JP2010505228A - セラミックメタルハライド昼光ランプ - Google Patents

Abstract

本発明のセラミックメタルハライドランプ（１）は、セラミック放電管（３）及び外側のガラスエンベロープ（２）に取り付けられた二個の電極（４，５）を有する。放電管（３）は、水銀、キセノンのような起動ガス、及び、重量百分率（重量％）において約５−３５％のナトリウムのヨウ化物、約１−６％のタリウムのヨウ化物、約５５−８６％のツリウムのヨウ化物及び／又はジスプロシウムのヨウ化物、約０−１５％のカルシウムのヨウ化物、及び約０−３１％のジスプロシウム及び／又はホルミウムのヨウ化物：を包含するものである金属のヨウ化物の混合物で充填されたものである。ランプは、それを昼光ランプとしての使用に適切なものにする、（５０００Ｋのまわりの又はより高い）相対的に高い色温度によって特徴付けられた光の出力を有する。

Description

この発明は、一般に、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプに、及び、特に高い色温度を備えたセラミックメタルハライドランプに、関係する。

都市の美化のようないくつかの屋外の電灯の用途は、高い色温度を備えたランプを使用することを好む。数個の電灯の製造業者は、市場の要求を満たすためのおよそ５０００Ｋの高い色温度を備えた石英メタルハライドＨＩＤランプを作る。

これらの石英メタルハライドランプは、それらの光束の出力の発光スペクトルが、より低い色温度を備えたランプと比べて天然照明により近いものであるので、‘昼光’又は‘自然照明’ランプと称される。しかしながら、これらの石英メタルハライドランプは、ランプからランプへと大きい初期の色の広がり及びそれらの寿命にわたる大きい色のシフトを有する。その上、それらの寿命にわたるそれらの光束の出力、効力、及び光束維持率は、満足なものであることはない。

あるものは、満足な光束の出力、効力、及び光束維持率のみならず、ランプからランプへの小さい色の変動及び寿命にわたる小さい色のシフトを備えた高い色温度ランプについての取引場所における要望である。

欧州特許出願公第０３８２５１６号明細書は、発光管において密封された適切な量の貴ガス、水銀、及び金属のハロゲン化物の混合物を備えた楕円体の形状の石英の発光管を有する石英メタルハライドランプを開示する。金属のハロゲン化物は、希土類金属のハロゲン化物、例．ジスプロシウム（ＤｙＩ_３）、ホルミウム（ＨｏＩ_３）、及びツリウム（ＴｍＩ_３）のヨウ化物を包含すると共に、また、セシウム（ＣｓＩ）及びタリウム（ＴｌＩ）のヨウ化物を包含する。加えて、スズのハロゲン化物、例．ＳｎＩ_２は、また有るものである。スズのハロゲン化物は別として各々のハロゲン化物の重量比は、後に続くようなもの：ＤｙＩ_３：ＨｏＩ_３：ＴｍＩ_３：ＣｓＩ：ＴｌＩ＝２０：２１：２２：１７：２０である。スズのハロゲン化物より他の金属のハロゲン化物の合計の量は、２．０ｍｇ／ｃｃである。スズのハロゲン化物（ＳｎＩ_２）の量は、０．５ｍｇ／ｃｃである。このように、重量％で表された金属のハロゲン化物の混合物の各々の構成要素の合計の量は、ＤｙＩ_３＝１６；ＨｏＩ_３＝１６．８；ＴｍＩ_３＝１７．６；ＣｓＩ＝１３．６；ＴｌＩ＝１６；及びＳｎＩ_２＝２０：である。

ランプの初期の特性は、光束１３５００ｌｍ／Ｗ；ランプの効力９０ｌｍ／Ｗ；相関色温度（ＣＣＴ）５０００Ｋ；平均的な演色評価数（ＣＲＩ）８５；及び、連続的な動作の１０００時間後の光束維持率８５％：である。

光束維持率は、昼光ランプにわたって大幅に改善されるが、しかし、それは、望まれるもの、例．動作の１０００時間後の、又は２０００時間後さえも、９０％と比べてなおも大幅により低いものである。

欧州特許出願公第０３８２５１６号明細書

当該発明の一つの態様に従って、提供されるものは、改善された色の安定性のみならず、高い効力及び高い光束維持率を備えた高い色温度を有するメタルハライドランプである。本発明のランプは、キセノンのような始動ガス、水銀、及び、金属のハロゲン化物、例．ヨウ化ナトリウム、ヨウ化タリウムを包含する、ヨウ化物の混合物、相対的に大きい量（即ち、約５５から８６％まで）の第一の希土類のハロゲン化物の構成成分、ヨウ化ツリウム若しくはヨウ化ガドリニウムのいずれか又はこれらの二つの希土類のヨウ化物の混合物で充填されたセラミック放電管を有する。

金属のハロゲン化物の混合物は、また、カルシウムのヨウ化物、及び第二の希土類のハロゲン化物の構成成分、ジスプロシウムのヨウ化物若しくはホルミウムのヨウ化物のいずれか又はこれらの二つの希土類のヨウ化物の混合物を含有することがある。

当該発明の一つの実施形態に従って、セラミックメタルハライドランプは、気密な放電空間を密閉するセラミック放電管、放電空間へと延在する一対の放電電極、放電空間においてアーク放電を持続させることが可能なフィルを有すると共に、フィルは、水銀、キセノンのような始動ガス、及び、重量パーセント（重量％）で約５−３５％のナトリウムのヨウ化物、約１−６％のタリウムのヨウ化物、約５５−８６％のツリウムのヨウ化物及び／又はガドリニウムのヨウ化物、約０−１５％のカルシウムのヨウ化物、及び約０−３１％のジスプロシウム及び／又はホルミウムのヨウ化物：を包含する金属のヨウ化物の混合物を含むものである。ランプは、相対的に高い色温度（およそ５０００Ｋ又はより高いもの）によって特徴付けられた光の出力を有するが、それを昼光ランプとしての使用に適切なものとする。

好適な実施形態において、放電管のフィルにおける金属のヨウ化物は、重量パーセントで５から２０％までのナトリウムのヨウ化物；１から５％までのタリウムのヨウ化物；５から１５％までのカルシウムのヨウ化物；０−３１％のジスプロシウムのヨウ化物及び／又はホルミウムのヨウ化物；及び６０から８６％までのツリウムのヨウ化物：を含む。

放電管のフィルにおける金属のヨウ化物が、重量パーセントで６％のナトリウムのヨウ化物；７％のカルシウムのヨウ化物；１％のタリウムのヨウ化物；８２％のツリウムのヨウ化物；２％のジスプロシウムのヨウ化物、及び２％のホルミウムのヨウ化物：を含むとき、結果として生じるランプの特性は、５０００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）、８５ｌｍ／Ｗから９０ｌｍ／Ｗまでの効力、８５から９０までの演色評価数（ＣＲＩ）、１０と比べてより少ないものの平均の知覚可能な色差（ＭＰＣＤ）、及び、２，０００時間で９１％の光束維持率：である。高い効力及び高い維持率は、部分的には、石英ガラスの放電管と比べてセラミック放電管の化学的なフィリングに対するより高い化学的な抵抗性及びより高い動作温度（〜２００℃より高いもの）のおかげであるが、それは、より高い性能を発揮する金属のハロゲン化物の混合物を可能とする。

別の好適な実施形態において、放電管のフィルにおける金属のヨウ化物は、重量パーセントで３３−３４％のナトリウムのヨウ化物；５−６％のタリウムのヨウ化物；及び６０−６２％のガドリニウムのヨウ化物：を含むが、約５９００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）、約７７ｌｍ／Ｗの効力、約９１の演色評価数（ＣＲＩ）、及び１０と比べてより少ないＭＰＣＤに帰着するものである。

図１は、当該発明のセラミックメタルハライドランプの一つの実施形態の概略的な図示である。 図２は、図１のランプにおける使用に適切なセラミック放電管の一つの実施形態の概略的な図示である。 図３は、セラミックメタルハライドランプのＫにおける変動色温度対ランプの放電管のフィルにおける重量パーセントでのＴｍＩ_３の量を示す線グラフである。 図４は、当該発明のランプの及び先行技術の二つの異なる石英メタルハライドランプの２０００時間における光束維持率の棒グラフである。 図５は、図４のランプの１００時間から２０００時間までの色のシフトの棒グラフである。

当該発明のこれらの及び他の態様は、図を参照してさらに解明されると思われるが、それらにおいては：
図１は、当該発明のセラミックメタルハライドランプの一つの実施形態の概略的な図示である；
図２は、図１のランプにおける使用に適切なセラミック放電管の一つの実施形態の概略的な図示である；
図３は、セラミックメタルハライドランプのＫにおける変動色温度対ランプの放電管のフィルにおける重量パーセントでのＴｍＩ_３の量を示す線グラフである；
図４は、当該発明のランプの及び先行技術の二つの異なる石英メタルハライドランプの２０００時間における光束維持率の棒グラフである；並びに、
図５は、図４のランプの１００時間から２０００時間までの色のシフトの棒グラフである。

図は、概略的なものであると共に必ずしも一定比で描かれたものではない。

当該発明のメタルハライドランプの一つの実施形態は、図１に示される。ランプ１は、真空の空間を密閉すると共に一方の末端に内側へ突出するくぼみ２Ｂ及び他方の末端に標準的なベース６に付けられた気密なプレスシール２Ａを有する外側のガラスのバルブ２を包含する。多結晶質のアルミナ材料で作られたセラミック発光管３は、フレーム形状の取り付け部材７及び別の取り付け部材８によってガラスの外側のバルブ２の真空の空間において取り付けられる。取り付け部材７及び８は、プレスシール２Ａによって一方の末端に固定されると共に、導線１２及び１３によってベース６へ電気的に接続される。

発光管の構築は、図２に示される。放電ベッセル３は、放電空間１１を密閉する。放電ベッセルは、セラミックの壁３１を有すると共にセラミックのプラグ３２ａ及び３２ｂ並びにきっちり閉まるプラグ延長部３４及び３５によって閉じられる。一対の電極４及び５は、ベース部分（４ａ，５ａ）及び放電空間１１の内側に位置させられるものである先端部分（４ｂ，５ｂ）を包含すると共に、貫通型の素子（４１，５１）の方式で電気伝導体（４０，５０）へ接続される。貫通型の素子（４１，５１）は、セラミックのプラグ（３２ａ，３２ｂ）及びプラグ延長部（３４，３５）の一部分を通じて突出するが、そこでは、それは、電気伝導体（４０，５０）へ接続される。長さＬ及び直径Ｄを有するものである、放電空間１１は、密閉のセラミック１０の方式で、気密の様式で密封されるが、それは、プラグ延長部（３４，３５）並びにそれらの接続のエリアでの貫通型の素子（４１，５１）及び導電体（４０，５０）の間における空間を充填する。

発光管は、水銀、ランプの点火を援助するための始動ガス、及び金属のヨウ化物の混合物で充填される。始動ガスは、好ましくは、約９９．９９％のキセノン及び僅少な量の^８５Ｋｒの放射性のガスの混合物であるが、しかし、その代わりにまた貴ガスＡｒ及びＫｒの混合物であることもある。

金属のヨウ化物の混合物は、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、及び、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ_３）及び／又はヨウ化ガドリニウム（ＧｄＩ_３）であるものである、相対的に大きい量（５５−８６重量％）の少なくとも第一の希土類のハロゲン化物の構成成分を含む。混合物は、また、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）及びヨウ化ジスプロシウム（ＤｙＩ_３）及び／又はヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ_３）であるものである第二の希土類のハロゲン化物の構成成分を含有することがある。

セラミックメタルハライドランプの技術において知られるように、ヨウ化ナトリウムは、アークを広げる為には、塩の混合物へ加えられる。この目的のためには、ヨウ化ナトリウムは、量において約５から３５重量％までの範囲にわたることができる。ヨウ化ナトリウム無しに、又は、過剰に少ないヨウ化ナトリウム有りで、アークは、過剰に収縮させられると共に、発光管の水平な位置づけの場合には、アークは、放電管の上側の壁に向かうが、高い壁の温度及びクラッキングの可能性に至るものである。過剰に多いヨウ化ナトリウムは、ランプの光の出力の色温度の低下に帰着することになる。

ヨウ化カルシウムは、演色評価数（ＣＲＩ）に寄与するものである、より低い強度の光の放出の連続スペクトルのみならず、様々な色における高い強度の輝線の発光を提供する。ヨウ化カルシウムは、また、セラミックベッセルの主要な壁及び延長されたプラグの化学的な腐食を低減するために希土類のヨウ化物を希釈すると共に、量において０から約１５重量％までの範囲にわたることができるが、それより上では、望まれた色温度は、得られるものではない。

ヨウ化タリウムは、また、主として緑色における高い強度の輝線の放出を提供する。ヨウ化タリウムは、約１から６重量％までの量で存在するものであると共に、光束の出力及びランプの効力を増大させるために主として使用される。過剰に多いタリウムは、緑色を帯びた色を引き起こすことになると共に高いＭＰＣＤを有する傾向がある。

第一の希土類のハロゲン化物の構成成分、ヨウ化ツリウム及び／又はヨウ化ガドリニウム、は、主に、ランプの青色の発光及び高い色温度の原因になるものであるが、昼光の用途におけるそれの使用を可能とするものである。ヨウ化ツリウム及び／又はヨウ化ガドリウムは、量において塩の混合物の約５５から８６重量％までの範囲にわたることができるが、それより下では、望まれたランプの色温度が、達成されるものではないと共に、それより上では、過度の壁の腐食が、大きい部分において、短くされたランプの寿命に至るものである、希土類のアルミン酸塩の形成のせいで、起こることがある。

一般には、ヨウ化ガドリニウムは、ヨウ化ツリウムのものと比べてより高い色温度に帰着する。例えば、約８２％のヨウ化ツリウムが、単独で、およそ５０００Ｋの色温度に帰着するのに対して、約６１重量％のヨウ化ガドリニウムは、単独で、５９００Ｋと同程度に高い色温度に帰着することができる。ヨウ化ツリウム及びヨウ化ガドリニウムの混合物は、これらの値の間における中間の色温度に帰着することができる。このように、ツリウム及びガドリニウムの相対的な量を、望まれた色温度、例．５６００Ｋ、自然照明の色温度、を達成するために、調節することができる。

第二の希土類のハロゲン化物の構成成分、ヨウ化ジスプロシウム及び／又はヨウ化ホルミウム、は、可視の範囲のいたるところで放射の連続スペクトルを得ること又は増やすことの目的のために加えられるが、高い演色評価数（ＣＲＩ）に帰着するものである。第二の希土類のハロゲン化物の構成成分を、また、第一の希土類のハロゲン化物の構成成分を希釈するために加えることができるが、このように色温度を低減するものである。第二の希土類のハロゲン化物の構成成分は、量において０から約３１重量％までの範囲にわたることができるが、それより上では、希土類のアルミン酸塩の形成が、セラミックの壁及びプラグの腐食に寄与し得る。

色温度におけるＴｍＩ_３の百分率の影響は、図３に示される。見て取ることがあるように、色温度は、約１０重量％のＴｍＩ_３における約４０００Ｋから１００重量％のＴｍＩ_３における約６２００Ｋまで増加する。色温度は、４２及び９０重量％のＴｍＩ_３の間で約４７００Ｋから約５５００Ｋまでの範囲にわたると共に、約８０重量％のＴｍＩ_３で約５０００Ｋである。

例１
４００Ｗの電力定格を有するセラミックメタルハライドランプのグループを、評価のために用意したが、フィルは、８５トール（Ｔｏｒｒ）であるフィルの圧力におけるＸｅ、３．２ｍｇで投与された水銀（Ｈｇ）、及び、後に続く重量百分率における金属のヨウ化物：
ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：６％
ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）：７％
ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）：１％
ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ_３）：８２％
ヨウ化ジスプロシウム（ｄｙＩ_３）：２％
ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ_３）：２％
の混合物の３５ｍｇを含有するものであった。

ランプは、８６ｌｍ／Ｗの平均的な効力、５０００ＫのＣＣＴ、８７のＣＲＩ、４．７のＭＰＣＤ、及び、８９Ｖの電圧を有するものであった。２０００時間では、このグループは、３４，４００ｌｍの光束、小さい色のシフト（５５Ｋ）、及び良好な光束維持率（９１％）を有するものであった。

表１は、この発明の例１及び二つの製造業者の石英メタルハライド昼光４００Ｗランプについての１００時間から２０００時間までの色温度のシフト及び光束維持率を示す。当該発明が、顕著に、色のシフトを低減すると共に光束維持率を改善することは、明りょうなことである。

表１

これらの結果は、図４及び５に図式に与えられる。

当該発明のランプ（例１）のみならず二つの電灯の製造業者の４００ＷランプＷ及び２５０Ｗのランプについての１００時間におけるランプの特性及び２０００時間における維持率の比較は、表２に与えられる。効力及び光束維持率の両方における改善は、示されたものである。

表２

例２
例１のものに類似の、しかし１５０Ｗの電力定格を有する、四つのセラミックメタルハライドランプを、後に続くもの：３３．６重量％のＮａＩ、５．４重量％のＴｌＩ、及び６１重量％のＧｄＩ_３のような金属のハロゲン化物の塩の混合物で用意した。平均的な測光データは、後に続くもの：ＣＲＩ＝９１．１；ＣＣＴ＝５９０５Ｋ；ＭＰＣＤ＝８．４；電圧＝１００Ｖ；効力＝７７．１ｌｍ／Ｗ；光束＝１１，５６５ｌｍのようなものであった。

当該発明を、やむを得ず、限定された数の実施形態に関して記載してきた。この記載から、他の実施形態及び実施形態の変形は、当業者には明白なものになると思われると共に、当該発明の範囲及び添付された特許請求の範囲内で十分に包括されることが意図される。例えば、ヨウ化物が、一般には、より高い光束の出力に至るものである、放電空間におけるより高い蒸気圧に帰着するので、金属のハロゲン化物の混合物の記載が、たいてい金属のハロゲン化物に関するものであってきた一方で、ツリウムの臭化物のような、ある一定の他の金属のハロゲン化物は、ツリウムのヨウ化物の代わりに少なくとも部分的に置換されることがあるが、それは、異なるランプの位置づけにおけるランプの電圧の変動を低減するために有益なことであることがある。

その上、好適な実施形態を、放電電極を包含するものとして記載してきた一方で、知られた様式における電極無しの動作が、また、可能性のあるものであることは、実現されることになるものである。

Claims (11)

1. 気密な放電空間を囲むセラミック放電管、
   前記放電空間におけるアーク放電を持続させることが可能なフィル、
   前記フィルが始動ガス、水銀、及び金属のヨウ化物の混合物を含むこと、
   前記金属のヨウ化物がナトリウムのヨウ化物、タリウムのヨウ化物、並びに、ツリウムのヨウ化物及びガドリニウムのヨウ化物からなる群より選択された少なくとも一つの構成員を含む少なくとも第一の希土類のハロゲン化物の構成成分を含むこと、
   を含む、セラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記ツリウムのヨウ化物及び／又はガドリニウムのヨウ化物は、前記金属のヨウ化物の混合物の約５５から約８６重量％までの範囲内の量で存在するものであると共に、
   それによって前記ランプからの光の放出は、高い色温度を有する
   ことを特徴とする、セラミックメタルハライドランプ。
2. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   ナトリウムのヨウ化物は、前記金属のヨウ化物の混合物の約５から３５重量％までの範囲内の量で存在するものである、
   セラミックメタルハライドランプ。
3. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   タリウムのヨウ化物は、前記金属のヨウ化物の混合物の約１から６重量％までの範囲内の量で存在するものである、
   セラミックメタルハライドランプ。
4. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   カルシウムのヨウ化物は、前記金属のヨウ化物の混合物の約０から１５重量％までの範囲内の量で存在するものである、
   セラミックメタルハライドランプ。
5. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   ジスプロシウムのヨウ化物及びホルミウムのヨウ化物からなる群より選択された少なくとも一つの構成員を含む第二の希土類のハロゲン化物の構成成分は、前記金属のヨウ化物の混合物の約０から３１重量％までの範囲内の量で存在するものである、
   セラミックメタルハライドランプ。
6. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記金属のヨウ化物の混合物は、重量％で：５から２０％までのナトリウムのヨウ化物；１から５％までのタリウムのヨウ化物；５から１５％までのカルシウムのヨウ化物；０−３１％のジスプロシウムのヨウ化物及び／又はホルミウムのヨウ化物；及び６０から８６％までのツリウムのヨウ化物を含む、
   セラミックメタルハライドランプ。
7. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記金属のヨウ化物の混合物は、本質的に、重量％で：６％のナトリウムのヨウ化物；１％のタリウムのヨウ化物；７％のカルシウムのヨウ化物；２％のジスプロシウムのヨウ化物；２％のホルミウムのヨウ化物；及び８２％のツリウムのヨウ化物からなる、
   セラミックメタルハライドランプ。
8. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記金属のヨウ化物の混合物は、重量％で：３３−３４％のナトリウムのヨウ化物；５から６％までのタリウムのヨウ化物；及び６０から６２％までのガドリニウムのヨウ化物を含む、
   セラミックメタルハライドランプ。
9. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記セラミック放電管は、気密な外側のガラスエンベロープに取り付けられたものであると共に、
   前記エンベロープは、ランプベースに取り付けられたものである、
   セラミックメタルハライドランプ。
10. 請求項１０に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
    放電電極の対は、前記放電空間へ延びる、
    セラミックメタルハライドランプ。
11. 請求項１に記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
    少なくとも前記ツリウムのヨウ化物の部分は、ツリウムの臭化物によって取って代わられたものである、
    セラミックメタルハライドランプ。

Images