(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次式によって特定されるヨウ化銀又は臭化銀を封入した発光管を使用したセラミックメタルハライドランプ。
【数１】
0005909994.tif 000003
【請求項２】
請求項１項記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
前記発光管は、中央の太管部と両端の細管部の形状をもつ透光性セラミックス製の容器を有し、
前記細管部の各々の先端部から軸線に沿って、リード線が挿入され、サーメットに繋がり、更にモリブデンコイル棒に繋がって、その先にタングステン電極棒が形成され、
前記細管部の軸線を含む断面で見て、該細管部と前記モリブデンコイル棒との距離の合計は、０．１±０．０５ｍｍの範囲内にある、セラミックメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）として、例えば、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ及びセラミックメタルハライドランプがある。ＨＩＤランプは、電極間の放電を利用して発光する。このため、白熱電球と比べて、光束が大きく大規模な空間の照明に適し、エネルギー効率が良いといった種々の特徴を備えている。
【０００３】
ＨＩＤランプにおいて、発光物質として金属ハロゲン化物を採用したメタルハライドランプは、青白い光線を放つ水銀ランプに比較して白色光（自然光）に近く優れた演色性と、また高い発光効率といった長所を有している。
【０００４】
メタルハライドランプの発光管として、従来は石英製発光管が使用されていた。最近では、これに代わって透光性セラミックス製発光管が使用されている。セラミックス製発光管を使用している場合は、特に、セラミックメタルハライドランプと呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表2000-516901「強化されたメタルハライド粒子及び改良されたランプ充填材及びそのための方法」（公表日：2000年12月19日）
【特許文献２】特開2008-10272「セラミックメタルハライドランプ」（公開日：2008年01月17）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セラミックメタルハライドランプは、製品完成後の点灯初期において、電気特性が変化し、これに伴い光学特性も変化する傾向がある。特に、最初の１０時間は変化が激しく、１００時間を経過すると、電気特性及び光学特性は安定する。この電気特性の変化は、ランプ電圧の低下として現れ、光学特性の変化は、色変化として現れる。
【０００７】
ランプ電圧の低下を補償する為に、初期ランプ電圧が高くなるような仕様で設計すると、ランプの立ち消え等の問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、点灯初期における電気特性の変化及び光学特性の変化を減少せしめたセラミックメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【０００９】
更に、本発明は、点灯初期における電気特性の変化及び光学特性の変化を減少せしめたセラミックメタルハライドランプの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的に鑑みて、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの製造方法は、前記セラミックメタルハライドランプの発光管は、所定量の水銀、金属ハロゲン化物及び希ガスと共に、ヨウ化銀（ＡｇＩ）が封入されており、ＡｇＩ／金属ハロゲン化物総量（重量比）を変化させて、光束の変化を測定して許容できる光束の低下率からＡｇＩ／金属ハロゲン化物総量の上限値を規定して、ＡｇＩの上限量を決定し、ＡｇＩ／金属ハロゲン化物総量（重量比）を変化させて、ランプ電圧の変化を測定して許容できるランプ電圧の低下率からＡｇＩ／金属ハロゲン化物総量の下限値を規定して、ＡｇＩの下限量を決定し、前記ＡｇＩの上限量及び下限量の範囲のＡｇＩの量を、他の封入物質と共に発光管内に封入して、発光管を完成させ、前記発光管を使用して、ランプを製作する、方法である。
【００１１】
更に、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの製造方法は、前記セラミックメタルハライドランプの発光管は、所定量の水銀、金属ハロゲン化物及び希ガスと共に、ヨウ化銀（ＡｇＩ）が封入されており、ＡｇＩ／金属ハロゲン化物総量（重量比）を変化させて、ランプ電圧の変化を測定して許容できるランプ電圧の低下率からＡｇＩ／金属ハロゲン化物総量の下限値を規定して、ＡｇＩの下限量を決定し、ＡｇＩ／金属ハロゲン化物総量（重量比）を変化させて、光束の変化を測定して許容できる光束の低下率からＡｇＩ／金属ハロゲン化物総量の上限値を規定して、ＡｇＩの上限量を決定し、前記ＡｇＩの上限量及び下限量の範囲のＡｇＩの量を、他の封入物質と共に発光管内に封入して、発光管を完成させ、前記発光管を使用して、ランプを製作する、方法である。
【００１２】
更に、本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、上記製造方法のいずれかによって製造されている。
【００１３】
更に、本発明に係るセラミックメタルハライドランプは、次式によって特定されるヨウ化銀又は臭化銀を封入した発光管を使用している。
【００１４】
【数１】
0005909994.tif 000002
【００１５】
更に、上記のいずれかのセラミックメタルハライドランプでは、発光管は、電極マウントと細管部との隙間（上下合計）が０．１±０．０５ｍｍであってよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、点灯初期における電気特性の変化及び光学特性の変化を減少せしめたセラミックメタルハライドランプを提供することが出来る。
【００１７】
更に、本発明によれば、点灯初期における電気特性の変化及び光学特性の変化を減少せしめたセラミックメタルハライドランプの製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、セラミックメタルハライドランプの構造を説明する図であり、図１（Ａ）はランプの正面図、図１（Ｂ）はその側面図である。
【図２】図２は、発光管の詳細を説明する図であり、ここで、図２(Ａ)は、発光管全体を説明する図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に□（矩形）で囲んだ細管部４ｃの拡大図である。
【図３Ａ】図３Ａは、定格出力１００Ｗのセラミックメタルハライドランプのデータであり、点灯初期（０〜１００時間）におけるランプ電圧の変化を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａを書き換えたグラフである。
【図４】図４は、ＡｇＩ／総量をゼロ〜０．５迄変化させたときの点灯初期経過後（即ち、１００時間経過後）の光束の変化率を示すデータである。
【図５】図５は、ＡｇＩ／総量をゼロ〜０．５迄変化させたときの点灯初期経過後（即ち、１００時間経過後）のランプ電圧の変化率を示すデータである。
【図６】図６は、ランプ製造のフローであり、特に、一般化したＡｇＩ／総量の範囲を規定する手順を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るセラミックメタルハライドランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。
【００２０】
［セラミックメタルハライドランプ］
図１は、セラミックメタルハライドランプの構造を説明する図であり、図１（Ａ）はランプの正面図、図１（Ｂ）はその側面図である。ランプ１０は、外球２の内部に、発光部となる発光管４を内封し、発光管の周囲を内管１８が取り囲んでいる。外球２の端部には、Ｅ形の口金６が接合されている。発光管４は、金属の線材や板を組み合わせた構造物に内管１８を取り付けたマウント８により、所定の位置に支持され、給電される。
【００２１】
これらの各要素について簡単に説明する。
【００２２】
発光管４に関しては、後で、図２に関連して説明する。
【００２３】
マウント８は、一対の導入線が気密封着されたステム管１４と、一方の導入線に接続された、ニッケルメッキ鉄線等の線材や略長四角形状の枠状に成形した丸棒体から成る支柱１６とを主要部品として構成されている。
【００２４】
内管１８は、発光管４が破裂したときに外球への影響を防止するために発光管４の周囲を夫々囲むように配設され、透明石英ガラス管から成る。内管１８には、図示した開放型内管と密封型内管とがある。
【００２５】
外球２は、例えば、ホウケイ酸ガラス等の透光性の硬質ガラスからなる。透明型と拡散型（不透明）がある。外球２は、最大口径の中央部２ａ、図で見て下部側の閉塞されたトップ部２ｂ、及び上部側のネック部２ｃを有するＢＴ形をなしている。ネック部２ｂには、ステム管１４のフレア部が封止された封止部が有る。封止後、ステム管１４に設けられた排気管（図示せず。）を通じて外球２内は排気され、アルゴン（Ａｒ），窒素（Ｎ２）等の不活性ガスが封入され、或いは真空にした気密雰囲気となっている。
【００２６】
この封止部を覆ってねじ込み形口金６が耐熱性の接着剤を用いて接合され、或いはモールドにより形成された螺旋状のねじ溝に口金６が螺合されて、取付けられる。
【００２７】
図１に示すランプ１０は、口金６をソケット（図示せず。）に装着して、電源から所定の点灯回路装置を介して通電され、主電極間の放電により安定した点灯が持続される。
【００２８】
［発明完成までの過程］
セラミックメタルハライドランプでは、製品完成後の点灯初期において、ランプ電圧が低下し、これに伴い色変化が生じる傾向がある。
【００２９】
発明者は、ランプ電圧が低下した発光管を調査・解析した結果、原因の１つとして、発光管４の太管部４ａ内の封入物質が電極マウントと細管部との隙間に浸透し、その結果、太管部４ａ内の封入物質が減量することを突きとめた。
【００３０】
図２は、発光管の詳細を説明する図であり、図２(Ａ)は、発光管全体を説明する図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に□（矩形）で囲んだ細管部４ｃの拡大図である。図２(Ａ)に示すように、発光管４は、中央の太管部４ａ及び両端の細管部（「キャピラリー」ともいう。）４ｂ，４ｃの形状をもつ透光性セラミックス製の容器である。１対のリード線４４−１，４４−２が、これら細管部４ｂ，４ｃを夫々通って太管部４ａの領域まで延びて、１対のタングステン（Ｗ）製の主電極を形成している。太管部４ａの容器内には、発光及び放電媒体として、所定量の水銀と、金属ハロゲン化物と、希ガスとして所定圧力のアルゴン（Ａｒ）等が封入され、発光効率、演色性，色温度等の特性の向上が図られている。
【００３１】
図２（Ｂ）を参照しながら、太管部４ａ内の封入物質が電極マウントと細管部との隙間に浸透する現象を説明する。太管部４ａに繋がる細管部４ｃは、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）から成る。細管部４ｃの先端部から軸線に沿って、リード線４４−２が挿入されており、これがサーメット４６に繋がっており、更にモリブデンコイル棒４５に繋がっており、その先にタングステン電極棒４１が形成されている。細管部４ｃの先端部は、フリット（シール材）４７によって封止されている。細管部４ｂも細管部４ｃと同様の構造である。
【００３２】
封入物質４８の金属ハロゲン化物は、発光管製作時には固体状態（粉末，ペレット等）で太管部４ａ内に封入され、点灯中は、液体と気体の混合状態となっている。この金属ハロゲン化物が、僅かではあるが、細管部４ｃとモリブデンコイル棒４５との隙間から細管部先端に向けて浸透すると共に、多結晶アルミナを浸食する。これにより、発光管太管部４ａ内の封入物質が減量し、ランプ電圧の低下、色変化に表れるものと思われる。図２（Ｂ）に示すように、細管部４ｃの軸線を含む断面で見て、細管部４ｃとモリブデンコイル棒４５の距離の合計は、０．１±０．０５ｍｍの範囲内にある。このようなセラミック製発光管は、フィリップ社が開発したもので、その後、基本的な構造は変わっていない。
【００３３】
そこで、本発明者は、封入物質が電極マウントと細管部との隙間に浸透する現象の対策として、当初、次の２つを挙げて検討した。
【００３４】
対策１：太管部４ａに封入する封入物質を増量することで、例え隙間に浸透して減量しても、太管部４ａには必要量が確保できるようにする。
【００３５】
対策２：細管部の電極マウントと細管部との隙間を可能な限り狭くする。しかし、現状では、細管部の電極マウントと細管部との隙間を更に狭くすることは、電極マウントを確実に細管部に挿入するために部品の公差を厳しくする必要があるので歩留まりの低下を招き、コストアップとなる。また上記の挿入作業がやりにくくなるため、作業効率の低下を招くことが判明したので、採用していない。
【００３６】
［太管部の封入物質の増量］
しかし、太管部２ａに封入物質４８である金属ハロゲン化物を現状と同じ比率で増量すると、細管部４ｃの多結晶アルミナを浸食する傾向が高まる問題が生じた。特に、封入物質４８として、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍなどの希土類金属ハロゲン化物を含む場合には、多結晶アルミナの浸食が顕著となる。
【００３７】
そこで、金属ハロゲン化物を増量する代わりに、ヨウ化銀（ＡｇＩ）を添加することとした。ヨウ化銀を採用した理由は、基本的に可視光領域に強いピークが無いためランプの光学特性に大きな影響を与えず、更に、細管部を形成する多結晶アルミナとほとんど反応しないので浸食のおそれも無いからである。
【００３８】
しかし、実験を通じて、ヨウ化銀を過剰に増量すると、ランプの光束値に微妙な影響が出ることが判明した。そこで、金属ハロゲン化物に対するヨウ化銀の量を決定する実験を行った。
【００３９】
第１段階として、光束値に大きな影響が出ない範囲で、ヨウ化銀の量の上限値を規定した。光束値の変化が±５％以内であれば、人間の眼に違和感は無く、実用上問題は無い。
【００４０】
一方、金属ハロゲン化物に対するヨウ化銀の量が少ないと、隙間への浸透のためランプ電圧の低下を抑制できない。そこで、第２段階として、ランプ電圧が大きく低下しない範囲で、ヨウ化銀の量の下限値を規定した。ランプ電圧値の変化が±５％以内であれば、実用上問題は無い。
【００４１】
図３Ａは、定格出力１００Ｗのセラミックメタルハライドランプのデータであり、点灯初期（０〜１００時間）におけるランプ電圧の変化を示すグラフである。パラメータとして、ヨウ化銀と金属ハロゲン化物総量の重量比（以下、単に「ＡｇＩ／総量」と略す。）として、ＡｇＩ／総量＝０．３０と０．４７をとり、比較例としてＡｇＩ／総量＝ゼロを示している。図３Ａで分かるように、ＡｇＩ／総量＝ゼロの場合、ランプ電圧ＶＬは初期値より平均で−９Ｖ低下した。これに対して、ＡｇＩ／総量＝０．１０、０．３０及び０．４７の場合は、ランプ電圧ＶＬの低下はー３．１〜３Ｖの範囲であり、平均値はゼロに近づく。
【００４２】
図３Ｂは、図３Ａを書き換えたグラフである。所定の電圧（例えば、定格電圧）は垂直点灯の場合、通常１３０Ｖだが、最大１４５Ｖになるランプがある。このランプを水平方向に設置して、安価な銅鉄安定器で点灯すると、更にランプ電圧が上昇し、１６０Ｖになる。ＡｇＩ／総量＝ゼロのときは７〜１１Ｖのランプ電圧の低下が見込まれるため、出荷当初のランプ電圧を１７１Ｖに設定することが必要となる。このランプの場合、設置場所の電源電圧が上昇すると、それに伴ってランプ電圧も上昇する。点灯中のランプ電圧が１８０Ｖになると、ランプの立ち消え等が発生するおそれがある。一方、ＡｇＩ／総量＝０．１０、０．３０及び０．４７の場合は、ほぼランプ電圧の低下を考慮する必要が無いので、出荷当初の水平点灯時のランプ電圧を１６０Ｖに設定できる。
【００４３】
以上の実験により、ＡｇＩの添加が有効であることが判明したので、次に、ＡｇＩ／総量の範囲を決定することとした。
【００４４】
第１段階として、許容できる光束の低下率から、ＡｇＩ／総量の上限値を規定した。これにより、そのランプの総量（即ち、金属ハロゲン化物の総量）は明かであるので、ＡｇＩの上限量を決定することが出来る。図４は、ＡｇＩ／総量をゼロ〜０．５迄変化させたときの点灯初期経過後（即ち、１００時間経過後）の光束の変化率を示すデータである。ＡｇＩ／総量を高めることで光束は低下する。光束の低下が５％以内であれば、ランプの実用上問題は無い。そこで、図４から、ＡｇＩ／総量の上限値を０．３５と規定した。これにより、ＡｇＩの上限量を決定することが出来る。
【００４５】
第２段階として、許容できるランプ電圧の低下から、ヨウ化銀の量の下限値を規定した。これにより、そのランプの総量（即ち、金属ハロゲン化物の総量）は明かであるので、そのランプのＡｇＩの下限量を決定することが出来る。図５は、ＡｇＩ／総量をゼロ〜０．５迄変化させたときの点灯初期経過後（即ち、１００時間経過後）のランプ電圧の変化を示すデータである。ＡｇＩ／総量を高めることでランプ電圧は低下する。ランプ電圧の低下が５％以内であれば、実用上問題は無い。そこで、図５から、ＡｇＩ／総量の下限値を０．１と規定した。ＡｇＩ／総量＝０．１であれば、バラツキの範囲を考慮しても、低下率は５％以下となる。これにより、ＡｇＩの下限量を決定することが出来る。
【００４６】
以上により、ＡｇＩ／総量の範囲は、０．１≦ＡｇＩ／総量≦０．３５と規定した。
【００４７】
図６は、ランプ製造のフローであり、ＡｇＩ／総量の範囲を規定する手順を示すものである。
【００４８】
ステップＳ１で、ＡｇＩ／総量の上限値を決定する。具体的には、図４に示すように、ＡｇＩ／総量を変化させて、光束の変化を測定する。許容できる光束の低下率から、ＡｇＩ／総量の上限値を規定し、ＡｇＩの上限量を決定する。
【００４９】
ステップＳ２で、ＡｇＩ／総量の下限値を決定する。具体的には、図５に示すように、ＡｇＩ／総量を変化させて、ランプ電圧の変化を測定する。許容できるランプ電圧の低下から、ＡｇＩ／総量の下限値を規定し、ＡｇＩの下限量を決定する。なお、ステップＳ１とＳ２の順序は逆でもよい。
【００５０】
ステップＳ３で、上記下限値〜上限値の範囲内でＡｇＩ／総量を規定し、その発光管に封入すべきＡｇＩの絶対量を決定し、他の封入物質と共に発光管内に封入し、発光管を完成させる。
【００５１】
ステップＳ４で、この発光管を使用して、ランプを製作する。
【００５２】
（代替例）
上記実施形態では、ヨウ化銀ＡｇＩを使用している。しかし、他のハロゲン化銀、特に臭化銀ＡｇＢｒも同様の特性を有している。そこで、ヨウ化銀ＡｇＩに代えて、臭化銀ＡｇＢｒを使用することもできる。
【００５３】
更に、他のヨウ化金属（ヨウ化銅及びヨウ化金）も、ヨウ化銀及び臭化銀ＡｇＢｒとほぼ同様の特性を有している。そこで、これらに代えて、これらのヨウ化金属を使用することも期待できる。
【００５４】
［まとめ］
以上、本実施形態に係る外球保護構造を備えたセラミックメタルハライドランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００５５】
２：外球、  ２ａ：中央部、  ２ｂ：ネック部、２ｃ：トップ部、  ６：口金、  ４：発光管、  ４ａ：太管部、  ４ｂ，４ｃ：細管部，キャピラリー、  １０：ランプ、  １４：ステム管、  １８：内管、  ４１：サーメット、  ４４−１，４４−２：リード線、  ４５:モリブデンコイル棒、  ４７：フリット，シール材、  ４８：封入物質、
【図１】
0005909994.tif 000004
【図２】
0005909994.tif 000005
【図３Ａ】
0005909994.tif 000006
【図３Ｂ】
0005909994.tif 000007
【図４】
0005909994.tif 000008
【図５】
0005909994.tif 000009
【図６】
0005909994.tif 000010