JP5045065B2 - Ceramic metal halide lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に一般照明に使用されるセラミックメタルハライドランプに関する。 The present invention relates to a ceramic metal halide lamp mainly used for general illumination.
一般照明用途に使用される高圧金属蒸気放電灯の発光管材料として、近年石英に代わって、透光性セラミックス製の発光管を用いた高圧金属蒸気放電灯が商品化されている。
透光性セラミックスは石英と比べて耐熱性、耐食性が高いことから、発光管の壁面負荷を石英製発光管の壁面負荷よりも高くすることで石英製の発光管を用いた高圧金属蒸気放電灯に比べて高効率、高演色、長寿命と非常に優れた特性を有し、また、石英製の発光管に比べ形状のばらつきが非常に少ないことから光源色のばらつきも非常に少なく、メタルハライドランプとして用いた場合に光源色が白色であることから150W以下を中心に店舗などの屋内照明用として普及している。
In recent years, high-pressure metal vapor discharge lamps using translucent ceramic arc tubes instead of quartz have been commercialized as arc tube materials for high-pressure metal vapor discharge lamps used in general lighting applications.
Translucent ceramics have higher heat resistance and corrosion resistance than quartz, so by making the wall load of the arc tube higher than the wall load of the quartz arc tube, a high-pressure metal vapor discharge lamp using a quartz arc tube High efficiency, high color rendering, and long life compared to the LED, and the variation of the light source color is very small because the variation of the shape is very small compared to the quartz arc tube. Since the light source color is white when used as an indoor lighting, it is widely used for indoor lighting in stores and the like centering around 150 W or less.
そして、省エネの観点から更なる高効率化を求められており、その実現のため、構造的に、3パーツもしくは5パーツを組み合わせたタイプから、細管と発光部を一体成型するタイプへと変わってきている。 And from the viewpoint of energy saving, further higher efficiency is required. To achieve this, structurally, the type that combines 3 parts or 5 parts has changed to a type in which the thin tube and light emitting part are integrally molded. ing.
発光色については、従来のセラミックメタルハライドランプは、相関色温度が3000K〜4500Kの電球色〜白色が多かったが、市場では相関色温度5000K前後の昼白色や、6500K前後の昼光色のものが要求されている。 As for the luminescent color, the conventional ceramic metal halide lamps had many bulb colors to white color with a correlated color temperature of 3000K to 4500K, but the market demands a daylight white color with a correlated color temperature of about 5000K or a daylight color of about 6500K. ing.
従来の高演色メタルハライドランプにおいて、比較的高めの色温度を実現する手段として、発光金属にディスプロシウム−タリウム−セシウム系やディスプロシウム−ネオジム−セシウム系を用いるなどの手段が知られている。 In a conventional high color rendering metal halide lamp, means for using a dysprosium-thallium-cesium system or a dysprosium-neodymium-cesium system as a light emitting metal are known as means for realizing a relatively high color temperature. .
そして、このようにディスプロシウムなどの希土類元素を用いたメタルハライドランプにおいては、所望の光色を得るためには封入した希土類ハロゲン化物の分子発光を利用する必要がある。 In such a metal halide lamp using a rare earth element such as dysprosium, it is necessary to use molecular light emission of the enclosed rare earth halide in order to obtain a desired light color.
一般的に希土類ハロゲン化物の分子発光を有効に利用するためには、ナトリウムやセシウムといった蒸気圧は低いが、励起電圧の低いアルカリ金属元素を、モル比で希土類金属元素より数倍多く封入して、アルカリ金属元素と希土類元素とハロゲンとの複合分子を作る。
この複合分子は希土類ハロゲン化物単体より遥かに高い蒸気圧を有し、励起電圧の低いアルカリ金属元素の効果によりアークを太くする作用を有するため、比較的低いアーク温度領域で発光すると言われる希土類ハロゲン化物の分子発光を著しく増大させることができる。
一般に、セシウムCsなどのアルカリ金属の封入モル比率を多くするとアークが太くなってアーク揺れを抑え、点灯を安定化させる効果があり、逆に封入モル比率が少ないとアークが細くなってアーク揺れが起こったりアーク湾曲を起こしたり、場合によってはランプ電圧が過度に上昇してランプ点灯中に突然消える立消えを起こすという傾向があることが知られている。
したがって、通常のメタルハライドランプでは、「アーク揺れを抑える」「高演色にする」という目的を達成するために、従来技術のランプでは、例えば、アルカリ金属としてセシウムを大量に封入することとしている。
In general, in order to effectively use the molecular emission of rare earth halides, an alkali metal element such as sodium or cesium having a low vapor pressure but a low excitation voltage is enclosed several times more than the rare earth metal element in a molar ratio. , Make a complex molecule of alkali metal element, rare earth element and halogen.
This composite molecule has a vapor pressure far higher than that of a rare earth halide alone and has the effect of thickening the arc due to the effect of an alkali metal element having a low excitation voltage, so that the rare earth halogen said to emit light in a relatively low arc temperature region. The molecular emission of the compound can be significantly increased.
In general, increasing the encapsulated mole ratio of alkali metals such as cesium Cs has the effect of thickening the arc and suppressing arc swing and stabilizing lighting, while conversely, if the encapsulated mole ratio is small, the arc becomes thin and the arc swing is reduced. It is known that there is a tendency to occur or cause arc bending, or in some cases, the lamp voltage to rise excessively and cause a disappearance that suddenly disappears while the lamp is on.
Therefore, in a normal metal halide lamp, in order to achieve the objectives of “suppressing arc fluctuation” and “high color rendering”, for example, in the conventional lamp, cesium is encapsulated in a large amount as an alkali metal.
しかしこのように励起電圧の低いアルカリ金属元素を多く封入すると別の問題が顕在化する。例えば、アルカリ金属としてセシウムハライドを封入した場合に、セシウム自体が赤外線を発光するためにエネルギを消費し、一般照明として重要な可視光の発光効率が上がらないという問題を生じ、セラミックメタルハライドランプの特徴である高発光効率を実現する妨げとなるだけでなく、希土類金属の分子発光が強すぎて色温度が低めになるという問題点を生じていた。
このため、後述の特許文献1においても同様の理由でセシウムCsのモル比を0.5MA〜1.0MAと比較的高めに規定している。
また、アルカリ金属として、主発光波長が589nm付近にしかないナトリウムハライドを大量に封入すれば、発光効率は上昇するが、色温度が低下するので、高色温度を実現することは困難である。
However, when a large amount of an alkali metal element having a low excitation voltage is sealed in this way, another problem becomes apparent. For example, when cesium halide is encapsulated as an alkali metal, cesium itself consumes energy because it emits infrared rays, causing the problem that the luminous efficiency of visible light, which is important for general illumination, does not increase, and features of ceramic metal halide lamps In addition to hindering the realization of the high luminous efficiency, the molecular emission of the rare earth metal is too strong and the color temperature is lowered.
Therefore, defining the relatively high molar ratio of cesium Cs for the same reason also in
Further, if a large amount of sodium halide having a main emission wavelength of only about 589 nm is encapsulated as an alkali metal, the luminous efficiency is increased, but the color temperature is lowered, so that it is difficult to realize a high color temperature.
また、従来より、高演色を得るために希土類元素を封入する場合、ディスプロシウム、ツリウム、ホルミウムはほぼ同じ効果があるとされ、この3種類のうちから適当に選択してランプに封入すれば演色性につき所望の効果があるとされてきたが、実際にはこれら3元素の発光スペクトルは同じではなく、セラミックメタルハライドランプ製品に要求されるような高いレベルの高演色を実現しつつ、所望の色度を達成しようとする時にはこれら3元素を使い分ける必要がある。 Conventionally, when encapsulating rare earth elements to obtain high color rendering, dysprosium, thulium, and holmium are said to have almost the same effect. If these are appropriately selected from these three types and encapsulated in the lamp, Although it has been said that there is a desired effect on the color rendering properties, the emission spectra of these three elements are not the same, and the desired level of high color rendering as required for ceramic metal halide lamp products is achieved. When trying to achieve chromaticity, it is necessary to use these three elements properly.
一方、特許文献1には、透光性材料からなるセラミックメタルハライドランプの発光管の内部に始動用希ガス、水銀、ハロゲン化テルビウム(TbX3)、ハロゲン化タリウム(TlX)およびハロゲン化セシウム(CsX)が封入され、かつハロゲン化ディスブロシウム(DyX3)、ハロゲン化ホルミウム(HoX3)、ハロゲン化エルビウム(ErX3)、ハロゲン化ツリウム(TmX3)の少なくとも1種を封入して、色温度をJIS規格Z9112に規定された蛍光ランプの昼光色に相当する5700〜7100Kの範囲内としたランプが開示されている。
この特許文献1の図3には、Dy−Tb−Tl−Cs−I系封入物で構成した400Wのセラミックメタルハライドランプにおいて、前記テルビウムTb及びディスプロシウムDyの総モル数をMAとしたときに、テルビウムTbのモル比が0.15MA、0.25MA、0.4MAの夫々の場合に、セシウムCsのモル比を0.5MA〜1.0MAで変化させたときの色温度の変化が示されている。
この図3によれば、色温度5000Kから11000Kまでの範囲において、ハロゲン化テルビウムの封入比率が低いほど色温度が低くなり、またハロゲン化セシウムの封入比率が低いほど色温度が低くなっている。
さらに、図2を参照すると、同仕様でタリウムTlのモル比を0.15MAとしたランプにおいて、テルビウムTb封入量をゼロにすれば色温度5000K以下にできることが判る。
FIG 3 of
According to FIG. 3, in the color temperature range from 5000K to 11000K, the lower the terbium halide encapsulation ratio, the lower the color temperature, and the lower the cesium halide encapsulation ratio, the lower the color temperature.
Still referring to FIG. 2, in lamps which are 0.15 M A molar ratio of thallium Tl in the specification, it is understood that if terbium Tb enclosed amount to zero can below the color temperature 5000K.
しかし、発明者らが、色温度が昼光色ではなくJIS規格Z9112に規定された蛍光ランプの昼白色と同等の4600K〜5500K、定格消費電力150Wの低電力ランプを同様の仕様で試作したところ、発光効率が、高効率ランプの場合に要求される85lm/Wに及ばず、80lm/W以下であった。
すなわち、発光管に封入されたセシウムCsが発光効率を低下させ、しかも定格消費電力が150Wと低電力であるため、発光効率がさらに低下したものと考えられる。
このため、セシウムCsの封入比率を少なくすれば、発光効率を高くすることができるが、現実には前述の通り、アークを安定化させるためにある一定の下限値以下にすることはできず、高効率・高演色が期待される昼光色・昼白色のセラミックメタルハライドランプとしては実用的ではない。
However, when the inventors made a prototype of a low-power lamp having a color temperature of 4600K to 5500K and a rated power consumption of 150 W, which is equivalent to the daylight white color of the fluorescent lamp specified in JIS standard Z9112, instead of daylight color, The efficiency did not reach the 85 lm / W required for a high-efficiency lamp and was 80 lm / W or less.
That is, the cesium Cs enclosed in the arc tube lowers the luminous efficiency, and the rated power consumption is as low as 150 W. Therefore, it is considered that the luminous efficiency is further lowered.
For this reason, if the encapsulation ratio of cesium Cs is reduced, the luminous efficiency can be increased, but in reality, as described above, it cannot be made below a certain lower limit value in order to stabilize the arc, It is not practical as a daylight / daylight ceramic metal halide lamp that is expected to have high efficiency and high color rendering.
そこで本発明は、発光効率および演色性を低下させることなく、色温度4600K以上で発光させることができ、これにより、JIS規格Z9112に規定された蛍光ランプの昼白色または昼光色と同等の色度範囲のランプを提供することを技術的課題としている。 Therefore, the present invention can emit light at a color temperature of 4600 K or higher without deteriorating the light emission efficiency and color rendering, and thereby, the chromaticity range equivalent to the daylight white color or daylight color of the fluorescent lamp defined in JIS standard Z9112. It is a technical challenge to provide a lamp.
この課題を解決するために、本発明は、金属ハロゲン化物、水銀及び始動用希ガスを封入した発光部と、その両端に配置される一対の電極アセンブリを挿通したキャピラリとが、セラミックで形成された発光管を備えたセラミックメタルハライドランプにおいて、点灯状態における発光部の最冷部温度が800℃以上、発光部の肉厚が平均肉厚±20%に形成された前記発光管内に、前記金属ハロゲン化物として、ディスプロシウム、ホルミウム、タリウム及びセシウムの各ハロゲン化物のみが封入され、ハロゲン化ナトリウムの封入モル数が0に規定され、ディスプロシウム及びホルミウムの封入モル数を夫々MD及びMHとしたときに、セシウムの封入モル数MC及びタリウムの封入モル数MTが、夫々次式により算出される範囲の値に規定されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
[式] 0<MC/(MD+MH)≦0.4
0.1≦MT/(MD+MH)≦0.5
In order to solve this problem, according to the present invention, a light emitting part in which a metal halide, mercury, and a starting rare gas are sealed, and a capillary through which a pair of electrode assemblies arranged at both ends thereof are inserted, are formed of ceramic. In the ceramic metal halide lamp provided with the luminous tube, the metal halogen is disposed in the luminous tube in which the coldest temperature of the light emitting portion in the lighting state is 800 ° C. or more and the thickness of the light emitting portion is an average thickness of ± 20%. As halides, only dysprosium, holmium, thallium and cesium halides are encapsulated, the number of moles of sodium halide encapsulated is defined as 0, and the number of moles of dysprosium and holmium encapsulated is M D and M H, respectively. and when, sealed moles M C and encapsulating moles M T thallium cesium, the range of values calculated by the respective following formulas Ceramic metal halide lamp, characterized in that it is defined.
[Formula] 0 < M C / (M D + M H ) ≦ 0.4
0.1 ≦ M T / (M D + M H ) ≦ 0.5
本発明によれば、発光部の肉厚が平均肉厚±20%以内に抑えた上で、且つ、発光管の最冷部が800℃以上になるように形成されているので、発光管内部の温度分布をディスプロシウム及びホルミウムの希土類金属のハロゲン化物が充分蒸発し得る状態に保持し、その結果、安定的なアークを生じさせることができる。
なお、実験によれば、このときの蒸気圧が発光に適した50〜100Paであった。
According to the present invention, the thickness of the light emitting part is suppressed to an average thickness within ± 20%, and the coldest part of the light emitting tube is formed to be 800 ° C. or higher. Is maintained in such a state that the dysprosium and holmium rare earth metal halides can sufficiently evaporate, and as a result, a stable arc can be generated.
According to the experiment, the vapor pressure at this time was 50 to 100 Pa suitable for light emission.
また、発明者の実験によれば、4600K以上の高色温度と高演色と高効率とを同時に実現するために、希土類金属の原子発光(短波長領域)と、希土類金属ハロゲン化物の分子発光(長波長領域)とを好適な比率でバランスさせることが必要であることが判明した。
原子発光は高温を必要とするためアーク中心部で生じ、分子発光は比較的低温のアーク外縁部付近で生ずる。
したがって、アークが細ければ分子発光が生じる空間領域が小さくなるため原子発光の比率が大きく、アークが太ければ分子発光が生じる空間領域が大きくなるため分子発光の比率が大きくなる。
ここで、タリウムはアークを太くする効果を有するので、本発明では所要量のタリウムを封入することにより、希土類金属ハロゲン化物が分子発光するようなアーク温度領域を確保するとともに、分子発光の比率が高すぎないような太さに調整することができ、高演色性を実現することができた。
In addition, according to the inventors' experiments, in order to simultaneously achieve a high color temperature of 4600 K or higher, high color rendering, and high efficiency, atomic emission of a rare earth metal (short wavelength region) and molecular emission of a rare earth metal halide ( It has been found necessary to balance the long wavelength region) at a suitable ratio.
Atomic emission requires a high temperature and therefore occurs at the center of the arc, while molecular emission occurs near the arc edge at a relatively low temperature.
Therefore, if the arc is thin, the spatial region in which molecular light emission occurs is small, so the atomic emission ratio is large, and if the arc is thick, the spatial region in which molecular light emission is large is large, so the molecular light emission ratio is large.
Here, since thallium has the effect of thickening the arc, in the present invention, by encapsulating a required amount of thallium, an arc temperature region is ensured in which the rare earth metal halide emits molecules, and the ratio of molecular emission is increased. The thickness could be adjusted so as not to be too high, and high color rendering properties could be realized.
この場合、セシウムを少量加えることにより、以下の効果が得られる。
すなわち、希土類金属を分子発光させる効果はタリウムよりむしろセシウムの方が優れており、本発明にて規定している程度の封入量であれば、赤外発光による可視光の発光効率の低下よりも、希土類ハロゲン化物の分子発光による発光効率の上昇の程度が大きく、したがって高発光効率のランプが得られる。
また、タリウム封入量のみを増減して希土類金属の発光を最適化しようとすると、タリウム自体の発光による色変化を考慮する必要を生ずることもあり、この場合は最適化作業が面倒になるため、セシウムを少量加えることが高効率高演色を図る上で都合が良い。
In this case, the Rukoto added a small amount of cesium, the following effects can be obtained.
In other words, the effect of molecular light emission of rare earth metals is superior to cesium rather than thallium, and if the amount of encapsulation is as specified in the present invention, rather than a decrease in the luminous efficiency of visible light due to infrared emission. The degree of increase in luminous efficiency due to molecular emission of rare earth halides is large, and therefore a lamp with high luminous efficiency can be obtained.
Also, if you try to optimize the emission of rare earth metals by increasing or decreasing only the amount of thallium enclosed, it may be necessary to consider the color change due to the emission of thallium itself, in this case the optimization work becomes troublesome, It is convenient to add a small amount of cesium to achieve high efficiency and high color rendering.
このように、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属を封入しなくても、希土類金属のハロゲン化物を蒸発させて安定的なアークを生じさせることができるので、分子発光を利用できるだけでなく、希土類原子の原子発光をも利用して高色温度のランプを得ることができる。
特に、本発明では相関色温度低下の原因となるナトリウムは封入されていないので相関色温度の低下を阻止して、昼光色及び昼白色で発光させることができる。
さらに、発光効率低下の原因となるセシウムの封入量も低下させることができるので、発光効率85(lm/W)以上に維持することができる。
そして、この結果、高い発光効率と高い演色性を保ったまま、色温度4600K以上で発光させることができるランプとなる。
Thus, since it is possible to generate a stable arc by evaporating the halide of the rare earth metal without enclosing an alkali metal such as sodium or cesium, not only can molecular light emission be utilized, A lamp having a high color temperature can be obtained by utilizing atomic emission.
In particular, in the present invention, sodium that causes a decrease in the correlated color temperature is not enclosed, so that the decrease in the correlated color temperature can be prevented and light can be emitted in daylight color and daylight white.
Furthermore, since the amount of cesium encapsulated that causes a decrease in luminous efficiency can be reduced, the luminous efficiency can be maintained at 85 (lm / W) or more.
As a result, the lamp can emit light at a color temperature of 4600K or higher while maintaining high luminous efficiency and high color rendering.
なお、請求項2によれば色温度4600〜5500Kのランプとなり、請求項3によれば色温度5700〜7100Kのランプとなる。
これによりJIS規格Z9112に規定された蛍光ランプの昼白色または昼光色と同等の色度範囲の発光色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。
According to
As a result, a ceramic metal halide lamp having a light emission color in the chromaticity range equivalent to the daylight white color or daylight color of the fluorescent lamp defined in JIS standard Z9112 can be realized.
本例では、セラミックメタルハライドランプの発光効率および演色性を低下させることなく、4600K以上の色温度範囲で発光させることができるようにするという目的を達成するために、点灯状態における発光部の最冷部温度が800℃以上、発光部の肉厚が平均肉厚±20%に形成された前記発光管内に、前記金属ハロゲン化物として、ディスプロシウム、ホルミウム、タリウム及びセシウムの各ハロゲン化物のみが封入され、ハロゲン化ナトリウムの封入モル数が0に規定され、ディスプロシウム及びホルミウムの封入モル数を夫々MD及びMHとしたときに、セシウムの封入モル数MC及びタリウムの封入モル数MTが、夫々次式により算出される範囲の値に規定されていることを特徴とする。
[式] 0<MC/(MD+MH)≦0.4
0.1≦MT/(MD+MH)≦0.5
In this example, in order to achieve the purpose of allowing light emission in a color temperature range of 4600K or higher without reducing the light emission efficiency and color rendering of the ceramic metal halide lamp, Only the dysprosium, holmium, thallium and cesium halides are encapsulated as the metal halide in the arc tube in which the part temperature is 800 ° C. or more and the thickness of the light emitting part is formed with an average thickness of ± 20%. When the number of moles of sodium halide enclosed is defined as 0, and the number of moles of dysprosium and holmium is M D and MH , respectively, the number of moles of cesium sealed M C and the number of moles of thallium sealed M T is defined as a range value calculated by the following equation.
[Formula] 0 < M C / (M D + M H ) ≦ 0.4
0.1 ≦ M T / (M D + M H ) ≦ 0.5
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図1は本発明にかかるメタルハライドランプの要部を示す説明図、図2はその全体外管図、図3はセシウム封入量による発光効率の変化を示すグラフ、図4はタリウム封入量による平均演色評価指数Raの変化を示すグラフ、図5はディスプロシウム及びホルミウムの封入量による発光色の変化を示すグラフ、図6は各実施例のx−y色度図上における発光色変化を示すグラフ、図7は発光金属の封入量を示す表である。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing the main part of a metal halide lamp according to the present invention, FIG. 2 is an overall outer tube diagram thereof, FIG. 3 is a graph showing a change in luminous efficiency depending on the amount of cesium enclosed, and FIG. Graph showing change in evaluation index Ra, FIG. 5 is a graph showing change in emission color depending on the amount of dysprosium and holmium enclosed, and FIG. 6 is a graph showing change in emission color on the xy chromaticity diagram of each example. FIG. 7 is a table showing the amount of light-emitting metal enclosed.
本例のセラミックメタルハライドランプ1は、アルミナなど透光性セラミックで形成された発光管2が、片端に口金12を有する外球13内に収容配設されてなる。
発光管2は、発光部3とキャピラリ4A、4Bが透光性アルミナの粉末圧縮体で一体成形されて成り、発光部3の内部には金属ハロゲン化物、水銀及び始動用希ガスが封入されている。
また、略回転楕円型発光部3の両端に形成されたキャピラリ4R、4Lには、電極5、5を備えた一対の電極アセンブリ6A、6Bが挿通されて、そのキャピラリ4R、4Lの両端が、電気絶縁性を有するフリットガラスによって気密にシールされると同時に、該シール材によって電極アセンブリ6A、6Bが、キャピラリ4R、4L内の定位置に固定されている。
The ceramic
The
Further, a pair of electrode assemblies 6A and
そして、口金12のステム14に立設された2本の支柱15、16に、サポートディスク17、17が所定間隔で固定され、その中心に形成された挿通孔にキャピラリ4R、4Lが挿通されて発光管2が取り付け支持されると共に、該ディスク17、17に発光部3を囲むように透光性スリーブ18が固定されている。
さらに、キャピラリ4R、4Lの端末から突出する電力供給リード7、7を各支柱15、16に直接溶接するか又はニッケルリボン線19,19を介して溶接することにより口金12に電気的に接続されている。
The
Furthermore, the power supply leads 7 and 7 protruding from the ends of the capillaries 4R and 4L are electrically connected to the
この発光管2は、点灯状態における最冷部温度が800℃以上、発光管2からキャピラリ4R、4L部分を除いた発光部3の肉厚がその平均肉厚±20%に形成されている。
最冷部温度を800℃とするために、本例では、完璧負荷が25.6W/cm2(定格消費電力150W、内表面積5.86cm2、発光管内容積1.2cc)となるように発光部3が形成されている。
The
In order to set the coldest part temperature to 800 ° C., in this example, light emission is performed so that the perfect load is 25.6 W / cm 2 (rated power consumption 150 W, inner surface area 5.86 cm 2 , arc tube inner volume 1.2 cc).
また、発光部3は略回転楕円型に形成され、その肉厚が平均肉厚±20%に形成されている。本例では、
平均肉厚tav=8.5mm
に対し、
最小肉厚tmin=0.78mm
最大肉厚tmax=0.98mm
となっており、
許容最小肉厚tav−20%=0.68mm
最大許容肉厚tav+20%=1.02mm
であるので、平均肉厚±20%の許容肉厚寸法内で形成されている。
これにより、発光管発光部3内の最冷部温度を800℃以上に保持するために必要な管壁負荷を小さくでき、発光部内の温度差を従来より小さくできる。このため、希土類金属ヨウ化物と発光部内壁面を構成する材料との化学反応速度を低く抑えることができ、ランプ寿命を伸ばすことができる。
なお、セラミックメタルハライドランプの中には発光部とキャピラリ部とを3ピースまたは5ピースの部品に分けて加工し、それらを発光管焼結時の収縮による焼ばめによって組み立てる発光管がある。このタイプの組立型発光管は、部品を焼ばめする際の機械的強度を確保するために、発光部の端部が発光部中央付近の1.5倍以上の厚肉になっているのが一般的である。
この場合、厚肉部の放熱が他所より大きいため、厚肉部の温度が上がりにくく、この部分の温度を800℃以上に維持するためには管壁負荷を高めに設定しなければならず、その結果、発光部内における温度差が大きくなり、高温部において希土類金属ヨウ化物と発光管内壁面を構成する材料との化学反応速度が高くなり、発光管内壁面の浸食が速まってランプ寿命が短くなるという問題を生ずる。
ただし、発光部の肉厚ばらつきが平均肉厚±20%以内に抑えられていれば、組立型発光管であっても本発明と同様の効果を奏する。
Further, the
Average wall thickness t av = 8.5mm
Whereas
Minimum thickness t min = 0.78mm
Maximum wall thickness tmax = 0.98mm
And
Allowable minimum wall thickness t av -20% = 0.68mm
Maximum allowable wall thickness t av + 20% = 1.02 mm
Therefore, it is formed within an allowable thickness dimension of an average thickness ± 20%.
Thereby, the tube wall load required for maintaining the coldest part temperature in the arc tube light-emitting
Among the ceramic metal halide lamps, there is an arc tube in which the light emitting portion and the capillary portion are processed by dividing them into three-piece or five-piece parts, and these are assembled by shrink fitting by shrinkage during arc tube sintering. In this type of assembled arc tube, the end of the light emitting part is 1.5 times thicker than the vicinity of the center of the light emitting part in order to ensure the mechanical strength when parts are fitted. Is common.
In this case, since the heat radiation of the thick part is larger than elsewhere, the temperature of the thick part is difficult to rise, and in order to maintain the temperature of this part at 800 ° C. or higher, the tube wall load must be set high. As a result, the temperature difference in the light emitting part is increased, the chemical reaction rate between the rare earth metal iodide and the material constituting the inner wall of the arc tube is increased in the high temperature part, the erosion of the inner wall surface of the arc tube is accelerated, and the lamp life is shortened. This causes the problem.
However, if the variation in the thickness of the light emitting portion is suppressed within an average thickness of ± 20%, even the assembled arc tube has the same effect as the present invention.
また、発光部3は略回転楕円型に形成され、最大径をd、電極間距離をALとしたときに、その比d/ALが、
0.8≦d/AL≦1.5
となるように範囲に選定され、本例では、
電極間距離AL=10.0(mm)
最大径d=12.5(mm)
に設計されている。
d/ALの値を上記のように設定することは本発明の効果を得るために必ずしも必要ではないが、経験上この値の範囲であれば、発光部内の温度分布が良好な範囲に収まり、ランプライフ中の長期間に渡って発光部クラックなどの問題が起こりにくい。
d/ALが0.8より小さい細長形状の発光部を有するランプでは、光軸を垂直にして点灯した場合に下側電極に近い発光部端部付近に最冷部を生じるが、この最冷部を800℃以上に維持しつつ最高温度を比較的低温にするような設計は技術的に不可能ではないが、かなり難しく、設計裕度が小さくなってしまう。
d/ALが1.5を越える太くて短かい形状の発光部を有するランプでは、光軸を水平にして点灯した場合に発光部中央下側付近に最冷部を生じるが、この最冷部を800℃以上に維持するためには管壁負荷を高く設定する必要がある。そうすると、発光部内における温度差が大きくなり、特に発光部中央上側付近の発光管内壁面が高温となって希土類金属ヨウ化物と発光管内壁面を構成する材料との化学反応速度が高くなり、発光部内壁面の浸食が速まってランプ寿命が短くなる。
Further, the
0.8 ≦ d / A L ≦ 1.5
In this example, the range is selected so that
Distance between electrodes A L = 10.0 (mm)
Maximum diameter d = 12.5 (mm)
Designed to.
Setting the value of d / AL as described above is not always necessary to obtain the effect of the present invention, but experience shows that the temperature distribution in the light emitting part is within a good range as long as it is within this value range. In addition, problems such as cracks in the light emitting portion are unlikely to occur over a long period of time during the lamp life.
The d / A L lamp having a light emitting portion of less than 0.8 elongated, but results in a coolest portion in the vicinity of the light emitting portion end closer to the lower electrode when lit light axes perpendicular, the outermost Although it is not technically impossible to design the maximum temperature relatively low while maintaining the cold part at 800 ° C. or higher, it is quite difficult and the design margin is reduced.
In the lamp having a light emitting portion of the thick and short shape d / A L exceeds 1.5, but results in a coolest portion in the vicinity of the light emitting portion lower center when lit optical axis in the horizontal, the coldest In order to maintain the part at 800 ° C. or higher, it is necessary to set the tube wall load high. As a result, the temperature difference in the light emitting part increases, and in particular, the inner wall surface of the arc tube near the upper center of the light emitting part becomes high temperature, and the chemical reaction rate between the rare earth metal iodide and the material constituting the inner wall surface of the arc tube increases. The erosion of the lamp is accelerated and the lamp life is shortened.
さらに、金属ハロゲン化物として、ディスプロシウム、ホルミウム、タリウム及びセシウムの各ハロゲン化物のみが封入され、ハロゲン化ナトリウムの封入モル数が0に規定されている。
また、ディスプロシウム及びホルミウムの封入モル数を夫々MD及びMHとしたときに、セシウムの封入モル数MC及びタリウムの封入モル数MTを、夫々次式により算出される範囲の値に規定した。
[式] 0<MC/(MD+MH)≦0.4
0.1≦MT/(MD+MH)≦0.5
Further, only dysprosium, holmium, thallium and cesium halides are encapsulated as metal halides, and the number of moles of sodium halide encapsulated is defined as 0.
Also, when the sealed moles of dysprosium and holmium and respectively M D and M H, inclusion moles M T encapsulation moles M C and thallium cesium, the range of values calculated by the respective following formulas Stipulated.
[Formula] 0 < M C / (M D + M H ) ≦ 0.4
0.1 ≦ M T / (M D + M H ) ≦ 0.5
さらに、ディスプロシウム及びホルミウムの封入モル比MD/MHにつき、発光色をJIS規格Z9112に規定する蛍光ランプの昼光色とする場合は、
0.2≦MD/MH≦0.4
に規定され、発光色を同規格に規定する蛍光ランプの昼白色とする場合は、
0.4<MD/MH≦0.6
に規定されている。
In addition, for the enclosed molar ratio M D / MH of dysprosium and holmium, when the emission color is the daylight color of a fluorescent lamp specified in JIS standard Z9112,
0.2 ≦ M D / M H ≦ 0.4
If the light emission color is the daylight white of the fluorescent lamp specified in the same standard,
0.4 <M D / M H ≦ 0.6
It is stipulated in.
図3は、タリウムTl、ディスプロシウムDy、ホルミウムHoの各発光金属の封入モル数を固定し、セシウムCsの封入モル数MCを変化させたときの発光効率の変化を示すグラフである。
本例では、ディスプロシウムDy、ホルミウムHo、タリウムTlの封入モル数MD、MH、MTを以下の通りとした。
MD≒1.4×10−3mol
MH≒2.8×10−3mol
MT≒0.9×10−3mol
また、セシウムCsの封入モル数MCを、以下の範囲で変化させた。
0≦MC/(MD+MH)≦0.5
これによれば、0≦MC/(MD+MH)≦0.4のときに発光効率が85[lm/W]以上であり、0.4<MC/(MD+MH)のときに、発光効率が85[lm/W]未満に低下することがわかる。
また、0≦MC/(MD+MH)≦0.2の範囲ではセシウムを増加させるに従って発光効率が増大していくが、0.2を超えると、それ以上セシウムを増加しても発光効率は減少していく。
これは、セシウムCsには「希土類金属の蒸気圧を高める」「可視光の発光効率を下げる」という2種類の効能があるが、0.2以下の範囲では前者の影響が大きく、セシウム比がそれより多くなると後者の影響が支配的になってしまうためと考えられる。
また、この傾向は他の金属の封入モル数が変化しても同様であった。
したがって、この結果より、発光効率85[lm/W]以上の高効率に維持するためには、セシウムCsの封入モル数MCが、0≦MC/(MD+MH)≦0.4であることが導かれる。
3, thallium Tl, dysprosium Dy, inclusion moles of the luminescent metal holmium Ho fixing is a graph showing changes in luminous efficiency when changing the enclosed moles M C cesium Cs.
In this example, the number of moles M D , M H and M T of dysprosium Dy, holmium Ho, and thallium Tl are set as follows.
M D ≈1.4 × 10 −3 mol
M H ≈2.8 × 10 −3 mol
M T ≈0.9 × 10 −3 mol
Further, the inclusion moles M C cesium Cs, was varied in the following range.
0 ≦ M C / (M D + M H) ≦ 0.5
According to this, 0 ≦ M C / emission efficiency when the (M D + M H) ≦ 0.4 is not less 85 [lm / W] or more, 0.4 <M C / in (M D + M H) Sometimes the luminous efficiency decreases to less than 85 [lm / W].
Further, 0 ≦ M in the range of C / (M D + M H ) ≦ 0.2 continue to increase light emitting efficiency according to increasing cesium, but when it exceeds 0.2, increase even emit more cesium Efficiency will decrease.
This is because cesium Cs has two types of effects: “increase the vapor pressure of rare earth metals” and “decrease the luminous efficiency of visible light”, but the range of 0.2 or less has the effect of the former, and the cesium ratio is It is thought that the influence of the latter becomes dominant when it becomes more than that.
This tendency was the same even when the number of moles of other metals encapsulated was changed.
Therefore, from this result, in order to maintain the luminous efficiency 85 [lm / W] or more high efficiency, enclosed moles M C cesium Cs is, 0 ≦ M C / (M D + M H) ≦ 0.4 It is led to be.
図4は、セシウムCs、ディスプロシウムDy、ホルミウムHoの各発光金属の封入モル数を固定し、タリウムTlの封入モル数MTを変化させたときの平均演色評価数Ra及び発光効率の変化を示すグラフである。
本例では、ディスプロシウムDy、ホルミウムHo、セシウムCsの封入モル数MD、MH、MCを以下の通りとした。
MD≒1.4×10−3mol
MH≒2.8×10−3mol
MC≒1.2×10−3mol
また、タリウムTlの封入モル数MTを、以下の範囲で変化させた。
0≦MT/(MD+MH)≦0.6
これによれば、0≦MT/(MD+MH)≦0.5のときに平均演色評価数Ra≧90となり、0.5<MT/(MD+MH)のときに平均演色評価数Ra<90となり、それ以上は、タリウム封入量を増加しても平均演色評価数Raは減少していく。
また、MT/(MD+MH)の値が減少するに従って発光効率は減少し、MT/(MD+MH)<0.1のときに発光効率が85[lm/W]未満に低下することがわかる。
これらの傾向は他の金属の封入モル数が変化しても同様であった。
したがって、この結果より、タリウムの最適封入モル数MTは、以下の範囲であることが導かれる。
0.1≦MT/(MD+MH)≦0.5
4, cesium Cs, dysprosium Dy, inclusion moles of the luminescent metal holmium Ho fixed, changes in the general color rendering index Ra and the luminous efficiency when changing the enclosed moles M T thallium Tl It is a graph which shows.
In this embodiment, dysprosium Dy, holmium Ho, enclosed moles M D cesium Cs, M H, a M C were as follows.
M D ≈1.4 × 10 −3 mol
M H ≈2.8 × 10 −3 mol
M C ≈1.2 × 10 −3 mol
In addition, the number of moles M T enclosed in thallium Tl was changed in the following range.
0 ≦ M T / (M D + M H ) ≦ 0.6
According to this, the average color rendering index Ra ≧ 90 when 0 ≦ M T / (M D + M H ) ≦ 0.5, and the average color rendering when 0.5 <M T / (M D + M H ). The evaluation number Ra <90, and beyond that, the average color rendering evaluation number Ra decreases even if the thallium filling amount is increased.
Also, the emission efficiency decreases as the value of M T / (M D + M H ) decreases, and the emission efficiency is less than 85 [lm / W] when M T / (M D + M H ) <0.1. It turns out that it falls.
These tendencies were the same even when the number of moles of other metals contained was changed.
Therefore, from this result, the optimum number of moles M T of thallium enclosed is derived from the following range.
0.1 ≦ M T / (M D + M H ) ≦ 0.5
図5は、セシウムCs、タリウムTlの封入モル数を固定し、ディスプロシウムDy、ホルミウムHoの封入モル比MD/MHを変化させたときの色温度の変化を示すグラフである。
本例では、セシウムCs及びタリウムTlの封入モル数MC及びMTを以下の通りとした。
MC≒1.2×10−3mol
MT≒0.9×10−3mol
また、ディスプロシウムDy、ホルミウムHoの封入モル比MD/MHを以下の通り変化させた。
0.1≦MD/MH≦0.7
これによれば、0.2≦MD/MH≦0.37のときに色温度が、JIS規格Z9112に規定される蛍光ランプの昼光色に相当する5700〜7100Kとなり、0.4≦MD/MH≦0.6のときは同規格の昼白色に相当する4600〜5500Kとなり、この傾向は他の金属の封入モル数が変化しても同様であった。
FIG. 5 is a graph showing the change in color temperature when the number of moles of cesium Cs and thallium Tl is fixed and the mole ratio M D / MH of dysprosium Dy and holmium Ho is changed.
In this example, the number of moles of encapsulated M C and M T of cesium Cs and thallium Tl is as follows.
M C ≈1.2 × 10 −3 mol
M T ≈0.9 × 10 −3 mol
Also, dysprosium Dy, inclusion molar ratio M D / M H holmium Ho varied as follows.
0.1 ≦ M D / M H ≦ 0.7
According to this, when 0.2 ≦ M D / M H ≦ 0.37, the color temperature is 5700-7100 K corresponding to the daylight color of the fluorescent lamp defined in JIS standard Z9112, and 0.4 ≦ M D When / M H ≦ 0.6, the value was 4600-5500 K corresponding to the daytime white color of the same standard, and this tendency was the same even when the number of moles of other metals enclosed was changed.
図6は実施例1〜5、比較例1〜2の合計7種類のメタルハライドランプ1を100時間点灯させたときの発光色をx−y色度図で示したものである。
実施例1〜5、比較例1〜2の夫々のランプのハロゲン化物としての金属の封入モル数及びモル比は、図7の通りである。
FIG. 6 is an xy chromaticity diagram showing emission colors when seven types of
FIG. 7 shows the number of moles and molar ratio of the metal as the halide of each of the lamps of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2.
発光部3の各部の温度は、赤外線放射温度計を使用し、発光部3表面を1mm2の正方形要素に分割して、各要素の温度を測定した。
また、外球13を外し、発光部3を真空チャンバー中にて点灯し、熱電対にて温度測定した値を用いて放射温度計の測定値を較正した。
The temperature of each part of the
Moreover, the outer bulb |
いずれの場合も、セラミックメタルハライドランプ1を、口金12が上方になるように鉛直方向に立てて点灯した場合、発光管の最冷部は口金12側のキャピラリ4Rと、発光部3との境界位置P1であり、いずれの場合も、その温度は810℃前後であった。
また、セラミックメタルハライドランプ1を、水平方向に倒して点灯した場合、発光管の最冷部は発光部3の最大径部下側位置P2であり、その温度は823℃前後であった。
In any case, when the ceramic
Further, a ceramic
実施例1は、ディスプロシウムDy、ホルミウムHo、タリウムTl、セシウムCsの封入モル数MD、MH、MT、MCを以下の通りとした。
MD≒1.6×10−3mol
MH≒2.8×10−3mol
MT≒0.9×10−3mol
MC≒1.2×10−3mol
実施例2及び3は、セシウムCsの封入モル数MCを夫々、以下の通りとする以外は、実施例1と同様である。
MC≒1.5×10−3mol
MC≒0.0×10−3mol
実施例1〜3の場合、いずれも、発光色がJIS規格Z9112に規定される蛍光ランプの昼白色範囲に入っており、平均演色評価数Ra=94〜95、発光効率=85[lm/W]であった。
なお、実施例1のハロゲン化物としての金属の封入モル数は合計6.5×10−3molであり、発光管2の単位容積あたりの総封入モル数は5.410−3mol/ccとなる。この値は本実施例に使用した発光管および点灯条件において最適な封入量であったが、封入量がこの値の0.5倍から2倍程度に変化しても、発光特性はあまり影響を受けなかった。
発光管その他のランプ形状を本実施例と同じにした場合、発光部3の最冷部温度を本発明にて規定した下限値の800℃としたランプでは、ハロゲン化物としての金属の総封入モル数は実施例1に示した量よりも多めにした方がよい結果が得られる。一方、発光部3の最冷部温度を高めに設定したランプでは、ハロゲン化物としての金属の総封入モル数を実施例1に示した量よりも少なめにした方がよい結果が得られる。ただし、最冷部温度が950℃を越えるような条件で点灯させた場合、発光管最高温度が1200℃を越える場合があり、この場合には発光管2の内壁面が急速に劣化して数百時間で発光管2がクラックして極端な短寿命ランプとなる。
Example 1 was dysprosium Dy, holmium Ho, thallium Tl, enclosed moles M D cesium Cs, M H, M T, as follows the M C.
M D ≈1.6 × 10 −3 mol
M H ≈2.8 × 10 −3 mol
M T ≈0.9 × 10 −3 mol
M C ≈1.2 × 10 −3 mol
Examples 2 and 3, respectively encapsulated moles M C cesium Cs, except that the following are the same as in the first embodiment.
M C ≒ 1.5 × 10 -3 mol
M C ≈0.0 × 10 −3 mol
In each of Examples 1 to 3, the emission color is in the daylight white range of the fluorescent lamp specified in JIS standard Z9112, the average color rendering index Ra = 94 to 95, luminous efficiency = 85 [lm / W ]Met.
In addition, the total number of moles of metal encapsulated as the halide of Example 1 is 6.5 × 10 −3 mol, and the total number of moles enclosed per unit volume of the
When the shape of the arc tube and other lamps is the same as in the present embodiment, the total encapsulated mole of metal as a halide is used in a lamp in which the coldest part temperature of the
比較例1の場合、セシウムの封入モル数MCを以下の通りとする以外は、実施例1と同様である。
MC≒2×10−3mol
この場合、モル比でMC/(MD+MH)=0.44と、モル比で0.4を超えており、発光色のy値が大となる方向にずれ、平均演色評価数Raは90であるが、発光効率が80[lm/W]まで低下している。
比較例2の場合、タリウムの封入モル数MTを以下の通りとする以外は、実施例1と同様である。
MT≒2.4×10−3mol
この場合、モル比でMT/(MD+MH)=0.55と、0.25を大幅に超えており、発光効率は90[lm/W]と高いものの、発光色のy値が大となる方向にずれ、平均演色評価数Raも85と低下している。
For Comparative Example 1, except that the following inclusion moles M C of cesium, the same as in Example 1.
M C ≈2 × 10 −3 mol
In this case, M C / (M D + M H ) = 0.44 in terms of molar ratio, exceeding 0.4 in terms of molar ratio, and the y value of the emission color is shifted in the direction of increasing, and the average color rendering index Ra Is 90, but the luminous efficiency is reduced to 80 [lm / W].
For Comparative Example 2, except that the following inclusion moles M T of data helium, it is the same as the first embodiment.
M T ≈2.4 × 10 −3 mol
In this case, the molar ratio M T / (M D + M H ) = 0.55, which greatly exceeds 0.25 and the luminous efficiency is as high as 90 [lm / W], but the y value of the luminescent color is high. The average color rendering index Ra is also reduced to 85.
実施例4は、ディスプロシウムの封入モル数MDを以下の通りとする以外は、実施例1と同様である。
MD≒1.0×10−3mol
この場合、モル比MD/MH=0.36と、0.40未満となっており、発光色がJIS規格Z9112に規定される蛍光ランプの昼光色範囲となり、平均演色評価数Ra=90、発光効率=85[lm/W]であった。
Example 4, except that the following inclusion moles M D of dysprosium are the same as in Example 1.
M D ≒ 1.0 × 10 -3 mol
In this case, the molar ratio M D / M H = 0.36, less than 0.40, the emission color is the daylight color range of the fluorescent lamp defined in JIS standard Z9112, and the average color rendering index Ra = 90, Luminous efficiency = 85 [lm / W].
実施例5は、360Wのセラミックメタルハライドランプを設計した例を示す。外観形状は実施例1に示す150Wのセラミックメタルハライドランプとほぼ相似形であるが、
点灯状態における最冷部温度が800℃以上、発光部の肉厚が平均肉厚±20%に形成された発光部3は、その最大径d=19mm、電極間距離AL=22mm、内表面積は19.15cm2であり、管壁負荷は18.8W/cm2となっている。発光管2の内容積は7.1ccであった。
Example 5 shows an example in which a 360 W ceramic metal halide lamp is designed. Although the external shape is almost similar to the 150 W ceramic metal halide lamp shown in Example 1,
The
この発光部3に封入するディスプロシウムDy、ホルミウムHo、タリウムTl、セシウムCsの封入モル数MD、MH、MT、MCを以下の通りとした。
MD≒5×10−3mol
MH≒11.9×10−3mol
MT≒3.5×10−3mol
MC≒2.7×10−3mol
この場合、発光色がJIS規格Z9112に規定される蛍光ランプの昼白色範囲に入っており、平均演色評価数Ra=95、発光効率=90[lm/W]であった。
Dysprosium Dy encapsulated in the
M D ≈5 × 10 −3 mol
M H ≈11.9 × 10 −3 mol
M T ≈3.5 × 10 −3 mol
M C ≈2.7 × 10 −3 mol
In this case, the emission color was in the daylight white range of the fluorescent lamp specified in JIS standard Z9112, the average color rendering index Ra = 95, and the luminous efficiency = 90 [lm / W].
以上述べたように、本発明は、主に一般照明に使用されるセラミックメタルハライドランプに適用できる。 As described above, the present invention can be applied to a ceramic metal halide lamp mainly used for general illumination.
1 セラミックメタルハライドランプ
2 発光管
3 発光部
4A、4B キャピラリ
5、5 電極
6A、6B 電極アセンブリ
7、7 電力供給リード
DESCRIPTION OF
Claims (3)
点灯状態における発光部の最冷部温度が800℃以上、発光部の肉厚が平均肉厚±20%に形成された前記発光管内に、前記金属ハロゲン化物として、ディスプロシウム、ホルミウム、タリウム及びセシウムの各ハロゲン化物のみが封入され、ハロゲン化ナトリウムの封入モル数が0に規定され、
ディスプロシウム及びホルミウムの封入モル数を夫々MD及びMHとしたときに、セシウムの封入モル数MC及びタリウムの封入モル数MTが、夫々次式により算出される範囲の値に規定されていることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
[式] 0<MC/(MD+MH)≦0.4
0.1≦MT/(MD+MH)≦0.5
In a ceramic metal halide lamp provided with a light emitting portion in which a metal halide, mercury and a starting rare gas are sealed, and a capillary inserted through a pair of electrode assemblies disposed at both ends of the light emitting portion, the arc tube is formed of ceramic.
In the arc tube in which the coldest part temperature of the light emitting part in the lighting state is 800 ° C. or more and the thickness of the light emitting part is formed with an average thickness of ± 20%, as the metal halide, dysprosium, holmium, thallium and Only each halide of cesium is enclosed, and the number of moles of sodium halide enclosed is defined as 0,
Defining a sealed moles of dysprosium and holmium when the respective M D and M H, enclosed moles M C and encapsulating moles M T thallium cesium, to a value in the range calculated by the respective following formulas A ceramic metal halide lamp characterized by
[Formula] 0 < M C / (M D + M H ) ≦ 0.4
0.1 ≦ M T / (M D + M H ) ≦ 0.5
0.4≦MD/MH≦0.6
に規定されている請求項1記載のセラミックメタルハライドランプ。 The enclosed molar ratio M D / MH of the dysprosium and holmium is
0.4 ≦ M D / M H ≦ 0.6
The ceramic metal halide lamp according to claim 1, as defined in claim 1.
0.2≦MD/MH≦0.37
に規定されている請求項1記載のセラミックメタルハライドランプ。
The dysprosium and encapsulation molar ratio M D / M H of holmium 0.2 ≦ M D / M H ≦ 0.37
The ceramic metal halide lamp according to claim 1, as defined in claim 1.
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