高圧放電ランプおよび照明装置
【課題】
Ｄｙ、ＨｏおよびＴｍの希土類金属のハロゲン化物を用いないで、高発光効率と光束維持率に優れた高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置を提供する。
【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1と、一対の電極2と、水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成され、金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（NaX）、ハロゲン化タリウム（TlX）ハロゲン化セリウム（CeX3）およびハロゲン化カルシウム（CaX2）を含み、かつハロゲン化ジスプロシウム（DyX3）、ハロゲン化ホルミウム（HoX3）およびハロゲン化ツリウム（TmX3）を含まないとともに、金属ハロゲン化物の総封入量に対してセリウム（Ce）が1~3mol%で、ナトリウム（Na）とタリウム（Tl）の比Na／Tlのmol比が2~5、Ca／（Na＋Tl）のmol比が0.2~1.4である放電媒体とを具備し、相関色温度が３５００〜４５００Ｋである。
Ｄｙ、ＨｏおよびＴｍの希土類金属のハロゲン化物を用いないで、高発光効率と光束維持率に優れた高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置を提供する。
【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1と、一対の電極2と、水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成され、金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（NaX）、ハロゲン化タリウム（TlX）ハロゲン化セリウム（CeX3）およびハロゲン化カルシウム（CaX2）を含み、かつハロゲン化ジスプロシウム（DyX3）、ハロゲン化ホルミウム（HoX3）およびハロゲン化ツリウム（TmX3）を含まないとともに、金属ハロゲン化物の総封入量に対してセリウム（Ce）が1~3mol%で、ナトリウム（Na）とタリウム（Tl）の比Na／Tlのmol比が2~5、Ca／（Na＋Tl）のmol比が0.2~1.4である放電媒体とを具備し、相関色温度が３５００〜４５００Ｋである。
【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備えた照明装置に関する。
【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、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。
【０００４】
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１参照。）。この従来技術では、ＮａＩ／ＣｅＩ３のmol組成比を８〜９５にするとともに、ＣａＩ２／ＣｅＩ３のmol組成比を５〜６０にすることで高発光効率および高演色が得られるとしている。また、実施例ではＴｍハロゲン化物およびＴｌハロゲン化物も封入している。
これに対して、Ｄｙ、ＨｏおよびＴｍのハロゲン化物を用いないで、発光管の内径ｄと電極間距離Ｌとの比Ｌ／ｄを大きくして発光効率を高めるとともに発光管のクラック発生を抑制しようと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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３４７０４号公報
【特許文献２】特許第４０６２２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の例のようにＤｙ、Ｔｍ、Ｈｏなどの希土類金属を封入すると、透光性セラミックス気密容器を構成する材料との反応性が非常に高く、発光効率を高めるために発光管の動作温度を上昇させると、さらにその反応が加速されてしまい、光束維持率の異常な低下や早期に発光管のリークを引き起こす要因となるという問題がある。また、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍなどの希土類金属を封入しないと、所定のランプ光色を確保することが困難となり、封入金属元素種の選定とその量の最適化を図るのが難しい。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のようにＤｙ、ＨｏおよびＴｍの希土類金属を用いないで、発光管の内径ｄと電極の先端間距離Ｌとの関係Ｌ／ｄを大きくして発光効率を高めようとすると、鉛直方向から傾けた姿勢でランプを点灯させたときに発生するアークの曲がりによって、アークと管壁との距離が接近し、管壁の許容耐熱温度を超えて発光管リークに至る現象が発生する。なお、この現象は、ランプ電圧が１１０Ｖ以上のランプに対して特に影響が大きい。
【０００８】
また、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。
【０００９】
本発明は、Ｄｙ、ＨｏおよびＴｍの希土類金属のハロゲン化物を用いないで、高発光効率と光束維持率に優れた高圧放電ランプおよびこれを備えた照明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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の高圧放電ランプは、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と；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と；水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成されて透光性セラミックス気密容器の内部に封入され、金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）を含み、かつハロゲン化ジスプロシウム（ＤｙＸ３）、ハロゲン化ホルミウム（ＨｏＸ３）およびハロゲン化ツリウム（ＴｍＸ３）を含まないとともに、金属ハロゲン化物の総封入量に対して金属元素セリウム（Ｃｅ）が１〜３mol%で、金属元素のナトリウム（Ｎａ）とタリウム（Ｔｌ）の比Ｎａ／Ｔｌのmol比が２〜５、金属元素のＣａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比が０．２〜１．４である放電媒体と；を具備し、相関色温度が３５００〜４５００Ｋであることを特徴としている。
【００１１】
本発明において、金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）が主成分である。なお、主成分とは、金属ハロゲン化物の総封入量に対して９０mol%以上、好適には９５mol%以上を占めていることを意味する。
【００１２】
金属ハロゲン化物の総封入量に対してＣｅを１〜３mol%としたことにより、所期の高発光効率および高光束維持率を確保することができる。しかし、Ｃｅが１mol%未満であると、所期の発光効率が得られない。また、Ｃｅが３mol%を超えると、Ｃｅと透光性セラミックス気密容器、特にアルミナとの反応の影響が大きくなって光束維持率が悪化したり、チョークコイル形安定器で点灯する場合には、再点弧電圧の上昇によって立ち消えしやすくなったりして、寿命特性が悪化してしまう。なお、好適には１．３〜２．２mol%の範囲である。この範囲であれば、より高い発光効率および光束維持率が得られる。
【００１３】
また、比Ｎａ／Ｔｌのmol比を２〜５としたことにより、色度差を０．０１５以内に小さくすることができる。しかし、上記mol比が２未満になると、色度差が０．０１５を上回り、光色が強い緑色となってしまう。また、上記mol比が５を超えると、色度差が０に近付き、白色へ移行するが発光効率の低下を招く。
【００１４】
さらに、比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比を０．２〜１．４としたことにより、光色を一般的な相関色温度である３５００〜４５００Ｋを得ることができる。しかし、上記mol比が０．２未満になると、相関色温度が本発明の上限である４５００Ｋを超越してしまう。また、上記mol比が１．４を超えると、本発明の下限である３５００Ｋを下回る。
【００１５】
さらにまた、本発明の実施に際して以下の態様を所望により適宜採用することができる。
【００１６】
１．金属ハロゲン化物のハロゲンとして臭素（Ｂｒ）を用いる。この場合、Ｂｒを５〜６０mol%封入することによって、寿命を悪化させることなく光束維持率を格段に向上させることができる。しかし、Ｂｒが５mol%未満であると、上記効果が殆ど得られない。また、６０mol%を超えると、ハロゲンサイクルが過度に生じて電極の消耗が大きくなり、早期の寿命を招く虞がある。なお、好適には２０〜４５mol%である。
【００１７】
２．透光性セラミックス気密容器の最大内径をｄとし、電極間距離をＬとしたとき、比Ｌ／ｄが０．８〜１．８であり、管壁負荷が１６〜２３Ｗ／ｃｍ２である。比Ｌ／ｄが０．８未満であると、管壁の温度が過度に低下するため、所期の発光効率を得るのが困難になる。また、比Ｌ／ｄが１．８を超えると、電極間距離が大きくなり、前述のような使用態様において寿命早期に発光管リークを招く虞がある。
【００１８】
また、管壁負荷が１６Ｗ／ｃｍ２未満になると、ハロゲンサイクルの低下による黒化の影響により光束維持率の低下が著しくなる。管壁負荷が２３Ｗ／ｃｍ２を超えると、過度なＣｅの発光により再点弧電圧の著しい上昇を伴う。なお、好適な管壁負荷は１８〜２１Ｗ／ｃｍ２の範囲である。
【００１９】
３．Ｉｎハロゲン化物を追加封入する。これによりランプ寿命を短くすることなく平均演色評価数を向上させることができる。
【００２０】
４．発光管を収納した外管を具備し、外管内には周囲温度３００Ｋのとき５０ｋＰａ以上の不活性ガスを封入する。なお、上記封入圧の不活性ガスは、高圧放電ランプの点灯中に約１気圧以上の圧力を呈する。また、不活性ガスは、窒素ガスおよび希ガスのいずれであってもよい。
【００２１】
５、ランプ電圧が１１０Ｖ以上であるとともに始動手段を内蔵している。本発明によれば、水銀灯用安定器で点灯する高圧放電ランプを得るのに好適である。
【００２２】
次に、本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一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している。
【００２３】
本発明において、照明装置は、高圧放電ランプを光源とするあらゆる装置を含む概念であり、照明器具に限定されるものではない。また、照明装置本体は、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯装置を除外した残余の部分である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）を含み、金属元素セリウム（Ｃｅ）が１〜３mol%で、金属元素ナトリウム（Ｎａ）と金属元素タリウム（Ｔｌ）の比Ｎａ／Ｔｌのmol比が２〜５、いずれの金属元素のカルシウム（Ｃａ）とナトリウムおよびタリウムの和（Ｎａ＋Ｔｌ）との比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比が０．２〜１．４であることにより、ハロゲン化ジスプロシウム（ＤｙＸ３）、ハロゲン化ホルミウム（ＨｏＸ３）およびハロゲン化ツリウム（ＴｍＸ３）を用いることなしに相関色温度３５００〜４５００Ｋの光色を高い発光効率で、しかも優れた光束維持率で実現する高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置を提供できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の高圧放電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】比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比と相関色温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２７】
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高圧放電ランプの構造を説明する。本発明において、高圧放電ランプは、発光管ＩＴ、外管ＯＴおよび始動手段ＳＴを具備していて、一例として定格消費電力３６０Ｗである。
【００２８】
発光管ＩＴは、透光性セラミックス気密容器１、一対の電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール部４、４および放電媒体を備えている。
【００２９】
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。
【００３０】
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は、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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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すると、点灯中その内部に液相の放電媒体が滞留して放電空間１ｃ側の内面が最冷部となり、高圧放電ランプの最冷部を管理しやすくなる。なお、小径筒部１ｂの断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００３４】
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。
【００３５】
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、それらの先端が放電空間１ｃを挟んで離間して対向するように配設されている。なお、上記先端の間が電極間距離になる。
【００３６】
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。
【００３７】
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および電極マウントサブコイル２ｃからなる。
【００３８】
電極軸部２ａは、主として小径筒部１ｂ内を延在して、その基端が後述する電流導入導体３の先端に接続する。
【００３９】
電極主部２ｂは、電極軸部２ａの先端部に位置し、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電極コイル２ｂ１を巻装することができる。
【００４０】
電極マウントサブコイル２ｃは、主として小径筒部１ｂ内に位置する電極軸部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に巻装された電極マウントサブコイル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。
【００４１】
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。
【００４２】
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はニオブの棒状体が好適であり、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。
【００４３】
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金属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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。一般照明用の高圧放電ランプの場合、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。
【００４９】
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）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）、ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）を含み、下記数式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。なお、符号ＨＭは封入される全ての金属ハロゲン化物である。
【００５０】
１≦Ｃｅ／ＨＭ≦３（mol%） …数式１
２≦Ｎａ／Ｔｌ≦５（mol比） …数式２
０．２≦Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）≦１．４（mol比） …数式３
外管ＯＴは、少なくとも発光管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。
【００５１】
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の温度およびその分布を均一化するのに効果的である。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
支持構体ＳＦは、金属棒状体を異形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に溶接などによって電気的および機械的に接続されている。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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２０および限流抵抗器２１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。
【００５９】
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に印加することで高圧放電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高圧放電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。
【００６０】
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。
【００６１】
熱応動スイッチ２０は、高圧放電ランプの始動後の温度上昇に応動して変位し、始動手段ＳＴを開放してその動作を点灯中停止状態に維持させる。
【００６２】
限流抵抗器２１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。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、図１において、符号Ｇはパーフォーマンスゲッタであり、外管ＯＴ内を清浄化するもので、支持構体ＳＦ溶接されている。
【実施例１】
【００６５】
図１に示す構造である。
【００６６】
透光性セラミックス気密容器：包囲部内径19mm、包囲部長さ約25mm
（透光性高純度アルミナ）
電極間距離Ｌｅ：21mm
放電媒体 ：NaI-TlI-CeI3-CaI２（mol組成比45-12-7-36）=10mg、
水銀=80mg、Ar=13.3kPa
外管内雰囲気 ：53kPa(300K)
安定器 ：水銀灯用安定器
定格ランプ電力：360W
管壁負荷 ：18W/cm2
ランプ効率 ：121 lm/W（100hr後）
相関色温度 ：4000K（100hr後）
実施例１の光束維持率の変化を、比較例のそれと対比して表１に示す。なお、比較例は、末行に示し、放電媒体にハロゲン化ツリウムを追加して封入した以外は実施例１のランプ仕様と同じである。
【００６７】
【表１】
表１から理解できるように、本発明は、ＴｍＸ３を含んでいないことにより、点灯３０００時間までの光束維持率が比較例に比較して優れている。なお、ＴｍＸ３の封入量を減じた場合、ハロゲン化ジスプロシウムおよびハロゲン化ホルミウムをそれぞれ封入した場合も表１と同様な傾向を示した。
【００６８】
次に、実施例１の高圧放電ランプにおいて、以下のように放電媒体のセリウム封入比率を振った試作ランプを各５本試作し、水銀灯用安定器を用いて点灯して１００時間点灯後のランプ効率および４０００時間点灯後の光束維持率を測定した結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
表２から理解できるように、Ｃｅ量が多くなると、ランプ効率（発光効率）が高まる一方、光束維持率が低下することが分かる。しかし、Ｃｅが１．０〜３．０の範囲内であれば、ランプ効率１１５ｌｍ／Ｗ以上で、かつ光束維持率８０（％）以上が得られる。なお、この傾向は、実施例と異なる定格消費電力の高圧放電ランプにおいても同様であった。
【００７０】
次に、比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）と相関色温度の関係について図３を参照して説明する。なお、図３は、Ｃｅ封入比率の下限値１mol%および上限値３mol%をパラメータとして比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）を振った高圧放電ランプの相関色温度を測定して得たデータに基づいて作成したものである。
【００７１】
図３から理解できるように、比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）が大きくなるにしたがって相関色温度がほぼ直線的に高くなる。そして、Ｃｅが１．０〜３．０の範囲内であれば、比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）を０．２〜１．４の範囲内とすれば、３５００〜４５００Ｋの光色を得ることができる。
【実施例２】
【００７２】
実施例１と同じランプ仕様において、放電媒体の金属ハロゲン化物のハロゲンの一部を臭素に変更した。
【００７３】
実施例２において、ハロゲン元素総封入量に対して臭素（Ｂｒ）を３〜８０mol%となるように振って封入した試作ランプを各５本試作し、水銀灯用安定器を用いて点灯して光束維持率を測定した結果を表３に示す。なお、表中、Ｂｒが０mol%は臭素を封入していない比較例である。
【００７４】
【表３】
表３から理解できるように、ハロゲン元素総封入量に対して臭素（Ｂｒ）が５〜６０mol%であれば、点灯３０００時間までの光束維持率が相対的に優れている。なお、ランプ効率および相関色温度は臭素を封入しない場合と同様であった。
【符号の説明】
【００７５】
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、１１…ステム、１９…グロースタータ（点灯管）、２０…熱応動スイッチ、２１…限流抵抗器、Ｂ…口金、Ｇ…パーフォーマンスゲッタ、ＩＴ…発光管、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持構体、ＳＨ…シュラウド、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高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置に関する。
【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、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。
【０００４】
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１参照。）。この従来技術では、ＮａＩ／ＣｅＩ３のmol組成比を８〜９５にするとともに、ＣａＩ２／ＣｅＩ３のmol組成比を５〜６０にすることで高発光効率および高演色が得られるとしている。また、実施例ではＴｍハロゲン化物およびＴｌハロゲン化物も封入している。
これに対して、Ｄｙ、ＨｏおよびＴｍのハロゲン化物を用いないで、発光管の内径ｄと電極間距離Ｌとの比Ｌ／ｄを大きくして発光効率を高めるとともに発光管のクラック発生を抑制しようと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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３４７０４号公報
【特許文献２】特許第４０６２２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の例のようにＤｙ、Ｔｍ、Ｈｏなどの希土類金属を封入すると、透光性セラミックス気密容器を構成する材料との反応性が非常に高く、発光効率を高めるために発光管の動作温度を上昇させると、さらにその反応が加速されてしまい、光束維持率の異常な低下や早期に発光管のリークを引き起こす要因となるという問題がある。また、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍなどの希土類金属を封入しないと、所定のランプ光色を確保することが困難となり、封入金属元素種の選定とその量の最適化を図るのが難しい。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のようにＤｙ、ＨｏおよびＴｍの希土類金属を用いないで、発光管の内径ｄと電極の先端間距離Ｌとの関係Ｌ／ｄを大きくして発光効率を高めようとすると、鉛直方向から傾けた姿勢でランプを点灯させたときに発生するアークの曲がりによって、アークと管壁との距離が接近し、管壁の許容耐熱温度を超えて発光管リークに至る現象が発生する。なお、この現象は、ランプ電圧が１１０Ｖ以上のランプに対して特に影響が大きい。
【０００８】
また、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。
【０００９】
本発明は、Ｄｙ、ＨｏおよびＴｍの希土類金属のハロゲン化物を用いないで、高発光効率と光束維持率に優れた高圧放電ランプおよびこれを備えた照明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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の高圧放電ランプは、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と；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と；水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成されて透光性セラミックス気密容器の内部に封入され、金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）を含み、かつハロゲン化ジスプロシウム（ＤｙＸ３）、ハロゲン化ホルミウム（ＨｏＸ３）およびハロゲン化ツリウム（ＴｍＸ３）を含まないとともに、金属ハロゲン化物の総封入量に対して金属元素セリウム（Ｃｅ）が１〜３mol%で、金属元素のナトリウム（Ｎａ）とタリウム（Ｔｌ）の比Ｎａ／Ｔｌのmol比が２〜５、金属元素のＣａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比が０．２〜１．４である放電媒体と；を具備し、相関色温度が３５００〜４５００Ｋであることを特徴としている。
【００１１】
本発明において、金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）が主成分である。なお、主成分とは、金属ハロゲン化物の総封入量に対して９０mol%以上、好適には９５mol%以上を占めていることを意味する。
【００１２】
金属ハロゲン化物の総封入量に対してＣｅを１〜３mol%としたことにより、所期の高発光効率および高光束維持率を確保することができる。しかし、Ｃｅが１mol%未満であると、所期の発光効率が得られない。また、Ｃｅが３mol%を超えると、Ｃｅと透光性セラミックス気密容器、特にアルミナとの反応の影響が大きくなって光束維持率が悪化したり、チョークコイル形安定器で点灯する場合には、再点弧電圧の上昇によって立ち消えしやすくなったりして、寿命特性が悪化してしまう。なお、好適には１．３〜２．２mol%の範囲である。この範囲であれば、より高い発光効率および光束維持率が得られる。
【００１３】
また、比Ｎａ／Ｔｌのmol比を２〜５としたことにより、色度差を０．０１５以内に小さくすることができる。しかし、上記mol比が２未満になると、色度差が０．０１５を上回り、光色が強い緑色となってしまう。また、上記mol比が５を超えると、色度差が０に近付き、白色へ移行するが発光効率の低下を招く。
【００１４】
さらに、比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比を０．２〜１．４としたことにより、光色を一般的な相関色温度である３５００〜４５００Ｋを得ることができる。しかし、上記mol比が０．２未満になると、相関色温度が本発明の上限である４５００Ｋを超越してしまう。また、上記mol比が１．４を超えると、本発明の下限である３５００Ｋを下回る。
【００１５】
さらにまた、本発明の実施に際して以下の態様を所望により適宜採用することができる。
【００１６】
１．金属ハロゲン化物のハロゲンとして臭素（Ｂｒ）を用いる。この場合、Ｂｒを５〜６０mol%封入することによって、寿命を悪化させることなく光束維持率を格段に向上させることができる。しかし、Ｂｒが５mol%未満であると、上記効果が殆ど得られない。また、６０mol%を超えると、ハロゲンサイクルが過度に生じて電極の消耗が大きくなり、早期の寿命を招く虞がある。なお、好適には２０〜４５mol%である。
【００１７】
２．透光性セラミックス気密容器の最大内径をｄとし、電極間距離をＬとしたとき、比Ｌ／ｄが０．８〜１．８であり、管壁負荷が１６〜２３Ｗ／ｃｍ２である。比Ｌ／ｄが０．８未満であると、管壁の温度が過度に低下するため、所期の発光効率を得るのが困難になる。また、比Ｌ／ｄが１．８を超えると、電極間距離が大きくなり、前述のような使用態様において寿命早期に発光管リークを招く虞がある。
【００１８】
また、管壁負荷が１６Ｗ／ｃｍ２未満になると、ハロゲンサイクルの低下による黒化の影響により光束維持率の低下が著しくなる。管壁負荷が２３Ｗ／ｃｍ２を超えると、過度なＣｅの発光により再点弧電圧の著しい上昇を伴う。なお、好適な管壁負荷は１８〜２１Ｗ／ｃｍ２の範囲である。
【００１９】
３．Ｉｎハロゲン化物を追加封入する。これによりランプ寿命を短くすることなく平均演色評価数を向上させることができる。
【００２０】
４．発光管を収納した外管を具備し、外管内には周囲温度３００Ｋのとき５０ｋＰａ以上の不活性ガスを封入する。なお、上記封入圧の不活性ガスは、高圧放電ランプの点灯中に約１気圧以上の圧力を呈する。また、不活性ガスは、窒素ガスおよび希ガスのいずれであってもよい。
【００２１】
５、ランプ電圧が１１０Ｖ以上であるとともに始動手段を内蔵している。本発明によれば、水銀灯用安定器で点灯する高圧放電ランプを得るのに好適である。
【００２２】
次に、本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一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している。
【００２３】
本発明において、照明装置は、高圧放電ランプを光源とするあらゆる装置を含む概念であり、照明器具に限定されるものではない。また、照明装置本体は、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯装置を除外した残余の部分である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）を含み、金属元素セリウム（Ｃｅ）が１〜３mol%で、金属元素ナトリウム（Ｎａ）と金属元素タリウム（Ｔｌ）の比Ｎａ／Ｔｌのmol比が２〜５、いずれの金属元素のカルシウム（Ｃａ）とナトリウムおよびタリウムの和（Ｎａ＋Ｔｌ）との比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比が０．２〜１．４であることにより、ハロゲン化ジスプロシウム（ＤｙＸ３）、ハロゲン化ホルミウム（ＨｏＸ３）およびハロゲン化ツリウム（ＴｍＸ３）を用いることなしに相関色温度３５００〜４５００Ｋの光色を高い発光効率で、しかも優れた光束維持率で実現する高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置を提供できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の高圧放電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】比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比と相関色温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２７】
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高圧放電ランプの構造を説明する。本発明において、高圧放電ランプは、発光管ＩＴ、外管ＯＴおよび始動手段ＳＴを具備していて、一例として定格消費電力３６０Ｗである。
【００２８】
発光管ＩＴは、透光性セラミックス気密容器１、一対の電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール部４、４および放電媒体を備えている。
【００２９】
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。
【００３０】
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は、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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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すると、点灯中その内部に液相の放電媒体が滞留して放電空間１ｃ側の内面が最冷部となり、高圧放電ランプの最冷部を管理しやすくなる。なお、小径筒部１ｂの断面は、好ましくはほぼ円形である。
【００３４】
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。
【００３５】
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、それらの先端が放電空間１ｃを挟んで離間して対向するように配設されている。なお、上記先端の間が電極間距離になる。
【００３６】
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。
【００３７】
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および電極マウントサブコイル２ｃからなる。
【００３８】
電極軸部２ａは、主として小径筒部１ｂ内を延在して、その基端が後述する電流導入導体３の先端に接続する。
【００３９】
電極主部２ｂは、電極軸部２ａの先端部に位置し、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電極コイル２ｂ１を巻装することができる。
【００４０】
電極マウントサブコイル２ｃは、主として小径筒部１ｂ内に位置する電極軸部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に巻装された電極マウントサブコイル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。
【００４１】
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。
【００４２】
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はニオブの棒状体が好適であり、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。
【００４３】
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金属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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。一般照明用の高圧放電ランプの場合、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。
【００４９】
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）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）、ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）を含み、下記数式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。なお、符号ＨＭは封入される全ての金属ハロゲン化物である。
【００５０】
１≦Ｃｅ／ＨＭ≦３（mol%） …数式１
２≦Ｎａ／Ｔｌ≦５（mol比） …数式２
０．２≦Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）≦１．４（mol比） …数式３
外管ＯＴは、少なくとも発光管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。
【００５１】
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の温度およびその分布を均一化するのに効果的である。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
支持構体ＳＦは、金属棒状体を異形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に溶接などによって電気的および機械的に接続されている。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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２０および限流抵抗器２１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。
【００５９】
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に印加することで高圧放電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高圧放電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。
【００６０】
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。
【００６１】
熱応動スイッチ２０は、高圧放電ランプの始動後の温度上昇に応動して変位し、始動手段ＳＴを開放してその動作を点灯中停止状態に維持させる。
【００６２】
限流抵抗器２１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。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、図１において、符号Ｇはパーフォーマンスゲッタであり、外管ＯＴ内を清浄化するもので、支持構体ＳＦ溶接されている。
【実施例１】
【００６５】
図１に示す構造である。
【００６６】
透光性セラミックス気密容器：包囲部内径19mm、包囲部長さ約25mm
（透光性高純度アルミナ）
電極間距離Ｌｅ：21mm
放電媒体 ：NaI-TlI-CeI3-CaI２（mol組成比45-12-7-36）=10mg、
水銀=80mg、Ar=13.3kPa
外管内雰囲気 ：53kPa(300K)
安定器 ：水銀灯用安定器
定格ランプ電力：360W
管壁負荷 ：18W/cm2
ランプ効率 ：121 lm/W（100hr後）
相関色温度 ：4000K（100hr後）
実施例１の光束維持率の変化を、比較例のそれと対比して表１に示す。なお、比較例は、末行に示し、放電媒体にハロゲン化ツリウムを追加して封入した以外は実施例１のランプ仕様と同じである。
【００６７】
【表１】
表１から理解できるように、本発明は、ＴｍＸ３を含んでいないことにより、点灯３０００時間までの光束維持率が比較例に比較して優れている。なお、ＴｍＸ３の封入量を減じた場合、ハロゲン化ジスプロシウムおよびハロゲン化ホルミウムをそれぞれ封入した場合も表１と同様な傾向を示した。
【００６８】
次に、実施例１の高圧放電ランプにおいて、以下のように放電媒体のセリウム封入比率を振った試作ランプを各５本試作し、水銀灯用安定器を用いて点灯して１００時間点灯後のランプ効率および４０００時間点灯後の光束維持率を測定した結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
表２から理解できるように、Ｃｅ量が多くなると、ランプ効率（発光効率）が高まる一方、光束維持率が低下することが分かる。しかし、Ｃｅが１．０〜３．０の範囲内であれば、ランプ効率１１５ｌｍ／Ｗ以上で、かつ光束維持率８０（％）以上が得られる。なお、この傾向は、実施例と異なる定格消費電力の高圧放電ランプにおいても同様であった。
【００７０】
次に、比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）と相関色温度の関係について図３を参照して説明する。なお、図３は、Ｃｅ封入比率の下限値１mol%および上限値３mol%をパラメータとして比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）を振った高圧放電ランプの相関色温度を測定して得たデータに基づいて作成したものである。
【００７１】
図３から理解できるように、比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）が大きくなるにしたがって相関色温度がほぼ直線的に高くなる。そして、Ｃｅが１．０〜３．０の範囲内であれば、比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）を０．２〜１．４の範囲内とすれば、３５００〜４５００Ｋの光色を得ることができる。
【実施例２】
【００７２】
実施例１と同じランプ仕様において、放電媒体の金属ハロゲン化物のハロゲンの一部を臭素に変更した。
【００７３】
実施例２において、ハロゲン元素総封入量に対して臭素（Ｂｒ）を３〜８０mol%となるように振って封入した試作ランプを各５本試作し、水銀灯用安定器を用いて点灯して光束維持率を測定した結果を表３に示す。なお、表中、Ｂｒが０mol%は臭素を封入していない比較例である。
【００７４】
【表３】
表３から理解できるように、ハロゲン元素総封入量に対して臭素（Ｂｒ）が５〜６０mol%であれば、点灯３０００時間までの光束維持率が相対的に優れている。なお、ランプ効率および相関色温度は臭素を封入しない場合と同様であった。
【符号の説明】
【００７５】
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、１１…ステム、１９…グロースタータ（点灯管）、２０…熱応動スイッチ、２１…限流抵抗器、Ｂ…口金、Ｇ…パーフォーマンスゲッタ、ＩＴ…発光管、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持構体、ＳＨ…シュラウド、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と；
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と；
水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成されていて透光性セラミックス気密容器の内部に封入され、金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）を含み、かつハロゲン化ジスプロシウム（ＤｙＸ３）、ハロゲン化ホルミウム（ＨｏＸ３）およびハロゲン化ツリウム（ＴｍＸ３）を含まないとともに、金属ハロゲン化物の総封入量に対して金属元素セリウム（Ｃｅ）が１〜３mol%で、金属元素ナトリウム（Ｎａ）と金属元素タリウム（Ｔｌ）の比Ｎａ／Ｔｌのmol比が２〜５、金属元素のカルシウム（Ｃａ）とナトリウムおよびタリウムの和（Ｎａ＋Ｔｌ）との比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比が０．２〜１．４である放電媒体と；
を具備し、相関色温度が３５００〜４５００Ｋであることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
放電媒体は、ハロゲンの総封入量に対して臭素（Ｂｒ）を５〜６０mol%含む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】
透光性セラミックス気密容器の最大内径をｄとし、電極間距離をＬとしたとき、比Ｌ／ｄが０．８〜１．８であり、管壁負荷が１６〜２３Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一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装置。
【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と；
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と；
水銀、希ガスおよび金属ハロゲン化物により構成されていて透光性セラミックス気密容器の内部に封入され、金属ハロゲン化物は、ハロゲン化ナトリウム（ＮａＸ）、ハロゲン化タリウム（ＴｌＸ）ハロゲン化セリウム（ＣｅＸ３）およびハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２）を含み、かつハロゲン化ジスプロシウム（ＤｙＸ３）、ハロゲン化ホルミウム（ＨｏＸ３）およびハロゲン化ツリウム（ＴｍＸ３）を含まないとともに、金属ハロゲン化物の総封入量に対して金属元素セリウム（Ｃｅ）が１〜３mol%で、金属元素ナトリウム（Ｎａ）と金属元素タリウム（Ｔｌ）の比Ｎａ／Ｔｌのmol比が２〜５、金属元素のカルシウム（Ｃａ）とナトリウムおよびタリウムの和（Ｎａ＋Ｔｌ）との比Ｃａ／（Ｎａ＋Ｔｌ）のmol比が０．２〜１．４である放電媒体と；
を具備し、相関色温度が３５００〜４５００Ｋであることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
放電媒体は、ハロゲンの総封入量に対して臭素（Ｂｒ）を５〜６０mol%含む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】
透光性セラミックス気密容器の最大内径をｄとし、電極間距離をＬとしたとき、比Ｌ／ｄが０．８〜１．８であり、管壁負荷が１６〜２３Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一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装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２１６２４８（Ｐ２０１１−２１６２４８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１５４７（Ｐ２０１０−８１５４７）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【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１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【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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