(57)【要約】    【課題】  第１のハロゲン化物がツリウムハロゲン化物を発光金属として含んでいて、製造が容易で、しかも寿命特性に優れ、加えて発光効率や電気特性に優れ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、イオン化媒体が、第１のハロゲン化物、第２のハロゲン化物および希ガスを含み、第１のハロゲン化物は主として可視域に発光する金属のハロゲン化物で、少なくとも臭化物を含んでいるツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物およびアルカリ金属ハロゲンを含み、第２のハロゲン化物は主としてランプ電圧形成作用を呈し、かつ所定の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含み、水銀を本質的に含まないで構成されている。【選択図】図１
2007149664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間を有する透光性気密容器と；
透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極と；
第１のハロゲン化物、第２のハロゲン化物および希ガスを含み、第１のハロゲン化物は主として可視域に発光する金属のハロゲン化物で、少なくとも臭化物を含んでいるツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物およびアルカリ金属ハロゲン化物を含み、第２のハロゲン化物は主としてランプ電圧形成作用を呈し、かつマグネシウム（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）、ビスマス（Ｂｉ）、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）の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含み、水銀を本質的に含まないで構成されていて、透光性気密容器内に封入されたイオン化媒体と；
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】
内部に放電空間を有する透光性気密容器と；
この透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極と；
第１のハロゲン化物、第２のハロゲン化物および希ガスを含み、前記透光性気密容器内に封入された水銀を実質的に含まないイオン化媒体と；
を具備し、
前記イオン化媒体は、第１のハロゲン化物が少なくとも主として視感度曲線のピーク波長付近に無数の輝線スペクトルを有するツリウムのハロゲン化物である臭化ツリウムを含み、前記第２のハロゲン化物が主としてランプ電圧形成作用を呈するマグネシウム（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）、ビスマス（Ｂｉ）、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）のグループから選択された一種以上の金属ハロゲン化物を主として含み、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＡ（％）とし、第２のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＢ（％）としたとき、封入質量比率ＡおよびＢがそれぞれ下式を満足する；
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
３０＜Ａ＜９０
０＜Ｂ＜２０
【請求項３】
内部に放電空間を有する透光性気密容器と；
この透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極と；
第１のハロゲン化物、第２のハロゲン化物および希ガスを含む一方で水銀を実質的に含まず、前記透光性気密容器内に封入されたイオン化媒体と；
を具備し、
前記イオン化媒体は、前記第１のハロゲン化物が少なくとも主として視感度曲線のピーク波長付近に無数の輝線スペクトルを有するツリウムのハロゲン化物である臭化ツリウムを含み、第２のハロゲン化物が主としてランプ電圧形成作用を呈するマグネシウム（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）、ビスマス（Ｂｉ）、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）のグループから選択された一種以上の金属ハロゲン化物を主として含み、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＡ（％）とし、第２のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＢ（％）としたとき、封入質量比率ＡおよびＢがそれぞれ下式を満足する；
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
５０＜Ａ＋Ｂ＜９５
２０≦Ｂ＜９０
【請求項４】
イオン化媒体は、ツリウム（Ｔｍ）臭化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＣ（％）としたとき、封入質量比率Ｃが下式を満足す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高圧放電ランプ。
５＜Ｃ＜６０
【請求項５】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；
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高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水銀を本質的に含まないメタルハライドランプは既知である（特許文献１参照。）。特許文献１に記載されたメタルハライドランプは、水銀に代えて相対的に蒸気圧が大きくて、かつ第１の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を第２のハロゲン化物として、主たる可視域発光を行う金属のハロゲン化物を第１のハロゲン化物ととともに封入している。
【０００３】
また、特許文献１中には、実施形態１として電極間距離４ｍｍ、第１のハロゲン化物がヨウ化ジスプロシウム（ＤｙＩ３）１ｍｇおよびヨウ化ネオジム（ＮｄＩ3）１ｍｇを、希ガスがアルゴン（Ａｒ）５００Torrを、それぞれ封入していて、入力電力１５０Ｗで点灯する液晶プロジェクタ用のメタルハライドランプが記載されている。この実施形態においては、第２のハロゲン化物として例えばヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）８ｍｇを封入した場合、ランプ電圧７３Ｖ、発光効率６８ｌｍ／Ｗ、色温度９１６０Ｋである。
【０００４】
さらに、特許文献１中には、実施形態８として電極間距離３０ｍｍ、第１のハロゲン化物が臭化ジスプロシウム（ＤｙＢｒ３）、臭化ホルミウム（ＨｏＢｒ３および臭化ツリウム（ＴｍＢｒ３）のそれぞれ４ｍｇを、希ガスがアルゴン（Ａｒ）１００Torrを、それぞれ封入していて、入力電力２ｋＷで点灯するメタルハライドランプが記載されている。この実施形態においては、第２のハロゲン化物として例えばヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）３０ｍｇを封入した場合のランプ電圧１１２Ｖ、発光効率９２ｌｍ／Ｗ、色温度５３４０Ｋ、平均演色評価数Ｒａ７３である。
【０００５】
一方、Ｎａ、Ｔｌ、ＩｎおよびＴｍのハロゲン化物の封入質量比率を所定範囲内に規制することで発光効率、光色および寿命特性が優れた緩衝ガスとして水銀を封入する高圧放電ランプを得ることは既知である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２３８４８８号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された発明よれば、環境負荷の大きな水銀を使用しないで水銀を封入した従来のメタルハライドランプとほぼ同様な電気特性および発光特性を有するメタルハライドランプが得られている。しかし、水銀を本質的に使用しないで、従来以上の発光効率を有するメタルハライドランプの出現が期待されている。
【０００８】
白色系の発光を高効率で発生する物質としてナトリウム（Ｎａ）が例えばスカンジウム（Ｓｃ）や希土類金属と併用することが知られているが、ナトリウムだけでは十分な効率向上ができない。また、ナトリウムを封入すると、ランプ電圧が低下する弊害が生じる。そこで、さらなる効率向上を図るためには、ナトリウムの有無にかかわらず最冷部温度を上昇させる必要がある。
【０００９】
ところが、発光管を構成する気密容器の耐熱性やナトリウム他の反応性などさまざまな規制を受けるために、大幅な発光効率の向上が困難である。加えて、水銀を封入しない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。）の場合、ナトリウムは、発光効率に寄与するものの電極間の電位傾度、したがってランプ電圧の点では低下要因となる。上記のように放電媒体がナトリウムを多く含む場合、ランプ電圧が低くなるので、所望のランプ電力を投入するためにはランプ電流を増加させる必要がある。その結果、電極軸径を大きくするなど電極や気密容器の設計が困難になるばかりか、安定器の設計も困難になるという問題がある。
【００１０】
ところで、特許文献１の場合、従来のメタルハライドランプとほぼ同様な電気特性および発光特性を有するメタルハライドランプの得られるものの発光効率が水銀入りのメタルハライドランプと同等程度である。
【００１１】
一方、特許文献２の場合、緩衝ガスとして水銀を用いることを前提としているため、水銀フリーランプでは記載されているような良好なランプ特性が得られない。
【００１２】
水銀フリーの高圧放電ランプにおいて、発光金属としてツリウム（Ｔｍ）が好適である。ツリウムの輝線スペクトルは、視感度曲線のピーク波長付近に無数に存在し、かつそれより短波長側でも適度にスペクトルが存在するからである。しかし、高圧放電ランプでしばしば用いられるヨウ化物の形態の場合、ツリウムヨウ化物は、その融点が１０３０℃と高いため、ツリウムの輝線スペクトルを得るためには発光管温度を融点に見合うように上昇させる必要がある。
【００１３】
ところが、上述のように発光管温度を上昇させると、高圧放電ランプの寿命特性に与える影響を無視できなくなる。また、ツリウムヨウ化物は、他のハロゲン物質と混合すれば固形のペレット化が可能であるが、それ単体でペレット化できず、粉末状にしかできないので、高圧放電ランプの透光性気密容器内に定量封入することが困難であり、製造に困難をもたらす。
【００１４】
本発明は、第１のハロゲン化物がツリウムハロゲン化物を発光金属として含んでいて、製造が容易で、しかも寿命特性に優れ、加えて発光効率や電気特性に優れた水銀フリー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】
【００１５】
本発明の高圧放電ランプは、内部に放電空間を有する透光性気密容器と；透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極と；第１のハロゲン化物、第２のハロゲン化物および希ガスを含み、第１のハロゲン化物は主として可視域に発光する金属のハロゲン化物で、少なくとも臭化物を含んでいるツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物およびアルカリ金属ハロゲン化物を含み、第２のハロゲン化物は主としてランプ電圧形成作用を呈し、かつマグネシウム（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）、ビスマス（Ｂｉ）、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）の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含み、水銀を本質的に含まないで構成されていて、透光性気密容器内に封入されたイオン化媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００１６】
（第１のハロゲン化物について）
第１のハロゲン化物は、主として可視域に発光する金属のハロゲン化物である。本発明において、第１のハロゲン化物は、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物およびアルカリ金属ハロゲン化物を含んでいて、かつこのツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物が少なくともツリウム臭化物を含んでいる。ツリウム臭化物を含んでいることにより、以下に示すように格別の作用、効果を奏する。
【００１７】
ツリウム（Ｔｍ）は、前述のように比視感度曲線のピーク付近に無数の輝線スペクトルが存在し、かつ短波長側でも適度にスペクトルが存在し、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、高圧放電ランプの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といえる。
【００１８】
また、ツリウムハロゲン化物は、第２のハロゲン化物との所定範囲での共存下において、それ自体が電極間の電位傾度、したがってランプ電圧を顕著に高くする作用を有している。この作用により、第２のハロゲン化物単独で封入する場合と比較して最大で２倍程度のランプ電圧を得ることができる。したがって、ツリウムハロゲン化物は、水銀フリーランプに好適な発光金属のハロゲン化物である。
【００１９】
Ｔｍハロゲン化物中のＴｍI３質量比は、Ｔｍハロゲン化物のみでペレット化可能である範囲が概略８０質量％以下である。また、他のハロゲン化物（第１のハロゲン化物において、例えばＮａＩやＴｌＩなど。なお、第２のハロゲン化物を除くものとする。）とＴｍハロゲン化物との混合ペレットでは、ペレット化可能である範囲はＴｍＩ３質量比が概略８０質量％以下である。混合ペレットでは、ランプ特性上、したがってペレット化できるという面では、最適ＴｍＢｒ３比率の下限は、Ｔｍハロゲン化物のみでペレット化時には２０質量％以上、上述混合ペレット時はそれ以下となる。
【００２０】
しかしながら、後述のＴｍＢｒ３添加の効果を十分得るには、請求項記載の下限比率の５質量％超であることを併せて満足する必要がある。
【００２１】
ＴｍＢｒ３封入の代わりに、他の臭化金属とＴｍＩ３を、化学的に同等量封入することができる。これは、通常、点灯により金属と結びつくハロゲン化物種が比較的簡単に変化するためであり、製造時と、市販時、点灯後などで差が生じる場合があるためである。これらの差が生じてもランプ特性他の実際上性能の差はない。
【００２２】
したがって、本発明の場合は、全封入ハロゲン化物中の臭素Ｂｒを、全ての封入Ｔｍ金属と反応させた際に、全Ｔｍ金属の何％がＴｍＢｒ３となるかという比率を規定しており、この比率が請求項に示した比率である。すなわち、重要である点は、全封入ハロゲン化物中の何％が臭化物で、何％がヨウ化物であるかという点と、全ハロゲン化物の何％がＴｍハロゲン化物
であるかという点になる。
【００２３】
この点から、好適な範囲を述べると、全封入ハロゲン化物中の５〜９５質量％が臭化物、さらに好適には３０〜９０質量％となる。また、全ハロゲン化物の何％がＴｍハロゲン化物であるかの質量％Ａは、数式：３０＜Ａ＜９０を満足する範囲である。さらに好適には数式：３０＜Ａ＜７５である。
【００２４】
さらに、ツリウム臭化物は、その融点が前述のように９５２℃であり、ヨウ化物の融点より明らかに低い。ツリウム臭化物の融点が低いと、その低い温度でも蒸気圧が高くなるので、ツリウムヨウ化物のみの場合より効果的にツリウムの輝線スペクトルを利用することができる。また、これとともに発光管、したがって透光性気密容器の動作温度を低下させることが可能になるので、高圧放電ランプの寿命特性も改善される。
【００２５】
また、第１のハロゲン化物として、アルカリ金属ハロゲン化物、例えばナトリウム（Ｎａ）などの金属のハロゲン化物を封入しているので、さらなる発光効率の向上、色度および／または色温度について改善できる。また、ハロゲン化アルカリ金属の封入によって点灯中の放電アークの湾曲が抑制されるので、透光性気密容器の白濁現象が低減する。
【００２６】
アルカリ金属ハロゲン化物を封入する場合には、気密容器内に封入されている全ての金属ハロゲン化物に対して２０質量％未満の範囲内とするのが好ましい。アルカリ金属ハロゲン化物の封入比率が２０質量％以上になると、ランプ電圧が低下しやすくなるので、ランプ電圧の形成の観点からは好ましくない。しかしながら、アルカリ金属ハロゲン化物の封入比率が２０質量％未満であれば、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場合には、上記の範囲内であれば封入が許容される。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、アルカリ金属としては、主としてナトリウム（Ｎａ）、しかし所望によりまたは／およびセシウム（Ｃｓ）およびリチウム（Ｌｉ）の少なくとも一方を選択的に封入することができる。
【００２７】
ナトリウム（Ｎａ）は、主として発光効率向上に寄与する。セシウム（Ｃｓ）は、放電アーク温度の適正化による寿命特性の向上に寄与する。リチウム（Ｌｉ）は、赤色演色性の改善に寄与する。
【００２８】
また、第１のハロゲン化物は、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物およびアルカリ金属ハロゲン化物の他に、所望によりタリウム（Ｔｌ）などの金属のハロゲン化物を封入することができる。タリウム（Ｔｌ）ハロゲン化物を封入することにより、さらなる発光効率向上に寄与させることができる。
【００２９】
（第２のハロゲン化物について）
第２のハロゲン化物は、ランプ電圧形成作用に主として寄与するハロゲン化物である。本発明において、第２のハロゲン化物は、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）、ビスマス（Ｂｉ）、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）の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いる。
【００３０】
（本発明のその他の態様について）
１．主として視感度曲線のピーク波長付近に無数の輝線スペクトルを有するツリウムのハロゲン化物である臭化ツリウムを含む第１のハロゲン化物および前記第２のハロゲン化物を含んでおり、イオン化媒体は、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＡ（％）とし、第２のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＢ（％）としたとき、封入質量比率ＡおよびＢがそれぞれ下式を満足するように構成されている。
【００３１】
３０＜Ａ＜９０
０＜Ｂ＜２０
本態様は、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率Ａ（％）と、第１のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率Ｂ（％）との好ましい第１の範囲を規定している。
【００３２】
ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率Ａが３０％以下になると、発光効率が不十分になるので好ましくない。また、上記封入質量比率Ａが９０％以上になると、第１のハロゲン化物におけるその他のハロゲン化物、例えばＮａＩ、ＴｌＩなどの封入量が少なくなりすぎて例えば白濁などの不都合が増加するので好ましくない。
【００３３】
第２のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率Ｂ（％）が数式０＜Ｂ＜２０を満足することは、第２のハロゲン化物の封入量が比較的少ないことを意味する。しかし、第２のハロゲン化物を封入しない封入質量比率０％の場合には、水銀に代わるランプ電圧形成作用を利用することができないので、電位傾度が小さくなり、したがってランプ電圧が低すぎてしまう。また、第２のハロゲン化物の封入質量比率Ｂが２０％を超えると、発光効率の低下が顕著となるので、発光効率の所望の向上を指向する場合には不向きになる。
【００３４】
そうして、第１の態様によれば、第２のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率Ｂ（％）の許容範囲が比較的小さい値なので、発光効率に優れた高圧放電ランプを得ることができる。
【００３５】
さらに、第１のハロゲン化物は、ハロゲン化ツリウムの他に、所望により封入する金属ハロゲン化物を構成する金属を、イオン化ポテンシャルが５．４ｅＶ以上のものに限定することができる。
【００３６】
透光性気密容器内にハロゲン化物として封入し得る主な金属のイオン化ポテンシャル（ｅＶ）を金属元素記号の後にある括弧の中に示す。
【００３７】
（１）第１のハロゲン化物：Ｔｍ（６．１８）、Ｐｒ（５．４２）、Ｃｅ（５．４７）、Ｓｍ（５．６３）、Ｉｎ（５．７８６）、Ｔｌ（６．１０８）
【００３８】
（２）第２のハロゲン化物：Ａｌ（５．９８６）、Ｚｎ（９．３９４）、Ｍｇ（７．６４４）、Ｆｅ（７．８７）、Ｃｏ（７．８６４）、Ｃｒ（６．７６５）、Ｎｉ（７．６３５）、Ｍｎ（７．４３２）、Ｓｂ（８．６４２）、Ｂｉ（７．２８７）、Ｒｅ（９．３２３）、Ｇａ（５．９９９）、Ｔｉ（６．８４）、Ｚｒ（６．８３７）、Ｈｆ（７）
【００３９】
これに対して、第１のハロゲン化物に区分されるＮａ（イオン化ポテンシャル５．１４ｅＶ）、Ｌｉ（５．３９２）などのアルカリ金属は、そのイオン化ポテンシャルが５．４０ｅＶ未満であり、封入量が多くなるほどランプ電圧が低下する。したがって、本態様においては、アルカリ金属は、少なくするか、実質的に含まないようにするのが好ましい。
【００４０】
これにより、高圧放電ランプの電極間における電位傾度の低下を回避することができる。
【００４１】
２．主として視感度曲線のピーク波長付近に無数の輝線スペクトルを有するツリウムのハロゲン化物である臭化ツリウムを含む第１のハロゲン化物および前記第２のハロゲン化物を含んでおり、イオン化媒体は、プロジェクタ用のショートアーク形の高圧放電ランプに用いることを前提とした高電位傾度を最優先とさせたランプ仕様（効率はある程度低くなることを許容する仕様）としてツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＡ（％）とし、第２のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＢ（％）としたとき、封入質量比率ＡおよびＢがそれぞれ下式を満足するように構成されている。
【００４２】
５０＜Ａ＋Ｂ＜９５
２０≦Ｂ＜９０
本態様は、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率Ａ（％）と、第２のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率Ｂ（％）との第２の好ましい範囲を規定している。本態様においては、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物の封入質量比率Ａ（％）を上記２式から求めると、数式５＜Ａ＜７５を満足する範囲となる。しかし、好ましくは数式３０＜Ａ＜７５である。この数式の数値限定理由は、第１の態様におけるのと同様であるが、上限値は封入質量比率Ｂの値が多い分低めになっている。
【００４３】
ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物の封入質量比率Ａ（％）と、第２のハロゲン化物の封入質量比率Ｂ（％）との和Ａ＋Ｂが数式５０＜Ａ＋Ｂ＜９５を満足するということは、第１のハロゲン化物にツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物以外の金属のハロゲン化物を添加できることを意味している。このような金属のハロゲン化物としては、例えばタリウム（Ｔｌ）およびアルカリ金属などのハロゲン化物である。
【００４４】
第２のハロゲン化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率Ｂ（％）が数式２０≦Ｂ＜９０を満足するということは、第２のハロゲン化物の封入質量比率が相対的に大きいことを意味する。しかし、第２のハロゲン化物の封入質量比率Ｂが２０％未満になると、一対の電極間における電位傾度したがって高圧放電ランプのランプ電圧をショートアーク形ランプとしての所望の程度まで高めることができない。また、第９のハロゲン化物の封入質量比率Ｂが９０％を超えると、発光効率の低下が顕著となる。
【００４５】
そうして、第２の態様においては、第２のハロゲン化物の封入質量比率が相対的に大きいことにより、電位傾度が相対的に大きく、換言すればランプ電圧が相対的に高くなるので、電気特性に優れた水銀フリーの高圧放電ランプが得ることができる。したがって、実用的なショートアーク形の高圧放電ランプを得ることができる。
【００４６】
３．イオン化媒体は、ツリウム（Ｔｍ）臭化物のハロゲン化物全体に対する封入質量比率をＣ（％）としたとき、封入質量比率Ｃが下式を満足するように構成されている。
【００４７】
５＜Ｃ＜６０
本態様は、ツリウム（Ｔｍ）臭化物の好適な封入質量比率の範囲を規定する。なお、本態様は、第１および第２の態様のいずれにも適用することができる。
【００４８】
ツリウム（Ｔｍ）臭化物の封入質量比率Ｃが５％未満になると、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物封入による発光効率向上の効果が充分でなくなる。また、同じく６０％超になると、電極損傷が激しくなり、高圧放電ランプの寿命特性が阻害される。なお、所望により第１または第２の態様を付加することができる。
【００４９】
そうして、第３の態様によれば、本発明においてツリウム（Ｔｍ）臭化物を封入することによる既述の効果を充分に得ることができる。
【００５０】
４．イオン化媒体は、第１のハロゲン化物にイオン化ポテンシャルが５．４ｅＶ以上の金属のハロゲン化物を添加することができる。なお、所望により第１ないし第３のいずれか一の態様に付加することができる。
【００５１】
そうして、第４の態様によれば、電位傾度の低下を回避するのが容易になるので、水銀入りの高圧放電ランプと同等のランプ電圧を確保することが容易になる。そのため、電極設計およびバラストすなわち点灯回路の設計が容易になる水銀フリーの高圧放電ランプを得ることができる。
【００５２】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００５３】
本発明において、照明装置は、高圧放電ランプを高原として用いるあらゆる装置を含む広い概念であり、照明器具はもとより例えば表示装置や化学反応装置などが含まれる。
【００５４】
照明装置本体は、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯回路を除いた残余の部分を意味する。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、第１のハロゲン化物が少なくとも臭化物を含んでいるツリウムハロゲン化物を含み、第２のハロゲン化物が前記所定の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するイオン化媒体を封入していることにより、ツリウムハロゲン化物のペレット化が可能になるので、製造工程が容易で、しかも寿命特性に優れ、また加えて発光効率や電気特性に優れた水銀フリー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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００５７】
図１は、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である。本形態は、本発明の一適用例としての自動車前照灯用の高圧放電ランプであり、図において高圧放電ランプ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。
【００５８】
発光管ＩＴは、透光性気密容器１、一対の電極２、２、封着金属箔３、一対の導入線４、４およびイオン化媒体からなる。
【００５９】
透光性気密容器１は、高圧放電ランプＭＨＬ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セラミックスなどを用いることができる。なお、透光性セラミックスとしては、透光性アルミナ、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）、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、透光性気密容器１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、透光性気密容器１の内面を改質することが許容される。
【００６０】
また、透光性気密容器１は、その内部に放電空間１ｃを有している。そして、放電空間１ｃを包囲するために、透光性気密容器１は、包囲部１ａを備えている。包囲部１ａは、その内部に形成される放電空間１ｃを適当な形状、例えば球状、楕円球状、ほぼ円柱状などの形状に画成している。放電空間１ｃの容積は、高圧放電ランプＭＨＬ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、液晶プロジェクタ用ランプの場合、０．５ｃｃ以下にすることができる。自動車前照灯用ランプの場合、０．１ｃｃ以下にすることができる。また、一般照明用ランプの場合、定格ランプ電力に応じて１ｃｃ以上および以下のいずれにすることもできる。
【００６１】
また、包囲部１ａの両端に一対の封止部１ｂ、１ｂを備えていることが許容される。封止部１ｂは、包囲部１ａを封止するとともに、後述する電極２の軸部がここに支持され、かつ図示しない点灯回路から電流を電極２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１ａの両端に配設されている。
【００６２】
図示の形態のように透光性気密容器１の材質が石英ガラスからなる場合、封止部１ｂは、その内部に石英ガラスが充実し、かつ封着金属箔３が気密に埋設されている。封止部１ｂは、包囲部１ａを封止するとともに、後述する電極２の軸部がここに支持され、かつ点灯回路から電流を電極２へ気密に導入するのに寄与する手段である。封着金属箔３の放電空間１ｃ側の端部には電極２の基端が溶接され、他端には導入線４が溶接されている。なお、封着金属箔３は、封止部１ｂの内部に気密に埋設されて封止部１ｂが透光性気密容器１の包囲部１ａの内部を気密に維持するのに寄与すると同時に、封止部１ｂ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る。そして、材料としては、透光性気密容器１が石英ガラスからなる場合、モリブデン（Ｍｏ）が最適である。封着金属箔３を封止部１ｂ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。
【００６３】
なお、図において、左方の封止部１ｂを形成した後、封止管１ｄが切断されないで封止部１ｂの端部から一体に延長していて、口金Ｂ内へ延在している。
【００６４】
一方、透光性気密容器１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、例えばフリット材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透光性気密容器１または給電導体と同質材料の融着により封止する技術などを用いることができる。
【００６５】
また、透光性気密容器１の封止部１ｂを所要の比較的低い温度に保持しながら透光性気密容器１内に形成される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１ａに連通する小径筒部を形成することができる。このような構造の場合、封止部１ａ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する僅かな隙間を小径筒部の軸方向に沿って形成するのが一般的である。なお、電極２の基端は、給電導体すなわち導入線に接続する。
【００６６】
一対の電極２、２は、透光性気密容器１に封装されてその先端が放電空間１ｃに離間して臨むように配設される。一対の電極２、２の間に形成される電極間距離は、液晶プロジェクタなどの場合、好適には２ｍｍ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。一般照明用ランプの場合、小形で電極間距離の小さいものでは６ｍｍ以下、中形ないし大形では６ｍｍ以上に設定することができる。
【００６７】
また、電極２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。
【００６８】
さらに、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２として用いることができる。中形ないし大形の電極２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２、２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。
【００６９】
図に示す形態において、電極２は、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１ｂに埋設された後述する封着金属箔３の放電空間１ｃ側の端部に溶接されるとともに、中間部が封止部１ｂ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。
【００７０】
封着金属箔３は、前述のようにモリブデン箔からなる。
【００７１】
一対の導入線４Ａ、４Ｂは、その基端側が封止部１ｂの端部から外部へ導出されている。図において発光管ＩＴから右方へ導出された導入線４Ａは、その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。また、図において発光管ＩＴから左方へ導出された導入線４Ｂ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。
【００７２】
イオン化媒体は、既述のように本発明の特徴的構成部分であり、第１のハロゲン化物、第２のハロゲン化物および希ガスを含んでいるが、水銀を本質的に含んでいない。
【００７３】
第１のハロゲン化物は、少なくとも臭化物すなわちツリウム臭化物を含んでいるところのツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含んで構成されている。
【００７４】
第２のハロゲン化物は、前記所定の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が主体となって構成されている。上記ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物および亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入量は、以下説明するように好適な一構成例としては第１の所定範囲内に規定される。
【００７５】
すなわち、第１の形態において、所定範囲は、封入される全てのハロゲン化物に対するツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物の封入質量比率をＡ（％）とし、第２のハロゲン化物の封入質量比率Ｂ（％）としたとき、封入質量比率ＡおよびＢが数式３０＜Ａ＜９０および数式０＜Ｂ＜２０を同時に満足する範囲内である。
【００７６】
希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）およびネオン（Ｎｅ）など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。希ガスの封入圧力は、高圧放電ランプの用途に応じて適宜設定することができる。
【００７７】
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０．６気圧以上、好適には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放射を行って光束立ち上がりに寄与するので、前照灯用の高圧放電ランプの場合に効果的である。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および光色立ち上がりに寄与して点灯直後から自動車前照灯用のＨＩＤ光源としての白色発光の規格を満足することができる。
【００７８】
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。
【００７９】
外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に発光管ＩＴを収納していて、両端の縮径部５（図では右方の一端のみが示されている。）が発光管ＩＴの封止部１ｂ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。
【００８０】
絶縁チューブＴは、セラミックスのチューブからなり、導入線４を被覆している。
【００８１】
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、発光管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】
【００８２】
図１に示す自動車前照灯用のメタルハライドランプである。
【００８３】
透光性気密容器１：最大外径6.0mm、球体長6.5mm、最大内径2.4mm、
一対の電極      ：ドープドタングステン製、軸径0.3mm、全長10mm、電極間距離4.2mm
イオン化媒体    ：ZnI2-TmI3-TmBr3（12.4：43.8：43.8）0.8mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
電気特性        ：ランプ電圧107V、ランプ電流0.65A、ランプ電力60W
発光特性        ：全光束6900lm、発光効率115 lm/W、平均演色評価数Ra91、
色偏差＋0.0007
［比較例１］
イオン化媒体    ：ZnI2-TmI3-TlI（12.5：72.6：14.9）0.8mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
【００８４】
その他は実施例１と同じ。
電気特性        ：ランプ電圧93V、ランプ電流0.86A、ランプ電力60W
発光特性        ：全光束6800lm、発光効率113 lm/W、平均演色評価数Ra93、
色偏差＋0.0016
【００８５】
図２は、本発明の実施例１の構成において、全てのハロゲン化物に対する臭化ツリウムＴｍＢｒ３の封入質量比率を変化させたときの電極損傷度に与える程度を示すグラフである。図において、横軸は臭化ツリウム（質量％）を、縦軸は電極損傷度（相対値）を、それぞれ示す。
【００８６】
図から理解できるように、臭化ツリウムの封入質量比率が６０％未満であれば、寿命に深刻な影響を与える電極消耗すなわち電極損傷度５を超えないという結果が得られる。これは、臭化金属が電極の材料であるタングステン（Ｗ）と特定の温度範囲内で反応しやすくなり、タングステン（Ｗ）が腐食して電極が消耗するためと考えられている。
【００８７】
次に、本発明を実施するための第２の形態について説明する。
【００８８】
すなわち、第２の形態において、所定範囲は、封入される全てのハロゲン化物に対するツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物の封入質量比率をＡ（％）とし、第２のハロゲン化物の封入質量比率Ｂ（％）としたとき、封入質量比率ＡおよびＢが数式５０＜Ａ＋Ｂ＜９５および数式２０≦Ｂ＜９０を同時に満足する範囲内である。
【実施例２】
【００８９】
プロジェクション用のメタルハライドランプである。
透光性気密容器１：最大外径10mm、球体長10mm、最大内径6mm、
一対の電極      ：ドープドタングステン製、軸径0.4mm、全長10mm、
電極間距離1.2mm
イオン化媒体    ：ZnI2-TmI3-TmBr3（50：20：30）4mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
電気特性        ：ランプ電圧54V、ランプ電力100W
発光特性        ：全光束6500lm、発光効率65 lm/W
［比較例２］
イオン化媒体    ：ZnI2-Tl3-TmI3（50：12.5：37.5）4mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
【００９０】
その他は実施例２と同じ。
電気特性        ：ランプ電圧48V、ランプ電力100W
発光特性        ：全光束6000lm、発光効率60 lm/W
【実施例３】
【００９１】
一般照明用のメタルハライドランプである。
透光性気密容器１：最大外径12mm、球体長15mm、最大内径10mm、
一対の電極      ：ドープドタングステン製、軸径0.5mm、電極間距離9mm
イオン化媒体    ：ZnI2ペレット1mg、TmI3-TmBr3-NaI（37.5：37.5：25）ペレット5mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
電気特性        ：ランプ電圧96V、ランプ電力100W
発光特性        ：発光効率90 lm/W
【００９２】
1000h白濁量相対値：65、ここで、白濁とは、内表面の荒れ、非平滑度、不透明付着物量に比例する。なお、透光性気密容器の最初からの非平滑性および拡散性は除外するものとする。
［比較例３］
イオン化媒体    ：ZnI2ペレット1mg、TmI3-NaI（75：25）5mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
【００９３】
その他は実施例２と同じ。
電気特性        ：ランプ電圧90V、ランプ電力100W
発光特性        ：発光効率90 lm/W
1000h白濁量相対値：100
【００９４】
実施例２および比較例２の対比により理解できるように、本発明の第２の形態によれば、高いランプ電圧を得ることができる。
【実施例４】
【００９５】
イオン化媒体    ：ZnI2ペレット1mg、TmI3-TmBr3-NaI（25：50：25）ペレット5mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
電気特性        ：ランプ電圧96V、ランプ電力100W
発光特性        ：発光効率100 lm/W
1000h白濁量相対値：50
【００９６】
その他は実施例３と同じ。
【実施例５】
【００９７】
イオン化媒体    ：ZnI2ペレット1mg、TmI3-TmBr3-NaI-TlI-InI（25：50：15：5：5）
ペレット5mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
電気特性        ：ランプ電圧110V、ランプ電力100W
発光特性        ：発光効率95 lm/W
1000h白濁量相対値：50
【００９８】
その他は実施例３と同じ。
【実施例６】
【００９９】
イオン化媒体    ：ZnI2ペレット1mg、TmI3-TmBr3-NaBr-TlI-InBr（25：50：15：5：5）
ペレット5mg、
（）内の数字は封入質量比率（％）、Xe13気圧
電気特性        ：ランプ電圧110V、ランプ電力100W
発光特性        ：発光効率95 lm/W
1000h白濁量相対値：47
【０１００】
その他は実施例３と同じ。
【０１０１】
図３は、本発明の高圧放電ランプを点灯するための高圧放電ランプ点灯装置の一形態を示す回路ブロック図である。本形態は、その点灯回路が低周波交流点灯回路方式を採用している。図において、ＤＣは直流電源、ＢＵＴは昇圧チョッパ、ＦＢＩはフルブリッジ形インバータ、ＩＧはイグナイタであり、これらが点灯回路を構成している。なお、ＭＨＬは前述した本発明の高圧放電ランプである。
【０１０２】
直流電源ＤＣは、例えば自動車のバッテリーからなる。
【０１０３】
昇圧チョッパＢＵＴは、その入力端が直流電源ＤＣに接続している。
【０１０４】
フルブリッジ形インバータＦＢＩは、その入力端が昇圧チョッパＢＵＴの出力端に接続している。
【０１０５】
イグナイタＩＧは、フルブリッジ形インバータＦＢＩの低周波交流出力を入力して高電圧始動パルスを発生し、始動時に後述する高圧放電ランプＭＨＬの一対の電極間に印加する。
【０１０６】
高圧放電ランプＭＨＬは、図１に示す構成であり、フルブリッジ形インバータＦＢＩの出力端間に接続して低周波交流点灯する。
【０１０７】
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自動車前照灯を示す概念的側面図である。図において、１１は前照灯本体、１２は高圧放電ランプ点灯装置、１３は自動車前照灯用高圧放電ランプである。
【０１０８】
前照灯本体１１は、容器状をなし、内部に反射鏡１１ａ、前面にレンズ１１ｂ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。
【０１０９】
高圧放電ランプ点灯装置１２は、図３に示す回路構成を備えていて、主点灯回路１２Ａおよび始動器１２Ｂを具備している。主点灯回路１２Ａは、図３の昇圧チョッパＢＵＴおよびフルブリッジ形インバータＦＢＩを主構成要素として構成されている。始動器１２Ｂは、同じくイグナイタＩＧを主構成要素として構成されている。
【０１１０】
自動車前照灯用高圧放電ランプ１３は、上記ランプソケットに装着されて点灯する。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【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】本発明の実施例１の構成において、全てのハロゲン化物に対する臭化ツリウムＴｍＢｒ３の封入質量比率を変化させたときの電極損傷度に与える程度係を示すグラフ
【図３】本発明の高圧放電ランプを点灯する高圧放電ランプ点灯装置の一形態を示す回路ブロック図
【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自動車前照灯を示す概念的側面図
【符号の説明】
【０１１２】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…封止部、１ｃ…放電空間、２…電極、３…封着金属箔、４Ａ、４Ｂ…導入線、５…縮径部、Ｂ…口金、ＩＴ…発光管、ＭＨＬ…高圧放電ランプ、ＯＴ…外管、Ｔ…絶縁チューブ、ｔ１…口金端子
【図１】
2007149664.tif 000003
【図２】
2007149664.tif 000004
【図３】
2007149664.tif 000005
【図４】
2007149664.tif 000006