点灯時に補助電極１１２Ｃからステムの内部導線へ流れる電流を切断する。また水銀灯用安定器で点灯させる内部始動器付のランプでは、始動装置１１３として非線形強誘電性セラミックコンデンサ（ＦＥＣ）、バイメタルユニット、抵抗器、等を含むが、ここではその詳細な説明は省略する。
【００１８】
本実施形態のメタルハライドランプ１００には、更に、ステム１０５を覆うように遮熱キャップ２０が設けられている。遮熱キャップ２０は円筒容器の形状を有するが、その構造及び機能は後に詳細に説明する。
【００１９】
図１Ａを参照して説明した本実施形態のメタルハライドランプ１００は、外管１０１内に始動装置１１３を備える。しかしながら、本発明に係わる高輝度放電ランプは、外管１０１内に始動装置１１３を備える形式のランプに限定されるものではなく、外管１０１内に始動装置１１３を備えない形式のランプも含まれる。
【００２０】
図１Ｂを参照してメタルハライドランプの比較例を説明する。この比較例は、図１Ａの実施形態と比較して、遮熱キャップ２０の代わりに遮熱板１６、１７、１８、１９が設けられている点が異なり、それ以外の構成は、図１Ａの実施形態と同様であってよい。第１の遮熱板１６は、４つの遮熱板のうち最も発光管側に設けられ、発光管１１０と始動装置１１３の間に且つ発光管１１０のピンチシール部１１０Ｃに近接して設ける。第２の遮熱板１７は、始動装置１１３とステム１０５の間に且つ始動装置１１３に近接して設ける。第３の遮蔽板１８は、支柱１１９Ｂの口金側の端部に設ける。第４の遮熱板１９は、４つの遮熱板のうち最も口金側に設けられ、ステム１０５のシール部に且つステム１０５の端部に近接して設ける。この比較例は、図１Ａの本実施形態と同様に、定格電力が比較的高い高ワット型のランプであり、例えば、定格電力が５００〜２０００Ｗである。
【００２１】
図２Ａ及び図２Ｂを参照して、本発明に係わる高輝度放電ランプのステム及び遮熱キャップの構造及びその装着方法を説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、外管１０１に溶着する前のステム１０５の形状を示す。ステム１０５に遮熱キャップ２０が装着されている。図２Ａは、ステム１０５の平面構成と遮熱キャップ２０の断面を示す図であり、図２Ｂは、ステム１０５の側面構成と遮熱キャップ２０の断面構成を示す図である。ステム１０５は、シール部１０５Ａ、胴部１０５Ｂ、フレア部１０５Ｃ及び排気管１０５Ｄを有する。胴部１０５Ｂの外面の開口部１０５Ｅは、排気管１０５Ｄの開口端部である。ステム１０５は、更に、１対の内部導線１０６Ａ、１０６Ｂと、それに接続された１対の外部導線１０７Ａ、１０７Ｂを有する。内部導線１０６Ａ、１０６Ｂは、図示しない給電部材または支柱１１９Ｂを介して主電極１１２Ａ、１１２Ｂに電力を供給する。外部導線１０７Ａ、１０７Ｂは、それぞれ口金１０３のシェルと先端のアイレットにはんだ付けなどにより接続される。以下に、外部導線１０７Ａ、１０７Ｂと口金１０３のシェル及び先端のアイレットにはんだ付けされた部分を単に口金のはんだ部と称する。
【００２２】
次に、ステム１０５の装着方法の概略を説明する。予め外管マウントを製造する。外管マウントは、ステム１０５及び遮熱キャップ２０を除き、外管１０１内に配置される全部品を含む。一方、ステム１０５に遮熱キャップ２０を装着する。内部導線１０６Ａ、１０６Ｂは遮熱キャップ２０より突出する。遮熱キャップ２０が抜けないように、内部導線１０６Ａ、１０６Ｂの少なくとも一方に、短い金属線１０６Ｃを溶接する。図示のように、遮熱キャップ２０の高さ、即ち、軸線方向の寸法をＨとし、遮熱キャップ２０とステム１０５のフレア部１０５Ｃの間の距離をＬとする。次に、外管マウントの支柱１１９Ｂに内部導線１０６Ａ、１０６Ｂをスポット溶接等により接続する。こうして、発光管１１０と遮熱キャップ２０とステム１０５を含む外管マウントが完成する。この外管マウントを外管１０１内に挿入する。最後に、フレア部１０５Ｃの端部を外管１０１の開口端部に溶着する。それによって、外管１０１とステム１０５は一体的な構造を形成する。
【００２３】
外管１０１の開口端部にステム１０５のフレア部１０５Ｃの端部を溶着することによって、排気管１０５Ｄの内部は、開口部１０５Ｅを介して外管１０１の内部空間に接続されている。次に、排気管１０５Ｄを経由して、外管１０１の内部を排気し、その後、不活性ガスを封入する。最後に、排気管１０５Ｄの外端の先端を閉鎖（図示なし）する。こうして、外管１０１の内部は密閉される。外管１０１の内部は圧力５０ｋＰａ程度に保持される。
【００２４】
図２Ｃ及び図２Ｄを参照して、本発明に係わる高輝度放電ランプのステムの構造について説明する。図２Ｃは、ステム１０５の平面構成の断面を示す図であり、図２Ａに対応する。図２Ｄは、ステム１０５の側面構成の断面構成を示す図であり、図２Ｂに対応する。上述のように、ステム１０５はシール部１０５Ａ、胴部１０５Ｂ、フレア部１０５Ｃ及び排気管１０５Ｄを有する。シール部１０５Ａの軸線方向の寸法をＬSとする。シール部１０５Ａは、ステム１０５の先端から胴部１０５Ｂの円筒外径が縮径している位置までの部分である。シール部１０５Ａのうち、ピンチングジョーでピンチ加工され、厚さが小さくなっている部分をピンチシール部１０５ａと称する。ピンチシール部１０５ａの軸線方向の寸法をＬpとする。ピンチシール部１０５ａの寸法Ｌpはシール部１０５Ａの寸法ＬSより小さい。即ち、Ｌp＜ＬSである。図２Ｃ及び図２Ｄには、遮熱キャップ２０は描いていないが、参考に、遮熱キャップ２０の軸線方向の寸法Ｈと、遮熱キャップ２０とステム１０５のフレア部１０５Ｃの間の距離Ｌを記載した。
【００２５】
本実施形態では、遮熱キャップ２０の軸線方向の寸法Ｈはシール部１０５Ａの軸線方向の寸法ＬSより大きい。即ち、遮熱キャップ２０は、少なくともステム１０５のシール部１０５Ａを覆うように構成される。従って、距離Ｌは、少なくとも、ステム１０５の胴部１０５Ｂより短い。しかしながら、距離Ｌが短すぎると、好ましくない。距離Ｌは少なくとも１０ｍｍは必要であり、好ましくは、５０ｍｍ程度である。即ち、本実施形態では、遮熱キャップ２０は、少なくともステム１０５のシール部１０５Ａを覆うが、距離Ｌは、少なくとも１０ｍｍは必要であり、好ましくは、５０ｍｍ程度である。
【００２６】
図３Ａ及び図３Ｂを参照して、本実施形態による遮熱キャップ２０の構造について説明する。図３Ａは、本実施形態による遮熱キャップ２０の外観を斜視図であり、図３Ｂは、本実施形態による遮熱キャップ２０の断面構成を示す図である。遮熱キャップ２０は、円筒部２１と底面２２と開口２３（図３Ｂ）を有する円筒容器の形状を有する。底面２２には、ステム１０５の内部導線１０６Ａ、１０６Ｂの位置に対応した１対の孔２４Ａ、２４Ｂが形成されている。上述のように、この孔２４Ａ、２４Ｂに、ステム１０５の内部導線１０６Ａ、１０６Ｂが挿通する。また１対の孔２４Ａ、２４Ｂの代わりに内部導線１０６Ａ、１０６Ｂが挿通されるような１つの長穴が形成されていてもよい。
【００２７】
遮熱キャップ２０の外径をＤ、高さをＨとする。Ｄ＝１０〜３５ｍｍ、Ｈ＝５〜３０ｍｍである。尚、遮熱キャップ２０は、金属製又はセラミックス製であってよいが、好ましくは、セラミックス製である。
【００２８】
表１を参照して、本願の発明者が行った実験を説明する。本願の発明者は石英製の発光管を備えた定格電力１５００Ｗのランプの開発の目標として、ランプ寿命中にステムクラックの発生を防止することを考えた。ランプ寿命中にステムクラックの発生を防止するためには、点灯中のステムの温度を３２０℃以下に保つ必要がある。本願の発明者は４つの比較例と実施例を試作し、点灯中のステムのシール部の温度を測定した。ここで再度、図２Ｃ及び図２Ｄを参照する。点灯中のステム１０５のシール部１０５Ａにおいて、外部導線１０７Ａ、１０７Ｂがステムのシール部１０５Ａに埋まっている付け根の部分のうち最も温度が高くなる箇所を測定点としている。本願の発明者が行った実験では、符号Ｐで示す部位に熱電対を設定して温度を測定した。以下に、部位Ｐにおける測定温度を単にステムのシール部１０５Ａの温度と称する。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１は、本願の発明者が行った実験とそれより得られた結果を示す。図１Ｂに示した比較例では、４つの遮熱板１６、１７、１８、１９が設けられているが、本願の発明者は、遮熱板を順に除去した比較例を試作した。表１の比較例１は、第１の遮熱板１６のみを設けたランプである。比較例２は、第１及び第２の遮熱板１６、１７を設けたランプである。比較例３は、第１、第２及び第３の遮熱板１６、１７、１８を設けたランプである。比較例４は、全ての遮熱板１６、１７、１８、１９を設けたランプである。
【００３１】
比較例１、２、３及び４の各々について１０個のサンプルを用意した。各サンプルを用いて点灯実験を行い、ステム１０５のシール部１０５Ａの温度を測定した。測定値はバラツキがあり、平均値を求めた。ステム１０５のシール部１０５Ａの温度が３２０℃を超えないものを合格とした。即ち、平均値は３２０℃が以下であっても、３２０℃を超えるサンプルが１つでもあると不合格とした。比較例１では、ステム１０５のシール部１０５Ａの平均温度が３４０℃であり、不合格である。比較例２では、ステム１０５のシール部１０５Ａの平均温度が３２０℃であり、温度が３２０℃を超えるものが複数個あり、不合格とした。比較例３では、ステム１０５のシール部１０５Ａの平均温度が３１０℃であるが、３２０℃を超えるものが１個あった。そのため、不合格とした。
【００３２】
比較例４では、ステム１０５のシール部１０５Ａの平均温度が３００℃であり、３２０℃を超えるものが無かった。そこで、比較例４についてライフテスト及び外部モニターを行ったが、点灯中のステム１０５のシール部１０５Ａにおけるクラックの発生は無かった。しかしながら、比較例４の場合、外管封止工程において、外管１０１の開口端部にステム１０５のフレア部１０５Ｃの端部を溶着する作業の後にステムクラックが発生する事例が１％前後発生した。これは、ステムのシール部に取り付けられた遮熱板１９によって、溶着作業中に外管下側から上がってくる熱気がせき止められるため、外管のネック部に熱がこもり、熱歪に起因してクラックが生じると考えられる。溶着作業後にステムクラックを起こしたランプは、次の排気工程の前で不良として排除されるため、客先に出回る事は無いが、製造歩留まりを下げる要因となる。
【００３３】
そこで、本願の発明者は、遮熱キャップ２０のみを設けた実施例を試作した。実施例では、ステム１０５のシール部１０５Ａの平均温度が２９０℃であり、３２０℃を超えるものが無かった。そこで、合格とした。さらに、実施例の場合、外管封止工程の溶着工程において、溶着部の熱歪に起因したステムクラックの発生は無かった。その理由は次のように考えられる。先ず、遮熱キャップ２０の外径が遮熱板１９の外径より小さいため、溶着作業中に外管下側から上がってくる熱気をせき止めることがない。そのため、外管のネック部に熱がこもることがない。また、遮熱キャップ２０がステム１０５のシール部１０５Ａの周側面をも覆っているため、点灯中において、単なる平板の遮熱板より遮熱効果は大きい。
【００３４】
本発明の実施形態によると、遮熱キャップ２０ばかりでなく、遮熱キャップ２０と第１〜第４の遮蔽板１６〜１９を組み合わせてもよい。例えば、遮熱キャップ２０と第１の遮蔽板１６の組み合わせた実施形態を考察する。第１の遮蔽板１６は、最も発光管に近い側の遮蔽板である。従って、第１の遮蔽板１６は点灯中に発光管１１０からの熱により始動装置１１３に含まれる抵抗が劣化することを防止する機能を提供する。ただし遮熱効果が大きすぎると、始動装置１１３に含まれるバイメタルの動作に悪影響を与える。第１の遮蔽板１６の遮熱効果は、外径寸法によって決まるといってよい。従って、第１の遮蔽板１６の外径寸法は、始動装置１１３の抵抗の劣化を防止し、且つ、始動装置１１３のバイメタルの動作を確保するように、設定される。
【００３５】
次に、遮熱キャップ２０と第２の遮蔽板１７又は第３の遮蔽板１８を組み合わせた実施形態を考察する。第２の遮蔽板１７又は第３の遮蔽板１８は、封止工程の溶着作業中に外管のネック部の溶着部の熱が始動装置１１３に直接的に作用することを防止する機能を有する。従って、封止工程中に溶着部からの熱に対して始動装置１１３を保護するために、遮熱キャップ２０に加えて、第２の遮蔽板１７又は第３の遮蔽板１８を設置することが好ましい。
【００３６】
以上、本発明に係る高輝度放電ランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・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、添付の特許請求の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００３７】
１６、１７、１８、１９…遮熱板、２０…遮熱キャップ、１０１…外管、１０３…口金、１０５…ステム、１０５Ａ…シール部、１０５ａ…ピンチシール部、１０５Ｂ…胴部、１０５Ｃ…フレア部、１０５Ｄ…排気管、１０６Ａ、１０６Ｂ…内部導線、１０６Ｃ…金属線、１０７Ａ、１０７Ｂ…外部導線、１１０…発光管、１１０Ａ…発光部、１１０Ｂ、１１０Ｃ…ピンチシール部、１１２Ａ、１１２Ｂ…主電極、１１２Ｃ…補助電極、１１３…始動装置、１１７Ａ、１１７Ｂ…発光管支持部材、１１９Ａ、１１９Ｂ…支柱
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2017183036.tif 000007
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2017183036.tif 000009
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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