JP2011096386A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】
所定の希土類金属ハロゲン化物を含み、ひげ電圧を低下させて立ち消えなどを抑制した高効率の水銀フリーの高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプは、透光性気密容器1と、一対の電極2と、第１および第２の金属ハロゲン化物ならびに希ガスを含み、第２の金属ハロゲン化物はTmおよびHoの少なくとも一種のハロゲン化物とCsハロゲン化物と含み、かつTmおよびHoの少なくとも一種のハロゲン化物が15質量%以上含まれていて、希ガスは、Csハロゲン化物がCsI換算で、6質量%のときには2気圧以上、12質量%のときには0.2気圧以上、24質量%のときには0.04気圧以上、およびその他の質量%のときには上記に規定するCsI封入比率および希ガス圧を結ぶCsI封入比率−希ガス圧曲線およびその延長線によって示されるCsI封入量に対応する希ガス圧以上、の中から選択されたいずれかであるとともに、水銀を本質的に含まないで封入された放電媒体とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、希土類金属ハロゲン化物を含み、かつ水銀を本質的に含まない高圧放電ランプに関する。

発光金属の主成分としてツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物を封入し、かつ水銀を本質的に含まない高圧放電ランプは既知である（例えば、特許文献１参照。）。水銀フリーの高圧放電ランプにおいて、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種を所定量封入することにより、高い発光効率とランプ電圧形成作用が同時に得られる。特許文献１に記載された発明においては、発光金属の主成分としてツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物を封入し、かつタリウム（Ｔｌ）ハロゲン化物を従来一般的に使用されている程度の割合以下に低減して、青色発光抑制を効果的に低減している。

また、矩形波の電圧で点灯する水銀フリーのメタルハライドランプの放電媒体として、純粋な光形成体としてＴｍヨウ化物または／およびＨｏヨウ化物にＣｓヨウ化物を添加した光形成体／添加物を用いるとともにＺｎＩ_２などの電圧勾配形成体を用いることは既知である（特許文献２、表２および表３参照。）。この特許文献２に記載された発明において、Ｃｓヨウ化物はアーク柱の温度プロファイルへの影響を有する付加添加物として用いられている（段落００２７の４．参照。）。

特開２００９−２３１１３３号公報 特開平１１−０８６７９５号公報

ところが、発光金属の主成分としてツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物を封入し、かつＺｎＩ_２などのランプ電圧形成用ハロゲン化物とキセノン（Ｘｅ）３気圧を封入した水銀を本質的に含まない高圧放電ランプにおいては、安定器出力電圧が反転した際の再点弧時にひげ電圧と通称される再点弧電圧が著しく高くなることがある。このような場合には、ランプが立ち消えを起こすこととなり、または明るさのちらつきが発生するという問題がある。なお、上記と同様な封入物構成であるが、水銀とアルゴン（Ａｒ）０．２気圧を封入する一般的な水銀封入タイプの高圧放電ランプにおいては、ひげ電圧は顕著に小さくなるか、または消失する傾向があり、上記のような問題は生じない。すなわち、上述の問題は、水銀フリーの高圧放電ランプ特有のものである。

また、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物は、これらと同じランタノイドに属するジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）およびプラセオジム（Ｐｒ）の各ハロゲン化物に比較すると、上述の問題が圧倒的に顕在化しやすいことが分かった。

これに対して、セリウム（Ｃｅ）は、ツリウム（Ｔｍ）またはホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物を封入する場合と同じ色特性に構成したときの発光効率およびランプ電圧が低下するもののツリウム（Ｔｍ）またはホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物を封入する場合に準じる効果が得られるとともに上述と同様立ち消えや明るさのちらつきの問題があり、解決が求められる。

本発明は、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種またはこれらに準じる効果が得られるセリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物を含み、ひげ電圧を低下させてランプの立ち消えや明るさのちらつきを抑制した高効率の水銀フリーの高圧放電ランプを提供することを目的とする。

第１の発明の高圧放電ランプは、内部に放電空間を有する透光性気密容器と；透光性セラミックス気密容器の放電空間内に気密に配設された一対の電極と；主としてランプ電圧形成用の第１の金属ハロゲン化物、第１の金属ハロゲン化物を除いた主として発光用などの第２の金属ハロゲン化物、および希ガスを含み、第２の金属ハロゲン化物はツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも一種のハロゲン化物とセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物と含み、かつツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも一種のハロゲン化物が１５質量％以上含まれていて、希ガスは、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物がＣｓＩ換算で、（１）６質量％のときには２気圧以上、（２）１２質量％のときには０．２気圧以上、（３）２４質量％のときには０．０４気圧以上、および（４）その他の質量％のときには上記（１）ないし（３）に規定するＣｓＩ封入比率および希ガス圧を結ぶＣｓＩ封入比率−希ガス圧曲線およびその延長線によって示されるＣｓＩ封入量に対応する希ガス圧以上、の中から選択されたいずれかであるとともに、水銀を本質的に含まないで透光性セラミックス気密容器の内部に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。

上記第１の発明は、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物の放電媒体としての利点を生かしながらランプの立ち消えや明るさのちらつきを抑制するセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の最低限の封入量を明らかにしている。

すなわち、閾値となるＣｓＩ換算封入比率と希ガス圧の関係において、同じＣｓＩ換算量で希ガスの封入圧が高いほど、立ち消えなどの問題現象が生じにくいが、封入圧が高すぎると始動が困難となるために、メタルハライドランプで広く普及しているシステムで扱えないような高い始動パルス電圧が必要になり、実用性、汎用性が低くなる。

上記の観点から封入される希ガス圧は、キセノン（Ｘｅ）では５気圧未満、アルゴン（Ａｒ）では３気圧未満、クリプトン（Ｋｒ）では４気圧未満であるのが好ましい。これらの希ガスの中でも、Ｘｅは、ＫｒやＡｒよりランプ電圧を高くするとともに効率を高くできる傾向があるので、最適である。これに対して、Ａｒは、ＸｅやＫｒよりランプ電圧と発光効率が低くなる傾向があるものの、これらは他の設計要素、例えばランプ電圧形成体（ＺｎＩ_２など）の封入量やツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物および／またはホルミウム（Ｈｏ）ハロゲン化物の封入量、電極間距離やランプ温度などで調整することにより実用上大きな問題がない範囲にすることが可能なので、本発明においてはＸｅ、Ｋｒに代わりＡｒを用いることを許容する。

本発明において、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも一種のハロゲン化物の封入比率を第２の金属ハロゲン化物のうち１５質量％以上含むと規定しているのは、１５質量％未満であると、高い発光効率とランプ電圧形成作用が同時に得られにくくなるからである。なお、好ましくはより一層高い発光効率とランプ電圧形成作用が同時に得られる３１質量％以上である。なお、上限は特段限定されないが、他の金属ハロゲン化物を添加して発光の色特性を所望の白色などに調整可能な余地を保持するためには８０質量％以下であるのが好ましい。

第１の発明において、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の封入比率をＣｓＩ換算で表現しているのは、例えばセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の一部または全部をＣｓＢｒで封入する態様も許容されるが、この場合ＣｓＩに換算した値でセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の封入比率と希ガスの封入圧の関係を規定しているという意味である。

第２の発明の高圧放電ランプは、内部に放電空間を備えた透光性セラミックス気密容器と；透光性セラミックス気密容器の放電空間内に気密に配設された一対の電極と；主としてランプ電圧形成用の第１の金属ハロゲン化物、第１の金属ハロゲン化物を除いた主として発光用などの第２の金属ハロゲン化物、および希ガスを含み、第２の金属ハロゲン化物はセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物およびセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物を含み、セリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物が１５質量％以上含まれていて、希ガスは、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物がＣｓＩ換算で、（１）３質量％のときには１気圧以上、（２）６質量％のときには０．２気圧以上、（３）１２質量％のときには０．０４気圧以上、および（４）その他の質量％のときには上記（１）ないし（３）に規定するＣｓＩ封入比率およびガス圧を結ぶＣｓＩ封入比率−希ガス圧曲線およびその延長線によって示されるＣｓＩ封入量に対応する希ガス圧以上、の中から選択されたいずれかであるとともに、水銀を本質的に含まないで透光性セラミックス気密容器の内部に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。

第２の発明において、希ガスの種類とその封入圧の上限は、第１の発明におけるのと同じであるが、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の封入比率は第１の発明におけるのより少なくてよいという特徴がある。なお、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物のＣｓＩ換算については第１の発明と同じである。

セシウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の封入比率を第２の金属ハロゲン化物のうち１５質量％以上含むと規定しているのは、１５質量％未満であると、高い発光効率とランプ電圧形成作用が同時に得られにくくなるからである。なお、好ましくはより一層高い発光効率およびランプ電圧形成作用が得られる３１質量％以上である。特段上限は限定されないが、他の金属ハロゲン化物を添加して発光の色特性を所望の白色などに調整可能な余地を保持するためには８０質量％以下であるのが好ましい。

第１および第２の発明において、以下の態様の所望の一部または全部の採用を許容する。

１．Ｃｓハロゲン化物の全部または一部をＩｎＩに代替することができる。この態様において、ＩｎＩを封入する場合はＣｓＩの１／２質量％とする。
２．本発明の高圧放電ランプを１００Hz以下の非矩形波、好ましくは正弦波の交流電圧を出力する安定器を用いて点灯する。本発明は、本態様の安定器を用いる場合に効果的である。
３．６０Hz以下の銅鉄形安定器を用いて点灯する。本態様の安定器は正弦波の交流電圧を出力するので、本発明が効果的である。
４．高圧放電ランプのランプ電力が７０W以上、好ましくは１２５W以上である。第１および第２の発明は、ランプ電力が上記の範囲内にある高圧放電ランプの場合、放電長が、上記以下の低Ｗの高圧放電ランプに比べて、長くなる傾向があるために立ち消えや明るさのちらつきが発生しやすいので、本発明が特に効果的である。

第１の発明によれば、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物を所定比率で封入するとともに、セシウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の封入比率と希ガスの封入圧とを所定に相関させたことにより、高い発光効率とランプ電圧を得ながらひげ電圧を低減させてランプ立ち消えや明るさのちらつきを抑制した水銀フリーの高圧放電ランプを提供することができる。

第２の発明によれば、セリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物を所定比率で封入するとともに、セシウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の封入比率と希ガスの封入圧とを所定に相関させたことにより、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物におけるより低下するものの比較的高い発光効率とランプ電圧を得ながらひげ電圧を低減させてランプ立ち消えや明るさのちらつきを抑制した水銀フリーの高圧放電ランプを提供することができる。

本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態における発光管を示す断面図である。 同じくランプ電圧を示す波形図である。 比較例のランプ電圧を示す波形図である。 放電媒体をパラメータとして本発明の第１の形態における希ガス圧と波高率の関係を説明するグラフである。 同じく第１の形態におけるＣｓＩ−希ガス圧曲線を示すグラフである。 放電媒体をパラメータとして本発明の第２の形態における希ガス圧と波高率の関係を説明するグラフである。 同じく第２の形態におけるＣｓＩ−希ガス圧曲線を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態における発光管を示す断面図である。第１の形態において、高圧放電ランプは、発光管ＩＴを具備している。発光管ＩＴは、透光性セラミックス気密容器１、一対の電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール部４、４および透光性セラミックス気密容器１の内部に封入された放電媒体を備えている。

透光性セラミックス気密容器１は、少なくとも主要部、好ましくは全体が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可能な透光性セラミックスからなり、内部に放電空間１ｃが形成されている。透光性セラミックス気密容器は、最冷部温度を高く設定して、ランプ電圧を高くするとともに、発光効率を向上させることができる。また、ツリウム（Ｔｍ）などのランタノイド希土類金属ハロゲン化物を封入した場合であっても腐食の問題がない。なお、透光性セラミックスとしては、透光性アルミナ、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物、例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）などの多結晶または単結晶のセラミックスなどを用いることができる。

また、透光性セラミックス気密容器１は、例えば透光性多結晶アルミナセラミックスからなり、図１に示すように、包囲部１ａおよび包囲部１ａの両端に連通して配設された一対の小径筒部１ｂ、１ｂを備えている。そして、小径筒部１ｂおよび包囲部１ａは、鋳込み成形により一体に成形され、かつ連続した曲面を介して接続している。

包囲部１ａは、その内部が適当な形状、例えば球状、楕円球状、ほぼ円柱状などの形状をなしていることを許容し、内容積について高圧放電ランプの定格ランプ電力、電極間距離などに応じてさまざまな値を選択することができる。本形態において、包囲部１ａは、両端部が半球形状をなし、中間部が円筒状をなしていて、その内部に繭玉形状をなしている放電空間１ｃが形成されている。

一対の小径筒部１ｂ、１ｂは、それぞれの内部が包囲部１ａ内に連通している。

一対の電極２、２は、耐火性で、導電性の金属、例えば純タングステン（Ｗ）、ドープ剤（例えばスカンジウム（Ｓｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）およびケイ素（Ｓｉ）などのグループから選択された一種または複数種）を含有するドープドタングステン、酸化トリウムを含有するトリエーテッドタングステン、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）合金などを用いて形成することができる。

本形態において、一対の電極２、２は、タングステンを主成分として形成され、それぞれ電極軸部２ａ、先端部２ｂおよび電極マウントサブコイル２ｃを備えている。電極軸部２ａは、小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿通されている。先端部２ｂは、包囲部ａ内に臨んでいる。電極マウントサブコイル２ｃは、例えばタングステンを主成分とする細線からなり、電極軸部２ａの外周に巻装されている。そうして、電極マウントサブコイル２ｃと小径筒部１ｂ、１ｂの内面との間にキャピラリーと称されるわずかな隙間が形成されている。

一対の電流導入導体３、３は、それぞれ直列に接続した封着性部分３ａおよび耐ハロゲン性部分３ｂを備えている。封着性部分３ａは、例えばニオブの棒状体からなり、後述するシール部４と協働して透光性セラミックス気密容器１を封止しているとともに、基端が透光性セラミックス気密容器１の外部に露出している。耐ハロゲン性部分３ｂは、例えばモリブデンの棒状体からなり、その基端が封着性部分３ａの先端に突合せ溶接されて透光性セラミックス気密容器１の小径筒部１ｂの内部に挿入されている。また、その先端部に電極２の基端が溶接されている。なお、耐ハロゲン性部分３ｂの直径を電極２の電極軸部２ａと同径にして電極マウントサブコイル２ｃを耐ハロゲン性部分３ｂまで延在させている。

一対のシール部４、４は、小径筒部１ｂと電流導入導体３とが協働して透光性セラミックス気密容器１を封止するのであれば、その材質および封止の態様が特段限定されない。例えば、小径筒部１ｂまたはこれと同様材質のセラミックスが融着して透光性セラミックス気密容器１を封止することで結果的にシール部４が形成される構成であってもよい。

本形態においては、一対のシール部４、４は、いずれもDｙ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系のフリットガラスを加熱して溶融し、固化することにより形成されている。そうして、一対のシール部４、４は、透光性セラミックス気密容器１の小径筒部１ｂ、１ｂの端面側の部分と、これに対向する電流導入導体３、３と、の間に介在して透光性セラミックス気密容器１を気密に封止していて、電流導入導体３、３のニオブ棒状体３ａが透光性セラミックス気密容器１の内部に露出しないように小径筒部１ｂ、１ｂ内に挿入されている部分の全体を被覆している。以上の封止により、電極２を透光性セラミックス気密容器１の所定の位置に固定している。

放電媒体は、第１の金属ハロゲン化物、第２の金属ハロゲン化物および希ガスを含んでいる。

第１の金属ハロゲン化物は、主としてランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物である。この金属ハロゲン化物は、ランプ電圧形成作用が第１の金属ハロゲン化物に比べて顕著であるという特徴がある一方で、発光量が相対的に少なくて高圧放電ランプの総発光量に対する貢献が少ないという特徴がある。

第１の金属ハロゲン化物としては、例えばマグネシウム（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）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなるグループの中から選択された１種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。

第２の金属ハロゲン化物は、主として発光用および添加用の金属ハロゲン化物である。これらの金属ハロゲン化物は、少なくともツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物ならびにセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物を含んでいる。前者のハロゲン化物は、主として発光用である。また、後者はひげ電圧を低下させるための添加用として用いられている。なお、発光に寄与する金属とは、高圧放電ランプとしての発光に対して寄与することが明らかな金属であり、ランプ電圧形成作用の有無については問わない。

ツリウム（Ｔｍ）は、放電時に視感度特性曲線のピーク波長付近に多数の輝線スペクトルを放射し、その発光のピークが視感度曲線のピークに一致するので、発光効率を向上させるのに極めて効果的な発光金属であるとともに、水銀フリーの高圧放電ランプにおいてランプ電圧を高める作用がある。また、ホルミウム（Ｈｏ）もツリウム（Ｔｍ）に類似した性質を有している。したがって、本発明において、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物は、いずれか一方のみを用いてもよいし、両方を併用してもよい。

また、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物は、それらの合計質量が主としてランプ電圧形成用である第１の金属ハロゲン化物を除いた第２の金属ハロゲン化物の全体に対して少なくとも１５質量％以上含まれているものとする。この理由は高効率で、しかも水銀フリーとしては高ランプ電圧の高圧放電ランプを得るために必要な封入量を確保するために必要だからである。このため、例えばＺｎＩ_２などのランプ電圧形成用の第１の金属ハロゲン化物の封入量を例えば１／５のように少なくしても、少なくする前の封入量におけるのと同等のランプ電圧が得られる。ランプ電圧形成用第１の金属ハロゲン化物の封入量が多くなるにしたがって色偏差が増大するため、第１の金属ハロゲン化物の封入量を少なくすることによって色偏差が著しく改善される。なお、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）のハロゲン化物は、好ましくは３１質量％以上である。さらに、５０質量％以上であれば、より高いランプ電圧とより高い発光効率を得ることができる。なお、上記封入比率が８０質量％を超えると、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）以外の金属のハロゲン化物の封入比率が相応して低下し、その結果所望の白色発光が得られなくなるので、白色発光を得る目的に対しては好ましくない。

本発明において、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物は、ひげ電圧を低減させて高圧放電ランプの立ち消えを抑制するための添加用である。そのために、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の第２の金属ハロゲン化物の全体に対する封入比率は、希ガス圧との相関により決定される。すなわち、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物がＣｓＩ換算で６質量％のときは希ガスが２気圧以上、同じく１２質量％のときは０．２気圧以上、同じく２４質量％のときは０．０４気圧以上、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物が上記以外の封入比率のときは上記各封入比率および希ガス圧を結ぶＣｓＩ封入比率−希ガス圧曲線およびその延長線によって示されるＣｓＩ封入量および対応する希ガス圧以上の希ガスを封入する。上記の封入条件は、所望の希ガス圧を封入する場合のひげ電圧を低下させるのに効果的なセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の封入量を示していることにもなる。

第１および第２のハロゲン化物を形成するハロゲンとしては、適度の反応性を有していることからヨウ素が好適であるが、所望により臭素および塩素のいずれかでもよく、またヨウ素、臭素および塩素のうち所望の二種以上を用いてもよい。

ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）以外の金属のハロゲン化物を、上記のように白色発光を得る以外に、例えば発光の色度を調整する、または発光効率を高くするなどの目的で添加することができる。発光効率は、ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物封入比率が５０〜７０質量％の範囲のときに特に高くなる。

上記その他の金属のハロゲン化物は、多様な目的で適宜選択して添加することができるので、本発明では特段限定されない。以下、その他の金属のハロゲン化物の主な例について説明する。
１．（アルカリ金属） アルカリ金属は、全ての金属ハロゲン化物に対して６０質量％、好ましくは５０質量％とすれば、ランプ電圧低下の効果が得られ、さらに３０質量％未満程度が最適であるが、発光特性や製造性などの諸条件が許容される場合には３質量％未満の範囲内で封入することによって、ランプ電圧の低下は最小限に抑制される一方、発光効率、ランプ寿命改善および光色調整、特に色偏差改善が可能になる。このような観点から、所要のランプ電圧を確保できる範囲内において、封入が許容される。なお、好ましくは２〜８質量％、より好ましくは３〜７質量％、なお一層好ましくは４〜６質量％である。また、アルカリ金属としては、ナトリウム（Ｎａ）およびリチウム（Ｌｉ）の一種または複数種を選択的に封入することができる。

２．（その他の希土類金属のハロゲン化物） ツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）以外の希土類金属のハロゲン化物としてプラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）およびサマリウム（Ｓｍ）からなる希土類金属の一種または複数種のハロゲン化物を副成分として封入することができる。上記希土類金属は、ツリウムハロゲン化物およびホルミウムハロゲン化物に次いで発光金属として有用であり、所定量以下の封入比率で封入することが許容される。すなわち、上記希土類金属は、そのいずれも視感度特性曲線のピーク波長付近で無数の輝線スペクトルを有するため、発光効率向上に寄与することができる。

３．（インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物） インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物は、本発明においてセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の代替として封入させることもできる。なお、代替する際の封入量は、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の１／２質量％とする。

次に、希ガスについて説明する。希ガスとしては、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）およびアルゴン（Ａｒ）のいずれか１種または所望の複数種を混合して、前記封入圧力で用いることができる。

図２は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態における安定点灯時のランプ電圧の波形図である。図から理解できるように、この高圧放電ランプは、ランプ電圧の立ち上がり時に現れるひげ電圧が頗る低い。このため、波高率は１．４であり、高圧放電ランプの立ち消えおよび明るさのちらつきが発生しない。なお、波高率はランプ電圧のピーク電圧／実効値により求める。試験の結果、立ち消えの発生しない波高率は１．７以下であることが分かった。

図３は、比較例における点灯時のランプ電圧の波形図である。図から理解できるように、この高圧放電ランプは、ランプ電圧の立ち上がり時に現れるひげ電圧が高い。このため、波高率は２．３であり、高圧放電ランプの立ち消えおよび明るさのちらつきが発生しやすい。

図１に示す発光管を具備している高圧放電ランプである。

透光性セラミックス気密容器：PCA製、包囲部内径9.5mm、一体成形、全長46mm、
中間部が円筒状、両端が半球状、肉厚0.8mm
電極 ：W製、直径0.7mm、電極間距離7mm、
放電媒体 ：TmI₃-NaI 4mg（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.2mg、
Xe 2.4気圧
使用安定器 ：50Hz銅鉄形安定器（正弦波交流電圧出力）
ランプ電力 ：入力100W、垂直点灯
ランプ電圧 ：45V
波高率 ：約1.7
発光効率 ：100 lm/W
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

放電媒体 ：HoI₃-NaI 4mg（HoI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.2mg、
CsI 0.24mg（6質量%）、Xe 2.4気圧
その他は実施例１と同じ。

ランプ電圧 ：43V
波高率 ：約1.7
発光効率 ：95 lm/W
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

放電媒体 ：TmI₃-NaI 4mg（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.2mg、
CsI 0.48mg（12質量%）、Xe
0.2気圧
その他は実施例１と同じ。

ランプ電圧 ：37V
波高率 ：約1.7
発光効率 ：85 lm/W
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

［比較例１］

放電媒体 ：TmI₃-NaI 4mg（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.2mg、
CsI 0mg（0質量%）、Xe 2.4気圧
ランプ電力 ：入力測定不能（立ち消え発生のため）、垂直点灯
ランプ電圧 ：測定不能（立ち消え発生のため）
波高率 ：同上
発光効率 ：同上
点灯状態 ：立ち消えが発生した。

［比較例２］

放電媒体 ：TmI₃-NaI 4mg（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.2mg、
CsI 0.24mg（6質量%）、Xe 0.2気圧
その他は実施例１と同じ。

ランプ電力 ：入力測定不能（立ち消え発生のため）、垂直点灯
ランプ電圧 ：測定不能（立ち消え発生のため）
波高率 ：約2.7
発光効率 ：測定不能（立ち消え発生のため）
点灯状態 ：立ち消え頻発、明るさのちらつきあり。

［比較例３］

放電媒体 ：DyI₃-NaI 4mg（DyI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.2mg、
CsI 0.24mg（6質量%）、Xe 2.4気圧
その他は実施例１と同じ。

ランプ電圧 ：33V（低すぎて実用上問題あり）
波高率 ：約1.3
発光効率 ：72 lm/W（低すぎて実用上問題あり）
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

［比較例４］

放電媒体 ：DyI₃-NaI 4mg（DyI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.2mg、
CsI 0mg（0質量%）、Xe 2.4気圧
その他は実施例１と同じ。

ランプ電圧 ：35V（低すぎて実用上問題あり）
波高率 ：約1.3
発光効率 ：75 lm/W（低すぎて実用上問題あり）
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

次に、図４および図５を参照して希ガス圧と波形率の関係について説明する。図４は、４種類の異なる仕様の放電媒体を封入した高圧放電ランプを製作して、希ガス圧と波高率の関係をグラフ化したもので、横軸がＸｅ圧（気圧）を、縦軸が波高率を、それぞれ示している。４種類の異なる仕様の放電媒体は、金属ハロゲン化物については表１のとおりであるとともに、希ガスについてはＸｅを0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20気圧封入した高圧放電ランプをそれぞれ製作して、波高率を測定した。なお、高圧放電ランプの入力150W、PCA管壁負荷20W/cm²一定とした。

［表１］
ランプ１：TmI₃-NaI（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂、CsI 6質量% 図中の記号◆
ランプ２：TmI₃-NaI（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂、CsI 12質量% 図中の記号□
ランプ３：TmI₃-NaI（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂、CsI 24質量% 図中の記号△
ランプ４：DyI₃-NaI（DyI₃ 35質量%）、ZnI₂、CsI 16質量% 図中の記号×

図４において太線により示すように、波高率が１．７以下であると、高圧放電ランプに立ち消えは発生しなかった。なお、ＴｍＩ_３をＨｏＩ_３に代えても図４と同様の結果が得られる。

図５は、波高率１．７となるセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物の封入比率および希ガス圧の推測値を含む図４における３値に基づいて作成した曲線Ａおよび３値を結ぶ直線Ｂを重ねて描いたグラフである。
図中の曲線Ａを閾値としてその右側領域であれば立ち消え、明るさのちらつきが発生しない。なお、ＣｓＩの封入比率（質量％）をｘとし、希ガス圧（気圧）をｙとして曲線Ａを数式化した結果は、ｙ＝２７９．７３ｘ^{−２．８２１９}である。
次に、図６および図７を参照して本発明を実施するための第２の形態について説明する。本形態は、発光管の構造が図１と同じであるが、第２の金属ハロゲン化物がセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物を含んでいる。セリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の第２の金属ハロゲン化物全体に対する封入比率は、第１の形態におけるツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）と同様に１５質量％以上、好ましくは３１質量％以上である。
セリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の場合、立ち消えや明るさのちらつきを抑制するのに必要なセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物の封入比率が第１の形態におけるのより少なくてよい。すなわち、３質量％のときには１気圧以上、（２）６質量％のときには０．２気圧以上、
（３）１２質量％のときには０．０４気圧以上、および（４）その他の質量％のときには上記（１）ないし（３）に規定するＣｓＩ封入比率およびガス圧を結ぶＣｓＩ封入比率−希ガス圧曲線およびその延長線によって示されるＣｓＩ封入量に対応する希ガス圧以上、のいずれかである。

放電媒体 ：CeI₃-NaI 4mg（CeI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.4mg、
CsI 0.12mg（3質量%）、Xe 2.4気圧
その他は実施例１と同じ。

ランプ電圧 ：42V
波高率 ：約1.6
発光効率 ：103 lm/W
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

放電媒体 ：CeI₃-NaI 4mg（CeI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.4mg、
CsI 0.24mg（6質量%）、Xe 0.2気圧
その他は実施例１と同じ。

ランプ電圧 ：37V
波高率 ：約1.7
発光効率 ：88 lm/W
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

［比較例５］

放電媒体 ：CeI₃-NaI 4mg（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.4mg、
CsI 0mg（0質量%）、Xe 2.4気圧
ランプ電力 ：入力測定不能（立ち消え発生のため）、垂直点灯
ランプ電圧 ：測定不能（立ち消え発生のため）
波高率 ：同上
発光効率 ：同上
点灯状態 ：立ち消えが発生した。

［比較例６］

放電媒体 ：CeI₃-NaI 4mg（TmI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.4mg、
CsI 0.12mg（3質量%）、Xe 0.2気圧
ランプ電力 ：入力測定不能（立ち消え発生のため）、垂直点灯
ランプ電圧 ：測定不能（立ち消え発生のため）
波高率 ：同上
発光効率 ：同上
点灯状態 ：立ち消え頻発、明るさのちらつきあり。

［比較例７］

放電媒体 ：DyI₃-NaI 4mg（DyI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.4mg、
CsI 0.24mg（6質量%）、Xe 2.4気圧
ランプ電力 ：100W、垂直点灯
ランプ電圧 ：36V（低すぎて実用上問題あり）
波高率 ：約1.3
発光効率 ：68 lm/W（低すぎて実用上問題あり）
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

［比較例８］

放電媒体 ：DyI₃-NaI 4mg（DyI₃ 35質量%）、ZnI₂
0.4mg、
CsI 0mg（0質量%）、Xe 2.4気圧
ランプ電力 ：100W、垂直点灯
ランプ電圧 ：37V（低すぎて実用上問題あり）
波高率 ：約1.3
発光効率 ：72 lm/W（低すぎて実用上問題あり）
点灯状態 ：立ち消え、明るさのちらつきなし。

次に、図６および図７を参照して希ガス圧と波高率の関係について説明する。図６は、４種類の異なる仕様の放電媒体を封入した高圧放電ランプを製作して、希ガス圧と波高率の関係をグラフ化したもので、横軸が希ガス封入圧を、縦軸が波高率を、それぞれ示している。４種類の異なる仕様の放電媒体は、金属ハロゲン化物については表２のとおりであるとともに、希ガスについてはＸｅを0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20気圧封入した高圧放電ランプをそれぞれ製作して、波高率を測定した。なお、高圧放電ランプの入力150W、PCA管壁負荷20W/cm²一定とした。

［表２］
ランプ５：CeI₃-NaI（CeI₃ 35質量%）、ZnI₂、CsI 3質量% 図中の記号◆
ランプ６：CeI₃-NaI（CeI₃ 35質量%）、ZnI₂、CsI 6質量% 図中の記号□
ランプ７：Ce₃-NaI（CeI₃ 35質量%）、ZnI₂、CsI 12質量% 図中の記号△
ランプ８：DyI₃-NaI（DyI₃ 35質量%）、ZnI₂、CsI 6質量% 図中の記号×

図６において太線により示すように、波高率が１．７以下であると、高圧放電ランプに立ち消えは発生しなかった。

図７は、波高率１．７となるＣｓＩ封入比率および希ガス圧の推測値を含む図６における３値に基づいて作成した曲線Ａおよび３値を結ぶ直線Ｂを重ねて描いたグラフである。
図中の曲線Ａを閾値としてその右側領域であれば立ち消えや明るさのちらつきが発生しない。なお、ＣｓＩの封入比率（質量％）をｘとし、希ガス圧（気圧）をｙとして曲線Ａを数式化した結果は、ｙ＝１２．８１９ｘ^{−２．３２１９}である。

１…透光性気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、１ｃ…放電空間、２…電極、３…電流導入導体、３ａ…封着性部分、３ｂ…耐ハロゲン性部分、４…シール部

Claims (2)

1. 内部に放電空間を備えた透光性セラミックス気密容器と；
   透光性セラミックス気密容器の放電空間内に気密に配設された一対の電極と；
   主としてランプ電圧形成用の第１の金属ハロゲン化物、第１の金属ハロゲン化物を除いた主として発光用などの第２の金属ハロゲン化物、および希ガスを含み、第２の金属ハロゲン化物はツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも一種のハロゲン化物とセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物と含み、かつツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも一種のハロゲン化物が１５質量％以上含まれていて、希ガスは、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物がＣｓＩ換算で、
   （１）６質量％のときには２気圧以上、
   （２）１２質量％のときには０．２気圧以上、
   （３）２４質量％のときには０．０４気圧以上、
   および（４）その他の質量％のときには上記（１）ないし（３）に規定するＣｓＩ封入比率および希ガス圧を結ぶＣｓＩ封入比率−希ガス圧曲線およびその延長線によって示されるＣｓＩ封入量に対応する希ガス圧以上、
   の中から選択されたいずれかであるとともに、水銀を本質的に含まないで透光性セラミックス気密容器の内部に封入された放電媒体と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 内部に放電空間を備えた透光性セラミックス気密容器と；
   透光性セラミックス気密容器の放電空間内に気密に配設された一対の電極と；
   主としてランプ電圧形成用の第１の金属ハロゲン化物、第１の金属ハロゲン化物を除いた主として発光用などの第２の金属ハロゲン化物、および希ガスを含み、第２の金属ハロゲン化物はセリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物およびセシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物を含み、セリウム（Ｃｅ）ハロゲン化物が１５質量％以上含まれていて、希ガスは、セシウム（Ｃｓ）ハロゲン化物がＣｓＩ換算で、
   （１）３質量％のときには１気圧以上、
   （２）６質量％のときには０．２気圧以上、
   （３）１２質量％のときには０．０４気圧以上、
   および（４）その他の質量％のときには上記（１）ないし（３）に規定するＣｓＩ封入比率およびガス圧を結ぶＣｓＩ封入比率−希ガス圧曲線およびその延長線によって示されるＣｓＩ封入量に対応する希ガス圧以上、
   の中から選択されたいずれかであるとともに、水銀を本質的に含まないで透光性セラミックス気密容器の内部に封入された放電媒体と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。

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