CN1333548A - 无水银金属卤化物灯 - Google Patents

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高桥清
金子由利子
桐生英明
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Abstract

一种抑制黑化形成的无水银金属卤化物灯,是具有在管内配置一对电极(3、3)的发光管1,在发光管1内封入有惰性气体和金属卤化物7,且不含有水银的使一对电极(3、3)呈大致水平状态地进行水平点灯的无水银金属卤化物灯。该无水银金属卤化物灯还具备把包含垂直于连接一对电极(3、3)前端之间直线成分的磁场9垂直方向加载的磁场加载装置8,并且,对于发光管1的单位内容积,设定正常点灯时的蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)。

Description

无水银金属卤化物灯
技术领域
本发明涉及不含有水银发光物质的无水银金属卤化物灯。特别是相关于作为一般照明及与反射镜组成的汽车前照灯等中所使用的灯。
技术背景
最近，作为一种放电灯的金属卤化物灯得到了广泛的开发和利用。金属卤化物灯是一种在水银中加入作为发光物质的金属卤化物，然后把其封入到发光管内的灯，例如，最先开始使用在汽车的前照灯上的灯。
图7表示以往的金属卤化物灯。图7所示的金属卤化物灯具有由石英玻璃构成的发光管1和位于发光管1两端的密封发光管内部的密封固定部2。在发光管1内配置一对由金属钨构成的电极3，在发光管1的内部封入有包含水银及金属卤化物的发光物质17和惰性气体(未图示)。发光管1内的一对电极3与钼箔4的一端连接，钼箔4被密封固定部2密封固定。钼箔4的另一端与引线5连接。引线5与点灯电路(未图示)形成电气连接。
下面，对这个金属卤化物灯的发光原理进行简单地说明。当通过点灯电路对引线5加载电压点亮灯时，金属卤化物(17)的一部分或全部形成蒸发，然后通过在一对电极3之间发生的电弧放电，解离金属原子和卤素原子，使金属原子被激励，形成发光。在发光管1的管壁附近，被解离的金属原子与卤素原子再度结合，还原成金属卤化物。通过反复形成这个循环现象，使灯稳定地发光。在一般的情况下，由于金属卤化物的蒸汽压低于水银的蒸汽压，具有易被激励，易发光的性质，所以在金属卤化物灯中，添加金属的发光要比水银的发光强。所以，水银主要是起着作为缓冲气体，决定发光管1内部电压的作用。另外，发光管1内的惰性气体起着作为启动用气体的作用。
当前由于环境的问题受到了重视，考虑到废弃时对地球环境的影响，人们希望有一种不含水银的无水银金属卤化物灯。为了满足人们的需要，进行了无水银金属卤化物灯的开发尝试，但目前的现状是，还未开发出具有良好特性的无水银金属卤化物灯。
本专利的发明者为了开发出具有良好特性的无水银金属卤化物灯进行了潜心的研究，在研究的过程中，了解到有下面的现象发生。即，在水平点亮无水银金属卤化物灯的场合，与水平点亮含有水银的金属卤化物灯相比，电弧向上方有很大的弯曲，其结果使发光管的上部被过度加热，易发生导致发光管失去透明的现象。
因此，为了抑制这个电弧的弯曲，当在无水银金属卤化物灯中加载磁场时，可抑制电弧的弯曲。但该磁场的加载方法和抑制弯曲的原理与含有水银的灯不同。另外还观察到尽管加强磁场的强度可抑制电弧的弯曲，但却造成电弧本身不稳定，发生电弧摇摆的现象。这个电弧的摇摆在实际使用时形成闪耀，是人们所不希望的。
为了抑制电弧的摇摆，进行了各种的尝试，最后通过使加载在电极前端之间中心的磁场强度(B)、一对电极前端之间的距离(d)、正常点灯时的发光管管内的压力(Po)(或在20℃下的惰性气体的封入压力(P))、在正常点灯时的额定消耗功率(W)以及在正常点灯时的稳定频率(f)的参数满足一定的关系，来配合抑制电弧的弯曲，成功地抑制了电弧的摇摆。关于通过加载磁场可抑制无水银金属卤化物灯的电弧的弯曲及电弧的摇摆的原理目前虽不见得清楚，但在特愿2001-155385号说明书(专利申请人：松下电器产业株式会社)中已详述了关于为了抑制电弧弯曲及电弧摇摆的各个参数应满足的关系式。在这里引用该说明书作为本专利说明书的参考。
通过可以在抑制了电弧的摇摆的状态下抑制电弧的弯曲，防止了发光管的失去透明，成功地实现了抑制了闪耀的无水银金属卤化物灯。但是，本专利的发明者通过实验观察到虽然这个无水银金属卤化物灯可防止失去透明，但发光管中却逐渐发黑。所以，上述的技术尽管可防止发光管的失去透明，但如果逐渐发黑，则导致灯的特性下降，并且缩短了发光管的使用寿命。因此，仍然难于实现无水银金属卤化物灯的实用化。
发明内容
本发明就是鉴于以上的诸点问题，主要的目的是，提供一种有效抑制发光管内逐渐发黑的无水银金属卤化物灯。
本发明的无水银金属卤化物灯是，一种具有在管内配置一对电极的发光管，在发光管内封入有惰性气体和金属卤化物，且不含有水银的使上述一对电极呈大致水平状态地进行水平点灯的无水银金属卤化物灯，并且具备把包含垂直于连接上述一对电极前端之间直线成分的磁场垂直方向加载的磁场加载装置，对于上述发光管的单位内容积，设定正常点灯时的蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)。
理想的是，设定上述卤素原子密度大于40(μmol/cc)。
理想的是，对于上述发光管的单位内容积设定封入上述发光管内的上述金属卤化物的总量大于20(μmol/cc)。
理想的是，对于上述发光管的单位内容积设定封入上述发光管内的上述金属卤化物的总量小于120(μmol/cc)。
本专利的发明者通过对抑制无水银金属卤化物灯的黑化进行锐意地研究结果发现，通过把被封入在发光管内的金属卤化物在正常点灯时蒸发生成的卤素原子的密度控制在规定量以上，可抑制黑化的进行，从而形成了本发明。
附图说明
图1是示意表示本发明实施例的无水银金属卤化物灯的构成的剖视图。
图2是表示图1所示的无水银金属卤化物灯的变形例的剖视图。
图3是表示在蒸发过程中的卤素的原子密度与点灯100小时后的光束维持率之间关系的曲线图。
图4表示该灯的点灯时间与光束维持率之间关系的曲线图。
图5是示意表示该灯中的封入物7的堆积状态的剖视图。
图6是表示灯内的单位容积的卤化物封入量与发光管内的封入物堆积的高度之间关系的的图表。
图7是示意表示以往的金属卤化物构成的剖视图。
1-发光管，2-密封固定部，3-电极，4-钼箔，7-金属卤化物，8-磁场加载装置(磁铁)，9-磁场，17-封入物(发光物质)。
具体实施方式
下面，参照视图对本发明的实施例进行说明。为了简要地进行说明，对以下图中的具有实质同一功能的构成部分用同一参照符号表示。另外，本发明不限于以下的实施例。
图1是示意表示本发明实施例的无水银金属卤化物灯的构成的剖视图。
图1所示的灯具有在灯内配置有一对电极(3、3)的发光管1，在发光管1内封入有惰性气体和金属卤化物7。但不含水银。即，本实施例的灯是无水银金属卤化物灯。
发光管1例如由石英玻璃构成，其内部形成圆柱状。本实施例把作为惰性气体的氙气(Xe)以在室温下的约1.4(MPa)的压力封入发光管1内。并且把使其在正常点灯时蒸发的卤素原子的密度为大于20(μmol/cc)的量的金属卤化物7封入在发光管1内。即，本实施例是对于发光管1的单位内容积，正常点灯时蒸发的卤素原子密度大于20(μmol/cc)。另外，图1所示的构成是发光管1的内部形状为圆柱形，也可以如图2所示的那样呈球状。
从发光管1延伸出一对密封发光管1的密封固定部(2、2)，电极3通过密封固定部2内的金属箔4与金属钼引线5连接。换言之，电极3与由固定部2所密封的钼箔4的一端形成电气连接，与连接在钼箔4另一端的引线5形成电气连接。
本实施例的灯是使连接一对电极(3、3)前端之间的直线呈大致水平状态下实施点灯(水平点灯)的灯，并具有包含把对该直线呈大致垂直成分的磁场9在大致垂直方向上加载的磁场加载装置8。通过这个磁场加载装置8可对在电极之间发生的电弧加载磁场9。本实施例的磁场加载装置8是永久磁铁(例如，铁氧体磁铁)，永久磁铁8被安装在灯的下部(发光管1的下方)。另外，也可以把永久磁铁8安装在灯的上部(发光管1的上方)，也可以反转永磁铁的N极和S极。另外，也可以在发光管1的上方和下方各设置一块永磁铁8。
图1所示的构成中的永磁铁8是各向同性的铁氧体磁铁，该尺寸为直径10mm×厚度5mm，配置在距离连接电极之间直线上的中心点约10mm的位置上。在这个中心点的磁场9的方向是大致垂直向上的方向，加载在连接电极之间的直线上的中心点上的磁密度B约为5mT。
本专利的发明者利用图1所示的构成，尝试制作了通过改变金属卤化物7的种类及量使被封入的金属卤化物7在正常点灯时蒸发生成的卤素原子的密度发生变化的无水银金属卤化物灯(灯序号为1～7)。各个灯的金属卤化物7的构成如表1所示。另外，表1中的各行的上段表示被封入的金属卤化物7的量(μmol)，下段表示蒸发生成的卤素原子(I)的密度(μmol/cc)。
                    表1
    灯序号     1     2     3     4     5     6     7 比较例
InI3(μmol)：n1(μmol/cc)    0.28     0.416     0.416     0.28     0.14
InI(μmol)：n2(μmol/cc)     0.832     0.832
T1I(μmol)：n3(μmol/cc)    0.312     0.312     0.312     0.28
ScI3(μmol)：n4(μmol/cc)    0.145.6     0.416     0.416     0.416     0.416     0.416     0.416
NaI(μmol)：n5(μmol/cc)    0.312     1.144     1.144     1.144     1.144     1.144     1.352
金属卤化物计：C＝(μmol)(μmol/cc)    0.9437.6     1.976     2.288     280     2.392     0.320     1.560     2.5100
表1中的各个灯的相同规格表示如下。
发光管1的内径：D＝约2.7(mm)
发光管的电极轴方向的长度：约4(mm)
内容积：约0.025(cc)
内表面面积：S＝50(mm)
内容积：V＝0.025(cc)
电极之间距离：d＝约4.2(mm)
电极前端部直径：φ＝0.25(mm)
额定功率：W＝35(W)
额定电流：I＝约0.6(A)
单位发光管内表面面积的额定功率：A＝50(W/cm)
另外，还制作了作为比较例的具有以往的构成的有水银金属卤化物灯。比较例的灯与本实施例的灯相比，其不同之处在于封入了水银，封入物的种类及量，以及未设置磁铁8。在其他之处具有与图1所示的本实施例的灯光相同的构成。具体的是，比较例的灯的封入物的种类及量如下所示：Hg(水银)为3.3(μmol)，作为金属卤化物的ScI3为0.4(μmol)，相对ScI3的Sc(钪)为3(重量％)，NaI为1.3(μmol)，InI为0.8(μmol)。比较例的灯也同时记述在表1中。
下面说明在表1中的各个灯(灯序号为1～7)在额定功率为35(W)、水平点灯时，计算相对发光管内容积的蒸发的卤素原子密度的计算方法。
被封入的金属卤化物会在发光管1中的温度最低点附近形成凝结。在对球形或圆柱形等的一般的发光管进行水平点灯的场合，温度最低点位于发光管的下部中央。一般的金属卤化物灯其温度最低点的温度被设计为约900℃，表1中的各个灯的最低点温度全都约为900℃。所以，金属卤化物7只能蒸发到形成在900℃时的蒸气压。但是，在被封入的金属卤化物的量不足以达到900℃时的蒸气压的场合，被封入的金属卤化物7将全部蒸发。
以下叙述以表1为例，计算有多少金属卤化物7被蒸发的计算方法以及通过该结果计算蒸发的金属卤化物的原子密度的计算方法。
设定InI3的900℃时的蒸气压为VP(InI3)同样设定TlI、ScI3、NaI的在900℃时的蒸气压分别为VP(TlI)、VP(ScI3)、VP(NaI)。设定被封入的InI3在被全部蒸发时的压力为TP(InI3)，同样设定TlI、ScI3、NaI在被全部蒸发时的压力分别为TP(TlI)、TP(ScI3)、TP(NaI)。设定在正常点灯时的InI3的实际压力为P(InI3)，同样设定TlI、ScI3、NaI的实际压力分别为P(TlI)、P(ScI3)、P(NaI)。在这个场合下，例如关于InI3如果VP(InI3)＞TP(InI3)则P(InI3)＝TP(InI3)，如果VP(InI3)≤TP(InI3)，则P(InI3)＝VP(InI3)。
在这里，VP(InI3)＝约10.8(MPa)。这个蒸气压是根据APL公司(美国，伊里诺洲)的产品名录中所记载的各个金属卤化物的蒸气压数据计算得出。
下面，计算TP(InI3)。根据气体的状态方程式PV＝nRT，进行TP(InI3)＝nRT/V的计算。对于表1中的灯1的InI3，由n1＝0.2×106(mol)，R＝0.082、T＝1173(K)、V＝0.025×10-3(L)，得出TP(InI3)＝0.08(MPa)。由于VP(InI3)＞TP(InI3)，所以P(InI3)＝TP(InI3)＝0.08(MPa)。由此得出蒸发的卤素原子数nt为：nt＝PV/RT＝0.2(μmol)。
通过依照这个结果进行计算可得出蒸发的卤素(这里是InI3的碘)原子密度＝nt×3(卤素的价数)/0.025(cc)＝24(μmol/cc)。
与上述相同地进行对TlI、ScI3、NaI的各个封入物质的卤素原子密度的计算。然后，这些结果的合计值即是正常点灯时的蒸发卤素原子的密度。表2表示通过计算求出的卤素原子密度和各个金属卤化物在900℃时的蒸气压。另外，在表2中各行的上段表示蒸发的金属卤化物7的量(μmol)，下段表示蒸发的卤素原子(I)的密度(μmol/cc)。
                          表2
灯序号     1     2     3     4     5     6     7 比较例    蒸气压(900℃)(MPa)
 InI3(μmol)(μmol/cc)  0.224  0.448  0.848  0.224  0.112     10.8
 InI(μmol)(μmol/cc)  0.832  0.832     0.63
 T1I(μmol)(μmol/cc)  0.312  0.312  0.312  0.28     0.13
 ScI3(μmol)(μmol/cc)  0.1416.8  0.1821.6  0.1821.6  0.1821.6  0.1821.6  0.1416.8  0.121.6     0.08
 NaI(μmol)(μmol/cc)  0.312  0.0050.2  0.0050.2  0.0050.2  0.0050.2  0.0050.2  0.0050.2     0.002
金属卤化物计：C＝(μmol)(μmol/cc)  0.9464.8  0.58569.8  1.28581.8  0.68557.8  0.98553.8  0.320  0.14517  0.90553.8
下面，由图3表示在蒸发过程中的卤素的原子密度与点灯100小时后的光束维持率之间关系的测试结果。图3所示的结果是通过把本实施例的灯(灯序号1～7)及比较例的灯在35W的额定功率、点灯频率为150(Hz)的矩形波电流的条件下点灯，在120分钟内进行20次不等周期的ON/OFF寿命试验，测定在点灯100小时后的光束维持率所得出的结果。菱形标记表示灯序号为1～7的结果，圆形标记表示比较例的结果。
如图3所示，在各个灯中蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)的灯(灯序号为1～6的金属卤化物灯)在点灯100小时后的光束维持率大于95％。即，通过规定蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)，可得到减少黑化的灯。
另外，如图3所示，如果增加蒸发卤素原子密度可进一步减少黑化，可保持良好的光束维持率。并且，当把蒸发卤素原子密度规定为大于50(μmol/cc)时，可获得另人吃惊的可达到100％的光束维持率，基本不形成黑化的灯。
另外，在通过目视对灯的发光管1进行观测时，在无水银金属卤化物灯中的蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)的灯(灯序号为1～6的灯)未发现有黑化。而含有水银的未加载磁场的比较例的灯，尽管其蒸发卤素原子密度是大于20(μmol/cc)的54(μmol/cc)，但光束维持率仅为90％，并且观测到了在发光管1表面上的黑化。另外，即使是不含有水银，且加载了磁场的构成，在蒸发卤素原子密度是小于20(μmol/cc)的17(μmol/cc)的灯(灯序号为7的灯)的场合，其光束维持率仅为90％，并且与比较例同样，观测到了在发光管1表面上的黑化。
如上所述，对不含水银的金属卤化物灯通过构成使其在正常点灯时的相对发光管1的内容积的蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)，可以获得黑化小的无水银金属卤化物灯。抑制无水银金属卤化物灯的黑化具有重大的意义。即，由于无水银金属卤化物灯不封入水银，灯电压降低并且灯的电流加大，随着该灯电流的加大，钨电极3的W的蒸发增加，由此，易促使黑化的形成。所以，抑制黑化的形成对无水银金属卤化物灯的使用化具有非常重大的意义。
另外，即使在使连接电极前端之间的直线保持基本水平地点灯的场合，由于设置了对形成在代年纪前端之间的电弧加载磁场9的磁场加载装置8，可抑制电弧的弯曲，防止发光管1的失去透明等。即，由于通过磁场加载装置8可对电弧加载具有大致垂直向上(或垂直向下)成分的磁场9，可抑制无水银金属卤化物灯在点灯时所能看到的电弧的弯曲等。
关于蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)的无水银金属卤化物灯可保持良好的在点灯100小时后的光束维持率值，并且观测不到黑化的理由，本专利的发明者进行了如下的推论。
以往的一般金属卤化物灯(例如比较例的灯)都含有水银。但是，由于水银具有与从金属卤化物生成的卤素结合的特性，所以，该水银有可能对良好的卤素循环产生不良的影响。由于卤素循环是在灯点灯时把从钨电极(3)蒸发的W(金属钨)在卤素媒体的作用下重新返回钨电极(3)的循环，如果水银阻碍了卤素的循环，W将会附着在发光管1的管壁上，结果形成黑化。本实施例的灯由于不含有水银，在发光管1中存在的游离状态的卤素比比较例的灯中的多，因此，与比较例相比，可发挥良好的卤素循环机能。即，能够减少黑化的形成。这个推论在基于比较卤素原子密度小的无水银灯，卤素原子密度多的无水银灯(例如，大于50μmol/cc)点灯100h的光束维持率得到进一步改善的结果(参照图3)的方面考虑，认为是基本正确的。
以上，针对通过增加卤素原子密度提高无水银金属卤化物灯的特性进行了说明，但是，单纯地通过除去有水银的金属卤化物灯的水银而构成的无水银金属卤化物灯是不能实现有这样长寿命的灯的。当对无水银金属卤化物灯水平点灯时，电弧向上方弯曲，发生被拉到发光管1上部的现象，由此导致灯上部的失去透明，发光管1的局部隆起，其结果大大地缩短了灯的寿命。为了解决这个问题，必须对电弧加载磁场9。通过加载磁场9，可避免因电弧的弯曲导致的寿命缩短，可以延长灯的使用寿命。在目前的无水银金属卤化物灯中图3所示的光束维持率是非常惊人的。如上所述，如果应用特愿2001-155385号说明书(专利申请人：松下电器产业株式会社)所公开的技术，不仅可以抑制电弧的弯曲，还可以抑制电弧的摇摆。
以下，对该说明书所公开的技术进行简单地说明。关于无水银金属卤化物灯的通过加载磁场9可抑制电弧的弯曲的原理，虽然目前还未十分清楚，但只要使可能对抑制无水银金属卤化物灯的电弧的弯曲及摇摆产生影响的参数满足下面的关系式就可抑制电弧的弯曲及摇摆。
0＜(100BW/f)－Pod＜100    (式1)
0＜(10BW/f)－Pd＜10       (式2)
这里，B(mT)是在连接一对电极(3、3)的前端的直线呈大致水平的状态下进行水平点灯时的加载在电极前端之间中心上的磁场(9)，d(mm)是一对电极(3、3)前端之间的距离，P0(MPa)是在正常点灯时的发光管1的管内压力，W(W)是在正常点灯时的消耗功率，f(Hz)是正常点灯时的稳定频率。另外，关系式2中的P(MPa)是在20℃下的惰性气体的封入压力。
式1及式2中的各项所代表的意思是，式1中的(100BW/f)项及式2中的(10BW/f)项代表因磁场9而生成的使电弧向下移动的力，另一方面，式1中的P0d及式2中的Pd代表因发光管内的气体的对流使电弧向上移动的力(浮力)。通过满足式1及式2的关系，可使把电弧向下移动的力和把电弧向上移动的力达到均衡。
另外，由于测定惰性气体的封入压力P要比测定动作压力P0容易，和即使不以动作压力P0，而以惰性气体的封入压力P来进行规定也不会发生问题，所以利用式2更有利于灯的设计。以下表示对于式2的更为理想的条件。理想的P应为0.1(MPa)＜P＜2.5(MPa)。另外，理想的P.d应为P.d＜8(更理想的是P.d≤4.6)。另外，f应为40(Hz)＜f。B应为B＜500(mT)。并且d应为2＜d(mm)。
本专利的发明者还确认了灯序号为1～6的灯可长时间地保持高的光束维持率。图4表示作为一例的灯序号为1的灯的点灯时间与光束维持率之间关系。
如图4所示，在点灯1000小时后的光束维持率达到惊人的100％，并且，通过目视观察，完全没有黑化和失去透明。而比较例的灯的光束维持率却只有70％(在点灯1000小时后)。并且黑化和失去透明的现象严重，已发展到只能模糊的看到发光管1内的电极3的程度。由此可见，与比较例的灯相比，本实施例的灯可延长使用寿命。另外，比较例的灯是通过对ScI3加入1～5重量％(在这里为3重量％)的金属Sc来防止黑化的以往的长使用寿命的金属卤化物灯。因此，如果不使用本实施例的技术，要使原本寿命非常短的无水银金属卤化物灯寿命延长到比采取了延长寿命措施的以往的有水银的灯(比较例)还长，按照目前的技术常识是不可想象的。
另外，如图3所示，如果蒸发的卤素原子密度大于30(μmol/cc)，则点灯100小时后的光束维持率为97％。如果大于40(μmol/cc)，则点灯100小时后的光束维持率为98％，更为理想。
在本实施例中，是封入了卤化物(例如，InI3等)，但不限于此，也可以封入卤素单体(例如I2(碘))。碘与被封入金属卤化物灯中的一般的金属卤化物相比，具有高蒸气压的优点，更为理想。例如，在把20(μmol/cc)的IX2封入的场合，在一般金属卤化物灯的设计温度的900的温度下，全部蒸发，这时的碘原子密度为40(μmol/cc)。
为了实现具有上述的良好特性的卤素原子密度，实际封入在发光管1的单位内容积的金属卤化物分子应大于20(μmol/cc)。其理由如下。
在对灯长时间点灯的场合，金属卤化物例如或与石英玻璃发生反应，或渗入到电极的根部，或与发光管内的杂质发生反应。由此造成在点灯的过程中金属卤化物的量下降。因此，为了获得至少不少于20(μmol/cc)的蒸发的卤素原子，发光管的单位内容积的金属卤素分子应保持在20(μmol/cc)以上。更为理想的是规定其大于30(μmol/cc)，可更长期地持续上述的效果。另外，规定其大于40(μmol/cc)更为理想，最为理想的是使其大于50(μmol/cc)或60(μmol/cc)。
被封入的金属卤化物或卤素单体虽然是越多越好，但过量地封入则会导致由未蒸发的封入物7形成堆积的问题。应避免这个堆积的问题来决定封入金属卤化物量的上限。单位内容积的发光管内的全部卤化物封入量(C/V)的上限是120(μmol/cc)，应在此上限以下。其理由如下所述。
如果在发光管1中过量地封入封入物7，则封入物7在发光管1内形成堆积，该堆积沿着发光管1的内面逐渐向上堆积。图5表示该封入物7的堆积状态。在图5中可以看到，由于封入物7的堆积，发光管1的下部的内面被封入物7所覆盖，由此导致了电弧光的一部分不能照射到发光管1外的问题。
图6表示灯内的单位容积的卤化物封入量(即，c/v)与发光管1内的封入物堆积的高度之间的关系。
在本实施例所使用的内径为2.8(mm)的发光管1的场合，如图6所示，当C/V大于120(μmol/cc)时，封入物7的堆积高度达到发光管1高度的约8成。这样，电弧的发光几乎全都受该堆积的影响，结果使光束下降50％。因此，封入物7应小于120(μmol/cc)。在图6中可以看出，封入物7的堆积越少越好，例如在小于80(μmol/cc)时约为发光管高度的一半，光束下降约10％，在实际使用上不成为问题。另外，当小于60(μmol/cc)时约为发光管高度的3成，光束下降小于1％，在实际使用上完全没有问题。
另外，在电极前端部的电流密度：I/Φ2(A/mm2)应大于5(A/mm2)且小于20(A/mm2)。通过使电流密度在大于5(A/mm2)小于20(A/mm2)的范围内，可获得减少黑化，没有闪耀的灯。即，当电流密度大于20(A/mm2)时，电极前端部的电流密度增高，上电极前端的温度过度上升。结果加剧了电极的蒸发促进了黑化的形成。另一方面，如果电流密度小于5(A/mm2)，由于电极的温度低于维持稳定放电的温度，致使形成电极前端上的辉点移动，造成闪耀。
另外，实现卤素原子密度的基础上，在单位发光管内表面面积的额定功率：A＝50(W/cm)、额定功率：W＝35(W)、电极之间距离：d＝约4.2(mm)、发光管1的内径：D＝约2.7(mm)的场合，应满足30≤A≤150、且，0.5≤W/D2.d≤2。以下说明该理由。
决定卤素原子密度的因素有金属卤化物7的蒸气压、封入量、所在场所的温度。其中温度就是发光管的最低点的温度。在水平点灯的场合，最低温度点一般位于发光管1的中央下部。这个部分的温度简单地用A或W/D2.D来表示。例如，当A小于30(W/cm)或W/D2.D小于0.5时，不易达到使卤化物充分蒸发的温度。另一方面，当A大于150(W/cm)或W/D2.D大于2时，温度过高导致发光管失去透明。因此，为了使灯具有良好的发光特性，A应在50～100(W/cm)之间，且应0.7≤W/D2.d≤1.5。
本实施例的磁场方向是垂直向上，但不限于此。本专利的发明者通过实验证明只要具有垂直向上或垂直向下的成分，都可获得同样的效果。另外，本实施例对使用作为卤素的I(碘)的场合进行了说明，但不限于此。作为卤素，也可以使用Br(溴)、Cl(氯)、F(氟)。另外，本实施例对使用1.4(MPa)的Xe气体的场合进行了说明，但不限于此，另外，惰性气体不限于Xe气体，也可以使用例如氩气(Ar)等使无水银金属卤化物灯工作。
另外，被封入的金属卤化物应在灯的最低温度的900℃附近有较高的蒸气压。例如，应使用InI、InBr、InI3、T1I等。具体的是，包含In卤化物的封入物的封入量应大于4(μmol/cc)。当封入量大于4(μmol/cc)时，可增加In的光谱410及450(nm)附近以外的发光，结果形成在400～800(nm)的可见光全体区域上的发光，从而形成几乎白色的发光。另外，例如，包含T1卤化物的封入物的封入量应大于6(μmol/cc)大于6(μmol/cc)的封入量可增加T1光谱的视感度比的峰值550(nm)附近以外的发光，结果可提高发光效率。
另外，作为磁场加载装置(8)使用了永磁铁(特别是各向同性的永磁铁)，但不同的磁铁种类及磁场的加载方法(例如由线圈构成的电磁铁等)都可达到本实施例的效果。另外，磁束密度不限于上述实施例的值，可以选择达到良好效果的其他值。即，由于对于不同的金属卤化物灯的电气特性、电极间距离、额定电压、点灯电源频率、封入物的种类和量、封入的气体压力，适宜的磁束密度不同，根据金属卤化物灯的条件应加载适宜的磁束密度。
依照本发明，由于具备了对于连接一对电极前端之间的直线垂直加载包含大致垂直成分的磁场的磁场加载装置，并且，对于发光管的单位内容积，设定在正常点灯时的蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)，因此，可有效地抑制发光管内黑化的形成。另外，在设定金属卤化物的总量小于120(μmol/cc)的场合，可实现抑制由封入发光管内的金属卤化物所造成的光透过损失的灯。

Claims (4)

1.一种无水银金属卤化物灯，具有在管内配置一对电极的发光管，在发光管内封入有惰性气体和金属卤化物，且不含有水银并使上述一对电极呈大致水平状态地进行水平点灯，其特征在于还具备把包含垂直于连接上述一对电极前端之间直线成分的磁场垂直方向加载的磁场加载装置，对于上述发光管的单位内容积，设定正常点灯时的蒸发卤素原子密度大于20(μmol/cc)。
2.根据权利要求1所述的无水银金属卤化物灯，设定上述卤素原子密度大于40(μmol/cc)。
3.根据权利要求1所述的无水银金属卤化物灯，对于上述发光管的单位内容积，设定封入上述发光管内的上述金属卤化物的总量大于20(μmol/cc)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的无水银金属卤化物灯，对于上述发光管的单位内容积，设定封入上述发光管内的上述金属卤化物的总量小于120(μmol/cc)。
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