JP2005259691A - セラミックメタルハライドランプ及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックメタルハライドランプを高圧水銀ランプ用の安定器で使用しても、ランプ力率とランプ効率との両方が高いランプを提供すること。
【解決手段】ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうちの少なくとも１種と、水銀、希ガス、ハロゲン化タリウム、およびハロゲン化ナトリウムを封入物として含む発光管を備えたセラミックメタルハライドランプにおいて、前記発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、前記発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下であり、前記発光管の管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、発光管に透光性セラミックを使用したメタルハライドランプ、その使用法、およびそれを用いた照明器具に関するものである。

本発明に関連した従来技術としては、石英製の発光管内に、不活性ガス、水銀、ヨウ化タリウムおよびヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウムその他希土類金属のヨウ化物の１種又は複数種が封入されたもの（特許文献１参照）がある。さらに、透光性セラミック発光管内に、始動用希ガスおよび水銀とともに、ホルミウム、ジスプロシウム、ツリウム、ナトリウム、タリウム、セシウム等のヨウ化物が封入されたもの（特許文献２参照）が知られている。

特許文献１に記載のメタルハライドランプでは、発光管の管壁負荷は１０〜１２．５Ｗ／ｃｍ^２で、発光効率は７８〜８２.５ｌｍ／Ｗで、平均演色評価数Ｒａは７０〜８０である。このランプは発光管に石英を使用しているので、封入物と石英材料との反応を避けるため管壁負荷を２０Ｗ／ｃｍ^２以上に高めることができない。そのために、発光効率および平均演色評価数Ｒａが劣るという欠点があった。そのため、このランプは室内照明用途には適さないランプであった。

特許文献２に記載のメタルハライドランプは、セラミック製の発光管内に、希ガスおよび水銀とともに、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ツリウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化ナトリウムおよびヨウ化セシウムを含んでいる。さらに、その管壁負荷は２９．９Ｗ／ｃｍ^２に設定されている。

これまで、メタルハライドランプでは、ランプごとに安定器が設計されている。つまり、メタルハライドランプ用としては、汎用性のある安定器はない。その結果、量産効果が効かないために、安定器が高価になるという問題があった。一方、高圧水銀ランプ用の安定器では、日本工業規格（ＪＩＳ）などで規格が定められているので、規格に従った汎用性のある安定器が量産されている。その結果、量産効果によって、高圧水銀ランプ用の安定器は価格が安い。しかも、規格品が多量に市場に出回っている。

メタルハライドランプで高圧水銀ランプ用の安定器を使用することができれば、メタルハライドランプを安価に使用することができるという利点が得られる。しかも、既に市場で使用されている高圧水銀ランプ用の照明装置で、そのままメタルハライドランプを使用することができるという利点が得られる。

しかしながら、従来のメタルハライドランプを高圧水銀ランプ用の安定器で使用すると、十分に高いランプ力率が得られないという問題点があった。ここで、ランプ力率とは、つぎの式によって求められる値である。

ランプ力率＝ランプ電力Ｗ／（ランプに加える電圧×ランプに流れる電流）

また、メタルハライドランプの発光管の材質としては、一般に、石英か透光性セラミックが用いられる。透光性セラミックが用いられたメタルハライドランプは、セラミックメタルハライドランプと呼ばれる。石英は、透光性セラミックよりも耐熱性に劣る。したがって、石英が用いられる場合、管壁負荷の上限は２０Ｗ／ｃｍ^２程度となる。しかし、ランプ効率を向上させるためには、さらに管壁負荷を向上させることが必要となる。このような場合、石英よりも耐熱性に優れる透光性セラミックが用いられることとなる。ただし、透光性セラミックのコストは石英よりも高い。したがって、透光性セラミックは、一般的に、石英を用いた場合よりも大幅に高い管壁負荷（５０Ｗ／ｃｍ^２〜６０Ｗ／ｃｍ^２程度）のランプに用いられている。なお、ランプ効率とは、電力あたりの光束を意味するものであり、ｌｍ／Ｗ（ルーメン／ワット）などの単位で表される。

上述したように、透光性セラミックを用いた場合、高い管壁負荷によって高いランプ効率が得られる。しかし、高い管壁負荷は、ランプ力率の低下という問題をもたらす。そのランプ用に設計された安定器を用いる場合には、例えば電子安定器の場合にはランプ力率がほぼ１になるように安定器を設計することができるのでこのような問題は生じない。また、銅鉄安定器であっても、そのランプ用に設計された安定器を用いる場合にはランプ力率を高く設定できるのでこのような問題は生じない。しかしながら、高圧水銀ランプ用の安定器をメタルハライドランプに用いる場合には、安定器の最適設計ができないので、このランプ力率の低下がランプの立消えという深刻な問題となる。この問題を解決するために、ハロゲン化セシウムを発光管内に含ませることによって、ランプ力率を向上させることが一般におこなわれている。その場合のハロゲン化セシウムの量は、発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、ハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が２０％以上となるように調整されていた。

ところが、ランプ力率とランプ効率とをさらに向上させることが求められている。しかし、管壁負荷を高くするとランプ力率が低下し、管壁負荷を低くするとランプ効率が低下する。したがって、管壁負荷を調整しても、ランプ力率とランプ効率との両方が高いランプは得られないという問題点があった。

特開昭５２−３１５８１号公報 特開２００１−２６６７９１号公報

本発明の目的は、上記の問題点を解決して、セラミックメタルハライドランプを高圧水銀ランプ用の安定器で使用しても、ランプ力率とランプ効率との両方が高いランプを提供することである。

本発明による第１の発明は、つぎのとおりである。
ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうちの少なくとも１種、
水銀、
希ガス、
ハロゲン化タリウム、および
ハロゲン化ナトリウム
を封入物として含む発光管を備えたセラミックメタルハライドランプにおいて、
前記発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、前記発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下であり、かつ
高圧水銀ランプ用の試験用安定器によって前記セラミックメタルハライドランプを点灯した際の前記発光管の管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とする。

上記の第１の発明は、発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下にすることと、高圧水銀ランプ用の試験用安定器によってセラミックメタルハライドランプを点灯した際の発光管の管壁負荷を２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２とすることとを組み合わせることによって、セラミックメタルハライドランプを高圧水銀ランプ用の安定器で使用しても、高いランプ力率と高いランプ効率との両立を可能にするものである。

上述したように、セラミックメタルハライドランプは、一般的に、管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ^２〜６０Ｗ／ｃｍ^２程度の領域で用いられてきた。管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ^２付近では、管壁負荷の上昇によるランプ力率の減少量が、発光管内のハロゲン化セシウム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度である。したがって、ハロゲン化セシウムの量を変化させても、「管壁負荷の調整によってランプ力率とランプ効率との両方が高いランプは得られない」ことにかわりはないと考えられていた。ところが、発明者らの研究によって、管壁負荷が２５Ｗ／ｃｍ^２以下の領域では、５０Ｗ／ｃｍ^２付近の結果からは全く予想されない結果が得られることが判明した。すなわち、５０Ｗ／ｃｍ^２付近では、管壁負荷の上昇によるランプ力率の減少量が、発光管内のハロゲン化セシウム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度であるにもかかわらず、管壁負荷が２５Ｗ／ｃｍ^２以下の領域では、ハロゲン化セシウム量の違いによるランプ力率の差が著しく小さくなる（図５参照）。

その一方で、管壁負荷の低下によるランプ効率の減少の程度は、発光管内のハロゲン化セシウム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度である（図４参照）。その結果、管壁負荷を２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２に設定することと、発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下にすることとを組み合わせることによって、高圧水銀ランプ用の安定器によってセラミックメタルハライドランプを点灯した場合であっても、ランプ力率とランプ効率との両方が高いランプが得られる。このことは、本願発明者らによって初めて見出されたものである。

本発明を図により説明する。図１は、本発明のメタルハライドランプを構成する発光管を示す断面図である。図１において、１は透光性アルミナセラミックからなる発光管であり、その両端部には細管部５が設けられている。細管部５の内部には、熱膨張率が細管部５のそれと近似した耐熱金属からなる第１の電気導入体７が挿入されている。電気導入体７には、耐熱金属製の第２の電気導入体６が取り付けられている。さらに、電極コイル２を有する電極極芯３が、電気導入体６に取り付けられている。電気導入体６および７の一部と細管部５の一部とは、封着材９によって気密的にロウ付け固定されている。４は電極第２コイル、１０はスペーサーである。

ここで、透光性アルミナセラミックからなる発光管の内径および長さ寸法は管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２になるように設定する。なお、管壁負荷は電極間距離に対応する発光管内面積でランプ電力を除した値で表すものとする。「電極間距離に対応する発光管内面積」は、つぎのとおり定義される。発光管内で向き合う二つの電極の先端の中心を結んで直線とする。その直線に垂直な平面のうち、二つの電極の先端の中心を含む二平面を選ぶ。発光管内面積のうち、その二平面の間に位置する部分の面積を「電極間距離に対応する発光管内面積」とする。管壁負荷の下限値を２２Ｗ／ｃｍ^２に設定する理由は、つぎのとおりである。管壁負荷が２２Ｗ／ｃｍ^２より小さいと発光管温度が十分に上がらない。その結果、ハロゲン化物の蒸気圧が高くならないので、高効率が得られないからである。さらに、管壁負荷が２２Ｗ／ｃｍ^２より小さいと、平均演色評価数（Ｒａ）が８０未満となり高演色性でなくなるからである。

このように構成された、透光性セラミックよりなる発光管の内部には、水銀と、始動用希ガスと、発光物質として少なくともハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウムおよびハロゲン化ホルミウムのうちの１種以上とハロゲン化タリウムおよびハロゲン化ナトリウムとが封入されている。発光物質の最適封入量は、ランプの大きさおよび発光スペクトルの色温度を何度にするかにより異なる。ランプの大きさおよび色温度と希土類ハロゲン化物の最適封入量との関係は下記のとおりである。なお、発光管内容積は、電極間距離に対応する発光管内容積で表わしている。「電極間距離に対応する発光管内容積」は、つぎのとおり定義される。発光管内で向き合う二つの電極の先端の中心を結んで直線とする。その直線に垂直な平面のうち、二つの電極の先端の中心を含む二平面を選ぶ。発光管内容積のうち、その二平面の間に位置する部分の容積を「電極間距離に対応する発光管内容積」とする。すなわち、電極の先端よりも端方向に位置する空隙は発光管の内径が絞られていて容積が微少であるので、内容積の計算からは除外されている。

＜色温度を３０００Ｋとした場合＞
［ランプの大きさ１９０Ｗ］
個々の希土類ハロゲン化物の最適封入量は３．５×１０^−６モル／ｃｍ^３〜５．５×１０^−６モル／ｃｍ^３とし、総封入量は１３×１０^−６モル／ｃｍ^３〜３３×１０^−６モル／ｃｍ^３の範囲とするのが好ましい。

［ランプの大きさ２３０Ｗ］
個々のハロゲン化物の最適封入量は１．３×１０^−６モル／ｃｍ^３〜２．５×１０^−６モル／ｃｍ^３とし、総封入量は１３×１０^−６モル／ｃｍ^３〜１８×１０^−６モル／ｃｍ^３の範囲とするのが好ましい。

［ランプの大きさ２７０Ｗ］
個々のハロゲン化物の最適封入量は４．０×１０^−６モル／ｃｍ^３〜６．２×１０^−６モル／ｃｍ^３とし、総封入量は１５×１０^−６モル／ｃｍ^３〜３５×１０^−６モル／ｃｍ^３の範囲とするのが好ましい。

［ランプの大きさ３６０Ｗ］
個々のハロゲン化物の最適封入量は１．０×１０^−６モル／ｃｍ^３〜３．０×１０^−６モル／ｃｍ^３とし、総封入量は６×１０^−６モル／ｃｍ^３〜１５×１０^−６モル／ｃｍ^３の範囲とするのが好ましい。

＜色温度を４０００Ｋとした場合＞
［ランプの大きさ１９０Ｗ］
個々の希土類ハロゲン化物の最適封入量は５．０×１０^−６モル／ｃｍ^３〜１０．０×１０^−６モル／ｃｍ^３とし、総封入量は２３×１０^−６モル／ｃｍ^３〜５５×１０^−６モル／ｃｍ^３の範囲とするのが好ましい。

［ランプの大きさ２３０Ｗ］
個々のハロゲン化物の最適封入量は２．０×１０^−６モル／ｃｍ^３〜５．０×１０^−６モル／ｃｍ^３とし、総封入量は８×１０^−６モル／ｃｍ^３〜１８×１０^−６モル／ｃｍ^３の範囲とするのが好ましい。

［ランプの大きさ２７０Ｗ］
個々のハロゲン化物の最適封入量は３．０×１０^−６モル／ｃｍ^３〜７．０×１０^−６モル／ｃｍ^３とし、総封入量は２０×１０^−６モル／ｃｍ^３〜４０×１０^−６モル／ｃｍ^３の範囲とするのが好ましい。

［ランプの大きさ３６０Ｗ］
個々のハロゲン化物の最適封入量は１．０×１０^−６モル／ｃｍ^３〜３．０×１０^−６モル／ｃｍ^３とし、総封入量は８×１０^−６モル／ｃｍ^３〜２０×１０^−６モル／ｃｍ^３の範囲とするのが好ましい。

封入量が前記範囲より小さいと、封入物が細管部内に入り込む、いわゆる「もぐり込み」によって、有効に作用する封入物の量が少なくなる。その結果、ハロゲン化物の蒸気圧が十分に上がらないので、所望のランプ特性が得にくくなる。また、封入量がこの範囲より大きくなると、余分なハロゲン化物が発光管内面に溜まる。そのハロゲン化物が光を吸収するので、ランプ効率が低下する。また、ハロゲン化物と発光管部材との反応が加速されるので、ランプ寿命が短くなる等の不都合が生じる。

発光物質となるハロゲン化物としては、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウムおよびハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうちの少なくとも１種以上が用いられるが、これらのうち、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウムおよびハロゲン化ホルミウムの３種のすべてが封入されることがより好ましい。

発光物質としては前述のハロゲン化合物が用いられるが、ハロゲンとしてはよう素Ｉが好ましく、場合により臭素Ｂｒが含まれていても良い。

なお、発光管の材質としては透光性アルミナセラミックが例として説明されたが、これに限定されるものではない。例えば、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、または窒化アルミニウム等の透光性セラミック材料が使用される。

さらに、図１に示される発光管は、径大の中央部本管の端部に設けられたエンドディスクを介して、細管部５が取り付けられた形状となっている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本管部と細管部とが一体的に形成された形状の、いわゆる、一体成形品であっても良いのはもちろんである。

また、始動用希ガスとしては、一般に用いられるネオン、アルゴン、キセノンおよびクリプトン又はそれらの混合ガスなどが使用できる。そのなかでも、３〜１０ＫＰａのＡｒガスを用いることが、ランプの始動性が良いという理由において好ましい。

図２は、本発明のメタルハライドランプの概略構成図である。１は前述した構成からなる透光性セラミック製の発光管、１１は硬質ガラス製の外管、１２は発光管を支持するための支持線（電気導体を兼ねる）、１４は外管内を高真空に保つためのゲッター、１６はランプの始動を容易にするための始動補助導体、１５は口金である。図２に示されるランプは、外管内に始動器を内蔵していないので、安定器に始動器が付加される必要がある。例えば、安定器に始動器を付加すれば、図２に示されるランプにおいて、水銀灯用安定器のような二次無負荷電圧の低い安定器での点灯が可能である。

図３は、図２とは異なる、本発明のメタルハライドランプの実施例である。この例では、グロー管からなる始動器１３が外管内に内蔵されている。始動器１３を外管内に内蔵させた場合には、水銀灯安定器がそのまま使用可能となる。したがって、ランプの交換のみで、水銀灯を用いた照明からメタルハライドランプの照明に切り替えることができる。始動器１３は、グロー管に限定されるものではない。例えば、バイメタルスイッチと抵抗の直列回路からなる始動器、あるいは非線形コンデンサーを用いたものでも良い。このように形成されたセラミックメタルハライドランプでは、平均演色評価数Ｒａが８０以上で色温度が３５００〜５０００Ｋとなる。

次に３６０Ｗランプの実施例について説明する。
図１に示される発光管１を製作した。発光管１は透光性アルミナ管からなり、中央部の内径寸法を約２０ｍｍとした。細管部を除く内寸法の長さを約３４、３６、３８、４０および４２ｍｍとした５種類の発光管を用いて、各５個ずつのランプを試作した。このとき、前記内寸法が長いものほど、左右の電極極芯３の先端間の距離である電極間長を長くした。その電極間長は、約１９、２１、２３、２６および２９ｍｍとした。これに応じて、ＪＩＳで定められた、４００Ｗの高圧水銀ランプ用の試験用安定器で点灯した場合のランプの管壁負荷は、約３０、２７、２５、２２および２０Ｗ／ｃｍ^２となる。電極極芯３の径を約０．９ｍｍ、発光管１の両端に設けられた細管部５の内径および外径寸法をそれぞれ約２ｍｍと約４．５ｍｍとした。第１の電気導入体７はＮｂ−１％Ｚｒの合金からなり、その径は約０．７ｍｍで長さは約１５ｍｍとした。第２の電気導入体６はＭｏからなり、その径は約０．４ｍｍで長さは約３ｍｍである。第１の電気導入体７および第２の電気導入体６の一部は、細管部５の端部内面において、ＳｉＯ_２２１．８重量％、Ａｌ_２Ｏ_３１６．８重量％およびＹ_２Ｏ_３６１．４重量％系の封着材９により気密的にロウ付け固定されている。

このように密封された発光管１内に、発光物質としてＤｙＩ_３、ＴｍＩ_３およびＨｏＩ_３をそれぞれ２．０×１０^−６モル／ｃｍ^３入れた。さらに、ヨウ化タリウムを、前記希土類（Ｄｙ、ＴｍおよびＨｏ）ハロゲン化物の合計に対してモル比で約０．４入れ、さらにヨウ化ナトリウムを希土類ハロゲン化物の合計に対してモル比で約２．０入れた。さらに、希ガスとして、分圧が１．６×１０^４Ｐａとなるようにアルゴンを発光管１内に入れた。さらに発光管１内に入れる水銀の量は、電極間長が約１９、２１、２３、２６および２９ｍｍの発光管１に対して、それぞれ順に６４、６１、５８、５５および５２ｍｇとした。以上のようにして、本発明による実施例Ａのランプ２５個を製作した。さらに、発光管の中に入れられた希土類ハロゲン化物の合計に対して１０ｍｏｌ％のヨウ化セシウムを追加して発光管の中に入れたこと以外は、上記の実施例Ａと同様にして、本発明による実施例Ｂのランプ２５個を製作した。さらに、発光管の中に入れられた希土類ハロゲン化物の合計に対して２０ｍｏｌ％のヨウ化セシウムを追加して発光管の中に入れたこと以外は、上記の実施例Ａと同様にして、比較例Ｃのランプ２５個を製作した。

このように形成された発光管１は、図３に示されるように、硬質ガラスからなる外管１１内にステンレス製の電気導体兼支持体１２によって固定される。発光管１に接して、径が約０．２ｍｍのＭｏ線からなる始動補助導体１６が付設されるとともに、グロー管からなる始動器１３が組み込まれている。このランプは水銀灯用安定器で容易に点灯可能である。

このように構成した７５個のランプの初期特性を測定した。これらのランプにおいて、高圧水銀ランプ用の試験用安定器を用いて、電源電圧が２００Ｖ一定における諸特性を測定した。得られた測定データをもとに、管壁負荷とランプ効率の関係をグラフに表すと図４のとおりであった。また、管壁負荷とランプ力率との関係は図５のとおりであった。図４および図５においては、ヨウ化セシウムが２０％添加された場合が◆、１０％添加された場合が▲、ヨウ化セシウムが添加されていない場合が■で表されている。なお、上記の比較例では、放電管内に封入されるハロゲン化セシウムとしてヨウ化セシウムが用いられたが、ヨウ化セシウム以外のハロゲン化セシウムを用いても同様の結果が得られる。上記の実験では３６０Ｗのランプが用いられたが、それ以外の電力、例えば１００〜１０００Ｗのランプでも同様の結果が得られる。

さらに、上記の３６０Ｗのランプのうち、発光管内にヨウ化セシウムを含まない実施例Ａのランプを寿命試験にかけたところ、図６、図７、図８および図９に示す結果が得られた。図６は、管壁負荷と１２０００時間点灯後のランプ電圧上昇値との関係を示したものである。ここで、ランプ電圧上昇値とは、寿命試験における、寿命試験後のランプ電圧と寿命試験前のランプ電圧との差で表す。図７は、管壁負荷と１２０００時間点灯後のピーク電圧との関係を示している。ここで、上記の寿命試験後の実施例のランプでは、ランプ始動後、ランプ電圧が上昇し、ピークに到達した後に減少し、安定電圧値に到達する。つまり、ランプ電圧が安定電圧値に到達する前に、電圧のピークが現れる。そのピークにおける電圧値と安定電圧値との差を、ピーク電圧という。

また、図８は、管壁負荷と、１２０００時間点灯後のランプの立消え発生率との関係を示している。なお、立ち消えとは、始動後に不点灯になる現象で、ランプの点灯の維持に必要な電圧が、ランプに印加される電圧よりも高くなることによって、ランプが消灯してしまうことである。さらに、図９は、点灯時間と光束維持率との関係を示している。図９において、点線で囲まれたデータは管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２の本発明品、実線で囲まれたデータは管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ^２の比較例である。

以上のデータから次のことが明らかになった。
管壁負荷が２５Ｗ／ｃｍ^２以下の領域では、５０Ｗ／ｃｍ^２付近の結果からは全く予想されない結果が得られることが判明した。すなわち、５０Ｗ／ｃｍ^２付近では、管壁負荷の上昇によるランプ力率の減少量が、発光管内のハロゲン化セシウム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度であるにもかかわらず、管壁負荷が２５Ｗ／ｃｍ^２以下の領域では、ハロゲン化セシウム量の違いによるランプ力率の差が著しく小さくなる（図５参照）。その一方で、管壁負荷の低下によるランプ効率の減少の程度は、発光管内のハロゲン化セシウム量が多い場合と少ない場合とにおいて同程度である（図４参照）。また、管壁負荷が２２Ｗ／ｃｍ^２より小さくなるとランプの効率は急激に低下し、実用的でない。さらに、図４よりハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が２０％になると、管壁負荷を２５Ｗ／ｃｍ^２より大きくしなければランプ効率が低いために実用的でない。

次に図６より、管壁負荷が２５Ｗ／ｃｍ^２より大きくなると寿命中のランプ電圧の上昇が大きくなる等、ランプの寿命特性が悪くなるので実用的でない。

したがって、管壁負荷を２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２に設定することと、発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下にすることとを組み合わせることによって、高圧水銀ランプ用の安定器によってセラミックメタルハライドランプを点灯した場合であっても、ランプ力率とランプ効率との両方が高いランプが得られる。このことは、本願発明者らによって初めて見出されたものである。

寿命特性についてもう少し詳細に述べると以下のとおりである。
図６から１２０００時間点灯後のランプ電圧上昇値は管壁負荷が大きくなると増大することが分かる。管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２の範囲ではランプ電圧上昇値はほぼ１０Ｖ以内におさまるが、管壁負荷が２７Ｗ／ｃｍ^２よりも大きくなるとランプ電圧上昇値は２０Ｖ以上に増大する。

図７から１２０００時間点灯後のピーク電圧は管壁負荷が大きいほど増大することが分かる。管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２の範囲ではピーク電圧は０〜２Ｖであるが、管壁負荷が２７Ｗ／ｃｍ^２以上ではピーク電圧は５Ｖよりも大きくなる。

上記の、管壁負荷の低減による、ランプ電圧上昇の低減とピーク電圧の低減との改善効果をランプの立消発生率で表すと、図８のようになる。１２０００時間点灯後のランプの立消発生率は、管壁負荷が２７Ｗ／ｃｍ^２では約２０％であるが、２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２の範囲にすれば１０％以下に減少することが図８から分かる。

図９から分かるように光束維持率は管壁負荷が大きくなると低下する。管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２の範囲内であれば１２０００時間点灯後の光束維持率は７５〜８５％であるが、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ^２になると光束維持率は６０〜８０％に低下するとともにバラツキが大きくなる。すなわち、管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２の範囲内であれば光束維持率は高く、しかもバラツキも小さい。

上記の実施例では、高圧水銀ランプ用の試験用安定器をもちいて試験をおこなった。しかし、市販の高圧水銀ランプ用の安定器は、この試験用安定器と同様の特性を有している。したがって、上記の実施例のメタルハライドランプと高圧水銀ランプ用の安定器とを備えた照明器具でも、上記実施例と同様の効果が得られることは明らかである。

さらに、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうちの少なくとも１種、水銀、希ガス、ハロゲン化タリウム、およびハロゲン化ナトリウムを封入物として含む発光管を備えたセラミックメタルハライドランプの使用法において、発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下であり、かつ高圧水銀ランプ用の安定器を用いることによって、発光管の管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２となるように、セラミックメタルハライドランプを点灯した場合においても、上記実施例と同様の結果が得られることは明らかである。

上記実施例では、発光物質としてのハロゲン化物には、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウムおよびハロゲン化ホルミウムの３種とハロゲン化タリウム、ハロゲン化ナトリウムとを封入したが、少なくともハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうちの１種以上とハロゲン化タリウム、ハロゲン化ナトリウムとを封入すれば本発明の効果が得られることが別の実験で確かめられた。

また、上記の実施例では、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうち、ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、およびハロゲン化ホルミウムをそれぞれ約２．０×１０^−６モル／ｃｍ^３の量で発光管内に用いたが、これ以外の混合量および混合比であっても、発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数を１０％以下とすれば、同様の効果が得られる。

なお、本願明細書に記載の「発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下」とは、ハロゲン化セシウムが全く含まれない場合をも含むものである。

また、本願明細書に記載の「高圧水銀ランプ用の試験用安定器」とは、日本工業規格（ＪＩＳ）のＣ８１１０_１９８７で定められたものを意味する。さらに、本願明細書に記載の「高圧水銀ランプ用の試験用安定器によってセラミックメタルハライドランプを点灯した」とは、ＪＩＳのＣ８１１０_１９８７の６．１に定められた試験条件にしたがって点灯することを意味する。また、ＪＩＳのＣ８１１０_１９８７の附属書表１には、定格ランプ電力が４０Ｗから１０００Ｗの８種類の、高圧水銀ランプ用試験用安定器が記載されている。本願明細書に記載の「高圧水銀ランプ用の試験用安定器によってセラミックメタルハライドランプを点灯した」とは、これらの安定器のうち、実際のランプの定格ランプ電力と、ＪＩＳのＣ８１１０_１９８７の附属書表１に記載の「適合するランプの定格ランプ電力」との差が最も小さくなるものを選択して点灯することを意味する。たとえば、後述の本願実施例に記載の３６０Ｗのメタルハライドランプは、４００Ｗ用の安定器を用いて点灯する。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

は、本発明の実施例であるセラミック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。 は、本発明の一実施例であるセラミックメタルハライドランプを示す概略構成図である。 は、本発明の他の実施例であるセラミックメタルハライドランプを示す概略構成図である。 は、本発明の実施例ランプと比較例ランプとの初期特性における管壁負荷とランプ効率との関係を示すグラフである。 は、本発明の実施例ランプと比較例ランプとの初期特性における管壁負荷とランプ力率との関係を示すグラフである。 は、本発明の実施例ランプと比較例ランプとの１２０００時間点灯後における管壁負荷とランプ電圧上昇値との関係を示すグラフである。 は、本発明の実施例ランプと比較例ランプとの１２０００時間点灯後における管壁負荷とピーク電圧との関係を示すグラフである。 は、本発明の実施例ランプと比較例ランプとの１２０００時間点灯後における管壁負荷とランプ立消発生率との関係を示すグラフである。 は、本発明の実施例ランプと比較例ランプとの点灯時間と光束維持率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 発光管
２ 電極コイル
３ 電極極芯
４ 電極第2コイル
５ 細管部
６ 第２の電気導入体
７ 第１の電気導入体
９ 封着材
１１ 外管
１２ 電気導体兼支持体
１３ 始動器
１６ 始動補助導体

Claims (2)

1. ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうちの少なくとも１種と、
   水銀、
   希ガス、
   ハロゲン化タリウム、および
   ハロゲン化ナトリウム
   を封入物として含む発光管を備えたセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、前記発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下であり、かつ
   高圧水銀ランプ用の試験用安定器によって前記セラミックメタルハライドランプを点灯した際の前記発光管の管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
2. ハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウムのうちの少なくとも１種と、
   水銀、
   希ガス、
   ハロゲン化タリウム、および
   ハロゲン化ナトリウム
   を封入物として含む発光管を備えたセラミックメタルハライドランプと高圧水銀ランプ用安定器とを備えた照明器具において、
   前記発光管の中に含まれるハロゲン化ジスプロシウム、ハロゲン化ツリウム、ハロゲン化ホルミウム、ハロゲン化エルビウム、およびハロゲン化テルビウム中の金属元素のモル数に対して、前記発光管の中に含まれるハロゲン化セシウムのセシウム元素のモル数が１０％以下であり、かつ
   高圧水銀ランプ用の試験用安定器によって前記セラミックメタルハライドランプを点灯した際の前記発光管の管壁負荷が２２〜２５Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とする照明器具。
   

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