(57)【要約】  質量ｍ(mg)のHg及び少なくとも金属ハロゲン化物を含むイオン化可能なガス充填物を収容する容積Ｖ(mm3)の放電空間を囲む放電容器を有するメタルハライドランプであり、前記放電空間内に、２つの電極が配設され、前記２つの電極の先端部が、該先端部間に放電路を規定するように相互間隔ＥＡを持ち、前記放電空間が、前記放電路に沿って測定した長さＬ(mm)と、該放電路に直角な最大直径Ｄ(mm)とを持ち、比率Ｘ＝Ｌ／Ｄが、関係0.7＜Ｘ＜6を満たすメタルハライドランプであって、2008518391.tif 000009であるメタルハライドランプ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量ｍ(mg)のHg及び少なくとも金属ハロゲン化物を含むイオン化可能なガス充填物を収容する容積Ｖ(mm3)の放電空間を囲む放電容器を有するメタルハライドランプであり、前記放電空間内に、２つの電極が配設され、前記２つの電極の先端部が、該先端部間に放電路を規定するように相互間隔ＥＡを持ち、前記放電空間が、前記放電路に沿って測定した長さＬ(mm)と、該放電路に直角な最大直径Ｄ(mm)とを持ち、比率Ｘ＝Ｌ／Ｄが、関係0.7＜Ｘ＜6を満たすメタルハライドランプであって、
【数１】
2008518391.tif 000008
という関係が成り立つことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記放電管が管状をしており、0.7＜Ｘ＜4であることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
1.4mm≦Ｄ＜8mm、好ましくは2mm≦Ｄ≦7mmである請求項１又は２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記ランプの定格出力が多くて100Wである請求項１、２又は３に記載の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、質量ｍ(mg)のHg及び少なくとも金属ハロゲン化物を含むイオン化可能なガス充填物を収容する容積Ｖ(mm3)の放電空間を囲む放電容器を有するメタルハライドランプであって、前記放電空間内に、２つの電極が配設され、前記２つの電極の先端部が、該先端部間に放電路を規定するように相互間隔ＥＡを持ち、前記放電空間が、前記放電路に沿って測定した長さＬ(mm)と、該放電路に直角な最大直径Ｄ(mm)とを持ち、比率Ｘ＝Ｌ／Ｄが、関係0.7＜Ｘ＜6を満たすメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなランプは、欧州特許出願公開第EP-A-0 215 524号から既知である。この既知のランプは、160Wの定格出力を持ち、電極間隔ＥＡは10mmであり、その放電容器は、6.85mmの内径Ｄを持ち、18.2乃至21.8mg/cm3の水銀を収容し、更に、希土類ハロゲン化物を収容する。動作中、ガス充填物は2800Kの推定平均温度を持つ。既知のランプは、セラミック壁部を備える放電容器を持つ。この明細書及び特許請求の範囲においては、セラミックは、単結晶サファイアのような、又は高密度焼結した多結晶アルミナ及びイットリウムガーネットのような半透明結晶性金属酸化物、並びにAlNのような半透明多結晶金属窒化物であると理解されたい。
【０００３】
既知のランプの問題は、とりわけ、深紅色の演色評価数Ｒ９において高い値を持つ実施例の場合に、ランプ寿命が、短く、場合によっては、極めて短いことである。これは、電極の金属が、気化し、放電容器上に付着し、それによって、該放電容器の壁部を黒化(blackening)することに起因する。光出力は、相対的に短い期間でランプが交換されなければならないような程度まで低下させられる。これと比較して、数千時間以上にわたる許容可能な発光効率(lm/W)の維持を持つランプの場合、深紅色の演色評価数の始値は、一般に、約0である、又はマイナスでさえあることが認められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、より長い有効ランプ寿命及び／又はその寿命の間のより良好な光出力を持つ上記のタイプのランプを供給することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、以下の関係が成り立つ。
【数２】
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【０００６】
本発明は、石英又は石英−ガラス製の放電容器を持つランプと、セラミック放電容器を持つランプとの両方に適用される。本発明は、ランプの実施例が、深紅色の演色評価数Ｒ９の約40の初期値と、平均演色評価数Ｒａの＞85の範囲内の値を兼ね備えることを可能にし、前記ランプの実施例は、更に、相対的に長い寿命を持つことを、実験が示した。
【０００７】
本発明によるランプは、前記放電容器内に相対的に多い水銀充填物を持ち、これは、ガスが、相対的に高い動粘度を持ち、前記放電容器内を高速で循環するという有用な効果を持ち、これは、少なくとも、前記電極間の領域の前記放電容器の壁部において自己洗浄効果を持つ。前記ＥＡに応じて、ランプ電圧は、例えば５０乃至５００ボルトのいずれかであり得る。
【０００８】
上記の関係は、所謂グラスホフ数を規定する式に関係し、前記式から、（動粘度）2×（寸法）3が一定である自由対流システム(free convecting systems)においては、流体の対流速度は同じであることが導き出され得る。これと共に、動作中、ガス充填物は2800Kの平均温度を持つと仮定される。更に、上記の範囲は、テスト結果から導き出される。m/Vの下限は、前記洗浄効果のために必要である最低限の対流速度に関連している。m/Vの上限は、それより大きいと、前記ガスの流れが、ほとんど洗浄効果を持たず、アークのちらつき（不安定な挙動）を伴う乱流となる最大圧力に関連している。
【０００９】
前記放電空間の比率Ｘ及び直径Ｄ(mm)において異なる値を持つ本発明のランプの幾つかの実施例に対する、前記放電容器におけるm/V(mg/mm3)の範囲を以下に示す。
【表１】
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【００１０】
本発明による好ましい実施例は、詳細には、一般照明用途に適した100W未満の定格出力を持つメタルハライドランプである。好ましい金属ハロゲン化物塩(metal halide salt)は、NaI及び／又はTlIである。好ましくは、前記放電容器は、工業規模のランプ製造において確実な技術であるという利点を持つ管状をしており、0.7＜Ｘ＜4である。ランプを製造するのにランプ加工の標準的な技術で十分である範囲内に前記最大圧力を限定するため、好ましくは1.4mmと8mmとの間に範囲、より好ましくは約2mmと約7mmとの間の範囲の値のＤにおいて、同じ利点が得られる。相対的に小さい直径は、安定的な放電位置を得るのに有利である。希土類ハロゲン化物が存在する場合があるが、前記ランプの好ましい実施例においては、前記放電空間は、希土類ハロゲン化物を含まない。
【００１１】
端面によって両側を閉鎖された管状放電容器を持つランプにおいては、前記長さＬは、前記放電路に沿って測った両端面間の距離である。円筒状ではない膨張形状(blown-up non cylindrical shape)を持つ成型放電容器(shaped discharge vessel)の場合は、前記長さＬは、前記放電容器の壁部が端部の方へ対流湾曲させられ始める場所における接線(tangent)及び延長された前記放電路の交点の間の距離である。
【００１２】
専用位置(dedicated location)において測った前記放電空間の前記直径Ｄは、同じ位置において測った前記放電容器の内径と等しい。
【００１３】
以下に、（縮尺通りでない）図面を参照して、本発明によるランプの上記及び他の面を説明する。    
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１及び２は、11mgのHgと、82/18から88/12までのモル比の2.5 mgのNaI/TlIとを含むイオン化可能な充填物を収容する略々125mm3の放電空間１１を囲むセラミック壁部を持つ放電容器３を具備する３９ワットのメタルハライドランプを示している。
【００１５】
長さＬ＝6mmを備える放電空間内には、コイル状先端部４ｂ、５ｂが互いにＥＡ＝5mm離れている２つの電極４、５が配設され、管状放電容器は、Ｄ＝5mmの内径を持つ。従って、Ｘ＝1.2、
【数３】
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且つ
【数４】
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である。セラミック壁部が0.8mmの厚さを持つ放電容器は、放電空間の端面３３ａ、３３ｂを形成する端壁部３２ａ、３２ｂによって両側を閉じられる円筒状部によって形成される。端壁部は、各々、開口部を持ち、前記開口部においては、セラミック突出（延長）プラグ３４、３５が、焼結接合部Ｓによって端壁部３２ａ、３２ｂにガス密なようにして組み込まれる。プラグ３４、３５は、電極４、５までの貫通電流導体(current lead-through conductor)４０、４１、５０、５１を狭い隙間を空けて取り囲み、放電空間から遠い端部の近くで溶融セラミック接合部１０によってガス密なようにして各々の貫通導体に接続される。電極４、５は、タングステン製であり、150乃至170ミクロンの直径を持ち、コイル状先端部４ｂ、５ｂは、0.4mmの長さであり、100ミクロンの直径を持つワイヤによって形成される。電極の直径は、より低いランプ電流に対応するために、同等の従来技術のランプの場合よりわずかに小さい。
【００１６】
放電容器は、一方の端部にランプ口金２を具備する外側バルブ１によって囲まれる。ランプが動作する場合、放電は、電極４、５間に延在する。電極４は、ランプ口金２の一部を形成する第１電気接点に電流導体８を介して接続される。電極５は、ランプ口金２の一部を形成する第２電気接点に電流導体９を介して接続される。 
【００１７】
良く知られている方法で溶融セラミック接合部１０によってガス密なようにして各々のエンドプラグ３４、３５に取り付けられる貫通電流導体は、各々、ハロゲン化物耐性の高い部分４１、５１と、部分４０、５０とを有する。部分４０、５０は、各々、詳細には示されていない既知の方法で、電流導体８、９に接続される。記載されている貫通構造は、任意の所望の燃焼位置でランプを動作させることを可能にする。
【００１８】
実験においては、従来通りの3.3mgのHg充填物(m/V＝0.0280mg/mm3)を持つ、上記のような従来の39Wのメタルハライドランプが、充填物の一部として11mgのHg(m/V＝0.0934)を有する、同一構成の本発明による39Wのメタルハライドランプと比較された。両ランプの充填物は、Hgの他に、88/12のモル比の2.5mgのNaI/TlIを有していた。テスト結果は、従来のランプが、3000時間の燃焼後に発光効率において３０％の低下を示すのに対して、本発明によるランプは、15000時間以降も全く低下を示さないことを明らかにした。本発明によるランプでは、放電容器の壁部の黒化又は腐食は観察されず、更に、このランプは、高い（水銀）圧力による線広がり(line broadening)のために、高い演色(Ｒａ 88-89)を示す。90時間稼動後及び15000時間稼動後の本発明のランプの光の幾つかの技術的性質が、各々、以下に列記されている。
【表２】
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【００１９】
20Wの出力を持つ本発明によるランプの他の実施例においては、放電空間は、3mmの最大直径Ｄ、Ｘ＝1という値及び21.21mm3の容積を持っていた。2.5mgのHgの量においては、比率m/Vは、0.117mg/mm3であった。10000時間の動作期間の経過とともに、発光効率は、59lm/Wから59.8lm/Wに変化したが、平均演色評価数(general color rendering index) Ｒａの値は88において安定していた。同じ期間の経過とともに、色温度Ｔｃは、2751Kから2697Kに変化した。
【００２０】
他の成功実施例は、例えば、4mmの長さＬ及び3mmの最大直径Ｄを用いて作成された。22Wの公称出力を持つランプは、0.159mg/mm3に対応する4.5mgのHg の充填物を持っていた。ランプの充填物は、90/8.6/1.4のモル比のNa/Tl/Dyのヨウ化物を更に有していた。ランプの第１のシリーズ(first series)においては、塩の量は4.4mgであった。ランプは、100時間において、74lm/Wの平均発光効率を、指数Ｒａの86という値及び指数Ｒ９の39という値と共に示した。500時間後の前記量の値は、各々、69lm/W、86及び48であった。ランプの第２のシリーズは、5.5mgという量のNa/Tl/Dyの塩を含んでいた。 これらのランプの平均発光効率は、100時間における68lm/Wから500時間における64lm/Wに漸進的に変化した。Ｒａの指数は、この期間にわたって86において安定しており、Ｒ９の指数は、57から64に増大した。他の実施例においては、5mmの最大内径を備える放電空間の長さＬは25mmである。
【００２１】
別の実施例においては、ランプは、円筒状ではない膨張形状を持つ成型放電容器を具備する。図３に示されている具体的な実施例においては、円筒状ではない膨張形状は、半径Ａ−１及び外径７を備える湾曲部を持つ回転軸Ｍを備える立体である。放電容器は、放電空間１１を形成する容積Ｖを囲むセラミック壁部を持つ。理解しやすいように、軸Ｍに沿って延在する電極は示されていない。この具体的な実施例においては、ｄ１及びｄ２は、各々、電極が挿入され、例えば溶融セラミック化合物で封止される突出プラグの外径及び内径を示している。
【００２２】
放電容器の各端部は、各々の突出プラグのうちの１つに接続され、前記接続は、放電容器の各々の端部の方への半径Ｂ−１を備える対流湾曲(convective curvature)によって特徴付けられる。示されている実施例において、半径は、一定値のものであり、湾曲は、円の一部である。成型放電容器の場合は、放電空間の長さＬは、放電容器の壁部が端部の方へ対流湾曲させられ始める位置における接線、及び軸Ｍと一致する延長放電路の交点の間の距離である示されている実施例においては、長さＬは、放電体長Ｃと等しい。
【００２３】
湾曲に沿った半径Ａ−１の値を変えることによって、例えば、楕円体、放物体及び卵型のもののような、如何なる所望の円筒状ではない膨張形状も実現され得る。別の実施例においては、半径Ａ−１はまた、外径７の半分以下であることができ、これは、より球形の形状をもたらす。放電体長Ｃと、半径Ａ−１との間の比率に依存して、放電体の形状は、一方の球体と、他方の、外径７を備える円筒部により接続される２つの半球体との間で変化し得る。
【００２４】
これらの円筒状ではない膨張デザインの主な利点は、放電容器の壁厚が、かなり一定に保たれ得ることであり、これは、放電容器の壁部全体にわたる温度の一様な分布を達成するのに有利である。このような形状のボディにおいては、電極と、各々の突出プラグとの間の部分の体積は、円筒状放電容器と比較して相対的に小さいという事実により、これは、更に促進される。
【００２５】
本発明の範囲は上記実施例に限定されない。本発明は、各新しい特徴及び特徴の各組合せにおいて実施される。如何なる参照符号も特許請求の範囲を限定しない。「有する」という用語は、請求項に列記されている素子以外の素子の存在を除外しない。素子の単数形表記は、このような素子の複数の存在を除外しない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるランプを概略的に示す。
【図２】図１に従うランプの放電容器の詳細な表示である。
【図３】本発明によるランプのための別の放電容器の詳細な表示である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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