(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化可能充填物が存在する放電空間を囲むセラミック壁を持つ放電管が設けられ、相互距離ＥＡである先端部を有する二つの電極が、前記放電空間内に配置され、該放電空間は、少なくとも前述の距離ＥＡにわたって内径Ｄｉを持つメタルハライドランプにおいて、
前記イオン化可能充填物はヨウ化ナトリウム及びヨウ化セリウムを有し、水銀を有することなく、ＥＡ／Ｄｉ＞５の関係が満たされ、前記ヨウ化ナトリウム及び前記ヨウ化セリウムは、３〜２５の範囲内にあるヨウ化ナトリウム：ヨウ化セリウムのモル比で存在することを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のランプにおいて、
前記ランプの前記放電管は、３０Ｗ／ｃｍ２以下の壁負荷値を持つことを特徴とするランプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のランプにおいて、
前記セラミック放電管の前記壁は、少なくとも前述の距離ＥＡにわたって少なくとも１ｍｍの厚さを持つことを特徴とするランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、イオン化可能充填物が存在する放電空間を囲むセラミック壁を持つ放電管が設けられ、相互距離ＥＡである先端部を有する二つの電極が、前記放電空間内に配置され、該放電空間は、少なくとも前述の距離ＥＡにわたって内径Ｄｉを持つメタルハライドランプに関する。
【０００２】
【背景技術】
冒頭に述べた種のランプは、欧州特許出願公開第EP-A-0 215 524号(PHN 11.485)から既知である。高効率と優れた色質（とりわけ、平均演色評価数がＲａ≧８０で、色温度Ｔｃが２６００Ｋと４０００Ｋとの間である）とが協働する前記既知のランプは、とりわけ屋内照明用の光源として非常に適している。このランプの構造は、ハロゲン化ナトリウム(sodium halide)がランプの充填物の成分として用いられ、Ｎａ−Ｄ線におけるナトリウム発光の強い広がり(widening)及び反転(inversion)がランプの動作中に生じる場合に、良好な演色性が可能になるという認識に基づいている。これは、例えば、１１７０Ｋ（９００°Ｃ）という放電管内における高い最冷点部温度Ｔｋｐを要求する。Ｎａ−Ｄ線の反転及び広がりは、相互距離Δλの二つの最大値を持つスペクトルをなす発光帯域の形態をとることを必然的に含む。Ｔｋｐが高い値を持つべきであるという要求は、実用的な状況下において、放電管壁に対する石英または石英ガラスの使用を排除し、この放電管壁にセラミック材料の使用を必須にさせる。
【０００３】
本願の明細書及び特許請求の範囲内の“セラミック壁”なる語は、例えばサファイア即ち密に焼結した多結晶酸化アルミニウム(Al2O3)等の金属酸化物、及び例えば窒化アルミニウム(AlN)等の金属窒化物の壁を包含すると理解されたい。
【０００４】
前記既知のランプは、良好な演色性と、比較的広範囲の色温度とを合わせ持っている。放電管の充填物は、少なくともハロゲン化ナトリウム(Na halide)及びハロゲン化チタン(Ti halide)を有している。さらに、放電管は、好ましくは、スカンジウム(Sc)、ランタン(La)、並びにランタノイドのジスプロシウム(Dy)、ツリウム(Tm)、ホルミウム(Ho)及びエルビウム(Er)により形成されるグループから少なくとも一つの成分を含有している。前記既知のランプは、０．９≦ＥＡ／Ｄｉ≦２．２という事実があるように比較的短い放電管を持ち、実用的なランプに関して５０Ｗ／ｃｍ２以上という高い壁負荷を持つ。ここで、この壁負荷は、ランプ電力と電極先端部間に位置される放電管壁の部分の外側表面積との商として規定される。
【０００５】
前記既知のランプの不利な点は、全般照明目的に対して比較的限られた効率しか持たないということである。
【０００６】
米国特許第US-A-4,972,120号は、適度な色質（３０００Ｋ≦Ｔｃ≦４０００Ｋ；Ｒａは略々５０〜６０）を持つ白色光を放射し、比較的高い効率を持つランプを開示している。しかしながら、このランプは、放電を励起するためのソレノイド電界を要求し、この目的のために、該ランプには、放電管の周囲に多量に巻かれた外部コイルが設けられている。このコイルは、１ＭＨｚ以上の非常に高い周波数で動作されるべきである。このランプにより放射される光自体は全般照明目的に対して有用であるが、このランプの例外的な構造及びこれに必要とされる特別の給電装置が、全般照明目的に対する該ランプの使用をそれ程実用的ではないものにする。
【０００７】
米国特許第US-A-3,786,297号は、非常に高い効率を持ち且つ電極が設けられた放電ランプを記載している。この目的のための放電管の充填物は、少なくともハロゲン化セシウム(Cs halide)、及びランプ動作中において３気圧以上の圧力を持つ比較的多量の（略々３ｍｇ／ｃｍ３と２０ｍｇ／ｃｍ３との間の）水銀(Hg)を有している。セシウムは低いイオン化電圧を持つが、セシウムからの放射は、かなりの部分に関して、スペクトルの可視部分外にある。このランプにより放射される光は、全般照明に使用するにはそれ程適さない色質を持つことが分かった。多量に水銀を使用することは、環境上の理由のため望ましくない。
【０００８】
電極が嵌合され且つ高効率を持つメタルハライドランプの重大な不利な点は、放電で生じる螺旋不安定性、及び放電管の充填物における付加的な分離という重大な危険性である。
【０００９】
【発明の開示】
本発明は、全般照明目的に適した高効率を持つメタルハライドランプを得るための手段を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明によれば、冒頭で述べられた種のランプが、この目的のために、前記イオン化可能充填物がヨウ化ナトリウム(NaI)及びヨウ化セリウム(CeI3)を有し、ＥＡ／Ｄｉ＞５の関係が満たされることを特徴とする。
【００１１】
本発明によるランプは、高効率を良好な色質（Ｒａ≧４０、色温度Ｔｃが２８００≦Ｔｃ≦６０００Ｋ）と組合わせて実現できる利点を持ち、これは当該ランプを全般照明源として使用することに非常に適したものにしている。放電アークが、電極間隔即ち放電アーク長に対する比較的小さな径に起因する放電管の壁により包囲され、これにより直線的な放電アークが実現される。驚くべきことに、放電管の壁は熱を受けるが、これは、熱応力に起因する放電管壁の破壊の危険性が非常に小さいようなものであることが分かった。螺旋不安定性及び分離の発生も、これによりかなり防がれることが分かった。
【００１２】
放電アークが包囲される事実は、放電管壁のセラミック材料の良好な熱伝導性が該放電管壁内の熱応力を減少させるための手段として有利に用いられることを意味する。これは、壁負荷に対して好ましくは大きくて３０Ｗ／ｃｍ２を選択することによりさらに有利に作用する。
【００１３】
壁温度及び放電管壁内の熱応力の制御における更なる向上は、壁厚を適切に選択することにより実現することができる。セラミック壁の良好な熱伝導性は、このセラミック壁が少なくとも１ｍｍの厚さを持つ場合に、更に有利に利用される。壁厚の増加は、ここでは、放電管壁による熱放射の増加だけでなく、電極間に位置する壁の部分から放電管の比較的冷たい端部へのとりわけ良好な熱伝達を促進する結果になる。これにより、放電管の壁にわたって発生する温度差は依然として２００Ｋ〜２５０Ｋに限られたままであることが実現される。壁厚の増加はまた、壁負荷の減少に至る。
【００１４】
ＥＡの増加を通じたＥＡ／Ｄｉの比の増加も、壁負荷の減少をもたらす。しかしながらこの場合、放電管壁における放射損失の増加が起こり、従ってランプ動作中放電管の熱損失が増加する。これは、全ての他の環境が同じままで、Ｔｋｐの降下に至るであろう。
【００１５】
高効率及び良好な色質を得るために、十分に高い濃度のナトリウム(Na)及びセリウム(Ce)が存在すべき必要性があり、これはとりわけΔλの値に現れる。Δλの値は、とりわけ、ヨウ化ナトリウム：ヨウ化セリウムのモル比及びＴｋｐのレベルに関連付けられる。本発明によるランプに関しては、Δλが比較的低い値、好ましくは２ｎｍ〜６ｎｍの範囲内にある値を持つ場合に満足することが分かった。実験で、Δλの所望の値は、早くも１１００ＫのＴｋｐのレベルが与えられて実現できることが分かった。従って、１１００Ｋの値は、ランプ動作中Ｔｋｐに要求される最小値である。好ましくは、１２００Ｋ以上をＴｋｐに関して実現する。
【００１６】
Δλの上述の範囲の利点は、Ｔｋｐに関し限られた範囲で十分であることである。
従って、非常に高いＴｋｐの値を用いる必要がなく、これは長いランプ寿命を達成するために有利である。明らかに、セラミック壁材料がより長期間持ちこたえることができる最大温度よりもＴｋｐが低いことが、いかなる場合において確実になされるべきである。
【００１７】
更なる実験が、Ｔｋｐに関する最大値として１５００Ｋを選択することが望ましいことを示した。Ｔｋｐ＞１５００Ｋで放電管内で優勢になる温度及び圧力においては、放電管壁の化学的腐食作用がランプ寿命を許容できない程短くするようになる。好ましくは、密に焼結したＡｌ２Ｏ３が放電管壁に使用される場合Ｔｋｐは大きくて１４００Ｋである。
【００１８】
本発明によれば、ヨウ化ナトリウム：ヨウ化セリウムのモル比は、好ましくは、３と２５との間である。３よりも低い比に関しては、一方において、効率が許容できないほど低くなり、他方において、ランプにより放射される光が過度の量の緑色を含有することが分かった。光の色補正は、例えば放電管のイオン化可能充填物へ塩を添加することにより可能だが、この場合効率が損なわれる。２５よりも高い比の場合、セリウムのランプの色質への影響が、これらの色質が既知の高圧ナトリウムランプの色質に非常に類似するように小さくなる。
【００１９】
ランプが全般照明目的に適するべきである場合、広く用いられている高圧ナトリウムランプにおける当該用途に通例のものに匹敵する効率が実のところ要求される。これら高圧ナトリウムランプの効率は、一般的に、１００ｌｍ／Ｗ〜１３０ｌｍ／Ｗの範囲内にある。これら実在している高圧ナトリウムランプの不利な点は、放射される光が白色の代わりに黄色であり、平均演色評価数Ｒａの値が略々２０ということである。許容できるＲａ値は、しかしながら、全般照明用には少なくとも４０である。好ましくは、Ｒａ値は少なくとも４５であり、とりわけ、５０〜７０の範囲に値がある場合に有利である。比較のために、全般照明用に実用されている高圧水銀ランプ及びメタルハライドランプは、各々、略々５０ｌｍ／Ｗで９０ｌｍ／Ｗの最大値に及ぶ効率を持ち、５０と９０との間にあるＲａ値を持つ。
【００２０】
希ガスが、大抵、ランプ始動用に放電管のイオン化可能充填物に添加される。希ガスの充填圧の選択を通じてランプの測光特性に影響を与えることができる。さらに、金属、例えば水銀が、所望のランプ電圧を実現するために添加されても良い。亜鉛(Zn)もこのために適している。亜鉛はまた、比較的高いＴｃ値を実現するためにも適している。亜鉛は、金属の形態で添加されても良い。他の例においては、亜鉛を塩の形態、例えばヨウ化亜鉛(ZnI2)の形態で充填物に添加することができる。
【００２１】
本発明による上述の及び他の特徴は、図面（縮尺通りではない）を参照してより詳細に説明されるであろう。
【００２２】
【発明を実施するための最良の形態】
図１は、イオン化可能充填物を含有する放電空間１１を囲むセラミック壁を持つ放電管３が設けられたメタルハライドランプを示している。各先端部の相互距離がＥＡである二つの電極が、前記放電空間内に配置され、前記放電管は、少なくともこの距離ＥＡにわたって内径Ｄｉを持つ。前記放電管は、狭い介在空間を持って該放電管内に位置される電極４、５に対する電流貫通導体（図２：４０、４１、５０、５１）を囲み、前記放電空間から遠い端部において融解セラミック接合（図２：１０）により気密的にこの導体に結合されているセラミック突出プラグ３４、３５により一の側で閉じられている。前記放電管は、一方の端部に口金２が設けられた外側バルブ１により包囲されている。放電は、当該ランプが動作している際に、電極４、５の間に延びるであろう。電極４は、電流導体８を介して口金２の第１の電気接点を形成する部分に接続される。電極５は、電流導体９を介して口金２の第２の電気接点を形成する部分に接続される。（縮尺通りではない）図２により詳細に示される前記放電管は、セラミック壁を持ち、内径Ｄｉを持つ円柱状部分から形成される。この円柱状部分は、関連する端壁部３２ａ、３２ｂにより各端部で境界付けられ、これら端壁部３２ａ、３２ｂは各々、前記放電空間の端面３３ａ、３３ｂを形成する。これら端壁部各々は開口を持ち、この開口内で、セラミック突出部３４、３５が、焼結接合Ｓによりこれら端壁部３２ａ、３２ｂ内に気密的に固着される。セラミック突出プラグ３４、３５は各々、先端部４ｂ、５ｂを持つ関連する電極４、５の電流貫通導体４０、４１、５０、５１を狭く囲む。前記電流貫通導体は、前記放電空間から遠い側において融解セラミック接合１０により気密的にセラミック突出プラグ３４、３５に結合される。
【００２３】
前記電極の先端部４ｂ、５ｂは、相互距離ＥＡで配置される。前記電流貫通導体は各々、例えばＭｏ−Ａｌ２Ｏ３サーメットの形態のハロゲン化物抵抗性部分４１、５１と、融解セラミック接合１０により気密的に関連する端部のプラグ３４、３５に固着される部分４０、５０とを有している。前記融解セラミック接合は、Ｍｏサーメット４０、４１上をある程度の距離、例えば略々１ｍｍにわたって延びる。前記部分４１、５１は、Ｍｏ−Ａｌ２Ｏ３サーメットからではなく他の方法で形成することが可能である。他の可能な構造は、例えば、欧州特許出願公開第EP-0 587 238号（米国特許第US-A-5,424,609号）から知られている。とりわけ適した構造は、前記と同一材料のピンの周りに施されたハロゲン化物抵抗性コイルであることが分かった。モリブデン(Mo)は、強ハロゲン化物抵抗性材料としての使用に非常に適している。前記部分４０、５０は、膨張係数が前記端部のプラグの膨張係数に適切に対応するような金属から作られる。例えば、ニオブ(Nb)が、この目的のために非常に適した材料である。前記部分４０、５０は、簡略化されて示されるように電流導体８、９に結合される。上述の貫通構造は、所望に応じたいかなる点灯位置でランプを動作させることを可能にする。
【００２４】
各電極４、５は、各々、先端部４ｂ、５ｂ近傍にコイル４ｃ、５ｃが設けられた電極ロッド４ａ、５ａを有している。前記突出セラミックプラグは、焼結接合Ｓにより気密的に端壁部３２ａ、３２ｂ内に固着される。この場合、前記電極の先端部は、前記端壁部により形成される端面３３ａと３３ｂとの間に位置する。本発明によるランプの他の実施例においては、突出セラミックプラグ３４、３５に、端壁部３２ａ、３２ｂの背後側で窪みが設けられる。この場合、前記電極の先端部は、前記端壁部により規定される端面３３ａ、３３ｂ内にかなり位置する。
【００２５】
図に示される本発明によるランプを実用的に実現する場合、定格ランプ電力は、１５０Ｗである。高圧ナトリウムランプを動作させるために実在している装置で動作させるのに適したランプ（改装ランプ）は、９１Ｖのランプ電圧を持つ。放電管のイオン化可能充填物は、０．７ｍｇの水銀（＜１．６ｍｇ／ｃｍ３）及び８ｍｇのモル比７：１のナトリウムとセリウムとのヨウ化物塩を有している。水銀は、ランプ電圧が８０Ｖと１００Ｖとの間になることを確実にするように働き、これは改装要求のために必要とされる。さらに、前記充填物は、始動ガスとして２５０ｍｂａｒの充填圧を持つキセノン(Xe)を有している。
【００２６】
前記電極の先端部間の間隔ＥＡは３２ｍｍであり、内径Ｄｉは４ｍｍであり、故に、ＥＡ／Ｄｉの比は８である。放電管の壁厚は１．４ｍｍである。従って、このランプは、２１．９Ｗ／ｃｍ２の壁負荷を持つ。
【００２７】
前記ランプは、動作状態で１３０ｌｍ／Ｗの効率を持ち、これは、２０００時間の動作寿命後１２６ｌｍ／Ｗに降下した。ランプにより放射された光は、各々５８及び３９００ＫのＲａ及びＴｃに関する値を持つ。ランプにより放射された光は、(.395,.416)の値を持つ色度(color point)(x,y)を持ち、これは、(.05,.05)未満だけ黒体軌跡(blackbody line)外に位置している。黒体軌跡は、黒体即ち完全放射体の色度の組により形成される。黒体軌跡から上方にわずかだけずれた色度を持つ光は、全般照明目的用の白色光として関連付けられる。最冷点部温度Ｔｋｐはここでは１２００Ｋであり、Δλの値は３．３ｎｍである。２５０ｍｂａｒのアルゴン(Ar)を、匹敵するランプの希ガスとして用いた。これは、匹敵する測光特性を持つランプに結果としてなった。比較のため、前記と同一の出力定格の高圧ナトリウムランプ（Philips製、SON PLUS型）は、１１０ｌｍ／Ｗを持ち、Ｔｃ＝２０００Ｋ及びＲａ＝２１で黄色光を放射することに注意されたい。高圧水銀放電ランプ（Philips製、HPL Comfort型）は、本発明によるランプの色質と匹敵する色質を持つ光を放射するが、効率が、５０〜６０ｌｍ／Ｗに過ぎない。変形例として、唯一の変更点で、ヨウ化ナトリウムとヨウ化セリウムとのモル比が２５：１に変えられ、これは８０Ｖのランプ電圧で１２４ｌｍ／Ｗの効率、２８２０Ｋの色温度及び４１の演色評価数に結果としてなった。Ｔｋｐはこれらの状況下で１２００Ｋであり、Δλの値は４ｎｍである。色度の座標は、(0.459;0.423)であり、このランプにより放射される光の測光特性は、全般照明目的にすれすれで許容可能である。
【００２８】
他の実現例においては、ランプに水銀がない。このランプは、３２ｍｍの電極間隔ＥＡ及び４ｍｍの内径Ｄｉを持つ。放電管の充填物は、８ｍｇのモル比７：１のヨウ化ナトリウム／ヨウ化セリウム及びキセノンを有している。壁負荷は、２１．９Ｗ／ｃｍ２である。１２５０ｍｂａｒのキセノン充填圧を持つ第１の実施例においては、ランプにより消費される電力が１５０Ｗであり、ランプ電圧は１２２０ＫのＴｋｐに関し４７Ｖである。このランプの実施例においてΔλは４．１ｎｍであり、効率は１５０ｌｍ／Ｗであり、色温度Ｔｃは３３００Ｋであり、平均演色評価数Ｒａは４９である。色度の座標(x;y)は(0.436;0.446)である。このランプの第２の実施例においては、キセノン充填圧が５００ｍｂａｒである。この第２の実施例のランプ電圧は４５Ｖであり、Δλは３．８ｎｍであり、効率は１４５ｌｍ／Ｗであり、Ｔｃは３６００Ｋであり、Ｒａは５３であり、(x;y)は(0.421;0.447)である。
【００２９】
これと同一の幾何学的形状及び１２５０ｍｂａｒのキセノンを持つさらなる変形例においては、ヨウ化ナトリウム：ヨウ化セリウムのモル比が５：１に変えられた。このランプは、１８５Ｗの電力で動作される。これらの状況下で、Ｔｋｐの値は４．５ｎｍのΔλに関し１２４０Ｋであり、ランプ電圧は５３Ｖであり、効率は１７７ｌｍ／Ｗであり、Ｔｃは４２３２Ｋであり、Ｒａは６１であり、(x;y)は(0.394;0.457)である。この場合の壁負荷は２７．１Ｗ／ｃｍ２である。ここで述べられた水銀を持たないランプは、電子安定器回路により生成される方形波電圧により動作される。
【００３０】
変形された幾何学的形状を持つ本発明によるランプが、１５０Ｗの出力定格、６６ｍｍの電極間隔、２．６ｍｍの内径及び１２５０ｍｂａｒのキセノン充填圧で製造された。このランプの第１の実施例においては、充填物が８ｍｇのモル比７：１のヨウ化ナトリウム及びヨウ化セリウムを持つ。このランプは、１１９Ｖのランプ電圧及び１２５ｌｍ／Ｗの効率を持つ。Ｔｋｐは１２５０Ｋであり、Δλは３．１ｎｍである。Ｔｃ、Ｒａ及び(x;y)の値は各々、３４８０Ｋ、４５及び(0.426;0.445)である。
【００３１】
第２の実施例においては、ナトリウム塩とセリウム塩とのモル比が３：１である。第２の実施例のランプ電圧はこれらの状況下で１３０Ｖであり、効率は１３０ｌｍ／Ｗであり、Ｔｃは４３１２Ｋであり、Ｒａは６１であり、(x;y)は１４６０ＫのＴｋｐに関し(0.383;0.441)である。Δλの値は２．４ｎｍである。これら二つの実施例も方形波電圧で動作された。
【００３２】
他の実験で、１５０Ｗの出力定格及び添加物として亜鉛を持つ４個のランプが製造された。全てのランプは、７：１のモル比のヨウ化ナトリウム及びヨウ化セリウムを含有している。放電管の壁厚は、全ての場合において１．４ｍｍである。第１のランプにおいては、内径が２．６ｍｍであり、電極間隔が３２ｍｍである。亜鉛は、０．４ｍｇのヨウ化亜鉛の形態で添加される。このランプのランプ電圧は９５Ｖであり、効率は１３４ｌｍ／Ｗであり、Ｔｃは４４００Ｋであり、Ｒａは６３であり、色度の座標(x;y)は(0.378;0.429)である。Ｔｋｐは１３７０Ｋになり、Δλは３．９ｎｍになることが分かった。
【００３３】
第２のランプにおいては、電極間隔が４２ｍｍに増加され、亜鉛塩の量が０．２ｍｇに減少された。１１０Ｖのアーク電圧において、Ｔｋｐは１３５０Ｋであり、Δλは３．７ｎｍであり、効率は１３８ｌｍ／Ｗであり、Ｔｃは４６００Ｋであり、Ｒａは６４であり、色度の座標(x;y)は(0.368;0.436)である。
【００３４】
第１のランプに匹敵するが、第３のランプの放電管の内径は４０ｍｍに増加された。亜鉛は、この場合金属の形態で４ｍｇの量添加された。これは、３．３ｎｍのΔλに関しＴｋｐが１２５０Ｋに減少した。このランプは８５Ｖのランプ電圧を持つ。効率は、４０００ＫのＴｃ値、６２のＲａ値及び(0.395;0.427)の色度の座標に関し１１５ｌｍ／Ｗである。
【００３５】
第４のランプにおいては、２ｍｇの金属亜鉛が、第２のランプと匹敵するが４０ｍｍに増加された内径を持つ放電管内に添加される。これは、１２３０ＫへのＴｋｐのさらなる降下及び３．２ｎｍのΔλに結果としてなる。ここで、ランプ電圧は８９Ｖであり、効率は１１１ｌｍ／Ｗであり、色温度は３９００Ｋである。Ｒａ値は５９になることが分かり、色度の座標(x;y)は(0.402;0.432)である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるランプを図的に示す。
【図２】  図１のランプの放電管を詳細に示す。
【符号の説明】
１  外側バルブ
２  口金
３  放電管
４  電極
４ｂ  電極の先端部
５  電極
５ｂ  電極の先端部
１１  放電空間
【図１】
0003825009.tif 000002
【図２】
0003825009.tif 000003