JP3759498B2 - 自動車前照灯用メタルハライドランプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車前照灯用メタルハライドランプの構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車前照灯用として従来のハロゲン電球に代わる新しい小形メタルハライドランプが開発・展開されている。このランプは、従来のハロゲン電球の55Wに対して35Wと低いランプ電力で約3倍の高光束が得られるという特長を有し、特に夜間での自動車の一層の安全走行が可能となる次世代の高照度・省エネルギーランプとして普及化が進められている。
【0003】
図9は、かかる自動車前照灯用のメタルハライドランプの発光管の構成を示す。ランプの発光管19の構成は、その容囲器20が石英からなり、管両端部には一対のタングステン棒からなる電極21、22が設けられている。タングステン電極21、22の後端部のそれぞれは、容囲器封止端部23、24に気密封着されているモリブデン箔25、26の一端に溶接・接続され、モリブデン箔25、26の他端にはそれぞれモリブデンからなる外部リード線27、28が溶接・接続されている。管内には、発光物質29の主成分としてナトリウム・スカンジウム沃化物(NaI+ScI3)0.01〜1.0mgと、緩衝ガス30として水銀0.1〜1.0mg及びキセノン0.1〜1.5MPaが封入されている。発光管19の典型的寸法は、電極間距離Leが4.2mm、発光管内径φiが2.8mm、管内容積が最大30mm3である。なお、管内にはThI4、LiI、TlIなどの他の金属ハライド物質が封入されることもある。
【0004】
上記ランプの点灯は、通常の一般照明用メタルハライドランプとは異なり、自動車前照灯用としてより頻繁にいわゆる瞬時再始動も含めた点滅が繰返されて点灯動作され、また点灯直後でも規定のランプ光束を得るために、点灯直後のランプ電流が定常点灯時の0.4Aに対して約7倍の2.6Aで点灯動作されるなど、特有のより厳しい点灯方式でなされる。
【0005】
図9の従来のメタルハライドランプの開発当初における第1の問題は、発光管19の容囲器封止端部23、24の特にタングステン電極21、22の封着部分で、500時間以下の比較的短時間のうちに石英にクラック・破損が発生して、ランプが短寿命に至ることであった。これは、上記のような特有の点灯方式に関連した問題といえる。
【0006】
その後、上記問題に関する種々の検討がなされて、その解決手段が例えば特開平7−282719号公報、特開平7−21981号公報、特開平10−223175号公報、特開平10−269941号公報などに開示されている。
【0007】
上記電極封着部分の石英のクラック・破損を防止する一つの手段として、特に1〜2質量%の酸化トリウム(ThO2)が添加剤として含有されたいわゆるトリエーテッドタングステン材料からなる電極21、22が採用されている。これにより、電極・石英の接着強度が増大し、図10に拡大して示すように、タングステン電極21周縁(電極22も同じ)には容囲器封止端部23の石英とは機械的に連結されていない石英被膜31が形成される。
【0008】
この結果、容囲器封止端部23の石英には、発光管19の点滅時におけるタングステン電極と石英の熱膨張差による応力歪みが存在しなくなるので、上記石英のクラック・破損は防止されることになる。この手段は、石英クラック・破損の防止に極めて有効であることから、図9の従来のランプでは通常採用されている主要な技術である。
【0009】
もう一つの有効な手段としては、図11に示すように、発光管19のタングステン電極21の封着部分周縁に新たにタングステンコイル32が巻き付けられている。これにより、容囲器封止端部23におけるタングステン電極21とその周縁石英との接着が、上記トリエーテッドタングステン電極を用いる手段とは逆に極めて緩くなり、この場合でも発光管点滅時での周縁石英における応力歪みは小さくなり、石英のクラック・破損は防止できる。なお、同様の手段は、従来のハロゲン電球にも適用されている技術である。
【0010】
図9の従来のランプの開発における第2の問題は、ランプの点灯時間の経過とともに生じる発光管19の光束維持率低下である。上記のように、容積の小さい小形発光管19が、ランプ電力35Wで定常動作され、その上に瞬時再始動や点灯直後の高電流動作などの厳しい点灯方式で動作されるので、特に石英からなる容囲器20の動作温度が1000℃以上にも上昇し、またタングステン電極21、22の蒸発・損耗が激しく、これらに起因する容囲器20の失透及び黒化現象によるランプの光束維持率低下は避けられない問題であった。
【0011】
第2の問題に関しては、例えば特開平7−21981号公報でも開示されているように、上記第1の問題の解決手段でもあるThO2添加のトリエーテッドタングステン電極21、22は、第2の問題解決にも有効であると見なされ採用されてきた。即ち、従来からトリエーテッドタングステン電極を用いた高圧放電ランプでは、ランプ動作でのTh単原子層の形成によりタングステン電極先端部の仕事関数が低下し、その動作温度が著しく低下して、特にタングステン電極からのタングステンの蒸発に起因する発光管黒化が抑制されることは、通説としてよく知られている。事実、一般照明用の従来のNaI−ScI3系メタルハライドランプにおいても、ランプ寿命中の発光管黒化による光束維持率低下を抑制するために、トリエーテッドタングステン電極が通常採用されている。
【0012】
第2の問題の具体的な解決手段としては、封入発光物質や容囲器の石英に含まれるH2Oなどの不純物や製造工程でも混入されるH2O、O2などの不純物を十分除去した高純度の製造工程が開発・導入された。これにより、図9の従来のメタルハライドランプの平均光束維持率として、開発当初での規定寿命時間1500時間において規定値70%のレベルが達成された。なお、光束維持率は、エイジング時間15時間での初期光束値に対する光束値の%比率で規定した。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
最近、自動車前照灯用のメタルハライドランプに対する新たな課題として、ランプの長寿命化が挙げられる。即ち、上記メタルハライドランプの当初寿命時間1500時間は、主に発光管の容囲器封止端部での前記石英クラック・破損の面から規定されていた。ところが、前記手段によりこの問題が解決されると、当初値1500時間から2000時間以上のランプ寿命時間が顧客から要望されてきた。この寿命時間は、自動車の約10万km以上の平均走行距離に相当するものであり、これによりランプはほぼメンテナンスフリー部品としての取扱いが可能となる。これは、顧客にとり大きな利点である。
【0014】
ところで、実際に従来のメタルハライドランプについて1500時間以上に亘る寿命試験を行なうと、かかる1500時間以上の寿命特性における問題として、(a)前記平均光束維持率が規定値70%以下に低下するほかに、新たに(b)ランプ発光の色温度・色度座標の変化、(c)水平点灯される発光管における放電アーク領域の拡散による中心アーク輝度の低下、(d)点灯時の熱による発光管膨れ(容囲器内径の増大)、などが顕著に発生し出すことが判明した。
【0015】
以上のように、自動車前照灯用メタルハライドランプにおいて、顧客要望に応えて2000時間以上の長寿命を実現するためには、かかるランプの寿命時間における前記平均光束維持率を規定値70%以上に高め、その他の上記寿命諸特性もより改善することが、主要な具体的技術課題である。
【0016】
本発明は前記従来の問題を解決するためになされたもので、点灯時間2000時間以上におけるランプの光束維持率をはじめとする寿命諸特性をより改善することができる長寿命な自動車前照灯用メタルハライドランプを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、管両端には一対のタングステン電極が設けられ、且つ管内には発光物質の主成分である金属ハライドと、緩衝ガスであるキセノンとが封入された発光管を備えたメタルハライドランプであって、前記タングステン電極が酸化トリウムを含み、前記タングステン電極中の酸化トリウムの含有量が0.4質量%以下の範囲にあり、前記金属ハライドが沃化スカンジウムを含んでいることを特徴とする。
【0018】
これにより、寿命時間2000時間における平均光束維持率として規定値70%以上のレベルを達成することができ、しかも色温度変化、点灯時の熱による発光管膨れ、また中心アーク輝度の低下をそれぞれ抑制することができ、顧客要望に応えた寿命時間2000時間以上の長寿命のランプを得ることができる。
【0019】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記キセノンの封入圧力が0.4MPa以上の範囲にあることを特徴とする。
【0020】
これにより、特にタングステン電極中の酸化トリウム(ThO2)添加量の減少にもかかわらず、点灯中のタングステン電極の蒸発・損耗による発光管黒化が抑制され、結果として寿命時間2000時間におけるランプの平均光束維持率として規定値70%以上のレベルを達成することができ、顧客要望に応えた寿命時間2000時間以上の長寿命のランプを得ることができる。
【0021】
なお、発光管の耐圧性を考慮して、キセノンの封入圧力は1.0MPa以下が好ましい。もちろん、発光管の肉厚等が異なればその封入圧力の上限値は異なる。
【0022】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、始動直後から定常点灯に至るまでの間にランプ電流が定常点灯時の3倍以上となることを特徴とする。
【0023】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記発光管の内容積をV(mm3)、前記タングステン電極の発光管内部に突出した部分に含まれる全てのトリウム元素の質量をme(mg)、前記タングステン電極を除いた発光管の空間内に存在する全てのトリウム元素の質量をmx(mg)とした場合、関係式:(1/12×me+mx)/V≧5(mg/mm3)が成立することがより好ましい。
【0024】
これにより、発光管の容囲器封止端部のモリブデン箔の電極側先端付近で2000時間以上において多発する石英クラック・破損を防止することができ、顧客要望に応えた寿命時間2000時間以上の長寿命のランプを得ることができる。
【0025】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記タングステン電極中の酸化トリウムの添加量が、さらに0.2質量%以下の範囲にあることが好ましい。
【0026】
これにより、点灯時間2000時間以上におけるランプの光束維持率をはじめとするその他の寿命諸特性をより改善することができ、顧客要望に応えた寿命時間2000時間以上の長寿命で一層高品位のランプを得ることができる。
【0027】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記金属ハライドが沃化ナトリウムを含んでいることが好ましい。
【0028】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記タングステン電極と前記発光管との間には、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材が設けられていることが好ましい。
【0029】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記緩衝部材の熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい中間ガラスであることが好ましい。
【0030】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記緩衝部材が前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分周縁に巻き付けられたタングステンコイルであることが好ましい。
【0031】
これにより、特にタングステン電極中の酸化トリウム(ThO2)添加量の減少にもかかわらず、点灯消灯によるタングステン電極の容囲器封止端部における石英クラック・破損を防止することができ、顧客要望に応えた寿命時間2000時間以上の長寿命のランプを得ることができる。
【0032】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分が、レニウム、白金、ロジウム、ルテニウム及び金からなる群から選択される少なくとも一つにより被覆されていることが好ましい。
【0033】
これにより、特にタングステン電極中の酸化トリウム(ThO2)添加量の減少にもかかわらず、点灯消灯によるタングステン電極の容囲器封止端部における石英クラック・破損を防止することができ、顧客要望に応えた寿命時間2000時間以上の長寿命のランプを得ることができる。
【0034】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記発光管の容囲器封止端部には金属箔が封着され、前記タングステン電極と前記金属箔とは、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材を介して電気的に接続されていることが好ましい。
【0035】
また、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、前記緩衝部材の熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい導電部材であることが好ましい。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1から図8を用いて説明する。
【0037】
図1は、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプ35Wの発光管の構成図を示す。これは、基本的には前記従来のメタルハライドランプの発光管の構成と同様である。また、図2は、本発明のメタルハライドランプの全体構成図を示す。
【0038】
ランプの発光管1の構成は、その容囲器2が石英からなり、管両端部には一対のタングステン棒からなる電極3、4(電極棒の直径0.25mm、全長7mmでうち封着長ds6.0mm)が設けられている。タングステン電極3、4の後端部のそれぞれは、容囲器封止端部5、6に気密封着されているモリブデン箔7、8(幅1.5mm、全長7mm)の一端に溶接・接続され、モリブデン箔7、8の他端にはそれぞれモリブデンからなる外部リード線9、10(直径0.4mm)が溶接・接続されている。この場合、容囲器封止端部5、6におけるタングステン電極3、4の封着部分には緩衝部材としてタングステンコイル11、12(コイル線径0.10mm、ピッチ0.20mmで巻数20ターン)が巻付け設けられている。管内には、発光物質13の主成分として少なくとも沃化ナトリウムと沃化スカンジウム(NaI+ScI3)が封入され、また緩衝ガス14として水銀0.8mg及びキセノン0.7MPaが封入されている。発光管1の寸法は、電極間距離Leが4.2mm、発光管内径φiが2.8mm、管内容積が最大30mm3である。なお、上記タングステンコイル11、12に代えて、前記タングステン電極3、4の容囲器封止端部における封着部分をレニウム、白金、ロジウム、ルテニウム、金等により被覆してもよい。
【0039】
完成したランプ15の構成としては、前記発光管1が紫外線カットガラスからなる外管容囲器16内に設置され、外管容囲器16には口金17が装着されている。また、口金17の端子には発光管1の外部リード線9、10が連結導体線18等を介してそれぞれ接続されている。
【0040】
上記ランプ15は、自動車前照灯用の反射ミラー付灯具内に発光管1が水平位置になるように設置され、電子安定器により定常点灯時の周波数がおよそ100から400Hzの矩形波で点灯動作される。ここでランプ15は、前記のように、瞬時再始動時には約20kVの高圧パルス電圧の印加により点灯され、また始動直後には定常点灯時の0.4Aに対して約7倍の大電流で点灯動作される。
【0041】
本発明者は、先ず図1の構成からなる発光管1のタングステン電極3、4として従来技術によるThO21.0質量%及び1.5質量%をそれぞれ添加したトリエーテッドタングステン材料を用いた2種類のランプ15に関して、1500時間以上に亘る灯具内点灯での寿命試験を行ない、その寿命特性を調べた。この場合、発光物質13としては組成がNaI:70質量%/ScI3:29質量%/ThI4:1質量%のナトリウム・スカンジウム・トリウム沃化物0.2mgを封入した。
【0042】
この結果、ランプ15の目標寿命時間2000時間における平均光束維持率は59%まで低下し(規定値は70%)、発光色の色度座標値x、yともにプラス方向に変位(即ちピンク領域へ変位)し、且つ、発光色の平均色温度が4000Kから約500deg低下した。また、水平点灯での発光管の容囲器2の上側部分が温度上昇により膨れて、これにより発光管内径が増大するとともに、発光管1の放電アーク領域幅(輝度100%値を中心として±20%値の幅で規定)が拡散して、その相対中心アーク輝度が初期値の30%レベルまで低下することがわかった。一方、寿命試験中のランプ15の発光スペクトル分布の観測から、図7に示すように、点灯時間100時間経過時点でScスペクトル強度が減衰しており、即ち発光管内からScI3が消失していることがわかった。そして、これに併行して特に発光管1の容囲器2における石英の失透が激しくなることが観測された。
【0043】
本発明者は、最初は上記のように従来のトリエーテッドタングステン電極を用いたランプ15の寿命特性を改善するための検討を行なった。
【0044】
例えば、上記結果において点灯時間の経過につれてScスペクトル強度が減衰して発光色がピンク領域に変位していることから、発光物質13中のScI3の封入絶対量が目標寿命時間2000時間に対して不足していると想定して、前記発光物質13の封入量を0.2〜1.0mgの範囲で増量して検討を行なった。この結果、確かにScスペクトル減衰や発光色変位は抑制されたが、特にScI3の封入絶対量が0.1mg以上の範囲まで増量されると、発光管1の容囲器封止端部5、6におけるモリブデン箔7、8の電極側先端付近で新たな石英クラック・破損が、特に点灯時間1500時間以上になると多発し出して、ランプ寿命終了に至る、という新たな問題が発生することが判明した。また、ScI3の増量により最重点の光束維持率は逆に低下し、特にScI3の封入絶対量が上記0.1mg以上の範囲では発光管1の容囲器2の再結晶化による失透現象が激しく、規定値70%以上の平均光束維持率が到底達成されないこともわかった。これは、増量されたScI3がランプ点灯に未蒸発の液相状態で存在し、石英からなる容囲器2と反応してその失透現象を加速するからである。
【0045】
以上のように、ScI3を増量することによっては本発明が目的とする目標寿命時間2000時間のランプを得ることは難しいことが明らかとなった。
【0046】
次いで本発明者は、上記従来のトリエーテッドタングステン電極を用いたランプ15の寿命特性が悪くなる基本的な要因を調べた。この結果、以下のように、最終的にタングステン電極に添加された前記ThO2そのものが要因であることが確認された。
【0047】
本発明者は、図1の発光管1のタングステン電極3、4として添加剤ThO2を1.0質量%から順次0質量%まで減少させたランプ15に関して、上記と同様にしてその寿命特性を調べた。この場合、発光物質13としては前記と同じ組成のNaI:70質量%/ScI3:29質量%/ThI4:1質量%のナトリウム・スカンジウム・トリウム沃化物0.2mgを封入した。その結果、ThO2の添加量減少につれて、(a)光束維持率、(b)色温度変化、(c)発光管内径変化及び(d)アーク最大輝度維持率のいずれの寿命特性も改善されることが分かった。また、図8に示すように、点灯時間100時間経過時点でのScスペクトル強度の減衰も抑えられている。上記(a)〜(d)の寿命特性とタングステン電極へのThO2の添加量との関係を、点灯時間2000時間の特性値で比較した図3〜図6で示す。先ず、図3からわかるように、目標寿命時間2000時間における最重点の寿命特性である平均光束維持率として規定値70%以上のレベルを達成するには、ThO2添加量は0.4質量%以下の範囲に規定されることが必要条件である。更に、図4〜図6からわかるように、その他の寿命諸特性も含めて一層改善された高品位のランプを得るには、ThO2添加量は0.2質量%以下の範囲がより好ましい、といえる。
【0048】
以上から、前記従来技術によるThO2の添加で寿命特性が悪くなるのは、特に(1)寿命中にThO2から酸素O2が解離・放出されて発光物質13中のScI3と反応し、これにより発光管1内からScI3が消失し、併せて(2)生成されたSc2O3が石英からなる容囲器2と反応してその再結晶化による失透現象及び発光管内径の増大を加速させる、という機構によるといえる。本発明によるThO2添加量の減少は、上項(1)及び(2)の反応を基本的に抑えて、ScI3消失や石英からなる容囲器の失透現象を抑制するものである。
【0049】
一方、本発明によりThO2添加0質量%のタングステン電極3、4を用いて、前記発光物質13の封入量を0.2〜1.0mgの範囲で増量したランプ15について、同様の寿命試験を行なった。その結果、前記と同じようにScI3の増量につれて、モリブデン箔7、8の電極側先端部における新たな石英クラック・破損が発生し、また石英からなる容囲器2の失透現象も激しくなることがわかった。
【0050】
図1の本実施形態である発光管1の構成において、本発明によりThO2の添加量を減少させると、前記従来技術に関連して述べたように、タングステン電極3、4の容囲器封止端部5、6での封着部分における石英クラック・破損が発生し易くなる。従って、本発明ではこれを防止するための手段を組合せることがより好ましい。図1の本実施形態の構成では、特に有効な手段としてタングステン電極3、4の封着部分周縁には、タングステン電極と発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材としてタングステンコイル11、12が巻き付けられている。その他の方法として、前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分をレニウム、白金、ロジウム、ルテニウム、金等により被覆する方法もある。
【0051】
さらに、前記緩衝部材として、熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい中間ガラスを用いることができる。図14は、タングステン電極33に緩衝部材として中間ガラス34を設けたランプの発光管の容囲器封止端部35の拡大断面図である。図14において、中間ガラス34の層の厚さdは、製造を容易にするため0.1mm以上とするのが好ましい。この中間ガラスとしては、例えば、超硬質ガラス(熱膨張係数:32×10-7/℃)、ジェネラル・エレクトリック社(General Electric Company)製(GE社製)のGSC−No1(熱膨張係数:12.8×10-7/℃)、GE社製のGSC−No3(熱膨張係数:17×10-7/℃)、ショット・グラス社(Schott Glass Ltd.)製の8228(熱膨張係数:13×10-7/℃)、石英ガラスやバイコールガラスの微結晶に、モリブデンやタングステンが混合された焼結体、又は石英ガラスやバイコールガラスの微結晶に、モリブデンやタングステンが混合された焼結体において、タングステン電極に近いほど、モリブデンやタングステンの成分が多い傾斜材料等を用いることができる。
【0052】
加えて、前記タングステン電極と前記金属箔とを、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材を介して電気的に接続することもできる。この緩衝部材は、熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい導電部材であることが好ましい。図15は、タングステン電極33に導電部材36を設けたランプの発光管の容囲器封止端部35の拡大断面図である。この導電部材としては、レニウム、ルテニウム、白金等が好ましい。
【0053】
また、本発明によるThO2の添加量を減少させたランプにおいても、タングステン電極の蒸発・損耗による発光管黒化が抑制されて目標とする寿命特性が得られたのは、基本的に緩衝ガス14としてのキセノンが0.7MPaという高圧で封入されているからである。従来、一般照明用NaI−ScI3系ランプでは、アルゴン(Ar)が約25kPa封入されているにすぎない。事実、例えば図1においてタングステン電極3、4のThO2の添加量を0質量%に設定し、キセノンガスの封入圧力のみを順次低下させて他は同一構成の発光管1を用いたランプ15では、封入圧力0.4MPaを下回ると電極蒸発・損耗による発光管黒化が激しく、点灯時間2000時間でのランプ平均光束維持率は規定値70%が達成されなかった。
【0054】
また、前記発光管の内容積をV(mm3)、前記タングステン電極の発光管内部に突出した部分に含まれる全てのトリウム元素の質量をme(mg)、前記タングステン電極を除いた発光管の空間内に存在する全てのトリウム元素の質量をmx(mg)とした場合、ThI4の封入量を変化させることにより(1/12×me+mx)/Vの値を変化させて2000時間点灯後の光束維持率とアーク最大輝度維持率を測定した。その結果を図12、図13に示す。図12及び図13から明らかなように、(1/12×me+mx)/V≧5(mg/mm3)の範囲において、光束維持率70%以上及びアーク最大輝度維持率60%以上を達成できることがわかる。
【0055】
図12、図13において、Aはタングステン電極中のThO2の添加量が0質量%のもの、Bはタングステン電極中のThO2の添加量が0.001質量%のもの、Cはタングステン電極中のThO2の添加量が0.2質量%のもの、Dはタングステン電極中のThO2の添加量が0.4質量%のものである。また、上記に使用したタングステン電極棒の直径は0.25mm、タングステン電極の発光管内部に突出した部分の長さは1.0mm、発光管の内容積は25mm3である。
【0056】
なお、タングステン電極中のトリウム元素は、固体中を拡散した後に電極先端に到達して効果を発揮する。即ち、電極中の全てのトリウム元素が効果を発揮するものではないため、これを考慮して上記関係式において係数1/12が必要となる。
【0057】
また、上記本実施形態である発光管1の構成において、管内に封入される発光物質13としてLiI、TlIなどの他の金属ハライド物質が付加されてもよい。
【0058】
以上の結果から、従来技術で通説として高圧放電ランプの寿命特性改善に有効であるとされてきたThO2の添加は、本発明が目的とする自動車前照灯用の小形メタルハライドランプにおいては寿命特性を逆に悪化させることが実証された。これは、基本的に従来の一般照明用NaI−ScI3系メタルハライドランプとは異なり、発光管内容積が最大30mm3と小さく、ScI3の封入絶対量がThO2からのO2放出量に比べて相対的に少ないことに関連するものである。
【0059】
【発明の効果】
以上のように、管両端には一対のタングステン電極が設けられ、且つ管内には発光物質の主成分である金属ハライドと、緩衝ガスであるキセノンとが封入された発光管を備えたメタルハライドランプであって、前記タングステン電極中の酸化トリウムの添加量が0.4質量%以下の範囲にあり、前記金属ハライドが沃化スカンジウムを含んでいる自動車前照灯用メタルハライドランプとすることにより、ランプの光束維持率を初めとする寿命諸特性が改善されて、寿命時間2000時間以上の長寿命のランプが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプの発光管の断面図である。
【図2】本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプの要部断面図である。
【図3】2000時間点灯後の光束維持率とタングステン電極中のThO2添加量との関係を示す図である。
【図4】2000時間点灯後の色温度変化とタングステン電極中のThO2添加量との関係を示す図である。
【図5】2000時間点灯後の発光管内径増加率とタングステン電極中のThO2添加量との関係を示す図である。
【図6】2000時間点灯後のアーク最大輝度維持率とタングステン電極中のThO2添加量との関係を示す図である。
【図7】メタルハライドランプのタングステン電極へのThO2添加量による寿命中の分光分布を示す図である。
【図8】メタルハライドランプのタングステン電極へのThO2添加量による寿命中の分光分布を示す図である。
【図9】従来の自動車前照灯用メタルハライドランプの発光管の断面図である。
【図10】従来のタングステン電極にThO2を添加したランプの発光管の容囲器封止端部の拡大断面図である。
【図11】従来のタングステン電極にタングステンコイルを巻き付けたランプの発光管の容囲器封止端部の拡大断面図である。
【図12】2000時間点灯後の光束維持率と発光管内のトリウム元素量との関係を示す図である。
【図13】2000時間点灯後のアーク最大輝度維持率と発光管内のトリウム元素量との関係を示す図である。
【図14】タングステン電極に中間ガラスを設けたランプの発光管の容囲器封止端部の拡大断面図である。
【図15】タングステン電極に導電部材を設けたランプの発光管の容囲器封止端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 発光管
2 容囲器
3, 4 電極
5, 6 容囲器封止端部
7, 8 モリブデン箔
9,10 外部リード線
11,12 タングステンコイル
13 発光物質
14 緩衝ガス
Claims (27)
- 管両端には一対のタングステン電極が設けられ、且つ管内には発光物質の主成分である金属ハライドと、緩衝ガスであるキセノンとが封入された発光管を備えたメタルハライドランプであって、
前記タングステン電極が酸化トリウムを含み、前記タングステン電極中の酸化トリウムの含有量が0.4質量%以下の範囲にあり、
前記金属ハライドが沃化スカンジウムを含み、
前記発光管の内容積をV(mm 3 )、前記タングステン電極の発光管内部に突出した部分に含まれる全てのトリウム元素の質量をm e (mg)、前記タングステン電極を除いた発光管の空間内に存在する全てのトリウム元素の質量をm x (mg)とした場合、下記関係式
(1/12×m e +m x )/V≧5(mg/mm 3 )
が成立することを特徴とする自動車前照灯用メタルハライドランプ。 - 前記タングステン電極中の酸化トリウムの添加量が、さらに0.2質量%以下の範囲にある請求項1に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記金属ハライドが、沃化ナトリウムを含んでいる請求項1に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記タングステン電極と前記発光管との間には、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材が設けられている請求項1に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材は、熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい中間ガラスである請求項4に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材が、前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分周縁に巻き付けられたタングステンコイルである請求項4に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分が、レニウム、白金、ロジウム、ルテニウム及び金からなる群から選択される少なくとも一つにより被覆されている請求項1に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記発光管の容囲器封止端部には金属箔が封着され、前記タングステン電極と前記金属箔とは、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材を介して電気的に接続されている請求項1に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材は、熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい導電部材である請求項8に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 管両端には一対のタングステン電極が設けられ、且つ管内には発光物質の主成分である金属ハライドと、緩衝ガスであるキセノンとが封入された発光管を備えたメタルハライドランプであって、
前記タングステン電極が酸化トリウムを含み、前記タングステン電極中の酸化トリウムの含有量が0.4質量%以下の範囲にあり、
前記金属ハライドが沃化スカンジウムを含み、
前記キセノンの封入圧力が0.4MPa以上の範囲にあり、
前記発光管の内容積をV(mm 3 )、前記タングステン電極の発光管内部に突出した部分に含まれる全てのトリウム元素の質量をm e (mg)、前記タングステン電極を除いた発光管の空間内に存在する全てのトリウム元素の質量をm x (mg)とした場合、下記関係式
(1/12×m e +m x )/V≧5(mg/mm 3 )
が成立することを特徴とする自動車前照灯用メタルハライドランプ。 - 前記タングステン電極中の酸化トリウムの添加量が、さらに0.2質量%以下の範囲にある請求項10に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記金属ハライドが、沃化ナトリウムを含んでいる請求項10に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記タングステン電極と前記発光管との間には、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材が設けられている請求項10に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材は、熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい中間ガラスである請求項13に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材が、前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分周縁に巻き付けられたタングステンコイルである請求項13に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分が、レニウム、白金、ロジウム、ルテニウム及び金からなる群から選択される少なくとも一つにより被覆されている請求項10に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記発光管の容囲器封止端部には金属箔が封着され、前記タングステン電極と前記金属箔とは、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材を介して電気的に接続されている請求項10に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材は、熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい導電部材である請求項17に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 管両端には一対のタングステン電極が設けられ、且つ管内には発光物質の主成分である金属ハライドと、緩衝ガスであるキセノンとが封入された発光管を備えたメタルハライドランプであって、
前記タングステン電極が酸化トリウムを含み、前記タングステン電極中の酸化トリウムの含有量が0.4質量%以下の範囲にあり、
前記金属ハライドが沃化スカンジウムを含み、
始動直後から定常点灯に至るまでの間にランプ電流が定常点灯時の3倍以上となり、
前記発光管の内容積をV(mm 3 )、前記タングステン電極の発光管内部に突出した部分に含まれる全てのトリウム元素の質量をm e (mg)、前記タングステン電極を除いた発光管の空間内に存在する全てのトリウム元素の質量をm x (mg)とした場合、下記関係式
(1/12×m e +m x )/V≧5(mg/mm 3 )
が成立することを特徴とする自動車前照灯用メタルハライドランプ。 - 前記タングステン電極中の酸化トリウムの添加量が、さらに0.2質量%以下の範囲にある請求項19に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記金属ハライドが、沃化ナトリウムを含んでいる請求項19に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記タングステン電極と前記発光管との間には、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材が設けられている請求項19に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材は、熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい中間ガラスである請求項22に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材が、前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分周縁に巻き付けられたタングステンコイルである請求項22に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記タングステン電極の容囲器封止端部における封着部分が、レニウム、白金、ロジウム、ルテニウム及び金からなる群から選択される少なくとも一つにより被覆されている請求項19に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記発光管の容囲器封止端部には金属箔が封着され、前記タングステン電極と前記金属箔とは、前記タングステン電極と前記発光管との熱膨張差による応力歪を緩和する緩衝部材を介して電気的に接続されている請求項19に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
- 前記緩衝部材は、熱膨張係数がタングステンよりも小さく、且つ石英よりも大きい導電部材である請求項26に記載の自動車前照灯用メタルハライドランプ。
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