WO2006003895A1

WO2006003895A1 - 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: WO2006003895A1
Application number: PCT/JP2005/011846
Authority: WO
Inventors: Kozo Uemura; Keisuke Nakazato; Hiromichi Kawashima
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: JP2006019053A; US20080278078A1; EP1763068A1; CN1993800A

Abstract

　発光のちらつきの発生を抑制して、かつ、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特に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以下の透光性気密容器と、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、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、管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ２以上であるとともに、始動後０．３～１．２秒間の平均ランプ電圧をＶｏとし、かつ、安定時の平均ランプ電圧をＶｌとしたときのＶｏ／Ｖｌが数式０．４５≦Ｖｏ／Ｖｌ≦０．７２を満足する。

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ハライドランプ（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。）。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ィ匕物を封入してい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ハ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。）。この条件を満足させるために従来レ、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化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。）。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。）。さらに、発光管内径とアークの直径の関係から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。）。

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

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0004] 本発明者は、水銀フリーのメタルハライドランプを研究する中で、水銀フリーのメタルハライドランプ、特に自動車用のメタルハライドランプにおいて、始動直後の平均ランプ電圧 Voと安定時のランプ電圧 VIとの比 Vo/Vlが発光のちらつき（フリッカー）に大きく影響することを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

[0005] 本発明は、発光のちらつきの発生を抑制して、かつ、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特に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ことを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明は、上記の目的を達成するために、始動直後すなわち始動後の 0. 3〜： 1. 2 秒間の平均ランプ電圧 Voを安定時のランプ電圧 VIに対する比 VoZVlを所定範囲内に収まるように構成するものである。すなわち、

本発明のメタルハライドランプは、内容積が 0. Ice以下の透光性気密容器と；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ノレープか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)を本質的に含まなレ、で透光性気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、管壁負荷が 60W/cm²以上であるとともに、始動後 0. 3〜： 1. 2秒間の平均ランプ電圧を Voとし、かつ、安定時の平均ランプ電圧を VIとしたときの Vo/Vlが下式を満足することを特徴としている。

[0007] 0. 45≤ Vo/Vl≤0. 72

本発明のメタルハライドランプ点灯装置は、請求の範囲 1記載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；を具備してレ、ることを特徴としてレ、る

[0008] 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請求項 1記載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；を具備してレ、ることを特徴としている。発明の効果

[0009] 本発明によれば、比 Vo/Vlを所定範囲内に構成することによって、始動直後の光束立ち上がりが改善されるとともに、寿命中を含めて発光のちらつき発生が効果的に抑制され、その結果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、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

[0010] [図 1]図 1は本発明を自動車前照灯用のメタルハライドランプとして実施するための一形態の全体を示す正面図である。

[図 2]図 2は比 Vo/Vlと始動直後における発光のちらつき発生率との関係を示すグラフである。

[図 3]図 3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を示す回路図である。

[図 4]図 4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

[0011] 1 透光性気密容器

la 包囲部

lal 封止部

la2 封止管

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

[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に示す本発明を実施するための一形態における自動車前照灯用のメタルハライドランプ 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。

[0014] 〔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いる。

[0015] (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以下の内部空間 lcを形成する包囲部 laを備えている。前照灯用の場合、内容積は好適には 0. 05cc以下である。内部空間 lcは、その形状がほぼ円柱状をなしている。これに対して、透光性気密容器 1の包囲部 laの外面は、楕円球状や紡錘状などの回転 2次曲面状をなしている。また、包囲部 laの肉厚は、全体に肉厚で、管軸方向の中央部の肉厚が最も大きぐ両端方向に順次肉厚が小さくなっている。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。

[0016] 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レ、。例えば、透光性セラミックスや石英ガラスなどを用いることができる。なお、前照灯用のメタルハライドランプの場合、一般に直線透過率の高い石英ガラスが用いられている。なお、透光性気密容器 1が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力、透光性気密容器 1の内面を改質することが許容される。

[0017] 透光性気密容器 1が石英ガラスからなる場合、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)を気密に埋設している。

[0018] 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が石英ガラスからなる場合の材料としてはモリブデン（Mo)またはレニウム一タングステン合金 (Re -W)などを用いることができる。モリブデンは、約 350°Cになると酸化するので、外部側の端部の温度力 Sこれより温度が低くなるように坦設される。

[0019] 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ハライドランプの場合は、後者が好適である。

[0020] また、図 1において、左方の封止部 lalを形成した後に、封止管 la2が切除されないで封止部 lalの外側端部から一体に延長していて、後述する口金 B内へ延在している。

[0021] (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. lccc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。

[0022] また、一対の電極 lb、 lbは、その軸部の直径が一般的には 0. 25〜0. 5mm、好適には 0. 25〜0. 35mmの範囲内で適当な値に設定されるのがよレ、。

[0023] さらに、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（R e)、タングステン一レニウム合金 (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 lc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。 [0024] さらにまた、一対の電極 lb、 lbは、メタルハライドランプ MHLが前照灯用の場合、そ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、図示を省略している力電極軸の直径の 1/2の曲率の半球状をなしている。

[0025] 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レ、。

[0026] 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レ、。

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レ、。

[0027] (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の他端に溶接され、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〇Tに沿って折り返されて後述する口金 Β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におレ、て発光管 IT力左方へ導出された外部リード線 3Bは、封止管 la2内を管軸に沿つて延在して口金 B内に導入されて口金端子の他方（図示されてレ、なレ、。 )に接続している。

[0028] (放電媒体について）放電媒体は、金属ハロゲン化物および希ガスを含み、水銀を本質的に含まない。 [0029] 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（Z n)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ィヒ物を含んでいる。し力し、放電媒体は、上記グループに属する金属のハロゲン化物のみからなる構成に限定されるものではな補助的にグループ以外の金属のハロゲンィ匕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。

[0030] また、亜鉛（Zn)に加えて次のグループから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)、コバルト（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 )のグループから選択された一種または複数種の金属のハロゲン化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いか、または発光が比較的少ない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。

[0031] 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ハ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〜： 18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カ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いときに、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。

[0032] (水銀について）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 2mg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。

[0033] 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以上封入してレ、たことからすれば、水銀量が実質的に頗る少ないとレ、える。

[0034] (ハロゲンの種類について）ハロゲン化物を構成するハロゲンの種類としては、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。

[0035] 〔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。

[0036] 〔外管 OTについて〕外管 ΟΤは、石英ガラスまたはハ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いて失透の原因とならないようにしたり、あるいは透光性気密容器 1を保温したりする。

[0037] 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。

[0038] さらに、外管 ΟΤの外面または内面に遮光膜を配設することもできる。

[0039] 図示の形態においては、外管 ΟΤを形成する際に、その両端を透光性気密容器 1 の両端から管軸方向に延在する封止部にガラス溶着させることによって外管 ΟΤ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 ΟΤ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

[0040] 〔口金 Bについて〕口金 Bは、メタルハライドランプ MHLを図示しない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および外管〇T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レ、る。

[0041] 〔平均ランプ電圧 Voについて〕始動後 0. 3〜： L 2秒間は、ランプ電圧が低ぐ定電力点灯を行うためにはランプ電流が増加する期間であるため、メタルハライドランプ MHLに対する弊害が出やすい。

[0042] し力ながら、本発明者の研究によれば、この期間中のランプ電圧を適切に設定することにより、発光のちらつきが抑制されることが分かった。また、この期間中のランプ電圧は、時間の経過とともに変化するので、平均ランプ電圧 Voとして観測するのがよレ、。平均ランプ電圧 Voは、変化するランプ電圧を時間に対して積分することにより求めることができる。実際的には、オシロスコープの操作により平均ランプ電圧 Voを容易に得ることができる。

[0043] 上記期間における始動直後の平均ランプ電圧 Voは、一対の電極 lb、 lbの先端間で設定されるところの電極間距離、透光性気密容器 1に封入する希ガスの封入圧力および透光性気密容器 1の内部空間 lcの形状などに主として影響を受ける。電極間距離を大きくすれば平均電圧 Voが高くなる力前照灯用のメタルハライドランプ MH Lの場合、規格によりその中心値が 4. 2mmに規定されている。

[0044] 希ガスの封入圧を大きくすれば平均電圧 Voが高くなり、例えば前照灯用のメタルハライドランプ MHLの場合、キセノン (Xe)を 7〜： 18気圧の範囲に設定するのがよい。また、透光性気密容器 1の内部空間 lcの形状としては、湾曲をなるベく少なくすると平均ランプ電圧 Voが低下する。

[0045] 一方、安定時のランプ電圧 VIは、透光性気密容器 1の内部空間 lc内に封入する放電媒体の金属ハロゲン化物の種類、その配合比およびそれらの封入量が大きく影響し、加えて一対の電極 lb、 lbの先端間に形成される電極間距離、透光性気密容器 1に封入する希ガスの封入圧力ならびに透光性気密容器 1の特に内部空間 lcの形状なども影響を受ける。

[0046] したがって、上記の各影響因子を適宜に選択することにより、比 VoZVlを所定範圏内に設定することが可能である。

[0047] 〔本発明の作用について〕比 Vo/Vlが上記数式を満足する範囲内であれば、定電力点灯の場合、始動直後に流れるランプ電流が適当な範囲内の値となって始動直後の光束立ち上がりが向上する。

[0048] したがって、前照灯用のメタルハライドランプ MHLにおいては、始動 4秒後の光束立ち上がりを定格光束の 80。/o以上にすることが可能になる。また、寿命中を含めて発光のちらつきが効果的に抑制されて安定した点灯が得られる。さらに、ランプ電流が適当な範囲内の値であることにより、点灯回路およびメタルハライドランプ MHLの負担が低減するので、設計のとおりの寿命が得られる。

[0049] これに対して、比 Vo/Vlが 0. 45未満になる場合について以下説明する。すなわち、この場合は、理論上平均ランプ電圧 Voが低い状態とランプ電圧 VIが高い状態とが考えられる。

[0050] し力ながら、ランプ電圧 VIは、ある程度の許容範囲（定格ランプ電力が 35Wのランプでは約 35〜55V)が事実上存在するので、この範囲で考察することになる。まず、上記ランプ電圧 VIの範囲の根拠について説明する。ランプ電圧 VIが顕著に低い（定格ランプ電力が 35Wのランプでは約 35V未満の）場合、ランプ電流が大きくなりすぎて、点灯回路中のバラスト（限流インダクタ）が大電流に耐える設計にする必要から、結果的に大型化、高コストィ匕する弊害が顕著になる。

[0051] また、安定時の大きなランプ電流に耐える電流導入部材 (電極、封着金属箔および外部導入体など）が大断面積化し、そのため封止部が大型化してランプが大きくなる弊害が現れる。反対に、ランプ電圧が高い（定格ランプ電力が 35Wのランプでは 55 V超の）場合、電圧を増すために、次の方策が考えられるが、それぞれ弊害を伴う。

(1)金属ハロゲン化物の封入量を多くして蒸気圧を高くすると、発光効率が低下する

(2)透光性気密容器 1を小型化すると、透光性気密容器 1が高温化して短寿命になる。

(3)希ガス圧力を増大すると、透光性気密容器 1がリークしたり、破裂しやすくなつたりする。

[0052] さて、比 VoZVlが 0. 45未満になる場合、ランプ電圧が上述の範囲であれば、平均ランプ電圧 Voは、最低で 15V以下となる。このように 15V以下になると、前照灯用のメタルハライドランプ MHLにおいて一般に採用されている定電力点灯においては、始動時の大電力（仮に安定時の 2倍である 75Wとする。）時には約 5A以上のランプ電流が流れることとなり、安定時の電流 0. 8A程度の 6倍以上になる。これは平均ランプ電圧 Voが 26V時の 2. 9Aより 60%以上大きな値である。

[0053] その結果、電極温度が上昇して、顕著な電極損耗が発生して発光のちらつきをもたらしてしまう。また、顕著な電極損耗が発生すると、メタルハライドランプの寿命が短縮する。

[0054] 次に、比 VoZVlが 0. 72を超える場合について説明する。この場合、下限値を下回った場合と同様の考え方により、平均ランプ電圧 Voが最大 40Vを超えるようになる。平均ランプ電圧 Voが 40Vを超えると、始動時の大電力（仮に安定時の 2倍以上である 75Wとする。）時はランプ電流が 1 · 9A以下まで減少する。このときのランプ電流は、平均ランプ電圧 Voが 26V時の 2· 9Aより 35%以上小さくなる。

[0055] その結果、始動直後の電極温度がランプ電圧 V126V時より相対的に低くなる。そのため、始動直後の電極の電子放射性が低減し、発光のちらつきを生じる。理由は明らかでないが、始動直後は安定時より電極温度が高温であるがにもかかわらず、発光のちらつきが発生しやすいことが試験により判明している。このこと力も、始動直後の電極温度の低下は、発光のちらつきを生じさせやすいことが分かる。

[0056] 次に、本発明において、比 Vo/Vl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ィ匕物がスカンジウム（Sc)、ナトリウム（Na)、インジウム（I n)、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の金属のハロゲン化物であること、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 (W/cm²)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以下のメタルハライドランプは、前照灯およびプロジェクション用など始動直後から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、本発明が効果的だからである。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。

[0057] (2)放電媒体の金属ハロゲン化物が上記グループから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力 Sできる。

[0058] 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。

[0059] 希土類金属は、主として可視光発光および色度調整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力ある。

[0060] したがって、上記グループの金属ハロゲン化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ハライドランプを得ることができる。

[0061] (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い程度、換言すれば不純物程度に含んでいても許容される。

[0062] (4)管壁負荷が 60 (W/cm²)以上であるのは、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ハ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。

[0063] 次に、実施例を比較例 1および比較例 2とともに説明する。なお、比較例 1は、巿販されている自動車前照灯用のメタルハライドランプ、比較例 2は本発明の構成を備えていない自動車前照灯用の水銀フリーランプである。

実施例

[0064] 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-Znl -Inト Csl、

合計 0.5mg、希ガス XelOatm

始動直後投入電力： 75W

始動直後投入電流： 3.0A

始動直後の平均ランプ電圧 Vo： 25V 安定時ランプ電圧 VI： 42V

比 VoZVl : 0.60

安定時ランプ電流： 0.8A

安定時ランプ電力： 35W

始動 4秒時後の光束： 14001m

[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

始動直後投入電力： 65W

始動直後投入電流： 3.0A

始動直後の平均ランプ電圧： 22V

安定時ランプ電圧： 90V

比 Vo/Vl : 0.24

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 0.045cc、内径 4.0mm、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 ScI _NaI- Znl 合計 1.3 mg、希ガス Xe5atm

始動直後投入電力： 80W 始動直後投入電流: 4.0A

始動直後の平均ランプ電圧： 19V

安定時ランプ電圧： 50V

比 Vo/Vl : 0.38

安定時ランプ電流： 0.7A

安定時ランプ電力： 35W

始動 4秒時の光束： 12001m 次に、図 2を参照して実施例において透光性気密容器の比 Vo/Vlを種々変化させた場合における比 Vo/Vlと、始動直後における発光のちらつき発生率との関係について説明する。なお、図において、横軸は比 Vo/Vlを、縦軸はちらつき発生率 (%)を、それぞれ示す。ちらつき発生率は、目視による判定により求めた。

[0065] 図から理解できるように、比 Vo/Vlが 0. 45未満および 0· 72超になると、いずれもちらつき発生率が前述の理由により急激に増加していくので不可である。

[0066] 図 3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。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。

[0067] メタルハライドランプ 14は、図 1に示すに示す本発明のメタルハライドランプからなる

[0068] 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、メタノレノ、ライドランプ 13を点灯する。

[0069] 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。

[0070] 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、昇圧チヨッパ 22のスイッチング素子を駆動する。

[0071] インバータ 23は、フルブリッジ形インバータカなる。そして、 4個のスイッチング素子 Q1〜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。

[0072] 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、例えばメタルハライドランプ 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。

[0073] 始動器 12Bは、メタルハライドランプ 13の始動時に高電圧パルスを出力してメタルノ、ライドランプ 13に印加して、これを瞬時に始動させる。

[0074] そうして、メタルハライドランプ点灯装置は、メタルハライドランプ 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ハ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、その後ハロゲンィヒ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、引き続レ、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。

[0075] 図 4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レ、る。図において、 1 1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。

[0076] 本発明において、前照灯本体 11とは、前照灯から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 l la、前面にレンズ l ibおよび図示を省略しているランプソケットなどを備えている。

Claims

請求の範囲

内容積が 0. Ice以下の透光性気密容器と；

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ノレープか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)を本質的に含まなレ、で透光性気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、管壁負荷が 60W/cm²以上であるとともに、始動後 0. 3〜： 1. 2秒間の平均ランプ電圧を Voとし、かつ、安定時の平均ランプ電圧を VIとしたときの Vo/Vlが下式を満足することを特徴とするメタルハライドランプ。

0. 45≤ Vo/Vl≤0. 72と；

請求の範囲 1記載のメタルハライドランプと；を具備していることを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置。

前照灯本体と；

前照灯本体に配設された請求の範囲 1記載のメタルハライドランプと；を具備していることを特徴とする前照灯。