(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英管の両端に電極芯棒の先端部にコイル状電極を巻回した主電極を封着し、内部に不活性ガス及び水銀と共に少なくとも希土類金属ハロゲン化物を封入してなる発光管を外球内に保持してなる管入力１００ｗ以下の平均演色評価数が９０以上である高演色性メタルハライドランプにおいて、前記外球内は真空で、発光管形状は略回転楕円面形状であり、発光管壁面負荷を１４〜２３ｗ／ｃｍ２とし、発光管重量Ｗ（ｇ）と管入力Ｐ（ｗ）との比（Ｗ／Ｐ）を０．０３９以下と規定し、前記電極重量Ｍ（ｍｇ）と管入力Ｐ（ｗ）との比（Ｍ／Ｐ）を０．７５以下と規定し、前記電極芯棒断面積Ｓ（ｍｍ２）とランプ電流値Ｉ（Ａ）との比である電流密度（Ａ／ｍｍ２）が７．５〜１４の範囲であり、かつ前記電極の先端部から発光管両端封着部までの距離をＬ１、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をＬ２とした場合、０．２５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．７５であり、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をＬ２と管入力Ｐ（ｗ）との比が０．００６≦Ｌ２／Ｐ≦０．０２であることを特徴とする低電力形の平均演色評価数が９０以上である高演色性メタルハライドランプ。
【請求項２】
前記発光管の外周に長手方向にわたって円筒状の石英管を配置して前記外球内に保持してなる請求項１記載の低電力形の平均演色評価数が９０以上である高演色性メタルハライドランプ。
【請求項３】
前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と共にヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化タリウム及びヨウ化セシウムを封入してなる請求項１又は２記載の低電力形の平均演色評価数が９０以上である高演色性メタルハライドランプ。
【請求項４】
前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と共にヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化ネオジウム及びヨウ化セシウムを封入してなる請求項１又は２記載の低電力形の平均演色評価数が９０以上である高演色性メタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は管入力１００ｗ以下の高演色形のメタルハライドランプに関し、特にその発光管形状及びその両端封着部に設けた電極の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、石英製発光管の両端にタングステン芯棒及びコイル状電極を封着し、内部に金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプは、高効率、高演色でかつ長寿命であることから、屋内外の一般照明から各種光学装置等の光源として使用されている。この種ランプとして、主として発光効率を重視したスカンジウム（Ｓｃ）−ナトリウム（Ｎａ）系のメタルハライドランプと、主として演色性を重視したディスプロシウム（Ｄｙ）−タリウム（Ｔｌ）系のランプがよく知られている。
近年、省電力の観点から発光効率の優れた管入力１００Ｗ以下の低電力形のメタルハライドランプを、蛍光ランプや白熱電球あるいはハロゲン電球に変えて使用されている。
【０００３】
特に、店舗等の屋内の商業施設用照明器具の光源として用いる場合、効率がよくて明るいだけでなく、物の色の見え方が自然に近くかつその雰囲気を醸し出すという演色性の良否が重視される。そして、ランプの発光色が３０００Ｋ〜５０００Ｋという比較的低色温度のランプが求められている。
そこで、発光管添加物としてのディスプロシウム、タリウム及びセシウムのヨウ化物を用いて、発光管内の温度を十分に上げることにより、可視域全体にわたってディスプロシウムの連続発光が得られ、平均演色評価数が９０以上という高演色で、かつランプの色温度が５０００Ｋ以下という低色温度のランプが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、メタルハライドランプは管入力が小さくなるに従って、発光管寸法が小さくなるが、発光管両端の封着部からの熱伝導損失や熱輻射損失の比率が増加して発光効率や色特性が低下してしまう。
特に、ディスプロシウムのハロゲン化物は蒸気圧が極めて低いことから、十分に発光させ平均演色評価数を９０以上とするためには発光管端部の最冷部温度を高める必要があり、発光管を小型化し、非常に高い管壁負荷を有するような構造となっている。
このため、発光管最冷部温度が高められると同時に、他の部分の温度も高まり、発光管の管壁と封入している金属ハロゲン化物との反応が活発となり、ランプ点灯中に発光管内壁の侵食及びその失透が進行することとなる。
そして、ランプ光束や色温度等の諸特性が点灯時間の経過と共に変化して、ついには発光管の変形及び発光管リーク等が発生して、ランプ不良となる。
【０００５】
本発明は、前記に鑑みてなされたもので、高効率で、演色性等の色特性が優れているばかりでなく、長寿命である低電力形のメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、石英管の両端に電極芯棒の先端部にコイル状電極を巻回した主電極を封着し、内部に不活性ガス及び水銀と共に少なくとも希土類金属ハロゲン化物を封入してなる発光管を外球内に保持してなる管入力１００ｗ以下の平均演色評価数が９０以上である高演色性メタルハライドランプにおいて、前記外球内は真空で、発光管形状は略回転楕円面形状であり、発光管壁面負荷を１４〜２３ｗ／ｃｍ２とし、発光管重量Ｗ（ｇ）と管入力Ｐ（ｗ）との比（Ｗ／Ｐ）を０．０３９以下と規定し、前記電極重量Ｍ（ｍｇ）と管入力Ｐ（ｗ）との比（Ｍ／Ｐ）を０．７５以下と規定し、前記電極芯棒断面積Ｓ（ｍｍ２）とランプ電流値Ｉ（Ａ）との比である電流密度（Ａ／ｍｍ２）が７．５〜１４の範囲であり、かつ前記電極の先端部から発光管両端封着部までの距離をＬ１、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をＬ２とした場合、０．２５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．７５であり、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をＬ２と管入力Ｐ（ｗ）との比が０．００６≦Ｌ２／Ｐ≦０．０２であることを特徴とする。又、前記発光管の外周に長手方向にわたって円筒状の石英管を配置して前記外球内に保持してなる。更に、前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と共にヨウ化ディスプロシウム及びヨウ化セシウムとヨウ化タリウムあるいはヨウ化ネオジウムを封入してなる。
【０００７】
【作用】
本発明は前記構成により、外球内の熱ロスを極力小さくすることができ、発光管表面温度をほぼ均一として部分的に高温となる個所をなくし、ランプの良好な発光特性を維持できるように発光管温度を低く抑えることができ、発光管の最冷部温度を所定の蒸気圧が得られるのに必要な温度に高めることができ、電極の立ち消えを防止し熱による変形を防止するためであり、かつ発光管最冷部となる封着部において所定の蒸気圧が得られるのに必要な温度とするためである。
又、発光管の保温及び不慮の事故による外球破損等を防止することができる。
更に、物の色の見え方が自然に近いとの色特性が優れている。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例に基づき説明する。
図１はメタルハライドランプの側面図、図２は同発光管の側面図であり、図中１は石英ガラス製の発光管であり、両端に主電極２ａ，２ｂを封着し、内部にアルゴンガスと水銀及びヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化セシウムが封入されている。又、発光管の電極周辺部の外面には保温膜３，３が被着されている。４は石英ガラス製の円筒管であり、発光管の外周にその全長にわたって配置されている。そして、一端に口金５を有する硬質ガラス製の外球６内のステム７に植立した一対のリード線を兼ねたステンレス製の支柱８ａ，８ｂを介して発光管１が支持され、かつ円筒管は前記支柱８ａ，８ｂ及びバネ状の止め金具９ａ，９ｂを介して支持されている。又、外球６内は真空とされている。なお、図中１０はジルコニウム−アルミニウムゲッターを示す。
【０００９】
又、発光管１は図２に示すように、石英管の両端に封着部１１ａ，１１ｂを形成し、該封着部には一対のモリブデン箔１２ａ，１２ｂを介して、その先端部にタングステンコイル２２ａ，２２ｂを巻回したタングステン芯棒２３ａ，２３ｂよりなる主電極２ａ，２ｂと外部リード線１３ａ，１３ｂが一体的に埋設されている。ここで、発光管の中央発光部１ａは回転楕円面形状に形成されている。
そして、電極周辺部の外周には酸化ジルコニウムからなる白色の保温膜３，３が被着されている。
更に、図２中Ｌ１  は前記電極芯棒２３ｂの先端部から発光管封着部１１ｂまでの距離を  、Ｌ２  は前記電極コイル部２２ａの他端部から封着部１１ａまでの距離を示す。又、Ｌ３  は発光管内端部間の距離を表わす。
【００１０】
次に、実験例について説明する。
前記のように構成した７０ｗのメタルハライドランプにおいて、図２に示す発光管構造で、内部にアルゴンガスを１００ｔｏｒｒ、水銀を１０．８ｍｇ／ｃｃ及びヨウ化ディスプロシウムを０．９ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化タリウムを０．３ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化セシウムを０．４ｍｇ／ｃｃ封入した発光管の寸法と発光管重量Ｗ（ｇ）とを表１に示すように種々変更したランプを試作して点灯実験した。
又、電極芯棒は芯棒径が０．３ｍｍ，０．３５ｍｍ，０．４ｍｍ，０．４５ｍｍのもので、コイルの線径が０．１５ｍｍ，０．２ｍｍ，０．２５ｍｍのものを内側８ターン、外側５ターンの密接巻きしたものを用いた。
［以下、余白］
【００１１】
【表１】
0003573297.tif 000002
【００１２】
ここで、ランプ▲１▼は発光管重量Ｗ（ｇ）と管入力Ｐ（ｗ）との比Ｗ／Ｐ＝０．０３５、ランプ▲２▼はＷ／Ｐ＝０．０３９、ランプ▲３▼はＷ／Ｐ＝０．０４５の場合を示す。
そして、前記各ランプにおける、発光管の壁面負荷を変化させた場合の平均演色評価数Ｒａの推移を図３に示す。
図３から明らかなように、Ｗ／Ｐの値が０．０３９の場合、壁面負荷が１４ｗ／ｃｍ２  未満では高演色性を表わすＲａが９０以上という効果は認められない。
又、壁面負荷が１４ｗ／ｃｍ２  以上でもＷ／Ｐの値が０．０３９を超えるとＲａが９０より下がることとなる。これは、発光管の温度分布が不均一となり、発光管両端部温度が低くなるからである。
更に、壁面負荷が２３ｗ／ｃｍ２  を超えると、発光管温度が高くなり過ぎ、早期に発光管のリーク等が生じ短寿命となることがある。
このことより、発光管壁面負荷を１４〜２３ｗ／ｃｍ２  とし、かつ発光管重量と管入力との比（Ｗ／Ｐ）を０．０３９以下に選定する必要がある。
【００１３】
次に、図４に基づき発光管電極重量と管入力との比（Ｍ／Ｐ）を変えた場合の平均演色評価数の変化について説明する。
前記実験例１と同様に構成したメタルハライドランプにおいて、発光管管壁負荷を１４Ｗ／ｃｍ２  一定とし、前記電極コイル部２２ａの他端部から封着部１１ａまでの距離であるＬ２と管入力との比（Ｌ２／Ｐ）を次のように規定した４種のランプについて平均演色評価数の推移を調査した。
ここで、ランプ▲１▼はＬ２／Ｐ＝０．００６、ランプ▲２▼はＬ２／Ｐ＝０．０１、ランプ▲３▼はＬ２／Ｐ＝０．０２、ランプ▲４▼はＬ２／Ｐ＝０．０３の場合を示す。
図４から明らかなように、Ｍ／Ｐの値が０．７５を超えると高演色性を表わすＲａを９０以上とすることができない。
又、Ｍ／Ｐの値が０．７５以下の場合でもＬ２／Ｐが０．０２を超えるとＲａが９０より小さくなる。
【００１４】
また、図５に基づき発光管電極重量と管入力との比（Ｍ／Ｐ）を変えた場合の平均演色評価数の変化について説明する。
前記実験例１，２と同様に構成したメタルハライドランプにおいて、発光管管壁負荷を１４Ｗ／ｃｍ２  一定とし、Ｌ２／Ｐが０．０２の場合、前記電極コイル部２２ａの他端部から封着部１１ａまでの距離Ｌ２  と前記電極芯棒２３ｂの先端部から発光管封着部１１ｂまでの距離Ｌ１  との比（Ｌ２／Ｌ１）を次のように規定した４種のランプについて平均演色評価数の推移を調査した。
ここで、ランプ▲１▼はＬ２／Ｌ１＝０．２５、ランプ▲２▼はＬ２／Ｌ１＝０．５、ランプ▲３▼はＬ２／Ｌ１＝０．７５、ランプ▲４▼はＬ２／Ｌ１＝１．０の場合を示す。
図５から明らかなように、Ｍ／Ｐの値が０．７５を超えると高演色性を表わすＲａを９０以上とすることができない。
又、Ｍ／Ｐの値が０．７５以下の場合でもＬ２／Ｌ１  が０．７５を超えるとＲａが９０より小さくなる。
【００１５】
更に、電極芯棒断面積Ｓ（ｍｍ２）とランプ電流値Ｉ（Ａ）との比である電流密度（Ａ／ｍｍ２）について説明する。
前記のように構成した発光管を用いたメタルハライドランプの電流密度を種々変更した場合の、発光管の立消え特性及び電極の変形度について調査した。
その結果を表２に示す。
ここで、立消え特性中、△印は点灯試験２回のうち１回立消えが発生した場合を示す。又、電極の変形度×印は５００時間点灯後の電極の変形を目視観察により認めた場合を示す。
【００１６】
【表２】
0003573297.tif 000003
【００１７】
表２から明らかなように、電流密度が１３．４Ａ／ｍｍ２  では電極の変形が生じ劣化に基づきランプが不点となった。
又、電流密度が７．５Ａ／ｍｍ２  以上では点灯中、ランプの立消えが発生する。
このことより、電流密度は７．５〜１４の範囲に規定する必要がある。
【００１８】
このように、外球内を真空とするのは、ガスの対流による熱ロスを極力小さくするためであり、発光管形状を略回転楕円面形状とするのは、発光管表面温度をほぼ均一として部分的に高温となる個所をなくすためである。
又、発光管壁面負荷を１４〜２３ｗ／ｃｍ２  とすることにより、ランプの良好な発光特性を維持できるように発光管温度を低く抑えることができ、長寿命とすることができ、発光管重量Ｗ（ｇ）と管入力Ｐ（ｗ）との比（Ｗ／Ｐ）を０．０３９以下とすることにより、発光管の最冷部温度を所定の蒸気圧が得られるのに必要な温度に高めることができる。
更に、前記電極芯棒断面積Ｓ（ｍｍ２）とランプ電流値Ｉ（Ａ）との比である電流密度（Ａ／ｍｍ２）が７．５〜１４の範囲であり、前記電極の先端部から発光管両端封着部までの距離をＬ１  、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をＬ２  とした場合、０．２５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．７５であり、かつ前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離Ｌ２  と管入力Ｐ（ｗ）との比が０．００６≦Ｌ２／Ｐ≦０．０２とすることにより、高効率で、色特性が優れかつ平均演色評価数を９０以上という高演色性とすることができる。
【００１９】
前記と同様の試験を管入力が１００ｗ及び５０ｗのランプについて行なったが、前記とほぼ同様な結果が得られた。しかし、１００ｗを超える１５０ｗあるいは２００ｗ以上のランプでは前記傾向は確認できなかった。
又、前記実施例では発光管添加物としてディスプロシウム、タリウム及びセシウムを封入したランプについて説明したが、添加物としてディスプロシウム、ネオジウム及びセシウムを封入したランプについてもほぼ同様な効果が認められる。この場合、色温度が６５００Ｋ程度のランプが得られる。
更に、発光管の電極として図２に示すように、電極芯棒に電極コイルを巻回した電極について説明したが、電極芯棒の先端部を電極コイル部より突出せず、内部に収納したホロー型電極でもよい。この場合、発光管のアークスポットを広げてアークの安定性を増大することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係わる低電力形メタルハライドランプは、発光管形状及び電極形状を規定することにより、比較的色温度が低く平均演色評価数も９０以上という高演色であるばかりでなく、発光効率が高くかつ長寿命であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるメタルハライドランプの一実施例を示す側面図。
【図２】同発光管の側面図。
【図３】本発明ランプと比較ランプの発光管壁面負荷と平均演色評価数との関係を示す特性図。
【図４】本発明ランプと比較ランプの発光管電極重量と管入力に対する比率と、平均演色評価数との関係を示す特性図。
【図５】同じく本発明ランプと比較ランプの発光管電極重量と管入力に対する比率と、平均演色評価数との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１      石英製発光管
２ａ，２ｂ    主電極
３      保温膜
４      円筒管
５          口金
６        外球
７          ステム
８ａ，８ｂ        支柱
９ａ，９ｂ        止め金具
１０            ゲッター
１１ａ，１１ｂ    封着部
１２ａ，１２ｂ    モリブデン箔
１３ａ，１３ｂ    外部リード線
２２ａ，２２ｂ    タングステンコイル
２３ａ，２３ｂ    タングステン芯棒
【図１】
0003573297.tif 000004
【図２】
0003573297.tif 000005
【図３】
0003573297.tif 000006
【図４】
0003573297.tif 000007
【図５】
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