JP2003229089A - ハロゲン化金属ランプおよび照明システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 調光条件下であってもより高い効率およびよ
り優れた色性能を有するアーク放電ハロゲン化金属ラン
プおよび照明システムを提供すること。 【解決手段】 ハロゲン化金属ランプ１０は、放電領域
を規定する透光性の管壁構造２５と、第１の電極３２ａ
と、第２の電極３２ｂとを有する放電チャンバであっ
て、第１の電極３２ａと第２の電極３２ｂとは対向して
いる、放電チャンバ２０と、放電領域２０１に封入さ
れ、水銀と、希ガスと、ハロゲン化プラセオジウムおよ
びハロゲン化ナトリウムを含む少なくとも２種類のハロ
ゲン化物とを含むイオン化可能材料とを備える。管壁構
造の直径をＤとし、第１の電極３２ａと第２の電極３２
ｂとの間の電極間距離をＬとすると、直径Ｄと電極間距
離Ｌとは実質的に直交しており、かつ、Ｌ／Ｄ＞４とい
う関係を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高輝度アーク放電
ランプに関し、より詳細には、高効率を有する、調光可
能な高輝度アーク放電ハロゲン化金属ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】室内照明および屋外照明に用いるエネル
ギ保存型照明システムの必要性が高まるにつれて、より
大きなランプ効率を達成するランプが、一般の照明用途
向けに開発されつつある。近年、室内用途、屋外用途、
工業用途および商業用途向けに、例えば、無電極蛍光ラ
ンプが市場で販売されている。そのような無電極ランプ
の利点は、従来の蛍光ランプの寿命を制限する一因であ
る内部電極と加熱フィラメントとが不要である点であ
る。しかし、無電極ランプシステムは、ランプと共に無
線周波コイルを収容するためのランプ機器設計がより大
きく且つ複雑となる無線周波電力システムの必要性、他
の電子機器との電磁波妨害、および、複雑な始動条件の
ために、さらなる回路構成が必要となり、結果、かなり
高価なものとなる。

【０００３】別の種類の高効率ランプは、屋内および屋
外照明用に広く使用されつつあるアーク放電ハロゲン化
金属ランプである。このようなランプは周知であり、光
透過性のアーク放電チャンバを備えている。チャンバ内
部には１対の電極が間隔をあけて配置されており、封止
されている。このアーク放電チャンバは、典型的には、
特定のモル比の不活性始動ガスおよび１つ以上のイオン
化可能な金属またはハロゲン化金属等の適切な活性材料
を含む。１つ以上のイオン化可能な金属とハロゲン化金
属とが両方含まれていもよい。このランプは、次の動作
時の始動電圧および電流制限を提供する（磁気または電
気のいずれかである）安定器回路を備えており、通常１
２０ボルトｒｍｓ電位の標準交流電流光ソケット内で動
作する、比較的低電力なランプであり得る。

【０００４】そのようなランプは、セラミック材料から
構成されたアーク放電チャンバを有し得る。アーク放電
チャンバは、通常、水銀とともに、ＮａＩ、ＴｌＩ、な
らびに、ＤｙＩ_３、ＨｏＩ_３、ＴｍＩ_３等のハロゲン化
希土類を含み、適切な電圧降下を提供するか、または、
電極間を負荷する。これらの材料を含むランプは、補正
済み色温度（ＣＣＴ）および色調指数（ＣＲＩ）の良好
な性能と、９５ルーメン／ワット（ＬＰＷ）までの比較
的高い効率とを有する。従来のハロゲン化金属ランプで
は、アーク放電チャンバがＣｅＩ_３とＮａＩとを含み、
これにより高効率を達成している（例えば、特許文献１
参照。）。また、アーク放電チャンバが、水銀とともに
ヨウ化ナトリウムを含み、これにより高効率を達成して
いるものもある（例えば、特許文献２参照。）。当然、
より効率のよいランプを用いて、照明時の電気エネルギ
をさらに節約するためには、いっそう高いランプ効率を
有する高輝度アーク放電ハロゲン化金属ランプが必要で
ある。１００％の照明出力が必要でない場合に、電流を
減少させ、使用時にランプを調光することにより、より
多くの電気エネルギを節約することができる。多くの照
明用途に、そのような調光条件下において優れた性能を
有する高輝度アーク放電ハロゲン化金属ランプを用いる
ことが望ましいとされる。

【０００５】

【特許文献１】米国特許第５,９７３,４５３号明細書

【０００６】

【特許文献２】米国特許第６,３００,７２９号明細書

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ランプ出力が
規格出力の約５０％まで低減された調光条件下におい
て、上述のセラミック材料から構成されたチャンバを有
するアーク放電ハロゲン化金属ランプは、比較的強いＴ
ｌ放射に起因して、緑色が強く発光することになる。そ
の結果、このようなランプは、色調指数が大幅に低下し
た光を発することになる。

【０００８】従って、本発明の目的は、調光条件下であ
ってもより高い効率およびより優れた色性能を有するア
ーク放電ハロゲン化金属ランプおよび照明システムを提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるハロゲン化
金属ランプは、放電領域を規定する透光性の管壁構造
と、第１の電極と、第２の電極とを有する放電チャンバ
であって、前記第１の電極と前記第２の電極とは対向し
ている、放電チャンバと、前記放電領域に封入されるイ
オン化可能材料であって、前記イオン化可能材料は、水
銀と、希ガスと、ハロゲン化プラセオジウムおよびハロ
ゲン化ナトリウムを含む少なくとも２種類のハロゲン化
物とを含む、イオン化可能材料とを備え、前記管壁構造
の直径をＤとし、前記第１の電極と前記第２の電極との
間の電極間距離をＬとすると、前記直径Ｄと前記電極間
距離Ｌとは実質的に直交しており、かつ、Ｌ／Ｄ＞４と
いう関係を満たし、これにより上記目的を達成する。

【００１０】前記管壁構造は多結晶アルミナから形成さ
れていてもよい。

【００１１】前記ハロゲン化プラセオジウムはヨウ化プ
ラセオジム（ＰｒＩ_３）であり、前記ハロゲン化ナトリ
ウムはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）であってもよい。

【００１２】前記管壁構造は、前記第１の電極側に位置
する第１の端部と前記第２の電極側に位置する第２の端
部とを有しており、前記第１の端部および前記第２の端
部は、先細りになっていてもよい。

【００１３】前記放電チャンバは、前記第１の端部およ
び前記第２の端部のうち少なくとも一方を覆う熱シール
ドをさらに備えてもよい。

【００１４】前記希ガスは、キセノン（Ｘｅ）、アルゴ
ン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）およびクリプトン（Ｋｒ）
からなる群から選択されるガスであってもよい。

【００１５】前記直径Ｄと前記電極間距離Ｌとは、７≦
Ｌ／Ｄ≦９という関係を満たしてもよい。

【００１６】前記放電領域の容積に対する前記水銀の量
の比は、４ｍｇ／ｃｍ^３以下であってもよい。

【００１７】前記イオン化可能材料は、ハロゲン化セリ
ウムをさらに含んでもよい。

【００１８】上記ハロゲン化金属ランプは、透明かつ球
状のエンベロープと、前記エンベロープと結合する口金
であって、前記エンベロープ内部へ延びる第１のアクセ
スワイヤと第２のアクセスワイヤとを有する、口金とを
さらに備え、前記放電チャンバは前記エンベロープ内に
配置されており、前記第１の電極は前記第１のアクセス
ワイヤと接続され、前記第２の電極は前記第２のアクセ
スワイヤと接続されていてもよい。

【００１９】前記ハロゲン化プラセオジウムはヨウ化プ
ラセオジム（ＰｒＩ_３）であり、前記ハロゲン化ナトリ
ウムはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）であってもよい。

【００２０】本発明によるハロゲン化金属ランプと、前
記ハロゲン化金属ランプを動作させる動作回路とを含む
照明システムは、前記ハロゲン化金属ランプが、放電領
域を規定する透光性の管壁構造と、第１の電極と、第２
の電極とを有する放電チャンバであって、前記第１の電
極と前記第２の電極とは対向している、放電チャンバ
と、前記放電領域に封入されるイオン化可能材料であっ
て、前記イオン化可能材料は、水銀と、希ガスと、ハロ
ゲン化プラセオジウムおよびハロゲン化ナトリウムを含
む少なくとも２種類のハロゲン化物とを含む、イオン化
可能材料とを備え、前記管壁構造の直径をＤとし、前記
第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離をＬと
すると、前記直径Ｄと前記電極間距離Ｌとは実質的に直
交しており、かつ、Ｌ／Ｄ＞４という関係を満たしてお
り、前記動作回路は、前記ハロゲン化金属ランプを始動
させ放電させる電圧を前記ハロゲン化金属ランプに供給
し、前記ハロゲン化金属ランプの動作出力を調整する電
流を前記ハロゲン化金属ランプに供給するように構成さ
れおり、これにより上記目的を達成する。

【００２１】前記放電領域の容積に対する前記水銀の量
の比は、４ｍｇ／ｃｍ^３以下であってもよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２３】図１を参照する。図１は、アーク放電ハロ
ゲン化金属ランプ１０の部分断面図を示す。この図は、
一部を切り取った球状ホウケイ酸ガラスエンベロープ１
１が従来のエジソン型金属口金１２にはめ込まれた状態
を示している。ガラスエンベロープ１１は、透明であ
る。ニッケルまたは軟鋼で形成された引き込み電極ワイ
ヤ（第１および第２のアクセスワイヤ）１４および１５
が、口金１２内で２つの電気的に絶縁された電極金属部
分のうちそれぞれ対応する電極金属部分から、ホウケイ
酸ガラスフレア（エンベロープ長軸通過フレア）１６を
通って平行に延びている。ホウケイ酸ガラスフレア１６
は、口金１２の位置に配置され、エンベロープ１１の長
軸方向の軸（図１の点線１０４）に沿ってエンベロープ
１１の内部へと延びている。第１のアクセスワイヤ１４
および第２のアクセスワイヤ１５は、まず、エンベロー
プ長軸通過フレア１６の一方の側に位置した状態から、
エンベロープ長軸通過フレア１６に平行な方向に延び
て、その一部がさらにエンベロープ１１の内側に配置さ
れる。エンベロープ１１の内側にある第１のアクセスワ
イヤ１４および第２のアクセスワイヤ１５の残りの部分
の一部が、初めの方向とは異なる方向に鋭角に折り曲げ
られ、その後、折り曲げられた第１のアクセスワイヤ１
４は、少しだけ延びて終端する。その結果、第１のアク
セスワイヤ１４は、エンベロープ長軸１０４とほぼ交差
する。

【００２４】しかし、フレア１６を通ってエンベロープ
１１の内側でエンベロープ長軸１０４から離れる方向に
最初に曲げられた第２のアクセスワイヤ１５は、最初に
曲げられた部分に続く部分がエンベロープ長軸１０４と
実質的に平行な方向に延びるように、図１の１５ａにて
再度曲げられる。その後、第２のアクセスワイヤ１５
は、再度曲げられた部分に続く部分がエンベロープ長軸
１０４と実質的に垂直な方向に延びるように、図１の１
５ｂにて再度直角に曲げられる。第２のアクセスワイヤ
１５は、エンベロープ１１が口金１２に嵌め込まれた端
部と逆の端部の近傍において、エンベロープ長軸１０４
とほぼ交差する。第２のアクセスワイヤ１５のエンベロ
ープ長軸１０４と平行な部分は、ランプの動作時に、第
２のアクセスワイヤ１５の表面から光電子が発生しない
ように、酸化アルミニウムセラミックチューブ１８内を
通っている。また、第２のアクセスワイヤ１５のエンベ
ロープ長軸１０４と平行な部分は、ガス不純物を補足す
る従来技術のゲッター１９を支持している。第２のアク
セスワイヤ１５はさらに２ヵ所（図１の１５ｃおよび１
５ｄ）で直角に曲げられる。第２のアクセスワイヤ１５
の端部は、上述の第２のアクセスワイヤ１５が最初にエ
ンベロープ長軸１０４と交差する部分の下に配置され、
かつ、その交差する部分と平行に配置される。この残り
の端部は、最終的には、口金１２と反対側のエンベロー
プ１１の端部でホウケイ酸ガラスディンプル２４につな
がれる。

【００２５】図１は、可視光に対して半透明である多結
晶アルミナ壁を有するシェル構造として囲まれた領域の
周りに構成されたセラミックアーク放電チャンバ２０の
１つの可能な構成の形を示す。チャンバ２０は、管壁構
造２５と、１対の小さな内径／外径セラミック切頭円筒
シェル部分２１ａおよび２１ｂ（またはチューブ２１ａ
および２１ｂとも呼ぶ）とを有する。チューブ２１ａお
よび２１ｂは、管壁構造２５の２つの開口端部のそれぞ
れ対応する端部に焼き嵌めされている。

【００２６】管壁構造２５は、チャンバ２０の端部間に
直径の大きな切頭円筒シェル部分１０１と、チャンバ２
０の各端部に極めて短い直径の小さな切頭円筒シェル部
分１０２ａおよび１０２ｂとを有する。管壁構造２５
は、円錐シェル部分１０３ａおよび１０３ｂを有してお
り、これにより直径の小さな切頭円筒シェル部分１０２
ａおよび１０２ｂと直径の大きな切頭円筒シェル部分１
０１とは連結されている。

【００２７】なお、本明細書において、直径の小さな切
頭円筒シェル部分１０２ａと円錐シェル部分１０３ａと
を合わせて第１の端部と呼ぶ。同様に、直径の小さな切
頭円筒シェル部分１０２ｂと円錐シェル部分１０３ｂと
を合わせて第２の端部と呼ぶ。第１の端部は、円錐シェ
ル部分１０３ａから直径の小さな切頭円筒シェル部分１
０２ａへと先細りになっている。同様に、第２の端部
は、円錐シェル部分１０３ｂから直径の小さな切頭円筒
シェル部分１０２ｂへと先細りになっている。第１の端
部と第２の端部とは対向している。第１の端部は、後述
する第１の電極側に位置しており、第２の端部は、後述
する第２の電極側に位置している。

【００２８】チャンバ２０はまた、熱を遮断するように
機能する第１の熱シールド（図示せず）および第２の熱
シールド（図示せず）を備え得る。第１の熱シールド
は、直径の小さな切頭円筒シェル部分１０２ａと円錐シ
ェル部分１０３ａとチューブ２１ａとのうち少なくとも
１つを覆う。第１の熱シールドは、好ましくは、第１の
端部（直径の小さな切頭円筒シェル部分１０２ａおよび
円錐シェル部分１０３ａ）を覆う。同様に、第２の熱シ
ールドは、直径の小さな切頭円筒シェル部分１０２ｂと
円錐シェル部分１０３ｂとチューブ２１ｂとのうち少な
くとも１つを覆う。第２の熱シールドは、好ましくは、
第２の端部（直径の小さな切頭円筒シェル部分１０２ｂ
および円錐シェル部分１０３ｂ）を覆う。チャンバ２０
は、第１の熱シールドおよび第２の熱シールドのうちい
ずれか一方のみを有していてもよい。

【００２９】チャンバ電極配線ワイヤ２６ａおよび２６
ｂは、ニオビウムから形成される。チャンバ電極配線ワ
イヤ２６ａおよび２６ｂは、それぞれチューブ２１ａお
よび２１ｂから延びている。ワイヤ２６ａは、第１のア
クセスワイヤ１４がエンベロープ長軸１０４と交差す
る、第１のアクセスワイヤ１４の端部まで達し、溶接に
よって第１のアクセスワイヤ１４に取り付けられてい
る。ワイヤ２６ｂは、上述した第２のアクセスワイヤ１
５がエンベロープ長軸１０４と交差する部分まで達し、
溶接によってアクセスワイヤ１５に取り付けられてい
る。この構成により、チャンバ２０は、第１のアクセス
ワイヤ１４および第２のアクセスワイヤ１５のこれらの
溶接部分の間に配置且つ支持され、その長さ方向の軸が
エンベロープ長軸１０４とほぼ一致する。さらに、電力
は、第１のアクセスワイヤ１４を通ってチャンバ２０へ
と提供され得る。

【００３０】図２は、図１のアーク放電チャンバ２０の
断面図である。図２には、管壁構造２５とチューブ２１
ａおよび２１ｂとによって規定される、管壁内部の放電
領域２０１が示されている。図１に示す構成要素と同一
の構成要素には同一の参照符号を付し、これらについて
の詳細な説明は省略する。

【００３１】放電領域２０１には、イオン化可能材料が
封入される。このようなイオン化可能材料は、水銀と、
希ガスと、ハロゲン化物とを含む。希ガスは、キセノン
（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）およびク
リプトン（Ｋｒ）からなる群から選択される。ハロゲン
化物は、少なくともハロゲン化プラセオジウムおよびハ
ロゲン化ナトリウムを含む。

【００３２】チャンバ電極配線ワイヤ２６ａは、ニオビ
ウムから形成されている。ワイヤ２６ａはまた、チュー
ブ２１ａおよびガラスフリット２７ａの熱膨張特性と比
較的近い熱膨張特性を有している。ワイヤ２６ａは、こ
のガラスフリット２７ａによってチューブ２１ａの内表
面に固定される（そして、ワイヤ２６ａがチューブ２１
ａを通った状態で、ワイヤ２６ａの開口部を密閉して封
止している）。しかし、ワイヤ２６ａは、動作時にチャ
ンバ２０の放電領域２０１内に形成されたプラズマによ
って生じる化学腐食に耐えることができない。したがっ
て、プラズマ内での動作に耐え得るモリブデン引き込み
ワイヤ２９ａの一端が、配線ワイヤ２６ａの一端に溶接
によって接続され、引き込みワイヤ２９ａの他端はタン
グステン主電極軸３１ａの一端に溶接によって接続され
る。

【００３３】さらに、タングステン電極コイル３２ａ
が、主電極軸３１ａの他端の先端部分に設けられ、溶接
によって一体化される。このようにして、電極３３ａ
は、主電極軸３１ａおよび電極コイル３２ａによって構
成される。電極３３ａはタングステンから形成され、ハ
ロゲン化金属プラズマの化学腐食に対する比較的良好な
耐性を有し、電子の良好な熱イオン放射を提供する。引
き込みワイヤ２９ａは、電極３３ａをアーク放電チャン
バ２０の放電領域２０１内の所定の位置に配置するよう
に機能する。配線ワイヤ２６ａの直径は、典型的には、
０．９ｍｍである。主電極軸３１ａの直径は、典型的に
は、０．５ｍｍである。なお、本明細書において、配線
ワイヤ２６ａと引き込みワイヤ２９ａと主電極軸３１ａ
とタングステン電極コイル３２ａとは、第１のアクセス
ワイヤ１４と接続して電力を供給するので、これら配線
ワイヤ２６ａと引き込みワイヤ２９ａと主電極軸３１ａ
とタングステン電極コイル３２ａとは、第１の電極とし
ても機能する。

【００３４】同様に、図２において、チャンバ電極配線
ワイヤ２６ｂは、ニオビウムから形成されている。ワイ
ヤ２６ｂはまた、チューブ２１ｂおよびガラスフリット
２７ｂの熱膨張特性と比較的近い熱膨張特性を有してい
る。本実施の形態では、配線ワイヤ２６ａおよび２６ｂ
は、ニオビウムから形成されているが、これに限定され
ない。配線ワイヤ２６ａおよび２６ｂは、アルミナの熱
膨張係数と近い熱膨張係数を有する導電性サーメット等
から形成されてもよい。チャンバ電極配線ワイヤ２６ｂ
は、ガラスフリット２７ｂによってチューブ２１ｂの内
表面に固定されている（そして、ワイヤ２６ｂがチュー
ブ２１ｂを通った状態で、ワイヤ２６ｂの開口部を密閉
して封止している）。プラズマ内での動作に耐え得るモ
リブデン引き込みワイヤ２９ｂの一端は、配線ワイヤ２
６ｂの一端に溶接によって接続され、引き込みワイヤ２
９ｂの他端がタングステン主電極軸３１ｂの一端に溶接
によって接続される。

【００３５】タングステン電極コイル３２ｂが、主電極
軸３１ｂの他端の先端部分に設けられ、溶接によって一
体化される。このようにして、電極３３ｂが主電極軸３
１ｂおよび電極コイル３２ｂによって構成される。引き
込みワイヤ２９ｂは、電極３３ｂをアーク放電チャンバ
２０の放電領域２０１内の所定の位置に配置するように
機能する。配線ワイヤ２６ｂの直径もまた、典型的に
は、０．９ｍｍである。主電極軸３１ｂの直径もまた、
典型的には、０．５ｍｍである。なお、本明細書におい
て、配線ワイヤ２６ｂと引き込みワイヤ２９ｂと主電極
軸３１ｂとタングステン電極コイル３２ｂとは、第２の
アクセスワイヤ１５と接続して電力を供給するので、こ
れら配線ワイヤ２６ｂと引き込みワイヤ２９ｂと主電極
軸３１ｂとタングステン電極コイル３２ｂとは、第２の
電極としても機能する。

【００３６】さらにランプの構造で考慮すべき点は、ア
ークチャンバ２０の電極３３ａと３３ｂとの間の長さま
たは距離「Ｌ」（電極間距離）、対、そのアークチャン
バ電極間距離Ｌにわたる、アークチャンバ２０の管壁構
造２５の有効直径「Ｄ」（あるいは有効半径）の比Ｌ／
Ｄである。電極間距離Ｌと直径Ｄとは、実質的に直交し
ている。本明細書において、「実質的に直交する」と
は、電極間距離Ｌの方向と直径Ｄの方向とが完全に直交
する場合に加えて、電極間距離Ｌの方向と直径Ｄの方向
とが完全に直交しないものの、そのことに起因して発光
特性の低下が通常のランプ設計において問題にならない
程度であることをいう。この比は、チャンバ２０に含ま
れる活性材料の量、対、チャンバ２０の容積に対する所
定の比の範囲内で、（放電領域２０１を形成する）チャ
ンバ２０に含まれる総容積と共に、アークチャンバ２０
の構成を選択する上で重要な要素である。このＬ対Ｄの
アスペクト比は、アークチャンバ２０から放射される光
の量、活性材料原子の励起状態の分布、材料輝線の広が
り等に影響する。

【００３７】さらに、アークチャンバ２０の有効直径Ｄ
が小さくなるにしたがって、アークチャンバ２０内にあ
る放射金属の強い放射スペクトル線の自己吸収が減少す
る。したがって、図３から示されるように、アークチャ
ンバ２０の有効直径Ｄの増加と共に自己吸収が増加する
と、ランプ効率が低下する。長寿命のランプを得る場
合、アークチャンバ２０の管壁負荷は、所定の最大値
（例えば、セラミック製アーク放電チャンバを有する低
ワット数ハロゲン化金属ランプの場合、約３０〜３５Ｗ
／ｃｍ^２）までに制限される必要がある。管壁負荷が高
くなるほど、通常、活性材料塩とアークチャンバ２０の
管壁およびフリット材料との化学反応がさらに深刻な問
題となり、このようなランプから十分に有用な動作寿命
を得るのは実質的に困難である。

【００３８】電極間距離Ｌ、および、この電極間距離Ｌ
に対する有効直径Ｄ（または半径）を独立して選択する
ことはできない。有効直径Ｄが小さい場合、電極間距離
Ｌを長くして、管壁内面積を増大し、アークチャンバ２
０の管壁負荷が増大するのを低減するか、または、なく
す必要がある。管壁負荷を一定に維持する場合、電極間
距離Ｌが長くれば有効直径Ｄ（または半径）は小さくな
り得る。電極間距離Ｌ、対、有効直径Ｄ（または半径）
の比を一定に維持する場合、許容可能な管壁負荷が大き
くなるほど、アークチャンバ２０内におけるハロゲン化
金属アーク放電による光放射の効率は、その効率が制限
値に達するまで上昇することになる。

【００３９】次に図４を参照する。図４は、本発明の典
型的なランプについての、ランプ効率（ＬＰＷ）と、有
効直径Ｄに対する電極間距離Ｌの比Ｌ／Ｄとの関係を示
す。従来の高効率ランプにおけるランプ効率は、典型的
には、９５ルーメン／ワット（ＬＰＷ）である。本発明
のランプにおいて、電極間距離Ｌと直径ＤとがＬ／Ｄ≧
２という関係を満たす場合に、従来のランプ効率と同等
である９５ルーメン／ワット（ＬＰＷ）以上のランプ効
率が得られた。さらに、Ｌ／Ｄ＞４という関係を満たす
場合に、従来のランプ効率に比べて２０％以上高い効率
が得られることが分かった。ランプ効率が従来に比べて
２０％以上増加するので、発光性能を維持しつつ、従来
の照明設計で用いられている照明の灯数を２０％低減す
ることができる。

【００４０】さらに好ましくは、電極間距離Ｌと直径Ｄ
とは、７≦Ｌ／Ｄ≦９という関係を満たす。この場合
に、最も高いランプ効率が得られることが分かった。図
４から、Ｌ／Ｄ＞９という関係を満たすと、ランプ効率
が低下傾向にあることがわかる。しかしながら、電極間
距離Ｌと直径Ｄとが９＜Ｌ／Ｄ≦２０という関係を満た
していれば、本発明のランプ効率は、従来のランプ効率
（９５ＬＰＷ）よりも高いことが分かった。なお、電極
間距離Ｌと直径ＤとがＬ／Ｄ＞２０という関係を満たす
と、電極間距離Ｌが非常に大きくなり、通常の点灯回路
を用いた放電の始動および放電の維持が困難となるか、
または、直径Ｄが小さくなり、管壁における電子の消滅
に起因して放電の維持が困難となる。したがって、電極
間距離Ｌと直径Ｄとは、Ｌ／Ｄ＜２０という関係を満た
すことが好ましい。

【００４１】アーク放電ランプを特徴付ける変数を、正
規化管壁負荷（ワット／有効直径）と呼ぶ。正規化管壁
負荷は、管壁負荷の効果と放射トラップ現象の効果とを
組み合わせて１つの尺度としたものである。図５は、正
規化管壁負荷（ワット／有効直径（Ｗ／Ｄ））を変数と
した、上述のアークチャンバ２０のランプ効率（ＬＰ
Ｗ）のグラフを示す。図５から分かるように、アークチ
ャンバの管壁負荷がある最大値まで上昇するにつれて、
ランプ効率も上昇し得る。その後、ランプ効率は、ほぼ
飽和状態になる。このことは、管壁負荷をさらに増加し
ても、または、アークチャンバ２０の直径（すなわち、
有効直径Ｄ）をさらに減少させても、もしくは、これら
を組み合わせて行って、より大きな正規化管壁負荷を得
たとしても、さらなる効率の上昇は得られないことを示
す。図５に示される特性を有するアークチャンバでは、
正規化管壁負荷の値が約３０〜４４ワット／ｍｍの場合
に最適な効率が得られる。これらの値を超えると、ラン
プ効率は減少するかまたはそれ以上上昇せず、おそら
く、ランプの動作寿命が減少することになる。

【００４２】アークチャンバ２０を図１および図２の構
成とは異なる別の幾何学的形状に構成してもよい。この
ような構成の一例を図６Ａ〜図６Ｇに示す。図１および
図２ならびに図６Ａ〜図６Ｇに示すそれぞれの例におい
て、アークチャンバの長軸に沿った断面図を示す。管壁
内表面および管壁外表面はアークチャンバの長軸を回転
軸とする回転体の表面であるが、ここでは必ずしも必要
でないので図示しない。このような管壁内表面の有効直
径Ｄは、電極間の（すなわち、電極間距離Ｌにわたる）
断面図の内面積を求めて、この面積をＬで除算すること
により求めることができる。他の種類の内表面は、その
有効直径を求めるために、より煩雑な平均化手順を必要
とする場合があり得る。

【００４３】図６Ａは、管壁構造の断面が楕円形である
アークチャンバを示す。

【００４４】図６Ｂは、管壁構造の両端が平坦となるよ
うに切断された、直円柱の断面を有するアークチャンバ
を示す。

【００４５】図６Ｃは、管壁構造の両端が半球であり、
管壁構造の側面が凹状となる断面を有するアークチャン
バを示す。

【００４６】図６Ｄは、管壁構造の両端が半球となるよ
うに切断された直円柱の断面を有するアークチャンバを
示す。

【００４７】図６Ｅは、管壁構造の両端が半球であり、
管壁構造の側面が楕円形である断面を有するアークチャ
ンバを示す。

【００４８】図６Ｆは、管壁構造の両端の直径が小さ
く、かつ、平坦となるように切断された直円柱の断面を
有するアークチャンバを示す。図６Ｆでは、直径の小さ
な端部は、直円柱と端部との間で次第に先細りになった
部分円錐によって、直円柱に接続されている。

【００４９】図６Ｇは、管壁構造の両端の直径が大き
く、かつ、平坦となるように切断された直円柱の断面を
有するアークチャンバを示す。図６Ｇでは、直径の大き
な端部は、直円柱と端部との間で直円柱へと先細りにな
った逆部分円錐によって、直円柱に接続されている。さ
らに別の多くの構成が可能である。各構成は、それぞれ
異なる理由から望ましい形態とされる。従って、各構成
はそれぞれ利点および欠点を有する。つまり、特定の活
性材料および他のランプ特性を考慮した場合には、多く
の構成のうちある所定のアークチャンバの構成が、他よ
りも多くの利点を有することになる。図６Ａ〜図６Ｆに
示すいずれのアークチャンバ構成においても、放電領域
に提供される、本発明によるイオン化可能材料を用い、
かつ、電極間距離Ｌと直径Ｄとが上述の関係（すなわ
ち、Ｌ／Ｄ＞４）を満たす場合に、従来に比べて高いラ
ンプ効率を有するアーク放電ハロゲン化金属ランプが得
られる。

【００５０】次に、図１および図２に示した構成におけ
る本発明のハロゲン化金属ランプの具体的な構成を説明
する。

【００５１】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
おいて、アーク放電チャンバ２０は、多結晶アルミナか
ら形成されており、チャンバ２０の放電領域２０１内に
約３６ｍｍのキャビティ長を有する。電極３３ａと電極
３３ｂとの間の管壁構造２５の有効直径Ｄは約４ｍｍで
ある。チャンバ２０の放電領域２０１内の電極３３ａと
電極３３ｂとの間の電極間距離Ｌは、約３２ｍｍであ
り、同じ値のアーク長が得られる。ランプの規格出力
は、公称１５０Ｗである。アーク放電チャンバ２０にお
ける放電領域２０１内に提供される活性材料の量は、Ｈ
ｇが０．５ｍｇ、ハロゲン化金属であるヨウ化プラセオ
ジウム（ＰｒＩ_３）およびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）
が１０〜１５ｍｇであり、ＰｒＩ_３：ＮａＩのモル比の
範囲は１：３．５〜１：１０．５であった。さらに、室
温、約３３０ｍｂａｒの圧力で、イグニッションガスと
してキセノン（Ｘｅ）ガスを放電領域２０１内に提供し
た。

【００５２】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
おいて、別のハロゲン化金属（ヨウ化セリウム（ＣｅＩ
_３））を加え、構成は同じだが電極間距離Ｌが短くな
り、有効直径Ｄが大きくなったアークチャンバを用い
る。この実施の形態２において、アーク放電チャンバ２
０内の放電領域２０１のキャビティ長は約２８ｍｍであ
る。電極３３ａと電極３３ｂとの間の管壁構造２５の有
効直径Ｄは約５ｍｍである。チャンバ２０内の電極３３
ａと電極３３ｂとの間の電極間距離Ｌは、約２４ｍｍで
あり、同じ値のアーク長が得られる。ここでもランプの
規格出力は１５０Ｗである。アーク放電チャンバ２０に
おける放電領域２０１内に提供される活性材料の量は、
Ｈｇが２．２ｍｇ、ハロゲン化金属であるＰｒＩ_３、Ｃ
ｅＩ_３およびＮａＩが１５ｍｇであり、ＰｒＩ_３：Ｃｅ
Ｉ_３：ＮａＩのモル比は０．５：１：１５．７５、０．
８８：１：１９．６９、または２：１：３１．５であっ
た。ここでも、室温、約３３０ｍｂａｒの圧力で、イグ
ニッションガスとしてＸｅガスを放電領域２０１内に提
供した。

【００５３】実施の形態１および２では、イグニッショ
ンガスとしてＸｅを採用したが、これに限定されない。
イグニッションガスは、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン
（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）およびクリプトン（Ｋｒ）か
らなる群から選択されるガスである。

【００５４】図７は、実施の形態１に基づく、または、
実施の形態１と同様の、典型的なＰｒＩ_３／ＮａＩ活性
材料混合型のランプにおける、ハロゲン化活性材料の種
々のモル比のＣＣＴ（Ｋ）の変化とランプ出力ワット数
（Ｗ）の変化との関係を示す。凡例の□は、ＰｒＩ_３お
よびＮａＩが合わせて１０ｍｇであり、ＰｒＩ_３：Ｎａ
Ｉのモル比が１：３．５のアーク放電ハロゲン化金属ラ
ンプの結果を示す。凡例の○は、ＰｒＩ_３およびＮａＩ
が合わせて１０ｍｇであり、ＰｒＩ_３：ＮａＩのモル比
が１：７のアーク放電ハロゲン化金属ランプの結果を示
す。凡例の△は、ＰｒＩ_３およびＮａＩが合わせて１０
ｍｇであり、ＰｒＩ_３：ＮａＩのモル比が１：１０．５
のアーク放電ハロゲン化金属ランプの結果を示す。ラン
プを流れる電流を制限することによってランプ出力ワッ
ト数（Ｗ）を規格出力１００％（１５０Ｗ）から減少さ
せると、対応するＣＣＴ（Ｋ）の値が減少する。種々の
モル比のアーク放電ハロゲン化金属ランプにおいて、ラ
ンプ出力ワット数を規格出力１００％から（１５０Ｗ）
５０％（７５Ｗ）まで減少させ、ランプを調光した。こ
れらのアーク放電ハロゲン化金属ランプを調光した結
果、いずれのアーク放電ハロゲン化金属ランプにおける
ＣＣＴ値の変化も、既存のランプにおけるＣＣＴ値の変
化と比較してはるかに小さい。

【００５５】図８は、実施の形態１に基づく、または、
実施の形態１と同様の、典型的なＰｒＩ_３／ＮａＩ活性
材料混合型のランプにおける、ハロゲン化活性材料の種
々のモル比のランプ効率（ＬＰＷ）の変化とランプ出力
ワット数（Ｗ）の変化との関係を示す。ランプをライン
電圧で動作させつつ、ランプを流れる電流を制限するこ
とによって、ランプ出力ワット数を規格出力１００％
（１５０Ｗ）から減少させると、ランプ出力ワット数の
減少に応じてランプ効率が低下する。ここでも、図７と
同じアーク放電ハロゲン化金属ランプを用いている。種
々のモル比のアーク放電ハロゲン化金属ランプにおい
て、ランプ出力ワット数を規格出力１００％（１５０
Ｗ）から５０％（７５Ｗ）まで減少させ、ランプを調光
した。これらのアーク放電ハロゲン化金属ランプを調光
した結果、いずれのアーク放電ハロゲン化金属ランプに
おけるランプ効率の変化も、既存のランプにおけるラン
プ効率の変化と実質的に同じであった。

【００５６】図９は、第１の実施の形態に基づく、また
は、第１の実施の形態と同様の、典型的なＰｒＩ_３／Ｎ
ａＩ活性材料混合型のランプにおける、ハロゲン化活性
材料の種々のモル比のランプＣＲＩの変化とランプ出力
ワット数（Ｗ）の変化との関係を示す。ランプをライン
電圧で動作させつつ、ランプを流れる電流を制限するこ
とによって、ランプ出力ワット数を規格出力１００％
（１５０Ｗ）から減少させると、ランプ出力ワット数の
減少に応じてランプＣＲＩが減少する。ここでも、図７
と同じアーク放電ハロゲン化金属ランプを用いている。
種々のモル比のアーク放電ハロゲン化金属ランプにおい
て、ランプ出力ワット数を規格出力１００％（１５０
Ｗ）から５０％（７５Ｗ）まで減少させ、ランプを調光
した。これらのアーク放電ハロゲン化金属ランプを調光
した結果、いずれのアーク放電ハロゲン化金属ランプに
おけるランプＣＲＩの変化も、既存のランプにおけるラ
ンプＣＲＩの変化と比較してはるかに小さかった。

【００５７】図１０は、本発明の典型的なランプの、ラ
ンプ効率と、アークチャンバにおいて使用される活性材
料が含まれる領域の単位容積あたりの水銀封入量との関
係を示す。特定のランプ電圧で動作するランプの場合、
上述の実施の形態１において使用されるチャンバのよう
に細く、かつ、長いアークチャンバで用いられる単位容
積あたりの水銀封入量は比較的低く、上述の実施の形態
２において使用されるチャンバのように太く、かつ、短
いアークチャンバで用いられる単位チャンバ容積あたり
の水銀ド封入量は、比較的高い。活性材料として、ハロ
ゲン化プラセオジムおよびハロゲン化ナトリウムを用い
た場合、単位容積あたりの水銀封入量が低いランプにお
いて、比較的高いランプ効率が得られた。

【００５８】本発明のランプにおいて、単位容積あたり
の水銀封入量（ｍｇ／ｃｍ^３）が、約１６ｍｇ／ｃｍ^３
以下である場合に、従来のランプ効率と同等である９５
ルーメン／ワット（ＬＰＷ）以上のランプ効率が得られ
た。さらに、単位容積あたりの水銀封入量（ｍｇ／ｃｍ
^３）が、約４ｍｇ／ｃｍ^３以下である場合に、従来のラ
ンプ効率に比べて、２０％以上高い効率が得られること
が分かった。本発明のランプのランプ効率が従来に比べ
て２０％以上増加するので、発光性能を維持しつつ、従
来の照明設計で用いられている照明の灯数を２０％低減
することができる。

【００５９】次に、実施の形態１および２とは異なるさ
らなる実施例１〜８を説明する。実施例１〜８につい
て、規格出力１００％における種々の光特性の測定結果
を示す。実施例１〜５については、規格出力１００％お
よび５０％のそれぞれにおける種々の光特性の測定結果
を示す。このような調光は、実施例１〜５のランプをラ
イン電圧で動作させつつ、ランプを流れる電流を制限す
ることによって行った。

【００６０】

【実施例】（実施例１）アーク放電チャンバ２０の放電
領域２０１内に、活性材料として、Ｈｇを０．５ｍｇ、
ハロゲン化金属であるＮａＩおよびＰｒＩ_３を合計１５
ｍｇ提供した。ＰｒＩ_３：ＮａＩのモル比は１：３．５
とした。室温、約３３０ｍｂａｒの圧力で、Ｘｅガスを
放電領域２０１内に提供した。放電チャンバ２０の容積
は０．４５ｃｍ^３であり、単位容積あたりの水銀封入量
は、約１．１（ｍｇ／ｃｍ^３）であった。電極３３ａと
３３ｂとの間のアーク長（電極間距離Ｌ）は３２ｍｍで
あった。管壁構造２５の有効直径Ｄは４ｍｍであった。
１５０Ｗにおける、管壁負荷は３１Ｗ／ｃｍ^２であっ
た。ランプの光特性の測定結果を表１に示す。

【００６１】（実施例２）アーク放電チャンバ２０の放
電領域２０１内に、活性材料として、Ｈｇを０．５ｍ
ｇ、ハロゲン化金属であるＮａＩおよびＰｒＩ_３を合計
１０ｍｇ提供した。ＰｒＩ_３：ＮａＩのモル比は１：
３．５とした。室温、約３３０ｍｂａｒの圧力で、Ｘｅ
ガスを放電領域２０１内に提供した。放電チャンバ２０
の容積は０．４５ｃｍ^３であり、単位容積あたりの水銀
封入量は、約１．１（ｍｇ／ｃｍ^３）であった。電極３
３ａと３３ｂとの間のアーク長（電極間距離Ｌ）は３２
ｍｍであった。管壁構造２５の有効直径Ｄは４ｍｍであ
った。１５０Ｗにおける、管壁負荷は３１Ｗ／ｃｍ^２で
あった。ランプの光特性の測定結果を表１に示す。

【００６２】（実施例３）アーク放電チャンバ２０の放
電領域２０１内に、活性材料として、Ｈｇを０．５ｍ
ｇ、ハロゲン化金属であるＮａＩおよびＰｒＩ_３を合計
１０ｍｇ提供した。ＰｒＩ_３：ＮａＩのモル比は１：７
とした。室温、約３３０ｍｂａｒの圧力で、Ｘｅガスを
放電領域２０１内に提供した。放電チャンバ２０の容積
は０．４５ｃｍ^３であり、単位容積あたりの水銀封入量
は、約１．１（ｍｇ／ｃｍ^３）であった。電極３３ａと
３３ｂとの間のアーク長（電極間距離Ｌ）は３２ｍｍで
あった。管壁構造２５の有効直径Ｄは４ｍｍであった。
１５０Ｗにおける、管壁負荷は３１Ｗ／ｃｍ^２であっ
た。ランプの光特性の測定結果を表１に示す。

【００６３】（実施例４）アーク放電チャンバ２０の放
電領域２０１内に、活性材料として、Ｈｇを０．５ｍ
ｇ、ハロゲン化金属であるＮａＩおよびＰｒＩ_３を合計
１２．５ｍｇ提供した。ＰｒＩ_３：ＮａＩのモル比は
１：７とした。室温、約３３０ｍｂａｒの圧力で、Ｘｅ
ガスを放電領域２０１内に提供した。放電チャンバ２０
の容積は０．４５ｃｍ^３であり、単位容積あたりの水銀
封入量は、約１．１（ｍｇ／ｃｍ^３）であった。電極３
３ａと３３ｂとの間のアーク長（電極間距離Ｌ）は３２
ｍｍであった。管壁構造２５の有効直径Ｄは４ｍｍであ
った。１５０Ｗにおける、管壁負荷は３１Ｗ／ｃｍ^２で
あった。ランプの光特性の測定結果を表１に示す。

【００６４】（実施例５）アーク放電チャンバ２０の放
電領域２０１内に、活性材料として、Ｈｇを０．５ｍ
ｇ、ハロゲン化金属であるＮａＩおよびＰｒＩ_３を合計
１０ｍｇ提供した。ＰｒＩ_３：ＮａＩのモル比は１：１
０とした。室温、約３３０ｍｂａｒの圧力で、Ｘｅガス
を放電領域２０１内に提供した。放電チャンバ２０の容
積は０．４５ｃｍ^３であり、単位容積あたりの水銀封入
量は、約１．１（ｍｇ／ｃｍ^３）であった。電極３３ａ
と３３ｂとの間のアーク長（電極間距離Ｌ）は３２ｍｍ
であった。管壁構造２５の有効直径Ｄは４ｍｍであっ
た。１５０Ｗにおける、管壁負荷は３１Ｗ／ｃｍ^２であ
った。ランプの光特性の定結果を表１に示す。

【００６５】（実施例６）アーク放電チャンバ２０の放
電領域２０１内に、活性材料として、Ｈｇを２．２ｍ
ｇ、ハロゲン化金属であるＰｒＩ_３、ＣｅＩ_３、および
ＮａＩを合計１５ｍｇ提供した。ＰｒＩ_３：ＣｅＩ_３：
ＮａＩのモル比は０．５：１：１０．５とした。室温、
約３３０ｍｂａｒの圧力で、Ｘｅガスを放電領域２０１
内に提供した。放電チャンバ２０の容積は０．５５ｃｍ
^３であり、単位容積あたりの水銀封入量は、４（ｍｇ／
ｃｍ^３）であった。電極３３ａと３３ｂとの間のアーク
長（電極間距離Ｌ）は２４ｍｍであった。管壁構造２５
の有効直径Ｄは６ｍｍであった。１５０Ｗにおける、管
壁負荷は３１．３Ｗ／ｃｍ^２である。ランプの光特性の
測定結果を表１に示す。

【００６６】（実施例７）アーク放電チャンバ２０の放
電領域２０１内に、活性材料として、Ｈｇを２．２ｍ
ｇ、ハロゲン化金属であるＰｒＩ_３、ＣｅＩ_３、および
ＮａＩを合計１５ｍｇ提供した。ＰｒＩ_３：ＣｅＩ_３：
ＮａＩのモル比は０．８：１：１９．６９とした。室
温、約３３０ｍｂａｒの圧力で、Ｘｅガスを放電領域２
０１内に提供した。放電チャンバ２０の容積は０．５５
ｃｍ^３であり、単位容積あたりの水銀封入量は、４（ｍ
ｇ／ｃｍ^３）であった。電極３３ａと３３ｂとの間のア
ーク長（電極間距離Ｌ）は２４ｍｍであった。管壁構造
２５の有効直径Ｄは６ｍｍである。１５０Ｗにおける、
管壁負荷は３１．３Ｗ／ｃｍ^２であった。ランプの光特
性の測定結果を表１に示す。

【００６７】（実施例８）アーク放電チャンバ２０の放
電領域２０１内に、活性材料として、Ｈｇを２．２ｍ
ｇ、ハロゲン化金属であるＰｒＩ_３、ＣｅＩ_３、および
ＮａＩを合計１５ｍｇ提供した。ＰｒＩ_３：ＣｅＩ_３：
ＮａＩのモル比は２：１：３１．５とした。室温、約３
３０ｍｂａｒの圧力で、Ｘｅガスを放電領域２０１内に
提供した。放電チャンバ２０の容積は０．５５ｃｍ^３で
あり、単位容積あたりの水銀封入量は、４（ｍｇ／ｃｍ
^３）であった。電極３３ａと３３ｂとの間のアーク長
（電極間距離Ｌ）が２４ｍｍである。管壁構造２５の有
効直径Ｄは６ｍｍである。１５０Ｗにおける、管壁負荷
は３１．３Ｗ／ｃｍ^２である。ランプの光特性の測定結
果を表１に示す。

【００６８】表１：実施例１〜５のランプを規格出力１
００％および５０％で動作させた場合の光特性の測定結
果、および、実施例６〜８のランプを規格出力１００％
で動作させた場合の光特性の測定結果

【００６９】

【表１】 上記実施例１〜６のランプの規格出力１００％（１５０
Ｗ）から半分（７５Ｗ）に低減した際、発光される光は
緑の色相を含まず実質的に白色のままであった。そのよ
うな色は、一般の照明用途に十分適用可能であり、上記
の調光条件下において色または色相の変化を識別するこ
とは実質的に不可能であった。したがって、本発明のラ
ンプは、調光範囲内においても同じＣＣＴが維持され、
色相の点で実質的に一定である。さらに、本発明のラン
プは、規格出力１００％において、従来の標準的なラン
プのランプ効率に比べて、より高いランプ効率を有す
る。

【００７０】なお、実施の形態１および２、ならびに、
実施例１〜８では、ランプの規格出力が公称１５０Ｗで
ある例についてのみ説明してきた。しかしながら、本発
明は、ランプの規格出力は１５０Ｗに限定されない。他
の規格出力においても、チャンバ構成（チャンバ形状、
電極間距離Ｌ、有効直径Ｄ、イオン化可能材料のモル比
等）を変更するだけで、同様の効果を得ることができ
る。例えば、規格出力が７０Ｗ〜４００Ｗの範囲におい
ては、放電領域内のＰｒＩ_３の量は、好ましくは、０．
５ｍｇ／ｃｍ^３〜５０ｍｇ／ｃｍ^３の範囲である。Ｐｒ
Ｉ_３の量が０．５ｍｇ／ｃｍ^３より小さい場合、Ｐｒの
発光への寄与が小さくなり、その結果、所望の効率が得
られなくなる。ＰｒＩ_３の量が５０ｍｇ／ｃｍ^３より大
きい場合、発光色として白色が得られにくくなるととも
に、放電が不安定になる。

【００７１】図１１は、本発明のランプにおける電子安
定器回路４０のブロック図である。電子安定器回路４０
は、ランプ動作時のランプ出力（動作出力）を変化さ
せ、ランプを調光させる。例えば、電子安定器回路４０
は、ランプ出力を１００％から５０％に低減し得る。電
子安定器回路４０は、電源４７に接続される。電源４７
は、６０ヘルツＡＣ電源であり得る。電源４７は、固定
電圧において６０Ｈｚの交流電流を電子安定器回路４０
に供給する。

【００７２】電子安定器回路４０は、電源４７に接続さ
れた力率補正および電磁波妨害フィルタ回路部４１と、
電力調整回路部（降圧チョッパ部）４２と、フルブリッ
ジ回路部（フルブリッジインバータ）４３と、イグナイ
タ４４と、調光制御回路部４６とを備える。

【００７３】力率補正および電磁波妨害フィルタ回路部
４１は、電源４７から電力を受け取る。力率補正および
電磁波妨害フィルタ回路部４１は、ライン電圧と同相の
単一周波電流を維持しつつ、極性が交互に変化するライ
ン電圧を、ピークライン電圧よりもかなり大きな値の一
定の極性の電圧に変換する。なお、力率補正および電磁
波妨害フィルタ回路部４１は、この間の電磁発光を制限
する。

【００７４】電力調整回路部（または降圧チョッパ部）
４２は、力率補正および電磁波妨害フィルタ回路部４１
から単一周波電流と一定の極性の電圧とを受け取る。電
力調整回路部４２は、調整された一定の極性の電圧およ
び電流を生成し、出力する。このような調整は、電力調
整回路部４２に接続された調光制御回路部４６が行う。
調光制御回路部４６は、内部に設定されている基準値を
用いて、受け取った電圧値を所定の電圧値へと調整す
る。電力調整回路部４２はまた、ランプ動作の始動時に
は１００％の電圧を出力し、アーク放電を行う。

【００７５】フルブリッジ回路部（フルブリッジインバ
ータ）４３は、電力調整回路部４２から出力された一定
の電圧の波形を低周波数の方形波に変換する。

【００７６】イグナイタ４４は、４ｋＶの始動電圧パル
スを生成する。その後、イグナイタ４４は、フルブリッ
ジインバータ４３から出力された低周波数の方形波電圧
をイグナイタ４４に接続されたランプ４５に供給し、ラ
ンプ４５をアーク放電させる。

【００７７】図１２は、図１１の電子安定器回路４０の
回路図を示す。図１１に示す構成要素と同一の構成要素
には同一の参照符号を付し、これらについての詳細な説
明は省略する。力率補正および電磁波妨害フィルタ回路
部４１とフルブリッジインバータ４３とは従来と同様で
あるため詳細な説明を省略する。

【００７８】電力調整回路部４２は、ランプ４５に流れ
る電流を検出するための抵抗Ｒｃを備える。

【００７９】調光制御回路部４６は、増幅部１２０２
と、比較部１２０４と、駆動回路１２０６とを備える。
調光制御回路４６は、抵抗Ｒｃを流れる電流をモニタ
し、検出された電流を電圧に変換する。変換された電圧
をフィードバック信号１２０１と呼ぶ。

【００８０】増幅部１２０２は、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２
と、基準電圧Ｖ_ｒｅｆと、増幅器１２０３とを備える。
フィードバック信号１２０１は、抵抗Ｒ１を介して誤差
増幅器１２０３に入力される。誤差増幅器１２０３は、
基準電圧Ｖ_ｒｅｆと抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２とに基づい
て、フィードバック信号１２０１を増幅させる。ここ
で、基準電圧Ｖ_ｒｅｆを変化させることによって、ラン
プに流れる電流を所望の値に設定することができる。こ
れにより、ランプ出力を変化させ、ランプの調光を達成
することができる。

【００８１】比較部１２０４は比較器１２０５を備え
る。増幅したフィードバック信号１２０１が、比較器１
２０５に入力される。比較器１２０５は、フィードバッ
ク信号１２０１と、鋸波とを比較し、電力調整回路部４
２のスイッチ１２０７をスイッチングするためのスイッ
チングパルス信号を生成する。

【００８２】駆動回路１２０６は、スイッチングパルス
信号を所定の電圧レベルに調整し、調整されたスイッチ
ングパルス信号をスイッチ１２０７に出力する。スイッ
チングパルス信号によって、電力調整回路部４２のオン
／オフが制御され、所望の値に設定された電流をランプ
に提供する。

【００８３】なお、ランプを動作させるために用いられ
る電子安定器回路４０は、図１１および図１２の構成に
限定されない。電子安定器回路４０は、ランプに供給さ
れる電流を制御することによって、ランプ出力（動作出
力）を変更可能な構成であれば、任意であり得る。

【００８４】好適な実施形態を参照して本発明を説明し
たが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸
れることなく、形態の変更を為し得ることを理解する。

【００８５】

【発明の効果】本発明によるハロゲン化金属ランプは、
管壁構造と、第１の電極と、第２の電極とを有する放電
チャンバと、放電チャンバ内に封入されるイオン化可能
材料とを含む。イオン化可能材料はハロゲン化プラセオ
ジウムおよびハロゲン化ナトリウムを含む少なくとも２
種類のハロゲン化物を含み、かつ、管壁構造の直径をＤ
とし、第１の電極と第２の電極との間の電極間距離をＬ
とすると、直径Ｄと電極間距離Ｌとは実質的に直交して
おり、かつ、Ｌ／Ｄ＞４という関係を満たすので、従来
のランプ効率に比べて高いランプ効率が得られる。さら
に、上述の条件を満たすことにより、調光条件下であっ
ても、高いランプ効率および良好な色性能が維持され得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミックアーク放電チャンバの構成を内部に
有する本発明のアーク放電ハロゲン化金属ランプの側面
図（部分的に断面図）

【図２】図１のアーク放電チャンバの拡大した断面図

【図３】本発明の典型的なランプについての、ランプ効
率（ＬＰＷ）と放電チャンバの有効直径との関係を示す
図

【図４】本発明の典型的なランプについての、ランプ効
率（ＬＰＷ）と、アーク放電チャンバ電極間長さ対有効
直径の比との関係を示す図

【図５】本発明の典型的なランプについての、ランプ効
率（ＬＰＷ）と、アーク放電出力対有効直径の比との関
係を示す図

【図６Ａ】図１のアーク放電チャンバの別の形態の断面
図

【図６Ｂ】図１のアーク放電チャンバの別の形態の断面
図

【図６Ｃ】図１のアーク放電チャンバの別の形態の断面
図

【図６Ｄ】図１のアーク放電チャンバの別の形態の断面
図

【図６Ｅ】図１のアーク放電チャンバの別の形態の断面
図

【図６Ｆ】図１のアーク放電チャンバの別の形態の断面
図

【図６Ｇ】図１のアーク放電チャンバの別の形態の断面
図

【図７】１５０Ｗから７５Ｗまで調光した場合の、活性
材料としてＰｒＩ_３およびＮａＩを異なるモル比で用い
た本発明の典型的なランプについての補正済み色温度
（ＣＣＴ）の変化を示す図

【図８】１５０Ｗから７５Ｗまで調光した場合の、活性
材料としてＰｒＩ_３およびＮａＩを異なるモル比で用い
た本発明の典型的なランプについてのランプ効率（ＬＰ
Ｗ）の変化を示す図

【図９】１５０Ｗから７５Ｗまで調光した場合の、活性
材料としてＰｒＩ_３およびＮａＩを異なるモル比で用い
た本発明の典型的なランプについての色調指数（ＣＲ
Ｉ）の変化を示す図

【図１０】本発明の典型的なランプについて、ランプ効
率（ＬＰＷ）と単位放電チャンバ容積あたりの水銀封入
量との関係を示す図

【図１１】本発明のランプにおける電子安定器回路のブ
ロック図

【図１２】図１１の電子安定器回路の回路図

【符号の説明】 １０ アーク放電ハロゲン化金属ランプ １１ 球状ホウケイ酸ガラスエンベロープ １２ エジソン型金属口金 １４、１５ 引き込み電極ワイヤ（アクセスワイヤ） １８ 酸化アルミニウムセラミックチューブ １９ ゲッター ２０ セラミックアーク放電チャンバ ２１ａ、２１ｂ 内径／外径セラミック切頭円筒シェル
部分（チューブ） ２５ 管壁構造 ２６ａ、２６ｂ チャンバ電極配線ワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 請川 信 京都府京田辺市松井ヶ丘３−16−18 (72)発明者 野原 浩司 兵庫県西宮市大谷町３−18 (72)発明者 ジェイコブ マヤ アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02446， ブルックライン， マーシャル ストリート 25 Ｆターム(参考） 3K072 AA14 AC11 BA05 BB10 CA16 DD08 DE02 GA02 GB18 HA10 5C015 QQ03 QQ18 QQ19 RR01 5C039 HH03 HH04 5C043 AA01 AA02 CC03 DD05

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電領域を規定する透光性の管壁構造
   と、第１の電極と、第２の電極とを有する放電チャンバ
   であって、前記第１の電極と前記第２の電極とは対向し
   ている、放電チャンバと、 前記放電領域に封入されるイオン化可能材料であって、
   前記イオン化可能材料は、水銀と、希ガスと、ハロゲン
   化プラセオジウムおよびハロゲン化ナトリウムを含む少
   なくとも２種類のハロゲン化物とを含む、イオン化可能
   材料とを備えたハロゲン化金属ランプであって、 前記管壁構造の直径をＤとし、前記第１の電極と前記第
   ２の電極との間の電極間距離をＬとすると、前記直径Ｄ
   と前記電極間距離Ｌとは実質的に直交しており、かつ、
   Ｌ／Ｄ＞４という関係を満たす、ハロゲン化金属ラン
   プ。
2. 【請求項２】 前記管壁構造は多結晶アルミナから形成
   されている、請求項１に記載のハロゲン化金属ランプ。
3. 【請求項３】 前記ハロゲン化プラセオジウムはヨウ化
   プラセオジム（ＰｒＩ_３）であり、前記ハロゲン化ナト
   リウムはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）である、請求項１
   に記載のハロゲン化金属ランプ。
4. 【請求項４】 前記管壁構造は、前記第１の電極側に位
   置する第１の端部と前記第２の電極側に位置する第２の
   端部とを有しており、前記第１の端部および前記第２の
   端部は、先細りになっている、請求項１に記載のハロゲ
   ン化金属ランプ。
5. 【請求項５】 前記放電チャンバは、前記第１の端部お
   よび前記第２の端部のうち少なくとも一方を覆う熱シー
   ルドをさらに備える、請求項４に記載のハロゲン化金属
   ランプ。
6. 【請求項６】 前記希ガスは、キセノン（Ｘｅ）、アル
   ゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）およびクリプトン（Ｋ
   ｒ）からなる群から選択されるガスである、請求項１に
   記載のハロゲン化金属ランプ。
7. 【請求項７】 前記直径Ｄと前記電極間距離Ｌとは、７
   ≦Ｌ／Ｄ≦９という関係を満たす、請求項１に記載のハ
   ロゲン化金属ランプ。
8. 【請求項８】 前記放電領域の容積に対する前記水銀の
   量の比は、４ｍｇ／ｃｍ^３以下である、請求項１に記載
   のハロゲン化金属ランプ。
9. 【請求項９】 前記イオン化可能材料は、ハロゲン化セ
   リウムをさらに含む、請求項１に記載のハロゲン化金属
   ランプ。
10. 【請求項１０】 透明かつ球状のエンベロープと、 前記エンベロープと結合する口金であって、前記エンベ
    ロープ内部へ延びる第１のアクセスワイヤと第２のアク
    セスワイヤとを有する、口金とをさらに備え、 前記放電チャンバは前記エンベロープ内に配置されてお
    り、前記第１の電極は前記第１のアクセスワイヤと接続
    され、前記第２の電極は前記第２のアクセスワイヤと接
    続されている、請求項１に記載のハロゲン化金属ラン
    プ。
11. 【請求項１１】 前記ハロゲン化プラセオジウムはヨウ
    化プラセオジム（ＰｒＩ_３）であり、前記ハロゲン化ナ
    トリウムはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）である、請求項
    ２に記載のハロゲン化金属ランプ。
12. 【請求項１２】 前記ハロゲン化プラセオジウムはヨウ
    化プラセオジム（ＰｒＩ_３）であり、前記ハロゲン化ナ
    トリウムはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）である、請求項
    ７に記載のハロゲン化金属ランプ。
13. 【請求項１３】 前記ハロゲン化プラセオジウムはヨウ
    化プラセオジム（ＰｒＩ_３）であり、前記ハロゲン化ナ
    トリウムはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）である、請求項
    ８に記載のハロゲン化金属ランプ。
14. 【請求項１４】 ハロゲン化金属ランプと、前記ハロゲ
    ン化金属ランプを動作させる動作回路とを含む照明シス
    テムであって、 前記ハロゲン化金属ランプは、 放電領域を規定する透光性の管壁構造と、第１の電極
    と、第２の電極とを有する放電チャンバであって、前記
    第１の電極と前記第２の電極とは対向している、放電チ
    ャンバと、 前記放電領域に封入されるイオン化可能材料であって、
    前記イオン化可能材料は、水銀と、希ガスと、ハロゲン
    化プラセオジウムおよびハロゲン化ナトリウムを含む少
    なくとも２種類のハロゲン化物とを含む、イオン化可能
    材料とを備え、 前記管壁構造の直径をＤとし、前記第１の電極と前記第
    ２の電極との間の電極間距離をＬとすると、前記直径Ｄ
    と前記電極間距離Ｌとは実質的に直交しており、かつ、
    Ｌ／Ｄ＞４という関係を満たしており、 前記動作回路は、前記ハロゲン化金属ランプを始動させ
    放電させる電圧を前記ハロゲン化金属ランプに供給し、
    前記ハロゲン化金属ランプの動作出力を調整する電流を
    前記ハロゲン化金属ランプに供給するように構成されて
    いる、照明システム。
15. 【請求項１５】 前記放電領域の容積に対する前記水銀
    の量の比は、４ｍｇ／ｃｍ^３以下である、請求項１４に
    記載の照明システム。