JP2004220879A

JP2004220879A - 自動車前照灯用メタルハライドランプおよび自動車用前照灯装置

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Publication number: JP2004220879A
Application number: JP2003005672A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kawashima; 弘道川島; Hiroyuki Kato; 啓幸加藤; Makoto Deguchi; 誠出口; Kozo Kamimura; 幸三上村; Toshihiko Ishigami; 敏彦石神; Mikio Matsuda; 幹男松田; Toshio Hiruta; 寿男蛭田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】上半球光束と下半球光束とを最適化して、ロービーム時の照射中心部の着色、ハイビームとロービームの色違い、照射パターンの不鮮明を防止した自動車前照灯用メタルハライドランプおよびこれを用いた自動車用前照灯装置を提供する。
【解決手段】自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬは、内径１．５ｍｍ以上の放電空間１ｃが形成された耐火性で透光性の気密容器１ａＴおよび電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極１ｂを備えた放電容器ＩＴと、発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物、ならびに室温で５気圧以上のキセノンを含み、気密容器１ａ内に封入されて水銀を本質的に含まない放電媒体とを具備し、安定点灯時における管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ^２以上、安定点灯時のランプ電力が６０Ｗ以下で、かつ、水平点灯状態における放電容器ＩＴの上半球光束Ａと下半球光束Ｂとが数式１（Ａ≧Ｂ≧０．６Ａ）を満足する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車前照灯用メタルハライドランプおよびこれを用いた自動車用前照灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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メタルハライドランプは、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。自動車の前照灯用においても、メタルハライドランプの使用が普及してきている。自動車の前照灯用を含めて、現在実用されているメタルハライドランプは、水銀を必須としている。なお、自動車前照灯用のメタルハライドランプの仕様においては、約２〜１５ｍｇの水銀の封入が不可欠とされている（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
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。
【０００４】
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２参照。）。特許文献２においては、水銀に代えてＺｎＩ_２などの蒸気圧の高いランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物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、水銀入りのメタルハライドランプと同等の電気特性と発光特性を有する自動車前照灯用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。）が得られている。
【０００５】
また、一般に自動車前照灯用のメタルハライドランプは、水平点灯される。自動車前照灯は、メタルハライドランプの上半球光束と下半球光束とをそれぞれ光学的に有効に利用して所定の配光特性を満足させるようにその反射鏡およびまたは前面レンズが設計されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−７３４７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２３８４８８号公報
【発明が解決しようとする課題】
水銀フリーランプは、水銀入りランプに比べて特に以下の点で相違している。すなわち、
１．水銀フリーランプでは、水銀入りランプにおける金属ハロゲン化物（以下、便宜上「第１のハロゲン化物」とい。）に加えてさらに融点の低い（したがって、蒸気圧が高い）金属ハロゲン化物（以下、便宜上「第２のハロゲン化物」とい。）を封入する。第２のハロゲン化物は、ランプ電圧を上昇させてシステム効率を向上させ、バラストを小形化、低コスト化する作用がある。また、水銀に代わり色度を補正する作用がある。さらに、第１のハロゲン化物と第２のハロゲン化物との混合ハロゲン化物全体の融点が低下するため、始動後に混合ハロゲン化物が融解するまでの時間が大幅に短かくなる。
【０００７】
一方、前照灯用の水銀フリーランプでは、始動時に安定時の２〜３倍の電力が４〜８秒程度投入され、光束の立上りを早くしている。水銀入りランプではハロゲン化物が蒸発して発光し始めるまでに１０秒程度以上要するため、ランプ電力が低下し始めた頃にハロゲン化物が蒸発する。これに対して、水銀フリーランプでは、ハロゲン化物の融点が上記のように低いために、大電力が投入されている４〜８秒の期間にハロゲン化物が融解し蒸発して発光し始めるので、ハロゲン化物が急激に融解し、ハロゲン化物の膜の面積が広がる傾向がある。このため、水銀フリーランプの方が安定時においてもハロゲン化物の膜の面積が広くなる傾向がある。
【０００８】
２．水銀フリーランプでは、始動時の最大投入電力が安定時のランプ電力の２〜３倍程度に制御されるため、ハロゲン化物がより一層急激に融解し、ハロゲン化物の膜の面積が広くなる傾向がある。これに対して、水銀入りランプでは、始動時の最大投入電力が安定時のランプ電力の２倍以下である。
【０００９】
３．水銀フリーランプでは、アークが細くなる傾向があるので、これを前照灯に用いた場合、照射面において、ハロゲン化物付着部からの光とそれ以外の部分からの光との境界線が、水銀入りランプより目立ちやすくなる場合があり、好ましくない。
【００１０】
４．水銀フリーランプでは、キセノンの封入圧を水銀入りランプより高くしているので、これに伴ってアークの浮力が増大し、放電容器の上部中央の内面への伝熱量がより一層増える傾向がある。このため、放電空間の中央部分が全体的に相対的に高温になる。点灯中の余剰のハロゲン化物は、液体状で放電空間の中央下部を中心に付着するので、この部分が全体的により高温になり、その結果、余剰ハロゲン化物は電極方向に広がりやすくなり、ハロゲン化物の付着面積がより一層広がる傾向がある。
【００１１】
以上の諸点から、水銀フリーランプでは、始動時および安定時においてハロゲン化物の膜の面積が広くなる傾向がある。
【００１２】
一般に、メタルハライドランプを自動車前照灯に用いる場合、いわゆるハイビームとロービームのどちらにも、メタルハライドランプが使用される可能性がある。
【００１３】
ところが、上半球光束と下半球光束とが等しいハロゲン電球とは異なり、メタルハライドランプでは点灯中に放電媒体中の余剰のハロゲン化物が放電容器の下側に溜まり、膜を形成するので、下半球光束が上半球光束より減少し、しかもハロゲン化物特有の色に着色される傾向がある。水銀フリーランプにおいては、この傾向が上述した理由により極めて顕著になる。
【００１４】
本発明者は、水銀フリーランプの場合、上半球光束と下半球光束との比率が適切でないと、以下に示す問題のあることを発見した。すなわち、同じ全光束を有する水銀フリーランプであっても、下半球光束が相対的に低いランプと高いランプを比較すると、上半球光束を主に使うロービームでは、前者の方が明るいが、下半球光束および上半球光束をともに使うハイビームでは同等になる。しかしながら、光色は、前者の場合、下方向放射がハロゲン化物の膜による着色比率が大きく、後者と比較してロービーム時では照射中心部（なお、この部位は、斜め下および斜め上方向の放射光が主に寄与する。）においては、ハロゲン化物の膜による着色を生じるという問題がある。
【００１５】
また、ハイビーム時においても、照射面全体にハロゲン化物の膜による着色が見られ、ロービーム時における光色とのギャップが生じるという問題がある。
【００１６】
さらに、前者の場合、ハロゲン化物の膜により照射パターンが不鮮明になる弊害もある。
【００１７】
上記の問題は、自動車前照灯用メタルハライドランプがロービーム時専用、ハイビーム時専用または両者兼用であると否にかかわらず存在することになる。自動車前照灯用の水銀フリーランプにおいては、上記のような問題を改善するために、上半球光束と下半球光束との比率が最適化されている必要がある。
【００１８】
しかしながら、従来技術においては、自動車前照灯用のメタルハライドランプの上半球光束と下半球光束との最適化の必要性およびその解について開示していない。
【００１９】
本発明は、上半球光束と下半球光束とを最適化して、ロービーム時の照射中心部の着色、ハイビームとロービームの色違いおよび照射パターンの不鮮明といった不具合を防止した自動車前照灯用メタルハライドランプおよびこれを用いた自動車用前照灯装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の自動車前照灯用メタルハライドランプは、内部に内径１．５ｍｍ以上の放電空間が形成された耐火性で透光性の気密容器および気密容器内の放電空間の両端に離間対向して封装されて電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極を備えた放電容器と；発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物、ならびに室温で５気圧以上のキセノンを含み、気密容器内に封入されて水銀を本質的に含まない放電媒体と；を具備し、安定点灯時における管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ^２以上、安定点灯時のランプ電力が６０Ｗ以下で、かつ、水平点灯状態における放電容器の上半球光束Ａと下半球光束Ｂとが数式１を満足することを特徴としている。
【００２１】
【数１】
Ａ≧Ｂ≧０．６×Ａ
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。
【００２２】
＜放電容器について＞放電容器は、気密容器および一対の電極を備えて構成されている。
【００２３】
（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。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。
【００２４】
また、気密容器は、その内部に適当な形状をなした放電空間、例えば細長い放電空間が形成されている。なお、細長い放電空間としては、例えば放電空間を円柱状にすることができる。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、放電容器の上側の内面に接近するので、放電容器の上部の温度上昇が早くなる。
【００２５】
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、放電容器の伝熱が良好になって放電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。
【００２６】
（一対の電極について）一対の電極は、気密容器の両端内部に離間対向して封装され、その電極間距離が５ｍｍ以下に設定されているものとする。
【００２７】
なお、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。また、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、電極の先端部近傍を軸部より径大にすることができる。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全体を径大にすると、電極軸に接触している気密容器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、電極の先端部近傍に径大部を形成することで、電極を点滅に対応させることができるが、軸部は径大になっていないから、クラックを生じにくい。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。
【００２８】
＜放電媒体について＞本発明において、放電媒体は、金属ハロゲン化物およびキセノンを含み、水銀を本質的に含まない。
【００２９】
（金属ハロゲン化物について）金属ハロゲン化物は、発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物を含んでいる。
【００３０】
発光金属のハロゲン化物は、特段限定されないが、好適にはナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃを主成分とするハロゲン化物であり、所望によりインジウムＩｎや希土類金属などのハロゲン化物を添加することができる。なお、インジウムは、発光物質およびランプ電圧形成のいずれにも寄与する。そして、インジウムＩｎや希土類金属の発光は、メタルハライドランプの発光の色度の調整用として好適である。
【００３１】
ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物は、蒸気圧が比較的高くてランプ電圧を形成するのに効果的に寄与する金属、例えば亜鉛Ｚｎ、マグネシウムＭｇ、コバルトＣｏ、クロムＣｒ、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ハロゲン化物を用いることができる。これらの金属ハロゲン化物を選択的に適量封入することにより、ランプ電圧を所要範囲に高めることができる。それにより、メタルハライドランプの電気特性を所望に設定できるので、比較的少な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。なお、最適には亜鉛Ｚｎのハロゲン化物である。亜鉛Ｚｎは、蒸気圧が比較的高いとともに、化学的に安全であり、しかも、安価に、かつ、工業的規模で容易に入手することができる物質である。また、亜鉛Ｚｎの発光は、メタルハライドランプの発光の色度調整用としても寄与させることができる。
【００３２】
次に、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、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。
【００３３】
（キセノンについて）キセノンは、室温で５気圧以上の圧力で封入するものとする。また、キセノンは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用するとともに、上記の圧力で封入することにより、点灯直後において発光金属のハロゲン化物の蒸気圧が高くなっていないときに、発光物質としても作用する。なお、所望により、アルゴンまたはクリプトンなどを添加することができる。なお、キセノンを５気圧以上封入すると、上記に加えて始動直後に主発光を担当するように作用させることができる。キセノンの封入圧力は、好適には８〜１５気圧である。これにより、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、光束立ち上がり特性を向上させることができる。光束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。
【００３４】
（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電気特性を維持する場合には、短アーク形においては気密容器の内容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、本発明は水銀量が実質的に頗る少ないといえる。
【００３５】
＜管壁負荷について＞本発明において、管壁負荷は、メタルハライドランプの安定点灯時に５０Ｗ／ｃｍ^２以上でなければならない。なお、本発明において、「管壁負荷」とは、気密容器の内部に形成された放電空間の単位内表面積（１ｃｍ^２）当たりのランプ電力をいう。放電媒体の蒸気圧を高くして、全光束を大きくするために、管壁負荷は、上記の条件を満足しなければならない。
【００３６】
＜ランプ電力について＞ランプ電力は、安定点灯時において６０Ｗ以下である。これはメタルハライドランプが小形であることを意味する。
【００３７】
＜上半球光束と下半球光束の関係について＞上半球光束Ａと下半球光束Ｂとは、これらの比率を最適条件に維持するために、数式１を満足する必要がある。すなわち、下半球光束Ｂは、上半球光束Ａの６０％であるとともに上半球光束Ａ以下でなければならない。なお、上半球光束Ａおよび下半球光束Ｂは、完成されたメタルハライドランプで測定するものとする。
【００３８】
まず、上半球光束Ａと下半球光束Ｂとを測定する方法について説明する。測定は、メタルハライドランプの配光特性をすることにより行うことができる。すなわち、メタルハライドランプの発光中心から１ｍ以上離間した位置においてランプからの放射による照度を計測し、そのデータを元に計算される。測定は、最低でもランプの軸を回転軸とした方向３６０°の照度分布と、ランプ軸に対する水平方向法線を回転軸とした方向３６０°の分布を計測し、それ以外の方向はアーク形状を円筒または線に近似した計算により推測する。そうして、全方向を積分して全光束を求めることができる。また、上半球および下半球のみを積分することで、それぞれの光束を計測することができる。
【００３９】
次に、数式１を満足するための主な具体的構成について説明する。
【００４０】
１．気密容器の内径を大きくし、かつ、肉厚を小さくする。これにより、放電空間の下面の温度が低下し、放電媒体の付着位置が下面に集中し、その結果、下半球光束が増大する。
【００４１】
２．放電媒体の封入量を低減する。これにより、放電媒体の付着面積が減少し、その結果、下半球光束が増大する。
【００４２】
３．気密容器の肉厚を増大する。これにより、放電空間下部の温度が低下して放電媒体の付着位置が下面に集中し、その結果、下半球光束が増大する。
【００４３】
＜本発明のその他の構成について＞以下に示す構成を選択的に付加することにより、高圧放電ランプの性能が向上したり、機能が増加したりする。
【００４４】
１．外管について外管は、石英ガラスまたはハイシリケートガラスなどからなり、その内部に放電容器の少なくとも主要部をその収納する手段である。そして、外管、発光管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、発光管の気密容器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、あるいは気密容器を保温したりたりする。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。さらに、外管の外面または内面に遮光膜を配設することもできる。
【００４５】
また、外管を形成する際に、外管の両端を気密容器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、気密容器で外管を支持するように構成することができる。
【００４６】
２．口金について口金は、高圧放電ランプを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。
【００４７】
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、これを高圧放電ランプに印加して、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、高圧放電ランプと一体化することができる。
【００４８】
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、高圧放電ランプの始動を支援する手段であり、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気密容器の外面に配設する。
【００４９】
＜本発明の作用について＞本発明においては、以上の説明から構成を具備していることにより、上半球光束と下半球光束とが最適化されて、ロービーム時の照射中心部の着色、ハイビームとロービームの色違いおよび照射パターンの不鮮明といった不具合を防止することができる。
【００５０】
請求項２の発明の自動車用前照灯装置は、自動車用前照灯装置本体と；放電容器の軸が自動車用前照灯装置本体の光軸に沿って自動車用前照灯装置本体内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倍とした点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００５１】
本発明の自動車用前照灯装置は、請求項１のメタルハライドランプを光源として備えているので、光束立ち上がりが早くて安全であるとともに、メタルハライドランプが環境負荷の大きな水銀を封入していないので、環境対策上すこぶる好ましい。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および点灯回路を除いた残余の全ての部分を意味する。
【００５２】
点灯回路は、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の封入圧を３〜１５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。
【００５３】
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、キセノンの封入圧とその時の電力とで決まるので、キセノン圧が低ければ、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。本発明に用いるメタルハライドランプは、一般に水銀封入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。なおて、水銀を封入したメタルハライドランプにおいては、４００Ｖ程度の無負荷出力電圧を必要としている。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００５５】
図１ないし図３は、本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプにおける第１の実施の形態を示し、図１はランプ全体の正面図、図２は放電容器の拡大要部正面図、図３は実施例１を示す概念的拡大横断面図である。各図において、ＩＴは放電容器すなわち発光管、２は封着金属箔、３Ａ、３Ｂは一対の外部リード線、ＯＴは外管、Ｔは絶縁チューブ、Ｂは口金である。
【００５６】
放電容器ＩＴは、気密容器１ａおよび一対の電極１ｂ、１ｂからなる。気密容器１ａは、中空の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。電極１ｂは、その基端が封止部１ａ１に埋設されることによって所定の位置に支持されている。また、電極１ｂの基部は、封止部１ａ１内において、封着金属箔２の一端に溶接されている。なお、図１において、下方の封止部１ａ１を形成した後、封止管１ａ２が切断されないで封止部１ａ１の下部から一体に延長していて、口金Ｂ内へ延在している。
【００５７】
封着金属箔２は、気密容器１ａの封止部１ａ１内に気密に埋設されている。
【００５８】
一対の外部リード線３Ａ、３Ｂは、その先端が気密容器１ａの両端の封止部１ａ１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において放電容器ＩＴから上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に接続している。図１において放電容器ＩＴから下方へ導出された外部リード線３Ｂは、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に接続している。
【００５９】
気密容器１ａ内には、放電媒体として金属ハロゲン化物および希ガスが封入されている。金属ハロゲン化物は、ナトリウムＮａ、スカンジウムＳｃ、インジウムＩｎおよび亜鉛Ｚｎのグループのハロゲン化物から選択された少なくとも２種以上を含んでいる。希ガスは適当な圧力で封入されている。
【００６０】
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、両端の縮径部４が放電容器ＩＴの封止部１ａ１にガラス溶着している。しかし、内部は気密ではなく、外気に連通している。
【００６１】
絶縁チューブＴは、外部リード線３Ａを被覆している。
【００６２】
口金Ｂは、自動車前照灯用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。
【実施例１】
放電容器ＩＴ
気密容器１ａ：石英ガラス製、球体長７ｍｍ、最大外径６ｍｍ、
最大内径３．５ｍｍ、最大径部における肉厚１．２５ｍｍ
電極１ｂ：タングステン製で、電極間距離４．２ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝０．９ｍｇ
キセノンＸｅ：１０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
安定時ランプ電力：３５Ｗ
安定時の下半球光束Ｂ比：０．７５Ａ（なお、Ａは上半球光束）
実施例１を図３に概念的に示している。
【実施例２】
気密容器１ａ：石英ガラス製、球体長７ｍｍ、最大外径６ｍｍ、
最大内径２．４ｍｍ、最大径部における肉厚１．６５ｍｍ
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝０．１ｍｇ
安定時の下半球光束Ｂ比：０．８３Ａ（なお、Ａは上半球光束）
【実施例３】
気密容器１ａ：石英ガラス製、球体長７ｍｍ、最大外径７．５ｍｍ、
最大内径２．４ｍｍ、最大径部における肉厚２．４ｍｍ
安定時の下半球光束Ｂ比：０．６５Ａ（なお、Ａは上半球光束）
なお、実施例２および３において、実施例１と同一部分については記載を省略している。
【００６３】
また、本発明によらない比較例は、下記のとおりである。
【００６４】
気密容器１ａ：石英ガラス製、球体長７ｍｍ、最大外径６ｍｍ、
最大内径２．４ｍｍ、最大径部における肉厚１．６５ｍｍ
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝０．９ｍｇ
安定時の下半球光束Ｂ比：０．５５Ａ（なお、Ａは上半球光束）
比較例を図４に概念的に示している。
【００６５】
図５および図６は、本発明の自動車用前照灯装置における一実施の形態を示し、図５は装置全体の背面斜視図、図６は点灯回路の回路図である。各図において、自動車用前照灯装置ＨＬは、自動車用前照灯装置本体２１、自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬおよび２つの点灯回路ＯＬにより構成されている。
【００６６】
自動車用前照灯装置本体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、所要の光学的手段たと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ごとに配設されていて、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、自動車用前照灯装置本体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。
【００６７】
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灯の自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬ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装置が構成される。各自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬの発光部は、自動車用前照灯装置本体２１のリフレクタ２１ｂ、２１ｃの焦点にほぼ位置する。
【００６８】
２つの点灯回路ＯＬ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、自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬを付勢して点灯させる。
【００６９】
点灯回路ＯＬは、図６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、自動車前照灯用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、自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬを交流点灯する。
【００７０】
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。
【００７１】
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を介して自動車前照灯用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。
【００７２】
制御手段１３は、チョッパ１２を制御する。たとえば、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自動車前照灯用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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
イグナイタ１６は、フルブリッジインバータ１７と自動車前照灯用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自動車前照灯用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。
【００７６】
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、自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬに印加して、自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬを低周波交流点灯させる。
【００７７】
そうして、点灯回路ＯＣを用いて自動車前照灯用メタルハライドランプＨＰＤＬを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。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１によれば、内部に内径１．５ｍｍ以上の耐火性で透光性の気密容器および電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極を備えた放電容器と、発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物、ならびに室温で５気圧以上のキセノンを含み、水銀を本質的に含まない放電媒体とを具備し、安定点灯時における管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ^２以上、安定点灯時のランプ電力が６０Ｗ以下で、かつ、水平点灯状態における放電容器の上半球光束Ａと下半球光束Ｂとが数式１を満足することにより、上半球光束と下半球光束とを最適化して、ロービーム時の照射中心部の着色、ハイビームとロービームの色違いおよび照射パターンの不鮮明といった不具合を防止した自動車前照灯用メタルハライドランプを提供することができる。
【００７９】
【数１】
Ａ≧Ｂ≧０．６×Ａ
請求項２の発明によれば、自動車用前照灯装置本体と、自動車用前照灯装置本体に配設された請求項１または２記載の自動車前照灯用メタルハライドランプと、自動車前照灯用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倍とした点灯回路とを具備していることにより、請求項１の効果を有する自動車用前照灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動車前照灯用メタルハライドランプにおける第１の実施の形態の正面図
【図２】同じく放電容器の拡大要部正面図
【図３】同じく実施例１を示す概念的拡大横断面図
【図４】本発明によらない比較例を示す概念的拡大横断面図
【図５】本発明の自動車用前照灯装置における一実施の形態を示す斜視図
【図６】同じく点灯回路の回路図
【符号の説明】
１ａ…気密容器、１ａ１…封止部、１ａ２…封止管、１ｂ…電極、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、３Ａ…外部リード線、３Ｂ…外部リード線、４…縮径部、Ｂ…口金、ＨＰＤＬ…自動車前照灯用メタルハライドランプ、ＩＴ…放電容器、ＯＴ…外管、Ｔ…絶縁チューブ

Claims

内部に内径１．５ｍｍ以上の放電空間が形成された耐火性で透光性の気密容器および気密容器内の放電空間の両端に離間対向して封装されて電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極を備えた放電容器と；
発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物、ならびに室温で５気圧以上のキセノンを含み、気密容器内に封入されて水銀を本質的に含まない放電媒体と；
を具備し、安定点灯時における管壁負荷が５０Ｗ／ｃｍ^２以上、安定点灯時のランプ電力が６０Ｗ以下で、かつ、水平点灯状態における放電容器の上半球光束Ａと下半球光束Ｂとが数式１を満足することを特徴とする自動車前照灯用メタルハライドランプ。
【数１】
Ａ≧Ｂ≧０．６×Ａ
自動車用前照灯装置本体と；
放電容器の軸が自動車用前照灯装置本体の光軸に沿って自動車用前照灯装置本体内に配設された請求項１記載の自動車前照灯用メタルハライドランプと；
自動車前照灯用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倍とした点灯回路と；
を具備していることを特徴とする自動車用前照灯装置。