(57)【要約】【課題】電極先端の放電の起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりしにくい高圧放電ランプおよびこれを用いた車両用ヘッドライトを提供する。【解決手段】高圧放電ランプＨＰＤＬは、内容積０．１ｃｃ以下の放電空間１ｃが形成された包囲部１ａおよびその両端から延在する一対の封止部１ａ１を備えた気密容器１と、少なくとも一方が、耐火金属製の軸部を備え、基端が封止部１ａ１に埋設されるとともに、先端が気密容器１の放電空間１ｃに臨むように離間対向して配設され、先端から軸部の直径ｄの大きさに等しい距離までの領域内に存在する結晶の数が５個以内で、かつ、残余の領域内に存在する結晶の数が１０個以上であり、電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極１ｂ、１ｂと、気密容器の放電空間内に封入された放電媒体とを具備している。【選択図】図３
2004220880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内容積０．１ｃｃ以下の放電空間が形成された包囲部および包囲部の両端から延在する一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；
少なくとも一方が、耐火金属製の軸部を備え、基端が封止部に埋設されるとともに、先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設され、先端から軸部の直径の大きさに等しい距離までの領域内に存在する結晶の数が５個以内で、かつ、残余の領域内に存在する結晶の数が１０個以上であり、電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極と；
気密容器の放電空間内に封入された放電媒体と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
一対の電極は、少なくともその一方の先端から軸部の直径の大きさに等しい距離までの領域内に存在する結晶の数が３個以内であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
放電媒体は、発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物および５気圧以上のキセノンを含み、水銀を本質的に含まないことを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
車両用ヘッドライト用として構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
車両用ヘッドライト本体と；
車両用ヘッドライト本体に配設された請求項４記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；
を具備していることを特徴とする車両用ヘッドライト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極構造を改良した高圧放電ランプおよびこれを用いた車両用ヘッドライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
この種の高圧放電ランプを自動車などの車両用のヘッドライトとして使用する場合には、点灯開始直後の光量が少ないという課題があり、その解決のためには、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。
【０００４】
一方、自動車用ヘッドライト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。自動車などの車両用ヘッドライトにおいても、メタルハライドランプの使用が普及してきている。自動車のヘッドライト用を含めて、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、自動車のヘッドライト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（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
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２参照。）。特許文献２においては、水銀に代えてＺｎＩ２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ＳｃＩ３−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。
【０００６】
ところで、高圧放電ランプに用いられている電極は、２次再結晶処理を施し、電極全体についてある程度結晶サイズを成長させている。この状態では、結晶サイズは、電極のどの部位においてもほぼ均一である。したがって、電極の先端から電極の直径の値と同じ距離までの間には、数十ないし数百個以上の結晶が存在する。なお、従来技術として電極のタングステンを高温処理によって２次再結晶させることにより、金属表面上の不純物を減少させることについては既に知られている（例えば特許文献３参照。）。
【０００７】
【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
【特許文献３】
特開２０００−１００３７７号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような構成の電極を備えた高圧放電ランプを、前述したような急速立上げを行うと、電極温度は点灯直後に最高に達する。このために、最も高温になる電極の先端部において電極金属の結晶サイズが成長しやすい。そして、繰り返しの点灯により電極先端の結晶が成長することで以下の弊害を生じる。
【０００８】
すなわち、電極表面における電子放射性の分布が変化したり、結晶界面位置が変化することなどで表面状態が変化したりすることにより、放電の起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりする。その結果、ヘッドライトの配光が変化して、中心光度が低下したり、照射光のちらつきが生じたりする。
【０００９】
上述の弊害は、水銀に代えて比較的蒸気圧の高いハロゲン化物を封入した高圧放電ランプ（以下、便宜上「水銀フリーランプ」という。）において、特に顕著である。なぜなら、水銀フリーランプの場合、水銀入りの高圧放電ランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）におけるような水銀の急激な蒸気によるランプ電圧上昇がないので、これを補うため点灯直後の大電流を流す時間が水銀入りランプのそれより明らかに長くなるからである。
【００１０】
本発明は、電極先端の放電の起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりしにくい高圧放電ランプおよびこれを用いた車両用ヘッドライトを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、上記の結果、配光が変化して中心光度が低下したり、照射光がちらついたりしにくい車両用ヘッドライトを提供することを他の目的とする。
【００１２】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプは、内容積０．１ｃｃ以下の放電空間が形成された包囲部および包囲部の両端から延在する一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；少なくとも一方が、耐火金属製の軸部を備え、基端が封止部に埋設されるとともに、先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設され、先端から軸部の直径の大きさに等しい距離までの領域内に存在する結晶の数が５個以内で、かつ、残余の領域内に存在する結晶の数が１０個以上であり、電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極と；気密容器の放電空間内に封入された放電媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００１３】
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。
【００１４】
＜気密容器容器について＞    気密容器は、耐火性で透光性であり、包囲部および一対の封止部を備えている。「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が、好適には石英ガラスなどを用いて形成する。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。
【００１５】
また、包囲部は、その内部に内容積０．１ｃｃ以下の適当な形状をなした放電空間、例えば車両用ヘッドライトに用いる高圧放電ランプおいて好適には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。
【００１６】
さらに、包囲部は、そ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。
【００１７】
一対の封止部は、包囲部を封止するとともに、電極の軸部がここに埋設され、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するのに寄与する手段であり、包囲部の両端から一体に延在している。そして、電極を封装し、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するために、内部に適当な気密封止導通手段、好適には封着金属箔を気密に埋設している。
【００１８】
なお、封着金属箔は、封止部の内部に埋設されて封止部が気密容器の包囲部の内部を気密に維持するのに協働しながら電流導通導体として機能するための手段であり、気密容器が石英ガラスからなる場合、材料としてはモリブデンが最適である。モリブデンは、約３５０℃になると酸化するので、外部側の端部の温度がこれより温度が低くなるように埋設される。封着金属箔を封止部に埋設する方法は、特段限定されないが、例えば減圧封止法、ピンチシール法などを採用することができる。内容積が０．１ｃｃ以下の小形でキセノンなどの希ガスを室温で５気圧以上封入する車両用ヘッドライトなどに用いる高圧放電ランプの場合は、前者が好適である。
【００１９】
＜一対の電極について＞    一対の電極は、気密容器の包囲部の両端内部に離間対向して封装される。高圧放電ランプが、その放電空間の内容積が０．１ｃｃ以下と小形のため、電極間距離は５ｍｍ以下に設定される。
【００２０】
また、一対の電極は、タングステン、タングステン−レニウム合金などの耐火金属製の軸部を備え、その軸部の基端が封着金属箔に溶接されるなどして封止部に埋設され、中間が気密容器の封止部により緩く支持され、先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設される。
【００２１】
さらにまた、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、車両ヘッドライトに用いるメタルハライドランプの場合、要すれば電極の先端部近傍を軸部より径大にすることもできる。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。
【００２２】
本発明における特徴的な構造として、一対の電極は、少なくともその一方の先端から電極軸の外径と同じ距離までの領域（以下、便宜上「電極先端領域」という。）内に存在する結晶の数が５個以内で、かつ、残余の領域内に存在するする結晶の数が１０個以上に規制されている。なお、「少なくともその一方」の電極とは、直流で作動する電極の場合、陰極側の電極が上述の要件を満足する必要がある。これに対して、交流電作動する電極の場合、一対の電極が交互に陰極および陽極として作用するので、一対の電極が上述の要件を満足する必要がある。
【００２３】
電極先端領域内に存在する結晶の数が５個を超えると、電極表面における電子放射性の分布が変化したり、結晶界面位置が変化することなどで表面状態が変化することにより、放電の起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりする傾向が強くなるので、不可である。電極先端領域内の結晶の好ましい数の範囲は、３個以内であり、先端領域が単一の結晶により形成されていてもよい。
【００２４】
本発明において、電極先端領域内に存在する結晶の数が５個以内になるようにする手段は特段限定されない。例えば、電極の封装後に電極に大きな電流を長時間通流させて結晶を特別に大きく成長させることにより実現することができる。
【００２５】
以上説明した電極先端領域に対して、残余の領域における結晶の数は、１０個以上であればよく、したがって通常行われる電極の加熱処理により形成される２次再結晶が形成されている状態が許容される。一般的には、残余の領域における結晶の数は、数十ないし数百個以上である。
【００２６】
ところで、電極の結晶の数は、電極軸の中心軸に沿う断面を研磨し、次にエッチングしてから、走査形電子顕微鏡により４０倍以上に拡大して判定するものとする。
【００２７】
＜放電媒体について＞    本発明において、放電媒体は、一般的には発光物質が金属蒸気およびガス（例えばキセノンランプの場合）のいずれであってもよい。発光金属の金属蒸気源として単体の発光金属、例えば水銀（高圧水銀ランプの場合）を、または発光金属のハロゲン化物（メタルハライドランプの場合）を封入することができる。また、発光金属に加えてランプ電圧形成物質として水銀や蒸気圧が比較的高い金属のハロゲン化物（水銀フリーランプの場合）を封入することができる。さらに、上記の各ランプ共通に始動ガスとして希ガスを用いることができる。
【００２８】
次に、本発明の高圧放電ランプにおいて好適な実施の形態である自動車ヘッドライト用メタルハライドランプである水銀フリーランプの放電媒体について説明する。この実施の形態における放電媒体は、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も作用する。
【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色度の調整用としても寄与させることができる。
【００３２】
ハロゲン化物を構成するハロゲンは、反応性に関して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】
キセノンは、室温で５気圧以上の圧力で封入する。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。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】
本実施の形態において、「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】
＜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。
【００３６】
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。
【００３７】
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外管を気密容器で支持するように構成することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、以上の説明から明らかなように、電極先端領域に含まれる結晶の数が５個以内であり、残余の領域に含まれる結晶の数が１０個以上であることにより、電極先端領域における結晶粒界が少なくなるために、電極表面での電子放射性分布の変化が少なくなって、結晶界面位置が変化することなどによる表面状態の変化が少なくなる。このため、放電の起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりすることが顕著に低減する。その結果、車両用ヘッドライトの配光の変化が少なく、中心光度の低下も低減するとともに、照射光のちらつきが生じにくくなる。
【００４２】
請求項２の発明の高圧放電ランプは、請求項１記載の高圧放電ランプにおいて、一対の電極は、少なくともその一方の先端から軸部の直径の大きさに等しい距離までの領域内に存在する結晶の数が３個以内であることを特徴としている。
【００４３】
本発明は、電極先端領域における結晶の数の好適な範囲を規定している。
そうして、本発明においては、放電起点の寿命中の変化や移動がより一層顕著に低減する。その結果、車両用ヘッドライトの配光が良好に安定して、中心光度の低下および照射光のちらつきが顕著に低減する。
【００４４】
請求項３の発明の高圧放電ランプは、請求項１または２記載の高圧放電ランプにおいて、放電媒体は、発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物および５気圧以上のキセノンを含み、水銀を本質的に含まないことを特徴としている。
【００４５】
本発明は、水銀フリーランプとして構成された高圧放電ランプを規定している。水銀フリーランプは、前述したように、ランプ電圧形成用媒体に蒸気圧の高い金属ハロゲン化物を用いていて、環境負荷が少なくて大変好ましいのであるが、水銀のように急速な蒸発がないので、これを補うために点灯開始時に相対的に長時間大きな電流を通流させるのが一般的である。そのため、水銀入りランプより電極先端領域の結晶が成長しやすくなり、その結果、結晶状態の影響を受けて、放電の起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりしやすいという問題がある。
【００４６】
しかしながら、本発明においては、予め電極先端領域の結晶の数を顕著に少なくしているので、上記の問題が低減して水銀入りランプにおけるのと同等ないしそれ以上の光学特性を有するとともに、環境負荷が少ないという特徴を維持している。
【００４７】
請求項４の発明の高圧放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプにおいて、車両用ヘッドライト用として構成されていることを特徴としている。
【００４８】
車両用ヘッドライト用の高圧放電ランプは、それが水銀フリーランプおよび水銀入りランプのいずれであったとしても、点灯開始直後の光束立上りを早くするために、点灯直後に大きな電流を通流させるので、その電流値および通流時間の程度に差があるにせよ、電極先端領域の結晶が成長しやすくなり、その結果、結晶状態の影響を受けて、放電起点の寿命中の変化や移動し続けたりする問題が顕著になりやすい。特に水銀フリーランプの場合、点灯直後の大きな電流を通流させる期間が４〜８秒と水銀入りランプの１〜２秒に比較して長いため、上記の問題側より一層顕著になりやすい。
しかしながら、本発明においては、予め電極先端領域の結晶の数を顕著に少なく構成しているので、上記の問題が低減して優れた光学特性を呈する。
【００４９】
請求項５の発明の車両用ヘッドライトは、車両用ヘッドライト本体と；車両用ヘッドライト本体に配設された請求項４記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００５０】
本発明において、「車両用ヘッドライト」とは、例えば自動車など各種車両に用いられるヘッドライトを含む。また、「車両用ヘッドライト本体」とは、車両用ヘッドライトから高圧放電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。しかし、後者の方がランプが効果的である。
【００５１】
高圧放電ランプは、水銀入りランプおよび水銀フリーランプのいずれであってもよい。
【００５２】
点灯回路は、高圧放電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、水銀フリーランプの場合、車両用ヘッドライトに用いる点灯回路は、高圧放電ランプ、例えば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、光束立上りを自動車ヘッドライト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ヘッドライトに必要なヘッドライト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、高圧放電ランプの点灯は、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。水銀を本質的に封入しない高圧放電ランプ、例えば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４は、本発明の高圧放電ランプにおける一実施の形態としての自動車ヘッドライト用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、図３は電極の拡大要部断面一部切欠正面図、図４は電極先端領域の結晶の数と放電起点移動発生率の関係を示すグラフである。
【００５６】
図１および図２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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。放電空間１ｃの内容積は、０．１ｃｃ以下である。
【００５９】
電極１ｂは、図３に拡大し、先端部を断面し、かつ、一部を切欠して示すように、タングステン線からなり、その基端が封止部１ａ１に埋設された後述する封着金属箔２に溶接されるとともに、中間部が封止部に緩く支持されることによって所定の位置に配設され、さらに先端部が放電空間１ｃ内に臨んでいる。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。
【００６０】
また、電極１ｂは、その先端から電極の直径ｄに等しい距離までの領域である電極先端領域１ｂ１における結晶の数が５個以内である。なお、ｃ１、ｃ２、ｃ３は結晶を示す。これに対して、電極１ｂの残余の領域１ｂ２における結晶の数は１０個以上である。
【００６１】
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。
【００６２】
封着金属箔２は、モリブデン箔からなり、気密容器１の封止部１ａ１内に気密に埋設されている。
【００６３】
一対の外部リード線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。
【００６４】
気密容器１の包囲部１ａ内には、放電媒体として発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物および希ガスが封入されている。発光金属は、ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃ、ランプ電圧形成用金属は、亜鉛Ｚｎである。
【００６５】
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。
【００６６】
絶縁チューブＴは、外部リード線３Ａを被覆している。
【００６７】
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】
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２．４ｍｍ、内容積０．０２５ｃｃ
電極１ｂ    ：直径０．４０ｍｍのタングステン線、電極間距離４．２ｍｍ
、                  電極先端領域における結晶の数３（図３参照。）
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２＝０．３ｍｇ
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
次に、電極先端領域の結晶の数と放電起点移動発生率の関係を図４に基づいて説明する。図において、横軸は点滅回数を、縦軸は放電起点移動発生率（％）を、それぞれ示す。また、曲線Ａ、ＢおよびＣは、それぞれ異なる数の結晶であり、曲線Ａは３、曲線Ｂは５、曲線Ｃは１００である。
【００６８】
図から理解できるように、結晶の数が５個以内であれば、放電起点移動の発生が少なくなる。なお、結晶が１００個の電極の場合、点滅１０回で既に放電起点移動発生率が１６％発生し、明るさのちらつきが激しいので、試験を中止した。なお、この電極は、全領域が一般的な２次再結晶状態になっている。
【００６９】
図５および図６は、本発明の車両用ヘッドライトにおける一実施の形態としての自動車用ヘッドライトを示し、図５はヘッドライト全体の背面斜視図、図６は点灯回路の回路図である。各図において、自動車用ヘッドライトＨＬは、自動車用ヘッドライト本体２１、高圧放電ランプＨＰＤＬおよび２つの点灯回路ＯＣにより構成されている。
【００７０】
自動車用ヘッドライト本体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、各高圧放電ランプ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、高圧放電ランプＨＰＤＬの口金２１ｄに装着される。取付部２１ｅは、自動車用ヘッドライト本体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。
【００７１】
高圧放電ランプＨＰＤＬは、図１に示す構造を備えていて、水平点灯される。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灯の高圧放電ランプＨＰＤＬが自動車用ヘッドライト本体２１に装着されて、４灯式の自動車用ヘッドライトが構成される。各高圧放電ランプＨＰＤＬの発光部は、自動車用ヘッドライト本体２１のリフレクタ２１ｂ、２１ｃの焦点にほぼ位置する。
【００７２】
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。
【００７３】
点灯回路ＯＣ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、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を交流点灯する。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
制御手段１３は、チョッパ１２を制御する。たとえば、点灯直後には高圧放電ランプ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高圧放電ランプ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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
イグナイタ１６は、フルブリッジインバータ１７と高圧放電ランプ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高圧放電ランプＨＰＤＬに供給できるように構成されている。
【００８０】
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、高圧放電ランプＨＰＤＬに印加して、高圧放電ランプＨＰＤＬを低周波交流点灯させる。
【００８１】
そうして、点灯回路ＯＣを用いて高圧放電ランプ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。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１によれば、内容積０．１ｃｃ以下の包囲部および一対の封止部を備えた気密容器と、少なくとも一方が耐火金属製の棒状体からなり基端が封止部に埋設されるとともに先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設され先端から軸部の直径の大きさに等しい距離までの領域内に存在する結晶の数が５個以内で、かつ、残余の領域内に存在する結晶の数が１０個以上であり電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極と、放電媒体とを具備していることにより、電極先端の放電の起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりしにくくて、その結果、配光が変化しにくくて中心光度の低下がなく、しかも、商射項がちらつきにくい高圧放電ランプを提供することができる。
【００８３】
請求項２によれば、加えて一対の電極は、先端から軸部の直径の大きさに等しい距離までの領域内に存在する結晶の数が３個以内であることにより、放電起点の寿命中の変化や移動がより一層顕著に低減する高圧放電ランプを提供することができる。
【００８４】
請求項３によれば、加えて放電媒体が発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物および５気圧以上のキセノンを含み水銀を本質的に含まないことにより、水銀入りランプにおけるのと同等ないしそれ以上の光学特性を有するとともに、環境負荷が少ないという特徴を維持している高圧放電ランプを提供することができる。
【００８５】
請求項４によれば、加えて車両用ヘッドライト用として構成されていて、点灯開始直後の光束立上りを早くするために、点灯直後に大きな電流を通流させるにもかかわらず、電極先端の放電の起点が寿命中に変化したり、移動し続けたりしにくい高圧放電ランプを提供することができる。
【００８６】
請求項５の発明によれば、車両用ヘッドライト本体と、請求項４記載の高圧放電ランプと、点灯回路とを具備していることにより、請求項１ないし４の効果を有する車両用ヘッドライトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧放電ランプにおける一実施の形態としての自動車ヘッドライト用メタルハライドランプを示すランプ全体の正面図
【図２】同じく発光管の拡大要部正面図
【図３】同じく電極の拡大要部断面一部切欠正面図
【図４】同じく電極先端領域の結晶の数と放電起点移動発生率の関係を示すグラフ
【図５】本発明の車両用ヘッドライトにおける一実施の形態としての自動車用ヘッドライトを示すヘッドライト全体の背面斜視図
【図６】同じく点灯回路の回路図
【符号の説明】
１ｂ…電極、１ｂ１…電極先端領域、１ｂ２…残余の領域、ｄ…電極の直径、ｃ１…結晶、ｃ２…結晶、ｃ３…結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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