JP2003272560A - メタルハライドランプ - Google Patents
メタルハライドランプInfo
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Abstract
き、ランプ寿命特性を向上させ、点灯方向自由形で高効
率・長寿命のメタルハライドランプを得る。 【解決手段】 内部に一対の電極を有する発光部3と、
発光部3の両端部に細管部4,5をそれぞれ有するセラ
ミック材料からなる発光管1を備え、発光管1の内部に
は封入物として、ハロゲン化ディスプロシウム、ハロゲ
ン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、および、ハロゲ
ン化セリウムのうち少なくとも一種と、ハロゲン化ナト
リウムとを含む金属ハロゲン化物が封入された低ワット
タイプのメタルハライドランプであって、発光部3内に
おける電極間距離をLe(mm)および発光部3の中央
部の管内径をφi(mm)としたとき、発光管形状パラ
メータLe/φi値が0.45〜0.65の範囲を満足し
ている。
Description
多結晶体アルミナセラミックなどのセラミック管を用い
たメタルハライドランプに関するものである。
れていた石英に代って、半透明の多結晶体アルミナセラ
ミック管を用いたメタルハライドランプの開発・展開が
活発に進められている。
ハライドランプの特長は、石英の約1000℃に対して
約1200℃という高い耐熱性を備えており、耐熱性が
高い分、発光管の管壁負荷を、より高い範囲に設定する
ことができるので、石英を用いたものに比して、高効率
・高演色性のランプ特性が得られることである。
メタルハライドランプは、ランプワットが70W〜15
0Wのいわゆる低ワットタイプが主力品種であり、主に
店鋪などの商業空間における屋内インテリア照明分野で
用いられている。
たメタルハライドランプの発光管を示す。
7,28とからなる多結晶体アルミナセラミック製の発
光管容器25を有している。すなわち、放電アーク領域
となる発光部26と、この発光部26の両端部に細管部
27,28がそれぞれ設けられており、これら発光部2
6と細管部27,28は多結晶アルミナセラミック材料
からなっている。
極29,30が設けられている。このタングステン電極
29,30はそれぞれ、タングステン電極棒31,32
とこのタングステン電極棒31,32の先端部に設けら
れたタングステンコイル33,34からなっている。
性サーメットからなる給電体35,36が挿入され、フ
リット37により気密封着され、給電体35,36の放
電側先端部にはタングステン電極棒31,32が接合・
保持されている(なお、導電性サーメットからなる給電
体35,36では、それぞれ他方の端部にニオブなどか
らなる外部リード線が接合・保持される場合がある)。
ここで、フリット37は、ランプ点灯時における高温の
発光物質による侵蝕を抑制するために、通常タングステ
ン電極棒31,32の接合端部まで溶融・充填されてい
る。いわば、かかる特有の構成によって初めてアルミナ
セラミックを用いたメタルハライドランプが具現化され
たといえる。そして、必然的に形成される細管部27,
28とタングステン電極棒31,32との隙間38,3
9には、通常モリブデンコイル40,41がタングステ
ン電極棒31,32に巻かれる形で設けられている。
oI3、TlI,NaIなどの金属ハライドからなる発
光物質42と、緩衝ガスとしての水銀及びアルゴンなど
の始動補助用希ガスが封入されている。
24が窒素などが封入された外管ガラスバルブ(図示せ
ず)内に組立・保持されており、最終的に外管ガラスバ
ルブには口金(図示せず)が装着されている。
ては、例えば70Wタイプにおいて、発光管における発
光部の中央部の内径φiを6.2mm、電極間距離Le
は5.0mm、発光部26の内側全長(発光部内に位置
する細管端面間距離)Liは10.0mmである。これ
ら寸法から、発光管形状を示す主要なパラメータであ
る、いわゆる発光管形状パラメータLe/φi値は0.
80となる。また管壁負荷weは37W/cm2の比較
的高い値に設定されている(但し、ランプ入力Wlaお
よび発光部26の全内表面積をSとすると、管壁負荷w
e=Wla/Sにより規定)。
寸法としては、発光部の中央部の内径φiは10.6m
mおよび電極間距離Leは10.0mmであり、発光管
形状パラメータLe/φi値は0.94と上記70Wタ
イプに比べて大きく設定されている。そして、発光部2
6の内側全長Liは17.0mmであり、管壁負荷we
は約27W/cm2に設定されている。
Wタイプにおいて、それぞれランプ光束6700lmお
よび13500lm、ランプ効率90lm/Wで平均演
色評価数Ra85以上という優れたランプ特性が達成さ
れている。また、従来石英管メタルハライドランプと同
等の6000hrsの定格寿命時間が得られている(但
し、ランプ寿命時間は、通常光束維持率が初期値に対し
て70%時点のエイジング時間により規定)。なお、ラ
ンプ光色として発光物質42の各封入組成比を変えるこ
とにより、色温度3000K、3500Kおよび430
0Kの三品種が展開されている。
20W〜250Wタイプのいわゆるショートアーク形の
メタルハライドランプが、特開平10−144261号
公報に開示されている。このランプは、発光管容器が円
筒形の放電中央部と半球形の両管端部から構成されてお
り、この発光管形状パラメータLe/φi値は0.67
〜1.25の範囲に規定され、一方、管壁負荷weは2
5〜35W/cm2の比較的高い範囲に規定されてい
る。なお、発光物質としては、図7の従来ランプと同様
のDyI3,TmI3,HoI3,TlI,NaIの金属
ハライドが封入されている。
ック管を用いたメタルハライドランプの特長として、前
記した高効率・高演色性のほかに、発光部の中央部管壁
に排気管チップが存在する従来の石英製の発光管を備え
たメタルハライドランプ(以下、石英ランプという)に
比べてランプ点灯方向による発光色変動が小さいことが
挙げられている。
中に発光部の管壁に細管が設けられ、この細管を通じて
発光管内の排気等を行い、処理後この細管を封止切るた
め、発光部の中央部に排気チップが存在するものが一般
的である。
排気チップを下方に位置して使用すると、発光物質が排
気管チップに集積してしまい、垂直点灯時に比べ、発光
物質の蒸気圧が低下して例えば発光色の色温度が規格値
より上昇したりするということになる。
点灯形のものが主流であり、一部の水平点灯形の石英ラ
ンプでは、排気チップを必ず上方に位置して使用するよ
うランプの取扱説明書に記載したり、排気チップが必ず
上方に位置して取り付けられるよう口金の形状を規制し
たりする必要があった。
在しないアルミナセラミック管を用いたメタルハライド
ランプにおいては、エジソン口金(E形)が装着された
品種でも、一般に点灯方向に制限の無い、いわゆる点灯
方向自由形であると見なされている。このような点灯方
向自由形のランプは、特に被射体に応じて種々のランプ
点灯方向が採られる屋内インテリア照明用ランプにとっ
て、極めて有利な特長といえる。
ミック管を用いたメタルハライドランプを市場で使用し
たとき、発光部に排気チップが存在しないにもかかわら
ず、特に100Wよりも低ワットの例えば70Wタイプ
において特定の点灯方向によっては発光色が変動して問
題となることがわかった。すなわち、発光色4300K
の70Wタイプにおいて、実際の発光色は、垂直点灯方
向では規格値どおりの色温度4300Kとなるが、水平
点灯方向では3700Kまで色温度が低下する。そし
て、かかる発光色変動は人間の眼で明瞭に視認できるも
のであり、例えば、垂直点灯および水平点灯を組み合わ
せて照明した場合など発光色の違いが目立ち問題とな
る。
では、水平点灯時の色温度は、垂直点灯時と比べて上昇
することになるのに対して、従来のアルミナセラミック
管を用いたメタルハライドランプの70Wタイプでは、
水平点灯時の色温度は垂直点灯時と比べて逆に低下して
いる。つまりかかる発光色変動はアルミナセラミック管
を用いたメタルハライドランプ特有の現象といえる。
50Wタイプでは、点灯方向による色温度変動幅△Tc
(以後、水平点灯での色温度差をTc(H)、および垂
直点灯での色温度をTc(V)とすると、△Tc=Tc
(H)−Tc(V)で表す)では+200K以内と小さ
く、これは実際の使用において問題にならない変動幅で
あることが確かめられている。従って、問題となるよう
な発光色変動は、特に100W以下の低ワットタイプに
特有のものといえる。
イプのアルミナセラミック管を用いたメタルハライドラ
ンプにおいて、点灯方向自由形という有利な特長を実質
的に具現するには、上記の発光色変動について、色温度
変動幅△Tcを+200Kあるいは−200K以内に抑
制できる手段を見い出すことが第1の技術課題である。
寿命化が挙げられる。つまり、アルミナセラミック管は
基本的に従来の石英管に比べて高温の発光物質に対する
耐蝕性が高いといわれながら、従来技術によるアルミナ
セラミック管を用いたメタルハライドランプの定格寿命
時間は従来の石英ランプと同等の6000hrsであ
る。
ック材料からなる発光管を備えた特に100W以下の低
ワットタイプのメタルハライドランプにおいて、特定の
点灯方向による発光色変動を抑制できる有効な手段を見
い出すとともに、併せてランプ寿命特性を向上させ、こ
れによって、屋内インテリア照明用として特長ある点灯
方向自由形で高効率・長寿命のメタルハライドランプを
提供することを目的とする。
内部に一対の電極を有する発光部と、この発光部の両端
部に細管部をそれぞれ有するセラミック材料からなる発
光管を備え、前記発光管の内部には封入物として、ハロ
ゲン化ディスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲ
ン化ホルミウム、および、ハロゲン化セリウムのうち少
なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムとを含む金属ハ
ロゲン化物が封入された低ワットタイプのメタルハライ
ドランプであって、 前記発光部内における電極間距離
をLe(mm)および前記発光部の中央部の管内径をφ
i(mm)としたとき、発光管形状パラメータLe/φ
i値が0.45〜0.65の範囲を満足する構成を有して
いる。
光色変動を問題とならない色温度変動幅△Tc+200
Kあるいは−200K以内に抑制できて、屋内インテリ
ア照明用として特長ある点灯方向自由形のメタルハライ
ドランプが得られる。
タルハライドランプにおいて、前記発光管の管壁負荷w
eが23〜30W/cm2の範囲を満足する構成を有す
る。
光色が変動することを抑制できるとともに、併せて高い
ランプ効率を維持しながらエイジングにおける光束維持
率を改善できて、屋内インテリア照明用として特長ある
点灯方向自由形で高効率・長寿命のメタルハライドラン
プが得られる。
求項2のいずれかに記載のメタルハライドランプにおい
て、前記メタルハライドランプのランプワットが、70
W〜100Wの範囲を満足する構成を有する。
動することを抑制できるとともに、エイジングにおける
光束維持率の改善に対してより顕著な効果が得られて、
屋内インテリア照明用として特長ある70W〜100W
タイプの点灯方向自由形で高効率・長寿命メタルハライ
ドランプが得られる。
から図3を用いて説明する。
である例えば70Wタイプのメタルハライドランプの発
光管およびランプ全体構成を示している。ここで、本実
施形態である発光管の基本的構成そのものは、前記図7
の従来技術によるものと同様である。
らなる多結晶体アルミナセラミック製の発光管容器2を
有している。発光部3の両端部に細管部4,5(外径
2.6mmおよび内径0.8mm、全長14.5mm)
が焼結されている。
7がそれぞれ挿入され、発光管1内には一対のタングス
テン電極6,7が設けられている。タングステン電極
6,7はそれぞれ、タングステン電極棒8,9(外径
0.35mm、全長15.0mm)とタングステンコイ
ル10,11とからなる。
性サーメットからなる給電体12,13(外径0.70
mm、全長12.0mm)がフリット14によりそれぞ
れ気密封着されている。給電体12,13の放電側先端
部にはタングステン電極棒8,9がそれぞれ接合・保持
されている。フリット14は、ランプ点灯時の発光物質
によるその侵蝕を抑制するために、給電体12,13の
タングステン電極棒8,9との接合部近傍まで限定・充
填されている。そして、細管部4,5とタングステン電
極棒8,9との隙間15,16には、モリブデンコイル
17,18がタングステン電極棒8,9に巻かれる形で
設けられている。発光管1内には、ハロゲン化金属(D
yI3、TmI3、HoI3、TlI、NaI)からなる
発光物質19と、緩衝ガスとしての水銀と始動補助用希
ガスとしてのアルゴンが封入されている。
に、発光管1が、窒素46.5kPaが封入されている
硬質ガラスからなる外管バルブ21の内部に保持され
て、更に口金22(E形)が装備されている。また、外
管バルブ21内において、発光管1の周囲には外管バル
ブ破損防止用の石英シールド管23が設けられている。
詳細構成を設定するにあたり、まず図7に示す前述の7
0Wタイプにおける特有の点灯方向による発光色変動の
要因を調べた。この結果、特に70Wタイプにおいて発
光色の色温度が水平点灯方向に比べて垂直点灯方向で上
昇したのは、垂直点灯時での発光管の最冷点温度個所
が、発光部3に比べてより低温となる下側に位置する細
管部5に形成されることに起因することが明らかとなっ
た。具体的には、より低温となる細管部5とタングステ
ン電極棒9との隙間16に発光物質19が集積されるた
め、その蒸気圧が水平点灯方向に比べて低下する。この
結果、特にナトリウム放射が減衰して、発光色の色温度
が上昇することになるためである。
が形成されることは、アルミナセラミック管メタルハラ
イドランプを具現化するうえでフリット14の侵蝕を抑
制するための必要不可欠のものである。
向による発光色変動を抑制するために基本的に水平点灯
方向での発光管の最冷点温度を、従来技術による前記7
0Wタイプに比べて低下させ、垂直点灯方向での細管部
5の最冷点温度と均等化させる方法を検討した。具体的
には、発光管1の電極間距離Leに対する管内径φiの
増大、すなわち発光管形状パラメータLe/φi値の低
下による発光色変動の抑制効果を調べた。この場合、第
1にLe/φi値として従来技術による前記70Wタイ
プの0.80よりも低い範囲で変えた発光管1を準備
し、これらを備えたランプ20の点灯方向による発光色
変動を測定した。併せて、発光管の管壁負荷weも20
〜40W/cm2の範囲のランプ20も準備し、発光色
変動とともにエイジングにおける光束維持率などの寿命
特性を測定した。なお、これらの検討の発光管寸法とし
ては、図1の電極長De(細管の発光部側端面と電極棒
先端面との間の長さ)を2.5mmの一定に保って、管
内径φi5.0〜10.0mmおよび電極間距離Le
4.0〜7.0mmの範囲で変化させた。
W/cm2一定における発光管形状パラメータLe/φ
i値と、垂直・水平点灯方向による色温度変動幅△Tc
の関係を示す。これから、発光色変動を問題にならない
色温度変動幅△Tc+200Kあるいは−200K以内
に抑制するには、発光管形状パラメータLe/φi値を
0.45〜0.65の範囲に規定すればよいことがわか
った。
の管壁負荷weを30W/cm2以下の範囲に設定する
ことにより、6000hrs〜9000hrsのエイジ
ングにおいても光束維持率を70%以上確保でき、長寿
命化が達成できることがわかった。但し、we値23W
/cm2以下に設定することは、ランプ効率が従来値9
0lm/Wに対して約86lm/W以下と4%以上低下
するので妥当でない。結局、ランプ効率の低下を抑えて
長寿命時間を達成するには、we値を23〜30W/c
m2の範囲に規定するのが妥当である。
て、第1に発光管形状パラメータLe/φi値を0.4
5〜0.65の範囲に規定することによって点灯方向に
よる発光色変動を抑制でき、併せて管壁負荷weを23
〜30W/cm2の範囲に設定することで高効率・長寿
命のランプ特性が得られることがわかった。
ランプ20を準備して、その点灯方向による発光色変動
の抑制の確認と、ランプ効率及びエイジングによる光束
維持率などの特性測定を行った。この場合、ランプは上
述の図1および図2に示す基本構成からなり、発光管1
の具体的構成としては、発光部3の内側全長(細管部4
の端面と細管部5の端面間の距離)Liを10.0m
m、電極長Deを2.5mm、電極間距離Leを5.0
mm、管内径φiを8.5mm(管外径は9.7m
m)、発光管形状パラメータLe/φi値を0.59お
よび管壁負荷weを27W/cm2にそれぞれ設定し
た。この結果、かかる本発明にもとづく発光管構成によ
り、発光色変動を色温度変動幅△Tcを約−90K以内
に抑制でき、かつランプ効率89lm/Wおよび寿命時
間約9500hrsという優れたランプ特性が得られ
た。また、ランプの水平点灯方向における平均色温度4
280Kで平均演色評価数Ra約90のレベルが得られ
た(但し、それぞれの値はランプ10灯の平均値)。
上記本実施形態の70Wタイプ以外の少なくとも100
Wタイプにはそのまま適用できることが確かめられてい
る。
るためには、電極長De(mm)は、ランプ電力をW
(ワット)とした場合、0.0093×W+1.3≦D
e≦0.0133×W+2であることが好ましい。
ような発光部の両端部がテーパー形状をなす代りに、図
5に示すような発光部が円筒形状や図6に示すような回
転楕円体状をしていてもよい。特にテーパー形状および
回転楕円体状の場合、本発明の構成による効果が顕著に
なる。これらの形状をなす従来構成の発光管では、水平
点灯時の色温度が低くなりやすいためである。但し、回
転楕円体状の発光部では管内径φiの代りに管中央の最
大内径φi,maxの値を採用する。
として、放電発光管部とその両端の一対の細管部が一体
成形されたものでも、本発明による発光管構成はそのま
ま適用できる。
成として、発光管内部のハロゲン化金属に占めるハロゲ
ン化ナトリウムの比率は10wt%から50wt%の間
であることが好ましい。
を備えた100W以下の低ワットタイプのメタルハライ
ドランプにおいて、上記本実施形態である発光管構成を
備えることにより、基本的に発光色変動を問題とならな
い色温度変動幅△Tc+200Kあるいは−200K以
内に抑制でき、併せて高効率で長寿命の目的とする屋内
インテリア照明用として特長あるメタルハライドランプ
が得られる。
アルミナなどのセラミック材料からなる放電発光管部と
その両端の一対の細管部から構成されている100W以
下の低ワットタイプのメタルハライドランプにおいて、
使用の際、点灯方向による発光色変動を問題とならない
色温度変動幅△Tc+200Kあるいは−200K以内
に抑制でき、併せてエイジングにおける光束維持率など
の寿命特性も改善できて、これにより屋内インテリア照
明用として特長ある点灯方向自由形で高効率・長寿命の
メタルハライドランプを得ることができる。
プの発光管を示す図
プの全体構成を示す図
プにおける発光管形状パラメータと発光色変動の関係を
示す図
プにおける発光管の管壁負荷低下による光束維持率とエ
イジング時間の関係を示す図
光管を示す図
プの発光管を示す図
ライドランプの発光管を示す図
Claims (3)
- 【請求項1】 内部に一対の電極を有する発光部と、こ
の発光部の両端部に細管部をそれぞれ有するセラミック
材料からなる発光管を備え、前記発光管の内部には封入
物として、ハロゲン化ディスプロシウム、ハロゲン化ツ
リウム、ハロゲン化ホルミウム、および、ハロゲン化セ
リウムのうち少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウム
とを含む金属ハロゲン化物が封入された低ワットタイプ
のメタルハライドランプであって、前記発光部内におけ
る電極間距離をLe(mm)および前記発光部の中央部
の管内径をφi(mm)としたとき、発光管形状パラメ
ータLe/φi値が0.45〜0.65の範囲を満足する
ことを特徴とするメタルハライドランプ。 - 【請求項2】 前記発光管の管壁負荷weが23〜30
W/cm2の範囲を満足することを特徴とする請求項1
記載のメタルハライドランプ。 - 【請求項3】 前記メタルハライドランプのランプワッ
トが、70W〜100Wの範囲を満足することを特徴と
する請求項1ないし請求項2のいずれかに記載のメタル
ハライドランプ。
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