JP2005093354A - メタルハライドランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡単な構造でありながら電極物質の飛散による気密容器の黒化を抑制して光束維持率を向上したメタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】
メタルハライドランプは、内容積が０．１ｃｃ以下の耐火性で透光性の気密容器１と、主としてタングステンからなり、質量比で０．２〜５％のＳｃ酸化物を含有するとともに、気密容器１の内部に５ｍｍ以下の電極間距離で対向して封装された一対の電極１ｂと、Ｓｃハロゲン化物とＮａおよび希土類金属のグループの中から選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物、ならびに２５℃で５気圧以上のＸｅを含んで気密容器１内に封入されているとともに、水銀を本質的に含まない放電媒体とを具備し、安定時にランプ電力が６０Ｗ以下で点灯し、管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以上である。
【選択図】
図１

Description

本発明は、水銀を封入しないメタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置に関する。

環境負荷の大きい水銀を封入しない自動車前照灯用のメタルハライドランプは既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、水銀に代えてＩｎＩ_３などを封入したＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＩｎＩ_３封入ランプが開示されている。これにより、良好な始動特性を有し、水銀入りのメタルハライドランプとほぼ同等の電気特性および発光特性が得られている。

ところが、この種のメタルハライドランプにおいて、電極の温度が過剰になった場合、電極物質の飛散により、発光管の内面が黒化して光束維持率が低下するという問題がある。これに対して、自動車前照灯用のメタルハライドランプの電極軸を所定重量の金属体で被覆することにより、発光管内面の黒化を防止して光束維持率の早期低下を防止することが知られている（特許文献２参照。）。特許文献２では、電極の周囲にタングステン線をコイル状に巻回することによって金属体を被覆している。
特開平１１−２３８４８８号公報 特開２０００−２６８７７３号公報

ところが、特許文献２のような構成では、構造が複雑化して、製造が面倒になるために、コストアップを招くという問題がある。

本発明は、簡単な構造でありながら電極物質の飛散による気密容器の黒化を抑制して光束維持率を向上したメタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明のメタルハライドランプは、内容積が０．１ｃｃ以下の耐火性で透光性の気密容器と；主としてタングステンからなり、質量比で０．２〜５％のＳｃ酸化物を含有するとともに、気密容器の内部に５ｍｍ以下の電極間距離で対向して封装された一対の電極と；Ｓｃハロゲン化物とＮａおよび希土類金属のグループの中から選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物、ならびに２５℃で５気圧以上のＸｅを含んで気密容器内に封入されているとともに、水銀を本質的に含まない放電媒体と；を具備し、安定時にランプ電力が６０Ｗ以下で点灯し、管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以上であることを特徴としている。

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。

＜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などの多結晶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。しかし、自動車前照灯用の場合、高い集光効率が要求されるために、直線透過率が高い石英ガラスが好適である。なお、必要に応じて、石英ガラス製の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。

また、気密容器は、その内部に内容積０．１ｃｃ以下の放電空間が形成されている。放電空間は、好ましくは内径１．５〜３．５ｍｍのほぼ円柱状をなすとともに、軸方向に５〜９ｍｍの長さを有する細長い形状をなしている。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、気密容器の上側の内面に接近するので、気密容器の上部の温度上昇が早くなる。

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、気密容器の伝熱が良好になって気密容器の放電空間の下部および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。

さらにまた、後述する電極を気密容器の内部に封装するために、気密容器の内部に形成される放電空間の軸方向の両端に棒状をなした一対の封止部を一体に形成して備えることができる。そして、この一対の封止部内に好適には減圧封止法により、または減圧封止法およびピンチシール法の併用により埋設される封着金属箔を介して電極と外部導入線とを接続することで、電極に電流を供給することができるとともに、包囲部をチップレスにして配光特性が排気チップ部により乱れるのを回避できる。

＜一対の電極について＞ 一対の電極は、主としてタングステンからなり、質量比で０．２〜５％のＳｃ酸化物を含有するとともに、電極間距離が５ｍｍ以下になるように対向して気密容器の内部に封装されている。Ｓｃ酸化物が上記の範囲で電極に含有されていると、電極物質の飛散が抑制されることが分かった。しかし、Ｓｃ酸化物が質量比で０．２％未満であると、上記の効果が十分でないので、不可である。また、Ｓｃ酸化物が質量比で５％超であると、電極物質の飛散抑制の効果が飽和して変化がないうえ、電極の強度が低下して電極の変形が増大するので、不可である。なお、Ｓｃ酸化物の含有量は、ＥＰＭＡや質量分析により測定することができる。

また、電極は、後述するようにその作動中の温度が１６００〜１９５０℃の範囲内になるように設定されるのが本発明による効果を得るうえで好ましい。

一方、電極は、ドープ材としてトリウムＴｈが含有されていないことが望ましい。すなわち、Ｔｈが含有されていると、メタルハライドランプが長時間点灯していると、電極からＴｈが放出されて、これが発光に寄与するために、発光の色度が不所望に変化するという問題がある。したがって、ドープ材としてトリウムＴｈが含有されていない電極を採用することにより、長時間点灯中の色度変化を抑制することができる。しかし、Ｔｈに代えてＫ、ＡｌおよびＳｉのグループから選択されたドープ材は、これら１ｐｐｍ以上含有されていても、可視光の発光に殆ど影響しないため、上記のような問題がないので、差し支えない。

また、電極は、その直径が長手方向に沿ってほぼ同一の直棒状をなした軸部を備えていることが許容される。そして、軸部の直径は、好ましくは０．３ｍｍ以上、また自動車前照灯用として好ましくは０．４５ｍｍ以下であり、軸部から直径が大きくなることなしに先端に至り、かつ、先端が平坦な端面を形成するか、アークの起点となる先端が曲面を形成している。あるいは、軸部の先端に軸部より径大の部分を形成することができる。なお、電極の軸部から直径が大きくなることなしに先端に至り、かつ、アークの起点となる先端に曲面を形成する場合、当該曲面は、ほぼ球形の一部を構成するような曲面であり、その半径を軸部の直径の１／２以下にすることにより、アークの起点の不所望な移動を抑制して、明るさのちらつきが生じるのを低減できる。なお、「電極のアークの起点となる先端」とは、電極の先端側において、アークの起点となる部位を意味し、必ずしも電極の幾何学的な先端の全体を示すものではない。すなわち、電極の先端側であって、アークの起点になる部位が電極の軸部の直径に対して１／２以下の半径を有する曲面を形成していればよい。しかし、電極のアークの起点となる先端の曲面は、好適にはその半径が軸部の半径の４０％以上である。

さらに、電極の気密容器内への突出長は、軸径とともに電極温度に影響するが、この種の小形のメタルハライドランプにおける通例にしたがえばよく、したがってたとえば１．４±０．１ｍｍ程度に設定することができる。さらにまた、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。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、陰極より軸径を大きくして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。

さらにまた、電極を気密容器に封装する構造として、気密容器の一対の封止部に電極の基端部を埋設させて支持することができる。なお、電極の基端は、封止部に気密に埋設されたモリブデンなどからなる封着金属箔に溶接などの手段によって接続される。

＜放電媒体について＞ 放電媒体は、金属ハロゲン化物およびＸｅを含み、水銀を本質的に含まない。金属ハロゲン化物は、Ｓｃのハロゲン化物とＮａおよび希土類金属のグループの中から選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物とを含んでいる。上記の金属は、白色発光を効率よく発光する主たる発光金属である。しかし、上記金属ハロゲン化物は、発光金属として上記のハロゲン化物以外にも補助的にその他の金属のハロゲン化物を所望により選択して付加することができる。

また、上述の発光金属のハロゲン化物を第１の金属ハロゲン化物としたときに、この第１の金属ハロゲン化物に加えて主としてランプ電圧を所望の程度まで高めるために、第２の金属ハロゲン化物を封入することができる。第２の金属ハロゲン化物としては、好ましくはＺｎのハロゲン化物または／およびＩｎのハロゲン化物からなる。これらの金属は、十分に蒸気圧が高いので、水銀に代わるランプ電圧形成媒体として効果的である。しかし、これらの金属は、同時に青色系の発光を行うので、第１の金属ハロゲン化物を構成する主発光物質の白色発光の色度を補正する作用もある。なお、Ｉｎのハロゲン化物として具体的には、ＩｎＩ、ＩｎＩ_３およびＩｎＢｒが考えられる。そして、これらのいずれを用いてもよい。また、Ｚｎのハロゲン化物としては、ＺｎＩ_２を用いることができる。

また、第２の金属ハロゲン化物として上記の金属に加えて、または単独で下記のグループから選択される金属のハロゲン化物をランプ電圧形成媒体として封入することができる。すなわち、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｒｅ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆのグループから選択された一種または複数種の金属のハロゲン化物を封入することにより、ランプ電圧を主として形成するか、Ｚｎおよび／またはＩｎに加えてランプ電圧を調整することができる。上記のグループの金属は、蒸気圧が高くて可視域に発光しないか、または発光が比較的少ない金属すなわち光束を稼ぐ発光金属としては期待されないが、主としてランプ電圧を形成するのに好適な金属である。

そうして、第２のハロゲン化物として、上記のＺｎ、Ｉｎに加えて補助的なランプ電圧形成媒体として、またはこれらに代えて上記のグループの金属ハロゲン化物を用いることにより、本発明におけるような小形のメタルハライドランプにおいて、水銀を用いることなしに２５〜７０Ｖ程度のランプ電圧を得ることができる。このため、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。

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、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ができる。

５気圧以上のＸｅは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用するとともに、点灯直後の発光金属の蒸気圧が低いときに、立上がり時の光束としてＸｅの白色発光を寄与させることができる。また、Ｘｅは、自動車前照灯用のメタルハライドランプとしては、好ましくは８〜１６気圧の範囲で封入するのがよい。

さらに、水銀について言及しておく。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ランプ電圧を所要に高くする場合、短アーク形においては気密容器の内容積１ｃｍ^３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、水銀量が実質的に頗る少ないといえる。

＜ランプ電力および管壁負荷について＞ ランプ電力は、メタルハライドランプに投入される電力であるが、本発明においては、安定点灯時に６０Ｗ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。

また、管壁負荷は、気密容器の単位内表面積１ｃｍ^２当たりのランプ電力をいい、本発明においては６０Ｗ／ｃｍ^２以上である。例えば、自動車前照灯用においてメタルハライドランプが点灯直後の光束立上りを早めるなどのために、上記のような高管壁負荷の下で作動する場合に、電極物質の飛散による気密容器の内面の黒化が問題になりやすいので、本発明による利益を享受することができる。

＜本発明の作用について＞ 本発明者は、上記の構成を具備していることにより、点灯直後のランプ投入電力が安定時の２．５倍以上となる期間が２秒以上、例えば４秒程度継続する条件で点灯する場合のように高管壁負荷で点灯したときであっても、電極物質の飛散が抑制され、したがって気密容器内面の黒化が低減されることを発見した。このため、寿命中の光束の低下が抑制された。また、寿命中に放電媒体中の発光物質であるＳｃが消失する分量の一部が電極から飛散したＳｃが補うことも寿命中の光束低下の抑制に寄与していると考えられる。

また、上述の効果が得られる電極温度範囲は、１６００〜１９５０℃であることも分かった。上記温度が１６００℃未満では、アークの再点弧によるスパッタに起因すると考えられる黒化の増加が生じる。反対に、１９５０℃を超えると、Ｓｃ酸化物が電極先端から消失し、上述の効果が得られなくなる。なお、電極温度は、メタルハライドランプが水平点灯している状態において、パイロメータで電極先端から０．３５ｍｍの電極軸横断線における温度を水平方向から測定した場合の温度をいう。

＜本発明のその他の構成について＞ 本発明においては、必須構成要件ではないが、以下に示す構成を選択的に付加することにより、メタルハライドランプの性能が向上したり、機能が増加したりする。

１．（外管について） 外管は、その内部に気密容器を収納する。外管により、気密容器から外部へ放射される紫外線を遮断したり、気密容器を保温したり、機械的に保護したり、さらには配光特性を所要に整えるために所定形状の遮光膜を配設する場合に外管の表面に遮光膜を形成したりすることができる。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。

２．（口金について） 口金は、メタルハライドランプを点灯回路に接続したり、加えて灯器に機械的に支持したりするのに機能する。

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、これをメタルハライドランプに印加して、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、メタルハライドランプと一体化することもできる。

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、メタルハライドランプの始動を支援する手段であり、所要によ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放電容器の外面に配設する。

請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体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を点灯する点灯装置と；を具備していることを特徴としている。

本発明において、「照明装置」とは、メタルハライドランプを光源とする装置の全てを含む広い概念であり、例えば自動車前照灯、照明器具、信号灯、標識灯、光ファイバー照明装置、光化学反応装置などである。なお、「照明装置本体」とは、照明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。

点灯回路は、メタルハライドランプを点灯する手段であり、電子化されたものが好適であるが、要すればコイルおよび鉄心を主体とするものであってもよい。また、自動車前照灯用の点灯回路の場合、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Ｘｅの封入圧を５〜１５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。

ＡＡ＞−２．５Ｘ＋１０２．５
上記のようにＸｅ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。Ｘｅの発光量は、Ｘｅの封入圧とその時の電力とで決まるので、Ｘｅ圧が低ければ、入力電力を多くすればよい。反対に、Ｘｅ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。水銀を封入しないメタルハライドランプは、一般に水銀入り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、水銀入りのメタルハライドランプおいては、４００Ｖ程度の無負荷出力電圧を必要としている。

請求項１の発明によれば、電極が主としてタングステンからなり、質量比で０．２〜５％のＳｃ酸化物を含有することにより、簡単な構造でありながら電極物質の飛散による気密容器の黒化を抑制して光束維持率を向上したメタルハライドランプを提供することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の効果を有する照明装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明のメタルハライドランプにおける第１の実施の形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示す正面図である。図において、ＩＴは放電容器すなわち発光管、２、２は一対の封着金属箔、３Ａ、３Ｂは一対の電流導入導体、ＯＴは外管、Ｔは絶縁チューブ、Ｂは口金である。

放電容器ＩＴは、気密容器１および一対の電極１ｂ、１ｂからなる。気密容器１は、中空の紡錘形状に成形された包囲部１ａ、一対の封止部１ａ１および封止管１ａ２を備えている。包囲部１ａは、その内部に細長いほぼ円柱状の放電空間１ｃを有している。左右一対の封止部１ａ１は、細長くて包囲部１ａの管軸方向の両端からそれぞれ管軸方向に延在している。封止管１ａ２は、図１において左方の封止部１ａ１と一体に形成されていて、口金Ｂ内へ進入している。なお、図において、気密容器１の包囲部１ａと隣接する一対の封止部１ａ１との間に形成される縮径部間の距離をもって後述する各実施例における放電空間球体長という。

一対の電極１ｂ、１ｂは、それぞれの基端が封止部１ａ１に埋設された後述する封着金属箔２の一端部にレーザ溶接されるとともに、中間部が封止部１ａ１に埋設されて緩く支持されることによって所定の位置に配設されて、先端が放電空間１ｃ内へ両端から離間対向して突出している。

一対の封着金属箔２、２は、モリブデン箔からなり、気密容器１の封止部１ａ１内に気密に埋設されている。

一対の電流導入導体３Ａ、３Ｂは、その先端が気密容器１の両端の封止部１ａ１内において封着金属箔２の他端部に溶接され、その基端側が封止部１ａ１の外部へ導出されている。図において、放電容器ＩＴから右方へ導出された電流導入導体３Ｂは、その中間部が後述する外管ＯＴに沿って折り返され、さらに後述する口金Ｂ内に導入されて、一方の口金端子５に接続している。図１において、放電容器ＩＴからその管軸に沿って左方へ導出された電流導入導体３Ａは、管軸に沿って延在して口金Ｂ内に導入されて図示されない他方の口金端子に接続している。

気密容器１ａ内には、放電媒体として第１および第２のハロゲン化物ならびにＸｅからなる放電媒体が封入されている。第１のハロゲン化物は、Ｓｃのハロゲン化物およびＮａのハロゲン化物からなる。また、第２のハロゲン化物は、Ｚｎのハロゲン化物からなる。

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、先端側の縮径部６が放電容器ＩＴの封止部１ａ１の図に示す位置にガラス溶着している。また、他方の縮径部（図示しない。）は、封止管１ａ２にガラス溶着して支持されている。しかし、外管ＯＴの内部は気密ではなく、外気に連通している。

絶縁チューブＴは、電流導入導体３Ｂを被覆している。

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。また、口金Ｂは、その前面から管軸方向に突出して外管ＯＴの基端部を包持する支持バンド４を備えている。

図１に示す第１の実施の形態において、以下のとおりである。

放電容器ＩＴ
気密容器１ａ：石英ガラス製、内容積０．０３ｃｃ、包囲部最大内径
２．７ｍｍ、放電空間最大球体長７．０ｍｍ、最大外径
６．０ｍｍ
電極 ：Ｓｃ酸化物２％含有Ｗ、作動温度１８００℃
電極間距離 ：４．２ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝０．３ｍｇ
Ｘｅ ：１３．５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：８０Ｗ
点灯直後投入電流：２．８Ａ
安定時ランプ電圧：４２Ｖ
安定時ランプ電流：０．８Ａ
安定時ランプ電力：３５Ｗ
［比較例］
電極 ：純Ｗ、作動温度１８００℃
その他 ：実施例１と同一の仕様
次に、図２を参照して上記実施例の光束維持率の測定結果について説明する。

図２は、本発明のメタルハライドランプにおける第１の実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプの実施例１における点灯２０００時間までの光束維持率を比較例におけるそれとともに示すグラフである。図において、横軸は点灯時間（Ｈ）を、縦軸は光束維持率（％）を、それぞれ示す。また、図中、曲線Ａは実施例１、曲線Ｂは比較例である。

図から理解できるように、本発明における上記実施例は、点灯２０００時間において、光束維持率が比較例より約１５％高い値を示し、明らかに光束維持率が優れている。

次に、本発明のメタルハライドランプにおける第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、電極がドープ材としてトリウムＴｈを含有しないことにより特徴付けられている。なお、メタルハライドランプの構造は、図１に示すのと同様である。

図１に示す第１の実施の形態において、以下のとおりである。

放電容器ＩＴ
気密容器１ａ：石英ガラス製、内容積０．０３ｃｃ、包囲部最大内径
２．７ｍｍ、放電空間最大球体長７．０ｍｍ、最大外径
６．０ｍｍ
電極 ：ドープ材にＴｈを含まないＷ、作動温度１８００℃
電極間距離 ：４．２ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝０．２ｍｇ
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：８０Ｗ
点灯直後投入電流：２．８Ａ
安定時ランプ電圧：４２Ｖ
安定時ランプ電流：０．８Ａ
安定時ランプ電力：３５Ｗ
［比較例］
電極 ：Ｔｈ質量比１．７％含有Ｗ、作動温度１８００℃
その他 ：実施例２と同一の仕様
図３は、本発明のメタルハライドランプにおける第２の実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプの実施例２における色度変化を比較例のそれとともに示すグラフである。なお、比較例は、電極がドープ材としてトリウムＴｈを質量比で１．７％含有している。図において、点Ｐ_０は点灯０時間における実施例および比較例の色度、点Ｐ_Ｉは点灯２０００時間における本実施例２の色度、点Ｐ_Ｃは点灯２０００時間における比較例の色度、をそれぞれ示す。

図から理解できるように、本実施例によれば、長時間の点灯後であっても、色度の変動は殆ど認められない。これに対して、比較例は色度が大きく変化している。なお、図において、変形菱形形状の枠Ｗは、自動車前照灯用のＨＩＤランプの規格に規定されている白色光の色度範囲を示している。

図４および図５は、本発明の照明装置の一実施の形態としての自動車前照灯装置を示し、図４は背面方向から見た斜視図、図５は点灯回路の回路図である。図４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、メタルハライドランプＨＰＤＬおよび２つの点灯回路ＯＣにより構成されている。

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。

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灯のメタルハライドランプＫＰＤＬ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。

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、メタルハライドランプＨＰＤＬを付勢して点灯させる。

点灯回路ＯＬは、図１１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、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、メタルハライドランプＨＰＤＬを交流点灯する。

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。

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。

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。

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。

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。

イグナイタ１６は、フルブリッジインバータ１７と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。

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、メタルハライドランプＨＰＤＬに印加して、メタルハライドランプＨＰＤＬを低周波交流点灯させる。

そうして、点灯回路ＯＣを用いて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。

本発明のメタルハライドランプにおける第１の実施の形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示す正面図 本発明のメタルハライドランプにおける第１の実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプの実施例１における点灯２０００時間までの光束維持率を比較例におけるそれとともに示すグラフ 本発明のメタルハライドランプにおける第２の実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプの実施例２における色度変化を比較例のそれとともに示すグラフ 本発明の照明装置の一実施形態としての自動車前照灯装置を示す背面方向から見た斜視図 同じく点灯回路の回路図

符号の説明

１…気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…封止部、１ａ２…封止管部、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、１ｂ…電極、３Ａ…電流導入導体、３Ｂ…電流導入導体、Ｂ…口金、ＩＴ…放電容器、ＯＴ…外管、Ｔ…絶縁チューブ

Claims (2)

1. 内容積が０．１ｃｃ以下の耐火性で透光性の気密容器と；
   主としてタングステンからなり、質量比で０．２〜５％のＳｃ酸化物を含有するとともに、気密容器の内部に５ｍｍ以下の電極間距離で対向して封装された一対の電極と；
   Ｓｃハロゲン化物とＮａおよび希土類金属のグループの中から選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物、ならびに２５℃で５気圧以上のＸｅを含んで気密容器内に封入されているとともに、水銀を本質的に含まない放電媒体と；
   を具備し、安定時にランプ電力が６０Ｗ以下で点灯し、管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以上であることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 照明装置本体と；
   照明装置本体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を点灯する点灯装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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