JP2003168391A

JP2003168391A - 放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ

Info

Publication number: JP2003168391A
Application number: JP2002243489A
Authority: JP
Inventors: Michio Takagaki; 倫夫高垣; Masaya Shito; 雅也志藤; Shinichi Irisawa; 伸一入澤; Takashi Fukushiro; 毅史福代
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2003-06-13
Also published as: DE10243867A1; US6750612B2; US20030052610A1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のアークチューブの諸特性に近い特性が
得られる放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブを
提供する。【解決手段】電極１５ａ，１５ｂを対設した密閉ガラ
ス球１２内に主発光用金属ハロゲン化物（ＮａＩおよび
ＳｃＩ_３）と希ガスを封入した、水銀を含まない水銀フ
リーアークチューブで、希ガスの封入圧を８〜２０気圧
に設定し、必要ならば、所定の緩衝用金属ハロゲン化物
も密閉ガラス球１２に封入する。希ガスの封入圧が従来
（６気圧）より高い（８〜２０気圧）ので、点灯（放
電）時のガラス球１２内が高温となり、金属ハロゲン化
物および希ガスの蒸気圧が高まり、管電圧が上昇する。
ガラス球１２内の高温化により主発光用金属ハロゲン化
物の蒸気圧が高まり、光束が上昇する。主発光用金属ハ
ロゲン化物の総量，比率，希ガス封入圧を調整すること
で、または／および緩衝用金属ハロゲン化物を封入する
ことで可視光域における（白色）発光量の低下や光束の
低下を補って、従来の水銀入りアークチューブにおける
諸特性とほぼ同じ特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、両端のピンチシー
ル部に挟まれた密閉ガラス球内に電極が対設された放電
ランプ装置用アークチューブに係わり、特に密閉ガラス
球内に主発光用金属ハロゲン化物および始動用希ガスを
封入した水銀を含まない放電ランプ装置用水銀フリーア
ークチューブに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、自動車用灯具の光源として用い
られる従来の放電ランプ装置である放電バルブを示す。
放電バルブは、合成樹脂製の絶縁プラグ本体１に、発光
部である密閉ガラス球２ａをもつアークチューブ２が一
体化された構造で、絶縁プラグ本体１に固定された金属
製支持部材８にアークチューブ２の後端部が把持され、
絶縁プラグ本体１から延出する通電路でもある金属製の
リードサポート９にアークチューブ２の前端部が支持さ
れている。

【０００３】アークチューブ２は、両端のピンチシール
部２ｂ，２ｂに挟まれ、電極３，３が対設された密閉ガ
ラス球２ａ内に、主発光用金属ハロゲン化物，緩衝用水
銀および始動用希ガスが封入された構造で、電極３，３
間の放電により生成されるアークによって発光し、白熱
バルブに比べると大きな発光量が得られ、かつ寿命も長
いなどの利点をもつ。このため、最近ではヘッドランプ
やフオグランプ用の光源として、この放電バルブが用い
られる傾向にある。

【０００４】符号４は、ピンチシール部２ｂから導出す
るリード線、符号５は、タングステン製電極３とリード
線４を接続するモリブデン箔である。また、アークチュ
ーブ２には、紫外線遮蔽用のシュラウドガラス６が溶着
一体化されて、密閉ガラス球２ａがシュラウドガラス６
で画成された密閉空間に包囲された構造で、アークチュ
ーブ２の出射光から人体に有害な波長域の紫外線がカッ
トされるとともに、密閉ガラス球２ａが高温に保持され
るようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の密閉ガラス球２
ａ内には水銀が封入されているが、水銀は環境有害物質
であり、地球上の環境汚染原因をできるだけ減らそうと
する社会的ニーズに対して、この環境有害物質である水
銀を含まない水銀フリーアークチューブを開発すること
が望ましい。

【０００６】そして、水銀を含まない水銀フリーアーク
チューブの研究・開発過程で、次のようなことがわかっ
た。

【０００７】水銀は、所定の管電圧を維持し、電極への
電子の衝突量を減少させて電極の損傷を緩和する主に緩
衝用物質として作用し、併せて、白色を出す発光物質と
しても作用する。このため、密閉ガラス球内への封入物
から水銀を除くと、アークチューブとしての特性上、以
下に示すような変化（問題）が生じた。

【０００８】第１に、管電圧が下がる。即ち、放電に必
要な管電力が得られないため、管電力を上げるべく管電
流を増加させる必要があり、電極の負荷が増し、発光効
率が低下する。また、管電流の増加によりバラストの発
熱量が増加して、システム効率が低下する。

【０００９】第２に、光束の立ち上がりが遅くなる。即
ち、蒸気圧の高い水銀がなくなるため、点灯（放電）初
期に十分な発光量が得られない。

【００１０】第３に、可視光域における水銀の発光がな
い分、光束が低下する。

【００１１】第４に、従来の水銀入りアークチューブに
比べて、発光色が異なる（赤っぽくなる）。

【００１２】第５に、電極間の放電で発生するアークの
曲がりが大きくなって、それだけ配光制御が難しくな
る。

【００１３】また、密閉ガラス球内に主発光用金属ハロ
ゲン化物（ＮａＩおよびＳｃＩ_３）と希ガスを封入した
水銀フリーアークチューブの分光特性は、図５の実線の
ようになった。これを、従来の水銀入りアークチューブ
の分光特性と比較すると、全体としてはほぼ同じような
特性を示すが、特に４３５ｎｍおよび５４６ｎｍ付近の
波長域での光の強度が図５の破線で示す分だけ足らない
（ピークが低い）ことがわかった。

【００１４】そこで、水銀に代わって緩衝作用を営み、
かつ分光特性における４３５ｎｍおよび５４６ｎｍ付近
での波長域の光の強度を上昇させるに有効な金属ハロゲ
ン化物を選択して封入し、しかも、できるだけ従来の水
銀入りアークチューブの形状寸法を代えないで、密閉ガ
ラス球に封入する希ガスの封入圧や主発光用金属ハロゲ
ン化物の封入量や比率を調整することで、従来の水銀入
りアークチューブの諸特性に近い特性が得られないかと
実験を重ねた結果、改善できることが確かめられたの
で、特願２００１−２８６２５２号として提案（出願）
した。

【００１５】その後、さらに発明者らが実験を重ねた結
果、密閉ガラス球に緩衝用金属ハロゲン化物を封入しな
くても、密閉ガラス球に封入する主発光用ハロゲン化合
物の総量や比率や始動用希ガスの封入圧を調整すること
で、従来の水銀入りアークチューブの諸特性に近い特性
が得られることが確かめられたので、この度、特願２０
０１−２８６２５２号に基づく国内優先権を主張した提
案（出願）をするに至ったものである。

【００１６】本発明は、前記従来技術の問題点および発
明者の前記した知見に基づいてなされたもので、その目
的は、従来のアークチューブの諸特性に近い特性が得ら
れる放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブを提供
することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に係る放電ランプ装置用水銀フリーアーク
チューブにおいては、両端のピンチシール部に挟まれた
密閉ガラス球内に電極が対設され、主発光用金属ハロゲ
ン化物が封入された、水銀を含まない放電ランプ装置用
水銀フリーアークチューブであって、前記始動用希ガス
の封入圧を８〜２０気圧の範囲に設定するように構成し
たものである。

【００１８】また、密閉ガラス球内には、請求項２に示
すように、主発光用金属ハロゲン化物および始動用希ガ
スとともに緩衝用金属ハロゲン化物を封入するように構
成してもよい。

【００１９】（作用）主発光用金属ハロゲン化物および
始動用希ガスとしては、従来と同様、前者はナトリウム
−スカンジュウム系ハロゲン化物、例えばＮａＩおよび
ＳｃＩ _３、そして後者は、Ｘｅである。

【００２０】また、水銀に代わる緩衝用金属ハロゲン化
物としては、Ａｌ，Ｂｉ，Ｃｒ，Ｃｓ，Ｆｅ，Ｇａ，Ｉ
ｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｎｄ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｔｂ，Ｔｌ，Ｔ
ｉ，Ｌｉ，Ｚｎのハロゲン化物から選ばれた一種以上で
あり、これらの緩衝用金属ハロゲン化物を密閉ガラス球
内に封入することで、水銀を封入しないことによる管電
圧の大幅な低下が抑制される。

【００２１】特に、始動用希ガスの封入圧を従来のアー
クチューブにおける封入圧（３〜６気圧）よりも高い圧
力（８〜２０気圧）にすることで、放電時に電極から放
出された電子が希ガス分子と衝突する割合が増え、点灯
（放電）時の密閉ガラス球内が高温化され、主発光用金
属ハロゲン化物（請求項２では、主発光用金属ハロゲン
化物および緩衝用金属ハロゲン化物）の蒸気圧が高めら
れて、管電圧が上昇する。したがって、管電流を大幅に
増加させる必要がなく、管電流の増加による電極の負荷
が大幅に増えることもなく、発光効率が大きく低下する
おそれもないし、管電流の増加によるバラストの発熱量
の増加も少なく、システム効率が大幅に低下することも
ない。即ち、前記した第１の問題（管電圧低下）の解消
に寄与する。

【００２２】また、Ａｌ，Ｂｉ，Ｃｒ，Ｃｓ，Ｆｅ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｎｄ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｔｂ，Ｔ
ｌ，Ｔｉ，Ｌｉ，Ｚｎのハロゲン化物の中から、水銀の
発光色に近い発光色を出す一種以上の金属ハロゲン化物
を選択して密閉ガラス球内に封入することで、可視光域
における（白色）発光量の低下や光束の低下が補われ
る。特に、始動用希ガスの封入圧が高い（８〜２０気
圧）ので、前記したように点灯（放電）時の密閉ガラス
球内が高温化され、緩衝用金属ハロゲン化物の蒸気圧が
高められて、４３５ｎｍおよび／または５４６ｎｍ付近
の波長域の光の強さが高められ、従来のアークチューブ
における発光色とほぼ同じ白色でほぼ同量の発光量が得
られる。

【００２３】また、請求項１のように、緩衝用金属ハロ
ゲン化物を封入しない場合であっても、封入量や比率が
調整された主発光用金属ハロゲン化物の蒸気圧が高めら
れて、各波長域の光の強さが高められ、従来のアークチ
ューブにおける発光色とほぼ同じ白色でほぼ同量の発光
量が得られる。

【００２４】即ち、前記した第３，第４の問題（光束の
低下と発光色）の解消に寄与する。

【００２５】また、始動用希ガスの封入圧が高いため、
前記したように点灯（放電）時の密閉ガラス球内が高温
化され、主発光用金属ハロゲン化物（ナトリウム−スカ
ンジュウム系ハロゲン化物、例えばＮａＩおよびＳｃＩ
_３）の蒸気圧が高められて、光束が上昇する。即ち、前
記した第３の問題（光束の低下）の解消に寄与する。

【００２６】また、希ガスの封入圧が高いと、始動時の
直流抵抗成分（インピーダンス）が増えるため、消費電
力が増え、点灯（放電）時の密閉ガラス球の温度が速や
かに上昇する。即ち、前記した第２の問題（光束の立ち
上がり）の解消に寄与する。

【００２７】また、密閉ガラス球内のアークの中心温度
が上昇し、アークの中心輝度が上昇する。即ち、前記し
た第３の問題（光束の低下）の解消に寄与する。

【００２８】請求項３においては、請求項１または２に
記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブにお
いて、前記密閉ガラス球の電極間中央部位置における内
径Ｄ１（ｍｍ）に対する電極先端部位置における内径Ｄ
２（ｍｍ）の比（Ｄ２／Ｄ１）を０．５〜１．１、望ま
しくは０．６〜１．０に設定するようにしたものであ
る。

【００２９】（作用）発明者の実験によれば、密閉ガラ
ス球の電極間中央部位置における内径Ｄ１（ｍｍ）に対
する電極先端部位置における内径Ｄ２（ｍｍ）の比（Ｄ
２／Ｄ１）は、図２に示すように、アークの形状，放電
の安定性，密閉ガラス球における失透現象および再点弧
電圧に影響することが確認された。そして、アークの形
状の適正化（アークの直線性）のためには、Ｄ２／Ｄ１
が０．４〜１．１の範囲にあること、放電の安定性（ち
らつきのない安定した放電）のためには、Ｄ２／Ｄ１が
０．５〜１．２の範囲にあること、密閉ガラス球の失透
現象の回避のためには、Ｄ２／Ｄ１が０．５以上である
こと、再点弧電圧の適正化のためには、Ｄ２／Ｄ１が
０．５以上であることが望ましいことが確認された。し
たがって、適正なアーク形状，放電の安定性，失透現象
回避および適正再点弧電圧の全てを満足するには、Ｄ２
／Ｄ１が０．５〜１．１の範囲にあること、望ましくは
０．６〜１．０の範囲にあることが好ましい。

【００３０】請求項４においては、請求項１〜３のいず
れかに記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチュー
ブにおいて、前記密閉ガラス球の最大内径を２．０〜
３．５ｍｍ、前記電極間距離を４．０〜４．４ｍｍ、前
記密閉ガラス球内への電極突出長さを１．０〜２．０ｍ
ｍ、主発光用金属ハロゲン化物の封入量を０．１〜０．
６ｍｇの範囲に設定するように構成した。

【００３１】（作用）電極間距離を、従来と同様、ＥＣ
Ｅ基準を満足する４．０〜４．４ｍｍに設定し、密閉ガ
ラス球内への電極突出長さを、従来の突出長さ（１．８
〜２．０ｍｍ）より幾分小さい１．０〜２．０ｍｍの寸
法に設定して、密閉ガラス球内部の軸方向長さが従来の
密閉ガラス球内部の軸方向長さ以下に形成されているこ
とに加えて、密閉ガラス球の最大内径を従来の密閉ガラ
ス球の最大内径よりも幾分小さい２．０〜３．５ｍｍの
範囲としたので、密閉ガラス球の容積が小さくなる分、
密閉ガラス球内の主発光用金属ハロゲン化物の蒸気圧が
高められて、光束が上昇する。また、密閉ガラス球の容
積が小さくなる分、その熱容量が小さくなって、始動時
に密閉ガラス球内の温度が速やかに上昇する。即ち、第
２の問題（光束の立ち上がり）の解消に寄与する。な
お、主発光用金属ハロゲン化物の封入量は、従来の水銀
入りアークチューブにおける封入量０．２〜０．４ｍｇ
よりも上限および下限の拡大された０．１〜０．６ｍｇ
の範囲が望ましい。

【００３２】さらに、密閉ガラス球内部が半径方向に狭
められて、アークが生成される電極間領域を取り囲む密
閉ガラス球内周面の曲率が小さくなり、それだけアーク
曲がりが小さくアーク径も細くなって、アークの配光制
御が容易となる。即ち、第５の問題（アークの曲がり）
の解消に寄与する。

【００３３】また、ＥＣＥ基準を満足する４．０〜４．
４ｍｍの電極間距離に対し、密閉ガラス球内への電極突
出長さは、従来の突出長さ（１．８〜２．０ｍｍ）より
幾分小さい１．０〜２．０ｍｍに設定されて、主発光用
金属ハロゲン化物（ＮａＩ，ＳｃＩ_３）の電極根元への
凝縮を回避し、これにより所定の色度を得る。即ち、第
４の問題（発光色）の解消に寄与する。

【００３４】このように、従来の水銀入りアークチュー
ブに近い形状寸法で諸特性も略同じ水銀フリーアークチ
ューブを製造することができる。

【００３５】請求項５においては、請求項１〜４のいず
れかに記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチュー
ブにおいて、前記アークチューブに円筒型シュラウドガ
ラスを溶着一体化して前記密閉ガラス球を包囲する密閉
空間を画成し、前記密閉空間に１気圧以下の不活性ガス
を封入するように構成した。

【００３６】（作用）密閉ガラス球を包囲する密閉空間
に封入された不活性ガスの分子密度が低い分、密閉空間
を介しての密閉ガラス球とシュラウドガラス間における
熱伝達が抑制され、それだけ密閉ガラス球内の熱が外部
に逃げにくく、密閉ガラス球内が高温に保持される。し
たがって、密閉ガラス球内の主発光用金属ハロゲン化
物，緩衝用金属ハロゲン化物および希ガスの蒸気圧が高
められて、管電圧が上昇し、第１の問題（管電圧の低
下）を改善する。また、密閉ガラス球内の主発光用金属
ハロゲン化物の蒸気圧が高められて、光束が上昇し、第
３の問題（光束の低下）を改善する。さらに、点灯（放
電）開始当初は、密閉ガラス球内の温度を速やかに上昇
させて、主発光用金属ハロゲン化物の蒸気圧を高めるべ
く作用する。即ち、前記した第２の問題（光束の立ち上
がり）を改善する。

【００３７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００３８】図１は本発明の第１の実施例を示し、放電
ランプ装置用水銀フリーアークチューブの縦断面図であ
る。

【００３９】この図において、アークチューブ１０は、
電極１５ａ，１５ｂの対設された密閉ガラス球１２をも
つアークチューブ本体１１に、円筒型の紫外線遮蔽用シ
ュラウドガラス２０が溶着（封着）一体化されて、密閉
ガラス球１２を紫外線遮蔽用シュラウドガラス２０が包
囲密封した構造となっている。

【００４０】アークチューブ本体１１は、円パイプ形状
の石英ガラス管から加工されて、長手方向所定位置に横
断面矩形状のピンチシール部１３ａ，１３ｂで挟まれた
回転楕円体形状の密閉ガラス球１２が形成された構造
で、ピンチシール部１３ａ，１３ｂには、矩形状のモリ
ブデン箔１６ａ，１６ｂが封着されており、このモリブ
デン箔１６ａ，１６ｂの一方の側には、密閉ガラス球１
２内に対設されたタングステン電極１５ａ，１５ｂが、
他方の側には、アークチューブ本体１１外に導出するリ
ード線１８ａ，１８ｂがそれぞれ接続されている。

【００４１】また、アークチューブ本体１１には、密閉
ガラス球１２より口径の大きい円筒型の紫外線遮蔽用シ
ュラウドガラス２０が溶着一体化されて、アークチュー
ブ本体１１のピンチシール部１３ａ，１３ｂから密閉ガ
ラス球１２に至る領域が紫外線遮蔽用シュラウドガラス
２０で包囲密封されるとともに、アークチューブ本体１
１の非ピンチシール部である円パイプ形状の後方延出部
１４ｂがシュラウドガラス２０の後方に突出している。
シュラウドガラス２０は、ＴｉＯ_２，ＣｅＯ _２等をド
ープした紫外線遮光作用のある石英ガラスで構成されて
おり、放電部である密閉ガラス球１２における発光から
人体に有害となる所定波長域の紫外線を確実にカットす
るようになっている。

【００４２】ガラス球１２内には、始動用希ガス，主発
光用金属ハロゲン化物および従来の緩衝用物質である水
銀に代わる緩衝用金属ハロゲン化物が封入され、始動用
希ガス（Ｘｅ）の封入圧が８〜２０気圧とされて、従来
の水銀入りアークチューブの諸特性とほぼ同等の特性を
示す水銀フリーアークチューブが構成されている。

【００４３】即ち、主発光用金属ハロゲン化物は、Ｎａ
ＩおよびＳｃＩ_３で、主に発光に寄与する物質であり、
緩衝用金属ハロゲン化物は、Ａｌ，Ｂｉ，Ｃｒ，Ｃｓ，
Ｆｅ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｎｄ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｔ
ｂ，Ｔｌ，Ｔｉ，Ｌｉ，Ｚｎのハロゲン化物から選ばれ
た一種以上の金属ハロゲン化物で、従来のアークチュー
ブに封入されていた水銀に代わり管電圧の大幅な低下を
抑制する緩衝物質として作用するとともに、水銀に変わ
る発光物質としても作用する。

【００４４】さらに、この水銀フリーアークチューブの
具体的な構成を説明する。なお、説明の中で、従来の〜
とあるのは、従来の水銀入りアークチューブの場合を示
す。

【００４５】密閉ガラス球１２の電極間中央部位置にお
ける内径Ｄ１は、従来の大きさより比較的小さい２．０
〜３．５ｍｍの範囲、電極間距離Ｌ１は従来と同様の
４．０〜４．４ｍｍ、密閉ガラス球１２内への電極突出
長さＬ２は１．０〜２．０ｍｍの範囲（従来では、１．
８〜２．０ｍｍ）、密閉ガラス球１２の電極間中央部位
置における内径Ｄ１に対する電極先端部位置における内
径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１は０．５〜１．１の範囲、主発光
用金属ハロゲン化物の封入量は０．１〜０．６ｍｇの範
囲（従来では、０．２〜０．４ｍｇ）、緩衝用金属ハロ
ゲン化物の封入量は３×１０^−４〜２×１０^−２ｍｇ／
μｌが望ましく、図に示す実施例におけるアークチュー
ブは、その形状寸法が従来の水銀入りアークチューブと
全く同一か、あるいは電極間中央部位置における内径Ｄ
１が従来の大きさ以下のスリムな密閉ガラス球１２をも
つように構成されている。また、シュラウドガラス２０
内には、１気圧以下（従来では０．５気圧）の不活性ガ
スが封入されて、放電部である密閉ガラス球１２からの
熱の幅射に対する断熱作用を営むように設計されてい
る。

【００４６】そして、密閉ガラス球１２内に封入されて
いる緩衝用金属ハロゲン化物は、水銀を封入しないこと
による管電圧の大幅な低下を抑制する。特に、始動用希
ガスの封入圧が従来のアークチューブにおける封入圧
（６気圧）よりも高い圧力（８〜２０気圧）であるた
め、放電時に電極１５ａ，１５ｂから放出された電子が
希ガス分子と衝突する割合が増え、点灯（放電）時の密
閉ガラス球１２内が高温となり、主発光用金属ハロゲン
化物および緩衝用金属ハロゲン化物の蒸気圧が高められ
て、管電圧が上昇し、従来の水銀入りアークチューブと
ほぼ同等な管電圧が得られる。

【００４７】また、これらの緩衝用金属ハロゲン化物
は、水銀の発光色に近い発光色を出し、水銀を含まない
ことによる可視光域における（白色）発光量の低下や光
束の低下を補うように作用する。特に、希ガスの封入圧
が高い（８〜２０気圧）ため、前記したように、点灯
（放電）時の密閉ガラス球１２内が高温となり、緩衝用
金属ハロゲン化物の蒸気圧が高められて、従来の水銀入
りアークチューブにおける発光色とほぼ同じ白色（色
度）が得られる。

【００４８】即ち、緩衝用金属ハロゲン化物を封入しな
い水銀フリーアークチューブの分光特性は、図５の実線
に示すような曲線となり、従来の水銀入りアークチュー
ブの分光特性と比べて、４３５ｎｍおよび５４６ｎｍ付
近の波長域の光の強度が足らないが、密閉ガラス球１２
に緩衝用金属ハロゲン化物が封入され、かつその蒸気圧
が高められることで、４３５ｎｍおよび／または５４６
ｎｍ付近の波長域の光の強度が上昇して、従来の水銀入
りアークチューブの分光特性の各波長域の光の強度（図
５破線参照）に近づいたものとなって、従来の水銀入り
アークチューブにおける発光色とほぼ同じ白色（色度）
が得られる。

【００４９】そして、前記したように、管電圧を改善し
かつ色度を改善する等の上で有効な緩衝用金属ハロゲン
化物の封入量は、３×１０^−４〜２×１０^−２ｍｇ／μ
ｌの範囲が望まい。

【００５０】また、始動用希ガスの封入圧が高い（８〜
２０気圧）ため、前記したように点灯（放電）時の密閉
ガラス球１２内が高温となり、主発光用金属ハロゲン化
物（ＮａＩおよびＳｃＩ_３）の蒸気圧が高められて、光
束が上昇する。

【００５１】また、希ガスの封入圧が高い（８〜２０気
圧）ため、始動時の直流抵抗成分（インピーダンス）が
増えて消費電力が増え、点灯（放電）時の密閉ガラス球
１２の温度が速やかに上昇し、光束の立ち上がりが良好
となる。即ち、放電開始後、短時間で所定の光束が得ら
れる。

【００５２】また、密閉ガラス球１２内が高温となれ
ば、アークの中心温度が上昇してアークの中心輝度が上
昇し、光束が上昇する。

【００５３】また、密閉ガラス球１２の内部の軸方向長
さＬが従来の密閉ガラス球の場合と同一かまたはそれ以
下で、しかも密閉ガラス球１２の電極間中央部位置にお
ける内径Ｄ１を従来の密閉ガラス球の最大内径以下に形
成したので、密閉ガラス球１２の容積が小さくなる分、
密閉ガラス球１２内の主発光用金属ハロゲン化物の蒸気
圧が高められて、光束が上昇する。また、密閉ガラス球
１２の容積が小さくなる分、その熱容量が小さくなっ
て、始動時に密閉ガラス球１２内の温度が速やかに上昇
する。そして、密閉ガラス球１２への主発光用金属ハロ
ゲン化物の封入量は、従来の０．２〜０．４ｍｇに比べ
て上限および下限が拡大された０．１〜０．６ｍｇの範
囲が有効である。

【００５４】さらに、密閉ガラス球１２内部が半径方向
に狭められて、アークが生成される電極間領域を取り囲
む密閉ガラス球１２内周面の曲率が小さくなり、それだ
けアーク曲がりが小さくアーク径も細くなって、アーク
の配光制御が容易となる。

【００５５】また、電極間距離Ｌ１は、従来と同様、Ｅ
ＣＥ基準を満足する４．０〜４．４ｍｍに設定されてい
るが、密閉ガラス球１２内への電極の突出長さＬ２を、
従来の突出長さ（１．８〜２．０ｍｍ）より幾分小さい
寸法（１．０〜２．０ｍｍ）にすることで、主発光用金
属ハロゲン化物（ＮａＩ，ＳｃＩ_３）の電極根元への凝
縮が回避されて、ＥＣＥ基準範囲内の適正な色度を確実
に得ることができる。

【００５６】また、シュラウドガラス２０で画成されて
密閉ガラス球１２を包囲する密閉空間の不活性ガスは、
１気圧以下（実施例では、従来と同じ０．５気圧）で、
その分子密度が低い分、密閉空間（不活性ガス層）を介
して密閉ガラス球１２側の熱がシュラウドガラス外に逃
げにくく、密閉ガラス球１２内が高温に保持される。

【００５７】このため、点灯（放電）時の密閉ガラス球
１２内の主発光用金属ハロゲン化物，緩衝用金属ハロゲ
ン化物および希ガスの蒸気圧が高められて、管電圧，光
束，光束の立ち上がり，色度等がより改善されて、従来
の水銀入りアークチューブの諸特性に近い特性を持つ水
銀フリーアークチューブが得られる。

【００５８】また、本実施例では、密閉ガラス球１２の
電極間中央部位置における内径Ｄ１に対する電極先端部
位置における内径Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が、前記した
ように０．５〜１．１の範囲に設定されて、適正なアー
ク形状，放電の安定性，密閉ガラス球の失透回避および
適正再点弧電圧を満足するようになっている。

【００５９】すなわち、図２は、密閉ガラス球１２の内
径比Ｄ２／Ｄ１とアークの形状，放電の安定性，密閉ガ
ラス球における失透現象および再点弧電圧との関係を示
す図で、第１の実施例における水銀フリーアークチュー
ブと、後述する第２の実施例における水銀フリーアーク
チューブについての実験結果で、図中、○△×は左欄に
記載のそれぞれの特性について、満足、ほぼ満足、不十
分であることを示す。なお、この実験に用いた第１の実
施例のアークチューブ（の密閉ガラス球１２）には、主
発光用金属ハロゲン化物であるＮａＩおよびＳｃＩ
_３（ＮａＩ：ＳｃＩ _３＝７０：３０重量％）が０．３ｍ
ｇと、緩衝用金属ハロゲン化物であるＺｎＩ _２が０．０
５ｍｇと、Ｘｅガス（封入圧１０気圧）が封入されてい
る。

【００６０】この図２に示すように、密閉ガラス球の内
径の比Ｄ２／Ｄ１は、アークの形状，放電の安定性，密
閉ガラス球における失透現象および再点弧電圧に影響す
る。そしてアークの形状については、Ｄ２／Ｄ１が０．
４未満ではアークの曲がりが大きく、１．２以上ではア
ークの長手方向中央部が内側にへこみ、いずれの場合も
アークの直線性が損なわれて配光の制御が難しくなる。
このため、Ｄ２／Ｄ１は０．４〜１．１（望ましくは
０．５〜１．０）が好ましい。

【００６１】また、放電の安定性については、Ｄ２／Ｄ
１が０．４以下では管壁が電極に近いため電極温度が十
分に上がらず、電極からの電子の放出が低下して、アー
クがちらつく。一方、Ｄ２／Ｄ１が１．２を越えると、
アークの長手方向中央部が管壁と接触してアークがちら
つく。このため、Ｄ２／Ｄ１は０．５〜１．２（望まし
くは０．６〜１．０）が好ましい。

【００６２】また、密閉ガラス球の失透現象について
は、Ｄ２／Ｄ１が０．４以下では、Ｓｃがガラスと反応
して管壁が白化し、光の透過性が低下する。このため、
Ｄ２／Ｄ１は０．５以上（望ましくは０．６以上）が好
ましい。

【００６３】また、再点弧電圧については、Ｄ２／Ｄ１
が０．４以下では、管壁が電極に近いため、極性が切り
替わる時に電極の温度が低下するので、再点弧電圧が上
昇し、アークがちらつく。このため、Ｄ２／Ｄ１は０．
５以上（望ましくは０．６以上）が好ましい。

【００６４】そして、本実施例では、適正なアーク形
状，放電の安定性，密閉ガラス球の失透回避および適正
再点弧電圧の全てを満足するべく、Ｄ２／Ｄ１が０．５
〜１．１の範囲に設定されている。

【００６５】また、図２の実験に用いた第１の実施例の
水銀フリーアークチューブでは、管電圧４２Ｖ、光束３
２００ルーメン、色度ｘ０．３８５、色度ｙ０．３９０
という、従来の水銀入りアークチューブに近い諸特性
（管電圧、光束、色度）が得られた。

【００６６】図３は、本発明の第２の実施例である放電
ランプ装置用水銀フリーアークチューブの縦断面図で、
外形上の構造は前記第１の実施例のアークチューブと全
く同一である。

【００６７】前記した第１の実施例のアークチューブで
は、密閉ガラス球１２内に主発光用金属ハロゲン化物，
緩衝用金属ハロゲン化物および始動用希ガスが封入され
ているが、密閉ガラス球１２内に緩衝用金属ハロゲン化
物を封入しない構造であってもよい。即ち、この第２の
実施例のアークチューブでは、密閉ガラス球１２内に主
発光用金属ハロゲン化物および始動用希ガス（封入圧８
〜２０気圧）が封入されるとともに、アークチューブ本
体１１を取り囲む密閉空間に１気圧以下の不活性ガス
（０．５気圧）が封入された構造となっている。

【００６８】そして、密閉ガラス球１２内に封入されて
いる主発光用金属ハロゲン化物としては、前記した第１
の実施例と同様ＮａＩおよびＳｃＩ_３であるが、その総
重量は０．１ｍｇで第１の実施例（０．３ｍｇ）に比べ
て少なく、ＮａＩとＳｃＩ_３の比率はＮａＩ：ＳｃＩ_３
＝７５：２５重量％で、第１の実施例（ＮａＩ：ＳｃＩ
_３＝７０：３０重量％）に比べてＮａＩの割合が大きい
（ＳｃＩ_３の割合が小さい）。また、始動用希ガスであ
るＸｅガスの封入圧は１２気圧で、第１の実施例（１０
気圧）に比べて高い。

【００６９】このように、密閉ガラス球１２内に封入す
る主発光用金属ハロゲン化物（ＮａＩとＳｃＩ_３）の封
入量，比率および始動用希ガス（Ｘｅガス）の封入圧を
調整することで、第１の問題（管電圧の低下）、第２の
問題（光束の立ち上がり）、第３の問題（光束の低
下），第４の問題（発光色）が改善されている。

【００７０】さらに、その他は、前記第１の実施例のア
ークチューブと同一の構造であり、同一の符号を付すこ
とでその重複した説明は省略するが、密閉ガラス球１２
内部が半径方向に狭められて、アークが生成される電極
間領域を取り囲む密閉ガラス球１２内周面の曲率が小さ
くなり、それだけアーク曲がりが小さくアーク径も細く
なって、アークの配光制御が容易となることで、第５の
問題（アーク曲がり）も改善されている。

【００７１】また、この第２の実施例のアークチューブ
においても、密閉ガラス球１２の電極間中央部位置にお
ける内径Ｄ１（ｍｍ）に対する電極先端部位置における
内径Ｄ２（ｍｍ）の比（Ｄ２／Ｄ１）が０．５〜１．１
の範囲に設定されて、図２に示す関係、即ち、適正なア
ーク形状，放電の安定性，密閉ガラス球の失透回避およ
び適正再点弧電圧を満足することが確認された。そし
て、この図２の実験に用いた第２の実施例の水銀フリー
アークチューブでは、管電圧４２Ｖ、光束３２００ルー
メン、色度ｘ０．３９５、色度ｙ０．４００という、従
来の水銀入りアークチューブに近い諸特性（管電圧、光
束、色度）が得られた。

【００７２】また、第１の実施例では、密閉ガラス球１
２内に主発光用金属ハロゲン化物，緩衝用金属ハロゲン
化物および始動用希ガスが封入されているため、それぞ
れの封入量や比率や希ガスの封入圧を調整することで、
得られる所望の特性の選択肢が広いのに対し、第２の実
施例では、第１の実施例のように密閉ガラス球内に緩衝
用金属ハロゲン化物を封入しないため、得られる所望の
特性の選択肢が狭いが、それだけアークチューブを安価
に提供できる。

【００７３】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、請求項１
に係る放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブによ
れば、主発光用金属ハロゲン化物を密閉ガラス球内に封
入するとともに、密閉ガラス球内に封入する始動用希ガ
スの封入圧を高くするという非常に簡単な構成で、従来
の水銀入りアークチューブに近い諸特性をもつ環境に優
しい水銀フリーアークチューブを提供できる。

【００７４】請求項２に係る放電ランプ装置用水銀フリ
ーアークチューブによれば、水銀に代わる緩衝用金属ハ
ロゲン化物を主発光用金属ハロゲン化物とともに密閉ガ
ラス球内に封入するとともに、密閉ガラス球内に封入す
る始動用希ガスの封入圧を高くするという非常に簡単な
構成で、従来の水銀入りアークチューブに近い諸特性を
もつ環境に優しい水銀フリーアークチューブを提供でき
る。

【００７５】請求項３によれば、密閉ガラス球の内周形
状を所定の形状にすることで、適正なアーク形状，放電
の安定性，密閉ガラス球の失透回避および適正再点弧電
圧の全てを満足する水銀フリーアークチューブが得られ
る。

【００７６】請求項４によれば、従来の水銀入りアーク
チューブとその形状寸法を変更することなく、あるいは
密閉ガラス球をスリムにするだけで、従来の水銀入りア
ークチューブに近い諸特性をもつ水銀フリーアークチュ
ーブを製造できるので、それだけ製造コストが安価とな
る。

【００７７】請求項５によれば、密閉ガラス球を取り囲
む密閉空間（１気圧以下の不活性ガス層）の断熱作用に
より、従来の水銀入りアークチューブの諸特性により近
い特性を持つ水銀フリーアークチューブが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である放電ランプ装置用
水銀フリーアークチューブの縦断面図である。

【図２】密閉ガラス球の内径比Ｄ２／Ｄ１とアークの形
状，放電の安定性，密閉ガラス球における失透現象およ
び再点弧電圧との関係を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例である放電ランプ装置用
水銀フリーアークチューブの縦断面図である。

【図４】従来の放電ランプ装置の縦断面図である。

【図５】密閉ガラス球内に主発光用金属ハロゲン化物
（ＮａＩ及びＳｃＩ_３）を希ガスとともに封入した水銀
を含まない水銀フリーアークチューブの分光特性図であ
る。

【符号の説明】

１０アークチューブ１１アークチューブ本体１２放電部である密閉ガラス球１５ａ，１５ｂ放電電極１８ａ，１８ｂリード線２０円筒型シュラウドガラスＤ１電極間中央部位置における密閉ガラス球の内径Ｄ２電極先端部位置における密閉ガラス球の内径Ｌ密閉ガラス球内部の軸方向長さＬ１電極間距離Ｌ２密閉ガラス球内への電極突出長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者入澤伸一静岡県清水市北脇500番地株式会社小糸製作所静岡工場内 (72)発明者福代毅史静岡県清水市北脇500番地株式会社小糸製作所静岡工場内Ｆターム(参考） 5C015 PP05 PP07 5C039 HH02 HH03 HH04 5C043 AA20 CC03 CD05 DD39 EA01 EC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端のピンチシール部に挟まれた密閉ガ
ラス球内に電極が対設され、主発光用金属ハロゲン化物
および始動用希ガスが封入された、水銀を含まない放電
ランプ装置用水銀フリーアークチューブであって、前記
始動用希ガスの封入圧が８〜２０気圧に設定されたこと
を特徴とする放電ランプ装置用水銀フリーアークチュー
ブ。
【請求項２】前記密閉ガラス球には、緩衝用金属ハロ
ゲン化物が封入されたことを特徴とする請求項１に記載
の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
【請求項３】前記密閉ガラス球の電極間中央部位置に
おける内径Ｄ１（ｍｍ）に対する電極先端部位置におけ
る内径Ｄ２（ｍｍ）の比（Ｄ２／Ｄ１）が０．５〜１．
１、望ましくは０．６〜１．０に設定されたことを特徴
とする請求項１または２に記載の放電ランプ装置用水銀
フリーアークチューブ。
【請求項４】前記密閉ガラス球の最大内径が２．０〜
３．５ｍｍ、前記電極間距離が４．０〜４．４ｍｍ、前
記密閉ガラス球内への電極突出長さが１．０〜２．０ｍ
ｍ、主発光用金属ハロゲン化物の封入量が０．１〜０．
６ｍｇであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
【請求項５】前記アークチューブには、円筒型シュラ
ウドガラスが溶着一体化されて前記密閉ガラス球を包囲
する密閉空間が画成され、前記密閉空間には、１気圧以
下の不活性ガスが封入されたことを特徴とする請求項１
〜４のいずれかに記載の放電ランプ装置用水銀フリーア
ークチューブ。