WO2009119100A1 - メタルハライドランプ、およびそれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

　傾斜点灯時のアーク暴れによる照射面のちらつきを防止し、光束維持率が早期に低下したり、外囲器にクラックが生じたりするのを抑える。 外管（２）内に設けられ、かつ発光物質としてＣｅおよびＰｒのうちの少なくとも一種を含み、外囲器（１１）が透光性セラミックの発光管（３）と、発光管（３）の外側に発光管（３）の放電空間（１３）のうち、一対の電極（１２）間の領域を囲むように配置されたスリーブ（４）とを有する。一対の電極（１２）間の距離をＬ［ｍｍ］、発光管（３）の一対の電極（１２）間に相当する部分の最大内径をＤ［ｍｍ］として、関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす。発光管（３）の一対の電極（１２）間に相当する部分の平均外径をｒ［ｍｍ］、スリーブ（４）の一対の電極（１２）間に相当する部分の平均内径をＲ［ｍｍ］、ランプの定格電力をＰ［Ｗ］として、関係式Ｒ／ｒ≦－０．００１９Ｐ＋２．６２５（ただし、Ｒ／ｒ＞１）を満たす。

Description

メタルハライドランプ、およびそれを用いた照明装置

　本発明は、メタルハライドランプ、およびそれを用いた照明装置に関するものである。

　近時、例えば屋外照明や高天井照明等に使用されているメタルハライドランプに対して、省エネルギーの観点から、発光効率の向上が強く求められている。

　そこで、発光効率を高めるため、発光物質に、蒸気圧は低いが発光効率の高いセリウム、プラセオジムのハロゲン化物を用いたメタルハライドランプが検討されている。係るメタルハライドランプとして、発光管の外囲器を構成する材料に高い管壁負荷での使用にも耐え得る、つまり高温での使用にも耐え得ることができる例えばアルミナからなる透光性セラミックを用い、かつこの発光管内にヨウ化セリウム（ＣｅＩ₃）とヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）とを封入し、管壁負荷が高く設定されたメタルハライドランプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１には、発光管の管壁負荷を高く設定することにより、ヨウ化セリウムおよびヨウ化ナトリウムの蒸気圧を高めて、高い発光効率を得ることができる、と記載されている。なお、この特許文献１に記載の発光管は、太径であって、発光管内の一対の電極間距離をＬ、発光管の一対の電極間に相当する部分の最大内径をＤとした場合に、Ｌ／Ｄ＜３の関係を満たすものである。

　一方、セリウム、プラセオジムのハロゲン化物を用いるものではないが、発光効率を向上させるために、発光管を囲繞するシュラウド（スリーブ）を設け、発光管の最大外径とシュラウドの内径との寸法比率を規定し、発光管を昇温させ、発光物質の蒸気圧を上昇させることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

　特許文献２には、シュラウドが発光管の熱放射を遮蔽し、発光管の放熱を抑制し保温することにより、発光物質の蒸気圧を高めて、発光効率を高めることができると記載されている。
特開２００３－０８６１３０号公報 特開２００３－１００２５３号公報

　特許文献１に記載のメタルハライドランプのように、発光物質としてセリウムやプラセオジムを用いると、これらは蒸気圧が低い金属であるために、高い発光効率を得るためには発光管の管壁負荷を十分に上げるなどして、一定の蒸気圧を確保することができるように発光管の動作温度を上昇させる必要がある。

　ここで、「発光管の動作温度」とは、ランプ点灯時の発光管内部の温度のことを示している。

　しかしながら、本発明者らの検討によると、発光管の動作温度を上げるべく発光管の寸法を小さくすることにより管壁負荷を上げていくと、ランプを、口金が最も上方に位置するように垂直に立てて点灯させる垂直点灯から斜めに傾ける傾斜点灯させた場合、アークが暴れることによって照射面に「ちらつき」が生じるという今までには見られなかった新規な問題が起こった。特に、発光物質としてセリウムやプラセオジムを用いていることによってもともとアークが細くなるが、管壁負荷を上げたためにその細りが増し、発光管内において、径方向の中心部と、径方向外側である管壁付近の周辺部との間の温度差が大きくなる。そのために、封入ガスの対流が活発となり、この対流による影響を受けてアークが暴れやすくなったと考えられる。とりわけ、発光物質に含まれるセリウムやプラセオジムの封入モル比率が多くなると前記問題がますます顕著になった。なお、ここでの発光物質は、セリウムまたはプラセオジムのハロゲン化物と、ナトリウムのハロゲン化物を組み合わせたものである。

　一方、発光物質にセリウムやプラセオジムを使用しないで、ディスプロシウム（Ｄｙ）とナトリウム、またはツリウム（Ｔｍ）とナトリウムの各ハロゲン化物を組み合わせた場合には、封入モル比率に関わらずアークは暴れることなく照射面のちらつきは確認されなかった。このことから、上記の照射面における「ちらつき」は、発光物質にセリウムやプラセオジムを用いた場合に発生する問題であることが分かる。

　また、管壁負荷を上げずに発光管の動作温度を上げるため、特許文献２に記載されるような発光管を囲繞するスリーブを設けた構成にすることもできる。ただし、ランプの定格電力に関係なく、単に、発光管との寸法比率を規定したスリーブを用いるだけでは、発光管内の動作温度を適正にすることができない場合があり、このため、前記「ちらつき」の問題が発生する。

　このような「ちらつき」が発生したランプでは、「ちらつき」以外にも光束維持率が著しく低下し、定格寿命時間（例えば１８０００時間）に対してわずか３０００時間の点灯経過時間で寿命に至るという問題も生じる。ここで「寿命に至る」とは、３０００時間の点灯経過時のランプにおける光束維持率が８０［％］未満のことをいう。また、ここでの「光束維持率」は、点灯経過時間が１００時間でのランプの光束を１００として、点灯経過時間が３０００時間でのランプにおける光束の比率を示すものである。

　これは、上述したアーク暴れによってアーク曲がりの発生が瞬時に何度も繰り返され、しかもその曲がり方が発光管内に配置された一対の電極間で不均一で、かつ大きいために、発光管の温度が局所的に異常に上昇するためであることがわかった。つまり、非常に細く、かつ高温なアークが発光管の外囲器を構成するセラミック、例えばアルミナの結晶構造を変化させてその成分の蒸発を促し、その結果、飛散したアルミナ粒子がスリーブの内面に付着し、光束維持率の低下を招いたと考えられる。

　さらに、上記「ちらつき」が発生したランプでは、特にランプを傾斜点灯させた場合において発光管の外囲器（セラミック）にクラックが生じるという問題が起こる。これは、上述したようにアーク暴れによってアーク曲がりの発生が瞬時に何度も繰り返され、しかもその曲がり方が一対の電極間で不均一で、かつ大きいために、発光管の温度分布において局所的に異常に高温な部分が発生するとともに、その温度分布の不均一性が増し、これらに起因して外囲器に加わる熱応力が増大してクラックが生じたと考えられる。

　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、発光物質としてセリウムおよびプラセオジムのうちの少なくとも一種を含む場合において、特に傾斜点灯した場合のアーク暴れによる照射面のちらつきを防止することができるとともに、光束維持率が発光管の外囲器の構成材料の飛散によって早期に低下したり、発光管の外囲器にクラックが生じたりするのを抑えることができるメタルハライドランプおよびそれを用いた照明装置を提供することを目的とする。

　本発明者らは、前記問題を解決するべく鋭意検討した結果、本来、セラミックメタルハライドランプでは発光効率を向上させるべく高い管壁負荷での動作を前提とするものであり、とりわけ発光物質として蒸気圧の低いセリウムやプラセオジムを用いる場合、発光管の管壁負荷を一層高く設定されるものであるが、それに反して、当該管壁負荷を高めることなく、セリウムやプラセオジムの高い発光効率を得ることができる程度に発光管の動作温度を高められることを見出し、併せて前記種々の問題も解決することができることを見出した。ここで、「それに反して、当該管壁負荷を高めることなく」とは、従来の発光管よりも管壁負荷を低く設定できることを意味している。

　すなわち、本発明に係るメタルハライドランプは、外管と、この外管内に設けられ、透光性セラミックからなる外囲器および当該外囲器の内部に配置された一対の電極を有する発光管と、前記外管内における前記発光管の外側であって、かつ前記発光管の放電空間のうち、少なくとも前記一対の電極間の領域を囲むように配置されたスリーブとを備え、前記外囲器の内部に、セリウム（Ｃｅ）およびプラセオジム（Ｐｒ）のうちの少なくとも一種を含む発光物質が封入され、前記一対の電極間の距離をＬ［ｍｍ］、前記発光管の前記一対の電極間に相当する部分の最大内径をＤ［ｍｍ］としたとき、関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たし、前記発光管の前記一対の電極間に相当する部分の外径の平均値をｒ［ｍｍ］、前記スリーブの前記一対の電極間に相当する部分の内径の平均値をＲ［ｍｍ］とし、かつランプの定格電力をＰ［Ｗ］としたとき、関係式Ｒ／ｒ≦－０．００１９Ｐ＋２．６２５（ただし、Ｒ／ｒ＞１）を満たすことを特徴とする。

　なお、本発明で言う「発光管の放電空間のうち、少なくとも一対の電極間の領域」とは、発光管の放電空間のうち、一対の電極の互いに対向する先端のうち、一方の先端を通過しかつ当該電極間方向に直交する第１の平面と、他方の先端を通過しかつ第１の平面と平行な第２の平面との間の領域を示す。また、発光管またはスリーブにおける「一対の電極間に相当する部分」とは、発光管またはスリーブの前記第１および第２の平面で区切られた部分を示す。

　本発明では、発光管の一対の電極間に相当する部分の外径の平均値ｒと、スリーブの一対の電極間に相当する部分の内径の平均値Ｒとの比率「Ｒ／ｒ」のことを、スリーブの内径と発光管の外径との寸法比率、または単に寸法比率という。

　また、本発明では、対象の発光管を、発光管の最大内径Ｄと電極間距離Ｌとの比率Ｌ／Ｄを用いて、「０．７＜Ｌ／Ｄ＜３」の範囲内としている。

　また、本発明に係る照明装置は、ランプソケットが取り付けられた筐体と、前記ランプソケットに装着された前記メタルハライドランプと、このメタルハライドランプを点灯させるための安定器とを備えていることを特徴とする。

　本発明に係るメタルハライドランプは、発光管を囲むように配置されたスリーブによって、発光管の放熱を抑制して、発光管を保温することができる。しかも、ランプの定格電力に応じて、スリーブの内径と発光管の外径との寸法比率（Ｒ／ｒ）が設定されるので、スリーブによる発光管の保温効果を効果的に高めることができる。また、スリーブが、発光管を外側から保温するので、発光管内の管壁付近の温度が低下するのを抑制することができ、発光管内における径方向の中心部と、管壁付近の周辺部との間の温度差を緩和することができる。このようにして発光管内の温度差を緩和することで、封入ガスの対流が活発化するのを抑制できるので、ランプを傾斜点灯させた場合にアーク暴れが発生するのを抑えることができる。

　以上より、本発明に係るメタルハライドランプ、およびそれを用いた照明装置は、特に傾斜点灯した場合のアーク暴れによる照射面のちらつきを防止することができるとともに、光束維持率が発光管の外囲器の構成材料の飛散によって早期に低下したり、発光管の外囲器にクラックが生じたりするのを抑えることができる。

本発明の第１の実施形態であるメタルハライドランプの一部切欠正面図 同じくメタルハライドランプに用いられている発光管の正面断面図 定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、点灯経過時間に伴う光束維持率の変化を示す図 定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、Ｒ／ｒに対する全光束の変化を示す図 定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、Ｒ／ｒに対する平均演色評価指数Ｒａの変化を示す図 定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、封入モル比に対する全光束の変化を示す図 定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、封入モル比に対する平均演色評価指数Ｒａの変化を示す図 定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、点灯経過時間に伴う光束維持率の変化を示す図 定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、Ｒ／ｒに対する全光束の変化を示す図 定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、Ｒ／ｒに対する平均演色評価指数Ｒａの変化を示す図 定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、封入モル比に対する全光束の変化を示す図 定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、封入モル比に対する平均演色評価指数Ｒａの変化を示す図 定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、点灯経過時間に伴う光束維持率の変化を示す図 定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、Ｒ／ｒに対する全光束の変化を示す図 定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、Ｒ／ｒに対する平均演色評価指数Ｒａの変化を示す図 定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、封入モル比に対する全光束の変化を示す図 定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプにおいて、封入モル比に対する平均演色評価指数Ｒａの変化を示す図 定格電力Ｐと、寸法比率Ｒ／ｒとの関係を説明するための図 本発明の第２の実施形態である照明装置の一部切欠正面図

符号の説明

　１　　メタルハライドランプ
　２　　外管
　３　　発光管
　４　　スリーブ
　４ａ　スリーブ支持部材
　５　　口金
　６　　フレーム
　７　　円筒部
　８　　半球状部
　９　　本管部
　１０　細管部
　１１　外囲器
　１２　電極
　１３　放電空間
　１４　電極棒
　１５　電極コイル
　１６　ガラスフリット
　１７　電極導入体
　１８　内部リード線
　１９　外部リード線
　２０　天井
　２１　反射灯具
　２２　ベース部
　２３　ソケット部
　２４　照明装置本体（筐体）
　２５　銅鉄安定器
　３０　照明装置
　４０　第１のスリーブ
　４１　第２のスリーブ
　５１　上限線
　５２　下限線

　以下、本発明の最良な実施の形態を、図面を参照して説明する。

　本発明の第１の実施形態では、定格電力１８０［Ｗ］、２５０［Ｗ］、または４００［Ｗ］のメタルハライドランプを用いている。これら定格電力の異なる各メタルハライドランプは、基本的な構成が共通している。したがって、本実施形態において、簡単のため、各メタルハライドランプの共通する構成を、図１に示すメタルハライドランプ１を用いて説明する。

　図１に示すように、本発明の第１の実施形態である定格電力１８０［Ｗ］、２５０［Ｗ］、または４００［Ｗ］のメタルハライドランプ（セラミックメタルハライドランプ）１は、外管２と、この外管２内に設けられた発光管３と、これら外管２と発光管３との間に介在し、発光管３を囲むように配置されたスリーブ４と、外管２の一方の端部に取り付けられたねじ込み式のＥ形の口金５とを備えている。

　外管２は、例えば硬質ガラスまたはホウケイ酸ガラス等からなり、中央部が膨出した、いわゆるＢ形の形状を有し、口金５側の端部にステム（図示せず）が封着されている。このステムには、発光管３およびスリーブ４を支持するための例えば金属線を適宜加工したフレーム６が取り付けられている。また、このステムには、口金５と電気的に接続された２本のステム線（図示せず）が封着されている。また、外管２内は、３００Ｋでの気圧が１×１０¹Ｐａ以下、例えば１×１０^-1Ｐａの真空状態であるか、４０～８０ＫＰａが封入されている窒素雰囲気である。

　なお、外管２の形状としては、Ｂ形以外に公知の種々の形状のものを適用することができる。

　発光管３は、図２に示すように、円筒部７とこの円筒部７の両端部にそれぞれ連接されている半球状部８とからなる本管部９と、各々の半球状部８に連接された細管部１０とからなる例えば多結晶アルミナ製の外囲器１１を有している。

　図２に示した例において、発光管３の外囲器１１を構成する各部分が一体成形されており、外囲器１１に繋ぎ目はないが、例えば本管部の半球状部に細管部を焼きばめることによって各部分を一体化させた外囲器を用いてもよい。また、図２に示した例において、発光管３における本管部９が円筒部７とこの円筒部７の両端部にそれぞれ連接されている半球状部８とからなるものを例示して説明したが、これに限らず、その本管部が例えば略回転楕円体形状等のような公知の形状や通常考え得る使用可能な形状の場合であっても後述する作用効果と同様の作用効果を得ることができる。もちろん、発光管そのものの形状についても公知の形状や通常考え得る使用可能な形状について後述する作用効果と同様の作用効果を得ることができる。さらに、発光管３の外囲器１１を構成する材料としては、多結晶アルミナ以外にイットリウム－アルミニウム－ガーネット（ＹＡＧ）、窒化アルミ、イットリア、またはジルコニア等の透光性セラミックを用いることができる。

　また、発光管３の本管部９内には、一対の電極１２が略同一軸（図２中、Ｚで示す）上で略対向するように配置されており、本管部９内に放電空間１３が形成されている。電極１２は、タングステン製の電極棒１４とこの電極棒１４の一方の先端部に設けられたタングステン製の電極コイル１５とを有している。電極１２の他方の先端部は、細管部１０内に挿通され、かつ本管部９とは反対側の端部のみにおいて流し込まれたガラスフリット１６によって封着された電極導入体１７に電気的に接続されている。

　電極導入体１７は、電極棒１４が接続されている例えばモリブデンからなる内部リード線１８と、例えばニオビウムからなる外部リード線１９とを有している。外部リード線１９の端部のうち、内部リード線１８とは反対側の端部は、細管部１０の外部においてそれぞれステム線に適宜導電部材（図示せず）を介して電気的に接続されている。発光管３は、外管２内において、上記したフレーム６のみならず、これらステム線および導電部材を介しても支持されている。

　なお、電極導入体１７として、モリブデンからなる内部リード線１８、およびニオビウムからなる外部リード線１９から構成されたもの以外に、その材質や構造において既知の電極導入体を用いることができる。

　ここで、発光管３は、一対の電極１２間の距離をＬ［ｍｍ］（図２参照）、発光管３の一対の電極１２間に相当する部分（図２中、Ｔで示す範囲）の最大内径をＤ［ｍｍ］とした場合、関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす太径の形状を有している。なお、図１においても、Ｔで示す範囲が、図２と同様、発光管３およびスリーブ４における一対の電極１２間に相当する部分である。

　また、発光管３内には、発光物質としてセリウム（Ｃｅ）およびプラセオジム（Ｐｒ）のうちの少なくとも一種が封入されている。ただし、これらの発光物質はハロゲン化物の形態、例えばヨウ化セリウム（ＣｅＩ₃）、臭化セリウム（ＣｅＢｒ₃）や、ヨウ化プラセオジム（ＰｒＩ₃）、臭化プラセオジム（ＰｒＢｒ₃）の形態で封入される。また、発光物質としては、これら以外に所望とする色特性等に応じてナトリウム（Ｎａ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ツリウム（Ｔｍ）、カルシウム（Ｃａ）等の種々の発光金属が封入される。さらに、発光管３内には、このような発光物質に加えて緩衝ガスとしての水銀（Ｈｇ）や、始動補助ガスとしてのアルゴンガス（Ａｒ）やクリプトンガス（Ｋｒ）等の希ガスがそれぞれ所定量封入されている。

　ここで、後述する寸法比率Ｒ／ｒが、関係式－０．００１９Ｐ＋１．７９≦Ｒ／ｒを満たす場合、封入された発光物質（前記水銀は除く）においてその全体の封入量に対するセリウムおよびプラセオジムの合計の封入モル比率は１１．８以上であることが好ましい。その理由については後述する。

　図１に戻り、スリーブ４は、二重構造からなり、発光管３を直接的に囲む第１のスリーブ４０（内側）と、この第１のスリーブ４０をわずかな隙間を空けて外挿する第２のスリーブ４１（外側）とを有している。これら第１および第２のスリーブ４０，４１は、例えば石英ガラスからなり、それぞれ両端部が開口した円筒状を有している。図１に示す例において、スリーブ４は、発光管３の本管部９全体および細管部１０の半分程度を囲っている。また、このスリーブ４は、フレーム６に取り付けられた二つのスリーブ支持部材４ａに挟持されるようにして支持されている。

　なお、スリーブ４としては、二重構造のスリーブに代えて、一重構造のスリーブや三重構造のスリーブ等を用いることができる。スリーブを多重構造にすることにより、スリーブによる保温効果を高めることができる。一方、一重構造のスリーブであっても、発光管の仕様に合わせて、スリーブの材質、形状および寸法を適宜選択することで、発光管に必要な保温効果を得ることはできる。しかも、一重構造にすれば、構造が単純になる分、小型化でき、かつコストの増加を抑制できるという利点を有している。

　このようなスリーブの厚みは、０．５［ｍｍ］以上９．０［ｍｍ］以内の範囲であるのが好ましい。ここで、「スリーブの厚み」とは、一重構造のスリーブの場合には、スリーブそのものの厚みのことであり、多重構造のスリーブの場合には、最も内側に位置するスリーブの内周面から、最も外側に位置するスリーブの外周面までの径方向の寸法のことをいう。

　また、図１に示す例において、スリーブ４が円筒状のものを例示して説明したが、これに限らず、公知の形状や通常考え得る使用可能な形状についても適用することができ、その場合でも後述する作用効果と同様の作用効果を得ることができる。もちろん、種々の形状のスリーブと上記した種々の形状の発光管とが組み合わせられても後述する作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

　ここで、図１に示す例の場合、発光管３の長手方向の中心軸Ｘ（図１参照）とスリーブ４の長手方向の中心軸Ｙ（図１参照）とは略同一軸上に位置している。ただし、「略同一軸上」とは、中心軸Ｘと中心軸Ｙとが同一軸上に完全に位置していることはもちろんのこと、製造上のばらつきによって互いにずれている場合も含むことを意味している。もっとも、発光管３とスリーブ４との位置関係は、各々の中心軸Ｘ，Ｙが略同一軸上に位置している場合に限らず、意図的にずらして偏心させた状態にしてもよい。

　さらに、これら発光管３とスリーブ４とは、各々の中心軸Ｘ，Ｙとが略同一軸上に位置しているか、意図的にずらしているかを問わず、発光管３の本管部９の一対の電極１２間に相当する部分（図１および図２中、Ｔで示す範囲）の外径９ａの平均値をｒ［ｍｍ］（以下、「平均外径ｒ」という）、スリーブ４の第１のスリーブ４０の同じく一対の電極１２間に相当する部分（図１中、Ｔで示す範囲）の内径４０ａの平均値をＲ［ｍｍ］（以下、「平均内径Ｒ」という）、ランプの定格電力をＰ［Ｗ］とした場合、関係式Ｒ／ｒ≦－０．００１９Ｐ＋２．６２５（ただし、Ｒ／ｒ＞１）を満たす。

　このとき、高い発光効率を得るためには、関係式－０．００１９Ｐ＋１．７９≦Ｒ／ｒを満たすことが好ましい。

　このように、前記Ｌ／Ｄが、関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす場合において、関係式－０．００１９Ｐ+１．７９≦Ｒ/ｒ＜-０．００１９Ｐ+２．６２（ただし、Ｒ/ｒ＞１）を満たすときには、スリーブ４によって発光管３を保温することができるので、発光管３における動作温度を高めることができる。これにより、メタルハライドランプ１は、発光管の動作温度を高めるため管壁負荷を高く設定した従来のメタルハライドランプと比べて、発光管３の管壁負荷を低くすることができ、かつセリウムやプラセオジムの高い発光効率を得ることができる。具体的には、従来のメタルハライドランプにおける発光管の管壁負荷が１３[Ｗ／ｃｍ²］以上２３［Ｗ／ｃｍ²］以下の範囲であるのに対し、発光管３の管壁負荷を９[Ｗ／ｃｍ²］以上１６［Ｗ／ｃｍ²］以下の範囲内に設定することができる。

　なお、本実施形態において、「管壁負荷」とは、定格電力［Ｗ］を発光管３の総内面積（細管部１０を除く）［ｃｍ²］で除した値のことをいう。

　このようにして発光管３の管壁負荷を従来よりも小さく抑えることにより、特に、メタルハライドランプ１を傾斜点灯した場合のアーク暴れによる照射面のちらつきを防止することができるとともに、光束維持率の早期低下および発光管３の外囲器１１におけるクラックの発生を抑えることができる。

　なお、スリーブ４における平均内径Ｒを決定するのは、図１に示すように二重構造のスリーブ等の場合、最も内側に位置する第１のスリーブ４０である。

　以上のような本発明の第１の実施形態に係るメタルハライドランプの構成によれば、前記Ｌ／Ｄが、関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たし、かつ寸法比率Ｒ／ｒが関係式Ｒ／ｒ≦－０．００１９Ｐ＋２．６２５（ただし、Ｒ／ｒ＞１）を満たすように、発光管３の外径寸法およびスリーブ４の内径寸法が調整されている。これによって、一定の定格電力Ｐに対して、発光管３の寸法を小さくして管壁負荷を上げる必要がなくても、スリーブ４による保温効果によって発光管３の動作温度を上昇させることができる。したがって、蒸気圧の低いセリウムやプラセオジムを発光物質として用いても、それらの高い発光を得ることができ、発光効率を向上させることができる。

　しかし、前記Ｌ／Ｄが関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす場合であっても、寸法比率Ｒ／ｒが関係式Ｒ／ｒ＜－０．００１９Ｐ＋１．７９（ただし、Ｒ／ｒ＞１）を満たす場合、発光物質としてセリウムやプラセオジムを用いているにもかかわらず、高い発光効率が得にくくなるおそれがある。

　これは、発光管３の管壁負荷を一定とした場合に、スリーブ４の平均内径Ｒを小さくして、スリーブ４の平均内径Ｒに対して発光管３の本管部９における平均外径ｒを相対的に大きくすると、寸法比率Ｒ／ｒは小さくなり、かつスリーブ４と発光管３とが近接する。そして、スリーブ４と発光管３とが近接しすぎる場合には、ある範囲からスリーブ４による発光管３の保温効果が高止まりし、スリーブ４の近接だけでは発光管３の動作温度が上がらなくなり、発光効率のさらなる向上も望めなくなる。セリウムやプラセオジムの高い発光を得ることができる程度に発光管３の動作温度（動作圧力）を高めるためには、スリーブの近接だけでなくある程度管壁負荷の増大も必要となる。一方、本管部９の平均外径ｒを大きくした場合にも、寸法比率Ｒ／ｒが小さくなる。しかも、発光管３の管壁負荷が低くなり、セリウムやプラセオジムの高い発光効率を得ることができる程度に発光管３の動作温度を高めることができないために、発光効率が低下すると考えられる。したがって、確実に高い発光効率を得るためには、関係式－０．００１９Ｐ＋１．７９≦Ｒ／ｒを満たすことが好ましい。

　また、上述したように、本実施形態では、管壁負荷を上げているわけではないので、アークが極度に細るのを抑えることができ、アーク暴れを抑制することができる。したがって、アーク暴れによる照射面のちらつきを防止することができる。

　しかも、このようにアーク暴れを抑制することで、発光管３の温度が局所的に異常に上昇するのを抑えることができる。その結果、その異常な温度上昇に伴う外囲器１１の構成材料の飛散を抑制することができ、光束維持率が早期に低下するのを防止することができる。また、このように発光管３の温度が局所的に異常に上昇するのを抑えることができるので、発光管３の温度分布の不均一性の増大も抑えることができ、その結果、外囲器１１に加わる熱応力が緩和され、外囲器１１にクラックが生じるのを防止することができる。

　一方、前記Ｌ／Ｄが関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす場合であっても、寸法比率Ｒ／ｒが関係式Ｒ／ｒ＞－０．００１９Ｐ＋２．６２５（ただし、Ｒ／ｒ＞１）を満たす場合、次の（１）～（３）に記載する問題がある。
（１）発光管３の管壁負荷が一定の場合に、スリーブ４の平均内径Ｒを大きくして、スリーブ４の平均内径Ｒに対して発光管３の本管部９における平均外径ｒを相対的に小さくすると、寸法比率Ｒ／ｒは大きくなり、かつスリーブ４と発光管３とが離間する。そして、スリーブ４と発光管３とが離間しすぎた場合には、スリーブ４による発光管３の保温効果が低下して、本管部９内における径方向の中心部と、径方向外側である管壁付近の周辺部との間の温度差を緩和することができなくなる。そのため、発光管３内の封入ガスの対流を抑制することができず、特に傾斜点灯した場合には、封入ガスの対流の影響を受けてアークが暴れ、ちらつきが生じる。一方、発光管３の寸法を小さくした場合にも、寸法比率Ｒ／ｒが大きくなる。しかも、管壁負荷が高くなり、上述したように発光物質としてセリウムやプラセオジムを用いているためにもともとアークが細くなるが、高い管壁負荷によってその細りが増し、アークが暴れて照射面にちらつきが発生する。このように管壁負荷が高められると、本管部９内における径方向中心部の温度がさらに高められ、スリーブ４による保温では上記温度差が緩和できず、アークが暴れて、ちらつきが生じる。
（２）また、光束維持率が早期に低下する問題もある。これは、傾斜点灯をすると、上記（１）で記載のアーク暴れによってアーク曲がりの発生が瞬時に何度も繰り返され、しかもその曲がり方が発光管３内に配置された一対の電極１２間において不均一であり、かつ大きいために、発光管３の温度が局所的に異常に上昇するためであることがわかった。つまり、非常に細く、かつ高温なアークが発光管３の外囲器１１を構成するセラミック、例えばアルミナの結晶構造を変化させてその成分の蒸発を促し、その結果、飛散したアルミナ粒子がスリーブ４の内面に付着し、光束維持率の低下を招くと考えられる。
（３）さらに、傾斜点灯の際には、発光管３の外囲器１１にクラックが生じるおそれがある。これは、上記（２）と同様、アーク暴れによってアーク曲がりの発生が瞬時に何度も繰り返され、しかもその曲がり方が一対の電極１２間において不均一であり、かつ大きいために、発光管３の温度分布において局所的に異常に高温な部分が発生するとともに、その温度分布の不均一性が増し、これらに起因して外囲器１１に加わる熱応力が増大するためであると考えられる。

　ここで、特に寸法比率Ｒ／ｒが関係式－０．００１９Ｐ＋１．７９≦Ｒ／ｒ（ただし、Ｒ／ｒ＞１）を満たす場合であって、封入された発光物質（前記水銀は除く）において、その全体の封入量に対するセリウムおよびプラセオジムの合計の封入モル比率が１１．８［モル％］以上であることにより、発光割合が増し、初期特性、すなわち点灯経過時間１００時間における全光束［ｌｍ］および平均演色評価指数Ｒａを向上させることができる。従来のメタルハライドランプであれば、セリウムおよびプラセオジムの合計の封入モル比率が１１．８［モル％］以上となると、点灯中、アークがますます細る傾向になるために、上述したようなアーク暴れがますます大きくなり、照射面へのちらつき、光束維持率の早期低下、外囲器１１のクラックといった問題が顕著になる。そこで、本発明のメタルハライドランプ１によれば、これらの問題を解決し、上記した作用効果を著しく発揮することができる。

　次に、本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプ１の作用効果を確認するための実験を行った。ここでは、定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプ１、定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプ１、および定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプ１の実験例を示す。

　〈実験１〉
　定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプ１を用いた実験について説明する。
（光束維持率）
　本実験では、「Ｌ／Ｄ」を関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす範囲内で適宜調整しながら平均内径Ｒを一定とし、平均外径ｒを種々変化させてメタルハライドランプを作製し、作製したランプを用いて光束維持率を測定・評価した。なお、ランプとして組み立てるには、スリーブは発光管を囲み且つ外管のネック部を通過させる必要があることから、１０≦Ｒ＜５０［ｍｍ］であることが必要である。

　先ず、「Ｒ／ｒ」を２．１（サンプルＳ１：図３中、実線ａで示す）、２．１５（サンプルＳ２：図３中、実線ｂで示す）、２．２（サンプルＳ３：図３中、実線ｃで示す）、２．２５（サンプルＳ４：図３中、実線ｄで示す）に設定したものを作製した。

　これらサンプルＳ１～Ｓ４において、一対の電極１２間の距離Ｌ［ｍｍ］、発光管３の一対の電極１２間に相当する部分の最大内径Ｄ［ｍｍ］、第１のスリーブ４０における一対の電極１２間に相当する部分の内径４０ａの平均値Ｒ［ｍｍ］、本管部９における一対の電極１２間に相当する部分の外径９ａの平均値ｒ［ｍｍ］、および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ１：Ｌ＝２５、Ｄ＝１４．５、Ｒ＝３５．５、ｒ＝１６．９、管壁負荷＝９
　サンプルＳ２：Ｌ＝２３、Ｄ＝１４．１、Ｒ＝３５．５、ｒ＝１６．５、管壁負荷＝１５
　サンプルＳ３：Ｌ＝２０、Ｄ＝１３．７、Ｒ＝３５．５、ｒ＝１６．１、管壁負荷＝２０
　サンプルＳ４：Ｌ＝１８、Ｄ＝１３．４、Ｒ＝３５．５、ｒ＝１５．８、管壁負荷＝２３
　そして、作製した各サンプルＳ１～Ｓ４について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて４５［°］傾けて傾斜点灯させ、目視による照射面へのちらつきの有無、および光束維持率[％]を調べた。光束維持率の結果は図３に示す。

　なお、「光束維持率［％］」は、点灯経過時間１００時間の光束を１００とした場合の、所定の点灯経過時間における光束の割合を示す。ただし、点灯方法としては、５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとしてこれを繰り返した。また、本発明者らの経験によると、光束維持率は、点灯経過時間が３０００時間以降は大きく低下しないことがわかっている。したがって、点灯経過時間３０００時間を基準としてその光束維持率が良好、具体的には８０［％］以上であれば、定格寿命時間（１８０００時間）を満足すると判断できる。よって、ここでの実験では点灯経過時間３０００時間の光束維持率が８０［％］以上を「良好」、点灯経過時間３０００時間の光束維持率が８０［％］未満を「不良」として良否判定を行った。以下の実験２もこれと同じ条件である。

　また、実験１で用いたメタルハライドランプ１においていずれのサンプルＳ１～Ｓ４も、発光物質としてセリウム、ナトリウム、ツリウムの各ヨウ化物を用い、その組成比（モル比）が１３．３：８０．５：６．２であり、これらヨウ化物の総封入量が１３［ｍｇ］である。水銀の封入量は５０［ｍｇ］である。後述するサンプルＳ５～Ｓ９もこれと同じ条件である。

　サンプルＳ１（Ｒ／ｒ＝２．１）およびサンプルＳ２（Ｒ／ｒ＝２．１５）はいずれも目視による照射面へのちらつきは無く、また図３から明らかなように光束維持率も良好であることが確認された。一方、サンプルＳ３（Ｒ／ｒ＝２．２）およびサンプルＳ４（Ｒ／ｒ＝２．２５）はいずれも照射面へのちらつきが目視され、また図３から明らかなように光束維持率は良好でないことが確認された。サンプルＳ３およびサンプルＳ４のスリーブ４の内面を分析すると、外囲器１１の構成材料であるアルミナ粒子が付着し着色していた。これが光束維持率の早期低下を招いていると考えられる。

　また、サンプルＳ１およびサンプルＳ２のいずれも、外囲器１１にクラックが生じたものは無かった。一方、サンプルＳ３およびサンプルＳ４については外囲器１１にクラックが発生し、不点灯に至った。
（全光束および平均演色評価指数）
　次に、同じく定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプ１において、「Ｌ／Ｄ」を関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす範囲内で適宜調整しながら平均内径Ｒを一定とし、平均外径ｒを種々変化させてメタルハライドランプを作製し、これらのランプを用いて全光束および平均演色評価指数を測定・評価した。本実験においても、ランプとして組み立てるには、スリーブは発光管を囲み且つ外管のネック部を通過させる必要があることから、１０≦Ｒ＜５０［ｍｍ］であることが必要である。

　先ず、「Ｒ／ｒ」を１．２５（サンプルＳ５）、１．２７（サンプルＳ６）、１．３２（サンプルＳ７）、１．３７（サンプルＳ８）、１．４２（サンプルＳ９）に設定したメタルハライドランプを作製した。

　これらサンプルＳ５～Ｓ９における距離Ｌ［ｍｍ］、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］、平均値ｒ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ５：Ｌ＝２４、Ｄ＝１７．６、Ｒ＝２５、ｒ＝２０、管壁負荷＝７
　サンプルＳ６：Ｌ＝２３、Ｄ＝１７．３、Ｒ＝２５、ｒ＝１９．７、管壁負荷＝８
　サンプルＳ７：Ｌ＝２２、Ｄ＝１６．５、Ｒ＝２５、ｒ＝１８．９、管壁負荷＝９
　サンプルＳ８：Ｌ＝２１、Ｄ＝１５．８、Ｒ＝２５、ｒ＝１８．２、管壁負荷＝１１
　サンプルＳ９：Ｌ＝２０、Ｄ＝１５．２、Ｒ＝２５、ｒ＝１７．６、管壁負荷＝１３
　そして、作製した各サンプルＳ５～Ｓ９について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて垂直点灯させ、点灯経過時間１００時間における全光束［ｌｍ］（図４）および平均演色評価指数Ｒａ（図５）を調べた。その結果をそれぞれ図４，５に示す。

　図４，５から明らかなように、サンプルＳ５（Ｒ／ｒ＝１．２５）およびサンプルＳ６（Ｒ／ｒ＝１．２７）はいずれも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好でないことが確認された。一方、サンプルＳ７（Ｒ／ｒ＝１．３２）、サンプルＳ８（Ｒ／ｒ＝１．３７）およびサンプルＳ９（Ｒ／ｒ＝１．４２）はいずれも従来のメタルハライドランプよりも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好であることが確認された。

　なお、従来の定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプの全光束は２４４００［ｌｍ］、平均演色評価指数Ｒａは６５である。
（封入モル比率を変えた全光束および平均演色評価指数）
　さらに、同じく定格電力２５０［Ｗ］のメタルハライドランプ１において、前記Ｌ／Ｄを関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす範囲内とし、かつ前記Ｒ／ｒを１．３１５と一定とし、セリウムの封入モル比率を種々変化させてメタルハライドランプを作製し、これらのランプを用いて全光束および平均演色評価指を測定・評価した。　先ず、封入モル比率［モル％］を９．１（サンプルＳ１０）、１０．２（サンプルＳ１１）、１１．８（サンプルＳ１２）、１３．３（サンプルＳ１３）、１４．５（サンプルＳ１４）に設定したものを作製した。

　これらサンプルＳ１０～Ｓ１４における距離Ｌ［ｍｍ］、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］、平均値ｒ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ１０～Ｓ１４：Ｌ＝２１、Ｄ＝１７．６、Ｒ＝２６．３、ｒ＝２０、管壁負荷＝１０
　そして、作製した各サンプル１０～１４について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて垂直点灯させ、点灯経過時間１００時間における全光束［ｌｍ］（図６）および平均演色評価指数Ｒａ（図７）を調べた。その結果をそれぞれ図６，７に示す。

　なお、いずれのサンプルＳ１０～Ｓ１４も、発光物質としてセリウム、ナトリウム、ツリウムの各ヨウ化物を用いており、これらヨウ化物の総封入量が１３［ｍｇ］一定である。水銀の封入量は５０［ｍｇ］である。

　図６，７から明らかなように、サンプルＳ１０（封入モル比率＝９．１［モル％］）およびサンプルＳ１１（封入モル比率＝１０．２［モル％］）はいずれも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好でないことが確認された。一方、サンプルＳ１２（封入モル比率＝１１．８［モル％］）、サンプルＳ１３（封入モル比率＝１３．３［モル％］）およびサンプルＳ１４（封入モル比率＝１４．５［モル％］）はいずれも従来のメタルハライドランプよりも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好であることが確認された。

　なお、この実験において、セリウムに代えてプラセオジムを用いた場合、またセリウムにプラセオジムを加えた場合、いずれの場合もその封入モル比率が１１．８［モル％］以上であれば、上記と同様、従来のメタルハライドランプよりも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好である結果が得られることを確認した。

　〈実験２〉
　次に、定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプ１を用いた実験について説明する。
（光束維持率）
　本実験においても、「Ｌ／Ｄ」を関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たす範囲内で適宜調整しながら平均内径Ｒを一定とし、平均外径ｒを種々変化させて、メタルハライドランプを作製し、これらのランプを用いて光束維持率を測定・評価した。なお、実験１と同様、ランプとして組み立てるには、スリーブは発光管を囲み且つ外管のネック部を通過させる必要があることから、１０≦Ｒ＜５０［ｍｍ］であることが必要である。

　先ず、「Ｒ／ｒ」を１．８１（サンプルＳ１５：図８中、実線ｅで示す）、１．８６（サンプルＳ１６：図８中、実線ｆで示す）、１．９１（サンプルＳ１７：図８中、実線ｇで示す）、１．９６（サンプルＳ１８：図８中、実線ｈで示す）に設定したものを作製した。

　これらサンプルＳ１５～Ｓ１８における距離Ｌ［ｍｍ］、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］、平均値ｒ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ１５：Ｌ＝３６、Ｄ＝１９．２、Ｒ＝３９、ｒ＝２１．６、管壁負荷＝９
　サンプルＳ１６：Ｌ＝３２、Ｄ＝１８．６、Ｒ＝３９、ｒ＝２１、管壁負荷＝１６
　サンプルＳ１７：Ｌ＝２９、Ｄ＝１８、Ｒ＝３９、ｒ＝２０．４、管壁負荷＝２０
　サンプルＳ１８：Ｌ＝２８、Ｄ＝１７．５、Ｒ＝３９、ｒ＝１９．９、管壁負荷＝２２
　そして、作製した各サンプルＳ１５～Ｓ１８について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて４５［°］傾けて傾斜点灯させ、目視による照射面へのちらつきの有無、および光束維持率［％］を調べた。光束維持率の結果は図８に示す。

　また、実験２で用いたメタルハライドランプ１においていずれのサンプルＳ１５～Ｓ１８も、発光物質としてセリウム、ナトリウム、ツリウムの各ヨウ化物を用い、その組成比（モル比）が１２：８２．４：５．６であり、これらヨウ化物の総封入量が２５［ｍｇ］である。水銀の封入量は５７［ｍｇ］である。後述するサンプルＳ１９～Ｓ２３もこれと同じ条件である。

　サンプルＳ１５（Ｒ／ｒ＝１．８１）およびサンプルＳ１６（Ｒ／ｒ＝１．８６）はいずれも目視による照射面へのちらつきは無く、また、図８から明らかなように、光束維持率も良好であることが確認された。一方、サンプルＳ１７（Ｒ／ｒ＝１．９１）およびサンプルＳ１８（Ｒ／ｒ＝１．９６）はいずれも照射面へのちらつきが目視され、また図８から明らかなように光束維持率が良好でないことが確認された。また、サンプルＳ１７およびサンプルＳ１８のスリーブ４の内面を分析すると、サンプルＳ３およびサンプルＳ４と同様に、外囲器１１の構成材料であるアルミナ粒子が付着し着色していた。

　また、サンプルＳ１５およびサンプルＳ１６のいずれも、外囲器１１にクラックが生じたものは無かった。一方、サンプルＳ１７およびサンプルＳ１８については外囲器１１にクラックが発生し、不点灯に至った。
（全光束および平均演色評価指数）
　次に、同じく定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプ１において、「Ｌ／Ｄ」を０．７＜Ｌ／Ｄ＜３なる関係式を満たす範囲内で適宜調整しながら平均内径Ｒを一定とし、平均外径ｒを種々変化させてメタルハライドランプを作製し、全光束および平均演色評価指数の測定・評価を行った。本実験においても、ランプとして組み立てるには、スリーブは発光管を囲み且つ外管のネック部を通過させる必要があることから、１０≦Ｒ＜５０［ｍｍ］であることが必要である。

　先ず、「Ｒ／ｒ」を１．０１（サンプルＳ１９）、１．０２（サンプルＳ２０）、１．０３（サンプルＳ２１）、１．０７（サンプルＳ２２）、１．１１（サンプルＳ２３）に設定したものを作製した。

　これらサンプルＳ１９～Ｓ２３における距離Ｌ［ｍｍ］、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］、平均値ｒ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ１９：Ｌ＝３５、Ｄ＝２５．２、Ｒ＝２８、ｒ＝２７．６、管壁負荷＝７
　サンプルＳ２０：Ｌ＝３４、Ｄ＝２５、Ｒ＝２８、ｒ＝２７．４、管壁負荷＝８
　サンプルＳ２１：Ｌ＝３３、Ｄ＝２４．７、Ｒ＝２８、ｒ＝２７．１、管壁負荷＝９
　サンプルＳ２２：Ｌ＝３１、Ｄ＝２３．８、Ｒ＝２８、ｒ＝２６．２、管壁負荷＝１２
　サンプルＳ２３：Ｌ＝３０、Ｄ＝２２．９、Ｒ＝２８、ｒ＝２５．３、管壁負荷＝１４
　そして、作製した各サンプルＳ１９～Ｓ２３について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて垂直点灯させ、点灯経過時間１００時間における全光束［ｌｍ］（図９）および平均演色評価指数Ｒａ（図１０）を調べた。その結果をそれぞれ図９，１０に示す。

　図９，１０から明らかなように、サンプルＳ１９（Ｒ／ｒ＝１．０１）およびサンプルＳ２０（Ｒ／ｒ＝１．０２）はいずれも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好でないことが確認された。一方、サンプルＳ２１（Ｒ／ｒ＝１．０３）、サンプルＳ２２（Ｒ／ｒ＝１．０７）およびサンプルＳ２３（Ｒ／ｒ＝１．１１）はいずれも従来のメタルハライドランプよりも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好であることが確認された。

　なお、従来の定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプの全光束は４２２００［ｌｍ］、平均演色評価指数Ｒａは７０である。
（封入モル比率を変えた全光束および平均演色評価指数）
　さらに、同じく定格電力４００［Ｗ］のメタルハライドランプ１において、前記Ｌ／Ｄを０．７＜Ｌ／Ｄ＜３なる関係式を満たす範囲内とし、かつ前記Ｒ／ｒを１．０３と一定とし、セリウムの封入モル比率を種々変化させてメタルハライドランプを作製し、これらのランプを用いて全光束および平均演色評価指を測定・評価した。

　先ず、封入モル比率［モル％］を９．１（サンプルＳ２４）、１０．２（サンプルＳ２５）、１１．８（サンプルＳ２６）、１３．３（サンプルＳ２７）、１４．５（サンプルＳ２８）に設定したものを作製した。

　これらサンプルＳ２４～Ｓ２８における距離Ｌ［ｍｍ］、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］、平均値ｒ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ２４～２８：Ｌ＝３２、Ｄ＝２３．７、Ｒ＝２７、ｒ＝２６．１、管壁負荷＝１１
　そして、作製した各サンプルＳ２４～Ｓ２８について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて垂直点灯させ、点灯経過時間１００時間における全光束［ｌｍ］（図１１）および平均演色評価指数Ｒａ（図１２）を調べた。その結果をそれぞれ図１１，１２に示す。

　なお、いずれのサンプルＳ２４～Ｓ２８も、発光物質としてセリウム、ナトリウム、ツリウムの各ヨウ化物を用いており、これらヨウ化物の総封入量が２５［ｍｇ］一定である。水銀の封入量は５７［ｍｇ］である。

　図１１，１２から明らかなように、サンプルＳ２４（封入モル比率＝９．１［モル％］）およびサンプルＳ２５（封入モル比率＝１０．２［モル％］）はいずれも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好でないことが確認された。一方、サンプルＳ２６（封入モル比率＝１１．８［モル％］）、サンプルＳ２７（封入モル比率＝１３．３［モル％］）およびサンプルＳ２８（封入モル比率＝１４．５［モル％］）はいずれも従来のメタルハライドランプと比べて初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好であることが確認された。

　なお、この実験において、セリウムに代えてプラセオジムを用いた場合、またセリウムにプラセオジムを加えた場合、いずれの場合もその封入モル比率が１１．８［モル％］以上であれば、上記と同様、従来のメタルハライドランプよりも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好である結果が得られることを確認した。

　〈実験３〉
（光束維持率）
　最後に、定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプ１を用いた実験について説明する。「Ｌ／Ｄ」を０．７＜Ｌ／Ｄ＜３なる関係式を満たす範囲内で適宜調整しながら平均内径Ｒを一定とし、平均外径ｒを種々変化させてメタルハライドランプを作製し、これらを用いて光束維持率を測定・評価した。なお、実験１および２と同様、ランプとして組み立てるには、スリーブは発光管を囲み且つ外管のネック部を通過させる必要があることから、１０≦Ｒ＜５０［ｍｍ］であることが必要である。

　先ず、「Ｒ／ｒ」を２．２３（サンプルＳ２９：図１３中、実線iで示す）、２．２７（サンプルＳ３０：図１３中、実線jで示す）、２．２７（サンプルＳ３１：図１３中、実線ｋで示す）、２．３０（サンプルＳ３２：図１３中、実線ｌで示す）、２．３４（サンプルＳ３３：図１３中、実線ｍで示す）に設定してメタルハライドランプを作製した。

　これらサンプルＳ２９～Ｓ３３における距離Ｌ［ｍｍ］、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］、平均値ｒ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ２９：Ｌ＝２０、Ｄ＝１０．６、Ｒ＝２９、ｒ＝１３、管壁負荷＝９
　サンプルＳ３０：Ｌ＝１８、Ｄ＝１０．４、Ｒ＝２９、ｒ＝１２．８、管壁負荷＝１４
　サンプルＳ３１：Ｌ＝１５、Ｄ＝１０．４、Ｒ＝２９、ｒ＝１２．８、管壁負荷＝１６
　サンプルＳ３２：Ｌ＝１３、Ｄ＝１０．２、Ｒ＝２９、ｒ＝１２．６、管壁負荷＝２０
　サンプルＳ３３：Ｌ＝１１、Ｄ＝１０、Ｒ＝２９、ｒ＝１２．４、管壁負荷＝２３
　そして、作製した各サンプルＳ２９～Ｓ３２について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて４５［°］傾けて傾斜点灯させ、目視による照射面へのちらつきの有無、および光束維持率［％］を調べた。光束維持率の結果は図１３に示す。

　なお、実験３の光束維持率の測定・評価では、図１３に示すように、各サンプルＳ２９～Ｓ３３において、それぞれの力率を測定している。この力率は、後述する力率が異なる場合の光束維持率の変化の違いを説明するときに用いる。

　また、実験３で用いたメタルハライドランプ１においていずれのサンプルＳ２９～Ｓ３２も、発光物質としてセリウム、ナトリウム、ツリウムの各ヨウ化物を用い、その組成比（モル比）が１２．５：８２．２：５．３であり、これらヨウ化物の総封入量が７［ｍｇ］である。水銀の封入量は４３［ｍｇ］である。後述するサンプルＳ３４～Ｓ３８もこれと同じ条件である。

　サンプルＳ２９（Ｒ／ｒ＝２．２３）、サンプルＳ３０（Ｒ／ｒ＝２．２７）およびサンプルＳ３１（Ｒ／ｒ＝２．２７）はいずれも目視による照射面へのちらつきは無く、また図１３から明らかなように光束維持率も良好であることが確認された。一方、サンプルＳ３２（Ｒ／ｒ＝２．３０）およびサンプルＳ３３（Ｒ／ｒ＝２．３４）はいずれも照射面へのちらつきが目視され、また図１３から明らかなように光束維持率が良好でないことが確認された。また、サンプルＳ３２およびサンプルＳ３３のスリーブ４の内面を分析すると、サンプルＳ３およびサンプルＳ４と同様に、外囲器１１の構成材料であるアルミナ粒子が付着し着色していた。

　また、サンプルＳ２９およびサンプルＳ３１のいずれも、外囲器１１にクラックが生じたものは無かった。一方、サンプルＳ３２およびサンプルＳ３３については外囲器１１にクラックが発生し、不点灯に至った。
（全光束および平均演色評価指数）
　次に、同じく定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプ１において、「Ｌ／Ｄ」を０．７＜Ｌ／Ｄ＜３なる関係式を満たす範囲内で適宜調整しながら平均内径Ｒを一定とし、平均外径ｒを種々変化させてメタルハライドランプを作製し、これらのランプを用いて全光束および平均演色評価指数を測定・評価した。本実験においても、ランプとして組み立てるには、スリーブは発光管を囲み且つ外管のネック部を通過させる必要があることから、１０≦Ｒ＜５０［ｍｍ］であることが必要である。

　先ず、「Ｒ／ｒ」を１．３８（サンプルＳ３４）、１．４１（サンプルＳ３５）、１．４５（サンプルＳ３６）、１．４９（サンプルＳ３７）、１．５４（サンプル３８）に設定したものを作製した。

　これらサンプルＳ３４～Ｓ３８における距離Ｌ［ｍｍ］、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］、平均値ｒ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ３４：Ｌ＝１９、Ｄ＝１３．６、Ｒ＝２２、ｒ＝１６、管壁負荷＝７
　サンプルＳ３５：Ｌ＝１８、Ｄ＝１３．２、Ｒ＝２２、ｒ＝１５．６、管壁負荷＝８
　サンプルＳ３６：Ｌ＝１７、Ｄ＝１２．８、Ｒ＝２２、ｒ＝１５．２、管壁負荷＝９
　サンプルＳ３７：Ｌ＝１６、Ｄ＝１２．４、Ｒ＝２２、ｒ＝１４．８、管壁負荷＝１１
　サンプルＳ３８：Ｌ＝１３、Ｄ＝１１．９、Ｒ＝２２、ｒ＝１４．３、管壁負荷＝１４
　そして、作製した各サンプルＳ３４～Ｓ３８について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて垂直点灯させ、点灯経過時間１００時間における全光束［ｌｍ］（図１４）および平均演色評価指数Ｒａ（図１５）を調べた。その結果をそれぞれ図１４，１５に示す。

　図１４，１５から明らかなように、サンプルＳ３４（Ｒ／ｒ＝１．３８）およびサンプルＳ３５（Ｒ／ｒ＝１．４１）はいずれも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好でないことが確認された。一方、サンプルＳ３６（Ｒ／ｒ＝１．４５）、サンプルＳ３７（Ｒ／ｒ＝１．４９）およびサンプルＳ３８（Ｒ／ｒ＝１．５４）はいずれも従来のメタルハライドランプよりも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好であることが確認された。

　なお、従来の定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプの全光束は２０９００［ｌｍ］、平均演色評価指数Ｒａは７０である。
（封入モル比率を変えた全光束および平均演色評価指数）
　さらに、同じく定格電力１８０［Ｗ］のメタルハライドランプ１において、前記Ｌ／Ｄを０．７＜Ｌ／Ｄ＜３なる関係式を満たす範囲内とし、かつ前記Ｒ／ｒを１．４５と一定とし、セリウムの封入モル比率を種々変化させてメタルハライドランプを作製し、これらを用いて全光束および平均演色評価指数を測定・評価した。

　先ず、封入モル比率［モル％］を９．１（サンプルＳ３９）、１０．２（サンプルＳ４０）、１１．８（サンプルＳ４１）、１３．３（サンプルＳ４２）、１４．５（サンプルＳ４３）に設定したものを作製した。

　これらサンプルＳ３９～Ｓ４３における距離Ｌ［ｍｍ］、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］、平均値ｒ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］は、次のとおりである。

　サンプルＳ３９～４３：Ｌ＝１６、Ｄ＝１１．４、Ｒ＝２０、ｒ＝１３．８、管壁負荷＝１２
　そして、作製した各サンプルＳ３９～Ｓ４３について公知の銅鉄安定器を用いて定格電力にて垂直点灯させ、点灯経過時間１００時間における全光束［ｌｍ］（図１６）および平均演色評価指数Ｒａ（図１７）を調べた。その結果をそれぞれ図１６，１７に示す。

　なお、いずれのサンプルＳ３９～Ｓ４３も、発光物質としてセリウム、ナトリウム、ツリウムの各ヨウ化物を用いており、これらヨウ化物の総封入量が７［ｍｇ］一定である。水銀の封入量は４３［ｍｇ］である。

　図１６，１７から明らかなように、サンプルＳ３９（封入モル比率＝９．１［モル％］）およびサンプルＳ４０（封入モル比率＝１０．２［モル％］）はいずれも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好でないことが確認された。一方、サンプルＳ４１（封入モル比率＝１１．８［モル％］）、サンプルＳ４２（封入モル比率＝１３．３［モル％］）およびサンプルＳ４３（封入モル比率＝１４．５［モル％］）はいずれも、従来のメタルハライドランプと比べて初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好であることが確認された。

　なお、この実験において、セリウムに代えてプラセオジムを用いた場合、またセリウムにプラセオジムを加えた場合、いずれの場合もその封入モル比率が１１．８［モル％］以上であれば、上記と同様、従来のメタルハライドランプよりも初期の全光束および平均演色評価指数Ｒａが良好である結果が得られることを確認した。

　図１８は、上記実験１～３の実験結果を、定格電力Ｐと寸法比率Ｒ／ｒとの関係で説明するための図である。

　図１８において、横軸が定格電力Ｐ、縦軸が寸法比率Ｒ／ｒとされ、上記実験１～３のうち、光束維持率、全光束および平均演色評価指数（封入モル比率を変えた実験を除く）の測定に用いられた各サンプルデータがプロットされている。そして、各実験において評価結果が良好なサンプルデータにはＯＫを記載し、良好でなかったサンプルデータにはＮＧを記載している。

　また、図１８に示すように、ＯＫの各サンプルデータと、ＮＧの各サンプルデータとの間に、上限線５１および下限線５２が引かれている。

　このうち、上限線５１は、関係式Ｒ／ｒ≦－０．００１９Ｐ＋２．６２５で表すことができ、光束維持率の早期低下を抑制し、ちらつきおよびクラックの発生を抑制することが可能な定格電力Ｐに応じた寸法比率Ｒ／ｒの上限ということができる。

　また、下限線５２は、関係式－０．００１９Ｐ＋１．７９≦Ｒ／ｒで表すことができ、全光束および平均演色評価指数を従来よりも高めることが可能な定格電力Ｐに応じた寸法比率Ｒ／ｒの下限ということができる。なお、Ｒ／ｒ＞１である。

　このようにして、定格電力Ｐに応じた寸法比率Ｒ／ｒの適正な範囲を見出すことができた。

　なお、上記第１の実施形態では、スリーブ４が発光管３の本管部９全体および細管部１０の半分程度を覆っている場合について説明したが、スリーブ４は発光管３の放電空間１３のうち、少なくとも一対の電極１２間の領域を囲んでいればよく、例えば本管部９全体のみを、または外囲器１１全体を囲んでいても上記と同様の作用効果を得ることができる。

　また、上記第１の実施形態では、定格電力１８０［Ｗ］、２５０［Ｗ］、４００［Ｗ］のメタルハライドランプ１を例示して説明したが、本発明は定格電力が１８０［Ｗ］、２５０［Ｗ］、４００［Ｗ］に限らない。また、特に、１８０［Ｗ］以上４００［Ｗ］以下の範囲内のメタルハライドランプに適用した場合において、高い作用効果を得ることができる。

　４００［Ｗ］以上のような高ワット領域のメタルハライドランプで発光管の大きさを小さくした場合、低ワット領域のメタルハライドランプで発光管を小さくするよりも管壁負荷の増加分が大きくなる。管壁負荷が大きくなると、上述したように、ちらつきの問題が特に発生しやすい。そのため、寿命特性確保の観点から、発光管を大きくして管壁負荷を小さくしなければならない。しかし、発光管を大きくすると、一定の蒸気圧を確保することが困難となり、所望とする高い発光効率が得られなくなるおそれがある。そこで、本発明を適用すると、管壁負荷が低い状態であるにもかかわらず、スリーブによる保温効果により、発光管３の動作温度を高めることができるので、ちらつきを防止し、かつ高効率を得ることができる。

　次に、本発明の第２の実施形態である照明装置３０は、図１３に示すように、例えば天井用照明等に使用されるものであり、天井２０に組み込まれた傘状の反射灯具２１とこの反射灯具２１の底部に取り付けられた板状のベース部２２と反射灯具２１内の底部に設けられたソケット部２３とを有する照明装置本体（筐体）２４と、この照明装置本体２４内のソケット部２３に取り付けられた本発明の第１の実施の形態に係るメタルハライドランプ１と、ベース部２２の反射灯具２１から離間した位置に取り付けられた銅鉄安定器２５と、を備えている。

　この照明装置においては、安定点灯時における力率（＝ランプ電力［Ｗ］／（ランプ電圧［Ｖ］×ランプ電流［Ａ］）×１００）は８６［％］以上であることが好ましい。

　ここで、「安定点灯時」とは、照明装置に一定の電力が供給されていて、発光管内における発光物質の蒸気圧が安定している状態時をいう。また、力率は、ランプ電力をランプ電流とランプ電圧との積で割り、１００をかけた数値として定義される。

　なお、反射灯具２１の形状等については、その用途や使用条件等によって適宜設定されるものである。

　以上のとおり本発明の第２の実施形態である照明装置３０にかかる構成によれば、上記した本発明の第１の実施形態であるメタルハライドランプ１を用いているので、高い発光効率を得ることができつつ、特に傾斜点灯した場合のアーク暴れによる照射面のちらつきを防止することができ、また光束維持率が早期に低下するおよび発光管の外囲器にクラックが発生するのを防止することができる。

　なお、本実施形態では、照明装置３０が銅鉄安定器２５を備えた構成を示したが、電子安定器を備えた構成であってもよい。

　特に、安定点灯時における力率を８６［％］以上に規定することにより、アークへの負荷を緩和することができ、アーク暴れを一層抑制することができるので、アーク暴れによる照射面のちらつきを一層防止することができ、また光束維持率が早期に低下するのを一層防止することができる。

　力率を８６［％］以上に規定することにより得られる効果について、上記実験３を用いて、図１３（ａ）を参照しながら説明する。

　図１３（ａ）に示すように、光束維持率の早期低下、ちらつきおよびクラックの抑制効果が良好と判断されたサンプルＳ２９～Ｓ３１における各力率は、サンプルＳ２９が８７［％］、サンプルＳ３０が８６［％］、サンプルＳ３１が８４［％］である。

　このうちサンプルＳ３０とＳ３１とは、上述したように、最大内径Ｄ［ｍｍ］、平均値Ｒ［ｍｍ］および平均値ｒ［ｍｍ］が同一の値に設定され、距離Ｌ［ｍｍ］および管壁負荷[Ｗ／ｃｍ²］に加えて力率［％］が互いに異なる値に設定されている。これらサンプルＳ３０とＳ３１における光束維持率の推移を見ると、サンプルＳ３０の光束維持率は、３０００時間の点灯経過時で９５［％］、定格寿命の１８０００時間の点灯経過時で９０［％］である。一方、サンプルＳ３１の光束維持率は、３０００時間の点灯経過時で９１［％］、１８０００時間の点灯経過時で８５［％］である。

　また、サンプルＳ２９における光束維持率も、１８０００時間の点灯経過時で９１［％］もあり、９０［％］を超えている。このように、照明装置の力率を８６［％］以上に規定することによって、定格寿命の１８０００時間まで、ランプの光束維持率を９０［％］以上の高い値に維持することができる。

　なお、上記実験３における各サンプルの力率は、安定点灯時、具体的には点灯経過時間１００時間におけるランプ電圧、ランプ電流およびランプ電力を電力計で測定して算出されたものである。

　なお、上記第２の実施の形態では、その照明装置の用途として天井用照明を一例に挙げたが、その他の屋内照明や街路灯照明等にも用いることができ、その用途は限定されるものではない。

　上記の実施形態において、Ｒ／ｒ＜－０．００１９Ｐ＋２．６２の関係を満たす場合には、アーク暴れによる照射面のちらつきをより防止することができるとともに、光束維持率が早期に低下する、および発光管の外囲器にクラックが発生するのをより防止することができる。

　本発明のメタルハライドランプおよびそれを用いた照明装置は、発光物質としてセリウムおよびプラセオジムのうちの少なくとも一種を含む場合において、特に傾斜点灯した場合のアーク暴れによる照射面のちらつきを防止することができる。また、本発明に係る技術は、メタルハライドランプおよびそれを用いた照明装置において、光束維持率が発光管の外囲器の構成材料の飛散によって早期に低下したり、発光管の外囲器にクラックが生じたりするのを抑えることが必要な用途にも応用することができる。

Claims (13)

1. 　外管と、
   　この外管内に設けられ、透光性セラミックからなる外囲器および当該外囲器の内部に配置された一対の電極を有する発光管と、
   　前記外管内における前記発光管の外側であって、かつ前記発光管の放電空間のうち、少なくとも前記一対の電極間の領域を囲むように配置されたスリーブとを備え、
   　前記外囲器の内部に、セリウム（Ｃｅ）およびプラセオジム（Ｐｒ）のうちの少なくとも一種を含む発光物質が封入され、
   　前記一対の電極間の距離をＬ［ｍｍ］、前記発光管の前記一対の電極間に相当する部分の最大内径をＤ［ｍｍ］としたとき、
   　関係式０．７＜Ｌ／Ｄ＜３を満たし、
   　前記発光管の前記一対の電極間に相当する部分の外径の平均値をｒ［ｍｍ］、前記スリーブの前記一対の電極間に相当する部分の内径の平均値をＲ［ｍｍ］とし、かつランプの定格電力をＰ［Ｗ］としたとき、
   　関係式Ｒ／ｒ≦－０．００１９Ｐ＋２．６２５（ただし、Ｒ／ｒ＞１）を満たす
   　ことを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 　関係式－０．００１９Ｐ＋１．７９≦Ｒ／ｒを満たす
   　ことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
3. 　前記発光物質が、セリウムおよびプラセオジムのうちの少なくとも一種と、セリウムおよびプラセオジムとは異なる１以上の物質とからなり、
   　前記発光物質（ただし、水銀は除く）全体の封入量に対する前記セリウムおよび前記プラセオジムの合計の封入モル比率は１１．８［モル％］以上である
   　ことを特徴とする請求項２記載のメタルハライドランプ。
4. 　前記封入モル比率が１５．０［モル％］以下である
   　ことを特徴とする請求項３記載のメタルハライドランプ。
5. 　前記発光管が、放電空間を形成する本管部と当該本管部の両側に設けられた細管部とからなり、
   　前記スリーブが、前記本管部の全体および前記各細管部の少なくとも一部を囲んでいる
   　ことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
6. 　前記スリーブが、二重構造からなり、第１の円筒部と、この第１の円筒部が隙間を有して挿入された第２の円筒部とを有している
   　ことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
7. 　前記平均値Ｒが、１０［ｍｍ］以上５０［ｍｍ］未満の範囲である
   　ことを特徴とする請求項１から６に記載のメタルハライドランプ。
8. 　前記スリーブの厚みが、０．５［ｍｍ］以上９．０［ｍｍ］以内の範囲である
   　ことを特徴とする請求項７記載のメタルハライドランプ。
9. 　前記外管内が、真空排気されている
   　ことを特徴とする請求項２記載のメタルハライドランプ。
10. 　前記外管内に、窒素ガスが封入され、
    　当該窒素ガスの温度が３００Ｋにおいて、前記外管内の気圧が、４０［ＫＰａ］以上８０［ＫＰａ］以内の範囲である
    　ことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
11. 　ランプソケットが取り付けられた筐体と、
    　前記ランプソケットに装着された請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載のメタルハライドランプと、
    　このメタルハライドランプを点灯させるための安定器とを備えている
    　ことを特徴とする照明装置。
12. 　前記安定器が、銅鉄安定器である
    　ことを特徴とする請求項１１記載の照明装置。
13. 　安定点灯時の力率が８６［％］以上であることを特徴とする請求項１２記載の照明装置。

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