JP2003242934A - メタルハライドランプ - Google Patents
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Abstract
イドランプを得るための手段を提供する。 【解決手段】本発明は、セラミック壁を持つ放電管が設
けられたメタルハライドランプに関する。前記放電管
は、相互間隔EAを持つ先端部を有する二つの電極を持
つ。前記放電管は、この距離EAにわたって内径Diを
持つ。本発明によれば、前記放電管は、ヨウ化ナトリウ
ム(NaI)及びヨウ化セリウム(CeI3)を有する充填物を持
つと共に、EA/Di>5の関係が満たされる。
Description
放電空間を囲むセラミック壁を持つ放電管が設けられ、
相互距離EAである先端部を有する二つの電極が、前記
放電空間内に配置され、該放電空間は、少なくとも前述
の距離EAにわたって内径Diを持つメタルハライドラ
ンプに関する。
公開第EP-A-0 215 524号(PHN 11.485)から既知である。
高効率と優れた色質(とりわけ、平均演色評価数がRa
≧80で、色温度Tcが2600Kと4000Kとの間
である)とが協働する前記既知のランプは、とりわけ屋
内照明用の光源として非常に適している。このランプの
構造は、ハロゲン化ナトリウム(sodium halide)がラン
プの充填物の成分として用いられ、Na−D線における
ナトリウム発光の強い広がり(widening)及び反転(inver
sion)がランプの動作中に生じる場合に、良好な演色性
が可能になるという認識に基づいている。これは、例え
ば、1170K(900°C)という放電管内における
高い最冷点部温度Tkpを要求する。Na−D線の反転
及び広がりは、相互距離Δλの二つの最大値を持つスペ
クトルをなす発光帯域の形態をとることを必然的に含
む。Tkpが高い値を持つべきであるという要求は、実
用的な状況下において、放電管壁に対する石英または石
英ガラスの使用を排除し、この放電管壁にセラミック材
料の使用を必須にさせる。
ラミック壁”なる語は、例えばサファイア即ち密に焼結
した多結晶酸化アルミニウム(Al2O3)等の金属酸化物、
及び例えば窒化アルミニウム(AlN)等の金属窒化物の壁
を包含すると理解されたい。
較的広範囲の色温度とを合わせ持っている。放電管の充
填物は、少なくともハロゲン化ナトリウム(Na halide)
及びハロゲン化チタン(Ti halide)を有している。さら
に、放電管は、好ましくは、スカンジウム(Sc)、ランタ
ン(La)、並びにランタノイドのジスプロシウム(Dy)、ツ
リウム(Tm)、ホルミウム(Ho)及びエルビウム(Er)により
形成されるグループから少なくとも一つの成分を含有し
ている。前記既知のランプは、0.9≦EA/Di≦
2.2という事実があるように比較的短い放電管を持
ち、実用的なランプに関して50W/cm2以上という
高い壁負荷を持つ。ここで、この壁負荷は、ランプ電力
と電極先端部間に位置される放電管壁の部分の外側表面
積との商として規定される。
目的に対して比較的限られた効率しか持たないというこ
とである。
質(3000K≦Tc≦4000K;Raは略々50〜
60)を持つ白色光を放射し、比較的高い効率を持つラ
ンプを開示している。しかしながら、このランプは、放
電を励起するためのソレノイド電界を要求し、この目的
のために、該ランプには、放電管の周囲に多量に巻かれ
た外部コイルが設けられている。このコイルは、1MH
z以上の非常に高い周波数で動作されるべきである。こ
のランプにより放射される光自体は全般照明目的に対し
て有用であるが、このランプの例外的な構造及びこれに
必要とされる特別の給電装置が、全般照明目的に対する
該ランプの使用をそれ程実用的ではないものにする。
い効率を持ち且つ電極が設けられた放電ランプを記載し
ている。この目的のための放電管の充填物は、少なくと
もハロゲン化セシウム(Cs halide)、及びランプ動作中
において3気圧以上の圧力を持つ比較的多量の(略々3
mg/cm3と20mg/cm3との間の)水銀(Hg)を
有している。セシウムは低いイオン化電圧を持つが、セ
シウムからの放射は、かなりの部分に関して、スペクト
ルの可視部分外にある。このランプにより放射される光
は、全般照明に使用するにはそれ程適さない色質を持つ
ことが分かった。多量に水銀を使用することは、環境上
の理由のため望ましくない。
ライドランプの重大な不利な点は、放電で生じる螺旋不
安定性、及び放電管の充填物における付加的な分離とい
う重大な危険性である。
を持つメタルハライドランプを得るための手段を提供す
ることを目的とする。
ンプが、この目的のために、前記イオン化可能充填物が
ヨウ化ナトリウム(NaI)及びヨウ化セリウム(CeI3)を有
し、EA/Di>5の関係が満たされることを特徴とす
る。
質(Ra≧40、色温度Tcが2800≦Tc≦600
0K)と組合わせて実現できる利点を持ち、これは当該
ランプを全般照明源として使用することに非常に適した
ものにしている。放電アークが、電極間隔即ち放電アー
ク長に対する比較的小さな径に起因する放電管の壁によ
り包囲され、これにより直線的な放電アークが実現され
る。驚くべきことに、放電管の壁は熱を受けるが、これ
は、熱応力に起因する放電管壁の破壊の危険性が非常に
小さいようなものであることが分かった。螺旋不安定性
及び分離の発生も、これによりかなり防がれることが分
かった。
のセラミック材料の良好な熱伝導性が該放電管壁内の熱
応力を減少させるための手段として有利に用いられるこ
とを意味する。これは、壁負荷に対して好ましくは大き
くて30W/cm2を選択することによりさらに有利に
作用する。
ける更なる向上は、壁厚を適切に選択することにより実
現することができる。セラミック壁の良好な熱伝導性
は、このセラミック壁が少なくとも1mmの厚さを持つ
場合に、更に有利に利用される。壁厚の増加は、ここで
は、放電管壁による熱放射の増加だけでなく、電極間に
位置する壁の部分から放電管の比較的冷たい端部へのと
りわけ良好な熱伝達を促進する結果になる。これによ
り、放電管の壁にわたって発生する温度差は依然として
200K〜250Kに限られたままであることが実現さ
れる。壁厚の増加はまた、壁負荷の減少に至る。
も、壁負荷の減少をもたらす。しかしながらこの場合、
放電管壁における放射損失の増加が起こり、従ってラン
プ動作中放電管の熱損失が増加する。これは、全ての他
の環境が同じままで、Tkpの降下に至るであろう。
に高い濃度のナトリウム(Na)及びセリウム(Ce)が存在す
べき必要性があり、これはとりわけΔλの値に現れる。
Δλの値は、とりわけ、ヨウ化ナトリウム:ヨウ化セリ
ウムのモル比及びTkpのレベルに関連付けられる。本
発明によるランプに関しては、Δλが比較的低い値、好
ましくは2nm〜6nmの範囲内にある値を持つ場合に
満足することが分かった。実験で、Δλの所望の値は、
早くも1100KのTkpのレベルが与えられて実現で
きることが分かった。従って、1100Kの値は、ラン
プ動作中Tkpに要求される最小値である。好ましく
は、1200K以上をTkpに関して実現する。
限られた範囲で十分であることである。従って、非常に
高いTkpの値を用いる必要がなく、これは長いランプ
寿命を達成するために有利である。明らかに、セラミッ
ク壁材料がより長期間持ちこたえることができる最大温
度よりもTkpが低いことが、いかなる場合において確
実になされるべきである。
て1500Kを選択することが望ましいことを示した。
Tkp>1500Kで放電管内で優勢になる温度及び圧
力においては、放電管壁の化学的腐食作用がランプ寿命
を許容できない程短くするようになる。好ましくは、密
に焼結したAl2O3が放電管壁に使用される場合T
kpは大きくて1400Kである。
化セリウムのモル比は、好ましくは、3と25との間で
ある。3よりも低い比に関しては、一方において、効率
が許容できないほど低くなり、他方において、ランプに
より放射される光が過度の量の緑色を含有することが分
かった。光の色補正は、例えば放電管のイオン化可能充
填物へ塩を添加することにより可能だが、この場合効率
が損なわれる。25よりも高い比の場合、セリウムのラ
ンプの色質への影響が、これらの色質が既知の高圧ナト
リウムランプの色質に非常に類似するように小さくな
る。
場合、広く用いられている高圧ナトリウムランプにおけ
る当該用途に通例のものに匹敵する効率が実のところ要
求される。これら高圧ナトリウムランプの効率は、一般
的に、100lm/W〜130lm/Wの範囲内にあ
る。これら実在している高圧ナトリウムランプの不利な
点は、放射される光が白色の代わりに黄色であり、平均
演色評価数Raの値が略々20ということである。許容
できるRa値は、しかしながら、全般照明用には少なく
とも40である。好ましくは、Ra値は少なくとも45
であり、とりわけ、50〜70の範囲に値がある場合に
有利である。比較のために、全般照明用に実用されてい
る高圧水銀ランプ及びメタルハライドランプは、各々、
略々50lm/Wで90lm/Wの最大値に及ぶ効率を
持ち、50と90との間にあるRa値を持つ。
イオン化可能充填物に添加される。希ガスの充填圧の選
択を通じてランプの測光特性に影響を与えることができ
る。さらに、金属、例えば水銀が、所望のランプ電圧を
実現するために添加されても良い。亜鉛(Zn)もこのため
に適している。亜鉛はまた、比較的高いTc値を実現す
るためにも適している。亜鉛は、金属の形態で添加され
ても良い。他の例においては、亜鉛を塩の形態、例えば
ヨウ化亜鉛(ZnI2)の形態で充填物に添加することができ
る。
(縮尺通りではない)を参照してより詳細に説明される
であろう。
可能充填物を含有する放電空間11を囲むセラミック壁
を持つ放電管3が設けられたメタルハライドランプを示
している。各先端部の相互距離がEAである二つの電極
が、前記放電空間内に配置され、前記放電管は、少なく
ともこの距離EAにわたって内径Diを持つ。前記放電
管は、狭い介在空間を持って該放電管内に位置される電
極4、5に対する電流貫通導体(図2:40、41、5
0、51)を囲み、前記放電空間から遠い端部において
融解セラミック接合(図2:10)により気密的にこの
導体に結合されているセラミック突出プラグ34、35
により一の側で閉じられている。前記放電管は、一方の
端部に口金2が設けられた外側バルブ1により包囲され
ている。放電は、当該ランプが動作している際に、電極
4、5の間に延びるであろう。電極4は、電流導体8を
介して口金2の第1の電気接点を形成する部分に接続さ
れる。電極5は、電流導体9を介して口金2の第2の電
気接点を形成する部分に接続される。(縮尺通りではな
い)図2により詳細に示される前記放電管は、セラミッ
ク壁を持ち、内径Diを持つ円柱状部分から形成され
る。この円柱状部分は、関連する端壁部32a、32b
により各端部で境界付けられ、これら端壁部32a、3
2bは各々、前記放電空間の端面33a、33bを形成
する。これら端壁部各々は開口を持ち、この開口内で、
セラミック突出部34、35が、焼結接合Sによりこれ
ら端壁部32a、32b内に気密的に固着される。セラ
ミック突出プラグ34、35は各々、先端部4b、5b
を持つ関連する電極4、5の電流貫通導体40、41、
50、51を狭く囲む。前記電流貫通導体は、前記放電
空間から遠い側において融解セラミック接合10により
気密的にセラミック突出プラグ34、35に結合され
る。
EAで配置される。前記電流貫通導体は各々、例えばM
o−Al2O3サーメットの形態のハロゲン化物抵抗性
部分41、51と、融解セラミック接合10により気密
的に関連する端部のプラグ34、35に固着される部分
40、50とを有している。前記融解セラミック接合
は、Moサーメット40、41上をある程度の距離、例
えば略々1mmにわたって延びる。前記部分41、51
は、Mo−Al2O3サーメットからではなく他の方法
で形成することが可能である。他の可能な構造は、例え
ば、欧州特許出願公開第EP-0 587 238号(米国特許第US
-A-5,424,609号)から知られている。とりわけ適した構
造は、前記と同一材料のピンの周りに施されたハロゲン
化物抵抗性コイルであることが分かった。モリブデン(M
o)は、強ハロゲン化物抵抗性材料としての使用に非常に
適している。前記部分40、50は、膨張係数が前記端
部のプラグの膨張係数に適切に対応するような金属から
作られる。例えば、ニオブ(Nb)が、この目的のために非
常に適した材料である。前記部分40、50は、簡略化
されて示されるように電流導体8、9に結合される。上
述の貫通構造は、所望に応じたいかなる点灯位置でラン
プを動作させることを可能にする。
近傍にコイル4c、5cが設けられた電極ロッド4a、
5aを有している。前記突出セラミックプラグは、焼結
接合Sにより気密的に端壁部32a、32b内に固着さ
れる。この場合、前記電極の先端部は、前記端壁部によ
り形成される端面33aと33bとの間に位置する。本
発明によるランプの他の実施例においては、突出セラミ
ックプラグ34、35に、端壁部32a、32bの背後
側で窪みが設けられる。この場合、前記電極の先端部
は、前記端壁部により規定される端面33a、33b内
にかなり位置する。
に実現する場合、定格ランプ電力は、150Wである。
高圧ナトリウムランプを動作させるために実在している
装置で動作させるのに適したランプ(改装ランプ)は、
91Vのランプ電圧を持つ。放電管のイオン化可能充填
物は、0.7mgの水銀(<1.6mg/cm3)及び
8mgのモル比7:1のナトリウムとセリウムとのヨウ
化物塩を有している。水銀は、ランプ電圧が80Vと1
00Vとの間になることを確実にするように働き、これ
は改装要求のために必要とされる。さらに、前記充填物
は、始動ガスとして250mbarの充填圧を持つキセ
ノン(Xe)を有している。
であり、内径Diは4mmであり、故に、EA/Diの
比は8である。放電管の壁厚は1.4mmである。従っ
て、このランプは、21.9W/cm2の壁負荷を持
つ。
の効率を持ち、これは、2000時間の動作寿命後12
6lm/Wに降下した。ランプにより放射された光は、
各々58及び3900KのRa及びTcに関する値を持
つ。ランプにより放射された光は、(.395,.416)の値を
持つ色度(color point)(x,y)を持ち、これは、(.05,.0
5)未満だけ黒体軌跡(blackbody line)外に位置してい
る。黒体軌跡は、黒体即ち完全放射体の色度の組により
形成される。黒体軌跡から上方にわずかだけずれた色度
を持つ光は、全般照明目的用の白色光として関連付けら
れる。最冷点部温度Tkpはここでは1200Kであ
り、Δλの値は3.3nmである。250mbarのア
ルゴン(Ar)を、匹敵するランプの希ガスとして用いた。
これは、匹敵する測光特性を持つランプに結果としてな
った。比較のため、前記と同一の出力定格の高圧ナトリ
ウムランプ(Philips製、SON PLUS型)は、110lm
/Wを持ち、Tc=2000K及びRa=21で黄色光
を放射することに注意されたい。高圧水銀放電ランプ
(Philips製、HPL Comfort型)は、本発明によるランプ
の色質と匹敵する色質を持つ光を放射するが、効率が、
50〜60lm/Wに過ぎない。変形例として、唯一の
変更点で、ヨウ化ナトリウムとヨウ化セリウムとのモル
比が25:1に変えられ、これは80Vのランプ電圧で
124lm/Wの効率、2820Kの色温度及び41の
演色評価数に結果としてなった。Tkpはこれらの状況
下で1200Kであり、Δλの値は4nmである。色度
の座標は、(0.459;0.423)であり、このランプにより放
射される光の測光特性は、全般照明目的にすれすれで許
容可能である。
い。このランプは、32mmの電極間隔EA及び4mm
の内径Diを持つ。放電管の充填物は、8mgのモル比
7:1のヨウ化ナトリウム/ヨウ化セリウム及びキセノ
ンを有している。壁負荷は、21.9W/cm2であ
る。1250mbarのキセノン充填圧を持つ第1の実
施例においては、ランプにより消費される電力が150
Wであり、ランプ電圧は1220KのTkpに関し47
Vである。このランプの実施例においてΔλは4.1n
mであり、効率は150lm/Wであり、色温度Tcは
3300Kであり、平均演色評価数Raは49である。
色度の座標(x;y)は(0.436;0.446)である。このランプの
第2の実施例においては、キセノン充填圧が500mb
arである。この第2の実施例のランプ電圧は45Vで
あり、Δλは3.8nmであり、効率は145lm/W
であり、Tcは3600Kであり、Raは53であり、
(x;y)は(0.421;0.447)である。
barのキセノンを持つさらなる変形例においては、ヨ
ウ化ナトリウム:ヨウ化セリウムのモル比が5:1に変
えられた。このランプは、185Wの電力で動作され
る。これらの状況下で、Tkpの値は4.5nmのΔλ
に関し1240Kであり、ランプ電圧は53Vであり、
効率は177lm/Wであり、Tcは4232Kであ
り、Raは61であり、(x;y)は(0.394;0.457)である。
この場合の壁負荷は27.1W/cm2である。ここで
述べられた水銀を持たないランプは、電子安定器回路に
より生成される方形波電圧により動作される。
るランプが、150Wの出力定格、66mmの電極間
隔、2.6mmの内径及び1250mbarのキセノン
充填圧で製造された。このランプの第1の実施例におい
ては、充填物が8mgのモル比7:1のヨウ化ナトリウ
ム及びヨウ化セリウムを持つ。このランプは、119V
のランプ電圧及び125lm/Wの効率を持つ。Tkp
は1250Kであり、Δλは3.1nmである。Tc、
Ra及び(x;y)の値は各々、3480K、45及び(0.42
6;0.445)である。
セリウム塩とのモル比が3:1である。第2の実施例の
ランプ電圧はこれらの状況下で130Vであり、効率は
130lm/Wであり、Tcは4312Kであり、Ra
は61であり、(x;y)は1460KのTkpに関し(0.38
3;0.441)である。Δλの値は2.4nmである。これら
二つの実施例も方形波電圧で動作された。
物として亜鉛を持つ4個のランプが製造された。全ての
ランプは、7:1のモル比のヨウ化ナトリウム及びヨウ
化セリウムを含有している。放電管の壁厚は、全ての場
合において1.4mmである。第1のランプにおいて
は、内径が2.6mmであり、電極間隔が32mmであ
る。亜鉛は、0.4mgのヨウ化亜鉛の形態で添加され
る。このランプのランプ電圧は95Vであり、効率は1
34lm/Wであり、Tcは4400Kであり、Raは
63であり、色度の座標(x;y)は(0.378;0.429)である。
Tkpは1370Kになり、Δλは3.9nmになるこ
とが分かった。
mmに増加され、亜鉛塩の量が0.2mgに減少され
た。110Vのアーク電圧において、Tkpは1350
Kであり、Δλは3.7nmであり、効率は138lm
/Wであり、Tcは4600Kであり、Raは64であ
り、色度の座標(x;y)は(0.368;0.436)である。
の放電管の内径は40mmに増加された。亜鉛は、この
場合金属の形態で4mgの量添加された。これは、3.
3nmのΔλに関しTkpが1250Kに減少した。こ
のランプは85Vのランプ電圧を持つ。効率は、400
0KのTc値、62のRa値及び(0.395;0.427)の色度
の座標に関し115lm/Wである。
鉛が、第2のランプと匹敵するが40mmに増加された
内径を持つ放電管内に添加される。これは、1230K
へのTkpのさらなる降下及び3.2nmのΔλに結果
としてなる。ここで、ランプ電圧は89Vであり、効率
は111lm/Wであり、色温度は3900Kである。
Ra値は59になることが分かり、色度の座標(x;y)は
(0.402;0.432)である。
4)
Claims (4)
- 【請求項1】 イオン化可能充填物が存在する放電空間
を囲むセラミック壁を持つ放電管が設けられ、相互距離
EAである先端部を有する二つの電極が、前記放電空間
内に配置され、該放電空間は、少なくとも前述の距離E
Aにわたって内径Diを持つメタルハライドランプにお
いて、 前記イオン化可能充填物はヨウ化ナトリウム及びヨウ化
セリウムを有し、EA/Di>5の関係が満たされるこ
とを特徴とするメタルハライドランプ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のランプにおいて、 前記ランプの前記放電管は、30W/cm2以下の壁負
荷値を持つことを特徴とするランプ。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載のランプにおい
て、 前記セラミック放電管の前記壁は、少なくとも前述の距
離EAにわたって少なくとも1mmの厚さを持つことを
特徴とするランプ。 - 【請求項4】 請求項1、2又は3に記載のランプにお
いて、 前記ヨウ化ナトリウム及び前記ヨウ化セリウムは、3〜
25の範囲内にあるヨウ化ナトリウム:ヨウ化セリウム
のモル比で存在することを特徴とするランプ。
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