JP2005100743A - メタルハライドランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
適量範囲のＣｓハロゲン化物を封入することで長時間点灯時に生じやすい石英ガラス製の気密容器の膨らみを抑制するとともに、発光効率を比較的高い値に維持する特に自動車前照灯用に好適な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、気密容器１と、その内部に離間対向して封装された一対の電極１ｂ、１ｂと、Ｎａ、Ｓｃおよび希土類金属のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物、気密容器１の単位内容積当たり０．００１〜０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３のＣｓハロゲン化物および２５℃で８気圧以上の希ガスを含む放電媒体とを具備し、安定点灯時の放電空間の熱量が５０Ｗ／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代わりにＺｎＩ_２などを封入したメタルハライドランプは既知である（特許文献１参照。）。特許文献１には、その請求項１６および段落０３９２に、図６に示す移動体の前照灯に用いることができるようにしたメタルハライドランプとほぼ同様な構造およびサイズにおいて、第１のハロゲン化物としてＳｃＩ３０．１４ｍｇおよびＮａＩ０．７ｍｇ、第２のハロゲン化物として表２８に示すハロゲン化物、ならびにＣｓＩ０．１ｍｇと、Ｘｅ５気圧とからなる放電媒体を封入した構成が開示されている。この構成により、演色性Ｒａおよび色温度は殆ど変わらないが、アークの温度分布が平坦化されるために、熱損失が低下して発光効率が向上する旨開示されている。

また、少なくともＤｙおよびＣａを含む第１のグループの金属ハロゲン化物と、Ｉｎ、Ｚｎ、ＨｆおよびＺｒの少なくとも１種を含む第２のグループの金属ハロゲン化物との成分を所定量有するとともに水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、アークの安定性を改善し、光効率を上昇させるために、Ｃｓの金属ハロゲン化物を所定量添加することが知られている（特許文献２参照。）。
特開平１１−２３８４８８号公報 特開２００１−７６６７０号公報

ところが、水銀を封入しない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。）においては、水銀を封入したランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）におけるような水銀による放射光を水銀原子が自己吸収することによりアークを太くする効果が得られない。このため、どうしてもアークが細く、自動車前照灯用メタルハライドランプの場合のように水平点灯する場合、アークが上方に湾曲するために、熱が放電空間の上部に集中する傾向がある。

また、水銀フリーランプは、点灯直後の光束立ち上がりが遅くなるので、これを早めるためにＸｅ封入圧を高圧にする必要がある。したがって、点灯時の放電空間内の圧力が非常に高くなる。

加えて、水銀に代わってランプ電圧を形成するために、水銀フリーランプに第２のハロゲン化物を封入する場合には、これらのハロゲン化物によって気密容器の構成材料である石英ガラスがエッチングされてしまい、点灯時間が長くなると、温度の高くなる気密容器の上部の肉厚が小さくなる傾向がある。

また、水銀フリーランプは、水銀入りランプと比較してアークが浮きやすく、石英ガラス製の気密容器の上部がより一層高熱になる。

以上の結果として、水銀フリーランプにおいて、放電空間の熱量が５０Ｗ／ｃｍ^２以上になると、気密容器の内表面温度が非常に高温になり、また長時間、例えば２０００時間を超えて点灯することでエッチングにより気密容器の上面が肉薄になっているために、石英ガラス製の気密容器の上部が膨らみやすくなる。そして、その膨らみが顕著になると、外管の内面に接触するなどにより気密容器が破裂するに至ることがある。

また、希ガス圧力を８気圧以上にすることにより、点灯直後の光束を所定値に保持することが可能になるが、このように希ガス圧力が高くなると、放電のアークが一層細くなってアークが気密容器の壁面に接近する。このため、気密容器の膨らみの問題が一層顕著になる。

さらに、本発明者の研究の結果、Ｃｓハロゲン化物を封入することによってアークが太くなるものの、その封入量が多いと発光効率が低下する傾向があり、そのために所要量の光束が得られなくなるという問題があることが分かった。

これに対して、特許文献１および２のいずれにおいても、Ｃｓのハロゲン化物を封入しているものの、気密容器の膨らみの問題および発光効率低下の問題を解決するための手段ないし示唆は見当たらない。

本発明は、水銀を封入しないで、適量範囲のＣｓハロゲン化物を封入することで長時間点灯時に生じやすい石英ガラス製の気密容器の膨らみを抑制するとともに、発光効率を比較的高い値に維持する特に自動車前照灯用に好適な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、石英ガラス製の気密容器と；気密容器の内部に離間対向して封装された一対の電極と；Ｎａ、Ｓｃおよび希土類金属のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物、気密容器の単位内容積当たり０．００１〜０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３のＣｓハロゲン化物および希ガスを含む放電媒体と；を具備し、安定点灯時の管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ２以上であるとともに気密容器の内部圧力が５０気圧以上にな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、石英ガラス製である。石英ガラス製の気密容器は、直線透過率が高いので、自動車前照灯用など高い集光効率が要求されるメタルハライドランプには好適である。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、その内部に適当な内容積の放電空間が形成されている。放電空間は、自動車前照灯用のように小形のメタルハライドランプの場合は、内容積０．１ｃｃ以下（好ましくは０．０５ｃｃ以下）で、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、適当な電極間距離になるように離間対向して気密容器の内部に封装される。自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、電極間距離は、５ｍｍ以下、好適には４．２±０．１ｍｍになるように設定される。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。そして、軸部の直径は、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、一般的には０．２５〜０．４５ｍｍ、好ましくは０．３〜０．４ｍｍであり、軸部から直径が大きくなることなしに先端部に至り、かつ、先端部に平坦な端面を形成するか、アークの起点となる先端部が曲面を形成している。あるいは、軸部の先端部に軸部より径大の球状類似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部に至り、かつ、アークの起点となる先端部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、その半径が軸部の直径の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部」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部の曲面は、好適にはその半径が軸部の半径の４０％以上である。

また、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、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、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、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、電極は、タングステン、ドープドタングステン、レニウムまたはレニウム−タングステン合金などにより構成することができる。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中間部および基端部を埋設させて支持することができる。なお、電極の基端部は、封止部に気密に埋設されたＭｏ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、Ｎａ、Ｓｃおよび希土類金属のグループから選択された少なくとも１種の金属ハロゲン化物、気密容器の単位内容積当たり０．００１〜０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３のＣｓハロゲン化物および２５℃で８気圧以上の希ガスを含み、水銀を本質的に含まない。また、所望により後述するように第２のハロゲン化物を封入することができる。

Ｎａ、Ｓｃおよび希土類金属のグループから選択された少なくとも１種の金属ハロゲン化物を第１のハロゲン化物と称すれば、第１のハロゲン化物は、主として発光金属のハロゲン化物である。これらの発光金属は、白色光を発光する。第１のハロゲン化物の好ましい選択例は、ＳｃおよびＮａのハロゲン化物であり、これらの金属は、白色光を効率よく発光する金属として知られている。しかし、上記金属のハロゲン化物に加えるかまたは代えて、例えばＤｙなどの希土類金属を所望により選択することができる。

Ｃｓハロゲン化物は、気密容器の単位内容積当たり０．００１〜０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３封入される。この封入量範囲内であれば、気密容器の膨らみ抑制の効果が得られるとともに、比較的高い発光効率を維持することができる。なお、好適には０．００１〜０．０１３ｍｇ／ｍｍ^３である。しかし、封入量が０．００１ｍｇ／ｍｍ^３未満であると、気密容器の膨らみ抑制の効果が十分に得られない。反対に、０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３を超えて封入されると、発光効率が低下してしまい、実用的でなくなる。

第２のハロゲン化物は、主として水銀に代わるランプ電圧形成用媒体として用いられ、例えばＩｎ、Ｚｎ、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用いることができる。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。また、上記のグループの中で、ＩｎおよびＺｎのハロゲン化物は、ランプ電圧形成媒体であるとともに、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がある。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。

そうして、第２のハロゲン化物を用いることにより、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。

希ガスは、２５℃で８気圧以上、好ましくは９〜１６気圧の範囲で封入されて始動ガスおよび緩衝ガスとして作用する。希ガスとしては、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅなどの一種または複数種を用いることができる。また、自動車前照灯用のメタルハライドランプとしては、Ｘｅを封入することにより、点灯直後の発光金属の蒸気圧が低いときに、立ち上がり時にＸｅの白色発光を所定光束として寄与させることができる。

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。

＜放電空間の熱量について＞ 放電空間の熱量は、気密容器の内部に形成される放電空間に発生する熱量を意味するが、本発明においては、気密容器の単位内表面積（１ｃｍ^２）当たりの投入ランプ電力すなわち管壁負荷をいう。そして、放電空間の熱量は、５０Ｗ／ｃｍ^２以上、好ましくは６０Ｗ／ｃｍ^２以上、１００Ｗ／ｃｍ^２以下である。この値は、前述のように気密容器の温度が高くなって膨れを生じる虞のあることを意味する。自動車前照灯用で水銀フリーランプの場合、放電空間の熱量は、５０〜１００Ｗ／ｃｍ^２程度の範囲になるように構成される。

なお、投入するランプ電力は、自動車前照灯用のような小形のメタルハライドランプの場合、安定時に６０Ｗ以下である。

＜本発明の作用について＞ 本発明においては、上記の構成の中で０．００１〜０．００１５ｍｇ／ｍｍ^３のＣｓハロゲン化物が封入されていることにより、アークが太くなるとともに浮きにくくなり、その結果気密容器の上部の温度上昇が低下して、長時間の点灯においても気密容器の膨らみ発生が抑制されることが分かった。また、上記の封入範囲内であれば、発光効率の低下が少なくて、実用上問題にならない程度になる。なお、アークの太さは、アークを光学系を用いて投射して、その最大輝度の２０％の位置を輝度計で測定することにより計測することができる。

＜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。水銀フリーランプは、一般に水銀入りランプに比較して、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、放電媒体がＮａ、Ｓｃおよび希土類金属のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物、気密容器の単位内容積当たり０．００１〜０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３のＣｓハロゲン化物および２５℃において８気圧以上の希ガスを含むことにより、長時間点灯時に生じやすい石英ガラス製の気密容器の膨らみを抑制するとともに、発光効率を比較的高い値に維持する特に自動車前照灯用として好適な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および図２は、本発明のメタルハライドランプを実施するための一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し、図１は正面図、図２は要部拡大平面図である。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、外形が紡錘形状に成形された中空の包囲部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。

一対の電極１ｂ、１ｂは、それぞれの基端部が封止部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、中間部の一部が封止部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、先端部および中間部の残余部が放電空間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、Ｃｓハロゲン化物ならびに希ガス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。Ｃｓハロゲン化物は、気密容器の単位内容積当たり０．００１〜０．００１５ｍｇ／ｍｍ^３が封入されている。希ガスは、Ｘｅが２５℃で８気圧以上封入されている。

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および図２に示す一形態において、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、包囲部最大内径２．４ｍｍ、最大外径６．０ｍｍ
放電空間最大球体長７．０ｍｍ、内容積０．０２５ｃｃ
電極 ：電極間距離４．２ｍｍ、軸径０．３５ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝０．８ｍｇ、ＣｓＩ０．２ｍｇ
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）
安定時ランプ電圧：３８Ｖ
安定時ランプ電力：３５Ｗ
気密容器の熱量 ：８０Ｗ／ｃｍ^２
なお、上記において、「放電空間最大球体長」とは、図２において、包囲部１ａと封止部１ａ１および１ａ２との間に形成された一対の縮径部１ａ３、１ａ３の間の距離をいう。

上記実施例のメタルハライドランプについてＥＵモード点灯を行った結果、寿命経過時間２０００時間経過以降で生じていた気密容器の膨らみがなくなった。なお、ＥＵモード点灯は、自動車前照灯用のＨＩＤランプについての規格（ＩＥＣおよびＪＥＬ）に規定されている。

図３および図４は、本発明の照明装置の一実施形態としての自動車前照灯を示し、図３は背面方向から見た斜視図、図４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ＨＬは、自動車用前照灯本体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ないし図３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が自動車用前照灯本体２１に装着されて、４灯式の自動車用前照灯が構成される。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９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を点灯直後に直流点灯し、その後交流点灯する。

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。例えば、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。なお、点灯直後の直流点灯時には、ブリッジ回路１７ａの例えばＭＯＳＦＥＴＱ１およびＱ３を継続的にオンさせ、Ｑ２およびＱ４をオフさせる。

そうして、点灯回路ＯＣを用いてメタルハライドランプＨＰＤＬを最初直流点灯し、その後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、自動車用ヘッドライト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を実施するための一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 同じく要部拡大平面図 本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯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、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. 石英ガラス製の気密容器と；
   気密容器の内部に離間対向して封装された一対の電極と；
   Ｎａ、Ｓｃおよび希土類金属のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物、気密容器の単位内容積当たり０．００１〜０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３のＣｓハロゲン化物および希ガスを含む放電媒体と；
   を具備し、安定点灯時の放電空間の熱量が５０Ｗ／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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