(57)【要約】【課題】  放電部の膨らみを抑制しつつ、発光特性が優れたメタルハライドランプを提供する。【解決手段】  本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間１４が形成された放電部１１、放電部１１の両端に形成された一対の封止部１２ａ、１２ｂを有する気密容器１と、放電空間１４に封入されたキセノン及びスズハロゲン化物を有する金属ハロゲン化物２を含み、水銀は実質含まない放電媒体と、一端は封止部１２ａ、１２ｂに封着され、他端は放電空間１４に対向配置された一対の電極３ａ２、３ｂ２とを具備し、放電部１１の肉量をＶ１（ｍｍ３）、内容積をＶ２（ｍｍ３）としたとき、Ｖ１／Ｖ２≦４．５であるとともに、スズハロゲン化物の封入量が０．５重量％以上、５．０重量％以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間が形成された放電部、前記放電部の両端に形成された一対の封止部を有する気密容器と、前記放電空間に封入された希ガス及びスズハロゲン化物を有する金属ハロゲン化物を含み、水銀は実質含まない放電媒体と、一端は前記封止部に封着され、他端は前記放電空間に対向配置された一対の電極とを具備し、
前記放電部の肉量をＶ１（ｍｍ３）、内容積をＶ２（ｍｍ３）としたとき、Ｖ１／Ｖ２≦４．５であるとともに、前記スズハロゲン化物の封入量が０．５重量％以上、５．０重量％以下であることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記金属ハロゲン化物の封入量をＭ（ｍｇ）としたとき、Ｍ／Ｖ２≦０．０２であることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
管軸が略水平の状態で点灯されるとともに、始動時に安定時の３倍以上の電流が投入されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の前照灯等に用いられるメタルハライドランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水銀を用いないメタルハライドランプ（以下、水銀フリーランプ）は、特開２００３−１８７７４２号公報（以下、特許文献１）などで知られている。この水銀フリーランプは、放電部内部の放電空間に水銀の代わりにキセノンやナトリウム、スカンジウム、亜鉛などのハロゲン化物を封入した構成であり、近年の開発により、この水銀フリーランプでも、従来の水銀入りランプの特性かそれ以上の特性を実現しつつある。しかし、発光効率や光束立ち上がりなどの特性はまだまだ満足できないレベルである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８７７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、放電部の設計、すなわちガラスの肉量や内容積などを変更する試みがされている。しかしながら、発光特性を向上させるために内容積に対し肉量を小さくした場合、放電部が膨らみやすくなるという弊害が発生することがわかった。
【０００５】
本発明の目的は、放電部の膨らみを抑制しつつ、発光特性が優れたメタルハライドランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間が形成された放電部、前記放電部の両端に形成された一対の封止部を有する気密容器と、前記放電空間に封入された希ガス及びスズハロゲン化物を有する金属ハロゲン化物を含み、水銀は実質含まない放電媒体と、一端は前記封止部に封着され、他端は前記放電空間に対向配置された一対の電極とを具備し、前記放電部の肉量をＶ１（ｍｍ３）、内容積をＶ２（ｍｍ３）としたとき、Ｖ１／Ｖ２≦４．５であるとともに、前記スズハロゲン化物の封入量が５．０重量％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、放電部の膨らみを抑制しつつ、発光特性が優れたメタルハライドランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明のメタルハライドランプの一実施形態であるメタルハライドランプについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態について説明するための図である。
【０００９】
メタルハライドランプは、耐熱性と透光性を具備した材料、たとえば石英ガラスにより気密容器１が形成されている。気密容器１はランプ軸方向に細長い形状であって、その略中央部には肉量が６０ｍｍ３〜１８０ｍｍ３である略楕円形の放電部１１が形成されている。放電部１１の両端部には、板状の封止部１２ａ、１２ｂが形成されており、さらにその両端には、筒状の非封止部１３ａ、１３ｂが形成されている。
【００１０】
放電部１１の内部には、軸方向において、中央部が略円柱状、その両端部がテーパ状の放電空間１４が形成されている。この放電空間１４の容積（＝放電部１１の内容積）は、１００ｍｍ３以下であるのが望ましく、自動車前照灯用として用いる場合は、さらに１５ｍｍ３〜４０ｍｍ３であるのが望ましい。
【００１１】
放電空間１４には、金属ハロゲン化物２及び希ガスとからなる放電媒体が封入されている。金属ハロゲン化物２としては、ナトリウムハロゲン化物、スカンジウムハロゲン化物、亜鉛ハロゲン化物、インジウムハロゲン化物及びスズハロゲン化物が封入されている。なお、他の金属ハロゲン化物をさらに封入することもできる。金属ハロゲン化物に結合されているハロゲンについては、ヨウ素、臭素、塩素、又は複数のハロゲンを組み合わせて使用することができ、例えば、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ３）、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ）、ヨウ化スズ（ＳｎＩ２）を封入することができる。
【００１２】
希ガスとしては、キセノンが封入されている。キセノンの封入圧力は、高くするほど全光束が増して明るくなるため、室温（２５℃）において１２ａｔｍ以上、さらに望ましくは１４ａｔｍ以上封入するのが望ましい。上限は特にないが、現状では２０ａｔｍ程度が封入限界と考えられる。
【００１３】
ここで、放電空間１４には、水銀は実質封入されていない。この「水銀は実質封入されていない」とは、水銀を全く含まないか、又は従来の水銀入りのメタルハライドランプと比較してもほとんど封入されていないに等しい程度の量、例えば１ｍｌあたり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀量が存在していても許容することを意味するものである。
【００１４】
封止部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント３ａ、３ｂが封止されている。マウント３ａ、３ｂは、金属箔３ａ１、３ｂ１、電極３ａ２、３ｂ２、コイル３ａ３、３ｂ３、外部リード線３ａ４、３ｂ４により構成されている。
【００１５】
金属箔３ａ１、３ｂ１、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。
【００１６】
電極３ａ２、３ｂ２は、タングステンに酸化トリウムをドープした直径が０．３０ｍｍ〜０．４０ｍｍのトリエーテッドタングステン電極である。その基端側は金属箔３ａ１、３ｂ１の放電部１１側の端部に接続され、先端側は放電空間１４内で所定の電極間距離を保って、互いの先端同士が対向するように配置されている。ここで、所定の電極間距離としては、外観上における距離で４．１ｍｍ〜４．５ｍｍ（実際の距離では３．５ｍｍ〜３．９ｍｍ）であるのが望ましい。
【００１７】
コイル３ａ３、３ｂ３は、例えば、ドープタングステンからなり、封止部１２ａ、１２ｂに封着された電極３ａ２、３ｂ２の軸部の軸周りに螺旋状に巻かれている。
【００１８】
外部リード線３ａ４、３ｂ４は、例えば、モリブデンからなり、放電部１１に対して反対側の金属箔３ａ１、３ｂ１の端部に、溶接により接続されている。外部リード線３ａ４、３ｂ４の他端側は、管軸に沿って封止部１２ａ、１２ｂの外部に延出している。なお、前端側に延出したリード線３ｂ４には、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３ｃの一端が接続されている。そのサポートワイヤ３ｃの他端は、後述するソケット６の方向に延出しており、管軸と平行しているサポートワイヤ３ｃには、セラミックからなるスリーブ４が被覆されている。
【００１９】
上記で構成された気密容器１の外側には、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物が添加された筒状の外管５が、管軸に沿って気密容器１と同心状に設けられている。それらの接続は、気密容器１両端の筒状の非封止部１３ａ、１３ｂと外管５の両端部を溶融することにより行なわれている。気密容器１と外管５との接続によって形成される空間には、例えば、窒素やネオン、アルゴン、キセノン等を一種又は混合したものを、０．０５ａｔｍ〜０．５ａｔｍの圧力で封入することができる。
【００２０】
そして、気密容器１を内部に覆った状態の外管５の非封止部１３ａ側には、ソケット６が接続される。これらの接続は、外管５の非封止部１３ａ付近の外周面に装着された金属バンド７１を、ソケット６の気密容器１保持側の開口端に形成された４本の金属製の舌片７２（図１では、２本を図示）により挟持することによって行なわれている。なお、ソケット６の底部には底部端子８ａ、側部には側部端子８ｂが形成されており、それぞれリード線３ａ４、サポートワイヤ３ｃが接続されている。
【００２１】
これらで構成されたランプの底部端子８ａ、側部端子８ｂに点灯回路を接続することにより、始動時は約７５Ｗ、安定時は約３５Ｗの電力が投入され、始動時には約２．８Ａ、安定時には約０．８Ａの電流が電極３ａ２、３ｂ２に流れる。すなわち、始動時の電流値は、安定時の電流値に対して３倍以上であり、光束立ち上がりを早めるのに寄与する。
【００２２】
図２は、図１のメタルハライドランプの一仕様について説明するための図である。なお、以下の試験は特に言及しない限り寸法、材料等はこの仕様に基づいて行っている。
【００２３】
放電容器１；石英ガラス製、
放電部１１；肉量Ｖ１＝１０９ｍｍ３、放電空間１４の内容積Ｖ２＝２５．５ｍｍ３、（Ｖ１／Ｖ２＝４．２７）、内径Ａ＝２．４ｍｍ、外径Ｂ＝６．１ｍｍ、長手方向の球体長Ｃ＝７．８ｍｍ、
金属ハロゲン化物２；ＳｃＩ３‐ＮａＩ‐ＺｎＩ２‐ＩｎＢｒ−ＳｎＩ２＝１：１．６：０．３１４：０．００７：０．０９、総封入量Ｍ＝０．３０ｍｇ、スズハロゲン化物の封入量＝３．０重量％、
希ガス；キセノン＝１５ａｔｍ、
水銀；０ｍｇ、
金属箔３ａ１、３ｂ１；モリブデン製、
電極３ａ２、３ｂ２；トリエーテッドタングステン製、直径＝０．３３ｍｍ、電極間距離Ｄ＝４．３４ｍｍ、
コイル３ａ３、３ｂ３；ドープタングステン製、直径＝０．０６ｍｍ、コイルピッチ＝２５０％、
ランプ電力；始動時＝７５Ｗ、安定時＝３５Ｗ、
ランプ電流；始動時＝２．８Ａ、安定時＝０．８１８Ａ。
【００２４】
図３は、放電部の肉量Ｖ１と内容積Ｖ２の関係Ｖ１／Ｖ２を変化させたときの放電部の膨らみ量について説明するための図である。試験は自動車前照灯ＨＩＤ光源の規格であるＪＥＬ２１５に定められたＥＵ１２０分モードの点滅サイクルである。また、膨らみ量とは初期の放電部１１の内径Ａに対する２０００時間点灯後の内径Ａの変化量を意味する。なお、放電部の肉量Ｖ１は、放電部１１と封止部１２ａ、１２ｂの境界を切断して、残った放電部１１の重量を測量したのち、放電部１１材料の比重で割ることにより算出できる。例えば、放電部１１の重量が０．２９ｇであった場合、石英ガラスの比重は２．６６ｇ／ｃｍ３であるので、その肉量は１０９ｍｍ３である。一方、放電部１１の内容積Ｖ２は、放電部１１内に水を充填し、その充填量を水の比重で割ることにより算出できる。
【００２５】
この結果からわかるように、Ｖ１／Ｖ２＞４．５では放電部１１の膨らみ量が小さいが、Ｖ１／Ｖ２≦４．５では膨らみ量が大きくなる傾向がある。これは、Ｖ１／Ｖ２が小さくなると放電部１１への負担が大きくなるためと考えられる。特に、膨らみは始動時に高電力・高電流を投入したり、キセノンの圧力が高圧である場合に発生しやすい。なお、膨らみはＶ１／Ｖ２＝４．２４であるランプの２０００時間点灯後の放電部の状態を示した図４に示すように、アークによって熱される放電部１１の上部で発生しやすい（Ａ１＞Ａ２）。放電部１１上部が膨らむと、水平点灯中においてアークの浮きが大きくなるために配光特性が変化したり、早期にランプ電圧上昇が発生して立ち消えしやすくなったりしてしまう。
【００２６】
一方で例えば、Ｖ１／Ｖ２が４．６１では全光束は３３６０ｌｍ、Ｖ１／Ｖ２が４．２７では全光束は３４５０ｌｍであり、Ｖ１／Ｖ２の値を小さくする方が発光特性は高くなる。したがって、発光特性を向上させるためにＶ１／Ｖ２≦４．５となる設計を行った場合には、膨らみを防止できる対策を同時に行わなければならない。ただし、Ｖ１／Ｖ２がさらに小さくなると、金属ハロゲン化物２の放電部１１内表面の付着面積が大きくなって遮光作用が大きくなり、全光束が低下し始めてしまうため、３．８≦Ｖ１／Ｖ２を満たす範囲内での設計が好適である。
【００２７】
そこで、発明者が検討を行った結果、Ｖ１／Ｖ２≦４．５の条件下でも、スズハロゲン化物を適量封入することで、上記ランプ特性をほぼ保ったまま、膨らみを防止できることを見出した。
【００２８】
図５は、ヨウ化スズの封入量を変化させたときの点灯初期の全光束と２０００時間経過後の放電部の状態とについて説明するための図である。なお、試験を行ったランプのＶ１／Ｖ２は４．２４、Ｍ／Ｖ２は０．０１５である。
【００２９】
この結果からわかるように、ヨウ化スズを封入しない、または封入量が０．３重量％では膨らみが発生しているが、０．５重量％以上であると放電部１１の膨らみが抑制されている。これは、始動直後にヨウ化スズが速やかに蒸気化して早い段階でランプ電圧上昇に寄与し、放電部１１への負担が小さくなったためと考えられる。一方、ヨウ化スズはほとんど発光しない物質であるため、封入量が多くなると全光束は低下する。特に、図５の全光束をグラフ化した図６からわかるようにヨウ化スズの封入量が５．０重量％よりも大きくなると全光束の低下の割合が大きくなる傾向がある。以上から、ヨウ化スズの封入量は０．５重量％以上、５．０重量％以下であるのが望ましい。なお、上記はヨウ化スズに限らず、臭化スズ等でもほぼ同様である。
【００３０】
一方、上述したようにＶ１／Ｖ２を小さくすると、金属ハロゲン化物２による遮光作用が大きくなって全光束が低下してしまうため、金属ハロゲン化物２の封入量を規制するのが望まれる。図７はヨウ化スズの封入量が０重量％、図８はヨウ化スズの封入量が５．０重量％、図９はヨウ化スズの封入量が１０．０重量％のランプにおいて、Ｖ１／Ｖ２とＭ／Ｖ２を変化させたときの全光束について説明するための図である。
【００３１】
結果からわかるように、ヨウ化スズの封入量が０重量％、５．０重量％、１０．０重量％である何れのランプにおいても、Ｍ／Ｖ２が小さいほど全光束が高くなる傾向がある。が、この中で特に注目すべきは、Ｍ／Ｖ２＝０．０２ｍｇ／ｍｍ３以下では、Ｖ１／Ｖ２が小さくなるほど全光束が高くなっているが、Ｍ／Ｖ２＝０．０２５ｍｇ／ｍｍ３以上では、Ｍ／Ｖ２＝４．０においてＭ／Ｖ２＝４．２のときよりも全光束が低くなっている点である。すなわち、金属ハロゲン化物２の封入量が多い場合にはＶ１／Ｖ２を小さくしたときに全光束が低下するという現象が発生しており、これでは発光特性を向上させる目的でＶ１／Ｖ２を小さくしたわけであるのに逆効果である。したがって、本発明はＭ／Ｖ２（ｍｇ／ｍｍ３）≦０．０２において実施されるのが効果的である。なお、Ｍ／Ｖ２を小さくしすぎると寿命特性への影響が大きくなるため、０．００７≦Ｍ／Ｖ２（ｍｇ／ｍｍ３）の範囲内であるのが望ましい。
【００３２】
したがって、本実施の形態では、放電部１１の肉量をＶ１（ｍｍ３）、内容積をＶ２（ｍｍ３）としたとき、Ｖ１／Ｖ２≦４．５であるとともに、スズハロゲン化物の封入量が０．５重量％以上、５．０重量％以下であることにより、発光特性を高めつつ、寿命中の発光部１１の膨らみを抑制することができる。
【００３３】
また、金属ハロゲン化物２の封入量をＭ（ｍｇ）としたとき、Ｍ／Ｖ２≦０．０２であることにより、Ｖ１／Ｖ２を小さくしても遮光により全光束が逆に低下することを防止することができる。
【００３４】
なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。
【００３５】
本発明においては、スズハロゲン化物を封入したことにより、点灯直後、例えば点灯１秒後の全光束は従来よりも低くなりやすい。そこで、キセノン圧を上げたり、電極の直径を小さくする等の設計を行って、低下した初期の全光束を補うのが望ましい。また、特開２００６−１８５８９７号公報のように、放電部１１の下部を除去する等、下部の肉量を減らして光束立ち上がりをさらに早める構成を採用するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態について説明するための図。
【図２】図１のメタルハライドランプの一仕様について説明するための図。
【図３】放電部の肉量Ｖ１と内容積Ｖ２の関係Ｖ１／Ｖ２を変化させたときの放電部の膨らみ量について説明するための図。
【図４】Ｖ１／Ｖ２＝４．２４であるランプの２０００時間点灯後の放電部の状態について説明するための図。
【図５】ヨウ化スズの封入量を変化させたときの点灯初期の全光束と２０００時間経過後の放電部の状態について説明するための図。
【図６】図５をグラフ化した図。
【図７】ヨウ化スズの封入量が０重量％のランプにおいて、Ｖ１／Ｖ２とＭ／Ｖ２を変化させたときの全光束について説明するための図。
【図８】ヨウ化スズの封入量が５．０重量％のランプにおいて、Ｖ１／Ｖ２とＭ／Ｖ２を変化させたときの全光束について説明するための図。
【図９】ヨウ化スズの封入量が１０．０重量％のランプにおいて、Ｖ１／Ｖ２とＭ／Ｖ２を変化させたときの全光束について説明するための図。
【符号の説明】
【００３７】
１  気密容器
１１  放電部
１２ａ、１２ｂ  封止部
１３ａ、１３ｂ  非封止部
１４  放電空間
２  金属ハロゲン化物
３ａ、３ｂ  マウント
３ａ１、３ｂ１  金属箔
３ａ２、３ｂ２  電極
３ａ３、３ｂ３  コイル
３ａ４、３ｂ４  外部リード線
３ｃ  サポートワイヤ
４  スリーブ
５  外管
６  ソケット
７１  金属バンド
７２  舌片
８ａ  底部端子
８ｂ  側部端子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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