JP2013525970A - 水銀及びスカンジウムを含まない高輝度ガス放電ランプ - Google Patents

Abstract

無水銀高輝度ガス放電ランプが開示される。無水銀高輝度ガス放電ランプ（１）は、放電容器（５）を有し、放電容器（５）は、放電チャンバ（２）内の充填ガスを包囲し、且つ放電チャンバ（２）内まで延在する一対の電極（３、４）を有し、当該ランプ（１）において、前記充填ガスは、封止することに先立って放電チャンバ（２）内に導入された塩充填物から得られ、前記塩充填物は、スカンジウムを含まずに、６５ｗｔ％以上且つ９７．２ｗｔ％以下の割合のハロゲン化ナトリウムと、２ｗｔ％以上且つ２５ｗｔ％以下の割合のハロゲン化タリウムと、０．５ｗｔ％以上且つ２５ｗｔ％以下の割合のハロゲン化インジウムとを有するハライド組成物を含む。高度に反応性のスカンジウムを充填ガスから排除することは、ルーメン維持を有意に改善する。

Description

本発明は、水銀を含まない高輝度ガス放電ランプに関する。

高輝度放電（ＨＩＤ）ランプにおいては、２つの電極間に設立される電気アークが極めて明るい光を生成する。自動車のヘッドランプ用途で使用されるとき、ＨＩＤランプは、その他の種類のランプに対して多数の利点を有する。例えば、メタルハライド（ハロゲン化金属）キセノンランプの光出力は、同等のタングステン−ハロゲンランプのそれより強い。また、ＨＩＤランプは、フィラメントランプより有意に長い寿命を有する。これら及びその他の利点は、ＨＩＤランプを、自動車用ヘッドランプ用途に特に適したものにしている。

従来技術に係るＨＩＤランプにおいて、放電チャンバは、大部分のキセノンと、ハロゲン化物の組み合わせと、ランプの動作中に気化する１つ以上のその他の金属塩とを有する充填ガスを収容している。旧来のＨＩＤランプは充填ガス内に水銀を含んでいた。明白な健康上及び環境上の理由により、このようなランプにおける水銀の使用は徐々に廃止されてきている。従来の自動車用ＨＩＤランプは一般に、要求される光出力を得るために、例えばヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ_３）などの遷移金属ハロゲン化物（レアアースハライドとも呼ばれる）を含んでいる。

自動車用ランプによって出力される光の品質は、安全性のために極めて重要である。第１に、車両のヘッドランプは、その車両の運転手のために道路を十分に照らさなければならない。第２に、道路交通に関与するその他の者が他の車両のヘッドランプからの潜在的に危険な眩しい光（グレア）に晒されることがあるべきではない。同様に、車両のヘッドランプによって出力される光は、その車両がその他の交通関与者によって直ちに認識され得るような良品質を有するべきである。車両のヘッドランプが一定の最低基準を満たすことを確保するため、例えば色、動作電圧、ランプドライバ特性、寸法などの自動車用ランプの特性が、例えば欧州のＥＣＥ−Ｒ９９といった適切な規制によって、様々な国で規定されている。なお、‘ＥＣＥ’は‘欧州経済委員会’を表す。しばしば、これらの規制で規定されるランプは、単純にそれらの指定によって参照される。例えば、‘Ｄ２ランプ’は、水銀を含有する３５Ｗの燃焼器を意味するものとして理解され、‘Ｄ４ランプ’は、３５Ｗの水銀フリー（無水銀）燃焼器を意味するものとして理解される。

ＨＩＤランプは最終的には、例えば攻撃的な塩充填（例えば、ヨウ化スカンジウム）と石英容器との間での化学反応などの様々な要因によって劣化する。これは、乳白色の外観を呈して不透明なものになる発光管の結晶化をもたらす。グレアを防止するための細い縞模様を有するＲ型ランプ（例えば、Ｄ４Ｒランプ）は、この種の結晶化を特に受けやすい。結晶化は、石英ガラスを不透明にするので、ランプの光束維持に対して極めて有害な影響を有する。より具体的には、ランプのビーム維持に悪影響が及ぶことになる。‘ビーム維持’は、ビームの品質がどのように経時変化するかを表現するために使用される。理想的には、ランプはその全寿命にわたってその光出力又はビーム品質を維持する。自動車用ヘッドランプ用途では安全性に観点から、或る一定のレベルのビーム維持が非常に望ましい。実際には、従来技術に係るランプから知られているように、（強い温度主導化学反動による）放電容器の結晶化の増大に伴い、ビームの品質が劣化する。何故なら、ランプから放射される光が少なくなるとともに、結晶化は一般に不均一に分布するので、放射光はもはや均一に放射されなくなり得るためである。結果として、道路上への光分布の到達距離及び均一性が低減されることになる。最終的に、ランプへの結晶化ダメージが進行するにつれて、動作中に発光管が過熱し、最終的には故障し、更には破裂することがある。

ビームの維持はまた、高度に反応性の塩成分と石英容器の二酸化シリコンとの間での化学反応によって悪影響を及ぼされる。放電バルブの結晶化のために塩（例えば、スカンジウム）の一部が失われ（充填物にハロゲン化スカンジウムが使用される場合、ケイ酸スカンジウムの形成による）、ルーメン出力すなわちビーム品質が有意に低下する。結果としてグレアが増大するため、運転手及びその他の交通関与者の安全性が、ランプが古くなる（エイジングする）につれて低下してしまう。

従来のＨＩＤランプに伴う別の１つの問題は、ランプが古くなるにつれてランプ電圧が高くなることである。これは、ランプが古くなるにつれて金属塩から解放される遊離ハロゲン（例えば、ヨウ素又は臭素）の形成のためである。当初は、ランプを起動するのに比較的低い電圧で十分であるが、ランプが古くなって充填ガス内の遊離ハロゲンの量が増加するにつれ、アークを点火して維持するのに必要な電圧が最終的に、ランプの安定器によって提供されることが可能な電圧を超えてしまう。

特許文献１には、特定の演色挙動を得るためにヨウ化スカンジウムがその他のレアアースのヨウ化物で置き換えられた４００Ｗのスカンジウムフリー（無スカンジウム）ランプが記載されている。しかしながら、ランプによって出力される光は数多くの要因によって影響される。同様の充填物を有するランプであっても異なる幾何学形状を有するものは、非常に異なるように振る舞う。故に、特許文献１で用いられている手法は、例えば自動車用ヘッドランプ用途のランプなどの、より低い定格電力のＨＩＤランプには適用可能でない。

米国特許第６３９２３４６号明細書

従って、本発明の１つの目的は、上述の問題を回避し得る改善されたＨＩＤランプを提供することである。

上記課題は、請求項１に係る水銀フリー高輝度ガス放電ランプによって達成される。

本発明に係る無水銀（水銀フリー）高輝度ガス放電ランプは放電容器を有し、該放電容器は、放電チャンバ内の充填ガスを包囲し、且つ放電チャンバ内まで延在する一対の電極を有する。当該ランプの充填ガスは、封止することに先立って放電チャンバ内に導入された塩充填物から得られ、該塩充填物は、スカンジウムを含まずに、６５ｗｔ％以上且つ９７．２ｗｔ％以下の割合のハロゲン化ナトリウムと、２ｗｔ％以上且つ２５ｗｔ％以下の割合のハロゲン化タリウムと、０．５ｗｔ％以上且つ２５ｗｔ％以下の割合のハロゲン化インジウムとを有するハライド組成物を含む。

本発明に係るランプの１つの明らかな利点は、ルーメン維持、特にビーム維持が有意に改善されることである。本発明に係るランプを用いた実験の結果は、２５００時間の動作後にも最大１００％のルーメン維持を示している。換言すれば、ランプの寿命に達しても、そのビームは殆ど品質劣化を受けないのであり、本発明に係るランプによって出力される光は、ランプのエイジングに伴ってビーム品質が顕著に劣化する従来技術に係るランプとは非常に好対照である。ビーム維持が改善される理由は、ランプが古くなるときの放電容器の結晶化の有意な低減にある。この改善は、高度に反応性且つ攻撃的なスカンジウムを充填ガスから排除し、その代わりに別の塩充填物を用いることによって得られる。

また、提案する充填物を用いることにより、ランプ寿命にわたってのランプ電圧の不所望の増大を２５％も低減することができる。これは、提案するランプ充填物においては遊離ハロゲンの形成が有意に抑制されるためである。

有利なことに、本発明に係るランプは、既存の電子装置又は付属品を置き換える必要なく、従来技術に係る３５ＷのＤ３ヘッドランプ又はＤ４ヘッドランプの代わりに使用されることができ、その結果、導入部で言及した顧客要求を満たすことができる。本発明に係るランプはまた、２０−３０Ｗの定格電力でも使用され得る。

従属請求項及び以下の説明により、本発明の特に有利な実施形態及び特徴が開示される。

‘塩充填物’とは、当業者に知られるように、締め付け（ピンチング）によって封止される前に放電チャンバに導入される固体材料であると理解される。この固体材料は、様々な金属塩又はメタルハライドの粒（ペレット）を有し得る。塩充填物に使用される金属塩は、例えばヨウ化物又は臭化物などの好適なハロゲン化物を有することができる。臭化物を含めることは、ハロゲンサイクルにプラスの効果を有し得る。しかしながら、臭化物はヨウ化物と比較して攻撃的である。故に、好ましくは、塩充填物の一層大きい割合がヨウ化物からなり、小さい割合のみが臭化物からなる。従って、以下においては、本発明を何ら限定するものではないが、ハロゲン化物に言及するときに用語‘ヨウ化物’を一般的に使用する。しかしながら、その他のハロゲン化物の使用を排除するものとして解釈されるべきではない。

ガス放電ランプにおいて、例えばヨウ化ナトリウムなどのハロゲン化ナトリウムは、例えばヨウ化タリウムなどのタリウムのハロゲン化物とともに活性化されるとき、非常に良好な光子エミッタ（放出体）である。しかしながら、かなり高い割合のハロゲン化ナトリウムは、橙色又は黄色の色合いの光を生じさせ得る。故に、好ましくは、ハライド組成物は、７２ｗｔ％以上且つ８０ｗｔ％以下の割合のハロゲン化ナトリウムと、１０ｗｔ％以上且つ２０ｗｔ％以下の割合のハロゲン化タリウムとを有する。

本発明に係るランプには、光の色度を調整するため、また、光束を調整し且つランプ電圧に影響を与えるため、例えばヨウ化インジウム又は臭化インジウムなどのハロゲン化インジウムが含められる。故に、本発明に係るランプの好適な一実施形態において、ハライド組成物は、５ｗｔ％以上且つ１４ｗｔ％以下の割合のハロゲン化インジウムを有する。

適正量の好適なハロゲン化物を導入することにより、改善されたエミッタ機能を得ることができる。故に、本発明の好適な更なる一実施形態において、ハライド組成物は、ハロゲン化ルテチウム、ハロゲン化セリウム及びハロゲン化イットリウムからなる群のうちの１つ以上のハロゲン化物を１５ｗｔ％以下の割合で有する。このハライド群のうちの１つ以上を或る割合だけ付加することによって、ランプ効率が最大３−５％だけ向上されることが示されている。

ランプの動作時、酸素、及び例えば一酸化炭素若しくは二酸化炭素などのその他の‘汚染物質’が充填ガス内に解放され得る。これらは攻撃的に作用して充填物内の塩又は電極と反応するので、充填ガス内にこれらが存在することは望ましくない。故に、本発明の好適な一実施形態において、ハライド組成物は、ハロゲン化ガリウムを１５ｗｔ％以下の割合で有する。例えば、‘ゲッター’として、すなわち、潜在的に有害な汚染物質と結合する結合剤として作用するようにヨウ化ガリウムを含めることは、ランプの化学的性質に対する安定化効果を有し得る。

無水銀ＨＩＤランプにおけるランプ電圧及び光生成は、通常はヨウ化亜鉛であるハロゲン化亜鉛を充填物に含めることによって制御することができる。故に、本発明の好適な更なる一実施形態において、ハライド組成物は、ハロゲン化亜鉛を２５ｗｔ％以下の割合で有する。ハロゲン化亜鉛の実際量は、所望のランプ電圧に従って、また、ランプによって出力されるべき光の色点又は色度に従って選定され得る。

本発明に係るランプは、好ましくは、自動車のヘッドランプ用の２５ＷのＤ５ランプ又はＤ６ランプとして実現される。このようなランプにおいては、放電チャンバの容積は１５μｌ以上且つ２３μｌ以下であり、放電チャンバの内径は２．０ｍｍと２．４ｍｍとの間、好ましくは２．２ｍｍであり、放電チャンバの外径は５．３ｍｍと５．７ｍｍとの間、好ましくは５．５ｍｍである。このようなランプにおいて、ランプの充填ガス内のハライド組成物は、好ましくは５０μｇ以上且つ４５０μｇ以下の総重量、より好ましくは１００μｇ以上且つ３００μｇ以下の総重量を有する。この２５Ｗという比較的低い定格電力を有するこのランプにおいても、Ｄ４ランプと同等の色感を有し、故に自動車用ヘッドランプの規制を満足しながら、黒体ラインに近い好ましい色温度を達成することができる。

これまでの自動車ヘッドライト用途では、現在、３５Ｗ定格のＤ３ランプ又はＤ４ランプが広く使用されている。故に、本発明の更なる一実施形態において、ランプは３５Ｗの定格電力を有するＤ３ランプ又はＤ４ランプとして実現される。この場合、ランプの物理的構造特性は好ましくは、ランプの放電チャンバの容積が１７μｌ以上且つ２５μｌ以下であり、放電チャンバの内径が２．１ｍｍと２．５ｍｍとの間、好ましくは２．４ｍｍであり、放電チャンバの外径が５．９ｍｍと６．３ｍｍとの間、好ましくは６．１ｍｍであるようにされ得る。このようなランプにおいて、ランプの充填ガス内のハライド組成物は、好ましくは、１５０μｇ以上且つ４００μｇ以下の総重量を有する。

当業者に知られているように、ここで説明した種類のＨＩＤランプの電極は、好ましく点状の光源を得るためにこれらの電極の先端同士が非常に小さいギャップだけ離隔されるように、両側から放電チャンバ内に突出している。本発明に係るランプにおいて、電極の先端同士は好ましくは、２．９５ｍｍ以上且つ３．８５ｍｍ以下の実距離だけ、より好ましくは３．４ｍｍの実距離だけ離隔される。電極の先端同士間の光学的な間隔、すなわち、内側のチャンバのガラスを通して見た間隔は、実距離より大きく見えることになる。例えば、３．６ｍｍの‘実’電極間隔は、Ｒ９９規制に沿った４．２ｍｍの光学的間隔に相当する。

このような電極を用いてアンテナアークを得るために、電極の寸法が重要な役割を果たし得ることをが、本発明によるランプに関する実験結果により示されている。安定なアークの維持は、電極の幾何学形状、特にそれらの直径に大きく依存する。何故なら、電極の厚さが動作中に達する電極温度を支配し、該電極温度が安定器パラメータに従って電極の整流挙動及びバーンバックを決定するからである。２５Ｗランプの電極の直径は、故に、好ましくは２００μｍ以上且つ３００μｍ以下、より好ましくは２３０μｍ以上且つ２７０μｍ以下である。３５Ｗを実現する場合には、電極の直径は、好ましくは２００μｍ以上且つ４００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以上且つ３５０μｍ以下である。電極は、先端からピンチ部まで均一な直径の単純なロッド（棒）形状として実現され得る。明らかなように、これらの寸法は、燃焼前の当初の電極寸法に適用される。

当業者に知られているように、トリウムの使用は、仕事関数を低下させ、それによって、より低いランプ温度又はランプの部分内でのより低い温度と、電極のより小さいバーンバックとを得ることによって、ランプ性能に有利な効果を及ぼし得る。故に、本発明に係るランプの更なる一実施形態において、電極は好ましくは、トリウム化された電極、すなわち、トリウムドープされた電極にされ、例えば、最大で５％まで酸化トリウムをドープされた電極にされる。これに代えて、あるいは加えて、特に２５Ｗランプの場合、ランプの塩充填物は、ランプの性能を向上させるために最大で８−１０％の好適なトリウム化合物、例えばヨウ化トリウムなど、を有することができ、それにより、全体的なランプ効率の約３−５％の増大をもたらし得る。

しかしながら、水銀と同様に、トリウムは健康上及び環境上のリスクをもたらす。トリウムは、吸入又は摂取を避けるために取扱に注意を要する低レベルの放射性物質であり、その使用は環境上の観点からも望ましくない。故に、本発明の好適な一実施形態において、塩充填物はトリウムも含まない。特に３５Ｗを実現する場合、気相エミッタを‘欠く’ことを補償する適切な熱電極設計を用いて、満足のいくランプ性能を依然として達成することができる。

ハライド組成物は、放電チャンバの気体状内容物全体のうちの小さい割合に過ぎず、ＨＩＤランプでは通常、気体状内容物はほとんど不活性ガスである。好ましくは、充填ガスは、非動作状態で１０ｂａｒ以上且つ２０ｂａｒ以下、好ましくは１３−１７ｂａｒの圧力下のキセノンガスを有する。これは、ランプの‘コールドプレッシャー’と呼ばれている。キセノンは、青白い色調の光を得るために使用され得るので、自動車用ランプにとって好ましい選択である。

自動車のヘッドライトの色は、統一性を確保し、ひいては、運転手の安全を促進するために、一定の規格に適合しなければならない。１つのそのような規格は、自動車のヘッドライトの色を規定するために米国のソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズによって策定されたＳＡＥシステムであり、これは当業者に知られることになるものである。自動車のヘッドライトのこのような色特性は、暗闇内での認識性を向上させ、ひいては、夜間運転における安全性を高めるものである。これは何故なら、同じ強度であっても、人間の眼には、より高い色温度を有する光（例えば、青みを帯びた白色）は、より低い色温度を有する光（例えば、黄色の色彩の光）より明るいように知覚されるからである。ＨＩＤランプの色温度は、例えばランプの幾何学形状、電極設計、充填ガス組成などの数多くの要因によって影響される。故に、本発明の好適な一実施形態において、ランプの構造パラメータ及び充填ガスの組成は、動作中の当該ランプによって３０００Ｋから７０００Ｋ、好ましくは３５００Ｋから６０００Ｋの範囲内の色温度が得られるように選定される。

以下の詳細な説明を添付の図面とともに検討することにより、本発明のその他の目的及び特徴が明らかになる。しかしながら、理解されるべきことには、図面は、単に例示目的で描かれたものであり、本発明の範囲を定めるものとして描かれたものではない。

本発明の一実施形態に係るガス放電ランプを示す断面図である。 本発明に係るランプの多数の具現化物を用いた実験結果を示す第１のグラフである。 本発明に係るランプの多数の具現化物を用いた実験結果を示す第２のグラフである。 本発明に係るランプの多数の具現化物を用いた実験結果を示す一組のボックスプロットである。 図面においては全体を通して、似通った参照符号は同様の物体を表している。図中の物体は必ずしも縮尺通りには描かれていない。

図１には、本発明の典型的な一実施形態に係る石英ガラス高輝度ガス放電ランプ１の断面図が示されている。基本的に、ランプ１は、充填ガスを収容した放電チャンバ２を包囲する石英ガラスの放電容器５を有する。２つの電極３、４が、ランプ１の両側の端部から放電チャンバ２内に突出している。製造中に、未だ放電容器が一端で開放されているとき、例えば様々なメタルハライド（ハロゲン化金属）の固体ペレットの形態をした塩の充填物と、例えば不活性ガスなどの充填物のその他の成分とを導入することができる。その後、放電チャンバ２は締め付け（ピンチング）によって封止される。放電チャンバ２の容量（すなわち容積）は、放電容器５の内径Ｄ_ｉと外径Ｄ_ｏとによって支配される。内径及び外径Ｄ_ｉ、Ｄ_ｏは最も広い点で測定される。

電極３、４は、根元から先端まで均一な厚さの単純なロッドとして実現されることができる。しかしながら、電極の厚さは、電極の様々なステージにわたってはっきりと変化していてもよく、例えば、電極はその先端で太め且つ根元で細めになるようにされてもよい。電極３、４は、ランプの締め付け領域で、モリブデン箔８によって外部リード６、７に接続されている。

明瞭化のため、図は、本発明に関係する部分のみを示している。電極間の電圧の制御のためにランプが必要とする安定器、及びベース部は図示していない。ランプ１がオンに切り換えられると、安定器のイグナイタが電極３、４間に数千ボルトの点火電圧を素早くパルス出力して、アーク放電を開始させる。アークの熱が充電物内の塩を気化させる。いったん高光度のアークが構築されると、安定器は、電極３、４間の電圧が動作レベル（例えば、Ｄ４ランプでは３８Ｖと５５Ｖとの間のレベル）まで低下するように電力を調整する。

図２は、時間（単位：時間）に対するビーム維持率（単位：％）を複数のランプに関して示す実験結果の第１のグラフと、ランプ充填物の組成をリストアップした表とを示している。１００％からの百分率での逸脱が、そのランプによる当初の光出力（点火後間もなく測定）に対する光出力の増大又は低下を示している。この図及び後続の図において、‘ランプ’なる用語は、同じ充填物組成を有する複数のランプの群（バッチ）を意味するものとして理解され、また、理解されるように、測定値はバッチごとに平均化されたものである。この表は、メタルハライドが含む金属のみをリストアップしているが、メタルハライドは、単一のハロゲン化物（例えば、ヨウ化物）、又は相異なるハロゲン化物の組み合わせ（例えば、ヨウ化物及び臭化物）とし得る。第１のカーブＭ１は、塩充填物が主にナトリウム及びスカンジウムのハロゲン化物を有した、基準とするＤ４Ｒランプのビーム維持率を示している。グラフが示すように、このランプによって生成される光ビームのビーム維持率は、たった７５０時間の動作後に、８０％未満まで大幅に低下する。残りのカーブＭ２、Ｍ３は、本発明に係る２つのＤ４Ｒランプのビーム維持率を示している。Ｍ２のランプは、８７．７ｗｔ％のハロゲン化ナトリウムと、６．４ｗｔ％のハロゲン化タリウムと、５．９ｗｔ％のハロゲン化インジウムとを含むものである。このランプＭ２の７５０時間後のビーム維持率は１００％を僅かに下回るのみである。もう１つのランプＭ３は、８１．１ｗｔ％のハロゲン化ナトリウムと、５．９ｗｔ％のハロゲン化タリウムと、５．５ｗｔ％のハロゲン化インジウムと、０．２ｗｔ％のハロゲン化ルテチウムと、７．３ｗｔ％のハロゲン化亜鉛とを含むハライド組成物を有するものである。このランプＭ３の７５０時間後のビーム維持率は、ランプＭ２のそれより僅かに優れており、やはり１００％を僅かに下回るのみである。Ｍ２及びＭ３のランプによって示される光出力の初期の低下は、色点補正のために使用される添加物に起因するものである。これらの試験ランプの色温度は約３３００Ｋである。これらのランプでは、初期において、約１５０−２００ｌｍのルーメン出力の低下が見える。しかしながら、約５００時間後、ルーメン出力は再び増加し、ビーム維持率が１００％の方に戻る。これらの実験をＤ４Ｒランプに関して行ったのは、Ｄ４Ｒランプは細い縞模様のために（Ｄ４Ｓランプと比較して）より多くの熱ストレスに晒されるからである。このことは、基準ランプＭ１の乏しいビーム維持率によって例証されている。そうとはいえ、本発明による塩充填物を有するＤ４Ｒランプのビーム維持率は、５００時間の燃焼後であっても、基準ランプより有意に良好である。Ｄ４Ｓランプのビーム及びルーメンの維持率は、故に、少なくとも、あるいは遙かに、好ましいものであると期待される。

図３は、時間（単位：時間）に対するビーム維持率（単位：％）を複数のランプに関して示す実験結果の第２のグラフと、ランプ充填物の組成をリストアップした表とを示している。第１のカーブＭ１は、約８０−９０ｌｍ／Ｗの効率を有する図２の基準Ｄ４Ｒランプのビーム維持率を示している。グラフが示すように、２０００時間の動作後、ビーム維持率は８０％より低い。残りのカーブＭ４、Ｍ５は、基準ランプより１０−２０％低い効率を有する本発明に係る２つのＤ４Ｒランプのビーム維持率を示している。Ｍ４のランプは、総重量２００μｇの塩充填物に関して、９７．２ｗｔ％のハロゲン化ナトリウムと、２ｗｔ％のハロゲン化タリウムと、０．８ｗｔ％のハロゲン化インジウムとを含むものである。このランプＭ４の２０００時間後のビーム維持率は約９３％である。もう１つのランプＭ５は、やはり９７．２ｗｔ％のハロゲン化ナトリウムと、２ｗｔ％のハロゲン化タリウムと、０．８ｗｔ％のハロゲン化インジウムとを含むハライド組成物を有するが、総重量で６００μｇを有するものであり、２０００時間後に１００％を上回るビーム維持率を示した。換言すれば、より低い効率であるにもかかわらず、本発明に係るランプの性能は、基準ランプと比較して、時間の経過とともに実際に向上した。

本発明による充填物を有するランプの最良の試験バッチは、約５−１０％の低下を伴った、低減した初期ルーメン出力を示す。しかしながら、約２５０時間の動作後、Ｍ４及びＭ５のランプの場合のように、ルーメン出力は当初のレベルまで増大し、あるいは更には、当初のレベルを上回る。１００ｌｍを超えてのルーメン出力の増大が実験的に観測されている。この理由は、本発明に係る充填物内にスカンジウムが存在しないことにより、ランプ内で有意に低い程度の結晶化のみが起こるからである。例えば、５００時間後、本発明に係る試験ランプは、基準Ｄ４Ｒランプと比較して半分の量のみの‘細い縞模様’又は‘Ｒ型’の結晶化を示した。これは、本発明に係るランプの非常に好ましいビーム維持率をもたらす。

さらに、行った実験において、（ランプのエイジングに伴う）ランプ電圧の増大が、基準とする標準Ｄ４ランプＭ１のランプ電圧の増大の約７５％のみであることが観測された。標準Ｄ４ランプと比較して、本発明に係るランプは、好ましい輝度、光束及び光束発散度の値を示す。平均して、１５時間の燃焼後、本発明に係るランプは標準ランプの輝度の７１％、光束の９２％、及び効率の８６％のみを示した。しかしながら、約１０００時間後では、本発明に係るランプは標準ランプの輝度の１００％、光束の１５７％、及び効率の１５２％を示した。この非常に好ましい経時挙動は、本発明に係るランプのハライド組成物が、同じ種類の従来技術に係るランプに対して有意な改善を提供することを示している。

図４は、本発明に係るランプを具現化した多数の物と上述の基準ランプとを用いた実験結果の一組のボックスプロットを示している。各ランプタイプに関して、１５時間の動作時及び再度の２０００時間の動作時に測定を行った。この図は、上から下に、性能指数（figure of merit；ＦＯＭ、ランプ正面の様々な異なる点で取られた加重ルーメン測定値）、光束発散度（ｌｘ）、輝度（ｃｄ／ｍ^２）、及び光束（ｌｍ）の、各ランプの値を対にした、ボックスプロットを示している。各例において、左側の値は５時間の動作後に得られたものであり、右側の値は１０００時間の動作後に得られたものである。基準ランプＭ１では、光束発散度、輝度及び光束の値が約１０００時間後にかなり悪化した。図２に関して上述した充填物を有する２つのランプＭ２、Ｍ３は、１０００時間後に、より好ましい値を示した。あと２つのランプも、基準ランプＭ１と比較して好ましい結果を示した。ランプＭ６は、８２．７ｗｔ％のハロゲン化ナトリウムと、１１．７ｗｔ％のハロゲン化タリウムと、５．６ｗｔ％のハロゲン化インジウムとを含むハライド組成物を有するものであり、ランプＭ７は、８１．５ｗｔ％のハロゲン化ナトリウムと、１０ｗｔ％のハロゲン化タリウムと、３．３ｗｔ％のハロゲン化インジウムと、０．２ｗｔ％のハロゲン化ルテチウムと、５．１ｗｔ％のハロゲン化亜鉛とを含むハライド組成物を有するものである。

好適実施形態及びその変形例の形態で本発明を説明してきたが、理解されるように、これらには、本発明の範囲を逸脱することなく、数多くの更なる変更及び変形が為され得る。

明瞭化のために言及しておくに、本願全体を通して、“a”又は“ａｎ”の使用は、複数であることを排除するものではなく、“有する”はその他のステップ又は要素を排除するものではない。

特許文献１には、特定の演色挙動を得るためにヨウ化スカンジウムがその他のレアアースのヨウ化物で置き換えられた４００Ｗのスカンジウムフリー（無スカンジウム）ランプが記載されている。同様に、特許文献２には、２３０Ｗのスカンジウムフリーランプが記載されている。しかしながら、ランプによって出力される光は数多くの要因によって影響される。同様の充填物を有するランプであっても異なる幾何学形状を有するものは、非常に異なるように振る舞う。故に、特許文献１又は特許文献２で用いられている手法は、例えば自動車用ヘッドランプ用途のランプなどの、より低い定格電力のＨＩＤランプには適用可能でない。

米国特許第６３９２３４６号明細書 米国特許第５２５６９４０号明細書

本発明に係る無水銀（水銀フリー）高輝度ガス放電ランプは放電容器を有し、該放電容器は、放電チャンバ内の充填ガスを包囲し、且つ放電チャンバ内まで延在する一対の電極を有する。当該ランプの充填ガスは、封止することに先立って放電チャンバ内に導入された塩充填物から得られ、該塩充填物は、スカンジウムを含まずに、６５ｗｔ％以上且つ９７．２ｗｔ％以下の割合のハロゲン化ナトリウムと、２ｗｔ％以上且つ２５ｗｔ％以下の割合のハロゲン化タリウムと、０．５ｗｔ％以上且つ２５ｗｔ％以下の割合のハロゲン化インジウムとを有するハライド組成物を含み、該ハライド組成物は４５０μｇ以下の総重量を有する。

Claims (14)

1. 放電容器を有する無水銀高輝度ガス放電ランプであって、前記放電容器は、放電チャンバ内の充填ガスを包囲し、且つ前記放電チャンバ内まで延在する一対の電極を有し、当該ランプにおいて、前記充填ガスは、封止することに先立って前記放電チャンバ内に導入された塩充填物から得られ、
   前記塩充填物は、スカンジウムを含まずに、
   − ６５ｗｔ％以上且つ９７．２ｗｔ％以下の割合のハロゲン化ナトリウムと、
   − ２ｗｔ％以上且つ２５ｗｔ％以下の割合のハロゲン化タリウムと、
   − ０．５ｗｔ％以上且つ２５ｗｔ％以下の割合のハロゲン化インジウムと
   を有するハライド組成物を含む、
   ランプ。
2. 前記ハライド組成物は、７２ｗｔ％以上且つ８０ｗｔ％以下の割合のハロゲン化ナトリウムを有する、請求項１に記載のランプ。
3. 前記ハライド組成物は、１０ｗｔ％以上且つ２０ｗｔ％以下の割合のハロゲン化タリウムを有する、請求項１又は２に記載のランプ。
4. 前記ハライド組成物は、５ｗｔ％以上且つ１４ｗｔ％以下の割合のハロゲン化インジウムを有する、請求項１乃至３の何れかに記載のランプ。
5. 前記ハライド組成物は、ハロゲン化ルテチウム、ハロゲン化セリウム及びハロゲン化イットリウムからなる群のうちの１つ以上のハロゲン化物を１５ｗｔ％以下の割合で有する、請求項１乃至４の何れかに記載のランプ。
6. 前記ハライド組成物は、ハロゲン化ガリウムを１５ｗｔ％以下の割合で有する、請求項１乃至５の何れかに記載のランプ。
7. 前記ハライド組成物は、ハロゲン化亜鉛を２５ｗｔ％以下の割合で有する、請求項１乃至６の何れかに記載のランプ。
8. ２５Ｗの定格電力を有する請求項１乃至７の何れかに記載のランプであって、
   − 前記放電チャンバの容積は１５μｌ以上且つ２３μｌ以下であり；
   − 前記放電チャンバの内径は２．０ｍｍ以上且つ２．４ｍｍ以下であり；
   − 前記放電チャンバの外径は５．３ｍｍ以上且つ５．７ｍｍ以下であり；且つ
   − 当該ランプの前記充填ガス内の前記ハライド組成物は、５０μｇ以上且つ４５０μｇ以下の総重量を有する；
   ランプ。
9. ３５Ｗの定格電力を有する請求項１乃至７の何れかに記載のランプであって、
   − 前記放電チャンバの容積は１７μｌ以上且つ２５μｌ以下であり；
   − 前記放電チャンバの内径は２．１ｍｍ以上且つ２．５ｍｍ以下であり；
   − 前記放電チャンバの外径は５．９ｍｍ以上且つ６．３ｍｍ以下であり；且つ
   − 当該ランプの前記充填ガス内の前記ハライド組成物は、１５０μｇ以上且つ４００μｇ以下の総重量を有する；
   ランプ。
10. 前記電極は前記放電チャンバの両側の端部に配置され、当該ランプの１つの電極は、直径が２００μｍ以上且つ４００μｍ以下のタングステン電極である、請求項１乃至９の何れかに記載のランプ。
11. 前記一対の電極の先端同士は、２．９５ｍｍ以上且つ３．８５ｍｍ以下の距離だけ離隔されている、請求項１乃至１０の何れかに記載のランプ。
12. 前記塩充填物はトリウムを含んでいない、請求項１乃至１１の何れかに記載のランプ。
13. １つの電極は、トリウム化されていない電極を有する、請求項１乃至１２の何れかに記載のランプ。
14. 当該ランプの構造パラメータ、及び不活性ガスと組み合わせての前記塩充填物の組成は、動作中の当該ランプによって３０００Ｋから７０００Ｋの範囲内の色温度が得られるように選定されている、請求項１乃至１３の何れかに記載のランプ。

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