JP4210911B2 - メタルハライドランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性セラミック製の発光管を用いたメタルハライドランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、メタルハライドランプ（以下、単に「ランプ」と称する場合がある）の発光管としては、石英ガラス製のものが一般的であった。しかし、近年ではこの石英ガラスに代えて、アルミナ等の透光性セラミックを用いたセラミック発光管が使われ始めている。このセラミック発光管を用いたセラミックメタルハライドランプは、旧来の石英ガラスを用いたものに比べて、発光物質であるメタルハライドと発光管材料とが反応しにくいため、安定した寿命特性を得ることができる。また発光管のサイズをコンパクトにでき、高いランプ効率、および高演色性を実現できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１６９９８公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようなメタルハライドランプでは、電極材料であるタングステンが点灯中に遊離し、発光管の内壁に付着して管壁黒化を生じさせるという問題がある。このような現象が起こると、発光管の透過光量が減少し、ランプの光束維持率が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な光束維持率を実現できるメタルハライドランプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、良好な光束維持率を実現できるメタルハライドランプを開発すべく鋭意研究してきたところ、発光管内に金属ハロゲン化物として、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ホルミウム、およびハロゲン化ツリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化セシウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化タリウムとともに、過剰のハロゲンを存在させることが効果的であることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明のメタルハライドランプは、内部に一対の電極が対向して配された透光性セラミック製の発光管を備え、前記発光管内に希ガスと、水銀と、金属ハロゲン化物とが封入されたメタルハライドランプであって、前記金属ハロゲン化物が、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ホルミウム、およびハロゲン化ツリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化セシウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化タリウムとを含むとともに、前記発光管内には、前記金属ハロゲン化物を構成する金属と結合して化学量論的組成の前記金属ハロゲン化物を形成するために必要な量を超えた過剰のハロゲンが存在していることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、金属ハロゲン化物を構成するハロゲン、および過剰のハロゲンとしては、臭素、ヨウ素またはそれらの組み合わせであることが好ましい。
【０００９】
本発明の水銀としては、例えば金属水銀、またはハロゲン化水銀等の水銀化合物を、単体もしくは混合物として使用できる。
また、過剰のハロゲンは、ハロゲン単体として存在させても良く、ハロゲン化水銀等のハロゲン化合物として存在させても良く、分子中のハロゲン原子が過剰な非化学量論組成の金属ハロゲン化物として存在させても良い。
【００１０】
透光性セラミックの種類としては、例えばアルミナ、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化イッテルビウム、窒化アルミニウム等が挙げられる。
【００１１】
加えて、本発明者らは、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢であるか水平方向となる姿勢であるかによって、水銀および過剰なハロゲンの封入量の好適な範囲が異なることを見出した。（ここで、「鉛直方向」「水平方向」とは、地に対して９０°、０°の場合のみを指すのではなく、この種のランプを通常に使用可能な範囲内で上記角度から傾斜させている場合も含む意である。）
【００１２】
すなわち、封入された水銀や過剰なハロゲンは、発光管内で蒸気となって対流する。水銀や過剰なハロゲン封入量が大きければ、それだけ蒸気の対流が激しくなる。
このため、図２に示すように、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極３Ａ、３Ｂを結ぶ線Ｌが鉛直方向となる姿勢である場合には、対流Ｃの影響で放電アークＡの揺れが発生し、ランプの点灯状態が不安定となり易い。このアーク揺れは、主として発光管２の下側で大きくなる。
一方、図３に示すように、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極３Ａ、３Ｂを結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合には、放電アークＡが対流Ｃに押し上げられて上側へ大きく湾曲する。すると、発光管２の天井部分２Ａ（点灯姿勢で上側に位置する部分）が放電アークＡにより過度に熱せられ、失透（白濁化）する場合がある。
【００１３】
このような現象を抑制するために、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢である場合には、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１５
の関係を満たすようにすることが好ましい。
【００１４】
一方、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合には、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１０
の関係を満たすようにすることが好ましい。
【００１５】
なお、水銀の封入量の下限値は、一概に限定できるものではないが、ランプの定格電圧や発光管の容積等によって決まるものである。
【００１６】
また、発光管の管壁負荷は、２０〜４０Ｗ／ｃｍ２の範囲内であることが好ましい。管壁負荷が２０Ｗ／ｃｍ２未満ではランプの光量が不足し、４０Ｗ／ｃｍ２以上ではランプの寿命が短くなってしまうためである。
また、本発明のメタルハライドランプは、平均演色評価数Ｒａ≧８０を満たすものであることが好ましい。
【００１７】
【発明の作用及び効果】
請求項１の発明によれば、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢である場合に、発光管内には過剰のハロゲンを存在させる。これにより、管壁黒化による発光管の透光率の低下を防止し、光束維持率を向上することができる。過剰のハロゲンによる黒化抑制のメカニズムは、以下のようであると考えられる。
【００１８】
発光管内に存在する金属ハロゲン化物は、アーク中心で金属原子とハロゲンとに遊離し、対流によって発光管の管壁付近へ運ばれる。そして、管壁付近の比較的低温の領域でハロゲンと再結合して金属ハロゲン化物に戻る。この金属ハロゲン化物が中心付近に戻ると再び金属とハロゲンとに遊離する（ハロゲンサイクル）。ここで、発光管内には過剰のハロゲンが存在しているから、電極と遊離したタングステンは、この過剰のハロゲンによって他の金属原子と同様に捕捉され、ハロゲン化タングステンを形成する。そして、このハロゲン化タングステンは対流に乗って電極近傍に戻り、再びタングステンとハロゲンとに遊離する。このようにして、ハロゲンサイクルを利用してタングステンをハロゲンに捕捉させることにより、タングステンの発光管壁への付着を抑制し、管壁黒化を抑制することができると考えられる。
【００１９】
また、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１５
の関係を満たすようにする。このような構成によれば、過剰のハロゲンによる管壁黒化の抑制効果が得られる範囲内で、発光管内での水銀蒸気やハロゲン蒸気の対流が過度に大きくなることを防止し、放電アークの揺れを最小限度とすることができる。これにより、ランプの点灯状態を安定化することができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合に、発光管内に過剰のハロゲンを存在させるとともに、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とし、かつ金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１０
の関係を満たすようにする。このような構成によれば、過剰のハロゲンによる管壁黒化の抑制効果が得られる範囲内で、発光管内での水銀蒸気やハロゲン蒸気の対流が過度に大きくなることを防止し、放電アークの湾曲を抑制できる。これにより、発光管の失透を防止できる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
［試験方法］
＜実施例１−１＞
１）メタルハライドランプの構成
図１には、本実施例のメタルハライドランプ１の概略断面図を示した。
メタルハライドランプ１は、セラミックにより略円筒容器状に形成された外球１１を備えており、その内部に支持部材１２を介して発光管２が取り付けられている。
発光管２は、透光性のアルミナにより両端がテーパ状に細くなった直円筒状に形成された本体部４の両端部に、ドーナツ板状のディスク５を介して一対の細管部６を気密的に取り付けたものである（図２、図３参照）。細管部６の内部には、電極３Ａ、３Ｂと、この電極３Ａ、３Ｂにそれぞれ接続されたリード線７、及び透光性アルミナ製のセラミックスリーブ８が、封着ガラス９により気密的に固定されている。また、各電極３Ａ，３Ｂの先端は、互いに向かいあうようにして発光管２内に突出されており、ここにはタングステンコイル１０が巻回されている。この発光管２内には、希ガス、金属ハロゲン化物、および水銀が封入されている。
外球１１の内部には、この発光管２とともに、発光管２にパルス電圧を与えるための始動器１４、ゲッタ１５が収容されている。また、外球１１の開口部には、口金１３が取り付けられている。
【００２３】
２）試験方法
ａ）発光管
発光管としてはアーク長は２０ｍｍ、内径は１０ｍｍのものを用いた。
【００２４】
ｂ）発光管内への封入物
金属ハロゲン化物としては、ＤｙＩ３，ＨｏＩ３，ＴｍＩ３，ＴｌＩ，およびＮａＩを１：１：１：０．５７：７．８３のモル比で混合したものを用い、この混合物を５．１ｇ／ｃｍ３となるように封入した。
過剰のハロゲンの供給源としてヨウ化水銀を使用した。Ｘ／Ｍが０．０５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した（なお、金属原子のモル数ＭはＤｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｔｌ，およびＮａのモル数の合計に相当し、過剰のハロゲンのモル数Ｘはヨウ化水銀中のヨウ素のモル数に相当する）。
同時に、発光管内に金属水銀を封入して、水銀量（ヨウ化水銀に含まれる水銀と、金属水銀との合計）が５．５ｇ／ｃｍ３となるように調整した。
【００２５】
ｃ）寿命試験
メタルハライドランプを、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢に保持し、ランプ電力２５０Ｗで点灯させた。点灯初期および３０００時間経過後の光束を測定した。同時に、放電アークの揺れ、発光管の失透、黒化の発生状況について観察した。なお、このときの管壁負荷は４０Ｗ／ｃｍ２であった。
次いで、メタルハライドランプを、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢に保持し、同様に測定および観察を行った。
光束の測定結果より、それぞれについて光束維持率（点灯初期の光束／および３０００時間経過後の光束）を求めた。
【００２６】
＜実施例１−２＞
発光管内の水銀量が６．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００２７】
＜実施例１−３＞
発光管内の水銀量が６．５ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００２８】
＜実施例１−４＞
発光管として内径１５ｍｍのものを用いた。
発光管内の水銀量が６．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
なお、このときの管壁負荷は２６Ｗ／ｃｍ２であった。
【００２９】
＜実施例１−５＞
発光管内の水銀量が６．５ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００３０】
＜実施例１−６＞
発光管内の水銀量が７．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００３１】
＜実施例１−７＞
発光管として内径２０ｍｍのものを用いた。
発光管内の水銀量が７．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
なお、このときの管壁負荷は２０Ｗ／ｃｍ２であった。
【００３２】
＜実施例１−８＞
発光管内の水銀量が７．５ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００３３】
＜実施例１−９＞
発光管内の水銀量が８．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００３４】
＜実施例２−１＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００３５】
＜実施例２−２＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−２と同様にして寿命試験を行った。
【００３６】
＜実施例２−３＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−３と同様にして寿命試験を行った。
【００３７】
＜実施例２−４＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００３８】
＜実施例２−５＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−５と同様にして寿命試験を行った。
【００３９】
＜実施例２−６＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−６と同様にして寿命試験を行った。
【００４０】
＜実施例２−７＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００４１】
＜実施例２−８＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−８と同様にして寿命試験を行った。
【００４２】
＜実施例２−９＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−９と同様にして寿命試験を行った。
【００４３】
＜実施例３−１＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００４４】
＜実施例３−２＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−２と同様にして寿命試験を行った。
【００４５】
＜実施例３−３＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−３と同様にして寿命試験を行った。
【００４６】
＜実施例３−４＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００４７】
＜実施例３−５＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−５と同様にして寿命試験を行った。
【００４８】
＜実施例３−６＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−６と同様にして寿命試験を行った。
【００４９】
＜実施例３−７＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００５０】
＜実施例３−８＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−８と同様にして寿命試験を行った。
【００５１】
＜実施例３−９＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−９と同様にして寿命試験を行った。
【００５２】
＜比較例１−１＞
ヨウ化水銀を封入しなかった（Ｘ／Ｍ＝０）他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００５３】
＜比較例１−２＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−２と同様にして寿命試験を行った。
【００５４】
＜比較例１−３＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−３と同様にして寿命試験を行った。
【００５５】
＜比較例１−４＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００５６】
＜比較例１−５＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−５と同様にして寿命試験を行った。
【００５７】
＜比較例１−６＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−６と同様にして寿命試験を行った。
【００５８】
＜比較例１−７＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００５９】
＜比較例１−８＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−８と同様にして寿命試験を行った。
【００６０】
＜比較例１−９＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−９と同様にして寿命試験を行った。
【００６１】
［結果と考察］
＜鉛直方向の場合＞
各実施例および比較例について、メタルハライドランプを、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢に保持した場合の、試験条件および光束維持率を表１にまとめて示した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
表１より、Ｘ／Ｍを０．０５、０．１、０．１５とした場合、のいずれにおいても、Ｘ／Ｍが０である場合と比べて光束維持率が向上していた。また、Ｘ／Ｍが大きくなるほど光束維持率は高くなっていた。しかし、Ｘ／Ｍが０．１５を越えると、放電アークの揺れも大きくなる傾向にあった。一方、水銀の封入量が７．０ｍｇ／ｃｍ３を越えると放電アークの揺れが大きくなり、ランプの点灯状態が不安定になった。これは、発光管内の水銀および過剰のハロゲンの量が増大したために、蒸気の対流が激しくなったことによるものと考えられる。
【００６４】
また、今回試験した範囲内では、管壁負荷による光束維持率への影響は見られなかった。
【００６５】
以上より、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢である場合に、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１５
の関係を満たすようにすることが好ましいことがわかった。
【００６６】
＜水平方向の場合＞
各実施例および比較例について、メタルハライドランプを、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢に保持した場合の、試験条件および光束維持率を表２にまとめて示した。
【００６７】
【表２】
【００６８】
表２より、Ｘ／Ｍを０．０５および０．１とした場合には、Ｘ／Ｍが０である場合と比べて光束維持率が向上していた。しかし、Ｘ／Ｍを０．１５まで増大させた場合にはむしろ低下する傾向にあった。
【００６９】
また、水銀の封入量が７．０ｍｇ／ｃｍ３以下では、光束維持率に変化は見られなかったが、７．０ｍｇ／ｃｍ３を越えると光束維持率は低下し、また、Ｘ／Ｍの増大に伴う光束維持率低下の傾向が大きくなった。光束維持率が低下したものについて、発光管の状態を観察したところ、天井部分に失透および黒化が観察された。これは、発光管内の水銀および過剰のハロゲンの量が増大したために、蒸気の対流が激しくなり、放電アークが上方へ大きく湾曲されたことによるものと考えられる。
【００７０】
また、鉛直方向の場合と同様に、今回試験した範囲内では管壁負荷による光束維持率への影響は見られなかった。
【００７１】
以上より、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合に、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１０
の関係を満たすようにすることが好ましいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のメタルハライドランプの概略断面図
【図２】メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢である場合の、発光管内の蒸気の対流および放電アークの様子を示す部分拡大断面図
【図３】メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合の、発光管内の蒸気の対流および放電アークの様子を示す部分拡大断面図
【符号の説明】
１…メタルハライドランプ
２…発光管
３Ａ、３Ｂ…電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性セラミック製の発光管を用いたメタルハライドランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、メタルハライドランプ（以下、単に「ランプ」と称する場合がある）の発光管としては、石英ガラス製のものが一般的であった。しかし、近年ではこの石英ガラスに代えて、アルミナ等の透光性セラミックを用いたセラミック発光管が使われ始めている。このセラミック発光管を用いたセラミックメタルハライドランプは、旧来の石英ガラスを用いたものに比べて、発光物質であるメタルハライドと発光管材料とが反応しにくいため、安定した寿命特性を得ることができる。また発光管のサイズをコンパクトにでき、高いランプ効率、および高演色性を実現できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１６９９８公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようなメタルハライドランプでは、電極材料であるタングステンが点灯中に遊離し、発光管の内壁に付着して管壁黒化を生じさせるという問題がある。このような現象が起こると、発光管の透過光量が減少し、ランプの光束維持率が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な光束維持率を実現できるメタルハライドランプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、良好な光束維持率を実現できるメタルハライドランプを開発すべく鋭意研究してきたところ、発光管内に金属ハロゲン化物として、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ホルミウム、およびハロゲン化ツリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化セシウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化タリウムとともに、過剰のハロゲンを存在させることが効果的であることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明のメタルハライドランプは、内部に一対の電極が対向して配された透光性セラミック製の発光管を備え、前記発光管内に希ガスと、水銀と、金属ハロゲン化物とが封入されたメタルハライドランプであって、前記金属ハロゲン化物が、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ホルミウム、およびハロゲン化ツリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化セシウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化タリウムとを含むとともに、前記発光管内には、前記金属ハロゲン化物を構成する金属と結合して化学量論的組成の前記金属ハロゲン化物を形成するために必要な量を超えた過剰のハロゲンが存在していることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、金属ハロゲン化物を構成するハロゲン、および過剰のハロゲンとしては、臭素、ヨウ素またはそれらの組み合わせであることが好ましい。
【０００９】
本発明の水銀としては、例えば金属水銀、またはハロゲン化水銀等の水銀化合物を、単体もしくは混合物として使用できる。
また、過剰のハロゲンは、ハロゲン単体として存在させても良く、ハロゲン化水銀等のハロゲン化合物として存在させても良く、分子中のハロゲン原子が過剰な非化学量論組成の金属ハロゲン化物として存在させても良い。
【００１０】
透光性セラミックの種類としては、例えばアルミナ、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化イッテルビウム、窒化アルミニウム等が挙げられる。
【００１１】
加えて、本発明者らは、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢であるか水平方向となる姿勢であるかによって、水銀および過剰なハロゲンの封入量の好適な範囲が異なることを見出した。（ここで、「鉛直方向」「水平方向」とは、地に対して９０°、０°の場合のみを指すのではなく、この種のランプを通常に使用可能な範囲内で上記角度から傾斜させている場合も含む意である。）
【００１２】
すなわち、封入された水銀や過剰なハロゲンは、発光管内で蒸気となって対流する。水銀や過剰なハロゲン封入量が大きければ、それだけ蒸気の対流が激しくなる。
このため、図２に示すように、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極３Ａ、３Ｂを結ぶ線Ｌが鉛直方向となる姿勢である場合には、対流Ｃの影響で放電アークＡの揺れが発生し、ランプの点灯状態が不安定となり易い。このアーク揺れは、主として発光管２の下側で大きくなる。
一方、図３に示すように、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極３Ａ、３Ｂを結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合には、放電アークＡが対流Ｃに押し上げられて上側へ大きく湾曲する。すると、発光管２の天井部分２Ａ（点灯姿勢で上側に位置する部分）が放電アークＡにより過度に熱せられ、失透（白濁化）する場合がある。
【００１３】
このような現象を抑制するために、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢である場合には、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１５
の関係を満たすようにすることが好ましい。
【００１４】
一方、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合には、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１０
の関係を満たすようにすることが好ましい。
【００１５】
なお、水銀の封入量の下限値は、一概に限定できるものではないが、ランプの定格電圧や発光管の容積等によって決まるものである。
【００１６】
また、発光管の管壁負荷は、２０〜４０Ｗ／ｃｍ２の範囲内であることが好ましい。管壁負荷が２０Ｗ／ｃｍ２未満ではランプの光量が不足し、４０Ｗ／ｃｍ２以上ではランプの寿命が短くなってしまうためである。
また、本発明のメタルハライドランプは、平均演色評価数Ｒａ≧８０を満たすものであることが好ましい。
【００１７】
【発明の作用及び効果】
請求項１の発明によれば、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢である場合に、発光管内には過剰のハロゲンを存在させる。これにより、管壁黒化による発光管の透光率の低下を防止し、光束維持率を向上することができる。過剰のハロゲンによる黒化抑制のメカニズムは、以下のようであると考えられる。
【００１８】
発光管内に存在する金属ハロゲン化物は、アーク中心で金属原子とハロゲンとに遊離し、対流によって発光管の管壁付近へ運ばれる。そして、管壁付近の比較的低温の領域でハロゲンと再結合して金属ハロゲン化物に戻る。この金属ハロゲン化物が中心付近に戻ると再び金属とハロゲンとに遊離する（ハロゲンサイクル）。ここで、発光管内には過剰のハロゲンが存在しているから、電極と遊離したタングステンは、この過剰のハロゲンによって他の金属原子と同様に捕捉され、ハロゲン化タングステンを形成する。そして、このハロゲン化タングステンは対流に乗って電極近傍に戻り、再びタングステンとハロゲンとに遊離する。このようにして、ハロゲンサイクルを利用してタングステンをハロゲンに捕捉させることにより、タングステンの発光管壁への付着を抑制し、管壁黒化を抑制することができると考えられる。
【００１９】
また、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１５
の関係を満たすようにする。このような構成によれば、過剰のハロゲンによる管壁黒化の抑制効果が得られる範囲内で、発光管内での水銀蒸気やハロゲン蒸気の対流が過度に大きくなることを防止し、放電アークの揺れを最小限度とすることができる。これにより、ランプの点灯状態を安定化することができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合に、発光管内に過剰のハロゲンを存在させるとともに、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とし、かつ金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１０
の関係を満たすようにする。このような構成によれば、過剰のハロゲンによる管壁黒化の抑制効果が得られる範囲内で、発光管内での水銀蒸気やハロゲン蒸気の対流が過度に大きくなることを防止し、放電アークの湾曲を抑制できる。これにより、発光管の失透を防止できる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
［試験方法］
＜実施例１−１＞
１）メタルハライドランプの構成
図１には、本実施例のメタルハライドランプ１の概略断面図を示した。
メタルハライドランプ１は、セラミックにより略円筒容器状に形成された外球１１を備えており、その内部に支持部材１２を介して発光管２が取り付けられている。
発光管２は、透光性のアルミナにより両端がテーパ状に細くなった直円筒状に形成された本体部４の両端部に、ドーナツ板状のディスク５を介して一対の細管部６を気密的に取り付けたものである（図２、図３参照）。細管部６の内部には、電極３Ａ、３Ｂと、この電極３Ａ、３Ｂにそれぞれ接続されたリード線７、及び透光性アルミナ製のセラミックスリーブ８が、封着ガラス９により気密的に固定されている。また、各電極３Ａ，３Ｂの先端は、互いに向かいあうようにして発光管２内に突出されており、ここにはタングステンコイル１０が巻回されている。この発光管２内には、希ガス、金属ハロゲン化物、および水銀が封入されている。
外球１１の内部には、この発光管２とともに、発光管２にパルス電圧を与えるための始動器１４、ゲッタ１５が収容されている。また、外球１１の開口部には、口金１３が取り付けられている。
【００２３】
２）試験方法
ａ）発光管
発光管としてはアーク長は２０ｍｍ、内径は１０ｍｍのものを用いた。
【００２４】
ｂ）発光管内への封入物
金属ハロゲン化物としては、ＤｙＩ３，ＨｏＩ３，ＴｍＩ３，ＴｌＩ，およびＮａＩを１：１：１：０．５７：７．８３のモル比で混合したものを用い、この混合物を５．１ｇ／ｃｍ３となるように封入した。
過剰のハロゲンの供給源としてヨウ化水銀を使用した。Ｘ／Ｍが０．０５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した（なお、金属原子のモル数ＭはＤｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｔｌ，およびＮａのモル数の合計に相当し、過剰のハロゲンのモル数Ｘはヨウ化水銀中のヨウ素のモル数に相当する）。
同時に、発光管内に金属水銀を封入して、水銀量（ヨウ化水銀に含まれる水銀と、金属水銀との合計）が５．５ｇ／ｃｍ３となるように調整した。
【００２５】
ｃ）寿命試験
メタルハライドランプを、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢に保持し、ランプ電力２５０Ｗで点灯させた。点灯初期および３０００時間経過後の光束を測定した。同時に、放電アークの揺れ、発光管の失透、黒化の発生状況について観察した。なお、このときの管壁負荷は４０Ｗ／ｃｍ２であった。
次いで、メタルハライドランプを、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢に保持し、同様に測定および観察を行った。
光束の測定結果より、それぞれについて光束維持率（点灯初期の光束／および３０００時間経過後の光束）を求めた。
【００２６】
＜実施例１−２＞
発光管内の水銀量が６．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００２７】
＜実施例１−３＞
発光管内の水銀量が６．５ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００２８】
＜実施例１−４＞
発光管として内径１５ｍｍのものを用いた。
発光管内の水銀量が６．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
なお、このときの管壁負荷は２６Ｗ／ｃｍ２であった。
【００２９】
＜実施例１−５＞
発光管内の水銀量が６．５ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００３０】
＜実施例１−６＞
発光管内の水銀量が７．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００３１】
＜実施例１−７＞
発光管として内径２０ｍｍのものを用いた。
発光管内の水銀量が７．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
なお、このときの管壁負荷は２０Ｗ／ｃｍ２であった。
【００３２】
＜実施例１−８＞
発光管内の水銀量が７．５ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００３３】
＜実施例１−９＞
発光管内の水銀量が８．０ｇ／ｃｍ３となるように調整した。その他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００３４】
＜実施例２−１＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００３５】
＜実施例２−２＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−２と同様にして寿命試験を行った。
【００３６】
＜実施例２−３＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−３と同様にして寿命試験を行った。
【００３７】
＜実施例２−４＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００３８】
＜実施例２−５＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−５と同様にして寿命試験を行った。
【００３９】
＜実施例２−６＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−６と同様にして寿命試験を行った。
【００４０】
＜実施例２−７＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００４１】
＜実施例２−８＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−８と同様にして寿命試験を行った。
【００４２】
＜実施例２−９＞
Ｘ／Ｍが０．１となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−９と同様にして寿命試験を行った。
【００４３】
＜実施例３−１＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００４４】
＜実施例３−２＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−２と同様にして寿命試験を行った。
【００４５】
＜実施例３−３＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−３と同様にして寿命試験を行った。
【００４６】
＜実施例３−４＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００４７】
＜実施例３−５＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−５と同様にして寿命試験を行った。
【００４８】
＜実施例３−６＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−６と同様にして寿命試験を行った。
【００４９】
＜実施例３−７＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００５０】
＜実施例３−８＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−８と同様にして寿命試験を行った。
【００５１】
＜実施例３−９＞
Ｘ／Ｍが０．１５となるようにヨウ化水銀の封入量を調整した他は、実施例１−９と同様にして寿命試験を行った。
【００５２】
＜比較例１−１＞
ヨウ化水銀を封入しなかった（Ｘ／Ｍ＝０）他は、実施例１−１と同様にして寿命試験を行った。
【００５３】
＜比較例１−２＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−２と同様にして寿命試験を行った。
【００５４】
＜比較例１−３＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−３と同様にして寿命試験を行った。
【００５５】
＜比較例１−４＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−４と同様にして寿命試験を行った。
【００５６】
＜比較例１−５＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−５と同様にして寿命試験を行った。
【００５７】
＜比較例１−６＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−６と同様にして寿命試験を行った。
【００５８】
＜比較例１−７＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−７と同様にして寿命試験を行った。
【００５９】
＜比較例１−８＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−８と同様にして寿命試験を行った。
【００６０】
＜比較例１−９＞
ヨウ化水銀を封入しなかった他は、実施例１−９と同様にして寿命試験を行った。
【００６１】
［結果と考察］
＜鉛直方向の場合＞
各実施例および比較例について、メタルハライドランプを、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢に保持した場合の、試験条件および光束維持率を表１にまとめて示した。
【００６２】
【表１】
表１より、Ｘ／Ｍを０．０５、０．１、０．１５とした場合、のいずれにおいても、Ｘ／Ｍが０である場合と比べて光束維持率が向上していた。また、Ｘ／Ｍが大きくなるほど光束維持率は高くなっていた。しかし、Ｘ／Ｍが０．１５を越えると、放電アークの揺れも大きくなる傾向にあった。一方、水銀の封入量が７．０ｍｇ／ｃｍ３を越えると放電アークの揺れが大きくなり、ランプの点灯状態が不安定になった。これは、発光管内の水銀および過剰のハロゲンの量が増大したために、蒸気の対流が激しくなったことによるものと考えられる。
【００６４】
また、今回試験した範囲内では、管壁負荷による光束維持率への影響は見られなかった。
【００６５】
以上より、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢である場合に、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１５
の関係を満たすようにすることが好ましいことがわかった。
【００６６】
＜水平方向の場合＞
各実施例および比較例について、メタルハライドランプを、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢に保持した場合の、試験条件および光束維持率を表２にまとめて示した。
【００６７】
【表２】
表２より、Ｘ／Ｍを０．０５および０．１とした場合には、Ｘ／Ｍが０である場合と比べて光束維持率が向上していた。しかし、Ｘ／Ｍを０．１５まで増大させた場合にはむしろ低下する傾向にあった。
【００６９】
また、水銀の封入量が７．０ｍｇ／ｃｍ３以下では、光束維持率に変化は見られなかったが、７．０ｍｇ／ｃｍ３を越えると光束維持率は低下し、また、Ｘ／Ｍの増大に伴う光束維持率低下の傾向が大きくなった。光束維持率が低下したものについて、発光管の状態を観察したところ、天井部分に失透および黒化が観察された。これは、発光管内の水銀および過剰のハロゲンの量が増大したために、蒸気の対流が激しくなり、放電アークが上方へ大きく湾曲されたことによるものと考えられる。
【００７０】
また、鉛直方向の場合と同様に、今回試験した範囲内では管壁負荷による光束維持率への影響は見られなかった。
【００７１】
以上より、メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合に、水銀の封入量を７．０ｍｇ／ｃｍ３以下とするとともに、金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数Ｍと過剰のハロゲン原子のモル数Ｘとが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１０
の関係を満たすようにすることが好ましいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のメタルハライドランプの概略断面図
【図２】メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢である場合の、発光管内の蒸気の対流および放電アークの様子を示す部分拡大断面図
【図３】メタルハライドランプの点灯姿勢が、一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢である場合の、発光管内の蒸気の対流および放電アークの様子を示す部分拡大断面図
【符号の説明】
１…メタルハライドランプ
２…発光管
３Ａ、３Ｂ…電極
Claims (2)
- 内部に一対の電極が対向して配された透光性セラミック製の発光管を備え、前記発光管内に希ガスと、水銀と、金属ハロゲン化物とが封入されたメタルハライドランプであって、
前記メタルハライドランプの点灯姿勢が、前記一対の電極を結ぶ線が鉛直方向となる姿勢であるとともに、
前記金属ハロゲン化物が、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ホルミウム、およびハロゲン化ツリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化セシウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化タリウムとを含み、
かつ、前記発光管内には、前記金属ハロゲン化物を構成する金属と結合して化学量論的組成の前記金属ハロゲン化物を形成するために必要な量を超えた過剰のハロゲンが存在しており、
前記発光管の単位容積あたりの前記水銀の封入量が７．０ｍｇ／ｃｍ ３ 以下であり、
かつ、前記金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数と前記過剰のハロゲン原子のモル数とが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１５
（式中、Ｘは前記過剰のハロゲン原子のモル数、Ｍは前記金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数）
の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。 - 内部に一対の電極が対向して配された透光性セラミック製の発光管を備え、前記発光管内に希ガスと、水銀と、金属ハロゲン化物とが封入されたメタルハライドランプであって、
前記メタルハライドランプの点灯姿勢が、前記一対の電極を結ぶ線が水平方向となる姿勢であるとともに、
前記金属ハロゲン化物が、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ホルミウム、およびハロゲン化ツリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化セシウムからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ハロゲン化タリウムとを含み、
かつ、前記発光管内には、前記金属ハロゲン化物を構成する金属と結合して化学量論的組成の前記金属ハロゲン化物を形成するために必要な量を超えた過剰のハロゲンが存在しており、
前記発光管の単位容積あたりの前記水銀の封入量が７．０ｍｇ／ｃｍ３以下であり、
かつ、前記金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数と前記過剰のハロゲン原子のモル数とが
０＜Ｘ／Ｍ≦０．１０
（式中、Ｘは前記過剰のハロゲン原子のモル数、Ｍは前記金属ハロゲン化物を構成する金属原子のモル数）
の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
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