JPH11329352A

JPH11329352A - メタルハライドランプおよび照明装置

Info

Publication number: JPH11329352A
Application number: JP13369398A
Authority: JP
Inventors: Shingo Tosaka; 真吾東坂; Atsunori Okada; 淳典岡田; Takuma Hashimoto; 拓磨橋本; Kazuhiko Sakai; 和彦酒井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】水銀の封入量を少量ないしゼロにするととも
に電力損失の増大を抑制する。【解決手段】発光管１１および外管１２により構成さ
れるメタルハライドランプに対して、発光管１１の内部
に、アルゴンガスを４ｋＰａ、ＮｄＩ₃ を２０ｍｇそし
てＣｓＩを８ｍｇ封入するとともに、水銀の封入量をゼ
ロにした上に、添加物質としての沃化ガリウム（ＧａＩ
₃ ）を１５ｍｇ封入する。或は、発光管１１の内部に、
アルゴンガスを４ｋＰａ、ＮｄＩ₃ を２０ｍｇ、ＣｓＩ
を８ｍｇそして水銀を少量の５ｍｇを封入するととも
に、添加物質としての沃化ジルコニウム（ＺｒＩ₄ ）を
１０ｍｇ封入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透光性材料により
なる発光管を備え、この発光管内に希ガスおよび金属ハ
ロゲン化物等が封入されてなるメタルハライドランプ、
およびこのメタルハライドランプを具備した照明装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、一般的なメタルハライドランプお
よび安定器について簡単に述べる（電気学会発行照明工
学より一部抜粋）。発光管両端の電極間に電圧を印加す
ることにより生じる電界で加速された電子が希ガスの原
子に衝突し、これを電離する過程の繰り返しにより希ガ
スの放電が生じる。この希ガス放電による熱で発光管内
に封入されている水銀と金属ハロゲン化物が蒸発する。
蒸発した金属ハロゲン化物は放電空間中で中間生成物や
金属原子、ハロゲンに解離し、解離した金属原子が励起
されることにより発光を得る。メタルハライドランプに
用いる一般的な金属ハロゲン化物は、所望の分光分布が
得られること、発光管や電極と反応しにくいこと、最冷
点温度で発光に必要な１００Ｐａから数万Ｐａの蒸気圧
が得られることなどの理由で選択されている。メタルハ
ライドランプの最冷点温度は多種多様の品種があるため
一概にはいえないが、選択された金属ハロゲン化物を効
率よく動作させるために通常５００℃から８００℃前後
に設計されている。

【０００３】メタルハライドランプの放電はいわゆる高
圧アーク放電などと呼ばれる放電であり、その電気特性
は水銀蒸気圧に大きく依存する。なぜなら発光物質であ
る金属ハロゲン化物の点灯中の圧力が１００Ｐａから数
万Ｐａ程度なのに対して水銀の圧力が１〜十数気圧にも
なるからである。高圧アーク放電では電子と気体原子は
熱平衡状態にあり、気体原子同士の衝突による熱励起や
熱電離が行われる。ランプ電流が増加して電子密度が増
大すると、準安定状態からの電離が起こりやすくなるた
め、陽光柱の電界強度が小さくなる。従ってランプ電流
が増えるとランプ電圧が低下することになる。これを放
電ランプの負特性という。放電ランプを電源に直接接続
して始動させると、この負特性のためにランプ電流は無
限に増大してランプや回路を破壊してしまう。このラン
プ電流を制限する働きをするのが安定器である。一般的
な点灯方式である交流点灯の場合、安定器は抵抗、イン
ダクタンス、キャパシタンスにより構成される。これら
の電気素子により安定器では、（電流）²×インピーダ
ンスの電力損失が発生する。

【０００４】以上のように、水銀は従来のメタルハライ
ドランプの放電を維持するために必要不可欠な物質にな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、環境保
護等の理由から低水銀ないし無水銀化が望まれる。

【０００６】この要望に応えるべく水銀量を減らすと、
点灯時の放電空間中での粒子密度が低くなり、ランプ電
圧が小さいランプになってしまう。このランプに所定の
電力を加えようとすると、所定の水銀を加えたランプよ
りも大きなランプ電流が流れることになり、電力損失が
増大してしまう他、ランプの他の特性や構成部品にも影
響を与える。例えば、電極は大きな電流に耐えるために
大きくしなければならない。電極が大きくなると熱容量
が増大するために、ランプ始動時の熱電子放出量が少な
くなり、その結果、始動電圧の上昇を引き起こしてしま
う。安定器や配線も大電流に耐えるために大型にする必
要がある。

【０００７】また、ランプ電圧を補正する方法として、
電極間の距離を長くすることによって粒子の衝突を増や
す方法が知られているが、始動電圧が上昇する欠点があ
る。また、光学設計の面からも無制限に電極間距離を長
くできず、実用上問題のない程度の電極間距離の変更で
はランプ電圧の上昇効果は不十分である。

【０００８】一方、近年では無電極ランプの開発も盛ん
に行われている。これは、発光管の周囲に巻かれた誘導
コイルに高周波電流を流して電磁界を発生させ、この電
磁界により発光管内の放電ガスを励起・発光させるラン
プであるが、封入物質として金属ハロゲン化物とアルゴ
ンに加えて水銀が用いられているものがある。

【０００９】この場合も、水銀の封入量を減らすと、先
に述べた一般のメタルハライドランプと同様に放電空間
中での粒子密度が低くなってしまう。このため放電空間
中の抵抗成分が小さくなり電位傾度（＝ランプ電圧）が
小さくなってしまう。無電極ランプには電極が存在しな
いためにランプ電圧を直接測定することはできない。し
かし、誘導コイルと無電極ランプ内で発生した放電は電
気的にある誘導結合係数のトランスで結ばれた電気回路
と見なすことができるために、一般のランプでいうラン
プ電圧は誘導コイルの両端に発生する電圧である「コイ
ル両端電圧」で同義的に表すことができる。つまり、水
銀量を減らした無電極ランプでは一般のランプにおける
ランプ電圧に相当するコイル両端電圧が小さいランプに
なってしまう。

【００１０】この様な誘導コイル両端電圧が低い無電極
ランプに所定の電力を加えようとすると、所定の水銀を
加えたランプよりも大きな高周波電流を供給する必要が
生じる。このために電力損失が増大してしまう。なお、
封入物質として水銀を含まない無電極ランプも検討され
ているが、始動電圧が高くなるために高電圧を発生する
始動回路を具備する必要があるなど別の問題点を抱えて
いる。

【００１１】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、水銀の封入量が少量ないしゼロでも電力損
失の増大を抑制し得るメタルハライドランプおよびこの
メタルハライドランプを具備した照明装置を提供するも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１記載のメタルハライドランプは、透光性材料
によりなる発光管を備え、この発光管内には、少なくと
も一種類以上の希ガス、少なくとも一種類以上の発光物
質としての金属ハロゲン化物およびランプ電圧を昇圧補
正するための少なくとも一種類以上の添加物質が封入さ
れているものである。

【００１３】この構成では、発光管内に水銀が含まれて
いないのでランプ電圧が低下するようになるが、ランプ
電圧を昇圧する添加物質が発光管内に含まれているの
で、ランプ電圧の低下分が補正されるようになる。この
ように、水銀に代る添加物質を発光管内に封入すれば、
水銀の封入量がゼロでも、ランプ電圧の低下に伴うラン
プ電流の増大が抑制されて電力損失の増大が抑制される
ようになる。

【００１４】なお、前記発光管内には水銀がさらに封入
され、前記添加物質は、前記水銀の量が所定量よりも少
ないために所定電圧よりも低くなるランプ電圧を昇圧補
正するものでもよい（請求項２）。この場合には、従来
では所定量の水銀が発光管内に封入されていたのでラン
プ電圧が所定電圧になるのに対して、発光管内に封入さ
れる水銀の封入量が少量に低減されるので、この低減さ
れる分量に応じてランプ電圧が低下するようになるが、
水銀の量が所定量よりも少ないために所定電圧よりも低
くなるランプ電圧が添加物質によって昇圧されるので、
ランプ電圧の低下分が補正されるようになる。これによ
り、水銀の封入量が従来の量よりも少量でも、ランプ電
圧の低下に伴うランプ電流の増大が抑制されて電力損失
の増大が抑制されるようになる。

【００１５】また、前記発光管内には、１０ｍｇ以下ま
たは前記発光管の内容積が１ｃｃ以下である場合には１
０ｍｇ／ｃｃ以下の水銀が封入されている構成でもよい
（請求項３）。この構成によれば、水銀の封入量が従来
の量よりも少量でも電力損失の増大が抑制されるように
なる。

【００１６】また、前記発光管を内部に収納する外管を
備えた構成でもよい（請求項４）。この構成でも、水銀
の封入量が少量ないしゼロでも電力損失の増大が抑制さ
れるようになる。

【００１７】請求項５記載のメタルハライドランプは、
透光性材料によりなる発光管およびこの発光管の外周に
設けられた点灯用の誘導コイルを備え、前記発光管内に
は、少なくとも一種類以上の希ガス、少なくとも一種類
以上の発光物質としての金属ハロゲン化物、水銀および
この水銀の量が所定量よりも少ないために所定電圧より
も低くなる前記誘導コイルの両端電圧を昇圧補正するた
めの少なくとも一種類以上の添加物質が封入されている
ものである。

【００１８】この構成では、従来では所定量の水銀が発
光管内に封入されていたので誘導コイルの両端電圧が所
定電圧になるのに対して、発光管内に封入される水銀の
封入量が少量に低減されるので、この低減される分量に
応じて誘導コイルの両端電圧が低下するようになるが、
水銀の量が所定量よりも少ないために所定電圧よりも低
くなる誘導コイルの両端電圧が添加物質によって昇圧さ
れるので、両端電圧の低下分が補正されるようになる。
これにより、水銀の封入量が従来の量よりも少量でも、
電力損失の増大が抑制されるようになる。

【００１９】また、前記添加物質が４００℃で１３．３
ｋＰａ以上の蒸気圧特性を有するようにすれば（請求項
６）、放電空間中の粒子密度が高まってランプ電流が低
減するようになる。これにより、電力損失の増大が抑制
されるようになる。また、前記添加物質を金属ハロゲン
化物にすれば（請求項７）、添加物質としての金属ハロ
ゲン化物が発光管近傍でハロゲンサイクルによって化学
的に安定なハロゲン化物に戻るようになる。これによ
り、添加物質による発光管の浸食が防止されるようにな
る。

【００２０】また、前記添加物質としての金属ハロゲン
化物は複数のハロゲンにより構成されるものでもよい
（請求項８）。ここで、金属をＭ、ハロゲンをＸ、価数
をｎとして表される金属ハロゲン化物ＭＸnは、解離す
れば、ＭＸn，ＭＸ(n-1) ，ＭＸ(n-2) ，…，ＭＸ，
Ｍ，Ｘに分解される。これらの物質の存在する割合は、
系の状態が最も安定する割合に可逆的に変化して最終的
に落ち着く。例えば、価数が１である沃化インジウム
（ＩｎＩ）はＩｎＩ，Ｉｎ，Ｉの３種類の物質になるの
に対して、同じインジウム化合物でも価数が３の３沃化
インジウム（ＩｎＩ₃ ）はＩｎＩ₃ ，ＩｎＩ₂ ，Ｉｎ
Ｉ，Ｉｎ，Ｉの５種類の物質になり、これらの物質は１
つの系の中に存在するようになる。つまり、ＩｎＩは３
つの物質が系の安定する割合で存在するのに対して、Ｉ
ｎＩ₃ は５つの物質が１つの系の安定する割合に変化す
るために、必然的に金属単体であるＩｎの割合が少なく
なる。金属原子単体以外の原子団は、電離もしくは励起
電圧が金属原子単体よりも高いために電離もしくは励起
されにくい。つまり、添加物質から解離した金属原子の
存在割合が小さいために非弾性衝突による電離や励起が
少なくなり、ランプ電流の増大が防止されるので、添加
物質本来の効果であるランプ電流低減効果が損われな
い。また添加物質の封入による不要な発光も少なくな
る。また、前記添加物質またはこの添加物質が解離され
て生成される物質は、前記発光物質としての金属ハロゲ
ン化物に含まれる金属よりも電離電圧が高いものでもよ
い（請求項９）。この場合には、添加物質が解離して金
属原子になったとしても、この金属原子は発光物質とし
ての金属ハロゲン化物に含まれる金属よりも電離電圧が
高いので、添加物質から解離した金属原子の非弾性衝突
による電離が起こり難くなり、ランプ電流の増大が防止
されるようになる。

【００２１】また、前記添加物質またはこの添加物質が
解離されて生成される物質は、前記発光物質としての金
属ハロゲン化物に含まれる金属よりも励起電圧が高いも
のでもよい（請求項１０）。この場合には、添加物質が
解離して金属原子になったとしても、この金属原子は、
発光物質としての金属ハロゲン化物に含まれる金属より
も励起電圧が高く励起され難いので、発光が生じ難くな
って、発光物質の発光に対する添加物質の発光の影響が
小さくなる。これにより、当該ハロゲンランプの光色が
設計当初の光色からほとんどずれなくなり、ほぼ設計通
りの光色が得られるようになる。

【００２２】また、前記添加物質またはこの添加物質が
解離されて生成される物質は、前記発光物質としての金
属ハロゲン化物に含まれる金属よりも３８０〜７８０ｎ
ｍの可視域での発光が生じ難いものでもよい（請求項１
１）。この場合には、添加物質が解離して金属原子にな
り励起・発光しても、発光物質による可視域の発光に対
する添加物質の発光の影響が小さくなる。これにより、
当該ハロゲンランプの光色が設計当初の光色からほとん
どずれなくなり、ほぼ設計通りの光色が得られるように
なる。

【００２３】さらに、前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ
ｅ、Ａｒまたはこれらの混合物によりなるものでもよく
（請求項１２）、前記透光性材料は石英または透光性セ
ラミックスであってもよく（請求項１３）、また、前記
添加物質は、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｓｂ、Ｓ
ｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、ＴｉおよびＺｒのうち、少なくとも１
種類以上の金属を含むものでもよく（請求項１４）、こ
れらいずれの場合にも、電力損失の増大が抑制されるよ
うになる。

【００２４】請求項１５記載の発明の照明装置は、上記
メタルハライドランプと、このメタルハライドランブを
点灯させる点灯装置とを備えたものである。

【００２５】この構成によれば、上記同様、水銀の封入
量が少量ないしゼロでも電力損失の増大が抑制されるよ
うになる。

【００２６】なお、上記いずれの場合においても、ラン
プ電流の増大が抑制されるので、ランプ電極を大型化す
る必要がなくなり、始動性が損われなくなる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。ただし、各実施形態における電気特性の測定
にあたっては、同一条件となるように全て同じ安定器を
用いて測定を行った。また、説明内の物性データについ
ては、"Smithells Metals ReferenceBook Seventh Edit
ion", Edited by E. A. Brandes and G. B. Brook, But
terworth-Heinemann LTD, (1992)、理科年表（１９８８
年度版）および "ATOMIC SPECTRA AND THE VECTOR MODE
L", Chris Cand1er, HILGER & WATTS LTD, (1928)を引
用した。

【００２８】図１は、本発明のメタルハライドランプに
係る第１実施形態を示す構成図で、以下この図を用いて
第１実施形態について説明すると、本メタルハライドラ
ンプ（ランプ１０）は、発光管１１および外管１２によ
り構成されている。

【００２９】この発光管１１は透光性の石英ガラスによ
り内径が１０ｍｍの円筒状に形成され、両側の各々に封
着部１１１が設けられている。これら封着部１１１内に
は、８０ｍｍ離間した電極１１２がそれぞれ封着されて
おり、さらに一端が電極１１２に他端が電極導入線１１
３に接続されている金属箔導体１１４がそれぞれ収納さ
れている。また、封着部１１１から電極１１２周囲の外
表面は、例えば酸化ジルコニウムなどによりなる保温膜
（図中斜線部分）で覆われている。

【００３０】そして、この発光管１１は、両電極導入線
１１３がそれぞれ外管１２に溶着されたステム１２１に
接続した両発光管支柱１２２に接続されて、外管１２内
に収納保持されている。また、一方（図では上方）の発
光管支柱１２２にはＢａゲッター１２３およびＺｒ−Ａ
ｌゲッター１２４が取り付けられており、口金１２５
は、ステム１２１、発光管支柱１２２、電極導入線１１
３および金属箔導体１１４を介して電極１１２と電気的
に接続されている。

【００３１】このようにして構成されたランプ１０は、
始動時に印可するパルスの発生器を内蔵した安定器（図
示せず）などを介して商用電源（図示せず）に接続され
る。従って、一実施形態としての照明装置は、ランプ１
０およびこのランプ１０を点灯させる点灯装置としての
発生器を内蔵した安定器により構成される。

【００３２】次に、ランプ１０の発光管１１内に封入さ
れる封入物（希ガス、発光物質および添加物質）の詳細
について、従来のメタルハライドランプ（ランプＡ）の
ものと比較しつつ説明する。

【００３３】まず、ランプＡの発光管内には、アルゴン
ガスが４ｋＰａ、ＮｄＩ₃ が２０ｍｇ、ＣｓＩが８ｍｇ
そして水銀が２５ｍｇ封入されている。なお、ランプＡ
は、正確な比較のために封入物以外はランプ１０と同様
に構成されている。

【００３４】これに対して、ランプ１０の発光管１１内
には、ランプＡと同様にアルゴンガスが４ｋＰａ、Ｎｄ
Ｉ₃ が２０ｍｇそしてＣｓＩが８ｍｇ封入されている
他、水銀の封入量がゼロにされた上に、添加物質として
の沃化ガリウム（ＧａＩ₃ ）が１５ｍｇ封入されてい
る。この封入された添加物質ＧａＩ₃ は、４００℃では
３１０ｋＰａ、５００℃では１５８０ｋＰａとなる蒸気
圧特性を有している。

【００３５】このように水銀の封入量をゼロにするとラ
ンプ電圧が低下してランプ電流が増大することとなる
が、ランプ１０は、添加物質ＧａＩ₃ が封入されている
ので、ランプ電圧があまり低下せずにランプ電流がほと
んど増大しないランプ電圧およびランプ電流の特性を有
するものとなっている。すなわち、ランプ１０は、次の
（表１）に示すようなランプ電圧およびランプ電流の特
性を有している。

【００３６】

【表１】ただし、ランプＢは、ランプ１０の添加物質による電力
損失の増大抑制の効果がどの程度であるかを確認するた
めに別途用意されたものであり、ランプＡの水銀封入量
をランプ１０と同様にゼロにしたもので、これ以外はラ
ンプＡと同一に構成されている。また、入力電力はいず
れも４００Ｗになっている。ここで、既に明らかではあ
るが、（表１）を用いてランプ１０の添加物質による電
力損失の増大抑制の効果について説明すると、まず、ラ
ンプＡに対して水銀の封入量をゼロにすれば、ランプＢ
の欄に示されるように、ランプ電圧が１３０Ｖから４３
Ｖに低下してランプ電流が３．５Ａから１０．７Ａに増
大することが分る。これに対して添加物質ＧａＩ₃ を１
５ｍｇ封入すれば、ランプ電圧が４３Ｖから１１７Ｖに
昇圧補正されてランプ電流が１０．７Ａから３．８Ａに
低減されるのが分る。このランプ電流の低減に応じて、
安定器や配線等の装置部品で発生する電力損失の増大が
抑制されることになる。

【００３７】このようにランプ電流が低減されるのは、
蒸発した添加物質ＧａＩ₃ により放電空間内の粒子数が
増加して粒子同士の衝突回数が増加するとともに、添加
物質ＧａＩ₃ が解離して発生した沃素により放電空間が
規制されるからである。

【００３８】以上、第１実施形態によれば、水銀の封入
量がゼロでも電力損失の増大を抑制することが可能にな
る。

【００３９】次に、本発明のメタルハライドランプの第
２実施形態について説明すると、本メタルハライドラン
プ（ランプ２０）は、ランプ１０と同様に発光管１１お
よび外管１２により構成されている他、ランプ１０とは
異なる封入物が発光管１１内に封入されている。

【００４０】すなわち、ランプ２０の発光管１１内に
は、ランプ１０と同様にアルゴンガスが４ｋＰａ、Ｎｄ
Ｉ₃ が２０ｍｇそしてＣｓＩが８ｍｇ封入されている
他、水銀が５ｍｇ封入されているとともに、ランプ１０
とは異なる添加物質としての沃化ジルコニウム（ＺｒＩ
₄ ）が１０ｍｇ封入されている。この封入された添加物
質ＺｒＩ₄ は、４００℃では３６ｋＰａ、５００℃では
５９０ｋＰａとなる蒸気圧特性を有している。

【００４１】このように、上記ランプＡよりも水銀の封
入量を低減するとランプ電圧が低下してランプ電流が増
大することとなるが、ランプ２０は、添加物質ＺｒＩ₄
が封入されているので、ランプ電圧があまり低下せずに
ランプ電流がほとんど増大しないランプ電圧およびラン
プ電流の特性を有するものとなっている。すなわち、ラ
ンプ２０は、次の（表２）に示すようなランプ電圧およ
びランプ電流の特性を有している。

【００４２】

【表２】ただし、ランプＣは、ランプ２０の添加物質による電力
損失の増大抑制の効果がどの程度であるかを確認するた
めに別途用意されたものであり、ランプＡの水銀封入量
をランプ２０と同様に５ｍｇに低減したもので、これ以
外はランプＡと同一に構成されている。また、入力電力
はいずれも４００Ｗになっている。ここで、（表２）を
用いてランプ２０の添加物質による電力損失の増大抑制
の効果について説明すると、まず、ランプＡに対して水
銀の封入量を２５ｍｇから５ｍｇに低減すれば、ランプ
Ｃの欄に示されるように、ランプ電圧が１３０Ｖから８
０Ｖに低下（４０％低下）してランプ電流が３．５Ａか
ら５．９Ａに増大することが分る。これに対して添加物
質ＺｒＩ₄ を１０ｍｇ封入すれば、ランプ電圧が８０Ｖ
から１２７Ｖに昇圧補正されてランプ電流が５．９Ａか
ら３．７Ａに低減されることが分る。このランプ電流の
低減に応じて、安定器や配線等の装置部品で発生する電
力損失の増大が抑制されることになる。

【００４３】このようにランプ電流が低減されるのは、
蒸発した添加物質ＺｒＩ₄ により放電空間内の粒子数が
増加して粒子同士の衝突回数が増加するとともに、添加
物質ＺｒＩ₄ が解離して発生した沃素により放電空間が
規制されるからである。

【００４４】以上、第２実施形態によれば、水銀の封入
量が従来の量より少量でも電力損失の増大を抑制するこ
とが可能になる。

【００４５】なお、第２実施形態では、発光管１１内に
４００℃で３６ｋＰａの蒸気圧特性を有する添加物質を
封入して電力損失の増大を抑制する構成になっている
が、発光管１１内に４００℃で１３．３ｋＰａ以上の蒸
気圧特性を有する添加物質を封入すれば、放電空間中に
おける粒子密度が高まってランプ電流が低減し、これに
より電力損失の増大が抑制されることが確められてい
る。

【００４６】次に、本発明のメタルハライドランプの第
３実施形態について、本発明のメタルハライドランプの
第４実施形態とともに説明する。

【００４７】第３実施形態のメタルハライドランプ（ラ
ンプ３０）は、ランプ２０と同様に発光管１１および外
管１２により構成されている他、ランプ２０とは異なる
封入物が発光管１１内に封入されている。すなわち、こ
の発光管１１内には、ランプ２０と同様にアルゴンガス
が４ｋＰａ、ＮｄＩ₃ が２０ｍｇ、ＣｓＩが８ｍｇそし
て水銀が５ｍｇ封入されている他、ランプ２０とは異な
る添加物質としての沃化チタン（ＴｉＩ₂ ）が封入され
ている。

【００４８】他方、第４実施形態のメタルハライドラン
プ（ランプ４０）は、ランプ２０と同様に発光管１１お
よび外管１２により構成されている他、ランプ２０とは
異なる封入物が発光管１１内に封入されている。すなわ
ち、この発光管１１内には、ランプ２０と同様にアルゴ
ンガスが４ｋＰａ、ＮｄＩ₃ が２０ｍｇ、ＣｓＩが８ｍ
ｇそして水銀が５ｍｇ封入されている他、ランプ２０と
は異なる添加物質としての沃化チタン（ＴｉＩ₄ ）が１
０ｍｇ封入されている。この封入された添加物質ＴｉＩ
₄ は、４００℃では１５０ｋＰａ、５００℃では５６０
ｋＰａとなる蒸気圧特性を有している。

【００４９】なお、ＴｉＩ₂ とＴｉＩ₄ との蒸気圧特性
が異なるため、ランプ３０の発光管１１内には、蒸発量
がランプ４０のＴｉＩ₄ と同じになる量のＴｉＩ₂ が封
入されている。

【００５０】このように、上記ランプＡよりも水銀の封
入量を低減するとランプ電圧が低下してランプ電流が増
大することとなるが、ランプ３０，４０は、それぞれ添
加物質ＴｉＩ₂ ，ＴｉＩ₄ が封入されているので、ラン
プ電圧が昇圧補正されてランプ電流の増大が低減された
ランプ電圧およびランプ電流の特性を有するものとなっ
ている。すなわち、ランプ３０，４０は、次の（表３）
に示すようなランプ電圧およびランプ電流の特性を有し
ている。なお、ランプＡのランプ電圧およびランプ電流
の特性については（表２）を参照されたい。また、入力
電力はいずれも４００Ｗになっている。

【００５１】

【表３】ここで、（表３）用いてランプ３０，４０の添加物質に
よる電力損失の増大抑制の効果について説明すると、ラ
ンプＡに対して水銀の封入量を２５ｍｇから５ｍｇに低
減すれば、ランプＣの欄に示されるように、ランプ電圧
が１３０Ｖから８０Ｖに低下してランプ電流が３．５Ａ
から５．９Ａに増大する。これは既に説明した通りであ
る。一方、これに対して添加物質ＴｉＩ₂ ，ＴｉＩ₄ を
封入すれば、それぞれ、ランプ電圧が８０Ｖから９８
Ｖ，１１０Ｖに昇圧補正されてランプ電流が５．９Ａか
ら４．９Ａ，３．８Ａに低減される。これにより、電力
損失の増大が抑制される。

【００５２】ところで、ランプ電流の低減効果は、ラン
プ３０よりもランプ４０の方が大きくなっている。これ
は、ＴｉＩ₄ の方がＴｉＩ₂ よりも沃素の価数が多く、
解離後に原子団種がより多くなる反面、金属原子単体の
存在割合がより小さくなるからであり、これにより、非
弾性衝突による電離や励起がより少なくなって、ランプ
電流の増大がより効果的に防止されるからである。

【００５３】以上、第３および第４実施形態によれば、
水銀の封入量が従来の量よりも少量でも電力損失の増大
を抑制することが可能になる。

【００５４】また、第４実施形態によれば、第３実施形
態よりも、より好適にランプ電流の増大を抑制して電力
損失の増大をより好適に抑制することが可能になる。

【００５５】次に、本発明のメタルハライドランプの第
５実施形態について説明すると、本メタルハライドラン
プ（ランプ５０）は、ランプ２０と同様に発光管１１お
よび外管１２により構成されている他、ランプ２０とは
異なる封入物が発光管１１内に封入されている。

【００５６】すなわち、ランプ５０の発光管１１内に
は、ランプ２０と同様にアルゴンガスが４ｋＰａ、Ｎｄ
Ｉ₃ が２０ｍｇ、ＣｓＩが８ｍｇそして水銀が５ｍｇ封
入されている他、ランプ２０とは異なる添加物質として
の沃化テルビウム（ＴｅＩ₄ ）が８ｍｇ封入されてい
る。この封入された添加物質ＴｅＩ₄ は、４００℃では
１２９０ｋＰａ、５００℃では９０７０ｋＰａとなる蒸
気圧特性を有している。

【００５７】このように、上記ランプＡよりも水銀の封
入量を低減するとランプ電圧が低下してランプ電流が増
大することとなるが、ランプ５０は、添加物質ＴｅＩ₄
が封入されているので、ランプ電圧があまり低下せずに
ランプ電流がほとんど増大しないランプ電圧およびラン
プ電流の特性を有するものとなっている。すなわち、ラ
ンプ５０は、次の（表４）に示すようなランプ電圧およ
びランプ電流の特性を有している。なお、入力電力はい
ずれも４００Ｗになっている。

【００５８】

【表４】ここで、（表４）用いてランプ５０の添加物質による電
力損失の増大抑制の効果について説明すると、ランプＡ
に対して水銀の封入量を２５ｍｇから５ｍｇに低減すれ
ば、ランプＣの欄に示されるように、ランプ電圧が１３
０Ｖから８０Ｖに低下してランプ電流が３．５Ａから
５．９Ａに増大する。これに対して添加物質ＴｅＩ₄ を
８ｍｇ封入すれば、ランプ電圧が８０Ｖから１１４Ｖに
昇圧補正されてランプ電流が５．９Ａから３．８Ａに
（約３５％）低減される。これにより電力損失の増大が
抑制される。

【００５９】また、添加物質ＴｅＩ₄ に含まれるＴｅ
は、次の（表５）に示すように、発光物質としてのＮｄ
Ｉ₃ およびＣｓＩにそれぞれ含まれるＮｄおよびＣｓの
双方よりも電離電圧が高くなる特性を有している。

【００６０】

【表５】このため、添加物質ＴｅＩ₄ が解離して金属原子Ｔｅに
なったとしても、電離電圧が高いので金属原子Ｔｅの非
弾性衝突による電離が起こり難くなり、ランプ電流の増
大が防止されることになる。

【００６１】以上、第５実施形態によれば、水銀の封入
量が従来の量よりも少量でも電力損失の増大を抑制する
ことが可能になる。

【００６２】次に、本発明のメタルハライドランプの第
６実施形態について、本発明のメタルハライドランプの
第７実施形態とともに説明する。

【００６３】第６実施形態のメタルハライドランプ（ラ
ンプ６０）および第７実施形態のメタルハライドランプ
（ランプ７０）は、ともにランプ２０と同様に発光管１
１および外管１２により構成されている他、ランプ２０
とは異なる封入物が発光管１１内に封入されている。

【００６４】次に、各発光管１１内に封入される封入物
について、従来のメタルハライドランプ（ランプＤ）の
ものと比較しつつ詳述する。

【００６５】まず、従来のランプＤの発光管内には、ア
ルゴンガスが４ｋＰａ、沃化ナトリウム（ＮａＩ）が２
５ｍｇ、沃化タリウム（ＴｌＩ）が１２ｍｇ、沃化イン
ジウム（ＩｎＩ）が２ｍｇそして水銀が５ｍｇ封入され
ている。なお、ランプＤは、正確な比較のために封入物
以外はランプ２０と同様に構成されたものとなってい
る。また、ランプＤは、ランプＡよりも少量の５ｍｇの
水銀しか封入されていないので、ランプＡよりもランプ
電圧がかなり低下してランプ電流が増大する特性を有す
るものとなる。

【００６６】これに対して、ランプ６０の発光管１１内
には、ランプＤと同様にアルゴンガスが４ｋＰａ、Ｎａ
Ｉが２５ｍｇ、ＴｌＩが１２ｍｇ、ＩｎＩが２ｍｇそし
て水銀が５ｍｇ封入されている他、添加物質としての沃
化シリコン（ＳｉＩ₄ ）が１２ｍｇ封入されている。こ
の封入された添加物質ＳｉＩ₄ は、４００℃では４２０
ｋＰａ、５００℃では１１６０ｋＰａとなる蒸気圧特性
を有している。

【００６７】また、ランプ７０の発光管１１内には、ラ
ンプＤと同様にアルゴンガスが４ｋＰａ、ＮａＩが２５
ｍｇ、ＴｌＩが１２ｍｇ、ＩｎＩが２ｍｇそして水銀が
５ｍｇ封入されている他、添加物質としての沃化アルミ
ニウム（ＡｌＩ₃ ）が５ｍｇ封入されている。この封入
された添加物質ＡｌＩ₃ は、４００℃では１３０ｋＰ
ａ、５００℃では５１０ｋＰａとなる蒸気圧特性を有し
ている。

【００６８】上記のように、上記ランプＡよりも水銀の
封入量が少量でも、ランプ６０，７０は、添加物質Ｓｉ
Ｉ₄ ，ＡｌＩ₃ がそれぞれ封入されているので、ランプ
電圧が昇圧補正されてランプ電流の増大が低減されたラ
ンプ電圧およびランプ電流の特性を有するものとなって
いる。すなわち、ランプ６０，７０は、次の（表６）に
示すようなランプ電圧およびランプ電流の特性を有して
いる。なお、入力電力はいずれも４００Ｗになってい
る。

【００６９】

【表６】ここで、（表６）を用いてランプ６０，７０の添加物質
による電力損失の増大抑制の効果について説明すると、
ランプＤに対して添加物質ＳｉＩ₄ ，ＡｌＩ₃を封入す
れば、それぞれ、ランプ電圧が６８Ｖから１０１Ｖ，１
１５Ｖに昇圧補正されてランプ電流が６．２Ａから４．
４Ａ，３．９Ａに低減される。これにより電力損失の増
大が抑制される。

【００７０】また、ランプ６０の添加物質ＳｉＩ₄ に含
まれる金属原子Ｓｉの励起電圧は、次の（表７）に示す
ように、ＮａＩ、ＴｌＩおよびＩｎＩにそれぞれ含まれ
るＮａ，ＴｌおよびＩｎの各励起電圧よりも高くなって
いる一方、ランプ７０の添加物質ＡｌＩ₃ に含まれる金
属原子Ａｌの励起電圧は、金属原子ＮａおよびＩｎの各
励起電圧よりも高く、金属原子Ｔｌよりも低くなってい
る。

【００７１】

【表７】この（表７）および上記（表６）から、ランプ７０のよ
うに、添加物質ＡｌＩ ₃ に含まれる金属原子Ａｌの励起
電圧が金属原子Ｔｌよりも低くなっていると、色温度が
４９３０Ｋから７８５０Ｋに大幅に変動してしまう一
方、ランプ６０のように、添加物質ＳｉＩ₄ に含まれる
金属原子Ｓｉの励起電圧が、Ｎａ，ＴｌおよびＩｎの各
励起電圧よりも高くなっていると、色温度が４９３０Ｋ
から４７１０Ｋの僅かな変動幅に抑えられることが分
る。

【００７２】このように僅かな変動幅に抑えられるの
は、添加物質ＳｉＩ₄ が解離して金属原子Ｓｉになった
としても、金属原子Ｓｉは、発光物質としての金属ハロ
ゲン化物に含まれる金属よりも励起電圧が高く励起され
難くいことから、ほとんど発光しなくなって、発光物質
の発光に対する添加物質ＳｉＩ₄ の発光の影響が小さく
なるからである。これにより、ランプ６０の光色が設計
当初の光色からほとんどずれなくなり、ほぼ設計通りの
光色が得られることになる。

【００７３】また、添加物質ＡｌＩ₃ の場合に色温度が
大幅に変動してしまうのは、タリウムやインジウムの励
起に用いられるエネルギーの一部が、これらの励起電圧
に近い励起電圧を有するアルミニウムの励起に費やされ
ることにより、インジウムによる４５０ｎｍの発光およ
びタリウムによる５３５ｎｍの発光の強度が弱まるとと
もにアルミニウムによる３９５ｎｍ付近の発光が生じる
からである。

【００７４】以上、第６および第７実施形態によれば、
水銀の封入量が従来の量よりも少量でも電力損失の増大
を抑制することが可能になる。

【００７５】また、第６実施形態によれば、添加物質に
よる発光が生じ難いので、発光物質による光がランプの
発光の大部分を占めることとなり、設計当初の光色を維
持し得る効果が得られる。

【００７６】次に、本発明のメタルハライドランプの第
８実施形態について説明すると、本メタルハライドラン
プ（ランプ８０）は、ランプ２０と同様に発光管１１お
よび外管１２により構成されている他、ランプ２０とは
異なる封入物が発光管１１内に封入されている。

【００７７】すなわち、ランプ８０の発光管１１内に
は、ランプＤと同様にアルゴンガスが４ｋＰａ、ＮａＩ
が２５ｍｇ、ＴｌＩが１２ｍｇ、ＩｎＩが２ｍｇそして
水銀が５ｍｇ封入されている他、添加物質としての沃化
アンチモン（ＳｂＩ₃ ）が５ｍｇ封入されている。この
封入された添加物質ＳｂＩ₃ は、４００℃では１００ｋ
Ｐａ、５００℃では４５０ｋＰａとなる蒸気圧特性を有
している。

【００７８】このように、上記ランプＡよりも水銀の封
入量が少量でも、ランプ８０は、添加物質ＳｂＩ₃ が封
入されているので、ランプ電圧が昇圧補正されてランプ
電流の増大が低減されたランプ電圧およびランプ電流の
特性を有するものとなっている。すなわち、ランプ８０
は、次の（表８）に示すようなランプ電圧およびランプ
電流の特性を有している。なお、入力電力はいずれも４
００Ｗになっている。

【００７９】

【表８】ここで、（表８）用いてランプ８０の添加物質による電
力損失の増大抑制の効果について説明すると、ランプＤ
に対して添加物質ＳｂＩ₃ を封入すれば、ランプ電圧が
６８Ｖから１２５Ｖに昇圧補正されてランプ電流が６．
２Ａから３．８Ａに低減（約４０％低減）される。これ
により電力損失の増大が抑制される。また、添加物質Ｓ
ｂＩ₃ が解離した金属原子Ｓｂは、励起・発光してもほ
とんど３８０ｎｍ以下の紫外域で発光するので、発光物
質による可視領（３８０〜７８０ｎｍ）の分光分布に影
響を与えない。これにより、（表８）に示すように、色
温度が４９３０Ｋから５０４０Ｋの僅かな変動幅に抑え
られる。

【００８０】以上、第８実施形態によれば、水銀の封入
量が従来の量よりも少量でも電力損失の増大を抑制する
ことが可能になる。

【００８１】また、添加物質の解離した金属原子が発光
物質による可視領域の分光分布に影響を与えないので、
設計当初の光色を維持し得る効果が得られる。

【００８２】図２は、本発明の照明装置に係る第１実施
形態を示す構成図で、以下この図を用いて、本照明装置
に具備される本発明のメタルハライドランプに係る第９
実施形態とともに説明する。

【００８３】本照明装置は、いわゆる無電極放電ランプ
であって透光性の石英ガラスにより直径が４０ｍｍで高
さが２０ｍｍの円筒状に形成された発光管２１、この発
光管２１の外周に５ターン巻回された点灯用の誘導コイ
ル２２、この誘導コイル２２および発光管２１と後段の
高周波回路２４との間の整合用のマッチング回路２３、
誘導コイル２２に対して高周波電力を供給して高周波電
磁界を発生させるための高周波回路２４、および交流電
力を直流電力に変換して高周波回路２４に供給するため
の電源回路２５により構成されている。

【００８４】次に、本メタルハライドランプ（ランプ９
０）としての発光管２１内に封入される封入物（アルゴ
ンガス、発光物質および水銀）の詳細について、従来の
メタルハライドランプ（ランプＥ）のものと比較しつつ
説明する。

【００８５】まず、ランプＥ内には、アルゴンガスが４
ｋＰａ、ＮｄＩ₃ が２０ｍｇ、ＣｓＩが８ｍｇそして水
銀が２５ｍｇ封入されている。なお、ランプＥは、正確
な比較のために封入物以外はランプ９０と同様に構成さ
れる。

【００８６】これに対して、ランプ９０としての発光管
２１内には、ランプＥと同様にアルゴンガスが４ｋＰ
ａ、ＮｄＩ₃ が２０ｍｇそしてＣｓＩが８ｍｇ封入され
ている他、水銀の封入量が２５ｍｇから５ｍｇに低減さ
れた上に、添加物質としての沃化ハフニウム（ＨｆＩ
₄ ）が１０ｍｇ封入されている。この封入された添加物
質ＨｆＩ₄ は、４００℃では１１０ｋＰａ、５００℃で
は１４６０ｋＰａとなる蒸気圧特性を有している。

【００８７】このように、ランプＥよりも水銀の封入量
を低減するとランプ電圧に相当する誘導コイル２２の両
端電圧（コイル両端電圧）が低下することになるが、ラ
ンプ９０は、添加物質ＨｆＩ₄ が封入されているので、
コイル両端電圧があまり低下しない特性を有するものと
なっている。すなわち、ランプ９０は、次の（表９）に
示すようなコイル両端電圧の特性を有している。

【００８８】

【表９】ただし、ランプＦは、ランプ９０の添加物質による電力
損失の増大抑制の効果がどの程度であるかを確認するた
めに別途用意されたものであり、ランプＥの水銀封入量
をランプ９０と同様に５ｍｇに低減したもので、これ以
外はランプＥと同一に構成されている。また、入力電力
はいずれも３００Ｗになっている。ここで、（表９）を
用いてランプ９０の添加物質による電力損失の増大抑制
の効果について説明すると、まず、ランプＥに対して水
銀の封入量を２５ｍｇから５ｍｇに低減すれば、ランプ
Ｆの欄に示されるように、コイル両端電圧が１．２ｋＶ
から０．７ｋＶに低下（４０％低下）することが分る。
これに対して添加物質ＨｆＩ₄ を１０ｍｇ封入すれば、
既に説明した添加物質の作用によって、コイル両端電圧
が０．７ｋＶから１．０ｋＶに昇圧され、ランプＥのレ
ベルまでほぼ補正される。これにより電力損失の増大が
抑制される。以上、本発明の照明装置に係る第１実施形
態および本発明のメタルハライドランプに係る第９実施
形態によれば、水銀の封入量が従来の量よりも少量で
も、ランプ電圧に相当するコイル両端電圧の低下を抑制
して、誘導コイル２２、マッチング回路２３や配線等の
装置部品で発生する電力損失の増大を抑制する効果が得
られる。

【００８９】なお、上記第２〜第９実施形態のメタルハ
ライドランプは、１０ｍｇ以下の水銀が封入されている
が、これに限らず、発光管の内容積が１ｃｃ以下である
場合には１０ｍｇ／ｃｃ以下の水銀が封入されているも
のでもよい。

【００９０】また、上記第１〜第９実施形態のメタルハ
ライドランプでは、希ガスとしてアルゴンガスが使用さ
れているが、これ以外の例えばＸｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ａｒ
またはこれらの混合物によりなる希ガスでも上記同様の
効果が確認されている。

【００９１】また、上記第１〜第９実施形態のメタルハ
ライドランプでは、透光性の石英ガラスによりなる発光
管が使用されるが、これに限らず、例えば透光性セラミ
ックスによりなる発光管が使用される構成でもよい。

【００９２】さらに、添加物質は、上記第１〜第９実施
形態のものに限らず、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｓ
ｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、ＴｉおよびＺｒのうち、少なく
とも１種類以上の金属を含む添加物質でも上記同様の効
果が確認されている。

【００９３】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、水銀の封入量がゼロでも電力損
失の増大を抑制することが可能になる。

【００９４】請求項２〜６、８および１２〜１５記載の
発明によれば、水銀の封入量が従来の量よりも少量でも
電力損失の増大を抑制することが可能になる。

【００９５】請求項７記載の発明によれば、電力損失の
増大の抑制が可能になる他、添加物質に含まれる金属に
よる発光管の浸食を防止することが可能になる。

【００９６】請求項９記載の発明によれば、より好適に
ランプ電流の増大を防止して、電力損失の増大をより好
適に抑制することが可能になる。

【００９７】請求項１０記載の発明によれば、電力損失
の増大の抑制が可能になる他、添加物質が解離した金属
原子による発光を生じ難くすることが可能になる。

【００９８】請求項１１記載の発明によれば、電力損失
の増大の抑制が可能になる他、発光物質による可視領域
の発光に対して、添加物質が解離した金属原子による発
光の影響を小さくすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタルハライドランプに係る第１実施
形態を示す構成図である。

【図２】本発明の照明装置に係る第１実施形態を示す構
成図である。

【符号の説明】

１１，２１発光管１２外管２２誘導コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 65/04 Ｈ０１Ｊ 65/04 Ａ (72)発明者酒井和彦大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性材料によりなる発光管を備え、こ
の発光管内には、少なくとも一種類以上の希ガス、少な
くとも一種類以上の発光物質としての金属ハロゲン化物
およびランプ電圧を昇圧補正するための少なくとも一種
類以上の添加物質が封入されていることを特徴とするメ
タルハライドランプ。
【請求項２】前記発光管内には水銀がさらに封入さ
れ、前記添加物質は、前記水銀の量が所定量よりも少な
いために所定電圧よりも低くなるランプ電圧を昇圧補正
することを特徴とする請求項１記載のメタルハライドラ
ンプ。
【請求項３】前記発光管内には、１０ｍｇ以下または
前記発光管の内容積が１ｃｃ以下である場合には１０ｍ
ｇ／ｃｃ以下の水銀が封入されていることを特徴とする
請求項１または２記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】前記発光管を内部に収納する外管を備え
たことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメ
タルハライドランプ。
【請求項５】透光性材料によりなる発光管およびこの
発光管の外周に設けられた点灯用の誘導コイルを備え、
前記発光管内には、少なくとも一種類以上の希ガス、少
なくとも一種類以上の発光物質としての金属ハロゲン化
物、水銀およびこの水銀の量が所定量よりも少ないため
に所定電圧よりも低くなる前記誘導コイルの両端電圧を
昇圧補正するための少なくとも一種類以上の添加物質が
封入されていることを特徴とするメタルハライドラン
プ。
【請求項６】前記添加物質は、４００℃で１３．３ｋ
Ｐａ以上の蒸気圧特性を有することを特徴とする請求項
１〜５のいずれかにメタルハライドランプ。
【請求項７】前記添加物質は金属ハロゲン化物である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のメタ
ルハライドランプ。
【請求項８】前記添加物質としての金属ハロゲン化物
は複数のハロゲンにより構成されることを特徴とする請
求項７記載のメタルハライドランプ。
【請求項９】前記添加物質またはこの添加物質が解離
されて生成される物質は、前記発光物質としての金属ハ
ロゲン化物に含まれる金属よりも電離電圧が高いことを
特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のメタルハラ
イドランプ。
【請求項１０】前記添加物質またはこの添加物質が解
離されて生成される物質は、前記発光物質としての金属
ハロゲン化物に含まれる金属よりも励起電圧が高いこと
を特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のメタルハ
ライドランプ。
【請求項１１】前記添加物質またはこの添加物質が解
離されて生成される物質は、前記発光物質としての金属
ハロゲン化物に含まれる金属よりも３８０〜７８０ｎｍ
の可視域での発光が生じ難いことを特徴とする請求項１
〜８のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１２】前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ａ
ｒまたはこれらの混合物によりなることを特徴とする請
求項１〜１１のいずれかに記載のメタルハライドラン
プ。
【請求項１３】前記透光性材料は石英または透光性セ
ラミックスであることを特徴とする請求項１〜１２のい
ずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１４】前記添加物質は、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｇ
ｅ、Ｈｆ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、ＴｉおよびＺｒの
うち、少なくとも１種類以上の金属を含むことを特徴と
する請求項１〜１３のいずれかに記載のメタルハライド
ランプ。
【請求項１５】請求項１〜１４のいずれかに記載のメ
タルハライドランプと、このメタルハライドランブを点
灯させる点灯装置とを備えたことを特徴とする照明装
置。