JP2006202720A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 放電空間に本質的に水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、ランプの諸特性をほとんど変化させることなく、アークを太く見せる。
【解決手段】 本発明のメタルハライドランプは水平点灯されるものであり、放電空間１１１を形成する発光管部１１、その両端に形成された封止部１２１、１２２とを有する気密容器１の放電空間１１１に、金属ハロゲン化物および希ガスからなる水銀不含の放電媒体が封入されており、封止部１２１、１２２の内部には一対の電極３１、３２が封止されている。また、気密容器１にはその周囲を包囲するように外管７が取り付けられており、外管７には一対の電極３１、３２間の略中央を通り、管軸に対して垂直かつ水平方向に延出した直線上から放電時に形成される上部湾曲のアーク１０を見た場合に、上部のアーク１０幅の少なくとも一部を覆う略規則的な模様の光拡散面７２、７３が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の前照灯等に使用される放電空間に本質的に水銀を含まないメタルハライドランプに関するものである。

従来技術として、発光管内に、水銀、希ガス、希土類金属のハロゲン化物、セシウムのハロゲン化物、およびインジウムのハロゲン化物とを含む金属ハロゲン化物を封入し、上記金属ハロゲン化物の総封入量、ハロゲン化セシウムと金属ハロゲン化物の封入モル比、ハロゲン化インジウムと金属ハロゲン化物の封入モル比を好適な量だけ封入したメタルハライドランプの発明がある。（例えば、特許文献１）
特開平８−３２９８８９号公報（第２〜９頁、図３〜５）

現在、環境負荷の高い水銀を使用しないメタルハライドランプの開発が行われている。この水銀を封入しないメタルハライドランプにおいて、点灯中のアークが細く見えるという現象が発生している。これは水銀自体が持っていたアークを太くするという作用を得られなくなったためであると考えられており、アークが細く見える状態であるとそのランプをスクリーン等に投影したときの配光特性が悪くなってしまう。

この課題に対して、例えば、上記特許文献１の第３頁右２〜５行に記載されているように、アークを太くする作用があるセシウムのハロゲン化物を封入することが有効であることが知られている。しかし、セシウムのハロゲン化物を封入すると、ランプの明るさ、すなわち全光束が低下してしまうことがわかった。

本発明の目的は、放電空間に本質的に水銀を含まない条件において、ランプの諸特性をほとんど変化させることなく、アークを太く見せることができるメタルハライドランプを提供することである。

本発明のメタルハライドランプは、０．１ｃｃ以下の放電空間を形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された封止部とを有する透光性の気密容器と、前記放電空間に金属ハロゲン化物および希ガスが封入され、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、前記封止部の内部に封着された金属箔と、一端は前記金属箔に接続され、他端は前記放電空間内で５ｍｍ以下の電極間距離を保って対向配置された一対の電極と、前記気密容器を包囲して取り付けられ、紫外線を遮蔽する外管とを具備し、水平点灯されるメタルハライドランプにおいて、前記一対の電極間の略中央を通り、管軸に対して垂直かつ水平方向に延出した直線上から放電時に形成される上部湾曲のアークを見た場合に、前記外管に上部の前記アーク幅の少なくとも一部を覆う略規則的な模様の光拡散面が形成されている。

本発明によれば、ランプの諸特性を変化させることなく、アークを太く見せることができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態のメタルハライドランプについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプの全体図である。

気密容器１は、例えば、透光性の石英ガラスからなり、ほぼ楕円形の形状の発光管部１１とその長手方向の両端部に発光管部１１と同材料で形成された封止部１２１、１２２からなる。発光管部１１の内部には、その長手方向にほぼ円柱状で内容積が０．１ｃｃ以下の放電空間１１１が形成されており、放電空間１１１には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、および希ガスであるキセノンが封入されている。ヨウ化ナトリウムに含有されている金属ナトリウムおよびヨウ化スカンジウムに含有されている金属スカンジウムは、主に発光金属として作用し、ヨウ化亜鉛に含まれている金属亜鉛は、主に水銀に代わるランプ電圧形成媒体として作用し、キセノンは、主に始動ガスとして作用する。また、ハロゲン化物としては、他のハロゲン化物よりも反応性が低いヨウ素が最も好適である。

ここで、発光管部１１に封入される放電媒体には、水銀は本質的に含まれていない。この「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないか、または１ｃｃあたり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀量が存在していても許容するという意味である。つまり、従来の水銀入りのショートアーク形ランプのように、水銀蒸気によってメタルハライドランプの電圧を所要に高くする場合、１ｃｃあたり２０〜４０ｍｇ、場合によっては５０ｍｇ以上封入しており、この水銀量と比較すれば、２ｍｇ未満の水銀量は圧倒的に少なく、本質的に水銀が含まれないと言える。

圧潰形成された板状の封止部１２１、１２２の内部には、例えばモリブデンからなる金属箔２１、２２が封着されている。放電空間１１１側の金属箔２１、２２の一端部には、例えばタングステンからなる電極３１、３２の一端が、金属箔２１、２２とほぼ一体になるように抵抗溶接により接続されており、他端部は、発光管部１１付近の封止部１２１、１２２を通って、放電空間１１１に延出し、５ｍｍ以下の電極間距離を保って、その先端同士が対向するように配置されている。なお、電極３１、３２は、直径が異なる大径部３１１、３２１と小径部３１２、３２２とが一体に形成された形状であり、大径部３１１、３２１は放電空間１１１に、小径部３１２、３２２は封止部１２１、１２２内にそれぞれ位置している。

電極３１、３２の金属箔２１、２２と近接する軸部分には、金属導線を数回、回巻して形成したコイル４１、４２が、その外周面と接触するように接続されている。このコイル４１、４２は、金属箔２１、２２側の端部から放電空間１１１に向けて所定距離巻かれ、コイル４１、４２の他端は封止部１２１、１２２に内在している。

金属箔２１、２２において、電極３１、３２の接続部分に対して反対側の端部には、導入導体５１、５２が溶接等により接続されており、この導入導体５２の他端は、封止部１２２の外部に延出し、Ｌ字状に形成された給電端子５３の一端とほぼ直角になるように接続されている。この給電端子５３の他端は、導入導体５１の方向、かつ封止部１２１、１２２とほぼ平行に延出している。そして、封止部１２１、１２２と平行する給電端子５３には、絶縁チューブ６が取着されている。

これらを備えた気密容器１の外側には、例えば、石英ガラスからなる筒状の外管７が、その長手方向を包囲するように取り付けられている。この外管７は、ＵＶカット機能が施されており、紫外線を遮蔽するように構成している。この外管７の長手方向の両端部には、縮径部７１が形成されており、縮径部７１は封止部１２２の発光管部１１方向に対して反対側の端部付近をガラス溶着し、他方の縮径部は、図示していないが封止部１２１の発光管部１１方向に対して反対側の端部付近をガラス溶着している。また、外管７の外表面の一部には、光拡散面７２、７３（７３は反対側）が形成されている。この光拡散面７２、７３の詳細については後述する。

気密容器１を内部に包囲した状態の外管７は、その外周面を挟持するように形成された固定金属具８を介して、ソケット９に接続されている。このソケット９の気密容器１が接続される場所に対して反対の方向には、金属端子９１がその外周面に沿って形成されており、この金属端子９１は、給電端子５３とソケット９内部で電気的に接続されている。そして、図示していないが、発光管部１１に対して反対方向に延出していた導入導体５１は、ソケット９内部を通って、ソケット９の底部部分に位置している。

これらで構成されたメタルハライドランプは、ランプの長手方向において、点灯中、電極３１、３２の軸間を結ぶ直線に対して、上方向に湾曲したアーク１０が形成される。

図２は、図１において、電極間の中央を軸方向に対して垂直に切断した図である。ここで、図中の点線はアーク１０の仮想の切断図、直線Ｖ−Ｖ’はアークの中央を通り、水平方向に垂直な直線、直線Ｗ−Ｗ’は直線Ｖ−Ｖ’に対して垂直で、発光管部１１の中央を通る直線である。

図２の断面では、光拡散面７２、７３は、略規則的な模様状に形成された面状部分であり、直線Ｗ−Ｗ’上からアーク１０を見て、上部のアーク１０の直線Ｖ−Ｖ’方向の幅の少なくとも一部を覆う位置に施されている。ここで、「略規則的」とは、全体として光拡散面７２、７３が規則的な構成である状態を示しているが、大部分は規則的で、一部のみが不規則的に構成されている場合も、得られる効果はほとんど変わらないため許容される。また、「上部のアーク１０の直線Ｖ−Ｖ’方向の幅の少なくとも一部を覆う」とは、アークの輝度を測定したときに、測定された最も明るい地点の輝度値に対して、２０％輝度値のアークの幅を少なくとも覆うことを意味している。

光拡散面７２、７３は、「○」、「×」、「△」、「・」、「−」、「＋」等の単純形状からなる単一の光拡散部７４を複数配列することにより構成されている。この光拡散面７２、７３の形成方法の一例として、この実施の形態では、１回の照射につき、「×」状の形状を外管の表面に一つの傷状の模様をつけることができるレーザー照射装置を使用することにより、図３に示すような、「×」状の光拡散部７４を形成した。このレーザー照射装置によって複数、配列形成された光拡散面７２、７３は、斜め格子状の模様に形成されている。なお、光拡散面７２、７３の形成方法については特に指定はなく、光を拡散する略規則的な形状に形成できる方法であれば、他の方法を用いても構わない。

図４は、図１のメタルハライドランプの仕様の例について説明するための発光管部付近の拡大図である。発光管部１１の内径Ａは２．６ｍｍ、外径Ｂは６．２ｍｍ、長手方向の最大長Ｃは７．８ｍｍ、電極間距離Ｄは４．３ｍｍ、電極の直径Ｅは０．３５ｍｍである。外管７の内径Ｆは７ｍｍ、外径Ｇは９ｍｍであり、光拡散面７２、７３は、水平基準軸Ｘ−Ｘ’から上方向に０．１ｍｍ〜１．６ｍｍ、垂直基準軸Ｙ−Ｙ’から左右方向に±１．２５ｍｍの範囲に連続して形成されている。すなわち、光拡散面７２、７３はその大きさＨ×Ｉが１．５ｍｍ×２．５ｍｍである。発光管部１１には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化スカンジウム−ヨウ化ナトリウム−ヨウ化亜鉛−ヨウ化インジウムが０．４ｍｇと希ガスであるキセノンが１０．５ａｔｍそれぞれ封入されており、水銀は一切含まれていない。また、気密容器１と外管７により形成されている空間には大気が含まれている状態である。

なお、水平基準軸Ｘ−Ｘ’とは、電極３１、３２の両中央を通る管軸方向の軸を示す。ただし、気密容器１や電極３１、３２が曲がり、変形等をしている場合には、ソケット９の略中央を通る水平な軸を意味することとする。また、垂直基準軸Ｙ−Ｙ’とは、電極間距離の略中央において、管軸と垂直な軸を示す。

図５は、実際のアークの図であり、図５（ａ）は光拡散面を形成しない場合のアーク、図５（ｂ）は光拡散面を形成した場合のアークである。図６は、図４のランプ仕様において、光拡散面の有無によるアークの幅および輝度を測定した結果を説明する図である。ここで、アーク幅の測定は、日本電球工業会に定められている自動車前照灯用メタルハライドランプのアーク測定試験（ＪＥＬ−２１５）の通りに行なっている。

図５及び図６からわかるように、外管７の外表面に光拡散面７２、７３を加工したランプと加工していないランプとでは、加工したランプのほうがアークの幅が大きくなっており、その割合は光拡散面７２、７３を加工していないランプに比べて、１．４倍〜１．６倍程度、平均１．５倍程度も大きくなることがわかる。なお、本実施の形態では、アークの幅が増大したが、気密容器１内部の封入媒体やランプの寸法等を変えたわけではないので、ランプの諸特性はほとんど変化していなかったことも確認された。

次に、光拡散面７２、７３の模様によるアーク幅の変化について説明する。図７は、「・」、「○」、「−」、「×」の形状の光拡散部の集合からなる光拡散面の模様を説明するための図であり、図８は、図７のそれぞれの光拡散面によるアーク幅の変化を説明するためである。

図７（ａ）〜（ｂ）のいずれの光拡散面７４の模様においても光拡散の効果が得られている。しかし、その形状により、アーク幅の増大率には差が生じており、「・」、「○」、「−」の加工ではアーク幅の変化率が１０％前後の向上であったのに対し、「×」の加工では４５％と特に光拡散効果が高いことがわかる。これは、外管７の表面の凹凸面の面積と光拡散部７４が形成されていない隙間に生じる非拡散処理部分の面積との関係により変化したと考えられる。以上から、アークの幅を増大させたい場合には、光拡散部７４は「×」、「＋」、「＊」などの形状であることが好適であると考えられる。

次に、レーザー加工以外に、特開平７−２１１２８８に示されているようなフロスト加工、薬品による表面の溶解加工によって、外管７の同じ位置に同じ大きさの光拡散面７２、７３を形成し、アーク幅の変化率の比較を行った。その結果、アーク幅の変化率については、いずれの手段であっても増大することが確認された。

しかし、上記の光拡散面７２、７３を有するそれぞれのランプについて、配光特性の試験を行なったところ、フロスト加工および薬品溶解加工による光拡散面７２、７３を有するランプは、配光の強弱ムラが発生しやすいことがわかった。その原因としては、光拡散面の凹凸深さや模様が不規則であったことにより、光の拡散具合に強弱が発生したためと考えられる。すなわち、フロスト加工および薬品溶解加工によって光拡散面７２、７３を形成する方法が、表面の模様を規則的に形成することが困難であることに起因する。したがって、レーザー加工等により、光拡散面７２、７３を規則的な模様とすることが望ましいといえる。

また、光拡散面７２、７３の大きさは、小さすぎるとアークの拡散が不十分となり、最悪の場合、規格等を満たさなくなるため、管軸に対して垂直方向の幅は０．５ｍｍ以上であるのが望ましい。ただし、拡散処理を施す範囲が大きすぎると、光の散乱が過度になって配光の均一さがなくなり、配光特性がまばらになることが確認されたため、管軸に対して垂直方向の光拡散面７２、７３の幅は１．５ｍｍ以下であることが望ましい。

さらに、光拡散面７２、７３は、水平基準軸Ｘ−Ｘ’から上方向に０ｍｍ〜０．５ｍｍおよび／または０．８ｍｍ〜１．３ｍｍ、かつ垂直基準軸Ｙ−Ｙ’から軸方向に左右０．２ｍｍの範囲に少なくとも連続して形成されるのが望ましい。この光拡散面７２、７３の形成範囲は、必要最低限のアーク１０の幅の拡散を行なうために最低限の範囲を示す。したがって、この構成により、さらに光拡散の効果が得られやすい。なお、水平基準軸Ｘ−Ｘ’から上方向に０ｍｍ〜０．５ｍｍに光拡散面７２、７３がある場合は、アーク１０の下部分の拡散、上方向に０．８ｍｍ〜１．３ｍｍに光拡散面７２、７３がある場合は、アーク１０の上部分の拡散をそれぞれ意味している。

本実施の形態では、放電空間に本質的に水銀を含まないランプにおいて、光拡散面７２、７３を外管７の好適な位置に形成するだけで、ランプの諸特性を変化させないで、アークの幅を改善することができる。

また、光拡散面７２、７３は、レーザー加工によって、光拡散部７４を複数配列することにより、面の模様を規則的な形状に形成することが容易にできるとともに、それによりアークの増大の効果および配光特性を良好に保つことができる。

また、管軸に対して垂直方向の光拡散面７２、７３の幅が、０．５ｍｍ以上であるので、十分なアークの拡散効果を得ることができる。

さらに、光拡散面７２、７３は、一対の電極３１、３２の略中央を通る水平基準軸Ｘ−Ｘ’に対して、上方向に０ｍｍ〜０．５ｍｍまたは０．８ｍｍ〜１．３ｍｍ、かつ一対の電極３１、３２で形成される電極間距離の略中央において、管軸と垂直な垂直基準軸Ｙ−Ｙ’に対して、管軸方向に左右０．２ｍｍの範囲に少なくとも連続形成されているため、光拡散の効果が得られやすい構成とすることができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。

本実施の形態では、光拡散面７２、７３は外管７の外表面に施したが、内表面に施してもよい。

光拡散部７４は、その大きさ、形状および深さを調節することで、光の拡散具合を変化させることができる。すなわち、所望のアークの幅に調節することができる。例えば、光拡散面７２、７３の非拡散処理部分の面積を少なくするように、光拡散部７４を配列すると、光の拡散効果が高くなるため、アークの幅を増大できる。

本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態について説明するための全体図。 図１において、電極間の中央を軸方向に対して垂直に切断した図。 レーザーを用いて作成した光拡散面の拡大図。 図１のメタルハライドランプの仕様について説明するための発光管部付近の拡大図。 光拡散面による実際のアークの図。 図４のランプ仕様において、日本電球工業会に定められている測定試験により、光拡散面の有無によるアークの幅および輝度を測定した結果を説明する図。 「・」、「○」、「−」、「×」の形状の光拡散部の集合からなる光拡散面の模様を説明するための図。 図７のそれぞれの光拡散面によるアーク幅の変化を説明するための図。

符号の説明

１ 気密容器
１１ 発光管部
１１１ 放電空間
１２１、１２２ 封止部
２１、２２ 金属箔
３１、３２ 電極
４１、４２ コイル
５１、５２ 導入導体
５３ 給電端子
６ 絶縁チューブ
７ 外管
７２、７３ 光拡散面
７４ 光拡散部
８ 固定金属具
９ ソケット
１０ アーク

Claims (4)

1. ０．１ｃｃ以下の放電空間を形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された封止部とを有する透光性の気密容器と、
   前記放電空間に金属ハロゲン化物および希ガスが封入され、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、
   前記封止部の内部に封着された金属箔と、
   一端は前記金属箔に接続され、他端は前記放電空間内で５ｍｍ以下の電極間距離を保って対向配置された一対の電極と、
   前記気密容器を包囲して取り付けられ、紫外線を遮蔽する外管とを具備し、水平点灯されるメタルハライドランプにおいて、
   前記一対の電極間の略中央を通り、管軸に対して垂直かつ水平方向に延出した直線上から放電時に形成される上部湾曲のアークを見た場合に、前記外管に上部の前記アーク幅の少なくとも一部を覆う略規則的な模様の光拡散面が形成されていることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記光拡散面は、単一の光拡散部を複数配列する、あるいは連続的に略規則的な加工模様により構成されていることを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
3. 管軸に対して垂直方向の前記光拡散面の幅が、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタルハライドランプ。
4. 前記光拡散面は、前記一対の電極の略中央を通る水平基準軸に対して、上方向に０ｍｍ〜０．５ｍｍまたは／および０．８ｍｍ〜１．３ｍｍ、かつ前記一対の電極で形成される電極間距離の略中央において、管軸と垂直な垂直基準軸に対して、管軸方向に左右０．２ｍｍの範囲に少なくとも連続形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のメタルハライドランプ。
   
   
   

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