JP2010049983A - メタルハライドランプおよび自動車前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロービーム時の照度が高いメタルハライドランプおよび自動車前照灯を提供する。
【解決手段】
本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間１５が形成された発光部１１と、発光部１１の両端に形成されたシール部１２とを有する気密容器１と、放電空間１５に封入された、金属ハロゲン化物２と希ガスとを含み、水銀は実質含まない放電媒体と、一端はシール部１２に封着され、他端は放電空間１５に導出された一対の電極３１とを具備し、管軸が略水平の状態で配置されるメタルハライドランプにおいて、放電空間１５の容積をＶ、金属ハロゲン化物２の封入量をＭとしたとき、０．００８ｍｇ／ｍｍ^３≦Ｍ／Ｖ≦０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３を満たしていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メタルハライドランプおよびそれを用いた自動車前照灯に関するものである。

自動車前照灯に使用されるメタルハライドランプは、特開２００７−１７２９５９号公報（以下、特許文献１）で知られているように、気密容器は発光部と一対の封止部とを有しており、その管軸が略水平に維持された状態で点灯される。特許文献１には、発光部に金属ハロゲン化物と希ガスが封入されており、発光部を下方から見たときの金属ハロゲン化物の面積を１６ｍｍ^２以上に設定した発明が記載されている。

特開２００７−１７２９５９号公報

ここで、市街地など人や対向車の多い場所を走行するときに使用する自動車前照灯のモード、いわゆるロービームでは、ランプの発光部から出射する全ての光を利用しているわけではなく、その一部をカットして対向車に不快なグレアを与えないように配光設計している。その自動車前照灯の配光制御には様々な種類があり、例えばロービーム時には発光部下方からの光を主として利用するタイプのものがある。

上記したタイプの自動車前照灯では、ロービーム時の照度はランプの発光部下方から得られる光が重要となる。そして、本発明者が検証した結果、特にロービーム時の照度は金属ハロゲン化物の広がりに大きく影響を受けることが確認された。すなわち、特許文献１のように金属ハロゲン化物が発光部の下方に広がっているようなランプの場合には、金属ハロゲン化物の減光ないし遮光の影響によりロービーム時の照度が低くなってしまい、一方で金属ハロゲン化物の広がりが少なすぎるランプの場合には、金属ハロゲン化物が加熱されにくくなり、発光に寄与しにくくなるため、ロービーム時の照度が低くなってしまうことがわかった。

本発明の目的は、ロービーム時の照度が高いメタルハライドランプおよび自動車前照灯を提供することにある。

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、内部に放電空間が形成された発光部と、前記発光部の両端に形成されたシール部とを有する気密容器と、前記放電空間に封入された、金属ハロゲン化物と希ガスとを含み、水銀は実質含まない放電媒体と、一端は前記シール部に封着され、他端は前記放電空間に導出された一対の電極とを具備し、管軸が略水平の状態で配置されるメタルハライドランプにおいて、前記放電空間の容積をＶ、前記金属ハロゲン化物の封入量をＭとしたとき、０．００８ｍｇ／ｍｍ^３≦Ｍ／Ｖ≦０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３を満たしていることを特徴とする。

本発明によれば、ロービーム時の照度が高いメタルハライドランプおよび自動車前照灯を提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明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の実施の形態の側面図、図２は、本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態の断面図、図３は、発光部付近について説明するための拡大図、図４は、図１の発光部の最大外径部分を通るＡ−Ａ’の断面を矢印方向から見た図である。

図に示されたランプは、自動車の前照灯に用いられる、いわゆるＤ４タイプのメタルハライドランプであり、主要部として石英ガラスからなる気密容器１を有している。気密容器１は細長い形状であり、その中央付近には略楕円形の発光部１１が形成されている。発光部１１の両端には、板状のシール部１２、その両端には境界部１３を介して円筒部１４が連続形成されている。

発光部１１の内部には、容積Ｖが２０ｍｍ^３〜２７ｍｍ^３の放電空間１５が形成されている。放電空間１５は、中央が略円柱状、その両端はテーパー状であり、つまり、管軸に沿った断面においては中央に直線部１５１、その両端にテーパー部１５２を有する形状となっている。この直線部１５１のうち、放電空間１５の下部に位置する部分の長さＬは、３．０ｍｍ≦Ｌ≦４．０ｍｍであるのが望ましい。

放電空間１５には、放電媒体が封入されている。放電媒体は、金属ハロゲン化物２と希ガスとで構成されている。

金属ハロゲン化物２は、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、臭化インジウムで構成されており、放電空間１５下部の直線部１５１とテーパー部１５２の一部に亘って堆積している。この金属ハロゲン化物２の封入量Ｍは、０．２０ｍｇ〜０．４０ｍｇであるのが望ましい。なお、金属ハロゲン化物２は上記の組み合わせに限らず、スズやセシウムのハロゲン化物などを追加してもよい。また、金属に結合させるハロゲンの種類や組み合わせを変更してもよい。

希ガスには、キセノンが使用されている。希ガスは、目的によってその封入圧力を調整することができる。例えば、全光束等の特性を高めるためには、封入圧力を常温（２５℃）において１３ａｔｍ以上にするのが望ましい。ただし、上限は製造上、現状は２０ａｔｍ程度である。なお、希ガスの圧力は、水中で発光部１１とシール部１２の境界を破壊して放電空間１５内部のガスを収集、測量し、その後に放電空間１５の容積を測定することにより、算出することができる。また、希ガスとしては、キセノンの他に、ネオン、アルゴン、クリプトンなどを使用したり、それらを組み合わせて使用したりすることもできる。

ここで、放電媒体は、水銀を実質的に含まない。この「水銀を実質的に含まない」とは、水銀の封入量が０ｍｇであるのが最適であるが、従来の水銀入りの放電ランプと比較してもほとんど封入されていないに等しい程度の量、例えば１０００ｍｍ^３あたり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀量を封入していても許容するという意味である。

シール部１２には、電極マウント３が封着されている。電極マウント３は、金属箔３１、電極３２、コイル３３およびリード線３４により構成されている。

金属箔３１は、モリブデンからなる薄い金属板である。

電極３２は、例えば、タングステンに酸化トリウムをドープした、いわゆるトリエーテッドタングステンからなる電極である。その一端は金属箔３１の発光部１１側端部に接続され、他端は放電空間１５内で所定距離を保って、互いの先端同士が対向するように配置される。その一対の電極３１の距離（以下、電極間距離）Ｄは、４．０ｍｍ以下であるのが望ましい。なお、形状は、直棒状に限らず、先端の直径が大きい非直棒状の形状や直流点灯タイプのように一対の電極の大きさが異なる形状であってもよい。また、材料は、ドープタングステンやレニウムタングステン、純タングステンなどであってもよい。

コイル３３は、ドープタングステンからなる金属線であって、シール部１２に封着される電極３２の軸部の軸周りに、３００％以下のコイルピッチで螺旋状に巻装されている。

リード線３４は、モリブデンからなる金属線である。その一端は、電極３２の対向側の金属箔３１に接続され、他端は管軸に沿って気密容器１の外部に延出されている。ランプの前端側に延出したリード線３４には、サポートワイヤ３５の一端が接続されている。サポートワイヤ３５は、ニッケルからなるＬ字状の金属線であり、その気密容器１と平行する部分には、セラミックからなるスリーブ４が装着されている。

上記で構成された気密容器１の外側には、気密容器１と同心状に筒状の外管５が設けられている。それらの接続は、気密容器１の円筒部１３付近に外管５の両端を溶着することにより行なわれている。この溶着により形成された気密容器１と外管５との間の気密空間には、封入圧力が０．３ａｔｍ以下の窒素が封入されている。なお、外管５としては、例えば、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を添加した、紫外線遮断性を有する材料で構成するのが望ましい。

外管５が接続された気密容器１の一端には、ソケット６が接続されている。これらの接続は、外管５の外周面に金属バンド７１を装着し、その金属バンド７１をソケット６から突出形成させた金属製の保持片７２で挟持することで行なっている。また、ソケット６の底部には底部端子８１、側部には側部端子８２が形成されており、それぞれリード線３４、サポートワイヤ３５が接続されている。

これらで構成された自動車用メタルハライドランプは、主として発光部１１の下方、すなわち図４のＢ−Ｂ’よりも下方から出射する光をロービームの光として利用するとともに、上方から出射する光の一部はカットする配光制御手段に、管軸が略水平の状態で配置される。

ここで、放電空間１５の容積Ｖと金属ハロゲン化物２の封入量Ｍは、０．００８ｍｇ／ｍｍ^３≦Ｍ／Ｖ≦０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３を満たしている。これにより、金属ハロゲン化物２の遮光、アーク輝度の低下を抑制することができるため、上記のような配光制御手段にランプを搭載しても、ロービーム時の照度の高い自動車前照灯を実現できる。

下記に本発明のメタルハライドランプの実施例の一仕様を示す。なお、以下の試験は特に言及しない限り寸法、材料等はこの仕様に基づいて行っている。
（実施例）
発光部１１：石英ガラス製、放電空間１５の容積Ｖ＝２５ｍｍ^３、最大内径＝２．４ｍｍ、最大外径＝６．１ｍｍ、長手方向の球体長＝７．８ｍｍ、直線部の長さＬ＝３．７ｍｍ、
金属ハロゲン化物２：ＳｃＩ_３、ＮａＩ、ＺｎＩ_２、ＩｎＢｒ（＝１：１．５：０．４：０．０１）、合計Ｍ＝０．３ｍｇ、
希ガス：キセノン、ガス圧＝１３ａｔｍ、
水銀：０ｍｇ、
電極３２：トリエーテッドタングステン製、直径＝０．３５ｍｍ、電極間距離Ｄ＝３．５ｍｍ、
Ｍ／Ｖ＝０．０１２ｍｇ／ｍｍ^３。

この実施例のランプと、容積Ｖと金属ハロゲン化物の封入量Ｍを特許文献１の実施例と同じ値に設定したＭ／Ｖ＝０．０３０ｍｇ／ｍｍ^３の従来例のランプについて、ＪＩＳ Ｄ １６１９に基づき、照度の測定を行った。その結果、実施例のランプの照度を１００％としたとき、従来例のランプは７０％程度であり、その差は目視でも明らかであった。

次に、放電空間１５の容積Ｖと金属ハロゲン化物２の封入量Ｍの関係、Ｍ／Ｖを変化させ、ロービーム時の相対照度について測定した。その結果を図５、図５の結果から、Ｍ／Ｖと相対照度の関係を図示したものを図６に示す。なお、相対照度は、上記実施例（＝試料１）の照度を１００％としている。

結果から、Ｍ／Ｖは大きくても小さくても相対照度が低下してしまうことがわかる。Ｍ／Ｖが大きいと相対照度が低下したのは、金属ハロゲン化物２が広範囲に広がって、放電空間１５の下部における遮光の影響が増したことが原因である。一方、Ｍ／Ｖが小さいと相対照度が低下したのは、金属ハロゲン化物２が加熱されにくくなって、金属ハロゲン化物２が発光に寄与しにくくなったことによるアーク輝度の低下が原因である。したがって、相対照度を高くするには、図６から０．００８ｍｇ／ｍｍ^３≦Ｍ／Ｖ≦０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３、好適には０．０１０ｍｇ／ｍｍ^３≦Ｍ／Ｖ≦０．０１３ｍｇ／ｍｍ^３を満たすように設計するのが望ましい。なお、Ｍ／Ｖの関係をこの範囲に設定することによって発光色の黄色みを抑制する効果も得ることができる。また、上記のＭ／Ｖの関係は、金属ハロゲン化物２の広がりが顕著となるキセノン圧が１３ａｔｍ以上の場合に特に有効である。

次に、電極間距離Ｄを変化させ、ロービーム時の相対照度について測定した。その結果を図７に示す。

結果から、電極間距離Ｄが短いほど、相対照度が高くなることがわかる。これは、電極間距離Ｄが短いほど、アーク輝度が高くなるためである。したがって、相対照度を高くするには、図７からＤ≦４．０ｍｍ、好適にはＤ≦３．８ｍｍを満たすように設計するのが望ましい。ただし、ランプ電圧の関係から電極間距離Ｄは３．０ｍｍ以上の範囲内で設計されるのが望ましい。

なお、ロービーム時の照度をさらに高めるために、次のような構成を組み合わせるのが良い。

電極３２について、トリエーデットタングステン電極を使用するのが望ましい。仕事関数が低いトリエーデットタングステン電極であれば、アーク輝度が高くなるためである。例えば、トリエーデットタングステン電極を使用することにより、ドープタングステン電極の場合と比較して、同じＭ／Ｖでも相対照度を約１０％高くすることができる。

また、放電空間１５の下部に位置する直線部１５１の長さＬは、３．０ｍｍ≦Ｌ≦４．０ｍｍであるのが望ましい。直線部１５１の長さＬをこの範囲に設計することで、放電空間１５下部の管軸方向の金属ハロゲン化物２の広がりが抑制され、遮光の影響を低減できるためである。

したがって、本実施の形態では、放電空間１５の容積をＶ、金属ハロゲン化物２の封入量をＭとしたとき、０．００８ｍｇ／ｍｍ^３≦Ｍ／Ｖ≦０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３を満たしていることにより、金属ハロゲン化物２による減光、遮光の影響を少なくしつつ、アーク輝度の低下も抑制できるため、発光部１１の下方から光を効率良く出射させることができ、ロービーム時の照度の高い自動車前照灯に適したメタルハライドランプを実現することができる。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施の形態の自動車前照灯について説明するための図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態のメタルハライドランプの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

自動車前照灯は、メタルハライドランプ１０１、配光制御手段１０２およびイグナイタ１０３で構成されている。

メタルハライドランプ１０１は、第１の実施の形態で詳述したランプである。

配光制御手段１０２は、リフレクタ１０２１、遮光制御板１０２２およびレンズ１０２３とで構成されており、管軸が略水平の状態になるようにメタルハライドランプ１０１を配置している。これにより、ランプの発光部１１の上方から出射する光を一部遮光して、主として下方から出射する光をロービーム時に利用するように配光制御を行う。

リフレクタ１０２１は、メタルハライドランプ１０１で生じた光を反射させるために設けられた放物線形状の金属部材である。その前後端には、開口が形成されており、リフレクタ１０２１の内部に発光部１１が位置するように、後端側の開口にメタルハライドランプ１０１が固定されている。

遮光制御板１０２２は、カットラインと呼ばれる配光を形成するために設けられた金属部材である。さらに、この遮光制御板１０２２は可動式であり、メタルハライドランプ１０１の管軸Ｃ−Ｃ’上付近に位置する側をリフレクタ１０２１の底部側前方に倒すことでロービームからハイビームへの切り替えが可能となっている。

レンズ１０２３は、リフレクタ１０２２によって反射された光を集光させて所望の配光を形成するために設けられた凸レンズであり、リフレクタ１０２２の先端側の開口に配置されている。

イグナイタ１０３は、始動時に高圧パルスをランプに印加して、電極間で絶縁破壊させるために設けられた回路であり、メタルハライドランプ１０１のソケット６に機械的に接続されるとともに、底部端子８１および側部端子８２に電気的に接続されている。なお、イグナイタ１０３は、配線を介して始動後〜安定時にランプに電力を供給するためのバラスト（図示なし）と接続されている。このバラストからは、例えば、安定時は約３５Ｗ、始動時は安定時に対して２倍以上である約７５Ｗの電力がランプに供給される。

このような自動車前照灯では、ロービーム時に発光部１１の下部から出射した光が利用される。そのため、発光部１１下部の金属ハロゲン化物２による遮光等の影響が少ない本発明のメタルハライドランプ１０１と組み合わせれば、ロービーム時の照度の高い自動車前照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の第１の実施の形態の側面図。 本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態の断面図。 発光部付近について説明するための拡大図。 図１の発光部の最大外径部分を通るＡ−Ａ’の断面を矢印方向から見た図。 Ｍ／Ｖを変化させたときのロービーム時の相対照度について説明するための図。 図５のＭ／Ｖと相対照度の関係について説明するための図。 電極間距離Ｄを変化させたときのロービーム時の相対照度について説明するための図。 本発明の第２の実施の形態の自動車前照灯について説明するための図。

符号の説明

１ 気密容器
１１ 発光部
１２ シール部
１５ 放電空間
２ 金属ハロゲン化物
３ 電極マウント
３１ 金属箔
３２ 電極
３３ コイル
３４ リード線
５ 外管
６ ソケット
８１ 底部端子
８２ 側部端子

Claims (5)

1. 内部に放電空間が形成された発光部と、前記発光部の両端に形成されたシール部とを有する気密容器と、前記放電空間に封入された、金属ハロゲン化物と希ガスとを含み、水銀は実質含まない放電媒体と、一端は前記シール部に封着され、他端は前記放電空間に導出された一対の電極とを具備し、管軸が略水平の状態で配置されるメタルハライドランプにおいて、
   前記放電空間の容積をＶ、前記金属ハロゲン化物の封入量をＭとしたとき、０．００８ｍｇ／ｍｍ^３≦Ｍ／Ｖ≦０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３を満たしていることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記放電空間内に導出された一対の前記電極間の距離をＤとしたとき、Ｄ≦４．０ｍｍを満たしてい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. 前記電極はタングステンに酸化トリウムを添加した材料で構成されてい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. 前記希ガスはキセノンであり、その封入圧力は１３ａｔｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のメタルハライドランプ。
5. 請求項１〜請求項４の何れかに記載のメタルハライドランプと、
   管軸が略水平の状態になるように前記メタルハライドランプを配置する配光制御手段と、
   前記メタルハライドランプに接続された点灯回路とを具備することを特徴とする自動車前照灯。

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