金属蒸気放電ランプおよび金属蒸気放電ランプ点灯装置
【課題】
光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性を両立させることのできる透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプおよびこれを点灯する金属蒸気放電ランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】
金属蒸気放電ランプは、内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の包囲部および小径筒部を備えて一体的に成形された透光性セラミックス放電容器１、小径筒部に挿通されて先端が包囲部に臨んでいる一対の電極、ならびに３５質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を少なくとも有していて、透光性セラミックス放電容器１内に封入された放電媒体を備えた発光管１Ａと、内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管５とを具備し、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０を満足する。
光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性を両立させることのできる透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプおよびこれを点灯する金属蒸気放電ランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】
金属蒸気放電ランプは、内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の包囲部および小径筒部を備えて一体的に成形された透光性セラミックス放電容器１、小径筒部に挿通されて先端が包囲部に臨んでいる一対の電極、ならびに３５質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を少なくとも有していて、透光性セラミックス放電容器１内に封入された放電媒体を備えた発光管１Ａと、内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管５とを具備し、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０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放電容器を備えた金属蒸気放電ランプおよびこれを点灯する金属蒸気放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいては、例えば質量比で６９：１０：２１の沃化ナトリウム、沃化タリウム、沃化ジスプロシウムなどの金属ハロゲン化物が封入されていた（特許文献１参照。）。また、近年の透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいては、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）のヨウ化物に加えて、希土類金属であるジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）およびツリウム（Ｔｍ）のヨウ化物を添加したものが多い。
【特許文献１】特開平６−１９６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の金属ハロゲン化物の組み合わせでは、発光効率と演色性は相反関係にあり、したがって発光効率を重視すると演色性が低下し、逆に演色性を重視すると発光効率が低下する問題があった。また、効率および演色性を向上させると光束維持率など寿命特性が極端に短縮される問題があった。
【０００４】
発明者らは、透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいて、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性を両立させる方法を詳細に研究した。その結果、本発明をなすに至った。
【０００５】
本発明は、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性とを両立させることのできる透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプおよびこれを点灯する金属蒸気放電ランプ点灯装置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】
【０００６】
請求項１に係る発明の金属蒸気放電ランプは、内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えて一体的に成形された透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性セラミックス放電容器の包囲部に臨んでいる一対の電極、ならびに３５質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を少なくとも有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えた発光管と；内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管と；を具備し、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、下式を満足することを特徴としている。
【０００７】
０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【０００８】
＜透光性セラミックス放電容器について＞ 透光性セラミックス放電容器は、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からなる放電容器である。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、少なくとも包囲部が透光性を備えていればよく、要すれば小径筒部は遮光性であってもよい。
【０００９】
また、透光性セラミックス放電容器は、放電空間を包囲する包囲部と包囲部の端部に連通して配設された小径筒部とを備えている。そして、包囲部と小径筒部とは、一体的な成形により一体化するのが好ましいが、材料断面の熱的または光学的な不均質構造を特に問題としないのであれば、焼き嵌め構造であってもよい。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ために、包囲部の内面を連続的な曲面に形成することが許容される。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。
【００１０】
次に、小径筒部は、その内部に後述する電極および電極に接続する導入導体が挿通し、電極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、その内部に最冷部が形成されるとともに、透光性セラミックス放電容器を封止するのに寄与する。なお、小径筒部の断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００１１】
さらに、透光性セラミックス放電容器の点灯中の外表面における温度が８５０〜１２００℃になるように設計されているのが好ましい。
【００１２】
＜一対の電極について＞ 一対の電極は、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間に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放電容器の包囲部に臨んでいる。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。
【００１３】
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、透光性放電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、一定の太さであることが望ましい。さらに、電極の中間部に純タングステン、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、透光性放電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。なお、溶接に際して熱的に緩衝するなどの目的のために、モリブデン、サーメットなどの部材を導入導体の先端部に配設して電極の基端との間に当該部材を介在させることができる。
【００１４】
さらにまた、導入導体をニオブなどの封着性金属の棒状体、パイプ状体やコイル状体などによって構成することができる。この場合、ニオブなどの封着性金属は酸化性が強いので、高圧放電ランプを大気に通じた状態で点灯する場合には、耐酸化性の導体を導入導体にさらに接続するとともに、導入導体の酸化性の強い封着性金属の部分が大気に接触しないように例えばシールなどによって被覆する必要がある。
【００１５】
＜放電媒体について＞ 放電媒体は、３５質量％以上の高濃度の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化物を少なくとも有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入されている。すなわち、従来技術に比べてツリウムの封入量を明らかに多くしたのが本発明の特徴である。ツリウムを上記範囲の高濃度で封入することにより、発光効率が頗る高くなるとともに、平均演色評価数Ｒａを良好な値にすることができる。なお、従来技術では、ツリウムを封入する場合、せいぜい１０質量％前後、高くても２０％未満であった。
【００１６】
一方、ツリウムの上限は、ツリウムの透光性セラミックス放電容器の材料、特にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との反応性が比較的高いために、封入量が多くなると色温度を所望値にすることが困難になるので、８０質量％以下とすべきである。なお、ツリウムの好適な封入量範囲は、４０〜７０質量％である。
【００１７】
また、放電媒体は、ハロゲン化金属の残量を所望の発光金属のハロゲン化物とすることができる。好ましくは、発光金属の金属ハロゲン化物として、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）、インジウム（Ｉｎ）および上記以外の希土類金属などを封入することができる。
【００１８】
放電媒体中の金属ハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、主としてヨウ素を用いるのがよい。所望により、臭素を適量添加することができ、これにより包囲部の黒化が抑制されて、光束維持率が向上する。すなわち、金属ハロゲン化物の総量に対して３〜３５質量％、好適には５〜１５質量％の割合で金属臭化物を添加することにより、光束維持率がさらに向上する。
【００１９】
さらに、放電媒体は、ハロゲン化金属に加えて希ガスおよび主としてランプ電圧形成金属または金属ハロゲン化物を封入することができる。希ガスは、好適にはアルゴン（Ａｒ）を用いることができる。また、その封入圧は、一般的には６０〜５００Ｔｏｒｒ、好適には７５〜３００Ｔｏｒｒ、最適には約１５０〜２５０Ｔｏｒｒ程度である。アルゴンの封入圧が６０Ｔｏｒｒ未満になると、パッシェン曲線からも理解できるように放電開始が困難になる。また、５００Ｔｏｒｒを超えると、始動電圧が高くなるとともに、放電開始時に投入されるグロー電力が大きくなり、その結果、包囲部の黒化が顕著になる。ランプ電圧形成金属として水銀を適量封入することができる。しかし、水銀に代えて蒸気圧が高くて可視域に発光が相対的に少ない金属ハロゲン化物、例えばＺｎＩ２などを所望により封入することもできる。
【００２０】
〔外管について〕 外管は、その内部に発光管を所定の位置に収納する。外管は、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する。一般的には、発光管の管軸が外管の管軸に一致するように配置する。外管の内部は、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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
〔比Ｄ／Ｐについて〕 比Ｄ／Ｐが数式０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０を満足することが本発明の成立前提要件である。ここで、Ｄは、ｍｍ単位で表した透光性セラミックス放電容器の包囲部の最大内径である。また、Ｐは、本発明の金属蒸気放電ランプのＷ単位で表したランプ電力である。透光性セラミックス放電容器は、比較的熱伝導が良好なので、比Ｄ／Ｐは、発光管温度と相関があり、上記数式を満足する範囲であれば、その他の要件次第で本発明の目的を達成することができる。なお、比Ｄ／Ｐが０．０４未満になると、発光管温度が高くなりすぎて白濁や黒化を生じやすくなって光束維持率に影響する。反対に０．２０を超えると、発光管温度が低くなりすぎて適正動作温度から外れてしまい、ハロゲンサイクルにより透光性セラミックス放電容器の内面に付着したタングステンの除去作用が薄れるためであると考えられるが、発光効率が著しく低下する。
【００２３】
〔本発明の作用について〕 本発明者は、ハロゲン化金属中のツリウムの割合を３５質量％以上にしたことによって、比Ｄ／Ｐが数式０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０を満足することを前提としてツリウムからの発光が、金属蒸気放電ランプの発光効率、演色性および光束維持率に対して極めて重要な好影響をもたらしていることを発見した。なお、本発明は、定格ランプ電力が３０〜４００Ｗ程度の金属蒸気放電ランプに対して特に効果的である。
【００２４】
また、異なる内径Ｄを有する透光性セラミックス放電容器あるいは異なるハロゲン種や封入ハロゲン化金属の組み合わせ、点灯方向、その他の条件を変化させた場合でも上記の作用に大差はなかった。これは、発光効率と演色性および光束維持率との両立においては、ツリウムからの発光が極めて重要であり、その封入比率および比Ｄ／Ｐ値の規制が本発明の目標を達成するための主要なパラメータであること裏付けるものである。
【００２５】
〔その他の構成について〕 本発明の必須構成要件ではないが、以下の構成を必要に応じて適宜付加することにより、金属蒸気放電ランプの製造が容易になったり、機能が充実したりする。
【００２６】
１．（導入導体について） 導入導体は、電極間に電圧を印加するとともに、電極に電流を供給し、かつ、透光性セラミックス放電容器を封止するために機能する導体で、先端が電極の基端部に接続し、基端が透光性放電容器の外部に露出している。なお、透光性放電容器の外部に露出しているとは、透光性放電容器から外部へ突出していてもよいし、また突出していなくてもよいが、外部から給電できる程度に外部に臨んでいることを意味する。
【００２７】
また、導入導体は、その熱膨張係数が透光性セラミックスのそれと近似している導電性金属であるニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびバナジウムなどを用いることができる。透光性セラミックス放電容器の材料にアルミナセラミックスなどのアルミニウム酸化物を用いる場合、ニオブおよびタンタルは、平均熱膨張係数がアルミニウム酸化物とほぼ同一であるから、封止に好適である。イットリウム酸化物およびＹＡＧの場合も差が少ない。窒化アルミニウムを透光性セラミックス放電容器に用いる場合には、導入導体にジルコニウムを用いるとよい。また、導入導体に用いる上記の金属は、水素、酸素透過性を有しているので、所望により透光性セラミックス放電容器の内部に残存している不純ガスを排出するのに寄与させることもできる。
【００２８】
さらに、導入導体は、これを支持することにより、高圧放電ランプ全体を支持するのに利用してもよい。
【００２９】
２．（シュラウドガラスについて） シュラウドガラスは、外管内において、発光管を離間して包囲して発光管の万一の破裂に対して破裂片の飛散から保護する。
【００３０】
３．（ＵＶエンハンサまたは始動器について） 高圧放電ランプの始動性を良好にするために、ＵＶエンハンサまたは始動器を外管内に配設することができる。ＵＶエンハンサは、小形で紫外線透過性の気密容器内に一方の電極を封装するとともに紫外線放射性の希ガスなどを封入し、他方の電極を気密容器の外面に密接して配設したものである。そして、金属蒸気放電ランプの始動に先立って放電開始し、発生した紫外光を発光管の電極近傍に照射する。これにより発光管内の放電媒体が励起されて始動しやすくなる。
【００３１】
始動器は、グロースタータ、バイメタルスイッチまたは非線形コンデンサなどのスイッチング手段を備えて構成されていて、外管内に配設されて、電源投入時に急速なスイッチング動作を行い、発生した高電圧パルスを発光管の電極間に印加して、金属蒸気放電ランプの始動を容易にする。例えば水銀灯安定器を用いて始動し、かつ、安定に点灯するように構成する場合に、始動器を内蔵することができる。
【００３２】
請求項２に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記放電媒体は、そのハロゲン化金属が４０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むことを特徴としている。
【００３３】
本発明によれば、ツリウムハロゲン化物の比率を４０％以上とすることでさらに高い発光効率と良好な演色性を実現できる。
【００３４】
請求項３の発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１または２記載の金属蒸気放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の中央部の表面温度が８５０〜１２００℃であることを特徴としている。
【００３５】
本発明は、透光性セラミックス放電容器の包囲部中央部は、包囲部の中で最も反応による影響が出やすい箇所であるが、良好な光束維持率を得るために好ましい上記部分における表面温度の範囲を規定している。上記表面温度が８５０℃未満になると、透光性セラミックス放電容器の黒化により光束維持率が大幅に低下する。また、上記表面温度が１２００℃を超えると、透光性セラミックス放電容器の反応による白濁や黒化が顕著になり、やはり光束維持率が低下する。
【００３６】
請求項４に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の内容積をＶ（ｃｃ）とし、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、以下の数式を満足することを特徴としている。
【００３７】
０．００２≦Ｖ／Ｐ≦０．０３０
本発明は、発光効率、演色性および光束維持率を良好にすることのできる比Ｖ／Ｐの数式条件を規定している。透光性セラミックス、特にアルミナセラミックス製の放電容器は、石英ガラスに較べて熱伝導率がよいために、発光管が均熱化され、結局、比Ｖ／Ｐ値が発光管温度を制御する一つのパラメータになるためと考えられる。しかし、Ｖ／Ｐが０．００２未満であると、透光性セラミックス放電容器の反応による白濁や黒化が顕著になり、光束維持率が低下する。また、０．０３０を超えると、透光性セラミックス放電容器の黒化により光束維持率が大幅に低下する。
【００３８】
請求項５に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし４のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端面とシール部の包囲部側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）が以下の数式を満足することを特徴としている。
【００３９】
２．０≦Ｌ≦７．０
上記距離Ｌ（ｍｍ）は、小径筒部の内部に形成されるシール部の長さを表している。本発明においては、既述のようにツリウムを高濃度で封入しているため、シール部と反応しやすくなる。所望の寿命を確保するためには、シール部の長さを上記数式を満足する範囲内に規定するのがよい。しかし、シール部が２ｍｍ未満であると、ツリウムとシール材との反応によって早期リークが発生しやすくなる。また、シール部が７ｍｍを超えると、シール材の温度自体が上昇して上記反応速度が上昇し、やはり早期リークが発生しやすい。
【００４０】
請求項６にかかわる発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし５のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、相関色温度が３０００〜５０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａが８０〜９８で、かつ、ランプ発光効率が１００〜１３０ｌｍ／Ｗで点灯することが可能であることを特徴としている。
【００４１】
本発明は、各指標値が良好で、しかも各指標値のバランスのとれた発光特性を備えた金属蒸気放電ランプを提供するものである。したがって、本発明によれば、従来は効率が優先されてきた街路灯などの屋外照明、あるいは演色性重視の店舗などの屋内照明など、極めて広範囲の用途に適応して、しかもより一層優れた照明を行うことができる。
【００４２】
請求項７に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし６のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記透光性セラミックス放電容器は、一体成形により構成されていることを特徴としている。
【００４３】
本発明における一体成形の透光性セラミックス放電容器は、いくつかの部材を焼き嵌めて構成した透光性セラミックス放電容器に比較して熱伝導が良好なため、透光性セラミックス放電容器が均熱化されやすい。したがって、点灯方向を変化させた場合の特性変化が少なく、本発明の前記効果を助長する効果を有することが分かった。
【００４４】
例えば、本発明の一実施例としてＴｍＩ３：ＮａＩ：ＴｌＩ：ＩｎＩ＝６０：２５：１０：５とし、ランプ電力を１００Ｗとした金属蒸気放電ランプでは、垂直点灯時の色温度が４１００Ｋ、水平点灯時が４０５０Ｋであった。これに対して、ほぼ同一内形状を有する従来の焼き嵌め構造の透光性セラミックス放電容器を用いた金属蒸気放電ランプでは、垂直点灯時の色温度が４０００Ｋ、水平点灯時が３６５０Ｋであった。
【００４５】
また、本発明においては、上記一体成形の透光性セラミックス放電容器を用いることにより、点灯方向を変化した際の色温度変化を大幅に抑制できることを見出した。
【００４６】
請求項８に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし７のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記外管内には発光管近傍にＵＶエンハンサが配設されており；前記外管内には前記発光管と略同心軸上ないしその周囲にシュラウドガラスが配設されており；上記ＵＶエンハンサの中心軸と上記発光管の管軸との径方向最短距離をｄ１とし、上記シュラウドガラスの内半径をｄ２としたとき、以下の数式を満足することを特徴としている。
【００４７】
ｄ１＜ｄ２
本発明は、ＵＶエンハンサおよびシュラウドガラスを付加してより実際的で、しかも始動電圧が低下した金属蒸気放電ランプを提供する。すなわち、金属蒸気放電ランプにＵＶエンハンサおよびシュラウドガラスを付加する場合、上記数式を満足させることにより、ＵＶエンハンサから発生する紫外光が効果的に発光管に直接照射されて始動電圧が所期のとおりに低下する。しかし、上記ＵＶエンハンサの中心軸と上記発光管の管軸との径方向最短距離ｄ１が上記シュラウドガラスの内半径ｄ２と同等以上になると、ＵＶエンハンサから発生する紫外光がシュラウドガラスによって遮られやすくなるので、始動電圧の低下が阻害される。
【００４８】
請求項９に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項８記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記距離ｄ１とｄ２の比ｄ１／ｄ２が以下の数式を満足すことを特徴としている。
【００４９】
０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．８
本発明は、上記距離ｄ１とｄ２の好適な比率範囲を規定している。比ｄ１／ｄ２が１．０以下であると、ＵＶエンハンサによる始動電圧が急激に低減するが、１．０を超えると始動電圧が高くなってＵＶエンハンサを用いない場合との差が小さくなる。比ｄ１／ｄ２が０．２以下になると、ランプ寿命中のＵＶエンハンサの劣化が大きくなるため好ましくない。おそらく、発光管から与えられる熱的なダメージによるものと推定される。以上を考慮して、上記数式の範囲が好適である。
【００５０】
請求項１０に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項８または９記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）が以下の数式を満足すことを特徴としている。
【００５１】
５≦ＬＬ≦５０
本発明は、ＵＶエンハンサと発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）を所定範囲に規定することによって好適な始動電圧を得るようにしたものである。上記最短距離が５０ｍｍを超えると、５０ｍｍを超えると極端に始動電圧が高くなり、ＵＶエンハンサの効果が小さくなってしまう。また、上記最短距離が５ｍｍ未満になると、ランプ寿命中のＵＶエンハンサの劣化が大きくなるため好ましくない。おそらく、ランプから与えられる熱的なダメージによるものと推定される。
【００５２】
請求項１１に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項８ないし１０のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記ＵＶエンハンサは、その内部に封入される不活性ガスが少なくともアルゴン（Ａｒ）を含み、その封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）が以下の数式を満足することを特徴としている。
【００５３】
２≦ＰＡ≦５０
本発明は、ＵＶエンハンサの好適な不活性ガスの封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）の範囲を規定している。すなわち、上記封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）の範囲を上記数式範囲内とすることにより、ＵＶエンハンサの始動電圧を効果的に低減でき、安定した動作を実現できる。
【００５４】
請求項１２に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし１１のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む透光性アルミナセラミックスからなることを特徴としている。
【００５５】
本発明は、透光性セラミックス放電容器の構成材料を上記のように特定したことでツリウムハロゲン化物と透光性セラミックス放電容器の反応による放電容器の白濁および黒化を抑制する構成を規定している。すなわち、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む透光性アルミナセラミックスを用いて透光性セラミックス放電容器を形成したことが本発明の構成上の特徴である。なお、放電媒体中のツリウムハロゲン化物は、ハロゲン化金属全体に対して３５質量％以上の割合で封入されていることが好ましい。しかしながら、本発明においては、ツリウムハロゲン化物がハロゲン化金属全体に対して少なくとも３０質量％以上であれば、所期の作用、効果を得ることができる。なお、ツリウムハロゲン化物の上記割合が４０質量％以上であれば、以下に述べる作用、効果がなお一層顕著になるので、より一層好ましい。
【００５６】
そうして、本発明においては、放電媒体の主成分であるところのツリウムと透光性セラミックス放電容器の反応が抑制される。これに伴って、反応によるツリウムの消失およびこれに伴う遊離ハロゲンの発生も減少する。なお、添加剤が上記の構成であると、スピネルが生成されにくくなるが、これが上記作用に影響しているものと推定される。
【００５７】
いずれにしても本発明によれば、ツリウムハロゲン化物を上記のように多く封入している場合には、透光性セラミックス放電容器に上記添加剤を含む透光性アルミナセラミックスを用いることにより、透光性セラミックス放電容器の白濁および黒化が低減して光束維持率が向上するとともに、発光の色温度の低下および始動電圧の上昇が抑制される。このため、金属蒸気放電ランプの寿命特性が顕著に改善されることが分かった。
【００５８】
これに対して、添加剤がＭｇＯのみを含む透光性アルミナセラミックスを用いて透光性セラミックス放電容器を形成した場合には、スピネルが生成され、ツリウムと透光性セラミックス放電容器の反応により放電容器の白濁および黒化が生じて光束維持率が大きく低下しやすいとともに、発光の色温度が大きく変化する。また、ツリウムの消失に伴って遊離ハロゲンが発生して始動電圧が急激に上昇しやすい。その結果、金属蒸気放電ランプの寿命特性が悪化しやすくなる。
【００５９】
請求項１３に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１２記載の金属蒸気放電ランプにおいて、添加剤中のＭｇＯは１５０〜３００ｐｐｍ、ＺｒＯ２は３００〜５００ｐｐｍ、Ｙ２Ｏ３は１０〜３０ｐｐｍの範囲内であることを特徴としている。
【００６０】
本発明は、金属蒸気放電ランプの寿命特性の改善に対して効果的で、かつ、透光性セラミックスの工業的な規模での入手が容易な添加剤中の上記成分の含有量の範囲を規定している。
【００６１】
請求項１４に係る発明の金属蒸気放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし１３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプと；以下の数式を満足する点灯周波数ｆ（Ｈｚ）を有し、略矩形波の点灯波形を発生して金属蒸気放電ランプを点灯する電子安定器と；を具備していることを特徴としている。
【００６２】
５０≦ｆ≦５００
請求項１ないし１１のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプに上記数式を満足する周波数の略矩形波電圧を印加して点灯すると、低周波交流電源電圧の位相変化に伴う光出力変動により生じるちらつきや騒音レベルが低減する。
【発明の効果】
【００６３】
請求項１に係る発明によれば、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性とを両立させることのできる金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６４】
請求項２に係る発明によれば、加えてツリウムハロゲン化物の比率を４０％以上とすることでさらに高い発光効率と良好な演色性を実現した金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６５】
請求項３に係る発明によれば、加えて包囲部の中央部の表面温度が８５０〜１２００℃であることにより、良好な光束維持率を得る金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６６】
請求項４の発明によれば、加えて包囲部の内容積Ｖ（ｃｃ）とランプ電力Ｐ（Ｗ）とが０．００２≦Ｖ／Ｐ≦０．０３０を満足することにより、発光効率、演色性および光束維持率を良好にした金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６７】
請求項５の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端面とシール部の包囲部側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）が２．０≦Ｌ≦７．０を満足することにより、所望の寿命を確保する金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６８】
請求項６の発明によれば、加えて相関色温度が３０００〜５０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａが８０〜９８で、かつ、ランプ発光効率が１００〜１３０ｌｍ／Ｗで点灯することが可能であることにより、各指標値が良好で、しかも各指標値のバランスのとれた発光特性を備えた金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６９】
請求項７の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器が一体成形により構成されていることにより、点灯方向を変化させた場合の特性変化が少ない金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７０】
請求項８の発明によれば、加えてＵＶエンハンサおよびシュラウドガラスがｄ１＜ｄ２を満足するように配設されていることにより、実際的で、しかも始動電圧が低下した金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７１】
請求項９の発明によれば、加えて比ｄ１／ｄ２が０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．を満足すことにより、ＵＶエンハンサによる始動電圧が低減するとともに、ランプ寿命中のＵＶエンハンサの劣化が少ない金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７２】
請求項１０の発明によれば、加えてＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）が５≦ＬＬ≦５０を満足すことにより、ＵＶエンハンサによる始動電圧が低減するとともに、ランプ寿命中のＵＶエンハンサの劣化が少ない金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７３】
請求項１１の発明によれば、加えてＵＶエンハンサの内部に封入される不活性ガスが少なくともアルゴン（Ａｒ）を含み、その封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）が２≦ＰＡ≦５０を満足することより、ＵＶエンハンサの始動電圧を効果的に低減でき、安定した動作を実現できる金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７４】
請求項１２の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を添加剤として含む透光性アルミナセラミックスからなることにより、寿命特性が顕著に改善される金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７５】
請求項１３の発明によれば、加えて添加剤中のＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３の含有量を所定範囲に規定したことにより、寿命特性の改善に対して効果的で、かつ、透光性セラミックスの工業的な規模での入手が容易な金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７６】
請求項１４の発明によれば、請求項１ないし１３の効果を有する金属蒸気放電ランプ点灯装置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】
【００７７】
以下、図面を参照して本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための形態を説明する。
【００７８】
図１ないし図３は、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態を示しており、図１は外管の一部を破断して要部を示す一部切欠正面図、図２は発光管の拡大断面図、図３はＵＶエンハンサの正面図である。各図において、金属蒸気放電ランプは、定格ランプ電力１００Ｗ用として好適な構造であり、図１に示すように、発光管１Ａ、外管５、ＵＶエンハンサ７、シュラウドガラス３、支持構体４Ａ、４Ｂおよび口金６を具備して構成されている。
【００７９】
まず、図２に示す発光管１Ａについて説明する。発光管１Ａは、透光性セラミックス放電容器１、電極２Ａ、２Ｂ、一対の導入導体２３ａ、２３ｂ、一対のシール部１３、１３および透光性セラミックス放電容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。
【００８０】
透光性セラミックス放電容器１は、透光性アルミナセラミックスからなり、包囲部１１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１２ａ、１２ｂを備えている。そして、小径筒部１２ａ、１２ｂおよび包囲部１１は、鋳込み成形により一体化されている。
【００８１】
包囲部１１は、２つの球体が、その一部が互いに重なるように軸方向に離間して、両端部の半球状の部分を形成し、半球状の部分の間を直線で結んでなるほぼ俵形の形状をなしていて、肉厚が０．８ｍｍである。
【００８２】
一対の小径筒部１２ａ、１２ｂは、それぞれ内径約１ｍｍのパイプ状をなし、先端が対応する包囲部１ａの半球状部分の中央部に接続している。なお、包囲部１１および小径筒部１２ａ、１２ｂの境界部は、その内外両面が曲面によって形成されている。
【００８３】
一対の電極２Ａ、２Ｂは、外径０．５ｍｍのタングステン棒からなる細長い軸部２１および電極主部２２を備えている。細長い軸部２１は、小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿通されていて、タングステン細線を巻き付けてコイル部２５ａ、２５ｂを形成している。そして、細長い軸部２１と小径筒部１２ａ、１２ｂの内面との間にわずかな隙間が形成されている。電極主部２２は、細長い軸部２１の先端部に外径０．１ｍｍのタングステン細線を５ターン巻き付けて形成されていて、包囲部１１内に突出している。
【００８４】
一対の導入導体２３ａ、２３ｂは、それぞれニオブ棒状体Ｎｂおよびサーメット棒状体ＳＭからなり、上記両棒状体が直線状に溶接されて一体に形成されている。ニオブ棒状体Ｎｂは、その先端が小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿入されるとともに、基端が小径筒部１２ａ、１２ｂから外部へ突出している。サーメット棒状体ＳＭは、外径０．６ｍｍで、モリブデン−アルミナセラミックスの焼結体からなり、その先端に電極２Ａ、２Ｂの細長い軸部２１の基端部が溶接などにより一体に接続されている
一対のシール部１３、１３は、いずれも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１３、１３は、透光性セラミックス放電容器１の小径筒部１２ａ、１２ｂの端面側の部分と、これに対向する導入導体２３ａ、２３ｂのニオブ棒状体Ｎｂと、の間に介在して透光性セラミックス放電容器１を気密に封止していて、いわゆる導入導体挿入封止構造を提供するとともに、導入導体２３ａ、２３ｂが透光性セラミックス放電容器１の内部に露出しないように小径筒部１２ａ、１２ｂ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２Ａ、２Ｂを透光性セラミックス放電容器１の所定の位置に固定している。
【００８５】
また、シール部１３を形成するには、透光性セラミックス放電容器１を縦位置にセットし、さらにセラミックス封止用コンパウンドのリング状フリットガラス（図示しない。）を、そのとき上側に位置して封止しようとする例えば小径筒部１２ａの端面の上に載置して、リング状ペレットを加熱して溶融させて導入導体２３ａおよび小径筒部１２ａの内面の間の隙間に進入させ、小径筒部１２ａ内に挿入されている部分の導入導体２３ａのニオブ棒状体Ｎｂの全体を被覆する。次に、透光性セラミックス放電容器１を１８０°反転して、他方の小径筒部１２ｂ側についても上記と同様にシール部１３を形成する。なお、小径筒部１２ａ、１２ｂとシール部１３、１３の包囲部１１側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）は、２．０〜７．０ｍｍの範囲内となるように選定されている。
【００８６】
放電媒体は、始動ガスおよびバッファガスとしてアルゴン、下記のハロゲン化金属、ならびにバッファ蒸気としての水銀からなり、透光性セラミックス放電容器１内に封入されている。なお、金属ハロゲン化物および水銀は、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１２ａ、１２ｂ内に形成されるわずかな隙間内のコイル部２５ａ、２５ｂ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１２ｂ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。
【００８７】
ハロゲン化金属は、その３５質量％以上、好適には４０質量％以上の割合でツリウムハロゲン化物を含んでいる。残余のハロゲン化物は、例えばナトリウム、タリウムおよび希土類金属などの発光金属から選択された金属のハロゲン化物により構成することができる。
【００８８】
外管５は、硬質ガラスからなるＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム４ｓを封着して備えている。フレアステム４ｓは、一対の導入線４１ａ、４１ｂを気密に導入している。そして、外管５は、その内部の所定位置に発光管１Ａを後述する支持構体Ａ、４Ｂにより支持して収納している。
【００８９】
ＵＶエンハンサ７は、図３に示すように、気密容器７１、導入線７３、内部電極７４、放電媒体および外部電極７５を具備して構成されている。気密容器７１は、石英ガラスなどの紫外線透過性ガラス製で、その一端部にピンチシール部７２が形成されていることにより、内部に細長い放電空間が形成されている。導入線７３は、先端が後述する内部電極７４に溶接し、ピンチシール部７２から外部へ導出され、基端部７３ａの部分で図１に示すように、後述する支持枠４２ａに溶接されている。
【００９０】
内部電極７４は、モリブデン製の板状をなしていて、気密容器７１の放電空間内に封装されており、その基部がピンチシール部７２内に気密に埋設されている。放電媒体は、アルゴン約１．３ｋＰａからなり、気密容器７１の内部に封入されている。外部電極７５は、外径０．４ｍｍのモリブデン線からなり、気密容器７１の外周に密着して５ターン巻き付けられているとともに、その基端部７５ｂが支持構体４２ｂに溶接されている。そうして、ＵＶエンハンサ７は、その導入線７３の基端部７３ａおよび外部電極７５の基端部７５ａにより、外管５内の所定の位置に配置されている。
【００９１】
以上説明した構造により、ＵＶエンハンサ７は、外管５内において発光管１Ａと並列に接続されているとともに、発光管１Ａの一方の電極（図１中に点線で示す。）に接近した位置に保持されている。
【００９２】
シュラウドガラス３は、肉厚１．０ｍｍで内径がｄ２の円筒状石英ガラス体からなり、外管５内において発光管１Ａを包囲する位置に後述する支持部材４５ａによって保持されている。
【００９３】
支持構体４Ａは、支持枠４２ａ、ブリッジ導体４３ａ、スプリング片４４ａ、４４ａおよび支持部材４５ａからなる。支持枠４２ａは、図１において下端が導入線４１ａに接続し、上端が延長されてスプリング片４４ａを形成している。ブリッジ導体４３ａは、発光管１Ａの図において側の導入導体２３ａに溶接されることによって発光管１Ａの上部を支持している。スプリング片４４ａは、外管５の内面に弾力的に当接して、支持枠４２ａの上部を外管５の内面に対して横揺れを防止している。支持部材４５ａは、後述するシュラウドガラス３の上下両端を支持している。
【００９４】
支持構体４Ｂは、直棒状をなしていて、その下部がフレアステム４ｓに封着されている導入線４１ｂに溶接されることによって電気的に接続し、かつ、機械的に支持されている。そして、上端部が発光管１１の図において下側の導入導体２３ｂに接続導体を介して溶接されて、発光管１Ａの下部を支持している。
【００９５】
口金３は、Ｅ３９形口金であり、外管５のネック部に固着され、外管５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。
【００９６】
なお、図１において、符号Ｇはゲッタであり、外管５内を清浄化するもので、支持枠４２ａの上部に溶接されている。
【００９７】
次に、実施例１について比較例１、２を参照しながら説明する。下記以外はいずれも上述した形態における仕様である。
【実施例１】
【００９８】
放電媒体 ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（３０）−ＴｍＩ３（４０）＝５ｍｇ、
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。
［比較例１］
放電媒体 ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（３０）−ＤｙＩ３（４０）＝５ｍｇ、
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。
［比較例２］
放電媒体 ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（３０）−ＨｏＩ３（４０）＝５ｍｇ、
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。
【００９９】
図４は、実施例１、比較例１および比較例２における分光分布を示す曲線であり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は比較例２の分光分布をそれぞれ示している。測定条件は、垂直点灯、点灯周波数１００Ｈｚ、ランプ電力１００Ｗ、矩形波点灯である。
【０１００】
図４から明らかなように、実施例１は、比較例１および比較例２に較べて視感度曲線のピークとなる波長５５５ｎｍ付近での発光が顕著であるとともに、青色領域あるいは赤色領域における発光が適度であり、発光効率と演色性とを両立させている。
【０１０１】
図５は、実施例１、比較例１および比較例２における発光効率および平均演色評価数Ｒａを示すグラフである。図において、横軸は左から比較例１、比較例２および実施例１を、縦軸は上部が発光効率（ｌｍ／Ｗ）、下部が平均演色評価数Ｒａを、それぞれデータのばらつきの程度および平均値として示している。
【０１０２】
図５から理解できるように、発光効率は、実施例１が最も高く、比較例２、比較例１の順に低くなっている。また、平均演色評価数Ｒａは、比較例１、比較例２および実施例１の順に低くなっているが、実施例１の値は十分に価値を認めることのできる程度である。
【０１０３】
次に、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第２の形態について説明する。本形態では、放電媒体のハロゲン化金属としてヨウ化ツリウム（ＴｍＩ３）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）およびヨウ化インジウム（ＩｎＩ）の４種を用いている。
【０１０４】
図６は、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第２の形態において、封入ハロゲン化物の封入量およびランプ電力を変化させた場合の比Ｄ／Ｐおよび発光特性の変化を示す表である。なお、発光形態が金属からの輝線スペクトルが細くて、発光効率および演色性Ｒａにそれほど影響しないＴｌＩとＩｎＩの質量比率を固定して、ＴｍＩ３とＮａＩの質量比率（なお、図中ｗｔ％は質量％を示している。）を変化させ、かつ、図２に示すように、発光管１Ａの内径Ｄ（ｍｍ）とランプ電力Ｐ（W）を変化させたものである。また、金属蒸気放電ランプは、垂直点灯とし、点灯周波数１００Ｈｚで矩形波点灯させ、点灯１００時間における各ランプの発光効率（ｌｍ／Ｗ）、平均演色評価数Ｒａおよび６０００時間における対１００時間比の光束維持率（％）をそれぞれ調査した結果を示している。また、本発明における発光特性の目標値を効率１００〜１３０ｌｍ／Ｗ、Ｒａを８０〜９８、光束維持率を７０％以上とした。
【０１０５】
図６から明らかなように、ＴｍＩ３を３５％以上とし、さらに発光管（ここでは透光性セラミックス放電容器１を意味する。）の内径Ｄとランプ電力Ｐの比率Ｄ／Ｐ（ｍｍ／Ｗ）を０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０とすることで、目標とする発光特性を達成することができることを見出した。すなわち、本発明によれば、ツリウムハロゲン化物の封入比率を３５質量％以上に高め、さらに比Ｄ／Ｐを所定の範囲に規制することにより、従来にない高発光効率、高演色性および長寿命をともに満足できるものであることが理解できる。
【０１０６】
図７は、図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサとシュラウドガラスの位置関係が始動電圧に与える影響を調査した結果を示す表である。なお、表中「ＵＶエンハンサ中心軸との最短距離」は「ＵＶエンハンサの中心軸と上記発光管の管軸との径方向最短距離」を意味する。また、「シュラウド内半径」は「シュラウドガラスの内半径」を意味している。
【０１０７】
図７から理解できるように、数式ｄ１＜ｄ２または０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．８を満足するのが好ましい。
【０１０８】
図８は、図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサとシュラウドガラスの位置関係のｄ１／ｄ２と始動電圧の関係を示すグラフである。図において、横軸はｄ１／ｄ２を、縦軸は始動電圧（ｋＶｐ）を、それぞれ示している。
【０１０９】
図から理解できるように、０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．８を満足するのが好ましい。
【０１１０】
図９は、図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離と始動電圧の関係を示すグラフである。図において、横軸はＬＬ（ｍｍ）を、縦軸は始動電圧（ｋＶｐ）を、それぞれ示している。
【０１１１】
図から理解できるように、ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）が５≦ＬＬ≦５０を満足するのが好ましい。
【０１１２】
図１０は、図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサのＡｒ封入圧と始動電圧の関係を示すグラフである。図において、横軸はＡｒ封入圧（Ｔｏｒｒ）を、縦軸は始動電圧（ｋＶｐ）を、それぞれ示している。
【０１１３】
図から理解できるように、ＵＶエンハンサＡｒ封入圧ＰＡ（Ｔｏｒｒ）が２≦ＰＡ≦５０を満足するのが好ましい。
【０１１４】
次に、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第３の形態について説明する。本形態では、透光性セラミック放電容器が、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む透光性アルミナセラミックスにより形成されている。その他の構成については第１の形態と同様である。
【０１１５】
以下、本形態における実施例を説明する。
【実施例２】
【０１１６】
透光性セラミックス放電容器：ＭｇＯ約２００ｐｐｍ、ＺｒＯ２約４００ｐｐｍ、
Ｙ２Ｏ３約１５ｐｐｍの添加剤を含む透光性アルミナセラミックス製
放電媒体 ：ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（１５）−ＴｍＩ３（５０）−ＩｎＩ（５）
＝５ｍｇ なお、括弧内は質量％を示す。
【０１１７】
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ
管壁負荷 ：２５Ｗ／ｃｍ２
定格ランプ電力：１００Ｗ
［比較例３］
透光性セラミックス放電容器：ＭｇＯ約２００ｐｐｍのみの添加剤を含む
透光性アルミナセラミックス製
その他は実施例２と同じ。
［比較例４］
透光性セラミックス放電容器：ＭｇＯ約２００ｐｐｍ、ＺｒＯ２約４００ｐｐｍ、
Ｙ２Ｏ３約１５ｐｐｍの添加剤を含む透光性アルミナセラミックス製
放電媒体 ：ＮａＩ（５０）−ＴｌＩ（１５）−ＴｍＩ３（２５）−ＩｎＩ（１０）
＝５ｍｇ なお、括弧内は質量％を示す。
【０１１８】
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ
その他は実施例２と同じ。
【０１１９】
図１１は、本発明の実施例２の点灯試験結果を比較例３および４のそれと比較して示す表である。点灯試験は、実施例２および比較例３および４のそれぞれの金属蒸気放電ランプを同一仕様の金属蒸気放電ランプ点灯装置を用いて実施例１と同じ条件で点灯し、点灯１００時間、６０００時間および１２０００時間におけるランプ特性を示している。
【０１２０】
図から理解できるように、本発明の第３の形態によれば、実施例２により得られた金属蒸気放電ランプは、発光効率および平均演色評価数Ｒａがともに優れているのに加えて、光束維持率、したがって寿命特性が比較例３および４のそれよりも明らかに優れている。また、色温度の変化も比較例のそれより明らかに少ない。
【０１２１】
なお、比較例４は、透光性セラミックス放電容器が実施例と同じ添加剤を含む透光性アルミナセラミックス製であるが、ツリウムハロゲン化物の封入割合が２５質量％であるために、演色性は優れているものの、発光効率および光束維持率が比較例３より優れているが実施例に比較すれば劣っている。
【０１２２】
また、例えば特開平０６−１９６１３１号公報には透光性セラミックス放電容器を構成する透光性アルミナセラミックスの添加剤としてＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む金属蒸気放電ランプが記載されているが、ここで用いられているヨウ化ナトリウム：ヨウ化タリウム、ヨウ化ジスプロシウムを質量比で６９：１０：２１の割合のように従来一般的な放電媒体の組成、換言すればツリウムハロゲン化物をハロゲン化金属全体に対して３０質量％未満の割合で封入した金属蒸気放電ランプは、本発明者による追試において上記実施例２のように顕著な寿命特性改善効果は認められなかった。
【０１２３】
すなわち、上記実施例２および比較例３および４ならびに上記追試の結果は、透光性セラミックス放電容器を構成する透光性アルミナセラミックスの添加剤の種類による金属蒸気放電ランプの寿命特性の改善効果は、発光物質として封入する金属ハロゲン化物の種類と封入比率とにより変化し、高効率と高演色を両立させるためにツリウムハロゲン化物を３０質量％以上、好ましくは３５質量％以上、より一層好ましくは４０質量％以上封入する場合に効果的であることを示している。
【０１２４】
図１２は、本発明の金属蒸気放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示す回路図である。図において、１１は直流電源、１２は直流−直流変換回路、１３は直流−交流変換回路、１４はイグナイタ、１５は金属蒸気放電ランプである。
【０１２５】
直流電源１１は、整流化直流電源からなり、低周波交流電源を整流して直流を得る。
【０１２６】
直流−直流変換回路１２は、直流電源１１から出力される直流電圧を異なる直流電圧に変換する。例えば、直流チョッパからなる。
【０１２７】
直流−交流変換回路１３は、直流−直流変換回路１２から出力される直流電圧を矩形波の低周波交流電圧に変換する。例えば、フルブリッジ形インバータからなる。
【０１２８】
イグナイタ１４は、金属蒸気放電ランプ１５の始動時に高電圧パルスを発生して金属蒸気放電ランプ１５を始動させる。
【０１２９】
金属蒸気放電ランプ１５は、図１に示す金属蒸気放電ランプであり、直流−交流変換回路１３から出力される矩形波で、点灯周波数ｆが５０≦ｆ≦５００を満足する低周波交流電圧が印加されて点灯する。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態を外管の一部を破断して示す一部切欠正面図
【図２】同じく発光管の拡大断面図
【図３】同じくＵＶエンハンサの正面図
【図４】実施例、比較例１および比較例２における分光分布を示す曲線
【図５】実施例、比較例１および比較例２における発光効率および平均演色評価数Ｒａを示すグラフ
【図６】本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第２の形態において、封入ハロゲン化物の封入量およびランプ電力を変化させた場合の比Ｄ／Ｐおよび発光特性の変化を示す表
【図７】図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサとシュラウドガラスの位置関係が始動電圧に与える影響を調査した結果を示す表
【図８】図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサとシュラウドガラスの位置関係のｄ１／ｄ２と始動電圧の関係を示すグラフ
【図９】図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離と始動電圧の関係を示すグラフ
【図１０】図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサのＡｒ封入圧と始動電圧の関係を示すグラフ
【図１１】本発明の実施例２および比較例の点灯試験結果を比較的に示す表
【図１２】本発明の金属蒸気放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示す回路図
【符号の説明】
【０１３１】
１…透光性セラミックス放電容器、１Ａ…発光管、３…シュラウドガラス、４Ａ、４Ｂ…支持構体、５…外管、６…口金、７…ＵＶエンハンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプおよびこれを点灯する金属蒸気放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいては、例えば質量比で６９：１０：２１の沃化ナトリウム、沃化タリウム、沃化ジスプロシウムなどの金属ハロゲン化物が封入されていた（特許文献１参照。）。また、近年の透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいては、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）のヨウ化物に加えて、希土類金属であるジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）およびツリウム（Ｔｍ）のヨウ化物を添加したものが多い。
【特許文献１】特開平６−１９６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の金属ハロゲン化物の組み合わせでは、発光効率と演色性は相反関係にあり、したがって発光効率を重視すると演色性が低下し、逆に演色性を重視すると発光効率が低下する問題があった。また、効率および演色性を向上させると光束維持率など寿命特性が極端に短縮される問題があった。
【０００４】
発明者らは、透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいて、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性を両立させる方法を詳細に研究した。その結果、本発明をなすに至った。
【０００５】
本発明は、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性とを両立させることのできる透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプおよびこれを点灯する金属蒸気放電ランプ点灯装置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】
【０００６】
請求項１に係る発明の金属蒸気放電ランプは、内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えて一体的に成形された透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性セラミックス放電容器の包囲部に臨んでいる一対の電極、ならびに３５質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を少なくとも有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えた発光管と；内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管と；を具備し、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、下式を満足することを特徴としている。
【０００７】
０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【０００８】
＜透光性セラミックス放電容器について＞ 透光性セラミックス放電容器は、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からなる放電容器である。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、少なくとも包囲部が透光性を備えていればよく、要すれば小径筒部は遮光性であってもよい。
【０００９】
また、透光性セラミックス放電容器は、放電空間を包囲する包囲部と包囲部の端部に連通して配設された小径筒部とを備えている。そして、包囲部と小径筒部とは、一体的な成形により一体化するのが好ましいが、材料断面の熱的または光学的な不均質構造を特に問題としないのであれば、焼き嵌め構造であってもよい。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ために、包囲部の内面を連続的な曲面に形成することが許容される。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。
【００１０】
次に、小径筒部は、その内部に後述する電極および電極に接続する導入導体が挿通し、電極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、その内部に最冷部が形成されるとともに、透光性セラミックス放電容器を封止するのに寄与する。なお、小径筒部の断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００１１】
さらに、透光性セラミックス放電容器の点灯中の外表面における温度が８５０〜１２００℃になるように設計されているのが好ましい。
【００１２】
＜一対の電極について＞ 一対の電極は、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間に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放電容器の包囲部に臨んでいる。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。
【００１３】
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、透光性放電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、一定の太さであることが望ましい。さらに、電極の中間部に純タングステン、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、透光性放電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。なお、溶接に際して熱的に緩衝するなどの目的のために、モリブデン、サーメットなどの部材を導入導体の先端部に配設して電極の基端との間に当該部材を介在させることができる。
【００１４】
さらにまた、導入導体をニオブなどの封着性金属の棒状体、パイプ状体やコイル状体などによって構成することができる。この場合、ニオブなどの封着性金属は酸化性が強いので、高圧放電ランプを大気に通じた状態で点灯する場合には、耐酸化性の導体を導入導体にさらに接続するとともに、導入導体の酸化性の強い封着性金属の部分が大気に接触しないように例えばシールなどによって被覆する必要がある。
【００１５】
＜放電媒体について＞ 放電媒体は、３５質量％以上の高濃度の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化物を少なくとも有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入されている。すなわち、従来技術に比べてツリウムの封入量を明らかに多くしたのが本発明の特徴である。ツリウムを上記範囲の高濃度で封入することにより、発光効率が頗る高くなるとともに、平均演色評価数Ｒａを良好な値にすることができる。なお、従来技術では、ツリウムを封入する場合、せいぜい１０質量％前後、高くても２０％未満であった。
【００１６】
一方、ツリウムの上限は、ツリウムの透光性セラミックス放電容器の材料、特にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との反応性が比較的高いために、封入量が多くなると色温度を所望値にすることが困難になるので、８０質量％以下とすべきである。なお、ツリウムの好適な封入量範囲は、４０〜７０質量％である。
【００１７】
また、放電媒体は、ハロゲン化金属の残量を所望の発光金属のハロゲン化物とすることができる。好ましくは、発光金属の金属ハロゲン化物として、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）、インジウム（Ｉｎ）および上記以外の希土類金属などを封入することができる。
【００１８】
放電媒体中の金属ハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、主としてヨウ素を用いるのがよい。所望により、臭素を適量添加することができ、これにより包囲部の黒化が抑制されて、光束維持率が向上する。すなわち、金属ハロゲン化物の総量に対して３〜３５質量％、好適には５〜１５質量％の割合で金属臭化物を添加することにより、光束維持率がさらに向上する。
【００１９】
さらに、放電媒体は、ハロゲン化金属に加えて希ガスおよび主としてランプ電圧形成金属または金属ハロゲン化物を封入することができる。希ガスは、好適にはアルゴン（Ａｒ）を用いることができる。また、その封入圧は、一般的には６０〜５００Ｔｏｒｒ、好適には７５〜３００Ｔｏｒｒ、最適には約１５０〜２５０Ｔｏｒｒ程度である。アルゴンの封入圧が６０Ｔｏｒｒ未満になると、パッシェン曲線からも理解できるように放電開始が困難になる。また、５００Ｔｏｒｒを超えると、始動電圧が高くなるとともに、放電開始時に投入されるグロー電力が大きくなり、その結果、包囲部の黒化が顕著になる。ランプ電圧形成金属として水銀を適量封入することができる。しかし、水銀に代えて蒸気圧が高くて可視域に発光が相対的に少ない金属ハロゲン化物、例えばＺｎＩ２などを所望により封入することもできる。
【００２０】
〔外管について〕 外管は、その内部に発光管を所定の位置に収納する。外管は、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する。一般的には、発光管の管軸が外管の管軸に一致するように配置する。外管の内部は、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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
〔比Ｄ／Ｐについて〕 比Ｄ／Ｐが数式０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０を満足することが本発明の成立前提要件である。ここで、Ｄは、ｍｍ単位で表した透光性セラミックス放電容器の包囲部の最大内径である。また、Ｐは、本発明の金属蒸気放電ランプのＷ単位で表したランプ電力である。透光性セラミックス放電容器は、比較的熱伝導が良好なので、比Ｄ／Ｐは、発光管温度と相関があり、上記数式を満足する範囲であれば、その他の要件次第で本発明の目的を達成することができる。なお、比Ｄ／Ｐが０．０４未満になると、発光管温度が高くなりすぎて白濁や黒化を生じやすくなって光束維持率に影響する。反対に０．２０を超えると、発光管温度が低くなりすぎて適正動作温度から外れてしまい、ハロゲンサイクルにより透光性セラミックス放電容器の内面に付着したタングステンの除去作用が薄れるためであると考えられるが、発光効率が著しく低下する。
【００２３】
〔本発明の作用について〕 本発明者は、ハロゲン化金属中のツリウムの割合を３５質量％以上にしたことによって、比Ｄ／Ｐが数式０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０を満足することを前提としてツリウムからの発光が、金属蒸気放電ランプの発光効率、演色性および光束維持率に対して極めて重要な好影響をもたらしていることを発見した。なお、本発明は、定格ランプ電力が３０〜４００Ｗ程度の金属蒸気放電ランプに対して特に効果的である。
【００２４】
また、異なる内径Ｄを有する透光性セラミックス放電容器あるいは異なるハロゲン種や封入ハロゲン化金属の組み合わせ、点灯方向、その他の条件を変化させた場合でも上記の作用に大差はなかった。これは、発光効率と演色性および光束維持率との両立においては、ツリウムからの発光が極めて重要であり、その封入比率および比Ｄ／Ｐ値の規制が本発明の目標を達成するための主要なパラメータであること裏付けるものである。
【００２５】
〔その他の構成について〕 本発明の必須構成要件ではないが、以下の構成を必要に応じて適宜付加することにより、金属蒸気放電ランプの製造が容易になったり、機能が充実したりする。
【００２６】
１．（導入導体について） 導入導体は、電極間に電圧を印加するとともに、電極に電流を供給し、かつ、透光性セラミックス放電容器を封止するために機能する導体で、先端が電極の基端部に接続し、基端が透光性放電容器の外部に露出している。なお、透光性放電容器の外部に露出しているとは、透光性放電容器から外部へ突出していてもよいし、また突出していなくてもよいが、外部から給電できる程度に外部に臨んでいることを意味する。
【００２７】
また、導入導体は、その熱膨張係数が透光性セラミックスのそれと近似している導電性金属であるニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびバナジウムなどを用いることができる。透光性セラミックス放電容器の材料にアルミナセラミックスなどのアルミニウム酸化物を用いる場合、ニオブおよびタンタルは、平均熱膨張係数がアルミニウム酸化物とほぼ同一であるから、封止に好適である。イットリウム酸化物およびＹＡＧの場合も差が少ない。窒化アルミニウムを透光性セラミックス放電容器に用いる場合には、導入導体にジルコニウムを用いるとよい。また、導入導体に用いる上記の金属は、水素、酸素透過性を有しているので、所望により透光性セラミックス放電容器の内部に残存している不純ガスを排出するのに寄与させることもできる。
【００２８】
さらに、導入導体は、これを支持することにより、高圧放電ランプ全体を支持するのに利用してもよい。
【００２９】
２．（シュラウドガラスについて） シュラウドガラスは、外管内において、発光管を離間して包囲して発光管の万一の破裂に対して破裂片の飛散から保護する。
【００３０】
３．（ＵＶエンハンサまたは始動器について） 高圧放電ランプの始動性を良好にするために、ＵＶエンハンサまたは始動器を外管内に配設することができる。ＵＶエンハンサは、小形で紫外線透過性の気密容器内に一方の電極を封装するとともに紫外線放射性の希ガスなどを封入し、他方の電極を気密容器の外面に密接して配設したものである。そして、金属蒸気放電ランプの始動に先立って放電開始し、発生した紫外光を発光管の電極近傍に照射する。これにより発光管内の放電媒体が励起されて始動しやすくなる。
【００３１】
始動器は、グロースタータ、バイメタルスイッチまたは非線形コンデンサなどのスイッチング手段を備えて構成されていて、外管内に配設されて、電源投入時に急速なスイッチング動作を行い、発生した高電圧パルスを発光管の電極間に印加して、金属蒸気放電ランプの始動を容易にする。例えば水銀灯安定器を用いて始動し、かつ、安定に点灯するように構成する場合に、始動器を内蔵することができる。
【００３２】
請求項２に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記放電媒体は、そのハロゲン化金属が４０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むことを特徴としている。
【００３３】
本発明によれば、ツリウムハロゲン化物の比率を４０％以上とすることでさらに高い発光効率と良好な演色性を実現できる。
【００３４】
請求項３の発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１または２記載の金属蒸気放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の中央部の表面温度が８５０〜１２００℃であることを特徴としている。
【００３５】
本発明は、透光性セラミックス放電容器の包囲部中央部は、包囲部の中で最も反応による影響が出やすい箇所であるが、良好な光束維持率を得るために好ましい上記部分における表面温度の範囲を規定している。上記表面温度が８５０℃未満になると、透光性セラミックス放電容器の黒化により光束維持率が大幅に低下する。また、上記表面温度が１２００℃を超えると、透光性セラミックス放電容器の反応による白濁や黒化が顕著になり、やはり光束維持率が低下する。
【００３６】
請求項４に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の内容積をＶ（ｃｃ）とし、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、以下の数式を満足することを特徴としている。
【００３７】
０．００２≦Ｖ／Ｐ≦０．０３０
本発明は、発光効率、演色性および光束維持率を良好にすることのできる比Ｖ／Ｐの数式条件を規定している。透光性セラミックス、特にアルミナセラミックス製の放電容器は、石英ガラスに較べて熱伝導率がよいために、発光管が均熱化され、結局、比Ｖ／Ｐ値が発光管温度を制御する一つのパラメータになるためと考えられる。しかし、Ｖ／Ｐが０．００２未満であると、透光性セラミックス放電容器の反応による白濁や黒化が顕著になり、光束維持率が低下する。また、０．０３０を超えると、透光性セラミックス放電容器の黒化により光束維持率が大幅に低下する。
【００３８】
請求項５に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし４のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端面とシール部の包囲部側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）が以下の数式を満足することを特徴としている。
【００３９】
２．０≦Ｌ≦７．０
上記距離Ｌ（ｍｍ）は、小径筒部の内部に形成されるシール部の長さを表している。本発明においては、既述のようにツリウムを高濃度で封入しているため、シール部と反応しやすくなる。所望の寿命を確保するためには、シール部の長さを上記数式を満足する範囲内に規定するのがよい。しかし、シール部が２ｍｍ未満であると、ツリウムとシール材との反応によって早期リークが発生しやすくなる。また、シール部が７ｍｍを超えると、シール材の温度自体が上昇して上記反応速度が上昇し、やはり早期リークが発生しやすい。
【００４０】
請求項６にかかわる発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし５のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、相関色温度が３０００〜５０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａが８０〜９８で、かつ、ランプ発光効率が１００〜１３０ｌｍ／Ｗで点灯することが可能であることを特徴としている。
【００４１】
本発明は、各指標値が良好で、しかも各指標値のバランスのとれた発光特性を備えた金属蒸気放電ランプを提供するものである。したがって、本発明によれば、従来は効率が優先されてきた街路灯などの屋外照明、あるいは演色性重視の店舗などの屋内照明など、極めて広範囲の用途に適応して、しかもより一層優れた照明を行うことができる。
【００４２】
請求項７に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし６のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記透光性セラミックス放電容器は、一体成形により構成されていることを特徴としている。
【００４３】
本発明における一体成形の透光性セラミックス放電容器は、いくつかの部材を焼き嵌めて構成した透光性セラミックス放電容器に比較して熱伝導が良好なため、透光性セラミックス放電容器が均熱化されやすい。したがって、点灯方向を変化させた場合の特性変化が少なく、本発明の前記効果を助長する効果を有することが分かった。
【００４４】
例えば、本発明の一実施例としてＴｍＩ３：ＮａＩ：ＴｌＩ：ＩｎＩ＝６０：２５：１０：５とし、ランプ電力を１００Ｗとした金属蒸気放電ランプでは、垂直点灯時の色温度が４１００Ｋ、水平点灯時が４０５０Ｋであった。これに対して、ほぼ同一内形状を有する従来の焼き嵌め構造の透光性セラミックス放電容器を用いた金属蒸気放電ランプでは、垂直点灯時の色温度が４０００Ｋ、水平点灯時が３６５０Ｋであった。
【００４５】
また、本発明においては、上記一体成形の透光性セラミックス放電容器を用いることにより、点灯方向を変化した際の色温度変化を大幅に抑制できることを見出した。
【００４６】
請求項８に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし７のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記外管内には発光管近傍にＵＶエンハンサが配設されており；前記外管内には前記発光管と略同心軸上ないしその周囲にシュラウドガラスが配設されており；上記ＵＶエンハンサの中心軸と上記発光管の管軸との径方向最短距離をｄ１とし、上記シュラウドガラスの内半径をｄ２としたとき、以下の数式を満足することを特徴としている。
【００４７】
ｄ１＜ｄ２
本発明は、ＵＶエンハンサおよびシュラウドガラスを付加してより実際的で、しかも始動電圧が低下した金属蒸気放電ランプを提供する。すなわち、金属蒸気放電ランプにＵＶエンハンサおよびシュラウドガラスを付加する場合、上記数式を満足させることにより、ＵＶエンハンサから発生する紫外光が効果的に発光管に直接照射されて始動電圧が所期のとおりに低下する。しかし、上記ＵＶエンハンサの中心軸と上記発光管の管軸との径方向最短距離ｄ１が上記シュラウドガラスの内半径ｄ２と同等以上になると、ＵＶエンハンサから発生する紫外光がシュラウドガラスによって遮られやすくなるので、始動電圧の低下が阻害される。
【００４８】
請求項９に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項８記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記距離ｄ１とｄ２の比ｄ１／ｄ２が以下の数式を満足すことを特徴としている。
【００４９】
０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．８
本発明は、上記距離ｄ１とｄ２の好適な比率範囲を規定している。比ｄ１／ｄ２が１．０以下であると、ＵＶエンハンサによる始動電圧が急激に低減するが、１．０を超えると始動電圧が高くなってＵＶエンハンサを用いない場合との差が小さくなる。比ｄ１／ｄ２が０．２以下になると、ランプ寿命中のＵＶエンハンサの劣化が大きくなるため好ましくない。おそらく、発光管から与えられる熱的なダメージによるものと推定される。以上を考慮して、上記数式の範囲が好適である。
【００５０】
請求項１０に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項８または９記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）が以下の数式を満足すことを特徴としている。
【００５１】
５≦ＬＬ≦５０
本発明は、ＵＶエンハンサと発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）を所定範囲に規定することによって好適な始動電圧を得るようにしたものである。上記最短距離が５０ｍｍを超えると、５０ｍｍを超えると極端に始動電圧が高くなり、ＵＶエンハンサの効果が小さくなってしまう。また、上記最短距離が５ｍｍ未満になると、ランプ寿命中のＵＶエンハンサの劣化が大きくなるため好ましくない。おそらく、ランプから与えられる熱的なダメージによるものと推定される。
【００５２】
請求項１１に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項８ないし１０のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記ＵＶエンハンサは、その内部に封入される不活性ガスが少なくともアルゴン（Ａｒ）を含み、その封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）が以下の数式を満足することを特徴としている。
【００５３】
２≦ＰＡ≦５０
本発明は、ＵＶエンハンサの好適な不活性ガスの封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）の範囲を規定している。すなわち、上記封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）の範囲を上記数式範囲内とすることにより、ＵＶエンハンサの始動電圧を効果的に低減でき、安定した動作を実現できる。
【００５４】
請求項１２に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし１１のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む透光性アルミナセラミックスからなることを特徴としている。
【００５５】
本発明は、透光性セラミックス放電容器の構成材料を上記のように特定したことでツリウムハロゲン化物と透光性セラミックス放電容器の反応による放電容器の白濁および黒化を抑制する構成を規定している。すなわち、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む透光性アルミナセラミックスを用いて透光性セラミックス放電容器を形成したことが本発明の構成上の特徴である。なお、放電媒体中のツリウムハロゲン化物は、ハロゲン化金属全体に対して３５質量％以上の割合で封入されていることが好ましい。しかしながら、本発明においては、ツリウムハロゲン化物がハロゲン化金属全体に対して少なくとも３０質量％以上であれば、所期の作用、効果を得ることができる。なお、ツリウムハロゲン化物の上記割合が４０質量％以上であれば、以下に述べる作用、効果がなお一層顕著になるので、より一層好ましい。
【００５６】
そうして、本発明においては、放電媒体の主成分であるところのツリウムと透光性セラミックス放電容器の反応が抑制される。これに伴って、反応によるツリウムの消失およびこれに伴う遊離ハロゲンの発生も減少する。なお、添加剤が上記の構成であると、スピネルが生成されにくくなるが、これが上記作用に影響しているものと推定される。
【００５７】
いずれにしても本発明によれば、ツリウムハロゲン化物を上記のように多く封入している場合には、透光性セラミックス放電容器に上記添加剤を含む透光性アルミナセラミックスを用いることにより、透光性セラミックス放電容器の白濁および黒化が低減して光束維持率が向上するとともに、発光の色温度の低下および始動電圧の上昇が抑制される。このため、金属蒸気放電ランプの寿命特性が顕著に改善されることが分かった。
【００５８】
これに対して、添加剤がＭｇＯのみを含む透光性アルミナセラミックスを用いて透光性セラミックス放電容器を形成した場合には、スピネルが生成され、ツリウムと透光性セラミックス放電容器の反応により放電容器の白濁および黒化が生じて光束維持率が大きく低下しやすいとともに、発光の色温度が大きく変化する。また、ツリウムの消失に伴って遊離ハロゲンが発生して始動電圧が急激に上昇しやすい。その結果、金属蒸気放電ランプの寿命特性が悪化しやすくなる。
【００５９】
請求項１３に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１２記載の金属蒸気放電ランプにおいて、添加剤中のＭｇＯは１５０〜３００ｐｐｍ、ＺｒＯ２は３００〜５００ｐｐｍ、Ｙ２Ｏ３は１０〜３０ｐｐｍの範囲内であることを特徴としている。
【００６０】
本発明は、金属蒸気放電ランプの寿命特性の改善に対して効果的で、かつ、透光性セラミックスの工業的な規模での入手が容易な添加剤中の上記成分の含有量の範囲を規定している。
【００６１】
請求項１４に係る発明の金属蒸気放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし１３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプと；以下の数式を満足する点灯周波数ｆ（Ｈｚ）を有し、略矩形波の点灯波形を発生して金属蒸気放電ランプを点灯する電子安定器と；を具備していることを特徴としている。
【００６２】
５０≦ｆ≦５００
請求項１ないし１１のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプに上記数式を満足する周波数の略矩形波電圧を印加して点灯すると、低周波交流電源電圧の位相変化に伴う光出力変動により生じるちらつきや騒音レベルが低減する。
【発明の効果】
【００６３】
請求項１に係る発明によれば、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性とを両立させることのできる金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６４】
請求項２に係る発明によれば、加えてツリウムハロゲン化物の比率を４０％以上とすることでさらに高い発光効率と良好な演色性を実現した金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６５】
請求項３に係る発明によれば、加えて包囲部の中央部の表面温度が８５０〜１２００℃であることにより、良好な光束維持率を得る金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６６】
請求項４の発明によれば、加えて包囲部の内容積Ｖ（ｃｃ）とランプ電力Ｐ（Ｗ）とが０．００２≦Ｖ／Ｐ≦０．０３０を満足することにより、発光効率、演色性および光束維持率を良好にした金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６７】
請求項５の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端面とシール部の包囲部側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）が２．０≦Ｌ≦７．０を満足することにより、所望の寿命を確保する金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６８】
請求項６の発明によれば、加えて相関色温度が３０００〜５０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａが８０〜９８で、かつ、ランプ発光効率が１００〜１３０ｌｍ／Ｗで点灯することが可能であることにより、各指標値が良好で、しかも各指標値のバランスのとれた発光特性を備えた金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００６９】
請求項７の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器が一体成形により構成されていることにより、点灯方向を変化させた場合の特性変化が少ない金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７０】
請求項８の発明によれば、加えてＵＶエンハンサおよびシュラウドガラスがｄ１＜ｄ２を満足するように配設されていることにより、実際的で、しかも始動電圧が低下した金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７１】
請求項９の発明によれば、加えて比ｄ１／ｄ２が０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．を満足すことにより、ＵＶエンハンサによる始動電圧が低減するとともに、ランプ寿命中のＵＶエンハンサの劣化が少ない金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７２】
請求項１０の発明によれば、加えてＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）が５≦ＬＬ≦５０を満足すことにより、ＵＶエンハンサによる始動電圧が低減するとともに、ランプ寿命中のＵＶエンハンサの劣化が少ない金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７３】
請求項１１の発明によれば、加えてＵＶエンハンサの内部に封入される不活性ガスが少なくともアルゴン（Ａｒ）を含み、その封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）が２≦ＰＡ≦５０を満足することより、ＵＶエンハンサの始動電圧を効果的に低減でき、安定した動作を実現できる金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７４】
請求項１２の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を添加剤として含む透光性アルミナセラミックスからなることにより、寿命特性が顕著に改善される金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７５】
請求項１３の発明によれば、加えて添加剤中のＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３の含有量を所定範囲に規定したことにより、寿命特性の改善に対して効果的で、かつ、透光性セラミックスの工業的な規模での入手が容易な金属蒸気放電ランプを提供することができる。
【００７６】
請求項１４の発明によれば、請求項１ないし１３の効果を有する金属蒸気放電ランプ点灯装置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】
【００７７】
以下、図面を参照して本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための形態を説明する。
【００７８】
図１ないし図３は、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態を示しており、図１は外管の一部を破断して要部を示す一部切欠正面図、図２は発光管の拡大断面図、図３はＵＶエンハンサの正面図である。各図において、金属蒸気放電ランプは、定格ランプ電力１００Ｗ用として好適な構造であり、図１に示すように、発光管１Ａ、外管５、ＵＶエンハンサ７、シュラウドガラス３、支持構体４Ａ、４Ｂおよび口金６を具備して構成されている。
【００７９】
まず、図２に示す発光管１Ａについて説明する。発光管１Ａは、透光性セラミックス放電容器１、電極２Ａ、２Ｂ、一対の導入導体２３ａ、２３ｂ、一対のシール部１３、１３および透光性セラミックス放電容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。
【００８０】
透光性セラミックス放電容器１は、透光性アルミナセラミックスからなり、包囲部１１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１２ａ、１２ｂを備えている。そして、小径筒部１２ａ、１２ｂおよび包囲部１１は、鋳込み成形により一体化されている。
【００８１】
包囲部１１は、２つの球体が、その一部が互いに重なるように軸方向に離間して、両端部の半球状の部分を形成し、半球状の部分の間を直線で結んでなるほぼ俵形の形状をなしていて、肉厚が０．８ｍｍである。
【００８２】
一対の小径筒部１２ａ、１２ｂは、それぞれ内径約１ｍｍのパイプ状をなし、先端が対応する包囲部１ａの半球状部分の中央部に接続している。なお、包囲部１１および小径筒部１２ａ、１２ｂの境界部は、その内外両面が曲面によって形成されている。
【００８３】
一対の電極２Ａ、２Ｂは、外径０．５ｍｍのタングステン棒からなる細長い軸部２１および電極主部２２を備えている。細長い軸部２１は、小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿通されていて、タングステン細線を巻き付けてコイル部２５ａ、２５ｂを形成している。そして、細長い軸部２１と小径筒部１２ａ、１２ｂの内面との間にわずかな隙間が形成されている。電極主部２２は、細長い軸部２１の先端部に外径０．１ｍｍのタングステン細線を５ターン巻き付けて形成されていて、包囲部１１内に突出している。
【００８４】
一対の導入導体２３ａ、２３ｂは、それぞれニオブ棒状体Ｎｂおよびサーメット棒状体ＳＭからなり、上記両棒状体が直線状に溶接されて一体に形成されている。ニオブ棒状体Ｎｂは、その先端が小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿入されるとともに、基端が小径筒部１２ａ、１２ｂから外部へ突出している。サーメット棒状体ＳＭは、外径０．６ｍｍで、モリブデン−アルミナセラミックスの焼結体からなり、その先端に電極２Ａ、２Ｂの細長い軸部２１の基端部が溶接などにより一体に接続されている
一対のシール部１３、１３は、いずれも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１３、１３は、透光性セラミックス放電容器１の小径筒部１２ａ、１２ｂの端面側の部分と、これに対向する導入導体２３ａ、２３ｂのニオブ棒状体Ｎｂと、の間に介在して透光性セラミックス放電容器１を気密に封止していて、いわゆる導入導体挿入封止構造を提供するとともに、導入導体２３ａ、２３ｂが透光性セラミックス放電容器１の内部に露出しないように小径筒部１２ａ、１２ｂ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２Ａ、２Ｂを透光性セラミックス放電容器１の所定の位置に固定している。
【００８５】
また、シール部１３を形成するには、透光性セラミックス放電容器１を縦位置にセットし、さらにセラミックス封止用コンパウンドのリング状フリットガラス（図示しない。）を、そのとき上側に位置して封止しようとする例えば小径筒部１２ａの端面の上に載置して、リング状ペレットを加熱して溶融させて導入導体２３ａおよび小径筒部１２ａの内面の間の隙間に進入させ、小径筒部１２ａ内に挿入されている部分の導入導体２３ａのニオブ棒状体Ｎｂの全体を被覆する。次に、透光性セラミックス放電容器１を１８０°反転して、他方の小径筒部１２ｂ側についても上記と同様にシール部１３を形成する。なお、小径筒部１２ａ、１２ｂとシール部１３、１３の包囲部１１側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）は、２．０〜７．０ｍｍの範囲内となるように選定されている。
【００８６】
放電媒体は、始動ガスおよびバッファガスとしてアルゴン、下記のハロゲン化金属、ならびにバッファ蒸気としての水銀からなり、透光性セラミックス放電容器１内に封入されている。なお、金属ハロゲン化物および水銀は、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１２ａ、１２ｂ内に形成されるわずかな隙間内のコイル部２５ａ、２５ｂ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１２ｂ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。
【００８７】
ハロゲン化金属は、その３５質量％以上、好適には４０質量％以上の割合でツリウムハロゲン化物を含んでいる。残余のハロゲン化物は、例えばナトリウム、タリウムおよび希土類金属などの発光金属から選択された金属のハロゲン化物により構成することができる。
【００８８】
外管５は、硬質ガラスからなるＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム４ｓを封着して備えている。フレアステム４ｓは、一対の導入線４１ａ、４１ｂを気密に導入している。そして、外管５は、その内部の所定位置に発光管１Ａを後述する支持構体Ａ、４Ｂにより支持して収納している。
【００８９】
ＵＶエンハンサ７は、図３に示すように、気密容器７１、導入線７３、内部電極７４、放電媒体および外部電極７５を具備して構成されている。気密容器７１は、石英ガラスなどの紫外線透過性ガラス製で、その一端部にピンチシール部７２が形成されていることにより、内部に細長い放電空間が形成されている。導入線７３は、先端が後述する内部電極７４に溶接し、ピンチシール部７２から外部へ導出され、基端部７３ａの部分で図１に示すように、後述する支持枠４２ａに溶接されている。
【００９０】
内部電極７４は、モリブデン製の板状をなしていて、気密容器７１の放電空間内に封装されており、その基部がピンチシール部７２内に気密に埋設されている。放電媒体は、アルゴン約１．３ｋＰａからなり、気密容器７１の内部に封入されている。外部電極７５は、外径０．４ｍｍのモリブデン線からなり、気密容器７１の外周に密着して５ターン巻き付けられているとともに、その基端部７５ｂが支持構体４２ｂに溶接されている。そうして、ＵＶエンハンサ７は、その導入線７３の基端部７３ａおよび外部電極７５の基端部７５ａにより、外管５内の所定の位置に配置されている。
【００９１】
以上説明した構造により、ＵＶエンハンサ７は、外管５内において発光管１Ａと並列に接続されているとともに、発光管１Ａの一方の電極（図１中に点線で示す。）に接近した位置に保持されている。
【００９２】
シュラウドガラス３は、肉厚１．０ｍｍで内径がｄ２の円筒状石英ガラス体からなり、外管５内において発光管１Ａを包囲する位置に後述する支持部材４５ａによって保持されている。
【００９３】
支持構体４Ａは、支持枠４２ａ、ブリッジ導体４３ａ、スプリング片４４ａ、４４ａおよび支持部材４５ａからなる。支持枠４２ａは、図１において下端が導入線４１ａに接続し、上端が延長されてスプリング片４４ａを形成している。ブリッジ導体４３ａは、発光管１Ａの図において側の導入導体２３ａに溶接されることによって発光管１Ａの上部を支持している。スプリング片４４ａは、外管５の内面に弾力的に当接して、支持枠４２ａの上部を外管５の内面に対して横揺れを防止している。支持部材４５ａは、後述するシュラウドガラス３の上下両端を支持している。
【００９４】
支持構体４Ｂは、直棒状をなしていて、その下部がフレアステム４ｓに封着されている導入線４１ｂに溶接されることによって電気的に接続し、かつ、機械的に支持されている。そして、上端部が発光管１１の図において下側の導入導体２３ｂに接続導体を介して溶接されて、発光管１Ａの下部を支持している。
【００９５】
口金３は、Ｅ３９形口金であり、外管５のネック部に固着され、外管５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。
【００９６】
なお、図１において、符号Ｇはゲッタであり、外管５内を清浄化するもので、支持枠４２ａの上部に溶接されている。
【００９７】
次に、実施例１について比較例１、２を参照しながら説明する。下記以外はいずれも上述した形態における仕様である。
【実施例１】
【００９８】
放電媒体 ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（３０）−ＴｍＩ３（４０）＝５ｍｇ、
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。
［比較例１］
放電媒体 ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（３０）−ＤｙＩ３（４０）＝５ｍｇ、
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。
［比較例２］
放電媒体 ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（３０）−ＨｏＩ３（４０）＝５ｍｇ、
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。
【００９９】
図４は、実施例１、比較例１および比較例２における分光分布を示す曲線であり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は比較例２の分光分布をそれぞれ示している。測定条件は、垂直点灯、点灯周波数１００Ｈｚ、ランプ電力１００Ｗ、矩形波点灯である。
【０１００】
図４から明らかなように、実施例１は、比較例１および比較例２に較べて視感度曲線のピークとなる波長５５５ｎｍ付近での発光が顕著であるとともに、青色領域あるいは赤色領域における発光が適度であり、発光効率と演色性とを両立させている。
【０１０１】
図５は、実施例１、比較例１および比較例２における発光効率および平均演色評価数Ｒａを示すグラフである。図において、横軸は左から比較例１、比較例２および実施例１を、縦軸は上部が発光効率（ｌｍ／Ｗ）、下部が平均演色評価数Ｒａを、それぞれデータのばらつきの程度および平均値として示している。
【０１０２】
図５から理解できるように、発光効率は、実施例１が最も高く、比較例２、比較例１の順に低くなっている。また、平均演色評価数Ｒａは、比較例１、比較例２および実施例１の順に低くなっているが、実施例１の値は十分に価値を認めることのできる程度である。
【０１０３】
次に、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第２の形態について説明する。本形態では、放電媒体のハロゲン化金属としてヨウ化ツリウム（ＴｍＩ３）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）およびヨウ化インジウム（ＩｎＩ）の４種を用いている。
【０１０４】
図６は、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第２の形態において、封入ハロゲン化物の封入量およびランプ電力を変化させた場合の比Ｄ／Ｐおよび発光特性の変化を示す表である。なお、発光形態が金属からの輝線スペクトルが細くて、発光効率および演色性Ｒａにそれほど影響しないＴｌＩとＩｎＩの質量比率を固定して、ＴｍＩ３とＮａＩの質量比率（なお、図中ｗｔ％は質量％を示している。）を変化させ、かつ、図２に示すように、発光管１Ａの内径Ｄ（ｍｍ）とランプ電力Ｐ（W）を変化させたものである。また、金属蒸気放電ランプは、垂直点灯とし、点灯周波数１００Ｈｚで矩形波点灯させ、点灯１００時間における各ランプの発光効率（ｌｍ／Ｗ）、平均演色評価数Ｒａおよび６０００時間における対１００時間比の光束維持率（％）をそれぞれ調査した結果を示している。また、本発明における発光特性の目標値を効率１００〜１３０ｌｍ／Ｗ、Ｒａを８０〜９８、光束維持率を７０％以上とした。
【０１０５】
図６から明らかなように、ＴｍＩ３を３５％以上とし、さらに発光管（ここでは透光性セラミックス放電容器１を意味する。）の内径Ｄとランプ電力Ｐの比率Ｄ／Ｐ（ｍｍ／Ｗ）を０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０とすることで、目標とする発光特性を達成することができることを見出した。すなわち、本発明によれば、ツリウムハロゲン化物の封入比率を３５質量％以上に高め、さらに比Ｄ／Ｐを所定の範囲に規制することにより、従来にない高発光効率、高演色性および長寿命をともに満足できるものであることが理解できる。
【０１０６】
図７は、図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサとシュラウドガラスの位置関係が始動電圧に与える影響を調査した結果を示す表である。なお、表中「ＵＶエンハンサ中心軸との最短距離」は「ＵＶエンハンサの中心軸と上記発光管の管軸との径方向最短距離」を意味する。また、「シュラウド内半径」は「シュラウドガラスの内半径」を意味している。
【０１０７】
図７から理解できるように、数式ｄ１＜ｄ２または０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．８を満足するのが好ましい。
【０１０８】
図８は、図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサとシュラウドガラスの位置関係のｄ１／ｄ２と始動電圧の関係を示すグラフである。図において、横軸はｄ１／ｄ２を、縦軸は始動電圧（ｋＶｐ）を、それぞれ示している。
【０１０９】
図から理解できるように、０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．８を満足するのが好ましい。
【０１１０】
図９は、図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離と始動電圧の関係を示すグラフである。図において、横軸はＬＬ（ｍｍ）を、縦軸は始動電圧（ｋＶｐ）を、それぞれ示している。
【０１１１】
図から理解できるように、ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）が５≦ＬＬ≦５０を満足するのが好ましい。
【０１１２】
図１０は、図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサのＡｒ封入圧と始動電圧の関係を示すグラフである。図において、横軸はＡｒ封入圧（Ｔｏｒｒ）を、縦軸は始動電圧（ｋＶｐ）を、それぞれ示している。
【０１１３】
図から理解できるように、ＵＶエンハンサＡｒ封入圧ＰＡ（Ｔｏｒｒ）が２≦ＰＡ≦５０を満足するのが好ましい。
【０１１４】
次に、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第３の形態について説明する。本形態では、透光性セラミック放電容器が、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む透光性アルミナセラミックスにより形成されている。その他の構成については第１の形態と同様である。
【０１１５】
以下、本形態における実施例を説明する。
【実施例２】
【０１１６】
透光性セラミックス放電容器：ＭｇＯ約２００ｐｐｍ、ＺｒＯ２約４００ｐｐｍ、
Ｙ２Ｏ３約１５ｐｐｍの添加剤を含む透光性アルミナセラミックス製
放電媒体 ：ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（１５）−ＴｍＩ３（５０）−ＩｎＩ（５）
＝５ｍｇ なお、括弧内は質量％を示す。
【０１１７】
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ
管壁負荷 ：２５Ｗ／ｃｍ２
定格ランプ電力：１００Ｗ
［比較例３］
透光性セラミックス放電容器：ＭｇＯ約２００ｐｐｍのみの添加剤を含む
透光性アルミナセラミックス製
その他は実施例２と同じ。
［比較例４］
透光性セラミックス放電容器：ＭｇＯ約２００ｐｐｍ、ＺｒＯ２約４００ｐｐｍ、
Ｙ２Ｏ３約１５ｐｐｍの添加剤を含む透光性アルミナセラミックス製
放電媒体 ：ＮａＩ（５０）−ＴｌＩ（１５）−ＴｍＩ３（２５）−ＩｎＩ（１０）
＝５ｍｇ なお、括弧内は質量％を示す。
【０１１８】
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ
その他は実施例２と同じ。
【０１１９】
図１１は、本発明の実施例２の点灯試験結果を比較例３および４のそれと比較して示す表である。点灯試験は、実施例２および比較例３および４のそれぞれの金属蒸気放電ランプを同一仕様の金属蒸気放電ランプ点灯装置を用いて実施例１と同じ条件で点灯し、点灯１００時間、６０００時間および１２０００時間におけるランプ特性を示している。
【０１２０】
図から理解できるように、本発明の第３の形態によれば、実施例２により得られた金属蒸気放電ランプは、発光効率および平均演色評価数Ｒａがともに優れているのに加えて、光束維持率、したがって寿命特性が比較例３および４のそれよりも明らかに優れている。また、色温度の変化も比較例のそれより明らかに少ない。
【０１２１】
なお、比較例４は、透光性セラミックス放電容器が実施例と同じ添加剤を含む透光性アルミナセラミックス製であるが、ツリウムハロゲン化物の封入割合が２５質量％であるために、演色性は優れているものの、発光効率および光束維持率が比較例３より優れているが実施例に比較すれば劣っている。
【０１２２】
また、例えば特開平０６−１９６１３１号公報には透光性セラミックス放電容器を構成する透光性アルミナセラミックスの添加剤としてＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む金属蒸気放電ランプが記載されているが、ここで用いられているヨウ化ナトリウム：ヨウ化タリウム、ヨウ化ジスプロシウムを質量比で６９：１０：２１の割合のように従来一般的な放電媒体の組成、換言すればツリウムハロゲン化物をハロゲン化金属全体に対して３０質量％未満の割合で封入した金属蒸気放電ランプは、本発明者による追試において上記実施例２のように顕著な寿命特性改善効果は認められなかった。
【０１２３】
すなわち、上記実施例２および比較例３および４ならびに上記追試の結果は、透光性セラミックス放電容器を構成する透光性アルミナセラミックスの添加剤の種類による金属蒸気放電ランプの寿命特性の改善効果は、発光物質として封入する金属ハロゲン化物の種類と封入比率とにより変化し、高効率と高演色を両立させるためにツリウムハロゲン化物を３０質量％以上、好ましくは３５質量％以上、より一層好ましくは４０質量％以上封入する場合に効果的であることを示している。
【０１２４】
図１２は、本発明の金属蒸気放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示す回路図である。図において、１１は直流電源、１２は直流−直流変換回路、１３は直流−交流変換回路、１４はイグナイタ、１５は金属蒸気放電ランプである。
【０１２５】
直流電源１１は、整流化直流電源からなり、低周波交流電源を整流して直流を得る。
【０１２６】
直流−直流変換回路１２は、直流電源１１から出力される直流電圧を異なる直流電圧に変換する。例えば、直流チョッパからなる。
【０１２７】
直流−交流変換回路１３は、直流−直流変換回路１２から出力される直流電圧を矩形波の低周波交流電圧に変換する。例えば、フルブリッジ形インバータからなる。
【０１２８】
イグナイタ１４は、金属蒸気放電ランプ１５の始動時に高電圧パルスを発生して金属蒸気放電ランプ１５を始動させる。
【０１２９】
金属蒸気放電ランプ１５は、図１に示す金属蒸気放電ランプであり、直流−交流変換回路１３から出力される矩形波で、点灯周波数ｆが５０≦ｆ≦５００を満足する低周波交流電圧が印加されて点灯する。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態を外管の一部を破断して示す一部切欠正面図
【図２】同じく発光管の拡大断面図
【図３】同じくＵＶエンハンサの正面図
【図４】実施例、比較例１および比較例２における分光分布を示す曲線
【図５】実施例、比較例１および比較例２における発光効率および平均演色評価数Ｒａを示すグラフ
【図６】本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第２の形態において、封入ハロゲン化物の封入量およびランプ電力を変化させた場合の比Ｄ／Ｐおよび発光特性の変化を示す表
【図７】図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサとシュラウドガラスの位置関係が始動電圧に与える影響を調査した結果を示す表
【図８】図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサとシュラウドガラスの位置関係のｄ１／ｄ２と始動電圧の関係を示すグラフ
【図９】図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離と始動電圧の関係を示すグラフ
【図１０】図１に示す本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態において、ＵＶエンハンサのＡｒ封入圧と始動電圧の関係を示すグラフ
【図１１】本発明の実施例２および比較例の点灯試験結果を比較的に示す表
【図１２】本発明の金属蒸気放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示す回路図
【符号の説明】
【０１３１】
１…透光性セラミックス放電容器、１Ａ…発光管、３…シュラウドガラス、４Ａ、４Ｂ…支持構体、５…外管、６…口金、７…ＵＶエンハンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えて一体的に成形された透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性セラミックス放電容器の包囲部に臨んでいる一対の電極、ならびに３５質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を少なくとも有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えた発光管と；
内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管と；
を具備し、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、以下の数式を満足することを特徴とする金属蒸気放電ランプ。
０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０
【請求項２】
前記放電媒体は、そのハロゲン化金属が４０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むことを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項３】
透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の中央部の表面温度が８５０〜１２００℃であることを特徴とする請求項１または２記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項４】
透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の内容積をＶ（ｃｃ）とし、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、以下の数式を満足することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
０．００２≦Ｖ／Ｐ≦０．０３０
【請求項５】
前記透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端面とシール部の包囲部側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）が以下の数式を満足することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
２．０≦Ｌ≦７．０
【請求項６】
相関色温度が３０００〜５０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａが８０〜９８で、かつ、ランプ発光効率が１００〜１３０ｌｍ／Ｗで点灯することが可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項７】
前記透光性セラミックス放電容器は、一体成形により構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項８】
前記外管内には発光管近傍にＵＶエンハンサが配設されており；
前記外管内には前記発光管と略同心軸上ないしその周囲にシュラウドガラスが配設されており；
上記ＵＶエンハンサの中心軸と上記発光管の管軸との径方向最短距離をｄ１とし、上記シュラウドガラスの内半径をｄ２としたとき、以下の数式を満足することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
ｄ１＜ｄ２
【請求項９】
前記距離ｄ１とｄ２の比ｄ１／ｄ２が以下の数式を満足すことを特徴とする請求項８記載の金属蒸気放電ランプ。
０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．８
【請求項１０】
前記ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）が以下の数式を満足すことを特徴とする請求項８または９記載の金属蒸気放電ランプ。
５≦ＬＬ≦５０
【請求項１１】
前記ＵＶエンハンサは、その内部に封入される不活性ガスが少なくともアルゴン（Ａｒ）を含み、その封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）が以下の数式を満足することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
２≦ＰＡ≦５０
【請求項１２】
透光性セラミックス放電容器は、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む透光性アルミナセラミックスからなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項１３】
添加剤中のＭｇＯは１５０〜３００ｐｐｍ、ＺｒＯ２は３００〜５００ｐｐｍ、Ｙ２Ｏ３は１０〜３０ｐｐｍの範囲内であることを特徴とする請求項１２記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプと；
以下の数式を満足する点灯周波数ｆ（Ｈｚ）を有し、略矩形波の点灯波形を発生して金属蒸気放電ランプを点灯する電子安定器と；
を具備していることを特徴とする金属蒸気放電ランプ点灯装置。
５０≦ｆ≦５００
【請求項１】
内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えて一体的に成形された透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性セラミックス放電容器の包囲部に臨んでいる一対の電極、ならびに３５質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を少なくとも有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えた発光管と；
内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管と；
を具備し、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、以下の数式を満足することを特徴とする金属蒸気放電ランプ。
０．０４≦Ｄ／Ｐ≦０．２０
【請求項２】
前記放電媒体は、そのハロゲン化金属が４０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むことを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項３】
透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の中央部の表面温度が８５０〜１２００℃であることを特徴とする請求項１または２記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項４】
透光性セラミックス放電容器は、その包囲部の内容積をＶ（ｃｃ）とし、ランプ電力をＰ（Ｗ）としたとき、以下の数式を満足することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
０．００２≦Ｖ／Ｐ≦０．０３０
【請求項５】
前記透光性セラミックス放電容器の小径筒部の端面とシール部の包囲部側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）が以下の数式を満足することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
２．０≦Ｌ≦７．０
【請求項６】
相関色温度が３０００〜５０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａが８０〜９８で、かつ、ランプ発光効率が１００〜１３０ｌｍ／Ｗで点灯することが可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項７】
前記透光性セラミックス放電容器は、一体成形により構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項８】
前記外管内には発光管近傍にＵＶエンハンサが配設されており；
前記外管内には前記発光管と略同心軸上ないしその周囲にシュラウドガラスが配設されており；
上記ＵＶエンハンサの中心軸と上記発光管の管軸との径方向最短距離をｄ１とし、上記シュラウドガラスの内半径をｄ２としたとき、以下の数式を満足することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
ｄ１＜ｄ２
【請求項９】
前記距離ｄ１とｄ２の比ｄ１／ｄ２が以下の数式を満足すことを特徴とする請求項８記載の金属蒸気放電ランプ。
０．２＜（ｄ１／ｄ２）＜０．８
【請求項１０】
前記ＵＶエンハンサと前記発光管内の電極先端との最短距離ＬＬ（ｍｍ）が以下の数式を満足すことを特徴とする請求項８または９記載の金属蒸気放電ランプ。
５≦ＬＬ≦５０
【請求項１１】
前記ＵＶエンハンサは、その内部に封入される不活性ガスが少なくともアルゴン（Ａｒ）を含み、その封入圧力ＰＡ（Ｔｏｒｒ）が以下の数式を満足することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
２≦ＰＡ≦５０
【請求項１２】
透光性セラミックス放電容器は、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３を含む透光性アルミナセラミックスからなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項１３】
添加剤中のＭｇＯは１５０〜３００ｐｐｍ、ＺｒＯ２は３００〜５００ｐｐｍ、Ｙ２Ｏ３は１０〜３０ｐｐｍの範囲内であることを特徴とする請求項１２記載の金属蒸気放電ランプ。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプと；
以下の数式を満足する点灯周波数ｆ（Ｈｚ）を有し、略矩形波の点灯波形を発生して金属蒸気放電ランプを点灯する電子安定器と；
を具備していることを特徴とする金属蒸気放電ランプ点灯装置。
５０≦ｆ≦５００
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１２０５９９（Ｐ２００６−１２０５９９Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３３２１８（Ｐ２００５−１３３２１８）
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【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１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【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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