(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電離性封入物を収容したセラミック放電室（５０）を有するメタルハライドランプ（１０）であって、
上記封入物がＨｇと、Ｎａのハロゲン化物、Ｔｌのハロゲン化物、希土類元素ハロゲン化物、及びアルカリ土類金属（ＲＥ）のハロゲン化物を含んでなり、
ハロゲン化物の全量に対するモル％として、２％≦Ｔｌのハロゲン化物≦５％
であり、且つ、０％＜希土類元素ハロゲン化物＜１５％
である、メタルハライドランプ（１０）。
【請求項２】
前記封入物がＣｓのハロゲン化物をさらに含む、請求項１記載のメタルハライドランプ（１０）。
【請求項３】
ハロゲン化物の全量に対するモル％が、
０％＜Ｃｓのハロゲン化物＜１５％、
４５％≦Ｎａのハロゲン化物≦８６％、
１５％≦Ｃａのハロゲン化物≦３５％
の範囲内である、請求項２記載のメタルハライドランプ（１０）。
【請求項４】
前記希土類元素がＨｏ、Ｄｙ、Ｔｍ及びこれらの混合物から選択される、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項５】
前記希土類元素がＨｏである、請求項４記載のランプ（１０）。
【請求項６】
２００ワットを超える電力を有する、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項７】
２５０〜４００ワットの範囲内の電力を有する、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項８】
前記電離性封入物が１種類のみの希土類元素を含む、請求項４記載のランプ（１０）。
【請求項９】
２５００〜４５００°Ｋの範囲内の色温度を有する、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項１０】
２８００〜３２００°Ｋの範囲内の色温度を有する、請求項９記載のランプ（１０）。
【請求項１１】
８０を上回る演色指数を有する、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項１２】
前記ハロゲン化物のハロゲンが塩素、臭素、ヨウ素及びこれらの混合物から選択される、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項１３】
前記アルカリ土類金属がカルシウムからなる、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項１４】
６≦Ｎａのハロゲン化物／（ＴｌＩ＋ＲＥＩ３）≦１０となるモル比を有する、請求項１３記載のランプ（１０）。
【請求項１５】
ハロゲン化物の全量に対するモル％として
１５％≦Ｃａのハロゲン化物≦３５％
である、請求項１３記載のランプ（１０）。
【請求項１６】
０．８５＜力率＜０．９０である、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項１７】
直立点灯姿勢において８０＜動作電圧＜１１０ボルトである、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項１８】
水平点灯姿勢において９０＜動作電圧＜１２０ボルトである、請求項１７記載のランプ（１０）。
【請求項１９】
ハロゲン化物の全量に対するモル％として
４％≦ＲＥのハロゲン化物≦８％
である、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項２０】
ハロゲン化物の全量に対するモル％として、
４５％≦Ｎａのハロゲン化物≦８６％
である、請求項１記載のランプ（１０）。
【請求項２１】
電離性封入物を収容したセラミック放電室（５０）を有するメタルハライドランプ（１０）であって、上記封入物が水銀と、ナトリウムのハロゲン化物、タリウムのハロゲン化物、希土類元素ハロゲン化物、及びアルカリ土類金属のハロゲン化物を含んでなり、
ハロゲン化物の全量に対するモル％として、
２％≦Ｔｌのハロゲン化物≦５％であり、希土類元素のハロゲン化物が３種類以上であり且つ０％＜希土類元素のハロゲン化物＜１５％である
メタルハライドランプ（１０）。
【請求項２２】
電離性封入物を収容したセラミック放電室（５０）を有するメタルハライドランプ（１０）であって、
上記封入物が水銀と、ナトリウムのハロゲン化物、タリウムのハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、１種類以上の希土類元素のハロゲン化物及びセシウムのハロゲン化物とを含んでなり、
ハロゲン化物全量に対するモル％として
２％≦Ｔｌのハロゲン化物≦５％
である、
メタルハライドランプ（１０）。
【請求項２３】
水銀と、ナトリウムのハロゲン化物、タリウムのハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、３種類以上の希土類元素のハロゲン化物及びセシウムのハロゲン化物とを含んでなり、
ハロゲン化物全量に対するモル％として、
２％≦Ｔｌのハロゲン化物≦５％
である、
メタルハライドランプ用の添加物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に照明に関し、具体的にはセラミックアーク放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電ランプは、２つの電極間に生じたアークを用いて金属ハロゲン化物と水銀の混合物のような封入物を電離させることで発光する。電極及び封入物は半透明又は透明放電室内に封入され、放電室は活性化封入物の圧力を維持するとともに放出光を通過させる。「添加物」としても知られる封入物は、アークによる励起に応答して所望の分光エネルギー分布を放出する。一般に、ハロゲン化物は、色温度、演色性及び視感度など広範に選択し得る光の性質を与える分光エネルギー分布を生ずる。
【０００３】
従来のメタルハライドランプは、光透過性石英管内に、不活性ガス（アルゴン（Ａｒ）など）、１種類以上の希土類ハロゲン化物（ＬｎＸ2又はＬｎＸ3：式中、Ｌｎは希土類金属、例えばスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）又はルテチウム（Ｌｕ）であり、Ｘは臭素（Ｂｒ）又はヨウ素（Ｉ）である。）、水銀（Ｈｇ）、及び１種類以上のアルカリ金属ハロゲン化物（ＮＡＸ：式中、ＮＡはアルカリ金属（例えば、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、カリウム（Ｋ）又はルビジウム（Ｒｂ）である。）を封入し、管を密封して製造される。ここで、Ｘはハロゲン（Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉなど）を表す。
【０００４】
メタルハライドランプは高温で動作させる必要があるため、石英又は石英ガラスは放電容器の壁体として使用できないことが多く、放電容器の壁体としてセラミック材料を使用することが必要となる。封入物との反応を大幅に低減させつつ、色温度、演色性及び視感度を改善するため高温（例えば、９５０℃を超える温度）で動作させるため、セラミック放電室が開発された。セラミック放電室は、サファイアや高密度焼結多結晶Ａｌ2Ｏ3のような金属酸化物又はＡｌＮ金属窒化物から製造されることが多い。典型的には、セラミック放電室は１以上の部材からなり、かかる部材はセラミック粉体からスリップ注型、成形、押出し又はダイプレスによって製造される。
【０００５】
セラミックメタルハライド（ＣＭＨ）ランプは多くの利点をもたらす。例えば、ＣＭＨランプは高い視感度と優れた色特性（特に、８０以上の一般演色指数Ｒａ及び２６００〜４０００Ｋの範囲内の色温度Ｔｃ）とを併せもち、特に屋内照明用光源としての使用に極めて適している。
【０００６】
一般にＣＭＨランプは、電磁式安定器で動作させる場合には周波数５０又は６０ＨｚのＡＣ電圧電源で点灯され、電子式安定器上で動作させる場合にはさらに高周波数のＡＣ電圧電源で点灯される。電源電圧の極性が変化するたびに、ランプでは放電が消弧され、次いで再点弧される。
【特許文献１】
米国特許第６２００９１８号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
低ワット数から高ワット数に（例えば、１５０ワット以下から例えば２５０ワットを超えるワット数に）ＣＭＨ技術を拡張すると、幾つかの問題が起こる。アーク管は、寸法の増大のために割れ易くなる。さらに、アーク管脚部の容積の増大のため、単位容積当りのハロゲン化物のコストが重要性をます。同様に、一定電圧でのワット数の増大に伴う水銀密度の低下のため、８０を上回るＲａを達成するのが一段と難しくなる。
【０００８】
高ワット数のセラミックメタルハライドランプの開発に伴う問題に対処する方法の一つは、適切なアーク放電用封入物の選択である。若干の例を挙げただけでもルーメン出力、色温度、効率、アーク放電室との相互作用、及び始動性能を始めとするランプの特性全体に影響を及ぼすため、封入物の選択は極めて複雑な作業を要する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
一つの態様では、本発明はセラミック放電室を有するメタルハライドランプを提供する。セラミック放電室は電離性封入物を収容している。封入物は、水銀と、少なくともナトリウムのハロゲン化物、タリウムのハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物及び封入物のハロゲン化物成分に対するモル分率として０％超１５％未満の量の希土類元素のハロゲン化物とを含む。ランプを水平姿勢で点灯する場合のランプ寿命を改善するため、封入物にハロゲン化セシウムを添加してもよい。
【００１０】
本発明の別の態様では、セラミック放電室を有するメタルハライドランプが提供される。セラミック放電室は電離性封入物を収容している。かかる封入物は、水銀と、少なくともナトリウムのハロゲン化物、タリウムのハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物及び封入物のハロゲン化物成分に対するモル分率として０％超１５％未満の量の３種類の希土類元素のハロゲン化物とを含む。
【００１１】
本発明の別の態様では、メタルハライドランプ用の添加物が提供される。添加物は、水銀と、少なくともナトリウムのハロゲン化物、タリウムのハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物及び封入物のハロゲン化物成分に対するモル分率として０％超１５％未満の量の３種類の希土類元素のハロゲン化物とを含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、セラミック放電室を有するメタルハライドランプが提供される。セラミック放電室は電離性封入物を収容している。封入物は、水銀と、少なくともナトリウムのハロゲン化物、セシウムのハロゲン化物、タリウムのハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物及び封入物のハロゲン化物成分に対するモル分率として０％超１５％未満の量の３種類の希土類元素のハロゲン化物とを含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
８０を上回るＲａで３０００°Ｋの色温度を達成する代表的な低ワット数ＣＭＨランプは、アルゴンと水銀の他に下記の封入組成物を含む。
【００１４】
【表２】
0004262968.tif 000002
【００１５】
この添加物を用いて２５０及び４００ワットで製造したＣＭＨランプでは、通常、既存の高圧ナトリウムランプ用安定器との適合性を保つ上で望ましい動作電圧である１００ボルトの動作電圧で８０を上回るＲａを達成することができない。従来のハロゲン化物添加物を用いたときのＲａは水銀含量を増加させることで高めることができるが、これによって動作電圧も１００ボルトを超えるレベルに上昇してしまう。さらに電圧が高くなると、ランプの消費電力が高くなり、アークの曲がりが大きくなり、水平姿勢での点灯時に割れ易くなる。
【００１６】
図１は、本発明の例示的な実施形態に係る放電ランプ１０を示す。ランプは、好ましくは、直立姿勢での点灯時に約８０〜１１０ボルトの動作電圧（水平姿勢での点灯時の９０〜１２０ボルトに換算される）及び２００ワットを超える電力（さらに好ましくは約２５０〜４００ワットの範囲内の電力）を有する。さらに、ランプは好ましくは約２５００〜４５００°Ｋ（さらに好ましくは約２８００〜３２００°Ｋ）の範囲内の色温度及びＲａ＞８０（さらに好ましくは、８５＜Ｒａ＜９０）を有する。
【００１７】
放電ランプ１０は、２つの電極５２，５４と封入物（図示せず）とを収容した放電室５０を含む。電極５２，５４は導体５６，５８に接続され、電極間に電位差を加えると電極に電流が流れる。動作時には、電極５２，５４はアークを生じ、封入物を電離させて放電室５０内にプラズマを発生させる。プラズマによって生ずる光の発光特性は、主として封入物の成分、電極を流れる電流、電極間の電圧、放電室の温度分布、放電室内の圧力、及び放電室の形状寸法に依存する。
【００１８】
図１に示す通り、放電室５０は中央本体部６０と、脚部６２，６４を有する２つの末端部材６１，６３とを含む。電極５２，５４の末端は、通例、本体部６０の両端付近に位置する。電極は、各々の脚部６２，６４の中央穴に配置された導体５６，５８によって電源に接続される。電極は通例タングステンからなる。導体は通例モリブデン及びニオブからなる。
【００１９】
放電室５０は、脚部６２，６４末端のシール６６，６８によって密封される。シール６６，６８は通例ジスプロシア−アルミナ−シリカガラスからなり、一方の導体（例えば５６）の周囲に環状ガラスフリットを配置し、放電室５０を直立させ、フリットを融解させることによって形成することができる。その際、融解ガラスは脚部６２に流れ込んで導体５６と脚部６２の間にシールを形成する。次いで、放電室を逆さまにして封入物を導入した後にもう一方の脚部６４を密封する。
【００２０】
放電室の形成に用いられるセラミック混合物としては、６０〜９０重量％のセラミック粉末と２〜２５重量％の有機バインダからなるものがある。セラミック粉末としては、９９．９８％以上の純度及び約１．５〜約１０ｍ2／ｇ（通例３〜５ｍ2／ｇ）の表面積を有するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるがある。結晶粒成長を防ぐため、アルミナの０．０３〜０．２重量％（好ましくは０．０５重量％）に等しい量のマグネシアをセラミック粉末に添加してもよい。使用し得るその他のセラミック材料としては、酸化イットリウムや酸化ハフニウムのような非反応性の高融点金属酸化物及びオキシ窒化物並びにイットリウム−アルミナ−ガーネットやオキシ窒化アルミニウムのようなアルミニウムの化合物が挙げられる。単独で又は組合せて使用し得るバインダとしては、ポリオール、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル樹脂、アクリル酸樹脂、セルロース樹脂、ポリエステル、ステアリン酸樹脂及びワックスのような有機重合体が挙げられる。
【００２１】
一実施例では、バインダは、
融点５２〜５８℃のパラフィンワックス  ３３＋１／３重量部、
融点５９〜６３℃のパラフィンワックス  ３３＋１／３重量部、及び
融点７３〜８０℃のパラフィンワックス  ３３＋１／３重量部
からなる。
【００２２】
パラフィンワックス１００重量部に、以下の物質：
白色みつろう４重量部、
オレイン酸８重量部、及び
ステアリン酸アルミニウム３重量部
が添加される。
【００２３】
焼結工程は、約１０〜１５°の露点を有する水素中で部品を加熱することによって実施し得る。典型的には、温度を２時間かけて室温から約１３００℃まで上昇させる。温度は約１３００℃に約２時間保たれる。次に、温度を毎時約１００℃で約１８５０〜１８８０℃の最高温度まで上昇させる。温度は約１８５０〜１８８０℃に約３．５時間保たれる。最後に、温度を約２時間かけて室温まで下げる。得られるセラミック材料は高密度焼結多結晶アルミナからなる。
【００２４】
上述の通り、ＣＭＨランプの放電室に点弧性封入物が添加される。封入物は、水銀と、アルゴン、クリプトン又はキセノンのような不活性ガスと、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、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、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムから選択された希土類金属（ＲＥ）のハロゲン化物とを含む。加えて、かかる封入物はナトリウム、カルシウム及びタリウムの各ハロゲン化物も含む。通例、ハロゲン元素は塩素、臭素及びヨウ素から選択される。通常、ハロゲン化物はＮａＩ、ＣａＩ2及びＤｙＩ3のような化学量論的関係を示す。好ましくは、水銀の添加量はアーク管容積１ｃｃ当り約３〜７ｍｇであり、不活性ガスは室温で約６０〜２００トル封入される。
【００２５】
上述のハロゲン化物に関する代表的なモル分率は以下の範囲である。
【００２６】
【表３】
0004262968.tif 000003
【００２７】
好ましくは、希土類元素はＨｏ、Ｄｙ及びＴｍから選択される。この群の中で特に好ましいのはＨｏである。ただし、３種類以上の希土類を導入すると有益であることが判明した。アルカリ土類金属は好ましくはカルシウム、ストロンチウム及びバリウムから選択されるが、最も好ましくはカルシウムである。
【００２８】
さらに別の態様では、封入物は好ましくは次のモル比の関係式を満足する。
６≦Ｎａ／（ＴｌＩ＋ＲＥＩ3）≦１０
【００２９】
さらに、ハロゲン化カルシウムは全ハロゲン化物添加量に対して以下の関係式を満足する。
１５％≦ＣａＩ2／全量＜３５％
【００３０】
さらに、ハロゲン化タリウムは全ハロゲン化物添加量に対して以下の関係式を満足する。
２％≦Ｔｌ／全量＜５％
【００３１】
さらに、ハロゲン化セシウムは希土類ハロゲン化物の添加量に対して以下のモル比の関係式を満足する。
ＣｓＩ／ＲＥＩ3＜１
【００３２】
以下の実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、これらは例示のためのものにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３３】
【実施例】
長さ３３．７ｍｍ、外径１５．６ｍｍの本体を有するセラミックアーク管を用いて２５０Ｗランプを試験した。セラミックアーク管の容積は４．１ｃｃであり、電極先端間のアークギャップは２３．７ｍｍであった。セルＡ及びＢのアーク管には、１８ｍｇの水銀及び５０ｍｇの金属ハロゲン化物を添加した。セルＢのランプにはヨウ化カルシウムが含まれていたが、セルＢはセルＡに比べて１０ポイント大きいＲａを示した。添加物中にヨウ化セシウムを含む別のセルＨも評価した。セシウムの存在はランプ機能に有害ではなく、水平点灯姿勢でのランプ寿命が改善されることが判明した。
【００３４】
【表４】
0004262968.tif 000004
【００３５】
以上、例示的な実施形態に関連して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲及び技術的思想から逸脱することなく様々な改変や変更を施すことができる。例えば、本明細書ではもっぱらアルミナ製セラミック放電室に関して説明してきたが、サファイア、ＡｌＮなどを始めとするその他のセラミック組成物も当業者に公知であり、本発明に係る電離性封入物との使用に適していることは明らかである。こうした変更は、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電離性封入物を封入するのに適した本発明の例示的な実施形態に係るセラミックメタルハライドランプを示す。
【符号の説明】
１０  放電ランプ
５０  放電室
５２，５４  電極
５６，５８  導体
【図１】
0004262968.tif 000005