高圧放電ランプおよび照明器具
【課題】
発光効率が少なくとも約110lm/W以上で、所望により120lm/W以上を得ることができ、しかも平均演色評価数Raが80以上になり、高効率、かつ高演色であるとともに、色度偏差の少ない高圧放電ランプおよびこれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプは、透光性セラミックス気密容器、一対の電極および放電媒体を備え、放電媒体は少なくともTm、NaおよびTlのハロゲン化物と、InおよびMnのうち少なくとも１種のハロゲン化物と、Ceのハロゲン化物とを含み、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（mg）をMとし、Tmハロゲン化物の封入質量（mg）をMTmとし、Ceハロゲン化物の封入質量（mg）をAとし、InおよびMnのうち少なくとも１種のハロゲン化物の封入質量（mg）をMCとしたとき、封入比率A/M、（MTm+A）/M、MTm/A、MC/MおよびMC/（MTm＋A）が所定範囲を同時に満足する発光管と、外管とを具備している。
発光効率が少なくとも約110lm/W以上で、所望により120lm/W以上を得ることができ、しかも平均演色評価数Raが80以上になり、高効率、かつ高演色であるとともに、色度偏差の少ない高圧放電ランプおよびこれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプは、透光性セラミックス気密容器、一対の電極および放電媒体を備え、放電媒体は少なくともTm、NaおよびTlのハロゲン化物と、InおよびMnのうち少なくとも１種のハロゲン化物と、Ceのハロゲン化物とを含み、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（mg）をMとし、Tmハロゲン化物の封入質量（mg）をMTmとし、Ceハロゲン化物の封入質量（mg）をAとし、InおよびMnのうち少なくとも１種のハロゲン化物の封入質量（mg）をMCとしたとき、封入比率A/M、（MTm+A）/M、MTm/A、MC/MおよびMC/（MTm＋A）が所定範囲を同時に満足する発光管と、外管とを具備している。
【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高圧放電ランプおよびこれを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
透光性セラミックス気密容器の内部にＮａ、Ｔｌ、ＩｎおよびＴｍのハロゲン化物を所定比率で封入した高圧放電ランプは既知である（特許文献１参照。）。この発明によれば、発光効率９０ｌｍ／Ｗ以上、相関色温度２０００〜４５００Ｋ、平均演色評価数Ｒａ７５〜９０を得ることができる。例えば、その実施例３において、封入ハロゲン化物がＮａＩ：ＴｌＩ：ＩｎＩ：ＴｍＩ３：ＣｅＩ＝２９：９．５：４．５：４０：１７（ｗｔ％）で、１１８．０ｌｍ／Ｗ、４３３２Ｋ、色度偏差d.u.v.０．００７８、Ｒａ８２．４の発光特性が得られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８８６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、特許文献１に記載された発明に関連する高圧放電ランプの技術開発を遂行する中で、封入ハロゲン化物の封入量比率をさらに改善することで、驚くべきことに最高で発光効率１２０ｌｍ／Ｗ以上で、かつ平均演色評価数Ｒａ８０以上を達成できることを見出した。また、Ｉｎハロゲン化物の封入は必須ではないことも分かった。本発明は、上記発見に基づいてなされたものである。
【０００５】
本発明は、ツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）およびセリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物を含む放電媒体を封入して、発光効率が少なくとも約１１０ｌｍ／Ｗ以上で、所望により１２０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができ、しかも平均演色評価数Ｒａが８０以上になり、高効率、かつ高演色であるとともに、色度偏差の少ない高圧放電ランプおよびこれを用い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】
【０００６】
本発明の高圧放電ランプは、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の内部に封装された一対の電極、ならびに始動ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、透光性セラミックス気密容器内に封入された放電媒体を備え、放電媒体はその金属ハロゲン化物が少なくともツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）およびタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１種のハロゲン化物と、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを含み、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭとし、ツリウムハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭＴｍとし、セリウムのハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＡとし、インジウムまたは／およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭＣとしたとき、封入比率Ａ／Ｍ、（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ、ＭＴｍ／Ａ、ＭＣ／ＭおよびＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）が下式を同時に満足する発光管と；発光管を内部に収納する外管と；を具備していることを特徴としている。
【０００７】
（数式１） ０．１＜Ａ／Ｍ＜０．２
（数式２） ０．３＜（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ＜０．９
（数式３） ０．５＜ＭＴｍ／Ａ＜５．０
（数式４） ＭＣ／Ｍ＜０．０３
（数式５） ＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）＜０．０９
本発明においては、以下の態様を許容する。
【０００８】
〔発光管について〕 発光管は、透光性セラミックス気密容器一対の電極および放電媒体を含んで構成されている。
【０００９】
（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。
【００１０】
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を備えている。また、包囲部の端部に連通して配設された単一または一対の小径筒部を備えることができる。小径筒部を形成する場合、包囲部と小径筒部とは、一体的な成形により一体化していると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。
【００１１】
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。
【００１２】
次に、小径筒部を形成する場合は、小径筒部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、その内部に最冷部を形成することができる。また、小径筒部に透光性セラミックス放電容器を封止するのに寄与させることができる。なお、小径筒部の断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００１３】
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。
【００１４】
（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て、電極の先端間に適当な電極間距離を形成する。
【００１５】
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。
【００１６】
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は、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。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電流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。
【００１７】
さらにまた、電流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。
【００１８】
（放電媒体について） 放電媒体は、本発明の特徴的構成部分である。そして、少なくとも金属ハロゲン化物および始動ガスを含んでいる。所望によりランプ電圧形成媒体として水銀または例えば蒸気圧が比較的高い亜鉛（Ｚｎ）などの金属ハロゲン化物を用いることができる。
【００１９】
金属ハロゲン化物は、主として発光に寄与する金属のハロゲン化物であり、少なくともツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）およびタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１種のハロゲン化物と、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを含み、数式１−数式５を満足するように構成されている。なお、封入比率に用いられている記号は次のとおりである。
【００２０】
Ｍ：封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）
Ａ：セリウムのハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）
ＭＴｍ：ツリウムハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）
ＭＣ：インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）
（数式１） ０．１＜Ａ／Ｍ＜０．２
（数式２） ０．４＜（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ＜０．９
（数式３） １．０＜ＭＴｍ／Ａ＜７．０
（数式４） ＭＣ／Ｍ＜０．０３
（数式５） ＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）＜０．０９
数式１について説明する。セリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の封入量は、図３に示すように、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率Ａ／Ｍが大きいほど発光効率が高くなる。しかし、平均演色評価数Ｒａは、セリウム（Ｃｅ）の封入比率Ａ／Ｍが小さすぎても大きすぎても低下する傾向があり、また適当な比率であればＲａが向上する。また、色度偏差d.u.v.は、図４に示すように、セリウム（Ｃｅ）の封入比率Ａ／Ｍが大きくなるにしたがって増大する傾向がある。なお、セリウム（Ｃｅ）の封入比率Ａ／Ｍが０．２近傍から急激に大きくなるので、封入比率Ａ／Ｍは０．２未満でなければならない。
【００２１】
そうして、セリウム（Ｃｅ）の封入比率Ａ／Ｍが数式１を満足する範囲内であれば、発光効率１１０ｌｍ／Ｗ以上、平均演色評価数Ｒａ８０以上、色度偏差d.u.v.０．０１５以下を得ることができる。なお、０．１５＜Ａ／Ｍ＜０．１７の範囲内であれば、発光効率１２０ｌｍ／Ｗ以上、平均演色評価数Ｒａ８２以上および色度偏差d.u.v.０．０１以下を得ることができるので、好適である。
【００２２】
数式２について説明する。ツリウム（Ｔｍ）およびセリウム（Ｃｅ）の合計の封入量の封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍは、発光効率に影響する。すなわち、図５に示すように、封入比率（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍは、小さすぎても大きすぎても発光効率は低下する傾向があり、また適当な封入比率であれば高い発光効率が得られる。
【００２３】
そうして、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物およびセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物合計の全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍが数式２を満足する範囲内であれば、発光効率１１０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができる。なお、０．４６＜Ａ／Ｍ＜０．７５の範囲内であれば、発光効率約１２０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができるので、好適である。
【００２４】
数式３について説明する。ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物に対する封入比率ＭＴｍ／Ａは、発光効率および平均演色評価数Ｒａに影響する。すなわち、図６に示すように、封入比率ＭＴｍ／Ａは、大きくなるにしたがって発光効率が低下していく傾向を示す。また、平均演色評価数Ｒａは、すぎても低下する傾向があり、また封入比率ＭＴｍ／Ａが小さすぎても大きすぎても低下する傾向があり、また適当な比率であればＲａが大きくなる。適当な比率であれば高い発光効率が得られる。
【００２５】
そうして、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物に対する封入比率ＭＴｍ／Ａが数式３を満足する範囲内であれば、発光効率約１１０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができる。なお、２．４＜Ａ／Ｍ＜４．０の範囲内であれば、発光効率約１２０ｌｍ／Ｗ以上および平均演色評価数Ｒａ８２以上を得ることができるので、好適である。
【００２６】
数式４について説明する。インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物の、全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率ＭＣ／Ｍは、高圧放電ランプの色温度および色度に影響する。すなわち、インジウムおよびマンガンのハロゲン化物は、高圧放電ランプの色温度または色度を調整するために所望により封入することができるハロゲン化物である。したがって、これらのハロゲン化物は、封入しなくてもよい。封入する場合には、マンガンよりもインジウムの方が色温度の調整や発光効率の観点から見て好ましい。また、これらのハロゲン化物の封入量は、全ての金属ハロゲン化物の封入質量Ｍ（ｍｇ）に対して、本発明においては３質量％未満でなければならない。３質量％を超えて封入しても上記の効果が顕著になることはないばかりか、相対的にセリウムの封入量を低減する必要があるために、発光効率が低下する傾向がある。
【００２７】
数式５について説明する。インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物の、セリウムハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率ＭＣ／Ａは、発光効率に影響する。すなわち、封入比率ＭＣ／Ａが０．９を超えると、発光効率が低下する傾向があるので不可である。また、インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物は、数式４におけると同様の理由で封入しなくてもよい。
【００２８】
さらに、本発明における上記以外の金属ハロゲン化物の封入態様について説明する。すなわち、本発明においては、金属ハロゲン化物中にカルシウム（Ｃａ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびルビジウム（Ｒｂ）のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物を、上記グループから選択された金属のハロゲン化物の封入量をＢ（ｍｇ）とし、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量をＭ（ｍｇ）としたとき、封入比率Ｂ／Ｍが数式：０．０５＜Ｂ／Ｍ＜０．４を満足するように封入することが許容される。
【００２９】
本態様において封入される上記金属ハロゲン化物の金属は、いずれも赤色系に発光するので、上記数式を満足する範囲内で封入することにより、高圧放電ランプの色温度を低く調整するのに効果的である。
【００３０】
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。
【００３１】
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、具体的なガスの種類は限定されない。一般照明用の高圧放電ランプの場合、好適にはネオン（Ｎｅ）およびアルゴン（Ａｒ）の混合ガスである。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。
【００３２】
ランプ電圧形成物質は、主として緩衝体として点灯中に一対の電極間に現れる電圧を形成するのに主体的に寄与する放電媒体であり、水銀および／または金属ハロゲン化物を用いることができる。ランプ電圧形成物質としての金属ハロゲン化物には、蒸気圧の比較的高い金属のハロゲン化物などを用いることができる。
【００３３】
〔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。
【００３４】
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。
【００３５】
〔その他の構成について〕 本発明におけるその他の構成として、以下の構成を付加することが許容される。
【００３６】
１．発光管の管壁負荷
本発明においては、発光管の管壁負荷を２０〜３５Ｗ／ｃｍ２の範囲に設定するのが好適である。なお、管壁負荷は、ランプ電力を電極間に対応する管壁部分の面積で除した値である。
【００３７】
２．水銀の封入量
本発明においては、透光性セラミックス気密容器の包囲部の単位容積当たりの水銀封入量を３〜３０ｍｇ／ｃｃに設定するのが公的である。
【００３８】
３．外管内の雰囲気
外管内の雰囲気を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好適である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）、インジウム（Ｉｎ）または／およびマンガン（Ｍｎ）ならびにツリウム（Ｔｍ）と、セリウム（Ｃｅ）とを含む放電媒体を封入して、発光効率が少なくとも約１１０ｌｍ／Ｗ以上で、所望により１２０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができ、しかも平均演色評価数Ｒａが８０以上で、所望によりＲａ８２になり、高効率、かつ高演色であるとともに、色度偏差の少ない高圧放電ランプおよびこれを用い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】
【００４０】
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。
【００４１】
図１および図２は、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための一形態を示し、図１は高圧放電ランプの全体の一部切欠正面図、図２は発光管の拡大断面図である。
【００４２】
本形態において、金属蒸気放電ランプＨＰＬは、図１に示すように定格ランプ電力１５０Ｗ用として好適な構造であり、発光管ＩＴ、外管ＯＴ、ＵＶエンハンサＵＶＥ、支持構体ＳＦおよび口金Ｂを具備して構成されている。
【００４３】
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、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。
【００４４】
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。
【００４５】
包囲部１ａは、内容積約１ｃｃ、管壁負荷２５〜３５Ｗ／ｃｍ２である。
【００４６】
一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、それぞれ外径約３ｍｍ、内径約１．０ｍｍである。
【００４７】
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内に挿通されていて、外径０．５ｍｍ、長さ約６ｍｍのタングステン棒からなる。電極主部２ｂは、電極軸部１ａの内端部の外周に直径約０．２ｍｍのタングステン線を密ピッチで約３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に形成される電極間距離は、約１１ｍｍである。
【００４８】
なお、本発明において、電極間距離の包囲部１ａの内径に対する比であるアスペクト比は、０．８〜１．５の範囲が好適である。アスペクト比が０．８未満であると、最冷部温度が高すぎて短寿命になり、一般照明用の高圧放電ランプとしては不適当である。また、アスペクト比が１．５超になると、最冷部温度が低すぎて所望の最冷部温度を得るのが困難になり、平均演色評価数Ｒａが低下するので不適当である。
【００４９】
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、外径約０．８ｍｍ、長さ２０ｍｍである。そして、先端が小径筒部の内部に挿入され、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５ターン巻装した外径約０．９ｍｍ、長さ６．０ｍｍであり、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。
【００５０】
一対のシール部４、４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。
【００５１】
放電媒体は、始動ガスとしてアルゴン（Ａｒ）、下記の金属ハロゲン化物、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気密容器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。
【００５２】
金属ハロゲン化物は、少なくともツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）ならびにインジウム（Ｉｎ）または／およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物とセリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを含んで構成されている。
【００５３】
なお、所望によりイ、ンジウム（Ｉｎ）または／およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物は封入されていなくてもよい。また、所望により、カルシウム（Ｃａ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびルビジウム（Ｒｂ）のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物を所定範囲封入することができる。
【００５４】
外管ＯＴ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。
【００５５】
支持構体ＳＦは、金属棒状体を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、上部が外管ＯＴの頭部内面に係止され得るようになっているとともに、発光管ＩＴの図１において上部の電流導入導体３に溶接されている。これによって、発光管ＩＴに電気的に接続し、かつ機械的に発光管ＩＴの上部を支持している。発光管ＩＴの下部から突出した電流導入導体３は、接続導体１２を介して導入線１１ａに溶接により電気的に接続され、かつ機械的に適度に支持されている。
【００５６】
そうして、発光管ＩＴは、導入線１１ａおよび１１ｂの間に接続されている。
【００５７】
ＵＶエンハンサUVEは、気密容器、導入線、内部電極、放電媒体および外部電極を具備して構成されている。気密容器は、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。導入線は、先端が後述する内部電極に溶接し、ピンチシール部から外部へ導出され、基端部の部分で図１に示すように、導入線１１ａに溶接されている。
【００５８】
上記内部電極は、モリブデン製の板状をなしていて、気密容器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、気密容器の内部に封入されている。外部電極は、外径０．４ｍｍのモリブデンリボンからなり、気密容器の外周に密着して包囲しているとともに、その基端部が支持構体ＳＦに溶接されている。そうして、ＵＶエンハンサUVEは、その導入線の基端部および外部電極の基端部により、外管ＯＴ内の所定の位置に配置されている。
【００５９】
以上説明した構造により、ＵＶエンハンサUVEは、外管ＯＴ内において発光管ＩＴと並列に接続されているとともに、発光管ＩＴの図１において下方の電極２に接近した位置に保持されている。
【００６０】
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。
【００６１】
なお、図１において、符号Ｇはゲッタであり、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。
【００６２】
次に、実施例１〜３について比較例１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】
【００６３】
図１に示すランプ電力１５０Wの金属蒸気放電ランプである。
【００６４】
放電媒体：TmI3-NaI-TlI-CeI（44:27:11:18、約6mg）、Hg約15mg、Ar20kPa
括弧内の数字は質量％を示す。
【実施例２】
【００６５】
放電媒体：TmI3-NaI-TlI-InI-CeI（41:28:9:3:19、約6mg）、Hg約15mg、Ar20kPa
その他は、実施例１と同じである。
【実施例３】
【００６６】
放電媒体：TmI3-NaI-TlI-InI-CeI-LiI3（43:26:9:4:18-2、約6mg）、Hg約15mg、Ar20kPa
その他は、実施例１と同じである。
［比較例］
放電媒体：TmI3-NaI-TlI-InI（61:26:10:3、約6mg）、Hg約15mg、Ar20kPa
その他は実施例１と同じである。
図７は、本発明の実施例１−３の発光特性を比較例のそれと比較して示す表である。これらの発光特性は、各実施例および比較例の高圧放電ランプをそれぞれ５本について、点灯周波数１２０Ｈｚの矩形波電圧を出力する電子化点灯装置を用いて管壁負荷２０〜２９Ｗ／ｃｍ２で点灯させた場合の点灯１００時間におけるデータである。
【００６７】
図から理解できるように、実施例１−３は、そのいずれも発光効率が１２５ｌｍ／W以上で、平均演色評価数Ｒａが８２以上、色度偏差d.uv.０．０１台以下である。
【００６８】
これに対して、比較例は、平均演色評価数Ｒａこそ８４であるものの、発光効率が１０７ｌｍ／Ｗに止まっている。
【００６９】
図８は、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線図的略図である。本形態において、照明器具は、照明器具本体２０、高圧放電ランプＨＰＬ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。
【００７０】
照明器具本体２０は、照明器具から高圧放電ランプＨＤＬ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、照明器具が屋内照明用のスポットライトであり、照明器具本体２０は、シャーシ２１、ソケット２２、反射板２３を主な構成要素として構成されている。
【００７１】
高圧放電ランプＨＤＬは、図１および図２に示す本発明の高圧放電ランプである。
【００７２】
点灯装置は、照明器具本体２０とは別置きで、例えば天井裏に配設される。そして、高圧放電ランプＨＤＬ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】
【００７３】
【図１】本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための一形態における高圧放電ランプの全体の一部切欠正面図
【図２】同じく発光管の拡大断面図
【図３】本発明における封入比率Ａ／Ｍと発光効率および平均演色評価数の関係を示すグラフ
【図４】同じく封入比率Ａ／Ｍと色度偏差の関係を示すグラフ
【図５】同じく封入比率（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍと発光効率の関係を示すグラフ
【図６】同じく封入比率ＭＴｍ／Ａと発光効率および平均演色評価数の関係を示すグラフ
【図７】本発明の実施例１−３の発光特性を比較例のそれと比較して示す表
【図８】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線図的略図
【符号の説明】
【００７４】
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、Ｇ…ゲッタ、ＩＴ…発光管、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持構体、UVE…ＵＶエンハンサ
【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高圧放電ランプおよびこれを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
透光性セラミックス気密容器の内部にＮａ、Ｔｌ、ＩｎおよびＴｍのハロゲン化物を所定比率で封入した高圧放電ランプは既知である（特許文献１参照。）。この発明によれば、発光効率９０ｌｍ／Ｗ以上、相関色温度２０００〜４５００Ｋ、平均演色評価数Ｒａ７５〜９０を得ることができる。例えば、その実施例３において、封入ハロゲン化物がＮａＩ：ＴｌＩ：ＩｎＩ：ＴｍＩ３：ＣｅＩ＝２９：９．５：４．５：４０：１７（ｗｔ％）で、１１８．０ｌｍ／Ｗ、４３３２Ｋ、色度偏差d.u.v.０．００７８、Ｒａ８２．４の発光特性が得られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８８６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、特許文献１に記載された発明に関連する高圧放電ランプの技術開発を遂行する中で、封入ハロゲン化物の封入量比率をさらに改善することで、驚くべきことに最高で発光効率１２０ｌｍ／Ｗ以上で、かつ平均演色評価数Ｒａ８０以上を達成できることを見出した。また、Ｉｎハロゲン化物の封入は必須ではないことも分かった。本発明は、上記発見に基づいてなされたものである。
【０００５】
本発明は、ツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）およびセリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物を含む放電媒体を封入して、発光効率が少なくとも約１１０ｌｍ／Ｗ以上で、所望により１２０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができ、しかも平均演色評価数Ｒａが８０以上になり、高効率、かつ高演色であるとともに、色度偏差の少ない高圧放電ランプおよびこれを用い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】
【０００６】
本発明の高圧放電ランプは、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の内部に封装された一対の電極、ならびに始動ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、透光性セラミックス気密容器内に封入された放電媒体を備え、放電媒体はその金属ハロゲン化物が少なくともツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）およびタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１種のハロゲン化物と、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを含み、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭとし、ツリウムハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭＴｍとし、セリウムのハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＡとし、インジウムまたは／およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭＣとしたとき、封入比率Ａ／Ｍ、（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ、ＭＴｍ／Ａ、ＭＣ／ＭおよびＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）が下式を同時に満足する発光管と；発光管を内部に収納する外管と；を具備していることを特徴としている。
【０００７】
（数式１） ０．１＜Ａ／Ｍ＜０．２
（数式２） ０．３＜（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ＜０．９
（数式３） ０．５＜ＭＴｍ／Ａ＜５．０
（数式４） ＭＣ／Ｍ＜０．０３
（数式５） ＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）＜０．０９
本発明においては、以下の態様を許容する。
【０００８】
〔発光管について〕 発光管は、透光性セラミックス気密容器一対の電極および放電媒体を含んで構成されている。
【０００９】
（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。
【００１０】
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を備えている。また、包囲部の端部に連通して配設された単一または一対の小径筒部を備えることができる。小径筒部を形成する場合、包囲部と小径筒部とは、一体的な成形により一体化していると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。
【００１１】
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。
【００１２】
次に、小径筒部を形成する場合は、小径筒部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、その内部に最冷部を形成することができる。また、小径筒部に透光性セラミックス放電容器を封止するのに寄与させることができる。なお、小径筒部の断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００１３】
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。
【００１４】
（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て、電極の先端間に適当な電極間距離を形成する。
【００１５】
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。
【００１６】
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は、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。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電流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。
【００１７】
さらにまた、電流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。
【００１８】
（放電媒体について） 放電媒体は、本発明の特徴的構成部分である。そして、少なくとも金属ハロゲン化物および始動ガスを含んでいる。所望によりランプ電圧形成媒体として水銀または例えば蒸気圧が比較的高い亜鉛（Ｚｎ）などの金属ハロゲン化物を用いることができる。
【００１９】
金属ハロゲン化物は、主として発光に寄与する金属のハロゲン化物であり、少なくともツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）およびタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１種のハロゲン化物と、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを含み、数式１−数式５を満足するように構成されている。なお、封入比率に用いられている記号は次のとおりである。
【００２０】
Ｍ：封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）
Ａ：セリウムのハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）
ＭＴｍ：ツリウムハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）
ＭＣ：インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）
（数式１） ０．１＜Ａ／Ｍ＜０．２
（数式２） ０．４＜（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ＜０．９
（数式３） １．０＜ＭＴｍ／Ａ＜７．０
（数式４） ＭＣ／Ｍ＜０．０３
（数式５） ＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）＜０．０９
数式１について説明する。セリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の封入量は、図３に示すように、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率Ａ／Ｍが大きいほど発光効率が高くなる。しかし、平均演色評価数Ｒａは、セリウム（Ｃｅ）の封入比率Ａ／Ｍが小さすぎても大きすぎても低下する傾向があり、また適当な比率であればＲａが向上する。また、色度偏差d.u.v.は、図４に示すように、セリウム（Ｃｅ）の封入比率Ａ／Ｍが大きくなるにしたがって増大する傾向がある。なお、セリウム（Ｃｅ）の封入比率Ａ／Ｍが０．２近傍から急激に大きくなるので、封入比率Ａ／Ｍは０．２未満でなければならない。
【００２１】
そうして、セリウム（Ｃｅ）の封入比率Ａ／Ｍが数式１を満足する範囲内であれば、発光効率１１０ｌｍ／Ｗ以上、平均演色評価数Ｒａ８０以上、色度偏差d.u.v.０．０１５以下を得ることができる。なお、０．１５＜Ａ／Ｍ＜０．１７の範囲内であれば、発光効率１２０ｌｍ／Ｗ以上、平均演色評価数Ｒａ８２以上および色度偏差d.u.v.０．０１以下を得ることができるので、好適である。
【００２２】
数式２について説明する。ツリウム（Ｔｍ）およびセリウム（Ｃｅ）の合計の封入量の封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍは、発光効率に影響する。すなわち、図５に示すように、封入比率（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍは、小さすぎても大きすぎても発光効率は低下する傾向があり、また適当な封入比率であれば高い発光効率が得られる。
【００２３】
そうして、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物およびセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物合計の全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍが数式２を満足する範囲内であれば、発光効率１１０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができる。なお、０．４６＜Ａ／Ｍ＜０．７５の範囲内であれば、発光効率約１２０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができるので、好適である。
【００２４】
数式３について説明する。ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物に対する封入比率ＭＴｍ／Ａは、発光効率および平均演色評価数Ｒａに影響する。すなわち、図６に示すように、封入比率ＭＴｍ／Ａは、大きくなるにしたがって発光効率が低下していく傾向を示す。また、平均演色評価数Ｒａは、すぎても低下する傾向があり、また封入比率ＭＴｍ／Ａが小さすぎても大きすぎても低下する傾向があり、また適当な比率であればＲａが大きくなる。適当な比率であれば高い発光効率が得られる。
【００２５】
そうして、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物に対する封入比率ＭＴｍ／Ａが数式３を満足する範囲内であれば、発光効率約１１０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができる。なお、２．４＜Ａ／Ｍ＜４．０の範囲内であれば、発光効率約１２０ｌｍ／Ｗ以上および平均演色評価数Ｒａ８２以上を得ることができるので、好適である。
【００２６】
数式４について説明する。インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物の、全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率ＭＣ／Ｍは、高圧放電ランプの色温度および色度に影響する。すなわち、インジウムおよびマンガンのハロゲン化物は、高圧放電ランプの色温度または色度を調整するために所望により封入することができるハロゲン化物である。したがって、これらのハロゲン化物は、封入しなくてもよい。封入する場合には、マンガンよりもインジウムの方が色温度の調整や発光効率の観点から見て好ましい。また、これらのハロゲン化物の封入量は、全ての金属ハロゲン化物の封入質量Ｍ（ｍｇ）に対して、本発明においては３質量％未満でなければならない。３質量％を超えて封入しても上記の効果が顕著になることはないばかりか、相対的にセリウムの封入量を低減する必要があるために、発光効率が低下する傾向がある。
【００２７】
数式５について説明する。インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物の、セリウムハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）に対する封入比率ＭＣ／Ａは、発光効率に影響する。すなわち、封入比率ＭＣ／Ａが０．９を超えると、発光効率が低下する傾向があるので不可である。また、インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物は、数式４におけると同様の理由で封入しなくてもよい。
【００２８】
さらに、本発明における上記以外の金属ハロゲン化物の封入態様について説明する。すなわち、本発明においては、金属ハロゲン化物中にカルシウム（Ｃａ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびルビジウム（Ｒｂ）のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物を、上記グループから選択された金属のハロゲン化物の封入量をＢ（ｍｇ）とし、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量をＭ（ｍｇ）としたとき、封入比率Ｂ／Ｍが数式：０．０５＜Ｂ／Ｍ＜０．４を満足するように封入することが許容される。
【００２９】
本態様において封入される上記金属ハロゲン化物の金属は、いずれも赤色系に発光するので、上記数式を満足する範囲内で封入することにより、高圧放電ランプの色温度を低く調整するのに効果的である。
【００３０】
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。
【００３１】
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、具体的なガスの種類は限定されない。一般照明用の高圧放電ランプの場合、好適にはネオン（Ｎｅ）およびアルゴン（Ａｒ）の混合ガスである。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。
【００３２】
ランプ電圧形成物質は、主として緩衝体として点灯中に一対の電極間に現れる電圧を形成するのに主体的に寄与する放電媒体であり、水銀および／または金属ハロゲン化物を用いることができる。ランプ電圧形成物質としての金属ハロゲン化物には、蒸気圧の比較的高い金属のハロゲン化物などを用いることができる。
【００３３】
〔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。
【００３４】
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。
【００３５】
〔その他の構成について〕 本発明におけるその他の構成として、以下の構成を付加することが許容される。
【００３６】
１．発光管の管壁負荷
本発明においては、発光管の管壁負荷を２０〜３５Ｗ／ｃｍ２の範囲に設定するのが好適である。なお、管壁負荷は、ランプ電力を電極間に対応する管壁部分の面積で除した値である。
【００３７】
２．水銀の封入量
本発明においては、透光性セラミックス気密容器の包囲部の単位容積当たりの水銀封入量を３〜３０ｍｇ／ｃｃに設定するのが公的である。
【００３８】
３．外管内の雰囲気
外管内の雰囲気を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好適である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）、インジウム（Ｉｎ）または／およびマンガン（Ｍｎ）ならびにツリウム（Ｔｍ）と、セリウム（Ｃｅ）とを含む放電媒体を封入して、発光効率が少なくとも約１１０ｌｍ／Ｗ以上で、所望により１２０ｌｍ／Ｗ以上を得ることができ、しかも平均演色評価数Ｒａが８０以上で、所望によりＲａ８２になり、高効率、かつ高演色であるとともに、色度偏差の少ない高圧放電ランプおよびこれを用い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】
【００４０】
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。
【００４１】
図１および図２は、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための一形態を示し、図１は高圧放電ランプの全体の一部切欠正面図、図２は発光管の拡大断面図である。
【００４２】
本形態において、金属蒸気放電ランプＨＰＬは、図１に示すように定格ランプ電力１５０Ｗ用として好適な構造であり、発光管ＩＴ、外管ＯＴ、ＵＶエンハンサＵＶＥ、支持構体ＳＦおよび口金Ｂを具備して構成されている。
【００４３】
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、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。
【００４４】
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。
【００４５】
包囲部１ａは、内容積約１ｃｃ、管壁負荷２５〜３５Ｗ／ｃｍ２である。
【００４６】
一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、それぞれ外径約３ｍｍ、内径約１．０ｍｍである。
【００４７】
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内に挿通されていて、外径０．５ｍｍ、長さ約６ｍｍのタングステン棒からなる。電極主部２ｂは、電極軸部１ａの内端部の外周に直径約０．２ｍｍのタングステン線を密ピッチで約３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に形成される電極間距離は、約１１ｍｍである。
【００４８】
なお、本発明において、電極間距離の包囲部１ａの内径に対する比であるアスペクト比は、０．８〜１．５の範囲が好適である。アスペクト比が０．８未満であると、最冷部温度が高すぎて短寿命になり、一般照明用の高圧放電ランプとしては不適当である。また、アスペクト比が１．５超になると、最冷部温度が低すぎて所望の最冷部温度を得るのが困難になり、平均演色評価数Ｒａが低下するので不適当である。
【００４９】
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、外径約０．８ｍｍ、長さ２０ｍｍである。そして、先端が小径筒部の内部に挿入され、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５ターン巻装した外径約０．９ｍｍ、長さ６．０ｍｍであり、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。
【００５０】
一対のシール部４、４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。
【００５１】
放電媒体は、始動ガスとしてアルゴン（Ａｒ）、下記の金属ハロゲン化物、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気密容器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。
【００５２】
金属ハロゲン化物は、少なくともツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）ならびにインジウム（Ｉｎ）または／およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物とセリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを含んで構成されている。
【００５３】
なお、所望によりイ、ンジウム（Ｉｎ）または／およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物は封入されていなくてもよい。また、所望により、カルシウム（Ｃａ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびルビジウム（Ｒｂ）のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物を所定範囲封入することができる。
【００５４】
外管ＯＴ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。
【００５５】
支持構体ＳＦは、金属棒状体を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、上部が外管ＯＴの頭部内面に係止され得るようになっているとともに、発光管ＩＴの図１において上部の電流導入導体３に溶接されている。これによって、発光管ＩＴに電気的に接続し、かつ機械的に発光管ＩＴの上部を支持している。発光管ＩＴの下部から突出した電流導入導体３は、接続導体１２を介して導入線１１ａに溶接により電気的に接続され、かつ機械的に適度に支持されている。
【００５６】
そうして、発光管ＩＴは、導入線１１ａおよび１１ｂの間に接続されている。
【００５７】
ＵＶエンハンサUVEは、気密容器、導入線、内部電極、放電媒体および外部電極を具備して構成されている。気密容器は、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。導入線は、先端が後述する内部電極に溶接し、ピンチシール部から外部へ導出され、基端部の部分で図１に示すように、導入線１１ａに溶接されている。
【００５８】
上記内部電極は、モリブデン製の板状をなしていて、気密容器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、気密容器の内部に封入されている。外部電極は、外径０．４ｍｍのモリブデンリボンからなり、気密容器の外周に密着して包囲しているとともに、その基端部が支持構体ＳＦに溶接されている。そうして、ＵＶエンハンサUVEは、その導入線の基端部および外部電極の基端部により、外管ＯＴ内の所定の位置に配置されている。
【００５９】
以上説明した構造により、ＵＶエンハンサUVEは、外管ＯＴ内において発光管ＩＴと並列に接続されているとともに、発光管ＩＴの図１において下方の電極２に接近した位置に保持されている。
【００６０】
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。
【００６１】
なお、図１において、符号Ｇはゲッタであり、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。
【００６２】
次に、実施例１〜３について比較例１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】
【００６３】
図１に示すランプ電力１５０Wの金属蒸気放電ランプである。
【００６４】
放電媒体：TmI3-NaI-TlI-CeI（44:27:11:18、約6mg）、Hg約15mg、Ar20kPa
括弧内の数字は質量％を示す。
【実施例２】
【００６５】
放電媒体：TmI3-NaI-TlI-InI-CeI（41:28:9:3:19、約6mg）、Hg約15mg、Ar20kPa
その他は、実施例１と同じである。
【実施例３】
【００６６】
放電媒体：TmI3-NaI-TlI-InI-CeI-LiI3（43:26:9:4:18-2、約6mg）、Hg約15mg、Ar20kPa
その他は、実施例１と同じである。
［比較例］
放電媒体：TmI3-NaI-TlI-InI（61:26:10:3、約6mg）、Hg約15mg、Ar20kPa
その他は実施例１と同じである。
図７は、本発明の実施例１−３の発光特性を比較例のそれと比較して示す表である。これらの発光特性は、各実施例および比較例の高圧放電ランプをそれぞれ５本について、点灯周波数１２０Ｈｚの矩形波電圧を出力する電子化点灯装置を用いて管壁負荷２０〜２９Ｗ／ｃｍ２で点灯させた場合の点灯１００時間におけるデータである。
【００６７】
図から理解できるように、実施例１−３は、そのいずれも発光効率が１２５ｌｍ／W以上で、平均演色評価数Ｒａが８２以上、色度偏差d.uv.０．０１台以下である。
【００６８】
これに対して、比較例は、平均演色評価数Ｒａこそ８４であるものの、発光効率が１０７ｌｍ／Ｗに止まっている。
【００６９】
図８は、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線図的略図である。本形態において、照明器具は、照明器具本体２０、高圧放電ランプＨＰＬ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。
【００７０】
照明器具本体２０は、照明器具から高圧放電ランプＨＤＬ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、照明器具が屋内照明用のスポットライトであり、照明器具本体２０は、シャーシ２１、ソケット２２、反射板２３を主な構成要素として構成されている。
【００７１】
高圧放電ランプＨＤＬは、図１および図２に示す本発明の高圧放電ランプである。
【００７２】
点灯装置は、照明器具本体２０とは別置きで、例えば天井裏に配設される。そして、高圧放電ランプＨＤＬ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】
【００７３】
【図１】本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための一形態における高圧放電ランプの全体の一部切欠正面図
【図２】同じく発光管の拡大断面図
【図３】本発明における封入比率Ａ／Ｍと発光効率および平均演色評価数の関係を示すグラフ
【図４】同じく封入比率Ａ／Ｍと色度偏差の関係を示すグラフ
【図５】同じく封入比率（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍと発光効率の関係を示すグラフ
【図６】同じく封入比率ＭＴｍ／Ａと発光効率および平均演色評価数の関係を示すグラフ
【図７】本発明の実施例１−３の発光特性を比較例のそれと比較して示す表
【図８】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線図的略図
【符号の説明】
【００７４】
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、Ｇ…ゲッタ、ＩＴ…発光管、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持構体、UVE…ＵＶエンハンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の内部に封装された一対の電極、ならびに始動ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、透光性セラミックス気密容器内に封入された放電媒体を備え、放電媒体はその金属ハロゲン化物が少なくともツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）およびタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１種のハロゲン化物と、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを含み、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭとし、ツリウムハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭＴｍとし、セリウムのハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＡとし、インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭＣとしたとき、封入比率Ａ／Ｍ、（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ、ＭＴｍ／Ａ、ＭＣ／ＭおよびＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）が下式を同時に満足する発光管と；
発光管を内部に収納する外管と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
（数式１） ０．１＜Ａ／Ｍ＜０．２
（数式２） ０．４＜（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ＜０．９
（数式３） １．５＜ＭＴｍ／Ａ＜５．０
（数式４） ＭＣ／Ｍ＜０．０３
（数式５） ＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）＜０．０９
【請求項２】
金属ハロゲン化物中にカルシウム（Ｃａ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびルビジウム（Ｒｂ）のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物を含み、上記グループから選択された金属のハロゲン化物の封入量をＢ（ｍｇ）とし、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量をＭ（ｍｇ）としたとき、封入比率Ｂ／Ｍが数式：０．０５＜Ｂ／Ｍ＜０．４を満足することを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
照明器具本体と；
照明器具本体に装着された請求項１または２記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを点灯する点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明器具。
【請求項１】
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の内部に封装された一対の電極、ならびに始動ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、透光性セラミックス気密容器内に封入された放電媒体を備え、放電媒体はその金属ハロゲン化物が少なくともツリウム（Ｔｍ）、ナトリウム（Ｎａ）およびタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１種のハロゲン化物と、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを含み、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭとし、ツリウムハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭＴｍとし、セリウムのハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＡとし、インジウムおよびマンガンのうち少なくとも１種のハロゲン化物の封入質量（ｍｇ）をＭＣとしたとき、封入比率Ａ／Ｍ、（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ、ＭＴｍ／Ａ、ＭＣ／ＭおよびＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）が下式を同時に満足する発光管と；
発光管を内部に収納する外管と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
（数式１） ０．１＜Ａ／Ｍ＜０．２
（数式２） ０．４＜（ＭＴｍ＋Ａ）／Ｍ＜０．９
（数式３） １．５＜ＭＴｍ／Ａ＜５．０
（数式４） ＭＣ／Ｍ＜０．０３
（数式５） ＭＣ／（ＭＴｍ＋Ａ）＜０．０９
【請求項２】
金属ハロゲン化物中にカルシウム（Ｃａ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびルビジウム（Ｒｂ）のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物を含み、上記グループから選択された金属のハロゲン化物の封入量をＢ（ｍｇ）とし、封入される全ての金属ハロゲン化物の封入質量をＭ（ｍｇ）としたとき、封入比率Ｂ／Ｍが数式：０．０５＜Ｂ／Ｍ＜０．４を満足することを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
照明器具本体と；
照明器具本体に装着された請求項１または２記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを点灯する点灯装置と；
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８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２１８１９２（Ｐ２００８−２１８１９２Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３９０７（Ｐ２００７−５３９０７）
【出願日】平成１９年３月５日（２００７．３．５）
【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２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月５日（２００７．３．５）
【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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