专利名称：高压放电灯及照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实质上不含水银的高压放电灯及使用它的照明装置。
背景技术：
实质上不含水银的金属卤化物灯是已知的(参照专利文献1。)。在专利文献1所述的金属卤化物灯中未使用水银，而将相对来讲蒸气压较高、且与第1卤化物的金属相比不易在可见光区域发光的金属的卤化物作为第2卤化物，并使主要进行可见光区域发光的金属的卤化物与第1卤化物一同填充。
另外，在专利文献1中，作为实施方式1已记载一种液晶投影仪用的金属卤化物灯，该金属卤化物灯中电极间间距为4mm，第1卤化物是将碘化镝(DyI3)1mg及碘化钕(NdI3)1mg分别充入稀有气体氩(Ar)500托，用150W的输入功率点亮。在该实施方式中，作为第2卤化物例如充入8mg碘化锌(ZnI3)时，灯的电压为73V，发光效率为681m/W，色温为9160K。
而且，在专利文献1中，作为实施方式8已记载一种金属卤化物灯，该金属卤化物灯中电极间间距为30mm，第1卤化物是将溴化镝(DyBr3)、溴化钬(HoBr3)及溴化铥(TmBr3)各4mg分别充入稀有气体氩(Ar)100托、用2kW的输入功率点亮。在该实施方式中，作为第2卤化物例如充入30mg碘化锌(ZnI2)时，灯的电压为112V，发光效率为921m/w，色温为5340K、平均彩色再现指数Ra为73。
再者已公知，在使用碘化锌(ZnI2)的无水银放电灯中，要将ZnI2的填充量限制在2～6μg/mm3(参照专利文献2。)。该放电灯中，作为主发光金属，填充5.0～5.7μg/mm3的碘化钠(NaI)和2.7～3.3μg/mm3的碘化钪(ScI3)。
另一方面，还已知有下列报道通过将Na、Tl、In及Tm的卤化物的填充质量比率限制在规定范围内，填充水银作为发光效率、光色及寿命特性优良的缓冲气体，从而得到高压放电灯(例如参照专利文献3。)。
专利文献1特开平11-238488号公报专利文献2特开2003-303571号公报专利文献3特开2004-349242号公报依据专利文献1所述的发明，在不使用环境负荷大的水银的情况下可以得到具有与以往的填充了水银的金属卤化物灯几乎同样的电特性及发光特性的金属卤化物灯。但是，更期待一种实质上不使用水银且具有以往以上的发光效率的金属卤化物灯的出现。
可以使用钠作为高效率地产生白色系列发光的物质，但钠的D谱线波长为589nm，自能见度曲线的峰值波长555nm分离。因此，为了谋求进一步提高效率，需要使最冷部温度上升。
但是，由于受构成发光管的气密容器的耐热性及钠的反应性等各种各样的限制，难以大幅度地提高发光效率。而且在未填充水银的金属卤化物灯(以下，为了方便说明称之为“无水银灯”。)的情况下，钠虽然有助于发光效率，但电极间的电位梯度因此成为灯电压降低的主要原因。放电介质含钠多时，由于灯电压变低，为了投入所希望的灯功率，需要使灯的电流增加。其结果出现了下列的问题增大电极轴径等，不仅电极及气密容器的设计困难，而且稳定器的设计也困难。
但是，在专利文献1的情况下，虽然可以得到具有与现有的金属卤化物灯几乎同样的电特性及发光特性的金属卤化物灯，但其发光效率与装有水银的金属卤化物灯为同等程度。
另外，依据专利文献2，虽然ZnI2在确保无水银灯中的适当的灯电压方面有效，但灯电压上升的同时伴随着发光效率的降低。因此，如果以维持实用的效率为优先的话，则ZnI2限定于上述范围，结果达到装有水银的放电灯的约一半的灯电压时就停止。因此，由于电极轴径扩大使得电极密封的气密性维持变得困难，或者点亮电路变大，电路设计的难度增大等等，由此产生高压放电灯的无水银化所引起的弊端。
另一方面，在专利文献3的情况下，由于以使用水银作为缓冲气体为前提，故得不到在无水银灯中所述的那种良好的灯特性。
发明内容
依据本发明者的研究发现，只有在发光金属为铥(Tm)、并且灯电压形成介质是主要成分为锌卤化物的组合时，方可得到与装有水银的高压放电灯具有同等乃至更优良的发光特性的无水银的高压放电灯。即，尽管单独用铥(Tm)卤化物时，灯电压不会显著增大，但是按特定的比率添加锌(Zn)卤化物时，灯电压显著增大直至达到单独用锌(Zn)卤化物时得到的灯电压的2倍左右。另外，在单独用铥(Tm)卤化物时，在同样的发光管形状及管壁负荷的条件下，由于铥(Tm)卤化物没有充分蒸发，故发光效率低。但是，按特定的比率添加锌(Zn)卤化物时，发光效率急剧并且显著地提高。
于是，本发明者进行了进一步的研究，结果发现了实用上非常有利的铥(Tm)卤化物和碘化锌(ZnI2)的组合范围，因为其显示与装有水银的高压放电灯同等乃至更优良的电特性及发光特性。
另外，在面向实用化的开发过程中还发现，通过抑制透光性气密容器的白浊现象的产生，可以在确保适当的电特性的同时实现高效率。
本发明的主要目的在于提供一种高电压放电灯及使用它的照明装置，该高电压放电灯利用在第1卤化物含有铥(Tm)卤化物、并且第2卤化物以锌(Zn)卤化物为主体的组合，因为可显示与装有水银的高压放电灯同等乃至更优的电特性及发光特性，所以在实用上是非常有利的。
另外，本发明的次要目的在于提供一种进一步抑制透光性气密容器产生白浊现象的高压放电灯及使用它的照明装置。
进而，本发明的其他目的还在于提供一种更容易制造的高压放电灯及使用它的照明装置。
关于第1发明第1发明的高压放电灯的特征在于，具备有内部具有放电空间的透光性气密容器；封装在透光性气密容器中并面向放电空间的一对电极；填充在透光性气密容器内的离子化介质，其构成为含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含有水银，其中第1卤化物是主要在可见光区域发光的金属的卤化物，并含有铥(Tm)卤化物，第2卤化物表现出形成灯电压的作用，同时含有锌(Zn)卤化物作为主要成分，相对于被填充的全部离子化介质的质量的铥(Tm)卤化物的填充质量比率WTm(％)和锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)之和(WTm+WZn)(％)满足数学式5≤(WTm+WZn)≤100，锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)满足数学式2.5≤WZn≤15，并且锌(Zn)卤化物的填充质量A和铥(Tm)卤化物的填充质量B的比率A/B满足数学式0.025≤A/B≤0.23。
(关于第1卤化物)第1卤化物主要是在可见光区域发光的金属的卤化物，并含有铥(Tm)卤化物。
铥(Tm)卤化物在与锌卤化物的组合中，以后述的规定范围的比例含有这两种物质。铥在能见度曲线的峰附近存在无数的辉线光谱，并且在短波长侧也适当地存在光谱，由于该发光的峰与能见度曲线的峰一致，故可以说在提高高压放电灯的发光效率方面是非常有效的发光金属。
另外，铥卤化物特别是与后述的锌卤化物在规定范围共存的情况下，其自身具有电极间的电位梯度，从而具有显著地提高灯电压的作用。通过该作用，与单独用锌(Zn)卤化物填充时相比，可以得到最大为2倍左右的灯电压。因此，铥卤化物是适用于无水银灯的发光金属的卤化物。
在第1发明中，为了达到本发明的目的，关于铥卤化物的填充质量比率与锌卤化物的填充质量比率的关系，将规定在后述的规定范围内。
而且，第1卤化物容许含有铥(Tm)以外的发光金属的卤化物。作为铥以外的发光金属，例如有铊(Tl)、碱金属等，可以以进一步提高发光效率、改善色度及/或色温等为目的而填充。
(关于第2卤化物)第2卤化物主要是有助于灯电压形成作用的卤化物。在第1发明中，第2卤化物含有锌(Zn)卤化物作为主要成分。根据需要，可以添加选自以下组中的金属的卤化物作为副成分。即选自镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、镉(Cr)、锌(Zn)、镍(Ni)、锰(Mn)、铝(Al)、铅(Pb)、铋(Bi)、铍(Be)、铼(Re)、镓(Ga)、钛(Ti)、锆(Zr)、及铪(Hf)组成的组中的一种或多种。
另外，对锌卤化物进行规定以使得在其与铥卤化物之和中填充质量比率(％)在以下说明的范围内。
(关于第1及第2卤化物的填充质量比率)当将铥(Tm)卤化物相对于全部离子化介质的填充质量比率(％)设定为WTm、锌(Zn)卤化物相对于全部离子化介质的填充质量比率(％)设定为WZn、锌(Zn)卤化物的填充质量设定为A、铥(Tm)卤化物的填充质量设定为B时，它们要同时满足以下各数学式。
(数学式1)5≤(WTm+WZn)≤100(数学式2)2.5≤WZn≤15(数学式3)0.025≤A/B≤0.23在上述数学式1中，如果WTm+WZn为5％以上，就可以得到本发明的效果。填充在高压放电灯中的全部卤化物也可以由铥(Tm)卤化物及锌(Zn)卤化物构成。但是，例如为了调整色度等，根据需要，可以填充铥(Tm)卤化物及锌(Zn)卤化物以外的离子化介质，例如金属卤化物或金属单质等。并且，优选是在满足数学式(WTm+WZn)＞33的范围内。
在上述数学式2中，当WZn相对于全部离子化介质的质量比率不足2.5％时，则不一定能充分得到灯电压上升及发光效率提高的效果。另外，当上述比率超过15％时，尽管得到灯电压上升的效果，但是发光效率的提高不充分。并且，优选是满足数学式3.0≤WZn≤10的范围。
在上述数学式3中，当锌(Zn)卤化物的填充质量A和铥(Tm)卤化物的填充质量B的比率A/B不足0.025时，灯电压上升及发光效率提高的效果急剧减退，不能充分体现第1发明的效果。另外，当比率A/B超过0.23时，尽管灯电压上升，但发光效率表现出降低倾向，由此发光效率提高的效果不充分，没有实用性。并且，优选是满足数学式0.030≤A/B≤0.14的范围。
关于第2发明第2发明的高压放电灯的特征在于，具备有在内部具有放电空间的透光性气密容器；封装在透光性气密容器中并面向放电空间的一对电极；填充在透光性气密容器内的离子化介质，其构成为含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含有水银，其中第1卤化物主要是在可见光区域发光的金属的卤化物，并含有铥(Tm)卤化物，第2卤化物表现出形成灯电压的作用，同时含有锌(Zn)卤化物作为主要成分，相对于被填充的全部卤化物的质量的铥(Tm)卤化物的填充质量比率WTm(％)和锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)之和(WTm+WZn)满足数学式(WTm+WZn)＞33，并且锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn满足数学式0＜WZn＜5。
(关于第1及第2卤化物的填充质量比率)所述的填充以下述的方式进行当铥(Tm)卤化物的填充质量比率(％)设定为WTm，锌(Zn)卤化物的填充质量比率(％)设定为WZn时，它们之和(WTm+WZn)满足数学式(WTm+WZn)＞33，并且锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn要满足数学式0＜WZn＜5。另外，在除了锌卤化物之外，还添加第1发明中说明的前述副成分时，就上述数学式而言，以副成分的填充量和锌卤化物的填充量之和确定锌卤化物的填充质量比率WZn。
在第2发明中，如果是在满足数学式(WTm+WZn)＞33的范围内，就可以在锌卤化物及铥卤化物发挥作用而得到的适当的无水银灯电压下，以高效率得到铥(Tm)的发光。与此相对，当(WTm+WZn)为33以下时，由于灯电压降低过多而超出适合范围，故不能用。并且，优选是在满足数学式100＞(WTm+WZn)＞50的范围内。
再者，如果是在满足数学式0＜WZn＜5的范围，就可以得到适当的灯电压上升的效果，同时可以抑制白浊现象的发生。在第1发明中如上所述的第1及第2卤化物的组合中，锌卤化物的填充量越多，越能得到高的灯电压，但当锌卤化物的填充质量比率WZn为5％以上时，产生透光性气密容器的白浊现象，且引起低效率、短寿命。另外，优选满足数学式1.5＜WZn＜4，更进一步优选是满足数学式2.5＜WZn＜4的范围。
关于第3发明第3发明的高压放电灯的特征在于，具备有内部具有放电空间的透光性气密容器；封装在透光性气密容器中并面向放电空间的一对电极；填充在透光性气密容器内的离子化介质，其构成为含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含有水银，其中第1卤化物主要是在可见光区域发光的金属的卤化物，并含有铥(Tm)卤化物及铊(Tl)卤化物，并且铥(Tm)卤化物的填充质量比率WTm和铊(Tl)卤化物的填充质量比率WTl之比WTl/WTm满足数学式0.05＜WTl/WTm＜1.40，第2卤化物表现出灯电压形成作用，并同时含有锌(Zn)卤化物作为主要成分。
(关于第1卤化物)在第3发明中，第1卤化物含有铥(Tm)卤化物及铊(Tl)卤化物。如第1发明中所述，对于提高高压放电灯的发光效率，铥(Tm)是非常有效的发光金属。而且，在第3发明中，对于铊(Tl)，以下述比率填充。即，当铥(Tm)卤化物的填充质量比率设定为WTm，铊(Tl)卤化物的填充质量比率设定为WTl时，规定比值WTl/WTm是在满足数学式0.05＜WTl/WTm＜1.40的范围内。
在第3发明中，作为高压放电灯的发光效率及光色，如第1发明所述，由铥决定。但是，通过添加铊，可以有助于进一步提高效率。
再者，应当特别说明的是，在铥卤化物为碘化铥时，其单独造粒困难，但通过添加铊卤化物，造粒就变得容易。因而，高压放电灯的制造也变得容易。
另外，比值WTl/WTm如果是在满足数学式0.10＜WTl/WTm＜0.50的范围内，则发光效率及光色都更好，更适合。
与此相比，比值WTl/WTm在0.05以下时，铊卤化物的蒸气压不充分，不能有助于发光效率的提高。另外，比值WTl/WTm在1.4以上时，由于发光效率显著降低，故不适合。
但是，由于铊(Tl)在波长535nm具有辉线，故一旦添加铊，就可以增加发光中的绿色成分。在第3发明中，优选的是，将铥卤化物相对于全部卤化物设定为最大填充质量比率，同时使铊卤化物相对于全部金属卤化物的填充质量比率范围低于30％。当铊卤化物的填充比率范围为30质量％以上时，发光效率显著降低。并且优选以低于15质量％的范围填充。
(关于第2卤化物)就第2卤化物而言，与第1发明是相同的。
关于第4发明第4发明的高压放电灯的特征在于，具备有内部具有放电空间的透光性气密容器；封装在透光性气密容器中并面向放电空间的一对电极；填充在透光性气密容器中的离子化介质，其构成为含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含有水银，其中第1卤化物主要是在可见光区域发光的金属的卤化物，并含有铥(Tm)卤化物及碱金属卤化物，并且当铥卤化物的填充质量比率设定为WTm、碱金属卤化物的填充质量比率设定为WA时，WTm及WA分别满足数学式30＜WTm＜90及数学式10＜WA＜60，第2卤化物表现出形成灯电压的作用，并同时还含有锌(Zn)卤化物作为主要成分，当锌(Zn)卤化物的填充质量比率设定为WZn时，WZn满足数学式0＜WZn＜20。
(关于第1卤化物)第1卤化物是除了在第1发明至第3发明中所述的铥卤化物之外，还添加碱金属卤化物。而且，铥卤化物及碱金属卤化物的填充量规定在指定的质量比率范围内。即，当铥卤化物的填充质量比率设定为WTm、碱金属卤化物的填充质量比率设定为WA时，WTm及WA分别满足数学式30＜WTm＜90及数学式10＜WA＜60。
于是，在第4发明中，满足数学式30＜WTm＜90的铥卤化物作为第1卤化物填充时，如果在满足上述数学式的范围内添加碱金属例如钠(Na)，就会抑制点亮中的放电电弧的弯曲。与此相伴随，透光性气密容器的上部温度降低，所以铥卤化物和透光性气密容器之间的反应受到抑制，结果是透光性气密容器的白浊现象减少。另外，优选是在数学式50＜WTm＜80及15＜WA＜30的范围内。如果在该范围内，既可以充分抑制白浊，同时还省去许多Tm量，故是恰好的。
与此相对，在前者的数学式中，当铥卤化物的填充质量比率WTm为30以下时，由于发光效率不充分，故不能用。此外，同样地当为90以上时，由于其它的卤化物过少，例如白浊等不适合情况增加，故不能用。在后者的数学式中，当碱金属的填充质量比率WA为10以下时，由于白浊抑制效果不充分，故不能用。另外，同样地当为60以上时，由于其它金属卤化物减少、发光效率降低，故不能用。
(关于第2卤化物)就第2卤化物来说，与第1发明中进行的说明相同，但在第3发明中，相对于全部卤化物的填充质量比率为WZn时，规定在满足数学式0＜WZn＜20的范围内。但是，为了得到适合的灯电压、并且得到高效率的高压放电灯，优选是在满足数学式5＜WZn＜15的范围内。
关于第5发明第5发明的高压放电灯的特征在于，在第1发明至第4发明中，铥(Tm)卤化物至少含有溴化铥。
在第5发明中，由于含有溴化铥，因而具有如下的效果可以有效地利用铥的辉线光谱，改善寿命特性，高压放电灯制造变得容易。
即，如所述那样，铥(Tm)使高压放电灯的发光效率提高，是非常有效的发光金属。但是，还存在使用哪种卤素来得到铥卤化物的问题。
即，如果是在为了反应适度而在高压放电灯中多采用碘化物的形态时，其熔点为1030℃，熔点高。因此，为了得到Tm的辉线光谱，需要提高透光性气密容器的工作温度。
另一方面，在使用溴化铥的情况下，其熔点为952℃，而且在相同温度下的蒸气压也高。因此，与碘化铥相比可以有效地利用Tm的辉线光谱。还可以降低透光性气密容器的工作温度。因此，随着工作温度的降低，相应地改善了高压放电灯的寿命特性。
而且，当仅使用碘化铥本身时，造粒困难。而在使用溴化铥的情况下，可在其本身与碘化铥的混合状态下进行造粒。因此，填充物的制造工序乃至高压放电灯的制造变得容易。
但是，当放电灯空间内存在溴时，溴与电极的钨发生反应，钨易形成熔点低的化合物。因此，过度地填充溴时，电极的损伤变大，故需要注意。
在第5发明中，优选的形态如下。
1、当将相对于离子化介质中的全部卤化物的铥卤化物的填充质量设定为A、第2卤化物的填充质量设定为B时，A及B满足数学式30＜A＜95及数学式0＜B＜20。
另外，铥卤化物及第2卤化物，可适用第1发明至第4发明的任一个中的铥卤化物及第2卤化物。并且，铥卤化物的至少一部分由溴化铥构成。
依据上述第1形态，可以在第1发明至第4发明的效果基础上进一步得到发光效率优良的无水银高压放电灯。
2、当将相对于全部卤化物的铥(Tm)卤化物的填充质量设定为A、第2卤化物的填充质量设定为B时，(A+B)及B满足数学式50＜(A+B)＜90及数学式20＜B＜90。
依据上述第2形态，可以在第1发明至第4发明的效果基础上进一步得到电位梯度高、电特性优良的无水银高压放电灯。
3、在上述第1及第2形态中，将溴化铥相对于全部铥卤化物的填充质量比率(％)设定为C时，C满足数学式5＜C＜60。另外，为了TmBr达到充足量的范围，且在更低温中得到高效率，优选是在数学式30＜C＜60的范围内。
依据上述第3形态，可以得到制造容易、发光效率高、并且电极损伤不会达到严重的状态的无水银高压放电灯。
4、在上述第1至第3形态中，可以单独附加在第1卤化物中添加了离子化电位为5.4eV以上的金属的卤化物的第2形态，或与第1形态一起附加。
依据上述第4形态，可以得到容易避免电位梯度下降的无水银高压放电灯。
关于第1发明至第4发明的其它形态(1)将透光性气密容器的最冷部的温度设为TC(℃)时，可以附加以最冷部的温度TC满足数学式540＜TC＜660的范围的方式构成的第1形态。但是，上述最冷部的温度，是指正对最冷部的透光性气密容器的外表面温度。
依据上述第1形态，可以得到兼具适宜的灯电压及高效率的无水银高压放电灯。
(2)可以在第1卤化物中添加离子化电位5.4eV以上的金属的卤化物。另外，根据需要可以将第2形态与第1形态一同附加到第1发明中。
依据上述第2形态，可以得到容易避免电位梯度降低的无水银高压放电灯。
依据第1发明至第6发明，可以提供一种高压放电灯及使用它的照明装置，该高压放电灯因为表现出与装有水银的高压放电灯同等乃至更优异的电特性及发光特性，所以在实用上非常有利。
另外，依据第2发明至第4发明，可以提供一种在上述效果的基础上进一步抑制透光性气密容器的白浊现象产生的高压放电灯及使用它的照明装置。
图1表示用于实施第1发明的高压放电灯的第一方式的正面图。
图2是说明第1发明中的灯电压及发光效率与锌卤化物及铥(Tm)卤化物的填充质量比之间的关系的图。
图3涉及第2发明，是表示相对于全部的卤化物的铥卤化物及锌卤化物的填充质量比率与灯电压的关系的图。
图4涉及第2发明，是表示相对于全部的卤化物的锌卤化物的填充质量比率和透光性气密容器中的白浊产生程度的关系的图。
图5涉及第2发明，是表示透光性气密容器的最冷部温度和发光效率的关系的图。
图6涉及第3发明，是表示比值WTl/WTm和发光效率的关系的图。
图7涉及第4发明，是表示碱金属卤化物的填充质量比率和透光性气密容器中白浊产生程度的关系的图。
图8涉及第4发明，是表示碱金属卤化物的填充质量比率和灯电压的关系的图。
图9涉及第5发明，是表示溴化铥的填充质量比率WTB和电极损伤度的关系的图。
图10是表示点亮本发明的高压放电灯的高压放电灯点亮装置的一个形态的电路模块图。
图11是表示作为本发明的照明装置的一个形态的汽车前照灯的示意侧面图。
符号说明1气密容器、1a包围部、1b密封部、1c放电空间、2电极、3封粘金属箔、4导线、5缩径部、B灯头、
IT发光管、MHL高压放电灯、OT外管、T绝缘管、t1灯头端子具体实施方式
下面，参照附图对第1发明至第5发明的具体实施方式
进行说明。
第一方式图1表示用于实施第1发明的高压放电灯的第一方式的正面图。本方式是作为第1发明的一个适用例的汽车前照灯用的高压放电灯，图中高压放电灯MHL由发光管IT、绝缘管T、外管OT及灯头B构成，可以水平点亮。
发光管IT由透光性气密容器1、一对电极2、2、封粘金属箔3、一对导线4、4及离子化介质构成。
透光性气密容器1是在高压放电灯MHL通常的工作温度下具有足够的耐火性的材料，并且只要能将通过放电产生的所需波长范围的可见光引出到外部，用哪种材质制作都可以。例如可以使用石英玻璃及透光性陶瓷等。另外，作为透光性陶瓷，可以使用透光性氧化铝、钇-铝-石榴石(YAG)、钇氧化物(YOX)和多结晶非氧化物，例如铝氮化物(AlN)等的多晶或单晶的陶瓷等。另外，根据需要，允许在透光性气密容器1的内表面形成耐卤素性或耐金属性的透明性覆膜、或将透光性气密容器1的内表面改性。
另外，透光性气密容器1在其内部具有放电空间1c。而且，为了包围放电空间1c，透光性气密容器1配置包围部1a。由包围部1a的内部形成的放电空间1c划分成适当的形状，例如球状、椭圆球状、近似圆柱状等。放电空间1c的容积根据高压放电灯MHL的额定灯功率、电极间距离等而能选择各种各样的值。例如，在液晶投影仪用灯的场合，可以为0.7cm3以下。在汽车前照灯用灯的场合，可以设定为0.05cm3以下。另外，在一般照明用灯的场合，根据额定灯功率也可以设定为1cm3以上及以下的任一值。
另外，允许在包围部1a的两端配置一对密封部1b、1b。密封部1b在密封包围部1a的同时，可以在此支撑后述的电极2的轴部，并且是有助于将电流从没有图示的点亮电路气密地导入到电极2的手段，一般配置在包围部1a的两端。
如图示的方式那样，透光性气密容器1的材质由石英玻璃构成时，密封部1b在其内部充实石英玻璃，且气密地埋设封粘金属箔3。密封部1b封闭包围部1a，同时可以在此支承后述的电极2的轴部，并且是有助于将电流从点亮电路气密地导入到电极2的手段。在封粘金属箔3的放电空间1c一侧的端部焊接电极2的基端，在另一端焊接导线4。另外，封粘金属箔3气密地埋设在密封部1b的内部，密封部1b是有助于维持透光性气密容器1的包围部1a内部的气密性、同时与密封部1b协调动作、并起着电流接通导体的作用的手段。而且，作为材料，透光性气密容器1由石英玻璃构成时，钼(Mo)是最合适的。将封粘金属箔3埋设在密封部1b的方法没有特别限定，例如可以从减压密封法、压紧密封法及它们的组合法等中适当选择采用。
另外，在图中，形成左方的密封部1b后，在不切断密封管1al的情况下，从密封部1b的端部延长成一体，向灯头b内延伸。
另一方面，作为透光性气密容器1由透光性陶瓷构成时的密封手段，可以采用例如使玻璃材料流入到透光性陶瓷和导入导体之间而密封的玻璃材密封和通过与透光性气密容器1或供电导体同材质材料的熔融粘合而进行密封的技术等。
另外，为了将透光性气密容器1的密封部1b保持在所需要的比较低的温度，同时将在透光性气密容器1中形成的最冷部温度维持在所希望的比较高的温度，可以形成与包围部1a连通的小口径筒部。在这种构造的情况下，通常来说，密封部1a被配置在小口径筒部的端部部分，同时在小口径筒部内使电极轴延伸，沿小口径筒部的轴向在电极轴和小口径筒部的内表面之间形成称为毛细管的微缝隙。另外，电极2的基端与供电导体即导线连接。
一对电极2、2被封装在透气性气密容器1中，其顶端由放电空间1c隔开而相面对地设置。在一对电极2、2之间形成的电极间距离在液晶投影仪等情况下优选为2mm以下，0.5mm也可以。对于前照灯用的情况，中心值被标准化为4.2mm。对于一般照明用灯来说，小型的电极间间距小，可以设定为6mm以下，中型至大型的可以设定为6mm以上。
另外，作为电极2的构成材料，可以使用耐火性、导电性的金属形成，例如纯钨(W)、含有掺杂剂(例如从钪(Sc)、铝(Al)、钾(K)及硅(Si)等的组中选择一种或多种)的掺杂钨、含有氧化钍的掺钍钨、铼(Re)或钨-铼(W-Re)合金等。
而且，小型灯的场合，可以将直棒状的线材及在顶端部形成大径部的线材作为电极2使用。在中型至大型的电极2的场合，可以在电极轴的顶端部卷绕电极构成材料制成的线圈。另外，一对电极2、2用交流电工作时，设定为相同构造，但用直流电工作时，一般由于阳极温度急剧上升，可以使用比阴极散热面积大、因此主体部粗的线材。
在图中所示的形态中，电极2由掺杂钨丝构成，贯穿轴向的顶端部、中间部及基端部的轴部的直径相同，并且顶端部及中间部的一部分露出到放电空间1c内。另外，电极1b的基端部与埋设在密封部1b的后述封粘金属箔3的放电空间1c一侧的端部焊接，同时中间部松旷地支撑在密封部1b上，由此配置在气密容器1的指定位置。
封粘金属箔3如上所述由钼箔构成。
一对导线4、4，其基端一侧由密封部1b的端部向外部引出。图中由发光管IT向右方引出的导线4的中间部沿后述的外管OT折回，引入到后述的灯头B内，与配置在灯头B的外围面并作成环状的一个灯头端子t1连接。另外，图中由发光管IT向左方引出的导线4沿管轴延伸而引出到灯头B内，与图中未示出的配置在中央并作成针状的另一个灯头端子相连接。
如前所述，离子化介质是本发明的特征构成部分，其含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含有水银。
第1卤化物含有铥(Tm)卤化物。第2卤化物以锌(Zn)卤化物为主要成分。上述铥(Tm)卤化物及锌(Zn)卤化物的填充量如以下说明的那样，规定在指定的范围内。
即，相对于被填充的全部离子化介质的质量，铥(Tm)卤化物的填充质量比率(WTm)和锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn之和(WTm+WZn)满足数学式5≤(WTm+WZn)≤100，锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)满足数学式2.5≤WZn≤15，并且锌(Zn)卤化物的填充质量A和铥(Tm)卤化物的填充质量B的比率A/B满足数学式0.025≤A/B≤0.23。
稀有气体起着启动气体及缓冲气体的作用，可以单独填充氙(Xe)、氩(Ar)及氖等的组中的一种，或多种混合填充。稀有气体的填充压力可以按照高压放电灯的用途而适当设定。
在稀有气体中，由于氙的原子量比其它的稀有气体大，故热传导率相对较小，因此，用0.6个大气压以上、优选5个大气压以上将其填充，由此有助于紧接着点亮之后形成灯电压，同时由于在卤化物的蒸气压低的阶段进行白色的可见光放射，有助于光束上升，故对前照灯用的高压放电灯是有效的。在这种情况下，氙的优选填充压为6个大气压以上，更优选8～16个大气压的范围。因此，有助于紧接着点亮之后的光束上升及光色上升，可以满足紧接着点亮之后汽车前照灯用的作为HID光源的发白色光的标准。
就水银(Hg)来说，完全不含有是为减少环境负荷物质所优选的，但也允许含有杂质程度的水银。
外管OT具备紫外线截除性能，在内部收纳发光管IT，两端的缩径部5(图中只表示右方一端。)用玻璃熔粘在发光管IT的密封部1b处。但是，外管OT的内部不是气密的，与外界气体连通。
绝缘管T由陶瓷管构成，包覆着导线4。
灯头B作为汽车前照灯用已经标准化，沿中心轴固定支撑发光管IT及外管OT，并以可拆装的方式安装在汽车前照灯的背面。另外，它由一个灯头端子t1和另一个灯头端子构成，其中，灯头端子t1以在安装时能与电源侧的灯座(没有图示)连接的方式设置于筒状部的外围面并作成环状，另一个灯头端子在筒状部内部形成的一端敞开的凹部内、并在中央向轴向突出地设置，而且作成针状。
实施例1本实施例涉及图1所示的汽车前照灯用的金属卤化物灯。
透光性气密容器1是由透光性陶瓷一体成形而成的，各结构的详细情况如下。
包围部管轴方向长为8.0mm、最大内径为2.9mm、壁厚为0.5mm、直线透光率为30％、材料的平均粒径为0.5～1.0μm。
小口径筒部内径为0.7mm、壁厚为0.5mm、长度为12mm、直线透光率为20％、材料的平均粒径为0.5～1.0μm。
一对电极由掺杂钨制成、电极间距为4.2mm。
离子化介质TmI3-NaI-ZnI2(70∶20∶10质量％)为2mg、Xe为10个大气压。
点亮姿势水平点亮灯功率30W电特性灯电压为85V发光特性发光效率为110lm/W实施例2离子化介质TmBr3-NaI-ZnI2(70∶20∶10质量％)为2mg、Xe为10个大气压电特性灯电压为88V发光特性发光效率为110lm/W其它同实施例1。
实施例3
离子化介质TmBr3-TlI-NaI-ZnI2(50∶20∶20∶10质量％)为3mg、Xe为10个大气压电特性灯电压为75V发光特性发光效率为100lm/W其它同实施例1。
比较例1离子化介质TmI3-NaI(80∶20质量％)为2mg、Xe为10个大气压电特性灯电压为27V发光特性发光效率为45lm/W其它同实施例1。
比较例2透光性气密容器1由石英玻璃制成、包围部的长度为8.0mm、最大内径为2.4mm、壁厚为1.8mm离子化介质ScI3-NaI-InBr-ZnI2(20∶50∶1∶29质量％)为0.5mg、Xe为10个大气压灯功率35W电特性灯电压为42V发光特性发光效率为90lm/W其它同实施例1。
图2是说明第1发明中的灯电压及发光效率与锌卤化物及铥(Tm)卤化物的填充质量比之间的关系的图。图中，横坐标表示锌(Zn)卤化物的填充质量A和铥(Tm)卤化物的填充质量B的比率A/B，纵坐标表示灯电压(相对值)及发光效率(相对值)。另外，图中的曲线V1表示灯电压、曲线η表示发光效率。
由图可以知道，灯电压(曲线V1)随锌卤化物增多而升高，尤其是当A/B达到0.025以上时，急剧上升，而且自0.15附近开始上升率变小。与此相对，发光效率(曲线η)在A/B达到0.025以上时，急剧升高，0.15左右为峰值，然后，相对于A/B的增加，发光效率缓慢地降低下来。
由上可知在满足第1发明的数学式0.025≤A/B≤0.23的范围内，可得到高的灯电压且高的发光效率。
第二方式就第二方式来说，涉及第2发明，离子化介质的构成与第一方式不同。即，就离子化介质来说，相对于被填充的全部卤化物的质量的铥(Tm)卤化物的填充质量比率WTm和锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn之和(WTm+WZn)满足数学式(WTm+WZn)＞33，并且锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn满足数学式0＜WZn＜5。
允许稀有气体与第一方式中的相同。
实施例4本实施例涉及图1所示的汽车前照灯用的金属卤化物灯。
透光性气密容器1最大外径为6.0mm、球体长为6.5mm、最大内径为2.4mm、最冷部温度为600℃一对电极由掺杂钨制成、轴径为0.3mm、全长为10mm、电极间距为4.2mm离子化介质TmI3-TlI-ZnI2(70∶26∶4)为0.6mg、()内的数字为填充质量比率(％)、Xe为13个大气压电特性最冷部温度为600℃、且点亮时的灯电压为74V发光特性总光束为4900lm、发光效率为100lm/W、以及不能确认由点亮引起的透光性气密容器的白浊减少。
下面，参照图3至图5并涉及第二方式，根据实验数据对填充物和灯电压及透光性气密容器的白浊的关系、以及透光性气密容器的最冷部和发光效率的关系进行说明。
图3涉及第2发明，是表示相对于全部卤化物的铥卤化物及锌卤化物的填充质量比率与灯电压的关系的图。图中，横坐标表示铥卤化物及锌卤化物的填充质量比率(WTm+WZn)(％)，纵坐标表示灯电压(V)。
由图可以知道，如果填充质量比率(WTm+WZn)超过33％，就可得到与装有水银的情况同等及其以上的灯电压。
图4涉及第2发明，是表示相对于全部卤化物的锌卤化物的填充质量比率和透光性气密容器的白浊发生程度的关系的图。图中，横坐标表示锌卤化物的填充质量比率WZn(％)，纵坐标表示白浊程度。另外，白浊程度是通过目视进行相对判定的。
由图可以知道，如果填充质量比率WZn不足5％，可以得到将透光性气密容器中产生的白浊抑制在不对发光效率及寿命特性产生影响的程度的高压放电灯。
图5涉及第2发明，是表示透光性气密容器的最冷部温度和发光效率的关系的图。图中，横坐标表示最冷部温度(℃)，纵坐标表示效率(lm/W)。
由图可以知道，如果最冷部超过540℃但低于660℃，就可以得到高的发光效率，也可以得到图中没有示出但白浊得到抑制的高压放电灯。
第三方式第三方式是用于实施第3发明的方式。而且，除离子化介质的规格之外，与图1中所示的第一方式相同。
在第三方式中，离子化介质是在第1卤化物为铥卤化物的基础上，还包含了铊(Tl)卤化物而构成的。另外，相对于全部卤化物，铊卤化物的填充质量比率WTl和铥卤化物的填充质量比率WTm之比WTl/WTm满足数学式0.05＜WTm/WTl＜1.40。
实施例5离子化介质TmI3-TlI-ZnI2(72.6∶14.9∶12.5)为0.8mg、()内的数字为填充质量比率(％)、Xe为13个大气压、其他与实施例4相同。
电特性灯电压为85V、灯功率为35W
发光特性总光束为3500lm、发光效率为100lm/W不能确认由点亮产生的透光性气密容器的白浊减少。
图6涉及第3发明，是表示比值WTl/WTm与发光效率的关系的图。图中，横坐标表示比值WTl/WTm、纵坐标表示效率(lm/W)。
由图可以知道，比值WTl/WTm如果是在满足上述数学式的范围内，就可得到高的发光效率。
第四方式第四方式是用于实施第4发明的方式。而且，除离子化介质的规格之外，与图1所示的第一方式相同。
在第四方式中，离子化介质是在第1卤化物为铥卤化物的基础上，还含有碱金属、例如含有钠(Na)卤化物而构成的。另外，相对于全部的卤化物，铥卤化物的填充质量比率WTm和碱金属卤化物的填充质量比率WA分别满足数学式30＜WTm＜90及数学式10＜WA＜60，同时锌卤化物的填充质量比率WZn满足数学式0＜WZn＜20。
实施例6离子化介质TmI3-TlI-NaI-ZnI2(58.4∶9.9∶23.3∶8.3)为1.2mg、()内的数字为填充质量比率(％)、Xe为13个大气压，其它与实施例4相同。
电特性灯电压为55V、灯功率为35W发光特性总光束为3500lm、发光效率为100lm/W不能确认由点亮产生的透光性气密容器的白浊减少。
图7涉及第4发明，是表示碱金属卤化物的填充质量比率和透光性气密容器中白浊产生的程度的关系的图。图中，横坐标表示碱金属卤化物的填充质量比率WA(％)，纵坐标表示白浊程度。另外，白浊与图4同样地进行评价。
由图可以知道，比值WTl/WTm如果是在满足前述数学式的范围内，就可以有效地抑制白浊的发生。
图8涉及第4发明，是表示碱金属卤化物的填充质量比率和灯电压的关系的图。图中，横坐标表示碱金属卤化物的填充质量比率WA(％)，纵坐标表示灯电压(V)。
由图可以知道，碱金属卤化物的填充质量比率WA和灯电压成反比例关系，所以为了确保适当的灯电压，可以使该填充质量比率设定在满足上述数学式的范围内。
第五方式第五方式是用于实施第5发明的方式。而且，除离子化介质的规格之外，与图1所示的第一方式相同。另外，第五方式的铥卤化物至少含有溴化铥。
实施例7离子化介质TmI3-TmBr3-ZnI2(43.8∶43.8∶12.4)为0.8mg、()内的数字为填充质量比率(％)、Xe为13个大气压其它与实施例4相同。
电特性灯电压为107V、灯电流为0.65A、灯功率为60W发光特性总光束为6900lm、平均彩色再现指数Ra为91、色偏差为+0.0007，不能确认由点亮产生的透光性气密容器的白浊减少，但可以确认发光效率提高。
比较例3离子化介质TmI3-TlI-ZnI2(72.6∶14.9∶12.5)0.8mg、()内的数字为填入质量比率(％)、Xe为13个大气压、其它与实施例5相同。
电特性灯电压为93V、灯电流为0.86A、灯功率为60W发光特性总光束为6800lm、平均彩色再现指数Ra为93、色偏差为+0.0016、不能确认由点亮产生的透光性气密容器的白浊减少。
图9涉及第5发明，是表示溴化铥的填充质量比率WTB和电极损伤度的关系的图。图中，横坐标表示溴化铥的填充质量比率WTBr(％)、纵坐标表示电极损伤度。另外，电极损伤度依目视进行相对评价。
由图可以知道，如果溴化铥的填充质量比率WTBr(％)在60％以下，不会达到产生严重影响程度的电极损伤度。
图10是表示点亮本发明的高压放电灯的高压放电灯点亮装置的一种方式的电路模块图。就本方式来说，该点亮电路采用低频率交流点亮电路方式。图中，DC为直流电源，BUT为升压斩波器，FBI为全桥式变压器、IG为点火器，MHL为前述的本发明的高压放电灯。
直流电源DC由例如汽车电池构成。
升压斩波器BUT的输入端与直流电源DC连接。
全桥式变压器FBI的输入端与升压斩波器BUT的输出端连接。
点火器IG输入全桥式变压器FBI的低频率交流输出，产生高电压启动脉冲，启动时施加在后述的汽车前照灯用金属卤化物灯MHL的一对电极间。
高压放电灯MHL为图1所示的构成，与全桥式变压器FBI的输出端相接进行低频率交流点灯。
图11是表示作为本发明的照明装置的一个形态的汽车前照灯的示意侧面图。图中，11是前照灯主体，12是高压放电灯点亮装置，13是汽车前照灯用金属卤化物灯。
前照灯主体11做成容器状，在内部配置有反光镜11a，在前面备置有透镜11b及省略图示的灯座等。
高压放电灯点亮装置12配置有图10所示的电路结构，具备主点亮电路12A及启动器12B。主点亮电路12A以图4的升压斩波器BUT及全桥式变压器FBI为主要构成元件而构成。同样地，启动器12B以点火器IG为主要构成元件而构成。
汽车前照灯用金属卤化物灯13装载在上述灯座上点亮。
权利要求
1.一种高压放电灯，其特征在于，其具备有在内部具有放电空间的透光性气密容器；封装在透光性气密容器中并面向放电空间的一对电极；填充在透光性气密容器内的离子化介质，其构成为含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含水银，其中第1卤化物主要是在可见光区域发光的金属的卤化物，并包含铥(Tm)卤化物，第2卤化物表现出形成灯电压的作用，同时含有锌(Zn)卤化物作为主要成分，相对于被填充的全部离子化介质的质量的铥(Tm)卤化物的填充质量比率WTm(％)和锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)之和(WTm+WZn)(％)满足数学式5≤(WTm+WZn)≤100，锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)满足数学式2.5≤WZn≤15，并且锌(Zn)卤化物的填充质量A和铥(Tm)卤化物的填充质量B的比率A/B满足数学式0.025≤A/B≤0.23。
2.一种高压放电灯，其特征在于，其具备有在内部具有放电空间的透光性气密容器；封装在透光性气密容器中并面向放电空间的一对电极；填充在透光性气密容器内的离子化介质，其构成为含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含水银，其中第1卤化物主要是在可见光区域发光的金属的卤化物，并包含铥(Tm)卤化物，第2卤化物表现出形成灯电压的作用，同时含有锌(Zn)卤化物作为主要成分，相对于被填充的全部卤化物的质量的铥(Tm)卤化物的填充质量比率WTm(％)和锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)之和(WTm+WZn)(％)满足数学式(WTm+WZn)＞33，并且锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)满足数学式0＜WZn＜5。
3.一种高压放电灯，其特征在于，其具备有在内部具有放电空间的透光性气密容器；封装在透光性气密容器中并面向放电空间的一对电极；填充在透光性气密容器内的离子化介质，其构成为含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含水银，其中第1卤化物主要是在可见光区域发光的金属的卤化物，并包含铥(Tm)卤化物及铊(Tl)卤化物，并且当铥(Tm)卤化物的填充质量比率设定为WTm(％)、铊(Tl)卤化物的填充质量比率设定为WTl(％)时，比值WTl/WTm满足数学式0.05＜WTl/WTm＜1.40，第2卤化物表现出形成灯电压的作用，同时含有锌(Zn)卤化物作为主要成分。
4.一种高压放电灯，其特征在于，其具备有在内部具有放电空间的透光性气密容器；封装在透光性气密容器中并面向放电空间的一对电极；填充在透光性气密容器内的离子化介质，其构成为含有第1卤化物、第2卤化物及稀有气体，且实质上不含水银，其中第1卤化物主要是在可见光区域发光的金属的卤化物，并包含铥(Tm)卤化物及碱金属卤化物，并且当铥(Tm)卤化物的填充质量比率设定为WTm(％)，碱金属卤化物的填充质量比率设定为WA(％)时，WTm及WA分别满足数学式30＜WTm＜90及数学式10＜WA＜60，第2卤化物表现出形成灯电压的作用，同时含有锌(Zn)卤化物作为主要成分，并且当锌(Zn)卤化物的填充质量比率设定为WZn(％)时，WZn满足数学式0＜WZn＜20。
5.如权利要求1～4中任一项所述的高压放电灯，其特征在于，铥(Tm)卤化物至少含有溴化铥。
6.一种照明装置，其特征在于，其具备有照明装置主体；配置在照明装置主体内的权利要求1～4中任一项所述的高压放电灯；将高压放电灯点亮的点亮电路。
全文摘要
本发明提供一种无水银的高压放电灯，其能够抑制透光性气密容器内白浊现象的产生，并且在确保适宜的电特性的同时具有高效率。该高压放电灯构成为具有含铥(Tm)卤化物的第1卤化物，含有锌(zn)卤化物作为主要成分的第2卤化物，且实质上不含水银，其中相对于被填充的全部离子化介质的质量的铥(Tm)卤化物的填充质量比率WTm(％)和锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)之和(WTm+WZn)(％)满足数学式5≤(WTm+WZn)≤100，锌(Zn)卤化物的填充质量比率WZn(％)满足数学式2.5≤WZn≤15，并且锌(Zn)卤化物的填充质量A和铥(Tm)卤化物的填充质量B的比率A/B满足数学式0.025≤A/B≤0.23。
文档编号H01J61/12GK1937167SQ20061015435
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月22日 优先权日2005年9月22日
发明者柏木孝仁, 石田正纯, 松田干男, 上村幸三 申请人:东芝照明技术株式会社