JP3723567B2 - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、透光性セラミックからなる発光管を備えたセラミックメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【0002】
高輝度放電ランプの一種として、例えば特許文献1に開示されているような、ハロゲン化ディスプロシウムなどのランタノイドのハロゲン化物が透光性セラミックからなる発光管内に封入されたセラミックメタルハライドランプがある。セラミックメタルハライドランプの光色は多様であるが、その中でも4000[K]から4400[K]までの相関色温度の放射光を放射するものは白色感があり、商業スペースに適した光色としてユーザーに好まれている。一般にランタノイドのハロゲン化物の封入量を増やしていくと相関色温度は高くなっていくので、4000[K]から4400[K]までの相関色温度を実現するためには、白熱電球の相関色温度の光色を呈する場合よりも、ランタノイドのハロゲン化物を発光管内に多く封入する必要がある。
【0003】
ところが、ランタノイドのハロゲン化物は発光管材料であるセラミックと反応し、ハロゲンのみが遊離しやすい傾向にある。遊離したハロゲンはランプ電圧を上昇させるため、二次側開放電圧V2が220≦V2[V]≦250である銅鉄安定器を使用した際に、立消えを引き起こす原因となる。なお立消えとは、使用条件下において放電を維持できず、意図せずしてランプが消灯する現象を指す。
【0004】
この立消えの防止策として例えば特許文献2には、金属ホルミウムを封入して遊離したハロゲンと反応させることによりホルミウムのハロゲン化物を生成させ、遊離ハロゲンを発光管中に存在させないようにする手法が開示されている。
【特許文献1】
特開平10−134765号公報
【特許文献2】
特開平9−270246号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、本願発明者は、ランタノイドのハロゲン化物に金属ホルミウムを加えて立消え抑制効果を確認したところ、立消えには金属ホルミウムは効果があったが、光束維持率が点灯時間2000時間において70[%]以下になることがわかった。このように光束維持率が低下する原因は不明であるが、金属ホルミウムを封入すると光束低下のため、実用的に問題があることが判明した。
【0006】
本発明の目的とするところは、立消えの発生をなくして、かつ、光束維持率を向上させた、相関色温度4000[K]から4400[K]の放射光を放射するセラミックハライドランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第1のセラミックメタルハライドランプは、透光性セラミックから形成された発光管を有し、4000[K]以上4400[K]以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、前記発光管は、中空な円柱形の本体部を有し、前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Wが、0.800≦W[μmol/cm2]≦0.950である。
【0008】
本発明の第2のセラミックメタルハライドランプは、透光性セラミックから形成された発光管を有し、4000[K]以上4400[K]以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、前記発光管は、両端がテーパー状に面取りされ中空な円柱形の本体部を有し、前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Wが、0.830≦W[μmol/cm
2]≦0.950である。
【0009】
ある好適な実施形態において、前記ランタノイドは、ディスプロシウム、ツリウム、およびホルミウムのうち少なくとも一種を含む。
【0010】
また、ある好適な実施形態において、二次側開放電圧V2が220≦V2[V]≦250である銅鉄安定器を使用して点灯される。
【0011】
また、ある好適な実施形態において、安定点灯時のランプ電力Wlaが、70≦Wla[W]≦400である。
【発明の効果】
【0012】
本発明のセラミックメタルハライドランプでは、発光管1の本体部6内に封入されるランタノイドのハロゲン化物の封入量を、本体部6が中空円柱形状の場合は、0.800≦W[μmol/cm2]≦0.950、本体部6が中空円柱の両端にテーパー部を有する場合は、0.830≦W[μmol/cm2]≦0.950にすることによって、点灯時間3000時間においても立ち消えがなく、かつ、光束維持率の良い、相関色温度4000[K]以上4400[K]以下の白色放射光を有するセラミックメタルハライドランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡素化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【0014】
(実施形態1)
本発明の実施形態1に係るセラミックメタルハライドランプを図1に示す。このセラミックメタルハライドランプは、定格電力が150[W]である。
【0015】
セラミックメタルハライドランプは発光管1を備えており、この発光管1は透光性セラミックからなっている。発光管1のセラミックは多結晶アルミナを使用している。発光管1は、中空な円柱形の本体部6と、本体部6の円柱形の両底面から延在した2つの細管7a,7bとから構成される。また、発光管1は、ステム3によって封止された外管2内に内蔵されている。発光管1はステム3から延在している金属線3a、3bに固定支持された構成を有している。
【0016】
本体部6の中空な内部には、図示していないが、所定量の水銀と始動用希ガスとしてアルゴンとが封入されている。さらに本体部6内には金属のハロゲン化物(不図示)が封入されている。この金属のハロゲン化物は、光色を調整するための0.5[μmol/cm2]のタリウムの沃化物(TlI)と、効率を高め点灯方向変動特性を改善するための1.7[μmol/cm2]のナトリウムの沃化物(NaI)と、連続スペクトルを発するほぼ同比率のディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物(ランタノイドのハロゲン化物)である。ここで封入量は発光管1の本体部6の単位内表面積当たりのモル数で表している。なお、ディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物の封入量に関しては、後で説明する。
【0017】
外管2と発光管1との間には図示しないが窒素が封入されている。外管2には口金4が形成されている。この口金4は、金属線3a,3bを介して発光管1に外部から電力を供給するためのものである。
【0018】
図2は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの発光管1の断面図である。中空な円柱形の本体部6の寸法は、外径が11.3[mm]、内径が9.3[mm]である。また、本体部6の両端から、本体部6の円柱形の中心軸上に延在した細管7a,7bの寸法は、外径が3.200[mm]、内径が1.025[mm]、体積が0.011[cm3]である。細管7a、7bには一対のニオビウムからなる導入線9a、9bがそれぞれ挿入されている。この導入線9a,9bは外径0.9[mm]であって、電極5a、5bを先端部に有している。導入線9a、9bは、先端部の電極5a、5bが本体部6内に位置するように細管7a、7b内に挿入され、シール材10a、10bによって細管7a、7b内に封着され封着部8a、8bを形成している。
【0019】
続いて、寿命試験について説明する。
【0020】
寿命試験に用いたセラミックメタルハライドランプは、ディスプロシウムの沃化物(DyI3)とホルミウムの沃化物(HoI3)とツリウムの沃化物(TmI3)とをほぼ同比率で混合したもの(以降、「ランタノイドハロゲン化物」という。)の量を、本体部6の単位内表面積当たり0.714[μmol/cm2]から1.503[μmol/cm2]までの範囲で変更して8水準試作した(仕様A,B,C,D,E,F,G,H。以降、仕様AからHのランプ群を「寿命試験用ランプ1」という。)ものである。なお、ランタノイドハロゲン化物の量以外の構成は、上記に説明した構成と同様である。
【0021】
寿命試験は、上述の寿命試験用ランプ1を用いて、二次側開放電圧が250[V]である銅鉄安定器を使用し、商用周波数(50又は60Hz)で、5.5時間点灯・0.5時間消灯のサイクルで3000時間行った。ここで銅鉄安定器というのは、鉄芯と銅コイルからなるチョークコイル型の安定器であって、電子安定器に比べて立ち消えが生じやすい安定器である。上記寿命試験の結果、および、点灯100時間時点で二次側開放電圧220[V]の標準安定器を使用して相関色温度を測定した結果を図6に示す。なお、標準安定器とは規格によって定められた安定器である。
【0022】
図6において「封入量」とは、ランタノイドハロゲン化物の本体部6の単位内表面積当りの封入量である。「3000時間での立消え」とは、点灯3000時間で点灯維持していれば「○」、それ以前に立消えていれば「×」と判定して記載したものである。3000時間で判定する理由は、一般にセラミックメタルハライドランプの内部での反応によるランプ電圧上昇という現象は、点灯3000時間までに発生しその後はほぼ一定値となるからである。
【0023】
図6に示すように、寿命試験の結果、ランタノイドハロゲン化物の封入量が1.002[μmol/cm2]以上の場合(仕様A,B,C)に点灯3000時間以前にはランプが立消えてしまう(すなわち、「×」の判定)。一方、ランタノイドハロゲン化物の封入量が0.950[μmol/cm2]以下の場合(仕様D,E,F,G,H)には点灯3000時間においてもランプが立消えしない(すなわち、「○」の判定)ことがわかる。
【0024】
図6のランタノイドのハロゲン化物量に対する点灯100時間後の相関色温度分布をグラフ化したものを図3に示す。ここで、4000[K]から4400[K]までの相関色温度の放射光を発するランプは白色感があるため、商品の照明として用いると商品が美しく見える。従って、4000[K]から4400[K]までの相関色温度の放射光を発するランプは、商業スペースに適した光色を有するランプとしてユーザーに好まれている。さらにこのような理由で、商業スペース等に使用されているランプは、4000[K]から4400[K]までの相関色温度の放射光を発するランプであるので、複数のランプのうち一つを相関色温度がこの範囲から外れているランプとすると、周りのランプとは光色が違うため違和感が生じて好ましくない。以上の点から、4000[K]以上4400[K]以下の範囲を好ましい範囲として以下の検討を行った。
【0025】
図3より、点灯100時間での相関色温度が4000[K]以上4400[K]以下となる単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、
0.800 ≦ W[μmol/cm2] ≦ 1.002 (式1)
であることがわかる。
【0026】
また、図6における点灯3000時間で立消えが起こらず、かつ、式1を満たす単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、
0.800 ≦ W[μmol/cm2] ≦ 0.950 (式2)
となる。
【0027】
以上の結果から、本実施形態では、封入されるランタノイドハロゲン化物の量が式2を満たすことで、点灯3000時間において立消えのない4000[K]以上4400[K]以下の相関色温度を持つセラミックメタルハライドランプを実現することができる。
【0028】
続いて、光束維持率を測定した結果を図5に示す。ここでは、遊離したハロゲンを再度ランタノイドハロゲン化物とするために、金属ホルミウムを本体部6内に封入したセラミックメタルハライドランプを比較例として用いた。
【0029】
仕様Iは、本発明の範囲に入るセラミックメタルハライドランプであって、本体部6の中にTlIを0.5[μmol/cm2]、NaIを1.7[μmol/cm2]、ディスプロシウムの沃化物(DyI3)とホルミウムの沃化物(HoI3)とツリウムの沃化物(TmI3)とを同比率で混合したものを0.931[μmol/cm2]封入した。
【0030】
仕様Jは、比較例のセラミックメタルハライドランプであって、本体部6の中にTlIを0.5[μmol/cm2]、NaIを1.7[μmol/cm2]、ディスプロシウムの沃化物(DyI3)とホルミウムの沃化物(HoI3)とツリウムの沃化物(TmI3)とを同比率で混合したものを1.002[μmol/cm2]、さらに金属ホルミウムを0.180[μmol/cm2]封入したものである。
【0031】
図6に示すように、仕様Jのランプは2000時間点灯時に既に光束維持率70[%]以下となるのに対して、仕様Iのランプは3000時間点灯時も光束維持率70[%]以上となっており、本実施形態のセラミックメタルハライドランプは高い光束維持率を有することがわかる。なお、封入されるランタノイドハロゲン化物の量が式2を満たせば、3000時間点灯時の光束維持率が70[%]以上となることも確認した。
【0032】
(実施形態2)
本発明の実施形態2に係るセラミックメタルハライドランプの発光管の断面を図4に示す。本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプは、発光管の形状が実施形態1のセラミックメタルハライドランプとは異なっており、他の部分は同じであるので、異なっている部分のみを説明する。
【0033】
本実施形態の発光管は、両端がテーパー状に面取りされた円柱形の本体部6と、テーパー部の先端から本体部6の円柱形の中心軸上に延在する二本の細管7a,7bとからなる。本体部6の内部は中空である。このように本実施形態の発光管は、本体部6の形状が実施形態1の発光管とは異なっており、本実施形態の本体部6の形状を別の言葉で表すと、円柱の両端が先細になっていて先端は円柱軸に垂直な平面であり、内部は中空な形状である。
【0034】
本実施形態においても実施形態1と同様に、本体部6の内部に封入するランタノイドハロゲン化物の量を変えた8水準(仕様A,B,C,D,E,F,G,H。以降、これらのランプ群を「寿命試験用ランプ2」という。)のランプを用意した。
【0035】
これらの寿命試験用ランプ2における、点灯100時間後の相関色温度を図3に示す。なお、寿命試験用ランプ2も寿命試験用ランプ1と同様な立消え寿命試験を行ったが、点灯3000時間までは寿命試験ランプ1と同様な結果が得られた。
【0036】
ここで、図3より、点灯100時間での相関色温度が4000[K]以上4400[K]以下となる単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、本実施形態の場合、
0.830 ≦ W[μmol/cm2] (式3)
となることがわかる。
【0037】
また、図6における点灯3000時間で立消えが起こらず、かつ、式3を満たす単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、本実施形態の場合、
0.830 ≦ W[μmol/cm2] ≦ 0.950 (式4)
となる。
【0038】
なお、本実施形態の場合、式4を満たせば3000時間点灯時の光束維持率が70[%]以上となることも確認した。
【0039】
また、本実施形態の場合、本体部6の形状が電極5a,5b付近にテーパー部を有しているので、本体部6内で液状となったハロゲン化物が細管7a、7bに流入しやすくなり、立消えの原因となるランタノイドのハロゲン化物と発光管材料であるセラミックの反応は、上記細管7a、7bでより生じやすくなる。本実施形態では、式4を満たせば、相関色温度4000〜4400[K]と高い光束維持率とを満たしつつ立ち消えを抑制することができるが、立ち消えをより確実に抑制するには、本体部6の形状は図4に示すような電極5a,5b付近にかけてテーパー部を有するよりも図2に示すように中空な円柱形であることが好ましい。
【0040】
なお、上記の2つの実施形態は、ディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物(ランタノイドのハロゲン化物)をほぼ同比率で封入したランタノイドのハロゲン化物であったが、ランタノイドのハロゲン化物をディスプロシウム、ツリウム、およびホルミウムのうち少なくとも一種から選択しても、式1、式3の範囲であれば、立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。
【0041】
また、上記実施形態では、二次側開放電圧V2が250[V]の銅鉄安定器を用いて寿命試験を実施したが、V2は220[V]以上250[V]以下(220≦V2[V]≦250)の範囲であっても立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。なお、銅鉄安定器を電子安定器に換えた場合は、ハロゲンが遊離したとしても従来よりも立消え現象が起こりにくい。しかし、式2、式4のランタノイドのハロゲン化物の封入量の範囲とすると、ランタノイドと本体部6の材料であるセラミックとの反応を抑制できる。すなわち、電子安定器においても、式1、式3の範囲で使用すれば光束維持率が向上する。
【0042】
なお、上記発明の実施形態は150[W]のランプを使用しているが、ランプ電力Wlaが70≦Wla[W]≦400の範囲でも立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。また、上記発明の実施形態では、TlIとNaIとをそれぞれ0.5[μmol/cm2]、1.7[μmol/cm2]としたが、TlIとNaIとはそれぞれ0.3[μmol/cm2]以上0.6[μmol/cm2]以下、1.5[μmol/cm2]以上3.8[μmol/cm2]以下であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明のセラミックメタルハライドランプは点灯時間3000時間においても立ち消えがなく、かつ、光束維持率の良い、相関色温度4000[K]以上4400[K]以下の放射光を放つので、白色感のある高輝度ランプとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明の実施形態1に係るメタルハライドランプの正面図である。
【図2】本発明の実施形態1に係る発光管の断面図である。
【図3】封入したランタノイドのハロゲン化物量と相関色温度との関係を示す図である。
【図4】本発明の実施形態2に係る発光管の断面図である。
【図5】本発明の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプと比較例のセラミックメタルハライドランプとにおける点灯時間と光束維持率との関係を示す図である。
【図6】寿命試験の結果と測定した相関色温度を示す図表である。
【符号の説明】
【0045】
1 発光管
6 本体部
Claims (5)
- 透光性セラミックから形成された発光管を有し、4000[K]以上4400[K]以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、
前記発光管は、中空な円柱形の本体部を有し、
前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、かつヨウ化カルシウムは封入されておらず、
前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Wが、
0.800≦W[μmol/cm2]≦0.950である、セラミックメタルハライドランプ。 - 透光性セラミックから形成された発光管を有し、4000[K]以上4400[K]以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、
前記発光管は、両端がテーパー状に面取りされ中空な円柱形の本体部を有し、
前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、かつヨウ化カルシウムは封入されておらず、
前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Wが、
0.830≦W[μmol/cm2]≦0.950である、セラミックメタルハライドランプ。 - 前記ランタノイドは、ディスプロシウム、ツリウム、およびホルミウムのうち少なくとも一種を含む、請求項1または2に記載のセラミックメタルハライドランプ。
- 二次側開放電圧V2が220≦V2[V]≦250である銅鉄安定器を使用して点灯される、請求項1から3までの何れか一つに記載のセラミックメタルハライドランプ。
- 安定点灯時のランプ電力Wlaが、70≦Wla[W]≦400である、請求項4に記載のセラミックメタルハライドランプ。
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