JP2001313001A - メタルハライドランプおよび自動車用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光束立ち上がりを早くすることにより、自動車
用前照灯として好適なメタルハライドランプおよびこれ
を用いた自動車用前照灯装置を提供する。 【解決手段】放電容器１は、気密容器１ａとその内部に
細長い放電空間１ｃの両端に封装された一対の電極１
ｂ、１ｂの電極間距離Ｌ（ｍｍ）とからなり、気密容器
１ａの中央寄り８０％の領域における最大内径Ｄ（ｍ
ｍ）および最大肉厚ｔ（ｍｍ）とが下式を満足するよう
に構成されている。放電媒体は、水銀を本質的に含まな
いで、少なくとも発光金属のハロゲン化物および希ガス
を含んでいる。そして、ランプ電力１００Ｗ以下で点灯
する。 ０．２５≦Ｄ／Ｌ≦１．５０ ０．１６≦ｔ／Ｌ≦１．１０

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はメタルハライド放電
ランプおよびこれを用いた自動車用前照灯装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】相対向する一対の電極を備えた発光管内
に希ガス、発光金属のハロゲン化物および水銀を封入し
たメタルハライドランプは、比較的高効率で、高演色性
であるため広く使用されている。自動車の前照灯用にお
いても、メタルハライドランプの使用が普及してきてい
る。自動車の前照灯用を含めて、現在実用されているメ
タルハライドランプは、水銀を必須としている。なお、
自動車の前照灯用のメタルハライドランプの仕様につい
ては、たとえば特開平２−７３４７号公報に記載されて
いるが、約２〜１５ｍｇの水銀の封入が不可欠とされて
いる。また、特開平５９−１１１２４４号公報には、電
極間の中間におけるランプ容器の壁厚ｔを１．５〜２．
５ｍｍ、電極間の中間のランプ容器の内径Ｄを1〜３ｍ
ｍ、電極の先端間の距離ｄを３．５〜６ｍｍ、ランプ容
器内に突出している電極の距離ｌを０．５〜１．５ｍｍ
とし、ガス充填物として希ガス、水銀およびハロゲン化
金属を含有し、かつ水銀の封入量Ａ（ｍｇ）を下式を満
足させる構成の、自動車前照灯用として好適な放電ラン
プすなわちメタルハライドランプが記載されている。こ
のメタルハライドランプにおいては、水平作動状態にて
放電アークが収縮して少なくともほぼ直線的となり、高
効率を呈する旨記述されている。

【０００３】0.002(d+4・l)・D exp 2 <A<0.2(d+4/l)・D e
xp(1/3) しかしながら、環境問題が深刻化してきている現在、照
明分野においても、環境負荷が大きい水銀をランプから
減少させ、さらに廃絶することは非常に重要なことと考
えられている。

【０００４】この課題に対して、メタルハライドランプ
においても、水銀を用いないための提案が既にいくつか
なされている。たとえば、特許第２９８２１９８号公
報、特開平６−８４４９６号公報および特開平１１−２
３８４８８公報に記載されている発明は、本発明者らが
なしたものである。前者は、スカンジウムＳｃまたは希
土類金属のハロゲン化物と希ガスとを封入して、パルス
電流で点灯制御する構成である。中者は、放電媒体を金
属ハロゲン化物と希ガスで構成することにより、広い入
力範囲で色特性の変化を少なくして調光点灯を可能にし
た構成である。後者は、主発光物質であるところの第１
のハロゲン化物に加えて、蒸気圧が高くて発光しにくい
第２のハロゲン化物を添加することにより、電気特性な
どの改善を行うようにした構成である。

【０００５】また、特開平１１−３０７０４８号公報に
は、スカンジウムＳｃおよびナトリウムＮａのハロゲン
化物に加えて、金属単体での電離電圧が５〜１０ｅＶで
あり、かつ動作時の蒸気圧が１×１０^−５であるところ
の第３のハロゲン化物としてイットリウムＹおよびイン
ジウムＩｎを添加することにより、電極の飛散による黒
化を防止する構成が記載されている。なお、この従来技
術においては、発明により得られたメタルハライドラン
プが自動車前照灯用としての全光束および色度範囲を有
している旨記述されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】メタルハライドランプ
を前照灯用ランプとして用いる場合、安全上の問題から
電源投入から所定時間後に照射面での明るさが所定値以
上になっていることが要求される。たとえば、自動車で
は日本電球工業会規格ＪＥＬ−２１５において、ランプ
単体での光束が１秒後２５％以上、４秒後８０％以上と
規定されている。水銀封入のメタルハライドランプにあ
っては、概ね４秒後までは低温でも蒸発しやすい水銀が
主体で発光し、その後ハロゲン化物の発光金属が発光し
始める。このため、１秒、４秒の時点での発光効率は、
一般的なハロゲン化物の発光金属主体の発光のときの半
分以下である。そこで、点灯直後の入力電力を定常時の
約２倍に高めることで規格値を達成している。このよう
な理由から、水銀を封入したメタルハライドランプの場
合、点灯直後の発光色は水銀放電によるものであるため
光特性が非常に悪く、ＪＥＬ−２１５に規定している白
色の色度範囲から逸脱していて、規格内に収まるまで数
十秒を要する。

【０００７】これに対して、水銀を封入しないメタルハ
ライドランプの場合、ハロゲン化物の蒸気圧が水銀に比
較して、すこぶる低いため、電源投入から４秒までの光
束がわずかであり、しかも主に希ガスの発光となる。こ
のような場合の希ガスの発光は、水銀より発光効率が低
い。したがって、入力電力を2倍程度に増加しても、上
記規格値を満足できないという問題がある。特開平１１
−２３８４８８公報に記載のように水銀に代えて第２の
ハロゲン化物を封入する構成のみであっても、点灯直後
の第２のハロゲン化物の蒸気圧がなお水銀蒸気圧より１
桁以上低いために、上記の問題に対する本質的な解決に
はならない。

【０００８】本発明は、光束立ち上がりを早くすること
により、自動車前照灯用として好適にしたメタルハライ
ドランプおよびこれを用いた自動車用前照灯装置を提供
することを目的とする。

【０００９】また、本発明は、水銀を本質的に用いない
で環境に配慮するとともに、放電容器の構造を適切にす
ることにより、光束立ち上がりを早くして、自動車前照
灯用として好適なメタルハライドランプおよびこれを用
いた自動車用前照灯装置を提供することを他の目的とす
る。

【００１０】さらに、本発明は、放電容器の構造と放電
媒体との相互関係を適切にすることにより、光束立ち上
がりを早くして、自動車前照灯用として好適なメタルハ
ライドランプおよびこれを用いた自動車用前照灯装置を
提供することをさらに他の目的とする。

【００１１】さらにまた、本発明は、光束立ち上がりを
早くするとともに、放電容器の膨れを防止して、自動車
前照灯用として好適なメタルハライドランプおよびこれ
を用いた自動車用前照灯装置を提供することをさらに他
の目的とする。

【００１２】さらにまた、本発明は、光束立ち上がりを
早くするとともに、照射中心における光色がランプ単体
の平均光色と異なることが少なくて、自動車前照灯用と
して好適なメタルハライドランプおよびこれを用いた自
動車用前照灯装置を提供することをさらに他の目的とす
る。

【００１３】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明のメタル
ハライドランプは、内部に細長い放電空間が形成される
耐火性で透光性の気密容器および気密容器内の放電空間
の両端に離間対向して封装された一対の電極を備え、電
極端間距離をＬ（ｍｍ）とし、電極間距離の中央寄り８
０％の領域における気密容器の放電空間の最大内径をＤ
（ｍｍ）とし、かつ最大肉厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
Ｄ／Ｌおよびｔ／Ｌがそれぞれ下式を満足する放電容器
と；少なくともナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃ
を含む複数種の金属のハロゲン化物、ならびに希ガスを
含み、気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、
本質的に水銀が封入されていないとともにランプ電力１
００Ｗ以下で点灯することを特徴としている。

【００１４】０．２５≦Ｄ／Ｌ≦１．５０ ０．１６≦ｔ／Ｌ≦１．１０ 本発明および以下の各発明において、特に指定しない限
り用語の定義および技術的意味は次による。

【００１５】＜放電容器について＞放電容器は、気密容
器および一対の電極を備えて構成されている。

【００１６】（気密容器について）気密容器は、耐火性
で透光性である。「耐火性」とは、放電ランプの通常の
作動温度に十分耐える意味である。したがって、気密容
器は、耐火性を備える材料であり、かつ放電によって発
生した所望波長域の可視光を外部に導出することができ
れば、どのようなもので作られていてもよい。たとえ
ば、石英ガラスや透光性アルミナ、ＹＡＧなどのセラミ
ックスまたはこれらの単結晶などを用いて形成すること
ができる。なお、必要に応じて、気密容器の内面に耐ハ
ロゲン性または耐ハロゲン化物性の透明性被膜を形成す
るか、気密容器の内面を改質することが許容される。

【００１７】また、気密容器は、その内部に細長い放電
空間が形成されている。細長い放電空間は、後述するよ
うに、その内径が電極間距離との相対的な数値関係によ
って規定される。また、気密容器は、後述するように、
その肉厚が電極間距離との相対的な数値関係によって規
定される。

【００１８】（電極について）本発明のメタルハライド
ランプは、交流および直流のいずれで点灯するように構
成してもよい。

【００１９】交流で作動する場合、一対の電極は同一構
造とする。また、自動車前照灯用のメタルハライドラン
プの場合、電極の先端部を軸部より径大にすると好都合
である。すなわち、ランプの点滅回数が非常に多くなる
とともに、また始動時には定常時より大きな電流を流す
ので、これに対応して電極全体を径大にすると、電極軸
に接触している気密容器の構成材料が点滅のたびに熱応
力を受けてクラックを生じやすい。そこで、電極の先端
に径大部を形成することで、電極を点滅に対応させるこ
とができるが、軸部は径大になっていないから、クラッ
クを生じにくい。 直流で作動する場合、一般に陽極は
温度上昇が激しいから、先端に径大部を形成すれば放熱
面積を大きくすることができるとともに、頻繁な点滅に
対応することができる。これに対して、陰極は必ずしも
径大部を形成する必要がない。

【００２０】次に、電極間距離は、実際的には６ｍｍ以
下が好適である。すなわち、電極間距離が６ｍｍを超え
ると、点光源から離れてしまい、光学系の焦点特性が悪
くなり、たとえば自動車前照灯用光源として用いた場合
に照射面の明るさが低下してしまう。また、電極間距離
は、後述するように、気密容器の内径および肉厚との間
に密接な相互関係がある。

【００２１】（気密容器の内径Ｄと電極間距離Ｌとの関
係について）放電容器の電極間距離をＬ（ｍｍ）とし、
その中央よりの８０％の領域における放電空間の最大内
径をＤ（ｍｍ）とする。そして、Ｄ／Ｌが下式を満足す
るように設定されている必要がある。

【００２２】０．２５≦Ｄ／Ｌ≦１．５０ なお、電極間距離Ｌ（ｍｍ）の中央寄りの８０％の領域
を規定する理由は、次のとおりである。すなわち、本発
明においては、放電空間の内表面をアークに適当な距離
だけ接近させることによって、気密容器の温度上昇を早
めることを企図している。そして、電極間距離Ｌ（ｍ
ｍ）の中央寄りの８０％の領域においては、気密容器の
内径を小さくすることによって、アークを気密容器の内
表面に接近させることができる。ところが、電極間距離
Ｌにおける一対の電極寄りのそれぞれ１０％の領域では
電極に近いためにアークが気密容器の内表面から離れ
る。そのため、この領域においては、内径および肉厚を
規定する意味が薄れるからである。

【００２３】次に、上記数式の限定理由を説明する。す
なわち、Ｄ／Ｌが上記範囲内であると、アークの中央部
が放電容器の内表面に適度に接近し、アークから放電容
器への伝熱量が増加して、放電容器の所期の温度上昇が
得られる。Ｄ／Ｌの範囲は、一般的には上記の範囲であ
るが、好ましくは０．３０〜１．０５である。より一層
好ましくは、０．４５〜０．９０である。

【００２４】これに対して、Ｄ／Ｌが１．５０超である
と、上記伝熱量の増加が少なくなりすぎる。反対に、Ｄ
／Ｌが０．２５未満であると、放電容器の温度上昇が過
度になり、放電容器が膨れたり、ハロゲン化物または遊
離ハロゲンと放電容器とが反応して白濁したりする不都
合が生じる。

【００２５】（気密容器の肉厚ｔと電極間距離Ｌとの関
係について）放電容器の電極間距離をＬ（ｍｍ）とし、
その中央寄りの８０％の領域における放電空間の最大肉
厚をｔ（ｍｍ）とする。そして、ｔ／Ｌが下式を満足す
るように設定されている必要がある。

【００２６】０．１６≦ｔ／Ｌ≦１．１０ 本発明においては、前述のように放電空間の内表面をア
ークに適当な距離だけ接近させることによって、気密容
器の温度上昇を早めるのであるが、さらにこれに加え
て、放電容器の肉厚を上記の範囲内で大きくすることを
要件としている。これにより、放電容器の主として上部
においてアークから受けた熱を放電容器の側面および底
面など他の部分へ速やかに伝導して、これらの部分の温
度を上昇させることができる。ｔ／Ｌの範囲は、一般的
には上記の範囲であるが、好ましくは０．２１〜０．７
７である。より一層好ましくは、０．３１〜０．５７で
ある。

【００２７】これに対して、ｔ／Ｌが０．１６未満であ
ると、放電容器の肉厚が小さくなって他の部分への伝熱
が遅くなりすぎる。反対に、ｔ／Ｌが１．１０超である
と、放電容器の熱容量が大きくなりすぎて、返って放電
容器における他の部分の温度上昇が遅くなる。

【００２８】＜ 放電媒体について＞本発明において、
放電媒体は、前述したように本質的にはハロゲン化物お
よび希ガスからなる。

【００２９】（ハロゲン化物について）ハロゲン化物
は、少なくともナトリウムＮａまたはスカンジウムＳｃ
を含む複数種の金属のハロゲン化物である。上記ナトリ
ウムＮａおよびスカンジウムＳｃは、白色光を効率よく
発光する発光金属として必須である。好適にはこれらの
金属に加えて希土類金属たとえばジスプロシウムＤｙな
どのハロゲン化物を含むものとし、これにより発光の色
度を白色光の規格に適合させやすくなる。これらの金属
は、なお、要すれば、上記に加えて他の発光金属を封入
することが許容される。

【００３０】また、本発明においては、必要に応じて発
光金属のハロゲン化物に加えて、他のハロゲン化物を封
入することができる。たとえば、点灯中の蒸気圧が相対
的に大きくて、かつ発光金属に比較して可視域に発光し
にくい金属のハロゲン化物を第２のハロゲン化物として
発光金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物に
添加することができる。第２のハロゲン化物としては、
マグネシウムＭｇ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、クロムＣ
ｒ、亜鉛Ｚｎ、ニッケルＮｉ、マンガンＭｎ、アルミニ
ウムＡｌ、アンチモンＳｂ、ベリリウムＢｅ、レニウム
Ｒｅ、ガリウムＧａ、チタンＴｉ、ジルコニウムＺｒ、
ハフニウムＨｆおよびスズＳｎからなるグループの中か
ら選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物を
用いることができる。また、上記のグループの中では、
鉄Ｆｅ、亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、アルミニウムＡｌお
よびガリウムＧａのグループの中から選択された１種ま
たは複数種の金属のハロゲン化物が好適である。なお、
スズＳｎは、可視域の発光であるが、Ｎａとともに封入
すると、Ｎａが支配的になる。また、第２のハロゲン化
物を添加することについては、特開平１１−２３８４８
８号公報に記載されている。

【００３１】上記の第２のハロゲン化物を添加する態様
は、メタルハライドランプの主として電気特性の改善に
顕著な効果がある。しかし、実施に際しては、注意しな
ければならない点もあるので、以下に詳細に説明する。
すなわち、第１に寿命特性に難点が生じる場合があり、
また第２にメタルハライドランプを自動車用前照灯に組
み込んだとき、照射中心部での明るさの立ち上がりがラ
ンプ単体のときと比較して劣る場合がある。

【００３２】以上説明した第２のハロゲン化物を封入す
る場合の問題点については、高圧放電ランプを最適設計
することによって回避可能である。

【００３３】次に、ハロゲン化物を構成するハロゲンに
ついて説明する。すなわち、ハロゲンとしては、ヨウ素
が反応性が最も適当であり、臭素、塩素、フッ素の順に
反応性が強くなっていくが、要するに以上のいずれを用
いてもよい。また、たとえばヨウ化物および臭化物のよ
うに異なるハロゲンの化合物を併用することもできる。

【００３４】（希ガスについて）希ガスは、始動ガスお
よび緩衝ガスとして作用するもので、一般的には気密容
器を透過しなければ特に限定されないが、ネオンは石英
ガラスを透過しやすいので、気密容器を石英ガラスで形
成する場合には、アルゴン、クリプトンまたはキセノン
が推奨される。始動直後の発光を希ガスに依存する場
合、最も発光効率が高いのはキセノンであるため、希ガ
スはキセノンが最適である。また、希ガスの封入圧力を
高くすると、メタルハライドランプのランプ電圧が高く
なり、同一ランプ電流に対してランプ入力を大きくし
て、光束立ち上がり特性を向上させることができる。光
束立ち上がり特性が良好であることは、どのような使用
目的であっても好都合であるが、特に自動車用前照灯装
置および液晶プロジェクタなどにおいて極めて重要であ
る。

【００３５】（水銀について）本発明において、「本質
的に水銀が封入されていない」とは、水銀を全く封入し
ていないばかりでなく、気密容器の内容積１ｃｃ当たり
２ｍｇ未満、好ましくは１．０ｍｇ以下の水銀が存在し
ていることを許容するという意味である。しかし、水銀
を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従
来のように水銀蒸気によって放電ランプの電気特性を維
持する場合には、小形の短アーク形においては気密容器
の内容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によ
っては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、本発
明は水銀量が実質的に少ないといえる。

【００３６】＜ランプ電力について＞本発明において、
ランプ電力は、安定時にメタルハライドランプに投入さ
れる電力であり、１００Ｗ以下である。これは小形のメ
タルハライドランプであることを意味する。そして、こ
の種の従来のメタルハライドランプにおいては、光束立
ち上がりを早くしたいという要求が多い。

【００３７】＜その他の構成について＞ １ 他の請求項の構成の採用 本発明の実施に際して請求項２ないし５、７および８の
いずれか一または任意の複数の請求項に規定する構成を
併せて採用することができる。

【００３８】２ 外管について 放電容器を内部に収納する外管を具備することができ
る。その場合、外管内を排気して真空にするか、不活性
ガスを封入することができる。しかし、要すれば、外管
内を封止切らないで外気に連通している構成にしてもよ
い。

【００３９】＜本発明の作用について＞ １ 放電容器の伝熱特性の改良により光束立ち上がりが
早くなる。

【００４０】以上の説明から明らかなように、本発明に
おいては、環境負荷の大きい水銀を本質的に用いない
で、しかも放電容器の電極間距離Ｌと放電空間の内径Ｄ
および肉厚ｔとを所定の数値関係になるように構成した
ことにより、アークが放電容器の上部内表面に接近する
ため、アークの熱が放電容器の主として中央部の上部に
良好に伝熱される。また、放電容器の上部に伝導した熱
は、放電容器の管壁部分を伝導し、その側面から底面へ
伝達してそれらの部分を速やかに加熱して昇温させす
る。

【００４１】その結果、主として放電容器の内表面の底
部および側面にわたり付着して固化しているハロゲン化
物を速やかに加熱してこれを温度上昇させて液化させ、
さらには蒸発させるので、電源投入直後からの光束立ち
上がり特性が著しく改善される。このため、自動車用前
照灯として規定されている規格を満足させるように構成
することができる。

【００４２】したがって、本発明は、自動車用前照灯の
メタルハライドランプとして好適であるが、これに限定
されるものではない。

【００４３】２ 本発明においては、水銀を封入するメ
タルハライドランプより電源投入直後の光束立ち上がり
が良好である。

【００４４】すなわち、同一の放電容器を備えていると
しても、水銀を封入する場合、始動直後の発光は水銀主
体であり、始動後、放電容器の温度の上昇に応じて水銀
が蒸発していき、その蒸気圧に比例して光束が増加す
る。水銀は、発光効率がハロゲン化物を構成している金
属の半分程度なので、自動車用前照灯においては、これ
を補うために、一般的に始動後４秒間ないしそれ以上の
時間２倍前後のランプ電力を投入するように点灯装置を
可制御に構成している。たとえば、自動車用前照灯に用
いられるメタルハライドランプにおいては、１秒後の光
束は、安定時の２５％程度で、１秒以内、特に始動直後
が暗い。その後、５秒前後で１００％に達する。このた
め、ハロゲン電球より光束立ち上がりが遅く、安全上、
より早い光束立ち上がりが望まれる所以である。なお、
水銀は、急速に蒸発するので、電源投入１秒後の光束を
大きくするように投入電力を調整しようとすると、その
後の立ち上がりがオーバーシュートして実用に適さな
い。

【００４５】これに対して、本発明においては、始動直
後は希ガスが主に発光するとともに、ハロゲン化物を構
成する発光金属も一部発光する。その後徐々に発光金属
の発光比率が増大し、またこれに比例して光束が増加し
て安定点灯に至る。始動時の投入電力を調整することに
より、１秒後２５％以上の光束を得ることができるの
で、水銀封入の場合より安全である。特に始動直後から
０．３秒までの光束の時間当たりの増加率は非常に高
く、水銀封入のメタルハライドランプの数倍以上にな
る。始動直後の光束は、その後数秒間維持され、その
後、発光金属の発光が主な発光へと移行していく。この
ため、電源投入後すぐ明るくなってハロゲン電球の感覚
に近いメタルハライドランプを得ることができる。した
がって、実用に際して始動時の投入電力などを適切化す
ることにより、１秒後の光束立ち上がりを同一消費電力
のハロゲン電球のそれと同等にすることができる。水銀
を封入するメタルハライドランプにおいては、上述した
ようなフラットな光束立ち上がりを得ることは至難の技
である。すなわち、水銀は急速に蒸発するので、１秒後
の光束立ち上がり％を大きくするように投入電力を調整
しようとすると、その後の立ち上がりがオーバーシュー
トして実用に適さないものとなってしまうからである。

【００４６】３ 水銀を封入した場合より放電容器の破
裂の危険性が少ない。

【００４７】すなわち、現在市販されている自動車用前
照灯に用いる３５Wのメタルハライドランプは、水銀１
ｍｇ前後と、発光金属のハロゲン化物および室温で４〜
６気圧のキセノンとが封入されている。そして、点灯中
の圧力は、水銀が完全蒸発するので、水銀量とキセノン
の封入圧とで決まる。なお、ハロゲン化物の蒸気圧は上
記より２桁以上低いので、考慮する必要はない。

【００４８】これに対して、本発明においては、点灯中
の圧力が希ガスで決まる。希ガスの封入圧を水銀を封入
する場合より多い６〜１０気圧にするにしても、明らか
に水銀封入の場合より低くなる。このため、放電容器の
耐圧性能が同等でれば、破裂の危険性は本発明の方が低
くなり、それだけ信頼性が高くなる。

【００４９】４ 水銀を封入する場合より再始動が容易
になる。

【００５０】自動車用前照灯に用いるメタルハライドラ
ンプにおいては、その性質上要求される頻繁な点滅と素
早い光束立ち上がりとの対応させるために、再始動が必
要であるが、本発明においては放電容器内の圧力が低い
ので、その分再始動が容易になる。

【００５１】５ 水銀を封入する場合より光色の変化が
少ない。

【００５２】本発明においては、水銀を本質的に封入し
ていないので、入力の変動に対する光色の変化が少な
い。なぜなら、水銀封入の場合、ランプからの発光は、
発光金属と水銀との発光からなる。放電容器の温度が変
わっても水銀の蒸気圧は非常に高いので、その点灯圧力
殆ど変わらないが、金属ハロゲン化物は水銀に較べて蒸
気圧がすこぶる低いので、放電容器の温度に応じて蒸気
圧が敏感に変化する。このため、ランプ入力が変化する
と、水銀の発光量は変わらないのに、金属ハロゲン化物
の発光金属の発光は大いに変化し、光色の変化が著し
い。

【００５３】これに対して、本発明においては、発光金
属の発光が殆どであるから、光色の変化は殆ど生じない
からである。したがって、調光特性が良好であるととも
に、同一ランプ電力における光色のばらつきが少ない。
水銀を封入するメタルハライドランプにおいては、放電
容器の形状および寸法のばらつきに伴うランプの個々の
色温度の違いによる色むらや、長期寿命中での放電容器
の黒化などによる最冷部温度の上昇による色温度の変化
が大きな問題になるが、本発明においては、この点が改
善される。

【００５４】請求項２の発明のメタルハライドランプ
は、内部に細長い放電空間が形成される耐火性で透光性
の気密容器および気密容器内の放電空間の両端に離間対
向して封装された一対の電極を備え、電極端間距離をＬ
（ｍｍ）とし、一対の電極の放電開始点の間を結ぶ第１
の仮想直線を引き、放電空間の中央上部の内表面から第
１の仮想直線に対して直角な第２の仮想直線を引いたと
き、第１および第２の仮想直線の交点と、放電空間の中
央上部の内表面との間の距離をＤｃ／２（ｍｍ）とし、
電極間距離の中央寄り８０％の領域における気密容器の
最大肉厚をｔ（ｍｍ）としたとき、Ｄｃ／Ｌおよびｔ／
Ｌが下式を満足する放電容器と；少なくともナトリウム
ＮａおよびスカンジウムＳｃを含む複数種の金属のハロ
ゲン化物、ならびに希ガスを含み、気密容器内に封入さ
れた放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が封入されて
いないとともにランプ電力１００Ｗ以下で点灯すること
を特徴としている。

【００５５】０．２５≦Ｄｃ／Ｌ≦０．９６ ０．１６≦ｔ／Ｌ≦１．１０ ＜本発明の構成について＞本発明において、「電極の放
電開始点」とは、電極上に生じるアークスポットの位置
の中心を意味する。メタルハライドランプのいわゆる水
平点灯においては、アークが上方に湾曲しやすいことか
ら、電極の放電開始点が電極間を結ぶ仮想線より上方に
変位して形成されやすく、これに伴ってアークも全体に
上方へ変位する。このため、アークは、変位量に応じて
放電空間の内表面の上部へ接近する。

【００５６】本発明は、電極の放電開始点の位置による
影響を考慮して、放電容器の放電空間の内径を実質的に
補正して規定している点で請求項１と異なる。すなわ
ち、Ｄｃ／２は、放電開始点の電極軸からの変位を補正
した半径に相当するもので、補正後の内径Ｄｃは、Ｄｃ
／２の２倍である。

【００５７】なお、本発明のさらに好適な範囲は、下式
を満足する範囲である。

【００５８】０．４５≦Ｄｃ／Ｌ≦０．９０ ０．３１≦ｔ／Ｌ≦０．５７ ＜本発明の作用について＞本発明においては、放電開始
点の電極軸からの変位を補正して放電空間の内径を規定
しているので、電極径が大きい場合や、電極の先端に径
大部が形成されていて、放電開始点が電極の軸線より上
方へ偏倚している場合であっても、放電空間の内径が放
電開始点に合わせて適切に設定されているため、光束立
ち上がりが早いとともに、温度過昇による放電容器の膨
れを生じない。

【００５９】本発明のその他の作用は、内径Ｄｃの求め
方が異なる点を除けば、基本的に請求項１と同じであ
る。

【００６０】請求項３の発明のメタルハライドランプ
は、請求項１または２記載のメタルハライドランプにお
いて、ハロゲン化物は、放電容器の内容積１ｃｃ当たり
５〜１１０ｍｇ封入されていることを特徴としている。

【００６１】＜本発明の構成について＞本発明は、好適
なハロゲン化物の封入量を規定している。

【００６２】すなわち、一般的にハロゲン化物の封入量
を多くしていくと、放電容器の放電空間の内壁に対する
ハロゲン化物の付着領域が電極間の中央において下部か
ら側面に、さらには上部付近まで広がっていく。放電空
間の内壁の温度は、下部より側面、側面よりは上部の方
が高い。その結果、始動後壁面に付着しているハロゲン
化物の温度上昇が上部や側面で早くなり、蒸発も早くな
るので、光束立ち上がりが早くなる。

【００６３】本発明においては、請求項１に規定したよ
うに放電容器の中央領域の肉厚が相対的に大きくなって
いることにより、放電容器の温度分布が相対的に均一化
されるので、ハロゲン化物の付着位置が同じであったと
しても、肉厚が大きくなっていない場合に比較すると、
高い温度分布となり、しかも均一化する。したがって、
ハロゲン化物の付着位置がたとえ同じであったとして
も、光束立ち上がりは早くなる。

【００６４】次に、所与の放電空間に対してハロゲン化
物が多いと、上述したように、ハロゲン化物が付着して
いる部分の面積比率が相対的に大きくなる。しかし、ハ
ロゲン化物の付着部を透過した光は、ハロゲン化物によ
って着色する。このため、ハロゲン化物の付着領域が多
くなると、点灯中にハロゲン化物の付着部を透過して出
射する光の割合が増加し、光色が悪くなる。また、ハロ
ゲン化物の封入量が多くなると、その付着位置が不安定
になるので、光束立ち上がり時に光色の変化が許容でき
ない程度に目立つ。

【００６５】本発明においては、請求項１に規定したよ
うに、放電容器の内径が相対的に小さくなっていること
により、同じ付着位置に対する封入量が減少する。そし
て、総合的な勘案により決定したハロゲン化物の好適な
封入量範囲が上述した範囲である。

【００６６】なお、本発明のさらに好適な範囲は、放電
容器の内容積１ｃｃ当たり５〜３５ｍｇである。この範
囲であると、放電空間の内壁へのハロゲン化物の付着範
囲が少なくなるため、付着したハロゲン化物によるフィ
ルター作用が低減するので、光色が安定する。また、上
記と別な好適な範囲は、３０〜５５ｍｇである。この範
囲であると、光束立ち上がりが一層良好になる。

【００６７】＜本発明の作用について＞本発明の範囲で
あれば、光束立ち上がりが早く、光色の変化も許容範囲
になる。

【００６８】請求項４の発明のメタルハライドランプ
は、内部に放電空間が形成される耐火性で透光性の気密
容器および気密容器の放電空間の両端に離間対向して封
装された一対の電極を備え、電極間距離の中央寄り８０
％の領域における気密容器の最大肉厚がｔ（ｍｍ）の放
電容器と；放電容器の内容積１ｃｃ当たりの封入量ｑ
（ｍｇ／ｃｃ）が下式を満足する少なくともナトリウム
ＮａおよびスカンジウムＳｃを含む複数種の金属のハロ
ゲン化物、ならびに希ガスを含み、気密容器内に封入さ
れた放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が封入されて
いないことを特徴としている。

【００６９】ｑ≦７１．４／ｔ ＜本発明の構成について＞本発明は、ハロゲン化物の好
適な封入量が気密容器の肉厚により変化することを見出
してなされたものである。すなわち、ハロゲン化物の放
電空間の内壁に付着する範囲は、気密容器の軸線からの
鉛直線を基準にして軸の中心から±８０°の範囲以下で
あることが望ましいことが分かった。放電空間の内壁に
付着したハロゲン化物は点灯中液相であり、この部分を
透過した光は、液化ハロゲン化物の色、たとえばＳｃ−
Ｎａ−Ｉ系であればフィルター作用によって緑ないし黄
色に着色され、色度値が悪化するので、好ましくない。
一般に自動車用前照灯においては、遮光体を放電容器に
沿って配設することによって、上半球に向かう光をカッ
トして投射する。自動車用前照灯の遮光体は、前照灯に
おける反射鏡の構成の関係で、放電容器の下側を中心に
放電容器の約半分を覆うように配設されるので、上記の
角度範囲であれば、放電空間の内壁に付着した液相のハ
ロゲン化物を透過して着色された不所望な光はカットさ
れる。

【００７０】ところで、ハロゲン化物の付着範囲は、前
述のように同じ封入量であっても、気密容器の肉厚が大
きいと大きくなるので、実験の結果、肉厚ｔに反比例す
る上記の数式を満足させることにより、ハロゲン化物の
付着の角度範囲が±８０°以下となることを確認した。

【００７１】なお、本発明のさらに好適には、ハロゲン
化物の封入量が放電容器の内容積ｃｃ当り７１．４／ｔ
（ｍｇ／ｃｃ）以下の範囲である。

【００７２】＜本発明の作用について＞本発明において
は、上記の構成により、液化したハロゲン化物の膜を発
生光が透過することによって着色した光となって放射さ
れる範囲をカットしやすい範囲に限定できるので、その
影響を実質上なくすることができる。

【００７３】請求項５の発明のメタルハライドランプ
は、内部に細長い放電空間が形成される耐火性で透光性
の気密容器および気密容器内の放電空間の両端に離間対
向して封装された一対の電極を備え、気密容器の中央の
内径をＩＤ（ｍｍ）とし、かつ投入電力をＰ（Ｗ）とし
たとき、下式を満足する放電容器と；少なくともナトリ
ウムＮａおよびスカンジウムＳｃを含む複数種の金属の
ハロゲン化物、ならびに少なくともキセノンを含む希ガ
スを含み、気密容器内に封入された放電媒体と；を具備
し、本質的に水銀が封入されていないことを特徴として
いる。

【００７４】（ＯＤ−ＩＤ）×ＩＤ／Ｐ＞０．２１ ＜本発明の構成について＞本発明は、水銀を本質的に封
入しないメタルハライドランプにおける光束立ち上がり
改善のために気密容器の構造を細長くした結果生じやす
い気密容器の膨れを抑制した構成を規定している。

【００７５】すなわち、自動車用前照灯においては、メ
タルハライドランプを水平点灯するが、アークの曲がり
が少なくなければならない。そのため、特開平５９−１
１１２４４号公報においては、放電容器の内径寸法を適
度に小さくするなどにより、アークの曲がりを改善して
いる。また、請求項１においては、光束立ち上がりを早
くするために、放電容器の内径を程度に小さくするとと
もに、肉厚を大きくしている。上記のいずれの場合に
も、アークは放電空間の上部内壁によって押さえ付けら
れ、内壁とアークとは接近する。なお、アークは、その
物理特性上一定距離以上には内壁に接近しないで、内壁
に沿って並行に形成される。その結果、アークが放電空
間の内壁に接近して沿っている領域においては、アーク
から内壁への熱伝導が大きくなり、そのため内壁は高温
になり、気密容器に膨れが生じやすい。

【００７６】＜本発明の作用について＞本発明において
は、気密容器の膨れを防止するために、上記数式を満足
させる範囲で、気密容器の高温になる部位を肉厚を大き
くしたり、放電容器の気密容器のサイズ当たりの投入電
力を低減したりすることにより、気密容器の膨れが抑制
されるのである。

【００７７】請求項６の発明のメタルハライドランプ
は、内部に細長い放電空間が形成される耐火性で透光性
の気密容器および気密容器内の放電空間の両端に離間対
向して封装された一対の電極を備え、電極端間距離がＬ
（ｍｍ）の放電容器と；少なくともナトリウムＮａおよ
びスカンジウムＳｃを含む複数種の金属のハロゲン化物
からなる第１のハロゲン化物と、第１のハロゲン化物に
比較して可視域に発光しにくい金属の一種または複数種
のハロゲン化物からなる第２のハロゲン化物と、２５℃
における封入圧Ａ（気圧）が下式を満足するキセノンＸ
ｅである希ガスと，からなる放電媒体と；を具備し、本
質的に水銀が封入されていないとともにランプ電力１０
０Ｗ以下で点灯することを特徴としている。

【００７８】１．０４≦Ａ／Ｌ≦２．７８ ＜本発明の構成について＞本発明は、水銀を本質的に含
まない放電媒体の希ガスとしてキセノンを電極間距離に
より定まる所定圧力で封入することにより、光束立ち上
がりを早くするとともに、ランプ電流および始動電圧を
適切な値に設定でき、しかも気密容器の膨れを抑制した
ものである。Ａ／Ｌが１．０４未満であると、所要のラ
ンプ電圧が得られなくなり、所要の電力を投入するため
のランプ電流が大きくなりすぎるので、点灯装置の大形
化および高コスト化を招くので不可である。また、Ａ／
Ｌが２．７８を超えると、キセノンの圧力が高くなりす
ぎて、キセノンの絶縁破壊電圧が上昇するなどにより、
始動性が悪くなる。また、点灯中の気密容器の圧力が応
分に高くなるので、これに耐えるように肉厚を大きくす
ると、放電容器の熱容量が大きくなりすぎて、光束立ち
上がりが悪くなったり、発光効率が低下したりするの
で、不可である。さらに、希ガスとしてキセノンを選択
したのは、希ガスの中ではキセノンが最も発光効率が高
く、しかもランプ電圧も比較的高くなるからである。

【００７９】なお、本発明のさらに好適な範囲は、下式
を満足する範囲である。

【００８０】１．４≦Ａ／Ｌ≦２．４ ＜本発明の作用について＞本発明は、上述した構成であ
ることにより、光束立ち上がりが早くなるとともに、放
電容器の膨れを生じにくく、しかも始動性に問題がな
い。

【００８１】請求項７の発明のメタルハライドランプ
は、内部に細長い放電空間が形成され、放電空間の両端
の内面と内面形状の変曲点との間の距離がｐ１（ｍｍ）
の耐火性で透光性の気密容器および気密容器内の放電空
間の両端に離間対向して封装され、放電空間への突出長
がｐ２（ｍｍ）の一対の電極を備え、ｐ２／ｐ１が下式
を満足する放電容器と；少なくともナトリウムＮａまた
はスカンジウムＳｃを含む複数種の金属のハロゲン化物
からなる第１のハロゲン化物と、第１のハロゲン化物に
比較して可視域に発光しにくい金属の一種または複数種
のハロゲン化物からなる第２のハロゲン化物と希ガスと
からなる放電媒体と；具備し、本質的に水銀が封入され
ていないとともにランプ電力１００Ｗ以下で点灯するこ
とを特徴としている。

【００８２】０．６≦ｐ２／ｐ１≦１．７ ＜本発明の構成について＞本発明は、気密容器の形状お
よび電極の突出長の範囲を特定して光束立ち上がりを早
くする構成を規定している。

【００８３】上記数式において、ｐ１は、放電空間の両
端の内面と内面形状の変曲点との間の距離である。距離
ｐ１は、次のようにして決定するものとする。すなわ
ち、放電空間の両端の電極の周囲には、電極軸の基部を
ほぼ頂点とする円錐状（すり鉢状）の凹部が形成され
る。また、放電空間の中間部には、円筒状または紡錘状
の胴部が形成される。そして、放電空間は、中央の胴部
と、その両端に連続する一対の凹部とで形成されてい
る。そうして、凹部のほぼ直線をなす部分に一致する第
１の仮想直線と、胴部の中央内面から放電容器の軸線に
平行に引いた第２の仮想直線との間に形成される第１の
交点から軸線に直角な第３の仮想直線を引く。そして、
第３の仮想直線と軸線との間に形成される第２の交点
と、第１の仮想直線と放電容器の軸線との間に形成され
る第３の交点との間の距離をｐ１とする。

【００８４】次に、ｐ２は、電極の放電空間への突出長
である。距離ｐ２は、次のようにして決定するものとす
る。すなわち、上記第３の交点と電極先端との間の距離
をｐ２とする。

【００８５】そうして、ｐ２／ｐ１が０．６未満である
と、電極の突出長が小さく、放電空間の寸法が一定であ
るとすると、電極間距離が大きくなる。また、電極間距
離が一定であるとすると、放電空間が小さくなる。この
状態では、電極の真上が傾斜した凹部となり、この部分
の電極と放電空間の内壁面との間の距離が小さくなるた
め、始動後の温度上昇が激しく、放電容器の膨れやハロ
ゲン化物と気密容器との反応が生じるので、不可であ
る。また、電極突出長が短くなると、電極のくわえ込み
部付近がアークや電極の高熱により過熱され、反応や膨
れを生じるので、これまた不可である。

【００８６】これに対して、ｐ２／ｐ１が１．７を超え
ると、電極の突出長が大きく、放電空間の寸法が一定で
あるとすると、電極間距離が小さくなる。また、電極間
距離が一定であるとすると、放電空間が大きくなる。こ
の状態では、電極と放電空間の内壁面との間が大きすぎ
て温度上昇が遅くなって光束立ち上がりが遅くなるの
で、不可である。

【００８７】なお、本発明のさらに好適な範囲は、下式
を満足する範囲である。

【００８８】１．０≦ｐ２／ｐ１≦１．３ ＜本発明の作用について＞本発明においては、上記の範
囲に構成されていることにより、放電容器の膨れやハロ
ゲン化物と気密容器との反応が生じない。

【００８９】請求項８の発明のメタルハライドランプ
は、内部に放電空間が形成される耐火性で透光性の気密
容器および気密容器の放電空間の両端に離間対向して封
装された一対の電極を備えた放電容器と；少なくともナ
トリウムＮａおよびスカンジウムＳｃを含む複数種の金
属のハロゲン化物、ならびに希ガスを含んで気密容器内
に封入され、放電容器の軸線を水平に点灯したときに、
気密容器の電極間距離の中央寄り８０％の領域におい
て、放電容器の軸線からの鉛直線を基準にして軸線の周
囲±８０°の範囲内に放電媒体が付着する放電媒体と；
を具備し、本質的に水銀が封入されていないことを特徴
としている。

【００９０】＜本発明の構成について＞本発明は、自動
車用前照灯に装着して水平点灯する場合に、点灯中放電
容器の内壁面に付着するハロゲン化物のフィルター作用
による光色の影響を実用上なくするようにした構成を規
定している。

【００９１】すなわち、放電媒体の付着範囲は、放電媒
体の封入量、放電空間の内壁面の面積および放電容器の
肉厚によって変化するので、これらの設定を適切に行う
ことで本発明の構成を実現することができる。放電空間
を細くしたり、肉厚を大きくしたりしてアークからの伝
熱で放電容器の温度上昇を早めることにより、光束立ち
上がりを早くする場合、相対的にハロゲン化物の封入量
を少なめに封入するが、少なすぎると全光束が低下する
ので、適正範囲にする。

【００９２】また、放電媒体の付着範囲は、基本的には
点灯中において規定されるが、消灯時の付着範囲が点灯
時のそれとそれほど変わらない場合には、消灯時の付着
範囲により判定することができるものとする。

【００９３】＜本発明の作用について＞請求項４におけ
る説明においても既に述べたように、メタルハライドラ
ンプにおいては、点灯中蒸発しきれない余剰のハロゲン
化物が液相のまま膜状になって放電容器の内壁面に付着
する。自動車用前照灯におけるようにメタルハライドラ
ンプを水平点灯する場合には、余剰のハロゲン化物が放
電容器の主として下部から側面にかけて付着する。そし
て、液相のハロゲン化物の膜を透過して外部に出射され
る光は、ハロゲン化物がフィルター作用をするために着
色して、所望の色度からずれる。一方、自動車用前照灯
においては、放電容器の下半球から放射される光は、不
要光として遮光体によってカットする。

【００９４】本発明においては、余剰のハロゲン化物か
らなる放電媒体が鉛直線に対して±８０°以内に付着す
ることにより、たとえ付着した放電媒体によるフィルタ
ー作用により不所望な光色の光が発生したとしても、遮
光体によって容易かつ確実にカットできることが実験に
より確認された。

【００９５】＜請求項１ないし８の共通的な事項につい
て＞以上、請求項１ないし８のメタルハライドランプに
ついて説明したが、請求項２ないし９においても、請求
項１におけるのと同様にその他の構成として、以下の構
成を採用するとともに、要すれば既述の請求項には規定
していない以下の構成を採用することが許容される。

【００９６】１ その他の請求項の構成との組み合わせ
について 請求項１ないし７の発明のうち任意所望の一または複数
の請求項に規定する構成を組み合わせて実施することが
できる。

【００９７】２ 外管について 要すれば、放電容器を外管に収納することができる。外
管内は、真空、不活性ガス封入、または外気に連通のい
ずれであってもよい。

【００９８】３ 第２のハロゲン化物の添加について 所望により、発光金属のハロゲン化物に加えて、点灯中
の蒸気圧が相対的に大きくて、かつ発光金属に比較して
可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物を第２のハロ
ゲン化物として添加することができる。具体的な金属名
は、請求項１において述べたとおりである。

【００９９】４ 気密容器について 既に述べた各請求項において規定する気密容器とは異な
るが、以下の構成を備えた二つの態様の気密容器を所望
により選択的に採用することができる。すなわち、いず
れの態様も放電空間の形状が一対の電極間を結ぶ仮想直
線を挟んで上下に非対称に構成されている。

【０１００】その１は、仮想直線の下方が上方より狭く
なっている態様である。この態様は、電極間距離Ｌ（ｍ
ｍ）の中央において、仮想直線に対して直角な方向の放
電空間の下部内面と仮想直線との間の距離ＨｄとＬとの
比Ｈｄ／Ｌが下式を満足するように構成されている。

【０１０１】０．１５≦Ｈｄ／Ｌ≦０．５０ 上記の構成であると、電極間距離の中央において、アー
クが放電空間の下部に接近するので、下部内面を中心に
付着しているハロゲン化物のアークからの伝熱量が増加
する。これによって発光金属の蒸気圧が早く増加するの
で、発光金属の発光の立ち上がりが早くなる。しかし、
Ｈｄ／Ｌが０．５０より大きいと、伝熱量が多すぎるた
め、気密容器の膨れやハロゲン化物との反応が生じた
り、ハロゲン化物の付着位置が発光を導出する側面上部
まで競り上がるため、光色が悪くなったり、比較拡散に
より器具効率が著しく低下する。反対に、Ｈｄ／Ｌが
０．１５より小さいと、光束立ち上がりを早める効果が
少なくなる。

【０１０２】なお、上述した態様のさらに好適な範囲
は、下式を満足する範囲である。

【０１０３】０．２２≦Ｈｄ／Ｌ≦０．４５ その２は、仮想直線の上方が下方より狭くなっている態
様である。この態様は、電極間距離Ｌ（ｍｍ）の中央に
おいて、仮想直線に対して直角な方向の放電空間の上部
内面と仮想直線との間の距離ＨｕとＬとの比Ｈｕ／Ｌが
下式を満足するように構成されている。

【０１０４】上記の構成であると、電極間距離の中央に
おいて、アークが放電空間の下側へ押されるので、下部
内面を中心に付着しているハロゲン化物のアークからの
伝熱量が増加する。これによって発光金属の蒸気圧が早
く増加するので、発光金属の発光の立ち上がりが早くな
る。しかし、Ｈｄ／Ｌが０．５０より大きいと、伝熱量
が多すぎるため、気密容器の膨れやハロゲン化物との反
応が生じる。反対に、Ｈｄ／Ｌが０．１５より小さい
と、光束立ち上がりを早める効果が少なくなる。

【０１０５】０．１５≦Ｈｕ／Ｌ≦０．５０ なお、上述した態様のさらに好適には、下式を満足する
範囲である。

【０１０６】０．２２≦Ｈｕ／Ｌ≦０．４５ ５ 希ガスについて 希ガスは、キセノンを３気圧封入することができる。

【０１０７】６ 電極について 電極は、先端の径を軸部より大きくすることができる。
これにより、点滅が頻繁の行われるメタルハライドラン
プには、効果的である。

【０１０８】また、水銀を本質的に封入しないで、少な
くとも発光金属のハロゲン化物を封入する場合、直流点
灯しても発光金属が陰極に誘引され、陽極側では水銀の
みが発光するという問題がないので、直流点灯に適して
いる。この場合、陽極を先端が径大の電極とし、陰極を
軸部のみの細径の電極を用いることができる。

【０１０９】請求項９の発明の自動車用前照灯装置は、
自動車用前照灯装置本体と；放電容器の軸が自動車用前
照灯装置本体の光軸に沿って自動車用前照灯装置本体内
に配設された請求項１ないし８のいずれか一記載のメタ
ルハライドランプと；を具備していることを特徴として
いる。

【０１１０】本発明の自動車用前照灯装置は、請求項１
ないし８のメタルハライドランプを光源として備えてい
るので、光束立ち上がりが早くて安全である。なお、
「自動車用前照灯装置本体」とは、自動車用前照灯装置
からメタルハライドランプを除いた残余の全ての部分を
意味する。

【０１１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【０１１２】図１は、本発明のメタルハライドランプの
第１の実施形態を示す正面断面図である。

【０１１３】図２は、同じく各部の寸法を説明するため
に放電容器の内部を模式的に示す模式図である。

【０１１４】図３は、同じく放電空間内のハロゲン化物
の付着範囲を示す拡大横断面図である。

【０１１５】各図において、１は放電容器、２は封着金
属箔、３は外部リード線、Ｈは付着したハロゲン化物で
ある。

【０１１６】放電容器１は、石英ガラス製の気密容器１
ａおよび一対の電極１ｂからなる。気密容器１ａは、中
空の紡錘形状に成形されてなり、その両端に一対の細長
い封止部１ａ１を一体に備えているとともに、内部に細
長い放電空間１ｃが形成されている。電極１ｂは、タン
グステン製で、電極軸１ｂ１および径大部１ｂ２を備え
ており、電極軸１ｂ１の基端が封止部１ａ１に埋設され
ることによって所定の位置に支持されている。径大部１
ｂ２は、電極軸１ｂ１と一体に形成されている。また、
電極軸１ｂ１の基部は、封止部１ａ１内において、封着
金属箔２の一端に溶接されている。

【０１１７】封着金属箔２は、モリブデン箔からなり、
気密容器１ａの封止部１ａ１内に気密に封着されるとと
もに、他端に外部リード線３が溶接されている。

【０１１８】気密容器１ａ内には、放電媒体として、希
ガス、第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物が
封入されている。第１のハロゲン化物は、ナトリウムＮ
ａ、スカンジウムＳｃおよび希土類金属のハロゲン化物
からなる。

【０１１９】次に、図２を参照して、各部の寸法につい
て説明する。

【０１２０】電極１ｂ、１ｂの間の中心軸上の距離を電
極間距離Ｌ（ｍｍ）とし、その中央寄り８０％の中に位
置する放電空間１ｃの最大内径をＤ（ｍｍ）とし、最大
肉厚をｔ（ｍｍ）とする。そして、Ｄ／Ｌを０．２５〜
１．５０、またｔ／Ｌを０．１６〜１．１０の範囲に設
定している。

【０１２１】上記のように構成されているメタルハライ
ドランプは、ランプ電力１００Ｗ以下で点灯される。点
灯中液化状態で放電空間１ｃの内面に付着したハロゲン
化物Ｈは、図３に示すように、気密容器１ａの中心から
垂下した鉛直線ｌ１に対して±８０°以内の範囲に入っ
ている。

【実施例１】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径４．５ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、電極軸径０．
４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．６ｍｍ、Ｄ／Ｌ
約１．０７、ｔ／Ｌ０．２４ 放電媒体：第１のハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．５ｍｇ、
ＮａＩ３．５ｍｇ、第２のハロゲン化物−ＺｎＩ_２０．
６ｍｇ、希ガスＸｅ５気圧 図４は、本発明のメタルハライドランプの実施例１にお
ける光束立ち上がり特性を比較例のそれととともに示す
グラフである。

【０１２２】図において、横軸は電源投入後経過時間
（秒）を、縦軸は全光束（％）を、それぞれ示す。図
中、曲線Ａは実施例１、曲線Ｂは比較例、の光束立ち上
がり特性曲線をそれぞれ示す。なお、比較例は、水銀を
封入している以外は、実施例と同様な構成である。

【０１２３】図５は、本発明のメタルハライドランプの
第２の実施形態を示す正面断面図である。

【０１２４】図６は、同じく各部の寸法を説明するため
に放電容器の内部を模式的に示す模式図である。

【０１２５】各図において、図１および図２と同一部分
については同一符号を付して説明は省略する。本実施形
態は、放電空間１ｃの形状が異なる。

【０１２６】すなわち、放電空間１ｃがほぼ円筒状をな
している。このため、アークは、第１の実施形態の場合
より直線に近くなる。

【実施例２】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径３．０ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、電極軸径０．
４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．６ｍｍ、Ｄ／Ｌ
約０．７１、ｔ／Ｌ０．４２ 放電媒体：第１のハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．５ｍｇ、
ＮａＩ３．５ｍｇ、第２のハロゲン化物−ＺｎＩ_２０．
６ｍｇ、希ガスＸｅ５気圧 図７は、本発明のメタルハライドランプの実施例２にお
ける光束立ち上がり特性を示すグラフである。

【０１２７】図において、横軸は電源投入後経過時間
（秒）を、縦軸は全光束（％）を、それぞれ示す。

【０１２８】図８は、本発明のメタルハライドランプの
第３の実施形態における各部の寸法を説明するために放
電容器の内部を模式的に示す模式図である。

【０１２９】図において、図２と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、電極１
ｂの表面に形成される放電開始点４ａが電極１ｂの軸線
から偏倚する場合に、これを考慮して放電空間１ｃの形
状を決定している点で異なる。

【０１３０】すなわち、放電空間１ｃ内に形成されるア
ーク４は、一対の電極１ｂ、１ｂの上に生じる放電開始
点４ａ、４ａの間に形成される。メタルハライドランプ
を水平点灯すると、アーク４が上方に湾曲するので、放
電開始点４ａが電極１ｂの上側の部位に偏倚する。その
ため、アーク４の全体が放電空間１ｃの上側に変位す
る。この現象は、電極１ｂの径大部１ｂ２がある程度大
きいほど顕著になる。なお、放電開始点４ａは、その上
下方向の中心を基準とする。そして、放電開始点４ａ
と、放電空間１ｃの中央上部内面との間の垂直方向の距
離をＤｃ／２とし、その２倍をＤｃとする。内径Ｄｃと
電極間距離Ｌとの比Ｄｃ／Ｌを０．２５〜０．９６の範
囲に設定している。また、肉厚ｔについては、ｔ／Ｌを
０．１６〜１．１０の設定している。なお、内径Ｄｃ、
肉厚ｔは、ともに電極間距離Ｌの中央寄り８０％におけ
る最大値である。

【０１３１】図９は、本発明のメタルハライドランプの
第４の実施形態における各部の寸法を説明するために放
電容器の内部を模式的に示す模式図である。

【０１３２】本実施形態は、気密容器１の中央の内径Ｉ
Ｄ（ｍｍ）および外径ＯＤ（ｍｍ）を、ランプ電力Ｐ
（Ｗ）との関係において下式を満足するように設定して
いる。なお、ランプ電力は１００Ｗ以下である。

【０１３３】（ＯＤ−ＩＤ）×ＩＤ／Ｐ＞０．２１ さらに、本発明のメタルハライドランプの第５の実施形
態においては、放電媒体の希ガスとしてキセノンを電極
間距離Ｌに対して下式を満足する圧力Ａ気圧で封入す
る。

【０１３４】１．０４≦Ａ／Ｌ≦２．７８

【実施例３】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径４．５ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、電極軸径０．
４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．６ｍｍ、放電容
器は図１と同じ。 放電媒体：第１のハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．５ｍｇ、
ＮａＩ３．５ｍｇ、第２のハロゲン化物−ＺｎＩ_２０．
６ｍｇ、希ガスＸｅ８気圧、Ａ／Ｌ１． ９

【実施例４】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径３．０ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、電極軸径０．
４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．６ｍｍ、放電容
器形状は図５と同じ。 放電媒体：第１のハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．５ｍｇ、
ＮａＩ３．５ｍｇ、第２のハロゲン化物−ＺｎＩ_２０．
６ｍｇ、希ガスＸｅ８気圧、Ａ／Ｌ１． ９ 図１０は、本発明のメタルハライドランプの第６の実施
形態における各部の寸法を説明するために放電容器の内
部を模式的に示す模式図である。

【０１３５】本実施形態は、距離ｐ１と、電極１ｂの突
出長ｐ２とを下式を満足するように設定している。

【０１３６】０．６≦ｐ２／ｐ１≦１．７ すなわち、気密容器１ａの放電空間１ｃの内面は、その
両端にすり鉢状の凹部１ｃ１、１ｃ１が形成され、それ
らの間に位置する胴部１ｃ２は紡錘状をなしている。そ
して、すり鉢状の凹部１ｃ１と紡錘状の胴部１ｂ２との
境界に変曲点１ｃ３が形成されているものとする。この
変曲店ｃ３は、凹部１ｃ１のほぼ直線状をなす部分に一
致する第１の仮想直線ｌ２と、胴部１ｃ２の中央内面か
ら放電容器１の軸線ｌ３に平行に引いた第２の仮想直線
ｌ４との間に形成される交点Ｐ１である。また、第１の
仮想直線ｌ２と軸線ｌ３との間に形成される交点Ｐ２が
放電空間１ｃの端部の内面を示す。したがって、距離ｐ
１は、軸線Ｌ３上に投影された交点Ｐ１とＰ２との間の
距離である。

【０１３７】一方、電極１ｂの突出長ｐ２は、交点Ｐ１
と電極１ｂの先端との間の距離である。なお、ランプ電
力は１００Ｗ以下である。

【実施例５】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径４．５ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、電極軸径０．
４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．６ｍｍ、ｐ２／
ｐ１１．０、放電容器形状は図１０と同じ。 放電媒体：第１のハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．５ｍｇ、
ＮａＩ３．５ｍｇ、第２のハロゲン化物−ＺｎＩ_２０．
６ｍｇ、希ガスＸｅ５気圧、

【実施例６】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径３．０ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、電極軸径０．
４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．６ｍｍ、ｐ２／
ｐ１１．３、放電容器形状は図５と同じ。 放電媒体：第１のハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．５ｍｇ、
ＮａＩ３．５ｍｇ、第２のハロゲン化物−ＺｎＩ_２０．
６ｍｇ、希ガスＸｅ５気圧 図１１は、本発明のメタルハライドランプの第７の実施
形態における各部の寸法を説明するために放電容器の内
部を模式的に示す模式図である。

【０１３８】本実施形態は、放電空間の形状が一対の電
極間を結ぶ仮想直線すなわち軸線ｌ３を挟んで上下に非
対称に構成されている。

【０１３９】すなわち、軸線ｌ３の下方が上方より狭く
なっている態様である。この態様は、電極間距離Ｌ（ｍ
ｍ）の中央において、軸線ｌ３に対して直角な方向の放
電空間の下部内面と仮想直線との間の距離ＨｄとＬとの
比Ｈｄ／Ｌが下式を満足するように構成されている。

【０１４０】０．１５≦Ｈｄ／Ｌ≦０．５０

【実施例７】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径４．５ｍｍ、Ｈｄ１．５ｍｍ、電極間距離４．２ｍ
ｍ、電極軸径０．４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径
０．６ｍｍ、Ｈｄ／Ｌ０．３６ 放電媒体：第１のハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．５ｍｇ、
ＮａＩ３．５ｍｇ、第２のハロゲン化物−ＺｎＩ_２０．
６ｍｇ、希ガスＸｅ５気圧 図１２は、本発明のメタルハライドランプの第８の実施
形態における各部の寸法を説明するために放電容器の内
部を模式的に示す模式図である。

【０１４１】本実施形態は、放電空間の形状が一対の電
極間を結ぶ仮想直線すなわち軸線ｌ３を挟んで上下に非
対称に構成されている。

【０１４２】すなわち、軸線ｌ３の上方が下方より狭く
なっている態様である。この態様は、電極間距離Ｌ（ｍ
ｍ）の中央において、軸線ｌ３に対して直角な方向の放
電空間の下部内面と仮想直線との間の距離ＨｕとＬとの
比Ｈｕ／Ｌが下式を満足するように構成されている。

【０１４３】０．１５≦Ｈｕ／Ｌ≦０．５０

【実施例８】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径４．５ｍｍ、Ｈｕ１．５ｍｍ、電極間距離４．２ｍ
ｍ、電極軸径０．４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径
０．６ｍｍ、Ｈｕ／Ｌ０．３６ 放電媒体：第１のハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．５ｍｇ、
ＮａＩ３．５ｍｇ、第２のハロゲン化物−ＺｎＩ_２０．
６ｍｇ、希ガスＸｅ５気圧 以下、本発明のメタルハライドランプの放電媒体に第２
のハロゲン化物を添加しない第９の実施形態について説
明する。

【実施例９】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大
内径３．０ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、電極軸径０．
４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．７ｍｍ、形状は
図５に示す構造の放電容器と同じ。 放電媒体： Ａ１ランプ；ハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、Ｎａ
Ｉ１．０ｍｇ、ＤｙＩ_３０．０５ｍｇ、希ガスＸｅ８気
圧 Ａ２ランプ；ハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、Ｎａ
Ｉ０．６ｍｇ、希ガスＸｅ８気圧 比較例として、Ｂランプを製作した。

【０１４４】Ｂランプ ；ハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．
２ｍｇ、ＮａＩ０．６ｍｇ、希ガスＸｅ８気圧、Ｈｇ１
ｍｇ 次に、上記各ランプについてランプ電圧、全光束、平均
演色評価数Ｒａおよび色温度を測定した結果を表１に示
す。なお、周波数２００Ｈｚの矩形波の点灯装置を用い
て、ランプ電力４０Wで点灯して測定した。本実施例
は、ランプ電圧が３ＯＶ代であるが、全光束は比較例に
見劣りしないものであり、自動車用前照灯として用いる
のに問題はない。

【０１４５】

【表１】 ランフ゜ Ａ１ Ａ２ Ｂ ランフ゜電圧 (V) ３５ ３３ ８０ 全光束 (lm) ３４００ ３４５０ ３６００ Ｒａ ７１ ６８ ６３ 色温度(K) ４３２０ ４０４０ ４２４０ さらに、ランプ電力を１５〜４０Wの範囲で変化させた
ときの平均演色評価数Ｒａおよび色温度を測定した結果
を表２に示す。

【０１４６】

【表２】ランフ゜ 項目 １５W ２０W ２５W ３０W ３５W ４０W Ａ１ Ｒａ ６０ ６５ ６６ ６７ ６９ ７１ 色温度(K) 4580 4520 4450 4390 4350 4320 Ａ２ Ｒａ ６０ ６２ ６３ ６４ ６６ ６８ 色温度(K) 4280 4220 4150 4120 4080 4040 Ｂ Ｒａ ４０ ４５ ５２ ５６ ６１ ６３ 色温度(K) 5660 5370 5130 4660 4430 4240 表２から理解できるように、ランプＢは、ランプ電力を
１５Wにしても、水銀が全て蒸発しているため、色温度
が上昇し、Ｒａが低下している。これに対して、ランプ
Ａ１、Ａ２においては、色温度、Ｒａともランプ入力の
変化に対する変動が少ない。これらのランプについてラ
ンプ電力４０Wで３０分間点灯してから消灯し、１０秒
後に再始動させたときの再始動電圧を測定した。その結
果を表３に示す。

【０１４７】

【表３】 ランプ 再始動電圧（ｋＶ） Ａ１ ８．８ Ａ２ ９．２ Ｂ １６．３ 表３において、ランプＢは、水銀蒸気圧がまだ高いた
め、再始動電圧が高い。これに対して、ランプＡ１、Ａ
２は、蒸気圧が高い封入物がないので、再始動電圧が極
めて低く、再始動特性が優れていることを示している。

【０１４８】次に、これらのランプを自動車用前照灯に
装着して、始動時に８０Ｗの入力を与え、その後徐々に
電力を絞り４０Ｗの定格電力にて定電力制御するように
設定した点灯装置を用いて点灯し、自動車用前照灯の前
面の代表点において始動からの時間と色度の変化を測定
し、色度図を作成した結果、Ａ１とＢとは図５とほぼ同
様であった。なお、ランプＡ１とＡ２とは同じ傾向であ
った。本実施例によれば、水銀を封入していないことに
より、始動直後から優れた色特性が得られる。

【０１４９】さらに、ランプＡ１とＢとを始動時４秒ま
でのランプ電力を変えて点灯し、１秒後および４秒後の
全光束の、ランプ電力４０Ｗにおける定常時の全光束に
対する比率を測定した。その結果を表４に示す。

【０１５０】

【表４】 １秒後の全光束(%) ４秒後の全光束(%) ランプ Ａ１ Ｂ Ａ１ Ｂ 始動時ランフ゜電力 ８０Ｗ ３２ ２５ ７０ ７８ ９０Ｗ ４２ ２８ ７５ １２０ １００Ｗ ５１ ３５ ８２ １８０ 表４に示すデータにおいて、１秒後の発光について、Ａ
１の場合はＸｅ、Ｓｃ、ＮａおよびＤｙであるが、Ｂは
ＸｅおよびＨｇである。Ｂでは水銀放電のため、Ｘｅは
低効率領域となり、全光束はＡ１より劣る。４秒後の発
光について、Ａ１はＸｅ、ＳｃおよびＮａであり、Ｂは
Ｈｇが殆どで、ＳｃおよびＮａの弱い発光が重なるた
め、Ａ１より全光束が多い。

【０１５１】図１３は、本発明のメタルハライドランプ
の実施例１０における光束立ち上がり特性をランプＢの
それととともに示すグラフである。

【０１５２】図において、横軸は電源投入後経過時間
（秒）を、縦軸は全光束（％）を、それぞれ示す。図
中、曲線ＥはランプＡ１、曲線ＦはランプＢの光束立ち
上がり特性曲線をそれぞれ示す。

【０１５３】図１４は、本発明のメタルハライドランプ
の実施例１０における色度の立ち上がりを比較例のそれ
ととともに示す色度図である。

【０１５４】図において、横軸は色度座標のｘ座標を、
縦軸は同じくｙ座標を、それぞれ示し、枠で囲まれた座
標領域は日本工業規格（ＪＩＳ）で規定された自動車用
前照灯の白色領域を示している。また、図中、曲線Ｃは
本実施例のＡ１ランプの色度の立ち上がりを示し、曲線
Ｄは比較例であるＢランプの色度の立ち上がりを示す。
なお、各曲線の測定値の傍らに付した数字は、電源投入
後の経過時間を秒の単位で表している。

【０１５５】図から理解できるように比較例の場合、当
初は水銀しか発光しないので、曲線Ｄに示すように色度
特性は悪く、ＪＩＳで規定された白色領域の外であり、
白色領域に入るまで約２０秒間を要する。これに対し
て、本実施例の場合には、最初からナトリウムＮａとス
カンジウムＳｃとが発光しているので、白色領域に入っ
ている。

【実施例１０】実施例９と同じ構造の放電容器を用いて
表５に示すハロゲン化物およびキセノン８気圧を封入し
たメタルハライドランプを製作した。

【０１５６】

【表５】 ランプ ハロゲン化物 Ｃ１ ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、ＮａＩ１ｍｇ、 ＴｍＩ_３０．０５ｍｇ Ｃ２ ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、ＮａＩ１ｍｇ、 ＮｄＩ_３０．０５ｍｇ Ｃ３ ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、ＮａＩ１ｍｇ、 ＣｅＩ_３０．０５ｍｇ Ｃ４ ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、ＮａＩ１ｍｇ、 ＨｏＩ_３０．０５ｍｇ Ｃ５ ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、ＮａＩ０．４ｍｇ、ＬｉＩ ０．５ｍｇ 表５に示す各メタルハライドランプを周波数２００Ｈｚ
の矩形波の点灯装置によりランプ電力４０Ｗで点灯した
ときの特性を表６に示す。

【０１５７】

【表６】 ランプ Ｃ１ Ｃ２ Ｃ３ Ｃ４ Ｃ５ ランフ゜電圧(V) ３４ ３３ ３２ ３２ ３０ 全光束(lm) 3420 3340 3480 3350 3210 Ｒａ ６９ ７１ ６９ ７２ ７３ 色温度(K) 4410 4370 4450 4340 3820 表６から理解できるように、実施例１０のメタルハライ
ドランプは、いずれも自動車用前照灯として十分な特性
を有している。

【実施例１１】放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最
大内径３．０ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、電極軸径
０．４ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．７ｍｍ、形
状は図６に示す構造の放電容器と同じ。 放電媒体：ハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、ＮａＩ
１．０ｍｇ、ＤｙＩ_３０． ０５ｍｇ、希ガス
としてＸｅを３、５、７、９、１１、１３および１
５気圧封入したランプを、それぞれ７本製作し
た。

【０１５８】製作したランプを自動車用前照灯に装着
し、周波数２００Ｈｚの矩形波の点灯装置を用いて、ラ
ンプ電力４０Wで点灯して、自動車用前照灯の前面の代
表点で４秒後の光度を始動電力を５Ｗごとに変化させ
て、自動車用前照灯に必要な８０００ｃｄが得られる始
動電力を測定した。その結果を表７に示す。

【０１５９】

【表７】 Ｘｅ封入圧(気圧) ３ ５ ７ ９ １１ １３ １５ ４秒後に8000cdが得られる始動電力(W) ９５ ９０ ８５ ８０ ７５ ７０ ６５ 表７から理解できるように、Ｘｅの封入圧およびまたは
始動電力を大きくすることで自動車用前照灯に必要な光
度を得ることができる。このような関係になるのは、本
発明においては、水銀を封入しないので、始動４秒後の
時点ではＸｅの発光が主になっているからである。

【０１６０】また、Ｘｅの封入圧をＸ（気圧）、入力す
る最適ランプ始動電力をＡＡ（Ｗ）とすると、上記の結
果から下式を導くことができる。

【０１６１】ＡＡ＝−２．５Ｘ＋１０２．２ 図１５は、本発明のメタルハライドランプの第１１の実
施形態を示す正面断面図である。

【０１６２】図において、図６と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、放電媒
体に第２のハロゲン化物を添加しないとともに直流点灯
を行う点で異なる。

【０１６３】すなわち、一対の電極のうち、一方は陽極
Ｅ_Ａで、他方は陰極Ｅ_Ｋである。陽極Ｅ_Ａは、電極軸部
１ｂ１が直径０．４ｍｍ、径大部１ｂ２が直径０．９ｍ
ｍである。陰極Ｅ_Ｋは、直径０．４ｍｍの電極軸部１ｂ
１のみからなる。

【実施例１２】図１５に示す構造の放電容器１を用いて
下記に示すハロゲン化物およびキセノン８気圧を封入し
たメタルハライドランプＤ１、Ｄ２および比較例Ｅを製
作した。 放電容器：中央部の外径６．５ｍｍ、最大内径３．０ｍ
ｍ、電極間距離４．２ｍｍ、陽極Ｅ_Ａ；電極軸径０．４
ｍｍ、長さ７ｍｍ、径大部の直径０．９ｍｍ、陰極
Ｅ_Ｋ；電極軸径０．４ｍｍ、長さ７ｍｍ 放電媒体： Ｄ１ランプ；ハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、Ｎａ
Ｉ１．０ｍｇ、ＤｙＩ_３０．０５ｍｇ Ｄ２ランプ；ハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、Ｎａ
Ｉ０．６ｍｇ Ｅランプ ；ハロゲン化物−ＳｃＩ_３０．２ｍｇ、Ｎａ
Ｉ０．６ｍｇ、Ｈｇ１．０ｍｇ これらのランプを直流点灯装置を用いてランプ電力４０
Ｗで点灯し、スクリーンに投影して、陽極付近と陰極付
近の色温度を測定した結果を表７に示す。

【０１６４】

【表８】 ランプ 陽極側色温度(K) 陰極側色温度(K) Ｄ１ ４５２０ ４１５０ Ｄ２ ４２１０ ３８４０ Ｅ ５３３０ ３７２０ 表８から理解できるように、本実施例のＤ１、Ｄ２ラン
プによれば、違和感のない点灯が得られる。これに対し
て、比較例のＥランプにおいては、陽極と陰極との色温
度の差が大きく、これを前照灯の光学設計で補うことが
不可能である。また、自動車用前照灯に装着して点灯
し、前面に拡大された代表点１０点の色特性を測定した
ところ、場所による色温度のばらつきが大きくて実用で
きるレベルにないことが判明した。

【０１６５】図１６は、本発明のメタルハライドランプ
の第１２の実施形態を示す正面図である。

【０１６６】本実施形態は、図１に示すのと同様なメタ
ルハライドランプをさらに自動車用前照灯装置に装着す
るように構成したものである。

【０１６７】５は外管、６は口金、７は絶縁チューブで
ある。

【０１６８】外管５は、紫外線カット性能を備えてお
り、内部に図１に示すのとほぼ同様な構造のメタルハラ
イドランプ１０を収納していて、両端が封止部１ａ１に
固定されているが、気密ではなく、外気に連通してい
る。一方の封止部１ａ１が口金６に植立されている。他
端から導出された外部リード線３は外管５に平行に延在
して口金６内に導入され、図示しない端子に接続されて
いる。

【０１６９】絶縁チューブ７は、外部リード線３を被覆
する。

【０１７０】図１７は、本発明の自動車用前照灯装置の
一実施形態を示す斜視図である。

【０１７１】図において、１１は反射鏡、１２は前面カ
バーである。

【０１７２】反射鏡１１は、プラスチックスの成形によ
って異形の回転放物面に形成され、頂部背面から図１６
に示すメタルハライドランプ（図示しない。）を着脱す
るように構成されている。

【０１７３】前面カバー１２は、透明性のプラスチック
スの成形によりプリズムまたはレンズを一体に形成して
いて、反射鏡１１の前面開口に気密に装着される。

【０１７４】図１８は、本発明のメタルハライドランプ
を点灯する場合に用いることができるメタルハライドラ
ンプ点灯装置の第１の例を示す回路図である。

【０１７５】本例は、メタルハライド放電ランプを直流
点灯するように構成したものである。

【０１７６】図において、２１は直流電源、２２はチョ
ッパ、２３は制御手段、２４はランプ電流検出手段、２
５はランプ電圧検出手段、２６は始動手段、２７はメタ
ルハライドランプである。

【０１７７】直流電源２１は、バッテリーまたは整流化
直流電源が用いられる。自動車の場合には、一般的にバ
ッテリーが用いられる。しかし、交流を整流する整流化
直流電源であってもよい。必要に応じて電解コンデンサ
２１ａを並列接続して平滑化を行う。

【０１７８】チョッパ２２は、直流電圧を所要値の電圧
に変換するとともに、メタルハライドランプ２７を所要
に制御する。直流電源電圧が低い場合には、昇圧チョッ
パを用い、反対に高い場合には降圧チョッパを用いる。

【０１７９】制御手段２３は、チョッパ７２を制御す
る。たとえば、点灯直後にはメタルハライドランプ２７
に定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ２
２から流し、その後時間の経過とともに徐々にランプ電
流を絞っていき、やがて定格ランプ電流にするように制
御する。また、制御手段２３は、ランプ電流とランプ電
圧との検出信号が帰還入力されることにより、定電力制
御信号を発生して、チョッパ２２を定電力制御する。さ
らに、制御手段２３は、時間的な制御パターンが予め組
み込まれたマイコンが内蔵されていて、点灯直後には定
格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をメタルハライド
ランプ２７に流し、時間の経過とともにランプ電流を絞
るようにチョッパ２２を制御するように構成されてい
る。

【０１８０】ランプ電流検出手段２４は、ランプと直列
に挿入されてランプ電流を検出して制御手段２３に制御
入力する。

【０１８１】ランプ電圧検出手段２５は、ランプと並列
的に接続されてランプ電圧を検出して制御手段２３に制
御入力する。

【０１８２】始動手段２６は、始動時に２０ｋＶのパル
ス電圧をメタルハライドランプ２７に供給できるように
構成されている。

【０１８３】そうして、メタルハライドランプ点灯装置
を用いてメタルハライドランプを直流点灯すると、点灯
直後から所要の光束を発生する。これにより、自動車用
前照灯として必要な電源投入後１秒後に定格に対して光
束２５％、４秒後に光束８０％の点灯を実現することが
できる。

【０１８４】また、直流−交流変換回路が不要になるた
め、交流点灯に比較して約３０％コスト低減が可能であ
る。また、重量で１５％軽減できる。これに伴い点灯回
路が安価になる。

【０１８５】図１９は、メタルハライドランプを点灯す
る場合に用いることができるメタルハライドランプ点灯
装置の第２の例を示す回路図である。

【０１８６】図１８と同一部分には同一符号を付して説
明は省略する。本例は、メタルハライド放電ランプを交
流点灯するように構成している。

【０１８７】２８は交流変換手段である。この交流変換
手段２８は、フルブリッジインバータからなる。すなわ
ち、一対のスイッチング手段２８ａ、２８ａの直列回路
の一対をチョッパ２２の出力端間に並列接続してブリッ
ジ回路を構成し、発振器２８ｂの発振出力を４個のスイ
ッチング手段２８ａの対角方向のスイッチング手段に交
互に供給してブリッジ回路の出力端間に高周波交流を発
生するものである。

【０１８８】そうして、高周波交流によってメタルハラ
イドランプ２７が点灯されるようになっている。

【０１８９】また、この例においても、図１８と同様な
制御が行われるようになっている。

【０１９０】

【発明の効果】請求項１ないし８の各発明によれば、水
銀を本質的に封入しないで環境に配慮しているととも
に、光束立ち上がりが早くて自動車用前照灯に好適なメ
タルハライドランプを提供することができる。

【０１９１】請求項１の発明によれば、加えて電極間距
離の中央寄り８０％の領域における気密容器の最大内径
Ｄ（ｍｍ）および最大肉厚ｔ（ｍｍ）と電極間距離Ｌ
（ｍｍ）との関係が下式を満足していることにより、光
束立ち上がりが水銀を封入したものより早く、放電容器
の破裂の危険性が少なく、再始動が容易で、しかも光色
の変化が少ないメタルハライドランプを提供することが
できる。

【０１９２】０．２５≦Ｄ／Ｌ≦１．５０ ０．１６≦ｔ／Ｌ≦１．１０ 請求項２の発明によれば、加えて電極間距離の中央寄り
８０％の領域における電極の放電開始点と気密容器の上
部内面との放電開始点間を結ぶ第１の仮想直線に対して
直角方向の距離Ｄｃ／２（ｍｍ）および最大肉厚ｔ（ｍ
ｍ）と電極間距離Ｌ（ｍｍ）との関係が下式を満足して
いることにより、電極径や電極の先端の径大部に影響さ
れることなく光束立ち上がりが早いメタルハライドラン
プを提供することができる。

【０１９３】０．２５≦Ｄｃ／Ｌ≦０．９６ ０．１６≦ｔ／Ｌ≦１．１０ 請求項３の発明によれば、加えてハロゲン化物を放電容
器の内容積１ｃｃ当り１５〜１１０ｍｇ封入しているこ
とにより、光束立ち上がりが早くて、光色の変化も許容
範囲にあるメタルハライドランプを提供することができ
る。

【０１９４】請求項４の発明によれば、加えて電極間距
離の中央寄り８０％における最大肉厚ｔ（ｍｍ）に対し
て放電容器の内容積１ｃｃ当りのハロゲン化物の封入量
ｑ（ｍｇ）が下式を満足していることにより、ハロゲン
化物の放電容器の内面への付着範囲が横断面の中心から
引いた鉛直線を中心に±８０°以内になって、放電容器
に付着しているハロゲン化物を透過した不所望な光色の
光をカットすることが可能なメタルハライドランプを提
供することができる。

【０１９５】ｑ≦４２×１．７／ｔ 請求項５の発明によれば、加えて気密容器の中央の内径
ＩＤ（ｍｍ）、外径ＯＤ（ｍｍ）および投入電力Ｐ
（Ｗ）が下式を満足することにより、光束立ち上がりが
早いとともに、気密容器の膨れが生じにくいメタルハラ
イドランプを提供することができる。

【０１９６】（ＯＤ−ＩＤ）×ＩＤ／Ｐ＞０．２１ 請求項６の発明によれば、加えて放電媒体が発光金属の
第１のハロゲン化物、蒸気圧が高くて発光が少ない金属
の第２のハロゲン化物および封入圧Ａ((気圧)のキセノ
ンからなる希ガスを含み、電極間距離Ｌ（ｍｍ）および
Ａが下式を満足することにより、光束立ち上がりが早く
なるとともに、気密容器の膨れが生じにくいメタルハラ
イドランプを提供することができる。

【０１９７】１．０４≦Ａ／Ｌ≦２．７８ 請求項７の発明によれば、加えて気密容器の放電空間の
両端の内面と内面形状の変曲点との間の電極軸線上の距
離ｐ１および電極の突出長ｐ２が下式を満足することに
より、光束立ち上がりが早いとともに、気密容器の膨れ
やハロゲン化物との反応が生じにくいメタルハライドラ
ンプを提供することができる。

【０１９８】０．６≦ｐ２／ｐ１≦１．７ 請求項８の発明によれば、水平点灯にしたときに、気密
容器の電極間距離の中央寄り８０％の領域において、放
電容器の軸線からの鉛直線を基準にして軸線の周囲±８
０°の範囲内に放電媒体が付着する放電媒体を封入して
いることにより、付着した放電媒体によるフィルター作
用によって光色が影響されるのを阻止するメタルハライ
ドランプを提供することができる。

【０１９９】請求項９の発明によれば、自動車用前照灯
装置本体が請求項１ないし８のいずれか一記載のメタル
ハライドランプを装着していることにより、請求項１な
いし８の効果を有する自動車用前照灯装置を提供するこ
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第１の実施形
態を示す正面断面図

【図２】同じく各部の寸法を説明するために放電容器の
内部を模式的に示す模式図

【図３】同じく放電空間内のハロゲン化物の付着範囲を
示す拡大横断面図

【図４】本発明のメタルハライドランプの実施例１にお
ける光束立ち上がり特性を比較例のそれととともに示す
グラフ

【図５】本発明のメタルハライドランプの第２の実施形
態を示す正面断面図

【図６】同じく各部の寸法を説明するために放電容器の
内部を模式的に示す模式図

【図７】本発明のメタルハライドランプの実施例２にお
ける光束立ち上がり特性を示すグラフ

【図８】本発明のメタルハライドランプの第３の実施形
態における各部の寸法を説明するために放電容器の内部
を模式的に示す模式図

【図９】本発明のメタルハライドランプの第４の実施形
態における各部の寸法を説明するために放電容器の内部
を模式的に示す模式図

【図１０】本発明のメタルハライドランプの第６の実施
形態における各部の寸法を説明するために放電容器の内
部を模式的に示す模式図

【図１１】本発明のメタルハライドランプの第７の実施
形態における各部の寸法を説明するために放電容器の内
部を模式的に示す模式図

【図１２】本発明のメタルハライドランプの第８の実施
形態における各部の寸法を説明するために放電容器の内
部を模式的に示す模式図

【図１３】本発明のメタルハライドランプの実施例１０
における光束立ち上がり特性をランプＢのそれとととも
に示すグラフ

【図１４】本発明のメタルハライドランプの実施例１０
における色度の立ち上がりを比較例のそれととともに示
す色度図

【図１５】本発明のメタルハライドランプの第１１の実
施形態を示す正面断面図

【図１６】本発明のメタルハライドランプの第１２の実
施形態を示す正面図

【図１７】本発明の自動車用前照灯装置の一実施形態を
示す斜視図

【図１８】本発明のメタルハライドランプを点灯する場
合に用いることができるメタルハライドランプ点灯装置
の第１の例を示す回路図

【図１９】メタルハライドランプを点灯する場合に用い
ることができるメタルハライドランプ点灯装置の第２の
例を示す回路図

【符号の説明】

１…放電容器 １ａ…気密容器 １ｂ…電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蛭田 寿男 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 松田 幹男 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 川鶴 滋久 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 山崎 勇生 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 Ｆターム(参考） 3K042 AA08 AC06 5C015 PP05 QQ03 QQ08 QQ09 QQ14 QQ24 QQ32 QQ35 QQ36 QQ37 QQ38 QQ39 QQ43 QQ44 QQ45 QQ47 QQ49 QQ52 QQ56 QQ57 QQ62 QQ65 RR02 RR05 5C039 HH02 HH03 HH04 HH05 HH07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に細長い放電空間が形成される耐火性
   で透光性の気密容器および気密容器内の放電空間の両端
   に離間対向して封装された一対の電極を備え、電極間距
   離をＬ（ｍｍ）とし、電極間距離の中央寄り８０％の領
   域における気密容器の放電空間の最大内径をＤ（ｍｍ）
   とし、かつ最大肉厚をｔ（ｍｍ）としたとき、Ｄ／Ｌお
   よびｔ／Ｌがそれぞれ下式を満足する放電容器と；少な
   くともナトリウムＮａまたはスカンジウムＳｃを含む複
   数種の金属のハロゲン化物、ならびに希ガスを含み、気
   密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、本質的に
   水銀が封入されていないとともに安定時のランプ電力１
   ００Ｗ以下で点灯することを特徴とするメタルハライド
   ランプ。 ０．２５≦Ｄ／Ｌ≦１．５０ ０．１６≦ｔ／Ｌ≦１．１０
2. 【請求項２】内部に細長い放電空間が形成される耐火性
   で透光性の気密容器および気密容器内の放電空間の両端
   に離間対向して封装された一対の電極を備え、電極端間
   距離をＬ（ｍｍ）とし、一対の電極の放電開始点の間を
   結ぶ第１の仮想直線を引き、放電空間の中央上部の内表
   面から第１の仮想直線に対して直角な第２の仮想直線を
   引いたとき、第１および第２の仮想直線の交点と、放電
   空間の中央上部の内表面との間の距離をＤｃ／２（ｍ
   ｍ）とし、電極間距離の中央寄り８０％の領域における
   気密容器の最大肉厚をｔ（ｍｍ）としたとき、Ｄｃ／Ｌ
   およびｔ／Ｌが下式を満足する放電容器と；少なくとも
   ナトリウムＮａ、スカンジウムＳｃまたは希土類金属を
   含む複数種の金属のハロゲン化物、ならびに希ガスを含
   み、気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、本
   質的に水銀が封入されていないとともにランプ電力１０
   ０Ｗ以下で点灯することを特徴とするメタルハライドラ
   ンプ。 ０．２５≦Ｄｃ／Ｌ≦０．９６ ０．１６≦ｔ／Ｌ≦１．１０
3. 【請求項３】ハロゲン化物は、放電容器の内容積１ｃｃ
   当たり５〜１１０ｍｇ封入されてい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。
4. 【請求項４】内部に放電空間が形成される耐火性で透光
   性の気密容器および気密容器の放電空間の両端に離間対
   向して封装された一対の電極を備え、電極間距離の中央
   寄り８０％の領域における気密容器の最大肉厚がｔ（ｍ
   ｍ）の放電容器と；放電容器の内容積１ｃｃ当たりの封
   入量ｑ（ｍｇ／ｃｃ）が下式を満足する少なくともナト
   リウムＮａまたはスカンジウムＳｃを含む複数種の金属
   のハロゲン化物、ならびに希ガスを含み、気密容器内に
   封入された放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が封入
   されていないことを特徴とするメタルハライドランプ。 ｑ≦７１．４／ｔ
5. 【請求項５】内部に細長い放電空間が形成される耐火性
   で透光性の気密容器および気密容器内の放電空間の両端
   に離間対向して封装された一対の電極を備え、気密容器
   の中央の内径をＩＤ（ｍｍ）とし、外径をＯＤ（ｍｍ）
   とし、かつ投入電力をＰ（Ｗ）としたとき、下式を満足
   する放電容器と；少なくともナトリウムＮａまたはスカ
   ンジウムＳｃを含む複数種の金属のハロゲン化物、なら
   びに少なくともキセノンを含む希ガスを含み、気密容器
   内に封入された放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が
   封入されていないことを特徴とするメタルハライドラン
   プ。 （ＯＤ−ＩＤ）×ＩＤ／Ｐ＞０．２１
6. 【請求項６】内部に放電空間が形成される耐火性で透光
   性の気密容器および気密容器内の放電空間の両端に離間
   対向して封装された一対の電極を備え、電極端間距離が
   Ｌ（ｍｍ）の放電容器と；少なくともナトリウムＮａま
   たはスカンジウムＳｃを含む複数種の金属のハロゲン化
   物からなる第１のハロゲン化物と、第１のハロゲン化物
   に比較して可視域に発光しにくい金属の一種または複数
   種のハロゲン化物からなる第２のハロゲン化物と、２５
   ℃における封入圧Ａ（気圧）が下式を満足するキセノン
   Ｘｅである希ガスと，からなる放電媒体と；を具備し、
   本質的に水銀が封入されていないとともにランプ電力１
   ００Ｗ以下で点灯することを特徴とするメタルハライド
   ランプ。 １．０４≦Ａ／Ｌ≦２．７８
7. 【請求項７】内部に放電空間が形成され、放電空間の両
   端の内面と内面形状の変曲点との間の距離がｐ１（ｍ
   ｍ）の耐火性で透光性の気密容器および気密容器内の放
   電空間の両端に離間対向して封装され、放電空間への突
   出長がｐ２（ｍｍ）の一対の電極を備え、ｐ２／ｐ１が
   下式を満足する放電容器と；少なくともナトリウムＮａ
   またはスカンジウムＳｃを含む複数種の金属のハロゲン
   化物からなる第１のハロゲン化物と、第１のハロゲン化
   物に比較して可視域に発光しにくい金属の一種または複
   数種のハロゲン化物からなる第２のハロゲン化物と希ガ
   スとからなる放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が封
   入されていないとともにランプ電力１００Ｗ以下で点灯
   することを特徴とするメタルハライドランプ。 ０．６≦ｐ２／ｐ１≦１．７
8. 【請求項８】内部に放電空間が形成される耐火性で透光
   性の気密容器および気密容器の放電空間の両端に離間対
   向して封装された一対の電極を備えた放電容器と；少な
   くともナトリウムＮａまたはスカンジウムＳｃを含む複
   数種の金属のハロゲン化物、ならびに希ガスを含んで気
   密容器内に封入され、放電容器の軸線を水平に点灯した
   ときに、気密容器の電極間距離の中央寄り８０％の領域
   において、放電容器の軸線からの鉛直線を基準にして軸
   線の周囲±８０°の範囲内に放電媒体が付着する放電媒
   体と；を具備し、本質的に水銀が封入されていないこと
   を特徴とするメタルハライドランプ。
9. 【請求項９】自動車用前照灯装置本体と；放電容器の軸
   が自動車用前照灯装置本体の光軸に沿って自動車用前照
   灯装置本体内に配設された請求項１ないし８のいずれか
   一記載のメタルハライドランプと；を具備していること
   を特徴とする自動車用前照灯装置。