(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部に電極が封着され、内部にハロゲン化金属と水銀のほかに、始動用希ガスとして封入圧が５気圧以上のキセノンが封入された発光管を備えたメタルハライドランプを波高率が１を越え１．１以下の方形波状のランプ電流で水平点灯し、水平点灯した際のアーク湾曲度が０．７５ｍｍ以下であることを特徴とするメタルハライドランプ点灯方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車前照灯用等のメタルハライドランプの点灯方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高圧放電ランプ、特にメタルハライドランプは屋外照明から店舗等の屋内照明まで広く用いられてきており、最近では自動車前照灯用ランプとしても開発が進められている。
【０００３】
このようなメタルハライドランプはランプ発光管が水平方向で点灯される場合がある。かかる水平方向点灯では、図７に示すように、石英製発光管１の電極４，５間の放電アーク８が上側に弓状に湾曲することはよく知られている。このような湾曲は、ランプ寿命中に発光管１の上側部分９を過熱，失透させてランプ光束を低下させる等寿命特性に悪影響を及ぼす。従来技術では、かかる問題の解決に対して、発光管寸法を大きくして点灯時の管壁負荷を低減させ、発光管温度を低下させることにより対処してきた。
【０００４】
図７中、２，３は金属箔、６，７は外部リード線をそれぞれ示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の管壁負荷の低減は石英発光管の失透現象等を抑制できる反面、発光管内の封入ハロゲン化金属の蒸気圧が低下し、その結果、ランプ効率や演色性が低下する等の問題を生じる。
【０００６】
さらに、自動車前照灯用メタルハライドランプでは、後述するように発光管内に５気圧以上の高圧力のキセノンガスが封入されており、水平点灯時の放電アークの湾曲（以下、アーク湾曲という）が大きくなり、寿命中の発光管上側の石英失透が激しく、極端な場合には発光管の上側部分が膨れる現象が見られる。かかる発光管の膨れはアーク湾曲を一層増長させ、それがまた発光管の膨れを加速させる等の悪循環をもたらす。かかる問題に対して、従来技術での発光管の管壁負荷を低減させる方法を採用することは不可能である。つまり、後述するように、自動車前照灯用メタルハライドランプでは始動時の光束立上がり特性や点灯時のアーク湾曲度が使用条件として規定されているが、管壁負荷の低減すなわち発光管寸法の増大は光束立上がりを遅らせ、かつアーク湾曲度を増加させて、これらの特性値を規定値以内にすることが難しいからである。
【０００７】
本発明は、光束立上がりを遅らせることがなく、しかも従来技術では対処できない自動車用メタルハライドランプ等の発光管膨れを抑制するメタルハライドランプ点灯方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のメタルハライドランプの点灯方法は、両端部に電極が封着され、内部にハロゲン化金属と水銀のほかに、始動補助希ガスとして５気圧以上のキセノンが封入された発光管を備えたメタルハライドランプを波高率が１を越え約１．１以下（波高率＝最大値／実効値）の方形波状のランプ電流で水平点灯し、水平点灯した際のアーク湾曲度が０．７５ｍｍ以下であるものである。
【０００９】
【作用】
本発明で用いるメタルハライドランプでは、ランプ始動直後の光束立上がりを速めるために、発光管内に５気圧という高圧のキセノンを封入している。その結果、発光管内の蒸気密度すなわち蒸気比重が増大して、放電アークが受ける浮力が上昇しアーク湾曲度が増加する。つまり、図２に示すように、発光管１内を２チャンネル温度モデル（放電アークおよび周辺部温度をそれぞれ一定値TaおよびTwとする）で近似するならば、放電アークが受ける浮力Faは次式で表わされる。
【００１０】
Fa＝πro2ｇ（ρw−ρa）
（ただし、ro：放電アーク半径、ρa：放電アーク内の蒸気比重、ρw：放電アーク周辺の蒸気比重、ｇ：重力の加速度）
高圧キセノン封入により、放電アーク周辺の蒸気比重ρwが増加して、浮力Faが大きくなる。しかるに、本発明のように、メタルハライドランプを波高率１．１以下の方形波状のランプ電流で点灯させると、アーク湾曲度が小さくなることが判明した。ランプ寿命特性に関しても、水平点灯時の発光管上側の石英失透現象も軽微であり、発光管の膨れ等も完全に防止できることがわかった。これは、方形波状のランプ電流では実効電流値が同じでもピーク電流値が低いので、放電アーク温度Taが実効的に低下し、その結果、放電アーク蒸気比重ρaが増大して浮力Faが小さくなるからである。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の方法に用いるメタルハライドランプの発光管の断面図を示す。
【００１２】
図１において、石英製発光管１の両端部にはモリブデン箔等の金属箔２，３を介してタングステン電極４，５が封着されている。さらに、金属箔２，３の外側端部には外部リード線６，７が溶接されている。発光管１内には発光物質としてナトリウムおよびスカンジウムのよう化物、緩衝ガスとして水銀が封入されている。さらに、発光管１内には始動用希ガスとして始動直後の光束立上がりを速めるために、高圧のキセノンが封入されている。水銀封入量は０．７０mgである。発光管１の寸法は、中心部の内径が３．１mm、電極間距離が４．３mmであり、管内容積は０．０３cm3である。
【００１３】
上記発光管において、キセノンの封入圧力を１気圧から１５気圧まで種々変えた発光管を準備し、各発光管について波高率が異なるランプ電流（方形波、台形波、正弦波、三角波）で水平点灯したときのアーク湾曲度（両電極先端部を結ぶ中心線から放電アーク８の中心軸までの距離ｄOで規定する）を測定した。なお、測定は発光管を管入力３５Ｗ一定で行い、アーク湾曲度（距離ｄO）は発光管をスクリーン上に拡大投射することにより行った。測定の結果、次のことが明らかとなった。
【００１４】
（１）図３にキセノンの封入圧を変えたランプを三角波電流で点灯した結果を示す。キセノンの封入ガス圧が上昇するにつれて、アーク湾曲度は増大し、とくに５気圧以上では増大割合が大きい。なお、本発明に関連するメタルハライドランプを、自動車用前照灯として用いる場合は、始動直後の光束立上がりの面からキセノン封入圧は５気圧以上必要である。また、反射ミラーとの組合せにおいて、アーク湾曲度として距離ｄOを０．７５mm以下に抑えるのが望ましい。キセノン封入圧の上昇につれてアーク湾曲度が大きくなるのは、放電アーク周辺の蒸気比重ρWが増大して、放電アーク領域が受ける浮力Faが大きくなるからである。
【００１５】
（２）一方、図４に波高率の異なる電流波形（周波数は４００Hz一定）で点灯した結果を示す。図５（ａ）は方形波、同（ｂ）は台形波、同（ｃ）は正弦波、同（ｄ）は三角波をそれぞれ示す。波高率が小さくなり、電流が方形波に近づくにつれて、放電アークの湾曲度は減少する。これは、波高率の低下につれてランプ電流の実効値は同じでもランプ電流のピーク値が低くなるので、放電アーク温度が実効的に低下してアーク領域の蒸気比重ρaが大きくなり、その結果、放電アーク領域が受ける浮力Faが減少するからである。
【００１６】
図４から明らかなように、波高率が１．１以下になると、アーク湾曲度の低下割合が大きくなることがわかる。
【００１７】
次いで、キセノンを１０気圧封入した発光管を用いて、波高率が異なるランプ電流（周波数４００Hz）で水平点灯したときのランプ寿命特性、すなわち発光管上側の石英失透状態や発光管膨れ現象を観測した。なお、点灯サイクルは、９分４５秒点灯／１５秒消灯のサイクルを５回繰り返し、後１０分消灯し、以後はこの６０分サイクルを繰り返した。ライフ時間２０００時間における結果を図６に示す。これから、発光管の膨れも波高率が１．１以下になると、著しく軽減されることが明らかである。
【００１８】
なお、上記測定は、点灯周波数としては発光管内の音響共鳴現象を避けるために、１２ＫHz以下の低周波領域で行った。とくに、寿命特性の測定ではランプを４００Hzで点灯した。１２ＫHz以下の測定の周波数領域内では、アーク湾曲度の点灯周波数への依存は小さく、問題とならないといえる。
【００１９】
また、光束立上がり特性については、発光管の大きさに依存し、ランプ電流の波高率による差はみられず、光束立上がりの遅れは認められなかった。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は始動用希ガスとして高圧のキセノンを封入したメタルハライドランプにおいて、キセノン封入圧が５気圧以上となり水平点灯時のアーク湾曲度が増大するランプでも、波高率が１を越え約１．１以下の方形波状のランプ電流で水平点灯し、水平点灯した際のアーク湾曲度が０．７５ｍｍ以下であることにより、光束立上がりを遅らせることがなく、しかもアーク湾曲を低減して、発光管の膨れを抑制し、寿命特性を著しく向上したメタルハライドランプを提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に用いるメタルハライドランプの発光管の断面図
【図２】発光管内の放電アーク領域の浮力を説明するための図
【図３】キセノン封入圧力とアーク湾曲度との関係図
【図４】波高率とアーク湾曲度との関係図
【図５】（ａ）方形波の波形図
（ｂ）台形波の波形図
（ｃ）正弦波の波形図
（ｄ）三角波の波形図
【図６】波高率と発光管の膨れとの関係図
【図７】発光管内の放電アークの湾曲を説明するための図
【符号の説明】
１  発光管
４，５  電極
【図１】
0003554340.tif 000002
【図２】
0003554340.tif 000003
【図３】
0003554340.tif 000004
【図４】
0003554340.tif 000005
【図５】
0003554340.tif 000006
【図６】
0003554340.tif 000007
【図７】
0003554340.tif 000008