JPH0412583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は特には屋内照明に適する100W以下の
小形メタルハライドランプに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年省エネルギーの見地から、従来一般家庭等
の屋内照明用に多用されていた白熱電球に替わ
り、高効率で高演色性の小形メタルハライドラン
プの開発が要請されている。

従来においては200W以上の中、大形メタルハ
ライドランプが既に知られているが、これらラン
プは光束値が白熱電球に較べて格段に高く、演色
性を要求される屋内で使用されるとしても光量が
多く活用できるように比較的高い場所に設置して
使用されている。しかしながら100W以下の小形
になつてくると、白熱電球と同様に比較的低い場
所から直接被照射体を照射して被照射体をきわだ
たせるような使用形態が生じてくる。このため、
従来の中、大形メタルハライドランプにおいては
大して重要とされなかつた配光、特に直下照度が
かなり大きな問題として考慮されなければならな
い。

一般に高圧金属蒸気放電灯は、両端に対向して
一対の電極を封止した発光管構造を有しており、
屋内照明としては両端封止部が上下方向の姿勢と
なるたとえば垂直点灯で使用されることが多く、
両電極間の高圧放電によつて発せられる可視光に
より明るさを得ている。したがつて放電空間から
発せられる可視光は封止部方向では明るさが減じ
られるものであり、この封止部による配光の不均
一さは従来から問題とされていたが、点灯位置が
被照射体よりかなり高位置に設置されることおよ
び複数個のランプと併用されることなどにより、
被照射面の照度分布はかなり均等にすることがで
きた。

しかしながら本発明で対象としている100W以
下の小形メタルハライドランプのように、直接被
照射体を照射し、かつ一般家庭のごとく比較的低
い位置に設置される場合には従来構造のままであ
ると被照射体に明るさのむらを生じる欠点があ
る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の欠点に対処してなさ
れたもので、発光管の封止部方向の明るさを増し
て配光特性の均一化が可能となり、省エネルギー
の観点から高効率さを損うことのない100W以下
の小形メタルハライドランプを提供しようとする
ものである。

〔発明の概要〕

本発明は電極の離間距離、電極の最大径、電極
先端から電極最大径までの長さ、電極の発光管内
突出長および発光管封止部の厚さの各関係を規制
することによつて電極による配光のむらを減少
し、かつ発光管の封止部の厚さと発光管中央部の
内径との比を規制することによつて封止部方向の
光量を増すようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。第１図は40W小形メタルハライドランプの正
面図、第２図は同じそのランプの発光管の縦断面
図を示す。

図において１は石英ガラスなどの耐熱性透光物
質からなる発光管で、その両端にはタングステン
等の高融点金属からなる一対の電極２，３が対設
してある。電極２，３はモリブデン等の金属箔
４，４に接続され、これら金属箔４，４は発光管
１の両端部に形成した封止部５，５内に封着され
ている。金属箔４，４はウエルズ６，６に接続さ
れ、これらウエルズ６，６を介して電極２，３に
電圧が印加される。発光管１はその放電空間部分
が球状もしくは楕円球状となるように、たとえば
膨出成形されており、放電空間内におけるガスの
対流を円滑に生じさせるようになつている。ま
た、発光管１内には始動用希ガスとしてたとえば
アルゴンガス100torr、水銀10mgおよび金属ハロ
ゲン化物としてたとえば沃化スカンジウムと沃化
ナトリウムが合計で２mg封入され、この発光管１
は、さらに内部を真空または窒素などの不活性ガ
スを封入した外管７内に収容されている。外管７
は白熱電球のバルブと同様な外観と大きさを有
し、その一端には端子８ａを設けたねじ込み形口
金８が装着されている。また、外管７のステム９
にはリード線１０ａ，１０ｂが植設され、一方の
リード線１０ａは支持線１を介して一方の電極２
に、また他方のリード線１０ｂは導電ワイヤ１２
を介して他方の電極３に接続されている。

しかして、上記発光管１は第２図に示すように
その中央部の内径Ｄが８mmのほぼ球形をなし、そ
の両端には離間距離Ｌ＝５mmを隔だてて一対の電
極２，３を設け、これら電極２，３はそれぞれ径
0.18mmのタングステン線に径0.06mmのタングステ
ン線を巻回したものを径0.2mmのタングステン製
電極軸１３，１３に巻装してなり、電極コイル１
４，１４径が電極２，３の最大径ｄとなり、この
場合ｄ＝0.8mmとなつてる。また、電極２，３の
先端から電極の最大径つまりこの場合は電極コイ
ル１４，１４径までの長さ△ｌは、本実施例では
電極軸１３の放電側先端と電極コイル１４の先端
とは同一つら位置にあるから△ｌ＝０（mm）とな
る。

さらに電極２，３の発光管内突出長ｌは2.0mm、
封止部５の厚さｔは2.5mmとなるよう設定されて
いる。

つまり、 ｄ／0.5L＋△ｌ＝0.8／0.5×５＋０＝0.32 ｔ／Ｌ＋ｌ＝2.5／５＋２＝0.36 であり、したがつて ｄ／0.5L＋△ｌ＝0.32＜ｔ／Ｌ＋ｌ＝0.36 ……(1) となる。

このような構造の発光管１を収容したランプを
口金８側を上にして垂直点灯すると、上部電極２
の先端部を頂点とし封止部５の厚さｔ＝2.5mmを
のぞむ角度W₁は(1)式の右辺に相当し、一方両電
極２，３の離間距離Ｌ＝５mmの中心Ａを頂点とし
て下部電極３の最大径ｄ＝0.8mmをのぞむ角度W₂
は左辺に相当するから、(1)式が成立するというこ
とは発光管の発光部であるアーク長つまり電極間
距離Ｌ（mm）について、２倍の距離の所から見込
んでも封止部５の厚さの方が電極３の最大径より
も外側にあるということを示し、したがつて相対
的に電極３がアークからの光を遮ぎる作用が封止
部５のそれよりも少ないことを示している。しか
も実際のアークには幅があり、かつ、重力の影響
でアークの上部ほどその幅は広がるので、上記(1)
式に示した値よりも一層電極３が配光に及ぼす影
響は少ないものと推定されるが、しかしながら上
記(1)式で相対的な影響度は推定できることを次の
試験により確認した。

すなわち、この試験は、 ｄ／nL＋△ｌ＝ｔ／Ｌ＋ｌ ……(2) なる(2)式を満足するランプをＬの係数であるｎを
０＜ｎ≦１の範囲で種々変化さして製作し、これ
等各種ランプについてその直下照度に及ぼす影響
を測定した結果を第３図に示す。

測定はランプをその口金８側を上にした垂直点
灯におけるもので、縦軸は1000lm照度（Cd）で
示した直下照度であり、横軸はＬ（電極間距離）
の係数ｎを示す。また、各ランプは全て発光管の
封止部５の厚さｔ（mm）と発光管中央部の内径Ｄ
（mm）との比ｔ／Ｄは一定となるように形成して
ある。

第３図からｎが大きくなるにつれて電極の光を
遮蔽する割合が大きくなるので直下照度は次第に
低下し、特にｎが0.5を越えると急激に下降する
ことが判る。すなわちｎ≦0.5が望ましく、した
がつて ｄ／0.5L＋△ｌ≦ｔ／Ｌ＋ｌ ……(3) を満足するようにすれば直下照度を向上できるこ
とが判る。この効果は主に電極が配光に及ぼす影
響を小さくしたために得られるものと推定され
る。

次に小形メタルハライドランプの配光に影響が
あると思われる要件に封止部５がある。封止部５
の大きさ特にその断面積の大きさは発光管１から
封止部５方向へ放射される光路を遮断するので、
上記断面積は小さくする程、配光への影響を少な
くできることは明らかである。ところで、封止部
５は通常上記のように極めて薄い箔状に形成され
た金属箔４を気密に封着するため、扁平に圧潰封
止された形状に形成される。したがつて、この扁
平な封止部断面積を小さするに際し、封止部の幅
または厚さのどちらかを同一寸法縮少する場合、
幅に較べてはるかに長さの短かい厚さの方を縮少
する方が断面積をより小さくできることは計算上
からも明らかである。したがつて、本発明では上
記配光に影響を与える封止部の大きさを検討する
に際し、封止部の厚さｔを採り上げることにし
た。

なお、封止部５には金属箔４、電極２，３の基
端部およびウエルズ６等を気密に封着しなければ
ならないこと、および機械的強度をある程度保持
させなければならないこと等を考慮した場合、そ
の厚さｔを薄くするには限度がある。本発明にお
いては、この封止部の厚さｔと発光管中央部の内
径Ｄとの関係を規制することによつて、上記封止
部５の気密性、機械的強度に不都合を生じること
なしに、配光分布を改善し、直下照度の向上を可
能とした。

この結果を第４図に示す。この場合も上記第３
図の場合と同様にランプ口金８側を上とした垂直
点灯におけるもので、縦軸は1000lmの照度（Cd）
で示す直下照度、横軸はｔ／Ｄの比を示す。

なお、試験に使用した発光管の構造は、ｄ＝
0.8mm、△ｌ＝０mm、Ｌ＝5.0mm、ｌ＝2.0mmで、か
つＬの係数ｎを0.45にして上記(2)式 ｄ／nL＋△ｌ＝ｔ／Ｌ＋ｌ を満足させるためｔ＝3.6mmとしてある。

したがつて、ｎ＝0.45で(2)式を満足する発光管
はとりもなおさず、(3)式の ｄ／0.5L＋△ｌ≦ｔ／Ｌ＋ｌ を満足していることになる。このような発光管構
造において、さらに発光管中央部の内径Ｄ（mm）
を変化させることによつてｔ／Ｄの値がそれぞれ
異なる発光管を作製したものである。

第４図からｔ／Ｄが大きくなるにつれて、つま
り発光管封止部の厚さｔが発光管中央部の内径Ｄ
に対して厚くなるにしたがつて直下照度は次第に
低下し、特にｔ／Ｄが0.4を越えると急激に低下
することが判る。

したがつて、ｔ／Ｄ値は、 ｔ／Ｄ≦0.4 ……(4) の範囲におさえれば優れた直下照度を得ることが
できる。

次に(2)式のｎが0.45で(3)式を満足し、かつｔ／
Ｄ＝0.31で(4)式をも満足する本発明の一実施例ラ
ンプ（実線で示す。）と、ｎ＝0.56、ｔ／Ｄ＝
0.43の本発明外のランプ（破線で示す。）の1000l
ｍ当りの照度（Cd）の配光分布の特性図を第５
図に示す。図から判るように配光分布の上方はラ
ンプの口金８が存在するので両者の間にほとんど
差は認められないが、実施例ランプは直下照度に
おいて従来ランプよりもはるかに向上しており、
配光分布が均一化される方向に改善されているこ
とが顕著に現われている。これは発光管１の封止
部５方向への光量を増加することができたためで
ある。

したがつて、本発明は発光管１の両端封止部
５，５が上、下向となる形態たとえば垂直点灯時
における下方向に位置する封止部側による配光の
不均一さを解消することを目的としたものである
から、上記(3)、(4)式を満足するのは点灯時に下方
向とする側の封止部および電極だけでも良いわけ
である。

以上は40Wのメタルハライドランプについて述
べたが、次に他の実施例である100Wのメタルハ
ライドランプについて述べる。この場合のランプ
の構造は発光管中央部の内径Ｄ＝10.5mm、電極は
径0.2mmのタングステン線に径0.1mmのタングステ
ン線を巻回したものを径0.3mmのタングステン製
電極軸に巻装して内側コイルを形成し、さらにそ
の上に径0.15mmのタングステン線を巻回して外側
コイルを形成したもので、外側コイルの径つまり
電極の最大径ｄは1.4mmに、またコイルから突出
した電極軸の先端つまり電極先端から電極最大径
までの長さ△ｌは0.8mmに設定されている。また
上記構造の電極一対の離間距離Ｌは17mmに、電極
の発光管内突出長ｌは５mm、封止部の厚さｔは
3.5mmにそれぞれ設定されている。

したがつて、上記(3)式の 左辺＝ｄ／0.5L＋△ｌ＝1.4／0.5×17＋0.8＝0.151 右辺＝ｔ／Ｌ＋ｌ＝3.5／17＋５＝0.159 で(3)式を満足する。

また、ｔ／Ｄ＝3.5／10.5＝0.33 で(4)式をも満足する。

この実施例の場合も先の40Wメタルハライドラ
ンプの場合と同様に垂直点灯時の直下照度は向上
し、配光特性を改善することができた。

さらに、一般に発光管１を収容する外管７は内
面にけい光体もしくはシリカ等の光拡散物質を塗
布して光拡散タイプとするか、もしくは光拡散物
質を用いない透明（クリア）タイプとされる。光
拡散タイプの場合には透明タイプに較べて配光特
性がかなり均一化されることは知られている。し
かしながら、本発明による発光管の配光分布は、
拡散タイプの外管を使用しても何ら打ち消される
ものではなく、従来のものに較べて依然として有
位性をもつものであるから、外管については何ら
制約されるものではない。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、電極の離
間距離Ｌ、電極の最大径ｄ、電極先端から電極最
大径までの長さ△ｌ、電極の発光管内突出長ｌお
よび発光管封止部の厚さの各関係を規制すること
によつて電極の構造寸法に基づく配光むらを減少
し、かつ発光管封止部の厚さと発光管中央部の内
径Ｄとの比を規制することによつて封止部方向へ
の光量を増して直下照度を向上し、よつて配光特
性の均一化を発光効率を損うことなしに達成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるメタルハライ
ドランプの正面図、第２図は同ランプの発光管の
縦断面図、第３図および第４図は直下照度と各因
子との関係を示す特性図、第５図は配光分布の特
性図を示す。 １……発光管、２，３……電極、４……金属
箔、５……封止部、７……外管、８……口金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発光管バルブの両端部に対向して一対の電極
   を封止し、内部に始動用希ガス、水銀および金属
   ハロゲン化物を封入した発光管を備えた100W（ワ
   ツト）以下の小形メタルハライドランプにおい
   て、上記一対の電極の離間距離をＬ（mm）、電極の
   最大径をｄ（mm）、電極先端から電極最大径までの
   長さを△ｌ（mm）、電極の発光管内突出長をｌ
   （mm）、発光管の封止部の厚さをｔ（mm）、発光管中
   央部の内径をＤ（mm）としたとき、 ｄ／0.5L＋△ｌ≦ｔ／Ｌ＋ｌ で、かつ、 ｔ／Ｄ≦0.4 としたことを特徴とする小形メタルハライドラン
   プ。