(57)【要約】【課題】環境負荷物質である水銀を封入することなく、白味や青味の強いファッショナブルな発光色を安定的に得ることができ、実用上支障のない光束や寿命および良好な演色性を備えた、水銀フリーメタルハライドランプを得る。【解決手段】一対の電極を具えた発光管の内部に、希ガスと共に主たる発光物質として少なくとも、Na（ナトリウム）のハロゲン化物と、Sc（スカンジウム）のハロゲン化物と、Ga（ガリウム）のハロゲン化物を封入し、実質的に水銀を含まない構成のメタルハライドランプとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を具えた発光管の内部に、希ガスと共に主たる発光物質としてNa（ナトリウム）のハロゲン化物と、Sc（スカンジウム）のハロゲン化物と、Ga（ガリウム）のハロゲン化物が少なくとも封入されていることを特徴とする水銀フリーメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記Ga（ガリウム）のハロゲン化物の封入量が発光管の内容積１ｍｍ3あたり１．６６×１０−４ｍｇ〜１．３×１０−２ｍｇであることを特徴とする請求項１記載の水銀フリーメタルハライドランプ。
【請求項３】
前記発光管内にＴｌ（タリウム）のハロゲン化物が封入されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の水銀フリーメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記Tl（タリウム）のハロゲン化物の封入量が発光管の内容積１ｍｍ3あたり１．６６×１０−４ｍｇ〜１．３×１０−２ｍｇであることを特徴とする請求項３記載の水銀フリーメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記発光内にDy（ジスプロシウム）のハロゲン化物と、Nd（ネオジウム）のハロゲン化物が封入されていていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の水銀フリーメタルハライドランプ。
【請求項６】
前記Dy（ジスプロシウム）のハロゲン化物とNd（ネオジウム）のハロゲン化物とを合わせた封入量が発光管の内容積１ｍｍ3あたり３．３×１０−４ｍｇ〜１．６×１０−２ｍｇであることを特徴とする請求項５記載の水銀フリーメタルハライドランプ。
【請求項７】
前記Dy（ジスプロシウム）のハロゲン化物の封入量に対するNd（ネオジウム）のハロゲン化物の封入量が２５％〜２００％であることを特徴とする請求項６記載の水銀フリーメタルハライドランプ。
【請求項８】
自動車前照灯に用いることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の水銀フリーメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極を具えた発光管の内部に、水銀を入れないで希ガスと共に適種の金属ハロゲン化物（メタルハライド）を封入した水銀フリーメタルハライドランプに関するもので、特に自動車前照灯として用いるのに適した水銀フリーメタルハライドランプに関する。このようなランプの発光管は一般的に、図１に示すように、石英ガラス管により形成された発光管１の中空発光部内にタングステンからなる一対の電極２が対向して配置してあり、この電極２の基端部にはモリブデンからなる金属箔３が溶接されていて、さらにこの金属箔３には外部リード線４が接続されている。そして前記金属箔３を中心とした部分が発光管１を形成する石英ガラス管両端のシール部内に溶着されることで発光管１の中空発光部内の気密が保たれている。前記中空発光部内には希ガスと共に適種のメタルハライドが封入されている。
【０００２】
なお、電極２と石英ガラスが強く溶着していればランプ点灯時に、電極２と石英ガラスの熱膨張率の差により石英ガラスに電極２からクラックが生じてリークの原因となる場合があるが、図１のように石英ガラスが溶着される電極２部分にタングステンコイル５を巻きつけることで、電極２と石英ガラスの強い溶着を防止し、電極からのクラックを防止する手法は周知の技術である。
【背景技術】
【０００３】
近年、自動車前照灯に高効率なメタルハライドランプが採用されつつある。このメタルハライドランプの多くは、環境負荷物質である水銀が封入されている。水銀は電子との弾性衝撃断面積が大きく、ランプ電圧を形成するのに非常に有効であることからこの分野では広く使用されてきた。しかし、環境問題に対する意識が高まってきたことから、環境負荷物質である水銀を封入しない水銀フリーメタルハライドランプの開発が行われ、一部ではすでに自動車前照灯に採用されつつある。
【０００４】
一方で、自動車前照灯に対する顧客のニーズは多彩な発光色にある。その中でも特に白味や青味の強いファッショナブルな発光色の自動車前照灯用メタルハライドランプに顧客の関心が集まっている。しかし、水銀フリーメタルハライドランプでは、水銀の持つ青色領域でのスペクトル（４３５ｎｍ）が欠落することから、水銀が封入されているメタルハライドランプと比較して、白味や青味の強い発光色を実現しにくいのが現状である。
【０００５】
従来の水銀フリーメタルハライドランプでは、発光させることを主たる目的として封入する第１のハロゲン化物と、電圧を形成することを主たる目的として封入する第２のハロゲン化物を組み合わせることで、水銀を封入することなく適正なランプ電圧を得ようとしている。かかるランプは、例えば特開２００６−６６４０６号公報に開示されている。
【０００６】
前記特開２００６−６６４０６号公報に開示されたランプでは、主たる発光物質としてNa（ナトリウム）のハロゲン化物、Sc（スカンジウム）のハロゲン化物及び希土類金属のハロゲン化物の組み合わせを選択し、ランプ電圧を形成する物質としてMg（マグネシウム）、Fe（鉄）、Co（コバルト）、Cr（クロム）、Zn（亜鉛）、Ni（ニッケル）、Mn（マンガン）、Al（アルミニウム）、Sb（アンチモン）、Be（ベリリウム）、Re（レニウム）、Ga（ガリウム）、Ti（チタン）、Zr（ジルコニウム）及びHf（ハフニウム）の中から選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物を用いている。
【特許文献１】特開２００６−６６４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の特許文献に開示されたようなランプにおいては、主たる発光物質すなわちNa、Sc及び希土類金属のハロゲン化物の封入量を適宜調整することによってランプの発光色をある程度変えることはできるが、前記のような発光物質の組み合わせは比較的暖かみのある光色を安定的に得るのには適しているが、白味や青味の強いファッショナブルな発光色を安定的に得ることは困難であることが判明した。本発明が解決しようとする課題は、環境負荷物質である水銀を封入することなく、白味や青味の強いファッショナブルな発光色を安定的に得ることができ、実用上支障のない光束や寿命および良好な演色性を備えた、水銀フリーメタルハライドランプを可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは前記課題を解決するために種々検討し実験を重ねた結果、一対の電極を具えた発光管の内部に、希ガスと共に主たる発光物質としてNa（ナトリウム）のハロゲン化物と、Sc（スカンジウム）のハロゲン化物と、Ga（ガリウム）のハロゲン化物との組み合わせを封入して、これらの封入物質の封入量などを適宜調整することによって、白味や青味の強いファッショナブルな発光色を安定的に得ることができ、実用上支障のない光束や寿命および良好な演色性を備えた水銀フリーメタルハライドランプが得られることを見出した。
【０００９】
なお、この種のランプにおいて、発光管の内部にGaのハロゲン化物を封入することは前記特許文献にも記載されているが、同特許文献に開示された発明においては、Gaのハロゲン化物はランプ電圧を形成する物質として選択できることとなっており、本願発明のようにGaのハロゲン化物をNaのハロゲン化物およびScのハロゲン化物と共に主たる発光物質として使用することは全く開示または示唆されていない。
【００１０】
また、本発明のように、発光管の内部に、希ガスと共に主たる発光物質としてNaのハロゲン化物と、Scのハロゲン化物と、Gaのハロゲン化物とを組み合わせて封入することによって、白味や青味の強いファッショナブルな発光色が安定的に得られることは確認できたが、かかるランプにおいては点灯して数百時間を経過したところでMoからなる金属箔が黒色に変色し、その後、Mo箔の端部から石英ガラスにクラックが発生し、甚だしい場合には発光管内部の封入物が外部に噴出してしまい点灯不能状態になってしまう場合があることも確認された。この現象はGaに対するMoの耐熱温度が約３００℃度と低いため、GaとMo箔とが反応してしまい、その結果石英ガラスとMo箔との熱膨張率の差が大きくなってしまうことが原因であると推測できる。
【００１１】
発明者らはこの問題に対処するために実験を重ねた結果、前記封入物質に加えて適量のTl（タリウム）を封入すると、前記のようにMo箔が黒色に変色してしまい石英ガラスにクラックが発生する現象を効果的に抑制できることを確認した。
【００１２】
したがって、先ず、本発明の水銀フリーメタルハライドランプは、一対の電極を具えた発光管の内部に、希ガスと共に主たる発光物質としてNa（ナトリウム）のハロゲン化物と、Sc（スカンジウム）のハロゲン化物と、Ga（ガリウム）のハロゲン化物が少なくとも封入されていることを特徴とする。
【００１３】
次に、前記Gaのハロゲン化物の封入量が発光管の内容積１ｍｍ3あたり１．６６×１０−４ｍｇ〜１．３×１０−２ｍｇであることを特徴とする。
【００１４】
また、前記発光管内においてTl（タリウム）のハロゲン化物が少なくとも封入されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記Tlのハロゲン化物の封入量が発光管の内容積１ｍｍ3あたり１．６６×１０−４ｍｇ〜１．３×１０−２ｍｇであることを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記発光内においてDy（ジスプロシウム）のハロゲン化物と、Nd（ネオジウム）のハロゲン化物が少なくとも封入されていていることを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記Dyのハロゲン化物とNdのハロゲン化物とを合わせた封入量が発光管の内容積１ｍｍ3あたり３．３×１０−４ｍｇ〜１．６×１０−２ｍｇであることを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記Dyのハロゲン化物の封入量に対するNdのハロゲン化物の封入量が２５％〜２００％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水銀フリーメタルハライドランプによれば、環境負荷物質である水銀の青色発光を利用することなく、白味や青味の強いファッショナブルな発光色を可能にすると共に、実用上支障の無い光束や寿命および良好な演色性を合わせ持つ利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明においては、図１に示すように例えば、管電力３５Ｗ（管電圧４２Ｖ、電流値０．８３Ａ）の水銀フリーメタルハライドランプを構成するために内容積約３０ｍｍ3の石英ガラス製の発光管１を用いている。酸化トリウムを２重量％含有するタングステンからなる直径０．３ｍｍ、全長７ｍｍの電極２の一端をモリブデンからなる金属箔４に接続し、上記電極２の他端を発光管１の中空発光部内に突出せしめてある。電極２には線径０．０５ｍｍのコイル５を巻きつけ、電極２とコイル５はインバーター式溶接機を用いてスポット溶接してある。発光管１の中空発光部内にはバッファーガスとしての希ガス例えばキセノンガスと共に、主たる発光物質として、Naのハロゲン化物とScのハロゲン化物に加えて、Gaのハロゲン化物が発光管の内容積１ｍｍ3あたり１．６６×１０−４ｍｇ〜１．３×１０−２ｍｇの範囲で封入されていて、水銀は封入されていない。
【００２２】
この実施例１ではNaのハロゲン化物、Scのハロゲン化物、Gaのハロゲン化物を封入しているが、何れも発光に寄与することを目的として封入している。とりわけGaのハロゲン化物に関しては、GaI3として封入することにより、中空発光部内のハロゲン量を増加させることでハロゲンサイクルを活性化させ、電極の飛散を抑制し、最終的には寿命中の黒化や失透といった問題の進行を抑制できるものと推測できる。
【００２３】
また、Gaは青色領域でのスペクトル（４０３ｎｍ、４１７ｎｍ）を持っているため、白味や青味の強いファッショナブルな発光色を得るのに極めて効果的である。Gaのハロゲン化物が封入された水銀フリーメタルハライドランプの発光スペクトルを図２に示す。
【００２４】
実施例１ではGaのハロゲン化物を発光管の内容積１ｍｍ3あたり１．６６×１０−４ｍｇ〜１．３×１０−２ｍｇの範囲で封入するとしたが、これは下限値より少ないとGaによる白味や青味の強いファッショナブルな発光色が得られず、また、上限値より多いとＪＩＳに記載されている自動車の白色範囲（Ｄ５５００）より逸脱してしまうためである。
【００２５】
Gaのハロゲン化物封入量とＪＩＳ規格に規定されているＤ５５００の自動車の白色範囲上の色度値ｘｙの関係を図３に示す。
【００２６】
上記図３より明らかなように、Gaのハロゲン化物の封入量を増やすとＪＩＳ規格に規定されているＤ５５００の自動車の白色範囲上での色度値ｘｙが青色方向に移動する。このGaのハロゲン化物による色度値ｘｙへの効果が白味や青味の強いファッショナブルな発光色を可能にする。
【実施例２】
【００２７】
実施例１に記載した水銀フリーメタルハライドランプに、さらにDyのハロゲン化物と、Ndのハロゲン化物が封入されている。Dyのハロゲン化物とNdのハロゲン化物とを合わせた封入量は発光管の内容積１ｍｍ3あたり３．３×１０−４ｍｇ〜１．６×１０−２ｍｇである。また、Dyのハロゲン化物の封入量に対するNdのハロゲン化物の封入量が２５％〜２００％の範囲で封入されていて、水銀は封入されていない。
【００２８】
この実施例２では、Naのハロゲン化物、Scのハロゲン化物、Gaのハロゲン化物、Dyのハロゲン化物、Ndのハロゲン化物を封入しているが、いずれも発光に寄与することを目的として封入している。とりわけ、Dyのハロゲン化物とNdのハロゲン化物は多数の発光スペクトルを持っているため、高い平均演色評価数（Ra）を得るのに効果的である。つまり、照射物を自然な色で見ることができる。
【００２９】
とりわけ、水銀フリーメタルハライドランプでは水銀を封入しない分、水銀によるエネルギー損失が無いのでDyやNd等蒸気圧の低い希土類物質がより発光しやすくなり、これにより水銀が封入されているメタルハライドランプに比べて、高いRaを得ることができる。
【００３０】
実施例２ではDyのハロゲン化物とNdのハロゲン化物とを合わせた封入量は発光管の内容積１ｍｍ3あたり３．３×１０−４ｍｇ〜１．６×１０−２ｍｇとしたが、前記封入量が下限値より少ないと高いRa を得られず、反対に上限値より多いと全光束が低下してしまう。
【００３１】
さらに、実施例２ではDyのハロゲン化物に対するNdのハロゲン化物の封入量を２５％〜２００％の範囲で封入するとしたが、この値が２５％より少ないと寿命中におけるDyによる石英ガラスの失透が顕著に発生し、２００％より多いと寿命中におけるNdによる石英ガラスの黒化が顕著に発生するためである。
【００３２】
Dyのハロゲン化物とNdのハロゲン化物の封入量比率と寿命中の失透及び黒化の発生度合いを図４に示す。
【００３３】
上記図４より明らかなように、Dyのハロゲン化物の封入比率を増加させると、中空発光部内の石英ガラスの失透が寿命中顕著に発生してしまう。寿命中の過剰な失透はこの手の光学系で利用されるランプにとっては好ましくない。また、過剰な失透は中空発光部の膨張によるリークを引き起こしかねない。
【００３４】
一方、Ndのハロゲン化物の封入比率を増加させると、中空発光部内の石英ガラスの失透が寿命中顕著に発生してしまう。寿命中の過剰な黒化は中空発光部内の電極間で発生する放電による発光を妨げてしまうため光束維持率の観点から好ましくない。
【実施例３】
【００３５】
実施例１または実施例２に記載した水銀フリーメタルハライドランプにさらに、Tlのハロゲン化物が発光管の内容積１ｍｍ3あたり１．６６×１０−４ｍｇ〜１．３×１０−２ｍｇの範囲で封入されていて、水銀は封入されていない。
【００３６】
実施例１または実施例２に記載した水銀フリーメタルハライドランプを、ＪＩＳ規格に規定されているＪＥＬ２１５に従った点滅サイクルによる寿命試験を実施したところ、寿命後半の時点で、Moからなる金属箔の電極接続側の端部が一部黒く変色しているものがあることが確認された。
【００３７】
これはGaに対するMoの耐熱温度が約３００℃度と低いため、GaとMoからなる金属箔とが化学反応を起こしてしまったことが推測される。さらにこの化学反応が進行した場合、石英ガラスとの熱膨張率の差から石英ガラスにクラックを発生させ、最悪の場合、球体内部の封入物が外部に噴出してしまい不点灯になることが考えられる。
【００３８】
Tlのハロゲン化物の封入は上記問題に対しての抑制とTlのもつ比視感度の高いスペクトル（５３５ｎｍ）を利用することを目的としている。なお、Tl封入することでTlとGaの複合金属が中空発光管部内で形成され、これがMoからなる金属箔との反応を抑制していると推測できる。これにより、さらに長寿命の水銀フリーメタルハライドランプを可能とする。
【００３９】
実施例３ではTlのハロゲン化物を発光管の内容積１ｍｍ3あたり１．６６×１０−４ｍｇ〜１．３×１０−２ｍｇの範囲で封入するとしたが、これは下限値より少ないとTlによるGaとMoからなる金属箔との化学反応の抑制効果が十分に期待できない。また上限値より多いとＪＩＳに記載されている自動車の白色範囲（Ｄ５５００）より逸脱してしまうためである。
【００４０】
Tlのハロゲン化物封入量とＪＩＳ規格に規定されているＤ５５００の自動車の白色範囲上の色度値ｘｙの関係を図５に示す。
【００４１】
上記図５より明らかなように、Tlのハロゲン化物の封入量を増やすとＪＩＳ規格に規定されているＤ５５００の自動車の白色範囲上での色度値ｘｙが緑色方向に移動する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の水銀フリーメタルハライドランプは環境負荷物質である水銀を封入することなく、白味や青味の強いファッショナブルな発光色を安定的に得ることができ、実用上支障のない光束や寿命および良好な演色性を備えた、水銀フリーメタルハライドランプの生産が可能となるものであり、産業上において広く利用する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の水銀フリーメタルハライドランプの縦断正面図である。
【図２】Gaのハロゲン化物が封入された水銀フリーメタルハライドランプの分光分布である。
【図３】Gaのハロゲン化物封入量とＪＩＳ規格に規定されているＤ５５００の自動車の白色範囲上の色度値ｘｙの関係図である。
【図４】Dyのハロゲン化物とNdのハロゲン化物の封入量比率と寿命中の失透及び黒化の発生度合いの関係図である。
【図５】Tlのハロゲン化物封入量とＪＩＳ規格に規定されているＤ５５００の自動車の白色範囲上の色度値ｘｙの関係図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  発光管
２  電極
３  金属箔
４  外部リード線
５  タングステンコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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