JP2007059086A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプ始動後の赤紫色発光を抑制する。
【解決手段】本発明のメタルハライドランプは、放電空間１３を形成する発光管部１１、該発光管部１１の両端に形成された封止部１２１、１２２とを有する透光性の気密容器１と、放電空間１３にナトリウムおよびインジウムのハロゲン化物および希ガスが少なくとも封入され、本質的に水銀は含まない放電媒体と、一端は封止部１２１、１２２内で封着され、他端は放電空間１３内で対向配置された一対の電極３１、３２とを具備している。そして、ナトリウムのハロゲン化物の封入量ａとインジウムのハロゲン化物の封入量ｂとの関係が２７０≦ａ／ｂ≦４８０である。
【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、発光管内に希ガス、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛等からなる金属ハロゲン化物が封入され、かつ水銀は封入されていないメタルハライドランプの発明がある。そして、この種のランプにおいて、水銀を封入しないことを起因として、始動時に赤紫色に発光する現象が記載されている。この発光は自動車の前照灯の用途において、危険等を意味する色であるので望ましくない。（例えば、特許文献１）
この課題に対して特許文献１では、遊離ハロゲンの存在に注目、始動後の赤紫発光時間を短縮すべく、５０時間以上点灯させたメタルハライドランプの消灯時に、電極の突出部に０．００５ｍｇ以上、かつ放電容器内に存在している固体状の遊離ハロゲン全重量に対して６０重量％以上の固体状の遊離ハロゲンが付着していることを特徴としている。

特開２００２−３２４５１８号公報

しかし、上記課題を解決するための具体的手段は、消灯時における突出部の温度が放電容器の温度より低くなるように制御するために、放電容器の内径を小さくしたり、放電容器の肉厚を厚くしたりすることで達成できると記載されている。すなわち、容器の設計を変更し、全体のバランスを変えなければならないことを意味し、この方法では、他の特性も大きく変化してしまう恐れがあり、さらに特別な設計が必要となってしまう。

本発明の目的は、ランプ始動後の赤紫色発光を抑制したメタルハライドランプを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のメタルハライドランプは、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、前記放電空間にナトリウムおよびインジウムのハロゲン化物および希ガスが少なくとも封入され、本質的に水銀は含まない放電媒体と、一端は前記封止部内で封着され、他端は前記放電空間内で対向配置された一対の電極とを具備し、ナトリウムのハロゲン化物の封入量ａとインジウムのハロゲン化物の封入量ｂとの関係が２７０≦ａ／ｂ≦４８０であることを特徴とする。

本発明によれば、ランプ始動後の赤紫色発光を抑制することができる。

（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である。

気密容器１は、例えば、耐火性で透光性の石英ガラスからなり、管軸方向の略中央部には軸方向の形状が略楕円形の発光管部１１が位置し、その両端部には板状の封止部１２１、１２２が位置している。発光管部１１の内部には、軸方向の形状において、中央部が略円筒状で両端部が略テーパ状の放電空間１３が形成されている。この放電空間１３の内容積は、この種の高圧放電ランプでは０．１ｃｃ以下であるが、特に自動車用として構成する場合には、０．０１ｃｃ〜０．０４ｃｃであるのが望ましい。

放電空間１３には、放電媒体として、金属ハロゲン化物と希ガスとが含まれている。詳細には、金属ハロゲン化物としては、可視光を発生させる発光媒体としてヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、水銀に代わるランプ電圧形成媒体としてヨウ化亜鉛、発光色度の改善などを目的として臭化インジウムが封入されている。また、他に目的にあわせてヨウ化セシウム、ヨウ化スズなども封入することができる。なお、これらの金属に結合されるハロゲン化物には、ハロゲン化物の中で反応性が低いヨウ素と結合されるのが最も好適である。しかし、結合されるハロゲン化物は要素に限らず、臭素や塩素などを使用したり、複数のハロゲン化物を組み合わせて使用したりしてもよい。

希ガスとしては、始動直後の発光効率が高く、主に始動用ガスとして作用するキセノンが封入されている。また、希ガスとしては、その他の希ガスであるネオンやアルゴン、クリプトンなどを使用したり、組み合わせて使用しても問題はない。

なお、放電空間１３には、本質的に水銀は含まれていない。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。この量は、従来のショートアーク形の水銀入りメタルハライドランプに封入されていた１ｃｃあたり２０〜４０ｍｇ、場合によっては５０ｍｇ以上であったことと比較すれば、本実施の形態のメタルハライドランプで許容する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。

封止部１２１、１２２の内部には、モリブデンからなる金属箔２１、２２が、その平坦面が封止部１２１、１２２の平坦面と平行するように封止されている。金属箔２１、２２の一端には、例えば、タングステンに酸化トリウムを混合したトリウムタングステンからなり、先端側が基端側よりも大径に形成された段付き形状の電極３１、３２が溶接によって接続されている。そして、その大径の先端側は、放電空間１３内で所定の電極間距離を保って、互いの先端同士が対向するように配置されている。ここで、上記「所定の電極間距離」は、ショートアーク形ランプでは５ｍｍ以下、さらに自動車の前照灯に使用する場合は４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。

金属箔２１、２２の他端には、モリブデンからなる外部リード線４１、４２の一端が溶接等により接続されている。外部リード線４１、４２の他端側は、封止部１２１、１２２の外部に延出しており、封止部１２２の外部方向に延出した外部リード線４２には、給電端子５の一端が接続されている。そして、給電端子５の一部には、外部リード線４２部分の電位が影響を与えないように、セラミック等からなる絶縁チューブ６が被覆されている。

これらを備えた気密容器１の外側には、石英ガラスに酸化チタン、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化カリウム、酸化バリウム等の少なくとも一種、または複数の金属酸化物を添加することにより、透光性かつ紫外線遮断性を有するように形成された筒状の外管７が、その長手方向に沿って気密容器１の大部分を覆うように設けられている。この外管７は、外管７の両端部を封止部１２１、１２２の外面に溶着することによって接続される。

ここで、気密容器１と外管７とにより密閉された空間には、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスを封入したり、真空雰囲気としたりすることができる。これらの構成にすることにより、結果として空間に水分を含みにくくすることができる。また、アルゴンを封入した場合には、空間内の熱伝導率が低くなり、これにより発光管部１１の温度を高く保てるため、発光効率を向上させることができる。

気密容器１を内部に覆った状態の外管７の封止部１２１側には、ソケット８が外管７の外周面に取着された固定金属具９により、接続されている。このソケット８の端部には、点灯回路からの電力を供給するための金属端子８１がその外周面に沿って形成されており、金属端子８１は外部リード線４２に給電端子５を介して電気的に接続されている。また、図示していないが、外部リード線４１側と電気的に接続される他方の端子は、ソケット８の底部部分に形成されている。

これらで構成されたメタルハライドランプは、安定時は約３５Ｗ、始動時は光束の立ち上がりを早めるために安定時の約２倍の電力の約７５Ｗで点灯される。

図２は、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拡大図である。放電空間１３の体積は０．０２５ｃｃ、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４．４ｍｍである。電極３１、３２の大径部分の直径は０．３８ｍｍ、小径部分の直径は０．３０ｍｍ、外部リード線４１、５２の直径は０．４０ｍｍである。発光管部１１には、ヨウ化ナトリウム、臭化インジウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、１１．５ａｔｍのキセノンがそれぞれ封入されており、水銀は一切含まれていない。

図３は、図２のランプ仕様において、ヨウ化ナトリウム封入量ａと臭化インジウム封入量ｂとの関係ａ／ｂが異なる実施例のランプと従来例のランプの始動後５分間の色度変化を説明するための図である。ここで、実施例のランプのａ／ｂは３７０、従来例のランプのａ／ｂは２４０であり、ヨウ化スカンジウムの封入量ｃは０．１９４ｍｇ、ヨウ化亜鉛の封入量ｄは０．１０１ｍｇである。

図３について簡単に説明すると、始動時〜安定時への色度変化は、始動直後から約１０秒までは色度が著しく変化し、それ以降は安定時の色度へゆっくりと変化している。これは、始動後、約５秒までは主に希ガスであるキセノンが発光をし、それ以降になってようやく金属ハロゲン化物が蒸気化し始め、発光に寄与し、安定化していくためである。すなわち、金属ハロゲン化物が発光し始めたころに急激な色度変化が生じていることを意味する。

ここで、金属ハロゲン化物が発光し始めたころ、つまり始動して約１０秒経過後の色度カーブは、およそ図における色度ｘおよび色度ｙが比較的低い左下部分に該当する。このときの実施例と従来例のランプの色度を比較すると、実施例のランプでは色度ｘ、ｙが従来例のランプよりも高い位置にある。ここで、赤紫色発光が目立つのは色度ｙが低くなった場合であることが試験的に確認されているため、従来例のランプは実施例のランプと比較して、始動時に赤紫に近い発光色をしてしまう。また、実施例のランプでは色度ｙが従来例のランプほど低くならないことがわかる。すなわち、ナトリウムとインジウムのハロゲン化物の封入量の関係により、立ち上がり時の赤紫色系の色度を改善することができ、また、多少赤紫色に発光することがあったとしても、その時間を短縮することも可能となる。

そこで、図２の試験で使用した実施例のランプにおいて、ａ／ｂのみを変化させて始動時の色度変化の測定を行なった。その結果を図４に示す。ここで、ヨウ化スカンジウムの封入量ｃは０．１９４ｍｇ、ヨウ化亜鉛の封入量ｄは０．１０１ｍｇである。また、赤紫色の判定は、試験的に赤紫色が目立つことが確認された始動時のｍｉｎ色度ｙが０．３２０のときを境界とし、ｍｉｎ色度ｙ≧０．３２０であれば赤紫色判定○とした。

図４を見ると、始動後１０秒経過したときの色度ｘ、色度ｙはａ／ｂの封入比にあまり関係ないことがわかる。しかし、始動時のｍｉｎ色度ｙについては、ａ／ｂの関係が大きく影響している。すなわち、ａ／ｂが２７０より小さいときは、始動時に色度ｙが低い状態があるため、赤紫色が確認されている。また、ａ／ｂが４８０よりも大きくなったときも、同様に赤紫色が確認されている。したがって、ヨウ化ナトリウムとヨウ化インジウムの封入比は、２７０≦ａ／ｂ≦４８０であるのがよい。

なお、ナトリウムやインジウムの封入バランスを変化させると、少なからずランプの諸特性に変化をもたらすことになる。したがって、その他の放電媒体についても好適な封入バランスを保つことが望ましい。そこで、スカンジウムや亜鉛等について試験を行なった。

図５は、図２のランプ仕様において、ヨウ化スカンジウム封入量ｃとヨウ化ナトリウム封入量ａの関係ａ／ｃを変化させたときの全光束を説明するための図である。ここで、ａ／ｂ＝３７０であり、ヨウ化亜鉛の封入量ｄは０．１０１ｍｇである。

この結果から、ヨウ化ナトリウムとヨウ化スカンジウムの封入比によって全光束が変化しており、特にａ／ｃが約１．５において最大となることがわかる。すなわち、始動時の赤紫色改善のためにヨウ化ナトリウムの封入量を変化させた場合、ランプ特性を良好にするためにはＳｃＩ３の封入量とのバランスを取る必要がある。そこで、ヨウ化ナトリウムとヨウ化スカンジウムの封入比ａ／ｃは、図５において良好な全光束が得られる０．５≦ａ／ｃ≦２．３の範囲であることが好適であり、さらに０．８≦ａ／ｃ≦２．１であるのが望ましい。

図６は、図２のランプ仕様において、ヨウ化亜鉛とヨウ化スカンジウムの関係ｄ／ｃが異なるランプのランプ電圧の変化を説明するための図である。ここで、ａ／ｂ＝３７０である。

図６から、ヨウ化亜鉛封入量ｄとヨウ化スカンジウム封入量ｃの封入比によってランプ電圧が変化することがわかる。そして、水銀を使用しないためにランプ電圧が低くなる水銀レスのメタルハライドランプでは、ランプ電圧を好適に保つのは重要であり、特に４５Ｖ前後、例えば４３〜４７Ｖにすることが望ましい。したがって、ヨウ化亜鉛とヨウ化スカンジウムの封入比ｄ／ｃは、０．３５≦ｄ／ｃ≦０．７の範囲であることのが好適である。

図７は、図３の実施例のランプにおいて、各金属ハロゲン化物の封入比は変えず、封入量を変化させたときの始動電圧の変化を説明するための図、図８は、点滅試験後の不灯率を説明するための図である。ここで、今回の点滅試験は、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寿命試験条件であるＥＵ１２０分モードの点滅試験であり、データは点滅試験を１００時間行なった後の始動電圧の値である。

図７からわかるように、放電媒体の封入量が増えると始動電圧が上昇しているのがわかる。これはすなわち、始動しにくいランプになっていることを意味している。この原因は定かではないが、始動性を阻害する遊離ヨウ素の元であるヨウ素の化合物が増えること、および薬品の蒸気圧が高くなることが関係するのではないかと予想される。

図８では、放電媒体の封入量が増えると、図７のような始動電圧の上昇に関係して、実際に点灯しにくくなっているのがよくわかる。詳細には、２７ｍｇ／ｃｃ以下であれば、ランプの不灯は発生しにくい傾向を示し、その量よりも多くなれば不灯率が上昇している。したがって、放電媒体の封入量は２７ｍｇ／ｃｃ以下であるのが良い。

図９は、各金属ハロゲン化物の封入比は変えず、封入量を変化させた図４の実施例のランプにおいて、光束維持率の変化を説明するための図である。ここで、本試験では、ＥＵ１２０分モードの点滅試験を１０００時間行なっている。

図より、放電媒体の封入量は、光束維持率にも影響を与えることがわかる。これは、点灯中、放電媒体は放電空間１３内で消失、発光管部１１の外部へ透過等をし、内部の封入量自体が徐々に減少するためである。すなわち、点灯時間が経過すると、点灯初期と比較して放電空間１３内の放電媒体が減少したため、放電媒体の封入量が少ないほど光束維持率が低下したと考えられる。なお、図９では、放電媒体の封入量が１３ｍｇ／ｃｃよりも少なくなったときに、急激に光束維持率が低下する傾向があるため、放電媒体の封入量は１３ｍｇ／ｃｃ以上が好適といえる。

したがって、本実施の形態では、本質的に水銀を封入しないメタルハライドランプにおいて、ナトリウムのハロゲン化物の封入量ａとインジウムのハロゲン化物の封入量ｂとの関係を２７０≦ａ／ｂ≦４８０とすることにより、発光色自体を改善および／または赤紫色発光時間を短縮することができるため、始動後の赤紫色発光を抑制することができる。

また、放電媒体のスカンジウムのハロゲン化物の封入量ｃとナトリウムのハロゲン化物の封入量ａとの関係を０．５≦ａ／ｃ≦２．３、かつスカンジウムのハロゲン化物の封入量ｃと亜鉛のハロゲン化物の封入量ｄとの関係を０．３５≦ｄ／ｃ≦０．７とすることで、全光束やランプ電圧を好適に保つことができるため、ランプ特性を好適に保つことができる。

さらに、放電媒体の封入量を１３ｍｇ／ｃｃ以上、２７ｍｇ／ｃｃ以下とすることにより、ランプの始動性が良好で、光束維持率のよいランプを実現できる。

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拡大図。 図２のランプ仕様において、ヨウ化ナトリウム封入量ａと臭化インジウム封入量ｂとの関係ａ／ｂが異なる実施例のランプと従来例のランプの始動後５分間の色度変化を説明するための図。 ヨウ化ナトリウム封入量ａと臭化インジウム封入量ｂとの関係ａ／ｂが異なるランプの色度ｘ、色度ｙを説明するための図。 ヨウ化ナトリウム封入量ａとヨウ化スカンジウム封入量ｃとの関係ａ／ｃが異なるランプの全光束を説明するための図。 ヨウ化亜鉛封入量ｄとヨウ化スカンジウム封入量ｃとの関係ｄ／ｃが異なるランプのランプ電圧を説明するための図。 放電媒体の総封入量と始動電圧の関係を説明するための図。 放電媒体の総封入量と不灯発生率の関係を説明するための図。 放電媒体の総封入量と光束維持率の関係を説明するための図。

符号の説明

１ 気密容器
１１ 発光管部
１２１、１２２ 封止部
１３ 放電空間
２１、２２ 金属箔
３１、３２ 電極
４１、４２ 外部リード線
５ 給電端子
６ 絶縁チューブ
７ 外管
８ ソケット
９ 固定金属具

Claims (3)

1. 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、
   前記放電空間にナトリウムおよびインジウムのハロゲン化物および希ガスが少なくとも封入され、本質的に水銀は含まない放電媒体と、
   一端は前記封止部内で封着され、他端は前記放電空間内で対向配置された一対の電極とを具備し、
   ナトリウムのハロゲン化物の封入量ａとインジウムのハロゲン化物の封入量ｂとの関係が２７０≦ａ／ｂ≦４８０であることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記放電空間には、さらにスカンジウムおよび亜鉛のハロゲン化物が封入されており、スカンジウムのハロゲン化物の封入量ｃとナトリウムのハロゲン化物の封入量ａとの関係が０．５≦ａ／ｃ≦２．３であり、かつスカンジウムのハロゲン化物の封入量ｃと亜鉛のハロゲン化物の封入量ｄとの関係が０．３５≦ｄ／ｃ≦０．７であることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
3. 前記放電媒体の全封入量は１３ｍｇ／ｃｃ以上、２７ｍｇ／ｃｃ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメタルハライドランプ。
   
   

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