(57)【要約】【課題】店舗等の屋内照明や街路等の屋外照明として使用されるセラミックス製発光管を用いた高圧金属蒸気放電灯のランプ効率と演色性を高めると同時に、その光源色をＪＩＳ準拠の温白色、白色および昼白色の範囲内とし、更に、ランプ電圧の上昇によるランプの立ち消え等が生じないようにする。【解決手段】両端に電極５、５を設けたセラミックス製発光管１の発光部２内に、発光物質としてセリウムハロゲン化物、ナトリウムハロゲン化物及びカルシウムハロゲン化物が封入され、ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が８〜９５、カルシウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＣａＩ２／ＣｅＩ３が５〜６０の範囲に選定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に電極を設けた発光管の発光部が透光性を有するセラミックス材料で形成された高圧金属蒸気放電灯において、前記発光部内に、発光物質としてセリウムハロゲン化物、ナトリウムハロゲン化物及びカルシウムハロゲン化物が封入され、前記ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が８〜９５の範囲に選定されると共に、前記カルシウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＣａＩ２／ＣｅＩ３が５〜６０の範囲に選定されていることを特徴とする高圧金属蒸気放電灯。
【請求項２】
前記発光管の管壁負荷が１９〜３０Ｗ／ｃｍ２の範囲に選定されている請求項１記載の高圧金属蒸気放電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属蒸気とハロゲン化物の解離生成物との混合物中の放電によって発光する高圧金属蒸気放電灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時は、従来から一般的に用いられている石英製発光管に代えて、透光性を有する多結晶体アルミナセラミックス管等で成るセラミックス製発光管を用いた高圧金属蒸気放電灯が、定格ランプ電力１５０Ｗ以下のものを中心に商品化されている。石英よりも耐熱性、耐食性に優れたセラミックス材料で成る発光管を用いた高圧金属蒸気放電灯は、その発光管の管壁負荷を石英製発光管より高くすることで、石英製発光管を用いた高圧金属蒸気放電灯に比べて高効率、高演色、長寿命という非常に優れた特性が得られ、また、セラミックス製発光管は石英製発光管に比べて形状のバラツキが少ないために、光源色のバラツキも非常に少なく、その光源色が白色であることから、店舗などの屋内照明用として普及しつつある。
【０００３】
セラミックス製発光管を用いた１５０Ｗ以下の高圧金属蒸気放電灯で現在市販されているものは、平均演色評価数（Ｒａ）が８５〜９０という特性を有しているが、ランプ効率は概ね９０（ｌｍ／Ｗ）程度にとどまり、一般的に高効率と言われる１００（ｌｍ／Ｗ）以上を達成するものは殆どなく、最近は、省エネの観点からランプ効率の更なる高効率化が求められている。また、セラミックス製発光管を用いた高圧金属蒸気放電灯は、その普及に伴なって、屋内のより高い天井に取り付けたり、街路等の屋外照明用として使用することもできる高ワットのものが求められると共に、一般的に普及している安価な水銀灯用安定器によって点灯可能なものが求められている。
【０００４】
ランプ効率を高める手段としては、発光管の管壁負荷を高めてその発光部内に封入された希土類元素のハロゲン化物の発光を増大させるのが一般的であるが、セラミックス製発光管は、石英製発光管よりも管壁負荷を高くしているため、その管壁負荷を更に高くして希土類元素のハロゲン化物の発光を増大させると、再点弧電圧が高くなり、その分だけランプの立ち消えを生ずる電圧も高くなるので、定格寿命よりも遥かに短い点灯時間でランプが立ち消えしたり、最悪の場合は点灯初期に立ち消えするおそれがある。
【０００５】
また、発光管の管壁負荷を高くすると、点灯時における発光管の温度が上がって特に発光部の熱負荷が増大するため、その熱負荷によって定格寿命より遥かに短い点灯時間で発光管にクラックが生じてランプが不点となったり、あるいは、発光管を形成するセラミックスと発光部内に封入された発光物質との反応が促進されて発光管が脆弱化し、その脆弱化した部分からリークを生じてランプが不点となるなど、ランプ寿命が短くなるおそれがある。
【０００６】
これらの問題は、特に水銀灯用安定器によって高圧金属蒸気放電灯を点灯する場合に顕著であり、例えば中ワット（２００Ｗ〜４００Ｗ）クラスの高圧金属蒸気放電灯にあっては、専用安定器で点灯する場合の設定ランプ電圧が概ね９０Ｖ〜１００Ｖであるのに対し、水銀灯用安定器で点灯する場合の設定ランプ電圧は概ね１３０Ｖ程度であるために、ランプ電圧の上昇による立消えは専用安定器で点灯したときよりも早期に発生する。
【０００７】
また、最近は、高いランプ効率を得るために、セラミックス製発光管の発光部内に封入する発光物質として、セリウムハロゲン化物（ＣｅＩ３）とナトリウムハロゲン化物（ＮａＩ）を選択すると共に、そのモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３を３．８〜１０の範囲に選定した高圧金属蒸気放電灯が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−８６１３０公報
【０００８】
しかしながら、セリウムハロゲン化物を封入してランプ効率を１００（ｌｍ／Ｗ）以上に高めようとすると、比視感度の高いセリウムハロゲン化物の緑色スペクトル放射が増大して、白色より緑がかった光源色となってしまうため、演色性が低下して平均演色評価数（Ｒａ）が８０未満となり、また、点灯時間の経過と共にランプ電圧が急激に上昇してランプの立消えを生ずるという問題があった。このランプ電圧の上昇は、従来から一般的に知られた発光物質であるディスプロシウムハロゲン化物やホルミウムハロゲン化物、タリウムハロゲン化物、ナトリウムハロゲン化物等を封入した場合に比べて、セリウムハロゲン化物を封入した場合の方が非常に急激であり、ランプ電圧の上昇度合も大きい。また、ランプ電圧の上昇度合は、専用安定器で点灯しても、水銀灯用安定器で点灯する場合と同程度に大きい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、高効率、高演色、長寿命の高圧金属蒸気放電灯を提供することを技術的課題とし、特に、セラミックス製発光管を用いた高圧金属蒸気放電灯に関して、ランプ効率１００（ｌｍ／Ｗ）以上の高効率と、国際照明委員会（ＣＩＥ）がオフィス用照明等として推奨する演色性グループ１Ｂに属する平均演色評価数（Ｒａ）８０以上の高演色を達成し、光源色が白色で、水銀灯用安定器で点灯しても立ち消えを生じないようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、両端に電極を設けた発光管の発光部が透光性を有するセラミックス材料で形成された高圧金属蒸気放電灯において、前記発光部内に、発光物質としてセリウムハロゲン化物、ナトリウムハロゲン化物及びカルシウムハロゲン化物が封入され、前記ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が８〜９５の範囲に選定されると共に、前記カルシウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＣａＩ２／ＣｅＩ３が５〜６０の範囲に選定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、透光性を有するセラミックス材料で形成された管壁負荷の大きい発光管の発光部内に、発光物質としてセリウムハロゲン化物、ナトリウムハロゲン化物及びカルシウムハロゲン化物を封入し、ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３を上記範囲に選定すると共に、カルシウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＣａＩ２／ＣｅＩ３を上記範囲に選定することによって、ランプ効率１００（ｌｍ／Ｗ）以上の高効率と、平均演色評価数（Ｒａ）８０以上の高演色を達成することができ、しかも、光源色が白色（蛍光ランプの光源色としてＪＩＳに明記されている温白色、白色および昼白色）で、且つ専用安定器で点灯する場合のみならず水銀灯用安定器で点灯した場合も立ち消えを生じない高圧金属蒸気放電灯を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る高圧金属蒸気放電灯の最良の実施形態は、両端に電極を設けた発光管が、透光性を有するセラミックス材料で発光部が形成された管壁負荷１９〜３０（Ｗ／ｃｍ２）のセラミックス製発光管で成ると共に、その発光部内に、発光物質として少なくともセリウムハロゲン化物を含む希土類元素のハロゲン化物と、ナトリウムハロゲン化物と、カルシウムハロゲン化物とが封入され、更に、ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が８〜９５の範囲に選定されると共に、カルシウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＣａＩ２／ＣｅＩ３が５〜６０の範囲に選定されている。
【実施例】
【００１３】
図１は本発明に係る高圧金属蒸気放電灯に用いる発光管の一例を示す断面図である。図１に示す発光管１は、水銀灯用安定器で点灯可能な定格ランプ電力３６０Ｗの始動器内蔵型メタルハライドランプ（本実施例の高圧金属蒸気放電灯）に用いる管壁負荷２１（Ｗ／ｃｍ２）のセラミックス製発光管であって、中央の発光部２と、その両端に設けた細管部３Ｌ、３Ｒが、透光性を有する多結晶アルミナで形成されている。なお、ここでの管壁負荷は、定格ランプ電力（Ｗ）／発光管全内表面積（ｃｍ２）をいう。
【００１４】
発光部２内には、発光物質として、希土類元素のハロゲン化物であるセリウムハロゲン化物、ツリウムハロゲン化物と、ナトリウムハロゲン化物と、カルシウムハロゲン化物と、タリウムハロゲン化物とが封入されると共に、放電触媒として、水銀および希ガスが封入されている。なお、細管部３Ｌ、３Ｒは、各々電極５と該電極にランプ電力を供給するための給電体６とで成る電極システム４Ｌ、４Ｒが挿通されて、その内部が気密に封止されている。
【００１５】
次表１の実験データは、発光管１の発光部２内に封入するナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３を１〜１２０の数値範囲にわたって様々に違えると共に、その発光部２内にカルシウムハロゲン化物を封入しない点で上記メタルハライドランプと相違する同型のランプを実験用の試料として計１６種類試作し、それら試料１〜１６の各ランプについて、そのランプ効率（ｌｍ／Ｗ）と平均演色評価数（Ｒａ）を測定すると共に、その光源色が蛍光ランプの光源色としてＪＩＳに明記されている光源色の温白色、白色および昼白色の範囲内であるか否かを○×で評価した結果を示すものである。
【表１】
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【００１６】
この結果によれば、試料１および２の如く、ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が１〜３の範囲であるときは、比視感度の高いセリウムハロゲン化物の緑色スペクトル放射が増大し、ランプ効率が、１１９〜１２０（ｌｍ／Ｗ）にまで達して、１００（ｌｍ／Ｗ）以上の高効率を達成することができる一方、光源色が、緑色を帯びて、ＪＩＳに明記されている光源色の温白色、白色および昼白色の範囲外となると共に、平均演色評価数（Ｒａ）が、７７〜７８となり、８０以上の高演色を達成することができない。
【００１７】
また、試料１５および１６の如く、ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が１１０〜１２０の範囲であるときは、光源色がＪＩＳ準拠の温白色、白色および昼白色の範囲内となり、平均演色評価数（Ｒａ）も８６〜８７となって、８０以上の高演色を達成することができるが、ランプ効率が９７〜９９（ｌｍ／Ｗ）となり、１００（ｌｍ／Ｗ）以上の高効率を達成することができない。
【００１８】
これに対し、試料３〜１４の如く、モル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が５〜１００の範囲であるときは、ランプ効率が１０１〜１１８（ｌｍ／Ｗ）、平均演色評価数（Ｒａ）が８０〜８６となり、光源色も、ＪＩＳ準拠の温白色、白色および昼白色の範囲内となる。すなわち、緑色の発光を生ずるセリウムハロゲン化物と、赤からオレンジにかけて強い発光を生ずるナトリウムハロゲン化物のモル組成比を適正に選定して、可視光を全体的にバランスよく発光させれば、光源色を白色とすることができると同時に、ランプ効率１００（ｌｍ／Ｗ）以上の高効率と、平均演色評価数（Ｒａ）８０以上の高演色を達成することができる。
【００１９】
しかし、ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が５〜１００の範囲内にある試料３〜１４の各ランプを長時間点灯させる寿命試験を実施したところ、定格寿命中にランプ電圧が上昇して、立ち消えを生ずるものがあった。長時間点灯させたときにランプ電圧が上昇する原因としては、発光管１の最冷部位置が変化することが考えられる。
【００２０】
つまり、発光管１の最冷部は、細管部３Ｌ、３Ｒ内に存在するが、そのことにより、ランプを長時間点灯させると、細管部３Ｌ、３Ｒのセラミックスと希土類元素ハロゲン化物であるセリウムハロゲン化物とが反応して、セラミックスが侵食され、その侵食物が細管部３Ｌ、３Ｒ内に堆積するために、最冷部が当初の位置よりも発光部２に近くなってランプ電圧が上昇するものと考えられる。実際に、定格寿命中に立ち消えしたランプの発光管１を分析してみると、その細管部３Ｌ、３Ｒ内にセラミックスの侵食物が堆積していることが確認され、その侵食物の堆積度合や、ランプ電圧の上昇度合は、セリウムハロゲン化物を封入していない発光管を使用したランプよりも遥かに顕著であった。
【００２１】
そこで、試料３〜１４のランプに用いる発光管１の発光部２内に、希土類元素のハロゲン化物とセラミックスとの反応を抑える働きがある発光物質のカルシウムハロゲン化物（ＣａＩ２）を追加的に封入して、それら各ランプの寿命試験を行ったところ、細管部３Ｌ、３Ｒ内にセラミックスの侵食物が堆積して発光管１の最冷部位置が変化することは抑制されるものの、試料３のランプは、定格寿命中に立ち消えする確率が高く、また、試料１４のランプは、ランプ効率が１００（ｌｍ／Ｗ）に達しなかった。
【００２２】
その原因を分析すると、ナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３が８未満のときは、カルシウムハロゲン化物の封入量にかかわらず、早い時期に立ち消えを生じ、そのモル組成比が８以上のときは、定格寿命中にランプ電圧の上昇による立ち消えを生じないことが判った。また、そのモル組成比が９５以下であれば、カルシウムハロゲン化物の封入量にかかわらず、ランプ効率１００（ｌｍ／Ｗ）以上を達成できることが判った。
【００２３】
したがって、発光管１の発光部２内に、希土類元素のハロゲン化物とセラミックスとの反応を抑えて発光管１の最冷部位置が変化することを抑制する働きがあるカルシウムハロゲン化物を封入し、且つその発光部２内に封入するナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ３を８〜９５の範囲に選定すれば、ランプ効率１００（ｌｍ／Ｗ）以上の高効率と、平均演色評価数（Ｒａ）８０以上の高演色を達成することができると同時に、長時間点灯してもランプ電圧の上昇による立ち消えが生じない長寿命のランプを得ることができる。
【００２４】
また、試料３〜１４の各ランプについて、セリウムハロゲン化物の封入量は変えずに、カルシウムハロゲン化物の封入量のみを変えて、カルシウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＣａＩ２／ＣｅＩ３を１〜１００の範囲で様々に違えたものを多数試作し、各々のランプ効率、演色性及び光源色を評価したところ、モル組成比ＣａＩ２／ＣｅＩ３の数値が小さいほど、ランプ効率は高くなるが、演色性は低下して光源色が白色範囲から外れてしまい、逆に、その数値が大きくなると、演色性が向上して光源色は白色となるが、ランプ効率が低下することが確認されると同時に、その数値を５〜６０の範囲内に選定すれば、ランプ効率１００（ｌｍ／Ｗ）以上の高効率と、平均演色評価数（Ｒａ）８０以上の高演色を達成することができ、且つ光源色が白色となることが確認された。
【００２５】
更に、本実施例では、発光管１の管壁負荷が２１（Ｗ／ｃｍ２）となるように設計されているが、試料３〜１４の各ランプについて、発光管１の管壁負荷を様々に違えたものを多数試作し、夫々のランプ効率、平均演色評価数、光源色およびランプ電圧上昇による立ち消え等について評価したところ、その管壁負荷が１９（Ｗ／ｃｍ２）よりも小さい場合は、発光管１の温度が低下して、セリウムハロゲン化物以外の封入物質の蒸発・発光が不十分となり、セリウムハロゲン化物の緑色スペクトル放射が際立ってしまうため、ランプ効率は１００（ｌｍ／Ｗ）以上となるものの、平均演色評価数（Ｒａ）は８０より低くなり、光源色もＪＩＳ準拠の温白色、白色および昼白色の範囲から外れる結果となった。また、発光管１の管壁負荷が３０（Ｗ／ｃｍ２）より大きい場合は、発光管１の温度が急激に高くなるため、発光部２がその熱的負荷に耐えられず、定格寿命より遥かに早い時間で発光管のクラックやリークによるランプ不点を生ずる。
【００２６】
これに対し、発光管１の管壁負荷を１９〜３０（Ｗ／ｃｍ２）の範囲に選定すると、平均演色評価数（Ｒａ）が８０以上となり、また、光源色もＪＩＳの範囲内となり、発光管のクラックやリークによるランプ不点も生じない。なお、水銀灯用安定器で点灯可能な１８０Ｗおよび２２０Ｗのランプと、専用安定器で点灯可能な１５０および４００Ｗのランプについても、上記と同様の実験結果が得られた。
【００２７】
したがって、本実施例の高圧金属蒸気放電灯は、発光管１の管壁負荷が１９〜３０（Ｗ／ｃｍ２）の範囲に選定され、その発光管１の発光部２内に、発光物質としてセリウムハロゲン化物、ナトリウムハロゲン化物及びカルシウムハロゲン化物が封入され、且つナトリウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成ＮａＩ／ＣｅＩ３が８〜９５の範囲に選定されると共に、カルシウムハロゲン化物とセリウムハロゲン化物のモル組成比ＣａＩ２／ＣｅＩ３が５〜６０の範囲に選定されており、これによって、ランプ効率１００（ｌｍ／Ｗ）以上の高効率と、平均演色評価数（Ｒａ）８０以上の高演色を達成することができると同時に、光源色の白色度が高く、長時間点灯してもランプ電圧の上昇による立ち消えや発光管のクラックやリークによるランプ不点を生じない長寿命のランプを得ることができる。
【００２８】
なお、本実施例の発光管１は、発光部２と細管部３Ｌ、３Ｒとが各々個別に成形されているが、これに限らず、発光部と細管部とが一体成形されたものでもよい。また、発光部の形状は、図示の如き紡錘形に限らず、円筒形あるいは楕円球形等であってもよい。また、本実施例では、発光管１の発光部２内に封入するセリウム以外の希土類元素のハロゲン化物として、ツリウム（Ｔｍ）のハロゲン化物を選択しているが、これに代えてディスプロシウム（Ｄｙ）やホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物を選択してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、店舗等の屋内照明や街路等の屋外照明として有用な高効率、高演色で、白色度が高く、且つ長寿命の高圧金属蒸気放電灯を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る高圧金属蒸気放電ランプに用いる発光管の一例を示す断面図
【符号の説明】
【００３１】
１    発光管
２    発光部
３Ｌ  細管部
３Ｒ  細管部
４Ｌ  電極システム
４Ｒ  電極システム
５    電極
６    給電体
【図１】
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