JP2001501026A - 水銀を含まないハロゲン化金属ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、希ガスに加えて、少なくともＮａＪを含むイオン化可能な充填剤が存在する放電空間を包囲するセラミック壁を有する放電容器が設けられ、相互間距離ＥＡの先端部を有する２個の電極が前記放電空間内に配置され、前記放電容器が少なくとも前記電極間距離ＥＡの部分に対して内径Ｄｉを有するハロゲン化金属ランプに関するものである。本発明では、放電空間は水銀を含まず、イオン化可能て充填剤はさらにＺｎを含み、電極間距離ＥＡ及び内径Ｄｉは関係式１≦ＥＡ／Ｄｉ≦４に従う。

Description

【発明の詳細な説明】 水銀を含まないハロゲン化金属ランプ 本発明は、希ガスに加えて、少なくともＮａＪを含むイオン化可能な充填剤が 存在する放電空間を包囲するセラミック壁を有する放電容器が設けられ、相互間 距離ＥＡの先端部を有する２個の電極が前記放電空間内に配置され、前記放電容 器が少なくとも前記電極間距離ＥＡの部分に対して内径Ｄｉを有するハロゲン化 金属ランプに関するものである。 冒頭部で述べた形式のランプは欧州特許出願公開０２１５５２４号から既知で ある。 高い発光効率と優れたカラー性能（特に、標準の色指数Ｒａ≧７０及び２６０ ０Ｋと４０００Ｋとの間の色温度）が互いに作用し合う既知のランプは、室内照 明用の光源として極めて好適である。このランプの構造は、ランプの充填剤成分 としてハロゲン化ナトリウムを用いＮａ−Ｄ線のＮａ放出の拡大及び反転が生ず る場合に良好な演色性が可能になるという認識に基づいている。これには、例え ば１１７０Ｋ（９００℃）の放電容器の最冷スポット温度（coldest spot tempe rature）Ｔ_KPを必要とする。Ｎａ−Ｄ線の反転及び拡大は、Ｎａ−Ｄ線がスペク トラムの放出バンドの形状としてΔλの相対距離に２個の最大値を有する形状を とることを意味する。Ｔ_KPが低い値をとる必要がある要件は、放電容器壁用に水 晶又は水晶ガラスを用いることを排除するものであり、放電容器壁用にセラミッ ク材料を用いる必要がある。 発明の詳細な説明及び請求の範囲の用語「セラミック壁」は、例えばサファイ アや高密度に焼結された多結晶Ａｌ₂Ｏ₃のような金属酸化物並びに例えばＡｌＮ のような金属窒化物を含むものと理解される。 既知のランプは良好な演色性に比較的広い範囲の色温度を組み合せている。放 電容器の充填剤は少なくともＨｇ、ハロゲン化Ｎａ及びハロゲン化Ｔ１を含んで いる。さらに、放電容器は、好ましくはＳｃ，Ｌａ並びにＤｙ，Ｔｍ、Ｈｏ、Ｅ ｒのランタニドにより形成されるグループの少なくとも１個の元素を含んでいる 。 この既知のランプは、放電ランプ用に一般的に受け入れている７０Ｖと１１０ Ｖとの間の安定な動作のランプ電圧を有している。この既知のランプにおいて、 この電圧は、安定な動作中主として充填剤の一部を形成する水銀により維持され ている。一方、水銀は、ランプ寿命の終期において排棄される場合、環境に対す る重い負担になってしまう。 本発明の目的は、既知のランプに対して電気的に改善された水銀を含まない充 填剤を有するハロゲン化金属ランプを得る方策を実現することにある。 本発明によれば、冒頭部で述べた形式のランプにおいて、放電空間には水銀が 含まれず、前記イオン化可能な充填剤が、さらにＺｎを含み、前記電極の相互間 距離ＥＡ及び内径Ｄｉが、関係式１≦ＥＡ／Ｄｉ≦４に従うことを特徴とする。 驚くべきことに、本発明を利用することにより、発光効率及びカラー性能（標 準色指数Ｒ_a≧７０及び２６００Ｋと４０００Ｋとの間の色温度）に関して既知 のランプに匹敵する性能を得ることができると共に水銀を含まないことによる利 点を達成することができる。ＥＡ／Ｄｉの値が４以上にすることにより、安定な 動作中ランプ電圧を極めて高い値にすることになり、電気的に改善されたランプ が得られる。他方において、ＥＡ／Ｄｉ＜１の値は用いない。この理由は、この ような値の場合最冷スポット温度Ｔ_kpが容易に小さ過ぎる値となり、ランプから 放出される光の色性能が受け入れられなくなってしまうからである。好ましくは 、Ｚｎは、既知のランプの放電容器構造において実際の放電空間の内部に十分な 量がもたらされるように、少なくとも１００μｍｏｌ／ｃｍ³の量で金属の形態 で含ませる。 本発明によるランプの別の実施例において、Ｚｎは、化合物ＺｎＪ₂として少 なくとも２０μｍｏｌ／ｃｍ³の量で少なくとも部分的に含まれる。ＺｎＪ₂を用 いることは、色性能を変更することなくランプの発光効率を改善する利点がある 。この量は、電極間の放電アークの曲率が大きくなり過ぎることが防止されるよ うに上述した値に制限する必要がある。これに加えて、ＺｎＪ₂は、既知のラン プの充填剤よりも化学的に不活性であると認められる利点がある。Ｚｎが化合物 ＺｎＪ₂の形態だけのものとして含まれている場合、この量は少なくとも４μｍ ｏｌ／ｃｍ³にする必要がある。化合物ＺｎＪ₂はランプの動作中十分に蒸発 するので、上記量は、ランプが所謂レトロフィットするのに適当なランプ電圧に 達するのに十分なものとすることができる。 好ましくは、希ガスは少なくとも４００ｍｂａｒの充填圧のＸｅとする。Ｘｅ は相対的に重いため、Ｘｅはバッファガスとして優れた性能を有し、従ってラン プの発光効率に好ましく作用する。一方、希ガスとしてのＡｒも好適である。 本発明のランプにおいて、好ましくは、ＲｅをＩｎ、Ｓｃ、Ｙ及びランタニド のグループにより形成される元素の少なくとも１種類の元素とした場合に、前記 イオン化可能な充填剤が、以下のμｍｏｌ／ｃｍ³の範囲を満足する組成成分を 含み、 金属Ｚｎ ０〜２０００ ＺｎＪ₂ ０〜２０ ＮａＪ ２０〜２００ ＴｌＪ ０〜３０ Ｒｅ全体として ０〜４０ 前記Ｚｎが、化合物ＺｎＪ₂としてだけ含まれ、このＺｎＪ₂の量を少なくとも４ μｍｏｌ／ｃｍ³とする。この場合、ランプは既知のランプに対して電気的にレ トロフィットすると共に匹敵するカラー性能を有する。 有益な実施例として、本発明のランプは、電極相互間距離ＥＡにわたって測定 した少なくとも３Ｗ／ｃｍで最大１３０Ｗ／ｃｍの電力密度を有する。この要件 を満たすことにより、本発明のランプは既知のランプと両立し得る構造長を有す ることになる。これにより、本発明のランプを既存の固定部材に用いることがで きる利点がある。 本発明のランプの上述した概念及び別の概念は図面を参照して詳細に説明する 。 図面として、 図１は本発明によるランプを線図的に示し、 図２は図１のランプの放電容器を詳細に示す。 図１は、イオン化可能な充填剤を含む放電空間１１を包囲するセラミック壁を 有する放電容器３が形成されているハロゲン化金属ランプを示す。先端部がＥＡ の相対距離にある２個の電極が放電空間内に配置され、放電容器は少なくとも距 離ＥＡを超える内径Ｄｉを有する。この放電容器は一方の側において突出するプ ラグ３４，３５により封止され、これらのプラグは電流供給導体（図２の４０， ４１，５０，５１）を電極４，５に至るまで包囲し、これらの電極は放電容器内 に狭い間隔で位置決めされると共に放電空間から離れた端部において溶融セラミ ックジョイント部材（図２の１０）により電流供給導体に気密に連結する。放電 容器は外側の管１により包囲され、この管１には一端においてランプキャップを 設ける。ランプが動作すると、電極４，５間で放電が発生する。電極４は、電流 供給導体８を介してランプキャップ２の一部を構成する第１の電気接点に接続す る。電極５は、電流供給導体９を介してランプキャップ２の一部を構成する第２ の電気接点に接続する。図２に詳細に図示する（スケール通りに図示されていな い）放電容器はセラミック壁を有し内径Ｄｉの円筒部材で構成され、円筒部材は いずれの端部も端部壁部分３２ａ，３２ｂが装着され、各端部壁部分３２ａ，３ ２ｂは放電空間の端面を形成する。各端部壁部分は開口を有し、これらの開口に はセラミックの突出プラグ３４，３５を焼結ジョイントＳにより端部壁部分３２ ａ，３２ｂに気密に固定する。セラミックの突出プラグ３４，３５は関連する電 極４，５の電流供給導体４０，４１，５０，５１をそれぞれ包囲し、電極４，５ は先端部４ｂ，５ｂを有する。電流供給導体、放電空間から離れた側において溶 融セラミックジョイント部材１０により気密にセラミック突出プラグ３４，３５ に連結する。 電極先端部４ｂ，５ｂは相対距離ＥＡの間隔で配置する。電流供給導体は、例 えばＭｏ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメットの形態の耐ハライド部材４１，５１及び溶融セラ ミックジョイント部材１０により各端部プラグ３４，３５に気密に固定されてい る部材４０，５０をそれぞれ有する。溶融セラミックジョイント部材１０は、Ｍ ｏサーメット４０，４１の上側で例えば約１ｍｍの距離にわたって延在する。部 材４１，５１はＭｏ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメットの代わりに別の方法で形成することも 可能である。この別の取り得る構成は、例えば欧州特許出願ＥＰ−０５８７２３ ８号から既知である。特に好適な構成は、同一材料のピンのまわりに設けた耐ハ ライド性のコイルであることが判明した。Ｍｏは極めて高いハライド耐久性の材 料として用いるのに極めて好適である。部材４０，５０は、その膨張係数が 端部プラグの膨張係数に良好に対応する金属で構成する。部材４０，５０は詳細 に図示しない方法により電流供給導体８，９に接続する。この電流供給構造すな わちリードスルー構造により、所望の放電位置でランプを動作させることが可能 である。 各電極４，５は電極ロッド４ａ，５ａを具え、これらの電極ロッドにはその先 端４ｂ，５ｂ付近にコイル部分を設ける。突出するセラミックプラグは、焼結ジ ョイント部材Ｓにより気密に端部壁部分３２ａ及び３２ｂに固定する。従って、 電極先端部は端部壁部分により形成される端面３３ａ，３３ｂ間に位置する。本 発明によるランプの別の実施例において、突出するセラミックプラグ３４，３５ には端部壁部分３２ａ，３２ｂの後側に凹部を形成する。この場合、電極先端部 は端部壁部により規定される端面３３ａ，３３ｂ内にほぼ位置する。 図面に示す本発明によるランプの実際の具体例として、定格ランプ電力は７５ Ｗとしアーク電圧は８６Ｖとする。このランプはフィリップス社製の電子式電源 形式「ＥＭＣ０７０Ｗ」により動作させた。電極間の相互間距離ＥＡは９ｍｍで あり、その相互間距離ＥＡの部分における内径Ｄｉは４．５ｍｍであり、ＥＡ／ Ｄｉの比について２の値が得られる。このランプは８４１ｍ／Ｗの発光効率を有 する。発生する光は８４の一般的な色指数及び色座標（ｘ，ｙ）（０．４３６， ０．３８７）に対応する２８８０Ｋの色温度を有する。このランプの放電容器は 、１２ｍｇのＺｎ、０．５ｍｇのＮａＪ、１．０ｍｇのＴｌＪ、２．０ｍｇのＤ ｙＪ₃及び室温での充填圧４００ｍｂａｒのＸｅから構成される充填剤を有する 。従って、充填量は１０５０μｍｏｌ／ｃｍ³、１９０μｍｏｌ／ｃｍ³、１７μ ｍｏｌ／ｃｍ³及び２１μｍｏｌ／ｃｍ³に対応する。 同一形態の別の実際の実施例において、放電容器の充填剤は、ＮａＪ、ＴｌＪ 及びＤｙＪ₃に加えて、８７４μｍｏｌ／ｃｍ³に対応する１０ｍｇのＺｎ及び２ ｂａｒのＸｅ充填圧だけを含んでいた。ランプ電力、発光効率、標準色指数及び 色温度Ｔ_cの初期値は、７４Ｗ、８８１１ｍ／Ｗ及び２９８０Ｋである。このラ ンプは９４Ｖのアーク電圧を有するので既知のランプよりも電気的に改良される ことになる。 別の実際の実施例において、放電ランプの充填剤は、金属Ｚｎに加えて、２． ５ｂａｒの動作圧力を生ずる共に１３μｍｏｌ／ｃｍ³に対応する０．９ｍｇの 充填量のＺｎＪ₂を含む。電極間距離を変更せず内径Ｄｉを５．１ｍｍまで僅か に増加させると、ＥＡ／Ｄｉ値は１．７まで減少する。このランプ電圧は８５Ｖ に低下する。色温度Ｔ_cは色点座標（ｘ，ｙ）（０．４２９，０．３９８）に対 応する３０９０Ｋに増加する。発光効率及び標準色指数の値はそれぞれ８６１１ ｍ／Ｗ及び７６まで僅かに低下するだけである。 別の実施例において、電極間距離を１０．８ｍｍとし内径Ｄｉを５．１ｍｍと し、ＥＡ／Ｄｉ＝２．１とする。放電容器の充填剤は、４００ｍｂａｒの充填圧 のＡｒと、重量比が５：１：２のＮａＪ：ＴｌＪ及びＤｙＪ₃の８ｍｇの混合体 と、７ｍｇのＺｎとから構成する。このランプは７５Ｗの電力を有する。このラ ンプは８５Ｖの初期ランプ電圧を有し、２７５０Ｋの色温度Ｔ_cで７９１ｍ／Ｗ の発光効率及び７９の標準色指数Ｒ_aで光を放出する。１００時間のランプ動作 後、ランプ電圧は９５Ｖまで上昇した。発光効率は７７１ｍ／Ｗに僅かに低下し 、色温度Ｔ_c及び標準色指数Ｒ_aはほとんど変化せず２７８０Ｋ及び７９を有して いた。充填剤がＺｎＪ₂の形態だけのＺｎを含む本発明によるランプの実際の実 施例を以下に説明する。セラミックの放電容器は、１２．８８ｍｍの電極間距離 の部分に対して３．５２ｍｍの内径Ｄｉを有している。放電容器の全体積は０． １４５ｃｍ³である。放電容器の充填剤は０．２１ｍｇのＺｎＪ₂、５ｍｇのＮａ Ｊ、１ｍｇのＴｌＪ、２ｍｇのＤｙＪ₃及び室温で４００ｍｂａｒのＸｅを含ん でいる。ＺｎＪ₂の量は４．５μｍｏｌ／ｃｍ³に対応する。このランプは、７１ Ｖのランプ電圧で７５Ｗの公称電力を有する。このランプの発光効率は、色温度 Ｔ_cが３０００Ｋで標準色指数Ｒ_aが８０の場合７５１ｍ／Ｗである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファン フローンホーフェン フランシス カス カタリーナ ベルナルダス マリヌ ス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．希ガスに加えて、少なくともＮａＪを含むイオン化可能な充填剤が存在する 放電空間を包囲するセラミック壁を有する放電容器が設けられ、相互間距離Ｅ Ａの先端部を有する２個の電極が前記放電空間内に配置され、前記放電容器が 少なくとも前記電極間距離ＥＡの部分に対して内径Ｄｉを有するハロゲン化金 属ランプにおいて、前記放電空間には水銀が含まれず、前記イオン化可能な充 填剤が、さらにＺｎを含み、前記電極の相互間距離ＥＡ及び内径Ｄｉが、関係 式１≦ＥＡ／Ｄｉ≦４に従うことを特徴とするハロゲン化金属ランプ。 ２．接続に記載のランプにおいて、前記Ｚｎが、金属の形態で少なくとも１００ μｍｏｌ／ｃｍ³の量で含まれていることを特徴とするハロゲン化金属ランプ 。 ３．請求項１又は２に記載のハロゲン化金属ランプにおいて、前記Ｚｎが、化合 物ＺｎＪ₂として少なくとも２０μｍｏｌ／ｃｍ³の量で少なくとも部分的に含 まれていることを特徴とするハロゲン化金属ランプ。 ４．請求項１又は３に記載のランプにおいて、前記Ｚｎが、少なくとも２０μｍ ｏｌ／ｃｍ³の量で化合物ＺｎＪ₂形態としてだけ含まれていることを特徴とす るハロゲン化金属ランプ。 ５．請求項１、２、３、又は４に記載のランプにおいて、前記希ガスを、少なく とも４００ｍｂａｒの充填圧のＸｅとしたことを特徴とするランプ。 ６．請求項１、２、３、４又は５に記載のハロゲン化金属ランプにおいて、Ｒｅ をＩｎ、Ｓｃ、Ｙ及びランタニドのグループにより形成される元素の少なくと も１種類の元素とした場合に、前記イオン化可能な充填剤が、以下のμｍｏｌ ／ｃｍ³の範囲を満足する組成成分を含み、 金属Ｚｎ ０〜２０００ ＺｎＪ₂ ０〜２０ ＮａＪ ２０〜２００ ＴｌＪ ０〜３０ Ｒｅ ０〜４０ 前記Ｚｎが、化合物ＺｎＪ₂としてだけ含まれ、このＺｎＪ₂の量を少なくと も４μｍｏｌ／ｃｍ³としたことを特徴とするハロゲン化金属ランプ。 ７．請求項１から６までのいずれか１項に記載のハロゲン化金属ランプにおいて 、このランプが、前記電極相互間距離ＥＡにわたって測定した少なくとも３Ｗ ／ｃｍで最大１３０Ｗ／ｃｍの電力密度を有することを特徴とするハロゲン化 金属ランプ。