(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改善された調光特性を有するメタルハライドランプであって、このランプは、透光性材料からなり内部の向かい合う両端部に位置する両放電電極を持つ放電容器を備え、前記放電容器内に封入物として、ＭｇＩ２およびＣｅＩ３を持つ金属ハロゲン化物および水銀を含み、それらＭｇＩ２およびＣｅＩ３はＴｌＩと置き換えるために含められて前記封入物はタリウムを実質的に含まないメタルハライドランプであって、
前記封入物は少なくとも１種類の希ガスを含み、前記金属ハロゲン化物は少なくとも１種類の希土類金属およびナトリウムのハロゲン化物を含み、前記ＭｇＩ２およびＣｅＩ３は全ハロゲン化物の全モル量に対し１．５〜６５％の範囲内のモル量である
ことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記透光性材料は、多結晶質アルミナであることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
前記放電容器を囲む外郭をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記封入物はＡｒまたはＸｅを含み、前記金属ハロゲン化物はＤｙ，ＨｏおよびＴｍの少なくとも１種類およびナトリウムのハロゲン化物を含み、前記ＭｇＩ２およびＣｅＩ３は全ハロゲン化物の全モル量に対し１．５〜６５％の範囲内のモル量であることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記金属ハロゲン化物はＤｙ，ＨｏおよびＴｍの少なくとも１種類およびナトリウムのハロゲン化物を含み、これらハロゲン化物はヨウ化物または臭化物をなすことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
改善された調光特性を有するメタルハライドランプであって、このランプは、多結晶質アルミナからなり内部の向かい合う両端部に位置する両放電電極を持つ放電容器と、この放電容器を囲む外郭とを備え、封入物として、水銀と、ＡｒまたはＸｅの少なくとも１種類と、ＭｇＩ２およびＣｅＩ３と、Ｄｙ，ＨｏおよびＴｍの希土類金属の少なくとも１種類およびＮａのハロゲン化物とを含み、それらＭｇＩ２およびＣｅＩ３はＴｌＩと置き換えるために含められて前記封入物はタリウムを実質的に含まず、また前記ＭｇＩ２およびＣｅＩ３は全ハロゲン化物の全モル量に対し１．５〜６５％の範囲内のモル量である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、高輝度放電ランプ［一般にこの種のランプの希土類スペクトルは、ツリウム、プラセオジム、ネオジム、ルテチウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウムの発光種からなり、さらに、ナトリウム、タリウムヨウ化物および水銀が化学的に活性の封入物に添加され、定格電力で、特定の相関色温度（ＣＣＴ）、高い（平均）演色評価数（ＣＲＩ）および高い効率（ＬＰＷ）を有するように設計されるが、５０％ほどの低いレベルに絞った電力では測光量の性能値（光特性）が顕著に劣化するランプ］の調光、特に低ワット数の、セラミック放電容器を有する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】
希土類ヨウ化物を含むメタルハライドランプは、高い発光出力および優れた色特性を有する。それらのスペクトルは、原子および分子輻射線の多数の線からなる。特定の種類の化学的に活性の封入物の配合は、絞った電力レベルでの性能を考慮せずに定格電力で最適化される。これらのメタルハライドランプをエネルギー節約のために調光する場合、それらの測光量の性能値（光特性）はかなり劣化する。特に、ヨウ化タリウムを含有するランプは、調光状態下で強い緑がかった色を示す。特に１５０Ｗのランプの場合、色温度が、１５０Ｗでの４３３９Ｋから、７５Ｗでの約５２８５Ｋに増加する。Ｄｕｖは１７ポイント以上増加し、ＣＲＩは１５０Ｗでの９５から５０％電力での６９に低下する。効率は、定格電力での８０ｌｐｗから、５０％電力での６１ｌｐｗに低下する。
【０００３】
希土類物質のヨウ化セリウム（ＣｅＩ3 ）が、特にＮａＩに関係して、ＶａｎＶｌｉｅｔらの米国特許第５，９７３，４５３号に使用されている。この特許のメタルハライドランプは、高い発光効率を有する。しかし、これらのランプは調光に適しておらず、定格および減じた電力でかなり悪い色特性を示す。Ｚｏｌｌｗｅｇらの米国特許第３，７８６，２９７号においても、高い効率を有するランプを製造するためにＣｅＩ3 が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、本発明の背景について説明する。
【０００５】
良好な調光特性を有するメタルハライドランプが必要とされている。化学的に活性の希土類の物質を含む放電ランプは、それらの優れた色質および高い発光出力故に非常に普及している。そのようなランプは、定格電力で極めて良好に機能するが、絞った電力レベルでは、それらの測光量の性能値（光特性）はかなり悪い。５０％（電力）ほどに低く調光する場合には、メタルハライドランプが最小限の色変化および効率損失のままで白色光を発することが極めて好ましい。効果的な調光を達成するには、ＣＣＴ、Ｄｕｖ（ｕｖ色度座標上での黒体軌跡からのずれを示す指標で、ずれの絶対値を１０００倍したもの）およびＣＲＩが変化してはならない。効率のわずかな損失だけでなければならない。
【０００６】
一般に、高効率のためにヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を含有する市販のメタルハライドランプの光は、定格電力での白色から、調光状態下（調光時）での緑がかった色に変化する。さらに、これらのランプの効率はかなり低下する。その金属ハロゲン化物ＴｌＩが（ランプ用封入物として）非常に重宝されているのは、その高い蒸気圧と５３５ｎｍでのその強い緑色輻射のためである。しかしながら、調光状態下では、タリウムの分圧が優位になる傾向があって、逆に、光（源）色の緑がかった色へのシフトの原因となる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、調光状態下でほぼ一定の色および高い効率を与えるセラミックメタルハライドランプを製造することであり、例えば定格電力で、優れたＣＣＴ、ＣＲＩ、Ｄｕｖおよび効率を与えるメタルハライドランプを提供することである。更なる目的は、５０％ほどの低さの電力に調光した際に、色温度および白色を維持するランプを提供することである。本発明の更なる目的は、調光時、できるだけ定格電力の性能に近い、かなり良好なＣＣＴ、ＣＲＩ、Ｄｕｖおよび効率を維持するメタルハライドランプを提供することである。本発明のさらに他の目的は、既存の取付器具に電気的に入れ替え可能であるセラミックメタルハライドランプ用の新規な化学的活性の封入物を提案することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、改善された調光特性を有するメタルハライドランプであって、このランプは、透光性材料からなり内部の向かい合う両端部に位置する両放電電極を持つ放電容器を備え、前記放電容器内に封入物として、ＭｇＩ２およびＣｅＩ３を持つ金属ハロゲン化物および水銀を含み、それらＭｇＩ２およびＣｅＩ３はＴｌＩと置き換えるために含められて前記封入物はタリウムを実質的に含まないメタルハライドランプであって、前記封入物は少なくとも１種類の希ガスを含み、前記金属ハロゲン化物は少なくとも１種類の希土類金属およびナトリウムのハロゲン化物を含み、前記ＭｇＩ２およびＣｅＩ３は全ハロゲン化物の全モル量に対し１．５〜６５％の範囲内のモル量であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のメタルハライドランプにおいて、前記透光性材料は、多結晶質アルミナであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のメタルハライドランプにおいて、前記放電容器を囲む外郭をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のメタルハライドランプにおいて、前記封入物はＡｒまたはＸｅを含み、前記金属ハロゲン化物はＤｙ，ＨｏおよびＴｍの少なくとも１種類およびナトリウムのハロゲン化物を含み、前記ＭｇＩ２およびＣｅＩ３は全ハロゲン化物の全モル量に対し１．５〜６５％の範囲内のモル量であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１記載のメタルハライドランプにおいて、前記金属ハロゲン化物はＤｙ，ＨｏおよびＴｍの少なくとも１種類およびナトリウムのハロゲン化物を含み、これらハロゲン化物はヨウ化物または臭化物をなすことを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、改善された調光特性を有するメタルハライドランプであって、このランプは、多結晶質アルミナからなり内部の向かい合う両端部に位置する両放電電極を持つ放電容器と、この放電容器を囲む外郭とを備え、封入物として、水銀と、ＡｒまたはＸｅの少なくとも１種類と、ＭｇＩ２およびＣｅＩ３と、Ｄｙ，ＨｏおよびＴｍの希土類金属の少なくとも１種類およびＮａのハロゲン化物とを含み、それらＭｇＩ２およびＣｅＩ３はＴｌＩと置き換えるために含められて前記封入物はタリウムを実質的に含まず、また前記ＭｇＩ２およびＣｅＩ３は全ハロゲン化物の全モル量に対し１．５〜６５％の範囲内のモル量であることを特徴とする。
【００１５】
上記の如く、本発明の目的は、調光状態下でほぼ一定の色および高い効率を与えるセラミックメタルハライドランプを製造することである。そのランプは、定格および５０％ほどに減じた電力で、高い効率、一定の色温度、高いＣＲＩおよび優れたＤｕｖを与える。定格および５０％電力で、色座標ｘ、ｙは黒体軌跡に極めて近い。ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を、ヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ2 ）およびヨウ化セリウム（ＣｅＩ3 ）で置き換えることによって、優れた調光特性が得られた。ＭｇＩ2 は、動作温度で比較的高い蒸気圧を有し、５１７.２ｎｍおよび５１８.３ｎｍに発光線を有する。ＴｌＩと異なり、ＭｇＩ2 の温度に対する蒸気圧の変動は、ジスプロシウム、ホルミウムおよびツリウムなどの希土類元素のヨウ化物と極めて似ている。セリウムの輻射スペクトルは広帯域であり、このスペクトルの形は調光状態下でほとんど影響を受けない。セリウムスペクトルは、約５５０ｎｍで高い密度を有する全可視スペクトルをカバーする多くの線からなる（Journal of IES, １９７５年７月、R.J. Zollweg, C.S. Liu, C. HirayamaおよびJ.W. Mc. Nall）。ＴｌＩをＣｅＩ3 とＭｇＩ2 との組合せで置き換えることによって、メタルハライドランプは特に５０％ほどの低さの調光状態下で白色のままである。さらに、その効率は調光中比較的高いままである。基本的な目的として、調光の間中、より良好な色性能を得るために、ヨウ化タリウムの除去が必要となる。ハロゲン化物、好ましくはヨウ化物および／または臭化物を使用し、ＭｇＩ2 およびＣｅＩ3 を添加すると、調光の際に一定の色を有するランプが得られる。金属ハロゲン化物の封入量および管壁負荷に依存して、決められた量のＭｇＩ2 およびＣｅＩ3 をもって、約４３００Ｋの色温度を有するガス放電を生成することができる。さらに、色温度は、調光の間中４３００±１００Ｋで一定のままである。ＭｇＩ2 は、比較的高い蒸気圧、ならびに５１７.２ｎｍおよび５１８.３ｎｍに発光線を有する。その輻射線は、ヒトの眼の感度（視感度）曲線のピークに極めて近く、定格および減じた電力で高いルーメン出力を生じる。ＣｅＩ3 のスペクトルは、約５５０ｎｍで最大発光を有する広帯域発光を示す。広帯域スペクトルの形は、種々の電力レベルでほとんど変化しない。
【００１６】
ＴｌＩの蒸気圧は、比較高く、調光状態下で減少する最冷点温度については比較的高く維持される。一般に、定格電力でのＴｌＩは、不飽和であり、調光レベルに依存して、気相においては不飽和のままであるが、調光の間に温度が減少するために希土類が解離することになる。ＴｌＩは、定格電力より低い電力でランプスペクトルを支配する傾向があり、ランプの色特性に不利な影響を与える。ＴｌＩと異なり、ＭｇＩ2 およびＣｅＩ3 の蒸気圧は、最冷点温度が減少するにつれて徐々に減少し、この変動は、ＤｙＩ3 、ＨｏＩ3 およびＴｍＩ3 などの希土類ハロゲン化物と同様である。ＭｇＩ2 とＣｅＩ3 との組合せは、色の変化を減少させ、そして調光時、ほぼ一定のＣＣＴ、高いＣＲＩ、低いＤｕｖおよび高い効率を有するランプを実現する。
【００１７】
本発明のランプは、３５０Ｔｏｒｒで窒素が封入された外郭を有し、これは、これらのランプが寿命の間に重大な破損を受け難くする。他の長所は、構造が市販のランプと同じであることである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、アーク管１は、テーパーまたは円筒状に形成可能であり、多結晶質アルミナ（ＰＣＡ）から製造され、硬質ガラス製の外郭（外管）２の中に配置される。外郭の内部３は、排気されるか、または３５０トルの窒素などの不活性ガスで封入される。アーク管１は、ナトリウム、セリウム、マグネシウム、ツリウム、ジスプロシウムおよびホルミウムのハロゲン化物４で混合されている。ランプ電流は、アルミナのアーク管１に気密封止されているアセンブリ５を通して供給手段によって伝導される。シュラウド６は、硬質ガラス製である。
【００１９】
図２は、本発明で説明する１５０Ｗの円筒およびテーパー状の放電管の構造を示す。図２（ｂ）の円筒状のアーク管の場合、放電管２０は、円筒状の主管２５、第一ディスク２８ａおよび第二でディスク２８ｂから成る。円筒状の細管２１ａおよび２１ｂは、収縮嵌合によって、第一ディスク２８ａおよび第二ディスク２８ｂに取り付けられている。
【００２０】
図２（ａ）において、主管、ディスクおよび細管は、アルミナを主成分とする半透明のセラミック材料で製造される。テーパー状の放電管３０は、３つの部品、即ち、テーパー状の主管３５、および互いに向かい合う両端部にある２つの細管３８ａおよび３８ｂから成る。これらの全ての部品は、アルミナを主成分とする半透明のセラミック材料でできている。
【００２１】
【実施例】
本発明によるランプの放電容器は、多結晶質アルミナから製造される。特に、そのランプは、５.６ｍｇの金属ハロゲン化物ＮａＩ，ＣｅＩ3 ，ＭｇＩ2 ，ＤｙＩ3 ，ＨｏＩ3 およびＴｍＩ3 を封入物として持つ１５０Ｗのセラミックメタルハライドランプである。アーク管は、約９５ボルトで降伏する（ランプ電圧が約９５ボルトになる）約９．３ｍｇのＨｇを含む。さらに、封入物は、約１６０ｍｂａｒの圧力を持つＡｒまたはＸｅを始動用ガスとして含んでいる。
【００２２】
図３、図４、図５および図６は、５.６ｍｇの化学的に活性の封入物を持つ本発明によるランプの各種結果を、４３００Ｋの市販のセラミックメタルハライドランプと比較して示す。これらのランプは、１５０Ｗのメタルハライドランプであり、ベースが垂直方向上向きの点灯位置で点灯した。
【００２３】
まず、化学的に活性の封入物が５．６ｍｇ（１×ＭＧ）であって丸印のプロットの結果となった本発明によるランプと×印のプロットの結果となった市販のランプとを比較する。図３は、ランプの効率を示し、それらのランプの効率は極めて似ていることが分かる。図４は、相関色温度（ＣＣＴ）を比較しており、調光状態の間、本発明によるランプに対するＣＣＴの変化は約１３５Ｋにすぎず、４３００Ｋのスペックに近いことが分かる。図５は、ランプが調光された際のＣＲＩを示す。本発明によるランプは、市販の１５０Ｗのセラミックメタルハライドランプと比較して、絞った電力レベルでより良好な演色特性（平均演色評価数）を持つ。図６はそれらのランプを調光した際のランプのＤｕｖを示す。本発明によるランプのＤｕｖは約５である。１５０Ｗでの、Ｄｕｖ＝４.８に対するカラーポイントｘ＝０.３６５１およびｙ＝０.３５６８は、黒体軌跡に近く、そのランプは定格および絞った電力レベルでほぼ白色であった。
【００２４】
同様に、ＴｌＩをＭｇＩ2 およびＣｅＩ3 で置き換え、そして化学的に活性の封入物の重量を５.６ｍｇから１２ｍｇ（２×ＭＧ）に増加した場合も、良好な調光特性が得られた。特に、放電容器（アーク管、放電管）の封入物は、約９．６ｍｇのＨｇと１２ｍｇの金属ハロゲン化物ＮａＩ，ＭｇＩ2 ，ＣｅＩ3 ，ＤｙＩ3 ，ＨｏＩ3 およびＴｍＩ3 であった。アーク管は、約１６０ｍｂａｒの圧力を持つ始動用ガスとしてのＡｒまたはＸｅを含有する。飽和蒸気において、残留するナトリウムが、セラミックアーク管の低温領域において凝縮する。ランプを過充填した場合に、残留するナトリウムの一部が高温領域において凝縮し、これによって蒸気相における粒子の数が増加する。特定の封入物の組成の故に測光量の特性が調光の間改善したことが実験的によって見い出された。図３、図４、図５および図６において、１２ｍｇの化学的に活性の封入物を含有するテーパー状のアーク管の性能を市販のランプの性能と比較した。これらのランプは、１５０Ｗのメタルハライドランプであり、ベースが垂直方向上向きの点灯位置で点灯した。図３は、ランプの効率を示し、本発明によるランプの効率が、定格および減じた電力で幾分良いことが分かる。図４は、相関色温度（ＣＣＴ）を比較しており、本発明によるランプの色温度が、調光状態の間に４３００Ｋでほぼ一定であることが明らかである。図５は、ランプを調光した際のＣＲＩを示す。本発明によるランプは、４３００ＫのＣＣＴを有する市販の１５０Ｗのセラミックメタルハライドランプと比較して、優れた演色特性（平均演色評価数）を持つ。図６は、ランプを調光した際のランプのＤｕｖを示す。本発明によるランプのＤｕｖは２.１より低く、ほぼ一定である。１５０Ｗでの、Ｄｕｖ＝２.１に対するカラーポイントｘ＝０.３６８３およびｙ＝０.３７３２は、黒体軌跡に近く、そのランプは定格および絞った電力レベルでほぼ白色であった。
【００２５】
本発明において、テーパー状のアーク管が円筒状のアーク管より僅かに高い性能であることが実験によって見い出された。これはおそらくテーパー状のアーク管のより高い最冷点温度によるものであると考えられる。
【００２６】
本発明の意図および範囲内において改良および変更を加えることができるが、本発明は、請求の範囲によってのみ制限を受ける。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、調光条件下でほぼ一定の色および高い効率を与えるセラミックメタルハライドランプを製造することができ、例えば定格電力で、優れたＣＣＴ、ＣＲＩ、Ｄｕｖおよび効率を与えるメタルハライドランプを提供することができる。また、５０％ほどの低さの電力に調光した際に、色温度および白色を維持するランプを提供することができる。また、調光時、できるだけ定格電力の性能に近い、かなり良好なＣＣＴ、ＣＲＩ、Ｄｕｖおよび効率を維持するメタルハライドランプを提供することができる。さらに、既存の取付器具に電気的に入れ替え可能であるセラミックメタルハライドランプ用の新規な化学的活性の封入物を提案することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるランプの構造を示す図である。
【図２】本発明によるランプに使用される２つのアーク管（放電管）の形を示す図である。
【図３】各種電力レベルで１００時間エージングされた、本発明による２種の１５０Ｗテーパー状セラミックメタルハライドランプおよび先行技術の１５０Ｗランプの効率を示す図であり、本発明による２種のランプの化学的に活性の封入物の重量は１倍（＝５．６ｍｇ）および２倍（＝１２ｍｇ）である。
【図４】各種電力レベルで１００時間エージングされた、同本発明によるランプおよび先行技術のランプの相関色温度を示す図である。
【図５】各種電力レベルで１００時間エージングされた、同本発明によるランプおよび先行技術のランプの（平均）演色評価数を示す図である。
【図６】各種電力レベルで１００時間エージングされた、同本発明によるランプおよび先行技術のランプのＤｕｖを示す図である。
【符号の説明】
１  アーク管
２  外郭
３  （外郭の）内部
４  ハロゲン化物
５  アセンブリ
６  シュラウド
２０  放電管
２１ａ，２１ｂ  細管
２５  主管
２８ａ  第一ディスク
２８ｂ  第二ディスク
３０  放電管
３５  主管
３８ａ，３８ｂ  細管
【図１】
0003921975.tif 000002
【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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