(57)【要約】発光管（３）は、内径が５．５ｍｍ以上の筒部（１６）とこの筒部（１６）の両端部に連接部（１７）を介して形成された細管部（１８）とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器（１９）と、細管部（１８）内に挿入され封着された電極導入体（２４），（２５）とを備えている。発光管（３）は、発光管（３）の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切った断面において、筒部（１６）の内面の直線部分と連接部（１７）の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°である。細管部（１８）と電極導入体（２４），（２５）との間には隙間（２６）が形成されている。筒部（１６）と連接部（１７）との境界部（２０）の内面の曲率半径は０．５ｍｍ〜２．５ｍｍである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径が５．５ｍｍ以上の筒部とこの筒部の両端部に連接部を介して形成された細管部とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器と、
先端部に電極部が形成され、かつこの電極部が前記筒部と前記連接部とで囲まれた領域内に位置するように前記細管部内に隙間を有して挿入され、細管部の前記筒部と反対側の端部において封着される電極導入体と
を有する発光管を備え、
前記発光管の外囲器は、発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°であり、
前記筒部と前記連接部との境界部の内面の曲率半径は０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ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】
内径が５．５ｍｍ以上の筒部とこの筒部の両端部に連接部を介して形成された細管部とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器と、
先端部に電極部が形成され、かつこの電極部が前記筒部と前記連接部とで囲まれた領域内に位置するように前記細管部内に隙間を有して挿入され、細管部の前記筒部と反対側の端部において封着される電極導入体と
を有する発光管を備え、
前記発光管の外囲器は、発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°であり、
前記筒部と前記連接部との境界部の内面にはテーパ面が形成されており、前記発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面と前記テーパ面との境界点を点Ａ、前記連接部の内面と前記テーパ面との境界点を点Ｂとし、前記筒部の内面を含む直線と、前記点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍであることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項３】
前記外囲器内にはアルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記電極部の突出長をＥ（ｍｍ）、前記連接部と前記細管部との境界部分の最小肉厚をｔｂ（ｍｍ）とした場合、前記突出長Ｅと前記最小肉厚ｔｂとがそれぞれ（Ｅ，ｔｂ）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記外囲器は、筒部と連接部と細管部が一体に成形されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
外囲器が、管中央の本管部と管両端の一対の細管部を有する透光性セラミック管からなると共に、当該外囲器内に発光物質が封入されてなる発光管を備えたメタルハライドランプであって、
前記発光物質として、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）のうち少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化カルシウムとが封入されると共に、前記ハロゲン化カルシウムの全ハロゲン化金属に対する組成比率が５〜６５モル％の範囲であり、
かつ、前記透光性セラミック管の細管部の肉厚をｔｎ（ｍｍ）とし、点灯時の管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔｎ＜１．５の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項７】
前記外囲器における本管部と細管部の境界の放電空間側のコーナ部にＲが形成されており、その曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項６記載のメタルハライドランプ。
【請求項８】
前記外囲器における本管部と細管部の境界の放電空間側のコーナ部が面取り加工されており、その外囲器の管軸に平行な方向および前記管軸に直交する方向における面取り寸法が、それぞれ０．５〜３．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項６に記載のメタルハライドランプ。
【請求項９】
前記発光物質として、さらにハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種類のハロゲン化金属が発光物資として添加されており、その組成比率が前記外囲器内に封入された全ハロゲン化金属のモル量に対して、０．５〜１０モル％の範囲内に規定されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１０】
前記外囲器は、本管部と細管部が一体に成形されてなることを特徴とする請求項６に記載のメタルハライドランプ。
【請求項１１】
請求項１、請求項２、請求項６のいずれかに記載されたメタルハライドランプと、このメタルハライドランプが収納された灯具と、前記メタルハライドランプを点灯させるための点灯回路とを備えていることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、メタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来のメタルハライドランプ、例えばセラミックメタルハライドランプは、図２６に示すように、筒部５３とこの筒部５３の両端部に連接部５４を介して形成された細管部５５とを有する透光性セラミック製の外囲器５６と、先端部に電極部５７が形成され、かつこの電極部５７が筒部５３と連接部５４とで囲まれた領域内に位置するように細管部５５内に挿入され封着された電極導入体５８とを有する発光管５９を備え、外囲器５６内に発光物質として例えばヨウ化スカンジウム、ヨウ化イットリウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム等の希土類のハロゲン化物が封入されている（例えば特許文献１参照）。【０００３】  発光物質としてこれら希土類のハロゲン化物を用いた場合、連続した分光スペクトルが得られるので、高い演色性を得ることができる。
【特許文献１】特開平６−１９６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  この種のセラミックメタルハライドランプは、一般的に、その定格寿命時間が９０００時間であるが、近時、照明装置のメンテナンスコストの低減や、省資源化の観点から一層の長寿命化が要請されている。
そこで、本発明者らは、上記した従来のセラミックメタルハライドランプにおいて長寿命化への取り組みを行った。【０００５】  ところが、上記した従来のセラミックメタルハライドランプでは、特に垂直点灯（ランプ長手方向の中心軸が鉛直方向になる状態での点灯）した場合であって、点灯経過時間が９０００時間を越える例えば１００００時間において、下側に位置する細管部５５のうちの連接部５４の近傍でクラック（図２６、ＣＲで示す部分）が発生し、リークするという問題が起こった。【０００６】  このクラックは、ランプを垂直点灯した場合において下側に位置する細管部５５に顕著に現れ、上側に位置する細管部５５には現れなかった。一方、ランプを水平点灯（ランプ長手方向の管軸が水平方向になる状態での点灯）した場合では、このクラックがいずれの細管部５５にも現れなかったときもあれば、両方の細管部５５に現れるときもあった。
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、長期の点灯時間に亘って、特に細管部のうちの連接部の近傍においてクラックが発生してリークするのを防止することができ、長寿命化を実現することができるメタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置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】
【０００７】  本発明者らは、クラックの発生原因について検討したところ、まず、第一に細管部５５のうち、クラックが発生していた部分の内面に外囲器５６の構成材料であるセラミックが堆積し、その堆積物６０と電極導入体５８とが接触していたこと、第二に細管部５５の内面のうち、セラミックが堆積していた部分よりも連接部５４とは反対側の近傍において、細管部５５の内面がえぐられるように削られていたことがそれぞれわかった。図２６中、６１は細管部５５の内面の削られた部分を示す。【０００８】  本発明者らはこれらの事実に基づき、その原因について次のように考えた。
つまり、封入された余剰の金属ハロゲン化物、特に希土類のハロゲン化物が、点灯中、細管部５５と電極導入体５８との間に形成されている隙間６２に入り込んで外囲器５６の構成材料であるセラミックと反応し、細管部５５の内面がその反応によってえぐられるように削られた。その後、点灯時間の経過とともに、削られたセラミックが細管部５５の内面のうちの同じ箇所（削られた箇所から連接部５４側の近傍）に徐々に堆積していき電極導入体５８と接触するまでに至った。そして、ランプの点灯、消灯が繰り返された結果、その堆積物６０と電極導入体５８との接触部分においてこれらの熱膨張係数の差に起因して細管部５５に大きな応力が発生し、その応力によって細管部５５にクラックが発生したと考えた。【０００９】  なお、上記説明は、垂直点灯させた場合において下側に位置する細管部５５で生じた現象、または水平点灯させた場合においてクラックが発生した両方の細管部５５で生じた現象について説明したが、垂直点灯させた場合において、サンプルの中には上側に位置する細管部５５においてもクラックには至らなかったものの、細管部５５の内面がわずかながらに削られているものもあった。【００１０】  本発明者らは、このような新たな知見に基づき種々検討した結果、次のような解決手段を見出した。
すなわち、本発明に係るメタルハライドランプは、内径が５．５ｍｍ以上の筒部とこの筒部の両端部に連接部を介して形成された細管部とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器と、先端部に電極部が形成され、かつこの電極部が前記筒部と前記連接部とで囲まれた領域内に位置するように前記細管部内に隙間を有して挿入され、細管部の前記筒部と反対側の端部において封着される電極導入体とを有する発光管を備え、前記発光管の外囲器は、発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°であり、前記筒部と前記連接部との境界部の内面の曲率半径は０．５ｍｍ〜２．５ｍｍであるという構成を有する。【００１１】  また、本発明に係るメタルハライドランプは、内径が５．５ｍｍ以上の筒部とこの筒部の両端部に連接部を介して形成された細管部とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器と、先端部に電極部が形成され、かつこの電極部が前記筒部と前記連接部とで囲まれた領域内に位置するように前記細管部内に隙間を有して挿入され、細管部の前記筒部と反対側の端部において封着される電極導入体とを有する発光管を備え、前記発光管の外囲器は、発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°であり、前記筒部と前記連接部との境界部の内面にはテーパ面が形成されており、前記発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面と前記テーパ面との境界点を点Ａ、前記連接部の内面と前記テーパ面との境界点を点Ｂとし、前記筒部の内面を含む直線と、前記点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍであるという構成を有する。【００１２】  ここで、前記発光管の外囲器内にはアルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることが望ましい。
また、ここで、本発明に係るメタルハライドランプは、その発光管における電極部の突出長をＥ（ｍｍ）、前記連接部と前記細管部との境界部分の最小肉厚をｔｂ（ｍｍ）とした場合、前記突出長Ｅと前記最小肉厚ｔｂとがそれぞれ（Ｅ，ｔｂ）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内にあるという構成を有している。【００１３】  また、次のような解決手段によっても、メタルハライドランプの長寿命化が可能であることを本発明者らは見出した。
すなわち、本発明に係るメタルハライドランプは、外囲器が、管中央の本管部と管両端の一対の細管部を有する透光性セラミック管からなると共に、当該外囲器内に発光物質が封入されてなる発光管を備えたメタルハライドランプであって、前記発光物質として、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）のうち少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化カルシウムとが封入されると共に、前記ハロゲン化カルシウムの全ハロゲン化金属に対する組成比率が５〜６５モル％の範囲であり、かつ、前記透光性セラミック管の細管部の肉厚をｔｎ（ｍｍ）とし、点灯時の管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔｎ＜１．５の関係を満たす構成を有している。【００１４】  ここで、前記外囲器における本管部と細管部の境界の放電空間側のコーナ部にＲが形成されており、その曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることが望ましい。
また、前記外囲器における本管部と細管部の境界の放電空間側のコーナ部が面取り加工されており、その外囲器の管軸に平行な方向および前記管軸に直交する方向における面取り寸法が、それぞれ０．５〜３．０ｍｍの範囲内であるようにしてもよい。【００１５】  さらに、前記発光物質として、さらにハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種類のハロゲン化金属が発光物資として添加されており、その組成比率が前記外囲器内に封入された全ハロゲン化金属のモル量に対して、０．５〜１０モル％の範囲内に規定されていることが望ましい。
そして、本発明に係る証明装置は、上記各構成のメタルハライドランプと、このメタルハライドランプが収納された灯具と、前記メタルハライドランプを点灯させるための点灯回路とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】  発光管の外囲器が、筒部とこの筒部に連接部を介して形成された細管部からなり、外囲器をランプ長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°である場合において、前記筒部と前記連接部との境界部の内面の曲率半径を０．５ｍｍ〜２．５ｍｍとし、あるいは、前記筒部と前記連接部との境界部の内面に上記所定のテーパ面を形成した構成にすれば、外囲器内に希土類のハロゲン化物が封入されていたとしても、細管部の内面が削られることによって生成されるセラミックを筒部と連接部との境界部の内面に析出させ、堆積させることができるので、長期の点灯時間に亘って、その堆積物が電極導入体等の熱膨張係数を異にする部材と接触するのを阻止することができる。その結果、細管部、特に連接部の近傍にクラックが発生してリーク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。【００１７】  また、本発明に係るメタルハライドランプは、発光管内の発光物質として、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）のうち少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化カルシウムとが封入されると共に、前記ハロゲン化カルシウムの全ハロゲン化金属に対する組成比率が５〜６５モル％の範囲であり、かつ、前記透光性セラミック管の細管部の肉厚をｔｎ（ｍｍ）とし、点灯時の管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔｎ＜１．５の関係を満たすように構成しているので、これによっても長寿命化が図れる。すなわち、特に透光性セラミック管に対する侵蝕度合の大きい、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙの内少なくとも一種類の希土類金属のハロゲン化物が発光物質として封入された一体成形型の透光性セラミック管を有する発光管を備えたメタルハライドランプにおいて、ハロゲン化カルシウムを所定の組成比率で封入することにより、細管部破損の原因となっていた細管部内面の侵食を抑制でき、侵食が抑制された分だけ細管部内面に生成される堆積物の量も低下して侵食箇所への応力印加が抑制される。そして、細管部の肉厚を管壁負荷に応じた適正な範囲内で設定することにより、細管部破損が確実に防止され、長寿命のセラミックメタルハライドランプが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプの一部切欠正面図である。
【図２】上記メタルハライド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】上記メタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図である。
【図４】上記メタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図である。
【図５】上記メタルハライドランプに用いられる別の発光管の要部拡大断面図である。
【図６】発光管の筒部と連接部の内面の境界部におけるＲの大きさとクラックが発生するまでの点灯時間との関係を示す表である。
【図７】発光管における電極突出長Ｅ１と最小肉厚ｔ１の関係とクラック発生を示す表である。
【図８】クラックが発生しないための電極突出長Ｅ１と最小肉厚ｔ１との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態であるメタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図である。
【図１０】図９の発光管の要部拡大断面図である。
【図１１】発光管の筒部と連接部の内面境界部に形成されたテーパー部の大きさとクラックが発生するまでの点灯時間との関係を示す表である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態である照明装置の構成を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るメタルハライドランプにおける発光管の構成を示す断面図である。
【図１４】従来の発光物質を封入した場合における発光管の細管部の侵食状態を示す要部拡大断面図である。
【図１５】第４の実施の形態に係る発光管における細管部の侵食状態を示す要部拡大断面図である。
【図１６】発光管内のＣａＩ２の封入量と管壁負荷、細管部の肉厚との関係を示す表である。
【図１７】ＣａＩ２の組成比率Ｍｃａ（モル％）、細管部肉厚ｔ１（ｍｍ）、管壁負荷との関係を示す表である。
【図１８】管壁負荷と細管部の肉厚の最大値・最小値との関係を示す表である。
【図１９】管壁負荷と細管部の肉厚の最大値・最小値との関係を示すグラフである。
【図２０】管壁負荷と本管部の肉厚の最大値・最小値との関係を示す表である。
【図２１】管壁負荷と本管部の肉厚の最大値・最小値との関係を示すグラフである。
【図２２】本管部と細管部の内側の境界部にＲ部を設ける構成を示す一体成形型セラミック管の断面図である。
【図２３】図２２の一体成形型セラミック管を使用した場合における堆積物の状態を示す拡大断面図である。
【図２４】図２２で示したＲの代わりに本管部と細管部の内側の境界部を面取りした構成を示す図である。
【図２５】（ａ）（ｂ）は、組立型セラミック管を用いた発光管の構成を示す図である。
【図２６】従来のメタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００１９】  １  メタルハライドランプ
２  外管
３，３９，１００，３００，３１０  発光管
４  スリーブ
５  口金
６  フレア
７，８  ステム線
９  電力供給線
１０，１１，１１３，１１４  外部リード線
１２  アイレット部
１３  シェル部
１４，１５  金属プレート
１６，４０、１３１  筒部
１７，４１  連接部
１８，４５，１０４，１０５  細管部
１９，４４  外囲器
２０，４２  境界部
２１，２２，１７０，１８０  電極部
２３，１２０  放電空間
２４，２５  電極導入体
２６  隙間
２７，１１１，１１２  シール材
２８，２９，１７２，１８２  電極軸
３０，３１，１７１，１８１  電極コイル
３２，３３，１０９，１１０  内部リード線
３４，３５，１１７，１１８  コイル
３６  電極挿入孔
３７，１５３  堆積物
３８，１０５Ａ  削られた部分
４３，３３２  テーパ面
４６  天井
４７  灯具
４８  点灯回路
４９  ベース部
５０  反射面
５１  笠部
５２  ソケット部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  以下、本発明の最良な実施の形態を、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態である定格電力（入力電力）１５０Ｗのメタルハライドランプ（セラミックメタルハライドランプ）１は、全長が１００ｍｍ〜１８０ｍｍ、例えば１４０ｍｍである外管２と、この外管２内に配置された発光管３およびこの発光管３全体を囲み、万一発光管３が破損した際にその破片によって外管２が破損するのを防止するためのスリーブ４と、外管２の端部に固着されたねじ込み式（Ｅ形）の口金５とを備えている。【００２１】  なお、発光管３の長手方向の中心軸（図１中、Ｘで示す）は外管２の長手方向の中心軸（図１中、Ｙで示す）と略一致している。
外管２は、透明な円筒状の例えば硬質ガラス等からなり、一端部が半球状に閉塞され、かつ他端部に例えば鉛ガラスからなるフレア６が封着されている。外管２内は、真空状態であってもよく、必要に応じて窒素ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。【００２２】  フレア６には、例えばニッケルまたは軟鋼からなる二本のステム線７，８の一部がそれぞれ封止されている。二本のステム線７，８の一端部はそれぞれ外管２内に引き込まれており、そのうちの一方のステム線７は電力供給線９を介して発光管３から導出した後述の二本の外部リード線１０，１１のうちの一方に、他方のステム線８は直接、残る外部リード線１１にそれぞれ電気的に接続されている。発光管３は、これら二本のステム線７，８および電力供給線９によって外管２内で支持されている。また、一方のステム線７の他端部は口金５のアイレット部１２に、他方のステム線８の他端部は口金５のシェル部１３にそれぞれ電気的に接続されている。また、ステム線７，８は、複数の金属線をそれぞれ溶接して一体化された一本の金属線からなる。【００２３】  スリーブ４は、透明な円筒状の例えば石英ガラス等からなり、両端が開口している。また、このスリーブ４は、その両端部が公知の支持部材、例えば二つの金属プレート１４，１５によって挟持されることによって保持されている。金属プレート１４，１５そのものは外部リード線１０，１１に機械的に接続され、支持されている。
発光管３は、図２に示すように、内径ｒ１が少なくとも５．５ｍｍ以上の略円筒状の筒部１６と、この筒部１６の両端部に連接部１７を介して形成され、かつ筒部１６の外径（例えば外径Ｒ１が１３ｍｍ〜２５ｍｍ）よりも相対的に径小（例えば外径Ｒ２が３ｍｍ〜５ｍｍ）な略円筒状の細管部１８とからなる例えば多結晶アルミナ製の外囲器１９を有している。また、この発光管３は、発光管３の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切った断面において、筒部１６の内面の直線部分と連接部１７の内面の直線部分とのなす角α（図３等参照）は８５°〜１１５°、例えば９０°に設定されている。筒部１６の内部空間と細管部１８の内部空間とは互いに連通している。この外囲器１９を構成する材料としては、多結晶アルミナ以外にイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、または窒化アルミ等の透光性セラミックも用いることができる。【００２４】  発光管３内には、発光物質として少なくとも希土類のハロゲン化物、緩衝ガスとして水銀、および始動補助ガスとしてのアルゴンガスやキセノンガス等の希ガスがそれぞれ所定量封入されている。希土類のハロゲン化物としては例えばヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ３）やヨウ化イットリウム（ＹＩ３）の他、ヨウ化プラセオジウム（ＰｒＩ３）、ヨウ化セリウム（ＣｅＩ３）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ３）やヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ３）、ヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ３）等のランタノイド系のヨウ化物を用いることができる。また、発光物質として希土類のハロゲン化物に加えて、所望の色特性等を得るために必要に応じてヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）やヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）等の公知の種々の金属ハロゲン化物を適宜用いることができる。もちろん、ヨウ化物のみに限らず、一部または全部を臭化物に置き換えることもできる。特に、後述する理由により、アルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることが好ましい。【００２５】  なお、この発光管３の管壁負荷（発光管３（細管部１８を除く）の単位内面積あたりの入力電力）は１５Ｗ／ｍｍ２〜４５Ｗ／ｍｍ２である。
本実施の形態では、外囲器１９は、筒部１６、連接部１７および細管部１８がそれぞれ繋ぎ目の無い一体成形によって形成されているが、後述するように筒部１６と連接部１７とは一体成形によって形成されているが、これとは別個に細管部１８が形成された後、それぞれが組み立てられて焼きばめによって一体化されていてもよい。【００２６】  筒部１６の内径ｒ１は上記したとおり５．５ｍｍ以上に設定されているが、通常、コンパクト性等の観点から３０ｍｍを超えないほうがよい。また、筒部１６の最小肉厚ｔ２は機械的強度や点灯時の封入物の蒸気圧に対する耐圧性の観点から少なくとも０．４ｍｍ以上に設定されていることが好ましい。
図３に示すように、筒部１６の内面と連接部１７の内面とはＲを形成するよう、滑らかな凹曲面によって連なっており、これらの境界部２０の内面の曲率半径Ｒは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定されている。【００２７】  連接部１７の内面形状は、図３に示す例では筒部１６との境界部分および細管部１８との境界部分を除いて発光管３の長手方向の中心軸Ｘに対してほぼ垂直な略平面形状となっているが、細管部１８側が径小となるテーパ状の曲面形状であってもよい。つまり、連接部１７の内面形状は、外囲器１９を当該中心軸Ｘを含む面で切断した場合、その断面において細管部１８を除く外囲器１９の内面は四隅にＲが付いた略長方形または略正方形になっている。ただし、連接部１７の内面形状がテーパ状の曲面形状である場合、外囲器１９を当該中心軸Ｘを含む面で切断した場合、その断面において当該中心軸Ｘと連接部１７の直線部分とがなす角度θ（図３参照）は７５°以上９５°以下である。【００２８】  なお、連接部１７の外面形状は特に限定されるものではない。しかし、連接部１７の肉厚ｔ３が厚すぎると、点灯時、後述する放電空間２３から連接部１７へ伝わる熱量が増えて熱損失が増加し、発光金属の蒸気圧を十分に上げることができず、発光効率が低下するおそれがある。一方、その肉厚ｔ３が薄すぎると、機械的強度や点灯時の封入物の蒸気圧に対する耐圧性が不十分となるおそれがある。したがって、これらの点を考慮すると、外囲器１９を当該中心軸Ｘを含む面で切断した場合、その断面において連接部１７の内面の直線部分と外面の直線部分とがほぼ平行になっている領域での連接部１７の最小肉厚ｔ３は例えば１ｍｍ〜２．５ｍｍに設定されていることが好ましい。【００２９】  筒部１６と連接部１７とで囲まれた領域内には、図２に示すように、後述するように電極導入体２４，２５の先端部に形成された電極部２１，２２が略同一軸（中心軸Ｘ）上で略対向するように配置されており、放電空間２３が形成されている。
各細管部１８内には、電極導入体２４，２５が挿通され、かつ筒部１６とは反対側の端部のみにおいて細管部１８と電極導入体２４，２５との間の隙間２６に流し込まれたガラスフリットからなるシール材２７によって封着されている。細管部１８の連接部１７とは反対側の端からシール材２７が前記隙間２６に流し込まれた長さ、すなわちシール長は３ｍｍ〜６ｍｍである。【００３０】  細管部１８の内径ｒ２は、通常、発光管３の製造過程において、その細管部１８内に電極導入体２４，２５を裕度をもって挿入できる最小限の内径に設定されている。「最小限の内径」に設定されるのは、細管部１８内に電極導入体２４，２５を挿入した後、細管部１８と電極導入体２４，２５との間に大きな隙間２６が形成されると、その隙間２６に発光物質である金属ハロゲン化物が多量に入り込んで、点灯中、発光に寄与する金属の量が減少してしまうのを防止するためである。しかし、上記したように細管部１８内に電極導入体２４，２５を挿入するにあたり、裕度をもって挿入できるように細管部１８の内径ｒ２は電極導入体２４，２５の最大外径Ｒ３（図３参照）よりも大きくなるように設定せざるを得ず、細管部１８と電極導入体２４，２５との間には必ず隙間２６が形成されてしまう。通常、細管部１８と電極導入体２４，２５との間には０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間２６が形成される。もっとも、その製造工程において、電極導入体２４，２５の長手方向の中心軸が細管部１８の長手方向の中心軸（中心軸Ｘ）と完全に同一軸上になるように電極導入体２４，２５を細管部１８内に挿入し、封着することは難しく、実際の場合、電極導入体２４，２５は細管部１８内において偏心して配置されている場合が多い。【００３１】  細管部１８の肉厚ｔ４（図３参照）は、機械的強度の観点から例えば０．７ｍｍ以上に設定されている。一方、その肉厚ｔ４が厚すぎると、点灯時、放電空間２３から細管部１８へ伝わる熱量が増えて熱損失が増加し、発光効率が低下するおそれがある。そこで、細管部１８の肉厚ｔ４は例えば２．０ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。
電極導入体２４，２５は、図２に示すように、最大外径Ｒ３（図３参照）が例えば０．９ｍｍであり、直径０．５ｍｍのタングステン製の電極軸２８，２９とこの電極軸２８，２９の先端部に設けられたタングステン製の電極コイル３０，３１とからなる電極部２１，２２と、一端部に電極軸２８，２９が接続されている例えばモリブデンからなる内部リード線３２，３３と、細管部１８の外部に導出している内部リード線３２，３３の他端部に接続されている例えばニオビウムからなる外部リード線１０，１１と、電極軸２８，２９の一部に巻き付けられたモリブデン製のコイル３４，３５とを有している。このコイル３４，３５は、細管部１８と、電極軸２８，２９の一部との間に形成される隙間２６を可能な限り埋め、その隙間に金属ハロゲン化物が入り込む量を低減している。【００３２】  ここで、電極部２１，２２の突出長（以下、単に「電極突出長Ｅ１」という）をＥ１（ｍｍ）（図４および図５参照）、連接部１７と細管部１８との境界部分の最小肉厚（以下、単に「最小肉厚ｔ１」という）をｔ１（ｍｍ）（図４参照）とした場合、電極突出長Ｅ１と最小肉厚ｔ１とは、後述する理由により、（ｔ１，Ｅ１）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた領域にあることが好ましい。【００３３】  なお、「電極突出長Ｅ１」とは、図４に示すように、電極導入体２４，２５が挿入されている電極挿入孔３６から突出している長さ、言い換えれば電極挿入孔３６の放電空間２３側の開口端から、電極部２１，２２の先端を含み、かつ電極導入体２４，２５の長手方向の中心軸Ｚに対して垂直な平面までの最短距離を示す。ただし、「電極挿入孔３６の放電空間２３側の開口端」が図５に示すように所定の曲率半径Ｒ０を有している場合、その開口端はこの曲率半径Ｒ０を有する部分の連接部１７側の端（図５中の点Ｐ）になる。【００３４】  また、「最小肉厚ｔ１」は、電極挿入孔３６の開口端の任意の点を中心とする同心円を描き、外囲器１９の外面に接する同心円のうち、最も小さい半径を有する同心円の半径に相当する。もっとも、「電極突出長Ｅ１」および「最小肉厚ｔ１」の各値は点灯初期段階、つまり点灯による変形等の影響を受けていない状態での値である。
なお、電極導入体２４，２５として、電極部２１，２２、モリブデンからなる内部リード線３２，３３、ニオビウムからなる外部リード線１０，１１およびモリブデンからなるコイル３４，３５から構成されたもの以外に、その材質や構造において既知の電極導入体を用いることができる。【００３５】  次に、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の曲率半径Ｒ（以下、単に「曲率半径Ｒ」という）を０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定した理由について説明する。
まず、上記した本発明の第１の実施の形態である定格ランプ電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１において、曲率半径Ｒを０．３ｍｍ（以下、「比較例１」という）、０．５ｍｍ（以下、「実施例１」という）、１．０ｍｍ（以下、「実施例２」という）、１．８ｍｍ（以下、「実施例３」という）、２．０ｍｍ（以下、「実施例４」という）、２．５ｍｍ（以下、「実施例５」という）、２．７ｍｍ（以下、「比較例２」という）と種々変化させたランプを１０本ずつ作製した。【００３６】  そして、作製した各ランプに対して５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとして、これを繰り返す寿命試験を行い、９０００時間点灯経過時、１００００時間点灯経過時、１２０００時間点灯経過時および１３０００時間点灯経過時のそれぞれにおいて細管部１８のうちの連接部１７の近傍にクラックが発生しているか否かについて調べたところ、図６の表１に示すとおりの結果が得られた。【００３７】  なお、実施例１〜実施例５、比較例１および比較例２においては、曲率半径Ｒが異なる点を除いては全て同じ構成を有しており、主要な構成部分の値として筒部１６の外径Ｒ１が１２．３ｍｍ、筒部１６の内径ｒ１が１１．０ｍｍ、細管部１８の外径Ｒ２が３．０ｍｍ、細管部１８の内径ｒ２が１．０ｍｍ、電極導入体２４，２５の最大外径Ｒ３が０．９ｍｍ、電極突出長Ｅ１が０．５ｍｍ、最小肉厚ｔ１が１．０ｍｍであり、発光物質としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ３）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ３）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ３）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ３）およびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）がそれぞれ１２重量％、１２重量％、１２重量％、１６重量％、４８重量％、合計量で５．２ｍｇ封入され、また水銀が１０ｍｇ、アルゴンガスが３００Ｋで１３ｋＰａそれぞれ封入されている。【００３８】  また、表１の「クラックの発生有無」欄において、「−」と表記されている箇所はその点灯経過時間が経過するまでにクラックに起因して発光管３がリークし、不点灯になってしまったことを意味している。
さらに、各ランプは、口金５が上側になるように垂直点灯させたまた、後述するように連接部１７の近傍にクラックが発生した細管部１８は、いずれもこの垂直点灯させた状態で下側に位置する細管部１８を示す。【００３９】  表１から明らかなように実施例１〜実施例５のいずれについても１００００時間点灯経過時点で細管部１８のうちの連接部１７の近傍にクラックが発生したものはなかった。特に、実施例１〜実施例４については１２０００時間点灯経過時点でもそのようなクラックが発生したものはなく、実施例２および実施例３については１３０００時間点灯経過時点でもそのようなクラックが発生したものはなかった。実施例１および実施例４については１３０００時間点灯経過時点までに、実施例５については１２０００時間点灯経過時点までにそれぞれリークして不点灯になった。【００４０】  一方、比較例１および比較例２については９０００時間点灯経過時点で細管部１８のうちの連接部１７の近傍にクラックが発生したものはなかったが、１００００時間点灯経過時点までに細管部１８のうちの連接部１７の近傍にクラックが発生し、リークして不点灯になった。
そして、実施例３および実施例４については１３０００時間点灯経過後の発光管３を、実施例１、実施例２、実施例５、比較例１および比較例２については不点灯になった発光管３をそれぞれその発光管３の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切断し、その内面を電子走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、次のことがわかった。【００４１】  実施例１〜実施例５、比較例１および比較例２のいずれも、図４に示すように、細管部１８の放電空間２３側近傍の内面のうち、電極挿入孔３６の放電空間２３側の開口端から３ｍｍ〜１０ｍｍの領域においてそれぞれ同程度にえぐられるように削られていた。
なかでも、比較例１および比較例２では、削られたアルミナがその細管部１８の内面のうち、削られた部分よりも連接部１８側の近傍に集中して堆積し、その堆積物３７が電極導入体２４、特にコイル３４に接触していた。そして、堆積物３７と電極導入体２４との接触部分が基点となってクラックが発生していた。【００４２】  なお、図４中、３８は削られた部分を示す。また、この現象は封入されている希土類のハロゲン化物との反応によるものであると考えられる。
しかし、実施例１では、削られたアルミナの一部がその細管部１８の内面のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍にわずかに堆積していたものの、削られたアルミナの大部分が筒部１６と連接部１７との境界部２０の近傍の内面に堆積していた。もちろん、結果的に細管部１８内に堆積したアルミナと電極導入体２４とが接触し、そこが基点となってクラックが発生していた。【００４３】  実施例２および実施例３では、削られたアルミナが細管部１８の内面に堆積することなく、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面（曲率半径Ｒを有する凹曲面）に堆積していた。
実施例４および実施例５では、削られたアルミナの一部がその細管部１８の内面のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍にわずかに堆積していたものの、削られたアルミナの大部分が筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に堆積していた。もちろん、結果的に細管部１８内に堆積したアルミナと電極導入体２４とが接触し、そこが基点となってクラックが発生していた。【００４４】  以上の結果から、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に適当な曲率半径を有するＲを設けることにより、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の温度Ｔ１が細管部１８のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍の内面の温度Ｔ２に比して低くすることができ、その結果、削られたアルミナが細管部１８の内面における温度Ｔ２の箇所ではなく、筒部１６と連接部１７との境界部１８の内面における温度Ｔ１の箇所に析出させることができると考えられる。【００４５】  一方、そう考えた場合、本来、比較例１では、削られたアルミナが細管部１８の内面のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍ではなく、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に析出し堆積するはずである。しかし、比較例１の場合、点灯経過時間が９０００時間〜１００００時間の間にクラックが発生してリークしてしまったのは、その境界部２０の曲率半径Ｒが小さ過ぎ、その結果、当該境界部２０で一種の毛細管現象が起きて、液体状の余剰の金属ハロゲン化物がその境界部２０に多量に溜まり、削られたアルミナが液体状で溜まっている金属ハロゲン化物に阻害されてその部分に析出することができず、次に温度が低い箇所である細管部１８の内面のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍に析出し堆積してしまったためであると考えられる。このことは、実施例１の場合においても、実施例２〜実施例５の場合とは異なり、削られたアルミナが筒部１６と連接部１７との境界部２０自体に析出せず、連接部１７の、境界部２０から少し離れた部分に若干析出し堆積していたことからも推測することができる。【００４６】  しかし、筒部１６の内径ｒ１が５．５ｍｍ未満の場合、細管部１８の内面が削られることによって生成されるアルミナを筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に析出させ、堆積させることができないことがわかった。これは、筒部１６の内径ｒ１が５．５ｍｍ未満であると、境界部２０が電極部２１，２２に近づきすぎてその内面の温度Ｔ１が上昇したためであると考えられる。したがって、上記のように生成されたアルミナを筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に析出させ、堆積させるためには筒部１６の内径ｒ１を５．５ｍｍ以上に設定する必要がある。【００４７】  よって、希土類のハロゲン化物が封入されていても、筒部１６の内径ｒ１を５．５ｍｍ以上に設定し、かつ筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の曲率半径Ｒを０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定することにより、細管部１８の内面が削られることによって生成されるアルミナを筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に析出させ、堆積させることができるので、長期の点灯時間に亘って、その堆積物３７が電極導入体２４，２５等の熱膨張係数を異にする部材と���触するのを阻止することができる。その結果、特に連接部１７の近傍にクラックが発生してリーク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。【００４８】  特に、表１から明らかなように、一層の長寿命化を図るため、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の曲率半径Ｒを０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。また、より一層の長寿命化を図るため、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の曲率半径Ｒを１．０ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
次に、外囲器１９内にアルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることが好ましい理由について説明する。【００４９】  まず、発光物質としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ３）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ３）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ３）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ３）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）およびヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）がそれぞれ７．７重量％、７．６重量％、７．６重量％、１１．３重量％、４０．２重量％、２５．６重量％、合計量で７．２ｍｇ封入されている点を除いて実施例１と同じ構成を有している定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ（実施例６）を１０本作製した。【００５０】  そして、作製した各ランプに対して５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとして、これを繰り返す寿命試験を行い、１２０００時間点灯経過後の発光管３を、その長手方向の中心軸Ｘを含む面で切断し、その内面を電子走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、次のことがわかった。
つまり、実施例６では、希土類金属のハロゲン化物との反応による細管部１８の内面のえぐられ方が実施例１の場合での希土類金属のハロゲン化物との反応による細管部１８の内面のえぐられ方に比してかなり小さいことがわかった。この結果から、外囲器１９内に封入する金属ハロゲン化物にヨウ化カルシウムを含めることにより、上記した外囲器１９の材料であるアルミナと希土類のハロゲン化物との反応を抑制することができると考えられる。その結果、上記した希土類金属のハロゲン化物との反応によって生成されるアルミナ量自体を低減することができ、一層の長寿命化を図ることができるとともに、希土類金属のハロゲン化物との反応によって外囲器１９が薄肉化し、その部分の機械的強度が低下して破損しやすくなるのを防止することができる。この作用効果は、ヨウ化カルシウム以外に、例えば臭化カルシウムはもちろんのこと、ハロゲン化カルシウム以外のハロゲン化マグネシウム、ハロゲン化ストロンチウム等のアルカリ土類金属のハロゲン化物を用いた場合でも同様に得られることが確認された。特に、アルカリ土類金属のハロゲン化物としてハロゲン化カルシウムを用いた場合では、上記した作用効果に加えて赤味成分が増加し、演色性を高めることができることがわかった。【００５１】  よって、外囲器１９の材料であるアルミナと希土類のハロゲン化物との反応を抑制し、希土類金属のハロゲン化物との反応によって生成されるアルミナ量自体を低減して一層の長寿命化を図るとともに、希土類金属のハロゲン化物との反応によって外囲器１９が薄肉化し、その部分の機械的強度が低下して破損しやすくなるのを防止するため、外囲器１９内にアルカリ土類金属のハロゲン化物を封入することが好ましい。【００５２】  次に、電極突出長Ｅ１（ｍｍ）と最小肉厚ｔ１（ｍｍ）とがそれぞれ（Ｅ１，ｔ１）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内に設定されていることが好ましい理由について説明する。
まず、図７の表２および図８に示すとおり電極突出長Ｅ１（ｍｍ）と最小肉厚ｔ１（ｍｍ）とを種々変化させた点を除いて上記表１の実施例２の定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプと同じ構成を有している定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプを１０本ずつ作製した。【００５３】  そして、作製した各ランプに対して５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとして、これを繰り返す寿命試験を行い、１３０００時間点灯経過後において連接部１７と細管部１８との境界部分にクラックが発生するか否か、および初期の発光効率（ｌｍ／Ｗ）についてそれぞれ調べたところ、表２に示すとおりの結果が得られた。
なお、「初期の発光効率」とは、１００時間点灯経過時の発光効率であって、表２に示す数値は各サンプル（１０本）の平均値を示す。また、発光効率は、従来のセラミックメタルハライドランプと同等以上、つまり９０ｌｍ／Ｗ以上得られることを評価の基準とした。【００５４】  また、後述する「光束維持率（％）」とは、１００時間点灯経過時の光束（ｌｍ）を１００とした場合のある点灯経過時間の光束（ｌｍ）の割合を示す。
さらに、各ランプは、口金５が上側になるように垂直点灯させた。また、後述するように連接部１７と細管部１８との境界部分に発生したクラックは、上側および下側のいずれにも発生した。【００５５】  表２から明らかなように、実施例６、実施例７、実施例８、実施例１２および実施例１３では、いずれも１３０００時間点灯経過後において連接部１７と細管部１８との境界部分にクラックが発生してリークした。一方、実施例９、実施例１０、実施例１１、実施例１４、実施例１５、実施例１６、実施例１７および実施例１８では、いずれも１３０００時間点灯経過時後においても連接部１７と細管部１８との境界部分にクラックが発生したものはなかった。【００５６】  リークした各実施例についてその発光管３を、その長手方向の中心軸Ｘを含む面で切断し、その内面をＳＥＭによって観察したところ、希土類金属のハロゲン化物との反応によって削られたアルミナが連接部１７と細管部１８との境界部分に堆積して電極導入体２４，２５と接触しているような様子はなかった。そこで、実施例６、実施例７、実施例８、実施例１２および実施例１３の場合でのクラックの要因について検討した結果、次のように考えた。まず、実施例６、実施例７および実施例８の場合では、点灯中、高温となる電極部２１，２２が連接部１７と細管部１８との境界部分に近すぎるためにその境界部分における点灯時の温度と消灯時の温度との温度差が大きくなり、これに起因してその境界部分に大きな応力が発生してクラックが発生したものと考えられる。一方、実施例１２および実施例１３の場合、電極部２１，２２と、連接部１７と細管部１８との境界部分との間の距離は実施例６、実施例７および実施例８に比べると長く、その境界部分にさほど大きな応力が発生していないとしても、最小肉厚ｔ１が小さいためにさほど大きくない応力であってもクラックが発生したものと考えられる。これらに対して実施例９、実施例１０、実施例１１、実施例１４、実施例１５、実施例１６、実施例１７および実施例１８の場合では、最小肉厚ｔ１が小さかったとしてもそれに応じてその温度差も小さく、その境界部分に大きな応力が発生することはなく、一方でその温度差が大きく、その境界部分にある程度の大きな応力が発生したとしてもそれに耐え得るだけ最小肉厚ｔ１があったためであると考えられる。【００５７】  また、表２から明らかなように、実施例６、実施例７、実施例８、実施例９、実施例１０、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例１５、実施例１６および実施例１８の場合、初期の発光効率はいずれも９０ｌｍ／Ｗ以上となり上記した評価基準を満足した。一方、実施例１１および実施例１７では、初期の発光効率はいずれも９０ｌｍ／Ｗ未満となり上記した評価基準を満足しなかった。【００５８】  しかしながら、実施例１および実施例７〜実施例１７の場合では６０００時間点灯経過時の光束維持率が８０％以上あり、従来のセラミックメタルハライドランプの６０００時間点灯経過時の光束維持率と同程度であったものの、実施例１８については６０００時間点灯経過時の光束維持率が７５％しかなく、従来のセラミックメタルハライドランプの６０００時間点灯経過時の光束維持率よりも下回���た。実施例１８では、特に連接部１７の内面が著しく黒化していた。【００５９】  このような結果が得られた原因については次のように考えた。
まず、実施例１１および実施例１７の場合、最小肉厚ｔ１が大きすぎ、点灯時、放電空間２３からその境界部分へ伝わる熱量が増えて熱損失が増大したために発光効率が低下したと考えられる。一方、実施例６、実施例７、実施例８、実施例９、実施例１０、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例１５、実施例１６および実施例１８の場合では、その最小肉厚ｔ１が適切な大きさを有し、点灯時、放電空間２３からその境界部分へ伝わる熱量が少なく、その結果、熱損失が増大するのを抑制することができたために所望の発光効率が得られたと考えられる。しかし、実施例１８が他の実施例とは異なり、光束維持率が低いのは次のような原因が考えられる。すなわち通常、点灯中、放電空間２３内の熱対流は主として電極部２１，２２間で発生している。そして、この熱対流によって放電空間２３内におけるハロゲンサイクルが促進され、点灯中、高温の電極部２１，２２からその構成材料であるタングステンが飛散しても、発光管３の内面に付着して黒化するのを抑制することができ、光束維持率が低下するのを防止することができる。ところが、実施例１８のように電極突出長Ｅ１が長くなりすぎると、点灯中、電極部２１，２２のうち、電極挿入孔３６の開口付近での熱対流が発生しにくくなり、その領域だけ上記したハロゲンサイクルの機能が低下し、黒化が発生したためである。これは、上記したように実施例１８における連接部１７の内面が著しく黒化していることからもわかる。【００６０】  したがって、電極突出長Ｅ１（ｍｍ）と最小肉厚ｔ１とをそれぞれ（Ｅ１，ｔ１）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内、つまり図８の斜線で示された領域に設定することにより、発光効率や光束維持率を低下させることなく、点灯、消灯の繰り返しによって連接部１７と細管部１８との境界部分に大きな応力が発生するのを防止することができるので、その応力によって境界部分にクラックが発生してリークするのを防止することができ、より一層の長寿命化を図ることができることがわかった。【００６１】  よって、発光効率や光束維持率を低下させることなく、連接部１７と細管部１８との境界部分にクラックが発生してリークするのを防止し、より一層の長寿命化を図るため、電極突出長Ｅ１（ｍｍ）と最小肉厚ｔ１（ｍｍ）とをそれぞれ（Ｅ１，ｔ１）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内に設定することが好ましい。【００６２】  （第２の実施の形態）
次に、図９に示すように、本発明の第２の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプは、用いられている発光管３９において、筒部４０と連接部４１との境界部４２の内面に、曲率半径０．５ｍｍ〜２．５ｍｍのＲが形成される代わりに、円錐の先端部を切り落としたようなテーパ面４３が形成されている点を除いて本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１と同じ構成を有している。【００６３】  なお、図９中、４４は外囲器を、４５は細管部をそれぞれ示す。
このテーパ面４３は、図１０に示すように、発光管３９の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切った断面において、筒部４０の内面とテーパ面４３との境界点（筒部４０の内面を含む直線とテーパ面４３を含む直線との交点）を点Ａ、連接部４１の内面とテーパ面４３との境界点（連接部４２の内面を含む直線とテーパ面４３を含む直線との交点）を点Ｂとし、筒部４０の内面を含む直線と、点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定されている。このとき、前記範囲内において線分ＡＣの長さと線分ＢＣの長さとが同じであってもよく、前記範囲内において線分ＡＣの長さと線分ＢＣの長さとが異なっていてもよい。【００６４】  なお、発光管３９の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切った断面において、筒部４０の内面の直線部分と連接部４１の内面の直線部分とのなす角αは８５°〜１１５°、例えば９０°に設定されている。
次に、前記線分ＡＣの長さと前記線分ＢＣの長さとをそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定した理由について説明する。【００６５】  まず、本発明の第２の実施の形態である定格ランプ電力１５０Ｗのメタルハライドランプにおいて、線分ＡＣの長さと線分ＢＣの長さとを種々変化させたランプを１０本ずつ作製した。
そして、作製した各ランプに対して５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとして、これを繰り返す寿命試験を行い、９０００時間点灯経過時、１００００時間点灯経過時および１３０００時間点灯経過時のそれぞれにおいて細管部４５のうち連接部４２の近傍にクラックが発生しているか否かについて調べたところ、図１１の表３に示すとおりの結果が得られた。【００６６】  なお、実施例１９〜実施例３０、比較例３〜比較例１５においては、線分ＡＣの長さと線分ＢＣの長さとが異なる点を除いては全て同じ構成を有しており、主要な構成部分の値として筒部４０の外径Ｒ１が１２．３ｍｍ、筒部４０の内径ｒ１が１１．０ｍｍ、細管部４５の外径Ｒ２が３．０ｍｍ、細管部４５の内径ｒ２が１．０ｍｍ、電極導入体２４，２５の最大外径Ｒ３が０．９ｍｍ、電極突出長Ｅ１が０．５ｍｍ、最小肉厚ｔ１が１．０ｍｍであり、発光物質としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ３）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ３）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ３）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ３）およびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）がそれぞれ１２重量％、１２重量％、１２重量％、１６重量％、４８重量％、合計量で５．２ｍｇ封入され、また水銀が１０ｍｇ、アルゴンガスが３００Ｋで１３ｋＰａそれぞれ封入されている。【００６７】  また、表３の「クラックの発生有無」欄において、「−」と表記されている箇所はその点灯時間が経過するまでにクラックに起因して発光管３９にリークが発生し、不点灯になってしまったことを意味している。
さらに、各ランプは口金５が上側になるように垂直点灯させた。また、後述するように連接部４１の近傍にクラックが発生した細管部４５は、いずれもこの垂直点灯させた状態で下側に位置する細管部４５を示す。【００６８】  表３から明らかなように実施例１９〜実施例３０のいずれについても１３０００時間点灯経過時点で細管部４５のうちの連接部４１の近傍にクラックが発生したものはなかった。一方、比較例３〜比較例１５については９０００時間点灯経過時点で細管部４５のうちの連接部４１の近傍にクラックが発生したものはなかったが、１００００時間点灯経過時点までにリークして不点灯になっていた。【００６９】  そして、実施例１９〜実施例３０については１３０００時間点灯経過後の発光管３９を、比較例３〜比較例１５については不点灯になった発光管をそれぞれその発光管３９の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切断し、その内面を観察したところ、次のことがわかった。
すなわち、実施例１９〜実施例３０、比較例３〜比較例１５のいずれも、細管部４５のうちの連接部４１の近傍の内面がそれぞれ同程度にえぐられるように削られていた。そして、比較例３〜比較例１５では、削られたアルミナがその細管部の内面うち、削られた部分よりも放電空間２３側の近傍に集中して堆積し、その堆積物が電極導入体２４に接触していた。そして、堆積物と電極導入体２４とが接触している部分が基点となってクラックが発生していた。【００７０】  しかし、実施例１９〜実施例３０では、削られたアルミナが細管部４５の内面に堆積しておらずテーパ面４３に堆積していた。これは、筒部４０と連接部４１との境界部４２の内面にテーパ面を設け、かつ筒部４０の内面とテーパ面４３との境界点を点Ａ、連接部４１の内面とテーパ面４３との境界点を点Ｂとし、筒部４０の内面を含む直線と、点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定することにより、筒部４０と連接部４１との境界部４２の内面、つまりテーパ面４３の温度Ｔ３が細管部４５のうち削られた部分に対して連接部４１側の近傍の内面の温度Ｔ２に比して低くなり、その結果、削られたアルミナが細管部４５の内面における温度Ｔ２の箇所ではなく、テーパ面４３における温度Ｔ３の箇所に析出しやすくなったためであると考えられる。もっとも、本発明の第２の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプにおいても、本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１と同様に筒部４０の内径ｒ１を５．５ｍｍ以上に設定する必要がある。【００７１】  よって、希土類のハロゲン化物が封入されていても、筒部４０の内径ｒ１を５．５ｍｍ以上に設定するとともに、筒部４０と連接部４１との境界部４２の内面にテーパ面４３を設け、かつ筒部４０の内面とテーパ面４３との境界点を点Ａ、連接部４１の内面とテーパ面４３との境界点を点Ｂとし、筒部４０の内面を含む直線と、点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定することにより、本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１と同様に、細管部４５の内面が削られることによって生成されるアルミナをそのテーパ面４３に析出させ、堆積させることができるので、長期の点灯時間に亘って、その堆積物が電極導入体２４，２５等の熱膨張係数を異にする部材と接触するのを阻止することができる。その結果、細管部４５、特に連接部４１の近傍にクラックが発生してリーク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。【００７２】  また、この第２の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプにおいても、外囲器４４の構成材料であるアルミナと希土類のハロゲン化物との反応を抑制し、希土類金属のハロゲン化物との反応によって生成されるアルミナ量自体を低減して一層の長寿命化を図るとともに、希土類金属のハロゲン化物との反応によって外囲器４４が薄肉化し、その部分の機械的強度が低下して破損しやすくなるのを防止するため、外囲器４４内にアルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることが好ましい。もちろん、アルカリ土類金属のハロゲン化物として、ヨウ化カルシウムや臭化カルシウムのハロゲン化カルシウムの他、ハロゲン化マグネシウム、ハロゲン化ストロンチウム等を用いた場合でも上記と同様の作用効果が得られることが確認された。特に、アルカリ土類金属のハロゲン化物としてハロゲン化カルシウムを用いた場合、上記した作用効果に加えて、演色性を高めることができる。【００７３】  さらに、点灯、消灯の繰り返しによって連接部４１と細管部４５との境界部分に大きな応力が発生するのを防止して、その応力によって境界部分にクラックが発生してリークするのを防止し、より一層の長寿命化を図るため、電極突出長をＥ１（ｍｍ）、連接部４１と細管部４５との境界部分の最小肉厚をｔ１（ｍｍ）とした場合、電極突出長Ｅ１と最小肉厚ｔ１とをそれぞれ（Ｅ１，ｔ１）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内に設定することが好ましい。【００７４】  （第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態である照明装置は、図１２に示すように、例えば、天井４６に組み込まれるダウンライト用であって、天井４６に埋設された灯具４７と、この灯具４７内に収納された本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１と、このメタルハライドランプ１を点灯させるための点灯回路４８を備えている。【００７５】  灯具４７および点灯回路４８はともに板状のベース部４９に固定されている。
灯具４７は、内部に反射面５０を有する笠部５１と、この笠部５１内に配設され、ランプが装着されるソケット部５２とを有している。
点灯回路４８には、公知の銅鉄安定器または電子安定器のいずれのものも用いることができる。【００７６】  このような本発明の第３の実施の形態である照明装置にかかる構成によれば、長寿命なメタルハライドランプを用いているので、ランプに対するコストだけでなく、ランプの交換頻度を減少させることができるので、交換作業等によって発生するコストも削減することができる。
なお、上記各実施の形態では、定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプを一例に挙げて説明したが、本発明は、定格電力１５０Ｗ以外に例えば７０Ｗ〜４００Ｗのメタルハライドランプにも適用することができる。【００７７】  また、上記第３の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１を用いた場合について説明したが、本発明の第２の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１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。
さらに、上記第３の実施の形態では、天井４６に組み込まれるダウンライト用の灯具４７を用いた場合について説明したが、これ以外にも公知の種々の灯具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。【００７８】  （第４の実施の形態）
上記実施の形態では、発光管における筒部と連接部からなる外囲器の、管軸を含む平面での断面形状がほぼ矩形のものにおいて、当該筒部と連接部の境界部の内面のＲを０．５ｍｍ〜２．５ｍｍにすることにより長寿命化の効果が得られることについて説明した。本実施の形態においては、筒部と連接部の境界部の内面のＲが２．５ｍｍを超えた場合において、他の条件を備えることにより発光管の長寿命化を得る構成について説明する。
（１）発光管の構成
図１３は、本発明の第４の実施の形態に係るメタルハライドランプにおける発光管１００の構成を示す断面図である。【００７９】  同図において、発光管１００は、定格ランプ電力が１５０Ｗであって、その外囲器が管中央の本管部１０３と管両端の一対の細管部１０４、１０５が一体に成形され焼結された一体成形型の透光性セラミック管１０２から構成されている。
本管部１０３は、内径φ１が１１．０ｍｍの筒部１３１とその両端部の半球部１３２、１３３（第１、第２の実施の形態における「連接部」に該当する。）とからなる。筒部１３１の全長Ｌ１は１７．３ｍｍで、各半球部１３２、１３３の管軸方向の長さＬ１’が共に６．２ｍｍに設定されている。【００８０】  また、筒部１３１の肉厚ｔ６は、特に透過率を高めて発光効率の向上を図るために、従来前記１５０Ｗ品種に準じた比較的小さな０．５〜０．８ｍｍの範囲に設定され、例えば典型的寸法として０．６５ｍｍに設定される。
一方、細管部１０４、１０５の形状は、管内径φ２が１．０ｍｍ及び全長Ｌ２が１５．９ｍｍに設定され、また、後述する考察に基づき肉厚ｔ５が、所定の範囲に規定され、本例では典型的寸法として１．１ｍｍに設定されている。【００８１】  さらに、特に本管部１０３と細管部１０４、１０５の境界内側コーナ部（以下、単に「内側コーナ部」という。）１０６には、曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに範囲のＲ部が形成されており、本実施例では典型的寸法として当該Ｒ部の曲率半径が１．５ｍｍに設定されている。
上記発光管１００の本管部１０３内部には、タングステン（Ｗ）製の一対の電極１７０、１８０（両電極間距離Ｌｅ：１０ｍｍ）が配設される。ここで、上記電極１７０、１８０は、タングステン製の電極棒１７２，１８２の先端部に同じくタングステン製のコイル１７１、１８１を取着して構成される。【００８２】  各電極棒１７２、１８２は、放電空間１２０と反対側の端部において、Ａｌ２Ｏ３−Ｍｏ系導電性サーメットからなる内部リード線１０９，１１０（外径０．９ｍｍ）に接合・保持される。また、各電極棒１７２、１８２の細管部１０４、１０５内の存する部分には、発光物資の沈み込みを防止するため、モリブデン（Ｍｏ）コイル１１７，１１８が巻回されている。【００８３】  内部リード線１０９，１１０は、細管部１０４、１０５の開口端部１４１、１５１から外部に導出されると共に、当該開口部において、Ｄｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系フリット（シール材）１１１、１１２によりそれぞれ気密封着されている。
また、各内部リード線１０９，１１０の、細管部１０４、１０５からの導出部分の端部にはニオブからなる外部リード線１１３，１１４が同軸上に接合・保持され、この部分にスリーブ１１３１、１１４１を外挿することにより当該接合部が補強される。【００８４】  上記フリット１１１，１１２は、特にランプ点灯時の発光物質による内部リード線１０９、１１０への侵蝕を抑制するために、内部リード線１０９，１１０のＷ電極棒１７２，１８２との接合部近傍まで充填されている。
放電空間１２０内には、後述するようにＣａＩ２混合の金属ハライドからなる発光物質が封入され、また緩衝ガスとしての水銀が約１０ｍｇ及び始動補助用希ガスとしてのアルゴンが約１３ｋＰａ封入されている。【００８５】  （２）発光物質の組成
さて、本願発明者は、開発当初において、一体成形型セラミック管に、従来の１５０Ｗ品種と同じ組成比率（ＤｙＩ３  １２％＋ＴｍＩ３  １２％＋ＨｏＩ３  １２％＋ＴｌＩ  １６％＋ＮａＩ  ４８％）からなる総量５．２ｍｇの発光物質を封入した試作発光管を作成した。【００８６】  この試作発光管は、封入する発光物質と細管部と本管部の内側コーナ部６にＲ部を設けていないことを除いて、全て上記図１３の発光管１００と同じ構成である。
これにより、試作発光管を組み込んだメタルハライドランプは、特に初期光束が１３８００ｌｍ（ルーメン）及び発光効率が９２．０ｌｍ／Ｗとなった。因みに、従来の組立焼結型の１５０Ｗ品種の発光効率は、８８．０ｌｍ／Ｗであったので、これに比べて約４．５％改善されている。これは主に一体成形型透光性セラミック管の適用によるものである。【００８７】  また、平均演色評価数Ｒａが９４および特殊演色評価数Ｒ９が４０という優れたランプ特性が得られた。
ところが、上記試作発光管は、エージング試験において、約５０００時間経過したあたりから、細管部１０４、１０５が特有の形態で破損することが判明した。特に、細管部破損は、主に口金を上にして、発光管の管軸が垂直方向とほぼ一致する状態で点灯した場合（以下、「口金ＵＰ点灯」という。）に、試作発光管の下側細管部に多く発生した。【００８８】  この原因を究明すべく、破損した試作発光管の破損部の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、図１４の模式図に示すような観察結果が得られた。
同図に示すように細管部５の破損は、本管部１０３の端部からＬ３（＝５〜６ｍｍ程度）だけ離れた箇所１０５Ａで発生した。そして、特に破損箇所１０５Ａは発光物質による侵蝕を受けて凹形状をなしており、これに対して破損箇所１０５Ａから本管部１０３側に隣接する箇所１０５Ｂに、新たに凸形状をなすＡｌ２Ｏ３堆積物１５３がＭｏコイル１１８の周面と接するようにして生成されていた。【００８９】  この状態で点灯すると、温度上昇に伴い１０５Ｂの箇所における細管部１０５とモリブデンコイル１１８、電極棒１８２などの熱膨張により、白抜きの矢印に示すような方向に作用する応力Ｓが発生し、この応力Ｓが、侵食されて強度が弱くなった１０５Ａの部分に曲げ力として加えられたためクラック１５２が生じ、その繰り返しにより、細管部１０５が破損したものと推察される。【００９０】  次に、なぜ１０５Ａの部分にセラミック管の侵食が生じたかについて考察すべく、従来の透光性セラミックメタルハライドランプに適用されていた各種類の発光物質と透光性セラミック管への侵蝕度合を実験により調べてみた。
この実験では、管内に各種の発光物質及び透光性セラミック管サンプル片とアルゴンを封入した石英管を試作し、これを加熱炉で約１１００℃で２０００時間加熱処理した後に、各透光性セラミック管サンプル片の侵蝕度合を観測した。【００９１】  この結果、侵蝕度合は、ＴｍＩ３＞ＨｏＩ３＞ＤｙＩ３≫ＣｅＩ３≒ＰｒＩ３＞ＴｌＩ≒ＮａＩ≒ＣａＩ２の順序で小さくなり、特にＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３の希土類金属ハライドの侵蝕度合が大きいことが分かった。
そして、細管部の少し中に入った箇所１０５Ａで当該希土類金属ハライドが気相から液相に変わり、この部分で液相状態の希土類金属ハライドの対流が生じて細管部の侵食が促進されたものと推察される。【００９２】  そこで、本願発明者は、特に侵蝕度合の大きい希土類金属ハライドＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３を含む従来の発光物質に加えて、侵蝕度合の小さいＣａＩ２を所定の割合で混合して発光管１００内に封入した。これによって、前記試作ランプにおける特有の細管部侵蝕と応力印加による破損が著しく抑制され、従来の１５０Ｗ品種の組立焼結体製品と同等の定格寿命時間１２０００時間が十分な余裕をもって確保できた。【００９３】    （３）実施例
以下に、本発明に係る発光管１００の構成とメタルハライドランプ２２の特性を実施例に基づき、より詳しく説明する。
本実施例では、特に典型的構成として組成比率（ＤｙＩ３  ７．７％＋ＴｍＩ３  ７．６％＋ＨｏＩ３  ７．６％＋ＴｌＩ  １１．３％＋ＮａＩ  ３７．２％＋ＣａＩ２  ２８．６％）からなる総量７．２ｍｇの発光物質を発光管１００内に封入した。【００９４】  その他の構成は、前記試作発光管と同じである。これにより、上記発光管１００によるランプ２２は、初期光束が１３５００ｌｍおよび効率が９０ｌｍ／Ｗで平均演色評価数Ｒａが９６および特殊演色評価数Ｒ９が７５というランプ特性が得られた。
ここで、前記試作発光管に比べて約２％低下したのは、本発明による発光物質へのＣａＩ２混合によるものである。また、Ｒ９値が４０から７５へ上昇したのも、同じＣａＩ２混合によるものである。【００９５】  また、本第４の実施の形態に係るメタルハライドランプは、特に口金ＵＰ点灯によるエージング試験でも、約１２０００時間の寿命時間（光束維持率７０％になるエージング時間で規定）が得られ、この間に細管部破損は観測されなかった。
図１５は、このときの細管部１０５の走査型顕微鏡による観測結果を示す模式図である。【００９６】  同図に示すように１０５Ａの箇所における侵食の度合が、図１４の場合に比べて極端に少なくなっており、これに伴いＡｌ２Ｏ３堆積物１５３の量も少なくなっている。これにより細管部の破損のおそれが、図１４の場合に比較して格段に少なくなり、ランプ寿命が飛躍的に延びたのである。
上記構成による細管部侵蝕抑制の効果は、特に発光物質の中で侵蝕度合の大きい希土類金属ハライドＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３が、組成比率の比較的高いＣａＩ２混合により希釈され、細管部１０５の侵蝕箇所１０５Ａと接触する上記希土類金属ハライドの割合が実効的に低減されることに起因するものである。【００９７】    （４）ＣａＩ２混合量および細管部の肉厚の最適範囲
上述のように発光物質にＣａＩ２を混合することにより、細管部の侵食が大幅に抑えられることが実証された。
ここで、上記ＣａＩ２混合の優位性は、上記のように透光性セラミック管への侵蝕度そのものが小さい上に、その組成比率を比較的高めてもランプ特性へのマイナス効果が低レベルに抑え得ることにある。【００９８】    しかしながら、ＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３などの希土類金属のハロゲン化物に比して、ＣａＩ２の発光効率がやや劣ることは否めなく、例えば、上記実施例における当該希土類金属ハライドＣａＩ２２８．６モル％混合の発光管１００は、ＣａＩ２を混合しない場合に比して発光効率が、約２％小さくなった。
したがって、本発明の課題のひとつである高効率化を確保するためには、ＣａＩ２を混合する量に一定の上限がある。【００９９】    実際に、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２の試験発光管を用いたメタルハライドランプについて、発光物質の成分を上記と同じものとし、ＣａＩ２のモル％を変化させて、発光効率（ｌｍ／Ｗ）を測定したところ、図１６の表４のような実験結果が得られた。
同表からも分かるようにＣａＩ２のモル％が増加するほど、発光効率が徐々に低下し、６５モル％を超えると極端に発光効率が低下しており、従来の１５０Ｗ品種の組立焼結型の発光管を採用した１５０Ｗ品種のメタルハライドランプにおける発光効率である約８８ｌｍ／Ｗを下回っており、これでは、当該焼結型のメタルハライドランプに比べて発光効率を向上させるという本願の目的を達成することは不可能である。他の管壁負荷が異なる他のメタルハライドランプについてもほぼ同様な結果が得られており、以上の考察により、ＣａＩ２のモル％は６５％以下が望ましいといえる。【０１００】    また、反対にＣａＩ２の量が少な過ぎると細管部の侵食の程度を十分に抑制することができず、細管部の破損を十分に回避できないというおそれがある。
その一方で、十分にＣａＩ２を混合しても、細管部の侵食の程度が皆無になるわけではないので、当該細管部の肉厚も一定以上あることが望ましいと考えられるが、細管の肉厚をあまり大きくし過ぎると発光効率が低下して望ましくない。【０１０１】    すなわち、所望の高効率を確保しつつ、ランプ寿命を十分に得るためには、ＣａＩ２の混合量と細管部の肉厚が、それぞれ最適な範囲内であることが望まれるのである。
そこで、本願発明者は、全ハロゲン化金属の総量に対する上記ＣａＩ２の組成比率Ｍｃａ（モル％）と細管部肉厚ｔ５（ｍｍ）の組み合わせの異なる試験ランプを複数製作し、管壁負荷を、通常のランプ使用範囲内の２０Ｗ／ｃｍ２、３０Ｗ／ｃｍ２、４０Ｗ／ｃｍ２の３種類に設定してランプエージング試験を行い、細管部におけるクラックの発生の有無を確認した。試験ランプのその他の条件は上記実施例と全く同じである。【０１０２】    また、発光管内に封入された発光物質は、ＤｙＩ３、ＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＴｌＩ、ＮａＩ、ＣａＩ２であり、ＣａＩ２の組成比率を０モル％から上記上限の６５モル％まで変化させて実験を行った。
図１７の表５は、上記エージング試験の結果を示すものである。
同表では、通常のエージング試験において９０００時間を経過しても細管部にクラックが発生しなかった場合に「○」を付し、それまでにクラックが発生した場合に「×」を付している。【０１０３】    この表で、まず気付くのは、細管部の肉厚が一定値より小さい場合には、いくらＣａＩ２を６５モル％封入しても、細管部にクラックが生じるということである。
そして、クラックが生じないための細管部肉厚の最小値は、管壁負荷の値に応じて異なり、管壁負荷が２０Ｗ／ｃｍ２、３０Ｗ／ｃｍ２、４０Ｗ／ｃｍ２の各場合に応じて、細管部に必要な肉厚は、少なくとも０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．１ｍｍであることが分かった。【０１０４】    また、細管部の肉厚をあまり大きくし過ぎると発光効率が低下する。上記表４の実験結果からも分かるように、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２の場合には、細管部肉厚が１．５ｍｍになると、発光効率が大きく低下しているので、１．５ｍｍ未満が望ましいといえる。
この肉厚の上限は、発光効率の低下の割合の問題なので、管壁負荷の大きさ自体には影響されず、他の異なる管壁負荷の場合でもやはり１．５ｍｍ未満が望ましいことが本願発明者により確認された。【０１０５】    上述のように細管部の肉厚の上限は、管壁負荷にかかわらず、一律に１．５ｍｍ未満が望ましいが、肉厚の下限の大きさは、管壁負荷に依存している。
そこで、より詳しく細管部の肉厚の下限値と管壁負荷の関係を解明すべく、発光物質にＣａＩ２を５モル％混合した状態で、管壁負荷が２０Ｗ／ｃｍ２、２７Ｗ／ｃｍ２、３０Ｗ／ｃｍ２、４０Ｗ／ｃｍ２の各場合における、クラックが生じない細管部の最低値を有効数字２桁まで求めたところ、図１８の表６のような実験結果が得られた。【０１０６】  図１９は、上記表６の値をグラフ上にプロットしたときの図である。
同グラフにおいて、横軸ｐが管壁負荷の大きさ（Ｗ／ｃｍ２）、縦軸ｔが細管部の肉厚（ｍｍ）を示しており、同グラフに示すように肉厚の下限値は、ほぼ直線Ｂ上に並ぶことが分かった。この直線Ｂの式を各プロットの値から求めて近似すると、ｔ＝ｐ／３６となった。【０１０７】  したがって、細管部の肉厚をｔ５（ｍｍ）、管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔ５＜１．５の条件を満たすことが望ましい。
なお、この条件は、ＣａＩ２の量が、５モル％のときの実験結果であり、ＣａＩ２がそれ以上含まれる場合には、細管部がより侵食されにくくなるため、ＣａＩ２の値が５モル％〜６５モル％のすべての範囲において、細管部の肉厚が少なくとも上記ｐ／３６以上あれば、クラックが発生しないといえる。【０１０８】  因みに本管部の肉厚の範囲についても実験してみたところ、その上下限について図２０の表７のような結果を得た。
この上限値は、本管肉厚を増大させることによる発光効率低下への影響を考慮し、このときの組成で８８ｌｍ／Ｗ以上であることを基準にして決定した。また、下限値は、ランプエージング試験で９０００時間点灯してもクラックなどが生じない最小の肉厚の値である。【０１０９】  この結果をグラフ上にプロットすると図２１のようになった。
したがって、例えば、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２の場合には、細管部の最小の肉厚０．８３ｍｍ、本管部の最小の肉厚０．５３ｍｍとし、さらにＣａＩ２を最小の５モル％としたときに発光効率が一番高く、しかも細管部の破損を防止できてランプ寿命も満足のできるメタルハライドランプを得ることができる。【０１１０】    （５）細管部と本管部の境界の内側コーナ部におけるＲ部の形成
なお、発光物質にＣａＩ２を混合した場合には、細管部の侵食を抑制できると共に、図１５に示すようにアルミナの堆積位置５Ｂが、図１４の場合に比べて放電空間２０側に僅かながら移動するという現象も生じていることも判明した。
これは、侵食により溶出したＡｌ２Ｏ３がＣａと複合物を形成し、その析出温度が変化したため、堆積位置も変化したからであると推測される。【０１１１】    そこで、本願発明者は、図２２に示すように、細管部と本管部の境界の内側コーナ部１０６（図１５）に、曲率半径１．５ｍｍのＲ部３３１を形成して、上記と同様の評価実験を行って観察したところ、図２３に示すようにＡｌ２Ｏ３の堆積物１５３が当該Ｒ部３３１の部分に形成され、堆積物１５３とモリブデンコイル１１８の接触が完全になくなり、そのランプ寿命もさらに延びることが確認された。【０１１２】    そして、上記発光管１００の内側コーナ部６に形成されたＲ部３３１の曲率半径は０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲に規定するのが妥当であることが解明された。
Ｒ部３３１の曲率半径が、０．５ｍｍ未満であるとエージング約８０００時間で上記Ａｌ２Ｏ３堆積物１５３がＭｏコイル１１８に接触するケースがあり、一方、当該曲率半径が３．０ｍｍより大きくなると、細管部１０５とモリブデンコイル１１８との隙間が大きくなり過ぎて当該隙間に沈積する発光物質の割合が増大し、これによるライフ中の光束低下が検討品に比べ約５％以上も低下し、望ましくないからである。【０１１３】    （６）まとめ
以上から、ＴｍＩ３、ＨｏＩ３，ＤｙＩ３などの希土類金属のハロゲン化物を発光物質として使用する場合に、一体成形型透光性セラミック管を用いた発光管を有する屋内型のメタルハライドランプにおいて、従来の組立焼結型のセラミック管を用いた発光管の場合よりも、高効率で、かつ、ランプ寿命を良好に保つためには、次の条件が満たされることが望ましい。【０１１４】  （ｉ）ＣａＩ２が、発光物質全体に対して５〜６５モル％の範囲で混合されていること。
（ｉｉ）かつ、細管部の肉厚をｔ５（ｍｍ）が、管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔ５＜１．５となるようにｔ５が設定されていること。
（ｉｉｉ）さらに望ましくは、細管部と本管部の内側コーナ部に曲率半径０．５〜３．０ｍｍのＲ部が形成されていること。【０１１５】    （第５の実施の形態）
この第５の実施の形態に係る発光管は、上記実施例４における発光物質に加えて、さらにＣｅＩ３を封入した点に特徴がある。
ここでは、特に典型的構成として組成比率（ＤｙＩ３  ７．５％＋ＴｍＩ３  ７．５％＋ＨｏＩ３  ７．４％＋ＴｌＩ  １１．１％＋ＮａＩ  ３６．３％＋ＣａＩ２  ２７．８％＋ＣｅＩ３  ２．４％）からなる総量７．５ｍｇの発光物質を管内に封入した。【０１１６】  このように実施例４における前記ＣａＩ２に加えてＣｅＩ３をさらに混合したのは、特に実施例４におけるＣａＩ２混合による発光効率の低下を、比視感度の高い緑色領域スペクトルを効率良く放射する沃化セリウムＣｅＩ３の添加により補うためである。
その他の構成は、第４の実施の形態における発光管１００と同じである。
実際に、本第５の実施の形態に係る発光管を備えたメタルハライドランプは、特に初期光束が１４７００ｌｍおよび発光効率が９８ｌｍ／Ｗとなり、前記第４の実施の形態におけるメタルハライドランプに比べて約６％高い値が得られた。【０１１７】    また、ランプ演色性も、平均演色評価数Ｒａが９５および特殊演色評価数Ｒ９が７０という比較的優れたレベルに保たれた。
一方、本実施例に係るメタルハライドランプは、前記第４の実施の形態に係るメタルハライドランプと同等の約１２０００時間以上の寿命時間が得られ、この間特有の細管部破損は観測されなかった。そして、特に透光性セラミック管１０２の細管部１０５の侵蝕の程度も著しく抑制され、またＡｌ２Ｏ３堆積物１５３も透光性セラミック管１０２の本管部１０３と細管部１０５の境界部の内側コーナ部１０６に形成したＲ部３３１の部分に生成されるのが観測された。【０１１８】    本実施例５の構成におけるＣｅＩ３添加の優位性は、記述したように透光性セラミック管への侵蝕度合が小さい上に、特に比較的低い組成比率でも効率上昇効果が得られ、よってランプ寿命へのマイナス効果が低レベルに抑え得ることにある。
そして、これに関する詳しい検討結果から、特に上記全ハロゲン化金属の総量に対するＣｅＩ３の添加組成比率Ｍｃｅ（モル％）が０．５〜１０モル％の範囲に規定するのが妥当であることが解明された。【０１１９】    上記割合が０．５モル％より小さくなると約４％以上の顕著な効率上昇効果が得られなくなり、一方１０モル％より大きくなるとランプ発光色がいわゆる色座標の黒体放射軌跡からの偏位値Ｄｕｖで約５以上の緑色味おびた領域へと移行し、店舗などの照明には適さない色となるからである。
以上、第４、第５の実施の形態によれば、ランプ寿命が長く、コストパフォーマンスに優れ、しかも演色性が高いので、これを搭載した照明装置（図１２参照）を特に店舗などに設置すれば、商品の色が鮮やかに見え、顧客に大きくアピールすることができる。
なお、上記第４、第５の実施の形態に係る発光管を備えたメタルハライドランプによれば、第１、第２の実施の形態の構成に比べて、さらに次のような効果が得られる。【０１２０】    すなわち、第４、第５実施の形態に係るメタルハライドランプは、その発光管の本管部における連接部と筒状部の内部の境界部におけるＲが大きくなっているため、放電空間内における壁面全体の、発光中心（電極間距離の中心）からの距離の差を、第１、第２の実施の形態の場合に比べて比較的小さくすることができる。これにより点灯中における放電空間壁面の温度差を小さくできるので、発光部内部においてハロゲンサイクルが均等に作用し、部分的に黒化するようなことがなくなるという利点がある。したがって、第４、第５の実施の形態に係るメタルハライドランプの長時間点灯後の光束維持率は、第１、第２の実施の形態の場合よりも向上するものと考えられる。【０１２１】    ＜その他＞
（１）上記第４、第５の実施の形態におけるＣａＩ２混合による細管部破損防止の効果は、特に侵蝕度合の大きい希土類金属ハライドＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３の少なくとも１種を含む発光物質が封入されたランプおいても同様に確認された。【０１２２】    （２）上記第４、第５の実施の形態においては、発光管の内側コーナ部に所定の曲率半径のＲを形成することによって、より長寿命化を図ったが、図２４に示すように当該コーナ部を面取り加工しても同様な効果を得ることができる。
この面取り部３３２の管軸と平行な方向における面取り寸法をＣ１、これと直交する方向における面取り寸法をＣ２とすれば、上記Ｒの曲率半径の範囲を規定したのとほぼ同じ理由により、Ｃ１、Ｃ２とも０．５〜３．０ｍｍの範囲にあることが望ましい。【０１２３】    （３）上記第５の実施の形態においては、発光効率をより向上させるため発光物質としてＣｅＩ３を添加したが、これの全部もしくは一部に代えて、ＰｒＩ３を添加しても構わない。このＰｒＩ３もＣｅＩ３と同様な性質を有しているため、ランプ寿命に悪影響を与えずに発光効率を向上させることができる。
この場合でも、添加されるＰｒＩ３のモル％（ＣｅＩ３も並存する場合には、ＣｅＩ３とＰｒＩ３を合わせたモル％）は、実施例５におけるＣｅＩ３の場合と同様の範囲内（０．５〜１０モル％）であることが望ましい。【０１２４】（４）上記各実施の形態においては、透光性セラミック発光管材料として多結晶アルミナによる実験結果を述べたが、当該発光管材料として利用可能な透光性セラミックとして知られる、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）や窒化アルミなどの場合でも侵食されるおそれがあるので、この場合でも上記各実施の形態と同様な構成にすることにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。
（５）また、上記各実施の形態においては、ハロゲン化金属について沃化金属を例に述べたが、沃素（Ｉ）以外のハロゲンである臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）の金属化合物であっても同様の効果が得られる。
（６）第５の実施の形態において、発光管内に封入されるハロゲン化物の総量の内、Ｃｅ、Ｐｒを含む希土類金属ハロゲン化物の総量の組成比率は、２〜４０モル％の範囲内であることが好ましい。２モル％以下であると所定の色特性と発光効率が得ることができず、４０モル％以上であると非常に侵蝕反応性が増大し上記の発明を利用した場合においても、細管部のクラックが短時間で発生することが実験により確認されている。
（７）上記各実施の形態においては、屋内用の比較的小型なメタルハライドランプについて説明したが、本発明は、屋外用の大型のメタルハライドランプにも適用可能である。大型であっても、輝度を増加させるため管壁負荷を増大させれば、細管部が侵食により破損するおそれが全くないとはいえないからである。【０１２５】  （８）上記第４、第５の実施の形態においては、定格出力が１５０Ｗのメタルハライドランプについて説明したが、本発明は、これに限らず１０Ｗ程度の低ワットランプから４００Ｗの高ワットランプまでの全てのメタルハライドランプについて適用可能である。
（９）なお、上記各実施の形態では、発光管の外囲器が完全に一体成形されているものについて説明したが、本管部の筒部が管軸方向に２分割されており、この部分で焼きばめして組み立てる構成の外囲器であっても、細管部と本管部が一体成形されている以上、本発明においては一体成形型の外囲器と考えるものとする。【０１２６】  もっとも、図２５（ａ）の発光管３００のように、
円筒部材３０３の両端の開口部を一対の円板状の閉塞板３１９、３２０で塞いで本管部３０１とし、この本管部３０１の閉塞板３１９、３２０の中央部の貫通孔に細管３０４．３０５を貫通させて、一体に焼結・接合されて形成したものを用いてもよく、
さらには、図２５（ｂ）の発光管３１０に示すように、発光管の外囲器として、円筒部材３０３の両端部に小径部３２１、３２２を設けて本管部３０１とし、この小径部３２１、３２２に直接細管部３０４、３０５を接合して一体に焼結・接合した透光性セラミック管を採用してもよい。【０１２７】  但し、図２５（ａ）、（ｂ）のいずれの外囲器も、本管部３０１と細管部３０４、３０４を個別に作成し、それらを組み立てた後に焼結するので、一般に組立焼結型セラミック管といわれるが、このような組立焼結型セラミック管においては、一体焼結する際にクラックが発生するおそれがあるため、細管部３０４、３０５および本管部３０１との接合部（図２５（ａ）では３１９、３２０。図２５（ｂ）では３２１、３２２）の肉厚を厚くする必要があるので、当該接合部における光透過率が低下すると共に、この部分での熱容量が大きくなって熱伝導損失が増大し、ランプ電力に対してランプから射出される全光束量の割合（発光効率）が低下するおそれがある。この観点からすれば、上記各実施の形態に示すように一体成形型の外囲器を使用する発光管の構成の方が高い発光効率が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】  本発明に係るメタルハライドランプは、長期の点灯時間に亘って、特に細管部のうちの連接部の近傍においてクラックが発生してリークするのを防止することができ、長寿命の光源として好適である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年9月28日(2006.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径が５．５ｍｍ以上の筒部とこの筒部の両端部に連接部を介して形成された細管部とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器と、
先端部に電極部が形成され、かつこの電極部が前記筒部と前記連接部とで囲まれた領域内に位置するように前記細管部内に隙間を有して挿入され、細管部の前記筒部と反対側の端部において封着される電極導入体と
を有する発光管を備え、
前記発光管の外囲器は、発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°であり、
前記筒部と前記連接部との境界部の内面の曲率半径は０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ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】
内径が５．５ｍｍ以上の筒部とこの筒部の両端部に連接部を介して形成された細管部とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器と、
先端部に電極部が形成され、かつこの電極部が前記筒部と前記連接部とで囲まれた領域内に位置するように前記細管部内に隙間を有して挿入され、細管部の前記筒部と反対側の端部において封着される電極導入体と
を有する発光管を備え、
前記発光管の外囲器は、発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°であり、
前記筒部と前記連接部との境界部の内面にはテーパ面が形成されており、前記発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面と前記テーパ面との境界点を点Ａ、前記連接部の内面と前記テーパ面との境界点を点Ｂとし、前記筒部の内面を含む直線と、前記点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍであることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項３】
前記外囲器内にはアルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記電極部の突出長をＥ（ｍｍ）、前記連接部と前記細管部との境界部分の最小肉厚をｔｂ（ｍｍ）とした場合、前記突出長Ｅと前記最小肉厚ｔｂとがそれぞれ（Ｅ，ｔｂ）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記外囲器は、筒部と連接部と細管部が一体に成形されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
外囲器が、管中央の本管部と管両端の一対の細管部を有する透光性セラミック管からなると共に、当該外囲器内に発光物質が封入されてなる発光管を備えたメタルハライドランプであって、
前記発光物質として、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）のうち少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化カルシウムとが封入されると共に、前記ハロゲン化カルシウムの全ハロゲン化金属に対する組成比率が５〜６５モル％の範囲であり、
かつ、前記透光性セラミック管の細管部の肉厚をｔｎ（ｍｍ）とし、点灯時の管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔｎ＜１．５の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項７】
前記外囲器における本管部と細管部の境界の放電空間側のコーナ部にＲが形成されており、その曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項６記載のメタルハライドランプ。
【請求項８】
前記外囲器における本管部と細管部の境界の放電空間側のコーナ部が面取り加工されており、その外囲器の管軸に平行な方向および前記管軸に直交する方向における面取り寸法が、それぞれ０．５〜３．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項６に記載のメタルハライドランプ。
【請求項９】
前記発光物質として、さらにハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種類のハロゲン化金属が発光物資として添加されており、その組成比率が前記外囲器内に封入された全ハロゲン化金属のモル量に対して、０．５〜１０モル％の範囲内に規定されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１０】
前記外囲器は、本管部と細管部が一体に成形されてなることを特徴とする請求項６に記載のメタルハライドランプ。
【請求項１１】
請求項１、請求項２、請求項６のいずれかに記載されたメタルハライドランプと、このメタルハライドランプが収納された灯具と、前記メタルハライドランプを点灯させるための点灯回路とを備えていることを特徴とする照明装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のメタルハライドランプ、例えばセラミックメタルハライドランプは、図２６に示すように、筒部５３とこの筒部５３の両端部に連接部５４を介して形成された細管部５５とを有する透光性セラミック製の外囲器５６と、先端部に電極部５７が形成され、かつこの電極部５７が筒部５３と連接部５４とで囲まれた領域内に位置するように細管部５５内に挿入され封着された電極導入体５８とを有する発光管５９を備え、外囲器５６内に発光物質として例えばヨウ化スカンジウム、ヨウ化イットリウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム等の希土類のハロゲン化物が封入されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
発光物質としてこれら希土類のハロゲン化物を用いた場合、連続した分光スペクトルが得られるので、高い演色性を得ることができる。
【特許文献１】特開平６−１９６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のセラミックメタルハライドランプは、一般的に、その定格寿命時間が９０００時間であるが、近時、照明装置のメンテナンスコストの低減や、省資源化の観点から一層の長寿命化が要請されている。
そこで、本発明者らは、上記した従来のセラミックメタルハライドランプにおいて長寿命化への取り組みを行った。
【０００５】
ところが、上記した従来のセラミックメタルハライドランプでは、特に垂直点灯（ランプ長手方向の中心軸が鉛直方向になる状態での点灯）した場合であって、点灯経過時間が９０００時間を越える例えば１００００時間において、下側に位置する細管部５５のうちの連接部５４の近傍でクラック（図２６、ＣＲで示す部分）が発生し、リークするという問題が起こった。
【０００６】
このクラックは、ランプを垂直点灯した場合において下側に位置する細管部５５に顕著に現れ、上側に位置する細管部５５には現れなかった。一方、ランプを水平点灯（ランプ長手方向の管軸が水平方向になる状態での点灯）した場合では、このクラックがいずれの細管部５５にも現れなかったときもあれば、両方の細管部５５に現れるときもあった。
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、長期の点灯時間に亘って、特に細管部のうちの連接部の近傍においてクラックが発生してリークするのを防止することができ、長寿命化を実現することができるメタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置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】
【０００７】
本発明者らは、クラックの発生原因について検討したところ、まず、第一に細管部５５のうち、クラックが発生していた部分の内面に外囲器５６の構成材料であるセラミックが堆積し、その堆積物６０と電極導入体５８とが接触していたこと、第二に細管部５５の内面のうち、セラミックが堆積していた部分よりも連接部５４とは反対側の近傍において、細管部５５の内面がえぐられるように削られていたことがそれぞれわかった。図２６中、６１は細管部５５の内面の削られた部分を示す。
【０００８】
本発明者らはこれらの事実に基づき、その原因について次のように考えた。
つまり、封入された余剰の金属ハロゲン化物、特に希土類のハロゲン化物が、点灯中、細管部５５と電極導入体５８との間に形成されている隙間６２に入り込んで外囲器５６の構成材料であるセラミックと反応し、細管部５５の内面がその反応によってえぐられるように削られた。その後、点灯時間の経過とともに、削られたセラミックが細管部５５の内面のうちの同じ箇所（削られた箇所から連接部５４側の近傍）に徐々に堆積していき電極導入体５８と接触するまでに至った。そして、ランプの点灯、消灯が繰り返された結果、その堆積物６０と電極導入体５８との接触部分においてこれらの熱膨張係数の差に起因して細管部５５に大きな応力が発生し、その応力によって細管部５５にクラックが発生したと考えた。
【０００９】
なお、上記説明は、垂直点灯させた場合において下側に位置する細管部５５で生じた現象、または水平点灯させた場合においてクラックが発生した両方の細管部５５で生じた現象について説明したが、垂直点灯させた場合において、サンプルの中には上側に位置する細管部５５においてもクラックには至らなかったものの、細管部５５の内面がわずかながらに削られているものもあった。
【００１０】
本発明者らは、このような新たな知見に基づき種々検討した結果、次のような解決手段を見出した。
すなわち、本発明に係るメタルハライドランプは、内径が５．５ｍｍ以上の筒部とこの筒部の両端部に連接部を介して形成された細管部とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器と、先端部に電極部が形成され、かつこの電極部が前記筒部と前記連接部とで囲まれた領域内に位置するように前記細管部内に隙間を有して挿入され、細管部の前記筒部と反対側の端部において封着される電極導入体とを有する発光管を備え、前記発光管の外囲器は、発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°であり、前記筒部と前記連接部との境界部の内面の曲率半径は０．５ｍｍ〜２．５ｍｍであるという構成を有する。
【００１１】
また、本発明に係るメタルハライドランプは、内径が５．５ｍｍ以上の筒部とこの筒部の両端部に連接部を介して形成された細管部とを有し、かつ内部に少なくとも希土類のハロゲン化物が封入された透光性セラミック製の外囲器と、先端部に電極部が形成され、かつこの電極部が前記筒部と前記連接部とで囲まれた領域内に位置するように前記細管部内に隙間を有して挿入され、細管部の前記筒部と反対側の端部において封着される電極導入体とを有する発光管を備え、前記発光管の外囲器は、発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°であり、前記筒部と前記連接部との境界部の内面にはテーパ面が形成されており、前記発光管の長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面と前記テーパ面との境界点を点Ａ、前記連接部の内面と前記テーパ面との境界点を点Ｂとし、前記筒部の内面を含む直線と、前記点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍであるという構成を有する。
【００１２】
ここで、前記発光管の外囲器内にはアルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることが望ましい。
また、ここで、本発明に係るメタルハライドランプは、その発光管における電極部の突出長をＥ（ｍｍ）、前記連接部と前記細管部との境界部分の最小肉厚をｔｂ（ｍｍ）とした場合、前記突出長Ｅと前記最小肉厚ｔｂとがそれぞれ（Ｅ，ｔｂ）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内にあるという構成を有している。
【００１３】
また、次のような解決手段によっても、メタルハライドランプの長寿命化が可能であることを本発明者らは見出した。
すなわち、本発明に係るメタルハライドランプは、外囲器が、管中央の本管部と管両端の一対の細管部を有する透光性セラミック管からなると共に、当該外囲器内に発光物質が封入されてなる発光管を備えたメタルハライドランプであって、前記発光物質として、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）のうち少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化カルシウムとが封入されると共に、前記ハロゲン化カルシウムの全ハロゲン化金属に対する組成比率が５〜６５モル％の範囲であり、かつ、前記透光性セラミック管の細管部の肉厚をｔｎ（ｍｍ）とし、点灯時の管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔｎ＜１．５の関係を満たす構成を有している。
【００１４】
ここで、前記外囲器における本管部と細管部の境界の放電空間側のコーナ部にＲが形成されており、その曲率半径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることが望ましい。
また、前記外囲器における本管部と細管部の境界の放電空間側のコーナ部が面取り加工されており、その外囲器の管軸に平行な方向および前記管軸に直交する方向における面取り寸法が、それぞれ０．５〜３．０ｍｍの範囲内であるようにしてもよい。
【００１５】
さらに、前記発光物質として、さらにハロゲン化セリウムおよびハロゲン化プラセオジウムのうち少なくとも一種類のハロゲン化金属が発光物資として添加されており、その組成比率が前記外囲器内に封入された全ハロゲン化金属のモル量に対して、０．５〜１０モル％の範囲内に規定されていることが望ましい。
そして、本発明に係る証明装置は、上記各構成のメタルハライドランプと、このメタルハライドランプが収納された灯具と、前記メタルハライドランプを点灯させるための点灯回路とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
発光管の外囲器が、筒部とこの筒部に連接部を介して形成された細管部からなり、外囲器をランプ長手方向の中心軸を含む面で切った断面において、前記筒部の内面の直線部分と前記連接部の内面の直線部分とのなす角αが８５°〜１１５°である場合において、前記筒部と前記連接部との境界部の内面の曲率半径を０．５ｍｍ〜２．５ｍｍとし、あるいは、前記筒部と前記連接部との境界部の内面に上記所定のテーパ面を形成した構成にすれば、外囲器内に希土類のハロゲン化物が封入されていたとしても、細管部の内面が削られることによって生成されるセラミックを筒部と連接部との境界部の内面に析出させ、堆積させることができるので、長期の点灯時間に亘って、その堆積物が電極導入体等の熱膨張係数を異にする部材と接触するのを阻止することができる。その結果、細管部、特に連接部の近傍にクラックが発生してリーク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。
【００１７】
また、本発明に係るメタルハライドランプは、発光管内の発光物質として、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）のうち少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、ハロゲン化カルシウムとが封入されると共に、前記ハロゲン化カルシウムの全ハロゲン化金属に対する組成比率が５〜６５モル％の範囲であり、かつ、前記透光性セラミック管の細管部の肉厚をｔｎ（ｍｍ）とし、点灯時の管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔｎ＜１．５の関係を満たすように構成しているので、これによっても長寿命化が図れる。すなわち、特に透光性セラミック管に対する侵蝕度合の大きい、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙの内少なくとも一種類の希土類金属のハロゲン化物が発光物質として封入された一体成形型の透光性セラミック管を有する発光管を備えたメタルハライドランプにおいて、ハロゲン化カルシウムを所定の組成比率で封入することにより、細管部破損の原因となっていた細管部内面の侵食を抑制でき、侵食が抑制された分だけ細管部内面に生成される堆積物の量も低下して侵食箇所への応力印加が抑制される。そして、細管部の肉厚を管壁負荷に応じた適正な範囲内で設定することにより、細管部破損が確実に防止され、長寿命のセラミックメタルハライドランプが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良な実施の形態を、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態である定格電力（入力電力）１５０Ｗのメタルハライドランプ（セラミックメタルハライドランプ）１は、全長が１００ｍｍ〜１８０ｍｍ、例えば１４０ｍｍである外管２と、この外管２内に配置された発光管３およびこの発光管３全体を囲み、万一発光管３が破損した際にその破片によって外管２が破損するのを防止するためのスリーブ４と、外管２の端部に固着されたねじ込み式（Ｅ形）の口金５とを備えている。
【００１９】
なお、発光管３の長手方向の中心軸（図１中、Ｘで示す）は外管２の長手方向の中心軸（図１中、Ｙで示す）と略一致している。
外管２は、透明な円筒状の例えば硬質ガラス等からなり、一端部が半球状に閉塞され、かつ他端部に例えば鉛ガラスからなるフレア６が封着されている。外管２内は、真空状態であってもよく、必要に応じて窒素ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。
【００２０】
フレア６には、例えばニッケルまたは軟鋼からなる二本のステム線７，８の一部がそれぞれ封止されている。二本のステム線７，８の一端部はそれぞれ外管２内に引き込まれており、そのうちの一方のステム線７は電力供給線９を介して発光管３から導出した後述の二本の外部リード線１０，１１のうちの一方に、他方のステム線８は直接、残る外部リード線１１にそれぞれ電気的に接続されている。発光管３は、これら二本のステム線７，８および電力供給線９によって外管２内で支持されている。また、一方のステム線７の他端部は口金５のアイレット部１２に、他方のステム線８の他端部は口金５のシェル部１３にそれぞれ電気的に接続されている。また、ステム線７，８は、複数の金属線をそれぞれ溶接して一体化された一本の金属線からなる。
【００２１】
スリーブ４は、透明な円筒状の例えば石英ガラス等からなり、両端が開口している。また、このスリーブ４は、その両端部が公知の支持部材、例えば二つの金属プレート１４，１５によって挟持されることによって保持されている。金属プレート１４，１５そのものは外部リード線１０，１１に機械的に接続され、支持されている。
発光管３は、図２に示すように、内径ｒ1が少なくとも５．５ｍｍ以上の略円筒状の筒部１６と、この筒部１６の両端部に連接部１７を介して形成され、かつ筒部１６の外径（例えば外径Ｒ1が１３ｍｍ〜２５ｍｍ）よりも相対的に径小（例えば外径Ｒ2が３ｍｍ〜５ｍｍ）な略円筒状の細管部１８とからなる例えば多結晶アルミナ製の外囲器１９を有している。また、この発光管３は、発光管３の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切った断面において、筒部１６の内面の直線部分と連接部１７の内面の直線部分とのなす角α（図３等参照）は８５°〜１１５°、例えば９０°に設定されている。筒部１６の内部空間と細管部１８の内部空間とは互いに連通している。この外囲器１９を構成する材料としては、多結晶アルミナ以外にイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、または窒化アルミ等の透光性セラミックも用いることができる。
【００２２】
発光管３内には、発光物質として少なくとも希土類のハロゲン化物、緩衝ガスとして水銀、および始動補助ガスとしてのアルゴンガスやキセノンガス等の希ガスがそれぞれ所定量封入されている。希土類のハロゲン化物としては例えばヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ3）やヨウ化イットリウム（ＹＩ3）の他、ヨウ化プラセオジウム（ＰｒＩ3）、ヨウ化セリウム（ＣｅＩ3）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ3）やヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ3）、ヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ3）等のランタノイド系のヨウ化物を用いることができる。また、発光物質として希土類のハロゲン化物に加えて、所望の色特性等を得るために必要に応じてヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）やヨウ化カルシウム（ＣａＩ2）等の公知の種々の金属ハロゲン化物を適宜用いることができる。もちろん、ヨウ化物のみに限らず、一部または全部を臭化物に置き換えることもできる。特に、後述する理由により、アルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることが好ましい。
【００２３】
なお、この発光管３の管壁負荷（発光管３（細管部１８を除く）の単位内面積あたりの入力電力）は１５Ｗ／ｍｍ2〜４５Ｗ／ｍｍ2である。
本実施の形態では、外囲器１９は、筒部１６、連接部１７および細管部１８がそれぞれ繋ぎ目の無い一体成形によって形成されているが、後述するように筒部１６と連接部１７とは一体成形によって形成されているが、これとは別個に細管部１８が形成された後、それぞれが組み立てられて焼きばめによって一体化されていてもよい。
【００２４】
筒部１６の内径ｒ1は上記したとおり５．５ｍｍ以上に設定されているが、通常、コンパクト性等の観点から３０ｍｍを超えないほうがよい。また、筒部１６の最小肉厚ｔ2は機械的強度や点灯時の封入物の蒸気圧に対する耐圧性の観点から少なくとも０．４ｍｍ以上に設定されていることが好ましい。
図３に示すように、筒部１６の内面と連接部１７の内面とはＲを形成するよう、滑らかな凹曲面によって連なっており、これらの境界部２０の内面の曲率半径Ｒは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定されている。
【００２５】
連接部１７の内面形状は、図３に示す例では筒部１６との境界部分および細管部１８との境界部分を除いて発光管３の長手方向の中心軸Ｘに対してほぼ垂直な略平面形状となっているが、細管部１８側が径小となるテーパ状の曲面形状であってもよい。つまり、連接部１７の内面形状は、外囲器１９を当該中心軸Ｘを含む面で切断した場合、その断面において細管部１８を除く外囲器１９の内面は四隅にＲが付いた略長方形または略正方形になっている。ただし、連接部１７の内面形状がテーパ状の曲面形状である場合、外囲器１９を当該中心軸Ｘを含む面で切断した場合、その断面において当該中心軸Ｘと連接部１７の直線部分とがなす角度θ（図３参照）は７５°以上９５°以下である。
【００２６】
なお、連接部１７の外面形状は特に限定されるものではない。しかし、連接部１７の肉厚ｔ3が厚すぎると、点灯時、後述する放電空間２３から連接部１７へ伝わる熱量が増えて熱損失が増加し、発光金属の蒸気圧を十分に上げることができず、発光効率が低下するおそれがある。一方、その肉厚ｔ3が薄すぎると、機械的強度や点灯時の封入物の蒸気圧に対する耐圧性が不十分となるおそれがある。したがって、これらの点を考慮すると、外囲器１９を当該中心軸Ｘを含む面で切断した場合、その断面において連接部１７の内面の直線部分と外面の直線部分とがほぼ平行になっている領域での連接部１７の最小肉厚ｔ3は例えば１ｍｍ〜２．５ｍｍに設定されていることが好ましい。
【００２７】
筒部１６と連接部１７とで囲まれた領域内には、図２に示すように、後述するように電極導入体２４，２５の先端部に形成された電極部２１，２２が略同一軸（中心軸Ｘ）上で略対向するように配置されており、放電空間２３が形成されている。
各細管部１８内には、電極導入体２４，２５が挿通され、かつ筒部１６とは反対側の端部のみにおいて細管部１８と電極導入体２４，２５との間の隙間２６に流し込まれたガラスフリットからなるシール材２７によって封着されている。細管部１８の連接部１７とは反対側の端からシール材２７が前記隙間２６に流し込まれた長さ、すなわちシール長は３ｍｍ〜６ｍｍである。
【００２８】
細管部１８の内径ｒ2は、通常、発光管３の製造過程において、その細管部１８内に電極導入体２４，２５を裕度をもって挿入できる最小限の内径に設定されている。「最小限の内径」に設定されるのは、細管部１８内に電極導入体２４，２５を挿入した後、細管部１８と電極導入体２４，２５との間に大きな隙間２６が形成されると、その隙間２６に発光物質である金属ハロゲン化物が多量に入り込んで、点灯中、発光に寄与する金属の量が減少してしまうのを防止するためである。しかし、上記したように細管部１８内に電極導入体２４，２５を挿入するにあたり、裕度をもって挿入できるように細管部１８の内径ｒ2は電極導入体２４，２５の最大外径Ｒ3（図３参照）よりも大きくなるように設定せざるを得ず、細管部１８と電極導入体２４，２５との間には必ず隙間２６が形成されてしまう。通常、細管部１８と電極導入体２４，２５との間には０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間２６が形成される。もっとも、その製造工程において、電極導入体２４，２５の長手方向の中心軸が細管部１８の長手方向の中心軸（中心軸Ｘ）と完全に同一軸上になるように電極導入体２４，２５を細管部１８内に挿入し、封着することは難しく、実際の場合、電極導入体２４，２５は細管部１８内において偏心して配置されている場合が多い。
【００２９】
細管部１８の肉厚ｔ4（図３参照）は、機械的強度の観点から例えば０．７ｍｍ以上に設定されている。一方、その肉厚ｔ4が厚すぎると、点灯時、放電空間２３から細管部１８へ伝わる熱量が増えて熱損失が増加し、発光効率が低下するおそれがある。そこで、細管部１８の肉厚ｔ4は例えば２．０ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。
電極導入体２４，２５は、図２に示すように、最大外径Ｒ3（図３参照）が例えば０．
９ｍｍであり、直径０．５ｍｍのタングステン製の電極軸２８，２９とこの電極軸２８，２９の先端部に設けられたタングステン製の電極コイル３０，３１とからなる電極部２１，２２と、一端部に電極軸２８，２９が接続されている例えばモリブデンからなる内部リード線３２，３３と、細管部１８の外部に導出している内部リード線３２，３３の他端部に接続されている例えばニオビウムからなる外部リード線１０，１１と、電極軸２８，２９の一部に巻き付けられたモリブデン製のコイル３４，３５とを有している。このコイル３４，３５は、細管部１８と、電極軸２８，２９の一部との間に形成される隙間２６を可能な限り埋め、その隙間に金属ハロゲン化物が入り込む量を低減している。
【００３０】
ここで、電極部２１，２２の突出長（以下、単に「電極突出長Ｅ1」という）をＥ1（ｍｍ）（図４および図５参照）、連接部１７と細管部１８との境界部分の最小肉厚（以下、単に「最小肉厚ｔ1」という）をｔ1（ｍｍ）（図４参照）とした場合、電極突出長Ｅ1と最小肉厚ｔ1とは、後述する理由により、（ｔ1，Ｅ1）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた領域にあることが好ましい。
【００３１】
なお、「電極突出長Ｅ1」とは、図４に示すように、電極導入体２４，２５が挿入されている電極挿入孔３６から突出している長さ、言い換えれば電極挿入孔３６の放電空間２３側の開口端から、電極部２１，２２の先端を含み、かつ電極導入体２４，２５の長手方向の中心軸Ｚに対して垂直な平面までの最短距離を示す。ただし、「電極挿入孔３６の放電空間２３側の開口端」が図５に示すように所定の曲率半径ＲOを有している場合、その開口端はこの曲率半径ＲOを有する部分の連接部１７側の端（図５中の点Ｐ）になる。
【００３２】
また、「最小肉厚ｔ1」は、電極挿入孔３６の開口端の任意の点を中心とする同心円を描き、外囲器１９の外面に接する同心円のうち、最も小さい半径を有する同心円の半径に相当する。もっとも、「電極突出長Ｅ1」および「最小肉厚ｔ1」の各値は点灯初期段階、つまり点灯による変形等の影響を受けていない状態での値である。
なお、電極導入体２４，２５として、電極部２１，２２、モリブデンからなる内部リード線３２，３３、ニオビウムからなる外部リード線１０，１１およびモリブデンからなるコイル３４，３５から構成されたもの以外に、その材質や構造において既知の電極導入体を用いることができる。
【００３３】
次に、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の曲率半径Ｒ（以下、単に「曲率半径Ｒ」という）を０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定した理由について説明する。
まず、上記した本発明の第１の実施の形態である定格ランプ電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１において、曲率半径Ｒを０．３ｍｍ（以下、「比較例１」という）、０．５ｍｍ（以下、「実施例１」という）、１．０ｍｍ（以下、「実施例２」という）、１．８ｍｍ（以下、「実施例３」という）、２．０ｍｍ（以下、「実施例４」という）、２．５ｍｍ（以下、「実施例５」という）、２．７ｍｍ（以下、「比較例２」という）と種々変化させたランプを１０本ずつ作製した。
【００３４】
そして、作製した各ランプに対して５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとして、これを繰り返す寿命試験を行い、９０００時間点灯経過時、１００００時間点灯経過時、１２０００時間点灯経過時および１３０００時間点灯経過時のそれぞれにおいて細管部１８のうちの連接部１７の近傍にクラックが発生しているか否かについて調べたところ、図６の表１に示すとおりの結果が得られた。
【００３５】
なお、実施例１〜実施例５、比較例１および比較例２においては、曲率半径Ｒが異なる点を除いては全て同じ構成を有しており、主要な構成部分の値として筒部１６の外径Ｒ1が１２．３ｍｍ、筒部１６の内径ｒ1が１１．０ｍｍ、細管部１８の外径Ｒ2が３．０ｍｍ、細管部１８の内径ｒ2が１．０ｍｍ、電極導入体２４，２５の最大外径Ｒ3が０．９ｍｍ、電極突出長Ｅ1が０．５ｍｍ、最小肉厚ｔ1が１．０ｍｍであり、発光物質としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ3）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ3）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ3）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ3）およびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）がそれぞれ１２重量％、１２重量％、１２重量％、１６重量％、４８重量％、合計量で５．２ｍｇ封入され、また水銀が１０ｍｇ、アルゴンガスが３００Ｋで１３ｋＰａそれぞれ封入されている。
【００３６】
また、表１の「クラックの発生有無」欄において、「−」と表記されている箇所はその点灯経過時間が経過するまでにクラックに起因して発光管３がリークし、不点灯になってしまったことを意味している。
さらに、各ランプは、口金５が上側になるように垂直点灯させた。また、後述するように連接部１７の近傍にクラックが発生した細管部１８は、いずれもこの垂直点灯させた状態で下側に位置する細管部１８を示す。
【００３７】
表１から明らかなように実施例１〜実施例５のいずれについても１００００時間点灯経過時点で細管部１８のうちの連接部１７の近傍にクラックが発生したものはなかった。特に、実施例１〜実施例４については１２０００時間点灯経過時点でもそのようなクラックが発生したものはなく、実施例２および実施例３については１３０００時間点灯経過時点でもそのようなクラックが発生したものはなかった。実施例１および実施例４については１３０００時間点灯経過時点までに、実施例５については１２０００時間点灯経過時点までにそれぞれリークして不点灯になった。
【００３８】
一方、比較例１および比較例２については９０００時間点灯経過時点で細管部１８のうちの連接部１７の近傍にクラックが発生したものはなかったが、１００００時間点灯経過時点までに細管部１８のうちの連接部１７の近傍にクラックが発生し、リークして不点灯になった。
そして、実施例３および実施例４については１３０００時間点灯経過後の発光管３を、実施例１、実施例２、実施例５、比較例１および比較例２については不点灯になった発光管３をそれぞれその発光管３の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切断し、その内面を電子走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、次のことがわかった。
【００３９】
実施例１〜実施例５、比較例１および比較例２のいずれも、図４に示すように、細管部１８の放電空間２３側近傍の内面のうち、電極挿入孔３６の放電空間２３側の開口端から３ｍｍ〜１０ｍｍの領域においてそれぞれ同程度にえぐられるように削られていた。
なかでも、比較例１および比較例２では、削られたアルミナがその細管部１８の内面のうち、削られた部分よりも連接部１８側の近傍に集中して堆積し、その堆積物３７が電極導入体２４、特にコイル３４に接触していた。そして、堆積物３７と電極導入体２４との接触部分が基点となってクラックが発生していた。
【００４０】
なお、図４中、３８は削られた部分を示す。また、この現象は封入されている希土類のハロゲン化物との反応によるものであると考えられる。
しかし、実施例１では、削られたアルミナの一部がその細管部１８の内面のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍にわずかに堆積していたものの、削られたアルミナの大部分が筒部１６と連接部１７との境界部２０の近傍の内面に堆積していた。もちろん、結果的に細管部１８内に堆積したアルミナと電極導入体２４とが接触し、そこが基点となってクラックが発生していた。
【００４１】
実施例２および実施例３では、削られたアルミナが細管部１８の内面に堆積することなく、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面（曲率半径Ｒを有する凹曲面）に堆積していた。
実施例４および実施例５では、削られたアルミナの一部がその細管部１８の内面のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍にわずかに堆積していたものの、削られたアルミナの大部分が筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に堆積していた。もちろん、結果的に細管部１８内に堆積したアルミナと電極導入体２４とが接触し、そこが基点となってクラックが発生していた。
【００４２】
以上の結果から、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に適当な曲率半径を有するＲを設けることにより、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の温度Ｔ1が細管部１８のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍の内面の温度Ｔ2に比して低くすることができ、その結果、削られたアルミナが細管部１８の内面における温度Ｔ2の箇所ではなく、筒部１６と連接部１７との境界部１８の内面における温度Ｔ1の箇所に析出させることができると考えられる。
【００４３】
一方、そう考えた場合、本来、比較例１では、削られたアルミナが細管部１８の内面のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍ではなく、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に析出し堆積するはずである。しかし、比較例１の場合、点灯経過時間が９０００時間〜１００００時間の間にクラックが発生してリークしてしまったのは、その境界部２０の曲率半径Ｒが小さ過ぎ、その結果、当該境界部２０で一種の毛細管現象が起きて、液体状の余剰の金属ハロゲン化物がその境界部２０に多量に溜まり、削られたアルミナが液体状で溜まっている金属ハロゲン化物に阻害されてその部分に析出することができず、次に温度が低い箇所である細管部１８の内面のうち、削られた部分３８よりも放電空間２３側の近傍に析出し堆積してしまったためであると考えられる。このことは、実施例１の場合においても、実施例２〜実施例５の場合とは異なり、削られたアルミナが筒部１６と連接部１７との境界部２０自体に析出せず、連接部１７の、境界部２０から少し離れた部分に若干析出し堆積していたことからも推測することができる。
【００４４】
しかし、筒部１６の内径ｒ1が５．５ｍｍ未満の場合、細管部１８の内面が削られることによって生成されるアルミナを筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に析出させ、堆積させることができないことがわかった。これは、筒部１６の内径ｒ1が５．５ｍｍ未満であると、境界部２０が電極部２１，２２に近づきすぎてその内面の温度Ｔ1が上昇したためであると考えられる。したがって、上記のように生成されたアルミナを筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に析出させ、堆積させるためには筒部１６の内径ｒ1を５．５ｍｍ以上に設定する必要がある。
【００４５】
よって、希土類のハロゲン化物が封入されていても、筒部１６の内径ｒ1を５．５ｍｍ以上に設定し、かつ筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の曲率半径Ｒを０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定することにより、細管部１８の内面が削られることによって生成されるアルミナを筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面に析出させ、堆積させることができるので、長期の点灯時間に亘って、その堆積物３７が電極導入体２４，２５等の熱膨張係数を異にする部材と接触するのを阻止することができる。その結果、特に連接部１７の近傍にクラックが発生してリーク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。
【００４６】
特に、表１から明らかなように、一層の長寿命化を図るため、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の曲率半径Ｒを０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。また、より一層の長寿命化を図るため、筒部１６と連接部１７との境界部２０の内面の曲率半径Ｒを１．０ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
次に、外囲器１９内にアルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることが好ましい理由について説明する。
【００４７】
まず、発光物質としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ3）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ3）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ3）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ3）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）およびヨウ化カルシウム（ＣａＩ2）がそれぞれ７．７重量％、７．６重量％、７．６重量％、１１．３重量％、４０．２重量％、２５．６重量％、合計量で７．２ｍｇ封入されている点を除いて実施例１と同じ構成を有している定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ（実施例６）を１０本作製した。
【００４８】
そして、作製した各ランプに対して５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとして、これを繰り返す寿命試験を行い、１２０００時間点灯経過後の発光管３を、その長手方向の中心軸Ｘを含む面で切断し、その内面を電子走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、次のことがわかった。
つまり、実施例６では、希土類金属のハロゲン化物との反応による細管部１８の内面のえぐられ方が実施例１の場合での希土類金属のハロゲン化物との反応による細管部１８の内面のえぐられ方に比してかなり小さいことがわかった。この結果から、外囲器１９内に封入する金属ハロゲン化物にヨウ化カルシウムを含めることにより、上記した外囲器１９の材料であるアルミナと希土類のハロゲン化物との反応を抑制することができると考えられる。その結果、上記した希土類金属のハロゲン化物との反応によって生成されるアルミナ量自体を低減することができ、一層の長寿命化を図ることができるとともに、希土類金属のハロゲン化物との反応によって外囲器１９が薄肉化し、その部分の機械的強度が低下して破損しやすくなるのを防止することができる。この作用効果は、ヨウ化カルシウム以外に、例えば臭化カルシウムはもちろんのこと、ハロゲン化カルシウム以外のハロゲン化マグネシウム、ハロゲン化ストロンチウム等のアルカリ土類金属のハロゲン化物を用いた場合でも同様に得られることが確認された。特に、アルカリ土類金属のハロゲン化物としてハロゲン化カルシウムを用いた場合では、上記した作用効果に加えて赤味成分が増加し、演色性を高めることができることがわかった。
【００４９】
よって、外囲器１９の材料であるアルミナと希土類のハロゲン化物との反応を抑制し、希土類金属のハロゲン化物との反応によって生成されるアルミナ量自体を低減して一層の長寿命化を図るとともに、希土類金属のハロゲン化物との反応によって外囲器１９が薄肉化し、その部分の機械的強度が低下して破損しやすくなるのを防止するため、外囲器１９内にアルカリ土類金属のハロゲン化物を封入することが好ましい。
【００５０】
次に、電極突出長Ｅ1（ｍｍ）と最小肉厚ｔ1（ｍｍ）とがそれぞれ（Ｅ1，ｔ1）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内に設定されていることが好ましい理由について説明する。
まず、図７の表２および図８に示すとおり電極突出長Ｅ1（ｍｍ）と最小肉厚ｔ1（ｍｍ）とを種々変化させた点を除いて上記表１の実施例２の定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプと同じ構成を有している定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプを１０本ずつ作製した。
【００５１】
そして、作製した各ランプに対して５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとして、これを繰り返す寿命試験を行い、１３０００時間点灯経過後において連接部１７と細管部１８との境界部分にクラックが発生するか否か、および初期の発光効率（ｌｍ／Ｗ）についてそれぞれ調べたところ、表２に示すとおりの結果が得られた。
なお、「初期の発光効率」とは、１００時間点灯経過時の発光効率であって、表２に示す数値は各サンプル（１０本）の平均値を示す。また、発光効率は、従来のセラミックメタルハライドランプと同等以上、つまり９０ｌｍ／Ｗ以上得られることを評価の基準とした。
【００５２】
また、後述する「光束維持率（％）」とは、１００時間点灯経過時の光束（ｌｍ）を１００とした場合のある点灯経過時間の光束（ｌｍ）の割合を示す。
さらに、各ランプは、口金５が上側になるように垂直点灯させた。また、後述するように連接部１７と細管部１８との境界部分に発生したクラックは、上側および下側のいずれにも発生した。
【００５３】
表２から明らかなように、実施例６、実施例７、実施例８、実施例１２および実施例１３では、いずれも１３０００時間点灯経過後において連接部１７と細管部１８との境界部分にクラックが発生してリークした。一方、実施例９、実施例１０、実施例１１、実施例１４、実施例１５、実施例１６、実施例１７および実施例１８では、いずれも１３０００時間点灯経過時後においても連接部１７と細管部１８との境界部分にクラックが発生したものはなかった。
【００５４】
リークした各実施例についてその発光管３を、その長手方向の中心軸Ｘを含む面で切断し、その内面をＳＥＭによって観察したところ、希土類金属のハロゲン化物との反応によって削られたアルミナが連接部１７と細管部１８との境界部分に堆積して電極導入体２４，２５と接触しているような様子はなかった。そこで、実施例６、実施例７、実施例８、実施例１２および実施例１３の場合でのクラックの要因について検討した結果、次のように考えた。まず、実施例６、実施例７および実施例８の場合では、点灯中、高温となる電極部２１，２２が連接部１７と細管部１８との境界部分に近すぎるためにその境界部分における点灯時の温度と消灯時の温度との温度差が大きくなり、これに起因してその境界部分に大きな応力が発生してクラックが発生したものと考えられる。一方、実施例１２および実施例１３の場合、電極部２１，２２と、連接部１７と細管部１８との境界部分との間の距離は実施例６、実施例７および実施例８に比べると長く、その境界部分にさほど大きな応力が発生していないとしても、最小肉厚ｔ1が小さいためにさほど大きくない応力であってもクラックが発生したものと考えられる。これらに対して実施例９、実施例１０、実施例１１、実施例１４、実施例１５、実施例１６、実施例１７および実施例１８の場合では、最小肉厚ｔ1が小さかったとしてもそれに応じてその温度差も小さく、その境界部分に大きな応力が発生することはなく、一方でその温度差が大きく、その境界部分にある程度の大きな応力が発生したとしてもそれに耐え得るだけ最小肉厚ｔ1があったためであると考えられる。
【００５５】
また、表２から明らかなように、実施例６、実施例７、実施例８、実施例９、実施例１０、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例１５、実施例１６および実施例１８の場合、初期の発光効率はいずれも９０ｌｍ／Ｗ以上となり上記した評価基準を満足した。一方、実施例１１および実施例１７では、初期の発光効率はいずれも９０ｌｍ／Ｗ未満となり上記した評価基準を満足しなかった。
【００５６】
しかしながら、実施例１および実施例７〜実施例１７の場合では６０００時間点灯経過時の光束維持率が８０％以上あり、従来のセラミックメタルハライドランプの６０００時間点灯経過時の光束維持率と同程度であったものの、実施例１８については６０００時間点灯経過時の光束維持率が７５％しかなく、従来のセラミックメタルハライドランプの６０００時間点灯経過時の光束維持率よりも下回った。実施例１８では、特に連接部１７の内面が著しく黒化していた。
【００５７】
このような結果が得られた原因については次のように考えた。
まず、実施例１１および実施例１７の場合、最小肉厚ｔ1が大きすぎ、点灯時、放電空間２３からその境界部分へ伝わる熱量が増えて熱損失が増大したために発光効率が低下したと考えられる。一方、実施例６、実施例７、実施例８、実施例９、実施例１０、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例１５、実施例１６および実施例１８の場合では、その最小肉厚ｔ1が適切な大きさを有し、点灯時、放電空間２３からその境界部分へ伝わる熱量が少なく、その結果、熱損失が増大するのを抑制することができたために所望の発光効率が得られたと考えられる。しかし、実施例１８が他の実施例とは異なり、光束維持率が低いのは次のような原因が考えられる。すなわち通常、点灯中、放電空間２３内の熱対流は主として電極部２１，２２間で発生している。そして、この熱対流によって放電空間２３内におけるハロゲンサイクルが促進され、点灯中、高温の電極部２１，２２からその構成材料であるタングステンが飛散しても、発光管３の内面に付着して黒化するのを抑制することができ、光束維持率が低下するのを防止することができる。ところが、実施例１８のように電極突出長Ｅ1が長くなりすぎると、点灯中、電極部２１，２２のうち、電極挿入孔３６の開口付近での熱対流が発生しにくくなり、その領域だけ上記したハロゲンサイクルの機能が低下し、黒化が発生したためである。これは、上記したように実施例１８における連接部１７の内面が著しく黒化していることからもわかる。
【００５８】
したがって、電極突出長Ｅ1（ｍｍ）と最小肉厚ｔ1とをそれぞれ（Ｅ1，ｔ1）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内、つまり図８の斜線で示された領域に設定することにより、発光効率や光束維持率を低下させることなく、点灯、消灯の繰り返しによって連接部１７と細管部１８との境界部分に大きな応力が発生するのを防止することができるので、その応力によって境界部分にクラックが発生してリークするのを防止することができ、より一層の長寿命化を図ることができることがわかった。
【００５９】
よって、発光効率や光束維持率を低下させることなく、連接部１７と細管部１８との境界部分にクラックが発生してリークするのを防止し、より一層の長寿命化を図るため、電極突出長Ｅ1（ｍｍ）と最小肉厚ｔ1（ｍｍ）とをそれぞれ（Ｅ1，ｔ1）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内に設定することが好ましい。
【００６０】
（第２の実施の形態）
次に、図９に示すように、本発明の第２の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプは、用いられている発光管３９において、筒部４０と連接部４１との境界部４２の内面に、曲率半径０．５ｍｍ〜２．５ｍｍのＲが形成される代わりに、円錐の先端部を切り落としたようなテーパ面４３が形成されている点を除いて本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１と同じ構成を有している。
【００６１】
なお、図９中、４４は外囲器を、４５は細管部をそれぞれ示す。
このテーパ面４３は、図１０に示すように、発光管３９の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切った断面において、筒部４０の内面とテーパ面４３との境界点（筒部４０の内面を含む直線とテーパ面４３を含む直線との交点）を点Ａ、連接部４１の内面とテーパ面４３との境界点（連接部４２の内面を含む直線とテーパ面４３を含む直線との交点）を点Ｂとし、筒部４０の内面を含む直線と、点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定されている。このとき、前記範囲内において線分ＡＣの長さと線分ＢＣの長さとが同じであってもよく、前記範囲内において線分ＡＣの長さと線分ＢＣの長さとが異なっていてもよい。
【００６２】
なお、発光管３９の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切った断面において、筒部４０の内面の直線部分と連接部４１の内面の直線部分とのなす角αは８５°〜１１５°、例えば９０°に設定されている。
次に、前記線分ＡＣの長さと前記線分ＢＣの長さとをそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定した理由について説明する。
【００６３】
まず、本発明の第２の実施の形態である定格ランプ電力１５０Ｗのメタルハライドランプにおいて、線分ＡＣの長さと線分ＢＣの長さとを種々変化させたランプを１０本ずつ作製した。
そして、作製した各ランプに対して５．５時間点灯、０．５時間消灯を１サイクルとして、これを繰り返す寿命試験を行い、９０００時間点灯経過時、１００００時間点灯経過時および１３０００時間点灯経過時のそれぞれにおいて細管部４５のうち連接部４２の近傍にクラックが発生しているか否かについて調べたところ、図１１の表３に示すとおりの結果が得られた。
【００６４】
なお、実施例１９〜実施例３０、比較例３〜比較例１５においては、線分ＡＣの長さと線分ＢＣの長さとが異なる点を除いては全て同じ構成を有しており、主要な構成部分の値として筒部４０の外径Ｒ1が１２．３ｍｍ、筒部４０の内径ｒ1が１１．０ｍｍ、細管部４５の外径Ｒ2が３．０ｍｍ、細管部４５の内径ｒ2が１．０ｍｍ、電極導入体２４，２５の最大外径Ｒ3が０．９ｍｍ、電極突出長Ｅ1が０．５ｍｍ、最小肉厚ｔ1が１．０ｍｍであり、発光物質としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ3）、ヨウ化ツリウム（ＴｍＩ3）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ3）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ3）およびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）がそれぞれ１２重量％、１２重量％、１２重量％、１６重量％、４８重量％、合計量で５．２ｍｇ封入され、また水銀が１０ｍｇ、アルゴンガスが３００Ｋで１３ｋＰａそれぞれ封入されている。
【００６５】
また、表３の「クラックの発生有無」欄において、「−」と表記されている箇所はその点灯時間が経過するまでにクラックに起因して発光管３９にリークが発生し、不点灯になってしまったことを意味している。
さらに、各ランプは口金５が上側になるように垂直点灯させた。また、後述するように連接部４１の近傍にクラックが発生した細管部４５は、いずれもこの垂直点灯させた状態で下側に位置する細管部４５を示す。
【００６６】
表３から明らかなように実施例１９〜実施例３０のいずれについても１３０００時間点灯経過時点で細管部４５のうちの連接部４１の近傍にクラックが発生したものはなかった。一方、比較例３〜比較例１５については９０００時間点灯経過時点で細管部４５のうちの連接部４１の近傍にクラックが発生したものはなかったが、１００００時間点灯経過時点までにリークして不点灯になっていた。
【００６７】
そして、実施例１９〜実施例３０については１３０００時間点灯経過後の発光管３９を、比較例３〜比較例１５については不点灯になった発光管をそれぞれその発光管３９の長手方向の中心軸Ｘを含む面で切断し、その内面を観察したところ、次のことがわかった。
すなわち、実施例１９〜実施例３０、比較例３〜比較例１５のいずれも、細管部４５のうちの連接部４１の近傍の内面がそれぞれ同程度にえぐられるように削られていた。そして、比較例３〜比較例１５では、削られたアルミナがその細管部の内面うち、削られた部分よりも放電空間２３側の近傍に集中して堆積し、その堆積物が電極導入体２４に接触していた。そして、堆積物と電極導入体２４とが接触している部分が基点となってクラックが発生していた。
【００６８】
しかし、実施例１９〜実施例３０では、削られたアルミナが細管部４５の内面に堆積しておらずテーパ面４３に堆積していた。これは、筒部４０と連接部４１との境界部４２の内面にテーパ面を設け、かつ筒部４０の内面とテーパ面４３との境界点を点Ａ、連接部４１の内面とテーパ面４３との境界点を点Ｂとし、筒部４０の内面を含む直線と、点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定することにより、筒部４０と連接部４１との境界部４２の内面、つまりテーパ面４３の温度Ｔ3が細管部４５のうち削られた部分に対して連接部４１側の近傍の内面の温度Ｔ2に比して低くなり、その結果、削られたアルミナが細管部４５の内面における温度Ｔ2の箇所ではなく、テーパ面４３における温度Ｔ3の箇所に析出しやすくなったためであると考えられる。もっとも、本発明の第２の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプにおいても、本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１と同様に筒部４０の内径ｒ1を５．５ｍｍ以上に設定する必要がある。
【００６９】
よって、希土類のハロゲン化物が封入されていても、筒部４０の内径ｒ1を５．５ｍｍ以上に設定するとともに、筒部４０と連接部４１との境界部４２の内面にテーパ面４３を設け、かつ筒部４０の内面とテーパ面４３との境界点を点Ａ、連接部４１の内面とテーパ面４３との境界点を点Ｂとし、筒部４０の内面を含む直線と、点Ｂから前記直線に対して下した垂線との交点を点Ｃとしたとき、線分ＡＣおよび線分ＢＣの長さがそれぞれ０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定することにより、本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１と同様に、細管部４５の内面が削られることによって生成されるアルミナをそのテーパ面４３に析出させ、堆積させることができるので、長期の点灯時間に亘って、その堆積物が電極導入体２４，２５等の熱膨張係数を異にする部材と接触するのを阻止することができる。その結果、細管部４５、特に連接部４１の近傍にクラックが発生してリーク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。
【００７０】
また、この第２の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプにおいても、外囲器４４の構成材料であるアルミナと希土類のハロゲン化物との反応を抑制し、希土類金属のハロゲン化物との反応によって生成されるアルミナ量自体を低減して一層の長寿命化を図るとともに、希土類金属のハロゲン化物との反応によって外囲器４４が薄肉化し、その部分の機械的強度が低下して破損しやすくなるのを防止するため、外囲器４４内にアルカリ土類金属のハロゲン化物が封入されていることが好ましい。もちろん、アルカリ土類金属のハロゲン化物として、ヨウ化カルシウムや臭化カルシウムのハロゲン化カルシウムの他、ハロゲン化マグネシウム、ハロゲン化ストロンチウム等を用いた場合でも上記と同様の作用効果が得られることが確認された。特に、アルカリ土類金属のハロゲン化物としてハロゲン化カルシウムを用いた場合、上記した作用効果に加えて、演色性を高めることができる。
【００７１】
さらに、点灯、消灯の繰り返しによって連接部４１と細管部４５との境界部分に大きな応力が発生するのを防止して、その応力によって境界部分にクラックが発生してリークするのを防止し、より一層の長寿命化を図るため、電極突出長をＥ1（ｍｍ）、連接部４１と細管部４５との境界部分の最小肉厚をｔ1（ｍｍ）とした場合、電極突出長Ｅ1と最小肉厚ｔ1とをそれぞれ（Ｅ1，ｔ1）＝（０．５，１．０）、（０．５，３．５）、（５．０，３．５）、（５．０，０．５）の４点で囲まれた範囲内に設定することが好ましい。
【００７２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態である照明装置は、図１２に示すように、例えば、天井４６に組み込まれるダウンライト用であって、天井４６に埋設された灯具４７と、この灯具４７内に収納された本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１と、このメタルハライドランプ１を点灯させるための点灯回路４８を備えている。
【００７３】
灯具４７および点灯回路４８はともに板状のベース部４９に固定されている。
灯具４７は、内部に反射面５０を有する笠部５１と、この笠部５１内に配設され、ランプが装着されるソケット部５２とを有している。
点灯回路４８には、公知の銅鉄安定器または電子安定器のいずれのものも用いることができる。
【００７４】
このような本発明の第３の実施の形態である照明装置にかかる構成によれば、長寿命なメタルハライドランプを用いているので、ランプに対するコストだけでなく、ランプの交換頻度を減少させることができるので、交換作業等によって発生するコストも削減することができる。
なお、上記各実施の形態では、定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプを一例に挙げて説明したが、本発明は、定格電力１５０Ｗ以外に例えば７０Ｗ〜４００Ｗのメタルハライドランプにも適用することができる。
【００７５】
また、上記第３の実施の形態では、本発明の第１の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１を用いた場合について説明したが、本発明の第２の実施の形態である定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１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。
さらに、上記第３の実施の形態では、天井４６に組み込まれるダウンライト用の灯具４７を用いた場合について説明したが、これ以外にも公知の種々の灯具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。
【００７６】
（第４の実施の形態）
上記実施の形態では、発光管における筒部と連接部からなる外囲器の、管軸を含む平面での断面形状がほぼ矩形のものにおいて、当該筒部と連接部の境界部の内面のＲを０．５ｍｍ〜２．５ｍｍにすることにより長寿命化の効果が得られることについて説明した。本実施の形態においては、筒部と連接部の境界部の内面のＲが２．５ｍｍを超えた場合において、他の条件を備えることにより発光管の長寿命化を得る構成について説明する。
（１）発光管の構成
図１３は、本発明の第４の実施の形態に係るメタルハライドランプにおける発光管１００の構成を示す断面図である。
【００７７】
同図において、発光管１００は、定格ランプ電力が１５０Ｗであって、その外囲器が管中央の本管部１０３と管両端の一対の細管部１０４、１０５が一体に成形され焼結された一体成形型の透光性セラミック管１０２から構成されている。
本管部１０３は、内径φ1が１１．０ｍｍの筒部１３１とその両端部の半球部１３２、１３３（第１、第２の実施の形態における「連接部」に該当する。）とからなる。筒部１３１の全長Ｌ１は１７．３ｍｍで、各半球部１３２、１３３の管軸方向の長さＬ１’が共に６．２ｍｍに設定されている。
【００７８】
また、筒部１３１の肉厚ｔ６は、特に透過率を高めて発光効率の向上を図るために、従来前記１５０Ｗ品種に準じた比較的小さな０.５〜０.８ｍｍの範囲に設定され、例えば典型的寸法として０.６５ｍｍに設定される。
一方、細管部１０４、１０５の形状は、管内径φ２が１.０ｍｍ及び全長Ｌ２が１５．９ｍｍに設定され、また、後述する考察に基づき肉厚ｔ５が、所定の範囲に規定され、本例では典型的寸法として１.１ｍｍに設定されている。
【００７９】
さらに、特に本管部１０３と細管部１０４、１０５の境界内側コーナ部（以下、単に「内側コーナ部」という。）１０６には、曲率半径が０．５ｍｍ〜３.０ｍｍに範囲のＲ部が形成されており、本実施例では典型的寸法として当該Ｒ部の曲率半径が１.５ｍｍに設定されている。
上記発光管１００の本管部１０３内部には、タングステン(Ｗ)製の一対の電極１７０、１８０（両電極間距離Ｌｅ：１０ｍｍ）が配設される。ここで、上記電極１７０、１８０は、タングステン製の電極棒１７２，１８２の先端部に同じくタングステン製のコイル１７１、１８１を取着して構成される。
各電極棒１７２、１８２は、放電空間１２０と反対側の端部において、Ａｌ２Ｏ３−Ｍｏ系導電性サーメットからなる内部リード線１０９，１１０(外径０．９ｍｍ)に接合・保持される。また、各電極棒１７２、１８２の細管部１０４、１０５内の存する部分には、発光物資の沈み込みを防止するため、モリブデン(Ｍｏ)コイル１１７，１１８が巻回されている。
【００８０】
内部リード線１０９，１１０は、細管部１０４、１０５の開口端部１４１、１５１から外部に導出されると共に、当該開口部において、Ｄｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系フリット（シール材）１１１、１１２によりそれぞれ気密封着されている。
また、各内部リード線１０９，１１０の、細管部１０４、１０５からの導出部分の端部にはニオブからなる外部リード線１１３，１１４が同軸上に接合・保持され、この部分にスリーブ１１３１、１１４１を外挿することにより当該接合部が補強される。
上記フリット１１１，１１２は、特にランプ点灯時の発光物質による内部リード線１０９、１１０への侵蝕を抑制するために、内部リード線１０９，１１０のＷ電極棒１７２，１８２との接合部近傍まで充填されている。
【００８１】
放電空間１２０内には、後述するようにＣａＩ２混合の金属ハライドからなる発光物質が封入され、また緩衝ガスとしての水銀が約１０ｍｇ及び始動補助用希ガスとしてのアルゴンが約１３ｋＰａ封入されている。
(２）発光物質の組成
さて、本願発明者は、開発当初において、一体成形型セラミック管に、従来の１５０Ｗ品種と同じ組成比率（ＤｙＩ３  １２％＋ＴｍＩ３  １２ ％＋ＨｏＩ３  １２％＋ＴｌＩ   １６％＋ＮａＩ ４８％）からなる総量５．２ｍｇの発光物質を封入した試作発光管を作成した。
【００８２】
この試作発光管は、封入する発光物質と細管部と本管部の内側コーナ部６にＲ部を設けていないことを除いて、全て上記図１３の発光管１００と同じ構成である。
これにより、試作発光管を組み込んだメタルハライドランプは、特に初期光束が１３８００ｌｍ（ルーメン）及び発光効率が９２.０ｌｍ／Ｗとなった。因みに、従来の組立焼結型の１５０Ｗ品種の発光効率は、８８．０ｌｍ／Ｗであったので、これに比べて約４．５％改善されている。これは主に一体成形型透光性セラミック管の適用によるものである。
【００８３】
また、平均演色評価数Ｒａが９４および特殊演色評価数Ｒ９が４０という優れたランプ特性が得られた。
ところが、上記試作発光管は、エージング試験において、約５０００時間経過したあたりから、細管部１０４、１０５が特有の形態で破損することが判明した。特に、細管部破損は、主に口金を上にして、発光管の管軸が垂直方向とほぼ一致する状態で点灯した場合（以下、「口金ＵＰ点灯」という。）に、試作発光管の下側細管部に多く発生した。
【００８４】
この原因を究明すべく、破損した試作発光管の破損部の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、図１４の模式図に示すような観察結果が得られた。
同図に示すように細管部５の破損は、本管部１０３の端部からＬ３（＝５〜６ｍｍ程度）だけ離れた箇所１０５Ａで発生した。そして、特に破損箇所１０５Ａは発光物質による侵蝕を受けて凹形状をなしており、これに対して破損箇所１０５Ａから本管部１０３側に隣接する箇所１０５Ｂに、新たに凸形状をなすＡｌ２Ｏ３堆積物１５３がＭｏコイル１１８の周面と接するようにして生成されていた。
【００８５】
この状態で点灯すると、温度上昇に伴い１０５Ｂの箇所における細管部１０５とモリブデンコイル１１８、電極棒１８２などの熱膨張により、白抜きの矢印に示すような方向に作用する応力Ｓが発生し、この応力Ｓが、侵食されて強度が弱くなった１０５Ａの部分に曲げ力として加えられたためクラック１５２が生じ、その繰り返しにより、細管部１０５が破損したものと推察される。
【００８６】
次に、なぜ１０５Ａの部分にセラミック管の侵食が生じたかについて考察すべく、従来の透光性セラミックメタルハライドランプに適用されていた各種類の発光物質と透光性セラミック管への侵蝕度合を実験により調べてみた。
この実験では、管内に各種の発光物質及び透光性セラミック管サンプル片とアルゴンを封入した石英管を試作し、これを加熱炉で約１１００℃で２０００時間加熱処理した後に、各透光性セラミック管サンプル片の侵蝕度合を観測した。
【００８７】
この結果、侵蝕度合は、ＴｍＩ３＞ＨｏＩ３＞ＤｙＩ３≫ ＣｅＩ３  ≒ ＰｒＩ３ ＞ＴｌＩ ≒ ＮａＩ ≒ ＣａＩ２ の順序で小さくなり、特にＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３の希土類金属ハライドの侵蝕度合が大きいことが分かった。
そして、細管部の少し中に入った箇所１０５Ａで当該希土類金属ハライドが気相から液相に変わり、この部分で液相状態の希土類金属ハライドの対流が生じて細管部の侵食が促進されたものと推察される。
【００８８】
そこで、本願発明者は、特に侵蝕度合の大きい希土類金属ハライドＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３を含む従来の発光物質に加えて、侵蝕度合の小さいＣａＩ２を所定の割合で混合して発光管１００内に封入した。これによって、前記試作ランプにおける特有の細管部侵蝕と応力印加による破損が著しく抑制され、従来の１５０Ｗ品種の組立焼結体製品と同等の定格寿命時間１２０００時間が十分な余裕をもって確保できた。
(３）実施例
以下に、本発明に係る発光管１００の構成とメタルハライドランプ２２の特性を実施例に基づき、より詳しく説明する。
本実施例では、特に典型的構成として組成比率（ＤｙＩ３  ７．７％＋ＴｍＩ３        ７．６ ％＋ＨｏＩ３  ７．６％＋ＴｌＩ １１．３％＋ＮａＩ ３７．２ ％＋  ＣａＩ２   ２８．６%）からなる総量７．２ｍｇの発光物質を発光管１００内に封入した。
【００８９】
その他の構成は、前記試作発光管と同じである。これにより、上記発光管１００によるランプ２２は、初期光束が１３５００ｌｍおよび効率が９０ｌｍ／Ｗで平均演色評価数Ｒａが９６および特殊演色評価数Ｒ９が７５というランプ特性が得られた。
ここで、前記試作発光管に比べて約２％低下したのは、本発明による発光物質へのＣａＩ２混合によるものである。また、Ｒ９値が４０から７５へ上昇したのも、同じＣａＩ２混合によるものである。
【００９０】
また、本第４の実施の形態に係るメタルハライドランプは、特に口金ＵＰ点灯によるエージング試験でも、約１２０００時間の寿命時間（光束維持率７０％になるエージング時間で規定）が得られ、この間に細管部破損は観測されなかった。
図１５は、このときの細管部１０５の走査型顕微鏡による観測結果を示す模式図である。
同図に示すように１０５Ａの箇所における侵食の度合が、図１４の場合に比べて極端に少なくなっており、これに伴いＡｌ２Ｏ３堆積物１５３の量も少なくなっている。これにより細管部の破損のおそれが、図１４の場合に比較して格段に少なくなり、ランプ寿命が飛躍的に延びたのである。
【００９１】
上記構成による細管部侵蝕抑制の効果は、特に発光物質の中で侵蝕度合の大きい希土類金属ハライドＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３が、組成比率の比較的高いＣａＩ２ 混合により希釈され、細管部１０５の侵蝕箇所１０５Ａと接触する上記希土類金属ハライドの割合が実効的に低減されることに起因するものである。
（４）ＣａＩ２ 混合量および細管部の肉厚の最適範囲
上述のように発光物質にＣａＩ２を混合することにより、細管部の侵食が大幅に抑えられることが実証された。
【００９２】
ここで、上記ＣａＩ２ 混合の優位性は、上記のように透光性セラミック管への侵蝕度そのものが小さい上に、その組成比率を比較的高めてもランプ特性へのマイナス効果が低レベルに抑え得ることにある。
しかしながら、ＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３などの希土類金属のハロゲン化物に比して、ＣａＩ２の発光効率がやや劣ることは否めなく、例えば、上記実施例における当該希土類金属ハライドＣａＩ２ ２８．６モル％混合の発光管１００は、ＣａＩ２を混合しない場合に比して発光効率が、約２％小さくなった。
【００９３】
したがって、本発明の課題のひとつである高効率化を確保するためには、ＣａＩ２を混合する量に一定の上限がある。
実際に、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２の試験発光管を用いたメタルハライドランプについて、発光物質の成分を上記と同じものとし、ＣａＩ２のモル％を変化させて、発光効率（ｌｍ／Ｗ）を測定したところ、図１６の表４のような実験結果が得られた。
【００９４】
同表からも分かるようにＣａＩ２のモル％が増加するほど、発光効率が徐々に低下し、６５モル％を超えると極端に発光効率が低下しており、従来の１５０Ｗ品種の組立焼結型の発光管を採用した１５０Ｗ品種のメタルハライドランプにおける発光効率である約８８ｌｍ／Ｗを下回っており、これでは、当該焼結型のメタルハライドランプに比べて発光効率を向上させるという本願の目的を達成することは不可能である。他の管壁負荷が異なる他のメタルハライドランプについてもほぼ同様な結果が得られており、以上の考察により、ＣａＩ２のモル％は６５％以下が望ましいといえる。
【００９５】
また、反対にＣａＩ２の量が少な過ぎると細管部の侵食の程度を十分に抑制することができず、細管部の破損を十分に回避できないというおそれがある。
その一方で、十分にＣａＩ２を混合しても、細管部の侵食の程度が皆無になるわけではないので、当該細管部の肉厚も一定以上あることが望ましいと考えられるが、細管の肉厚をあまり大きくし過ぎると発光効率が低下して望ましくない。
【００９６】
すなわち、所望の高効率を確保しつつ、ランプ寿命を十分に得るためには、ＣａＩ２の混合量と細管部の肉厚が、それぞれ最適な範囲内であることが望まれるのである。
そこで、本願発明者は、全ハロゲン化金属の総量に対する上記ＣａＩ２の組成比率Ｍｃａ（モル％）と細管部肉厚ｔ５（ｍｍ）の組み合わせの異なる試験ランプを複数製作し、管壁負荷を、通常のランプ使用範囲内の２０Ｗ／ｃｍ２、３０Ｗ／ｃｍ２、４０Ｗ／ｃｍ２の３種類に設定してランプエージング試験を行い、細管部におけるクラックの発生の有無を確認した。試験ランプのその他の条件は上記実施例と全く同じである。
【００９７】
また、発光管内に封入された発光物質は、ＤｙＩ３、ＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＴｌＩ、 ＮａＩ、ＣａＩ２であり、ＣａＩ２の組成比率を０モル％から上記上限の６５モル％まで変化させて実験を行った。
図１７の表５は、上記エージング試験の結果を示すものである。
同表では、通常のエージング試験において９０００時間を経過しても細管部にクラックが発生しなかった場合に「○」を付し、それまでにクラックが発生した場合に「×」を付している。
【００９８】
この表で、まず気付くのは、細管部の肉厚が一定値より小さい場合には、いくらＣａＩ２を６５モル％封入しても、細管部にクラックが生じるということである。
そして、クラックが生じないための細管部肉厚の最小値は、管壁負荷の値に応じて異なり、管壁負荷が２０Ｗ／ｃｍ２、３０Ｗ／ｃｍ２、４０Ｗ／ｃｍ２の各場合に応じて、細管部に必要な肉厚は、少なくとも０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．１ｍｍであることが分かった。
【００９９】
また、細管部の肉厚をあまり大きくし過ぎると発光効率が低下する。上記表４の実験結果からも分かるように、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２の場合には、細管部肉厚が１．５ｍｍになると、発光効率が大きく低下しているので、１．５ｍｍ未満が望ましいといえる。
この肉厚の上限は、発光効率の低下の割合の問題なので、管壁負荷の大きさ自体には影響されず、他の異なる管壁負荷の場合でもやはり１．５ｍｍ未満が望ましいことが本願発明者により確認された。
【０１００】
上述のように細管部の肉厚の上限は、管壁負荷にかかわらず、一律に１．５ｍｍ未満が望ましいが、肉厚の下限の大きさは、管壁負荷に依存している。
そこで、より詳しく細管部の肉厚の下限値と管壁負荷の関係を解明すべく、発光物質にＣａＩ２を５モル％混合した状態で、管壁負荷が２０Ｗ／ｃｍ２、２７Ｗ／ｃｍ２、３０Ｗ／ｃｍ２、４０Ｗ／ｃｍ２の各場合における、クラックが生じない細管部の最低値を有効数字２桁まで求めたところ、図１８の表６のような実験結果が得られた。
【０１０１】
図１９は、上記表６の値をグラフ上にプロットしたときの図である。
同グラフにおいて、横軸ｐが管壁負荷の大きさ（Ｗ／ｃｍ２）、縦軸ｔが細管部の肉厚（ｍｍ）を示しており、同グラフに示すように肉厚の下限値は、ほぼ直線Ｂ上に並ぶことが分かった。この直線Ｂの式を各プロットの値から求めて近似すると、ｔ＝ｐ／３６となった。
【０１０２】
したがって、細管部の肉厚をｔ５（ｍｍ）、管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔ５＜１．５の条件を満たすことが望ましい。
なお、この条件は、ＣａＩ２の量が、５モル％のときの実験結果であり、ＣａＩ２がそれ以上含まれる場合には、細管部がより侵食されにくくなるため、ＣａＩ２の値が５モル％〜６５モル％のすべての範囲において、細管部の肉厚が少なくとも上記ｐ／３６以上あれば、クラックが発生しないといえる。
【０１０３】
因みに本管部の肉厚の範囲についても実験してみたところ、その上下限について図２０の表７のような結果を得た。
この上限値は、本管肉厚を増大させることによる発光効率低下への影響を考慮し、このときの組成で８８ｌｍ／Ｗ以上であることを基準にして決定した。また、下限値は、ランプエージング試験で９０００時間点灯してもクラックなどが生じない最小の肉厚の値である。
【０１０４】
この結果をグラフ上にプロットすると図２１のようになった。
したがって、例えば、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２の場合には、細管部の最小の肉厚０．８３ｍｍ、本管部の最小の肉厚０．５３ｍｍとし、さらにＣａＩ２を最小の５モル％としたときに発光効率が一番高く、しかも細管部の破損を防止できてランプ寿命も満足のできるメタルハライドランプを得ることができる。
(５）細管部と本管部の境界の内側コーナ部におけるＲ部の形成
なお、発光物質にＣａＩ２を混合した場合には、細管部の侵食を抑制できると共に、図１５に示すようにアルミナの堆積位置５Ｂが、図１４の場合に比べて放電空間２０側に僅かながら移動するという現象も生じていることも判明した。
【０１０５】
これは、侵食により溶出したＡｌ２Ｏ３がＣａと複合物を形成し、その析出温度が変化したため、堆積位置も変化したからであると推測される。
そこで、本願発明者は、図２２に示すように、細管部と本管部の境界の内側コーナ部１０６（図１５）に、曲率半径１．５ｍｍのＲ部３３１を形成して、上記と同様の評価実験を行って観察したところ、図２３に示すようにＡｌ２Ｏ３の堆積物１５３が当該Ｒ部３３１の部分に形成され、堆積物１５３とモリブデンコイル１１８の接触が完全になくなり、そのランプ寿命もさらに延びることが確認された。
【０１０６】
そして、上記発光管１００の内側コーナ部６に形成されたＲ部３３１の曲率半径は０．５ｍｍ〜３.０ｍｍの範囲に規定するのが妥当であることが解明された。
Ｒ部３３１の曲率半径が、０．５ｍｍ未満であるとエージング約８０００時間で上記Ａｌ２Ｏ３堆積物１５３がＭｏコイル１１８に接触するケースがあり、一方、当該曲率半径が３．０ｍｍより大きくなると、細管部１０５とモリブデンコイル１１８との隙間が大きくなり過ぎて当該隙間に沈積する発光物質の割合が増大し、これによるライフ中の光束低下が検討品に比べ約５％以上も低下し、望ましくないからである。
(６）まとめ
以上から、ＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３などの希土類金属のハロゲン化物を発光物質として使用する場合に、一体成形型透光性セラミック管を用いた発光管を有する屋内型のメタルハライドランプにおいて、従来の組立焼結型のセラミック管を用いた発光管の場合よりも、高効率で、かつ、ランプ寿命を良好に保つためには、次の条件が満たされることが望ましい。 
【０１０７】
（i）ＣａＩ２が、発光物質全体に対して５〜６５モル％の範囲で混合されていること。
(ii）かつ、細管部の肉厚をｔ５（ｍｍ）が、管壁負荷をｐ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合に、ｐ／３６≦ｔ５＜１．５となるようにｔ５が設定されていること。
(iii）さらに望ましくは、細管部と本管部の内側コーナ部に曲率半径０．５〜３．０ｍｍのＲ部が形成されていること。
（第５の実施の形態）
この第５の実施の形態に係る発光管は、上記実施例４における発光物質に加えて、さらにＣｅＩ３を封入した点に特徴がある。
【０１０８】
ここでは、特に典型的構成として組成比率（ＤｙＩ３  ７．５％＋ＴｍＩ３  ７．５％＋ＨｏＩ３  ７．４％＋ＴｌＩ １１．１％＋ＮａＩ ３６．３％＋ＣａＩ２   ２７．８％＋  ＣｅＩ３  ２．４％）からなる総量７．５ｍｇの発光物質を管内に封入した。
このように実施例４における前記ＣａＩ２に加えてＣｅＩ３をさらに混合したのは、特に実施例４におけるＣａＩ２混合による発光効率の低下を、比視感度の高い緑色領域スペクトルを効率良く放射する沃化セリウムＣｅＩ３の添加により補うためである。
【０１０９】
その他の構成は、第４の実施の形態における発光管１００と同じである。
実際に、本第５の実施の形態に係る発光管を備えたメタルハライドランプは、特に初期光束が１４７００ｌｍおよび発光効率が９８ｌｍ／Ｗとなり、前記第４の実施の形態におけるメタルハライドランプに比べて約６%高い値が得られた。
また、ランプ演色性も、平均演色評価数Ｒａが９５および特殊演色評価数Ｒ９が７０という比較的優れたレベルに保たれた。
【０１１０】
一方、本実施例に係るメタルハライドランプは、前記第４の実施の形態に係るメタルハライドランプと同等の約１２０００時間以上の寿命時間が得られ、この間特有の細管部破損は観測されなかった。そして、特に透光性セラミック管１０２の細管部１０５の侵蝕の程度も著しく抑制され、またＡｌ２Ｏ３堆積物１５３も透光性セラミック管１０２の本管部１０３と細管部１０５の境界部の内側コーナ部１０６に形成したＲ部３３１の部分に生成されるのが観測された。
【０１１１】
本実施例５の構成におけるＣｅＩ３ 添加の優位性は、記述したように透光性セラミック管への侵蝕度合が小さい上に、特に比較的低い組成比率でも効率上昇効果が得られ、よってランプ寿命へのマイナス効果が低レベルに抑え得ることにある。
そして、これに関する詳しい検討結果から、特に上記全ハロゲン化金属の総量に対するＣｅＩ３ の添加組成比率Ｍｃｅ（モル％）が０．５〜１０モル％の範囲に規定するのが妥当であることが解明された。
【０１１２】
上記割合が０．５モル％より小さくなると約４％以上の顕著な効率上昇効果が得られなくなり、一方１０モル％より大きくなるとランプ発光色がいわゆる色座標の黒体放射軌跡からの偏位値Ｄuvで約５以上の緑色味おびた領域へと移行し、店舗などの照明には適さない色となるからである。
以上、第４、第５の実施の形態によれば、ランプ寿命が長く、コストパフォーマンスに優れ、しかも演色性が高いので、これを搭載した照明装置（図１２参照）を特に店舗などに設置すれば、商品の色が鮮やかに見え、顧客に大きくアピールすることができる。
なお、上記第４、第５の実施の形態に係る発光管を備えたメタルハライドランプによれば、第１、第２の実施の形態の構成に比べて、さらに次のような効果が得られる。
【０１１３】
すなわち、第４、第５実施の形態に係るメタルハライドランプは、その発光管の本管部における連接部と筒状部の内部の境界部におけるＲが大きくなっているため、放電空間内における壁面全体の、発光中心（電極間距離の中心）からの距離の差を、第１、第２の実施の形態の場合に比べて比較的小さくすることができる。これにより点灯中における放電空間壁面の温度差を小さくできるので、発光部内部においてハロゲンサイクルが均等に作用し、部分的に黒化するようなことがなくなるという利点がある。したがって、第４、第５の実施の形態に係るメタルハライドランプの長時間点灯後の光束維持率は、第１、第２の実施の形態の場合よりも向上するものと考えられる。
＜その他＞
(１）上記第４、第５の実施の形態におけるＣａＩ２ 混合による細管部破損防止の効果は、特に侵蝕度合の大きい希土類金属ハライドＴｍＩ３、ＨｏＩ３、ＤｙＩ３の少なくとも１種を含む発光物質が封入されたランプおいても同様に確認された。
【０１１４】
(２）上記第４、第５の実施の形態においては、発光管の内側コーナ部に所定の曲率半径のＲを形成することによって、より長寿命化を図ったが、図２４に示すように当該コーナ部を面取り加工しても同様な効果を得ることができる。
この面取り部３３２の管軸と平行な方向における面取り寸法をＣ１、これと直交する方向における面取り寸法をＣ２とすれば、上記Ｒの曲率半径の範囲を規定したのとほぼ同じ理由により、Ｃ１、Ｃ２とも０．５〜３．０ｍｍの範囲にあることが望ましい。
【０１１５】
（３）上記第５の実施の形態においては、発光効率をより向上させるため発光物質としてＣｅＩ３を添加したが、これの全部もしくは一部に代えて、ＰｒＩ３を添加しても構わない。このＰｒＩ３もＣｅＩ３と同様な性質を有しているため、ランプ寿命に悪影響を与えずに発光効率を向上させることができる。
この場合でも、添加されるＰｒＩ３のモル％（ＣｅＩ３も並存する場合には、ＣｅＩ３とＰｒＩ３を合わせたモル％）は、実施例５におけるＣｅＩ３の場合と同様の範囲内（０．５〜１０モル％）であることが望ましい。
【０１１６】
(４）上記各実施の形態においては、透光性セラミック発光管材料として多結晶アルミナによる実験結果を述べたが、当該発光管材料として利用可能な透光性セラミックとして知られる、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）や窒化アルミなどの場合でも侵食されるおそれがあるので、この場合でも上記各実施の形態と同様な構成にすることにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１７】
（５）また、上記各実施の形態においては、ハロゲン化金属について沃化金属を例に述べたが、沃素（Ｉ）以外のハロゲンである臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）の金属化合物であっても同様の効果が得られる。
（６）第５の実施の形態において、発光管内に封入されるハロゲン化物の総量の内、Ｃｅ、Ｐｒを含む希土類金属ハロゲン化物の総量の組成比率は、２〜４０モル％の範囲内であることが好ましい。２モル％未満であると所定の色特性と発光効率が得ることができず、４０モル％を超えると非常に侵蝕反応性が増大し上記の発明を利用した場合においても、細管部のクラックが短時間で発生することが実験により確認されている。
【０１１８】
（７）上記各実施の形態においては、屋内用の比較的小型なメタルハライドランプについて説明したが、本発明は、屋外用の大型のメタルハライドランプにも適用可能である。大型であっても、輝度を増加させるため管壁負荷を増大させれば、細管部が侵食により破損するおそれが全くないとはいえないからである。
（８）上記第４、第５の実施の形態においては、定格出力が１５０Ｗのメタルハライドランプについて説明したが、本発明は、これに限らず１０Ｗ程度の低ワットランプから４００Ｗの高ワットランプまでの全てのメタルハライドランプについて適用可能である。
【０１１９】
（９）なお、上記各実施の形態では、発光管の外囲器が完全に一体成形されているものについて説明したが、本管部の筒部が管軸方向に２分割されており、この部分で焼きばめして組み立てる構成の外囲器であっても、細管部と本管部が一体成形されている以上、本発明においては一体成形型の外囲器と考えるものとする。
もっとも、図２５（ａ）の発光管３００のように、円筒部材３０３の両端の開口部を一対の円板状の閉塞板３１９、３２０で塞いで本管部３０１とし、この本管部３０１の閉塞板３１９、３２０の中央部の貫通孔に細管３０４．３０５を貫通させて、一体に焼結・接合されて形成したものを用いてもよく、さらには、図２５（ｂ）の発光管３１０に示すように、発光管の外囲器として、円筒部材３０３の両端部に小径部３２１、３２２を設けて本管部３０１とし、この小径部３２１、３２２に直接細管部３０４、３０５を接合して一体に焼結・接合した透光性セラミック管を採用してもよい。
【０１２０】
但し、図２５（ａ）、（ｂ）のいずれの外囲器も、本管部３０１と細管部３０４、３０４を個別に作成し、それらを組み立てた後に焼結するので、一般に組立焼結型セラミック管といわれるが、このような組立焼結型セラミック管においては、一体焼結する際にクラックが発生するおそれがあるため、細管部３０４、３０５および本管部３０１との接合部（図２５（ａ）では３１９、３２０。図２５（ｂ）では３２１、３２２）の肉厚を厚くする必要があるので、当該接合部における光透過率が低下すると共に、この部分での熱容量が大きくなって熱伝導損失が増大し、ランプ電力に対してランプから射出される全光束量の割合（発光効率）が低下するおそれがある。この観点からすれば、上記各実施の形態に示すように一体成形型の外囲器を使用する発光管の構成の方が高い発光効率が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明に係るメタルハライドランプは、長期の点灯時間に亘って、特に細管部のうちの連接部の近傍においてクラックが発生してリークするのを防止することができ、長寿命の光源として好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプの一部切欠正面図である。
【図２】上記メタルハライド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】上記メタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図である。
【図４】上記メタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図である。
【図５】上記メタルハライドランプに用いられる別の発光管の要部拡大断面図である。
【図６】発光管の筒部と連接部の内面の境界部におけるＲの大きさとクラックが発生するまでの点灯時間との関係を示す表である。
【図７】発光管における電極突出長Ｅ１と最小肉厚ｔ１の関係とクラック発生を示す表である。
【図８】クラックが発生しないための電極突出長Ｅ1と最小肉厚ｔ1との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態であるメタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図である。
【図１０】図９の発光管の要部拡大断面図である。
【図１１】発光管の筒部と連接部の内面境界部に形成されたテーパー部の大きさとクラックが発生するまでの点灯時間との関係を示す表である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態である照明装置の構成を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るメタルハライドランプにおける発光管の構成を示す断面図である。
【図１４】従来の発光物質を封入した場合における発光管の細管部の侵食状態を示す要部拡大断面図である。
【図１５】第４の実施の形態に係る発光管における細管部の侵食状態を示す要部拡大断面図である。
【図１６】発光管内のＣａＩ２の封入量と管壁負荷、細管部の肉厚との関係を示す表である。
【図１７】ＣａＩ２の組成比率Ｍｃａ（モル％）、細管部肉厚ｔ１（ｍｍ）、管壁負荷との関係を示す表である。
【図１８】管壁負荷と細管部の肉厚の最大値・最小値との関係を示す表である。
【図１９】管壁負荷と細管部の肉厚の最大値・最小値との関係を示すグラフである。
【図２０】管壁負荷と本管部の肉厚の最大値・最小値との関係を示す表である。
【図２１】管壁負荷と本管部の肉厚の最大値・最小値との関係を示すグラフである。
【図２２】本管部と細管部の内側の境界部にＲ部を設ける構成を示す一体成形型セラミック管の断面図である。
【図２３】図２２の一体成形型セラミック管を使用した場合における堆積物の状態を示す拡大断面図である。
【図２４】図２２で示したＲの代わりに本管部と細管部の内側の境界部を面取りした構成を示す図である。
【図２５】（ａ）（ｂ）は、組立焼結型セラミック管を用いた発光管の構成を示す図である。
【図２６】従来のメタルハライドランプに用いられている発光管の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  メタルハライドランプ
２  外管
３，３９,１００，３００，３１０  発光管
４  スリーブ
５  口金
６  フレア
７，８  ステム線
９  電力供給線
１０，１１，１１３，１１４  外部リード線
１２  アイレット部
１３  シェル部
１４，１５  金属プレート
１６，４０、１３１  筒部
１７，４１  連接部
１８，４５，１０４，１０５  細管部
１９，４４  外囲器
２０，４２  境界部
２１，２２,１７０，１８０  電極部
２３,１２０  放電空間
２４，２５  電極導入体
２６  隙間
２７，１１１，１１２  シール材
２８，２９，１７２，１８２  電極軸
３０，３１，１７１，１８１  電極コイル
３２，３３，１０９，１１０  内部リード線
３４，３５，１１７，１１８  コイル
３６  電極挿入孔
３７,１５３  堆積物
３８，１０５Ａ  削られた部分
４３，３３２  テーパ面
４６  天井
４７  灯具
４８  点灯回路
４９  ベース部
５０  反射面
５１  笠部
５２  ソケット部
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005096347.tif 000028
【図２】
2005096347.tif 000029
【図３】
2005096347.tif 000030
【図４】
2005096347.tif 000031
【図５】
2005096347.tif 000032
【図６】
2005096347.tif 000033
【図７】
2005096347.tif 000034
【図８】
2005096347.tif 000035
【図９】
2005096347.tif 000036
【図１０】
2005096347.tif 000037
【図１１】
2005096347.tif 000038
【図１２】
2005096347.tif 000039
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005096347.tif 000043
【図１７】
2005096347.tif 000044
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2005096347.tif 000049
【図２３】
2005096347.tif 000050
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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