JP2000090880A

JP2000090880A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2000090880A
Application number: JP10261153A
Authority: JP
Inventors: Makoto Horiuchi; 誠堀内; Kiyoshi Takahashi; 高橋　　清; Mamoru Takeda; 守竹田; Takeshi Saito; 毅斎藤; Hideaki Kiryu; 英明桐生
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の水銀を含んだメタルハライドランプか
ら水銀を除去すると、ランプ電圧が低くなり、黒化の進
行が早く寿命が短くなるといった課題がある。【解決手段】ナトリウムのハロゲン化物とインジウム
のハロゲン化物とタリウムのハロゲン化物と希ガスを発
光管内に封入し、放射光の分光分布において、ナトリウ
ムのハロゲン化物の封入量は、波長５８９ｎｍ付近にお
いて吸収スペクトルを生じる量とし、またインジウムの
ハロゲン化物の封入量は、波長４１０ｎｍ付近および波
長４５１ｎｍ付近において吸収スペクトルを生じる量と
し、さらにタリウムのハロゲン化物の封入量は、波長５
３５ｎｍ付近において吸収スペクトルを生じる量とする
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】一般照明および、反射鏡など
と組み合わされて自動車の前照灯などに使用されるメタ
ルハライドランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のメタルハライドランプは、発光管
内に希ガス（気体）と、水銀（液体）と、金属ハロゲン
化物（固体）が封入されている。これらの封入物はそれ
ぞれ、希ガスは主にランプ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。

【０００３】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、ランプは低
いランプ電流で点灯することが出来、その結果、電極の
熱負荷（シュール損失）が低く抑えられ、ランプは数千
時間におよぶ長い時間の間、点灯が可能となる。

【０００４】水銀を封入したランプのランプ電圧：Ｖｌ
ａ（Ｖ）は、例えば、特開平６−１３０４７号公報等に
開示されているように、次の公知の（１）式で与えられ
る。

【０００５】（１）式において、ｎＨｇは発光管の単位
内容積あたりの水銀密度（ｍｇ／ｃｃ）であり、Ｌは、
電極間距離（ｍｍ）である。この公知の（１）式によ
り、ランプ電圧は、電極間距離と水銀原子密度の約１／
２乗の積に比例し増加する。

【０００６】Ｖｌａ＝２０＋ｋ（比例定数）＊ｎＨｇ^0.56＊Ｌ・・・・・（１）通常メタルハライドランプでは、商用電圧値１００Ｖの
電力供給で効率よく点灯するように、１００Ｖ前後のラ
ンプ電圧で点灯するように水銀の封入量が（１）式によ
り選ばれている。

【０００７】従来のメタルハライドランプの構成を図５
に示し説明する。図５において、１０１は石英を材料と
する発光管、発光管１０１の両端にある１０２は封止部
である。１０３は、タングステンを材料とする一対の電
極、１０４はモリブデン箔、１０５は同じくモリブデン
を材料とするリード線である。

【０００８】電極１０３は、封止部１０２に封止された
モリブデン箔１０４の一端に電気的に接続され、さらに
モリブデン箔１０４の他端にはリード線１０５が電気的
に接続されている。発光管１０１内で電極１０３の先端
は、その先端間距離、つまり電極間距離が約１６（ｍ
ｍ）になるように配置されている。

【０００９】発光管１０１の内容積は、約１．７（ｃ
ｃ）であり、その内部には、約２１．５ｍｇ（単位発光
管内容積当たり１２．６ｍｇ／ｃｃ）の水銀１０６と、
０．２７ｍｇのヨウ化タリウム（単位発光管内容積当た
り０．１６ｍｇ／ｃｃ）と０．０４ｍｇのヨウ化インジ
ウム（単位発光管内容積当たり０．０２１ｍｇ／ｃｃ）
と１．９ｍｇのヨウ化ナトリウム（単位発光管内容積当
たり１．１４ｍｇ／ｃｃ）とから構成されたハロゲン化
物１０７と、図には示さないが１２ｋＰａのアルゴンガ
スが封入されている。

【００１０】このような構成のランプを定格電力１００
Ｗにて点灯した場合、全ての水銀６およびハロゲン化物
７の一部が蒸発して、約１００Ｖの電圧降下を電極３の
先端部間に生じ（ランプ電圧）、約６２００ｌｍの光束
を放射する。

【００１１】図６は図５に示す従来のメタルハライドラ
ンプの分光分布を示す図である。この図に見られるよう
に、従来のメタルハライドランプの発光は、数本の線ス
ペクトルからなり、その主な波長は、インジウムの４１
０．１ｎｍ、４５１．１ｎｍ、タリウムの５３５ｎｍ、
およびナトリウムの５８９．０ｎｍ、５８９．６ｎｍで
ある。

【００１２】インジウムのヨウ化物とタリウムのヨウ化
物とナトリウムのヨウ化物とともに発光管１０１に封入
されている水銀は、主に１００Ｖのランプ電圧の発生に
寄与する。図６の分光分布に水銀の発光が観測されない
ことから明らかであるが、発光にはほとんど寄与しな
い。

【００１３】この水銀による高いランプ電圧の結果、従
来のメタルハライドランプは低い電流で点灯可能であ
り、したがってこの従来のメタルハライドランプは約６
０００時間もの長い寿命を有する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】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。しかしその一方で、
ランプの発光効率の低下を招く。なぜなら水銀は、すべ
ての元素の中で、希ガスについで高い励起電圧を有し、
それ故、金属ハロゲン化物として添加されるその他の金
属元素より光を放射しにくい。したがってランプの発光
効率の点から考えると水銀は不所望な封入物である。

【００１５】したがって、例えば図５に示した従来の水
銀を封入したメタルハライドランプから水銀を取り除く
と、そのランプの発光効率は約７０ｌｍ／Ｗと高くな
る。

【００１６】ところが、公知の（１）式から明らかなよ
うに、その従来のメタルハライドランプから水銀を取り
除いたランプのランプ電圧は約２０Ｖ（この値は、公知
の（１）式においてｎＨｇ＝０を代入すれば容易に得ら
れる）に低下する。この場合、点灯中のランプ電流は約
５Ａとなり、従来のメタルハライドランプの５倍とな
る。このため電極の熱負荷（シュール損失）が増加し、
電極の蒸発が活発になる。それ故、この従来のメタルハ
ライドランプから水銀を取り除いたランプは、わずか数
十時間で発光管が黒くなり寿命に達するという課題があ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のメタルハライドランプは以下のような特徴
を有している。すなわち、ナトリウムのハロゲン化物と
インジウムのハロゲン化物とタリウムのハロゲン化物と
希ガスとを発光管内に封入し、ナトリウムのハロゲン化
物の封入量は、放射光の分光分布において、波長５８９
ｎｍ付近において吸収スペクトルを生じる量とし、また
インジウムのハロゲン化物の封入量は、放射光の分光分
布において、波長４１０ｎｍ付近および波長４５１ｎｍ
付近において吸収スペクトルを生じる量とし、さらにタ
リウムのハロゲン化物の封入量は、放射光の分光分布に
おいて、波長５３５ｎｍ付近において吸収スペクトルを
生じる量とするものである。

【００１８】そしてナトリウムのハロゲン化物の封入量
を、単位発光管内容積当たり４ｍｇ／ｃｃから１２ｍｇ
／ｃｃとするものである。さらにインジウムのハロゲン
化物の封入量を、単位発光管内容積当たり４ｍｇ／ｃｃ
から１２ｍｇ／ｃｃとするものである。そしてタリウム
のハロゲン化物の封入量をは、単位発光管内容積当たり
４ｍｇ／ｃｃから１６ｍｇ／ｃｃとするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態につ
いて説明する。図１は、本実施の形態のメタルハライド
ランプを示す図である。

【００２０】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。

【００２１】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（ｍｍ）になるよう
に配置されている。

【００２２】発光管１の内容積は、約０．０２５（ｃ
ｃ）であり、その内部には、０．２ｍｇのヨウ化タリウ
ム（単位発光管内容積当たり８．０ｍｇ／ｃｃ）と０．
２ｍｇのヨウ化インジウム（単位発光管内容積当たり
８．０ｍｇ／ｃｃ）と０．２ｍｇのヨウ化ナトリウム
（単位発光管内容積当たり８．０ｍｇ／ｃｃ）とから構
成されたハロゲン化物７と、図には示さないが、約７０
０ｋＰａのキセノンガスが封入されている。

【００２３】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、水銀を含んでいないことと、さらに封入さ
れるインジウムとタリウムとナトリウムのハロゲン化物
の量が、単位発光管内容積当たりに換算して非常に多い
点である。

【００２４】図２は、この本実施の形態の水銀を含まな
いランプを、４５Ｗのランプ電力で点灯した場合の分光
分布を示している。本実施の形態のランプは、従来のラ
ンプと比べて水銀が封入されておらず、かつ多量のハロ
ゲン化物が封入されている構成により、従来のランプと
は全く異なる分光分布を有する特徴がある。それは波長
４１０ｎｍ付近と波長４５１ｎｍ付近と波長５３５ｎｍ
付近と波長５８９ｎｍ付近における吸収スペクトルによ
り特徴づけられる。そしてこのランプは約７０ｌｍ／Ｗ
という従来より高い効率を有する。

【００２５】さらに本実施の形態のランプで驚くべき事
は、水銀を含まないにも関わらず、約５５Ｖのランプ電
圧で動作する特徴を有することである。

【００２６】このランプ電圧は、先の公知の（１）式か
ら予想される水銀を取り除いたランプのランプ電圧約２
０Ｖ（この値は、公知の（１）式においてｎＨｇ＝０を
代入すれば容易に得られる）を大幅に上回る。従来より
も多量のインジウムとタリウムとナトリウムのハロゲン
化物を封入し、波長４１０ｎｍ付近と波長４５１ｎｍ付
近と波長５３５ｎｍ付近と波長５８９ｎｍ付近において
吸収スペクトルが現れることで、高い効率と、高いラン
プ電圧と、それ故、長いランプ寿命が結果として得られ
ることは、例えば従来の公知の（１）式からでは全く予
期できるものではなく、驚くべき発見であった。

【００２７】この高いランプ電圧のおかげで、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示さない。

【００２８】このような水銀を含んでいないランプにお
いて、公知の（１）式から予想されるよりも高いランプ
電圧は、インジウムの波長４１０．１ｎｍ、波長４５
１．１ｎｍのスペクトル、あるいはタリウムの波長５３
５ｎｍのスペクトル、あるいはナトリウムの波長５８
９．０ｎｍ、波長５８９．６ｎｍのスペクトル付近で吸
収スペクトルが生じる場合に達成できることがわかっ
た。

【００２９】この吸収スペクトルを達成するためには、
インジウムとタリウムとナトリウムのハロゲン化物は多
量に蒸発せねばならない。それ故、各々の発光管１に封
入される量は、単位発光管内容積当たりの量で、従来の
ランプよりかなり多い量に選ぶ必要がある。この量はナ
トリウムのハロゲン化物は、単位発光管内容積当たり２
ｍｇ／ｃｃ以上、インジウムのハロゲン化物は、単位発
光管内容積当たり０．２ｍｇ／ｃｃ以上、そしてタリウ
ムのハロゲン化物は、単位発光管内容積当たり１ｍｇ／
ｃｃ以上の封入量に反映される。

【００３０】とりわけ、ナトリウムのハロゲン化物の封
入量を、単位発光管内容積当たり４ｍｇ／ｃｃから１２
ｍｇ／ｃｃの間に、インジウムのハロゲン化物の封入量
を、単位発光管内容積当たり４ｍｇ／ｃｃから１２ｍｇ
／ｃｃの間に、そしてタリウムのハロゲン化物の封入量
を、単位発光管内容積当たり４ｍｇ／ｃｃから１６ｍｇ
／ｃｃの間に選べば、ランプの放射光の色度点を、日本
電球工業会規格の自動車前照灯用ＨＩＤ光源（ＪＥＬ
２１５）で規格されている白色光源の色度範囲（これは
請求項５の式で表される）に規定でき、自動車前照灯用
光源に適したランプとなる。

【００３１】０．２ｍｇのヨウ化タリウム（単位発光管
内容積当たり８．０ｍｇ／ｃｃ）と０．２ｍｇのヨウ化
インジウム（単位発光管内容積当たり８．０ｍｇ／ｃ
ｃ）と０．２ｍｇのヨウ化ナトリウム（単位発光管内容
積当たり８．０ｍｇ／ｃｃ）とから構成されたハロゲン
化物７を封入した、本発明の限られた一例である本実施
の形態のランプの放射光の色度点をＣＩＥ１９３１ｘｙ
色度図上にプロットしたものを図３に示す。

【００３２】図３で実線で示した枠は、日本電球工業会
規格の自動車前照灯用ＨＩＤ光源（ＪＥＬ２１５）で
規格されている白色光源の色度範囲である。

【００３３】図３に示すように本実施の形態のランプは
日本電球工業会規格の自動車前照灯用ＨＩＤ光源（ＪＥ
Ｌ２１５）で規格されている白色光源の色度範囲にあ
る。

【００３４】本実施の形態に示したランプの有する別の
効果は、約７０ｌｍ／ｗにも達する発光効率である。と
くにこの高い発光効率は、２５Ｗよりも高く５５Ｗより
も低い電力で点灯する場合に、先に図３に示した特徴と
合わせて、本実施の形態に示したランプを自動車前照灯
用の光源に最適とする。

【００３５】なぜなら現在、自動車前照灯用として、よ
く使用されているハロゲンランプは５５Ｗの消費電力
で、約１１００（ｌｍ）の全光束が得られる。これに対
し本実施の形態のランプは、図４に示すように、たった
２５Ｗ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。更に高い電力で本実施の形態
のランプを点灯すれば、さらに多くの光束が得られ、よ
り明るい自動車前照灯を提供できる。しかし自動車前照
灯という範囲においてはランプ電力の上限は、５５Ｗに
選ばれるべきである。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。

【００３６】尚、本実施の形態では、ナトリウムとイン
ジウムとタリウムのハロゲン化物として、ナトリウムと
インジウムとタリウムのヨウ化物の場合を例に説明した
が、ハロゲンは、臭素であったり、塩素であったりして
もよい。

【００３７】また、例えば、ナトリウムとタリウムのハ
ロゲン化物はヨウ化物であり、インジウムのハロゲン化
物が臭化物で構成されるように、ハロゲンがヨウ素と臭
素が混合したものであってもよい。

【００３８】また、本実施の形態では、始動を補助する
目的で常温で約７００ｋＰａのキセノンガスを発光管１
内に封入しているが、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いし、封入圧も常
温で約７００ｋＰａに限られることはない。

【００３９】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り、その封入圧は、本実施の
形態のランプで例示したように、常温で約１００ｋＰａ
から１ＭＰａの範囲が適切である。

【００４０】以上本実施の形態では、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。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明は、放射光の分光
分布において、ナトリウムのハロゲン化物の封入量は、
波長５８９ｎｍ付近において吸収スペクトルを生じる量
とし、またインジウムのハロゲン化物の封入量は、波長
４１０ｎｍ付近及び波長４５１ｎｍ付近において吸収ス
ペクトルを生じる量とし、さらにタリウムのハロゲン化
物の封入量は、波長５３５ｎｍ付近において吸収スペク
トルを生じる量とすることで、水銀を封入しなくても高
いランプ電圧を達成でき、したがって長い寿命と高い効
率が得られる。

【００４２】このことは省資源・省エネルギーに大きく
貢献し、使用者に大きな経済的・地球環境的利益を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のメタルハライドランプ
を示す図

【図２】本実施の形態のメタルハライドランプの分光分
布を示す図

【図３】本実施の形態のメタルハライドランプの放射光
の色度点を示す図

【図４】本実施の形態１のメタルハライドランプの全光
束を示す図

【図５】従来のメタルハライドランプを示す図

【図６】従来のメタルハライドランプの分光分布を示す
図

【符号の説明】

１発光管２封止部３電極４モリブデン箔７ハロゲン化物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹田守大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者斎藤毅大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者桐生英明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 QQ03 QQ32 QQ58 QQ59 RR05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ナトリウムのハロゲン化物とインジウムの
ハロゲン化物とタリウムのハロゲン化物と希ガスとを発
光管内に封入したメタルハライドランプにおいて、前記ナトリウムのハロゲン化物の封入量は、前記メタル
ハライドランプの放射光の分光分布において、波長５８
９ｎｍ付近において吸収スペクトルを生じる量であり、前記インジウムのハロゲン化物の封入量は、前記メタル
ハライドランプの放射光の分光分布において、波長４１
０ｎｍ付近および波長４５１ｎｍ付近において吸収スペ
クトルを生じる量であり、前記タリウムのハロゲン化物の封入量は、前記メタルハ
ライドランプの放射光の分光分布において、波長５３５
ｎｍ付近において吸収スペクトルを生じる量であること
を特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】ナトリウムのハロゲン化物の封入量は、単
位発光管内容積当たり４ｍｇ／ｃｃから１２ｍｇ／ｃｃ
であることを特徴とする請求項１記載のメタルハライド
ランプ。
【請求項３】インジウムのハロゲン化物の封入量は、単
位発光管内容積当たり４ｍｇ／ｃｃから１２ｍｇ／ｃｃ
であることを特徴とする請求項１または２記載のメタル
ハライドランプ。
【請求項４】タリウムのハロゲン化物の封入量は、単位
発光管内容積当たり４ｍｇ／ｃｃから１６ｍｇ／ｃｃ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
メタルハライドランプ。
【請求項５】ランプの放射光の色度点がＣＩＥ１９３１
ｘｙ色度図上でｘ≧０．３１０かつｘ≦０．５００かつｙ≦０．１５０＋０．６４０ｘかつｙ≦０．４４０かつｙ≧０．０５０＋０．７５０ｘかつｙ≧０．３８２（ただしｘ≧０．４４）を満たすように動作することを特徴とした請求項１〜４
のいずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】ランプ電力が２５〜５５（Ｗ）であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハ
ライドランプ