JP2005123112A

JP2005123112A - メタルハライドランプおよび照明装置

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Publication number: JP2005123112A
Application number: JP2003358935A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kamimura; 幸三上村; Hiromichi Kawashima; 弘道川島
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-05-12
Also published as: US7233110B2; US20050082987A1; EP1526564A1; DE602004001433T2; EP1526564B1; DE602004001433D1

Abstract

【課題】
水銀を封入しないで、アークの太さを改善して特に自動車前照灯用として好適なメタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】
メタルハライドランプＨＰＤＬは、内容積が０．１ｃｃ以下の放電空間１ｃを備えた耐火性で透光性の気密容器１と、気密容器１の内部に５ｍｍ以下の電極間距離で対向して封装された一対の電極１ｂ、１ｂと、Ｓｃハロゲン化物およびＮａハロゲン化物の第１のハロゲン化物とＩｎハロゲン化物およびＺｎハロゲン化物の少なくとも一種の第２のハロゲン化物とを含む金属ハロゲン化物、ならびに希ガスを含んで気密容器１内に封入されているとともに、水銀を本質的に含まない放電媒体とを具備し、安定時に放電空間の熱量が５０Ｗ／ｃｍ^２以上になるとともに、点灯スペクトルのうち不純物Ｃｒのスペクトル強度をＡとし、Ｓｃのスペクトル強度をＢとしたとき、Ａ／Ｂ≦０．２１の条件を満足する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、水銀を封入しないメタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置に関する。

高圧放電ランプは、耐火性で透光性の気密容器の内部に形成される放電空間内に一対の電極を封装し、内部に金属蒸気を主体とする放電媒体を封入している。一対の電極は、気密容器の両端に一体に形成された細長い一対の封止部の内部に気密に埋設した封着金属箔にその基端を溶接により接続し、中間部を封止部に緩く支持させ、先端の電極主部を放電空間内に突出させるなどにより放電空間に臨ませた構造とするのが一般的である。

種々の用途に高圧放電ランプが用いられているが、その中でも自動車前照灯用などとして使用する小形で、高出力形の高圧放電ランプは、気密容器の内容積が小さくて、点灯時の放電媒体の圧力が高く、しかも動作温度が高いという特徴があるため、気密容器の内部に封装ないし封入される各部材から放出される不純物が高圧放電ランプの光束維持率や寿命に与える影響が相対的に大きくなる。

また、自動車前照灯用の高圧放電ランプは、点灯開始直後の光量が所定値より少ないという課題があり、その解決のために安定時の数倍の電力を投入するように制御する。このために、点灯開始直後に安定時の数倍のランプ電流を電極間に通流させて、光量増加を加速させるという高圧放電ランプの急速立上げを行い、かつ、迅速に安定状態へ移行させるように構成している。

一方、自動車前照灯用やスポット照明用などのメタルハライドランプに用いられている内容積０．１ｃｃ以下の高圧放電ランプは、相対向する一対の電極を備えた発光管内に希ガス、発光金属のハロゲン化物および水銀を封入した構成が一般的であり、比較的高効率で、高演色性であるため広く使用されている。しかしながら、環境問題が深刻化してきている現在、照明分野においても、環境負荷が大きい水銀をランプから減少させ、さらに廃絶することは非常に重要なことと考えられている。この課題に対して、メタルハライドランプにおいても、水銀を用いないための提案が既にいくつかなされている（例えば特許文献１参照。）。特許文献１においては、水銀に代えてＺｎＩ_２などの蒸気圧の高い物質を発光物質のハロゲン化物、例えばＳｃＩ_３−ＮａＩに加えて封入することにより、水銀入りランプと同等の電気特性と発光特性が得られている。
特開平１１−２３８４８８号公報

ところが、水銀を封入しないメタルハライドランプにおいては、水銀による放射光を水銀原子が自己吸収することによりアークを太くする効果を得られない。このため、どうしてもアークが細くなる。なお、アークの太さは、光学系の設計に影響するため、自動車前照灯用のメタルハライドランプにおいては、アークの太さが規格（例えば、欧州規格 Regulation No.99 および日本電球工業会規格「自動車前照灯ＨＩＤ光源ＪＥＬ２１５」）により規定されている。したがって、アークが細くなると、規格を逸脱してしまうという問題がある。

本発明者は、気密容器の内部にクロム（Ｃｒ）の不純物が存在すると、クロムの発光が生じるとともに、放電のアークが細くなることを発見した。そして、不純物クロム（Ｃｒ）の発光スペクトルの値を所定値以下に保持することにより、放電におけるアークの太さの規格を満足できることを見出し、本発明をなすに至った。

本発明は、水銀を封入しないで、アークの太さを改善した特に自動車前照灯用として好適なメタルハライドランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明のメタルハライドランプは、内容積が０．１ｃｃ以下の放電空間を備えた耐火性で透光性の気密容器と；気密容器の内部に５ｍｍ以下の電極間距離で対向して封装された一対の電極と；スカンジウム（Ｓｃ）のハロゲン化物およびナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物および亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物から選択された少なくとも一種からなる第２のハロゲン化物とを含む金属ハロゲン化物、ならびに希ガスを含んで気密容器内に封入されているとともに、水銀を本質的に含まない放電媒体と；を具備し、安定時の管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ^２以上であるとともに、点灯スペクトルのうち不純物クロム（Ｃｒ）のスペクトル強度をＡとし、スカンジウム（Ｓｃ）のスペクトル強度をＢとしたとき、Ａ／Ｂ≦０．２１の条件を満足することを特徴としている。

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

＜気密容器について＞気密容器は、耐火性で透光性である。「耐火性」とは、放電ランプの通常の作動温度に十分耐える意味である。したがって、気密容器は、耐火性を備える材料であり、かつ、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、石英ガラスや透光性アルミナ、ＹＡＧなどの多結晶セラミックスまたはこれらの単結晶などを用いて形成することができる。しかし、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、高い集光効率が要求されるために、直線透過率が高い石英ガラスが好適である。なお、必要に応じて、石英ガラス製の気密容器の内面に耐ハロゲン性または耐ハロゲン化物性の透明性被膜を形成するか、気密容器の内面を改質することが許容される。

また、気密容器は、その内部に内容積０．１ｃｃ以下、好適には０．０５ｃｃ以下の放電空間が形成されている。放電空間は、好ましくは内径１．５〜３．５ｍｍのほぼ円柱状をなすとともに、軸方向に５〜９ｍｍの長さを有する細長い形状をなしている。これにより、アークが水平点灯においては上方へ湾曲しようとするために、気密容器の上側の内面に接近するので、気密容器の上部の温度上昇が早くなる。

さらに、放電空間を包囲する部分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、気密容器の伝熱が良好になって気密容器の放電空間の下部およぶ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。

さらにまた、後述する電極を気密容器の内部に封装するために、気密容器の内部に形成される放電空間の軸方向の両端に棒状をなした一対の封止部を一体に形成して備えることができる。そして、この一対の封止部内に好適には減圧封止法により、または減圧封止法およびピンチシール法の併用により気密に埋設される封着金属箔を介して電極と外部導入線とを接続することで、電極に電流を供給することができるとともに、包囲部をチップレスにして配光特性が排気チップ部により乱れるのを回避できる。

＜一対の電極について＞一対の電極は、電極間距離が５ｍｍ以下になるように対向して気密容器の内部に封装されている。また、電極は、その直径が好ましくは長手方向に沿ってほぼ同一の直棒状をなした軸部を備えている。そして、軸部の直径は、好ましくは０．３ｍｍ以上、また自動車前照灯用のメタルハライドランプとして好ましくは０．４５以下であり、軸部から直径が大きくなることなしに先端に至り、かつ、先端が平坦な端面を形成するか、アークの起点となる先端が曲面を形成している。あるいは、軸部の先端に軸部より径大の部分を形成することができる。なお、電極の軸部から直径が大きくなることなしに先端に至り、かつ、アークの起点となる先端に曲面を形成する場合、当該曲面は、ほぼ球形の一部を構成するような曲面であり、その半径が軸部の直径の１／２以下にすることにより、アークの起点の不所望な移動を抑制して、明るさのちらつきが生じるのを低減できる。なお、「電極のアークの起点となる先端」とは、電極の先端側において、アークの起点となる部位を意味し、必ずしも電極の幾何学的な先端の全体を示すものではない。すなわち、電極の先端側であって、アークの起点になる部位が電極の軸部の直径に対して１／２以下の半径を有する曲面を形成していればよい。しかし、電極のアークの起点となる先端の曲面は、好適にはその半径が軸部の直径の１／２の４０％以上である。

また、電極の気密容器内への突出長は、軸径とともに電極温度に影響するが、この種の小形のメタルハライドランプにおける通例にしたがえばよく、したがって例えば１．４±０．１ｍｍ程度に設定することができる。さらに、電極は、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、陰極より軸径を大きくして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。

さらに、電極は、純タングステン（Ｗ）、ドープドタングステン、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム合金（Ｗ−Ｒｅ）などにより構成することができる。また、電極を気密容器に封装する構造として、気密容器の一対の封止部に電極の基端部を埋設させて支持することができる。なお、電極の基端は、封止部に気密に埋設されたモリブデン（Ｍｏ）などからなる封着金属箔に溶接などの手段によって接続される。

＜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。金属ハロゲン化物は、第１および第２のハロゲン化物を含んでいる。

第１のハロゲン化物は、スカンジウム（Ｓｃ）およびナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物からなる。これらの金属は、白色発光を効率よく発光する主たる発光金属である。しかし、上記金属ハロゲン化物は、発光金属として第１のハロゲン化物以外にも補助的に例えばＤｙなどの希土類金属などを所望により選択して付加することができる。

第２のハロゲン化物は、インジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物の中から選択された少なくとも一種からなる。これらの金属は、主として水銀（Ｈｇ）に代わるランプ電圧形成媒体である。しかし、これらの金属は、同時に青色系の発光を行うので、第１の金属ハロゲン化物を構成する主発光物質の白色発光の色度を補正する作用がある。なお、インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物として具体的には、ＩｎＩ、ＩｎＩ_３およびＩｎＢｒが考えられる。そして、これらのいずれを用いてもよい。

また、第２の金属ハロゲン化物に加えて、下記のグループから選択される金属のハロゲン化物をランプ電圧形成媒体として補助的に添加することができる。すなわち、マンガン（Ｍｇ）、コバルト（Ｃｏ）、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（Ａｌ）、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、ランプ電圧を調整することができる。上記のグループの金属は、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。

そうして、第２のハロゲン化物または／および補助的なランプ電圧形成媒体としての金属ハロゲン化物を用いることにより、本発明におけるような小形のメタルハライドランプにおいて、水銀を用いることなしに２５〜７０Ｖ程度のランプ電圧を得ることができる。このため、比較的小さいランプ電流で所要のランプ電力を投入することが可能になる。

次に、点灯スペクトルの条件について説明する。すなわち、本発明は、放電空間内に不純物が存在することによって放電アークが細くなるという知見に基づいてなされたものである。また、不純物の中でも、特にクロム（Ｃｒ）が放電アークの太さに与える影響が大きいことを発見した。不純物クロム（Ｃｒ）が放電空間に存在していると、放電アークが細くなる。したがって、クロム（Ｃｒ）の混入量を低減すれば、放電アークが細くなるのを阻止することができる。本発明においては、点灯スペクトル中に現れる不純物クロム（Ｃｒ）のスペクトル４２８．９ｎｍのスペクトル強度をＡとし、スカンジウム（Ｓｃ）のスペクトル３９３．４ｎｍのスペクトル強度をＢとしたとき、Ａ／Ｂ≦０．２１の条件を満足することを要件とするものである。上記Ａ／Ｂは、放電アークの太さにほぼ比例するので、Ａ／Ｂ≦０．２１の条件をいくらか超えた範囲であっても、放電アークが細くなるのを抑制する効果は認められるが、放電アークはなるべく太い方が好ましいので、一応Ａ／Ｂ≦０．２１を規定するものである。

さらに、ハロゲン化物を構成するハロゲンについて説明する。すなわち、反応性については、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ができる。

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８〜１６気圧の範囲で封入するか、あるいは点灯時の放電空間内の圧力が５０気圧以上になるように封入することにより、点灯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キセノンの白色発光を寄与させることができる。

さらに、水銀（Ｈｇ）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、水銀を全く封入していないだけでなく、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ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１ｃｍ^３当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、水銀量が実質的に頗る少ないといえる。

＜放電空間の管壁負荷について＞メタルハライドランプの安定点灯時における放電空間の管壁負荷は、所望の光束および色度の発光を得るために５０Ｗ／ｃｍ^２以上でなければならない。これにより第１および第２のハロゲン化物の蒸気圧を高めて所望の発光を得るものである。しかし、好ましくは５５〜７０Ｗ／ｃｍ^２である。なお、気密容器の内容積０．１ｃｃ以下の小形のメタルハライドランプとしては、ランプ電力を安定点灯時に６５Ｗ以下にすると特に好適である。なお、管壁負荷は、気密容器内に形成されている放電空間の内面積１ｃｍ^２当たりのランプ電力（W）をいう。

＜本発明の作用について＞本発明においては、上記の構成を具備していることにより、水銀を封入していなくても主として亜鉛（Ｚｎ）または／およびインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物がランプ電圧を高くして比較的小さなランプ電流で所要のランプ電力を投入可能にしている。

また、点灯スペクトル中に現れる不純物クロム（Ｃｒ）のスペクトル強度をＡとし、Ｓｃのスペクトル強度をＢとしたとき、Ａ／Ｂ≦０．２１の条件を満足することにより、放電アークが細くなるのを抑制することができる。なお、アークの太さの測定は、以下に示す国際規格によるものとする。
E/ECE/324, E/ECE/TRANS/505｝Rev.1/Add.98,
Regulation No.98, Page 20, annex 1
＜本発明のその他の構成について＞本発明においては、必須構成要件ではないが、以下に示す構成を選択的に付加することにより、メタルハライドランプの性能が向上したり、機能が増加したりする。

１．（外管について）外管は、その内部に気密容器を収納する。外管により、気密容器から外部へ放射される紫外線を遮断したり、気密容器を保温したり、機械的に保護したり、さらには配光特性を所要に整えるために所定形状の遮光膜を配設する場合に外管の表面に遮光膜を形成したりすることができる。また、外管の内部は、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。

２．（口金について）口金は、メタルハライドランプを点灯回路に接続し、加えて灯器に機械的に支持するなどのために機能する。

３．（イグナイタについて）イグナイタは、高電圧パルス電圧を発生し、これをメタルハライドランプに印加して、その始動を促進する手段であり、口金の内部に収納するなどにより、メタルハライドランプと一体化することもできる。

４．（始動補助導体について）始動補助導体は、電極近傍における電界強度を高くして、メタルハライドランプの始動を支援する手段であり、所要によりその一端を他方の電極と同電位個所に接続し、他端を一方の電極近傍における放電容器の外面に配設する。

請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置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装置と；を具備していることを特徴としている。

本発明において、「照明装置」とは、メタルハライドランプを光源とする装置の全てを含む広い概念であり、例えば自動車前照灯、照明器具、信号灯、標識灯、光ファイバー照明装置、光化学反応装置などである。なお、「照明装置本体」とは、照明装置からメタルハライドランプおよび点灯回路を除いた残余の全ての部分を意味する。

点灯回路は、メタルハライドランプを点灯する手段であり、電子化されたものが好適であるが、要すればコイルおよび鉄心を主体とするものであってもよい。また、自動車前照灯用の点灯回路の場合、メタルハライドランプの点灯直後４秒までの最高入力電力を安定時のランプ電力の２〜４倍、好適には２．５〜４倍とすることにより、光束立ち上がりを自動車前照灯用として必要な範囲内に入るように早くすることができる。なお、希ガスとしてのキセノン（Ｘｅ）の封入圧を５〜１５気圧の範囲でＸ（気圧）とし、メタルハライドランプの点灯直後４秒までの最高入力電力をＡＡ（Ｗ）としたとき、ＡＡが下式を満足するように構成することにより、点灯直後４秒までの光束立ち上がりを早めて自動車用前照灯に必要な前照灯前面の代表点での光度８０００ｃｄを得ることができる。

ＡＡ＞−２．５Ｘ＋１０２．５
上記のようにキセノン封入圧と最高入力電力とが直線的な関係になるのは、蒸気圧の低い放電媒体のみであるから、始動後４秒後の時点ではキセノンの発光が圧倒的になっているからである。キセノンの発光量は、その封入圧とその時の電力とで決まるので、キセノン封入圧が低ければ、入力電力を多くすればよい。反対に、キセノン封入圧が高ければ、入力電力を少なくすればよい。なお、本発明において、メタルハライドランプの点灯は、交流点灯および直流点灯のいずれであってもよい。
また、点灯回路は、所要により無負荷出力電圧を２００Ｖ以下に構成することができる。水銀を封入しないメタルハライドランプは、一般に水銀入りのメタルハライドランプに比較して、ランプ電圧が低いので、点灯回路の無負荷出力電圧を２００Ｖ以下にすることができる。これにより、点灯回路の小形化が可能になる。

請求項１の発明によれば、点灯スペクトル中に現れる不純物クロム（Ｃｒ）のスペクトル強度をＡとし、スカンジウム（Ｓｃ）のスペクトル強度をＢとしたとき、Ａ／Ｂ≦０．２１の条件を満足することにより、放電アークが細くなるのを抑制したメタルハライドランプを提供することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の効果を有する照明装置を提供することができる。

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。

図１および図２は、本発明のメタルハライドランプを実施するための一形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示し、図１はランプ全体の正面図、図２は発光管の拡大要部正面図、点灯スペクトル中のクロム（Ｃｒ）のスペクトルおよびスカンジウム（Ｓｃ）のスペクトルの比率に対する放電アークのアーク幅の関係を示すグラフである。本形態において、高圧放電ランプＨＰＤＬは、発光管ＩＴ、絶縁チューブＴ、外管ＯＴおよび口金Ｂからなる。

発光管ＩＴは、気密容器１、一対の電極１ｂ、１ｂ、封着金属箔２、一対の外部リード線３Ａ、３Ｂおよび放電媒体からなる。

気密容器１は、包囲部１ａおよび一対の封止部１ａ１を備えている。包囲部１ａは、中空で外形が紡錘形状に成形されてなり、その両端に一対の細長い封止部１ａ１を一体に備えているとともに、内部に細長いほぼ円柱状の放電空間１ｃが形成されている。放電空間１ｃの内容積は、０．１ｃｃ以下である。

一対の電極１ｂ、１ｂは、それぞれの基端が封止部１ａ１に埋設された後述する封着金属箔２の一端部にレーザ溶接されるとともに、中間部が封止部１ａ１に埋設されて緩く支持されることによって所定の位置に配設されて、先端が放電空間１ｃ内へ両端から離間対向して突出している。

一対の封着金属箔２、２は、モリブデン（Ｍｏ）箔からなり、気密容器１の封止部１ａ１内に気密に埋設されている。

一対の電流導入導体３Ａ、３Ｂは、その先端が気密容器１の両端の封止部１ａ１内において封着金属箔２の他端部に溶接され、その基端側が封止部１ａ１の外部へ導出されている。図において、放電容器ＩＴから右方へ導出された電流導入導体３Ｂは、その中間部が後述する外管ＯＴに沿って折り返され、さらに後述する口金Ｂ内に導入されて、一方の口金端子５に接続している。図１において、放電容器ＩＴからその管軸に沿って左方へ導出された電流導入導体３Ａは、管軸に沿って延在して口金Ｂ内に導入されて図示されない他方の口金端子に接続している。

気密容器１の包囲部１ａ内には、放電媒体として第１および第２のハロゲン化物ならびに希ガスからなる放電媒体が封入されている。第１のハロゲン化物は、スカンジウム（Ｓｃ）のハロゲン化物およびナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物からなる。また、第２のハロゲン化物は、インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物および亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物の少なくとも１種からなる。

以上説明した構成の発光管ＩＴを組み立てる手順の一例について説明する。すなわち、包囲部１ａおよびその両端に連続する一対の封止管を一体に形成しておく。他方で電極１ｂ、封着金属箔２および例えば外部リード線３Ａを溶接により一体化した電極マウントを形成しておく。そして、気密容器１の一方の封止管を上に向けて、その内部へ一方の電極マウントを所定の位置まで挿入し、当該封止管を外側から加熱して軟化させて減圧封止法などにより封止する。これにより、封止管が潰れて形成された封止部１ａ１内に一方の電極マウントの封着金属箔が気密に埋設されるとともに、一方の電極１ｂが所定の位置に封装され、さらに一方の外部リード線３Ａが封止部１ａ１から外側へ導出される。次に、気密容器１を反転させて、希ガス雰囲気中で他方の封止管を上に向けて、他方の封止管から第１および第２のハロゲン化物を封入し、さらに他方の電極マウントを挿入し、先に封止した方の包囲部端部を冷却しながら他方の封止管を外側から加熱して軟化させて減圧封止法などにより封止する。これにより、他方の封止管が潰れて形成された他方の封止部１ａ１内に他一方の電極マウントの封着金属箔が気密に埋設されるとともに、他方の電極１ｂが所定の位置に封装されて気密容器１の内部に放電媒体が封入された上で気密容器１が封止され、さらに他方の外部リード線３Ｂが封止部１ａ１から外側へ導出される。以上の組み立て工程において、不純物、特にクロム（Ｃｒ）が気密容器１の内部に混入しないように細心の注意を払って作業を進めるのが効果的である。

外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に放電容器ＩＴを収納していて、先端側の縮径部６が放電容器ＩＴの封止部１ａ１の図に示す位置にガラス溶着している。また、他方の縮径部（図示しない。）は、封止管１ａ２にガラス溶着して支持されている。しかし、外管ＯＴの内部は気密ではなく、外気に連通している。

絶縁チューブＴは、電流導入導体３Ｂを被覆している。

口金Ｂは、自動車前照灯用のメタルハライドランプとして規格化されているもので、放電容器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いる。また、口金Ｂは、その前面から管軸方向に突出して外管ＯＴの基端部を包持する支持バンド４を備えている。

図１および図２に示す本発明を実施するための一形態において、以下のとおりである。

発光管ＩＴ
気密容器１ａ：石英ガラス製、内容積０．０２５ｃｃ、包囲部最大内径２．６ｍｍ、
放電空間最大球体長６．７ｍｍ、最大外径６．０ｍｍ
電極１ｂ：ドープドタングステン、直径０．３２ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＮａＩ−ＳｃＩ_３−ＩｎＢｒ−ＺｎＩ_２＝０．３ｍｇ
希ガス：キセノン１１気圧
外管ＯＴ：外径９ｍｍ、内径７ｍｍ、内部雰囲気；大気圧（大気）
点灯直後投入電力：８５Ｗ
点灯直後投入電流：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
アーク太さ：１．０５ｍｍ
次に、図３を参照して点灯スペクトル中のクロム（Ｃｒ）のスペクトル４２８．９ｎｍおよびスカンジウム（Ｓｃ）のスペクトル３９３．４ｎｍそれぞれのスペクトル強度の比率に対する放電のアーク幅の関係について調査した結果について説明する。なお、図３において、横軸はＣｒ／Ｓｃが上記点灯スペクトル中のクロム（Ｃｒ）のスペクトル強度およびスカンジウム（Ｓｃ）のスペクトル強度の比率を、縦軸がアーク幅（ｍｍ）を、それぞれ示す。図中、点◆は多数の試料から得た測定データであり、実線で示す直線はこれらの測定データから導かれたものである。

図から理解できるように、不純物クロム（Ｃｒ）のスペクトル強度およびスカンジウム（Ｓｃ）のスペクトル強度の比率と放電アークの太さとの間には明らかな相関が認められ、Ｃｒ／Ｓｃが０．２１以下であれば、放電アークの幅が十分に規格を満足する。

図４および図５は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯を示し、図４は背面方向から見た斜視図、図５は点灯回路の回路図である。図４において、自動車用前照灯ＨＬは、自動車用前照灯本体２１、メタルハライドランプＨＰＤＬおよび２つの点灯回路ＯＣにより構成されている。

自動車用前照灯本体２１は、前面透過パネル２１ａ、リフレクタ２１ｂ、２１ｃ、ランプソケット２１ｄおよび取付部２１ｅなどから構成されている。前面レンズ２１ａは、自動車の外面と合わせた形状をなし、所要の光学的手段、例えばプリズムを備えている。リフレクタ２１ｂ、２１ｃは、各メタルハライドランプＨＰＤＬに配設されていて、それぞれに要求される配光特性を得るように構成されている。ランプソケット２１ｄは、点灯回路ＯＣの出力端に接続し、メタルハライドランプＨＰＤＬの口金２１ｄに装着される。取付部２１ｅは、自動車用前照灯本体２１を自動車の所定の位置に取り付けるための手段である。

メタルハライドランプＨＰＤＬは、図１に示す構造を備えている。ランプソケット２１ｄは、口金に装着されて接続する。そうして、２灯のメタルハライドランプＫＰＤＬが自動車用前照灯装置本体２１に装着されて、４灯式の自動車用前照灯が構成される。各メタルハライドランプＨＰＤＬの発光部は、自動車用前照灯本体２１のリフレクタ２１ｂ、２１ｃの焦点にほぼ位置する。

２つの点灯回路ＯＣは、それぞれ後述する回路構成を備えていて、金属製容器２２内に収納されているとともに、メタルハライドランプＨＰＤＬを付勢して点灯させる。

点灯回路ＯＣは、図４に示すように、直流電源１１、チョッパ１２、制御手段１３、ランプ電流検出手段１４、ランプ電圧検出手段１５、イグナイタ１６、メタルハライドランプＨＰＤＬ、フルブリッジインバータ１７により構成されていて、メタルハライドランプＨＰＤＬを点灯直後に直流点灯し、その後交流点灯する。

直流電源１１は、後述するチョッパ１２に対して直流電源を供給する手段であって、バッテリーまたは整流化直流電源が用いられる。自動車の場合には、一般的にバッテリーが用いられる。しかし、交流を整流する整流化直流電源であってもよい。必要に応じて電解コンデンサ１１ａを並列接続して平滑化を行う。

チョッパ１２は、直流電圧を所要値の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換回路であって、後述するフルブリッジインバータ１７を介してメタルハライドランプＨＰＤＬを所要に制御する。直流電源電圧が低い場合には、昇圧チョッパを用い、反対に高い場合には降圧チョッパを用いる。

制御手段１３は、チョッパ１２を制御する。例えば、点灯直後にはメタルハライドランプＨＰＤＬに定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ２２からフルブリッジインバータ１７を経由して流し、その後時間の経過とともに徐々にランプ電流を絞っていき、やがて定格ランプ電流にするように制御する。また、制御手段１３は、ランプ電流とランプ電圧と相当するそれぞれの検出信号が後述するように帰還入力されることにより、定電力制御信号を発生して、チョッパ２２を定電力制御する。さらに、制御手段１３は、時間的な制御パターンが予め組み込まれたマイコンが内蔵されていて、点灯直後には定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をメタルハライドランプＨＰＤＬに流し、時間の経過とともにランプ電流を絞るようにチョッパ１２を制御するように構成されている。

ランプ電流検出手段１４は、フルブリッジインバータ１７を介してランプと直列に挿入されていて、ランプ電流に相当する電流を検出して制御手段１３に制御入力する。

ランプ電圧検出手段１５は、同様にフルブリッジインバータ１７を介してメタルハライドランプＨＰＤＬと並列的に接続されていて、ランプ電圧に相当する電圧を検出して制御手段２３に制御入力する。

イグナイタ１６は、フルブリッジインバータ１７とメタルハライドランプＨＰＤＬとの間に介在していて、始動時に約２０ｋＶ程度の始動パルス電圧をメタルハライドランプＨＰＤＬに供給できるように構成されている。

フルブリッジインバータ１７は、４つのＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４からなるブリッジ回路、ブリッジ回路１７ａのＭＯＳＦＥＴＱ１およびＱ３と、Ｑ２およびＱ４とを交互にスイッチングさせるゲートドライブ回路２８ｂおよび極性反転回路ＩＮＶから構成されていて、チョッパ１２からの直流電圧を上記スイッチングにより矩形波の低周波交流電圧に変換して、メタルハライドランプＨＰＤＬに印加して、メタルハライドランプＨＰＤＬを低周波交流点灯させる。なお、点灯直後の直流点灯時には、ブリッジ回路１７ａの例えばＭＯＳＦＥＴＱ１およびＱ３を継続的にオンさせ、Ｑ２およびＱ４をオフさせる。

そうして、点灯回路ＯＣを用いてメタルハライドランプＨＰＤＬを最初直流点灯し、その後矩形波の低周波交流で点灯すると、点灯直後から所要の光束を発生する。これにより、自動車用ヘッドライトとして必要な電源投入後１秒後に定格に対して光束２５％、４秒後に光束８０％の点灯を実現することができる。

本発明のメタルハライドランプを実施するための一形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示すランプ全体の正面図同じく発光管の拡大要部正面図タルハライドランプにおける点灯スペクトル中のクロム（Ｃｒ）のスペクトルおよびスカンジウム（Ｓｃ）のスペクトルの比率に対する放電のアーク幅の関係を示すグラフ本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯を背面方向から見た斜視図同じく点灯回路の回路図

符号の説明

１…気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…封止部、１ａ２…封止管部、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、１ｂ…電極、３Ａ…電流導入導体、３Ｂ…電流導入導体、Ｂ…口金、ＩＴ…放電容器、ＯＴ…外管、Ｔ…絶縁チューブ

Claims

内容積が０．１ｃｃ以下の放電空間を備えた耐火性で透光性の気密容器と；
気密容器の内部に５ｍｍ以下の電極間距離で対向して封装された一対の電極と；
スカンジウム（Ｓｃ）のハロゲン化物およびナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物と、インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物および亜鉛（Ｚｎ）のハロゲン化物から選択された少なくとも一種からなる第２のハロゲン化物とを含む金属ハロゲン化物、ならびに希ガスを含んで気密容器内に封入されているとともに、水銀を本質的に含まない放電媒体と；
を具備し、安定時の管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ^２以上であるとともに、点灯スペクトルのうち不純物クロム（Ｃ）のスペクトル強度をＡとし、スカンジウム（Ｓｃ）のスペクトル強度をＢとしたとき、Ａ／Ｂ≦０．２１の条件を満足することを特徴とするメタルハライドランプ。
照明装置本体と；
照明装置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装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。