JP2004220879A - Metal halide lamp for automobile head-light and head-light apparatus for automobile - Google Patents

Metal halide lamp for automobile head-light and head-light apparatus for automobile Download PDF

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弘道 川島
Hiroyuki Kato
啓幸 加藤
Makoto Deguchi
誠 出口
Kozo Kamimura
幸三 上村
Toshihiko Ishigami
敏彦 石神
Mikio Matsuda
幹男 松田
Toshio Hiruta
寿男 蛭田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal halide lamp for an automobile head-light where by optimizing an upper hemispherical flux and a lower hemispherical flux, the coloration of an irradiation center at the low beam, the difference in color between the high beam and low beam, and the unclearness of an illumination pattern are prevented, and to provide a headlight apparatus using this. <P>SOLUTION: The metal halide lamp HPDL for an automobile headlight has a discharge container IT which has a refractory and transparent airtight container 1aT where a discharge space 1c with an inside diameter of not less than 1.5 mm is formed and a pair of electrodes 1b with a distance between the electrodes of not more than 5 mm; and the discharge medium which is sealed in an airtight container 1a and does not essentially include mercury, including a light-emitting metal and metal halide for use in the lamp voltage formation, as well as xenon having five or higher atmospheric pressure at room temperature. In the lamp, a tube wall load in the stable lighting is not less than 50 W/cm<SP>2</SP>, a lamp electric power in the stable lighting is not more than 60 W, and the upper hemispherical flux A and the lower hemispherical flux B of the discharge container IT in a horizontally lighted state satisfy equation 1 (A≥B≥0.6 A). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車前照灯用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、自動車前照灯用のメタルハライドランプの仕様においては、約2〜15mgの水銀の封入が不可欠とされている(以下、便宜上「水銀入りランプ」という。)(例えば特許文献1参照。)。
【0003】
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(例えば特許文献2参照。)。特許文献2においては、水銀に代えてZnIなどの蒸気圧の高いランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物を発光物質のハロゲン化物、例えばScI−NaIに加えて封入することにより、水銀入りのメタルハライドランプと同等の電気特性と発光特性を有する自動車前照灯用メタルハライドランプ(以下、便宜上「水銀フリーランプ」という。)が得られている。
【0005】
また、一般に自動車前照灯用のメタルハライドランプは、水平点灯される。自動車前照灯は、メタルハライドランプの上半球光束と下半球光束とをそれぞれ光学的に有効に利用して所定の配光特性を満足させるようにその反射鏡およびまたは前面レンズが設計されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平2−7347号公報
【特許文献2】
特開平11−238488号公報
【発明が解決しようとする課題】
水銀フリーランプは、水銀入りランプに比べて特に以下の点で相違している。すなわち、
1.水銀フリーランプでは、水銀入りランプにおける金属ハロゲン化物(以下、便宜上「第1のハロゲン化物」とい。)に加えてさらに融点の低い(したがって、蒸気圧が高い)金属ハロゲン化物(以下、便宜上「第2のハロゲン化物」とい。)を封入する。第2のハロゲン化物は、ランプ電圧を上昇させてシステム効率を向上させ、バラストを小形化、低コスト化する作用がある。また、水銀に代わり色度を補正する作用がある。さらに、第1のハロゲン化物と第2のハロゲン化物との混合ハロゲン化物全体の融点が低下するため、始動後に混合ハロゲン化物が融解するまでの時間が大幅に短かくなる。
【0007】
一方、前照灯用の水銀フリーランプでは、始動時に安定時の2〜3倍の電力が4〜8秒程度投入され、光束の立上りを早くしている。水銀入りランプではハロゲン化物が蒸発して発光し始めるまでに10秒程度以上要するため、ランプ電力が低下し始めた頃にハロゲン化物が蒸発する。これに対して、水銀フリーランプでは、ハロゲン化物の融点が上記のように低いために、大電力が投入されている4〜8秒の期間にハロゲン化物が融解し蒸発して発光し始めるので、ハロゲン化物が急激に融解し、ハロゲン化物の膜の面積が広がる傾向がある。このため、水銀フリーランプの方が安定時においてもハロゲン化物の膜の面積が広くなる傾向がある。
【0008】
2.水銀フリーランプでは、始動時の最大投入電力が安定時のランプ電力の2〜3倍程度に制御されるため、ハロゲン化物がより一層急激に融解し、ハロゲン化物の膜の面積が広くなる傾向がある。これに対して、水銀入りランプでは、始動時の最大投入電力が安定時のランプ電力の2倍以下である。
【0009】
3.水銀フリーランプでは、アークが細くなる傾向があるので、これを前照灯に用いた場合、照射面において、ハロゲン化物付着部からの光とそれ以外の部分からの光との境界線が、水銀入りランプより目立ちやすくなる場合があり、好ましくない。
【0010】
4.水銀フリーランプでは、キセノンの封入圧を水銀入りランプより高くしているので、これに伴ってアークの浮力が増大し、放電容器の上部中央の内面への伝熱量がより一層増える傾向がある。このため、放電空間の中央部分が全体的に相対的に高温になる。点灯中の余剰のハロゲン化物は、液体状で放電空間の中央下部を中心に付着するので、この部分が全体的により高温になり、その結果、余剰ハロゲン化物は電極方向に広がりやすくなり、ハロゲン化物の付着面積がより一層広がる傾向がある。
【0011】
以上の諸点から、水銀フリーランプでは、始動時および安定時においてハロゲン化物の膜の面積が広くなる傾向がある。
【0012】
一般に、メタルハライドランプを自動車前照灯に用いる場合、いわゆるハイビームとロービームのどちらにも、メタルハライドランプが使用される可能性がある。
【0013】
ところが、上半球光束と下半球光束とが等しいハロゲン電球とは異なり、メタルハライドランプでは点灯中に放電媒体中の余剰のハロゲン化物が放電容器の下側に溜まり、膜を形成するので、下半球光束が上半球光束より減少し、しかもハロゲン化物特有の色に着色される傾向がある。水銀フリーランプにおいては、この傾向が上述した理由により極めて顕著になる。
【0014】
本発明者は、水銀フリーランプの場合、上半球光束と下半球光束との比率が適切でないと、以下に示す問題のあることを発見した。すなわち、同じ全光束を有する水銀フリーランプであっても、下半球光束が相対的に低いランプと高いランプを比較すると、上半球光束を主に使うロービームでは、前者の方が明るいが、下半球光束および上半球光束をともに使うハイビームでは同等になる。しかしながら、光色は、前者の場合、下方向放射がハロゲン化物の膜による着色比率が大きく、後者と比較してロービーム時では照射中心部(なお、この部位は、斜め下および斜め上方向の放射光が主に寄与する。)においては、ハロゲン化物の膜による着色を生じるという問題がある。
【0015】
また、ハイビーム時においても、照射面全体にハロゲン化物の膜による着色が見られ、ロービーム時における光色とのギャップが生じるという問題がある。
【0016】
さらに、前者の場合、ハロゲン化物の膜により照射パターンが不鮮明になる弊害もある。
【0017】
上記の問題は、自動車前照灯用メタルハライドランプがロービーム時専用、ハイビーム時専用または両者兼用であると否にかかわらず存在することになる。自動車前照灯用の水銀フリーランプにおいては、上記のような問題を改善するために、上半球光束と下半球光束との比率が最適化されている必要がある。
【0018】
しかしながら、従来技術においては、自動車前照灯用のメタルハライドランプの上半球光束と下半球光束との最適化の必要性およびその解について開示していない。
【0019】
本発明は、上半球光束と下半球光束とを最適化して、ロービーム時の照射中心部の着色、ハイビームとロービームの色違いおよび照射パターンの不鮮明といった不具合を防止した自動車前照灯用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。
【0020】
【課題を達成するための手段】
請求項1の発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、内部に内径1.5mm以上の放電空間が形成された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て電極間距離が5mm以下の一対の電極を備えた放電容器と;発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物、ならびに室温で5気圧以上のキセノンを含み、気密容器内に封入されて水銀を本質的に含まない放電媒体と;を具備し、安定点灯時における管壁負荷が50W/cm以上、安定点灯時のランプ電力が60W以下で、かつ、水平点灯状態における放電容器の上半球光束Aと下半球光束Bとが数式1を満足することを特徴としている。
【0021】
【数1】
A≧B≧0.6×A
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。
【0022】
<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。
【0023】
(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。例えば、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。
【0024】
また、気密容器は、その内部に適当な形状をなした放電空間、例えば細長い放電空間が形成されている。なお、細長い放電空間としては、例えば放電空間を円柱状にすることができる。これにより、アークが水平点灯においては上方へ湾曲しようとするために、放電容器の上側の内面に接近するので、放電容器の上部の温度上昇が早くなる。
【0025】
さらに、放電空間を包囲する部分の肉厚を比較的大きくすることができる。すなわち、電極間距離のほぼ中央部の肉厚をその両側の肉厚より大きくすることができる。これにより、放電容器の伝熱が良好になって放電容器の放電空間の下部およぶ側部内面に付着している放電媒体の温度上昇が早まるために、光束立ち上がりが早くなる。
【0026】
(一対の電極について) 一対の電極は、気密容器の両端内部に離間対向して封装され、その電極間距離が5mm以下に設定されているものとする。
【0027】
なお、電極は、交流および直流のいずれで作動するように構成してもよい。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、電極の先端部近傍を軸部より径大にすることができる。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、電極の先端部近傍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、先端部近傍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。
【0028】
<放電媒体について> 本発明において、放電媒体は、金属ハロゲン化物およびキセノンを含み、水銀を本質的に含まない。
【0029】
(金属ハロゲン化物について) 金属ハロゲン化物は、発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物を含んでいる。
【0030】
発光金属のハロゲン化物は、特段限定されないが、好適にはナトリウムNaおよびスカンジウムScを主成分とするハロゲン化物であり、所望によりインジウムInや希土類金属などのハロゲン化物を添加することができる。なお、インジウムは、発光物質およびランプ電圧形成のいずれにも寄与する。そして、インジウムInや希土類金属の発光は、メタルハライドランプの発光の色度の調整用として好適である。
【0031】
ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物は、蒸気圧が比較的高くてランプ電圧を形成するのに効果的に寄与する金属、例えば亜鉛Zn、マグネシウムMg、コバルトCo、クロムCr、マンガンMn、アンチモンSb、レニウムRe、ガリウムGa、スズSn、鉄Fe、アルミニウムAl、チタンTi、ジルコニウムZrおよびハフニウムHfのグループから選択された一種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。これらの金属ハロゲン化物を選択的に適量封入することにより、ランプ電圧を所要範囲に高めることができる。それにより、メタルハライドランプの電気特性を所望に設定できるので、比較的少ないランプ電流で所要のランプ電力を投入することが可能になる。なお、最適には亜鉛Znのハロゲン化物である。亜鉛Znは、蒸気圧が比較的高いとともに、化学的に安全であり、しかも、安価に、かつ、工業的規模で容易に入手することができる物質である。また、亜鉛Znの発光は、メタルハライドランプの発光の色度調整用としても寄与させることができる。
【0032】
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、反応性については、ハロゲンの中でヨウ素が最も適当であり、少なくとも上記主発光金属は、主としてヨウ化物として封入される。しかし、要すれば、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。
【0033】
(キセノンについて) キセノンは、室温で5気圧以上の圧力で封入するものとする。また、キセノンは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用するとともに、上記の圧力で封入することにより、点灯直後において発光金属のハロゲン化物の蒸気圧が高くなっていないときに、発光物質としても作用する。なお、所望により、アルゴンまたはクリプトンなどを添加することができる。なお、キセノンを5気圧以上封入すると、上記に加えて始動直後に主発光を担当するように作用させることができる。キセノンの封入圧力は、好適には8〜15気圧である。これにより、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。
【0034】
(水銀について) 本発明において、「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く封入していないだけでなく、気密容器の内容積1cc当たり2mg未満、好ましくは1mg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、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頗る少ないといえる。
【0035】
<管壁負荷について> 本発明において、管壁負荷は、メタルハライドランプの安定点灯時に50W/cm以上でなければならない。なお、本発明において、「管壁負荷」とは、気密容器の内部に形成された放電空間の単位内表面積(1cm)当たりのランプ電力をいう。放電媒体の蒸気圧を高くして、全光束を大きくするために、管壁負荷は、上記の条件を満足しなければならない。
【0036】
<ランプ電力について> ランプ電力は、安定点灯時において60W以下である。これはメタルハライドランプが小形であることを意味する。
【0037】
<上半球光束と下半球光束の関係について> 上半球光束Aと下半球光束Bとは、これらの比率を最適条件に維持するために、数式1を満足する必要がある。すなわち、下半球光束Bは、上半球光束Aの60%であるとともに上半球光束A以下でなければならない。なお、上半球光束Aおよび下半球光束Bは、完成されたメタルハライドランプで測定するものとする。
【0038】
まず、上半球光束Aと下半球光束Bとを測定する方法について説明する。測定は、メタルハライドランプの配光特性をすることにより行うことができる。すなわち、メタルハライドランプの発光中心から1m以上離間した位置においてランプからの放射による照度を計測し、そのデータを元に計算される。測定は、最低でもランプの軸を回転軸とした方向360°の照度分布と、ランプ軸に対する水平方向法線を回転軸とした方向360°の分布を計測し、それ以外の方向はアーク形状を円筒または線に近似した計算により推測する。そうして、全方向を積分して全光束を求めることができる。また、上半球および下半球のみを積分することで、それぞれの光束を計測することができる。
【0039】
次に、数式1を満足するための主な具体的構成について説明する。
【0040】
1.気密容器の内径を大きくし、かつ、肉厚を小さくする。これにより、放電空間の下面の温度が低下し、放電媒体の付着位置が下面に集中し、その結果、下半球光束が増大する。
【0041】
2.放電媒体の封入量を低減する。これにより、放電媒体の付着面積が減少し、その結果、下半球光束が増大する。
【0042】
3.気密容器の肉厚を増大する。これにより、放電空間下部の温度が低下して放電媒体の付着位置が下面に集中し、その結果、下半球光束が増大する。
【0043】
<本発明のその他の構成について> 以下に示す構成を選択的に付加することにより、高圧放電ランプの性能が向上したり、機能が増加したりする。
【0044】
1. 外管について 外管は、石英ガラスまたはハイシリケートガラスなどからなり、その内部に放電容器の少なくとも主要部をその収納する手段である。そして、外管、発光管から外部へ放射される紫外線を遮断し、機械的に保護し、かつ、発光管の気密容器を手で触れることで人の指紋や脂肪が付いて失透の原因とならないようにしたり、あるいは気密容器を保温したりたりする。また、外管の内部は、その目的に応じて外気に対して気密に封止してもよいし、外気と同程度または減圧された空気または不活性ガスが封入されていてもよい。さらに、要すれば、外気に連通していてもよい。さらに、外管の外面または内面に遮光膜を配設することもできる。
【0045】
また、外管を形成する際に、外管の両端を気密容器の両端から管軸方向に延在する封止部にガラス溶着させることによって、気密容器で外管を支持するように構成することができる。
【0046】
2.口金について 口金は、高圧放電ランプを点灯回路に接続したり、加えて機械的に支持したりするのに機能する。
【0047】
3.イグナイタについて イグナイタは、高電圧パルス電圧を発生し、これを高圧放電ランプに印加して、その始動を促進する手段であり、口金の内部に収納するなどにより、高圧放電ランプと一体化することができる。
【0048】
4.始動補助導体について 始動補助導体は、電極近傍における電界強度を高くして、高圧放電ランプの始動を支援する手段であり、その一端を他方の電極と同電位個所に接続し、他端を一方の電極近傍における気密容器の外面に配設する。
【0049】
<本発明の作用について> 本発明においては、以上の説明から構成を具備していることにより、上半球光束と下半球光束とが最適化されて、ロービーム時の照射中心部の着色、ハイビームとロービームの色違いおよび照射パターンの不鮮明といった不具合を防止することができる。
【0050】
請求項2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記載のメタルハライドランプと;メタルハライドランプの点灯直後4秒までの最高入力電力を安定時のランプ電力の2〜4倍とした点灯回路と;を具備していることを特徴としている。
【0051】
本発明の自動車用前照灯装置は、請求項1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とともに、メタルハライドランプが環境負荷の大きな水銀を封入していないので、環境対策上すこぶる好ましい。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および点灯回路を除いた残余の全ての部分を意味する。
【0052】
点灯回路は、メタルハライドランプの点灯直後4秒までの最高入力電力を安定時のランプ電力の2〜4倍、好適には2.5〜4倍とすることにより、光束立ち上がりを自動車前照灯用として必要な範囲内に入るように早くすることができる。なお、希ガスとしてのキセノンの封入圧を3〜15気圧の範囲でX(気圧)とし、メタルハライドランプの点灯直後4秒までの最高入力電力をAA(W)としたとき、AAが下式を満足するように構成することにより、点灯直後4秒までの光束立ち上がりを早めて自動車用前照灯に必要な前照灯前面の代表点での光度8000cdを得ることができる。
【0053】
AA>−2.5X+102.5
上記のようにキセノン封入圧と最高入力電力とが直線的な関係になるのは、蒸気圧の低い放電媒体のみであるから、始動後4秒後の時点ではキセノンの発光が圧倒的になっているからである。キセノンの発光量は、キセノンの封入圧とその時の電力とで決まるので、キセノン圧が低ければ、入力電力を多くすればよい。反対に、キセノン圧が高ければ、入力電力を少なくすればよい。なお、本発明において、メタルハライドランプの点灯は、交流点灯および直流点灯のいずれであってもよい。
また、点灯回路は、所要により無負荷出力電圧を200V以下に構成することができる。本発明に用いるメタルハライドランプは、一般に水銀封入のメタルハライドランプに比較して、ランプ電圧が低いので、点灯回路の無負荷出力電圧を200V以下にすることができる。これにより、点灯回路の小形化が可能になる。なおて、水銀を封入したメタルハライドランプにおいては、400V程度の無負荷出力電圧を必要としている。
【0054】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0055】
図1ないし図3は、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプにおける第1の実施の形態を示し、図1はランプ全体の正面図、図2は放電容器の拡大要部正面図、図3は実施例1を示す概念的拡大横断面図である。各図において、ITは放電容器すなわち発光管、2は封着金属箔、3A、3Bは一対の外部リード線、OTは外管、Tは絶縁チューブ、Bは口金である。
【0056】
放電容器ITは、気密容器1aおよび一対の電極1b、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、内部に細長いほぼ円柱状の放電空間1cが形成されている。電極1bは、その基端が封止部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。また、電極1b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。なお、図1において、下方の封止部1a1を形成した後、封止管1a2が切断されないで封止部1a1の下部から一体に延長していて、口金B内へ延在している。
【0057】
封着金属箔2は、気密容器1aの封止部1a1内に気密に埋設されている。
【0058】
一対の外部リード線3A、3Bは、その先端が気密容器1aの両端の封止部1a1内において封着金属箔2の他端に溶接され、基端側が外部へ導出されている。図1において放電容器ITから上方へ導出された外部リード線3Aは、中間部が後述する外管OTに沿って折り返されて後述する口金B内に導入されて図示しない口金端子の一方に接続している。図1において放電容器ITから下方へ導出された外部リード線3Bは、管軸に沿って延在して口金B内に導入されて口金端子の他方に接続している。
【0059】
気密容器1a内には、放電媒体として金属ハロゲン化物および希ガスが封入されている。金属ハロゲン化物は、ナトリウムNa、スカンジウムSc、インジウムInおよび亜鉛Znのグループのハロゲン化物から選択された少なくとも2種以上を含んでいる。希ガスは適当な圧力で封入されている。
【0060】
外管OTは、紫外線カット性能を備えており、内部に放電容器ITを収納していて、両端の縮径部4が放電容器ITの封止部1a1にガラス溶着している。しかし、内部は気密ではなく、外気に連通している。
【0061】
絶縁チューブTは、外部リード線3Aを被覆している。
【0062】
口金Bは、自動車前照灯用として規格化されているもので、放電容器ITおよび外管OTを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面に着脱可能に装着されるように構成されている。
【実施例1】
放電容器IT
気密容器1a:石英ガラス製、球体長7mm、最大外径6mm、
最大内径3.5mm、最大径部における肉厚1.25mm
電極1b :タングステン製で、電極間距離4.2mm
放電媒体
金属ハロゲン化物:ScI−NaI−ZnI=0.9mg
キセノンXe:10気圧
外管OT :外径9mm、内径7mm、内部雰囲気;大気圧(大気)
点灯直後投入電力:85W
点灯直後投入電流:2.8A
安定時ランプ電圧:42V
安定時ランプ電力:35W
安定時の下半球光束B比:0.75A(なお、Aは上半球光束)
実施例1を図3に概念的に示している。
【実施例2】
気密容器1a:石英ガラス製、球体長7mm、最大外径6mm、
最大内径2.4mm、最大径部における肉厚1.65mm
金属ハロゲン化物:ScI−NaI−ZnI=0.1mg
安定時の下半球光束B比:0.83A(なお、Aは上半球光束)
【実施例3】
気密容器1a:石英ガラス製、球体長7mm、最大外径7.5mm、
最大内径2.4mm、最大径部における肉厚2.4mm
安定時の下半球光束B比:0.65A(なお、Aは上半球光束)
なお、実施例2および3において、実施例1と同一部分については記載を省略している。
【0063】
また、本発明によらない比較例は、下記のとおりである。
【0064】
気密容器1a:石英ガラス製、球体長7mm、最大外径6mm、
最大内径2.4mm、最大径部における肉厚1.65mm
金属ハロゲン化物:ScI−NaI−ZnI=0.9mg
安定時の下半球光束B比:0.55A(なお、Aは上半球光束)
比較例を図4に概念的に示している。
【0065】
図5および図6は、本発明の自動車用前照灯装置における一実施の形態を示し、図5は装置全体の背面斜視図、図6は点灯回路の回路図である。各図において、自動車用前照灯装置HLは、自動車用前照灯装置本体21、自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLおよび2つの点灯回路OLにより構成されている。
【0066】
自動車用前照灯装置本体21は、前面透過パネル21a、リフレクタ21b、21c、ランプソケット21dおよび取付部21eなどから構成されている。前面レンズ21aは、自動車の外面と合わせた形状をなし、所要の光学的手段たとえばプリズムを備えている。リフレクタ21b、21cは、各メタルハライドランプHPDLごとに配設されていて、それぞれに要求される配光特性を得るように構成されている。ランプソケット21dは、点灯回路OCの出力端に接続し、メタルハライドランプHPDLの口金21dに装着される。取付部21eは、自動車用前照灯装置本体21を自動車の所定の位置に取り付けるための手段である。
【0067】
メタルハライドランプHPDLは、図1に示す構造を備えている。ランプソケット21dは、口金に装着されて接続する。そうして、2灯の自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLが自動車用前照灯装置本体21に装着されて、4灯式の自動車用前照灯装置が構成される。各自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLの発光部は、自動車用前照灯装置本体21のリフレクタ21b、21cの焦点にほぼ位置する。
【0068】
2つの点灯回路OLは、それぞれ後述する回路構成を備えていて、金属製容器22内に収納されているとともに、自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLを付勢して点灯させる。
【0069】
点灯回路OLは、図6に示すように、直流電源11、チョッパ12、制御手段13、ランプ電流検出手段14、ランプ電圧検出手段15、イグナイタ16、自動車前照灯用メタルハライドランプHPDL、フルブリッジインバータ17により構成されていて、自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLを交流点灯する。
【0070】
直流電源11は、後述するチョッパ12に対して直流電源を供給する手段であって、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11aを並列接続して平滑化を行う。
【0071】
チョッパ12は、直流電圧を所要値の直流電圧に変換するDC−DC変換回路であって、後述するフルブリッジインバータ17を介して自動車前照灯用メタルハライドランプHPDL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。
【0072】
制御手段13は、チョッパ12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HPDLに定格ランプ電流の3倍以上のランプ電流をチョッパ22からフルブリッジインバータ17を経由して流し、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13は、ランプ電流とランプ電圧と相当するそれぞれの検出信号が後述するように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13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自動車前照灯用メタルハライドランプHPDL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12を制御するように構成されている。
【0073】
ランプ電流検出手段14は、フルブリッジインバータ17を介してランプと直列に挿入されていて、ランプ電流に相当する電流を検出して制御手段13に制御入力する。
【0074】
ランプ電圧検出手段15は、同様にフルブリッジインバータ17を介してメタルハライドランプHPDLと並列的に接続されていて、ランプ電圧に相当する電圧を検出して制御手段23に制御入力する。
【0075】
イグナイタ16は、フルブリッジインバータ17と自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLとの間に介在していて、始動時に約20kV程度の始動パルス電圧を自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLに供給できるように構成されている。
【0076】
フルブリッジインバータ17は、4つのMOSFETQ1、Q2、Q3およびQ4からなるブリッジ回路、ブリッジ回路17aのMOSFETQ1およびQ3と、Q2およびQ4とを交互にスイッチングさせるゲートドライブ回路28bおよび極性反転回路INVから構成されていて、チョッパ12からの直流電圧を上記スイッチングにより矩形波の低周波交流電圧に変換して、自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLに印加して、自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLを低周波交流点灯させる。
【0077】
そうして、点灯回路OCを用いて自動車前照灯用メタルハライドランプHPDLを矩形波の低周波交流で点灯すると、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。
【0078】
【発明の効果】
請求項1によれば、内部に内径1.5mm以上の耐火性で透光性の気密容器および電極間距離が5mm以下の一対の電極を備えた放電容器と、発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物、ならびに室温で5気圧以上のキセノンを含み、水銀を本質的に含まない放電媒体とを具備し、安定点灯時における管壁負荷が50W/cm以上、安定点灯時のランプ電力が60W以下で、かつ、水平点灯状態における放電容器の上半球光束Aと下半球光束Bとが数式1を満足することにより、上半球光束と下半球光束とを最適化して、ロービーム時の照射中心部の着色、ハイビームとロービームの色違いおよび照射パターンの不鮮明といった不具合を防止した自動車前照灯用メタルハライドランプを提供することができる。
【0079】
【数1】
A≧B≧0.6×A
請求項2の発明によれば、自動車用前照灯装置本体と、自動車用前照灯装置本体に配設された請求項1または2記載の自動車前照灯用メタルハライドランプと、自動車前照灯用メタルハライドランプの点灯直後4秒までの最高入力電力を安定時のランプ電力の2〜4倍とした点灯回路とを具備していることにより、請求項1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】本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプにおける第1の実施の形態の正面図
【図2】同じく放電容器の拡大要部正面図
【図3】同じく実施例1を示す概念的拡大横断面図
【図4】本発明によらない比較例を示す概念的拡大横断面図
【図5】本発明の自動車用前照灯装置における一実施の形態を示す斜視図
【図6】同じく点灯回路の回路図
【符号の説明】
1a…気密容器、1a1…封止部、1a2…封止管、1b…電極、1c…放電空間、2…封着金属箔、3A…外部リード線、3B…外部リード線、4…縮径部、B…口金、HPDL…自動車前照灯用メタルハライドランプ、IT…放電容器、OT…外管、T…絶縁チューブ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal halide lamp for a vehicle headlight and a vehicle headlight device using the same.
[0002]
[Prior art]
A metal halide lamp in which a rare gas, a luminescent metal halide, and mercury are sealed in an arc tube provided with a pair of electrodes facing each other has been widely used because of its relatively high efficiency and high color rendering. The use of metal halide lamps has also become widespread for automotive headlights. Metal halide lamps currently in practical use, including those for automobile headlights, require mercury. In addition, in the specification of a metal halide lamp for a vehicle headlight, it is indispensable that about 2 to 15 mg of mercury is enclosed (hereinafter, referred to as "lamp containing mercury" for convenience) (for example, see Patent Document 1).
[0003]
However, as environmental problems are becoming more serious, it is considered very important in the lighting field to reduce mercury, which has a large environmental load, from lamps and further eliminate them.
[0004]
In order to solve this problem, some proposals have been made not to use mercury in metal halide lamps (for example, see Patent Document 2). In Patent Document 2, in place of mercury, a metal halide for forming a lamp voltage having a high vapor pressure such as ZnI 2 is added to a halide of a luminescent substance, for example, ScI 3 —NaI, and sealed, so that a metal halide containing mercury is enclosed. 2. Description of the Related Art A metal halide lamp for a vehicle headlight (hereinafter, referred to as "mercury-free lamp" for convenience) having the same electrical characteristics and light emission characteristics as a lamp has been obtained.
[0005]
In general, a metal halide lamp for a vehicle headlight is horizontally lit. The reflector and / or front lens of an automobile headlamp is designed so as to satisfy a predetermined light distribution characteristic by optically effectively using an upper hemisphere light flux and a lower hemisphere light flux of a metal halide lamp.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2-7347 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-238488 [Problems to be Solved by the Invention]
The mercury-free lamp is different from the mercury-containing lamp in the following points. That is,
1. In a mercury-free lamp, in addition to a metal halide in a mercury-containing lamp (hereinafter, referred to as “first halide” for convenience), a metal halide having a lower melting point (hence, a higher vapor pressure) (hereinafter, referred to as “first halide” for convenience). 2 halide).). The second halide has the effect of increasing the lamp voltage, improving the system efficiency, and reducing the size and cost of the ballast. In addition, it has the function of correcting chromaticity instead of mercury. Furthermore, since the melting point of the entire mixed halide of the first halide and the second halide is reduced, the time required for the mixed halide to melt after starting is significantly reduced.
[0007]
On the other hand, in a mercury-free lamp for a headlight, a power that is twice or three times that of a stable state is applied for about 4 to 8 seconds at the time of starting, so that the rise of the luminous flux is accelerated. In a mercury-containing lamp, it takes about 10 seconds or more for the halide to evaporate and start emitting light, so the halide evaporates when the lamp power starts to decrease. On the other hand, in the mercury-free lamp, since the melting point of the halide is low as described above, the halide melts and evaporates during the period of 4 to 8 seconds when high power is applied, and starts emitting light. The halide melts rapidly and the area of the halide film tends to increase. Therefore, the mercury-free lamp tends to have a larger halide film area even when it is stable.
[0008]
2. In a mercury-free lamp, the maximum input power at start-up is controlled to be about two to three times the lamp power in a stable state, so that the halide melts more rapidly and the area of the halide film tends to increase. is there. On the other hand, in the lamp containing mercury, the maximum input power at the time of starting is less than twice the lamp power at the time of stability.
[0009]
3. In mercury-free lamps, the arc tends to be narrow.If this is used for a headlight, the boundary between the light from the halide-attached part and the light from other parts will be It may be more noticeable than the entering lamp, which is not preferable.
[0010]
4. In a mercury-free lamp, the xenon filling pressure is higher than that of a mercury-containing lamp, and accordingly, the buoyancy of the arc increases, and the amount of heat transferred to the inner surface at the upper center of the discharge vessel tends to further increase. Therefore, the central portion of the discharge space becomes relatively high in temperature as a whole. The surplus halide during lighting adheres to the center of the lower part of the discharge space in the form of a liquid, so that this portion becomes higher in temperature as a whole, and as a result, the surplus halide tends to spread toward the electrode, and There is a tendency that the adhesion area of the particles further increases.
[0011]
From the above points, in the mercury-free lamp, the area of the halide film tends to be large at the time of startup and at the time of stability.
[0012]
Generally, when a metal halide lamp is used for a vehicle headlight, there is a possibility that the metal halide lamp is used for both a so-called high beam and a low beam.
[0013]
However, unlike a halogen bulb in which the upper and lower hemisphere luminous fluxes are equal, in a metal halide lamp, during lighting, excess halide in the discharge medium accumulates below the discharge vessel and forms a film. Tend to be reduced from the upper hemispherical luminous flux and to be colored in a halide-specific color. In a mercury-free lamp, this tendency becomes extremely prominent for the reasons described above.
[0014]
The present inventor has discovered that in the case of a mercury-free lamp, if the ratio between the upper hemispherical luminous flux and the lower hemispherical luminous flux is not appropriate, there are the following problems. In other words, even if the mercury-free lamps have the same total luminous flux, when comparing a lamp with a relatively low luminous flux in the lower hemisphere and a lamp with a high luminous flux, in the low beam mainly using the upper hemispherical luminous flux, the former is brighter, but the lower hemisphere The same is true for a high beam that uses both the light beam and the upper hemisphere light beam. However, in the former case, in the former case, the downward radiation has a large coloring ratio due to the halide film, and in comparison with the latter, in the low beam state, the irradiation center part (this part is obliquely downward and obliquely upward radiation). Light mainly contributes), there is a problem that coloring due to a halide film occurs.
[0015]
In addition, even at the time of the high beam, coloring by the halide film is observed on the entire irradiation surface, and there is a problem that a gap with the light color at the time of the low beam occurs.
[0016]
Further, in the former case, there is also a problem that the irradiation pattern becomes unclear due to the halide film.
[0017]
The above problem exists regardless of whether the metal halide lamp for a headlight of an automobile is dedicated to a low beam, dedicated to a high beam, or both. In a mercury-free lamp for a vehicle headlamp, the ratio between the upper hemisphere light flux and the lower hemisphere light flux needs to be optimized in order to improve the above-mentioned problem.
[0018]
However, the prior art does not disclose the necessity of optimizing the upper hemisphere light flux and the lower hemisphere light flux of a metal halide lamp for a vehicle headlight and the solution thereof.
[0019]
The present invention provides a metal halide lamp for an automotive headlight that optimizes the upper and lower hemispherical luminous fluxes to prevent problems such as coloring of an irradiation center at the time of a low beam, color difference between a high beam and a low beam, and unclear irradiation pattern. It is an object of the present invention to provide a vehicle headlight device using the same.
[0020]
[Means for achieving the object]
The metal halide lamp for a vehicle headlight according to the first aspect of the present invention is a fire-resistant and translucent airtight container having a discharge space with an inner diameter of 1.5 mm or more formed therein and opposed to both ends of the discharge space in the airtight container. And a discharge vessel provided with a pair of electrodes having a distance between electrodes of 5 mm or less; a light-emitting metal, a halide of a metal for forming a lamp voltage, and xenon at room temperature of 5 atm or more, and sealed in an airtight vessel. A discharge medium which is substantially free of mercury and has a tube wall load of 50 W / cm 2 or more during stable operation, a lamp power of 60 W or less during stable operation, and a horizontal operation state. Is characterized in that the upper hemispherical light beam A and the lower hemispherical light beam B satisfy Expression 1.
[0021]
(Equation 1)
A ≧ B ≧ 0.6 × A
In the present invention and each of the following inventions, definitions and technical meanings of terms are as follows unless otherwise specified.
[0022]
<About Discharge Vessel> The discharge vessel includes an airtight vessel and a pair of electrodes.
[0023]
(About the airtight container) The airtight container is fire-resistant and translucent. "Fire resistance" means sufficiently resistant to the normal operating temperature of the discharge lamp. Therefore, the airtight container may be made of any material as long as it is a material having fire resistance and can emit visible light of a desired wavelength range generated by electric discharge to the outside. For example, it can be formed using quartz glass, translucent alumina, ceramics such as YAG, or a single crystal thereof. If necessary, it is permissible to form a halogen-resistant or halide-resistant transparent coating on the inner surface of the hermetic container or to modify the inner surface of the hermetic container.
[0024]
In the hermetic container, a discharge space having an appropriate shape, for example, an elongated discharge space, is formed. The elongated discharge space may be, for example, a cylindrical discharge space. This causes the arc to bend upward during horizontal lighting, so that the arc approaches the inner surface on the upper side of the discharge vessel, so that the temperature of the upper portion of the discharge vessel rises faster.
[0025]
Further, the thickness of the portion surrounding the discharge space can be made relatively large. That is, the thickness at the substantially central portion of the distance between the electrodes can be made larger than the thickness at both sides. As a result, the heat transfer of the discharge vessel becomes good, and the temperature rise of the discharge medium attached to the lower part and the inner surface of the side of the discharge space of the discharge vessel becomes faster, so that the light flux rises faster.
[0026]
(Regarding a pair of electrodes) The pair of electrodes is sealed inside the both ends of the airtight container so as to be spaced apart from each other, and the distance between the electrodes is set to 5 mm or less.
[0027]
Note that the electrodes may be configured to operate with either AC or DC. When operating with alternating current, the pair of electrodes have the same structure. In the case of a metal halide lamp for a vehicle headlight, the vicinity of the tip of the electrode can be made larger in diameter than the shaft. In other words, the number of times the lamp blinks becomes extremely large, and a large current flows at the time of starting. Therefore, if the diameter of the entire electrode is correspondingly increased, the material of the hermetic container in contact with the electrode shaft is increased. Is subject to thermal stress each time it flashes, and cracks easily occur. Thus, by forming a large-diameter portion near the tip of the electrode, the electrode can be made to respond to flickering, but the shaft portion is not large in diameter, so that cracks are less likely to occur. In the case of operating with a direct current, the temperature of the anode generally rises sharply. Therefore, if a large diameter portion is formed in the vicinity of the front end portion, the heat radiation area can be increased and frequent blinking can be dealt with. On the other hand, the cathode does not necessarily need to form a large diameter portion.
[0028]
<Regarding Discharge Medium> In the present invention, the discharge medium contains a metal halide and xenon, and contains essentially no mercury.
[0029]
(Regarding Metal Halide) The metal halide includes a luminescent metal and a halide of a metal for forming a lamp voltage.
[0030]
The halide of the luminescent metal is not particularly limited, but is preferably a halide mainly containing sodium Na and scandium Sc. If desired, a halide such as indium In or a rare earth metal can be added. Note that indium contributes to both the luminescent substance and the formation of the lamp voltage. In addition, light emission of indium In or a rare earth metal is suitable for adjusting the chromaticity of light emission of a metal halide lamp.
[0031]
The halide of the metal for forming the lamp voltage is a metal having a relatively high vapor pressure and effectively contributing to the formation of the lamp voltage, such as zinc Zn, magnesium Mg, cobalt Co, chromium Cr, manganese Mn, antimony Sb, One or more halides selected from the group consisting of rhenium Re, gallium Ga, tin Sn, iron Fe, aluminum Al, titanium Ti, zirconium Zr and hafnium Hf can be used. By selectively encapsulating these metal halides in appropriate amounts, the lamp voltage can be increased to a required range. As a result, the electric characteristics of the metal halide lamp can be set as desired, so that the required lamp power can be supplied with a relatively small lamp current. Optimally, it is a halide of zinc Zn. Zinc Zn is a substance that has a relatively high vapor pressure, is chemically safe, and can be obtained at low cost and easily on an industrial scale. The light emission of zinc Zn can also be used for adjusting the chromaticity of light emission of a metal halide lamp.
[0032]
Next, the halogen constituting the halide will be described. That is, with respect to reactivity, iodine is most suitable among halogens, and at least the main luminescent metal is mainly encapsulated as iodide. However, if necessary, different halogen compounds such as iodide and bromide can be used in combination.
[0033]
(About Xenon) Xenon is sealed at room temperature at a pressure of 5 atm or more. In addition, xenon acts as a starting gas and a buffer gas, and also acts as a luminescent material by being sealed at the above pressure, when the vapor pressure of the luminescent metal halide is not high immediately after lighting. Note that, if desired, argon, krypton, or the like can be added. In addition, when xenon is filled at 5 atm or more, it is possible to act so as to take charge of the main light emission immediately after the start in addition to the above. The sealing pressure of xenon is preferably 8 to 15 atm. As a result, the lamp voltage of the metal halide lamp is increased, the lamp input is increased for the same lamp current, and the luminous flux rising characteristics can be improved. Good luminous flux rising properties are advantageous for any purpose of use.
[0034]
(Regarding Mercury) In the present invention, “essentially contains no mercury” means that not only no mercury is sealed but also less than 2 mg, preferably 1 mg or less of mercury per 1 cc of the inner volume of the airtight container. Means to allow However, it is environmentally desirable not to encapsulate any mercury. In the case where the electric characteristics of the discharge lamp are maintained by mercury vapor as in the past, in the case of the short arc type, 20 to 40 mg per 1 cc of the inner volume of the airtight container, and in some cases more than 50 mg are enclosed, In the present invention, it can be said that the amount of mercury is substantially very small.
[0035]
<Regarding Tube Wall Load> In the present invention, the tube wall load must be 50 W / cm 2 or more during stable lighting of the metal halide lamp. In the present invention, “tube wall load” refers to lamp power per unit internal surface area (1 cm 2 ) of a discharge space formed inside an airtight container. In order to increase the vapor pressure of the discharge medium and increase the total luminous flux, the tube wall load must satisfy the above conditions.
[0036]
<Regarding Lamp Power> Lamp power is 60 W or less during stable lighting. This means that the metal halide lamp is small.
[0037]
<Relationship Between Upper Hemisphere Light Beam and Lower Hemisphere Light Beam> The upper hemisphere light beam A and the lower hemisphere light beam B need to satisfy Expression 1 in order to maintain the ratio between them under optimum conditions. That is, the lower hemispheric light beam B must be 60% of the upper hemispheric light beam A and be equal to or less than the upper hemispheric light beam A. Note that the upper hemisphere light beam A and the lower hemisphere light beam B are measured with a completed metal halide lamp.
[0038]
First, a method of measuring the upper hemisphere light beam A and the lower hemisphere light beam B will be described. The measurement can be performed by adjusting the light distribution characteristics of the metal halide lamp. That is, the illuminance due to the radiation from the lamp is measured at a position separated by 1 m or more from the emission center of the metal halide lamp, and the illuminance is calculated based on the data. The measurement measures at least the illuminance distribution in the direction of 360 ° with the axis of the lamp as the axis of rotation and the distribution of 360 ° with the axis of rotation in the direction normal to the lamp axis as the axis of rotation. Estimate by calculation approximating a cylinder or line. Thus, the total luminous flux can be obtained by integrating all directions. Further, by integrating only the upper hemisphere and the lower hemisphere, the respective luminous fluxes can be measured.
[0039]
Next, a description will be given of a main specific configuration for satisfying Expression 1.
[0040]
1. Increase the inner diameter of the airtight container and reduce the wall thickness. As a result, the temperature of the lower surface of the discharge space decreases, and the attachment position of the discharge medium concentrates on the lower surface, and as a result, the lower hemispherical luminous flux increases.
[0041]
2. Reduce the amount of discharge medium enclosed. As a result, the area of the discharge medium adhered decreases, and as a result, the lower hemisphere luminous flux increases.
[0042]
3. Increase the thickness of the airtight container. As a result, the temperature of the lower part of the discharge space decreases, and the position where the discharge medium adheres is concentrated on the lower surface, and as a result, the lower hemispheric light flux increases.
[0043]
<Other Configurations of the Present Invention> By selectively adding the configurations described below, the performance of the high-pressure discharge lamp is improved or the functions thereof are increased.
[0044]
1. Outer tube The outer tube is made of quartz glass, high silicate glass, or the like, and is a means for housing at least a main part of the discharge vessel therein. Then, the ultraviolet rays radiated from the outer tube and the arc tube to the outside are shielded, mechanically protected, and by touching the airtight container of the arc tube by hand, human fingerprints and fats are attached and cause devitrification. Or keep the airtight container warm. Further, the inside of the outer tube may be hermetically sealed with respect to the outside air depending on the purpose, or may be filled with air or an inert gas which has been reduced to the same degree or reduced pressure as the outside air. Further, if necessary, it may communicate with the outside air. Further, a light-shielding film may be provided on the outer surface or the inner surface of the outer tube.
[0045]
Further, when forming the outer tube, both ends of the outer tube are glass-welded to sealing portions extending in the tube axis direction from both ends of the airtight container, so that the outer tube is supported by the airtight container. Can be.
[0046]
2. About the base The base serves to connect the high-pressure discharge lamp to the lighting circuit and additionally to mechanically support it.
[0047]
3. About the igniter The igniter is a means to generate a high-voltage pulse voltage and apply it to the high-pressure discharge lamp to promote its start.It can be integrated with the high-pressure discharge lamp by storing it inside a base or the like. it can.
[0048]
4. Regarding the starting auxiliary conductor The starting auxiliary conductor is a means for increasing the electric field strength near the electrodes to support the starting of the high-pressure discharge lamp. One end is connected to the same potential as the other electrode, and the other end is connected to one end. It is arranged on the outer surface of the airtight container near the electrode.
[0049]
<Regarding the operation of the present invention> In the present invention, by having the configuration described above, the upper hemispherical light beam and the lower hemispherical light beam are optimized, and the irradiation center at the time of the low beam is colored and the high beam is emitted. It is possible to prevent problems such as a low beam color difference and an unclear irradiation pattern.
[0050]
An automobile headlamp apparatus according to the second aspect of the present invention includes: an automobile headlamp apparatus main body; wherein the axis of the discharge vessel is provided in the automobile headlamp apparatus main body along the optical axis of the automobile headlamp apparatus main body. 2. The metal halide lamp according to claim 1, which is provided; and a lighting circuit in which the maximum input power up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp is 2 to 4 times the lamp power in a stable state. And
[0051]
Since the vehicle headlight device of the present invention includes the metal halide lamp of claim 1 as a light source, the light flux is fast and safe, and the metal halide lamp does not encapsulate mercury with a large environmental load. Extremely favorable in environmental measures. Note that the “vehicle headlight device main body” means all remaining portions of the vehicle headlight device excluding the metal halide lamp and the lighting circuit.
[0052]
The lighting circuit uses a maximum input power of up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp to be 2 to 4 times, preferably 2.5 to 4 times the lamp power at the time of stability, so that the rising of the luminous flux is for a vehicle headlight. As fast as possible to get within the required range. In addition, when the filling pressure of xenon as a rare gas is X (atmospheric pressure) in the range of 3 to 15 atm and the maximum input power up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp is AA (W), AA is expressed by the following equation. With this configuration, it is possible to accelerate the rise of the luminous flux up to 4 seconds immediately after lighting, and obtain a luminous intensity of 8000 cd at a representative point on the front of the headlight required for a vehicle headlight.
[0053]
AA> -2.5X + 102.5
Since only the discharge medium having a low vapor pressure has a linear relationship between the xenon filling pressure and the maximum input power as described above, the xenon emission becomes overwhelming at 4 seconds after the start. Because there is. Since the amount of xenon light emission is determined by the xenon sealing pressure and the power at that time, the input power may be increased if the xenon pressure is low. Conversely, if the xenon pressure is high, the input power may be reduced. In the present invention, lighting of the metal halide lamp may be either AC lighting or DC lighting.
Further, the lighting circuit can be configured to have a no-load output voltage of 200 V or less as required. The metal halide lamp used in the present invention generally has a lower lamp voltage than a mercury-filled metal halide lamp, so that the no-load output voltage of the lighting circuit can be 200 V or less. Thus, the lighting circuit can be downsized. Incidentally, a mercury-filled metal halide lamp requires a no-load output voltage of about 400V.
[0054]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0055]
1 to 3 show a first embodiment of a metal halide lamp for a vehicle headlight according to the present invention, FIG. 1 is a front view of the entire lamp, FIG. 2 is a front view of an enlarged main part of a discharge vessel, and FIG. 1 is a conceptually enlarged cross-sectional view showing Example 1. FIG. In each figure, IT is a discharge vessel or arc tube, 2 is a sealing metal foil, 3A and 3B are a pair of external lead wires, OT is an outer tube, T is an insulating tube, and B is a base.
[0056]
The discharge vessel IT includes an airtight vessel 1a and a pair of electrodes 1b, 1b. The hermetic container 1a is formed in a hollow spindle shape, has a pair of elongated sealing portions 1a1 integrally at both ends thereof, and has an elongated substantially cylindrical discharge space 1c formed therein. The electrode 1b is supported at a predetermined position by its base end being embedded in the sealing portion 1a1. The base of the electrode 1b is welded to one end of the sealing metal foil 2 in the sealing portion 1a1. In FIG. 1, after the lower sealing portion 1a1 is formed, the sealing tube 1a2 extends integrally from the lower portion of the sealing portion 1a1 without being cut and extends into the base B.
[0057]
The sealing metal foil 2 is airtightly embedded in the sealing portion 1a1 of the airtight container 1a.
[0058]
The pair of external lead wires 3A and 3B have their distal ends welded to the other end of the sealing metal foil 2 in the sealing portions 1a1 at both ends of the hermetic container 1a, and the base ends are led out. In FIG. 1, the external lead wire 3A led upward from the discharge vessel IT is folded back along an outer tube OT described later, introduced into a base B described later, and connected to one of base terminals (not shown). ing. In FIG. 1, an external lead wire 3B extending downward from the discharge vessel IT extends along the tube axis, is introduced into the base B, and is connected to the other of the base terminals.
[0059]
In the airtight container 1a, a metal halide and a rare gas are sealed as a discharge medium. The metal halide contains at least two or more selected from the group consisting of sodium Na, scandium Sc, indium In, and zinc Zn. The rare gas is sealed at an appropriate pressure.
[0060]
The outer tube OT has a function of cutting off ultraviolet rays, accommodates the discharge vessel IT therein, and the reduced diameter portions 4 at both ends are glass-welded to the sealing portion 1a1 of the discharge vessel IT. However, the inside is not airtight and communicates with the outside air.
[0061]
The insulating tube T covers the external lead wire 3A.
[0062]
The base B is standardized for a vehicle headlight, and supports the discharge vessel IT and the outer tube OT along the central axis, and is detachably attached to the back of the vehicle headlight. It is configured to be mounted.
Embodiment 1
Discharge vessel IT
Airtight container 1a: made of quartz glass, sphere length 7 mm, maximum outer diameter 6 mm,
3.5 mm maximum inner diameter, 1.25 mm wall thickness at maximum diameter
Electrode 1b: made of tungsten, distance between the electrodes is 4.2 mm
Discharge medium Metal halide: ScI 3 -NaI-ZnI 2 = 0.9mg
Xenon Xe: 10 atm outer tube OT: outer diameter 9 mm, inner diameter 7 mm, internal atmosphere; atmospheric pressure (atmosphere)
Input power immediately after lighting: 85W
Make-up current immediately after lighting: 2.8A
Lamp voltage when stable: 42V
Stable lamp power: 35W
Lower hemispheric light flux B ratio when stable: 0.75 A (A is the upper hemispheric light flux)
Embodiment 1 is conceptually shown in FIG.
Embodiment 2
Airtight container 1a: made of quartz glass, sphere length 7 mm, maximum outer diameter 6 mm,
2.4 mm maximum inner diameter, 1.65 mm wall thickness at maximum diameter
Metal halide: ScI 3 -NaI-ZnI 2 = 0.1mg
Lower hemisphere luminous flux B ratio when stable: 0.83 A (A is the upper hemisphere luminous flux)
Embodiment 3
Airtight container 1a: made of quartz glass, sphere length 7 mm, maximum outer diameter 7.5 mm,
2.4 mm maximum inner diameter, 2.4 mm wall thickness at maximum diameter
Lower hemisphere luminous flux B ratio when stable: 0.65 A (A is the upper hemisphere luminous flux)
In the second and third embodiments, description of the same parts as in the first embodiment is omitted.
[0063]
Comparative examples not according to the present invention are as follows.
[0064]
Airtight container 1a: made of quartz glass, sphere length 7 mm, maximum outer diameter 6 mm,
2.4 mm maximum inner diameter, 1.65 mm wall thickness at maximum diameter
Metal halide: ScI 3 -NaI-ZnI 2 = 0.9mg
Lower hemisphere luminous flux B ratio when stable: 0.55 A (A is the upper hemisphere luminous flux)
A comparative example is conceptually shown in FIG.
[0065]
5 and 6 show an embodiment of the vehicle headlight device of the present invention, FIG. 5 is a rear perspective view of the entire device, and FIG. 6 is a circuit diagram of a lighting circuit. In each of the drawings, the vehicle headlight device HL includes a vehicle headlight device body 21, a metal headlamp lamp HPDL for a vehicle headlight, and two lighting circuits OL.
[0066]
The vehicle headlamp apparatus main body 21 includes a front transmission panel 21a, reflectors 21b and 21c, a lamp socket 21d, a mounting portion 21e, and the like. The front lens 21a has a shape conforming to the outer surface of the automobile, and includes necessary optical means such as a prism. The reflectors 21b and 21c are provided for each metal halide lamp HPDL, and are configured to obtain the light distribution characteristics required for each. The lamp socket 21d is connected to the output terminal of the lighting circuit OC and is mounted on the base 21d of the metal halide lamp HPDL. The mounting portion 21e is a means for mounting the vehicle headlamp device main body 21 at a predetermined position of the vehicle.
[0067]
The metal halide lamp HPDL has the structure shown in FIG. The lamp socket 21d is attached to a base and connected. Then, the two metal headlamps HPDL for the vehicle headlight are mounted on the vehicle headlight device main body 21 to form a four-light type vehicle headlight device. The light-emitting portion of each automobile headlamp metal halide lamp HPDL is located substantially at the focal point of the reflectors 21b and 21c of the automobile headlamp apparatus body 21.
[0068]
Each of the two lighting circuits OL has a circuit configuration to be described later, is housed in the metal container 22, and energizes and turns on the metal halide lamp HPDL for a vehicle headlight.
[0069]
As shown in FIG. 6, the lighting circuit OL includes a DC power supply 11, a chopper 12, a control unit 13, a lamp current detecting unit 14, a lamp voltage detecting unit 15, an igniter 16, a metal halide lamp HPDL for a vehicle headlight, a full bridge inverter. 17 for alternating-current lighting of a metal halide lamp HPDL for a vehicle headlight.
[0070]
The DC power supply 11 is a means for supplying DC power to a chopper 12 described later, and a battery or a rectified DC power supply is used. In the case of an automobile, a battery is generally used. However, a rectified DC power supply that rectifies AC may be used. If necessary, an electrolytic capacitor 11a is connected in parallel to perform smoothing.
[0071]
The chopper 12 is a DC-DC conversion circuit that converts a DC voltage into a DC voltage having a required value, and controls a metal halide lamp HPDL for a headlight of an automobile as required through a full-bridge inverter 17 described later. When the DC power supply voltage is low, a boost chopper is used, and when it is high, a step-down chopper is used.
[0072]
The control means 13 controls the chopper 12. For example, immediately after lighting, a lamp current of three times or more of the rated lamp current is supplied to the metal halide lamp HPDL from the chopper 22 via the full-bridge inverter 17, and thereafter the lamp current is gradually reduced as time passes. Control is performed to make the lamp current. The control means 13 generates a constant power control signal by performing feedback input of the respective detection signals corresponding to the lamp current and the lamp voltage as described later, and controls the chopper 22 with the constant power. Further, the control means 13 has a built-in microcomputer in which a temporal control pattern is incorporated in advance, and immediately after lighting, supplies a lamp current of three times or more of the rated lamp current to the metal halide lamp HPDL for a vehicle headlight, The chopper 12 is controlled so as to reduce the lamp current as time passes.
[0073]
The lamp current detecting means 14 is inserted in series with the lamp via the full bridge inverter 17, detects a current corresponding to the lamp current, and controls and inputs the current to the control means 13.
[0074]
The lamp voltage detecting means 15 is similarly connected in parallel with the metal halide lamp HPDL via the full bridge inverter 17, detects a voltage corresponding to the lamp voltage, and performs control input to the control means 23.
[0075]
The igniter 16 is interposed between the full-bridge inverter 17 and the metal headlamp lamp HPDL for a vehicle headlight, and is configured to supply a starting pulse voltage of about 20 kV to the metal halide lamp HPDL for a vehicle headlight at the time of starting. Have been.
[0076]
The full-bridge inverter 17 includes a bridge circuit composed of four MOSFETs Q1, Q2, Q3 and Q4, a gate drive circuit 28b for alternately switching the MOSFETs Q1 and Q3 of the bridge circuit 17a and Q2 and Q4, and a polarity inversion circuit INV. The DC voltage from the chopper 12 is converted into a rectangular wave low-frequency AC voltage by the above-described switching, and is applied to the metal headlamp lamp HPDL for the vehicle headlight. Turn on.
[0077]
Thus, when the metal halide lamp HPDL for a vehicle headlight is turned on by a rectangular wave low-frequency alternating current using the lighting circuit OC, a required luminous flux is generated immediately after lighting. As a result, it is possible to achieve lighting of 25% of the luminous flux with respect to the rating one second after the power is turned on, which is necessary for a vehicle headlamp, and 80% of the luminous flux after 4 seconds.
[0078]
【The invention's effect】
According to claim 1, a discharge vessel provided with a refractory and translucent airtight container having an inner diameter of 1.5 mm or more and a pair of electrodes having a distance between the electrodes of 5 mm or less, a luminescent metal and a metal for forming a lamp voltage And a discharge medium containing xenon at room temperature of 5 atm or more and containing essentially no mercury, a tube wall load of 50 W / cm 2 or more at the time of stable lighting, and a lamp power at the time of stable lighting of When the upper and lower hemisphere light beams A and B satisfy the formula 1 below 60 W and in the horizontal lighting state, the upper hemisphere light beam and the lower hemisphere light beam are optimized, and the irradiation center at the time of low beam It is possible to provide a metal halide lamp for a headlight of an automobile in which problems such as coloring of a portion, a difference in color between a high beam and a low beam, and an unclear irradiation pattern are prevented.
[0079]
(Equation 1)
A ≧ B ≧ 0.6 × A
According to the invention of claim 2, a vehicle headlight device main body, the vehicle headlight metal halide lamp according to claim 1 or 2 disposed on the vehicle headlight device main body, and a vehicle headlight 2. A headlight device for an automobile having the effect of claim 1, comprising a lighting circuit in which the maximum input power up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp is 2 to 4 times the lamp power at the time of stability. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a first embodiment of a metal halide lamp for a vehicle headlight according to the present invention; FIG. 2 is a front view showing an enlarged main part of the discharge vessel; FIG. FIG. 4 is a conceptual enlarged cross-sectional view showing a comparative example not according to the present invention. FIG. 5 is a perspective view showing an embodiment of the automotive headlight device of the present invention. Circuit diagram of circuit [Explanation of reference numerals]
1a: airtight container, 1a1: sealed portion, 1a2: sealed tube, 1b: electrode, 1c: discharge space, 2: sealed metal foil, 3A: external lead wire, 3B: external lead wire, 4: reduced diameter portion , B: Base, HPDL: Metal halide lamp for automotive headlamp, IT: Discharge vessel, OT: Outer tube, T: Insulating tube

Claims (2)

内部に内径1.5mm以上の放電空間が形成された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て電極間距離が5mm以下の一対の電極を備えた放電容器と;
発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物、ならびに室温で5気圧以上のキセノンを含み、気密容器内に封入されて水銀を本質的に含まない放電媒体と;
を具備し、安定点灯時における管壁負荷が50W/cm以上、安定点灯時のランプ電力が60W以下で、かつ、水平点灯状態における放電容器の上半球光束Aと下半球光束Bとが数式1を満足することを特徴とする自動車前照灯用メタルハライドランプ。
【数1】
A≧B≧0.6×A
A refractory and translucent airtight container having a discharge space with an inner diameter of 1.5 mm or more formed therein, and a pair of electrodes which are separately sealed at both ends of the discharge space in the airtight container and have a distance between the electrodes of 5 mm or less. A discharge vessel comprising:
A discharge medium containing a luminous metal and a halide of a metal for forming a lamp voltage, and xenon at room temperature of 5 atm or more, which is enclosed in an airtight container and is essentially free of mercury;
The upper hemispherical light flux A and the lower hemispherical light flux B of the discharge vessel in the horizontal lighting state have a tube wall load of 50 W / cm 2 or more during stable lighting and a lamp power of 60 W or less during stable lighting. A metal halide lamp for a vehicle headlight, which satisfies condition 1.
(Equation 1)
A ≧ B ≧ 0.6 × A
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記載の自動車前照灯用メタルハライドランプと;
自動車前照灯用メタルハライドランプの点灯直後4秒までの最高入力電力を安定時のランプ電力の2〜4倍とした点灯回路と;
を具備していることを特徴とする自動車用前照灯装置。
A headlight unit for an automobile;
2. The metal halide lamp for a vehicle headlight according to claim 1, wherein a shaft of the discharge vessel is disposed in the vehicle headlight device main body along an optical axis of the vehicle headlight device main body;
A lighting circuit in which the maximum input power up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp for a vehicle headlight is 2 to 4 times the lamp power in a stable state;
An automotive headlight device comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007012236A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Guang Dong Bright Star Light & Electricity Co., Ltd. Xe FILLED METAL HALIDE LAMP WITH INTEGRATED DOUBLE ELECTRIC TUBES FOR VEHICLE
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