JP2011204588A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】
先端が小径筒部に近接する始動補助導体を備え、小径筒部の内面と電極構体の外面との間の隙間の大きさを始動性が向上するように構成した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、包囲部1aに連通する一対の小径筒部1bを備えた透光性セラミックス気密容器1と、小径筒部内において電流導入導体3に支持されて電極構体EMを構成し先端が包囲部内に臨む電極2と、0.1〜10気圧の希ガスおよび希土類金属を含む金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まないイオン化媒体と、基端が一方の電極に導通し、先端が他方の小径筒部の包囲部との境界近傍まで延在し、かつ外面に近接している始動補助導体TWとを具備し、始動補助導体の他端に対向する部位における小径筒部の内径（ｍｍ）をＤ_Ｉとし、かつ電極構体の外径Ｄ_Ｅ（ｍｍ）との差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ（ｍｍ）が0.09≦（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）≦0.2Ｄ_Ｉを満足する。
【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。

発光管４がアルミナセラミックにより形成され、一端部分の細管４ｄを挿通する外部リード線６ａの一端部分にモリブデン等により構成された近接導体１０の一端が溶接により固着され、他端部分が他方の細管４ｅに近接して配置されていて、点灯時に印加されるパルス電圧によって所定の電位が与えられ、発光管４内の希ガスおよび水銀蒸気の絶縁破壊を促進するメタルハライドランプは既知である（例えば、特許文献１参照。）。

一方、水銀代替材料としてＺｎＩ_２などのハロゲン化物を封入した高圧放電ランプは既知である（例えば、特許文献２参照。）。

そこで、特許文献１記載のメタルハライドランプを特許文献２記載のように水銀フリーにすることが考えられる。この場合、一対の電極間に始動電圧が印加されると、近接導体の他端とこれに対向する他端部分の細管４ｅ内のリード線ないし電極軸との間が最初に絶縁破壊の起点となり、次に発光管の内部全体に絶縁破壊が広がり、高圧放電ランプの始動へと発展していく。

特開平１０−２９４０８５号公報 特開平１１−２３８４８８号公報

ところが、近接導体などの始動補助導体の他端が他方の細管に近接している水銀フリーの高圧放電ランプにおいては、水銀入りの場合には問題ならなかった上記絶縁破壊の起点の隙間の大きさがランプ絶縁破壊電圧に大きく影響することが分かった。

本発明は、先端が小径筒部に近接する始動補助導体を備え、小径筒部の内面と電極構体の外面との間の隙間の大きさを始動性が向上するように構成した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。

本発明の高圧放電ランプは、内部に放電空間が形成されている包囲部および包囲部に連通する一対の小径筒部を備えた透光性セラミックス気密容器と；透光性気密容器の一対の小径筒部内に挿通された一対の電流導入導体と；透光性気密容器の一対の小径筒部内において電流導入導体に支持されて電極構体を構成し先端が包囲部内に臨む一対の電極と；透光性セラミックス気密容器内に封入された２５℃換算で０．１〜１０気圧の希ガスおよび少なくとも希土類金属を含む金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まないイオン化媒体と；基端が一方の電極に導通し、先端が他方の電極を挿通している小径筒部の包囲部との境界近傍まで延在し、かつ小径筒部の外面に近接している始動補助導体と；を具備し、始動補助導体の他端に対向する部位における小径筒部の内径の絶対値をＤ_Ｉ（ｍｍ）とし、かつ電極構体の外径Ｄ_Ｅ（ｍｍ）との差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ（ｍｍ）が０．０９≦（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）≦０．２Ｄ_Ｉを満足することを特徴としている。

本発明は、以下の態様であることを許容する。

始動補助導体は、透光性セラミックス気密容器の内部に絶縁破壊の起点を生じさせ、これをさらに発光管の内部全体に広がった絶縁破壊へ展開して高圧放電ランプの始動を促進する手段であり、耐熱性導電金属、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、モリブデンなどを用いて形成することができる。そして、基端が一方の電極に導通し、先端が小径筒部の包囲部との境界近傍に近接して配設されている。なお、上記の導通とは、電極に直接接続している他に電極に接続する電流導入導体を介して電極に接続していることを許容し、電極の電位に等しくなっているという意味である。

絶縁破壊の起点は、始動補助導体の先端とこれに対向する電極構体との間の隙間である。なお、電極構体とは電極および電極を支持する電流導入導体を包括する構成部分であり、始動補助導体の先端が対向する部位が電極の軸部および電流導入導体のいずれであってもよいこと意味する。また、電極構体は、電極の軸部または／および電流導入導体の周囲に電極マウントサブコイルを巻装していることを許容する。上記隙間は、一般的には狭ければ電位軽度が大きくなるので絶縁破壊が容易であるように思えるが、水銀フリーの高圧放電ランプに限っては以下に示す特定範囲内であるのがよく、狭すぎても、広すぎてもよくないことが分かった。

すなわち、上記特定範囲は、小径筒部の後述する始動補助導体ＴＷの他端に対向する部位における内径をＤ_Ｉ（ｍｍ）とし、かつ電極構体の外径Ｄ_Ｅ（ｍｍ）との差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ（ｍｍ）が０．０９≦（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）≦０．２Ｄ_Ｉを満足する範囲である。この範囲であれば、ランプ絶縁破壊電圧が低下して水銀フリーの高圧放電ランプの始動性が向上する。なお、上記差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅは、始動補助導体の先端が対向する部位であればよく、管軸方向のその他の部位は上記差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅと同じ値であってもよいし、異なっていてもよい。

これに対して、上記差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが０．２Ｄ_Ｉを超えるように構成する場合には、電極構体を細くするか、小径筒部の内径を大きくする必要がある。前者の場合には、電極構体の電流密度が過大になり、電極構体の発熱、発熱に伴う変形、断線や電力損失に伴う発光効率の低下を引き起こす。また、後者の場合には、小径筒部の熱容量が増大し伝熱量が増加して熱損失が増加するため、発光効率が低下する。一方、上記差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが０．０９ｍｍ未満であると、ランプ絶縁破壊電圧の低下が不十分であり、上記差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが０．０５ｍｍのときの平均ランプ絶縁破壊電圧（またはランプ絶縁破壊電圧標準偏差）の８０％以下までランプ絶縁破壊電圧（上記と同様の定義）を低下させることが困難になる。

また、始動補助導体の先端が近接する小径筒部の部位は包囲部に近い領域であり、この領域の上記差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが０．２Ｄ_Ｉを超えると、点灯中余剰のイオン化媒体中の希土類金属を含む金属のハロゲン化物が液相で滞留しやすくなる。その結果、小径筒部のセラミックスが侵食されやすくなり高圧放電ランプの寿命が短縮するという問題もある。

始動補助導体の先端が対向する小径筒部の包囲部との境界近傍とは、包囲部に隣接する位置でもよいし、包囲部に隣接する位置から小径筒部の端部側へいくらか離間した位置であってもよいことを意味する。

また、始動補助導体の先端が小径筒部に近接しているとは、先端が対向している電極構体との間に大きな電位傾度を形成できればよいので、小径筒部の外面から多少離間していてもよいが、密着しているのが好ましい。また、先端部を小径筒部の周囲に巻回したり、小径筒部の外面に配設した金属板リングや導電性物質被膜などを先端部に形成したりしている態様であってもよい。なお、これらの部材は、小径筒部の全周にわたり形成されていてもよいし、周面の一部に配設されているのであってもよい。

前述の差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ（ｍｍ）が０．０９≦（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）≦０．２Ｄ_Ｉを満足する範囲であること代えて、始動補助導体の先端に対向する位置の小径筒部の内面と電極構体の外面との間に形成される隙間を以下のように構成することができる。すなわち、差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが０．０５ｍｍのときの平均ランプ絶縁破壊電圧およびランプ絶縁破壊電圧標準偏差の少なくともいずれか一方と比較してこれらの値が８０％以下、好ましくは７０％以下であるように設定されている。なお、上記のランプ絶縁破壊電圧が得られる構成であれば、殆どの場合、上記差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅの数式が満足される。なお、平均ランプ絶縁破壊電圧およびランプ絶縁破壊電圧標準偏差の下限値は、２０％好適には２５％である。

次に、透光性セラミックス気密容器１内に封入されるイオン化媒体について説明する。

イオン化媒体は、希ガスおよび希土類金属を含む金属のハロゲン化物を備え、水銀を本質的に含まない。

希ガスは、少なくとも始動ガスとして封入され、その封入圧が室温すなわち２５℃換算で０．１〜１０気圧である。希ガスは、アルゴン、キセノンおよびクリプトンなどであることを許容する。また、希ガスが０．１〜１０気圧であると、始動電圧が５ｋＶ以下で高圧放電ランプを始動させることができる。さらに、希ガスがキセノンの場合、その封入圧が１〜１０気圧の範囲内であれば、始動電圧が５ｋＶ以下で、かつ高発光効率および高ランプ電圧が得られる。

また、希ガスは、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）の封入量や後述する希土類金属、特にツリウム（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。

金属ハロゲン化物について説明する。

金属ハロゲン化物は、希土類金属のハロゲン化物を含む主として発光に寄与するハロゲン化物を必須としている。また、金属ハロゲン化物は、所望により主としてランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物を含んでいることを許容する。

希土類金属は、ランタノイドに属する金属であり、その中でもツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも一種であることが好ましい。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。ツリウムハロゲン化物は、主として発光に寄与する金属のハロゲン化物に属していながら水銀フリーにおいてランプ電圧を高める作用もある。このため、主としてランプ電圧形成に寄与する金属のハロゲン化物の封入量を削減できる。そして、その結果、ランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物の相対的に過剰な量の封入に伴って発生する弊害（色偏差の増大）を回避することができる。ホルミウムもツリウムの上述した性質に類似した性質を有している。

希土類金属のハロゲン化物を主として発光に寄与する金属ハロゲン化物として封入するに際して、それらの合計が主として発光に寄与するハロゲン化物の全体に対して２０〜５０質量％であるのが好ましい。

また、希土類金属がツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）である場合には、上述のようにランプ電圧を十分に実用範囲まで高める作用を発揮するとともに高い発光効率が得られるため、例えばＺｎＩ_２などの主としてランプ電圧形成に寄与する金属のハロゲン化物を封入する場合であっても、その封入量を例えば従来の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を得ることができる。ランプ電圧形成に寄与する金属のハロゲン化物は、その封入量が多くなるにしたがって色偏差が増大するので、ランプ電圧形成に寄与する金属のハロゲン化物の封入量が少なくなることにより、色偏差が著しく改善される。

希土類金属のハロゲン化物は、ツリウムおよびホルミウムの他に、プラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）およびサマリウム（Ｓｍ）の一種または複数種のハロゲン化物を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るために、副成分としての封入比率で封入することが許容される。なお、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。

次に、希土類金属以外の金属のハロゲン化物について説明する。

所望によりタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物を添加することが許容される。タリウムは、これを主として発光に寄与するイオン化媒体中の金属の一部としてタリウムハロゲン化物または金属タリウムの形で封入することができる。しかし、タリウムは、その封入量をヨウ化タリウム（ＴｌＩ）に換算した値で透光性セラミックス気密容器の内容積に対し０〜０．８ｍｇ／ｃｃ、好適には０〜０．２ｍｇ／ｃｃ規制することが好ましい。これにより、青色発光抑制が生じるのを効果的に抑制できる。なお、タリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物または金属タリウムを封入すると、タリウム（Ｔｌ）の緑色発光がツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも一種の発光に加算されるので、高圧放電ランプの発光効率が高くなる。

上述以外のその他の金属のハロゲン化物を、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適宜選択的に添加することができる。

インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物は、これを所望の演色性および／または色温度などを得るなどの目的で副成分として選択的に封入することが許容される。

次に、主としてランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物を封入する場合について説明する。

主としてランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物としては、イオン化エネルギーが８ｅＶ以上で、かつ融点が５００℃以下の金属ハロゲン化物がこれに含まれることが多い。なお、イオン化エネルギーが８ｅＶ以上で、かつ融点が５００℃以下の金属ハロゲン化物としての具体的な金属については後述するが、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）およびマンガン（Ｍｎ）のハロゲン化物などがある。

また、ランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物は、本発明において透光性セラミックス気密容器内に封入する前述のハロゲン化物に比較して蒸気圧が高くて、高圧放電ランプにおけるランプ電圧を主として決定する作用がある。なお、「蒸気圧が大きい」とは、点灯中の蒸気圧が高いことを意味するが、水銀のように大きすぎる必要はなく、好ましくは点灯中の透光性セラミックス気密容器内の圧力は５気圧程度以下である。したがって、上記の条件を備えていれば特定の金属のハロゲン化物に限定されない。

さらに、ランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物は、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）からなるグループから選択された一種または複数種の金属のハロゲン化物を主体として用いることができる。そして、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。

しかし、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。例えば、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、他のランプ電圧形成に寄与する金属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。

さらに、ランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物は、透光性セラミックス気密容器内に封入される主として発光する前述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ハロゲン化物でもある。「前記ハロゲン化物の金属に比較して可視域に発光しにくい」とは、絶対的な意味で可視光の発光が少ないという意味ではなく、相対的な意味である。なぜなら、確かにＦｅやＮｉは、紫外域発光の方が可視域発光より多いが、Ｔｉ、Ａｌおよび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、可視域発光が多い。ランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物を構成する金属の中で、鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）は紫外域発光が多いが、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）および亜鉛（Ｚｎ）などのハロゲン化物は単独で発光させた場合には可視光域に発光が多い。しかし、上記チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）および亜鉛（Ｚｎ）といった金属のハロゲン化物は、発光させるのに必要なエネルギー準位がツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）などの主として発光に寄与するハロゲン化物の金属を発光させるに必要なエネルギー準位より高い。そのため、両者を一緒に封入して高圧放電ランプを点灯させた場合には、エネルギー準位の低い主として発光に寄与する金属による発光が相対的に支配的となり、ランプ電圧形成に寄与するハロゲン化物の金属による発光は少なくなる。

したがって、主としてランプ電圧形成に寄与する金属ハロゲン化物は、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いものである。

以上、説明した金属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。

本発明においては、イオン化媒体が希土類金属を含む金属ハロゲン化物を含み、水銀を含まない水銀フリーであり、基端が一方の電極に導通し、先端が他方の電極を挿通している小径筒部の包囲部との境界近傍まで延在し、かつ小径筒部の外面に近接している始動補助導体の他端に対向する部位における透光性セラミックス気密容器の小径筒部の内径をＤ_Ｉ（ｍｍ）とし、かつ電極構体の外径Ｄ_Ｅ（ｍｍ）との差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ（ｍｍ）が０．０９≦（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）≦０．２Ｄ_Ｉを満足することにより、始動性が向上した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一形態における発光管の断面図である。 同じく高圧放電ランプの正面図である。 同じく始動補助導体の先端が対向している部位における小径筒部および電極構体の拡大横断面図である。 同じく始動補助導体の先端が対向している部位における小径筒部の内面と電極構体の外面との間の隙間と始動電圧の関係を示すグラフである。 同じく絶縁破壊電圧測定時に一対の電極間に印加したパルス電圧の波形図である。

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に示す本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態において、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、本発明において、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が形成されている包囲部１ａおよび包囲部１ａに連通する一対の小径筒部１ｂ、１ｂを備えている。透光性セラミックス気密容器１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。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。

本形態において、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、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が図１に示すように構成されている。すなわち、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。そして、小径筒部１ｂの内部に後述する電極構体ＥＭが内部に挿通される。

電極構体ＥＭは、電極２および電流導入導体３が例えば溶接により直列に接合することで形成されている。そして、透光性セラミックス気密容器１に組み込むに際して予め一体化された電極構体ＥＭを形成するのが一般的である。

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１ａ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、本形態においては、耐ハロゲン性部分３ｂの直径が電極マウントサブコイル２ｃの外径に等しくなっているが、所望により電極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まで延在させてもよい。

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。

イオン化媒体は、金属ハロゲン化物および希ガスを含んでいる。そして、金属ハロゲン化物は、第１および第２の金属ハロゲン化物を含んでいる。

第１の金属ハロゲン化物は、主として発光に寄与する金属のハロゲン化物である。また、第１の金属ハロゲン化物は、少なくともランタノイドに属する希土類金属の少なくとも１種の金属のハロゲン化物を含んでいる。なお、好ましくは希土類金属のハロゲン化物は、第１の金属ハロゲン化物に対して２０〜５０質量％の割合である。

第２の金属ハロゲン化物は、主としてランプ電圧形成に寄与する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２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種または複数種の金属のハロゲン化物を用いることができる。

次に、図２および図３を参照して高圧放電ランプの全体構造を説明する。

本形態において高圧放電ランプは、一般照明用途に適応し得るメタルハライドランプであり、発光管ＩＴ、外管ＯＴおよび始動補助導体ＴＷを具備している。なお、図中、ＵＶＥは紫外線エンハンサ、ＳＧは保護ガラス管、ＳＦは発光管支持部材、Ｇはゲッタ、Ｂは口金である。

発光管ＩＴは、図１を参照して既に説明したとおりである。

外管ＯＴは、硬質ガラスからなるＴ形バルブ状をなしていて、そのネック部にフレアステム５を封着して備えている。フレアステム５は、一対の導入線６ａ、６ｂを気密に導入している。そして、外管ＯＴは、その内部の所定位置に発光管ＩＴを後述する支持構体ＳＦにより支持して収納している。

始動補助導体ＴＷは、その一端が発光管ＩＴの図１において上方の電流導入導体３に溶接されて透光性セラミックス気密容器１内の図において上部側に位置する電極（図示されていない。）に導通している。そして、中間部が上方の小径筒部１ｂの包囲部１ａ近傍において透光性セラミックス気密容器１に巻き付けられてリング部ｒ１を形成し、さらに包囲部１ａの外周に近接して管軸方向に沿って下方へ延在している。また、先端が下方の小径筒部１ｂの包囲部１ａ近傍において巻き付けられてリング部ｒ２を形成している。

したがって、始動時には、図１において上方の図示されていない電極の電位が始動補助導体ＴＷを介して図示されていない下方の電極軸部に対向する位置において透光性セラミックス気密容器１の小径筒部１ｂの外面に巻装されたリング部ｒ２に印加されるので、そのリング部ｒ２と下方の電極軸部との間には大きな電位傾度が形成される。

上記リング部ｒ２の位置で小径筒部１ｂおよび電極構体ＥＭの横断面を拡大して図３に示しているが、当該部分においては、小径筒部１ｂの内径と電極マウントサブコイル２ｃの外径との差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ（ｍｍ）が０．０９≦（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）≦０．２Ｄ_Ｉを満足するように形成されている。なお、図３において図１と同一部分については同一符号を付してある。

本発明者は、始動補助導体ＴＷの他端部すなわちリング部ｒ２に対向する部位における小径筒部１ｂの内径Ｄ_Ｉと電極構体ＥＭの外径Ｄ_Ｅとの差（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）と始動電圧の関係を詳細に調査した結果、当該差（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）が特定数値範囲内であれば、ランプ絶縁破壊電圧が低下することを見出した。このため、差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが上記範囲内であれば、０．０５ｍｍのときのランプ絶縁破壊電圧より明らかに低い絶縁破壊電圧で高圧放電ランプを始動させることができるとともに、実用上問題なく高圧放電ランプを使用することができる。

図４は、小径筒部１ｂの内径Ｄ_Ｉと電極マウントＥＭの外径Ｄ_Ｅとの差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ（ｍｍ）とランプ絶縁破壊電圧との関係を示すグラフである。図から理解できるように、差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが０．０９ｍｍ以上であれば、ランプ絶縁破壊電圧が、差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが０．０５ｍｍのときのランプ絶縁破壊電圧に対して、その８０％以下に低下する。しかし、差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが小径筒部の内径をＤ_Ｉ（ｍｍ）としたときのその絶対値の０．２倍を超えると、前述の理由により実用上の問題が生じるので、上限を０．２Ｄ_Ｉ（ｍｍ）にする必要がある。

例えば、上記差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅが０．０５ｍｍの場合と０．１ｍｍの場合とで比較すると、点灯５００時間の時点で計測した平均ランプ絶縁破壊電圧が前者では後者の１３０％であった。なお、ここで「ランプ絶縁破壊」とは、発光管の内部全体に広がった絶縁破壊をいう。

紫外線エンハンサＵＶＥは、小形で紫外線透過性の外囲器内に一方の導体ｌ１の先端が封装されて内部電極を形成している。一方の導体ｌ１は、発光管ＩＴの図１において下方の電流導入導体３に溶接されている。そして、紫外線透過性の外囲器を抱持する他方の導体ｌ２が後述する発光管支持部材ＳＦの支持枠８に溶接されて外部電極を形成している。したがって、紫外線エンハンサＵＶＥは、発光管ＩＴに並列接続している。紫外線透過性の外囲器内には紫外線放射性の希ガスおよび窒素が封入されている。

そうして、高圧放電ランプの始動に先立って始動用高電圧が一対の電極２、２間に印加されると、最初に放電開始し、発生した紫外線を発光管ＩＴの下方の電極近傍に照射する。これにより発光管ＩＴ内のイオン化媒体が励起されて始動しやすくなる。

保護ガラス管ＳＧは、石英ガラス製の円筒体からなり、発光管ＩＴの周囲を離間状態にして包囲することで、発光管ＩＴの破裂時に破片の飛散を抑制する。そして、後述のように発光管支持部材ＳＦに支持されている。

発光管支持部材ＳＦは、支持枠８、一対の支持プレート９、９および接続片１０からなる。支持枠８は、ステンレス鋼棒を縦長の変形コ字形に屈曲してなり、内部導入線６ａに接続している。一対の支持プレート９、９は、ステンレス鋼板をほぼ円盤状に形成してなり、支持枠８に固定されている。また、一対の支持プレート９、９の中央部には通孔が形成されており、透光性セラミックス気密容器１の一対の小径筒部１ｂ、１ｂを上記通孔に挿通させることにより、発光管ＩＴを外管ＯＴの管軸位置に定置しているとともに、発光管ＩＴをその管軸方向に支持している。接続片１０は、支持枠８の上部に溶接されていて、発光管ＩＴの図において上方の電流導入導体３に接続している。１対の支持プレート９、９は、保護ガラス管ＳＧの上下端面に嵌合してそれらの間に保護ガラス管ＳＧを挟持するとともに、発光管支持部材ＳＦに固定されている。したがって、保護ガラス管ＳＧは、１対の支持プレート９、９を介して発光管支持部材ＳＦに支持されている。

ゲッタＧは、発光管支持部材ＳＦの図において上部に支持されているパフォーマンスゲッタである。

口金Ｂは、ねじ形口金であり、図１において外管ＯＴの下部に装着され、一対の内部導入線６ａ、６ｂに接続している。

図２に示す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12mm、一体成形、中間部が円筒状、
両端が半球状、肉厚0.8mm、小径筒部の内径1.2mm、
全長46mm
電極 ：W製、直径0.4mm、電極間距離12mm、
電極マウントサブコイルW製、素線径0.2mm、直径0.9mm
イオン化媒体 ：TmI₃-NaI-ZnI₂、Xe2気圧
小径筒部内径と電極マウント外径の差：0.1mm
始動補助導体 ：Mo線
入力ランプ電力 ：150W
始動電圧Vs ：3kV（比較例比平均絶縁破壊電圧77%、同標準偏差77%）
なお、絶縁破壊電圧測定時のパルス電圧は、図５に示す波形である。図５は、横軸が１０μs/div.、縦軸が２kV/div.であり、２５０Ｗ用電子バラストの出力波形を示す。

下記以外は実施例１と同じである。

電極 ：W製、直径0.3mm、電極間距離12mm、
電極マウントサブコイルW製、素線径0.2mm、直径0.8mm
小径筒部内径と電極マウント外径の差：0.2mm
始動電圧Vs ：2.1kV（比較例比平均絶縁破壊電圧59%、同標準偏差56%）

比較例

下記以外は実施例１と同じである。

電極 ：W製、直径0.45mm、電極間距離12mm、
電極マウントサブコイルW製、素線径0.2mm、直径0.95mm
小径筒部内径と電極マウント外径の差：0.05mm
始動電圧Vs ：3.9kV

１…透光性セラミックス気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、１ｃ…放電空間、２…電極、２ａ…電極軸部、２ｂ…電極先端部、２ｃ…電極マウントサブコイル、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、ＩＴ…発光管

Claims (1)

1. 内部に放電空間が形成されている包囲部および包囲部に連通する一対の小径筒部を備えた透光性セラミックス気密容器と；
   透光性気密容器の一対の小径筒部内に挿通された一対の電流導入導体と；
   透光性気密容器の一対の小径筒部内において電流導入導体に支持されて電極構体を構成し先端が包囲部内に臨む一対の電極と；
   透光性セラミックス気密容器内に封入された２５℃換算で０．１〜１０気圧の希ガスおよび少なくとも希土類金属を含む金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まないイオン化媒体と；
   基端が一方の電極に導通し、先端が他方の電極を挿通している小径筒部の包囲部との境界近傍まで延在し、かつ小径筒部の外面に近接している始動補助導体と；
   を具備し、始動補助導体の他端に対向する部位における小径筒部の内径をＤ_Ｉ（ｍｍ）とし、かつ電極構体の外径Ｄ_Ｅ（ｍｍ）との差Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ（ｍｍ）が０．０９≦（Ｄ_Ｉ−Ｄ_Ｅ）≦０．２Ｄ_Ｉを満足することを特徴とする高圧放電ランプ。

Images