JP2005183247A - メタルハライドランプ、および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い発光効率を得つつ、寿命中、ランプ電圧の上昇による不点灯が発生するのを防止する。
【解決手段】内部に一対の電極１４が設けられた本管部６を有する透光性セラミック製の発光管４と、この発光管４が収容されている外管３とを備え、一対の電極１４間の距離をＬ（ｍｍ）、本管部６の内径をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｄ≧４．０なる関係式を満たし、発光管４のうち距離Ｌに亘る部分において、外管３に最も近接する部分の最大外径をｒ（ｍｍ）、外管３のうち、発光管４に最も近接する部分の内径をＲ（ｍｍ）としたとき、３．４≦Ｒ／ｒ≦７．０なる関係式を満たし、かつ発光管４内に存在する水銀量は発光管４の内容積に対する水銀の密度をＭ（ｍｇ／ｃｃ）としたとき、Ｍ≦４．０なる関係式を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、メタルハライドランプ、および照明装置に関するものである。

近時、例えば屋外照明や高天井照明等の照明装置に使用されているメタルハライドランプに対して、省エネルギーの観点から、発光効率の向上が強く求められている。

そこで、発光管の外囲器を構成する材料に高い管壁負荷、つまり高温での使用にも耐え得ることができる例えばアルミナからなる透光性セラミックを用い、かつこの発光管内にヨウ化セリウム（ＣｅＩ₃）とヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）とを封入し、発光管の形状を細長く（発光管の内径をＤ、電極間の距離Ｌとしたとき、Ｌ／Ｄ＞５）したセラミックメタルハライドランプが提案されている（例えば特許文献１参照）。

このセラミックメタルハライドランプでは、１１１〜１７７（ｌｍ／Ｗ）という極めて高い発光効率が得られるとされている。

ところで、従来のメタルハライドランプは、発光管が例えば硬質ガラス製の外管内に収納されているが、万一発光管が破損したときでも、その破片によって外管が破損するのを防止するため、その発光管を囲繞するように外管と発光管との間に石英ガラス製のスリーブが配置されている（例えば特許文献２参照）。

もちろん、従来のメタルハライドランプの中にはスリーブが用いられていない構造もある。しかし、そのような従来のメタルハライドランプでは、外管の破損を防止するために外管にフッ素樹脂被膜が塗布されていたり、下面開放型の器具に取り付けられることはなく、外管が破損したとしてもその破片が飛散しないように必ず前面ガラス付きの器具に取り付けられていたりする。
特表２０００−５０１５６３号公報 特開平５−２５８７２４号公報

そこで、高い発光効率を得るべく特許文献１に記載のようなセラミックメタルハライドランプを作製するに当たり、従来のメタルハライドランプと同様に外管と発光管との間に発光管全体を囲繞するような石英ガラス製のスリーブを配置したものを作製し、ランプ特性を調べたところ、寿命中、作製したランプにおいてランプ電圧の上昇による不点灯が発生するという予期せぬ問題が起こった。

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、高い発光効率を得ることができつつ、寿命中、ランプ電圧の上昇による不点灯が発生するのを防止することができるメタルハライドランプ、および照明装置を提供することを目的とする。

本発明者らが上記した問題の原因について分析および検討した結果、まず発光管の内面が封入物である金属ハロゲン化物と激しく反応している痕跡を確認した。したがって、ランプ電圧が上昇した原因は、発光管内における遊離ハロゲンが発光管の外囲器の構成材料であるセラミックと金属ハロゲン化物とが反応することによって著しく増加したためであると考えられる。

そこで、このように発光管の外囲器の構成材料であるセラミックと金属ハロゲン化物とが激しく反応した原因について検討した結果、本来、高温での使用に耐え得る材料としてセラミックを用いているにもかかわらず、高い発光効率を得るために発光管の形状を細長く（例えばＬ／Ｄ＞５）したので、点灯中、アークが発光管の内面に近接し、発光管の外囲器の構成材料であるセラミックの温度（以下、単に「発光管の温度」という）が予想をはるかに上回り、封入された金属ハロゲン化物と激しく反応する温度にまで至ったためであることがわかった。

さらに分析および検討を進めた結果、発光管の温度を上昇させている要因が発光管の形状にあるだけではないことがわかった。すなわち、点灯中、スリーブによって発光管が保温され、発光管の温度上昇を促進させていることがわかった。このことは、従来のメタルハライドランプにおいては実用上、特に問題視されていなかったことであり、発明者らの予測を超えるものであった。

なお、このように発光管の温度が異常に高温となるのは、Ｌ／Ｄが５を超える場合に限らず、Ｌ／Ｄ≧４なる関係式を満たした場合でもなり得ることがわかった。

この問題を解決すべく、単に外管の形状を大きくし、発光管とスリーブとの間の距離を拡げることも考えられるが、これではコンパクト性に欠けてしまう。一方、スリーブを用いない構造を採用すると、例えば外管にフッ素樹脂被膜を塗布することが考えられるが、フッ素樹脂被膜には耐熱性の限界があり、どのようなランプにも適用できるわけではない。また、フッ素樹脂被膜すら用いない構造を採用すると、上記したように発光管の破損時に外管が破損するおそれが懸念され、適用器具が限られてしまうことが予測された。

そこで、本発明者らは、このような予期せぬ問題を解決するべく、鋭意検討した結果、次のような新たな知見を見出した。

つまり、本発明の請求項１記載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た本管部を有する透光性セラミック製の発光管と、この発光管が収容されている外管とを備え、前記一対の電極間の距離をＬ（ｍｍ）、前記本管部の内径をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｄ≧４．０なる関係式を満たし、前記発光管のうち前記距離Ｌに亘る部分において、前記外管に最も近接する部分の最大外径をｒ（ｍｍ）、前記外管のうち、前記発光管に最も近接する部分の内径をＲ（ｍｍ）としたとき、３．４≦Ｒ／ｒ≦７．０なる関係式を満たし、かつ前記発光管内に存在する水銀量は前記発光管の内容積に対する水銀の密度をＭ（ｍｇ／ｃｃ）としたとき、Ｍ≦４．０なる関係式を満たす構成を有している。

なお、本発明における「内径Ｄ」とは、前記本管部のうち前記距離Ｌに亘る部分においての平均内径を示している。また、「前記距離Ｌに亘る部分」とは、前記本管部のうち、各電極の先端を含み、かつ前記本管部の長手方向の中心軸に対して垂直な二つの平面で挟まれた部分を示している。

このとき、特に、Ｌ／Ｄ≦１０．０なる関係式を満たすことが好ましい。

また、前記発光管内には、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物およびプラセオジム（Ｐｒ）のハロゲン化物のうちの少なくとも一方と、ナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物とがそれぞれ封入されていることが好ましい。

また、前記外管内はその真空度が３００Ｋで１×１０³Ｐａ以下であることが好ましい。

本発明の請求項５記載の照明装置は、照明装置本体と、この照明装置本体に取り付けられた請求項１〜請求項４のいずれかに記載のメタルハライドランプと、このメタルハライドランプを点灯させるための安定器とを備えている。

本発明の請求項１記載のメタルハライドランプの構成によれば、高い発光効率を得ることができるとともに、寿命中、ランプ電圧の上昇による不点灯の発生を防止することができる。

特に、Ｌ／Ｄ≦１０．０なる関係式を満たすことにより、高い発光効率を得ることができつつ、放電を維持しやすくすることができる。

また、特に発光管内に、一層高い発光効率を得るために、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物およびプラセオジム（Ｐｒ）のハロゲン化物のうちの少なくとも一方と、ナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物とがそれぞれ封入されている場合であっても、発光管を適度に保温することができ、封入金属の蒸気圧を低下させることなく十分高く維持することができる。

さらに、外管内の真空度を３００Ｋ１×１０³Ｐａ以下に規定することにより、発光管の熱が外管内のガスを介して外管に伝わり、外部へ放出されるのを抑制することができ、発光効率が低下するのを防止することができる。

本発明の請求項５記載の照明装置の構成によれば、高い発光効率を得ることができるとともに、寿命中、ランプ電圧の上昇による不点灯の発生を防止することができる。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いて説明する。

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Ｔが１６０ｍｍ〜２００ｍｍ、例えば１８０ｍｍであり、一端部が半球状に閉塞されているとともに、他端部がステム２によって封着された円筒状の外管３と、この外管３内に配置された例えば多結晶アルミナからなる透光性セラミック製の発光管４と、外管３の他端部に取り付けられたねじ込み式のＥ形口金５とを備えている。

なお、発光管４の長手方向の中心軸Ｘと外管３の長手方向の中心軸Ｙとは略同一軸上に位置している。

外管３は、例えば硬質ガラスからなり、発光管４に最も近接する部分の内径をＲ（ｍｍ）としたとき、発光管４のうち後述する一対の電極１４間の距離Ｌに亘る部分において外管３に最も近接する本管部６の最大外径をｒ（ｍｍ）として３．４≦Ｒ／ｒ≦７．０なる関係式を満たしている。また、外管３の肉厚ｔ₁は、例えばランプの取り替え時や運搬時において外部からの衝撃に耐え得る程度の強度を有する厚みであって、コスト高やランプの重量の過剰な増加につながらない程度の厚み等を考慮して、例えば０．６ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲で適宜設定されることが好ましい。また、外管３内は、３００Ｋで１×１０³Ｐａ以下、例えば１×１０^-2Ｐａの真空状態になっている。さらに、外管３内には、寿命中、高真空状態を維持するために適当な場所にゲッター（図示せず）が設けられている。

ステム２には、二本のステム線７，８の一部がそれぞれ封着されている。

このステム線７，８は、複数の異なる材質からなる金属線をそれぞれ接合して一体化した一本の金属線からなる。各ステム線７，８の一端部はそれぞれ外管３内に引き込まれ、その他端部はそれぞれ外管３の外部に導出されている。一方のステム線７の一端部は電力供給線９を介して後述する発光管３の二本の外部リード線１０，１１のうちの一方の外部リード線１０に電気的に接続されている。他方のステム線８の一端部は直接、後述する残る外部リード線１１に電気的に接続されている。一方のステム線７の他端部は口金５のシェル部１２に、他方のステム線８の他端部は口金５のアイレット部１３にそれぞれ電気的に接続されている。

発光管４は、図２に示すように、内部に、一対の電極１４が略同一軸Ｚ上で互いに略対向するように設けられ、放電空間１５が形成されている本管部６と、この本管部６の両端部に形成された円筒状の細管部１６とを備えている。

なお、発光管４の外囲器を構成しているセラミックにおいて、図２に示す例では、本管部６と細管部１６とはつなぎ目のない一体成形によって形成されたものであるが、本管部６と細管部１６とが別部材からなり、焼きばめによって一体化されたものであってもよい。また、発光管４の外囲器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）、窒化アルミ、イットリア、またはジルコニア等の透光製セラミックを用いることができる。

本管部６は、一対の電極１４間の距離Ｌに亘る部分のうち外管３に最も近接する部分の最大外径ｒが例えば５．０ｍｍ〜１２．８ｍｍ、内径Ｄが例えば３ｍｍ〜１０ｍｍ、肉厚ｔ₂が例えば１．０ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲で適宜設定される円筒状部１７と、この円筒状部１７の両端部に形成された半球状部１８とを有している。

なお、図１および図２に示す例において、外管３と発光管４とは各々の長手方向の中心軸が略一致しており、かつ外管３と発光管４の本管部６とが各々円筒形であるので、発光管４のうち、外管３に最も近接する部分は円筒状部１７全体となる。

細管部１６内には、先端部に電極１４を有する給電体１９が挿通され、かつ本管部６とは反対側の端部において細管部１６と給電体１９との間の隙間に流し込まれたガラスフリット２０によって封着されている。

なお、ガラスフリット２０の流し込み長は、細管部１６の端から４．５ｍｍである。

電極１４は、外径が０．５ｍｍ、長さが１６．５ｍｍのタングステン製の電極ピン２１と、この電極ピン２１の先端部に取り付けられたタングステン製の電極コイル２２とからなる。電極１４間の距離Ｌは、Ｌ／Ｄ≧４．０なる関係式を満たすように、発光管４の最大内径Ｄを例えば３ｍｍ〜１０ｍｍとしたときに例えば１２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲で適宜設定される。このとき、発光管４の管壁負荷は、例えば２４Ｗ／ｃｍ²〜３４Ｗ／ｃｍ²の範囲で適宜設定されている。

給電体１９は、一端部に電極ピン２１が接続され、かつ他端部が細管部１６の外部に導出している外径が０．９２ｍｍ、長さが１８．３ｍｍの導電性サーメット２３と、一端部がこの導電性サーメット２３に接続され、かつ他端部がステム線８または電力供給線９に電気的に接続された例えばニオブ製の外部リード線１０，１１と、導電性サーメット２３の中間部に巻き付けられたモリブデン製のコイル２４とからなる。

この導電性サーメット２３は、例えばモリブデンからなる金属粉末と例えばアルミナからなるセラミック粉末とを混合し焼結させたものであって、その熱膨張係数が７．０×１０^-6（／℃）でありセラミックの熱膨張係数とほぼ等しい。

コイル２４は、細管部１６と導電性サーメット２３との間に形成される隙間をほぼ埋め、発光管４内に封入された金属ハロゲン化物が浸入しにくくするために設けられているものである。

なお、給電体１９の一例として、外部リード線１０，１１、導電性サーメット２３およびコイル２４からなる給電体１９を用いたが、これ以外に種々の公知の給電体を用いてもよい。

また、発光管４内には、金属ハロゲン化物、水銀および希ガスがそれぞれ封入されている。

金属ハロゲン化物としては、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物およびプラセオジウム（Ｐｒ）のハロゲン化物のうちの少なくとも一方と、ナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物とが封入されている。

なお、金属ハロゲン化物としては、前記した金属ハロゲン化物以外に所望の色温度や演色性が得られるように、公知の金属ハロゲン化物を上記した金属ハロゲン化物の代わりにまたはそれに追加して適宜封入してもよい。

水銀は、純水銀として、または化合物としていずれの状態で封入されていてもよく、発光管４の内容積に対する密度をＭ（ｍｇ／ｃｃ）としたとき、Ｍ≦４．０なる関係式を満たすように封入されている。もちろん、不可避的に混入しているものは除きＭ＝０（ｍｇ／ｃｃ）であってもよい。

希ガスとして、アルゴンガス単体やキセノンガス単体、またはそれらの混合ガス等が封入されている。その封入量は、その成分や比率に関わらず１０ｋＰａ〜５０ｋＰａの範囲で適宜設定されている。

次に、このようなメタルハライドランプ１の作用効果を確認するための実験を行った。

まず、上記した定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプ１において、発光管４の内容積を０．２ｃｃ〜１．０ｃｃ、封入水銀量を０．５ｍｇ〜２．０ｍｇの範囲で種々選択するとともに、本管部６の最大外径ｒを６．４ｍｍ一定とし、外管３のうち、発光管４に最も近接する部分の内径Ｒを２０ｍｍ、２２ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ、５０ｍｍと変化させたランプをそれぞれ１０本ずつ作製した。

そして、作製した各サンプルのうち５本を使用して、公知の電子安定器を用いて水平状態で点灯させ、点灯初期（点灯経過時間１００時間程度）の色温度、および点灯初期のランプ電圧に対する９０００時間点灯経過時のランプ電圧の上昇値（Ｖ）についてそれぞれ調べたところ、表１に示すとおりの結果が得られた。また、各サンプルの残り５本を使用して、定格で安定点灯させた状態からランプに定格電流の２０倍の過電流を流して発光管４を強制的に破損させ、そのときの外管３の破損確率について調べたところ、表１に示すとおりの結果が得られた。

なお、各サンプルにおいて、外管３の肉厚ｔ₁を０．９ｍｍ、本管部６の肉厚ｔ₂を１．２ｍｍ、電極１４間の距離Ｌを３２ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝８）と一定にするとともに、封入物としてヨウ化プラセオジウム（ＰｒＩ₃）を２．３ｍｇ、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）を６．７ｍｇ、キセノンガスを常温時で２０ｋＰａになるようにそれぞれ封入した。

また、表１中、「色温度（Ｋ）」および「ランプ電圧の上昇値（Ｖ）」は各サンプルの平均値をそれぞれ示している。「外管の破損確率」については、分母がサンプルの全数、分子がそのうちの破損したサンプルの数をそれぞれ示している。「色温度のばらつき」については最大値から最小値を引いた値である。

表１から明らかなように、Ｒ／ｒ≧３．４なる関係式を満たす場合、例えばサンプルＥ、サンプルＦ、サンプルＧ、サンプルＨ、サンプルＩ、サンプルＪ、サンプルＫ、サンプルＬ、サンプルＭ、サンプルＮ、サンプルＯ、サンプルＰ、サンプルＱ、サンプルＲ、サンプルＳ、およびサンプルＴの場合では、全サンプルにおいて、９０００時間点灯経過時におけるランプ電圧の上昇が点灯初期のランプ電圧に対して２７Ｖ以下に抑えられており、ランプ電圧の上昇による不点灯が発生しないことがわかった。一方、Ｒ／ｒ＜３．４なる関係式を満たす場合、例えばサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、およびサンプルＤの場合では、９０００時間点灯経過時におけるランプ電圧の上昇が点灯初期のランプ電圧に対して３５Ｖを超え、ランプ電圧の上昇による不点灯が発生するものがあることがわかった。

このような結果が得られたのは次のような理由によるものであると考えられる。

Ｒ／ｒ≧３．４なる関係式を満たす場合では、外管３と本管部６との間の距離を離間させることができ、外管３と本管部６との間の空間を拡げることができるので、本管部６への保温作用を小さくすることができ、発光管４（外囲器）の過度な温度上昇を抑制することができる。その結果、発光管４の外囲器の構成材料であるセラミックと金属ハロゲン化物との反応を抑制することができ、発光管４内における遊離ヨウ素の増加を抑えることができたためであると考えられる。実際に、発光管４の内面を分析した結果、封入物である金属ハロゲン化物と反応した痕跡はほとんど見られなかった。一方、Ｒ／ｒ＜３．４なる関係式を満たす場合では、外管３と本管部６との間の距離が短く、外管３と本管部６との間の空間が小さいので、本管部６への保温作用が大きく、発光管４の温度上昇が促進され、その結果、セラミックと金属ハロゲン化物とが激しく反応し、発光管４内に遊離ヨウ素が増加したためであると考えられる。発光管４の内面を分析した結果、こちらの場合では金属ハロゲン化物と激しく反応した痕跡が見られた。

したがって、Ｒ／ｒ≧３．４なる関係式を満たすことにより、ランプ電圧の上昇による不点灯の発生を防止することができることがわかった。

ところで、同じく表１から明らかなように、Ｒ／ｒ≦７．０なる関係式を満たす場合、例えばサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、およびサンプルＤ、サンプルＥ、サンプルＦ、サンプルＧ、サンプルＨ、サンプルＩ、サンプルＪ、サンプルＫ、サンプルＬ、サンプルＭ、サンプルＮ、サンプルＯ、およびサンプルＰ場合では、色温度が設計値（４０００Ｋ）と同じ程度（３８５０Ｋ〜４０２０Ｋ）であり、目視ではその設計値との差異は識別できない程度であることがわかった。しかし、Ｒ／ｒ＞７．０なる関係式を満たす場合、例えばサンプルＱ、サンプルＲ、サンプルＳ、およびサンプルＴの場合では、色温度が設計値（４０００Ｋ）を上回り４６２０Ｋになることがわかった。色温度差が３００Ｋを超えると目視によってその色温度の差異が認識できるようになる。

このような結果が得られたのは次のような理由によるものであると考えられる。

Ｒ／ｒ＞７．０なる関係式を満たす場合では、外管３と本管部６との間の距離が離間し過ぎ、発光管４の温度がやや下がりすぎになり、発光管４内の封入金属の蒸気圧が低下したためであると考えられる。一方、Ｒ／ｒ≦７．０なる関係式を満たす場合では、発光管４が適度に保温され、発光管４内の封入金属の蒸気圧を適正に保つことができたためであると考えられる。つまり、発光管４内の封入金属の蒸気圧を適正に保つためには、発光管４はある程度保温される必要があることになる。

したがって、所望の色温度を得るために、Ｒ／ｒ≦７．０なる関係式を満たすことが好ましいことがわかった。

なお、このような結果は、色温度を４０００Ｋに設定した場合に限らず、その設定色温度を封入物の組成およびその組成比等を変えて種々変化させた場合でも得られることが確認された。

ここで、表１から明らかなように、例えばサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＥ、サンプルＦ、サンプルＩ、サンプルＪ、サンプルＭ、サンプルＮ、サンプルＱ、およびサンプルＲのように水銀の密度Ｍが４．０ｍｇ／ｃｃ以下の場合では、外管３が破損したものは５本中０本であることがわかった。一方、例えばサンプルＣ、サンプルＤ、サンプルＧ、サンプルＨ、サンプルＫ、サンプルＬ、サンプルＯ、サンプルＰ、サンプルＳ、およびサンプルＴのように水銀の密度Ｍが４．０ｍｇ／ｃｃを越える場合では、５本中何本かはその外管３が破損してしまった。

したがって、水銀の密度Ｍを４．０ｍｇ／ｃｃ以下に規定することにより、従来のメタルハライドランプのようにスリーブ等を用いなくても、発光管４が破損することによって外管３が破損するのを防止することができることがわかった。

そして、このような結果が得られたのは次のような理由によるものであると考えられる。

安定点灯時においてランプ内のガス圧は水銀の蒸気圧が支配的になっており、そのため水銀の密度Ｍが４．０ｍｇ／ｃｃ以下のものではその水銀の蒸気圧が低くなり、その結果、ランプ内の全ガス圧が低くなり、発光管４が破損したとしてもその破片の飛散勢いが外管３を破損させるほど大きくなかったためであると考えられる。一方、水銀の密度Ｍが４．０ｍｇ／ｃｃを越えるものではその水銀の蒸気圧が高く、ランプ内の全ガス圧も高いので、発光管４が破損したときの破片が勢いよく飛散し、外管３に与える衝撃が大きかったためであると考えられる。

なお、このような結果は、少なくとも外管３の肉厚ｔ₁が０．６ｍｍ以上、発光管４の本管部の肉厚ｔ₂が１．４ｍｍ以下の場合において確実に得られることが確認された。

ところで、上述したとおり安定点灯時においてランプ内のガス圧は水銀の蒸気圧が支配的になっているため、水銀の密度Ｍを４．０ｍｇ／ｃｃ以下、すなわち水銀の封入量を低減させるとランプ内のガス圧は低下するので、ランプ電圧が低くなりそれに伴ってランプ電力も小さくなると考えられる。その結果、封入金属の蒸気圧は低下するが、個々のランプにおいてランプ電力の変化の度合いが異なるので、個々のランプにおいて封入金属の蒸気圧がばらつき、よって色温度もばらつくと予測される。

ところが、驚くべきことに、例えばサンプルＥ、サンプルＦ、サンプルＩ、サンプルＪ、サンプルＭ、およびサンプルＮのように水銀の密度Ｍが４．０ｍｇ／ｃｃ以下であるにもかかわらず、３．４≦Ｒ／ｒ≦７．０なる関係式を満たす場合では、個々のランプにおいて色温度のばらつきが５０Ｋ〜２７０Ｋであり、ほとんどばらつかないことがわかった。これは、上述したように発光管４が適度に保温されており、封入金属の蒸気圧を低下させずに十分に高く維持することができたためであると考えられる。このことは、蒸気圧が低いプラセオジウム、セリウム、ナトリウム等の各ハロゲン化物が封入されているものに対して非常に有効である。

なお、上記した作用効果はＬ／Ｄ＝８と一定にしたサンプルを用いて確認したものであるが、その作用効果はＬ／Ｄ≧４．０なる関係式を満たすいずれの場合でも得られることが確認された。

次に、上記したサンプルＦのメタルハライドランプにおいて、最大内径Ｄ＝４ｍｍと一定にし、一対の電極１４間の距離Ｌを１６ｍｍ〜４４ｍｍの範囲で段階的に変えてＬ／Ｄを種々変化させたものを５本ずつ作製した。

そして、作製した各ランプを公知の電子安定器を用いて水平状態で点灯させ、１００時間点灯経過時における発光効率（ｌｍ／Ｗ）および不点灯の発生確率について調べたところ、表２に示すとおりの結果が得られた。

なお、表２において、「不点灯の発生確率」は、分母がサンプルの全数を、分子が不点灯になったサンプルの数をそれぞれ示している。

表２から明らかなように、Ｌ／Ｄ≧４．０なる関係式を満たす例えばＬ／Ｄが４．０、８．０、および１０．０場合では、全数のものにおいて、不点灯になったものはなく、１００時間点灯経過時における発光効率が１１５ｌｍ／Ｗ以上であり、市販されている高効率、高演色の一般的なセラミックメタルハライドランプの発光効率（９０ｌｍ／Ｗ〜９５ｌｍ／Ｗ）に比して、約２８％以上向上させることができることがわかった。

このような結果となったのは、発光管４の内面の温度が従来のものの温度に比してやや高くなるので、封入金属の蒸気圧を上昇させることができたためであると考えられる。

しかし、Ｌ／Ｄ＞１０．０なる関係式を満たす例えばＬ／Ｄが１１．０の場合では、発光効率は高いものの、５本中１本が不点灯になった。これは、電極１４間の距離が長くなりすぎ、放電が維持しにくくなったためであると考えられる。したがって、高い発光効率を得つつ、放電を維持しやすくするためにＬ／Ｄ≦１０．０なる関係式を満たすことが好ましい。

以上のとおり本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプにかかる構成によれば、Ｌ／Ｄ≧４．０なる関係式を満たすので、高い発光効率を得ることができるとともに、たとえＬ／Ｄ≧４．０なる関係式を満たし、発光管４の温度がかなり高温になっているとしても、３．５≦Ｒ／ｒ≦７．０、かつＭ≦４．０なる関係式を満たしているので、寿命中、ランプ電圧の上昇による不点灯の発生を防止することができるとともに、初期において所望の色温度特性を得ることができ、しかもスリーブ等を用いることなく発光管４の破損によって外管３が破損するのを防止することができ、かつ個々のランプにおいて色温度がばらつくのを抑制することができる。また、水銀の封入量を削減することになるので、ランプから放出される紫外線量を削減することができるとともに、環境負荷の低減を図ることができる。さらに、スリーブを用いないので、それ自体の材料コストだけでなく、それを支持するための部材のコストや作業コストを削減することができ、低コスト化を実現することができるとともに、発光管４から放射された光がスリーブによってカットされることがないので、ランプの全光束が低下したり配光特性が悪化したりするのを防止することができ、またランプの輸送時等に発生するスリーブの破損による不良品の発生をなくすことができ、しかもスリーブがない分、ランプの重量を軽量化することができるので、ランプの耐衝撃性を向上させることができる。

特に、外管３内はその真空度が３００Ｋで１×１０³Ｐａ以下であることが好ましい。これにより、発光管４の熱が外管３内のガスを介して外管３に伝わり、外部へ放出されるのを抑制することができ、発光効率が低下するのを防止することができる。一方、外管３内の真空度が３００Ｋで１×１０³Ｐａを超える場合、発光管４の熱が外管３内のガスを介して外管３に伝わって外部へ放出され、発光効率が低下するおそれがある。

なお、上記第１の実施の形態では、円筒状の外管３を用いた場合について説明したが、これに限らず例えば図３に示すような膨出部を有するドロップ形状の外管の場合であっても上記と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記第１の実施の形態では、円筒状の本管部６を有する発光管４を用いた場合について説明したが、これに限らず例えば図４に示すような本管部が略回転楕円体形状の発光管の場合であっても上記と同様の作用効果を得ることができる。もちろん、図４に示すような本管部が略回転楕円体形状である発光管を図３に示すようなドロップ形状の外管内に収納した場合であっても上記と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記第１の実施の形態では、定格電力１５０Ｗのメタルハライドランプを例示して説明したが、定格電力が例えば２０Ｗ〜４００Ｗのメタルハライドランプについて適用することができる。

次に、図５に示すように、本発明の第２の実施の形態である照明装置２５は、例えば天井用照明等に使用されるものであり、天井２６に組み込まれた傘状の反射灯具２７とこの反射灯具２７の底部に取り付けられた板状のベース部２８と反射灯具２７内の底部に設けられたソケット部２９とを有する照明装置本体３０と、この照明装置本体３０内のソケット部に、その中心軸Ｙが反射灯具２７の中心軸Ｗと略一致するように取り付けられた本発明の第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、ベース部２８の反射灯具２７から離間した位置に取り付けられた電子安定器３１とを備えている。

なお、反射灯具２７の反射面３２の形状等については、その用途や使用条件等によって適宜設定されるものである。また、図５に示す例では反射灯具２７の前面には前面ガラスを特に取り付けていないが、使用用途等に応じて前面ガラスを取り付けてもよい。

電子安定器３１は、公知の電子安定器を用いている。安定器として、一般的な磁性安定器を用いた場合では、上述したとおり封入する水銀量を減らしたときのランプ電圧の変動の影響を受けてランプ電力が変動しやすくなる。しかも、ランプ電力の変動度合いが個々のランプにおいて異なる。そのため、個々のランプにおいて封入金属の蒸気圧がばらつき、色温度にばらつきが生じるおそれがある。これに対して、電子安定器を用いた場合では、ランプ電力を広い電圧範囲で一定に保つことができるので、発光管（図示せず）の温度を一定にコントロールすることができ、封入金属の蒸気圧を安定化させることができ、個々のランプにおいて色温度がばらつくのを一層防止することができる。

以上のとおり本発明の第２の実施の形態である照明装置にかかる構成によれば、上記した本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプを用いているので、高い発光効率を得ることができるとともに、寿命中、ランプ電圧の上昇による不点灯の発生を防止することができる。また、初期において所望の色温度特性を得ることができ、しかも個々の装置において色温度がばらつくのを抑制することができるので、複数の照明装置を用いた場合において、空間全体を統一感のある色温度にすることができる。また、水銀の封入量を削減することになるので、ランプから放出される紫外線量を削減することができ、照明装置本体等が紫外線によって劣化するのを防止することができるとともに、環境負荷の低減を図ることができる。さらに、スリーブを用いないので、それ自体の材料コストだけでなく、それを支持するための部材のコストや作業コストを削減することができ、低コスト化を実現することができるとともに、発光管から放射された光がスリーブによってカットされることがないので、全光束が低下したり配光特性が悪化したりするのを防止することができる。

なお、上記第２の実施の形態では、その照明装置の用途として天井用照明を一例に挙げたが、その他の屋内照明や、店舗照明、街路灯照明等にも用いることができ、その用途は限定されるものでない。また、その用途に応じて種々の公知の照明装置本体や安定器を用いることができる。

本発明のメタルハライドランプ、および照明装置は、高い発光効率を得つつ、寿命中、ランプ電圧の上昇による不点灯が発生するのを防止することが必要な用途にも適用することができるものである。

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 同じく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 同じくメタルハライドランプにおいて、外管の形状が異なるメタルハライドランプの正面図 同じくメタルハライドランプにおいて、発光管の形状が異なるメタルハライドランプの一部切欠正面図 本発明の第２の実施の形態である照明装置の概略図

符号の説明

１ メタルハライドランプ
２ ステム
３ 外管
４ 発光管
５ 口金
６ 本管部
７，８ ステム線
９ 電力供給線
１０，１１ 外部リード線
１２ シェル部
１３ アイレット部
１４ 電極
１５ 放電空間
１６ 細管部
１７ 円筒状部
１８ 半球状部
１９ 給電体
２０ ガラスフリット
２１ 電極ピン
２２ 電極コイル
２３ 導電性サーメット
２４ コイル
２５ 照明装置
２６ 天井
２７ 反射灯具
２８ ベース部
２９ ソケット部
３０ 照明装置本体
３１ 電子安定器
３２ 反射面

Claims (5)

1. 内部に一対の電極が設けられた本管部を有する透光性セラミック製の発光管と、この発光管が収容されている外管とを備え、前記一対の電極間の距離をＬ（ｍｍ）、前記本管部の内径をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｄ≧４．０なる関係式を満たし、前記発光管のうち前記距離Ｌに亘る部分において、前記外管に最も近接する部分の最大外径をｒ（ｍｍ）、前記外管のうち、前記発光管に最も近接する部分の内径をＲ（ｍｍ）としたとき、３．４≦Ｒ／ｒ≦７．０なる関係式を満たし、かつ前記発光管内に存在する水銀量は前記発光管の内容積に対する水銀の密度をＭ（ｍｇ／ｃｃ）としたとき、Ｍ≦４．０なる関係式を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
2. Ｌ／Ｄ≦１０．０なる関係式を満たすことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
3. 前記発光管内には、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物およびプラセオジム（Ｐｒ）のハロゲン化物のうちの少なくとも一方と、ナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物とがそれぞれ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記載のメタルハライドランプ。
4. 前記外管内はその真空度が３００Ｋで１×１０³Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
5. 照明装置本体と、この照明装置本体に取り付けられた請求項１〜請求項４のいずれかに記載のメタルハライドランプと、このメタルハライドランプを点灯させるための安定器とを備えていることを特徴とする照明装置。

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