JP4485946B2 - メタルハライドランプ - Google Patents

Description

本発明は、イオン化可能な充填剤が充填され、内径Ｄｉが２．０ｍｍより小さい実質的に円筒状の放電容器を有するメタルハライドランプであって、前記放電容器中には放電を維持するための互いにある距離ＥＡ（好ましくは３ｍｍ＜ＥＡ＜７ｍｍ）だけ離間された２つの電極が設けられており、前記充填剤が、室温で５〜２５ｂａｒ（１ｂａｒは１０⁵ Ｐａ）の範囲内の圧力のXeのような不活性ガスと、イオン化可能な塩とを有している自動車用メタルハライドランプに関するものである。

このようなランプは、国際公開パンフレットＷＯ００／６７２９４の明細書に開示されている。最近の多くの自動車用メタルハライドランプは、ガスが充填された外側バルブにより包囲された、極めて小型で極めて高圧の放電容器を有し、ランプの出力は２０Ｗ〜４０Ｗの範囲内にある。ランプの充填剤は、Hgを含んでいてもよいし、或いは又水銀を含まずにZn又はZnＩ₂ を含むようにすることもできる。このようなランプには、効率の高いイオン化可能な塩が必要であり、NaＩ及びCeＩ₃ からなる塩混合物を使用することが知られている。このようなランプは、ランプの充填剤の成分としてハロゲン化ナトリウムを使用し、ランプ点灯中、Na−Ｄ線中にNa放射の著しい幅広化及び反転を起こすと、ランプの効率を高くし演色性を充分に高くしうるという認識に基づくものである。この場合、放電容器中の最冷点温度を高くする必要があり、従って、実際上の条件下では放電容器の壁部に石英又は石英ガラスを用いることができなくなり、放電容器の壁部にセラミック材料を用いるのが好ましくなる。本明細書及び特許請求の範囲において「セラミック壁部」の用語は、例えばサファイヤ又は高密度焼結した多結晶Al₂ Ｏ₃ のような金属酸化物や、例えばAlＮのような金属窒化物からなる壁部を含むものであることを理解されたい。既知のランプは、良好な演色性と比較的広い範囲の色温度とを併せもっている。

このようなランプには、放電容器の寸法が極めて小さく、自動車用のヘッドランプに用いるのに極めて適したものとなるという利点がある。電極の間隔、即ち放電アークの長さに比べて放電容器の内径が小さいため、放電容器の壁部により放電アークを閉じ込め、従って放電アークは、これが自動車用のヘッドランプの光源として用いるのに適したものとするのに充分な直線的な形状になる。放電容器の内径Ｄｉを小さくすることは、自動車に用いるのに必要な鮮明なビーム輪郭を達成するとともに、このビーム輪郭に直ぐ隣接する小さな高輝度スポットを達成するのに極めて重要であることを確かめた。このように内径を極めて小さくすることにより、ランプは、複雑な形状のヘッドランプの光源として用いるのに特に適したものとなる。このようなヘッドランプには、ビーム輪郭を充分に鮮明にするために発生させる必要のある光ビームを形成する上で別個のビーム通過キャップを必要としないという利点がある。

しかし、既知のランプには、主としてNaＩ／CeＩ₃ 塩混合物の化学的な遷移及び凝離の為に、相関色温度（ＣＣＴ）が比較的低く（３０００〜３５００Ｋ）、光束が比較的不安定であり、壁部の温度が比較的不安定であり、初期の色点の広がりが比較的大きく、ランプの寿命を通じての色点の移動が比較的大きくなるという欠点がある。

本発明の目的は、上述した欠点の1つ以上を軽減又は解決した自動車用メタルハライドランプを提供することにある。この目的を達成するために、前記イオン化可能な塩を、PrＩ₃ 、NdＩ₃ 及びLuＩ₃ から成る群から選択する。このイオン化可能な塩には、さらにNaＩを含め、NaＩ／（PrＩ₃ ＋NdＩ₃ ＋LuＩ₃ ）のモル比を１．０〜１０．３の範囲内にあるようにするのが好ましい。通常は上述した希土類ヨウ化物のうちの１種を用いるが、混合物を用いることもできる。上述した特性のランプにおいては、これらのイオン化可能な塩は、ランプ出力、従って最冷点温度を大きく変化させることが殆どなく、ＢＢＬ（ブラックボディライン）に近い色点を呈するとともに、これらイオン化可能な塩は凝離、例えば腐食によるランプの最冷点位置における塩の混合比率の変化、又は液化塩の遷移による色ずれを殆ど生ぜしめない。特にPrＩ₃ を用いることにより、４２００Ｋの好適なＣＣＴに近い自動車用途に対して優れた色温度が得られ、また、例えば、LuＩ₃ を使用する場合には、TbＩ₃ 及びGdＩ₃ の双方又はいずれか一方を少量加えることにより色温度を向上させることができる。

第１の好適例においては、NaＩ／PrＩ₃ のモル比を、２．３〜１０．３の範囲内に、好ましくは３．０〜５．７の範囲内に、より好ましくは約３．５にする。放電容器内のPrＩ₃ の量は、１０〜３３５μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内にするのが好ましく、より好ましくは２５〜１６０μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内に、更により好ましくは約５０μｍｏｌ／ｃｍ³ にする。１．６ｍｍ×８ｍｍ（Ｄｉ×ＥＡ）の放電容器では、この構成により約４２００ＫのＣＣＴが得られる。放電容器の寸法を１．２ｍｍ×６ｍｍ（Ｄｉ×ＥＡ）にする場合には、同じＣＣＴを得るために上述した濃度を１．８倍にするのが好ましい。

第２の好適例では、NaＩ／NdＩ₃ のモル比を、３．０〜６．７の範囲内に、好ましくは３．６〜４．８の範囲内に、より好ましくは約４．２にする。放電容器内のNdＩ₃ の量は、８〜３０１μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内にするのが好ましく、より好ましくは３０〜１６７μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内に、更により好ましくは約４５μｍｏｌ／ｃｍ³ にする。１．６ｍｍ×８ｍｍ（Ｄｉ×ＥＡ）の放電容器では、この構成により約４２００ＫのＣＣＴが得られる。放電容器の寸法を１．２ｍｍ×６ｍｍ（Ｄｉ×ＥＡ）にする場合には、同じＣＣＴを得るために上述した濃度を１．８倍にするのが好ましい。

第３の好適例では、NaＩ／LuＩ₃ のモル比を、１．０〜３．２の範囲内に、好ましくは１．２〜１．８の範囲内に、より好ましくは約１．４にする。放電容器内のLuＩ₃ の量は、１５〜４１４μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内にするのが好ましく、より好ましくは２７〜２３０μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内に、更により好ましくは約６９μｍｏｌ／ｃｍ³ にする。１．６ｍｍ×８ｍｍ（Ｄｉ×ＥＡ）の放電容器では、この構成により約４２００ＫのＣＣＴが得られる。放電容器の寸法を１．２ｍｍ×６ｍｍ（Ｄｉ×ＥＡ）にする場合には、同じＣＣＴを得るために上述した濃度を１．８倍にするのが好ましい。

本発明の上述した及びその他の観点を、（実際の寸法に正比例して描いていない）図面を参照してより詳細に説明する。
図1は、セラミック壁部を有する放電容器３が設けられたメタルハライドランプであって、このセラミック壁部がイオン化可能な充填剤を収容する放電空間１１を包囲しているメタルハライドランプを示す。この放電空間内には２つのタングステン電極４，５が配置されており、これら電極の先端部４ｂ、５ｂは互いに距離ＥＡだけ離間されている（図２）。放電容器は、少なくともこの距離ＥＡに亘って内径Ｄｉを有している。この放電容器の両端は、セラミック突出プラグ３４及び３５で封止されており、これら突出プラグは、放電容器内に位置する電極４及び５に対する電流リードスルー導体（図２：４０，４１及び５０，５１）を狭い空間を介して包囲し、且つ放電空間側とは反対側の端部において、溶融セラミック接合部（図２：１０）により電流リードスルー導体に気密に連結されている。この放電容器は、一方の端部に口金２が設けられた外側バルブ１により包囲されている。ランプの点灯中には電極４及び５間に放電が生じる。電極４は、電流導体８を介して口金２の一部を形成する第１電気接点に接続されている。電極５は、電流導体９を介して口金２の一部を形成する第２電気接点に接続されている。図２（実際の寸法に正比例して描いていない）により詳細に示す放電容器は、セラミック壁部を有し、内径Ｄｉの円筒部から形成されている。この円筒部の両端は、それぞれ、この円筒部内に焼結接合部Ｓにより気密に固着されたセラミック突出プラグ３４及び３５により封止されている。これらセラミック突出プラグ３４及び３５は、それぞれ先端部４ｂ及び５ｂを有する関連の電極４及び５の電流リードスルー導体４０，４１及び５０，５１を狭い空間を介して包囲している。これら電流リードスルー導体は、放電空間側とは反対の側において、溶融セラミック接合部１０によりセラミック突出プラグ３４及び３５に気密に連結されている。これら電極の先端部４ｂ及び５ｂは互いに距離ＥＡだけ離して配置されている。これら電流リードスルー導体は、それぞれ、例えばMo−Al₂ Ｏ₃ サーメットの形態の耐ハロゲン部４１及び５１と、溶融セラミック接合部１０により対応する端部の突出プラグ３４及び３５に気密に固着された部分４０及び５０とを有する。溶融セラミック接合部は、ある程度の距離、例えば約１ｍｍに亘ってMoサーメット４１及び５１上に延在させている。耐ハロゲン部４１及び５１は、Mo−Al₂ Ｏ₃ サーメットからではなく他の方法で形成することもできる。他の可能な構成は、例えば欧州特許出願第0587238号明細書から既知である。特に好ましい構成は、耐ハロゲン材料のコイルをこれと同じ材料のピンに巻き付けたものであることであることを確かめた。Moは耐ハロゲン性の高い材料として用いるのに極めて適している。部分４０及び５０は、端部の突出プラグの膨張率に極めて良好に一致する膨張率を有する金属から形成されている。この目的のために極めて好適な材料は例えばNbである。これら部分４０及び５０は、ある方法（詳細には図示しない）で電流導体８及び９にそれぞれ接続されている。上述したリードスルー導体の構成によれば、ランプをいかなる所望の点灯位置でも点灯させることができる。電極４及び５は、先端部４ｂ及び５ｂが設けられた電極ロッド４ａ及び５ａをそれぞれ有する。

図示したランプの実際例では、それぞれ定格出力を２６Ｗにしたランプを多数個製造した。これらランプは、自転車のヘッドランプとして使用するのに適したものである。各ランプの放電容器３のイオン化可能な充填剤は、３０ｍｇ／ｃｍ³ のHgと、２５ｍｇ／ｃｍ³ のヨウ化物とを有し、このヨウ化物は、PrＩ₃ 、NdＩ₃ 及びLuＩ₃ から成る群から選択された希土類ヨウ化物と、NaＩとを含む。水銀を含まない例では、HgをZn又はZnＩ₂ に置き換えることができる。イオン化可能な充填剤は、さらに室温で８ｂａｒ（８・１０⁵ Ｐａ）の充填圧のXeを含む。電極の先端部４ｂ及び５ｂ間の距離ＥＡは５ｍｍとし、放電容器の内径Ｄｉは１．４ｍｍとする。従って比率ＥＡ／Ｄｉ＝３．６である。放電容器３の壁厚は０．３ｍｍとする。

第１の実施例においては、希土類ヨウ化物を、約５０μｍｏｌ／ｃｍ³ のPrＩ₃ とし、NaＩ／PrＩ₃ のモル比を約３．５とした。
第２の実施例においては、希土類ヨウ化物を、４５μｍｏｌ／ｃｍ³ のNdＩ₃ とし、NaＩ／NdＩ₃ のモル比を約４．２とした。
第３の実施例においては、希土類ヨウ化物を、６９μｍｏｌ／ｃｍ³ のLuＩ₃ とし、NaＩ／LuＩ₃ のモル比を約１．４とした。このランプの色温度を向上させるために少量のTbＩ₃ 又はGdＩ₃ を加えた。

上述したランプは、NaＩ／CeＩ₃ の充填剤を用いた場合と比べて良好な色温度及び色安定性を示したが、効率の低下は極めて僅かに過ぎなかった。

図１は、本発明によるランプを示す線図である。 図２は、図１のランプの放電容器を詳細に示す線図である。

Claims (13)

1. イオン化可能な充填剤が充填され、内径Ｄｉが２．０ｍｍより小さい実質的に円筒状の放電容器を有するメタルハライドランプであって、前記放電容器中には放電を維持するための互いにある距離ＥＡだけ離間された２つの電極が設けられており、前記充填剤が、室温で５〜２５ｂａｒ（１ｂａｒは１０⁵ Ｐａ）の範囲内の圧力の不活性ガスと、イオン化可能な塩とを有しているメタルハライドランプにおいて、
   前記イオン化可能な塩が、PrＩ₃ 、NdＩ₃ 及びLuＩ₃ から成る群から選択されていることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 請求項１に記載のメタルハライドランプにおいて、
   前記イオン化可能な塩が、さらにNaＩを有しており、NaＩ／（PrＩ₃ ＋NdＩ₃ ＋LuＩ₃ ）のモル比が１．０〜１０．３の範囲内にあるメタルハライドランプ。
3. 請求項２に記載のメタルハライドランプにおいて、
   NaＩ／PrＩ₃ のモル比が２．３〜１０．３の範囲内にあるメタルハライドランプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のメタルハライドランプにおいて、
   放電容器内のPrＩ₃ の量が１０〜３３５μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内にあるメタルハライドランプ。
5. 請求項２に記載のメタルハライドランプにおいて、
   NaＩ／NdＩ₃ のモル比が３．０〜６．７の範囲内にあるメタルハライドランプ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のメタルハライドランプにおいて、
   放電容器内のNdＩ₃ の量が８〜３０１μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内にあるメタルハライドランプ。
7. 請求項２に記載のメタルハライドランプにおいて、
   NaＩ／LuＩ₃ のモル比が１．０〜３．２の範囲内にあるメタルハライドランプ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のメタルハライドランプにおいて、
   放電容器内のLuＩ₃ の量が１５〜４１４μｍｏｌ／ｃｍ³ の範囲内にあるメタルハライドランプ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のメタルハライドランプにおいて、
   前記内径Ｄｉが１．５ｍｍより小さいメタルハライドランプ。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のメタルハライドランプにおいて、
    前記距離ＥＡが３〜７ｍｍの範囲内にあるメタルハライドランプ。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のメタルハライドランプにおいて、
    前記放電容器がセラミック壁部を有するメタルハライドランプ。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のメタルハライドランプにおいて、
    前記放電容器が、ガスを充填した外側バルブにより包囲されているメタルハライドランプ。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のメタルハライドランプにおいて、
    前記メタルハライドランプの出力が、２０Ｗ〜４０Ｗの範囲内にあるメタルハライドランプ。

Images