JP2005142138A - メタルハライドランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電極先端部に生じる放電アークの起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりしにくくて、しかも寿命に悪影響の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を提供する。
【解決手段】
メタルハライドランプは、耐火性で透光性の気密容器１と、基端の面積Ｓ（ｍｍ^２）が点灯直後に投入される電流をＩ（Ａ）としたとき、Ｉ／Ｓ≦１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）の条件を満足する突起Ｐを先端部に有し、気密容器１内に離間対向して封装された一対の電極１ｂ、１ｂと、Ｓｃハロゲン化物およびＮａハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物と、Ｉｎハロゲン化物およびＺｎハロゲン化物から選択された少なくとも一種からなる第２のハロゲン化物とを含む金属ハロゲン化物、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ている。
【選択図】
図３

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。

メタルハライドランプは、耐火性で透光性の気密容器の内部に形成される放電空間内に一対の電極を封装し、内部に発光金属のハロゲン化物を主体とする放電媒体を封入している。一対の電極は、気密容器の両端に一体に形成された細長い一対の封止部の内部に気密に埋設した封着金属箔にその基端を溶接により接続し、中間部を封止部に緩く支持させ、先端の電極主部を放電空間内に突出させるなどにより放電空間に臨ませた構造とするのが一般的である。なお、電極の先端部は、軸部がそのまま延長して先端が平坦または半球形状をなしていたり、軸部より径大のほぼ球状に膨出したりしている。

この種のメタルハライドランプを自動車前照灯用として使用する場合には、点灯開始直後の光量が少ないという課題があり、その解決のために安定時の数倍の電力を一時的に投入するように制御する。このために、点灯開始直後に安定時の数倍の電流を電極間に通流させて、光量増加を加速させるという高圧放電ランプの急速立ち上げを行い、かつ、迅速に安定状態へ移行させるように点灯回路を構成している。

一方、自動車前照灯用やスポット照明用などのメタルハライドランプに用いられている内容積０．１ｃｃ以下の高圧放電ランプは、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構成が一般的であり、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。このように自動車前照灯用を含めて、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（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）。なお、自動車前照灯用のメタルハライドランプにおいては、約２〜１５ｍｇの水銀の封入が不可欠とされている。

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。この課題に対応して、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１参照。）。特許文献１においては、水銀に代えてＺｎＩ_２などの蒸気圧の高い物質を発光物質のハロゲン化物、例えばＳｃＩ_３−ＮａＩに加えて封入することにより、水銀入りランプと同等の電気特性と発光特性が得られている。

しかし、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、水銀入りランプと同等の電気特性が得られるとはいうものの、ランプ電圧が低めである。加えて、自動車前照灯用の場合、光束立ち上がりを早めるために点灯直後に安定時ランプ電流の数倍の電流を流す時間が水銀入りランプでは１秒間程度であるのに対して４秒程度の間継続して通流させる必要がある。このため、水銀フリーランプは、水銀入りランプに比較して電極物質の飛散が相対的に多くなり、ランプ寿命が短くなりやすいという傾向がある。そこで、これを克服するために電極温度が低くなるようなランプ設計をしている。
特開平１１−２３８４８８号公報

ところが、電極温度を低くすると、電子放射性が悪くなるために、放電アークの起点が不安定になり、放電アークの起点が移動しやすくなる。そうして、放電アークの起点が移動すると、明るさにちらつきが生じるという不都合がある。そこで、既知のように電極の先端全体を尖鋭にすると、放電アークの起点が安定しやすくなるが、電極温度が過昇してしまい、そのため電極が飛散して寿命に悪影響を与えてしまうという問題がある。

本発明は、電極先端部に生じる放電アークの起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりしにくくて、しかも寿命に悪影響の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；基端の断面積Ｓ（ｍｍ^２）が点灯直後に投入される電流をＩ（Ａ）としたとき、Ｉ／Ｓ≦１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）の条件を満足する突起を先端部に有し、気密容器内に離間対向して封装された一対の電極と；スカンジウム（Ｓｃ）のハロゲン化物およびナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物および亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物から選択された少なくとも一種からなる第２のハロゲン化物とを含む金属ハロゲン化物、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；を具備してい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。

＜気密容器容器について＞ 気密容器は、耐火性で透光性であるとともに、内容積が０．１ｃｃ以下である。また、包囲部および一対の封止部を備えることができる。「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が、好適には石英ガラスなどを用いて形成する。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。

また、包囲部は、その内部に内容積０．１ｃｃ以下、好適には０．０５ｃｃ以下の適当な形状をなした放電空間、例えば自動車前照灯に用いるメタルハライドランプおいて好適には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、放電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。

さらに、包囲部は、そ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。

一対の封止部は、包囲部を封止するとともに、電極の軸部がここに埋設され、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するのに寄与する手段であり、包囲部の両端から一体に延在している。そして、電極を封装し、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するために、内部に適当な気密封止導通手段、好適には封着金属箔を気密に埋設している。

なお、封着金属箔は、封止部の内部に埋設されて封止部が気密容器の包囲部の内部を気密に維持するのに協働しながら電流導通導体として機能するための手段であり、気密容器が石英ガラスからなる場合、材料としてはモリブデン（Ｍｏ）が最適である。モリブデンは、約３５０℃になると酸化するので、外部側の端部の温度がこれより温度が低くなるように埋設される。封着金属箔を封止部に埋設する方法は、特段限定されないが、例えば減圧封止法、ピンチシール法などを採用することができる。内容積が０．１ｃｃ以下の小形でキセノン（Ｘｅ）などの希ガスを室温で５気圧以上封入する自動車前照灯などに用いるメタルハライドランプの場合は、前者が好適である。

＜一対の電極について＞ 一対の電極は、気密容器の包囲部の両端内部に離間対向して封装される。メタルハライドランプが、その放電空間の内容積が０．１ｃｃ以下と小形のため、電極間距離は５ｍｍ以下、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合には４．２±０．１ｍｍに設定される。

また、一対の電極は、先端部に突起を備えている。この突起は、電極先端部に比較して径小であって、電極先端部に接続している基端の部分の断面積をＳ（ｍｍ２）とする。そして、この面積Ｓは、後述するように点灯直後に投入される電流Ｉ（Ａ）に関して所定の関係、すなわち数式Ｉ／Ｓ≦１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）を満足するようにメタルハライドランプが構成され、かつ、点灯される。なお、突起の基端における直径は、効果的な熱移動のためには電極軸部の直径の約５％以上であるのが好ましい。一方、放電アークの起点の移動が少なくて効果的な突起であるためには、突起の基端における直径の上限は、電極軸部の直径の約７０％以下であるのが好ましく、より一層好適には５０％以下、最適には３０％以下であるのがよい。なお、電極の先端部の突起は、その断面形状が円形、楕円形または四角形など多様な形状であることを許容する。

さらに、一対の電極は、その軸部の直径が一般的には３〜４ｍｍの範囲内で適当な値に設定されるのがよい。したがって、比率Ｉ／Ｓの一般的な下限値は、０．００５×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）であるのが望ましい。しかし、好ましくは０．０１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）であり、より好ましくは０．１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）である。なお、上記数式において、電流Ｉ（Ａ）は、点灯直後１秒以内に流れる電流の最大値とする。

ところで、本発明において、「電極の先端部」とは、電極本体の放電空間内に露出している部分のうち、先端およびその近傍において先端側の放電アークの起点が形成されやすい部位を含む意味であり、したがって電極の先端側における肩の部分であってもよい。また、突起は、電極と同軸関係にあるだけでなく、突起の軸が電極軸と交差する関係にあってもよい。さらに、突起は、電極を気密容器に封装する前に、予め形成してもよいし、あるいは別体として用意した突起電極の封装後で、かつ、出荷前に電極間で放電させて、その際に飛散した電極物質の例えばタングステン（Ｗ）の蒸気を遊離ハロゲンと結合させてタングステンハロゲン化物を生成させ、さらにタングステンのハロゲンサイクルを発生させることによって、電極の先端部に突起状に付着させて形成するのであってもよい。

さらに、一対の電極は、タングステン（Ｗ）、ドープドタングステン、レニウム（Ｒｅ）、タングステン−レニウム合金（Ｗ−Ｒｅ）などの耐火金属製の軸部を備え、その軸部の基端が封着金属箔に溶接されるなどして封止部に埋設され、中間が気密容器の封止部により緩く支持され、先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設される。

さらにまた、自動車前照灯に用いるメタルハライドランプの場合、電極の軸部をそのまま先端部まで延長して、切頭円錐形、半球状または半楕円球状にすることにより、放電アークの起点が安定しやすくなるが、これに加えて突起が形成されていることにより相乗的に効果が増大する。しかし、要すれば電極の先端部近傍を軸部より径大の例えばほぼ球状にすることもできる。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。

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、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。

＜放電媒体について＞ 放電媒体は、金属ハロゲン化物および希ガスを含み、水銀を本質的に含まない。金属ハロゲン化物は、第１および第２のハロゲン化物を含んでいる。

第１のハロゲン化物は、スカンジウム（Ｓｃ）およびナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物からなる。これらの金属は、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、発光金属として第１のハロゲン化物以外にも補助的に例えばジスプロシウム（Ｄｙ）などの希土類金属などを所望により選択して付加することができる。

第２のハロゲン化物は、インジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物の中から選択された少なくとも一種からなる。これらの金属は、主として水銀に代わるランプ電圧形成媒体である。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がある。なお、インジウム（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、第２の金属ハロゲン化物に加えて、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補助的に添加することができる。すなわち、マグネシウム（Ｍｇ）、コバルト（Ｃ）、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金属のハロゲン化物を添加することにより、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のハロゲン化物または／および補助的なランプ電圧形成媒体として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、比較的小さ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。

希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（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、キセノンを５気圧以上、好ましくは８〜１６気圧の範囲で封入するか、あるいは点灯時の放電空間内の圧力が５０気圧以上になるように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、立ち上がり時の光束としてＸｅの白色発光を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（Ｈｇ）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。

ハロゲン化物を構成するハロゲンは、反応性に関して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。

＜本発明の作用について＞ 本発明においては、上記の構成を具備していることにより、内容積０．１ｃｃ以下の小形のメタルハライドランプにおいて、水銀を封入していなくても主としてＺｎまたは／およびＩｎのハロゲン化物がランプ電圧を高くして比較的小さなランプ電流で所要のランプ電力を投入可能にしている。本発明のメタルハライドランプを自動車前照灯用として使用できるように光束立ち上がりを早めるためには、点灯直後に投入される電流Ｉ（Ａ）を安定時のランプ電流に対して２〜４倍程度、好ましくは約２．１〜２．５倍として、かつ、それを４秒間程度継続して投入し、その後徐々に安定時のランプ電流になるように制御していくのがよい。

また、一対の電極の先端部に突起が形成されていることによって放電アークの起点が突起の先端に安定しやすくなり、したがって明るさのちらつきの発生が効果的に抑制される。加えて、電極の先端部に接続する突起の基端の断面積Ｓ（ｍｍ^２）と点灯直後に投入される電流Ｉ（Ａ）との関係が数式Ｉ／Ｓ≦１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）を満足していることにより、突起の熱が速やかに電極先端部に移動し、さらに電極の中間部を経由して放散されるので、温度過昇を回避できる。したがって、電極温度を比較的低くなるように設計しても明るさのちらつきが生じないとともに、寿命特性が低下しなくなる。

＜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。

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。

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外管を気密容器で支持するように構成することができる。

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。

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。

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２．１〜２．５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（Ｘｅ）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、その封入圧とその時の電力とで決まるので、キセノン封入圧が低ければ、入力電力を多くすればよい。反対に、キセノン封入圧が高ければ、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。

請求項１によれば、水銀を本質的に使用しないことで環境にやさしくて、放電アークの起点が突起の先端に安定しやすくなり電極温度を比較的低くなるように設計しても明るさのちらつきが生じないとともに、突起の基端の断面積Ｓ（ｍｍ^２）とランプ電流Ｉ（Ａ）との関係を数式Ｉ／Ｓ≦１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）を満足することにより突起の熱が電極に速やかに伝導して良好に冷却されて寿命特性が低下しにくい内容積０．１ｃｃ以下の小形の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ないし図３は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第１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し、図１はランプ全体の正面図、図２は発光管の拡大要部正面図、図３は電極の拡大正面図である。メタルハライドランプＨＰＤＬは、発光管ＩＴ、絶縁チューブＴ、外管ＯＴおよび口金Ｂからなる。

発光管ＩＴは、気密容器１、一対の電極１ｂ、１ｂ、封着金属箔２、一対の外部リード線３Ａ、３Ｂおよび放電媒体からなる。

気密容器１は、包囲部１ａおよび一対の封止部１ａ１を備えている。包囲部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。放電空間１ｃの内容積は、０．１ｃｃ以下である。

電極１ｂは、ドープドタングステン線からなり、軸方向の先端部Ｗｔ、中間部Ｅｍおよび基端部Ｅｂにわたり軸部の直径が同じで、かつ、図３に拡大して示すように、先端部Ｗｔおよび中間部Ｅｍの一部が放電空間１ｃ内に露出しているとともに、先端部Ｅｔには突起Ｐを有している。突起Ｐは、先端部Ｅｔの中心部から電極１ｂと同軸関係に突出していて、その基端の断面積Ｓ（ｍｍ^２）が以下に示すように関係付けられている。なお、図３において、２本の引き出し線の間であって、かつ、電極１ｂの先端部Ｅｔに接する部位が突起Ｐの基端における断面積Ｓの部分である。上記の関係とは、本形態のメタルハライドランプの点灯直後に一対の電極１ｂ、１ｂ間に流れる最大電流Ｉ（Ａ）と上記Ｓの比Ｉ／ＳがＩ／Ｓ≦１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）の条件を満足するように構成されていることである。なお、本形態において、突起Ｐは、先端が半球状をなした円柱状をなしている。また、電極１ｂの先端部Ｅｔも半球状をなしている。さらに、電極１ｂは、その基端部Ｅｂが封止部１ａ１に埋設された後述する封着金属箔２に溶接されるとともに、中間部Ｅｍが封止部１ａ１に緩く支持されることによって気密容器１の所定の位置に配設されている。

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。

封着金属箔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。

一対の外部リード線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。

気密容器１の包囲部１ａ内には、放電媒体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、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物からなる第２のハロゲン化物および希ガスが封入されている。発光金属は、ナトリウム（Ｎａ）およびスカンジウム（Ｓｃ）、ランプ電圧形成用金属は、亜鉛（Ｚｎ）およびインジウム（Ｉｎ）である。

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、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。

絶縁チューブＴは、外部リード線３Ａ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。

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２．４ｍｍ、内容積０．０２５ｃｃ
電極１ｂ ：直径０．３５ｍｍのタングステン線、電極間距離４．２ｍｍ、
突起の基端の断面積Ｓ＝６．９×１０^−３ｍｍ^２
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝０．３ｍｇ
キセノン ：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：２．５Ａ
安定時ランプ電圧：４５Ｖ
安定時ランプ電力：３５Ｗ
Ｉ／Ｓ＝０．３６×１０^３

次に、上記実施例のメタルハライドランプ１０灯と比較例として突起Ｐを有していない以外は実施例と同じ仕様のメタルハライドランプ１０灯との２種類のランプを製作し、これらを同一条件で点灯して放電アークの起点に移動が有るか無いかについて調査した結果は次のとおりであった。すなわち、実施例では放電アークの起点の移動が全く認められなかった。これに対して、比較例では７灯に放電アークの起点の移動が認められた。

以下、図４および図５を参照して本発明のメタルハライドランプを実施するためのその他の形態を説明する。各図において、図３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。

図４は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第２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における電極の拡大正面図である。本形態は、電極１ｂの先端部Ｅｔが平坦であり、また突起Ｐが円錐形状をなしている。

図５は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第３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における電極の拡大正面図である。本形態は、電極１ｂの先端部Ｅｔおよび突起Ｐの形状が図３に示す第１の形態と同様であるが、突起Ｐが電極１ｂにおける先端部Ｅｔの肩の部分において電極軸に対して傾斜する方向に向かって形成されている。

図６および図７は、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し、図６は背面方向から見た斜視図、図７は点灯回路の回路図である。図６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、例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ＯＣ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ＯＣは、図７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。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。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第１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ランプ全体の正面図 同じく発光管の拡大要部正面図 同じく電極の拡大正面図 本発明のメタルハライドランプを実施するための第２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における電極の拡大正面図 本発明のメタルハライドランプを実施するための第３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における電極の拡大正面図 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の全体を示す背面斜視図 同じく点灯回路の回路図

符号の説明

１ｂ…電極、Ｅｂ…基端部、Ｅｍ…中間部、Ｅｔ…先端部、Ｐ…突起、Ｓ…基端の面積

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；
   基端の断面積Ｓ（ｍｍ^２）が点灯直後に投入される電流をＩ（Ａ）としたとき、Ｉ／Ｓ≦１×１０^４（Ａ／ｍｍ^２）の条件を満足する突起を先端部に有し、気密容器内に離間対向して封装された一対の電極と；
   スカンジウム（Ｓｃ）のハロゲン化物およびナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物および亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物から選択された少なくとも一種からなる第２のハロゲン化物とを含む金属ハロゲン化物、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；
   を具備してい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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