メタルハライドランプ
【課題】
高効率で初期光束維持率の低下が少なくて、しかも水銀灯用安定器を用いて点灯できる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、透光性セラミックス気密容器1、一対の電極2、2および放電媒体を備えた発光管ITと、外管OTと、始動手段STとを具備し、前記金属ハロゲン化物は、ＮａＸ、ＣｅＸ３、ＣａＸ２およびＴｌＸを含み、いずれもmol組成比で、１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１、０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１、および０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０、を満足し、前記発光管は、透光性セラミックス気密容器の最大内径をＤｍとし、一対の電極間距離をＬｅとしたとき、比Ｌｅ／Ｄｍが１≦Ｌｅ／Ｄｍ≦４を満足する。
高効率で初期光束維持率の低下が少なくて、しかも水銀灯用安定器を用いて点灯できる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、透光性セラミックス気密容器1、一対の電極2、2および放電媒体を備えた発光管ITと、外管OTと、始動手段STとを具備し、前記金属ハロゲン化物は、ＮａＸ、ＣｅＸ３、ＣａＸ２およびＴｌＸを含み、いずれもmol組成比で、１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１、０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１、および０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０、を満足し、前記発光管は、透光性セラミックス気密容器の最大内径をＤｍとし、一対の電極間距離をＬｅとしたとき、比Ｌｅ／Ｄｍが１≦Ｌｅ／Ｄｍ≦４を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性セラミックス気密容器を備えたメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
透光性アルミナセラミックスからなるセラミックス製発光管を用いたメタルハライドランプは、従来の石英ガラスからなる発光管に比べ耐熱性および耐食性に優れていて、より高温で動作させることが可能であることから、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る。
【０００３】
また、メタルハライドランプを点灯する際に用いる安定器については、電子安定器などからなる専用安定器に比べ安価な水銀灯安定器が一般的に普及しており、初期投資の削減が可能などの理由から、水銀灯用安定器で点灯可能なメタルハライドランプが求められている。
【０００４】
さらに、省エネの観点から、メタルハライドランプのより一層の高効率化、さらなる長寿命化が期待されている。
【０００５】
一方、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を封入し、モル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３を３．８〜１０の範囲に選定したメタルハライドランプが知られている（特許文献１参照。）。ランプ効率を高めるために、例えば上記のように希土類金属のハロゲン化物を利用する場合、その封入比を高くして蒸気圧を高め、その発光を利用しようとすると、再点弧電圧も高くなり、その分だけ立消え電圧も高くなるため寿命中に立ち消えしやすくランプ寿命が短くなってしまう。
【０００６】
特に、水銀灯用安定器を用いてメタルハライドランプを点灯する場合には、特に立ち消えが問題となる。電子安定器などからなる専用安定器用のメタルハライドランプの場合には、定格ランプ電圧が９０〜１１０Ｖである。これに対して、水銀灯用安定器用のメタルハライドランプの場合は、定格電圧が１２０〜１３０Ｖと高く設定されるため、寿命中のランプ電圧上昇による立ち消えの問題が顕著となる。そのため、水銀灯用安定器で点灯するメタルハライドランプでは、再点弧電圧をできるだけ低くすることが寿命中の立ち消えを抑制して長寿命なランプの設計をするうえで重要になる。
【０００７】
ハロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化セリウムを用いたランプにおいて、さらにハロゲン化カルシウムを封入したメタルハライドランプが知られている（特許文献２参照。）。この従来技術では、ハロゲン化カルシウムのハロゲン化セリウムに対するmol比を０．４〜１５にすると、高効率が得られ、またこの条件と電極間距離の発光管の内径に対する比を１以上にする条件とを併せることにより、発光管のクラックを防止できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−０８６１３０号公報
【特許文献２】特開２００８−１０８７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記後者の従来技術におけるメタルハライドランプは、高効率が得られるものの点灯５０〜５００時間という比較的早い段階において発光管が著しく黒化するために、初期光束維持率が低下するという問題のあることが分かった。また、水銀灯用安定器で点灯させた場合、上記の黒化現象が顕著に見られるため実用的に使用が困難である。
【００１０】
本発明は、高効率で初期黒化が少なくて、しかも水銀灯用安定器を用いて点灯できるメタルハライドランプ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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明のメタルハライドランプは、透光性セラミックスからなり内部に放電空間を有する透光性セラミックス気密容器、透光性セラミックス気密容器内に放電空間を挟んで離間対向して配設された一対の電極、ならびに水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成され透光性セラミックス気密容器の内部に封入された放電媒体を備えた発光管と、内部に発光管を配設した外管と、発光管の始動を促進する始動手段とを具備し；前記金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）、ハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）およびハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）を含み、いずれもmol組成比で、１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１、０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１、および０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０、を満足し；前記発光管は、透光性セラミックス気密容器の最大内径をＤｍとし、一対の電極間距離をＬｅとしたとき、比Ｌｅ／Ｄｍが１≦Ｌｅ／Ｄｍ≦４を満足する；ことを特徴としている。
【００１２】
本発明において、数式１の１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１は、主としてメタルハライドランプのランプ効率および早期黒化、したがって早期光束維持率に影響し、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が上記数式１を満足すれば、ランプ効率が１００以上になりやすくなるとともに、早期黒化による早期光束維持率低下が少なくなる。しかし、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が１０未満であるか、または３１を超えると、ランプ効率が１００以下になりやすくなる。なお、上記範囲内において、ランプ効率が相対的に高くなる理由から、数式１は、好適には１１≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦２０の範囲である。
【００１３】
数式２の０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１は、主として水銀灯用安定器を用いた点灯において、メタルハライドランプの立ち消え発生防止に影響し、比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が上記数式２を満足すれば、立ち消えが発生しない。しかし、比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０２未満であると、水銀灯用安定器を用いた点灯において立ち消えが発生しやすくなる。また、上記比が１．１を超えると、立ち消えは発生しないもののランプ効率が低下する傾向が強くなる。これは、カルシウムによる青色および赤色光成分が増加しすぎることに起因すると考えられる。なお、上記範囲内において、立ち消えが発生しないとともにランプ効率が相対的に高くなる理由から、数式２は、好適には０．１≦ＣａＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．８の範囲である。
【００１４】
数式３の０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０は、数式１を満足することを前提としたときに主としてランプ効率に影響し、比ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が上記数式３を満足すれば、数式１の１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１によるランプ効率向上に加えてランプ効率の明らかな上積みが得られる。しかし、比ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０３未満であるか、または０．２０を超えると、タリウムによる緑色光添加によるランプ効率向上の効果が得られなくなる。なお、上記範囲内において、ランプ効率が相対的にさらに高くなって約５%向上する理由から、数式３は、好適には０．０５≦ＣａＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．１５の範囲である。
【００１５】
また、上記に加えてカルシウムによる赤色光およびタリウムによる緑色光の上記適量添加により、色度偏差の低減効果を奏する。
【００１６】
数式４の１≦Ｌｅ／Ｄｍ≦４は、主として水銀灯用安定器を用いた点灯において、メタルハライドランプの始動性に影響し、比Ｌｅ／Ｄｍが上記数式４を満足すれば、始動手段によって発生する始動電圧が２０００Ｖ以下であってもメタルハライドランプの始動が確実に行われる。しかし、比Ｌｅ／Ｄｍが１未満になると、透光性セラミックス気密容器のクラックが増加する。また、比Ｌｅ／Ｄｍが４を超えると、メタルハライドランプの始動が不確実になる。
【００１７】
本発明において、以上説明の構成に加えて、発光管の管壁負荷を１８〜２６Ｗ／ｃｍ２の範囲にすることで、より一層所期の効果を奏しやすくなる。しかし、管壁負荷が１８Ｗ／ｃｍ２未満になると、発光管内面の温度が低くなりやすくなるために、黒化が発生しやすくなる。また、管壁負荷が２６Ｗ／ｃｍ２を超えると、放電媒体の蒸気圧が高くなり、再点弧電圧の上昇を招き、立ち消えが生じやすくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、高効率で、かつ早期黒化による初期光束維持率の低下が少なくて、しかも水銀灯用安定器を用いて点灯するメタルハライドランプを提供できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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正面図である。
【図２】同じく発光管の拡大断面図である。
【図３】同じく第１の試作ランプ群の点灯試験結果を示す表である。
【図４】同じく第２の試作ランプ群の点灯試験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２１】
最初に、図１および図２を参照して、本発明の一形態におけるメタルハライドランプの構造を説明する。本発明において、メタルハライドランプは、発光管ＩＴ、外管ＯＴおよび始動手段ＳＴを具備している。
【００２２】
発光管ＩＴは、透光性セラミックス気密容器１、電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール部４、４および放電媒体を備えている。
【００２３】
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、好適には包囲部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。
【００２４】
透光性セラミックスとしては、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、例えば半透明の気密性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）のような光透過性および耐熱性を備えた材料を用いることができる。しかし、多結晶のアルミニウム酸化物すなわち多結晶アルミナセラミックスが工業的規模で生産できるとともに、比較的合理的な価格で得られるので、最適である。なお、透光性とは、放電によって発生した可視光を透過して外部に導出できる程度に光透過性であることをいい、透明であるのが好ましいが、要すれば光拡散性であってもよい。そして、少なくとも主要部である包囲部１ａの大部分が透光性を備えていればよく、要すれば小径筒部１ｂは遮光性であってもよい。
【００２５】
包囲部１ａは、本形態において、外形が連続的な曲面を有する繭玉状に膨出していて、その内部にほぼ同様形状の連続的な曲面を有する放電空間１ｃが形成されている。本発明において、透光性セラミックス気密容器１の後述する一対の電極２、２の間に位置する包囲部１ａの最大内径をＤｍとする。また、包囲部１ａは、その内部に形成される放電空間１ｃの主要部の形状を上記形状だけでなく、所望により楕円球状や球状の中空にすることができる。なお、上記主要部は、小径筒部１ｂ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。
【００２６】
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。なお、一体成形により透光性セラミックス気密容器１が一体化されていると、透光性セラミックス気密容器１の温度分布が相対的に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。
【００２７】
また、小径筒部１ｂは、後述する電極２および電流導入導体３を内部に挿通して支持するとともに、透光性セラミックス気密容器１を封止するのに寄与させることができる。この場合、小径筒部１ｂ内の電極２の周囲にキャピラリーと称するわずかな隙間を形成して、点灯中その内部に充填する液相の放電媒体の放電空間１ｃ側の内面を最冷部にすることができる。なお、小径筒部１ｂの断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００２８】
さらに、透光性セラミックス気密容器１の点灯中における包囲部１ａの外表面の温度が８５０〜１２００℃、小径筒部１ｂの外表面の温度が６００〜９５０℃になるように設計することができる。
【００２９】
一対の電極２、２は、透光性セラミックス気密容器１内において、先端が放電空間１ｃを挟んで離間して対向するように配設されている。そして、一対の電極２、２の先端間に形成される電極間距離をＬｅとしたとき、当該電極間距離Ｌｅと透光性セラミックス気密容器１の最大内径Ｄｍとの比Ｌｅ／Ｄｍが１〜４となるように設定される。
【００３０】
また、電極２は、純タングステン（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、かつ耐火性の導電性物質を単体で、または適宜組み合わせて用いて形成することができる。
【００３１】
さらに、電極２は、好ましくは細長い電極軸部２ａ、電極主部２ｂおよび電極サブコイル２ｃからなる。電極主部２ｂは、電極軸部２ａの先端部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、表面の一部に放電アークの起点が形成される。なお、電極主部２ｂ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。電極サブコイル２ｃは、電極軸部２ａの周囲に巻装されている。なお、好ましい構成として、電極２は、その電極軸部２ａに巻装された電極サブコイル２ｃと小径筒部１ｂの内面との間にキャピラリーとも称されるわずかな隙間を形成しながら小径筒部１ｂ内に挿通されているとともに、先端が包囲部１ａに臨んでいる。
【００３２】
一対の電流導入導体３、３は、それぞれ封着性部分３ａおよび耐ハロゲン性部分３ｂからなる。そして、先端部で電極２の基端を機械的に支持するとともに電気的に接続して電極２への給電路となる。
【００３３】
封着性部分３ａは、透光性セラミックス気密容器１との封着性の良好な導電部材、例えば多結晶アルミナセラミックスに対してニオブの棒状体からなり、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。
【００３４】
耐ハロゲン性部分３ｂは、ハロゲンおよびハロゲン化物に対する耐性に優れる導電性部材、例えばモリブデンの棒状体からなる。また、耐ハロゲン性部分３ｂは、電極２と封着性部分３ａとの間に介在して、電極２と封着性部分３ａとの間の熱膨張係数の違いを緩和するとともに、高温となる電極２からシール部４への熱伝動を緩和する。さらに、耐ハロゲン性部分３ｂは、キャピラリー内に進入した液相のハロゲン化物が接触するために耐ハロゲン性材料からなる。耐ハロゲン性材料は、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）から選択した金属、これら金属とセラミックスとの混合導電材料であるサーメットまたは上記金属とサーメットとの複合体などにより構成することができる。
【００３５】
一対のシール部４、４は、透光性セラミックス気密容器１の封止予定部、例えば小径筒部１ｂと電流導入導体３の封着性部分３ａとの間で透光性セラミックス気密容器１を封止するための手段である。シール部４は、フリットガラスと称されるセラミックス封止用コンパウンドを加熱溶融させて透光性セラミックス気密容器１の好適には小径筒部１ｂと電流導入導体３の封着性部分３ａとの間の隙間に進入させてから固化させることで、これらを封着する構成が一般に多用されている。
【００３６】
しかしながら、本発明においては上記手段とは異なる既知の各種シール手段を適宜採用することができる。
【００３７】
放電媒体は、水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成され、透光性セラミックス気密容器１の内部に封入されている。
【００３８】
水銀は、緩衝体としてランプ電圧形成に主として寄与する。しかし、周知のように水銀蒸気による特性スペクトルの一部は、発光にも寄与する。なお、透光性セラミックス気密容器の包囲部における単位容積当たりの水銀封入量を３〜３０ｍｇ／ｃｃに設定するのが好適である。
【００３９】
始動ガスは、少なくとも高圧放電ランプを始動させるときに放電を開始させるのに寄与する。しかし、本発明においては具体的なガスの種類は限定されない。一般照明用のメタルハライドランプの場合、好適にはアルゴン（Ａｒ）単体またはネオン（Ｎｅ）およびアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを用いることができる。始動ガスの封入圧は、一般的には８〜８０ｋＰａである。８ｋＰａ未満では、パッシェン曲線から理解できるように始動が困難になる。また、８０ｋＰａを超えると始動電圧が高くなり、口金の耐圧を超えてしまう。好適にはネオン（Ｎｅ）およびアルゴン（Ａｒ）の混合ガスである。
【００４０】
金属ハロゲン化物は、本発明の特徴部分であり、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）、ハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）およびハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）を含み、いずれもmol組成比で、数式１ないし数式３をともに満足するように設定されている。なお、金属ハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、ヨウ素または／および臭素が用いられる。
【００４１】
１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１…数式１
０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１…数式２
０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０…数式３
外管ＯＴは、発光管ＩＴおよび後述する始動手段ＳＴを内部に収納している。そして、発光管ＩＴを機械的に保護し、発光管ＩＴの作動温度を所望の範囲に維持し、あるいは発光管ＩＴ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ＯＴ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。
【００４２】
外管ＯＴと発光管ＩＴ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ＯＴ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ＯＴ内の雰囲気を１３３Ｐａ以下に減圧された窒素などの不活性ガスまたは空気に設定するのが発光管ＩＴの温度分布を均一化するのに効果的であるので、好適である。なお、外管ＯＴ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ＯＴ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。
【００４３】
また、外管ＯＴ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。両端封止は、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ＯＴ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。
【００４４】
本形態において、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とともに、発光管ＩＴを後述するシュラウドＳＨにより保護している。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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を緩く貫通してシュラウドＳＨから外部に突出している。
【００４９】
始動手段ＳＴは、メタルハライドランプ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、始動手段ＳＴは、導入線１１ａおよび１１ｂに発光管ＩＴと一緒に並列接続している。
【００５０】
グロースタータ（点灯管）１９は、グロー放電により内部に配設された一対の電極のバイメタルが熱変形して接触し、グロー放電の停止による冷却で開離して安定器に流れていた電流が遮断したときに、安定器に高電圧始動パルス電圧が発生して、発光管ＩＴに印加することでメタルハライドランプを始動させる。また、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）水銀灯用安定器が用いられる。
【００５１】
上記の動作を行うために、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。
【００５２】
なお、限流抵抗器２０は、グロー電流を所定値に限流する手段であり、例えば３００Ωである。熱応動スイッチは、メタルハライドランプが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、点灯中始動手段ＳＴの動作を停止させる。
【００５３】
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。
【００５４】
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、いずれも外管ＯＴ内を清浄化するもので、支持構体ＳＦの上下に分離して溶接されている。
【実施例１】
【００５５】
図１に示す構造である。
【００５６】
透光性セラミックス気密容器：内容積3cc、最大内径Ｄｍ16mm
電極間距離Ｌｅ：16mm、Le/Dm=1.0
放電媒体 ：NaI-CeI3-CaI２-TlI（mol組成比60-5-28-8）=5mg、
Br/Iのmol組成比=35
水銀=40mg、Ar=13.3kPa
管壁負荷 ：21W/cm2
外管内雰囲気 ：真空
安定器 ：水銀灯用安定器
定格ランプ電力：230W
全光束 ：23200lm（500hr後）
ランプ効率 ：105lm/W
相関色温度 ：4000K（100hr後）
立ち消え ：なし
早期黒化 ：なし。
次に、実施例１のメタルハライドランプにおいて、以下のように放電媒体の封入条件を振った第１の試作ランプ群を各５本試作し、水銀灯用安定器を用いて点灯して評価した結果について図３の表を参照して説明する。
（１）比ＮａＸ／ＣｅＸ３を３〜６６の範囲で変化させた。
（２）比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）を０〜１．２の範囲で変化させた。
（３）ランプ電圧が１３０Ｖになるように水銀を２０〜５０ｍｇの範囲内で変化させた。
（４）評価は、ランプ効率（ｌｍ／Ｗ）、色温度（Ｋ）、立ち消え発生、黒化有無とした。
【００５７】
なお、図中の色温度は、相関色温度で点灯１００時間での値である。立ち消え発生と黒化有無は、点灯５００時間までの状態を評価した。また、黒化の有無は目視により判定した。したがって、図３において、「黒化」は早期黒化の有無を示している。比ＮａＸ／ＣｅＸ３および比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）は、いずれもmol組成比である。
【００５８】
図３から理解できるように、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が１０〜３１であれば、ランプ効率が相対的に高くなり、加えて比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０２〜１．１であれば、ランプ効率が１００ｌｍ／Ｗ以上になる。また、０．０２〜０．８であれば、ランプ効率が１０５ｌｍ／Ｗ以上になる。早期黒化が発生する。
【００５９】
比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０であると、立ち消えが発生するが、０．０２以上であれば立ち消えが発生しない。しかし、比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）の値は、上述のようにランプ効率にも影響を与えるので、所定値範囲内である必要がある。なお、比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０２であっても、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が３の場合には、立ち消えが発生する。
【００６０】
さらに、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が１０〜３１の範囲であれば、相関色温度は３４６１〜４５１５の範囲内で選択可能なので、実用上問題ない。
【００６１】
次に、実施例１のメタルハライドランプと同様な仕様において、比Ｌｅ／Ｄｍを以下のように振った第２の試作ランプ群を各５本試作し、水銀灯用安定器を用いて点灯して評価した結果について図４の表を参照して説明する。
（１）放電媒体として、Ａｒ１３．３ｋＰａ、水銀３８ｍｇ、金属ハロゲン化物６ｍｇ（ＮａＸ−ＣｅＸ３−ＣａＸ２＝１４：１：３）を封入した。
（２）比Ｌｅ／Ｄｍを１〜８の範囲で振った。
（３）評価は、ランプ効率および始動性とした。
【００６２】
なお、評価項目「始動」において、記号○は始動性良好、記号×は始動しない、を意味する。水銀灯用安定器は、始動時にメタルハライドランプの外管内に配設された始動手段ＳＴの動作により水銀灯用安定器から発生する始動用パルス電圧が１０００〜２０００Ｖである。これに対して、専用安定器では、始動回路が安定器内に一体に組み込まれていて、しかも２０００〜５０００Ｖの高電圧パルスを発生する。
【００６３】
図４から理解できるように、比Ｌｅ／Ｄｍが１〜４の範囲内であれば、始動性に問題ない。しかし、比Ｌｅ／Ｄｍが５〜８の範囲では、始動しなかった。この評価結果から、水銀灯用安定器を用いて点灯する場合には、比Ｌｅ／Ｄｍを１〜４にする必要のあることが分かる。
【００６４】
なお、より一層確実な始動を確保するためには、比Ｌｅ／Ｄｍを１〜３にするのがよい。また、比Ｌｅ／Ｄｍを１未満にすると、ランプ効率が低下するため、１以上にするのがよい。さらに、ランプ効率は、比Ｌｅ／Ｄｍが大きいほど値が大きくなるが、本評価においては比Ｌｅ／Ｄｍが５以上の場合には、始動しなかったので、ランプ効率は不明である。
【００６５】
次に、実施例１のメタルハライドランプと同様な仕様において、ハロゲン化タリウムＴｌＸをmol組成比でＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）を０．０１〜０．２４の範囲内で振って封入した第３の試作ランプ群を試作してランプ効率の増加について検証してみた。
【００６６】
その結果、比ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０３以上であれば、明らかに３％以上のランプ効率増加が認められた。また、上記比を０．０５以上とすることで、ランプ効率が約５％増加することが分かった。しかし、上記比が０．２１以上になると、ランプ効率低下が認められた。
【００６７】
本発明のメタルハライドランプは、以上説明した定格ランプ電力２３０Ｗに限定されるものではない。したがって、屋外や高天井照明などの一般照明に使用される定格ランプ電力１５０〜７００Ｗのメタルハライドランプにおいても、もちろん本発明を適用してその効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６８】
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、３ａ…封着性部分、３ｂ…耐ハロゲン製部分、４…シール部、１１…ステム、１９…グロースタータ（点灯管）、２０…限流抵抗器、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、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持構体、ＳＴ…始動手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性セラミックス気密容器を備えたメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
透光性アルミナセラミックスからなるセラミックス製発光管を用いたメタルハライドランプは、従来の石英ガラスからなる発光管に比べ耐熱性および耐食性に優れていて、より高温で動作させることが可能であることから、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る。
【０００３】
また、メタルハライドランプを点灯する際に用いる安定器については、電子安定器などからなる専用安定器に比べ安価な水銀灯安定器が一般的に普及しており、初期投資の削減が可能などの理由から、水銀灯用安定器で点灯可能なメタルハライドランプが求められている。
【０００４】
さらに、省エネの観点から、メタルハライドランプのより一層の高効率化、さらなる長寿命化が期待されている。
【０００５】
一方、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を封入し、モル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３を３．８〜１０の範囲に選定したメタルハライドランプが知られている（特許文献１参照。）。ランプ効率を高めるために、例えば上記のように希土類金属のハロゲン化物を利用する場合、その封入比を高くして蒸気圧を高め、その発光を利用しようとすると、再点弧電圧も高くなり、その分だけ立消え電圧も高くなるため寿命中に立ち消えしやすくランプ寿命が短くなってしまう。
【０００６】
特に、水銀灯用安定器を用いてメタルハライドランプを点灯する場合には、特に立ち消えが問題となる。電子安定器などからなる専用安定器用のメタルハライドランプの場合には、定格ランプ電圧が９０〜１１０Ｖである。これに対して、水銀灯用安定器用のメタルハライドランプの場合は、定格電圧が１２０〜１３０Ｖと高く設定されるため、寿命中のランプ電圧上昇による立ち消えの問題が顕著となる。そのため、水銀灯用安定器で点灯するメタルハライドランプでは、再点弧電圧をできるだけ低くすることが寿命中の立ち消えを抑制して長寿命なランプの設計をするうえで重要になる。
【０００７】
ハロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化セリウムを用いたランプにおいて、さらにハロゲン化カルシウムを封入したメタルハライドランプが知られている（特許文献２参照。）。この従来技術では、ハロゲン化カルシウムのハロゲン化セリウムに対するmol比を０．４〜１５にすると、高効率が得られ、またこの条件と電極間距離の発光管の内径に対する比を１以上にする条件とを併せることにより、発光管のクラックを防止できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−０８６１３０号公報
【特許文献２】特開２００８−１０８７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記後者の従来技術におけるメタルハライドランプは、高効率が得られるものの点灯５０〜５００時間という比較的早い段階において発光管が著しく黒化するために、初期光束維持率が低下するという問題のあることが分かった。また、水銀灯用安定器で点灯させた場合、上記の黒化現象が顕著に見られるため実用的に使用が困難である。
【００１０】
本発明は、高効率で初期黒化が少なくて、しかも水銀灯用安定器を用いて点灯できるメタルハライドランプ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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明のメタルハライドランプは、透光性セラミックスからなり内部に放電空間を有する透光性セラミックス気密容器、透光性セラミックス気密容器内に放電空間を挟んで離間対向して配設された一対の電極、ならびに水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成され透光性セラミックス気密容器の内部に封入された放電媒体を備えた発光管と、内部に発光管を配設した外管と、発光管の始動を促進する始動手段とを具備し；前記金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）、ハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）およびハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）を含み、いずれもmol組成比で、１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１、０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１、および０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０、を満足し；前記発光管は、透光性セラミックス気密容器の最大内径をＤｍとし、一対の電極間距離をＬｅとしたとき、比Ｌｅ／Ｄｍが１≦Ｌｅ／Ｄｍ≦４を満足する；ことを特徴としている。
【００１２】
本発明において、数式１の１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１は、主としてメタルハライドランプのランプ効率および早期黒化、したがって早期光束維持率に影響し、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が上記数式１を満足すれば、ランプ効率が１００以上になりやすくなるとともに、早期黒化による早期光束維持率低下が少なくなる。しかし、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が１０未満であるか、または３１を超えると、ランプ効率が１００以下になりやすくなる。なお、上記範囲内において、ランプ効率が相対的に高くなる理由から、数式１は、好適には１１≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦２０の範囲である。
【００１３】
数式２の０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１は、主として水銀灯用安定器を用いた点灯において、メタルハライドランプの立ち消え発生防止に影響し、比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が上記数式２を満足すれば、立ち消えが発生しない。しかし、比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０２未満であると、水銀灯用安定器を用いた点灯において立ち消えが発生しやすくなる。また、上記比が１．１を超えると、立ち消えは発生しないもののランプ効率が低下する傾向が強くなる。これは、カルシウムによる青色および赤色光成分が増加しすぎることに起因すると考えられる。なお、上記範囲内において、立ち消えが発生しないとともにランプ効率が相対的に高くなる理由から、数式２は、好適には０．１≦ＣａＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．８の範囲である。
【００１４】
数式３の０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０は、数式１を満足することを前提としたときに主としてランプ効率に影響し、比ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が上記数式３を満足すれば、数式１の１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１によるランプ効率向上に加えてランプ効率の明らかな上積みが得られる。しかし、比ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０３未満であるか、または０．２０を超えると、タリウムによる緑色光添加によるランプ効率向上の効果が得られなくなる。なお、上記範囲内において、ランプ効率が相対的にさらに高くなって約５%向上する理由から、数式３は、好適には０．０５≦ＣａＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．１５の範囲である。
【００１５】
また、上記に加えてカルシウムによる赤色光およびタリウムによる緑色光の上記適量添加により、色度偏差の低減効果を奏する。
【００１６】
数式４の１≦Ｌｅ／Ｄｍ≦４は、主として水銀灯用安定器を用いた点灯において、メタルハライドランプの始動性に影響し、比Ｌｅ／Ｄｍが上記数式４を満足すれば、始動手段によって発生する始動電圧が２０００Ｖ以下であってもメタルハライドランプの始動が確実に行われる。しかし、比Ｌｅ／Ｄｍが１未満になると、透光性セラミックス気密容器のクラックが増加する。また、比Ｌｅ／Ｄｍが４を超えると、メタルハライドランプの始動が不確実になる。
【００１７】
本発明において、以上説明の構成に加えて、発光管の管壁負荷を１８〜２６Ｗ／ｃｍ２の範囲にすることで、より一層所期の効果を奏しやすくなる。しかし、管壁負荷が１８Ｗ／ｃｍ２未満になると、発光管内面の温度が低くなりやすくなるために、黒化が発生しやすくなる。また、管壁負荷が２６Ｗ／ｃｍ２を超えると、放電媒体の蒸気圧が高くなり、再点弧電圧の上昇を招き、立ち消えが生じやすくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、高効率で、かつ早期黒化による初期光束維持率の低下が少なくて、しかも水銀灯用安定器を用いて点灯するメタルハライドランプを提供できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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正面図である。
【図２】同じく発光管の拡大断面図である。
【図３】同じく第１の試作ランプ群の点灯試験結果を示す表である。
【図４】同じく第２の試作ランプ群の点灯試験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２１】
最初に、図１および図２を参照して、本発明の一形態におけるメタルハライドランプの構造を説明する。本発明において、メタルハライドランプは、発光管ＩＴ、外管ＯＴおよび始動手段ＳＴを具備している。
【００２２】
発光管ＩＴは、透光性セラミックス気密容器１、電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール部４、４および放電媒体を備えている。
【００２３】
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、好適には包囲部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。
【００２４】
透光性セラミックスとしては、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、例えば半透明の気密性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）のような光透過性および耐熱性を備えた材料を用いることができる。しかし、多結晶のアルミニウム酸化物すなわち多結晶アルミナセラミックスが工業的規模で生産できるとともに、比較的合理的な価格で得られるので、最適である。なお、透光性とは、放電によって発生した可視光を透過して外部に導出できる程度に光透過性であることをいい、透明であるのが好ましいが、要すれば光拡散性であってもよい。そして、少なくとも主要部である包囲部１ａの大部分が透光性を備えていればよく、要すれば小径筒部１ｂは遮光性であってもよい。
【００２５】
包囲部１ａは、本形態において、外形が連続的な曲面を有する繭玉状に膨出していて、その内部にほぼ同様形状の連続的な曲面を有する放電空間１ｃが形成されている。本発明において、透光性セラミックス気密容器１の後述する一対の電極２、２の間に位置する包囲部１ａの最大内径をＤｍとする。また、包囲部１ａは、その内部に形成される放電空間１ｃの主要部の形状を上記形状だけでなく、所望により楕円球状や球状の中空にすることができる。なお、上記主要部は、小径筒部１ｂ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。
【００２６】
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。なお、一体成形により透光性セラミックス気密容器１が一体化されていると、透光性セラミックス気密容器１の温度分布が相対的に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。
【００２７】
また、小径筒部１ｂは、後述する電極２および電流導入導体３を内部に挿通して支持するとともに、透光性セラミックス気密容器１を封止するのに寄与させることができる。この場合、小径筒部１ｂ内の電極２の周囲にキャピラリーと称するわずかな隙間を形成して、点灯中その内部に充填する液相の放電媒体の放電空間１ｃ側の内面を最冷部にすることができる。なお、小径筒部１ｂの断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００２８】
さらに、透光性セラミックス気密容器１の点灯中における包囲部１ａの外表面の温度が８５０〜１２００℃、小径筒部１ｂの外表面の温度が６００〜９５０℃になるように設計することができる。
【００２９】
一対の電極２、２は、透光性セラミックス気密容器１内において、先端が放電空間１ｃを挟んで離間して対向するように配設されている。そして、一対の電極２、２の先端間に形成される電極間距離をＬｅとしたとき、当該電極間距離Ｌｅと透光性セラミックス気密容器１の最大内径Ｄｍとの比Ｌｅ／Ｄｍが１〜４となるように設定される。
【００３０】
また、電極２は、純タングステン（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、かつ耐火性の導電性物質を単体で、または適宜組み合わせて用いて形成することができる。
【００３１】
さらに、電極２は、好ましくは細長い電極軸部２ａ、電極主部２ｂおよび電極サブコイル２ｃからなる。電極主部２ｂは、電極軸部２ａの先端部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、表面の一部に放電アークの起点が形成される。なお、電極主部２ｂ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。電極サブコイル２ｃは、電極軸部２ａの周囲に巻装されている。なお、好ましい構成として、電極２は、その電極軸部２ａに巻装された電極サブコイル２ｃと小径筒部１ｂの内面との間にキャピラリーとも称されるわずかな隙間を形成しながら小径筒部１ｂ内に挿通されているとともに、先端が包囲部１ａに臨んでいる。
【００３２】
一対の電流導入導体３、３は、それぞれ封着性部分３ａおよび耐ハロゲン性部分３ｂからなる。そして、先端部で電極２の基端を機械的に支持するとともに電気的に接続して電極２への給電路となる。
【００３３】
封着性部分３ａは、透光性セラミックス気密容器１との封着性の良好な導電部材、例えば多結晶アルミナセラミックスに対してニオブの棒状体からなり、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。
【００３４】
耐ハロゲン性部分３ｂは、ハロゲンおよびハロゲン化物に対する耐性に優れる導電性部材、例えばモリブデンの棒状体からなる。また、耐ハロゲン性部分３ｂは、電極２と封着性部分３ａとの間に介在して、電極２と封着性部分３ａとの間の熱膨張係数の違いを緩和するとともに、高温となる電極２からシール部４への熱伝動を緩和する。さらに、耐ハロゲン性部分３ｂは、キャピラリー内に進入した液相のハロゲン化物が接触するために耐ハロゲン性材料からなる。耐ハロゲン性材料は、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）から選択した金属、これら金属とセラミックスとの混合導電材料であるサーメットまたは上記金属とサーメットとの複合体などにより構成することができる。
【００３５】
一対のシール部４、４は、透光性セラミックス気密容器１の封止予定部、例えば小径筒部１ｂと電流導入導体３の封着性部分３ａとの間で透光性セラミックス気密容器１を封止するための手段である。シール部４は、フリットガラスと称されるセラミックス封止用コンパウンドを加熱溶融させて透光性セラミックス気密容器１の好適には小径筒部１ｂと電流導入導体３の封着性部分３ａとの間の隙間に進入させてから固化させることで、これらを封着する構成が一般に多用されている。
【００３６】
しかしながら、本発明においては上記手段とは異なる既知の各種シール手段を適宜採用することができる。
【００３７】
放電媒体は、水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成され、透光性セラミックス気密容器１の内部に封入されている。
【００３８】
水銀は、緩衝体としてランプ電圧形成に主として寄与する。しかし、周知のように水銀蒸気による特性スペクトルの一部は、発光にも寄与する。なお、透光性セラミックス気密容器の包囲部における単位容積当たりの水銀封入量を３〜３０ｍｇ／ｃｃに設定するのが好適である。
【００３９】
始動ガスは、少なくとも高圧放電ランプを始動させるときに放電を開始させるのに寄与する。しかし、本発明においては具体的なガスの種類は限定されない。一般照明用のメタルハライドランプの場合、好適にはアルゴン（Ａｒ）単体またはネオン（Ｎｅ）およびアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを用いることができる。始動ガスの封入圧は、一般的には８〜８０ｋＰａである。８ｋＰａ未満では、パッシェン曲線から理解できるように始動が困難になる。また、８０ｋＰａを超えると始動電圧が高くなり、口金の耐圧を超えてしまう。好適にはネオン（Ｎｅ）およびアルゴン（Ａｒ）の混合ガスである。
【００４０】
金属ハロゲン化物は、本発明の特徴部分であり、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）、ハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）およびハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）を含み、いずれもmol組成比で、数式１ないし数式３をともに満足するように設定されている。なお、金属ハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、ヨウ素または／および臭素が用いられる。
【００４１】
１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１…数式１
０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１…数式２
０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０…数式３
外管ＯＴは、発光管ＩＴおよび後述する始動手段ＳＴを内部に収納している。そして、発光管ＩＴを機械的に保護し、発光管ＩＴの作動温度を所望の範囲に維持し、あるいは発光管ＩＴ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ＯＴ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。
【００４２】
外管ＯＴと発光管ＩＴ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ＯＴ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ＯＴ内の雰囲気を１３３Ｐａ以下に減圧された窒素などの不活性ガスまたは空気に設定するのが発光管ＩＴの温度分布を均一化するのに効果的であるので、好適である。なお、外管ＯＴ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ＯＴ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。
【００４３】
また、外管ＯＴ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。両端封止は、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ＯＴ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。
【００４４】
本形態において、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とともに、発光管ＩＴを後述するシュラウドＳＨにより保護している。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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を緩く貫通してシュラウドＳＨから外部に突出している。
【００４９】
始動手段ＳＴは、メタルハライドランプ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、始動手段ＳＴは、導入線１１ａおよび１１ｂに発光管ＩＴと一緒に並列接続している。
【００５０】
グロースタータ（点灯管）１９は、グロー放電により内部に配設された一対の電極のバイメタルが熱変形して接触し、グロー放電の停止による冷却で開離して安定器に流れていた電流が遮断したときに、安定器に高電圧始動パルス電圧が発生して、発光管ＩＴに印加することでメタルハライドランプを始動させる。また、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）水銀灯用安定器が用いられる。
【００５１】
上記の動作を行うために、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。
【００５２】
なお、限流抵抗器２０は、グロー電流を所定値に限流する手段であり、例えば３００Ωである。熱応動スイッチは、メタルハライドランプが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、点灯中始動手段ＳＴの動作を停止させる。
【００５３】
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。
【００５４】
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、いずれも外管ＯＴ内を清浄化するもので、支持構体ＳＦの上下に分離して溶接されている。
【実施例１】
【００５５】
図１に示す構造である。
【００５６】
透光性セラミックス気密容器：内容積3cc、最大内径Ｄｍ16mm
電極間距離Ｌｅ：16mm、Le/Dm=1.0
放電媒体 ：NaI-CeI3-CaI２-TlI（mol組成比60-5-28-8）=5mg、
Br/Iのmol組成比=35
水銀=40mg、Ar=13.3kPa
管壁負荷 ：21W/cm2
外管内雰囲気 ：真空
安定器 ：水銀灯用安定器
定格ランプ電力：230W
全光束 ：23200lm（500hr後）
ランプ効率 ：105lm/W
相関色温度 ：4000K（100hr後）
立ち消え ：なし
早期黒化 ：なし。
次に、実施例１のメタルハライドランプにおいて、以下のように放電媒体の封入条件を振った第１の試作ランプ群を各５本試作し、水銀灯用安定器を用いて点灯して評価した結果について図３の表を参照して説明する。
（１）比ＮａＸ／ＣｅＸ３を３〜６６の範囲で変化させた。
（２）比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）を０〜１．２の範囲で変化させた。
（３）ランプ電圧が１３０Ｖになるように水銀を２０〜５０ｍｇの範囲内で変化させた。
（４）評価は、ランプ効率（ｌｍ／Ｗ）、色温度（Ｋ）、立ち消え発生、黒化有無とした。
【００５７】
なお、図中の色温度は、相関色温度で点灯１００時間での値である。立ち消え発生と黒化有無は、点灯５００時間までの状態を評価した。また、黒化の有無は目視により判定した。したがって、図３において、「黒化」は早期黒化の有無を示している。比ＮａＸ／ＣｅＸ３および比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）は、いずれもmol組成比である。
【００５８】
図３から理解できるように、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が１０〜３１であれば、ランプ効率が相対的に高くなり、加えて比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０２〜１．１であれば、ランプ効率が１００ｌｍ／Ｗ以上になる。また、０．０２〜０．８であれば、ランプ効率が１０５ｌｍ／Ｗ以上になる。早期黒化が発生する。
【００５９】
比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０であると、立ち消えが発生するが、０．０２以上であれば立ち消えが発生しない。しかし、比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）の値は、上述のようにランプ効率にも影響を与えるので、所定値範囲内である必要がある。なお、比ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０２であっても、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が３の場合には、立ち消えが発生する。
【００６０】
さらに、比ＮａＸ／ＣｅＸ３が１０〜３１の範囲であれば、相関色温度は３４６１〜４５１５の範囲内で選択可能なので、実用上問題ない。
【００６１】
次に、実施例１のメタルハライドランプと同様な仕様において、比Ｌｅ／Ｄｍを以下のように振った第２の試作ランプ群を各５本試作し、水銀灯用安定器を用いて点灯して評価した結果について図４の表を参照して説明する。
（１）放電媒体として、Ａｒ１３．３ｋＰａ、水銀３８ｍｇ、金属ハロゲン化物６ｍｇ（ＮａＸ−ＣｅＸ３−ＣａＸ２＝１４：１：３）を封入した。
（２）比Ｌｅ／Ｄｍを１〜８の範囲で振った。
（３）評価は、ランプ効率および始動性とした。
【００６２】
なお、評価項目「始動」において、記号○は始動性良好、記号×は始動しない、を意味する。水銀灯用安定器は、始動時にメタルハライドランプの外管内に配設された始動手段ＳＴの動作により水銀灯用安定器から発生する始動用パルス電圧が１０００〜２０００Ｖである。これに対して、専用安定器では、始動回路が安定器内に一体に組み込まれていて、しかも２０００〜５０００Ｖの高電圧パルスを発生する。
【００６３】
図４から理解できるように、比Ｌｅ／Ｄｍが１〜４の範囲内であれば、始動性に問題ない。しかし、比Ｌｅ／Ｄｍが５〜８の範囲では、始動しなかった。この評価結果から、水銀灯用安定器を用いて点灯する場合には、比Ｌｅ／Ｄｍを１〜４にする必要のあることが分かる。
【００６４】
なお、より一層確実な始動を確保するためには、比Ｌｅ／Ｄｍを１〜３にするのがよい。また、比Ｌｅ／Ｄｍを１未満にすると、ランプ効率が低下するため、１以上にするのがよい。さらに、ランプ効率は、比Ｌｅ／Ｄｍが大きいほど値が大きくなるが、本評価においては比Ｌｅ／Ｄｍが５以上の場合には、始動しなかったので、ランプ効率は不明である。
【００６５】
次に、実施例１のメタルハライドランプと同様な仕様において、ハロゲン化タリウムＴｌＸをmol組成比でＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）を０．０１〜０．２４の範囲内で振って封入した第３の試作ランプ群を試作してランプ効率の増加について検証してみた。
【００６６】
その結果、比ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）が０．０３以上であれば、明らかに３％以上のランプ効率増加が認められた。また、上記比を０．０５以上とすることで、ランプ効率が約５％増加することが分かった。しかし、上記比が０．２１以上になると、ランプ効率低下が認められた。
【００６７】
本発明のメタルハライドランプは、以上説明した定格ランプ電力２３０Ｗに限定されるものではない。したがって、屋外や高天井照明などの一般照明に使用される定格ランプ電力１５０〜７００Ｗのメタルハライドランプにおいても、もちろん本発明を適用してその効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６８】
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、３ａ…封着性部分、３ｂ…耐ハロゲン製部分、４…シール部、１１…ステム、１９…グロースタータ（点灯管）、２０…限流抵抗器、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、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持構体、ＳＴ…始動手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性セラミックスからなり内部に放電空間を有する透光性セラミックス気密容器、透光性セラミックス気密容器内に放電空間を挟んで離間対向して配設された一対の電極、ならびに水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成され透光性セラミックス気密容器の内部に封入された放電媒体を備えた発光管と、内部に発光管を配設した外管と、発光管の始動を促進する始動手段とを具備し；
前記金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）、ハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）およびハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）を含み、いずれもmol組成比で、
１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１、
０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１、および
０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０、
を満足し；
前記発光管は、透光性セラミックス気密容器の最大内径をＤｍとし、一対の電極間距離をＬｅとしたとき、比Ｌｅ／Ｄｍが１≦Ｌｅ／Ｄｍ≦４を満足する；
ことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項１】
透光性セラミックスからなり内部に放電空間を有する透光性セラミックス気密容器、透光性セラミックス気密容器内に放電空間を挟んで離間対向して配設された一対の電極、ならびに水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成され透光性セラミックス気密容器の内部に封入された放電媒体を備えた発光管と、内部に発光管を配設した外管と、発光管の始動を促進する始動手段とを具備し；
前記金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）、ハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）およびハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）を含み、いずれもmol組成比で、
１０≦ＮａＸ／ＣｅＸ３≦３１、
０．０２≦ＣａＸ２／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦１．１、および
０．０３≦ＴｌＸ／（ＮａＸ＋ＣｅＸ３）≦０．２０、
を満足し；
前記発光管は、透光性セラミックス気密容器の最大内径をＤｍとし、一対の電極間距離をＬｅとしたとき、比Ｌｅ／Ｄｍが１≦Ｌｅ／Ｄｍ≦４を満足する；
ことを特徴とするメタルハライドランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１５０７９２（Ｐ２０１１−１５０７９２Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６７５（Ｐ２０１０−８６７５）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【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２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【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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