(57)【要約】【課題】発光管内に、一対の電極を配置すると共に、鉄、亜鉛、ハロゲン及び希ガスを封入した水銀を含まない高圧放電ランプにおいて、再点灯時に生じる電子が発光管内に存在するハロゲンによって捕捉されることなく、始動性が改善されたランプを提供することである。【解決手段】前記発光管内に、ビスマスを封入するとともに、該ビスマスの封入密度Ｂと前記ハロゲンの封入密度Ｈとの比率をＢ／Ｈ≧０．０１にしたことを特徴とする。また、前記発光管内に、銀を封入するとともに、該銀の封入量を０．０１〜１μｍｏｌ／ｃｃにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管内に、一対の電極を配置すると共に、鉄、亜鉛、ハロゲン及び希ガスを封入した水銀を含まない高圧放電ランプにおいて、
前記発光管内に、ビスマスを封入するとともに、該ビスマスの封入密度Ｂと前記ハロゲンの封入密度Ｈとの比率をＢ／Ｈ≧０．０１にした
ことを特徴とする水銀を含まない高圧放電ランプ
【請求項２】
前記発光管内に、銀を封入するとともに、該銀の封入量を０．０１〜１μｍｏｌ／ｃｃにした
ことを特徴とする請求項１に記載の水銀を含まない高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高圧放電ランプに関し、特に、発光管内に水銀を封入しない高圧放電ランプに係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
電子工業界や印刷業界においては、紫外線硬化型のインキや塗料や接着材を紫外線により硬化乾燥するために、メタルハライドランプが用いられており、このランプには、発光物質として鉄などの金属と、水銀と、ハロゲンが封入されている。
かかるメタルハライドランプでは、鉄がハロゲンと反応することで鉄を蒸発させ、水銀によって発光管内を所定の封入圧にすることで電圧降下を阻止し、所定の入力電力で点灯することで蒸発した鉄の発光を利用しているものである。
ところで、最近、環境への配慮から水銀を含まないランプに対する要請が高まっており、この種のメタルハライドランプにも水銀レスとすることが求められている。
【０００３】
このような水銀を含まない高圧放電ランプが、特開２００９−２１８２１２号公報（特許文献１）で開示されている。この文献における高圧放電ランプにおいては、発光管内には水銀が封入されておらず、鉄、亜鉛、ハロゲン及び希ガスを封入することが開示されている。
そして、この水銀を含まない高圧放電ランプにおいては、電極間の電圧が降下することから、亜鉛を封入することによりその電圧降下を阻止することも開示されている。（段落００１６）
【０００４】
当該文献のランプにおいては、発光管内に希ガスを封入していることで、ランプ始動時において、希ガスが電離されて放電を開始し、鉄はハロゲン化物が存在することで蒸発しており、この蒸発した鉄が放電を受けて励起され発光するものである。このとき、同時に封入されている亜鉛が、電極間の電圧降下を阻止して電圧を稼ぐ役割を担っている。
【０００５】
このように、メタルハライドランプにおいては、放電時には鉄は蒸発した状態で存在する必要がある。
しかしながら、亜鉛を単体で封入してしまうと、鉄と反応させるために封入したハロゲンが、この亜鉛と反応してしまい、これにより、鉄のハロゲン化物の量が減り、発光に寄与する鉄の量が減ってしまって、光強度が下がってしまうという不具合が発生する。
これを防ぐためには、亜鉛はハロゲン化物で封入することが好ましいとされている（特許文献１の段落００１６）。
【０００６】
以上の理由から、水銀を含まないランプにおいては、亜鉛はハロゲン化物で封入されることになるが、そうすると今度は、始動性が悪くなってしまうという別の問題が生じてくる。
一度ランプを点灯させると、鉄のハロゲン化物と亜鉛のハロゲン化物とが金属とハロゲン単体に分離される。そして、ランプを消灯したときに、ハロゲン単体の一部は金属と再度反応する。しかし、ハロゲン単体の残りの一部は、冷却されてハロゲン単体のままで発光管の管壁や電極などに付着して残るものもあるが、ほとんどが放電空間にガスとして残る。
ハロゲン単体は電子との反応性が高いため、次にランプを再始動する際に、希ガスが電離されても、電離された電子が放電空間内のハロゲン単体に奪われてしまって、ランプの始動性が悪くなるという問題が起こっている。
このように水銀を含まない高圧放電ランプでの上記問題は、鉄ハロゲン化物に加えて亜鉛ハロゲン化物を封入することで、従来の水銀と鉄ハロゲン化物を封入した放電ランプよりもハロゲン量が極めて増加してしまったことによる問題であって、亜鉛ハロゲン化物を封入した水銀を含まない高圧放電ランプに特有の問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２１８２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管内に、一対の電極を配置すると共に、鉄、亜鉛、ハロゲン及び希ガスを封入した水銀を含まない高圧放電ランプにおいて、点灯時に発光管内に残留するハロゲン単体による電子の捕捉を防止して、始動性を改善した水銀を含まない高圧放電ランプを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明では、前記発光管内に、ビスマスを封入するとともに、該ビスマスの封入密度Ｂと前記ハロゲンの封入密度Ｈとの比率をＢ／Ｈ≧０．０１にしたことを特徴とする。
また、前記発光管内に、更に、銀を封入するとともに、該銀の封入量を０．０１〜１μｍｏｌ／ｃｃにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発光管内にビスマス（Ｂｉ）を封入したことにより、ランプ点灯中に、ビスマスは管壁近傍に存在していて、このビスマスが予めハロゲンと反応しているので、消灯時にハロゲン単体として残留する量が少なくなり、再点灯（始動）時に電子がハロゲン単体に奪われてしまうことがなく、始動性が良好となる。
また、発光管内に銀（Ａｇ）を封入したことにより、熱伝導性が向上して管壁近傍の温度が高くなり、点灯時や消灯直後においてもその温度が高くなるので、ビスマスが冷却され難く、ハロゲンとの反応がより促進され、その分だけハロゲン単体が存在する量が少なくなり、始動性を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の高圧放電ランプの断面図
【図２】実験結果１（ビスマス封入量の規定）
【図３】実験結果２（銀封入量の規定）
【図４】実験結果３（銀封入量の下限値の規定）
【図５】本発明の効果を表すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のランプ構造が図１に示されている。
高圧放電ランプの全体構造が示されていて、石英ガラス製の発光管１の両端部には封止部２が形成されており、発光管１内には一対の電極３、３が配置されている。該電極３の後端部３ａは、上下部が平坦面形状となるように切削加工されて、ほぼ角柱状となっている。
前記封止部２には、石英ガラス製の扁平状のスペーサガラス４が埋設され、該スペーサガラス４を挟むように、その上下面に一対の（２枚の）金属箔５ａ、５ｂが配置されている。そして、前記金属箔５ａ、５ｂは電極３の後端部３ａに溶接されている。更に、該金属箔５ａ、５ｂの後端には外部リード７が接続されている。
また、該封止部２内には、石英ガラス製の保持用筒体６が配置され、その全長にわたって封止部２に溶着されており、該保持用筒体６には電極３が微小間隙を有して挿通され、これによって該電極３が支持されている。
なお、上記においては、２枚の金属箔としたが、ランプ入力によっては１枚であってもよく、その場合は、スペーサガラスを省くこともできる。
【００１３】
前記発光管１内には、ヨウ化鉄（ＦｅＩ２）や臭化鉄（ＦｅＢｒ３）のような鉄ハロゲン化物と、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）や臭化亜鉛（ＺｎＢｒ２）のような亜鉛ハロゲン化物と、キセノンのような希ガスが封入されており、水銀は一切封入されていない。
そして、前記発光管１内には、ビスマス（Ｂｉ）が封入されており、その封入密度（Ｂ）は、ハロゲンの封入密度（Ｈ）に対して、Ｂ／Ｈ≧０．０１となるように、封入される。
ランプ点灯時には、鉄や亜鉛はハロゲン化物なので蒸発しており、ランプ入力によって希ガスが電離され、その電子によって蒸発した金属ハロゲン化物が分離され、金属を放電に寄与させることができる。このとき、亜鉛は電極間の電圧を稼ぐことができ、これにより所望の電力を入力できる。そして、鉄は所望の電力を入力されることで、励起されて紫外線を所望の強度で得ることができる。
【００１４】
そして、本発明ではビスマスを封入しているが、該ビスマスは、鉄や亜鉛より蒸気圧が低く、単体でも微量であるが蒸発することができる。このため、ランプ点灯時には、管壁付近の特に低温部にビスマス（Ｂｉ）のガス層も存在する。このビスマスのガスはハロゲンとの反応性を有することから、ビスマスのガスとハロゲンとが反応してビスマスのハロゲン化物となる。
ランプを消灯したとき、ハロゲンの一部は鉄や亜鉛と再度反応し、元の金属ハロゲン化物にもどる。反応できなかった残部のハロゲンは、従来であれば、図５の（１）に示すように、管壁に冷却されてハロゲン単体で存在してしまっていたが、本発明では、図５の（２）に示すように、ビスマスを封入しているので、このビスマスがランプ点灯時に、予めビスマスのハロゲン化物を作っており、放電空間に残留するハロゲンの量を減少させることができる。
これにより、ランプを再始動（再点灯）する際に、発光管内にはハロゲン単体の残留量が少ないので、電離された電子がハロゲン単体に捕捉されることもなく、ランプの再始動を良好に行うことができる。
ここにおいて、ハロゲンとの反応性は、亜鉛＞鉄＞ビスマスの順で低いので、点灯後においてビスマスと反応したハロゲンは、鉄や亜鉛と反応し、鉄ハロゲン化物や亜鉛ハロゲン化物とビスマス単体となる。
これにより、ランプ点灯後においては、発光管内の鉄は、単体でほとんど存在せず、ハロゲン化物として存在することで蒸発し、有効に鉄の発光を得ることができる。
【００１５】
ここで、ビスマスの封入量の適正値を求めるための実験を行った。ハロゲンの封入密度（Ｈ）に対するビスマス（Ｂ）の封入密度の比率（Ｂ／Ｈ）に着目して、このＢ／Ｈと始動性の関係を求める実験を行った。
＜実験１＞
図１に示す構造のランプにおいて、内径がφ２２ｍｍ、発光長（電極間距離）が１１００ｍｍ、材質が石英ガラスの発光管を１０本用意し、この発光管内に封入する封入物をそれぞれ変えた１０種類のランプを準備した。
図２に示すように、比較例１と本発明（１−１）〜（１−４）には、ＺｎＩ２＝０．１５μｍｏｌ／ｃｃ、ＦｅＢｒ２＝０．１μｍｏｌ／ｃｃ、Ｆｅ＝０．１μｍｏｌ／ｃｃを封入し、さらに、ビスマスを図２に示される種々の封入密度で封入した。
また、比較例２と本発明（２−１）〜（２−４）には、ＺｎＩ２＝０．３５μｍｏｌ／ｃｃ、ＦｅＢｒ２＝０．１５μｍｏｌ／ｃｃ、Ｆｅ＝０．１μｍｏｌ／ｃｃを封入し、さらに、ビスマスを図２に示される種々の封入密度で封入した。
そして、これら１０本のランプには、上記に加えて、希ガスとしてキセノンガスを封入した。
【００１６】
上記各ランプを８０Ｗ／ｃｍで点灯させた後、３０分間消灯して、再度点灯させ、その始動性を確認した。
＜実験結果＞
各ランプの再点灯時の始動性について、再点灯した場合に○を、再点灯しなかった場合に×を、付した。
その結果、図２のように、Ｂ／Ｈが０．００８以下の場合は再点灯できなかったが、Ｂ／Ｈを０．０１以上にすると再点灯できることが分かった。
これは、上記の段落００１４で説明したように、ハロゲンに対するビスマスの封入比率をＢ／Ｈを０．０１以上にすることで、ランプ点灯時にビスマスとハロゲン単体とを反応させることができ、ハロゲン単体の量を減らすことができて、これにより、ランプ再点灯時に生じる電子をハロゲン単体に奪われることが抑制され、ランプの再点灯性（始動性）を良好にすることができるものである。
一方、Ｂ／Ｈが０．００８以下の場合、ビスマスの量が少なすぎて、ランプ消灯時におけるハロゲン単体の量が多く残存し、ランプ再点灯時に生じる電子を該ハロゲン単体に奪われてしまって、ランプの再点灯性が損なわれたものと推測される。
【００１７】
なお、ランプ消灯直後に、瞬時に再点灯する場合には、ビスマスを含んだランプであっても、始動性が良くないという問題もある。例えば、上記の実験１において、ランプを点灯した後、３０分間消灯しているが、例えば１０分間消灯しただけで再点灯させようとしたとき、図２のいずれのランプであっても、再点灯できなかった。
ランプ点灯時、封入されたビスマスは、発光管の管壁近傍に存在するが、その多くが管壁により冷却されてしまって金属固体として存在し、ハロゲン単体と反応できるビスマスは少ない。このため、ランプ消灯後に瞬時に再点灯させる際には、特に発光管の内面近傍では、ビスマスが冷却されて金属固体で存在するため、この固体化したビスマスとハロゲン単体との反応が十分には行われず、ハロゲン単体が残留してしまう（図５の（２））。従って、ビスマスを含んだランプは、鉄や亜鉛が残留ハロゲンと反応していくことを待たなければならず、再点灯時の始動性を悪くしていた。
そこで、本発明者は、実験から、瞬時に再点灯させるために発光管内に銀を封入することが好ましいことを突き止めた。
【００１８】
＜実験２＞
この実験では、ランプに銀を０．００１μｍｏｌ／ｃｃ〜１μｍｏｌ／ｃｃ封入し、ランプ消灯直後に瞬時に再点灯しようとした際に、ランプが再点灯した場合に○を、再点灯しなかった場合に×を、付した。その結果、図３に示されるように、ランプ入力が８０Ｗ／ｃｍであろうと、１６０Ｗ／ｃｍであろうと、ランプ入力に依存することなく、またビスマスの封入量にも関係なく、銀を０．０１μｍｏｌ／ｃｃ以上封入すれば、瞬時に再点灯できることが分かった。
つまり、銀の封入量を０・００１μｍｏｌ／ｃｃ以下の比較例（３−１）（３−２）では瞬時再点灯しなかった（×）が、０．１μｍｏｌ／ｃｃ以上封入した本発明（３−１）〜（３−６）および本発明（４−１）〜（４−６）ではいずれも瞬時再点灯した（○）。
【００１９】
この実験結果は、以下のように推測される。
銀は、鉄・亜鉛・ビスマスに比べて熱伝導性が高いので、ランプ点灯時において、銀を含むランプは、銀を含まないランプに比べて発光管の管壁近傍の温度が高くなる。
このため、銀を所定量封入することにより、ランプ点灯時において、管壁近傍のビスマスが蒸発できるので、蒸発したビスマスとハロゲンとが反応でき、図５の（３）に示すように、ハロゲン残留量を少なくすることができる。
さらに、ランプ消灯直後においても、発光管の内周面近傍におけるビスマスが冷却され難くなり蒸発状態が保たれるので、金属固体のビスマスとしての量は少ない。ビスマスは、金属固体以外の蒸発したものが、ハロゲンと反応しているということになるので、これにより、ランプ消灯直後において、発光管内においてハロゲン単体で存在する量が少ない、ということになる。
以上のことから、本発明では、銀を０．０１μｍｏｌ／ｃｃ以上封入することにより、瞬時に再点灯できる。
なお、銀（Ａｇ）は、ハロゲンとの反応性が鉄と同等程度であるが、ハロゲン化物としては、一価のハロゲン化物（例えばＡｇＩ）であるので、鉄に反応するハロゲンが十分に確保されるので、銀を多量に封入することができ、熱伝導効果を高くできる。
【００２０】
なお、銀を０．０１μｍｏｌ／ｃｃ以上封入することにより、ランプの瞬時再点灯性が改善されるものの、銀の封入密度を増やしていくと、図４に示すように、鉄の発光強度が相対的に低下していくという問題が生じる。
図４のグラフにおいては、縦軸は、銀を含まない場合の鉄の発光強度（鉄の波長の発光強度）を１とし、その発光強度に対して、銀の封入量を増やした場合の発光強度を相対強度として示している。
これは、封入金属とハロゲン化物との反応性との関係から生じる。封入金属とハロゲン化物との反応性は、亜鉛＞鉄、銀＞ビスマスの順で高くなっている。
このため、発光管内のハロゲンはまず亜鉛と反応し、ハロゲン化物を作りやすいが、残りのハロゲンは、鉄と銀とで奪い合うことなる。このため、銀の封入量を増やしていくと、鉄と反応するハロゲン化物の量が減ってしまって、発光に寄与する鉄の量が減り、鉄の発光強度が低下してしまうことになる。
このため、鉄の相対発光強度は、少なくとも６０％以上必要であるため、銀の封入量は、１μｍｏｌ／ｃｃ以下であることが好ましい。
【００２１】
以上のように、本発明では、鉄、亜鉛、ハロゲン及び希ガスを封入した水銀を含まない高圧放電ランプにおいて、ビスマスを封入することにより、発光管内に封入したハロゲンが、消灯時に冷却されて管壁内面近傍でハロゲン単体となっても、管壁の低温部に蒸発したビスマスが存在するので、この蒸発したビスマスがハロゲンとの反応性を有することから、ビスマスとハロゲンの残りが反応し、結局、ハロゲン単体となって残ることが少なくなるので、再点灯時の始動性が大幅に改善される。
また、前記ビスマスの封入密度Ｂと前記ハロゲンの封入密度Ｈとの比率をＢ／Ｈ≧０．０１にすることにより、始動性を極めて確実にすることができる。
更には、これに銀を封入したので、ランプ消灯直後の発光管の温度が高く維持されて、発光管内面近傍のビスマスが冷却され難くなり、蒸発状態が維持されてこれがハロゲンと反応するので、ハロゲン単体で存在する量が少なくなり、瞬時点灯時の始動性が良好となる。
なお、Ｂ／Ｈが１を超えると、ビスマスが発光管内に過剰に存在することになり、発光管内で生じた鉄の発光（紫外線）をビスマスで遮光してしまう問題が生じる。このため、Ｂ／Ｈ≦１が望ましい。
【符号の説明】
【００２２】
１          発光管
２          封止部
３          電極
４          スペーサガラス
５ａ、５ｂ  金属箔
６          保持用筒体
７          外部リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013206780.tif 000006
【図５】
2013206780.tif 000007