JP2006049210A

JP2006049210A - メタルハライドランプおよびそれを用いた照明装置

Info

Publication number: JP2006049210A
Application number: JP2004231232A
Authority: JP
Inventors: Isao Ota; 勲太田; Kazuo Takeda; 一男武田; Kazue Sakamoto; 和重阪本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: CN100565777C; US7423380B2; JP4402539B2; US20060049765A1; CN1801453A

Abstract

【課題】所望の色特性を得つつ、細管部に発生するクラックに起因して発光管がリークし、不点灯になるのを防止する。
【解決手段】内部に一対の電極２１が配置され、かつ金属ハロゲン化物が封入されているとともに、外囲器１９が透光性セラミックからなる発光管５を備え、金属ハロゲン化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、ハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化ナトリウムと、ヨウ化マグネシウムおよび臭化マグネシウムのうちの少なくとも一つからなるハロゲン化マグネシウムとを含む調光点灯用のメタルハライドランプであって、最高ランプ電力Ｐ（Ｗ）が７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲において、金属ハロゲン化物の総封入量をＡ（ｍｇ）、金属ハロゲン化物に対するハロゲン化マグネシウムの封入比率をＢ（ｍｏｌ％）としたとき、０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１１５Ｐ＋０．０４７５、Ａ≧０．０２１Ｐ＋０．３１３、かつＢ≧１０．０なる関係式をそれぞれ満たす。
【選択図】図２

Description

本発明はメタルハライドランプおよびそれを用いた照明装置に関するものである。

近時、メタルハライドランプ、特に発光管の外囲器を構成している材料に透光性セラミックを用いたメタルハライドランプ（以下、「セラミックメタルハライドランプ」という）において、省エネルギーの観点から、調光点灯が可能なもの、つまり通常は高いランプ電力（定格電力）で点灯させているが、あまり明るさが必要でないときはランプ電力を低くして点灯させることができるものが望まれている。

そして、この種のセラミックメタルハライドランプには、発光物質として所望の色特性等を得るために種々のハロゲン化物、例えば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、ハロゲン化セリウム、ハロゲン化プラセオジウム等の希土類金属のハロゲン化物等が封入されている。
なお、外囲器は、内部に一対の電極が配置された本管部と、この本管部の両端部に形成され、かつ先端部に前記電極を有する給電体が内部に挿入されている細管部とを備えている。

しかしながら、このようなセラミックメタルハライドランプを調光点灯させたとき、つまり低いランプ電力で点灯させた場合、高いランプ電力で点灯させた場合に比して色温度（Ｋ）が変化することがある。これは、低いランプ電力で点灯させた場合は高いランプ電力で点灯させた場合に比して発光管内の最冷点の温度が低下し、それに伴い各発光物質の蒸気圧も低下するが、その際、発光物質の種類によって蒸気圧の低下の割合が異なり、放射スペクトル分布が変動してしまうためである。例えば、発光物質としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ₃）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ₃）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ₃）、およびヨウ化タリウム（ＴｌＩ）が封入されているランプ電力１５０Ｗの従来のセラミックメタルハライドランプにおいて、色温度が４３００Ｋ、Ｄｕｖ（黒体放射軌跡からの色度座標（ｕ,ｖ）の変位）が０であったのに対して、６０％の調光、つまりランプ電力９０Ｗで調光点灯させると、色温度が５１００Ｋ、Ｄｕｖ（黒体放射軌跡からの色度座標（ｕ,ｖ）の変位）が２０になった。これは、低いランプ電力で点灯させた場合において、ヨウ化タリウムの蒸気圧の低下割合がヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化ツリウム、ヨウ化ホルミウムの蒸気圧の低下割合に比して小さいためである。

そこで、ヨウ化タリウムに代えてハロゲン化マグネシウムを封入し、低いランプ電力で点灯させた場合でも、各発光物質の蒸気圧がほぼ均等に低下するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−４２７２８号公報

本発明者らは、特許文献１に基づき、発光物質としてヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化ツリウム、およびヨウ化ホルミウム以外に、ヨウ化タリウムに代えてヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ₂）を封入した最大ランプ電力１５０Ｗ（最小ランプ電力９０Ｗ）のセラミックメタルハライドランプを試作し、評価を行った。
なお、ヨウ化マグネシウムの封入量は、金属ハロゲン化物の全モル量に対して５％〜５０％になるように調整した。

ところが、試作したランプにおいて、調光点灯はせず、最大ランプ電力１５０Ｗのみで点灯させて寿命試験を行った結果、定格寿命が９０００時間であるのに対して点灯経過時間が４５００時間付近でランプが不点灯になるという予期せぬ問題が発生した。この原因について調べたところ、細管部の端部のうち、本管部側の端部においてクラックが発生しており、このクラックによってリークが発生したと考えられる。また、このクラックの発生要因は、細管部の内面のうち、本管部側の端部において細管部の構成材料であるセラミックが発光物質（発光金属）と反応して浸食され、機械的強度が不足したためであると考えられる。つまり、特許文献１に記載された各発光物質の組み合わせ、およびその組成比が発光物質とセラミックとの反応を促進させたと考えられる。

しかしながら、調光点灯用のセラミックメタルハライドランプに封入され得る発光物質として、前記発光物質の組み合わせに代わる実用的な代替物はなく、またセラミックとの反応を抑制するために発光物質の封入量を低減すると、点灯時、各発光物質の蒸気圧が十分得られず、所望の色特性が得られないことが想定された。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、特に金属ハロゲン化物として、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、ハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化ナトリウムと、ヨウ化マグネシウムおよび臭化マグネシウムのうちの少なくとも一つからなるハロゲン化マグネシウムとを含む調光点灯用のメタルハライドランプにおいて、所望の色特性を得つつ、細管部に発生するクラックに起因して発光管がリークし、不点灯になるのを防止することができるメタルハライドランプおよびそれを用いた照明装置を提供することを目的とする。

本発明のメタルハライドランプは、内部に一対の電極が配置され、かつ金属ハロゲン化物が封入されているとともに、外囲器が透光性セラミックからなる発光管を備え、前記金属ハロゲン化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、ハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化ナトリウムと、ヨウ化マグネシウムおよび臭化マグネシウムのうちの少なくとも一つからなるハロゲン化マグネシウムとを含む調光点灯用のメタルハライドランプであって、最大ランプ電力Ｐ（Ｗ）が７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲において、前記金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）の総封入量をＡ（ｍｇ）、前記金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）に対する前記ハロゲン化マグネシウムの封入比率をＢ（ｍｏｌ％）としたとき、０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５Ｐ＋０．０４７５、Ａ≧０．０２１Ｐ＋０．３１３、かつＢ≧１０．０なる関係式をそれぞれ満たす構成を有している。

特に、前記電極が電極棒とこの電極棒の先端部に取り付けられた電極コイルとからなり、前記電極棒の直径をＣ（ｍｍ）としたとき、０．００１８Ｐ＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１Ｐ＋０．１７１なる関係式を満たすことが好ましい。
また、本発明の照明装置は、上記したメタルハライドランプが照明器具に組み込まれている構成を有している。

本発明は、所望の色特性を得つつ、細管部に発生するクラックに起因して発光管がリークし、不点灯になるのを防止することができるメタルハライドランプを提供することができるものである。
本発明は、所望の色特性を得ることができ、またランプの不点灯の発生確率が小さい照明装置を提供することができるものである。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態である調光点灯用のメタルハライドランプ１は、一端部が略半球状に閉塞され、かつ他端部にステム２が封着された略円筒状の例えば硬質ガラスからなる外管３と、この外管３の端部に取り付けられた例えばＥ形の口金４と、外管３の内部に配置された発光管５と、外管３と発光管５との間に配置され、発光管５が破損した際に外管３がその破片によって破損するのを防止するための円筒状の石英ガラスからなるスリーブ６とを備えている。

このメタルハライドランプ１は、通常に使用される定格ランプ電力（最大ランプ電力）が１５０Ｗであり、調光時に使用される最小ランプ電力が９０Ｗ、つまり定格ランプ電力に対して６０％まで調光点灯が可能である。用途としては、例えば店舗等の屋内照明が挙げられる。
ステム２の一部には二本のステム線７，８が封止されている。各ステム線７，８の一端部は外管３内に引き込まれ、その一方は電力供給線９を介して後述する発光管５の外部リード線１０，１１の一方に、他方は残る外部リード線１１にそれぞれ電気的に、かつ機械的に接続されている。よって、発光管５はこれらステム線７，８および電力供給線９によって外管３内に支持されている。各ステム線７，８の他端部は、それぞれ口金４のシェル部１２およびアイレット部１３に電気的に接続されている。

なお、ステム線７，８は、通常、複数の金属線が接続されて一体化されたものからなる。
外管３内には、窒素ガスが封入されている。もっとも、外管３内は窒素ガスを封入せず、真空状態であってもよい。
口金４としては、Ｅ形に限らず例えばピン状のＰ形等を用いることもできる。

発光管５は、図２に示すように、略円筒状の第一の筒部１４とこの第一の筒部１４の両端部にテーパ部１５を介して形成された第一の筒部１４よりも径小の略円筒状の第二の筒部１６とを有する本管部１７と、一端部がこの第二の筒部１６内に挿入され焼きばめられた略円筒状の細管部１８とから構成された例えば多結晶アルミナ等の透光性セラミックからなる外囲器１９を備えている。

なお、外囲器１９の一例として、本管部１７と細管部１８とが別々に成形され、後に焼きばめによって一体化されたものを用いた場合について説明したが、これに限らず本管部と細管部とが一体成形、つまり同時に一体的に成形されたものを用いてもよい。また、その形状として、本管部１７として第一の筒部１４、テーパ部１５および第二の筒部１６からなるものを用いた場合について説明したが、これに限らず単なる円筒状のものやその円筒状のものにおいて両端部が略半球になっているもの等の公知の種々の形状のものを用いることができる。さらに、外囲器１９の材質として、多結晶アルミナを用いた場合について説明したが、これ以外にイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリア、またはジルコニア等の透光性セラミックを用いることができる。

また、発光管５には、図１に示すように、両端部が各細管部１８に巻き付けられ、かつ本管部１７の外面に近接または接触している近接導体２０が設けられている。
さらに、発光管５の管壁負荷は、一例として２７Ｗ／ｃｍ²に設定されている。ただし、ここで言う「管壁負荷」とは、最大ランプ電力Ｐ（Ｗ）を発光管５の全内面積で除した値である。また、この「全内面積」とは、例えば図２に示す例では発光管５において電極２１がないと仮定した状態で、細管部１８の開口部のうち、本管部１７側の開口部を閉塞した状態で、その本管部１７内の全内面積（閉塞された細管部１８の開口部を含む）を算出した値である。

本管部１７内には、図２に示すように、一対の電極２１が互いに略対向するように配置され、かつ発光物質として金属ハロゲン化物、緩衝ガスとして水銀、および始動補助用ガスとして希ガスがそれぞれ封入されている。水銀は、安定点灯時のランプ電圧が所定の値になるように適宜調整されて封入されている。例えばランプ電圧が９０Ｖになるように水銀は１０ｍｇ封入されている。始動補助用ガスとしては、例えばアルゴンガスが常温（２５℃）において２０ｋＰａになるように封入されている。もちろん、アルゴンガス以外にキセノンガスやこれらの混合ガス等を用いてもよい。

電極２１は、タングステン製の電極棒２２とこの電極棒２２の先端部に取り付けられた同じくタングステン製の電極コイル２３とからなる。電極２１間の距離Ｌ_eは、９ｍｍ〜１１ｍｍ、例えば１０．０ｍｍである。ここで、定格ランプ電力である最大ランプ電力Ｐ（Ｗ）が７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲において、電極棒２２の直径をＣ（ｍｍ）（図３参照）としたとき、後述する理由により、０．００１８Ｐ＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１Ｐ＋０．１７１なる関係式を満たすことが好ましい。

金属ハロゲン化物としては、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、ハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化ナトリウムと、ヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ₂）および臭化マグネシウム（ＭｇＢｒ₂）のうちの少なくとも一つからなるハロゲン化マグネシウムとを含んでいる。もちろん、所望の色特性等を得るために、これらの金属ハロゲン化物に加えてヨウ化カルシウム（ＣａＩ₂）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化インジウム（ＩｎＩ）、ヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ₃）等の公知の種々の金属ハロゲン化物を封入してもよい。したがって、上記金属ハロゲン化物の種類や組成比を適宜調整することにより、所望の色特性を得ることができる。

ここで、定格ランプ電力である最大ランプ電力Ｐ（Ｗ）が７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲において、金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）の総封入量をＡ（ｍｇ）、全金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）に対するハロゲン化マグネシウムの封入比率をＢ（ｍｏｌ％）としたとき、後述する理由により、０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５Ｐ＋０．０４７５、Ａ≧０．０２１Ｐ＋０．３１３、かつＢ≧１０．０なる関係式をそれぞれ満たしている。

なお、「水銀ハロゲン化物」が除かれているのは、これは実質的に発光に寄与しないためである。
細管部１８は、長さＬ₁が１６．０ｍｍ〜１７．０ｍｍ、例えば１６．８ｍｍであり、肉厚ｔ₁（図３参照）が０．９ｍｍ〜１．３ｍｍ、例えば０．９ｍｍである。細管部１８の肉厚ｔ₁を厚くしすぎると、細管部１８の熱容量が大きくなり、その結果、発光管５内の最冷点の温度が低下して、点灯中の発光物質の蒸気圧が低下する。そのため、平均演色評価指数Ｒａが低下するおそれがある。一方、細管部１８の肉厚ｔ₁を薄くしすぎると、細管部１８が例えばランプの輸送中等の衝撃によって破損するおそれがある。したがって、細管部１８の肉厚ｔ₁は０．９ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲に設定されていることが好ましい。

また、この細管部１８内には、先端部に電極２１の電極棒２２が接続されており、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とモリブデン（Ｍｏ）との混合焼結体である導電性サーメットからなる給電体２４の一部が挿入されている。この給電体２４は、細管部１８の端部のうち、本管部１７とは反対側の端部において、細管部１８と給電体２４との間の隙間に流し込まれたガラスフリット２５によってほぼ全体が覆われるように封着されている。このガラスフリット２５によって封着されている部分の封着長Ｌ₂は例えば３．３５ｍｍである。給電体２４のうち、細管部１８の外部に導出している部分には、例えばニオブ製の外部リード線１０，１１に電気的に接続されている。ただし、図２中では、外部リード線１１を折り曲げていない。

また、細管部１８内において、電極棒２２の外周面には、細管部１８と電極棒２２との間の隙間をなるべく埋め、その隙間に液状化した金属ハロゲン化物が入り込むのを抑制するため、例えばモリブデン製のコイル２６が密巻き状に巻き付けられている。しかしながら、電極棒２２にコイル２６を巻き付けたとしても、各部材の寸法ばらつきを考慮した上で、コイル２６を含む電極棒２２が細管部１８内に余裕を持って挿入できるように、コイル２６の外径Ｒ₁は細管部１８の内径ｒ₁に対して若干に小さくなっており、細管部１８とコイル２６との間には、コイル２６の長手方向の中心軸が細管部１８の長手方向の中心軸と同一軸上にあると仮定して、設計上、０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍの隙間が形成されることになる。もっとも、電極２１は細管部１８内に対して偏心して挿入されるため、コイル２６の一部は細管部１８の内面に接触することがある。
なお、外部リード線１０，１１、電極２１、給電体２４、およびコイル２６を含む電極組立体としては、上記に挙げた材質、構造に限られるものではなく、公知の種々の材質や構造のものを用いることができる。

スリーブ６は、図１に示すように、その両端をステム線７，８によって支持された金属プレート２７，２８で挟まれるようにして保持されている。もっとも、スリーブ６を保持する手段としては公知の種々の保持手段を用いることができる。
次に、最大ランプ電力Ｐ（Ｗ）が７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲において、金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）の総封入量をＡ（ｍｇ）、全金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）に対するハロゲン化マグネシウムの封入比率をＢ（ｍｏｌ％）としたとき、０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５Ｐ＋０．０４７５、Ａ≧０．０２１Ｐ＋０．３１３、かつＢ≧１０．０なる関係式を満たすように規定した理由について説明する。

まず、上記した本発明の第１の実施の形態である調光点灯用のメタルハライドランプ１において、金属ハロゲン化物としてヨウ化ツリウム（ＴｍＩ₃）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ₃）、ヨウ化マグネシウムおよびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）が封入され、かつ全金属ハロゲン化物に対するヨウ化マグネシウムの封入比率Ｂを２７ｍｏｌ％としたランプ（以下、「ランプａ」という）と、同じく金属ハロゲン化物としてヨウ化ツリウム（ＴｍＩ₃）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ₃）、ヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ₂）およびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）が封入され、かつ全金属ハロゲン化物に対するヨウ化マグネシウムの封入比率Ｂを４０ｍｏｌ％としたランプ（以下、「ランプｂ」という）とをそれぞれ作製した。そして、作製したそれぞれのランプにおける金属ハロゲン化物の総封入量Ａ（ｍｇ）を表１に示すように種々変化させ、公知の電子安定器を用いて最大ランプ電力１５０Ｗで点灯させ、点灯経過時間９０００時間（定格寿命時間）までにおける発光管５のリークに起因する不点灯の発生有無について調べたところ、同じく表１に示すとおりの結果が得られた。

なお、ランプａおよびランプｂのいずれにおいても、細管部１８の肉厚ｔ₁は０．９ｍｍとし、細管部１８とコイル２６との間に形成された最大隙間ｇ（図３参照）は０．１０ｍｍであった。また、点灯方法としては、５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとしてこれを繰り返した。したがって、「点灯経過時間」とは累積点灯時間を示す。ただし、点灯中のランプ電力は常時１５０Ｗとし、調光点灯は行っていない。

また、ランプａの各金属ハロゲン化物の封入比率（ｍｏｌ％）はＴｍＩ₃：ＨｏＩ₃：ＭｇＩ₂：ＮａＩ＝２２：５：２７：４６、ランプｂの各金属ハロゲン化物の封入比率（ｍｏｌ％）はＴｍＩ₃：ＨｏＩ₃：ＭｇＩ₂：ＮａＩ＝１７：３：４０：４０とした。これらランプａ、ランプｂ、および後述するランプｃ、ランプｄのいずれも色温度が４３００Ｋに設定されている。

表１に示すとおり、ランプａ（封入比率Ｂ＝２７ｍｏｌ％）では、関係式０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５×１５０＋０．０４７５を満たす場合、例えば総封入量Ａが５．２ｍｇや５．７ｍｇの場合、点灯経過時間９０００時間までに発光管５のリークに起因して不点灯になるものはなかった。これに対して、関係式０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５×１５０＋０．０４７５を満たさない場合、例えば総封入量Ａが５．８ｍｇの場合、点灯経過時間９０００時間までに、例えば４５００時間付近で細管部１８の本管部１７側の端部にクラックが発生し、このクラックによって発光管５がリークして不点灯になった。

一方、ランプｂ（封入比率Ｂ＝４０ｍｏｌ％）では、関係式０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５×１５０＋０．０４７５を満たす場合、例えば総封入量Ａが４．２ｍｇや４．７ｍｇの場合、点灯経過時間９０００時間までに発光管５のリークに起因して不点灯になるものはなかった。これに対して、関係式０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５×１５０＋０．０４７５を満たさない場合、例えば総封入量Ａが４．８ｍｇの場合、点灯経過時間９０００時間までに、例えば４５００時間付近で細管部１８の本管部１７側の端部にクラックが発生し、このクラックによって発光管５がリークして不点灯になった。

したがって、０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５×１５０＋０．０４７５なる関係式を満たすことにより、点灯経過時間９０００時間まで発光管５のリークに起因する不点灯が発生しないことが確認された。
このような結果となった理由は次のように考えられる。
関係式０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５×１５０＋０．０４７５を満たさない場合、各サンプルにおける細管部１８の端部のうち、本管部１７側の端部の内面において図３に示すような著しく浸食された跡２９が残されていた。つまり、点灯中、細管部１８とコイル２６との間に形成された隙間に余剰の液状化した金属ハロゲン化物が多量に入り込み、それが細管部１８の構成材料である多結晶アルミナと化学的に反応し、細管部１８の内面を点灯経過時間とともに深く浸食していったと考えられる。その結果、細管部１８の浸食された部分の機械的強度が著しく低下し、ランプのオン、オフ時の熱衝撃によってその部分にクラックが発生し、リークに至ったと考えられる。一方、関係式０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５×１５０＋０．０４７５を満たす場合、各サンプルにおける細管部１８の端部のうち、本管部１７側の端部の内面において浸食された跡２９はあったものの、その浸食深さｄ（ｍｍ）は上記の場合に比してかなり小さかった。これは、余剰の液状化した金属ハロゲン化物が細管部１８とコイル２６との間に形成された隙間に入り込むものの、その量はかなり少なく、その結果、細管部１８の構成材料である多結晶アルミナとの化学的反応も少なかったためであると考えられる。したがって、寿命時間中、細管部１８の機械的強度はランプのオン、オフ時の熱衝撃に十分耐え得る程度にあったと考えられる。

なお、参考までに、ランプａにおいて、金属ハロゲン化物の総封入量Ａ（ｍｇ）に対する９０００時間点灯経過時の浸食深さｄ（ｍｍ）の変化を図４に示す。図４から明らかなように金属ハロゲン化物の総封入量Ａ（ｍｇ）の増加に伴い、浸食深さｄ（ｍｍ）は比例的に増加している。また、金属ハロゲン化物の総封入量Ａを５．２ｍｇ一定とした場合、全金属ハロゲン化物に対するハロゲン化マグネシウムの封入比率Ｂ（ｍｏｌ％）に対する９０００時間点灯経過時の浸食深さｄ（ｍｍ）の変化を図５に示す。図５から明らかなように全金属ハロゲン化物に対するハロゲン化マグネシウムの封入比率Ｂ（ｍｏｌ％）の増加に伴い、浸食深さｄ（ｍｍ）は比例的に増加している。

なお、上記した実験では細管部１８の肉厚ｔ₁が０．９ｍｍのものを用いたが、細管部１８の肉厚ｔ₁が少なくとも通常使用され得る範囲内、例えば０．９ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲内であっても上記と同様の結果が得られることが確認された。また、細管部１８とコイル２６との間に形成された最大隙間ｇは０．１０ｍｍであったが、細管部１８の内径ｒ₁とコイル２６の最大外径Ｒ₁との関係から、例えば０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍの範囲内であっても上記と同様の結果が得られると考えられる。さらに、上記した結果は、Ａ≧０．０２１Ｐ＋０．３１３、かつＢ≧１０．０なる関係式をそれぞれ満たす限り、各成分の封入比率に依存することなく同様に得られることが確認された。

次に、ランプａにおいて、総封入量Ａを５．２ｍｇからさらに表２に示すように４．０ｍｇ、３．５ｍｇ、３．４ｍｇと徐々に減らしたランプを作製した。そして、作製した各ランプについて、公知の電子安定器を用いて定格ランプ電力（最大ランプ電力）１５０Ｗで点灯させた場合（以下、「最大点灯時」という）と、定格ランプ電力１５０Ｗの６０％、つまり最小ランプ電力９０Ｗで調光点灯させた場合（以下、「調光点灯時」という）とにおいて、１００時間点灯経過時の色温度（Ｋ）と９０００時間点灯経過時の色温度（Ｋ）との色温度差ΔＴを測定したところ、同じく表２に示すとおりの結果が得られた。

なお、評価基準としては、目視によってその色温度差を判別しにくいレベル、すなわちΔＴ≦４００Ｋを基準とした。また、点灯方法としては、５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとしてこれを繰り返した。したがって、「点灯経過時間」とは累積点灯時間を示す。ただし、点灯中のランプ電力は、最大点灯時では常時１５０Ｗ、調光点灯時では常時９０Ｗである。

表２に示すように、最大点灯時および調光点灯時いずれにおいても色温度差ΔＴはほぼ同じ値になり、関係式Ａ≧０．０２１×１５０＋０．３１３を満たす場合、例えば総封入量Ａが４．０ｍｇや３．５ｍｇの場合、色温度差ΔＴは上記評価基準を満足した。これに対して、関係式Ａ≧０．０２１×１５０＋０．３１３を満たさない場合、例えば総封入量Ａが３．４ｍｇの場合、色温度差ΔＴは上記評価基準を下回った。

したがって、金属ハロゲン化物の総封入量ＡがＡ≧０．０２１×１５０＋０．３１３なる関係式を満たすことにより、点灯経過時間にともない色温度が変化するのを抑制することができることが確認された。
このような結果となった理由は次のように考えられる。
金属ハロゲン化物の総封入量ＡがＡ≧０．０２１×１５０＋０．３１３なる関係式を満たさない場合、最大点灯時にあってはもともと総封入量Ａが少ない上に、通常発生する発光金属と外囲器１９の構成材料であるセラミックとの反応によって発光に寄与する発光金属が減少し、その結果、金属ハロゲン化物の総封入量Ａが少なくなりすぎ、安定点灯中、各発光物質の蒸気圧が十分に得られなくなったためであると考えられる。また、調光点灯時にあっては発光管５内の最冷点温度が低くなるため、細管部１８内に沈み込む金属ハロゲン化物の量が増加し、その結果、発光に寄与する発光金属が減少して、上記と同様に金属ハロゲン化物の総封入量Ａが少なくなりすぎ、安定点灯中、各発光物質の蒸気圧が十分に得られなくなったためであると考えられる。一方、金属ハロゲン化物の総封入量ＡがＡ≧０．０２１×１５０＋０．３１３なる関係式を満たす場合、金属ハロゲン化物の総封入量Ａが適切化され、安定点灯中の発光物質の蒸気圧が十分に得られたためであると考えられる。

次に、上記した本発明の第１の実施の形態である調光点灯用のメタルハライドランプ１において、金属ハロゲン化物としてヨウ化ツリウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化マグネシウムおよびヨウ化ナトリウムが合計で４．０ｍｇ封入されたランプ（以下、「ランプｃ」という）を作製した。そして、作製したランプにおいて全金属ハロゲン化物に対するヨウ化マグネシウムの封入比率Ｂ（ｍｏｌ％）を表３に示すように種々変化させ、公知の電子安定器を用いて最大ランプ電力１５０Ｗで点灯させ、Ｄｕｖ（黒体放射軌跡からの色度座標（ｕ，ｖ）の変位）について調べたところ、同じく表３に示すとおりの結果が得られた。

なお、評価基準としては、人間の目による感応評価において視認できる色味のレベルを調査したところ、Ｄｕｖが−１０．０以上であれば、白色と認識することができると確認されたので、これを基準とした。

表３に示すように、封入比率Ｂが１０．０ｍｏｌ％以上、例えば１０．０ｍｏｌ％、１７．０ｍｏｌ％、２７．０ｍｏｌ％、３７．０ｍｏｌ％の場合、Ｄｕｖは上記評価基準を満足した。これに対して、封入比率Ｂが１０．０ｍｏｌ％未満、例えば９．０ｍｏｌ％の場合、Ｄｕｖは上記評価基準を下回り、ランプの見た目の色味が赤味を帯びていた。

したがって、全金属ハロゲン化物に対するヨウ化マグネシウムの封入比率Ｂ（ｍｏｌ％）がＢ≧１０．０なる関係式を満たすことにより、見た目の色味が赤味を帯びていない白色が得られることが確認された。
このような結果となった理由は次のように考えられる。
全金属ハロゲン化物に対するヨウ化マグネシウムの封入比率Ｂ（ｍｏｌ％）がＢ≧１０．０なる関係式を満たさない場合、ヨウ化マグネシウムの封入量が残る他の金属ハロゲン化物の封入量に対して少なすぎ、ヨウ化マグネシウムの発光スペクトルが小さくなりすぎたためであると考えられる。一方、全金属ハロゲン化物に対するヨウ化マグネシウムの封入比率Ｂ（ｍｏｌ％）がＢ≧１０．０なる関係式を満たす場合、ヨウ化マグネシウムが残る他の金属ハロゲン化物に対して適切に封入され、各発光物質の発光スペクトルのバランスが適正化されたためであると考えられる。
以上のとおり、金属ハロゲン化物の総封入量をＡ（ｍｇ）、全金属ハロゲン化物に対するヨウ化マグネシウムの封入比率をＢ（ｍｏｌ％）としたとき、０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５Ｐ＋０．０４７５、Ａ≧０．０２１Ｐ＋０．３１３、かつＢ≧１０．０なる関係式をそれぞれ満たすことにより、点灯経過時間に伴い色温度が変化するのを抑制することができ、かつランプの見た目の色味が赤味を帯びていない白色が得られつつ、つまり所望の色特性が得られつつ、発光管５にリークが発生して不点灯になるのを防止することができる。

また、上記した実験では、最大ランプ電力Ｐが１５０Ｗのものを用いた場合の結果について示したが、最大ランプ電力Ｐが７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲のものについても同様の実験を行った結果、上記と同様の結果が得られることが確認された。したがって、最大ランプ電力Ｐ（Ｗ）が７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲において、金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）の総封入量をＡ（ｍｇ）、全金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）に対するハロゲン化マグネシウムの封入比率をＢ（ｍｏｌ％）としたとき、０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５Ｐ＋０．０４７５、Ａ≧０．０２１Ｐ＋０．３１３、かつＢ≧１０．０なる関係式をそれぞれ満たすことにより、点灯経過時間にともない色温度が変化するのを抑制することができ、かつランプの見た目の色味が赤味を帯びていない白色が得られつつ、つまり所望の色特性が得られつつ、発光管５にリークが発生して不点灯になるのを防止することができる。

次に、電極棒２２の直径をＣ（ｍｍ）としたとき、０．００１８Ｐ＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１Ｐ＋０．１７１なる関係式を満たすように規定した理由について説明する。
まず、上記した本発明の第１の実施の形態である調光点灯用のメタルハライドランプ１において、金属ハロゲン化物としてヨウ化ツリウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化マグネシウムおよびヨウ化ナトリウムが封入されたランプ（以下、「ランプｄ」という）を作製した。そして、作製したランプにおける電極棒２２の直径Ｃ（ｍｍ）を表４に示すように種々変化させ、公知の電子安定器を用いて定格ランプ電力（最大ランプ電力）１５０Ｗで点灯させた場合（最大点灯時）と、定格ランプ電力１５０Ｗの６０％、つまり９０Ｗで調光点灯させた場合（「調光点灯時）とにおいて、９０００時間点灯経過時の光束維持率（％）、および定格寿命時間中の立ち消えの発生有無について調べたところ、同じく表４に示すとおりの結果が得られた。

なお、ランプｄにおいて、電極棒２２の直径Ｃの変化に応じて、細管部１８の肉厚ｔ₁を一定（０．９ｍｍ）とし、その内径ｒ₁を変化させた。また、金属ハロゲン化物の総封入量Ａは４．０ｍｇであり、各金属ハロゲン化物の封入比率（ｍｏｌ％）はＴｍＩ₃：ＨｏＩ₃：ＭｇＩ₂：ＮａＩ＝２５：５：２２：４８とした。
また、点灯方法としては、５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとしてこれを繰り返した。したがって、「点灯経過時間」とは累積点灯時間を示す。ただし、点灯中のランプ電力は、最大点灯時では常時１５０Ｗ、調光点灯時では常時９０Ｗである。しかし、光束を測定する際は、いずれの場合も定格ランプ電力１５０Ｗで点灯させた状態で測定した。

さらに、ここで言う「光束維持率」とは、１００時間点灯経過時の光束（ｌｍ）を１００とした場合の割合（％）を示す。また、評価基準は、実用的な観点から６０％以上とした。

表４に示すように、ランプｄでは、関係式０．００１８×１５０＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１×１５０＋０．１７１を満たす場合、例えば０．３４ｍｍ、０．４０ｍｍ、および０．４６ｍｍの場合、最大点灯時および調光点灯時いずれにおいても、９０００時間点灯経過時の光束維持率は６０％以上となり、上記評価基準を満足するとともに、いずれの点灯時においても定格寿命時間中、立ち消えの発生はなかった。これに対して、関係式０．００１８×１５０＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１×１５０＋０．１７１を満たさない場合、例えば０．３０ｍｍの場合、最大点灯時にあっては発光管５の内面は著しく黒化し、９０００時間点灯経過時の光束維持率は６０％未満となって上記評価基準を下回るとともに、最大点灯時にあっては定格寿命時間中、立ち消えが発生した。また、例えば０．４７ｍｍの場合、いずれの点灯時においても定格寿命時間中、立ち消えの発生はなかったものの、調光点灯時にあっては発光管５の内面は著しく黒化し、９０００時間点灯経過時の光束維持率は６０％未満となって上記評価基準を下回った。

したがって、電極棒２２の直径をＣ（ｍｍ）としたとき、０．００１８×１５０＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１×１５０＋０．１７１なる関係式を満たすことにより、光束維持率が低下するのを防止することができ、かつ立ち消えの発生を抑制することができることが確認された。
このような結果となった理由は次のように考えられる。

０．００１８×１５０＋０．１９０＜Ｃなる関係式を満たす場合、調光点灯時、電極棒２２に流れる電流の電流密度が低下し、電極２１、特に電極２１の先端部の温度が低下する。その結果、電極２１の先端部の全面での放電が維持できなくなり、電極２１の先端部において輝点放電が生成されやすくなる。そのため、放電の輝点となっている部分が局部的に異常に高温となり、電極２１の構成材料であるタングステンが多量に蒸発して発光管５の内面に付着し、発光管５から外部に放射される光量が減少したと考えられる。逆に、Ｃ＜０．００１１×１５０＋０．１７１なる関係式を満たす場合、最大点灯時、電極棒２２に流れる電流の電流密度は高くなり、結果的に電極２１の先端部の温度が異常に高温となり、電極２１の構成材料であるタングステンが多量に蒸発して発光管５の内面に付着し、発光管５から外部に放射される光量を減少させてしまう。また、立ち消えは、電極棒２２の温度上昇が著しいため、電極棒２２が歪曲し、電極２１間の距離Ｌ_eが大きくなってしまったために発生したと考えられる。一方、０．００１８Ｐ＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１Ｐ＋０．１７１なる関係式を満たす場合、最大点灯時および調光点灯時のいずれにおいても電極２１の温度が適正に保たれたと考えられる。
なお、上記した実験は定格ランプ電力に対して６０％の調光をしたときの結果であるが、調光範囲が定格ランプ電力に対して少なくとも６０％〜１００％の範囲においても上記と同様の結果を得られることが確認された。また、上記した実験では、最大ランプ電力Ｐが１５０Ｗのものを用いた場合の結果について示したが、最大ランプ電力Ｐが７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲のものについても同様の実験を行った結果、上記と同様の結果を得られることが確認された。したがって、最大ランプ電力Ｐ（Ｗ）が７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲において、電極棒２２の直径をＣ（ｍｍ）としたとき、０．００１８Ｐ＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１Ｐ＋０．１７１なる関係式を満たすことにより、光束維持率が低下するのを防止することができ、かつ立ち消えの発生を抑制することができる。

なお、上記実施の形態では、金属ハロゲン化物のうち、希土類金属のハロゲン化物として、ヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化ツリウムおよびヨウ化ホルミウムの組み合わせを用いた場合について説明したが、この組み合わせに限らず、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、ハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種の希土類金属のハロゲン化物を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。もちろん、希土類金属のハロゲン化物としては、ヨウ化物のみまたは臭化物のみであってもよいし、これら両方の形態が混在していてもよい。

また、上記実施の形態では、金属ハロゲン化物のうち、ハロゲン化ナトリウムとして、ヨウ化ナトリウムのみを用いた場合について説明したが、これに限らず、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）のみ、またはヨウ化ナトリウムおよび臭化ナトリウムの両方を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記実施の形態では、金属ハロゲン化物のうち、ハロゲン化マグネシウムとして、ヨウ化マグネシウムのみを用いた場合について説明したが、これに限らず、臭化マグネシウムのみ、またはヨウ化マグネシウムおよび臭化マグネシウムの両方を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。

もちろん、所望の色特性等を得るために、これらの金属ハロゲン化物に加えてヨウ化カルシウム（ＣａＩ₂）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化インジウム（ＩｎＩ）、ヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ₃）等の公知の種々の金属ハロゲン化物を封入した場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記実施の形態では、外囲器１９の本管部１７の形状として、第一の筒部１４、テーパ部１５および第二の筒部１６からなるものを用いた場合について説明したが、これに限らず単なる円筒状のものやその円筒状のものにおいて両端部が略半球になっているもの等の公知の種々の形状のものを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。また、外囲器１９の材質として、多結晶アルミナを用いた場合について説明したが、これ以外にイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリア、またはジルコニア等の透光性セラミックを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、最大ランプ電力での点灯時における管壁負荷が２７Ｗ／ｃｍ²に設定されている場合について説明したが、本発明は、最大ランプ電力での点灯時における管壁負荷が２０Ｗ／ｃｍ²〜３８Ｗ／ｃｍ²の範囲に設定されている場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。しかし、寿命中のランプ電圧の上昇による立ち消えの発生を確実に抑制し、色特性やランプ効率の低下を防止するため、最大ランプ電力での点灯時における管壁負荷が２５Ｗ／ｃｍ²〜３０Ｗ／ｃｍ²の範囲に設定されていることが好ましい。

さらに、上記実施の形態では、発光管５を口金４が取り付けられた外管２内に配置したメタルハライドランプ１に用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば発光管５を公知のＰＡＲ形のメタルハライドランプ等に用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第３の実施の形態である照明装置は、図６に示すように、例えば天井用照明等に使用されるものであり、天井３０に組み込まれた傘状の反射灯具３１とこの反射灯具３１の底部に取り付けられた板状のベース部３２と反射灯具３１内の底部に設けられたソケット部３３とを有する照明器具３４と、この照明器具３４内のソケット部３３に取り付けられた本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプ１と、ベース部３２の反射灯具３１から離間した位置に取り付けられた電子安定器３５とを備えている。

なお、反射灯具３１の反射面３６の形状等については、その用途や使用条件等によって適宜設定されるものである。
電子安定器３５は公知の電子安定器を用いている。
以上のとおり本発明の第３の実施の形態である照明装置にかかる構成によれば、上記した本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプを用いているので、所望の色特性を得ることができ、またランプの不点灯の発生確率が小さい照明装置を提供することができる。
なお、上記第３の実施の形態では、その照明装置の用途として天井用照明を一例に挙げたが、その他の屋内照明や、店舗照明、街路灯照明等にも用いることができ、その用途は限定されるものでない。また、その用途に応じて種々の公知の照明器具や電子安定器を用いることができる。

また、上記第３の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプを用いた場合について説明したが、本発明にかかるメタルハライドランプのいずれを適用した場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は、所望の色特性を得つつ、細管部に発生するクラックに起因して発光管がリークし、不点灯になるのを防止することが必要な用途にも適用することができる。

本発明の第１の実施の形態である調光点灯用のメタルハライドランプの一部切欠正面図同じく調光点灯用のメタルハライドランプに用いられている発光管の正面断面図同じく調光点灯用のメタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図総封入量Ａ（ｍｇ）に対する浸食深さｄ（ｍｍ）の関係を示す図封入比率Ｂ（ｍｏｌ％）に対する浸食深さｄ（ｍｍ）の関係を示す図本発明の第２の実施の形態である照明装置の一部切欠正面図

符号の説明

１メタルハライドランプ
２ステム
３外管
４口金
５発光管
６スリーブ
７，８ステム線
９電力供給線
１０，１１外部リード線
１２アイレット部
１３シェル部
１４第一の筒部
１５テーパ部
１６第二の筒部
１７本管部
１８細管部
１９外囲器
２０近接導体
２１電極
２２電極棒
２３電極コイル
２４給電体
２５ガラスフリット
２６コイル
２７，２８金属プレート
２９浸食の跡
３０天井
３１反射灯具
３２ベース部
３３ソケット部
３４照明器具
３５電子安定器
３６反射面

Claims

内部に一対の電極が配置され、かつ金属ハロゲン化物が封入されているとともに、外囲器が透光性セラミックからなる発光管を備え、前記金属ハロゲン化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、ハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化ナトリウムと、ヨウ化マグネシウムおよび臭化マグネシウムのうちの少なくとも一つからなるハロゲン化マグネシウムとを含む調光点灯用のメタルハライドランプであって、最大ランプ電力Ｐ（Ｗ）が７０Ｗ〜２５０Ｗの範囲において、前記金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）の総封入量をＡ（ｍｇ）、前記金属ハロゲン化物（ただし、水銀ハロゲン化物が封入されている場合はそれを除く）に対する前記ハロゲン化マグネシウムの封入比率をＢ（ｍｏｌ％）としたとき、０．０３４５Ａ＋０．００２８Ｂ＜０．００１５Ｐ＋０．０４７５、Ａ≧０．０２１Ｐ＋０．３１３、かつＢ≧１０．０なる関係式をそれぞれ満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
前記電極が電極棒とこの電極棒の先端部に取り付けられた電極コイルとからなり、前記電極棒の直径をＣ（ｍｍ）としたとき、０．００１８Ｐ＋０．１９０≧Ｃ≧０．００１１Ｐ＋０．１７１なる関係式を満たす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１または請求項２に記載されたメタルハライドランプが照明器具に組み込まれていることを特徴とする照明装置。