WO2005029535A1

WO2005029535A1 - メタルハライドランプ

Info

Publication number: WO2005029535A1
Application number: PCT/JP2004/013259
Authority: WO
Inventors: Nobuyoshi Takeuchi; Yoshiharu Nishiura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2005-03-31
Also published as: EP1585168A1; CN1723533A; CN100382228C; US20060145625A1; EP1585168A4; JPWO2005029535A1

Abstract

先端部に電極を有する一対の電極導入体と、内部に電極が互いに対向するように配設された放電空間を有する多結晶アルミナセラミックからなる本管部と、当該本管部に連接され、かつ、内部に電極導入体が挿通されてシール材によって封止される一対の細管部とを有する発光管を備えるメタルハライドランプであって、発光管の管壁負荷をＷＬ（Ｗ／ｃｍ２）、電極間の距離をＥＬ（ｍｍ）、本管部の内径をＤｉ（ｍｍ）、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径をＧ（μｍ）とすると、２０≦ＷＬ≦５０、ＥＬ／Ｄｉ≧２．０、０．５≦Ｇ≦５．０を満たしている。

Description

明細書

メタルハライドランプ技術分野

本発明は、メタルハライドランプに関する。背景技術

近年開発されているメタルハライドランプは、主に店舗などの商業空間における屋内ィンテリァ照明で広く用いられている。

メタルハライドランプの発光管の材料として、従来は石英を用いたものが主流であつたが、近年は石英に代わつてセラミック材料を用いたものが主に開発されている。石英管は、耐熱温度が約 1 0 0 o °c程度であるが、セラミック管では耐熱温度が約 1 2 0 0 °C以上であるので、セラミック管を用いる.ことによって、より高い管壁負荷を加えることが可能となり、高効率 · 高演色のメタルハラィドランプを実現できることが知られている。セラミック材料としては、多結晶アルミナセラミック（A 1 ₂ 0 ₃ ) (以下、「アルミナ」と表記する。）が主に用いられており、アルミナは、全透過率が 9 0 %以上と高く、ランプ効率の面から有利である。また、高効率のランプを得るために、日本国特表 2 0 0 2— 5 3 6 7 8 6号公報では、細長い形状をした発光管を用いることが提案されている。この発光管が高効率を得ることができる主な理由としては、発光管が長く電極間距離が長いほど、電子と発光金属とが衝突する回数が増えて発光スペクトルの量が多くなること、及び、発光管が細いほど、発光金属による自己吸収を抑えられ、発光スぺクトルが効率良く発光管の外部に放射されること等が考えられる。

しかしながら、細長い形状をしたメタルハライドランプの場合、発光管の内壁とアークとの距離が近くなり、発光管が高温となる。ランプのオン ·'オフサイクルによって、発光管は高温まで熱せられた後、常温まで冷却される熱サイクルが繰り返されるが、発光管の形状が細くなるほど、より高温まで熱せられた後に冷却されることになるので、熱衝撃が大きくなる。内径が比較的大きかった従来の発光管では、ランプの点灯時に発光管はそれほど高温とはならなかったので、熱衝撃によってクラックが発生することは稀であつたが、高効率のランプとするために発光管の形状を細くすると、上述した過大な熱衝撃によってクラックが発生し、ランプ寿命が短くなるという新たな問題が生じた。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、ランプのオン . オフサイクルによる熱衝撃によつてクラックが発生することのない高効率かつ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している。

発明の開示

上記目的を達成するために、本発明は、先端部に電極を有する一対の電極導入体と、内部に電極が互いに対向するように配設された放電空間を有する多結晶アルミナセラミツクからなる本管部と、当該本管部に連接され、かつ、内部に電極導入体が揷通されてシール材によって封止される一対の細管部と、を有する発光管を備えるメタルハライドランプであって、発光管の管壁負荷を WL (W/ cm²),電極間の距離を EL (m m)、本管部の内径を D i (mm)、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径を G (urn) とすると、 20≤WL≤50、 E L/D i≥ 2. 0、 0. 5≤ G≤ 5. 0を満たしていることを特徴としている。なお「管壁負荷」とは、電極間にある本管部内壁の単位表面積当たりのアーク放電入力をいう。また、本明細書内において、「結晶粒径」とは、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径の平均値をさすものとする。具体的な求め方については後述する。

さらに、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径 G (urn) は、 0. 5

≤G≤ 1. 5を満たしていることが好適である。

上記構成において、自己吸収を低減する観点からは、本管部の内径 D i (m m) は、 2 . 0≤D i ≤ 1 0 . 0を満たしていることが好適である。

また、上記の多結晶アルミナセラミックは、 M g〇が2 0 0 p p m以下だけ添加されていることが好ましい。

また、高効率のランプとするためには、上記の多結晶アルミナセラミックは、全透過率が 9 4 %以上であることが好ましい。

上記構成においては、本管部の材料に用いる多結晶アルミナセラミツクの結晶粒径を従来よりも小さい 5 以下に調整しているため、本管部は熱衝撃に対しての耐性が高まっている。これにより、発光管の形状を細長くすることによって、より高温まで熱せられてより大きな熱衝撃が生じても、本管部においてクラックの発生を防止することができる。したがって、発光管を細長い形状としたことによって発光効率が高まつたメタルハライドランプにおいて、長寿命化を実現することができる。さらに、多結晶アルミナセラミックの結晶粒径 G [； a m]を 0 .

≤ 1 . 5の範囲内に調整することによって、クラックの発生をより効果的に抑制できることが確認されている。

また、 M g Oを 2 0 0 p p m以下だけ添加してアルミナ粉を焼成すると、封入物との反応性の低い多結晶アルミナセラミックを得ることができる。当該多結晶アルミナセラミツクを本管部の材料に用いることによつて、ランプの光束維持率が長時間にわたって保たれるので、長寿命であるメタルハライドランプを得ることができる。

さらに、 M g 0を添加したアルミナ粉を、例えばタングステン炉を用いて、常圧（水素雰囲気中）あるいは真空で焼成すると、透過率が 9 4 % 以上である多結晶アルミナセラミックを得ることができる。当該多結晶アルミナセラミックを本管部の材料に用いることによって、効率の良いメタルハラィドランプを得ることができる。

図面の筒単な説明図 1は、本発明の実施の形態に係るメタルハラィドランプの全体構成を示す図である。

図 2は、本実施の形態に係る発光管の構成を示す断面図である。

図 3は、 Mg 0の添加量と光束維持率との関係を示すデータである。図 4は、管壁負荷が 35 Wノ cm²のときの結晶粒径と不点確率との関係を示すデータであって、図 4 ( 1 ) は本管部内径が 2. Ommのとき、図 4 (2) は本管部内径が 3. 5mmのとき、図 4 (3) は本管部内径が 5. Ommのとき、図 4 (4) は本管部内径が 7. Ommのとき、図

4 (5) は本管部内径が 1 0. 0 mmのときのデータである。

図 5は、管壁負荷が 45 W/ c m²のときの結晶粒径と不点確率との関係を示すデータであって、図 5 ( 1 ) は本管部内径が 2. Ommのとき、図 5 (2) は本管部内径が 3. 5mmのとき、図 5 (3) は本管部内径が 5. Ommのとき、図 5 (4) は本管部内径が 7. Ommのとき、図

5 (5) は本管部内径が 1 0. Ommのときのデータである。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明に係るメタルハライドランプの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

1. (メタルハライドランプの構成）

以下、図面を参照しながら、本発明に係るメタルハライドランプの実施の形態について詳細に説明する。はじめに、図 1を参照しながら、本実施の形態に係るメタルハライドランプの全体構成について説明する。図 1は、本実施の形態に係るメタルハラィドランプ 1 0の構成を示した図であって、外管ガラスバルブ 1 1の一部を切り欠いてランプ内部の構造を示したものである。

図 1に示すように、メタルハラィドランプ 1 0は、外管ガラスパルプ

1 1に E形口金 1 2を装着した構成となっている。外管ガラスバルブ 1

1の内部には、発光管 20がガラスステム 1 3から導出した給電用のステム線 1 4、 1 5によって支持されている。

発光管 2 0はその側面の外周を石英シールド管 1 6により囲繞されているが、これは発光管 2 0が破裂したような場合に、その影響を受けて外管ガラスパルプ 1 1が破損するのを防止するためである。更に、外管ガラスバルブ 1 1の内部には窒素が 4 6 . 5 k P aだけ封入されており、これはステム線 1 4、 1 5間等を絶縁して、外管ガラスバルブ 1 1 内で放電が発生するのを防止するためである。また、外管ガラスバルブ 1 1 は、発光管 2 0を保温するとともに、ステム線等の酸化を防止する等の役割を果たしている。以下、メタルハライドランプ 1 0に備えられる発光管 2 0の実施の形態について説明する。

2 . (発光管の構成）

図 2を参照しながら、本実施の形態に係る発光管 2 0の構成について説明する。図 2は、発光管 2 0の構成を示した断面図である。発光管 2 ◦は、内部に放電空間を有する本管部 2 2と、この本管部 2 2の両端部に配設された細管部 3 2、 4 2と、電極導入体 3 1、 4 1 とを有する。本管部 2 2は、内径が D i の略円筒形状をしており、開口部近傍についてはテーパー形状をなしている。

細管部 3 2、 4 2は、接合部分 5 0、 6 0において本管部 2 2にそれそれ嵌合されており、焼き嵌めによって気密に固着されている。

電極導入体 3 1 は、電極部 3 3と給電体部 3 4とを電気的に接合することによって形成されている。電極導入体 4 1 も同様に、電極部 4 3と給電体部 4 4とを電気的に接合することによって形成されている。

電極部 3 3はタングステン棒とこの先端部に巻回されたタングステンコイル 2 5とを有する。電極部 4 3も同様の構成を有している。

電極導入体 3 1、 4 1 は、電極部 3 3、 4 3の先端同士が本管部 2 2 の放電空間内で所定距離 E Lだけ隔てて対向するように、細管部 3 2、

4 2内にそれぞれ挿通されている。細管部 3 2、 4 2は、電極導入体 3

1、 4 1 の給電体部 3 4、 4 4全体を覆うように細管部 3 2、 4 2内に流し込まれたフリツト 3 6、 4 6によつて気密に封止されている。なお、フリット 3 6、 4 6はランプ点灯時に給電体部 3 4、 4 4がハロゲンにより侵蝕されるのを防止する役割も果たしている。

電極部 3 3、 4 3の各タングステン棒には、放電空間の内部に封入されている発光金属が細管部 3 2、 4 2の内部に侵入するのを防止するため、モリブデンコイル 3 7、 4 7がそれぞれ巻回されている。本管部 2

2内に封入される発光金属が、細管部 3 2、 4 2内に侵入していったん深く沈み込むと、当該発光金属は本管部 2 内の放電空間に戻りにくく、これにより放電空間における発光金属の量が低減することになる。発光金属の量が変化するとランプの色温度が変化してしまうので、モリブデンコイル 3 7、 4 7によってこれを抑制している。

本管部 2 2の内部には、発光金属、緩衝ガス、及び始動補助用希ガスが封入されている。なお、緩衝ガスとして水銀（H g ) が、始動補助用希ガスとしてアルゴン（A r ) が封入され、発光金属としてはヨウ化ジスプロシゥム（D y l ₃)、ヨウ化ツリウム（T m l ₃)、ヨウ化ホルミウム ( H o I ₃)、ヨウ化タリウム（T 1 I )、及ぴョゥ化ナトリウム（N a I ) が所定量封入されている。

細管部 3 2 , 4 2から導出している給電体部 3 4には図 1 に示すステム線 1 5に接続され、給電体部 4 4はステム線 1 4に接続されている。

3 . (メタルハライドランプの動作）

電極導入体 3 1、 4 1 に電圧が印加されると、始動補助用の希ガスによって電極間での放電が誘発される。この放電によって本管部 2 2内の温度が上昇して、上記の発光金属が蒸気化する。蒸気化した発光金属は、電子との衝突によって励起されて発光スぺクトルを放射する。例えば、ナトリゥムの場合には、一般に D線と呼ばれる、波長が 5 8 9 . 0 n m、 5 8 9 . 6 n mの橙黄色をした発光スペクトルを放射する。各発光金属は、固有の発光スペクトルを放射し、これらの組み合わせで、ランプの光束、色温度等が決定される。

ここで、発光金属から放射された発光スペクトルは、同種の他の発光金属に吸収されやすいという性質を有している。発光金属から放射された発光スぺクトルは、同種の発光金属を励起させるのに必要十分なエネルギ一を有しているからである。この現象は、一般に自己吸収と呼ばれおり、自己吸収が多く起こると、発光管 20の外部まで到達する発光スぺクトルの量が低減するので、発光効率が低下することになる。

したがって、自己吸収をできるかぎり抑えて、発光効率の高いランプを得るためには、発光スペクトルは、できる限り同種の発光金属に衝突することなく、発光管 20の外部に透過することが好ましい。

また、発光スペクトルは、アーク放電によって放出される電子と発光金属とが衝突したときに放射されるので、電子と発光金属との衝突回数が多くなる構成とすることによって、ランプの発光効率は高まることになる。

この二つの観点を踏まえると、本管部 22の形状を細長くすることによって、発光効率の高い発光管が得られるといえる。ここで、電極 31、 41間の距離を E L (mm), 本管部 22の内径を D i (mm) としたときに、 ELZD i≥2. 0であるときに、高効率のランプが得られることが確認されている。

また、発光管に加える管壁負荷 WL (W/cm²) があまりにも小さいと、十分な蒸気圧が得られず、発光効率が低くなるので、高効率のランプとするには、管壁負荷は少なくとも 2 OWZcm²以上に設定する必要がある。その一方で、管壁負荷をあまりにも大きくすると、本管部 22 内の温度が 1 200°C以上となり、封入物と本管部 22との反応性が高まって、本管部 22が侵蝕されるおそれがあるので、管壁負荷は 5 OW /c m²以下に設定する必要がある。

したがって、 EL/D i≥2、かつ、 20≤WL≤ 50を満たすランプ構成とすることによって、高効率のランプを得ることができる。さらに、本管部 22の内径 D iを 1 Omm以下にすると自己吸収を低減できることが確認されている。構造上及び製造上の理由により、本管部 22 の内径 D iは 2. 0 mm未満にすることは困難であるため、本管部の内径 D i (mm) は、 2. 0≤D i≤ 1 0. 0の範囲に設定することが好適である。

しかしながら、上記条件を満たす発光管 2 0は、その形状が細長く、従来の発光管よりも管壁がアークに近接しているので、本管部 2 2の温度がより高温まで熱せられることになる。これにより、本管部 2 2には、従来の発光管よりも大きな熱衝撃が加わることになるので、ランプの寿命時間内においてクラックが発生しゃすくなるという問題が生じる。本願発明者らは、当該クラックを防止する手段について検討を重ね、本管部 2 2の材料として用いるアルミナの熱特性に着目した。アルミナ自体の熱衝撃に対する耐性が高まれば、クラックの発生を防止できると考えたからである。試行錯誤の結果、本管部 2 2の材料として用いるァルミナの結晶粒径 Gを従来のものより小さくすることによってクラックの発生を低減できることが見出された。具体的には、アルミナの結晶粒径を 5 u m以下に調整することによってクラックの発生を低減できることが判明した。この詳細については実験データを参照しながら後述することにする。ここで、アルミナの結晶粒径を従来の 1 5 m〜4 0 〃m よりも小さい 5 m以下に調整する必要があるが、その方法について以下に説明する。

4 . (アルミナの焼成方法）

はじめに、多結晶アルミナセラミックの焼成方法の概要について説明する。多結晶アルミナセラミックは、アルミナ紛、バインダー等が調合されたスラリーを铸型に入れて、所定温度で所定時間焼成することによつて得られる。アルミナ粉は白色をしているが、焼成によって結晶化して、結晶軸が多方向を向いている多結晶の透光性アルミナセラミックが焼結される。アルミナ紛の粒径、焼成温度及び焼成時間を調整することによって、所望する粒径をした多結晶アルミナセラミック（以下、「アルミナ」と表記する。）を得ることができる。

ここで、アルミナ紛は、焼成すると粒成長することが知られている。したがって、例えば 3 mの結晶粒径をしたアルミナを製造する場合には、粒径が 0 . 5 m程度のアルミナ紛体を焼成することによって得られる。

しかしながら、アルミナ粉を焼成すると、粒成長が均一におこらずに、局所的に極端に粒径が成長する、いわゆる異常粒成長が生じることがある。異常粒成長は、アルミナ粉の粒径が小さいほど起こりやすい。従来の発光管に用いているアルミナの結晶粒径は 1 5 mから 4 0 m程度であったが、今回は、従来よりも結晶粒径の小さいものを得たいので、異常粒成長は起こりやすくなる。異常粒成長が生じると、結晶粒径を所望の大きさに調整することが不可能となるため、焼成時には異常粒成長を抑制する必要がある。異常粒成長を抑制する手段としては以下の 2つの方法が考えられる。

異常粒成長は、高温で焼成するほど生じやすいので、焼成温度を低くする方法が考えられる。しかし、低温で焼成すると、焼成されたアルミナの結晶密度が十分に高くならず、結晶粒界に気孔が多く残った状態となる。結晶粒界に気孔が存在すると、アルミナ内を透過する光が乱反射され、全透過率が低下するという問題が生じる。したがって、焼成温度は、少なくとも結晶密度が十分に高くなる温度以上に設定する必要があり、当該温度では、異常粒成長が生じるので、低温で焼成する方法は不適である。

異常粒成長を抑制する他の方法として、アルミナに他の物質を添加して焼成する方法が考えられる。ここで、アルミナに M g Oを添加すると、高温で焼成しても異常粒成長を抑えて、均一に粒成長させながら焼成できることが確認されている。そこで、以下は、アルミナに M g〇を添加する場合について検討する。

はじめに、具体的なアルミナの焼成方法について説明する。従来、比較的小さな結晶粒径をしたアルミナについては、熱間等方圧加圧法（Hot

I sostatic Press i ng, 以下、「H I P」と表記する。）によって焼成している。 H I Pは、等方的な圧力を被処理体に同時に加えて加熱処理するプロセスであって、通常はアルゴンなどのガスを圧力媒体として等方的な圧力を加えながら焼成する。焼成には、発熱コイルがカーボンによつて形成されている、いわゆるカーボン炉が使用されている。

従来と同様の H I Pによって、アルミナ粉に M g〇を添加して結晶粒径が 5〃mのアルミナを焼成した。すると、焼結したアルミナは茶色味を帯ぴたもの、あるいは、黄味がかったものとなってしまい、透過率の低いものとなった。その原因は不明ではあるが、結晶粒径を小さくしたこと、高圧下で焼成したこと、 M g〇を添加したこと、炭素はアルミナに含浸されやすいのにもかかわらずカーボン炉を用いたこと、あるいはそれらを組み合わせた条件下で焼成したこと等が、透過率が低下した要因であると推測される。いずれにしても、茶色味を帯びたアルミナでは、十分な透過率が得られないので、発光管の材料として相応しくない。本発明者らは、透過率の高いアルミナを得るために、焼成方法について試行錯誤を重ねた。その結果、タングステン炉を用いて、常圧（水素雰囲気）あるいは真空下で焼成すると、 M g 0を添加して結晶粒径を 5 m以下に調整することができ、かつ、透光性を有する白乳色で透過率が 9 4 %以上であるアルミナが得られることを見出した。

5 . (M g 0の添加量について）

つづいて、上記の方法によって焼結された、透光性を有する白乳色で透過率が 9 5 %であるアルミナを用いて発光管を数本試作した。これらの発光管を用いてランプを製造して寿命試験を行なったところ、光束維持率が著しく低下するものがあることが確認された。

これは、添加物の M g Oが、封入物との反応性が高いことに起因すると考えられる。 M g Oは、多結晶アルミナ内において、結晶粒界に偏在するが、アルミナの結晶粒径を小さくするほど結晶粒界が多くなり、これによって M g〇と封入物との接する面積が大きくなるので、それらの反応性も高まることになる。

M g Oと封入物とが反応すると、封入物である希土類ヨウ化物と M g 〇とが化学結合して、ヨウ化マグネシウム等の新たな化合物が生成され、発光スペクトルが変化するという弊害が生じる。また、原因は不明であるが、 M g Oを添加すると、本管部内壁に黒化が生じやすくなることが確認されている。これらが主な要因となって、光束維持率が低下したと考えられる。

そこで、本発明者らは、 Mg 0の添加量に着目することとし、 Mg〇の添加量と、光束維持率との関係について研究を重ねた。本発明者らは、 Mg 0の添加量が異なる数種のアルミナ発光管を試作して点灯試験を行い、光束維持率の変化について調べた。図 3はその結果をまとめたものであって、 Mg 0の添加量と光束維持率との関係を示すデータである。なお、点灯試験として、 5. 5時間点灯した後に 0. 5時間消灯することを繰り返す、いわゆる寿命試験を 1 2000時間行なった。アルミナの結晶粒径 Gは、 1. 5 に調整した。

図 3に示すように、 Mg 0の添加量を 300 p p m以上にすると、点灯経過時間が 1 2000時間の時点で、光束維持率が 70%未満に低下することが確認された。その一方で、 Mg 0の添加量が 200 p p m以下の場合には、 1 2000時間点灯した後であっても、光束維持率は 7 0%以上に保たれており、発光管材料として良好であることが確認された。本試験により、 Mg 0の添加量を 200 p p m以下とすることによつて、 Mg 0と封入物の反応を抑え、ランプの発光管材料として好適であるアルミナを製造できることが導き出された。なお、異常粒成長を抑制する観点からは、少なくとも Mg Oは 1 p pm添加することが好ましい α

以上より、アルミナを焼成するにあたって、 Mg〇の添加量を 200 p pm以下にしてタングステン炉によって常圧（水素雰囲気）あるいは真空で焼成し、得られたアルミナを発光管に用いると、封入物との反応性が低く、光束維持率の高いランプが得られることが判明した。また、 Mg Oを少なくとも l p p m添加することにより、結晶粒径を径小に調整することができるとともに、透過率の高いアルミナを得ることができる。

6. (結晶粒径の大きさについて）

上記の方法を用いて、 Mg Oを 200 p pmだけ添加した、結晶粒径の大きさが 0. 5〃mから 1 5. 0〃mであるアルミナを製造した。当該アルミナを用いて、本管部の内径 D iが 2. Ommから 1 0. Omm である発光管を各種試作して点灯試験を行なった。なお、結晶粒径の大きさは、所定長さ当たりに存在する結晶の数を測定し、当該長さをそこに存在する結晶の数で割った平均値を算出することによって求めた。点灯試験は、上述の寿命試験を 1 8000時間行なった。図 4及び図 5はその結果を示したものであって、（ 1 ) から（5) は本管部の内径が 2. Ommから 1 0. Ommのときの各データである。なお、図 4は、管壁負荷を 35W/cm²に、図 5は、管壁負荷を 45W/cm²にしたときのデータである。表中の「不点確率」とは、クラックが発生した確率をいう。なお、定格寿命において、クラックなどによる不点が発生しない確率（残存率）が 50%以上であれば、製品として支障がないとされている。

図 4に示すように、管壁負荷が 35 W/ cm²のときには、結晶粒径が 0. 5 mから 5. 0〃mの範囲であれば、本管部 22の内径 D iがいずれの大きさであってもクラックが発生しないことが確認された。一方、結晶粒径が 1 0. 0 m及び 1 5. 0〃mのときには、不点確率が 55% 以上となり、製品として出荷できないことが確認された。

図 5に示すように、管壁負荷が 45 WZ cm²のときには、結晶粒径が 0. 5〃mから 1. 5〃 mの範囲であれば、本管部 22の内径 D iがいずれの大きさであってもクラックが発生しないことが確認された。

結晶粒径が 3. 0 m及び 5. 0〃mのときは、本管部 22の内径 D iが 2. Omm及ぴ 1 0. Ommであれば、クラックは発生しないが、内径 D iが 3. 5mmから 7. 0 mmのときには、発光管の中にはクラックが発生するものがあることが確認された。これは、本管部 22の内径 D iが 3. 5 mm以上になると、浮力等によってアークが湾曲することに起因する。アークが湾曲すると、本管部 22の内壁とアークとは、さらに近接することになる。これにより、本管部 22は局所的に高温まで熱せられ、本管部 22にはより大きな熱衝撃が生じることになるので、クラックが発生しやすくなる。なお、本管部 22の内径 D iが 1 Omm のときには、アークが湾曲した場合であっても、本管部 22の内壁とァ —クとの距離は保たれているので、クラックは発生しなかった。なお、本管部 22の内径が 2. Ommのときには、アークが湾曲することは確認されなかったが、これは、本管部 22の内径が細く、アークは空間的な制限を受けているので湾曲することなく直進したものと考えられる。本管部 22の内径 D iが 3. Ommから 7. Ommのときには、上記のアークの湾曲によってクラックが発生することもあるが、不点確率が 2 0%以下で、残存率が 80 %以上であるので、結晶粒径が 3. 0 m及ぴ 5. 0〃mのときには製品として支障はない。

従来の幅広の発光管に用いられているアルミナの結晶粒径は、 1 5 mから 40〃m程度であり、図 4及び図 5に示すように、結晶粒径が 1 5〃mのときには、内径 D iが 1 0 mm以下の発光管に用いると、不点確率が 65%以上となるので、当該アルミナを製品に使用することはできない。また、結晶粒径を 1 0 mに調整したときにも、不点確率が 5 5%以上となっており、クラックの発生を十分に低減できないことが確認された。

以上の試験より、結晶粒径を 5. 0〃m以下とすることによって、本管部 22においてクラックの発生を低減でき、 1 8000時間における残存確率が 80 %以上になることが判明した。特に、結晶粒径を 1. 5 m以下とすると、アークが湾曲する等によつて過酷な温度条件となつた場合であっても、クラックの発生を効果的に抑制できることが明らかになった。

上記においては、管壁負荷が 35 WZc m²及び 45 WZc m²である場合の結果について記載したが、管壁負荷を 2 OWZcm²から 50 W/ cm²としたときにも同様の傾向がみられた。また、結晶粒径が径小であるほど、熱衝撃に対する耐性が高まるので、結晶粒径は、より径小に調整することが好ましい。しかし、製造上の理由及び寿命中の粒成長により、結晶粒径を 0. 5 m未満にすることは困難であるので、結晶粒径 G (u m) は、 0. 5 G≤5. 0の範囲に調整することが好適である。

7. (ランプ特性）

上記の方法によって、焼成したアルミナ（全透過率 94. 5 %、直線透過率 8%、結晶粒径 1. 5 m、 Mg 0添加量 200 p p m) を用いてランプを試作して、他のランプ特性についても測定した。

発光管の全長（細管部 32、 42の両端間の距離）を 72mm、電極長を 2. 5mm、電極間距離 ELを 32. 0 mm、本管部 22の内径 D iを 4. Omm (管外径 06. 2 mm)、発光管形状パラメータ E L ZD i = 8. 0に設定し、管壁負荷 WLを 45 WZc m²にして寿命試験を行なった。この結果、ランプ効率 128 1 mZW、平均色温度 3025 K で平均演色評価数 R a = 75である高効率のランプが得られた。なお、定格寿命 9000時間点灯時の光束維持率は 85%で、本管部 22にクラックが発生するものはなかった。

また、発光管の全長を 80 mm、電極長を 3. Omm、電極間距離 E Lを 40. Omm、本管部 22の内径 D i を 4. Omm (管外径 7. 2mm), 発光管形状パラメータを EL/D i = 10. 0に設定し、管壁負荷 WLを 45WZcm²にして寿命試験を行なった。この結果、ランプ効率 1 34 1 m/W、平均色温度 31 05 Kで平均演色評価数 R a = 7 8のレベルである高効率のランプが得られた。なお、定格寿命 9000 時間点灯経過時の光束維持率は 88%で、本管部 22にクラックが発生するものはなかった。

以上より、本実施の形態によれば、発光管を細長い形状とすることによって、ランプ効率を高めることができ、かつ、発光管に発生しうるクラックを抑えることができるので、高効率かつ長寿命であるメタルハライドランプを提供することができる。

8. (変形例）

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。上記においては、本管部 2 2に用いるアルミナの結晶粒径を、全領域にわたつて均一に径小にしたものについて説明したが、局所的に結晶粒径を小さくする構成としてもよい。例えば、本管部 2 2の内径 D i を 5 m mにすると、アークが湾曲することがあり、特に中央部が熱せられることになる。この場合、本管部 2 2の中央部及びその近傍においてのみ、結晶粒径を 5 . 0 u m以下に調整することによってクラックの発生を低減することができる。

また、上記においては、本管部 2 2の結晶粒径について注目して記載したが、細管部 3 2、 4 2の材料に用いるアルミナの結晶粒径についても 5〃 m以下としてもよい。これにより、熱衝撃によって細管部 3 2、 4 2に発生しうるクラックを抑制することができる。

また、上記においては、本管部 2 2の形状は、略円筒状であると説明したが、管軸と垂直な断面が全ての切断面で同一面積の円となる円筒であってもよいし、例えば、管軸と垂直な断面が管中央部に近づくほど面積の大きな円となるエンタシス状の円筒であってもよい。

さらに、上記においては、本管部 2 2及び細管部 3 2、 4 2が別個独立した部材からなり、当該本管部 2 2に細管部 3 2、 4 2が焼嵌されてなる構成について説明したが、本管部 2 2と細管部 3 2、 4 2とが一体に形成されている構成であってもよい。産業上の利用可能性

以上に説明したように、本発明は、発光管を細長い形状にした場合であっても発光管にクラックが生じにくいという効果を有しているので、本発明によって、高効率で、かつ、長寿命であるメタルハライドランプを提供することができる。

Claims

請求の範囲

1. 先端部に電極を有する一対の電極導入体と、

内部に前記電極が互いに対向するように配設された放電空間を有する多結晶アルミナセラミックからなる本管部と、

当該本管部に連なり、かつ、内部に前記電極導入体が挿通されてシール材によつて封止される一対の細管部と、

を有する発光管を備えるメタルハラィドランプであって、

前記発光管の管壁負荷を WL (W/ c m²)、前記電極間の距離を E L (mm)、前記本管部の内径を D i (mm)、前記多結晶アルミナセラミックの結晶粒径を G ( m) とすると、

2 0≤WL≤ 5 0 , E L/D i ≥ 2. 0、 0. 5≤ G≤ 5. 0を満たしていることを特徴とするメタルハライドランプ。 2. 前記多結晶アルミナセラミックの結晶粒径 G (u m) は、 0. 5 ≤ G≤ 1. 5を満たしていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のメタルハラィドランプ。

3. 前記本管部の内径 D i (mm) は、 2. 0≤ D i ≤ 1 0. 0を満たしていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のメタルハラィドランプ。

4. 前記多結晶アルミナセラミックは、 Mg 0が 2 0 0 p p m以下だけ添加されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のメタルハラィドランプ。

5. 前記多結晶アルミナセラミックは、全透過率が 9 4 %以上であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のメタルハラィドランプ。