(57)【要約】  【課題】  高効率および長寿命な高圧ナトリウムランプを提供する。  【解決手段】  石英ガラス製の外管１０１内に発光管１０を収納してなる高圧ナトリウムランプ１００において、発光管１０の外囲器は少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなり、前記外管１０１の内面と前記外囲器の外面との間の最小距離をＤ（ｃｍ）、前記発光管１０の管壁負荷をＷe（Ｗ／ｃｍ2）としたとき、Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０、かつ、Ｄ＜０．７の場合、Ｗe＞−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７、Ｄ≧０．７の場合、Ｗe≧１９．８なる関係式を満たす。  【選択図】  図１
2005322575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス製の外管と、この外管内に収納され、かつ内部に一対の電極が互いに略対向するように配置された発光管とを備え、
前記発光管の外囲器は少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなり、前記外管の内面と前記外囲器の外面との間の最小距離をＤ（ｃｍ）、前記発光管の管壁負荷をＷe（Ｗ／ｃｍ2）としたとき、
Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０、
かつ、Ｄ＜０．７の場合、Ｗe＞−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７、
Ｄ≧０．７の場合、Ｗe≧１９．８
なる関係式を満たすことを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
【請求項２】
さらに、Ｗe＜１３．４Ｄ＋１９．０なる関係式を満たすことを特徴とする請求項１記載の高圧ナトリウムランプ。
【請求項３】
さらに、Ｗe＜２６．５なる関係式を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高圧ナトリウムランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧ナトリウムランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧ナトリウムランプは、特に高効率で、かつ長寿命であることから、その用途として道路照明やトンネル照明等に広く使用されている。
この種の高圧ナトリウムランプは、内部が真空状態の石英ガラス製の外管と、この外管内に収納され、かつ内部に一対の電極が互いに略対向するように配置されている発光管とを備えている。
【０００３】
発光管を構成する外囲器の材料としては、一般的に、透光性を有する多結晶体アルミナセラミックが用いられている。通常、この多結晶体アルミナセラミックは、透光性を得るため焼成時における結晶粒の成長を適度に制御する必要があり、そのために酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が微量添加されている。
ところで、この種の高圧ナトリウムランプのランプ効率（ｌｍ／Ｗ）は、発光管の管壁負荷（ランプ入力（Ｗ）を発光管内部の放電空間を形成する部分の内面積（ｃｍ2）で除した値（Ｗ／ｃｍ2））が増大するに従って上昇することが知られている。
【０００４】
これは、管壁負荷の増大に伴って発光管の管壁温度が上昇し、発光管からの熱損失が低減され、可視光線の放射強度が増加するためである。
一方、ランプの寿命時間は、この管壁負荷が増大するに従って短くなることが知られている。これは、同じく管壁負荷の増大に伴って管壁温度が上昇することにより、点灯中、封入されたナトリウムが多結晶体アルミナセラミックとの反応や発光管の外部への拡散によって消失する割合が増加し、光束維持率が大幅に低下するためである。
【０００５】
そのため、従来の高圧ナトリウムランプでは、高効率と長寿命とを両立させるべく、管壁負荷Ｗeを１５Ｗ／ｃｍ2〜１９Ｗ／ｃｍ2（安定点灯時の管壁温度１０００℃〜１２００℃）の範囲で動作するように設定されている。
これにより、従来の高圧ナトリウムランプのうち、例えば、定格電力４００Ｗの両口金形の高圧ナトリウムランプでは、初期の発光光束が４６５００ｌｍ、定格寿命が１２０００時間であった。
【０００６】
なお、ここでは、「初期の発光光束」とは、１００時間点灯経過時の発光光束を示す。また、「定格寿命」は、光束維持率が８５％になったときの点灯経過時間を示す。ただし、「光束維持率（％）」は、１００時間点灯経過時の発光光束に対するある点灯経過時間の発光光束の割合を示す。
近時、省エネルギー化およびメンテナンスコストの低減の観点から、より高効率で、より長寿命な高圧ナトリウムランプの実現が望まれている。
【０００７】
そこで、この種の高圧ナトリウムランプの発光管を構成する外囲器の材料として、酸化マグネシウムを１００ｐｐｍ〜８００ｐｐｍ、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）を２００ｐｐｍ〜１２００ｐｐｍ、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ添加した多結晶体アルミナセラミックを用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
特に、酸化ジルコニウムおよび酸化イットリウムは、管壁温度が高い場合でも、ナトリウムに対する耐食性を高めることができると考えられている。そのため、一層の高効率化を実現するべく、管壁負荷を上げても、封入されたナトリウムが消失して光束維持率が大幅に低下するのを防止することができ、一層の長寿命化を実現することができると期待されている。
【特許文献１】特開平８−１７３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、より高効率で、より長寿命な高圧ナトリウムランプを実現するべく、ＭｇＯ、ＺｒＯ2およびＹ2Ｏ3が例えばそれぞれ５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ添加された多結晶体アルミナセラミックからなる外囲器を有する発光管を作製し、この作製した発光管を従来の高圧ナトリウムランプと同様に内部が真空状態の石英ガラス製の外管内に収納し、ランプを試作した。
【００１０】
そして、その試作ランプの特性について評価したところ、点灯経過時間が１４０００時間を超えると、外管が変形して配光特性が変化したり、場合によってはその変形した外管が発光管と接触し、そのときの発光管の熱によって裂けるように破損してリークが発生したりするという予期せぬ問題が起こった。外管がリークすると、発光管の温度が低下して所望のランプ特性が得られなくなったり、電極を保持している金属（電極保持部材）が酸化して導電性が悪化し、ランプが不点灯になったりする。
【００１１】
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、発光管の外囲器として少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなる外囲器を用い、一層の高効率化と一層の長寿命化とを実現するにあたり、外管が変形したり、その変形に起因して外管が破損し、リークが発生したりするのを防止することができる高圧ナトリウムランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、点灯経過時間が１４０００時間を超えた場合における外管の変形原因について検討した結果、その外管の破損原因を次のように考えた。つまり、管壁負荷を増大させ、管壁温度を上昇させた結果、熱損失が低減され、それに代わって発光管から放射される可視光線の放射強度が増加する一方で、赤外線の放射強度も増加し、外管がその赤外線放射によって過剰に加熱されたためであると考えられる。
【００１３】
そこで、本発明の高圧ナトリウムランプは、石英ガラス製の外管と、この外管内に収納され、かつ内部に一対の電極が互いに略対向するように配置された発光管とを備え、前記発光管の外囲器が少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなり、前記外管の内面と前記外囲器の外面との間の最小距離をＤ（ｃｍ）、前記発光管の管壁負荷をＷe（Ｗ／ｃｍ2）としたとき、Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０、かつＤ＜０．７の場合、Ｗe＞−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７、Ｄ≧０．７の場合、Ｗe≧１９．８なる関係式を満たすという構成を有していることを特徴としている。
【００１４】
ここで、発光管の外囲器はほぼ円筒状であって、その内径をｒ1（ｃｍ）、ランプ入力をＷ（Ｗ）、電極間の距離をＬ（ｃｍ）とした場合、管壁負荷Ｗｅは、数式Ｗ／（πｒ1Ｌ）で表されるものとする。
特に、本発明は、さらにＷe＜１３．４Ｄ＋１９．０なる関係式を満たすことが好ましい。また、さらにＷe＜２６．５なる関係式を満たすことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上述のように外管の内面と外囲器の外面との間の最小距離Ｄ（ｃｍ）と発光管の管壁負荷をＷe（Ｗ／ｃｍ2）との関係が、Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０、かつＤ＜０．７の場合、Ｗe＞−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７、Ｄ≧０．７の場合、Ｗe≧１９．８なる条件を満たすことにより、初期の発光光束を向上させて高効率化を図ることができるとともに、長期の点灯経過時間にわたって、外管が変形したり、その変形に起因して外管が破損し、リークが発生したりするのを防止することができ、長寿命化を図ることができる。
【００１６】
特に、Ｗe＜１３．４Ｄ＋１９．０なる関係式を満たすことにより、外囲器の材料の一成分であるアルミニウムの飛散を抑えることができ、外管の内面が飛散したアルミニウムによって着色されて光束維持率が低下するのを防止することができる。
また、Ｗe＜２６．５なる関係式を満たすことにより、ナトリウムの消失によってランプ電圧が上昇し、発光光束が低下して光束維持率が低下するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いて説明する。
（１）高圧ナトリウムランプ１００の構成
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本実施の形態に係る高圧ナトリウムランプ１００の構成を示す平面図および正面図を示す。なお、両図において、外管のみを一部切り欠いた断面図で示している。
【００１８】
この高圧ナトリウムランプ１００は、定格電力（ランプ入力）４００Ｗの両口金形のものであって、図１（ａ）に示すように、両端部にピンチ封止された封止部１０２を有し、かつ内部が真空状態になるように排気された石英ガラス製の略円筒状の外管１０１と、この外管１０１内に収納された発光管１０とを備えている。
外管１０１の長手方向の中心軸（管軸）と発光管１０の長手方向の中心軸（管軸）とは略一致している。
【００１９】
発光管１０は、図２に示すように、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を母体とし、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、および酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）がそれぞれ５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ添加された多結晶体アルミナセラミックからなり、全長Ｔ2が１２．０ｃｍの略円筒状の外囲器１１と、この外囲器１１の両端部に設けられた貫通孔１２内に挿入され、かつセラミック封着材１３によって気密に封着された電極保持部材９と、この電極保持部材９の先端部に設けられた一対の電極１４とを有している。
【００２０】
また、特に図示していないが、発光管１０の放電空間１５内には、ナトリウムアマルガム（例えばナトリウム：２０重量％、水銀：８０重量％）の形態で発光物質としてのナトリウムと緩衝ガスとしての水銀、および始動補助ガスとしての希ガス、例えばキセノンガスがそれぞれ所定量封入されている。
ここで、外管１０１の内面と外囲器１１の外面との間の最小距離をＤ（ｃｍ）、発光管の管壁負荷をＷe（ｃｍ2）としたとき、Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０、かつＤ＜０．７の場合はＷe＞−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７、Ｄ≧０．７の場合はＷe≧１９．８なる関係式を満たしている。
【００２１】
また、この関係式を満たす場合において、Ｗe＜１３．４Ｄ＋１９．０なる関係式を満たすことが好ましい。さらには、Ｗe＜２６．５なる関係式を満たすことが好ましい。詳しくは後述する。
図１（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態においては、外管１０１の長手方向の中心軸と発光管１０の長手方向の中心軸（外囲器１１の長手方向の中心軸と同じ）とは略一致しているので、最小距離Ｄは、外管の内径をｒ2（ｃｍ）、外囲器１１の外径をＲ1（ｃｍ）とした場合、数式（ｒ2−Ｒ1）／２で表される。もっとも、発光管１０の長手方向の中心軸が外管１０１の長手方向の中心軸に対してずれていた場合は、「最小距離Ｄ」は文字どおり外管の内面と外囲器の外面との間の最小距離をとる。
【００２２】
また、管壁負荷Ｗeは、上述したようにランプ入力（Ｗ）を発光管内部の放電空間を形成する部分の内面積（ｃｍ2）で除した値で求められるが、本実施の形態においては、ランプ入力をＷ（Ｗ）、外囲器の内径をｒ1（ｃｍ）、一対の電極間の距離をＬ（ｃｍ）とし、数式Ｗe／（πｒ1Ｌ）と近似して表すことにする。
電極１４は、タングステン製の電極棒１４ａと、この電極棒１４ａに巻き付けられ、かつ電子放射物質（図示せず）を付着させた同じくタングステン製の電極コイル１４ｂとからなる。これらの一対の電極１４は、互いに略対向し、各々の電極１４の長手方向の中心軸が、外囲器１１の長手方向の中心軸と略同一軸上に位置するように配置されている。
【００２３】
電極保持部材９は、図３に示すように、例えば、発光管１１長手方向の長さＴ3が２０ｍｍ、外径Ｒ3が４．０ｍｍの有底筒状のニオブ管からなる。電極保持部材９の先端部（底部）と電極棒１４ａとは溶接等によって接続され、電極保持部材９の端部のうち、電極１４とは反対側の端部は、外囲器１１の外部に導出されている。
図１（ａ）（ｂ）に示すように電極保持部材９の導出部分の内部には、内部リード線１０６が挿入されて電気的に接続されている。この内部リード線１０６が電極保持部材９から抜けないように、Ｕ字状に折り曲げられた金属線１０５の端部が、電極保持部材９および内部リード線１０６のそれぞれに溶接によって接続されている。
【００２４】
内部リード線１０６の他端部には、外管１０１の封止部１０２に封止されたモリブデン製の金属箔１０３を介して同じくモリブデン製の外部リード棒１０８が接続されており、当該外部リード棒１０８が、図外の照明器具側の端子に電気的に接続される。
この外部リード棒１０８には、その外周面を覆うようにセラミック等の絶縁部材１０４が設けられている。
【００２５】
なお、電極保持部材９としては有底筒状のニオブ管以外に、例えば中空状のものや棒状のものといった公知の種々の電極保持部材を用いることができる。
図２においてセラミック封着材１３は、その厚さｔ1が３０μｍ〜７０μｍであり、その組成として少なくともイットリウム（Ｙ）が含有されている。その際、複合酸化物の形態やリン酸系化合物の形態で添加されていてもよいが、特に酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の形態で添加されていることが好ましい。酸化イットリウムの形態で添加することにより、セラミック封着材が発光管内のナトリウムと反応するのを抑制することができるので、その結果、ナトリウムの消失を抑えることができ、光束維持率を向上させることができるとともに、ナトリウムとの反応によって生成される生成物が放電空間内に放出され、これに起因してランプ電圧が上昇して不点灯になるのを防止することができる。
【００２６】
（２）評価実験
次に、本発明の実施の形態である定格電力４００Ｗの両口金形の高圧ナトリウムランプ１００（以下、「本発明品」という）の作用効果を確認するための実験を行った。
まず、本発明品において、外管の肉厚ｔ2（図１参照）を０．１５ｃｍに、外囲器１１の肉厚ｔ3（図３参照）を０．０８ｃｍに、電極間の距離Ｌを８．０ｃｍにそれぞれ一定とし、外管の内径ｒ2（ｃｍ）と外囲器の外径Ｒ1（ｃｍ）、つまり最小距離Ｄ（（ｒ2−Ｒ1）／２）および管壁負荷Ｗe（Ｗ／ｃｍ2）をそれぞれ種々変化させた定格電力４００Ｗの両口金形の高圧ナトリウムランプを１０本ずつ作製した。
【００２７】
そして、作製した各々のランプを公知の銅鉄安定器を用いて定格電力で点灯させ、初期の発光光束（ｌｍ）および１８０００時間点灯経過時における外管の変形の有無について調べたところ表１に示すとおりの結果が得られた。
なお、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。
【００２８】
【表１】
2005322575.tif 000003
ここで、「初期の発光光束」とは、１００時間点灯経過時の発光光束を示す。ただし、この１００時間とは上記点灯方法によって点灯した場合における累積点灯時間である。
また、初期の発光光束の評価基準として、その発光光束が従来の定格電力４００Ｗの両口金形の高圧ナトリウムランプの初期の発光光束（４６５００ｌｍ）に比して約５％以上、つまり４８８００ｌｍ以上得られことを合格基準とした。したがって、表1の「初期の発光光束の評価」欄において、「○」は前記評価基準を満たすことを、「×」は前記評価基準を満たさないことをそれぞれ示す。
【００２９】
「外管の変形の有無」は、目視によってその有無を判断した。
（ａ）初期発光光束の向上について
表１から明らかなように実施例１〜実施例１５、比較例１および比較例４の場合、いずれも初期の発光光束が評価基準である４８８００ｌｍ以上であった。一方、比較例２、比較例３および比較例５の場合、いずれも初期の発光光束が評価基準である４８８００ｌｍを下回った。
【００３０】
図４は、表１の結果をグラフ上にプロットした図である。同グラフにおいて、横軸は、発光管１０の外面と外管１０１の内面の最短距離Ｄ（ｃｍ）の大きさを示し、縦軸は、発光管１０の管壁負荷Ｗｅ（Ｗ／ｃｍ2）の大きさを示す。
また、プロットした点の横に記した（  ）内の数字は、表１における実施例の番号を示し、＜  ＞内の番号は、同じく表１の比較例の番号を示す。
【００３１】
このグラフから、上記初期の発光光束が、評価基準以上となるための境界を求めたところ、Ｄ＜０．７の場合は、曲線Ｆ（Ｗe＝−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７）を、Ｄ≧０．７の場合は、直線Ｅ（Ｗe＝１９．８）に近似することができ、Ｄ＜０．７の場合は、関係式Ｗe＞−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７を、Ｄ≧０．７の場合は関係式Ｗe≧１９．８を満足させることにより、初期の発光光束が評価基準である４８８００ｌｍ以上になることが確認された。
【００３２】
このように上記関係式を満たすことによって初期の発光光束を向上させることができたのは、管壁負荷を従来の高圧ナトリウムランプの管壁負荷（１５Ｗ／ｃｍ2〜１９Ｗ／ｃｍ2）に比して増大させ、発光管の管壁温度を上昇させた結果、発光管からの熱損失が低減され、それに代わって可視光線の放射強度が増加したためであると考えられる。ただし、Ｄ＜０．７の場合については、管壁負荷が従来の高圧ナトリウムランプの管壁負荷と同程度であっても、発光管と外管とが近接しているので、発光管に対する保温効果が高く、実質的に発光管の管壁温度が上昇するためであると考えられる。
【００３３】
（ｂ）外管の変形の防止について
実施例１〜実施例１５、比較例２、比較例３および比較例５の場合、いずれも１８０００時間点灯経過時点で外管１０１が変形しているものはなかった。一方、比較例１および比較例４の場合、いずれも１８０００時間点灯経過時までに外管１０１が変形し、各比較例のサンプルのうちの何本かは、変形した外管１０１が発光管１０に接触し、そのときの発光管１０の熱によって裂けるように破損してリークしていた。これらのものは、外管１０１の変形に起因して配光特性が変化していたり、外管１０１のリークに起因して発光管１０の温度が低下して所望のランプ特性が得られなくなっていたり、さらには電極保持部材９が酸化して導電性が悪化し、不点灯になっていたりしていた。
【００３４】
そこで、図４のグラフにおいて、点灯時間１８０００時間の場合においても外管が変形するのを防止することができるための境界を求めたところ、
直線Ａ（Ｗe＝２８．４Ｄ＋１７．０）と近似することができ、関係式Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０を満足することにより、外管が変形するのを防止することができることが確認された。
【００３５】
上記したように発光管１０の管壁負荷Ｗｅを増加させ、発光管１０の管壁温度を上昇させることにより、可視光線の放射強度を増加させることができる一方で、赤外線の放射強度も増加していると考えられる。したがって、外管１０１は、点灯中、発光管１０内の放電による熱に加えてこの赤外線放射によって変形する程に過剰に加熱されてしまうおそれがある。
【００３６】
しかしながら、上記関係式Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０を満たすことにより、赤外線の放射強度の増加を適切に抑えることができ、１８０００時間点灯経過時点でも外管１０１が変形するのを防止することができた。
以上のとおり、外管の内面と外囲器の外面との間の最小距離をＤ（ｃｍ）、発光管の管壁負荷をＷe（Ｗ／ｃｍ2）としたとき、Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０、かつＤ＜０．７の場合、Ｗe＞−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７、Ｄ≧０．７の場合、Ｗe≧１９．８なる関係式を満たすことにより、初期の発光光束を向上させて高効率化を図ることができるとともに、長期の点灯経過時間に亘って、外管が変形したり、その変形に起因して外管が破損し、リークが発生したりするのを防止することができ、その結果、外管の変形に起因して配光特性が悪化したり、外管のリークに起因して所望のランプ特性が得られなくなったり、不点灯になったりするのを防止することができ、長寿命化を図ることができる。
【００３７】
（ｃ）外管の着色による光束維持率の低下について
次に、実施例１〜実施例１５における、光束維持率（％）について調べたところ、次のような結果が得られた。
なお、光束維持率（％）は、１００時間点灯経過時の発光光束に対するある点灯経過時間の発光光束の割合を示す。光束維持率の評価基準としては８５％以上を合格基準とした。
【００３８】
従来品の定格寿命１４０００時間を大きく超える１５０００時間点灯経過において、実施例１〜実施例１５の全ての光束維持率が評価基準である８５％以上であったが、１８０００時間点灯経過時においては、実施例１〜実施例５、実施例８、実施例９、実施例１１、実施例１２、実施例１３および実施例１５を除き、実施例６、実施例７、実施例１０および実施例１４について光束維持率が８５％を下回ることがわかった。
【００３９】
光束維持率が悪くなった実施例６、実施例７、実施例１０および実施例１４の外管を目視によって観察すると、いずれも外管の中央部の内周面に何かが付着して黒褐色に着色されており、この着色が光束維持率の低下を招いていると考えられる。もちろん、このような着色は、光束維持率向上の観点からだけでなく、外観品質上も好ましくない。
上記外管内面の付着物を分析したところ、発光管１０の外囲器１１の材料の一成分であるアルミニウムであることがわかった。つまり、発光管１０の管壁負荷の増加に伴って発光管１０の管壁温度が過剰に高温となり、点灯中、外囲器１１の材料の一成分であるアルミニウムが徐々に飛散し、長期の点灯により光束を大きく遮断するほど外管１０１の内面に付着したものと考えられる。
【００４０】
したがって、外囲器１１の材料の一成分であるアルミニウムの飛散を抑え、飛散したアルミニウムによって外管１０１の内面が着色されて光束維持率が低下するのを防止するとともに、外観品質が損なわれないようにするための境界を上記図４の各実験結果のプロットから求めたところ、直線Ｂ（Ｗe＝１３．４Ｄ＋１９．０）の近似式を得ることができ、Ｗe＜１３．４Ｄ＋１９．０なる関係式を満たせば、１８０００時間点灯経過時においても外管１０１への着色がほとんどないことが確認された。
【００４１】
（ｄ）Ｎａの消失による光束維持率の低下について
一方、１６０００時間点灯経過時においては、特に問題はなかったが、１８０００時間点灯経過時において、実施例７、実施例９、実施例１０、実施例１３および実施例１４については、各実施例のサンプルのうち何本かは不点灯になるものがあった。これらの実施例のうち点灯し続けているサンプルであっても、実施例９および実施例１０では、１８０００時間点灯経過時の光束維持率が著しく悪かった。もちろん、上記（ｃ）で説明したように、実施例１０については、外囲器１１のアルミニウムの飛散による外管１０１の着色による光束維持率の低下も畳重されているが、外管１０１の着色が認められない実施例９についても光束維持率が低下し、ましてや不点灯にいたるものまで生じたのは、（ｃ）とは別の要因によるものと推察される。
【００４２】
そこで、その原因について調べたところ、これらの実施例では、ランプ電圧が設定された値（１００Ｖ）よりも２０Ｖ以上上昇していることがわかった。各ランプは銅鉄安定器によって点灯されているため、ランプ電圧が上昇するとランプ電流がその上昇分以上に低下し、ランプに入力される電力が定格電力よりも低くなり、これにより発光光束が低下して光束維持率が著しく低下したものと考えられる。そして、極端な場合には点灯に至らない場合も生ずるのである。
【００４３】
このランプ電圧が上昇した原因について考察すべく、これらのランプの発光スペクトルを分光光度計で測定したところ、初期の光束に比べてナトリウムの発光スペクトルの自己吸収幅が縮小していることが判明した。つまり、発光管１０の管壁負荷の増加に伴って発光管１０の管壁温度が過剰に上昇し、外囲器１１の材料である多結晶体アルミナセラミックと発光物質であるナトリウムとが反応し、あるいは多結晶体アルミナセラミック内に拡散して、ナトリウムが過剰に消失していったため、水銀ナトリウムアマルガムにおける水銀比率が増加し、その結果、水銀の蒸気圧が上昇してランプ電圧が上昇したと考えられるのである。
【００４４】
上記結果から、図４のグラフ上で、１８０００時間点灯経過時においてもナトリウムの消失によるランプ電圧の上昇に起因して、ランプが不点灯になり、あるいは光束維持率が低下するのを回避できる境界を求めると、Ｃ線（Ｗｅ＝２６．５）で近似でき、Ｗe＜２６．５なる関係式を満たすことにより、上記ランプ電圧の上昇による不点灯、光束維持率の低下を防止することができることが確認された。
【００４５】
（ｅ）まとめ
以上の結果をまとめると以下のようになる。
（i）外管１０１の内面と外囲器１１の外面との間の最小距離をＤ（ｃｍ）、発光管の管壁負荷をＷe（Ｗ／ｃｍ2）としたとき、Ｗe≦２８．４Ｄ＋１７．０、かつ、Ｄ＜０．７の場合、Ｗe＞−６．８Ｄ2＋１０．６Ｄ＋１５．７、Ｄ≧０．７の場合、Ｗe≧１９．８なる関係式を満たすことにより、初期発光光束を向上させることができるとともに、長期の点灯経過時間にわたって、外管が変形したりすることなく、少なくとも１５０００時間の定格寿命を得ることができる。
【００４６】
（ii)さらに、Ｗe＜１３．４Ｄ＋１９．０なる関係式を満たせば、１８０００時間点灯経過時においても飛散したアルミニウムの外管１０１内面への付着に起因して光束維持率８５％未満になることはない。
（iii) また、さらに、Ｗe＜２６．５なる関係式を満たすことにより、１８０００時間点灯経過時においても発光管内のＮａ成分が過剰に減少して、光束維持率８５％未満になったり、不点灯となったりすることはない。
【００４７】
（ｆ）その他
なお、上記した各実験例では、外管１０１の肉厚ｔ2を０．１５ｃｍと設定したが、外管１０１の肉厚ｔ2を一般的に使用される範囲、例えば０．０５ｃｍ〜０．２５ｃｍの範囲に設定した場合でも上記と同様の作用効果を得られた。この程度の肉厚の変化は、外管１０１の変形の発生の条件にはほとんど影響を与えないからである。
【００４８】
また、発光管１０の外囲器１１の肉厚ｔ3についても０．０８ｃｍと設定したが、当該肉厚ｔ3を一般的に使用される範囲、例えば０．０５ｃｍ〜０．１５ｃｍの範囲に設定した場合でも上記と同様の作用効果を得られると考えられる。外囲器１１の肉厚の多少の変化は、外管１０１に向けて放射する赤外線の量にほとんど影響しないと考えられるからである。
【００４９】
さらに、電極１４間の距離Ｌについても８．０ｃｍと設定したが、当該距離Ｌを一般的に使用される範囲、例えば４００Ｗの場合で６．０ｃｍ〜１０．０ｃｍの範囲に設定した場合でも上記と同様の作用効果が得られる。
また、上記の実施の形態では、定格電力４００Ｗの高圧ナトリウムランプを一例に挙げて説明したが、例えば定格電力７０Ｗ〜１０００Ｗの高圧ナトリウムランプに適用した場合でも上記と同様の作用効果を得ることができると考えられる。本発明における各関係式は、定格電力に直接依存せず、管壁負荷Ｗｅにより規定しているからである。実際に４００Ｗ以外の各種の定格電力のランプについても確認実験をしたところ上記作用効果とほぼ同内容の結果が得られた。
（３）変形例
なお、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に限られないことは言うまでもなく、例えば、次のような変形例を考えることができる。
【００５０】
（３−１）上記実施の形態では、両口金形の高圧ナトリウムランプを一例に挙げて説明したが、片口金形の高圧ナトリウムランプに適用した場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
図５は、当該片口金形の高圧ナトリウムランプ２００の構成を示す図である。説明の便宜上、外管２０１の一部を切り欠いて示している。
【００５１】
同図に示すように高圧ナトリウムランプ２００は、外管２０１の内部に発光管１０を収納してなる。発光管１０は、その両側の電極保持部材９が、外管２０１の封止部２０４に一部を埋設された内部リード線２０２、２０３に接続されて保持される。発光管１０は、その管軸と当該外管２０１の管軸がほぼ一致する位置に配置されている。
内部リード線２０２、２０３は、封止部２０４内に封止されたモリブデン箔２０５、２０６、および外部リード線２０７、２０８を介して、それぞれ口金２０９のピン２１０に接続される。
【００５２】
このような片口金形の高圧ナトリウムランプ２００であっても、発光管１０により外管２０１に与えられる熱の影響は、図１の両口金形の高圧ナトリウムランプ１００の場合と全く同じであり、上記実施の形態で述べた各条件式が、本例の場合にもそのまま当て嵌まるものである。
（３−２）  また、上記実施の形態では、発光管１０の外囲器１１の材料として、酸化アルミニウムを母体とし、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムがそれぞれ添加された多結晶体アルミナセラミックを用いた場合について説明したが、添加物としてこれら以外にさらに酸化スカンジウム、酸化ディスプロシウム、酸化テルビウム、酸化ハフニウム等が添加された外囲器を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。もちろん、酸化ジルコニウムは必ずしも必要ではなく、酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムのみが添加されていてもよく、また酸化ジルコニウムに代えて酸化スカンジウム、酸化ディスプロシウム、酸化テルビウム、酸化ハフニウム等が酸化マグネシウムや酸化イットリウムとともに添加された外囲器を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
各添加物の添加量については、添加物の種類や数等に合わせて適宜決定されるものであるが、例えば添加物として酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムがそれぞれ添加されている場合、酸化マグネシウムを１００ｐｐｍ〜８００ｐｐｍ、酸化ジルコニウムを２００ｐｐｍ〜１２００ｐｐｍ、酸化イットリウムを１０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍそれぞれ添加することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、発光管の外囲器として少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなる外囲器を用いた高圧ナトリウムランプにおいて、一層の高効率化と一層の長寿命化を図る技術として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（ａ）（ｂ）は、本発明の実施の形態である両口金形の高圧ナトリウムランプの一部を切り欠いた平面図および正面図である。
【図２】図１の高圧ナトリウムランプに用いられている発光管の正面断面図である。
【図３】図２の発光管の要部拡大断面図である。
【図４】発光管の外面と外管の内面との最小距離Ｄ（ｃｍ）と発光管の管壁負荷Ｗe（Ｗ／ｃｍ2）との関係を示す図である。
【図５】本発明の変形例として片口金形の高圧ナトリウムランプの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
９              電極保持部材
１０              発光管
１１              外囲器
１４              電極
１００、２００        高圧ナトリウムランプ
１０１、２０１        外管
１０２、２０４        封止部
１０６、２０２、２０３    内部リード線
１０８                外部リード棒
２０７、２０８        外部リード線
２０９                口金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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