JPWO2005029535A1 - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

先端部に電極を有する一対の電極導入体と、内部に電極が互いに対向するように配設された放電空間を有する多結晶アルミナセラミックからなる本管部と、当該本管部に連接され、かつ、内部に電極導入体が挿通されてシール材によって封止される一対の細管部とを有する発光管を備えるメタルハライドランプであって、発光管の管壁負荷をＷＬ（Ｗ／ｃｍ２）、電極間の距離をＥＬ（ｍｍ）、本管部の内径をＤｉ（ｍｍ）、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径をＧ（μｍ）とすると、２０≦ＷＬ≦５０、ＥＬ／Ｄｉ≧２．０、０．５≦Ｇ≦５．０を満たしている。

Description

本発明は、メタルハライドランプに関する。

近年開発されているメタルハライドランプは、主に店舗などの商業空間における屋内インテリア照明で広く用いられている。
メタルハライドランプの発光管の材料として、従来は石英を用いたものが主流であったが、近年は石英に代わってセラミック材料を用いたものが主に開発されている。石英管は、耐熱温度が約１０００℃程度であるが、セラミック管では耐熱温度が約１２００℃以上であるので、セラミック管を用いることによって、より高い管壁負荷を加えることが可能となり、高効率・高演色のメタルハライドランプを実現できることが知られている。セラミック材料としては、多結晶アルミナセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）（以下、「アルミナ」と表記する。）が主に用いられており、アルミナは、全透過率が９０％以上と高く、ランプ効率の面から有利である。
また、高効率のランプを得るために、日本国特表２００２−５３６７８６号公報では、細長い形状をした発光管を用いることが提案されている。この発光管が高効率を得ることができる主な理由としては、発光管が長く電極間距離が長いほど、電子と発光金属とが衝突する回数が増えて発光スペクトルの量が多くなること、及び、発光管が細いほど、発光金属による自己吸収を抑えられ、発光スペクトルが効率良く発光管の外部に放射されること等が考えられる。
しかしながら、細長い形状をしたメタルハライドランプの場合、発光管の内壁とアークとの距離が近くなり、発光管が高温となる。ランプのオン・オフサイクルによって、発光管は高温まで熱せられた後、常温まで冷却される熱サイクルが繰り返されるが、発光管の形状が細くなるほど、より高温まで熱せられた後に冷却されることになるので、熱衝撃が大きくなる。内径が比較的大きかった従来の発光管では、ランプの点灯時に発光管はそれほど高温とはならなかったので、熱衝撃によってクラックが発生することは稀であったが、高効率のランプとするために発光管の形状を細くすると、上述した過大な熱衝撃によってクラックが発生し、ランプ寿命が短くなるという新たな問題が生じた。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、ランプのオン・オフサイクルによる熱衝撃によってクラックが発生することのない高効率かつ長寿命であるメタルハライドランプを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、先端部に電極を有する一対の電極導入体と、内部に電極が互いに対向するように配設された放電空間を有する多結晶アルミナセラミックからなる本管部と、当該本管部に連接され、かつ、内部に電極導入体が挿通されてシール材によって封止される一対の細管部と、を有する発光管を備えるメタルハライドランプであって、発光管の管壁負荷をＷＬ（Ｗ／ｃｍ^２）、電極間の距離をＥＬ（ｍｍ）、本管部の内径をＤｉ（ｍｍ）、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径をＧ（μｍ）とすると、２０≦ＷＬ≦５０、ＥＬ／Ｄｉ≧２．０、０．５≦Ｇ≦５．０を満たしていることを特徴としている。なお「管壁負荷」とは、電極間にある本管部内壁の単位表面積当たりのアーク放電入力をいう。また、本明細書内において、「結晶粒径」とは、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径の平均値をさすものとする。具体的な求め方については後述する。
さらに、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径Ｇ（μｍ）は、０．５≦Ｇ≦１．５を満たしていることが好適である。
上記構成において、自己吸収を低減する観点からは、本管部の内径Ｄｉ（ｍｍ）は、２．０≦Ｄｉ≦１０．０を満たしていることが好適である。
また、上記の多結晶アルミナセラミックは、ＭｇＯが２００ｐｐｍ以下だけ添加されていることが好ましい。
また、高効率のランプとするためには、上記の多結晶アルミナセラミックは、全透過率が９４％以上であることが好ましい。
上記構成においては、本管部の材料に用いる多結晶アルミナセラミックの結晶粒径を従来よりも小さい５μｍ以下に調整しているため、本管部は熱衝撃に対しての耐性が高まっている。これにより、発光管の形状を細長くすることによって、より高温まで熱せられてより大きな熱衝撃が生じても、本管部においてクラックの発生を防止することができる。したがって、発光管を細長い形状としたことによって発光効率が高まったメタルハライドランプにおいて、長寿命化を実現することができる。
さらに、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径Ｇ［μｍ］を０．５≦Ｇ≦１．５の範囲内に調整することによって、クラックの発生をより効果的に抑制できることが確認されている。
また、ＭｇＯを２００ｐｐｍ以下だけ添加してアルミナ粉を焼成すると、封入物との反応性の低い多結晶アルミナセラミックを得ることができる。当該多結晶アルミナセラミックを本管部の材料に用いることによって、ランプの光束維持率が長時間にわたって保たれるので、長寿命であるメタルハライドランプを得ることができる。
さらに、ＭｇＯを添加したアルミナ粉を、例えばタングステン炉を用いて、常圧（水素雰囲気中）あるいは真空で焼成すると、透過率が９４％以上である多結晶アルミナセラミックを得ることができる。当該多結晶アルミナセラミックを本管部の材料に用いることによって、効率の良いメタルハライドランプを得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るメタルハライドランプの全体構成を示す図である。
図２は、本実施の形態に係る発光管の構成を示す断面図である。
図３は、ＭｇＯの添加量と光束維持率との関係を示すデータである。
図４は、管壁負荷が３５Ｗ／ｃｍ^２のときの結晶粒径と不点確率との関係を示すデータであって、図４（１）は本管部内径が２．０ｍｍのとき、図４（２）は本管部内径が３．５ｍｍのとき、図４（３）は本管部内径が５．０ｍｍのとき、図４（４）は本管部内径が７．０ｍｍのとき、図４（５）は本管部内径が１０．０ｍｍのときのデータである。
図５は、管壁負荷が４５Ｗ／ｃｍ^２のときの結晶粒径と不点確率との関係を示すデータであって、図５（１）は本管部内径が２．０ｍｍのとき、図５（２）は本管部内径が３．５ｍｍのとき、図５（３）は本管部内径が５．０ｍｍのとき、図５（４）は本管部内径が７．０ｍｍのとき、図５（５）は本管部内径が１０．０ｍｍのときのデータである。

以下、本発明に係るメタルハライドランプの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
１．（メタルハライドランプの構成）
以下、図面を参照しながら、本発明に係るメタルハライドランプの実施の形態について詳細に説明する。はじめに、図１を参照しながら、本実施の形態に係るメタルハライドランプの全体構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るメタルハライドランプ１０の構成を示した図であって、外管ガラスバルブ１１の一部を切り欠いてランプ内部の構造を示したものである。
図１に示すように、メタルハライドランプ１０は、外管ガラスバルブ１１にＥ形口金１２を装着した構成となっている。外管ガラスバルブ１１の内部には、発光管２０がガラスステム１３から導出した給電用のステム線１４、１５によって支持されている。
発光管２０はその側面の外周を石英シールド管１６により囲繞されているが、これは発光管２０が破裂したような場合に、その影響を受けて外管ガラスバルブ１１が破損するのを防止するためである。更に、外管ガラスバルブ１１の内部には窒素が４６．５ｋＰａだけ封入されており、これはステム線１４、１５間等を絶縁して、外管ガラスバルブ１１内で放電が発生するのを防止するためである。また、外管ガラスバルブ１１は、発光管２０を保温するとともに、ステム線等の酸化を防止する等の役割を果たしている。以下、メタルハライドランプ１０に備えられる発光管２０の実施の形態について説明する。
２．（発光管の構成）
図２を参照しながら、本実施の形態に係る発光管２０の構成について説明する。図２は、発光管２０の構成を示した断面図である。発光管２０は、内部に放電空間を有する本管部２２と、この本管部２２の両端部に配設された細管部３２、４２と、電極導入体３１、４１とを有する。
本管部２２は、内径がＤｉの略円筒形状をしており、開口部近傍についてはテーパー形状をなしている。
細管部３２、４２は、接合部分５０、６０において本管部２２にそれぞれ嵌合されており、焼き嵌めによって気密に固着されている。
電極導入体３１は、電極部３３と給電体部３４とを電気的に接合することによって形成されている。電極導入体４１も同様に、電極部４３と給電体部４４とを電気的に接合することによって形成されている。
電極部３３はタングステン棒とこの先端部に巻回されたタングステンコイル２５とを有する。電極部４３も同様の構成を有している。
電極導入体３１、４１は、電極部３３、４３の先端同士が本管部２２の放電空間内で所定距離ＥＬだけ隔てて対向するように、細管部３２、４２内にそれぞれ挿通されている。細管部３２、４２は、電極導入体３１、４１の給電体部３４、４４全体を覆うように細管部３２、４２内に流し込まれたフリット３６、４６によって気密に封止されている。なお、フリット３６、４６はランプ点灯時に給電体部３４、４４がハロゲンにより侵蝕されるのを防止する役割も果たしている。
電極部３３、４３の各タングステン棒には、放電空間の内部に封入されている発光金属が細管部３２、４２の内部に侵入するのを防止するため、モリブデンコイル３７、４７がそれぞれ巻回されている。本管部２２内に封入される発光金属が、細管部３２、４２内に侵入していったん深く沈み込むと、当該発光金属は本管部２２内の放電空間に戻りにくく、これにより放電空間における発光金属の量が低減することになる。発光金属の量が変化するとランプの色温度が変化してしまうので、モリブデンコイル３７、４７によってこれを抑制している。
本管部２２の内部には、発光金属、緩衝ガス、及び始動補助用希ガスが封入されている。なお、緩衝ガスとして水銀（Ｈｇ）が、始動補助用希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）が封入され、発光金属としてはヨウ化ジスプロシウム（ＤｙＩ_３）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ_３）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ_３）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、及びヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）が所定量封入されている。
細管部３２、４２から導出している給電体部３４には図１に示すステム線１５に接続され、給電体部４４はステム線１４に接続されている。
３．（メタルハライドランプの動作）
電極導入体３１、４１に電圧が印加されると、始動補助用の希ガスによって電極間での放電が誘発される。この放電によって本管部２２内の温度が上昇して、上記の発光金属が蒸気化する。蒸気化した発光金属は、電子との衝突によって励起されて発光スペクトルを放射する。例えば、ナトリウムの場合には、一般にＤ線と呼ばれる、波長が５８９．０ｎｍ、５８９．６ｎｍの橙黄色をした発光スペクトルを放射する。各発光金属は、固有の発光スペクトルを放射し、これらの組み合わせで、ランプの光束、色温度等が決定される。
ここで、発光金属から放射された発光スペクトルは、同種の他の発光金属に吸収されやすいという性質を有している。発光金属から放射された発光スペクトルは、同種の発光金属を励起させるのに必要十分なエネルギーを有しているからである。この現象は、一般に自己吸収と呼ばれおり、自己吸収が多く起こると、発光管２０の外部まで到達する発光スペクトルの量が低減するので、発光効率が低下することになる。
したがって、自己吸収をできるかぎり抑えて、発光効率の高いランプを得るためには、発光スペクトルは、できる限り同種の発光金属に衝突することなく、発光管２０の外部に透過することが好ましい。
また、発光スペクトルは、アーク放電によって放出される電子と発光金属とが衝突したときに放射されるので、電子と発光金属との衝突回数が多くなる構成とすることによって、ランプの発光効率は高まることになる。
この二つの観点を踏まえると、本管部２２の形状を細長くすることによって、発光効率の高い発光管が得られるといえる。ここで、電極３１、４１間の距離をＥＬ（ｍｍ）、本管部２２の内径をＤｉ（ｍｍ）としたときに、ＥＬ／Ｄｉ≧２．０であるときに、高効率のランプが得られることが確認されている。
また、発光管に加える管壁負荷ＷＬ（Ｗ／ｃｍ^２）があまりにも小さいと、十分な蒸気圧が得られず、発光効率が低くなるので、高効率のランプとするには、管壁負荷は少なくとも２０Ｗ／ｃｍ^２以上に設定する必要がある。その一方で、管壁負荷をあまりにも大きくすると、本管部２２内の温度が１２００℃以上となり、封入物と本管部２２との反応性が高まって、本管部２２が侵蝕されるおそれがあるので、管壁負荷は５０Ｗ／ｃｍ^２以下に設定する必要がある。
したがって、ＥＬ／Ｄｉ≧２、かつ、２０≦ＷＬ≦５０を満たすランプ構成とすることによって、高効率のランプを得ることができる。さらに、本管部２２の内径Ｄｉを１０ｍｍ以下にすると自己吸収を低減できることが確認されている。構造上及び製造上の理由により、本管部２２の内径Ｄｉは２．０ｍｍ未満にすることは困難であるため、本管部の内径Ｄｉ（ｍｍ）は、２．０≦Ｄｉ≦１０．０の範囲に設定することが好適である。
しかしながら、上記条件を満たす発光管２０は、その形状が細長く、従来の発光管よりも管壁がアークに近接しているので、本管部２２の温度がより高温まで熱せられることになる。これにより、本管部２２には、従来の発光管よりも大きな熱衝撃が加わることになるので、ランプの寿命時間内においてクラックが発生しやすくなるという問題が生じる。
本願発明者らは、当該クラックを防止する手段について検討を重ね、本管部２２の材料として用いるアルミナの熱特性に着目した。アルミナ自体の熱衝撃に対する耐性が高まれば、クラックの発生を防止できると考えたからである。試行錯誤の結果、本管部２２の材料として用いるアルミナの結晶粒径Ｇを従来のものより小さくすることによってクラックの発生を低減できることが見出された。具体的には、アルミナの結晶粒径を５μｍ以下に調整することによってクラックの発生を低減できることが判明した。この詳細については実験データを参照しながら後述することにする。ここで、アルミナの結晶粒径を従来の１５μｍ〜４０μｍよりも小さい５μｍ以下に調整する必要があるが、その方法について以下に説明する。
４．（アルミナの焼成方法）
はじめに、多結晶アルミナセラミックの焼成方法の概要について説明する。多結晶アルミナセラミックは、アルミナ紛、バインダー等が調合されたスラリーを鋳型に入れて、所定温度で所定時間焼成することによって得られる。アルミナ粉は白色をしているが、焼成によって結晶化して、結晶軸が多方向を向いている多結晶の透光性アルミナセラミックが焼結される。アルミナ紛の粒径、焼成温度及び焼成時間を調整することによって、所望する粒径をした多結晶アルミナセラミック（以下、「アルミナ」と表記する。）を得ることができる。
ここで、アルミナ紛は、焼成すると粒成長することが知られている。したがって、例えば３μｍの結晶粒径をしたアルミナを製造する場合には、粒径が０．５μｍ程度のアルミナ紛体を焼成することによって得られる。
しかしながら、アルミナ粉を焼成すると、粒成長が均一におこらずに、局所的に極端に粒径が成長する、いわゆる異常粒成長が生じることがある。異常粒成長は、アルミナ粉の粒径が小さいほど起こりやすい。従来の発光管に用いているアルミナの結晶粒径は１５μｍから４０μｍ程度であったが、今回は、従来よりも結晶粒径の小さいものを得たいので、異常粒成長は起こりやすくなる。異常粒成長が生じると、結晶粒径を所望の大きさに調整することが不可能となるため、焼成時には異常粒成長を抑制する必要がある。異常粒成長を抑制する手段としては以下の２つの方法が考えられる。
異常粒成長は、高温で焼成するほど生じやすいので、焼成温度を低くする方法が考えられる。しかし、低温で焼成すると、焼成されたアルミナの結晶密度が十分に高くならず、結晶粒界に気孔が多く残った状態となる。結晶粒界に気孔が存在すると、アルミナ内を透過する光が乱反射され、全透過率が低下するという問題が生じる。したがって、焼成温度は、少なくとも結晶密度が十分に高くなる温度以上に設定する必要があり、当該温度では、異常粒成長が生じるので、低温で焼成する方法は不適である。
異常粒成長を抑制する他の方法として、アルミナに他の物質を添加して焼成する方法が考えられる。ここで、アルミナにＭｇＯを添加すると、高温で焼成しても異常粒成長を抑えて、均一に粒成長させながら焼成できることが確認されている。そこで、以下は、アルミナにＭｇＯを添加する場合について検討する。
はじめに、具体的なアルミナの焼成方法について説明する。従来、比較的小さな結晶粒径をしたアルミナについては、熱間等方圧加圧法（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ、以下、「ＨＩＰ」と表記する。）によって焼成している。ＨＩＰは、等方的な圧力を被処理体に同時に加えて加熱処理するプロセスであって、通常はアルゴンなどのガスを圧力媒体として等方的な圧力を加えながら焼成する。焼成には、発熱コイルがカーボンによって形成されている、いわゆるカーボン炉が使用されている。
従来と同様のＨＩＰによって、アルミナ粉にＭｇＯを添加して結晶粒径が５μｍのアルミナを焼成した。すると、焼結したアルミナは茶色味を帯びたもの、あるいは、黄味がかったものとなってしまい、透過率の低いものとなった。その原因は不明ではあるが、結晶粒径を小さくしたこと、高圧下で焼成したこと、ＭｇＯを添加したこと、炭素はアルミナに含浸されやすいのにもかかわらずカーボン炉を用いたこと、あるいはそれらを組み合わせた条件下で焼成したこと等が、透過率が低下した要因であると推測される。いずれにしても、茶色味を帯びたアルミナでは、十分な透過率が得られないので、発光管の材料として相応しくない。
本発明者らは、透過率の高いアルミナを得るために、焼成方法について試行錯誤を重ねた。その結果、タングステン炉を用いて、常圧（水素雰囲気）あるいは真空下で焼成すると、ＭｇＯを添加して結晶粒径を５μｍ以下に調整することができ、かつ、透光性を有する白乳色で透過率が９４％以上であるアルミナが得られることを見出した。
５．（ＭｇＯの添加量について）
つづいて、上記の方法によって焼結された、透光性を有する白乳色で透過率が９５％であるアルミナを用いて発光管を数本試作した。これらの発光管を用いてランプを製造して寿命試験を行なったところ、光束維持率が著しく低下するものがあることが確認された。
これは、添加物のＭｇＯが、封入物との反応性が高いことに起因すると考えられる。ＭｇＯは、多結晶アルミナ内において、結晶粒界に偏在するが、アルミナの結晶粒径を小さくするほど結晶粒界が多くなり、これによってＭｇＯと封入物との接する面積が大きくなるので、それらの反応性も高まることになる。
ＭｇＯと封入物とが反応すると、封入物である希土類ヨウ化物とＭｇＯとが化学結合して、ヨウ化マグネシウム等の新たな化合物が生成され、発光スペクトルが変化するという弊害が生じる。また、原因は不明であるが、ＭｇＯを添加すると、本管部内壁に黒化が生じやすくなることが確認されている。これらが主な要因となって、光束維持率が低下したと考えられる。
そこで、本発明者らは、ＭｇＯの添加量に着目することとし、ＭｇＯの添加量と、光束維持率との関係について研究を重ねた。本発明者らは、ＭｇＯの添加量が異なる数種のアルミナ発光管を試作して点灯試験を行い、光束維持率の変化について調べた。図３はその結果をまとめたものであって、ＭｇＯの添加量と光束維持率との関係を示すデータである。なお、点灯試験として、５．５時間点灯した後に０．５時間消灯することを繰り返す、いわゆる寿命試験を１２０００時間行なった。アルミナの結晶粒径Ｇは、１．５μｍに調整した。
図３に示すように、ＭｇＯの添加量を３００ｐｐｍ以上にすると、点灯経過時間が１２０００時間の時点で、光束維持率が７０％未満に低下することが確認された。その一方で、ＭｇＯの添加量が２００ｐｐｍ以下の場合には、１２０００時間点灯した後であっても、光束維持率は７０％以上に保たれており、発光管材料として良好であることが確認された。本試験により、ＭｇＯの添加量を２００ｐｐｍ以下とすることによって、ＭｇＯと封入物の反応を抑え、ランプの発光管材料として好適であるアルミナを製造できることが導き出された。なお、異常粒成長を抑制する観点からは、少なくともＭｇＯは１ｐｐｍ添加することが好ましい。
以上より、アルミナを焼成するにあたって、ＭｇＯの添加量を２００ｐｐｍ以下にしてタングステン炉によって常圧（水素雰囲気）あるいは真空で焼成し、得られたアルミナを発光管に用いると、封入物との反応性が低く、光束維持率の高いランプが得られることが判明した。また、ＭｇＯを少なくとも１ｐｐｍ添加することにより、結晶粒径を径小に調整することができるとともに、透過率の高いアルミナを得ることができる。
６．（結晶粒径の大きさについて）
上記の方法を用いて、ＭｇＯを２００ｐｐｍだけ添加した、結晶粒径の大きさが０．５μｍから１５．０μｍであるアルミナを製造した。当該アルミナを用いて、本管部の内径Ｄｉが２．０ｍｍから１０．０ｍｍである発光管を各種試作して点灯試験を行なった。なお、結晶粒径の大きさは、所定長さ当たりに存在する結晶の数を測定し、当該長さをそこに存在する結晶の数で割った平均値を算出することによって求めた。点灯試験は、上述の寿命試験を１８０００時間行なった。図４及び図５はその結果を示したものであって、（１）から（５）は本管部の内径が２．０ｍｍから１０．０ｍｍのときの各データである。なお、図４は、管壁負荷を３５Ｗ／ｃｍ^２に、図５は、管壁負荷を４５Ｗ／ｃｍ^２にしたときのデータである。表中の「不点確率」とは、クラックが発生した確率をいう。なお、定格寿命において、クラックなどによる不点が発生しない確率（残存率）が５０％以上であれば、製品として支障がないとされている。
図４に示すように、管壁負荷が３５Ｗ／ｃｍ^２のときには、結晶粒径が０．５μｍから５．０μｍの範囲であれば、本管部２２の内径Ｄｉがいずれの大きさであってもクラックが発生しないことが確認された。一方、結晶粒径が１０．０μｍ及び１５．０μｍのときには、不点確率が５５％以上となり、製品として出荷できないことが確認された。
図５に示すように、管壁負荷が４５Ｗ／ｃｍ^２のときには、結晶粒径が０．５μｍから１．５μｍの範囲であれば、本管部２２の内径Ｄｉがいずれの大きさであってもクラックが発生しないことが確認された。
結晶粒径が３．０μｍ及び５．０μｍのときは、本管部２２の内径Ｄｉが２．０ｍｍ及び１０．０ｍｍであれば、クラックは発生しないが、内径Ｄｉが３．５ｍｍから７．０ｍｍのときには、発光管の中にはクラックが発生するものがあることが確認された。これは、本管部２２の内径Ｄｉが３．５ｍｍ以上になると、浮力等によってアークが湾曲することに起因する。アークが湾曲すると、本管部２２の内壁とアークとは、さらに近接することになる。これにより、本管部２２は局所的に高温まで熱せられ、本管部２２にはより大きな熱衝撃が生じることになるので、クラックが発生しやすくなる。なお、本管部２２の内径Ｄｉが１０ｍｍのときには、アークが湾曲した場合であっても、本管部２２の内壁とアークとの距離は保たれているので、クラックは発生しなかった。なお、本管部２２の内径が２．０ｍｍのときには、アークが湾曲することは確認されなかったが、これは、本管部２２の内径が細く、アークは空間的な制限を受けているので湾曲することなく直進したものと考えられる。本管部２２の内径Ｄｉが３．０ｍｍから７．０ｍｍのときには、上記のアークの湾曲によってクラックが発生することもあるが、不点確率が２０％以下で、残存率が８０％以上であるので、結晶粒径が３．０μｍ及び５．０μｍのときには製品として支障はない。
従来の幅広の発光管に用いられているアルミナの結晶粒径は、１５μｍから４０μｍ程度であり、図４及び図５に示すように、結晶粒径が１５μｍのときには、内径Ｄｉが１０ｍｍ以下の発光管に用いると、不点確率が６５％以上となるので、当該アルミナを製品に使用することはできない。また、結晶粒径を１０μｍに調整したときにも、不点確率が５５％以上となっており、クラックの発生を十分に低減できないことが確認された。
以上の試験より、結晶粒径を５．０μｍ以下とすることによって、本管部２２においてクラックの発生を低減でき、１８０００時間における残存確率が８０％以上になることが判明した。特に、結晶粒径を１．５μｍ以下とすると、アークが湾曲する等によって過酷な温度条件となった場合であっても、クラックの発生を効果的に抑制できることが明らかになった。
上記においては、管壁負荷が３５Ｗ／ｃｍ^２及び４５Ｗ／ｃｍ^２である場合の結果について記載したが、管壁負荷を２０Ｗ／ｃｍ^２から５０Ｗ／ｃｍ^２としたときにも同様の傾向がみられた。また、結晶粒径が径小であるほど、熱衝撃に対する耐性が高まるので、結晶粒径は、より径小に調整することが好ましい。しかし、製造上の理由及び寿命中の粒成長により、結晶粒径を０．５μｍ未満にすることは困難であるので、結晶粒径Ｇ（μｍ）は、０．５≦Ｇ≦５．０の範囲に調整することが好適である。
７．（ランプ特性）
上記の方法によって、焼成したアルミナ（全透過率９４．５％、直線透過率８％、結晶粒径１．５μｍ、ＭｇＯ添加量２００ｐｐｍ）を用いてランプを試作して、他のランプ特性についても測定した。
発光管の全長（細管部３２、４２の両端間の距離）を７２ｍｍ、電極長を２．５ｍｍ、電極間距離ＥＬを３２．０ｍｍ、本管部２２の内径Ｄｉを４．０ｍｍ（管外径φ６．２ｍｍ）、発光管形状パラメータＥＬ／Ｄｉ＝８．０に設定し、管壁負荷ＷＬを４５Ｗ／ｃｍ^２にして寿命試験を行なった。この結果、ランプ効率１２８ｌｍ／Ｗ、平均色温度３０２５Ｋで平均演色評価数Ｒａ＝７５である高効率のランプが得られた。なお、定格寿命９０００時間点灯時の光束維持率は８５％で、本管部２２にクラックが発生するものはなかった。
また、発光管の全長を８０ｍｍ、電極長を３．０ｍｍ、電極間距離ＥＬを４０．０ｍｍ、本管部２２の内径Ｄｉを４．０ｍｍ（管外径φ７．２ｍｍ）、発光管形状パラメータをＥＬ／Ｄｉ＝１０．０に設定し、管壁負荷ＷＬを４５Ｗ／ｃｍ^２にして寿命試験を行なった。この結果、ランプ効率１３４ｌｍ／Ｗ、平均色温度３１０５Ｋで平均演色評価数Ｒａ＝７８のレベルである高効率のランプが得られた。なお、定格寿命９０００時間点灯経過時の光束維持率は８８％で、本管部２２にクラックが発生するものはなかった。
以上より、本実施の形態によれば、発光管を細長い形状とすることによって、ランプ効率を高めることができ、かつ、発光管に発生しうるクラックを抑えることができるので、高効率かつ長寿命であるメタルハライドランプを提供することができる。
８．（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
上記においては、本管部２２に用いるアルミナの結晶粒径を、全領域にわたって均一に径小にしたものについて説明したが、局所的に結晶粒径を小さくする構成としてもよい。例えば、本管部２２の内径Ｄｉを５ｍｍにすると、アークが湾曲することがあり、特に中央部が熱せられることになる。この場合、本管部２２の中央部及びその近傍においてのみ、結晶粒径を５．０μｍ以下に調整することによってクラックの発生を低減することができる。
また、上記においては、本管部２２の結晶粒径について注目して記載したが、細管部３２、４２の材料に用いるアルミナの結晶粒径についても５μｍ以下としてもよい。これにより、熱衝撃によって細管部３２、４２に発生しうるクラックを抑制することができる。
また、上記においては、本管部２２の形状は、略円筒状であると説明したが、管軸と垂直な断面が全ての切断面で同一面積の円となる円筒であってもよいし、例えば、管軸と垂直な断面が管中央部に近づくほど面積の大きな円となるエンタシス状の円筒であってもよい。
さらに、上記においては、本管部２２及び細管部３２、４２が別個独立した部材からなり、当該本管部２２に細管部３２、４２が焼嵌されてなる構成について説明したが、本管部２２と細管部３２、４２とが一体に形成されている構成であってもよい。

以上に説明したように、本発明は、発光管を細長い形状にした場合であっても発光管にクラックが生じにくいという効果を有しているので、本発明によって、高効率で、かつ、長寿命であるメタルハライドランプを提供することができる。

Claims (5)

1. 先端部に電極を有する一対の電極導入体と、
   内部に前記電極が互いに対向するように配設された放電空間を有する多結晶アルミナセラミックからなる本管部と、
   当該本管部に連なり、かつ、内部に前記電極導入体が挿通されてシール材によって封止される一対の細管部と、
   を有する発光管を備えるメタルハライドランプであって、
   前記発光管の管壁負荷をＷＬ（Ｗ／ｃｍ^２）、前記電極間の距離をＥＬ（ｍｍ）、前記本管部の内径をＤｉ（ｍｍ）、前記多結晶アルミナセラミックの結晶粒径をＧ（μｍ）とすると、
   ２０≦ＷＬ≦５０、ＥＬ／Ｄｉ≧２．０、０．５≦Ｇ≦５．０を満たしていることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記多結晶アルミナセラミックの結晶粒径Ｇ（μｍ）は、０．５≦Ｇ≦１．５を満たしていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のメタルハライドランプ。
3. 前記本管部の内径Ｄｉ（ｍｍ）は、２．０≦Ｄｉ≦１０．０を満たしていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のメタルハライドランプ。
4. 前記多結晶アルミナセラミックは、ＭｇＯが２００ｐｐｍ以下だけ添加されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のメタルハライドランプ。
5. 前記多結晶アルミナセラミックは、全透過率が９４％以上であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のメタルハライドランプ。

Images