(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用前照灯の光源として用いられるメタルハライドランプであって、
前後方向に延びる略楕円球状の放電空間を形成する放電容器と、この放電容器における上記放電空間の前後両側部位に、該放電空間へ先端部を突出させるようにして埋設された１対の電極とを備え、上記放電空間に水銀、始動用ガスおよび金属ハロゲン化物が封入されてなるメタルハライドランプにおいて、
上記放電空間が、５０μリットル以下の容積に設定されており、
上記放電空間の単位容積当たりの上記金属ハロゲン化物の封入量が、
０．００６〜０．０１（ｍｇ／μリットル）
に設定されており、
上記各電極の先端位置から上記放電容器の内面における前後方向中央下端位置までの距離Ｌと、上記メタルハライドランプへの入力電力Ｐとの比Ｌ／Ｐが、
Ｌ／Ｐ＝０．０５〜０．１（ｍｍ／Ｗ）
に設定されている、ことを特徴とするメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、車両用前照灯の光源として用いられるメタルハライドランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプは高輝度照射が可能なことから、近年では車両用前照灯等の光源としても多く用いられるようになってきている。
【０００３】
車両用前照灯等に用いられるメタルハライドランプは、一般に、図５に示すように、前後方向に延びる略楕円球状の放電空間１０２を形成する放電容器１０４と、この放電容器１０４における放電空間１０２の前後両側部位に、該放電空間１０２へ先端部を突出させるようにして埋設された１対の電極１０６Ａ、１０６Ｂとを備えた構成となっている。そして、このメタルハライドランプの放電空間１０２には、水銀、始動用ガスおよび金属ハロゲン化物が封入されている。
【０００４】
金属ハロゲン化物の封入はランプ効率や演色性を高めるためのものであって、その封入量は、所定の光束および光色が得られ、かつ過剰分がランプ配光性能に影響を及ぼさない程度に設定されている。具体的には、例えば容積が約３０μリットルの放電空間１０２の場合では０．４５〜０．６ｍｇ程度（単位容積当たりの封入量に換算すると０．０１５〜０．０２（ｍｇ／μリットル）程度）に設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のメタルハライドランプにおいては、その点灯開始の際に立ち消えが発生してしまうことが多いという問題がある。
【０００６】
すなわち、図５に示すように、ランプ非点灯時には、金属ハロゲン化物１０８は放電容器１０４の内面における前後方向中央下端部に堆積しており、点灯によりこれを蒸発させるようになっている。ところが、放電空間１０２の容積に対して金属ハロゲン化物１０８の封入量が多すぎると、放電容器１０４の内面における前後方向中央下端部に堆積した金属ハロゲン化物１０８が電極１０６Ａ、１０６Ｂに近接してしまうため、電極１０６Ａ、１０６Ｂ間に高電圧を印加しても電極１０６Ａ、１０６Ｂ間に発生成長させるべきアークの一部が金属ハロゲン化物１０８の方へ流れてしまう分流現象が生じやすくなる。そして、このような分流現象が生じると電極１０６Ａ、１０６Ｂ間の実質的なインピーダンスが小さくなってしまうため、アークが成長せずに立ち消えしてしまうこととなる。
【０００７】
このように上記従来のメタルハライドランプにおいては、電極１０６Ａ、１０６Ｂ間に高電圧を印加しても瞬時に点灯しない場合が多く、その点灯のために何度も点灯開始動作を行う必要が生じるので、瞬時点灯が要求される車両用前照灯等に用いるにはあまり適したものとはならないという問題がある。
【０００８】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、点灯開始時に立ち消えが発生してしまうのを防止することができるメタルハライドランプを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、金属ハロゲン化物の封入量に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【００１０】
すなわち、本願発明は、請求項１に記載したように、
車両用前照灯の光源として用いられるメタルハライドランプであって、
前後方向に延びる略楕円球状の放電空間を形成する放電容器と、この放電容器における上記放電空間の前後両側部位に、該放電空間へ先端部を突出させるようにして埋設された１対の電極とを備え、上記放電空間に水銀、始動用ガスおよび金属ハロゲン化物が封入されてなるメタルハライドランプにおいて、
上記放電空間が、５０μリットル以下の容積に設定されており、
上記放電空間の単位容積当たりの上記金属ハロゲン化物の封入量が、
０．００６〜０．０１（ｍｇ／μリットル）
に設定されており、
上記各電極の先端位置から上記放電容器の内面における前後方向中央下端位置までの距離Ｌと、上記メタルハライドランプへの入力電力Ｐとの比Ｌ／Ｐが、
Ｌ／Ｐ＝０．０５〜０．１（ｍｍ／Ｗ）
に設定されている、ことを特徴とするものである。
【００１１】
上記「始動用ガス」の具体的組成は特に限定されるものではなく、例えば、キセノンガス、アルゴンガス等が採用可能である。
【００１２】
また、上記「金属ハロゲン化物」の具体的組成についても特に限定されるものではなく、例えば、タリウム、ナトリウム、インジウム、スカンジウム等の金属のハロゲン化物またはこれらの混合物が採用可能である。
【００１３】
【発明の作用効果】
上記構成に示すように、本願発明に係るメタルハライドランプは、略楕円球状に形成された放電空間に水銀、始動用ガスと共に金属ハロゲン化物が封入されているが、放電空間の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量が０．００６〜０．０１（ｍｇ／μリットル）に設定されているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００１４】
すなわち、金属ハロゲン化物の封入量が０．０１（ｍｇ／μリットル）以下では、放電容器の内面における前後方向中央下端部に堆積した金属ハロゲン化物が、電極からの分流が発生してしまうほどには電極に近接することはないので、点灯開始時の立ち消え発生を効果的に防止することができる。ただし、金属ハロゲン化物の封入量が０．００６（ｍｇ／μリットル）未満では、メタルハライドランプとして期待される所定の光束および光色を得ることができなくなる。
【００１５】
したがって、本願発明のように、放電空間の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量が０．００６〜０．０１（ｍｇ／μリットル）に設定されたメタルハライドランプを採用することにより、メタルハライドランプとしての機能を確保した上で、点灯開始時に立ち消えが発生してしまうのを防止することができる。
【００１６】
ところで、放電空間の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量が上記範囲内の値に設定されていても、放電空間が例えば極端に細長い楕円球状等である場合には、放電容器の内面における前後方向中央下端部に堆積した金属ハロゲン化物と電極とが近接した状態となり得る。
【００１７】
そこで、上記構成において、各電極の先端位置と放電容器の内面における前後方向中央下端位置との距離Ｌと、メタルハライドランプへの入力電力Ｐとの比Ｌ／Ｐを、
Ｌ／Ｐ＝０．０５〜０．１（ｍｍ／Ｗ）
に設定するようにすれば、放電容器の内面における前後方向中央下端部に堆積した金属ハロゲン化物と電極とが近接してしまうのを確実に防止することができる。
【００１８】
ここで上限を設定したのは、Ｌ／Ｐ＞０．１（ｍｍ／Ｗ）では、電極と放電容器の内面における前後方向中央下端位置との距離が離れすぎてしまい、点灯状態にあるときでも前後方向中央下端部の温度が十分上昇せず発光不十分となり、所望の光束および光色を得られなくなることによるものである。また、ここで距離Ｌと入力電力Ｐとの比Ｌ／Ｐで規定したのは、放電空間の容積と略比例関係にある入力電力Ｐを用いることにより、放電容器のサイズに対応した分かりやすい指標で適用可能とするためである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本願発明の一実施形態に係るメタルハライドランプが組み込まれた放電バルブ１０を示す側断面図であり、図２は、そのII部拡大図である。
【００２１】
図１に示すように、この放電バルブ１０は車両用前照灯に装着される光源バルブであって、前後方向に延びるアークチューブユニット１２と、このアークチューブユニット１２の後端部を固定支持する絶縁プラグユニット１４とを備えてなっている。
【００２２】
アークチューブユニット１２は、メタルハライドランプで構成されたアークチューブ１６と、このアークチューブ１６を囲むシュラウドチューブ１８とが、一体的に形成されてなっている。
【００２３】
アークチューブ１６は、細長円筒形の石英ガラス管を加工してなるアークチューブ本体２０と、このアークチューブ本体２０内に埋設された前後１対の電極アッシー２２Ａ、２２Ｂとからなり、その入力電力は３５Ｗに設定されている。
【００２４】
アークチューブ本体２０は、中央に略楕円球状の放電容器２０ａが形成されるとともにその前後両側にピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２が形成されてなり、放電容器２０ａの内部には前後方向に延びる略楕円球状の放電空間２４が形成されている。
【００２５】
各電極アッシー２２Ａ、２２Ｂは、棒状の電極２６Ａ、２６Ｂとリード線２８Ａ、２８Ｂとがモリブデン箔３０Ａ、３０Ｂを介して連結固定されてなり、各ピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２においてアークチューブ本体２０にピンチシールされている。その際、各モリブデン箔３０Ａ、３０Ｂはすべてピンチシール部２０ｂ１、２０ｂ２内に埋設されているが、各電極２６Ａ、２６Ｂは、その先端部が前後両側から互いに対向するようにして放電空間２４内に突出している。
【００２６】
放電空間２４は容積約２０〜５０μリットルであり、該放電空間２４には、両電極２６Ａ、２６Ｂの先端間に放電を維持させるための水銀と、この放電の発生を容易化するための始動用ガスと、ランプ効率および演色性を高めるための金属ハロゲン化物とが封入されている。
【００２７】
水銀の封入量は０．５〜１．０ｍｇに設定されている。始動用ガスとしては不活性ガスであるキセノンガスが用いられており、その封入圧は約４〜８atm に設定されている。金属ハロゲン化物としては、ＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）とＳｃＩ（ヨウ化スカンジウム））とを４：１〜７：３の重量比で混ぜ合わせたものが用いられており、その封入量は０．１８〜０．３ｍｇ（単位容積当たりの封入量に換算すると０．００６〜０．０１（ｍｇ／μリットル））に設定されている。
【００２８】
金属ハロゲン化物は、ペレットの状態で放電空間２４に封入されるが、ランプ点灯により一旦蒸発しその後のランプ消灯により放電空間２４の温度が低下すると、図２において符号３２で示すように、放電空間２４の最冷部（最も温度が低くなる部分）である放電容器２０の内面における前後方向中央下端部に流動体状に堆積する。
【００２９】
放電容器２０ａの内面における前後方向中央下端位置Ｃと各電極２６Ａ、２６Ｂの先端位置Ａ、Ｂとの距離Ｌは１．７５〜３．５ｍｍ（アークチューブ１６への入力電力Ｐとの比Ｌ／Ｐでは０．０５〜０．１（ｍｍ／Ｗ））に設定されている。
【００３０】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００３１】
図３（ａ）は、本実施形態に係るメタルハライドランプにおいて、点灯開始時におけるアーク成長の様子を示す図である。一方、同図（ｂ）は、その比較例を示すものであって、放電空間２４の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量が０．０１（ｍｇ／μリットル）を超える値に設定されたメタルハライドランプにおいて、点灯開始時におけるアーク成長の様子を示す図である。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、両電極２６Ａ、２６Ｂ間に高電圧を印加すると、一時的に負の大電流が流れるが、電圧制御により正の電流に移行し、その後は所定電流が安定的に流れる。そしてこれにより両電極２６Ａ、２６Ｂ間にアークが発生成長し、定常的なアークが得られる。これに対し、金属ハロゲン化物の封入量が多すぎる場合には、同図（ｂ）に示すように、両電極２６Ａ、２６Ｂ間に一時的に負の大電流が流れた後、正の電流に移行するまでの挙動は本実施形態と同様であるが、その後、アークが成長せず電流が流れない立ち消え状態となる。
【００３３】
図４は、放電空間２４の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量とメタルハライドランプが正常に点灯する確率との関係を調査した結果を示すグラフである。
【００３４】
図示のように、放電空間２４の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量が０．０１（ｍｇ／μリットル）以下では点灯確率１００％であるが、０．０１（ｍｇ／μリットル）を超えると点灯確率が急激に低下することが明らかである。
【００３５】
これは、放電空間２４の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量が０．０１（ｍｇ／μリットル）を超えると、放電容器２４の内面における前後方向中央下端部に堆積した金属ハロゲン化物３２が電極２６Ａ、２６Ｂに近接するため、成長させるべきアークの一部が金属ハロゲン化物３２の方へ流れてしまい、両電極２６Ａ、２６Ｂ間の実質的なインピーダンスが小さくなることによるものと考えられる。
【００３６】
したがって、金属ハロゲン化物の封入量を０．０１（ｍｇ／μリットル）以下に設定することが点灯性を確保する上で好ましい。ただし、金属ハロゲン化物の封入量が０．００６（ｍｇ／μリットル）未満では、メタルハライドランプとして期待される所定の光束および光色を得ることができなくなる。
【００３７】
そこで、本実施形態のように、放電空間２４の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量が０．００６〜０．０１（ｍｇ／μリットル）に設定されたメタルハライドランプを採用することにより、メタルハライドランプとしての機能を確保した上で、灯具点灯開始時に立ち消えが発生してしまうのを防止することができる。
【００３８】
そして、このように点灯開始時における立ち消え発生を効果的に防止することができることから、本実施形態に係るメタルハライドランプは、瞬時点灯が要求される車両用前照灯に非常に適したものとなっている。
【００３９】
また、本実施形態に係るメタルハライドランプにおいては、放電容器２０ａの内面における前後方向中央下端位置Ｃと各電極２６Ａ、２６Ｂの先端位置Ａ、Ｂとの距離Ｌが１．７５ｍｍ以上であり、ある程度大きな値に設定されているので、金属ハロゲン化物の封入量が上記範囲内の値に設定されている場合には、放電容器２０ａの内面における前後方向中央下端部に堆積した金属ハロゲン化物３２と各電極２６Ａ、２６Ｂとが近接してしまうのを確実に防止することができる。また、上記距離Ｌの上限が３．５ｍｍであり、あまり極端には大きくない値に設定されているので、点灯状態にあるときでも放電容器２０ａの内面における前後方向中央下端部の温度が十分上昇せず発光不十分となり、所望の光束および光色を得られなくなるといった不具合が生じるのを防止することができる。
【００４０】
本実施形態においては、メタルハライドランプの入力電力が３５Ｗで、その放電空間２４の容積が約３０μリットルである場合について説明したが、これ以外の仕様のメタルハライドランプにおいても、放電空間２４の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量を０．００６〜０．０１（ｍｇ／μリットル）に設定するとともに、放電容器２０ａの内面における前後方向中央下端位置Ｃと各電極２６Ａ、２６Ｂの先端位置Ａ、Ｂとの距離Ｌと、アークチューブ１６への入力電力Ｐとの比Ｌ／Ｐを０．０５〜０．１（ｍｍ／Ｗ）に設定するようにすれば、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
なお、放電空間２４の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量は、これを０．００７〜０．００９（ｍｇ／μリットル）に設定することがより好ましく、また、上記距離Ｌと入力電力Ｐとの比Ｌ／Ｐについても、これを０．０６〜０．０９（ｍｍ／Ｗ）に設定することがより好ましい。
【００４２】
本実施形態においては、メタルハライドランプが、車両用前照灯に装着される放電バルブ１０のアークチューブ１６である場合について説明したが、これ以外の用途に用いられるものであってもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係るメタルハライドランプが組み込まれた放電バルブを示す側断面図
【図２】図１のII部拡大図
【図３】本実施形態に係るメタルハライドランプにおいて、点灯開始時におけるアーク成長の様子（ａ）を比較例（ｂ）と共に示す図
【図４】放電空間の単位容積当たりの金属ハロゲン化物の封入量とメタルハライドランプが正常に点灯する確率との関係を調査した結果を示すグラフ
【図５】従来例を示す、図２と同様の図
【符号の説明】
１０  放電バルブ
１２  アークチューブユニット
１４  絶縁プラグユニット
１６  アークチューブ（メタルハライドランプ）
１８  シュラウドチューブ
２０  アークチューブ本体
２０ａ  放電容器
２０ｂ１、２０ｂ２  ピンチシール部
２２Ａ、２２Ｂ  電極アッシー
２４  放電空間
２６Ａ、２６Ｂ  電極
２８Ａ、２８Ｂ  リード線
３０Ａ、３０Ｂ  モリブデン箔
３２  金属ハロゲン化物
【図１】
0003655126.tif 000002
【図２】
0003655126.tif 000003
【図３】
0003655126.tif 000004
【図４】
0003655126.tif 000005
【図５】
0003655126.tif 000006