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1. WO2005010921 - メタルハライドランプ

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[ JA ]
明 細 書

メタルハラィドランプ

技術分野

本発明は、屋外 ·高天井等に用いられるメタルハライドランプに 関する。

背景技術

近年、メタルハライドランプの発光管材料として、セラミックを 用いたセラミックメタル八ライドランプの開発が盛んである。セラ ミック製の発光管は、石英製の発光管と比較して、発光材料との反 ^が少なく、耐熱性に優れているという特長がある。

この特長をいかして、石英に比べて高温で動作させることが可能 となり、より高い効率で演色性に優れてメタルハラィドランプを実 現することができる。

セラミック発光管を用い メタルハライドランプの一例として、 特表 2000— 51 1689号公報に開示されているようなランプ がある。このランプは、セラミック発光管内に Na (ナ卜リウ厶) T 1 (タリウム)、 Dy (デイスプロシゥ厶)、 Ho (ホルミゥ ム)のうち少なくとも一つのハロゲン化物に加え、 C a I 2 (沃化 カルシウム)を封入することにより、平均演色評価数 R aが 9〇以 上の良好な演色性と、相関色温度 3900K〜420〇Kの白色光 を備え メタル八ライドランプである。

しかしながら、上記の特表 2000— 51 1 689号公報に記載 されているメタル八ライドランプの効率は、ランプの定格電力

(lamp power rating) が 1 50W (ワット)の場合に 85L PW ~90 L PW程度であり、石英管を使用する場合より高い効率を発 揮する。ここで、「LPW」とは「L ume n P e r Wa t t」 の頭文字を取ったもので、「 I m/W」の単位を有する。

近年、省エネルギーの観点から、従来のメタルハライドランプよ りも効率の高い光源が望まれている。高圧ナ卜リウ厶ランプの効率 は約 1 1 OL PW (電力定格 1 80Wの場合)と非常に高いが、 R aが約 25であり、演色性が乏しい。このため、高圧ナ卜リウムラ ンプは、店舗ゆ高天井等に用いられることはあまりなく、道路灯な どに使用されている。

このように店舗ゆ高天井の照明には、ランプの効率のみならず、 演色性に優れていることち重視されるが、一般に、光源の高効率化 を達成しょうとすると、視感度の高い緑系の発光が強められるため, 演色性が低下してしまう。すなわち、高効率化と高演色性の両立は 非常に困難とされている。

本願発明は、上記課題に鑑みてなされ ^ちのであり、その目的と するところは、平均演色評価数 R aが了 0以上、好ましくは 85以 上となる良好な演色性を保ちながら、従来のメタル八ライドランプ の効率 (典型的には 90LPW) に比べて 1 0%以上は高い効率 (1 OOLPW以上) を示すメタル八ライドランプを提供すること にある。 1 0%の効率向上(光束増加)は、人間が若干の明るさ増 加を感じることができる最低レベルである。ま、平均演色評価数

R a 70以上という条件は、一般に工場などで作業をする場合に物 の色を識別するに良好な演色性をちたらすちのであると考える。

発明の開示

本発明のメタルハラィドランプは、セラミックから形成された発 光管と、一対の対向する電極とを備えたメタルハライドランプであ つて、前記発光管の内部に封入された P r (プラセオジム)のハロ ゲン化物、 N a (ナトリウム)の八ロゲン化物、および C a (カル シゥ厶)の八ロゲン化物を有しており、前記 P rのハロゲン化物の 封入量 H p [mo l ] 、前記 N aのハロゲン化物の封入量 H n [m o l ] 、および前記 C aのハロゲン化物の封入鼉 H c [mo l ] が、

〇. 4≤H c/H p≤ 1 5. 〇、および 3. 0≤H n/H p≤25.

Oの関係を満たしている。

好ましい実施形態において、前記 P 「のハロゲン化物、前記 N a のハロゲン化物、および前記 C aのハロゲン化物の封入量は、いず れも、 1 . 〇m g/ c m3以上である。

好ましい実施形態において、〇. 4≤H c/H p≤4. 了である。 好ましい実施形態において、 1 1 . 9≤H c/H p≤ 1 5. 〇で ある。

好ましい実施形態において、前記発光管の内径を D (mm) 、前 記電極先端間距離を L (mm) としたとき、 4≤ L/D≤ 9の関係 を満たしている。

好ましい実施形態において、前記発光管を収納する外管を備え、 前記発光管と前記外管との間が 1 k P a以下の減圧状態に保たれて し、る。

好ましい実施形態において、平均演色評価数 R aが 70以上、ラ ンプ効率が 1 OOL PW以上である。

本発明の照明装置は、上記いずれかのメタル八ライドランプと、 前記メタル八ライドランプの調光を行なう手段とを備えている。

好ましい実施形態において、前記手段は、前記メタル八ライドラ ンプの電極に電力を供給する電子安定器を有し、前記電子安定器は、 前記電力を定格の 25%から前記定格までの範囲で調節することが でさる。

図面の簡単な説明

図 1は、セラミック発光管の構成を内部に有する本発明のアーク 放電八ロゲン化金属ランプの側面図である。

囡2は、図 1の発光管 20の拡大した断面図である。

図 3は、本発明ランプについての、ランプ効率(LPW) と、発 光管電極間長さ対内径の比(L/D) との関係を示す図である。

図 4は、本発明ランプについての、 C aの八ロゲン化物量と P r のハロゲン化物量との mo I比による、ランプ効率(L PW) およ び平均演色評価数(R a) との関係を示す囡である。

図 5は、本発明の典型的なランプについて、 30Wから 1 50W まで調光した場合の色温度の変化を示す図である。

図 6 (A) ~ (G) は、本発明ランプの発光管の一実施形態の断 面を示す図である。

図 7は、本発明によるメタル八ライドランプと電子安定器とを備 えたシステム (照明装置)の構成例を示すブロック回路図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明のメタル八ライドランプは、発光管の内部に封入された P r (プラセオジム)のハロゲン化物、 N a (ナ卜リウム)のハロゲ ン化物、および C a (カルシウム)のハロゲン化物を有しており、

P rの八ロゲン化物の封入量 H p [mo l ] 、 N aの八ロゲン化物 の封入量 H n [mo l ] , C aのハロゲン化物の封入量 H c [mo

1 ] の間に以下の関係が同時に成立している。

3. 0≤H n/H p≤25. 〇 · · · (式 1 ) 〇. 4≤H c/H p≤ 1 5. 0 · · · (式 2) 本発明では、上記の式 1 および式 2を満足する比率で、 P rの八 ロゲン化物、 N aのハロゲン化物、および C aの八ロゲン化物をセ ラミック製発光管内に封入している点に主 る特徴点を有している このことにより得られる効果の詳細については、後述する実施例の 作用効果を説明する際に併せて説明する。

以下、図面を参照しながら、本発明によるメタル八ライドランプ の好ましい実施形態を説明する。

まず、図 1 を参照する。図 1 は、本実施形態のメタルハライドラ ンプ 1 〇の構成を示す図である。この図は、球状ホウケィ酸外管 1 1がエジソン型の金属口金 1 2にはめ込まれた状態を示している。 本実施形態のメタル八ライドランプ 1 0は、透明な外管 1 1 と、 外管 1 1 の内部に収容されセラミック発光管 20とを備えている 口金 1 2にはホウケィ酸ガラスフレア(外管長軸通過フレア) 1 6が取り付けられており、外管 1 1 の長軸方向の軸(図 1 の点線 1 04) に沿って外管 1 1 の内部へと延びている。

口金 1 2の内側には、電気的に絶縁された一対の電極金属部分

(不図示)が設けられており、各電極金属部分からは、ホウケィ酸 ガラスフレア(外管長軸通過フレア) 1 6を通って、引き込み電極 ワイヤ 1 4および 1 5 (アクセスワイヤ)が外管 1 1の内部で平行 に延びている。ワイヤ 1 4および 1 5は、例えばニッケルまたは軟 鋼から形成されている。

ワイヤ 1 5のうち、外管長軸 1 0 4に対して平行な部分は、ラン プの動作時にワイヤ 1 5の表面から光電子が発生しないよに、酸 化アルミニウムセラミックチューブ 1 8の内部を通っている。ま、 ワイヤ 1 5の外管長軸 1 0 4に対して平行な部分は、ガス不純物を 捕捉 (吸着)するためのゲッター 1 9を支持している。

セラミック発光管 2〇は、後述するように多様な構成をとり得る c 図 1 に示す発光管 2〇の構成は一例に過ぎない。図示されている発 光管 2 0は、可視光に対して半透明である多結晶アルミナ壁を有す るシェル構造を有している。

この発光管 2 0は、本管 2 5と、 1対の小さな内径/外径セラミ ック切頭円筒シェル部分 2 1 ( 「チューブ 2 1」と称してち良い) とを有している。チューブ 2 1 は、本管 2 5の 2つの開口端部のそ れぞれに焼き嵌めされている。

発光管 2 0は、イツ卜リウムーアルミ二ゥムーガーネッ卜(いわ ゆる Y A G ) 、窒化アルミ、アルミナ、イツ卜リア、ジルコニァな どの材料から好適に形成され得る。

次に、図 2を参照しながら、発光管 2 0の構成を詳細に説明する ( 図 2は、図 1の発光管 2 0を拡大した断面図である。

図 2に示す発光管 2 0の本管 2 5は、内径 Dのシェル部分 1 〇 1 , チューブ 2 1 に接続される一対の円筒シェル部分 1 〇2、および、 シェル部分 1 0 1 と各円筒シェル部分 1 0 2とを連結する一対の円 錐シェル部分"!〇3を有している。

各チューブ 21からは、例えば二オビゥ厶から形成されるリード 線 26が外側にチューブ 21から延びている。 2本のリード線 26 は、それぞれ、図 1に示すワイヤ 1 4、 1 5を電気的に接続され、 ランプ電力を供給するための導線として用いられる。

2本のリード線 26の一方は、図 1に示すようにワイヤ 1 4が外 管長軸 1 04と交差する位置で、溶接によってワイヤ 1 4に接続さ れている。 2本のリード線 26の他方は、図 1に示すようにワイヤ 1 5が外管長軸 1 04と交差する位置で、溶接によってワイヤ 1 5 に接続されている。このように発光管 20は、ワイヤ 1 4およびヮ ィャ 1 5との溶接部分の間に配置され、発光管 20の長さ方向の軸 が外管長軸 1 04とほぼ一致するように支持されている。こうして、 ランプ動作に必要な入力電力は、ワイヤ 1 4、 1 5を介して発光管 20のリード線 26に供給される。

リード線 26は、ガラスフリット 27によってチューブ 21の内 表面に固定され、封止されている。このため、リード線 26の熱膨 張特性 (線膨張係数)は、チューブ 21およびガラスフリツ卜 2了 の熱膨張特性 (線膨張係数)に近いことが好ましい。

チューブ 21の内側には、モリプデン引き込みワイヤ 29が配置 されている。ワイヤ 29の一端は、リード線 26の一端に溶接によ つて接続され、他端はタングステン主電極軸 31の一端に溶接によ つて接続されている。主電極軸 31の他端(先端部分)には、タン グステンコイルからなる電極 32が設けられ、溶接によって主電極 31 と一体化されている。

リード線 26の直径は、例えば 0. 9mmである。主電極軸 31 の直径は、例えば 0. 5mmである。これらのサイズは用途に麻じ て適宜適切な大きさに変更可能である。

本実施形態のランプの構成を規定するパラメータのうちで特に重 要なちの、発光管 2 0の 2つの電極 3 2の間の長さまたは距離「L (電極間距離)」、および、電極間における本管 2 5の内径「D」 によって定義される比 L Z Dである。

本実施形態では、 1 対の電極 3 2の先端部の中心を結 '直線 ( 「電極間直線」と称することにする)に沿って電極間距離 Lが測 定される。一方、本管 2 5の内径 Dは、この電極間直線に実質的に 直交する 「平面」に沿って測定される。本明細書において、「実質 的に直交する」場合には、上記の「平面」に対して「電極間直線」 が正確に直交する場合のみならず、この「平面」と「電極間直線」 とが直角から僅かにずれた角度で交差している場合を含む。具体的 には、本管 2 5の形伏ゆ、本管 2 5の内部における電極 3 2の位置 が図 2に示すものから変化した場合、内径を規定する平面(本管 2 5の内壁面に垂直な面)と電極間直線との関係が「垂直」から外れ る場合がある。このように内径 Dを規定する面と電極間直線とが正 確に直交しない場合でも、そのことに起因して発光特性の低下が通 常のランプ設計において問題にならない程度であれば良い。

後述するように、 L Z Dは、発光管 2 0から放射される光の量、 活性材料原子の励起伏態の分布、材料輝線の広がり等に影響する常 用なパラメータである。

以下、本実施形態に係るメタル八ライドランプの具体的な実施例 を説明する。なお、以下に説明する各実施例では、図 6 ( D ) に示 す形状の発光管を使用している。この発光管は、管壁構造の両端が 半球となるように切断された直円柱の断面を有している。

(実施例 1 )

以下、本発明によるメタル八ライドランプの第 1の実施例を説明 する。

本実施例のメタル八ライドランプの基本的な構成は、図 1および 図 2を参照して説明し 通りのものであるが、本実施例では、ラン プの定格電力を 1 50Wに設定し、外管 1 1内を 1 k P aの減圧状 態に保持している。本実施例の発光管 20は、多結晶アルミナから 構成されており、その内部には定格電力で点灯している時のランプ 電圧が 80〜95Vの範囲となるに適した量の水銀〇. 1〜4. 0 mgと、 封入八ロゲン化物を発光管内容積に合わせて総量 5. 5〜 1 9mg封入し 。用意した八ロゲン化物は、ヨウ化プラセオジム と、ヨウ化ナトリウムと、ヨウ化カルシウムがそれぞれ、 mo l比 で 1 : 10 : 0. 5、 1 : 10: 2および 1 : 10 : 1 0、すなわ ち、 C aの八ロゲン化物量(H e) と P rの八ロゲン化物鼉(H P) との m o I比が、 HcZHp =〇. 5、 2. 0、 10の 3通り である。発光管 20の内部には、更に、 300K (ケルビン)にお いて 200P aの圧力を示す X e (キセノン)ガスが封入されてい る。

本実施例では、上記の構成を有するメタル八ライドランプであつ て、発光管 20の内径 Dに対する電極間距離 Lの比 LZDを 0. 6 から 20まで種 変化させ 7£ランプを用意し、各ランプを定格電力 1 50Wで点灯させた状態でランプの光出力特性を評価し 。

図 3は、従来例と本発明の典型的なランプについて、ランプ効率 [LPW] と比 L/Dとの関係を示してし、る。

ここで、従来の高効率ランプ(以降、「従来ランプ」と称する) と本発明ランプとの相違点は封入物の種類のみにあり、その他の構 成は同じである。従来ランプの封入物は N a、 T l、 Dy、 Ho、 Tmおよび C aのヨウ化物であり、これらを特表 2〇0〇一 51 1 689号公報に記載されている第一の実施例にしたがって用い 。 すなわち、 が 29mo l 96、 T Iが 6. 5mo I % Hoが 6. 5mo l %、 Tmが 6. 5mo l %>、 C aが 45 m o l %となるよ うに発光管内容積に合わせて八ロゲン化物の総量を 5. 5〜19m g封入した。

従来ランプにおけるランプ効率は、図 3に示すように、典型的に は LZDによらず、 約 90LPWである。 ところが、本発明ランプ において、電極間距離 Lと内径 Dとが L/D≥ 1. 0という関係を 満たす場合に、従来より約 1〇¾>以上の高い効率を得ることができ ることがわかった。さらに、 LZDがこの範囲にあるとき、 Raは 7〇から 90であり、非常に良好な演色性も得られることがわかつ た。

特に L ZD≥ 4という関係を満たす場合、本発明ランプのランプ 効率は 1 1 3LPWとなるため、従来ランプのランプ効率 90 L P Wに比べて 25%以上も高い効率が得られる。つまり、 LZD≥4 のとき、ランプ効率が高いランプとして使用される高圧ナトリウム 灯のランプ効率 1 1 0 L PWと同等以上の高い効率が得られること が分かった。また、高圧ナトリウム灯では、 1=! &の値が20〜30 程度であるのに対し、本発明ランプの R aは了 0〜90の非常に良 好な値を示し、高効率と高演色の両立を実現している。

本発明ランプのランプ効率は、従来ランプのランプ効率に比べて 25%以上増加するので、 発光性能を維持しつつ、従来の照明設計 で用いられている照明の灯数を 25%低減することができる。さら に、 LZD≥4の関係を満たす範囲では、 発光管 2〇を水平となる 状態で点灯し 場合においても放電アークの湾曲が抑えられ、点灯 中のちらつきを防止する効果が確認された。

電極間距離 Lおよび内径 Dは、 LZD≤9という関係を満た すことが更に好ましい。この場合、本発明ランプのランプ効率は最 大化され、 1 20 L PW以上の高い値を達成することができる。こ のとき、従来ランプの 90 L PWに比べて、本発明ランプの高いも のでは、約 35%もランプ効率を改善することができる。

なお、図 3のグラフからは、 LZD>9という関係を満 すと、 ランプ効率が低下傾向にあることがわかる。しかしながら、電極間 距離 Lと内径 Dとが 9く L/D≤ 20という関係を満たしていれば、 本発明ランプのランプ効率は、従来ランプのランプ効率 90 L PW よりも高いことが分かる。

電極間距離 Lと内径 Dとが L/D> 20という関係を満たすとき、 電極間距離 Lが非常に大きくなり、通常の点灯回路を用い放電の 始動および放電の維持が困難となるか、または、内径 Dが小さくな り、管壁における電子の消滅に起因して放電の維持が困難となる。 したがって、電極間距離 Lと内径 Dとは、 LZDく 20という関係 を満たすことが好ましい。

なお、本実施例では、 He/Hpを〇. 5、 2. 0、および 1 0 に 3種類の値に設定し が、 1. 〇≤L/D≤2〇の範囲において, 100 L PW以上を実現する £めには、 Hc /Hp≤2. 0に設定 する必要がある。ただし、 Hc/Hp≤1 5. 〇であれば、従来ラ ンプよりもランプ効率を向上させることができる。

また、 L/D≥4であれば、 H c/H p≤ 1 5の範囲すべてにお いて 1 OOLPW以上の高いランプ効率を実現できる。

本発明の効果を得るためには、発光管内にハロゲン化プラセォジ 厶、ハロゲン化ナ卜リウ厶、およびハロゲン化カルシウムを少なく とも 1 mo 1 %以上は封入する必要がある。

なお、本発明の効果を得るめには、 P rの八ロゲン化物、 Na のハロゲン化物、および C aのハロゲン化物の封入量は、いずれち、 1. Omg/cm3以上に設定することが好ましく、 2. 0〜25 mg/cm3。 の範囲に設定することがより好ましい。

本実施例では発光管材料に透光性セラミックを使用しているが、 例えば石英製の発光管を使用し 揚合、 P rと石英が反^し、寿命 早期に失透等の問題が発生する。また、 C aについてち同様であり、 石英製の発光管で本実施例の封入物を使用した場合には本発明の効 果を得ることはできなし、。

(実施例 2)

以下、本発明によるメタルハラィドランプの第 2の実施例を説明 する。

本実施例のランプが実施例 1のランプと異なる点は、発光管 20 内部に、水銀を 0. 5mg、封入ハロゲン化物として、ヨウ化プラ セ才ジムと、ヨウ化ナトリウムの比が 1 : 1 〇、合計 9mgとなる よ に封入し、 C aのハロゲン化物量(H e) と P rのハロゲン化 物量 (Hp) との mo ]比 He/Hpが 0. 2から 1 8の範囲とな るとなるようにヨウ化カルシウムを加えた。

また、 2つの電極 32間の本管 25の内径 Dは約 4mmである。 発光管 20の放電領域 2〇 1内における 2つの電極 32間の電極間 距離 Lは、約 32mmであり、同じ値のアーク長が得られる。その 他の点は実験の形態 1 と同一である。従来、ランプの定格電力 1 5 OWの場合において、 電極間距離 Lは 1 Omm程度であったことを 考慮すると、本発明ランプの電極間距離 Lは極めて長い。定格電力 1 50〜2〇0Wの場合、 本発明ランプの電極間距離 Lを 20mm

〜5〇 mmの範囲内に設定することが好ましい。電極間距離 Lが 2 〇 mmを下まわると、同じ管壁負荷では内径 Dが大きくなるため、 アークが湾曲して、発光管が割れるおそれがある。一方、電極閏距 離 Lが 5〇mmを超えると、ランプの始動が困難になる。

本発明ランプを定格電力 1 5〇Wで点灯させてランプの光出力特 性を評価した。

図 4は、本発明ランプについて、 C aのハロゲン化物量(He) と P rのハロゲン化物量(Hp) との mo I比 H cZH pに対する ランプ効率 [LPW] および平均演色評価数 R aとの関係を示す。 図 4に示すように、 H c/H ρの比が高くなるほど効率が低下し、 HcZHp二 1 5のとき、効率は 1 17 L PWとなる。 H cZH p の比が 1 5を超えてさらに高くなると、効率は急激に低下する。

一方、 R aは H c /H pの比が高 <なるに従って一律に上昇する H c/H p = 0. 4のとき。 Raは 70である。すなわち、 0. 4 ≤H c/H p≤ 1 5. 0の範囲では、従来ランプが示す効率 90 L PWよりも 25%以上も高い効率 (1 1 5 L PW以上の効率) と、 R a了〇以上の良好な演色性を兼ね備えることができる。

25%の効率上昇は、 人間がはっきりと明るさの向上を感じるこ とができる量である。従来ランプより 25%の効率アップは画期的 な効率であることを意味する。

なお、 Hc/Hp = 4. 7のとき、効率 1 25LPWであること から、 Hc/Hp 4. 7の範囲では、 Ra7〇以上の良好な演色 性を保ったまま、従来ランプと比べて約 40%ち高い効率である 1 25 L PWを示している。

なお、 HcZHp = 1 1. 9のとき、効率は 1 20LPWであり,

R aが 9〇であることから、 HcZHp 1 1. 9の範囲では、従 来ランプの効率(90 L PW) より 25%以上も高い効率 (1 1 5 L PW以上の効率) と、 R aが 9〇以上という非常に良好な演色性 得ることができる。更に、リ は0. 005以下という黒体軌跡 に近い優れた白色光を呈していることち確認し。

ま 、本発明ランプでは、 1 1 . 9≤H c/H p≤ 1 5. 0の範 囲で、従来ランプの演色性(R a 90〜92) と同等の演色性を得 ることができている。

実施例 1 について説明しように、ランプ効率は電極間距離 Lと 内径 Dの比 LZDによって 化する。実施例 2では、し ZD二 8に 設定しているが、 H cZH p≤ 1 5であれば、実施例 1で示したよ うに、 LZD≥ 1 . 〇の範囲で従来ランプの効率 90 L PWを超え る高い効率が達成される。

実施例 1、 2のいずれの場合ち、ヨウ化プラセオジムとヨウ化ナ 卜リウムの比を 1 : 1 0に設定しているが、この比が、 1 : 3〜 1 : 25の範囲内にあれば、同様に高い効率で良好な演色性を発揮 させることができる。

(実施例 3)

以下、本発明によるメタル八ライドランプの第 3の実施例を説明 する。

本実施例におけるランプの構成は、封入した八ロゲン化物の比率 を除いて、実施例 2におけるランプの構成と同一である。

本実施例では、 C aのハロゲン化物量(H c) と P rのハロゲン 化物量 (H p) との mo I 比 H eノ H pを◦. 4から 1 5. 0の範 囲で変化させ、ま 、 N aの八ロゲン化物量(H n) と P rのハロ ゲン化物量 (H p) との m o I 比 H n/H pを 3. 0から 25. 〇 の範囲で変化させ 。

図 5は、それらの内、 P r : N a : Caを、 1 : 3 : 0. 4、 1 : 3 : 2、 1 : 10 : 0. 4、 1 : 1 0: 1 Os 1 : 25 : 2、 1 : 25 : 1 5と変化させた例について、ランプへの入力電力 (W) と色温度(K) の関係を示している。

囡5においては、比較のため、従来ランプとして、実施例 1と同 様に特表 2〇〇〇ー51 1689号公報に記載されているランプに 準じたランプ (従来ランプ)の入力電力と色度との関係をも示して し、る。

図 5に示すよろに、従来ランプへの入力電力を低下させると、色 温度が上昇するが、本発明ランプでは、入力電力を定格電力の 2 5%に低下させ 場合でち、色温度変化が約 300 K以内に抑制さ れ、優れ調光特性を有している。

図 5に示すよ に、 H nZH pによってランプの色温度がほぽ決 定され、 H cZH pによる色温度への影響は少ない。さらに、実施 しだ H n/H pや H cZH pの範囲であれば、これらの比によらず 優れた調光特性が得られる。

従来ランプの色温度変動の原因は、封入している T 1と他の封入 物 (特に D yゆ H oのよラな 3 A族)が、温度に強く依存して巽な つだ蒸気圧特性を示すからである。このため、定格電力を下回る入 力電力では、発光のバランスが崩れ、調光時の低温伏態でち強 <発 光する T 1が緑色の発光色を呈し、ランプの色温度が上昇する。 これに対し、本発明ランプでは、主な発光が P rおよび N aから 発せられるため、温度変化に対する蒸気圧変動は相対的にほぼ等し し、。加えて、 C aの八ロゲン化物を混合しているため、点灯条件の 変動に対してち、封入物の発光バランスを安定させるといろ、 P r および N aだけでは見られない優れた調光特性が得られる。

なお、本実施例では、 L Z Dを 8に設定しが、 L Z Dが 1 . 0 L Z D 2 0の関係を満足する限り、同様に良好な調光特性が得 られた。

本実施例のメタルハラィドランプを調光する際、電子安定器を使 用して行なうことが好ましい。図了は、本発明によるメタル八ライ ドランプと電子安定器とを備え システム(照明装置)の構成例を 示すプロック回路図である。図了に示す電子安定器は、商用電源 1 から交流電流を受け取り、直流電流に変換する昇圧チヨツバ 2と、 直流電流を周波数および波形の調整された交流電流に変換する点灯 する回路部 3とを備えており、点灯回路部 3から出力される交流電 流は、本発明に係るメタル八ライドランプ了に供給される。

この電子安定器は、第 1制御回路 4、第 2制御回路 5、および設 定部 6を更に備えており、第 1制御回路 4は、昇圧チヨッパ 2の出 力する電圧および電流の大きさは、第 1制御回路 4によって検知さ れ、設定部 6によって設定された値を示すように制御される。点灯 回路部 3の出力波形および周波数は、第 2制御回路 5によって制御 される。

メタルハラィドランプ了の調光は、設定部 6によって設定された 値を持つ出力が昇圧チヨツバ 2から得られるように第 1制御回路 4 が昇圧チヨツバ 2の動作を制御することによって行なわれる。

このような構成を有する電子安定器を用いることにより、メタル 八ライドランプの寿命末期まで、安定した瞬時調光を行ろことがで きるだけでなく、定格電力で点灯する場合にち、電源電圧変動によ る影響を少なくすることができる。

図了の装置では、ランプ 7に入力する電力を定格ランプ電力の 2

5 %まで低下しても、前述しように、色温度変化が約 3〇O K以 内に抑制され、優れた調光特性が得られる。

本発明のメタル八ライドランプによれば、実施例 1から 3につい て説明したように、寿命中のランプ電圧上昇が少なく、寿命末期ま で電気特性変化の少ない良好なランプ特性が得られる。

また、本発明のメタル八ライドランプによれぱ、寿命中の光特性 変化 (特に色温度変化)が少なく、さらに製造時の色特性バラツキ (個体差)も小さいことが確認された。これは、 P r、 N a、およ び C aのハロゲン化物を混合して用いたことによって得られる本発 明に特有の効果であり、調光時にも発光バランス安定の効果として 発現される。

なお、実施例 1〜3のいずれの場合も、特に好ましい例として、 外管 1 1の内部を 1 k P aの減圧状態に設定しているが、外管 1 1 の内部を例えば 5 0 k P a以下の窒素雰囲気に設定しても良い。そ の場合、ランプ効率が僅かに低下するが、実施例のランプと同様に、 高効率かつ良好な演色性を兼ね備え、かつ、調光特性に優れたメタ ルハライドランプを提供することができる。なお、外管 1 1 の内部 を 5 0 k P aの窒素雰囲気に設定し場合、効率が 1 2 0 L P Wを 超える範囲でのみ、 2〜3 L P W程度の効率低下が生じるめ、外 管 1 1 の内部は 1 k P a以下の減圧状態に設定することが好ましい c 実施例 1 ~ 3のランプでは、 P 「、 N si、および C aのハロゲン 化物としてヨウ化物を用い /£が、 P r、 N a、および C aの臭化物 または、 P r、 N a、および C aのヨウ化物および臭化物の組み合 わせを用いてよい。このよラな場合にち、高効率かつ良好な演色性 を兼ね備え、調光特性に優れたメタル八ライドランプを提供するこ とができる。

[発光管の形態]

前述したよ に発光管 20は、図 1および図 2に示す形態とは異 なる他の幾何学的形状を有していてちよい。

図 6 (A) 〜図 6 (G) は、発光管 20が採用しえる種々の形態 の例を示しており、発光管の長軸に沿った断面図である。管壁内表 面および管壁外表面は、発光管の長軸を回転軸とする回転体の表面 であるが、ここでは必ずしも必要でないので図示しない。

このよ な管壁内表面の内径 Dは、電極間の(すなわち、電極先 端間距離 Lにわたる)断面図の内面積を求めて、この面積を Lで除 算することにより求めることができる。他の種類の内表面は、その 内径を求める めに、より煩雑な平均化手順を必要とする場合があ り得る。

以下、各発光管の形状の説明とそれぞれの発光管を用いた時の特 長を記す。この時、発光管形状以外の条件は等しい。

図 6 (A) は、発光管中央部の断面が楕円形である発光管を示す c 図 6 (B) は、発光管中央部の両端が平坦となるように切断され た、直円柱の断面を有する発光管を示す。この発光管形状は、点灯 中の色温度の変化が小さいといっ 特徴を持つ。よって、発光色の 変化が気になる場合に特に有効である。

図 6 (C) は、発光管中央部の両端が半球であり、発光管中央部 の側面が凹伏となる断面を有する発光管を示す。

図 6 (D) は、発光管中央部の両端が半球となるように切断され た直円柱の断面を有する発光管を示す。

図 6 (E) は、発光管中央部の両端が半球であり、発光管中央部 の側面が楕円形である断面を有する発光管を示す。

図 6 (F) は、実施例 1および 2で使用した形状である。

図 6 (G) は、発光管中央部の両端の直径が大きく、かつ、平坦 となるよ に切断され 直円柱の断面を有する発光管を示す。

図 6 (A) と図 6 (E) の発光管は、大量に生産した場合の色温 度の個 ばらつきが特に少ないといった特徴を持つ。そのため、大 量に天井照明などで使用され、色温度バラツキが目立つ場合は、特 に好ましい発光管形状となる。

図 6 (C) と図 6 (G) の発光管は、始動時の光立ち上がりが早 し、といっ特徴を持つ。設計にちょるが、定格光出力に達するまで の時間が 1 0~2〇%)程度短くできる。また、水平点灯時のアーク 湾曲が特に少なく、点灯時のちらつきが特に少ないランプを得るこ とができる。

図 6 (D) と図 6 (F) の発光管は、点灯中の色温度の変化がち つとも少ないランプを得ることができる。

図 6 (B) の発光管は、構造が簡単なため生産コス卜が低いとい つた特徴がある。

さらに別の多くの構成が可能である。各構成は、それぞれ異なる 理由から望ましい形態とされる。従って、各構成はそれぞれ利点お よび欠点を有する。つまり、特定の活性材料および他のランプ特性 を考慮し 場合には、多くの構成のうちある所定の発光管の構成が、 他よりち多くの利点を有することになる。図 6 (A) 〜図 6 (F) に示すいずれの発光管構成においても、放電領域に提供される、本 発明によるイオン化可能材料を用い、かつ、電極間距離 Lと直径 D とが上述の関係(すなわち、 L/D≥1. 0) を満^す揚合に、従 来に比べて高いランプ効率を有するアーク放電八ロゲン化金属ラン プが得られる。

なお、実施例 1、 2、 3は発光管 20内に水銀を封入し場合の 結果のみ記載したが、無水銀とし 7ά場合についてち同様に本発明の 効果を得ることができる。

本実施例 1 、 2、 3では、定格電力が 1 5 0 Wのランプであるが、 本発明のメタル八ライドランプの定格電力は 1 5 0 Wに限定される ものではない。定格電力が上昇すると、全消費電力に対する電極口 スなどのロス電力の割合が減少するために、ランプの発光効率は上 昇する。これに対して、定格電力が低下すると、ロス電力の割合が 増加するため発光効率は低下する。よって、本実施例の発光効率は、 定格電力が 1 5 0 W程度のランプについての値であり、ランプの定 格電力によって、その値は異なるが、効果には関係なく相対的に従 来ランプと比較して発光効率が改善されたランプを得ることができ る。

このように本発明によれば、従来に比べて高いランプ効率と良好 な演色性を両立し メタル八ライドランプが実現できる。さらに、 本発明のメタルハラィドランプはハロゲン化カルシウムとハロゲン 化プラセオジムの混合による優れ 効果として、最冷点温度の変動 による影響が少ない設計になっており、調光時の色安定性に対して も有利に働く。

産業上の利用可能性

本発明にかかるメタル八ライドランプは、効率および演色性の両 方に優れ、しかち、製造時の特性バラツキや寿命中の特性変化が少 なく、広い範囲で調光可能である。このため、本発明のメタル八ラ イドランプは、街路灯照明などの屋外照明、高天井照明などの屋内 照明として有用であり、店舗照明にも好適に使用され得る。