專利名稱：金屬鹵化物燈以及采用該金屬鹵化物燈的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬鹵化物燈以及采用該金屬鹵化物燈的照明裝置。特別地，本發(fā)明涉及用于在能夠變暗的陶瓷金屬鹵化物燈中獲得所需顯色性和防止細(xì)管破裂的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近來(lái)，從節(jié)約能源的角度出發(fā)，需要能夠變暗的金屬鹵化物燈。具體地，就是能夠在高的燈功率(額定功率)下正常照明，而當(dāng)不需要那么多光時(shí)，具有在較低的燈功率下照明的功能的那種燈。
在由透明陶瓷制成其封套的金屬鹵化物燈(下文中稱為“陶瓷金屬鹵化物燈”)中，封入各種不同類型的稀土金屬鹵化物，例如鹵化鏑、鹵化銩、鹵化鈥、鹵化鈰和鹵化鐠。該封套由其中設(shè)有一對(duì)電極的主管，以及設(shè)在主管兩端部?jī)蓚€(gè)細(xì)管構(gòu)成。在每個(gè)細(xì)管中，插有其頂部設(shè)有相應(yīng)的一個(gè)電極的饋電線。
當(dāng)利用變暗控制功能點(diǎn)亮這樣一個(gè)陶瓷金屬鹵化物燈時(shí)，在低的燈功率下點(diǎn)亮該燈的情況與在高的燈功率下點(diǎn)亮該燈的情況之間，色溫(K)是不同的。這以下面的方式出現(xiàn)。當(dāng)在低燈功率下點(diǎn)亮陶瓷金屬鹵化物燈時(shí)，電弧管中的最冷部位(coolest spot)的溫度變得低于當(dāng)在高燈功率下點(diǎn)亮該燈時(shí)電弧管中的最冷部位的溫度，因而每個(gè)發(fā)光材料的蒸氣壓力變得低于在高燈功率下發(fā)光材料的蒸氣壓力。然而，對(duì)于每個(gè)發(fā)光金屬，蒸氣壓力降低的比率時(shí)不同的，因此光發(fā)射譜的分布將改變。例如，對(duì)于傳統(tǒng)的150W燈功率、其中封入作為發(fā)光材料的碘化鏑(DyI3)、碘化銩(TmI3)、碘化鈥(HoI3)和碘化鉈(TlI)的陶瓷金屬鹵化物燈，色溫為4300K，Duv(距黑體軌跡的色度坐標(biāo)的位移(u，v))為0。當(dāng)在60％的變暗控制(即，90W燈功率)的條件下點(diǎn)亮該傳統(tǒng)的燈時(shí)，色溫為5100K且Duv為20。這是由于對(duì)碘化鉈而言，蒸氣壓力的降低比率比碘化鏑、碘化銩和碘化鈥的小。
鑒于此，提出了使用鹵化鎂而非碘化鉈的陶瓷金屬鹵化物燈，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)在低燈功率下點(diǎn)亮該燈時(shí)，每種發(fā)光材料的蒸氣壓力的均勻降低(例如專利文獻(xiàn)1日本公開專利申請(qǐng)No.2002-42728)。
本發(fā)明的發(fā)明者，考慮到該專利文獻(xiàn)1，提出并評(píng)價(jià)了包含將碘化鎂(MgI2)取代碘化鉈作為發(fā)光材料，再加上碘化鏑、碘化銩和碘化鈥的陶瓷金屬鹵化物燈。這些陶瓷金屬鹵化物燈具有150W的最大燈功率和90W的最小燈功率。
應(yīng)當(dāng)注意的是碘化鎂的含量被控制在金屬鹵化物的總摩爾量的5％-50％。
對(duì)這樣產(chǎn)生的燈進(jìn)行壽命測(cè)試，通過(guò)以150W的最大燈功率點(diǎn)亮它們，而不進(jìn)行變暗控制。其結(jié)果在某種程度上是出乎意料的，該燈在開始發(fā)光后經(jīng)過(guò)4500小時(shí)后停止發(fā)光，而該燈的額定壽命是9000小時(shí)。在檢查原因的過(guò)程中，在細(xì)管靠近主管的一端處發(fā)現(xiàn)裂縫。因此，可以認(rèn)為是由于這些裂縫產(chǎn)生的泄露導(dǎo)致該燈不發(fā)光。此外，這些裂縫被認(rèn)為以下述方式在靠近主管的細(xì)管的一端處產(chǎn)生。在靠近主管的細(xì)管的一端的內(nèi)表面，構(gòu)成細(xì)管的陶瓷與將要被腐蝕的發(fā)光材料(即發(fā)光金屬)起反應(yīng)。結(jié)果，陶瓷失去其機(jī)械強(qiáng)度。因此，在專利文獻(xiàn)1中披露的發(fā)光材料的選擇和構(gòu)成，被認(rèn)為促進(jìn)了發(fā)光材料和陶瓷之間的反應(yīng)，由此導(dǎo)致細(xì)管產(chǎn)生裂縫。
然而，對(duì)于如專利文獻(xiàn)1中所披露的發(fā)光材料的選擇而言，沒有實(shí)際的替代物被封入能夠變暗的陶瓷金屬鹵化物燈中。降低發(fā)光材料的含量也被考慮用以限制與陶瓷的反應(yīng)。但是，這也不是一個(gè)實(shí)用的方法，因?yàn)樗档驮跓粽彰鬟^(guò)程中每種發(fā)光材料的蒸氣壓力，這將有損所需的顯色性。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種防止產(chǎn)生不發(fā)光現(xiàn)象并實(shí)現(xiàn)所需顯色性的可變暗的金屬鹵化物燈，該不發(fā)光現(xiàn)象是由于在細(xì)管處出現(xiàn)的裂縫而導(dǎo)致的電弧管的泄露而產(chǎn)生的，其中該金屬鹵化物燈包括稀土金屬鹵化物、鹵化鈉和鹵化鎂，該稀土金屬鹵化物至少為鹵化鏑、鹵化銩、鹵化鈥、鹵化鈰和鹵化鐠其中之一，且該鹵化鎂至少為碘化鎂、溴化鎂其中之一。
本發(fā)明的金屬鹵化物燈是一種能夠變暗的金屬鹵化物燈，其具有包括有透明陶瓷制成的封套、一對(duì)電極和金屬鹵化物的電弧管，該金屬鹵化物包括稀土金屬鹵化物、鹵化鈉以及鹵化鎂，該稀土金屬鹵化物至少為鹵化鏑、鹵化銩、鹵化鈥、鹵化鈰和鹵化鐠其中之一，且該鹵化鎂至少為碘化鎂、溴化鎂其中之一，其中當(dāng)最大燈功率P(W)處于70W至250W的范圍內(nèi)時(shí)，滿足下述關(guān)系0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0，其中A(mg)為除去鹵化汞(若有的話)的金屬鹵化物的總含量；B(mol％)為鹵化鎂與除去鹵化汞(若有的話)的金屬鹵化物的含量比。
特別是，由電極桿和設(shè)在該電極桿的頂端的電極線圈構(gòu)成的一對(duì)電極中的任一個(gè)，以及其中C(mm)表示電極桿的直徑，滿足下面的關(guān)系0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171。
根據(jù)本發(fā)明的金屬鹵化物燈的上述結(jié)構(gòu)，能夠防止不發(fā)光現(xiàn)象并實(shí)現(xiàn)所需的顯色性，該不發(fā)光現(xiàn)象是由于在細(xì)管處出現(xiàn)的裂縫而導(dǎo)致的電弧管的泄露而產(chǎn)生的。
此外，根據(jù)本發(fā)明的照明裝置具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中上述金屬鹵化物燈被納入照明設(shè)備中。
根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)所需的顯色性并防止其燈的不發(fā)光現(xiàn)象的出現(xiàn)。


本發(fā)明這些和其它的目的、優(yōu)點(diǎn)和特性將通過(guò)下面的說(shuō)明書結(jié)合描繪了本發(fā)明具體實(shí)施例的附圖而變得顯而易見。圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的能夠變暗的金屬鹵化物燈(下文中為“可變暗的金屬鹵化物燈”)的前部的局部截面圖；圖2為用于該可變暗的金屬鹵化物燈中的電弧管的前部截面圖；圖3為用于該可變暗的金屬鹵化物燈的電弧管的主要部分的放大截面圖；圖4為腐蝕深度d(mm)與總含量A(mg)之間的關(guān)系圖；圖5為腐蝕深度d(mm)與含量比B(mol％)之間的關(guān)系圖；以及圖6為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的照明裝置的前部的局部截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可變暗的金屬鹵化物燈1。如圖1所示，金屬鹵化物燈1包括外管3(例如由硬質(zhì)玻璃制成)，其一端封閉且基本呈半球形，其另一端由管座2密封；燈頭4(例如E型燈頭)連接至由管座2密封的外管3的一端；電弧管5設(shè)置在外管3內(nèi)部；由石英玻璃制成的套筒6呈管狀。套筒6插入在外管3和電弧管5之間，從而防止在電弧管5破裂時(shí)外管3破裂。
金屬鹵化物燈1具有標(biāo)準(zhǔn)的150W的額定功率(即最大燈功率)以及在變暗控制的情況下所使用的90W的最小燈功率。這意味著在變暗控制的情況下，功率能夠降至額定功率的60％。例如，金屬鹵化物燈1能被用作諸如商店中的室內(nèi)照明。
管座2設(shè)有兩條管座線7和8。每條管座線7(8)的一端被引入外管3。管座線7的端部通過(guò)能量供應(yīng)線9電連接且機(jī)械連接至電弧管5的外引線10。管座線8的端部被電連接且機(jī)械連接至電弧管5的外引線11。外引線10和11將在后面介紹。這意味著電弧管5通過(guò)管座線7和8以及能量供應(yīng)線9固定在外管3中。管座線7的另一端電連接至燈頭4的金屬圈部件13，管座線8的另一端電連接至燈頭4的外殼部件12。
應(yīng)當(dāng)注意的是每條管座線7(8)通常為通過(guò)結(jié)合許多條金屬絲而制成的元件。
外管3中封入氮?dú)?。但是，外?可被排空而不封有氮?dú)狻?br> 燈頭4不限于E型，并可替換地為呈針狀的P型。
電弧管5包括由例如多晶氧化鋁的透明陶瓷制成的封套19。如圖2所示，封套19由主管17和兩個(gè)細(xì)管18構(gòu)成。主管17包括基本呈管狀的第一管狀部分14；分別形成在第一管狀部分14兩端的兩個(gè)錐形部分15；以及呈管狀的兩個(gè)第二管狀部分16，其直徑比第一管狀部分14小，并分別形成在錐形部分15的開口端。每個(gè)細(xì)管18收縮裝配在相應(yīng)的第二管狀部分16之一的一端。
在上述例子的封套19中，主管17和細(xì)管18單獨(dú)形成，然后通過(guò)收縮裝配形成一整體。但是，封套19并不限于此結(jié)構(gòu)，可替代的是該封套19可以是整體形成主管和細(xì)管的一個(gè)整體。換言之，封套19可以是這樣的其主管和細(xì)管同時(shí)形成為一個(gè)整體部件。此外，主管17被描述為具有第一管狀部分14、錐形部分15和第二管狀部分16。但是，主管17不限于上述形狀，且可以是任何常用形狀，例如簡(jiǎn)單的管狀以及僅其兩端呈半球形的管狀。此外，封套的材料不限于多晶氧化鋁。例如，封套19可以由例如釔鋁石榴石(YAG)、氧化釔和氧化鋯的透明陶瓷制成。
如圖1中所示，電弧管5設(shè)有相鄰耐熱材料(adjacent material flame)20，其設(shè)置在鄰近或接觸主管17的外表面之處。該相鄰耐熱材料20的端部分別圍繞細(xì)管18。
將電弧管5的管壁負(fù)荷設(shè)為例如27W/cm2。
“管壁負(fù)荷”為通過(guò)將最大燈功率P(W)除以電弧管5的總的內(nèi)表面面積所獲得的值。此處“總的內(nèi)表面面積”通過(guò)計(jì)算主管17的總的內(nèi)表面面積，并在假設(shè)圖2的電弧管5中不存在電極21的條件下，封閉(closing)貼近主管17的細(xì)管18的相應(yīng)開口而獲得。因此，以這種方式獲得的電弧管5的總的內(nèi)表面面積包含與由此封閉的細(xì)管18的開口相應(yīng)的內(nèi)表面面積。
如圖2所示，一對(duì)電極21設(shè)置在主管17中，基本彼此相對(duì)。此外，作為發(fā)光材料的金屬鹵化物，作為緩沖氣體的水銀，作為啟動(dòng)輔助氣體的稀有氣體分別封入主管17。調(diào)節(jié)水銀的含量以使在穩(wěn)定發(fā)光周期期間產(chǎn)生預(yù)定電平的燈電壓。例如，封入10mg的水銀，以產(chǎn)生90V燈電壓。啟動(dòng)輔助氣體的一個(gè)例子是氬氣，其含量設(shè)置在例如室溫(25攝氏度)下為20kPa。不用說(shuō)，該啟動(dòng)輔助氣體可替換地可以是諸如氙氣，或是氙氣和氬氣的混合氣體。
每個(gè)電極21都由鎢電極桿22和位于電極桿22的頂部的鎢電極線圈23制成。電極21之間的距離“Le”為9mm至11mm(例如，10.0mm)。出于后面將詳細(xì)描述的原因，需要滿足0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171的關(guān)系，其中最大燈功率P(W)在70W至250W的范圍之內(nèi)，且電極桿22的直徑為C(mm)(參見圖3)。注意，最大燈功率P(W)相應(yīng)于額定燈功率。
所封入的金屬鹵化物包括稀土金屬鹵化物、鹵化鈉以及鹵化鎂，該稀土金屬鹵化物為鹵化鏑、鹵化銩、鹵化鈥、鹵化鈰以及鹵化鐠中的至少一種，鹵化鎂為碘化鎂(MgI2)和溴化鎂(MgBr2)中的至少一種。不用說(shuō)，出于獲得所需的顯色性等的目的，也可加入眾所周知的金屬鹵化物，例如碘化鈣(CaI2)、碘化鋰(LiI)、碘化銦(InI)和碘化鈧(ScI3)。能夠通過(guò)以合適的方式調(diào)節(jié)所述金屬鹵化物的選擇和成分來(lái)獲得所需的顯色性。
出于后面將詳細(xì)描述的原因，希望滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0的關(guān)系，其中最大燈功率P(W)在70W至250W的范圍之內(nèi)，金屬鹵化物的總含量(排除鹵化汞，如果有的話)為A(mg)，且鹵化鎂與總金屬鹵化物(排除鹵化汞，如果有的話)的含量比為B(mol％)。
注意，在上述關(guān)系中不考慮鹵化汞的原因在于鹵化汞實(shí)際上無(wú)助于光輻射。
每個(gè)細(xì)管18的尺寸為16.0mm-17.0mm(例如16.8mm)的長(zhǎng)度L1；以及0.9mm-1.3mm(例如0.9mm)的材料厚度t1(參見圖3)。如果材料厚度t1太厚，該細(xì)管18的熱容變大，由此降低電弧管5的最冷部位的溫度，并減小燈照明期間發(fā)光材料的蒸氣壓力。在這種情況下，擔(dān)心平均顯色指數(shù)(colorrendering index)Ra降低。相反，如果材料厚度t1太薄，則擔(dān)心細(xì)管18由于燈運(yùn)送過(guò)程中的碰撞而導(dǎo)致破裂等等。因此，希望細(xì)管18的材料厚度t1設(shè)置在0.9mm-1.3mm的范圍內(nèi)。
此外，部分饋電線24分別插入細(xì)管18。每條饋電線24都由通過(guò)燒結(jié)氧化鋁(Al2O3)和鉬(Mo)的混合物而獲得的導(dǎo)電thermet制成。每條饋電線24的頂部都被連接至電極21的電極桿22。每條饋電線24位于相應(yīng)細(xì)管18中的部分，基本上被相應(yīng)的玻璃料24全部覆蓋，該玻璃料24從細(xì)管18的距主管17較遠(yuǎn)的一端流向另一端，并流入細(xì)管18和饋電線24之間的空間中。例如，由相應(yīng)玻璃料覆蓋的每條饋電線24的部分的長(zhǎng)度“L2”為3.35mm。位于細(xì)管18外部的饋電線24的部分分別電連接至外引線10和11。外引線10和11由例如鈮制成。注意，圖2中外引線11不是彎的。
線圈26，例如由鉬制成，分別設(shè)置在細(xì)管18中，處于每個(gè)線圈26都緊緊圍繞相應(yīng)電極桿22的外表面的狀態(tài)。每個(gè)線圈26都起到盡可能緊地填滿相應(yīng)細(xì)管18和相應(yīng)電極桿22之間的空隙的作用，用于防止液態(tài)金屬鹵化物流入該空隙。每個(gè)線圈26的外徑R1都被設(shè)置成略小于每個(gè)細(xì)管18的內(nèi)徑r1，從而能夠?yàn)殡姌O桿22和圍繞在其上的相應(yīng)線圈26的插入留有足夠的空間，即使每個(gè)元件都存在尺寸變化。出于這種設(shè)計(jì)的考慮，在線圈26的縱軸與細(xì)管18的縱軸一致的前提下，在細(xì)管18和相應(yīng)線圈26之間形成0.01mm-0.15mm的空隙。不用說(shuō)，可以通過(guò)與細(xì)管18偏離地插入電極21，并且有時(shí)部分線圈26與細(xì)管18的內(nèi)表面相接觸。
由外引線10(或11)、電極21、饋電線24以及線圈26構(gòu)成的電極組件不限于上述的材料和結(jié)構(gòu)。也可以使用已知的各種不同類型的材料和結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，套筒6由通過(guò)管座線7和8支撐其端部的金屬板27和28所支承。但是，其它公知的裝置也可用于支承套筒6。
下面詳細(xì)描述被設(shè)置成滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0的關(guān)系的原因，其中最大燈功率P(W)在70W至250W的范圍之內(nèi)，金屬鹵化物的總含量(排除鹵化汞，如果有的話)為A(mg)，且鹵化鎂與總金屬鹵化物(排除鹵化汞，如果有的話)的含量比為B(mol％)。
基于根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的可變暗金屬鹵化物燈1分別制成燈a和b。燈a中密封有作為金屬鹵化物的碘化銩(TmI3)、碘化鈥(HoI3)、碘化鎂(MgI2)和碘化鈉(NaI)，且碘化鎂與總金屬鹵化物的含量比B設(shè)為27mol％。燈b中也密封有作為金屬鹵化物的碘化銩(TnI3)、碘化鈥(HoI3)、碘化鎂(MgI2)和碘化鈉(NaI)，但是其碘化鎂與總金屬鹵化物的含量比B設(shè)為40mol％。
利用公知的電子鎮(zhèn)流器分別點(diǎn)亮燈a和b，并以150W的最大燈功率工作，并如表1所示通過(guò)改變金屬鹵化物的總含量A(mg)，觀察到自燈開始照明后經(jīng)過(guò)9000小時(shí)(下文中為“照明逝去時(shí)間”)后，由于電弧管5的泄露而導(dǎo)致出現(xiàn)不發(fā)光現(xiàn)象。注意，9000小時(shí)的照明逝去時(shí)間相應(yīng)于燈的額定壽命。結(jié)果如表1所示。
在兩個(gè)燈a和b中，細(xì)管18的材料厚度t1都為0.9mm。在細(xì)管18和相應(yīng)線圈26之間形成的最大間隙g(圖3)為0.10mm。以重復(fù)的周期方式點(diǎn)亮燈a和b，其中在每個(gè)周期中，兩燈都亮5.5小時(shí)然后熄滅0.5小時(shí)。因此，照明逝去時(shí)間表示一個(gè)累積的照明的時(shí)間段。注意，在上述測(cè)試中，照明時(shí)的燈功率一直控制在150W，不存在變暗控制。
對(duì)于燈a，各金屬鹵化物的含量比(mol％)為TmI3∶HoI3∶MgI2∶NaI＝22∶5∶27∶46。而對(duì)于燈b，各金屬鹵化物的含量比(mol％)為TmI3∶HoI3∶MgI2∶NaI＝17∶3∶40∶40。每個(gè)燈a和b都被設(shè)為提供4300K的色溫。同樣，每個(gè)在后面將要描述的每個(gè)燈c和d被設(shè)為提供4300K的色溫。
表1

如表1所示，在燈a中(含量比B＝27mol％)，當(dāng)滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的關(guān)系時(shí)(例如，總含量A為5.2mg和5.7mg)，通過(guò)9000小時(shí)的照明逝去時(shí)間沒有燈出現(xiàn)由于電弧管5的泄露而造成的不發(fā)光現(xiàn)象。與此相反，當(dāng)沒有滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的關(guān)系時(shí)(例如，總含量A為5.8mg)，通過(guò)9000小時(shí)的照明逝去時(shí)間(例如約4500小時(shí)的照明逝去時(shí)間)細(xì)管18靠近主管17的部分破裂，導(dǎo)致電弧管5的泄露。這樣，燈a停止照明。
另一方面，在燈b(含量比B＝40mol％)中，當(dāng)滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的關(guān)系時(shí)(例如，總含量A為4.2mg和4.7mg)，通過(guò)9000小時(shí)的照明逝去時(shí)間沒有燈出現(xiàn)由于電弧管5的泄露而造成的不發(fā)光現(xiàn)象。與此相反，當(dāng)沒有滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的關(guān)系時(shí)(例如，總含量A為4.8mg)，通過(guò)9000小時(shí)的照明逝去時(shí)間(例如約4500小時(shí)的照明逝去時(shí)間)細(xì)管18靠近主管17的部分破裂，導(dǎo)致電弧管5的泄露。這樣，燈b停止照明。
這樣，能夠肯定的是，在滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的關(guān)系的條件下，通過(guò)9000小時(shí)的照明逝去時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)由于電弧管5的泄露而導(dǎo)致的燈的不發(fā)光現(xiàn)象。
下面是出現(xiàn)上述結(jié)果的原因。
當(dāng)沒有滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的關(guān)系時(shí)，在每一個(gè)樣品燈中，在細(xì)管18靠近主管17的端部的內(nèi)部發(fā)現(xiàn)相當(dāng)大的腐蝕痕跡29。下面是出現(xiàn)腐蝕的原因。大量剩余的液態(tài)金屬鹵化物流入細(xì)管18和相應(yīng)線圈26之間的間隙中，與構(gòu)成細(xì)管18的多晶氧化鋁發(fā)生反應(yīng)。然后，隨著照明時(shí)間的流逝，細(xì)管18的內(nèi)部被深度腐蝕。結(jié)果，細(xì)管18被腐蝕了的部分喪失了大量機(jī)械強(qiáng)度，并由于燈的開/關(guān)而產(chǎn)生的熱沖擊而破裂。這就是該泄露的產(chǎn)生原因。相反，當(dāng)滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015×150+0.0475的關(guān)系時(shí)，在每一個(gè)樣品燈中，在細(xì)管18靠近主管17的端部的內(nèi)部也發(fā)現(xiàn)痕跡29。但是，該痕跡29的受腐蝕部分的深度“d”(mm)比上述情況小的多。這是因?yàn)樵诩?xì)管18和相應(yīng)線圈26之間流動(dòng)的液態(tài)金屬鹵化物的量非常小，因此與構(gòu)成細(xì)管18的多晶氧化鋁發(fā)生的反應(yīng)也很小。因此，在燈的壽命期間，認(rèn)為細(xì)管18的機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)到足夠承受燈的開/關(guān)產(chǎn)生的熱沖擊。
作為參照，圖4示出了對(duì)于每個(gè)值A(chǔ)(mg)(即金屬鹵化物的總含量)，在9000小時(shí)照明逝去時(shí)間時(shí)的腐蝕深度d(mm)。
從圖4中清楚地看出，隨著金屬鹵化物總含量A(mg)的增長(zhǎng)，腐蝕深度d(mm)成正比地增長(zhǎng)。圖5示出了相應(yīng)于鹵化鎂與總金屬鹵化物的含量比B(mol％)的改變，在9000小時(shí)照明逝去時(shí)間時(shí)的腐蝕深度d(mm)。注意到在圖5中，金屬鹵化物的總含量A保持在5.2mg恒定。從圖5中清楚地看出，隨著鹵化鎂與總金屬鹵化物的含量比B(mol％)的增長(zhǎng)，腐蝕深度d(mm)成正比地增長(zhǎng)。
注意到在上述測(cè)試中使用了材料厚度t1為0.9mm的細(xì)管18。但是，已經(jīng)證實(shí)的是當(dāng)細(xì)管18的材料厚度t1處于常用的范圍(例如，0.9mm至1.3mm)之內(nèi)時(shí)，能夠獲得類似上述的結(jié)果。此外，在細(xì)管18和相應(yīng)線圈26之間形成的最大間隙g為0.10mm。但是，如果最大間隙g處于0.01mm至0.15mm的范圍內(nèi)，例如，基于細(xì)管18的內(nèi)徑r1和線圈26的最大外徑R1之間的關(guān)系，能夠獲得類似如上所述的結(jié)果。此外，已經(jīng)證實(shí)了如果兩個(gè)關(guān)系A(chǔ)＞＝0.021P+0.313和B＞＝10.0都被滿足，而不考慮每種組分的含量比的話，能夠獲得上述結(jié)果。
如表2所示，生產(chǎn)分別具有4.0mg、3.5mg和3.4mg的總含量的燈，該值甚至小于用于燈a(5.2mg)的最小總含量A。利用公知的電子鎮(zhèn)流器點(diǎn)亮所生產(chǎn)的每種類型燈，以150W的額定燈功率(最大燈功率)和額度燈功率150W的60％(90W的最小燈功率)工作，測(cè)量到色溫差ΔT。(下文中，以最大燈功率照明的燈的情況被稱為“(在/以/處于)(at/in/under)最大照明”，以90W的最小燈功率照明的燈的情況被稱為“(在/以/處于)變暗控制條件下的照明”)，此處，色溫差ΔT通過(guò)求在100小時(shí)照明逝去時(shí)間時(shí)的色溫(K)與在9000小時(shí)照明逝去時(shí)間時(shí)的色溫(K)之間的差獲得。所測(cè)得的色溫差ΔT在表2中示出。
評(píng)價(jià)際準(zhǔn)為ΔT＜＝400K，當(dāng)ΔT處于該范圍之內(nèi)時(shí)，難以通過(guò)視覺觀測(cè)識(shí)別色溫差。在本次測(cè)試中，以重復(fù)的周期點(diǎn)亮這些燈，其中在每個(gè)周期中，燈亮5.5小時(shí)然后熄滅0.5小時(shí)。因此，照明時(shí)間顯示出累積的照明的時(shí)間段。注意到在上述測(cè)試中，最大燈功率一直被設(shè)置在150W，處于變暗控制下的燈功率一直被設(shè)置在90W。
表2

如表2所示，在最大燈功率和處于變暗控制條件下的色溫差ΔT相同。當(dāng)滿足A＞＝0.021×150+0.313的關(guān)系(例如，當(dāng)總含量A為4.0mg或3.5mg)時(shí)，色溫差ΔT滿足上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。與之相反，當(dāng)不滿足A＞＝0.021×150+0.313的關(guān)系(例如，當(dāng)總含量A為3.4mg)時(shí)，色溫差ΔT降到上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之下。
根據(jù)該結(jié)果，證實(shí)當(dāng)金屬鹵化物的總含量A滿足A＞＝0.021×150+0.313的關(guān)系時(shí)，能夠限制色溫隨著照明時(shí)間的流逝而改變。
該結(jié)果被認(rèn)為歸因于下面的原因。
當(dāng)金屬鹵化物的總含量A不滿足A＞＝0.021×150+0.313的關(guān)系時(shí)，表明在初始階段時(shí)金屬鹵化物的總含量A很少。在最大照明狀態(tài)下，由于與構(gòu)成封套19的陶瓷發(fā)生反應(yīng)，有助于光發(fā)射的發(fā)光金屬的數(shù)量降低，因此金屬鹵化物的總含量A在數(shù)量上變得太低。因而在穩(wěn)定照明狀態(tài)下，導(dǎo)致了各發(fā)光材料產(chǎn)生的蒸氣壓力的短缺。此外，在處于變暗控制的照明中，電弧管5的最冷部位的溫度變低，反過(guò)來(lái)增加了沉入細(xì)管18的金屬鹵化物的數(shù)量。結(jié)果，有助于光發(fā)射的發(fā)光金屬的數(shù)量下降。因此在這種情況下，金屬鹵化物的總含量A在上述情況下的數(shù)量太低，于是導(dǎo)致在穩(wěn)定照明時(shí)各發(fā)光材料產(chǎn)生的蒸氣壓力短缺。另一方面，當(dāng)金屬鹵化物的總含量A滿足A＞＝0.021×150+0.313的關(guān)系時(shí)，金屬鹵化物的總含量A處于一個(gè)合適的水平上，從而在穩(wěn)定照明時(shí)獲得足夠數(shù)量的來(lái)自發(fā)光材料的蒸氣壓力。
然后，基于根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的可變暗的金屬鹵化物燈1制成一些燈c。燈c中密封有作為金屬鹵化物(共4.0mg)的碘化銩(TmI3)、碘化鈥(HoI3)、碘化鎂(MgI2)和碘化鈉(NaI)。利用公知的電子鎮(zhèn)流器分別點(diǎn)亮這些燈c，并以150W的最大燈功率工作，通過(guò)改變碘化鎂與總金屬鹵化物的含量比B(mol％)，檢測(cè)到Duv(距黑體軌跡的色度坐標(biāo)的位移(u，v))。結(jié)果在表3中示出。
注意到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為“-10.0或以上”的Duv。這是由于在該范圍內(nèi)，已經(jīng)證實(shí)在由人眼能夠識(shí)別的色度的試驗(yàn)中，人眼能夠?qū)⒃擃伾R(shí)別為白色。
表3

如表3所示，當(dāng)含量比B為10.0mol％或更多(例如10.0mol％、17.0mol％、27.0mol％和37.0mol％)時(shí)，Duv的值滿足上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。與之相反，當(dāng)含量比B低于10.0mol％(例如9.0mol％)時(shí)，Duv的值降至上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之下，其表明人眼能夠?qū)舻念伾R(shí)別為紅白色。
根據(jù)上述結(jié)果，已經(jīng)證實(shí)當(dāng)?shù)饣V與總金屬鹵化物的含量比B(mol％)滿足B＞＝10.0的關(guān)系時(shí)，獲得了人眼不會(huì)識(shí)別為紅白色的白色。
該結(jié)果被認(rèn)為歸因于下面的原因。
當(dāng)?shù)饣V與總金屬鹵化物的含量比B(mol％)沒有滿足B＞＝10.0的關(guān)系時(shí)，與其它金屬鹵化物的含量相比，碘化鎂的含量太少。因此，碘化鎂的光發(fā)射譜變得太窄。相反，當(dāng)?shù)饣V與總金屬鹵化物的含量比B(mol％)滿足B＞＝10.0的關(guān)系時(shí)，碘化鎂的含量與其它金屬鹵化物的含量相比是合適的，由此獲得發(fā)光材料之間的光發(fā)射譜的適當(dāng)?shù)钠胶狻?br> 總之，當(dāng)滿足0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0的關(guān)系時(shí)，金屬鹵化物的總含量為A(mg)且碘化鎂與總金屬鹵化物的含量比為B(mol％)，產(chǎn)生了下面的效果。即，限制了伴隨著照明時(shí)間的流逝色溫的改變，獲得了所希望的顯色性(某種程度上獲得人眼無(wú)法識(shí)別紅白色的顏色)，并防止了由于電弧管5的泄露導(dǎo)致的不發(fā)光。
下面將描述限定電極桿的直徑C(mm)滿足0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171的關(guān)系的原因。
基于根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的可變暗金屬鹵化物燈1制成燈d。燈d中密封有作為金屬鹵化物的碘化銩(TmI3)、碘化鈥(HoI3)、碘化鎂(MgI2)和碘化鈉(NaI)。通過(guò)改變電極桿22的直徑C(mm)，利用已知的電子鎮(zhèn)流器分別點(diǎn)亮燈d。燈d以150W的最大燈功率(最大照明)照明和處于變暗控制之下，即，以150W額定燈功率的60％(90W的最小燈功率)照明。在上述條件下，檢測(cè)到9000小時(shí)照明逝去時(shí)間的光通量保持因數(shù)(％)和在燈的壽命之前出現(xiàn)的不發(fā)光現(xiàn)象。表4示出該結(jié)果。
注意到根據(jù)電極桿22的直徑C的改變，當(dāng)將保持其材料厚度t1不變(0.9mm)時(shí)，細(xì)管18的內(nèi)徑r1發(fā)生改變。同樣在此測(cè)試中，金屬鹵化物的總含量A為4.0mg，各金屬鹵化物的含量比(mol％)為TmI3∶HoI3∶MgI2∶NaI＝25∶5∶22∶48。
還在此測(cè)試中，以重復(fù)的周期點(diǎn)亮燈d，其中在每個(gè)周期中，燈亮5.5小時(shí)然后熄滅0.5小時(shí)。因此，照明逝去時(shí)間表示一個(gè)累積的照明的時(shí)間段。注意到最大燈功率總是控制在150W，且在變暗控制下的燈功率總是控制在90W。但是，總是在150W的額定燈功率下測(cè)量光通量。
此處，光通量保持因數(shù)由在9000小時(shí)的照明逝去時(shí)間時(shí)的光通量的比率(％)表示，其中在100小時(shí)的照明逝去時(shí)間時(shí)的光通量(lm)設(shè)為100。另外，從實(shí)用的角度出發(fā)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)被設(shè)為60％或以上。
表4

如表4所示，在燈d中，當(dāng)滿足0.0018×150+0.190＞＝C＞＝0.0011×150+0.171的關(guān)系時(shí)(例如，0.34mm，0.40mm和0.46mm)，處于最大照明和變暗控制條件下，9000小時(shí)照明逝去時(shí)間時(shí)的光通量保持因數(shù)為60％或以上，其滿足上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并且沒有出現(xiàn)不發(fā)光現(xiàn)象。與之相反，當(dāng)不滿足0.0018×150+0.190＞＝C＞＝0.0011×150+0.171的關(guān)系時(shí)(例如，0.30mm)，在最大照明條件下電弧管5的內(nèi)表面大幅變黑。另外，在9000小時(shí)照明逝去時(shí)間時(shí)的光通量保持因數(shù)低于60％，其低于上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。此外，在最大照明條件下，即使在額定壽命期間也產(chǎn)生了不發(fā)光現(xiàn)象。而且，當(dāng)電極桿的直徑C為0.47mm時(shí)，例如，在最大照明和變暗控制中的任一條件下，在額定壽命期間都沒有出現(xiàn)不發(fā)光現(xiàn)象。但是，在變暗控制條件下，電弧管5的內(nèi)表面大大變黑，在9000小時(shí)照明逝去時(shí)間時(shí)的光通量保持因數(shù)低于60％，其無(wú)法滿足上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
這樣，證實(shí)當(dāng)電極桿22的直徑C(mm)滿足0.0018×150+0.190＞＝C＞＝0.0011×150+0.171的關(guān)系時(shí)，光通量保持因數(shù)不再降低并抑制在額定壽命期間出現(xiàn)不發(fā)光現(xiàn)象。
該結(jié)果被認(rèn)為歸因于下面的原因。
當(dāng)電極桿22的直徑C(mm)高于0.0018×150+0.190的值時(shí)，在變暗控制條件下流過(guò)電極桿22的電流的電流密度下降，以降低各電極21頂部的溫度。在各電極21的頂部溫度的降低是最有效的。結(jié)果，其變得能夠維持各電極21的頂部整個(gè)表面的放電。根據(jù)此現(xiàn)象，在各電極21的頂部趨于產(chǎn)生尖端放電。在尖端放電出現(xiàn)過(guò)程中，僅尖端放電的尖端將具有極高的熱量，從而大量蒸發(fā)構(gòu)成電極21的鎢。然后該蒸發(fā)的鎢附著至電弧管5的內(nèi)表面，以降低由電弧管5發(fā)射至外部的光的數(shù)量。相反，當(dāng)電極桿22的直徑C(mm)低于0.0011×150+0.171的值時(shí)，在最大照明條件下流過(guò)電極桿22的電流的電流密度變高，導(dǎo)致各電極21的頂部的溫度變得極高。結(jié)果，構(gòu)成電極21的大量鎢將蒸發(fā)附著至電弧管5的內(nèi)表面，以降低由電弧管5發(fā)射至外部的光的數(shù)量。此外，在額定壽命期間燈d的不發(fā)光現(xiàn)象的原因被認(rèn)為如下。由于溫度極快增長(zhǎng)，電極桿22扭曲變形以增大電極21之間的距離Le。相反，當(dāng)滿足0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171的關(guān)系時(shí)，在最大照明和變暗控制的條件下，電極21維持著適當(dāng)?shù)臏囟取?br> 在上面的測(cè)試中，在60％的額定燈功率處進(jìn)行變暗控制。但是，已經(jīng)證實(shí)至少在60％至100％的額定燈功率的范圍內(nèi)進(jìn)行變暗控制時(shí)，可獲得與上述相同的結(jié)果。此外，在上面的測(cè)試中，最大燈功率P為150W。但是，在最大燈功率P在70W至250W的范圍內(nèi)，已經(jīng)進(jìn)行了類似的測(cè)試，并且可得到與上述類似的結(jié)果。因此，如果0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171的關(guān)系得到滿足，其中最大燈功率P在70W至250W的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為光通量保持因數(shù)不再下降且燈的不發(fā)光現(xiàn)象的出現(xiàn)得到抑制。
在上述實(shí)施例中，所采用的稀土金屬鹵化物為碘化鏑、碘化銩和碘化鈥的組合。但是，稀土金屬鹵化物不限于這一組合，且至少下面的稀土金屬鹵化物鹵化鏑、鹵化銩、鹵化鈥、鹵化鈰和鹵化鐠的其中之一可用于獲得與上述相同的效果。不用說(shuō)，稀土金屬鹵化物可以為碘化物或溴化物?；蛘撸⊥两饘冫u化物可同時(shí)包括碘化物和溴化物。
此外，只有碘化鈉作為鹵化鈉用于此實(shí)施例中。但是，如果僅有溴化鈉(BrNa)作為鹵化鈉被使用，或者碘化鈉和溴化鈉都被使用也可獲得如上所述的效果。
不用說(shuō)，如果添加公知的金屬鹵化物到這些金屬鹵化物中用于獲得所需顯色性等，也可獲得如上所述的效果，其中該公知的金屬鹵化物包括碘化鈣(CaI2)、碘化鋰(LiI)、碘化銦(InI)和碘化鈧(ScI3)。
在所述實(shí)施例中，封套19的主管17包括第一管狀部分14、錐形部分15以及第二管狀部分16。但是，如果主管17呈任何其它常用的形狀，如簡(jiǎn)單的管狀以及僅其兩端呈半球形的管狀，也能夠得到與上述相同的效果。此外，在所述實(shí)施例中用于封套19的材料為多晶氧化鋁。但是，如果封套19由諸如釔鋁石榴石(YAG)、氧化釔和氧化鋯的透明陶瓷制成，也能夠得到與上述相同的效果。
在所述實(shí)施例中，在最大燈功率下燈的照明的過(guò)程中，將管壁負(fù)荷設(shè)在27W/cm2。但是，如果燈在最大燈功率下照明的過(guò)程中將管壁負(fù)荷設(shè)在20W/cm2至38W/cm2的范圍之內(nèi)，也能夠得到與上述相同的效果。但是，為了有效地抑制燈的不發(fā)光以使在達(dá)到額定壽命之前增加燈電壓，并且為了防止顯色性和燈效降低，將管壁負(fù)荷設(shè)在25W/cm2至30W/cm2的范圍之內(nèi)最佳。
此外，在所述實(shí)施例的金屬鹵化物燈1中，電弧管5位于設(shè)有燈頭4的外管3中。但是，如果電弧管5采用其它公知的諸如PAR型的金屬鹵化物燈，也能夠得到與上述相同的效果。
下面描述根據(jù)本發(fā)明的照明裝置。如圖6所示，通過(guò)被附著在頂板上或類似物上而使用該照明裝置，其包括照明設(shè)備34；根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬鹵化物燈1；以及電子鎮(zhèn)流器35。照明設(shè)備34包括具有類似傘的形狀的并被納入頂板30內(nèi)的反射器31；平板狀基座32，其連接至反射器31的底部；連接至反射器31的內(nèi)底的插座33。金屬鹵化物燈1設(shè)在照明設(shè)備34的插座33上。電子鎮(zhèn)流器35在與反射器31相分離的位置處連接至基座32。
注意，根據(jù)使用和使用條件以適當(dāng)?shù)姆绞皆O(shè)計(jì)反射器31的反射面36的形狀和類似特性。
電子鎮(zhèn)流器35為常用的電子鎮(zhèn)流器。
如上所述，本發(fā)明的照明裝置采用了如上所述的本發(fā)明的金屬鹵化物燈。因此，該照明裝置能夠獲得所需顯色性，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生燈的不發(fā)光現(xiàn)象。
已經(jīng)解釋了通過(guò)附著在頂板上使用該照明裝置。但是，該照明裝置也可被用作其它類型的室內(nèi)照明、商店照明和戶外照明。該照明裝置的使用范圍不被特別限定。此外，根據(jù)該照明裝置的使用，可以使用各種類型的常用的照明設(shè)備和電子鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明在工業(yè)上是實(shí)用的。例如，本發(fā)明適用于任何類型的能夠變暗的金屬鹵化物燈，也適用于采用該金屬鹵化物燈的任何照明裝置。根據(jù)本發(fā)明，能夠防止由出現(xiàn)在細(xì)管的裂縫而產(chǎn)生的電弧管的泄露導(dǎo)致的不發(fā)光現(xiàn)象，以及實(shí)現(xiàn)所需的顯色性。因此，本發(fā)明在工業(yè)上具有很大的實(shí)用價(jià)值。
盡管已經(jīng)通過(guò)參照附圖的實(shí)施例的方式詳細(xì)描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言各種變化和修改是顯而易見的。因此，除非另有脫離本發(fā)明的范圍的變化和修改，否則可把這些變化和修改看作包含在文中。
權(quán)利要求
1.一種能夠變暗的金屬鹵化物燈，其具有包括由透明陶瓷制成的封套、一對(duì)電極和金屬鹵化物的電弧管，該金屬鹵化物包括稀土金屬鹵化物、鹵化鈉以及鹵化鎂，該稀土金屬鹵化物至少為鹵化鏑、鹵化銩、鹵化鈥、鹵化鈰和鹵化鐠其中之一，且該鹵化鎂至少為碘化鎂和溴化鎂其中之一，其中，當(dāng)最大燈功率P(W)處于70W至250W的范圍內(nèi)時(shí)，滿足下述關(guān)系0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.313，且B＞＝10.0，其中A(mg)表示若存在鹵化汞的話除去鹵化汞的金屬鹵化物的總含量；B(mol％)表示鹵化鎂與若存在鹵化汞的話除去鹵化汞的金屬鹵化物的含量比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的金屬鹵化物燈，其中，每對(duì)電極由電極桿和設(shè)在該電極桿的頂端的電極線圈構(gòu)成，以及其中C(mm)表示電極桿的直徑，滿足下面的關(guān)系0.0018P+0.190＞＝C＞＝0.0011P+0.171。
3.一種照明裝置，包括如權(quán)利要求1和2中任一所述的金屬鹵化物燈。
全文摘要
提供一種能夠變暗并實(shí)現(xiàn)所需顯色性的金屬鹵化物燈，其防止由于在細(xì)管處出現(xiàn)的裂縫而導(dǎo)致的電弧管的泄露而產(chǎn)生的不發(fā)光現(xiàn)象。該金屬鹵化物燈具有包括有透明陶瓷制成的封套、一對(duì)電極和金屬鹵化物的電弧管，該金屬鹵化物包括稀土金屬鹵化物、鹵化鈉以及鹵化鎂，該稀土金屬鹵化物至少為鹵化鏑、鹵化銩、鹵化鈥、鹵化鈰和鹵化鐠其中之一，且該鹵化鎂至少為碘化鎂和溴化鎂其中之一，其中當(dāng)最大燈功率P(W)處于70W至250W的范圍內(nèi)時(shí)，滿足下述關(guān)系0.0345A+0.0028B＜0.0015P+0.0475，A＞＝0.021P+0.3 13，且B＞＝10.0，其中A(mg)為若存在鹵化汞的話除去鹵化汞的金屬鹵化物的總含量；B(mol％)為鹵化鎂與金屬鹵化物的含量比。
文檔編號(hào)F21Y101/00GK1801453SQ200510109809
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者太田勛, 武田一男, 阪本和重 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社