CN1277732A - 无汞金属卤化物灯 - Google Patents

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Abstract

在发光管1中设有一对电极3,如果该电极3的前端部分的截面积为S,以额定功率点火时电极3.3之间流动的电流为I时,那么I/S在20(A/mm2)以下。由此,随着经过的点火时间增加也不会产生因电极蒸发等造成的灯电压的上升和发光管1的黑化,可以获得长的灯寿命。

Description

无汞金属卤化物灯
                         技术领域
本发明涉及作为一般照明和与反射镜等组合的汽车前灯等各种光源使用的特别是不包含汞的无汞金属卤化物灯。
                         背景技术
以往，用于汽车前灯的灯以具有钨丝的卤素灯为主流。但是，近来为提高效率和白线识别的目的，已采用作为金属卤化物高压放电灯的金属卤化物灯。
上述以往的金属卤化物灯在发光管内封入稀有气体和金属卤化物(固体)以及汞。由于稀有气体主要使灯的起动容易，同时在起动后可获得强大的光输出，和由于金属卤化物可获得稳定点火时的适当光输出，此外，还由于汞可获得灯在适当状态下工作所必需的足够高的电极间电压(灯电压)，所以封入这些填充物。
特别是因汞的封入，点火中的灯可以获得高的电极间电压，因此，可用小的灯电流使灯点火。其结果，电极的热负荷(焦耳损失)小，在多达数千小时的长时间期间都可以点火。
作为以往的金属卤化物灯的具体例，已知例如在特开昭59-111244号公报中披露的适合汽车前灯的灯。以下，在图16中示出和说明以该公报为基准的以往的金属卤化物灯。
在图16中，101是以石英为材料的发光管，处于发光管101两端的102是密封部分。103是以钨为材料的一对电极，104是钼箔，105是以相同的钼为材料的引线。电极103与封入密封部分102中的钼箔104的一端电连接，并且钼箔104的另一端与引线105电连接。
在发光管101内这样配置电极103的前端，使其前端之间的距离即电极间距离达到约4.2(mm)。发光管101的内容积约为0.03(cc)，在其内部，封入约0.7mg(每单位发光管内容积约1.1mg/cc)的汞106、由总量约0.3mg(每单位发光管内容积约12.0mg/cc)的碘化钠和碘化钪及碘化钍构成的卤化物107、和图中未示出的室温下为0.7Mpa的Xe气体。
上述金属卤化物灯的灯电压达到约70～80V，例如按约35W的灯功率点火的情况下，灯电流达到约0.4～0.5A。
这样，利用汞获得高的灯电压的结果是可以用小的电流使上述以往的金属卤化物灯点火，因此，这种以往的金属卤化物灯具有约2000小时的长寿命。
如上所述，汞的封入造成灯电压的增加，因此，为我们提供多达数千小时的长的灯寿命。
但是，相反地，由于制造时必须进行注入液体汞的工艺，所以存在制造成本容易升高等缺点。此外，近年来，从对于地球环境等的考虑来说，期望生产不含汞的金属卤化物灯。
但是，如果从上述以往的金属卤化物灯中除去汞，那么灯电压下降约25V。在这种情况下，点火中的灯电流为约1.5A，变为封入汞的以往的金属卤化物灯电流的约3倍。因此，电极的热负荷(焦耳损失)增加，电极的蒸发变得活跃。因此，从以往的金属卤化物灯中简单地除去汞所构成的无汞灯存在仅在几十小时内发光管就变黑，在非常短的时间内就寿命终了的问题。此外，由于电极的蒸发使电极间距离增大，所以随着经过的点火时间增加，灯的工作状态会变化，还会对驱动电路带来过大的负荷。
再有，在目前的技术水平中，就荧光灯而言，由于完全除去汞使效率极大地降低，所以正在进行低降低的努力，但未达到无汞化。就金属卤化物灯来说，进行着实现无汞化的努力，无电极放电灯正在商品化，但在有电极放电灯中，还处于研讨阶段。
                         发明的公开
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供不封入汞，随着经过的点火时间增加也不会产生因电极蒸发等造成的灯电压的上升和发光管1的黑化，可以获得长的灯寿命的无汞金属卤化物灯。
就是说，根据以往的经验，为了长寿命，认为小的灯电流是必要的。但是，因灯的各部件和点火条件，即使相同的电流也不一定能够获得相同的寿命。因此，本发明人进行各种研讨的结果，发现不仅电流的大小与灯寿命有关，而且电流密度更重要，从而完成了本发明。
因此，权利要求1的发明是，
一种在发光管内有一对放电电极，至少封入稀有气体和金属卤化物的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述放电电极的前端部分的截面积为S(mm2)，以额定功率点火时的灯电流为I(A)时，I/S在20(A/mm2)以下。
此外，权利要求2的发明是，
如权利要求1的无汞金属卤化物灯，其特征在于，所述I/S在15(A/mm2)以下。
此外，权利要求3的发明是，
如权利要求1的无汞金属卤化物灯，其特征在于，以额定功率点火时的所述放电电极的前端温度在3200K以下。
由此，由于可抑制伴随点火时间电极的蒸发等产生的金属卤化物的蒸汽压上升和电极间距离增大的相乘效果造成的灯电压的大幅度上升变化和发光管的黑化，所以可以获得长的灯寿命。
此外，权利要求4的发明是，
如权利要求3的无汞金属卤化物灯，其特征在于，以额定功率点火时的所述放电电极的前端温度在2500K以下。
由此，可以容易地开始稳定的放电。
此外，权利要求5的发明是，
如权利要求1或权利要求3的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，包括钪的卤化物和钠的卤化物中的至少一种。
此外，权利要求6的发明是，
如权利要求5的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，包括铟的卤化物和钇的卤化物中的至少一种。
此外，权利要求7的发明是，
如权利要求1或权利要求3的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，至少包括+3价的铟的卤化物。
此外，权利要求8的发明是，
如权利要求7的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内还包括铊的卤化物。
此外，权利要求9的发明是，
如权利要求7的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，还包括钪的卤化物和钠的卤化物中的至少一种，
此外，权利要求10的发明是，
如权利要求8的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，还包括钪的卤化物和钠的卤化物中的至少一种。
此外，权利要求11的发明是，
如权利要求7的无汞金属卤化物灯，其特征在于，所述+3价的铟的卤化物是碘化物或溴化物的其中一种。
由此，由于可以获得高的灯电压，所以可以容易地将电流密度抑制得小，因此，确实可以提高灯寿命。
此外，权利要求12的发明是，
如权利要求1或权利要求3的无汞金属卤化物灯，其特征在于，配有固定所述发光管的外管，在所述外管上形成红外线反射层。
由此，由于灯的保温性变高，所以金属卤化物的蒸汽压容易上升，同样，由于能够提高灯电压，可以容易地将电流密度抑制得小，因此，确实可以提高灯寿命。
                        附图的简单说明
图1是表示实施例1的无汞金属卤化物灯的剖面图。
图2是表示实施例1的无汞金属卤化物灯中电流密度与100小时点火后的灯电压上升率的关系的曲线图。
图3是表示实施例1的无汞金属卤化物灯中点火时间与电极间距离变化率及灯电压变化率的关系的曲线图。
图4是表示实施例1的无汞金属卤化物灯中电极间距离变化率与灯电压变化率的相关性的曲线图。
图5是表示实施例1的无汞金属卤化物灯中电流密度与电极前端温度的关系的曲线图。
图6是表示实施例3、4的无汞金属卤化物灯的剖面图。
图7是表示实施例3的无汞金属卤化物灯的+3价铟的碘化物InI3封入量与灯电压的关系的曲线图。
图8是表示实施例3的无汞金属卤化物灯的Xe封入压力与全光束的关系的曲线图。
图9是表示实施例3的无汞金属卤化物灯以45W功率点火的情况下+3价铟的碘化物InI3封入量与全光束的关系的曲线图。
图10是表示实施例3的无汞金属卤化物灯以35W功率点火的情况下+3价铟的碘化物InI3封入量与全光束关系的曲线图。
图11是表示实施例4的无汞金属卤化物灯的碘化铊封入量与灯电压的关系的曲线图。
图12是表示实施例4的无汞金属卤化物灯的碘化铊封入量与全光束的关系的曲线图。
图13是表示实施例4的无汞金属卤化物灯的Xe封入压力与灯电压的关系的曲线图。
图14是表示实施例4的无汞金属卤化物灯的Xe封入压力与全光束的关系的曲线图。
图15是表示实施例5的涂敷红外线反射膜的无汞金属卤化物灯的剖面图。
图16是表示以往的金属卤化物灯的剖面图。
                      实施发明的最佳实施例
(各实施例的概要)
首先说明以下各实施例的概要。
本发明的基本原理在于，通过减小电流密度，和通过降低电极前端温度，可以获得灯的长寿命。在以下的实施例1中，说明获得灯的长寿命的电流密度和电极的前端温度。
其中，作为减小上述电流密度的第一方法是使电极棒粗大的方法。
此外，作为减小电流密度的第二方法是使灯电压提高的方法。在提高该灯电压的方法中，还有增大地设定电极间距离的方法和提高在发光管内封入的填充物(发光物质)的蒸汽压的方法。此外，在提高上述填充物的蒸汽压的方法中，还有使用蒸汽压高的填充物(例如，钪的卤化物和钇的卤化物等)的方法和提高发光管的管壁温度的方法。
而且，在实施例2中，说明使上述电极棒变粗的方法和为了提高灯电压增大地设定电极间距离的方法。
此外，在实施例3、4中，说明为了提高灯电压，能提高蒸汽压的填充物。
此外，在实施例5中，说明为了提高灯电压，提高发光管的管壁温度的方法。
(实施例1)
下面说明本发明的实施例1。图1是表示本发明实施例1的无汞金属卤化物灯的剖面图。
在图1中，1是以石英为材料的发光管，处于发光管1两端的2是密封部分。3是以钨为材料的一对电极，4是钼箔，5是以相同的钼为材料的引线。电极3与被密封在密封部分2中的钼箔4的一端电连接，而且，钼箔4的另一端与引线5电连接。在发光管1内，封入下述卤化物7和图中未示出的稀有气体。此外，在该图中，用S表示电极3中前端面的面积(在前端部分为球面等情况下前端部分的截面积：以下统称为电极截面积)，用L表示电极3-3间的距离，用V表示电极3-3间的电压(灯电压)，用I表示电极3-3间流过的电流(灯电流)，用A表示放电电弧。
按上述结构，例如制作电极间距离L为3.5～4.3mm、电极截面积S为1.169～1.327mm2(电极3的前端部分为平面，直径φ为0.25～0.46mm)、作为卤化物7封入了下表(表1)所示物质的各种灯，按35～45W的灯功率，在产生稳定放电电弧A的状态下连续进行100小时点火，测定灯电压。
表1
发光物质 电极前端截面直径(mm)
ScI3-NaI-HgScI3-NaIScI3-NaIScI3-NaIScI3-NaI-YI3ScI3-NaI-InI  0.250.250.310.460.250.25
相对于此时的点火开始后的灯电压V0，求出100小时点火后的灯电压V100的上升率Rv，即
Rv＝(V100-V0)/V0    ……(式1)
图2表示该灯的电压上升率与电流密度(灯电流I/电极截面积S)的关系。再有，图中用误差条(error bar)表示约3％的测定误差。从该图可判断，如果电流密度超过约20A/mm2，那么灯电压上升率显著增大。在这种情况下(例如，30A/mm2的情况下)，电极3的一部分蒸发，剩余部分变形为折叠状。因上述蒸发产生发光管1的黑化，光束维持率大幅度地下降。此外，如果电流密度大，那么电弧更加不稳定。另一方面，如果电流密度在约20A/mm2以下，那么灯电压上升率Rv约为0.1以下，满足一般良品界限的条件。此外，如果电流密度在约10A/mm2以下，那么可以大幅度减小灯电压上升率。在这种情况下(例如，8A/mm2情况下)，几乎没有电极3的变形，也不产生因黑化造成的光束减弱。
下面说明随着上述电流密度的上升，灯电压上升率急剧增大的理由。
灯电压Vla一般按
Vla∝N1/2×L  ……(式2)来表示。
其中，N是灯内的粒子密度，L是电极间距离。
因此，对于上述无汞灯和以往的有汞灯来说，使无汞灯以约25A/mm2的电流密度点火，有汞灯以约8A/mm2的电流密度点火，随着点灯经过时间的增加测定灯电压Vla和电极间距离L，求出来自各自点火开始后的值的变化率，如图3所示的那样。就是说，在有汞灯的情况下，随着经过的点火时间增加，灯电压Vla变化率和电极间距离L的变化率仅略微增大，而在无汞灯的情况下则大幅度地增大。此外，如果观察灯电压Vla变化率和电极间距离L的变化率的关系，那么如图4所示，在有汞灯中，梯度约0.9，就是说，灯电压Vla的变化率和电极间距离L的变化率按大致同等程度增大。另一方面，在无汞灯中，梯度约为2，与电极间距离L的变化率相比，灯电压Vla的变化率增大得更大。
如上所述，有汞灯中灯电极间距离L的变化率仅略微增大的原因在于电极3几乎不蒸发，此外，灯电压Vla的变化率和电极间距离L的变化率的增大程度大致相同的原因在于，由于封入的汞全部变为汞蒸汽，所以可以认为上述(式2)中的N几乎不变化(就是说，关键是仅使上述(式2)的L变化)。另一方面，在无汞灯中灯电极间距离L的变化率大幅度增大的原因在于电极3剧烈地蒸发，此外，灯电压Vla的变化率比电极间距离L的变化率更大幅度地增大的原因在于，可以认为随着电极3的蒸发，电极间距离L增大，同时金属卤化物的蒸汽压也上升(就是说，上述(式2)中的L和N同时变化)。亦即，如果电极间距离L增大，那么可以认为发光管1的管壁温度上升，金属卤化物的蒸汽压上升。实际上，在观测分光频谱时，可观测到金属频谱变化的情况。
因此，如上所述，电流密度越大，灯电压越急剧地增大，因发光管1黑化导致的寿命下降变得显著，而通过使电流密度在20A/mm2以下，在10A/mm2以下更好，可以大幅度地抑制灯电压上升率，可以获得长的灯寿命。
下面，作为与上述电流密度对应的指标，说明使用电极前端温度的实例。就是说，由于电极的前端温度越高，越能促进电极的蒸发，所以通过将该温度抑制得低，可以使灯电压上升率小，提高灯寿命。其中，一般来说，很难直接测定金属卤化物灯的电极温度。但是，本发明人通过采用日本特开平4-99号公报中披露的方法，可以除去金属特有频谱产生的干扰，可以非常简便地进行高精度的测定。
具体地说，首先测定两个波长λ1、λ2(例如，λ1＝613nm，λ2＝807nm)的光的亮度L1、L2，求出亮度比R。
R＝L1(λ1)/L2(λ2)    ……(3)
接着，使用上述亮度比R，算出电极温度T。
T＝C(1/λ1-1/λ2)/1n(R×λ15/λ25)  ……(4)
其中，C＝0.0014388[m·K]。
图5表示这样求出的电极前端温度和电流密度的关系。由该图可判断，与20A/mm2电流密度对应的电极前端温度为3200K，通过使其在该温度以下，可以使灯具有长寿命。再有，为了开始稳定的放电，在2500K以上较好。
(实施例2)
下面说明减小电流密度的具体方法。
首先，通过使电极棒变粗，可以减小电流密度。具体地说，例如在额定功率为35W，灯电压为70V的情况下，由于灯电流变为0.5A，所以通过使电极截面积达到0.025mm2(在圆形截面的情况下，直径约0.18mm)以上，可以把电流密度抑制在20A/mm2以下。但是，如果过粗，那么发光管的耐压力与电极棒直径成反比地下降。就是说，在发光管中与电极棒接合部分的间隙附近产生的应力变大。因此，例如汽车灯那样，在发光管内部达到高压(例如，点火中为100气压)等情况下，从机械强度的观点来看，使电极棒直径更小较好。此外，为了缩短点火开始时光束上升的时间，使电极棒直径更小较好。
此外，通过增大电极间距离，提高灯电压，也可减小电流密度。例如，如果将象以往的普通灯那样4mm左右的电极间距离增大至5mm，那么可以使灯电压上升约25％。因此，可容易地减小电流密度。但是，在汽车前灯等与反射镜同时使用的情况下，从光源大小的观点来看，电极间距离不过大较好。
(实施例3)
下面说明提高蒸汽压可以提高灯电压的填充物。
以下说明本发明的实施例3。图6是表示本发明实施例3的无汞金属卤化物灯的剖面图。
在图6中，1是以石英为材料的发光管，处于发光管1两端的2是密封部分。3是以钨为材料的一对电极，4是钼箔，5是以相同的钼为材料的引线。电极3与被密封在密封部分2中的钼箔4的一端电连接，而且，钼箔4的另一端与引线5电连接。
在发光管1内这样配置电极3的前端，以便使其前端间距离即电极间距离达到约4.2(mm)。
发光管1的内容积为约0.025(cc)，在其内部封入由约0.2mg的+3价铟的碘化物InI3(每单位发光管内容积约8.0mg/cc)、约0.19mg的碘化钪(每单位发光管内容积约8.0mg/cc)、约0.16mg的碘化钠(每单位发光管内容积约6.4mg/cc)构成的卤化物7、和图中未示出的室温下约为0.7MPa的氙气。
与以往的金属卤化物灯的结构进行比较，本实施例的金属卤化物灯的大的结构特征在于，不含有汞和封入的铟的碘化物为+3价铟的碘化物InI3。
在封入+3价铟的碘化物InI3的本实施例的无汞金属卤化物灯中使人惊奇的是，与不包含汞无关，可以用非常高的灯电压点火工作。例如，以45W的灯功率点火工作情况下的本实施例的灯电压为约55V，此外，以35W的灯功率点火工作情况下的灯电压为约50V。按照本实施例所示的灯，即使除去了+3价铟的碘化物InI3的结构的灯以25W～50W的灯功率点火工作，也仅获得约27V左右的灯电压。而且，在本实施例的无汞金属卤化物灯中，即使在将+3价铟的碘化物InI3替换成+1价的铟的碘化物InI情况下的灯中，例如以35W的灯功率点火时的灯电压约为45V，未达到本实施例灯的灯电压。
于是，由于通过封入InI3，可获得高的灯电压，所以本实施例的灯经过数百小时以上都可以进行没有发光管黑化也不产生实质上任何变化的点火。
此外，如上所述，由于可以获得高的灯电压，所以可以容易地使电流密度达到20A/mm2以下，确实可以提高灯寿命。具体地说，例如在电极3的直径为0.25mm，灯功率为35W的情况下，可以设定InI3等的封入量，使灯电压达到约35.7V以上。
在上述例中，说明了封入约0.2mg的+3价铟的碘化物InI3(每单位发光管内容积约8.0mg/cc)的无汞金属卤化物灯的实例，但如图7所示，通过实现增加+3价铟的碘化物InI3封入量的结构，可获得更高的灯电压，因此，显然对寿命有利。图7是表示在本实施例的无汞金属卤化物灯中，增加+3价铟的碘化物InI3封入量，以35W或45W的灯功率点火工作情况下的灯电压与+3价铟的碘化物InI3封入量的关系的曲线图。+3价铟的碘化物InI3封入量越大，灯电压就越高。
再有，因该+3价铟的碘化物InI3封入量增加所产生的灯电压上升效果与灯功率和电极间距离、发光管1的内容积、Xe气体的封入压力、钪的碘化物和钠的碘化物的量、或与+3价铟的碘化物InI3同时封入的其它卤化物的种类和量等其它结构要素无关。
此外，虽示出了室温下封入约0.7Mpa700kPa的氙气的实例，但如图8所示，如果封入更高压力的氙气，那么全光束大致线性地增加。图8是表示在以45W的灯功率点火的本实施例的无汞金属卤化物灯中，用+3价铟的碘化物InI3的封入量作参数表示氙气的封入压力(室温换算值)与全光束之间的关系的曲线图。而且，令人惊奇的是，在封入+3价铟的碘化物InI3所构成的本实施例的无汞金属卤化物灯中，随着氙气封入压力的增加，发光管1的热点(最高温部分：即在水平固定发光管进行点火的情况下，发光管1的上部外面)的温度上升小到可忽略的程度，因此，随着氙气封入压力的增加，发光管1膨胀的可能性低。
在发光管1中封入如上所述的至少氙气和+3价铟的碘化物InI3的本实施例的无汞金属卤化物灯的特征在于，如果增加氙气的封入压力，那么在大致没有热点温度上升的情况下，整个光束增加，此外，如果增加+3价铟的碘化物InI3，则灯电压增加。而且，这些效果的获得与灯功率和电极间距离、发光管1的内容积、钪的碘化物和钠的碘化物的量、或与+3价铟的碘化物InI3同时封入的其它卤化物的种类和量等其它构成因素无关。
这里，说明氙气的封入压力。为了制成实用上适合的灯，在本实施例所示的无汞金属卤化物灯中，氙气的封入压力的上限设定为约2.5MPa(室温换算值)较好。这是因为在约2.5MPa以上进行封入的情况下，在本实施例的无汞金属卤化物灯的结构中，在点火工作中，从电极3和钼箔4连接部分附近，发光管1内部的气密泄漏的可能性变大，因而是不好的。更好的氙气封入压力的上限约为2.0MPa。另一方面，其下限在使灯起动容易的5～20KPa左右合适。但是，在使用本发明的无汞金属卤化物灯作为要求短时间内光上升的汽车前灯光源的情况下，下限为0.1MPa左右更好。
下面说明+3价铟的碘化物InI3的封入量和光束。在本发明的无汞金属卤化物灯中，+3价铟的碘化物InI3的封入量更多时可获得更高的灯电压，对寿命有利，但在本实施例所示的无汞灯用于汽车前灯光源的情况下，+3价铟的碘化物InI3的封入量为低于每单位发光管内容积约90.0mg/cc时的构成有以下方面的优点。
就是说，目前作为汽车前灯使用较多的卤素灯在55W的消耗功率下可获得约1100(lm)的全光束。与此不同，如图9所示具有使+3价铟的碘化物InI3的封入量低于每单位发光管内容积约90.0mg/cc的构成，那么仅用45W的功率就可得到比以往的卤素灯多的光束，所以本发明的灯更经济。图9是表示在以45W的灯功率点火的本实施例的无汞金属卤化物灯中，采用氙气的封入压力(室温换算值)作参数的全光束与+3价铟的碘化物InI3的封入量的关系的曲线图。由图9可看出，氙气的封入压力在本实施例的无汞金属卤化物灯所允许的最大2.5MPa(室温换算值)情况下，在+3价铟的碘化物InI3的封入量为发光管每内容积约90.0mg/cc以下时可获得约1100(lm)以上的光束。在氙气的封入压力比该压力低的构成的情况下，例如本实施例的无汞灯结构所允许的、更好的氙气最大压力2.0MPa(室温换算值)的情况下，在本发明的无汞金属卤化物灯中为了获得约1100(lm)以上的光束，+3价铟的碘化物InI3的封入量的上限为发光管每内容积约70.0mg/cc较好。就是说，如果氙气的封入压力为2.0MPa，达到发光管每内容积约70.0mg/cc以下的封入量，那么可获得约1100(lm)以上的光束，使卤素灯变得更经济。
同样地，图10是表示在以35W的灯功率点火的本实施例的无汞金属卤化物灯中，采用氙气的封入压力(室温换算值)作参数，全光束与+3价铟的碘化物InI3的封入量关系的曲线图。通过使+3价铟的碘化物InI3的封入量低于发光管每单位内容积约50.0mg/cc的结构，仅用35W的功率就可获得比以往的卤素灯多的光束，从而更经济。在氙气的封入压力为2.5MPa(室温换算值)的情况下，使+3价铟的碘化物InI3的封入量在发光管每内容积约50.0mg/cc以下时，可获得约1100(lm)以上的光束。在氙气的封入压力低的情况下，例如在2.0MPa(室温换算值)情况下，+3价铟的碘化物InI3的封入量上限为发光管每内容积约40.0mg/cc较好，用低于该值的封入量可获得约1100(lm)以上的光束，而且卤素灯也更经济。
如上所述，在本发明的无汞金属卤化物灯的构成中，如果构成为以2.5MPa作为上限封入适当压力的氙气，并且以发光管每内容积约90.0mg/cc为上限封入适量的+3价铟的碘化物InI3，那么在用大约25W以上的灯功率点火工作的情况下，发光管1内的气密不会被破坏，可获得高的灯电压，具有长寿命，并且产生比卤素灯多的光束，成为最适合作为汽车前灯光源的无汞金属卤化物灯。
就灯功率来说，本实施例的无汞灯用越大的灯功率点火，就可获得越多的光束。但是，实际上，在汽车前灯的使用范围内，本实施例的无汞灯的消耗功率的上限大约为55W。其原因在于超过以往的卤素灯消耗功率范围的点火并不经济。
下面说明本实施例的无汞金属卤化物灯的光色。
在本实施例的无汞金属卤化物灯中，构成为以2.5MPa作为上限封入适当压力的氙气，并且以发光管每内容积约90.0mg/cc为上限封入适量的+3价铟的碘化物InI3，而且在用大约25W至55W之间的功率点火的情况下，可确认本实施例的无汞灯的光色在日本电灯工业协会规格的汽车前灯用HID光源(JEL 215)规定的白色光源色度范围内。就是说，通过将包含+3价铟的碘化物InI3的填充物的种类和量及额定功率进行例如上述那样的设定，灯的发射光的色度点在CIE1931xy色度图中可以达到x≥0.310并且x≤0.500并且y≤0.150+0.640x并且y≤0.440并且y≥0.050+0.750x并且y≥0.382(但是x≥0.44)的色度范围。因此，在上述限定范围的氙气封入压力和+3价铟的碘化物InI3封入量及灯功率中，本实施例的无汞金属卤化物灯完全可以用作汽车前灯光源。
(第四实施例)
以下说明本发明的实施例4。该灯的构成与上述图6所示的实施例3的灯相同，但不同处在于封入的卤化物7和封入的氙气压力在室温下为约1.4MPa。就是说，卤化物7由约0.1mg的+3价铟的碘化物InI3(每单位发光管内容积约4.0mg/cc)、约0.1mg的碘化铊TlI(发光管每单位内容积约4.0mg/cc)、约0.19mg的碘化钪(发光管每单位内容积约8.0mg/cc)和约0.16mg的碘化钠(发光管每单位内容积约6.4mg/cc)构成。
与以往的金属卤化物灯结构相比，本实施例的金属卤化物灯的明显的结构特征在于，与实施例3一样不包含汞，封入的铟的碘化物除了+3价铟的碘化物InI3外，还封入碘化铊。
本实施例的无汞金属卤化物灯中令人惊奇的情况是，与不含汞无关，可用非常高的灯电压点火工作。图11表示使碘化铊(TlI)量改变的与实施例3同样地以35W点火时的灯电压的变化。如果添加碘化铊(TlI)，那么灯电压曲折起伏地上升，同时如果添加量多，那么会进一步上升。例如，以35W的灯功率点火工作的情况下灯电压约70V。由于获得这样高的灯电压，所以本实施例的灯经几百小时以上都可以进行没有发光管黑化不产生任何实质性变化的点火。
此外，由于可以获得上述那样高的灯电压，所以与上述实施例3的灯同样，可以容易地使电流密度在20A/mm2以下，确实可以提高灯寿命。
而且，令人惊奇的是，本实施例的灯在用例如35W点火的情况下可以获得非常多的3250(lm)的光束。图12表示使灯内封入的碘化铊(TlI)量改变的与实施例3同样地用35W点火的情况下光束的变化。如图所示，通过添加碘化铊TlI，可以获得大的光束，如果继续增加碘化铊的封入量，那么光束进一步增加。
由上述碘化铊(TlI)封入量的增加所产生的灯电压上升和光束增加的效果与灯功率和电极间距离、发光管1的内容积、Xe气体的封入压力、钪的碘化物和钠的碘化物的量、或与碘化铊同时封入的其它卤化物的种类和量等其它构成要素无关。
此外，如果使封入的氙(Xe)气体的压力增加，显然灯电压和光束会进一步增加。图13和图14表示以35W点火情况下的Xe的封入压力与灯电压或光束的关系。如这些图所示，显然Xe压力升高越多，灯电压和光束也就增加越多。但是，对于氙气的封入压力来说，如实施例3说明的那样，在2.5MPa以下，在2.0MPa以下更好，从气密保持和起动容易等观点来看，期望在约5～20KPa以上，在约0.1MPa以上更好。
如上所述，在发光管1中至少封入氙气和+3价铟的碘化物InI3及碘化铊的本实施例的无汞金属卤化物灯如上所述具有这样特征，即如果增加碘化铊，那么灯电压和全光束同时增加，而在增加氙气封入压力的情况下，也会增加灯电压和全光束。此外，该效果与灯功率和电极间距离、发光管1的内容积、钪的碘化物和钠的碘化物的量、或与碘化铊同时封入的其它卤化物的种类和量等其它构成要素无关。
因此，在本实施例的无汞金属卤化物灯的结构中，如果具有封入以2.5MPa为上限的适当压力的氙气，封入作为+3价铟的碘化物的碘化铟和碘化铊的构成，那么可获得高的灯电压，并由此具有长寿命，并产生比卤素灯更多的光束，成为作为汽车前灯光源的最合适的无汞金属卤化物灯。
就灯功率来说，与实施例3同样，越用大的灯功率点火，越能获得更多的光束。但是，实际上，在汽车前灯的使用范围内，本实施例的无汞灯的消耗功率的上限大约为55W。其原因在于超过以往的卤素灯消耗功率范围的点火并不经济。
此外，就光色来说，与实施例3同样，在本实施例的无汞金属卤化物灯中，有以2.5MPa作为上限封入适当压力的氙气，并且以发光管每内容积约90.0mg/cc为上限封入适量的+3价铟的碘化物InI3和碘化铊的结构，而且在用大约从25W至55W之间的功率点火的情况下，可确认本实施例的无汞灯的光色在用日本电灯工业协会规格的汽车前灯用HID光源(JEL 215)规定的白色光源色度范围内。就是说，通过将包含+3价铟的碘化物InI3的填充物的种类和量及额定功率进行例如上述那样的设定，灯的发射光的色度点在CIE1931xy色度图中可以达到
x≥0.310并且
x≤0.500并且
y≤0.150+0.640x并且
y≤0.440并且
y≥0.050+0.750x并且
y≥0.382(x≥0.44)的色度范围。因此，在上述限定范围的氙气封入压力和+3价铟的碘化物InI3封入量及灯功率中，本实施例的无汞金属卤化物灯完全可以用作汽车前灯光源。
再有，在上述实施例4中，说明了封入碘化铊的无汞灯的实例，但也可以封入溴化铊(TlBr)，也可以封入氯化铊(TlCl)。此外，也可以分别封入金属Tl和卤素。
此外，在各实施例3、4中，说明了封入+3价铟的碘化物InI3的无汞灯的实例，但+3价铟的碘化物InI3可以是+3价的铟的溴化物InBr3，也可以是+3价铟的碘化物InI3与+3价的铟的溴化物InBr3。
此外，+3价铟的碘化物InI3分成+1价铟的碘化物InI和碘I2封入在发光管1中也可以。在封入+3价铟的溴化物InBr3的情况下，同样地，分成+1价铟的溴化物InBr和溴Br2封入在发光管1中也可以。可以将+1价铟的碘化物InI和溴Br2封入在发光管1中，也可以在发光管1内生成+3价铟的碘化物InI3和+3价铟的溴化物InBr3两者。而且，也可以封入InI(或InBr)和AgI(或AgBr)等高温下易分解卤素的卤化物。就是说，实际上，在填充物中可包括InXy(X是碘或溴，y＞1)。
此外，除了氙气和+3价铟的碘化物InI3之外，说明了由钪的碘化物和钠的碘化物构成的灯的实例，但钪的碘化物和钠的碘化物用其它金属卤化物构成也可以。
例如，钪的碘化物也可以是钪的溴化物，钠的碘化物也可以是钠的溴化物。而且，也可以是钪和钠以外的金属例如铊的碘化物和溴化物。这些物质的封入量并不限于本实施例灯所示的量。
而且，各实施例的无汞灯所示的电极间距离、发光管1的内容积、钪的碘化物和钠的碘化物的量等+3价铟的卤化物和氙气以外的结构要素始终有例示，例如，电极间距离在4.2mm以外也可以，发光管1的内容积不限于0.025cc。
此外，在上述例中，按辅助起动的目的，构成为在常温下将约0.7MPa或1.4MPa的氙气封入发光管1内，但如果考虑汽车前灯的使用，那么稀有气体不仅是氙气较好，稀有气体也可以是氙气以外的稀有气体，例如氩气，其封入压力在常温下也不限于约0.7MPa。
(实施例5)
下面说明预先提高发光管的管壁温度，提高金属卤化物的蒸汽压，从而提高灯电压的方法。
如图15所示，所述图1的无汞金属卤化物灯被固定在外管8内。在所述外管8的外表面上涂敷红外线反射膜9。由此，由于保温性提高，所以金属卤化物的蒸汽压上升容易，能容易地提高灯电压。因此，可以把电流密度抑制得小，可以使灯容易长寿命。
再有，作为上述红外线反射膜9，例如按照热CVD法和溅射法，可以采用多层涂敷TaOx膜和SiOx膜的膜。涂敷的层数根据制造上的生产节拍和制造成本与灯性能的平衡来决定，但例如进行18层左右以上的涂敷，那么可显著地获得金属卤化物的蒸汽压上升效果。此外，红外线反射膜9不限于外管8的外表面，也可以涂敷在内表面上。
在以上所述实施例中，说明了本发明的特别优选的实施例，但不言而喻，上述实施例可以有非限定事项的各种变形。本实施例所示的本发明的金属卤化物灯是例示性的，本发明的范围由权利要求书的范围决定。
                        工业上的利用可能性
如以上说明，按照本发明，通过使电流密度或电极前端温度达到预定大小以下，具有不产生随着经过的点火时间增加电极蒸发等产生的灯电压的上升变化和发光管1的黑化，可以获得长的灯寿命的效果。因此，本发明可用在一般照明和汽车前灯等领域中。

Claims (12)

1.一种无汞金属卤化物灯，在发光管内有一对放电电极，至少封入稀有气体和金属卤化物，其特征在于，在所述放电电极的前端部分的截面积为S(mm2)，以额定功率点火时的灯电流为I(A)时，I/S在20(A/mm2)以下。
2.如权利要求1的无汞金属卤化物灯，其特征在于，所述I/S在15(A/mm2)以下。
3.如权利要求1的无汞金属卤化物灯，其特征在于，以额定功率点火时的所述放电电极的前端温度在3200K以下。
4.如权利要求3的无汞金属卤化物灯，其特征在于，以额定功率点火时的所述放电电极的前端温度在2500K以下。
5.如权利要求1或3的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，包括钪的卤化物和钠的卤化物中的至少一种。
6.如权利要求5的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，包括铟的卤化物和钇的卤化物中的至少一种。
7.如权利要求1或3的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，至少包括+3价的铟的卤化物。
8.如权利要求7的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内还包括铊的卤化物。
9.如权利要求7的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，还包括钪的卤化物和钠的卤化物中的至少一种。
10.如权利要求8的无汞金属卤化物灯，其特征在于，在所述发光管内，还包括钪的卤化物和钠的卤化物中的至少一种。
11.如权利要求7的无汞金属卤化物灯，其特征在于，所述+3价的铟的卤化物是碘化物或溴化物的其中一种。
12.如权利要求1或3的无汞金属卤化物灯，其特征在于，配有固定所述发光管的外管，在所述外管上形成红外线反射层。
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