JP2006310185A - 金属蒸気放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】
光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性とを両立させることのできる透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプを提供する。
【解決手段】
金属蒸気放電ランプは、内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の放電空間を有する包囲部１１およびその両端に連通した小径筒部１２を備えて一体的に成形された透光性セラミックス放電容器１、小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性セラミックス放電容器の包囲部に臨んでいる電極間距離がｄ（ｍｍ）の一対の電極、ならびに少なくとも２０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備え、比Ｄ／ｄが式０．１０≦Ｄ／ｄ≦０．４０を満足する発光管１Ａと、発光管を収納している外管５とを具備している。
【選択図】
図１

Description

本発明は、透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプに関する。

従来の透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいては、例えば質量比で６９：１０：２１の沃化ナトリウム、沃化タリウム、沃化ジスプロシウムなどの金属ハロゲン化物が封入されていた（特許文献１参照。）。また、近年の透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいては、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）のヨウ化物に加えて、希土類金属であるジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）およびツリウム（Ｔｍ）のヨウ化物を添加したものが多い。
特開平６−１９６１３１号公報

上述した従来の金属ハロゲン化物の組み合わせでは、発光効率と演色性は相反関係にあり、したがって発光効率を重視すると演色性が低下し、逆に演色性を重視すると発光効率が低下する問題があった。また、効率および演色性を向上させると光束維持率など寿命特性が極端に短縮される問題があった。

本発明者らは、透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプにおいて、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性を両立させる方法を詳細に研究した。その結果、本発明をなすに至った。

本発明は、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性とを両立させることのできる透光性セラミックス放電容器を備えた金属蒸気放電ランプを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明の金属蒸気放電ランプは、内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えて一体的に成形された透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性セラミックス放電容器の包囲部に臨んでいる電極間距離がｄ（ｍｍ）の一対の電極、ならびに少なくとも２０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えるとともに比Ｄ／ｄが下式を満足する発光管と；内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管と；を具備していることを特徴としている。

０．１０≦Ｄ／ｄ≦０．４０
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

＜透光性セラミックス放電容器について＞ 透光性セラミックス放電容器は、単結晶の金属酸化物、例えばサファイヤと、多結晶の金属酸化物、例えば半透明の気密性アルミニウム酸化物、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物、例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような光透過性および耐熱性を備えた材料からなる放電容器である。なお、透光性とは、放電によって発生した可視光を透過して外部に導出できる程度に光透過性であることをいい、透明であるのが好ましいが、要すれば光拡散性であってもよい。そして、少なくとも包囲部が透光性を備えていればよく、要すれば小径筒部は遮光性であってもよい。

また、透光性セラミックス放電容器は、放電空間を包囲する包囲部と包囲部の端部に連通して配設された小径筒部とを備えている。そして、包囲部と小径筒部とは、一体的な成形により一体化するのが好ましいが、材料断面の熱的または光学的な不均質構造を特に問題としないのであれば、焼き嵌め構造であってもよい。

包囲部は、その内部に放電を包囲して放電空間を画成する部分であり、最大内径がＤ（ｍｍ）であり、後述するように電極間距離ｄ（ｍｍ）との比Ｄ／ｄが所定の範囲になるよう管軸方向の寸法が従来の一般的な透光性セラミックス放電容器より相対的に大きく、したがって細長く形成されている。また、包囲部は、その内面を連続的な曲面に形成することが許容される。さらに、包囲部内部の主要部を俵形、楕円球状や球状の中空にすることができる。なお、包囲部の「主要部」とは、小径筒部と接している側の端部近傍を除いた残余の大部分であって、放電による発光が主として透過する部分をいう。

次に、小径筒部は、その内部に後述する電極および電極に接続する導入導体が挿通し、電極の周囲にキャピラリーと称するわずかな隙間を形成して、その内部に最冷部が形成されるとともに、透光性セラミックス放電容器を封止するのに寄与する。なお、小径筒部の断面は、好ましくはほぼ円形である。

さらに、透光性セラミックス放電容器の点灯中の外表面における温度が８５０〜１２００℃になるように設計されているのが好ましい。

＜一対の電極について＞ 一対の電極は、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間にわずかな隙間を形成しながら小径筒部内に挿通されているとともに先端が透光性放電容器の包囲部に臨んでいて、電極の先端間の電極間距離がｄ（ｍｍ）である。この電極間距離ｄ（ｍｍ）は、後述するように包囲部の最大内径Ｄ（ｍｍ）との比Ｄ／ｄが所定範囲内になるように規定される。

また、電極は、タングステン（Ｗ）、ドープドタングステン、モリブデン（Ｍｏ）、サーメットなどの導電性にして、かつ、耐火性の物質を単体で、または適宜組み合わせて用いて形成することができる。さらに、電極は、好ましくは細長い電極軸部および電極軸部の先端部に配設される電極主部から構成することができる。この場合、電極主部は、電極軸の先端に配設されて主として陰極およびまたは陽極として作用する部分であり、電極の先端部を構成する。また、電極主部は、その表面積を大きくして放熱を良好にするために、必要に応じてタングステンのコイルを巻装することができる。

さらに、電極は、上述のように、その先端部が、包囲部内を臨む位置にあるが、包囲部内を臨むとは、包囲部内に位置している態様と、包囲部内に連通している小径筒部内に位置している態様とを含む概念である。また、電極の中間部は、透光性放電容器の小径筒部の内面との間になるべく均一なわずかな隙間すなわちキャピラリーを形成するために、一定の太さであることが望ましい。さらに、電極の中間部に純タングステン、レニウム（Ｒｅ）、タングステンーレニウム合金またはドープドタングステンのコイルを巻装することが許容される。これにより、電極が小径筒部に対してセンタリングしやすくなる。電極の基端部は、透光性放電容器に対して所要の相対的な位置に固定するとともに、外部から電流を導入するために機能する導入導体の先端に溶接などにより固着されることによって電気的および機械的に支持される。なお、溶接に際して熱的に緩衝するなどの目的のために、モリブデン、サーメットなどの部材を導入導体の先端部に配設して電極の基端との間に当該部材を介在させることができる。

さらにまた、導入導体をニオブなどの封着性金属の棒状体、パイプ状体やコイル状体などによって構成することができる。この場合、ニオブなどの封着性金属は酸化性が強いので、高圧放電ランプを大気に通じた状態で点灯する場合には、耐酸化性の導体を導入導体にさらに接続するとともに、導入導体の酸化性の強い封着性金属の部分が大気に接触しないように例えばシールなどによって被覆する必要がある。

＜放電媒体について＞ 放電媒体は、透光性セラミックス放電容器内に封入されているが、一般的には２０質量％以上、なるべくは３０質量％以上、好適には３５質量％以上、より好適には４０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化物を少なくとも有しているのが本発明の特徴的構成要件の一つである。すなわち、従来技術に比べてツリウムの封入量を明らかに多くしている。ツリウムを上記範囲の高濃度で封入することにより、発光効率が頗る高くなるとともに、平均演色評価数Ｒａを良好な値にすることができる。ツリウムハロゲン化物が３５質量％未満の場合には、ツリウムに次いで効果的な希土類金属であるセリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）およびホルミウム（Ｈｏ）のグループから選択された一種または複数種のハロゲン化物を添加することができる。

一方、ツリウムの上限は、ツリウムの透光性セラミックス放電容器の材料、特にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）との反応性が比較的高いために、封入量が多くなると色温度を所望値にすることが困難になるので、望ましくは８０質量％以下とすべきである。したがって、ツリウムの最も効果的な封入量範囲は、４０〜７０質量％である。

また、放電媒体は、ハロゲン化金属の残量を所望の発光金属のハロゲン化物とすることができる。好ましくは、発光金属の金属ハロゲン化物として、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）、インジウム（Ｉｎ）および上記以外の希土類金属などを封入することができる。

放電媒体中の金属ハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、主としてヨウ素を用いるのがよい。所望により、臭素を適量添加することができ、これにより包囲部の黒化が抑制されて、光束維持率が向上する。すなわち、金属ハロゲン化物の総量に対して３〜３５質量％、好適には５〜１５質量％の割合で金属臭化物を添加することにより、光束維持率がさらに向上する。

さらに、放電媒体は、ハロゲン化金属に加えて希ガスおよび主としてランプ電圧形成金属または金属ハロゲン化物を封入することができる。希ガスは、好適にはアルゴン（Ａｒ）を用いることができる。また、その封入圧は、一般的には６０〜５００Ｔｏｒｒ、好適には７５〜３００Ｔｏｒｒ、最適には約１５０〜２５０Ｔｏｒｒ程度である。アルゴンの封入圧が６０Ｔｏｒｒ未満になると、パッシェン曲線からも理解できるように放電開始が困難になる。また、５００Ｔｏｒｒを超えると、始動電圧が高くなるとともに、放電開始時に投入されるグロー電力が大きくなり、その結果、包囲部の黒化が顕著になる。ランプ電圧形成金属として水銀を適量封入することができる。しかし、水銀に代えて蒸気圧が高くて可視域に発光が相対的に少ない金属ハロゲン化物、例えばＺｎＩ_２などを所望により封入することもできる。

〔外管について〕 外管は、その内部に発光管を所定の位置に収納する。外管は、発光管を機械的に保護し、発光管の作動温度を所望の範囲に維持する。一般的には、発光管の管軸が外管の管軸に一致するように配置する。外管の内部は、真空ないし低圧の大気または不活性ガス、例えば希ガスや窒素を封入することができる。なお、外管は、適当な透光性、気密性、耐熱性および加工性を備えている材料、例えば硬質ガラスを用いて構成することができる。また、外管は、既知の各種形状を適宜選択的に採用することができる。

また、外管は、片封止および両端封止のいずれの構造をも所望に応じて選択的に採用することができる。なお、「片封止」とは、外管の一端にのみピンチシール部が形成されていて、他端が封止部を形成しないで閉塞されている構造をいう。これに対して、「両端封止」とは、外管の両端にピンチシール部が形成されている構造をいう。なお、外管が片封止構造であると、汎用ランプソケットを用いる一般照明用として都合がよい。

〔比Ｄ／ｄについて〕 比Ｄ／ｄが数式０．１０≦Ｄ／ｄ≦０．４０を満足することが本発明の特徴的構成要件の他の一つである。比Ｄ／ｄが上記の範囲内であれば、高い発光効率が得られる。しかし、比Ｄ／ｄが０．１０未満になると、ツリウムハロゲン化物と透光性セラミックス放電容器との反応が大きくなって、金属蒸気放電ランプの寿命が短縮してしまうので不可である。また、比Ｄ／ｄが０．４０を超えると、発光効率の向上が少なくなるので、不可である。比Ｄ／ｄは、好適には０．２５以下である。この範囲内であれば、加えて点灯方向を変えたときの特性変化、特に光束および色温度変化を抑制できる。

なお、比Ｄ／ｄは、管壁負荷とも関係しやすいファクターなので、管壁負荷について言及しておく。本発明において、好適な管壁負荷は、１５〜４０Ｗ／ｃｍ^２の範囲内である。

〔本発明の作用について〕 本発明者は、ハロゲン化金属中のツリウムの割合を２０質量％以上にし、かつ、比Ｄ／ｄが数式０．１０≦Ｄ／ｄ≦０．４０を満足することによって、発光効率がツリウムハロゲン化物の封入割合を単に高くした場合よりさらに高くなるとともに、演色性も高く、しかも光束維持率が頗る良好になる。

〔その他の構成について〕 本発明の必須構成要件ではないが、以下の構成を必要に応じて適宜付加することにより、金属蒸気放電ランプの製造が容易になったり、機能が充実したりする。

１．（導入導体について） 導入導体は、電極間に電圧を印加するとともに、電極に電流を供給し、かつ、透光性セラミックス放電容器を封止するために機能する導体で、先端が電極の基端部に接続し、基端が透光性放電容器の外部に露出している。なお、透光性放電容器の外部に露出しているとは、透光性放電容器から外部へ突出していてもよいし、また突出していなくてもよいが、外部から給電できる程度に外部に臨んでいることを意味する。

また、導入導体は、その熱膨張係数が透光性セラミックスのそれと近似している導電性金属であるニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびバナジウム（Ｖ）などの金属または上記の金属のサーメット、例えばＭｏ−Ａｌ_２Ｏ_３サーメットなどを用いることができる。なお、上記Ｍｏ−Ａｌ_２Ｏ_３サーメットの場合、電極は、Ｗ−サーメットまたはＷ−Ｍｏコイル−サーメット（例えばＭｏ−Ａｌ_２Ｏ_３サーメット）などを用いる組合せが考えられる。透光性セラミックス放電容器の材料にアルミナセラミックスなどのアルミニウム酸化物を用いる場合、ニオブおよびタンタルは、平均熱膨張係数がアルミニウム酸化物とほぼ同一であるから、封止に好適である。イットリウム酸化物およびＹＡＧの場合も差が少ない。窒化アルミニウムを透光性セラミックス放電容器に用いる場合には、導入導体にジルコニウムを用いるとよい。また、導入導体に用いる上記の金属は、水素、酸素透過性を有しているので、所望により透光性セラミックス放電容器の内部に残存している不純ガスを排出するのに寄与させることもできる。

さらに、導入導体は、これを支持することにより、高圧放電ランプ全体を支持するのに利用してもよい。

２．（シュラウドガラスについて） シュラウドガラスは、外管内において、発光管を離間して包囲して発光管の万一の破裂に対して破裂片の飛散から保護する。

３．（ＵＶエンハンサまたは始動器について） 高圧放電ランプの始動性を良好にするために、ＵＶエンハンサまたは始動器を外管内に配設することができる。ＵＶエンハンサは、小形で紫外線透過性の気密容器内に一方の電極を封装するとともに紫外線放射性の希ガスなどを封入し、他方の電極を気密容器の外面に密接して配設したものである。そして、金属蒸気放電ランプの始動に先立って放電開始し、発生した紫外光を発光管の電極近傍に照射する。これにより発光管内の放電媒体が励起されて始動しやすくなる。

始動器は、グロースタータ、バイメタルスイッチまたは非線形コンデンサなどのスイッチング手段を備えて構成されていて、外管内に配設されて、電源投入時に急速なスイッチング動作を行い、発生した高電圧パルスを発光管の電極間に印加して、金属蒸気放電ランプの始動を容易にする。例えば水銀灯安定器を用いて始動し、かつ、安定に点灯するように構成する場合に、始動器を内蔵することができる。

請求項２に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１記載の金属蒸気放電ランプにおいて、前記放電媒体は、そのハロゲン化金属が４０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むことを特徴としている。

本発明によれば、ツリウムハロゲン化物の比率を４０％以上とすることでさらに高い発光効率と良好な演色性を実現できる。

請求項３に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１または２記載の金属蒸気放電ランプにおいて、比Ｄ／ｄは、０．２５以下であることを特徴としている。

本発明は、透光性セラミックス放電容器の最大内径Ｄと電極間距離ｄの比Ｄ／ｄの好適な範囲を規定している。比Ｄ／ｄが０．２５以下であると、発光効率、光束維持率および色温度変化など寿命特性の改善に加えて、点灯方向を変化させた場合の特性変化、特に光束および色温度変化を抑制できる。

請求項４に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、包囲部および小径筒部が一体的に成形されていることを特徴としている。

本発明においては、透光性セラミックス放電容器が上記の構成を備えていることにより、焼嵌め構造の透光性セラミックス放電容器に比較して点灯中の透光性セラミックス放電容器の温度分布が均一となる。そのため、色分離が少なくなるとともに、寿命中の透光性セラミックス放電容器の侵食が少なくて光束維持率時が良好になる。

請求項５に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項１ないし４のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプにおいて、透光性セラミックス放電容器は、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３を含んでいる透光性アルミナセラミックスからなることを特徴としている。

本発明は、透光性セラミックス放電容器の構成材料を上記のように特定したことでツリウムハロゲン化物と透光性セラミックス放電容器の反応による放電容器の白濁および黒化を抑制する構成を規定している。すなわち、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３を含む透光性アルミナセラミックスを用いて透光性セラミックス放電容器を形成したことが本発明の構成上の特徴である。なお、放電媒体中のツリウムハロゲン化物は、ハロゲン化金属全体に対して３５質量％以上の割合で封入されていることが好ましい。しかしながら、本発明においては、ツリウムハロゲン化物がハロゲン化金属全体に対して少なくとも３０質量％以上であれば、所期の作用、効果を得ることができる。なお、ツリウムハロゲン化物の上記割合が４０質量％以上であれば、以下に述べる作用、効果がなお一層顕著になるので、より一層好ましい。

そうして、本発明においては、放電媒体の主成分であるところのツリウムと透光性セラミックス放電容器の反応が抑制される。これに伴って、反応によるツリウムの消失およびこれに伴う遊離ハロゲンの発生も減少する。なお、添加剤が上記の構成であると、スピネルが生成されにくくなるが、これが上記作用に影響しているものと推定される。

いずれにしても本発明によれば、ツリウムハロゲン化物を上記のように多く封入している場合には、透光性セラミックス放電容器に上記添加剤を含む透光性アルミナセラミックスを用いることにより、透光性セラミックス放電容器の白濁および黒化が低減して光束維持率が向上するとともに、発光の色温度の低下および始動電圧の上昇が抑制される。このため、金属蒸気放電ランプの寿命特性が顕著に改善されることが分かった。

これに対して、添加剤がＭｇＯのみを含む透光性アルミナセラミックスを用いて透光性セラミックス放電容器を形成した場合には、スピネルが生成され、ツリウムと透光性セラミックス放電容器の反応により放電容器の白濁および黒化が生じて光束維持率が大きく低下しやすいとともに、発光の色温度が大きく変化する。また、ツリウムの消失に伴って遊遊離ハロゲンが発生して始動電圧が急激に上昇しやすい。その結果、金属蒸気放電ランプの寿命特性が悪化しやすくなる。

請求項６に係る発明の金属蒸気放電ランプは、請求項５記載の金属蒸気放電ランプにおいて、添加剤中のＭｇＯは１５０〜３００ｐｐｍ、ＺｒＯ_２は３００〜５００ｐｐｍ、Ｙ_２Ｏ_３は１０〜３０ｐｐｍの範囲内であることを特徴としている。

本発明は、金属蒸気放電ランプの寿命特性の改善に対して効果的で、かつ、透光性セラミックスの工業的な規模での入手が容易な添加剤中の上記成分の含有量の範囲を規定している。

請求項１に係る発明によれば、光束維持率などの寿命特性を犠牲にすることなく、高い発光効率と演色性とを両立させることのできる金属蒸気放電ランプを提供することができる。

請求項２に係る発明によれば、加えてツリウムハロゲン化物の比率を４０％以上とすることでさらに高い発光効率と良好な演色性を実現した金属蒸気放電ランプを提供することができる。

請求項３に係る発明によれば、加えて比Ｄ／ｄは、０．２５以下であることにより、点灯方向を変化させたときの特性変化を抑制する金属蒸気放電ランプを提供することができる。

請求項４の発明によれば、透光性セラミックス放電容器は、包囲部および小径筒部が一体的に成形されていることにより、色分離が少なくなるとともに、寿命中の光束維持率時が良好な金属蒸気放電ランプを提供することができる。

請求項５の発明によれば、加えて透光性セラミックス放電容器は、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３を含んでいる透光性アルミナセラミックスからなることにより、透光性セラミックス放電容器の白濁および黒化が低減して光束維持率が向上するとともに、発光の色温度の低下および始動電圧の上昇が抑制されるために、寿命特性が顕著に改善された金属蒸気放電ランプを提供することができる。

請求項６の発明によれば、加えて添加剤中のＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の含有量を所定範囲に規定したことにより、寿命特性の改善に対して効果的で、かつ、透光性セラミックスの工業的な規模での入手が容易な金属蒸気放電ランプを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための形態を説明する。

図１および図２は、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態を示しており、図１は外管の一部を破断して要部を示す一部切欠正面図、図２は発光管の拡大断面図である。各図において、金属蒸気放電ランプは、定格ランプ電力１００Ｗ用として好適な構造であり、図１に示すように、発光管１Ａ、外管５、ＵＶエンハンサ７、シュラウドガラス３、支持構体４Ａ、４Ｂおよび口金６を具備して構成されている。

まず、図２に示す発光管１Ａについて説明する。発光管１Ａは、透光性セラミックス放電容器１、電極２Ａ、２Ｂ、一対の導入導体２３ａ、２３ｂ、一対のシール部１３、１３および透光性セラミックス放電容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。

透光性セラミックス放電容器１は、透光性アルミナセラミックスからなり、包囲部１１および包囲部１ａの両端に連通して配設された一対の小径筒部１２ａ、１２ｂを備えている。そして、小径筒部１２ａ、１２ｂおよび包囲部１１は、鋳込み成形により一体化されている。

包囲部１１は、２つの球体が、その一部が互いに重なるように軸方向に離間して、両端部の半球状の部分を形成し、半球状の部分の間を直線で結んでなるほぼ俵形の形状をなしていて、肉厚が０．８ｍｍである。

一対の小径筒部１２ａ、１２ｂは、それぞれ内径約１ｍｍのパイプ状をなし、先端が対応する包囲部１１の半球状部分の中央部に接続している。なお、包囲部１１および小径筒部１２ａ、１２ｂの境界部は、その内外両面が曲面によって形成されている。

一対の電極２Ａ、２Ｂは、それぞれ外径０．５ｍｍのタングステン棒からなる細長い軸部２１および電極主部２２を備えている。細長い軸部２１は、小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿通されていて、タングステン細線を巻き付けてその周囲にコイル部２４、２４を形成している。そして、細長い軸部２１と小径筒部１２ａ、１２ｂの内面との間にキャピラリーと称されるわずかな隙間が形成されている。電極主部２２は、細長い軸部２１の先端部に外径０．１ｍｍのタングステン細線を５ターン巻き付けて形成されていて、包囲部１１内に突出している。

一対の導入導体２３ａ、２３ｂは、それぞれニオブ棒状体Ｎｂおよびサーメット棒状体ＳＭからなり、上記両棒状体が直線状に溶接されて一体に形成されている。ニオブ棒状体Ｎｂは、その先端が小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿入されるとともに、基端が小径筒部１２ａ、１２ｂから外部へ突出している。サーメット棒状体ＳＭは、外径０．６ｍｍで、モリブデン−アルミナセラミックスの焼結体からなり、その先端に電極２Ａ、２Ｂの細長い軸部２１の基端部が溶接などにより一体に接続されている。

一対のシール部１３、１３は、いずれもＤｙ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス封止用コンパウンドを加熱して溶融し、固化することにより形成されている。そうして、一対のシール部１３、１３は、透光性セラミックス放電容器１の小径筒部１２ａ、１２ｂの端面側の部分と、これに対向する導入導体２３ａ、２３ｂのニオブ棒状体Ｎｂと、の間に介在して透光性セラミックス放電容器１を気密に封止していて、いわゆる導入導体挿入封止構造を提供するとともに、導入導体２３ａ、２３ｂが透光性セラミックス放電容器１の内部に露出しないように小径筒部１２ａ、１２ｂ内に挿入されている部分の全体を被覆している。以上の封止により、電極２Ａ、２Ｂを透光性セラミックス放電容器１の所定の位置に固定している。

また、シール部１３を形成するには、透光性セラミックス放電容器１を縦位置にセットし、さらにセラミックス封止用コンパウンドのリング状フリットガラス（図示しない。）を、そのとき上側に位置して封止しようとする例えば小径筒部１２ａの端面の上に載置して、リング状ペレットを加熱して溶融させて導入導体２３ａおよび小径筒部１２ａの内面の間の隙間に進入させ、小径筒部１２ａ内に挿入されている部分の導入導体２３ａのニオブ棒状体Ｎｂの全体を被覆する。次に、透光性セラミックス放電容器１を１８０°反転して、他方の小径筒部１２ｂ側についても上記と同様にシール部１３を形成する。なお、小径筒部１２ａ、１２ｂとシール部１３、１３の包囲部１１側の端部との間の距離Ｌ（ｍｍ）は、２．０〜７．０ｍｍの範囲内となるように選定されている。

放電媒体は、始動ガスおよびバッファガスとしてアルゴン（Ａｒ）、下記のハロゲン化金属、ならびにバッファ蒸気としての水銀からなり、透光性セラミックス放電容器１内に封入されている。なお、金属ハロゲン化物および水銀は、蒸発する分より過剰に封入されているので、その一部が安定点灯時に小径筒部１２ａ、１２ｂ内に形成されるわずかな隙間内のコイル部２４、２４に形成された隙間内に液相状態で滞留している。そして、点灯中下側となる例えば小径筒部１２ｂ内に液相状態で滞留している放電媒体の表層部付近に最冷部が形成される。

ハロゲン化金属は、その３５質量％以上、好適には４０質量％以上の割合でツリウムハロゲン化物を含んでいる。残余のハロゲン化物は、例えばナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）および希土類金属などの発光金属から選択された金属のハロゲン化物により構成することができる。

外管５は、硬質ガラスからなるＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム４ｓを封着して備えている。フレアステム４ｓは、一対の導入線４１ａ、４１ｂを気密に導入している。そして、外管５は、その内部の所定位置に発光管１Ａを後述する支持構体４Ａ、４Ｂにより支持して収納している。

ＵＶエンハンサ７は、気密容器、導入線、内部電極、放電媒体および外部電極を具備して構成されている。気密容器は、石英ガラスなどの紫外線透過性ガラス製で、その一端部にピンチシール部が形成されていることにより、内部に細長い放電空間が形成されている。導入線は、先端が後述する内部電極に溶接し、ピンチシール部から外部へ導出され、基端部の部分で図１に示すように、後述する支持枠４２ａに溶接されている。

上記内部電極は、モリブデン製の板状をなしていて、気密容器の放電空間内に封装されており、その基部がピンチシール部内に気密に埋設されている。放電媒体は、アルゴン約１．３ｋＰａからなり、気密容器の内部に封入されている。外部電極は、外径０．４ｍｍのモリブデン線からなり、気密容器の外周に密着して５ターン巻き付けられているとともに、その基端部が支持構体４２ｂに溶接されている。そうして、ＵＶエンハンサ７は、その導入線の基端部および外部電極の基端部により、外管５内の所定の位置に配置されている。

以上説明した構造により、ＵＶエンハンサ７は、外管５内において発光管１Ａと並列に接続されているとともに、発光管１Ａの一方の電極（図１中に点線で示す。）に接近した位置に保持されている。

シュラウドガラス３は、肉厚１．０ｍｍで外管５内に収納可能な外径の円筒状石英ガラス体からなり、外管５内において発光管１Ａを包囲する位置に後述する支持部材４５ａによって保持されている。

支持構体４Ａは、支持枠４２ａ、ブリッジ導体４３ａ、スプリング片４４ａ、４４ａおよび支持部材４５ａからなる。支持枠４２ａは、図１において下端が導入線４１ａに接続し、上端が延長されてスプリング片４４ａを形成している。ブリッジ導体４３ａは、発光管１Ａの図において上側の導入導体２３ａに溶接されることによって発光管１Ａの上部を支持している。スプリング片４４ａは、外管５の内面に弾力的に当接して、支持枠４２ａの上部を外管５の内面に対して横揺れを防止している。支持部材４５ａは、シュラウドガラス３の上下両端を支持している。

支持構体４Ｂは、直棒状をなしていて、その下部がフレアステム４ｓに封着されている導入線４１ｂに溶接されることによって電気的に接続し、かつ、機械的に支持されている。そして、上端部が発光管１１の図において下側の導入導体２３ｂに接続導体を介して溶接されて、発光管１Ａの下部を支持している。

口金３は、Ｅ３９形口金であり、外管５のネック部に固着され、外管５から外部へ露出した図示しない一対の導入線の一方がシェル部に、他方がセンターコンタクトに、それぞれ接続している。

なお、図１において、符号Ｇはゲッタであり、外管５内を清浄化するもので、支持枠４２ａの上部に溶接されている。

次に、実施例１について比較例１、２を参照しながら説明する。下記以外はいずれも上述した形態における仕様である。

図１に示す金属蒸気放電ランプである。

気密容器 ：包囲部の最大内径Ｄが５．０ｍｍ
一対の電極：電極間距離ｄが３５ｍｍ
比Ｄ／ｄ ：０．１４
管壁負荷 ：２２Ｗ／ｃｍ^２
放電媒体 ：ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（１５）−ＴｍＩ_３（５０）−ＩｎＩ（５）
＝５ｍｇ、水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。

［比較例１］
気密容器 ：包囲部の最大内径Ｄが９．５ｍｍ
一対の電極：電極間距離ｄが７．０ｍｍ
比Ｄ／ｄ ：１．３
放電媒体 ＮａＩ（３０）−ＴｌＩ（１５）−ＤｙＩ_３（５０）−ＩｎＩ（５）
＝５ｍｇ、水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。

その他は実施例と同じ。

［比較例２］
気密容器 ：包囲部の最大内径Ｄが９．５ｍｍ
一対の電極：電極間距離ｄが７．０ｍｍ
比Ｄ／ｄ ：１．３
放電媒体 ＮａＩ（５０）−ＴｌＩ（１５）−ＤｙＩ_３（３５）＝５ｍｇ、
水銀、アルゴン２００Ｔｏｒｒ、括弧内は質量％を示す。

その他は実施例と同じ。

図３は、本発明の実施例、比較例１および比較例２の発光特性を比較して示す表である。これらの発光特性は、各金属蒸気放電ランプを点灯周波数１２０Ｈｚの矩形波電圧を出力する電子化点灯装置を用いて垂直点灯させるとともにランプ電力を１００Ｗに固定して点灯させた場合の点灯１００時間および９０００時間におけるデータである。

図から理解できるように、実施例は、放電媒体の構成が同じ比較例１より発光効率が優れているとともに、点灯９０００時間における全光束および色温度の低下率が小さい。また、比較例２に較べると、発光効率が顕著に優れている。

実施例、比較例１および比較例２の発光効率、光束維持率および色温度低下率をまとめると、以下のとおりになる。
・発光効率 ：実施例＞比較例１＞比較例２
・光束維持率 ：実施例＞比較例１＝比較例２
・色温度低下率：実施例＞比較例１＞比較例２
図４は、比Ｄ／ｄとツリウムハロゲン化物の封入比率を変化させた場合の点灯１００時間における金属蒸気放電ランプの発光効率を示す表である。なお、封入したハロゲン化物は、ＮａＩ、ＴｌＩ、ＴｍＩ_３およびＩｎＩで、そのうちＴｌＩおよびＩｎＩの封入比率を１５質量％および５質量％にそれぞれ固定し、残りのＮａＩおよびＴｍＩ_３の封入比率を変化させたもので、全封入量を５ｍｇ一定とした。金属蒸気放電ランプの点灯条件は、前述の実施例と同じである。

図から理解できるように、比Ｄ／ｄが０．１〜０．４の範囲内であれば、高い発光効率が得られる。これに対して、比Ｄ／ｄが０．１未満になると、透光性セラミックス放電容器とハロゲン化物特にツリウムハロゲン化物との反応が大きくなり、良品を得ることができない。また、比Ｄ／ｄが０．４を超えると、発光効率の低下が大きくなる。一方、ツリウムハロゲン化物の封入比率（Ｔｍ（ｗｔ％））が３０質量％以上であれば、高い発光効率を得ることができる。

以上を要約すれば、比Ｄ／ｄが０．１〜０．４で、かつ、ツリウムハロゲン化物の封入比率（Ｔｍ（ｗｔ％））が３０質量％以上であれば、相乗効果で高い発光効率が得られる。しかし、ツリウムハロゲン化物の封入比率（Ｔｍ（ｗｔ％））が２０質量％以上の場合であっても、ツリウム以外の希土類金属、例えばＣｅ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏなどのハロゲン化物を併用すれば、ツリウムハロゲン化物３０質量％以上にした場合に上記金属の配列順に近似する高い発光効率を得ることができる。したがって、本発明の一般的なツリウムハロゲン化物の封入比率の範囲が２０質量％以上であり、好ましくは３０質量％、より好ましくは３５質量％、特に好適には４０質量％以上あることを理解できるであろう。

次に、本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第２の形態について説明する。本形態において、透光性セラミックス放電容器１は、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３を含んでいる透光性アルミナセラミックスからなる。なお、ＭｇＯは１５０〜３００ｐｐｍ、ＺｒＯ_２が３００〜５００ｐｐｍ、Ｙ_２Ｏ_３が１０〜３０ｐｐｍの範囲が好適である。

そうして、上記材料からなる透光性セラミックス放電容器を用いることにより、ＭｇＯ単独添加の透光性アルミナセラミックスからなる透光性セラミックス放電容器を用いる場合より約１０％寿命中の光束維持率が改善されることが確認された。

本発明の金属蒸気放電ランプを実施するための第１の形態における外管の一部を破断して要部を示す一部切欠正面図 同じく発光管の拡大断面図 本発明の実施例、比較例１および比較例２の発光特性を比較して示す表 比Ｄ／ｄとツリウムハロゲン化物の封入比率を変化させた場合の点灯１００時間における金属蒸気放電ランプの発光効率を示す表

符号の説明

１…透光性セラミックス放電容器、１Ａ…発光管、３…シュラウドガラス、４Ａ、４Ｂ…支持構体、５…外管、６…口金、７…ＵＶエンハンサ、１１…包囲部、１２ａ、１２ｂ…小径筒部

Claims (6)

1. 内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えている透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性セラミックス放電容器の包囲部に臨んでいる電極間距離がｄ（ｍｍ）の一対の電極、ならびに少なくとも２０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えるとともに比Ｄ／ｄが下式を満足する発光管と；
   内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管と；
   を具備していることを特徴とする金属蒸気放電ランプ。
   ０．１０≦Ｄ／ｄ≦０．４０
2. 内部に最大内径がＤ（ｍｍ）の放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通した小径筒部を備えている透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部に挿通されているとともに先端が透光性セラミックス放電容器の包囲部に臨んでいる電極間距離がｄ（ｍｍ）の一対の電極、ならびに少なくとも４０質量％以上の割合でツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含むハロゲン化金属を有していて、透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えるとともに比Ｄ／ｄが下式を満足する発光管と；
   内部が真空または不活性雰囲気で発光管を収納している外管と；
   を具備していることを特徴とする金属蒸気放電ランプ。
   ０．１０≦Ｄ／ｄ≦０．４０
3. 比Ｄ／ｄは、０．２５以下であることを特徴とする請求項１または２記載の金属蒸気放電ランプ。
4. 透光性セラミックス放電容器は、包囲部および小径筒部が一体的に成形されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
5. 透光性セラミックス放電容器は、添加剤がＭｇＯ、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３を含んでいる透光性アルミナセラミックスからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の金属蒸気放電ランプ。
6. 添加剤は、ＭｇＯが１５０〜３００ｐｐｍ、ＺｒＯ_２が３００〜５００ｐｐｍ、Ｙ_２Ｏ_３が１０〜３０ｐｐｍの範囲内であることを特徴とする請求項５記載の金属蒸気放電ランプ。

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