WO2006098362A1

WO2006098362A1 - 高圧放電ランプ

Info

Publication number: WO2006098362A1
Application number: PCT/JP2006/305121
Authority: WO
Inventors: Kozo Uemura; Takahito Kashiwagi; Masazumi Ishida; Mikio Matsuda
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2007-09-16
Also published as: JP2006294581A

Description

明細書

高圧放電ランプ

技術分野

[0001] 本発明は、透光性セラミックス力なる透光性気密容器を備えた高圧放電ランプに関する。

背景技術

[0002] 透光性セラミックス力なる透光性気密容器を備えた高圧放電ランプは既知である

(例えば、特許文献 1参照。 ) o特許文献 1においては、透光性セラミック放電容器の直線透過率が 60〜85%の液晶ノックライト用セラミック製メタルハライドランプを得るために、透光性セラミック放電容器に平均粒径が 5 m以下の結晶からなる多結晶ィットリウム'アルミニウム ·ガーネット (YAG)を用いて！/、る。

[0003] 一方、透光性多結晶アルミナセラミックスの直線透過率を高める開発が行われている (例えば、非特許文献 1参照)。

特許文献 1：特開平 10— 255719号公報

非特干文献 1 : K.Mormaga, T. Torikai, K. Nakagawa, and S. Fujino, lochFabricatio n of fine loch-alumina powders by thermaldecomposition of ammonium aluminium carbonate hydro-oxide (AACH)" lochActamaterialia, 48, p4375- 4741(2000) 発明の開示

[0004] ところが、前記特許文献 1に記載されて、るメタルノヽライドランプの場合、多結晶 Y AGセラミックス力なる透光性セラミック放電容器を工業的規模で、しかも安価に得ることが困難である。また、自動車前照灯用として好適な透光性セラミックス力もなる透光性気密容器を備えた高圧放電ランプは、その透光性気密容器を液晶バックライト用とは異なる構造にする必要がある力この特許文献 1はこの点については開示していない。

[0005] 一方、前記非特許文献 1は、直線透過率の高!、多結晶アルミナセラミックスを得る技術を開示して、るものの、高圧放電ランプの透光性気密容器の構成にっ、ては言及していない。 [0006] 本発明は、透光性多結晶アルミナセラミックスを用いた透光性気密容器を備えていて配光制御が容易な高圧放電ランプを提供することを一般的な目的とする。

[0007] また、本発明は、透光性多結晶アルミナセラミックスを用いた透光性気密容器を備えていて配光制御が容易で、し力も自動車前照灯用として好適な高圧放電ランプを提供することを具体的な目的とする。

[0008] さらに、本発明は、透光性多結晶アルミナセラミックスを用いた透光性気密容器を備えていて配光制御が容易であるとともに、水銀フリーでありながらランプ電圧が高くて、しかも高効率で自動車前照灯用として好適な高圧放電ランプを提供することを他の目的とする。

[0009] 本発明の一態様の高圧放電ランプは、透光性アルミナ多結晶セラミックス力なり放電空間を包囲する包囲部および包囲部の管軸方向の両端力延在する一対の小径筒部を連続して一体ィ匕しているとともに包囲部における主要部の直線透過率が小径筒部における直線透過率より高くて、かつ、 20%を超えている透光性気密容器と、透光性気密容器内に封装された一対の電極と、透光性気密容器内に封入されたィオン化媒体とを備えた発光管を具備してヽる。

[0010] 本発明の一態様によれば、透光性多結晶アルミナセラミックスを用いて形成した透光性気密容器を備えていて、かつ、包囲部の直線透過率が 20%超であるため、放電アークが見かけ上細く見えるので、配光制御が容易になるとともに、小径筒部の直線透過率が包囲部のそれより小さいので、工業的規模で比較的安価に得やすくて、しかも自動車前照灯用などに好適な高圧放電ランプを提供することができる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]本発明の高圧放電ランプを実施するための第 1の形態を示す断面図。

[図 2]本発明の高圧放電ランプを実施するための第 2の形態を示す断面図。

[図 3]本発明の高圧放電ランプを実施するための第 3の形態を示す断面図。

[図 4]本発明の高圧放電ランプを点灯するための高圧放電ランプ点灯装置を示す回路図。

[図 5]本発明の高圧放電ランプを装着した自動車前照灯を示す概念図。

[図 6]本発明の高圧放電ランプを実施するための第 4の形態を示す要部拡大断面図発明を実施するための最良の形態

[0012] 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。

[0013] 図 1は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第 1の形態を示す断面図である

[0014] 図において、高圧放電ランプは、透光性気密容器 1、この透光性気密容器 1内に封着した一対の電極 2、 2と、透光性気密容器 1内に封入された放電媒体とを備えた発光管 ITを具備している。なお、図中、 1点鎖線は発光管 ITの中心線である。

[0015] 最初に透光性気密容器 1につ!ヽて説明する。

[0016] 透光性気密容器 1は、透光性多結晶アルミナセラミックス力もなるとともに、一体に成形して形成されている。そして、包囲部 laおよび一対の小径筒部 lb、 lbを有している。

[0017] 包囲部 laは、その内部に放電空間 lcを包囲する中空の部分であり、自動車前照灯用などの高圧放電ランプなどの場合には、上記放電空間 lcが好ましくはほぼ円柱状をなしていて、少なくとも後述する一対の電極間に対向する領域の肉厚がほぼ均一であるのが好ましいので、この場合の包囲部はほぼ円筒状をなす。しかし、包囲部の外形および放電空間の形状は、所望によりその他の形状、例えば球状および楕円球状などの形状を有していることを許容する。包囲部 laの内部に形成される放電空間 lcの容積は、高圧放電ランプの定格ランプ電力、電極間距離などに応じてさまざまな値が選択され得る。

[0018] また、本発明において、包囲部 laは、その主要部の直線透過率が 20%超、好適には 30%超、より一層好適には 50%超である。なお、上記主要部は、放電により発生する光の導出に対して配光上影響の大きい重要な部分であり、主として後述する一対の電極 2、 2間に対向する部位である。

[0019] そうして、直線透過率が上記の範囲内であれば、反射鏡などの光学系との組合せにおいて配光制御が容易になるため、自動車前照灯用などの用途に適した高圧放電ランプを得ることができる。しかしながら、直線透過率が 20%以下であると、見かけ上放電アークが太くなりすぎて配光制御が困難になり、所望の配光パターンを得ることができない。したがって、自動車前照灯などに組み込んで所定の規格を満足するように配光を厳格に制御することが要求される場合に、それが困難になる。カロえて、直線透過率が 30%超であれば見かけ上の放電アークがさらに細くなつて配光制御がさらに容易になり、 50%超であればなお一層配光制御が容易になる。なお、本発明において、直線透過率は高い方が好ましいので、その上限はない。

[0020] 直線透過率の高い包囲部 laを形成する手段は既知である。したがって、既知の手段を用いれば、上記のように直線透過率が高、包囲部 laを実現することができる。そのために、本発明においては、直線透過率の高い包囲部 laを形成する手段は特段限定されない。しかし、直線透過率の高い包囲部 laを形成する手段の一例を列挙すれば、次のとおりである。

[0021] (1)透光性多結晶アルミナセラミックスの材料であるアルミナ微粒子の平均粒径をサブミクロンのオーダー、例えば平均粒径 0. 1〜6 mの高直線透過率アルミナ微粒子を用いて透光性気密容器 1を成形する。

[0022] (2)透光性多結晶アルミナセラミックスの成形後に透光性気密容器 1の所望部分の表面、例えば内面、外面または内面および外面を研磨する。

[0023] ( 3)包囲部 1 aには高直線透過率アルミナ微粒子を用いるとともに小径筒部 lbには一般的な平均粒径が高直線透過率アルミナ微粒子のそれより 1桁以上大きなアルミナ微粒子を用いて一体に成形する。

[0024] (4)上記（ 1)な、し (3)の各手段を適宜組み合わせる。

[0025] 高直線透過率アルミナ微粒子を用いて形成された透光性セラミックスは、従来一般に用いられて、る透光性セラミックスに比べて機械的強度が高、ので、前者のセラミックスを用いて形成されてヽる包囲部 laは、後者のセラミックスを用いて形成されている小径筒部の肉厚に比較して肉厚を小さくしても所要の機械的強度を保有させることができることが分力つた。

[0026] 上記の理由から、透光性気密容器 1における包囲部 laの好ましくは一対の電極 2、 2間 Lに対向する領域において、肉厚を 0. 2〜0. 75mmの範囲内で、かつ、実質的一定に形成することができる。上記部位における肉厚が上記の範囲内であれば、点灯時における包囲部 laに耐圧の問題がないとともに、肉厚が小さい分に応じて包囲部 laの直線透過率を本発明所定の範囲内に収めるのが容易になる。し力しながら、上記肉厚が 0. 2mm未満になると耐圧が低下しすぎるし、また 0. 75mmを超えると直線透過率を前記範囲内に収めるのが困難になる。包囲部 laの上記肉厚は、好適には 0. 3〜0. 5mmである。この範囲内であれば、直線透過率および耐圧がともになお一層好ましくなる。なお、包囲部の管軸方向のサイズは、後述する小径筒部が接合する部分までであり、当該部分は曲率が大きく変化する部位である。

[0027] また、包囲部 laの上記所定部分の肉厚がほぼ一定であれば、肉厚の不均一によつて高圧放電ランプの配光パターンが不所望な劣化や配光設計の困難化を生じることがない。なお、包囲部 laの肉厚を一定にするのは、一対の電極 2、 2間 Lに対向した領域についてだけでよぐ残余の領域は肉厚が異なっていてもよいし、肉厚が不均一であってもよい。残余の領域は、配光に対する影響が少ないからである。

[0028] 例えば、図 6に示すように、包囲部 laの残余の領域力一対の電極 2、 2間 Lに対向する領域力小径筒部 lbに至る部分に向力つて順次肉厚が増すような構成であってもよい。なお、図 6は、本発明を実施するための第 4の形態を示す要部拡大断面図である。図中、図 1と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

[0029] 所望により、包囲部 laにおける一対の電極 2、 2間 Lに対向する領域を除いた透光性気密容器 1の残余の領域すなわち電極 2の先端力小径筒部 lbに至るまでの領域において平均肉厚力一対の電極 2、 2間 Lに対向する部分におけるそれより大きぐかつ、最厚部が 0. 8〜2. 5mmの範囲内にあるように構成することができる。

[0030] そうして、上記残余の領域は、高圧放電ランプの配光にあまり影響がないので、肉厚であっても差し支えない。また、このような構成により、透光性気密容器 1の機械的強度が確保され、また透光性気密容器 1の設計の自由度が増大し、製造が容易になる。

[0031] 次に、上記の場合に許容される包囲部 laの中央部における肉厚および中央部に隣接する部分力小径筒部 lbに至る領域における最大肉厚の比率範囲について説明する。包囲部の管軸方向の中央部における肉厚を Tとし、小径筒部の中央部に隣接する部分力小径筒部 lbに至る領域における最大肉厚を Tとしたとき、肉厚比

2

Τ /Ύを数式 1. 5≤Τ /Ύ≤8. 3を満足するように設定すると好適である。また、上記において、包囲部 laの一対の電極 2、 2間に対向する領域における肉厚が T士 10%を満足するように包囲部 laを形成することにより、加えて包囲部 laの肉厚がほぼ均一になる。その結果、例えば自動車用前照灯などにおいて、光学系を用いて高圧放電ランプの発光^^光する場合に、包囲部 laの内部に形成される放電アークの像を歪が問題になることなく投影できる。そのため、所望の配光パターンを得ることが可會になる。

[0032] 包囲部 laの内部に形成される放電空間 lcが図示のようにほぼ円柱状をなす場合には、包囲部 laを以上の説明に基づいて次のように構成するのが好ましい。すなわち、包囲部 laがー対の電極 2、 2間 Lに対向する領域の中央を基準として、その両側にわたつて好ましくは対称な長さ 2. 5mm以上、好適には 3. 5mm以上の直線部 la 1が形成されるように円筒状に構成されている。上記の構成に加えて、上記直線部 1 alにおける円柱状をなす放電空間 lcの内径が 4. 5mm以下、好適には 3. 4mm以下で、かつ、肉厚が 0. 5mm以下であるのが好ましい。なお、上記包囲部 laの態様において、一対の電極 2、 2の間に形成される電極間距離 Lは 2. 5mm以上であるのが好ましい。さらに、一対の電極 2、 2間 Lに対向する領域のすべてが直線部 lalとして形成されていることが光学的に有利であるということから、 lal≥Lの関係を有して、ることが好まし!/、。

[0033] そうして、包囲部 laの上記直線部 lalの長さ、内径および肉厚が上述の範囲内であれば、自動車前照灯用の高圧放電ランプなどの場合に、放電アークの湾曲が抑制されるために配光制御が一層容易になるので、所望の配光パターンを得ることができる。さらに詳述すれば、放電空間 lcが上記サイズの円柱状であると、一対の電極 2、 2間 Lに形成される放電アークが放電空間 lcの内壁により押さえ付けられるために、放電アークの不所望な曲がりが低減してほぼ直線状になる。その結果、配光、特に水平点灯時における水平カットラインを明瞭にすることができる。また、透光性気密容器 1が放電アークにより素早く昇温するので、最冷部温度の上昇が早まり、これに伴つて高圧放電ランプの光束立ち上がりが早くなる。

[0034] しかし、本発明において、包囲部 laの内径は特段限定されない。なお、自動車前照灯用などの高圧放電ランプの場合、放電空間 lcがほぼ円柱状をなしていて、包囲部 laの主要部が円筒状をなし、かつ、内径が好適には 2. 1〜4. 5mm、好適には 2 . 1〜3. 4mmの範囲内、さらに好適には 2. 4〜3. 4mmの範囲内であることにより最適となる。このようなサイズが最適なのは、以下の理由による。

[0035] すなわち、本発明の場合は、透光性気密容器が石英ガラスカゝらなる場合とは異なり、材料の屈折率および肉厚が相違するために、仮に同一形状の放電アークが生起したとしても、見かけ上のアーク湾曲量が多結晶アルミナセラミックスと石英ガラスとでは異なって見えるためである。しかし、内径が 2. 1mm未満になると、放電アークの高熱によって包囲部の内面力セラミックスの昇華により白濁したり、クラックが発生したりしやすくなる。また、 3. 7mmまたは 4. 5mmを超えると、透光性気密容器 1の内部に形成される最冷部の温度が低下しすぎる。

[0036] 次に、一対の小径筒部 lb、 lbは、包囲部 laの管軸方向の両端に接続している。

小径筒部 lbの内径は、包囲部 laの内径より明らかに小さくて、例えばその 1Z10以下である。そして、透光性気密容器 1が封止されない状態において、小径筒部 laの内部には管軸方向に延在する細長、貫通孔を有して、て、その一端が包囲部 laの放電空間 lcに連通し、他端が外部へ開口している。

[0037] また、一対の小径筒部 lb、 lbは、その直線透過率が包囲部 laにおける直線透過率より低い。小径筒部 lbの直線透過率は直接配光に影響することが少ないので、包囲部 laの直線透過率より低くてもよい。

[0038] そうして、直線透過率が相対的に低ければ、例えば包囲部 laの表面、例えば外面を研磨して直線透過率を高める場合であっても、小径筒部 lbの表面、例えば外面は研磨しなくてよくなつたり、通常用いられる平均粒径が前述のように大きい透光性セラミックス粒子を用いて小径筒部 lbを形成することができる。そのため、高圧放電ランプの製造が容易で、し力も安価になる。

[0039] 透光性気密容器 1の包囲部 laおよび一対の小径筒部 lb、 lbは連続して一体化している。このため、透光性気密容器 1には熱的および光学的な不連続部分が形成されていない。この構成における最も典型的な構造によれば、透光性気密容器 1の包囲部 laおよび一対の小径筒部 lb、 lbは一体成形により形成されている。また、異なる構造によれば、透光性気密容器 1を形成する前の段階において、包囲部 laおよび一対の小径筒部 lb、 lbの全体またはそれらの部分がそれぞれ別の部材としてセラミックス微粒子材料を圧縮成形するか、または仮焼結して用意され、次にそれぞれの部材を焼結型内にて透光性気密容器の形になるように組み込んで本焼結することで、隣接する別部材間のアルミナ粒子が直接結合して熱的および光学的な不連続部分の存在しない透光性気密容器 1を得る。なお、いわゆる焼き嵌め構造の透光性気密容器では、熱的および光学的な不連続部分が形成されているので、本発明の目的を達成することができな、。

[0040] 次に、一対の電極 2、 2について説明する。

[0041] 一対の電極 2、 2は、透光性気密容器 1に封装されてその内部の放電空間 lcに離間して臨むように配設される。一対の電極 2、 2間 Lに形成される電極間距離は、一般的には 5mm以下が好適であり、自動車前照灯用の高圧放電ランプの場合には、中心値で 4. 2mmが規格化されている。

[0042] また、電極 2の構成材としては、耐火性があって、導電性の金属、例えば純タンダステン (W)、ドープ剤（例えばスカンジウム（Sc)、アルミニウム (A1)、カリウム (K)およびケィ素（Si)などのグループカゝら選択された一種または複数種)を含有するドープドタングステン、酸ィ匕トリウムを含有するトリエーテッドタングステン、レニウム (Re)またはタングステン一レニウム (W— Re)合金などを用いて形成することができる。

[0043] さらに、小形の高圧放電ランプの場合、直棒状の線材ゃ先端部に径大部を形成した線材を電極として用いることができる。中形ないし大形の電極の場合、電極軸の先端部に電極構成材製の電極コイルを卷回したりすることができる。なお、一対の電極 2、 2は、交流で作動する場合に同一構造とする。しかし、直流で作動する場合には、一般に陽極は温度上昇が激しいから、陰極より放熱面積の大きい、したがって主部が太、ものを用いることができる。

[0044] また、一対の電極 2、 2は、その中間部および基端が透光性気密容器 1の小径筒部 lb、 lb内に挿入され、小径筒部 lbの内面との間にキヤピラリー Cと称されるわずかな隙間が形成される。なお、一対の電極 2、 2の基端は、後述する導入導体 3の先端に接続して支持される。

[0045] 次に、イオン化媒体について説明する。 [0046] イオンィ匕媒体は、少なくとも始動ガスおよび発光に寄与するイオン化媒体を含んでいる。なお、発光に寄与する媒体は、所望により始動ガスがこれを兼ねていていもよい。また、好ましくはランプ電圧形成用のイオンィ匕媒体を含んでいる。

[0047] 始動ガスは、緩衝ガスとしても作用し、キセノン (Xe)、アルゴン (Ar)およびネオン（ Ne)などの希ガスのグループの一種を単独で、または複数種を混合して封入することができる。この希ガスの封入圧力は、高圧放電ランプの用途に応じて適宜設定することができる。

[0048] 希ガスの中でもキセノンは、その原子量が他の希ガスより大きいため、熱伝導率が相対的に小さいので、これを 0. 6気圧以上、好適には 5気圧以上封入することにより、点灯直後のランプ電圧形成に寄与するとともに、ハロゲンィ匕物の蒸気圧が低い段階で白色の可視光放射を行って光束立ち上がりに寄与するので、前照灯用の高圧放電ランプの場合に効果的である。この場合、キセノンの好ましい封入圧は、 6気圧以上、より好適には 8〜16気圧の範囲である。このため、点灯直後からの光束立ち上力 Sりおよび光色立ち上がりに寄与して点灯直後から自動車前照灯用の HID光源としての白色発光の規格を満足することができる。

[0049] 発光に寄与する媒体は、発光金属のハロゲン化物を主体とする他、所望により発光金属をそのまま封入することも許容される。発光金属は、本発明において、特段限定されないが、一好適例としてツリウム (Tm)ハロゲン化物を主体として封入することができる。

[0050] ツリウムハロゲン化物は、水銀フリーランプとして好適な発光金属のハロゲン化物であり、放電により主として可視光を放射する。また、ツリウムハロゲンィ匕物は、透光性気密容器 1内に封入されるイオン化媒体中最大封入比率、好適にはこの条件に加えて 40〜90質量％で封入することができる。そして、ツリウムハロゲン化物は、後述するランプ電圧形成用のイオン化媒体であるところの蒸気圧が高くて、可視光発光の少ない金属のハロゲン化物との共存下において、それ自体電極 2、 2間の電位傾度、したがってランプ電圧を高くする作用を有している。

[0051] また、ツリウムハロゲンィ匕物は、その蒸気圧が低いが、ツリウムの発光のピークが視感度曲線のピークに一致するので、発光効率を向上させるのに極めて効果的な発光金属である。ツリウムの発光強度は、高圧放電ランプの点灯中の動作温度に大きく依存しており、その最冷部温度が約 800°Cとなる条件下で効率が最大になる。透光性気密容器 1が透光性セラミックス力なる場合、最冷部温度が約 800°Cとなる条件下での動作に全く問題がなぐしかも耐薬品性が強いので、本発明の場合、ツリウムノ、ロゲン化物の封入は、ランプ寿命および光束維持率に悪影響を与えない。すなわち、ツリウムハロゲン化物は、透光性セラミックス力もなる気密容器を用いる高圧放電ランプに好適な発光金属ハロゲンィ匕物である。

[0052] 上記以外に封入することが許容されるその他の発光金属のハロゲンィ匕物としては以下がある。

[0053] 1. (アルカリ金属）アルカリ金属を封入する場合には、透光性気密容器内に封入されている全ての金属ハロゲン化物に対して 10質量％未満の範囲内で許容される。アルカリ金属の封入比率が 10質量％以上になると、ランプ電圧が低下しやすくなるので、ランプ電圧の形成の観点からは好ましくない。し力しながら、アルカリ金属の封入比率が 10質量％未満であれば、ランプ電圧の低下は最小限に抑制される一方

、発光効率、ランプ寿命改善および光色調整、特に色偏差改善が可能になる。このような観点から、所要のランプ電圧を確保できる場合には、上記の範囲内であれば封入が許容される。なお、好ましくは 2〜8質量％、より好ましくは 3〜7質量％、なお一層好ましくは 4〜6質量％である。また、アルカリ金属としては、主としてナトリウム (Na )、し力し所望によりまたは Zおよびセシウム (Cs)およびリチウム (Li)の少なくとも一方を選択的に封入することができる。

[0054] ナトリウム (Na)は、主として発光効率向上に寄与する。セシウム (Cs)は、放電ァーク温度の適正化による寿命特性の向上に寄与する。リチウム (Li)は、赤色演色性の改善に寄与する。

[0055] 2. (その他の希土類金属のハロゲンィ匕物）ツリウムハロゲンィ匕物にカ卩えて以下の金属ハロゲン化物を主として発光金属のハロゲン化物として封入することができる

。プラセオジム（Pr)、セリウム（Ce)、ホルミウム（Ho)、ネオジム（Nd)およびサマリゥム（Sm)力もなるグループの希土類金属の一種または複数種のハロゲンィ匕物である [0056] 上記希土類金属は、ツリウムハロゲンィ匕物に次いで発光金属として有用であり、所定量以下の封入比率で封入することが許容される。すなわち、上記希土類金属は、そのいずれも視感度特性曲線のピーク波長付近で無数の輝線スペクトルを有するため、発光効率向上に寄与することができる。

[0057] また、上記希土類金属のハロゲンィ匕物を添加する場合には、ツリウム (Tm)ハロゲン化物を含めて全イオン化媒体に対する封入比率が 50質量％以上になるように構成するのが好ましい。

[0058] 3. (タリウムまたは Zおよびインジウムのハロゲン化物）タリウム (T1)または Zおよびインジウム (In)のハロゲンィ匕物は、所望の演色性および Zまたは色温度などを得るなどの目的で副成分として選択的に封入することが許容される。また、インジウムは、ランプ電圧形成用のイオンィ匕媒体としても効果的である。

[0059] タリウム (T1)ハロゲン化物は、波長 535nmに輝線を有するタリウムの緑色成分を発光中に加えることができる。なお、一般的に採用し得るタリウムハロゲン化物の封入比率範囲は、封入される全ての金属ハロゲンィ匕物に対して 30質量％未満であるのが望ましい。タリウムハロゲンィ匕物の封入比率範囲が 30質量％以上になると、発光効率の低下が顕著になる。なお、好適には 15質量％未満の範囲で封入するのがよい。

[0060] また、インジウム（In)ハロゲン化物を添加することにより、ハロゲン化物の発光中に青色成分を増加させることができるとともに、ランプ電圧形成にも寄与する。

[0061] 以上説明した各発光金属ハロゲン化物のハロゲンとしては、適度の反応性を有していることからヨウ素が好適である力所望により臭素および塩素のいずれかでもよぐまたヨウ素、臭素および塩素のうち所望の二種以上を用いてもよい。

[0062] 次に、ランプ電圧形成用のイオン化媒体は、水銀フリーの高圧放電ランプを得る場合には、前記のように蒸気圧が高くて、可視光発光の少ない金属のハロゲンィ匕物を封入するのがよい。この場合、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力不純物程度に含んでいても許容される。また、水銀入りの高圧放電ランプを得る場合には、水銀を封入する。

[0063] また、水銀フリーの場合に、ランプ電圧形成用のイオン化媒体として封入するのが効果的な金属は、例えば次のとおりである。すなわち、亜鉛 (Zn)、アルミニウム (A1) 、マグネシウム（Mg)、鉄（Fe)、コノルト（Co)、クロム（Cr)、ニッケル（Ni)、マンガン (Mn)、アルミニウム（Al)、アンチモン（Sb)、ベリリウム（Be)、レニウム（Re)、ガリウム (Ga)、チタン (Ti)、ジルコニウム（Zr)およびハフニウム（Hf)力もなるグループ力も選択された一種または複数種の金属である。上記の各金属のハロゲン化物は、蒸気圧が高ぐ電子との衝突断面積が大きくて、しかもイオンィ匕ポテンシャルが大きいため、前述の透光性気密容器 1との組み合わせにお、て、水銀に代わるランプ電圧形成用のイオン化媒体として好適な物質である。

[0064] 本形態において、発光管 ITは、以上の各構成に加えて導入導体 3およびシール材 4を具備している。

[0065] 導入導体 3は、電極 2に給電するための機能、小径筒部 lbおよび後述するシール材 4と協働して透光性気密容器 1を封止する機能および電極 2を支持する機能を有する部材である。そして、その基端部が小径筒部 lbの端部から外部に露出して図示しない点灯回路に接続し、先端部が電極 2の基端に接続する。導入導体 3の先端部は、透光性気密容器 1の小径筒部 lbの内部に挿入され、さらに小径筒部 lbの内部にお！/、て電極 2の基端に接続して!/、る。

[0066] また、導入導体 3の小径筒部 lb内に挿入される部分の直径を、電極 2の少なくとも基端部、好ましくは電極軸の直径より大きくすることができる。これにより、電極 2または電極軸 2aの直径を導入導体 3の直径に影響されることなく最適なサイズに設定することができるとともに、イオン化媒体の滞留に伴う侵食が低減する。

[0067] さらに、導入導体 3は、その全体を封着性導電部材により形成してもよいし、また封着性導電部材および耐ハロゲン性導電部材の直列接続構体により形成することができる。導入導体 3の全体を封着性導電部材により形成する場合には、当然ながら封着性導電部材が上記 3機能を奏するように配慮して構成される。これに対して、導入導体 3が封着性導電部材および耐ハロゲン性導電部材の直列接続構体により形成される場合には、封着性導電部材が小径筒部および後述するシール材 4と協働して透光性気密容器 1を封止する機能を担当し、耐ハロゲン性導電部材が電極を支持する機能を担当し、さらに両部材はともに電極に給電する機能を担当する。

[0068] 封着性導電部材としては、電極の熱膨張係数に近！ヽ熱膨張係数を有する導電性部材を用いるのがよい。例えば、透光性セラミックスの種類に応じてニオブ (Nb)、タンタル (Ta)および白金 (Pt)などを用いることができる。なお、透光性気密容器 1が透光性多結晶アルミナセラミックス力もなる場合にはニオブが好適である。

[0069] 耐ハロゲン性導電部材としては、電極からの伝熱に耐える耐火性と電極構成物質の接近した熱膨張係数を有している部材を用いるのがよい。例えば、タングステン（ W)、モリブデン (Mo)およびサーメットなど力選択することができる。なお、サーメットは、セラミックス粒子と耐火性の導電性金属（例えば、 Moや W)粉末の混合体を焼成して形成される。

[0070] 導入導体 3に予め電極 2を接続して電極 2を支持し、透光性気密容器 1に対する組立を容易にするために、例えば両者を突合せ溶接により一体ィ匕して電極マウントを構成することができる。また、導入導体 3を封着性導電部材および耐ハロゲン性導電部材により形成する場合にもこれらを突合せ溶接して一体ィ匕することができる。

[0071] シール材 4は、高融点フリットガラスなどカゝらなり、透光性気密容器 1の小径筒部 lb の内面と導入導体 3との間に進入して透光性気密容器 1を気密に封止する。この封止を行うには、一般的な方法として採用されているように、小径筒部 lbの端部において、導入導体 3の周囲にシール材 4のペレットを施与して、加熱溶融させることができる。そうすると、高温で溶融したシール材 4が小径筒部 lbの内面と導入導体 3との間に形成されるわずかな隙間に進入して固化するので、封止が形成される。なお、シール材 4は、導入導体 3の封止に機能する部位を被覆するので、ニオブのように耐ハロゲンに劣る物質であっても問題な、。

[0072] [実施例 1]

実施例 1は、図 1に示す高圧放電ランプにつ!、てのものである。

[0073] 透光性気密容器：

一体成形、包囲部長 8mm、最大内径 2. 9mm,

肉厚 0. 3mm均一、包囲部直線透過率 45%、

小径筒部内径 0. 7mm、肉厚 0. 5mm、長さ 12mm、

小径筒部直線透過率 20%

イオン化媒体： Tml -Tll-Nal-Znl = 3mg、

3 2

50 : 20 : 20 : 10)、 XelO気圧、

0内の数字は封入比率 (質量％)

[実施例 2]

透光性気密容器：

一体成形、包囲部長 8mm、最大内径 2. 9mm,

電極間対向部肉厚 0. 3mm均一、電極先端から放電空間端部まで肉厚 0. 3mmから lmmまで連続的に増カロ、電極間対向部直線透過率 45%、小径筒部内径 0. 7m m、肉厚 0. 5mm、長さ 12mm、小径筒部直線透過率 20%、

その他は実施例 1と同じ。

[0074] [実施例 3]

透光性気密容器：

一体成形、包囲部長 8mm、最大内径 2. 9mm,

電極間対向部肉厚 0. 3mm均一、電極先端から放電空間端部まで肉厚 0. 3mmから 1. 5mmまで連続的に増カロ、電極間対向部直線透過率 45%、小径筒部内径 0. 7 mm、肉厚 0. 5mm、長さ 12mm、小径筒部直線透過率 20%、

その他は実施例 1と同じ。

[0075] [実施例 4]

透光性気密容器：

一体成形、包囲部長 8mm、最大内径 3mm、肉厚 0. 5mm,

直線透過率 30%、直線部長 5. lmm、小径筒部内径 0. 7mm、肉厚 0. 5mm、長さ l2mm

電極：電極間距離 4. 2mm

その他は実施例 1と同じ。

[0076] アーク湾曲量：0. 75mm (ヘッドランプ規格 Reg.99に準じた測定による。）

図 2は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第 2の形態を示す断面図である

[0077] 本形態は、透光性気密容器 1の小径筒部 lbと包囲部 laとの接合部の構造が異なる。なお、図中、図 1と部分には同一符号を付して説明は省略する。

[0078] すなわち、本形態において、透光性気密容器 1は、その包囲部 laの内径が 2. 1〜 3. 7mmであるとともに、 0. 1〜1. 9mm、好適には 0. 3〜1. Ommの範囲内にある第 1の曲率 R1で小径筒部 lbから内径が拡大し、 0. 1〜1. 9mm、好適には 0. 3〜1 . Ommの範囲内にある第 2の曲率 R2で内径がほぼ一定になっていて、かつ、少なくとも一対の電極 2、 2間に対向する位置において形状に変曲点が存在しない。なお、その他の構成については図 1に示す第 1の形態と同様である。

[0079] そうして、本形態によれば、電極 2と、この包囲部 laとの間の最短距離が適正化されるために、ランプ寿命中の黒ィ匕が効果的に抑制される。すなわち、本形態の包囲部 la構造によれば、包囲部 laと軸方向長さが同一である力上記曲率 Rl、 R2が大きい形状の包囲部を有する従来品と比べ、包囲部 laの内面と電極 2との最小距離が大きくなる。これにより、寿命中の電極飛散による電極先端付近の包囲部 laの黒ィ匕を抑制することができる。また、包囲部 laの内径を最適範囲にしているので、内径を大きくして電極周囲の包囲部 laの温度が過剰に低下することによって発生する黒ィ匕を抑制することができる。すなわち、包囲部 laの内径を最適範囲にすることで、電極周囲の包囲部 laの温度が適温となり、黒ィ匕タングステンを除去するハロゲンサイクルが充分機能することになる。

[0080] [実施例 5]

実施例 5は、図 2に示す高圧放電ランプについてのものである。内面の凸曲率透光性気密容器：

包囲部長 8mm (Rl、 R2部を含む）、最大内径 3mm、

肉厚 0. 5mm、内面の凸曲率 R1 = 0. 5mm、

内面の凹曲率 R2 = 0. 5mm、

直線部長さ 5. lmm,包囲部直線透過率 30%、

小径筒部内径 0. 7mm、肉厚 0. 5mm、長さ 12mm

その他は実施例 1と同じ。

[0081] lOOOh点灯：顕著な黒ィ匕なし。

[0082] 図 3は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第 3の形態を示す断面図である [0083] 本形態は、外管 OTを備えている点で異なる。なお、図中、図 1と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

[0084] すなわち、外管 OTは、その内部に発光管 ITを所定位置に支持して気密に収納している。なお、発光管 ITとしては、図 1に示す第 1の形態または図 2に示す第 2の形態における本発明のものを用いる。

[0085] 外管 OTの内面と、発光管 ITの外面との径方向の距離 Gを 0. 2〜3. 5mm,好適には 0. 4〜3. 5mm、最適には 2. 8mm以下に設定するのが好ましい。

[0086] また、透光性の主要部の直線透過率 T1 (%) Z100と外管 OTの直線透過率 T2 ( %)Z100との積の値を 0. 3〜0. 87の範囲内に設定するのが好ましい。

[0087] 外管 OT内の雰囲気としては、真空または不活性ガス、例えば窒素やアルゴンなどを封入することができる。また、外管 OTの材質としては、硬質ガラス、半硬質ガラスおよび石英ガラスなどが一般である。しかし、要すれば、発光管 ITと同じ透光性セラミツタス製の外管 OTであってもよい。なお、図に示す外管 OTは、石英ガラスからなり、その両端部がピンチシールされていて、内部が気密に封止されている。上記ピンチシールの部分には、封着金属箔 5が気密に埋設されていて、封着金属箔 5の両端には発光管 ITから管軸方向の両側へ延在する一対の内部導入線 6、 6および外部導入線 7、 7がそれぞれ溶接されている。なお、内部導入線 6は導入導体 3に接続している

[0088] また、外管 OTには、常法にしたがって図示しな!ヽ口金を装着することが許容される

[0089] [実施例 6]

実施例 6は、図 3に示す高圧放電ランプについてのものである。

[0090] [発光管] ：実施例 1に示すのと同じ仕様である。

[0091] [外管] ：最大外径 9mm、最大内径 7mm

[実施例 7]

[発光管] ：実施例 2に示すのと同じ仕様である。

[0092] その他は実施例 6と同じである。 [0093] [実施例 8]

[発光管] ：実施例 3に示すのと同じ仕様である。

[0094] その他は実施例 6と同じである。

[0095] 図 4は、本発明の高圧放電ランプを点灯するための高圧放電ランプ点灯装置を示す回路図である。図において、 12は高圧放電ランプ点灯装置であって主点灯回路 1 2Aおよび始動器 12Bを具備し、 13は高圧放電ランプである。

[0096] 図 4において、高圧放電ランプ点灯装置 12は、主点灯回路 12Aおよび始動器 12 Bに加え、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を具備し、図 1ないし図 3のいずれかの高圧放電ランプ 13を点灯する。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 C1 を有している。昇圧チヨツバ 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。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 Ql〜 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 Ql、 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とを交互にスイッチングさせて、その出力端間に矩形波交流電圧を出力する。なお、符号 23aは駆動回路を示し、インバータ 23の各スイッチング素子 Q1〜Q4を駆動する。制御回路 24は、昇圧チヨッパ 22およびインバータ 23を所要に制御する。例えば高圧放電ランプ 13が冷却状態のときには、高圧放電ランプ 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. 5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。

[0097] 始動器 12Bは、高圧放電ランプ 13の始動時に高電圧パルスを出力して高圧放電ランプ 13に印加して、これを瞬時に始動させる。

[0098] 図 5は、本発明の高圧放電ランプを装着した自動車前照灯を示す概念図である。

[0099] 図において前照灯本体 11は、容器状をなし、内部に反射鏡 l la、前面にレンズ 11 bおよび図示を省略して、るランプソケットなどを備えて!/、る。

[0100] 高圧放電ランプ点灯装置 12は、例えば図 4に示す回路構成を備えていて、主点灯回路 12Aおよび始動器 12Bを具備して、る。高圧放電ランプ 13は上記ランプソケットに装着されて点灯する。

Claims

請求の範囲

[1] 透光性アルミナ多結晶セラミックス力なり放電空間を包囲する包囲部および包囲部の管軸方向の両端力延在する一対の小径筒部を連続して一体ィ匕しているとともに包囲部における主要部の直線透過率が小径筒部における直線透過率より高くて、かつ、 20%を超えている透光性気密容器と、透光性気密容器内に封装された一対の電極と、透光性気密容器内に封入されたイオン化媒体とを備えた発光管を具備している高圧放電ランプ。

[2] 前記透光性気密容器は、その包囲部の肉厚が一対の電極間に対向する位置において 0. 2〜0. 75mmで、かつ、ほぼ均一である請求項 1記載の高圧放電ランプ。

[3] 前記透光性気密容器は、その包囲部の中央部における肉厚を Tとし、包囲部の中央部に隣接する位置力小径筒部に至る領域における最大肉厚を Tとしたとき、 1.

2

5≤Τ /Ύ≤8. 3を満足する請求項 1に記載の高圧放電ランプ。

2 1

[4] 前記透光性気密容器は、その包囲部の肉厚が一対の電極間に対向する位置において Τ士 10%を満足する請求項 3に記載の高圧放電ランプ。

[5] 前記透光性気密容器は、その包囲部の肉厚が一対の電極間に対向する領域において 0. 2〜0. 75mmで、かつ、ほぼ均一であるとともに、一対の小径筒部に至る残余における肉厚が 0. 8〜2. 5mmである請求項 1乃至 4のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。

[6] 前記透光性気密容器は、その包囲部が高直線透過率アルミナ微粒子を用いて形成され、前記包囲部に熱的、光学的に一体化されて連続する小径筒部が前記包囲部より平均粒径の大き、アルミナ微粒子を用いて形成されてなる請求項 1乃至 4のヽずれか一項に記載の高圧放電ランプ。

[7] 前記透光性気密容器は、その包囲部が一対の電極間の中央側にほぼ直線状をなしていて、かつ、長さ 2. 5mm以上の直線部を有している請求項 1乃至 4のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。

[8] 前記透光性気密容器は、その包囲部の内径が 2. 1〜3. 7mmであるとともに、小径筒部から 0. 1〜1. 9mmの範囲内の第 1の曲率で内径が拡大し、 0. 1〜1. 9mm 範囲内の第 2の曲率で内径がほぼ一定になっていて、かつ、少なくとも一対の電極間に対向する位置において形状に変曲点が存在しない請求項 1乃至 4のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。

[9] 前記包囲部の前記直線部の端部力前記小径筒部に至る部分はその肉厚が順次増すように形成されてなる請求項 7に記載の高圧放電ランプ。

[10] 前記イオンィ匕媒体力 Sツリウムハロゲンィ匕物を含み、実質的に水銀フリーである、請求項 1乃至 4のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。

[11] 請求項 1乃至 10のいずれか一項に記載の高圧放電ランプを用いた発光管と；前記発光管を内部に収納し、径方向に 0. 2〜3. 5mmの間隙を有するガラス外管と；

を具備してヽる高圧放電ランプ装置。