JPH0427667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は屋内照明に好適する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
の屋内用照明に多用されていた白熱電球に替わ
り、高効率で高演色正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、これら中、
大形メタルハライドランプは光束値が白熱電球に
比べて格段に高く、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
射してこの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、両端に相対する
電極を封着した発光管構造を有しており、屋内照
明としては両端封着部が上下方向の姿勢となる垂
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
光は封着部方向では明るさが減じられるものであ
り、この封着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
置に設置されて点灯されるものでは、従来構造の
ままであると被照射体に明るさのむらを発生する
不具合を生ずる。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、封着部方向の明る
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〕

本発明は発光管の肉厚をその主部よりも封着部
近傍部において大きくなるように形成することに
よつて、肉厚の大きい方向に光の屈折を生じさせ
て封着部方向の光量を増加させると共に、さらに
封着部の厚さをも規制することによつて、封着部
による光の損失を減少させ、もつて配光特性の改
善を可能としたものである。

〔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図は小形メタルハライドランプを示し、図
において１は透光正耐熱絶縁物たとえば石英ガラ
スからなる発光管であり、両端にタングステン等
の高融点金属からなる電極２，３を封着してあ
る。電極２，３はモリブデン等の金属箔導体４，
４に接続されており、これら金属箔導体４，４は
発光管１の両端部に形成した封着部５，５内に封
着されている。金属箔導体４，４はウエルズ６，
６に接続されており、これらウエズ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せしめるように
なつている。また発光管１内には水銀と、始動用
希ガスと、発光金属としての金属ハロゲン化物、
たとえば沃化ナトリウムおよび沃化スカンジウム
が封入されている。

発光管１は外管７内に収容され、外管７は白熱
電球と同様な形状および大きさを有し、一端にね
じ込み形口金８を被着してある。外管７のステム
９にはリード線１０ａ，１０ｂが封着されてお
り、一方のリード線１０ａには支持線１１を介し
て一方の電極２が接続されているとともに、他方
のリード線１０ｂには発光管１から遠ざかるよう
に弓形に曲成された導電ワイヤ１２を介して他方
の電極３が接続されている。なお外管７内は真空
もしくは窒素あるいは不活性ガスの雰囲気に保た
れており、また口金８には端子８ａが設けられて
いる。

しかして発光管１は第２図に示されるように、
発光空間の周囲の肉厚分布が異なるように構成さ
れている。すなわち発光管１の主部１３の肉厚t₁
を0.3mm〜1.5mmとし、これに対し発光管封着部
５，５の近傍部１４の内の少なくとも一部１４ａ
つまり封着部５，５との境界部の肉厚を上記主部
１３の肉厚１₁よりも大きくし、その最大値をｔ
mmとしたとき、 ｔ／t₁＝1.4〜3.3 の範囲になるようにすると共に、封着部５，５の
厚さt₂に対しては ｔ／t₂＝0.5〜1.3 となるように構成されている。

なお、上記発光管主部１３とは電極２と３との
先端間距離つまりアーク長に対応する管壁部分を
指し、封着部近傍部１４とは上記主部１３以外の
管壁部分つまり電極２，３の先端部から封着部
５，５にかけての管壁部分を指すものである。

このような構造の肉厚分布をもつことにより、
この肉厚変化の光学的効果にもとづき配光特性が
改善される。すなわち、上記のごとき肉厚分布構
造によれば、光が肉厚の大きい方向へ屈折すると
いうレンズ作用により、封着部側の光量が増大す
る。第３図はその原理の一層詳しく説明するため
に示したもので、本図によつてその作用を説明す
る。第３図Ａは発光管の形状が球状であうが肉厚
の変化がない場合、第３図Ｂは本実施例のものに
係り発光管の形状が球状でありしかも主部１３に
比べて封着部近傍部１４の肉厚が大きい場合を
各々に示す。説明を簡単にするために中心点Ｏか
らの同一方向に光線OAが放出される場合を考え
てみる。また、第３図Ａと第３図Ｂにおいては発
光管曲率半径は封着部近傍は同一としてある。

第３図Ａの場合には、Ｏ点が曲率中心であるた
め、入射角は零であり、ガラス壁のＡ点に入射さ
れた光は屈折されることなくＢ点に至り、かつガ
ラス壁の外面も曲率中心がＯ点であることからＢ
点において屈折されず、よつてOA方向の入射光
は直進してB′C′方向へ放出される。

第３図Ｂの場合においては、OA方向の入射光
はB″まで直進される。B″点における曲率中心は
Ａ点の曲率中心とは異なる位置にあり、しかも図
示の上方が大きな肉厚となるように形成されてお
り、かつ屈折率の大きな所から小さな所へ光が透
過する場合に入射角よりも大きな角度で透過する
ことの理由により、B″C″方向の屈折光となる。
B″C″方向の屈折光は入射方向OAに対して角度θ₂
だけ図示の上方に向つて屈折される。このことが
レンズ効果と称するゆえんであり、したがつて第
２図の発光管１は封着部近傍部１４の少なくとも
一部１４の肉厚を大きくしてあるから、第３図Ｂ
のレンズ効果にもとづき封着部５，５方向の光量
が増大される。

以上の説明においては中心点Ｏから出た１本の
光線について考察し、かつ発光管形状も球状の場
合について検討したが、複数の光線、中心点Ｏ以
外から出る光および発光管形状が楕円球状の場合
を考えても、その屈折作用は複雑になるが基本的
にはレンズ効果によつて封着部５方向へ拡散され
ることは容易に理解される。

また、円筒状の発光管であつても封着部近傍が
曲線状に成形されている場合は上記の原理がその
まま適用される。さらに第３図Ｂは封着部近傍の
肉厚を増す方法として内壁面を球状とし、外壁面
の曲率を封着部近傍で肉厚が増加するよう大きく
しているが、内壁面の曲率を小さくすることによ
つて肉厚を増加してもほぼ同様に上記の原理から
レンズ効果があることが理解できる。さらにまた
肉厚分布は上記実施例では封着部近傍部１４の肉
厚を厚くする一部として封着部との境界部を採り
上げたが、この部分に限らず封着部近傍部１４の
少なくともどこか一部分つまり部分的に肉の盛り
上がりである厚肉部が形成されていれば上記レン
ズ効果はある。特に封着部近傍部１４の全体を肉
厚に形成すれば一層その効果は顕著となるし、ま
た発光管主部１３から封着部５にかけて連続的に
肉厚を変化させるようにしても良い。

厚肉部の形成については、発光管成形時に封着
予定部付近の肉厚を予め大きくしておいても良い
し、また封着前には均一な肉厚分布のものを、封
着工程においてその付近の肉厚を第３図に示すよ
うに封着部の近傍に肉が集まるように成形しても
よい。

以上の原理にもとづき配光特性の改善結果を第
４図に示す。第４図中破線は従来構造の発光管の
例であり、実線は本実施例に係る肉厚分布および
球状構造の発光管の例を示す。いづれも1000lｍ
の照度（cd）の配光分布であり、かつ口金を上
方とした垂直点灯姿勢である。

なお、発光管構造については上記従来のものも
実施例のものも共に内径８mmの球状形状をなし、
肉厚については従来の場合は全域についてt₁＝
0.7mmで均一に、一方実施例の場合は封着部近傍
部分を0.7mmから最大肉厚ｔ＝0.5mmにしてそれ以
外の部分の肉厚t₁は0.7mmに設定してある。また、
封着部５，５の肉厚t₂は両者共に2.5mmで同一で
ある。

したがつて従来のものは、 ｔ／t₁＝0.7mm／0.7mm＝１ ｔ／t₂＝0.7mm／2.5mm＝0.28 実施例のもは ｔ／t₁＝1.5mm／0.7mm＝2.14 ｔ／t₂＝1.5mm／2.5mm＝0.6 である。

第４図から判るように、図中上方は口金が存在
するので破線のものも実線のものと大差はない
が、本実施例の肉厚分布をもつ実線のものは水平
方向の照度がわずかに減少するものの、直下照度
は破線のものに比べて約３倍に上昇されており、
配光分布が均一化されている。

なお、封着部近傍部１４の一部だけではなく、
近傍部１４の全体の肉厚を厚く形成すれば、上記
レンズ効果は一層大きくなつてより顕著な効果が
得られる。

以上の結果からｔ／t₁およびｔ／t₂を適当な範
囲内に選べば小形ランプにあつてもその配光分布
を大きく改善し得ることが判る。

次に上記ｔ／t₁およびｔ／t₂の適当な範囲を見
い出した試験結果について述べる。

第５図はｔ／t₁と直下照度（口金側の上とした
垂直点灯）との関係を示す図で、このときの条件
としては発光管の肉厚t₁＝0.7mmで一定とし、封
着部近傍の最大肉厚ｔを0.7mm〜2.5mmにとり、し
たがつてｔ／t₁を１〜3.6の範囲内で変化させた
ものである。なお、封着部５，５の肉厚t₂は2.5
mm一定とした。

第５図から明らかなようにｔ／t₁が大きくなる
ほど上記レンズ効果が大きくなるため、封着部方
向への光量が増加して直下照度が高くなる。特に
ｔ／t₁が1.0から1.4と大きくなると急激に直下照
度が高くなり、さらにｔ／t₁の増加につれて直下
照度も一層高くなるが、ｔ／t₁が3.3を越えるほ
ど大きくなると、ｔとt₁との肉厚の差が大きくな
り過ぎるため、発光管管壁の熱的歪の差が大きく
なり点灯中に発光管が破損するおそれが生じるの
で好ましくない。したがつてｔ／t₁は1.4〜3.3の
範囲に規制すれば良いことが判る。

第６図は封着部近傍の最大肉厚ｔと封着部の肉
厚t₂との比ｔ／t₂の直下照度との関係を示す図
で、このときの条件としてはｔ／t₁を上記規制範
囲内の2.2一定とし、ｔ／t₂を種々変化させたも
のである。第６図からｔ／t₂が0.5より小さくな
ると封着部の肉厚t₂が大きくなり過ぎるため、上
記レンズ効果はあつても封着部自体が光路を遮断
する率が大きくなつて直下照度は定価してくる。
一方、ｔ／t₂は大きくなるほど封着部の肉厚が相
対的に小さくなるので直下照度は高くなるが、
ｔ／t₂が1.3を越えるほどになると発光管の大き
さに対して封着部の肉厚t₂が薄くなり過ぎるため
封着工程における歩留の低下や、封着部の強度低
下が問題となつてくるので、ｔ／t₂は0.5〜1.3の
範囲に規制すれば良いことが判る。

以上のことから、 ｔ／t₁＝1.4〜3.3 で、かつ ｔ／t₂＝0.5〜1.3 が適切な範囲といえる。

このことは、発光管の封着部５，５の肉厚につ
いては製造工程上支障をきたさない範囲内で極力
薄くし、かつ、封着部方向への光量を増加させる
にはｔ／t₁の比を大きくとることによつて、その
レンズ効果を大きくできることを意味している。

なお、本発明は発光管１の両端封着部５，５が
上下方向となる形態たとえは垂直点灯時における
下方向に位置する封着部側による配光の不均一さ
を解消するものであるから、上記近傍部１４の肉
厚t₁および厚さt₂を規制するのは下方向となる一
方の封着部側のみとしても良い。

また、封着部５の厚さのみを採り上げて幅を採
り上げなかつた理由は、封着部５に封着される上
記金属箔導体４は良く知られるように極めて薄い
箔状の形態で使用されるから上記封着部５も当然
扁平に圧潰された形状をなしている。このような
封着部５の形状では同じ値だけ縮小した場合、封
着部全体の容積に対しより大きな影響を与えるの
は幅よりも厚さであることは計算上からも明らか
である。したがつて、光路を遮断する封着部５の
容積を規制する場合、その幅よりも厚さを採り上
げる方がより効果的である。

以上の結果は40Wの例であるが、100W以下の
小形メタルハライドランプにおいても同様の結果
が得られるものであるが、発光管主部の肉厚t₁は
0.3mm〜1.5mmが望ましく、0.3mm未満では耐圧強度
が低下し、一方1.5mmを越すと封着部近傍部の肉
厚を厚く形成加工することが難かしくなり、また
ランプ効率にも影響が出てくるので好ましくな
い。

さらにまた、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拡散物質を
塗布して拡散タイプとするか、もしくは拡散物質
を塗布しない透明（クリア）タイプとされる。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〕

以上詳述した通り本発明は、100W以下の小形
メタルハライドランプにおいて発光管封着部近傍
の肉厚を発光管の主部よりも厚くしたから、発光
管内で生じた上記肉厚分布にもとづくレンズ効果
によつて、封着部方向へ屈折されて封着部方向の
光量が増大され、さらに封着部の厚さを規制する
ことによつて、上記封着部方向の光路の遮断率を
小さくすることができる。このため封着部方向の
照度が向上するので配光分布が均一化され、特に
垂直点灯時における直下照度が向上する。したが
つて屋内照明として白熱電球に代替して使用する
場合に被照射体の照度分布が向上し、かつ白熱電
球に較べて格段に効率が優れており、省エネルギ
ー光源としてきわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である小形メタルハ
ライドランプの正面図、第２図はその発光管の縦
断面図、第３図Ａ，Ｂは従来のものと本発明のも
のとのレンズ効果を比較して示す説明図、第４図
は配光分布特性図、第５図はｔ／t₁と直下照度と
との関係を示す特性図、第６図はｔ／t₂と直下照
度ととの関係を示す特性図である。 １……発光管、２，３……電極、５……封着
部、７……外管、８……口金、１３……発光管の
主部、１４……発光管封着部の近傍部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端部に対向して一対の電極を封着した透光
   性耐熱絶縁物からなる発光管内に、水銀、希ガス
   および金属ハロゲン化物を封じてなる100W以下
   の小形メタルハライドランプにおいて、発光管主
   部の肉厚t₁を0.3mm〜1.5mm、発光管の少なくとも
   一方の封着部近傍部の少なくとも１部の肉厚を上
   記主部の肉厚t₁よりも大きくし、その最大肉厚を
   ５mmとしたとき、 ｔ／t₁＝1.4〜3.3 であり、かつ上記少なくとも一方の封着部の厚さ
   t₂mmと上記ｔmmとの関係を ｔ／t₂＝0.5〜1.3 となるようにしたことを特徴とする小形メタルハ
   ライドランプ。