WO2000016360A1 - Anhydrous silver halide lamp - Google Patents

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WO2000016360A1
WO2000016360A1 PCT/JP1999/004969 JP9904969W WO0016360A1 WO 2000016360 A1 WO2000016360 A1 WO 2000016360A1 JP 9904969 W JP9904969 W JP 9904969W WO 0016360 A1 WO0016360 A1 WO 0016360A1
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WO
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mercury
lamp
metal halide
free metal
halide lamp
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Application number
PCT/JP1999/004969
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Takeda
Makoto Horiuchi
Kiyoshi Takahashi
Makoto Kai
Takeshi Saito
Hideaki Kiryu
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
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    • HELECTRICITY
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    • H01J61/82Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/30Vessels; Containers
    • H01J61/34Double-wall vessels or containers

Definitions

  • the present invention relates to a mercury-free metal halide lamp that is used as various light sources such as general lighting and a headlight of an automobile combined with a reflector, etc., and particularly contains no mercury. Things.
  • halogen lamps with tungsten filament have been the mainstream lamps used for automobile headlamps.
  • metal halide lamps which are high-pressure discharge lamps of metal halides, are being used for the purpose of improving efficiency and discriminating white lines.
  • the above-mentioned conventional metal halide lamps are rarely used in arc tubes. Gas, metal halide (solid), and mercury are enclosed. In each of these enclosures, the noble gases are mainly used to make the lamp easy to start or to obtain a strong light output immediately after the start, and the metal halides to obtain the proper light output during stable operation.
  • mercury is encapsulated to obtain the high enough inter-electrode voltage (lamp voltage) required for the lamp to operate properly.
  • a conventional metal-halide lamp for example, a lamp suitable for a vehicle headlight disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-111124 is known. .
  • a conventional metal halide lamp based on this publication is shown in FIG. 16 and described.
  • reference numeral 101 denotes an arc tube made of quartz, and numerals 102 at both ends of the arc tube 101 are sealing portions.
  • 103 is a pair of electrodes made of tungsten, 104 is a molybdenum foil, and 105 is a lead wire made of the same molybdenum.
  • the electrode 103 is electrically connected to one end of the molybdenum foil 104 sealed in the sealing portion 102, and is further connected to the other end of the molybdenum foil 104.
  • Lead wire 105 is electrically connected.
  • the tip of the electrode 103 in the arc tube 101 is arranged so that the distance between the tips, that is, the distance between the electrodes is about 4.2 (mm).
  • the inner volume of the arc tube 101 is about 0.03 (cc), and about 0.7 mg (about 1.1 mg / cc) of mercury is contained in the arc tube. 106, and a total of about 0.3 mg (about 12.2 mg / cc per unit arc tube volume) of sodium iodide, scandium iodide, and sodium iodide. And 0.7 MPa of Xe gas at room temperature (not shown).
  • the metal halide lamp as described above has a lamp voltage of about 70 to 80 V.
  • the lamp current is about 0.4 to 0.5 A.
  • the lamp voltage drops to about 25V.
  • the lamp current during lighting is about 1.5 A, which is about three times that of the conventional metal halide lamp containing mercury.
  • the heat load (Joule loss) of the electrode increases, and the evaporation of the electrode becomes active. Therefore, a mercury-free lamp with a configuration in which mercury is simply removed from a conventional metal halide lamp, the arc tube turns black in only a few tens of hours, and reaches its life in a very short time.
  • the distance between the electrodes increases due to the evaporation of the electrodes, the operating state of the lamp changes with the elapse of the lighting time, and an excessive load is applied to the drive circuit.
  • the present invention does not fill in mercury and prevents an increase in lamp voltage and blackening of the arc tube 1 due to evaporation of the electrodes and the like over the lighting time.
  • the purpose is to provide a mercury-free metal halide lamp that can achieve a long lamp life without producing it.
  • a mercury-free metal halide lamp that has a pair of discharge electrodes in the arc tube and contains at least a rare gas and a metal halide.
  • S (mm 2) the cross-sectional area of the Kinora lamp current and is lit at the rated power can and was I (a), and this I / S is 2 0 (a / mm 2) or less It is characterized by
  • I / S is 15 (A / mm 2 ) or less.
  • the temperature of the tip of the discharge electrode at the time of lighting at the rated power is 320 K or less.
  • the lamp voltage increases significantly due to the synergistic effect of an increase in the vapor pressure of the metal halide and an increase in the distance between the electrodes due to evaporation of the electrodes with the passage of the lighting time, etc. Since blackening is suppressed, a long lamp life can be obtained.
  • the invention of claim 4 is:
  • a mercury-free metal halide lamp according to claim 3 wherein
  • the temperature characteristic at the tip of the discharge electrode when lit at the rated power is 250 K or more. This makes it easy to start a stable discharge.
  • the invention of claim 5 is:
  • a mercury-free metal halide lamp according to claim 5 wherein
  • the arc tube contains at least one of halide of indium and halogen of indium.
  • the invention of claim 7 is: 4.
  • the invention of claim 8 is:
  • the arc tube contains a halide of thallium.
  • the invention is characterized in that the arc tube contains at least one of a halide of scandium and a halide of sodium.
  • the invention of claim 10 is
  • a mercury-free metal halide lamp according to claim 8 wherein
  • the invention is characterized in that the arc tube contains at least one of a halide of scandium and a halide of sodium.
  • the above-mentioned halide of trivalent indium is characterized in that it is at least one of iodide and bromide.
  • a high lamp voltage can be obtained, so that the current density can be easily suppressed to be small, and therefore, the lamp life can be surely improved.
  • the invention of claim 12 is
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a mercury-free metal halide lamp according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the current density of the mercury-free metal halide lamp of Embodiment 1 and the ramp voltage increase rate after lighting for 100 hours.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the lighting time, the rate of change of the distance between the electrodes, and the rate of change of the lamp voltage in the mercury-free metal halide lamp of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the correlation between the rate of change of the electrode distance and the rate of change of the lamp voltage in the mercury-free metal halide lamp of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the current density and the electrode tip temperature in the mercury-free metal halide lamp of the first embodiment.
  • FIG. 6 shows the mercury-free metal halide lamps of Embodiments 3 and 4. Sectional view
  • Figure 7 is a graph showing the relationship between the mercury-free main Taruhara Lee de ramp of + 3-valent fin di ⁇ charging amount of beam of Yo U compound I n I 3 and lamp voltage of the third embodiment
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the sealing pressure of Xe and the total luminous flux of the mercury-free metal halide lamp of the third embodiment.
  • Figure 9 shows the amount of +3 valent indium iodide I n I 3 and the total luminous flux when the mercury-free metal halide lamp of the third embodiment is turned on with 45 W power.
  • Fig. 10 shows the amount of +3 valent indium iodide I n I;, when the mercury-free metal halide lamp of the third embodiment is turned on with 35 W power. Graph showing the relationship between
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the amount of thallium iodide and the lamp voltage of the mercury-free metal halide lamp of the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the amount of the iodide and the total luminous flux of the mercury-free metal halide lamp of the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the filling pressure of Xe and the lamp voltage of the mercury-free metal halide lamp of the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the sealing pressure of Xe and the total luminous flux of the mercury-free metal halide lamp of the fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a mercury-free metal halide lamp with the infrared reflecting film of Embodiment 5 coated thereon.
  • Fig. 16 is a cross-sectional view showing a conventional metal halide lamp.
  • the basic principle of the present invention is to extend the lamp life by reducing the current density and the temperature of the electrode tip.
  • a description will be given of a current density capable of extending the life of a lamp and a temperature of an electrode tip.
  • Methods of increasing the lamp voltage include a method of setting a large distance between the electrodes and a method of increasing the vapor pressure of the filling material (luminescent substance) to be filled in the arc tube.
  • Methods for increasing the vapor pressure of the above-mentioned inclusions also include the use of additional high-vapor-pressure enclosures (e.g., halides of scandium and halogenates of lithium). There are a method of using the method and a method of increasing the temperature of the arc tube.
  • Embodiments 3 and 4 a description will be given of an enclosure capable of increasing the vapor pressure in order to increase the lamp voltage.
  • FIG. FIG. 1 is a sectional view showing a mercury-free metal halide lamp according to the first embodiment of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes an arc tube made of quartz
  • reference numerals 2 at both ends of the arc tube 1 denote sealing portions.
  • 3 is a pair of electrodes made of tungsten
  • 4 is a molybdenum foil
  • 5 is a lead wire also made of a molybdenum material.
  • the electrode 3 is electrically connected to one end of the molybdenum foil 4 sealed in the sealing portion 2, and a lead wire 5 is electrically connected to the other end of the molybdenum foil 4.
  • a lead wire 5 is electrically connected to the other end of the molybdenum foil 4.
  • the arc tube 1 is filled with a later-described halide 7 and a rare gas (not shown).
  • the area of the tip surface of the electrode 3 (the cross-sectional area of the tip portion when the tip portion is spherical, etc .; hereinafter, collectively referred to as the electrode cross-sectional area) is denoted by S and the electrode.
  • the distance between 3.3 is represented by L
  • the voltage between the electrodes 3 and 3 is represented by V
  • the current flowing between the electrodes 3.3 and 3 is represented by I
  • the discharge arc is represented by A. .
  • the lamp With a lamp power of 45 W, the lamp was lit continuously for 100 hours with a stable discharge arc A, and the lamp voltage was measured.
  • Figure 2 shows the relationship between the ramp voltage rise rate and the current density (lamp current 1 / electrode cross-sectional area S).
  • the measurement error of about 3% is represented by an error bar.
  • the ramp voltage increase rate increases extremely when the current density exceeds about 2 OA / mm 2 .
  • part of the electrode 3 evaporates, and the remaining part is deformed into a fold.
  • the evaporation causes blackening of the arc tube 1, and the luminous flux maintenance rate is greatly reduced.
  • the current density is large, the arc tends to be unstable.
  • the ramp voltage rise rate R v becomes about 0.1 or less, which satisfies the condition generally regarded as a non-defective product limit. If the current density is about 1 OA / mm 2 or less, the ramp voltage rise rate can be significantly reduced. In these cases (for example, in the case of 8 A / mm 2 ), the electrode 3 was hardly deformed, and the luminous flux was not reduced by blackening.
  • the ramp voltage Via is generally linear
  • N is the particle density in the lamp
  • L is the distance between the electrodes.
  • a mercury-free run-flop about 2 5 A / mm 2
  • chromatic mercury lamp is about 8 A / mm 2
  • the lamp was lit at the current density, the lamp voltage V1a and the distance L between the electrodes were measured over the lighting time, and the rate of change from the value immediately after the start of lighting was determined.
  • the result is shown in Fig. 3. That is, in the case of a mercury-containing lamp, the rate of change of the lamp voltage V1a and the rate of change of the distance L between the electrodes increase only slightly with the elapse of the lighting time. However, in the case of mercury-free lamps, both increase significantly.
  • the slope is about 0.9, That is, the rate of change of the lamp voltage V 1 a and the rate of change of the inter-electrode distance L increase almost to the same extent.
  • the gradient is about 2
  • the rate of change of the lamp voltage V1a is larger than that of the distance L between the electrodes.
  • the lamp voltage increases sharply, and the life of the arc tube 1 decreases significantly due to blackening, while the current density decreases to 2 OA / mm 2 or less. More preferably, by setting it to 1 OA / mm 2 , the ramp voltage increase rate can be greatly suppressed, and a long lamp life can be obtained.
  • the tip temperature of the electrode is used as an index corresponding to the current density.
  • the higher the temperature of the electrode tip the more the evaporation of the electrode is promoted.
  • the ramp voltage rise rate is reduced and the lamp life is prolonged.
  • noise due to the spectrum unique to the metal can be removed, and the accuracy is extremely high. Measurement with high sensitivity can be simplified.
  • the luminance ratio R is calculated.
  • the electrode temperature T is calculated using the luminance ratio R.
  • Figure 5 shows the relationship between the electrode tip temperature obtained in this way and the current density. As can be seen from the figure, it corresponds to a current density of 2 OA / mm 2
  • the temperature at the tip of the electrode used is 320 K, and by keeping the temperature at or below this temperature, the lamp life can be extended. In order to start a stable discharge, it is preferable that the temperature be 250 K or more.
  • the current density can be reduced by making the electrode rod thicker. Specifically, for example, when the rated power is 35 W and the lamp voltage is 70 V, the lamp current is 0.5 A, so the electrode cross-sectional area is 0.025 mm 2 (circular shape). In the case of a cross section, the current density can be suppressed to 2 OA / mm 2 or less by making the diameter approximately ⁇ .18 mm) or more. However, if the thickness is too large, the withstand pressure of the arc tube decreases in inverse proportion to the electrode rod diameter. That is, the stress generated in the vicinity of the gap between the arc tube and the electrode rod becomes large.
  • the electrode rod may be damaged due to its mechanical strength. It is preferable to make it smaller. In order to shorten the rise time of the light beam at the start of lighting, it is preferable to reduce the diameter of the electrode rod.
  • the current density can be reduced by increasing the distance between the electrodes and increasing the lamp voltage. For example, increasing the pump voltage from about 4 mm to about 5 mm as in a conventional normal lamp can increase the pump voltage by about 25%. Therefore, it is easy to reduce the current density.
  • the size of the light source is limited. It is preferable not to make the distance between the electrodes too large.
  • the following describes an enclosure that can increase the lamp voltage by increasing the vapor pressure.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a mercury-free metal halide lamp according to Embodiment 3 of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes an arc tube made of quartz, and 2 at both ends of the arc tube 1. It is a stop. 3 is a pair of electrodes made of tungsten, 4 is a molybdenum foil, and 5 is a lead wire made of the same molybdenum. The electrode 3 is electrically connected to one end of the molybdenum foil 4 sealed in the sealing portion 2, and a lead wire 5 is electrically connected to the other end of the molybdenum foil 4. Have been.
  • the tip of the electrode 3 in the arc tube 1 is arranged so that the distance between the tips, that is, the distance between the electrodes is about 4.2 (mm).
  • the inner volume of the arc tube 1 is about 0.025 (cc), and about 0.2 mg of + trivalent indium iodide Inl 3 (unit in the arc tube) About 8.0 mg / cc per volume) and about 0.19 mg of scandium iodide (about 8, O mg / cc per unit arc tube volume) and about 0.16 mg Of sodium iodide (about 6.4 mg / cc per unit arc tube volume), and about 0.7 MPa at room temperature, not shown in the figure. Xenon gas is sealed.
  • the feature of the large structure of the metal halide lamp according to the present embodiment is that it does not contain mercury, and that the indium that is further enclosed is indium.
  • the surprising thing about the mercury-free metal halide lamp of this embodiment, which contains the trivalent zinc iodide I n I 3, is that it is very mercury-free.
  • the lighting operation is performed at a very high lamp voltage.
  • the lamp voltage of the lamp of this embodiment is about 55 V
  • the lamp voltage is about 50 V.
  • the lamp shown in this embodiment in which +3 valent indium iodide Inl 3 is removed from the lamp described in this embodiment operates with a lamp power of 25 W to 50 W. Even so, a lamp voltage of only about 27 V can be obtained.
  • the current density can be easily reduced to 2 OA / mm 2 or less, and the lamp life can be reliably improved.
  • the I n I 3 and the like are set so that the lamp voltage becomes about 35.7 y or more. May be set.
  • about 0.2 mg of + trivalent indium iodide In I 3 (about 8.0 mg / cc per unit arc tube volume) is enclosed.
  • the mercury-free metal halide lamp was used as an example, as shown in Fig.
  • Figure 7 is the mercury-free main Taruharai Dora pump of this embodiment, + trivalent increase the amount of enclosed Yo U compound I n I 3 Lee indium, 3 5 W or is 4 5 W of run- when is lit operating at up power is a graph showing the relationship between the amount of enclosed ® ⁇ product I nl 3 of the lamp voltage and + 3-valent I Njiumu. The more + trivalent enclosed amount of I Nji ⁇ -time of Yo c monster I n I 3 is larger, run-up voltage is high Ku becomes Ri good.
  • FIG. 8 shows the relationship between the xenon gas charging pressure (converted to room temperature) and the total luminous flux of the mercury-free metal halide lamp of this embodiment, which was turned on with a lamp power of 45 W. This is a graph showing the amount of encapsulated indium iodide Inl 3 of the indium over a night.
  • the mercury-free metal halide lamp according to the present embodiment in which at least xenon gas and the iodide I n I 3 of the +3 valence alloy are sealed in the arc tube 1 is a xenon gas.
  • Increasing the gas filling pressure increases the total luminous flux almost without increasing the temperature of the hot spot, and increases the lamp voltage by increasing the iodide I n I 3 of the +3 valence alloy.
  • the sealing pressure of xenon gas will be described.
  • the upper limit of the sealing pressure of xenon gas is about 2.5 MPa (converted to room temperature). It is preferable to set to.
  • the mercury-free metal halide lamp of the present embodiment has a configuration in which the arc tube 1 is connected from the vicinity of the connection between the electrode 3 and the molybdenum foil 4 during the lighting operation. This is because the possibility of leakage of the internal airtightness increases, which is not preferable.
  • the upper limit of the more preferable xenon gas filling pressure is about 2.0MPa.
  • the lower limit is about 5 to 20 KPa, which makes it easy to start the lamp.
  • the lower limit is about 0.1 IMPa. Is more preferred. Then, the charging amount and the light flux of Yo U compound I n I 3 +3 valent Lee down di ium explain about.
  • +3 valent amount of enclosed Lee down di ium Yo U compound I n I 3 is better to be larger structure Ri good, high lamp voltage Ri yo is
  • + trivalent indium iodide I enclosed amount of nl 3 is about 9 0 Ri per unit arc tube volume. O mg / cc or is less than configured to this and is arbitrarily favored in the following points.
  • a halogen lamp which is currently widely used for automobile headlights, can obtain a total luminous flux of about 110 (lm) at a power consumption of 55 W.
  • Ramp pairs to the invention which is about 9 Ri units arc tube volume equivalent other inclusion of Yo U compound I n I 3 of Let's Ni + trivalent I Nji ⁇ beam shown in FIG. 9 0. O If the configuration is less than mg / cc, only 45 W of power will provide more luminous flux than conventional halogen bulbs, which is more economical.
  • Figure 9 shows the total luminous flux and the amount of +3 valent indium iodide I n I 3 in the mercury-free metal halide lamp of this embodiment, which was turned on with a lamp power of 45 W.
  • compound I nl to about 9 0 Ri filling amount is per arc tube volume of 3.
  • xenon gas filling pressure is 2.0MPa
  • a filling amount of less than / cc a luminous flux of about 110 (lm) or more can be obtained, which is more economical than a halogen bulb.
  • the graph shows the relationship between the amount of filled gas and the filled pressure (converted to room temperature) of xenon gas over time. + With less than about 50 mg / cc per unit volume of the arc tube, the amount of trivalent zinc iodide I n I 3 can be reduced to only 35 W. Power is more economical than conventional halogen bulbs, providing more luminous flux.
  • Xenon Bruno filling pressure of Ngasu is 2.
  • xenon gas of an appropriate pressure is sealed up to 2.5 MPa and the volume of the arc tube is reduced.
  • Ri about 9 0. if O mg / cc and an upper limit and to encapsulating Lee down di ium Yo U compound I nl 3 +3 valent appropriate amount constituting approximately 2 5 W or more lamp power
  • the lamp is turned on, the airtightness in the arc tube 1 is not broken, and a high lamp voltage is applied.
  • it is a mercury-free metal halide lamp that has a long service life and generates more luminous flux than a halogen bulb, and is most suitable as a so-called automotive headlight light source.
  • the mercury-free lamp of the present embodiment can obtain more luminous flux as the lamp is turned on with a larger lamp power.
  • the upper limit of the power consumption of the mercury-free lamp of the present embodiment is approximately 55 W in the usage range of a vehicle headlight. Lighting beyond the power consumption of conventional halogen bulbs is uneconomical and not preferred.
  • xenon gas of an appropriate pressure is sealed up to 2.5 MPa, and about 90 mg / cc per volume of the arc tube is filled.
  • an appropriate amount of +3 valent indium iodide I n I 3 is enclosed, and the lamp is lit with power between approximately 25 W and 55 W.
  • the light color of the mercury-free lamp of this embodiment is within the chromaticity range of the white light source specified by the HID light source for automobile headlights (JEL2115) of the Japan Light Bulb Manufacturers Association. It was confirmed.
  • the emission of the lamp can be reduced.
  • the chromaticity point is in the CIE 1 9 3 1 X y chromaticity diagram
  • the mercury of the present embodiment is limited by the above-described limited range of the sealing pressure of xenon gas, the amount of iodide I n I 3 of +3 valence indium, and the lamp power, as described above.
  • the metal halide lamp is fully usable as a vehicle headlight light source.
  • Embodiment 4 of the present invention will be described.
  • the structural configuration of this lamp is the same as that of the lamp of the third embodiment shown in FIG. 6 described above, except that the encapsulated nitrogen compound 7 and the enclosed xenon gas are not included.
  • the difference is that the pressure is about 1.4 MPa at room temperature.
  • the halogenated compound 7 contains about ⁇ .lmg of + trivalent indium iodide In I I 3 (about 4.0 mg / cc per unit arc tube volume) and about 0.1 mg.
  • the feature of the large configuration of the metal halide lamp of the present embodiment is that it does not contain mercury as in Embodiment 3 and is sealed.
  • the iodide of the enzyme is +3 valent indium iodide I n I 3 , it also contains thallium iodide. Is a point.
  • FIG. 11 shows the change in lamp voltage when the lamp is turned on at 35 W as in the third embodiment with the amount of thallium iodide (T1I) changed.
  • T1I thallium iodide
  • the addition of thallium iodide (T1I) dramatically increases the lamp voltage, and the higher the amount added, the higher the ramp voltage.
  • the lamp voltage is about 70 V when the lighting operation is performed with a lamp power of 35 W.
  • the lamp of the present embodiment can cause a substantial change over several hundred hours without blackening of the arc tube. It can be lit immediately.
  • FIG. 12 shows a change in the luminous flux when the lamp is lit at 35 W as in the third embodiment by changing the amount of thallium iodide (TII) sealed in the lamp.
  • TII thallium iodide
  • a large luminous flux can be obtained by adding thallium iodide T1I, and the amount of thallium iodide encapsulated must be increased. Further, the luminous flux increases.
  • the lamp voltage and the luminous flux increase as the Xe pressure increases.
  • the filling pressure of xenon gas is not more than 2.5 MPa, more preferably not more than 2. OMPa, and not less than about 5 to 20 KPa. More preferably, it is more than 0 .IMPa, which is desirable in terms of maintaining airtightness and easy starting.
  • at least xenon gas and +3 valence As described above, the mercury-free metal halide lamp of this embodiment in which the indium iodide InI3 of indium and titanium iodide are sealed in the arc tube 1 has the above-described properties.
  • the lamp voltage and the total luminous flux increase when the evening beam is increased, and the lamp voltage and the total luminous flux also increase when the xenon gas filling pressure is increased. This effect also depends on the lamp power, the distance between the electrodes, the inner volume of the arc tube 1, the amount of scandium iodide, the amount of sodium iodide, or the amount of iodide. Obtained irrespective of other components such as the type and amount of other halides enclosed with the evening room.
  • xenon gas of an appropriate pressure is sealed up to 2.5 MPa, and + trivalent indium iodide is used.
  • a configuration in which a certain indium iodide and thorium iodide are encapsulated provides a high lamp voltage, has a long life, and generates more luminous flux than a halogen bulb.
  • the lamp power as in the third embodiment, the more the lamp is turned on with a large lamp power, the more luminous flux is obtained.
  • the upper limit of the power consumption of the mercury-free lamp of the present embodiment is approximately 55 W in the usage range of the vehicle headlight. Lighting beyond the power consumption of conventional halogen bulbs is uneconomical and not preferred.
  • the mercury-free metal halide lamp of the present embodiment is filled with xenon gas at an appropriate pressure up to 2.5 MPa. and construction encapsulating arc tube volume per Ri about 9 0. ® ⁇ product I n I 3 and Yo Ukata re um of O mg / cc limit and to appropriate amount of + 3-valent Lee indium
  • the light color of the mercury-free lamp of the present embodiment is an automobile headlight conforming to the Japan Light Bulb Manufacturers Association standard. It was confirmed that it was within the chromaticity range of the white light source specified by the HID light source (JEL215) for the camera.
  • the charging pressure of xenon gas in a limited range as described above and the The mercury-free metal halide lamp according to the present embodiment can be completely used as a light source for a vehicle headlamp in terms of the amount of iodide I n I 3 charged and the lamp power.
  • a mercury-free lamp in which thallium iodide is encapsulated has been described as an example.
  • thallium bromide (T1Br) may be used. It may be Li (T 1 C 1). Further, the T1 metal and the halogen may be separately sealed.
  • +3 Lee down di ium Yo U compound I nl 3 is + monovalent Lee emissions Jiu divided into arm Yo U compound I n I and iodine I 2 is enclosed in the arc tube 1 It doesn't matter.
  • a lamp composed of scandium iodide and sodium iodide was described as an example, but scandium iodide and sodium iodide were It may be composed of other metal halides.
  • the scandium iodide may be scandium bromide
  • the sodium iodide may be sodium bromide.
  • scandium and sodium may be other metals, such as, for example, thallium iodide or bromide.
  • the encapsulation amount is not limited to the amount shown in the lamp of the present embodiment.
  • the constituent elements other than the halogenated compound and xenon gas of the high-valent alloy are merely examples, and for example, the distance between the electrodes may be other than 4.2 mm, and the inner volume of the arc tube 1 may be different. Is not limited to 0.025 cc.
  • xenon gas of about 0.7 MPa or 1.4 MPa at room temperature was sealed in the arc tube 1 to assist starting, but it was used for automobile headlights.
  • the rare gas is preferably xenon gas only, and the rare gas may be a rare gas other than xenon gas, for example, argon gas, and its filling pressure is about 0.7 at room temperature. It is not limited to MPa.
  • the mercury-free metal halide lamp of FIG. 1 is held in an outer tube 8.
  • the outer surface of the outer tube 8 has an infrared reflective film 9 are coated.
  • the heat retention becomes higher.-The vapor pressure of the metal halide is easily increased, and the lamp voltage can be easily increased. Therefore, the current density can be kept low, and the lamp life can be easily extended.
  • the infrared reflection film 9 for example, a film obtained by multilayer coating of a TaO x film and a Si x film by a thermal CVD method and a sputtering method can be used.
  • the number of coating layers may be determined based on the tact time in manufacturing, the balance between manufacturing cost and lamp performance, and the like.
  • the effect of increasing the vapor pressure of the metal halide is remarkably obtained.
  • the infrared reflecting film 9 may be coated not only on the outer surface of the outer tube 8 but also on the inner surface.
  • the particularly preferred examples of the present invention have been described in the above embodiments. However, it is needless to say that the description is not limited and can be variously modified.
  • the metal halide lamp of the present invention described in the present embodiment is an exemplification, and the scope of the present invention is determined by the appended claims.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, by setting the current density or the electrode tip temperature to a predetermined value or less, the evaporation of the electrode with the elapse of the lighting time is achieved. Thus, the lamp voltage can be increased and the arc tube 1 can be prevented from being blackened, and a long lamp life can be obtained. Therefore, the present invention is useful in fields such as general lighting and automobile headlights.

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Abstract

A light bulb (1) includes a pair of electrodes (3), and I/S is less than 20 A/mm2, where S is the cross section of the point of the electrodes (3) and I is the current that flows between electrodes (3) at rated power for the bulb. Since this condition prevents the light bulb (1) from blackening or the increase in the lamp voltage, which can occur due to the evaporation of the electrodes with time, a long service life can be achieved.

Description

明 細 無水銀メ タルハライ ド ラ ンプ  Mercury-free metal halide lamp
技 術 分 野 本発明は、 一般照明および、 反射鏡な どと組み合わされた 自動車 の前照灯な どの各種の光源と して使用される、 特に水銀を含まない 無水銀メ タルハライ ド ラ ンプに関する ものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mercury-free metal halide lamp that is used as various light sources such as general lighting and a headlight of an automobile combined with a reflector, etc., and particularly contains no mercury. Things.
背 景 技 術 従来よ り 自動車前照灯に使用されている ラ ンプはタ ングステン フ ィ ラ メ ン ト を有するハロゲンラ ン プが主流であった。 しか し最近、 高効率化および白線の識別を向上させる 目的で、 金属ハロゲン化物 の高圧放電ラ ンプであるメ タルハライ ドラ ンプが採用されつつある 上記従来のメ タルハライ ド ラ ンプは、 発光管内に希ガス と金属ハ ロゲン化物 (固体) と、 さ ら に水銀が封入されている。 これらの封 入物は、 それぞれ、 希ガスが主にラ ンプの始動を容易に した り 始動 直後に強力な光出力を得るために、 金属ハロゲン化物は安定点灯時 の適切な光出力を得るために、 また水銀はラ ンプが適切な状態で動 作するのに必要な充分に高い電極間電圧 (ラ ンプ電圧) を得るため に、 封入されている。 Background technology Conventionally, halogen lamps with tungsten filament have been the mainstream lamps used for automobile headlamps. Recently, however, metal halide lamps, which are high-pressure discharge lamps of metal halides, are being used for the purpose of improving efficiency and discriminating white lines. The above-mentioned conventional metal halide lamps are rarely used in arc tubes. Gas, metal halide (solid), and mercury are enclosed. In each of these enclosures, the noble gases are mainly used to make the lamp easy to start or to obtain a strong light output immediately after the start, and the metal halides to obtain the proper light output during stable operation. In addition, mercury is encapsulated to obtain the high enough inter-electrode voltage (lamp voltage) required for the lamp to operate properly.
特に水銀の封入によ り 、 点灯中のラ ンプは高い電極間電圧を得る こ とが出来、 それ故、 ラ ンプは少ないラ ンプ電流で点灯する。 その 結果、 電極の熱負荷 (ジュール損失) が小さ く え られ、 数千時間に およぶ長い時間の間、 点灯が可能となる。 Especially when the lamp is lit, a high inter-electrode voltage is obtained due to the inclusion of mercury. This allows the lamp to light with less lamp current. As a result, the heat load (Joule loss) of the electrode is reduced, and lighting can be performed for a long time of several thousand hours.
従来のメ タルハラィ ド ラ ンプの具体的な例 と しては、 例えば特開 昭 5 9 — 1 1 1 2 4 4号公報に示される 自動車前照灯に好適なラ ン プが知られている。 以下、 同公報に準 じた従来のメ タルハライ ド ラ ンプを図 1 6 に示 し説明する。  As a specific example of a conventional metal-halide lamp, for example, a lamp suitable for a vehicle headlight disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-111124 is known. . Hereinafter, a conventional metal halide lamp based on this publication is shown in FIG. 16 and described.
図 1 6 において、 1 0 1 は石英を材料とする発光管、 発光管 1 0 1 の両端にある 1 0 2は封止部である。 1 0 3は、 タ ングステ ンを 材料とする一対の電極、 1 0 4はモ リ ブデン箔、 1 0 5は同 じ く モ リ ブデンを材料とする リ ー ド線である。 電極 1 0 3 は、 封止部 1 0 2 に封止されたモ リ ブデン箔 1 0 4の一端に電気的に接続され、 さ ら にモ リ ブデン箔 1 0 4の他端には リ ー ド線 1 0 5 が電気的に接続 されている。  In FIG. 16, reference numeral 101 denotes an arc tube made of quartz, and numerals 102 at both ends of the arc tube 101 are sealing portions. 103 is a pair of electrodes made of tungsten, 104 is a molybdenum foil, and 105 is a lead wire made of the same molybdenum. The electrode 103 is electrically connected to one end of the molybdenum foil 104 sealed in the sealing portion 102, and is further connected to the other end of the molybdenum foil 104. Lead wire 105 is electrically connected.
発光管 1 0 1 内で電極 1 0 3の先端は、 その先端間距離、 つま り 電極間距離が約 4 . 2 ( mm ) になる よ う に配置されている。 発光 管 1 0 1 の内容積は、 約 0 . 0 3 ( c c ) であ り 、 その内部には、 約 0 . 7 m g (単位発光管内容積当た り 約 1 . l m g/ c c ) の水 銀 1 0 6 と、 総量約 0 . 3 m g (単位発光管内容積当た り 約 1 2 . O m g/ c c ) のヨ ウ化ナ ト リ ウム と ヨ ウ化スカ ンジウム とヨ ウィ匕 ト リ ウム とから構成されたハロゲン化物 1 0 7 と、 図には示さない が室温で 0 . 7 M P aの X eガスが封入されている。  The tip of the electrode 103 in the arc tube 101 is arranged so that the distance between the tips, that is, the distance between the electrodes is about 4.2 (mm). The inner volume of the arc tube 101 is about 0.03 (cc), and about 0.7 mg (about 1.1 mg / cc) of mercury is contained in the arc tube. 106, and a total of about 0.3 mg (about 12.2 mg / cc per unit arc tube volume) of sodium iodide, scandium iodide, and sodium iodide. And 0.7 MPa of Xe gas at room temperature (not shown).
上記のよ う なメ タルハライ ドラ ンプは、 ラ ンプ電圧が約 7 0〜 8 0 Vとな り 、 例えば約 3 5 Wのラ ンプ電力で点灯させる場合、 ラ ン プ電流は約 0 . 4〜 0 . 5 Aとなる。  The metal halide lamp as described above has a lamp voltage of about 70 to 80 V. For example, when the lamp is lit with a lamp power of about 35 W, the lamp current is about 0.4 to 0.5 A.
このよ う に水銀に よ って高いラ ンプ電圧が得 られる結果、 上記従 来のメ タルハライ ド ラ ンプは少ない電流で点灯可能であ り 、 したが つて こ の従来のメ タルハライ ド ラ ンプは約 2 0 0 0 時間もの長い寿 命を有する。 上記のよ う に水銀の封入はラ ンプ電圧の増加を も た ら し、 それ故、 数千時間におよぶ長いラ ンプ寿命を我々に提供 して く れる。 As described above, as a result of obtaining a high lamp voltage by mercury, Conventional metal halide lamps can be lit with low current, and thus this conventional metal halide lamp has a long life of about 200 hours. As mentioned above, the inclusion of mercury results in an increase in lamp voltage, thus providing us with a long lamp life of thousands of hours.
しか し、 その反面、 製造時に液体である水銀を注入する工程を必 要とするために、 製造コス ト が高 く な り がちであるな どの欠点を有 している。 ま た、 近年では、 地球環境な どに対する配慮から水銀を 含まないメ タルハライ ド ラ ンプが望まれてレ、る。  However, on the other hand, it has a drawback such as requiring a process of injecting liquid mercury during production, which tends to increase the production cost. In recent years, a metal halide lamp that does not contain mercury has been desired in consideration of the global environment.
と こ ろが、 上記従来のメ タルハラ イ ド ラ ンプか ら水銀を取 り 除 く と、 ラ ンプ電圧は約 2 5 Vに低下する。 この場合、 点灯中のラ ン プ 電流は約 1 . 5 A とな り 、 水銀が封入された従来のメ タルハライ ド ラ ンプの約 3 倍となる。 このため電極の熱負荷 (ジュール損失) が 増加 し、 電極の蒸発が活発になる。 それ故、 従来のメ タルハライ ド ラ ン プから単に水銀を取 り 除いた構成の無水銀ラ ン プは、 わずか数 十時間で発光管が黒 く な り 、 非常に短い時間で寿命に達する とい う 課題がある。 また、 電極の蒸発によって電極間距離が増大するため、 点灯時間の経過に伴ってラ ン プの動作状態が変化 し、 駆動回路に過 大な負荷をかける こ とにもなる。  However, when mercury is removed from the conventional metal halide lamp, the lamp voltage drops to about 25V. In this case, the lamp current during lighting is about 1.5 A, which is about three times that of the conventional metal halide lamp containing mercury. As a result, the heat load (Joule loss) of the electrode increases, and the evaporation of the electrode becomes active. Therefore, a mercury-free lamp with a configuration in which mercury is simply removed from a conventional metal halide lamp, the arc tube turns black in only a few tens of hours, and reaches its life in a very short time. There is a problem. In addition, since the distance between the electrodes increases due to the evaporation of the electrodes, the operating state of the lamp changes with the elapse of the lighting time, and an excessive load is applied to the drive circuit.
なお、 現在の技術レベルでは、 蛍光灯に関 しては、 水銀を完全に 除去する こ とは効率を大き く 低下させる ため、 低減の努力はなされ ているが、 無水銀化までには至っていない。 メ タルハライ ド ラ ンプ に関 して も、 無水銀化を図る努力はなされ、 無電極放電ラ ンプでは 商品化されつつあるが、 有電極放電ラ ン プでは、 まだ検討の段階で ある。 発 明 の 開 示 本発明は、 上記の点に鑑み、 水銀を封入する こ とな く 、 点灯時間 の経過に伴う電極の蒸発等によ る ラ ンプ電圧の上昇や発光管 1 の黒 化を生 じる こ とな く 、 長いラ ンプ寿命を得る こ とができる無水銀メ 夕ルハライ ド ラ ンプの提供を 目的と している。 At the current technology level, efforts are being made to reduce the efficiency of fluorescent lamps, since complete removal of mercury would greatly reduce the efficiency, but mercury-free has not been achieved . Efforts have also been made to eliminate mercury from metal halide lamps, and electrodeless discharge lamps are being commercialized, but electrodeed discharge lamps are still under study. DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above points, the present invention does not fill in mercury and prevents an increase in lamp voltage and blackening of the arc tube 1 due to evaporation of the electrodes and the like over the lighting time. The purpose is to provide a mercury-free metal halide lamp that can achieve a long lamp life without producing it.
すなわち、 従来、 経験的に、 長寿命化のためには少ないラ ンプ電 流である こ とが必要だ と考え られていた。 しか し、 ラ ン プの諸元や 点灯条件によって、 同 じ電流でも必ず しも 同 じ寿命を得る こ とがで きない。 そこで、 本発明者は種々検討 した結果、 ラ ン プの寿命に関 しては、 単なる電流の大きさではな く 、 電流密度が重要である こ と を見出 し、 本願発明を完成する に至っ た。  In other words, it has been empirically determined that a low lamp current is necessary to extend the life. However, the same life cannot always be obtained with the same current, depending on the lamp specifications and lighting conditions. The present inventor has made various studies and found that the life of the lamp is not simply the magnitude of the current, but the current density is important. It has been reached.
そこで、 請求項 1 の発明は、  Therefore, the invention of claim 1 is:
発光管内に、 1 対の放電電極を有 し、 少な く と も、 希ガス と、 金 属のハロゲン化物とが封入された無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプであ つて、 上記放電電極の先端部の断面積を S ( m m 2 ) 、 定格電力で 点灯させた と きのラ ンプ電流を I ( A ) と した と きに、 I / Sが 2 0 ( A/mm 2 ) 以下である こ と を特徴と している。 A mercury-free metal halide lamp that has a pair of discharge electrodes in the arc tube and contains at least a rare gas and a metal halide. S (mm 2) the cross-sectional area of the Kinora lamp current and is lit at the rated power can and was I (a), and this I / S is 2 0 (a / mm 2) or less It is characterized by
また、 請求項 2 の発明は、  The invention of claim 2 is
請求項 1 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 1, wherein
上記 I / Sが 1 5 ( A/m m 2 ) 以下である こ と を特徴と してい る。 It is characterized in that the above I / S is 15 (A / mm 2 ) or less.
また、 請求項 3の発明は、  Also, the invention of claim 3 is:
請求項 1 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプであって、 00/163 P A mercury-free metal halide lamp according to claim 1, wherein 00/163 P
定格電力で点灯させた と きの上記放電電極の先端温度が、 3 2 0 0 K以下である こ とを特徴と している。 これら によ り 、 点灯時間の経過に伴う電極の蒸発等による、 金属 ハロゲン化物の蒸気圧の上昇と電極間距離の増大との相乗効果に よ る ラ ンプ電圧の大幅な上昇変化や発光管の黒化が抑制されるので、 長いラ ンプ寿命を得る こ とができ る。 また、 請求項 4 の発明は、  It is characterized in that the temperature of the tip of the discharge electrode at the time of lighting at the rated power is 320 K or less. As a result, the lamp voltage increases significantly due to the synergistic effect of an increase in the vapor pressure of the metal halide and an increase in the distance between the electrodes due to evaporation of the electrodes with the passage of the lighting time, etc. Since blackening is suppressed, a long lamp life can be obtained. Also, the invention of claim 4 is:
請求項 3 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 3, wherein
定格電力で点灯させた と きの上記放電電極の先端温度力 、 2 5 0 0 K以上である こ と を特徴と している。 これによ り 、 安定 した放電を開始させる こ とが容易にできる。 また、 請求項 5 の発明は、  The temperature characteristic at the tip of the discharge electrode when lit at the rated power is 250 K or more. This makes it easy to start a stable discharge. The invention of claim 5 is:
請求項 1 または請求項 3 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプであって、 上記発光管内に、 スカ ンジウムのハロゲン化物とナ ト リ ゥムのハ ロゲン化物とのう ちの少な く と も何れか一方を含むこ とを特徴と し ている。  The mercury-free metal halide lamp according to claim 1 or claim 3, wherein at least one of a halide of scandium and a halide of sodium is contained in the arc tube. It is characterized by including one of them.
また、 請求項 6 の発明は、  The invention of claim 6 is
請求項 5 の無水銀メ タルハライ ドラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 5, wherein
上記発光管内に、 ィ ンジゥムのハロゲン化物とィ ッ ト リ ゥムのハ ロゲン化物との う ちの少な く と も何れか一方を含むこ と を特徴と し ている。  It is characterized in that the arc tube contains at least one of halide of indium and halogen of indium.
また、 請求項 7 の発明は、 請求項 1 または請求項 3 の無水銀メ タルハ ラ ィ ド ラ ンプであって、 上記発光管内に、 少な く と も、 + 3 価のイ ンジウムのハロゲン化 物とを含むこ と を特徴と している。 The invention of claim 7 is: 4. The mercury-free metal halide lamp according to claim 1 or 3, characterized in that the arc tube contains at least a halide of +3 valent indium. ing.
また、 請求項 8 の発明は、  The invention of claim 8 is:
請求項 7 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 7, wherein
さ らに、 上記発光管内に、 タ リ ウムのハ ロ ゲン化物を含むこ と を 特徴と している。  Further, it is characterized in that the arc tube contains a halide of thallium.
また、 請求項 9 の発明は、  The invention of claim 9 is
請求項 7 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンブであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 7, wherein
さ ら に、 上記発光管内に、 スカ ンジウムのハロゲン化物とナ ト リ ゥムのハ ロゲン化物とのう ちの少な く と も何れか一方を含むこ と を 特徴と している。  Further, the invention is characterized in that the arc tube contains at least one of a halide of scandium and a halide of sodium.
また、 請求項 1 0 の発明は、  The invention of claim 10 is
請求項 8 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 8, wherein
さ ら に、 上記発光管内に、 スカ ンジウムのハ ロゲン化物とナ ト リ ゥムのハロゲン化物とのう ちの少な く と も何れか一方を含むこ と を 特徴と している。  Further, the invention is characterized in that the arc tube contains at least one of a halide of scandium and a halide of sodium.
また、 請求項 1 1 の発明は、  In addition, the invention of claim 11
請求項 7 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 7, wherein
上記 + 3価のイ ンジウムのハロゲン化物は、 ヨ ウ化物または臭化 物の少な く と も何れか一方である こ とを特徴と している。 これら によ り 、 高いラ ンプ電圧を得る こ とができるので、 電流密 度を小さ く 抑える こ とが容易にで き、 したがって、 確実にラ ンプ寿 命を向上させる こ とができる。 また、 請求項 1 2 の発明は、 The above-mentioned halide of trivalent indium is characterized in that it is at least one of iodide and bromide. As a result, a high lamp voltage can be obtained, so that the current density can be easily suppressed to be small, and therefore, the lamp life can be surely improved. Also, the invention of claim 12 is
請求項 1 または請求項 3 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、 上記発光管を保持する外管を備え、 上記外管には赤外線反射層が 形成されている こ と を特徴と している。 これによ り 、 ラ ンプの保温性が高 く なるので、 金属ハロゲン化物 の蒸気圧が上昇 しやす く な り 、 やは り 、 ラ ン プ電圧を高 く する こ と ができるので、 電流密度を小さ く 抑える こ とが容易にでき、 したが つて、 確実にラ ンプ寿命を向上させる こ とができる。  The mercury-free metal halide lamp according to claim 1 or 3, further comprising an outer tube for holding the arc tube, wherein the outer tube is provided with an infrared reflection layer. I have. As a result, the heat retention of the lamp is increased, so that the vapor pressure of the metal halide is easily increased, so that the lamp voltage can be increased. Therefore, the lamp life can be easily reduced, and therefore, the lamp life can be reliably improved.
図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1 は、 実施の形態 1 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプを示す断面 図 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a mercury-free metal halide lamp according to the first embodiment.
図 2 は、 実施の形態 1 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプにおける電 流密度と 1 0 0 時間点灯後のラ ンプ電圧上昇率との関係を示すグラ フ  FIG. 2 is a graph showing the relationship between the current density of the mercury-free metal halide lamp of Embodiment 1 and the ramp voltage increase rate after lighting for 100 hours.
図 3 は、 実施の形態 1 の無水銀メ タルハラ ィ ド ラ ンブにおける点 灯時間と電極間距離変化率およびラ ンプ電圧変化率との関係を示す グラ フ  FIG. 3 is a graph showing the relationship between the lighting time, the rate of change of the distance between the electrodes, and the rate of change of the lamp voltage in the mercury-free metal halide lamp of the first embodiment.
図 4 は、 実施の形態 1 の無水銀メ タルハラ ィ ド ラ ンブにおける電 極間距離変化率と ラ ンプ電圧変化率との相関を示すグラ フ  FIG. 4 is a graph showing the correlation between the rate of change of the electrode distance and the rate of change of the lamp voltage in the mercury-free metal halide lamp of the first embodiment.
図 5 は、 実施の形態 1 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプにおける電 流密度と電極の先端温度との関係を示すグラ フ  FIG. 5 is a graph showing the relationship between the current density and the electrode tip temperature in the mercury-free metal halide lamp of the first embodiment.
図 6 は、 実施の形態 3 、 4 の無水銀メ タルハラィ ド ラ ンプを示す 断面図 FIG. 6 shows the mercury-free metal halide lamps of Embodiments 3 and 4. Sectional view
図 7 は、 実施の形態 3 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプの + 3 価の ィ ン ジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3の封入量と ラ ンプ電圧の関係を示す グラ フ Figure 7 is a graph showing the relationship between the mercury-free main Taruhara Lee de ramp of + 3-valent fin di © charging amount of beam of Yo U compound I n I 3 and lamp voltage of the third embodiment
図 8 は、 実施の形態 3 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプの X e の封 入圧と全光束の関係を示すグラ フ  FIG. 8 is a graph showing the relationship between the sealing pressure of Xe and the total luminous flux of the mercury-free metal halide lamp of the third embodiment.
図 9 は、 実施の形態 3 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプを 4 5 Wの 電力で点灯させた場合の + 3 価のイ ンジウ ムのヨ ウ化物 I n I 3の 封入量と全光束の関係を示すグラ フ Figure 9 shows the amount of +3 valent indium iodide I n I 3 and the total luminous flux when the mercury-free metal halide lamp of the third embodiment is turned on with 45 W power. Graph showing the relationship
図 1 0 は、 実施の形態 3 の無水銀メ タルハラィ ド ラ ンプを 3 5 W の電力で点灯させた場合の + 3 価のイ ン ジ ウ ムのヨ ウ化物 I n I ;, の封入量と全光束の関係を示すグラ フ  Fig. 10 shows the amount of +3 valent indium iodide I n I;, when the mercury-free metal halide lamp of the third embodiment is turned on with 35 W power. Graph showing the relationship between
図 1 1 は、 実施の形態 4 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプのヨ ウ化 タ リ ゥムの封入量と ラ ンプ電圧の関係を示すグラ フ  FIG. 11 is a graph showing the relationship between the amount of thallium iodide and the lamp voltage of the mercury-free metal halide lamp of the fourth embodiment.
図 1 2 は、 実施の形態 4 の無水銀メ タルハ ラ イ ド ラ ンプのヨ ウ化 夕 リ ゥムの封入量と全光束の関係を示すグラ フ  FIG. 12 is a graph showing the relationship between the amount of the iodide and the total luminous flux of the mercury-free metal halide lamp of the fourth embodiment.
図 1 3 は、 実施の形態 4 の無水銀メ タルハラィ ド ラ ンプの X e の 封入圧と ラ ンプ電圧の関係を示すグラ フ  FIG. 13 is a graph showing the relationship between the filling pressure of Xe and the lamp voltage of the mercury-free metal halide lamp of the fourth embodiment.
図 1 4 は、 実施の形態 4 の無水銀メ タルハラィ ド ラ ンプの X e の 封入圧と全光束の関係を示すグラ フ  FIG. 14 is a graph showing the relationship between the sealing pressure of Xe and the total luminous flux of the mercury-free metal halide lamp of the fourth embodiment.
図 1 5 は、 実施の形態 5 の赤外線反射膜がコ一テ ィ ングされた無 水銀メ タルハラ イ ドラ ンプを示す断面図  FIG. 15 is a cross-sectional view showing a mercury-free metal halide lamp with the infrared reflecting film of Embodiment 5 coated thereon.
図 1 6 は、 従来のメ タルハライ ドラ ンプを示す断面図  Fig. 16 is a cross-sectional view showing a conventional metal halide lamp.
発明を実施するための最良の形態 (各実施の形態の概要) BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Summary of each embodiment)
まず、 以下の各実施の形態の概要について説明する。  First, an outline of each of the following embodiments will be described.
本発明の基本原理は、 電流密度を小さ く する こ と によって、 また、 電極の先端温度を低く する こ とによって、 ラ ンプの長寿命化を図 り 得る こ とである。 以下の実施の形態 1 においては、 ラ ンプを長寿命 化 し得る電流密度、 および電極の先端温度について説明する。  The basic principle of the present invention is to extend the lamp life by reducing the current density and the temperature of the electrode tip. In the following first embodiment, a description will be given of a current density capable of extending the life of a lamp and a temperature of an electrode tip.
こ こで、 上記電流密度を小さ く する第 1 の方法 と しては、 電極棒 を太 く する方法がある。  Here, as a first method for reducing the current density, there is a method of increasing the thickness of the electrode rod.
また、 電流密度を小さ く する第 2 の方法と しては、 ラ ンプ電圧が 高 く なる よ う にする方法がある。 このラ ンプ電圧を高 く する方法に は、 さ ら に、 電極間距離を大き く 設定する方法と、 発光管内に封入 する封入物 (発光物質) の蒸気圧を高 く する方法とがある。 上記封 入物の蒸気圧を高 く する方法には、 また、 さ ら に、 蒸気圧の高い封 入物 (例えばスカ ンジウムのハロ ゲン化物ゃィ ッ ト リ ウムのハロ ゲ ン化物など) を用いる方法と、 発光管の管壁温度を高 く する方法 と がある。  As a second method of reducing the current density, there is a method of increasing the lamp voltage. Methods of increasing the lamp voltage include a method of setting a large distance between the electrodes and a method of increasing the vapor pressure of the filling material (luminescent substance) to be filled in the arc tube. Methods for increasing the vapor pressure of the above-mentioned inclusions also include the use of additional high-vapor-pressure enclosures (e.g., halides of scandium and halogenates of lithium). There are a method of using the method and a method of increasing the temperature of the arc tube.
そこで、 実施の形態 2 においては、 上記電極棒を太 く する方法、 およびラ ンプ電圧を高 く するために電極間距離を大き く 設定する方 法について説明する。  Therefore, in a second embodiment, a method for increasing the thickness of the electrode rod and a method for setting the distance between the electrodes to increase the lamp voltage will be described.
また、 実施の形態 3 , 4 においては、 ラ ンプ電圧を高 く するため に、 蒸気圧を高 く する こ とがで きる封入物について説明する。  Further, in Embodiments 3 and 4, a description will be given of an enclosure capable of increasing the vapor pressure in order to increase the lamp voltage.
また、 実施の形態 5 においては、 ラ ンプ電圧を高 く するために、 発光管の管壁温度を高 く する方法について説明する。 (実施の形態 1 )  In the fifth embodiment, a method for increasing the lamp wall temperature of the arc tube in order to increase the lamp voltage will be described. (Embodiment 1)
以下に本発明の実施の形態 1 について説明する。 図 1 は、 本発明 の実施の形態 1 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプを示す断面図である < 図 1 において、 1 は石英を材料とする発光管、 発光管 1 の両端に ある 2は封止部である。 3は、 タ ングステン を材料とする一対の電 極、 4はモ リ ブデン箔、 5は同 じ く モ リ プデンを材料とする リ ー ド 線である。 電極 3は、 封止部 2 に封止されたモ リ ブデン箔 4の一端 に電気的に接続され、 さ ら にモ リ ブデン箔 4の他端には リ ー ド線 5 が電気的に接続されている。 発光管 1 内には、 後述するハロゲン化 物 7、 および図示 しない希ガスが封入されている。 また、 同図にお いて、 電極 3 における先端面の面積 (先端部が球面な どである場合 には先端部の断面積 : 以下、 電極断面積と総称する。 ) を S、 電極Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. FIG. 1 is a sectional view showing a mercury-free metal halide lamp according to the first embodiment of the present invention. <In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an arc tube made of quartz, and reference numerals 2 at both ends of the arc tube 1 denote sealing portions. 3 is a pair of electrodes made of tungsten, 4 is a molybdenum foil, and 5 is a lead wire also made of a molybdenum material. The electrode 3 is electrically connected to one end of the molybdenum foil 4 sealed in the sealing portion 2, and a lead wire 5 is electrically connected to the other end of the molybdenum foil 4. Have been. The arc tube 1 is filled with a later-described halide 7 and a rare gas (not shown). In the figure, the area of the tip surface of the electrode 3 (the cross-sectional area of the tip portion when the tip portion is spherical, etc .; hereinafter, collectively referred to as the electrode cross-sectional area) is denoted by S and the electrode.
3 . 3 間の距離を L、 電極 3 · 3 間の電圧 (ラ ンプ電圧) を V、 電 極 3 · 3間に流れる電流 (ラ ンプ電流) を I 、 放電アーク を Aで表 している。 The distance between 3.3 is represented by L, the voltage between the electrodes 3 and 3 (ramp voltage) is represented by V, the current flowing between the electrodes 3.3 and 3 (lamp current) is represented by I, and the discharge arc is represented by A. .
上記のよ う な構造で、 例えば電極間距離 Lを 3 . 5〜 4 . 3 m m, 電極断面積 S を 1 . 1 6 9 〜 1 . 3 2 7 m m 2 (電極 3 の先端部が 平面で直径 øが 0 . 2 5〜 0 . 4 6 mm) 、 ノヽロ ゲン化物 7 と して 下記 (表 1 ) に示すものを封入 した種々のラ ンプを作製 し、 3 5 〜In Structure Do you Yo above, for example, the inter-electrode distance L 3. 5~ 4. 3 mm , the electrode cross-sectional area S 1. 1 6 9 ~ 1 . 3 tip of 2 7 mm 2 (electrode 3 is a plane Various lamps with the diameter ø of 0.25 to 0.46 mm) and encapsulation of the following compounds (Table 1) as the nitrogenated compounds 7 were prepared.
4 5 Wのラ ンプ電力で、 安定な放電アーク Aが生 じる状態で連続 し て 1 0 0時間点灯させて、 ラ ンプ電圧を測定 した。 With a lamp power of 45 W, the lamp was lit continuously for 100 hours with a stable discharge arc A, and the lamp voltage was measured.
表 1  table 1
Figure imgf000012_0001
この と きの点灯開始直後のラ ンプ電圧 V Q に対する、 1 0 0時間 点灯後のラ ンプ電圧 V I 。 Qの上昇率 Rv、 すなわち、
Figure imgf000012_0001
At this time, the lamp voltage VI after lighting for 100 hours with respect to the lamp voltage VQ immediately after starting lighting. Q rise rate Rv, ie
Rv= ( V 1 0 0 - V 0 ) / V 0 (式 1 ) Rv = (V 1 0 0 -V 0 ) / V 0 (Equation 1)
を求めた。 こ のラ ン プ電圧上昇率と電流密度 (ラ ン プ電流 1 /電極 断面積 S ) との関係を図 2 に示す。 なお、 同図には約 3 %の測定誤 差をエラーバーで表 している。 同図から判る よ う に、 ラ ンプ電圧上 昇率は、 電流密度が約 2 O A/m m 2 を越える と、 極端に増大 して いる。 こ の場合 (例えば、 3 O A/mm 2の場合) 、 電極 3の一部 は蒸発 し、 残った部分は ヒダ状に変形する。 上記蒸発によって発光 管 1 の黒化が生 じ、 光束の維持率が大幅に低下する。 また、 電流密 度が大きい と、 アークが不安定にな り がちである。 一方、 電流密度 が約 2 O A/m m 2以下であれば、 ラ ン プ電圧上昇率 R v が約 0 . 1 以下 とな り 、 一般的に良品限界と される条件を満足する。 また、 電流密度が約 1 O A/m m 2以下であれば、 ラ ン プ電圧上昇率を大 幅に減少させる こ とがで きる。 これらの場合 (例えば 8 A / m m 2 の場合) 、 電極 3 の変形はほとんどな く 、 黒化によ る光束の低下も 生 じなかった。 I asked. Figure 2 shows the relationship between the ramp voltage rise rate and the current density (lamp current 1 / electrode cross-sectional area S). In the figure, the measurement error of about 3% is represented by an error bar. As can be seen from the figure, the ramp voltage increase rate increases extremely when the current density exceeds about 2 OA / mm 2 . In this case (for example, in the case of 3 OA / mm 2 ), part of the electrode 3 evaporates, and the remaining part is deformed into a fold. The evaporation causes blackening of the arc tube 1, and the luminous flux maintenance rate is greatly reduced. Also, when the current density is large, the arc tends to be unstable. On the other hand, if the current density is about 2 OA / mm 2 or less, the ramp voltage rise rate R v becomes about 0.1 or less, which satisfies the condition generally regarded as a non-defective product limit. If the current density is about 1 OA / mm 2 or less, the ramp voltage rise rate can be significantly reduced. In these cases (for example, in the case of 8 A / mm 2 ), the electrode 3 was hardly deformed, and the luminous flux was not reduced by blackening.
上記のよ う に電流密度の上昇に伴ってラ ン プ電圧上昇率が急激に 増大する理由を以下に説明する。  The reason why the ramp voltage rise rate sharply increases as the current density rises as described above is explained below.
ラ ン プ電圧 V iaは、 一般に  The ramp voltage Via is generally
V laoc N 1 / 2 X L (式 2 ) V laoc N 1/2 XL (Equation 2)
で表される。 It is represented by
こ こ で、 Nはラ ンプ内の粒子密度、 Lは電極間距離である。  Here, N is the particle density in the lamp, and L is the distance between the electrodes.
そこで、 上記無水銀ラ ンプと従来の有水銀ラ ンプと について、 無 水銀ラ ン プは約 2 5 A/m m 2、 有水銀ラ ンプは約 8 A/m m 2の 電流密度で点灯させ、 点灯時間の経過に伴っ て ラ ン プ電圧 V 1 a と 電極間距離 L とを測定 し、 それそれの点灯開始直後の値からの変化 率を求めた と こ ろ、 図 3 に示すよ う になった。 すなわち、 有水銀ラ ンプの場合には、 点灯時間の経過 と と も に、 ラ ンプ電圧 V 1 a の変 化率、 および電極間距離 Lの変化率は、 わずかに増大するだけなの に対 して、 無水銀ラ ンプの場合には、 と も に大幅に増大する。 また、 ラ ン プ電圧 V i a の変化率 と電極間距離 Lの変化率との関係を見る と、 図 4 に示すよ う に、 有水銀ラ ン プでは、 勾配が約 0 . 9 、 すな わち ラ ンプ電圧 V 1 a の変化率 と電極間距離 Lの変化率とは、 ほほ 同程度に増大する。 一方、 無水銀ラ ン プでは、 勾配が約 2 であ り 、 電極間距離 Lの変化率に比べて ラ ンプ電圧 V 1 a の変化率の方が、 よ り 大き く 増大する。 Therefore, for the above mercury-free lamp and a conventional organic mercury lamp, a mercury-free run-flop about 2 5 A / mm 2, chromatic mercury lamp is about 8 A / mm 2 The lamp was lit at the current density, the lamp voltage V1a and the distance L between the electrodes were measured over the lighting time, and the rate of change from the value immediately after the start of lighting was determined. The result is shown in Fig. 3. That is, in the case of a mercury-containing lamp, the rate of change of the lamp voltage V1a and the rate of change of the distance L between the electrodes increase only slightly with the elapse of the lighting time. However, in the case of mercury-free lamps, both increase significantly. Looking at the relationship between the rate of change of the lamp voltage V ia and the rate of change of the distance L between the electrodes, as shown in Fig. 4, in the case of a mercury-containing lamp, the slope is about 0.9, That is, the rate of change of the lamp voltage V 1 a and the rate of change of the inter-electrode distance L increase almost to the same extent. On the other hand, in the mercury-free lamp, the gradient is about 2, and the rate of change of the lamp voltage V1a is larger than that of the distance L between the electrodes.
上記のよ う に有水銀ラ ンプでラ ンプ電極間距離 Lの変化率がわず かに しか増大 しないのは、 電極 3 ほとんど蒸発 しないためであ り 、 ま た、 ラ ンプ電圧 V 1 a の変化率 と電極間距離 Lの変化率との増大 程度がほぼ同程度であるのは、 封入された水銀が全て水銀蒸気と な つているために、 上記 (式 2 ) 中の Nにほとんど変化がないため と 考 え ら れ る (つ ま り 、 主 と して 前記 (式 2 ) の L だ けが変化す る。 ) 。 一方、 無水銀ラ ン プで ラ ン プ電極間距離 L の変化率が大幅 に増大するのは、 電極 3 が盛んに蒸発するためであ り 、 また、 ラ ン プ電圧 V I a の変化率が電極間距離 L の変化率よ り も さ ら に大幅に 増大するのは、 電極 3 の蒸発に伴って、 電極間距離 Lが増大する と と も に、 金属ハロゲン化物の蒸気圧も上昇するためである と考え ら れる (つま り 、 前記 (式 2 ) における L と Nがと も に変化する。 ) ( すなわち、 電極間距離 Lが増大する と、 発光管 1 の管壁温度が上昇 し、 金属ハロゲン化物の蒸気圧が上昇 した と考え られる。 実際に、 分光スぺク ト ルを観測 した と こ ろ、 金属のスぺク ト ルが変化 してい る様子が観測された。 As described above, in the mercury lamp, the rate of change of the distance L between the lamp electrodes increases only slightly because the electrode 3 hardly evaporates, and the change in the lamp voltage V 1 a The reason why the rate of change and the rate of change of the distance L between the electrodes are almost the same is that almost all changes in N in the above (Equation 2) occur because the enclosed mercury is all mercury vapor. (That is, only L of the above (Equation 2) mainly changes). On the other hand, in the mercury-free lamp, the rate of change of the distance L between the lamp electrodes increases significantly because the electrode 3 evaporates vigorously, and the rate of change of the lamp voltage VIa increases. The reason why the rate of change of the interelectrode distance L increases more greatly is that the vapor pressure of the metal halide increases as the interelectrode distance L increases as the electrode 3 evaporates. (That is, L and N in the above (Equation 2) both change.) (That is, when the distance L between the electrodes increases, the tube wall temperature of the arc tube 1 increases, It is considered that the vapor pressure of the metal halide has increased. When the spectral spectrum was observed, it was observed that the metallic spectrum was changing.
したがって、 前記のよ う に、 電流密度が大きいほど、 ラ ンプ電圧 が急激に増大 し、 発光管 1 の黒化による寿命の低下が著 し く なる一 方、 電流密度を 2 O A / m m 2以下、 よ り 好ま し く は 1 O A/ m m 2 にする こ とによ り 、 ラ ンプ電圧上昇率を大幅に抑え る こ とがで き、 長いラ ンプ寿命を得る こ とができる。 Therefore, as described above, as the current density increases, the lamp voltage increases sharply, and the life of the arc tube 1 decreases significantly due to blackening, while the current density decreases to 2 OA / mm 2 or less. More preferably, by setting it to 1 OA / mm 2 , the ramp voltage increase rate can be greatly suppressed, and a long lamp life can be obtained.
次に、 上記電流密度に対応する指標と して、 電極の先端温度を用 いる例を説明する。 すなわち、 電極の先端温度が高いほど、 電極の 蒸発が促進されるので、 この温度を低 く 抑える こ と によ り 、 ラ ンプ 電圧上昇率を小さ く して、 ラ ンプ寿命を長 く する こ とができる。 こ こで、 一般に、 メ タルハラィ ド ラ ンプの電極温度を直接測定する こ とは非常に困難である。 しか し、 本発明者らが日本国特開平 4 _ 9 9 号公報にて開示 した手法を用いる こ とによって、 金属特有のスぺ ク ト ルに起因する ノ イ ズを除去でき、 非常に精度の高い測定を簡便 にする こ とができる。  Next, an example in which the tip temperature of the electrode is used as an index corresponding to the current density will be described. In other words, the higher the temperature of the electrode tip, the more the evaporation of the electrode is promoted. By keeping this temperature low, the ramp voltage rise rate is reduced and the lamp life is prolonged. Can be. Here, in general, it is very difficult to directly measure the electrode temperature of a metal-halide lamp. However, by using the method disclosed by the present inventors in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-99, noise due to the spectrum unique to the metal can be removed, and the accuracy is extremely high. Measurement with high sensitivity can be simplified.
具体的には、 まず、 2 つの波長 λ ΐ , λ 2 (例えばえ 1 = 6 1 3 n m、 A 2 = 8 0 7 n m ) の光の輝度 L I , L 2 を測定 して、 輝度 比 R を求める。  Specifically, first, the luminances LI and L2 of light of two wavelengths λ ΐ and λ 2 (for example, 1 = 613 nm, A 2 = 807 nm) are measured, and the luminance ratio R is calculated. Ask.
R = L 1 ( A l ) / L 2 ( λ 2 ) ( 3 )  R = L 1 (A l) / L 2 (λ 2) (3)
次に、 上記輝度比 R を用いて、 電極温度 T を算出する。  Next, the electrode temperature T is calculated using the luminance ratio R.
T = C ( 1 / λ 1 - 1 / λ 2 ) / I n ( R x λ 1 5 / λ 2T = C (1 / λ 1-1 / λ 2) / In (R x λ 15 / λ 2
5 ) ( 4 ) 5 ) (4)
こ こで、 C = 0 . 0 0 1 4 3 8 8 [ m ' K ] である。  Here, C = 0.001 4 3 8 8 [m'K].
このよ う に して求めた電極の先端温度と、 電流密度 との関係を図 5 に示す。 同図か ら判る よ う に、 2 O A /m m 2の電流密度に対応 する電極の先端温度は 3 2 0 0 Kであ り 、 この温度以下になる よ う にする こ と によ り 、 ラ ンプを長寿命化する こ とがで きる。 なお、 安 定 した放電を開始させるためには、 2 5 0 0 K以上になる よ う にす る こ とが好ま しい。 Figure 5 shows the relationship between the electrode tip temperature obtained in this way and the current density. As can be seen from the figure, it corresponds to a current density of 2 OA / mm 2 The temperature at the tip of the electrode used is 320 K, and by keeping the temperature at or below this temperature, the lamp life can be extended. In order to start a stable discharge, it is preferable that the temperature be 250 K or more.
(実施の形態 2 ) (Embodiment 2)
電流密度を小さ く する具体的な方法について説明する。  A specific method for reducing the current density will be described.
まず、 電流密度は、 電極棒を太 く する こ と に よ って、 小さ く する こ とがで きる。 具体的には、 例えば定格電力が 3 5 Wで、 ラ ンプ電 圧が 7 0 Vの場合、 ラ ンプ電流は 0 . 5 Aになるので、 電極断面積 を 0 . 0 2 5 m m 2 (円形断面の場合には直径が約 ◦ . 1 8 m m ) 以上にする こ と によ り 、 電流密度を 2 O A / m m 2以下に抑え る こ とができ る。 ただ し、 あま り 太 く する と、 発光管の耐圧力が電極棒 径に反比例 して低下する。 すなわち、 発光管における電極棒との接 合部の隙間付近に生 じる応力が大き く なる。 それゆえ、 例えば自動 車用ラ ンプのよ う に、 発光管の内部が高圧 (例えば点灯時に 1 0 0 気圧) になる場合な どには、 機械的な強度の点か らは、 電極棒怪を よ り 小さ く する こ とが好ま しい。 また、 点灯開始時の光束の立ち上 が り 時間を短 く するためには、 やは り 、 電極棒径を小さ く する こ と が好ま しい。 First, the current density can be reduced by making the electrode rod thicker. Specifically, for example, when the rated power is 35 W and the lamp voltage is 70 V, the lamp current is 0.5 A, so the electrode cross-sectional area is 0.025 mm 2 (circular shape). In the case of a cross section, the current density can be suppressed to 2 OA / mm 2 or less by making the diameter approximately ◦ .18 mm) or more. However, if the thickness is too large, the withstand pressure of the arc tube decreases in inverse proportion to the electrode rod diameter. That is, the stress generated in the vicinity of the gap between the arc tube and the electrode rod becomes large. Therefore, in the case where the inside of the arc tube is at a high pressure (for example, 100 atm at the time of lighting), as in a lamp for an automobile, for example, the electrode rod may be damaged due to its mechanical strength. It is preferable to make it smaller. In order to shorten the rise time of the light beam at the start of lighting, it is preferable to reduce the diameter of the electrode rod.
また、 電極間距離を大き く して、 ラ ンプ電圧を高 く する こ とによ つて も、 電流密度を小さ く する こ とがで きる。 例えば、 従来の通常 のラ ンプのよ う に 4 m m程度であっ たものを 5 m m程度に増大させ る と、 ンプ電圧を約 2 5 %上昇させる こ とができる。 それゆえ、 電流密度を小さ く する こ とが容易になる。 ただ し、 自動車の前照灯 等、 反射鏡と と も に使用される場合な どは、 光源の大きさの点から、 電極間距離をあま り 大き く しないほう が好ま しい。 Also, the current density can be reduced by increasing the distance between the electrodes and increasing the lamp voltage. For example, increasing the pump voltage from about 4 mm to about 5 mm as in a conventional normal lamp can increase the pump voltage by about 25%. Therefore, it is easy to reduce the current density. However, when used together with a reflector such as a headlight of an automobile, the size of the light source is limited. It is preferable not to make the distance between the electrodes too large.
(実施の形態 3 ) (Embodiment 3)
蒸気圧を高 く してラ ンプ電圧を高 く する こ とがで きる封入物につ いて説明する。  The following describes an enclosure that can increase the lamp voltage by increasing the vapor pressure.
以下に本発明の実施の形態 3 について説明する。 図 6は、 本発明 の実施の形態 3の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプを示す断面図である , 図 6 において、 1 は石英を材料とする発光管、 発光管 1 の両端に ある 2は封止部である。 3 は、 タ ングステ ン を材料とする一対の電 極、 4はモ リ ブデン箔、 5は同 じ く モ リ ブデンを材料とする リ ー ド 線である。 電極 3 は、 封止部 2 に封止されたモ リ ブデン箔 4の一端 に電気的に接続され、 さ ら にモ リ ブデン箔 4の他端には リ ー ド線 5 が電気的に接続されている。  Hereinafter, Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a mercury-free metal halide lamp according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, reference numeral 1 denotes an arc tube made of quartz, and 2 at both ends of the arc tube 1. It is a stop. 3 is a pair of electrodes made of tungsten, 4 is a molybdenum foil, and 5 is a lead wire made of the same molybdenum. The electrode 3 is electrically connected to one end of the molybdenum foil 4 sealed in the sealing portion 2, and a lead wire 5 is electrically connected to the other end of the molybdenum foil 4. Have been.
発光管 1 内で電極 3 の先端は、 その先端間距離、 つま り 電極間距 離が約 4 . 2 ( m m) になる よ う に配置されている。  The tip of the electrode 3 in the arc tube 1 is arranged so that the distance between the tips, that is, the distance between the electrodes is about 4.2 (mm).
発光管 1 の内容積は、 約 0 . 0 2 5 ( c c ) であ り 、 その内部に は、 約 0 . 2 m gの + 3価のイ ンジ ウムのヨ ウ化物 I n l 3 (単位 発光管内容積当た り 約 8 . O m g / c c ) と、 約 0 . 1 9 m gの ョ ゥ化スカ ンジウム (単位発光管内容積当た り 約 8 , O m g/ c c ) と、 約 0 . 1 6 m gのヨ ウ化ナ ト リ ウム (単位発光管内容積当た り 約 6 . 4 m g / c c ) とから構成されたハロ ゲン化物 7、 および図 には示さないが室温で約 0 . 7 M P aのキセ ノ ンガスが封入されて いる。 The inner volume of the arc tube 1 is about 0.025 (cc), and about 0.2 mg of + trivalent indium iodide Inl 3 (unit in the arc tube) About 8.0 mg / cc per volume) and about 0.19 mg of scandium iodide (about 8, O mg / cc per unit arc tube volume) and about 0.16 mg Of sodium iodide (about 6.4 mg / cc per unit arc tube volume), and about 0.7 MPa at room temperature, not shown in the figure. Xenon gas is sealed.
従来 メ タルハライ ド ラ ンプの構成と比較 して、 本実施の形態の メ タルハライ ド ラ ンプの大きな構成の特徴は、 水銀を含んでいない こ と と、 さ ら に封入されるイ ンジウムのヨ ウ化物が、 + 3価のイ ン ジゥムのヨ ウ化物 I n I 3である点である。 Compared to the structure of the conventional metal halide lamp, the feature of the large structure of the metal halide lamp according to the present embodiment is that it does not contain mercury, and that the indium that is further enclosed is indium. Is a trivalent indium It is the iodide I n I 3 of the jam.
+ 3価のィ ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3が封入された本実施の形 態の無水銀メ タルハライ ドラ ンプで驚 く べき事は、 水銀を含まない にも関わ らず、 非常に高いラ ンプ電圧で点灯動作する こ とである。 例えば 4 5 Wのラ ンプ電力で点灯動作させた場合の本実施の形態の ラ ンプのラ ンプ電圧は約 5 5 Vであ り 、 また 3 5 Wのラ ンプ電力で 点灯動作させた場合のラ ンプ電圧は約 5 0 Vである。 本実施の形態 に示 した ラ ン プから + 3価のイ ンジ ウムのヨ ウ化物 I n l 3を取 り 除いた構成のラ ンプは、 2 5 W ~ 5 0 Wのラ ンプ電力で点灯動作さ せて も、 たっ た約 2 7 V程度のラ ンプ電圧 しか得 られない。 さ ら に 本実施の形態の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプにおいて、 + 3価のィ ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3 を、 + 1価のィ ン ジ ゥムのヨ ウ化物 I n l に置換 した場合のラ ンプにおいて も、 例えば 3 5 Wのラ ンプ電 力での点灯動作時のラ ンプ電圧は約 4 5 Vと、 本実施の形態のラ ン プのラ ンプ電圧には及ばない。 + The surprising thing about the mercury-free metal halide lamp of this embodiment, which contains the trivalent zinc iodide I n I 3, is that it is very mercury-free. The lighting operation is performed at a very high lamp voltage. For example, when the lamp is operated with a lamp power of 45 W, the lamp voltage of the lamp of this embodiment is about 55 V, and when the lamp is operated with a lamp power of 35 W, The lamp voltage is about 50 V. The lamp shown in this embodiment in which +3 valent indium iodide Inl 3 is removed from the lamp described in this embodiment operates with a lamp power of 25 W to 50 W. Even so, a lamp voltage of only about 27 V can be obtained. In addition, in the mercury-free metal halide lamp of the present embodiment, + trivalent zinc iodide I n I 3 and + monovalent zinc iodide I Even in the case where the lamp is replaced with nl, for example, the lamp voltage during the lighting operation with a lamp power of 35 W is about 45 V, and the lamp voltage of the lamp of the present embodiment is Not reachable.
このよ う に I n I 3 を封入する こ と に よって高いラ ン プ電圧が得 られるために、 本実施の形態のラ ンプは、 数百時間以上にわた り 、 発光管の黒化もな く 実質上何 ら変化を生 じる こ とな く 点灯させる こ とができる。 For this and the result high run-up voltage to encapsulate I n I 3 to the good cormorants is obtained, lamp of this embodiment, Ri cotton to more than several hundred hours, it also blackening of the arc tube It can be turned on with virtually no change.
また、 上記のよ う に高いラ ンプ電圧を得る こ とができるので、 電 流密度を 2 O A/m m 2以下にする こ とが容易にで き、 確実にラ ン プ寿命を向上させる こ とができる。 具体的には、 例えば電極 3 の直 径が 0 . 2 5 m m、 ラ ンプ電力が 3 5 Wの場合、 ラ ンプ電圧が約 3 5 . 7 y以上になる よ う に、 I n I 3等の封入量を設定すればよい。 上記の例では、 約 0 . 2 m gの + 3価のイ ンジウムのヨ ウ化物 I n I 3 (単位発光管内容積当た り 約 8 . O m g/ c c ) が封入され た無水銀メ タルハライ ドラ ンプを例に説明 しているが、 図 7 に示す よ う に、 + 3 価のィ ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3の封入量を増加さ せた構成とする こ とで、 さ ら に高いラ ンプ電圧が得られ、 それ故、 寿命に対 して も有利に働 く こ とがわかった。 図 7 は本実施の形態の 無水銀メ タルハライ ドラ ンプにおいて、 + 3 価のイ ンジウムのヨ ウ 化物 I n I 3の封入量を増加させて、 3 5 Wま たは 4 5 Wのラ ン プ 電力で点灯動作させ場合の、 ラ ンプ電圧と + 3 価のィ ンジゥムのョ ゥ化物 I n l 3 の封入量との関係を示すグラ フである。 + 3価のィ ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3の封入量が多ければ多いほど、 ラ ン プ 電圧はよ り 高 く なる。 In addition, since a high lamp voltage can be obtained as described above, the current density can be easily reduced to 2 OA / mm 2 or less, and the lamp life can be reliably improved. Can be. Specifically, for example, when the diameter of the electrode 3 is 0.25 mm and the lamp power is 35 W, the I n I 3 and the like are set so that the lamp voltage becomes about 35.7 y or more. May be set. In the above example, about 0.2 mg of + trivalent indium iodide In I 3 (about 8.0 mg / cc per unit arc tube volume) is enclosed. As an example, the mercury-free metal halide lamp was used as an example, as shown in Fig. 7, with a configuration in which the encapsulation amount of the iodide I n I 3 of the +3 valent indium was increased. By doing so, it was found that a higher lamp voltage was obtained, and therefore, the working life was also advantageously improved. Figure 7 is the mercury-free main Taruharai Dora pump of this embodiment, + trivalent increase the amount of enclosed Yo U compound I n I 3 Lee indium, 3 5 W or is 4 5 W of run- when is lit operating at up power is a graph showing the relationship between the amount of enclosed ® © product I nl 3 of the lamp voltage and + 3-valent I Njiumu. The more + trivalent enclosed amount of I Nji ©-time of Yo c monster I n I 3 is larger, run-up voltage is high Ku becomes Ri good.
なお、 こ の + 3 価のイ ンジ ウムのヨ ウ化物 I n l 3の封入量の增 加による ラ ンプ電圧の上昇効果は、 ラ ンプ電力や電極間距離、 発光 管 1 の内容積、 X e ガスの封入圧力、 スカ ンジウムのヨ ウ化物ゃナ ト リ ゥムのヨ ウ化物の量、 あるいは + 3 価のィ ンジゥムのヨ ウ化物 I n I 3 と と も に封入される他のハ ロゲン化物の種類や量など、 他 の構成要素に関係な く 得られる。 Incidentally, increasing effect of the lamp voltage due增pressurized encapsulation of Yo U compound I nl 3 of + 3-valent Lee Nji um This, lamp power and distance between the electrodes, the internal volume of the arc tube 1, X e Gas filling pressure, amount of scandium iodide / aluminium iodide, or other halogens that are enclosed with the +3 valent indium iodide I n I 3 Obtained irrespective of other components such as the type and amount of the compound.
また室温で約 0 . 7 M P a 7 0 O k P aのキセ ノ ンガスが封入さ れている例を示 したが、 図 8 に示すよ う に、 さ ら に高い圧力のキセ ノ ンガスを封入する と、 全光束がほぼリ ニアに増加する。 図 8 は 4 5 Wのラ ンプ電力で点灯された本実施の形態の無水銀メ タルハラ イ ドラ ンプにおいて、 キセ ノ ンガスの封入圧力 (室温換算値) と全光 束の関係を、 + 3 価のイ ンジウ ムのヨ ウ化物 I n l 3の封入量をパ ラメ 一夕 に と って示 したグラ フである。 しかも驚 く べき こ とに、 + 3 価のィ ンジ ゥ ムのヨ ウ化物 I n I 3 を封入 した構成の本実施の形 態の無水銀メ タルハライ ドラ ンプにおいては、 このキセ ノ ンガス封 入圧の増加に伴う発光管 1 のホ ッ ト スポ ッ ト (最高温部 : すなわち 発光管を水平に保持 して点灯させた場合、 発光管 1 の上部外面) の 温度上昇が無視できるほど小さ く 、 したがってキセ ノ ンガスの封入 圧の増加に伴う発光管 1 の膨れの可能性が低い。 In addition, an example was shown in which xenon gas of about 0.7 MPa 70 kPa was sealed at room temperature, but as shown in Fig. 8, xenon gas at a higher pressure was sealed. Then, the total luminous flux increases almost linearly. Figure 8 shows the relationship between the xenon gas charging pressure (converted to room temperature) and the total luminous flux of the mercury-free metal halide lamp of this embodiment, which was turned on with a lamp power of 45 W. This is a graph showing the amount of encapsulated indium iodide Inl 3 of the indium over a night. Moreover on the surprising rather should this, in the +3 valent I Nji © beam Yo U compound I n I 3 mercury-free main Taruharai Dora pump in the form status of this embodiment of the encapsulated structure and the xenon Roh Ngasu sealed entrance The hot spot of the arc tube 1 with increasing pressure (highest temperature part: When the arc tube is held horizontally and lit, the temperature rise in the upper outer surface of the arc tube 1 is so small that it can be neglected. Therefore, there is a possibility that the arc tube 1 may expand due to an increase in the xenon gas filling pressure. Low.
上記のよ う に少な く と もキセノ ンガス と + 3 価のィ ンジゥムのョ ゥ化物 I n I 3 が発光管 1 に封入された本実施の形態の無水銀メ タ ルハライ ド ラ ンプは、 キセノ ンガスの封入圧を増加させる と、 ほぼ ホ ッ ト スポッ ト の温度上昇な しに、 全光束が増加 し、 また + 3 価の ィ ンジゥムのヨ ウ化物 I n I 3 を増加させる と ラ ンプ電圧が増加す る特徴を有する。 そ して これらの効果は、 ラ ンプ電力や電極間距離、 発光管 1 の内容積、 スカ ンジウムのヨ ウ化物やナ ト リ ウムのヨ ウ化 物の量、 ある いは + 3 価のイ ン ジウ ムのヨ ウ化物 I n I 3 と と も に 封入される他のハ ロゲン化物の種類や量な ど、 他の構成要素に関係 な く 得られる。 As described above, the mercury-free metal halide lamp according to the present embodiment in which at least xenon gas and the iodide I n I 3 of the +3 valence alloy are sealed in the arc tube 1 is a xenon gas. Increasing the gas filling pressure increases the total luminous flux almost without increasing the temperature of the hot spot, and increases the lamp voltage by increasing the iodide I n I 3 of the +3 valence alloy. Has the characteristic of increasing. These effects depend on the lamp power, the distance between the electrodes, the inner volume of the arc tube 1, the amount of scandium iodide and the amount of sodium iodide, or + 3valent ions. Obtained irrespective of other components such as the type and amount of other halides encapsulated with the iodide I n I 3 of sodium.
こ こで、 キセ ノ ンガスの封入圧力について説明する。 実用に即 し たラ ンプとするために、 本実施の形態に示 した無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプでは、 キセ ノ ンガス の封入圧の上限は、 約 2 . 5 M P a (室温換算値) に設定する こ とが好ま しい。 約 2 . 5 M P a以上封 入 した場合、 本実施の形態の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプの構成で は、 点灯動作中、 電極 3 とモ リ ブデン箔 4 との接続部付近から発光 管 1 内部の気密が漏れる可能性が高 く な り 、 好ま し く ないからであ る。 よ り好ま しいキセ ノ ンガスの封入圧の上限は約 2 . O M P aで ある。 一方、 その下限は、 ラ ンプの始動が容易である 5 〜 2 0 K P a程度が適当である。 ただ し、 短時間での光の立ち上が り が要求さ れる 自動車前照灯用光源と して本発明の無水銀メ タルハライ ド ラ ン プを使用する場合は、 下限は 0 . I M P a程度がよ り 好ま しい。 次に、 + 3 価のイ ン ジ ウムのヨ ウ化物 I n I 3の封入量と光束に ついて説明する。 本発明の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプにおいては、 + 3価のイ ン ジ ウムのヨ ウ化物 I n I 3 の封入量はよ り 多い構成と する方が、 よ り 高いラ ンプ電圧が得 られて、 寿命に関 して有利にな るが、 本実施の形態に示 した無水銀ラ ンプを 自動車前照灯用光源に 使用する場合は、 + 3価のイ ンジウムのヨ ウ化物 I n l 3の封入量 は、 単位発光管内容積当た り約 9 0 . O m g / c c よ り 少ない構成 とする こ とが以下の点で好ま しい。 Here, the sealing pressure of xenon gas will be described. In order to obtain a lamp suitable for practical use, in the mercury-free metal halide lamp described in the present embodiment, the upper limit of the sealing pressure of xenon gas is about 2.5 MPa (converted to room temperature). It is preferable to set to. When sealed at a pressure of about 2.5 MPa or more, the mercury-free metal halide lamp of the present embodiment has a configuration in which the arc tube 1 is connected from the vicinity of the connection between the electrode 3 and the molybdenum foil 4 during the lighting operation. This is because the possibility of leakage of the internal airtightness increases, which is not preferable. The upper limit of the more preferable xenon gas filling pressure is about 2.0MPa. On the other hand, the lower limit is about 5 to 20 KPa, which makes it easy to start the lamp. However, when the mercury-free metal halide lamp of the present invention is used as a light source for a vehicle headlight that requires a short rise of light, the lower limit is about 0.1 IMPa. Is more preferred. Then, the charging amount and the light flux of Yo U compound I n I 3 +3 valent Lee down di ium explain about. In the mercury-free main Taruhara Lee de lamp of the present invention, +3 valent amount of enclosed Lee down di ium Yo U compound I n I 3 is better to be larger structure Ri good, high lamp voltage Ri yo is However, when the mercury-free lamp described in the present embodiment is used for a light source for a vehicle headlight, + trivalent indium iodide I enclosed amount of nl 3 is about 9 0 Ri per unit arc tube volume. O mg / cc or is less than configured to this and is arbitrarily favored in the following points.
すなわち、 現在、 自動車前照灯用 と して多 く 使用されているハ ロ ゲンラ ンプは、 5 5 Wの消費電力で約 1 1 0 0 ( l m ) の全光束が 得 られる。 これに対 し本発明のラ ンプは、 図 9 に示すよ う に + 3価 のィ ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3の封入量を単位発光管内容積当 た り 約 9 0 . O m g/ c c よ り 少ない構成とする と、 たった 4 5 Wの 電力で従来のハロゲン電球よ り も多い光束が得 られ、 よ り経済的で あるからである。 図 9は 4 5 Wのラ ンプ電力で点灯された本実施の 形態の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプにおいて、 全光束と + 3価のィ ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3の封入量の関係を、 キセ ノ ンガスの封 入圧力 (室温換算値) をパラメ一夕 に と って示 したグラ フである。 図 9から、 キセ ノ ンガスの封入圧が、 本実施の形態の無水銀ラ ンプ で許容される最大の 2 . 5 M P a (室温換算値) の場合、 + 3価の イ ン ジウムのヨ ウ化物 I n l 3の封入量が発光管内容積当た り 約 9 0 . O m g/ c c以下で約 1 1 0 0 ( l m) 以上の光束が得られる( キセノ ンガスの封入圧をそれよ り も低い構成とする場合、 例えば本 実施の態の無水銀ラ ンプの構成で許容される、 よ り 好ま しいキセ ノ ンガス φ最大圧力 2 . 0 M P a (室温換算値) の場合は、 本発明の 無水銀メ タルハライ ドラ ンプにおいて約 1 1 0 0 ( 1 m ) 以上の光 束を得るために好ま しい + 3価のィ ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3の 封入量の上限は、 発光管内容積当た り 約 7 0 . O m g/ c c となる すなわち、 キセノ ンガスの封入圧力が 2 . O M P aであれば発光管 内容積当た り 約 7 0 . O m g / c c以下の封入量にすれば、 約 1 1 0 0 ( l m) 以上の光束が得 られ、 やは り ハロゲン電球よ り も経済 的となる。 In other words, a halogen lamp, which is currently widely used for automobile headlights, can obtain a total luminous flux of about 110 (lm) at a power consumption of 55 W. Ramp pairs to the invention which is about 9 Ri units arc tube volume equivalent other inclusion of Yo U compound I n I 3 of Let's Ni + trivalent I Nji © beam shown in FIG. 9 0. O If the configuration is less than mg / cc, only 45 W of power will provide more luminous flux than conventional halogen bulbs, which is more economical. Figure 9 shows the total luminous flux and the amount of +3 valent indium iodide I n I 3 in the mercury-free metal halide lamp of this embodiment, which was turned on with a lamp power of 45 W. Is a graph showing the xenon gas sealing pressure (converted to room temperature) over time. From FIG. 9, it can be seen that, when the xenon gas charging pressure is the maximum allowable pressure of 2.5 MPa (converted to room temperature) of the mercury-free lamp of this embodiment, + trivalent indium iodine is used. compound I nl to about 9 0 Ri filling amount is per arc tube volume of 3. about 1 1 0 0 (lm) or more filling pressure of the light beam is obtained (xenon Ngasu also low Ri by less at O mg / cc In the case of a configuration, for example, in the case of a more preferable xenon gas φ maximum pressure of 2.0 MPa (converted to room temperature), which is allowable in the configuration of the mercury-free lamp of the present embodiment, the present invention is not applicable. In order to obtain a luminous flux of about 110 (1 m) or more at the mercury metal halide lamp, the trivalent indium iodide (I n I 3 ) The upper limit of the filling amount is about 70 mg / cc per arc tube volume. That is, if the xenon gas filling pressure is 2.0MPa, about 70 mg / cc per arc tube volume With a filling amount of less than / cc, a luminous flux of about 110 (lm) or more can be obtained, which is more economical than a halogen bulb.
同様に図 1 0は 3 5 Wのラ ンプ電力で点灯された本実施の形態の 無水銀メ タルハライ ド ラ ンプにおいて、 全光束と + 3価のイ ンジ ゥ ムのヨ ウ化物 I n I 3の封入量の関係を、 キセ ノ ンガスの封入圧力 (室温換算値) をパラ メ一夕 に と って示 したグラ フである。 + 3価 のィ ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3 の封入量を単位発光管内容積当た り 約 5 0 . O m g / c c よ り 少ない構成とする こ とで、 たった 3 5 Wの電力で従来のハロゲン電球よ り も多い光束が得 られ、 よ り 経済 的である。 キセ ノ ンガスの封入圧が 2 . 5 M P a (室温換算値) の 場合、 + 3価のイ ン ジウムのヨ ウィヒ物 I n l 3の封入量を、 発光管 内容積当た り 約 5 0 . O m g/ c c以下で、 約 1 1 0 0 ( l m ) 以 上の光束が得 られる。 キセ ノ ンガスの封入圧が低い場合、 例えば 2 O M P a (室温換算値) の場合は、 好ま しい + 3価のイ ンジウムの ヨ ウ化物 I n I 3の封入量の上限は発光管内容積当た り 約 4 0 . 0 m g / c c とな り 、 それ以下の封入量で約 1 1 0 0 ( l m ) 以上の 光束が得られさ ら にハロゲン電球よ り も経済的となる。 Similarly, FIG. 1 0 In 3 5 W of lamp mercury-free main Taruharai de lamp of this embodiment is lit at a power, the total flux and + 3-valent Lee Nji © untwisted U compound I n I 3 The graph shows the relationship between the amount of filled gas and the filled pressure (converted to room temperature) of xenon gas over time. + With less than about 50 mg / cc per unit volume of the arc tube, the amount of trivalent zinc iodide I n I 3 can be reduced to only 35 W. Power is more economical than conventional halogen bulbs, providing more luminous flux. Xenon Bruno filling pressure of Ngasu is 2. 5 MP a case of (room temperature-converted value) + trivalent inclusion of Yo Wihi product I nl 3 Lee emissions indium, about 5 0 Ri per arc tube internal volume. A light flux of about 110 (lm) or more can be obtained at O mg / cc or less. If the filling pressure of the xenon Roh Ngasu is low, for example when the 2 OMP a (room temperature-converted value), the upper limit of the preferred arbitrariness + trivalent Lee enclosed amount of Yo U compound I n I 3 of indium is per arc tube volume Approximately 40.0 mg / cc, a luminous flux of about 110 (lm) or more can be obtained with a smaller filling amount, and it is more economical than a halogen bulb.
上記のよ う に、 本発明の無水銀メ タルハラ イ ドラ ンプの構成にお いては、 2 . 5 M P aを上限と して適当な圧力のキセノ ンガスを封 入 し、 かつ発光管内容積当た り 約 9 0 . O m g/ c c を上限と して 適当な量の + 3価のイ ン ジ ウムのヨ ウ化物 I n l 3 を封入 した構成 とすれば、 おおよそ 2 5 W以上のラ ンプ電力で点灯動作させた場合 に、 発光管 1 内の気密が破られるおそれがな く 、 高いラ ンプ電圧が 得 られてそのために長い寿命を有 し、 かつハ ロゲン電球よ り も多 く の光束を発生する、 いわゆる 自動車前照灯用光源と して最適な無水 銀メ タルハラ イ ド ラ ンプとなる。 As described above, in the configuration of the mercury-free metal halide lamp of the present invention, xenon gas of an appropriate pressure is sealed up to 2.5 MPa and the volume of the arc tube is reduced. Ri about 9 0. if O mg / cc and an upper limit and to encapsulating Lee down di ium Yo U compound I nl 3 +3 valent appropriate amount constituting approximately 2 5 W or more lamp power When the lamp is turned on, the airtightness in the arc tube 1 is not broken, and a high lamp voltage is applied. As a result, it is a mercury-free metal halide lamp that has a long service life and generates more luminous flux than a halogen bulb, and is most suitable as a so-called automotive headlight light source.
ラ ンプ電力に関 しては、 本実施の形態の無水銀ラ ンプは、 大きな ラ ンプ電力で点灯すればするほど、 よ り 多 く の光束が得られる。 た だ し、 自動車前照灯という使用範囲においては、 実際上、 本実施の 形態の無水銀ラ ンプの消費電力の上限はおおよそ 5 5 Wである。 な ぜな ら従来のハロゲン電球の消費電力を越え る範囲での点灯は、 不 経済であま り 好ま し く ない。  Regarding the lamp power, the mercury-free lamp of the present embodiment can obtain more luminous flux as the lamp is turned on with a larger lamp power. However, practically, the upper limit of the power consumption of the mercury-free lamp of the present embodiment is approximately 55 W in the usage range of a vehicle headlight. Lighting beyond the power consumption of conventional halogen bulbs is uneconomical and not preferred.
次に、 本実施の形態の無水銀メ タルハライ ド ラ ン プの光色につい て説明する。  Next, the light color of the mercury-free metal halide lamp of the present embodiment will be described.
本実施の形態の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプにおいて、 2 . 5 M P a を上限と して適当な圧力のキセノ ンガスを封入 し、 かつ発光管内 容積当た り 約 9 0 . O m g/ c c を上限と して適当な量の + 3価の イ ン ジウ ムのヨ ウ化物 I n I 3 を封入 した構成と し、 かつおおよそ 2 5 Wから 5 5 Wの間の電力で点灯させた場合は、 本実施の形態の 無水銀ラ ン プの光色は、 日本電球工業会規格の 自動車前照灯用 H I D光源 ( J E L 2 1 5 ) で規格されている 白色光源の色度範囲に ある こ とを確認した。 すなわち、 + 3価のイ ンジ ウムのヨ ウ化物 I n I 3 を含む封入物の種類 と量、 および定格電力を例えば上記の よ う に設定する こ と によ り 、 ラ ンプの放射光の色度点が C I E 1 9 3 1 X y色度図における In the mercury-free metal halide lamp of the present embodiment, xenon gas of an appropriate pressure is sealed up to 2.5 MPa, and about 90 mg / cc per volume of the arc tube is filled. As an upper limit, an appropriate amount of +3 valent indium iodide I n I 3 is enclosed, and the lamp is lit with power between approximately 25 W and 55 W. The light color of the mercury-free lamp of this embodiment is within the chromaticity range of the white light source specified by the HID light source for automobile headlights (JEL2115) of the Japan Light Bulb Manufacturers Association. It was confirmed. In other words, by setting the type and amount of the enclosure containing +3 valent indium iodide I n I 3 and the rated power as described above, for example, the emission of the lamp can be reduced. The chromaticity point is in the CIE 1 9 3 1 X y chromaticity diagram
X≥ 0 . 3 1 0 かつ  X≥ 0.31 0 and
≤ 0 . 5 0.0 かつ  ≤ 0.5 .5 and
y≤ 0 . 1 5 0 + 0 . 6 4 0 かつ  y≤0.1.50 + 0.6.640 and
y < 0 . 4 4 0 かつ y≥ 0 . 0 5 0 + 0 . 7 5 0 かつ y <0 .4 4 0 and y≥ 0 .0 5 0 + 0.75 0 and
y≥ 0 . 3 8 2 (ただ し x≥ 0 . 4 4 )  y≥0.32 (except x≥0.44)
の色度範囲になる よ う にする こ とがで きる。 したがって、 上記のよ う な限られた範囲のキセノ ンガスの封入圧や + 3価のィ ンジゥ ムの ヨ ウ化物 I n I 3の封入量、 およびラ ンプ電力において、 本実施の 形態の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプは、 自動車前照灯用光源と して 完全に使用可能である。 In the chromaticity range of Therefore, the mercury of the present embodiment is limited by the above-described limited range of the sealing pressure of xenon gas, the amount of iodide I n I 3 of +3 valence indium, and the lamp power, as described above. The metal halide lamp is fully usable as a vehicle headlight light source.
(実施の形態 4 ) (Embodiment 4)
以下に本発明の実施の形態 4について説明する。 こ のラ ンプの構 造的な構成は、 前記図 6 に示す実施の形態 3 のラ ンプと 同一であ る が、 封入されているノヽロゲン化物 7 と、 封入されているキセ ノ ンガ スの圧力が室温で約 1 . 4 M P aである点が異なる。 すなわち、 ハ ロゲン化物 7は、 約 ◦ . l m gの + 3価のイ ン ジ ウムのヨ ウ化物 I n I 3 (単位発光管内容積当た り 約 4 . O m g / c c ) と、 約 0 . l m gのヨ ウ化タ リ ウム T 1 I (単位発光管内容積当た り 約 4 . 0 m g/ c c ) と、 約 0 . 1 9 m gのヨ ウ化スカ ンジウム (単位発光 管内容積当た り 約 8 . O m g/ c c ) と、 約 0 . 1 6 m gのヨ ウ化 ナ ト リ ウム (単位発光管内容積当た り 約 6 . 4 m g / c c ) とか ら 構成されている。  Hereinafter, Embodiment 4 of the present invention will be described. The structural configuration of this lamp is the same as that of the lamp of the third embodiment shown in FIG. 6 described above, except that the encapsulated nitrogen compound 7 and the enclosed xenon gas are not included. The difference is that the pressure is about 1.4 MPa at room temperature. That is, the halogenated compound 7 contains about ◦.lmg of + trivalent indium iodide In I I 3 (about 4.0 mg / cc per unit arc tube volume) and about 0.1 mg. lmg of thallium iodide T 1 I (approximately 4.0 mg / cc per unit arc tube volume) and approximately 0.19 mg of scandium iodide (approximate unit volume per arc tube) 8. O mg / cc) and about 0.16 mg of sodium iodide (about 6.4 mg / cc per unit arc tube volume).
従来のメ タルハライ ドラ ンプの構成と比較 して、 本実施の形態の メ タルハラ イ ドラ ン プの大きな構成の特徴は、 実施の形態 3 と 同様 に水銀を含んでいないこ と、 および封入されるィ ンジ ゥムのヨ ウ化 物が + 3価のィ.ンジ ゥムのヨ ウ化物 I n I 3である こ と に加えて、 さ ら に、 ヨ ウ化タ リ ウムが封入されている点である。 Compared to the configuration of the conventional metal halide lamp, the feature of the large configuration of the metal halide lamp of the present embodiment is that it does not contain mercury as in Embodiment 3 and is sealed. In addition to the fact that the iodide of the enzyme is +3 valent indium iodide I n I 3 , it also contains thallium iodide. Is a point.
本実施の形態の無水銀メ タルハライ ド ラ ン プで驚 く べき事は、 水 銀を含まないにも関わ らず、 非常に高いラ ン プ電圧で点灯動作する こ とである。 図 1 1 に、 ヨ ウ化タ リ ウム ( T 1 I ) 量を変化させ、 実施の形態 3 と同様に 3 5 Wで点灯 した と きのラ ンプ電圧の変化を 示す。 ヨ ウ化タ リ ウム ( T 1 I ) を添加する と、 ラ ンプ電圧が劇的 に上昇する と と も に、 添加する量が多ければ、 さ ら に上昇する。 例 えば 3 5 Wのラ ンプ電力で点灯動作させた場合のラ ンプ電圧は約 7 0 Vである。 このよ う に高いラ ンプ電圧が得 られるために、 本実施 の形態のラ ンプは、 数百時間以上にわた り 、 発光管の黒化もな く 実 質上何 ら変化を生 じる こ とな く 点灯させる こ とがで き る。 What is surprising about the mercury-free metal halide lamp of this embodiment is that It operates at a very high lamp voltage, even though it does not contain silver. FIG. 11 shows the change in lamp voltage when the lamp is turned on at 35 W as in the third embodiment with the amount of thallium iodide (T1I) changed. The addition of thallium iodide (T1I) dramatically increases the lamp voltage, and the higher the amount added, the higher the ramp voltage. For example, the lamp voltage is about 70 V when the lighting operation is performed with a lamp power of 35 W. In order to obtain such a high lamp voltage, the lamp of the present embodiment can cause a substantial change over several hundred hours without blackening of the arc tube. It can be lit immediately.
また、 上記のよ う に高いラ ンプ電圧を得る こ とがで きるので、 前 記実施の形態 3 のラ ンプと 同様に、 電流密度を 2 O A / m m 2以下 にする こ とが容易にで き、 確実にラ ンプ寿命を向上させる こ とがで きる。 In addition, since a high lamp voltage can be obtained as described above, it is easy to reduce the current density to 2 OA / mm 2 or less as in the case of the above-described third embodiment. As a result, the lamp life can be reliably improved.
さ らに驚 く べき こ とに、 本実施の形態のラ ンプは、 例えば 3 5 W て点灯 した場合、 3 2 5 0 ( 1 m ) という非常に多 く の光束を得る こ とができる。 図 1 2 に、 ラ ンプ内に封入する ヨ ウ化タ リ ウム ( T I I ) 量を変化させ、 実施の形態 3 と同様に 3 5 Wで点灯 した場合 の光束の変化を示す。 同図に示すよ う に、 ヨ ウ化タ リ ウム T 1 I を 添加する こ と によって、 大きな光束を得る こ とがで き、 ヨ ウ化タ リ ゥムの封入量を増加させてい く と、 さ ら に光束が増加する。  Even more surprisingly, when the lamp of the present embodiment is lit at 35 W, for example, a very large light flux of 3250 (1 m) can be obtained. FIG. 12 shows a change in the luminous flux when the lamp is lit at 35 W as in the third embodiment by changing the amount of thallium iodide (TII) sealed in the lamp. As shown in the figure, a large luminous flux can be obtained by adding thallium iodide T1I, and the amount of thallium iodide encapsulated must be increased. Further, the luminous flux increases.
上記ヨ ウ化タ リ ウム ( T 1 I ) の封入量の増加による ラ ンプ電圧 の上昇および光束の増加効果は、 ラ ン プ電力や電極間距離、 発光管 1 の内容積、 X e ガスの封入圧力、 スカ ンジウムのヨ ウ化物ゃナ ト リ ゥムのヨ ウ化物の量、 あるいはヨ ウ化夕 リ ゥム と と も に封入され る他のハロゲン化物の種類や量な ど、 他の構成要素に関係な く 得 ら れる。 また、 さ ら に、 封入するキセ ノ ン ( X e ) ガスの圧力を増加させ る と、 よ り 一層、 ラ ンプ電圧および、 光束が増加する こ とがわかつ た。 図 1 3および図 1 4に、 3 5 Wで点灯 した場合の X eの封入圧 と ラ ンプ電圧または光束との関係を示す。 こ れらの図に示すよ う に X e圧が上昇するほど、 ラ ンプ電圧および光束が上昇する こ とがわ かる。 ただ し、 キセノ ンガスの封入圧については、 実施の形態 3で 説明 したよ う に、 2 . 5 M P a以下、 よ り 好ま し く は 2 . O M P a 以下で、 5〜 2 0 K P a程度以上、 よ り 好ま し く は 0 . I M P a程 度以上にする こ とが、 気密の保持や始動が容易な どの点で望ま しい 上記のよ う に、 少な く と もキセ ノ ンガス と + 3価のイ ンジウムの ヨ ウ化物 I n I 3 と ヨ ウ化タ リ ゥムが発光管 1 に封入された本実施 の形態の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプは、 前記のよ う に、 ヨ ウ化夕 リ ゥムを増加させる と ラ ンプ電圧および全光束が増加する と と も に キセ ノ ンガスの封入圧を増加させた場合にも、 ラ ン プ電圧および全 光束が増加する という特徴を有する。 また、 こ の効果は、 ラ ンプ電 力や電極間距離、 発光管 1 の内容積、 ス カ ン ジ ウ ムのヨ ウ化物ゃナ ト リ ゥムのヨ ウ化物の量、 あるいはヨ ウ化夕 リ ゥム と と も に封入さ れる他のハロゲン化物の種類や量な ど、 他の構成要素に関係な く 得 られる。 The increase in lamp voltage and the increase in luminous flux due to the increase in the amount of filled thallium iodide (T1I) are due to lamp power, distance between electrodes, internal volume of arc tube 1, Xe gas Other factors, such as the fill pressure, the amount of scandium iodide, the amount of sodium iodide in the sodium, or the type and amount of other halides that are enclosed with the iodide. Obtained irrespective of the components. Further, it was found that when the pressure of the xenon (Xe) gas to be enclosed was increased, the lamp voltage and the luminous flux were further increased. Figures 13 and 14 show the relationship between the sealed pressure of Xe and the lamp voltage or luminous flux when lit at 35 W. As shown in these figures, the lamp voltage and the luminous flux increase as the Xe pressure increases. However, as described in the third embodiment, the filling pressure of xenon gas is not more than 2.5 MPa, more preferably not more than 2. OMPa, and not less than about 5 to 20 KPa. More preferably, it is more than 0 .IMPa, which is desirable in terms of maintaining airtightness and easy starting. As described above, at least xenon gas and +3 valence As described above, the mercury-free metal halide lamp of this embodiment in which the indium iodide InI3 of indium and titanium iodide are sealed in the arc tube 1 has the above-described properties. The lamp voltage and the total luminous flux increase when the evening beam is increased, and the lamp voltage and the total luminous flux also increase when the xenon gas filling pressure is increased. This effect also depends on the lamp power, the distance between the electrodes, the inner volume of the arc tube 1, the amount of scandium iodide, the amount of sodium iodide, or the amount of iodide. Obtained irrespective of other components such as the type and amount of other halides enclosed with the evening room.
したがって、 本実施の形態の無水銀メ タルハライ ド ラ ン プの構成 において、 2 . 5 M P aを上限と して適当な圧力のキセノ ンガス を 封入 し、 + 3価のイ ンジウムのヨ ウ化物である ヨ ウ化イ ンジウム と ヨ ウ化タ リ ゥムを封入 した構成とすれば、 高いラ ンプ電圧が得 られ そのために長い寿命を有 し、 かつハロゲン電球よ り も多 く の光束を 発生する、 いわゆる 自動車前照灯用光源と して最適な無水銀メ タル ハライ ドラ ンプとなる。 ラ ンプ電力に関 しては、 実施の形態 3 と同様に、 大きなラ ンプ電 力で点灯すればするほど、 よ り 多 く の光束が得 られる。 ただ し、 自 動車前照灯という使用範囲においては、 実際上、 本実施の形態の無 水銀ラ ン プの消費電力の上限はおおよそ 5 5 Wである。 なぜな ら従 来のハロゲン電球の消費電力を越え る範囲での点灯は、 不経済であ ま り好ま し く ない。 Therefore, in the configuration of the mercury-free metal halide lamp of the present embodiment, xenon gas of an appropriate pressure is sealed up to 2.5 MPa, and + trivalent indium iodide is used. A configuration in which a certain indium iodide and thorium iodide are encapsulated provides a high lamp voltage, has a long life, and generates more luminous flux than a halogen bulb. It is a mercury-free metal halide lamp that is optimal as a so-called light source for vehicle headlights. Regarding the lamp power, as in the third embodiment, the more the lamp is turned on with a large lamp power, the more luminous flux is obtained. However, practically, the upper limit of the power consumption of the mercury-free lamp of the present embodiment is approximately 55 W in the usage range of the vehicle headlight. Lighting beyond the power consumption of conventional halogen bulbs is uneconomical and not preferred.
また、 光色について も、 実施の形態 3 と 同様に、 本実施の形態の 無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプにおいて、 2 . 5 M P aを上限と して 適当な圧力のキセ ノ ンガス を封入 し、 かつ発光管内容積当た り 約 9 0 . O m g/ c c を上限と して適当な量の + 3価のイ ンジウムのョ ゥ化物 I n I 3 と ヨ ウ化タ リ ウムを封入 した構成と し、 かつおお よ そ 2 5 Wから 5 5 Wの間の電力で点灯させた場合は、 本実施の形態 の無水銀ラ ン プの光色は、 日本電球工業会規格の 自動車前照灯用 H I D光源 ( J E L 2 1 5 ) で規格されている 白色光源の色度範囲 にある こ とを確認 した。 すなわち、 + 3価のイ ンジウムのヨ ウ化物 I n I 3 を含む封入物の種類と量、 および定格電力を例えば上記の よ う に設定する こ と によ り 、 ラ ン プの放射光の色度点が C I E 1 9 3 1 X y色度図における As for the light color, as in the third embodiment, the mercury-free metal halide lamp of the present embodiment is filled with xenon gas at an appropriate pressure up to 2.5 MPa. and construction encapsulating arc tube volume per Ri about 9 0. ® © product I n I 3 and Yo Ukata re um of O mg / cc limit and to appropriate amount of + 3-valent Lee indium However, when the lamp is illuminated with an electric power of about 25 W to 55 W, the light color of the mercury-free lamp of the present embodiment is an automobile headlight conforming to the Japan Light Bulb Manufacturers Association standard. It was confirmed that it was within the chromaticity range of the white light source specified by the HID light source (JEL215) for the camera. That is, the + trivalent Lee indium type and amount of Yo U compound I n fill containing I 3, and Ri by the rated power and this is set to cormorants good example of the above, the run-up of the emitted light The chromaticity point is in the CIE 1 9 3 1 X y chromaticity diagram
X≥ 0 . 3 1 0 かつ  X≥ 0.31 0 and
≤ 0 . 5 0 0 かつ  ≤ 0. 5 0 0 and
y≤ 0 . 1 5 0 + 0 . 6 4 0 かつ  y≤0.1.50 + 0.6.640 and
y≤ 0 . 4 4 0 かつ  y≤ 0. 4 4 0 and
y≥ 0 . 0 5 0 + 0 . 7 5 0 x かつ  y≥ 0 .0 5 0 + 0.75 0 x and
y≥ 0 . 3 8 2 (ただ し x≥ 0 . 4 4 )  y≥0.32 (except x≥0.44)
の色度範囲になる よ う にする こ とができ る。 したがって、 上記の よ う な限られた範囲のキセ ノ ンガスの封入圧や + 3価のィ ンジゥムの ヨ ウ化物 I n I 3の封入量、 およびラ ンプ電力において、 本実施の 形態の無水銀メ タルハライ ドラ ンプは、 自動車前照灯用光源と して 完全に使用可能である。 なお、 上記実施の形態 4では、 ヨ ウ化タ リ ウムを封入 した無水銀 ラ ンプを例に説明 したが、 臭化タ リ ウム ( T 1 B r ) であって も よ い し、 塩化タ リ ウム ( T 1 C 1 ) であって も よい。 また、 T 1金属 とハロゲンを別々 に封入 して も よい。 In the chromaticity range of Therefore, the charging pressure of xenon gas in a limited range as described above and the The mercury-free metal halide lamp according to the present embodiment can be completely used as a light source for a vehicle headlamp in terms of the amount of iodide I n I 3 charged and the lamp power. In the fourth embodiment, a mercury-free lamp in which thallium iodide is encapsulated has been described as an example. However, thallium bromide (T1Br) may be used. It may be Li (T 1 C 1). Further, the T1 metal and the halogen may be separately sealed.
また、 各実施の形態 3 , 4では、 + 3価のイ ンジウムのヨ ウ化物 I n I 3 を封入 した無水銀ラ ン プを例に説明 したが、 + 3価のイ ン ジゥムのヨ ウ化物 I n I 3は、 + 3価のイ ンジ ウムの臭化物 I n B r 3であって も よい し、 + 3価のイ ン ジウ ムのヨ ウ化物 I n l 3 と + 3価のイ ンジウムの臭化物 I n B r 3であって も よい。 Further, in the third, fourth respective embodiments have been described mercury-free run-flop encapsulating Yo U compound I n I 3 +3 valent Lee indium example, +3 valent Lee emissions Jiumu Yo U compound I n I 3 is + trivalent Lee may be a Nji um bromide I n B r 3 of + 3-valent Lee down Ji beam Yo U compound I nl 3 and +3 Lee indium it may be a bromide I n B r 3.
また、 + 3価のイ ン ジ ウムのヨ ウ化物 I n l 3は、 + 1 価のイ ン ジゥ ムのヨ ウ化物 I n I と ヨ ウ素 I 2 に分けて発光管 1 内に封入 し ても かまわない。 + 3価のイ ン ジウ ムの臭化物 I n B r 3 を封入す る場合も、 同様に、 + 1価のイ ン ジ ウムの臭化物 I n B r と臭素 B r 2 とに分けて発光管 1 内に封入 して もかまわない。 + 1 価のィ ン ジゥムのヨ ウ化物 I n l と臭素 B r 2 を発光管 1 内に封入 し、 + 3 価のイ ンジウ ムのヨ ウ化物 I n l 3 と + 3価のイ ン ジ ウムの臭化物 I n B r 両方を発光管 1 内で生成する様に して も よい。 さ ら に、 I n I (または I n B r ) と、 A g I (または A g B r ) などハ ロ ゲンが高温で分離 しやすいハロゲン化物を封入するな ど して も よい すなわち、 実質的に I n X y ( Xはヨ ウ素あるいは臭素、 y > 1 ) が封入物に含まれる よ う にすればよい。 Further, +3 Lee down di ium Yo U compound I nl 3 is + monovalent Lee emissions Jiu divided into arm Yo U compound I n I and iodine I 2 is enclosed in the arc tube 1 It doesn't matter. + If trivalent Lee emissions Woo you encapsulate bromide I n B r 3 of arm likewise, the arc tube is divided into + 1 valent and bromide I n B r Lee emissions di ium bromine B r 2 It may be sealed in 1. + Monovalent fin Yo U compound I nl bromine B r 2 of Jiumu enclosed in the arc tube 1, + trivalent Lee Njiu beam Yo U compound I nl 3 and + 3-valent Lee down di ium Both of the bromide I nBr of this type may be generated in the arc tube 1. In addition, it is also possible to encapsulate InI (or InBr) and a halide such as AgI (or AgBr), which is easily separated at high temperatures, such as AgI (or AgBr). I n X y (X is iodine or bromine, y> 1) may be vMedia.Creating contained in enclosure in manner.
また、 キセ ノ ンガス と + 3価のイ ン ジウムのヨ ウ化物 I n I .Ίの ほかに、 スカ ンジウムのヨ ウ化物とナ ト リ ウ ムのヨ ウ化物から構成 されたラ ンプを例に説明 したが、 スカ ンジウ ムのヨ ウ化物とナ ト リ ゥムのヨ ウ化物は他の金属ハロゲン化物で構成 して もかまわない。 例えば、 スカ ンジウムのヨ ウ化物はスカ ン ジウムの臭化物であつ て も良い し、 ナ ト リ ウムのヨ ウ化物はナ ト リ ウムの臭化物であって も よい。 さ ら にスカ ンジウムやナ ト リ ウムは他の金属、 例えばタ リ ゥムのヨ ウ化物や臭化物であって もかまわない。 それらの封入量も 本実施の形態のラ ンプで示 した量に限られる こ とはない。 In addition, Kise Roh Ngasu and + trivalent Lee down indium Yo c monster I n I. Ί of In addition, a lamp composed of scandium iodide and sodium iodide was described as an example, but scandium iodide and sodium iodide were It may be composed of other metal halides. For example, the scandium iodide may be scandium bromide, and the sodium iodide may be sodium bromide. Furthermore, scandium and sodium may be other metals, such as, for example, thallium iodide or bromide. The encapsulation amount is not limited to the amount shown in the lamp of the present embodiment.
さ ら に、 各実施の形態の無水銀ラ ンプで示 した電極間距離、 発光 管 1 の内容積、 スカ ン ジウムのヨ ウ化物ゃナ ト リ ウムのヨ ウ化物の 量な ど、 + 3 価のィ ンジゥムのハロ ゲン化物やキセ ノ ンガス以外の 構成要素は、 あ く までも例示であって、 例えば電極間距離は 4 . 2 m m以外であって も良い し、 発光管 1 の内容積は 0 . 0 2 5 c c に 限られる こ とはない。  In addition, the distance between the electrodes shown in the mercury-free lamp of each embodiment, the internal volume of the arc tube 1, the amount of scandium iodide and the amount of sodium iodide, etc. The constituent elements other than the halogenated compound and xenon gas of the high-valent alloy are merely examples, and for example, the distance between the electrodes may be other than 4.2 mm, and the inner volume of the arc tube 1 may be different. Is not limited to 0.025 cc.
また、 上記の例では、 始動を補助する 目的で常温で約 0 . 7 M P a または 1 . 4 M P aのキセノ ンガスを発光管 1 内に封入 した構成 と したが、 自動車前照灯への利用を考慮する と希ガスはキセノ ンガ スが好適であるだけで、 希ガスはキセ ノ ンガス以外の希ガス、 例え ばアルゴンガスであって も よレヽ し、 その封入圧も常温で約 0 . 7 M P a に限られる こ とはない。  In the above example, xenon gas of about 0.7 MPa or 1.4 MPa at room temperature was sealed in the arc tube 1 to assist starting, but it was used for automobile headlights. In consideration of this, the rare gas is preferably xenon gas only, and the rare gas may be a rare gas other than xenon gas, for example, argon gas, and its filling pressure is about 0.7 at room temperature. It is not limited to MPa.
(実施の形態 5 ) (Embodiment 5)
発光管の管壁温度をあ らか じめ高 く し、 金属ハロゲン化物の蒸気 圧を高 く してラ ンプ電圧を高 く する方法について説明する。  A method of raising the lamp wall voltage by raising the tube wall temperature of the arc tube in advance and increasing the vapor pressure of the metal halide will be described.
図 1 5 に示すよ う に、 前記図 1 の無水銀メ タルハライ ドラ ンプは 外管 8 内に保持されている。 上記外管 8 の外面には、 赤外線反射膜 9 がコ一テ ィ ングされている。 これによ り 、 保温性が高 く なるので - 金属ハロゲン化物の蒸気圧が上昇 しやす く な り 、 ラ ンプ電圧を容易 に高 く する こ とがで きる。 したがって、 電流密度を小さ く 抑えて、 ラ ンプを容易に長寿命化する こ とができる。 As shown in FIG. 15, the mercury-free metal halide lamp of FIG. 1 is held in an outer tube 8. The outer surface of the outer tube 8 has an infrared reflective film 9 are coated. As a result, the heat retention becomes higher.-The vapor pressure of the metal halide is easily increased, and the lamp voltage can be easily increased. Therefore, the current density can be kept low, and the lamp life can be easily extended.
なお、 上記赤外線反射膜 9 と しては、 例えば、 熱 C V D法ゃスパ ッ 夕法によって T a O x 膜と S i 〇 x 膜とを多層コ一ティ ング した ものを用いる こ とができる。 コ 一テ ィ ング層数は、 製造上のタ ク ト タ イ ムや製造コス ト とラ ンプ性能とのバラ ンスなどによって決定す ればよいが、 例えば 1 8層程度以上コーテ ィ ングすれば、 金属ハ ロ ゲン化物の蒸気圧の上昇効果が顕著に得 られる。 また、 赤外線反射 膜 9 は、 外管 8 の外面に限らず、 内面にコーテ ィ ング して も よい。 以上、 上記実施の形態では、 本発明の特に好ま しい例について説 明 したが、 こ う した記述は限定事項ではな く 種々の変形が可能であ る こ とは勿論である。 本実施の形態で示 した本発明のメ タルハラ イ ド ラ ンプは例示であって、 本発明の範囲は特許請求の範囲によって 決定される ものである。 産業上の利用可能性 以上に説明 したよ う に、 本発明によれば、 電流密度または電極の 先端温度を所定の大きさ以下にする こ とによ り 、 点灯時間の経過に 伴う電極の蒸発等に よる ラ ンプ電圧の上昇変化や発光管 1 の黒化を 生 じる こ とな く 、 長いラ ンプ寿命を得る こ とができる という効果を 奏する。 したがって、 本発明は、 一般照明や自動車の前照灯な どの 分野において有用である。  As the infrared reflection film 9, for example, a film obtained by multilayer coating of a TaO x film and a Si x film by a thermal CVD method and a sputtering method can be used. The number of coating layers may be determined based on the tact time in manufacturing, the balance between manufacturing cost and lamp performance, and the like. On the other hand, the effect of increasing the vapor pressure of the metal halide is remarkably obtained. Further, the infrared reflecting film 9 may be coated not only on the outer surface of the outer tube 8 but also on the inner surface. As described above, the particularly preferred examples of the present invention have been described in the above embodiments. However, it is needless to say that the description is not limited and can be variously modified. The metal halide lamp of the present invention described in the present embodiment is an exemplification, and the scope of the present invention is determined by the appended claims. INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, by setting the current density or the electrode tip temperature to a predetermined value or less, the evaporation of the electrode with the elapse of the lighting time is achieved. Thus, the lamp voltage can be increased and the arc tube 1 can be prevented from being blackened, and a long lamp life can be obtained. Therefore, the present invention is useful in fields such as general lighting and automobile headlights.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
( 1 ) (1)
発光管内に、 1 対の放電電極を有 し、 少な く と も、 希ガス と、 金 属のハロゲン化物とが封入された無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプであ つて、 上記放電電極の先端部の断面積を S ( m m 2 ) 、 定格電力で 点灯させた と きのラ ンプ電流を I ( A ) と した と きに、 I / Sが 2 0 ( A/m m 2 ) 以下である こ と を特徴とする無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプ。 A mercury-free metal halide lamp that has a pair of discharge electrodes in the arc tube and contains at least a rare gas and a metal halide. S (mm 2) the cross-sectional area of the Kinora lamp current and is lit at the rated power can and was I (a), and this I / S is 2 0 (a / mm 2) or less Mercury-free metal halide lamps.
( 2 )  (2)
請求項 1 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 1, wherein
上記 I / Sが 1 5 ( A/m m 2 ) 以下である こ と を特徴とする無 水銀メ タルノ、ライ ド ラ ンプ。 A mercury-free metal lamp or ride lamp characterized in that the I / S is 15 (A / mm 2 ) or less.
( 3 )  (3)
請求項 1 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 1, wherein
定格電力で点灯させた と きの上記放電電極の先端温度が、 3 2 0 0 K以下である こ と を特徴とする無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプ。  A mercury-free metal halide lamp, characterized in that the tip temperature of the discharge electrode at the time of lighting at a rated power is 320 K or less.
( 4 ) ( Four )
請求項 3の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  The mercury-free metal halide lamp according to claim 3, wherein
定格電力で点灯させた と きの上記放電電極の先端温度が、 2 5 0 0 K以上である こ と を特徴とする無水銀メ タルハライ ド ラ ンプ。  A mercury-free metal halide lamp characterized in that the tip temperature of the discharge electrode when lit at rated power is 250 K or more.
( 5 ) ( Five )
請求項 1 または請求項 3の無水銀メ タルハライ ドラ ンプであって 上記発光管内に、 スカ ンジウムのハロ ゲン化物とナ ト リ ゥムのハ ロゲン化物とのう ちの少な く と も何れか一方を含むこ と を特徴とす る無水銀メ タルハライ ド ラ ンプ。 4. The mercury-free metal halide lamp according to claim 1 or 3, wherein at least one of a halide of scandium and a halide of sodium is contained in the arc tube. A mercury-free metal halide lamp characterized by containing:
( 6 ) (6)
請求項 5 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 5, wherein
上記発光管内に、 イ ンジウムのハ ロゲン化物とィ ッ ト リ ウムのハ ロ ゲン化物とのう ちの少な く と も何れか一方を含むこ と を特徴と す る無水銀メ タルハライ ドラ ンプ。  A mercury-free metal halide lamp characterized in that the arc tube contains at least one of a halide of indium and a halide of yttrium.
( 7 )  (7)
請求項 1 ま たは請求項 3 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプであって、 上記発光管内に、 少な く と も、 + 3 価のイ ンジウムのハロゲン化 物と を含むこ と を特徴とする無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプ。  A mercury-free metal halide lamp according to claim 1 or claim 3, characterized in that the arc tube contains at least a halide of +3 valent indium. Mercury-free metal halide lamp.
( 8 )  (8)
請求項 7 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 7, wherein
さ ら に、 上記発光管内に、 タ リ ウムのハロゲン化物を含むこ と を 特徴とする無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプ。  Furthermore, a mercury-free metal halide lamp characterized in that the arc tube contains a halide of thallium.
( 9 )  (9)
請求項 7 の無水銀メ タルハラ イ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 7, wherein
さ ら に、 上記発光管内に、 スカ ン ジ ウムのハ ロ ゲン化物とナ ト リ ゥムのハロゲン化物とのう ちの少な く と も何れか一方を含むこ と を 特徴とする無水銀メ タルハライ ド ラ ンブ。  Further, the mercury-free metal halide is characterized in that the arc tube contains at least one of a halide of scandium and a halide of sodium. Drum.
( 1 0 )  ( Ten )
請求項 8 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 8, wherein
さ ら に、 上記発光管内に、 スカ ン ジウムのハ ロゲン化物とナ ト リ ゥムのハロゲン化物とのう ちの少な く と も何れか一方を含むこ と を 特徴とする無水銀メ タルハライ ド ラ ンプ。  Further, the mercury-free metal halide lamp characterized in that the arc tube contains at least one of a halide of scandium and a halide of sodium. Pump.
( 1 1 )  (1 1)
請求項 7 の無水銀メ タルハラィ ド ラ ンプであって、  A mercury-free metal halide lamp according to claim 7, wherein
上記 + 3 価のィ ンジゥムのハロゲン化物は、 ヨ ウ化物または臭化 物の少な く と も何れか一方である こ とを特徴とする無水銀メ タルハ ライ ドラ ンプ。 The halides of the above-mentioned trivalent indium are iodide or bromide A mercury-free metal halide lamp characterized in that it is at least one of objects.
( 1 2 )  (1 2)
請求項 1 または請求項 3 の無水銀メ タルハライ ド ラ ンプであって、 上記発光管を保持する外管を備え、 上記外管には赤外線反射層が 形成されている こ と を特徴とする無水銀メ タルハライ ド ラ ンプ。  4. The mercury-free metal halide lamp according to claim 1 or 3, further comprising an outer tube for holding the arc tube, wherein the outer tube is provided with an infrared reflection layer. Mercury metal halide lamp.
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