メタルハライドランプおよび照明器具
【課題】
白色の色度偏差が小さくて、高効率、高演色性かつ長寿命で、しかも水銀灯用安定器で点灯した場合でも立ち消え電圧の上昇を抑制したメタルハライドランプを提供する。
【解決手段】
メタルハライドランプは、少なくともＮａ、Ｃｅ、ＴｍおよびＣａのハロゲン化物を含み、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨに対するハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥの比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％であり、ハロゲン化Ｃｅの封入量ＣｅＸとハロゲン化Ｔｍの封入量ＴｍＸのmol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１の範囲であるとともに、ハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥに対するハロゲン化Ｃａおよびハロゲン化Ｎａ合計の封入量（ＣａＸ＋ＮａＸ）のmol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０であり、透光性セラミックス気密容器1の内部に封入された放電媒体を具備している。
白色の色度偏差が小さくて、高効率、高演色性かつ長寿命で、しかも水銀灯用安定器で点灯した場合でも立ち消え電圧の上昇を抑制したメタルハライドランプを提供する。
【解決手段】
メタルハライドランプは、少なくともＮａ、Ｃｅ、ＴｍおよびＣａのハロゲン化物を含み、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨに対するハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥの比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％であり、ハロゲン化Ｃｅの封入量ＣｅＸとハロゲン化Ｔｍの封入量ＴｍＸのmol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１の範囲であるとともに、ハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥに対するハロゲン化Ｃａおよびハロゲン化Ｎａ合計の封入量（ＣａＸ＋ＮａＸ）のmol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０であり、透光性セラミックス気密容器1の内部に封入された放電媒体を具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光金属のハロゲン化物を改良した封入物を備えるメタルハライドランプおよびこれを備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
透光性アルミナ管などからなるセラミック製発光管を用いたメタルハライドランプは、従来の石英製発光管に比べ耐熱性、耐食性に優れていることから、より高温で動作させることが可能であり、高効率、高演色および長寿命という特長を有しているため、急速に普及しつつあり、その中でも一般的に普及している安価な水銀灯用安定器で点灯可能なものが求められている。また、省エネの観点から高効率化が求められ、さらに長寿命化が期待されている。
【０００３】
上述の要求および期待に対して、高いランプ効率を得るための封入物質としてハロゲン化セリウムとハロゲン化ナトリウムのモル組成比８〜９５の範囲に選定することにより、ランプ効率１００ｌｍ／Ｗ以上、平均演色評価数８０以上を得ることができるが、寿命中にランプ電圧が上昇するので、さらにランプ電圧上昇抑制効果のあるハロゲン化カルシウムをハロゲン化セリウムに対するモル組成比を５〜６０の範囲に選定して封入した高圧金属蒸気放電灯が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３４７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、緑色スペクトルを放射するセリウムのハロゲン化物と赤ないしオレンジにわたって放射するナトリウムのハロゲン化物を主成分として封入すると、ハロゲン化セリウムは、緑色スペクトル放射が多いために、得られる白色光の色度偏差が大きくなるという問題がある。
【０００６】
また、ハロゲン化セリウムは、発光管成分であるアルミナとの反応性が高く、その割合が高いと反応が促進されて発光管の脆弱化による発光管リークの原因になり得たり寿命中のランプ電圧上昇を引き起こしたりして、ランプ寿命が短くなるという問題がある。さらに、ハロゲン化カルシウムを追加的に封入しても、ハロゲン化セリウムのランプ電圧上昇とハロゲン化カルシウムのランプ電圧上昇抑制効果が打ち消し合うため、さらなる長寿命化が難しい。
【０００７】
本発明者は、セリウムの一部を所定範囲においてツリウムに置き換えることにより、白色光の色度偏差が小さくて、寿命中の立ち消えがなくなり、しかも高効率および高演色のメタルハライドランプが得られることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
本発明は、白色の色度偏差が小さくて、高効率、高演色かつ長寿命で、しかも水銀灯用安定器で点灯した場合でも立ち消え電圧の上昇を抑制したメタルハライドランプおよびこれを備えた照明器具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】
【０００９】
本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間を有する透光性セラミックス気密容器と；透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設された一対の電極と；少なくともナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）、ツリウム（Ｔｍ）およびカルシウム（Ｃａ）のハロゲン化物を含み、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨに対するハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥの比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％であり、ハロゲン化セリウムの封入量ＣｅＸとハロゲン化ツリウムの封入量ＴｍＸのmol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１の範囲であるとともに、ハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥに対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量（ＣａＸ＋ＮａＸ）のmol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０であり、透光性気密容器の内部に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００１０】
本発明は、以下の態様を許容する。
【００１１】
〔透光性セラミックス気密容器について〕 透光性セラミックス気密容器は、セラミックスを主体として構成されていて、光透過性および耐熱性を備えた気密容器である。そして、少なくとも放電空間を包囲する包囲部が透光性セラミックスにより形成されている。また、好ましくは包囲部に連通する小径筒部をその両端に備えている。
【００１２】
包囲部は、その内部に放電を包囲して放電空間を画成する部分であり、その内面を連続的な曲面を主体として形成することが好ましい。さらに、包囲部内部の主要部を俵形、楕円球状や球状の中空にすることができる。なお、包囲部の「主要部」とは、小径筒部と接している側の端部近傍を除いた残余の大部分であって、放電による発光が主として透過する部分をいう。
【００１３】
小径筒部は、その内部に挿通する後述の電極の軸部および当該軸部に接続する電流導入導体が周囲にキャピラリーと称されるわずかな隙間を提供する。わずかな隙間の内部には電極の軸部および電流導入導体が挿通し、かつ後述する放電媒体の金属ハロゲン化物が点灯中液相状態で滞留し、その放電空間側の表面部に最冷部が形成される。
【００１４】
また、小径筒部の端部側には電流導入導体が気密に貫通する透光性セラミックス気密容器の封止部が形成される。封止部は、通常フリットガラスによって形成される。したがって、小径筒部の長さは、放電空間側に所望の最冷部温度が形成され、かつ封止部側が許容温度以下になるような値に設定される。
【００１５】
また、透光性セラミックス気密容器は、包囲部と小径筒部とを備える態様の場合、その内部に気密な空間を形成していれば、その余の構造が特段限定されない。例えば、包囲部と小径筒部とを別に成形して焼き嵌め構造などの採用により一体化してもよいし、両者を最初から一体成形してもよい。一体成形された透光性セラミックス気密容器は、肉厚分布を均一化しやすくて、包囲部と小径筒部の間が曲線で連続した形状を採用することができるので、温度分布が均一になりやすくなるとともに、光学的均質性を得やすくなるので好適である。
【００１６】
さらに、透光性セラミックス放電容器は、そのセラミックス部分が単結晶の金属酸化物、例えばサファイヤと、多結晶の金属酸化物、例えば透光性多結晶アルミナセラミックス（アルミニウム酸化物）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物、例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような透光性材料からなる。
【００１７】
〔一対の電極について〕 一対の電極は、透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設され、先端が放電空間を挟んで対向するように配設されている。好ましい構成として、電極は、前述のわずかな隙間を形成しながら小径筒部内に挿通されているとともに、先端が透光性セラミックス気密容器の包囲部に臨んでいて、電極の先端間に適当な電極間距離を形成する。
【００１８】
また、電極は、タングステン（Ｗ）、ドープドタングステン、モリブデン（Ｍｏ）、サーメットなどの導電性にして、かつ耐火性の物質を単体で、または適宜組み合わせて用いて形成することができる。さらに、電極は、好ましくは細長い電極軸部および電極軸部の先端部に配設される電極主部から構成することができる。この場合、電極主部は、電極軸の先端に配設されて主として陰極およびまたは陽極として作用する部分であり、電極の先端部を構成する。また、電極主部は、その表面積を大きくして放熱を良好にするために、必要に応じてタングステンのコイルを巻装することができる。
【００１９】
さらに、電極は、上述のように、その先端部が、包囲部内を臨む位置にあるが、包囲部内を臨むとは、包囲部内に位置している態様と、包囲部内に連通している小径筒部内に位置している態様とを含む概念である。また、電極の中間部は、透光性セラミックス気密容器の小径筒部の内面との間になるべく均一なわずかな隙間すなわちキャピラリーを形成するためには、一定の太さであることが望ましい。
【００２０】
さらにまた、電極の中間部に純タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステンーレニウム合金またはドープドタングステンのコイルを巻装することが許容される。これにより、電極が小径筒部に対してセンタリングしやすくなる。電極の基端部は、透光性セラミックス気密容器に対して所要の相対的な位置に固定するとともに、外部から電流を導入するために機能する電流導入導体の先端に溶接などにより固着されることによって電気的および機械的に支持される。
【００２１】
〔放電媒体について〕 透光性セラミックス気密容器の内部に封入される放電媒体には、発光金属のハロゲン化物として少なくともナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）、ツリウム（Ｔｍ）およびカルシウム（Ｃａ）のハロゲン化物が含まれている。また、これらの必須ハロゲン化物に加えて色特性調整用などの発光金属のハロゲン化物を所望により封入することができる。例えば、色度調整のためにタリウム（Ｔｌ）や色温度調整のためにインジウム（Ｉｎ）などの発光金属のハロゲン化物を適宜選択して上記必須ハロゲン化物に添加封入することができる。なお、タリウム（Ｔｌ）やインジウム（Ｉｎ）などの発光金属のハロゲン化物を封入する場合、それぞれ１０mol％までの封入が許容される。
【００２２】
本発明において、ハロゲン化希土類金属は、それらの合計の封入量ＲＥが、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨに対する比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％の範囲内であるように規定される。なお、本発明において、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨとは、上記必須ハロゲン化物および添加封入されるハロゲン化物があればそれを含む。しかし、比ＲＥ／ＭＨが３mol％未満であると、高効率が得られなくなる。また、比ＲＥ／ＭＨが２０mol％を超えると、寿命中の立ち消えが発生して長寿命を得ることができなくなる。なお、高効率とは、発光効率が１００ｌｍ／Ｗ以上であることを意味する。また、長寿命とは、平均寿命１２０００時間以上、好ましくは１５０００時間以上であることを意味する。
【００２３】
これに対して、比ＲＥ／ＭＨが上記範囲内であれば、高演色の白色光が高効率で得られ、しかも寿命中の立ち消え発生しないで長寿命が得られる。なお、高演色とは、平均演色評価数Ｒａが８０以上であることを意味する。その結果、可視光波長域（３８０〜７８０ｎｍ）の放射エネルギーＶＩＳ（Ｗ）のランプ電力ＷＬ（Ｗ）に対する比η＝ＶＩＳ／ＷＬ×１００が２０％以上、好ましくは３０％以上になる。また、比ＲＥ／ＭＨ（mol％）の好適な範囲は１０≦ＲＥ／ＭＨ≦１８である。この範囲であれば、上記に加えてさらに高い発光効率が得られる。
【００２４】
また、本発明において、ハロゲン化ツリウムは、ハロゲン化希土類として封入されるハロゲン化セリウムの相当量を置換して封入されるもので、それらのmol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１の範囲に規定される。ハロゲン化セリウムは、高効率であるが透光性セラミックス気密容器の材料に多用されている多結晶アルミナセラミックスとの反応性が高い。これに対して、ハロゲン化ツリウムは、ハロゲン化セリウムに次いで高効率で、しかも反応性がハロゲン化セリウムに比較して低い。しかし、mol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３未満になると、高効率が得られなくなる。また、mol比ＣｅＸ／ＴｍＸが１を超えると、ハロゲン化セリウムの封入量が多くなりすぎるために、多結晶アルミナセラミックスとの反応が強くなって透光性セラミックス気密容器の特に小径筒部の侵食が顕著に発生する。この侵食により、小径筒部の内周面が抉られて凹部が形成される。その侵食が顕著になると、発光管リークが発生する。すなわち、透光性セラミックス気密容器の侵食は、発光管リークの原因になり得る。これに対して、mol比ＣｅＸ／ＴｍＸが上記範囲内であれば、高効率で、しかも透光性セラミックス気密容器の侵食が生じにくいので、長寿命になる。また、好適には０．４〜０．８の範囲である。この範囲であれば、上記に加えてさらに高い発光効率が得られる。
【００２５】
さらに、本発明において、ハロゲン化カルシウムは、ハロゲン化ナトリウムとの合計封入量（ＣａＸ＋ＮａＸ）がハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥに対するmol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０の範囲に規定される。ハロゲン化ナトリウムとハロゲン化カルシウムの合計封入量（ＣａＸ＋ＮａＸ）は、希土類金属合計の封入量ＲＥとの比率において発光の色度偏差ｄｕｖに影響し、mol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４未満または１０超になると、色度偏差が無視し得ない程度に大きくなる。これに対して、mol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが上記範囲内であれば、一般的に好ましいといえる色度偏差が±０．００５以内の範囲に入る白色光が得られる。
【００２６】
次に、ハロゲン化発光金属を形成するハロゲンは、一般的には反応性が適当であることからヨウ素を用いるが、所望により臭素を用いることもできる。
【００２７】
放電媒体は、一般にハロゲン化発光金属の他に始動ガスおよびランプ電圧形成物質を含んでいる。始動ガスとしては希ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）などを用いることができる。ランプ電圧形成物質としては水銀または比較的蒸気圧が高くて可視光発光が少ない金属のハロゲン化物を用いることができる。
【００２８】
そうして、以上説明した放電媒体を備えた本発明においては、白色光の色度偏差が頗る小さくて、高効率、高演色、かつ長寿命が得られるのに加えて、３５００〜５０００Ｋの色温度を有する白色光を得る場合に特に好適である。
【００２９】
〔本発明におけるその他の構成について〕 本発明においては、所望により以下の構成を一部または全部を附加することができる。
【００３０】
１．（電流導入導体について） 電流導入導体は、透光性セラミックス気密容器を気密に貫通して電極に電流を供給するとともに、電極を支持する手段である。このため、電流導入導体は、好ましくは透光性セラミックス気密容器の封止部を貫通する部位が当該封止部の熱膨張係数と接近した熱膨張係数を有する第１の材料からなり、また電極を支持する部位が電極の熱膨張係数に接近した材２の材料からなる。そして、第１および第２の材料が長さ方向に接合している。透光性セラミックス気密容器の少なくとも封止部が多結晶アルミナセラミックスからなる場合、第１の材料としては例えばニオブやサーメットなどが、また電極がタングステンを主成分とする場合には第２の材料としては例えばモリブデンが、それぞれ好適である。
【００３１】
２．（外管について） 外管は、その内部の所定位置に、透光性セラミックス気密容器、一対の電極および透光性セラミックス気密容器の内部に封入した放電媒体を備えた発光管を収納する手段である。そして、発光管を機械的に保護し、発光管の作動温度を所望の範囲に維持し、あるいは発光管からの放射のうち所定のものを遮断するなどの機能を外管に対して選択的または包括的に付与させることができる。
【００３２】
外管と発光管とは、一般的には両者の軸が一致するように配置される。外管は、所望の機能を発揮するために、その内部に、真空ないし低圧の大気または不活性ガス、例えば希ガスや窒素を封入することができる。外管内の雰囲気を真空にすると、発光管を保温してその最冷部温度を所望の高い温度に維持しやすくなるので、ランプ電圧を高くするのが容易になる。したがって、水銀灯用安定器適合形のメタルハライドランプを得る場合に外管内を真空にするのは好適な手段である。なお、外管は、適当な透光性、気密性、耐熱性および加工性を備えている材料、例えば硬質ガラスを用いて構成することができる。また、外管は、既知の各種形状を適宜選択的に採用することができる。
【００３３】
また、外管は、片封止および両端封止のいずれの構造をも所望に応じて選択的に採用することができる。なお、「片封止」とは、外管の一端にのみピンチシール部が形成されていて、他端が封止部を形成しないで閉塞されている構造をいう。これに対して、「両端封止」とは、外管の両端にピンチシール部が形成されている構造をいう。なお、外管が片封止構造であると、汎用ランプソケットを用いる一般照明用として都合がよい。
【００３４】
３．（始動器について） グロースタータや非線形コンデンサなどの始動器を発光管に並列接続して外管内に配設して水銀灯用安定器適応形のメタルハライドランプを構成することができる。２次電圧が２００Ｖの汎用の水銀灯用（銅鉄型）安定器で点灯させるセラミックメタルハライドランプは、ランプ電圧が１２０Ｖまたは１３０Ｖに設定される。ランプ電圧を高めるためには発光管の最冷部温度を高くする。これに伴って、放電媒体の蒸気圧が高くなるために、立ち消え現象を起こしやすいという問題があった。しかし、本発明によれば、立ち消えが発生しにくくなるので、始動器を内蔵した上記メタルハライドランプに特に好適である。また、グロースタータは、動作時に紫外線を放射し、放射した紫外線により発光管内に初期電子を励起しやすくなるので、始動が一層容易となる。
【００３５】
４．（発光管の管壁負荷について） 本発明においては、発光管の管壁負荷を１５〜２５Ｗ／ｃｍ２の範囲に設定するのが好適である。なお、管壁負荷は、ランプ電力を前記包囲部の内表面積で除した値である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、白色の色度偏差が小さくて、高効率、高演色性かつ長寿命で、しかも水銀灯用安定器で点灯した場合でも立ち消え電圧の上昇を抑制したメタルハライドランプおよびこれを備えた照明器具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００３８】
図１および図２は、本発明のメタルハライドランプを実施するための一形態を示し、図１はメタルハライドランプの全体の正面図、図５は発光管の断面図である。
【００３９】
本形態において、メタルハライドランプＭＨＬは、図１に示すように主として発光管ＩＴ、外管ＯＴ、支持構体ＳＦ、始動器ＳＴ、シュラウドＳＨおよび口金Ｂを具備して構成されている。
【００４０】
まず、発光管ＩＴについて説明する。発光管ＩＴは、図２に示すように透光性セラミックス気密容器１、一対の電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール部４、４および透光性セラミックス気密容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。
【００４１】
透光性セラミックス気密容器１は、透光性多結晶アルミナセラミックスからなり、包囲部１ａおよび包囲部１ａの両端に連通して配設された一対の小径筒部１ｂ、１ｂを備えている。そして、小径筒部１ｂおよび包囲部１ａは、鋳込み成形により一体に成形されている。
【００４２】
包囲部１ａは、外形が繭玉状に膨出していて、その内部にほぼ同様形状の放電空間が形成されている。
【００４３】
一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａの管軸方向の両端から管軸方向に沿って外方へ一体に延在している。
【００４４】
一対の電極２、２は、それぞれ電極軸２ａおよび電極主部２ｂを備えている。電極軸２ａは、小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿通されている。電極主部２ｂは、電極軸部１ａの内端部の外周にタングステン線を密ピッチで数ターン巻き付けて形成されている。そして、細長い軸部２１と小径筒部１ｂ、１ｂの内面との間にキャピラリーと称されるわずかな隙間が形成されている。一対の電極２、２の包囲部１ａ内に露出する先端部間が電極間距離を形成している。
【００４５】
一対の電流導入導体３、３は、それぞれニオブ棒状体３ａおよびモリブデン棒状体３ｂからなる。ニオブ棒状体３ａは、先端が小径筒部１ｂの内部に挿入され、基端が小径筒部１ｂから外部へ突出している。モリブデン棒状体３ｂは、ニオブ棒状体３ａの先端に突合せ溶接され、Ｍｏ棒の外周にＭｏ細線を数ターン巻装していて、その先端に電極軸部２ａの基端を突合せ溶接して、電極２を支持している。
【００４６】
一対のシール部４、４は、例えばフリットガラスとしてＤｙ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３からなるセラミックス封止用コンパウンドを加熱して溶融し、固化することにより形成されている。そうして、一対のシール部４、４は、透光性セラミックス気密容器１の小径筒部１ｂ、１ｂの端面側の部分と、これに対向する電流導入導体３、３と、の間に介在して透光性セラミックス気密容器１を気密に封止していて、いわゆる電流導入導体挿入封止構造を提供するとともに、電流導入導体３、３のニオブ棒状体３ａが透光性セラミックス気密容器１の内部に露出しないように小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿入されている部分の全体を被覆している。以上の封止により、電極２を透光性セラミックス気密容器１の所定の位置に固定している。
【００４７】
放電媒体は、始動ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）、下記のハロゲン化発光金属、ならびにバッファ蒸気を供給する水銀からなる。なお、ハロゲン化発光金属および水銀は、蒸発する分より過剰に封入されているので、その一部が安定点灯時に小径筒部１ｂ、１ｂ内に形成されるわずかな隙間内に液相状態で滞留している。そして、点灯中下側となる例えば小径筒部１ｂ内に液相状態で滞留している放電媒体の表層部付近に最冷部が形成される。
【００４８】
ハロゲン化発光金属は、少なくともナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）、ツリウム（Ｔｍ）およびカルシウム（Ｃａ）のハロゲン化物を主成分とする必須ハロゲン化物を含んでいる。これらのハロゲン化物は、既述のように所定比率で封入される。また、好ましくはタリウム（Ｔｌ）およびインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化金属が副成分として添加封入される。さらに、所望によりその他の発光金属のハロゲン化物を副成分として添加することができる。
【００４９】
外管ＯＴは、硬質ガラスからなるＢＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム１１を封着して備えている。フレアステム１１は、一対の導入線１１ａ、１１ｂを気密に導入している。そして、外管ＯＴは、その内部の所定位置に発光管ＩＴを後述する支持構体ＳＦにより支持して収納している。
【００５０】
支持構体ＳＦは、金属棒状体を略Ｕ字状に湾曲して形成されていて、その下部がフレアステム１１に封着されている導入線１１ｂに溶接され、上部にスプリング材からなるトップホルダー１２が溶接されている。トップホルダー１２は、外管ＯＴの頭部内面に係止され得るようになっていて、支持構体ＳＦの上部を外管ＯＴに対して係止する。発光管ＩＴは、図１においてその上部の電流導入導体３が、支持構体ＳＦの上部側を橋絡する帯状導体１３に加締め付けによって接続されている。また、発光管ＩＴの図１において下部の電流導入導体３がストランドワイヤ１４および接続導体１５を直列的に介して導入線１１ａに溶接されている。
【００５１】
以上により、発光管ＩＴは、導入線１１ａおよび１１ｂの間に接続されている。
【００５２】
シュラウドＳＨは、透光性筒体１６および補強紐体１７により構成されている。透光性筒体１６は、例えば石英ガラスなどの耐熱性透光性部材からなり、円筒状をなしていて、発光管ＩＴを側方からほぼ同心状に包囲するように配設されている。なお、シュラウドＳＨは、図において上下両端が開放され、かつその内面と発光管ＩＴとの間には適当な空間が形成されている。補強紐体１７は、例えばアルミナなどを主成分とする耐熱無機系繊維糸やステンレス鋼線からなり、透光性筒体１６の外周に巻装されて、透光性筒体１６をその外側から締め付けて補強している。
【００５３】
また、シュラウドＳＨは、支持構体ＳＦに配設された一対のシュラウドホルダー１８、１８に上下両端を挟持されて支持構体ＳＦに保持されている。すなわち、シュラウドホルダー１８は、円盤状をなす嵌合部がシュラウドＳＨの透光性筒体１６の端部に嵌合し、嵌合部と一体の取付脚部が支持構体ＳＦに溶接されることにより、所定の位置に支持される。なお、発光管ＩＴの透光性の小径筒部１ｂは、シュラウドホルダー１８を貫通してシュラウドＳＨから外部に突出している。
【００５４】
始動器ＳＴは、メタルハライドランプＭＨＬの始動を補助する手段であり、本形態においては例えば始動用のグロースタータ（点灯管）１９、バイメタルを用いた熱応動スイッチ（図１では見えない。）および限流抵抗器２０の直列回路からなり、この直列回路は一端が支持構体ＳＦに接続し、他端が接続導体１５に接続している。したがって、発光管ＩＴと始動器ＳＴとは導入線１１ａおよび１１ｂに並列接続している。
【００５５】
グロースタータ（点灯管）１９は、動作してバイメタルが放電電極から離反する時に安定器にパルス電圧を誘起させてメタルハライドランプＭＨＬに印加して、メタルハライドランプＭＨＬを始動させるとともに、この始動に先立ちグロー放電発生時に外部に紫外線を放射してメタルハライドランプＭＨＬ内に初期電子を励起するように構成されている。なお、安定器は、（一般形・低始動形）水銀灯用安定器である。
【００５６】
すなわち、グロースタータ１９は、例えば紫外線透過性の石英ガラスからなるバルブの一端部にリード線を気密に封着した封止部が形成され、バルブ内にはリード線に接続したバイメタルからなる放電電極が所定の間隔を隔て対峙しているとともに、アルゴン（Ａｒ）が所定圧力で封入されている。
【００５７】
そうして、グロースタータ１９は、通電時にバルブ内に配設されたバイメタルと放電電極間にグロー放電が生起して、アルゴンガスが紫外線を放射する。放射された紫外線は、発光管ＩＴ内を照射し、初期電子を発光管ＩＴ内に励起させるので、メタルハライドランプＭＨＬの始動が容易になる。
【００５８】
なお、限流抵抗器２０は、グロー電流を所定値に限流する。熱応動スイッチは、メタルハライドランプＭＨＬは始動して点灯した際の温度上昇により変位してオフ動作をするので、点灯中始動器ＳＴの動作を停止させる。
【００５９】
口金Ｂは、Ｅ３９形口金であり、外管ＯＴのネック部に固着され、外管ＯＴから外部へ露出した図示しない一対の導入線の一方がシェル部に、他方がセンターコンタクトに、それぞれ接続している。
【００６０】
なお、図１において、符号Ｇ１はパーフォーマンスゲッタ、Ｇ２はイニシャルゲッタであり、外管ＯＴ内を清浄化するもので、支持構体ＳＦの上部に溶接されている。
【００６１】
次に、実施例について比較１を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００６２】
図１に示すメタルハライドランプである。
【００６３】
放電媒体 ：ハロゲン化発光金属（NaI-TlI-CeI3-InI-TmI3-CaI２）=11.2mg
（封入比率は図３のランプＮｏ．２である。）、
水銀=57mg、アルゴン=13332.2Pa
管壁負荷 ：16W/cm2
外管内雰囲気 ：真空
定格ランプ電力：230W
【実施例２】
【００６４】
放電媒体が図３のランプＮｏ．３である以外は実施例１と同じである。
［比較例１］
放電媒体が図３のランプＮｏ．１である以外は実施例１と同じである。
［比較例２］
放電媒体が図３のランプＮｏ．４である以外は実施例１と同じである。
［比較例３］
放電媒体が図３のランプＮｏ．５である以外は実施例１と同じである。
図３は、本発明のメタルハライドランプの実施例１、２および比較例１〜３におけるハロゲン化発光金属の封入比率を示す表である。なお、表中「ＲＥ／totalＭＨ」は封入される全てのハロゲン化発光金属に対するハロゲン化物希土類金属の封入量の比を意味する。また、表中の「％」はmol％を意味する。
【００６５】
図４は、本発明のメタルハライドランプの実施例１、２および比較例１〜３の寿命試験結果に基づいて作成された封入される全てのハロゲン化発光金属に対するハロゲン化希土類金属の封入量の比と寿命中の立ち消え発生率の関係を示すグラフである。図において、横軸はＲＥ／ＭＨ（封入される全てのハロゲン化発光金属ＭＨに対するハロゲン化希土類金属の封入量ＲＥの比）を、縦軸は寿命中の立ち消え発生率（％）を、それぞれ示す。なお、各実施例および比較例の立ち消え発生率は、それぞれ同一仕様１０灯の平均値である。また、寿命試験は、規格にしたがって行った。
【００６６】
図４から理解できるように、封入される全てのハロゲン化発光金属の封入量ＭＨに対するハロゲン化希土類金属の封入量ＲＥの比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％の範囲内である実施例１、２は立ち消えが殆ど発生しなかった。これに対して、比較例４、５はいずれも上記比ＲＥ／ＭＨが２０mol％を超えていて、その値が大きいほど立ち消え発生率が大きくなっている。
【００６７】
図５は、ハロゲン化セリウムとハロゲン化ツリウムの封入量比と発光効率の関係を示すグラフである。図において、横軸はＣｅＸ／ＴｍＸ（ハロゲン化セリウムとハロゲン化ツリウムの比）を、縦軸は発光効率（相対値）を、それぞれ示す。なお、発光効率の相対値が１００のときに１００ｌｍ／Ｗが得られる相対値である。
【００６８】
図５から理解できるように、mol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１．０の範囲内であれば比較的良好な発光効率が得られる。
【００６９】
図６は、ハロゲン化希土類金属合計に対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量比と得られる白色光の色度偏差の関係を示すグラフである。図において、横軸は（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥ（ハロゲン化希土類金属合計に対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量比）（mol比）を、縦軸が色度偏差（ｄｕｖ）を、それぞれ示す。
【００７０】
図６から理解できるように、mol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０の薄墨を施した枠内であれば、白色光の色度偏差が±０．００５以内になり、良好な色度偏差が得られる。
【００７１】
図７は、本発明の照明器具を実施するための一形態としての高天井用照明器具の正面図である。本発明において、照明器具は、照明器具本体２０、メタルハライドランプMHＬおよび点灯装置から構成されていて、屋内用および屋外用の各種照明器具を含む概念である。また、照明器具は、一般照明用および特殊照明用のいずれであってもよい。なお、特殊照明用とは、一般照明用以外の各種用途を含む。
【００７２】
図において、照明器具本体２０は、照明器具からメタルハライドランプＭＨＬおよび点灯装置を除外した残余の部分からなる。本形態において、照明器具本体２０は、取付基台２１、支持枠２２、ソケット２３、反射板２４を主な構成要素として構成されている。
【００７３】
メタルハライドランプＭＨＬは、図１および図２に示す本発明のメタルハライドランプである。
【００７４】
点灯装置は、照明器具本体２０とは別置きで、例えば天井に配設される。そして、メタルハライドランプＭＨＬを点灯する回路手段であり、電子化されているものおよびコアおよび巻線を主体とするもののいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明のメタルハライドランプを実施するための一形態におけるランプ全体を示す一部切欠正面図
【図２】同じく発光管の断面図
【図３】本発明のメタルハライドランプの実施例１、２および比較例１〜３における発光金属のハロゲン化物の封入比率を示す表
【図４】本発明のメタルハライドランプの実施例１、２および比較例１〜３の寿命試験結果に基づいて作成された封入される全てのハロゲン化発光金属に対するハロゲン化希土類金属の封入量の比と寿命中の立ち消え発生率の関係を示すグラフ
【図５】ハロゲン化セリウムとハロゲン化ツリウムの封入量比と発光効率の関係を示すグラフ
【図６】ハロゲン化希土類金属合計に対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量比と得られる白色光の色度偏差の関係を示すグラフ
【図７】本発明の照明器具を実施するための一形態としてのダウンライトの正面図
【符号の説明】
【００７６】
１…透光性セラミックス気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、２…電極、３…電流導入導体、４…シール部、１１…ステム、Ｂ…口金、Ｇ１…パーフォーマンスゲッタ、Ｇ２…イニシャルゲッタ、ＩＴ…発光管、ＭＨＬ…メタルハライドランプ、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持構体、ＳＴ…始動器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光金属のハロゲン化物を改良した封入物を備えるメタルハライドランプおよびこれを備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
透光性アルミナ管などからなるセラミック製発光管を用いたメタルハライドランプは、従来の石英製発光管に比べ耐熱性、耐食性に優れていることから、より高温で動作させることが可能であり、高効率、高演色および長寿命という特長を有しているため、急速に普及しつつあり、その中でも一般的に普及している安価な水銀灯用安定器で点灯可能なものが求められている。また、省エネの観点から高効率化が求められ、さらに長寿命化が期待されている。
【０００３】
上述の要求および期待に対して、高いランプ効率を得るための封入物質としてハロゲン化セリウムとハロゲン化ナトリウムのモル組成比８〜９５の範囲に選定することにより、ランプ効率１００ｌｍ／Ｗ以上、平均演色評価数８０以上を得ることができるが、寿命中にランプ電圧が上昇するので、さらにランプ電圧上昇抑制効果のあるハロゲン化カルシウムをハロゲン化セリウムに対するモル組成比を５〜６０の範囲に選定して封入した高圧金属蒸気放電灯が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３４７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、緑色スペクトルを放射するセリウムのハロゲン化物と赤ないしオレンジにわたって放射するナトリウムのハロゲン化物を主成分として封入すると、ハロゲン化セリウムは、緑色スペクトル放射が多いために、得られる白色光の色度偏差が大きくなるという問題がある。
【０００６】
また、ハロゲン化セリウムは、発光管成分であるアルミナとの反応性が高く、その割合が高いと反応が促進されて発光管の脆弱化による発光管リークの原因になり得たり寿命中のランプ電圧上昇を引き起こしたりして、ランプ寿命が短くなるという問題がある。さらに、ハロゲン化カルシウムを追加的に封入しても、ハロゲン化セリウムのランプ電圧上昇とハロゲン化カルシウムのランプ電圧上昇抑制効果が打ち消し合うため、さらなる長寿命化が難しい。
【０００７】
本発明者は、セリウムの一部を所定範囲においてツリウムに置き換えることにより、白色光の色度偏差が小さくて、寿命中の立ち消えがなくなり、しかも高効率および高演色のメタルハライドランプが得られることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
本発明は、白色の色度偏差が小さくて、高効率、高演色かつ長寿命で、しかも水銀灯用安定器で点灯した場合でも立ち消え電圧の上昇を抑制したメタルハライドランプおよびこれを備えた照明器具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】
【０００９】
本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間を有する透光性セラミックス気密容器と；透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設された一対の電極と；少なくともナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）、ツリウム（Ｔｍ）およびカルシウム（Ｃａ）のハロゲン化物を含み、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨに対するハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥの比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％であり、ハロゲン化セリウムの封入量ＣｅＸとハロゲン化ツリウムの封入量ＴｍＸのmol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１の範囲であるとともに、ハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥに対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量（ＣａＸ＋ＮａＸ）のmol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０であり、透光性気密容器の内部に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００１０】
本発明は、以下の態様を許容する。
【００１１】
〔透光性セラミックス気密容器について〕 透光性セラミックス気密容器は、セラミックスを主体として構成されていて、光透過性および耐熱性を備えた気密容器である。そして、少なくとも放電空間を包囲する包囲部が透光性セラミックスにより形成されている。また、好ましくは包囲部に連通する小径筒部をその両端に備えている。
【００１２】
包囲部は、その内部に放電を包囲して放電空間を画成する部分であり、その内面を連続的な曲面を主体として形成することが好ましい。さらに、包囲部内部の主要部を俵形、楕円球状や球状の中空にすることができる。なお、包囲部の「主要部」とは、小径筒部と接している側の端部近傍を除いた残余の大部分であって、放電による発光が主として透過する部分をいう。
【００１３】
小径筒部は、その内部に挿通する後述の電極の軸部および当該軸部に接続する電流導入導体が周囲にキャピラリーと称されるわずかな隙間を提供する。わずかな隙間の内部には電極の軸部および電流導入導体が挿通し、かつ後述する放電媒体の金属ハロゲン化物が点灯中液相状態で滞留し、その放電空間側の表面部に最冷部が形成される。
【００１４】
また、小径筒部の端部側には電流導入導体が気密に貫通する透光性セラミックス気密容器の封止部が形成される。封止部は、通常フリットガラスによって形成される。したがって、小径筒部の長さは、放電空間側に所望の最冷部温度が形成され、かつ封止部側が許容温度以下になるような値に設定される。
【００１５】
また、透光性セラミックス気密容器は、包囲部と小径筒部とを備える態様の場合、その内部に気密な空間を形成していれば、その余の構造が特段限定されない。例えば、包囲部と小径筒部とを別に成形して焼き嵌め構造などの採用により一体化してもよいし、両者を最初から一体成形してもよい。一体成形された透光性セラミックス気密容器は、肉厚分布を均一化しやすくて、包囲部と小径筒部の間が曲線で連続した形状を採用することができるので、温度分布が均一になりやすくなるとともに、光学的均質性を得やすくなるので好適である。
【００１６】
さらに、透光性セラミックス放電容器は、そのセラミックス部分が単結晶の金属酸化物、例えばサファイヤと、多結晶の金属酸化物、例えば透光性多結晶アルミナセラミックス（アルミニウム酸化物）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物、例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような透光性材料からなる。
【００１７】
〔一対の電極について〕 一対の電極は、透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設され、先端が放電空間を挟んで対向するように配設されている。好ましい構成として、電極は、前述のわずかな隙間を形成しながら小径筒部内に挿通されているとともに、先端が透光性セラミックス気密容器の包囲部に臨んでいて、電極の先端間に適当な電極間距離を形成する。
【００１８】
また、電極は、タングステン（Ｗ）、ドープドタングステン、モリブデン（Ｍｏ）、サーメットなどの導電性にして、かつ耐火性の物質を単体で、または適宜組み合わせて用いて形成することができる。さらに、電極は、好ましくは細長い電極軸部および電極軸部の先端部に配設される電極主部から構成することができる。この場合、電極主部は、電極軸の先端に配設されて主として陰極およびまたは陽極として作用する部分であり、電極の先端部を構成する。また、電極主部は、その表面積を大きくして放熱を良好にするために、必要に応じてタングステンのコイルを巻装することができる。
【００１９】
さらに、電極は、上述のように、その先端部が、包囲部内を臨む位置にあるが、包囲部内を臨むとは、包囲部内に位置している態様と、包囲部内に連通している小径筒部内に位置している態様とを含む概念である。また、電極の中間部は、透光性セラミックス気密容器の小径筒部の内面との間になるべく均一なわずかな隙間すなわちキャピラリーを形成するためには、一定の太さであることが望ましい。
【００２０】
さらにまた、電極の中間部に純タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステンーレニウム合金またはドープドタングステンのコイルを巻装することが許容される。これにより、電極が小径筒部に対してセンタリングしやすくなる。電極の基端部は、透光性セラミックス気密容器に対して所要の相対的な位置に固定するとともに、外部から電流を導入するために機能する電流導入導体の先端に溶接などにより固着されることによって電気的および機械的に支持される。
【００２１】
〔放電媒体について〕 透光性セラミックス気密容器の内部に封入される放電媒体には、発光金属のハロゲン化物として少なくともナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）、ツリウム（Ｔｍ）およびカルシウム（Ｃａ）のハロゲン化物が含まれている。また、これらの必須ハロゲン化物に加えて色特性調整用などの発光金属のハロゲン化物を所望により封入することができる。例えば、色度調整のためにタリウム（Ｔｌ）や色温度調整のためにインジウム（Ｉｎ）などの発光金属のハロゲン化物を適宜選択して上記必須ハロゲン化物に添加封入することができる。なお、タリウム（Ｔｌ）やインジウム（Ｉｎ）などの発光金属のハロゲン化物を封入する場合、それぞれ１０mol％までの封入が許容される。
【００２２】
本発明において、ハロゲン化希土類金属は、それらの合計の封入量ＲＥが、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨに対する比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％の範囲内であるように規定される。なお、本発明において、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨとは、上記必須ハロゲン化物および添加封入されるハロゲン化物があればそれを含む。しかし、比ＲＥ／ＭＨが３mol％未満であると、高効率が得られなくなる。また、比ＲＥ／ＭＨが２０mol％を超えると、寿命中の立ち消えが発生して長寿命を得ることができなくなる。なお、高効率とは、発光効率が１００ｌｍ／Ｗ以上であることを意味する。また、長寿命とは、平均寿命１２０００時間以上、好ましくは１５０００時間以上であることを意味する。
【００２３】
これに対して、比ＲＥ／ＭＨが上記範囲内であれば、高演色の白色光が高効率で得られ、しかも寿命中の立ち消え発生しないで長寿命が得られる。なお、高演色とは、平均演色評価数Ｒａが８０以上であることを意味する。その結果、可視光波長域（３８０〜７８０ｎｍ）の放射エネルギーＶＩＳ（Ｗ）のランプ電力ＷＬ（Ｗ）に対する比η＝ＶＩＳ／ＷＬ×１００が２０％以上、好ましくは３０％以上になる。また、比ＲＥ／ＭＨ（mol％）の好適な範囲は１０≦ＲＥ／ＭＨ≦１８である。この範囲であれば、上記に加えてさらに高い発光効率が得られる。
【００２４】
また、本発明において、ハロゲン化ツリウムは、ハロゲン化希土類として封入されるハロゲン化セリウムの相当量を置換して封入されるもので、それらのmol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１の範囲に規定される。ハロゲン化セリウムは、高効率であるが透光性セラミックス気密容器の材料に多用されている多結晶アルミナセラミックスとの反応性が高い。これに対して、ハロゲン化ツリウムは、ハロゲン化セリウムに次いで高効率で、しかも反応性がハロゲン化セリウムに比較して低い。しかし、mol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３未満になると、高効率が得られなくなる。また、mol比ＣｅＸ／ＴｍＸが１を超えると、ハロゲン化セリウムの封入量が多くなりすぎるために、多結晶アルミナセラミックスとの反応が強くなって透光性セラミックス気密容器の特に小径筒部の侵食が顕著に発生する。この侵食により、小径筒部の内周面が抉られて凹部が形成される。その侵食が顕著になると、発光管リークが発生する。すなわち、透光性セラミックス気密容器の侵食は、発光管リークの原因になり得る。これに対して、mol比ＣｅＸ／ＴｍＸが上記範囲内であれば、高効率で、しかも透光性セラミックス気密容器の侵食が生じにくいので、長寿命になる。また、好適には０．４〜０．８の範囲である。この範囲であれば、上記に加えてさらに高い発光効率が得られる。
【００２５】
さらに、本発明において、ハロゲン化カルシウムは、ハロゲン化ナトリウムとの合計封入量（ＣａＸ＋ＮａＸ）がハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥに対するmol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０の範囲に規定される。ハロゲン化ナトリウムとハロゲン化カルシウムの合計封入量（ＣａＸ＋ＮａＸ）は、希土類金属合計の封入量ＲＥとの比率において発光の色度偏差ｄｕｖに影響し、mol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４未満または１０超になると、色度偏差が無視し得ない程度に大きくなる。これに対して、mol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが上記範囲内であれば、一般的に好ましいといえる色度偏差が±０．００５以内の範囲に入る白色光が得られる。
【００２６】
次に、ハロゲン化発光金属を形成するハロゲンは、一般的には反応性が適当であることからヨウ素を用いるが、所望により臭素を用いることもできる。
【００２７】
放電媒体は、一般にハロゲン化発光金属の他に始動ガスおよびランプ電圧形成物質を含んでいる。始動ガスとしては希ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）などを用いることができる。ランプ電圧形成物質としては水銀または比較的蒸気圧が高くて可視光発光が少ない金属のハロゲン化物を用いることができる。
【００２８】
そうして、以上説明した放電媒体を備えた本発明においては、白色光の色度偏差が頗る小さくて、高効率、高演色、かつ長寿命が得られるのに加えて、３５００〜５０００Ｋの色温度を有する白色光を得る場合に特に好適である。
【００２９】
〔本発明におけるその他の構成について〕 本発明においては、所望により以下の構成を一部または全部を附加することができる。
【００３０】
１．（電流導入導体について） 電流導入導体は、透光性セラミックス気密容器を気密に貫通して電極に電流を供給するとともに、電極を支持する手段である。このため、電流導入導体は、好ましくは透光性セラミックス気密容器の封止部を貫通する部位が当該封止部の熱膨張係数と接近した熱膨張係数を有する第１の材料からなり、また電極を支持する部位が電極の熱膨張係数に接近した材２の材料からなる。そして、第１および第２の材料が長さ方向に接合している。透光性セラミックス気密容器の少なくとも封止部が多結晶アルミナセラミックスからなる場合、第１の材料としては例えばニオブやサーメットなどが、また電極がタングステンを主成分とする場合には第２の材料としては例えばモリブデンが、それぞれ好適である。
【００３１】
２．（外管について） 外管は、その内部の所定位置に、透光性セラミックス気密容器、一対の電極および透光性セラミックス気密容器の内部に封入した放電媒体を備えた発光管を収納する手段である。そして、発光管を機械的に保護し、発光管の作動温度を所望の範囲に維持し、あるいは発光管からの放射のうち所定のものを遮断するなどの機能を外管に対して選択的または包括的に付与させることができる。
【００３２】
外管と発光管とは、一般的には両者の軸が一致するように配置される。外管は、所望の機能を発揮するために、その内部に、真空ないし低圧の大気または不活性ガス、例えば希ガスや窒素を封入することができる。外管内の雰囲気を真空にすると、発光管を保温してその最冷部温度を所望の高い温度に維持しやすくなるので、ランプ電圧を高くするのが容易になる。したがって、水銀灯用安定器適合形のメタルハライドランプを得る場合に外管内を真空にするのは好適な手段である。なお、外管は、適当な透光性、気密性、耐熱性および加工性を備えている材料、例えば硬質ガラスを用いて構成することができる。また、外管は、既知の各種形状を適宜選択的に採用することができる。
【００３３】
また、外管は、片封止および両端封止のいずれの構造をも所望に応じて選択的に採用することができる。なお、「片封止」とは、外管の一端にのみピンチシール部が形成されていて、他端が封止部を形成しないで閉塞されている構造をいう。これに対して、「両端封止」とは、外管の両端にピンチシール部が形成されている構造をいう。なお、外管が片封止構造であると、汎用ランプソケットを用いる一般照明用として都合がよい。
【００３４】
３．（始動器について） グロースタータや非線形コンデンサなどの始動器を発光管に並列接続して外管内に配設して水銀灯用安定器適応形のメタルハライドランプを構成することができる。２次電圧が２００Ｖの汎用の水銀灯用（銅鉄型）安定器で点灯させるセラミックメタルハライドランプは、ランプ電圧が１２０Ｖまたは１３０Ｖに設定される。ランプ電圧を高めるためには発光管の最冷部温度を高くする。これに伴って、放電媒体の蒸気圧が高くなるために、立ち消え現象を起こしやすいという問題があった。しかし、本発明によれば、立ち消えが発生しにくくなるので、始動器を内蔵した上記メタルハライドランプに特に好適である。また、グロースタータは、動作時に紫外線を放射し、放射した紫外線により発光管内に初期電子を励起しやすくなるので、始動が一層容易となる。
【００３５】
４．（発光管の管壁負荷について） 本発明においては、発光管の管壁負荷を１５〜２５Ｗ／ｃｍ２の範囲に設定するのが好適である。なお、管壁負荷は、ランプ電力を前記包囲部の内表面積で除した値である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、白色の色度偏差が小さくて、高効率、高演色性かつ長寿命で、しかも水銀灯用安定器で点灯した場合でも立ち消え電圧の上昇を抑制したメタルハライドランプおよびこれを備えた照明器具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００３８】
図１および図２は、本発明のメタルハライドランプを実施するための一形態を示し、図１はメタルハライドランプの全体の正面図、図５は発光管の断面図である。
【００３９】
本形態において、メタルハライドランプＭＨＬは、図１に示すように主として発光管ＩＴ、外管ＯＴ、支持構体ＳＦ、始動器ＳＴ、シュラウドＳＨおよび口金Ｂを具備して構成されている。
【００４０】
まず、発光管ＩＴについて説明する。発光管ＩＴは、図２に示すように透光性セラミックス気密容器１、一対の電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール部４、４および透光性セラミックス気密容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。
【００４１】
透光性セラミックス気密容器１は、透光性多結晶アルミナセラミックスからなり、包囲部１ａおよび包囲部１ａの両端に連通して配設された一対の小径筒部１ｂ、１ｂを備えている。そして、小径筒部１ｂおよび包囲部１ａは、鋳込み成形により一体に成形されている。
【００４２】
包囲部１ａは、外形が繭玉状に膨出していて、その内部にほぼ同様形状の放電空間が形成されている。
【００４３】
一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａの管軸方向の両端から管軸方向に沿って外方へ一体に延在している。
【００４４】
一対の電極２、２は、それぞれ電極軸２ａおよび電極主部２ｂを備えている。電極軸２ａは、小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿通されている。電極主部２ｂは、電極軸部１ａの内端部の外周にタングステン線を密ピッチで数ターン巻き付けて形成されている。そして、細長い軸部２１と小径筒部１ｂ、１ｂの内面との間にキャピラリーと称されるわずかな隙間が形成されている。一対の電極２、２の包囲部１ａ内に露出する先端部間が電極間距離を形成している。
【００４５】
一対の電流導入導体３、３は、それぞれニオブ棒状体３ａおよびモリブデン棒状体３ｂからなる。ニオブ棒状体３ａは、先端が小径筒部１ｂの内部に挿入され、基端が小径筒部１ｂから外部へ突出している。モリブデン棒状体３ｂは、ニオブ棒状体３ａの先端に突合せ溶接され、Ｍｏ棒の外周にＭｏ細線を数ターン巻装していて、その先端に電極軸部２ａの基端を突合せ溶接して、電極２を支持している。
【００４６】
一対のシール部４、４は、例えばフリットガラスとしてＤｙ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３からなるセラミックス封止用コンパウンドを加熱して溶融し、固化することにより形成されている。そうして、一対のシール部４、４は、透光性セラミックス気密容器１の小径筒部１ｂ、１ｂの端面側の部分と、これに対向する電流導入導体３、３と、の間に介在して透光性セラミックス気密容器１を気密に封止していて、いわゆる電流導入導体挿入封止構造を提供するとともに、電流導入導体３、３のニオブ棒状体３ａが透光性セラミックス気密容器１の内部に露出しないように小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿入されている部分の全体を被覆している。以上の封止により、電極２を透光性セラミックス気密容器１の所定の位置に固定している。
【００４７】
放電媒体は、始動ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）、下記のハロゲン化発光金属、ならびにバッファ蒸気を供給する水銀からなる。なお、ハロゲン化発光金属および水銀は、蒸発する分より過剰に封入されているので、その一部が安定点灯時に小径筒部１ｂ、１ｂ内に形成されるわずかな隙間内に液相状態で滞留している。そして、点灯中下側となる例えば小径筒部１ｂ内に液相状態で滞留している放電媒体の表層部付近に最冷部が形成される。
【００４８】
ハロゲン化発光金属は、少なくともナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）、ツリウム（Ｔｍ）およびカルシウム（Ｃａ）のハロゲン化物を主成分とする必須ハロゲン化物を含んでいる。これらのハロゲン化物は、既述のように所定比率で封入される。また、好ましくはタリウム（Ｔｌ）およびインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化金属が副成分として添加封入される。さらに、所望によりその他の発光金属のハロゲン化物を副成分として添加することができる。
【００４９】
外管ＯＴは、硬質ガラスからなるＢＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム１１を封着して備えている。フレアステム１１は、一対の導入線１１ａ、１１ｂを気密に導入している。そして、外管ＯＴは、その内部の所定位置に発光管ＩＴを後述する支持構体ＳＦにより支持して収納している。
【００５０】
支持構体ＳＦは、金属棒状体を略Ｕ字状に湾曲して形成されていて、その下部がフレアステム１１に封着されている導入線１１ｂに溶接され、上部にスプリング材からなるトップホルダー１２が溶接されている。トップホルダー１２は、外管ＯＴの頭部内面に係止され得るようになっていて、支持構体ＳＦの上部を外管ＯＴに対して係止する。発光管ＩＴは、図１においてその上部の電流導入導体３が、支持構体ＳＦの上部側を橋絡する帯状導体１３に加締め付けによって接続されている。また、発光管ＩＴの図１において下部の電流導入導体３がストランドワイヤ１４および接続導体１５を直列的に介して導入線１１ａに溶接されている。
【００５１】
以上により、発光管ＩＴは、導入線１１ａおよび１１ｂの間に接続されている。
【００５２】
シュラウドＳＨは、透光性筒体１６および補強紐体１７により構成されている。透光性筒体１６は、例えば石英ガラスなどの耐熱性透光性部材からなり、円筒状をなしていて、発光管ＩＴを側方からほぼ同心状に包囲するように配設されている。なお、シュラウドＳＨは、図において上下両端が開放され、かつその内面と発光管ＩＴとの間には適当な空間が形成されている。補強紐体１７は、例えばアルミナなどを主成分とする耐熱無機系繊維糸やステンレス鋼線からなり、透光性筒体１６の外周に巻装されて、透光性筒体１６をその外側から締め付けて補強している。
【００５３】
また、シュラウドＳＨは、支持構体ＳＦに配設された一対のシュラウドホルダー１８、１８に上下両端を挟持されて支持構体ＳＦに保持されている。すなわち、シュラウドホルダー１８は、円盤状をなす嵌合部がシュラウドＳＨの透光性筒体１６の端部に嵌合し、嵌合部と一体の取付脚部が支持構体ＳＦに溶接されることにより、所定の位置に支持される。なお、発光管ＩＴの透光性の小径筒部１ｂは、シュラウドホルダー１８を貫通してシュラウドＳＨから外部に突出している。
【００５４】
始動器ＳＴは、メタルハライドランプＭＨＬの始動を補助する手段であり、本形態においては例えば始動用のグロースタータ（点灯管）１９、バイメタルを用いた熱応動スイッチ（図１では見えない。）および限流抵抗器２０の直列回路からなり、この直列回路は一端が支持構体ＳＦに接続し、他端が接続導体１５に接続している。したがって、発光管ＩＴと始動器ＳＴとは導入線１１ａおよび１１ｂに並列接続している。
【００５５】
グロースタータ（点灯管）１９は、動作してバイメタルが放電電極から離反する時に安定器にパルス電圧を誘起させてメタルハライドランプＭＨＬに印加して、メタルハライドランプＭＨＬを始動させるとともに、この始動に先立ちグロー放電発生時に外部に紫外線を放射してメタルハライドランプＭＨＬ内に初期電子を励起するように構成されている。なお、安定器は、（一般形・低始動形）水銀灯用安定器である。
【００５６】
すなわち、グロースタータ１９は、例えば紫外線透過性の石英ガラスからなるバルブの一端部にリード線を気密に封着した封止部が形成され、バルブ内にはリード線に接続したバイメタルからなる放電電極が所定の間隔を隔て対峙しているとともに、アルゴン（Ａｒ）が所定圧力で封入されている。
【００５７】
そうして、グロースタータ１９は、通電時にバルブ内に配設されたバイメタルと放電電極間にグロー放電が生起して、アルゴンガスが紫外線を放射する。放射された紫外線は、発光管ＩＴ内を照射し、初期電子を発光管ＩＴ内に励起させるので、メタルハライドランプＭＨＬの始動が容易になる。
【００５８】
なお、限流抵抗器２０は、グロー電流を所定値に限流する。熱応動スイッチは、メタルハライドランプＭＨＬは始動して点灯した際の温度上昇により変位してオフ動作をするので、点灯中始動器ＳＴの動作を停止させる。
【００５９】
口金Ｂは、Ｅ３９形口金であり、外管ＯＴのネック部に固着され、外管ＯＴから外部へ露出した図示しない一対の導入線の一方がシェル部に、他方がセンターコンタクトに、それぞれ接続している。
【００６０】
なお、図１において、符号Ｇ１はパーフォーマンスゲッタ、Ｇ２はイニシャルゲッタであり、外管ＯＴ内を清浄化するもので、支持構体ＳＦの上部に溶接されている。
【００６１】
次に、実施例について比較１を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００６２】
図１に示すメタルハライドランプである。
【００６３】
放電媒体 ：ハロゲン化発光金属（NaI-TlI-CeI3-InI-TmI3-CaI２）=11.2mg
（封入比率は図３のランプＮｏ．２である。）、
水銀=57mg、アルゴン=13332.2Pa
管壁負荷 ：16W/cm2
外管内雰囲気 ：真空
定格ランプ電力：230W
【実施例２】
【００６４】
放電媒体が図３のランプＮｏ．３である以外は実施例１と同じである。
［比較例１］
放電媒体が図３のランプＮｏ．１である以外は実施例１と同じである。
［比較例２］
放電媒体が図３のランプＮｏ．４である以外は実施例１と同じである。
［比較例３］
放電媒体が図３のランプＮｏ．５である以外は実施例１と同じである。
図３は、本発明のメタルハライドランプの実施例１、２および比較例１〜３におけるハロゲン化発光金属の封入比率を示す表である。なお、表中「ＲＥ／totalＭＨ」は封入される全てのハロゲン化発光金属に対するハロゲン化物希土類金属の封入量の比を意味する。また、表中の「％」はmol％を意味する。
【００６５】
図４は、本発明のメタルハライドランプの実施例１、２および比較例１〜３の寿命試験結果に基づいて作成された封入される全てのハロゲン化発光金属に対するハロゲン化希土類金属の封入量の比と寿命中の立ち消え発生率の関係を示すグラフである。図において、横軸はＲＥ／ＭＨ（封入される全てのハロゲン化発光金属ＭＨに対するハロゲン化希土類金属の封入量ＲＥの比）を、縦軸は寿命中の立ち消え発生率（％）を、それぞれ示す。なお、各実施例および比較例の立ち消え発生率は、それぞれ同一仕様１０灯の平均値である。また、寿命試験は、規格にしたがって行った。
【００６６】
図４から理解できるように、封入される全てのハロゲン化発光金属の封入量ＭＨに対するハロゲン化希土類金属の封入量ＲＥの比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％の範囲内である実施例１、２は立ち消えが殆ど発生しなかった。これに対して、比較例４、５はいずれも上記比ＲＥ／ＭＨが２０mol％を超えていて、その値が大きいほど立ち消え発生率が大きくなっている。
【００６７】
図５は、ハロゲン化セリウムとハロゲン化ツリウムの封入量比と発光効率の関係を示すグラフである。図において、横軸はＣｅＸ／ＴｍＸ（ハロゲン化セリウムとハロゲン化ツリウムの比）を、縦軸は発光効率（相対値）を、それぞれ示す。なお、発光効率の相対値が１００のときに１００ｌｍ／Ｗが得られる相対値である。
【００６８】
図５から理解できるように、mol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１．０の範囲内であれば比較的良好な発光効率が得られる。
【００６９】
図６は、ハロゲン化希土類金属合計に対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量比と得られる白色光の色度偏差の関係を示すグラフである。図において、横軸は（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥ（ハロゲン化希土類金属合計に対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量比）（mol比）を、縦軸が色度偏差（ｄｕｖ）を、それぞれ示す。
【００７０】
図６から理解できるように、mol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０の薄墨を施した枠内であれば、白色光の色度偏差が±０．００５以内になり、良好な色度偏差が得られる。
【００７１】
図７は、本発明の照明器具を実施するための一形態としての高天井用照明器具の正面図である。本発明において、照明器具は、照明器具本体２０、メタルハライドランプMHＬおよび点灯装置から構成されていて、屋内用および屋外用の各種照明器具を含む概念である。また、照明器具は、一般照明用および特殊照明用のいずれであってもよい。なお、特殊照明用とは、一般照明用以外の各種用途を含む。
【００７２】
図において、照明器具本体２０は、照明器具からメタルハライドランプＭＨＬおよび点灯装置を除外した残余の部分からなる。本形態において、照明器具本体２０は、取付基台２１、支持枠２２、ソケット２３、反射板２４を主な構成要素として構成されている。
【００７３】
メタルハライドランプＭＨＬは、図１および図２に示す本発明のメタルハライドランプである。
【００７４】
点灯装置は、照明器具本体２０とは別置きで、例えば天井に配設される。そして、メタルハライドランプＭＨＬを点灯する回路手段であり、電子化されているものおよびコアおよび巻線を主体とするもののいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明のメタルハライドランプを実施するための一形態におけるランプ全体を示す一部切欠正面図
【図２】同じく発光管の断面図
【図３】本発明のメタルハライドランプの実施例１、２および比較例１〜３における発光金属のハロゲン化物の封入比率を示す表
【図４】本発明のメタルハライドランプの実施例１、２および比較例１〜３の寿命試験結果に基づいて作成された封入される全てのハロゲン化発光金属に対するハロゲン化希土類金属の封入量の比と寿命中の立ち消え発生率の関係を示すグラフ
【図５】ハロゲン化セリウムとハロゲン化ツリウムの封入量比と発光効率の関係を示すグラフ
【図６】ハロゲン化希土類金属合計に対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量比と得られる白色光の色度偏差の関係を示すグラフ
【図７】本発明の照明器具を実施するための一形態としてのダウンライトの正面図
【符号の説明】
【００７６】
１…透光性セラミックス気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、２…電極、３…電流導入導体、４…シール部、１１…ステム、Ｂ…口金、Ｇ１…パーフォーマンスゲッタ、Ｇ２…イニシャルゲッタ、ＩＴ…発光管、ＭＨＬ…メタルハライドランプ、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持構体、ＳＴ…始動器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間を有する透光性セラミックス気密容器と；
透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設された一対の電極と；
少なくともナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）、ツリウム（Ｔｍ）およびカルシウム（Ｃａ）のハロゲン化物を含み、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨに対するハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥの比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％であり、ハロゲン化セリウムの封入量ＣｅＸとハロゲン化ツリウムの封入量ＴｍＸのmol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１の範囲であるとともに、ハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥに対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量のmol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０であり、透光性気密容器の内部に封入された放電媒体と；
を具備していることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
照明器具本体と；
照明器具本体に配設された請求項１記載のメタルハライドランプと；
メタルハライドランプを点灯する放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明器具。
【請求項１】
内部に放電空間を有する透光性セラミックス気密容器と；
透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設された一対の電極と；
少なくともナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）、ツリウム（Ｔｍ）およびカルシウム（Ｃａ）のハロゲン化物を含み、封入される全てのハロゲン化発光金属の総量ＭＨに対するハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥの比ＲＥ／ＭＨが３〜２０mol％であり、ハロゲン化セリウムの封入量ＣｅＸとハロゲン化ツリウムの封入量ＴｍＸのmol比ＣｅＸ／ＴｍＸが０．３〜１の範囲であるとともに、ハロゲン化希土類金属合計の封入量ＲＥに対するハロゲン化カルシウムおよびハロゲン化ナトリウム合計の封入量のmol比（ＣａＸ＋ＮａＸ）／ＲＥが４〜１０であり、透光性気密容器の内部に封入された放電媒体と；
を具備していることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
照明器具本体と；
照明器具本体に配設された請求項１記載のメタルハライドランプと；
メタルハライドランプを点灯する放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−３４８８（Ｐ２０１０−３４８８Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６００６５（Ｐ２００８−１６００６５）
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（３０１０１０９５１）オスラム・メルコ・東芝ライティング株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（３０１０１０９５１）オスラム・メルコ・東芝ライティング株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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