(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に一対の電極を有する発光部と、この発光部の両端部に細管部をそれぞれ有するセラミック材料からなる発光管を備え、前記細管部には隙間が形成されており、前記発光管の内部には封入物として、ハロゲン化ディスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、および、ハロゲン化セリウムのうち少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムとを含む金属ハロゲン化物が封入された低ワットタイプのメタルハライドランプであって、前記発光部内における電極間距離をＬｅ（ｍｍ）および前記発光部の中央部の管内径をφｉ（ｍｍ）としたとき、発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値が０.４５〜０.６５の範囲を満足するとともに、前記発光管の管壁負荷ｗｅが２３〜３０Ｗ／ｃｍ２の範囲を満足し、かつ電極長をＤｅ（ｍｍ）、ランプ電力をＷ（ワット）としたとき、０．００９３×Ｗ＋１．３≦Ｄｅ≦０．０１３３×Ｗ＋２なる関係式を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光管材料として多結晶体アルミナセラミックなどのセラミック管を用いたメタルハライドランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光管材料として従来から用いられていた石英に代って、半透明の多結晶体アルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプの開発・展開が活発に進められている。
【０００３】
このアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプの特長は、石英の約１０００℃に対して約１２００℃という高い耐熱性を備えており、耐熱性が高い分、発光管の管壁負荷を、より高い範囲に設定することができるので、石英を用いたものに比して、高効率・高演色性のランプ特性が得られることである。
【０００４】
このようなアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプは、ランプワットが７０Ｗ〜１５０Ｗのいわゆる低ワットタイプが主力品種であり、主に店鋪などの商業空間における屋内インテリア照明分野で用いられている。
【０００５】
図７は、従来のアルミナセラミックを用いたメタルハライドランプの発光管を示す。
【０００６】
この発光管２４は、発光部２６と細管部２７，２８とからなる多結晶体アルミナセラミック製の発光管容器２５を有している。すなわち、放電アーク領域となる発光部２６と、この発光部２６の両端部に細管部２７，２８がそれぞれ設けられており、これら発光部２６と細管部２７，２８は多結晶アルミナセラミック材料からなっている。
【０００７】
発光部２６内には、一対のタングステン電極２９，３０が設けられている。このタングステン電極２９，３０はそれぞれ、タングステン電極棒３１，３２とこのタングステン電極棒３１，３２の先端部に設けられたタングステンコイル３３，３４からなっている。
【０００８】
細管部２７，２８にはニオブあるいは導電性サーメットからなる給電体３５，３６が挿入され、フリット３７により気密封着され、給電体３５，３６の放電側先端部にはタングステン電極棒３１，３２が接合・保持されている（なお、導電性サーメットからなる給電体３５，３６では、それぞれ他方の端部にニオブなどからなる外部リード線が接合・保持される場合がある）。ここで、フリット３７は、ランプ点灯時における高温の発光物質による侵蝕を抑制するために、通常タングステン電極棒３１，３２の接合端部まで溶融・充填されている。いわば、かかる特有の構成によって初めてアルミナセラミックを用いたメタルハライドランプが具現化されたといえる。そして、必然的に形成される細管部２７，２８とタングステン電極棒３１，３２との隙間３８，３９には、通常モリブデンコイル４０，４１がタングステン電極棒３１，３２に巻かれる形で設けられている。
【０００９】
発光管２４内には、ＤｙＩ3、ＴｍＩ3、ＨｏＩ3、ＴｌＩ，ＮａＩなどの金属ハライドからなる発光物質４２と、緩衝ガスとしての水銀及びアルゴンなどの始動補助用希ガスが封入されている。
【００１０】
なお、完成ランプの構成としては、発光管２４が窒素などが封入された外管ガラスバルブ（図示せず）内に組立・保持されており、最終的に外管ガラスバルブには口金（図示せず）が装着されている。
【００１１】
上記従来の発光管２４の典型的な寸法としては、例えば７０Ｗタイプにおいて、発光管における発光部の中央部の内径φｉを６．２ｍｍ、電極間距離Ｌｅは５．０ｍｍ、発光部２６の内側全長（発光部内に位置する細管端面間距離）Ｌｉは１０．０ｍｍである。これら寸法から、発光管形状を示す主要なパラメータである、いわゆる発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値は０．８０となる。また管壁負荷ｗｅは３７Ｗ／ｃｍ2の比較的高い値に設定されている（但し、ランプ入力Ｗｌａおよび発光部２６の全内表面積をＳとすると、管壁負荷ｗｅ＝Ｗｌａ／Ｓにより規定）。
【００１２】
また、その他の１５０Ｗタイプの典型的な寸法としては、発光部の中央部の内径φｉは１０．６ｍｍおよび電極間距離Ｌｅは１０．０ｍｍであり、発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値は０．９４と上記７０Ｗタイプに比べて大きく設定されている。そして、発光部２６の内側全長Ｌｉは１７．０ｍｍであり、管壁負荷ｗｅは約２７Ｗ／ｃｍ2に設定されている。
【００１３】
上記発光管構成による７０Ｗおよび１５０Ｗタイプにおいて、それぞれランプ光束６７００ｌｍおよび１３５００ｌｍ、ランプ効率９０ｌｍ／Ｗで平均演色評価数Ｒａ８５以上という優れたランプ特性が達成されている。また、従来石英管メタルハライドランプと同等の６０００ｈｒｓの定格寿命時間が得られている（但し、ランプ寿命時間は、通常光束維持率が初期値に対して７０％時点のエイジング時間により規定）。なお、ランプ光色として発光物質４２の各封入組成比を変えることにより、色温度３０００Ｋ、３５００Ｋおよび４３００Ｋの三品種が展開されている。
【００１４】
その他に、アルミナセラミック管を用いた２０Ｗ〜２５０Ｗタイプのいわゆるショートアーク形のメタルハライドランプが、特開平１０−１４４２６１号公報に開示されている。このランプは、発光管容器が円筒形の放電中央部と半球形の両管端部から構成されており、この発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値は０．６７〜１.２５の範囲に規定され、一方、管壁負荷ｗｅは２５〜３５Ｗ／ｃｍ2の比較的高い範囲に規定されている。なお、発光物質としては、図７の従来ランプと同様のＤｙＩ3，ＴｍＩ3，ＨｏＩ3，ＴｌＩ，ＮａＩの金属ハライドが封入されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
一般にアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプの特長として、前記した高効率・高演色性のほかに、発光部の中央部管壁に排気管チップが存在する従来の石英製の発光管を備えたメタルハライドランプ（以下、石英ランプという）に比べてランプ点灯方向による発光色変動が小さいことが挙げられている。
【００１６】
従来の石英製の発光管においては、製造途中に発光部の管壁に細管が設けられ、この細管を通じて発光管内の排気等を行い、処理後この細管を封止切るため、発光部の中央部に排気チップが存在するものが一般的である。
【００１７】
このため、石英ランプを水平点灯する際、排気チップを下方に位置して使用すると、発光物質が排気管チップに集積してしまい、垂直点灯時に比べ、発光物質の蒸気圧が低下して例えば発光色の色温度が規格値より上昇したりするということになる。
【００１８】
したがって、石英ランプについては、垂直点灯形のものが主流であり、一部の水平点灯形の石英ランプでは、排気チップを必ず上方に位置して使用するようランプの取扱説明書に記載したり、排気チップが必ず上方に位置して取り付けられるよう口金の形状を規制したりする必要があった。
【００１９】
これに対して、発光部に排気管チップが存在しないアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプにおいては、エジソン口金（Ｅ形）が装着された品種でも、一般に点灯方向に制限の無い、いわゆる点灯方向自由形であると見なされている。このような点灯方向自由形のランプは、特に被射体に応じて種々のランプ点灯方向が採られる屋内インテリア照明用ランプにとって、極めて有利な特長といえる。
【００２０】
ところが、図７に示す従来のアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプを市場で使用したとき、発光部に排気チップが存在しないにもかかわらず、特に１００Ｗよりも低ワットの例えば７０Ｗタイプにおいて特定の点灯方向によっては発光色が変動して問題となることがわかった。すなわち、発光色４３００Ｋの７０Ｗタイプにおいて、実際の発光色は、垂直点灯方向では規格値どおりの色温度４３００Ｋとなるが、水平点灯方向では３７００Ｋまで色温度が低下する。そして、かかる発光色変動は人間の眼で明瞭に視認できるものであり、例えば、垂直点灯および水平点灯を組み合わせて照明した場合など発光色の違いが目立ち問題となる。
【００２１】
ここで、前述したように従来の石英ランプでは、水平点灯時の色温度は、垂直点灯時と比べて上昇することになるのに対して、従来のアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプの７０Ｗタイプでは、水平点灯時の色温度は垂直点灯時と比べて逆に低下している。つまりかかる発光色変動はアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプ特有の現象といえる。
【００２２】
なお、１００Ｗよりも高ワットの例えば１５０Ｗタイプでは、点灯方向による色温度変動幅△Ｔｃ（以後、水平点灯での色温度差をＴｃ（Ｈ）、および垂直点灯での色温度をＴｃ（Ｖ）とすると、△Ｔｃ＝Ｔｃ（Ｈ）−Ｔｃ（Ｖ）で表す）では＋２００Ｋ以内と小さく、これは実際の使用において問題にならない変動幅であることが確かめられている。従って、問題となるような発光色変動は、特に１００Ｗ以下の低ワットタイプに特有のものといえる。
【００２３】
以上のように、１００Ｗ以下の低ワットタイプのアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプにおいて、点灯方向自由形という有利な特長を実質的に具現するには、上記の発光色変動について、色温度変動幅△Ｔｃを＋２００Ｋあるいは−２００Ｋ以内に抑制できる手段を見い出すことが第１の技術課題である。
【００２４】
また、第２の技術課題として、ランプの長寿命化が挙げられる。つまり、アルミナセラミック管は基本的に従来の石英管に比べて高温の発光物質に対する耐蝕性が高いといわれながら、従来技術によるアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプの定格寿命時間は従来の石英ランプと同等の６０００ｈｒｓである。
【００２５】
本発明は、多結晶体アルミナなどのセラミック材料からなる発光管を備えた特に１００Ｗ以下の低ワットタイプのメタルハライドランプにおいて、特定の点灯方向による発光色変動を抑制できる有効な手段を見い出すとともに、併せてランプ寿命特性を向上させ、これによって、屋内インテリア照明用として特長ある点灯方向自由形で高効率・長寿命のメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内部に一対の電極を有する発光部と、この発光部の両端部に細管部をそれぞれ有するセラミック材料からなる発光管を備え、前記細管部には隙間が形成されており、前記発光管の内部には封入物として、ハロゲン化ディスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、および、ハロゲン化セリウムのうち少なくとも一種と、ハロゲン化ナトリウムとを含む金属ハロゲン化物が封入された低ワットタイプのメタルハライドランプであって、前記発光部内における電極間距離をＬｅ（ｍｍ）および前記発光部の中央部の管内径をφｉ（ｍｍ）としたとき、発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値が０.４５〜０.６５の範囲を満足するとともに、前記発光管の管壁負荷ｗｅが２３〜３０Ｗ／ｃｍ２の範囲を満足し、かつ電極長をＤｅ（ｍｍ）、ランプ電力をＷ（ワット）としたとき、０．００９３×Ｗ＋１．３≦Ｄｅ≦０．０１３３×Ｗ＋２なる関係式を満たす構成を有している。
【００２７】
これにより、垂直・水平点灯方向による発光色変動を問題とならない色温度変動幅△Ｔｃ＋２００Ｋあるいは−２００Ｋ以内に抑制できるとともに、併せて高いランプ効率を維持しながらエイジングにおける光束維持率を改善できて、屋内インテリア照明用として特長ある点灯方向自由形で高効率・長寿命のメタルハライドランプが得られる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００３３】
図１および図２は、本発明の一実施の形態である例えば７０Ｗタイプのメタルハライドランプの発光管およびランプ全体構成を示している。ここで、本実施形態である発光管の基本的構成そのものは、前記図７の従来技術によるものと同様である。
【００３４】
発光管１は、発光部３と細管部４，５とからなる多結晶体アルミナセラミック製の発光管容器２を有している。発光部３の両端部に細管部４，５（外径２．６ｍｍおよび内径０．８ｍｍ、全長１４．５ｍｍ）が焼結されている。
【００３５】
細管部４，５には、タングステン電極６，７がそれぞれ挿入され、発光管１内には一対のタングステン電極６，７が設けられている。タングステン電極６，７はそれぞれ、タングステン電極棒８，９（外径０．３５ｍｍ、全長１５．０ｍｍ）とタングステンコイル１０，１１とからなる。
【００３６】
細管部４，５には、Ａｌ2Ｏ3−Ｍｏ系導電性サーメットからなる給電体１２，１３（外径０．７０ｍｍ、全長１２．０ｍｍ）がフリット１４によりそれぞれ気密封着されている。給電体１２，１３の放電側先端部にはタングステン電極棒８，９がそれぞれ接合・保持されている。フリット１４は、ランプ点灯時の発光物質によるその侵蝕を抑制するために、給電体１２，１３のタングステン電極棒８，９との接合部近傍まで限定・充填されている。そして、細管部４，５とタングステン電極棒８，９との隙間１５，１６には、モリブデンコイル１７，１８がタングステン電極棒８，９に巻かれる形で設けられている。発光管１内には、ハロゲン化金属（ＤｙＩ3、ＴｍＩ3、ＨｏＩ3、ＴｌＩ、ＮａＩ）からなる発光物質１９と、緩衝ガスとしての水銀と始動補助用希ガスとしてのアルゴンが封入されている。
【００３７】
完成ランプ２０としては、図２に示すように、発光管１が、窒素４６．５ｋＰａが封入されている硬質ガラスからなる外管バルブ２１の内部に保持されて、更に口金２２（Ｅ形）が装備されている。また、外管バルブ２１内において、発光管１の周囲には外管バルブ破損防止用の石英シールド管２３が設けられている。
【００３８】
本発明者は、本実施形態である発光管１の詳細構成を設定するにあたり、まず図７に示す前述の７０Ｗタイプにおける特有の点灯方向による発光色変動の要因を調べた。この結果、特に７０Ｗタイプにおいて発光色の色温度が水平点灯方向に比べて垂直点灯方向で上昇したのは、垂直点灯時での発光管の最冷点温度個所が、発光部３に比べてより低温となる下側に位置する細管部５に形成されることに起因することが明らかとなった。具体的には、より低温となる細管部５とタングステン電極棒９との隙間１６に発光物質１９が集積されるため、その蒸気圧が水平点灯方向に比べて低下する。この結果、特にナトリウム放射が減衰して、発光色の色温度が上昇することになるためである。
【００３９】
なお、前述のように、細管部５に隙間１６が形成されることは、アルミナセラミック管メタルハライドランプを具現化するうえでフリット１４の侵蝕を抑制するための必要不可欠のものである。
【００４０】
本発明者は、上記結果にもとづき、点灯方向による発光色変動を抑制するために基本的に水平点灯方向での発光管の最冷点温度を、従来技術による前記７０Ｗタイプに比べて低下させ、垂直点灯方向での細管部５の最冷点温度と均等化させる方法を検討した。具体的には、発光管１の電極間距離Ｌｅに対する管内径φｉの増大、すなわち発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値の低下による発光色変動の抑制効果を調べた。この場合、第１にＬｅ／φｉ値として従来技術による前記７０Ｗタイプの０．８０よりも低い範囲で変えた発光管１を準備し、これらを備えたランプ２０の点灯方向による発光色変動を測定した。併せて、発光管の管壁負荷ｗｅも２０〜４０Ｗ／ｃｍ2の範囲のランプ２０も準備し、発光色変動とともにエイジングにおける光束維持率などの寿命特性を測定した。なお、これらの検討の発光管寸法としては、図１の電極長Ｄｅ（細管の発光部側端面と電極棒先端面との間の長さ）を２．５ｍｍの一定に保って、管内径φｉ５．０〜１０．０ｍｍおよび電極間距離Ｌｅ４．０〜７．０ｍｍの範囲で変化させた。
【００４１】
図３は、発光管１の管壁負荷ｗｅが約２７Ｗ／ｃｍ2一定における発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値と、垂直・水平点灯方向による色温度変動幅△Ｔｃの関係を示す。これから、発光色変動を問題にならない色温度変動幅△Ｔｃ＋２００Ｋあるいは−２００Ｋ以内に抑制するには、発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値を０．４５〜０．６５の範囲に規定すればよいことがわかった。
【００４２】
併せて、図４に示すように、特に発光管１の管壁負荷ｗｅを３０Ｗ／ｃｍ2以下の範囲に設定することにより、６０００ｈｒｓ〜９０００ｈｒｓのエイジングにおいても光束維持率を７０％以上確保でき、長寿命化が達成できることがわかった。但し、ｗｅ値２３Ｗ／ｃｍ2以下に設定することは、ランプ効率が従来値９０ｌｍ／Ｗに対して約８６ｌｍ／Ｗ以下と４％以上低下するので妥当でない。結局、ランプ効率の低下を抑えて長寿命時間を達成するには、ｗｅ値を２３〜３０Ｗ／ｃｍ2の範囲に規定するのが妥当である。
【００４３】
以上から、７０Ｗタイプの発光管構成として、第１に発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値を０．４５〜０．６５の範囲に規定することによって点灯方向による発光色変動を抑制でき、併せて管壁負荷ｗｅを２３〜３０Ｗ／ｃｍ2の範囲に設定することで高効率・長寿命のランプ特性が得られることがわかった。
【００４４】
上記本発明による７０Ｗタイプの典型的なランプ２０を準備して、その点灯方向による発光色変動の抑制の確認と、ランプ効率及びエイジングによる光束維持率などの特性測定を行った。この場合、ランプは上述の図１および図２に示す基本構成からなり、発光管１の具体的構成としては、発光部３の内側全長（細管部４の端面と細管部５の端面間の距離）Ｌｉを１０．０ｍｍ、電極長Ｄｅを２．５ｍｍ、電極間距離Ｌｅを５．０ｍｍ、管内径φｉを８．５ｍｍ（管外径は９．７ｍｍ）、発光管形状パラメータＬｅ／φｉ値を０．５９および管壁負荷ｗｅを２７Ｗ／ｃｍ2にそれぞれ設定した。この結果、かかる本発明にもとづく発光管構成により、発光色変動を色温度変動幅△Ｔｃを約−９０Ｋ以内に抑制でき、かつランプ効率８９ｌｍ／Ｗおよび寿命時間約９５００ｈｒｓという優れたランプ特性が得られた。また、ランプの水平点灯方向における平均色温度４２８０Ｋで平均演色評価数Ｒａ約９０のレベルが得られた（但し、それぞれの値はランプ１０灯の平均値）。
【００４５】
なお、上記の本発明による発光管構成は、上記本実施形態の７０Ｗタイプ以外の少なくとも１００Ｗタイプにはそのまま適用できることが確かめられている。
【００４６】
また、点灯方向による発光色変動を抑制するためには、電極長Ｄｅ（ｍｍ）は、ランプ電力をＷ（ワット）とした場合、０．００９３×Ｗ＋１．３≦Ｄｅ≦０．０１３３×Ｗ＋２であることが好ましい。
【００４７】
発光管の発光部の形状として、図１に示すような発光部の両端部がテーパー形状をなす代りに、図５に示すような発光部が円筒形状や図６に示すような回転楕円体状をしていてもよい。特にテーパー形状および回転楕円体状の場合、本発明の構成による効果が顕著になる。これらの形状をなす従来構成の発光管では、水平点灯時の色温度が低くなりやすいためである。但し、回転楕円体状の発光部では管内径φｉの代りに管中央の最大内径φｉ,maxの値を採用する。
【００４８】
その他に、アルミナセラミック発光管容器として、放電発光管部とその両端の一対の細管部が一体成形されたものでも、本発明による発光管構成はそのまま適用できる。
【００４９】
本発明による効果がより顕著に得られる構成として、発光管内部のハロゲン化金属に占めるハロゲン化ナトリウムの比率は１０ｗｔ％から５０ｗｔ％の間であることが好ましい。
【００５０】
以上のように、アルミナセラミック発光管を備えた１００Ｗ以下の低ワットタイプのメタルハライドランプにおいて、上記本実施形態である発光管構成を備えることにより、基本的に発光色変動を問題とならない色温度変動幅△Ｔｃ＋２００Ｋあるいは−２００Ｋ以内に抑制でき、併せて高効率で長寿命の目的とする屋内インテリア照明用として特長あるメタルハライドランプが得られる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、発光管容器が多結晶体アルミナなどのセラミック材料からなる放電発光管部とその両端の一対の細管部から構成されている１００Ｗ以下の低ワットタイプのメタルハライドランプにおいて、使用の際、点灯方向による発光色変動を問題とならない色温度変動幅△Ｔｃ＋２００Ｋあるいは−２００Ｋ以内に抑制でき、併せてエイジングにおける光束維持率などの寿命特性も改善できて、これにより屋内インテリア照明用として特長ある点灯方向自由形で高効率・長寿命のメタルハライドランプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるメタルハライドランプの発光管を示す図
【図２】本発明の実施の形態であるメタルハライドランプの全体構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態であるメタルハライドランプにおける発光管形状パラメータと発光色変動の関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態であるメタルハライドランプにおける発光管の管壁負荷低下による光束維持率とエイジング時間の関係を示す図
【図５】発光部が円筒形状のメタルハライドランプの発光管を示す図
【図６】発光部が回転楕円体形状のメタルハライドランプの発光管を示す図
【図７】従来のアルミナセラミック管を用いたメタルハライドランプの発光管を示す図
【符号の説明】
１  発光管
２  発光管容器
３  発光部
４，５  細管部
６，７  タングステン電極
８，９  タングステン電極棒
１０，１１  タングステンコイル
１２，１３  給電体
１４  フリット
１５，１６  隙間
１７，１８  モリブデンコイル
１９  発光物質
２０  ランプ
２１  外管バルブ
２２  口金
２３  石英シールド管
【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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【図６】
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【図７】
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