JP2012515413A - 高い色温度を持つセラミックガス放電メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

高い色温度（４５００Ｋを超える）を呈するセラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプ２３は、不活性ガス、水銀及び金属ハロゲン化物塩混合物の充填物を含み、該塩混合物は、少なくとも約６２モル％のヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）と、約８モル％以下のヨウ化セリウム（ＣｅＩ_３）と、約１５モル％以下のヨウ化セシウム（ＣｓＩ）と、約１５モル％以下の、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、インジウム（Ｉｎ）、マンガン（Ｍｎ）、鉛（Ｐｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガリウム（Ｇａ）及びタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物から成る群から選択された１つ以上のハロゲン化物と、の塩混合物であり、ナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物の量は約５モル％より少なく、タリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物の量は約５モル％よりも少ない。斯かるランプは、園芸用途、スポーツ照明、水槽照明、及びその他の専門的照明用途に特に有用である。

Description

本発明は、セラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプに関し、更に詳細には、金属ハロゲン化物塩の混合物を含むアーク放電持続充填物を含む多結晶アルミナ（ＰＣＡ）セラミックガス放電容器を利用する斯かるランプに関する。

ＣＤＭランプは一般に、外側ガラス封体部と気密容器を提供する該封体部にシールされた基部とにより囲まれたＰＣＡセラミック放電容器を利用する。該放電容器は、高い内圧を収容し、最小限の温度勾配しか示さないための特定の形状を持つ。該放電容器は、不活性ガス、塩混合物及び水銀といった充填物を含み、該放電容器の対向する端に配置された放電電極の対の間のアーク放電を持続することが可能である。該放電電極は、フレームワイヤを介して基部に接続され、該ワイヤはまた該放電容器を支持する。

金属ハロゲン化物の特定の組み合わせ及び塩混合物における比率は、ランプのルーメン出力、相関色温度（ＣＣＴ）、及び演色指数（ＣＲＩ）といったランプ特性を大きく決定する。

国際特許出願公開WO2005/088675は、２５００乃至４５００Ｋの範囲内にＣＣＴを持つ、高効率及び長寿命のメタルハライドランプを開示している。該ランプは、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）、並びにＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＮｄのヨウ化物から選択されたヨウ化物の化学的充填物を持つ。塩混合物中の開示された金属ヨウ化物の組み合わせは、長寿命に達するのに必要な放電容器の少ない腐食に帰着するといわれている。

国際特許出願公開WO2005/088675に記載されたランプの欠点は、ＣＣＴが通常、４５００Ｋよりも低い値に限られている点である。塩混合物におけるかなりの量のハロゲン化ナトリウム（例えば７０モル％）のため、より高いＣＣＴは可能ではない。

米国特許US7,268,495もまた、２５００乃至４５００Ｋの範囲内にＣＣＴを持つセラミックメタルハライドランプを開示している。該ランプは、ＮａＩ（少なくとも５ｍｏｌ％）、ＴｌＩ、ＣａＩ_２であっても良いアルカリ金属ハロゲン化物、及び希土類ハロゲン化物の化学的充填物を持つ。該ランプは、Ｂａ又はＳｒの少なくとも１つのハロゲン化物を持つ必要があるが、ＣｓＩも含んでも良い。

米国特許US7,268,495のランプは、高い効率及び優れた演色を持つといわれるが、国際特許出願公開WO2005/088675の場合におけるように、ＣＣＴが４５００Ｋまでの値に限られる。

本発明の一形態によれば、ＣＤＭランプは、不活性ガス、水銀及び金属ハロゲン化物の塩混合物の充填物を含むＰＣＡ放電容器を有し、前記塩混合物が、
少なくとも約６２モル％、好適には約６２乃至約６５モル％の、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）と、
約８モル％以下の、好適には約２乃至６モル％の、ヨウ化セリウム（ＣｅＩ_３）と、
約１５モル％以下の、好適には約３乃至１５モル％の、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）と、
約１５モル％以下の、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、インジウム（Ｉｎ）、マンガン（Ｍｎ）、鉛（Ｐｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガリウム（Ｇａ）及びタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物から成る群から選択された１つ以上のものと、
を有し、ナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物の量は約５モル％よりも少なく、タリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物の量は約５％よりも少ないことを特徴とする。

成形したＰＣＡ放電容器の使用と併せた、上述した金属ハロゲン化物塩の組み合わせは、高い相関色温度（ＣＣＴ）（約４５００Ｋより高い）、高い発光効率（１００Ｌｍ／Ｗより高い）、高い演色指数（ＣＲＩ）（８５以上）、及び低い最小知覚色差（ＭＰＣＤ）を持つ優れた色安定性の実現を可能とし、加えて、該金属ハロゲン化物塩混合物は低い腐食性を特徴とし、本発明のＣＤＭランプの好適なルーメン保持及び長い寿命を確実にするのを支援する。

斯かるランプは、園芸用途、スポーツ照明、水槽照明、及びその他の専門的照明用途に特に有用である。

本発明の実施例は、図面を参照しながら説明される。

図面は図式的なものであって定縮尺で描かれてはいない。

本発明の一実施例による、金属ハロゲン化物塩の化学的充填物を用い高い色温度を持つ、中位のワット数のセラミックガス放電メタルハライド（ＣＤＭ）ランプを示す。

より詳細には、放電空間２０を囲む中央が広がった回転楕円体型部分１２ａと、一対の管状の端部１２ｂ及び１２ｃとを含むＰＣＡ放電容器１２を持つ、中位のワット数（３１５Ｗ）のＣＤＭランプ２３を示す。ＰＣＡ放電容器１２の中央部１２ａは、長軸に沿った長さＬと短軸に沿った幅Ｗとにより定義される形状及びサイズを持ち、高い内圧を収容し且つ最小限の温度勾配を呈し、高いルーメン出力及び長寿命をもたらすよう設計される。

一対の放電電極１３及び１４は、放電容器１２の端部１２ｂ及び１２ｃを通って放電空間２０へと延在し、これら端部１２ｂ及び１２ｃにより支持される。外側の球状の封体部１０は、放電容器１２並びに放電電極１３及び１４を囲み、基部２５に封止されて気密容器を提供する。

それぞれ端子部２１ａ及び２１ｂを持つ導線２２ａ及び２２ｂは、基部２５を通って延在し、それぞれ支持部材１５及び支持フレーム部材１６を介して放電電極１３及び１４に電気的に接続される。フレーム部材１６の延長部１９は、封体部１０の上端からの突起部１１へと内向きに延在し、付加的な支持を提供する。フレーム部材１６にはゲッタ１７が装着される。放電空間２０は、不活性ガス、水銀、並びにＣａＩ_２、ＣｅＩ_３、ＣｓＩから選択された金属ハロゲン化物塩とＬｉ、Ｎａ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｇａ及びＴｌのハロゲン化物との混合物の化学的充填物により満たされる。

ＣｅＩ_３は、発光スペクトル中、特に青色領域において、非常に多くの線を持ち、優れたＣＲＩ及び高いＣＣＴの両方に寄与する。ＣｅＩ_３の総モル量は８％を超えるべきではなく、この量を超えるとＰＣＡ壁の腐食の見込みが高くなり、放電空間から塩を吸収する傾向のある多孔質構造に帰着し、ランプの寿命を短くしてしまう。好適には、ＣｅＩ_３は約２モル％から約６モル％までの範囲内に保たれ、この範囲より少ない場合、ＣｅＩ_３の発光への寄与は高い色温度及び高い発光効率を達成するには不十分であり、この範囲より多い場合は、ＰＣＡの腐食が始まり長いランプ寿命の実現を制限してしまう。

約４乃至６モル％の範囲内では、増大するＣｅＩ_３が増大する発光効率及びランプ電圧の効果を及ぼすが、それに付随して黒体放射曲線から逸脱したｙ軸に沿った色点のシフトを伴う。

ＣｓＩはアークを安定化させる効果を持ち、アークの屈曲及び付随するＰＣＡ壁腐食を防止し、発光スペクトルに悪影響を与えることなく寿命を延ばす。ＣｓＩのモル量は１５％を超えるべきではなく、この量を超えると発光効率が実用的なレベルを下回るまで低下する。好適には、ＣｓＩの量は約３乃至約１５モル％の範囲内に保たれるべきであり、この範囲より少ないとアーク安定性が損なわれる。

米国特許出願公開US6,031,332において説明されているように、ＣａＩ_２は優れた発光効率及び高い力率を呈する。ＣａＩ_２はまた低いＰＣＡ腐食率を持ち、従って塩組成物のモル百分率を１００モル％にまで完全化するための溶媒として機能し得る。それ故、他の要素の最大モル量を考慮すると、ＣａＩ_２のモル量は約６２％よりも多いべきであり、特に約６２乃至９５％であるべきであり、この量より少ないと、他の成分のモル量が最大値を超え、この量より多いと、他の成分のモル量が最小値を下回る。

該塩組成物は更に、ＣＣＴの微調整のため及び黒体放射曲線に対するランプの色点の調節のため、少ないモル量のＬｉ、Ｎａ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｇａ又はＴｌのような金属のハロゲン化物を含んでも良い。微調整付加物のモル量は、選択されたハロゲン化物の蒸気圧に依存するが、塩混合物全体の１５モル％を超えるべきではなく、これを超えると、ＰＣＡ腐食率が長いランプ寿命の実現を不可能にする。

以上のハロゲン化物の群に関し、ＮａＩの存在は高いＣＣＴを持つランプを実現するために必須ではなく、特にＮａＩはＣＣＴの微調整及びランプの色点の調節に有用であり得るが、いずれの場合でも塩混合物全体の約５モル％よりも少なく保たれるべきであり、これを超えると、その影響が所望の高い色温度の実現を妨げる。

特に、ＮａＩの付加は、ｘ軸に沿って色点をシフトさせ、色温度を低下させる。斯くしてＮａＩは、以上に説明したように、色点に対するＣｅＩ_３の影響を弱めるために利用され得る。

更に、以上のハロゲン化物の群に関し、ＴｉＩの存在も同様に、高いＣＣＴを持つランプを実現するために必要とされない。しかしながら、約５３５ｎｍの目が感知する領域における強い線を特徴とする発光スペクトルのため、ＴｉＩもまたＣＣＴの微調整及びランプの色点の調節のために有用であるが、いずれの場合でも塩混合物全体の約５モル％よりも少なく保たれるべきであり、これを超えると、ＣＣＴが下方にシフトしはじめる。加えて、ＭＰＣＤが過度に高くなり、対象となる商業的用途には光が過度に緑色となる。加えて、Ｔｌの化学的活性は腐食性を増大させ、寿命を危うくし得る。以上の考察に基づき、約２乃至約３モル％の範囲のＴｌＩが好適である。しかしながら、約５０００Ｋを超えるＣＣＴのためには、ＴｌＩレベルは約１モル％以下に保たれるべきである。

実施例
図に示される形状によってアーク管が形成された。該形状は、約１８ｍｍの短軸幅Ｗと約２６ｍｍの長軸長Ｌとを持つ扁長の回転楕円体の形を持つ。本体の壁厚は、約１ｍｍである。該回転楕円体の端部は、中空の軸方向延長部に一体的に形成され、該延長部にタングステンの放電電極が挿入される。タングステン電極間の距離は、１４ｍｍである。或る量のＨｇが該アーク管及び塩混合物自体に追加される。該アーク管はＡｒにより満たされ、少量のＫｒ^８５を付加される。充填圧力は７５Ｔｏｒｒであった。放電電極は、アーク管本体の延長部において堅固に封止された。

ランプは、３１５Ｗの定格出力で製造された。該ランプの電圧は約１００Ｖであり、Ｈｇの量により調節された。ＣＣＴ、ＣＲＩ及びＭＰＣＤの値は、ランプが１００時間垂直に動作させられた後に測定された。一連のランプの化学的充填物、及びそのパラメータは、表１に示される。

表１は、測定されたランプが、約１０６乃至１１４Ｌ／Ｗの発光効率、４７００乃至５０００ＫのＣＣＴ、８６乃至９１のＣＲＩ、及び２９乃至５６のＭＰＣＤを持ったことを示している。

本発明は、やむを得ず限られた数の実施例によって説明された。該説明から、他の実施例及び実施例の変形例が当業者には明らかであり、本発明の範囲及び添付される請求の範囲内に完全に包含されることを意図している。

Claims (8)

1. 放電空間を囲む中央部及び一対の端部を持つセラミック放電容器と、
   前記端部のそれぞれを通って前記放電空間へと延在する一対の放電電極と、
   前記放電電極を囲む外側ガラス封体部と、
   基部と、
   を有し、前記外側ガラス封体部は、前記基部に封止されて前記放電容器の気密容器を形成する、セラミックガス放電メタルハライドランプにおいて、
   前記放電空間は、不活性ガス、水銀及び金属ハロゲン化物塩混合物を有する充填物を含み、前記塩混合物は、
   少なくとも約６２モル％のヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）と、
   約８モル％以下のヨウ化セリウム（ＣｅＩ_３）と、
   約１５モル％以下のヨウ化セシウム（ＣｓＩ）と、
   約１５モル％以下の、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、インジウム（Ｉｎ）、マンガン（Ｍｎ）、鉛（Ｐｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガリウム（Ｇａ）及びタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物から成る群から選択された１つ以上のハロゲン化物と、
   を有し、ナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物の量は約５モル％よりも少なく、タリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物の量は約５％よりも少ないことを特徴とする、セラミックガス放電メタルハライドランプ。
2. 前記ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）は、約６２乃至約９５モル％の範囲内で存在する、請求項１に記載のセラミックガス放電メタルハライドランプ。
3. 前記ヨウ化セリウム（ＣｅＩ_３）は、約２乃至約６モル％の範囲内で存在する、請求項１に記載のセラミックガス放電メタルハライドランプ。
4. 前記ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）は、約３乃至約１５モル％の範囲内で存在する、請求項１に記載のセラミックガス放電メタルハライドランプ。
5. ヨウ化タリウムが、約２乃至約３モル％の範囲内で存在する、請求項１に記載のセラミックガス放電メタルハライドランプ。
6. ヨウ化タリウムが、約１モル％以下の量で存在する、請求項１に記載のセラミックガス放電メタルハライドランプ。
7. 前記放電容器の前記中央部の形状は、高い内圧を収容し且つ最小限の温度勾配を呈するように設計された、請求項１に記載のセラミックガス放電メタルハライドランプ。
8. 前記放電容器の前記中央部の形状は扁長の回転楕円体である、請求項１に記載のセラミックガス放電メタルハライドランプ。

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