(57)【要約】    【課題】  水銀を含まないで黒体放射に近付けた白色発光が得られ、ランプ電圧特性を適正値まで向上させることができ、しかも寿命特性に優れたメタルハライドランプ、これを用いたメタルハライドランプ点灯装置および照明装置を提供する。    【解決手段】  メタルハライドランプＭＨＬは、石英ガラスからなる気密容器１と；気密容器１の内部に封装された一対の電極１ｂ、１ｂと；所望の発光を行う金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物、蒸気圧が相対的に大きくて第１のハロゲン化物に比較して可視域に発光しにくくて、かつ、波長４６０〜４９０ｎｍに発光する金属であるとともに少なくとも亜鉛（Ｚｎ）およびマンガン（Ｍｎ）を含むがアルミニウム（Ａｌ）を含ない複数種の金属のハロゲン化物を主成分とする第２のハロゲン化物、および希ガスを含み、水銀を含まない放電媒体と；を具備している。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性で透光性の気密容器と；
気密容器の内部に封装された一対の電極と；
所望の発光を行う金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物、蒸気圧が相対的に大きくて第１のハロゲン化物に比較して可視域に発光しにくくて、かつ、波長４６０〜４９０ｎｍに発光する金属であるとともに、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）およびニッケル（Ｎｉ）のグループから選択された複数種の金属のハロゲン化物を主成分とする第２のハロゲン化物、ならびに希ガスを含み、水銀を含まない放電媒体と；
を具備していることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
第１のハロゲン化物は、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属からなるグループの中から選択された一種または複数種のハロゲン化物であることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
第２のハロゲン化物は、亜鉛（Ｚｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物であることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
定格ランプ電力が１００Ｗ以下の前照灯用であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
発光色が始動後速やかに日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４において規定されている白色範囲内に入ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
発光色が定常点灯時に日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４において規定されている白色範囲内に入ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載のメタルハライドランプ。
【請求項７】
第２のハロゲン化物は、マンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物と亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物の質量比が５：１から１：５の範囲内であることを特徴とする請求項３記載のメタルハライドランプ。
【請求項８】
第１のハロゲン化物と第２のハロゲン化物の質量比が１：５から８：５の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一記載のメタルハライドランプ。
【請求項９】
希ガスは、１気圧以上の圧力で封入されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一記載のメタルハライドランプ。
【請求項１０】
発光色が定常点灯時に黒体放射に対して±０．０１ｕｖの偏差の範囲内に入ることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一記載のメタルハライドランプ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一記載のメタルハライドランプと；
メタルハライドランプの始動時に始動用パルス電圧を発生してメタルハライドランプに印加する始動器と；
メタルハライドランプを点灯するメタルハライドランプ点灯回路と；
を具備していることを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置。
【請求項１２】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１１記載のメタルハライドランプ点灯装置と；
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、水銀フリーのメタルハライドランプ、これを用いたメタルハライドランプ点灯装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極を備えた透光性の発光管に希ガスと金属ハロゲン化物と水銀を封入したメタルハライドランプは、高効率で高演色性のため広く使用されている。ところで、一般的に実用化されているメタルハライドランプは、長い間水銀を必須のものとして封入していた。
【０００３】
現在、環境問題は地球規模でクローズアップされており、照明分野においても環境に悪影響を与える環境負荷物質である水銀をランプから減少し、さらには廃絶することは非常に重要であると考えられている。
【０００４】
現在広く使用されているメタルハライドランプにおいて、水銀の役割は、所望のランプ電圧を得て電気特性を維持することである。例えば、ランプ電圧が低いと所望のランプ入力を得るためにランプ電流を大きくしなければならないので、そのような場合には、ランプ点灯回路、照明器具およびこれらに関連する配線などで配線容量や熱発生などの問題が生じる。また、電極の降下電圧は、ランプにより一定であり、ランプ電圧が低いと電極でのエネルギーロス（電極降下電圧×ランプ電流）の入力に対する割合が大きくなり、そのため効率は低下する。このような事情により、一般にランプ電圧は、ランプが立ち消えしない範囲でランプの入力電圧になるべく近くするほうが有利である。
【０００５】
本発明者らは、先にランプ電圧を維持するのに水銀に代わる物質を実験により見出し、これを高効率封入物と組み合わせることで、電気特性および発光特性が水銀を使用している従来のメタルハライドランプに近い、水銀フリーのメタルハライドラン（以下、便宜上「水銀フリーランプ」という。）を得ることができた（特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に記載されているように、水銀は、発光管の中で高圧になっており、アークからの熱の散逸を防ぐ作用をしている。このため、水銀が存在しない場合において、水銀入りのメタルハライドランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）におけるように希ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）を１０ｋPa程度封入するのでは、効率が大幅に下がってしまう。このため、水銀フリーのメタルハライドランプの場合、効率を所要の程度に維持するために、希ガスは、少なくとも１気圧封入する必要である。なお、希ガスの中でもキセノン（Ｘｅ）は、熱伝導率が小さいので、効率維持のためには好適である。また、自動車前照灯用のメタルハライドランプなどのように、始動後に光束をなるべく早く立ち上げたい場合には、Ｘｅを５気圧以上封入すると好適である。このように、希ガスが高圧に封入されている場合、点灯回路には、始動時にメタルハライドランプに高電圧パルスを印加する機能を有する始動器を備えている必要がある。
【０００７】
そうして、特許文献１に記載のメタルハライドランプによれば、ランプ中から水銀を除いたことにより、環境負荷物質を廃絶できたことは非常に意義の大きいことであるが、これに加えて次のような効果も得ることができた。すなわち、
１．調光が可能になる。
【０００８】
水銀入りランプからの発光は金属元素と水銀の発光からなる。発光管の温度が変わっても水銀は蒸気圧が非常に高いので、その点灯圧は変わらないが、金属ハロゲン化物は水銀に比べ蒸気圧が顕著に低いので、発光管の温度によりそのランプ内の蒸発量が変わる。すなわち、ランプ入力を変化させると発光管の温度が変わり、水銀の発光量は変わらないのに金属元素（例えばＳｃ）の発光が大きく変化する。メタルハライドランプが使用される多くの場合に、調光の要求が強いにもかかわらず、上述の理由により水銀入りランプの場合には、調光が事実上不可能である。
【０００９】
これに対して、水銀フリーランプは、上記のように入力の変化に応じて金属元素の発光が大きく変化するので、調光が可能になる。
【００１０】
２．同一入力ではランプの形状、寸法のばらつきに対して水銀フリーランプの方がランプ特性の変化が少なくなる。
【００１１】
特に店舗用などではランプ個々の色温度の違いによる色むらや長期寿命中での発光管黒化などに起因する最冷部温度の上昇による色温度の変化が大きな問題になるが、水銀フリーランプではこの点で大きな改善が得られる。
【００１２】
３．寿命中の特性変化が少ない。
【００１３】
寿命中に金属ハロゲン化物が消失したり、発光管が黒化したりしても、上記１．および２．の理由により特性変化が少なくなる。
【００１４】
４．自動車前照灯用などで、分光特性の立ち上がり特性がよい。
【００１５】
すなわち、水銀入りランプの場合、電源を投入した始動直後において、水銀は蒸気圧が高く、一方金属ハロゲン化物は蒸気圧が低いので、発光は水銀主体の発光となり、光特性が非常に悪い状態が続く。金属ハロゲン化物の蒸気圧が上がってくると、金属の発光が加わって光特性が良好になってくるが、それまでの時間が長くなる。
【００１６】
これに対して、水銀フリーランプにおいては、水銀が存在しないので、発光は最初から金属の発光となり、したがって光特性も最初から良好になる。
【００１７】
しかし、上述したように環境に優しく、ランプ特性が改善される水銀フリーランプでも、より一層の特性を得ることが期待されている。そのためには、以下に示す問題が残っている。
【００１８】
第１の問題点は、水銀の発光がなくなったことにより生じる。自動車前照灯用ＨＩＤランプにおいて、封入物がＳｃＩ３−ＮａＩだけでは自動車用ＨＩＤ光源の規格（ＪＥＬ２１５）の白色範囲に入らないが、水銀発光が加わるとその発光の効果で黒体軌跡に近付き、上記白色範囲に入る（非特許文献１参照。）。
【００１９】
特許文献１に記載されている水銀フリーのメタルハライドランプ（以下、便宜上「水銀フリーランプ」という。）における第２のハロゲン化物は、図１に示すように、その効果に差があるものの黒体軌跡に近付ける効果を有している。しかし、このような黒体軌跡に近付ける効果がどこから生じるか明らかでなかった。なお、図１は、非特許文献１中の図１（水銀代替物質の色度補正効果）である。
【００２０】
水銀フリーランプの特徴として、前記４．において、「自動車のヘッドライト用などで、分光特性の立ち上がり特性がよい」ことがあげられている。この効果は、特許文献１の図１４、図１９に記載されている。この場合は典型的であるが、高効率を狙った封入組成によっては、この効果が出にくい場合がある。
【００２１】
定常点灯中の発光色についても同様のことがいえる。自動車の前照灯に限らず、一般照明用など人間を対象とする光源では、その放射光は白色範囲（日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４）に入ることが望ましい。水銀が封入されていないと前述したように水銀の発光の貢献がなくなるので、黒体軌跡から遠ざかり白色範囲から外れていく。
【００２２】
第２の問題点は、ランプ電圧に関するものである。水銀は、既述のように電気特性を維持する作用を有している。特許文献１に記述されているように、第２のハロゲン化物は、水銀に代わりランプ電圧を維持する。しかし、前述したようにＺｎＩ２などの第２のハロゲン化物は、その蒸気圧が水銀のそれより低いので、ランプ電圧の調整幅が水銀におけるよりも小さい。特許文献１の例えば第１７の実施形態に示すように、第２のハロゲン化物封入を封入した場合のランプ電圧は、水銀封入の場合の８０％程度となっている。しかし、この実施形態は、自動車前照灯用のメタルハライドランプの例であり、水平点灯されてアークが上側へ湾曲する。この曲がりは、実用的には規格で規制されており、その規格内の場合は、ランプ電圧が水銀封入の場合における半分程度の値が妥当となる。そのため、水銀封入の自動車前照灯HID光源の規格（ＪＥＬ２１５）によれば、ランプ電圧中心値は８５Ｖであるが、水銀フリーの自動車前照灯HID光源の規格（案）ではランプ電圧中心値は４２Ｖである。ランプ電圧の大きい方が、電流が小さくてすみ、回路的にはランプ電圧の大きい方が、前述から明らかなように回路の小形化、低価格化が実現できる。また、一般照明用ランプにおいても、ランプ電圧の調整幅が大きいことが望まれる。例えば、水銀封入タイプにおいても７００W以上の大ワットランプの場合には、ランプ電圧２６０Ｖタイプなどが使用されるが、これもランプ電流を減少させて、配線などの電流容量を減少させるためである。これを実現するためには、水銀フリーランプでもランプ電圧を水銀並みに増大させる方策が必要となる。
【００２３】
一方、電極間距離は、液晶プロジエクタなどの投射用や自動車などの移動体の前照灯用や小ランプ電力の一般照明用などに用いる小形で短アーク形のメタルハライドランプの場合、６ｍｍ以下が好ましい。さらに、特に液晶プロジェクタなどの投射用の場合、好適には３ｍｍ以下であり、現在は０．５ｍｍ程度のものも実用化されている。このような３ｍｍ以下の場合には、特に水銀並みのランプ電圧を維持する方策がなおさら望まれる。
【特許文献１】特開平１１−２３８４８８号公報
【非特許文献１】照明学会誌、第８６巻、第６号、第３６２〜３６６頁（２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ここにおいて、本発明者は、さらに研究を進めた結果、黒体軌跡に近付ける効果が波長４６０〜４９０ｎｍの発光に依存していることを発見した。この効果は、特定用途に限定されることなく得られる。
【００２５】
本発明は、上記発見に基づいてなされたもので、波長４６０〜４９０ｎｍに発光する金属を複数種用いて所要量の波長４６０〜４９０ｎｍの発光を得て黒体軌跡に近付けると同時に、水銀を用いる場合と同等までランプ電圧を高めようとするものである。
【００２６】
一方、自動車前照灯用や液晶プロジェクタなどの投射用のメタルハライドランプにおいては、気密容器が高い集光性を阻害しないことが重要になるため、気密容器の材料として直線透過率の高い透明な石英ガラスを用いている。
【００２７】
ところで、特許文献１の実施形態２５（段落０４４６）においても、第２のハロゲン化物としてＺｎ、ＡｌおよびＭｎのハロゲン化物を用いている。しかしながら、特許文献１の場合、点灯中に第２のハロゲン化物中のＡｌＩ３によって石英ガラスが侵食されて白濁やクラックを生じてしまい、直線透過率が低下したり、気密容器が破裂したりしやすくなる。したがって、所期の寿命が得にくいため、実用上問題のあることが試験により分かった。用途の如何にかかわらず、水銀フリーのメタルハライドランプにおいても、所定の長期間にわたり寿命を全うすることは実用上極めて重要である。
【００２８】
よって、本発明は、環境負荷物質である水銀を含まないで黒体放射に近付けた白色発光が得られ、ランプ電圧特性を適正値まで向上させることができ、しかも寿命特性に優れたメタルハライドランプ、これを用いたメタルハライドランプ点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。
【００２９】
また、本発明は、加えて前照灯用として好適なメタルハライドランプ、これを用いたメタルハライドランプ点灯装置および照明装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
請求項１に係る発明のメタルハライドランプは、石英ガラスからなる気密容器と；気密容器の内部に封装された一対の電極と；所望の発光を行う金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物、蒸気圧が相対的に大きくて第１のハロゲン化物に比較して可視域に発光しにくくて、かつ、波長４６０〜４９０ｎｍに発光する金属であるとともに、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）およびニッケル（Ｎｉ）のグループのグループから選択された複数種の金属のハロゲン化物を主成分とする第２のハロゲン化物、ならびに希ガスを含み、水銀を含まない放電媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００３１】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００３２】
〔気密容器について〕      ＜気密容器について＞    気密容器は、耐火性で透光性でなければならない。また、その内容積は、用途に応じて適宜設定することができる。しかし、前照灯用としては、一般的には０．００５〜０．１ｃｃがよく、好適には０．０１〜０．０５ｃｃである。この場合、気密容器は、好適には最大径部が内径２〜１０ｍｍ、外径が５〜１３ｍｍである。液晶プロジェクタなどの投射用の場合、１ｃｃ以下、好適には０．５ｃｃ以下である。一般照明用の場合、定格ランプ電力に応じて広範囲に設定され、一例として定格ランプ電力５０Ｗで０．１ｃｃ以下である。
【００３３】
ところで、気密容器が「耐火性で透光性」であるとは、放電ランプの通常の作動温度に十分耐える耐火性を備える材料であり、かつ、放電によって発生した所望波長域の可視光および赤外光を外部に導出することができれば、どのようなもので作られていてもよい。例えば、石英ガラスや透光性アルミナ、ＹＡＧ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、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、気密容器の内面を改質することが許容される。
【００３４】
また、気密容器は、一般に包囲部および一対の封止部を備えて構成されている。包囲部は、その内部に適当な形状、例えば球状、楕円球状、ほぼ円柱状などをなした放電空間として機能する内容積の部分を提供する。なお、前照灯用のメタルハライドランプとして好適には放電空間をほぼ円柱状にすることができる。これにより、放電アークが水平点灯においては上方へ湾曲しようとした場合には、放電容器の上側の内面に接近するので、放電容器の上部の温度上昇が早くなる。また、包囲部は、その肉厚を比較的大きくすることができる。すなわち、電極間距離のほぼ中央部の肉厚をその両側の肉厚より大きくすることができる。これにより、放電容器の伝熱が良好になって放電容器の放電空間の下部および側部内面に付着している放電媒体の温度上昇が早まるために、光束立ち上がりが早くなる。
【００３５】
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、包囲部の両端から一体的に延在している。そして、電極を封装し、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するために、好適には気密容器の材質が石英ガラスの場合に、封止部の内部に適当な気密封止導通手段として封着金属箔を気密に埋設している。なお、封着金属箔は、封止部の内部に埋設されて封止部が気密容器の包囲部の内部を気密に維持するのに封止部と協働しながら電流導通導体として機能するための手段であり、気密容器が石英ガラスからなる場合、材料としてはモリブデン（Ｍｏ）が最適である。モリブデンは、約３５０℃になると酸化するので、外部側の端部の温度がこれより温度が低くなるように埋設される。封着金属箔を封止部に埋設する方法は、特段限定されないが、例えば減圧封止法、ピンチシール法およびこれらの組み合わせ法などの中から適宜選択して採用することができる。内容積が０．１ｃｃ以下の小形でキセノン（Ｘｅ）などのガスを室温で６気圧以上封入する自動車前照灯などに用いるメタルハライドランプの場合は、後者が好適である。
【００３６】
〔一対の電極について〕    一対の電極は、気密容器の内部に離間対向して封装されている。電極間距離は、液晶プロジェクタや自動車など移動体の前照灯に用いる投射用や一般照明用として用いる小形で電極間距離の小さいメタルハライドランプの場合、６ｍｍ以下が好ましい。その中で液晶プロジェクタなどの場合、好適には３ｍｍ以下であり、０．５ｍｍのものであってもよい。前照灯用としては中心値で４．２ｍｍが規格化されている。そして、電極は、その直径が好ましくは長手方向に沿ってほぼ同一の直棒状をなした軸部を備えている。なお、軸部の直径は、好ましくは０．２５ｍｍ以上、さらに好適には０．４５ｍｍ以下である。そして、軸部から直径が大きくなることなしに先端に至り、かつ、先端が平坦な端面を形成するか、アークの起点となる先端が曲面ないし切頭円錐形を形成している。あるいは、軸部の先端に軸部より径大の部分を形成することができる。
【００３７】
また、本発明のメタルハライドランプは、交流および直流のいずれで点灯するように構成してもよい。したがって、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。
【００３８】
さらに、一対の電極は、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。
【００３９】
〔放電媒体について〕    放電媒体は、気密容器の内部に封入されて蒸気またはガス状態で放電を生起する媒体として作用し、ハロゲン化物および希ガスを含んでいる。また、ハロゲン化物は、第１および第２のハロゲン化物を含む。
【００４０】
＜第１のハロゲン化物について＞    第１のハロゲン化物は、所望の発光を行う金属のハロゲン化物からなる。また、第１のハロゲン化物としては、メタルハライドランプの用途に応じて所望波長域の放射を生じる多様な既知の金属群の中から適宜選択して単一種を、または複数種を用いることができる。
【００４１】
＜第２のハロゲン化物について＞    第２のハロゲン化物は、次のグループの中から選択された複数種の金属のハロゲン化物が主成分を構成している。上記グループは、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる。これらの金属は、そのいずれも蒸気圧が相対的に大きくて、第１のハロゲン化物に比較して可視域に発光しにくくて、かつ、波長４６０〜４９０ｎｍに相対的に強く発光するとともに、ランプの寿命特性に相対的に影響が少ないという点において共通している。しかし、上記グループの中でも、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）は、なかんずく上記の各作用全体にわたり優れているため、とりわけ好適である。また、上記グループの金属は、そのいずれも気密容器が石英ガラスおよびセラミックスのいずれで形成されていても良好に適応する。
【００４２】
上記グループに含まれる各金属は、そのいずれも上述したように波長４６０〜４９０ｎｍに発光する特性を有している。なお、「波長４６０〜４９０ｎｍに発光する」とは、該当する金属のハロゲン化物を単独封入したときの発光をいう。
【００４３】
次に、上記グループに含まれる各金属の波長４６０〜４９０ｎｍの範囲に含まれる発光線について列挙する。
Ｚｎ：468.0、472.2、481.0nm
Ｍｎ：460.5、462.6、476.2、476.5、476.6、478.3、482.3nm
Ｈｆ：469.9、470.8、477.4、478.2nm
Ｚｒ：460.2、462.6、465.4、468.7、471.0、471.9nm
Ｔｉ：461.7、462.3、463.7、463.9、464.5、473.1、474.2、475.8、479.2、480.8、485.6、487.0、488.5、489.9nm
Ｎｉ：460.5、464.8、471.4、478.6、485.5、486.6nm
また、上記グループに含まれる各金属のハロゲン化物の蒸気圧を表１に示す。表１は、上記各金属のハロゲン化物が１気圧になる温度を示している。すなわち、１気圧になる温度が低いほど蒸気圧が高いことを意味している。なお、これらの値は文献などによって多少異なり、したがって表１の温度値はおおよその値である。
〔表１〕
第２のハロゲン化物    １気圧になる温度（℃）
ＺｎＩ2                  ７２７
ＭｎＩ2                  ８２７
ＮｉＩ2                  ７４７
ＴｉＩ4                  ３７７
ＺｒＩ4                  ４３１
ＨｆＩ4                  ４２７
これに対して、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、レニウム（Ｒｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびコバルト（Ｃｏ）もまた水銀代替物質として既知であり、しかも波長４６０〜４９０ｎｍに発光線を有しているが、これらの金属は、次に示すそれぞれの理由により、上記グループから除外されている。
【００４４】
すなわち、アルミニウム（Ａｌ）は、波長460.9、463.3、463.6、463.9、464.0、464.8、465.3、470.1、477.4、487.9、489.8、489.9nmに発光線を有していて、その発光量も多いとともに、蒸気圧も高いが、気密容器が石英ガラス製の場合、既述のように石英ガラスと反応して気密容器を侵食してしまい、そのためランプ寿命が短縮するという問題がある。したがって、主成分として封入するのは不可であるが、第２のハロゲン化物全体に対して１０質量％程度以内であれば、副成分として含有していることは許容される。その結果、ランプ電圧向上および黒体放射に近付けるのに寄与させることができる。気密容器が透光性セラミックス製の場合には、上記の問題がなくなるため、上記グループに主成分として加えることができ、これにより本発明の所期の作用、効果を奏することができる。
【００４５】
鉄（Ｆｅ）は、電極を構成するタングステン（Ｗ）と融点の低い合金を形成してしまい、そのため電極が溶融して損傷するので、不可である。
【００４６】
アンチモン（Ｓｂ）は、蒸気圧が比較的低いため、ランプ電圧向上に対する寄与が少ないとともに、波長４６０〜４９０ｎｍにおける発光量も比較的少ない。
【００４７】
クロム（Ｃｒ）は、波長462.2、463.2、463.9、466.3、466.5、466.6、469.8、470.8、471.8、475.2、475.6、476.4、480.1、487.1nmに発光線を有しているが、その発光量が十分でないとともに、蒸気圧も比較的低くてランプ電圧向上に対する寄与が比較的少ない。
【００４８】
ガリウム（Ｇａ）は、Ａｌとほぼ同様の理由により第２のハロゲン化物全体に対して１０質量％以内であれば、副成分として含有していることが許容される。また、気密容器が透光性セラミックスからなる場合には、前記グループに主成分として加えることができ、これにより本発明の所期の作用、効果を奏することができる。
【００４９】
レニウム（Ｒｅ）およびマグネシウム（Ｍｇ）は、波長４６０〜４９０ｎｍの発光およびランプ電圧向上に対する寄与がともに十分でない。
【００５０】
コバルト（Ｃｏ）は、Ｆｅとほぼ同様の理由である。
【００５１】
＜希ガスについて＞    希ガスは、メタルハライドランプの始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）のグループの一種を単独で、または複数種を混合して封入することができる。希ガスの中でもキセノンは、その原子量が他の希ガスより大きいため、熱伝導率が相対的に小さいので、これを５気圧以上封入することにより、点灯直後のランプ電圧形成に寄与するとともに、ハロゲン化物の蒸気圧が低い段階で白色の可視光発光を行い、光束立ち上がりに寄与するので、前照灯用のメタルハライドランプとして効果的である。この場合、キセノンの好ましい封入圧は、６気圧以上、より好適には８〜１６気圧の範囲である。このため、点灯直後からの光束立ち上がりと自動車前照灯用のＨＩＤ光源としての白色発光の前記規格を満足することができる。
【００５２】
＜水銀について＞    さらに、水銀について言及しておく。本発明において、水銀（Ｈｇ）は、全く含まないのが環境負荷物質削減のために好ましいことであるが、不純物程度に含んでいても許容される。
【００５３】
〔本発明の作用について〕  以上説明した構成を具備する本発明によれば、環境負荷物質である水銀を含まないで黒体放射に近付けた白色発光が得られ、しかも水銀入りランプとほぼ同様の高いランプ電圧特性および寿命特性に優れたメタルハライドランプを得ることができる。以下、本発明の作用を詳細に説明する。
【００５４】
最初に、本発明において、発光色を黒体軌跡に近付ける効果が波長４６０〜４９０ｎｍの発光が寄与していることについて説明する。なお、この効果は、特定用途に限定されることなく得られるが、自動車前照灯ＨＩＤ光源としてのメタルハライドランプに基づいて説明する。
【００５５】
すなわち、上記ランプは、図２ないし図４に示し、かつ、後述する構造であり、その発光管が内容積０．０２５ｃｃであり、総量０．４ｍｇのＳｃＩ３−ＮａＩとＸｅ１０気圧が基礎構成として封入されている。この基礎構成ランプでは、発光色が白色範囲に入らない。これにＺｎＩ２を添加すると白色範囲に入る。ＺｎＩ２を単独で封入した場合には、図５のような分光分布を生じる。すなわち、前述した波長４６８．０、４７２．２、４８１．０および６３６．２ｎｍの亜鉛の発光線にＺｎＩの分子発光に基づくと思われる可視域の連続発光が重畳している。基礎構成にＺｎＩ２を添加したＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２封入ランプの場合、発光しやすいＳｃやＮａの発光にエネルギーを奪われるために、図６に示すように、Ｚｎの発光は、波長４６８．０、４７２．２および４８１．０ｎｍにのみ見られる。その結果、この波長４６０〜４９０ｎｍの光放射のため、図７に示すように、日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４に規定する白色範囲に入る。しかし、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）は、蒸気圧が水銀に比べて低く、その封入量を増加させてもある程度以上には蒸発しない。したがって、それ以上封入量を増加させても管壁に付着するだけであり、発光管中の圧力は増加しない。すなわち、ＺｎＩ２単体の封入では、色度改善の調整幅は水銀に比較するとはるかに小さい。
【００５６】
一方、上記の発光管にＭｎＩ２を単独で封入した場合には、図８のようになる。Ｍｎは、前述のように波長４６０．５、４６２．６、４７６．２、４７６．５、４７６．６、４７８．３、４８２．３ｎｍに発光線を有している。そこで、ＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２封入ランプの発光管に、さらにＭｎＩ２を添加してなるＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２−ＭｎＩ２封入ランプの分光分布を図９に示す。図９と図６を比較すると、図９では波長４７０ｎｍ近傍に大きな発光が見られる。この発光により、図７の色度図においてＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２−ＭｎＩ２封入ランプは、白色範囲のより内側のほぼ黒体放射上に位置することが分かる。すなわち、ＭｎＩ２とＺｎＩ２は典型的な例であるが、波長４６０〜４９０ｎｍに発光線を有する複数種の金属のハロゲン化物を第２のハロゲン化物として第１のハロゲン化物に添加する本発明によれば、水銀発光の欠乏を補って白色の良好な光色のランプを得ることができる。封入する金属の種類を複数にすることにより、色度点の調整範囲はずっと大きくなる。
【００５７】
次に、ランプ電圧について説明する。
【００５８】
すなわち、本発明において、第２のハロゲン化物として水銀代替金属の複数種の金属のハロゲン化物を封入することにより、ランプ電圧が水銀入りランプとほぼ同等程度まで向上することは特許文献１に記載されているが、図２に示す前照灯用のメタルハライドランプを参照して具体的に説明する。このランプの発光管は、前述のように内容積０．０２５ｃｃであるが、電極間距離４ｍｍで、総量０．４ｍｇのＳｃＩ３−ＮａＩとＸｅ１０気圧が基礎構成として封入されている。このランプのランプ電圧は３１Ｖである。これに、水銀を０．２ｍｇ添加すると、８５Ｖのランプ電圧が得られる。基礎構成にＺｎＩ２を０．２ｍｇ添加すると、ランプ電圧は４８Ｖになる。しかし、ＺｎＩ２の封入量をさらに増しても５２Ｖ以上には上昇しない。これは、ＺｎＩ２の蒸気圧は、水銀のそれよりずっと小さいので、封入量を増やしても管壁に付着するだけであるからである。これにＭｎＩ２を０．２ｍｇ添加すると、ランプ電圧は６８Ｖとなる。封入物の組成を検討した場合、例えば総量０．２ｍｇのＳｃＩ３−ＮａＩにＺｎＩ２を０．２５ｍｇ、ＭｎＩ２を０．２５ｍｇ封入した場合に、ランプ電圧は８６Ｖになる。
【００５９】
また、本発明によれば、第２のハロゲン化物を構成する複数種の金属が所定のグループから選択されているため、第２のハロゲン化物が封入されることによって格別ランプ寿命に好ましくない影響を与えることはない。
【００６０】
さらに、本発明は、定格ランプ電力が特段限定されないし、用途も前照灯、液晶プロジェクタなどの投射用および一般照明用など各種用途に適応するものである。
【００６１】
請求項２に係る発明のメタルハライドランプは、請求項１記載のメタルハライドランプにおいて、第１のハロゲン化物は、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属からなるグループの中から選択された一種または複数種のハロゲン化物であることを特徴としている。
【００６２】
本発明は、白色光を高効率に得るのに好適な第１のハロゲン化物を規定している。特にナトリウム（Ｎａ）およびスカンジウム（Ｓｃ）のハロゲン化物を含む態様がより一層好適である。したがって、本発明は、前照灯用のメタルハライドランプに好適である。
【００６３】
請求項３に係る発明のメタルハライドランプは、請求項１または２記載のメタルハライドランプにおいて、第２のハロゲン化物は、亜鉛（Ｚｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物であることを特徴としている。
【００６４】
本発明は、第２のハロゲン化物の好適な構成を規定している。とりわけ、本発明は、前照灯用のメタルハライドランプに好適である。亜鉛（Ｚｎ）およびマンガン（Ｍｎ）は、色度の改善（白色範囲に入る）とランプ電圧の増大に特に効果が大きい。
【００６５】
請求項４に係る発明のメタルハライドランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載のメタルハライドランプにおいて、定格ランプ電力が１００Ｗ以下の前照灯用であることを特徴としている。
【００６６】
本発明は、メタルハライドランプが水銀に代えて第２のハロゲン化物を封入する水銀フリーランプの好適な用途の一例としての前照灯用であることを規定している。また、本発明は、各前照灯内に個々に配設されるメタルハライドランプや車両の全ての前照灯に対して反射ミラーおよび光ファイバーなどの光学系を経由して発光を分配する集中配置形の前照灯システムなど多様な態様であることを許容する。
【００６７】
請求項５に係る発明のメタルハライドランプは、請求項１ない４のいずれか一記載のメタルハライドランプにおいて、発光色が始動後速やかに日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４において規定されている白色範囲内に入ることを特徴としている。
【００６８】
本発明においては、水銀に代えて第２のハロゲン化物を封入しているため、始直後速やかにハロゲン化物の蒸気が発光に寄与することができる。したがって、始動後速やかに発光色を日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４において規定されている白色範囲内に入れることが容易に可能になる。
【００６９】
そうして、本発明によれば、各種用途において始動後速やかに所定の照明を行うことができるので、違和感を生じることがない。とりわけ、前照灯用のメタルハライドランプにおいては、始動後から違和感を生じないので、安全で、かつ、快適な車両の運転に貢献する。
【００７０】
請求項６に係る発明のメタルハライドランプは、請求項１ないし５のいずれか一記載のメタルハライドランプにおいて、発光色が定常点灯時に日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４において規定されている白色範囲内に入ることを特徴としている。
【００７１】
メタルハライドランプが定常時に白色発光を行うことは、各種用途において有用である。とりわけ、前照灯用のメタルハライドランプにおいては、規格を満足するためには、定常時の白色発光が欠かせない。
【００７２】
そうして、本発明によれば、波長４６０〜４９０ｎｍの発光が第２のハロゲン化物により放射されるので、容易に上記要件を満足する白色発光が放射され、したがって各種用途に好適なメタルハライドランプを得ることができる。
【００７３】
請求項７に係る発明のメタルハライドランプは、請求項３記載のメタルハライドランプにおいて、第２のハロゲン化物は、マンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物と亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物の質量比が５：１から１：５の範囲内であることを特徴としている。
【００７４】
本発明は、第２のハロゲン化物における好適な金属の組み合わせであるマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物と亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物との間の質量比の一般的な許容範囲を規定している。マンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物の質量が大きいために、上記質量比が上記の範囲から外れると、ランプ電圧が低く、また発光色が白色範囲の端に位置するという問題がある。また、亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物の質量が大きいために、上記質量比が上記の範囲から外れると、同様にランプ電圧が低く、また発光色が白色範囲の端に位置するという問題がある。なお、上記質量比の好適な範囲は、２：１〜１：１の範囲である。
【００７５】
請求項８に係る発明のメタルハライドランプは、請求項１ないし７のいずれか一記載のメタルハライドランプにおいて、第１のハロゲン化物と第２のハロゲン化物の質量比が１：５から８：５の範囲内であることを特徴としている。
【００７６】
本発明は、第１のハロゲン化物と第２のハロゲン化物との間の質量比の一般的な許容範囲を規定している。第１のハロゲン化物のハロゲン化物の質量が大きいために、上記質量比が上記の範囲から外れると、ランプ電圧が低くなるという問題がある。また、第２のハロゲン化物の質量が大きいために、上記質量比が上記の範囲から外れると、高効率を維持する第１のハロゲン化物の金属の発光が減少するという問題がある。なお、上記質量比の好適な範囲は、３：１０〜１：１の範囲である。
【００７７】
請求項９に係る発明のメタルハライドランプは、請求項１ないし８のいずれか一記載のメタルハライドランプにおいて、希ガスは、１気圧以上の圧力で封入されていることを特徴としている。
【００７８】
本発明において、希ガスは、１気圧以上の圧力で封入されていることにより、水銀に代わって希ガスが放電の熱を逃げにくくしてランプの発光効率を高い状態に維持することができる。すなわち、希ガスは、アルゴン、クリプトンおよびキセノンの一種または複数種を混合して封入することができる。希ガスの封入圧力を１気圧以上にすることで、熱伝導率が小さくなり、メタルハライドランプの発光効率を高く維持することができる。なお、上記希ガスの中でもキセノンは、最も原子量が大きくて熱伝導率が最も小さいので、とりわけ効果的である。
【００７９】
請求項１０に係る発明のメタルハライドランプは、請求項１ないし９のいずれか一記載のメタルハライドランプにおいて、発光色が定常点灯時に黒体放射に対して±０．０１ｕｖの偏差の範囲内に入ることを特徴としている。
【００８０】
本発明は、定常点灯時に黒体放射に接近した発光を行う構成を規定している。
【００８１】
請求項１１に係る発明のメタルハライドランプ点灯装置は、請求項１ないし１０のいずれか一記載のメタルハライドランプと；メタルハライドランプの始動時に始動用パルス電圧を発生してメタルハライドランプに印加する始動器と；メタルハライドランプを点灯するメタルハライドランプ点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００８２】
本発明は、請求項１ないし９のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプを点灯するための構成を規定している。
【００８３】
始動器は、メタルハライドランプを始動時に高電圧パルスを発生してメタルハライドランプに印加するので、メタルハライドランプが容易に始動する。
【００８４】
点灯回路は、始動したメタルハライドランプに点灯を持続するための電力を供給してメタルハライドランプを安定に点灯させる。また、点灯回路は、所望によりメタルハライドランプの用途に応じて所要のパターンで点灯用の電力を変化させるように構成することができる。例えば、前照灯用のメタルハライドランプを点灯する場合には、メタルハライドランプの点灯直後に定格ランプ電流の２倍以上の電流を供給し、その後時間の経過に伴い電流を定格ランプ電流まで低減するように構成することができる。そうすれば、前照灯用として要求される光束立ち上がり特性を満足するメタルハライド放電ランプ点灯装置が得られる。なお、メタルハライドランプおよび点灯回路は、交流動作および直流動作のいずれでもよい。
【００８５】
請求項１２に係る発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１１記載のメタルハライドランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００８６】
本発明において、「照明装置」とは、請求項１ないし１０のメタルハライドランプを何らかの目的で照明を行うために使用する装置の全てを含む概念である。例えば、自動車などの移動体の前照灯、液晶プロジェクタ、オーバヘッドプロジェクタなどの光投射装置、各種照明器具、例えばダウンライト、天井直付け灯、道路用照明器具、トンネル用照明器具および投光器などの一般照明用の各種照明器具、スポットライトなどの店舗用照明器具など、ならびに表示装置などであることを許容する。
【発明の効果】
【００８７】
請求項１の発明によれば、環境負荷物質である水銀を含まないで黒体放射に近付けた白色発光が得られ、ランプ電圧特性を適性値まで向上させることができ、しかも寿命特性に優れたメタルハライドランプを提供することができる。
【００８８】
請求項２の発明によれば、加えて第１のハロゲン化物がナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属からなるグループの中から選択されているので、白色光を高効率に得るのに好適なメタルハライドランプを提供することができる。
【００８９】
請求項３の発明によれば、加えて第２のハロゲン化物が亜鉛（Ｚｎ）およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物であることにより、色度の改善（白色範囲に入る）とランプ電圧の増大に特に効果が大きいメタルハライドランプを提供することができる。
【００９０】
請求項４の発明によれば、定格ランプ電力１００Ｗ以下の前照灯用のメタルハライドランプを提供することができる。
【００９１】
請求項５の発明によれば、発光色が始動後速やかに日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４において規定されている白色範囲内に入ることにより、照明に違和感を生じることがないメタルハライドランプを提供することができる。
【００９２】
請求項６の発明によれば、加えて発光色が定常点灯時に日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４において規定されている白色範囲内に入ることにより、各種用途において有用なメタルハライドランプを提供することができる。
【００９３】
請求項７の発明によれば、加えて第２のハロゲン化物のマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物と亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物の質量比が５：１から１：５の範囲内であることにより、これらが一般的な許容範囲内にあるメタルハライドランプを提供することができる。
【００９４】
請求項８の発明によれば、加えて第１のハロゲン化物と第２のハロゲン化物の質量比が１：５から８：５の範囲内であることにより、これらが一般的な許容範囲内にあるメタルハライドランプを提供することができる。
【００９５】
請求項９の発明によれば、希ガスが１気圧以上の圧力で封入されていることにより、水銀に代わって希ガスが放電の熱を逃げにくくして発光効率を高い状態に維持するメタルハライドランプを提供することができる。
【００９６】
請求項１０の発明によれば、発光色が定常点灯時に黒体放射に対して±０．０１ｕｖの偏差の範囲内に入ることにより、発光が自然光に近く感じられるメタルハライドランプを提供することができる。
【００９７】
請求項１１の発明によれば、請求項１ないし１０の効果を有するメタルハライドランプ点灯装置を提供することができる。
【００９８】
請求項１１の発明によれば、請求項１ないし１０の効果を有する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】
【００９９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【０１００】
図２ないし図４は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第１の形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示し、図２はランプ全体の正面図、図３は同じく底面図、図４は発光管部分の要部拡大断面図である。メタルハライドランプＭＨＬは、発光管ＩＴ、絶縁チューブＴ、外管ＯＴおよび口金Ｂからなり、水平点灯される。
【０１０１】
発光管ＩＴは、気密容器１、一対の電極１ｂ、１ｂ、封着金属箔２、一対の外部リード線３Ａ、３Ｂおよび放電媒体からなる。
【０１０２】
気密容器１は、包囲部１ａおよび一対の封止部１ａ１を備えている。包囲部１ａは、中空の紡錘形状に成形されてなり、その両端に一対の細長い封止部１ａ１が一体に形成されているとともに、内部に細長いほぼ円柱状の放電空間１ｃが形成されている。放電空間１ｃの内容積は、０．０５ｃｃ以下である。
【０１０３】
一対の電極１ｂ、１ｂは、純タングステン線からなり、軸方向の先端部、中間部および基端部にわたり軸部の直径が同じで、かつ、先端部および中間部の一部が放電空間１ｃ内に露出している。また、電極１ｂの基端部が封止部１ａ１に埋設された後述する封着金属箔２に溶接されるとともに、中間部が封止部１ａ１に緩く支持されることによって気密容器１の所定の位置に配設されている。さらに、図４に示すように、電極１ｂの先端部には、楕円球状の径大部１ｂ１が形成されている。
【０１０４】
なお、各図において、左方の封止部１ａ１を形成した後、封止管１ａ２が切断されないで封止部１ａ１の下部から一体に延長していて、口金Ｂ内へ延在している。
【０１０５】
封着金属箔２は、モリブデン箔からなり、気密容器１の封止部１ａ１内に気密に埋設されている。
【０１０６】
放電媒体は、第１および第２のハロゲン化物および希ガスからなる。第１のハロゲン化物は、所望の発光を行う金属のハロゲン化物からなる。例えば、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属の少なくとも一種の金属のハロゲン化物を用いることができる。
【０１０７】
第２のハロゲン化物は、蒸気圧が相対的に大きくて、第１のハロゲン化物に比較して可視域に発光しにくくて、かつ、波長４６０〜４９０ｎｍに発光する金属であるとともに、下記グループの中から選択された複数種の金属のハロゲン化物からなる。上記グループは、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる。また、このグループから選択された複数種の金属のハロゲン化物は、第２のハロゲン化物の主成分を構成する。
【０１０８】
希ガスは、例えばキセノンからなる。
【０１０９】
一対の外部リード線３Ａ、３Ｂは、その先端が気密容器１の両端の封止部１ａ１内において封着金属箔２の他端に溶接され、基端側が外部へ導出されている。各図において放電容器ＩＴから右方へ導出された外部リード線３Ａは、中間部が後述する外管ＯＴに沿って折り返されて後述する口金Ｂ内に導入されて口金Ｂの外周面に配設されたリング状をなす一方の口金端子ｔ１に接続している。図２において放電容器ＩＴから左方へ導出された外部リード線３Ｂは、管軸に沿って延在して口金Ｂ内に導出されて図示されていない中央に配設されたピン状をなす他方の口金端子に接続している。
【０１１０】
外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に放電容器ＩＴを収納していて、両端の縮径部４（図２および図３では右方の一端のみが示されている。）が放電容器ＩＴの封止部１ａ１にガラス溶着している。しかし、外管ＯＴの内部は気密ではなく、外気に連通している。
【０１１１】
絶縁チューブＴは、セラミックスのチューブからなり、外部リード線３Ａを被覆している。
【０１１２】
口金Ｂは、自動車前照灯用として規格化されているもので、放電容器ＩＴおよび外管ＯＴを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面に着脱可能に装着される。また、装着時に電源側のランプソケット（図示しない。）と接続し得るように筒状部の外周面に配設されたリング状をなす一方の口金端子ｔ１と、筒状部の内部に形成された一端開放の凹部内において中央で軸方向に突出して配設されたピン状をなす他方の口金端子とを備えて構成されている。
【実施例１】
【０１１３】
実施例１は、図２ないし図４に示す自動車前照灯用のメタルハライドランプである。発光管ＩＴの気密容器１内の放電空間１ｃ内に形成されるアークは、上側に曲がるが、その曲がりの程度は規格（水銀封入の自動車前照灯ＨＩＤ光源の規格（ＪＥＬ２１５））に適合している。アークの曲がりが抑えられているため、ランプ電圧は曲がりが大きいときと比較して小さくなる。
【０１１４】
実施例１の気密容器１は、その内容積が０．０２５ｃｃである。また、電極間距離は４．２ｍｍである。
【０１１５】
放電媒体は、第１のハロゲン化物がＳｃＩ３０．１３ｍｇおよびＮａＩ０．２６ｍｇからなる。また、希ガスとしてＸｅ１０気圧を封入しており、第２のハロゲン化物および第１のハロゲン化物の添加物としてのＴｌＩがそれぞれ異なる仕様からなる実験ランプを表２の実施例１−１〜同１−３に示すとおり製作した。また、第２のハロゲン化物に代えて実施例１と異なる物質を封入した比較例１−１〜同１−４を製作したので、それらを表２に一緒に掲げている。
【０１１６】
【表２】
2005347034.tif 000003
実施例および比較例の各メタルハライドランプを、始動時に７５Ｗが入力され、時間とともにランプ電流が低減して小さくなり、定常点灯時には３５Ｗが入力されるように構成された点灯回路を用いて点灯した。
【０１１７】
表３に実験結果を示す。なお、表３において、白色範囲中「中」は白色範囲内のほぼ中央の部位に入っていることを、「端」は白色範囲内の端の部位に入っていることを、「外」は白色範囲外であることを、それぞれ示している。
【０１１８】
【表３】
2005347034.tif 000004
表３には、以下のことが示されている。すなわち、
比較例１−１は、水銀入りタイプであり、ランプ電圧は８５Ｖを維持できるが、始動時には色特性の悪い水銀が発光するために、白色の範囲に入るのに１８秒を要している。
【０１１９】
比較例１−２は、水銀フリータイプであるが、ランプ電圧が４０Ｖ台であり、白色範囲には入っているものの、白色範囲の端である。したがって、ランプ特性のばらつきによっては、白色から外れてしまう場合が生じる。
【０１２０】
比較例１−３および同１−４は、比較例１−２の改善型であり、第１のハロゲン化物にＴｌＩを添加したことにより、発光効率が向上しているものの、ランプ電圧は相変わらず低い。加えて、比較例１−３は、白色範囲に入っているものの、白色範囲に入る時間がさらに長くなる。また、比較例１−４は、白色範囲から外れてしまう。
【０１２１】
実施例１−１〜１−６は、そのいずれも発光色が白色範囲内の中央部に位置する黒体放射に接近した白色範囲内にあり、しかもランプ電圧が比較例１−２〜同１−４に比較して約１５０％以上であり、さらに点灯直後１秒以内に白色範囲に入る。加えて、全光束も比較例１−２〜同１−４と同等である。なお、実施例６、７は、第１のハロゲン化物にＴｌＩを添加したことにより、発光効率が向上している。
【実施例２】
【０１２２】
実施例２は、第２のハロゲン化物の構成が異なるとともに、第１のハロゲン化物の添加物としてのＴｌＩが含まれていない以外は、実施例１と同じである。すなわち、実施例２では、第２のハロゲン化物として実施例１のＭｎまたはＺｎに代えてＨｆ、ＺｒおよびＴｉを用いている。なお、比較例１および２は、実施例１における比較例１−１および２−１と同じ構成である。実施例２の仕様および結果を表４に示す。
【０１２３】
【表４】
2005347034.tif 000005
表４に示されているように、実施例２によれば、そのいずれも発光色が白色範囲内の中央の部位に入り、ランプ電圧が比較例１、同−２より明らかに高く、白色範囲に入る時間も２秒以内である。これに対して、比較例１、同２は、そのいずれも白色範囲の端であり、ランプ電圧が相対的に低く、しかも白色範囲に入る時間も明らかに長い。
【実施例３】
【０１２４】
実施例３は、色度の改善（白色範囲へ入る）とランプ電圧の増大に効果が大きい亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物とマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物の質量比を振って、当該質量比とランプ電圧との関係を明らかにした以外において、実施例１と同じである。表５はその結果を示す。なお、比較例１および２は、実施例１における比較例１−１および同１−２と同じ構成である。
【０１２５】
【表５】
2005347034.tif 000006
表５に示されているように、実施例３によれば、比較例１、同２よりランプ電圧が２０％以上増加する。なお、表５には示していないが、白色範囲についての効果もまたランプ電圧の増大効果と比例した関係が得られた。また、マンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物と亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物との質量比が５：１ないし１：５の範囲において特に優れた効果が得られた。
【実施例４】
【０１２６】
実施例４は、第１のハロゲン化物であるＳｃＩ３およびＮａＩの総質量Ａ（ｍｇ）と、第２のハロゲン化物であるＭｎＩ２およびＺｎＩ２の総質量Ｂ（ｍｇ）との比率Ａ：Ｂを振った以外、実施例１と同じである。なお、ＳｃＩ３およびＮａＩの質量比を１：２に固定し、ＭｎＩ２およびＺｎＩ２の質量比を１：１に固定した。表６はその結果を示す。
【０１２７】
【表６】
2005347034.tif 000007
表６に示されているように、実施例４によれば、表５の比較例１、同２よりランプ電圧が２０％増加する８：５からＭｎＩ２およびＺｎＩ２の総質量Ｂ（ｍｇ）の割合が多い領域が、ランプ電圧が特に高くなる好適な範囲である。しかし、ＳｃＩ３およびＮａＩの総質量Ａ（ｍｇ）が小さい場合（ランプ１、２）は、高効率を維持するためのＳｃやＮａの発光が弱くなる。
【０１２８】
したがって、総合的には、第１のハロゲン化物であるＳｃＩ３およびＮａＩの総質量Ａ（ｍｇ）と、第２のハロゲン化物であるＭｎＩ２およびＺｎＩ２の総質量Ｂ（ｍｇ）との好適な比率Ａ：Ｂの範囲は、１：５から８：５であることが分かった。
【０１２９】
図１０は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第２の形態としての一般照明用のメタルハライドランプを示す正面図である。図において、１１は発光管、１２は第１の支持バンド、１３は第１の導体枠、１４はフレアステム、１５は始動器、１６は第２の支持バンド、１７は第２の導体枠、１８は導線、１９は外管、２０は口金、２１はゲッターである。
【０１３０】
発光管１１は、細長い石英ガラス管の両端に一対の主電極と一方の主電極に接近して１本の始動用補助極とを封着して、所定の電極間距離に設定されている。第１の支持バンド１２は、発光管１１の図において上部側のピンチシール部を抱持して、第１の導体枠１３に固定している。第１の導体枠１３は、フレアステム１４に固定されるとともに、発光管１１の上部の主電極に電圧を印加する。フレアステム１４は、外管１９のネック部に封着されている。始動器１５は、点灯管１５ａを含んでいる始動回路を形成しており、始動時に始動用補助極に近接する主電極と反対の極性の電圧を印加する。
【０１３１】
第２の支持バンド１６は、発光管１１の図において下部のピンチシール部を抱持して、第２の導体枠１７に固定している。第２の導体枠１７は、外管１９のトップ部に固定されている。導線１８は、一端がフレアステム１４の導入線に接続し、他端が第２の支持バンド１６に接続して、第２の導体枠１７を介して発光管１１の他方の主電極に接続している。外管１９は、その内部に発光管１１、始動器１５を始め上記構成部分を封装している。口金２０は、ねじ形口金で、外管１９のネック部に装着されている。ゲッター２１は、第２の導体枠１７に溶接により支持されている。なお、図示しないが初期ゲッターを装着して内部の不純ガスを吸着さている。
【実施例５】
【０１３２】
実施例５は、図１０に示すメタルハライドランプで、定格ランプ電力４００Ｗ、発光管１１の内径１８ｍｍ、電極間距離４２ｍｍである。希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）２気圧が封入されている。第１および第２のハロゲン化物および結果を表７に示す。
【０１３３】
【表７】
2005347034.tif 000008
表７に示されているように、いずれも比較例を示すランプ１、６においては、水銀を封入すると、水銀の発光の効果により白色範囲に入る。しかし、実施例１〜４の場合の小形ランプと異なり、本実施例のように定格ランプ電力が大きなランプでは、発光管の場所による発光の偏倚があるため、比較例を示すランプ２、３、７、８のように波長４６０〜４９０ｎｍに発光する第２のハロゲン化物が１種類では、その量を増加させても白色範囲に入らない。
【０１３４】
これに対して、本実施例を示すランプ４、５、９、１０のように波長４６０〜４９０ｎｍに発光する第２のハロゲン化物を２種類封入することで初めて白色範囲に入る。
【０１３５】
図１１は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第３の形態としての一般照明用で定格ランプ電力が図１０よりさらに大きなメタルハライドランプを示す正面図である。図において、図１０と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。なお、始動器１５は、バイメタル式の接点を備えている。
【実施例６】
【０１３６】
実施例６は、図１１に示すメタルハライドランプで、定格ランプ電力１０００Ｗのランプ電圧２６０Ｖ級である。そして、発光管１１の内径２９ｍｍ、電極間距離９０ｍｍである。希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）２気圧が封入されている。第１および第２のハロゲン化物および結果を表８に示す。
【０１３７】
【表８】
2005347034.tif 000009
表８に示されているように、実施例６において説明した傾向がさらに顕著になる。すなわち、比較例を示すランプ１に見られるように、水銀を封入すると、水銀の発光の効果で白色範囲に入り、またランプ電圧２６０Ｖ級が容易に得られる。しかし、実施例１〜４における小形ランプと異なり、本実施例のように定格ランプ電力が大きなランプでは、発光管の場所による発光の偏倚があるため、比較例を示すランプ２、３、４のように波長４６０〜４９０ｎｍに発光する第２のハロゲン化物が１種類では、その量を増加させても白色範囲に入らない。これに対して、本実施例を示すランプ６、７、８、９のように波長４６０〜４９０ｎｍに発光する第２のハロゲン化物を２種類封入することで初めて白色範囲に入り、また必要な２６０Ｖ級のランプ電圧が得られる。
【０１３８】
図１２は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第４の形態としての液晶プロジェクタ用のメタルハライドランプを示す要部正面図である。図において、３１は気密容器、３２、３２は一対の電極、３３は封着金属箔、３４は導入導体、３５は口金、３６は接続導体である。気密容器３１の内部には、放電媒体が封入されている。
【０１３９】
気密容器３１は、石英ガラスからなり、中央の包囲部３１ａおよび両端の第１および第２の封止部３１ｂ、３１ｃからなる。包囲部３１ａは、外形がほぼ球体に近い回転楕円体形状をなしているが、内部が管軸方向に長い細長い回転楕円体形状をなした放電空間３１ａ１が形成されている。第１および第２の封止部３１ｂ、３１ｃは、包囲部３１ａの両端に減圧封止構造により一体に接続して形成されている。
【０１４０】
電極３２は、電極軸３２ａ、電極主部３２ｂおよびくわえ込みコイル３２ｃを備えている。電極軸３２ａは、純タングステン棒からなる。電極主部３２ｂは、純タングステン線を電極軸３２ａの先端に数回密巻により２重に巻装することによって形成されている。くわえ込みコイル３２ｃは、純タングステン細線を電極軸の中間部の少なくとも第１および第２の封止部３１ｂ、３１ｃの石英ガラスによるくわえ込み部分に対向する部位に適当なピッチで巻装されている。
【０１４１】
封着金属箔３３は、モリブデンからなる。そして、封着金属箔３３は、その先端部に電極軸３２ａの基端を、基端部に導入導体３４の先端を、それぞれ溶接して電極マウントを形成した状態で、気密容器３１の両端の第１および第２の封止部３１ｂ、３１ｃの内部に気密に埋設されている。
【０１４２】
放電媒体は、第１および第２のハロゲン化物および希ガスからなる。
【０１４３】
導入導体３４は、モリブデン（Ｍｏ）線からなり、封着金属箔３３の基端に先端が溶接し、基端が第１の封止部３１ｂから外部に露出している。なお、導入導体３４は、図において左右対称構造であるが、右側の導入導体は後述する口金３５内に位置しているため外部から見えない。
【０１４４】
口金３５は、筒状の口金本体３５ａおよびねじ端子３５ｂを備えている。口金本体３５ａは、黄銅などの金属からなり、その一端部が第１の封止部３１ｂの端部に口金セメントすなわち無機質接着剤によって固着されている。ねじ端子３５ｂは、外囲にねじ溝が形成され、口金本体３５ａと一体に形成されて口金本体３５ａの中心部から管軸に沿って外方へ突出しているとともに、その中心部に形成された貫通孔に導入導体を挿通し、かつ、溶接することによって導入導体と接続している。そして、ねじ端子３５ｂは、そこに図示していないランププラグがねじ込まれて高圧放電ランプを所定の位置に固定するとともに、点灯回路の一方の出力端子に接続することによって給電を行うのに寄与することができる。
【０１４５】
接続導体３６は、その先端が第２の封止部３１ｃから外部へ突出している導入導体３４に先端が溶接している。そして、点灯回路の他方の出力端子が接続導体３６を経由して接続することによって給電を行うのに寄与することができる。
【０１４６】
図１３は、ＲＧＢ色分離方式液晶プロジェクタの光学系の概念的説明図である。図において、４１は図１２に示すメタルハライドランプ、４２は反射鏡、４３は紫外線・赤外線カットフィルタ、４４ａ、４４ｂは色分離ダイクロイックミラー、４５B、４５G、４５Rは液晶パネル、４６ａ、４６ｂはミラー、４７ａ、４７ｂは色合成ミラー、４８は投射レンズ、Ｂは青色光軸、Ｇは緑色光軸、Ｒは赤色光軸である。
【０１４７】
液晶パネル４６Bは青、４６Gは緑、４６Rは赤色のそれぞれの画像信号によって駆動される。
【０１４８】
そうして、ＲＧＢ色分離方式液晶プロジェクタは、ＲＧＢの各色光を分離し、再び色合成するため、ランプの色度が白色範囲に入っていないと、３色の色バランスが崩れて、液晶プロジェクタの性能が悪くなる。
【実施例７】
【０１４９】
実施例７は、図１２に示すメタルハライドランプで、定格ランプ電力１００Ｗ、気密容器３１の内径１２ｍｍ、電極間距離２ｍｍである。放電媒体は、第１のハロゲン化物としてＤｙＩ３４ｍｇ、ＮｄＩ３４ｍｇを、希ガスとしてＸｅ２気圧を、それぞれ封入した。第２のハロゲン化物、第１のハロゲン化物の添加物および結果を表９に示す。なお、このメタルハライドランプは、高電圧パルスを発生する始動器を用いて始動する。
【０１５０】
図１２のメタルハライドランプを図１３に示すＲＧＢ色分離方式液晶プロジェクタに組み込み、スクリーン照度を測定した。
【０１５１】
【表９】
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表９に示されているように、本実施例のランプは電極間距離が小さいので、比較例を示すランプ２では、ランプ電圧が４０Ｖ以下である。そのため、ランプ電流が大きくなり、これに伴って電極損失が大きいので、効率も低い。一方、スクリーン照度は、水銀フリーの場合、アークが細くなるので、大きくなる。実施例を示すランプ３〜６は、ランプ２に比較してさらにアークが細くなり、スクリーン照度がランプ２よりさらに性能が向上している。また、ランプ電圧も水銀入りの比較例を示すランプ１と同等である。
【０１５２】
図１４は、本発明のメタルハライドランプ点灯装置を実施するための一形態の回路図である。図において、５１は直流電源、５２は昇圧チョッパ、５３はインバータ、５４は制御回路、５５は始動器、５６はメタルハライドランプである。
【０１５３】
直流電源５１は、電池電源、整流化直流電源などからなり、直流出力端間に接続された平滑コンデンサＣ１を有している。
【０１５４】
昇圧チョッパ５２は、直流電源５１から供給される直流電圧を所要の電圧まで昇圧し、かつ、平滑化して後述するインバータ５３に入力電圧を供給する。
【０１５５】
インバータ５３は、フルブリッジ形インバータからなる。そして、４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をブリッジ接続し、その対向２辺を構成する一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３と他の対向２辺を構成する一対のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４とを交互にスイッチングさせて、その出力端間に矩形波交流電圧を出力する。
【０１５６】
制御回路５４は、昇圧チョッパ５２およびインバータ５３を所要に制御する。
【０１５７】
始動器５５は、メタルハライドランプ５６の始動時に高電圧パルスを出力してメタルハライドランプ５６に印加する。
【０１５８】
メタルハライドランプ５６は、図２ないし図４または図１３に示すメタルハライドランプからなり、始動時に始動器５５から発生した高電圧パルスが印加され、またインバータ５３から発生した矩形波交流により点灯する。
【０１５９】
図１５は、本発明の照明装置を実施するための一実施形態としての前照灯示す概念図である。図において、６１は前照灯本体、６２は点灯回路、６３は始動器、６４はメタルハライドランプである。
【０１６０】
前照灯本体６１は、容器状をなし、内部に反射鏡６１ａ、前面にレンズ６１ｂおよび図示を省略しているランプソケットなどを備えている。
【０１６１】
点灯回路６２は、図１４に示す昇圧チョッパ５２、およびインバータ５３および制御回路５４を主体として構成され、前照灯本体６１に取り付けることができる。
【０１６２】
始動器６３は、点灯回路６２と一体化されている。
【０１６３】
メタルハライドランプ６４は、図２ないし図４に示すメタルハライドランプからなる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】非特許文献１の図１で、自動車用ＨＩＤランプの白色範囲と各種ランプとの関係を示す色度図
【図２】本発明のメタルハライドランプを実施するための第１の形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示す正面図
【図３】同じく底面図
【図４】同じく発光管部分の要部拡大断面図
【図５】ＺｎＩ２を単独で封入したランプの分光分布を示すグラフ
【図６】ＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２封入ランプの分光分布を示すグラフ
【図７】日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ５５００−１９８４に規定する白色範囲とＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２封入ランプおよびＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２−ＭｎＩ２封入ランプの発光色の関係を示す色度図
【図８】ＭｎＩ２を単独で封入したランプの分光分布を示すグラフ
【図９】ＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２−ＭｎＩ２封入ランプの分光分布を示すグラフ
【図１０】本発明のメタルハライドランプを実施するための第２の形態としての一般照明用のメタルハライドランプを示す正面図
【図１１】本発明のメタルハライドランプを実施するための第３の形態としての一般照明用で定格ランプ電力が図１０よりさらに大きなメタルハライドランプを示す正面図
【図１２】本発明のメタルハライドランプを実施するための第４の形態としての液晶プロジェクタ用のメタルハライドランプを示す要部正面図
【図１３】ＲＧＢ色分離方式液晶プロジェクタの光学系の概念的説明図
【図１４】本発明のメタルハライドランプ点灯装置を実施するための一形態の回路図
【図１５】本発明の照明装置を実施するための一実施形態としての前照灯示す概念図
【符号の説明】
【０１６５】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…封止部、１ｂ…電極、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、３Ａ…外部リード線、３Ｂ…外部リード線、Ｂ…口金、ＩＴ発光管、ＭＨＬ…メタルハライドランプ、ＯＴ…外管、Ｔ…絶縁チューブ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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