(57)【要約】    【課題】  絶縁破壊電圧を低減する手段を用いることで、始動電圧が低下して始動性改善効果に優れたＸｅを封入した水銀フリーの高圧放電ランプを提供する。    【解決手段】  高圧放電ランプは、包囲部1aおよび包囲部の両端に連通して管軸方向に延在する一対の小径筒部1b、1bを備えた透光性セラミックス気密容器1、基端が小径筒部内に挿通し先端が包囲部内に臨んで離間対向している第１および第２の電極2A、2B、ならびに金属ハロゲン化物および２５℃において１気圧以上のキセノンを含み、水銀を本質的に含まないで透光性セラミックス気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管ITと、内部に発光管を収容しているとともに口金を備えている外管OTと、基端が第１の電極に導電接続し、中間が包囲部の外面に沿い、かつ接して延在し、終端が第２の電極に対向する位置において小径筒部の外面を周回している近接導体TWとを具備している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通して管軸方向に延在する一対の小径筒部を備えた透光性セラミックス気密容器、基端が小径筒部内に挿通し先端が包囲部内に臨んで離間対向している第１および第２の電極、ならびに金属ハロゲン化物および２５℃において１気圧以上のキセノンを含み、水銀を本質的に含まないで透光性セラミックス気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管と；
内部に発光管を収容しているとともに口金を備えている外管と；
基端が第１の電極に導電接続し、中間が包囲部の外面に沿い、かつ接して延在し、終端が第２の電極に対向する位置において小径筒部の外面を周回している近接導体と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
紫外線エンハンサ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】
透光性セラミックス気密容器内部の絶縁破壊時に近接導体に対向する包囲部の内面に沿って放電パスが発生することを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
【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）。上記いずれの実施例も透光性気密容器は、図６および図１６を参照すると、石英ガラス製であると思われる。
【０００３】
一方、既存の水銀入りセラミックメタルハライドランプにおいては、始動ガスはＡｒ０．１〜０．５気圧封入したものが殆どである。これに対して、水銀フリーの透光性セラミックス気密容器を用いたメタルハライドランプでは、Ａｒに代えてＸｅを封入することで、水銀を用いないことによって低くなりがちなランプ電圧とこれに伴い低下する発光効率とを実用的なランプ電圧とランプ効率まで高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３８４８８号公報（段落０２１６−０２３０、０３７０−０３８０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ａｒは、同圧のＸｅと比較して、明らかに低い絶縁破壊電圧を示すため、より低い始動パルス電圧でグロー放電などの微小電流放電を開始させることができる。しかしながら、Ａｒの場合、Ｘｅと比較すると微小電流放電からアーク放電へ移行させることが難しい。
【０００６】
始動ガスとしてのＡｒとＸｅの選択は、この絶縁破壊電圧とアーク放電への移行のしやすさのバランスで決定され、ランプの品種によって設定される。
【０００７】
本発明者は、Ｘｅを封入した水銀フリーの高圧放電ランプにおいては、絶縁破壊電圧を低減する手段を用いることで、既存の水銀入りでＡｒ封入の高圧放電ランプでは得られない始動性改善効果が得られることを見出した。
【０００８】
本発明は、絶縁破壊電圧を低減する手段を用いることで、始動電圧が低下して始動性改善効果に優れたＸｅを封入した水銀フリーの高圧放電ランプ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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の高圧放電ランプは、内部に放電空間を有する包囲部および包囲部の両端に連通して管軸方向に延在する一対の小径筒部を備えた透光性セラミックス気密容器、基端が小径筒部内に挿通し先端が包囲部内に臨んで離間対向している第１および第２の電極、ならびに金属ハロゲン化物および２５℃において１気圧以上のキセノンを含み、水銀を本質的に含まないで透光性セラミックス気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管と；内部に発光管を収容しているとともに口金を備えている外管と；基端が第１の電極に導電接続し、中間が包囲部の外面に沿い、かつ接して延在し、終端が第２の電極に対向する位置において小径筒部の外面を周回している近接導体と；を具備していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｘｅを封入した水銀フリーの高圧放電ランプにおいて、基端が第１の電極に導電接続し、中間部が透光性セラミックス気密容器の包囲部の外面に接触し、終端が第２の電極に対向する小径筒部の外面に周回した近接導体を配設したことにより、透光性セラミックス気密容器内部の絶縁破壊を生じやすくなり、絶縁破壊の直後に高圧放電ランプがアーク放電へ転移して始動するので、始動電圧が低下して優れた始動性改善効果が得られる効果を奏する。
【００１１】
また、加えて紫外線エンハンサを具備していることにより、より一層始動電圧が低下して優れた始動性改善効果が得られるＸｅを封入した水銀フリーの高圧放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態に係わるメタルハライドランプの正面図である。
【図２】同じく発光管を示す拡大側断面図である。
【図３】同じく近接導体の発光管に対する近接状況および変形例を示す要部斜め側面図である。
【図４】同じく始動電圧を比較例のそれとともに示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１ないし図３に示す本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態は、以下のとおりである。すなわち、本形態の高圧放電ランプは、図１に示すように、一般照明用途に適応し得る定格ランプ電力１５０Ｗ形のメタルハライドランプであり、発光管ＩＴ、外管ＯＴ、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。
【００１５】
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、第１および第２の電極２Ａ、２Ｂ、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。
【００１６】
透光性セラミックス気密容器１は、透光性セラミックス、好ましくは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を備えている。そして、好ましくは包囲部１ａと一対の小径筒部１ｂ、１ｂが連続的な曲面を介して接続し、かつ一体成形された構造をなしている。包囲部１ａは、内部に放電空間１ｃが形成されていて、例えば図２に示すように俵形をなし、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。
【００１７】
第１および第２の電極２Ａ、２Ｂは、ドープドタングステンの棒状体からなり、先端が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、中間部が小径筒状部１ｂの内部に周囲に僅かな隙間であるキャピラリーを形成しながら挿通している。また、第１および第２の電極２Ａ、２Ｂの小径筒部１ｂの内部に位置する軸部２ａの周囲に、タングステンなどの細線を巻回して形成した電極マウントサブコイル２ｂを配設している。
【００１８】
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。なお、耐ハロゲン性部分３ｂの直径を第１および第２の電極２Ａ、２ｂの軸部と同径にして電極マウントサブコイル２ａを耐ハロゲン性部分３ｂまで延在させている。
【００１９】
シール材４は、小径筒部１ｂと電流導入導体３とが協働して透光性セラミックス気密容器１を封止するのであれば、その材質および封止の態様が特段限定されない。例えば、小径筒部１ｂまたはこれと同様材質のセラミックスが融着して透光性セラミックス気密容器１を封止することで結果的にシール材４が形成される構成であってもよい。しかし、本形態においては、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。
【００２０】
イオン化媒体は、金属ハロゲン化物およびキセノンからなる。
【００２１】
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。本発明において、発光金属は、特定金属に限定されない。しかし、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ランタノイドに属する希土類金属、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ナトリウム（Ｎａ）などの金属ハロゲン化物とともに封入することができる。ツリウム（Ｔｍ）は、発光効率が高く、かつランプ電圧を高める作用があるので、甚だ好ましい発光金属である。ホルミウム（Ｈｏ）は、ツリウムに次いで上記の効果がある。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。
【００２２】
また、所望により、主としてランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物、例えばＺｎＩ２などを添加することができる。しかし、水銀は、本質的に含まないものとする。
【００２３】
希ガスは、雰囲気温度２５℃のときに１気圧以上のキセノン主体の希ガスからなる。なお、キセノンは、少なくとも２５気圧以下であれば、本発明の効果を奏する。好適には１０気圧以下、より一層好適には５気圧以下である。キセノンの封入圧が１０気圧以下であれば始動電圧が低くて済み、５気圧以下であれば、始動電圧が５ｋＶ以下にすることができる。
【００２４】
外管ＯＴは、適宜の材質であればよく、例えば硬質ガラスを用いて形成することができる。そして、図１に示すように、内部に発光管ＩＴおよび少なくとも近接導体ＴＷを後述する態様において配設している。また、好ましくは紫外線エンハンサ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。
【００２５】
また、本形態において、外管ＯＴは、図１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。
【００２６】
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８に溶接されて発光管支持部材ＳＦに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、接続片９を介して接続導体７に溶接されることで、これに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。
【００２７】
近接導体ＴＷは、その基端が発光管ＩＴの図１および図３において上方の電流導入導体３に接続金具２１を介して溶接されていることにより、図２に示す第１の電極２Ａに導電接続する。そして、図３に示すように、中間が包囲部１ａの外面に沿い、かつ包囲部１ａの外面に接して第２の電極側へ延在している。なお、包囲部１ａの外面に対する接触は、包囲部１ａに対向する部分の全体でもよいし、一部であってもよい。しかし、近接導体ＴＷが包囲部１ａの外面近傍に位置していても、包囲部１ａに接していない場合には、絶縁破壊が生じにくくなる。
【００２８】
また、近接導体ＴＷは、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）などの導電性にして耐熱性の金属またはそれらの２種以上の合金などを用いて形成することができる。
【００２９】
さらに、近接導体ＴＷの包囲部１ａに沿った延在の態様は、近接導体ＴＷを側方から見たときに、近接導体ＴＷが管軸方向に沿って直線的に延在しているように見えるのが好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、水銀フリーの高圧放電ランプにおいては、絶縁破壊時に包囲部１ａの内面に沿って放電パスが形成されやすくなるという特徴がある。そして、その際に近接導体ＴＷが上述のような態様で延在していると、近接導体ＴＷに沿って放電パスが形成されやすくなる。その結果、透光性セラミックス気密容器１内における絶縁破壊がより一層促進される。
【００３０】
さらに、本形態において、近接導体ＴＷは、中間部が図１の上方の小径筒部１ｂの包囲部１ａとの境界部近傍に周回されてリングｒ１を形成してから、包囲部１ａの外面に沿って上述の態様で延在している。そして、終端が図１および図３（ａ）に示すように下方の小径筒部１ｂの、第２の電極２Ｂに対向する位置において、外面を複数回、例えば５ターン周回してリングｒ２を形成して透光性セラミックス気密容器１の外面に固定されている。リングｒ２は、図３（ｂ）の変形例のように例えば幅５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのリボン状金具で形成してよい。リングｒ１も所望によりリボン状金具で形成することができる。
【００３１】
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２Ｂとの間には大きな電位傾度が形成される。そのため、５ｋＶ以下の始動用高電圧が一対の電極２Ａ、２Ｂ間に印加されると、高圧放電ランプの始動が促進される。
【００３２】
そうして、始動時に発光管ＩＴの第１および第２の電極２Ａ、２Ｂの間に始動用高電圧が印加されると、第２の電極２Ｂとこれに正対する近接導体ＴＷの部分（リングｒ２）との間の電位傾度が大きくなるから、微小放電が生起する。次いで、微小放電が包囲部１ａの内面の近接導体ＴＷに内向する部位に沿って第１の電極２Ａまで延びて放電パスが形成されて絶縁破壊が行われる。
【００３３】
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の基端は、発光管支持部材ＳＦに溶接して支持されている。そして、紫外線透過性の外囲器外周面に密接したリボン状の外部電極（図示しない。）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などが封入されている。
【００３４】
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２Ａ、２Ｂ間に印加されると、最初に紫外線エンハンサＵＶＥがグロー放電を開始し、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。これにより電極２Ｂなどから光電効果により電子が放出され、これが初期電子として作用して発光管ＩＴ内のイオン化媒体が励起されて始動しやすくなる。その結果、紫外線エンハンサＵＶＥを備えていない場合より明らかに始動電圧が低下する。
【００３５】
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、後述する発光管支持部材ＳＦに支持されている。
【００３６】
発光管支持部材ＳＦ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に接続しているとともに、上記コ字形の開放端側に接続片８が橋架されている。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【実施例１】
【００３９】
実施例１は、図１に示すメタルハライドランプにおいて、紫外線エンハンサを具備していない構成である。
【００４０】
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、最大外径11.4mm、                              肉厚0.8mm、全長60mm、内容積1.5cc
一対の電極                ：ドープドタングステン、電極間距離13mm
イオン化媒体              ：TmI3-NaI=9mg、ZnI２=2.5mg、Xe=3気圧
近接導体                  ：Moワイヤ、直径0.1mm
外管内雰囲気              ：真空
【実施例２】
【００４１】
実施例２は、図１に示すメタルハライドランプにおいて、紫外線エンハンサを具備している以外は実施例１と同じ構成である。
図４は、本発明の一形態における２つのランプ構成例の始動試験結果を示すグラフである。横軸は、実施例１および実施例２を、縦軸は始動電圧を、それぞれ示す。実施例１は、近接導体が透光性セラミックス気密容器内部の絶縁破壊を容易にしたことで始動電圧が低下して４．５ｋＶ以下であり、実施例２は実施例１の構成に紫外線エンハンサをふかしていることで、始動電圧が実施例１より平均約１ｋＶ程度以下低くなっている。
【符号の説明】
【００４２】
１…透光性気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、１ｃ…放電空間、２Ａ…第１の電極、２Ｂ…第２の電極、２ａ…電極軸部、２ｂ…電極マウントサブコイル、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…発光管支持部材、ＳＧ…保護ガラス、ＴＷ…近接導体、ＵＶＥ…紫外線エンハンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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