JP4208229B2

JP4208229B2 - Metal halide lamp, metal halide lamp lighting device and lighting device

Info

Publication number: JP4208229B2
Application number: JP2002271514A
Authority: JP
Inventors: 敏彦石神; 淳斉田; 幹男松田; 寿男蛭田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: JP2003178710A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水銀を本質的に封入していないメタルハライドランプ、これを備え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。
【従来の技術】
相対向する一対の電極を備えた発光管内に希ガス、発光金属のハロゲン化物および水銀を封入したメタルハライドランプは、比較的高効率で、高演色性であるため、広く使用されている。メタルハライドランプには、周知のように短アーク形と長アーク形とがある。
【０００２】
短アーク形メタルハライドランプは、ランプの発光を集光してスクリーンに投射する液晶プロジェクタ、オーバヘッドプロジェクタなどの投光用、ダウンライト、スポットライトなどの店舗照明用などにおいて用いられている。また、投光用においては、近時自動車の前照灯用として、小形で短アーク形のメタルハライドランプがハロゲン電球に代わって使用されだしている。自動車の前照灯用としてのメタルハライドランプの仕様については、たとえば特開平２−７３４７号公報に記載されているが、約２〜１５ｍｇの水銀の封入が不可欠とされている。
【０００３】
ところで、水銀の封入を必要としないメタルハライドランプに対するニーズがあり、これに応えるものとしてたとえば特開平３−１１２０４５号公報に記載の発明がなされている。この発明は、水銀に代えてヘリウムまたはネオンを１００〜３００Torrの圧力で封入することにより、所要のランプ電圧を得ようとするもので、さらにこれらの希ガスは原子半径が小さいことから、石英ガラスでは透過してしまうので、気密容器を透光性セラミックスで形成するという構成である。
【０００４】
しかし、現在実用化されているメタルハライドランプは、所望のランプ電圧を得て電気特性を維持するために、水銀を必須としている。すなわち、たと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は、ランプ電流を大きくしなければならない。この場合には、点灯回路、照明器具および配線など関連設備の電流容量の増加および発生熱の増加が問題となる。また、ランプ電流が大きいと、電極損失の増加を伴い、ランプ効率が低下するという問題もある。すなわち、メタルハライドランプの電極降下電圧はランプにおいて一定であるから、ランプ電圧が低いと、これを補って同一のランプ電力を投入するためにランプ電流を大きくする必要があるので、電極損失がランプ電流に比例して増加し、ランプ効率が低下してしまう。したがって、一般に放電ランプにおいては、ランプ電圧は、アーク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、すなわちなるべく高く設定する方が有利である。
【０００５】
次に、ランプ電圧について考察しながら水銀封入を必要としていた理由を説明する。
【０００６】
図１５は、メタルハライドランプにおけるランプ電圧を説明するための概念図である。図において、１は気密容器、２、２は電極、３、３はリード線である。
【０００７】
ランプ電圧Ｖｌは、メタルハライドランプの点灯状態において、リード線３、３間に現れる電圧である。電極２、２間の距離Ｌを電極間距離という。
【０００８】
ランプ電圧Ｖｌは、数式１により表すことができる。
【０００９】
【数１】
Ｖｌ＝Ｅ×Ｌ＋Ｖｄ
ここで、Ｅは電極間のプラズマの電位傾度、Ｖｄは電極降下電圧である。
【００１０】
プラズマの電位傾度Ｅは、数式２により表すことができる。
【００１１】
【数２】
Ｅ＝Ｉ／２π∫σｒ dr
ここで、Ｉはランプ電流、σはプラズマの電気伝導度であり、温度Ｔの関数である。ｒは中心から任意の位置までの径方向の距離である。
【００１２】
メタルハライドランプの点灯中に放電空間内に物質Ａが存在すると仮定すると、物質Ａの温度Ｔにおける電気伝導度σは数式３により表すことができる。
【００１３】
【数３】
σ＝Ｃ・Ｎ_Ｅ／（Ｔ^１／２・（Ｎ_Ａ・Ｑ））
ここで、Ｃは定数、Ｎ_Ｅは電子密度、Ｎ_Ａは物質の密度、Ｑは電子の物質Ａに対する衝突断面積である。
【００１４】
ランプ電圧Ｖｌは、数式１から電位傾度Ｅが大きいほど、また電極間距離Ｌが大きいほど、大きくなることが分かる。また、電位傾度Ｅは、数式２から電気伝導度σが小さいほど、ランプ電流Ｉが大きいほど、大きくなることが分かる。さらに、電気伝導度σは、数式３からＮ_Ｅが小さいほど、Ｎ_ＡやＱが大きいほど小さくなることが分かる。
【００１５】
したがって、電極間距離Ｌおよびランプ電流Ｉが一定の場合、ランプ電圧Ｖｌが大きくなる物質Ａの条件は、イオン化しにくく（Ｎ_Ｅを小さく抑えられる。）、ランプ中の密度が大きく（Ｎ_Ａを大きくできる。）、電子との衝突断面積Ｑが大きいことである。
【００１６】
そうして、水銀は、蒸気圧が極めて大きく（３６１℃で１気圧）、イオン化しにくく、電子との衝突断面積が大きい物質である。そこで、ランプのサイズに応じて水銀の封入量を調節することにより、所望のランプ電圧を容易に得ることができる。
【００１７】
上述の説明から、従来のメタルハライドランプにおいて水銀を用いることにより、所望のランプ電圧を容易に得ることができるという理由が理解できるであろう。
【発明が解決しようとする課題】
ところで、メタルハライドランプの場合、小形で電極間距離Ｌが短いほど所要のランプ電圧を確保するために、水銀の蒸気圧を高くする必要がある。たとえば、発光管の内容積が１ｃｃ以下の小形で短アーク形のメタルハライドランプにおいてさえも、点灯中の水銀蒸気圧が２０気圧以上にもなる。自動車などの移動体の前照灯用で定格ランプ電力が１００Ｗ以下のメタルハライドランプは、電極間距離が小さくて管壁負荷が大きいという特徴がある。このため、水銀を封入する従来のメタルハライドランプの場合には、上述のように所要のランプ電圧を得るために水銀蒸気圧が２０気圧以上の高圧になり、これに伴って気密容器が相対的に破損しやすい。
【００１８】
また、光束立上り特性を向上させる必要からキセノンを高圧で封入するので、点灯中キセノンは３５気圧程度にもなる。このため、始動ガスを絶縁破壊して始動させるのに高電圧で、しかも、パワーの大きな始動用のパルス電圧を印加する必要がある。瞬時再始動時には、さらに高い始動用のパルス電圧が必要となるから、点灯回路、照明器具および配線の絶縁耐力のグレードを見合う高さにする必要があり、したがって、高価になる。
【００１９】
さらに、キセノンの高圧封入と、高い始動用パルス電圧の印加および点灯直後に大電流を流し、徐々に電流を低減させる点灯回路手段の採用とにより、光束立上り特性の問題は解決したが、色度立上り特性が悪い。すなわち、最初キセノンが発光し、次に水銀が発光する。この水銀の発光は１０〜２０秒後まで続く。水銀の発光は、演色性が悪く、必要な白の色度範囲にも入らない。
【００２０】
以下、メタルハライドランプにおいて、水銀を封入することによる問題と、従来技術における水銀を封入しない場合の問題とに分けて整理する。
１．水銀を封入することによる問題
（１）環境負荷物質の問題
現在、環境問題は、地球的規模で非常に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、非常に重要な課題であると考えられている。
【００２１】
したがって、従来のメタルハライドランプの最大の問題点は、水銀を封入していることである。
【００２２】
（２）始動時における色度特性の立上りの問題
自動車の前照灯用で短アーク形のメタルハライドランプの場合、光束の瞬時立上りが要求される。このために、従来のメタルハライドランプにおいては、始動ガスとしてキセノンを高圧で封入し、さらに点灯初期に大電流を流し、時間の経過とともに電流を絞っていく点灯方式が採用されている。このようにして瞬時立上りは可能であるが、スイッチオン時に水銀が急速に蒸発して、エネルギーを奪ってしまうので、発光金属の蒸気圧の立上りが遅くなるために、水銀発光の強い状態が１０〜２０秒後まで続く。水銀発光は、色特性的に劣るので、演色性も悪く、また色度も白の範囲に入らない。このように、色度特性の立上り特性が甚だ悪い。したがって、所期の色度特性の発光になるまでに時間が長くかかる。
【００２３】
（３）調光に適さない問題
発光管の温度が変化すると、発光の色温度が大きく変化し、これに伴い演色性も変化する。以下、図１６を参照してこの問題を説明する。
【００２４】
図１６は、従来のプロジェクション用で短アーク形のメタルハライドランプの発光スペクトル分布を示すグラフである。図において、横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は相対放射パワー（％）を、それぞれ示す。
【００２５】
この従来の短アーク形のメタルハライドランプは、希ガスとしてアルゴン５００Torr、ハロゲン化物としてヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３を１ｍｇおよびヨウ化ネオジムＮｄＩ_３を１ｍｇ、ならびに水銀１３ｍｇ、をそれぞれ封入している。発光スペクトルは、ジスプロシウムＤｙおよびネオジムＮｄによる連続発光と、それぞれ矢印の上に記号を付した元素による主な輝線スペクトルとからなり、水銀による輝線スペクトルが大きなパワーを有していることが分かる。
【００２６】
ところで、各発光金属による発光量は、そのランプ内の蒸気圧に比例的に変化する。発光金属のハロゲン化物の蒸気圧は、水銀のそれに比較すると、著しく低いため、発光管の温度が変わると、発光金属は、そのハロゲン化物の蒸発量が変わってランプ内の蒸気圧が変化するから、発光量が変化する。
【００２７】
これに対して、水銀の蒸気圧は非常に高いので、発光管の温度が変化してもそれほど変化しないから、水銀の強い輝線スペクトルによる発光量は変化が少ない。したがって、発光管への入力電力が少なくなると、相対的に水銀による発光が支配的になるために、発光の色温度が低くなるとともに、演色性が低下する。このことは、水銀を封入する従来のメタルハライドランプは、調光に適さないことを意味する。
【００２８】
自動車用の前照灯の場合、欧米において採用されている日中の点灯（デイライト）のためには、調光が必要になるが、水銀を封入する従来のメタルハライドランプを光源として用いる場合には、色特性が著しく低下してしまう。
【００２９】
（４）特性のばらつきが大きい問題
水銀を封入したメタルハライドランプは、個々のランプの寸法ばらつきに伴い発光管の温度がばらつくため、同一入力でも特性のばらつきが発生しやすい。また、長期寿命中の発光管黒化などによる最冷部温度の上昇によっても特性が変化しやすい。
【００３０】
（５）瞬時再始動が困難な問題
前照灯用のメタルハライドランプにおいては、前述したように光束立上りを速くするために、高圧のキセノンを封入しており、キセノンは点灯中３５気圧程度になる。このように点灯中の水銀蒸気圧およびキセノン蒸気圧が非常に高くなっているので、再始動させるためには、非常に高くてパワーの大きいパルス電圧を印加しなければならない。これにより、点灯回路が高価になるのみでなく、点灯回路、ランプおよびこれらを収納する器具を高電圧に対して高いグレードの絶縁を施す必要がある。
【００３１】
また、小形で短アーク形のメタルハライドランプにおいては、電極間距離が小さいので、所要のランプ電圧を得るために水銀蒸気圧を高く設定しており、水銀蒸気圧は、点灯中２０気圧以上になる。
【００３２】
（６）発光管が破裂しやすい問題
上述したように、点灯時の水銀蒸気圧が高いため、初期歪ないし長期点灯中に歪が増大することにより、発光管が破裂しやすい。この問題はランプの信頼性を著しく低下させる。
【００３３】
（７）照射面における照度が低い問題
前照灯用のメタルハライドランプの場合、離間位置の照射面を明るく照明するに際して、ランプの発光が如何にロスなく光学系を経由して照射面に到達するかが重要である。本発明により判明したことであるが、ロスを少なくして照射面の照度を向上するには、アークが細く絞られていると効果的である。アークが絞られているということは、アーク温度の分布が急峻になっているということである。
【００３４】
ところが、水銀の発光は、後述するように、吸収があって光学的に厚く、中温ないし低温部分で発光の吸収によりエネルギーを吸収して温度が上昇するため、アーク温度の分布は放物線状に広がり、したがってアークを絞ることができない。
【００３５】
これに対して、発光金属としてスカンジウムや希土類金属を用いて、その発光を非常に多くすると、水銀が存在していても、アークを絞ることができることは知られている。しかし、水銀の点灯圧力が高いため、対流が激しくなり、アークの不安定が生じて実用に供し得ない。
２．水銀を封入しない従来技術の問題
前述した水銀を封入しないメタルハライドランプにおいては、点灯中ヘリウムまたはネオンが著しく高い圧力になるので、これに耐えるようにすれば、確かに水銀を封入しないメタルハライドランプを得ることができる。したがって、水銀を封入しないメタルハライドランプが得られるという点においては、多いに評価できる。
【００３６】
（１）気密容器の破裂に対する問題
しかしながら、上記のような点灯中高い圧力になるメタルハライドランプを、従来の水銀を封入するメタルハライドランプと同様な構造で実現することにはかなりの困難がある。たとえば、小形のメタルハライドランプにおいて、所要のランプ電圧が５０〜６０Ｖである場合、点灯中ヘリウムまたはネオンの圧力は１５０気圧を超えるであろうから、従来一般に使用されているような気密容器では、破裂に対する高い信頼性を得ることができない。
【００３７】
（２）熱損失が高い問題
また、水銀を封入しないでメタルハライドランプを構成すると、ランプ電圧の他に熱損失が大きくなるという問題がある。すなわち、水銀が封入されている場合、水銀は放電空間の中温ないし低温領域で自己吸収を起こし、中温ないし低温領域はエネルギーを得るため温度が上昇し、これに伴い全体のエネルギーバランスから高温領域の温度が低下する。
【００３８】
図１７は、メタルハライドランプにおいて、水銀が封入されていない場合および水銀が封入されている場合のアーク温度分布を模式的に説明するグラフである。図において、横軸は発光管の半径方向の位置を、縦軸はアーク温度（Ｋ）を、それぞれ示す。また、曲線Ａは水銀が封入されていない場合のアーク温度分布を、曲線Ｂは水銀が封入されている場合のアーク温度分布を、それぞれ示す。
【００３９】
図の両曲線ＡおよびＢを対比して明らかなように、水銀が封入されていない場合のアーク温度分布は、水銀が封入されている場合に較べて急峻すなわち温度勾配が大きい。発光管から失われる熱損失は、当業者に周知のように封入する希ガスの重さや封入圧も関係するが、温度勾配に比例するので、水銀が封入されていない場合の方が熱損失は大きい。このことは、水銀を封入していないメタルハライドランプは、熱損失が大きいために、水銀を封入しているメタルハライドランプより発光効率が劣ることを意味する。
【００４０】
本発明は、環境負荷の大きい水銀を本質的には用いないで、水銀を封入したものとほぼ同等の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、これを備え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。
【００４１】
また、本発明は、水銀を本質的には用いないにもかかわらず無理なくランプ電圧を高めることができて、高いランプ効率が得られるメタルハライドランプ、これを備え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。
【００４２】
さらに、本発明は、白色の発光を行うメタルハライドランプ、これを備え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。
【００４３】
さらにまた、本発明は、気密容器が破裂しにくいメタルハライドランプ、これを備え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。
【００４４】
さらにまた、本発明は、始動電圧が比較的低くて始動や瞬時再始動が容易なメタルハライドランプ、これを備え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。
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明のメタルハライドランプは、気密容器と；気密容器に封着された一対の電極と；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、かつ、本質的に水銀を含まない構成で気密容器内に封入され、第１のハロゲン化物はナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃのハロゲン化物を主体とし、第２のハロゲン化物は点灯中の蒸気圧が相対的に大きくて、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で、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、レニウムＲｅおよびガリウムＧａからなるグループから選択された一種または複数種で気密容器内容積１ｃｃ当たり１．５ｍｇ超のハロゲン化物を主体とし、希ガスはキセノンの封入圧力が１気圧以上である放電媒体と；
を具備し、点灯により生じる光の放射が日本工業規格ＪＩＳＤ５５００-1984において規定されている白の色度の範囲に入り、かつ、３５Ｗで点灯したときの全光束が少なくとも２５２０ｌｍであることを特徴としている。
【００４５】
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。
【００４６】
＜気密容器について＞本発明において、気密容器は、耐火性で透光性でなければならない。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。たとえば、石英ガラスや透光性アルミナ、ＹＡＧなどのセラミックスまたはこれらの単結晶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。
【００４７】
また、気密容器は、移動体の前照灯の場合、好適にはいずれも最大径部分が内径３〜１０ｍｍ、外径が５〜１３ｍｍである。
【００４８】
＜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、液晶プロジェクタなどの投射用や自動車などの移動体の前照灯などに用いる小形で短アーク形の場合、６ｍｍ以下、好ましくは１〜５ｍｍである。液晶プロジェクタなどの投射用において最適には１〜３ｍｍである。なお、電極間距離は、電極の先端で計測する。
【００４９】
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。
【００５０】
＜放電媒体について＞本発明において、放電媒体は、前述したように本質的に第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。
【００５１】
（第１のハロゲン化物について）第１のハロゲン化物は、ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃのハロゲン化物を主体すなわち主成分として含む。第１のハロゲン化物としては、所望により希土類金属を選択的に含めることができる。上記の第１のハロゲン化物を構成する金属は、主として白色発光に寄与するが、第１のハロゲン化物は一般に後述する第２のハロゲン化物より点灯中の蒸気圧が必ずしも相対的に高くない。
【００５２】
（第２のハロゲン化物について）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、レニウムＲｅおよびガリウムＧａ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を主体とする。これらのハロゲン化物は、点灯中の蒸気圧が相対的に大きくて、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で、ランプ電圧を維持するのに効果的に作用する。
【００５３】
なお、第２のハロゲン化物の蒸気圧は、水銀のように大きすぎる必要はなく、５気圧以下程度であれば、所要の電気特性を得ることができる。
【００５４】
また、上記の第２のハロゲン化物の金属は、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という共通する特徴がある。なお、「可視域に発光しにくい」とは、絶対的な意味で可視光の発光が少ないということではなく、第１のハロゲン化物に対する相対的な意味である。なぜなら、確かに鉄ＦｅやニッケルＮｉは、紫外域発光の方が可視域発光より多いが、アルミニウムＡｌおよび亜鉛Ｚｎなどは可視域に発光が多い。したがって、これらの可視域発光の多い金属を単独で発光させると、エネルギーが当該金属に集中するので、可視域発光が多くなる。しかし、第２のハロゲン化物の金属が第１のハロゲン化物の金属よりエネルギー準位が高いために発光しにくいのであれば、第１および第２のハロゲン化物が共存している状態では、エネルギーが第１のハロゲン化物の金属の発光に集中するので、第２のハロゲン化物を構成する金属の発光は少なくなる。したがって、これらの金属も本発明における第２のハロゲン化物として適当である。なお、第２のハロゲン化物の金属は、可視光の発光が禁止されるものではなく、放電ランプが放射する全可視光に対する割合が小さくて影響が少なければ、許容される。
【００５５】
さらに、第２のハロゲン化物は、上記のグループの中でも、鉄Ｆｅ、亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、アルミニウムＡｌおよびガリウムＧａ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が特に好適である。しかし、これらのハロゲン化物は、主成分として用いられて好適であるが、マグネシウムＭｇ、コバルトＣｏ、クロムＣｒ、ニッケルＮｉ、アンチモンＳｂおよびレニウムＲｅのグループから選択された一種または複数種のハロゲン化物を副成分として添加することにより、さらにランプ電圧を高くすることができる。
【００５６】
表１は、本発明において用いることが許容される第２のハロゲン化物を１気圧になる温度とともに、例示している。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と理解すべきである。
【００５７】
【表１】
Ｎｏ．第２のハロゲン化物１気圧になる温度（℃）
１ＡｌＩ₃ ４２２
２ＦｅＩ₂ ８２７
３ＺｎＩ₂ ７２７
４ＳｂＩ₃ ４２７
５ＭｎＩ₂ ８２７
６ＣｒＩ₂ ８２７
７ＧａＩ₃ ３４９
８ＲｅＩ₃ ６２７
９ＭｇＩ₂ ９２７
１０ＣｏＩ₂ ８２７
１１ＮｉＩ₂ ７４７

表１に示すハロゲン化物は、その殆どが水銀より蒸気圧が低く、またランプ電圧の調整範囲が水銀より狭いが、上述したように必要に応じてこれらを複数種混合して封入することにより、ランプ電圧の調整範囲を拡大することができる。たとえば、ＡｌＩ_３が不完全蒸発の状態になっていて、しかも、所望のランプ電圧が得られていない場合には、ＡｌＩ_３を追加してもランプ電圧は変わらない。これに対して、ＡｌＩ_３の追加に代えてＺｎＩ_２を添加すれば、ＺｎＩ_２の作用により生じる分のランプ電圧が加算されるので、ランプ電圧を増加させることができる。さらに、他の第２のハロゲン化物を添加すれば、より高いランプ電圧を得ることができる。
【００５８】
さらにまた、本発明において第２のハロゲン化物は、気密容器の内容積１ｃｃ当たり１．５ｍｇ超封入されている。なお、たとえば前照灯用などの小形のメタルハライドランプとして好適には１．５ｍｇ超〜２００ｍｇ／ｃｃである。
【００５９】
（ハロゲンについて）第１および第２のハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、ヨウ素が反応性において最適であり、臭素、塩素、フッ素の順に反応性が強くなっていくが、要すれば以上のいずれを用いてもよい。また、たとえばヨウ化物および臭化物のように異なるハロゲンの化合物を併用することもできる。
【００６０】
（希ガスについて）希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用するガスであり、気密容器に封入されている。希ガスは、封入圧が１気圧以上のキセノンである。これにより、メタルハライドランプの始動時の光束立上り特性を向上させることができる。なお、好適には１５気圧以下、より好適には１０気圧以下である。
【００６１】
＜白の色度範囲について＞メタルハライドランプの点灯により生じる光の色度が日本工業規格ＪＩＳＤ５５００−１９８４において規定されている白の色度の範囲に入る。上記規格は、自動車用ランプ類の規格を定めていて、その中で白の色度範囲を規定している。したがって、本発明のメタルハライドランプは、上記の色度範囲を満足することを要件としていることによって、前照灯などの自動車用としてＪＩＳ規格に適合する色度の白の発光色を有するランプが得られる。
【００６２】
＜全光束について＞本発明は、メタルハライドランプを３５Ｗで点灯したときに全光束が少なくとも２５２０ｌｍであることを要件とする。この要件は、水銀を本質的に封入しないメタルハライドランプにおける全光束の下限値を規定するものである。なお、この下限値は、後述する実施例に記載されているところから明らかである。上記の全光束は、ランプ効率に換算すると、７２ｌｍ／Ｗであり、ランプ効率がこの下限値以上であれば、水銀を封入する従来の前照灯用のメタルハライドランプのランプ効率８９ｌｍ／Ｗにほぼ比較し得る程度であるといえる。
【００６３】
＜水銀について＞本発明において、「本質的に水銀が封入されていない」とは、水銀が封入されていても気密容器の内容積１ｃｃ当たり０．３ｍｇ未満（好ましくは０．２ｍｇ以下）であるという意味である。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことであるから、上記定義は水銀を全く封入していない状態を含む。従来のように水銀蒸気によって放電ランプの電気特性を維持する場合には、短アーク形においては気密容器の内容積１ｃｃ当たり２０ｍｇ以上、また長アーク形においては同じく５ｍｇ以上封入していたことからすれば、本発明は水銀を本質的に含まないといえる。
【００６４】
＜その他の構成について＞本発明の必須構成要件ではないが、必要に応じて以下の構成を付加することができる。
１．外管について
外管は、その内部に発光管を収納する。外管を用いることにより、気密容器を機械的保護することができる。なお、要すれば、下記のように外管の内部を真空にすることができる。ここで、発光管は、気密容器、一対の電極および放電媒体により構成される。
２．保温手段について
保温手段は、発光管から発生した熱の損失を少なくするとともに、その結果、第２のハロゲン化物の蒸気圧を比較的少ない熱量でなるべく高い値に維持する手段であり、発光管から発生した熱の損失を少なくすることができるのであれば、どのような構成であってもよいが、たとえば以下のような構成であることが許容される。
【００６５】
上記発光管を内部に収納する外管を配設するとともに、その外管内を真空にすることにより、発光管からの発生熱の対流および伝導による熱損失が低減して放電媒体が保温される。この場合、外管の具体的な構造、形状および構成材料は問わない。なお、外管内が真空であるとは、外管内が１０^−４Torr以下の圧力であることをいう。
【００６６】
また、発光管から外部に放射される熱線を反射して発光管へ戻すとともに、可視光を透過する熱線反射・可視光透過膜を備えることにより、放射による熱損失を低減して放電媒体を保温することができる。熱反射・可視光透過膜は、発光管と外管との間に配設した石英ガラスなどからなる円筒体や外管の内面、外面または内外両面に形成するか、発光管の外面に形成することができる。
【００６７】
さらに、上記の各手段を適宜組み合わせて実施することができるのはいうまでもない。
【００６８】
そうして、発光管から発生する熱の損失を少なくする保温手段を備えているので、発光管の内部で放電により発生した熱の損失が少ないから、発光管の熱損失が低減して発光効率が向上する。
３．ランプ電力について
ランプ電力は、前照灯、液晶プロジェクタなどの用途の場合、１００Ｗ以下にするのがよい。
４．紫外線除去手段について
紫外線除去手段は、メタルハライドランプから外部へ導出される光から紫外線を実質的に除去する手段である。なお、「紫外線を実質的に除去する」とは、実用上紫外線の量が許容される範囲にまで除去されていることを意味するもので、紫外線が完全に１００％カットされていなければならないものではない。
【００６９】
また、紫外線除去手段は、紫外線が実質的に除去されていれば、どのような構造であってもよい。たとえば、紫外線カット性能を有する組成のガラス材料からなる外管内に発光管を収納する。なお、外管内は外気と連通していてもよいし、気密で、しかも、内部を真空にしてあってもよい。
【００７０】
さらに、気密容器の内面または気密容器自体に紫外線除去性能を付与してもよい。気密容器の内面または外面の材料組織を紫外線遮断性の組織に置換したり紫外線遮断性の透光性材料の膜を被着させたりすることにより、紫外線遮断性能を付与できる。
【００７１】
さらにまた、発光管の外側に紫外線遮断性の筒体を配設することができる。
【００７２】
そうして、紫外線除去手段により外部へ導出される紫外線が実質的に除去されるので、照明装置たとえば前照灯が紫外線によって劣化するのを防止するとともに、人の眼を紫外線の照射から防止する。
【００７３】
＜本発明の作用について＞以上の説明から明らかなように、本発明においては、ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃのハロゲン化物を主体とする第１のハロゲン化物に加えて、点灯中の蒸気圧が相対的に大きくて、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前記所定の金属のハロゲン化物からなる第２のハロゲン化物を従来の水銀に代えて気密容器内容積１ｃｃ当たり１．５ｍｇ超封入し、かつ、キセノンを１気圧以上の圧力で封入している。その結果、本発明において、水銀を封入したメタルハライドランプのとほぼ同等まで高くなる。ランプ電圧は、第２のハロゲン化物により形成される。そして、ランプ電圧の値は、主として第２のハロゲン化物の蒸発量で決まる。第２のハロゲン化物が不完全蒸発の場合、その蒸発量は、第２のハロゲン化物の蒸気圧で決まる。ハロゲン化物の蒸気圧は、放電空間の最冷部温度で決まる。また、第２のハロゲン化物は、その点灯中の蒸気圧が水銀のそれよりは低いが、第１のハロゲン化物よりは明らかに高いので、ランプ電圧は、所要値に維持される。
【００７４】
したがって、本発明のメタルハライドランプにおいては、水銀を本質的に封入していないにもかかわらず所望に作動し、水銀を封入した従来技術とほぼ同等の電気特性および発光特性を得ることができる。すなわち、発光色がＪＩＳに規格化された白の色度範囲を満足し、しかも発光効率が高くて全光束が多い。なお、上記において「ほぼ」とは、従来技術に比較して実用可能な範囲内で多少劣るような差があることを許容するという意味である。この程度のことは、メタルハライドランプが電子化されている点灯装置によって点灯されることを考慮すれば、実用上全く差し支えない範囲である。しかし、前述したように所望により気密容器に保温手段を適用することにより、さらにランプ電圧を高くすることもできる。
【００７５】
また、本発明においては、水銀を封入した従来技術における前述した種々の問題を改善することができる。
【００７６】
以下、本発明により奏する作用効果を列挙して整理する。
１．白色の発光が得られる。
【００７７】
第１のハロゲン化物がナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃのハロゲン化物を主体としていて、しかも、水銀を本質的に封入していないので、点灯により生じる光の色度が日本工業規格ＪＩＳＤ５５００−１９８４において規定されている白の色度の範囲に入る白色の発光が得られる。白色光は、用途が広い。
２．光束立上り特性が良好である。
【００７８】
キセノンを１気圧以上の圧力で封入していることにより、始動時の光束立上り特性が良好になる。このことは、自動車などの移動体の前照灯において極めて重要である。
３．水銀を封入したものとほぼ比較し得る程度のランプ効率が得られる。なお、本発明の構成に加えて気密容器を保温したり、セシウムＣｓのハロゲン化物を放電媒体に添加したりすることにより、水銀を封入したものより高いランプ効率を得ることもできる。
【００７９】
すなわち、本発明によれば、後述する各実施例に示されているところを表２にまとめて示したように、７２ｌｍ／Ｗ以上の発光効率、換言すれば３５Ｗで点灯したときに全光束が少なくとも２５２０ｌｍを有するので、水銀を封入したものとほぼ比較し得る程度のメタルハライドランプを得ることができる。なお、表２は、本発明の後述する各実施例のランプ効率を光束値に換算して、その最低値および最高値を、水銀を封入する従来例に相当する比較例の光束値と対比しながら示している。
【００８０】
【表２】
実施例No. 掲載表各ランプの最低値（lm）最高値（lm）比較例（lm）
１３２５２０２７３０２８００
２６２７３０２８３５３０４５
３１０３１５０３２９０３１１５
４１１２７６５２８７０ −
５１２３２２０３２９０３０１０
６１５２６２５ − ２８００

表２から理解できるように、本発明においては、水銀を封入した従来のメタルハライドランプに比較し得る程度のランプ効率を得ることができるばかりか、保温手段を配設したり、セシウムＣｓのハロゲン化物を添加したりするなどの構成を付加することによって従来のものより優れたランプ効率を得ることも可能である。
４．水銀を封入したものとほぼ同等のランプ電圧を確保することができる。
【００８１】
前記特定金属のグループから選択された金属のハロゲン化物を主体とする第２のハロゲン化物を封入することにより、水銀を本質的には用いないにもかかわらず無理なくランプ電圧を高めることができる。これに伴いランプ電流を比較的小さくして、所要のランプ電力を投入できる。
５．気密容器が破裂しにくい。
【００８２】
点灯中の蒸気圧が極端に高くならないので、水銀封入時の６０％程度に低減させることが容易であるため、気密容器の点灯中の破裂が少なくなる。
６．始動電圧が比較的低くて始動や瞬時再始動が容易である。
【００８３】
第２のハロゲン化物の蒸気圧が、水銀に較べると、殆どの場合、明らかに低いので、始動電圧が低くなるとともに、瞬時再始動が容易になる。このため、始動や再始動のために印加する始動パルス電圧の波高値を低減することができるので、点灯回路、イグナイタ、配線および照明器具の絶縁耐力を低くして安価にすることができる。
７．反射鏡を用いた光学系において、高い集光効率が得られる。
【００８４】
本発明のメタルハライドランプは、反射鏡を用いた光学系と組み合わせると、驚くべきことに極めて高い集光効率が得られることが分かった。その理由は、水銀に代えて第２のハロゲン化物を封入すると、図２３に示すようにアークが絞られることが効果的に作用している。
【００８５】
このため、本発明のメタルハライドランプをたとえば前照灯の光源として用いると、照射面照度を著しく向上させることができる。
８．調光が可能になる。
【００８６】
ランプへの入力が変化した場合でも、発光の色温度および演色性の変化が少ないので、調光が可能となる。したがって、日中の点灯（デイライト）が可能になる。
９．形状および寸法などのばらつきに対する発光色のばらつきが少ない。
【００８７】
発光管の形状および寸法などのばらつきに対するランプ特性の変化が少ないので、発光色のばらつきが少ない。
１０．直流点灯するのに好適である。
【００８８】
水銀を封入する従来のメタルハライドランプを直流点灯すると、発光金属のたとえばナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃは正にイオン化されるので、陰極側に吸引され、陽極側は陰極側に比較して発光金属の濃度が小さくなる。一方、水銀も多少陰極側に吸引されるが、元々水銀の量は圧倒的に多いので、陽極側にも十分な量の水銀が存在する。その結果、陰極側は発光金属が十分発光するが、陽極側は発光金属の発光が著しく弱くなり、水銀の発光が主となる。このため、電極間に著しい色分離を来すので、実用に適さない。したがって、色分離を問題にする応用分野においては、水銀を封入するメタルハライドランプは、専ら交流点灯により使用されている。
【００８９】
これに対して、本発明おいては、水銀を本質的に封入しない代わりに第２のハロゲン化物を封入することにより、直流点灯であっても、電極間の色温度の差は小さく、十分に実用できる。これは第２のハロゲン化物は、可視域に発光しにくいので、第１のハロゲン化物の金属が陽極側でも強く発光するからである。
【００９０】
請求項２の発明のメタルハライドランプ点灯装置は、請求項１記載のメタルハライドランプと；メタルハライドランプを点灯する電子化点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００９１】
本発明は、請求項１に規定するメタルハライドランプを点灯するための点灯装置が電子化されたメタルハライドランプ点灯装置である。
【００９２】
請求項３の発明のメタルハライドランプ点灯装置は、請求項１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点灯直後に定格ランプ電流の少なくとも３倍の電流をメタルハライドランプに供給し、時間の経過に伴い電流を低減するように構成されている点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００９３】
本発明は、自動車の前照灯用として要求される光束立上り特性を満足するメタルハライドランプ点灯装置を規定している。すなわち、点灯回路がメタルハライドランプの点灯直後に上記のように大きな電流をメタルハライドランプに供給するように構成されていることで、メタルハライドランプに水銀が封入されていないにもかかわらず、光束立上りを早くするとともに、メタルハライドランプのランプ電圧を高く維持するともに、水銀を封入した従来のメタルハライドランプと比較し得る程度のランプ効率を得ることができる。
【００９４】
点灯回路は、交流動作および直流動作のいずれでもよい。
【００９５】
請求項４の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１記載のメタルハライドランプと；を具備していることを特徴としている。
【００９６】
本発明は、請求項１記載のメタルハライドランプを何らかの照明目的のために使用する装置の全てに適応するものである。短アーク形の場合には、特に反射鏡およびまたはレンズなどの光学系と組み合わせて用いる照明装置、たとえば液晶プロジェクタ、オーバヘッドプロジェクタ、自動車などの移動体の前照灯、光ファイバー照明装置、スポットライトなどの店舗用照明器具などに好適である。
【００９７】
また、長アーク形の場合には、一般照明用の各種照明器具たとえばダウンライト、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、さらには表示装置などに用いることができる。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００９８】
＜本発明のメタルハライドランプの実施の形態について＞
図１は、本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態を示す中央断面正面図である。図において、１は気密容器、２は電極、３は封着金属箔、４は外部リード線である。本実施の形態は、前照灯用として好適な小形で、短アーク形のメタルハライドランプである。
【００９９】
気密容器１は、石英ガラス製で、回転楕円面形状に成形してなり、楕円の長軸方向の両端に一対の細長い封止部１ａ、１ａを一体に備えている。
【０１００】
電極２は、電極軸２ａおよび電極軸２ａの先端部を気密容器１内へ少し突出させている。電極軸２ａの基部は、封止部１ａ内において、封着金属箔３の一端に溶接されている。なお、電極２の先端には電極コイルを装着していない。
【０１０１】
封着金属箔３は、モリブデン箔からなり、封止部１ａ内に気密に埋設されるとともに、他端に外部リード線４が溶接されている。
【０１０２】
気密容器１内には、放電媒体として、希ガス、第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物が封入されている。
【０１０３】
上記気密容器１、一対の電極２、２および放電媒体は、発光管ＩＢを構成する。
【実施例１】
【０１０４】
実施例１は、図１に示す本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態に示す構造において、主な仕様が次のとおりである。
【０１０５】
気密容器１：内径４ｍｍ、内容積が０．０５ｃｃ
電極間距離：４．２ｍｍ
放電媒体：
希ガス＝キセノン１気圧
第１のハロゲン化物＝ヨウ化スカンジウムＳｃＩ_３０．１４ｍｇ
＋ヨウ化ナトリウムＮａＩ０．８６ｍｇ
第２のハロゲン化物＝表３に示すハロゲン化物１ｍｇ
実施例１のメタルハライドランプについて、入力電力３５Ｗ一定で点灯して、ランプ電圧、発光効率、平均演色評価数（以下、「演色性」という。）Ｒａおよび色温度を、以下に示す比較例のそれとともに測定した結果を併せて表３に示す。なお、比較例は、第２のハロゲン化物に代えて水銀１ｍｇを封入した以外は実施例１と同一仕様である。
【０１０６】
【表３】
ランプ第２のハロゲン化物ランプ電圧発光効率演色性色温度
（V）（lm/W）（Ra）（K）
１（比較例） − ８３８０６３４１２０Ｋ
２ＡｌＩ₃ ６２７８６５３８６０Ｋ
３ＦｅＩ₂ ７０７３７１４２１０Ｋ
４ＺｎＩ₂ ７５７８６５３８３０Ｋ
５ＳｂＩ₃ ６３７５６６３７９０Ｋ
６ＭｎＩ₂ ５５７２６８３９５０Ｋ
７ＣｒＩ₂ ５８７４６５３８６０Ｋ
８ＧａＩ₃ ５９７６６６３７６０Ｋ
９ＲｅＩ₃ ６１７８６４３８４０Ｋ
表３から明らかなように、実施例１においては、ランプ電圧が５０Ｖ以上で、発光効率は従来例より若干低いが、演色性が向上する傾向が見られた。
【０１０７】
以上から、実施例１は、定常時の特性が比較例１とほぼ同等であると評価できる。
【０１０８】
次に、表３における実施例１中のランプ３とランプ１（比較例）とについて、入力電力１５Ｗ、２０Ｗ、２５Ｗおよび３０Ｗで点灯したときの演色性および色温度を測定した結果を表４に示す。
【０１０９】
【表４】
ランプ１５Ｗ２０Ｗ２５Ｗ３０Ｗ
１（比較例）演色性（Ra）４０４５５８６１
色温度（K）５６４０４９７０４６３０４３５０
３演色性（Ra）６３６４６６６９
色温度（K）４５３０４４４０４３１０４２４０
表３および表４を比較対照して明らかなように、ランプ１の比較例では３５Ｗ（表２参照）から１５Ｗまで入力を変化させた場合、色温度が１５２０Ｋ変化し、演色性は２３変化した。これでは変化が大きすぎて、実際上調光できない。
【０１１０】
これに対して、実施例１においては、色温度の変化は３２０Ｋ、演色性の変化はわずかに８であり、十分調光が可能である。
【０１１１】
次に、実施例１において、再始動について評価した結果を表５に示す。
【０１１２】
なお、ランプ１０として、キセノンＸｅを１００Torr封入した以外はランプ３と同一仕様の比較例を製作して、これについても再始動電圧を測定した結果を示す。
【０１１３】
【表５】
ランプ再始動電圧（ｋＶ）
１（比較例）１４
３７
１０３
表５に示すように、実施例１においては、再始動電圧が比較例に比較して半分になる。特に希ガスの封入圧を低くして、光束立上り特性を重視しないランプ１０においては、著しい改善が見られた。
【０１１４】
図２は、実施例１において、キセノンＸｅの封入圧に対する光束立上り時間の関係を示すグラフである。図において、横軸はＸｅ封入圧（気圧）を、縦軸は光束立上り時間（秒）を、それぞれ示す。
【０１１５】
図から明かなように、封入圧が１気圧以上になると、光束立上り時間が著しく短縮されるが、１気圧未満では著しく長い。
【０１１６】
図３は、実施例１において、第２のハロゲン化物としてヨウ化鉄ＦｅＩ_２を用いた場合の封入量に対するランプ電圧の関係を示すグラフである。図において、横軸はＦｅＩ_２の封入量（ｍｇ／ｃｃ）を、縦軸はランプ電圧（Ｖ）を、それぞれ示す。
【０１１７】
図によれば、気密容器の内容積１ｃｃ当たり０．０５ｍｇ以上であれば、ランプ電圧が２０Ｖを超え、また１ｍｇ以上であれば、ランプ電圧が３０Ｖを超えることが分かる。なお、図示していないが、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２００ｍｇ以上では未蒸発のＦｅＩ_２が光を吸収するために発光効率が低下する。
【０１１８】
図４は、本発明のメタルハライドランプの第２の実施の形態を示す正面図である。本実施の形態は、図１に示すのと同様な小形の短アーク形のメタルハライドランプからなる発光管ＩＢを図１７に示す移動体の前照灯に装着するように構成したものである。図において、ＯＢは外管、Ｂは口金、ＩＴは絶縁チューブである。
【０１１９】
外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に発光管ＩＢを収納していて、両端が封止部１ａに固定されているが、気密ではなく、外気に連通している。一方の封止部１ａが口金Ｂに植立されている。他端から導出された外部リード線４は外管ＯＢに平行に延在して口金Ｂ内に導入され、図示しない端子に接続されている。
【０１２０】
絶縁チューブＩＴは、外部リード線４を被覆する。
【実施例２】
【０１２１】
図１に示す本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態に示す構造および実施例１と同サイズにおいて、放電媒体として以下のものを封入した。
【０１２２】
第１のハロゲン化物＝ヨウ化スカンジウムＳｃＩ_３０．１４ｍｇ
＋ヨウ化ナトリウムＮａＩ０．７ｍｇ
第２のハロゲン化物＝表１６に示すハロゲン化物０．４ｍｇ
希ガス＝キセノン５気圧
また、比較例として、さらに水銀を１ｍｇ封入したものを製作した。
【０１２３】
そうして、実施例２および比較例について、ランプ入力３５Ｗ一定で点灯して、ランプ電圧、発光効率、演色性（平均演色評価数）Ｒａおよび色温度を測定した結果を表６に示す。
【０１２４】
【表６】
ランプ第２のハロゲン化物ランプ電圧発光効率演色性色温度
（V）（lm/W）（Ra）（K）
１（比較例） − ８３８７６３４１２０
２ＡｌＩ₃ ６５８１６８３９６０
３ＦｅＩ₂ ７０７９７１４２１０
４ＺｎＩ₂ ７５８１６５３８３０
５ＭｎＩ₂ ６６８１６５４２３０
６ＧａＩ₃ ７６７８６５４３３０
比較例のランプ電圧は、水銀の封入量で決まるが、実施例２では第２のハロゲン化物の蒸発量で決まる。したがって、発光管の保温を良好にしておくことにより、所要のランプ電圧を容易に得ることができる。表６から理解できるように、実施例２において、ランプ電圧は、従来例より低めになるが、５０Ｖ以上であり、この種の小形のメタルハライドランプは、電子化された点灯回路を用いて点灯するので、実用的に問題ない。特性面では、発光効率は少し劣るが、可視域に少し添加金属（アルミニウムＡｌなど）の発光があるので、演色性は向上する傾向がある。
【０１２５】
図５は、実施例２における表６のランプ２および比較例であるランプ１における色度立上り特性を示す色度図である。この色度図中の枠で囲んだ部分は、日本工業規格ＪＩＳＤ５５００-1984において自動車用ランプ類の解説の中で説明されている白の色度範囲を示している。そして、図中曲線Ｅは、実施例２の色度立上り特性を示す。曲線Ｆは、比較例の色度立上り特性を示す。各曲線の測定点の近くに付与した数字は、点灯開始後の経過時間（秒）を示している。これらの測定は、各ランプを電源投入直後に２．６Ａのランプ電流を流し、その後徐々に電流を絞って３５Ｗの定格ランプ電力に定電力制御するように設定した点灯回路を用いて点灯して行った。
【０１２６】
図から明らかなように、実施例２においては、点灯後０．５秒以内に発光が白色範囲に入るのに対して、比較例では１８秒後に白色範囲に入った。
【０１２７】
次に、表６におけるランプ２および１をランプ入力１５Ｗ、２０Ｗ、２５Ｗおよび３０Ｗで点灯したときの平均演色評価数Ｒａおよび色温度（Ｋ）を測定した結果を表７に示す。
【０１２８】
【表７】
ランプ項目１５Ｗ２０Ｗ２５Ｗ３０Ｗ
１（比較例）Ｒａ４０４５５８６１
色温度（K）５６４０４９７０４６３０４３５０
２Ｒａ６３６４６５６６
色温度（K）４２８０４２２０４１１０４０４０
表７において、ランプ１（比較例）は、水銀の蒸気圧が高いので、ランプ入力１５Ｗに低減しても水銀は全て蒸発している。このため、ランプ入力が少なくなるにしたがって水銀の発光が支配的になってきて色温度が上昇し、反対に演色性が低下していくので、比較例は実用的な意味で調光には向かないことが理解できるであろう。
【０１２９】
これに対して、ランプ２（実施例２）は、演色性および色温度とも変化が少なく、十分調光に適していることを理解できる。
【０１３０】
さらに、実施例２の瞬時再始動（ホットリスタート）の際の再始動電圧を測定した結果を表８に示す。測定は、ランプを３０分間点灯して消灯し、１０秒後に再始動させたときの再始動電圧を測定した。なお、消灯時間が長くなると、電極温度が低下して始動しにくくなる。一方、発光管ＩＢ内の水銀や金属ハロゲン化物の蒸気圧は消灯時間が長くなると、低下して始動しやすくなる。これらの相反する傾向の結果、再始動は消灯時間が１０秒程度が最も始動しにくい。
【０１３１】
【表８】
ランプ第２のハロゲン化物再始動電圧（ｋＶ）
１（比較例） − １５．２
２ＡｌＩ₃ ８．７
３ＦｅＩ₂ ９．１
４ＺｎＩ₂ ９．６
５ＭｎＩ₂ ９．３
６ＧａＩ₃ ８．３
ランプ１（比較例）は、水銀蒸気圧がまだ高いため、始動電圧が高い。
【０１３２】
これに対して、ランプ２〜６（実施例２）は、定常点灯中においては第２の金属ハロゲン化物の金属蒸気圧が水銀のそれより明らかに低い。それでも消灯後１０秒は、金属ハロゲン化物の金属蒸気圧と水銀との蒸気圧差が最も少なくなっているときである。このことは、実施例２は、再始動特性が水銀を封入する比較例に比べてすこぶる良好であることを示している。
【０１３３】
次に、実施例２のメタルハライドランプを直流点灯した場合の電極付近の色特性を測定した結果を表９に示す。なお、これはランプを入力３５Ｗで点灯したときにスクリーンに投影して、陽極付近と陰極付近との色温度（Ｋ）を測定して求めたものである。
【０１３４】
【表９】
ランプ第２のハロゲン化物陽極側色温度（K）陰極側色温度（K）
１（比較例） − ５３３０３７２０
２ＡｌＩ₃ ４２１０３８４０
３ＦｅＩ₂ ４４２０４０１０
４ＺｎＩ₂ ４０８０３６５０
５ＭｎＩ₂ ４４５０４０６０
６ＧａＩ₃ ４５３０４１３０
ランプ１（比較例）は、陽極側と陰極側との色温度の差が大きい。このような色温度差を前照灯の設計でカバーするのは無理である。
【０１３５】
これに対して、ランプ２〜６（実施例２）は、色温度差が小さいので、十分実用に適している。
【実施例３】
【０１３６】
実施例３は、図４に示す本発明のメタルハライドランプの第２の実施の形態に示す構造に加えて、外管ＯＢの両端をそれぞれ発光管ＩＢの封止部１ａ、１ａに気密に封着し、内部を真空にした構成を備えている。その他の構成は、放電媒体を含めて実施例１と同一である。なお、比較例は、実施例２における比較例と同一仕様で、かつ、図４において、外管ＯＢ内を真空にした。
【０１３７】
そうして、実施例３および比較例について、ランプ電圧（Ｖ）、発光効率（ｌｍ／Ｗ）、演色性（平均演色評価数）Ｒａおよび色温度（Ｋ）を測定した結果を表２０に示す。
【０１３８】
【表１０】
ランプ第２のハロゲン化物ランプ電圧発光効率演色性色温度
（V）（lm/W）（Ra）（K）
１（比較例） − ８４８９６３４０１０
２ＡｌＩ₃ ７０９４６８３８９０
３ＦｅＩ₂ ７６９１７３４１２０
４ＺｎＩ₂ ８１９１６８３７２０
５ＭｎＩ₂ ７１９２６７４１１０
６ＧａＩ₃ ８０９０６５４３３０
実施例３においては、外管ＯＢ内を真空にしたことにより、ランプ電圧が高くなるとともに、発光効率が飛躍的に向上する。これに対して、比較例では若干改善される程度であった。
【実施例４】
【０１３９】
実施例４は、図１に示すメタルハライドランプと同じ構造および実施例１と同サイズにおいて、放電媒体を以下のとおり封入した。
【０１４０】
第１のハロゲン化物＝ヨウ化スカンジウムＳｃＩ_３０．１４ｍｇ
＋ヨウ化ナトリウムＮａＩ０．７ｍｇ
第２のハロゲン化物＝ヨウ化亜鉛ＺｎＩ_２０．４ｍｇおよび表１０に示す
添加ハロゲン化物０．１ｍｇ
希ガス＝キセノン５気圧
そうして、実施例４について、ランプ電圧（Ｖ）、発光効率（ｌｍ／Ｗ）、演色性（平均演色評価数）Ｒａおよび色温度（Ｋ）を測定した結果を表１１に示す。
【０１４１】
【表１１】
ランプ添加ハロゲン化物ランプ電圧発光効率演色性色温度
（V）（lm/W）（Ra）（K）
１ＭｇＩ₂ ８８８１６５３８９０
２ＮｉＩ₂ ９１８０６６３９９０
３ＣｏＩ₂ ８８８２６７４０２０
４ＣｒＩ₂ ９６８２６４４１１０
５ＳｂＩ₃ ８３７９６６３８１０
６ＲｅＩ₂ ８６８０６６３９６０
第２のハロゲン化物は、一般に水銀より蒸気圧が低いが、同一圧力では水銀よりランプ電圧形成に大きく貢献する。
【０１４２】
しかし、水銀は、蒸気圧が常に高いので、移動体の前照灯用などの定格ランプ電力が１００Ｗ以下のような負荷が小さい小形のメタルハライドランプにおいては、水銀は完全に蒸発する。このため、水銀の封入量によりランプ電圧を調節することができる。
【０１４３】
これに対して、第２のハロゲン化物を水銀に代えて封入する場合には、封入したハロゲン化物が不完全蒸発の段階で蒸気圧が飽和してしまうため、ランプ電圧はそれ以上増加しない。
【０１４４】
しかしながら、実施例４のように第２のハロゲン化物を複数種封入することでランプ電圧をさらに上昇させることができる。すなわち、第２のハロゲン化物のうち一方のハロゲン化物が飽和したとき、添加した第２のハロゲン化物の蒸発がランプ電圧の増加に貢献する。したがって、第２のハロゲン化物は、一種のときより複数種混合したときの方がランプ電圧を高くすることができる。
【実施例５】
【０１４５】
本実施例は、図１に示すメタルハライドランプと同じ構造および実施例１と同サイズにおいて、放電媒体を以下のとおり封入した。
【０１４６】
第１のハロゲン化物＝ヨウ化スカンジウムＳｃＩ_３０．１４ｍｇ
＋ヨウ化ナトリウムＮａＩ０．７ｍｇ
第２のハロゲン化物＝表１１に示すハロゲン化物０．４ｍｇ
第３のハロゲン化物＝ヨウ化セシウムＣｓＩ０．１ｍｇ
希ガス＝キセノン５気圧
また、比較例として、第２のハロゲン化物に代えて水銀１ｍｇを封入した以外は実施例５と同一仕様のメタルハライドランプを製作した。
【０１４７】
そうして、実施例５および比較例について、ランプ入力３５Ｗ一定で点灯して、ランプ電圧（Ｖ）、発光効率（ｌｍ／Ｗ）、演色性（平均演色評価数）Ｒａおよび色温度（Ｋ）を測定した結果を表１２に示す。
【０１４８】
【表１２】
ランプ第２のハロゲン化物ランプ電圧発光効率演色性色温度
（V）（lm/W）（Ra）（K）
１（比較例） − ８３８６６３４１４０
２ＡｌＩ₃ ６３９３６８３９４０
３ＦｅＩ₂ ６８９２７０４１８０
４ＺｎＩ₂ ７３９４６６３８００
５ＭｎＩ₂ ６５９４６５４２００
６ＧａＩ₃ ７５９２６５４３１０
実施例５においては、ヨウ化セシウムＣｓＩを第３のハロゲン化物として添加したことにより、演色性Ｒａおよび色温度は殆ど変わらないが、アークの温度分布が平坦化されるために、熱損失が低下して発光効率が向上する。しかし、水銀を封入した比較例においては、第３のハロゲン化物を添加しても効率向上は見られない。
【０１４９】
また、実施例５は、発光効率の低い水銀の発光がないことにより、発光効率は比較例より高くなる。
【０１５０】
次に、ランプ３において、第３のハロゲン化物であるヨウ化セシウムＣｓＩの封入量を変化させた場合の発光効率（ｌｍ／Ｗ）を表１３に示す。
【０１５１】
【表１３】
ＣｓＩ封入量（ｍｇ）発光効率（ｌｍ／Ｗ）
０．００５８３
０．０１８５
０．０５８８
０．１９２
０．３９１
０．５９０
１．０８９
２．０８４
２．５７９
表１３から理解できるように、ＣｓＩの添加は０．０１ｍｇから効果がある。しかし、添加量が多すぎると、発光金属の蒸気圧を低くしてしまい効率低下をきたす。
【０１５２】
さらに、実施例５および比較例について前述の実施例４におけるのと同一条件で瞬時再始動（ホットリスタート）の際の再始動電圧を測定した結果を表１４に示す。
【０１５３】
【表１４】
ランプ第２のハロゲン化物再始動電圧（ｋＶ）
１（比較例） − １５．２
２ＡｌＩ₃ ９．２
３ＦｅＩ₂ ９．６
４ＺｎＩ₂ １０．１
５ＭｎＩ₂ ９．８
６ＧａＩ₃ ８．９
実施例５においては、水銀を封入している比較例より格段と再始動電圧が低いが、第３のハロゲン化物であるヨウ化セシウムＣｓＩを封入しない場合に較べると、若干再始動電圧が高くなる傾向がある。しかし、実用的には全く問題はない。
【０１５４】
図６は、本発明のメタルハライドランプの第３の実施の形態を示す正面図である。図において、図１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。本実施の形態は、移動体の前照灯用として好適なものである点で共通しているが、直流点灯するように構成している点で異なる。
【０１５５】
すなわち、図中、２_Ｋは陰極、２_Ａは陽極である。
【０１５６】
気密容器１は、楕円球状をなし、両端に長さ３０ｍｍの封止部１ａを備えている。
【０１５７】
陰極２_Ｋは、タングステン棒からなる。その基端部は、封止部１ａ内に埋設されたモリブデン箔３の一端に溶接されている。
【０１５８】
陽極２_Ａは、タングステン棒からなる。その基端部は、上記と同様のモリブデン箔３の一端に溶接されている。
【０１５９】
外部リード線４は、導体からなり、モリブデン箔３の他端に溶接されている。
【０１６０】
上記構造のメタルハライドランプを製造するには、まず気密容器１の両端に封止部１ａを形成するための封止管を接合したものを用意する。
【０１６１】
次に、陰極２_Ｋ、モリブデン箔３および外部リード線４の接続組立体を一方の封止管の中に挿入した後、酸水素バーナーを用いて封止管を加熱溶融し、ピンチシールにより封止して陰極２_Ｋを気密容器１に封着する。
【０１６２】
その後、窒素ガス雰囲気中で他方の封止管から第１および第２のハロゲン化物を気密容器１中に封入し、さらに陽極２_Ａ、モリブデン箔３および外部リード線４の接続組立体を封止管内に挿入し、所定の電極間距離に設定する。
【０１６３】
さらに、これらの組立体を封止管を介して排気系に装着して気密容器１内を排気し、続いてキセノンを２気圧導入した後、気密容器１を冷却しながら他方の封止管を酸水素バーナーで加熱溶融してからピンチシールにより陽極２_Ａを気密容器１に封着してメタルハライド放電ランプを完成する。放電媒体のうち、ハロゲン化物として実施例６のものを封入した。
【実施例６】
【０１６４】
本実施例は、図６に示すメタルハライドランプと同じ構造において、主な仕様を以下のとおりとした。
【０１６５】
気密容器１：内径４ｍｍ、長さ７ｍｍ
陰極２_Ｋ：直径０．４ｍｍ、長さ６ｍｍのトリウム入り
陽極２_Ａ：直径０．８ｍｍ、長さ６ｍｍ
電極間距離：４．２ｍｍ
外部リード線４は、直径０．５ｍｍ、長さ２５ｍｍの導体
放電媒体：
第１のハロゲン化物＝ヨウ化スカンジウムＳｃＩ_３０．１７ｍｇ
＋ヨウ化ナトリウムＮａＩ０．８３ｍｇ
第２のハロゲン化物＝（ランプ２）ＺｎＩ_２０．４ｍｇ
＝（ランプ３）ＡｌＩ_３０．２ｍｇ
＝（ランプ４）ＦｅＩ_２０．４ｍｇ
希ガス＝Ｘｅ２気圧
なお、比較例（ランプ１）として、第２のハロゲン化物に代えて水銀１ｍｇを封入した以外は実施例６と同一仕様のメタルハライドランプを製作した。
【０１６６】
そうして、ランプ２（実施例６）およびランプ１（比較例）について、ランプ入力を定格３５Ｗに対して２０Ｗ、２５Ｗ、３０Ｗおよび３５Ｗで点灯したときの発光効率（ｌｍ／Ｗ）、演色性（平均演色評価数）Ｒａおよび色温度（Ｋ）を測定した結果を表１５に示す。
【０１６７】
【表１５】
ランプランプ電力発光効率演色性色温度
（W）（lm/W）（Ra）（K）
１（比較例）２０４５４９７０
３５８０６５４１００
２２０６４４４００
２５６６４３１０
３０６９４２４０
３５７５７０４１９０
図７は、実施例６におけるランプ２の色度立上り特性を比較例のそれとともに示す色度図である。図において、曲線Ｇは実施例６の光束立上り特性を示す。曲線Ｈは比較例の光束立上り特性を示す。
【０１６８】
実施例６の色度は、点灯初期から白色領域にある。これに対して、比較例の色度は、白色領域に入るまで約１分間を要した。
【０１６９】
次に、実施例６の各ランプについて定格ランプ電力の２０％増しである４２Ｗで６０分間点灯して１５秒消灯の点滅試験を行って気密容器の破裂の有無を調査した結果、いずれも１０００時間経過では破裂したものはなかった。
【０１７０】
さらに、消灯２秒後の瞬時再始動に必要な再始動電圧の測定とを行った結果を表１６に示す。
【０１７１】
【表１６】
ランプ再始動電圧（ｋＶ）
１１２
２５
３４
４４．３
図８は、図６に示す本発明のメタルハライドランプの第３の実施の形態において、希ガスの封入圧力を変化させた場合の光束立上り時間との関係を示すグラフである。図において、横軸はキセノン封入圧力（気圧）を、縦軸は光束立ち上がり時間（秒）を、それぞれ示す。
【０１７２】
図からキセノンの封入圧力が１気圧以上になると、急激に光束立上り時間が短縮して、実用可能になることが分かった。
【０１７３】
図９は、実施例６のランプ２において、第２のハロゲン化物としてＺｎＩ_２の封入量（ｍｇ／ｃｃ）を変化させた場合のランプ電圧（Ｖ）の関係を示すグラフである。図からＺｎＩ_２を１ｍｇ／ｃｃ以上封入すれば、電子化点灯回路を用いて点灯する場合のランプ電圧の要望値である３０Ｖ以上にできることを理解できる。
【実施例７】
【０１７４】
本実施例は、図１に示すのと基本的に同様な構造であるが、後述する本発明の照明装置の第２の実施の形態に用いるのに好適なように構成されたメタルハライドランプである。
【０１７５】
電極間距離：２ｍｍ
定格ランプ電力：８０Ｗ
放電媒体：
第１のハロゲン化物＝ヨウ化スカンジウムＳｃＩ_３０．３ｍｇ
＋ヨウ化ナトリウムＮａＩ１．５ｍｇ
第２のハロゲン化物
(ランプ２)＝ＺｎＩ_２１ｍｇ＋ＡｌＩ_３１ｍｇ＋ＭｎＩ_２１ｍｇ
(ランプ３)＝ＺｎＩ_２２ｍｇ＋ＧａＩ_３１ｍｇ＋ＣｒＩ_２１ｍｇ
希ガス＝キセノン５気圧
また、比較例として第２のハロゲン化物に代えて水銀１５ｍｇを封入した他は実施例７と同一仕様のメタルハライドランプを製作した。
【０１７６】
そうして、実施例７および比較例を定格８０Ｗ一定で点灯してランプ電圧（Ｖ）、発光効率（ｌｍ／Ｗ）、演色性（平均演色評価数）Ｒａおよび色温度（Ｋ）を測定した結果を表１７に示す。
【０１７７】
【表１７】
ランプランプ電圧（V）発光効率（lm/W）演色性（Ra）色温度（K）
１（比較例）６３９４６３４０２０
２５８８８６８３９２０
３６２８９６９４１１０
表１７から理解できるように、実施例７においては、水銀を封入する比較例とほぼ同等の特性が得られる。また、後述する本発明の照明装置の第２の実施の形態に好適であるが、この照明装置中のシステムにおいては、入力を変えて調光する必要が増すので、その点で調光が可能であることは極めて有用である。
【０１７８】
＜本発明のメタルハライドランプ点灯装置の実施の形態について＞
図１０は、本発明のメタルハライドランプ点灯装置の第１の実施の形態を示す回路図である。本実施の形態は、メタルハライドランプを直流点灯するように構成したものである。図において、７１は直流電源、７２はチョッパ、７３は制御手段、７４はランプ電流検出手段、７５はランプ電圧検出手段、７６は始動手段、７７はメタルハライドランプである。
【０１７９】
直流電源７１は、バッテリーまたは整流化直流電源が用いられる。自動車などの移動体の場合には、一般的にバッテリーが用いられる。しかし、交流を整流する整流化直流電源であってもよい。必要に応じて電解コンデンサ７１ａを並列接続して平滑化を行う。
【０１８０】
チョッパ７２は、直流電圧を所要値の電圧に変換するとともに、メタルハライドランプ７７を所要に制御する。直流電源電圧が低い場合には、昇圧チョッパを用い、反対に高い場合には降圧チョッパを用いる。
【０１８１】
制御手段７３は、チョッパ７２を制御する。たとえば、点灯直後にはメタルハライドランプ７７に定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ７２から流し、その後時間の経過とともに徐々にランプ電流を絞っていき、やがて定格ランプ電流にするように制御する。
【０１８２】
ランプ電流検出手段７４は、ランプと直列に挿入されてランプ電流を検出して制御手段７３に制御入力する。
【０１８３】
ランプ電圧検出手段７５は、ランプと並列的に接続されてランプ電圧を検出して制御手段７３に制御入力する。
【０１８４】
制御手段７３は、ランプ電流とランプ電圧との検出信号が帰還入力されることにより、定電力制御信号を発生して、チョッパ７２を定電力制御する。また、制御手段７３は、時間的な制御パターンが予め組み込まれたマイコンが内蔵されていて、点灯直後には定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をメタルハライドランプ７７に流し、時間の経過とともにランプ電流を絞るようにチョッパ７２を制御するように構成されている。
【０１８５】
始動手段７６は、始動時に２０ｋＶのパルス電圧をメタルハライドランプ６７に供給できるように構成されている。
【０１８６】
そうして、本実施の形態のメタルハライドランプ点灯装置によると、直流点灯しながら点灯直後から所要の光束を発生する。これにより、自動車などの移動体用の前照灯として必要な電源投入後１秒後に定格に対して光束２５％、４秒後に光束８０％の点灯を実現することができる。
【０１８７】
本実施の形態の場合、直流−交流変換回路が不要になるため、交流点灯に比較して約３０％コスト低減が可能である。また、重量で１５％軽減できる。これに伴い点灯回路が安価になる。
【０１８８】
図１１は、本発明のメタルハライドランプ点灯装置の第２の実施の形態を示す回路図である。図において、図１０と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。本実施の形態は、メタルハライドランプを交流点灯するように構成した点で異なる。
【０１８９】
７８は交流変換手段である。この交流変換手段７８は、フルブリッジインバータからなる。すなわち、一対のスイッチング手段７８ａ、７８ａの直列回路の一対をチョッパ７２の出力端間に並列接続してブリッジ回路を構成し、発振器７８ｂの発振出力を４個のスイッチング手段７８ａの対角方向のスイッチング手段に交互に供給してブリッジ回路の出力端間に高周波交流を発生するものである。
【０１９０】
そして、高周波交流によってメタルハライドランプ７７が点灯されるようになっている。
【０１９１】
この交流点灯形式の構成においても、図１０と同様な制御が行われるようになっている。
【０１９２】
＜本発明の照明装置の実施の形態について＞
図１２は、本発明の照明装置の第１の実施の形態としての自動車などの移動体用の前照灯を示す斜視図である。図において、３１は反射鏡、３２は前面カバーである。
【０１９３】
反射鏡３１は、プラスチックスの成形によって異形の回転放物面に形成され、頂部背面から図４に示すメタルハライドランプ（図示しない。）を着脱するように構成されている。
【０１９４】
前面カバー３２は、透明性のプラスチックスの成形によりプリズムまたはレンズを一体に形成していて、反射鏡の前面開口に気密に装着される。
【０１９５】
図１３および図１４は、本発明の照明装置の第２の実施の形態としての移動体用の前照灯を示し、図１３は概念図、図１４は光分配器の部分の概念図である。各図において、８１は点灯回路、８２は光分配器、８３は主幹光ファイバー、８４は光シャッター８５は個別光ファイバー、８６は灯器である。
【０１９６】
点灯回路８１は、図１０または図１１に示す点灯回路のいずれをも用いることができる。
【０１９７】
光分配器８２は、ケース８２ａ、集光反射面８２ｂ、メタルハライドランプ８２ｃおよび光コネクタ８２ｄを備えている。そして、メタルハライドランプ８２ｃから発生した光を光コネクタ８２ｄの部分から主幹光ファイバー８３に分配する。
【０１９８】
主幹光ファイバー８３は、光分配器８２から分配された光を光シャッター８４に伝送する。
【０１９９】
光シャッター８４は、個別ファイバー８５を介して各灯器８６に選択的に伝送する。
【０２００】
灯器８６は、ハイビーム灯器８６ａ、ロービーム灯器８６ｂおよびフォグ灯器８６ｃが１組となり、その２組が自動車などの移動体の前部両側に配設される。
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、放電媒体がナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃのハロゲン化物を主体とする第１のハロゲン化物と、点灯中の蒸気圧が相対的に大きくて、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で、前記特定の金属の気密容器内容積１ｃｃ当たり１．５ｍｇ超のハロゲン化物を主体とする第２のハロゲン化物と、１気圧以上の圧力で封入されたキセノンとを含み、本質的に水銀を含まない放電媒体とを具備し、ＪＩＳ規格に適合する白の色度範囲を満足し、かつ、３５Ｗ点灯で少なくとも２５２０ｌｍの白色光を発生することにより、環境負荷の大きい水銀を本質的には用いないにもかかわらず、所望のランプ電圧を維持するとともに発光効率が高くて全光束が多くなり、水銀を封入したものとほぼ同等の電気特性および発光特性を有し、しかも白色の発光を行うので、自動車前照灯用として好適なメタルハライドランプを提供することができる。
【０２０１】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果を有する点灯装置が電子化された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。
【０２０２】
請求項３の発明によれば、請求項１の効果を有する自動車前照灯用として好適な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。
【０２０３】
請求項４の発明によれば、請求項１の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態を示す中央断面正面図
【図２】実施例１において、キセノンＸｅの封入圧に対する光束立上り時間の関係を示すグラフ
【図３】実施例１において、第２のハロゲン化物としてヨウ化鉄ＦｅＩ_２を用いた場合の封入量に対するランプ電圧の関係を示すグラフ
【図４】本発明のメタルハライドランプの第２の実施の形態を示す正面図
【図５】実施例２における表６のランプ２および比較例であるランプ１における色度立上り特性を示す色度図
【図６】本発明のメタルハライドランプの第３の実施の形態を示す正面図
【図７】実施例６におけるランプ２の色度立上り特性を比較例のそれとともに示す色度図
【図８】図６に示す本発明のメタルハライドランプの第３の実施の形態において、希ガスの封入圧力を変化させた場合の光束立上り時間との関係を示すグラフ
【図９】実施例６のランプ２において、第２のハロゲン化物としてＺｎＩ_２の封入量（ｍｇ／ｃｃ）を変化させた場合のランプ電圧（Ｖ）の関係を示すグラフ
【図１０】本発明のメタルハライドランプ点灯装置の第１の実施の形態を示す回路図
【図１１】本発明のメタルハライドランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図
【図１２】本発明の照明装置の第１の実施の形態としての自動車用などの移動体用の前照灯を示す斜視図
【図１３】本発明の照明装置の第２の実施の形態としての移動体用の前照灯を示す概念図
【図１４】同じく光分配器の部分を示す概念図
【図１５】メタルハライドランプにおけるランプ電圧を説明するための概念図
【図１６】従来のプロジェクション用で短アーク形のメタルハライドランプの発光スペクトル分布を示すグラフ
【図１７】メタルハライドランプにおいて、水銀が封入されていない場合および水銀が封入されている場合のアーク温度分布を模式的に説明するグラフ
【符号の説明】
１…気密容器、１ａ…封止部、２…電極、２ａ…電極軸、３…封着金属箔、４…外部リード線、ＩＢ…発光管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a metal halide lamp that essentially does not contain mercury, a metal halide lamp lighting device including the metal halide lamp, and an illumination device.
[Prior art]
  A metal halide lamp in which a rare gas, a halide of a luminescent metal, and mercury are sealed in an arc tube having a pair of electrodes facing each other is widely used because of its relatively high efficiency and high color rendering. As is well known, metal halide lamps include a short arc type and a long arc type.
[0002]
  The short arc type metal halide lamp is used for light projection such as a liquid crystal projector and an overhead projector for condensing the light emitted from the lamp and projecting it on a screen, and for store lighting such as a downlight and a spotlight. In addition, in the field of floodlights, small and short arc type metal halide lamps have recently been used in place of halogen bulbs for automotive headlamps. The specification of a metal halide lamp for an automotive headlamp is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-7347, but it is indispensable to enclose about 2 to 15 mg of mercury.
[0003]
  By the way, there is a need for a metal halide lamp that does not require mercury encapsulation. For example, an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-1112045 has been made. In the present invention, helium or neon is sealed in place of mercury at a pressure of 100 to 300 Torr to obtain a required lamp voltage. Further, since these rare gases have a small atomic radius, quartz glass is used. Then, since it permeate | transmits, it is the structure of forming an airtight container with translucent ceramics.
[0004]
  However, metal halide lamps currently in practical use require mercury in order to obtain a desired lamp voltage and maintain electrical characteristics. That is, for example, if the lamp voltage is low, the lamp current must be increased to obtain the desired lamp input. In this case, an increase in current capacity and an increase in generated heat of related equipment such as a lighting circuit, a luminaire, and wiring become problems. In addition, when the lamp current is large, there is a problem that the lamp efficiency is lowered with an increase in electrode loss. That is, since the electrode drop voltage of the metal halide lamp is constant in the lamp, if the lamp voltage is low, it is necessary to increase the lamp current in order to make up the same lamp power to compensate for this, so the electrode loss is the lamp current. As a result, the lamp efficiency decreases. Therefore, in general, in a discharge lamp, it is advantageous to set the lamp voltage as close as possible to the lamp input voltage, that is, as high as possible within a range where the arc does not go out.
[0005]
  Next, the reason why the mercury sealing is necessary will be described while considering the lamp voltage.
[0006]
    Figure15These are the conceptual diagrams for demonstrating the lamp voltage in a metal halide lamp. In the figure, 1 is an airtight container, 2 and 2 are electrodes, and 3 and 3 are lead wires.
[0007]
  The lamp voltage Vl is a voltage appearing between the lead wires 3 and 3 in the lighting state of the metal halide lamp. A distance L between the electrodes 2 and 2 is referred to as an interelectrode distance.
[0008]
  The lamp voltage Vl can be expressed by Equation 1.
[0009]
[Expression 1]
Vl = E × L + Vd
  Here, E is the potential gradient of the plasma between the electrodes, and Vd is the electrode drop voltage.
[0010]
  The plasma potential gradient E can be expressed by Equation 2.
[0011]
[Expression 2]
E = I / 2π∫σr dr
  Here, I is the lamp current, σ is the electrical conductivity of the plasma, and is a function of the temperature T. r is a radial distance from the center to an arbitrary position.
[0012]
  Assuming that the substance A exists in the discharge space during the lighting of the metal halide lamp, the electrical conductivity σ at the temperature T of the substance A can be expressed by Equation 3.
[0013]
[Equation 3]
σ = C · N_E/ (T^1/2・ (N_A・ Q))
  Where C is a constant, N_EIs the electron density, N_AIs the density of the material, and Q is the collision cross section of the electron against the material A.
[0014]
  It can be seen from Equation 1 that the ramp voltage Vl increases as the potential gradient E increases and the interelectrode distance L increases. Further, it can be seen from Equation 2 that the potential gradient E increases as the electrical conductivity σ decreases and the lamp current I increases. Furthermore, the electrical conductivity σ is calculated from Equation 3 as N_EIs smaller, N_AIt can be seen that the smaller Q and Q are, the smaller it becomes.
[0015]
  Therefore, when the interelectrode distance L and the lamp current I are constant, the condition of the substance A that increases the lamp voltage Vl is less likely to be ionized (N_ECan be kept small. ) The density in the lamp is large (N_ACan be increased. ), The collision cross-sectional area Q with electrons is large.
[0016]
  Thus, mercury is a substance that has a very high vapor pressure (1 atm at 361 ° C.), is difficult to ionize, and has a large cross-sectional area of collision with electrons. Therefore, a desired lamp voltage can be easily obtained by adjusting the amount of mercury enclosed according to the lamp size.
[0017]
  From the above description, it can be understood why a desired lamp voltage can be easily obtained by using mercury in a conventional metal halide lamp.
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, in the case of a metal halide lamp, it is necessary to increase the vapor pressure of mercury in order to ensure a required lamp voltage as the distance between the electrodes is smaller and shorter. For example, even in a small and short arc type metal halide lamp with an arc tube inner volume of 1 cc or less, the mercury vapor pressure during lighting becomes 20 atmospheres or more. A metal halide lamp with a rated lamp power of 100 W or less for a headlamp of a moving body such as an automobile has a feature that a distance between electrodes is small and a load on a tube wall is large. For this reason, in the case of a conventional metal halide lamp enclosing mercury, the mercury vapor pressure becomes a high pressure of 20 atmospheres or more in order to obtain a required lamp voltage as described above, and the airtight container is relatively moved accordingly. Easy to break.
[0018]
  In addition, since xenon is sealed at a high pressure because it is necessary to improve the rising characteristics of the luminous flux, the xenon during lighting becomes about 35 atm. For this reason, it is necessary to apply a starting pulse voltage with a high voltage and a large power to start the starting gas with dielectric breakdown. At the time of instantaneous restart, a higher starting pulse voltage is required. Therefore, the lighting circuit, the luminaire, and the wiring must have a dielectric strength grade that is appropriate, and is therefore expensive.
[0019]
  Furthermore, the problem of the rising characteristics of the luminous flux has been solved by the high-pressure encapsulation of xenon, the application of a high starting pulse voltage, and the use of lighting circuit means that allows a large current to flow immediately after lighting and gradually reduces the current. Rise characteristics are bad. That is, xenon emits light first, followed by mercury. This mercury emission continues until 10 to 20 seconds later. Mercury emission is poor in color rendering and does not fall within the required white chromaticity range.
[0020]
  Hereinafter, in the metal halide lamp, the problem caused by encapsulating mercury and the problem in the case of not enclosing mercury in the prior art will be divided and arranged.
1. Problems with encapsulating mercury
  (1) Problems with environmentally hazardous substances
  At present, environmental issues are very close up on a global scale. In the lighting field, it is very important to reduce mercury from the lamp, which is an environmentally hazardous substance that has a negative impact on the environment, and even to eliminate it. It is considered a serious problem.
[0021]
  Therefore, the biggest problem of the conventional metal halide lamp is that mercury is enclosed.
[0022]
  (2) Rise of chromaticity characteristics at startup
  In the case of a short arc type metal halide lamp for an automobile headlamp, an instantaneous rise of a luminous flux is required. For this reason, a conventional metal halide lamp employs a lighting method in which xenon is sealed as a starting gas at a high pressure, a large current is supplied at the beginning of lighting, and the current is reduced over time. Although instant rise is possible in this way, mercury rapidly evaporates when the switch is turned on and takes energy away. Therefore, the rise of the vapor pressure of the light-emitting metal is delayed, so that a strong mercury emission state is 10%. Continues until ~ 20 seconds later. Mercury luminescence is inferior in color characteristics, so color rendering is poor and chromaticity does not fall within the white range. Thus, the rise characteristic of the chromaticity characteristic is very bad. Therefore, it takes a long time before the light emission having the desired chromaticity characteristic is obtained.
[0023]
  (3) Problems unsuitable for dimming
  When the temperature of the arc tube changes, the color temperature of light emission changes greatly, and the color rendering properties change accordingly. The figure below16This problem is explained with reference to FIG.
[0024]
    Figure16These are the graphs which show the emission spectrum distribution of the short arc type metal halide lamp for the conventional projections. In the figure, the horizontal axis represents wavelength (nm), and the vertical axis represents relative radiation power (%).
[0025]
  This conventional short arc type metal halide lamp is composed of argon 500 Torr as a rare gas and dysprosium iodide DyI as a halide.₃1 mg and neodymium iodide NdI₃1 mg and 13 mg of mercury. The emission spectrum is composed of continuous emission by dysprosium Dy and neodymium Nd and main emission line spectra by elements each having a symbol on the arrow, and it can be seen that the emission line spectrum by mercury has a large power.
[0026]
  By the way, the amount of light emitted by each light emitting metal changes in proportion to the vapor pressure in the lamp. The vapor pressure of the halide of the luminescent metal is significantly lower than that of mercury. Therefore, if the temperature of the arc tube changes, the vapor pressure of the luminescent metal changes due to the change in the evaporation amount of the halide. The amount of luminescence changes.
[0027]
  On the other hand, since the vapor pressure of mercury is very high, it does not change so much even if the temperature of the arc tube changes, so the amount of light emitted by the strong emission line spectrum of mercury does not change much. Therefore, when the input power to the arc tube is reduced, light emission by mercury is relatively dominant, so that the color temperature of light emission is lowered and the color rendering properties are lowered. This means that a conventional metal halide lamp enclosing mercury is not suitable for dimming.
[0028]
  In the case of automotive headlamps, dimming is necessary for daytime lighting (daylighting) used in Europe and the United States, but when using a conventional metal halide lamp containing mercury as a light source. The color characteristics are significantly deteriorated.
[0029]
  (4) Problems with large variations in characteristics
  Mercury-filled metal halide lamps tend to vary in characteristics even with the same input because the temperature of the arc tube varies with the dimensional variations of individual lamps. In addition, the characteristics are likely to change due to an increase in the coldest part temperature due to blackening of the arc tube during the long life.
[0030]
  (5) Problems that make instant restart difficult
  In the metal halide lamp for headlamps, as described above, high-pressure xenon is enclosed in order to speed up the rise of the luminous flux, and the xenon is about 35 atm during lighting. Thus, since the mercury vapor pressure and the xenon vapor pressure during lighting are very high, in order to restart, a very high and high power pulse voltage must be applied. This not only makes the lighting circuit expensive, but also requires that the lighting circuit, the lamp, and the appliance that houses them be subjected to high grade insulation against high voltages.
[0031]
  Further, in the small and short arc type metal halide lamp, the distance between the electrodes is small, so the mercury vapor pressure is set high to obtain the required lamp voltage, and the mercury vapor pressure becomes 20 atm or more during lighting. .
[0032]
  (6) Problem that arc tube is easy to burst
  As described above, since the mercury vapor pressure at the time of lighting is high, the arc tube is easily ruptured due to the initial distortion or the distortion increasing during long-term lighting. This problem significantly reduces lamp reliability.
[0033]
  (7) The problem of low illuminance on the irradiated surface
  In the case of a metal halide lamp for a headlamp, when brightly illuminating an irradiation surface at a separated position, it is important how light emitted from the lamp reaches the irradiation surface via an optical system without loss. As has been found by the present invention, it is effective that the arc is narrowed down to reduce the loss and improve the illuminance of the irradiated surface. The fact that the arc is constricted means that the arc temperature distribution is steep.
[0034]
  However, as will be described later, the emission of mercury is absorbed and optically thick, and the temperature rises due to absorption of energy due to absorption of emission in the middle to low temperatures, so the arc temperature distribution spreads in a parabolic shape. Therefore, the arc cannot be squeezed.
[0035]
  On the other hand, when scandium or rare earth metal is used as the light emitting metal and the light emission is greatly increased, it is known that the arc can be narrowed down even in the presence of mercury. However, since the lighting pressure of mercury is high, the convection becomes intense and the instability of the arc occurs, which cannot be put to practical use.
2. Problems of the prior art that does not contain mercury
  In the above-described metal halide lamp that does not enclose mercury, helium or neon has a remarkably high pressure during operation. Therefore, if it is made to withstand this, a metal halide lamp that does not enclose mercury can be obtained. Therefore, it can be evaluated in many respects in that a metal halide lamp that does not enclose mercury can be obtained.
[0036]
  (1) Problems with bursting of airtight containers
  However, there is a considerable difficulty in realizing a metal halide lamp having a high pressure during lighting as described above with a structure similar to a conventional metal halide lamp enclosing mercury. For example, in a small metal halide lamp, if the required lamp voltage is 50 to 60 V, the pressure of helium or neon during lighting will exceed 150 atm. High reliability cannot be obtained.
[0037]
  (2) Problems with high heat loss
  Further, when a metal halide lamp is configured without enclosing mercury, there is a problem that heat loss increases in addition to the lamp voltage. That is, when mercury is enclosed, mercury causes self-absorption in the middle to low temperature region of the discharge space, and the medium temperature to low temperature region rises in temperature to obtain energy. The temperature drops.
[0038]
    Figure17These are graphs schematically illustrating the arc temperature distribution when mercury is not sealed and when mercury is sealed in a metal halide lamp. In the figure, the horizontal axis indicates the radial position of the arc tube, and the vertical axis indicates the arc temperature (K). Curve A shows the arc temperature distribution when mercury is not sealed, and curve B shows the arc temperature distribution when mercury is sealed.
[0039]
  As is apparent from the comparison of both curves A and B in the figure, the arc temperature distribution when mercury is not sealed is steeper, that is, the temperature gradient is larger than when mercury is sealed. As is well known to those skilled in the art, the heat loss lost from the arc tube is related to the weight of the rare gas to be sealed and the pressure to be sealed, but is proportional to the temperature gradient. large. This means that a metal halide lamp not encapsulating mercury is inferior in luminous efficiency to a metal halide lamp enclosing mercury because of a large heat loss.
[0040]
  The present invention provides a metal halide lamp having substantially the same electrical characteristics and light emission characteristics as those encapsulating mercury without essentially using mercury with a large environmental load, and a metal halide lamp lighting device and an illumination device provided with the metal halide lamp. The purpose is to do.
[0041]
  In addition, the present invention provides a metal halide lamp that can increase the lamp voltage without difficulty while essentially using mercury and obtain high lamp efficiency, and a metal halide lamp lighting device and illumination device including the metal halide lamp. The other purpose is to provide.
[0042]
  Furthermore, the present invention providesEmits white lightAnother object of the present invention is to provide a metal halide lamp, a metal halide lamp lighting device and an illumination device including the metal halide lamp.
[0043]
  Furthermore, the present invention provides:Airtight container is hard to burstAnother object of the present invention is to provide a metal halide lamp, a metal halide lamp lighting device and an illumination device including the metal halide lamp.
[0044]
  Furthermore, another object of the present invention is to provide a metal halide lamp that has a relatively low starting voltage and can be easily started and instantaneously restarted, and a metal halide lamp lighting device and an illumination device including the metal halide lamp.
[Means for achieving the object]
  The metal halide lamp of the invention of claim 1 includes an airtight container; a pair of electrodes sealed in the airtight container; a first halide, a second halide, and a rare gas, and essentially containing mercury. The first halide is mainly composed of sodium Na and scandium Sc halide, and the second halide is not contained.It is a metal halide that has a relatively large vapor pressure during lighting and that is less likely to emit light in the visible region than the first halide metal.Magnesium Mg, iron Fe, cobalt Co, chromium Cr, zinc Zn, nickel Ni, manganese Mn, aluminum Al, antimony Sb, rhenium ReandOne or more selected from the group consisting of gallium GaAnd over 1.5mg per 1cc of airtight container volumeA rare earth gas with a xenon filling pressure of 1 atmosphere or more and a discharge medium;
The emission of light generated by lighting falls within the range of white chromaticity defined in Japanese Industrial Standard JIS D 5500-1984, and the total luminous flux when illuminated at 35 W is at least2520lmIt is characterized by being.
[0045]
  In the present invention and each of the following inventions, terms and technical meanings are as follows unless otherwise specified.
[0046]
  <About an airtight container> In this invention, an airtight container must be fireproof and translucent. An airtight container is "fireproof and translucent" is a material with fire resistance that can sufficiently withstand the normal operating temperature of the discharge lamp, and derives visible light in the desired wavelength range generated by the discharge to the outside. It can be made of anything you can. For example, quartz glass, translucent alumina, ceramics such as YAG, or single crystals thereof can be used. If necessary, it is allowed to form a halogen-resistant or metal-resistant transparent coating on the inner surface of the hermetic container or to modify the inner surface of the hermetic container.
[0047]
  In the case of a moving headlight, the airtight container preferably has a maximum diameter portion of 3 to 10 mm in inner diameter and 5 to 13 mm in outer diameter.
[0048]
  <About a pair of electrodes> A pair of electrodes are sealed and opposed to the inside of an airtight container. The distance between the electrodes is 6 mm or less, preferably 1 to 5 mm in the case of a small and short arc type used for projection such as a liquid crystal projector or a headlight of a moving body such as an automobile. Optimally, it is 1 to 3 mm for projection such as a liquid crystal projector. The distance between the electrodes is measured at the tip of the electrode.
[0049]
  Moreover, you may comprise the metal halide lamp of this invention so that it may light by either alternating current and direct current | flow. Therefore, a pair of electrodes have the same structure when operated with an alternating current, but when operated with a direct current, the anode generally has a significant temperature rise, so that a heat radiation area larger than that of the cathode and therefore a main part should be used. Can do.
[0050]
  <Discharge Medium> In the present invention, the discharge medium essentially contains the first halide, the second halide and the rare gas as described above.
[0051]
    (Regarding the first halide) The first halide is a halide of sodium Na and scandium Sc.SubjectContains as the main component. As the first halide, a rare earth metal can be selectively included as desired. The metal constituting the first halide mainly contributes to white light emission, but the first halide generally does not necessarily have a relatively higher vapor pressure during lighting than the second halide described later.
[0052]
    (Second Halide) The second halide is magnesium Mg, iron Fe, cobalt Co, chromium Cr, zinc Zn, nickel Ni, manganese Mn, aluminum Al, antimony Sb, rhenium Re.andMainly composed of one or a plurality of halides selected from the group consisting of gallium Ga. These halides are metal halides that have a relatively high vapor pressure during lighting and are less likely to emit light in the visible region compared to the first halide metal, and maintain the lamp voltage. Acts effectively.
[0053]
  Note that the vapor pressure of the second halide does not need to be too high like mercury, and required electrical characteristics can be obtained if it is about 5 atm or less.
[0054]
  In addition, the metal of the second halide has a common feature that it is less likely to emit light in the visible region than the metal of the first halide. Note that “difficult to emit light in the visible range” does not mean that visible light is less emitted in an absolute sense, but a relative meaning with respect to the first halide. This is because iron Fe and nickel Ni certainly emit more in the ultraviolet region than in the visible region, but aluminum Al and zinc Zn emit much light in the visible region. Therefore, when these metals that emit a lot of light in the visible region are caused to emit light alone, energy is concentrated on the metal, so that light in the visible region increases. However, if the metal of the second halide is higher in energy level than the metal of the first halide and is difficult to emit light, the energy is reduced in the state where the first and second halides coexist. Since it concentrates on the light emission of the metal of the first halide, the light emission of the metal constituting the second halide is reduced. Therefore, these metals are also suitable as the second halide in the present invention. Note that the second halide metal is not prohibited from emitting visible light, and is allowed as long as the ratio to the total visible light emitted by the discharge lamp is small and has little influence.
[0055]
  Further, the second halide is particularly preferably one or a plurality of halides selected from the group consisting of iron Fe, zinc Zn, manganese Mn, aluminum Al and gallium Ga among the above groups. . However, these halides are preferably used as a main component, but magnesium Mg, cobalt Co, chromium Cr, nickel Ni, antimony Sb.andThe lamp voltage can be further increased by adding one or more halides selected from the group of rhenium Re as a subsidiary component.
[0056]
  Table 1 illustrates the second halide permitted to be used in the present invention, along with a temperature of 1 atmosphere. It should be understood that these values are somewhat different depending on the literature, and therefore the temperature values in Table 1 are approximate values.
[0057]
[Table 1]
                No. Second halide Temperature at 1 atm (° C)
                1 AlI_Three                  422
                2 FeI₂                  827
                3 ZnI₂                  727
                4 SbI_Three                  427
                5 MnI₂                  827
                6 CrI₂                  827
                7 GaI_Three                  349
                8 ReI_Three                  627
                9 MgI₂                  927
              10 CoI₂                  827
              11 NiI₂                  747

  Most of the halides shown in Table 1 have a vapor pressure lower than that of mercury and the adjustment range of lamp voltage is narrower than that of mercury. The adjustment range of the lamp voltage can be expanded. For example, AlI₃Is in an incompletely evaporated state and the desired lamp voltage is not obtained, AlI₃Even if is added, the lamp voltage does not change. In contrast, AlI₃Instead of ZnI₂When ZnI is added₂Since the lamp voltage corresponding to the above is added, the lamp voltage can be increased. Furthermore, if another second halide is added, a higher lamp voltage can be obtained.
[0058]
  Furthermore, in the present invention, the second halide is contained per 1 cc of the internal volume of the airtight container.Over 1.5mgIt is enclosed. For example, it is suitable as a small metal halide lamp for headlamps etc.Over 1.5mg~ 200 mg / cc.
[0059]
    (Halogen) As the halogen constituting the first and second halides, iodine is optimal in reactivity, and the reactivity increases in the order of bromine, chlorine, and fluorine. May be used. In addition, different halogen compounds such as iodide and bromide can be used in combination.
[0060]
    (Rare Gas) A rare gas is a gas that acts as a starting gas and a buffer gas, and is sealed in an airtight container. Noble gasXenon with an enclosure pressure of 1 atm or more. As a result, it is possible to improve the luminous flux rising characteristics at the time of starting the metal halide lamp. The pressure is preferably 15 atm or less, more preferably 10 atm or less.
[0061]
  <About the White Chromaticity Range> The chromaticity of light generated by the lighting of the metal halide lamp falls within the white chromaticity range defined in Japanese Industrial Standard JIS D 5500-1984. The above standard defines standards for automotive lamps, in which the chromaticity range of white is defined. Therefore, the metal halide lamp of the present invention is required to satisfy the above chromaticity range, so that a lamp having a white emission color with a chromaticity conforming to the JIS standard can be obtained for an automobile such as a headlamp. It is done.
[0062]
  <About total luminous flux> The present invention provides that the total luminous flux is at least when the metal halide lamp is lit at 35 W.2520lm is a requirement. This requirement defines the lower limit of the total luminous flux in a metal halide lamp that essentially does not contain mercury. This lower limit value is clear from the description in Examples described later. When the total luminous flux is converted into lamp efficiency,72If it is lm / W and the lamp efficiency is equal to or higher than this lower limit, it can be said that the lamp efficiency of a conventional metal halide lamp for enclosing mercury that can be compared with the lamp efficiency of 89 lm / W.
[0063]
  <Mercury> In the present invention, "essentially mercury is not enclosed"Even if mercury is enclosedLess than 0.3mg per 1cc of internal volume of airtight container(Preferably 0.2 mg or less)It means that. However, it is environmentally desirable not to enclose mercury at all.From the above, the above definition includes a state in which no mercury is enclosed. In the case of maintaining the electrical characteristics of the discharge lamp with mercury vapor as in the conventional case, the short arc type is sealed because 20 mg or more per 1 cc of the internal volume of the hermetic container, and the long arc type is also filled with 5 mg or more. Thus, it can be said that the present invention is essentially free of mercury.
[0064]
  <Other Configurations> Although not essential configuration requirements of the present invention, the following configurations can be added as necessary.
1. About outer tube
  The outer tube houses the arc tube therein. By using the outer tube, the hermetic container can be mechanically protected. If necessary, the inside of the outer tube can be evacuated as described below. Here, the arc tube is composed of an airtight container, a pair of electrodes, and a discharge medium.
2. Insulation means
  The heat retaining means is a means for reducing the loss of heat generated from the arc tube and, as a result, maintaining the vapor pressure of the second halide as high as possible with a relatively small amount of heat. Any configuration can be used as long as the loss can be reduced. For example, the following configuration is allowed.
[0065]
  An outer tube that houses the arc tube is disposed, and the inside of the outer tube is evacuated, whereby heat loss due to convection and conduction of heat generated from the arc tube is reduced and the discharge medium is kept warm. In this case, the specific structure, shape and constituent material of the outer tube are not limited. Note that the vacuum inside the outer tube means that the inside of the outer tube is 10%.^-4The pressure is less than Torr.
[0066]
  In addition, it reflects the heat rays radiated from the arc tube to the outside and returns them to the arc tube, and has a heat ray reflective / visible light transmissive film that transmits visible light, thereby reducing heat loss due to radiation and keeping the discharge medium warm. can do. The heat reflecting / visible light transmitting film is formed on a cylindrical body made of quartz glass or the like disposed between the arc tube and the outer tube, the inner surface, the outer surface, the inner or outer surface of the outer tube, or formed on the outer surface of the arc tube. be able to.
[0067]
  Furthermore, it goes without saying that the above-mentioned means can be combined appropriately.
[0068]
  And since it has heat insulation means to reduce the heat loss generated from the arc tube, the heat loss generated by the discharge inside the arc tube is small, so the heat loss of the arc tube is reduced and the luminous efficiency Will improve.
3. Lamp power
  The lamp power is preferably 100 W or less for applications such as headlamps and liquid crystal projectors.
4). About UV removal means
  The ultraviolet ray removing means is means for substantially removing ultraviolet rays from the light led out from the metal halide lamp. “Substantially remove ultraviolet rays” means that the amount of ultraviolet rays is practically removed to an allowable range, and the ultraviolet rays must be completely cut off by 100%. is not.
[0069]
  The ultraviolet removing means may have any structure as long as the ultraviolet rays are substantially removed. For example, the arc tube is housed in an outer tube made of a glass material having a composition having an ultraviolet cutting performance. The inside of the outer tube may be communicated with the outside air, may be airtight, and the inside may be evacuated.
[0070]
  Furthermore, you may provide ultraviolet-ray removal performance to the inner surface of an airtight container, or the airtight container itself. By replacing the material structure on the inner or outer surface of the hermetic container with an ultraviolet blocking tissue or by depositing a film of an ultraviolet blocking light-transmitting material, ultraviolet blocking performance can be imparted.
[0071]
  Furthermore, an ultraviolet blocking cylinder can be disposed outside the arc tube.
[0072]
  In this way, the ultraviolet rays led out to the outside are substantially removed by the ultraviolet ray removing means, so that the lighting device, for example, the headlamp is prevented from being deteriorated by the ultraviolet rays, and the human eye is prevented from being irradiated with the ultraviolet rays. .
[0073]
  <Regarding the Action of the Present Invention> As is apparent from the above description, in the present invention, in addition to the first halide mainly composed of sodium Na and scandium Sc halide,The vapor pressure during lighting is relatively large, and it is difficult to emit light in the visible range compared to the metal of the first halide.In place of the conventional mercury, the second halide composed of the predetermined metal halideOver 1.5mg per 1cc of airtight container volumeEncloses and encloses xenon at a pressure of 1 atmosphere or more.. as a result,In the present invention, the height is almost the same as that of a metal halide lamp enclosing mercury.The lamp voltage is formed by the second halide. The value of the lamp voltage is mainly determined by the evaporation amount of the second halide. When the second halide is incompletely evaporated, the amount of evaporation is determined by the vapor pressure of the second halide. The vapor pressure of the halide is determined by the coldest part temperature of the discharge space. In addition, the second halide has a vapor pressure during lighting that is lower than that of mercury, but is clearly higher than that of the first halide, so that the lamp voltage is maintained at a required value.
[0074]
  Therefore, in the metal halide lamp of the present invention, it can operate as desired even though mercury is not essentially enclosed, and electrical characteristics and light emission characteristics almost equivalent to those of the prior art in which mercury is enclosed can be obtained.That is, the emission color satisfies the chromaticity range of white standardized by JIS, and the emission efficiency is high and the total luminous flux is large.In the above description, “substantially” means that there is a difference that is somewhat inferior within a practical range as compared with the prior art. This is a practically acceptable range considering that the metal halide lamp is lit by an electronic lighting device. However, as described above, the lamp voltage can be further increased by applying a heat retaining means to the airtight container as desired.
[0075]
  Further, in the present invention, the above-described various problems in the prior art in which mercury is sealed can be improved.
[0076]
  Listed below are the effects provided by the present invention.And organizeTo do.
1. White luminescence is obtained.
[0077]
  Since the first halide is mainly composed of sodium Na and scandium Sc halides and essentially does not contain mercury, the chromaticity of light generated by lighting is specified in Japanese Industrial Standard JIS D 5500-1984. White light emission that falls within the range of white chromaticity being obtained is obtained. White light is versatile.
2. Good luminous flux rise characteristics.
[0078]
  By enclosing xenon at a pressure of 1 atm or more, the light beam rising characteristic at the start is improved. This is extremely important in a headlight of a moving body such as an automobile.
3. A lamp efficiency comparable to that of mercury-enclosed lamps can be obtained. In addition to the configuration of the present invention, it is possible to obtain higher lamp efficiency than that in which mercury is sealed by keeping the airtight container warm or adding a halide of cesium Cs to the discharge medium.
[0079]
  In other words, according to the present invention, as shown in Table 2 collectively as shown in each example described later,72Luminous efficiency of lm / W or higher, in other words, the total luminous flux is at least2520Therefore, it is possible to obtain a metal halide lamp that can be compared with a mercury sealed lamp. In Table 2, the lamp efficiency of each embodiment described later of the present invention is converted into a luminous flux value, and the minimum value and the maximum value are compared with the luminous flux value of a comparative example corresponding to a conventional example in which mercury is sealed. While showing.
[0080]
[Table 2]
  Example No. List Minimum value (lm) Maximum value (lm) Comparative example (lm)
    1 3 2520 2730 2800
    2 6 2730 2835 3045
    3 10 3150 3290 3115
    4 11 2765 2870-
    5 12 3220 3290 3010
    6 15 2625-2800

  As can be seen from Table 2, in the present invention, not only can a lamp efficiency comparable to that of a conventional metal halide lamp encapsulating mercury be obtained, but also a heat retaining means can be provided, or a halide of cesium Cs. It is also possible to obtain a lamp efficiency superior to that of the conventional one by adding a configuration such as addition of.
4). A lamp voltage almost equal to that in which mercury is enclosed can be secured.
[0081]
  By encapsulating a second halide mainly composed of a metal halide selected from the group of specific metals, the lamp voltage can be increased without difficulty even though mercury is essentially not used. As a result, the lamp current can be made relatively small and the required lamp power can be supplied.
5. The airtight container is difficult to burst.
[0082]
  The vapor pressure during lighting does not become extremely highofTherefore, since it is easy to reduce to about 60% at the time of mercury encapsulation, the bursting during lighting of the airtight container is reduced.
6. The starting voltage is relatively low and starting and instant restart are easy.
[0083]
  In most cases, the vapor pressure of the second halide is clearly lower than that of mercury, so the starting voltage is reduced and instant restart is facilitated. For this reason, since the peak value of the starting pulse voltage applied for starting and restarting can be reduced, the dielectric strength of the lighting circuit, the igniter, the wiring, and the lighting fixture can be lowered and made inexpensive.
7. In an optical system using a reflecting mirror, high light collection efficiency can be obtained.
[0084]
  When the metal halide lamp of the present invention is combined with an optical system using a reflecting mirror, it has been surprisingly found that extremely high light collection efficiency can be obtained. The reason is that when the second halide is enclosed instead of mercury, the arc is effectively reduced as shown in FIG.
[0085]
  For this reason, when the metal halide lamp of the present invention is used as a light source of a headlamp, for example, the illumination intensity on the irradiated surface can be significantly improved.
8. Dimming is possible.
[0086]
  Even when the input to the lamp changes, the light emission color temperature and the color rendering properties change little, so that dimming is possible. Therefore, lighting during the day (daylight) becomes possible.
9. There is little variation in emission color with respect to variations in shape and dimensions.
[0087]
  Since the change in lamp characteristics with respect to variations in the shape and dimensions of the arc tube is small, the variation in emission color is small.
10. Suitable for direct current lighting.
[0088]
  When a conventional metal halide lamp enclosing mercury is dc-lighted, the luminescent metals such as sodium Na and scandium Sc are positively ionized and are therefore attracted to the cathode side, and the anode side has a concentration of the luminescent metal compared to the cathode side. Get smaller. On the other hand, some mercury is also attracted to the cathode side, but since the amount of mercury is overwhelmingly large, a sufficient amount of mercury is also present on the anode side. As a result, the light emitting metal emits sufficient light on the cathode side, but the light emission of the light emitting metal is significantly weakened on the anode side, and the light emission of mercury is mainly performed. For this reason, remarkable color separation is caused between the electrodes, which is not suitable for practical use. Therefore, in an application field where color separation is a problem, metal halide lamps that enclose mercury are used exclusively by alternating current lighting.
[0089]
  On the other hand, in the present invention, direct current lighting is performed by enclosing the second halide instead of essentially enclosing mercury.BecauseHowever, the difference in color temperature between the electrodes is small and can be sufficiently put into practical use. This is because the second halide hardly emits light in the visible range, and therefore the metal of the first halide emits light strongly even on the anode side.
[0090]
    A metal halide lamp lighting device according to a second aspect of the invention includes the metal halide lamp according to the first aspect; and an electronic lighting device for lighting the metal halide lamp.
[0091]
  The present invention is a metal halide lamp lighting device in which a lighting device for lighting a metal halide lamp as defined in claim 1 is digitized.
[0092]
    Claim3The metal halide lamp lighting device according to the invention is characterized in that the metal halide lamp according to claim 1; and a current that is at least three times the rated lamp current is supplied to the metal halide lamp immediately after the metal halide lamp is turned on, and the current is reduced as time passes. And a lighting circuit configured as described above.
[0093]
  The present invention defines a metal halide lamp lighting device that satisfies the luminous flux rising characteristics required for automobile headlamps. That is, the lighting circuit is configured to supply a large current to the metal halide lamp as described above immediately after the metal halide lamp is lit, so that the rise of the luminous flux can be accelerated even though mercury is not enclosed in the metal halide lamp. At the same time, the lamp voltage of the metal halide lamp can be maintained high, and a lamp efficiency comparable to that of a conventional metal halide lamp enclosing mercury can be obtained.
[0094]
  The lighting circuit may be either AC operation or DC operation.
[0095]
    Claim4The illuminating device of the invention comprises an illuminating device body; and the metal halide lamp according to claim 1 supported by the illuminating device body.
[0096]
  The present invention is applicable to all devices that use the metal halide lamp according to claim 1 for some illumination purposes. In the case of the short arc type, particularly an illumination device used in combination with an optical system such as a reflector and / or a lens, such as a liquid crystal projector, an overhead projector, a headlight of a moving body such as an automobile, an optical fiber illumination device, a spotlight, etc. It is suitable for store lighting equipment and the like.
[0097]
  Further, in the case of the long arc type, it can be used for various lighting fixtures for general lighting, such as downlights, direct ceiling lights, road lighting fixtures, tunnel lighting fixtures and projectors, and further display devices.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0098]
  <About embodiment of the metal halide lamp of this invention>
    FIG. 1 is a central sectional front view showing a first embodiment of a metal halide lamp of the present invention. In the figure, 1 is an airtight container, 2 is an electrode, 3 is a sealing metal foil, and 4 is an external lead wire. The present embodiment is a small, short arc type metal halide lamp suitable for a headlamp.
[0099]
  The hermetic container 1 is made of quartz glass and is formed into a spheroidal shape, and is integrally provided with a pair of long and narrow sealing portions 1a and 1a at both ends in the major axis direction of the ellipse.
[0100]
  In the electrode 2, the electrode shaft 2 a and the tip of the electrode shaft 2 a are slightly protruded into the airtight container 1. The base portion of the electrode shaft 2a is welded to one end of the sealing metal foil 3 in the sealing portion 1a. Note that an electrode coil is not attached to the tip of the electrode 2.
[0101]
  The sealing metal foil 3 is made of molybdenum foil, is hermetically embedded in the sealing portion 1a, and an external lead wire 4 is welded to the other end.
[0102]
  In the hermetic vessel 1, a rare gas, a first halide, and a second halide are sealed as a discharge medium.
[0103]
  The airtight container 1, the pair of electrodes 2, 2 and the discharge medium constitute an arc tube IB.
[Example 1]
[0104]
  Example 1 has the following main specifications in the structure shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the metal halide lamp of the present invention.
[0105]
  Airtight container 1: inner diameter 4mm, inner volume 0.05cc
  Distance between electrodes: 4.2 mm
  Discharge medium:
      Noble gas = xenon 1 atm
      First halide = scandium iodide ScI₃0.14mg
                          + Sodium iodide NaI 0.86mg
      Second halide = halide 1 mg shown in Table 3
  The metal halide lamp of Example 1 is lit at a constant input power of 35 W, and the lamp voltage, luminous efficiency, average color rendering index (hereinafter referred to as “color rendering”) Ra and color temperature are those of the comparative example shown below. The results measured together are shown in Table 3. The comparative example has the same specifications as in Example 1 except that 1 mg of mercury is enclosed instead of the second halide.
[0106]
[Table 3]
Lamp Second halide Lamp voltage Luminous efficiency Color rendering Color temperature
                                  (V) (lm / W) (Ra) (K)
1 (Comparative Example)-83 80 63 4120K
  2 AlI_Three              62 78 65 3860K
  3 FeI₂              70 73 71 4210K
  4 ZnI₂              75 78 65 3830K
  5 SbI_Three              63 75 66 3790K
  6 MnI₂              55 72 68 3950K
  7 CrI₂              58 74 65 3860K
  8 GaI_Three              59 76 66 3760K
  9 ReI_Three              61 78 64 3840K
  As is apparent from Table 3, in Example 1, the lamp voltage was 50 V or more and the light emission efficiency was slightly lower than that of the conventional example, but there was a tendency that the color rendering properties were improved.
[0107]
  From the above, it can be evaluated that Example 1 has substantially the same characteristics as Comparative Example 1 in the steady state.
[0108]
  Next, Table 4 shows the results of measuring the color rendering properties and the color temperature when the lamp 3 and the lamp 1 (comparative example) in Table 3 are lit at input powers of 15 W, 20 W, 25 W and 30 W. Show.
[0109]
[Table 4]
  Lamp 15W 20W 25W 30W
1 (Comparative example) Color rendering (Ra) 40 45 58 61
            Color temperature (K) 5640 4970 4630 4350
    3 Color rendering (Ra) 63 64 66 69
            Color temperature (K) 4530 4440 4310 4240
  As is clear from comparison between Table 3 and Table 4, in the comparative example of Lamp 1, when the input was changed from 35 W (see Table 2) to 15 W, the color temperature changed by 1520 K and the color rendering performance changed by 23. . In this case, the change is too large and the light cannot be actually dimmed.
[0110]
  On the other hand, in Example 1, the change in the color temperature is 320K, and the change in the color rendering property is only 8, and sufficient light control is possible.
[0111]
  Next, Table 5 shows the results of evaluation on restart in Example 1.
[0112]
  A comparative example having the same specifications as that of the lamp 3 is manufactured as the lamp 10 except that 100 Torr of xenon Xe is sealed, and the result of measuring the restart voltage is also shown.
[0113]
[Table 5]
                Lamp restart voltage (kV)
                  1 (Comparative Example) 14
                  3 7
                10 3
  As shown in Table 5, in Example 1, the restart voltage is halved compared to the comparative example. In particular, in the lamp 10 in which the noble gas sealing pressure is lowered and the luminous flux rising characteristics are not considered important, a significant improvement was observed.
[0114]
    FIG. 2 is a graph showing the relationship between the rise time of the light flux and the sealed pressure of xenon Xe in Example 1. In the figure, the horizontal axis represents the Xe sealing pressure (atmospheric pressure), and the vertical axis represents the luminous flux rise time (seconds).
[0115]
  As is apparent from the figure, when the sealing pressure is 1 atm or higher, the rise time of the light beam is remarkably shortened, but is significantly longer at less than 1 atm.
[0116]
    FIG. 3 shows iron iodide FeI as the second halide in Example 1.₂It is a graph which shows the relationship of the lamp voltage with respect to the enclosure amount at the time of using. In the figure, the horizontal axis is FeI.₂, The vertical axis indicates the lamp voltage (V).
[0117]
  According to the figure, it can be seen that the lamp voltage exceeds 20 V when the inner volume per cc of the airtight container is 0.05 mg or more, and the lamp voltage exceeds 30 V when it is 1 mg or more. Although not shown in the drawing, unevaporated FeI at 200 mg or more per 1 cc of internal volume of the airtight container₂Absorbs light, resulting in a decrease in luminous efficiency.
[0118]
    FIG. 4 is a front view showing a second embodiment of the metal halide lamp of the present invention. In the present embodiment, an arc tube IB made of a small short arc type metal halide lamp similar to that shown in FIG. 1 is mounted on the moving headlamp shown in FIG. In the figure, OB is an outer tube, B is a base, and IT is an insulating tube.
[0119]
  The outer tube OT has an ultraviolet cutting performance, and the arc tube IB is accommodated therein, and both ends are fixed to the sealing portion 1a. However, the outer tube OT is not airtight but communicates with the outside air. One sealing portion 1 a is planted in the base B. The external lead wire 4 led out from the other end extends in parallel to the outer tube OB, is introduced into the base B, and is connected to a terminal (not shown).
[0120]
  The insulating tube IT covers the external lead wire 4.
【Example2]
[0121]
  In the structure shown in the first embodiment of the metal halide lamp of the present invention shown in FIG. 1 and the same size as that of Example 1, the following was enclosed as a discharge medium.
[0122]
      First halide = scandium iodide ScI₃0.14mg
                          + Sodium iodide NaI 0.7mg
      Second halide = 0.4 mg of halide shown in Table 16
      Noble gas = xenon 5 atm
  In addition, a comparative example in which 1 mg of mercury was further sealed was manufactured.
[0123]
  Then, an example2And for the comparative example, the lamp input 35W was lit at a constant, and the lamp voltage, luminous efficiency, color rendering property (average color rendering index) Ra and color temperature were measured.6Shown in
[0124]
【table6]
Lamp Second halide Lamp voltage Luminous efficiency Color rendering Color temperature
                                    (V) (lm / W) (Ra) (K)
  1 (Comparative Example)-83 87 63 4120
  2 AlI_Three            65 81 68 3960
  3 FeI₂            70 79 71 4210
  4 ZnI₂            75 81 65 3830
  5 MnI₂            66 81 65 4230
  6 GaI_Three            76 78 65 4330
  The lamp voltage of the comparative example is determined by the amount of mercury enclosed.2Then, it is determined by the evaporation amount of the second halide. Therefore, the required lamp voltage can be easily obtained by keeping the arc tube warm. table6As can be seen from the examples2In this case, the lamp voltage is lower than that of the conventional example, but it is 50 V or more, and this type of small metal halide lamp is lit using an electronic lighting circuit, so there is no practical problem. In terms of characteristics, the luminous efficiency is a little inferior, but there is a slight emission of added metal (such as aluminum Al) in the visible range, so the color rendering tends to improve.
[0125]
    Figure5Example2Table in6It is a chromaticity diagram which shows the chromaticity rise characteristic in the lamp 2 of this and the lamp 1 which is a comparative example. The portion surrounded by a frame in this chromaticity diagram shows the white chromaticity range described in the explanation of automotive lamps in Japanese Industrial Standard JIS D 5500-1984. And the curve E in the figure is the embodiment.2The chromaticity rise characteristic of is shown. Curve F shows the chromaticity rise characteristic of the comparative example. The number given near the measurement point of each curve shows the elapsed time (seconds) after the start of lighting. In these measurements, a lamp current of 2.6 A was passed immediately after powering on each lamp, and then the lamp was turned on using a lighting circuit set so that the current was gradually reduced and constant power control was performed to a rated lamp power of 35 W. went.
[0126]
  As is clear from the figure, the example2In, the light emission entered the white range within 0.5 seconds after lighting, whereas the comparative example entered the white range after 18 seconds.
[0127]
  Next, the table6Table 2 shows the results of measurement of the average color rendering index Ra and color temperature (K) when lamps 2 and 1 are lit with lamp inputs 15 W, 20 W, 25 W and 30 W.7Shown in
[0128]
【table7]
    Lamp Item 15W 20W 25W 30W
    1 (Comparative example) Ra 40 45 58 61
                Color temperature (K) 5640 4970 4630 4350
      2 Ra 63 64 65 66
                Color temperature (K) 4280 4220 4110 4040
  table7In FIG. 1, since the vapor pressure of mercury is high in the lamp 1 (comparative example), even if the lamp input is reduced to 15 W, all the mercury is evaporated. For this reason, as the lamp input decreases, the emission of mercury becomes dominant and the color temperature rises.On the other hand, the color rendering property decreases, so the comparative example is suitable for dimming in a practical sense. You will understand that
[0129]
  In contrast, the lamp 2 (example2) Has little change in color rendering properties and color temperature, and can be understood to be suitable for light control.
[0130]
  Further examples2Table shows the result of measuring the restart voltage at the momentary restart (hot restart) of8Shown in The measurement was performed by measuring the restart voltage when the lamp was turned on and off for 30 minutes and restarted after 10 seconds. In addition, when the light extinction time becomes long, the electrode temperature decreases and it becomes difficult to start. On the other hand, the vapor pressure of mercury or metal halide in the arc tube IB decreases and becomes easier to start as the turn-off time becomes longer. As a result of these conflicting tendencies, restarting is most difficult to start when the turn-off time is about 10 seconds.
[0131]
【table8]
            Lamp Second halide restart voltage (kV)
              1 (Comparative Example)-15.2
              2 AlI_Three                  8.7
              3 FeI₂                  9.1
              4 ZnI₂                  9.6
              5 MnI₂                  9.3
              6 GaI_Three                  8.3
  The lamp 1 (comparative example) has a high starting voltage because the mercury vapor pressure is still high.
[0132]
  In contrast, lamps 2-6 (Example2) During steady lighting, the metal vapor pressure of the second metal halide is clearly lower than that of mercury. Still, 10 seconds after extinction is when the vapor pressure difference between the metal vapor pressure of metal halide and mercury is the smallest. This is an example2Indicates that the restart characteristic is much better than the comparative example in which mercury is enclosed.
[0133]
  Next, implementExample 2Table 3 shows the results of measuring the color characteristics near the electrodes when a metal halide lamp was dc-lit.9Shown in This is obtained by projecting the lamp on a screen when the lamp is turned on at an input of 35 W and measuring the color temperature (K) between the vicinity of the anode and the vicinity of the cathode.
[0134]
【table9]
      Lamp Second halide Anode-side color temperature (K) Cathode-side color temperature (K)
        1 (Comparative Example)-5330 3720
        2 AlI_Three            4210 3840
        3 FeI₂            4420 4010
        4 ZnI₂            4080 3650
        5 MnI₂            4450 4060
        6 GaI_Three            4530 4130
  The lamp 1 (comparative example) has a large difference in color temperature between the anode side and the cathode side. It is impossible to cover such a color temperature difference with the design of the headlamp.
[0135]
  In contrast, lamps 2-6 (Example2) Is suitable for practical use because the color temperature difference is small.
【Example3]
[0136]
  Example3In addition to the structure shown in the second embodiment of the metal halide lamp of the present invention shown in FIG. 4, both ends of the outer tube OB are hermetically sealed to the sealing portions 1a and 1a of the arc tube IB, respectively. Is equipped with a vacuum. Other configurations are the same as those of the first embodiment including the discharge medium. In addition, a comparative example is an example.2In FIG. 4, the outer tube OB was evacuated in the same specifications as in the comparative example.
[0137]
  Then, an example3Table 20 shows the results of measuring lamp voltage (V), luminous efficiency (lm / W), color rendering (average color rendering index) Ra, and color temperature (K) for the comparative example.
[0138]
【table10]
Lamp Second halide Lamp voltage Luminous efficiency Color rendering Color temperature
                                  (V) (lm / W) (Ra) (K)
  1 (Comparative Example)-84 89 63 4010
  2 AlI_Three          70 94 68 3890
  3 FeI₂          76 91 73 4120
  4 ZnI₂          81 91 68 3720
  5 MnI₂          71 92 67 4110
  6 GaI_Three          80 90 65 4330
  Example3In, the inside of the outer tube OB is evacuated, so that the lamp voltage is increased and the luminous efficiency is dramatically improved. In contrast, the comparative example was only slightly improved.
【Example4]
[0139]
  Example4The same structure as that of the metal halide lamp shown in FIG. 1 and the same size as in Example 1 were filled with the discharge medium as follows.
[0140]
      First halide = scandium iodide ScI₃0.14mg
                          + Sodium iodide NaI 0.7mg
      Second halide = Zinc iodide ZnI₂0.4 mg and shown in Table 10
                          Added halide 0.1mg
      Noble gas = xenon 5 atm
  Then, an example4Table 1 shows the results of measurement of lamp voltage (V), luminous efficiency (lm / W), color rendering (average color rendering index) Ra, and color temperature (K).11Shown in
[0141]
【table11]
Lamp Additive halide Lamp voltage Luminous efficiency Color rendering Color temperature
                              (V) (lm / W) (Ra) (K)
  1 MgI₂            88 81 65 3890
  2 NiI₂            91 80 66 3990
  3 CoI₂            88 82 67 4020
  4 CrI₂            96 82 64 4110
  5 SbI_Three            83 79 66 3810
  6 ReI₂            86 80 66 3960
  The second halide generally has a lower vapor pressure than mercury, but at the same pressure, it contributes more to the lamp voltage formation than mercury.
[0142]
  However, since mercury has a constantly high vapor pressure, mercury is completely evaporated in a small metal halide lamp with a small load such as a rated lamp power of 100 W or less for a headlight of a moving body. For this reason, the lamp voltage can be adjusted by the amount of mercury enclosed.
[0143]
  On the other hand, when the second halide is sealed instead of mercury, the vapor pressure is saturated at the stage of incomplete evaporation of the sealed halide, and the lamp voltage does not increase any more.
[0144]
  However, the example4As described above, the lamp voltage can be further increased by enclosing a plurality of types of the second halide. That is, when one of the second halides is saturated, evaporation of the added second halide contributes to an increase in lamp voltage. Accordingly, the lamp voltage can be increased when a plurality of types of the second halides are mixed than when they are a single type.
【Example5]
[0145]
  In the present example, the discharge medium was enclosed as follows in the same structure as the metal halide lamp shown in FIG.
[0146]
      First halide = scandium iodide ScI₃0.14mg
                          + Sodium iodide NaI 0.7mg
      Second halide = 0.4 mg of halide shown in Table 11
      Third halide = cesium iodide CsI 0.1 mg
      Noble gas = xenon 5 atm
  In addition, as a comparative example, an example was used except that 1 mg of mercury was enclosed instead of the second halide.5Produced a metal halide lamp with the same specifications.
[0147]
  Then, an example5Table 1 shows the results of measuring lamp voltage (V), luminous efficiency (lm / W), color rendering property (average color rendering index) Ra, and color temperature (K) after lighting at a constant lamp input of 35 W for the comparative example.12Shown in
[0148]
【table12]
  Lamp Second halide Lamp voltage Luminous efficiency Color rendering Color temperature
                                    (V) (lm / W) (Ra) (K)
    1 (Comparative Example)-83 86 63 4140
    2 AlI_Three          63 93 68 3940
    3 FeI₂          68 92 70 4180
    4 ZnI₂          73 94 66 3800
    5 MnI₂          65 94 65 4200
    6 GaI_Three          75 92 65 4310
  Example5In C., the addition of cesium iodide CsI as the third halide hardly changes the color rendering property Ra and the color temperature, but the arc temperature distribution is flattened, so that the heat loss is reduced and light is emitted. Efficiency is improved. However, in the comparative example in which mercury is enclosed, the efficiency is not improved even when the third halide is added.
[0149]
  Examples5The emission efficiency is higher than that of the comparative example due to the absence of mercury emission with low emission efficiency.
[0150]
  Next, in the lamp 3, the luminous efficiency (lm / W) is shown when the amount of the cesium iodide CsI that is the third halide is changed.13Shown in
[0151]
【table13]
                CsI enclosed amount (mg) Luminous efficiency (lm / W)
                  0.005 83
                  0.01 85
                  0.05 88
                  0.1 92
                  0.3 91
                  0.5 90
                  1.0 89
                  2.0 84
                  2.5 79
  table13As can be understood from the above, the addition of CsI is effective from 0.01 mg. However, if the amount added is too large, the vapor pressure of the luminescent metal is lowered, resulting in a reduction in efficiency.
[0152]
  Further, Example 5 and Comparative Example described above4Table shows the results of measuring the restart voltage during instant restart (hot restart) under the same conditions as in14Shown in
[0153]
【table14]
            Lamp Second halide restart voltage (kV)
              1 (Comparative Example)-15.2
              2 AlI_Three                      9.2
              3 FeI₂                      9.6
              4 ZnI₂                    10.1
              5 MnI₂                      9.8
              6 GaI_Three                      8.9
  Example5, The restart voltage is much lower than that of the comparative example in which mercury is encapsulated, but the restart voltage tends to be slightly higher than in the case of not enclosing the third halide, cesium iodide CsI. . However, there is no problem at all practically.
[0154]
    Figure6Is the first of the metal halide lamp of the present invention.3It is a front view showing an embodiment. In the figure, the same parts as those in FIG. The present embodiment is common in that it is suitable for use as a headlamp for a moving body, but differs in that it is configured to be lit in direct current.
[0155]
  That is, in the figure, 2_KIs the cathode, 2_AIs the anode.
[0156]
  The airtight container 1 has an elliptical spherical shape, and includes sealing portions 1a having a length of 30 mm at both ends.
[0157]
  Cathode 2_KConsists of a tungsten rod. The base end portion is welded to one end of the molybdenum foil 3 embedded in the sealing portion 1a.
[0158]
  Anode 2_AConsists of a tungsten rod. The base end portion is welded to one end of the same molybdenum foil 3 as described above.
[0159]
  The external lead wire 4 is made of a conductor and is welded to the other end of the molybdenum foil 3.
[0160]
  In order to manufacture the metal halide lamp having the above-described structure, first, a tube in which sealing tubes for forming the sealing portions 1a are joined to both ends of the hermetic container 1 is prepared.
[0161]
  Next, cathode 2_KAfter inserting the connection assembly of the molybdenum foil 3 and the external lead wire 4 into one sealing tube, the sealing tube is heated and melted using an oxyhydrogen burner, and sealed with a pinch seal to form the cathode 2_KIs sealed in the airtight container 1.
[0162]
  Thereafter, the first and second halides are sealed in the hermetic vessel 1 from the other sealing tube in a nitrogen gas atmosphere, and the anode 2_AThen, the connection assembly of the molybdenum foil 3 and the external lead wire 4 is inserted into the sealing tube and set to a predetermined distance between the electrodes.
[0163]
  Further, these assemblies are attached to an exhaust system through a sealing tube to evacuate the inside of the hermetic container 1, and after introducing xenon at 2 atm, the other sealing tube is mounted while cooling the hermetic container 1. Heat and melt with an oxyhydrogen burner, then pinch seal to anode 2_AIs sealed in an airtight container 1 to complete a metal halide discharge lamp. Examples of halides among discharge media6Was enclosed.
【Example6]
[0164]
  In the present example, the main specifications were as follows in the same structure as the metal halide lamp shown in FIG.
[0165]
  Airtight container 1: inner diameter 4mm, length 7mm
  Cathode 2_K  : 0.4mm in diameter and 6mm in length with thorium
  Anode 2_A  : Diameter 0.8mm, length 6mm
  Distance between electrodes: 4.2 mm
  The external lead wire 4 is a conductor having a diameter of 0.5 mm and a length of 25 mm.
  Discharge medium:
      First halide = scandium iodide ScI₃0.17mg
                          + Sodium iodide NaI 0.83mg
      Second halide = (Lamp 2) ZnI₂0.4mg
                        = (Lamp 3) AlI₃0.2mg
                        = (Lamp 4) FeI₂0.4mg
      Noble gas = Xe2 atm
  As a comparative example (lamp 1), an example was used except that 1 mg of mercury was enclosed instead of the second halide.6Produced a metal halide lamp with the same specifications.
[0166]
  Then, lamp 2 (Example6) And lamp 1 (comparative example), luminous efficiency (lm / W), color rendering (average color rendering index) Ra and color temperature when the lamp input is turned on at 20 W, 25 W, 30 W and 35 W with respect to the rated 35 W Table showing the results of measuring (K)15Shown in
[0167]
【table15]
      Lamp Lamp power Luminous efficiency Color rendering Color temperature
                    (W) (lm / W) (Ra) (K)
        1 (ComparisonExample) 20 45 4970
                    35 80 65 4100
        2 20 64 4400
                    25 66 4310
                    30 69 4240
                    35 75 70 4190
    Figure7Example6It is a chromaticity diagram which shows the chromaticity rise characteristic of the lamp | ramp 2 in FIG. In the figure, the curve G shows the luminous flux rising characteristics of Example 6. A curve H indicates the rising characteristic of the light flux of the comparative example.
[0168]
  Example6Is in the white region from the beginning of lighting. On the other hand, the chromaticity of the comparative example required about 1 minute to enter the white region.
[0169]
  Next, the example6As a result of investigating the presence or absence of the rupture of the airtight container by performing a blinking test of lighting for 60 minutes at 42 W, which is a 20% increase in the rated lamp power, and turning off for 15 seconds for each of the lamps, There was no.
[0170]
  In addition, the results of the measurement of the restart voltage required for the instantaneous restart after 2 seconds of extinction are shown.16Shown in
[0171]
【table16]
                  Lamp restart voltage (kV)
                    1 12
                    2 5
                    3 4
                    4 4.3
    Figure8The figure6The metal halide lamp of the present invention shown in FIG.36 is a graph showing a relationship with a light beam rise time when a rare gas sealing pressure is changed in the embodiment. In the figure, the horizontal axis represents the xenon sealing pressure (atmospheric pressure), and the vertical axis represents the luminous flux rise time (seconds).
[0172]
  From the figure, it was found that when the sealed pressure of xenon is 1 atm or higher, the rise time of the light beam is abruptly shortened and becomes practical.
[0173]
    Figure9Example6In the lamp 2 of FIG. 2, ZnI is used as the second halide.₂It is a graph which shows the relationship of the lamp voltage (V) at the time of changing the amount of sealing (mg / cc). From the figure ZnI₂If 1 mg / cc or more is sealed, it can be understood that the lamp voltage can be increased to 30 V or more, which is a desired value for lighting using an electronic lighting circuit.
[Example 7]
[0174]
  The present embodiment has a structure basically similar to that shown in FIG. 1, but is a metal halide lamp configured to be suitable for use in a second embodiment of the lighting device of the present invention described later. .
[0175]
  Distance between electrodes: 2mm
  Rated lamp power: 80W
  Discharge medium:
      First halide = scandium iodide ScI₃0.3mg
                          + Sodium iodide NaI 1.5mg
      Second halide
              (Lamp 2) = ZnI₂1mg + AlI₃1mg + MnI₂1mg
              (Lamp 3) = ZnI₂2mg + GaI₃1mg + CrI₂1mg
      Noble gas = xenon 5 atm
  In addition, as a comparative example, the embodiment is different from the second halide except that 15 mg of mercury is enclosed.7Produced a metal halide lamp with the same specifications.
[0176]
  Then, an example7Table 1 shows the results of measuring the lamp voltage (V), luminous efficiency (lm / W), color rendering (average color rendering index) Ra, and color temperature (K) after lighting at a constant rating of 80 W and the comparative example.17Shown in
[0177]
【table17]
Lamp Lamp voltage (V) Luminous efficiency (lm / W) Color rendering (Ra) Color temperature (K)
  1 (Comparative example) 63 94 63 4020
  2 58 88 68 3920
  3 62 89 69 4110
  table17As can be seen from the examples7In the case of, almost the same characteristics as the comparative example in which mercury is enclosed can be obtained. Further, although it is suitable for the second embodiment of the lighting device of the present invention to be described later, in the system in this lighting device, it is necessary to adjust the light by changing the input. It is extremely useful.
[0178]
  <About embodiment of the metal halide lamp lighting device of this invention>
    Figure10These are the circuit diagrams which show 1st Embodiment of the metal halide lamp lighting device of this invention. In the present embodiment, the metal halide lamp is configured to be lit by direct current. In the figure, 71 is a DC power source, 72 is a chopper, 73 is a control means, 74 is a lamp current detection means, 75 is a lamp voltage detection means, 76 is a starting means, and 77 is a metal halide lamp.
[0179]
  The DC power supply 71 is a battery or a rectified DC power supply. In the case of a mobile object such as an automobile, a battery is generally used. However, it may be a rectified DC power source that rectifies AC. If necessary, smoothing is performed by connecting electrolytic capacitors 71a in parallel.
[0180]
  The chopper 72 converts the DC voltage into a voltage having a required value and controls the metal halide lamp 77 as required. When the DC power supply voltage is low, a step-up chopper is used, and when it is high, a step-down chopper is used.
[0181]
  The control means 73 controls the chopper 72. For example, immediately after lighting, a metal halide lamp 77 is supplied with a lamp current more than three times the rated lamp current from the chopper 72, and thereafter, the lamp current is gradually reduced with the passage of time, and is controlled so as to eventually reach the rated lamp current. .
[0182]
  The lamp current detection means 74 is inserted in series with the lamp, detects the lamp current, and inputs the control input to the control means 73.
[0183]
  The lamp voltage detection means 75 is connected in parallel with the lamp, detects the lamp voltage, and inputs the control voltage to the control means 73.
[0184]
  The control means 73 generates a constant power control signal by feedback input of the detection signal of the lamp current and the lamp voltage, and controls the chopper 72 at a constant power. Further, the control means 73 has a built-in microcomputer in which a temporal control pattern is incorporated in advance, and immediately after lighting, a lamp current more than three times the rated lamp current flows through the metal halide lamp 77. The chopper 72 is configured to control the current.
[0185]
  The starting means 76 is configured to supply a pulse voltage of 20 kV to the metal halide lamp 67 at the time of starting.
[0186]
  Thus, according to the metal halide lamp lighting device of the present embodiment, a required light flux is generated immediately after lighting while DC lighting. As a result, it is possible to realize lighting with a luminous flux of 25% and a luminous flux of 80% after 1 second after turning on the power necessary as a headlamp for a moving body such as an automobile.
[0187]
  In the case of this embodiment, since a DC-AC conversion circuit is not required, the cost can be reduced by about 30% compared to AC lighting. Further, the weight can be reduced by 15%. Along with this, the lighting circuit becomes inexpensive.
[0188]
    Figure11These are the circuit diagrams which show 2nd Embodiment of the metal halide lamp lighting device of this invention. In the figure,10The same parts as those in FIG. This embodiment is different in that the metal halide lamp is configured to be lit with alternating current.
[0189]
  Reference numeral 78 denotes AC conversion means. The AC conversion means 78 is composed of a full bridge inverter. That is, a pair of switching means 78a, 78a in series is connected in parallel between the output ends of the chopper 72 to form a bridge circuit, and the oscillation output of the oscillator 78b is switched in the diagonal direction of the four switching means 78a. By alternately supplying to the means, high-frequency alternating current is generated between the output ends of the bridge circuit.
[0190]
  The metal halide lamp 77 is turned on by high frequency alternating current.
[0191]
  Even in this AC lighting configuration,10The same control is performed.
[0192]
  <About embodiment of the illuminating device of this invention>
    Figure12These are the perspective views which show the headlamp for moving bodies, such as a motor vehicle, as 1st Embodiment of the illuminating device of this invention. In the figure, 31 is a reflecting mirror and 32 is a front cover.
[0193]
  The reflecting mirror 31 is formed into a deformed paraboloid by molding plastics, and is configured to attach and detach a metal halide lamp (not shown) shown in FIG. 4 from the top back surface.
[0194]
  The front cover 32 is integrally formed with prisms or lenses by molding transparent plastics, and is airtightly attached to the front opening of the reflecting mirror.
[0195]
    Figure13And figure14These show the headlamp for moving bodies as 2nd Embodiment of the illuminating device of this invention,13Is a conceptual diagram, diagram14These are the conceptual diagrams of the part of an optical distributor. In each figure, 81 is a lighting circuit, 82 is a light distributor, 83 is a main optical fiber, 84 is an optical shutter 85, an individual optical fiber, and 86 is a lamp.
[0196]
  The lighting circuit 81 is shown in FIG.10Or figure11Any of the lighting circuits shown in FIG.
[0197]
  The optical distributor 82 includes a case 82a, a condensing reflection surface 82b, a metal halide lamp 82c, and an optical connector 82d. Then, the light generated from the metal halide lamp 82c is distributed from the optical connector 82d to the main optical fiber 83.
[0198]
  The main optical fiber 83 transmits the light distributed from the light distributor 82 to the optical shutter 84.
[0199]
  The optical shutter 84 selectively transmits to each lamp 86 via the individual fiber 85.
[0200]
  The lamp unit 86 includes a high beam lamp unit 86a, a low beam lamp unit 86b, and a fog lamp unit 86c, and two sets are disposed on both sides of the front part of a moving body such as an automobile.
【The invention's effect】
  According to the invention of claim 1, the discharge medium is a first halide mainly composed of sodium Na and scandium Sc halide;It is a metal halide that has a relatively large vapor pressure during lighting and that is less likely to emit light in the visible region than the first halide metal.Of the specific metalOver 1.5mg per 1cc of airtight container volumeA white chromaticity conforming to the JIS standard, comprising a second halide mainly composed of halide, a discharge medium containing xenon sealed at a pressure of 1 atm or higher, and essentially free of mercury. Satisfying the range and at least with 35W lighting2520By generating lm white light, it does not essentially use mercury, which has a large environmental impact., Maintaining the desired lamp voltage and high luminous efficiency, increasing the total luminous flux,It has almost the same electrical and luminescent properties as mercury-filled ones.Emits white lightTherefore, a metal halide lamp suitable for an automobile headlamp can be provided.
[0201]
    According to the invention of claim 2,A metal halide lamp lighting device in which the lighting device having the effect of claim 1 is digitized.Can be provided.
[0202]
    According to the invention of claim 3,A metal halide lamp lighting device suitable for an automobile headlamp having the effect of claim 1Can be provided.
[0203]
    Claim4According to this invention, the illuminating device which has the effect of Claim 1 can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a central section showing a first embodiment of a metal halide lamp of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the rise time of the light flux and the sealed pressure of xenon Xe in Example 1.
FIG. 3 shows iron iodide FeI as the second halide in Example 1.₂Graph showing the relationship of lamp voltage to the amount of sealed water when using
FIG. 4 is a front view showing a second embodiment of the metal halide lamp of the present invention.
[Figure5】Example2Table in6Chromaticity Diagram showing Chromaticity Rising Characteristics in Lamp 2 and Comparative Example Lamp 1
[Figure6] The metal halide lamp of the present invention3Front view showing the embodiment of the
[Figure7】Example6Chromaticity Diagram showing Ramp 2 Chromaticity Rise Characteristic with that of Comparative Example
[Figure8] Figure6The metal halide lamp of the present invention shown in FIG.3In the embodiment of the present invention, a graph showing the relationship with the luminous flux rise time when the noble gas sealing pressure is changed
[Figure9】Example6In the lamp 2 of FIG. 2, ZnI is used as the second halide.₂Is a graph showing the relationship of lamp voltage (V) when the enclosed amount (mg / cc) is changed
[Figure10A circuit diagram showing a first embodiment of a metal halide lamp lighting device according to the present invention.
[Figure11A circuit diagram showing a second embodiment of the metal halide lamp lighting device of the present invention.
[Figure12A perspective view showing a headlamp for a moving body such as an automobile as a first embodiment of an illuminating device of the present invention.
[Figure13A conceptual diagram showing a headlamp for a moving body as a second embodiment of the illumination device of the present invention.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing the same optical distributor part.
[Figure15] Conceptual diagram for explaining the lamp voltage in a metal halide lamp
[Figure16A graph showing the emission spectrum distribution of a short arc metal halide lamp for conventional projection
[Figure17A graph that schematically illustrates the arc temperature distribution in a metal halide lamp when mercury is not sealed and when mercury is sealed
[Explanation of symbols]
  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Airtight container, 1a ... Sealing part, 2 ... Electrode, 2a ... Electrode axis, 3 ... Sealing metal foil, 4 ... External lead wire, IB ... Arc tube

Claims

気密容器と；
気密容器に封着された一対の電極と；
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、かつ、本質的に水銀を含まない構成で気密容器内に封入され、第１のハロゲン化物はナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃのハロゲン化物を主体とし、第２のハロゲン化物は点灯中の蒸気圧が相対的に大きくて、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で、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、レニウムＲｅおよびガリウムＧａからなるグループから選択された一種または複数種で気密容器内容積１ｃｃ当たり１．５ｍｇ超のハロゲン化物を主体とし、希ガスはキセノンの封入圧力が１気圧以上である放電媒体と；
を具備し、点灯により生じる光の放射が日本工業規格ＪＩＳＤ５５００-1984において規定されている白の色度の範囲に入り、かつ、３５Ｗで点灯したときの全光束が少なくとも２５２０ｌｍであることを特徴とするメタルハライドランプ。An airtight container;
A pair of electrodes sealed in an airtight container;
A first halide, a second halide and a rare gas are contained in an airtight container in a configuration essentially free of mercury, and the first halide contains sodium Na and scandium Sc halides. The second halide is a metal halide that has a relatively high vapor pressure during lighting and is less likely to emit light in the visible region than the metal of the first halide. Magnesium Mg, iron Fe, cobalt Co, chromium Cr, zinc Zn, nickel Ni, manganese Mn, aluminum Al, antimony Sb, rhenium Re and gallium Ga, one or more selected from the group consisting of more than 1.5 mg per 1 cc of airtight container volume A rare earth gas with a xenon filling pressure of 1 atmosphere or more and a discharge medium;
The radiation of light generated by lighting falls within the range of white chromaticity specified in Japanese Industrial Standard JIS D 5500-1984, and the total luminous flux when lighting at 35 W is at least 2520 lm. A featured metal halide lamp.

請求項１記載のメタルハライドランプと；
メタルハライドランプを点灯する電子化点灯装置と；
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。A metal halide lamp according to claim 1;
An electronic lighting device for lighting a metal halide lamp;
A metal halide lamp lighting device comprising:

請求項１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点灯直後に定格ランプ電流の少なくとも３倍の電流をメタルハライドランプに供給し、時間の経過に伴い電流を低減するように構成されている点灯回路と；
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。A metal halide lamp according to claim 1;
A lighting circuit configured to supply current to the metal halide lamp at least three times the rated lamp current immediately after the metal halide lamp is lit, and to reduce the current over time;
A metal halide lamp lighting device comprising: