(57)【要約】    【課題】  ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物を含み、水銀入りの高圧放電ランプと同等ないし優れた電気特性および発光特性を示すために、実用上極めて有利な水銀フリーの高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供する。    【解決手段】  高圧放電ランプＭＨＬは、透光性気密容器１に封装されて放電空間に臨む一対の電極２、２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、かつ封入されている第１のハロゲン化物のうちホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物を含み、第２のハロゲン化物はランプ電圧形成作用を呈するとともに亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物を主体としており、かつ水銀を本質的に含まないで構成され、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。【選択図】図１
2007115653.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、ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物を含み、第２のハロゲン化物はランプ電圧形成作用を呈するとともに亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物を主成分として含み、封入される全てのイオン化媒体の質量に対するホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷHo（％）と亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷZn（％）との和（ＷHo＋ＷZn）（％）が数式：５≦（ＷHo＋ＷZn）≦１００を満足し、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷZn（％）が数式：２．５≦ＷZn≦１５を満足し、かつ亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量Ａとホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量Ｂとの比率Ａ／Ｂが数式：０．０２５≦Ａ／Ｂ≦０．２３を満足し、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】
イオン化媒体は、第１のハロゲン化物のうちホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物が最大封入質量比率で、かつ主体となっていることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項３】
イオン化媒体は、第１のハロゲン化物としてタリウム（Ｔｌ）を含んでい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。
【請求項４】
ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物は、少なくとも臭化ツリウムを含んでい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高圧放電ランプ。
【請求項５】
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；
高圧放電ランプを付勢して点灯させる点灯回路と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項６】
照明装置本体と；
照明装置本に配設された請求項５記載の高圧放電ランプ点灯装置と；
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、水銀を本質的に含まない高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。
【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】
さらにまた、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）を用いる無水銀の放電ランプにおいて、ＺｎＩ２の封入量を２〜６μｇ／ｍｍ３に規制することが知られている（特許文献２参照。）。この放電ランプでは、主発光金属として５．０〜５．７μｇ／ｍｍ３のヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）と２．７〜３．３μｇ／ｍｍ３のヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ３）を封入する。
【０００６】
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３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３８４８８号公報
【特許文献２】特開２００３−３０３５７１号公報
【特許文献３】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】
【０００８】
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。
【０００９】
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が用いられているが、ナトリウムのＤ線は、波長５８９ｎｍであり、視感度曲線のピーク波長の５５５ｎｍから離れている。そこで、さらなる効率向上を図るためには、最冷部温度を上昇させる必要がある。
【００１０】
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。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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、特許文献２によれば、ＺｎＩ２は、水銀フリーランプにおける適正ランプ電圧確保に効果があるが、ランプ電圧上昇とともに発光効率低下を伴う。このため、実用的な効率維持を優先すると、ＺｎＩ２は上記範囲に限定され、結果として水銀入り放電ランプの約半分のランプ電圧到達に止まる。このため、電極軸径拡大による電極封着の気密維持が困難になったり、点灯回路が大きくなって、回路設計の困難度が高まったりして、高圧放電ランプの水銀フリー化による弊害が生じる。
【００１３】
一方、特許文献３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。
【００１４】
本発明者の研究によると、発光金属がホルミウム（Ｈｏ）で、かつランプ電圧形成媒体が亜鉛ハロゲン化物主成分の組み合わせの場合に限り、水銀入りの高圧放電ランプと同等ないし優れた発光特性を有する水銀フリーの高圧放電ランプが得られることを見出した。すなわち、ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物単独ではランプ電圧の顕著な増大はないにもかかわらず、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物を特定の比率で添加した場合には、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物単独で得られるランプ電圧の２倍程度まで顕著に増大する。また、ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物単独の場合、同じ発光管形状および管壁負荷の条件下で、ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物が十分蒸発しないので発光効率は低い。しかしながら、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物を特定の比率で添加した場合には、急激、かつ顕著に発光効率が向上する。
【００１５】
そこで、本発明者は、さらに研究を進めた結果、水銀入りの高圧放電ランプと同等ないし優れた電気特性および発光特性を示すために、実用上きわめて有利なホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物とヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）の組み合わせ範囲を見出した。
【００１６】
本発明は、第１のハロゲン化物がホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物を含み、かつ第２のハロゲン化物が亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物を主体とする組み合わせにおいて、水銀入りの高圧放電ランプと同等ないし優れた電気特性および発光特性を示すために、実用上極めて有利な高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することを主な目的とする。
【００１７】
また、本発明は、加えて光色の色偏差が小さくて演色性に優れた水銀フリーの高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することを副次的な目的とする。
【００１８】
さらに、本発明は、加えて良好な白色光が得られるとともに発光管の最冷部温度を低くできる水銀フリーの高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することを他の副次的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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、ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物を含み、第２のハロゲン化物はランプ電圧形成作用を呈するとともに亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物として含み、封入される全てのイオン化媒体の質量に対するホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷHo（％）と亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷZn（％）との和（ＷHo＋ＷZn）（％）が数式：５≦（ＷHo＋ＷZn）≦１００を満足し、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷZn（％）が数式：２．５≦ＷZn≦１５を満足し、かつ亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量Ａとホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量Ｂとの比率Ａ／Ｂが数式：０．０２５≦Ａ／Ｂ≦０．２３を満足し、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。
【００２０】
（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り、ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物を含んでいる。
【００２１】
ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物は、亜鉛ハロゲン化物との組み合わせにおいて、これら両物質を後述する所定範囲の割合で含んでいる。ホルミウム（Ｈｏ）は、ツリウム（Ｔｍ）よりやや（約１５％程度）低いものの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ともに、一方で平均演色評価数Ｒａはツリウム（Ｔｍ）より高く、同時に色偏差の＋シフト量は低減できるという特色を有している。
【００２２】
また、ホルミウムハロゲン化物は、ツリウム（Ｔｍ）よりやや（約１０％程度）低いものの特に後述する亜鉛（Ｚｎ）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、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物単独で封入する場合と比較して最大で１．８〜２倍程度のランプ電圧を得ることができる。したがって、ホルミ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。
【００２３】
本発明において、ホルミウムハロゲン化物は、本発明の目的を達成するために、その封入質量比率が亜鉛ハロゲン化物の封入比率との関係において、後述する所定の範囲内に規定される。
【００２４】
さらに、第１のハロゲン化物は、ホルミウム（Ｈｏ）以外の発光金属のハロゲン化物を含んでいることが許容される。ホルミウム以外の発光金属としては、例えばタリウム（Ｔｌ）、アルカリ金属などであり、さらなる発光効率の向上、色度および／または色温度の改善などの目的で封入することができる。
【００２５】
（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。第１の発明において、第２のハロゲン化物は、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物を主成分として含んでいる。所望により副成分として次のグループから選択された金属のハロゲン化物を添加することができる。すなわち、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である。
【００２６】
また、亜鉛ハロゲン化物は、ホルミウムハロゲン化物との和において、封入質量比率（％）が以下に説明する範囲内にあるように規定されている。
【００２７】
（第１および第２のハロゲン化物の封入質量比率について）
ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物のイオン化媒体全体に対する封入質量比率（％）をＷHoとし、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物のイオン化媒体全体に対する封入質量比率（％）をＷZnとし、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量をＡとし、ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量をＢとしたとき、それらが以下の各数式をともに満足するものとする。
【００２８】
（数式１）５≦（ＷHo＋ＷZn）≦１００
（数式２）２．５≦ＷZn≦１５
（数式３）０．０２５≦Ａ／Ｂ≦０．２３
上記数式１において、ＷHo＋ＷZnが５％以上であれば、本発明の効果を得ることができる。高圧放電ランプに封入されるハロゲン化物の全体がホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物および亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物からなる構成であってもよい。しかし、例えば色度を調整するためなど所望によりホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物および亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物以外のイオン化媒体、例えば金属ハロゲン化物や金属単体などを封入することができる。なお、好適には数式：（ＷHo＋ＷZn）＞３３を満足する範囲内である。
【００２９】
上記数式２において、ＷZnのイオン化媒体全体に対する質量比率が２．５％未満であると、ランプ電圧上昇および発光効率向上の効果が必ずしも十分に得られなくなる。また、上記比率が１５％を超過すると、ランプ電圧上昇は得られるものの、発光効率の向上が不十分になる。なお、好適には数式：３．０≦ＷZn≦１０を満足する範囲である。
【００３０】
上記数式３において、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量Ａとホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量Ｂの比率Ａ／Ｂが０．０２５未満であると、ランプ電圧上昇および発光効率向上の効果が急激に減退し、第１の発明の効果が十分に得られなくなる。また、比率Ａ／Ｂが０．２３を超過すると、ランプ電圧は上昇するものの、発光効率が低下傾向を示し、発光効率向上の効果が不十分になり、実用的でなくなる。なお、好適には数式：０．０３０≦Ａ／Ｂ≦０．１４を満足する範囲である。
【００３１】
本発明は、以下の態様を含む。
【００３２】
１．第１のハロゲン化物のうちホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物が最大封入質量比率で、かつ主体となっている。すなわち、イオン化媒体は、第１のハロゲン化物がホルミウムハロゲン化物を全てのハロゲン化物に対して最大封入質量比率で、かつ主成分として含んでいる。この態様において、その余の構成は問わない。
【００３３】
しかし、ホルミウムハロゲン化物の実際上許容し得る全てのハロゲン化物に対する封入質量比率（質量％）をWHoとし、第１のハロゲン化物に対する封入質量比率（質量％）をWHo1とすれば、数式２０＜WHo＜９０および数式３０≦WHo1≦１００をそれぞれ満足する範囲である。封入質量比率WHoが２０質量％以下ではホルミウムハロゲン化物の蒸気圧が低く、所望のランプ特性が得にくい。９０質量％以上ではホルミウムハロゲン化物を固形化すなわちペレット化しにくくなり、製造コストが高くなる。なお、ホルミウムハロゲン化物が主成分であるとは、高圧放電ランプの可視光発光がホルミウムによる発光が支配的になっているような成分構成であることをいう。
【００３４】
２．第１のハロゲン化物には、所望によりタリウム（Ｔｌ）ハロゲン化物を添加することができる。タリウム（Ｔｌ）ハロゲン化物を添加すると、ホルミウムハロゲン化物との間でイオン化媒体をペレット化すなわち固形化しやすくなる。タリウム（Ｔｌ）ハロゲン化物は、波長５３５ｎｍに輝線を有するタリウムのハロゲン化物を発光中の緑色成分を増加するのに効果的である。なお、一般的に採用し得るタリウムハロゲン化物の封入質量比率範囲は、封入される全ての金属ハロゲン化物に対して３０質量％未満である。タリウムハロゲン化物の封入比率範囲が３０質量％以上になると、発光効率の低下が顕著になる。なお、好適には１５質量％未満の範囲で封入するのがよい。
【００３５】
３．第１のハロゲン化物には、ホルミウムハロゲン化物の副成分として、ツリウム（Ｔｍ）、プラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）およびサマリウム（Ｓｍ）のグループの金属のハロゲン化物を添加することができる。上記グループの金属は、そのいずれも視感度曲線のピーク近傍に輝線スペクトルを有している。上記グループの中でツリウムは、既述のように第２のハロゲン化物の亜鉛ハロゲン化物との共存下においてランプ電圧を高める作用がホルミウムよりやや高いので、副成分として好適である。上記グループ中に含まれる第１のハロゲン化物の一般的に採用し得る封入質量比率範囲は、ランプに封入される第１のハロゲン化物に対して次のとおりである。ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を封入する場合の封入質量比率は、５０質量％未満である。プラセオジム（Ｐｒ）ハロゲン化物の場合には、５０質量％未満である。セリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の場合は、２０質量％未満である。サマリウム（Ｓｍ）ハロゲン化物の場合は、５０質量％未満である。
【００３６】
４．イオン化媒体は、第１および第２のハロゲン化物の全てを構成する金属のイオン化ポテンシャルが５．４ｅＶ以上であるのが好ましい。透光性気密容器の内部にハロゲン化物として封入し得る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。
（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）
（２）第２のハロゲン化物：Ｚｎ（９．３９４）、なお、副成分として以下の金属のハロゲン化物を添加することができる。Ｍｇ（７．６４４）、Ｆｅ（７．８７）、Ｃｏ（７．８６４）、Ｃｒ（６．７６５）、Ｎｉ（７．６３５）、Ｍｎ（７．４３２）、Ａｌ（５．９８６）、Ｓｂ（８．６４２）、Ｂｉ（７．２８７）、Ｒｅ（９．３２３）、Ｇａ（５．９９９）、Ｔｉ（６．８４）、Ｚｒ（６．８３７）、Ｈｆ（７）
これに対して、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５．４ｅＶ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、本発明においては、アルカリ金属は、実質的に含まないようにするのが好ましい。
【００３７】
５．ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物は、少なくとも臭化ホルミウムを含んでいることを特徴としている。本態様においては、臭化ツリウムを含んでいることにより、ツリウムの輝線スペクトルを効果的に利用できる、寿命特性が改善される、高圧放電ランプ製造が容易になるという効果がある。
【００３８】
すなわち、ホルミウム（Ｈｏ）は、既述のように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。しかしながら、どのようなハロゲンを用いてホルミウムハロゲン化物を得るか問題がある。
【００３９】
すなわち、反応が適度であるために高圧放電ランプにおいて多用されているヨウ化物の形態であると、融点が高い。このため、Ｈｏの輝線スペクトルを得るには透光性気密容器の作動温度を上昇させる必要である。
【００４０】
一方、臭化ホルミウムの場合、融点は相対的に低く、また同温度での蒸気圧も高い。このため、ヨウ化ホルミウムより効果的にＨｏの輝線スペクトルを利用することができる。また、透光性気密容器の作動温度を低下させることができる。したがって、作動温度が低下した分、高圧放電ランプの寿命特性が相応に改善される。
【００４１】
さらに、ヨウ化ホルミウムは、それ単体であると、ペレット化が困難である。しかし、臭化ホルミウムの場合、それ単体およびヨウ化ホルミウムと混合した状態でペレット化が可能である。このため、封入物の製造工程、延いては高圧放電ランプの製造が容易になる。
【００４２】
しかしながら、臭素が放電空間内に存在すると、臭素が電極のタングステンと反応してタングステンが融点の低い化合物を形成しやすい。したがって、過度に臭素を封入すると、電極の損傷が大きくなるから留意する必要がある。
【００４３】
６．本発明において、高圧放電ランプの定格ランプ電力は、広範囲の値の中から自由に設定することができ、例えば数ｋＷ以下の任意の値に設定することができる。用途においても多様であることを許容し、例えば自動車前照灯用、プロジェクション用、一般照明用などに適している。したがって、定格ランプ電力および用途に応じて適当な形状および大きさの気密容器、適当な値の電極間距離ならびに適当な値の放電媒体の封入量とすることができる。
【００４４】
次に、本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、前記本発明の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを付勢して点灯させる点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００４５】
本発明において、点灯回路は、どのような構成であってもよい。また、交流点灯および直流点灯のいずれの点灯方式であってもよい。交流点灯の場合、例えばインバータを主体とする電子化点灯回路を構成することができる。所望により、インバータの入力端子間に接続する直流電源に昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどの直流−直流間変換回路を付加することができる。直流点灯の場合、例えば上記直流−直流間変換回路を主体とする電子化点灯回路を構成することができる。
【００４６】
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本発明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。
【００４７】
本発明において、照明装置は、高圧放電ランプを光源とする全ての装置を含む概念である。例えば、屋外用および屋内用の各種照明器具、自動車前照灯、画像または映像投射装置、標識灯、信号灯、表示灯、化学反応装置、検査装置などである。
【００４８】
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いう。
【００４９】
点灯回路は、照明装置本体から離間した位置に配置されるのであってもよい。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、第１のハロゲン化物がホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物を含んでいることにより、水銀フリーでありながら水銀入りの高圧放電ランプと同等ないし優れた電気特性および発光特性を示すために、実用上極めて有利な高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することができる
また、ホルミウム（Ｈｏ）は、ツリウム（Ｔｍ）に比較して１０ｌｍ／Ｗ程度発光効率が低いものの、光色の色偏差が小さくて演色性に優れた光色を得ることができる。このため、高圧放電ランプの最冷部温度が低くても良好な白色発光を得ることができ、最冷部温度を低くして寿命特性の優れた高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および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】
【００５１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００５２】
図１は、本発明の高圧放電ランプを実施するための一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からなる。
【００５３】
発光管ＩＴは、透光性気密容器１、一対の電極２、２およびイオン化媒体を備えて構成されている。
【００５４】
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、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、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、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。
【００５５】
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、０．０５ｃｃ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。
【００５６】
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。
【００５７】
透光性気密容器１の材質が図示の形態のように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り、透光性気密容器１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。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。
【００５８】
なお、図において、左方の封止部１ｂを形成した後、封止管１ａ１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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
図に示す形態において、電極２は、ドープド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。
【００６５】
封着金属箔３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。封着金属箔３における封止部１ｂの外部側の端部には導入線４が溶接されている。
【００６６】
一対の導入線４、４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４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４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。
【００６７】
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。
【００６８】
第１のハロゲン化物は、ホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物を含んでいる。第２のハロゲン化物は、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物が主成分となっている。上記ホルミウム（Ｈｏ）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所定範囲内に規定される。
【００６９】
すなわち、封入される全てのイオン化媒体の質量に対するホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷHoと亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷZnとの和（ＷHo＋ＷZn）が数式：５≦（ＷHo＋ＷZn）≦１００を満足し、亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量比率ＷZn（％）が数式：２．５≦ＷZn≦１５を満足し、かつ亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量Ａとホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量Ｂとの比率Ａ／Ｂが数式：０．０２５≦Ａ／Ｂ≦０．２３を満足する。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
なお、所望によりイオン化媒体中にアルカリ金属のハロゲン化物含むことができる。アルカリ金属、例えばナトリウム（Ｎａ）は、イオン化ポテンシャルが５．１３９ｅＶであり、またリチウム（Ｌｉ）は同じく５．３９２ｅＶであり、ランプ電圧を低下させるので、封入しない方がランプ電圧を高めるためには好ましい。しかしながら、所要のランプ電圧を確保できる場合には、発光効率の向上、発光の色温度および／または演色性、寿命特性、ランプ応用上の他の特性を改善したり調整する目的で１０質量％未満の範囲内で封入したりすることが許容される。アルカリ金属の封入量が１０質量％以上になると、ランプ電圧が低下しやすくなるので、避けなければならない。なお、アルカリ金属の封入量は、好ましくは０質量％であるが、必要に応じて２〜８質量％、好ましくは３〜７質量％、より好ましくは４〜６質量％とすることが可能である。
【００７３】
本発明において、水銀（Ｈｇ）は、イオン化媒体中に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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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】
【００７７】
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。
【００７８】
透光性気密容器１：透光性セラミックスを一体成形したもので、包囲部；管軸方向の
長さ8.0mm、最大内径2.9mm、肉厚0.5mm、直線透過率30％、材料の
平均粒径0.5〜1.0μm、小径筒部；内径0.7mm、肉厚0.5mm、
長さ12mm、直線透過率20％、材料の平均粒径0.5〜1.0μm
一対の電極      ：ドープドタングステン製、電極間距離4.2mm
イオン化媒体    ：HoI3-NaI-ZnI2（70:20:10質量％）2mg、Xe10気圧
点灯姿勢        ：水平点灯
ランプ電力      ：30W
電気特性        ：ランプ電圧79V
発光特性        ：発光効率100
lm/W
【実施例２】
【００７９】
イオン化媒体    ：HoBr3-NaI-ZnI2（70:20:10質量％）2mg、Xe10気圧
電気特性        ：ランプ電圧81V
発光特性        ：発光効率98
lm/W
その他は実施例１と同じ。
【実施例３】
【００８０】
イオン化媒体    ：HoBr3-TlI-NaI-ZnI2（50:20:20：10質量％）3mg、Xe10気圧
電気特性        ：ランプ電圧64V
発光特性        ：発光効率91
lm/W
その他は実施例１と同じ。
［比較例１］
イオン化媒体    ：I3-NaI（80:20質量％）2mg、Xe10気圧
電気特性        ：ランプ電圧27V
発光特性        ：発光効率45
lm/W
その他は実施例１と同じ。
［比較例２］
透光性気密容器１：石英ガラス製、包囲部の長さ8.0mm、最大内径2.4mm、肉厚1.8mm
イオン化媒体    ：ScI3-NaI-InBr-ZnI2（20:50:１：29質量％）0.5mg、Xe10気圧
ランプ電力      ：35W
電気特性        ：ランプ電圧42V
発光特性        ：発光効率90
lm/W
その他は実施例１と同じ。
【実施例４】
【００８１】
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。
【００８２】
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（１２．５）−ＨｏＩ３（７０．０）−ＴｌＩ（１７．５）                    、（）内の数字は封入比率（質量％）、Ｘｅ１３気圧
電気特性        ：ランプ電圧１０４Ｖ、ランプ電流０．７２Ａ、ランプ電力６０Ｗ
発光特性        ：全光束６２００ｌｍ、平均演色評価数Ｒａ９８、
色偏差＋０．０００５
[比較例３]
イオン化媒体    ：ＺｎＩ２（１２．５）−ＴｍＩ３（７２．６）−ＴｌＩ（１４．９）                    、（）内の数字は封入比率（質量％）、Ｘｅ１３気圧Ｈｇ０．２ｍ
その他の仕様は実施例と同じ。
【００８３】
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、平均演色評価数Ｒａ９３、
色偏差＋０．００１６
図２は、本発明におけるランプ電圧および発光効率と亜鉛ハロゲン化物およびホルミリウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量比との関係を説明するグラフである。図において、横軸は亜鉛（Ｚｎ）ハロゲン化物の封入質量Ａとホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量Ｂとの比率Ａ／Ｂを、縦軸はランプ電圧（相対値）および発光効率（相対値）を、それぞれ示す。また、図中の曲線Ｖｌはランプ電圧、曲線ηは発光効率、をそれぞれ示している。
【００８４】
図から理解できるように、ランプ電圧（曲線Ｖｌ）は亜鉛ハロゲン化物が多くなるにしたがって高くなるが、とりわけＡ／Ｂが０．０２５以上になると、急激に上昇し、０．１５辺りから上昇率が小さくなる。これに対して、発光効率（曲線η）は、Ａ／Ｂが０．０２５以上になると、急激に高くなり、０．１５辺りがピークでその後Ａ／Ｂの増加に対して発光効率が緩やかに低下していく。
【００８５】
以上から、第１の発明の範囲である数式：０．０２５≦Ａ／Ｂ≦０．２３を満足する範囲内で高いランプ電圧で、しかも高い発光効率の得られることが分かる。
【００８６】
次に、本発明と第１のハロゲン化物の主成分がツリウム（Ｔｍ）である比較例とにおける最冷部温度と色偏差および発光効率の関係について調査した結果を図２および図３参照して説明する。各図において、横軸は最冷部温度（℃）を示す。また、点■により示すグラフは本発明、点●により示すグラフは比較例、をそれぞれ示している。
【００８７】
図３は、本発明と第１のハロゲン化物の主成分がツリウム（Ｔｍ）の場合とにおける最冷部温度と色偏差の関係を示す点グラフである。図において、縦軸は色偏差を示している。また、図中の点●はＨｏ主成分の本発明、点■はツリウム主成分の比較例である。
【００８８】
図から理解できるように、最冷部温度の変化に対する色偏差は、本発明の方が著しく小さい。また、本発明は、最冷部温度を低くしても白色光を得ることができる。
【００８９】
図４は、本発明と第１のハロゲン化物の主成分がツリウム（Ｔｍ）の場合とにおける最冷部温度と発光効率の関係を示す点グラフである。図において、縦軸は効率（ｌｍ／Ｗ）を示す。また、図中の点●はＨｏ主成分の本発明、点■はツリウム主成分の比較例である。
【００９０】
図から理解できるように、発光効率は、本発明の方がやや低い。この程度の差は、許容範囲内である。
【００９１】
図５は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するため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、ＭＨＬは前述した本発明の高圧放電ランプである。
【００９２】
直流電源ＤＣは、例えば自動車のバッテリーからなる。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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、始動時に後述する自動車前照灯用メタルハライドランプＭＨＬの一対の電極間に印加する。
【００９６】
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。
【００９７】
図６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は自動車前照灯用メタルハライドランプである。
【００９８】
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。
【００９９】
高圧放電ランプ点灯装置１２は、図５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５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。
【０１００】
自動車前照灯用メタルハライドランプ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】
【０１０１】
【図１】本発明のメタルハライドランプを実施するための第１の形態を示す正面図
【図２】本発明におけるランプ電圧および発光効率と亜鉛ハロゲン化物およびホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入質量比との関係を説明するグラフ
【図３】本発明と第１のハロゲン化物の主成分がツリウム（Ｔｍ）の場合とにおける最冷部温度と色偏差の関係を示す点グラフ
【図４】本発明と第１のハロゲン化物の主成分がツリウム（Ｔｍ）の場合とにおける最冷部温度と発光効率の関係を示す点グラフ
【図５】本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示す回路ブロック図
【図６】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】
【０１０２】
１…透光性気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…封止部、１ｃ…放電空間、２…電極、３…封着金属箔、４…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】
2007115653.tif 000003
【図２】
2007115653.tif 000004
【図３】
2007115653.tif 000005
【図４】
2007115653.tif 000006
【図５】
2007115653.tif 000007
【図６】
2007115653.tif 000008