(57)【要約】本発明のメタルハライドランプは、透光性セラミクスから形成された発光管の本管６と、本管６の第１の端部に連結された第１の細管７ａと、本管６の第２の端部に連結された第２の細管７ｂ部と、第１の細管７ａおよび第２の細管７ｂにそれぞれ挿入され、本管１の内部で先端部が対向する一対の電極５ａ、５ｂと、発光管内に封入された第１金属ハロゲン化物と有するメタルハライドランプである。更に、発光管内には、更に第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示す第２金属ハロゲン化物が封入されており、本管６は、端部に近づくにつれて内径が単調に減少する部分を有している。
2004112086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管と、前記発光管内に封入された第１金属ハロゲン化物と有するメタルハライドランプであって、
前記第１金属ハロゲン化物は、ディスプロシウム、ホルミウム、ツリウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物であり、
前記発光管は、
透光性セラミックスから形成された本管と、
前記本管の第１の端部に連結された第１の細管と、
前記本管の第２の端部に連結された第２の細管と、
前記第１の細管および第２の細管にそれぞれに挿入され、前記本管の内部で先端部が対向する一対の電極線と、
を有しており、
前記第１および第２の細管の各々の端部は、封止材によって封止され、
前記封止材の表面の少なくとも一部は、前記細管の内壁と前記電極線の表面との間に形成された隙間を通して前記本管の内部と連通しており、
前記発光管内には、点灯中の前記封止部の温度において、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示す第２金属ハロゲン化物が封入され、
前記発光管は、前記端部に近づくにつれて内径が単調に減少する部分を有している、メタルハライドランプ。
【請求項２】
前記第２金属ハロゲン化物の蒸気圧は、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下である請求項１に記載メタルハライドランプ。
【請求項３】
前記封止材はガラスから形成されている請求項２に記載メタルハライドランプ。
【請求項４】
前記第２金属ハロゲン化物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択される少なくとも１つの金属のハロゲン化物である請求項１から３のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記第２金属ハロゲン化物は、金属の臭化物である請求項１から４のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
前記第２金属ハロゲン化物の封入量は、０．０５ｍｇ／ｃｍ３以上７．５ｍｇ／ｃｍ３以下の範囲内に設定されている請求項４に記載のメタルハライドランプ。
【請求項７】
前記第１金属ハロゲン化物の封入量に対する前記第２金属ハロゲン化物の封入量のモル比率は、０．５以上８以下である請求項１から５のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項８】
前記透光性セラミックスは、アルミナである請求項１から７のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項９】
前記発光管と前記第１および第２の細管とが一体成形されている請求項１から８のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１０】
前記発光管は、中空の略楕円体形状を有している請求項９に記載のメタルハライドランプ。
【請求項１１】
前記発光管を内部空間に含む外管と、
前記外管の内部空間において前記発光管を包囲する透光性保護筒と、
を更に備え、
前記細管の一部が前記保護筒の外部に露出している請求項１から１０のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１２】
請求項１から１１に記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプから放射された光を所定方向に投影するための反射鏡と、
を備えたランプモジュール。
【請求項１３】
請求項１から１１に記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプから放射された光を時間的かつ空間的に変調することによって画像を表示する表示パネルと、
を備えた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、透光性のセラミックスから形成された発光管を備えたメタルハライドランプに関する。
【背景技術】  従来、メタルハライドランプの発光管は石英ガラスから形成されていたが、近年、石英に比べて耐熱性、形状安定性、および耐ハライド性に優れる透光性セラミックスから形成した発光管の採用が積極的に進められている。
このようなメタルハライドランプにおいては、より演色性の高い白色放射光を得るため、ハロゲン化ディスプロシウムなどの希土類ハロゲン化物を発光管内に封入することが有効である（特開平１０−１３４７６５号公報（第２頁））。希土類ハロゲン化物は、可視域において、原子発光のみならず、分子発光による連続発光を有するため、白色光源の封入物として好適に用いられ得る。
しかし、発光管内に封入した希土類ハロゲン化物は、ランプの点灯中に、Ａｌ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２などからなる封止材（ガラスフリット）と反応して封止材を浸食しやすい。このような封止材の浸食反応が進行すると、封止部からリークが発生するため、メタルハライドランプの寿命を長くする上で大きな支障となっている。
以下、図１および図２を参照しながら、上記の問題をより詳細に説明する。
まず、図１を参照する。図１は、従来のメタルハライドランプに用いられている発光管を示す断面図である。図示されている発光管は、アルミナなどの透光性セラミックスから形成された本管６と、本管６に連結された細管７ａ、７ｂとを有している。
本管６は略円筒状の形状を有しており、その平坦な両端面から細管７ａ、７ｂが軸方向に延長している。細管７ａ、７ｂは、細長い円筒形状を有しており、一対の電極５ａ、５ｂを先端に有する導入線９ａ、９ｂが対応する細管７ａ、７ｂの内部に挿入されている（電極５ａ、５ｂおよび導入線９ａ、９ｂを総称して「電極線」と称する場合がある）。細管７ａ、７ｂに挿入された導入線９ａ、９ｂは、細管７ａ、７ｂの封止部８ａ、８ｂにおいて、細管７ａ、７ｂに固定されている。この固定は、前述したガラスフリットからなる封止材１０ａ、１０ｂを用いて行われている。
透光性セラミックの発光管を備えたメタルハライドランプに白色光を放射させるには、質量比率で１０〜６０％の希土類ハロゲン化物を発光管内に封入する必要がある。このような濃度範囲の希土類ハロゲン化物を発光管内に封入すると、希土類ハロゲン化物の全部がランプ点灯中に蒸発しきれず、一部が液相となり、最冷点である細管に浸入する。細管を封止するガラスフリットは、細管に浸入した希土類ハロゲン化物と反応して浸食されることになる。
次に、図２を参照して、封止部８ａにおける封止構造を説明する。図２は、細管７ａの一端における封止構造の拡大断面図である。他の細管７ｂの一端にも、同様の封止構造が形成されている。
図２からわかるように、細管７ａと導入線９ａとの隙間部分は封止材１０ａで埋められ、これによって発光管１の内部は外部から遮断されている。メタルハライドランプで好適に使用される希土類ハロゲン化物（Ｄｙｌ３など）は、本管から封止材１０ａの表面に拡散してくると、封止材１０ａの表面で液相化し、封止材１０ａと反応して浸食する。その結果、やがては封止リークが発生し、ランプ寿命を大きく短縮する危険性がある。
上記の問題を解決する目的で、特開昭６３−１６０１４８号公報（第２頁）は、封止材の表面に電気絶縁層を設けたメタルハライドランプを開示している。同様の目的のため、特開平９−２０４９０２号公報（第２頁）は、電気導電体に溝を設けることを教示し、特開平１０−５０２６２号公報（第２頁）は、浸食されにくい封止材料を使用することを教示している。  しかしながら、本発明者による検討の結果、上記各文献に開示されている従来の技術によれば、封入した希土類ハロゲン化物による封止材の浸食は抑制されるが、メタルハライドランプの構造が複雑化するため、その製造が困難であったり、封止時にクラックが生じやすいなどの問題があることがわかった。  本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その主要な目的は、透光性セラミックスから形成した発光管に封入した希土類ハロゲン化物による封止材の浸食を簡単な構成よって抑制できる新規なメタルハライドランプを提供することにある。
【発明の開示】
本発明のメタルハライドランプは、発光管と、前記発光管内に封入された第１金属ハロゲン化物と有するメタルハライドランプであって、前記第１金属ハロゲン化物は、ディスプロシウム、ホルミウム、ツリウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物であり、前記発光管は、透光性セラミックスから形成された本管と、前記本管の第１の端部に連結された第１の細管と、前記本管の第２の端部に連結された第２の細管と、前記第１の細管および第２の細管にそれぞれに挿入され、前記本管の内部で先端部が対向する一対の電極線とを有しており、前記第１および第２の細管の各々の端部は、封止材によって封止され、前記封止材の表面の少なくとも一部は、前記細管の内壁と前記電極線の表面との間に形成された隙間を通して前記本管の内部と連通しており、前記発光管内には、点灯中の前記封止部の温度において、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示す第２金属ハロゲン化物が封入され、前記発光管は、前記端部に近づくにつれて内径が単調に減少する部分を有している。
好ましい実施形態において、前記第２金属ハロゲン化物の蒸気圧は、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下である。
好ましい実施形態において、前記封止材はガラスから形成されている。
好ましい実施形態において、前記第２金属ハロゲン化物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択される少なくとも１つの金属のハロゲン化物である。
好ましい実施形態において、前記第２金属ハロゲン化物は、金属の臭化物である。
好ましい実施形態において、前記第２金属ハロゲン化物の封入量は、０．０５ｍｇ／ｃｍ３以上７．５ｍｇ／ｃｍ３以下の範囲内に設定されている。
好ましい実施形態において、前記第１金属ハロゲン化物の封入量に対する前記第２金属ハロゲン化物の封入量のモル比率は、０．５以上８以下である。
好ましい実施形態において、前記透光性セラミックスは、アルミナである。
好ましい実施形態において、前記発光管と前記第１および第２の細管とが一体成形されている。
好ましい実施形態において、前記発光管は、中空の略楕円体形状を有している。
好ましい実施形態において、前記発光管を内部空間に含む外管と、前記外管の内部空間において前記発光管を包囲する透光性保護筒とを更に備え、前記細管の一部が前記保護筒の外部に露出している。
本発明のランプモジュールは、上記いずれかのメタルハライドランプと、前記メタルハライドランプから放射された光を所定方向に投影するための反射鏡とを備えている。
本発明の表示装置は、上記いずれかかのメタルハライドランプと、前記メタルハライドランプから放射された光を時間的かつ空間的に変調することによって画像を表示する表示パネルとを備えている。
【図面の簡単な説明】  図１は、メタルハライドランプに用いられる従来の発光管の構成を示す断面図である。
図２は、図１の発光管における封止構造を模式的に示す断面図である。
図３は、本発明によるメタルハライドランプの実施形態を示す正面図である。
図４は、図３の実施形態における発光管を示す断面図である。
図５は、第２金属ハロゲン化物の効果を示す模式図である。
図６は、第１金属ハロゲン化物および第２金属ハロゲン化物の蒸気圧および融点を示すグラフである。
図７（ａ）は、第２金属ハロゲン化物が液相化した状態にある従来の発光管を示す断面図であり、図７（ｂ）は、第２金属ハロゲン化物が細管に気相のまま流入する本実施形態の発光管を示す断面図である。
図８は、細管内に流入した第２金属ハロゲン化物が第１金属ハロゲン化物を希釈化する様子を模式的に示す断面図である。
図９は、本発明によるメタルハライドランプに好適に用いられる他の発光管の形状を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
本発明のメタルハライドランプでは希土類ハロゲン化物による封止材の浸食を抑制するため、希土類ハロゲン化物に比べて蒸気圧の低い金属ハロゲン化物を発光管内に封入する。本明細書では、相対的に蒸気圧が高い金属ハロゲン化物、より具体的には、ディスプロシウム、ホルミウム、ツリウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物を「第１金属ハロゲン化物」と称し、この第１希土類ハロゲン化物よりも蒸気圧の低い金属ハロゲン化物を「第２金属ハロゲン化物」と称することとする。好ましい実施形態において、第２金属ハロゲン化物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択される少なくとも１つの金属のハロゲン化物である。
また、本明細書における「蒸気圧」の値は、ランプ点灯時の封止部の温度における蒸気圧の値を指すものとする。
発光管内における第２金属ハロゲン化物の大部分は、温度の低い細管内に浸入して液相となるため、封止材の表面における第１金属ハロゲン化物（封止部を浸食しやすい性質を有する金属ハロゲン化物）を希釈し、反応を抑制することができる。蒸気圧の低い封入物は多量に封入しても光色に与える影響が少ないため有用である。第２金属ハロゲン化物のこのような効果を充分に発揮させるためには、第２金属ハロゲン化物の蒸気圧が第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下であることが好ましい。
本発明者の検討によると、セラミック発光管として広く使用されている円筒型発光管を用いる場合、相対的に蒸気圧の低い第２金属ハロゲン化物の大部分が液相のまま本管内に残留するため、反応抑制効果が低いという問題が明らかになった。本発明では、このような問題を解決するため、テーパ部を有する発光管を採用することにより、第２金属ハロゲン化物を気相のままて細管に浸入させるようにしている。
なお、電極線が挿入される細管の一部が外管内に設けた透光性の保護筒の外部に露出するように構成すると、露出した封止部の温度を低下させることができる。そのため、蒸気圧の低い第２金属ハロゲン化物は、より多く封止材表面近くに凝縮し、第１金属ハロゲン化物を希釈する。また、封止材の表面における温度低下が進むため、それによっても反応および浸食を抑制する効果が増す利点がある。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるメタルハライドランプの実施形態を詳細に説明する。
（実施形態）
図３および図４を参照しながら、本実施形態のメタルハライドランプを説明する。図３は、セラミック製の発光管１を備えた本実施形態のメタルハライドランプの概略構成を示す断面図であり、図４は、発光管１の拡大断面図である。
まず、図３を参照する。図示されている本実施形態のメタルハライドランプは、１５０Ｗの動作電力で発光するように設計されている。透光性を有するセラミック製の発光管１は、ステム３によって封止された外管２に内蔵されている。より詳細に説明すると、発光管１は、ステム３から延在する金属線３ａ、３ｂに固定されており、金属線３ａ、３ｂによって外管２の略中央部に支持された状態にある。金属線３ａ、３ｂは、外管２の一端に設けられた口金４と電気的に接続されており、発光管１の支持部材として機能するとともに、発光管１に必要な電流を供給する導電部材としても機能する。
次に、図４を参照しながら、発光管１の構成をより詳細に説明する。
この発光管１は、透光性セラミックスから形成された本管６と、本管６に連結された細管７ａ、７ｂとを有している。
本管６は、外径が１２．０ｍｍの第１円筒部分と、外径および内径が端部に向かって単調に減少する部分（テーパ部分）とを有している。本管６のうち、テーパ部分の内径が一番小さくなる部分は、細管７ａ、７ｂの端部が差し込まれる小さな第２円筒部分につながっている。
細管７ａ、７ｂは、それぞれ、外径が３．２ｍｍ、内径が１．０２５ｍｍの細長い円筒形状を有している。本実施形態では、本管６だけではなく、細管７ａ、７ｂも、透光性セラミックスであるアルミナから形成されている。
細管７ａ、７ｂには、一対の電極５ａ、５ｂを先端に有する導入線９ａ、９ｂ（電極線）がそれぞれ挿入されている。導入線９ａ、９ｂは、直径０．９ｍｍのニオビウムから形成されている。導入線９ａ、９ｂは、図３に示する金属線３ａ、３ｂと接続され、口金４を介して外部から動作に必要な電力を受け取ることになる。ランプの動作時において、導入線９ａ、９ｂを介して電極５ａ、５ｂ間に電圧が印加され、発光管１の内部に封入されているガスの放電が生じる、発光が得られる。
細管７ａ、７ｂに挿入された導入線９ａ、９ｂは、細管７ａ、７ｂの封止部８ａ、８ｂにおいて、細管７ａ、７ｂと固定されている。この固定は、ガラスフリットからなる封止材を用いて行われ、細管７ａ、７ｂと導入線９ａ、９ｂとの隙間はシール材で埋められている。
本管６の内部では、導入線９ａ、９ｂの先端に位置する電極５ａ、５ｂが所定の距離を置いて対向しているが、この電極間隔は、導入線９ａ、９ｂの挿入深さを調節した後、固定される。なお、図４において、封止材の記載は省略されている。
上述した構成を有する発光管１の内部には、所定量の水銀、始動用希ガスとして機能するアルゴンに加えて、第２金属ハロゲン化物が封入されている。この第２金属ハロゲン化物は、発光管１内における第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示すものが用いられる。具体的には、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物（例えば臭化物）である。このような第２金属ハロゲン化物の封入量は、０．０５ｍｇ／ｃｍ３以上７．５ｍｇ／ｃｍ３以下の範囲内に設定することが好ましい。なお、アルゴンに代えて、あるいはアルゴンに加えて、ネオン、クリプトン、および／またはキセノンの希ガスを用いても良い。
次に、図面を参照しながら、第２金属ハロゲン化物の役割を説明する。
図５（ａ）は、代表的な第１金属ハロゲン化物であるヨウ化ディスプロシウム（Ｄｙｌ３）が封止材の表面に付着する様子を模式的に示している。これに対して、図５（ｂ）は、ヨウ化ディスプロシウムよりも蒸気圧の低い第２金属ハロゲン化物（Ｘ）が発光管内に封入された場合の封止材の表面を模式的に示している。第２金属ハロゲン化物（Ｘ）は、その蒸気圧が相対的に低いため、最冷点である封止材の表面で液相化しやすい。封止材の表面に液相の第２金属ハロゲン化物が存存在すると、ヨウ化ディスプロシウムなどの第１金属ハロゲン化物が封止材の表面に付着しにくく、表面における第１金属ハロゲン化物の希釈化が生じる。このため、本実施形態の構成によれば、封止材の浸食・劣化が効果的に防止され、ランプ寿命が大きく延びる。
発光管内に好適に封入され得る第２金属ハロゲン化物は、発光管内に封入される第１金属ハロゲン化物よりも蒸気圧が１桁（１０分の１）程度は低いことが好ましい。図６は、各種の第２金属ハロゲン化物の蒸気圧（８００℃における値）および融点を示している。８００℃における蒸気圧を図６に記載している理由は、本実施形態におけるランプ動作に封止部の温度（最冷点）が８００℃程度になるからである。参考のため、代表的な第１金属ハロゲン化物であるＤｙｌ３、Ｔｍｌ３、およびＨｏｌ３の蒸気圧をグラフ中に丸印で示している。
これらの第１金属ハロゲン化物の８００℃（点灯時の封止部温度）における蒸気圧は、図６から明らかなように、０．１７［Ｔｏｒｒ］以上である。第２金属ハロゲン化物の蒸気圧は、第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下であることが好ましいため、８００℃における蒸気圧が０．０１７Ｔｏｒｒ以下の金属ハロゲン化物を用いることが好ましい。実験によると、第２金属ハロゲン化物の中でも特にＣａＢｒ２を用いた場合に好ましい効果が得られた。なお、発光管１に封入される第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示すならば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、および／またはユウロピウムのハロゲン化物を１種または複数種用いても良い。  次に、図７および図８を参照しながら、本実施形態で用いる発光管１の構成が封止材の劣化を防止する機能をどのようして発揮するかを説明する。
図７（ａ）は、テーパ部分を有しない従来構造の本管に低蒸気圧第２金属ハロゲン化物を封入した場合（比較例）を示しており、図７（ｂ）は、テーパ部分を有する本管に上記第２金属ハロゲン化物を封入した場合（本実施形態）を示している。図７（ａ）に示す本管６の内部では、本管６の温度が隅の部分で低下し、その部分で液相の第２金属ハロゲン化物が形成されやすくなる。本管６の内部で第２金属ハロゲン化物の液相が形成されると、封止材の表面で第１金属ハロゲン化物を希釈することが充分に行えないため、封止部の劣化を効果的に防止できない。
一方、本実施形態の構成によれば、図７（ｂ）に示すように、本管６にテーパ部分が形成されているため、本管６の内部で第２金属ハロゲン化物が液相化されるほどには温度の低い部分が形成されにくい。また、テーパ部分に沿って気相の第２金属ハロゲン化物が細管内に流入しやすくなるため、封止材の表面に到達する第２金属ハロゲン化物の量が増加する。図７（ｂ）に示すようなテーパを設けることにより、テーパを設けない場合に比べて、本管における最冷点を５０℃程度上昇させることが可能になる。
図８は、封止材１０ａの表面に到達した充分な量の第２金属ハロゲン化物（Ｘ）が、Ｄｙｌ３などの第１金属ハロゲン化物を希釈し、封止材１０ａを保護している状態を模式的に示している。本実施形態によれば、封止材１０ａ、１０ｂの表面で液相化した第２金属ハロゲン化物（Ｘ）が第１金属ハロゲン化物を充分に希釈できるため、封止リークを効果的に防止することが可能になる。
このような効果を得るためには、放電によって生み出される熱が本管６の全体に充分に供給され得る形状を有していることが好ましい。図７（ａ）に示す従来の構造では、放電によって発生した熱が本管６の隅には充分に供給されず、その部分の温度が他の部分に比べて相対的に低くなりやすい。このような低温部分が存在すると、蒸気圧の低い第２金属ハロゲン化物が本管６の内部で液相化しやすくなり、封止材を充分に保護することができなくなる。
このような液相化を避けるためには、図７（ｂ）に示すように、本管６の内径が端部に向かって単調に減少するテーパ部分を設けることが効果的である。テーパ部分の形状は、その断面が直線的なものに限定されず、例えば図９に示すように、テーパ部分が曲面形状によって構成されていてもよい。
なお、本管６のうち、２つのテーパ部分に挟まれた中央部分の形状も、円筒に限定されるわけではない。本管６の形状によって規定される内部空間が全体として略楕円体を構成していても第２金属ハロゲン化物が本管６に溜まらない程度に本管６の温度が上昇できればよい。
【実施例】  以下の表１に示す３種類のランプを作製し、寿命試験を実施した。
【表１】
2004112086.tif 000003
表１の数値は、本管６の体積（内容積）に対する封入量（ｍｇ）の比率である（単位は［ｍｇ／ｃｍ３］）。表１に示す仕様Ａのランプでは、テーパ部を有しない円筒型の発光管を用い、仕様Ｂおよび仕様Ｃのランプでは、図４に示すテーパ部を有する発光管を用いている。
各ランプの発光管内には、第１金属ハロゲン化物としてヨウ化ディスプロシウム（Ｄｙｌ３）を封入するとともに、発光のため、ヨウ化タリウム（Ｔｌｌ３）およびヨウ化ナトリウム（Ｎａｌ）を封入している。また、仕様Ａおよび仕様Ｃのランプでは、ヨウ化ディスプロシウムに比して蒸気圧の低い臭化カルシウムを封入している。
上記の寿命試験用ランプを二次側開放電圧が２８５［Ｖ］の矩形波である電子安定器を使用して、５．５時間点灯、０．５時間消灯のサイクルで寿命試験を行った。上記寿命試験の結果を表２に示す。
【表２】
2004112086.tif 000004
表１、２から、封入した第１金属ハロゲン化物による浸食が原因となる封止部リークは、発光管形状および希土類以外のハロゲン化物と密接な関係があることがわかった。つまり、仕様Ａでは、封入した臭化カルシウムが主に本管部の端に凝縮してしまうため、浸食抑制の効果が薄かった。一方、仕様Ｂでは、ヨウ化タリウムやヨウ化ナトリウムの蒸気圧がヨウ化ディスプロシウムよりも高いため、液相として細管内に浸入する量が少なく、浸食を抑制することができなかった。
これらに対し、仕様Ｃでは、臭化カルシウムの大部分が本管内に液相としては存在せずに、細管内に浸入し、ヨウ化ディスプロシウムとガラスフリットとの反応を抑制する機能を発揮した。
次に、封止部リークおよびランプ効率が臭化カルシウムの封入量に依存してどのように変化するかを説明する。まず、以下の表３に示すように、臭化カルシウムの封入量が異なる仕様Ｄ〜Ｈのランプについて、封止部リークおよびランプ効率を測定した。その結果を表３に示す。
【表３】
2004112086.tif 000005
臭化カルシウムの封入量が多くなるほど、高い浸食抑制効果を発揮すると考えられるが、表３からわかるように、封入量が多くなりすぎると、仕様Ｈのランプように効率が大幅に低下する。ランプ効率の低下を避けるためには、臭化カルシウムの封入量を７．５ｍｇ／ｃｍ３以下に設定することが好ましい。逆に、臭化カルシウムの封入量が０．０５ｍｇ／ｃｍ３を下回ると、ヨウ化ディスプロシウムを充分に希釈できず、浸食抑制の十分な効果が期待できない。このため、臭化カルシウムの封入量は０．０５ｍｇ／ｃｍ３以上に設定することが好ましい。
次に、第１金属ハロゲン化物の封入量（Ｎモル）に対する第２金属ハロゲン化物の封入量（Ｘモル）の好ましい比率（Ｘ／Ｎ）を実験から決定した。
封入する第２金属ハロゲン化物の蒸気圧が比較的高いＣａｌ２やＬａＢｒ３の場合、好ましい範囲は、０．５≦（Ｘ／Ｎ）≦５であり、特に好ましい範囲は、１．２≦（Ｘ／Ｎ）≦４である。
また、蒸気圧がＬａＢｒ３よりも低い他の第２金属ハロゲン化物の場合の好ましい範囲は、０．５≦（Ｘ／Ｎ）≦８であり、特に好ましい範囲は、１．２≦（Ｘ／Ｎ）≦８である。蒸気圧が相対的に低い第２金属ハロゲン化物の場合、比較的多く添加しても、発光に悪影響を与えにくい。
次に、第１金属ハロゲン化物の封入量（Ｎモル）に対する第２金属ハロゲン化物の封入量（Ｘモル）の好ましい比率（Ｘ／Ｎ）を実験から決定した。
封入する第２金属ハロゲン化物の蒸気圧が比較的高いＣａｌ２やＬａＢｒ３の場合、好ましい範囲は、０．５≦（Ｘ／Ｎ）≦５であり、特に好ましい範囲は、１．２≦（Ｘ／Ｎ）≦４である。
なお、上記の実施例では、第１金属ハロゲン化物としてヨウ化ディスプロシウム（Ｄｙｌ２）を用いているが、ホルミウム、ツリウムなどのランタノイドやスカンジウムのハロゲン化物、またはそれらの組み合わせを用いてもよい。具体的には、Ｄｙｌ３、Ｈｏｌ３、Ｔｍｌ３、ＤｙＢｒ３、ＨｏＢｒ３、ＴｍＢｒ３などが好適に用いられる。
封止材の浸食を抑制するために封入した臭化カルシウム（ＣａＢｒ３）の代わりに、または、臭化カルシウムに加えて、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、ユウロピウムなどの蒸気圧が低いハロゲン化物、またはそれらの組み合わせであっても同様の結果が得られる。具体的には、Ｃａｌ２、ＣａＢｒ２、Ｓｒｌ２、ＳｒＢｒ２、Ｂａｌ２、ＬａＢｒ３、Ｓｍｌ２、Ｅｕｌ２、ＥｕＢｒ２が好適に用いられる。このようなハロゲン化物の中でも、特に臭化物は、図６に示すように、ヨウ化物よりも蒸気圧が低い傾向があるため、液相化によって第１金属ハロゲン化物を希釈する効果が高く、好ましい。
なお、Ｃａの臭化物やヨウ化物は、第２金属ハロゲン化物の中では比較的蒸気圧が高いため、その一部が蒸発して放電に関与する傾向がある。しかし、Ｃａは放電の光色を良くする性質を有している。このため、長寿命化と光色の改善の両方を達成しようとする場合は、第２金属ハロゲン化物の中でも駆るカルシウムのハロゲン化物を添加することが特に好ましい効果をもたらす。カルシウムのハロゲン化物を用いる場合において、その一部を意図的に蒸発させ、放電への影響を強めたいときは、臭化カルシウムよりも蒸気圧の高いヨウ化カルシウムを用いることが好ましい。
以上説明してきた本発明の実施形態および実施例では、細管を含む発光管の全体が外管（透光性の保護筒）の内部に設けられている。この場合には、細管における封入部の温度が他の部分に比べて特に低くなることが無いため、液相の第２金属ハロゲン化物は細管内に点在しやすい。これに対し、細管の封止部を保護筒の外部に露出させると、露出部分の温度が低下するため、第２金属ハロゲン化物の大部分が封止部の表面に凝縮しやすくなる。このような凝縮が生じると、より効果的に封止部の浸食を抑制できる。
第１金属ハロゲン化物による封止材の浸食を第２金属ハロゲン化物によって抑制する効果は、ランプ電力が７０Ｗ以上４００Ｗ以下の範囲で確認することができた。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、両端部にテーパ部を有した発光管にランプ点灯時の封止部温度における蒸気圧が充分低い第２金属ハロゲン化物を封入することにより、封止部におけるリーク原因となる第１金属ハロゲン化物による封止材の浸食を抑制できる。このため、本発明によれば、長期間にわたって封止部リークの無いメタルハライドランプを提供することができる。
【図１】
2004112086.tif 000006
【図２】
2004112086.tif 000007
【図３】
2004112086.tif 000008
【図４】
2004112086.tif 000009
【図５】
2004112086.tif 000010
【図６】
2004112086.tif 000011
【図７】
2004112086.tif 000012
【図８】
2004112086.tif 000013
【図９】
2004112086.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月13日(2004.12.13)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】特許請求の範囲
【請求項１】発光管と、前記発光管内に封入された第１金属ハロゲン化物と有するメタルハライドランプであって、
前記第１金属ハロゲン化物は、ディスプロシウム、ホルミウム、ツリウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物であり、
前記発光管は、
透光性セラミックスから形成された本管と、
前記本管の第１の端部に連結された第１の細管と、
前記本管の第２の端部に連結された第２の細管と、
前記第１の細管および第２の細管にそれぞれに挿入され、前記本管の内部で先端部が対向する一対の電極線と、
を有しており、
前記第１および第２の細管の各々の端部は、封止材によって封止され、
前記封止材の表面の少なくとも一部は、前記細管の内壁と前記電極線の表面との間に形成された隙間を通して前記本管の内部と連通しており、
前記発光管内には、点灯中の前記封止部の温度において、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示す第２金属ハロゲン化物が封入され、
前記発光管は、前記端部に近づくにつれて内径が単調に減少する部分を有しており、
前記封止部は、前記細管の内壁と前記電極線の表面との間に形成された隙間を通じて進入してきた前記第１金属ハロゲン化物によって浸食され得る材料から形成されている、
メタルハライドランプ。
【請求項２】前記第２金属ハロゲン化物の蒸気圧は、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下である請求項１に記載メタルハライドランプ。
【請求項３】前記封止材はガラスから形成されている請求項２に記載メタルハライドランプ。
【請求項４】前記第２金属ハロゲン化物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択される少なくとも１つの金属のハロゲン化物である請求項１から３のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】前記第２金属ハロゲン化物は、金属の臭化物である請求項１から４のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】前記第２金属ハロゲン化物の封入量は、０．０５ｍｇ／ｃｍ３以上７．５ｍｇ／ｃｍ３以下の範囲内に設定されている請求項４に記載のメタルハライドランプ。
【請求項７】前記第１金属ハロゲン化物の封入量に対する前記第２金属ハロゲン化物の封入量のモル比率は、０．５以上８以下である請求項１から５のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項８】前記透光性セラミックスは、アルミナである請求項１から７のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項９】前記発光管と前記第１および第２の細管とが一体成形されている請求項１から８のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１０】前記発光管は、中空の略楕円体形状を有している請求項９に記載のメタルハライドランプ。
【請求項１１】前記発光管を内部空間に含む外管と、
前記外管の内部空間において前記発光管を包囲する透光性保護筒と、
を更に備え、
前記細管の一部が前記保護筒の外部に露出している請求項１から１０に記載のメタルハライドランプ。
【請求項１２】請求項１から１１のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプから放射された光を所定方向に投影するための反射鏡と、
を備えたランプモジュール。
【請求項１３】請求項１から１１のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプから放射された光を時間的かつ空間的に変調することによって画像を表示する表示パネルと、
を備えた表示装置。
【請求項１４】前記発光管内には水銀が封入されている請求項１から７のいずれかに記載のメタルハライドランプ。




【手続補正書】
【提出日】平成17年8月24日(2005.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管と、前記発光管内に封入された第１金属ハロゲン化物とを有するメタルハライドランプであって、
前記第１金属ハロゲン化物は、ディスプロシウム、ホルミウム、ツリウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物であり、
前記発光管は、
透光性セラミックスから形成された本管と、
前記本管の第１の端部に連結された第１の細管と、
前記本管の第２の端部に連結された第２の細管と、
前記第１の細管および第２の細管にそれぞれに挿入され、前記本管の内部で先端部が対向する一対の電極線と、
を有しており、
前記第１および第２の細管の各々の端部は、封止材によって封止され、
前記封止材の表面の少なくとも一部は、前記細管の内壁と前記電極線の表面との間に形成された隙間を通して前記本管の内部と連通しており、
前記発光管内には、点灯中の前記封止部の温度において、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示す第２金属ハロゲン化物が封入され、
前記発光管は、前記端部に近づくにつれて内径が単調に減少する部分を有しており、
前記封止部は、前記細管の内壁と前記電極線の表面との間に形成された隙間を通じて進入してきた前記第１金属ハロゲン化物によって浸食され得る材料から形成されている、
メタルハライドランプ。
【請求項２】
前記第２金属ハロゲン化物の蒸気圧は、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下である請求項１に記載メタルハライドランプ。
【請求項３】
前記封止材はガラスから形成されている請求項２に記載メタルハライドランプ。
【請求項４】
前記第２金属ハロゲン化物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択される少なくとも１つの金属のハロゲン化物である請求項１から３のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
前記第２金属ハロゲン化物は、金属の臭化物である請求項１から４のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
前記第２金属ハロゲン化物の封入量は、０．０５ｍｇ／ｃｍ3以上７．５ｍｇ／ｃｍ3以下の範囲内に設定されている請求項４に記載のメタルハライドランプ。
【請求項７】
前記第１金属ハロゲン化物の封入量に対する前記第２金属ハロゲン化物の封入量のモル比率は、０．５以上８以下である請求項１から５のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項８】
前記透光性セラミックスは、アルミナである請求項１から７のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項９】
前記発光管と前記第１および第２の細管とが一体成形されている請求項１から８のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１０】
前記発光管は、中空の略楕円体形状を有している請求項９に記載のメタルハライドランプ。
【請求項１１】
前記発光管を内部空間に含む外管と、
前記外管の内部空間において前記発光管を包囲する透光性保護筒と、
を更に備え、
前記細管の一部が前記保護筒の外部に露出している請求項１から１０のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプから放射された光を所定方向に投影するための反射鏡と、
を備えたランプモジュール。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプから放射された光を時間的かつ空間的に変調することによって画像を表示する表示パネルと、
を備えた表示装置。
【請求項１４】
前記発光管内には水銀が封入されている請求項１から７のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性のセラミックスから形成された発光管を備えたメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタルハライドランプの発光管は石英ガラスから形成されていたが、近年、石英に比べて耐熱性、形状安定性、および耐ハライド性に優れる透光性セラミックスから形成した発光管の採用が積極的に進められている。
【０００３】
このようなメタルハライドランプにおいては、より演色性の高い白色放射光を得るため、ハロゲン化ディスプロシウムなどの希土類ハロゲン化物を発光管内に封入することが有効である（特許文献１）。希土類ハロゲン化物は、可視域において、原子発光のみならず、分子発光による連続発光を有するため、白色光源の封入物として好適に用いられ得る。
【０００４】
しかし、発光管内に封入した希土類ハロゲン化物は、ランプの点灯中に、Ａｌ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、ＳｉＯ2などからなる封止材（ガラスフリット）と反応して封止材を浸食しやすい。このような封止材の浸食反応が進行すると、封止部からリークが発生するため、メタルハライドランプの寿命を長くする上で大きな支障となっている。
【０００５】
以下、図１および図２を参照しながら、上記の問題をより詳細に説明する。
【０００６】
まず、図１を参照する。図１は、従来のメタルハライドランプに用いられている発光管を示す断面図である。図示されている発光管は、アルミナなどの透光性セラミックスから形成された本管６と、本管６に連結された細管７ａ、７ｂとを有している。
【０００７】
本管６は略円筒状の形状を有しており、その平坦な両端面から細管７ａ、７ｂが軸方向に延長している。細管７ａ、７ｂは、細長い円筒形状を有しており、一対の電極５ａ、５ｂを先端に有する導入線９ａ、９ｂが対応する細管７ａ、７ｂの内部に挿入されている（電極５ａ、５ｂおよび導入線９ａ、９ｂを総称して「電極線」と称する場合がある）。細管７ａ、７ｂに挿入された導入線９ａ、９ｂは、細管７ａ、７ｂの封止部８ａ、８ｂにおいて、細管７ａ、７ｂに固定されている。この固定は、前述したガラスフリットからなる封止材１０ａ、１０ｂを用いて行われている。
【０００８】
透光性セラミックの発光管を備えたメタルハライドランプに白色光を放射させるには、質量比率で１０〜６０％の希土類ハロゲン化物を発光管内に封入する必要がある。このような濃度範囲の希土類ハロゲン化物を発光管内に封入すると、希土類ハロゲン化物の全部がランプ点灯中に蒸発しきれず、一部が液相となり、最冷点である細管に浸入する。細管を封止するガラスフリットは、細管に浸入した希土類ハロゲン化物と反応して浸食されることになる。
【０００９】
次に、図２を参照して、封止部８ａにおける封止構造を説明する。図２は、細管７ａの一端における封止構造の拡大断面図である。他の細管７ｂの一端にも、同様の封止構造が形成されている。
【００１０】
図２からわかるように、細管７ａと導入線９ａとの隙間部分は封止材１０ａで埋められ、これによって発光管１の内部は外部から遮断されている。メタルハライドランプで好適に使用される希土類ハロゲン化物（ＤｙＩ3など）は、本管から封止材１０ａの表面に拡散してくると、封止材１０ａの表面で液相化し、封止材１０ａと反応して浸食する。その結果、やがては封止リークが発生し、ランプ寿命を大きく短縮する危険性がある。
【００１１】
上記の問題を解決する目的で、特許文献２は、封止材の表面に電気絶縁層を設けたメタルハライドランプを開示している。同様の目的のため、特許文献３は、電気導電体に溝を設けることを教示し、特許文献４は、浸食されにくい封止材料を使用することを教示している。
【特許文献１】特開平１０−１３４７６５号公報（第２頁）
【特許文献２】特開昭６３−１６０１４８号公報（第２頁）
【特許文献３】特開平９−２０４９０２号公報（第２頁）
【特許文献４】特開平１０−５０２６２号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、本発明者による検討の結果、上記各文献に開示されている従来の技術によれば、封入した希土類ハロゲン化物による封止材の浸食は抑制されるが、メタルハライドランプの構造が複雑化するため、その製造が困難であったり、封止時にクラックが生じやすいなどの問題があることがわかった。  本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その主要な目的は、透光性セラミックスから形成した発光管に封入した希土類ハロゲン化物による封止材の浸食を簡単な構成よって抑制できる新規なメタルハライドランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のメタルハライドランプは、発光管と、前記発光管内に封入された第１金属ハロゲン化物とを有するメタルハライドランプであって、前記第１金属ハロゲン化物は、ディスプロシウム、ホルミウム、ツリウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物であり、前記発光管は、透光性セラミックスから形成された本管と、前記本管の第１の端部に連結された第１の細管と、前記本管の第２の端部に連結された第２の細管と、前記第１の細管および第２の細管にそれぞれに挿入され、前記本管の内部で先端部が対向する一対の電極線とを有しており、前記第１および第２の細管の各々の端部は、封止材によって封止され、前記封止材の表面の少なくとも一部は、前記細管の内壁と前記電極線の表面との間に形成された隙間を通して前記本管の内部と連通しており、前記発光管内には、点灯中の前記封止部の温度において、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示す第２金属ハロゲン化物が封入され、前記発光管は、前記端部に近づくにつれて内径が単調に減少する部分を有しており、前記封止部は、前記細管の内壁と前記電極線の表面との間に形成された隙間を通じて進入してきた前記第１金属ハロゲン化物によって浸食され得る材料から形成されている。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記第２金属ハロゲン化物の蒸気圧は、前記第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下である。
【００１５】
好ましい実施形態において、前記封止材はガラスから形成されている。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記第２金属ハロゲン化物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択される少なくとも１つの金属のハロゲン化物である。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記第２金属ハロゲン化物は、金属の臭化物である。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記第２金属ハロゲン化物の封入量は、０．０５ｍｇ／ｃｍ3以上７．５ｍｇ／ｃｍ3以下の範囲内に設定されている。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記第１金属ハロゲン化物の封入量に対する前記第２金属ハロゲン化物の封入量のモル比率は、０．５以上８以下である。
【００２０】
好ましい実施形態において、前記透光性セラミックスは、アルミナである。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記発光管と前記第１および第２の細管とが一体成形されている。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記発光管は、中空の略楕円体形状を有している。
【００２３】
好ましい実施形態において、前記発光管を内部空間に含む外管と、前記外管の内部空間において前記発光管を包囲する透光性保護筒とを更に備え、前記細管の一部が前記保護筒の外部に露出している。
【００２４】
本発明のランプモジュールは、上記いずれかのメタルハライドランプと、前記メタルハライドランプから放射された光を所定方向に投影するための反射鏡とを備えている。
【００２５】
本発明の表示装置は、上記いずれかのメタルハライドランプと、前記メタルハライドランプから放射された光を時間的かつ空間的に変調することによって画像を表示する表示パネルとを備えている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、両端部にテーパ部を有した発光管にランプ点灯時の封止部温度における蒸気圧が充分低い第２金属ハロゲン化物を封入することにより、封止部におけるリーク原因となる第１金属ハロゲン化物による封止材の浸食を抑制できる。このため、本発明によれば、長期間にわたって封止部リークの無いメタルハライドランプ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】
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
本発明のメタルハライドランプでは希土類ハロゲン化物による封止材の浸食を抑制するため、希土類ハロゲン化物に比べて蒸気圧の低い金属ハロゲン化物を発光管内に封入する。本明細書では、相対的に蒸気圧が高い金属ハロゲン化物、より具体的には、ディスプロシウム、ホルミウム、ツリウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物を「第１金属ハロゲン化物」と称し、この第１希土類ハロゲン化物よりも蒸気圧の低い金属ハロゲン化物を「第２金属ハロゲン化物」と称することとする。好ましい実施形態において、第２金属ハロゲン化物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択される少なくとも１つの金属のハロゲン化物である。
【００２９】
また、本明細書における「蒸気圧」の値は、ランプ点灯時の封止部の温度における蒸気圧の値を指すものとする。
【００３０】
発光管内における第２金属ハロゲン化物の大部分は、温度の低い細管内に浸入して液相となるため、封止材の表面における第１金属ハロゲン化物（封止部を浸食しやすい性質を有する金属ハロゲン化物）を希釈し、反応を抑制することができる。蒸気圧の低い封入物は多量に封入しても光色に与える影響が少ないため有用である。第２金属ハロゲン化物のこのような効果を充分に発揮させるためには、第２金属ハロゲン化物の蒸気圧が第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下であることが好ましい。
【００３１】
本発明者の検討によると、セラミック発光管として広く使用されている円筒型発光管を用いる場合、相対的に蒸気圧の低い第２金属ハロゲン化物の大部分が液相のまま本管内に残留するため、反応抑制効果が低いという問題が明らかになった。本発明では、このような問題を解決するため、テーパ部を有する発光管を採用することにより、第２金属ハロゲン化物を気相のままて細管に浸入させるようにしている。
【００３２】
なお、電極線が挿入される細管の一部が外管内に設けた透光性の保護筒の外部に露出するように構成すると、露出した封止部の温度を低下させることができる。そのため、蒸気圧の低い第２金属ハロゲン化物は、より多く封止材表面近くに凝縮し、第１金属ハロゲン化物を希釈する。また、封止材の表面における温度低下が進むため、それによっても反応および浸食を抑制する効果が増す利点がある。
【００３３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるメタルハライドランプの実施形態を詳細に説明する。
【００３４】
（実施形態）
図３および図４を参照しながら、本実施形態のメタルハライドランプを説明する。図３は、セラミック製の発光管１を備えた本実施形態のメタルハライドランプの概略構成を示す断面図であり、図４は、発光管１の拡大断面図である。
【００３５】
まず、図３を参照する。図示されている本実施形態のメタルハライドランプは、１５０Ｗの動作電力で発光するように設計されている。透光性を有するセラミック製の発光管１は、ステム３によって封止された外管２に内蔵されている。より詳細に説明すると、発光管１は、ステム３から延在する金属線３ａ、３ｂに固定されており、金属線３ａ、３ｂによって外管２の略中央部に支持された状態にある。金属線３ａ、３ｂは、外管２の一端に設けられた口金４と電気的に接続されており、発光管１の支持部材として機能するとともに、発光管１に必要な電流を供給する導電部材としても機能する。
【００３６】
次に、図４を参照しながら、発光管１の構成をより詳細に説明する。
【００３７】
この発光管１は、透光性セラミックスから形成された本管６と、本管６に連結された細管７ａ、７ｂとを有している。
【００３８】
本管６は、外径が１２．０ｍｍの第１円筒部分と、外径および内径が端部に向かって単調に減少する部分（テーパ部分）とを有している。本管６のうち、テーパ部分の内径が一番小さくなる部分は、細管７ａ、７ｂの端部が差し込まれる小さな第２円筒部分につながっている。
【００３９】
細管７ａ、７ｂは、それぞれ、外径が３．２ｍｍ、内径が１．０２５ｍｍの細長い円筒形状を有している。本実施形態では、本管６だけではなく、細管７ａ、７ｂも、透光性セラミックスであるアルミナから形成されている。
【００４０】
細管７ａ、７ｂには、一対の電極５ａ、５ｂを先端に有する導入線９ａ、９ｂ（電極線）がそれぞれ挿入されている。導入線９ａ、９ｂは、直径０．９ｍｍのニオビウムから形成されている。導入線９ａ、９ｂは、図３に示する金属線３ａ、３ｂと接続され、口金４を介して外部から動作に必要な電力を受け取ることになる。ランプの動作時において、導入線９ａ、９ｂを介して電極５ａ、５ｂ間に電圧が印加され、発光管１の内部に封入されているガスの放電が生じ、発光が得られる。
【００４１】
細管７ａ、７ｂに挿入された導入線９ａ、９ｂは、細管７ａ、７ｂの封止部８ａ、８ｂにおいて、細管７ａ、７ｂと固定されている。この固定は、ガラスフリットからなる封止材を用いて行われ、細管７ａ、７ｂと導入線９ａ、９ｂとの隙間はシール材で埋められている。
【００４２】
本管６の内部では、導入線９ａ、９ｂの先端に位置する電極５ａ、５ｂが所定の距離を置いて対向しているが、この電極間隔は、導入線９ａ、９ｂの挿入深さを調節した後、固定される。なお、図４において、封止材の記載は省略されている。
【００４３】
上述した構成を有する発光管１の内部には、所定量の水銀、始動用希ガスとして機能するアルゴンに加えて、第２金属ハロゲン化物が封入されている。この第２金属ハロゲン化物は、発光管１内における第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示すものが用いられる。具体的には、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、およびユウロピウムからなる群から選択された少なくとも１つの金属のハロゲン化物（例えば臭化物）である。このような第２金属ハロゲン化物の封入量は、０．０５ｍｇ／ｃｍ3以上７．５ｍｇ／ｃｍ3以下の範囲内に設定することが好ましい。なお、アルゴンに代えて、あるいはアルゴンに加えて、ネオン、クリプトン、および／またはキセノンの希ガスを用いても良い。
【００４４】
次に、図面を参照しながら、第２金属ハロゲン化物の役割を説明する。
【００４５】
図５（ａ）は、代表的な第１金属ハロゲン化物であるヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ3）が封止材の表面に付着する様子を模式的に示している。これに対して、図５（ｂ）は、ヨウ化ディスプロシウムよりも蒸気圧の低い第２金属ハロゲン化物（Ｘ）が発光管内に封入された場合の封止材の表面を模式的に示している。第２金属ハロゲン化物（Ｘ）は、その蒸気圧が相対的に低いため、最冷点である封止材の表面で液相化しやすい。封止材の表面に液相の第２金属ハロゲン化物が存存在すると、ヨウ化ディスプロシウムなどの第１金属ハロゲン化物が封止材の表面に付着しにくく、表面における第１金属ハロゲン化物の希釈化が生じる。このため、本実施形態の構成によれば、封止材の浸食・劣化が効果的に防止され、ランプ寿命が大きく延びる。
【００４６】
発光管内に好適に封入され得る第２金属ハロゲン化物は、発光管内に封入される第１金属ハロゲン化物よりも蒸気圧が１桁（１０分の１）程度は低いことが好ましい。図６は、各種の第２金属ハロゲン化物の蒸気圧（８００℃における値）および融点を示している。８００℃における蒸気圧を図６に記載している理由は、本実施形態におけるランプ動作に封止部の温度（最冷点）が８００℃程度になるからである。参考のため、代表的な第１金属ハロゲン化物であるＤｙＩ3、ＴｍＩ3、およびＨｏＩ3の蒸気圧をグラフ中に丸印で示している。
【００４７】
これらの第１金属ハロゲン化物の８００℃（点灯時の封止部温度）における蒸気圧は、図６から明らかなように、０．１７［Ｔｏｒｒ］以上である。第２金属ハロゲン化物の蒸気圧は、第１金属ハロゲン化物の蒸気圧の１０分の１以下であることが好ましいため、８００℃における蒸気圧が０．０１７Ｔｏｒｒ以下の金属ハロゲン化物を用いることが好ましい。実験によると、第２金属ハロゲン化物の中でも特にＣａＢｒ2を用いた場合に好ましい効果が得られた。なお、発光管１に封入される第１金属ハロゲン化物の蒸気圧よりも低い蒸気圧を示すならば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、および／またはユウロピウムのハロゲン化物を１種または複数種用いても良い。
【００４８】
次に、図７および図８を参照しながら、本実施形態で用いる発光管１の構成が封止材の劣化を防止する機能をどのようして発揮するかを説明する。
【００４９】
図７（ａ）は、テーパ部分を有しない従来構造の本管に低蒸気圧第２金属ハロゲン化物を封入した場合（比較例）を示しており、図７（ｂ）は、テーパ部分を有する本管に上記第２金属ハロゲン化物を封入した場合（本実施形態）を示している。図７（ａ）に示す本管６の内部では、本管６の温度が隅の部分で低下し、その部分で液相の第２金属ハロゲン化物が形成されやすくなる。本管６の内部で第２金属ハロゲン化物の液相が形成されると、封止材の表面で第１金属ハロゲン化物を希釈することが充分に行えないため、封止部の劣化を効果的に防止できない。
【００５０】
一方、本実施形態の構成によれば、図７（ｂ）に示すように、本管６にテーパ部分が形成されているため、本管６の内部で第２金属ハロゲン化物が液相化されるほどには温度の低い部分が形成されにくい。また、テーパ部分に沿って気相の第２金属ハロゲン化物が細管内に流入しやすくなるため、封止材の表面に到達する第２金属ハロゲン化物の量が増加する。図７（ｂ）に示すようなテーパを設けることにより、テーパを設けない場合に比べて、本管における最冷点を５０℃程度上昇させることが可能になる。
【００５１】
図８は、封止材１０ａの表面に到達した充分な量の第２金属ハロゲン化物（Ｘ）が、ＤｙＩ3などの第１金属ハロゲン化物を希釈し、封止材１０ａを保護している状態を模式的に示している。本実施形態によれば、封止材１０ａ、１０ｂの表面で液相化した第２金属ハロゲン化物（Ｘ）が第１金属ハロゲン化物を充分に希釈できるため、封止リークを効果的に防止することが可能になる。
【００５２】
このような効果を得るためには、放電によって生み出される熱が本管６の全体に充分に供給され得る形状を有していることが好ましい。図７（ａ）に示す従来の構造では、放電によって発生した熱が本管６の隅には充分に供給されず、その部分の温度が他の部分に比べて相対的に低くなりやすい。このような低温部分が存在すると、蒸気圧の低い第２金属ハロゲン化物が本管６の内部で液相化しやすくなり、封止材を充分に保護することができなくなる。
【００５３】
このような液相化を避けるためには、図７（ｂ）に示すように、本管６の内径が端部に向かって単調に減少するテーパ部分を設けることが効果的である。テーパ部分の形状は、その断面が直線的なものに限定されず、例えば図９に示すように、テーパ部分が曲面形状によって構成されていてもよい。
【００５４】
なお、本管６のうち、２つのテーパ部分に挟まれた中央部分の形状も、円筒に限定されるわけではない。本管６の形状によって規定される内部空間が全体として略楕円体を構成していても第２金属ハロゲン化物が本管６に溜まらない程度に本管６の温度が上昇できればよい。
【００５５】
（実施例）
以下の表１に示す３種類のランプを作製し、寿命試験を実施した。
【００５６】
【表１】
2004112086.tif 000015
【００５７】
表１の数値は、本管６の体積（内容積）に対する封入量（ｍｇ）の比率である（単位は［ｍｇ／ｃｍ3］）。表１に示す仕様Ａのランプでは、テーパ部を有しない円筒型の発光管を用い、仕様Ｂおよび仕様Ｃのランプでは、図４に示すテーパ部を有する発光管を用いている。
【００５８】
各ランプの発光管内には、第１金属ハロゲン化物としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ3）を封入するとともに、発光のため、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ3）およびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）を封入している。また、仕様Ａおよび仕様Ｃのランプでは、ヨウ化ディスプロシウムに比して蒸気圧の低い臭化カルシウムを封入している。
【００５９】
上記の寿命試験用ランプを二次側開放電圧が２８５［Ｖ］の矩形波である電子安定器を使用して、５．５時間点灯、０．５時間消灯のサイクルで寿命試験を行った。上記寿命試験の結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
2004112086.tif 000016
【００６１】
表１、２から、封入した第１金属ハロゲン化物による浸食が原因となる封止部リークは、発光管形状および希土類以外のハロゲン化物と密接な関係があることがわかった。つまり、仕様Ａでは、封入した臭化カルシウムが主に本管部の端に凝縮してしまうため、浸食抑制の効果が薄かった。一方、仕様Ｂでは、ヨウ化タリウムやヨウ化ナトリウムの蒸気圧がヨウ化ディスプロシウムよりも高いため、液相として細管内に浸入する量が少なく、浸食を抑制することができなかった。
【００６２】
これらに対し、仕様Ｃでは、臭化カルシウムの大部分が本管内に液相としては存在せずに、細管内に浸入し、ヨウ化ディスプロシウムとガラスフリットとの反応を抑制する機能を発揮した。
【００６３】
次に、封止部リークおよびランプ効率が臭化カルシウムの封入量に依存してどのように変化するかを説明する。まず、以下の表３に示すように、臭化カルシウムの封入量が異なる仕様Ｄ〜Ｈのランプについて、封止部リークおよびランプ効率を測定した。その結果を表３に示す。
【００６４】
【表３】
2004112086.tif 000017
【００６５】
臭化カルシウムの封入量が多くなるほど、高い浸食抑制効果を発揮すると考えられるが、表３からわかるように、封入量が多くなりすぎると、仕様Ｈのランプように効率が大幅に低下する。ランプ効率の低下を避けるためには、臭化カルシウムの封入量を７．５ｍｇ／ｃｍ3以下に設定することが好ましい。逆に、臭化カルシウムの封入量が０．０５ｍｇ／ｃｍ3を下回ると、ヨウ化ディスプロシウムを充分に希釈できず、浸食抑制の十分な効果が期待できない。このため、臭化カルシウムの封入量は０．０５ｍｇ／ｃｍ3以上に設定することが好ましい。
【００６６】
次に、第１金属ハロゲン化物の封入量（Ｎモル）に対する第２金属ハロゲン化物の封入量（Ｘモル）の好ましい比率（Ｘ／Ｎ）を実験から決定した。
【００６７】
封入する第２金属ハロゲン化物の蒸気圧が比較的高いＣａＩ2やＬａＢｒ3の場合、好ましい範囲は、０．５≦（Ｘ／Ｎ）≦５であり、特に好ましい範囲は、１．２≦（Ｘ／Ｎ）≦４である。
【００６８】
また、蒸気圧がＬａＢｒ3よりも低い他の第２金属ハロゲン化物の場合の好ましい範囲は、０．５≦（Ｘ／Ｎ）≦８であり、特に好ましい範囲は、１．２≦（Ｘ／Ｎ）≦８である。蒸気圧が相対的に低い第２金属ハロゲン化物の場合、比較的多く添加しても、発光に悪影響を与えにくい。
【００６９】
次に、第１金属ハロゲン化物の封入量（Ｎモル）に対する第２金属ハロゲン化物の封入量（Ｘモル）の好ましい比率（Ｘ／Ｎ）を実験から決定した。
【００７０】
封入する第２金属ハロゲン化物の蒸気圧が比較的高いＣａＩ2やＬａＢｒ3の場合、好ましい範囲は、０．５≦（Ｘ／Ｎ）≦５であり、特に好ましい範囲は、１．２≦（Ｘ／Ｎ）≦４である。
【００７１】
なお、上記の実施例では、第１金属ハロゲン化物としてヨウ化ディスプロシウム（ＤｙＩ2）を用いているが、ホルミウム、ツリウムなどのランタノイドやスカンジウムのハロゲン化物、またはそれらの組み合わせを用いてもよい。具体的には、ＤｙＩ3、ＨｏＩ3、ＴｍＩ3、ＤｙＢｒ3、ＨｏＢｒ3、ＴｍＢｒ3などが好適に用いられる。
【００７２】
封止材の浸食を抑制するために封入した臭化カルシウム（ＣａＢｒ3）の代わりに、または、臭化カルシウムに加えて、ストロンチウム、バリウム、ランタン、サマリウム、ユウロピウムなどの蒸気圧が低いハロゲン化物、またはそれらの組み合わせであっても同様の結果が得られる。具体的には、ＣａＩ2、ＣａＢｒ2、ＳｒＩ2、ＳｒＢｒ2、ＢａＩ2、ＬａＢｒ3、ＳｍＩ2、ＥｕＩ2、ＥｕＢｒ2が好適に用いられる。このようなハロゲン化物の中でも、特に臭化物は、図６に示すように、ヨウ化物よりも蒸気圧が低い傾向があるため、液相化によって第１金属ハロゲン化物を希釈する効果が高く、好ましい。
【００７３】
なお、Ｃａの臭化物やヨウ化物は、第２金属ハロゲン化物の中では比較的蒸気圧が高いため、その一部が蒸発して放電に関与する傾向がある。しかし、Ｃａは放電の光色を良くする性質を有している。このため、長寿命化と光色の改善の両方を達成しようとする場合は、第２金属ハロゲン化物の中でも駆るカルシウムのハロゲン化物を添加することが特に好ましい効果をもたらす。カルシウムのハロゲン化物を用いる場合において、その一部を意図的に蒸発させ、放電への影響を強めたいときは、臭化カルシウムよりも蒸気圧の高いヨウ化カルシウムを用いることが好ましい。
【００７４】
以上説明してきた本発明の実施形態および実施例では、細管を含む発光管の全体が外管（透光性の保護筒）の内部に設けられている。この場合には、細管における封入部の温度が他の部分に比べて特に低くなることが無いため、液相の第２金属ハロゲン化物は細管内に点在しやすい。これに対し、細管の封止部を保護筒の外部に露出させると、露出部分の温度が低下するため、第２金属ハロゲン化物の大部分が封止部の表面に凝縮しやすくなる。このような凝縮が生じると、より効果的に封止部の浸食を抑制できる。
【００７５】
第１金属ハロゲン化物による封止材の浸食を第２金属ハロゲン化物によって抑制する効果は、ランプ電力が７０Ｗ以上４００Ｗ以下の範囲で確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、両端部にテーパ部を有した発光管にランプ点灯時の封止部温度における蒸気圧が充分低い第２金属ハロゲン化物を封入することにより、封止部におけるリーク原因となる第１金属ハロゲン化物による封止材の浸食を抑制できる。このため、本発明によれば、長期間にわたって封止部リークの無いメタルハライドランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】メタルハライドランプに用いられる従来の発光管の構成を示す断面図である。
【図２】図１の発光管における封止構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明によるメタルハライドランプの実施形態を示す正面図である。
【図４】図３の実施形態における発光管を示す断面図である。
【図５】第２金属ハロゲン化物の効果を示す模式図である。
【図６】第１金属ハロゲン化物および第２金属ハロゲン化物の蒸気圧および融点を示すグラフである。
【図７】（ａ）は、第２金属ハロゲン化物が液相化した状態にある従来の発光管を示す断面図であり、（ｂ）は、第２金属ハロゲン化物が細管に気相のまま流入する本実施形態の発光管を示す断面図である。
【図８】細管内に流入した第２金属ハロゲン化物が第１金属ハロゲン化物を希釈化する様子を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明によるメタルハライドランプに好適に用いられる他の発光管の形状を示す断面図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004112086.tif 000018
【図２】
2004112086.tif 000019
【図３】
2004112086.tif 000020
【図４】
2004112086.tif 000021
【図５】
2004112086.tif 000022
【図６】
2004112086.tif 000023
【図７】
2004112086.tif 000024
【図８】
2004112086.tif 000025
【図９】
2004112086.tif 000026
【国際調査報告】
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2004112086.tif 000028
2004112086.tif 000029
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