JP2003100251A - 放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ - Google Patents

放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ

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JP2003100251A
JP2003100251A JP2001295865A JP2001295865A JP2003100251A JP 2003100251 A JP2003100251 A JP 2003100251A JP 2001295865 A JP2001295865 A JP 2001295865A JP 2001295865 A JP2001295865 A JP 2001295865A JP 2003100251 A JP2003100251 A JP 2003100251A
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halides
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Michio Takagaki
倫夫 高垣
Shinichi Irisawa
伸一 入澤
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Koito Manufacturing Co Ltd
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Koito Manufacturing Co Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/125—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having an halogenide as principal component

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  • Discharge Lamp (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

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】 両端のピンチシール部13a,13bに
挟まれた密閉ガラス球12内に電極15a,15bが対
設され、発光用金属ハロゲン化物(NaIおよびScI
3),Hgに代わる緩衝物質および発光物質として作用
する、電離電圧が5〜8.5eVであって、励起電圧が
4.5eV以下で可視光域に発光スペクトルをもつ緩衝
用金属ハロゲン化物(Ta,Th,Cu,Rb,Nb,
Pdのハロゲン化物から選ばれた一種以上で、Ta,C
u,Rb,Nbのハロゲン化物を少なくとも一種以上含
む),希ガスを封入した水銀フリーアークチューブで、
封入された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および光束の大幅な低下を抑制す
る。また、封入されたTa,Cu,Rb,Nbのハロゲ
ン化物は、水銀の発光色に近い発光色(青色)を出し、
水銀を封入しないことによる色度を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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,緩衝用金属ハロゲン
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3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、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
フォ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】放電ランプ装置(放電バルブ)では、アー
クチューブが定格電力(例えば35W)で点灯するよう
に、アークチューブに供給される電流がバラストによっ
て調整されている。そして、密閉ガラス球内の水銀は、
アークチューブが定格電力(例えば35W)に対し所定
の管電圧(例えば85V)を維持し、管電流の増大(電
極に衝突する電子数の増大)による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、主発光用金属
ハロゲン化物と協働して所定の発光色(白色)を出す発
光物質としても作用する。このため、密閉ガラス球に封
入されている水銀を除くと、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。このため、放電
ランプ装置(放電バルブ)への供給電流が増えて、電極
の損傷や発光効率(供給電流に対する発光量の割合)の
低下につながる。
【0009】第2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。
【0010】第3に、従来の水銀入りアークチューブと
発光色が異なり(赤っぽくなり)、所定の色度が得られ
ない。
【0011】そこで、発明者は、水銀の代わりとなるだ
ろうと思われる非環境有害物質である金属のハロゲン化
物を選択して封入し、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、本発明を提案する
に至ったものである。
【0012】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。
【0013】
【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,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、前記緩衝用金属ハロゲン化
物を、電離電圧が5〜8.5eVであって、励起電圧が
4.5eV以下で可視光域に発光スペクトルをもつもの
で構成するようにしたものである。 (作用)従来の水銀に代わって密閉ガラス球内に封入さ
れた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および光束の大幅な低下を抑
制し、前記した第1,第2の問題の解消に寄与する。
【0014】特に、水銀の発光色に近い発光色を出す金
属のハロゲン化物の内の少なくとも1種以上を選択して
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を補い、前記した第
3の問題の解消に寄与する。
【0015】しかし、緩衝用金属ハロゲン化物の電離電
圧が低過ぎる(5eV以下)と、低エネルギーで電子が
放出されるため、管電圧が十分に上がらず、逆に電離電
圧が高すぎる(5。8eV以上)と、電離しにくい分、
放電が安定しずらく、また発光が少なく、光束が十分に
上がらない。したがって、封入する緩衝用金属ハロゲン
化物の電離電圧は、管電圧を十分に上昇させかつ光束を
十分にアップできる5〜8.5eVの範囲が望ましい。
【0016】また、緩衝用金属ハロゲン化物の電離電圧
が5〜8.5eVの範囲にあっても、その物質の励起電
圧が高すぎる(4.5eV以上)と、なかなか発光に至
らないので、緩衝用金属ハロゲン化物の励起電圧は、そ
れほど高すぎない4.5eV以下で、可視光域に発光ス
ペクトルをもつものが望ましい。
【0017】請求項2においては、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において、前
記緩衝用金属ハロゲン化物を、Ta,Th,Cu,R
b,Nb,Pdのハロゲン化物から選ばれた一種以上
で、少なくともTa,Cu,Rb,Nbのハロゲン化物
のいずれか一種を含むように構成したものである。 (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−スカンジウ
ム系ハロゲン化物、例えばNaIおよびScI3、そし
て後者は、Xeである。
【0018】また、水銀に代わる緩衝用金属ハロゲン化
物としては、Ta,Th,Cu,Rb,Nb,Pd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お
よび光束の大幅な低下が抑制される。即ち、前記した第
1,第2の問題の解消に寄与する。
【0019】また、水銀の発光色に近い発光色を出すT
a,Cu,Rb,Nbのハロゲン化物の内の少なくとも
1種以上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。即ち、前記した第3の問題の解消に寄与す
る。
【0020】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、前記緩衝用金属ハロゲン化物の前記主発光用金属
ハロゲン化物に対する重量比を1〜500%の範囲とな
るように構成した。 (作用)緩衝用金属ハロゲン化物の主発光用金属ハロゲ
ン化物に対する重量比が1%以下では、緩衝用金属ハロ
ゲン化物による発光が十分に得られず、光束の上昇が不
十分である。逆に、500%以上では、緩衝用金属ハロ
ゲン化物が多すぎて、主発光用金属ハロゲン化物の発光
を妨げるので、光束の上昇が不十分となる。したがっ
て、緩衝用金属ハロゲン化物の主発光用金属ハロゲン化
物に対する重量比は、1〜500%の範囲が望ましい。
【0021】
【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。
【0022】図1および図2は、図1は本発明の第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、図2は密閉ガラス球に封入される緩衝用
金属ハロゲン化物の管電圧,光束および色度に対する特
性を示す図である。、この図において、符号10は放電
ランプ装置用のアークチューブで、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で、
従来例(図3参照)に示すように、絶縁ベースに一体化
されて構成されている。
【0023】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。
【0024】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、TiO2 ,CeO 2 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。
【0025】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,従来の水銀に代わる緩衝用金属
ハロゲン化物が封入されて、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。
【0026】密閉ガラス球12に封入されている主発光
用金属ハロゲン化物は、NaIおよびScI3で、主に
発光に寄与する物質である。
【0027】同じく封入されている緩衝用金属ハロゲン
化物は、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、水銀に代わる発光物質としても作用す
る。そして、この緩衝用金属ハロゲン化物は、その電離
電圧が5〜8.5eVであって、励起電圧が4.5eV
以下で可視光域に発光スペクトルをもつもので構成され
ている。
【0028】即ち、封入した緩衝用金属ハロゲン化物の
電離電圧が低過ぎる(5eV以下)と、低エネルギーで
電子が放出されるため、管電圧が十分に上がらず、逆に
電離電圧が高すぎる(8.5eV以上)と、電離しにく
い分、放電が安定しずらく、また発光が少なく、光束が
十分に上がらない。したがって、緩衝用金属ハロゲン化
物の電離電圧は、管電圧を上十分に昇させかつ光束を十
分にアップできる5〜8.5eVの範囲が望ましい。
【0029】しかし、緩衝用金属ハロゲン化物の電離電
圧が5〜8.5eVの範囲にあっても、その物質の励起
電圧が高すぎる(4.5eV以上)と、なかなか発光に
至らないので、励起電圧がそれほど高すぎない4.5e
V以下で、可視光域に発光スペクトルをもつ緩衝用金属
ハロゲン化物に限定した。そして、封入する緩衝用金属
ハロゲン化物としては、Ta,Th,Cu,Rb,N
b,Pdのハロゲン化物から選ばれた一種以上で構成さ
れている。
【0030】同じく密閉ガラス球12に封入されている
希ガスとしては、Xeであり、その封入圧は、従来と同
様の3〜6気圧である。
【0031】さらに、この水銀フリーアークチューブ1
0の構成を具体的に説明する。
【0032】密閉ガラス球12の容積は20〜50μ
l、電極間距離L1は4.0〜4.4mm、密閉ガラス
球内への電極突出長さLは1.8〜2.0mm、主発光
用金属ハロゲン化物(NaIおよびScI3)の封入量
は0.2〜0.4mmgで、これらの構成は従来の水銀
入りアークチューブの構成と同等である。
【0033】また、シュラウドガラス20とアークチュ
ーブ本体11間の密閉空間には、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。
【0034】そして、従来の水銀入りアークチューブと
異なる点は、水銀に代えて密閉ガラス球に封入される緩
衝用金属ハロゲン化物が、前記したように所定の電離電
圧および励起電圧をもち可視光域に発光スペクトルをも
つものに限ることに加えて、この水銀に代わる緩衝用金
属ハロゲン化物がTa,Th,Cu,Rb,Nb,Pd
のハロゲン化物から選ばれた一種以上であって、少なく
ともTa,Cu,Rb,Nbのハロゲン化物の一種を含
んでいることである。
【0035】そして、これらの緩衝用金属ハロゲン化物
が密閉ガラス球12に封入されることで、水銀を全く封
入しない場合に比べて管電圧が上昇し、水銀を除いたこ
とによる管電圧の低下が抑制されて、従来の水銀入りア
ークチューブの管電圧(8.5V)に近い管電圧が得ら
れる。
【0036】また、これらの緩衝用金属ハロゲン化物
は、水銀を全く封入しない場合に比べて光束を上昇さ
せ、水銀を除いたことによる光束の低下が抑制されて、
従来の水銀入りアークチューブの光束(3500lm)
に近い光束が得られる。
【0037】また、Ta,Cu,Rb,Nbといった金
属は、いずれも水銀の発光(青色に対応する波長域にス
ペクトルをもつ光)に近い発光色を出し、これらの金属
ハロゲン化物は、水銀を含まないことによる可視光域に
おける主に青色の発光色の低下や光束の低下を補うよう
に作用して、アークチューブの発光の色度がECE基準
に定める範囲内となる。
【0038】さらに、封入する緩衝用金属ハロゲン化物
の主発光用金属ハロゲン化物に対する重量比は、1〜5
00%の範囲となるように調整されている。
【0039】即ち、緩衝用金属ハロゲン化物の主発光用
金属ハロゲン化物に対する重量比が1%以下では、緩衝
用金属ハロゲン化物による発光が十分に得られず、光束
の上昇が不十分である。逆に、500%以上では緩衝用
金属ハロゲン化物が多すぎて、主発光用金属ハロゲン化
物の発光を妨げるので、光束の上昇が不十分でる。した
がって、緩衝用金属ハロゲン化物の主発光用金属ハロゲ
ン化物に対する重量比は、十分な光束が得られる1〜5
00%の範囲に限定した。
【0040】図2は、密閉ガラス球に封入される緩衝用
金属ハロゲン化物の管電圧,光束および色度に対する特
性を示す図で、前記した電離電圧と励起電圧等に基づい
て管電圧,光束および色度の改善の有効性を調べた結果
である。
【0041】この図からわかるように、管電圧を改善す
る(管電圧を上昇させる)上で有効な金属は、Rbを除
くTa,Th,Cu,Nb,Pdで、Taは特に有効で
ある。
【0042】また、光束を改善する(光束を上昇させ
る)上で有効な金属は、Thを除くTa,Cu,Rb,
Nb,Pdで、特にCu,Rbは有効である。
【0043】また、色度を改善する(色度がECE基準
の白色領域にある)上で有効な金属は、Ta,Cu,R
b,Nbで、Rb,Nbは特に有効である。
【0044】従って、本実施例のアークチューブでは、
Ta,Th,Cu,Rb,Nb,Pdのハロゲン化物か
ら選ばれた一種以上で、少なくともTa,Cu,Rb,
Nbのハロゲン化物の一種を含み、管電圧,光束および
色度の改善に有効となるハロゲン化物の組み合わせを選
択して、密閉ガラス球12内に封入されているので、管
電圧,光束および色度が改善された、従来の水銀入りア
ークチューブの諸特性に近い特性をもつ(管電圧が30
〜85V、光束が2000〜3500lm、色度がEC
E基準の白色領域にある)水銀フリーアークチューブが
得られる。
【0045】
【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、管電圧,光束および色度の改善に有効な緩衝用金
属ハロゲン化物を電離電圧と遊離電圧で特定するように
したので、密閉ガラス球に封入する緩衝用金属ハロゲン
化物の選択が容易で、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
ブの製造が容易となる。
【0046】請求項2によれば、水銀に代わる所定の緩
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。
【0047】請求項3によれば、主発光用金属ハロゲン
化物に対する緩衝用金属ハロゲン化物の重量比を特定し
たので、緩衝用金属ハロゲン化物の封入量の設定が容易
である。
【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】密閉ガラス球に封入される緩衝用金属ハロゲン
化物の管電圧,光束および色度に対する特性を示す図で
ある
【図3】従来の放電ランプ装置の縦断面図である。
【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 13a,13b ピンチシール部 15a,15b 放電電極 16a,16b モリブデン箔 18a,18b リード線 20 円筒型シュラウドガラス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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,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、前記緩衝用金属ハロゲン化物
    は、電離電圧が5〜8.5eVであって、励起電圧が
    4.5eV以下で可視光域に発光スペクトルをもつこと
    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。
  2. 【請求項2】 前記緩衝用金属ハロゲン化物は、Ta,
    Th,Cu,Rb,Nb,Pdのハロゲン化物から選ば
    れた一種以上で、少なくともTa,Cu,Rb,Nbの
    ハロゲン化物のいずれか一種を含む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。
  3. 【請求項3】 前記緩衝用金属ハロゲン化物の前記主発
    光用金属ハロゲン化物に対する重量比が1〜500%で
    ある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。
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