JP2001273870A

JP2001273870A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2001273870A
Application number: JP2000089831A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Muto; 雅昭武藤
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高い可視発光効率と適切な発光色を有すると共
に、放電安定性に優れ、特に実用的な調光機能を備えた
メタルハライドランプを提供する。【解決手段】本発明におけるメタルハライドランプで
は、課題を解決するために、発光管１の内部の放電空間
２に突出して対向する一対の電極３を備え、前記放電空
間２には水銀を含まないメタルハライドランプにおい
て、前記放電空間２には、室温において７〜２０気圧の
キセノンからなる始動ガスを兼ねる緩衝ガスと、少なく
とも１種類の金属ハロゲン化物を含み、前記発光管１
は、入力電力の変動に対して、電流電圧特性における抵
抗係数が正である領域を有し、前記電流電圧特性の抵抗
係数が正である領域において、前記発光管１は定常状態
の定格電力以下の電力を供給されて駆動されることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の前照灯や各種
の照明用途に用いら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】メタルハライドランプなどの高圧放電ラ
ンプにおいて、水銀は、それ自体の発光の他に、緩衝ガ
スとして発光管の温度を高めて発光材料の蒸発を促進し
たり、発光管電圧を調整する目的で使用されてきた。し
かしながら、水銀は環境汚染物質であるため、当該製造
業者には水銀を使用しない発光管の開発が強く望まれて
いる。

【０００３】メタルハライドランプでは，発光管内に例
えば室温で数気圧のキセノンガスを封入することで、高
温のキセノンアークからの熱伝達で発光管壁の金属ハロ
ゲン化物を蒸発させることにより、水銀を全く含まない
発光管（以下水銀フリー発光管と称す）の実現が可能で
ある。

【０００４】水銀フリー発光管では，熱力学的特性が比
較的似通った金属ハロゲン化物を主たる発光材料とする
ため、従来の水銀を含有する発光管にはない特徴が現れ
る。例えば、水銀を含有するメタルハライドランプにお
いては、発光管への入力電力を減少させて調光動作を行
うと、金属ハロゲン化物として封入した金属の発光が著
しく減少するのに対して、相対的に蒸気圧の高い水銀の
発光強度は維持されるため、発光色が激しく変化する。
それに対して、水銀フリー発光管では、入力電力を減少
させた場合に、各金属による発光がほぼ等しい割合で低
下していくため、発光色の変化は小さくなる。

【０００５】一方、キセノンなどからなる始動ガスを数
気圧以上の圧力で封入し、始動期間に定格の数倍の電流
を流す瞬時始動型の発光管においては、発光管を常温か
ら始動（以下コールドスタートと称す）させる場合に、
電極が一時的に高温となって劣化しやすい。また、発光
管を石英ガラスで構成し、タングステンなどからなる電
極を埋設した構造においては、電極の埋設部分に侵入し
た水銀や金属ハロゲン化物が、コールドスタートにとも
なう急峻な温度上昇によって瞬間的に気化し、電極埋設
部分を破壊するという問題があった。この種の発光管の
寿命は、実質的に点灯時間よりもコールドスタートの回
数で決まっていた。点灯と消灯の頻度が高い照明の用途
において、消灯を減光に置き換えることができると、発
光管の寿命は著しく改善される。

【０００６】自動車の前照灯では、一部の国でデイタイ
ムランニングランプ（以下ＤＲＬと略す）が法規化され
ているが、現行の自動車用メタルハライドランプは、前
記した理由で減光動作が行えないため、ＤＲＬに適用す
ることができない。

【０００７】更に、各種の照明用途において、必要に応
じて光量を調節することによって、エネルギー消費を削
減することができる。

【０００８】特開平６−８４４９６号公報には、水銀フ
リー発光管の特徴を利用して調光を実現した高圧金属蒸
気放電ランプが開示されている。その実施例によれば、
沃化ナトリウムを約２０ｍｇ、沃化スカンジウムを約４
ｍｇ、キセノンガスを常温で約８気圧封入した定格電力
１５０Ｗの発光管を７５Ｗに下げて駆動しても発光色が
維持され、良好な色再現性が得られている。また、キセ
ノンガスの圧力（気圧）と電極間距離（ｍｍ）の積を４
０以上とすることにより、実施例では約９０Ｖの発光管
電圧が得られている。

【０００９】しかしながら、本発明者の見解によれば、
かかる沃化ナトリウムと沃化スカンジウムの組み合せで
は、高い発光効率と比較的良好な色再現性は得られるも
のの，発光色がやや緑がかるため、純粋な白色は得られ
難く、照明としての用途が制限される。

【００１０】また、発光管の電圧は、電極降下分と、金
属原子による電子散乱作用および遊離ハロゲンによる電
子付着作用などにより生じるインピーダンスの総和によ
るものであるが、前記実施例では、電子との衝突断面積
が特殊に大きく電圧の発生に多大な寄与をもたらす水銀
がないにも関わらず、水銀を含有する発光管と同等の発
光管電圧を発生していることから、発光管を非常に高温
で動作させて金属ハロゲン化物の蒸気圧を高めていると
考えられる。このような動作状態においては、発光管を
構成する石英ガラスと金属ハロゲン化物との反応が活発
となり、管壁の失透や電極の劣化が起こりやすいという
問題がある。

【００１１】特開平１１−２３８４８８号公報には、ハ
ロゲン化ナトリウムおよびハロゲン化スカンジウムなど
からなり所望の発光を行う第１のハロゲン化物と、相対
的に蒸気圧が高く可視域に発光しにくいＡｌ、Ｆｅ、Ｃ
ｄ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｒｅ、Ｍｇ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどからなるハロゲ
ン化物から選択された第２のハロゲン化物と希ガスを封
入し、水銀を含有しないメタルハライド放電ランプが開
示されている。

【００１２】第２のハロゲン化物はバッファガスとして
作用し、水銀を含有する場合と同等の発光管電圧を発生
させる。発光管電圧を十分に高めることにより電流を小
さくして、照明器具や配線の電流容量の増大を防ぎ、ま
た、電極損失を小さく抑えてランプ効率を向上させてい
る。また、調光時の色変化が小さくなることが記載され
ている。

【００１３】しかしながら、本発明者の見解によれば、
前記した第２のハロゲン化物を構成する金属は、いずれ
も紫外域に発光するため、多少とも可視域の発光効率を
低下させる。そのため、実施例に記載されているよう
に、発光管電圧は水銀を含有する発光管に近い値を有す
るものの、可視発光効率の低下は避けられないものとな
っている。

【００１４】また、第２のハロゲン化物の添加量によっ
ては点灯中のハロゲン密度が非常に大きくなると考えら
れ、放電が不安定になりやすく、調光のために電流や電
力を制御すると立消えを引き起こしやすい。さらに、第
２のハロゲン化物の添加により発生する紫外光の波長や
強度によってはその遮蔽が必要になることがある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、水銀を全く
使用せずに、高い可視発光効率と適切な発光色を有する
メタルハライドランプを提供するものである。同時に、
放電安定性に優れ、特に実用的な調光機能を備えたメタ
ルハライドランプを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のメタルハライドランプは以下の特徴を有し
ている。すなわち、請求項１に記載のメタルハライドラ
ンプは、発光管の内部の放電空間に突出して対向する一
対の電極を備え、前記放電空間には水銀を含まないメタ
ルハライドランプにおいて、前記放電空間には、室温に
おいて７〜２０気圧のキセノンからなる始動ガスを兼ね
る緩衝ガスと、少なくとも１種類の金属ハロゲン化物を
含み、前記発光管は、入力電力の変動に対して、電流電
圧特性における抵抗係数が正である領域を有し、前記電
流電圧特性の抵抗係数が正である領域において、前記発
光管は定常状態の定格電力以下の電力を供給されて駆動
されることを特徴とする。これにより、発光管への入力
電力を変動させても、立消えやチラツキが起こらず、発
光色の変化も小さくなる。

【００１７】請求項２に記載のメタルハライドランプ
は、前記電流電圧特性の抵抗係数が正である領域におい
て、前記発光管のインピーダンスは７５Ω以下であるこ
とを特徴とする。これにより、供給電力を定格よりも小
さくしても放電が安定し、信頼性の高い調光が可能とな
る。請求項３に記載のメタルハライドランプは、前記電
流電圧特性の抵抗係数が正である領域において、前記発
光管に供給される電力は、定常状態における定格電力の
４０％以上であることを特徴とする。これにより、放電
安定性が良好で、調光に適する電力範囲が限定される。
請求項４に記載のメタルハライドランプは、前記電流電
圧特性の抵抗係数が正である領域において、前記発光管
への入力電力の変化に対して、全光束が１５％から１０
０％の範囲で変動することを特徴とする。これにより、
実用的な全光束の変化量が得られる。請求項５に記載の
メタルハライドランプは、前記電流電圧特性の抵抗係数
が正である領域において、前記発光管への入力電力が変
動しても、発光色が実質的に白色を維持する入力電力の
範囲を有することを特徴とする。これにより、違和感の
ない自然な調光が可能となる。実質的な白色とは、ここ
では、ＣＩＥ１９３１ｘｙ色度図上で、ｘ≧０．３４５ｙ≦０．１５０＋０．６４０ｘｘ≦０．４０５ｙ≧０．０５０＋０．７５０ｘを満たす範囲とする。この色度範囲は日本電球工業会規
格の自動車前照灯用ＨＩＤ光源ＪＥＬ２１５において、
Ｄ２ＳおよびＤ２ＲタイプＨＩＤ（メタルハライドラン
プなどの高輝度放電ランプ）光源の色度として定められ
たものと同一である。

【００１８】請求項６に記載のメタルハライドランプ
は、前記金属ハロゲン化物は、少なくとも沃化ナトリウ
ムと沃化スカンジウムを含むことを特徴とする。これに
より、高い可視発光効率を実現できる。請求項７に記載
のメタルハライドランプは、前記沃化ナトリウムに対す
る沃化スカンジウムのモル比は、０．１０以上０．４３
以下であることを特徴とする。これにより、特に優れた
可視発光効率が得られる。請求項８に記載のメタルハラ
イドランプは、前記金属ハロゲン化物は、さらに沃化イ
ンジウムを含み、全金属ハロゲン化物中に占める前記沃
化インジウムのｍｏｌ百分率は、３ｍｏｌ％以上１２ｍ
ｏｌ％以下であることを特徴とする。これにより、可視
発光効率の低下を許容範囲にとどめながら，白色の発光
が得られる。

【００１９】請求項９に記載のメタルハライドランプ
は、前記発光管の単位内容積当たりの全金属ハロゲン化
物の合計のｍｏｌ数は、３０μｍｏｌ／ｃｃ以上１００
μｍｏｌ／ｃｃ以下であることを特徴とする。これによ
り、長時間の点灯による発光効率の低下と色度の変化を
最少にするとともに、未蒸発の金属ハロゲン化物による
遮光や光の着色作用を抑制することができる。

【００２０】請求項１０に記載のメタルハライドランプ
は、前記発光管を室温から始動させ定常状態に至るまで
の期間に、前記発光管に定格電力の３００％以下の電力
を印加することを特徴とする。これにより、実用的な瞬
時点灯が可能となる。請求項１１に記載のメタルハライ
ドランプは、前記発光管の定格電力が、１０Ｗ以上５０
Ｗ以下であることを特徴とする。これにより、瞬時点灯
と調光動作の両方に適切な発光管の大きさが限定され
る。請求項１２に記載のメタルハライドランプは、前記
発光管の定常状態における電圧が、２０Ｖ以上６５Ｖ以
下であることを特徴とする。これにより、発光管の調光
動作に適する電圧および電流が得られる。

【００２１】請求項１３に記載のメタルハライドランプ
は、前記発光管の定格電力が３５Ｗであり、始動直後の
発光管電圧が１５Ｖ以上２５Ｖ以下であり，定常状態に
おける発光管電圧が３０Ｖ以上５０Ｖ以下であることを
特徴とする。これにより、自動車前照灯などの用途に最
適な電気的特性の発光管が得られる。

【００２２】請求項１４に記載のメタルハライドランプ
は、直流電流によって駆動されることを特徴とする。こ
れにより、駆動電源装置を大幅に簡略化することができ
る。請求項１５に記載の照明装置は、前記発光管への電
力供給を、定格電力の４０％以上３００％以下の範囲で
可変し得る電源装置を備えたことを特徴とする。これに
より、瞬時始動動作と調光動作の両方が可能となる。

【００２３】請求項１６に記載の照明装置は、前記発光
管の電圧を検出する手段を備え、前記発光管の始動期間
において、始動直後に大きな電力を供給し、前記発光管
の電圧の上昇に対して前記発光管への入力電力を減少さ
せる手段を備えたことを特徴とする。これにより、発光
管の瞬時始動動作をスムーズに行うことができる。請求
項１７に記載の照明装置は、光学系を具備したことを特
徴とする。これにより、本発明の発光管を配光制御が必
要な各種の照明用途に適用することができる。請求項１
８に記載の自動車前照灯は、本発明のメタルハライドラ
ンプおよび照明装置を具備したことを特徴とする。これ
により、ＤＲＬなどの用途に最適な自動車前照灯が提供
される。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１に本発明のメタルハライドラ
ンプの実施形態を示す。発光管１は，石英ガラス管で成
形され、内部に放電空間２を有し、前記放電空間２に一
端を突出するように埋設されたタングステンなどの高融
点金属からなる一対の電極３を備え、前記電極３の前記
放電空間２と反対の端にはモリブデンなどからなる金属
箔４を溶接などの手段で連接し、更に、前記金属箔４の
放電空間と反対側の端にはモリブデンなどからなるリー
ドワイヤ５を溶接などの手段で連接し，前記放電空間２
内への突出部分を除く前記電極３からリードワイヤ５の
ある部分までをピンチシールなどの手法で石英ガラス内
に埋め込むことにより前記金属箔４の周囲で気密封止が
成されるとともに前記電極３への電気伝導を成してい
る。リードワイヤ５は図示しない口金および駆動電源に
接続され給電を行う。前記一対の電極は同一の寸法およ
び材料からなり、前記駆動電源は交流電流を発光管に供
給する。

【００２５】前記放電空間２の内部には、室温において
７〜２０気圧のキセノンからなる始動ガスを兼ねる緩衝
ガスを含む。放電の開始とともにキセノンガスによる高
温のアークが形成され、キセノンの発光によって定格光
束の２５％を超える光束を発生する。

【００２６】自動車用３５Ｗの発光管の場合、欧州や日
本の規格で求められる定格光束は３２００ｌｍであり、
その２５％は８００ｌｍである。放電の開始直後に発生
する光束は、キセノンガスの封入圧力に依存し、封入圧
力が室温で７気圧未満の場合には、前記した定格光束の
２５％に到達することができない。また、キセノンガス
の室温における封入圧力が２０気圧よりも大きくなる
と、発光管の動作中における圧力が１２０気圧を超える
ため、約２４０気圧の耐圧限界に対して十分な安全率を
確保できなくなる。更に、発光管には、少なくとも１種
類の金属ハロゲン化物を含み、好ましくは、少なくとも
沃化ナトリウム（ＮａＩ）と沃化スカンジウム（ＳｃＩ
_３）を含む。

【００２７】図２は、沃化ナトリウムと沃化スカンジウ
ムを合計で０．４ｍｇ封入した３５Ｗ発光管について、
全金属ハロゲン化物中に占める沃化スカンジウムのｍｏ
ｌ百分率に対する可視発光効率を示す。可視発光効率
は、沃化スカンジウムが約９ｍｏｌ％以上で９０ｌｍ／
Ｗを超え、約３０ｍｏｌ％の付近でピークを示した。発
光効率の上昇過程は、沃化スカンジウムの増加により蒸
気圧の高い複合ハロゲン化物（ＮａＳｃＩ_４）の生成が
増加したこと、また、発光効率の低下過程は、金属ハロ
ゲン化物の蒸気圧の上昇が発光管を構成する石英ガラス
との化学反応を促進して遊離沃素の分圧を高め、遊離沃
素が電子を付着させることによりアークプラズマの電離
度を低下させて発光を妨害した結果と考えられる。

【００２８】図２で沃化スカンジウムの割合の増加に対
して可視発光効率が低下する範囲は、遊離沃素の生成が
活発に起こっていると考えられるので、発光管の寿命を
考慮すると好ましくない。したがって、沃化ナトリウム
と沃化スカンジウムを含む系における沃化スカンジウム
の割合は、１０〜３０ｍｏｌ％の範囲、すなわち沃化ナ
トリウムに対する沃化スカンジウムのｍｏｌ比で０．１
０〜０．４３の範囲が適切である。

【００２９】従来の沃化ナトリウムと沃化スカンジウム
を含む系における沃化スカンジウムの割合は、１０ｍｏ
ｌ％以下が一般的であり、それ以上沃化スカンジウムの
割合を高めると、沃素分圧の上昇により放電が不安定と
なってチラツキや立消えを生じやすくなる。本発明のメ
タルハライドランプでは、後述するように発光管のイン
ピーダンスが低く制限されているため、従来の発光管よ
りも電流が大きく、したがって電子密度が高いため、沃
化スカンジウムを多くしても放電は極めて安定してい
る。本発明のメタルハライドランプは、より好ましく
は、沃化ナトリウム、沃化スカンジウムおよび沃化イン
ジウム（ＩｎＩ）を含む。

【００３０】図３は、沃化ナトリウムと沃化スカンジウ
ムに加えて沃化インジウムを添加した３５Ｗ発光管の発
光色度の変化を示す。なお、金属ハロゲン化物の総量は
０．４ｍｇで一定としており、沃化ナトリウムに対する
沃化スカンジウムのｍｏｌ比は０．３５である。また、
図３には全金属ハロゲン化物中に占める沃化インジウム
のｍｏｌ百分率を記載した。図中に実線で囲った領域
は、前記した自動車前照灯用ＨＩＤ光源ＪＥＬ２１５に
よって規定されたＨＩＤ光源の白色範囲である。沃化イ
ンジウムが約３ｍｏｌ％以上の割合のときに、発光色は
白色の範囲に入る。

【００３１】図４には、沃化インジウムの添加量が１
０．３ｍｏｌ％の場合の発光管の発光スペクトル分布を
示す。インジウムは、約４５１ｎｍの波長を中心に連続
スペクトルを発生するため、水銀の欠如によって不足し
ていた青色域の発光を補い、良好な白色発光が得られ
る。

【００３２】一方、図５は、上記と同一の径の発光管に
ついて、沃化インジウムの添加割合と可視発光効率の関
係を示している。沃化インジウムの添加により、可視発
光効率は顕著に低下するため、８０ｌｍ／Ｗ以上の高い
発光効率を維持するためには、沃化インジウムの添加量
は１２ｍｏｌ％以下に制限される。

【００３３】以上から、白色発光と高い発光効率を両立
する沃化インジウムの添加量は、３〜１２ｍｏｌ％の範
囲である。

【００３４】発光管の単位内容積当たりの全金属ハロゲ
ン化物における合計ｍｏｌ数は、点灯中に化学反応など
により消失する分を考慮すると３０μｍｏｌ／ｃｃ以上
であることが好ましい。また、点灯中に未蒸発で管壁に
残留する金属ハロゲン化物による遮光作用や光の着色作
用を抑制するためには、全金属ハロゲン化物は１００μ
ｍｏｌ／ｃｃ以下であることが好ましい。

【００３５】発光管は、出力電力が調整可能な電源装置
に接続されて駆動される。図６は、発光管に供給する電
力を定格から減少させていったときの、電流電圧特性を
示す。各測定ポイントの間隔は、概ね１Ｗである。な
お、発光管の定格は３５Ｗであり、発光管内には、沃化
ナトリウム、沃化スカンジウムおよび沃化インジウムを
含み、沃化ナトリウムに対する沃化スカンジウムのｍｏ
ｌ比は０．３５で、全金属ハロゲン化物中に占める沃化
インジウムのｍｏｌ百分率は１０．３ｍｏｌ％であり、
発光管の内容積は２８．０×１０^−３ｃｃで、全金属ハ
ロゲン化物のｍｏｌ数は２．０１μｍｏｌであり、単位
容積中の金属ハロゲン化物のｍｏｌ数は７１．８μｍｏ
ｌ／ｃｃである。さらに、発光管にはキセノンガスを１
０気圧の圧力で封入してある。

【００３６】定格電力の３５Ｗにおける電圧は３３．５
Ｖ、電流は１．０５Ａであり、その状態から電流を制限
することにより電力を減らしていくと、１７Ｗまでは電
流の減少に対して電圧も減少する正の抵抗特性を示した
が、１７Ｗよりもさらに電力を減少させると、一転して
電流の減少に対して電圧が上昇する負の抵抗特性を示す
とともに、放電にチラツキなどの不安定性が現れ、つい
には立消えを生じた。

【００３７】本発明者は、数々の実験の結果、電流電圧
特性が正の抵抗特性を示す領域においては、放電は十分
に安定しており、電力の減少にともなう不具合は全く存
在しないが、負の抵抗係数を示す領域では、発光管のイ
ンピーダンスが急激に上昇して放電が不安定となり、両
特性の分岐点は、発光管の定格電力に対して４０〜５０
％の入力状態にあることを突き止めた。また、発光管の
インピーダンスが７５Ω以上になると、立消えを生じや
すくなることが判明した。なお、この例における発光管
のインピーダンスには、リアクタンス成分はほとんど含
まれておらず、純抵抗とみなしても差し支えない。

【００３８】図７は、上記と同一の発光管について、発
光管への入力電力と全光束の関係を示す。入力電力の減
少に対して、全光束はほぼ線形を維持して減少した。上
記した放電が安定である正の抵抗係数を示す領域に限定
すると、全光束の最小値は約５５０ｌｍであり、定格入
力での全光束２９２５ｌｍの約１９％であった。数々の
実験の結果、放電が安定した状態に維持しながら減少で
きる全光束の最低値は、定格の約１５％であった。した
がって、十分に実用的な調光能力を有することが確認さ
れた。

【００３９】一方、図８は、上記と同一の発光管につい
て、発光管の入力電力を定格の３５Ｗから減少させてい
ったときの発光色の色度変化を示す。前記した電流電圧
特性上で正の抵抗係数を有する全領域で白色範囲を満た
すことはできないが、定格電力の約５７％である２０Ｗ
までの入力では白色を維持している。従って、この場合
は入力電力をこれ以上の範囲にすることで発光色を実質
的に白色に維持できる

【００４０】本発明のメタルハライドランプは様々な用
途に適用が可能であるが、例えば、自動車の前照灯など
瞬時点灯性が要求される用途に用いる場合には、始動か
ら定常状態に至るまでの期間において、入力電力を定格
より大きくすることにより、素早い立上りを可能にでき
る。

【００４１】自動車前照灯用のメタルハライドランプの
場合、定格光束に対して、始動から１秒で２５％、４秒
で８０％の光束立上りが求められている。そのため、従
来の水銀を含有する発光管では、コールドスタートでの
発光管入力を定格の２００％前後まで高めるていた。し
かしながら、水銀フリー発光管の場合には、光束立上り
に大きく寄与する水銀が欠如しているため、同一の条件
では、８０％の光束に達するのに約６秒を要した。この
問題は、始動期間の入力電力を定格の最大３００％まで
高めることにより解決された。

【００４２】また、本発明による水銀フリーメタルハラ
イドランプの３５Ｗ発光管においては、発光管電圧が始
動直後には約１５〜２５Ｖであり、発光管の温度上昇に
より金属ハロゲン化物の蒸気圧が高まり、定常状態では
約３０〜５０Ｖになることを利用して、発光管の電圧を
検出して電圧の上昇に対して入力電力を減少させること
により、発光管に過度の負担を与えることなく、素早い
立上りが実現された。

【００４３】さらに、発光管の定格電力に対して、４０
〜３００％の範囲で可変し得る電源装置を備えることに
より、瞬時始動動作と調光動作の両方を実現することが
できる。本発明は小型の発光管に適し、定格電力が１０
〜５０Ｗの発光管に特に好適である。

【００４４】水銀フリー発光管の場合、発光管の定格電
力が大きくなると、発光管電圧はあまり変わらずに電流
が大きくなる。その結果、電極の損耗が大きくなって寿
命が短くなる。また、その対策として電極を大きくする
と、熱損失が増して効率が悪化したり、発光管の製作が
難しくなったりする。一方、発光管の定格電力が１０Ｗ
未満であると、発光管の熱伝導損失が相対的に大きくな
り、可視光の発光効率が低下する。定格１０〜５０Ｗの
発光管であれば、定格電流は０．５〜１．５Ａ程度であ
り、直径０．１０〜０．４０ｍｍ程度の比較的細い電極
を用いて、良好な寿命特性を得ることができる。

【００４５】図９に、前記実施例の３５Ｗ発光管の光束
維持特性を示す。本発明による水銀フリー発光管では、
水銀を含有する発光管をしのぐ優れた光束維持特性が得
られている。また図１０には、従来の水銀を含有する３
５Ｗ自動車用発光管と上記した本発明の３５Ｗ水銀フリ
ー発光管の点灯時間に対する発光色の色度変化を示す。
図中に破線で囲った領域は、前記した自動車前照灯用Ｈ
ＩＤ光源ＪＥＬ２１５によって規定されたＨＩＤ光源の
白色範囲である。また、グラフ中に記載した数値は点灯
時間である。

【００４６】従来例では、時間の経過とともに金属ハロ
ゲン化物が化学反応などにより失われると次第に水銀の
発光が優勢となるため、発光色は青方向へと推移してい
く。それに対し、本発明の水銀フリー発光管では、各金
属ハロゲン化物がほぼ均一に減少していくため、色度は
実質的に変わらない。なお、図１０に^“＋^”マークで記
載した色度点は、前記した自動車前照灯用ＨＩＤ光源Ｊ
ＥＬ２１５規格における色度の規格中心であって、本発
明の水銀フリー発光管が非常に良好な色度特性を有して
いることは明白であろう。

【００４７】本発明のメタルハライドランプの定常状態
における発光管電圧は２０Ｖ以上６５Ｖ以下であること
が好ましい。発光管の最低電圧は電極降下電圧で決ま
り、発光管のサイズに関わらずほぼ１５〜２０Ｖであ
る。そのため、発光管電圧が２０Ｖよりも低いと金属ハ
ロゲン化物の蒸気圧に相当する電圧が確保できず発光効
率が低下する。また、発光管電圧が６５Ｖよりも大きい
と、発光管のインピーダンスが７５Ωより大きくなり、
電流を制限したときに放電が不安定となりやすいため、
調光動作には適さなくなる。

【００４８】本発明のメタルハライドランプは、交流電
流のみならず、直流電流で駆動することができる。ただ
し、直流駆動の場合には、陽極と陰極として機能を分け
て電極の設計を行うことが望ましい。

【００４９】従来の水銀を含有するメタルハライドラン
プを直流で駆動すると、ハロゲン化物として封入した金
属が陰極側に偏って発光し、陽極側では水銀の青白い発
光が顕著となる色分離の問題があった。本発明のメタル
ハライドランプにおいては、水銀を含有していないた
め、アークの全域で白色の発光が得られ、光学系などへ
の適用に有利である。また、交流駆動では、交流式の電
子安定器で駆動する場合出力回路にスイッチング素子を
必要としていたが、直流駆動では、このスイッチング素
子を省略でき特に有利である。それにより、回路を簡略
化でき、また製造コストを低減することができる。

【００５０】本発明のメタルハライドランプおよび照明
装置は、自動車前照灯のみならず、様々な用途に適用す
ることができる。また、本発明では、石英ガラス管を使
って発光管及びピンチシ−ル部の説明をしてきたが、他
の材料としてそれらをセラミックスでつくることも本発
明に含まれる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明のメタルハライド
ランプは、環境汚染物質である水銀を含有せずに、従来
と同等以上の可視発光効率と光束維持特性を備え、従来
になく優れた色度維持特性を有するものである。また、
本発明のメタルハライドランプは放電安定性にすぐれ、
実用的な調光機能を備えた照明装置を実現することがで
きる。さらには、瞬時始動機能と減光機能を備えること
により、ＤＲＬを兼ねた自動車前照灯として用いること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタルハライドランプの実施形態を示
す図である。

【図２】本発明における沃化ナトリウムと沃化スカンジ
ウムを合計で０．４ｍｇ封入した３５Ｗ発光管につい
て、全金属ハロゲン化物中に占める沃化スカンジウムの
ｍｏｌ百分率に対する可視発光効率を示す図である。

【図３】本発明における沃化ナトリウムと沃化スカンジ
ウムに加えて沃化インジウムを添加した３５Ｗ発光管の
発光色度の変化を示す図である。

【図４】本発明における沃化インジウムの添加量が１
０．３ｍｏｌ％の場合の発光管の発光スペクトル分布を
示す。

【図５】本発明における図４と同一の発光管について、
沃化インジウムの添加割合と可視発光効率の関係を示す
図である。

【図６】本発明における図４と同一の発光管について、
発光管の電流電圧特性を示す図である。

【図７】本発明における図４と同一の発光管について、
発光管への入力電力と全光束の関係を示す図である。

【図８】本発明における図４と同一の発光管について、
発光管の入力電力を定格の３５Ｗから減少させていった
ときの発光色の色度変化を示す図である。

【図９】本発明における３５Ｗ発光管の光束維持特性を
示す図である。

【図１０】従来の水銀を含有する３５Ｗ自動車用発光管
と本発明の３５Ｗ水銀フリー発光管の点灯時間に対する
発光色の色度変化を示す図である。

【符号の説明】

１…発光管（石英ガラス又はセラミックス）２…放電空間３…電極４…金属箔５…リ−ドワイヤ（モリブデン）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月２９日（２００１．３．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【００１６】

【課題を解決する手段】上記課題を解決するために、本
発明のメタルハライドランプは以下の特徴を有してい
る。すなわち、請求項１に記載のメタルハライドランプ
は、発光管の内部の放電空間に突出して対向する一対の
電極を備え、前記放電空間には水銀を含まないメタルハ
ライドランプにおいて、前記放電空間には、室温におい
て７〜２０気圧のキセノンからなる始動ガスを兼ねる緩
衝ガスと、少なくとも１種類の金属ハロゲン化物を含
み、前記発光管は、入力電力の変動に対して、電流電圧
特性における抵抗係数が正である領域を有し、前記電流
電圧特性の抵抗係数が正である領域において、前記発光
管は定常状態の定格電力以下の電力を供給されて駆動さ
れることを特徴とする。これにより、発光管への入力電
力を変動させても、立消えやチラツキが起こらず、発光
色の変化も小さくなる。

【００１７】請求項２に記載のメタルハライドランプ
は、前記電流電圧特性の抵抗係数が正である領域におい
て、前記発光管のインピーダンスは７５Ω以下であるこ
とを特徴とする。これにより、供給電力を定格よりも小
さくしても放電が安定し、信頼性の高い調光が可能とな
る。請求項３に記載のメタルハライドランプは、前記電
流電圧特性の抵抗係数が正である領域において、前記発
光管に供給される電力は、定常状態における定格電力の
４０％以上であることを特徴とする。これにより、放電
安定性が良好で、調光に適する電力範囲が限定される。

【００１８】請求項４に記載のメタルハライドランプ
は、前記電流電圧特性の抵抗係数が正である領域におい
て、前記発光管への入力電力の変化に対して、全光束が
１５％から１００％の範囲で変動することを特徴とす
る。これにより、実用的な全光束の変化量が得られる。
請求項５に記載のメタルハライドランプは、前記電流電
圧特性の抵抗係数が正である領域において、前記発光管
への入力電力が変動しても、発光色が実質的に白色を維
持する入力電力の範囲を有することを特徴とする。これ
により、違和感のない自然な調光が可能となる。実質的
な白色とは、ここでは、ＣＩＥ１９３１ｘｙ色度図上
で、ｘ≧０．３４５ｙ≦０．１５０＋０．６４０ｘｘ≦０．４０５ｙ≧０．０５０＋０．７５０ｘを満たす範囲とする。この色度範囲は日本電球工業会規
格の自動車前照灯用ＨＩＤ光源ＪＥＬ２１５において、
Ｄ２ＳおよびＤ２ＲタイプＨＩＤ（メタルハライドラン
プなどの高輝度放電ランプ）光源の色度として定められ
たものと同一である。

【００１９】請求項６に記載のメタルハライドランプ
は、前記金属ハロゲン化物は、少なくとも沃化ナトリウ
ムと沃化スカンジウムを含むことを特徴とする。これに
より、高い可視発光効率を実現できる。

【００２０】請求項７に記載のメタルハライドランプ
は、前記沃化ナトリウムに対する沃化スカンジウムのモ
ル比は、０．１０以上０．４３以下であることを特徴と
する。これにより、特に優れた可視発光効率が得られ
る。請求項８に記載のメタルハライドランプは、前記金
属ハロゲン化物は、さらに沃化インジウムを含み、全金
属ハロゲン化物中に占める前記沃化インジウムのｍｏｌ
百分率は、３ｍｏｌ％以上１２ｍｏｌ％以下であること
を特徴とする。これにより、可視発光効率の低下を許容
範囲にとどめながら，白色の発光が得られる。

【００２１】請求項９に記載のメタルハライドランプ
は、前記発光管の単位内容積当たりの全金属ハロゲン化
物の合計のｍｏｌ数は、３０μｍｏｌ／ｃｃ以上１００
μｍｏｌ／ｃｃ以下であることを特徴とする。これによ
り、長時間の点灯による発光効率の低下と色度の変化を
最少にするとともに、未蒸発の金属ハロゲン化物による
遮光や光の着色作用を抑制することができる。

【００２２】請求項１０に記載のメタルハライドランプ
は、前記発光管を室温から始動させ定常状態に至るまで
の期間に、前記発光管に定格電力の３００％以下の電力
を印加することを特徴とする。これにより、実用的な瞬
時点灯が可能となる。請求項１１に記載のメタルハライ
ドランプは、前記発光管の定格電力が、１０Ｗ以上５０
Ｗ以下であることを特徴とする。これにより、瞬時点灯
と調光動作の両方に適切な発光管の大きさが限定され
る。請求項１２に記載のメタルハライドランプは、前記
発光管の定常状態における電圧が、２０Ｖ以上６５Ｖ以
下であることを特徴とする。これにより、発光管の調光
動作に適する電圧および電流が得られる。

【００２３】請求項１３に記載のメタルハライドランプ
は、前記発光管の定格電力が３５Ｗであり、始動直後の
発光管電圧が１５Ｖ以上２５Ｖ以下であり，定常状態に
おける発光管電圧が３０Ｖ以上５０Ｖ以下であることを
特徴とする。これにより、自動車前照灯などの用途に最
適な電気的特性の発光管が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管の内部の放電空間に突出して対向す
る一対の電極を備えるメタルハライドランプにおいて、
前記放電空間には水銀を含まず、室温において７〜２０
気圧のキセノンからなる始動ガスを兼ねる緩衝ガスと、
少なくとも１種類の金属ハロゲン化物を含み、前記発光
管は、入力電力の変動に対して、電流電圧特性における
抵抗係数が正である領域を有し、前記電流電圧特性の抵
抗係数が正である領域において、前記発光管は定常状態
の定格電力以下の電力を供給されて駆動されることを特
徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】前記電流電圧特性の抵抗係数が正である領
域において、前記発光管のインピーダンスは７５Ω以下
であることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライ
ドランプ。
【請求項３】前記電流電圧特性の抵抗係数が正である領
域において、前記発光管に供給される電力は、定常状態
における定格電力の４０％以上であることを特徴とする
請求項１または２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】前記電流電圧特性の抵抗係数が正である領
域において、前記発光管への入力電力の変化に対して、
全光束が１５％から１００％の範囲で変動することを特
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】前記電流電圧特性の抵抗係数が正である領
域において、前記発光管への入力電力が変動しても、発
光色が実質的に白色を維持する入力電力の範囲を有する
ことを特徴とする請求項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】前記金属ハロゲン化物は、少なくとも沃化
ナトリウムと沃化スカンジウムを含むことを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドラン
プ。
【請求項７】前記沃化ナトリウムに対する沃化スカンジ
ウムのモル比は、０．１０以上０．４３以下であること
を特徴とする請求項６に記載のメタルハライドランプ。
【請求項８】前記金属ハロゲン化物は、さらに沃化イン
ジウムを含み、全金属ハロゲン化物中に占める前記沃化
インジウムのｍｏｌ百分率は、３ｍｏｌ％以上１２ｍｏ
ｌ％以下であることを特徴とする請求項６または７に記
載のメタルハライドランプ。
【請求項９】前記発光管における単位内容積当たりの全
金属ハロゲン化物の合計のｍｏｌ数は、３０μｍｏｌ／
ｃｃ以上１００μｍｏｌ／ｃｃ以下であることを特徴と
する請求項６〜８のいずれかにに記載のメタルハライド
ランプ
【請求項１０】前記発光管を室温から始動させ定常状態
に至るまでの期間に、前記発光管に定格電力の３００％
以下の電力を印加することを特徴とする請求項９に記載
のメタルハライドランプ。
【請求項１１】前記発光管の定格電力が、１０Ｗ以上５
０Ｗ以下であることを特徴とする請求項１から１０のい
ずれかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項１２】前記発光管の定常状態における電圧が、
２０Ｖ以上６５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１
１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項１３】前記発光管の定格電力が３５Ｗであり、
始動直後の発光管電圧が１５Ｖ以上２５Ｖ以下であり，
定常状態における発光管電圧が３０Ｖ以上５０Ｖ以下で
あることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記
載のメタルハライドランプ。
【請求項１４】直流電流によって駆動されることを特徴
とする、請求項１から１３のいずれかに記載のメタルハ
ライドランプ。