JP4168447B2 - 高圧蒸気放電灯 - Google Patents

Description

本発明は、透光性セラミックスを発光管材料として用いたメタルハライドランプに関するものである。

近年、発光管材料として石英に代わり、透光性アルミナを用いたランプが数多く商品化されてきている。透光性アルミナは石英と比べて耐熱性、耐食性が高い。このため発光管の管壁負荷をあげ、封入している添加物を最適化することで、高効率、高演色、長寿命と非常に優れた特性を得ている。しかし、最近では省エネという観点から、より高効率化を求められてきている。
特開２００３−８６１３０号公報 特開２００３−８６１３１号公報 特許第３４４４８９９号公報

透光性多結晶アルミナからなる発光管を用いたランプにおいて、高演色（Ｒａ９０以上）を維持したまま高効率化を図るために発光管の管壁負荷をあげた場合、ランプ点灯時に封入した添加物の蒸気圧があがりすぎて、逆に効率をさげる結果となってしまう。
発光管内に封入する発光金属をＣｅなどの効率に寄与する添加物を使用した場合、効率はあげることができるが、演色性を下げてしまう結果となってしまう。
そこで、発光管の発光部の肉厚を薄くすることにより効率を上げようとした場合、従来の円筒形の発光部の両端にディスクおよび細管を焼きばめて作られている発光管では、ランプ点灯中に発光部とディスク部との焼きばめ部分に亀裂が生じ、発光管リークとなり短寿命になってしまう。
本発明は、高演色、長寿命という従来の透光性セラミックスを発光管材料として用いた金属蒸気放電灯において、高演色、長寿命という従来のランプの長所を損なわず、さらに効率を高めた金属蒸気放電灯を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、両端に電極が挿入された細管と発光部が一体成型された透光性セラミックスからなる発光管において、電極間の発光管の肉厚ｔ[ｍｍ]を０．４≦ｔ≦１．０、発光管の管壁負荷を２２．1〜２９．８Ｗ／ｃｍ^２の範囲とし、かつ電極間の距離をＬ１[ｍｍ]、電極間の発光管の最大内径をＤ１[ｍｍ]、最小内径をＤ２[ｍｍ]としたとき、Ｄ１／Ｌ１≦１．５０、及び、Ｄ２／Ｌ１≧１．００であることを特徴とする。
また、前記発光管内にはＤｙ、Ｈｏ又はＴｍのハロゲン化物のうち少なくとも１種類、及び、ＮａとＴｌのハロゲン化物が封入している。
なお、ここでいう管壁負荷とは、ランプ電力／発光部の全内表面積のことであり、発光部と細管部との境界は、境界部分の内径＝細管端部の内径×１．１とする。

以上説明した通り、細管と発光部が一体成型された透光性セラミックスからなり、管壁負荷が２２．1〜２９．８Ｗ／ｃｍ^２の範囲にある発光管において、電極間の発光管の肉厚をｔ[ｍｍ]、電極間距離をＬ１[ｍｍ]、電極間の発光管の最大内径をＤ１[ｍｍ]、最小内径をＤ２[ｍｍ]、としたとき、０．４≦ｔ≦１．０、Ｄ１／Ｌ１≦１．５０、及び、Ｄ２／Ｌ１≧１．００を満たし、前記発光管内にはＤｙ、Ｈｏ又はＴｍのハロゲン化物のうち少なくとも１種類及びＮａとＴｌのハロゲン化物を封入することで、発光管クラック、急激な光束の低下、立ち消えなど発生せず、高演色性（Ｒａ９０以上）を維持したまま、より高い効率（１００ｌｍ／Ｗ以上）を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面によって具体的に説明する。
図１．は本発明に従う定格消費電力１５０Ｗの透光性多結晶アルミナからなる発光部とその両端に具備している細管とが一体に成型されている発光管を有するメタルハライドランプである。
図２．は本発明に従う管壁負荷が２６Ｗ／ｃｍ^２である発光管の断面図であり、図３はその発光部の拡大図である。内容積１．３ｃｍ^３からなる発光管内には一対の電極がアーク長Ｌ１＝１０ｍｍになるように配置され、希ガスと共に封入物としてＨｇ及びＤｙ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｎａ、Ｔｌなどのハロゲン化物が封入されている。電極間における発光管最大内径はＤ１＝１１．７ｍｍ、最小内径はＤ２＝１０．４ｍｍであり、電極間の発光管の肉厚ｔは０．４〜１．０ｍｍである。
このときランプ特性は効率１０３ｌｍ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａ＝９３であり、ランプ点灯中の発光管クラックも発生しなかった。

次に前記発光管を用い、ランプ電力を１２０〜１８０Ｗの範囲で測定した。結果を表１に示す。

表１の結果より、管壁負荷をＸ軸、効率をＹ軸にとりグラフを作成した（図４）ところ、次のような近似式を導き出せた。
式１. Ｙ＝−０．１４９８Ｘ^２＋７.５９４５Ｘ＋６．８
また、管壁負荷をＸ軸、ＲａをＹ軸にとりグラフを作成した（図５）ところ、次のような近似式を導き出せた。
式２. Ｙ＝−０．７６９３Ｘ＋７３
以上、２つの式から効率１００ｌｍ／Ｗ以上かつ平均演色評価数Ｒａ９０以上のランプ特性を得るためには、管壁負荷を２２．１〜２９．８Ｗ／ｃｍ２の範囲に設定すれば良いことがわかる。

次に７０Ｗクラスのランプについても同様の実験を行った。内容積０．４ｃｍ^３からなる発光管内には一対の電極がアーク長Ｌ１＝６ｍｍになるように配置され、希ガスと共に封入物としてＨｇ及びＤｙ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｎａ、Ｔｌなどのハロゲン化物が封入されている。電極間における発光管最大内径はＤ１＝８．５ｍｍ、最小内径はＤ２＝７．７ｍｍであり、電極間の発光管の肉厚ｔは０．４〜１．０ｍｍである。この発光管を用い、ランプ電力を５０〜９０Ｗの範囲で測定した。結果を表２.に示す。

表２の結果より、管壁負荷をＸ軸、効率をＹ軸にとりグラフを作成した（図６）ところ、次のような近似式を導き出せた。
式３. Ｙ＝−０．１５０３Ｘ^２＋７.６０９１Ｘ＋６．８
また、管壁負荷をＸ軸、ＲａをＹ軸にとりグラフを作成した（図７）ところ、次のような近似式を導き出せた。
式４. Ｙ＝−０．７３３９Ｘ＋７３．８
以上、２つの式から効率１００ｌｍ／Ｗ以上かつ平均演色評価数Ｒａ９０以上のランプ特性を得るためには、１５０Ｗ同様、管壁負荷を２２．１〜２９．８Ｗ／ｃｍ２の範囲に設定すれば良いことがわかる。

また前記発光管において、電極間の発光管の肉厚ｔが厚いものと薄いものも試作しランプ電力１５０Ｗで測定を行った。肉厚ｔが１．０ｍｍより厚くなると、管壁負荷が２６ｗ／ｃｍ^２において効率が１００ｌｍ／Ｗより低くなってしまった。また肉厚ｔが０．４ｍｍより薄い場合効率は高くなるが、ランプ点灯中に発光管クラックが発生してしまった。
また、電極間の発光管最大内径と電極間距離との関係がＤ1／Ｌ1＞１．５の場合、ランプ点灯中の発光管内壁温度が低くなり、発光管内壁が黒化し、急激な光束の低下やランプ電圧上昇によるランプ立ち消えが発生し、短寿命となってしまった。
また、電極間の発光管最小内径と電極間距離との関係がＤ２／Ｌ１＜１．０の場合、ランプ点灯中に、発光管に封入している金属ハロゲン化物と発光管内壁とが反応し、大幅な光色の変化をまねき、ひどいものになると侵食した部分の強度が弱くなり発光管クラックが発生してしまった。

以上の結果から、細管と発光部が一体成型されている透光性セラミックスからなる発光管において、
電極間の発光管の肉厚をｔ[ｍｍ]としたとき
０．４≦ｔ≦１．０であり
発光管の管壁負荷が２２．1〜２９．８Ｗ／ｃｍ^２の範囲であり、かつ
電極間の距離をＬ１[ｍｍ]、電極間の発光管の最大内径をＤ１[ｍｍ]、最小内径をＤ２[ｍｍ]としたとき、
Ｄ１／Ｌ１≦１．５０、及び、Ｄ２／Ｌ１≧１．００
の条件を満たすことにより、発光管クラックや光色の大きな変化などを起こさずに、高演色（Ｒａ９０以上）で高効率（１００ｌｍ/Ｗ以上）の優れた特性のランプを得ることができた。

本発明に係わる細管と発光部とが一体に成形された発光管を有するセラミックスメタルハライドランプ外観図である。 本発明に係わる細管と発光部とが一体に成形されたセラミックス発光管の断面図である。 本発明に係わる細管と発光部とが一体に成形されたセラミックス発光管の発光部拡大断面図である。 １５０Ｗクラスのランプにおける管壁負荷と効率の関係を示すグラフである。 １５０Ｗクラスのランプにおける管壁負荷と平均演色評価数の関係を示すグラフである。 ７０Ｗクラスのランプにおける管壁負荷と効率の関係を示すグラフである。 ７０Ｗクラスのランプにおける管壁負荷と平均演色評価数の関係を示すグラフである。

符号の説明

１． 外管
２． 口金
３． ステム
４ａ． 支柱
４ｂ． 支柱
５， 発光管
６． 発光管スリーブ
７ａ． 電極システム
７ｂ． 電極システム

Claims (4)

1. 両端に電極が挿入された細管を有し、発光部が透光性セラミックスからなり、細管と発光部が一体成型され、発光部がその中央部から細管接合部に向けて内径が小さくなっている発光管において、
   電極間の発光管の肉厚をｔ[ｍｍ]としたとき、
   ０．４≦ｔ≦１．０であり、
   発光管の管壁負荷が２２．１〜２９．８Ｗ／ｃｍ^２の範囲であり、かつ、
   電極間の距離をＬ１[ｍｍ]、電極間の発光管の最大内径をＤ１[ｍｍ]、電極間の発光管の最小内径をＤ２[ｍｍ]としたとき、Ｄ１＞Ｄ２であり、
   Ｄ１／Ｌ１≦１．５０、及び、Ｄ２／Ｌ１≧１．００
   が成り立つことを特徴とする金属蒸気放電灯。
   
2. 前記電極間の距離Ｌ１が１０ｍｍに設定され、
   前記発光管のランプ電力が１３５〜１６５Ｗである請求項１記載の金属蒸気放電灯。
   
3. 前記電極間の距離Ｌ１が６ｍｍに設定され、
   前記発光管のランプ電力が７０〜８０Ｗである請求項１記載の金属蒸気放電灯。
   
4. 前記発光管内にはＤｙ、Ｈｏ又はＴｍのハロゲン化物のうち少なくとも１種類、及び、ＮａとＴｌのハロゲン化物が封入されていることを特徴とする請求項１から３いずれか一項に記載の金属蒸気放電灯。

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