JP4289430B2 - Metal halide lamp and lighting device using it - Google Patents

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Description

本発明は、屋外照明や高天井照明などに用いられるセラミック製発光管のメタルハライドランプに関する。   The present invention relates to a ceramic halide tube metal halide lamp used for outdoor illumination, high ceiling illumination, and the like.

近年、メタルハライドランプの発光管材料として、セラミックを用いたセラミックメタルハライドランプの開発が盛んである。セラミック製の発光管は、石英製の発光管と比較して、発光材料との反応が少ないという特徴がある。   In recent years, ceramic metal halide lamps using ceramics have been actively developed as arc tube materials for metal halide lamps. A ceramic arc tube has a feature that it has less reaction with the luminescent material than a quartz arc tube.

この特長を生かして、石英との反応が比較的大きく、石英製の発光管では使用が困難であったハロゲン化物を使ったセラミックメタルハライドランプが検討されている(以降、セラミックメタルハライドランプのことを単に「メタルハライドランプ」と称する)。   Taking advantage of this feature, ceramic metal halide lamps using halides, which have a relatively large reaction with quartz and have been difficult to use with quartz arc tubes, have been studied (hereinafter simply referred to as ceramic metal halide lamps). This is called “metal halide lamp”).

セラミック製の発光管を用いたメタルハライドランプのうち、発光管内にCe(セリウム)を含んだメタルハライドランプがある(例えば、特許文献1)。このメタルハライドランプは、セラミック製の放電管内にCeとNa(ナトリウム)のヨウ化物を含み電極の先端部の間隔をEA、放電管の内径をDiとしたとき、EA/Di>5である構成を開示している。特許文献1によると、上記構成によって発光効率110〜177LPWで、演色評価数Raが45〜64のランプが得られることが記載されている。ここで、「LPW」とは、「lumen per Watt」の略であり、「lm/W」のことである。このメタルハライドランプは、比較的高い発光効率を得ているものの、光色が緑に偏りやすく、色の見え方を評価する演色評価数Raも低い値を示している。   Among metal halide lamps using a ceramic arc tube, there is a metal halide lamp containing Ce (cerium) in the arc tube (for example, Patent Document 1). This metal halide lamp includes Ce and Na (sodium) iodide in a ceramic discharge tube, where EA / Di> 5, where EA is the distance between the tips of the electrodes and Di is the inner diameter of the discharge tube. Disclosure. According to Patent Document 1, it is described that a lamp with a color rendering index Ra of 45 to 64 can be obtained with a luminous efficiency of 110 to 177 LPW by the above configuration. Here, “LPW” is an abbreviation of “lumen per Watt” and means “lm / W”. Although this metal halide lamp has a relatively high luminous efficiency, the light color tends to be biased to green, and the color rendering index Ra for evaluating the appearance of the color also shows a low value.

また、演色性を改善する手段として、発光管内に希土類金属とCa(カルシウム)を含んだメタルハライドランプがある(例えば、特許文献2)。特許文献2には、セラミック製の放電容器内に水銀の他に、Na(ナトリウム)、Tl(タリウム)、Dy(ジスプロシウム)およびHo(ホルミウム)の要素の少なくとも1つの要素のハロゲン化物を有し、前記ハロゲン化物の全モル量の30から50%の間にあるモル量のCaI2(ヨウ化カルシウム)を有する。この構成によって、再点火電圧とアーク電圧との比である波高率が低くなることが記載されている。
特表2000−501563号公報(第8−9ページ) 特表2000−511689号公報(第6−8ページ)
As a means for improving color rendering, there is a metal halide lamp containing a rare earth metal and Ca (calcium) in the arc tube (for example, Patent Document 2). In Patent Document 2, a ceramic discharge vessel has a halide of at least one element of Na (sodium), Tl (thallium), Dy (dysprosium) and Ho (holmium) in addition to mercury. Having a molar amount of CaI 2 (calcium iodide) that is between 30 and 50% of the total molar amount of the halide. It is described that this configuration reduces the crest factor, which is the ratio between the reignition voltage and the arc voltage.
JP 2000-501563 A (page 8-9) JP 2000-511689 (page 6-8)

しかしながら、特許文献1の技術と特許文献2の技術とを組み合わせ、セリウムとナトリウムとカルシウムのハロゲン化物を様々な縦横比を持つセラミック製の発光管内に封入したメタルハライドランプを試作したところ、点灯中にセラミック製の発光管の一部にクラックが入りリークしてしまい、不点になる問題が発生することが新たにわかった。   However, when the technology of Patent Document 1 and the technology of Patent Document 2 are combined, a metal halide lamp in which a halide of cerium, sodium and calcium is sealed in a ceramic arc tube having various aspect ratios is prototyped. It has been newly found that a problem arises that a crack occurs in a part of a ceramic arc tube and leaks.

現在商品化されているナトリウム(Na)、タリウム(Tl)、ジスプロシウム(Dy)およびホルミウム(Ho)などを含むセラミック製の発光管を用いたメタルハライドランプでは、このような発光管にクラックが発生する現象は見られていない。この現象は、Ceのハロゲン化物とNaのハロゲン化物とにCaのハロゲン化物(例えばCaI2)を含んだ場合に顕著に発生している。 In a metal halide lamp using a ceramic arc tube containing sodium (Na), thallium (Tl), dysprosium (Dy), holmium (Ho), etc. that are currently commercialized, cracks occur in such an arc tube. The phenomenon has not been seen. This phenomenon occurs remarkably when Ce halide and Na halide contain Ca halide (for example, CaI 2 ).

本発明は上記課題に気づいてなされたもので、本発明の目的とするところは、点灯中にクラックが生じない、セラミックから形成された発光管にCeのハロゲン化物とCaのハロゲン化物とが封入されたメタルハライドランプとそれを用いた点灯装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to contain Ce halide and Ca halide in an arc tube made of ceramic that does not crack during lighting. An object of the present invention is to provide a metal halide lamp and a lighting device using the metal halide lamp.

上記課題を解決するために、本発明の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と、一対の対向する電極と、前記発光管の外に設けられた、硬質ガラス製の外管と、前記発光管に封入された、Ce(セリウム)のハロゲン化物とNa(ナトリウム)のハロゲン化物とCa(カルシウム)のハロゲン化物との封入物と、を備えたメタルハライドランプであって、前記発光管の内径をD(mm)、前記電極の先端間距離をL(mm)とした場合に、L/Dは、   In order to solve the above-mentioned problems, a metal halide lamp according to the present invention includes an arc tube formed of a translucent ceramic, a pair of opposed electrodes, and an outer tube made of hard glass provided outside the arc tube. A halide of Ce (cerium), a halide of Na (sodium), and a halide of Ca (calcium) enclosed in the arc tube, wherein the light emission When the inner diameter of the tube is D (mm) and the distance between the tips of the electrodes is L (mm), L / D is

Figure 0004289430
の関係を満たし、前記Caのハロゲン化物の封入量をHca(mol)、前記Ceのハロゲン化物の封入量をHce(mol)とした場合に、Hca/Hceは、
Figure 0004289430
H ca / H ce is obtained when the amount of Ca halide enclosed is H ca (mol) and the amount of Ce halide enclosed is H ce (mol).

Figure 0004289430
の関係を満たし、前記封入物のうち、前記Caのハロゲン化物以外のハロゲン化物の総封入量をHt(mol)とした場合に、Hca/Htは、
Figure 0004289430
H ca / H t , where H t (mol) is the total encapsulated amount of halide other than the Ca halide among the encapsulated materials,

Figure 0004289430
の関係を満たし、300Kにおいて、前記外管の内側と前記発光管の外側の空間の気圧が、5×104(Pa)以下の関係を満たす。
Figure 0004289430
At 300K, the atmospheric pressure in the space inside the outer tube and outside the arc tube satisfies the relationship of 5 × 10 4 (Pa) or less.

本発明は、透光性セラミックから形成された発光管と、一対の対向する電極と、前記発光管の外に設けられた、硬質ガラス製の外管と、発光管に封入されたハロゲン化物とを備えたメタルハライドランプにおいて、発光管の内径をD(mm)、電極の先端間距離をL(mm)とした場合に、L/Dを1以下とし、Caのハロゲン化物の封入量をHca(mol)、Ceのハロゲン化物の封入量をHce(mol)とした場合にHca/Hceを0.4以上15以下とすることによって、クラックを抑制し、かつ、ランプ効率を向上させることができる。更に、前記Caのハロゲン化物以外のハロゲン化物の総封入量をHt(mol)とした場合にHca/Htを0.03よりも大きく0.3よりも小さくすることによって、調光したときに色変化を少なくすることができる。更に、300Kにおいて、前記外管の内側と前記発光管の外側の空間の気圧が、5×104(Pa)以下の関係を満たすことによって、発光効率などのランプ性能を高めることができる。 The present invention relates to an arc tube formed of a translucent ceramic, a pair of opposing electrodes, an outer tube made of hard glass provided outside the arc tube, and a halide sealed in the arc tube. When the inner diameter of the arc tube is D (mm) and the distance between the tips of the electrodes is L (mm), L / D is 1 or less, and the amount of Ca halide enclosed is H ca (Mol) When the amount of Ce halide enclosed is H ce (mol), cracks are suppressed and lamp efficiency is improved by setting H ca / H ce to be 0.4 or more and 15 or less. be able to. Further, dimming was performed by making H ca / H t larger than 0.03 and smaller than 0.3 when the total amount of halides other than the Ca halide was H t (mol). Sometimes the color change can be reduced. Furthermore, at 300K, lamp performance such as luminous efficiency can be enhanced by satisfying a relationship of 5 × 10 4 (Pa) or less in the space inside the outer tube and outside the arc tube.

以下、発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited only to the following embodiment.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態のメタルハライドランプ10の部分断面図を示す。メタルハライドランプ10は、発光管20と、発光管の外に設けられた外管11と、外管11にはめ込まれた口金12とに構成が大きく分かれる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a metal halide lamp 10 of the present embodiment. The metal halide lamp 10 is largely divided into an arc tube 20, an outer tube 11 provided outside the arc tube, and a base 12 fitted in the outer tube 11.

外管11は、略球形状であり、硬質ガラスであるホウケイ酸ガラスからなる。外管11の内側と発光管20の外側との空間の気圧は減圧状態であり、300Kで1×10-1(Pa)である。 The outer tube 11 has a substantially spherical shape and is made of borosilicate glass that is hard glass. The atmospheric pressure in the space between the inner side of the outer tube 11 and the outer side of the arc tube 20 is a reduced pressure state and is 1 × 10 −1 (Pa) at 300K.

口金12は、ニッケルまたは軟鋼で形成された引き込み電極ワイヤ14および15が電気的に接続されている。ワイヤ14とワイヤ15とは、ホウケイ酸ガラス製のフレア16の中を貫通して接続されている。フレア16は、口金12の位置に配置され、発光管20の長軸方向の中心軸(図1の破線104)に沿って外管11の内部へと延びている。   The base 12 is electrically connected to lead-in electrode wires 14 and 15 made of nickel or mild steel. The wire 14 and the wire 15 are connected through the flare 16 made of borosilicate glass. The flare 16 is disposed at the position of the base 12 and extends into the outer tube 11 along the central axis (dashed line 104 in FIG. 1) in the major axis direction of the arc tube 20.

中心軸104と平行なワイヤ15の部分は、ランプの動作時に、ワイヤ15の表面から光電子が発生しないように、酸化アルミニウムセラミックチューブ18内を通っている。また、ワイヤ15の中心軸104と平行な部分には、ガス不純物を補足するゲッター19が支持されている。   The portion of the wire 15 parallel to the central axis 104 passes through the aluminum oxide ceramic tube 18 so that no photoelectrons are generated from the surface of the wire 15 during lamp operation. A getter 19 that captures gas impurities is supported on a portion of the wire 15 parallel to the central axis 104.

また、ワイヤ14とワイヤ15とのそれぞれには、発光管20から取り出された一対のリード線26に溶接され、発光管20がワイヤ14とワイヤ15とで固定されている。   Further, each of the wire 14 and the wire 15 is welded to a pair of lead wires 26 taken out from the arc tube 20, and the arc tube 20 is fixed by the wire 14 and the wire 15.

また、ワイヤ15の先端(図1中の口金12と反対方向の端)はリング状になっており、外管11に設けられた凹部にかみ合い、固定されている。   Further, the tip of the wire 15 (the end in the direction opposite to the base 12 in FIG. 1) has a ring shape, and meshes with a recess provided in the outer tube 11 and is fixed.

続いて、発光管20について、図2を利用して詳細に説明する。   Next, the arc tube 20 will be described in detail with reference to FIG.

発光管20の拡大断面図を図2に示す。発光管20は、封入物を封入して発光空間(または、「放電空間」とも呼ぶ)となる発光管中央部25と、一対の円筒形状のチューブ21とを有する。チューブ21は、発光管中央部25の2つの開口端部それぞれ対応する端部に焼き嵌めされている。   An enlarged cross-sectional view of the arc tube 20 is shown in FIG. The arc tube 20 includes an arc tube central portion 25 that serves as a light emission space (or also called “discharge space”) by enclosing an enclosure, and a pair of cylindrical tubes 21. The tube 21 is shrink-fitted to the corresponding end portions of the two open end portions of the arc tube central portion 25.

発光管20は、透光性のセラミックから構成される。本実施形態では多結晶のアルミナからなる。なお、発光管20は、イットリウム−アルミニウム−ガーネット(いわゆるYAG)、窒化アルミ、イットリア、ジルコニアなどから選択された材料より構成されてもよい。   The arc tube 20 is made of translucent ceramic. In this embodiment, it is made of polycrystalline alumina. The arc tube 20 may be made of a material selected from yttrium-aluminum-garnet (so-called YAG), aluminum nitride, yttria, zirconia, and the like.

発光管中央部25は、円筒形状の第1円筒シェル部分101と、両端部に設けられた極めて小さい直径を有する円筒形状の第2円筒シェル部分102と、第1シェル部分101端部と第2シェル部分102の端部とを結合して発光空間を形成する円錐シェル部分103を有している。   The arc tube central portion 25 includes a cylindrical first cylindrical shell portion 101, cylindrical second cylindrical shell portions 102 having extremely small diameters provided at both ends, an end portion of the first shell portion 101, and a second portion. It has a conical shell portion 103 that joins the end of the shell portion 102 to form a light emitting space.

発光管中央部25の発光空間には、タングステンからなる主電極31とタングステンからなる電極コイル32とが溶接によって一体化された一対の電極の一部が配置されており、電極コイル32は発光空間内で対向するように配置されている。   A part of a pair of electrodes in which a main electrode 31 made of tungsten and an electrode coil 32 made of tungsten are integrated by welding are disposed in the light emitting space of the arc tube central portion 25, and the electrode coil 32 is a light emitting space. It arrange | positions so that it may oppose in.

主電極31のそれぞれの一端にはモリブテンからなる一対の引き込みワイヤ29がそれぞれ接続さており、それぞれの引き込みワイヤ29はチューブ21内に配置されている。   A pair of lead wires 29 made of molybdenum is connected to one end of each main electrode 31, and each lead wire 29 is disposed in the tube 21.

また、ぞれぞれの引き込みワイヤ29の主電極31の接続された一端とは反対側の他端には、ニオビウムからなる一対のリード線26が接続されており、リード線26は発光管20の外部に取り出されている。さらに、リード線26は、チューブ21の熱膨張特性と比較的近い熱膨張特性を有するガラスフリット27で封着されている。また、一方のリード線26は、ワイヤ14に溶接され、他方のリード線26は、ワイヤ15に溶接されている。これらの溶接により、発光管20は、ワイヤ14およびワイヤ15に配置且つ支持される。   A pair of lead wires 26 made of niobium is connected to the other end of each lead-in wire 29 opposite to the end to which the main electrode 31 is connected. The lead wire 26 is connected to the arc tube 20. Has been taken out of the outside. Further, the lead wire 26 is sealed with a glass frit 27 having a thermal expansion characteristic relatively close to that of the tube 21. One lead wire 26 is welded to the wire 14, and the other lead wire 26 is welded to the wire 15. The arc tube 20 is arranged and supported on the wire 14 and the wire 15 by these weldings.

上記構成によって、口金12から投入される電力は、ワイヤ14およびワイヤ15とを通って発光管20へと提供される。   With the above configuration, the electric power input from the base 12 is provided to the arc tube 20 through the wire 14 and the wire 15.

なお、リード線26の直径は、典型的には0.9mmである。また、主電極軸31の直径は、典型的には、0.5mmである。   The diameter of the lead wire 26 is typically 0.9 mm. The diameter of the main electrode shaft 31 is typically 0.5 mm.

本実施形態では、一対の対向した電極の先端間距離Lは32mmであり、電極の先端間の中央に位置する発光管中央部25の発光管中央部25の内径Dは4mmである。すなわち、L/D=8である。また、電極が挿入された場合の実質的な発光管25の内容積は、約0.45ccである。また、発光管20の管壁負荷は、約20〜35W/cm2である。 In this embodiment, the distance L between the tips of the pair of opposed electrodes is 32 mm, and the inner diameter D of the arc tube central portion 25 of the arc tube central portion 25 located at the center between the tips of the electrodes is 4 mm. That is, L / D = 8. In addition, the substantial inner volume of the arc tube 25 when the electrode is inserted is about 0.45 cc. Further, the tube wall load of the arc tube 20 is about 20 to 35 W / cm 2 .

ここで、発光管20に封入する封入物として、セリウム(Ce)のハロゲン化物であるヨウ化セリウム、ナトリウム(Na)のハロゲン化物であるヨウ化ナトリウム、カルシウム(Ca)のハロゲン化物であるヨウ化カルシウムとを使用し、それぞれの封入量を変化させたものを試作(サンプル1〜15)した。さらに発光管20内には、室温で約20kPaの圧力でキセノン(Xe)ガスが封入されている。なお、サンプル1〜15では、ヨウ化ナトリウムを3〜12mg封入し、ヨウ化カルシウムとヨウ化セリウムとのモル比を0から18.0まで変化させた。この時、ヨウ化セリウムは、0〜4mg、ヨウ化カルシウムは0.5〜15mgの間で封入量を変化させてある。   Here, as the enclosure to be enclosed in the arc tube 20, cerium iodide, which is a halide of cerium (Ce), sodium iodide, which is a halide of sodium (Na), and iodide, which is a halide of calcium (Ca). Trials (samples 1 to 15) were made using calcium and varying the amount of each encapsulated. Further, the arc tube 20 is filled with xenon (Xe) gas at room temperature and a pressure of about 20 kPa. In Samples 1 to 15, 3 to 12 mg of sodium iodide was sealed, and the molar ratio of calcium iodide to cerium iodide was changed from 0 to 18.0. At this time, the amount of encapsulation was changed between 0 to 4 mg for cerium iodide and 0.5 to 15 mg for calcium iodide.

本実施形態のメタルハライドランプを電子安定器で点灯し、定格電力150Wで周波数150Hzの矩形波の交流電流で点灯させ、一定のON/OFFサイクルで繰り返しながら点灯試験を行った。   The metal halide lamp of this embodiment was lit with an electronic ballast, lit with a rectangular wave alternating current with a rated power of 150 W and a frequency of 150 Hz, and a lighting test was performed while repeating at a constant ON / OFF cycle.

点灯試験評価の結果、点灯中に発光管中央部25の端部付近にクラック発生し、リークした結果、不点になるメタルハライドランプがあることがわかった。   As a result of the lighting test evaluation, it has been found that there is a metal halide lamp that becomes inconspicuous as a result of cracks occurring near the end of the arc tube central portion 25 during lighting and leakage.

その結果を図3に示す。図3の表は、それぞれに試作品の発光管20に封入するヨウ化セリウムのモル数をHce、ヨウ化カルシウムのモル数をHcaとした場合のHca/Hce、封入されたハロゲン化物の総封入量(mg)、クラックの有無、演色評価数Raとを示す。 The result is shown in FIG. The table of FIG. 3 shows H ca / H ce when the number of moles of cerium iodide sealed in the arc tube 20 of the prototype is H ce , and the number of moles of calcium iodide is H ca, and the enclosed halogen. The total amount (mg) of the compound, the presence or absence of cracks, and the color rendering index Ra are shown.

図3の結果からわかるように、Hca/Hceが16以上になるように封入したランプがクラックを起こしていることがわかった。それに対し、Hca/Hceが15以下のランプは、点灯試験の末期までクラックが発生することがなかった。 As can be seen from the results of FIG. 3, it was found that the lamp encapsulated so that H ca / H ce was 16 or more was cracked. On the other hand, the lamp with H ca / H ce of 15 or less did not crack until the end of the lighting test.

加えて、定格点灯した場合のHca/Hceに対する光束と演色評価数Raを調べた結果を図4に示す。横軸がHca/Hceであり、縦軸の右がランプ効率[LPW](黒菱形マーク)、縦軸の左が演色評価数Ra(白四角マーク)である。なお、演色評価数Raの調べた結果のデータは図3に記載されたものである。図4の結果から演色評価数RaがHca/Hceが増加するにしたがって増加していることがわかる。よって、演色評価数RaはHca/Hceに相関があることが新たにわかった。 In addition, FIG. 4 shows the result of examining the luminous flux and the color rendering index Ra for H ca / H ce when the rated lighting is performed. The horizontal axis is H ca / H ce , the right vertical axis is the lamp efficiency [LPW] (black rhombus mark), and the left vertical axis is the color rendering index Ra (white square mark). The data obtained as a result of examining the color rendering index Ra is described in FIG. It can be seen from the results of FIG. 4 that the color rendering index Ra increases as H ca / H ce increases. Therefore, it has been newly found that the color rendering index Ra has a correlation with H ca / H ce .

なお、Hca/Hce=0のランプは、カルシウムのヨウ化物を含まないランプを意味する。ここで、Hca/Hceが0.4以上になると、演色評価数Raがおよそ70以上となり、カルシウムのヨウ化物を含まないランプが演色評価数Ra64であるので、その差が約10%以上となるので、Hca/Hceが0.4以上がより好ましい。この程度になるとはっきりと演色性の良化を感じることができる。また、Hca/Hceを増加させていくと、演色評価数Raは向上し、90を超えることも可能である。これは、セリウムとナトリウムの発光では比較的弱かった赤領域の発光が、カルシウムの赤領域により補完され、演色性を向上させたものと考えられる。 The lamp with H ca / H ce = 0 means a lamp not containing calcium iodide. Here, when H ca / H ce is 0.4 or more, the color rendering index Ra is about 70 or more, and a lamp not containing calcium iodide has a color rendering index Ra 64, so the difference is about 10% or more. Therefore, H ca / H ce is more preferably 0.4 or more. At this level, the color rendering can be clearly improved. Further, as H ca / H ce is increased, the color rendering index Ra is improved and can exceed 90. This is considered to be because the light emission in the red region, which was relatively weak in the light emission of cerium and sodium, was complemented by the red region of calcium, thereby improving the color rendering.

また、図4からHca/Hceを増加させていくと、Hca/Hceが10まではランプ効率がなだらかに低下しているが、Hca/Hceが10を越えたあたりからランプ効率が急減に低下することがわかる。これは、カルシウムの封入量がセリウムの封入量よりも増えることによって、カルシウムの比視感度の低い赤領域の発光が増え、逆にセリウムの発光が減少するため、発光効率が急激に低下したと考える。図4から発光効率の変曲点はHca/Hce比が約15なので、発光効率の急激な低下を抑制するにははHca/Hce比が15以下であることが好ましい。 In addition, as H ca / H ce is increased from FIG. 4, the lamp efficiency gradually decreases until H ca / H ce reaches 10, but the lamp starts when H ca / H ce exceeds 10. It turns out that efficiency falls rapidly. This is because the amount of calcium encapsulated increases more than the amount of cerium encapsulated, so that the light emission in the red region, where the relative luminous sensitivity of calcium is low, increases, and conversely, the emission of cerium decreases. Think. From FIG. 4, the inflection point of the luminous efficiency has an H ca / H ce ratio of about 15. Therefore, in order to suppress a rapid decrease in the luminous efficiency, the H ca / H ce ratio is preferably 15 or less.

以上の結果より、点灯中のクラックを防止でき、かつ高効率で高い演色性を持つランプを得るためには、Hca/Hceは、 From the above results, in order to obtain a lamp that can prevent cracks during lighting and that has high efficiency and high color rendering, H ca / H ce is

Figure 0004289430
の関係を満たすことが好ましい。
Figure 0004289430
It is preferable to satisfy the relationship.

なお、上記効果は、封入物がヨウ化物だけでなく、臭化物であっても、すなわち、ハロゲン化物でも同様な効果が得られた。ただし、電極の侵食の防止の観点からは、ヨウ化の方が好ましい。   The above effect was obtained even when the inclusion was not only iodide but also bromide, that is, halide. However, from the viewpoint of preventing electrode erosion, iodination is preferred.

(実施の形態2)
以下、実施の形態2について、以下に説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment will be described below.

実施の形態1に示したランプと同様のメタルハライドランプで、発光管20内の封入物と発光管20の形状のみが異なるランプを試作し、評価した。変更点は以下のとおりである。   A lamp having the same metal halide lamp as the lamp shown in the first embodiment, which is different only in the shape of the inclusion in the arc tube 20 and the arc tube 20 was manufactured and evaluated. The changes are as follows.

発光管20内には、水銀0.5mg、封入ハロゲン化物として、ヨウ化セリウムとヨウ化ナトリウムとヨウ化カルシウムがそれぞれモル比で1.0:10.5:2.0封入されており、Caハロゲン化物のmol量をHca、Ceハロゲン化物のmol量をHceとすると、Hca/Hceは2である。また、ハロゲン化物の総量はおよそ14mgである。 The arc tube 20 is filled with 0.5 mg of mercury and 1.0: 10.5: 2.0 of cerium iodide, sodium iodide, and calcium iodide in a molar ratio as encapsulated halides, respectively. the mol amount of halide H ca, when the mol amount of Ce halides and H ce, H ca / H ce is 2. The total amount of halide is approximately 14 mg.

発光管20の内容積をほぼ一定(約0.45cc)に保ちながら、電極先端間距離Lと発光管内径Dとの比、L/Dを1から20まで種々変化させた試作ランプを種々用意し、それぞれのランプの光出力特性を測定した。参考までに、L/D=8のランプは、L=32mm、D=4mmである。このとき、発光管の管壁負荷は、およそ20〜35W/cm2である。 Various prototype lamps with various ratios of L / D from 1 to 20 and a ratio of the distance L between the electrode tips and the inner diameter D of the arc tube while keeping the inner volume of the arc tube 20 substantially constant (about 0.45 cc) are prepared. Then, the light output characteristics of each lamp were measured. For reference, the L / D = 8 lamp has L = 32 mm and D = 4 mm. At this time, the tube wall load of the arc tube is approximately 20 to 35 W / cm 2 .

これらの試作したランプを、実施の形態1と同様の条件で点灯試験を行った結果、本実施の形態のランプは実施の形態1で示したHca/Hce≦15の条件を満たしているにもかかわらず、点灯中にクラックを生じるものが発生した。 As a result of performing a lighting test on these prototype lamps under the same conditions as in the first embodiment, the lamp of this embodiment satisfies the condition of H ca / H ce ≦ 15 shown in the first embodiment. Nevertheless, some cracks occurred during lighting.

そこで、Hca/Hce以外でクラックが発生するランプの共通する特徴を調査したところ、L/Dが1より小さいものはクラックを生じることが新たにわかった。以降、他のパラメータについてもクラックとの相関を調査したが、クラックとの相関のあるものはなかった。以上の結果より、発光管20のクラックを防止するためには、(式1)以外に Therefore, when the common characteristics of lamps that generate cracks other than H ca / H ce were investigated, it was newly found that those having L / D smaller than 1 cause cracks. Thereafter, other parameters were also investigated for correlation with cracks, but none of them correlated with cracks. From the above results, in order to prevent cracks in the arc tube 20, in addition to (Equation 1)

Figure 0004289430
を満たす必要があることがわかった。
Figure 0004289430
I found it necessary to satisfy.

以下、クラックの発生メカニズムについて、考察した結果を示す。   Hereinafter, the result of having considered about the generation mechanism of a crack is shown.

まず、L/Dについては以下のように考察できる。   First, L / D can be considered as follows.

セリウムとナトリウムとカルシウムのハロゲン化物を含む、本実施の形態のランプは、L/Dが1より小さくなるようなランプの場合、アークの上方への湾曲が顕著となることを確認している。そのため、発光管20の発光管中央部25の表面とアークとの距離が部分ごとに大きく差があることとなる。そのため、発光管表面の部分ごとの温度差が大きくなり、歪が生じた結果、クラックが発生するものと考えられる。しかし、L/Dが1以上となると、管安定型のアークとなり、アークの湾曲が抑制される。そのため、発光管表面に生じる温度差が小さくなるものと考えられる。   In the lamp of the present embodiment including a halide of cerium, sodium, and calcium, it has been confirmed that the upward curve of the arc becomes remarkable when the lamp has an L / D smaller than 1. For this reason, the distance between the surface of the arc tube central portion 25 of the arc tube 20 and the arc greatly varies from part to part. For this reason, it is considered that cracks are generated as a result of the temperature difference between the portions of the arc tube surface becoming large and distortion. However, when L / D is 1 or more, a tube-stable arc is formed, and arc bending is suppressed. Therefore, it is considered that the temperature difference generated on the arc tube surface is reduced.

次に、Hca/Hce比については以下のように考察できる。 Next, the H ca / H ce ratio can be considered as follows.

カルシウム(Ca)は、セリウム(Ce)、ナトリウム(Na)と比較して蒸気圧が低いため、発光管内で蒸発したカルシウムハロゲン化物は、比較的高温でもヨウ化物の液体となって存在する傾向があると考えられる。そのため、セリウム、ナトリウムと比較して、発光管20内面の高温部分に集中して存在していると考えられる。このカルシウムの局在化によって、発光管内のハロゲン化物量の分布が大きくなり、ハロゲン化物の量によって、熱伝導性が変化するため、発光管部分によっての温度差が大きくなり、歪が生じた結果、クラックが生じると考えられる。   Since calcium (Ca) has a lower vapor pressure than cerium (Ce) and sodium (Na), the calcium halide evaporated in the arc tube tends to exist as an iodide liquid even at a relatively high temperature. It is believed that there is. Therefore, compared to cerium and sodium, it is considered that they are concentrated in a high temperature portion on the inner surface of the arc tube 20. As a result of this localization of calcium, the distribution of the amount of halide in the arc tube increases, and the thermal conductivity changes depending on the amount of halide, resulting in a large temperature difference between arc tube portions and distortion. It is thought that cracks occur.

以上の様なメカニズムから考察すると、クラックに大きな影響を及ぼすのは、上記2つのパラメータ以外にはないと推定される。   Considering from the mechanism as described above, it is presumed that there is no influence other than the above two parameters on the crack.

実施の形態1および2の結果をまとめると、セリウムハロゲン化物、ナトリウムハロゲン化物、カルシウムハロゲン化物を封入したセラミック製のメタルハライドランプにおいては、ある条件で発光管にクラックを生じるといった新たな問題が生じることがわかった。この問題は、特許文献1,2では、なんら開示されていない新たな問題である。この問題を、本発明者は、ある特定の条件でこの問題点が解決できることを見出した。その条件とは、(式1)かつ(式2)を満たすことである。   Summarizing the results of the first and second embodiments, a new problem arises that a ceramic metal halide lamp encapsulating cerium halide, sodium halide, and calcium halide causes a crack in the arc tube under certain conditions. I understood. This problem is a new problem that is not disclosed in Patent Documents 1 and 2. The present inventor has found that this problem can be solved under a specific condition. The condition is to satisfy (Equation 1) and (Equation 2).

加えて、本実施の形態2のランプは以下の特徴も有する。   In addition, the lamp of the second embodiment also has the following characteristics.

また、上記の実施の形態2に示したランプは、L/Dを規定することによって、新たな特徴を持ったランプを得ることができる。上記ランプを、定格150W、点灯周波数150Hzの矩形波電流で点灯したときの、ランプの発光効率と演色評価数を、図5に示す。   Further, the lamp shown in the second embodiment can obtain a lamp having a new feature by defining L / D. FIG. 5 shows the luminous efficiency and the color rendering index of the lamp when the lamp is lit with a rectangular wave current having a rating of 150 W and a lighting frequency of 150 Hz.

図5より、ランプの発光効率は、L/Dに依存し、L/Dが1以上になると105LPWを超える。これは、現在市販されている高効率・高演色タイプのメタルハライドランプ(市販されている代表的なメタルハライドランプは、L/Dが2のセラミック製発光管であり、発光管内にはCeI3、NaI、KI、ScI3、InIが封入されている。以下「従来ランプ」という。)の一般的な値は、150Wは90〜95LPWであり、L/Dが1以上の場合、光束にして約10%以上のアップとなる。同じWで点灯した場合、10%の光束アップは、人間が若干の明るさ増加を感じることができるレベルであると考えられる。よって、この光束アップによって、より高効率ランプの効果を実感できる。加えて、演色評価数Raは、80という比較的高い値を示し、高効率と高演色を両立している。CeとNaを含み、Caを含まないメタルハライドランプのRaは64程度であったことから考えると、画期的なRaの改善が行えることを意味している。 From FIG. 5, the luminous efficiency of the lamp depends on L / D, and exceeds 105 LPW when L / D is 1 or more. This is because a metal halide lamp of a high efficiency and high color rendering type currently on the market (a typical metal halide lamp on the market is a ceramic arc tube having an L / D of 2, and CeI 3 , NaI is contained in the arc tube. , KI, ScI 3 , and InI are encapsulated (hereinafter referred to as a “conventional lamp”). 150 W is 90 to 95 LPW, and when L / D is 1 or more, the luminous flux is about 10 % Up. When lit at the same W, a 10% increase in luminous flux is considered to be a level at which a human can feel a slight increase in brightness. Therefore, the effect of a higher efficiency lamp can be realized by this luminous flux increase. In addition, the color rendering evaluation number Ra shows a relatively high value of 80, which achieves both high efficiency and high color rendering. Considering that the Ra of the metal halide lamp containing Ce and Na and not containing Ca was about 64, it means that the radical Ra can be improved.

加えて、好ましくは、L/Dが4以上になると、115LPWを超える。これは、従来の高効率ランプの一般的な値である95LPWの約20%高い値を示している。この20%アップという値は、人間がはっきりと明るさの向上を感じることができる量である。従来ランプより20%の効率アップは画期的な効率であることを意味する。また、加えて、このランプのRaは90と非常に高い値を示している。   In addition, preferably, when L / D is 4 or more, it exceeds 115 LPW. This is about 20% higher than 95LPW, which is a typical value for a conventional high efficiency lamp. This value of 20% up is an amount by which humans can clearly feel the improvement in brightness. An efficiency increase of 20% compared to the conventional lamp means an epoch-making efficiency. In addition, Ra of this lamp shows a very high value of 90.

加えて、好ましくは、L/Dが10以下であることが好ましい。この範囲に規定することによって、ライフ中の発光管の黒化が非常に少ないランプを得ることができるからである。これに対して、特許文献1に示されているCeハロゲン化物とNaハロゲン化物を含み、Caハロゲン化物を含まないランプにおいては、黒化の発生状況とL/Dの間には関係がなかった。   In addition, L / D is preferably 10 or less. This is because a lamp with very little blackening of the arc tube during its life can be obtained by defining it in this range. On the other hand, in the lamp containing Ce halide and Na halide shown in Patent Document 1 and not containing Ca halide, there was no relationship between the occurrence of blackening and L / D. .

高効率で黒化を抑制するには、L/Dは、   To suppress blackening with high efficiency, L / D is

Figure 0004289430
の範囲に規定することが好ましい。
Figure 0004289430
It is preferable to define in the range.

また、図5からL/Dが7から9の間には、発光効率がピークとなり、およそ130LPWよりも高い値を示す。これは、従来ランプの95LPWの35%もの高い値となり、非常に高い発光効率を得ることができる。また、加えて、このランプのRaは、およそ90程度であり、非常に高い発光効率と演色性を兼ね備えたランプである。   Further, from FIG. 5, when L / D is between 7 and 9, the luminous efficiency has a peak, which is higher than about 130 LPW. This is as high as 35% of the 95 LPW of the conventional lamp, and a very high luminous efficiency can be obtained. In addition, the lamp has a Ra of about 90, and has a very high luminous efficiency and color rendering.

したがって、高効率でかつ演色性の高いランプを実現するには、L/Dは7以上で9以下であることが好ましい。   Therefore, in order to realize a lamp with high efficiency and high color rendering properties, L / D is preferably 7 or more and 9 or less.

また、図5には示していないが、L/Dが20のとき、発光効率が95LPWとなり、20を超えると、95LPW以下となるため、ランプ効率の点で従来の高効率ランプのレベルと同等になる。また、20を超えるとランプの始動電圧も高くなり好ましくない。よって、L/Dは実質20までの値が好ましい範囲となる。   Although not shown in FIG. 5, when L / D is 20, the luminous efficiency is 95 LPW, and when it exceeds 20, it becomes 95 LPW or less, so that it is equivalent to the level of the conventional high efficiency lamp in terms of lamp efficiency. become. On the other hand, if it exceeds 20, the starting voltage of the lamp becomes high, which is not preferable. Accordingly, L / D is preferably in the range of up to substantially 20.

上記のように、L/Dの値によってランプ効率が変化するものの、演色評価数Raすべて80以上となり、Caを含まないランプの64から大幅に改善されている。よって、L/Dが上記範囲であれば、高い発光効率と高い演色性を両立したランプを得ることができる。   As described above, although the lamp efficiency varies depending on the value of L / D, the color rendering index Ra is 80 or more, which is greatly improved from 64 of the lamp not including Ca. Therefore, if L / D is in the above range, a lamp having both high luminous efficiency and high color rendering can be obtained.

(実施の形態3)
以下、実施の形態3について、以下に説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, Embodiment 3 will be described.

実施の形態1および実施の形態2で試作したメタルハライドランプを、メタルハライドランプの定格電力の25%から100%までの電力でランプを調光点灯できる点灯回路を使用して調光点灯し、調光時のランプの光出力特性測定を行った。   The metal halide lamp prototyped in Embodiment 1 and Embodiment 2 is dimmed and lit using a lighting circuit that can dim the lamp with power from 25% to 100% of the rated power of the metal halide lamp. The light output characteristics of the lamp were measured.

数々の検討の結果、以下に示す関係式を満たしたランプは、調光に適するランプであることがわかった。以下に詳しく述べる。発光管20内に封入されるCaハロゲン化物であるヨウ化カルシウムの封入量をHca(mol)として、カルシウム以外のハロゲン化物の封入量をHt(mol)とした場合、Hca/HtAs a result of numerous studies, it has been found that a lamp satisfying the following relational expression is suitable for dimming. Details are described below. When the amount of calcium iodide, which is a Ca halide enclosed in the arc tube 20, is H ca (mol) and the amount of halide other than calcium is H t (mol), H ca / H t But

Figure 0004289430
の関係を満たすことによって、調光したときに色変化が少なくなるという新たな効果を有する。本実施の形態のランプは、実施の形態1および2において、定格150Wで点灯したときの特性について説明したが、本実施の形態のランプは、クラックを生じない、高効率、高演色などの特徴の他に、調光したとき、色温度の変化が非常に少ないという特別な効果を持っている。
Figure 0004289430
By satisfying this relationship, there is a new effect that the color change is reduced when dimming. The lamp according to the present embodiment has been described with respect to the characteristics when the lamp is lit at a rated power of 150 W in the first and second embodiments. However, the lamp according to the present embodiment has features such as high efficiency and high color rendering that do not cause cracks. In addition, there is a special effect that the color temperature changes very little when dimming.

本実施の形態のランプは、定格150Wから調光を始めて、定格の25%であるおよそ38Wまで連続的に入力を低下させても、色温度の変化が±300K以下である。300K以下の変化ならほとんど気にならないレベルであるといえる。これに対して、Hca/Htが上記範囲から外れたランプは、色温度変化が急激に大きくなり、およそ500K以上の色変化を示し、色変化を感じてしまうランプとなってしまった。 The lamp of this embodiment starts dimming from a rated power of 150 W, and even if the input is continuously reduced to approximately 38 W, which is 25% of the rated power, the change in color temperature is ± 300 K or less. It can be said that it is a level which is hardly worried about the change of 300K or less. On the other hand, a lamp whose H ca / H t is out of the above range has a rapid change in color temperature, shows a color change of about 500K or more, and becomes a lamp that feels the color change.

例として、Hca/Ht=0.1、L/D=8の本発明ランプと従来ランプの調光時の色温度変化の測定結果を、図6に示す。図6の横軸はランプへ投入される電力であるランプ電力(W)、縦軸は色温度(K)である。従来のランプはランプ電力が120W以下になると色温度が大きく上がっているのに対し、本発明ランプは120W以下になると大きな変化がないことがわかる。 As an example, FIG. 6 shows the measurement result of the color temperature change during dimming of the lamp of the present invention with H ca / H t = 0.1 and L / D = 8 and the conventional lamp. The horizontal axis of FIG. 6 is the lamp power (W) that is the power supplied to the lamp, and the vertical axis is the color temperature (K). It can be seen that the color temperature of the conventional lamp is greatly increased when the lamp power is 120 W or less, whereas the lamp of the present invention does not change greatly when the lamp power is 120 W or less.

なお、定格25%のおよそ38W以下の点灯では、アークのゆれが大きくチラツキが発生してしまう場合や、点灯維持が出来ず立ち消えとなってしまうことがあり、実質的に定格25%以上の電力で点灯することが好ましい。   In addition, when the lighting is less than about 38W at a rating of 25%, there may be a case where the flickering of the arc is large and flickering occurs, or the lighting cannot be maintained and the lamp will disappear. It is preferable to light up.

また、本実施の形態3のランプは、点灯周波数100Hzから500Hzで点灯することが好ましい。なぜならば、演色評価数Raがほとんど(5程度)低下することがなく、調光しても良好な演色性を得られることがわかったからである。100Hzよりも低い周波数、もしくは500Hzより高い周波数で点灯すると、調光時のRa変化の低下幅が急激に大きくなり、10以上となってしまう。   In addition, the lamp of the third embodiment is preferably lit at a lighting frequency of 100 Hz to 500 Hz. This is because it has been found that the color rendering index Ra hardly decreases (about 5), and good color rendering can be obtained even if the light is adjusted. When lighting is performed at a frequency lower than 100 Hz or a frequency higher than 500 Hz, the reduction range of Ra change during dimming increases rapidly and becomes 10 or more.

また、調光する場合は、電子安定器を用いた略矩形波電流で点灯することが好ましい。なぜならば、従来の一般的な磁気安定器で入力を減少させて、調光しようとすると、点灯維持が困難となるためである。というのも、点灯維持のためには、交流点灯時の再点弧電圧より安定器の2次側開放電圧のほうが高い必要があるが、磁気安定器の場合、調光のため入力電圧を低くすると、前記再点弧電圧が前記2次側開放電圧より低くなってしまう場合があるためである。   Moreover, when dimming, it is preferable to light with a substantially rectangular wave current using an electronic ballast. This is because if the conventional general magnetic ballast is used to reduce the input and dimming, it becomes difficult to maintain lighting. This is because, in order to maintain lighting, the secondary side open-circuit voltage of the ballast must be higher than the re-ignition voltage during AC lighting, but in the case of a magnetic ballast, the input voltage is lowered for dimming. Then, the re-ignition voltage may be lower than the secondary open circuit voltage.

(実施の形態4)
以下、実施の形態4について、以下に説明する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described.

実施の形態1および実施の形態2で試作したメタルハライドランプを、定格150Wで周波数150Hzの矩形波の交流で点灯させ、5.5時間の点灯と0.5時間の消灯とを繰り返すという点灯試験の条件で試験し、寿命特性の測定を行った。   In the lighting test, the metal halide lamp prototyped in the first embodiment and the second embodiment is lit with alternating current of a rectangular wave with a rating of 150 W and a frequency of 150 Hz, and the lighting is repeated for 5.5 hours and for 0.5 hours. The test was conducted under the conditions, and the life characteristics were measured.

数々の検討の結果、以下に示す関係式を満たしたランプは、ライフ特性が良好であることがわかった。実施の形態3で示すHcaとHtの関係が、 As a result of numerous studies, it has been found that a lamp satisfying the following relational expression has good life characteristics. The relationship between H ca and H t shown in Embodiment 3 is

Figure 0004289430
の関係を満たすランプは、点灯中の電極の形状変化が少ないランプとなることがわかった。さらに、(式5)の範囲では、加えて、点灯中にチラツキが発生することなく良好な特性を示した。
Figure 0004289430
It was found that the lamp satisfying the above relationship is a lamp with little change in the shape of the electrode during lighting. Furthermore, in the range of (Expression 5), in addition, good characteristics were exhibited without flickering during lighting.

なお、発光管内容積あたりのカルシウム封入量が20mg/cc以上のものは、20mg/cc以下のランプと比較して始動電圧が10%以上高くなることがわかった。   In addition, it turned out that the starting voltage becomes higher by 10% or more when the amount of calcium sealed per arc tube inner volume is 20 mg / cc or more compared to a lamp of 20 mg / cc or less.

これは、以下のように推測できる。カルシウムハロゲン化物は、水分吸着が激しく、他のハロゲン化物よりも発光管内に水分などの不純物を持ち込みやすい。そのため、カルシウムハロゲン化物封入量は、始動電圧に極端に影響すると考えられる。よって、カルシウムハロゲン化物の封入量は、20mg/cc以下にすることが好ましい。   This can be estimated as follows. Calcium halides have strong moisture adsorption and are more likely to introduce impurities such as moisture into the arc tube than other halides. Therefore, it is considered that the amount of calcium halide enclosed has an extreme influence on the starting voltage. Therefore, the amount of calcium halide enclosed is preferably 20 mg / cc or less.

また、上記の全実施の形態では、発光管20の外側と外管11の内側との空間には、300Kにおいて、減圧状態(具体的には、1×10-1(Pa)の気圧)でのランプの例を示したが、この空間内に窒素ガスを封入し、ガス圧を変化させた。その結果、ガス圧が300Kでおよそ、1×103Pa(=約0.01気圧)以下の範囲では、同等の性能が得られた。しかし、1×103Pa以上となると、発光効率が低下する傾向が見られた。これは、発光管の熱が空間内のガスを伝導して、外管に伝わるために熱ロスが増大しためと考えられる。特に、5×104Pa(=約0.5気圧)以上となると急激に発光効率が低下し始め、5×104Pa(=約0.5気圧)のとき、5LPW程度の発光効率低下が確認された。 In all the above embodiments, the space between the outside of the arc tube 20 and the inside of the outer tube 11 is in a reduced pressure state (specifically, an air pressure of 1 × 10 −1 (Pa)) at 300K. In this example, nitrogen gas was sealed in this space to change the gas pressure. As a result, the same performance was obtained when the gas pressure was 300 K and the range was approximately 1 × 10 3 Pa (= about 0.01 atmosphere). However, when the pressure was 1 × 10 3 Pa or more, the light emission efficiency tended to decrease. This is thought to be because heat loss increases because the heat of the arc tube conducts gas in the space and is transmitted to the outer tube. In particular, when the pressure is 5 × 10 4 Pa (= about 0.5 atm) or more, the light emission efficiency starts to rapidly decrease, and at 5 × 10 4 Pa (= about 0.5 atm), the light emission efficiency is reduced by about 5 LPW. confirmed.

この結果からわかるように、本実施の形態のランプは、熱設計をコントロールすることで発光効率などのランプ性能をさらに高めることができる。よって、発光管20の外側と外管11の内側との空間は、300Kでおよそ5×104Pa以下であることが望ましいし、より好ましくは、1×103Pa以下であることが好ましい。 As can be seen from this result, the lamp performance of the lamp of this embodiment can be further improved by controlling the thermal design. Therefore, the space between the outer side of the arc tube 20 and the inner side of the outer tube 11 is preferably about 5 × 10 4 Pa or less at 300K, and more preferably 1 × 10 3 Pa or less.

なお、上記の全実施の形態では、水平点灯(発光管を略水平方向にして点灯する点灯方法)、垂直点灯(発光管を略垂直方向にして点灯する点灯方法)を問わず点灯できる。ただし、水平点灯のほうが、垂直点灯とくらべて、光束維持率が若干高いため好ましい。水平点灯すると、垂直点灯とくらべて、ランプ寿命(光束が70%に低下する時間)にすると200〜400時間程度、寿命が長くなる。上記、寿命を延ばす効果は、本実施の形態にしめすランプ封入物の組み合わせ、封入比では、時に顕著な効果がある。対して、実施の形態1に示す、従来のメタルハライドランプなどでは、このような差は生まれることがない。ただし、垂直点灯においても問題なく点灯でき、実用上十分な寿命を得ることが出来るので差し支えない。   In all the embodiments described above, lighting can be performed regardless of horizontal lighting (lighting method for lighting with the arc tube substantially horizontal) or vertical lighting (lighting method for lighting with the arc tube substantially vertical). However, the horizontal lighting is preferable because the luminous flux maintenance factor is slightly higher than the vertical lighting. When the lamp is lit horizontally, the lamp life is increased by about 200 to 400 hours when the lamp life is reached (time when the luminous flux is reduced to 70%), compared with the vertical lamp. The above-mentioned effect of extending the lifetime is sometimes remarkable in the combination of the lamp enclosures and the enclosure ratio shown in the present embodiment. On the other hand, such a difference does not occur in the conventional metal halide lamp shown in the first embodiment. However, there is no problem even in vertical lighting, since it can be lit without problems and a practically sufficient life can be obtained.

これらの現象は、水平に点灯することで、発光管の両端部に位置する細管部に点灯中に入り込むメタルハライドが少ないため、点灯中にアーク中に供給できるメタルハライドの蒸気圧を高く保つことができること、加えて、細管部に入り込んだメタルハライドと細管との化学反応が抑制できるなどのことが考えられる。   Because these phenomena are lit horizontally, the metal halide that can be supplied into the arc during lighting can be kept high because there are few metal halides that enter the narrow tube part located at both ends of the arc tube during lighting. In addition, it is conceivable that the chemical reaction between the metal halide that has entered the narrow tube portion and the thin tube can be suppressed.

加えて、上記の全実施の形態では驚くべきことに、希土類ハロゲン化物のヨウ化セリウムを加えた本発明ランプは、ランプ寿命を短くすることなく良好な寿命特性を示すことがわかった。   In addition, in all of the above embodiments, it has been surprisingly found that the lamp of the present invention to which the rare earth halide cerium iodide is added exhibits good life characteristics without shortening the lamp life.

さらに、上記の全実施の形態では、発光管20の定格点灯時の管壁負荷は、最大約35W/cm2程度までに制限されることが好ましい。なぜならば、管壁負荷が高くなるほど、通常、活性材料塩と発光管20の管壁およびフリット材料との化学反応が深刻な問題となり、このようなランプから十分に有用な動作寿命を得るのは実質的に困難であるからである。また、下限は、20W/cm2以上が好ましい範囲である。この範囲に設計することによって、良好な効率と演色性を両立したランプを得ることができる。 Furthermore, in all the embodiments described above, it is preferable that the tube wall load at the time of rated lighting of the arc tube 20 be limited to a maximum of about 35 W / cm 2 . This is because, as the tube wall load increases, the chemical reaction between the active material salt and the tube wall and frit material of the arc tube 20 usually becomes a serious problem, and obtaining a sufficiently useful operating life from such a lamp This is because it is substantially difficult. Further, the lower limit is preferably 20 W / cm 2 or more. By designing in this range, a lamp having both good efficiency and color rendering can be obtained.

その中でも、特に好ましい範囲は、28〜33W/cm2であり、この範囲内に規定することによって、ランプの寿命、発光効率、Raのバランスが最良となるランプを得ることが出来る。 Among them, a particularly preferable range is 28 to 33 W / cm 2 , and by defining within this range, a lamp with the best balance of lamp life, luminous efficiency, and Ra can be obtained.

なお、本明細書中のハロゲン化物の封入量とは、金属ハロゲン化物の金属のみのmol量のことを指す。例えば、ヨウ化セリウム(CeI3)が1molとは、Ce原子が1molであることを示している。なお、参考までにI原子は、3molある。 In addition, the enclosed amount of the halide in this specification refers to the molar amount of the metal halide only. For example, 1 mol of cerium iodide (CeI 3 ) indicates that the Ce atom is 1 mol. For reference, the I atom is 3 mol.

なお、実施の形態1および2について、定格150Wのランプの場合を説明したが、このWに限定されるものではない。   In addition, about Embodiment 1 and 2, although the case of the lamp of rating 150W was demonstrated, it is not limited to this W.

ただし、一般的に、Wが高いランプは、全消費電力に対する電極ロスなどのロス電力の割合が減少するために、ランプの発光効率は上昇する。これに対して、Wが低いランプは、ロス電力の割合が増加するため発光効率は低下する傾向にある。よって、本実施の形態の発光効率は、150W程度のランプの値であり、ランプのWによって、その値は異なるが、効果には関係なく相対的に従来ランプと比較して発光効率が改善されたランプを得ることが出来る。   However, in general, a lamp having a high W increases the luminous efficiency of the lamp because the ratio of loss power such as electrode loss to the total power consumption decreases. On the other hand, the lamp with low W tends to decrease the light emission efficiency because the ratio of loss power increases. Therefore, the luminous efficiency of the present embodiment is a lamp value of about 150 W, and the value varies depending on the lamp W, but the luminous efficiency is relatively improved as compared with the conventional lamp regardless of the effect. Can get a lamp.

なお、上記の全実施の形態について、発光管20を図1および図2の構成とは異なる形状であってもよい。各ランプ形状によって、特徴があるので用途によってランプ形状を設計することも可能である。   In all the embodiments described above, the arc tube 20 may have a shape different from the configuration of FIGS. 1 and 2. Since each lamp shape has its characteristics, it is possible to design the lamp shape according to the application.

以下、可能な発光管形状の例の概略図を図7から図13までに示す。図面は、発光管の内壁形状を略図面で示しており、発光管両端に形成される電極が挿入される細管部などを設けてもよいが、本図面では省略されている。図1および図2ならびに図7〜図13に示すそれぞれの例において、管壁内表面および管壁外表面は発光管の長軸を回転軸とする回転体の表面であるが、ここでは必ずしも必要でないので図示しない。回転体でない管壁内表面の有効直径Dは、電極間の(すなわち、電極間距離Lにわたる)断面図の内面積を求めて、この面積をLで除算することにより求めることができる。他の種類の内表面は、その有効直径を求めるために、より煩雑な平均化手順を必要とする場合があり得る。なお、回転体である場合には、Dは電極先端間の中央部に位置する発光管の内径である。   Hereinafter, schematic diagrams of examples of possible arc tube shapes are shown in FIGS. The drawing schematically shows the shape of the inner wall of the arc tube, and a thin tube portion into which electrodes formed at both ends of the arc tube are inserted may be provided, but is omitted in this drawing. In each of the examples shown in FIGS. 1 and 2 and FIGS. 7 to 13, the inner surface of the tube wall and the outer surface of the tube wall are surfaces of a rotating body whose rotation axis is the major axis of the arc tube. Not shown in the figure. The effective diameter D of the inner surface of the tube wall that is not a rotating body can be obtained by obtaining the inner area of the cross-sectional view between the electrodes (that is, over the distance L between the electrodes) and dividing this area by L. Other types of inner surfaces may require more complicated averaging procedures to determine their effective diameter. In the case of a rotating body, D is the inner diameter of the arc tube located at the center between the electrode tips.

図7は、図1の発光管中央部25に相当する部分(以下、単に「発光管中央部」と記す)の断面が楕円形である発光管を示す。   FIG. 7 shows an arc tube whose section corresponding to the arc tube central portion 25 of FIG. 1 (hereinafter simply referred to as “arc tube central portion”) is elliptical.

図8は、発光管中央部の両端が平坦となるように切断された、直円柱の断面を有する発光管を示す。この発光管形状は、点灯中の色温度の変化が小さいといった特徴を持つ。よって、発光色の変化が気になる場合に特に有効である。   FIG. 8 shows an arc tube having a right circular cylinder cross-section cut so that both ends of the arc tube center are flat. This arc tube shape is characterized by a small change in color temperature during lighting. Therefore, it is particularly effective when the change in the emission color is anxious.

図9は、発光管中央部の両端が半球であり、発光管中央部の側面が凹状となる断面を有する発光管を示す。   FIG. 9 shows an arc tube having a cross section in which both ends of the central portion of the arc tube are hemispheres and the side surface of the central portion of the arc tube is concave.

図10は、発光管中央部の両端が半球となるように切断された直円柱の断面を有する発光管を示す。   FIG. 10 shows an arc tube having a cross section of a right circular cylinder cut so that both ends of the central portion of the arc tube become hemispheres.

図11は、発光管中央部の両端が半球であり、発光管中央部の側面が楕円形である断面を有する発光管を示す。   FIG. 11 shows an arc tube having a cross section in which both ends of the arc tube central portion are hemispheres and the side surface of the arc tube central portion is elliptical.

図12は、実施の形態1および2で使用した形状である。   FIG. 12 shows the shape used in the first and second embodiments.

図13は、発光管中央部の両端の直径が大きく、かつ、平坦となるように切断された直円柱の断面を有する発光管を示す。   FIG. 13 shows an arc tube having a cross section of a right circular cylinder cut so that the diameter at both ends of the central portion of the arc tube is large and flat.

以下、各発光管形状の特徴を示す。   The characteristics of each arc tube shape are shown below.

図7と図11の発光管は、大量に生産した場合の色温度の個々ばらつきが特に少ないといった特徴を持つ。そのため、大量に天井照明などで使用され、色温度バラツキが目立つ場合は、特に好ましい発光管形状となる。   The arc tube shown in FIGS. 7 and 11 has a feature that there is particularly little individual variation in color temperature when mass-produced. Therefore, when a large amount is used for ceiling lighting or the like and color temperature variation is conspicuous, a particularly preferable arc tube shape is obtained.

図9と図13の発光管は、始動時の光立ち上がりが早いといった特徴を持つ。設計にもよるが、定格光出力に達するまでの時間が10〜20%程度短くできる。また、水平点灯時のアーク湾曲が特に少なく、点灯時のちらつきが特に少ないランプを得ることができる。   The arc tube of FIG. 9 and FIG. 13 has a feature that the light rise at the start is quick. Although it depends on the design, the time to reach the rated light output can be shortened by about 10 to 20%. In addition, it is possible to obtain a lamp that has particularly small arc curvature during horizontal lighting and that has particularly small flickering during lighting.

図10と図12の発光管は、点灯中の色温度の変化がもっとも少ないランプを得ることができる。   10 and 12 can obtain a lamp with the least change in color temperature during lighting.

図8の発光管は、構造が簡単なため生産コストが低いといった特徴がある。   The arc tube shown in FIG. 8 has a feature that its production cost is low because of its simple structure.

本願発明のセラミック発光管を使用したメタルハライドランプは、屋外照明や高天井照明等に有用である。   The metal halide lamp using the ceramic arc tube of the present invention is useful for outdoor lighting, high ceiling lighting, and the like.

本発明の実施の形態であるメタルハライドランプの正面図The front view of the metal halide lamp which is embodiment of this invention 図1に示すメタルハライドランプの発光管部分の断面正面図Sectional front view of the arc tube portion of the metal halide lamp shown in FIG. 本実施の形態1のランプにおけるクラックの有無とRaのHca/Hce依存を示す図The figure which shows the presence or absence of a crack in the lamp | ramp of this Embodiment 1, and Hca / Hce dependence of Ra. 本実施の形態1のランプにおける発光効率とRaのHca/Hce依存を示す図The figure which shows the luminous efficiency in the lamp | ramp of this Embodiment 1, and Hca / Hce dependence of Ra. 本実施の形態2のランプにおける発光効率のL/D依存を示す図The figure which shows the L / D dependence of the luminous efficiency in the lamp | ramp of this Embodiment 2. 本実施の形態3のランプにおける色温度の電力依存を示す図The figure which shows the electric power dependence of the color temperature in the lamp | ramp of this Embodiment 3. 発光管中央部の変形の一例を示す図The figure which shows an example of a deformation | transformation of the arc tube center part 発光管中央部の変形の一例を示す図The figure which shows an example of a deformation | transformation of the arc tube center part 発光管中央部の変形の一例を示す図The figure which shows an example of a deformation | transformation of the arc tube center part 発光管中央部の変形の一例を示す図The figure which shows an example of a deformation | transformation of the arc tube center part 発光管中央部の変形の一例を示す図The figure which shows an example of a deformation | transformation of the arc tube center part 発光管中央部の変形の一例を示す図The figure which shows an example of a deformation | transformation of the arc tube center part 発光管中央部の変形の一例を示す図The figure which shows an example of a deformation | transformation of the arc tube center part

符号の説明Explanation of symbols

10 メタルハライドランプ
101 第1円筒シェル部分
102 第2円筒シェル部分
103 円錐シェル部分
11 外管
20 発光管
21 チューブ
25 発光管中央部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Metal halide lamp 101 1st cylindrical shell part 102 2nd cylindrical shell part 103 Conical shell part 11 Outer tube 20 Arc tube 21 Tube 25 Arc tube center part

Claims (5)

透光性セラミックから形成された発光管と、
一対の対向する電極と、
前記発光管の外に設けられた、硬質ガラス製の外管と、
前記発光管に封入された、Ce(セリウム)のハロゲン化物とNa(ナトリウム)のハロゲン化物とCa(カルシウム)のハロゲン化物との封入物と、を備えたメタルハライドランプであって、
前記発光管の内径をD(mm)、前記電極の先端間距離をL(mm)とした場合に、L/Dは、
Figure 0004289430
の関係を満たし、
前記Caのハロゲン化物の封入量をHca(mol)、前記Ceのハロゲン化物の封入量をHce(mol)とした場合に、Hca/Hceは、
Figure 0004289430
の関係を満たし、
前記封入物のうち、前記Caのハロゲン化物以外のハロゲン化物の総封入量をHt(mol)とした場合に、Hca/Htは、
Figure 0004289430
の関係を満たし、
300Kにおいて、前記外管の内側と前記発光管の外側の空間の気圧が、5×104(Pa)以下であるメタルハライドランプ。
An arc tube formed of translucent ceramic;
A pair of opposing electrodes;
An outer tube made of hard glass provided outside the arc tube;
A metal halide lamp comprising a Ce (cerium) halide, a Na (sodium) halide, and a Ca (calcium) halide enclosed in the arc tube,
When the inner diameter of the arc tube is D (mm) and the distance between the tips of the electrodes is L (mm), L / D is
Figure 0004289430
Satisfy the relationship
When the amount of Ca halide enclosed is H ca (mol) and the amount of Ce halide enclosed is H ce (mol), H ca / H ce is
Figure 0004289430
Satisfy the relationship
Of the inclusions, when the total inclusion amount of halides other than the Ca halide is H t (mol), H ca / H t is
Figure 0004289430
Satisfy the relationship
A metal halide lamp at 300K, wherein the pressure in the space inside the outer tube and outside the arc tube is 5 × 10 4 (Pa) or less.
透光性セラミックから形成された発光管と、
一対の対向する電極と、
前記発光管に封入された、Ce(セリウム)のハロゲン化物とNa(ナトリウム)のハロゲン化物とCa(カルシウム)のハロゲン化物との封入物と、を備えたメタルハライドランプであって、
前記発光管の内径をD(mm)、前記電極の先端間距離をL(mm)とした場合に、L/Dは、
Figure 0004289430
の関係を満たし、
前記Caのハロゲン化物の封入量をHca(mol)、前記Ceのハロゲン化物の封入量をHce(mol)とした場合に、Hca/Hceは、
Figure 0004289430
の関係を満たし、
前記封入物のうち、前記Caのハロゲン化物以外の総封入量をHt(mol)とした場合に、Hca/Htは、
Figure 0004289430
の関係を満たし、
前記発光管の管壁負荷(単位発光管内表面積あたりの定格消費電力)が、28〜33(W/cm2)であるメタルハライドランプ。
An arc tube formed of translucent ceramic;
A pair of opposing electrodes;
A metal halide lamp comprising a Ce (cerium) halide, a Na (sodium) halide, and a Ca (calcium) halide enclosed in the arc tube,
When the inner diameter of the arc tube is D (mm) and the distance between the tips of the electrodes is L (mm), L / D is
Figure 0004289430
Satisfy the relationship
When the amount of Ca halide enclosed is H ca (mol) and the amount of Ce halide enclosed is H ce (mol), H ca / H ce is
Figure 0004289430
Satisfy the relationship
Of the inclusions, H ca / H t , where H t (mol) is the total encapsulation amount other than the Ca halide,
Figure 0004289430
Satisfy the relationship
A metal halide lamp in which a tube wall load of the arc tube (rated power consumption per unit arc tube surface area) is 28 to 33 (W / cm 2 ).
請求項1又は2に記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプへ投入する電力を調整する点灯回路とを備えたメタルハライドランプの点灯装置。
The metal halide lamp according to claim 1 or 2,
A lighting device for a metal halide lamp, comprising: a lighting circuit that adjusts power to be supplied to the metal halide lamp.
請求項1から3までの何れか一つに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプの定格電力の25%から100%までの電力で前記メタルハライドランプを調光点灯する点灯回路とを備えたメタルハライドランプの点灯装置。
A metal halide lamp according to any one of claims 1 to 3,
A lighting device for a metal halide lamp, comprising: a lighting circuit for dimming and lighting the metal halide lamp with a power of 25% to 100% of a rated power of the metal halide lamp.
前記点灯回路は、前記メタルハライドランプを100Hzから500Hzの略矩形の電流で点灯する電子安定器である請求項3又は4に記載のメタルハライドランプの点灯装置。   The lighting device for a metal halide lamp according to claim 3 or 4, wherein the lighting circuit is an electronic ballast that lights the metal halide lamp with a substantially rectangular current of 100 Hz to 500 Hz.
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