JP2004335464A - 調光特性を向上させるために微量なＴｌＩを充填したメタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 調光状態下でより高い効率およびより良好な色性能を有するメタルハライドランプを提供する。
【解決手段】 本発明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放電チャンバと、放電チャンバ内に封入されたイオン化物質とを含み、イオン化物質は、ハロゲン化マグネシウムおよびハロゲン化ナトリウムを少なくとも含むハロゲン化金属と、希土類ハロゲン化物と、ヨウ化タリウムとを含み、ヨウ化タリウムのモル量は、放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高輝度放電ランプに関する。より詳細には、本発明は、高輝度セラミックメタルハライドランプに関する。

屋内および屋外の照明のために使用される省エネルギー照明システムの需要は増加の一途をたどっており、一般の照明アプリケーションのためにランプ効率の良いランプが開発されている。例えば、最近、無電極蛍光ランプが屋内、屋外、工業、および商業用途で市場に導入されてきた。そのような無電極ランプの利点は、従来の蛍光ランプの寿命を制限する要因である内部電極および加熱フィラメントを不要にすることである。しかし、無電極ランプシステムは、無線周波数電力システムが必要となるので非常により高価となる。また、無線周波数電力システムにおいては、ランプに無線周波数コイルを収容するためにランプ器具の設計がより大きくかつより複雑になり、他の電子器具との電磁障害が生じ、かつ始動条件が難しくなるので、さらなる回路構成が必要となる。

別の種類の高効率ランプは、メタルハライドランプであり、屋内および屋外の照明のためにますます広く使用されつつある。これらのようなランプは周知であり、分離されて配置された一対の電極を封入するようにその周りが密閉された透光放電チャンバを含む。このチャンバは通常、不活性始動ガスおよび特定のモル比の１以上のイオン化金属またはハロゲン化金属（またはその両方）のような適切な活物質のチャンバ材料組成物をさらに含む。これらのランプは、比較的低い電力のランプであり、始動電圧およびその後の動作中の電流制限を提供する安定器回路（磁気式または電子式のいずれでもよい）を使用して、標準の交流照明ソケットにおいて通常１００ボルトもしくは２００ボルトで動作する。

上記ランプは、より特定的には、ある量のヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）および希土類ハロゲン化物（例えば、ヨウ化ジスプロシウム（ＤｙＩ_３）、ヨウ化ホルミウム（ＨｏＩ_３）、およびヨウ化ツリウム（ＴｍＩ_３））を有するチャンバ材料組成物、ならびに電極間に十分な電圧降下または電力負荷を提供するための水銀（Ｈｇ）を通常含むセラミック材料放電チャンバを有し得る。これらの材料を含むランプは、相関色温度（ＣＣＴ）について良好な性能を有し、通常、２７００Ｋ〜３７００Ｋの比較的低い相関色温度を示す。ランプは演色評価数（ＣＲＩ）についても良好な性能を示し、また、１５０Ｗの定格電力で動作させる際にも９５ルーメン／ワット（ＬＰＷ）までもの比較的高い効率を有する。当然ながら、さらに効率的なランプを使用することによって照明における電気エネルギーをさらに節約するために、さらに高いランプ効率を有する高輝度メタルハライドランプが要求される。

また、最大の光出力を必要としない使用時にはランプを通る電流を低減してランプを調光することで、電気エネルギーをさらに節約できる。したがって、そのような調光状態においても良好な性能を有する高輝度メタルハライドランプが多くの照明用途において所望される。しかし、ランプ電力が定格値の約５０％に低減されるような調光状態では、現在入手可能なこのような種類のランプの性能は著しく低下する。通常、相関色温度は著しく上昇するが、他方演色評価数（ＣＲＩ）は低下する。さらに、ランプの効率は通常著しく低下する。

加えて、ランプの色相は、そのような調光状態下では、化学的な性質に応じて白色から緑がかった色に劣化する。すなわち、上記セラミック材料チャンバメタルハライドランプは、波長５３５．０ｎｍの特徴的な緑色のスペクトル線を有する比較的強いタリウム光によって強い緑色の色相を有することにより演色評価数が著しく低下した光を放射する。調光時の放電管壁温度および最冷点温度は、定格電力での対応温度に比較して非常に低い。調光状態下で生じたより低い最冷点温度において、放電管におけるヨウ化タリウム（ＴｌＩ）の分圧比は、他のハロゲン化金属の分圧と比べて非常に高い。この比較的に高いＴｌＩ分圧によって、波長５３５．０ｎｍの緑色のＴｌ光が相対的に強くなる。５３５．０ｎｍのＴｌ光は人間の目の感度曲線のピークに非常に近いため、放電管充填成分の１つにＴｌＩがあると定格ランプ電力での視感度がより高くなるので、ほとんどすべての通常に市販されるセラミックメタルハライドランプにＴｌＩが使用される。

調光状態下の緑色がかった色相を除去する１つの可能な方法は、放電チャンバからＴｌＩを一切除去し、その代りにＰｒＩ_３のような他の活物質で代用する方法である。別の方法は、放電管に、Ｍｇ、Ｔｌ、およびスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）およびランタノイド（Ｌｎ）からなる群から選ばれる元素のうちの１つまたは複数のハロゲン化物を含ませる方法である。ヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ_２）を付加することが、Ｓｃ、ＹおよびＬｎならびに尖晶石（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）間の１つまたは複数の化学反応のバランスに影響することによって（ランプ動作活動の始動後すぐにバランスが達成され、その後Ｓｃ、ＹおよびＬｎの除去は生じない程度）ルーメンの維持を向上させる。チャンバ材料組成物成分とチャンバ壁との化学反応を低減するためにＭｇＩ_２を介してＭｇを付加するので、この構成におけるチャンバ材料組成物成分において使用されるＭｇＩ_２の量は放電管の内壁の表面積に基づく。

この最後に記載した構成における放電管は、放電チャンバの最冷点による熱対流損失を低減するために排気されたエンベロープ内で動作する。また、放電チャンバ上で使用される金属熱シールドによって、調光の際の最冷点による放射熱損失を低減している。なぜなら、金属シールドの熱放射率は、放電チャンバセラミック表面よりも非常に低いからであり、かつ金属の放射率は温度が低下するにつれて低くなり、チャンバ最冷点温度およびチャンバ内の蒸気圧が実質的に一定に保持されるからである。しかし、上記ランプでも、定格電力よりも低くに調光されると相対的に強い緑色の色相にて放射するという欠点がある。これは調光状態下でのＴｌＩの蒸気圧が相対的に高くなるからである。さらに、低ワットメタルハライドランプに一般に使用される高電圧始動パルスによって、真空エンベロープと併せて使用される場合に、放電管リークまたは緩やかな外側ジャケットリークが存在するとランプが放電管の外部でアーク放電しやすいという欠点がある。したがって、調光状態下でより高い効率およびより良好な色性能を有するメタルハライドランプが望まれる。

本発明は、放電領域を形成する電磁放射または可視光透過壁を有する放電チャンバを内蔵したメタルハライドランプを提供する。ここで、放電チャンバ内には、一対の電極が互いに分離されて支持される。放電チャンバ内の放電領域は、水銀、希ガス、および少なくとも２つのハロゲン化金属（ハロゲン化マグネシウムおよびハロゲン化ナトリウムを含む）、希土類元素を含み、ヨウ化タリウムを放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％のモル量で含む。

放電チャンバは、多結晶アルミナで形成された壁を有し、端部に口金が設けられた可視光透過エンベロープ内に収納される。この口金と放電チャンバとは電気的に接続されている。可視光透過エンベロープ内は窒素ガス雰囲気を含む。放電チャンバの周りには可視光透過材料のシュラウドが備えられる。イオン化物質はさらに、一連の希土類元素（ジスプロシウム、ホルミウム、ツリウム、セリウム、プラセオジム、スカンジウム、ネオジム、ユーロピウム、ルテチウム、およびランタンを含む）のハロゲン化物を含む。ここで、上記ハロゲン化物および放電チャンバ内に存在するハロゲン化金属の全モル量は、放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の９５％〜９９．５％である。

本発明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放電チャンバと、上記放電チャンバ内に封入されたイオン化物質とを含み、上記イオン化物質は、ハロゲン化マグネシウムおよびハロゲン化ナトリウムを少なくとも含むハロゲン化金属と、希土類ハロゲン化物と、ヨウ化タリウムとを含み、上記ヨウ化タリウムのモル量は、上記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％である。

上記放電チャンバは、多結晶アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、およびサファイアのうちの１つ以上を含む壁を有してもよい。

上記放電チャンバは、可視光透過壁を有するエンベロープに収納され、上記エンベロープの端部には口金が設けられており、上記放電チャンバと上記口金とは電気的に接続されていてもよい。

上記希土類ハロゲン化物は、ジスプロシウム、ホルミウム、ツリウム、セリウム、プラセオジム、スカンジウム、ネオジム、ユーロピウム、ルテチウムおよびランタンのうちの１つ以上の希土類元素のハロゲン化物であってもよい。

上記放電チャンバ内に存在するハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化マグネシウムおよび上記希土類ハロゲン化物の全モル量は、上記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の９５％〜９９．５％であってもよい。

上記放電チャンバは、多結晶アルミナを含む壁を有してもよい。

上記エンベロープ内において上記放電チャンバの周りに位置し、かつ可視光透過壁を有するシュラウドをさらに含んでもよい。

上記エンベロープ内には３００ｍｍＨｇより大きい圧力の窒素ガス雰囲気が封入されていてもよい。

上記放電チャンバ内に存在するジスプロシウムのハロゲン化物は、上記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０％〜２０％のモル量を有してもよい。

上記ヨウ化タリウムは、上記放電チャンバ内に、上記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜４％のモル量で含まれてもよい。

上記ヨウ化タリウムは、上記放電チャンバ内に、上記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜２％のモル量で含まれてもよい。

上記放電チャンバ内に存在するジスプロシウム、ホルミウム、ツリウム、ナトリウムおよびマグネシウムのハロゲン化物の全モル量は、上記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の９５％〜９９．５％であってもよい。

本発明によれば、放電チャンバ内に存在するヨウ化タリウムのモル量は、放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％に設定される。これにより、相対的に低い相関色温度（２７００Ｋ〜３７００Ｋ）を得ることができ、且つ調光下においてもユーザが色または色相の変化を感じることのないメタルハライドランプを提供することができる。

図１にメタルハライドランプ１０の部分断面図を示す。メタルハライドランプ１０は、従来のエジソン型口金１２にはめ込まれた球状の、透明硼珪酸塩ガラス製のエンベロープ１１（図中では一部が裁断されている）を有する。エンベロープ１１は可視光透過壁を有する。エンベロープ１１の形状は球状に限定されず例えば円柱形状であってもよい。ニッケルまたは軟鋼の引込（電気アクセス）電極ワイヤ１４および１５は、それぞれ口金１２の２つの電気的に分離された電極金属部分のうちの対応する１つから、口金１２に位置する硼珪酸塩ガラスフレア１６を平行に通り抜けて、エンベロープ１１の長軸に沿ってエンベロープ１１の内部へ延びる。電気アクセスワイヤ１４および１５は、まずエンベロープ長軸の一方の側からそれに平行に沿ってフレア１６を抜け、エンベロープ１１のさらに内部に位置する部分を有し、アクセスワイヤ１５はいくらか曲がった後、エンベロープ１１の他方の側の硼珪酸塩ガラスディンプル１６’まで延びる。電気アクセスワイヤ１４は、エンベロープ１１の内部に第２部分を有する。第２部分は、エンベロープ長軸に平行な第１部分に対してある角度で延び、この第２部分をそのような角度で第１部分に溶接し、エンベロープ長軸と多少交差した後に終端する。

エンベロープ１１の内部にあるアクセスワイヤ１５の一部の残りの部分は、エンベロープ長軸に平行なアクセスワイヤ１５の初期方向から鋭角に曲がる。フレア１６を抜けてこの第１の曲げを有するアクセスワイヤ１５はエンベロープ長軸から離れる方向に延び、再び曲がって次の部分を有する。この次の部分はエンベロープ長軸に実質的に平行に延び、さらに直角に再び曲がり、エンベロープ長軸に実質的に垂直に延び、口金１２にはめ込まれた端部の反対のエンベロープ１１の他端の近傍でエンベロープ長軸に多少交差するような続く部分を有する。ワイヤ１５のエンベロープ長軸に平行に延びる部分は、分離された一対の支持ストラップ１７Ａおよび１７Ｂ（ワイヤ１５と同じ材料からなる）に溶接される。支持ストラップ１７Ａおよび１７Ｂは、シュラウド１８も支持する。シュラウド１８は、石英からなる光学的に透明な切頭円筒シェルの形態であり、内部のガス流を制限して内部の温度が相対的に一定となるように維持する。シュラウド１８は可視光透過壁を有する。ワイヤ１５の次の部分は、エンベロープ長軸に垂直であり、ガス不純物を捕捉するための従来のゲッタ１９を支持する。ワイヤ１５はさらに２回直角に曲がり、エンベロープ長軸に交差すると上記したワイヤの下にかつ平行に短い端部を残す。この短い端部は最後に、エンベロープ１１の口金１２から遠い端部のガラスディンプル１６’に固定される。

セラミック放電チャンバ２０は、可視光に対して透明な多結晶アルミナ壁を有するシェル構造の閉じた領域として構成され、図１に示す例は種々の可能な形状構成の１つであり、シュラウド１８は放電チャンバ２０の周りに位置することにより、放電チャンバ２０はシュラウド１８の内部に位置する。あるいは、放電チャンバ２０の壁は、窒化アルミニウム、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、またはその組み合わせから形成され得る。図２を参照して後述するが、放電チャンバ２０と口金１２とは電気アクセスワイヤ１４および１５等を介して電気的に接続されている。エンベロープ１１は３００ｍｍＨｇより大きい圧力の窒素ガス雰囲気を封入している。シュラウド１８および放電チャンバ２０の両方は、窒素ガス雰囲気下に３００ｍｍＨｇを超える相対的により高い圧力（通常、約３６０〜６００ｍｍＨｇ）でエンベロープ１１内に配置される。そのような圧力の場合、真空のエンベロープ１１と比べて非常に壊損されにくくなる。真空のエンベロープ１１では、チャンバ２０またはエンベロープ１１に緩やかな漏れがあるとチャンバの外部でアーク放電が起こるおそれが生じる。したがって、このシュラウドは、上記のように、チャンバ２０の周りの温度を安定にするだけでなく、チャンバが万一爆発により構造的に破壊されたとしてもそのときに生じる破片等を封じ込めるので、その結果の衝撃応力からエンベロープ１１を保護することができる。シュラウド１８がなければエンベロープ１１は、ばらばらに砕けるかもしれない。

放電チャンバ２０内に閉じ込められた領域は、種々のイオン化物質（ランプ動作中に光を発するハロゲン化金属、希土類ハロゲン化物、ヨウ化タリウムおよび水銀を含む）および始動ガス（希ガスのアルゴン（Ａｒ）またはキセノン（Ｘｅ）など）を含む。このハロゲン化金属は、ハロゲン化マグネシウムおよびハロゲン化ナトリウムを少なくとも含む。この放電チャンバ２０ための構造は、図２の断面図からより明らかなように、一対の多結晶アルミナの相対的に小さな内径および外径を有する切頭円筒シェル部分（細管）２１ａおよび２１ｂがそれぞれ同心状に、一対の多結晶アルミナ端部閉鎖ディスク２２ａおよび２２ｂのうちの対応する１つに結合される。ディスク２２ａおよび２２ｂの中心には穴があり、各細管およびそれに結合するディスクの穴を通る通路が形成される。これらの端部閉鎖ディスクはそれぞれ、多結晶アルミナ管２５の対応の端部に結合される。多結晶アルミナ管２５は、相対的に大きな直径を有する切頭円筒シェルとして形成され、閉じた領域であって放電チャンバの主要部を与える。放電チャンバ２０のこれらの種々の部分は、アルミナ粉を所望の形状に固めて焼結することよって形成され提供される。その種々の部分は焼結によってまとめて結合され、ガス流を通さない壁を有する所望の寸法の単一体となる。

放電チャンバ２０内部には一対の電極３３ａおよび３３ｂが設けられている。ニオブのチャンバ電極相互接続ワイヤ２６ａおよび２６ｂは、それぞれ細管２１ａおよび２１ｂのうちの対応する１つを延び出て、それぞれアクセスワイヤ１４に封入体長軸と交差するその端部で、およびアクセスワイヤ１５に最初に封入体長軸と交差すると上述した部分で、溶接により付着される。この構成の結果、チャンバ２０はアクセスワイヤ１４および１５のこれらの部分の間に位置し、および支持されるので、その長軸はエンベロープ長軸とほぼ一致し、電力がアクセスワイヤ１４および１５を介してチャンバ２０に供給されることが可能となる。

図２は、構成２５、ディスク２２ａおよび２２ｂ、ならびに図１の細管２１ａおよび２１ｂを備える放電チャンバ２０の境界壁内に含まれる放電領域を示す。チャンバ電極相互接続ワイヤ２６ａは、ニオブから構成され、細管２１ａおよびガラスフリット２７ａに相対的によく一致する熱膨張特性を有する。取り付けワイヤ２６ａは、細管２１ａの内部表面に貼付される（それを通るワイヤ２６ａを用いて相互接続ワイヤ開口部を密封する）が、動作中のチャンバ２０の主要体積部のプラズマ形成による化学侵食に耐えることはできない。したがって、プラズマ中の動作に耐え得るモリブデン導出ワイヤ２９ａを溶接によって相互接続ワイヤ２６ａの一端に接続し、導出ワイヤ２９ａの他端を溶接によってタングステン主電極シャフト３１ａの一端に接続する。

さらに、タングステン電極コイル３２ａは、第１主電極シャフト３１ａの他端の先端部に溶接によって一体化および装着され、電極３３ａが主電極シャフト３１ａおよび電極コイル３２ａによって構成される。電極３３ａは、ハロゲン化金属プラズマの化学侵食に相対的によく耐えつつ、良好な電子の熱電子放射を得るためにタングステンから構成される。導出ワイヤ２９ａは、モリブデンコイル３４ａによって細管２１ａから分離され、電極３３ａを放電チャンバ２０の主体積に含まれる領域内の所定位置に配置するように機能する。相互接続ワイヤ２６ａの典型的な直径は０．９ｍｍであり、電極シャフト３１ａの典型的な直径は０．５ｍｍである。

同様に、図２において、チャンバ電極相互接続ワイヤ２６ｂは、細管２１ｂの内部表面にガラスフリット２７ｂによって貼付される（それを通るワイヤ２６ｂを用いて相互接続ワイヤ開口部を密封する）。モリブデン導出ワイヤ２９ｂを溶接によって相互接続ワイヤ２６ｂの一端に接続し、導出ワイヤ２９ｂの他端を溶接によってタングステン主電極シャフト３１ｂの一端に接続する。タングステン電極コイル３２ｂは、第１主電極シャフト３１ｂの他端の先端部に溶接によって一体化および装着され、電極３３ｂが主電極シャフト３１ｂおよび電極コイル３２ｂによって構成される。導出ワイヤ２９ｂは、モリブデンコイル３４ｂによって細管２１ｂから分離され、電極３３ｂを放電チャンバ２０の主体積に含まれる領域内の所定位置に配置するように機能する。相互接続ワイヤ２６ｂの典型的な直径はまた０．９ｍｍであり、電極シャフト３１ｂの典型的な直径はやはり０．５ｍｍである。

図１および２のランプは、調光状態下で優れたランプ性能を達成し、セラミック放電管２０を窒素充填エンベロープ１１に配置し、内部にヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ_２）を有して通常のセラミックチャンバメタルハライドランプのチャンバ材料組成に使用されるＴｌＩチャンバ材料組成物成分の大部分を置き換える。ＭｇＩ_２は、チャンバ材料組成物成分の１つであるＴｌＩの大部分を置き換えるために使用される。なぜなら、Ｍｇはより高い効率で緑色光を放射し、放電チャンバ材料組成物中にも存在する希土類ヨウ化物と同様の温度に対する蒸気圧変動を有するからである。チャンバ材料組成物成分としての少量のＴｌＩは、メタルハライドランプが相対的により低い相関色温度（２７００Ｋ〜３７００Ｋ）を得るようにチャンバ組成物に付加され、確実に調光状態下で発せられる光がなおも黒体によって発せられる光に近いようにする。相対的により低い相関色温度を有するセラミックメタルハライドランプは、相対的により高いＮａＩ含有量を有するので、ＴｌＩを有さないランプは定格ワットと比べて調光状態下ではより低い相関色温度を有する光を発する。また、より低い色温度を得るためのランプチャンバ材料組成物中に相対的により高いＮａＩ含有量のためにピンク色がかった色相を有する。チャンバ材料組成物中の少量のＴｌＩは、調光状態下の色度のｙ座標を増加させるのに役立つので、調光状態下での発せられる光も黒体よって発せられる光に近い。ほんの少量のＴｌＩをランプチャンバ材料組成物に加えるだけなので、定格ランプ電力で動作されるそのようなランプから発せられる光においても緑色の色相はない。

他方、希土類ハロゲン化物と同様に温度変動とともにハロゲン化金属蒸気圧変動が生じるので、ＴｌＩ成分の大部分と置き換えたＭｇＩ_２成分の分圧は、調光状態下で、ランプチャンバ材料組成物中の成分として使用される他の希土類ハロゲン化物の分圧に比例して降下する。この性能により、調光状態下でもランプから白色光が出力され、通常に市販されるセラミックメタルハライドランプにおける相対的に大量のＴｌＩを有するランプの緑色がかった色相を呈さない。

さらに、相対的により高いＭｇＩ_２の蒸気圧は、定格ランプ電力において、これらの条件下で波長５１８．４ｎｍの相対的に強い緑色光を放射する。波長５１８．４ｎｍのＭｇ発光は、人間の目の感度曲線のピークに非常に近いが、ランプチャンバ材料組成成分の１つとしてＭｇＩ_２があると定格ランプ電力においてより高い視感度効率が達成される。チャンバ材料組成における１成分として使用されるＭｇＩ_２の量は、発光および調光条件下でのより良好なランプ性能を得るように選択されるので、最適な量は、定格ランプ電力およびそれより低いランプ電力条件下でのランプ性能に基づくが、放電管の表面積には基づかない。

定格電力１５０Ｗを有する図１および２のランプの１実施形態において、放電チャンバ２０におけるチャンバ材料組成物は、１２ｍｇのＨｇおよび合計１０．６ｍｇのハロゲン化金属ＨｏＩ_３、ＴｍＩ_３、ＭｇＩ_２、ＮａＩおよびＴｌＩをそれぞれのモル比１：３．２：８．７：２４．１：０．５で含む。さらに、組成物は、Ａｒをイグニッションガスとして１６０ｍｂａｒの充填圧力で含む。一般に、図１および２のランプの任意の実施形態において、ＴｌＩは、放電チャンバ２０において、チャンバ中に存在する全ハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％のモル量で含まれる。系列ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびランタン（Ｌａ）の希土類元素の１またはそれよりも多くのハロゲン化物が単独でまたは合せて使用される。ここで、放電チャンバ２０中のＮａおよびＭｇならびにこれらの希土類元素のハロゲン化物の全モル量は９５〜９９．５％である。１つの例において、ジスプロシウムのハロゲン化物は、内部に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０〜２０％のモル量を有するように放電チャンバ２０において使用され得る。また１つの例においては、放電チャンバ内に存在するハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化マグネシウムおよび希土類ハロゲン化物の全モル量は、放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の９５％〜９９．５％である。また１つの例においては、放電チャンバ内に存在するジスプロシウム、ホルミウム、ツリウム、ナトリウムおよびマグネシウムのハロゲン化物の全モル量は、放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の９５〜９９．５％である。

以下の、ある相関色温度の一対のランプに対する表１および別の相関色温度の一対のランプに対する表２において、図１および２のセラミック放電チャンバメタルハライドランプの特性を表にして示す。これらのランプは、上記のように、チャンバ材料組成において少量のＴｌＩを有する。表１および２はまた、対応の通常市販されるランプの特性を示し、これらのランプは、チャンバ材料組成において通常に使用される量のＴｌＩを有する。これらのランプについて、１５０Ｗの定格ランプ電力および調光状態下の定格ランプ電力の５０％の両方で動作したデータを一覧にする。

表１は非常に少量のＴｌＩを有する３５００Ｋ相関色温度ランプおよび通常のＴｌＩ量を有する３５００Ｋ相関色温度ランプのランプ特性を示す。

表２は非常に少量のＴｌＩを有する３０００Ｋ相関色温度ランプおよび通常のＴｌＩ量を有する３０００Ｋ相関色温度ランプのランプ特性を示す。

Ｄｕｖは、ランプから発せられる光と黒体放射体から発せられる光の比較を示すパラメータである。Ｄｕｖパラメータの値が大きいほど、光の白色度に関してランプによって発せられる光の黒体から対応して発せられる光からのずれが大きくなる。なお、表１において、少量のＴｌＩをＭｇＩ_２と組み合わせた結果、ランプは、大量のＴｌＩを有してＭｇＩ_２を有さないランプよりも調光性能が大きく優れる。例えば、低ＴｌＩ量のランプチャンバにおいて１５０Ｗから７５Ｗに低下する際のＤｕｖおよびＣＣＴの変化は、それぞれわずか０．９単位および６１Ｋであるが、ブランド名ＰＡＮＡＳＯＮＩＣで提供される種類の通常市販されるランプにおいては、ＤｕｖおよびＣＣＴの変化はそれぞれ１３．９単位および９３２Ｋである。図１および２のランプにおけるＤｕｖおよびＣＣＴの変化は、肉眼では区別がつかないが、通常市販されるランプにおけるＤｕｖおよびＣＣＴの変化は、肉眼には区別がつくし、非常に不快である。表２におけるデータからも同じ結論が出され得る。

図３〜６は、図１および２に対応するランプと通常市販されるセラミックチャンバメタルハライドランプとの比較結果を示す。ランプは、北米照明工学協会によって公布されたその公認条件下で、試験用安定器を使用して動作させ、２メータ積分球において測定された。データは、電荷結合素子系コンピュータ化データ獲得システムを用いて獲得された。図３〜６に示すすべてのデータは、ランプの動作位置を口金が垂直になるようにして得られた。図３〜６に示すデータを得るための実験は、１５０Ｗセラミックメタルハライド放電チャンバを使用して行なった。

本発明のランプの動作においてそれらを通常市販されるランプと比較した場合、後者のランプは調光時に緑がかり、定格電力の約５０％に調光すると黒体発光性能から実質的にずれた。対照的に、上記に記載したチャンバ材料組成を使用した実施形態の図１および２のランプを約５０％に調光すると、実質的に黒体と同様に発光し、緑色がかった色相はなく、一般に白色に見えた。そのような色は見た目に良好であり、調光状態下でも色または色相の変化を見つけることは実質的に不可能であった。

図３は、ランプを定格電力動作から調光する際の相関色温度（ＣＣＴ）の変化を図示する。上記実施形態の図１および２のランプのＣＣＴは、ランプをその定格電力の５０％に調光しても著しい変化はなかった。しかし、通常市販されるランプは、その定格電力の５０％に調光すると、ＣＣＴが著しく変化した。

図４は、ランプを定格電力動作から調光する際の演色評価数（ＣＲＩ）の変化を図示する。上記実施形態の図１および２のランプのＣＲＩは、ランプをその定格電力の５０％に調光した際に、通常市販されるランプのＣＲＩよりも変化が小さかった。

図５は、ランプを定格電力動作から調光する際のワット当たりのルーメン（ＬＰＷ）単位のランプ効率の変化を図示する。上記実施形態の図１および２のランプおよび通常市販されるランプのＬＰＷは、その定格電力の５０％に調光すると、同様に変化する。

図６は、ランプを定格電力動作から調光する際のランプＤｕｖの変化を図示する。上記実施形態の図１および２のランプのＤｕｖは、ランプをその定格電力の５０％に調光しても著しい変化はなかった。しかし、通常市販されるランプは、その定格電力の５０％に調光すると、Ｄｕｖが著しく変化した。

したがって、ＭｇＩ_２および非常に低いモル比のＴｌＩを含む上記実施形態の図１および２のランプは、定格ランプ電力において、通常市販されるランプと同程度の性能であることが示される。そのような性能を示すパラメータは、効率、ＣＣＴ、ＣＲＩおよびＤｕｖを含む。しかし、通常市販のランプが定格電力の５０％に調光されると、同じパラメータについて測定される性能の結果は著しく劣化する。エンドユーザからの立場から最も著しい劣化は、ＣＣＴおよび色相の変化であり、後者はＤｕｖの変化で示される。調光におけるこれらの望ましくない変化は、通常市販されるセラミックチャンバメタルハライドランプ中のＴｌＩチャンバ材料組成成分の大部分をＭｇＩ_２で置換して、図１および２のランプの放電チャンバに非常に少ない相対量のＴｌＩしか残さないことによって、ランプは調光範囲全体において同じＣＣＴおよび色相を実質的に維持する、すなわち、調光範囲全体において白色を保持することによって、排除される。

表３に、３０００Ｋ相関色温度ランプの放電チャンバが含むＴｌＩのモル分率（ｍｏｌ％）と、定格電力下でのＣＣＴと５０％に調光したときのＣＣＴとの差ΔＴｃ（Ｋ）との関係を示す。ＴｌＩのモル分率（ｍｏｌ％）は、放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量との比を表す。

図７は、表３に対応したＴｌＩのモル分率（ｍｏｌ％）とΔＴｃ（Ｋ）との関係を示すグラフである。図７に示すグラフより、ＴｌＩのモル分率の増加に伴いΔＴｃが増加していることが分かる。ΔＴｃの増加に伴い、ユーザは色または色相の変化を感じる割合が多くなるが、ΔＴｃが約５００Ｋ以下であれば、ユーザは色または色相の変化を感じることはない。このため、ΔＴｃが約５００Ｋ以下となるようにＴｌＩのモル分率を調整することが望ましい。図７に示すグラフより、ΔＴｃが約５００Ｋ以下となるＴｌＩのモル分率は５（ｍｏｌ％）以下であることがわかる。

また、相対的に低い相関色温度（２７００Ｋ〜３７００Ｋ）を得るためには、ハロゲン化ナトリウムの比率を増やす必要がある。しかし、ハロゲン化ナトリウムの比率を増やすとＤｕｖの値は絶対値の大きな負の値となる。つまり、色味が赤っぽくなり好ましくない光色になる。このＤｕｖの値を補正する（すなわち光色を補正する）ためには、ＴｌＩのモル分率を０．５（ｍｏｌ％）以上にする必要がある。

以上の結果から、本発明の実施の形態のセラミック放電チャンバ２０が含むＴｌＩのモル量は、セラミック放電チャンバ２０内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％に設定される。セラミック放電チャンバ２０が含むＴｌＩのモル量は、セラミック放電チャンバ２０内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％であればよく、１つの実施例ではＴｌＩのモル量はすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜２％あるいは０．５％〜４％に設定され得る。

本発明によれば、放電チャンバ内に存在するヨウ化タリウムのモル量は、放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％に設定される。これにより、相対的に低い相関色温度（２７００Ｋ〜３７００Ｋ）を得ることができ、且つ調光下においてもユーザが色または色相の変化を感じることのないメタルハライドランプを提供することができる。

このように本発明は、調光下で使用され得るメタルハライドランプにおいて特に有用である。

本発明を実施形態を参照して記載してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱せずに形態および詳細を変更し得ることが当業者に理解される。

本発明の、選択された構成のセラミック放電チャンバを有するメタルハライドランプの一部断面を示す側面図である。 図１の放電チャンバの拡大断面図である。 図１のランプおよび典型的な従来のランプの１００時間光度測定に対する相関色温度（ＣＣＴ）の変化対ランプ電力損失の変化のグラフである。 図１のランプおよび典型的な従来のランプの１００時間光度測定に対する演色評価数（ＣＲＩ）の変化対ランプ電力損失の変化のグラフである。 図１のランプおよび典型的な従来のランプの１００時間光度測定に対するワット当たりのルーメン（ＬＰＷ）単位のランプ効率の変化対ランプ電力損失の変化のグラフである。 図１のランプおよび典型的な従来のランプの１００時間光度測定に対する黒体放射体の放射からのランプ放射のずれの変化対ランプ電力損失の変化のグラフである。 ＴｌＩのモル分率（ｍｏｌ％）と調光下でのＣＣＴの変化量ΔＴｃ（Ｋ）との関係を示す図。

符号の説明

２０ セラミック放電チャンバ
２１ａ、２１ｂ 細管
２２ａ、２２ｂ ディスク
２５ 多結晶アルミナ管
２６ａ、２６ｂ 相互接続ワイヤ
２７ａ、２７ｂ ガラスフリット
２９ａ、２９ｂ モリブデン導出ワイヤ
３１ａ、３１ｂ 主電極シャフト
３２ａ、３２ｂ 電極コイル
３４ａ、３４ｂ モリブデンコイル

Claims (12)

1. 内部に一対の電極が設けられた放電チャンバと、
   前記放電チャンバ内に封入されたイオン化物質と
   を含み、
   前記イオン化物質は、ハロゲン化マグネシウムおよびハロゲン化ナトリウムを少なくとも含むハロゲン化金属と、希土類ハロゲン化物と、ヨウ化タリウムとを含み、
   前記ヨウ化タリウムのモル量は、前記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜５％である、メタルハライドランプ。
2. 前記放電チャンバは、多結晶アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、およびサファイアのうちの１つ以上を含む壁を有する、請求項１に記載のメタルハライドランプ。
3. 前記放電チャンバは、可視光透過壁を有するエンベロープに収納され、前記エンベロープの端部には口金が設けられており、前記放電チャンバと前記口金とは電気的に接続されている、請求項１に記載のメタルハライドランプ。
4. 前記希土類ハロゲン化物は、ジスプロシウム、ホルミウム、ツリウム、セリウム、プラセオジム、スカンジウム、ネオジム、ユーロピウム、ルテチウムおよびランタンのうちの１つ以上の希土類元素のハロゲン化物である、請求項１に記載のメタルハライドランプ。
5. 前記放電チャンバ内に存在するハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化マグネシウムおよび前記希土類ハロゲン化物の全モル量は、前記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の９５％〜９９．５％である、請求項１に記載のメタルハライドランプ。
6. 前記放電チャンバは、多結晶アルミナを含む壁を有する、請求項２に記載のメタルハライドランプ。
7. 前記エンベロープ内において前記放電チャンバの周りに位置し、かつ可視光透過壁を有するシュラウドをさらに含む、請求項３に記載のメタルハライドランプ。
8. 前記エンベロープ内には３００ｍｍＨｇより大きい圧力の窒素ガス雰囲気が封入されている、請求項３に記載のメタルハライドランプ。
9. 前記放電チャンバ内に存在するジスプロシウムのハロゲン化物は、前記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０％〜２０％のモル量を有する、請求項４に記載のメタルハライドランプ。
10. 前記ヨウ化タリウムは、前記放電チャンバ内に、前記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜４％のモル量で含まれる、請求項１に記載のメタルハライドランプ。
11. 前記ヨウ化タリウムは、前記放電チャンバ内に、前記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の０．５％〜２％のモル量で含まれる、請求項１に記載のメタルハライドランプ。
12. 前記放電チャンバ内に存在するジスプロシウム、ホルミウム、ツリウム、ナトリウムおよびマグネシウムのハロゲン化物の全モル量は、前記放電チャンバ内に存在するすべてのハロゲン化物の全モル量の９５％〜９９．５％である、請求項４に記載のメタルハライドランプ。

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