WO2005078765A1 - セラミックメタルハライドランプ、その使用法及び照明器具 - Google Patents

セラミックメタルハライドランプ、その使用法及び照明器具 Download PDF

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tube
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Kuniaki Nakano
Shinji Taniguchi
Kazuhiko Kawasaki
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Gs Yuasa Corporation
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    • H01J61/18—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
    • H01J61/20—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent mercury vapour

Definitions

  • the present invention relates to a metal halide lamp using a translucent ceramic for an arc tube, a method of using the same, and a lighting fixture using the same.
  • one or more kinds of iodides of inert gas, mercury, thallium iodide, dysprosium iodide, holmium iodide and other rare earth metals are contained in a quartz arc tube.
  • a quartz arc tube is filled with an iodide such as holmium, dysprosium, thulium, sodium, thallium, cesium, etc., together with a starting rare gas and mercury (Japanese Patent Publication JP-A-2000-200100). 1 — 266771) is known.
  • the tube wall load of the arc tube is 10 to 12.5 W / cm 2 and the luminous efficiency is Is 78 to 82.5 m / W, and the average color rendering index Ra is 70 to 80. Since this lamp uses quartz for the arc tube, the tube wall load cannot be increased to more than 20 W / cm 2 in order to avoid the reaction between the filling and the quartz material. Therefore, there was a disadvantage that the luminous efficiency and the average color rendering index Ra were inferior. Therefore, this lamp was not suitable for indoor lighting.
  • the metal halide lamp described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2666991 is a dysprosium iodide and a thulium iodide in a ceramic arc tube together with a rare gas and mercury. Contains holmium iodide, thallium iodide, sodium iodide and cesium iodide. Further, the tube wall load is set at 29.9 W // cm 2 .
  • ballasts for high-pressure mercury lamps are stipulated in Japanese Industrial Standards (JIS) and other standards, and versatile ballasts complying with the standards are mass-produced. As a result, ballasts for high-pressure mercury lamps are inexpensive due to mass production effects. Moreover, a large number of standard products are on the market.
  • ballast for a high-pressure mercury lamp can be used in a metal halide lamp, there is an advantage that a metal halide lamp can be used at a low cost. Moreover, there is an advantage that a metal halide lamp can be used as it is in a lighting device for a high-pressure mercury lamp already used in the market.
  • the lamp power factor is a value obtained by the following equation.
  • Lamp power Lamp power wZ (Voltage applied to the lamp X Current flowing through the lamp)
  • quartz or translucent ceramic is used as the material of the arc tube of the metal halide lamp.
  • Metal halide lamps using translucent ceramics are called ceramic metal halide lamps. Quartz is less heat resistant than translucent ceramics. Therefore, when quartz is used, the upper limit of the tube wall load is about 20 cm 2 . However, in order to improve the lamp efficiency, it is necessary to further increase the tube wall load.
  • translucent ceramics having better heat resistance than quartz are used.
  • the cost of translucent ceramics is higher than that of quartz. Therefore, translucent ceramics are generally used for lamps with significantly higher tube wall loads (about 50 W / cm 2 to 60 cm 2 ) than when quartz is used.
  • the lamp efficiency means the luminous flux per power, and is expressed in units such as 1 nx / W (lumen Z-unit).
  • the amount of cesium halide in that case is based on the number of moles of the metal element in the dysprosium halide, thulium halide, holmium halide, erbium halide, and terbium halide contained in the arc tube. On the other hand, the number of moles of cesium
  • An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a lamp having both a high lamp power factor and a high lamp efficiency even when a ceramic metal halide lamp is used in a ballast for a high-pressure mercury lamp. It is.
  • the first invention according to the present invention is as follows.
  • Halogen droid sodium In a ceramic metal halide lamp equipped with an arc tube containing
  • the cesium halide contained in the tube has a mole number of cesium of 10% or less
  • a tube wall load of the arc tube when the ceramic metal halide lamp is turned on by a test ballast for a high-pressure mercury lamp is 22 to 25 W / cm 2 .
  • the first invention described above relates to the number of moles of a metal element in dysprosium halide, halogenated thulium, halogenated honoleme, halogenated enolebium, and terbium halide contained in an arc tube.
  • the mole number of the cesium element in the cesium halide contained in the arc tube should be 10% or less.
  • ceramic metal halide lamps have generally been used in a region where the tube wall load is about 50 W / cm 2 to 60 W / cm 2 .
  • the tube wall load is around 50 W / cm 2
  • the decrease in the lamp power factor due to the increase in the tube wall load is almost the same when the amount of cesium halide in the light emitting tube is large or small. Therefore, it was thought that changing the amount of cesium halide did not change the fact that "adjusting the tube wall load would not produce a lamp with both high lamp power factor and high lamp efficiency".
  • the inventors' research has revealed that in the region where the tube wall load is 25 cm 2 or less, results that are completely unexpected from the results near 50 WZ cm 2 can be obtained.
  • the decrease in the lamp power factor due to the increase in the tube wall load is almost the same when the amount of cesium halide in the arc tube is large or small.
  • tube wall loading is at the 2 5 W / cm 2 or less in area, the cesium halide amount
  • the difference in lamp power factor due to the difference is significantly reduced (see Fig. 5).
  • the degree of decrease in lamp efficiency due to a decrease in tube wall load is almost the same when the amount of cesium halide in the arc tube is large or small (see FIG. 4).
  • the mole number of the cesium element of the cesium halide contained in the arc tube is 10% or less
  • test ballast for a high-pressure mercury lamp means a ballast specified in Japanese Industrial Standard (JIS) C81110987 .
  • JIS Japanese Industrial Standard
  • described herein as "lit the ceramic Kkumetaruharai Doranpu by test ballast for high pressure mercury lamp” is defined to six. 1] 1 3 ⁇ 8 1 1 01 9 87 Test It means that it lights up according to the conditions.
  • Table 1 of Annex Table 1 of JIS C 8110 1987 describes eight types of test ballasts for high-pressure mercury lamps with a rated lamp power of 4 OW to 100 W.
  • the ceramic metal halide lamp was turned on by the test ballast for the high-pressure mercury lamp” described in the specification of the present application means that the rated lamp power of the actual lamp and the JIS C811 the difference between the 0 1 9 8 7 "adapted to ramp the rated lamp power" described in Annex table 1 means that the lights to select what becomes minimum.
  • a metal halide lamp of 360 W described in an embodiment of the present invention described later is turned on using a ballast for 400 W.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an arc tube of a ceramic metal halide lamp according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a ceramic metal halide lamp according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a ceramic metal halide lamp according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the tube wall load and the lamp efficiency in the initial characteristics of the lamp of the present invention and the lamp of the comparative example.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the tube wall load and the lamp power factor in the initial characteristics of the example lamp of the present invention and the comparative example lamp.
  • FIG. 6 is a graph showing a relationship between a tube wall load and a lamp voltage rise value after lighting of the example lamp of the present invention and the comparative example lamp for 1200 hours.
  • FIG. 7 is a graph showing a relationship between a tube wall load and a peak voltage of the example lamp of the present invention and the comparative example lamp after lighting for 1200 hours.
  • FIG. 8 is a graph showing a relationship between a tube wall load and a lamp extinguishing rate of the example lamp of the present invention and the comparative example lamp after lighting for 1200 hours.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the lighting time and the luminous flux maintenance rate of the lamp of the example of the present invention and the lamp of the comparative example.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an arc tube constituting a metal halide lamp of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes an arc tube made of a translucent alumina ceramic, and narrow tube portions 5 are provided at both ends.
  • a first electric introducing body 7 made of a heat-resistant metal whose coefficient of thermal expansion is similar to that of the thin tube portion 5 is inserted.
  • a second electricity introduction body 6 made of a heat-resistant metal is attached to the electricity introduction body 7.
  • the electrode pole core 3 having the electrode coil 2 is attached to the electricity introducing body 6.
  • a part of the electric introduction bodies 6 and 7 and a part of the thin tube part 5 are hermetically sealed and fixed by a sealing material 9.
  • Reference numeral 4 denotes an electrode second coil
  • reference numeral 10 denotes a spacer.
  • the inner diameter and the length of the arc tube made of a translucent alumina ceramic are set so that the tube wall load becomes 22 to 25 cm 2 .
  • the tube wall load is expressed as the value obtained by dividing the lamp power by the area inside the arc tube corresponding to the distance between the electrodes.
  • the “area within the arc tube corresponding to the distance between the electrodes” is defined as follows. A straight line connects the centers of the tips of the two electrodes facing each other in the arc tube.
  • the reason for setting the lower limit of the pipe wall load to 22 WZ cm 2 is as follows. If the tube wall load is less than 22 W / cm 2 , the light tube temperature will not rise sufficiently. As a result, high efficiency cannot be obtained because the vapor pressure of the halide does not increase. Further, when the tube wall load is smaller than 22 W / cm 2 , the average color rendering index (R a) is less than 80, and the color rendering property is not obtained.
  • the arc tube internal volume is represented by the arc tube internal volume corresponding to the distance between the electrodes.
  • the “volume inside the arc tube corresponding to the distance between the electrodes” is defined as follows.
  • a straight line connects the centers of the tips of the two electrodes facing each other in the arc tube. From the planes perpendicular to the straight line, select two planes that include the centers of the two electrode tips.
  • the volume of the portion located between the two planes in the arc tube internal volume is defined as “the arc tube internal volume corresponding to the distance between the electrodes”. In other words, the gap located in the end direction from the tip of the electrode is excluded from the calculation of the inner volume because the inner diameter of the arc tube is narrowed and the volume is very small.
  • the optimum charging amount of each of the rare earth halide 3. 5 X 1 0 6 mol / cm 3 ⁇ 5 5 X 1 0 -.
  • a 6 molar Z cm 3 the total added amount 1 3 X 1 0- 6 mol / cm 3 - 3 3 X 1 0 - preferably with 6 mol / cm 3 range.
  • the optimum charging amount of the individual halides 1. 3 X 1 0- 6 mol cm 3 ⁇ 2. 5 X 1 0- 6 mol / cm 3 and then, the total added amount 1 3 X 1 0- 6 mol / cm 3 preferably in the range of ⁇ 1 8 X 1 0- 6 mole Z cm 3.
  • Optimum charging amount of the individual halides 4 0 X 1 0- 6 mol / cm 3 ⁇ 6 2 X 1 0 -.. And 6 mol cm 3, the total added amount 1 5 X 1 0- 6 Moruno cm 3 ⁇ preferably between 3 5 X 1 0- 6 mole range of Z cm 3.
  • the optimum charging amount of the individual halides 1. 0 X 1 0- 6 mol / cm 3 ⁇ 3. 0 X 1 0- 6 mol / cm 3 and then, the total added amount 6 X 1 0- 6 mol / cm 3 ⁇ 1 5 X 1 0 - preferably with 6 moles Z cm 3 range.
  • Optimum charging amount of the individual rare earth Harogeni ⁇ is 5. 0 X 1 0- 6 mol cm 3 ⁇ 1 0. 0 and X 1 0- 6 mol / cm 3, the total added amount 2 3 X 1 0- 6 Monore / cm 3 ⁇ 5 5 preferably in the range of X 1 0- 6 mol cm 3.
  • the optimum charging amount of the individual halides 1. 0 X 1 0- 6 mol / cm 3 ⁇ 3. 0 X 1 0- 6 and moles / cm 3, the total added amount 8 X 1 0 one 6 Monore Z cm 3 ⁇ 20 X 1 0 - preferably with 6 moles Z cm 3 range.
  • the filling amount is smaller than the above-mentioned range, the amount of the filling material that works effectively decreases due to the so-called “penetration” of the filling material into the thin tube portion. As a result, the vapor pressure of the halide is not sufficiently increased, so that it is difficult to obtain desired lamp characteristics.
  • the filling amount is larger than this range, excess halide accumulates on the inner surface of the arc tube. Since the halide absorbs light, lamp efficiency is reduced. Further, since the reaction between the halide and the arc tube member is accelerated, inconveniences such as a shortened lamp life occur.
  • halide serving as a luminescent material at least one of dysprosium halide, halogenated thulium and halogenated honoremium, erbium halide, and terbium halide is used. More preferably, all three types of halogenated dysprosium, nordogenidolium and nordogenated holmium are encapsulated.
  • the above-mentioned halogen compounds are used.
  • iodine I is preferable, and in some cases, bromine Br may be contained.
  • the translucent alumina ceramic has been described as an example of the material of the arc tube, it is not limited to this.
  • a translucent ceramic material such as indium oxide, magnesium oxide, or aluminum nitride can be used.
  • the arc tube shown in FIG. 1 has a shape in which a thin tube portion 5 is attached via an end disk provided at an end of a central main tube having a large diameter.
  • the present invention is not limited to this.
  • a so-called integrally molded product having a shape in which the main tube portion and the thin tube portion are integrally formed may be used.
  • the starting rare gas generally used neon, argon, xenon, krypton, or a mixed gas thereof can be used. Among them, it is preferable to use Ar gas of 3 to 10 KPa because the starting property of the lamp is good.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the metal halide lamp of the present invention.
  • 1 is an arc tube made of translucent ceramic having the above-mentioned configuration
  • 1 is an outer tube made of hard glass
  • 12 is a support wire for supporting the arc tube (also serves as an electric conductor)
  • 14 is a getter for keeping the inside of the outer tube in a high vacuum
  • 16 is a starting aid to facilitate starting of the lamp
  • the conductor, 15 is a base. Since the lamp shown in Fig. 2 does not have a built-in starter inside the outer tube, it is necessary to add a starter to the ballast. For example, if a starter is added to the ballast, the lamp shown in Fig. 2 can be operated with a mercury lamp ballast.
  • FIG. 3 is an embodiment of the metal halide lamp of the present invention, which is different from FIG.
  • a starter 13 consisting of a glow tube is built in the outer tube. If the starter 13 is built in the outer tube, the mercury lamp stabilizer can be used as it is. Therefore, it is possible to switch from lighting using a mercury lamp to lighting with a metal halide lamp simply by replacing the lamp.
  • the starter 13 is not limited to a gross tube. For example, a starter consisting of a series circuit of a bimetal switch and a resistor or a device using a non-linear capacitor may be used.
  • the ceramic metal halide lamp thus formed has an average color rendering index Ra of 80 or more and a color temperature of 350 to 500K.
  • the arc tube 1 shown in FIG. 1 was manufactured.
  • the arc tube 1 is made of a translucent alumina tube, and the inner diameter at the center is about 20 mm.
  • Five prototype lamps were manufactured using five types of arc tubes whose inner dimensions, excluding the thin tube, were approximately 34, 36, 38, 40, and 42 mm. At this time, the longer the inner dimension, the longer the interelectrode length, which is the distance between the tips of the left and right electrode pole cores 3.
  • the length between the electrodes was about 19, 21, 23, 26 and 29 mm. Accordingly, the lamp wall load of the lamp when it is lit by a test ballast for a 40 OW high-pressure mercury lamp specified by JIS is about 30, 27, 25, 22, and 2 It is 0 W / cm 2 .
  • the diameter of the electrode core 3 was about 0.9 mm, and the inner and outer diameters of the thin tube portions 5 provided at both ends of the arc tube 1 were about 2 mm and about 4.5 mm, respectively.
  • the first electricity introducing body 7 was made of an alloy of Nb—1% Zr, having a diameter of about 0.7 mm and a length of about 15 mm.
  • the second electricity introducing body 6 is made of Mo and has a diameter of about 0.4 mm and a length of about 3 mm.
  • First electrical conductor 7 and second electrical conductor Part of the insert 6 weighs S i 0 2 21.8 in the inner surface of the end of the thin tube portion 5. / 0, A 1 2 O a 1 6. 8 wt. /. And Y 2 O 3 6 1.4 weight. /. It is airtightly attached and fixed by the system sealing material 9.
  • the thus sealed arc tube 1 as a luminescent material D y I 3, Tm I 3 and H o I a, respectively 2. 0 X 1 0 - put 6 mol / cm 3. Further, thallium iodide is added in a molar ratio of about 0.4 with respect to the total amount of the rare earth (Dy, Tm, and Ho) halides, and sodium iodide is added to the total of the rare earth halides. Was added in a molar ratio of about 2.0. Further, as a rare gas, argon was introduced into the arc tube 1 so that the partial pressure became 1.6 ⁇ 10 4 Pa.
  • the amount of mercury to be put into the arc tube 1 is 64, 61, and 1, respectively, for the arc tube 1 with the electrode length of about 19, 21, 23, 26 and 29 mm. 58, 55 and 52 mg.
  • 25 lamps of Example A according to the present invention were manufactured. Further, as in Example A above, except that cesium iodide was added in an amount of 1 O mo 1% based on the total amount of rare earth halides contained in the arc tube and then added into the arc tube. Thus, 25 lamps of Example B according to the present invention were manufactured.
  • Example A the same procedure as in Example A was performed except that 20 mo 1% of cesium iodide was added to the arc tube and added to the arc tube to add 20 mo 1% of the total amount of the rare earth halides contained in the arc tube. Then, five lamps 25 of Comparative Example C were manufactured.
  • the arc tube 1 formed as described above has a stainless steel electric conductor and support in an outer tube 11 made of hard glass. Fixed by body 12.
  • a starting aid conductor 16 made of a Mo wire having a diameter of about 0.2 mm is provided in contact with the arc tube 1, and a starter 13 made of a glow tube is incorporated therein. This lamp can be easily turned on with a ballast for mercury lamps.
  • Fig. 4 shows the relationship between tube wall load and lamp efficiency based on the measured data obtained.
  • Figure 5 shows the relationship between tube wall load and lamp power factor.
  • ⁇ and 10% were added when 20% of boron chloride was added.
  • ⁇ the case where cesium iodide is not added is shown in the garden.
  • cesium trichloride was used as the cesium halide sealed in the discharge tube.
  • a cesium halide other than cesium boride was used, but similar results can be obtained with lamps of other powers, for example, 100 to 100 W lamps.
  • FIG. 6 shows the relationship between the tube wall load and the lamp voltage upper value after lighting for 1200 hours.
  • the lamp voltage rise value is the increase in the voltage required to supply a constant current to the lamp after the life test and before the test.
  • FIG. 7 shows the relationship between the tube wall load and the peak voltage after lighting for 1200 hours.
  • FIG. 8 shows the relationship between the tube wall load and the lamp extinguishing rate after lighting for 1200 hours.
  • the term “extinguishment” means that the lamp is turned off when the voltage required to maintain the lighting of the lamp becomes higher than the voltage applied to the lamp.
  • FIG. 9 shows the relationship between the lighting time and the luminous flux maintenance factor.
  • the data enclosed by the dotted line is the product of the present invention with a pipe wall load of 22 to 25 W / cm 2
  • the data enclosed by the solid line is the pipe wall load of 30 W / c ⁇ 2 This is a comparative example.
  • the tube wall load was set to 22 to 25 WZ cm 2 , and the dysprosium halide, thulium halide, honolemium halide, holenodium halide, enolebidium, and haloderide contained in the arc tube were set.
  • Stability for high-pressure mercury lamps is achieved by combining the fact that the number of moles of cesium element in cesium halide contained in the arc tube is 10% or less of the number of moles of metal element in terbium. Even when a ceramic metal halide lamp is turned on by a lamp, a lamp with both high lamp power and high lamp efficiency can be obtained. This has been found for the first time by the present inventors.
  • the lamp life characteristics deteriorate, such as a large increase in lamp voltage during the life.
  • the tube wall load is less than 22 W / cm 2
  • the lamp efficiency drops sharply. This is thought to be because the temperature of the light-emitting tube decreases and the vapor pressure of the luminescent material rapidly decreases. From FIG. 6, it can be seen that the lamp voltage rise value after lighting for 1200 hours increases as the tube wall load increases. Lamp voltage rise value in the range wall loading of 2. 2 to 2 5 W / cm 2 is fit within approximately 1 0 V, larger the lamp voltage rise value than the tube wall load 2 7 W / cm 2 is 2 Increase to 0 V or more.
  • the peak voltage after lighting for 1200 hours increases as the tube wall load increases.
  • a range wall loading of 2 2 ⁇ 2 5 W / cm 2 peak voltage is 0 to 2 V
  • the peak voltage is greater than 5 V in the wall loading is 2 7 W / cm 2 or more.
  • Fig. 8 shows the improvement effect of the reduction of lamp voltage rise and the reduction of peak voltage due to the reduction of tube wall load in terms of the lamp extinction rate.
  • 1 2 0 0 0 hours standing anti incidence of light after the lighting is wall loading is about 2 0% for 2 7 W / cm 2, if the range of 2 2 ⁇ 2 5 W / cm 2 It can be seen from FIG. 8 that it decreases to less than 10%.
  • the luminous flux maintenance factor decreases as the tube wall load increases. 1 2 0 0 0 hours the luminous flux maintenance factor after the lighting as long as it is within the range wall loading of 2. 2 to 2 5 W / cm 2 is a 7 5-8 5%, the wall load is 3 0 W Bruno light when cm 2 The bundle maintenance rate decreases to 60 to 80% and the variation increases. That is, if the tube wall load is within the range of 22 to 25 W / cm 2 , the luminous flux maintenance factor is high and the variation is small. .
  • the test was performed using a test ballast for a high-pressure mercury lamp.
  • commercially available ballasts for high-pressure mercury lamps have similar characteristics to this test ballast. Therefore, it is apparent that the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained even with the lighting fixture including the metal halide lamp of the above-described embodiment and the ballast for the high-pressure mercury lamp.
  • the method includes the steps of: using a dysprosium halide, a halogenated gallium, a halogenated gallium, a erbium halide, and a terbium halide contained in the arc tube.
  • the number of moles of the cesium element of the cesium halide contained in the arc tube is 10 with respect to the number of moles of the metal element. /. Less and, and by the use of a ballast for a high pressure mercury lamp, as the tube wall loading of the arc tube becomes 2 2 ⁇ 2 5 W / cm 2 , even if lit ceramic metal Hara I Doranpu It is clear that the same result as in the above embodiment can be obtained.
  • the halide as the light emitting substance was filled with three kinds of dispersium halide, halogenated holmium and halogenated holmium, and thallium halide and sodium halide.
  • the effects of the present invention can be obtained by enclosing at least one of dysprosium, halodyride holmium, halodyride holmium, halodyride enolepium, and haguchi genidero tenorebium, and thallium halide and sodium halide. This was confirmed in another experiment.
  • the dysprosium halides among the dysprosium halides, the lithium halides, the norogeni-dani honoremime, the nordani-dani enolevime, and the nordani-dani tenorium, the halogenated dysprosium, the thulium-halide, and about 2 halogenation holmium respectively.
  • the dysprosium halide, thulium halide, holmium halide, erbium halide, and terbium halide contained in the arc tube The same effect can be obtained by setting the number of moles of the cesium element of the cesium halide contained in the arc tube to 10% or less with respect to the number of moles of the metal element.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうちの少なくとも１種、水銀、希ガス、ハロゲン化タリウム、およびハロゲン化ナトリウムを封入物として含む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、発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下であり、かつ高圧水銀ランプ用の試験用安定器によってセラミックメタルハライドランプを点灯した際の発光管の管壁負荷が２２～２５Ｗ／ｃｍ２である。

Description

明 細 書 セラミックメタルハライ ドランプ、 その使用法及び照明器具 技術分野
本発明は、 発光管に透光性セラミックを使用したメタルハラィ ドランプ、 その使用法、 およびそれを用いた照明器具に関するものである。 背景技術
本発明に関連した従来技術としては、 石英製の発光管内に、 不活性ガス、 水銀、 ヨウ化タリ ウムおよびヨウ化ジスプロシウム、 ヨウ化ホルミ ウムその 他希土類金属のョゥ化物の 1種又は複数種が封入されたもの （日本特許文献 特開昭 5 2 - 3 1 5 8 1号公報参照） がある。 さらに、 透光性セラミック 発光管内に、 始動用希ガスおよび水銀とともに、 ホルミウム、 ジスプロシゥ ム、 ツリウム、 ナトリ ウム、 タリ ウム、 セシウム等のヨウ化物が封入された もの （日本特許文献 特開 2 0 0 1 — 2 6 6 7 9 1号公報参照） が知られて いる。
日本の特許文献である特開昭 5 2 - 3 1 5 8 1号公報に記載のメタルハラ ィ ドランプでは、 発光管の管壁負荷は 1 0〜 1 2 . 5 W/ c m 2 で、 発光効 率は 7 8〜 8 2 . 5 1 m /Wで、 平均演色評価数 R aは 7 0〜 8 0である。 こ のランプは発光管に石英を使用しているので、 封入物と石英材料との反応を 避けるため管壁負荷を 2 0 W/ c m 2 以上に高めることができない。. そのた めに、 発光効率および平均演色評価数 R aが劣るという欠点があった。 その ため、 このランプは室内照明用途には適さないランプであった。
日本の特許文献である特開 2 0 0 1 — 2 6 6 7 9 1号公報に記載のメタル ハライ ドランプは、 セラミック製の発光管内に、 希ガスおよび水銀とともに 、 ヨウ化ジスプロシウム、 ヨウ化ツリ ウム、 ヨウ化ホルミウム、 ヨウ化タリ ゥム、 ヨウ化ナトリ ゥムおよびヨウ化セシウムを含んでいる。 さらに、 その 管壁負荷は 2 9 . 9 W// c m 2 に設定されている。
これまで、 メタルハライ ドランプでは、 ランプごとに安定器が設計されて いる。 つまり、 メタルハライ ドランプ用としては、 汎用性のある安定器はな い。 その結果、 量産効果が効かないために、 安定器が高価になるという問題 があった。 一方、 高圧水銀ランプ用の安定器では、 日本工業規格 （ J I S ) などで規格が定められているので、 規格に従った汎用性のある安定器が量産 されている。 その結果、 量産効果によって、 高圧水銀ランプ用の安定器は価 格が安い。 しかも、 規格品が多量に巿場に出回っている。
メタルハラィ ドランプで高圧水銀ランプ用の安定器を使用することができ れば、 メタルハライ ドランプを安価に使用することができるという利点が得 られる。 しかも、 既に市場で使用されている高圧水銀ランプ用の照明装置で 、 そのままメタルハライ ドランプを使用することができるという利点が得ら れる。
しかしながら、 従来のメタルハライ ドランプを高圧水銀ランプ用の安定器 で使用すると、 十分に高いランプ力率が得られないという問題点があった。 ここで、 ランプ力率とは、 つぎの式によって求められる値である。 ランプカ率 =ランプ電力 wZ (ランプに加える電圧 Xランプに流れる電流） また、 メタルハライ ドランプの発光管の材質としては、 一般に、 石英か透 光性セラミックが用いられる。 透光性セラミックが用いられたメタルハラィ ドランプは、 セラミックメタルハライ ドランプと呼ばれる。 石英は、 透光性 セラミックよりも耐熱性に劣る。 したがって、 石英が用いられる場合、 管壁 負荷の上限は 2 0 c m 2程度となる。 しかし、 ランプ効率を向上させるた めには、 さらに管壁負荷を向上させることが必要となる。 このような場合、 石英よりも耐熱性に優れる透光性セラミックが用いられることとなる。 ただ し、 透光性セラミックのコストは石英よりも高い。 したがって、 透光性セラ ミックは、 一般的に、 石英を用いた場合よりも大幅に高い管壁負荷 （5 0 W / c m 2〜 6 0 c m 2程度） のランプに用いられている。 なお、 ランプ効 率とは、 電力あたりの光束を意味するものであり、 1 nx /W (ルーメン Zヮ ット） などの単位で表される。
上述したように、 透光性セラミックを用いた場合、 高い管壁負荷によって 高いランプ効率が得られる。 しかし、 高い管壁負荷は、 ランプ力率の低下と いう問題をもたらす。 そのランプ用に設計された安定器を用いる場合には、 ランプ力率がほぼ 1になるように安定器を設計することができるのでこのよ うな問題は生じない。 しかしながら、 高圧水銀ランプ用の安定器をメタルハ ライ ドランプに用いる場合には、 安定器の最適設計ができないので、 このラ ンプカ率の低下が深刻な問題となる。 この問題を解決するために、 ハロゲン 化セシウムを発光管内に含ませることによって、 ランプカ率を向上させるこ とが一般におこなわれている。 その場合のハロゲン化セシウムの量は、 発光 管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化ツリ ウム、 ハロゲ ン化ホルミ ウム、 ハロゲン化エルビウム、 およぴハロゲン化テルビウム中の 金属元素のモル数に対して、 ハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が
2 0 %以上となるように調整されていた。
ところが、 ランプ力率とランプ効率とをさらに向上させることが求められ ている。 しかし、 管壁負荷を高くするとランプ力率が低下し、 管壁負荷を低 くするとランプ効率が低下する。 したがって、 管壁負荷を調整しても、 ラン プカ率とランプ効率との両方が高いランプは得られないという問題点があつ た。 発明の開示
本発明の目的は、 上記の問題点を解決して、 セラミックメタルハライ ドラ ンプを高圧水銀ランプ用の安定器で使用しても、 ランプ力率とランプ効率と の両方が高いランプを提供することである。
本発明による第 1の発明は、 つぎのとおりである。
ハロゲン化ジスプロシウム、 ノヽロゲン化ツリ ウム、 ハロゲン化ホルミゥ ム、 ハロゲンィ匕エノレビゥム、 およぴハロゲンィ匕テノレビゥムのうちの少なく と も 1種、
水銀、
希ガス、
ハロゲン化タリ ウム、 および
ハロゲンィ匕ナトリ ウム を封入物と して含む発光管を備えたセラミックメタルハラィ ドランプに おいて、
前記発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化ッリ ゥム、 ノヽロゲンィ匕ホノレミゥム、 ハロゲンィ匕エノレビゥム、 ぉょぴノ、ロゲンィ匕テ ルビゥム中の金属元素のモル数に対して、 前記発光管の中に含まれるハロゲ ン化セシウムのセシウム元素のモル数が 1 0 %以下であり、 かつ
高圧水銀ランプ用の試験用安定器によって前記セラミックメタルハラィ ドランプを点灯した際の前記発光管の管壁負荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2 であ ることを特徴とする。
上記の第 1の発明は、 発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲンィ匕ツリ ウム、 ハロゲンィヒホノレミゥム、 ハロゲンィ匕エノレビゥム、 およ ぴハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、 発光管の中に含ま れるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が 1 0 %以下にすることと
、 高圧水銀ランプ用の試験用安定器によってセラミックメタルハライ ドラン プを点灯した際の発光管の管壁負荷を 2 2〜 2 5 W/ c m 2 とすることとを 組み合わせることによって、 セラミックメタルハラィ ドランプを高圧水銀ラ ンプ用の安定器で使用しても、 高いランプ力率と高いランプ効率との両立を 可能にするものである。
上述したように、 セラミックメタルハライ ドランプは、 一般的に、 管壁負 荷が 5 0 W/ c m 2〜 6 0 W/ c m 2程度の領域で用いられてきた。 管壁負荷 が 5 0 W/ c m 2付近では、 管壁負荷の上昇によるランプ力率の減少量が、 発 光管内のハロゲン化セシゥム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度で ある。 したがって、 ハロゲン化セシウムの量を変化させても、 「管壁負荷の 調整によってランプ力率とランプ効率との両方が高いランプは得られない」 ことにかわりはないと考えられていた。 ところが、 発明者らの研究によって 、 管壁負荷が 2 5 c m 2以下の領域では、 5 0 WZ c m 2付近の結果から は全く予想されない結果が得られることが判明した。 すなわち、 5 0 W/ c m 2付近では、 管壁負荷の上昇によるランプ力率の減少量が、 発光管内のハロ ゲン化セシゥム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度であるにもかか わらず、 管壁負荷が 2 5 W/ c m 2以下の領域では、 ハロゲン化セシウム量の 違いによるランプ力率の差が著しく小さくなる （第 5図参照） 。 その一方で 、 管壁負荷の低下によるランプ効率の減少の程度は、 発光管内のハロゲン化 セシゥム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度である （第 4図参照） 。 その結果、 管壁負荷を 22〜 25WZc m2 に設定することと、 発光管の 中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化ツリ ウム、 ハロゲン化 ホノレミ ゥム、 ハロゲン化エノレビゥム、 およびノヽロゲン化テノレビゥム中の金属 元素のモル数に対して、 発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシゥ ム元素のモル数が 1 0 %以下にすることとを組み合わせることによって、 高 圧水銀ランプ用の安定器によってセラミックメタルハラィ ドランプを点灯し た場合であっても、 ランプ力率とランプ効率との両方が高いランプが得られ る。 このことは、 本願発明者らによって初めて見出されたものである。
なお、 本願明細書に記載の 「発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシ ゥム、 ハロゲンィ匕ツリ ウム、 ノヽロゲンィ匕ホノレミゥム、 ハロゲンィ匕エノレビゥム 、 およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、 発光管の中 に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が 1 0 %以下」 とは 、 ハロゲン化セシウムが全く含まれない場合をも含むものである。
また、 本願明細書に記載の 「高圧水銀ランプ用の試験用安定器」 とは、 日 本工業規格 （ J I S) の C 8 1 1 01 987で定められたものを意味する。 さら に、 本願明細書に記載の 「高圧水銀ランプ用の試験用安定器によってセラミ ックメタルハライ ドランプを点灯した」 とは、 】 1 3の〇 8 1 1 019 87の 6 . 1に定められた試験条件にしたがって点灯することを意味する。 また、 J I Sの C 8 1 1 01987の附属書表 1には、 定格ランプ電力が 4 OWから 1 0 0 0Wの 8種類の、 高圧水銀ランプ用試験用安定器が記載されている。 本願 明細書に記載の 「高圧水銀ランプ用の試験用安定器によってセラミックメタ ルハライ ドランプを点灯した」 とは、 これらの安定器のうち、 実際のランプ の定格ランプ電力と、 J I Sの C 8 1 1 01 9 8 7の附属書表 1に記載の 「適合 するランプの定格ランプ電力」 との差が最も小さくなるものを選択して点灯 することを意味する。 たとえば、 後述の本願実施例に記載の 3 6 0Wのメタ ルハライ ドランプは、 4 0 0W用の安定器を用いて点灯する。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施例であるセラミックメタルハラィ ドランプの発光 管の構成を示す断面図である。
第 2図は、 本発明の一実施例であるセラミックメタルハラィ ドランプを示 す概略構成図である。
第 3図は、 本発明の他の実施例であるセラミックメタルハラィ ドランプを 示す概略構成図である。
第 4図は、 本発明の実施例ランプと比較例ランプとの初期特性における管 壁負荷とランプ効率との関係を示すグラフである。
第 5図は、 本発明の実施例ランプと比較例ランプとの初期特性における管 壁負荷とランプ力率との関係を示すグラフである。
第 6図は、 本発明の実施例ランプと比較例ランプとの 1 2 0 0 0時間点灯 後における管壁負荷とランプ電圧上昇値との関係を示すグラフである。 第 7図は、 本発明の実施例ランプと比較例ランプとの 1 2 0 0 0時間点灯 後における管壁負荷とピーク電圧との関係を示すグラフである。
第 8図は、 本発明の実施例ランプと比較例ランプとの 1 2 0 0 0時間点灯 後における管壁負荷とランプ立消発生率との関係を示すグラフである。 第 9図は、 本発明の実施例ランプと比較例ランプとの点灯時間と光束維持 率との関係を示すグラフである。 発明を実施するための好ましい形態
本発明を図により説明する。 第 1図は、 本発明のメタルハライ ドランプを 構成する発光管を示す断面図である。 第 1図において、 1は透光性アルミナ セラミックからなる発光管であり、 その両端部には細管部 5が設けられてい る。 細管部 5の内部には、 熱膨張率が細管部 5のそれと近似した耐熱金属か らなる第 1の電気導入体 7が挿入されている。 電気導入体 7には、 耐熱金属 製の第 2の電気導入体 6が取り付けられている。 さらに、 電極コイル 2を有 する電極極芯 3が、 電気導入体 6に取り付けられている。 電気導入体 6およ び 7の一部と細管部 5の一部とは、 封着材 9によって気密的に口ゥ付け固定 されている。 4は電極第 2コイル、 1 0はスぺーサ一である。 ここで、 透光性アルミナセラミックからなる発光管の内径および長さ寸法 は管壁負荷が 2 2 ~ 2 5 c m 2 になるように設定する。 なお、 管壁負荷 は電極間距離に対応する発光管内面積でランプ電力を除した値で表すものと する。 「電極間距離に対応する発光管内面積」 は、 つぎのとおり定義される 。 発光管内で向き合う二つの電極の先端の中心を結んで直線とする。 その直 線に垂直な平面のうち、 二つの電極の先端の中心を含む二平面を選ぶ。 発光 管内面積のうち、 その二平面の間に位置する部分の面積を 「電極間距離に対 応する発光管内面積」 とする。 管壁負荷の下限値を 2 2 WZ c m 2 に設定す る理由は、 つぎのとおりである。 管壁負荷が 2 2 W/ c m 2 より小さいと発 光管温度が十分に上がらない。 その結果、 ハロゲン化物の蒸気圧が高くなら ないので、 高効率が得られないからである。 さらに、 管壁負荷が 2 2 W/ c m 2 より小さいと、 平均演色評価数 （R a ) が 8 0未満となり髙演色性でな くなるからである。
このように構成された、 透光性セラミックよりなる発光管の内部には、 水 銀と、 始動用希ガスと、 発光物質と して少なく ともハロゲン化ジスプロシゥ ム、 ハロゲン化ッリゥムおよぴハロゲン化ホルミゥムのうちの 1種以上とハ ロゲン化タリ ゥムおよびハロゲン化ナトリ ゥムとが封入されている。 発光物 質の最適封入量は、 ランプの大きさおよび発光スぺク トルの色温度を何度に するかにより異なる。 ランプの大きさおよび色温度と希土類ハロゲン化物の 最適封入量との関係は下記のとおりである。 なお、 発光管内容積は、 電極間 距離に対応する発光管内容積で表わしている。 「電極間距離に対応する発光 管内容積」 は、 つぎのとおり定義される。 発光管内で向き合う二つの電極の 先端の中心を結んで直線とする。 その直線に垂直な平面のうち、 二つの電極 の先端の中心を含む二平面を選ぶ。 発光管内容積のうち、 その二平面の間に 位置する部分の容積を 「電極間距離に対応する発光管内容積」 とする。 すな わち、 電極の先端よりも端方向に位置する空隙は発光管の内径が絞られてい て容積が微少であるので、 内容積の計算からは除外されている。
<色温度を 3 0 0 0 Kとした場合 >
[ランプの大きさ 1 9 0 W]
個々の希土類ハロゲン化物の最適封入量は 3 . 5 X 1 0 6 モル/ c m 3 〜 5 . 5 X 1 0 - 6 モル Z c m3 とし、 総封入量は 1 3 X 1 0— 6 モル/ c m 3 - 3 3 X 1 0 - 6 モル/ c m3 の範囲とするのが好ましい。
[ランプの大きさ 2 3 0 W]
個々のハロゲン化物の最適封入量は 1 . 3 X 1 0— 6 モル c m 3 〜 2. 5 X 1 0— 6 モル/ c m3 とし、 総封入量は 1 3 X 1 0— 6 モル/ c m 3 〜 1 8 X 1 0— 6 モル Z c m3 の範囲とするのが好ましい。
[ランプの大きさ 2 7 0 W]
個々のハロゲン化物の最適封入量は 4 . 0 X 1 0— 6 モル/ c m3 〜 6 . 2 X 1 0 - 6 モル c m 3 とし、 総封入量は 1 5 X 1 0— 6 モルノ c m 3 〜 3 5 X 1 0— 6 モル Z c m3 の範囲とするのが好ましい。
[ランプの大きさ 3 6 0 W]
個々のハロゲン化物の最適封入量は 1 . 0 X 1 0— 6 モル/ c m 3 〜 3 . 0 X 1 0— 6 モル/ c m 3 とし、 総封入量は 6 X 1 0— 6 モル/ c m 3 〜 1 5 X 1 0 - 6 モル Z c m3 の範囲とするのが好ましい。
<色温度を 4 0 0 0 Kとした場合〉
[ランプの大きさ 1 9 0 W]
個々の希土類ハロゲンィ匕物の最適封入量は 5 . 0 X 1 0— 6 モル c m 3 〜 1 0 . 0 X 1 0— 6 モル/ c m 3 とし、 総封入量は 2 3 X 1 0— 6 モノレ/ c m 3 〜 5 5 X 1 0— 6 モル c m 3 の範囲とするのが好ましい。
[ランプの大きさ 2 3 0 W]
個々のハロゲン化物の最適封入量は 2 . 0 X 1 0— 6 モル Z c m 3 ~ 5 . 0 X 1 0 - 6 モル/ c m 3 とし、 総封入量は 8 X 1 0一 6 モノレ/ c m 3 〜 1 8 X 1 0 - 6 モル/ c m 3 の範囲とするのが好ましい。
[ランプの大きさ 2 7 0 W]
個々のハロゲン化物の最適封入量は 3 . 0 X 1 0— 6 モル Z c m 3 〜 7 . 0 X 1 0 - 6 モル/ c m 3 とし、 総封入量は 2 0 X 1 0 - 6 モル/ c m 3 ~ 4 0 X 1 0 - 6 モル c m 3 の範囲とするのが好ましい。
[ランプの大きさ 3 6 0 W]
個々のハロゲン化物の最適封入量は 1 . 0 X 1 0— 6 モル/ c m3 〜 3 . 0 X 1 0— 6 モル/ c m 3 とし、 総封入量は 8 X 1 0一 6 モノレ Z c m 3 〜 2 0 X 1 0 - 6 モル Z c m 3 の範囲とするのが好ましい。
封入量が前記範囲より小さいと、 封入物が細管部内に入り込む、 いわゆる 「もぐり込み」 によって、 有効に作用する封入物の量が少なくなる。 その結 果、 ハロゲン化物の蒸気圧が十分に上がらないので、 所望のランプ特性が得 にく くなる。 また、 封入量がこの範囲より大きくなると、 余分なハロゲン化 物が発光管内面に溜まる。 そのハロゲン化物が光を吸収するので、 ランプ効 率が低下する。 また、 ハロゲン化物と発光管部材との反応が加速されるので 、 ランプ寿命が短くなる等の不都合が生じる。
発光物質となるハロゲン化物としては、 ハロゲン化ジスプロシウム、 ハロ ゲンィ匕ツリ ウムおよびハロゲンィ匕ホノレミゥム、 ハロゲン化エルビウム、 およ ぴハロゲン化テルビウムのうちの少なく とも 1種以上が用いられるが、 これ らのうち、 ハロゲンィ匕ジスプロシウム、 ノヽロゲンィ匕ッリ ゥムおよびノヽロゲン 化ホルミゥムの 3種のすべてが封入されることがより好ましい。
発光物質としては前述のハロゲン化合物が用いられるが、 ハロゲンと して はよう素 Iが好ましく、 場合により臭素 B rが含まれていても良い。
なお、 発光管の材質としては透光性アルミナセラミックが例として説明さ れたが、 これに限定されるものではない。 例えば、 酸化イッ トリ ウム、 酸化 マグネシウム、 または窒化アルミニゥム等の透光性セラミック材料が使用き れる。
さらに、 第 1図に示される発光管は、 径大の中央部本管の端部に設けられ たェンドディスクを介して、 細管部 5が取り付けられた形状となっている。 しかし、 本発明はこれに限定されるものではない。 例えば、 本管部と細管部 とが一体的に形成された形状の、 いわゆる、 一体成形品であっても良いのは もちろんである。
また、 始動用希ガスとしては、 一般に用いられるネオン、 アルゴン、 キセ ノンおよぴク リプトン又はそれらの混合ガスなどが使用できる。 そのなかで も、 3〜 1 0 K P aの A rガスを用いることが、 ランプの始動性が良いとい う理由において好ましい。
第 2図は、 本発明のメタルハライ ドランプの概略構成図である。 1は前述 した構成からなる透光性セラミック製の発光管、 1 1は硬質ガラス製の外管 、 1 2は発光管を支持するための支持線 （電気導体を兼ねる） 、 1 4は外管 内を高真空に保っためのゲッター、 1 6はランプの始動を容易にするための 始動捕助導体、 1 5は口金である。 第 2図に示されるランプは、 外管内に始 動器を内蔵していないので、 安定器に始動器が付加される必要がある。 例え ば、 安定器に始動器を付加すれば、 第 2図に示されるランプにおいて、 水銀 灯用安定器での点灯が可能である。
第 3図は、 第 2図とは異なる、 本発明のメタルハライ ドランプの実施例で ある。 この例では、 グロ一管からなる始動器 1 3が外管内に内蔵されている 。 始動器 1 3を外管内に内蔵させた場合には、 水銀灯安定器がそのまま使用 可能となる。 したがって、 ランプの交換のみで、 水銀灯を用いた照明からメ タルハライ ドランプの照明に切り替えることができる。 始動器 1 3は、 グロ 一管に限定されるものではない。 例えば、 バイメタルスィッチと抵抗の直列 回路からなる始動器、 あるいは非線形コンデンサーを用いたものでも良い。 このように形成されたセラミックメタルハラィ ドランプでは、 平均演色評価 数 R aが 8 0以上で色温度が 3 5 0 0〜 5 0 0 0 Kとなる。
実施例
次に 3 6 0 Wランプの実施例について説明する。
第 1図に示される発光管 1を製作した。 発光管 1は透光性アルミナ管から なり、 中央部の内径寸法を約 2 0 mmとした。 細管部を除く内寸法の長さを 約 3 4、 3 6、 3 8、 4 0および 4 2 m mとした 5種類の発光管を用いて、 各 5個ずつのランプを試作した。 このとき、 前記内寸法が長いものほど、 左 右の電極極芯 3の先端間の距離である電極間長を長く した。 その電極間長は 、 約 1 9、 2 1、 2 3、 2 6および 2 9 mmとした。 これに応じて、 J I S で定められた、 4 0 OWの高圧水銀ランプ用の試験用安定器で点灯した場合 のランプの管壁負荷は、 約 3 0、 2 7、 2 5、 2 2および 2 0 W/ c m 2 と なる。 電極極芯 3の径を約 0. 9 mm、 発光管 1の両端に設けられた細管部 5の内径おょぴ外径寸法をそれぞれ約 2 mmと約 4. 5 mmとした。 第 1の 電気導入体 7は N b— 1 % Z rの合金からなり、 その径は約 0. 7 mmで長 さは約 1 5 mmとした。 第 2の電気導入体 6は M oからなり、 その径は約 0 . 4 mmで長さは約 3 mmである。 第 1の電気導入体 7およぴ第 2の電気導 入体 6の一部は、 細管部 5の端部内面において、 S i 02 2 1. 8重量。 /0、 A 1 2 O a 1 6. 8重量。/。および Y 2 O 3 6 1. 4重量。/。系の封着材 9によ り気密的に口ゥ付け固定されている。
このように密封された発光管 1内に、 発光物質と して D y I 3 、 Tm I 3 および H o I a をそれぞれ 2. 0 X 1 0 - 6 モル/ c m 3 入れた。 さらに、 ヨウ化タリ ウムを、 前記希土類 （D y、 Tmおよび H o ) ハロゲン化物の合 計に対してモル比で約 0. 4入れ、 さらにョゥ化ナトリ ゥムを希土類ハロゲ ン化物の合計に対してモル比で約 2. 0入れた。 さらに、 希ガスとして、 分 圧が 1. 6 X 1 04 P a となるようにアルゴンを発光管 1内に入れた。 さらに 発光管 1内に入れる水銀の量は、 電極間長が約 1 9、 2 1、 2 3、 2 6およ び 2 9 mmの発光管 1に対して、 それぞれ順に 6 4、 6 1、 5 8、 5 5およ び 5 2 m gとした。 以上のようにして、 本発明による実施例 Aのランプ 2 5 個を製作した。 さらに、 発光管の中に入れられた希土類ハロゲン化物の合計 に対して 1 O m o 1 %のョゥ化セシウムを追加して発光管の中に入れたこと 以外は、 上記の実施例 Aと同様にして、 本発明による実施例 Bのランプ 2 5 個を製作した。 さらに、 発光管の中に入れられた希土類ハロゲン化物の合計 に対して 2 0 m o 1 %のヨウ化セシゥムを追加して発光管の中に入れたこと 以外は、 上記の実施例 Aと同様にして、 比較例 Cのランプ 2 5個を製作した このように形成された発光管 1は、 第 3図に示されるように、 硬質ガラス からなる外管 1 1内にステンレス製の電気導体兼支持体 1 2によって固定さ れる。 発光管 1に接して、 径が約 0. 2 mmの M o線からなる始動捕助導体 1 6が付設されるとともに、 グロ一管からなる始動器 1 3が組み込まれてい る。 このランプは水銀灯用安定器で容易に点灯可能である。
このように構成した 7 5個のランプの初期特性を測定した。 これらのラン プにおいて、 高圧水銀ランプ用の試験用安定器を用いて、 電源電圧が 2 0 0 V—定における諸特性を測定した。 得られた測定データをもとに、 管壁負荷 とランプ効率の関係をグラフに表すと第 4図のとおりであった。 また、 管壁 負荷とランプ力率との関係は第 5図のとおりであった。 第 4図および第 5図 においては、 ョゥ化セシゥムが 2 0 %添加された場合が♦、 1 0 %添加され た場合が▲、 ョゥ化セシウムが添加されていない場合が園で表されている。 なお、 上記の比較例では、 放電管内に封入されるハロゲン化セシウムと して 3ゥ化セシゥムが用いられたが、 ョゥ化セシゥム以外のハロゲン化セシゥム を用いても同様の結果が得られる。 上記の実験では 3 6 O Wのランプが用い られたが、 それ以外の電力、 例えば 1 0 0〜 1 0 0 0 Wのランプでも同様の 結果が得られる。
さらに、 上記の 3 6 O Wのランプのうち、 発光管内にョゥ化セシウムを含 まない実施例 Aのランプを寿命試験にかけたところ、 第 6図、 第 7図、 第 8 図および第 9図に示す結果が得られた。 第 6図は、 管壁負荷と 1 2 0 0 0時 間点灯後のランプ電圧上値との関係を示したものである。 ここで、 ランプ電 圧上昇値とは、 ランプに一定値の電流を流すために必要な電圧の、 寿命試験 後の試験前に対する増加分である。 第 7図は、 管壁負荷と 1 2 0 0 0時間点 灯後のピーク電圧との関係を示している。 ここで、 上記の寿命試験後の実施 例のランプでは、 一定電流を流し始めると電圧値が上昇して、 ピークに到達 した後に減少し、 安定電圧値に到達する。 つまり、 ランプ電圧が安定電圧値 に到達する前に、 電圧のピークが現れる。 そのピークにおける電圧の、 安定 電圧値に対する相対値を、 ピーク電圧という。 また、 第 8図は、 管壁負荷と 、 1 2 0 0 0時間点灯後のランプの立消え発生率との関係を示している。 な お、 立ち消えとは、 ランプの点灯の維持に必要な電圧が、 ランプに印加され る電圧よりも高くなることによって、 ランプが消灯してしまうことである。 さらに、 第 9図は、 点灯時間と光束維持率との関係を示している。 第 9図に おいて、 点線で囲まれたデータは管壁負荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2の本発明品 、 実線で囲まれたデータは管壁負荷が 3 0 W/ c πι 2の比較例である。
以上のデータから次のことが明らかになった。
管壁負荷が 2 5 c m 2以下の領域では、 5 0 W/ c m 2付近の結果から は全く予想されない結果が得られることが判明した。 すなわち、 5 0 W/ c m 2付近では、 管壁負荷の上昇によるランプ力率の減少量が、 発光管内のハロ ゲン化セシウム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度であるにもかか わらず、 管壁負荷が 2 5 W/ c m 2以下の領域では、 ハロゲン化セシウム量の 違いによるランプ力率の差が著しく小さくなる （第 5図参照） 。 その一方で 、 管壁負荷の低下によるランプ効率の減少の程度は、 発光管内のハロゲン化 セシウム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度である （第 4図参照） 。 その結果、 管壁負荷を 2 2〜 2 5 WZ c m 2 に設定することと、 発光管の 中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化ツリ ウム、 ハロゲン化 ホノレミ ゥム、 ハロゲンィ匕エノレビゥム、 およびハロゲンィ匕テルビウム中の金属 元素のモル数に対して、 発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシゥ ム元素のモル数が 1 0 %以下にすることとを組み合わせることによって、 高 圧水銀ランプ用の安定器によってセラミックメタルハラィ ドランプを点灯し た場合であっても、 ランプカ率とランプ効率との両方が高いランプが得られ る。 このことは、 本願発明者らによって初めて見出されたものである。 さらに、 管壁負荷が 2 5 c m 2 より大きくなると寿命中のランプ電圧 の上昇が大きくなる等、 ランプの寿命特性が悪くなる。 また、 管壁負荷が 2 2 W/ c m 2 より小さくなるとランプの効率は急激に低下する。 これは、 発 光管温度が下がり発光物質の蒸気圧が急激に低下するためと考えられる。 第 6図から 1 2 0 0 0時間点灯後のランプ電圧上昇値は管壁負荷が大きく なると増大することが分かる。 管壁負荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2 の範囲では ランプ電圧上昇値はほぼ 1 0 V以内におさまるが、 管壁負荷が 2 7 W/ c m 2 よりも大きくなるとランプ電圧上昇値は 2 0 V以上に増大する。
第 7図から 1 2 0 0 0時間点灯後のピーク電圧は管壁負荷が大きいほど増 大することが分かる。 管壁負荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2 の範囲ではピーク電 圧は 0〜 2 Vであるが、 管壁負荷が 2 7 W/ c m 2 以上ではピーク電圧は 5 Vよりも大きくなる。
上記の、 管壁負荷の低減による、 ランプ電圧上昇の低減とピーク電圧の低 減との改善効果をランプの立消発生率で表すと、 第 8図のようになる。 1 2 0 0 0時間点灯後のランプの立消発生率は、 管壁負荷が 2 7 W/ c m 2 では 約 2 0 %であるが、 2 2 ~ 2 5 W/ c m 2 の範囲にすれば 1 0 %以下に減少 することが第 8図から分かる。
第 9図から分かるように光束維持率は管壁負荷が大きくなると低下する。 管壁負荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2 の範囲内であれば 1 2 0 0 0時間点灯後の 光束維持率は 7 5〜 8 5 %であるが、 管壁負荷が 3 0 Wノ c m 2 になると光 束維持率は 6 0〜 8 0 %に低下するとともにバラツキが大きくなる。 すなわ ち、 管壁負荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2 の範囲内であれば光束維持率は高く、 しかもバラツキも小さい。 .
上記の実施例では、 高圧水銀ランプ用の試験用安定器をもちいて試験をお こなった。 しかし、 市販の高圧水銀ランプ用の安定器は、 この試験用安定器 と同様の特性を有している。 したがって、 上記の実施例のメタルハライ ドラ ンプと高圧水銀ランプ用の安定器とを備えた照明器具でも、 上記実施例と同 様の効果が得られることは明らかである。
さらに、 /ヽロゲンィ匕ジスプロシウム、 ノヽロゲンィヒツリ ウム、 ハロゲンィ匕ホ ルミゥム、 ハロゲン化エルビウム、 およびハロゲン化テルビウムのうちの少 なく とも 1種、 水銀、 希ガス、 ハロゲン化タリ ウム、 およびハロゲン化ナト リゥムを封入物として含む発光管を備えたセラミックメタルハラィ ドランプ の使用法において、 発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロ ゲンィ匕ツリ ウム、 ハロゲンィ匕ホルミウム、 ハロゲン化エルビウム、 およびハ ロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、 発光管の中に含まれる ハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が 1 0。/。以下であり、 かつ高圧 水銀ランプ用の安定器を用いることによって、 発光管の管壁負荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2 となるように、 セラミックメタルハラィ ドランプを点灯した場 合においても、 上記実施例と同様の結果が得られることは明らかである。 上記実施例では、 発光物質と してのハロゲン化物には、 ハロゲン化ジスプ ロシゥム、 ハロゲンィ匕ッリゥムおよびハロゲンィ匕ホルミゥムの 3種とハロゲ ン化タリウム、 ハロゲン化ナトリ ウムとを封入したが、 少なく ともハロゲン ィ匕ジスプロシウム、 ハロゲンィ匕ツリ ウム、 ハロゲンィ匕ホルミウム、 ハロゲン ィ匕ェノレピウム、 およびハ口ゲンィ匕テノレビゥムのうちの 1種以上とハロゲン化 タリ ウム、 ハロゲン化ナトリ ウムとを封入すれば本発明の効果が得られるこ とが別の実験で確かめられた。
また、 上記の実施例では、 ハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化ッリ ウ ム、 ノヽロゲンィ匕ホノレミゥム、 ノヽロゲンィ匕エノレビゥム、 およびノヽロゲンィ匕テノレ ビゥムのうち、 ハロゲンィ匕ジスプロシウム、 ハロゲン化ツリ ウム、 およぴハ ロゲン化ホルミウムをそれぞれ約 2 . 0 X 1 0 6 モル Z c m 3 の量で発光 管内に用いたが、 これ以外の混合量および混合比であっても、 発光管の中に 含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化ツリ ウム、 ハロゲン化ホル ミゥム、 ハロゲン化エルビウム、 およびハロゲン化テルビウム中の金属元素 のモル数に対して、 発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元 素のモル数を 1 0 %以下とすれば、 同様の効果が得られる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、 本発明の精神 と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当 業者にとって明らかである。
本出願は、 2004年 2月 12日出願の日本特許出願 （特願 2004- 035112) に基づ くものであり、 それらの内容はここに参照として取り込まれる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ノヽロゲンィ匕ジスプロシウム、 ハロゲンィ匕ツリ ウム、 ハロゲンィ匕ホノレミ ゥ ム、 ノヽロゲンィ匕エルビウム、 およびハロゲンィ匕テルビウムのうちの少なく と も 1種、
水銀、
希ガス、
ノ、ロゲン化タリ ウム、 および
ノ、口ゲン化ナト リ ウム
を封入物と して含む発光管を備えたセラミ ックメタルハラィ ドランプに おいて、
前記発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化ッリ ゥム、 ノヽロゲン化ホルミ ウム、 ノヽロゲンィ匕エノレビゥム、 およびハロゲンィ匕テ ルビゥム中の金属元素のモル数に対して、 前記発光管の中に含まれるハロゲ ン化セシウムのセシウム元素のモル数が 1 0 %以下であり、 かつ
高圧水銀ランプ用の試験用安定器によって前記セラミ ックメタルハラィ ドランプを点灯した際の前記発光管の管壁負荷が 2 2 ~ 2 5 W/ c m 2 であ ることを特徴とする。
2 . 請求の範囲第 1項に記載のセラ ミ ックメタルハライ ドランプにおいて、 前記発光管が、 封入物と して、 ハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化 ッリ ゥムおよびハロゲン化ホルミ ゥムを含む。
3 . 請求の範囲第 1項に記載のセラミ ックメタルハラィ ドランプにおいて、 前記セラミ ックメタルハラィ ドランプに始動器が備えられていることを 特徴とする。
4 . ハロゲンィ匕ジスプロシウム、 ハロゲンィ匕ツリ ウム、 ハロゲンィ匕ホノレミ ゥ ム、 ノヽロゲンィ匕エルビウム、 およびハロゲンィ匕テルビウムのうちの少なく と も 1種、 水銀、
希ガス、
ノヽロゲン化タリ ウム、 および
ハロゲン化ナトリ ウム
を封入物として含む発光管を備えたセラミックメタルハラィ ドランプと 高圧水銀ランプ用安定器とを備えた照明器具において、
前記発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシゥム、 ハロゲン化ッリ ゥム、 ノヽロゲンィ匕ホノレミゥム、 ハロゲンィ匕エノレビゥム、 およびハロゲンィ匕テ ルビゥム中の金属元素のモル数に対して、 前記発光管の中に含まれるハ口ゲ ン化セシウムのセシウム元素のモル数が 1 0 %以下であり、 かつ
高圧水銀ランプ用の試験用安定器によって前記セラミックメタルハラィ ドランプを点灯した際の前記発光管の管壁負荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2 であ ることを特徴とする。
5 . ノヽロゲンィ匕ジスプロシウム、 ノヽロゲンィ匕ツリ ウム、 ハロゲンィ匕ホノレミゥ ム、 ハロゲン化エルビウム、 およびハロゲンィ匕テノレビゥムのうちの少なく と も 1種、
水銀、
希ガス、
ハロゲンィ匕タリ ウム、 ぉょぴ
ハロゲン化ナトリ ウム
を封入物として含む発光管を備えたセラミックメタルハラィ ドランプの 使用法において、
前記発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、 ハロゲン化ッリ ゥム、 ハロゲンィ匕ホノレミゥム、 ノヽロゲンィ匕エノレビゥム、 およびハロゲンィ匕テ ルビゥム中の金属元素のモル数に対して、 前記発光管の中に含まれるハロゲ ン化セシウムのセシウム元素のモル数が 1 0 %以下であり、 かつ
高圧水銀ランプ用の安定器を用いることによって、 前記発光管の管壁負 荷が 2 2〜 2 5 W/ c m 2 となるように、 前記セラミックメタルハライ ドラ ンプを点灯することを特徴とする。
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