WO2006003894A1

WO2006003894A1 - メタルハライドランプ、メタルハライドランプ点灯装置および前照灯

Info

Publication number: WO2006003894A1
Application number: PCT/JP2005/011845
Authority: WO
Inventors: Kozo Uemura; Keisuke Nakazato; Hiromichi Kawashima; Osamu Shirakawa; Makoto Deguchi; Takayuki Wajata
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp.; Toshiba Lighting & Technology Corporation
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2006-01-12
Also published as: EP1763067A1; CN1977355A; US20080290801A1; EP1763067A4; EP1763067A8

Abstract

　始動直後の光束立ち上がりを改善した、より実用的で前照灯用として好適な水銀フリーのメタルハライドランプ、これを用いたメタルハライドランプ点灯装置および前照灯を提供する。　本発明のメタルハライドランプは、内容積が０．１ｃｃ以下で、かつ、底面に平坦面を有する内部空間を形成している包囲部を備え、内部空間の管軸方向の中央部において底面および上面間の距離をＤとし、包囲部長さをＬとしたとき、比Ｄ／Ｌが数式０．２９≦Ｄ／Ｌ≦０．４３を満足する透光性気密容器と、５ｍｍ以下の電極間距離をもって対向して封装された一対の電極と、Ｓｃ、Ｎａ、Ｉｎ、Ｚｎおよび希土類金属のグループから選択された複数の金属のハロゲン化物ならびに希ガスを含み水銀（Ｈｇ）を本質的に含まない放電媒体とを具備し、気密容器の単位内表面積当たりのランプ電力が６０（Ｗ／ｃｍ２）以上である。

Description

明細書

メタルハライドランプ、メタルハライドランプ点灯装置および前照灯技術分野

[0001] 本発明は、水銀フリーのメタルハライドランプ、これを用いたメタルハライドランプ点灯装置および前照灯に関する。

背景技術

[0002] 水銀を本質的に封入しないいわゆる水銀フリーのメタルノ、ライドランプ (以下、便宜上「水銀フリーランプ」という。）は既に知られている（例えば、特許文献 1参照。 ) o水銀フリーランプは、従来のランプ電圧形成用の緩衝物質として封入されていた水銀に代えて亜鉛 (Zn)などの蒸気圧が比較的高くて可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物を封入して、るのが一般的である。

[0003] 水銀フリーランプは、特に環境負荷物質の使用を全廃しょうとしている自動車の前照灯用のメタルノヽライドランプとして期待され、開発が行われている。このメタルハライドランプの場合、規格により立ち上がり 4秒後に定格光束の 80%の光束を発生する必要がある（非特許文献 1参照。 ) oところが、水銀フリーランプは、水銀発光が獲られないこと、および点灯直後から水銀の高い蒸気圧が得られないことにより、金属ハロゲンィ匕物の蒸発が遅くなるために、一般に上記の条件を満足させることが困難である

[0004] そこで、上記の条件を満足させるために従来いくつかの提案がなされている。例えば、発光管の内容積、肉厚および Xeガスの圧力を所定範囲に選び、かつ、低融点金属ハロゲンィ匕物を封入することを特徴としている提案がある (特許文献 2参照。 )₀ また、発光管の内径、電極突出長、肉厚、投入電力および Xe封入圧などを所定範囲に選ぶ提案もある (特許文献 3参照。 )₀さらに、発光管内径とアークの直径の関係力も光束立ち上がりを改善しょうとする提案もなされている (特許文献 4参照。 )₀

[0005] 一方、発光管の内部空間の形状としては、この種用途における一般的な形状であるほぼ円筒状に代えて異形にする試みがなされている。例えば、特許文献 3には、その図 11など、いくつかの形状が開示されているが、その中に内部空間の下部内面（底面）を平坦面にするとともに、電極間を通過する軸線 13に直角な方向における距離 Hdと電極間距離 Lとの比を所定範囲に選ぶ提案がある。また、発光管の内部空間の下部内面 (底面）を平坦面にするのにカ卩えて、下部外面を平坦にした試みもなされている (特許文献 5参照。）。

特許文献 1：特開平 11― 238488号公報

非特許文献 1 :日本電球工業会規格 JEL 215「自動車前照灯 HID光源」特許文献 2：特開 2001— 006610号公報

特許文献 3：特開 2001— 313001号公報

特許文献 4:特開 2003— 187742号公報

特許文献 5：特開 2003 - 229058号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 本発明は、従来技術とは異なる構成によって始動直後の光束立ち上がりを改善した、より実用的で前照灯用として好適な水銀フリーのメタルノ、ライドランプ、これを用 V、たメタルハライドランプ点灯装置および前照灯を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明のメタルノ、ライドランプは、内容積が 0. Ice以下で、かつ、底面に平坦面を有する内部空間を形成している包囲部を備えるとともに、内部空間の管軸方向の中央部において底面および上面間の距離を Dとし、包囲部長さを Lとしたとき、比 D ZLが下式を満足する透光性気密容器と;透光性気密容器内に 5mm以下の電極間距離をもって対向して封装された一対の電極と;スカンジウム（Sc)、ナトリウム (Na)、インジウム (In)、亜鉛 (Zn)および希土類金属のグループ力選択された複数の金属のハロゲンィ匕物ならびに希ガスを含み水銀 (Hg)を本質的に含まなヽで透光性気密容器内に封入された放電媒体と;を具備し、気密容器の単位内表面積当たりのランプ電力が 60 (W/cm²)以上であることを特徴として！/、る。

[0008] 0. 25≤D/L≤0. 43

本発明のメタルノヽライドランプ点灯装置は、本発明のメタルハライドランプと;メタルハライドランプを点灯する点灯回路と；を具備して、ることを特徴として、る。 [0009] 本発明の前照灯は、前照灯本体と;前照灯本体に配設された本発明のメタルハライドランプと;メタルハライドランプを点灯する点灯回路と；を具備して、ることを特徴としている。

発明の効果

[0010] 本発明によれば、従来技術とは異なる構成によって始動直後の光束立ち上がりを改善して前照灯用として好適な水銀フリーのメタルノヽライドランプ、メタルハライドランプ点灯装置および前照灯を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]図 1は本発明のメタルハライドランプを実施するための第 1の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプの全体を示す正面図である。

[図 2]図 2は同じく発光管部分を示す拡大縦断面図である。

[図 3]図 3は同じく横断面図である。

[図 4]図 4は比 DZLと光束立ち上がりおよび点灯 1000時間における白濁量との関係を示すグラフである。

[図 5]図 5は本発明のメタルハライドランプを実施するための第 2の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプの要部を示す正面図である。

[図 6]図 6は同じく長さと色度変化の関係を示すグラフである。

[図 7]図 7は同じく長さとリーク発生率の関係を示すグラフである。

[図 8]図 8は本発明のメタルハライドランプ点灯装置を実施するための一形態の回路図である。

[図 9]図 9は本発明の前照灯を実施するための一形態としての自動車前照灯を示す概念図である。

符号の説明

[0012] 1 透光性気密容器

la 包囲

lal 封止部

la2 封止 la5 上部外面

la6 下部外面

lb 電極

lc 内部空間

2 封着金属箔

3A 外部リード線

3B 外部リード線

IT 発光管

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

[0014] 図 1ないし図 3に示した本発明の第 1の形態における自動車前照灯用のメタルノヽライドランプ MHLは、発光管 IT、絶縁チューブ Τ、外管 ΟΤおよび口金 Βを具備している。

[0015] 〔発光管 ITについて〕発光管 ITは、透光性気密容器 1、一対の電極 lb、 lb、一対の外部リード線 3A、 3Bおよび放電媒体備えて、る。

[0016] (透光性気密容器 1について）透光性気密容器 1は、耐火性で透光性であるとともに、内容積が 0. Ice以下で、かつ、底面 la3に平坦面を有する内部空間 lcを形成している包囲部 laを備えるとともに、内部空間 lcの管軸方向の中央部において底面 la3および上面間 la4の距離を Dとし、包囲部長さを Lとしたとき、比 DZLが数式 0. 25≤D/L≤0. 43を満足する関係にある。

[0017] なお、距離 Dは、上記のように透光性気密容器 1の内部空間 lcの管軸方向中央部における底面 la3および上面 la4間の距離である力後述する一対の電極 lb、 lb間を結ぶ管軸と直交する方向に対しては管軸と交差する点に正対する位置において計測した距離をいう。包囲部長 Lは、包囲部 laの管軸方向の長さであり、透光性気密容器 laが包囲部 laの両端に一対の封止部 lal、 lalを備えている場合には、包囲部 laの両端側と封止部 lalの間に形成される一対の不連続部間の距離をいう。

[0018] また、透光性気密容器 1の内部空間 lcの形状に関して、底面 la3の平坦面部分を除いた残余の部分は、好ましくはほぼ横断面円形であり、管軸方向に好ましくは円筒状ないし緩やかな紡錘状をなしている。透光性気密容器 1の内部空間 lcの底面 la3 に正対する外面形状は、特段限定されないが、好ましくは平坦面を形成している。なお、内部空間 lcの平坦面は、全体として平坦状をなしていれば、完全な平坦であるばかりでなぐ多少の凹凸を有していたり、緩やかに湾曲していたりしていても差し支えない。

[0019] なお、透光性気密容器 1の包囲部 laにおいて、内部空間 lcの上面 la4と対向する上部外面 la6は、楕円球面状をなしているとともに、それらの間の肉厚が大きくなつている。これに対して、内部空間 lcの底面 la3と対向する下部外面 la5は、底面 la3 に平行な平坦面をなしているとともに、相対的に肉薄になっている。

[0020] また、透光性気密容器 1が「耐火性で透光性である」とは、少なくとも包囲部 laの外部へ発光を導出しょうとする部位である導光部分が透光性であって、かつ、メタルノ、ライドランプ MHLの通常の作動温度に十分耐える程度の耐熱性を少なくとも備えているという意味である。したがって、透光性気密容器 1は、耐火性を備える材料であり、かつ、その所要の導光部分が放電によって発生した所望波長域の可視光を外部に導出することができれば、どのようなもので作られていてもよい。例えば、透光性セラミックスや石英ガラスなどを用いて透光性気密容器 1を形成することができる。なお、前照灯用のメタルノヽライドランプの場合、透光性気密容器 1は、一般に直線透過率の高い石英ガラスを用いている。また、石英ガラス製の場合、必要に応じて、透光性気密容器 1の包囲部 laの内面に耐ハロゲン性または耐ハロゲンィ匕物性の透明性被膜を形成するか、透光性気密容器 1の内面を改質することが許容される。

[0021] 透光性気密容器 1の内部空間 lcは、前述のようにその内容積が 0. Ice以下である力前照灯用の場合、好適には 0. 05cc以下である。

[0022] 内部空間 lcは、管軸方向に伸びる細長い形状をなしていて、横断面が図 3に示すように好適には円形力もなる基本形をなしているとともに、管軸方向が円柱状をなしている。これにより、放電アークが水平点灯においては上方へ湾曲しょうとするために、包囲部 laの内部空間 lcの上面 la4に接近するので、包囲部 laの上面 la4の温度上昇が早くなる。また、内部空間 lcは、その円筒部分の底部がカットされることによつて平坦面力もなる底面 la3を形成している。したがって、内部空間 lcの上面 la4は、円筒形状の頂部部分により形成されている。

[0023] なお、透光性気密容器 1の内部空間 lcに平坦面力もなる底面 la3を形成するには、内部空間 lcがほぼ円筒状をなす電極封装前の透光性気密容器 1を形成した後に、透光性気密容器 1を加熱軟化させて、その底部を平坦な基準面に押し付けるなどにより成形すればよい。内部空間 lcの底面 la3に正対する底部外面 la5を上面 la4 の同様部分に対して相対的に肉薄の平坦面に形成することにより、透光性気密容器 1の底面 la3の温度をより一層高く維持しやすくなる。

[0024] さらに、透光性気密容器 1は、その包囲部 laの中央部の肉厚を比較的大きくすることができる。すなわち、電極間距離のほぼ中央部の肉厚をその両側の肉厚より大きくすることができる。これにより、透光性気密容器 1の伝熱が良好になってその内部空間 lcの底面 la3および側部内面に付着している放電媒体の温度上昇が早まるために、光束立ち上がりが早くなるのに効果的に作用する。

[0025] 透光性気密容器 1が石英ガラス力なる場合、包囲部 laの管軸方向の両端に一対の封止部 lal、 lalを形成することができる。一対の封止部 lal、 lalは、包囲部 la を封止するとともに、後述する電極 lbの軸部がここに埋設され、かつ、図示しない点灯回路から電流を電極 lbへ気密に導入するのに寄与する手段であり、包囲部 laの両端から一体に延在している。そして、電極 lbを封装し、かつ、点灯回路から電流を電極 lbへ気密に導入するために、内部に適当な気密封止導通手段、好適には封着金属箔 2を気密に埋設して、る。

[0026] なお、封着金属箔 2は、封止部 lalの内部に気密に埋設されて封止部 lalが透光性気密容器 1の包囲部 laの内部を気密に維持するのに協働しながら電流導通導体として機能するための手段であり、透光性気密容器 1が石英ガラスカゝらなる場合の材料としてはモリブデン（Mo)またはレニウムタングステン合金 (W—Re)などの箔を用いるのが好ましい。なお、モリブデンは、約 350°Cになると酸ィ匕するので、外部側の端部の温度がこれより温度が低くなるように埋設される。また、レニウム一タングステン合金の場合、合金中のレニウムの含有量比が 37質量％以下であることにより、加工性の良好な合金を得ることができる。 [0027] 封着金属箔 2を封止部 lalに埋設する方法は、特段限定されないが、例えば減圧封止法、ピンチシール法などを単独で、または組み合わせて採用することができる。内容積が 0. Ice以下の小形でキセノン (Xe)などの希ガスを室温で 5気圧以上封入する前照灯などに用いるメタルノヽライドランプの場合は、後者が好適である。

[0028] また、図 1において、左方の封止部 lalを形成した後、封止管 la2が切除されないで封止部 lalの外側端部力一体に延長していて、後述する口金 B内へ延在している。

[0029] (一対の電極 lb、 lbについて）一対の電極 lb、 lbは、透光性気密容器 1の包囲部 laの両端内部に離間対向して封装されている。メタルハライドランプ MHLの内部空間 lcの内容積が 0. Ice以下と小形のため、電極間距離は 5mm以下であり、前照灯用の場合には規格ィ匕されている 4. 2±0. 1mmに設定される。また、一対の電極 lb、 lbiま、その軸咅の直径力 S—般的に ίま 0. 25〜0. 5mm、好適に ίま 0. 25〜0. 35mmの範囲内で適当な値に設定されるのがよい。

[0030] また、一対の電極 lb、 lbは、タングステン (W)、ドープドタングステン、レニウム（Re )、タングステン—レニウム合金 (W— Re)などの耐火金属製の軸部を備え、その軸部の基端が封着金属箔 2に溶接されるなどして封止部 lalに埋設され、中間が透光性気密容器 1の封止部 lalにより緩く支持され、先端が透光性気密容器 1の内部空間 1 cに臨むように内部空間 lcの両端に離間対向して配設されている。

[0031] さらにまた、メタルノヽライドランプ MHLが前照灯用の場合、電極 lbの軸部をそのまま先端部までその径が大きくなることなく延長して、先端形状を切頭円錐形、半球状または半楕円球状にすることにより、放電アークの起点が安定しやすくなる。また、これに加えて先端部に小さな突起が形成されていることにより相乗的に効果が増大する。なお、本形態において、電極 lbの先端は、図 2に示すように、電極軸の直径の 1 Z2の曲率の半球状をなしている。しかし、要すれば電極 lbの先端部近傍を軸部より径大の例えばほぼ球状ないし楕円球状にすることもできる。すなわち、ランプの点滅回数が非常に多くなるとともに、また始動時には定常時より大きな電流を流すので、これに対応して電極 lb全体を径大にすると、電極軸に接触している透光性気密容器 1 の構成材料が点滅のたびに熱応力を受けてクラックを生じやすい。そこで、電極 lb の先端部近傍に径大部を形成することで、電極 lbを点滅に対応させることができる力軸部は径大になっていないから、クラックを生じにくい。

[0032] さらにまた、電極 lbは、交流および直流のいずれで作動するように構成してもよい。

交流で作動する場合、一対の電極 lbは同一構造とする。直流で作動する場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、先端部近傍に径大部を形成すれば、放熱面積を大きくすることができるとともに、頻繁な点滅に対応することができる。これに対して、陰極は必ずしも径大部を形成する必要がない。

[0033] (一対の外部リード線 3A、 3Bについて）一対の外部リード線 3A、 3Bは、その先端が透光性気密容器 1の両端の封止部 lal内において封着金属箔 2の他端すなわち電極 lbの軸部の接続部に対して反対側に溶接され、かつ、基端側が外部へ導出されている。図 1において発光管 ITから右方へ導出された外部リード線 3Aは、中間部が後述する外管 OTに沿って折り返されて後述する口金 B内に導入されて図示しない口金端子の一方 tlに接続している。 FIG. 1において発光管 ITから左方へ導出された外部リード線 3Bは、封止管 la2内を管軸に沿って延在して口金 B内に導入されて口金端子の他方（図示されて、な、。 )に接続して、る。

[0034] (放電媒体について）放電媒体は、金属ハロゲンィ匕物および希ガスを含み、水銀を本質的に含まない。金属ハロゲン化物は、スカンジウム（Sc)、ナトリウム (Na)、インジウム (In)、亜鉛 (Zn)および希土類金属のグループから選択された複数種の金属のハロゲンィ匕物を含んでいる。しかし、放電媒体は、上記グループに属する金属のハロゲンィ匕物のみ力もなる構成に限定されるものではなぐ補助的にグループ以外の金属のハロゲン化物を含有することが許容される。例えば、主発光物質としてタリウム (T1)のハロゲンィ匕物を添加することにより、発光効率を一層高めることができる。

[0035] また、亜鉛 (Zn)にカ卩えて次のグループ力もなるランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物を添加することができる。すなわち、マグネシウム（Mg)、コノレト（C)、クロム（C r)、マンガン（Mn)、アンチモン（Sb)、レニウム（Re)、ガリウム（Ga)、スズ（Sn)、鉄（ Fe)、アルミニウム（A1)、チタン（Ti)、ジルコニウム（Zr)およびハフニウム（Hf)のグループ力選択された一種または複数種の金属のハロゲンィ匕物を添加することにより、ランプ電圧を所望に調整することができる。上記のグループの金属は、いずれも蒸気圧が高くて可視域に発光しな!、か、または発光が比較的少な!/、金属すなわち光束を稼ぐ発光金属としては期待されないが、主としてランプ電圧を形成するのに好適な金属である。

[0036] 希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、アルゴン (Ar)、クリプトン (Kr)およびキセノン (Xe)などの一種または複数種を用いることができる。また、自動車前照灯用のメタルノヽライドランプとしては、キセノンを 5気圧以上、好ましくは 7〜 17気圧の範囲、より一層好ましくは 9〜15気圧の範囲で封入する力、あるいは点灯時の内部空間内の圧力が 50気圧以上になるように封入することにより、始動直後の発光金属の蒸気圧が低!、ときに、立ち上がり時の光束として Xeの白色発光を寄与させることができる。

[0037] さらに、水銀について言及しておく。本発明において、「本質的に水銀を含まない」とは、水銀 (Hg)を全く封入していないだけでなぐ気密容器の内容積 lcc当たり 2m g未満、好ましくは lmg以下の水銀が存在していることを許容するという意味である。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように水銀蒸気によって放電ランプのランプ電圧を所要に高くする場合、短アーク形においては気密容器の内容積 lcm³当たり 20〜40mg、さらに場合によっては 50mg以上封入して V、たことからすれば、水銀量が実質的に頗る少な!/ヽと、える。

[0038] ハロゲン化物を構成するハロゲンは、反応性に関してハロゲンの中でヨウ素が最も適当であり、少なくとも上記主発光金属は、主としてヨウ化物として封入される。しかし、要すれば、ヨウ化物および臭化物のように異なるハロゲンの化合物を併用することもできる。

[0039] 〔絶縁チューブ Tについて〕絶縁チューブ Tは、セラミックスからなり、絶縁チューブ Tは、外部リード線 3Aを被覆している。

[0040] 〔外管 OTについて〕外管 OTは、石英ガラスまたはノ、イシリケートガラスなどからなり、その内部に発光管 ITの少なくとも主要部を収納する手段である。そして、発光管 ITから外部へ放射される紫外線を遮断し、機械的に保護し、かつ、発光管 ITの透光性気密容器 1を手で触れることで人の指紋や脂肪が付ヽて失透の原因とならなヽようにしたり、あるいは透光性気密容器 1を保温したりする。また、外管 OTの内部は、その目的に応じて外気に対して気密に封止してもよいし、外気と同程度または減圧された空気または不活性ガスが封入されていてもよい。さらに、要すれば、外気に連通していてもよい。さらに、外管 OTの外面または内面に遮光膜を配設することもできる

[0041] また、図示の形態においては、外管 OTを形成する際に、その両端を透光性気密容器 1の両端力管軸方向に延在する封止部 lalにガラス溶着させることによって、外管 OTを透光性気密容器 1で支持するように構成することができる。外管 OTは、紫外線カット性能を備えており、内部に発光管 ITを収納していて、両端の縮径部 4が放電容器 ITの封止部 lalにガラス溶着している。しかし、内部は気密ではなぐ外気に連通している。

[0042] 〔口金 Bにつ!/、て〕口金 Bは、メタルハライドランプ MHLを図示しな!、点灯回路に接続したり、加えて機械的に支持したりするのに機能する手段であって、図示の形態においては、自動車前照灯用として規格化されているもので、発光管 ITおよび外管 OTを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面に着脱可能に装着されるように構成されて、る。

[0043] 〔本発明のメタルノヽライドランプの作用について〕従来のメタルノヽライドランプを水平状態な!/、し水平に近!、傾斜状態で点灯する場合、一般に始動直後から安定点灯時までを通じて一般にアークのプラズマは上方へ湾曲するので、一対の電極間を結ぶ管軸より透光性気密容器の内部空間の上面側に接近する方向へ偏位している。このため、内部空間の上面は、プラズマの接近により温度上昇しやすいが、反対に底面はアークのプラズマからの離間距離が大きくなるので、温度上昇しにくい。

[0044] 本発明においては、透光性気密容器 1の内部空間 lcの底面 la3が平坦面を形成することによって底上げしやすく構成されているため、比 DZLが上式を満足している範囲内において、始動直後から安定点灯中を通じてアークのプラズマと底面 la3との距離が相対的には適度に小さくなり、したがって始動直後に温度上昇しやすくなる。このため、放電媒体の金属ハロゲン化物が加熱されて蒸発が促進され、結果として金属ハロゲンィ匕物の蒸気圧の高まりが早くなり、始動直後の光束立ち上がりが改善される。 [0045] し力しながら、比 DZLが小さくなるにしたがって透光性気密容器 1の内面が白濁しやすくなる傾向が指数関数的に高まっていくので、比 DZLは 0. 25以上でなければならない。なお、好ましくは 0. 29以上である。また、比 DZLが大きくなるにしたがつて始動直後の光束立ち上がりが低下していき、比 DZLが 0. 43を超えると急激に低下して始動直後の光束立ち上がりの改善効果が薄れるので、比 DZLは 0. 43以下でなければならない。なお、比 DZLの好適な範囲は 0. 29≤D/L≤0. 4であり、より好ましくは 0. 32≤D/L≤0. 4である。前照灯用のメタルノヽライドランプの場合、これらの範囲内において、距離 Dは 1. 5〜3mm、包囲部長さ Lは 6〜8. 5mmの範囲力適切な値を選択することができる。

[0046] したがって、本発明によれば、比 DZLが上式を満足していることにより、始動直後の光束立ち上がりが改善される。このため、始動後 4秒時に定格光束の 80%以上を発生させることが容易になるとともに、透光性気密容器の白濁が問題にならない程度に良好であり、前照灯用として好適なメタルノヽライドランプを得るころができる。

[0047] また、本発明において、比 DZLの要件に加えて（1)電極間距離が 5mm以下、（2) 放電媒体の金属ハロゲン化物がスカンジウム（Sc)、ナトリウム（Na)、インジウム（In) 、亜鉛 (Zn)および希土類金属のグループ力も選択された複数の金属のハロゲンィ匕物であること、ならびに (3)放電媒体が本質的に水銀を含まない、（4)気密容器の単位内表面積当たりのランプ電力すなわち管壁負荷が 60 (WZcm²)以上であることをも、それぞれ要件として規定している理由は以下のとおりである。すなわち、

(1)電極間距離が 5mm以下のメタルノヽライドランプは、前照灯およびプロジェクション用など始動直後力もの光束立ち上がりが良好であることが必要な、ないしは好ましい用途に用いられているので、本発明が効果的だ力もである。なお、自動車前照灯用のメタルハライドランプとしては電極間距離 4. 2mmが規格化されていて、プロジェクシヨン用としては 2mm以下が好適である。

[0048] (2)放電媒体の金属ハロゲンィ匕物が上記グループ力選択された複数種であることにより多様な用途に適応するメタルハライドランプを得ることができる。上記グループ中の金属のうち、スカンジウム（Sc)およびナトリウム（Na)は、特にそれらの組み合わせにおいて、白色系の発光を高効率で発生するので、可視光の主発光物質として採用することができる。インジウム (In)および亜鉛 (Zn)は、青色系の発光を行うので色度調整用として採用することができる。また、亜鉛は、その蒸気圧が比較的高いので、ランプ電圧形成用として採用することができる。希土類金属は、主として可視光発光および色度調整用として採用することができる。なお、ランプ電圧形成用としての作用もいくらかある。

[0049] したがって、上記グループの金属ハロゲンィ匕物の複数を適宜選択することにより、前照灯用、プロジェクシヨン用などの小形で高光出力タイプの各種メタルノヽライドランプを得ることができる。

[0050] (3)放電媒体が本質的に水銀を含まない点に関して、水銀 (Hg)は、全く含まないのが環境負荷物質削減のために好ましいことであるが、本発明の作用効果に本質的な影響のな、程度、換言すれば不純物程度に含んで、ても許容される。

[0051] (4)管壁負荷が 60 (W/cm²)以上であるのは、前照灯用、プロジクシヨン用などの小形で高光出力タイプの各種メタルノ、ライドランプに対して本発明が効果的であることを明確にするためである。

[0052] 次に、実施例 1を比較例 1および比較例 2とともに説明する。なお、比較例 1は、巿販されている水銀入りの自動車前照灯用のメタルノヽライドランプ、比較例 2は本発明の構成を備えて、な、自動車前照灯用の水銀フリーランプである。

実施例 1

[0053] 透光性気密容器 1：内部空間の内容積 0.020cc、距離 D2.3mm、

内径 2.6mm、包囲部長さ 7.0mm、包囲部外径 6.0mm、

D/L0.33

電極間距離 :4.2mm

放電媒体：金属ハロゲン化物 Scl -Nal-Znl - Inl- Csl、

3 2

合計 0.5mg、希ガス XelOatm

始動直後投入電力： 85W

始動直後投入電流: 2.8A

安定時ランプ電圧： 42V

安定時ランプ電流： 0.8A 安定時ランプ電力： 35W

始動 4秒時の光束： 13701m

[比較例 1]

透光性気密容器 1：内部空間の内容積 0.020cc、内径 2.6mm、包囲部長さ 7.0mm、包囲部外径 6.0mm 電極間距離 :4.2mm

放電媒体：金属ハロゲン化物 Scl - Nal- Hg、希ガス Xe約 4atm

3

始動直後投入電力： 65W

始動直後投入電流: 3.0A

安定時ランプ電圧： 90V

安定時ランプ電流： 0.4A

安定時ランプ電力： 35W

始動 4秒時の光束： 29001m

[比較例 2]

透光性気密容器 1：内部空間の内容積 0.033cc、内径 2.6mm、包囲部長さ 7.8mm、包囲部外径 6.0mm 電極間距離 :4.2mm

放電媒体：金属ハロゲン化物 Scl -Nal-Znl - Inl- Csl、

3 2

合計 0.8mg、希ガス Xel2atm

始動直後投入電力： 85W

始動直後投入電流: 2.8A

安定時ランプ電圧: 45V

安定時ランプ電流： 0.8A

安定時ランプ電力： 35W

始動 4秒時の光束： 12001m 次に、図 4を参照して実施例において透光性気密容器の比 DZLを種々変化させたメタルノヽライドランプを製作して、当該ランプを点灯試験した場合における比 DZL と、始動 4秒時の光束すなわち始動時の光束立ち上がりおよび点灯 1000時間の白濁量との関係について説明する。なお、図において、横軸は比 DZLを、縦軸は右側が lOOOh相対白濁量、左側が光束立ち上がり（lm)を、それぞれ示す。図中、曲線 A は白濁量を示し、曲線 Bは光束立ち上がりを示す。

[0054] 図中の曲線 Aに示すように、比 DZLが 0. 25未満であると、白濁量が指数関数的に発生しやすくなる力比 DZLが 0. 25以上、好ましくは 0. 29以上であれば、白濁量が許容範囲内に収まるまでに低減する。一方、始動 4秒時の光束立ち上がりについては、図中の曲線 Bに示すように、比 DZLが 0. 43を越えると、急激に低減しだして 12001m以上を満足することができなくなる。

[0055] したがって、図 4から数式 0. 25≤D/L≤0. 43を満足させることが小形で、高光出力タイプの水銀フリーのメタルハライドランプにおいて、始動直後の光束立ち上がりを改善すると同時に白濁を抑制するうえで効果的であることを理解できる。

[0056] 次に、図 5ないし図 7を参照して本発明のメタルノヽライドランプを実施するための第 2の形態について説明する。第 2の形態は、図 5に示すように、一対の電極 lb、 lb 力その軸部の基端部側に金属被覆体 SCを配設している点に特徴を有している。なお、本形態体において、金属被覆体 SC以外の構成は、図 1ないし図 3に示す本発明の第 1の形態において説明した構成の全部または一部を採用することができる。しかし、所望により、透光性気密容器 1の平対面およびこれに関連する構成は具備していなくてもよい。

[0057] 金属被覆体 SCは、耐火性金属力なり、電極 lbの軸部の基端部側を被覆してヽる部材である。耐火性金属としては、タングステン、レニウム一タングステン合金およびモリブデンなどを選択的に用いることができる。

[0058] また、封止部 lal内に埋設されている電極 lbの軸部において、金属被覆体 SCの配設されていない部分の長さ L (mm)が数式 1≤L ≤ 5を満足している。

E E

[0059] さらに、金属被覆体 SCとしては、コイル体、スリーブ体および被着膜体などであることを許容する。 [0060] 次に、本発明の第 2の形態における実施例 2について説明する。

実施例 2

[0061] 金属被覆体 SC : 1例としてコイル体により構成されている。

[0062] コイルの直径 0. 07mm,コイルピッチ 100%、電極軸方向の長さ 5. 5mm、そのうち封着金属 2箔上の電極軸方向長さ 1. 5mm

電極 lbは、その軸部の直径が、封止部内において 0. 3mm、放電空間内において 0. 38mmである。

[0063] 透光性気密容器 1 :その包囲部 laの内径 2. 6mm、外径 6. Omm、長手方向の最大 fe:6. 6mm。

[0064] 放電媒体:金属ハロゲン化物；ヨウ化スカンジウム—ヨウ化ナトリウム—ヨウ化亜鉛 0 . 5mg、希ガス；キセノン約 11気圧、水銀は一切含まれていない。図 6は、本発明の第 2の形態において、長さ L (mm)と色度変化の関係を示すグ

E

ラフである。このグラフは、透光性気密容器 1の封止部 lal内に埋設されている電極 lbの軸部において、金属被覆体 SCの配設されていない部分の長さ L (mm)を、金

E

属被覆体 SCの長さを変化させて所定距離に調節した複数のメタルノヽライドランプを製作して、それぞれ日本電球工業会規格 JEL 215「自動車前照灯 HID光源」に規定されてヽる自動車前照灯用メタルノヽライドランプの寿命試験条件である EU 120 分モードの 2000時間点滅試験を実施した後の色度変化をプロットして得たものである。

[0065] なお、図 6において、縦軸は長さ L (mm)を、横軸は色度変化を、それぞれ示す。

E

また、図中、曲線 Xは青色から赤色の色度を示し、曲線 yは青色から緑色の色度を示す。

[0066] 図 6から理解できるように、色度 Xについては、長さ L (mm)が約 0. 7mmのところで

E

色度変化の割合の変化点があり、長さ L (mm)

E をそれ以上に長くしても、色度変化があまり発生していない。しかし、長さ L (mm)を 0. 7mmよりも短くすると、急激に色

E

度変化が大きくなつている。

[0067] 色度 yについては、長さ L (mm)が約 lmmのところで色度変化の割合の変化点があり、長さ L (mm)を lmm以上にした場合と、それよりも短くした場合で、色度 xとほ

E

ぼ同様の結果が得られて!/、る。

[0068] 以上から明らかなように、長さ L (mm)が lmm以上であると、色度 Xおよび色度 yの

E

色度変化を少なくすることができる。

[0069] 図 7は、本発明の第 2の形態において、長さ L (mm)とリーク発生率の関係を示す

E

グラフである。このグラフは、上記製作例についての EU120分モードの 2000時間点滅試験後のリーク発生率をプロットして得たものである。なお、図 7において、縦軸は長さ L (mm)を、横軸はリーク発生率 (％)を、それぞれ示す。

E

[0070] 図 7から理解できるように、長さ L (mm)が 0〜5mmの場合、リークにつながるクラッ

E

クは発生してヽな、が、 5mmを超えるとリークにつながるクラックの発生率が増加している。

[0071] すなわち、 Lの長さが Omm以上、 5mm以下であると、リークにつながるクラックの発生を少なくすることができる。

[0072] したがって、第 2の形態においては、数式 1≤L ≤ 5を満足することにより、寿命中

E

の色度変化を抑止しつつ、リーク発生を防止する効果を得ることができる。

[0073] なお、本発明は、上記した構成に限定されるものではなぐ例えば次のように変更してもよい。

1.金属被覆体 SCの配設位置について

金属被覆体 SCは、封着金属箔 2と電極 lbの軸部の端部との接続部を避けた位置力長さ Lを確保する位置までの間に配設されて、てもよ!/、。

E

2.金属被覆体 SCがコイル体の場合のピッチにっ、て

金属被覆体 SCがコイル体の場合のピッチは、リークにつながるクラックの発生に対して高い効果が得られるように、 100%に近いことが望ましいが、所望により 100%未満であってもよい。

3.金属被覆体 SCは、電極 lbの軸部の全周にわって形成されていなくてもよい。

[0074] 図 8は、本発明のメタルノ、ライドランプ点灯装置を実施するための一形態の回路図である。すなわち、メタルハライドランプ点灯装置は、主点灯回路 12Aおよび始動器 12Bを具備している。主点灯回路 12Aは後述するように構成され、後述する前照灯本体 11に取り付けることができる。

[0075] メタルハライドランプ 14は、図 1ないし図 3または図 5に示すに示す本発明のメタルノ、ライドランプからなる。

[0076] 前記主点灯回路 12Aは、直流電源 21、昇圧チヨッパ 22、インバータ 23および制御回路 24からなり、メタルハライドランプ 13を点灯する。

[0077] 直流電源 21は、電池電源、整流化直流電源などからなり、直流出力端間に接続された平滑コンデンサ C 1を有して!/、る。

[0078] 昇圧チヨッパ 22は、直流電源 21から供給される直流電圧を所要の電圧まで昇圧し、かつ、平滑化して後述するインバータ 23に入力電圧を供給する。なお、符号 22aは駆動回路で、昇圧チヨツバ 22のスイッチング素子を駆動する。

[0079] インバータ 23は、フルブリッジ形インバータからなる。そして、 4個のスイッチング素子 Q 1〜Q4をブリッジ接続し、その対向 2辺を構成する一対のスイッチング素子 Q 1、 Q3と他の対向 2辺を構成する一対のスイッチング素子 Q2、 Q4とを交互にスィッチングさせて、その出力端間に矩形波交流電圧を出力する。なお、符号 23aは駆動回路で、インバータ 23の各スイッチング素子 Q1〜Q4を駆動する。

[0080] 制御回路 24は、昇圧チヨッパ 22およびインバータ 23を所要に、例えばメタルノヽライドランプ 13が冷却状態のときには、メタルハライドランプ 13を始動直後の数秒間定格ランプ電力の約 2倍以上、例えば 2. 3倍程度で点灯し、その徐々に低減させて安定点灯時の定格ランプ電力に移行させるように制御する。

[0081] 始動器 12Bは、メタルノヽライドランプ 13の始動時に高電圧パルスを出力してメタルハライドランプ 13に印加して、これを瞬時に始動させる。

[0082] そうして、メタルノヽライドランプ点灯装置は、メタルノヽライドランプ 13を始動し、かつ、安定に点灯させる。また、自動車前照灯用のメタルノ、ライドランプ点灯装置としては、メタルハライドランプ 13を始動し、かつ、点灯開始直後に定格ランプ電力の 2倍以上の電力を数秒間連続的に投入し、その後ハロゲンィ匕物が急激に蒸発するときに一定比率でランプ電力を低減させ、引き続いて低減率を大きな値から順次減少させながら徐々に定格ランプ電力まで低減しながら安定点灯へと移行させるようにメタルハライドランプを制御しながら点灯するように動作をする。 [0083] 図 9は、本発明の前照灯を実施するための一形態としての自動車前照灯を示している。図において、 11は前照灯本体、 12は点灯回路、 13はメタルハライドランプである。

[0084] 本発明にお、て、前照灯本体 11とは、前照灯力もメタルハライドランプ 13および点灯回路 12を除いた残余の部分をいう。また、前照灯本体 11は、容器状をなし、内部に反射鏡 1 la、前面にレンズ 1 lbおよび図示を省略して、るランプソケットなどを備えている。

Claims

請求の範囲

[1] 内容積が 0. Ice以下で、かつ、底面に平坦面を有する内部空間を形成している包囲部を備えるとともに、内部空間の管軸方向の中央部において底面および上面間の距離を Dとし、包囲部長さを Lとしたとき、比 DZLが下式を満足する透光性気密容器と；

透光性気密容器内に 5mm以下の電極間距離をもって対向して封装された一対の電極と；

スカンジウム（Sc)、ナトリウム (Na)、インジウム (In)、亜鉛 (Zn)および希土類金属のグループカゝら選択された複数の金属のハロゲンィ匕物ならびに希ガスを含み水銀（ Hg)を本質的に含まなヽで透光性気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、気密容器の単位内表面積当たりのランプ電力が 60 (W/cm²)以上であることを特徴とするメタルノヽライドランプ。

0. 25≤D/L≤0. 43

[2] 前記透光性気密容器は、包囲部の両端に連続するとともに内部に封着金属箔を気密に埋設した封止部を備えており；

前記一対の電極は、基端部側に金属被覆体が配設されているとともに基端部が封着金属箔に接続され、中間部が封止部内を貫通して金属被覆体が配設されていない部分における貫通部の長さ L (mm)が下式を満足し、かつ、先端部が包囲部内に

E

露出している；

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。

1≤L ≤5

E

[3] 請求の範囲 1または 2記載のメタルノヽライドランプと；

メタルハライドランプを点灯する点灯回路と；

を具備していることを特徴とするメタルノヽライドランプ点灯装置。

[4] 前照灯本体と；

前照灯本体に配設された請求の範囲 1または 2記載のメタルノ、ライドランプと；メタルハライドランプを点灯する点灯回路と；

を具備してヽることを特徴とする前照灯。