JP4331037B2 - メタルハライドランプ - Google Patents

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本発明は、メタルハライドランプに関する。

近年、発光管の外囲器の材料として、石英に代って半透明の多結晶体アルミナセラミック（ＰＣＡ）管を用いたメタルハライドランプの開発・展開が活発に進められている。石英の耐熱性は約１０００℃であるが、ＰＣＡ管は約１２００℃という高い耐熱性があり、それだけ発光管の管壁負荷を高い範囲に設定できる。従って、ＰＣＡ管を用いれば、高効率・高演色性のランプ特性を得ることができる。

ＰＣＡ管を用いたメタルハライドランプ（セラミックメタルハライドランプ）は、当初は店舗などの屋内インテリア照明用として開発され、７０〜１５０Ｗの低ワットタイプが実用化されてきた。そして、最近では、屋外照明用として、２００〜３００Ｗの高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプの開発が進められている。

図３は、従来の典型的な屋内照明用低ワットタイプの発光管３００の内部構造を示す断面図である。
発光管３００の外囲器は、ＰＣＡからなる。外囲器は、本管部３０１と、その両端部から延出された本管部３０１より小さい外径を有する細管部３０２、３０３からなる。本管部３０１の内部には、放電空間（放電アーク領域）が形成されている。細管部３０２、３０３の中空には、それぞれ電極および電極支持体３０８、３０９からなる給電体が延在している。放電空間には、発光物質３１３が封入されている。

一対の電極は、それぞれタングステン（Ｗ）製の電極棒３０４、３０５と、タングステン製のコイル３０６、３０７からなる。各電極の先端部は、放電空間内に配置される。各電極の末端部は、電極支持体３０８、３０９の放電空間側の端部と接続されている。電極支持体３０８、３０９は、例えばニオブまたは導電性サーメットからなる。導電性サーメットからなる電極支持体３０８、３０９の他方の端部に、ニオブ等からなる外部リード線が接続される場合もある。

電極支持体３０８、３０９は、フリットからなるシール材３１０によって、細管部３０２、３０３の端部に固定される。シール材３１０は、細管部３０２、３０３の開口端部を気密に封止する役割も果たす。シール材３１０は、例えば電極棒３０４、３０５と電極支持体３０８、３０９との接合部までしか充填されない。このように、細管部３０２、３０３の中空の放電空間から離れた位置までシール材が充填される。その結果、シール材３１０は比較的低温に保持され、その侵食が抑制される。必然的に形成される細管部３０２、３０３の内壁と電極棒３０４、３０５との間隙には、通常、モリブデン製のコイル３１１、３１２が設けられる。

発光物質３１３としては、ヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ₃）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ₃）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ₃）等の希土類金属のハロゲン化物と、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）等の金属のハロゲン化物との組み合わせが用いられる。前者のハロゲン化物は、原子による多輝線スペクトルおよび分子による連続スペクトルを放射する。後者のハロゲン化物は輝線スペクトルを放射する。放電空間には、緩衝ガスとしての水銀３１４と、始動補助用ガスとしてのアルゴン等の不活性ガスが封入されている。発光管３００は、口金が装着された外管ガラスバルブ内に、所定の治具で支持された状態で収容される。外管ガラスバルブ内には、窒素等のガスが封入されている（特許文献１参照）。

例えば７０Ｗタイプの発光管３００の典型的寸法は、本管部３０１の内径φiが６.２ｍｍ、電極の先端部間距離（以下、電極間距離）Ｌeが５.０ｍｍ、放電空間の全長Ｌiが１０.０ｍｍである。従って、本管部３０１の内径φiに対する電極間距離Ｌeの比：Ｌe／φiで表される管形状パラメータは、０.８０となる。管壁負荷ｗeは、３７Ｗ／ｃｍ²という比較的高い値に設定されている。管壁負荷ｗeは、ランプ入力Ｗlaおよび放電空間を囲む本管部３０１の内表面積Ｓから、ｗe＝Ｗla／Ｓにより規定される。

例えば１５０Ｗタイプの発光管３００の典型的寸法は、本管部３０１の内径φiが１０.６ｍｍ、電極間距離Ｌeが１０.０mm、放電空間の全長Ｌiが１７.０ｍｍである。従って、管形状パラメータＬe／φiは０.９４となり、７０Ｗタイプに比べて大きく設定されている。管壁負荷ｗeは約２７Ｗ／ｃｍ²に設定されている。

上記寸法を有する７０Ｗおよび１５０Ｗのセラミックメタルハライドランプでは、それぞれランプ光束が６７００ｌｍおよび１３５００ｌｍであり、ランプ効率は９０ｌｍ／Ｗである。そして、平均演色評価数Ｒａ８５以上という優れたランプ特性が達成されている。従来の石英製の外囲器を用いたメタルハライドランプの定格寿命時間が６０００時間であるのに対し、セラミックメタルハライドランプでは９０００時間の定格寿命時間が得られている。定格寿命時間は、通常、光束維持率が初期値の７０％になるまでのエイジング時間により規定される。発光物質の組成を変えることにより、相関色温度３０００Ｋ、３５００Ｋおよび４３００Ｋのランプ光色を有する３品種が展開されている。

いわゆるショートアーク形の発光管を有する２０〜２５０Ｗのセラミックメタルハライドランプも提案されている。ショートアーク形の発光管の外囲器では、本管部の両端部の内面が半球状であり、管形状パラメータＬe／φiは０.６７〜１.２５に設定されている。一方、管壁負荷ｗeは２５〜３５Ｗ／ｃｍ²という比較的高い範囲に設定されている。放電空間に封入される発光物質としては、上述と同様に、ＤｙＩ₃、ＴｍＩ₃、ＨｏＩ₃等の希土類金属のハロゲン化物と、ＴｌＩ、ＮａＩ等の金属のハロゲン化物との組み合わせが用いられる（特許文献２参照）。

図４は、従来の屋外照明用高ワットタイプの発光管の内部構造を示す断面図である。
発光管４００の外囲器の形状は、図３のそれとは異なり、本管部４０１と細管部４０２、４０３とが一体成形されている。放電空間は、回転楕円形に近い形状を有する。発光物質としては、ヨウ化セリウム（ＣｅＩ₃）、ヨウ化プラセオジウム（ＰｒＩ₃）などの希土類金属のハロゲン化物と、ＮａＩなどの金属のハロゲン化物との組み合わせが用いられている（特許文献３参照）。

発光管４００の構造は、外囲器の形状および発光物質は異なるが、基本的には図３の低ワットタイプの発光管３００に準じている。すなわち、細管部４０２、４０３の中空には、それぞれ電極および電極支持体４０８、４０９からなる給電体が延在している。一対の電極は、それぞれタングステン製の電極棒４０４、４０５と、タングステン製のコイル４０６、４０７からなる。各電極の末端部は、電極支持体４０８、４０９の放電空間側の端部と接続されている。電極支持体４０８、４０９は、シール材４１０により細管部４０２、４０３の端部に固定される。細管部４０２、４０３の内壁と電極棒４０４、４０５との間隙には、モリブデン製のコイル４１１、４１２が設けられる。

例えば３００Ｗタイプの発光管４００の典型的寸法は、本管部４０１の内径φiが１７ｍｍ、電極間距離Ｌeが２２ｍｍ、放電空間の全長Ｌiが３１ｍｍである。発光物質としてＣｅＩ₃とＮａＩとを用いた３００Ｗタイプのメタルハライドランプでは、ランプ光束３４０００ｌｍ、ランプ効率１１３ｌｍ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａ７０という優れたランプ特性が得られている。そして、１２０００時間の定格寿命時間が達成されている。

上記のような高効率・高演色性の他に、セラミックメタルハライドランプの特長として、ランプ点灯方向による発光色変動が小さい点が挙げられる。従って、セラミックメタルハライドランプは、点灯方向自由形であると言われる。石英製の外囲器を用いた従来のメタルハライドランプの場合、本管部の管壁に排気管チップを有するため、ランプ点灯方向による発光色変動は比較的大きい。

石英製の外囲器を用いたメタルハライドランプでは、水平点灯方向の場合、発光物質が管壁の排気管チップに集積する。そのため、垂直点灯方向の場合に比べて、発光物質の蒸気圧が低下し、一般的に色温度が規格値よりも上昇する。これに対して、本管部の管壁に排気管チップを有さないＰＣＡ管は、点灯方向自由形であると言われる。エジソン口金（Ｅ形口金）が装着されたセラミックメタルハライドランプであっても、一般的に点灯方向には制限がないと考えられている。
特開２００３−２７２５６０号公報 特開平１０−１４４２６１号公報 特開２００３−８６１３０号公報

ところが、実際には、低ワット（例えば７０Ｗ）のセラミックメタルハライドランプは、点灯方向によって発光色が比較的大きく変動する、という指摘もある。例えば、典型的寸法を有する７０Ｗタイプのセラミックメタルハライドランプの場合、色温度Ｔcの平均値Ｘは、垂直点灯方向の場合は、約４３００Ｋである。しかし、水平点灯方向の場合は、例えば３７００Ｋ程度になることがある。このような発光色変動は、人間の眼でも明瞭に視認できる。従って、垂直点灯と水平点灯のセラミックメタルハライドランプを組合わせた場合、発光色の違いが目立つことになる。

セラミックメタルハライドランプの点灯方向による発光色変動を抑制するために、特許文献１では、発光管３００の管形状パラメータＬe／φiを０.４５〜０.６５の範囲に制御することが提案している。本発明は、セラミックメタルハライドランプの点灯方向による発光色変動を、さらに効果的に抑制する手段を提供することを目的とする。

石英製の外囲器を用いたメタルハライドランプでは、水平点灯方向の場合の色温度Ｔcが、垂直点灯方向の場合に比べて上昇する。一方、セラミックメタルハライドランプの発光色変動では、逆に、垂直点灯方向の場合の色温度Ｔcが、水平点灯方向の場合に比べて上昇するという特徴がある。このような発光色変動は、基本的に従来の発光管の構造自体に起因する。

すなわち、図３に示されるような従来の発光管３００を、垂直方向で点灯した場合、放電空間を規定する本管部３０１よりも下方に位置する細管部３０３に最冷点個所Ｓcが形成される。そのため、発光物質３１３は、細管部３０３の内壁とタングステン電極棒３０５との隙間に沈積し、希土類金属のハロゲン化物、ＮａＩ等の蒸気圧が低下する。その結果、発光物質３１３が放射する黄〜赤色領域のスペクトルが減少し、色温度Ｔcは上昇する。

細管部の内壁と電極棒との間隙は、必然的に形成されるものである。結局、点灯方向による発光色変動を抑制することは、低ワット〜高ワットタイプのセラミックメタルハライドランプに共通する特有の課題である。

本発明は上記課題を鑑みたものである。
本発明のメタルハライドランプは、放電空間を形成する本管部および本管部の両端部から延出された本管部より小さい外径を有する細管部からなるセラミック製の外囲器、細管部の中空に延在する一対の給電体、細管部の開口端部を密封するシール材、および放電空間内に封入されている発光物質を具備する。

ここで、一対の給電体は、先端部が放電空間内に配置された電極と、電極の末端部から延長された電極支持体とからなり、本管部の内径φiに対する電極の先端部間距離（電極間距離）Ｌeの比：Ｌe／φiで表される管形状パラメータは０.４５〜０.６５である。

さらに、発光物質は、基本成分と、副成分とからなり、基本成分は、ＤｙＩ₃、ＴｍＩ₃、ＨｏＩ₃、ＣｅＩ₃およびＰｒＩ₃よりなる群から選択される少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物ならびにナトリウムのハロゲン化物からなり、副成分は、ヨウ化水銀（ＨｇＩ₂）および臭化水銀（ＨｇＢｒ₂）よりなる群から選択される少なくとも１種の水銀のハロゲン化物からなる。希土類金属のハロゲン化物と、ナトリウムのハロゲン化物と、水銀のハロゲン化物との総量に占める水銀のハロゲン化物の含有率は、１〜１１モル％であることが好ましい。

すなわち、本発明においては、発光色変動を抑制するために、まず、発光管の管形状パラメータＬe／φiを０.４５〜０.６５の範囲に規定する。このように管形状パラメータを制御することで、例えば、ランプ入力７０Ｗで定格色温度４３００Ｋの低ワットのセラミックメタルハライドランプを量産した場合、発光管の点灯方向による色温度変動幅ΔＴcは、例えば約−１２０Ｋ以内に抑制できる。

しかし、管形状パラメータを前記範囲に制御するだけでは、セラミックメタルハライドランプの量産試作を行うと、点灯方向による発光色変動の製品間でのバラツキが比較的大きくなる。例えば量産試作されたセラミックメタルハライドランプの約１２％は、人間の眼で視認できるΔＴc≦−２００Ｋを満たす色温度変動幅を有する。なお、水平方向に点灯するセラミックメタルハライドランプおよび垂直方向に点灯するセラミックメタルハライドランプの色温度を、それぞれＴc（Ｈ）およびＴc（Ｖ）とするとき、色温度変動幅△Ｔcは、次式：
△Ｔc＝Ｔc（Ｈ）−Ｔc（Ｖ）
で定義される。

真に点灯方向自由形であるセラミックメタルハライドランプを実現するには、セラミックメタルハライドランプが量産される場合に、色温度変動幅△Ｔcのバラツキを抑制することが必要である。そこで、本発明においては、基本成分と副成分とからなる発光物質であって、基本成分はＤｙＩ₃、ＴｍＩ₃、ＨｏＩ₃、ＣｅＩ₃およびＰｒＩ₃よりなる群から選択される少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物ならびにナトリウムのハロゲン化物からなり、副成分はＨｇＩ₂およびＨｇＢｒ₂よりなる群から選択される少なくとも１種の水銀のハロゲン化物からなる発光物質を用いる。

本発明によれば、セラミックメタルハライドランプの点灯方向による発光色変動を顕著に抑制できる。また、本発明によれば、セラミックメタルハライドランプを量産する際に、色温度変動幅△Ｔcのバラツキを顕著に抑制することができ、量産可能で普及性を有するセラミックメタルハライドランプを提供できる。

また、発光物質の基本成分と副成分との総量に占める水銀のハロゲン化物の含有率を、１〜１１モル％に制御することにより、寿命試験中の立ち消えなどが抑制されるため、寿命特性を低下させることなく、セラミックメタルハライドランプの点灯方向による発光色変動を顕著に抑制できる。
本発明は、特にランプ入力７０〜１５０Ｗの低ワットタイプのセラミックメタルハライドランプにおいて有効である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の発光管１００の一例であって、点灯方向自由形の発光管１００の内部構造を示す断面図である。また、図２は、図１に示す発光管１００を外管ガラスバルブ２０１内に収容したセラミックメタルハライドランプ２００の組立構造の一例を示す側面図である。図１の発光管１００を構成する材料には、発光物質を除き、図３の発光管３００と同様のものを用いることができる。

発光管１００の外囲器は、ＰＣＡからなる。外囲器の形状は、図３のそれとほぼ同様である。外囲器は、放電空間を形成する本管部１０１と、その両端部から延出された本管部１０１より小さい外径を有する細管部１０２、１０３とからなる。図１では、本管部１０１と細管部１０２、１０３とが、焼結により接合されている。ただし、図４に示したような一体成形された外囲器を用いることもできる。

細管部１０２、１０３の中空には、それぞれ給電体が延在している。一対の給電体は、先端部が放電空間内に配置された電極と、電極の末端部から延長された電極支持体１０８、１０９とからなる。一対の電極は、それぞれタングステン製の電極棒１０４、１０５と、タングステン製のコイル１０６、１０７からなる。各電極の末端部は、電極支持体１０８、１０９の放電空間側の端部と接続されている。電極支持体１０８、１０９は、シール材１１０により細管部１０２、１０３に固定される。

本管部１０１の内径φiに対する電極間距離Ｌeの比：Ｌe／φiで表される管形状パラメータは０.４５〜０.６５である。管形状パラメータが０．４５未満となったり、０．６５を越えたりすると、セラミックメタルハライドランプの点灯方向による発光色変動を抑制することは困難になる。

電極支持体１０８、１０９は、フリットからなるシール材１１０により細管部１０２、１０３に固定される。シール材１１０は、ランプ点灯時の発光物質１１３による侵蝕を抑制するために、一般に電極支持体１０８、１０９と電極棒１０４、１０５との接合部近傍までしか充填されない。必然的に形成される細管部１０２、１０３の内壁と電極棒１０４、１０５との間隙には、モリブデン製のコイル１１１、１１２が、電極棒１０４、１０５に巻き付くように設けられる。

電極支持体１０８、１０９には、Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍｏ系の導電性サーメットが好ましく用いられる。また、シール材１１０には、Ｄｙ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のフリットが好ましく用いられる。

放電空間内には、緩衝ガスとして水銀１１４が封入され、始動補助ガスとして不活性ガスが封入される。これらの物質の封入量は、セラミックメタルハライドランプの入力電力等により変動する。当業者であれば、好ましい量を適宜選択できる。始動補助ガスとしては、例えばアルゴンが用いられる。

放電空間内に封入される発光物質１１３は、基本成分と副成分とからなる。発光物質１１３の封入量についても、セラミックメタルハライドランプの入力電力等に応じて、当業者が適宜選択できる。

基本成分は、ＤｙＩ₃、ＴｍＩ₃、ＨｏＩ₃、ＣｅＩ₃およびＰｒＩ₃よりなる群から選択される少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物ならびにナトリウムのハロゲン化物からなる。基本成分の組成は、セラミックメタルハライドランプの入力電力等に応じて、当業者が適宜選択できる。ただし、希土類金属のハロゲン化物のなかでは、セラミックメタルハライドランプの高演色性を確保する観点から、少なくともＤｙＩ₃、ＴｍＩ₃およびＨｏＩ₃よりなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。その場合、ＤｙＩ₃、ＴｍＩ₃およびＨｏＩ₃の合計が全希土類金属のハロゲン化物の８０モル％以上を占めることが好ましい。また、ＮａＩなどのナトリウムのハロゲン化物は、発光物質１１３の全体の４０〜９０モル％であることが好ましい。

副成分は、ＨｇＩ₂およびＨｇＢｒ₂よりなる群から選択される少なくとも１種の水銀のハロゲン化物からなる。このような副成分を発光物質１１３に含めることにより、セラミックメタルハライドランプを量産する際に、色温度変動幅△Ｔcのバラツキを顕著に抑制することができる。そして、量産可能で普及性を有するセラミックメタルハライドランプを提供できるようになる。

副成分を発光物質１１３に含めることにより、発光物質１１３におけるハロゲン含有量は増加する。その結果、外囲器（ＰＣＡ管）における最冷点個所Ｓcの温度が上昇し、発光物質１１３の蒸気圧が増大したときでも、余剰ハロゲンによって放電空間での基本成分の解離反応は抑制される。

基本成分の解離反応には、以下のような反応が含まれる。
２ＤｙＩ₃ → ＤｙＩ＋Ｄｙ＋５／２Ｉ₂
ＮａＩ → Ｎａ＋１／２Ｉ₂
解離反応で生成したＤｙＩ分子、Ｄｙ原子、Ｎａ原子等は、黄もしくは赤色領域の光を放射する。

セラミックメタルハライドランプを、垂直方向に点灯した場合、発光管１００の下方に位置する細管部１０３に最冷点個所Ｓcが形成されるため、発光物質１１３は、細管部１０３の内壁とタングステン電極棒１０５との隙間に沈積する。その結果、発光物質の蒸気圧は低下する。一方、セラミックメタルハライドランプを水平方向に点灯させる場合、最冷点個所Ｓcの温度Ｔwoは、垂直方向に点灯させる場合に比べて上昇する。その結果、発光物質１１３の蒸気圧が増大するが、余剰ハロゲンによって、上記のような解離反応の右方向への移動が抑制される。

解離反応の抑制により、ＤｙＩ分子、Ｄｙ原子、Ｎａ原子等からの黄もしくは赤色領域の放射パワーの増大も抑制され、色温度の低下が抑制される。このことは、水平方向に点灯するセラミックメタルハライドランプの色温度Ｔc（Ｈ）および垂直方向に点灯するセラミックメタルハライドランプの色温度Ｔc（Ｖ）を用いて、次式：
△Ｔc＝Ｔc（Ｈ）−Ｔc（Ｖ）
で定義される色温度変動幅ΔＴcが狭められることを意味する。

希土類金属のハロゲン化物と、ナトリウムのハロゲン化物と、水銀のハロゲン化物との総量に占める水銀のハロゲン化物の含有率（基本成分と副成分との総量に占める副成分の含有率）は、１〜１１モル％であることが好ましく、２〜６モル％であることが更に好ましい。副成分の含有率が１モル％より少ないと、副成分による発光色変動を抑制する効果が十分に得られないことがある。そのため、セラミックメタルハライドランプを量産する際に、色温度変動幅△Ｔcのバラツキを抑制する効果が小さくなる。一方、副成分の含有率が１１モル％より多いと、遊離沃素の作用による消弧電圧上昇が比較的激しくなることがある。その場合、寿命試験中のセラミックメタルハライドランプが立ち消えたりするなど、寿命特性が低下する。

図２は、図１の発光管１００を具備するセラミックメタルハライドランプ２００の一例であって、内部構造を示すために外管ガラスバルブ２０１を断面にした側面図である。
セラミックメタルハライドランプ２００は、窒素などが封入された外管ガラスバルブ２０１を有する。発光管１００は、外管ガラスバルブ２０１の内空間に収容されるとともに固定されている。外管ガラスバルブ２０１の材質には、硬質ガラスなどが用いられる。外管ガラスバルブ２０１の端部は、窄まった形状を有し、端部には口金２０２が装着されている。

外管ガラスバルブ２０１の端部からは、ステムガラス２０４が突出している。ステムガラス２０４には、ステムリード２０５、２０７が封着されている。発光管１００の細管部から導出された一方の電極リード２０３は、下方に位置する。電極リード２０３は、ステムリード２０５に、固定されるとともに電気的に接続されている。発光管１００の他方の電極リード２０６は、上方に位置する。電極リード２０６は、ステムリード２０７から延長された支持リード２０８に、固定されるとともに電気的に接続されている。発光管１００の廻りには、石英シールド管２０９が設けられている。石英シールド管２０９は、外管ガラスバルブ２０１の破損を防止する役割を有する。

比較例１

図３に示した従来の７０Ｗタイプの発光管を作製した。次いで、得られた発光管を用いて、図２に示した構造の７０Ｗのセラミックメタルハライドランプを作製した。外管ガラスバルブ内の窒素封入圧は４６．５ｋＰａとした。

発光管の寸法およびランプ特性を以下に示す。
細管部の外径：２．６ ｍｍ
細管部の内径：０．８ ｍｍ
細管部の全長：１４．５ ｍｍ
タングステン電極の外径：０．３５ｍｍ
タングステン電極の全長：１５．０ ｍｍ
電極支持体の外径：０．７０ｍｍ
電極支持体の全長：１２．０ ｍｍ
シール材の侵入深さ（封止長）：３．４ｍｍ
本管部の内径φi：６．２ ｍｍ
本管部の外径φo：７．４ ｍｍ
電極間距離Ｌe：５．０ ｍｍ
放電空間の全長Ｌi：１０．０ ｍｍ
管形状パラメータＬe／φi：０．８０
管壁負荷ｗe：３７Ｗ／ｃｍ²
定格色温度：４３００Ｋ

発光管内に封入した物質の組成および量を以下に示す。
ＤｙＩ₃：１０モル％
ＴｍＩ₃：１０モル％
ＨｏＩ₃：１０モル％
ＴｌＩ：１９モル％
ＮａＩ：５１モル％
発光物質の総量：２．８ｍｇ
水銀量：１０．５ｍｇ
アルゴン封入圧：約１３ｋＰａ

比較例２

本管部の内径φiと外径φoを変更することにより、管形状パラメータ等を変更したこと以外、比較例１と同様の図１に示すような７０Ｗタイプの発光管を作製した。次いで、得られた発光管を用いて、比較例１と同様の７０Ｗのセラミックメタルハライドランプを作製した。

発光管の寸法およびランプ特性の変更点等を以下に示す。
本管部の内径φi：８．５ ｍｍ
本管部の外径φo：９．７ ｍｍ
電極間距離Ｌe：５．０ ｍｍ
放電空間の全長Ｌi：１０．０ ｍｍ
管形状パラメータＬe／φi：０．５９
管壁負荷ｗe：２７Ｗ／ｃｍ²

［評価１］
比較例１および２のセラミックメタルハライドランプの量産試作を重ね、１００本のセラミックメタルハライドランプの点灯方向による発光色変動データを測定し、色温度変動幅ΔＴcを集積した。そして、色温度変動幅ΔＴcの平均値と、ΔＴcが−２００Ｋ以下になったセラミックメタルハライドランプの数の割合を求めた。表１に結果を示す。

表１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ比較例１および比較例２のセラミックメタルハライドランプの点灯方向による色温度変動幅ΔＴcの平均値Ｘと、ΔＴc≦−２００Ｋとなったセラミックメタルハライドランプの数の割合を示す。表１より、比較例２のセラミックメタルハライドランプの色温度変動幅ΔＴcの平均値Ｘは、比較例１のセラミックメタルハライドランプの約−６００Ｋに比べて、約−１２０Ｋへと大幅に改善されていることがわかる。ただし、ΔＴc≦−２００Ｋとなったセラミックメタルハライドランプの数の割合は、１２％であり、十分に小さいとは言えない。ΔＴc≦−２００Ｋの場合、その発光色変動は、人間の眼で視認されるレベルである。セラミックメタルハライドランプの量産を考えた場合には、ΔＴcのバラツキを更に小さくすることが望まれる。

発光物質の組成を変更したこと以外、比較例２と同様の図１に示すような７０Ｗタイプの発光管を作製した。次いで、得られた発光管を用いて、比較例１と同様の７０Ｗのセラミックメタルハライドランプを作製した。

発光物質の組成および量を以下に示す。
ＤｙＩ₃：１０モル％
ＴｍＩ₃：１０モル％
ＨｏＩ₃：９．５モル％
ＴｌＩ：１７．５モル％
ＮａＩ：４８．５モル％
ＨｇＩ₂：４．５モル％
発光物質の総量：３．０ｍｇ

［評価２］
実施例１のセラミックメタルハライドランプの量産試作を重ね、上記比較例と同様にして、１００本のセラミックメタルハライドランプの色温度変動幅ΔＴcの平均値と、ΔＴcが−２００Ｋ以下になったセラミックメタルハライドランプの数の割合を求めた。表１に結果を示す。

表１（ｃ）は、実施例１のセラミックメタルハライドランプの点灯方向による色温度変動幅ΔＴcの平均値Ｘと、ΔＴc≦−２００Ｋとなったセラミックメタルハライドランプの数の割合を示す。表１において、実施例１の場合、点灯方向による色温度変動幅ΔＴcの平均値Ｘは、約−６０Ｋのレベルまで一層抑制されている。さらに、セラミックメタルハライドランプの製品間におけるΔＴcのバラツキも大幅に狭められ、ΔＴc≦−２００Ｋとなったセラミックメタルハライドランプの数の割合は１％となっている。

実施例１では、垂直点灯方向では、ランプ光束約６７００ｌｍ、ランプ効率約９０ｌｍ／Ｗ、色温度約４３００Ｋ、平均演色評価数Ｒa約９０、寿命時間約９５００時間という優れたランプ特性が得られた。

以上より、本発明によれば、点灯方向による発光色変動を一層抑制することができ、セラミックメタルハライドランプが量産される際には、製品間における色温度変動幅ΔＴcのバラツキを狭めることができることがわかる。すなわち、本発明によれば、実質的に点灯方向自由形であって、量産可能な普及性あるセラミックメタルハライドランプを得ることが可能である。

次に、発光物質の組成において、希土類金属のハロゲン化物と、ナトリウムのハロゲン化物と、水銀のハロゲン化物との総量に占める水銀のハロゲン化物の含有率を変化させたこと以外、実施例１と同様のセラミックメタルハライドランプを種々作製し、実施例１と同様の評価を行った。その結果、ＨｇＩ₂の量は１〜１１モル％の範囲が好ましいことが明らかとなった。すなわち、ＨｇＩ₂の量が１モル％より少なくなると、発光色変動を抑制する効果が十分に得られないことがあった。一方、ＨｇＩ₂の量が１１モル％より多くなると、点灯中のセラミックメタルハライドランプが立ち消えたりするなど、寿命特性が低下することがあった。

なお、ヨウ化水銀（ＨｇＩ₂）の代わりに臭化水銀（ＨｇＢｒ₂）を用いるか、もしくはＨｇＩ₂とＨｇＢｒ₂とを混合して用いたセラミックメタルハライドランプにおいても、点灯方向による発光色変動に対して、上記と同様の抑制効果が得られた。

また、上記と同様の構成を有する発光管は、屋内照明用で定格色温度４３００Ｋ以外のセラミックメタルハライドランプに適用した場合にも、点灯方向による発光色変動に対して、上記同様の抑制効果が得られた。例えば、定格色温度３０００Ｋ、３５００Ｋ等の品種、ランプ入力７０Ｗ以外（例えば１５０Ｗ等）の低ワットタイプの品種、屋外照明用の高ワットタイプの品種などにおいても、同様の効果が得られた。

本発明は、点灯方向による発光色変動を顕著に抑制することが要求されるメタルハライドランプであれば、どのような希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属のハロゲン化物等が封入されたメタルハライドランプにも適用することができる。

本発明のセラミックメタルハライドランプが具備する発光管の一例の内部構造を示す断面図である。 本発明のセラミックメタルハライドランプの組立構成の一例を示す側面図である。 従来のセラミックメタルハライドランプが具備する発光管の一例の内部構造を示す断面図である。 従来のセラミックメタルハライドランプが具備する発光管の他の一例の内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１００ 発光管
１０１ 本管部
１０２、１０３ 細管部
１０４、１０５ 電極棒
１０６、１０７ タングステン製のコイル
１０８、１０９ 電極支持体
１１０ シール材
１１１、１１２ モリブデン製のコイル
１１３ 発光物質
１１４ 水銀

２００ メタルハライドランプ
２０１ 外管ガラスバルブ
２０２ 口金
２０３ 電極リード
２０４ ステムガラス
２０５ ステムリード
２０６ 電極リード
２０７ ステムリード
２０８ 支持リード
２０９ 石英シールド管

３００ 発光管
３０１ 本管部
３０２、３０３ 細管部
３０４、３０５ 電極棒
３０６、３０７ タングステン製のコイル
３０８、３０９ 電極支持体
３１０ シール材
３１１、３１２ モリブデン製のコイル
３１３ 発光物質
３１４ 水銀

４００ 発光管
４０１ 本管部
４０２、４０３ 細管部
４０４、４０５ 電極棒
４０６、４０７ タングステン製のコイル
４０８、４０９ 電極支持体
４１０ シール材
４１１、４１２ モリブデン製のコイル

Claims (2)

1. 放電空間を形成する本管部および前記本管部の両端部から延出された前記本管部より小さい外径を有する細管部からなるセラミック製の外囲器と、
   前記細管部の中空に延在する一対の給電体と、
   前記細管部の開口端部を密封するシール材と、
   前記放電空間内に封入されている発光物質と、
   を具備し、
   前記一対の給電体は、先端部が前記放電空間内に配置された電極と、前記電極の末端部から延長された電極支持体とからなり、前記本管部の内径φiに対する前記電極の先端部
   間距離Ｌeの比：Ｌe／φiで表される管形状パラメータが０.４５〜０.６５であり、
   前記発光物質は、基本成分と、副成分とからなり、
   前記基本成分は、ヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ₃）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ₃）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ₃）、ヨウ化セリウム（ＣｅＩ₃）およびヨウ化プラセオジウム（ＰｒＩ₃）よりなる群から選択される少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、ナトリウムのハロゲン化物とからなり、
   前記副成分は、ヨウ化水銀（ＨｇＩ₂）および臭化水銀（ＨｇＢｒ₂）よりなる群から選択される少なくとも１種の水銀のハロゲン化物からなるメタルハライドランプ。
2. 前記希土類金属のハロゲン化物と、前記ナトリウムのハロゲン化物と、前記水銀のハロゲン化物との総量に占める前記水銀のハロゲン化物の含有率が、１〜１１モル％である請求項１記載のメタルハライドランプ。
   

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