JP4891596B2 - マグネシウム及びインジウムを有するメタルハライドランプの化学成分 - Google Patents

Description

本発明は、概して放電ランプ用のメタルハライド充填化学成分に関する。特に、本発明はマグネシウム及びインジウムを含有するメタルハライド充填物に関する。

メタルハライド放電ランプは、その高い効率及びその希土類の化学成分によって発生される複合的な発光スペクトルから生ずる高演色性のために好まれている。慣用の石英発光管型を超える、改善された演色性、色温度及び効率を提供するセラミックメタルハライドランプが特に望ましい。それというのも、セラミック発光管は石英発光管よりも高温で作動でき、かつ種々のメタルハライドの化学成分とほとんど反応しないからである。ほとんどのメタルハライドランプと同様に、セラミックランプは、一般的に白色光を放射するように設計されている。これには、目標とする発光のｘ、ｙ色座標が黒体放射体曲線上に又はその近傍に存在することが必要である。ランプ充填物の化学成分は、目標とする発光を達成するために調節されなければならないだけでなく、それは大きい演色評価数（ＣＲＩ）及び高い効率（ルーメン／ワット、ＬＰＷ）を維持するのと同時になさねばならない。

これらの課題を解決するために、市販のセラミックメタルハライドランプの多くは、メタルハライドの複合的な組合せ物を収容する。例えば、市販の４２００Ｋランプは、水銀と、ＮａＩ、ＣａＩ_２、ＤｙＩ_３、ＨｏＩ_３、Ｔｍｌ_３及びＴｌＩの混合物とを収容することがある。一般的に、ヨウ化物塩は低反応性であるため、フッ化物と比べて好まれ、かつ高温でほとんど安定しない傾向があるため、塩化物及び臭化物と比べて好まれる。ヨウ化カルシウムは、放電の発光スペクトルに赤色をもたらし、そのＲ９値を上昇させ、そしてランプの電気特性を操作するために使用されることもある。

本件発明者は、メタルハライド充填物中のヨウ化カルシウムの存在が、所定のメタルハライドランプ、特に膨らみのある形状の発光管を有するメタルハライドランプの相関色温度（ＣＣＴ）の不所望な分散に関与しうることを見出した。従って、ヨウ化カルシウムの使用を制限し、ランプの性能のばらつきを低減させることが望ましい。

本発明は、ヨウ化マグネシウムを完全な又は部分的なヨウ化カルシウムの代替物として有する、放電ランプ用のメタルハライド充填物である。特に本充填物は、水銀と、メタルハライド塩の混合物とから構成されており、その際、そのメタルハライド塩の混合物は、約１モル％〜約５０モル％のヨウ化ナトリウム、約１５モル％〜約５０モル％の希土類ヨウ化物、約１０モル％〜約３０モル％のヨウ化マグネシウム、約１０モル％〜約２５モル％のヨウ化インジウム及び約０モル％〜約２５モル％のヨウ化カルシウムを含有し、その際、その混合物中のヨウ化カルシウム及びヨウ化マグネシウムの量の合計は、約２０モル％〜約４５モル％である。好ましい実施態様においては、希土類ヨウ化物は、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム又はそれらの組合せ物から選択される。メタルハライド塩の混合物中のヨウ化インジウムの一部は、ヨウ化タリウムに置き換えられていてよい。混合物中のヨウ化タリウム量は、約６モル％未満であることが好ましい。

特に好ましい実施態様においては、メタルハライド塩の混合物は、６〜４２モル％のヨウ化ナトリウム、１５〜２２モル％のヨウ化カルシウム、１８〜２３モル％のヨウ化マグネシウム、１０〜２５モル％のヨウ化インジウム及び１８〜３８モル％の希土類ヨウ化物を有する。メタルハライド塩の混合物のとりわけ有利な組成は、約２２モル％のヨウ化ナトリウム、約１９モル％のヨウ化マグネシウム、約１７モル％のヨウ化カルシウム、約１６モル％のヨウ化インジウム及び約２６モル％の希土類ヨウ化物を有する。

本発明にかかるメタルハライド充填物が、約３５００Ｋ〜約４７００Ｋの範囲内の相関色温度を示すランプをもたらすことが好ましい。ランプは、好ましくは約８５以上、特に好ましくは約９０より大きい演色評価数（ＣＲＩ）を示す。更に、本発明にかかるメタルハライド充填物は高効率である。ランプ効率は、少なくとも約９０ルーメン／ワット（ＬＰＷ）、特に好ましくは約１００ＬＰＷであることが好ましい。

本発明をより良く理解するために、これらの他の及び更なる課題、利点及び性能と一緒に、以下の開示及び下記図面と関連して記載した後の特許請求の範囲に言及する。

前記のとおり、本発明にかかるメタルハライド充填物は、ヨウ化マグネシウムを部分的な又は完全なヨウ化カルシウムの代替物として使用する。少なくともいくらかのヨウ化カルシウムを代替させると、溶融塩の凝縮物の挙動が改善され、かつランプごとのＣＣＴのばらつきが減る。しかしながら、商業的に望ましい測光特性を達成するためには、ヨウ化マグネシウムは、ヨウ化インジウム又はヨウ化インジウムとヨウ化タリウムとの混合物と一緒に使用しなければならない。

マグネシウムは、可視スペクトルの緑色領域内の約５１８ｎｍでの強い発光を有し、それはタリウムによって生成される約５３５ｎｍでの緑色発光に近い。この発光は、人間の眼の感度曲線のピークに近いので、マグネシウムはランプの高い光源効率をもたらす。しかしながら、マグネシウム及び水銀は、可視スペクトルの約３８０ｎｍ〜約４４０ｎｍの青色領域内でも発光する。これらの青色発光は、ランプの色温度の顕著な増加を惹起することがある。

インジウム又はインジウムとタリウムとの混合物を、マグネシウム及び水銀を含有する充填物に添加すると、ＣＣＴは好ましい水準まで低下する。それというのも、Ｉｎ及びＴｌ原子は、広域な自己反転吸収バンドをスペクトルの青色領域に有するからである。インジウムのバンドは約４１０ｎｍを中心とし、かつタリウムのバンドは約３７８ｎｍを中心とする。これらの自己反転バンドは、Ｍｇ及びＨｇの青色発光を吸収するが、比較的強いＭｇの緑色発光は吸収しない。タリウムをメタルハライド充填物から脱離させることが、ランプをより調光に適するものにすることが示されている。例えば、米国特許第６７１７３６４号は、ヨウ化タリウムの代わりにヨウ化マグネシウムを用いて、調光可能なタリウム不含ランプを製造することを記載している。従って、メタルハライド充填物中のタリウム量を制限することが望ましい。メタルハライド塩の混合物中のヨウ化タリウム量は、０〜約６モル％の範囲内であることが好ましい。

ここで図１を参照すると、セラミックメタルハライド発光管の横断面図が示されている。発光管１は、同一に成形された２つのセラミック部品を生の状態で結合させ、次いでこの生の部品に高温焼結を施すことによって製造された、２部品から構成された設計物である。発光管の製造方法は、一般的に、２つの部品が結合された発光管の中央部に表面継目５を残すというものである。本類型のセラミック発光管の製造方法のより詳細な説明は米国特許第６６２０２７２号に記載されており、これは参照をもって開示されたものとする。発光管は、通常、半透明の多結晶質アルミナから構成されているが、他のセラミック材料が使用されていてもよい。

発光管は、半球形の端部溜め部１７ａ、１７ｂを備えており、一般的に膨らみのある形状と称される。この膨らみのある形状は好ましい。それというのも、この膨らみのある形状は、直円柱形状、例えば米国特許第５４２４６０９号及び同第６５２５４７６号に記載されているものと比較すると、より均一な温度分布を提供するからである。この膨らみのある形状の発光管は、放電室１２を囲い込んでいる軸対称の胴部６を備えている。対向した２本の細管２は、胴部６から中心軸に沿って外方向に延びている。この２部品から構成された設計物においては、細管は発光管胴部と一体成形されている。発光管の放電室１２は、緩衝ガス、例えば３０〜３００トルのＸｅ又はＡｒ、及び本明細書に記載されているメタルハライド充填物８を収容する。

電極集合体１４は、各細管２内に挿入されている。電極集合体１４の一端部は発光管から突出しており、電気的接合部を提供している。放電室内に延びている電極集合体の先端部には、アーク放電のための接点を提供するタングステンコイル３又は他の類縁手段が設けられている。電極集合体は、フリット材料９（好ましくはＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｄｙ_２Ｏ_３系フリット）によって細管に気密密封されている。電極集合体は、ランプを作動させている間にわたって、外部の電力源から発光管の内部へ電流を伝導させ、放電室内でアークを形成させる。

図２は、セラミックメタルハライドランプの図である。発光管１は、一端部が枠線３５に取り付けられているリード線３１に接続され、かつ他端部がマウンティングポスト４３に取り付けられているリード線３６に接続されている。電力は、ねじ込み口金４０を介してランプに供給される。ねじ込み口金４０のねじ部６１は、第２のマウンティングポスト４４に接続されているリード線５１を介して枠線３５と電気的に接続されている。ねじ込み口金４０の口金アイレット６５は、絶縁体６０によってねじ部６１から電気的に絶縁されている。リード線３２は、口金アイレット６５とマウンティングポスト４３との電気的接続部を提供する。ＵＶ発生始動補助装置３９は、マウンティングポスト４３に接続されている。リード線５１及びリード線３２は、ガラスステム４７を貫通し、かつガラスステム４７内で封止されている。ガラス外部エンベロープ３０は、発光管及びそれに付随する部品を包囲し、かつステム４７に封着されており、気密環境を提供している。この外部エンベロープは一般的に排気されるが、幾つかの場合においては４００トル以下の窒素ガスを収容してよい。ゲッター板５５は、エンベロープの環境の汚染を低減させるために使用されるものである。

本発明にかかるメタルハライド充填物を収容する、膨らみのある形状の２５０Ｗ型ＰＣＡ発光管を用いて６種のセラミックメタルハライドランプを作製した。それぞれのランプの充填物中に使用されるメタルハライド塩の混合物の組成を、第１表に示す。更に、ランプ１〜３は、２１ｍｇの水銀を収容し、かつランプ４〜６は２４ｍｇの水銀を収容していた。全ての発光管は、９ｍｇのメタルハライド塩の混合物及び９０トルのＡｒガスを収容していた。ランプ１〜３は、ランプ４〜６の発光管と比べてわずかに小型の発光管を用いて作製し、従ってそれらはより大きい壁面負荷を有した。アークギャップは、ランプ１〜３内では１７．０ｍｍ、ランプ４〜６内では１６．４ｍｍであった。ＢＴ２８形状の真空外部ジャケットを使用し、かつこれらのランプを、口金を上にした垂直方向で１〜２時間にわたって作動させた。６種のランプについての測光データを第２表に提供する。

付加的な２種のランプ、すなわちランプ７及び８を、膨らみのある形状の１５０Ｗ発光管を用いて作製した。それぞれの１５０Ｗランプは、１１．４ｍｇのＨｇを収容していた。ランプ７は、８．６ｍｇのメタルハライド塩の混合物を収容し、ランプ８は８．０ｍｇのメタルハライド塩の混合物を収容しており、それらを第１表に記載する。ランプ７及び８用の真空外部ジャケットはＥＤ１７形状を有しており、これらのランプを、口金を上にした垂直方向で５時間にわたって作動させた。これらのランプについての測光データを第２表に提供する。

第１表 メタルハライド塩の混合物（モル％）

第２表 測光特性

第２表における全ての評価用ランプは、少なくとも約８５のＣＲＩを有しており、かつほとんどのランプが少なくとも９０のＣＲＩを有していた。これらのランプのＣＣＴは、約３６００Ｋ〜約４７００Ｋに及び、かつ全てのランプが約１００ＬＰＷより高い効率を有していた。ランプ２及び５は、最も効率の高い化学成分並びに約４２００Ｋという所望のＣＣＴを有し、かつＣＩＥによるｘ，ｙ色度点が黒体曲線（完全放射体軌跡）上か又はその極めて近傍にある。当業者は、Ｄ_ｕｖ、すなわちｘ，ｙ色度点の完全放射体軌跡からの距離を、充填物中の個々の成分の濃度、特にタリウム及び／又はナトリウム濃度をわずかに変えることによってゼロまで調節できることを高く評価するはずである。本発明にかかるメタルハライドランプは、約＋５〜約−１０の範囲内のＤ_ｕｖを有することが好ましい。このＤ_ｕｖは、約＋１〜約−５の範囲内にあることが特に好ましく、とりわけ約＋０．２〜約−２．５の範囲内にあることが殊に好ましい。

現在考えられる本発明の好ましい実施態様を示し説明してきたが、後の特許請求の範囲によって定義される発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は変更がなされてよいことは当業者には明白である。

セラミックメタルハライド発光管の横断面図である セラミックメタルハライドランプの図である

符号の説明

１ 発光管、 ２ 細管、 ３ タングステンランプ、 ５ 表面継目、 ６ 胴部、 ８ メタルハライド充填物、 ９ フリット材料、 １２ 放電室、 １４ 電極集合体、 １７ａ 端部溜め部、 １７ｂ 端部溜め部、 ３０ ガラス外部エンベロープ、 ３１ リード線、 ３２ リード線、 ３５ 枠線、 ３６ リード線、 ３９ ＵＶ発生始動補助装置、 ４０ ねじ込み口金、 ４３ マウンティングポスト、 ４４ 第２のマウンティングポスト、 ４７ ガラスステム、 ５１ リード線、 ５５ ゲッター板、 ６０ 絶縁体、 ６１ ねじ部、 ６５ 口金アイレット

Claims (26)

1. 放電ランプ用のメタルハライド充填物であって、水銀とメタルハライド塩の混合物とを有し、その際、前記メタルハライド塩の混合物は、１モル％〜５０モル％のヨウ化ナトリウム、１５モル％〜５０モル％の希土類ヨウ化物、１０モル％〜３０モル％のヨウ化マグネシウム、１０モル％〜２５モル％のヨウ化インジウム及び０モル％〜２５モル％のヨウ化カルシウムを有し、その際、前記混合物中のヨウ化カルシウム及びヨウ化マグネシウムの量の合計は、２０モル％〜４５モル％である、メタルハライド充填物。
2. ヨウ化インジウムの一部が、ヨウ化タリウムに置き換えられた、請求項１に記載のメタルハライド充填物。
3. 希土類ヨウ化物が、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム又はそれらの組合せ物から選択された、請求項１に記載のメタルハライド充填物。
4. 希土類ヨウ化物が、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム又はそれらの組合せ物から選択された、請求項２に記載のメタルハライド充填物。
5. 混合物中のヨウ化タリウム量が、６モル％以下である、請求項２に記載のメタルハライド充填物。
6. 請求項１に記載のメタルハライド充填物であって、前記メタルハライド塩の混合物が、６〜４２モル％のヨウ化ナトリウム、１５〜２２モル％のヨウ化カルシウム、１８〜２３モル％のヨウ化マグネシウム、１０〜２５モル％のヨウ化インジウム及び１８〜３８モル％の希土類ヨウ化物を有する、メタルハライド充填物。
7. メタルハライド塩の混合物が、２２モル％のヨウ化ナトリウム、１９モル％のヨウ化マグネシウム、１７モル％のヨウ化カルシウム、１６モル％のヨウ化インジウム及び２６モル％の希土類ヨウ化物を有する、請求項６に記載のメタルハライド充填物。
8. ヨウ化インジウムの一部が、ヨウ化タリウムに置き換えられた、請求項６に記載のメタルハライド充填物。
9. 希土類ヨウ化物が、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム又はそれらの組合せ物から選択された、請求項６に記載のメタルハライド充填物。
10. 希土類ヨウ化物が、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム又はそれらの組合せ物から選択された、請求項８に記載のメタルハライド充填物。
11. 混合物中のヨウ化タリウム量が、６モル％以下である、請求項８に記載のメタルハライド充填物。
12. メタルハライド放電ランプであって、口金と、外部ジャケットと、前記外部ジャケット内に収容されたセラミック放電管とを有し、その際、前記セラミック放電管は、メタルハライド充填物を収容する放電室を囲い込んでおり、前記放電管は、少なくとも１つの気密密封された電極集合体を備え、前記電極集合体は、前記放電室内でアーク放電を発生させるために放電室内に延び、かつ前記口金との電気的接続部を備え、前記メタルハライド充填物は、請求項１に記載の充填物である、メタルハライド放電ランプ。
13. ランプが、３５００Ｋ〜４７００Ｋの範囲内の相関色温度を示す、請求項１２に記載のランプ。
14. ランプが、８５以上の演色評価数を示す、請求項１２に記載のランプ。
15. ランプが、９０より大きい演色評価数を示す、請求項１２に記載のランプ。
16. ランプが、少なくとも９０ルーメン／ワットの効率を有する、請求項１５に記載のランプ。
17. ランプが、少なくとも１００ルーメン／ワットの効率を有する、請求項１５に記載のランプ。
18. ランプが、＋５〜−１０の範囲内のＤ_ｕｖを示す、請求項１２に記載のランプ。
19. ランプが、＋１〜−５の範囲内のＤ_ｕｖを示す、請求項１２に記載のランプ。
20. ランプが、＋０．２〜−２．５の範囲内のＤ_ｕｖを示す、請求項１２に記載のランプ。
21. ヨウ化インジウムの一部が、ヨウ化タリウムに置き換えられた、請求項１２に記載のランプ。
22. 希土類ヨウ化物が、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム又はそれらの組合せ物から選択された、請求項１２に記載のランプ。
23. 希土類ヨウ化物が、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム又はそれらの組合せ物から選択された、請求項２１に記載のランプ。
24. 混合物中のヨウ化タリウム量が、６モル％以下である、請求項２１に記載のランプ。
25. 希土類ヨウ化物が、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化ツリウム又はそれらの組合せ物から選択され、かつランプが、３５００Ｋ〜４７００Ｋの範囲内の相関色温度、９０より大きい演色評価数、少なくとも１００ルーメン／ワットの効率及び＋５〜−１０の範囲内のＤ_ｕｖを示す、請求項１２に記載のランプ。
26. ヨウ化インジウムの一部がヨウ化タリウムに置き換えられ、かつ混合物中のヨウ化タリウム量が６モル％以下である、請求項２５に記載のランプ。

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