专利名称：金属卤化物灯以及采用该金属卤化物灯的照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属卤化物灯以及采用该金属卤化物灯的照明装置。特别地，本发明涉及用于在能够变暗的陶瓷金属卤化物灯中获得所需显色性和防止细管破裂的技术。
背景技术：
近来，从节约能源的角度出发，需要能够变暗的金属卤化物灯。具体地，就是能够在高的灯功率(额定功率)下正常照明，而当不需要那么多光时，具有在较低的灯功率下照明的功能的那种灯。
在由透明陶瓷制成其封套的金属卤化物灯(下文中称为“陶瓷金属卤化物灯”)中，封入各种不同类型的稀土金属卤化物，例如卤化镝、卤化铥、卤化钬、卤化铈和卤化镨。该封套由其中设有一对电极的主管，以及设在主管两端部两个细管构成。在每个细管中，插有其顶部设有相应的一个电极的馈电线。
当利用变暗控制功能点亮这样一个陶瓷金属卤化物灯时，在低的灯功率下点亮该灯的情况与在高的灯功率下点亮该灯的情况之间，色温(K)是不同的。这以下面的方式出现。当在低灯功率下点亮陶瓷金属卤化物灯时，电弧管中的最冷部位(coolest spot)的温度变得低于当在高灯功率下点亮该灯时电弧管中的最冷部位的温度，因而每个发光材料的蒸气压力变得低于在高灯功率下发光材料的蒸气压力。然而，对于每个发光金属，蒸气压力降低的比率时不同的，因此光发射谱的分布将改变。例如，对于传统的150W灯功率、其中封入作为发光材料的碘化镝(DyI3)、碘化铥(TmI3)、碘化钬(HoI3)和碘化铊(TlI)的陶瓷金属卤化物灯，色温为4300K，Duv(距黑体轨迹的色度坐标的位移(u，v))为0。当在60％的变暗控制(即，90W灯功率)的条件下点亮该传统的灯时，色温为5100K且Duv为20。这是由于对碘化铊而言，蒸气压力的降低比率比碘化镝、碘化铥和碘化钬的小。
鉴于此，提出了使用卤化镁而非碘化铊的陶瓷金属卤化物灯，以实现当在低灯功率下点亮该灯时，每种发光材料的蒸气压力的均匀降低(例如专利文献1日本公开专利申请No.2002-42728)。
本发明的发明者，考虑到该专利文献1，提出并评价了包含将碘化镁(MgI2)取代碘化铊作为发光材料，再加上碘化镝、碘化铥和碘化钬的陶瓷金属卤化物灯。这些陶瓷金属卤化物灯具有150W的最大灯功率和90W的最小灯功率。
应当注意的是碘化镁的含量被控制在金属卤化物的总摩尔量的5％-50％。
对这样产生的灯进行寿命测试，通过以150W的最大灯功率点亮它们，而不进行变暗控制。其结果在某种程度上是出乎意料的，该灯在开始发光后经过4500小时后停止发光，而该灯的额定寿命是9000小时。在检查原因的过程中，在细管靠近主管的一端处发现裂缝。因此，可以认为是由于这些裂缝产生的泄露导致该灯不发光。此外，这些裂缝被认为以下述方式在靠近主管的细管的一端处产生。在靠近主管的细管的一端的内表面，构成细管的陶瓷与将要被腐蚀的发光材料(即发光金属)起反应。结果，陶瓷失去其机械强度。因此，在专利文献1中披露的发光材料的选择和构成，被认为促进了发光材料和陶瓷之间的反应，由此导致细管产生裂缝。
然而，对于如专利文献1中所披露的发光材料的选择而言，没有实际的替代物被封入能够变暗的陶瓷金属卤化物灯中。降低发光材料的含量也被考虑用以限制与陶瓷的反应。但是，这也不是一个实用的方法，因为它降低在灯照明过程中每种发光材料的蒸气压力，这将有损所需的显色性。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种防止产生不发光现象并实现所需显色性的可变暗的金属卤化物灯，该不发光现象是由于在细管处出现的裂缝而导致的电弧管的泄露而产生的，其中该金属卤化物灯包括稀土金属卤化物、卤化钠和卤化镁，该稀土金属卤化物至少为卤化镝、卤化铥、卤化钬、卤化铈和卤化镨其中之一，且该卤化镁至少为碘化镁、溴化镁其中之一。
本发明的金属卤化物灯是一种能够变暗的金属卤化物灯，其具有包括有透明陶瓷制成的封套、一对电极和金属卤化物的电弧管，该金属卤化物包括稀土金属卤化物、卤化钠以及卤化镁，该稀土金属卤化物至少为卤化镝、卤化铥、卤化钬、卤化铈和卤化镨其中之一，且该卤化镁至少为碘化镁、溴化镁其中之一，其中当最大灯功率P(W)处于70W至250W的范围内时，满足下述关系0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0，其中A(mg)为除去卤化汞(若有的话)的金属卤化物的总含量；B(mol％)为卤化镁与除去卤化汞(若有的话)的金属卤化物的含量比。
特别是，由电极杆和设在该电极杆的顶端的电极线圈构成的一对电极中的任一个，以及其中C(mm)表示电极杆的直径，满足下面的关系0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171。
根据本发明的金属卤化物灯的上述结构，能够防止不发光现象并实现所需的显色性，该不发光现象是由于在细管处出现的裂缝而导致的电弧管的泄露而产生的。
此外，根据本发明的照明装置具有这样的结构，其中上述金属卤化物灯被纳入照明设备中。
根据本发明的照明装置的上述结构，能够实现所需的显色性并防止其灯的不发光现象的出现。
本发明这些和其它的目的、优点和特性将通过下面的说明书结合描绘了本发明具体实施例的附图而变得显而易见。图中图1为根据本发明一实施例的能够变暗的金属卤化物灯(下文中为“可变暗的金属卤化物灯”)的前部的局部截面图；图2为用于该可变暗的金属卤化物灯中的电弧管的前部截面图；图3为用于该可变暗的金属卤化物灯的电弧管的主要部分的放大截面图；图4为腐蚀深度d(mm)与总含量A(mg)之间的关系图；图5为腐蚀深度d(mm)与含量比B(mol％)之间的关系图；以及图6为根据本发明一实施例的照明装置的前部的局部截面图。
具体实施例方式
下面参照附图描述本发明的最佳实施方式。
图1示出了根据本发明一实施例的可变暗的金属卤化物灯1。如图1所示，金属卤化物灯1包括外管3(例如由硬质玻璃制成)，其一端封闭且基本呈半球形，其另一端由管座2密封；灯头4(例如E型灯头)连接至由管座2密封的外管3的一端；电弧管5设置在外管3内部；由石英玻璃制成的套筒6呈管状。套筒6插入在外管3和电弧管5之间，从而防止在电弧管5破裂时外管3破裂。
金属卤化物灯1具有标准的150W的额定功率(即最大灯功率)以及在变暗控制的情况下所使用的90W的最小灯功率。这意味着在变暗控制的情况下，功率能够降至额定功率的60％。例如，金属卤化物灯1能被用作诸如商店中的室内照明。
管座2设有两条管座线7和8。每条管座线7(8)的一端被引入外管3。管座线7的端部通过能量供应线9电连接且机械连接至电弧管5的外引线10。管座线8的端部被电连接且机械连接至电弧管5的外引线11。外引线10和11将在后面介绍。这意味着电弧管5通过管座线7和8以及能量供应线9固定在外管3中。管座线7的另一端电连接至灯头4的金属圈部件13，管座线8的另一端电连接至灯头4的外壳部件12。
应当注意的是每条管座线7(8)通常为通过结合许多条金属丝而制成的元件。
外管3中封入氮气。但是，外管3可被排空而不封有氮气。
灯头4不限于E型，并可替换地为呈针状的P型。
电弧管5包括由例如多晶氧化铝的透明陶瓷制成的封套19。如图2所示，封套19由主管17和两个细管18构成。主管17包括基本呈管状的第一管状部分14；分别形成在第一管状部分14两端的两个锥形部分15；以及呈管状的两个第二管状部分16，其直径比第一管状部分14小，并分别形成在锥形部分15的开口端。每个细管18收缩装配在相应的第二管状部分16之一的一端。
在上述例子的封套19中，主管17和细管18单独形成，然后通过收缩装配形成一整体。但是，封套19并不限于此结构，可替代的是该封套19可以是整体形成主管和细管的一个整体。换言之，封套19可以是这样的其主管和细管同时形成为一个整体部件。此外，主管17被描述为具有第一管状部分14、锥形部分15和第二管状部分16。但是，主管17不限于上述形状，且可以是任何常用形状，例如简单的管状以及仅其两端呈半球形的管状。此外，封套的材料不限于多晶氧化铝。例如，封套19可以由例如钇铝石榴石(YAG)、氧化钇和氧化锆的透明陶瓷制成。
如图1中所示，电弧管5设有相邻耐热材料(adjacent material flame)20，其设置在邻近或接触主管17的外表面之处。该相邻耐热材料20的端部分别围绕细管18。
将电弧管5的管壁负荷设为例如27W/cm2。
“管壁负荷”为通过将最大灯功率P(W)除以电弧管5的总的内表面面积所获得的值。此处“总的内表面面积”通过计算主管17的总的内表面面积，并在假设图2的电弧管5中不存在电极21的条件下，封闭(closing)贴近主管17的细管18的相应开口而获得。因此，以这种方式获得的电弧管5的总的内表面面积包含与由此封闭的细管18的开口相应的内表面面积。
如图2所示，一对电极21设置在主管17中，基本彼此相对。此外，作为发光材料的金属卤化物，作为缓冲气体的水银，作为启动辅助气体的稀有气体分别封入主管17。调节水银的含量以使在稳定发光周期期间产生预定电平的灯电压。例如，封入10mg的水银，以产生90V灯电压。启动辅助气体的一个例子是氩气，其含量设置在例如室温(25摄氏度)下为20kPa。不用说，该启动辅助气体可替换地可以是诸如氙气，或是氙气和氩气的混合气体。
每个电极21都由钨电极杆22和位于电极杆22的顶部的钨电极线圈23制成。电极21之间的距离“Le”为9mm至11mm(例如，10.0mm)。出于后面将详细描述的原因，需要满足0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171的关系，其中最大灯功率P(W)在70W至250W的范围之内，且电极杆22的直径为C(mm)(参见图3)。注意，最大灯功率P(W)相应于额定灯功率。
所封入的金属卤化物包括稀土金属卤化物、卤化钠以及卤化镁，该稀土金属卤化物为卤化镝、卤化铥、卤化钬、卤化铈以及卤化镨中的至少一种，卤化镁为碘化镁(MgI2)和溴化镁(MgBr2)中的至少一种。不用说，出于获得所需的显色性等的目的，也可加入众所周知的金属卤化物，例如碘化钙(CaI2)、碘化锂(LiI)、碘化铟(InI)和碘化钪(ScI3)。能够通过以合适的方式调节所述金属卤化物的选择和成分来获得所需的显色性。
出于后面将详细描述的原因，希望满足0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0的关系，其中最大灯功率P(W)在70W至250W的范围之内，金属卤化物的总含量(排除卤化汞，如果有的话)为A(mg)，且卤化镁与总金属卤化物(排除卤化汞，如果有的话)的含量比为B(mol％)。
注意，在上述关系中不考虑卤化汞的原因在于卤化汞实际上无助于光辐射。
每个细管18的尺寸为16.0mm-17.0mm(例如16.8mm)的长度L1；以及0.9mm-1.3mm(例如0.9mm)的材料厚度t1(参见图3)。如果材料厚度t1太厚，该细管18的热容变大，由此降低电弧管5的最冷部位的温度，并减小灯照明期间发光材料的蒸气压力。在这种情况下，担心平均显色指数(colorrendering index)Ra降低。相反，如果材料厚度t1太薄，则担心细管18由于灯运送过程中的碰撞而导致破裂等等。因此，希望细管18的材料厚度t1设置在0.9mm-1.3mm的范围内。
此外，部分馈电线24分别插入细管18。每条馈电线24都由通过烧结氧化铝(Al2O3)和钼(Mo)的混合物而获得的导电thermet制成。每条馈电线24的顶部都被连接至电极21的电极杆22。每条馈电线24位于相应细管18中的部分，基本上被相应的玻璃料24全部覆盖，该玻璃料24从细管18的距主管17较远的一端流向另一端，并流入细管18和馈电线24之间的空间中。例如，由相应玻璃料覆盖的每条馈电线24的部分的长度“L2”为3.35mm。位于细管18外部的馈电线24的部分分别电连接至外引线10和11。外引线10和11由例如铌制成。注意，图2中外引线11不是弯的。
线圈26，例如由钼制成，分别设置在细管18中，处于每个线圈26都紧紧围绕相应电极杆22的外表面的状态。每个线圈26都起到尽可能紧地填满相应细管18和相应电极杆22之间的空隙的作用，用于防止液态金属卤化物流入该空隙。每个线圈26的外径R1都被设置成略小于每个细管18的内径r1，从而能够为电极杆22和围绕在其上的相应线圈26的插入留有足够的空间，即使每个元件都存在尺寸变化。出于这种设计的考虑，在线圈26的纵轴与细管18的纵轴一致的前提下，在细管18和相应线圈26之间形成0.01mm-0.15mm的空隙。不用说，可以通过与细管18偏离地插入电极21，并且有时部分线圈26与细管18的内表面相接触。
由外引线10(或11)、电极21、馈电线24以及线圈26构成的电极组件不限于上述的材料和结构。也可以使用已知的各种不同类型的材料和结构。
如图1所示，套筒6由通过管座线7和8支撑其端部的金属板27和28所支承。但是，其它公知的装置也可用于支承套筒6。
下面详细描述被设置成满足0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0的关系的原因，其中最大灯功率P(W)在70W至250W的范围之内，金属卤化物的总含量(排除卤化汞，如果有的话)为A(mg)，且卤化镁与总金属卤化物(排除卤化汞，如果有的话)的含量比为B(mol％)。
基于根据本发明上述实施例的可变暗金属卤化物灯1分别制成灯a和b。灯a中密封有作为金属卤化物的碘化铥(TmI3)、碘化钬(HoI3)、碘化镁(MgI2)和碘化钠(NaI)，且碘化镁与总金属卤化物的含量比B设为27mol％。灯b中也密封有作为金属卤化物的碘化铥(TnI3)、碘化钬(HoI3)、碘化镁(MgI2)和碘化钠(NaI)，但是其碘化镁与总金属卤化物的含量比B设为40mol％。
利用公知的电子镇流器分别点亮灯a和b，并以150W的最大灯功率工作，并如表1所示通过改变金属卤化物的总含量A(mg)，观察到自灯开始照明后经过9000小时(下文中为“照明逝去时间”)后，由于电弧管5的泄露而导致出现不发光现象。注意，9000小时的照明逝去时间相应于灯的额定寿命。结果如表1所示。
在两个灯a和b中，细管18的材料厚度t1都为0.9mm。在细管18和相应线圈26之间形成的最大间隙g(图3)为0.10mm。以重复的周期方式点亮灯a和b，其中在每个周期中，两灯都亮5.5小时然后熄灭0.5小时。因此，照明逝去时间表示一个累积的照明的时间段。注意，在上述测试中，照明时的灯功率一直控制在150W，不存在变暗控制。
对于灯a，各金属卤化物的含量比(mol％)为TmI3∶HoI3∶MgI2∶NaI＝22∶5∶27∶46。而对于灯b，各金属卤化物的含量比(mol％)为TmI3∶HoI3∶MgI2∶NaI＝17∶3∶40∶40。每个灯a和b都被设为提供4300K的色温。同样，每个在后面将要描述的每个灯c和d被设为提供4300K的色温。
表1
如表1所示，在灯a中(含量比B＝27mol％)，当满足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的关系时(例如，总含量A为5.2mg和5.7mg)，通过9000小时的照明逝去时间没有灯出现由于电弧管5的泄露而造成的不发光现象。与此相反，当没有满足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的关系时(例如，总含量A为5.8mg)，通过9000小时的照明逝去时间(例如约4500小时的照明逝去时间)细管18靠近主管17的部分破裂，导致电弧管5的泄露。这样，灯a停止照明。
另一方面，在灯b(含量比B＝40mol％)中，当满足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的关系时(例如，总含量A为4.2mg和4.7mg)，通过9000小时的照明逝去时间没有灯出现由于电弧管5的泄露而造成的不发光现象。与此相反，当没有满足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的关系时(例如，总含量A为4.8mg)，通过9000小时的照明逝去时间(例如约4500小时的照明逝去时间)细管18靠近主管17的部分破裂，导致电弧管5的泄露。这样，灯b停止照明。
这样，能够肯定的是，在满足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的关系的条件下，通过9000小时的照明逝去时间不会出现由于电弧管5的泄露而导致的灯的不发光现象。
下面是出现上述结果的原因。
当没有满足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的关系时，在每一个样品灯中，在细管18靠近主管17的端部的内部发现相当大的腐蚀痕迹29。下面是出现腐蚀的原因。大量剩余的液态金属卤化物流入细管18和相应线圈26之间的间隙中，与构成细管18的多晶氧化铝发生反应。然后，随着照明时间的流逝，细管18的内部被深度腐蚀。结果，细管18被腐蚀了的部分丧失了大量机械强度，并由于灯的开/关而产生的热冲击而破裂。这就是该泄露的产生原因。相反，当满足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的关系时，在每一个样品灯中，在细管18靠近主管17的端部的内部也发现痕迹29。但是，该痕迹29的受腐蚀部分的深度“d”(mm)比上述情况小的多。这是因为在细管18和相应线圈26之间流动的液态金属卤化物的量非常小，因此与构成细管18的多晶氧化铝发生的反应也很小。因此，在灯的寿命期间，认为细管18的机械强度强到足够承受灯的开/关产生的热冲击。
作为参照，图4示出了对于每个值A(mg)(即金属卤化物的总含量)，在9000小时照明逝去时间时的腐蚀深度d(mm)。
从图4中清楚地看出，随着金属卤化物总含量A(mg)的增长，腐蚀深度d(mm)成正比地增长。图5示出了相应于卤化镁与总金属卤化物的含量比B(mol％)的改变，在9000小时照明逝去时间时的腐蚀深度d(mm)。注意到在图5中，金属卤化物的总含量A保持在5.2mg恒定。从图5中清楚地看出，随着卤化镁与总金属卤化物的含量比B(mol％)的增长，腐蚀深度d(mm)成正比地增长。
注意到在上述测试中使用了材料厚度t1为0.9mm的细管18。但是，已经证实的是当细管18的材料厚度t1处于常用的范围(例如，0.9mm至1.3mm)之内时，能够获得类似上述的结果。此外，在细管18和相应线圈26之间形成的最大间隙g为0.10mm。但是，如果最大间隙g处于0.01mm至0.15mm的范围内，例如，基于细管18的内径r1和线圈26的最大外径R1之间的关系，能够获得类似如上所述的结果。此外，已经证实了如果两个关系A＞＝0.021P+0.313和B＞＝10.0都被满足，而不考虑每种组分的含量比的话，能够获得上述结果。
如表2所示，生产分别具有4.0mg、3.5mg和3.4mg的总含量的灯，该值甚至小于用于灯a(5.2mg)的最小总含量A。利用公知的电子镇流器点亮所生产的每种类型灯，以150W的额定灯功率(最大灯功率)和额度灯功率150W的60％(90W的最小灯功率)工作，测量到色温差ΔT。(下文中，以最大灯功率照明的灯的情况被称为“(在/以/处于)(at/in/under)最大照明”，以90W的最小灯功率照明的灯的情况被称为“(在/以/处于)变暗控制条件下的照明”)，此处，色温差ΔT通过求在100小时照明逝去时间时的色温(K)与在9000小时照明逝去时间时的色温(K)之间的差获得。所测得的色温差ΔT在表2中示出。
评价际准为ΔT＜＝400K，当ΔT处于该范围之内时，难以通过视觉观测识别色温差。在本次测试中，以重复的周期点亮这些灯，其中在每个周期中，灯亮5.5小时然后熄灭0.5小时。因此，照明时间显示出累积的照明的时间段。注意到在上述测试中，最大灯功率一直被设置在150W，处于变暗控制下的灯功率一直被设置在90W。
表2
如表2所示，在最大灯功率和处于变暗控制条件下的色温差ΔT相同。当满足A＞＝0.021×150+0.313的关系(例如，当总含量A为4.0mg或3.5mg)时，色温差ΔT满足上述评价标准。与之相反，当不满足A＞＝0.021×150+0.313的关系(例如，当总含量A为3.4mg)时，色温差ΔT降到上述评价标准之下。
根据该结果，证实当金属卤化物的总含量A满足A＞＝0.021×150+0.313的关系时，能够限制色温随着照明时间的流逝而改变。
该结果被认为归因于下面的原因。
当金属卤化物的总含量A不满足A＞＝0.021×150+0.313的关系时，表明在初始阶段时金属卤化物的总含量A很少。在最大照明状态下，由于与构成封套19的陶瓷发生反应，有助于光发射的发光金属的数量降低，因此金属卤化物的总含量A在数量上变得太低。因而在稳定照明状态下，导致了各发光材料产生的蒸气压力的短缺。此外，在处于变暗控制的照明中，电弧管5的最冷部位的温度变低，反过来增加了沉入细管18的金属卤化物的数量。结果，有助于光发射的发光金属的数量下降。因此在这种情况下，金属卤化物的总含量A在上述情况下的数量太低，于是导致在稳定照明时各发光材料产生的蒸气压力短缺。另一方面，当金属卤化物的总含量A满足A＞＝0.021×150+0.313的关系时，金属卤化物的总含量A处于一个合适的水平上，从而在稳定照明时获得足够数量的来自发光材料的蒸气压力。
然后，基于根据本发明上述实施例的可变暗的金属卤化物灯1制成一些灯c。灯c中密封有作为金属卤化物(共4.0mg)的碘化铥(TmI3)、碘化钬(HoI3)、碘化镁(MgI2)和碘化钠(NaI)。利用公知的电子镇流器分别点亮这些灯c，并以150W的最大灯功率工作，通过改变碘化镁与总金属卤化物的含量比B(mol％)，检测到Duv(距黑体轨迹的色度坐标的位移(u，v))。结果在表3中示出。
注意到评价标准为“-10.0或以上”的Duv。这是由于在该范围内，已经证实在由人眼能够识别的色度的试验中，人眼能够将该颜色识别为白色。
表3
如表3所示，当含量比B为10.0mol％或更多(例如10.0mol％、17.0mol％、27.0mol％和37.0mol％)时，Duv的值满足上述评价标准。与之相反，当含量比B低于10.0mol％(例如9.0mol％)时，Duv的值降至上述评价标准之下，其表明人眼能够将灯的颜色识别为红白色。
根据上述结果，已经证实当碘化镁与总金属卤化物的含量比B(mol％)满足B＞＝10.0的关系时，获得了人眼不会识别为红白色的白色。
该结果被认为归因于下面的原因。
当碘化镁与总金属卤化物的含量比B(mol％)没有满足B＞＝10.0的关系时，与其它金属卤化物的含量相比，碘化镁的含量太少。因此，碘化镁的光发射谱变得太窄。相反，当碘化镁与总金属卤化物的含量比B(mol％)满足B＞＝10.0的关系时，碘化镁的含量与其它金属卤化物的含量相比是合适的，由此获得发光材料之间的光发射谱的适当的平衡。
总之，当满足0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0的关系时，金属卤化物的总含量为A(mg)且碘化镁与总金属卤化物的含量比为B(mol％)，产生了下面的效果。即，限制了伴随着照明时间的流逝色温的改变，获得了所希望的显色性(某种程度上获得人眼无法识别红白色的颜色)，并防止了由于电弧管5的泄露导致的不发光。
下面将描述限定电极杆的直径C(mm)满足0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171的关系的原因。
基于根据本发明上述实施例的可变暗金属卤化物灯1制成灯d。灯d中密封有作为金属卤化物的碘化铥(TmI3)、碘化钬(HoI3)、碘化镁(MgI2)和碘化钠(NaI)。通过改变电极杆22的直径C(mm)，利用已知的电子镇流器分别点亮灯d。灯d以150W的最大灯功率(最大照明)照明和处于变暗控制之下，即，以150W额定灯功率的60％(90W的最小灯功率)照明。在上述条件下，检测到9000小时照明逝去时间的光通量保持因数(％)和在灯的寿命之前出现的不发光现象。表4示出该结果。
注意到根据电极杆22的直径C的改变，当将保持其材料厚度t1不变(0.9mm)时，细管18的内径r1发生改变。同样在此测试中，金属卤化物的总含量A为4.0mg，各金属卤化物的含量比(mol％)为TmI3∶HoI3∶MgI2∶NaI＝25∶5∶22∶48。
还在此测试中，以重复的周期点亮灯d，其中在每个周期中，灯亮5.5小时然后熄灭0.5小时。因此，照明逝去时间表示一个累积的照明的时间段。注意到最大灯功率总是控制在150W，且在变暗控制下的灯功率总是控制在90W。但是，总是在150W的额定灯功率下测量光通量。
此处，光通量保持因数由在9000小时的照明逝去时间时的光通量的比率(％)表示，其中在100小时的照明逝去时间时的光通量(lm)设为100。另外，从实用的角度出发，评价标准被设为60％或以上。
表4
如表4所示，在灯d中，当满足0.0018×150+0.190＞＝C＞＝0.0011×150+0.171的关系时(例如，0.34mm，0.40mm和0.46mm)，处于最大照明和变暗控制条件下，9000小时照明逝去时间时的光通量保持因数为60％或以上，其满足上述评价标准并且没有出现不发光现象。与之相反，当不满足0.0018×150+0.190＞＝C＞＝0.0011×150+0.171的关系时(例如，0.30mm)，在最大照明条件下电弧管5的内表面大幅变黑。另外，在9000小时照明逝去时间时的光通量保持因数低于60％，其低于上述评价标准。此外，在最大照明条件下，即使在额定寿命期间也产生了不发光现象。而且，当电极杆的直径C为0.47mm时，例如，在最大照明和变暗控制中的任一条件下，在额定寿命期间都没有出现不发光现象。但是，在变暗控制条件下，电弧管5的内表面大大变黑，在9000小时照明逝去时间时的光通量保持因数低于60％，其无法满足上述评价标准。
这样，证实当电极杆22的直径C(mm)满足0.0018×150+0.190＞＝C＞＝0.0011×150+0.171的关系时，光通量保持因数不再降低并抑制在额定寿命期间出现不发光现象。
该结果被认为归因于下面的原因。
当电极杆22的直径C(mm)高于0.0018×150+0.190的值时，在变暗控制条件下流过电极杆22的电流的电流密度下降，以降低各电极21顶部的温度。在各电极21的顶部温度的降低是最有效的。结果，其变得能够维持各电极21的顶部整个表面的放电。根据此现象，在各电极21的顶部趋于产生尖端放电。在尖端放电出现过程中，仅尖端放电的尖端将具有极高的热量，从而大量蒸发构成电极21的钨。然后该蒸发的钨附着至电弧管5的内表面，以降低由电弧管5发射至外部的光的数量。相反，当电极杆22的直径C(mm)低于0.0011×150+0.171的值时，在最大照明条件下流过电极杆22的电流的电流密度变高，导致各电极21的顶部的温度变得极高。结果，构成电极21的大量钨将蒸发附着至电弧管5的内表面，以降低由电弧管5发射至外部的光的数量。此外，在额定寿命期间灯d的不发光现象的原因被认为如下。由于温度极快增长，电极杆22扭曲变形以增大电极21之间的距离Le。相反，当满足0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171的关系时，在最大照明和变暗控制的条件下，电极21维持着适当的温度。
在上面的测试中，在60％的额定灯功率处进行变暗控制。但是，已经证实至少在60％至100％的额定灯功率的范围内进行变暗控制时，可获得与上述相同的结果。此外，在上面的测试中，最大灯功率P为150W。但是，在最大灯功率P在70W至250W的范围内，已经进行了类似的测试，并且可得到与上述类似的结果。因此，如果0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171的关系得到满足，其中最大灯功率P在70W至250W的范围内，可以认为光通量保持因数不再下降且灯的不发光现象的出现得到抑制。
在上述实施例中，所采用的稀土金属卤化物为碘化镝、碘化铥和碘化钬的组合。但是，稀土金属卤化物不限于这一组合，且至少下面的稀土金属卤化物卤化镝、卤化铥、卤化钬、卤化铈和卤化镨的其中之一可用于获得与上述相同的效果。不用说，稀土金属卤化物可以为碘化物或溴化物。或者，稀土金属卤化物可同时包括碘化物和溴化物。
此外，只有碘化钠作为卤化钠用于此实施例中。但是，如果仅有溴化钠(BrNa)作为卤化钠被使用，或者碘化钠和溴化钠都被使用也可获得如上所述的效果。
不用说，如果添加公知的金属卤化物到这些金属卤化物中用于获得所需显色性等，也可获得如上所述的效果，其中该公知的金属卤化物包括碘化钙(CaI2)、碘化锂(LiI)、碘化铟(InI)和碘化钪(ScI3)。
在所述实施例中，封套19的主管17包括第一管状部分14、锥形部分15以及第二管状部分16。但是，如果主管17呈任何其它常用的形状，如简单的管状以及仅其两端呈半球形的管状，也能够得到与上述相同的效果。此外，在所述实施例中用于封套19的材料为多晶氧化铝。但是，如果封套19由诸如钇铝石榴石(YAG)、氧化钇和氧化锆的透明陶瓷制成，也能够得到与上述相同的效果。
在所述实施例中，在最大灯功率下灯的照明的过程中，将管壁负荷设在27W/cm2。但是，如果灯在最大灯功率下照明的过程中将管壁负荷设在20W/cm2至38W/cm2的范围之内，也能够得到与上述相同的效果。但是，为了有效地抑制灯的不发光以使在达到额定寿命之前增加灯电压，并且为了防止显色性和灯效降低，将管壁负荷设在25W/cm2至30W/cm2的范围之内最佳。
此外，在所述实施例的金属卤化物灯1中，电弧管5位于设有灯头4的外管3中。但是，如果电弧管5采用其它公知的诸如PAR型的金属卤化物灯，也能够得到与上述相同的效果。
下面描述根据本发明的照明装置。如图6所示，通过被附着在顶板上或类似物上而使用该照明装置，其包括照明设备34；根据本发明实施例的金属卤化物灯1；以及电子镇流器35。照明设备34包括具有类似伞的形状的并被纳入顶板30内的反射器31；平板状基座32，其连接至反射器31的底部；连接至反射器31的内底的插座33。金属卤化物灯1设在照明设备34的插座33上。电子镇流器35在与反射器31相分离的位置处连接至基座32。
注意，根据使用和使用条件以适当的方式设计反射器31的反射面36的形状和类似特性。
电子镇流器35为常用的电子镇流器。
如上所述，本发明的照明装置采用了如上所述的本发明的金属卤化物灯。因此，该照明装置能够获得所需显色性，并且几乎不产生灯的不发光现象。
已经解释了通过附着在顶板上使用该照明装置。但是，该照明装置也可被用作其它类型的室内照明、商店照明和户外照明。该照明装置的使用范围不被特别限定。此外，根据该照明装置的使用，可以使用各种类型的常用的照明设备和电子镇流器。
本发明在工业上是实用的。例如，本发明适用于任何类型的能够变暗的金属卤化物灯，也适用于采用该金属卤化物灯的任何照明装置。根据本发明，能够防止由出现在细管的裂缝而产生的电弧管的泄露导致的不发光现象，以及实现所需的显色性。因此，本发明在工业上具有很大的实用价值。
尽管已经通过参照附图的实施例的方式详细描述了本发明，但应当注意，对本领域技术人员而言各种变化和修改是显而易见的。因此，除非另有脱离本发明的范围的变化和修改，否则可把这些变化和修改看作包含在文中。
权利要求
1.一种能够变暗的金属卤化物灯，其具有包括由透明陶瓷制成的封套、一对电极和金属卤化物的电弧管，该金属卤化物包括稀土金属卤化物、卤化钠以及卤化镁，该稀土金属卤化物至少为卤化镝、卤化铥、卤化钬、卤化铈和卤化镨其中之一，且该卤化镁至少为碘化镁和溴化镁其中之一，其中，当最大灯功率P(W)处于70W至250W的范围内时，满足下述关系0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0，其中A(mg)表示若存在卤化汞的话除去卤化汞的金属卤化物的总含量；B(mol％)表示卤化镁与若存在卤化汞的话除去卤化汞的金属卤化物的含量比。
2.根据权利要求1的金属卤化物灯，其中，每对电极由电极杆和设在该电极杆的顶端的电极线圈构成，以及其中C(mm)表示电极杆的直径，满足下面的关系0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171。
3.一种照明装置，包括如权利要求1和2中任一所述的金属卤化物灯。
全文摘要
提供一种能够变暗并实现所需显色性的金属卤化物灯，其防止由于在细管处出现的裂缝而导致的电弧管的泄露而产生的不发光现象。该金属卤化物灯具有包括有透明陶瓷制成的封套、一对电极和金属卤化物的电弧管，该金属卤化物包括稀土金属卤化物、卤化钠以及卤化镁，该稀土金属卤化物至少为卤化镝、卤化铥、卤化钬、卤化铈和卤化镨其中之一，且该卤化镁至少为碘化镁和溴化镁其中之一，其中当最大灯功率P(W)处于70W至250W的范围内时，满足下述关系0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.3 13，且B＞＝10.0，其中A(mg)为若存在卤化汞的话除去卤化汞的金属卤化物的总含量；B(mol％)为卤化镁与金属卤化物的含量比。
文档编号F21Y101/00GK1801453SQ200510109809
公开日2006年7月12日 申请日期2005年8月5日 优先权日2004年8月6日
发明者太田勋, 武田一男, 阪本和重 申请人:松下电器产业株式会社