メタルハライド放電ランプおよびメタルハライド放電ランプシステム
【課題】 音響的共鳴現象を利用して放電アークを重力誘導対流に反してほぼ直線状に矯正するように点灯する場合に、水銀を含まない放電媒体が気密容器の内面に付着することによって発光効率の向上が得られるとともに色特性の低下を生じにくくしたメタルハライド放電ランプおよびこれを点灯するメタルハライド放電ランプシステムを提供する。
【解決手段】 メタルハライド放電ランプＭＨＬは、耐火性で透光性の気密容器１と、一対の電極１ｂと、ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体とを具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器１内に封入したハロゲン化物が気密容器１の上部に付着した面積をＡ（ｍｍ２）とし、同じく気密容器１の下部に付着した面積をＢ（ｍｍ２）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．３を満足する。
【解決手段】 メタルハライド放電ランプＭＨＬは、耐火性で透光性の気密容器１と、一対の電極１ｂと、ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体とを具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器１内に封入したハロゲン化物が気密容器１の上部に付着した面積をＡ（ｍｍ２）とし、同じく気密容器１の下部に付着した面積をＢ（ｍｍ２）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．３を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本質的に水銀を封入していないメタルハライド放電ランプおよびこれを点灯するメタルハライド放電ランプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ）は、高効率・長寿命という特徴から屋外照明分野などに広く応用されている。中でもメタルハライドランプは、演色性が良好で、その特性を生かして屋外照明分野のみならず、屋内照明分野にも普及しつつあり、また映像機器用の光源・車両の前照灯用光源として注目されている。なお、従来から一般に用いられているメタルハライドランプは、緩衝体として水銀蒸気が希ガスと一緒に封入されている（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）。
【０００３】
メタルハライドランプを従来の一般に用いられているメタルハライドランプ点灯装置の構成により点灯すると、放電アークの中央部の温度は約５０００Ｋに達し、アーク中心部から所定の温度勾配で温度が低下して管壁付近では１０００Ｋになる。そのため、メタルハライドランプを水平点灯した場合、アーク中央部で加熱され密度が小さくなったガスが上方向へ移動し、管壁付近の密度の大きいガスがアーク中心へ流れ込む対流現象が発生する。対流によるガスの流れにより、放電アークは、一対の電極間を結ぶ仮想の直線の管軸より上方へ偏って位置することになる。すなわち、放電アークは、上方へ湾曲する。
【０００４】
放電アークが湾曲すると、以下のような問題がある。
１．放電空間上部の気密容器の壁面と放電アークとの距離が小さくなって気密容器の当該部分の温度上昇が大きくなり、気密容器を構成する石英ガラスが劣化しやすくなる。当該部位の石英ガラスが劣化すると、光束が低下し、また反射鏡と組み合わせたときの集光効率の低下が大きくなる。
２．気密容器の石英ガラスが軟化しやすくなり、軟化により変形（膨れ）が発生し、放電空間の内容積が増大して発光特性が変化する。
３．放電空間下部の温度低下を招き、放電ランプ電空間内の動作圧力を決定する最冷点温度が低下し、発光効率が低下する。
４．メタルハライドランプと反射鏡とを組み合わせて使用するとき、一般に反射鏡の光軸上に放電アークを配置するが、反射鏡の光軸に対して放電アークの形状が上下非対称となるので、反射鏡の光軸を含む放電アークの断面形状が光軸を取り巻く全周方向で全て異なる。そのために、反射鏡の光軸を取り巻く全周方向の断面で放電アークの異なる形状を考慮して反射鏡を設計する必要があり、したがって設計が複雑で、その結果としての反射鏡の形状も複雑になる。
【０００５】
一方、音響的共鳴現象を利用して放電アークを重力誘導対流に反して直線状に矯正する点灯方式（以下、便宜上「ストレートアーク点灯方式」という。）が知られている（特許文献１、２参照。）。このストレート点灯方式によって放電アークを直線状に矯正すれば、気密容器の温度分布が相対的に均熱化され、気密容器の局所的な温度上昇（水平点灯の際には上部の温度上昇）を小さくして石英ガラスの劣化、変形を防止でき、また放電空間下部の最冷点温度を上昇させて発光効率を向上させることができる。さらに、反射鏡の光軸を取り巻く全周方向で全てほぼ同一形状にできるので、一断面の設計を他の断面に応用できるため、反射鏡の設計が頗る簡単になる。その結果、反射鏡も単純な形状になる。
【０００６】
一方、水銀を封入しないメタルハライドランプが本発明者らにより発明され（特許文献３参照。）、以後その実用化に向けた開発が活発に行われている。そして、自動車前照灯用としては２００４年７月から実用化されだしている。水銀を封入しない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。）は、水銀を封入しないので、環境的に好ましく、また始動時の分光特性の立ち上がり特性が良好である、調光に適する、ランプ特性のばらつきが少ない、などの利点がある。今後この構成のメタルハライドランプが普及していくと考えられる。
【０００７】
ところが、水銀フリーランプの場合、放電アークが相対的に絞られて細くなる傾向にあり、その結果、放電アークの重力誘導対流によって生じる湾曲が水銀を封入したメタルハライドランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）より大きくなる。そのため、対策が必要である。
【特許文献１】特公平０７−００９８３５号公報
【特許文献２】特許第３１８９６０９号公報
【特許文献３】特開平１１−２３８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、上記の問題の対策として特許文献１、２に記載されている音響的共鳴現象を利用して放電アークを直線状に矯正する方法を水銀フリーランプに適用すると放電アークの湾曲が効果的に直線状に矯正されるとともに、耐振性が良好であることを見出した。
【０００９】
ところが、水銀フリーランプおよび水銀入りランプのいずれにおいても、放電アークの湾曲を矯正しない点灯の場合、放電媒体は気密容器の下部に滞留するが、水銀フリーランプを、音響的共鳴現象を利用して重力誘導対流に反して放電アークを直線状に矯正するように構成した点灯装置を用いて点灯したところ、放電媒体が気密容器の管壁全体にわたって付着するという現象が発生することが分かった。水銀入りランプでもこのような傾向が見られるが、水銀フリーランプの場合には上記現象が極めて顕著であるために、そのランプ特性に対して以下の影響を与えることが分かった。
（１）気密容器の内面全体に付着した放電媒体が気密容器の内部で発生した可視光を吸収するため、発光効率が低下する。
（２）放電媒体の可視光吸収は、特に青色領域で大きいため、ランプの色特性が変化する。そして、ランプの色温度が低温側へ移行する。
【００１０】
本発明は、音響的共鳴現象を利用して放電アークを重力誘導対流に反してほぼ直線状に矯正するように点灯する場合に、水銀を本質的に含まない放電媒体が気密容器の内面に付着することによってランプ特性に与える影響を低減したメタルハライド放電ランプおよびこれを点灯するメタルハライド放電ランプシステムを提供することを一般的な目的とする。
【００１１】
また、本発明は、音響的共鳴現象を利用して放電アークを重力誘導対流に反してほぼ直線状に矯正するように点灯する場合に、水銀を本質的に含まない放電媒体が気密容器の内面に付着することによって発光効率の向上が得られるとともに色特性の低下を生じにくくしたメタルハライド放電ランプおよびこれを点灯するメタルハライド放電ランプシステムを提供することを具体的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明のメタルハライド放電ランプは、耐火性で透光性の気密容器と；気密容器内に封着した一対の電極と；ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器内に封入したハロゲン化物が気密容器の上部に付着した面積をＡ（ｍｍ２）とし、同じく気密容器の下部に付着した面積をＢ（ｍｍ２）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．３を満足することを特徴としている。
【００１３】
本発明においては、上記の構成により、ストレートアーク点灯方式により点灯されたときに、放電媒体が気密容器の上部および下部の内面に所定範囲の割合で付着する。また、その付着の態様が比較的薄い膜状をなしていて、気密容器の内部で発生した可視光が気密容器に付着した放電媒体の膜状部分および放電媒体が付着していない部分を透過して外部へ放射する。
【００１４】
気密容器の内面に付着する放電媒体が上下部に対して所定の割合で付着しても、上部に付着したハロゲン化物の温度が相対的に高く上昇することにより、気密容器内のハロゲン化物の蒸気圧が高くなる。その結果、発光効率が向上して全光束が多くなる傾向を示す。一方、気密容器の内面に放電媒体が膜状に付着することによって、可視光がこの膜状に付着した部分の放電媒体に吸収されるために、全光束が低減する傾向を示す。
【００１５】
以上の傾向は、相殺されるが、本発明においては、放電媒体が気密容器の上下部に対して上述のように所定の割合で付着していることにより、可視光の増加分が減少分より多くなるので、全体として発光効率が向上して全光束が大きくなる。なお、可視光の増加分が減少分より顕著に多くなる比Ａ／Ｂの好適な範囲は０．２以下である。これに対して、比Ａ／Ｂが０．３を超えると、可視光の増加分が減少分より減少するので、発光効率の向上が得られない。
【００１６】
また、放電アークが直線状になることによる発光効率も５％程度ある。すなわち、一般に垂直点灯の方が水平点灯より発光効率が５％程度高い傾向がある事実からも理解できるように、放電アークが直線状である場合には、エネルギー損失が同程度小さくなる。
【００１７】
さらに、水銀フリーランプをストレートアーク点灯方式により点灯する場合、放電アークを矯正しない場合に比べて耐振性が良好になることを本発明者は見出した。これに対して、水銀入りランプの場合には、ストレートアーク点灯方式により点灯すると、反対に耐振性が低下することも分かった。
【００１８】
請求項２に係る発明のメタルハライド放電ランプは、耐火性で透光性の気密容器と；気密容器内に封着した一対の電極と；ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器の内表面積をＳ（ｍｍ２）とし、ハロゲン化物量をＲ（ｍｇ）としたとき、Ｓ／Ｒ≧７０を満足することを特徴としている。
【００１９】
本発明においては、上記の構成により、ストレートアーク点灯方式により点灯されたときに、放電媒体が気密容器の上部および下部の内面に所定範囲の割合で付着する。気密容器の上部に付着したハロゲン化物の温度が上昇することにより、気密容器内のハロゲン化物の蒸気圧が高くなって発光効率が向上して全光束が多くなる増加分の方が、同じく下部に付着して全光束が低減する分より多くなるために、全光束が向上する。なお、全光束が顕著に向上する比Ｓ／Ｒの好適な範囲は１００以上である。これに対して、比Ｓ／Ｒが７０未満になると、可視光の増加分が減少分より減少するので、発光効率の向上が得られない。
【００２０】
請求項３に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプにおいて、前記ハロゲン化物は、第１および第２のハロゲン化物を含み、第１のハロゲン化物が所望の発光を行う金属のハロゲン化物であり、第２のハロゲン化物が相対的に蒸気圧が大きくて、かつ、第１のハロゲン化物の金属に比較して可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物であることを特徴としている。
【００２１】
本発明は、発光金属のハロゲン化物に加えて第２のハロゲン化物を封入することによって水銀入りランプとほぼ同等のランプ電圧を得やすくしている。したがって、ランプ電圧は、主として第２のハロゲン化物の蒸発量で決まる。第２のハロゲン化物が不完全蒸発の場合、蒸発量は第２のハロゲン化物の蒸気圧で決まる。ハロゲン化物の蒸気圧は放電空間を包囲する部位の最冷部温度で決まる。第２のハロゲン化物の点灯中における蒸気圧は、水銀のそれより低いが、第１のハロゲン化物よりは明らかに高く、５気圧以下程度でもよい。
【００２２】
請求項４に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプにおいて、第１のハロゲン化物は、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属の一種または複数種のハロゲン化物であることを特徴としている。
【００２３】
本発明は、車両用前照灯に用いるのに好適な白色発光を効率よく発光するメタルハライド放電ランプ用の第１のハロゲン化物を規定している。
【００２４】
請求項５に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項３または４記載のメタルハライド放電ランプにおいて、第２のハロゲン化物は、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびスズ（Ｓｎ）からなるグループの中から選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物であることを特徴としている。
【００２５】
本発明は、第２のハロゲン化物のための金属として好適なものを規定している。
【００２６】
請求項６に係る発明のメタルハライド放電ランプは、ハロゲン化物は、請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプにおいて、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化タリウムおよびハロゲン化スズを主体としていることを特徴としている。
【００２７】
本発明は、液晶プロジェクタなどのプロジェクション用として好適な光色を有するメタルハライド放電ランプを得る場合に用いることのできるハロゲン化物を規定している。
【００２８】
請求項７に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項４記載のメタルハライド放電ランプにおいて、希ガスは、１気圧以上の圧力で封入されていることを特徴としている。
【００２９】
本発明は、車両用前照灯のメタルハライド放電ランプなどに好適な希ガスの態様を規定している。希ガスの封入圧力が１気圧以上であると、上記用途に必要な光束立ち上がりの早いメタルハライド放電ランプを得ることができる。
【００３０】
請求項８に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１ないし７のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプにおいて、一対の電極は、電極間距離が０．５〜６ｍｍであることを特徴としている。
【００３１】
本発明は、集光効率が良好で、したがって液晶プロジェクタなどのプロジェクション用や車両用前照灯などに用いるメタルハライド放電ランプに好適な電極間距離を規定している。
【００３２】
請求項９に係る発明のメタルハライド放電ランプシステムは、請求項１ないし８のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプと；メタルハライド放電ランプの電極間を結ぶ直線と直交する方向に音響共鳴現象が発生する周波数成分を有する電流をメタルハライド放電ランプに供給して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。
【００３３】
本発明は、ストレートアーク点灯方式を利用してメタルハライド放電ランプを点灯するメタルハライド放電ランプシステムを規定している。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１ないし８に係る各発明によれば、音響的共鳴現象を利用して放電アークを直線状に矯正するように点灯する場合に、水銀を本質的に含まない放電媒体が気密容器の内面に付着することによってランプ特性に与える影響が低減したメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３５】
請求項１に係る発明によれば、加えて気密容器の上部に付着したハロゲン化物の面積Ａと同じく下部に付着したハロゲン化物の面積Ｂの比Ａ／Ｂを０．３以下にしたことで発光効率の向上が得られるとともに色特性の低下が生じにくいメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３６】
請求項２に係る発明によれば、加えて気密容器の内表面積Ｓとハロゲン化物量Ｒの比Ｓ／Ｒを７０以下としたことで発光効率の向上が得られるとともに色特性の低下が生じにくいメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３７】
請求項３に係る発明によれば、加えてハロゲン化物が第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物含むことで水銀を本質的に含まないにもかかわらず水銀入りランプとほぼ同等のランプ電圧を有するメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３８】
請求項４に係る発明によれば、加えて第１のハロゲン化物として特定のハロゲン化物を含んだことで車両用前照灯に用いるのに好適なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３９】
請求項５に係る発明によれば、加えて第２のハロゲン化物が特定された金属のハロゲン化物であることで水銀とほぼ同等のランプ電圧が得やすいメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００４０】
請求項６に係る発明によれば、加えて特定のハロゲン化物を主体としていることでプロジェクション用として好適なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００４１】
請求項７に係る発明によれば、加えて希ガス封入圧を１気圧以上としたことで光束立ち上がりの良好なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００４２】
請求項８に係る発明によれば、加えて電極間距離を特定範囲に規制したことでプロジェクション用や車両用前照灯などに用いるのに好適なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００４３】
請求項９に係る発明によれば、放電媒体が気密容器の内面に付着することによるランプ特性に与える影響を低減したとともに請求項１ないし８に係る発明の効果を有していて、音響的共鳴現象を利用して放電アークを直線状に矯正するように点灯するメタルハライド放電ランプシステム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】
【００４４】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００４５】
＜第１の形態＞
図１および図２は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第１の形態としての自動車前照灯用の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は平面図である。メタルハライドランプＭＨＬ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。
【００４６】
〔発光管ＩＴについて〕 発光管ＩＴは、気密容器１、一対の電極１ｂ、１ｂ、一対の外部リード線３Ａ、３Ｂおよび放電媒体を備えている。
【００４７】
（気密容器１について） 気密容器１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１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、例えば石英ガラスや透光性セラミックスなどを用いて形成することができる。なお、必要に応じて、石英ガラス製の気密容器１の包囲部１ａ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、内面を改質することが許容される。また、透光性セラミックスとして透光性アルミナセラミックスを用いることができる。
【００４８】
気密容器１が石英ガラスからなる場合、以下の構成を備えている。すなわち、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、外形が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。
【００４９】
包囲部１ａの内容積は、好適には０．０５ｃｃ以下であり、自動車前照灯用としては０．０２５ｃｃ程度である。なお、放電空間１ｃが細長いことにより、放電アークに相対的に接近するので、気密容器１の上部の温度上昇が早くなる。
【００５０】
また、包囲部１ａ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、気密容器１の伝熱が良好になって気密容器１の放電空間１ｃの下部および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。
【００５１】
一対の封止部１ａ１は、包囲部１ａを封止するとともに、後述するように電極１ｂ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１ａの両端から一体に延在している。そして、電極１ｂを封装し、かつ、点灯回路から電流を電極１ｂ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として例えば封着金属箔２を気密に埋設している。
【００５２】
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。なお、封着金属箔２は、気密容器１の封止部１ａ１の内部に埋設されて当該封止部１ａ１が気密容器１の包囲部１ａ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る。そして、気密容器１が石英ガラスからなる場合、封着金属２の材料としてはモリブデン（Ｍｏ）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２を封止部１ａ１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（Ｘｅ）などの希ガスを室温で５気圧以上封入する自動車前照灯などに用いるメタルハライド放電ランプの場合は、両者を組み合わせて適用することができる。
【００５３】
（一対の電極１ｂ、１ｂについて） 一対の電極１ｂ、１ｂは、耐火性金属、例えばいずれもドープドタングステン線からなり、軸方向の先端部、中間部および基端部にわたり軸部の直径が同じで、かつ、先端部および中間部の一部が放電空間１ｃ内に露出している。また、電極１ｂは、その基端部が封止部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１ａ１に緩く支持されることによって気密容器１の所定の位置に配設されている。
【００５４】
また、一対の電極１ｂ、１ｂは、気密容器１の包囲部１ａの両端内部に離間対向して封装される。メタルハライド放電ランプが、その放電空間１ｃの内容積が０．１ｃｃ以下と小形のため、電極間距離は０．５〜６ｍｍの範囲内に設定されている。自動車前照灯用としては４．２ｍｍ±０．１ｍｍが規格化されている。なお、電極の先端部の突起は、その断面形状が半球形、半楕円球形または切頭円柱形など多様な形状であることを許容する。
【００５５】
さらに、一対の電極１ｂ、１ｂは、その軸部の直径が一般的には０．３〜１ｍｍの範囲内で適当な値に設定されるのがよい。
【００５６】
さらにまた、一対の電極１ｂ、１ｂは、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）およびタングステン−レニウム合金（Ｗ−Ｒｅ）などの耐火金属製であってもよい。
【００５７】
さらにまた、一対の電極１ｂ、１ｂ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、一対の電極を同一構造とする。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。
【００５８】
なお、図１において、左方の封止部１ａ１を形成した後、封止管１ａ２を切断しないで封止部１ａ１の端部から管軸方向に一体に延長していて、口金Ｂ内へ延在させている。
【００５９】
（一対の外部リード線３Ａ、３Ｂについて） 一対の外部リード線３Ａ、３Ｂは、一対の電極１ｂ、１ｂに給電するために配設されている。そして、気密容器１が石英ガラスからなる場合、一対の外部リード線３Ａ、３Ｂ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、気密容器１から右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。また、図１において、気密電容器１から左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。
【００６０】
（放電媒体について） 放電媒体は、気密容器１の内部に形成された放電空間１ｃ内に封入されており、少なくとも発光金属のハロゲン化物および希ガスが封入され、水銀を本質的に含まない。また、放電媒体は、好ましくは発光金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物に加えて、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物からなる第２のハロゲン化物を含んでいる。
【００６１】
第１のハロゲン化物は、上記のように発光金属のハロゲン化物からなる。メタルハライド放電ランプの用途に応じて多様な発光金属のハロゲン化物を第１のハロゲン化物として用いることができる。例えば、車両用前照灯に用いられるメタルハライド放電ランプには、ナトリウム、スカンジウムおよびジスプロシウム（Ｄｙ）などの希土類金属などの一種または複数種を主体として用いることができる。また、液晶プロジェクタなどのプロジェクション用のメタルハライド放電ランプには、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化タリウムおよびハロゲン化スズを主体とする放電媒体を用いることができる。
【００６２】
第２のハロゲン化物は、蒸気圧が高くて可視域に発光しないか、または発光が比較的少ない金属すなわち光束を稼ぐ発光金属としては期待されないものの、発光色の色度を改善したり、発光量の１０％以下の光束を発生したりすることが許容されるが、主としてランプ電圧を形成するのに好適な金属のハロゲン化物を用いる。第２のハロゲン化物として好適な金属としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびスズ（Ｓｎ）からなるグループの中から選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物を用いることができる。また、補助的なランプ電圧形成媒体としてインジウムハロゲン化物を第２のハロゲン化物に添加するか、第２のハロゲン化物に代えて用いることができる。
【００６３】
希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、一般的にはアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）などの一種または複数種を用いることができるが、自動車前照灯用としては、キセノンを５気圧以上、好ましくは８〜１６気圧の範囲で封入するか、あるいは点灯時の放電空間内の圧力が５０気圧以上になるように封入することにより、点灯直後の発光金属の蒸気圧が低いときに、立ち上がり時の光束としてキセノンの白色発光を寄与させることができる。
【００６４】
さらに、水銀について言及しておく。本発明において、「本質的に水銀を含まない」と
は、水銀（Ｈｇ）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ランプ電圧を所要に高くする場合、短アーク形においては気密容器の内容積１ｃｍ３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、水銀量が実質的に頗る少ないといえる。
【００６５】
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。
【００６６】
〔外管ＯＴについて〕 外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に発光管ＩＴを収納していて、その両端の縮径部４が気密容器１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。
【００６７】
〔絶縁チューブＴについて〕 絶縁チューブＴは、外部リード線３Ａを被覆している。
【００６８】
〔口金Ｂについて〕 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。
【００６９】
〔ハロゲン化物の付着面積比および気密容器の内表面積とハロゲン化物量の比〕
まず、気密容器１の包囲部１ａの内面におけるハロゲン化物の付着面積比について説明する。本形態においては、メタルハライド放電ランプＭＨＬのハロゲン化物の付着面積比が次のように構成されている。すなわち、放電媒体の放電アークがストレートアーク点灯方式を利用して電極１ｂ、１ｂ間を結ぶ直線方向に矯正されるようにメタルハライド放電ランプを水平にして点灯した場合に、管軸を含む水平面を境にして気密容器１の包囲部１ａの内面を上下に二分して、ハロゲン化物が上部内面に付着している部分の面積をＡ（ｍｍ２）とし、下部内面の同様部分の面積をＢ（ｍｍ２）としたとき、比Ａ／ＢがＡ／Ｂ≦０．３を満足するように構成されている。なお、上記ハロゲン化物の付着部分は、メタルハライド放電ランプＭＨＬを消灯後冷却状態において計測するものとする。
【００７０】
次に、気密容器１の包囲部１ａの内表面積と封入ハロゲン化物量の比について説明する。本形態においては、メタルハライド放電ランプＭＨＬの気密容器１の包囲部１ａの内表面積Ｓ（ｍｍ２）とハロゲン化物の封入量Ｒ（ｍｇ）との比Ｓ／ＲがＳ／Ｒ≧７０を満足するように構成されている。
【実施例１】
【００７１】
発光管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、内表面積Ｓが５０ｍｍ２
電極１ｂ ：電極間距離４．２ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３０．１ｍｇ＋ＮａＩ０．２５ｍｇ＋
ＺｎＩ２０．１５ｍｇ＝ハロゲン化物量Ｒが０．５ｍｇ
希ガス ：Ｘｅ１０．５気圧
外管ＯＴ ：内部雰囲気は大気圧（大気）
安定時ランプ電力 ：３５Ｗ
点灯方向 ：水平点灯
点灯方式 ：ストレートアーク点灯方式とした。
［比較例１］
点灯方式 ：上記音響的共鳴現象が発生しない（放電アークが湾曲する）点灯 方式とした。
【００７２】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
【００７３】
上記実施例１および比較例１におけるランプ特性、比Ａ／Ｂおよび比Ｓ／Ｒを表１に示す。
【００７４】
［表１］
区 分 ランプ電圧（Ｖ） 発光効率（ｌｍ／Ｗ） 色温度（Ｋ） Ａ／Ｂ Ｓ／Ｒ
実施例１ ４２．５ ９４ ３７２２ ０．２ １００
比較例１ ４５．０ ８５ ４０３９ ０．１ １００
表１から明らかなように、実施例１の発光効率は、比較例１より１０％高い。
【００７５】
次に、実施例１のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ａ／Ｂの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図３を作成した。図において、横軸は比Ａ／Ｂを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【００７６】
図３から明らかなように、比Ａ／Ｂが０．３以下であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ａ／Ｂが０．２以下であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【００７７】
さらに、実施例１のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ｓ／Ｒの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図４を作成した。図において、横軸は比Ｓ／Ｒを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【００７８】
図４から明らかなように、比Ｓ／Ｒが７０以上であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ｓ／Ｒが１００以上であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【００７９】
次に、実施例１と比較例１のそれぞれのメタルハライド放電ランプについて２０００時間の点滅試験（日本電球工業会規格 ＪＥＬ２１５「自動車前照灯用ＨＩＤ光源」に準拠）を行った。比較例１のメタルハライド放電ランプは、放電アークが湾曲しているため、発光管上部の石英ガラスの白濁化が大きかった。このため、前照灯内に装着したときの照度維持率が図５に示すように極めて悪くなった。これに対して、実施例１は、概ね良好な照度維持率を示した。
【００８０】
図５は、実施例１および比較例1における前照灯内に装着して２０００時間の点滅試験を行った場合の照度維持率特性を示すグラフである。図において、横軸は点灯時間（時間）を、縦軸は照度維持率（％）を、それぞれ示す。
【００８１】
図から理解できるように、実施例１は照度維持率特性が良好であるが、比較例１は照度維持率が劣っている。これは比較例１のランプでは、放電アークが湾曲しているため、発光管上部の石英ガラスの白濁が進み、反射鏡による集光効率が低下したためである。
【００８２】
＜第２の形態＞
図６は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第２の形態としてのプロジェクタ用のメタルハライドランプを示す正面図である。図において、図１および図２と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。図中、５は口金、６はリード部材、７は近接導体である。
【００８３】
電極１ｂは、電極軸１ｂ１、電極主部１ｂ２およびくわえ込みコイル１ｂ３を備えている。電極軸１ｂ１は、純タングステン棒からなる。そして、基端が後述する封着金属箔２に溶接され、中間部が封止部１ａ１に緩く支持され、かつ、先端部が気密容器１の包囲部１ａの内部に突出している。電極主部１ｂ２は、純タングステン線を電極軸１ｂ１の先端に数回密巻により２重に巻装することによって形成されている。くわえ込みコイル１ｂ３は、純タングステン細線を電極軸の中間部の少なくとも封止部１ａ１の石英ガラスによるくわえ込み部分に対向する部位に適当なピッチで巻装されている。
【００８４】
口金５は、図示されていない導入導体に接続するとともに、封止部１ａ１に無機質接着剤により固着されていて、発光管ＩＴを図示しない反射鏡に取り付ける際に利用され、また図示しない点灯回路の一極に接続する。
【００８５】
リード部材６は、図において右側の導入導体３Ａに先端部が接続するとともに、基端部が点灯回路の他極に接続する。
【００８６】
近接導体７は、先端部が図において左側の電極１ｂに接近した位置に延在し、基端部が図において右側の導入導体３Ａに接続している。
【００８７】
第２の形態においても、気密容器１の包囲部１ａの内面に対するハロゲン化物の付着面積比Ａ／Ｂおよび包囲部１ａの内表面積とハロゲン化物量の比が第１の形態におけるそれと同様に構成されている。
【実施例２】
【００８８】
発光管ＩＴ
気密容器１ａ ：石英ガラス製、最大内径１０ｍｍ、内表面積Ｓが３１４ｍｍ２
電極１ｂ ：電極間距離３ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＤｙＩ３０．５ｍｇ＋ＮｄＩ３０．５ｍｇ＋
ＺｎＩ２２ｍｇ＝ハロゲン化物量Ｒが３ｍｇ
希ガス ：Ａｒ５００Torr
安定時ランプ電力 ：１５０Ｗ
点灯方向 ：水平点灯
点灯方式 ：ストレートアーク点灯方式とした。
［比較例２］
点灯方式 ：音響的共鳴現象が発生しない点灯方式とした。
【００８９】
その他の構成 ：実施例２と同じ。
【００９０】
上記実施例２および比較例２におけるランプ特性、比Ａ／Ｂおよび比Ｓ／Ｒを表２に示す。
【００９１】
［表２］
区 分 ランプ電圧（Ｖ） 発光効率（ｌｍ／Ｗ） 色温度（Ｋ） Ａ／Ｂ Ｓ／Ｒ
実施例２ ９８ １１９ ３５４０ ０．２ １０５
比較例２ １０９ １０８ ３８９７ ０．１ １０５
表２から明らかなように、実施例２の発光効率は、比較例２より１０％高い。
【００９２】
次に、実施例２のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ａ／Ｂの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図７を作成した。図において、横軸は比Ａ／Ｂを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【００９３】
図７から明らかなように、比Ａ／Ｂが０．３以下であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ａ／Ｂが０．２以下であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【００９４】
さらに、実施例２のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ｓ／Ｒの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図８を作成した。図において、横軸は比Ｓ／Ｒを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【００９５】
図８から明らかなように、比Ｓ／Ｒが７０以上であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ｓ／Ｒが１０５以上であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【００９６】
また、実施例２および比較例２について寿命試験を実施した結果、両者は実施例および比較例１と同様な傾向を示した。
【００９７】
＜第３の形態＞
第１の形態と同様のメタルハライド放電ランプにおいて、ハロゲン化物としてヨウ化インジウムを用いた。
【実施例３】
【００９８】
金属ハロゲン化物：ＩｎＩ０．５ｍｇ＝ハロゲン化物量Ｒが０．５ｍｇ
その他の構成 ：実施例１と同じ。
［比較例３］
点灯方式 ：音響的共鳴現象が発生しない点灯方式とした。
【００９９】
その他の構成 ：実施例３と同じ。
【０１００】
上記実施例３および比較例３におけるランプ特性、比Ａ／Ｂおよび比Ｓ／Ｒを表３に示す。
【０１０１】
［表３］
区 分 ランプ電圧（Ｖ） 発光効率（ｌｍ／Ｗ） Ａ／Ｂ Ｓ／Ｒ
実施例２ ４５ ５５ ０．２ １００
比較例２ ５０ ５０ ０．１ １００
表３から明らかなように、実施例３の発光効率は、比較例３より１０％高い。
【０１０２】
次に、実施例３のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ａ／Ｂの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図９を作成した。図において、横軸は比Ａ／Ｂを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【０１０３】
図９から明らかなように、比Ａ／Ｂが０．３以下であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ａ／Ｂが０．２以下であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【０１０４】
さらに、実施例３のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ｓ／Ｒの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図１０を作成した。図において、横軸は比Ｓ／Ｒを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【０１０５】
図１０から明らかなように、比Ｓ／Ｒが７０以上であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ｓ／Ｒが１００以上であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【０１０６】
また、実施例３および比較例３について寿命試験を実施した結果、両者は実施例１および比較例１と同様な傾向を示した。
【０１０７】
＜第４の形態＞
本形態は、耐振性に優れたメタルハライド放電ランプシステムである。
【０１０８】
ストレートアーク点灯方式で水銀入りランプを点灯する場合、前述のように耐振性が低下する理由は詳らかでないが、以下の推測ができる。
【０１０９】
すなわち、水銀入りランプの場合、点灯中の水銀蒸気圧は極めて高く、またアークを形成する成分の殆どが水銀蒸気である。水銀原子の原子量は２００である。なお、希ガスとして封入されるキセノンの原子量は１３１である。そして、気密容器内の放電媒体の対流速度は、水銀の原子量が上記のように大きいため、水銀入りランプの方が大きい。特に電極近傍においては、対流が局部的に大きくなることが観測されている。ところで、ストレートアーク点灯方式の場合、音波の疎密波の定在波において、電極間を結ぶ仮想線の位置に疎の部分があれば、周囲の密の部分からの力を受けることによって、放電アークが直線状に矯正される。水銀入りランプにおいては、ストレートアーク点灯方式によって点灯したときに、振動状態では、上記のように大きな対流のため、振動により放電アークが大きく動く。その結果、アークが不安定になる。
【０１１０】
一方、水銀フリーランプでは、水銀入りランプに比較して放電アークが細くなる。放電アークが湾曲した状態でアークが細いと、振動への耐性がなくなる。ところが、ストレートアーク点灯方式により点灯すると、放電アークは管軸方向に直線状に矯正されて安定し、耐振性が付与される。また、放電アークは、細い方が電極間を結ぶ疎の部分にアークをしっかりと押さえ込むことができる。
【０１１１】
したがって、本発明のメタルハライド放電ランプを例えば自動車前照灯のように常時振動が加わる灯具に装着して、かつ、ストレートアーク点灯方式により点灯するように構成すれば、耐振性に優れたメタルハライド放電ランプシステムを得ることができる。
【０１１２】
次に、実施例４を振動試験した結果について比較例４〜６と比較しながら説明する。
【実施例４】
【０１１３】
ランプ構成 ：実施例１と同じ。
【０１１４】
点灯方式 ：ストレートアーク点灯方式とした（表４のストレート）。
【０１１５】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
［比較例４］
ランプ構成 ：実施例１と同じ。
【０１１６】
点灯方式 ：音響的共鳴現象が発生しない点灯方式とした（表４の湾曲）。
【０１１７】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
［比較例５］
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３０．１ｍｇ＋ＮａＩ０．２５ｍｇ
＝ハロゲン化物量Ｒが０．３５ｍｇ
水銀 ：０．２ｍｇ
希ガス ：Ｘｅ５気圧
点灯方式 ：ストレートアーク点灯方式とした（表４のストレート）。
【０１１８】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
［比較例６］
ランプ構成 ：比較例５と同じ。
【０１１９】
点灯方式 ：音響的共鳴現象が発生しない点灯方式とした（表４の湾曲）。
【０１２０】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
【０１２１】
上記実施例４および比較例４〜６について、ＪＩＳＣ７５０６−２「自動車用電球」の付属書Ｂに記載されている標準試験条件（加速度の公差±１ｄＢ、試験時間２０時間、点滅サイクル２０分点灯、１０分消灯）にて、実施例４および比較例４〜６のランプをそれぞれ２０灯ずつ評価した。その結果を表４に示す。
【０１２２】
［表４］
区 分 仕 様 点灯方式 ５時間経過後残数 ２０時間経過後残数
実施例４ 水銀フリーランプ ストレート １９／２０ １７／２０
比較例４ 水銀フリーランプ 湾 曲 １５／２０ １２／２０
比較例５ 水銀入りランプ ストレート ５／２０ １／２０
比較例６ 水銀入りランプ 湾曲 ２０／２０ １９／２０
表４から明らかなように、水銀フリーランプは、ストレートアーク点灯方式の場合に耐振性が優れているが、音響的共鳴現象が発生しない点灯方式によりアークが湾曲する場合、耐振性が低い。
【０１２３】
これに対して、水銀入りランプは、音響的共鳴現象が発生しない点灯方式によりアークが湾曲する場合、耐振性に問題がないが、ストレートアーク点灯方式では耐振性に問題がある。
【０１２４】
＜第５の形態＞
図１１は、本発明のメタルハライド放電ランプシステムを実施するための一形態を示す回路ブロック図である。図において、メタルハライド放電ランプシステムは、メタルハライド放電ランプＭＨＬ、点灯回路ＯＣおよび始動回路ＳＴを具備している。点灯回路ＯＣは、基本波形発生回路ＢＷＧおよび高周波成分重畳回路ＨＦＧを備えている。
【０１２５】
メタルハライド放電ランプＭＨＬは、図１および図２に示す第１または第３の形態あるいは図３に示す第２の形態のランプからなる。
【０１２６】
点灯回路ＯＣは、メタルハライド放電ランプＭＨＬを付勢して点灯を維持する回路であり、メタルハライド放電ランプＭＨＬに直列接続した適当な限流インピーダンスを含んでいる。メタルハライド放電ランプＭＨＬの付勢は、基本波形が交流または直流に高周波を重畳した態様の電圧、電流または電力を当該ランプに供給することにより行われる。
【０１２７】
上記高周波としては、ランプ中の放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるような周波数が選択される。すなわち、上記周波数の電圧、電流または電力がランプに供給されることにより、電極間を結ぶ直線と直交する方向に音響的共鳴現象が発生し、その結果放電アークがほぼ直線状に矯正されるような周波数である。このような周波数は、メタルハライド放電ランプの放電空間に存在する放電媒体の音速と、電極間を結ぶ直線と直交する方向の放電空間の長さとで決定される音響的共鳴周波数に等しい。また、高周波の周波数は、上記音響的共鳴周波数を含む所定の範囲内で変化する態様であってもよい。
【０１２８】
また、高周波の電圧、電流または電力の波形は、瞬時値が時間的に変化する波形であり、例えば正弦波、三角波、鋸歯状波、階段状波、指数関数波およびこれら二種以上の複合波などから選択することができる。なお、ランプに供給される電流の基本波形部分は、主として放電アークを生じるエネルギーを供給する。また、基本波は、矩形波や正弦波など適当な波形であることを許容する。
【０１２９】
点灯回路ＯＣは、その一形態として、直流電源ＤＣ、基本波形発生回路ＢＷＧおよび高周波成分重畳回路ＨＦＧを備えている。
【０１３０】
直流電源ＤＣは、基本波形発生回路ＢＷＧおよび高周波成分重畳回路ＨＦＧに対して直流の電源として機能する。低周波交流を整流して直流を得る整流化直流電源や電池電源によって直流電源ＤＣを構成することができる。
【０１３１】
基本波形発生回路ＢＷＧは、前記基本波として交流または直流の電圧、電流または電力を発生する。交流の場合、インバータを用いてこれを発生させることができる。所望により、インバータの前段に直流−直流変換回路、例えば直流チョッパを介在させることができる。これにより、交流の電圧、電流または電力を制御しやすくなる。また、直流の場合、直流−直流変換回路、例えば直流チョッパを用いてこれを発生させることができる。
【０１３２】
高周波成分重畳回路ＨＦＧは、基本波に重畳される前記高周波を発生する。例えば、インバータを用いてこれを構成することができる。
【０１３３】
また、点灯回路ＯＣは、前記のようにメタルハライド放電ランプＭＨＬに直列接続する限流インピーダンスを含んでいるが、限流インピーダンスとしては、例えばインダクタを用いて適当な値のインダクタンスを用いるのが好ましい。
【０１３４】
さらに、点灯回路ＯＣは、メタルハライド放電ランプＭＨＬの始動直後に定格ランプ電流以上のランプ電流を供給し、その後時間の経過とともに順次ランプ電流を低減していき、やがて定格電流に落ち着かせるランプ電流傾斜制御特性を備えているように構成することができる。このような構成は、例えば車両用前照灯に用いるメタルハライド放電ランプを点灯する場合に好適である。
【０１３５】
さらにまた、点灯回路ＯＣは、メタルハライド放電ランプＭＨＬのランプ特性を検出して、基本波成分に重畳する高周波成分の周波数を音響的共鳴周波数に一致させる帰還制御回路手段を具備していることが許容される。
【０１３６】
始動回路ＳＴは、メタルハライド放電ランプＭＨＬの始動時に高電圧パルスなどを発生してこれを上記ランプに印加することでその始動を容易にする。そのために、始動回路ＳＴは、メタルハライド放電ランプＭＨＬと限流インピーダンスとの間に介在するように配設されるのが好ましい。
【０１３７】
そうして、本形態のメタルハライド放電ランプシステムは、そのメタルハライド放電ランプ中の放電媒体が水銀を本質的に含まないので、放電アークが水銀を含むメタルハライド放電ランプより強く湾曲しやすいにもかかわらず、以上説明したように構成されているため、音響的共鳴による定在波が電極間を結ぶ仮想直線と直交する方向に形成されて放電アークが上記直線方向に沿ったほぼ直線状に矯正される。
【０１３８】
放電アークがほぼ直線状に矯正される理由は、以下のように推察される。すなわち、メタルハライド放電ランプＭＨＬに供給される電圧、電流または電力の周期的な変動によって放電アークにガス圧力の周期的な変動を生じる。このガス圧力の周期的な変動が粗密波（進行波）となって管軸の全周方向から気密容器１の内壁面に向かって進行し、内壁面で反射されて反射波となる。そのため、放電アークの近傍では、進行波と反射波とが衝突して、両波の変位に差があると、両波の変位が小さくなる位置に放電アークが移動してほぼ直線状に矯正されるものと推察される。
【０１３９】
高周波である音響的共鳴周波数の電圧、電流または電力をメタルハライド放電ランプＭＨＬに供給すると、電極間を結ぶ仮想直線に直交する方向の放電空間の断面において、放電アークが包囲部の内壁面に対して等距離の位置（例えば上記断面が円形である場合には円の中心）では、放電アークを含むその近傍で進行波と反射波の変位を常に同レベルに制御でき、その結果放電アークが移動することなく安定に点灯できる。このとき、上記断面では２つの疎密波（進行波と反射波）が干渉して定在波が発生している。
【０１４０】
また、放電アークと交差する方向の放電空間の長さを電極間を結ぶ仮想直線と直交する断面の長さとすると、包囲部の内表面に対して等距離である上記断面の中心で放電アークが移動することなく安定になるため、放電アークの形状が直線状になる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明のメタルハライドランプを実施するための第１の形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示すランプ全体の正面図
【図２】同じく平面図
【図３】第１の形態における比Ａ／Ｂと発光効率の関係を示すグラフ
【図４】同じく比Ｓ／Ｒと発光効率の関係を示すグラフ
【図５】実施例１および比較例1における前照灯内に装着して２０００時間の点滅試験を行った場合の照度維持率特性を示すグラフ
【図６】本発明のメタルハライドランプを実施するための第２の形態としてのプロジェクタ用のメタルハライドランプを示す正面図
【図７】第２の形態における比Ａ／Ｂと発光効率の関係を示すグラフ
【図８】同じく比Ｓ／Ｒと発光効率の関係を示すグラフ
【図９】第３の形態における比Ａ／Ｂと発光効率の関係を示すグラフ
【図１０】同じく比Ｓ／Ｒと発光効率の関係を示すグラフ
【図１１】本発明のメタルハライド放電ランプシステムを実施するための一形態を示す回路ブロック図
【符号の説明】
【０１４２】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…封止部、１ａ２…封止管、１ｂ…電極、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、３Ａ、３Ｂ…導入導体、Ｂ…口金、ＩＴ…発光管、ＭＨＬ…メタルハライド放電ランプ、ＯＴ…外管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本質的に水銀を封入していないメタルハライド放電ランプおよびこれを点灯するメタルハライド放電ランプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ）は、高効率・長寿命という特徴から屋外照明分野などに広く応用されている。中でもメタルハライドランプは、演色性が良好で、その特性を生かして屋外照明分野のみならず、屋内照明分野にも普及しつつあり、また映像機器用の光源・車両の前照灯用光源として注目されている。なお、従来から一般に用いられているメタルハライドランプは、緩衝体として水銀蒸気が希ガスと一緒に封入されている（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）。
【０００３】
メタルハライドランプを従来の一般に用いられているメタルハライドランプ点灯装置の構成により点灯すると、放電アークの中央部の温度は約５０００Ｋに達し、アーク中心部から所定の温度勾配で温度が低下して管壁付近では１０００Ｋになる。そのため、メタルハライドランプを水平点灯した場合、アーク中央部で加熱され密度が小さくなったガスが上方向へ移動し、管壁付近の密度の大きいガスがアーク中心へ流れ込む対流現象が発生する。対流によるガスの流れにより、放電アークは、一対の電極間を結ぶ仮想の直線の管軸より上方へ偏って位置することになる。すなわち、放電アークは、上方へ湾曲する。
【０００４】
放電アークが湾曲すると、以下のような問題がある。
１．放電空間上部の気密容器の壁面と放電アークとの距離が小さくなって気密容器の当該部分の温度上昇が大きくなり、気密容器を構成する石英ガラスが劣化しやすくなる。当該部位の石英ガラスが劣化すると、光束が低下し、また反射鏡と組み合わせたときの集光効率の低下が大きくなる。
２．気密容器の石英ガラスが軟化しやすくなり、軟化により変形（膨れ）が発生し、放電空間の内容積が増大して発光特性が変化する。
３．放電空間下部の温度低下を招き、放電ランプ電空間内の動作圧力を決定する最冷点温度が低下し、発光効率が低下する。
４．メタルハライドランプと反射鏡とを組み合わせて使用するとき、一般に反射鏡の光軸上に放電アークを配置するが、反射鏡の光軸に対して放電アークの形状が上下非対称となるので、反射鏡の光軸を含む放電アークの断面形状が光軸を取り巻く全周方向で全て異なる。そのために、反射鏡の光軸を取り巻く全周方向の断面で放電アークの異なる形状を考慮して反射鏡を設計する必要があり、したがって設計が複雑で、その結果としての反射鏡の形状も複雑になる。
【０００５】
一方、音響的共鳴現象を利用して放電アークを重力誘導対流に反して直線状に矯正する点灯方式（以下、便宜上「ストレートアーク点灯方式」という。）が知られている（特許文献１、２参照。）。このストレート点灯方式によって放電アークを直線状に矯正すれば、気密容器の温度分布が相対的に均熱化され、気密容器の局所的な温度上昇（水平点灯の際には上部の温度上昇）を小さくして石英ガラスの劣化、変形を防止でき、また放電空間下部の最冷点温度を上昇させて発光効率を向上させることができる。さらに、反射鏡の光軸を取り巻く全周方向で全てほぼ同一形状にできるので、一断面の設計を他の断面に応用できるため、反射鏡の設計が頗る簡単になる。その結果、反射鏡も単純な形状になる。
【０００６】
一方、水銀を封入しないメタルハライドランプが本発明者らにより発明され（特許文献３参照。）、以後その実用化に向けた開発が活発に行われている。そして、自動車前照灯用としては２００４年７月から実用化されだしている。水銀を封入しない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。）は、水銀を封入しないので、環境的に好ましく、また始動時の分光特性の立ち上がり特性が良好である、調光に適する、ランプ特性のばらつきが少ない、などの利点がある。今後この構成のメタルハライドランプが普及していくと考えられる。
【０００７】
ところが、水銀フリーランプの場合、放電アークが相対的に絞られて細くなる傾向にあり、その結果、放電アークの重力誘導対流によって生じる湾曲が水銀を封入したメタルハライドランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）より大きくなる。そのため、対策が必要である。
【特許文献１】特公平０７−００９８３５号公報
【特許文献２】特許第３１８９６０９号公報
【特許文献３】特開平１１−２３８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、上記の問題の対策として特許文献１、２に記載されている音響的共鳴現象を利用して放電アークを直線状に矯正する方法を水銀フリーランプに適用すると放電アークの湾曲が効果的に直線状に矯正されるとともに、耐振性が良好であることを見出した。
【０００９】
ところが、水銀フリーランプおよび水銀入りランプのいずれにおいても、放電アークの湾曲を矯正しない点灯の場合、放電媒体は気密容器の下部に滞留するが、水銀フリーランプを、音響的共鳴現象を利用して重力誘導対流に反して放電アークを直線状に矯正するように構成した点灯装置を用いて点灯したところ、放電媒体が気密容器の管壁全体にわたって付着するという現象が発生することが分かった。水銀入りランプでもこのような傾向が見られるが、水銀フリーランプの場合には上記現象が極めて顕著であるために、そのランプ特性に対して以下の影響を与えることが分かった。
（１）気密容器の内面全体に付着した放電媒体が気密容器の内部で発生した可視光を吸収するため、発光効率が低下する。
（２）放電媒体の可視光吸収は、特に青色領域で大きいため、ランプの色特性が変化する。そして、ランプの色温度が低温側へ移行する。
【００１０】
本発明は、音響的共鳴現象を利用して放電アークを重力誘導対流に反してほぼ直線状に矯正するように点灯する場合に、水銀を本質的に含まない放電媒体が気密容器の内面に付着することによってランプ特性に与える影響を低減したメタルハライド放電ランプおよびこれを点灯するメタルハライド放電ランプシステムを提供することを一般的な目的とする。
【００１１】
また、本発明は、音響的共鳴現象を利用して放電アークを重力誘導対流に反してほぼ直線状に矯正するように点灯する場合に、水銀を本質的に含まない放電媒体が気密容器の内面に付着することによって発光効率の向上が得られるとともに色特性の低下を生じにくくしたメタルハライド放電ランプおよびこれを点灯するメタルハライド放電ランプシステムを提供することを具体的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明のメタルハライド放電ランプは、耐火性で透光性の気密容器と；気密容器内に封着した一対の電極と；ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器内に封入したハロゲン化物が気密容器の上部に付着した面積をＡ（ｍｍ２）とし、同じく気密容器の下部に付着した面積をＢ（ｍｍ２）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．３を満足することを特徴としている。
【００１３】
本発明においては、上記の構成により、ストレートアーク点灯方式により点灯されたときに、放電媒体が気密容器の上部および下部の内面に所定範囲の割合で付着する。また、その付着の態様が比較的薄い膜状をなしていて、気密容器の内部で発生した可視光が気密容器に付着した放電媒体の膜状部分および放電媒体が付着していない部分を透過して外部へ放射する。
【００１４】
気密容器の内面に付着する放電媒体が上下部に対して所定の割合で付着しても、上部に付着したハロゲン化物の温度が相対的に高く上昇することにより、気密容器内のハロゲン化物の蒸気圧が高くなる。その結果、発光効率が向上して全光束が多くなる傾向を示す。一方、気密容器の内面に放電媒体が膜状に付着することによって、可視光がこの膜状に付着した部分の放電媒体に吸収されるために、全光束が低減する傾向を示す。
【００１５】
以上の傾向は、相殺されるが、本発明においては、放電媒体が気密容器の上下部に対して上述のように所定の割合で付着していることにより、可視光の増加分が減少分より多くなるので、全体として発光効率が向上して全光束が大きくなる。なお、可視光の増加分が減少分より顕著に多くなる比Ａ／Ｂの好適な範囲は０．２以下である。これに対して、比Ａ／Ｂが０．３を超えると、可視光の増加分が減少分より減少するので、発光効率の向上が得られない。
【００１６】
また、放電アークが直線状になることによる発光効率も５％程度ある。すなわち、一般に垂直点灯の方が水平点灯より発光効率が５％程度高い傾向がある事実からも理解できるように、放電アークが直線状である場合には、エネルギー損失が同程度小さくなる。
【００１７】
さらに、水銀フリーランプをストレートアーク点灯方式により点灯する場合、放電アークを矯正しない場合に比べて耐振性が良好になることを本発明者は見出した。これに対して、水銀入りランプの場合には、ストレートアーク点灯方式により点灯すると、反対に耐振性が低下することも分かった。
【００１８】
請求項２に係る発明のメタルハライド放電ランプは、耐火性で透光性の気密容器と；気密容器内に封着した一対の電極と；ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体と；を具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器の内表面積をＳ（ｍｍ２）とし、ハロゲン化物量をＲ（ｍｇ）としたとき、Ｓ／Ｒ≧７０を満足することを特徴としている。
【００１９】
本発明においては、上記の構成により、ストレートアーク点灯方式により点灯されたときに、放電媒体が気密容器の上部および下部の内面に所定範囲の割合で付着する。気密容器の上部に付着したハロゲン化物の温度が上昇することにより、気密容器内のハロゲン化物の蒸気圧が高くなって発光効率が向上して全光束が多くなる増加分の方が、同じく下部に付着して全光束が低減する分より多くなるために、全光束が向上する。なお、全光束が顕著に向上する比Ｓ／Ｒの好適な範囲は１００以上である。これに対して、比Ｓ／Ｒが７０未満になると、可視光の増加分が減少分より減少するので、発光効率の向上が得られない。
【００２０】
請求項３に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプにおいて、前記ハロゲン化物は、第１および第２のハロゲン化物を含み、第１のハロゲン化物が所望の発光を行う金属のハロゲン化物であり、第２のハロゲン化物が相対的に蒸気圧が大きくて、かつ、第１のハロゲン化物の金属に比較して可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物であることを特徴としている。
【００２１】
本発明は、発光金属のハロゲン化物に加えて第２のハロゲン化物を封入することによって水銀入りランプとほぼ同等のランプ電圧を得やすくしている。したがって、ランプ電圧は、主として第２のハロゲン化物の蒸発量で決まる。第２のハロゲン化物が不完全蒸発の場合、蒸発量は第２のハロゲン化物の蒸気圧で決まる。ハロゲン化物の蒸気圧は放電空間を包囲する部位の最冷部温度で決まる。第２のハロゲン化物の点灯中における蒸気圧は、水銀のそれより低いが、第１のハロゲン化物よりは明らかに高く、５気圧以下程度でもよい。
【００２２】
請求項４に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプにおいて、第１のハロゲン化物は、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属の一種または複数種のハロゲン化物であることを特徴としている。
【００２３】
本発明は、車両用前照灯に用いるのに好適な白色発光を効率よく発光するメタルハライド放電ランプ用の第１のハロゲン化物を規定している。
【００２４】
請求項５に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項３または４記載のメタルハライド放電ランプにおいて、第２のハロゲン化物は、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびスズ（Ｓｎ）からなるグループの中から選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物であることを特徴としている。
【００２５】
本発明は、第２のハロゲン化物のための金属として好適なものを規定している。
【００２６】
請求項６に係る発明のメタルハライド放電ランプは、ハロゲン化物は、請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプにおいて、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化タリウムおよびハロゲン化スズを主体としていることを特徴としている。
【００２７】
本発明は、液晶プロジェクタなどのプロジェクション用として好適な光色を有するメタルハライド放電ランプを得る場合に用いることのできるハロゲン化物を規定している。
【００２８】
請求項７に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項４記載のメタルハライド放電ランプにおいて、希ガスは、１気圧以上の圧力で封入されていることを特徴としている。
【００２９】
本発明は、車両用前照灯のメタルハライド放電ランプなどに好適な希ガスの態様を規定している。希ガスの封入圧力が１気圧以上であると、上記用途に必要な光束立ち上がりの早いメタルハライド放電ランプを得ることができる。
【００３０】
請求項８に係る発明のメタルハライド放電ランプは、請求項１ないし７のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプにおいて、一対の電極は、電極間距離が０．５〜６ｍｍであることを特徴としている。
【００３１】
本発明は、集光効率が良好で、したがって液晶プロジェクタなどのプロジェクション用や車両用前照灯などに用いるメタルハライド放電ランプに好適な電極間距離を規定している。
【００３２】
請求項９に係る発明のメタルハライド放電ランプシステムは、請求項１ないし８のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプと；メタルハライド放電ランプの電極間を結ぶ直線と直交する方向に音響共鳴現象が発生する周波数成分を有する電流をメタルハライド放電ランプに供給して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。
【００３３】
本発明は、ストレートアーク点灯方式を利用してメタルハライド放電ランプを点灯するメタルハライド放電ランプシステムを規定している。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１ないし８に係る各発明によれば、音響的共鳴現象を利用して放電アークを直線状に矯正するように点灯する場合に、水銀を本質的に含まない放電媒体が気密容器の内面に付着することによってランプ特性に与える影響が低減したメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３５】
請求項１に係る発明によれば、加えて気密容器の上部に付着したハロゲン化物の面積Ａと同じく下部に付着したハロゲン化物の面積Ｂの比Ａ／Ｂを０．３以下にしたことで発光効率の向上が得られるとともに色特性の低下が生じにくいメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３６】
請求項２に係る発明によれば、加えて気密容器の内表面積Ｓとハロゲン化物量Ｒの比Ｓ／Ｒを７０以下としたことで発光効率の向上が得られるとともに色特性の低下が生じにくいメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３７】
請求項３に係る発明によれば、加えてハロゲン化物が第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物含むことで水銀を本質的に含まないにもかかわらず水銀入りランプとほぼ同等のランプ電圧を有するメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３８】
請求項４に係る発明によれば、加えて第１のハロゲン化物として特定のハロゲン化物を含んだことで車両用前照灯に用いるのに好適なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００３９】
請求項５に係る発明によれば、加えて第２のハロゲン化物が特定された金属のハロゲン化物であることで水銀とほぼ同等のランプ電圧が得やすいメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００４０】
請求項６に係る発明によれば、加えて特定のハロゲン化物を主体としていることでプロジェクション用として好適なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００４１】
請求項７に係る発明によれば、加えて希ガス封入圧を１気圧以上としたことで光束立ち上がりの良好なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００４２】
請求項８に係る発明によれば、加えて電極間距離を特定範囲に規制したことでプロジェクション用や車両用前照灯などに用いるのに好適なメタルハライド放電ランプを提供することができる。
【００４３】
請求項９に係る発明によれば、放電媒体が気密容器の内面に付着することによるランプ特性に与える影響を低減したとともに請求項１ないし８に係る発明の効果を有していて、音響的共鳴現象を利用して放電アークを直線状に矯正するように点灯するメタルハライド放電ランプシステム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】
【００４４】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００４５】
＜第１の形態＞
図１および図２は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第１の形態としての自動車前照灯用の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は平面図である。メタルハライドランプＭＨＬ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。
【００４６】
〔発光管ＩＴについて〕 発光管ＩＴは、気密容器１、一対の電極１ｂ、１ｂ、一対の外部リード線３Ａ、３Ｂおよび放電媒体を備えている。
【００４７】
（気密容器１について） 気密容器１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１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、例えば石英ガラスや透光性セラミックスなどを用いて形成することができる。なお、必要に応じて、石英ガラス製の気密容器１の包囲部１ａ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、内面を改質することが許容される。また、透光性セラミックスとして透光性アルミナセラミックスを用いることができる。
【００４８】
気密容器１が石英ガラスからなる場合、以下の構成を備えている。すなわち、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、外形が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。
【００４９】
包囲部１ａの内容積は、好適には０．０５ｃｃ以下であり、自動車前照灯用としては０．０２５ｃｃ程度である。なお、放電空間１ｃが細長いことにより、放電アークに相対的に接近するので、気密容器１の上部の温度上昇が早くなる。
【００５０】
また、包囲部１ａ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、気密容器１の伝熱が良好になって気密容器１の放電空間１ｃの下部および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。
【００５１】
一対の封止部１ａ１は、包囲部１ａを封止するとともに、後述するように電極１ｂ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１ａの両端から一体に延在している。そして、電極１ｂを封装し、かつ、点灯回路から電流を電極１ｂ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として例えば封着金属箔２を気密に埋設している。
【００５２】
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。なお、封着金属箔２は、気密容器１の封止部１ａ１の内部に埋設されて当該封止部１ａ１が気密容器１の包囲部１ａ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る。そして、気密容器１が石英ガラスからなる場合、封着金属２の材料としてはモリブデン（Ｍｏ）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２を封止部１ａ１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（Ｘｅ）などの希ガスを室温で５気圧以上封入する自動車前照灯などに用いるメタルハライド放電ランプの場合は、両者を組み合わせて適用することができる。
【００５３】
（一対の電極１ｂ、１ｂについて） 一対の電極１ｂ、１ｂは、耐火性金属、例えばいずれもドープドタングステン線からなり、軸方向の先端部、中間部および基端部にわたり軸部の直径が同じで、かつ、先端部および中間部の一部が放電空間１ｃ内に露出している。また、電極１ｂは、その基端部が封止部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１ａ１に緩く支持されることによって気密容器１の所定の位置に配設されている。
【００５４】
また、一対の電極１ｂ、１ｂは、気密容器１の包囲部１ａの両端内部に離間対向して封装される。メタルハライド放電ランプが、その放電空間１ｃの内容積が０．１ｃｃ以下と小形のため、電極間距離は０．５〜６ｍｍの範囲内に設定されている。自動車前照灯用としては４．２ｍｍ±０．１ｍｍが規格化されている。なお、電極の先端部の突起は、その断面形状が半球形、半楕円球形または切頭円柱形など多様な形状であることを許容する。
【００５５】
さらに、一対の電極１ｂ、１ｂは、その軸部の直径が一般的には０．３〜１ｍｍの範囲内で適当な値に設定されるのがよい。
【００５６】
さらにまた、一対の電極１ｂ、１ｂは、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）およびタングステン−レニウム合金（Ｗ−Ｒｅ）などの耐火金属製であってもよい。
【００５７】
さらにまた、一対の電極１ｂ、１ｂ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、一対の電極を同一構造とする。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。
【００５８】
なお、図１において、左方の封止部１ａ１を形成した後、封止管１ａ２を切断しないで封止部１ａ１の端部から管軸方向に一体に延長していて、口金Ｂ内へ延在させている。
【００５９】
（一対の外部リード線３Ａ、３Ｂについて） 一対の外部リード線３Ａ、３Ｂは、一対の電極１ｂ、１ｂに給電するために配設されている。そして、気密容器１が石英ガラスからなる場合、一対の外部リード線３Ａ、３Ｂ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、気密容器１から右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。また、図１において、気密電容器１から左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。
【００６０】
（放電媒体について） 放電媒体は、気密容器１の内部に形成された放電空間１ｃ内に封入されており、少なくとも発光金属のハロゲン化物および希ガスが封入され、水銀を本質的に含まない。また、放電媒体は、好ましくは発光金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物に加えて、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物からなる第２のハロゲン化物を含んでいる。
【００６１】
第１のハロゲン化物は、上記のように発光金属のハロゲン化物からなる。メタルハライド放電ランプの用途に応じて多様な発光金属のハロゲン化物を第１のハロゲン化物として用いることができる。例えば、車両用前照灯に用いられるメタルハライド放電ランプには、ナトリウム、スカンジウムおよびジスプロシウム（Ｄｙ）などの希土類金属などの一種または複数種を主体として用いることができる。また、液晶プロジェクタなどのプロジェクション用のメタルハライド放電ランプには、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化タリウムおよびハロゲン化スズを主体とする放電媒体を用いることができる。
【００６２】
第２のハロゲン化物は、蒸気圧が高くて可視域に発光しないか、または発光が比較的少ない金属すなわち光束を稼ぐ発光金属としては期待されないものの、発光色の色度を改善したり、発光量の１０％以下の光束を発生したりすることが許容されるが、主としてランプ電圧を形成するのに好適な金属のハロゲン化物を用いる。第２のハロゲン化物として好適な金属としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびスズ（Ｓｎ）からなるグループの中から選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物を用いることができる。また、補助的なランプ電圧形成媒体としてインジウムハロゲン化物を第２のハロゲン化物に添加するか、第２のハロゲン化物に代えて用いることができる。
【００６３】
希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、一般的にはアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）などの一種または複数種を用いることができるが、自動車前照灯用としては、キセノンを５気圧以上、好ましくは８〜１６気圧の範囲で封入するか、あるいは点灯時の放電空間内の圧力が５０気圧以上になるように封入することにより、点灯直後の発光金属の蒸気圧が低いときに、立ち上がり時の光束としてキセノンの白色発光を寄与させることができる。
【００６４】
さらに、水銀について言及しておく。本発明において、「本質的に水銀を含まない」と
は、水銀（Ｈｇ）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ランプ電圧を所要に高くする場合、短アーク形においては気密容器の内容積１ｃｍ３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、水銀量が実質的に頗る少ないといえる。
【００６５】
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。
【００６６】
〔外管ＯＴについて〕 外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に発光管ＩＴを収納していて、その両端の縮径部４が気密容器１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。
【００６７】
〔絶縁チューブＴについて〕 絶縁チューブＴは、外部リード線３Ａを被覆している。
【００６８】
〔口金Ｂについて〕 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。
【００６９】
〔ハロゲン化物の付着面積比および気密容器の内表面積とハロゲン化物量の比〕
まず、気密容器１の包囲部１ａの内面におけるハロゲン化物の付着面積比について説明する。本形態においては、メタルハライド放電ランプＭＨＬのハロゲン化物の付着面積比が次のように構成されている。すなわち、放電媒体の放電アークがストレートアーク点灯方式を利用して電極１ｂ、１ｂ間を結ぶ直線方向に矯正されるようにメタルハライド放電ランプを水平にして点灯した場合に、管軸を含む水平面を境にして気密容器１の包囲部１ａの内面を上下に二分して、ハロゲン化物が上部内面に付着している部分の面積をＡ（ｍｍ２）とし、下部内面の同様部分の面積をＢ（ｍｍ２）としたとき、比Ａ／ＢがＡ／Ｂ≦０．３を満足するように構成されている。なお、上記ハロゲン化物の付着部分は、メタルハライド放電ランプＭＨＬを消灯後冷却状態において計測するものとする。
【００７０】
次に、気密容器１の包囲部１ａの内表面積と封入ハロゲン化物量の比について説明する。本形態においては、メタルハライド放電ランプＭＨＬの気密容器１の包囲部１ａの内表面積Ｓ（ｍｍ２）とハロゲン化物の封入量Ｒ（ｍｇ）との比Ｓ／ＲがＳ／Ｒ≧７０を満足するように構成されている。
【実施例１】
【００７１】
発光管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、内表面積Ｓが５０ｍｍ２
電極１ｂ ：電極間距離４．２ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３０．１ｍｇ＋ＮａＩ０．２５ｍｇ＋
ＺｎＩ２０．１５ｍｇ＝ハロゲン化物量Ｒが０．５ｍｇ
希ガス ：Ｘｅ１０．５気圧
外管ＯＴ ：内部雰囲気は大気圧（大気）
安定時ランプ電力 ：３５Ｗ
点灯方向 ：水平点灯
点灯方式 ：ストレートアーク点灯方式とした。
［比較例１］
点灯方式 ：上記音響的共鳴現象が発生しない（放電アークが湾曲する）点灯 方式とした。
【００７２】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
【００７３】
上記実施例１および比較例１におけるランプ特性、比Ａ／Ｂおよび比Ｓ／Ｒを表１に示す。
【００７４】
［表１］
区 分 ランプ電圧（Ｖ） 発光効率（ｌｍ／Ｗ） 色温度（Ｋ） Ａ／Ｂ Ｓ／Ｒ
実施例１ ４２．５ ９４ ３７２２ ０．２ １００
比較例１ ４５．０ ８５ ４０３９ ０．１ １００
表１から明らかなように、実施例１の発光効率は、比較例１より１０％高い。
【００７５】
次に、実施例１のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ａ／Ｂの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図３を作成した。図において、横軸は比Ａ／Ｂを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【００７６】
図３から明らかなように、比Ａ／Ｂが０．３以下であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ａ／Ｂが０．２以下であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【００７７】
さらに、実施例１のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ｓ／Ｒの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図４を作成した。図において、横軸は比Ｓ／Ｒを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【００７８】
図４から明らかなように、比Ｓ／Ｒが７０以上であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ｓ／Ｒが１００以上であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【００７９】
次に、実施例１と比較例１のそれぞれのメタルハライド放電ランプについて２０００時間の点滅試験（日本電球工業会規格 ＪＥＬ２１５「自動車前照灯用ＨＩＤ光源」に準拠）を行った。比較例１のメタルハライド放電ランプは、放電アークが湾曲しているため、発光管上部の石英ガラスの白濁化が大きかった。このため、前照灯内に装着したときの照度維持率が図５に示すように極めて悪くなった。これに対して、実施例１は、概ね良好な照度維持率を示した。
【００８０】
図５は、実施例１および比較例1における前照灯内に装着して２０００時間の点滅試験を行った場合の照度維持率特性を示すグラフである。図において、横軸は点灯時間（時間）を、縦軸は照度維持率（％）を、それぞれ示す。
【００８１】
図から理解できるように、実施例１は照度維持率特性が良好であるが、比較例１は照度維持率が劣っている。これは比較例１のランプでは、放電アークが湾曲しているため、発光管上部の石英ガラスの白濁が進み、反射鏡による集光効率が低下したためである。
【００８２】
＜第２の形態＞
図６は、本発明のメタルハライドランプを実施するための第２の形態としてのプロジェクタ用のメタルハライドランプを示す正面図である。図において、図１および図２と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。図中、５は口金、６はリード部材、７は近接導体である。
【００８３】
電極１ｂは、電極軸１ｂ１、電極主部１ｂ２およびくわえ込みコイル１ｂ３を備えている。電極軸１ｂ１は、純タングステン棒からなる。そして、基端が後述する封着金属箔２に溶接され、中間部が封止部１ａ１に緩く支持され、かつ、先端部が気密容器１の包囲部１ａの内部に突出している。電極主部１ｂ２は、純タングステン線を電極軸１ｂ１の先端に数回密巻により２重に巻装することによって形成されている。くわえ込みコイル１ｂ３は、純タングステン細線を電極軸の中間部の少なくとも封止部１ａ１の石英ガラスによるくわえ込み部分に対向する部位に適当なピッチで巻装されている。
【００８４】
口金５は、図示されていない導入導体に接続するとともに、封止部１ａ１に無機質接着剤により固着されていて、発光管ＩＴを図示しない反射鏡に取り付ける際に利用され、また図示しない点灯回路の一極に接続する。
【００８５】
リード部材６は、図において右側の導入導体３Ａに先端部が接続するとともに、基端部が点灯回路の他極に接続する。
【００８６】
近接導体７は、先端部が図において左側の電極１ｂに接近した位置に延在し、基端部が図において右側の導入導体３Ａに接続している。
【００８７】
第２の形態においても、気密容器１の包囲部１ａの内面に対するハロゲン化物の付着面積比Ａ／Ｂおよび包囲部１ａの内表面積とハロゲン化物量の比が第１の形態におけるそれと同様に構成されている。
【実施例２】
【００８８】
発光管ＩＴ
気密容器１ａ ：石英ガラス製、最大内径１０ｍｍ、内表面積Ｓが３１４ｍｍ２
電極１ｂ ：電極間距離３ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＤｙＩ３０．５ｍｇ＋ＮｄＩ３０．５ｍｇ＋
ＺｎＩ２２ｍｇ＝ハロゲン化物量Ｒが３ｍｇ
希ガス ：Ａｒ５００Torr
安定時ランプ電力 ：１５０Ｗ
点灯方向 ：水平点灯
点灯方式 ：ストレートアーク点灯方式とした。
［比較例２］
点灯方式 ：音響的共鳴現象が発生しない点灯方式とした。
【００８９】
その他の構成 ：実施例２と同じ。
【００９０】
上記実施例２および比較例２におけるランプ特性、比Ａ／Ｂおよび比Ｓ／Ｒを表２に示す。
【００９１】
［表２］
区 分 ランプ電圧（Ｖ） 発光効率（ｌｍ／Ｗ） 色温度（Ｋ） Ａ／Ｂ Ｓ／Ｒ
実施例２ ９８ １１９ ３５４０ ０．２ １０５
比較例２ １０９ １０８ ３８９７ ０．１ １０５
表２から明らかなように、実施例２の発光効率は、比較例２より１０％高い。
【００９２】
次に、実施例２のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ａ／Ｂの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図７を作成した。図において、横軸は比Ａ／Ｂを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【００９３】
図７から明らかなように、比Ａ／Ｂが０．３以下であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ａ／Ｂが０．２以下であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【００９４】
さらに、実施例２のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ｓ／Ｒの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図８を作成した。図において、横軸は比Ｓ／Ｒを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【００９５】
図８から明らかなように、比Ｓ／Ｒが７０以上であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ｓ／Ｒが１０５以上であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【００９６】
また、実施例２および比較例２について寿命試験を実施した結果、両者は実施例および比較例１と同様な傾向を示した。
【００９７】
＜第３の形態＞
第１の形態と同様のメタルハライド放電ランプにおいて、ハロゲン化物としてヨウ化インジウムを用いた。
【実施例３】
【００９８】
金属ハロゲン化物：ＩｎＩ０．５ｍｇ＝ハロゲン化物量Ｒが０．５ｍｇ
その他の構成 ：実施例１と同じ。
［比較例３］
点灯方式 ：音響的共鳴現象が発生しない点灯方式とした。
【００９９】
その他の構成 ：実施例３と同じ。
【０１００】
上記実施例３および比較例３におけるランプ特性、比Ａ／Ｂおよび比Ｓ／Ｒを表３に示す。
【０１０１】
［表３］
区 分 ランプ電圧（Ｖ） 発光効率（ｌｍ／Ｗ） Ａ／Ｂ Ｓ／Ｒ
実施例２ ４５ ５５ ０．２ １００
比較例２ ５０ ５０ ０．１ １００
表３から明らかなように、実施例３の発光効率は、比較例３より１０％高い。
【０１０２】
次に、実施例３のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ａ／Ｂの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図９を作成した。図において、横軸は比Ａ／Ｂを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【０１０３】
図９から明らかなように、比Ａ／Ｂが０．３以下であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ａ／Ｂが０．２以下であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【０１０４】
さらに、実施例３のメタルハライド放電ランプにおいて、比Ｓ／Ｒの値を変えたランプを製作し、その発光効率を測定した結果に基づいて図１０を作成した。図において、横軸は比Ｓ／Ｒを、縦軸は相対発光効率を、それぞれ示す。
【０１０５】
図１０から明らかなように、比Ｓ／Ｒが７０以上であれば、最大発光効率に対して８０％以上の発光効率が得られ、また比Ｓ／Ｒが１００以上であれば、最大発光効率に対して９０％以上の発光効率が得られることが分かる。
【０１０６】
また、実施例３および比較例３について寿命試験を実施した結果、両者は実施例１および比較例１と同様な傾向を示した。
【０１０７】
＜第４の形態＞
本形態は、耐振性に優れたメタルハライド放電ランプシステムである。
【０１０８】
ストレートアーク点灯方式で水銀入りランプを点灯する場合、前述のように耐振性が低下する理由は詳らかでないが、以下の推測ができる。
【０１０９】
すなわち、水銀入りランプの場合、点灯中の水銀蒸気圧は極めて高く、またアークを形成する成分の殆どが水銀蒸気である。水銀原子の原子量は２００である。なお、希ガスとして封入されるキセノンの原子量は１３１である。そして、気密容器内の放電媒体の対流速度は、水銀の原子量が上記のように大きいため、水銀入りランプの方が大きい。特に電極近傍においては、対流が局部的に大きくなることが観測されている。ところで、ストレートアーク点灯方式の場合、音波の疎密波の定在波において、電極間を結ぶ仮想線の位置に疎の部分があれば、周囲の密の部分からの力を受けることによって、放電アークが直線状に矯正される。水銀入りランプにおいては、ストレートアーク点灯方式によって点灯したときに、振動状態では、上記のように大きな対流のため、振動により放電アークが大きく動く。その結果、アークが不安定になる。
【０１１０】
一方、水銀フリーランプでは、水銀入りランプに比較して放電アークが細くなる。放電アークが湾曲した状態でアークが細いと、振動への耐性がなくなる。ところが、ストレートアーク点灯方式により点灯すると、放電アークは管軸方向に直線状に矯正されて安定し、耐振性が付与される。また、放電アークは、細い方が電極間を結ぶ疎の部分にアークをしっかりと押さえ込むことができる。
【０１１１】
したがって、本発明のメタルハライド放電ランプを例えば自動車前照灯のように常時振動が加わる灯具に装着して、かつ、ストレートアーク点灯方式により点灯するように構成すれば、耐振性に優れたメタルハライド放電ランプシステムを得ることができる。
【０１１２】
次に、実施例４を振動試験した結果について比較例４〜６と比較しながら説明する。
【実施例４】
【０１１３】
ランプ構成 ：実施例１と同じ。
【０１１４】
点灯方式 ：ストレートアーク点灯方式とした（表４のストレート）。
【０１１５】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
［比較例４］
ランプ構成 ：実施例１と同じ。
【０１１６】
点灯方式 ：音響的共鳴現象が発生しない点灯方式とした（表４の湾曲）。
【０１１７】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
［比較例５］
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３０．１ｍｇ＋ＮａＩ０．２５ｍｇ
＝ハロゲン化物量Ｒが０．３５ｍｇ
水銀 ：０．２ｍｇ
希ガス ：Ｘｅ５気圧
点灯方式 ：ストレートアーク点灯方式とした（表４のストレート）。
【０１１８】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
［比較例６］
ランプ構成 ：比較例５と同じ。
【０１１９】
点灯方式 ：音響的共鳴現象が発生しない点灯方式とした（表４の湾曲）。
【０１２０】
その他の構成 ：実施例１と同じ。
【０１２１】
上記実施例４および比較例４〜６について、ＪＩＳＣ７５０６−２「自動車用電球」の付属書Ｂに記載されている標準試験条件（加速度の公差±１ｄＢ、試験時間２０時間、点滅サイクル２０分点灯、１０分消灯）にて、実施例４および比較例４〜６のランプをそれぞれ２０灯ずつ評価した。その結果を表４に示す。
【０１２２】
［表４］
区 分 仕 様 点灯方式 ５時間経過後残数 ２０時間経過後残数
実施例４ 水銀フリーランプ ストレート １９／２０ １７／２０
比較例４ 水銀フリーランプ 湾 曲 １５／２０ １２／２０
比較例５ 水銀入りランプ ストレート ５／２０ １／２０
比較例６ 水銀入りランプ 湾曲 ２０／２０ １９／２０
表４から明らかなように、水銀フリーランプは、ストレートアーク点灯方式の場合に耐振性が優れているが、音響的共鳴現象が発生しない点灯方式によりアークが湾曲する場合、耐振性が低い。
【０１２３】
これに対して、水銀入りランプは、音響的共鳴現象が発生しない点灯方式によりアークが湾曲する場合、耐振性に問題がないが、ストレートアーク点灯方式では耐振性に問題がある。
【０１２４】
＜第５の形態＞
図１１は、本発明のメタルハライド放電ランプシステムを実施するための一形態を示す回路ブロック図である。図において、メタルハライド放電ランプシステムは、メタルハライド放電ランプＭＨＬ、点灯回路ＯＣおよび始動回路ＳＴを具備している。点灯回路ＯＣは、基本波形発生回路ＢＷＧおよび高周波成分重畳回路ＨＦＧを備えている。
【０１２５】
メタルハライド放電ランプＭＨＬは、図１および図２に示す第１または第３の形態あるいは図３に示す第２の形態のランプからなる。
【０１２６】
点灯回路ＯＣは、メタルハライド放電ランプＭＨＬを付勢して点灯を維持する回路であり、メタルハライド放電ランプＭＨＬに直列接続した適当な限流インピーダンスを含んでいる。メタルハライド放電ランプＭＨＬの付勢は、基本波形が交流または直流に高周波を重畳した態様の電圧、電流または電力を当該ランプに供給することにより行われる。
【０１２７】
上記高周波としては、ランプ中の放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるような周波数が選択される。すなわち、上記周波数の電圧、電流または電力がランプに供給されることにより、電極間を結ぶ直線と直交する方向に音響的共鳴現象が発生し、その結果放電アークがほぼ直線状に矯正されるような周波数である。このような周波数は、メタルハライド放電ランプの放電空間に存在する放電媒体の音速と、電極間を結ぶ直線と直交する方向の放電空間の長さとで決定される音響的共鳴周波数に等しい。また、高周波の周波数は、上記音響的共鳴周波数を含む所定の範囲内で変化する態様であってもよい。
【０１２８】
また、高周波の電圧、電流または電力の波形は、瞬時値が時間的に変化する波形であり、例えば正弦波、三角波、鋸歯状波、階段状波、指数関数波およびこれら二種以上の複合波などから選択することができる。なお、ランプに供給される電流の基本波形部分は、主として放電アークを生じるエネルギーを供給する。また、基本波は、矩形波や正弦波など適当な波形であることを許容する。
【０１２９】
点灯回路ＯＣは、その一形態として、直流電源ＤＣ、基本波形発生回路ＢＷＧおよび高周波成分重畳回路ＨＦＧを備えている。
【０１３０】
直流電源ＤＣは、基本波形発生回路ＢＷＧおよび高周波成分重畳回路ＨＦＧに対して直流の電源として機能する。低周波交流を整流して直流を得る整流化直流電源や電池電源によって直流電源ＤＣを構成することができる。
【０１３１】
基本波形発生回路ＢＷＧは、前記基本波として交流または直流の電圧、電流または電力を発生する。交流の場合、インバータを用いてこれを発生させることができる。所望により、インバータの前段に直流−直流変換回路、例えば直流チョッパを介在させることができる。これにより、交流の電圧、電流または電力を制御しやすくなる。また、直流の場合、直流−直流変換回路、例えば直流チョッパを用いてこれを発生させることができる。
【０１３２】
高周波成分重畳回路ＨＦＧは、基本波に重畳される前記高周波を発生する。例えば、インバータを用いてこれを構成することができる。
【０１３３】
また、点灯回路ＯＣは、前記のようにメタルハライド放電ランプＭＨＬに直列接続する限流インピーダンスを含んでいるが、限流インピーダンスとしては、例えばインダクタを用いて適当な値のインダクタンスを用いるのが好ましい。
【０１３４】
さらに、点灯回路ＯＣは、メタルハライド放電ランプＭＨＬの始動直後に定格ランプ電流以上のランプ電流を供給し、その後時間の経過とともに順次ランプ電流を低減していき、やがて定格電流に落ち着かせるランプ電流傾斜制御特性を備えているように構成することができる。このような構成は、例えば車両用前照灯に用いるメタルハライド放電ランプを点灯する場合に好適である。
【０１３５】
さらにまた、点灯回路ＯＣは、メタルハライド放電ランプＭＨＬのランプ特性を検出して、基本波成分に重畳する高周波成分の周波数を音響的共鳴周波数に一致させる帰還制御回路手段を具備していることが許容される。
【０１３６】
始動回路ＳＴは、メタルハライド放電ランプＭＨＬの始動時に高電圧パルスなどを発生してこれを上記ランプに印加することでその始動を容易にする。そのために、始動回路ＳＴは、メタルハライド放電ランプＭＨＬと限流インピーダンスとの間に介在するように配設されるのが好ましい。
【０１３７】
そうして、本形態のメタルハライド放電ランプシステムは、そのメタルハライド放電ランプ中の放電媒体が水銀を本質的に含まないので、放電アークが水銀を含むメタルハライド放電ランプより強く湾曲しやすいにもかかわらず、以上説明したように構成されているため、音響的共鳴による定在波が電極間を結ぶ仮想直線と直交する方向に形成されて放電アークが上記直線方向に沿ったほぼ直線状に矯正される。
【０１３８】
放電アークがほぼ直線状に矯正される理由は、以下のように推察される。すなわち、メタルハライド放電ランプＭＨＬに供給される電圧、電流または電力の周期的な変動によって放電アークにガス圧力の周期的な変動を生じる。このガス圧力の周期的な変動が粗密波（進行波）となって管軸の全周方向から気密容器１の内壁面に向かって進行し、内壁面で反射されて反射波となる。そのため、放電アークの近傍では、進行波と反射波とが衝突して、両波の変位に差があると、両波の変位が小さくなる位置に放電アークが移動してほぼ直線状に矯正されるものと推察される。
【０１３９】
高周波である音響的共鳴周波数の電圧、電流または電力をメタルハライド放電ランプＭＨＬに供給すると、電極間を結ぶ仮想直線に直交する方向の放電空間の断面において、放電アークが包囲部の内壁面に対して等距離の位置（例えば上記断面が円形である場合には円の中心）では、放電アークを含むその近傍で進行波と反射波の変位を常に同レベルに制御でき、その結果放電アークが移動することなく安定に点灯できる。このとき、上記断面では２つの疎密波（進行波と反射波）が干渉して定在波が発生している。
【０１４０】
また、放電アークと交差する方向の放電空間の長さを電極間を結ぶ仮想直線と直交する断面の長さとすると、包囲部の内表面に対して等距離である上記断面の中心で放電アークが移動することなく安定になるため、放電アークの形状が直線状になる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明のメタルハライドランプを実施するための第１の形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示すランプ全体の正面図
【図２】同じく平面図
【図３】第１の形態における比Ａ／Ｂと発光効率の関係を示すグラフ
【図４】同じく比Ｓ／Ｒと発光効率の関係を示すグラフ
【図５】実施例１および比較例1における前照灯内に装着して２０００時間の点滅試験を行った場合の照度維持率特性を示すグラフ
【図６】本発明のメタルハライドランプを実施するための第２の形態としてのプロジェクタ用のメタルハライドランプを示す正面図
【図７】第２の形態における比Ａ／Ｂと発光効率の関係を示すグラフ
【図８】同じく比Ｓ／Ｒと発光効率の関係を示すグラフ
【図９】第３の形態における比Ａ／Ｂと発光効率の関係を示すグラフ
【図１０】同じく比Ｓ／Ｒと発光効率の関係を示すグラフ
【図１１】本発明のメタルハライド放電ランプシステムを実施するための一形態を示す回路ブロック図
【符号の説明】
【０１４２】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…封止部、１ａ２…封止管、１ｂ…電極、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、３Ａ、３Ｂ…導入導体、Ｂ…口金、ＩＴ…発光管、ＭＨＬ…メタルハライド放電ランプ、ＯＴ…外管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性で透光性の気密容器と；
気密容器内に封着した一対の電極と；
ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体と；
を具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器内に封入したハロゲン化物が気密容器の上部に付着した面積をＡ（ｍｍ２）とし、同じく気密容器の下部に付着した面積をＢ（ｍｍ２）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．３を満足することを特徴とするメタルハライド放電ランプ。
【請求項２】
耐火性で透光性の気密容器と；
気密容器内に封着した一対の電極と；
ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体と；
を具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器の内表面積をＳ（ｍｍ２）とし、ハロゲン化物量をＲ（ｍｇ）としたとき、Ｓ／Ｒ≧７０を満足することを特徴とするメタルハライド放電ランプ。
【請求項３】
前記ハロゲン化物は、第１および第２のハロゲン化物を含み、第１のハロゲン化物が所望の発光を行う金属のハロゲン化物であり、第２のハロゲン化物が相対的に蒸気圧が大きくて、かつ、第１のハロゲン化物の金属に比較して可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物であることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項４】
第１のハロゲン化物は、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属の一種または複数種のハロゲン化物であ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メタルハライド放電ランプ。
【請求項５】
第２のハロゲン化物は、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびスズ（Ｓｎ）からなるグループの中から選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物であることを特徴とする請求項３または４記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項６】
ハロゲン化物は、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化タリウムおよびハロゲン化スズを主体としていることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項７】
希ガスは、１気圧以上の圧力で封入されていることを特徴とする請求項４記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項８】
一対の電極は、電極間距離が０．５〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプと；
メタルハライド放電ランプの電極間を結ぶ直線と直交する方向に音響共鳴現象が発生する周波数成分を有する電流をメタルハライド放電ランプに供給して点灯する点灯回路と；
を具備していることを特徴とするメタルハライド放電ランプシステム。
【請求項１】
耐火性で透光性の気密容器と；
気密容器内に封着した一対の電極と；
ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体と；
を具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器内に封入したハロゲン化物が気密容器の上部に付着した面積をＡ（ｍｍ２）とし、同じく気密容器の下部に付着した面積をＢ（ｍｍ２）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．３を満足することを特徴とするメタルハライド放電ランプ。
【請求項２】
耐火性で透光性の気密容器と；
気密容器内に封着した一対の電極と；
ハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入された放電媒体と；
を具備し、本質的に水銀が封入されていないで、かつ、放電媒体の放電アークが音響的共鳴現象を利用して電極間を結ぶ直線方向に矯正されるように点灯されるとともに、気密容器の内表面積をＳ（ｍｍ２）とし、ハロゲン化物量をＲ（ｍｇ）としたとき、Ｓ／Ｒ≧７０を満足することを特徴とするメタルハライド放電ランプ。
【請求項３】
前記ハロゲン化物は、第１および第２のハロゲン化物を含み、第１のハロゲン化物が所望の発光を行う金属のハロゲン化物であり、第２のハロゲン化物が相対的に蒸気圧が大きくて、かつ、第１のハロゲン化物の金属に比較して可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物であることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項４】
第１のハロゲン化物は、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属の一種または複数種のハロゲン化物であ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メタルハライド放電ランプ。
【請求項５】
第２のハロゲン化物は、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびスズ（Ｓｎ）からなるグループの中から選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物であることを特徴とする請求項３または４記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項６】
ハロゲン化物は、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化タリウムおよびハロゲン化スズを主体としていることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項７】
希ガスは、１気圧以上の圧力で封入されていることを特徴とする請求項４記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項８】
一対の電極は、電極間距離が０．５〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプと；
メタルハライド放電ランプの電極間を結ぶ直線と直交する方向に音響共鳴現象が発生する周波数成分を有する電流をメタルハライド放電ランプに供給して点灯する点灯回路と；
を具備していることを特徴とするメタルハライド放電ランプシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１２０４１１（Ｐ２００６−１２０４１１Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０５６７０（Ｐ２００４−３０５６７０）
【出願日】平成１６年１０月２０日（２００４．１０．２０）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２０日（２００４．１０．２０）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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