(57)【要約】    【課題】  始動ガスの封入圧と電極間距離とを所定の値に設定することで所望の発光特性を有するとともに始動電圧が５ｋＶ以下の高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。    【解決手段】  高圧放電ランプは、透光性セラミックス気密容器1と、透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設された一対の電極2、2と、透光性セラミックス気密容器の内部に封入された２５℃換算で１〜１０気圧のキセノンを主体とする始動ガスおよび発光金属のハロゲン化物を少なくとも含み水銀を本質的に含まないイオン化媒体とを具備し、キセノンの封入圧をＰ（気圧）とし、電極間距離をＧ（ｍｍ）としたとき、積ＰＧが３≦ＰＧ≦６０を満足し、かつ透光性セラミックス気密容器内の絶縁破壊電圧が５ｋＶ以下である。【選択図】図１
2010153176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性セラミックス気密容器と；
透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設された一対の電極と；
透光性セラミックス気密容器の内部に封入されたキセノンを主体とする２５℃換算で１〜１０気圧の始動ガスおよび発光金属のハロゲン化物を少なくとも含み水銀を本質的に含まないイオン化媒体と；
を具備し、キセノンの封入圧をＰ（気圧）とし、電極間距離をＧ（ｍｍ）としたとき、積ＰＤが３≦ＰＧ≦６０を満足し、かつ透光性セラミックス気密容器内の絶縁破壊電圧が５ｋＶ以下であることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
始動を補助する始動補助体を具備していることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項２または３記載の高圧放電ランプと；
始動時に始動用高電圧を発生する機能を有していて高圧放電ランプを始動し点灯する高圧放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀を本質的に含まない水銀フリーの高圧放電ランプおよびこれを備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛ハロゲン化物などの可視域の発光が少なくてランプ電圧を形成するのに効果的な金属ハロゲン化物を水銀に代えて封入して水銀フリーにした高圧放電ランプは既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、電極間距離４．２ｍｍ、キセノン１気圧、ＳｃＩ３０．１４ｍｇ、ＮａＩ０．８６ｍｇ、ＦｅＩ２１ｍｇの放電媒体を封入した入力電力３５Ｗで、再始動電圧が７ｋＶの実施例が記載されている（段落０２１５−０２３０）。また、陽極、陰極および補助極を備えた直流点灯用で、電極間距離４０ｍｍ、希ガス２８０Torr、ＳｃＩ３３ｍｇ、ＮａＩ１５ｍｇ、第２のハロゲン化物（ＡｌＩ3、ＺｎＩ2、ＧａＩ3の３例）各２０ｍｇの放電媒体を封入した入力電力４００Ｗで、再始動電圧が０．８〜１．０ｋＶの実施例が記載されている（段落０３４７−０３６９）。上記実施例の透光性気密容器は、対応する図６および図１６を参照すると、そのいずれも石英ガラス製であると考えられる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水銀フリーの高圧放電ランプを一般照明用途に適合させるためには、Ｅ形口金が広く普及しているため、この口金を装着している必要があるが、この口金は耐電圧が低いので、５ｋＶ以下の始動用高電圧で始動可能であることが望ましい。ところが、従来の水銀フリーにした高圧放電ランプは、上述から推察すると始動電圧が明らかに５ｋＶを超えるため、水銀入りの高圧放電ランプ、これを用いる照明器具および配線との互換性が得られない。したがって、専用の口金を採用することになり、照明システムのコストアップを招く。
【０００５】
また、水銀フリーの高圧放電ランプは、絶縁破壊電圧の温度に対する依存性が低い。このため、発光管温度を高くしても絶縁破壊電圧の上昇が少ないことから、透光性セラミックス気密容器を用いることで最冷部温度を高め、発光効率を高めると同時に絶縁破壊電圧を低くすることが可能になることが分かった。
【０００６】
本発明は、始動ガスの封入圧と電極間距離とを所定の値に設定することで所望の発光特性を有するとともに始動電圧が５ｋＶ以下の高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高圧放電ランプは、透光性セラミックス気密容器と；透光性セラミックス気密容器の両端内部に配設された一対の電極と；透光性セラミックス気密容器の内部に封入された２５℃換算で１〜１０気圧のキセノンを主体とする２５℃換算で１〜１０気圧の始動ガスおよび発光金属のハロゲン化物を少なくとも含み水銀を本質的に含まないイオン化媒体と；を具備し、キセノンの封入圧をＰ（気圧）とし、電極間距離をＧ（ｍｍ）としたとき、積ＰＤが３≦ＰＧ≦６０を満足し、かつ透光性セラミックス気密容器内の絶縁破壊電圧が５ｋＶ以下であることを特徴としている。
【０００８】
本発明は、以下の態様を許容する。
【０００９】
透光性セラミックス気密容器は、放電によって発生した所望波長域の可視光を外部に導出することが可能な主要部が透光性セラミックスからなり、最冷部温度を高く設定することが可能になり、これに伴いランプ電圧が高くなるとともに、発光効率を向上させることができる。なお、透光性セラミックスとしては、透光性アルミナ、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物、例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）などの多結晶または単結晶のセラミックスなどを用いることができる。なお、必要に応じて、透光性セラミックス気密容器の内面に耐ハロゲン性または耐金属性の透明性被膜を形成するか、透光性セラミックス気密容器の内面を改質することが許容される。
【００１０】
また、透光性セラミックス気密容器は、その内部に放電空間を有している。そして、放電空間を包囲するために、透光性セラミックス気密容器は、包囲部を備えている。包囲部は、その内部が適当な形状、例えば球状、楕円球状、ほぼ円柱状などの形状をなしている。放電空間の容積は、高圧放電ランプの定格ランプ電力、電極間距離などに応じてさまざまな値が選択され得る。例えば、一般照明用ランプの場合、定格ランプ電力に応じて０．１ｃｃ以上および以下のいずれにすることもできる。また、透光性セラミックス気密容器の最大内径は、ランプ電力１００Ｗ級で４〜７ｍｍとし、３５Ｗ級で３〜５ｍｍに設定すれば、最冷部の温度を高く維持して発光効率を高く維持するのに効果的である。なお、本発明において、１００Ｗ級とは、ランプ電力１００〜２５０Ｗの範囲を意味する。また、３５Ｗ級とは、ランプ電力２０〜７５Ｗの範囲を意味する。
【００１１】
また、包囲部の両端に一対の封止部を備えていることが許容される。一対の封止部は、包囲部を封止するとともに、電極の軸部がここに支持され、かつ点灯回路から電流を電極へ気密に導入するのに寄与する手段であり、一般的には包囲部の両端に配設されている。透光性セラミックス気密容器が透光性セラミックスからなる場合の封止手段としては、例えばフリットガラスを透光性セラミックスと導入導体の間に流し込んで封止するフリット封着やフリットガラスに代えて金属を用いる金属封着および透光性セラミックス気密容器の封止予定の開口部を溶融させて電流導入導体に直接または間接的に封着する手段などの各種封止手段を所望により適宜選択的に採用することができる。
【００１２】
また、透光性セラミックス気密容器の封止部を所要の比較的低い温度に保持しながら透光性セラミックス気密容器内に形成される放電空間の最冷部温度を所望の比較的高い温度に維持するために、包囲部に連通する小径筒部を形成することができる。この構造の場合、封止部は小径筒部の端部部分に配設されるとともに、小径筒部内に電極軸を延在させて電極軸と小径筒部の内面との間にキャピラリーと称される僅かな隙間を小径筒部の軸方向に沿って形成する。
【００１３】
一対の電極は、透光性セラミックス気密容器内に封装されて放電空間に離間して臨むように配設される一対の電極によって有電極形放電を生起させる形式の高圧放電ランプを構成する。一対の電極の先端間に形成される電極間距離は、一般照明用ランプでは、ランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物としてイオン化エネルギーが８ｅＶ以上で、かつ融点が５００℃以下の金属ハロゲン化物、例えばＺｎＩ２などを封入することが許容されるものの水銀フリーであるため、水銀入りの場合ほどランプ電圧が高くならないので、実用可能なランプ電圧を得る目的で電極間距離を以下のように比較的大きく設定するのが好ましい。
【００１４】
すなわち、例えばランプ電力１００Ｗ級では電極間距離６〜３２ｍｍ、３５Ｗ級で同じく４〜２２ｍｍである。
【００１５】
また、上記電極間距離（ｍｍ）と後述する始動ガスの封入圧（気圧）の積を所定の数式を満足するように組み合わせることにより、絶縁破壊電圧を５ｋＶ以下に低下させるとともに所望の発光特性を得ることができる。また、ランプ電力１００Ｗ級で同じく６〜３２ｍｍ、３５Ｗ級で同じく４〜２２ｍｍに設定すれば、さらに高い所望のランプ電圧を得ることができる。ランプ電圧の上昇の結果、所望のランプ電力に対するランプ電流を応分に低減できるので、電極損失が低下して、その分発光効率が高くなる。
【００１６】
次に、電極の構成材としては、耐火性で、導電性の金属、例えば純タングステン（Ｗ）、ドープ剤（例えばスカンジウム（Ｓｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）およびケイ素（Ｓｉ）などのグループから選択された一種または複数種）を含有するドープドタングステン、酸化トリウムを含有するトリエーテッドタングステン、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）合金などを用いて形成することができる。
【００１７】
また、小形のランプの場合、直棒状の線材や先端部に径大部を形成した線材を電極として用いることができる。中形ないし大形の電極の場合、電極軸の先端部に電極構成材製のコイルを巻回したりすることができる。なお、一対の電極は、交流で作動する場合、同一構造とするが、直流で作動する場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、陰極より放熱面積の大きい、したがって主部が太いものを用いることができる。
【００１８】
さらに、透光性セラミックス気密容器が小径筒部を備えていて、しかも小径筒部の内部にキャピラリーと称されるわずかな隙間を形成する場合、所望により電極軸の周囲に耐熱金属、例えばタングステン、モリブデンなどの電極マウントサブコイルを巻装することができる。
【００１９】
さらにまた、上述のように電極部の周囲に耐熱金属、例えばタングステン、モリブデンなどの細線からなるコイルを巻装することにより、電極マウントの温度を低下させて金属ハロゲン化物と電極マウントとの反応を抑制して高圧放電ランプを長寿命にすることができる。
【００２０】
次に、本発明におけるイオン化媒体について説明する。本発明において、イオン化媒体は、金属ハロゲン化物および始動ガスを含んでいる。
【００２１】
最初に始動ガスについて説明する。すなわち、始動ガスは、２５℃換算で１〜１０気圧のキセノン主体の希ガスである。なお、始動ガスの封入圧は、好適には２〜６気圧である。キセノン主体とは、キセノンの体積が８０％以上であればよいことを意味する。キセノンに混合し得る希ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびネオン（Ｎｅ）などである。
【００２２】
また、本発明において、始動ガスの封入圧は２５℃換算での封入圧は１〜１０気圧であるが、後述するように電極間距離との相関で上記封入圧の範囲内から選択された所定圧力に設定される。封入圧が１気圧未満になると、ランプ電圧および発光効率が低下しすぎる。そして、電極間距離Ｇを大きくする他、金属ハロゲン化物やランプ構造などでランプ電圧を向上させる程度が大きくなりすぎて、実用設計が困難になる。一方、封入圧が１０気圧超になると、始動電圧が高くなりすぎて、始動電圧を５ｋＶ以下にするのが困難になる。なお、始動ガスの封入圧は好適には２〜６気圧である。
【００２３】
次に、金属ハロゲン化物について説明する。本発明において、金属ハロゲン化物の構成については特段限定されない。しかし、金属ハロゲン化物は、主として発光に寄与する金属のハロゲン化物を少なくとも含み、好ましくはこれに加えてイオン化エネルギーが８ｅＶ以上で、かつ融点が５００℃以下の金属ハロゲン化物がランプ電圧形成用として封入される。
【００２４】
主として発光に寄与する金属のハロゲン化物は、本発明においてはその種類および封入量が特段限定されない。好ましくは、主として発光に寄与する金属が希土類金属のハロゲン化物を含んでいる。とりわけ、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物を含んでいる態様は、好ましい結果をもたらす。ツリウム（Ｔｍ）は、放電時に視感度特性曲線のピーク波長付近に多数の輝線スペクトルを放射し、その発光のピークが視感度曲線のピークに一致するので、発光効率を向上させるのに極めて効果的な発光金属である。これに加えて、水銀フリーにおいてランプ電圧を高める作用がある。このため、主としてランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物の封入量を削減でき、その結果ランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物の相対的過剰封入に伴って発生する弊害（色偏差の増大）を回避することができる。また、ホルミウムもツリウムの上述の性質に類似した性質を有している。
【００２５】
また、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物を主として発光に寄与する金属ハロゲン化物として封入する態様においては、それらの合計が後述する主としてランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物を除いた主として発光に寄与する金属のハロゲン化物の全体に対して３５質量％以上であるのが好ましい。この範囲であれば、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）がランプ電圧を十分に実用範囲まで高める作用を発揮するとともに高い発光効率が得られる。このため、例えばＺｎＩ２などのランプ電圧形成用として好適な上述の金属ハロゲン化物の封入量を例えば１／５のように少なくしても、少なくする前の封入量におけるのと同等のランプ電圧を得ることができる。さらに、５０質量％以上であれば、より高いランプ電圧とより高い発光効率を得ることができる。なお、上記封入比率が８０質量％を超えると、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）以外の金属のハロゲン化物の封入比率が相応して低下し、その結果所望の白色発光が得られなくなるので、白色発光を得る目的に対しては好ましくない。
【００２６】
ハロゲン化物を形成するハロゲンとしては、適度の反応性を有していることからヨウ素が好適であるが、所望により臭素および塩素のいずれかでもよく、またヨウ素、臭素および塩素のうち所望の二種以上を用いてもよい。
【００２７】
上述以外のその他の金属のハロゲン化物を、例えば発光の色度を調整する、または発光効率を高くするなどの目的で適宜選択的に添加することができる。以下、その他の金属のハロゲン化物を添加する場合の主な例について説明する。
【００２８】
ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属を主として発光する金属のハロゲン化物の全体に対して３０質量％以下にすることにより、ランプ電圧を高めに維持することができる。また、２５質量％以下にすることにより、主として発光する金属としてツリウムおよびホルミウムの少なくとも１種を封入する態様においては、アルカリ金属の発光が弱くなり、反対に上記希土類金属の発光比率が増大するので、平均演色評価数Ｒａが高くなる。
【００２９】
さらに、アルカリ金属を、発光特性や製造性などの諸条件が許容される場合には３質量％未満の範囲内で封入することによって、ランプ電圧の低下は最小限に抑制される一方、発光効率、ランプ寿命改善および光色調整、特に色偏差改善が可能になる。このような観点から、所要のランプ電圧を確保できる範囲内において、封入が許容される。なお、好ましくは２〜８質量％、より好ましくは３〜７質量％、なお一層好ましくは４〜６質量％である。また、その他のアルカリ金属としては、セシウム（Ｃｓ）およびリチウム（Ｌｉ）のグループの一種または複数種を選択的に封入することができる。
【００３０】
希土類金属のハロゲン化物は、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも一種を主として発光する金属としてそのハロゲン化物を封入する態様において、その他の希土類金属としてプラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）およびサマリウム（Ｓｍ）の一種または複数種のハロゲン化物を副成分として封入することができる。上記希土類金属は、ツリウムハロゲン化物およびホルミウムハロゲン化物に次いで発光金属として有用であり、所定量以下の封入比率で封入することが許容される。すなわち、上記希土類金属は、そのいずれも視感度特性曲線のピーク波長付近で無数の輝線スペクトルを有するため、発光効率向上に寄与することができる。
【００３１】
インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物は、これを所望の演色性および／または色温度などを得るなどの目的で副成分として選択的に封入することが許容される。
【００３２】
次に、ランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物について説明する。本発明においては、ランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物を所望により透光性セラミックス気密容器の内部に封入することができる。ランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物としては、イオン化エネルギーが８ｅＶ以上で、かつ融点が５００℃以下の金属ハロゲン化物がこれに含まれることが多い。なお、イオン化エネルギーが８ｅＶ以上で、かつ融点が５００℃以下の金属ハロゲン化物としては、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物などがある。
【００３３】
しかし、ツリウムハロゲン化物およびホルミウムハロゲン化物の少なくとも１種を所定比率封入し、かつキセノン主体の希ガスを２〜６気圧封入する態様であれば、所望のランプ電圧が形成されるので、ランプ電圧形成用のハロゲン化物を封入しなくてもよい。しかし、本発明においては、封入するハロゲン化物の種類および封入量が特段限定されないので、一対の電極間に７Ｖ／ｍｍ以上の電位傾度を形成するために必要であれば、ランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物を所要量封入することが許容される。この場合、透光性セラミックス気密容器の内容積に対して０．３〜１．６ｍｇ／ｃｃの範囲内で封入すればよい。
【００３４】
また、ランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物は、本発明において透光性セラミックス気密容器内に封入する前述のハロゲン化物に比較して蒸気圧が高くて、高圧放電ランプにおけるランプ電圧を主として決定する作用がある。なお、「蒸気圧が大きい」とは、点灯中の蒸気圧が高いことを意味するが、水銀のように大きすぎる必要はなく、好ましくは点灯中の透光性セラミックス気密容器内の圧力は５気圧程度以下である。したがって、上記の条件を備えていれば特定の金属のハロゲン化物に限定されない。
【００３５】
さらに、ランプ電圧形成用のハロゲン化物は、主としてランプ電圧を形成する金属ハロゲン化物により構成され、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなるグループから選択された一種または複数種の金属のハロゲン化物を主体として用いることができる。そして、その殆どが水銀より蒸気圧が低く、またランプ電圧の調整範囲が水銀より狭い。しかし、必要に応じてこれらを複数種混合して封入することにより、ランプ電圧の調整範囲を拡大することができる。
【００３６】
さらにまた、ランプ電圧形成用のハロゲン化物は、透光性気密容器内に封入される前記ハロゲン化物の金属に比較して可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物でもある。「前記ハロゲン化物の金属に比較して可視域に発光しにくい」とは、絶対的な意味で可視光の発光が少ないという意味ではなく、相対的な意味である。なぜなら、確かにＦｅやＮｉは、紫外域発光の方が可視域発光より多いが、チタン、アルミニウムおよび亜鉛などは可視域に発光が多い。したがって、これらの可視域発光の多い金属を単独で発光させると、エネルギーが当該金属に集中するので、可視域発光が多い。ランプ電圧形成用ハロゲン化物の中で、鉄やニッケル（Ｎｉ）は紫外域発光が多いが、チタン、アルミニウムおよび亜鉛などは単独で発光させた場合には可視光域に発光が多い。しかし、上記チタン、アルミニウムおよび亜鉛といったランプ電圧形成用ハロゲン化物は、発光させるのに必要なエネルギー準位がツリウムを始めとする主に発光に寄与するハロゲン化物を発光させるに必要なエネルギー準位より高い。そのため、両者を一緒に封入して高圧放電ランプを点灯させた場合には、エネルギー準位の低い発光用ハロゲン化物による発光が相対的に支配的となり、ランプ電圧形成用ハロゲン化物による発光は少ない。
【００３７】
したがって、後者のハロゲン化物は、可視光の発光が禁止されるものではなく、放電ランプが放射する全可視光に対する割合が小さくて影響が少ないものである。ところが、両ハロゲン化物を混合した状態で併用した高圧放電ランプは、後述のようにランプ特性上不都合があることが本発明者らの実験で明らかになった。
【００３８】
次に、始動ガスと電極間距離との関係について説明する。始動ガスは、その室温での封入圧力をＰ（気圧）とし、前述の電極間距離をＧ（ｍｍ）としとき、積ＰＧが数式３≦ＰＧ≦６０を満足するように透光性セラミックス気密容器の内部に封入される。積ＰＧの値が上記の範囲内であれば、始動電圧を５ｋＶ以下にして、かつランプ電圧を高くして発光効率を高く維持することができる。これに対して、積ＰＧが３未満になると、ランプ電圧が低下し、これに伴い発光効率も低下するので不可である。また、積ＰＧが６０超になると、絶縁破壊電圧が上昇し、始動電圧および瞬時再始動電圧を５ｋＶ以下に維持するのが困難になるので、不可である。なお、好適には１０≦ＰＧ≦５０、より好適には１５≦ＰＧ≦３０である。また、ランプ電力３０Ｗ級では１５ＰＧ≦６０、同１００Ｗ級で１５≦ＰＧ≦３０ｍｍが好適である。
【００３９】
以下、本発明におけるその他の構成について説明する。これらの構成は、本発明において必須ではない。したがって、所望により適宜選択的に採用することができる構成である。  １．外管。
【００４０】
外管は、その内部に少なくとも発光管および後述する始動補助手段を収納する手段である。外管は、任意所望の形状および大きさにすることができるが、水銀入りの一般照明用の高圧放電ランプとの互換を容易にするためにそれと同様の形状および大きさであることを許容する。また、外管の内部を外部に対して気密にし、かつ真空ないし減圧状態に保持すれば、発光管の最冷部温度を高めて発光効率を高くすることができる。しかし、所望により発光管の材質が石英ガラスの場合には外気に連通させてもよい。外気に対して気密にする場合、必要に応じて外気に代えてアルゴン、窒素などの不活性ガスを封入することができる。さらに、外管は、石英ガラス、硬質ガラスや軟質ガラスなどの透光性材料を用いて形成することができる。なお、発光管は外管に対して便宜的に用いた表現であり、本発明においては、透光性セラミックス気密容器、一対の電極およびイオン化媒体を含む組立体である。
【００４１】
また、外管には、ソケットに装着するために口金が一端側に装着されているのが一般的である。一般照明用の高圧放電ランプとしての口金は、ねじ形（Ｅ形）口金であるから、本発明においてはこのねじ形（Ｅ形）口金を用いるのが好ましい。
【００４２】
２．始動補助体。
【００４３】
始動補助体は、一般的には外管内に配設されて、透光性セラミックス気密容器の内部に配設された一対の電極間に５ｋＶ以下の始動用高電圧を印加したときに発光管内に放電が開始しやすいように始動を補助する手段である。本発明において、始動補助手段の具体的な構成は特段限定されないが、例えば近接導体および紫外線エンハンサの少なくとも一方であることを許容する。また、所望により始動器など既知の他の始動補助体を併用することができる。
【００４４】
近接導体は、耐熱性の導体からなり、透光性セラミックス気密容器の外面側において、基端が一対の電極の一方に導電的に接続し、先端が、他方の電極に透光性セラミックス気密容器の壁面を介して、かつ透光性セラミックス気密容器に外面に近接して対向する位置に配置される。耐熱性の導体としては、例えばモリブデン、ステンレス鋼、ニッケルなどの導電性を有する金属またはそれらの合金の導線であって、トリガーワイヤと称される導体や透光性セラミックス気密容器の外面に被着された導電性金属を主体とする導電膜などであることを許容する。
【００４５】
そうして、近接導体は、始動時に５ｋＶ以下の始動用高電圧が発光管の一対の電極間に印加されたときに、その先端と対向する他方の電極との間の短い距離に大きな電位傾度を形成する。その結果、高圧放電ランプは、始動用高電圧印加時に絶縁破壊されやすくなってその始動が促進される。なお、高圧放電ランプが始動すると、近接導体は、発光管内に発生したグロー放電がさらにアーク放電に転移して短絡されるので、点灯に支障を来たすことはない。
【００４６】
紫外線エンハンサは、発光管に対して並列接続され、かつ少なくとも発光管の一方の電極付近に配設されて、高圧放電ランプの始動時に接近している電極近傍に紫外線を放射するのであれば、その余の構成は問わない。そして、紫外線透過性の外囲器、外囲器の内部に封入されたイオン化媒体ならびにイオン化媒体の誘電体バリア放電またはグロー放電を生起させるための一対の電極を具備している。なお、紫外線エンハンサが高圧放電ランプの透光性セラミックス気密容器を透過する長波長紫外線を放射するようにイオン化媒体に水銀または窒素を含ませるのがよい。水銀の場合には、希ガスに水銀を添加する。また、窒素の場合には、窒素１００％または希ガスを適当な割合で封入する。
【００４７】
そうして、紫外線エンハンサは、高圧放電ランプの始動時に作動して紫外線を放射し、それを発光管または一方の電極近傍に照射する。その結果、透光性セラミックス気密容器の内面または電極から紫外線照射による光電効果によって電子を放出させ、初期電子を供給することによりイオン化媒体を励起させて高圧放電ランプの始動が促進される。なお、高圧放電ランプが始動すると、紫外線エンハンサは、発光管内に発生したアークにより短絡されるので、点灯に支障を来たすことはない。
【００４８】
始動器は、グロースタータ、バイメタルスイッチまたは非線形コンデンサなどのスイッチング手段を備えて構成されていて、外管内に配設されて、電源投入時に急速なスイッチング動作を行い、安定器に発生した始動用高電圧を発光管の電極間に印加して、高圧放電ランプの始動を容易にする。
【００４９】
３．始動用高電圧。
【００５０】
本発明の高圧放電ランプは、５ｋＶ以下の始動用高電圧を印加すればこれを始動させることができるのであるが、始動用高電圧を高圧放電ランプに印加する態様は特段限定されない。例えば、イグナイタと称される高電圧パルス発生器から発生する高電圧パルスや安定器から発生するいわゆるキック電圧を高圧放電ランプの外部から発光管に印加する態様および外管内または口金内に配設された高電圧発生器から発生した始動用高電圧を発光管に印加する態様のいずれであってもよい。なお、キック電圧を発生させるために、所望により外管内に熱応動スイッチや電圧応動スイッチなどを配設することが許容される。
【００５１】
４．高圧放電ランプの定格ランプ電力および用途。
【００５２】
本発明において、高圧放電ランプの定格ランプ電力は、広範囲の値にわたり自由に設定することができるが、好適には約３０〜２５０Ｗ程度である。また、高圧放電ランプの用途は、多様であることを許容されるが、好適には一般照明用である。したがって、定格ランプ電力および用途に応じて適当な形状および大きさの透光性セラミックス気密容器、適当な値の電極間距離ならびに適当な値のイオン化媒体およびその封入量を適宜選択することができる。
【００５３】
５．管壁負荷と透光性セラミックス気密容器の温度の関係。
【００５４】
本発明において、管壁負荷は、特段限定されないが、好適には２２〜３５Ｗ／ｃｍ２である。なお、管壁負荷は、ランプ電力を透光性セラミックス気密容器の放電空間を包囲する包囲部の内面積で除算した値である。
【００５５】
６．発光管破裂時の保護手段。
【００５６】
発光管が破裂した際に生じる破片の飛散から保護するために、既知の保護手段を用いることができる。例えば、シュラウドと称される石英ガラス筒を発光管の主として透光性セラミックス気密容器の包囲部を中心として包囲するように外管内に保持する。また、外管全体をさらにその外側から保護ガラス管で包囲する。発光管破裂の際に所要の防爆性能を満たすために、所望によりガラスの厚みを大きくしたり、補強のための金属または無機質繊維からなる紐条体をシュラウドの外側に巻き付けたりすることができる。
【００５７】
７．高圧放電ランプの点灯装置。
【００５８】
本発明の高圧放電ランプを点灯するために用いる高圧放電ランプの点灯装置は、鉄心およびコイルを主体とする安定器および電子化点灯装置のいずれであってもよい。本発明の高圧放電ランプは、開放電圧２６０Ｖ（または２９０Ｖ）以上の点灯装置を用いることにより、始動時の絶縁破壊後に確実にグロー放電からアーク放電に転移させることができ、しかも高温再始動が可能である。また、希ガスの封入圧を２気圧以下にしたり、始動補助手段を複数組み合わせて配設したり、始動補助手段の構成を最適化したりすれば、開放電圧２４０Ｖ（または２２０Ｖ）以下の点灯装置を用いても始動および瞬時再始動が可能になる。
【００５９】
また、点灯装置は、高圧放電ランプを付勢して点灯するための点灯回路と、５ｋＶ以下の始動用高電圧を発生して高圧放電ランプを始動させる始動用高電圧発生器とにより構成することができる。本発明において、点灯回路としては、既知の各種点灯回路を採用することができる。例えば、フルブリッジ形インバータ回路またはハーフブリッジ形インバータ回路などの好ましくは低周波の矩形波交流電圧を発生する矩形波交流発生回路を主体とする回路構成などを用いることができる。これに代えるか、またはこれに加えて、昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどの直流電圧変換回路を電源電圧調整および／またはアクティブフィルタ機能用としてインバータ回路の直流電源に付設したり、これらの回路を直流点灯装置として用いたりすることができる。
【００６０】
次に、本発明の高圧放電ランプを備えた照明装置について説明する。本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体内に配設された以上説明の本発明の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００６１】
本発明において、照明装置とは、本発明の高圧放電ランプを光源とする装置を含む概念であり、例えば照明器具、標識灯、表示灯、光化学反応装置などである。また、照明装置本体とは、照明装置から高圧放電ランプを除外した残余の全てをいう。
【発明の効果】
【００６２】
本発明によれば、透光性セラミックス気密容器の両端内部に一対の電極を配設するとともに内部に始動ガスおよび発光金属のハロゲン化物を少なくとも含み水銀を本質的に含まないイオン化媒体を封入し、始動ガスの室温での封入圧をＰ（気圧）とし、電極間距離をＤ（ｍｍ）としたとき、積ＰＤが３≦ＰＤ≦６０を満足し、かつ透光性セラミックス気密容器内の絶縁破壊電圧が５ｋＶ以下であるように構成されていることにより、始動電圧５ｋＶ以下であるとともに所望の発光特性を有する高圧放電ランプ、これを備えた照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００６４】
図１および図２は、本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態を示し、図１は正面図、図２は発光管の拡大断面図である。本形態の高圧放電ランプは、一般照明用途に適応し得る定格ランプ電力１００Ｗ形のメタルハライドランプであり、発光管ＩＴ、外管ＯＴ、始動補助手段としての近接導体ＴＷおよび紫外線エンハンサＵＶＥを具備している。なお、図中、ＳＧは保護ガラス管、ＳＦは発光管支持部材、Ｇはゲッタ、Ｂは口金である。
【００６５】
発光管ＩＴは、図２に示しているように、透光性セラミックス気密容器１、一対の電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール材４、４およびイオン化媒体からなる。
【００６６】
透光性セラミックス気密容器１は、透光性セラミックス、例えば透光性多結晶アルミナセラミックスからなる。そして、包囲部１ａおよび一対の小径筒状部１ｂ、１ｂを備えていて、一体成形された構造をなしている。包囲部１ａは、俵形をなし、中間の円筒部とその両端に連続する一対の半球部からなる。小径筒状部１ｂは、細長いパイプ状をなしていて、先端が包囲部１ａの半球部の中央部に連通している。
【００６７】
電極２は、ドープドタングステンの棒状体２ａを主体として構成され、棒状体の先端が電極主部として透光性セラミックス気密容器１の包囲部１ａの内部に臨み、基端が電流導入導体３の先端に突合せ溶接され、中間部の周囲にタングステンなどの細線を巻回して電極マウントサブコイル２ｂが形成されている。そして、小径筒状部１ｂの内面と電極マウントサブコイル２ｂとの間に僅かな隙間であるキャピラリーを形成しながら小径筒部１ｂの内部に挿通している。
【００６８】
電流導入導体３は、直列に接続した封着性部分３ａおよび耐ハロゲン性部分３ｂを備えている。封着性部分３ａは、二オブの棒状体からなり、後述するシール材４と協働して透光性セラミックス気密容器１を封止しているとともに、基端が透光性セラミックス気密容器１の外部に露出している。耐ハロゲン性部分３ｂは、モリブデンの棒状体からなり、その基端が封着性部分３ａの先端に突合せ溶接されて透光性セラミックス気密容器１の小径筒部１ｂの内部に挿入されている。また、その先端部に電極２の基端が溶接されている。
【００６９】
シール材４は、フリットガラスすなわちセラミックスコンパウンドの溶融固化体からなり、小径筒状部１ｂ内に進入して、小径筒状部１ｂ内に位置する電流導入導体３の封着性部分３ａと小径筒状部１ｂ内面との間の隙間に充填されるとともに、封着性部分３ａの表面が透光性セラミックス気密容器１内に露出しないように包囲している。
【００７０】
イオン化媒体は、金属ハロゲン化物および希ガスからなる。
【００７１】
金属ハロゲン化物は、少なくとも主として発光に寄与する金属ハロゲン化物を含む。本形態においては、主として発光に寄与する金属ハロゲン化物として希土類金属、例えばツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物を封入している。なお、上記の他にタリウム（Ｔｌ）を封入する場合には、透光性セラミックス気密容器１の内容積に対して０．８ｍｇ／ｃｃ未満に規制すると、青色発光抑制現象を効果的に低減することができる。また、本形態においては、主としてランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物を含んでいるが、水銀は含んでいない。
【００７２】
始動ガスは、キセノン主体の希ガスからなり、その室温での封入圧をＰ（気圧）とし、電極間距離をＧ（ｍｍ）としたとき、積ＰＧが３≦ＰＧ≦６０を満足する範囲である。
【００７３】
外管ＯＴは、硬質ガラスからなる。そして、内部に発光管ＩＴ、始動補助体としての近接導体ＴＷおよび紫外線エンハンサＵＶＥ、保護ガラス管ＳＧ、発光管支持部材ＳＦおよびゲッタＧなどの部材を所定の位置に収納し、内部が真空になっている。また、外管ＯＴは、図において下部に位置するネック部にフレアステム５を封着して備えている。フレアステム５は、一対の内部導入線６ａ、６ｂを外管ＯＴ内へ気密に突出させて備えている。
【００７４】
発光管ＩＴは、外管ＯＴの内部の中心軸に沿って外管ＯＴのほぼ中央部に配置されていて、その上部の電流導入導体３が後述する接続片１０に溶接されて支持されるとともに、発光管支持部材ＳＦを介して内部導入線６ａに接続している。また、発光管ＩＴは、その下部の電流導入導体３が、接続導体７に溶接されて支持されているとともに、接続導体７を介して内部導入線６ｂに接続している。
【００７５】
近接導体ＴＷは、その一端が発光管ＩＴの図１において上方の電流導入導体３に溶接されている。そして、中間部が上方の小径筒部１ｂと包囲部１ａとの境界部近傍において透光性セラミックス気密容器１に巻き付けられてリング部ｒ１を形成し、さらに包囲部１ａの外周に近接して管軸方向に沿って下方へ延在している。また、先端が下方の小径筒部１ｂの包囲部１ａとの境界部近傍において巻き付けられてリング部ｒ２を形成している。
【００７６】
したがって、図１において、上方の図示されていない電極の電位が同じく下方の電極の近傍において透光性セラミックス気密容器１を介して近接導体ＴＷに印加されるので、そのリング部ｒ２と下方の電極との間には大きな電位傾度が生まれる。そのため、５ｋＶ以下の始動用高電圧が一対の電極２、２間に印加されると、高圧放電ランプの始動が促進される。
【００７７】
紫外線エンハンサＵＶＥは、小形で紫外線透過性の外囲器内に一方の導体ｌ１の先端が封装されて内部電極を形成している。一方の導体ｌ１は、発光管ＩＴの図１において下方の電流導入導体３に溶接されている。そして、紫外線透過性の外囲器を抱持する他方の導体ｌ２が後述する発光管支持部材ＳＦの支持枠８に溶接されて外部電極を形成している。したがって、紫外線エンハンサＵＶＥは、発光管ＩＴに並列接続している。紫外線透過性の外囲器内には紫外線放射性の希ガスおよび窒素が封入されている。
【００７８】
そうして、高圧放電ランプの始動に先立って始動用高電圧が一対の電極２、２間に印加されると、最初に放電開始し、発生した紫外線を発光管ＩＴの下方の電極近傍に照射する。これにより発光管ＩＴ内のイオン化媒体が励起されて始動しやすくなる。
【００７９】
保護ガラス管ＳＧは、石英ガラス製の円筒体からなり、発光管ＩＴの周囲を離間状態にして包囲することで、発光管ＩＴの破裂時に破片の飛散を抑制する。そして、後述のように発光管支持部材ＳＦに支持されている。
【００８０】
発光管支持部材ＳＦは、支持枠８、一対の支持プレート９、９および接続片１０からなる。支持枠８は、ステンレス鋼棒を縦長の変形コ字形に屈曲してなり、内部導入線６ａに接続している。一対の支持プレート９、９は、ステンレス鋼板をほぼ円盤状に形成してなり、支持枠８に固定されている。また、一対の支持プレート９、９の中央部には通孔が形成されており、透光性セラミックス気密容器１の一対の小径筒部１ｂ、１ｂを上記通孔に挿通させることにより、発光管ＩＴを外管ＯＴの管軸位置に定置しているとともに、発光管ＩＴをその管軸方向に支持している。接続片１０は、支持枠８の上部に溶接されていて、発光管ＩＴの図において上方の電流導入導体３に接続している。１対の支持プレート９、９は、保護ガラス管ＳＧの上下端面に嵌合してそれらの間に保護ガラス管ＳＧを挟持するとともに、発光管支持部材ＳＦに固定されている。したがって、保護ガラス管ＳＧは、１対の支持プレート９、９を介して発光管支持部材ＳＦに支持されている。
【００８１】
ゲッタＧは、発光管支持部材ＳＦの図において上部に支持されているパフォーマンスゲッタである。
【００８２】
口金Ｂは、ねじ形口金であり、図１において外管ＯＴの下部に装着され、一対の内部導入線６ａ、６ｂに接続している。
【００８３】
図３は、本発明の一形態を基本として、始動ガスの封入圧および電極間距離を種々変化させた高圧放電ランプを製作して始動ガスの封入圧および電極間距離の相関と始動電圧および発光効率の関係を測定した結果を示すグラフである。図において、横軸はＰＧ（気圧・ｍｍ）を、縦軸は左側が始動電圧（ｋＶ）、右側が発光効率（ｌｍ／Ｗ）を、それぞれ示す。また、図中の左方向に向かう矢印により示す曲線は右方向に向かう矢印により示す曲線は発光効率を、右方向に向かう矢印により示す曲線により示す曲線は発光効率を、それぞれ示す。
【００８４】
図３から理解できるように、ＰＧが３以上であれば発光効率が５０ｌｍ／Ｗ以上になる。しかし、ＰＧが３未満になると発光効率が５０ｌｍ／Ｗ未満になってしまう。また、ＰＧが１５以上になれば発光効率が８５以上を得ることができる。これに対して、ＰＧが６０以下であれば始動電圧が５ｋＶを超えてしまい、本発明の目的を達成することができない。また、ＰＧが１５〜３０であれば始動電圧が５ｋＶ以下で、しかも発光効率が８５ｌｍ／Ｗ以上の高効率が得られる。
【００８５】
以上を総合すると、ＰＧが３〜６０の範囲の図において薄墨で示すグラフエリアＡであれば、始動電圧が５ｋＶ以下で、しかも発光効率が５０ｌｍ／Ｗ以上となり、本発明の目的を達成できることが分かる。また、ＰＧが１５〜３０の範囲の図において相対的に濃い薄墨で示すグラフエリアＢであれば、さらに好適な効果が得られることが分かる。
【実施例１】
【００８６】
実施例１は、図１に示すメタルハライドランプである。
【００８７】
透光性セラミックス気密容器：多結晶アルミナセラミックス一体成形、最大内径5mm、
放電空間長9mm、肉厚0.5mm、
全長34mm、内容積0.12cc
一対の電極      ：電極間距離6.4mm
イオン化媒体    ：TmI3-NaI-ZnI２（質量比3:1:0.1）=4.1mg、Xe2.5気圧
始動補助体      ：紫外線エンハンサ、近接導体
始動電圧        ：3.8kV
グロー・アーク転移時間：0.1秒（安定器始動パルス電圧4kV、開放印加電圧300Vにて）
電気特性        ：ランプ電圧40V、ランプ電力30W、（安定器は専用安定器使用）
発光特性        ：発光効率86 lm/W
図４は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての天井埋込形ダウンライトを示す断面図である。図において、１１は高圧放電ランプ、１２は照明器具本体である。
【００８８】
高圧放電ランプ１１は、図１に示す本発明の高圧放電ランプを実施するための形態におけるのと同じである。
【００８９】
照明器具本体１２は、天井埋込形ダウンライトを構成するもので、基体１２ａ、反射板１２ｂを具備している。基体１２ａは、天井に埋め込まれるために、下端に天井当接縁１２ａ１を備えている。反射板１２ｂは、基体１２ａに支持されているとともに、高圧放電ランプ１１の発光中心がそのほぼ焦点に位置するように包囲している。
【００９０】
高圧放電ランプ１１を点灯させるための高圧放電ランプ点灯装置（図示を省略している。）は、これを照明器具本体１２に配設したり、照明器具本体１２に隣接する位置または遠隔した位置に別置きとしたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示す正面図
【図２】同じく発光管の断面図
【図３】本発明の一形態を基本として、始動ガスの封入圧および電極間距離を種々変化させた高圧放電ランプを製作して始動ガスの封入圧および電極間距離の相関と始動電圧および発光効率の関係を測定した結果を示すグラフ
【図４】本発明の照明装置を実施するための一形態としての天井埋込ダウンライトを示す断面図
【符号の説明】
【００９２】
１…透光性セラミックス気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、１ｃ…放電空間、２…電極、２ａ…棒状体、２…電極マウントサブコイル２ｂ、３…電流導入導体、３ａ…封着性部分、３ｂ…耐ハロゲン性部分、４…シール材、５…ステム、Ｂ…口金、ＩＴ…発光管、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持枠、ＳＧ…保護ガラス、ＴＷ…近接導体、ＵＶＥ…紫外線エンハンサ
【図１】
2010153176.tif 000003
【図２】
2010153176.tif 000004
【図３】
2010153176.tif 000005
【図４】
2010153176.tif 000006