JP2002324518A

JP2002324518A - メタルハライドランプ、メタルハライドランプ点灯装置、及び自動車用前照灯装置

Info

Publication number: JP2002324518A
Application number: JP2001130211A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kamimura; 幸三上村; Toshihiko Ishigami; 敏彦石神; Toshio Hiruta; 寿男蛭田; Mikio Matsuda; 幹男松田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2002-11-08

Abstract

(57)【要約】【課題】始動時における赤色系の発光時間を短縮させ
ることができる水銀レス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、及び自動車用前照灯装置を
提供する。【解決手段】メタルハライドランプ１は、放電空間２
ａと放電空間２ａの両端に設けられた封止部２ｂとを有
する放電容器２と、封止部２ｂから放電空間２ａにかけ
て対向するように配設された、放電空間２ａに突出して
いる突出部３ｃを有する一対の電極３とを有している。
また、メタルハライドランプ１を５０時間以上点灯させ
た状態では、消灯時に、突出部３ｃに０．００５ｍｇ以
上かつ放電容器２内に存在している遊離ハロゲン７全重
量に対して６０重量％以上の遊離ハロゲン７が付着して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、メタルハライドラ
ンプと、それを用いたメタルハライドランプ点灯装置及
び自動車用前照灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプは、発光管内に水
銀および希ガスと共に各種のハロゲン化金属（メタルハ
ライド）を封入することにより、ランプの発光効率や演
色性を向上させたものである。このように、メタルハラ
イドランプは高効率、高演色性などの特徴を有すること
から、店舗照明や道路照明などの一般照明用として幅広
く使用されている。さらに、自動車の前照灯装置におい
ても、光源としてメタルハライドランプが使用されるよ
うになってきている。

【０００３】上述したように、従来のメタルハライドラ
ンプにおいては、放電媒体の一部として水銀を用いたも
のが一般的である。しかし、環境問題が深刻化してきて
いる現在では、照明分野においても環境負荷が大きい水
銀の使用を減少させることが求められており、さらには
ランプ全般から水銀を廃絶することが非常に重要な問題
として考えられている。

【０００４】このような問題に対して、メタルハライド
ランプにおいても水銀を使用しないための対策がいくつ
か提案されている。例えば、特許第２９８２１９８号公
報や特開平６−８４４９６号公報には、スカンジウム
（Ｓｃ）、ナトリウム（Ｎａ）、希土類元素などのハロ
ゲン化物と希ガスを放電媒体として封入したメタルハラ
イドランプが記載されている。

【０００５】特開平１１−２３８４８８号公報には、主
発光物質である第１のハロゲン化物に加えて、蒸気圧が
高くて発光しにくい第２のハロゲン化物を封入したメタ
ルハライドランプが記載されている。さらに、特開平１
１−３０７０４８号公報には、ＳｃとＮａのハロゲン化
物に加えて、第３の添加物としてイットリウム（Ｙ）や
インジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物などを封入したメタ
ルハライドランプが記載されている。これらはいずれも
水銀（Ｈｇ）を用いないことに基づく種々の問題に対処
したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した水
銀を用いないメタルハライドランプ（水銀レスメタルハ
ライドランプ）においては、放電媒体の一部として水銀
を使用しないことに基づいて、新たに以下に示すような
問題が生じている。

【０００７】即ち、メタルハライドランプをある程度点
灯させると、メタルハライドの一部が分解され、遊離ハ
ロゲンが生成される。水銀を使用したメタルハライドラ
ンプでは、生成された遊離ヨウ素は水銀と反応してヨウ
化水銀等になるので、発光管内にほぼ存在しないが、水
銀レスメタルハライドランプでは、水銀が実質的に存在
しないため、遊離ハロゲンが発光管内に存在する。この
ような遊離ハロゲンは、気体状態では有色である。具体
的には気体状態の遊離ヨウ素は赤紫色である。従って、
発光管内に遊離ヨウ素が気体状態で存在している場合に
は、メタルハライドランプは赤紫色に発光する。なお、
この遊離ヨウ素は放電により分解されるので、この分解
とともに赤紫色の発光も消失する。ところで、交通上、
赤紫色のような赤色系の色は、危険を表す色である。従
って、水銀レスメタルハライドランプを自動車の前照灯
光源として使用した場合には、赤色系の発光時間は短い
方がよい。しかしながら、メタルハライドランプの始動
時における赤色系の発光時間が長いという問題がある。

【０００８】また、例えば、メタルハライドランプを自
動車の前照灯光源として使用する場合には、安全上の問
題から光束立ち上がりの早さが要求される。水銀を使用
したメタルハライドランプでは、水銀の発光と安定時の
２倍以上の電力を始動時に投入することで光束立ち上が
りを早めている。しかしながら、水銀レスメタルハライ
ドランプでは、水銀が実質的に存在しないため、水銀の
発光がなく、光束立ち上がりが遅いという問題がある。

【０００９】本発明は上記従来の問題を解決するために
なされたものである。即ち、始動時における赤色系の発
光時間を短縮させることができる水銀レスのメタルハラ
イドランプ、メタルハライドランプ点灯装置、及び自動
車用前照灯装置を提供することを目的とする。また、光
束立ち上がりを早めることができる水銀レスのメタルハ
ライドランプ、メタルハライドランプ点灯装置、及び自
動車用前照灯装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決しようとする手段】請求項１記載の発明の
メタルハライドランプは、放電空間と前記放電空間の両
端に設けられた封止部とを有する放電容器と；前記封止
部から前記放電空間にかけて対向するように配設され
た、前記放電空間に突出している突出部を有する一対の
電極と；前記各封止部に気密に封止されるとともに前記
各電極に接合された金属箔と；前記各金属箔に接合され
るとともに前記放電容器外に導出された外部リードと；
前記放電容器内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスと
を含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と；を具
備するメタルハライドランプであって、５０時間以上点
灯させた前記メタルハライドランプの消灯時に、前記突
出部に０．００５ｍｇ以上かつ前記放電容器内に存在し
ている固体状の遊離ハロゲン全重量に対して６０重量％
以上の前記固体状の遊離ハロゲンが付着していることを
特徴とする。

【００１１】上述した請求項１記載の発明および以下に
示す各発明において、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。

【００１２】（放電容器について）放電容器は、耐火性
で透光性の気密容器により構成されており、放電空間と
その両端に設けられた封止部とを有する。気密容器は、
放電ランプの通常の作動温度に十分耐え得る耐火性を備
え、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、どのよう材料で作られて
いてもよい。例えば、石英ガラスや透光性アルミナ、Ｙ
ＡＧなどのセラミックス、またはこれらの単結晶などを
用いることができる。なお、必要に応じて、気密容器の
内面に耐ハロゲン性または耐金属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。

【００１３】（電極について）一対の電極は、前記封止
部から前記放電空間にかけて対向するように配設され、
前記放電空間に突出している突出部を有するものであ
る。本発明のメタルハライドランプは、交流および直流
のいずれで点灯するように構成してもよい。交流で作動
させる場合には、一対の電極は同一構造とすることがで
きる。

【００１４】突出部とは、電極の放電容器内に露出して
いる部分。なお、突出部の長さを放電突出長という。

【００１５】また、本発明のメタルハライドランプを自
動車前照灯用として用いる場合には、突出部の先端部の
径を根元部の径より大きくすると好都合である。すなわ
ち、自動車前照灯ではランプの点滅回数が非常に多くな
ると共に、始動時には定常時より大きな電流を流すた
め、突出部の先端部の径を根元部の径より大きくするこ
とで頻繁な点滅に対応させることができ、また電極の封
止部に封しされている部分の径を細くすることで封止部
におけるクラックの発生を抑制することができる。さら
に、直流で作動させる場合には、一般に陽極は温度上昇
が激しいので、同様に陽極の先端部の径を大きくして放
熱面積を大きくすることが好ましい。なお、陰極の先端
部は必ずしも径を大きくする必要はない。

【００１６】一対の電極の電極間距離は、実用的には５
ｍｍ以下が好適である。すなわち、電極間距離が５ｍｍ
を超えると、点光源から離れてしまい、光学系の焦点特
性が悪くなり、例えば自動車前照灯用光源として用いた
場合に、照射面の明るさが低下してしまう。なお、ここ
で言う電極間距離は、短アーク形のメタルハライドラン
プに対応するものであるが、本発明は必ずしもこれに限
られるものではなく、長アーク形のメタルハライドラン
プを構成することも可能である。

【００１７】（金属箔について）金属箔は、各封止部に
気密に封止されているとともに各電極に接合されてい
る。また、外部リードにも接続されている。

【００１８】金属箔としては、例えばモリブデン箔を使
用することが可能である。また、金属箔は、例えば厚さ
が１０〜５０μｍの短冊状に形成されていることが好ま
しい。なお、金属箔と電極及び外部リードとの接合は特
に限定されるものではなく、溶接接合であっても、また
ろう付けであってもよい。

【００１９】（放電媒体について）放電媒体は放電容器
内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含むもので
ある。ハロゲン化金属としては、種々の金属元素のハロ
ゲン化物を用いることができ、例えば主として発光に寄
与する金属のハロゲン化物（第１のハロゲン化物）が使
用される。このようなハロゲン化物としては、ナトリウ
ム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類元素か
ら選ばれる一種または複数種の金属元素のハロゲン化物
を用いることができる。ＮａやＳｃは特に高効率な発光
物質である。

【００２０】ハロゲン化金属は、蒸気圧が相対的に高
く、かつ第１のハロゲン化物の金属に比較して可視光域
に発光しにくい金属の一種または複数種のハロゲン化物
（第２のハロゲン化物）を含むことができる。可視光域
に発光しにくい金属とは、第１のハロゲン化物の金属よ
りエネルギー準位が高く、第１のハロゲン化物の金属が
主として発光する状態であればよい。このような第２の
ハロゲン化物を添加することによって、Ｈｇを含むラン
プに近いランプ電圧を得ることができるため、水銀レス
メタルハライドランプの電気特性や発光特性を改善する
ことが可能となる。第２のハロゲン化物は色度改善など
に対しても寄与する。

【００２１】第２のハロゲン化物としては、例えばマグ
ネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ク
ロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マン
ガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓ
ｂ）、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）及
びハフニウム（Ｈｆ）から選ばれる一種または複数種の
金属元素のハロゲン化物が用いられる。

【００２２】さらに、ハロゲン化金属として、インジウ
ム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、及びセシウム（Ｃｓ）から選
ばれる一種または複数種の金属元素のハロゲン化物（第
３のハロゲン化物）を含んでいてもよい。Ｉｎのハロゲ
ン化物は発光色度の改善などに寄与する。また、Ｃｓの
ハロゲン化物はアーク温度の分布を補正して熱損失を低
減する成分などとして添加される。

【００２３】本発明におけるハロゲン化金属としては、
上述した第１のハロゲン化物に第２のハロゲン化物、さ
らには第３のハロゲン化物を混合したハロゲン化金属が
例示されるが、必ずしもこれに限定されるものではな
く、第１のハロゲン化物のうちの１種以上のハロゲン化
金属であってもよい。また、２種以上のハロゲン化金属
の一部が複合ハロゲン化物を形成していてもよい。

【００２４】ハロゲン化金属を構成するハロゲンとして
は、ヨウ素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）、フッ
素（Ｆ）のいずれを用いてもよい。また、これらの中で
もヨウ素（Ｉ）が最も好ましい。さらに、例えばヨウ化
物と臭化物のように、異なるハロゲンの化合物を併用す
ることもできる。なお、ヨウ素の気体状態は赤紫色であ
り、臭素の気体状態は赤褐色である。

【００２５】ハロゲン化金属の封入量については、例え
ば主として発光に寄与する第１のハロゲン化物は、放電
容器の内容積（放電空間の体積）１ｃｃ当たり５〜１１
０ｍｇの範囲で封入することができる。さらに好適な範
囲は、放電容器の内容積１ｃｃ当たり５〜３５ｍｇであ
る。このような範囲において、光束の立ち上がりを早く
することができると共に、光色を安定させることができ
る。第２のハロゲン化物は、放電容器の内容積１ｃｃ当
たり０．０５〜２００ｍｇの範囲で封入することができ
る。他のハロゲン化物については適宜調整される。

【００２６】希ガスは、始動用および緩衝ガスとして作
用すると共に、始動直後には主発光を担うように作用す
るもので、一般的には気密容器を透過しなければ特に限
定されないが、ネオン（Ｎｅ）は石英ガラスを透過しや
すいので、気密容器を石英ガラスで形成する場合には、
アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）またはキセノン
（Ｘｅ）が推奨される。始動直後の発光を希ガスに依存
する場合には、最も発光効率が高いのはキセノンである
ため、キセノンが最適である。

【００２７】また、希ガスの封入圧力を高くすると、メ
タルハライドランプのランプ電圧が高くなり、同一ラン
プ電流に対してランプ入力を大きくして、光束の立ち上
がり特性を向上させることができる。光束の立ち上がり
特性が良好であることは、どのような使用目的であって
も好都合であるが、特に自動車用前照灯装置や液晶プロ
ジェクタなどにおいて極めて重要である。希ガスは例え
ば３．０×１０^５Ｐａ（３気圧）以上の圧力で封入さ
れ、特に５．１×１０^５〜１．５×１０^６Ｐａ（５．０
〜１５気圧）の範囲で封入することが好ましい。

【００２８】本発明のメタルハライドランプは、水銀が
本質的に封入されていない。ここで、「本質的に水銀が
封入されていない」とは、水銀を全く封入していない状
態に限られるものではなく、放電容器の内容積１ｃｃ当
たり２ｍｇ未満の水銀、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ことを意味する。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、水銀蒸気により放電ランプの電気特
性を維持する場合、短アーク形においては放電容器の内
容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によって
は５０ｍｇ以上の水銀を封入していたことからすれば、
本発明は水銀量が本質的に少ないといえる。

【００２９】（遊離ハロゲンについて）本発明の固体状
の遊離ハロゲンは、５０時間以上点灯させたメタルハラ
イドランプの消灯時に、電極の突出部に０．００５ｍｇ
以上かつ放電容器内に存在している固体状の遊離ハロゲ
ン全重量に対して６０重量％以上付着している。

【００３０】遊離ハロゲンとは、上記したハロゲン化金
属が分解されることにより遊離するハロゲンである。ま
た、遊離ハロゲンを構成するハロゲンは１種及び複数種
のいずれであってもよい。即ち、異なるハロゲンを有す
る２以上のハロゲン化金属を使用した場合には、異なる
ハロゲンが遊離する可能性があり、これらの遊離したハ
ロゲンの全てを遊離ハロゲンという。

【００３１】ここで、以下、特に記載しない限り、「遊
離ハロゲン」とは、「固体状の遊離ハロゲン」をいうも
のとする。

【００３２】また、遊離ハロゲンが電極の突出部に０．
００５ｍｇ以上付着しているとは、一対の電極の各突出
部に付着している遊離ハロゲンの合計量が０．００５ｍ
ｇ以上であるということである。なお、遊離ハロゲンが
電極の突出部に０．０５ｍｇ以上付着していることが好
ましい。

【００３３】同様に、遊離ハロゲンが、電極の突出部に
放電容器内に存在している遊離ハロゲン全重量に対して
６０重量％以上付着しているとは、一対の電極の各突出
部に付着している遊離ハロゲンの合計量が放電容器内に
存在している遊離ハロゲン全重量に対して６０重量％以
上であるということである。なお、電極の突出部以外に
存在している遊離ハロゲンは、主に放電容器の内壁面に
付着している。

【００３４】上記のような重量以上かつ割合以上で、メ
タルハライドランプの消灯時に電極の突出部に遊離ハロ
ゲンを付着させるには、例えば、消灯時における突出部
の温度が放電容器の温度より低くなるように制御する。
温度の低い方に遊離ハロゲンが付着し易いからである。
具体的には、例えば、放電容器の内径を小くすることに
よって、このような温度制御が可能となる。即ち、通
常、放電容器は突出部より放熱し難い材質で形成されて
いるので、放電容器の内径を小さくして、点灯時におけ
る放電容器の温度を上昇させることにより、消灯時の突
出部の温度を放電容器の温度より低くすることができ
る。また、放電容器の肉厚を厚くすることによっても、
このような温度制御が可能となる。即ち、通常、放電容
器は突出部より放熱し難い材質で形成されているので、
放電容器の肉厚を厚くして、より放熱し難くすることに
より、消灯時の突出部の温度を放電容器の温度より低く
することができる。

【００３５】本発明のメタルハライドランプでは、５０
時間以上点灯させたメタルハライドランプの消灯時に、
遊離ハロゲンが、前記突出部に０．００５ｍｇ以上かつ
前記放電容器内に存在している遊離ハロゲン全重量に対
して６０重量％以上付着しているので、始動時における
赤色系の発光時間を短縮させることができる。ここで、
赤色系とは、赤紫色及び赤褐色を含むものとする。

【００３６】請求項２記載の発明のメタルハライドラン
プは、請求項１記載のメタルハライドランプであって、
前記突出部に付着している遊離ハロゲンは、前記突出部
の先端側半分に、前記放電容器内に存在している遊離ハ
ロゲン全重量に対して７０重量％以上付着していること
を特徴とする。

【００３７】上記のような割合以上で、メタルハライド
ランプの消灯時に突出部の先端側半分に遊離ハロゲンを
付着させるには、例えば、消灯時における突出部の先端
側半分の温度が根元側半分の温度より低くなるように制
御する。具体的には、例えば、突出部の先端部の径を根
元部の径より大きくすることによって、このような温度
制御が可能となる。即ち、先端部の径を根元部の径より
大きくすることにより、先端部の放熱面積が大きくな
る。その結果、根元部より先端部の方が放熱し易くなる
ので、消灯時の突出部の先端側半分温度を根元側半分の
温度より低くすることができる。

【００３８】請求項２記載の発明のメタルハライドラン
プでは、前記突出部に付着している遊離ハロゲンは、前
記突出部の先端側半分に、前記放電容器内に存在してい
る全遊離ハロゲン全重量に対して７０重量％以上付着し
ているので、始動時における赤色系の発光時間をより短
縮させることができる。また、光束立ち上がりを早める
ことができる。

【００３９】請求項３記載の発明のメタルハライドラン
プは、請求項１又は２記載のメタルハライドランプであ
って、前記遊離ハロゲンが、ヨウ素又は臭素の少なくと
もいずれか一方であることを特徴とする。請求項３記載
の発明のメタルハライドランプは、特に有効な効果が得
られる遊離ハロゲンの構成を規定したものである。

【００４０】請求項４記載の発明のメタルハライドラン
プは、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメタル
ハライドランプであって、前記ハロゲン化金属は、ナト
リウム、スカンジウムおよび希土類元素から選ばれる少
なくとも一種の金属のハロゲン化物と、マグネシウム、
鉄、コバルト、クロム、亜鉛、ニッケル、マンガン、ア
ルミニウム、アンチモン、ベリリウム、レニウム、ガリ
ウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、インジウ
ム、錫およびセシウムから選ばれる少なくとも一種の金
属のハロゲン化物とを含むことを特徴とする。請求項４
記載の発明のメタルハライドランプは、使用可能はハロ
ゲン化物を規定したものである。

【００４１】請求項５記載の発明のメタルハライドラン
プは、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のメタル
ハライドランプであって、安定時に２０〜６０Ｗのラン
プ電力で動作することを特徴とする。ランプに投入され
るランプ電力が２０〜６０の小形のメタルハライドラン
プは、自動車用前照灯装置の光源として好適である。安
定時のランプ電力は２０〜５０Wであることがより好ま
しい。さらに、メタルハライドランプの始動時の最大電
流は３Ａ以上であることが好ましく、このようなメタル
ハライドランプは自動車用前照灯装置の光源として好適
である。

【００４２】請求項６記載の発明のメタルハライドラン
プ点灯装置は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載
のメタルハライドランプと；前記メタルハライドランプ
を直流で点灯する点灯回路と；を具備することを特徴と
するメタルハライドランプ点灯装置。請求項６記載のメ
タルハライドランプ点灯装置は、本発明のメタルハライ
ドランプを直流点灯することを規定したものである。

【００４３】即ち、本発明のメタルハライドランプを直
流点灯することによって、Ｈｇ封入のメタルハライドラ
ンプを交流点灯する場合に比べて、装置を小形化するこ
とができる。これは自動車では直流が用いられているた
め、交流に電力変換する必要がないためである。さら
に、直流点灯の場合には陽極の温度上昇が激しく、陽極
側での発光物質の蒸発量が増大して異常発光が生じやす
い。本発明によれば、このような直流点灯に起因する異
常発光についても確実に解消することができる。このよ
うに、本発明のメタルハライドランプ点灯装置は、特に
自動車の前照灯装置に好適である。

【００４４】請求項７記載の発明の自動車用前照灯装置
は、請求項１ないし５のいずれか１項にメタルハライド
ランプと；前記メタルハライドランプが配設され、前記
メタルハライドランプの前記放電容器の長手方向に沿っ
た光軸を有する自動車用前照灯装置本体と；を具備する
ことを特徴とする自動車用前照灯装置である。

【００４５】本発明の自動車用前照灯装置は、本発明の
メタルハライドランプを具備するので、始動時の赤色系
の発光時間が短縮され、安全性を高めることが可能とな
る。なお、自動車用前照灯装置本体とは、自動車用前照
灯装置からメタルハライドランプを除いた残余の構成を
全て含むものである。

【００４６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の第１の実施の形態に係るメタルハライドランプにつ
いて説明する。図１は本実施の形態に係るメタルハライ
ドランプの概略構成を示した断面図である。これら各図
において、１はメタルハライドランプ、２は放電容器、
３は電極、４は金属箔、５は外部リード、６はハロゲン
化金属である。

【００４７】メタルハライドランプ１は、中空紡錘形状
の石英ガラス製気密容器からなるチップレスの放電容器
２を有している。この放電容器２の内部には、細長い放
電空間２ａが形成されており、さらに放電容器２の両端
には一対の封止部２ｂがそれぞれ一体に設けられてい
る。なお、図中２ｃは放電容器２の内壁面を示してい
る。なお、本実施の形態の放電容器２の内径は、従来の
放電容器の内径より小さくなっている。

【００４８】放電容器２内には放電媒体として、２種以
上のハロゲン化金属から実質的になるハロゲン化金属６
と希ガスとが封入されている。放電媒体は本質的にＨｇ
を含まないものである。ハロゲン化金属６は、具体的に
は、例えば発光に寄与するＮａ、Ｓｃおよび希土類金属
から選ばれる一種または複数種の第１のハロゲン化物
と、前述した第２のハロゲン化物と第３のハロゲン化物
とから主に構成されている。

【００４９】放電容器２の各封止部２ａ内には、モリブ
デン箔などの金属箔４が配設されている。この金属箔４
の一端には、それぞれ外部リード５の一端が接合されて
おり、これら外部リード５の他端は放電容器２外に導出
されている。また、金属箔４の他端には、電極３の後述
する電極軸３ａの端部が接合されている。電極３、金属
箔４、及び外部リード５は上記のように接合された状態
で、封止部２ｂにより気密に封着されている。この封着
により、放電容器２内を気密状態することができる。

【００５０】放電空間２ａ内には一対の電極３が対向し
て配置されており、これら電極３はそれぞれ電極軸３ａ
とそれより径大とされた先端部３ｂを有している。先端
部３ｂは球状構造とされており、電極軸３ａと一体に形
成されている。なお、先端部３ｂの径は従来の先端部の
径より大きく、かつ電極軸３ａの径は従来の電極軸の径
と同径である。メタルハライドランプ１の放電容器２及
び電極３をこのように設計することにより後述する重量
以上かつ割合以上の遊離ハロゲン７を電極３に付着させ
ることができる。

【００５１】電極３の電極軸３ａは、一部が上述したよ
うに封止部２ｂ内に埋設されている。この埋設により、
電極３が放電空間２ａ内の所定の位置に支持されてい
る。ここで、本実施の形態では、電極３の封止部２ｂに
封着されていない部分、即ち、電極３の放電容器２内に
露出している部分を突出部３ｃというものとする。具体
的には、例えば突出部３ｃは電極軸３ａの封止部２ｂに
封着されていない部分と先端部３ｂとから構成されてい
る。

【００５２】次に、本実施の形態のメタルハライドラン
プ１を５０時間以上点灯させたときの消灯時の状態につ
いて説明する。図２は本実施の形態に係るメタルハライ
ドランプを５０時間以上点灯させたときの消灯時におけ
る電極付近の状態図である。電極３の突出部３ｃ及び放
電容器２の内壁面２ｃには、遊離ハロゲン７が付着して
いる。この遊離ハロゲン７は、ハロゲン化金属６が分解
されることによりハロゲン化金属６から遊離したハロゲ
ンである。

【００５３】具体的には、電極３の突出部３ｃに０．０
０５ｍｇ以上及び放電容器２内に存在している遊離ハロ
ゲン７全重量に対して６０重量％以上の遊離ハロゲン７
が付着している。さらに具体的には、突出部３ｃの先端
側半分３ｄに放電容器２内に存在している遊離ハロゲン
７全重量に対して７０重量％以上の遊離ハロゲン７が付
着している。

【００５４】本実施の形態では、５０時間以上点灯させ
たメタルハライドランプ１の消灯時に、電極３の突出部
３ｃに、０．００５ｍｇ以上かつ放電容器２内に存在し
ている遊離ハロゲン７全重量に対して６０重量％以上の
遊離ハロゲン７が付着しているので、始動時における赤
色系の発光時間を短縮させることができる。

【００５５】即ち、メタルハライドランプ１を点灯させ
ると、電極３の突出部３ｃの温度が最も速く上昇するの
で、始動時では電極３の突出部３ｃの温度が最も高くな
る。ここで、本実施の形態では、大部分の遊離ハロゲン
７が電極３の突出部３ｃに付着している。従って、始動
時における遊離ハロゲン７の蒸発速度が放電容器に大部
分の遊離ハロゲンが付着している場合より高くなるの
で、同時に蒸発する遊離ハロゲン７の量が放電容器に付
着している場合より多くなる。なお、蒸発した遊離ハロ
ゲン７は赤色系であるので、蒸発した遊離ハロゲンが存
在する間の発光は赤色系なる。また、蒸発した遊離ハロ
ゲン７は、電子或いは希ガス等の衝突により分解され
る。ここで、電子或いは希ガス等は、放電空間２ａに多
量存在しているので、蒸発した各遊離ハロゲン７を同時
に分解することができる。従って、同時に分解される遊
離ハロゲン７の量が、放電容器に付着している場合より
多くなる。その結果、遊離ハロゲン７全体として蒸発か
ら分解までの時間を短縮させることができ、始動時にお
ける赤色系の発光時間を短縮させることができる。

【００５６】また、本実施の形態では、電極３の突出部
３ｃの先端側半分３ｄに、放電容器２内に存在している
全遊離ハロゲン７に対して７０重量％以上の遊離ハロゲ
ン７が付着しているので、光束立ち上がりを早めること
ができる。

【００５７】即ち、突出部３ｃの先端側半分３ｄに大部
分の遊離ハロゲン７が付着しているので、この大部分の
遊離ハロゲン７が始動時に蒸発すると、蒸発した遊離ハ
ロゲン７が突出部３ｃの先端側半分３ｄの周囲を取り囲
む。ここで、遊離ハロゲン７は電子吸着性が高いため、
先端側半分３ｄ間、具体的には先端部３ｂ間で起こって
いる放電を阻害する。従って、先端部３ｂからより放電
し易い突出部３ｃの根元側半分に放電が移動して、根元
側半分間で放電が起こる。この根元側半分間で起こる放
電、いわゆるバックアークにより、突出部３ｃの根元付
近の放電容器２に付着しているハロゲン化金属６の温度
が上昇するので、ハロゲン化金属６が発光するまでの時
間を早めることができる。よって、光束立ち上がりを早
めることができる。なお、突出部３の先端側半分の周囲
を取り囲んでいる蒸発した遊離ハロゲン７が、放電によ
り分解されれば、バックアークから先端部３ｂ間の放電
に戻る。

【００５８】また、光束立ち上がりを早めることによ
り、ランプ寿命を長くすることも可能になる。即ち、上
述したように、始動時には、例えば安定時の２倍以上の
電力を投入しているが、光束立ち上がりを早めることに
より、始動時の電力の投入時間を短くさせることができ
る。その結果、多量の電力投入による封止部２ｂ及び電
極３の劣化を防ぐことでき、ランプ寿命を長くすること
ができる。

【００５９】（実施例１）以下、実施例１について説明
する。本実施例では、第１の実施の形態に係るメタルハ
ライドランプ１を使用して、始動時における赤紫色の発
光時間を測定した。

【００６０】以下、本実施例のメタルハライドランプに
ついて説明する。なお、以下に説明するメタルハライド
ランプは、５０時間以上点灯させた状態のものである。
本実施例のメタルハライドランプの放電容器は、内径が
２．６ｍｍであり、平均肉厚が２．０〜２．３ｍｍであ
る。放電容器内には、希ガスとしてのキセノンが８．６
×１０^５〜１．０×１０^６Ｐａ（８．５〜１０気圧）で
封入されている。また、放電容器内には、ハロゲン化金
属としてヨウ化金属のみが封入されている。突出部の長
さである電極突出長が１．８ｍｍに設定されている。ま
た、電極の先端部の径は０．７ｍｍであり、電極軸の径
は０．４ｍｍである。電極の突出部には、０．００５ｍ
ｇ以上かつ放電容器内に存在している遊離ヨウ素全重量
に対して６０重量％以上の遊離ヨウ素が付着している。

【００６１】上記のようなメタルハライドランプを点灯
させて、始動時における赤紫色の発光時間を測定した。
ここで、本実施例に係るメタルハライドランプと比較す
るために、比較例として従来のメタルハライドランプに
ついても始動時における赤紫色の発光時間を測定した。

【００６２】以下、比較例のメタルハライドランプにつ
いて説明する。この比較例に係るメタルハライドランプ
は、水銀レスメタルハライドランプである。また、以下
に説明するメタルハライドランプは、５０時間以上点灯
させた状態のものである。比較例のメタルハライドラン
プの放電容器は、内径が４ｍｍであり、平均肉厚が１．
０ｍｍである。放電容器内には、希ガスとしてのキセノ
ンが１．１×１０ ^６〜１．３×１０^６Ｐａ（１１〜１３
気圧）で封入されている。また、放電容器内には、ハロ
ゲン化金属としてヨウ化金属のみが封入されている。電
極突出長が１．２ｍｍに設定されている。また、電極の
先端部の径は０．５ｍｍであり、電極軸の径は０．４ｍ
ｍである。さらに、遊離ヨウ素の大部分は、放電容器の
内壁に付着している。

【００６３】測定結果を以下に示す。本実施例に係るメ
タルハライドランプの赤紫色の発光時間は、０．１〜
０．３秒程度であったのに対し、比較例に係るメタルハ
ライドランプの赤紫色の発光時間は、約１秒であった。
従って、比較例に係るメタルハライドランプより本実施
例に係るメタルハライドランプの方が、赤紫色の発光時
間が短いということが確認された。

【００６４】（実施例２）以下、実施例２について説明
する。本実施例では、第１の実施の形態に係るメタルハ
ライドランプ１を使用して、光束立ち上がりの早さを測
定した。

【００６５】本実施例では、上記実施例１に記載したメ
タルハライドランプと同様のメタルハライドランプを使
用した。

【００６６】上記のようなメタルハライドランプを点灯
させて、光束立ち上がりの早さを測定した。ここで、本
実施例に係るメタルハライドランプと比較するために、
比較例１として従来の水銀を使用したメタルハライドラ
ンプ及び比較例２として上記実施例１に記載した比較例
のメタルハライドランプについても光束立ち上がりの早
さを測定した。

【００６７】測定結果を以下に示す。図３は、本実施例
に係るメタルハライドランプの立ち上がり特性を表した
グラフである。図３に示すように、本実施例に係るメタ
ルハライドランプ及び比較例１に係るメタルハライドラ
ンプは、電源投入後、約６秒で光束立ち上がり率が約１
００％に到達したのに対し、比較例２に係るメタルハラ
イドランプは、電源投入後、約１０秒で光束立ち上がり
率が約１００％に到達した。従って、比較例２に係るメ
タルハライドランプより本実施例に係るメタルハライド
ランプの方が、光束立ち上がりが早いということが確認
された。

【００６８】（第２の実施の形態）以下、本発明の第２
の実施の形態について説明する。なお、以下本実施の形
態以降の実施の形態のうち先行する実施の形態と重複す
る内容については説明を省略する。図４は本実施の形態
に係るメタルハライドランプの概略構成を示す正面図で
ある。本実施の形態は、図１と同様な構成を有するメタ
ルハライドランプ１を、さらに自動車用前照灯装置に装
着するのに適した構造を示すものである。同図におい
て、１１は外管、１２は口金、１３は絶縁チューブであ
る。

【００６９】外管１１は紫外線カット性能を備えてお
り、その内部に図１と同様な構成を有するメタルハライ
ドランプ１が収納されている。外管１１の両端はメタル
ハライドランプ１の封止部２ｂにそれぞれ固定されてい
るが、内部は気密ではなく、外気に連通している。メタ
ルハライドランプ１の一方の封止部２ｂは、口金１２に
植立されている。他端から導出された外部リード５は、
外管１１に平行に配置されており、先端は口金１２内に
導入されて図示しない端子に接続されている。この外部
リード５の周囲は絶縁チューブ１３で覆われている。

【００７０】メタルハライドランプ１による光照射方向
は、絶縁チューブ１３と反対側の方向になる。この際、
絶縁チューブ１３をセラミックスチューブで構成し、こ
のセラミックスチューブを黒色などに着色することも有
効である。黒色のセラミックスチューブによれば、メタ
ルハライドランプ１からの光が反射しにくいため、光の
乱反射によるグレアを抑制することができる。グレアの
抑制は自動車用前照灯装置に対して特に有効である。セ
ラミックスチューブの黒色化は、金属酸化物の塗布、焼
成などにより実施可能である。

【００７１】（第３の実施の形態）以下、本発明の第３
の実施の形態について説明する。図５は本実施の形態に
係る自動車用前照灯装置の概略構成を示す斜視図であ
る。同図において、１４は反射鏡、１５は前面カバーで
ある。反射鏡１４は、プラスチックスの成形によって異
形の回転放物面に形成され、頂部背面から図４に示すメ
タルハライドランプ（図示せず）を着脱するように構成
されている。前面カバー１５は、透明性のプラスチック
スの成形によりプリズムまたはレンズが一体に形成され
ており、反射鏡１４の前面開口部に気密に装着されてい
る。

【００７２】（第４の実施の形態）以下、本発明の第４
の実施の形態について説明する。図６は本実施の形態に
係るメタルハライドランプ点灯装置の回路を模式的に示
した図である。この実施形態は、メタルハライドランプ
を直流点灯するように構成したものである。同図におい
て、２１は直流電源、２２はチョッパ、２３は制御手
段、２４はランプ電流検出手段、２５はランプ電圧検出
手段、２６は始動手段、２７はメタルハライドランプで
ある。

【００７３】直流電源２１には、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。また必要に応じて、電解コ
ンデンサ２１ａを並列接続して平滑化を行う。

【００７４】チョッパ２２は、直流電圧を所要値の電圧
に変換すると共に、メタルハライドランプ２７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。

【００７５】制御手段２３は、チョッパ２２を制御す
る。例えば、点灯直後にはメタルハライドランプ２７に
定格ランプ電流の例えば３倍以上のランプ電流をチョッ
パ２２から流し、その後時間の経過と共に徐々にランプ
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２３はランプ電流とランプ電
圧との検出信号が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２３に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、これによりランプ
電流を制御するように構成されている。

【００７６】ランプ電流検出手段２４は、ランプと直列
に挿入されてランプ電流を検出して制御手段２３に制御
入力する。ランプ電圧検出手段２５は、ランプと並列的
に接続されてランプ電圧を検出して制御手段２３に制御
入力する。始動手段２６は、始動時に２０ｋＶのパルス
電圧をメタルハライドランプ２７に供給できるように構
成されている。

【００７７】そして、この実施形態のメタルハライドラ
ンプ点灯装置を用いてメタルハライドランプを直流点灯
すると、点灯直後から所要の光束を発生する。これによ
り、自動車用前照灯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。また、直流−交流変換回路が不要
になるため、交流点灯に比較して約３０％のコスト低減
が可能である。また、重量で１５％軽減できる。これに
伴い点灯回路が安価になる。

【００７８】（第５の実施の形態）以下、本発明の第５
の実施の形態について説明する。図７は本実施の形態に
係るメタルハライドランプ点灯装置の回路を模式的に示
した図である。この実施の形態は、メタルハライドラン
プを交流点灯するように構成した点で第４の実施の形態
と異なる。

【００７９】２８は交流変換手段である。この交流変換
手段２８は、フルブリッジインバータからなる。すなわ
ち、一対のスイッチング手段２８ａ、２８ａの直列回路
の一対をチョッパ２２の出力端間に並列接続してブリッ
ジ回路を構成し、発振器２８ｂの発振出力を4個のスイ
ッチング手段２８ａの対角方向のスイッチング手段に交
互に供給してブリッジ回路の出力端間に高周波交流を発
生するものである。

【００８０】そして、高周波交流によってメタルハライ
ド放電ランプ２７が点灯されるようになっている。この
交流点灯形式の構成においても、図６と同様な制御が行
われるようになっている。

【００８１】

【発明の効果】以上、詳説したように、請求項１ないし
５の各発明によれば、始動時における赤色系の発光時間
を短縮させることができる。

【００８２】請求項６の発明によれば、水銀を封入した
メタルハライドランプを交流点灯する場合よりも小形化
した点灯装置を提供することができる。

【００８３】請求項７の発明によれば、安全性や信頼性
に優れる自動車用前照灯装置を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るメタルハライドランプ
の概略構成を示した断面図である。

【図２】第１の実施の形態に係るメタルハライドランプ
を５０時間以上点灯させたときの消灯時における電極付
近の状態図である。

【図３】本実施２例に係るメタルハライドランプの立ち
上がり特性を表したグラフである。

【図４】第２の実施の形態に係るメタルハライドランプ
の概略構成を示す正面図である。

【図５】第３の実施の形態に係る自動車用前照灯装置の
概略構成を示す斜視図である。

【図６】第４の実施の形態に係るメタルハライドランプ
点灯装置の回路を模式的に示した図である。

【図７】第５の実施の形態に係るメタルハライドランプ
点灯装置の回路を模式的に示した図である。

【符号の説明】

１…メタルハライドランプ２…放電容器２ａ…放電空間２ｂ…封止部３…電極３ｃ…突出部３ｄ…先端側半分４…金属箔５…外部リード６…ハロゲン化金属７…遊離ハロゲン

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 41/24 Ｆ２１Ｗ 101:10 // Ｆ２１Ｗ 101:10 Ｆ２１Ｙ 101:00 Ｆ２１Ｙ 101:00 Ｆ２１Ｍ 3/02 Ｇ (72)発明者石神敏彦東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者蛭田寿男東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内 (72)発明者松田幹男東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内Ｆターム(参考） 3K042 AA08 AC06 3K072 AA13 AC11 AC20 BA03 GA02 GB18 5C015 JJ06 QQ03 QQ06 QQ09 QQ14 QQ34 QQ35 QQ37 QQ38 QQ39 QQ43 QQ44 QQ45 QQ47 QQ49 QQ52 QQ56 QQ58 RR05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電空間と前記放電空間の両端に設けら
れた封止部とを有する放電容器と；前記封止部から前記
放電空間にかけて対向するように配設された、前記放電
空間に突出している突出部を有する一対の電極と；前記
各封止部に気密に封止されるとともに前記各電極に接合
された金属箔と；前記各金属箔に接合されるとともに前
記放電容器外に導出された外部リードと；前記放電容器
内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含み、かつ
本質的に水銀を含まない放電媒体と；を具備するメタル
ハライドランプであって、５０時間以上点灯させた前記メタルハライドランプの消
灯時に、前記突出部に０．００５ｍｇ以上かつ前記放電
容器内に存在している固体状の遊離ハロゲン全重量に対
して６０重量％以上の前記固体状の遊離ハロゲンが付着
していることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】請求項１記載のメタルハライドランプで
あって、前記突出部に付着している前記固体状の遊離ハ
ロゲンは、前記突出部の先端側半分に、前記放電容器内
に存在している前記固体状の遊離ハロゲン全重量に対し
て７０重量％以上付着していることを特徴とするメタル
ハライドランプ。
【請求項３】請求項１又は２記載のメタルハライドラ
ンプであって、前記遊離ハロゲンは、ヨウ素又は臭素の
少なくともいずれか一方であることを特徴とするメタル
ハライドランプ。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項に記載
のメタルハライドランプであって、前記ハロゲン化金属
は、ナトリウム、スカンジウムおよび希土類元素から選
ばれる少なくとも一種の金属のハロゲン化物と、マグネ
シウム、鉄、コバルト、クロム、亜鉛、ニッケル、マン
ガン、アルミニウム、アンチモン、ベリリウム、レニウ
ム、ガリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、イ
ンジウム、錫およびセシウムから選ばれる少なくとも一
種の金属のハロゲン化物とを含むことを特徴とするメタ
ルハライドランプ。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載
のメタルハライドランプであって、安定時に２０〜６０
Wのランプ電力で動作することを特徴とするメタルハラ
イドランプ。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１項に記載
のメタルハライドランプと；前記メタルハライドランプ
を直流で点灯する点灯回路と；を具備することを特徴と
するメタルハライドランプ点灯装置。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれか１項に記載
のメタルハライドランプと；前記メタルハライドランプ
が配設され、前記メタルハライドランプの前記放電容器
の長手方向に沿った光軸を有する自動車用前照灯装置本
体と；を具備することを特徴とする自動車用前照灯装
置。