JPWO2004034420A1 - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

発光管内表面積当りのランタノイドのハロゲン化物封入量を０．８０≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ２］≦０．９５にすることにより、ランプ立消えを防止し、かつ、光束維持率が向上させた相関色温度４０００〜４４００［Ｋ］の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプとすることができる。

Description

本発明は、透光性セラミックからなる発光管を備えたセラミックメタルハライドランプに関する。

高輝度放電ランプの一種として、例えば特開平１０−１３４７６５号公報に開示されているような、ハロゲン化ディスプロシウムなどのランタノイドのハロゲン化物が透光性セラミックからなる発光管内に封入されたセラミックメタルハライドランプがある。セラミックメタルハライドランプの光色は多様であるが、その中でも４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度の放射光を放射するものは白色感があり、商業スペースに適した光色としてユーザーに好まれている。一般にランタノイドのハロゲン化物の封入量を増やしていくと相関色温度は高くなっていくので、４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度を実現するためには、白熱電球の相関色温度の光色を呈する場合よりも、ランタノイドのハロゲン化物を発光管内に多く封入する必要がある。
ところが、ランタノイドのハロゲン化物は発光管材料であるセラミックと反応し、ハロゲンのみが遊離しやすい傾向にある。遊離したハロゲンはランプ電圧を上昇させるため、二次側開放電圧Ｖ２が２２０≦Ｖ２［Ｖ］≦２５０である銅鉄安定器を使用した際に、立消えを引き起こす原因となる。なお立消えとは、使用条件下において放電を維持できず、意図せずしてランプが消灯する現象を指す。
この立消えの防止策として例えば特開平９−２７０２４６号公報には、金属ホルミウムを封入して遊離したハロゲンと反応させることによりホルミウムのハロゲン化物を生成させ、遊離ハロゲンを発光管中に存在させないようにする手法が開示されている。
しかしながら、本願発明者は、ランタノイドのハロゲン化物に金属ホルミウムを加えて立消え抑制効果を確認したところ、立消えには金属ホルミウムは効果があったが、光束維持率が点灯時間２０００時間において７０［％］以下になることがわかった。このように光束維持率が低下する原因は不明であるが、金属ホルミウムを封入すると光束低下のため、実用的に問題があることが判明した。
本発明の目的とするところは、立消えの発生をなくして、かつ、光束維持率を向上させた、相関色温度４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］の放射光を放射するセラミックハライドランプを提供することにある。

本発明の第１のセラミック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を有し、４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、前記発光管は、中空な円柱形の本体部を有し、前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Ｗが、０．８００≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］≦０．９５０である。
本発明の第２のセラミック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を有し、４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、前記発光管は、両端がテーパー状に面取りされ中空な円柱形の本体部を有し、前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Ｗが、０．８３０≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］≦０．９５０である。
ある好適な実施形態において、前記ランタノイドは、ディスプロシウム、ツリウム、およびホルミウムのうち少なくとも一種を含む。
また、ある好適な実施形態において、二次側開放電圧Ｖ２が２２０≦Ｖ２［Ｖ］≦２５０である銅鉄安定器を使用して点灯される。
また、ある好適な実施形態において、安定点灯時のランプ電力Ｗｌａが、７０≦Ｗｌａ［Ｗ］≦４００である。

図１は、本発明の実施形態１に係るメタルハライドランプの正面図である。
図２は、本発明の実施形態１に係る発光管の断面図である。
図３は、封入したランタノイドのハロゲン化物量と相関色温度との関係を示す図である。
図４は、本発明の実施形態２に係る発光管の断面図である。
図５は、本発明の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプと比較例のセラミックメタルハライドランプとにおける点灯時間と光束維持率との関係を示す図である。
図６は、寿命試験の結果と測定した相関色温度を示す図表である。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡素化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係るセラミックメタルハライドランプを図１に示す。このセラミックメタルハライドランプは、定格電力が１５０［Ｗ］である。
セラミックメタルハライドランプは発光管１を備えており、この発光管１は透光性セラミックからなっている。発光管１のセラミックは多結晶アルミナを使用している。発光管１は、中空な円柱形の本体部６と、本体部６の円柱形の両底面から延在した２つの細管７ａ，７ｂとから構成される。また、発光管１は、ステム３によって封止された外管２内に内蔵されている。発光管１はステム３から延在している金属線３ａ、３ｂに固定支持された構成を有している。
本体部６の中空な内部には、図示していないが、所定量の水銀と始動用希ガスとしてアルゴンとが封入されている。さらに本体部６内には金属のハロゲン化物（不図示）が封入されている。この金属のハロゲン化物は、光色を調整するための０．５［μｍｏｌ／ｃｍ^２］のタリウムの沃化物（ＴｌＩ）と、効率を高め点灯方向変動特性を改善するための１．７［μｍｏｌ／ｃｍ^２］のナトリウムの沃化物（ＮａＩ）と、連続スペクトルを発するほぼ同比率のディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物（ランタノイドのハロゲン化物）である。ここで封入量は発光管１の本体部６の単位内表面積当たりのモル数で表している。なお、ディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物の封入量に関しては、後で説明する。
外管２と発光管１との間には図示しないが窒素が封入されている。外管２には口金４が形成されている。この口金４は、金属線３ａ，３ｂを介して発光管１に外部から電力を供給するためのものである。
図２は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの発光管１の断面図である。中空な円柱形の本体部６の寸法は、外径が１１．３［ｍｍ］、内径が９．３［ｍｍ］である。また、本体部６の両端から、本体部６の円柱形の中心軸上に延在した細管７ａ，７ｂの寸法は、外径が３．２００［ｍｍ］、内径が１．０２５［ｍｍ］、体積が０．０１１［ｃｍ^３］である。細管７ａ、７ｂには一対のニオビウムからなる導入線９ａ、９ｂがそれぞれ挿入されている。この導入線９ａ，９ｂは外径０．９［ｍｍ］であって、電極５ａ、５ｂを先端部に有している。導入線９ａ、９ｂは、先端部の電極５ａ、５ｂが本体部６内に位置するように細管７ａ、７ｂ内に挿入され、シール材１０ａ、１０ｂによって細管７ａ、７ｂ内に封着され封着部８ａ、８ｂを形成している。
続いて、寿命試験について説明する。
寿命試験に用いたセラミックメタルハライドランプは、ディスプロシウムの沃化物（ＤｙＩ_３）とホルミウムの沃化物（ＨｏＩ_３）とツリウムの沃化物（ＴｍＩ_３）とをほぼ同比率で混合したもの（以降、「ランタノイドハロゲン化物」という。）の量を、本体部６の単位内表面積当たり０．７１４［μｍｏｌ／ｃｍ^２］から１．５０３［μｍｏｌ／ｃｍ^２］までの範囲で変更して８水準試作した（仕様Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ。以降、仕様ＡからＨのランプ群を「寿命試験用ランプ１」という。）ものである。なお、ランタノイドハロゲン化物の量以外の構成は、上記に説明した構成と同様である。
寿命試験は、上述の寿命試験用ランプ１を用いて、二次側開放電圧が２５０［Ｖ］である銅鉄安定器を使用し、商用周波数（５０又は６０Ｈｚ）で、５．５時間点灯・０．５時間消灯のサイクルで３０００時間行った。ここで銅鉄安定器というのは、鉄芯と銅コイルからなるチョークコイル型の安定器であって、電子安定器に比べて立ち消えが生じやすい安定器である。上記寿命試験の結果、および、点灯１００時間時点で二次側開放電圧２２０［Ｖ］の標準安定器を使用して相関色温度を測定した結果を図６に示す。なお、標準安定器とは規格によって定められた安定器である。
図６において「封入量」とは、ランタノイドハロゲン化物の本体部６の単位内表面積当りの封入量である。「３０００時間での立消え」とは、点灯３０００時間で点灯維持していれば「○」、それ以前に立消えていれば「×」と判定して記載したものである。３０００時間で判定する理由は、一般にセラミックメタルハライドランプの内部での反応によるランプ電圧上昇という現象は、点灯３０００時間までに発生しその後はほぼ一定値となるからである。
図６に示すように、寿命試験の結果、ランタノイドハロゲン化物の封入量が１．００２［μｍｏｌ／ｃｍ^２］以上の場合（仕様Ａ，Ｂ，Ｃ）に点灯３０００時間以前にはランプが立消えてしまう（すなわち、「×」の判定）。一方、ランタノイドハロゲン化物の封入量が０．９５０［μｍｏｌ／ｃｍ^２］以下の場合（仕様Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）には点灯３０００時間においてもランプが立消えしない（すなわち、「○」の判定）ことがわかる。
図６のランタノイドのハロゲン化物量に対する点灯１００時間後の相関色温度分布をグラフ化したものを図３に示す。ここで、４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度の放射光を発するランプは白色感があるため、商品の照明として用いると商品が美しく見える。従って、４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度の放射光を発するランプは、商業スペースに適した光色を有するランプとしてユーザーに好まれている。さらにこのような理由で、商業スペース等に使用されているランプは、４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度の放射光を発するランプであるので、複数のランプのうち一つを相関色温度がこの範囲から外れているランプとすると、周りのランプとは光色が違うため違和感が生じて好ましくない。以上の点から、４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の範囲を好ましい範囲として以下の検討を行った。
図３より、点灯１００時間での相関色温度が４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下となる単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、
０．８００ ≦ Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］ ≦ １．００２ （式１）
であることがわかる。
また、図６における点灯３０００時間で立消えが起こらず、かつ、式１を満たす単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、
０．８００ ≦ Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］ ≦ ０．９５０ （式２）
となる。
以上の結果から、本実施形態では、封入されるランタノイドハロゲン化物の量が式２を満たすことで、点灯３０００時間において立消えのない４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の相関色温度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。
続いて、光束維持率を測定した結果を図５に示す。ここでは、遊離したハロゲンを再度ランタノイドハロゲン化物とするために、金属ホルミウムを本体部６内に封入したセラミックメタルハライドランプを比較例として用いた。
仕様Ｉは、本発明の範囲に入るセラミックメタルハライドランプであって、本体部６の中にＴｌＩを０．５［μｍｏｌ／ｃｍ^２］、ＮａＩを１．７［μｍｏｌ／ｃｍ^２］、ディスプロシウムの沃化物（ＤｙＩ_３）とホルミウムの沃化物（ＨｏＩ_３）とツリウムの沃化物（ＴｍＩ_３）とを同比率で混合したものを０．９３１［μｍｏｌ／ｃｍ^２］封入した。
仕様Ｊは、比較例のセラミックメタルハライドランプであって、本体部６の中にＴｌＩを０．５［μｍｏｌ／ｃｍ^２］、ＮａＩを１．７［μｍｏｌ／ｃｍ^２］、ディスプロシウムの沃化物（ＤｙＩ_３）とホルミウムの沃化物（ＨｏＩ_３）とツリウムの沃化物（ＴｍＩ_３）とを同比率で混合したものを１．００２［μｍｏｌ／ｃｍ^２］、さらに金属ホルミウムを０．１８０［μｍｏｌ／ｃｍ^２］封入したものである。
図６に示すように、仕様Ｊのランプは２０００時間点灯時に既に光束維持率７０［％］以下となるのに対して、仕様Ｉのランプは３０００時間点灯時も光束維持率７０［％］以上となっており、本実施形態のセラミックメタルハライドランプは高い光束維持率を有することがわかる。なお、封入されるランタノイドハロゲン化物の量が式２を満たせば、３０００時間点灯時の光束維持率が７０［％］以上となることも確認した。
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係るセラミックメタルハライドランプの発光管の断面を図４に示す。本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプは、発光管の形状が実施形態１のセラミックメタルハライドランプとは異なっており、他の部分は同じであるので、異なっている部分のみを説明する。
本実施形態の発光管は、両端がテーパー状に面取りされた円柱形の本体部６と、テーパー部の先端から本体部６の円柱形の中心軸上に延在する二本の細管７ａ，７ｂとからなる。本体部６の内部は中空である。このように本実施形態の発光管は、本体部６の形状が実施形態１の発光管とは異なっており、本実施形態の本体部６の形状を別の言葉で表すと、円柱の両端が先細になっていて先端は円柱軸に垂直な平面であり、内部は中空な形状である。
本実施形態においても実施形態１と同様に、本体部６の内部に封入するランタノイドハロゲン化物の量を変えた８水準（仕様Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ。以降、これらのランプ群を「寿命試験用ランプ２」という。）のランプを用意した。
これらの寿命試験用ランプ２における、点灯１００時間後の相関色温度を図３に示す。なお、寿命試験用ランプ２も寿命試験用ランプ１と同様な立消え寿命試験を行ったが、点灯３０００時間までは寿命試験ランプ１と同様な結果が得られた。
ここで、図３より、点灯１００時間での相関色温度が４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下となる単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、本実施形態の場合、
０．８３０ ≦ Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］ （式３）
となることがわかる。
また、図６における点灯３０００時間で立消えが起こらず、かつ、式３を満たす単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、本実施形態の場合、
０．８３０ ≦ Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］ ≦ ０．９５０ （式４）
となる。
なお、本実施形態の場合、式４を満たせば３０００時間点灯時の光束維持率が７０［％］以上となることも確認した。
また、本実施形態の場合、本体部６の形状が電極５ａ，５ｂ付近にテーパー部を有しているので、本体部６内で液状となったハロゲン化物が細管７ａ、７ｂに流入しやすくなり、立消えの原因となるランタノイドのハロゲン化物と発光管材料であるセラミックの反応は、上記細管７ａ、７ｂでより生じやすくなる。本実施形態では、式４を満たせば、相関色温度４０００〜４４００［Ｋ］と高い光束維持率とを満たしつつ立ち消えを抑制することができるが、立ち消えをより確実に抑制するには、本体部６の形状は図４に示すような電極５ａ，５ｂ付近にかけてテーパー部を有するよりも図２に示すように中空な円柱形であることが好ましい。
なお、上記の２つの実施形態は、ディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物（ランタノイドのハロゲン化物）をほぼ同比率で封入したランタノイドのハロゲン化物であったが、ランタノイドのハロゲン化物をディスプロシウム、ツリウム、およびホルミウムのうち少なくとも一種から選択しても、式１、式３の範囲であれば、立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。
また、上記実施形態では、二次側開放電圧Ｖ２が２５０［Ｖ］の銅鉄安定器を用いて寿命試験を実施したが、Ｖ２は２２０［Ｖ］以上２５０［Ｖ］以下（２２０≦Ｖ２［Ｖ］≦２５０）の範囲であっても立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。なお、銅鉄安定器を電子安定器に換えた場合は、ハロゲンが遊離したとしても従来よりも立消え現象が起こりにくい。しかし、式２、式４のランタノイドのハロゲン化物の封入量の範囲とすると、ランタノイドと本体部６の材料であるセラミックとの反応を抑制できる。すなわち、電子安定器においても、式１、式３の範囲で使用すれば光束維持率が向上する。
なお、上記発明の実施形態は１５０［Ｗ］のランプを使用しているが、ランプ電力Ｗｌａが７０≦Ｗｌａ［Ｗ］≦４００の範囲でも立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。また、上記発明の実施形態では、ＴｌＩとＮａＩとをそれぞれ０．５［μｍｏｌ／ｃｍ^２］、１．７［μｍｏｌ／ｃｍ^２］としたが、ＴｌＩとＮａＩとはそれぞれ０．３［μｍｏｌ／ｃｍ^２］以上０．６［μｍｏｌ／ｃｍ^２］以下、１．５［μｍｏｌ／ｃｍ^２］以上３．８［μｍｏｌ／ｃｍ^２］以下であっても良い。
本発明のセラミックメタルハライドランプでは、発光管１の本体部６内に封入されるランタノイドのハロゲン化物の封入量を、本体部６が中空円柱形状の場合は、０．８００≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］≦０．９５０、本体部６が中空円柱の両端にテーパー部を有する場合は、０．８３０≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］≦０．９５０にすることによって、点灯時間３０００時間においても立ち消えがなく、かつ、光束維持率の良い、相関色温度４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の白色放射光を有するセラミックメタルハライドランプを提供することができる。

本発明のセラミックメタルハライドランプは点灯時間３０００時間においても立ち消えがなく、かつ、光束維持率の良い、相関色温度４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の放射光を放つので、白色感のある高輝度ランプとして有用である。

本発明は、透光性セラミックからなる発光管を備えたセラミックメタルハライドランプに関する。

高輝度放電ランプの一種として、例えば特許文献１に開示されているような、ハロゲン化ディスプロシウムなどのランタノイドのハロゲン化物が透光性セラミックからなる発光管内に封入されたセラミックメタルハライドランプがある。セラミックメタルハライドランプの光色は多様であるが、その中でも４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度の放射光を放射するものは白色感があり、商業スペースに適した光色としてユーザーに好まれている。一般にランタノイドのハロゲン化物の封入量を増やしていくと相関色温度は高くなっていくので、４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度を実現するためには、白熱電球の相関色温度の光色を呈する場合よりも、ランタノイドのハロゲン化物を発光管内に多く封入する必要がある。

ところが、ランタノイドのハロゲン化物は発光管材料であるセラミックと反応し、ハロゲンのみが遊離しやすい傾向にある。遊離したハロゲンはランプ電圧を上昇させるため、二次側開放電圧Ｖ２が２２０≦Ｖ２［Ｖ］≦２５０である銅鉄安定器を使用した際に、立消えを引き起こす原因となる。なお立消えとは、使用条件下において放電を維持できず、意図せずしてランプが消灯する現象を指す。

この立消えの防止策として例えば特許文献２には、金属ホルミウムを封入して遊離したハロゲンと反応させることによりホルミウムのハロゲン化物を生成させ、遊離ハロゲンを発光管中に存在させないようにする手法が開示されている。
特開平１０−１３４７６５号公報 特開平９−２７０２４６号公報

しかしながら、本願発明者は、ランタノイドのハロゲン化物に金属ホルミウムを加えて立消え抑制効果を確認したところ、立消えには金属ホルミウムは効果があったが、光束維持率が点灯時間２０００時間において７０[％]以下になることがわかった。このように光束維持率が低下する原因は不明であるが、金属ホルミウムを封入すると光束低下のため、実用的に問題があることが判明した。

本発明の目的とするところは、立消えの発生をなくして、かつ、光束維持率を向上させた、相関色温度４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］の放射光を放射するセラミックハライドランプを提供することにある。

本発明の第１のセラミック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を有し、４０００[Ｋ]以上４４００[Ｋ]以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、前記発光管は、中空な円柱形の本体部を有し、前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Ｗが、０．８００≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ²］≦０．９５０である。

本発明の第２のセラミック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を有し、４０００[Ｋ]以上４４００[Ｋ]以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、前記発光管は、両端がテーパー状に面取りされ中空な円柱形の本体部を有し、前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Ｗが、０．８３０≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ²］≦０．９５０である。

ある好適な実施形態において、前記ランタノイドは、ディスプロシウム、ツリウム、およびホルミウムのうち少なくとも一種を含む。

また、ある好適な実施形態において、二次側開放電圧Ｖ２が２２０≦Ｖ２［Ｖ］≦２５０である銅鉄安定器を使用して点灯される。

また、ある好適な実施形態において、安定点灯時のランプ電力Ｗｌａが、７０≦Ｗｌａ［Ｗ］≦４００である。

本発明のセラミックメタルハライドランプでは、発光管１の本体部６内に封入されるランタノイドのハロゲン化物の封入量を、本体部６が中空円柱形状の場合は、０．８００≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ²］≦０．９５０、本体部６が中空円柱の両端にテーパー部を有する場合は、０．８３０≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ²］≦０．９５０にすることによって、点灯時間３０００時間においても立ち消えがなく、かつ、光束維持率の良い、相関色温度４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の白色放射光を有するセラミックメタルハライドランプを提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡素化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係るセラミックメタルハライドランプを図１に示す。このセラミックメタルハライドランプは、定格電力が１５０［Ｗ］である。

セラミックメタルハライドランプは発光管１を備えており、この発光管１は透光性セラミックからなっている。発光管１のセラミックは多結晶アルミナを使用している。発光管１は、中空な円柱形の本体部６と、本体部６の円柱形の両底面から延在した２つの細管７ａ，７ｂとから構成される。また、発光管１は、ステム３によって封止された外管２内に内蔵されている。発光管１はステム３から延在している金属線３ａ、３ｂに固定支持された構成を有している。

本体部６の中空な内部には、図示していないが、所定量の水銀と始動用希ガスとしてアルゴンとが封入されている。さらに本体部６内には金属のハロゲン化物（不図示）が封入されている。この金属のハロゲン化物は、光色を調整するための０．５［μｍｏｌ／ｃｍ²］のタリウムの沃化物（ＴｌＩ）と、効率を高め点灯方向変動特性を改善するための１．７［μｍｏｌ／ｃｍ²］のナトリウムの沃化物（ＮａＩ）と、連続スペクトルを発するほぼ同比率のディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物（ランタノイドのハロゲン化物）である。ここで封入量は発光管１の本体部６の単位内表面積当たりのモル数で表している。なお、ディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物の封入量に関しては、後で説明する。

外管２と発光管１との間には図示しないが窒素が封入されている。外管２には口金４が形成されている。この口金４は、金属線３ａ，３ｂを介して発光管１に外部から電力を供給するためのものである。

図２は、本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプの発光管１の断面図である。中空な円柱形の本体部６の寸法は、外径が１１．３［ｍｍ］、内径が９．３［ｍｍ］である。また、本体部６の両端から、本体部６の円柱形の中心軸上に延在した細管７ａ，７ｂの寸法は、外径が３．２００［ｍｍ］、内径が１．０２５［ｍｍ］、体積が０．０１１［ｃｍ³］である。細管７ａ、７ｂには一対のニオビウムからなる導入線９ａ、９ｂがそれぞれ挿入されている。この導入線９ａ，９ｂは外径０．９［ｍｍ］であって、電極５ａ、５ｂを先端部に有している。導入線９ａ、９ｂは、先端部の電極５ａ、５ｂが本体部６内に位置するように細管７ａ、７ｂ内に挿入され、シール材１０ａ、１０ｂによって細管７ａ、７ｂ内に封着され封着部８ａ、８ｂを形成している。

続いて、寿命試験について説明する。

寿命試験に用いたセラミックメタルハライドランプは、ディスプロシウムの沃化物（ＤｙＩ₃）とホルミウムの沃化物（ＨｏＩ₃）とツリウムの沃化物（ＴｍＩ₃）とをほぼ同比率で混合したもの（以降、「ランタノイドハロゲン化物」という。）の量を、本体部６の単位内表面積当たり０．７１４［μｍｏｌ／ｃｍ²］から１．５０３［μｍｏｌ／ｃｍ²］までの範囲で変更して８水準試作した（仕様Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ。以降、仕様ＡからＨのランプ群を「寿命試験用ランプ１」という。）ものである。なお、ランタノイドハロゲン化物の量以外の構成は、上記に説明した構成と同様である。

寿命試験は、上述の寿命試験用ランプ１を用いて、二次側開放電圧が２５０［Ｖ］である銅鉄安定器を使用し、商用周波数（５０又は６０Ｈｚ）で、５．５時間点灯・０．５時間消灯のサイクルで３０００時間行った。ここで銅鉄安定器というのは、鉄芯と銅コイルからなるチョークコイル型の安定器であって、電子安定器に比べて立ち消えが生じやすい安定器である。上記寿命試験の結果、および、点灯１００時間時点で二次側開放電圧２２０［Ｖ］の標準安定器を使用して相関色温度を測定した結果を図６に示す。なお、標準安定器とは規格によって定められた安定器である。

図６において「封入量」とは、ランタノイドハロゲン化物の本体部６の単位内表面積当りの封入量である。「３０００時間での立消え」とは、点灯３０００時間で点灯維持していれば「○」、それ以前に立消えていれば「×」と判定して記載したものである。３０００時間で判定する理由は、一般にセラミックメタルハライドランプの内部での反応によるランプ電圧上昇という現象は、点灯３０００時間までに発生しその後はほぼ一定値となるからである。

図６に示すように、寿命試験の結果、ランタノイドハロゲン化物の封入量が１．００２［μｍｏｌ／ｃｍ²］以上の場合（仕様Ａ，Ｂ，Ｃ）に点灯３０００時間以前にはランプが立消えてしまう（すなわち、「×」の判定）。一方、ランタノイドハロゲン化物の封入量が０．９５０［μｍｏｌ／ｃｍ²］以下の場合（仕様Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）には点灯３０００時間においてもランプが立消えしない（すなわち、「○」の判定）ことがわかる。

図６のランタノイドのハロゲン化物量に対する点灯１００時間後の相関色温度分布をグラフ化したものを図３に示す。ここで、４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度の放射光を発するランプは白色感があるため、商品の照明として用いると商品が美しく見える。従って、４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度の放射光を発するランプは、商業スペースに適した光色を有するランプとしてユーザーに好まれている。さらにこのような理由で、商業スペース等に使用されているランプは、４０００［Ｋ］から４４００［Ｋ］までの相関色温度の放射光を発するランプであるので、複数のランプのうち一つを相関色温度がこの範囲から外れているランプとすると、周りのランプとは光色が違うため違和感が生じて好ましくない。以上の点から、４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の範囲を好ましい範囲として以下の検討を行った。

図３より、点灯１００時間での相関色温度が４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下となる単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、
０．８００ ≦ Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ²］ ≦ １．００２ （式１）
であることがわかる。

また、図６における点灯３０００時間で立消えが起こらず、かつ、式１を満たす単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、
０．８００ ≦ Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ²］ ≦ ０．９５０ （式２）
となる。

以上の結果から、本実施形態では、封入されるランタノイドハロゲン化物の量が式２を満たすことで、点灯３０００時間において立消えのない４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の相関色温度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。

続いて、光束維持率を測定した結果を図５に示す。ここでは、遊離したハロゲンを再度ランタノイドハロゲン化物とするために、金属ホルミウムを本体部６内に封入したセラミックメタルハライドランプを比較例として用いた。

仕様Ｉは、本発明の範囲に入るセラミックメタルハライドランプであって、本体部６の中にＴｌＩを０．５［μｍｏｌ／ｃｍ²］、ＮａＩを１．７［μｍｏｌ／ｃｍ²］、ディスプロシウムの沃化物（ＤｙＩ₃）とホルミウムの沃化物（ＨｏＩ₃）とツリウムの沃化物（ＴｍＩ₃）とを同比率で混合したものを０．９３１［μｍｏｌ／ｃｍ²］封入した。

仕様Ｊは、比較例のセラミックメタルハライドランプであって、本体部６の中にＴｌＩを０．５［μｍｏｌ／ｃｍ²］、ＮａＩを１．７［μｍｏｌ／ｃｍ²］、ディスプロシウムの沃化物（ＤｙＩ₃）とホルミウムの沃化物（ＨｏＩ₃）とツリウムの沃化物（ＴｍＩ₃）とを同比率で混合したものを１．００２［μｍｏｌ／ｃｍ²］、さらに金属ホルミウムを０．１８０［μｍｏｌ／ｃｍ²］封入したものである。

図６に示すように、仕様Ｊのランプは２０００時間点灯時に既に光束維持率７０［％］以下となるのに対して、仕様Ｉのランプは３０００時間点灯時も光束維持率７０［％］以上となっており、本実施形態のセラミックメタルハライドランプは高い光束維持率を有することがわかる。なお、封入されるランタノイドハロゲン化物の量が式２を満たせば、３０００時間点灯時の光束維持率が７０［％］以上となることも確認した。

（実施形態２）
本発明の実施形態２に係るセラミックメタルハライドランプの発光管の断面を図４に示す。本実施形態に係るセラミックメタルハライドランプは、発光管の形状が実施形態１のセラミックメタルハライドランプとは異なっており、他の部分は同じであるので、異なっている部分のみを説明する。

本実施形態の発光管は、両端がテーパー状に面取りされた円柱形の本体部６と、テーパー部の先端から本体部６の円柱形の中心軸上に延在する二本の細管７ａ，７ｂとからなる。本体部６の内部は中空である。このように本実施形態の発光管は、本体部６の形状が実施形態１の発光管とは異なっており、本実施形態の本体部６の形状を別の言葉で表すと、円柱の両端が先細になっていて先端は円柱軸に垂直な平面であり、内部は中空な形状である。

本実施形態においても実施形態１と同様に、本体部６の内部に封入するランタノイドハロゲン化物の量を変えた８水準（仕様Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ。以降、これらのランプ群を「寿命試験用ランプ２」という。）のランプを用意した。

これらの寿命試験用ランプ２における、点灯１００時間後の相関色温度を図３に示す。なお、寿命試験用ランプ２も寿命試験用ランプ１と同様な立消え寿命試験を行ったが、点灯３０００時間までは寿命試験ランプ１と同様な結果が得られた。

ここで、図３より、点灯１００時間での相関色温度が４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下となる単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、本実施形態の場合、
０．８３０ ≦ Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ²］ （式３）
となることがわかる。

また、図６における点灯３０００時間で立消えが起こらず、かつ、式３を満たす単位内表面積当たりのランタノイドハロゲン化物量は、本実施形態の場合、
０．８３０ ≦ Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ²］ ≦ ０．９５０ （式４）
となる。

なお、本実施形態の場合、式４を満たせば３０００時間点灯時の光束維持率が７０［％］以上となることも確認した。

また、本実施形態の場合、本体部６の形状が電極５ａ，５ｂ付近にテーパー部を有しているので、本体部６内で液状となったハロゲン化物が細管７ａ、７ｂに流入しやすくなり、立消えの原因となるランタノイドのハロゲン化物と発光管材料であるセラミックの反応は、上記細管７ａ、７ｂでより生じやすくなる。本実施形態では、式４を満たせば、相関色温度４０００〜４４００［Ｋ］と高い光束維持率とを満たしつつ立ち消えを抑制することができるが、立ち消えをより確実に抑制するには、本体部６の形状は図４に示すような電極５ａ，５ｂ付近にかけてテーパー部を有するよりも図２に示すように中空な円柱形であることが好ましい。

なお、上記の２つの実施形態は、ディスプロシウムとホルミウムとツリウムとのハロゲン化物（ランタノイドのハロゲン化物）をほぼ同比率で封入したランタノイドのハロゲン化物であったが、ランタノイドのハロゲン化物をディスプロシウム、ツリウム、およびホルミウムのうち少なくとも一種から選択しても、式１、式３の範囲であれば、立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。

また、上記実施形態では、二次側開放電圧Ｖ２が２５０［Ｖ］の銅鉄安定器を用いて寿命試験を実施したが、Ｖ２は２２０［Ｖ］以上２５０［Ｖ］以下（２２０≦Ｖ２［Ｖ］≦２５０）の範囲であっても立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。なお、銅鉄安定器を電子安定器に換えた場合は、ハロゲンが遊離したとしても従来よりも立消え現象が起こりにくい。しかし、式２、式４のランタノイドのハロゲン化物の封入量の範囲とすると、ランタノイドと本体部６の材料であるセラミックとの反応を抑制できる。すなわち、電子安定器においても、式１、式３の範囲で使用すれば光束維持率が向上する。

なお、上記発明の実施形態は１５０［Ｗ］のランプを使用しているが、ランプ電力Ｗｌａが７０≦Ｗｌａ［Ｗ］≦４００の範囲でも立消えを抑制できるという同様な効果が得られることを確認した。また、上記発明の実施形態では、ＴｌＩとＮａＩとをそれぞれ０．５［μｍｏｌ／ｃｍ²］、１．７［μｍｏｌ／ｃｍ²］としたが、ＴｌＩとＮａＩとはそれぞれ０．３［μｍｏｌ／ｃｍ²］以上０．６［μｍｏｌ／ｃｍ²］以下、１．５［μｍｏｌ／ｃｍ²］以上３．８［μｍｏｌ／ｃｍ²］以下であっても良い。

本発明のセラミックメタルハライドランプは点灯時間３０００時間においても立ち消えがなく、かつ、光束維持率の良い、相関色温度４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の放射光を放つので、白色感のある高輝度ランプとして有用である。

本発明の実施形態１に係るメタルハライドランプの正面図である。 本発明の実施形態１に係る発光管の断面図である。 封入したランタノイドのハロゲン化物量と相関色温度との関係を示す図である。 本発明の実施形態２に係る発光管の断面図である。 本発明の実施形態に係るセラミックメタルハライドランプと比較例のセラミックメタルハライドランプとにおける点灯時間と光束維持率との関係を示す図である。 寿命試験の結果と測定した相関色温度を示す図表である。

符号の説明

１ 発光管
６ 本体部

Claims (5)

1. 透光性セラミックから形成された発光管を有し、４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、
   前記発光管は、中空な円柱形の本体部を有し、
   前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、
   前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Ｗが、
   ０．８００≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］≦０．９５０である、セラミックメタルハライドランプ。
2. 透光性セラミックから形成された発光管を有し、４０００［Ｋ］以上４４００［Ｋ］以下の相関色温度の放射光を放射するセラミックメタルハライドランプであって、
   前記発光管は、両端がテーパー状に面取りされ中空な円柱形の本体部を有し、
   前記本体部の内部には、ナトリウムハロゲン化物とタリウムハロゲン化物とランタノイドハロゲン化物とが封入されており、
   前記本体部の単位内表面積当たりの前記ランタノイドハロゲン化物封入量Ｗが、
   ０．８３０≦Ｗ［μｍｏｌ／ｃｍ^２］≦０．９５０である、セラミックメタルハライドランプ。
3. 前記ランタノイドは、ディスプロシウム、ツリウム、およびホルミウムのうち少なくとも一種を含む、請求の範囲第１項または第２項に記載のセラミックメタルハライドランプ。
4. 二次側開放電圧Ｖ２が２２０≦Ｖ２［Ｖ］≦２５０である銅鉄安定器を使用して点灯される、請求の範囲第１項から第３項までの何れか一つに記載のセラミックメタルハライドランプ。
5. 安定点灯時のランプ電力Ｗｌａが、７０≦Ｗｌａ［Ｗ］≦４００である、請求の範囲第４項に記載のセラミックメタルハライドランプ。

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