JP2003086130A

JP2003086130A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2003086130A
Application number: JP2002070742A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Kakisaka; 俊介柿坂; Shigefumi Oda; 重史織田; Yoshiharu Nishiura; 義晴西浦; Masanori Azuma; 昌範東; Hiroshi Enami; 博司榎並
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: EP1271613B1; JP3990582B2; EP1271613A2; DE60228172D1; CN1252793C; US6707252B2; CN1395281A; EP1271613A3; US20030025453A1

Abstract

(57)【要約】【課題】安全で高効率・長寿命のメタルハライドラン
プを提供する。【解決手段】内部に一対の電極９、１０が設けられ、
且つ発光物質１１としてセリウム沃化物（ＣｅＩ₃）と
ナトリウム沃化物（ＮａＩ）とが封入された透光性セラ
ミック製の発光管１を備え、発光物質１１のモル組成比
ＮａＩ／ＣｅＩ ₃が３．８〜１０の範囲に規定され、且
つ発光管１の管壁負荷ｗｅが１３〜２３Ｗ／ｃｍ²の範
囲において、ランプワットの値をＸ（Ｗ）とし、電極間
距離をＬｅ、前記発光管の管内径をφ_iとしたときのＬ
ｅ／φ_iをＹとする、ＸＹ座標上の座標値（Ｘ，Ｙ）で
表わされる点（２００，０．７５）、（３００，０．８
０）、（４００，０．８５）、（７００，１．００）、
（１０００，１．１５）、（１０００，２．１０）、
（７００，２．００）、（４００，１．９０）、（３０
０，１．８０）、（２００，１．７０）を順に結んだ線
で囲まれる範囲にＬｅ／φ_i及びランプワットの値があ
るように規定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタルハライドラ
ンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、発光管材料として石英に代って半
透明の多結晶体アルミナセラミック管を用いたメタルハ
ライドランプの開発・展開が活発に進められている。こ
のアルミナセラミック管の耐熱温度（１２００℃）は従
来用いられていた石英の耐熱温度（１０００℃）に比し
て高いため、発光管の管壁負荷をより高く設定でき、よ
ってランプ効率がより高いメタルハライドランプが得ら
れる。この種のランプは今迄に主に一般屋内照明用のラ
ンプ入力７０〜１５０Ｗの低ワットタイプのものが開発
・発売されているが、今後は一般屋外照明用の２００〜
１０００Ｗの高ワットタイプのものも市場から強く要望
されている。

【０００３】店鋪などの屋内照明用に発売されている低
ワットタイプのアルミナセラミック管を用いたメタルハ
ライドランプでは、例えば１５０Ｗタイプの場合、ラン
プ効率９０ｌｍ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａ９０、定格寿
命時間６０００時間という優れた特性が得られている。
但し、「寿命時間」は、ランプ光束がエイジング１００
時間での初期値に比べて７０％に低下したときのエイジ
ング時間である。

【０００４】図８は、かかるランプの発光管の構成を示
す断面図である。発光管１１５は、多結晶体アルミナセ
ラミック材料からなる放電アーク領域となる発光部１１
６とその両端に設けられた細管部１１７、１１８から構
成されている。この発光部１１６と細管部１１７、１１
８とは焼きばめによって一体化されている。発光部１１
６の内部には一対のタングステン電極１１９、１２０が
設けられている。そして、前記細管部１１７、１１８に
はニオブあるいは導電性サーメットからなる給電体１２
１、１２２がフリットにより気密封着され、給電体１２
１、１２２の放電側先端部には前記タングステン電極１
１９、１２０の延長された電極棒が接続されている。発
光管１１５内には、ＤｙＩ₃、ＴｍＩ₃、ＨｏＩ₃、Ｔｌ
Ｉ、ＮａＩなどの金属ハライドからなる発光物質と、緩
衝ガスとしての水銀及びアルゴンなどの始動用希ガスが
それぞれ封入されている。

【０００５】上記アルミナセラミック管を用いた低ワッ
トメタルハライドランプの発光管形状は、基本的には屋
内照明用の従来の石英発光管メタルハライドランプのも
のとほぼ同じである。即ち、図８の構成からなる例えば
１５０Ｗタイプのアルミナセラミック発光管の典型的寸
法としては、電極間距離Ｌｅが１０ｍｍ及び管内径φ _i
が１０．６ｍｍであり、この場合の発光管形状を表す主
要なパラメータであるいわゆる発光管形状パラメータＬ
ｅ／φ_i値が０．９４となる。また、ランプ点灯時にお
ける発光管の管壁負荷ｗｅは２７Ｗ／ｃｍ²である。但
し、ランプワットをＷ_la及び発光管の内表面積をＳ_aと
すると、管壁負荷ｗｅはｗｅ＝Ｗ_la／Ｓ_aにより規定さ
れる。

【０００６】これに対して、従来の石英発光管ランプの
典型的な１５０Ｗタイプにおいては、電極間距離Ｌｅが
１３．５ｍｍ及び管内径φ_iが１３ｍｍで、Ｌｅ／φ_i値
が１．０４となり、両者の発光管形状パラメータＬｅ／
φ_i値はほぼ同レベルに設定されている。このように、
屋内照明用の低ワットタイプの従来のアルミナセラミッ
ク及び石英発光管メタルハライドランプの発光形状は、
いずれも比較的太短形といえる。

【０００７】その他に、アルミナセラミック管を用いた
２０〜２５０Ｗタイプのいわゆるショートアーク形メタ
ルハライドランプが、特開平１０−１４４２６１号公報
等に開示されている。このランプの特徴は、図９に示す
ように、発光管１２３の放電発光部が円筒形の中央部１
２４と半球形の両端部１２５及び１２６から構成されて
いることである。ここで、発光管形状パラメータＬｅ／
φ_i値は図８の前記屋内照明用低ワットタイプに相当す
る０.６６〜１.２５の範囲に規定され、一方で管壁負荷
ｗｅは２５〜３５Ｗ／ｃｍ²の比較的高い範囲に規定さ
れている。このように、このランプはショートアーク形
の特殊照明用高圧放電ランプに分類できて、発光管形状
は前記屋内照明用の低ワットメタルハライドランプと同
様の太短形である。また、発光物質としては前記と同様
のＤｙＩ₃、ＴｍＩ₃、ＨｏＩ₃、ＴｌＩ、ＮａＩなどの
金属ハライド物質が封入されている。

【０００８】一方、アルミナセラミック管を用いた一般
屋外照明用の高効率メタルハライドランプの発光管形状
については、米国特許第５,９７３,４５３号公報に開示
されている。このランプでは、特にランプの高効率を得
るための発光物質として、比視感度の高い波長領域に発
光スペクトルが放射されるセリウムハライド系物質が封
入されている。具体的な発光物質としては、セリウム沃
化物（ＣｅＩ₃）とナトリウム沃化物（ＮａＩ）とがモ
ル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃＝３〜２５の範囲で封入され
ており、これにより１５０Ｗタイプで１３０ｌｍ／Ｗと
いう高いランプ効率と平均演色評価数Ｒａ５８の特性が
得られている。この場合、前記発光管形状パラメータの
Ｌｅ／φ_i値は、一般屋外照明用として要望される高効
率・長寿命を達成するためにＬｅ／φ_i＞５の範囲に規
定されている。後述するように、かかる発光管形状は従
来の一般屋外照明用の高圧ナトリウムランプやメタルハ
ライドランプに共通した細長形である。また、管壁負荷
ｗｅは３０Ｗ／ｃｍ²以下に規定されている。

【０００９】なお、アルミナセラミック管が発明・開発
され、最初に発光管材料として応用されたのは一般屋外
照明用の高圧ナトリウムランプである。ここでも、アル
ミナセラミック管の前記特長が活かされて、例えば４０
０Ｗタイプで平均演色評価数Ｒａ２５は比較的低いなが
ら、ランプ効率約１４０ｌｍ／Ｗ及び定格寿命時間１２
０００時間という高効率・長寿命の高圧ナトリウムラン
プが開発され普及されてきた。ここで、高圧ナトリウム
ランプの発光管形状は細長形であり、この発光管形状パ
ラメータＬｅ／φ_i値はランプ入力が高いタイプになる
と増大されている。例えば、４００Ｗタイプの具体的寸
法は電極間距離Ｌｅが８４ｍｍ及び発光管内径φ_iが７.
６５ｍｍでＬｅ／φ_i値が１１.０に設定され、一方７０
０ＷタイプはＬｅ１３４ｍｍ及びφ_i９．７ｍｍでＬｅ
／φ_i値が１３.０に設定されている。そして、発光管の
管壁負荷ｗｅはそれぞれ４００Ｗタイプで約１５Ｗ／ｃ
ｍ ²及び７００Ｗタイプで約１３Ｗ／ｃｍ²に設定されて
いる。

【００１０】また、一般屋外照明用の高ワットタイプの
従来の石英発光管メタルハライドランプにおいても、上
記の屋内照明用の低ワットタイプの太短形に対して、基
本的に比較的細長形の発光管形状が採用されている。こ
こでも、発光管形状パラメータＬｅ／φ_i値はランプワ
ットが高くなるにつれて増大されている。例えば、３０
０Ｗ、４００Ｗ、７００Ｗ及び１０００Ｗタイプの典型
的なＬｅ／φ_i値は、それぞれ２.１、２.２、２.５及び
２.７に設定されている。また、ランプ定格寿命時間は
通常９０００時間以上に規定されている。

【００１１】以上のように、高圧放電ランプは、発光管
形状の面から２つに分類できる。一つは、一般屋外照明
用の高ワットタイプで細長形のいわゆるロングアーク形
ランプである。もう一つは、店舗などの屋内照明用の低
ワットタイプや映写、露光、スタジオなどの特殊用途照
明用のランプであり、これらは発光管形状が比較的太短
形でいわゆるショートアーク形ランプである。

【００１２】前者の従来技術による一般屋外照明用の高
ワットタイプの高圧ナトリウムランプ及びメタルハライ
ドランプにおいて、細長形の発光管形状が採用されてき
たのは、ランプ特性として高効率のほかに通常９０００
時間以上の長寿命が求められているからである。即ち、
高圧放電ランプの寿命は主に発光管両端部における電極
物質の蒸発・飛散による発光管黒化に左右されており、
従ってランプ入力が増大してもより細長形であればそれ
だけ発光管中央部への電極物質による黒化の影響を回避
できて、ランプの長寿命が達成されるからである。更
に、一般屋外照明用ランプの発光管の管壁負荷ｗｅ値
は、耐久性・耐熱性に優れたアルミナセラミック管を用
いても通常２３Ｗ／ｃｍ²以下（管壁温度でほぼ１１５
０℃以下に相当）の範囲に設定されており、これも９０
００時間以上の上記長寿命を得るための必要条件の一つ
である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、市場の要
望に応えて一般屋外照明用として、アルミナセラミック
管を用いて２００Ｗ以上の高ワットタイプのメタルハラ
イドランプの開発に取組んだ。そこで、先ず高いランプ
効率を得るため発光物質として、セリウム沃化物とナト
リウム沃化物とを選択した。これにより、例えば従来の
石英発光管メタルハライドランプで最主力の４００Ｗタ
イプを３００Ｗタイプでの置き換えが可能となる。

【００１４】しかし、細長形のアルミナセラミック管を
用いたメタルハライドランプにおいて、発光物質とし
て、セリウム沃化物とナトリウム沃化物とを用いると従
来の石英発光管メタルハライドランプや、アルミナセラ
ミック発光管を用いた高圧ナトリウムランプ及び低ワッ
ト・メタルハライドランプでは経験されなかった“アル
ミナセラミック発光管割れ”及び“放電アーク立消え”
という特有の問題が発生した。

【００１５】上記の“発光管割れ”は、発光管の水平位
置点灯において管中央部で多く発生し、特に製作された
直後のランプの初期エイジング点灯６０分以内における
発生割合が比較的高い。その割れ方は、ほぼ管径に沿っ
て横断的に管全体が割れる場合が多く、また水平点灯時
の発光管上側が部分的にクラックする場合もある。一方
の“放電アーク立消え”は、製作された直後の初期エイ
ジング点灯直後の３０〜３００秒の間における発生割合
が高い。そして、かかる発光管割れ及び放電アーク立消
えの２つの現象の発生は、発光管内に封入されているセ
リウム・ナトリウム沃化物（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系発光
物質そのものに依存していると想定できた。例えば、両
者の現象は、ＮａＩのみを封入したランプでは殆ど発生
せず、従って両者はセリウム・ナトリウム沃化物（Ｃｅ
Ｉ₃＋ＮａＩ）系発光物質に特有の現象といえる。

【００１６】また、このように更なる高効率化が求めら
れている中、セリウムやプラセオジウム等の高効率金属
を用いると、それらが蒸気圧の低い金属のため、発光管
の負荷をかなり上げる必要がある。そのため、焼きばめ
部分の気密性が優れていないと、その部分が点灯中の蒸
気圧に耐え切れず破裂する恐れがある。

【００１７】焼きばめ箇所の信頼性を高めるためには、
必然的に焼きばめ箇所付近に肉厚を増す必要がある。焼
きばめ箇所付近に肉厚を増すと、その部分の熱ロスが大
きくなるため、ランプ効率が下がるという問題が生じ
る。

【００１８】また、発光部内部の両端部の温度の不均一
や、発光物質の細管部への沈み込みによって、発光部内
の発光物質が減少して発光効率が低くなるという問題や
発光管の耐圧低下の問題も生じている。

【００１９】そこで、本発明は前記従来の問題を解決す
るためになされたものであり、発光管割れ及び放電アー
ク立消えを確実に防止でき、かつ、高効率で長寿命なメ
タルハライドランプを提供することを目的とする。

【００２０】また、本発明は前記従来の問題を解決する
ためになされたものであり、点灯中に十分な耐圧性能を
有し、発光部の両端部の内部の温度を均一にすることが
でき、熱ロスが少なく、発光に寄与する発光物質の減少
を抑えることができ、高効率で長寿命であるメタルハラ
イドランプを提供することを目的とする。

【００２１】また、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、ライフ中等に発光管の破
損を抑制することができ、高効率で長寿命な金属蒸気放
電ランプを提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のメタルハライドランプは、内部に一対の電
極が設けられ、且つ発光物質としてセリウム沃化物（Ｃ
ｅＩ₃）とナトリウム沃化物（ＮａＩ）とが封入された
透光性セラミック製の発光管を備え、前記発光物質のモ
ル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が３．８〜１０の範囲に規定
され、且つ前記発光管の管壁負荷ｗｅが１３〜２３Ｗ／
ｃｍ²の範囲において、電極間距離をＬｅ、前記発光管
の管内径をφ_iとしたときのＬｅ／φ_iが、ランプワット
２００Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗ、７００Ｗ及び１０００
Ｗにおいて、それぞれ０.７５〜１.７０、０.８０〜１.
８０、０.８５〜１.９０、１.００〜２.００及び１.１
５〜２.１０の範囲に規定されている。

【００２３】これにより、ＣｅＩ₃を含む発光物質に特
有の細く絞られた放電アーク領域の発光管上側への湾曲
度合が軽減され、また発光管上側の局所的な温度上昇が
低減されるので、従来の問題である発光管割れ及び放電
アーク立消えがともに防止することができ、併せてＣｅ
Ｉの比視感度の高い緑色スペクトル放射が増大するの
で、高効率を実現することができる。更に、発光管の管
壁温度が発光物質とアルミナセラミック管の反応が十分
抑えられる範囲に保たれ、且つ管端部の黒化現象も軽減
されるので、長寿命で高効率なメタルハライドランプを
得ることができる。

【００２４】また、本発明の他のメタルハライドランプ
は、内部に一対の電極が設けられ、且つセリウム（Ｃ
ｅ）及びプラセオジウム（Ｐｒ）のうち少なくとも１種
を含む発光物質が封入されている発光部と、前記発光部
の両端に設けられた細管部と、前記細管部内に封着さ
れ、且つ前記電極に接続された給電体とを有している透
光性セラミック製の発光管を備え、前記発光部は、前記
発光部の最大肉厚に対する前記発光部の最小肉厚の比が
０．８０以上となるよう構成されるとともに、前記発光
部と前記細管部とは一体成型されている。

【００２５】この構成により、点灯中に十分な耐圧性能
を有し、発光管が破損するおそれを軽減することができ
る。また、発光部と細管部との間に焼きばめ部などの接
続部がないため、気密性に優れ、部分的に肉厚の大きい
箇所を形成する必要がない。そのため、熱ロスが少な
く、その結果、発光物質の蒸気圧を十分に高めて、ラン
プ効率を向上させることができる。

【００２６】また、好ましくは、前記発光部の両端部
は、前記細管部に近づくにつれ、徐々に径が小さくなっ
ていく部分を有する。それにより、発光部内の温度は均
一となり、ランプ効率を向上させることができる。

【００２７】また、前記発光部の前記両端部は、テーパ
形状であることとしてもよい。

【００２８】さらに、前記発光部の前記両端部の断面形
状は、曲線で形成されていることとしてもよい。

【００２９】また、好ましくは、前記発光部の前記両端
部は、略半球形状であることとする。それにより、発光
管が鉛直に設置された状態で点灯させても、発光物質が
細管部に沈み込み、発光部内の発光物質の量が減少する
ことが抑制される。したがって、ランプ効率が向上す
る。

【００３０】さらに、好ましくは、前記発光部の前記両
端部の内面には、突起物または溝が形成されていること
としてもよい。

【００３１】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１及び図２
は、それぞれ本発明の実施の形態１にかかるメタルハラ
イドランプの発光管の構成及びランプ全体の構成を示す
図である。

【００３２】発光管１は、外囲器２が半透明の多結晶体
アルミナセラミック材料からなり、管中央部が円筒形で
ある発光部３とその両端の細管部４、５から構成されて
いる。前記細管部４、５には、比抵抗値５.１×１０^-7
ΩｍのＡｌ₂Ｏ₃−Ｍｏ系導電性サーメットからなる棒状
の給電体６、７がＤｙ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂を主成
分としたセラミックフリット８によりそれぞれ気密封着
されている。給電体６、７の放電側先端部にはタングス
テン電極９、１０の延長された電極棒がそれぞれ接続さ
れている。この場合、ランプ寿命を通じて前記細管部
４、５との強固な気密封着を保つために、給電体６、７
の熱膨張係数は、アルミナセラミックからなる細管部
４、５の８.１×１０^-6／℃に対して６.９×１０^-6／℃
の値に設定されている。また、前記セラミックフリット
８は、ランプ点灯時の発光物質による侵蝕を抑制するた
めに、低温部となる前記細管部４、５のタングステン電
極棒９、１０との接合部近傍まで限定・充填されてい
る。そして、発光管１内には、セリウム沃化物（ＣｅＩ
₃）およびナトリウム沃化物（ＮａＩ）からなる発光物
質１１と、緩衝ガスとしての水銀と始動補助用希ガスと
してアルゴン約１３ｋＰａとがそれぞれ封入されてい
る。

【００３３】完成ランプ１２としては、図２に示すよう
に、前記発光管１が窒素６０〜８０ｋＰａが封入されて
いる硬質ガラスからなる外管バルブ１３の内部に保持さ
れて、更に口金１４が装備されたものから構成されてい
る。

【００３４】本発明者は、最初に図１及び図２の基本構
成からなる主力品種である３００Ｗタイプのランプ１２
において、特に（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系発光物質１１を
封入したときに発生する“発光管割れ及び放電アーク立
消え”の２つの現象を解明し、これらを防止できる手段
を見出すための検討を行った。

【００３５】具体的には、発光管割れを左右するものと
して、（i）管中央の管内径φ_i及び電極間距離Ｌｅから
なる発光管の形状パラメータＬｅ／φ_i値と、（ii）封
入する（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系発光物質１１の組成、の
２つのランプ構成要素を想定し、これら要素を変えた試
験ランプ１２を準備してそのエイジング点灯時の発光管
割れの現象を調べた。実際には、（i）発光管寸法とし
て管中央の管内径及び電極間距離をそれぞれφ_i７.６〜
２０.０ｍｍ及びＬｅ８〜６０ｍｍの範囲で組み合わせ
て、発光管形状パラメータＬｅ／φ_i値を０.４〜８.０
の範囲で変化させ、（ii）前記（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）組
成としてモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃を２〜５０の広い
範囲で変化させた発光物質１１を１２ｍｇ封入して、発
光管１を試作・準備した。そして、上項（i）の管内径
φ_i及び電極間距離Ｌｅの組合せでは、発光管の管壁負
荷ｗｅは１３〜２３Ｗ／ｃｍ²以下の比較的低い範囲に
保たれるように設定された。このｗｅ下限値は、目標と
する従来の石英発光管ランプに比べて３０％アップ相当
の１１７ｌｍ／Ｗ以上の高いランプ効率を達成する面か
ら設定され、またｗｅ上限値は、一般屋外照明用として
要望されるランプ寿命時間９０００時間以上を達成する
面から設定された。管内の水銀量は発光管単位容積当た
り５〜２０ｍｇ／ｃｍ³の範囲で定常点灯時の平均ラン
プ電圧１２０Ｖ及び平均ランプ電流２.６Ａに相応する
ように調節されて封入された。

【００３６】試験ランプ１２は、発光管を水平位置に保
ってエイジング点灯を行い、その間の発光管割れ及び放
電アーク立消えの発生状態を観測した。また、初期エイ
ジングにおける効率などのランプ特性とエイジングによ
るランプ寿命特性を測定した。

【００３７】上記の試験結果で、先ず試験ランプ１２に
おける発光管割れ及び放電アーク立消え現象と、発光管
形状パラメータＬｅ／φ_i値及び（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系
発光物質の組成の２つのランプ構成要素との間に、明確
な相関関係が確認された。

【００３８】即ち、発光管形状パラメータＬｅ／φ_i値
が１.８０より大きい範囲で、且つモル組成比ＮａＩ／
ＣｅＩ₃が３．８未満の範囲に設定された前記試験ラン
プ１００灯のうち、発光管割れは２４灯において発生
し、一方放電アーク立消えは３６灯において発生した。
この場合、発光管割れが発生した前記２４灯のうち２２
灯で放電アーク立消えも発光管割れに先立って発生して
いる。これに対して、Ｌｅ／φ_i値が０.４０〜１.８０
の範囲で、且つモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が３．８〜
５０の範囲に設定された前記試験ランプ８０灯では、発
光管割れと放電アーク立消えは全く発生しなかった。こ
こで、前記２２灯において発光管割れと放電アーク立消
えが共に発生したことは、２つの現象が基本的に同一原
因によることを示している。また、２つの現象が発生し
たエイジング時間を調べてみると、前記３６灯の放電ア
ーク立消えは全て初期エイジング点灯直後の３０〜３０
０秒の間に発生し、一方発光管割れは前記２４灯のうち
６灯が初期エイジング６０分の間に発生した。

【００３９】一方、試験ランプ１２の放電アークの状態
を観測すると、２つの現象の発生が観測されたＬｅ／φ
_i値が１.８０より大きく、且つモル組成比ＮａＩ／Ｃｅ
Ｉ₃が３．８未満、即ちＣｅＩ₃がＮａＩに対して増量さ
れた範囲のランプでは、（ａ）発光している放電アーク
領域は一様により細く絞られており、また、（ｂ）放電
アーク領域の発光管上側への湾曲が大きいことが確認さ
れた。これとは対照的に、２つの現象とも未発生であっ
たＬｅ／φ_i値が０.４０〜１.８０且つモル組成比Ｎａ
Ｉ／ＣｅＩ₃が３．８〜５０のＮａＩが増量された範囲
のランプでは、（ａ）放電アーク領域は管径方向に比較
的太く拡がり、また、（ｂ）放電アーク領域の発光管上
側への湾曲も小さいことが確認された。

【００４０】次いで、初期ランプ効率の測定から、モル
組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が１０より大きくなると、Ｎａ
の黄色スペクトル放射が主に増えて従来の石英発光管ラ
ンプに比べて３０％アップ相当の１１７ｌｍ／Ｗより高
いランプ効率は達成されなかった。これに対して、モル
組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が３．８〜１０の範囲では比視
感度の高いＣｅＩの緑色スペクトル放射が増大して、目
標とするランプ効率１１７ｌｍ／Ｗ以上が得られた。

【００４１】また、寿命特性の測定から、Ｌｅ／φ_i値
が０.４０〜０.８０未満の小さい範囲に設定された試験
ランプ１２に関しては、発光管割れ及び放電アーク立消
えは共に未発生で防止されたが、エイジング点灯による
発光管端部の電極付近における黒化が激しく、一般屋外
照明用として適応できる定格寿命時間９０００時間以上
は到底達成されないことがわかった。

【００４２】以上の結果から、アルミナセラミック管を
用いた３００Ｗタイプの（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系メタル
ハライドランプの発光管割れは、Ｌｅ／φ_i値が１.８０
より大きく、且つ希土類元素のハライド物質であるＣｅ
Ｉ₃がＮａＩに対して増量された範囲では、放電アーク
領域が細く絞られて水平点灯された発光管上側へと大き
く湾曲され、これによる発光管上側の管壁温度が局所的
に上昇することに起因するといえる。また、放電アーク
立消えも、発光管割れと共に発生したことから、基本的
には放電アーク領域が細く絞られて湾曲され、これによ
り放電アーク電圧が過度に上昇することに起因している
といえる。更に、一般に放電アーク領域に発光物質が分
子として存在すると放電アーク立消えが発生し易くなる
ことが知られており、特に本発明のＣｅＩ₃封入ランプ
では、ＣｅＩ₃分子の存在（広がった特有の分子スペク
トル放射が観測）が放電アーク立消えを助長していると
いえる。

【００４３】なお、Ｃｅなどの希土類元素が封入される
と基本的にその放射に関与するエネルギー準位の平均励
起電圧Ｖ_eが電離電圧Ｖ_iの０.５８５倍より低いので
（即ち、Ｖ_e＜０５８５・Ｖ_i）、放電アーク領域が細く
絞られることが知られている。放電アーク領域は、細く
絞られるとアーク領域温度が高くなり大きな浮力が働き
発光管上側へと湾曲され、併せてＬｅ／φ_i値１.８０よ
り大きい細長形発光管ではそれだけ前記湾曲が助長され
る。更に、多結晶体アルミナセラミックの熱膨張係数
８.１×１０^-6／℃は、従来の石英の熱膨張係数５．５
×１０^-7／℃に比べて大きいゆえに、特にランプ点灯に
よる急激で局所的な温度上昇に対してアルミナセラミッ
ク管の機械的強度は従来の石英に比べて比較的低いもの
であり、結果的に発光管割れが発生したといえる。ま
た、発光管割れの発生割合が特に初期エイジング６０分
の点灯直後に比較的高いのは、発光管内の発光物質の化
学的混合状態や場所的な分布状態が過渡的なものであ
り、結果的に封入されたＣｅＩ₃の蒸気圧が急激により
高いレベルまで上昇して、それだけ放電アーク領域の発
光管上側への湾曲が増大したからといえる。

【００４４】一方、Ｌｅ／φ_i値１.８０以下のいわゆる
太短形の発光管で、且つモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が
３．８以上のランプで発光管割れが発生しなかったの
は、ＮａＩの増量により放電アーク領域が太く拡がるこ
とは知られており、更に電極間距離Ｌｅの減少により放
電アーク領域の湾曲度合がより軽減され、また管内径φ
_iの増大により放電アーク領域の湾曲による発光管管壁
温度の上昇も低減されるからといえる。

【００４５】以上をまとめると、セリウム・ナトリウム
沃化物（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系発光物質が封入されたア
ルミナセラミック発光管を用いた３００Ｗランプにおい
て、（ａ）発光管割れは、ＣｅＩ₃封入による特有の放
電アーク領域の絞りによる発光管上側への湾曲と、アル
ミナセラミック管の高い熱膨張係数ゆえの温度上昇に対
する機械的強度の低さに起因し、また、（ｂ）放電アー
ク立消えは、前記放電アーク領域の湾曲に加えてＣｅＩ
分子の存在による放電アーク電圧の上昇に起因するとい
える。そして、上記２つの現象を防止できる第１の具体
的手段としては、管壁負荷ｗｅ１３〜２３Ｗ／ｃｍ²の
範囲において、発光管形状パラメータＬｅ／φ_i値を１.
８０以下且つモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃を３．８以上
の範囲に設定することが極めて有効であることがわかっ
た。即ち、一般屋外照明用の従来の高圧放電ランプの発
光管形状は細長形であったが、本発明の目的とするアル
ミナセラミック管による安全な（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系
メタルハライドランプを得るには、基本的に太短形形状
で管壁負荷ｗｅを比較的低い範囲に抑え、ＮａＩを増量
することが必要条件となる。

【００４６】一方、目標とする３０％アップのランプ効
率１１７ｌｍ／Ｗ以上と寿命時間９０００時間を達成す
るには、モル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が１０以下で、形
状パラメータＬｅ／φ_i値が０.８０以上の範囲に規定す
る必要がある。

【００４７】結局、本発明が目的とするアルミナセラミ
ック発光管を用いた安全で高効率・長寿命の３００Ｗタ
イプの（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系メタルハライドランプを
得るには、基本的に発光管形状パラメータＬｅ／φ_i値
が０.８０〜１.８０且つモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が
３．８〜１０で、管壁負荷ｗｅ１３〜２３Ｗ／ｃｍ²の
範囲に規定すればよいことが明らかとなった。

【００４８】なお、発光管形状として、図３に示すよう
な楕円形のアルミナセラミック発光管を用いて同様の検
討を行ったところ、発光管の管壁負荷ｗｅを同じ１３〜
２３Ｗ／ｃｍ²の範囲に保つ限り、図１の前記３００Ｗ
タイプと同様に発光管形状パラメータＬｅ／φ_i,max値
０.８０〜１.８０（但し、φ_i,maxは発光管中心部の管
内径）且つモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃３．８〜１０の
範囲にそれぞれ設定することにより、本発明の目的とす
るランプが得られることがわかった。

【００４９】上記本発明による主力品種である３００Ｗ
タイプの典型的なランプ１２を準備して、その発光管割
れ及び放電アーク立消えの防止効果の確認と、寿命特性
及びランプ効率などの特性測定を行った。この場合、ラ
ンプは図１及び図２の基本構成からなり、発光管１の具
体的構成としては、電極間距離Ｌｅ２３.８ｍｍ、管内
径φ_i１７.６ｍｍ、発光管形状パラメータＬｅ／φ_i１.
３５及び管壁負荷ｗｅ１６.８Ｗ／ｃｍ²にそれぞれ設定
し、管内にはモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が８からなる
発光物質１１を１２ｍｇ、水銀５３ｍｇをそれぞれ封入
した。この結果、かかる本発明にもとづく発光管構成に
より、発光管割れ及び放電アーク立消えは共に発生せ
ず、且つランプ効率は目標値を超えた１２３ｌｍ／Ｗと
いう優れた値が得られた。また、ランプ定格寿命時間に
ついても、改良を加えることにより目標値９０００時間
を超えて１２５００時間を達成できることがわかった。
なお、ランプの演色性としては一般屋外照明用として適
応できる下限の平均演色評価数Ｒａ６０のレベルが得ら
れた。但し、それぞれの値はランプ１０灯の平均値であ
る。

【００５０】なお、発光物質としては（ＣｅＩ₃＋Ｎａ
Ｉ）系物質を主成分として、上記目標ランプ効率が満足
される範囲において、ランプ演色性や寿命特性をより改
良するために他の金属ハライド物質を付加してもよい。

【００５１】本発明者は、次なる検討として前記３００
Ｗタイプ以外の一般屋外照明用の２００Ｗ、４００Ｗ、
７００Ｗ及び１０００Ｗタイプのメタルハライドランプ
に関しても、前記３００Ｗタイプと同様に、発光管割れ
及び放電アーク立消えを防止でき、併せて従来の石英発
光管ランプに比べて３０％アップの高効率と定格寿命時
間９０００時間以上の長寿命を達成できるような発光形
状パラメータＬｅ／φ _i値（あるいはＬｅ／φ_i,max値）
及びＮａＩ／ＣｅＩ₃組成比の範囲を調べた。

【００５２】各ワットタイプの試験ランプ１２は、図１
又は図３の基本構成からなる発光部３と細管部４、５が
一体成形された発光管１を用いて、ランプ１２としては
図２の構成からなっている。この場合、前記３００Ｗタ
イプの試験と同様に、各タイプに相応して発光管１の電
極間距離Ｌｅ及び管内径φ_iの組合せを変えて発光管形
状パラメータＬｅ／φ_i値（あるいはＬｅ／φ_i,max値）
を比較的広い範囲で変えて設定した試験ランプ１２を準
備した。この場合、目標とする定格寿命時間９０００時
間以上を達成するために管壁負荷ｗｅとして上記３００
Ｗタイプに準じた１３〜２３Ｗ／ｃｍ²の範囲に規定し
た。また、発光物質１１としても上記３００Ｗタイプと
同様にセリウム・ナトリウム沃化物のＮａＩ／ＣｅＩ₃
組成比を変えたものを封入した。

【００５３】上記各ワットタイプの試験ランプ１２に
ついても、前記３００Ｗタイプと同様のエイジング点灯
での発光管割れ及び放電アーク立消え現象を観測し、ま
たランプ効率や寿命時間などの諸特性を測定した。

【００５４】上記の観測・測定結果から、各ワットタイ
プの試験ランプ１２における発光管割れ及び放電アーク
立消えを防止し、併せて従来の石英発光管ランプに比べ
て３０％アップの高効率と定格寿命時間９０００時間以
上の長寿命を達成するには、（i）発光管の管壁負荷ｗ
ｅ１３〜２３Ｗ／ｃｍ²の範囲において発光管形状パラ
メータＬｅ／φ_i値（あるいはＬｅ／φ_i,max値）をラン
プワット２００Ｗ、４００Ｗ、７００Ｗ及び１０００Ｗ
に対して、それぞれ０.７５〜１.７０、０.８５〜１.９
０、１.００〜２.００及び１.１５〜２.１０の範囲に規
定し（その他のランプワットに対しては図４の斜線部分
に相当）、且つ（ii）発光物質（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）の
モル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃を３．８〜１０の範囲に規
定すればよいことが明らかとなった。これからわかるよ
うに、ランプワットが１０００Ｗまで上昇しても、上記
（i）の発光管形状パラメータＬｅ／φ_i値は大きく増大
されずに２.１０以下の範囲に抑えられることが必要で
ある。

【００５５】結局、一般屋外照明用の（ＣｅＩ₃＋Ｎａ
Ｉ）系発光物質を用いたアルミナセラミック発光管メタ
ルハライドランプにおいては、その発光管形状はランプ
ワット２００Ｗ〜１０００Ｗを通じて太短形になるとい
える。

【００５６】以上のように、アルミナセラミック発光管
を用いた一般屋外照明用の高ワットタイプの（ＣｅＩ₃
＋ＮａＩ）系メタルハライドランプにおいて、上記本実
施形態で示されたような主成分としてモル組成比ＮａＩ
／ＣｅＩ₃が３．８〜１０の範囲に設定された発光物質
を封入し、且つ発光管の管壁負荷ｗｅが１３〜２３Ｗ／
ｃｍ²で発光管形状パラメータＬｅ／φ_i値を例えば主力
品種の３００Ｗタイプであれば０.８０〜１.８０の範囲
にそれぞれ設定することにより、目的とする安全で高効
率・長寿命のメタルハライドランプが得られる。

【００５７】しかも、発光部と細管部とが一体成型され
ているため、従来のメタルハライドランプとは異なり焼
きばめ部分がない。よって、発光部に部分的に肉厚の大
きい箇所ができないため、熱ロスを少なくすることがで
き、セリウムの蒸気圧を高めることができ、ランプ効率
を一層向上させることができる。

【００５８】なお、セリウムの代わりにプラセオジウム
を封入した場合でも上記と同様の効果を得ることができ
る。

【００５９】（実施の形態２）図５は、本発明の実施の
形態２にかかるメタルハライドランプの発光管１の構成
を示す図である。

【００６０】発光部３と細管部４、５からなる外囲器２
は、半透明の多結晶体アルミナセラミック材料からな
る。発光部３は、管中央部が円筒形であり、その両端部
は、略円錐形状でテーパを形成している。発光部３の両
端には、細管部４、５が形成されている。実施の形態２
は、発光部３と細管部４、５とが一体成型されているた
め、焼きばめ部分がない。そのため、図８に示す従来の
発光管１１５のように、発光部３に部分的に肉厚の大き
い箇所（例えば、発光部と細管部の連結箇所周辺）を作
る必要がない。そのため、発光部３内の熱ロスが少な
く、発光物質１１の蒸気圧を充分に高めることができ、
ランプ効率が向上する。

【００６１】細管部４、５には、比抵抗値５.１×１０
^-7ΩｍのＡｌ₂Ｏ₃−Ｍｏ系導電性サーメットからなる棒
状の給電体６、７がＤｙ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂を主
成分としたセラミックフリット８によりそれぞれ気密封
着されている。

【００６２】給電体６、７の放電側先端部にはタングス
テン電極９、１０の延長された電極棒がそれぞれ接合・
保持されている。この場合、ランプ寿命を通じて細管部
４、５との強固な気密封着を保つために、給電体６、７
の熱膨張係数は例えば、アルミナセラミックからなる細
管部４、５の８.１×１０^-6／℃に対して６.９×１０ ^-6
／℃の値に設定されている。また、セラミックフリット
８は、ランプ点灯時の発光物質による侵蝕を抑制するた
めに、低温部となる細管部４、５のタングステン電極棒
９、１０との接合部近傍まで限定・充填されている。そ
して、発光管１内には、例えば、セリウム沃化物（Ｃｅ
Ｉ₃）およびナトリウム沃化物（ＮａＩ）からなる発光
物質１１と、緩衝ガスとしての水銀と始動補助用希ガス
としてアルゴン約１３ｋＰａが封入されている。なお、
発光物質１１のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃は６．０で
ある。

【００６３】完成したランプ１２は、図２に示すよう
に、実施の形態２における発光管１が窒素６０〜８０ｋ
Ｐａが封入されている硬質ガラスからなる外管バルブ１
３の内部に保持されて、更に口金１４が装備されたもの
から構成されている。

【００６４】次に、実施の形態２のメタルハライドラン
プと、従来のメタルハライドランプの特性を実測値に基
づいて評価した結果について説明する。

【００６５】なお、従来のメタルハライドランプは、図
２のランプ１２と基本構成は同様であり、実施の形態２
における発光管１の代りに、図８に示した焼きばめで構
成された従来の発光管１１５を用いて構成した。発光部
３、１１６内部には、特にセリウム沃化物とナトリウム
沃化物（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系発光物質を封入し、３０
０Ｗタイプとした。サンプルは各メタルハライドランプ
ごとに１０本ずつ用意し、それらの測定値の平均値によ
り、初期効率の比較を行った。

【００６６】その結果、従来のメタルハライドランプの
初期効率は１１０ｌｍ／Ｗであったのに対して、実施の
形態２のメタルハライドランプの初期効率は１１６ｌｍ
／Ｗであり、実施の形態２の方がランプ効率が高いこと
がわかる。

【００６７】以上のように、実施の形態２のメタルハラ
イドランプによれば、発光管１の外囲器２が、発光部３
と細管部３との一体成型によって構成されている。それ
により、気密性に優れているので、部分的に肉厚の大き
い箇所を形成する必要がなく、熱ロスが少ない。そのた
めに、セリウムの蒸気圧を十分に高めて、ランプ効率を
向上させることができる。

【００６８】（実施の形態３）図６は、本発明の実施の
形態３にかかるメタルハライドランプの発光管の構成を
示す断面図である。実施の形態３の発光管の基本構造
は、実施の形態２の発光管と同様であり、異なる点は、
発光部の両端部が円錐形状ではなく、略半球形状である
点である。

【００６９】図６に示すように、発光部３と細管部４、
５とは一体成型されていて、発光部３の両端部が略半球
形状になっている。そのため、点灯中、両端部の内面の
温度が、さらに均一化され、例えば蒸気圧の低いセリウ
ムでも確実に蒸発し、発光に寄与することとなり、発光
効率が向上する。

【００７０】また、実施の形態２の発光管１では、一対
のタングステン電極９、１０が、上下方向に並ぶように
配置された状態で点灯させた場合に、液状の発光物質１
１が、下方の細管部５の隙間内に沈み込み、発光部３内
の発光物質１１が減少することがあった。それによっ
て、色温度等の特性が著しく変化するといった不都合が
あった。しかし、実施の形態３における発光管１は、発
光部３の両端部が略半球形状であるため、液状の発光物
質１１が、発光部３の両端部の内面に沿って流れにく
く、内面にたまりやすい。そのため、一対のタングステ
ン電極９、１０が、上下方向に並ぶように配置された状
態で点灯させた場合でも、液状の発光物質１１が下方の
細管部５の間隙内に沈み込み難い。そのため、発光部３
内の発光物質１１の量が減少することがなく、色温度等
の特性変化が少ない。

【００７１】次に、この実施の形態３のメタルハライド
ランプの初期効率を測定した結果を示す。メタルハライ
ドランプとしての基本構成は、図２に示したランプ１２
と同様とし、図６に示す発光管１を用いて構成した。な
お、その他の構成は、実施の形態２での実測例と同一の
３００Ｗタイプのメタルハライドランプであり、セリウ
ム沃化物とナトリウム沃化物（ＣｅＩ₃＋ＮａＩ）系発
光物質を封入した。このメタルハライドランプを１０本
用意し、それらの測定値の平均値を求めた。

【００７２】その結果、初期効率は、１２０ｌｍ／Ｗで
あり、上述した実施の形態２のメタルハライドランプの
初期効率（１１６ｌｍ／Ｗ）よりも、さらに効率が高く
なっていることがわかった。

【００７３】また、ライフ中の色温度の特性変化も抑制
することができた。具体的には、実施の形態２では、初
期の色温度は４２００Ｋ、Ｒａ７１であったが、６００
０時間のライフ後には４６００Ｋ、Ｒａ６７と大きく特
性が変化していた。それに比べて実施の形態３では、６
０００時間のライフ後に大きな特性変化は確認されなか
った。

【００７４】また、図６において、発光部３の中央部分
の肉厚ｔ１、発光部３の細管部４、５近傍の肉厚ｔ２を
それぞれ変化させたときのランプ効率およびライフ中の
発光管破損確率を測定した。なお、上述と同様に、サン
プルは各１０本ずつを用意し、それらの平均値を測定値
とすることとした。また、ライフ中の発光管破損確率は
６０００時間までを測定した。その結果を表１に示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】表１より、発光部３の中央部分の肉厚ｔ１
を１．０ｍｍと一定にして、発光部３の細管部４、５近
傍の肉厚ｔ２を変化させた場合、肉厚ｔ２が０．７ｍｍ
以下となるとライフ中に発光管１の破損が確認された。
これは、発光部３と細管部４、５の境界部分の肉厚が薄
いために、その付近に存在する液状の発光物質の反応で
その部分が脆化して耐圧性能が落ちるためである。

【００７７】また、肉厚ｔ２の値が１．３ｍｍ以上にな
ると、ランプ効率が大きく下降することが確認された。
これは、発光部３と細管部４、５の境界部分の肉厚が厚
いために、その部分の発光管温度が上がらず、蒸気圧の
低い発光物質が充分に蒸発することなく、発光に寄与で
きなかったためである。

【００７８】次に、発光部３の細管部４、５近傍の肉厚
ｔ２を１．０ｍｍと一定にして、発光部３の中央部分の
肉厚ｔ１を変化させた場合、肉厚ｔ１が０．７ｍｍ以下
となるとライフ中に発光管１の破損が確認された。発光
部３の肉厚が薄いことによる耐圧性能の低下が主要因で
ある。

【００７９】また、肉厚ｔ１が１．３ｍｍ以上となると
ランプ効率が大きく下降することが確認された。これ
は、発光部３の肉厚が厚いために、透過率が低いことが
主要因である。

【００８０】以上の結果より、発光部３の最大肉厚に対
する発光部３の最小肉厚の比を０．８０以上にすること
により、熱ロスを一層低減することができ、高効率を実
現でき、また、ライフ中の発光管破損を抑制することが
可能であることが分かった。

【００８１】なお、実施の形態３では、発光部３の最大
肉厚と最小肉厚に相当する箇所を、発光部３の中央部分
と細管部４近傍としたが、発光部３全体における任意の
箇所を選択しても、同様の効果が認められる。

【００８２】また、発光物質のモル組成比ＮａＩ／Ｃｅ
Ｉ₃を６．０としたが、３．８〜１０の範囲が、好まし
い値である。また、ＮａＩ以外にも、所望のランプ特性
に応じて適宜、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ツリウム（Ｔ
ｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、タリウム（Ｔｌ）等を発光
物質として添加してもよい。

【００８３】また、セリウムの代わりにプラセオジウム
を封入した場合でも上記と同様の効果が認められた。そ
の場合のモル組成比ＮａＩ／ＰｒＩ₃は、４．５〜１２
の範囲が好ましい。

【００８４】以上のように、本発明の実施の形態３のメ
タルハライドランプによれば、発光部３の両端部を半球
形状としたので、発光管１のそれぞれのタングステン電
極７に上下差が生じるようにして使用しても、液状の発
光物質が、細管部４に沈み込むことはなく、減少しない
ので、発光効率が低下しないという効果を有する。

【００８５】なお、発光部３の両端部の形状は、半球形
状ではなく、断面形状において曲線状であってもよく、
細管部４、５に液状の発光物質１１が流れていきにくけ
ればよい。

【００８６】また、図７に示すように、発光部３の両端
部の内側を一周するように、突起物１５を設ける構成と
してもよい。このような構成とすることで、液状の発光
物質１１が細管部４、５に流れていくことを阻止するこ
とができる。また、突起物１５ではなく、溝としてもよ
く、溝に液状の発光物質１１がたまって細管部４、５に
流れていくことを阻止することができる。

【００８７】

【発明の効果】本発明によれば、ＣｅＩ₃を含む発光物
質に特有の細く絞られた放電アーク領域の発光管上側へ
の湾曲度合が軽減され、また発光管上側の局所的な温度
上昇が低減されるので、問題である発光管割れ及び放電
アーク立消えをともに防止することができ、併せてＣｅ
Ｉの比視感度の高い緑色スペクトル放射が増大するの
で、高効率化を実現することができ、更に発光管の管壁
温度が発光物質とアルミナセラミック管の反応が十分抑
えられる範囲に保たれ且つ管端部の黒化現象も軽減され
るので、長寿命化を図ることができる。

【００８８】また、本発明によれば、発光部の両端部の
内部の温度を均一にすることができ、熱ロスが少なく、
発光物質の減少もないので、発光物質の蒸気圧が充分に
高くなる上、点灯中に十分な耐圧性能を有する。それに
より、高効率で長寿命なメタルハライドランプを得るこ
とができる。

【００８９】また、本発明は、ライフ中等に発光管の破
損を抑制することができ、高効率で長寿命な金属蒸気放
電ランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１にかかるメタルハライ
ドランプの発光管の構成を示す断面図である。

【図２】本発明のメタルハライドランプのランプ全体
の構成を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態１にかかるメタルハライ
ドランプの他の発光管の構成を示す断面図である。

【図４】本発明の実施の形態１により規定されたラン
プワットに対する発光管形状パラメータＬｅ／φ_i値の
範囲を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態２にかかるメタルハライ
ドランプの発光管の構成を示す断面図である。

【図６】本発明の実施の形態３にかかるメタルハライ
ドランプの発光管の構成を示す断面図である。

【図７】本発明の実施の形態３にかかるメタルハライ
ドランプの他の発光管の構成を示す断面図である。

【図８】従来技術による低ワットタイプのアルミナセ
ラミック管メタルハライドランプの発光管の構成を示す
断面図である。

【図９】従来技術によるショートアーク形のアルミナ
セラミック管メタルハライドランプの発光管の構成を示
す断面図である。

【符号の説明】

１発光管２外囲器３発光部４，５細管部６，７給電体８セラミックフリット９，１０タングステン電極１１発光物質１２ランプ１３外管バルブ１４口金１５突起物

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年６月２４日（２００２．６．２
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】削除

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】削除

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】削除

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】削除

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のメタルハライドランプは、内部に一対の電
極が設けられ、且つ発光物質としてセリウム沃化物（Ｃ
ｅＩ₃）とナトリウム沃化物（ＮａＩ）とが封入された
透光性セラミック製の発光管を備え、前記発光物質のモ
ル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が３．８〜１０の範囲に規定
され、且つ前記発光管の管壁負荷ｗｅが１３〜２３Ｗ／
ｃｍ²の範囲において、ランプワットの値をＸ（Ｗ）と
し、電極間距離をＬｅ、前記発光管の管内径をφ_iとし
たときのＬｅ／φ_iをＹとする、ＸＹ座標上の座標値
（Ｘ，Ｙ）で表わされる点（２００，０．７５）、（３
００，０．８０）、（４００，０．８５）、（７００，
１．００）、（１０００，１．１５）、（１０００，
２．１０）、（７００，２．００）、（４００，１．９
０）、（３００，１．８０）、（２００，１．７０）を
順に結んだ線で囲まれる範囲（具体的には、図４の斜線
部分）に前記Ｌｅ／φ_i及び前記ランプワットの値があ
るように規定されている。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】これにより、ＣｅＩ₃を含む発光物質に特
有の細く絞られた放電アーク領域の発光管上側への湾曲
度合が軽減され、また発光管上側の局所的な温度上昇が
低減されるので、従来の問題である発光管割れ及び放電
アーク立消えがともに防止することができ、併せてＣｅ
Ｉ ₃ の比視感度の高い緑色スペクトル放射が増大するの
で、高効率を実現することができる。更に、発光管の管
壁温度が発光物質とアルミナセラミック管の反応が十分
抑えられる範囲に保たれ、且つ管端部の黒化現象も軽減
されるので、長寿命で高効率なメタルハライドランプを
得ることができる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】削除

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】削除

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】削除

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】削除

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】削除

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】削除

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】削除

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】発光管１は、外囲器２が半透明の多結晶体
アルミナセラミック材料からなり、管中央部が円筒形で
ある発光部３とその両端の細管部４、５から構成されて
いる。前記細管部４、５には、比抵抗値５.１×１０^-7
ΩｍのＡｌ₂Ｏ₃−Ｍｏ系導電性サーメットからなる棒状
の給電体６、７がＤｙ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂を主成
分としたセラミックフリット８によりそれぞれ気密封着
されている。給電体６、７の放電側先端部にはタングス
テン電極９、１０の延長された電極棒がそれぞれ接続さ
れている。この場合、ランプ寿命を通じて前記細管部
４、５との強固な気密封着を保つために、給電体６、７
の熱膨張係数は、アルミナセラミックからなる細管部
４、５の８.１×１０^-6／℃に対して６.９×１０^-6／℃
の値に設定されている。また、前記セラミックフリット
８は、ランプ点灯時の発光物質１１による侵蝕を抑制す
るために、低温部となる前記細管部４、５のタングステ
ン電極９、１０との接合部近傍まで限定・充填されてい
る。そして、発光管１内には、セリウム沃化物（ＣｅＩ
₃）およびナトリウム沃化物（ＮａＩ）からなる発光物
質１１と、緩衝ガスとしての水銀と始動補助用希ガスと
してアルゴン約１３ｋＰａとがそれぞれ封入されてい
る。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】上記本発明による主力品種である３００Ｗ
タイプの典型的なランプ１２を準備して、その発光管割
れ及び放電アーク立消えの防止効果の確認と、寿命特性
及びランプ効率などの特性測定を行った。この場合、ラ
ンプは図１及び図２の基本構成からなり、発光管１の具
体的構成としては、電極間距離Ｌｅ２３.８ｍｍ、管内
径φ_i１７.６ｍｍ、発光管形状パラメータＬｅ／φ_i１.
３５及び管壁負荷ｗｅ１６.８Ｗ／ｃｍ²にそれぞれ設定
し、管内にはモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が８からなる
発光物質１１を１２ｍｇ、水銀５３ｍｇをそれぞれ封入
した。この結果、かかる本発明にもとづく発光管構成に
より、発光管割れ及び放電アーク立消えは共に発生せ
ず、且つランプ効率は目標値を超えた１２３ｌｍ／Ｗと
いう優れた値が得られた。また、ランプ定格寿命時間に
ついても、目標値９０００時間を超えて１２５００時間
を達成できることがわかった。なお、ランプの演色性と
しては一般屋外照明用として適応できる下限の平均演色
評価数Ｒａ６０のレベルが得られた。但し、それぞれの
値はランプ１０灯の平均値である

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】なお、発光物質１１としては（ＣｅＩ₃＋
ＮａＩ）系物質を主成分として、上記目標ランプ効率が
満足される範囲において、ランプ演色性や寿命特性をよ
り改良するために他の金属ハライド物質を付加してもよ
い。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】給電体６、７の放電側先端部にはタングス
テン電極９、１０の延長された電極棒がそれぞれ接合・
保持されている。この場合、ランプ寿命を通じて細管部
４、５との強固な気密封着を保つために、給電体６、７
の熱膨張係数は例えば、アルミナセラミックからなる細
管部４、５の８.１×１０^-6／℃に対して６.９×１０ ^-6
／℃の値に設定されている。また、セラミックフリット
８は、ランプ点灯時の発光物質１１による侵蝕を抑制す
るために、低温部となる細管部４、５のタングステン電
極９、１０との接合部近傍まで限定・充填されている。
そして、発光管１内には、例えば、セリウム沃化物（Ｃ
ｅＩ₃）およびナトリウム沃化物（ＮａＩ）からなる発
光物質１１と、緩衝ガスとしての水銀と始動補助用希ガ
スとしてアルゴン約１３ｋＰａが封入されている。な
お、発光物質１１のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃は６．
０である。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７６】表１より、発光部３の中央部分の肉厚ｔ１
を１．０ｍｍと一定にして、発光部３の細管部４、５近
傍の肉厚ｔ２を変化させた場合、肉厚ｔ２が０．７ｍｍ
以下となるとライフ中に発光管１の破損が確認された。
これは、発光部３と細管部４、５の境界部分の肉厚が薄
いために、その付近に存在する液状の発光物質１１の反
応でその部分が脆化して耐圧性能が落ちるためである。

【手続補正２１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】また、肉厚ｔ２の値が１．３ｍｍ以上にな
ると、ランプ効率が大きく下降することが確認された。
これは、発光部３と細管部４、５の境界部分の肉厚が厚
いために、その部分の発光管温度が上がらず、蒸気圧の
低い発光物質１１が充分に蒸発することなく、発光に寄
与できなかったためである。

【手続補正２２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８２】また、発光物質１１のモル組成比ＮａＩ／
ＣｅＩ₃を６．０としたが、３．８〜１０の範囲が、好
ましい値である。また、ＮａＩ以外にも、所望のランプ
特性に応じて適宜、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ツリウム
（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、タリウム（Ｔｌ）等を
発光物質１１として添加してもよい。

【手続補正２３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８４】以上のように、本発明の実施の形態３のメ
タルハライドランプによれば、発光部３の両端部を半球
形状としたので、発光管１のそれぞれのタングステン電
極９、１０に上下差が生じるようにして使用しても、液
状の発光物質１１が、細管部４、５に沈み込むことはな
く、減少しないので、発光効率が低下しないという効果
を有する。

【手続補正２４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８７】

【発明の効果】本発明によれば、ＣｅＩ₃を含む発光物
質に特有の細く絞られた放電アーク領域の発光管上側へ
の湾曲度合が軽減され、また発光管上側の局所的な温度
上昇が低減されるので、問題である発光管割れ及び放電
アーク立消えをともに防止することができ、併せてＣｅ
Ｉ ₃ の比視感度の高い緑色スペクトル放射が増大するの
で、高効率化を実現することができ、更に発光管の管壁
温度が発光物質とアルミナセラミック管の反応が十分抑
えられる範囲に保たれ且つ管端部の黒化現象も軽減され
るので、長寿命化を図ることができる。

【手続補正２５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８８

【補正方法】削除

【手続補正２６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８９

【補正方法】削除

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西浦義晴大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者東昌範大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者榎並博司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 QQ03 QQ18 RR02 RR05 5C039 HH03 HH04 HH05 HH06 5C043 AA02 AA07 AA14 CC03 DD03 EA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に一対の電極が設けられ、且つ発光
物質としてセリウム沃化物（ＣｅＩ₃）とナトリウム沃
化物（ＮａＩ）とが封入された透光性セラミック製の発
光管を備え、前記発光物質のモル組成比ＮａＩ／ＣｅＩ₃が３．８〜
１０の範囲に規定され、且つ前記発光管の管壁負荷ｗｅが１３〜２３Ｗ／ｃｍ²
の範囲において、電極間距離をＬｅ、前記発光管の管内
径をφ_iとしたときのＬｅ／φ_iが、ランプワット２００
Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗ、７００Ｗ及び１０００Ｗにお
いて、それぞれ０.７５〜１.７０、０.８０〜１.８０、
０.８５〜１.９０、１.００〜２.００及び１.１５〜２.
１０の範囲に規定されていることを特徴とするメタルハ
ライドランプ。
【請求項２】内部に一対の電極が設けられ、且つセリ
ウム（Ｃｅ）及びプラセオジウム（Ｐｒ）のうち少なく
とも１種を含む発光物質が封入されている発光部と、前
記発光部の両端に設けられた細管部と、前記細管部内に
封着され、且つ前記電極に接続された給電体とを有して
いる透光性セラミック製の発光管を備え、前記発光部は、前記発光部の最大肉厚に対する前記発光
部の最小肉厚の比が０．８０以上となるよう構成される
とともに、前記発光部と前記細管部とは一体成型されて
いることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項３】前記発光部の両端部は、前記細管部に近
づくにつれ、徐々に径が小さくなっていく部分を有する
ことを特徴とする請求項２に記載のメタルハライドラン
プ。
【請求項４】前記発光部の前記両端部は、テーパ形状
であることを特徴とする請求項３に記載のメタルハライ
ドランプ。
【請求項５】前記発光部の前記両端部の断面形状は、
曲線で形成されていることを特徴とする請求項３に記載
のメタルハライドランプ。
【請求項６】前記発光部の前記両端部は、略半球形状
であることを特徴とする請求項５に記載のメタルハライ
ドランプ。
【請求項７】前記発光部の前記両端部の内面には、突
起物または溝が形成されていることを特徴とする請求項
３ないし請求項６のいずれかに記載のメタルハライドラ
ンプ。