JP3596812B2

JP3596812B2 - Metal halide discharge lamp and method for starting the same

Info

Publication number: JP3596812B2
Application number: JP2002021054A
Authority: JP
Inventors: 愛子鐘ケ江; 雅昭武藤; 信哉大森; 公浩入戸野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2022-01-30
Also published as: JP2002304968A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明による高圧放電灯は、始動電圧の低い光源として幅広い用途に用いられる。特に、バッテリー電圧を高圧に変換して用いなければならない車両用の光源に適している。
【従来の技術】
【０００２】
一般に、自動車の前照灯などに用いられるメタルハライドランプなどの高圧放電灯は、発光管の内部に水銀、少なくとも１種類の金属ハロゲン化物および始動ガスを封入し、紫外線吸収性の材料からなる外管によって発光管を外囲する２重管構造として構成されている。
【０００３】
日本特開平６−２０６４５号公報には、ダブルエンドタイプの発光管を片側のみに設けた口金で取り付ける構造が示されている。直管状の外管が、口金と反対側の封止部から口金に回帰する電流供給導線を外囲せず、狭い間隙をもって発光管を外囲する構造とすることによって、耐振性や耐衝撃性に優れた２重管構造が得られている。外管は必ずしも気密に封じられる必要はなく、外管と発光管の間の空間には空気が存在している。
【０００４】
自動車の前照灯などに用いられるメタルハライドランプにおいては、始動の直後から有効な光束を発生する必要から、始動ガスとしてＸｅなどの希ガスを室温において約７気圧から１０数気圧の圧力で封入している。それにより、始動直後からＸｅガスによる発光が得られるとともに、高温のアークが発光管を急速に加熱して水銀や金属ハロゲン化物の蒸発を促進して、素早い光束の立上りを実現している。また、キセノンランプでは、始動ガスも兼ねるキセノンガスが約２０気圧で封入され、素早い光束の立上りを実現している。
【０００５】
【発明が解決するための課題】
しかしながら、キセノンを含む高圧放電灯において、自動車用で７気圧から１０数気圧、キセノンランプで約２０気圧の高い始動ガスの圧力は、必然的に少なくとも１０数ｋＶ以上の高い駆動電圧を必要とするため、駆動電源は２０ｋＶ以上もの高い始動電圧を発生させている。このような高い電圧は、駆動回路のコストアップをもたらし、また、発光管の各部や接続されるハーネスなどに高い絶縁耐圧を要求し、さらには、口金付近からのノイズの発生により外部機器に障害を与えることもある。
【０００６】
また、高い始動電圧を印加し、始動ガスを利用して点灯させる放電灯においては、始動電圧が高ければ、再始動電圧も必然的に高くなってしまう。そのため、始動電圧を低下させる手段が検討されてきたが、始動電圧を大幅に低減できるような方法はこれまで見出されて来なかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、放電灯に関するもので特に前記した問題を解決するために、高圧放電灯の始動電圧及び再始動電圧を著しく低下させることのできるランプ構造及び点灯方法を提供する。これにより、駆動装置のコストを低下させることができ、また、口金やハーネスの絶縁耐圧を抑制することができる。
【０００８】
本発明の高圧放電灯は、始動電圧のバラツキ、例えば点灯時間による経時変化、を著しく抑えることが可能である。また、低く一定した始動電圧により、不点灯不良が低減し、製造歩留まりも向上する。
【０００９】
本発明は、少なくともキセノンおよび金属ハロゲン化物が封入された放電空間を有する放電管と、前記放電空間に突出して対向する一対の電極と、前記電極に電流を供給する電流供給導体と、前記発光管を外囲する外管とを備えたメタルハライド放電灯において、前記放電空間には、水銀を実質的に含まず、前記放電管と外管の間の空間には、放電管の放電開始電圧よりも低い開始電圧をもつ誘電体バリア放電が可能なガスを封入している、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記誘電体バリア放電が可能なガスが、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｆ _２、Ｃｌ _２、Ｂｒ _２、Ｉ _２、Ｎ _２から選択された少なくとも１種のガスまたは複数種の混合ガスであることを特徴としてもよい。
【００１１】
また、本発明は、前記誘電体バリア放電が可能なガスの圧力が、常温において４０［ｋＰａ］から８０［ｋＰａ］の範囲であることを特徴としてもよい。
【００１２】
また、本発明は、放電管が石英ガラスからなり、前記誘電体バリア放電が可能なガスが、誘電体バリア放電により１７０ｎｍ以上の波長の光を発生することを特徴としてもよい。
【００１３】
また、本発明は、前記誘電体バリア放電が可能なガスが、キセノンガスであり、前記放電空間には前記キセノンガスを３気圧以上として封入していることを特徴としてもよい。また、本発明は、前記外管は紫外線を吸収し、前記放電管は紫外線を透過することを特徴としてもよい。
【００１４】
また、本発明は、少なくともキセノンガスおよび金属ハロゲン化物が封入された放電空間を有する放電管と、前記放電空間に突出して対向する一対の電極と、前記電極に電流を供給する電流供給導体と、前記発光管を外囲する外管とを備えたメタルハライド放電灯であって、前記放電空間には、水銀を実質的に含んでいず、前記放電管と外管の間の空間には放電灯の始動電圧を低下させるべく放電管の放電開始電圧よりも低い開始電圧をもつ誘電体バリア放電が可能なガスを封入しているメタルハライド放電灯の始動方法において、前記一対の電極への電界の印加により、前記放電空間での放電開始による発光の前に、前記誘電体バリア放電可能なガスを放電させることを特徴としてもよい。
【００１５】
また、本発明は、前記誘電体バリア放電により発生した光を前記発光管の放電空間に突出した電極表面に入射させ、光電効果により前記電極表面から電子を放出させることを特徴としてもよい。また、本発明は、前記電子が初期電子として電子なだれを誘起して放電を開始することを特徴としてもよい。
【００１６】
さらに、本発明は、前記メタルハライド放電灯が、前記放電管と外管の間の空間に空気を封入した場合にくらべて低い開始電圧で点灯することを特徴としてもよい。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下本発明の望ましい実施形態に対して説明する。図１及び図２に示されるのは本発明の全ての実施例において使用された高圧放電灯である。１は、発光管であり、２は、発光管内の放電空間である。また、３ａ、３ｂは、放電空間２内の一対の電極であり、一方を陽極とすると他方は陰極である。５ａ、５ｂは、３ａ、３ｂの電流供給導体を示し、４ａ、４ｂは、夫々の封止部である。６は、発光管１から延びる電極を口金に回帰する電流供給導線である。また、７は口金であり、外部電極６がセラミックパイプ１０を通し口金７まで延びている。なお、８の外管と１の発光管で囲まれる空間を９としている。図１の高圧放電灯の定格電力は３５Ｗ，放電空間２には、少なくとも一種類の希ガスとしてキセノンガス、及び少なくとも一種類のメタルハライドを含んでいる。放電空間の内容積は約０．０２６ｃｃである。
【００１８】
発光管１と外管８の間の空間９内には誘電体バリア放電を発生させる物質Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、Ｉ_２、Ｎ_２から選択された少なくとも１種のガスまたは複数種の混合ガスが充填されている。
【００１９】
以下本発明の高圧放電灯の始動方法を説明する。高圧放電灯に起動パルスが印加されると、発光管１の放電空間に突出した一対の電極間に起動パルスが印加されるが、同時に、発光管の封止部４ａ、４ｂに埋設された電流供給導体５ａ、５ｂから封止部４ａ、４ｂを構成する石英ガラスなどの誘電体を介して、空間９にも電界が印加される。
【００２０】
空間９には、誘電体バリア放電の発生に好適なガスが封入されている。発光管１の放電開始電圧よりも、誘電体バリア放電の開始電圧が低ければ、放電空間２内の放電よりも先に、誘電体バリア放電が発光管１と外管８の間の空間９内で、例えば数［ｋＶ］の低電圧で開始される。
【００２１】
誘電体バリア放電が発生すると、その放電空間に封入したガス種によって異なる波長の紫外線や可視光が発生する。ガスの種類と発生する光の波長は公知であり、表１に示す。

なお、封入されたガスが、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、Ｉ_２から選択された１種のガスまたは複数種からなるガスの混合ガスである場合には、発生する誘電体バリア放電はエキシマ放電と推定される。表１の※は励起子であることを示す。Ｎ_２ガスの放電機構については不明であるが、発明者の実験によれば、誘電体バリア放電を発生させる物質として知られているＸｅ，Ｎｅ等と同様の効果が得られた。
【００２２】
高圧放電灯の発光管１の材料は誘電体が用いられるが、例えば、３５Ｗメタルハライドランプに用いられる高純度の石英ガラスの場合、短波長側の吸収端は約１７０［ｎｍ］であり、誘電体バリア放電により発生した光の波長がこれより長ければ、光は発光管１の管壁を透過して電極３ａ，３ｂの表面に到達することができる。なお、外管８は紫外線を吸収する材料をドープした石英ガラスなどで構成されるため、短波長の紫外線が高圧放電灯の外部に放出されることはない。
【００２３】
一対の電極３ａ、３ｂは、酸化トリウムなどを含んだタングステンで構成され、その仕事関数は約２．５［ｅＶ］程度である。このエネルギーに相当する光の波長は、４９６［ｎｍ］と計算され、これより波長の短い光であれば、光電効果により電極から電子を放出させることができる。実際には、電極３ａ、３ｂの表面に発光材料が付着したり、酸化トリウムの分散が適切でないなどの理由で仕事関数が増加することもあるため、光の波長は短い方が好ましい。また、光子のエネルギーから仕事関数に相当するエネルギーを差し引いた分のエネルギーは、発生した電子の運動エネルギーとして与えられるため、短波長の光は一層好適である。
【００２４】
誘電体バリア放電は自続放電（ｓｅｌｆ−ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ではないため、放電が開始されても放電電圧はほとんど下がらず、発光管１の電極間には数［ｋＶ］の電圧が印加され続ける。この状態で外側の誘電体バリア放電で発生した光が陰極である電極３ａに入射して電子（初期電子）が発生すると、電子は電界によって陽極である電極３ｂ側に加速される。このとき、初期電子の数や運動エネルギーが十分であれば、電子なだれが発生して、放電空間内の希ガス中に放電路（ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｈａｎｎｅｌ）が開かれる。
【００２５】
すなわち、発光管１の放電が空間９の誘電体バリア放電の放電開始電圧で開始されることになり、発光管１と外管８の間の空間９に空気が存在する従来の場合よりも、著しく始動電圧を低下させることができる。なお、再始動時においても、空間９での誘電体バリア放電を介して放電空間２内で放電が開始されるため、同様に再始動電圧も低くなる。
【００２６】
また、金属ハロゲン化物などを含む高圧放電灯においては、繰り返し点灯したときの始動電圧、および経時変化により同一個体でも始動電圧が大きくばらつくことが問題となるが、誘電体バリア放電の開始電圧はほとんど変動しないため、本発明の高圧放電灯は、始動電圧をほぼ一定の値に抑えることができる。
【００２７】
本発明の高圧放電灯の始動方法は、発光管１の封止部４ａ、４ｂに埋設された電流供給導体５ａ、５ｂから、前記封止部の石英ガラスまたは透光性セラミックスなどの誘電体を介して発光管１と外管８の間の空間９に電界を印加して、前記空間９に誘電体バリア放電を発生させ、発生した光を前記発光管１の放電空間２に突出した陰極となる電極３ａの表面に入射させ、光電効果により前記電極３ａ表面から電子を放出させ、この電子を初期電子として電子なだれを誘起して放電を開始することを特徴としている。
【００２８】
次に本実施例に関わる実験の結果について述べる。図１に示す構造において放電空間２に沃化ナトリウム（ＮａＩ）、及び沃化スカンジウム（ＳｃＩ_３）を重量比で２：１の割合で含み、始動ガスとしてＸｅを約１０気圧で封入し、発光管１と外管８の間の空間９にはＸｅガスを約１０［ｋＰａ］の圧力で封入したサンプルを製作した。また、放電灯の定格電力は３５［Ｗ］とした。
【００２９】
この放電灯の始動電圧及び再始動電圧を測定し、その後外管８の一部に穴を開け、発光管と外管の間の空間９を空気に置換して再度始動電圧及び再始動電圧を測定した。再始動電圧は、放電灯の定常点灯状態から１０秒間の消灯を行い再点灯した場合について測定を行った。なお、放電開始電圧は起動パルスの立上り曲線によって影響されることが判明しており、ここではパルス立上りの傾き（注：起動パルス電圧上昇率のこと）を１５［ｋＶ／μｓ］で一定として実験を行った。上記条件で、放電空間２に水銀が含まれていない場合の、始動電圧の測定結果を表２（ａ）に、再始動電圧の測定結果を表２（ｂ）に示す。

【００３０】
発光管１と外管８の間の空間９にＸｅガスを封入した場合には、始動電圧が空気の場合よりも著しく低下した。
【００３１】
また、発光管１と外管８の間の空間９にＮ_２ガスを約７９［ｋＰａ］の圧力で封入した以外は上記と同一のサンプルを製作し、同様の実験を行った。この条件で、放電空間２に水銀が含まれていない場合の、始動電圧の測定結果を表３（ａ）に、再始動電圧の測定結果を表３（ｂ）に示す。

【００３２】
発光管１と外管８の間の空間９にＮ_２ガスを封入した場合には、Ｘｅガスを封入した場合には劣るものの、始動電圧を低減する上で十分な効果があった。さらに、発光管１と外管８の間の空間９にＸｅ／Ｎｅの混合ガスを封入比２０：８０、合計約７９［ｋＰａ］の圧力で封入した以外は上記と同一のサンプルを製作し、同様の実験を行った。この条件で、放電空間２に水銀が含まれていない場合の、始動電圧の測定結果を表４（ａ）に、再始動電圧の測定結果を表４（ｂ）に示す。

また、発光管１内の封入物としてさらに水銀を含む以外は上記と同一のサンプルを製作し、その実験結果を表５に示す。

【００３３】
封入物としてさらに水銀を加えたサンプルでは、発光管１と外管８の間の空間９にＸｅガス、Ｎ_２ガス、Ｘｅ／Ｎｅガスを封入した場合には再始動電圧が空気の場合よりも低下した。
【００３４】
また、表２、表３、表４の、放電空間２内に水銀を含まない実施例において、放電灯の再始動電圧は発光管１と外管８の間における空間９のガスの種類によらず、約６〜８［ｋＶ］であり、同様に、再始動電圧の低下傾向を示した。しかし、水銀を含む放電灯と比較して、その効果は小さい。これは、放電灯消灯後も高い圧力で存在する水銀が放電空間２内に無いため、放電空間２内に存在する電子に、再始動の際の再始動電圧は大きく影響されるためと考えられる。消灯後、放電空間２内に残っている電子は、再始動時初期電子として作用する。放電灯の再始動にあたって、放電空間２内において、そのような電子は、空間９の誘電体バリア放電によって発生し電極３ａもしくは３ｂに入射する初期電子と同等の量で存在することも有り得る。
【００３５】
また、表５の水銀を含む放電灯の始動電圧は、表２、表３、表４に示す水銀を含まない放電灯の始動電圧と同等であった。よって、放電空間２に水銀を含むか否かにかかわらず、誘電体バリア放電を起こす物質として知られているＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、Ｉ_２から選択した１種のガスまたは複数種からなるガスの混合気体を、発光管１と外管８の間の空間９に封入した場合も、Ｘｅ，Ｎ_２の場合と同様、発光管１の始動電圧及び再始動電圧を下げる効果が得られる。なお、誘電体バリア放電は、その開始から放電空間２内の放電が開始されるまでの時間が極めて短時間（１ｍｓｅｃ未満）のため、問題となるような放電空間２内の放電開始の遅れは発生しない。また、本発明の誘電体バリア放電を用いた高圧放電灯の始動方法によれば、始動電圧の経時変化を低減することができる。図３に、放電空間２内に水銀を含まず、空間９に封入されるガスがそれぞれＸｅ，Ｎ_２，Ｘｅ／Ｎｅの図１の放電灯における始動電圧の経時変化の測定結果を示す。空間９に空気を含む従来例と比べて、空間９に誘電体バリア放電を起こすガスを封入した高圧放電灯では、始動電圧の経時変化は小さく、低減効果が持続することが確認された。
【００３６】
発光管１と外管８の間の空間９に封入されるガスの封入圧力については、空間９で誘電体バリア放電を効率良く発生させ、かつ誘電体バリア放電開始電圧が放電空間２内での放電開始電圧より低くなるよう適宜設定される。誘電体バリア放電を効率良く発生させるガスの封入圧力については、１．３［ｋＰａ］以上１００［ｋＰａ］以下の圧力範囲が好適である。誘電体バリア放電は、１．３［ｋＰａ］以下だと発光効率が悪いことが知られている。また、封入圧力が１００［ｋＰａ］以上の場合は負圧でなくなるため、外管８と封止部４の封着が困難である。空間９に封入されるガス種およびガス圧力の選定にあたっては、発光管の温度バランスや発光効率などを考慮して、最適なガス種およびガス圧力を選定することができる。発明者の実験の結果によれば、より好適には、空間９に封入されるガス圧力は、４０〜８０［ｋＰａ］の範囲であることが望ましい。４０［ｋＰａ］未満であると、ガスによる熱の伝達が減少するので、発光管１の温度が高くなり、化学反応が促進され、短寿命となってしまう。また、８０［ｋＰａ］を越えなければ特別な方法を使わなくても容易に外管８と封止部４ａ、４ｂの封着ができる。
【００３７】
発光管１内の放電空間２に封入される希ガスの圧力に関しては、キセノンガスが放電空間２に封入される場合、放電空間２内のＸｅガス圧力が３気圧未満の場合には、発光管の始動電圧が誘電体バリア放電の開始電圧と同等のレベルとなってしまうため、十分に始動電圧低下の効果が得られない。
【００３８】
このように、誘電体バリア放電を利用することで、低電圧の印加で発光管１内のアーク放電を引き起こし、始動電圧の低い高圧放電灯が得られる。なお、始動電圧が低く押さえられるため、放電安定性等の制御も容易になる。
【００３９】
以上は、発光管１を透光性セラミックスなどの誘電体などで構成した場合にも同様の効果を得ることができる。本発明は、希ガスを封入した発光管を有する高圧キセノン放電灯や高圧メタルハライド放電灯などの高圧放電灯に広く適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、希ガスを含む高圧放電灯の始動電圧を著しく低下させることができる。それに伴って、駆動装置のコストを低下させることができ、また、口金やハーネスの絶縁耐圧を下げて、さらにコストを抑制することができる。加えて、始動時に高電圧を印加することにより口金付近から生じるノイズも低下するため、周囲機器への影響を防ぐことができる。
【００４１】
一方で、本発明の高圧放電灯は、始動電圧のバラツキを抑えることが可能でありまた、低く一定した始動電圧により、万一の不点灯などの事故の発生を未然に防ぐことができる。不点灯不良が低減することにより製造歩留まりも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する高圧放電灯及び高圧放電灯の第一の実施形態を示す側面図である。
【図２】第１図のＡ−Ａ断面図の要部拡大図を示す図である。
【図３】本発明の高圧放電灯において、外管と発光管の間に形成される空間に異なるガスを封入した場合の始動電圧の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１、・・・発光管
２、・・・放電空間
２ａ・・・口金付近の封止部
２ｂ・・・封止部
３、・・・一対の電極
３ａ・・・一次電極（陰極）
３ｂ・・・二次電極（陽極）
４、・・・封止部
４ａ・・・一次封止部
４ｂ・・・二次封止部
５、・・・電流供給導体
５ａ・・・一次電流供給導体
５ｂ・・・二次電流供給導体
６、・・・電流供給導線
７、・・・口金
８、・・・外管
９、・・・空間[0001]
[Industrial applications]
The high pressure discharge lamp according to the present invention is used for a wide range of applications as a light source having a low starting voltage. In particular, it is suitable for a light source for a vehicle in which a battery voltage must be converted to a high voltage and used.
[Prior art]
[0002]
In general, a high-pressure discharge lamp such as a metal halide lamp used for a headlight of an automobile has an outer tube made of an ultraviolet-absorbing material in which mercury, at least one metal halide and a starting gas are sealed inside an arc tube. To form a double tube structure surrounding the arc tube.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-20645 discloses a structure in which a double-end type arc tube is attached with a base provided only on one side. A structure in which the straight outer tube does not surround the current supply conductor returning to the base from the sealing part on the opposite side of the base, but surrounds the arc tube with a narrow gap, so that vibration resistance and shock resistance An excellent double tube structure is obtained. The outer tube does not necessarily have to be hermetically sealed, and air exists in the space between the outer tube and the arc tube.
[0004]
In a metal halide lamp used for a headlight of an automobile, a rare gas such as Xe is sealed as a starting gas at room temperature at a pressure of about 7 to over 10 atm. ing. As a result, light emission from the Xe gas is obtained immediately after the start, and the high-temperature arc rapidly heats the arc tube to promote the evaporation of mercury and metal halides, thereby realizing a quick rise of the luminous flux. In a xenon lamp, xenon gas, which also serves as a starting gas, is sealed at about 20 atm, thereby realizing a quick rise of a light beam.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a high pressure discharge lamp containing xenon, a high starting gas pressure of 7 to 10 atm for automobiles and about 20 atm for xenon lamps necessarily requires a high driving voltage of at least 10 or more kV or more. Therefore, the driving power supply generates a starting voltage as high as 20 kV or more. Such a high voltage increases the cost of the drive circuit, requires a high withstand voltage for each part of the arc tube and a connected harness, and furthermore, causes noise from near the base to interfere with external devices. May be given.
[0006]
Further, in a discharge lamp which applies a high starting voltage and is lit by using a starting gas, if the starting voltage is high, the restart voltage is inevitably high. For this reason, means for lowering the starting voltage have been studied, but no method capable of greatly reducing the starting voltage has been found so far.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a discharge lamp, and in particular, to solve the above-described problems, to provide a lamp structure and a lighting method capable of significantly reducing a starting voltage and a restart voltage of a high-pressure discharge lamp. Thereby, the cost of the driving device can be reduced, and the dielectric strength of the base and the harness can be suppressed.
[0008]
The high-pressure discharge lamp according to the present invention can significantly suppress the variation in the starting voltage, for example, the change with time due to the lighting time. In addition, due to the low and constant starting voltage, non-lighting failure is reduced, and the manufacturing yield is improved.
[0009]
The present invention provides a discharge tube having a discharge space in which at least xenon and a metal halide are sealed, a pair of electrodes protruding into the discharge space and facing each other, a current supply conductor for supplying a current to the electrodes, and the arc tube. A metal halide discharge lamp including an outer tube surrounding the discharge tube, wherein the discharge space contains substantially no mercury, and a space between the discharge tube and the outer tube is lower than a discharge starting voltage of the discharge tube. A gas capable of performing a dielectric barrier discharge having a low starting voltage is sealed .
[0010]
Further, in the present invention, the gas capable of performing the dielectric barrier discharge is at least one kind of gas selected from Ne, Ar, Kr, Xe, F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ , and N _2. It may be characterized in that it is a kind of mixed gas.
[0011]
Further, the present invention may be characterized in that the pressure of the gas capable of performing the dielectric barrier discharge ranges from 40 [kPa] to 80 [kPa] at room temperature.
[0012]
Further, the present invention may be characterized in that the discharge tube is made of quartz glass and the gas capable of performing the dielectric barrier discharge generates light having a wavelength of 170 nm or more by the dielectric barrier discharge.
[0013]
Further, the present invention may be characterized in that the gas capable of performing the dielectric barrier discharge is xenon gas, and the discharge space is filled with the xenon gas at 3 atm or more. In the present invention, the outer tube may absorb ultraviolet rays, and the discharge tube may transmit ultraviolet rays.
[0014]
Further, the present invention provides a discharge tube having a discharge space in which at least xenon gas and metal halide are sealed, a pair of electrodes protruding into the discharge space and facing each other, a current supply conductor for supplying a current to the electrodes, A metal halide discharge lamp including an outer tube surrounding the arc tube, wherein the discharge space does not substantially contain mercury, and a space between the discharge tube and the outer tube is a discharge lamp. In a method for starting a metal halide discharge lamp in which a gas capable of dielectric barrier discharge having a starting voltage lower than a discharge starting voltage of a discharge tube in order to reduce a starting voltage of a discharge tube is applied, an electric field is applied to the pair of electrodes. Therefore, the gas capable of performing the dielectric barrier discharge may be discharged before the light emission due to the start of the discharge in the discharge space.
[0015]
Further, the present invention may be characterized in that light generated by the dielectric barrier discharge is made incident on an electrode surface protruding into a discharge space of the arc tube, and electrons are emitted from the electrode surface by a photoelectric effect. Further, the present invention may be characterized in that the electrons induce an avalanche as an initial electron to start discharge.
[0016]
Further, the present invention may be characterized in that the metal halide discharge lamp is turned on at a lower starting voltage than when air is sealed in a space between the discharge tube and the outer tube .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Shown in FIGS. 1 and 2 are the high pressure discharge lamps used in all embodiments of the present invention. 1 is an arc tube and 2 is a discharge space in the arc tube.

Reference numerals

3a and 3b denote a pair of electrodes in the discharge space 2, one of which is an anode and the other is a cathode.

Reference numerals

5a and 5b denote

current supply conductors

3a and 3b, and

reference numerals

4a and 4b denote respective sealing portions. Reference numeral 6 denotes a current supply lead wire that returns the electrode extending from the arc tube 1 to the base. Reference numeral 7 denotes a base, and the external electrode 6 extends to the base 7 through the ceramic pipe 10. The space surrounded by the outer tube 8 and the arc tube 1 is designated as 9. The rated power of the high-pressure discharge lamp of FIG. 1 is 35 W, and the discharge space 2 contains xenon gas as at least one kind of rare gas and at least one kind of metal halide. The inner volume of the discharge space is about 0.026 cc.
[0018]
In a space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8, at least one selected from substances Ne, Ar, Kr, Xe, F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ , and N ₂ that generate a dielectric barrier discharge. One kind of gas or a mixed gas of plural kinds is filled.
[0019]
Hereinafter, the starting method of the high pressure discharge lamp of the present invention will be described. When the starting pulse is applied to the high-pressure discharge lamp, the starting pulse is applied between a pair of electrodes protruding into the discharge space of the arc tube 1, and at the same time, the electric current embedded in the sealing

portions

4a and 4b of the arc tube. An electric field is also applied to the space 9 from the

supply conductors

5a and 5b via a dielectric such as quartz glass forming the sealing

portions

4a and 4b.
[0020]
A gas suitable for generating a dielectric barrier discharge is sealed in the space 9. If the starting voltage of the dielectric barrier discharge is lower than the discharge starting voltage of the arc tube 1, the dielectric barrier discharge is generated in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8 before the discharge in the discharge space 2. The operation is started at a low voltage of several [kV], for example.
[0021]
When a dielectric barrier discharge occurs, ultraviolet light and visible light having different wavelengths are generated depending on the type of gas sealed in the discharge space. The type of gas and the wavelength of the generated light are known, and are shown in Table 1.

When the sealed gas is a single gas selected from Ne, Ar, Kr, Xe, F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , and I ₂ or a mixed gas of a plurality of gases, The generated dielectric barrier discharge is presumed to be an excimer discharge. * In Table 1 indicates that it is an exciton. Although the discharge mechanism of the N ₂ gas is unknown, according to an experiment performed by the inventor, the same effect as that of Xe, Ne, and the like, which are known as substances that generate a dielectric barrier discharge, was obtained.
[0022]
Dielectric is used as the material of the arc tube 1 of the high-pressure discharge lamp. For example, in the case of high-purity quartz glass used for a 35 W metal halide lamp, the absorption end on the short wavelength side is about 170 [nm]. If the wavelength of the light generated by the barrier discharge is longer than this, the light can pass through the tube wall of the arc tube 1 and reach the surfaces of the

electrodes

3a and 3b. Since the outer tube 8 is made of quartz glass or the like doped with a material that absorbs ultraviolet light, ultraviolet light having a short wavelength is not emitted to the outside of the high-pressure discharge lamp.
[0023]
The pair of

electrodes

3a and 3b are made of tungsten containing thorium oxide or the like, and have a work function of about 2.5 [eV]. The wavelength of light corresponding to this energy is calculated to be 496 [nm], and if the light has a shorter wavelength, electrons can be emitted from the electrode by the photoelectric effect. Actually, the work function may increase due to the fact that a light emitting material adheres to the surfaces of the

electrodes

3a, 3b or the dispersion of thorium oxide is not appropriate. Further, the energy obtained by subtracting the energy corresponding to the work function from the energy of the photon is given as the kinetic energy of the generated electrons, so that light having a short wavelength is more preferable.
[0024]
Since the dielectric barrier discharge is not a self-sustaining discharge, the discharge voltage hardly drops even when the discharge is started, and a voltage of several kV is continuously applied between the electrodes of the arc tube 1. In this state, when light generated by the outer dielectric barrier discharge is incident on the electrode 3a serving as a cathode and electrons (initial electrons) are generated, the electrons are accelerated by the electric field toward the electrode 3b serving as an anode. At this time, if the number and kinetic energy of the initial electrons are sufficient, an avalanche occurs, and a discharge channel is opened in the rare gas in the discharge space.
[0025]
That is, the discharge of the arc tube 1 is started at the discharge starting voltage of the dielectric barrier discharge in the space 9, which is smaller than the conventional case where air exists in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8. The starting voltage can be significantly reduced. At the time of the restart, the discharge is started in the discharge space 2 via the dielectric barrier discharge in the space 9, so that the restart voltage is similarly reduced.
[0026]
In a high-pressure discharge lamp containing a metal halide or the like, there is a problem in that the starting voltage when the lamp is repeatedly turned on and the starting voltage greatly varies due to aging, but the starting voltage of the dielectric barrier discharge is almost the same. Since it does not fluctuate, the starting voltage of the high-pressure discharge lamp of the present invention can be suppressed to a substantially constant value.
[0027]
The starting method of the high-pressure discharge lamp according to the present invention includes a method of forming a dielectric such as quartz glass or translucent ceramic of the sealing portion from the

current supply conductors

5a and 5b embedded in the sealing

portions

4a and 4b of the arc tube 1. An electric field is applied to a space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8 through the space to generate a dielectric barrier discharge in the space 9, and the generated light is transmitted to a cathode projecting into the discharge space 2 of the arc tube 1. The electron beam is incident on the surface of the electrode 3a, electrons are emitted from the surface of the electrode 3a by the photoelectric effect, and the electron is used as an initial electron to induce an avalanche to start discharge.
[0028]
Next, the results of experiments relating to the present embodiment will be described. In the structure shown in FIG. 1, the discharge space 2 contains sodium iodide (NaI) and scandium iodide (ScI ₃ ) at a weight ratio of 2: 1, and Xe is sealed as a starting gas at about 10 atm. A sample in which Xe gas was sealed in the space 9 between the tube 1 and the outer tube 8 at a pressure of about 10 [kPa] was manufactured. The rated power of the discharge lamp was 35 [W].
[0029]
The starting voltage and the restarting voltage of the discharge lamp were measured, and then a hole was made in a part of the outer tube 8, and the space 9 between the arc tube and the outer tube was replaced with air to determine the starting voltage and the restarting voltage again. It was measured. The restart voltage was measured for the case where the discharge lamp was turned off for 10 seconds from the steady lighting state and then turned on again. It has been found that the discharge starting voltage is affected by the rising curve of the starting pulse. Here, the experiment was performed with the slope of the pulse rising (note: the rising rate of the starting pulse voltage) fixed at 15 [kV / μs]. Was done. Table 2 (a) shows the measurement results of the starting voltage and Table 2 (b) shows the measurement results of the restart voltage when mercury is not contained in the discharge space 2 under the above conditions.

[0030]
When Xe gas was sealed in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8, the starting voltage was significantly lower than in the case of air.
[0031]
Further, the same sample as described above was manufactured except that N ₂ gas was sealed in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8 at a pressure of about 79 [kPa], and the same experiment was performed. Table 3 (a) shows the measurement results of the starting voltage and Table 3 (b) shows the measurement results of the restart voltage when mercury is not contained in the discharge space 2 under these conditions.

[0032]
When N ₂ gas was sealed in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8, although the Xe gas was sealed, the effect was sufficient in reducing the starting voltage, although it was inferior. Further, the same sample as described above was manufactured except that a mixed gas of Xe / Ne was sealed in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8 at a sealing ratio of 20:80 and a total pressure of about 79 [kPa]. A similar experiment was performed. Table 4 (a) shows the measurement results of the starting voltage and Table 4 (b) shows the measurement results of the restart voltage when mercury is not contained in the discharge space 2 under these conditions.

Further, the same sample as described above was manufactured except that mercury was further included as a filling material in the arc tube 1, and the experimental results are shown in Table 5.

[0033]
In the sample to which mercury is further added as the filling material, when the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8 is filled with Xe gas, N ₂ gas, and Xe / Ne gas, the restart voltage is higher than when air is used. Dropped.
[0034]
Further, in the examples of Tables 2, 3 and 4 in which mercury is not contained in the discharge space 2, the restart voltage of the discharge lamp depends on the type of gas in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8. And about 6 to 8 [kV], similarly showing a tendency for the restart voltage to decrease. However, the effect is smaller than that of a discharge lamp containing mercury. This is considered to be because the mercury existing at a high pressure even after the discharge lamp is turned off is not present in the discharge space 2, and the restart voltage at the time of restart is greatly affected by the electrons existing in the discharge space 2. . After the light is turned off, the electrons remaining in the discharge space 2 act as initial electrons at the time of restart. Upon restarting the discharge lamp, such electrons may be present in the discharge space 2 in an amount equivalent to the initial electrons generated by the dielectric barrier discharge in the space 9 and incident on the

electrode

3a or 3b.
[0035]
The starting voltage of the discharge lamp containing mercury in Table 5 was equivalent to the starting voltage of the discharge lamp containing no mercury shown in Tables 2, 3, and 4. Therefore, regardless of whether the discharge space 2 contains mercury or not, one selected from Ar, Kr, Xe, F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , and I ₂ which are known to cause a dielectric barrier discharge of a mixed gas of a gas consisting of gas or more, even when enclosed in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8, Xe, as in the case of N _2, the arc tube 1 starting voltage and restart voltage Is obtained. Since the time from the start of the dielectric barrier discharge to the start of the discharge in the discharge space 2 is extremely short (less than 1 msec), a problematic delay in the start of the discharge in the discharge space 2 occurs. Does not occur. Further, according to the method for starting a high-pressure discharge lamp using the dielectric barrier discharge of the present invention, it is possible to reduce the change over time of the starting voltage. FIG. 3 shows the measurement results of the change over time of the starting voltage in the discharge lamp of FIG. 1 in which the discharge space 2 contains no mercury and the gas sealed in the space 9 is Xe, N ₂ , and Xe / Ne, respectively. As compared with the conventional example in which the space 9 contains air, in the high-pressure discharge lamp in which the gas causing the dielectric barrier discharge is sealed in the space 9, it is confirmed that the change over time of the starting voltage is small and the reduction effect is maintained.
[0036]
As for the pressure of the gas sealed in the space 9 between the arc tube 1 and the outer tube 8, the dielectric barrier discharge is efficiently generated in the space 9, and the dielectric barrier discharge starting voltage is reduced within the discharge space 2. It is set appropriately so as to be lower than the discharge starting voltage. The pressure of the gas for efficiently generating the dielectric barrier discharge is preferably in the range of 1.3 [kPa] to 100 [kPa]. It is known that the luminous efficiency of the dielectric barrier discharge is low when it is 1.3 [kPa] or less. When the sealing pressure is 100 [kPa] or more, no negative pressure is applied, so that it is difficult to seal the outer tube 8 and the sealing portion 4. In selecting a gas type and a gas pressure to be sealed in the space 9, an optimum gas type and a gas pressure can be selected in consideration of a temperature balance and a luminous efficiency of the arc tube. According to the results of experiments by the inventor, it is more preferable that the gas pressure sealed in the space 9 be in the range of 40 to 80 [kPa]. If the pressure is less than 40 [kPa], the transfer of heat by the gas decreases, so that the temperature of the arc tube 1 increases, the chemical reaction is accelerated, and the life is shortened. If the pressure does not exceed 80 [kPa], the outer tube 8 and the sealing

portions

4a and 4b can be easily sealed without using a special method.
[0037]
Regarding the pressure of the rare gas sealed in the discharge space 2 in the arc tube 1, when the xenon gas is sealed in the discharge space 2, when the Xe gas pressure in the discharge space 2 is less than 3 atm, the arc tube is Start voltage becomes the same level as the start voltage of dielectric barrier discharge, so that the effect of sufficiently lowering the start voltage cannot be obtained.
[0038]
As described above, by utilizing the dielectric barrier discharge, an arc discharge in the arc tube 1 is caused by applying a low voltage, and a high-pressure discharge lamp having a low starting voltage can be obtained. Since the starting voltage is kept low, control of discharge stability and the like is also facilitated.
[0039]
As described above, the same effect can be obtained when the arc tube 1 is made of a dielectric such as translucent ceramics. The present invention can be widely applied to high-pressure discharge lamps such as high-pressure xenon discharge lamps and high-pressure metal halide discharge lamps having an arc tube filled with a rare gas.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, the starting voltage of a high pressure discharge lamp containing a rare gas can be significantly reduced. Accordingly, the cost of the driving device can be reduced, and the dielectric strength of the base and the harness can be reduced to further reduce the cost. In addition, since a noise generated near the base is reduced by applying a high voltage at the time of starting, influence on peripheral devices can be prevented.
[0041]
On the other hand, the high-pressure discharge lamp of the present invention can suppress the variation of the starting voltage, and can prevent the occurrence of accidents such as unlit by a low and constant starting voltage. The reduction in non-lighting failure also improves the production yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a high-pressure discharge lamp and a first embodiment of a high-pressure discharge lamp according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of an AA cross-sectional view of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a change over time of a starting voltage when a different gas is filled in a space formed between an outer bulb and an arc tube in the high-pressure discharge lamp of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, arc tube 2, discharge space 2a, sealing portion 2b near base, sealing portion 3, pair of electrodes 3a, primary electrode (cathode)
3b: Secondary electrode (anode)
4, sealing portion 4a, primary sealing portion 4b, secondary sealing portion 5, current supply conductor 5a, primary current supply conductor 5b, secondary current supply conductor 6, current supply lead 7, base 8, outer tube 9, space

Claims

A discharge tube having a discharge space filled with at least xenon gas and a metal halide, a pair of electrodes protruding and facing the discharge space, a current supply conductor for supplying a current to the electrodes, and a light emitting tube surrounding the discharge tube; Metal halide discharge lamp with an outer tube
The discharge space contains substantially no mercury,
A metal halide discharge lamp, characterized in that a space between the discharge tube and the outer tube is filled with a gas capable of performing a dielectric barrier discharge having a start voltage lower than a discharge start voltage of the discharge tube .

The gas capable of the dielectric barrier discharge,
_{_{Ne, Ar, Kr, Xe,}} F 2, Cl 2, Br 2, I 2, a metal halide according to claim 1 wherein the the _{N 2} is at least one gas or more mixed gas selected Discharge lamp.

The pressure of the gas capable of performing the dielectric barrier discharge is
3. The metal halide discharge lamp according to claim 1 , wherein the temperature is in a range of 40 [kPa] to 80 [kPa] at normal temperature .

The discharge tube is made of quartz glass,
The metal halide discharge lamp according to claim 1, wherein the gas capable of performing the dielectric barrier discharge generates light having a wavelength of 170 nm or more by the dielectric barrier discharge.

The metal halide discharge lamp according to claim 4, wherein the gas capable of performing the dielectric barrier discharge is xenon gas, and the discharge space is filled with the xenon gas at 3 atm or more.

5. The metal halide discharge lamp according to claim 1, wherein the outer tube absorbs ultraviolet light, and the discharge tube transmits ultraviolet light.

A discharge tube having a discharge space filled with at least xenon gas and a metal halide, a pair of electrodes protruding and facing the discharge space, a current supply conductor for supplying a current to the electrodes, and a light emitting tube surrounding the discharge tube; A discharge lamp, wherein the discharge space is substantially free of mercury, and a space between the discharge tube and the outer tube is lower than a discharge start voltage of the discharge tube. In a method for starting a metal halide discharge lamp enclosing a gas capable of performing a dielectric barrier discharge having a voltage ,
A method for starting a metal halide discharge lamp, characterized in that a gas capable of performing a dielectric barrier discharge is discharged before light emission due to the start of discharge in the discharge space by applying an electric field to the pair of electrodes.

The metal halide discharge lamp according to claim 7, wherein light generated by the dielectric barrier discharge is incident on an electrode surface protruding into a discharge space of the arc tube, and electrons are emitted from the electrode surface by a photoelectric effect. How to start.

The method for starting a metal halide discharge lamp according to claim 7, wherein the electrons start a discharge by inducing an avalanche as an initial electron.

The metal halide discharge lamp, a metal halide discharge lamp according to claim 7, characterized in that the lighting at a lower starting voltage than the case where the sealed air space between the discharge tube and the outer tube.