JP2004206980A

JP2004206980A - Metal halide lamp, and headlight device for automobile

Info

Publication number: JP2004206980A
Application number: JP2002373219A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kamimura; 幸三上村; Nobuhiko Ando; 伸彦安藤; Hiromichi Kawashima; 弘道川島; Makoto Deguchi; 誠出口; Hiroyuki Kato; 啓幸加藤; Yoshiyuki Watanuki; 良行綿貫; Sakae Katayama; 栄片山
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal halide lamp suitable for a headlight for an automobile, and composed by considering environment without essentially using mercury, and by restraining occurrence of fluctuation of brightness caused by thinning of an arc; and to provide a headlight device for an automobile using it. <P>SOLUTION: This metal halide lamp HPDL is provided with: a discharge vessel IT equipped with an airtight vessel 1a having an inside volume below 0.1 cc, and a pair of electrodes 1b with an inter-electrode distance set below 5 mm; a discharge medium containing at least two kinds selected from halides of a group comprising sodium Na, scandium Sc, indium In and zinc Zn, containing 2.0-36.0 mg/cm<SP>2</SP>of a metal halide with respect to the inside volume of the airtight vessel 1a and a rare gas, and enclosed in the airtight vessel 1a without essentially containing mercury; and an outer tube OT. The tube wall load in stably lighting it is 60 W/cm<SP>2</SP>or more, and the surface temperature of the lower part center of the airtight vessel 1a in horizontally lighting it is 530±30°C. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメタルハライドランプおよびこれを用いた自動車用前照灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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メタルハライドランプは、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。自動車の前照灯用においても、メタルハライドランプの使用が普及してきている。自動車の前照灯用を含めて、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、自動車の前照灯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。）。
【０００３】
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。
【０００４】
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、３参照。）。特許文献２においては、水銀に代えてＺｎＩ_２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ＳｃＩ_３−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。
【０００５】
また、特許文献３においては、発光管内容積、内径および放電媒体封入量などが開示されているが、外管を具備していない。
【０００６】
【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２０００−１６４１７１号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところが、水銀を含ま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。）の場合、アークの立ち消えや明るさのちらつきにつながるアークの不安定化が、水銀を含む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。）の場合に比較して、極端に生じやすくなる。
【０００７】
明るさのちらつき発生の原因の一つにアークの径の問題がある。すなわち、水銀入りランプは、水銀原子が放射光を自己吸収することによりアークが太くなるが、水銀フリーランプでは、この作用が生じないため、アークが細くなる。そして、アークが細くなると、明るさのちらつきが発生する。明るさのちらつきが発生すると、照射光がちらついて見え方が悪くなる。また、点灯回路によるランプ電力の制御が困難になる。さらには、アークの立ち消えに至る、といった不具合がある。
【０００８】
しかし、特許文献２、３においては、明るさのちらつきに対する対策が行われていない。
【０００９】
本発明者は、この問題について種々検討の結果、金属ハロゲン化物の封入量と気密容器の温度とを所定範囲にすることで上記の問題が緩和することを見出した。
【００１０】
本発明は、水銀を本質的に用いないで環境に配慮するとともに、アークが細くなることによる明るさのちらつき発生を抑制した自動車前照灯用として好適なメタルハライドランプおよびこれを用いた自動車用前照灯装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明のメタルハライドランプは、内部に内容積０．１ｃｃ以下の放電空間が形成された耐火性で透光性の気密容器および気密容器内の放電空間の両端に離間対向して封装されて電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極を備えた放電容器と；ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃを主体とする発光金属および亜鉛Ｚｎを主体とするランプ電圧形成用金属のハロゲン化物を含み気密容器の内容積に対して２．０〜３６．０ｍｇ／ｃｍ^２の金属ハロゲン化物、ならびに希ガスを含み、気密容器内に封入されて水銀を本質的に含まない放電媒体と；放電容器の少なくとも主要部を内部に収納する外管と；を具備し、安定点灯時における管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以上であり、かつ、水平点灯時における気密容器の下部中央表面温度が５３０±３０℃であることを特徴としている。
【００１２】
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。
【００１３】
＜放電容器について＞放電容器は、気密容器および一対の電極を備えて構成されている。
【００１４】
（気密容器について）気密容器は、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。例えば、石英ガラスや透光性アルミナ、ＹＡＧなどのセラミックスまたはこれらの単結晶などを用いて形成することができる。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、気密容器は、その内部に適当な形状をなした放電空間、例えば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、放電空間を包囲する部分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】
（一対の電極について）一対の電極は、気密容器の両端内部に離間対向して封装され、その電極間距離が５ｍｍ以下に設定されているものとする。
【００１８】
なお、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、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、電極の先端部近傍を軸部より径大にすると好都合である。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。
【００１９】
＜放電媒体について＞本発明において、放電媒体は、前述したように金属のハロゲン化物および希ガスを含み、水銀を本質的に含まない。
【００２０】
（ハロゲン化物について）ハロゲン化物は、ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃを主体とする発光金属および亜鉛Ｚｎを主体とするランプ電圧形成用金属のハロゲン化物を含み気密容器の内容積に対して２．０〜３６．０ｍｇ／ｃｍ^２の金属ハロゲン化物である。上記ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃは、高効率な発光物質である。なお、要すれば、インジウムＩｎや希土類金属のハロゲン化物を添加封入することが許容される。インジウムＩｎ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。
【００２１】
亜鉛Ｚｎは、蒸気圧が高いので、ランプ電圧形成用金属として好適であるとともに、色度調整用としても寄与させることができる。ランプ電圧形成用金属としては、亜鉛ＺｎまたはおよびインジウムＩｎに加えて、所望によりＭｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｒｅ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒおよび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添加することができる。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、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。
【００２２】
金属ハロゲン化物の封入量は、本発明において上記のように所定範囲内であることが必要である。金属ハロゲン化物の封入量が２．０ｍｇ／ｃｍ^２未満になると、アークの太さは問題ないが、発光量が低下しすぎて全光束が不足しすぎる。また、３６．０ｍｇ／ｃｍ^２を超えると、アークが細くなりすぎて、明るさのちらつきが顕著に発生するとともに、液相で気密容器の内面に付着する金属ハロゲン化物が増加しすぎて全光束が不足する。よって、アークを所要の太さに維持して明るさのちらつきを低減するためには、金属ハロゲン化物の封入量を気密容器の内容積に対して２．０〜３６．０ｍｇ／ｃｍ^２の範囲にする必要がある。
【００２３】
次に、ハロゲン化物を構成するハロゲンについて説明する。すなわち、反応性については、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。
【００２４】
（希ガスについて）希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用する。希ガスは、キセノン、アルゴンまたはクリプトンなどを用いることができる。なお、希ガスとしてキセノンを３気圧以上封入すると、上記に加えて始動直後に主発光を担当するように作用させることができる。キセノンの封入圧力は３気圧以上、好適には５〜１５気圧であり、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が、特に自動車用前照灯装置および液晶プロジェクタなどにおいて極めて重要である。
【００２５】
（水銀について）本発明において、「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。
【００２６】
＜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。
【００２７】
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することができる。
【００２８】
＜管壁負荷について＞本発明において、管壁負荷は、メタルハライドランプの安定点灯時に６０Ｗ／ｃｍ^２以上でなければならない。なお、本発明において、「管壁負荷」とは、気密容器の単位内表面積（１ｃｍ^２）当たりのランプ電力をいう。放電媒体の蒸気圧を高くして、全光束を大きくするために、管壁負荷は、上記の条件を満足しなければならない。
【００２９】
＜気密容器の下部中央表面温度について＞気密容器の下部中央表面温度は、５３０±３０℃の範囲内に維持する必要がある。なお、「下部中央表面温度」とは、気密容器外面の管軸方向における電極間中央部の表面温度をいう。また、メタルハライドランプを水平点灯した状態における上記温度を規定しているものである。気密容器の下部中央表面温度が５３０±３０℃未満であると、放電媒体の蒸気圧が低くなりすぎて発光効率が低下し、全光束が小さくなる。反対に下部中央表面温度が５３０±３０℃を超えると、蒸気圧が高くなりすぎてアークが細くなり、明るさのちらつきが生じる。よって、気密容器の下部中央表面温度は、５３０±３０℃の範囲内でなければならない。
【００３０】
また、気密容器の下部中央表面温度を上記の範囲に維持するには、外管を配設して、少なくとも気密容器の主要部である放電空間を形成している部位をその内部に収納する必要がある。
【００３１】
＜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。
【００３２】
１．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。
【００３３】
２．イグナイタについてイグナイタは、パルス状の高電圧を発生し、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。
【００３４】
３．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。
【００３５】
＜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、水銀を本質的に含まないことからアークが細くになって明るさのちらつきが生じ、アークの立ち消えに至ることがあるなどの不具合があるところ、金属ハロゲン化物の封入量、管壁負荷および気密容器の下部中央表面温度を上記の範囲にすることにより、アークが太くなって明るさのちらつきが効果的に抑制されて、上記不具合がなくなるとともに、所要値の全光束を確保することができる。
【００３６】
請求項２の発明の自動車用前照灯装置は、自動車用前照灯装置本体と；放電容器の軸が自動車用前照灯装置本体の光軸に沿って自動車用前照灯装置本体内に配設された請求項１記載のメタルハライドランプと；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倍とした点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００３７】
本発明の自動車用前照灯装置は、請求項１のメタルハライドランプを光源として備えているので、光束立ち上がりが早くて安全であるとともに、メタルハライドランプが環境負荷の大きな水銀を封入していないので、環境対策上すこぶる好ましい。なお、「自動車用前照灯装置本体」とは、自動車用前照灯装置からメタルハライド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。
【００３８】
点灯回路は、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、光束立ち上がりを自動車前照灯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３〜１５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前照灯に必要な前照灯前面の代表点での光度８０００ｃｄを得ることができる。
【００３９】
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、メタルハライドランプの点灯は、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。本発明に用いる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。
【００４０】
【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。
【００４１】
図１および図２は、本発明のメタルハライドランプにおける第１の実施の形態としての自動車前照灯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は放電容器の拡大要部正面図である。各図において、ＩＴは放電容器すなわち発光管、２は封着金属箔、３Ａ、３Ｂは一対の外部リード線、ＯＴは外管、Ｔは絶縁チューブ、Ｂは口金である。
【００４２】
放電容器ＩＴは、気密容器１ａおよび一対の電極１ｂ、１ｂからなる。気密容器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。電極１ｂは、その基端が封止部１ａ１に埋設されることによって所定の位置に支持されている。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。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。
【００４３】
封着金属箔２は、気密容器１ａの封止部１ａ１内に気密に埋設されている。
【００４４】
一対の外部リード線３Ａ、３Ｂは、その先端が気密容器１ａ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。
【００４５】
気密容器１ａ内には、放電媒体として金属ハロゲン化物および希ガスが封入されている。金属ハロゲン化物は、ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃを主体とする発光金属、ならびに亜鉛Ｚｎを主体とするランプ電圧形成用金属のハロゲン化物を含んでいる。希ガスは適当な圧力で封入されている。
【００４６】
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。
【００４７】
絶縁チューブＴは、外部リード線３Ａを被覆している。
【００４８】
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】

次に、本発明によらない場合の実施例を以下に示す。なお、本発明の実施例と同一部分は省略してある。
【００４９】
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ_３−ＮａＩ−ＺｎＩ_２＝１．０ｍｇ
アーク太さの相対値：０．９８
図３は、図１および図２に示す構成のメタルハライドランプにおいて、金属ハロゲン化物の封入量を種々変化させ、かつ、ランプを水平点灯して気密容器の下部中央表面温度が５３０±３０℃の範囲内にある場合のアークの幅および全光束の変化を示すグラフである。図において、横軸は金属ハロゲン化物の封入量（ｍｇ／ｃｃ）を、縦軸は左側がアークの幅の相対値、右側が全光束の相対値を、それぞれ示す。また、曲線Ａはアークの幅、曲線Ｂは全光束、をそれぞれ示す。
【００５０】
図から理解できるように、金属ハロゲン化物の封入量が本発明の範囲である２〜３６ｍｇ／ｃｃの内であれば、アークの幅が１を超え、全光束がランプ効率の低下が顕著でない範囲であるところの９０％以上を確保することができる。なお、アークの幅が１以下であると、明るさのちらつきが生じる。また、アークの幅は、放電容器を側方から観察により測定した。
【００５１】
図４および図５は、本発明の自動車用前照灯装置における一実施の形態を示し、図４は装置全体の背面斜視図、図５は点灯回路の回路図である。各図において、自動車用前照灯装置ＨＬは、自動車用前照灯装置本体２１、メタルハライドランプＨＰＤＬおよび２つの点灯回路ＯＬにより構成されている。
【００５２】
自動車用前照灯装置本体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、各メタルハライドランプ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、メタルハライドランプＨＰＤＬの口金２１ｄに装着される。取付部２１ｅは、自動車用前照灯装置本体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。
【００５３】
メタルハライドランプＨＰＤＬは、図１に示す構造を備えている。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灯のメタルハライドランプＫＰＤＬが自動車用前照灯装置本体２１に装着されて、４灯式の自動車用前照灯装置が構成される。各メタルハライドランプＨＰＤＬの発光部は、自動車用前照灯装置本体２１のリフレクタ２１ｂ、２１ｃの焦点にほぼ位置する。
【００５４】
２つの点灯回路ＯＬ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。
【００５５】
点灯回路ＯＬは、図５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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
制御手段１３は、チョッパ１２を制御する。たとえば、点灯直後にはメタルハライドランプ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メタルハライドランプ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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
イグナイタ１６は、フルブリッジインバータ１７とメタルハライドランプ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メタルハライドランプＨＰＤＬに供給できるように構成されている。
【００６２】
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、メタルハライドランプＨＰＤＬに印加して、メタルハライドランプＨＰＤＬを低周波交流点灯させる。
【００６３】
そうして、点灯回路ＯＣを用いてメタルハライドランプ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、自動車用前照灯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。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１によれば、内容積０．１ｃｃ以下の気密容器および電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極を備えた放電容器と、ナトリウムＮａ、スカンジウムＳｃ、インジウムＩｎおよび亜鉛Ｚｎのグループのハロゲン化物から選択された少なくとも２種を含み気密容器の内容積に対して２．０〜３６．０ｍｇ／ｃｍ^２の金属ハロゲン化物、ならびに希ガスを含み、気密容器内に封入されて水銀を本質的に含まない放電媒体と、外管とを具備し、安定点灯時における管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以上であり、かつ、水平点灯時における気密容器の下部中央表面温度が５３０±３０℃であることにより、水銀を本質的に用いないで環境に配慮するとともに、アークが細くなることによる明るさのちらつき発生を抑制した自動車前照灯用として好適なメタルハライドランプを提供することができる。
【００６５】
請求項２の発明によれば、自動車用前照灯装置本体と、自動車用前照灯装置本体に配設された請求項１または２記載のメタルハライドランプと、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倍とした点灯回路とを具備していることにより、請求項１の効果を有する自動車用前照灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタルハライドランプにおける第１の実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプのランプ全体を示す正面図
【図２】同じく放電容器の拡大要部正面図
【図３】図１および図２に示す構成のメタルハライドランプにおいて、金属ハロゲン化物の封入量を種々変化させ、かつ、ランプを水平点灯して気密容器の下部中央表面温度が５３０±３０℃の範囲内にある場合のアークの幅および全光束の変化を示すグラフ
【図４】本発明の自動車用前照灯装置における一実施の形態を示す斜視図
【図５】同じく点灯回路の回路図
【符号の説明】
１ａ…気密容器、１ａ１…封止部、１ａ２…封止管、１ｂ…電極、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、３Ａ…外部リード線、３Ｂ…外部リード線、４…縮径部、Ｂ…口金、ＨＰＤＬ…メタルハライドランプ、ＩＴ…放電容器、ＯＴ…外管、Ｔ…絶縁チューブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal halide lamp and an automotive headlight device using the same.
[0002]
[Prior art]
A metal halide lamp in which a rare gas, a luminescent metal halide, and mercury are sealed in an arc tube provided with a pair of electrodes facing each other has been widely used because of its relatively high efficiency and high color rendering. The use of metal halide lamps has also become widespread for automotive headlights. Metal halide lamps currently in practical use, including those for automobile headlights, require mercury. In the specification of a metal halide lamp for a headlight of an automobile, it is essential that about 2 to 15 mg of mercury be enclosed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
However, as environmental problems are becoming more serious, it is considered very important in the lighting field to reduce mercury, which has a large environmental load, from lamps and further eliminate them.
[0004]
In order to solve this problem, some proposals have been made not to use mercury even in a metal halide lamp (for example, see Patent Documents 2 and 3). In Patent Document 2, ZnI is used instead of mercury. ₂ A substance having a high vapor pressure such as a halide of a luminescent substance, for example, ScI ₃ By encapsulating in addition to -NaI, the same electric characteristics and light emission characteristics as those of a lamp containing mercury are obtained.
[0005]
Patent Document 3 discloses the inner volume, inner diameter, discharge medium sealing amount, and the like of an arc tube, but does not include an outer tube.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2-7347
[Patent Document 2]
JP-A-11-238488
[Patent Document 3]
JP 2000-164171 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of a metal halide lamp that does not contain mercury (hereinafter referred to as “mercury-free lamp” for convenience), the instability of the arc that leads to the extinguishing of the arc and the flickering of the brightness is caused by the metal halide lamp containing mercury (hereinafter referred to as “for convenience”). This is extremely easy to occur as compared to the case of “a lamp containing mercury”.
[0007]
One of the causes of brightness flicker is the problem of the arc diameter. That is, in a mercury-containing lamp, the arc becomes thick because mercury atoms self-absorb radiated light, but in a mercury-free lamp, this effect does not occur, and the arc becomes thin. When the arc becomes thin, flickering of brightness occurs. When the flicker of brightness occurs, the illuminating light flickers and the visibility becomes poor. Further, it becomes difficult to control the lamp power by the lighting circuit. Further, there is a problem that the arc disappears.
[0008]
However,

Patent Documents

2 and 3 do not take measures against the flicker of brightness.
[0009]
As a result of various studies on this problem, the present inventor has found that the above problem can be alleviated by setting the amount of the metal halide enclosed and the temperature of the hermetic container within a predetermined range.
[0010]
The present invention relates to a metal halide lamp suitable for an automotive headlamp, which is environmentally friendly without using mercury essentially and suppresses the occurrence of flickering in brightness due to a thinner arc, and a vehicle headlamp using the same. An object is to provide an illumination device.
[0011]
[Means for achieving the object]
The metal halide lamp according to the first aspect of the present invention is sealed in a fire-resistant and translucent airtight container having a discharge space with an inner volume of 0.1 cc or less formed therein and opposite ends of the discharge space in the airtight container. Discharge vessel provided with a pair of electrodes having a distance between the electrodes of 5 mm or less; contents of an airtight container containing a luminescent metal mainly composed of sodium Na and scandium Sc and a halide of a metal for forming a lamp voltage mainly composed of zinc Zn 2.0 to 36.0 mg / cm based on the product ² A discharge medium containing a metal halide, and a rare gas, sealed in an airtight container and containing essentially no mercury; and an outer tube containing at least a main part of the discharge container inside, and stable lighting. Tube wall load is 60 W / cm ² In addition, the temperature of the lower central surface of the airtight container at the time of horizontal lighting is 530 ± 30 ° C.
[0012]
In the present invention and each of the following inventions, definitions and technical meanings of terms are as follows unless otherwise specified.
[0013]
<About Discharge Vessel> The discharge vessel includes an airtight vessel and a pair of electrodes.
[0014]
(About the airtight container) The airtight container is fire-resistant and translucent. "Fire resistance" means sufficiently resistant to the normal operating temperature of the discharge lamp. Therefore, the airtight container may be made of any material as long as it is a material having fire resistance and can emit visible light of a desired wavelength range generated by electric discharge to the outside. For example, it can be formed using quartz glass, translucent alumina, ceramics such as YAG, or a single crystal thereof. If necessary, it is permissible to form a halogen-resistant or halide-resistant transparent coating on the inner surface of the hermetic container or to modify the inner surface of the hermetic container.
[0015]
In the hermetic container, a discharge space having an appropriate shape, for example, an elongated discharge space, is formed. The elongated discharge space may be, for example, a cylindrical discharge space. This causes the arc to bend upward during horizontal lighting, so that the arc approaches the inner surface on the upper side of the discharge vessel, so that the temperature of the upper portion of the discharge vessel rises faster.
[0016]
Further, the thickness of the portion surrounding the discharge space can be made relatively large. That is, the thickness at the substantially central portion of the distance between the electrodes can be made larger than the thickness at both sides. As a result, the heat transfer of the discharge vessel becomes good, and the temperature rise of the discharge medium attached to the lower part and the inner surface of the side of the discharge space of the discharge vessel becomes faster, so that the light flux rises faster.
[0017]
(Regarding a pair of electrodes) The pair of electrodes is sealed inside the both ends of the airtight container so as to be spaced apart from each other, and the distance between the electrodes is set to 5 mm or less.
[0018]
Note that the electrodes may be configured to operate with either AC or DC. When operating with alternating current, the pair of electrodes have the same structure. In the case of a metal halide lamp for a vehicle headlight, it is convenient to make the vicinity of the tip of the electrode larger than the shaft. In other words, the number of times the lamp blinks becomes extremely large, and a large current flows at the time of starting. Therefore, if the diameter of the entire electrode is correspondingly increased, the material of the hermetic container in contact with the electrode shaft is increased. Is subject to thermal stress each time it flashes, and cracks easily occur. Thus, by forming a large-diameter portion near the tip of the electrode, the electrode can be made to respond to flickering, but the shaft portion is not large in diameter, so that cracks are less likely to occur. In the case of operating with a direct current, the temperature of the anode generally rises sharply. Therefore, if a large diameter portion is formed in the vicinity of the front end portion, the heat radiation area can be increased and frequent blinking can be dealt with. On the other hand, the cathode does not necessarily need to form a large diameter portion.
[0019]
<Regarding Discharge Medium> In the present invention, the discharge medium contains a metal halide and a rare gas as described above, and does not substantially contain mercury.
[0020]
(Regarding the halide) The halide contains a luminescent metal mainly composed of sodium Na and scandium Sc and a halide of a metal for forming a lamp voltage mainly composed of zinc Zn, and is 2.0 to 36 with respect to the inner volume of the hermetic container. 0.0mg / cm ² Is a metal halide. The above-mentioned sodium Na and scandium Sc are highly efficient luminescent substances. In addition, if necessary, addition and encapsulation of a halide of indium In or a rare earth metal is allowed. Indium In contributes to both the luminescent material and the lamp voltage formation.
[0021]
Since zinc Zn has a high vapor pressure, it is suitable as a metal for forming a lamp voltage and can also contribute to chromaticity adjustment. The metal for forming the lamp voltage is selected from the group consisting of Mg, Co, Cr, Mn, Sb, Re, Ga, Sn, Fe, Al, Ti, Zr and Hf, if desired, in addition to zinc Zn or indium In. One or more halides can be added. By selectively encapsulating these metal halides in appropriate amounts, the lamp voltage can be increased to a required range. This makes it possible to supply required lamp power with a relatively small lamp current.
[0022]
In the present invention, the amount of the metal halide to be charged needs to be within a predetermined range as described above. 2.0 mg / cm of metal halide ² If it is less than 1, the thickness of the arc is not a problem, but the light emission amount is too low, and the total luminous flux is too short. In addition, 36.0 mg / cm ² When it exceeds, the arc becomes too thin, and the flicker of brightness is remarkably generated, and the amount of metal halide adhering to the inner surface of the hermetic container in the liquid phase is excessively increased, so that the total luminous flux is insufficient. Therefore, in order to reduce the flicker of brightness by maintaining the arc at a required thickness, the amount of the metal halide to be enclosed is set to 2.0 to 36.0 mg / cm with respect to the inner volume of the airtight container. ² Must be within the range.
[0023]
Next, the halogen constituting the halide will be described. That is, with respect to reactivity, iodine is most suitable among halogens, and at least the main luminescent metal is mainly encapsulated as iodide. However, if necessary, different halogen compounds such as iodide and bromide can be used in combination.
[0024]
(Rare gas) The noble gas acts as a starting gas and a buffer gas. As the rare gas, xenon, argon, krypton, or the like can be used. In addition, when xenon is filled as a rare gas at 3 atm or more, in addition to the above, it is possible to act so as to take charge of main light emission immediately after starting. The sealing pressure of xenon is 3 atm or more, preferably 5 to 15 atm. This increases the lamp voltage of the metal halide lamp, increases the lamp input for the same lamp current, and improves the luminous flux startup characteristics. Can be. Good luminous flux rising characteristics are advantageous for any purpose of use, but they are extremely important especially in automotive headlamp devices and liquid crystal projectors.
[0025]
(Regarding Mercury) In the present invention, “essentially contains no mercury” means that not only no mercury is sealed but also less than 2 mg, preferably 1 mg or less of mercury per 1 cc of the inner volume of the airtight container. Means to allow However, it is environmentally desirable not to encapsulate any mercury. In the case where the electric characteristics of the discharge lamp are maintained by mercury vapor as in the past, in the case of the short arc type, 20 to 40 mg per 1 cc of the inner volume of the airtight container, and in some cases more than 50 mg are enclosed, In the present invention, it can be said that the amount of mercury is substantially very small.
[0026]
<Regarding Outer Tube> The outer tube is made of quartz glass, high silicate glass, or the like, and is a means for housing at least a main part of the discharge vessel therein. Then, the ultraviolet rays radiated from the outer tube and the arc tube to the outside are shielded, mechanically protected, and by touching the airtight container of the arc tube by hand, human fingerprints and fats are attached and cause devitrification. Or keep the airtight container warm. Further, the inside of the outer tube may be hermetically sealed with respect to the outside air depending on the purpose, or may be filled with air or an inert gas which has been reduced to the same degree or reduced pressure as the outside air. Further, if necessary, it may communicate with the outside air. Further, a light-shielding film may be provided on the outer surface or the inner surface of the outer tube.
[0027]
Further, when forming the outer tube, both ends of the outer tube can be glass-welded to sealing portions extending in the tube axis direction from both ends of the airtight container.
[0028]
<Regarding tube wall load> In the present invention, the tube wall load is 60 W / cm when the metal halide lamp is stably turned on. ² Must be at least. In the present invention, "tube wall load" refers to the unit internal surface area (1 cm ² ) Per lamp power. In order to increase the vapor pressure of the discharge medium and increase the total luminous flux, the tube wall load must satisfy the above conditions.
[0029]
<About the lower central surface temperature of the airtight container> The lower central surface temperature of the airtight container needs to be maintained within the range of 530 ± 30 ° C. The “lower central surface temperature” refers to the surface temperature of the central portion between the electrodes in the tube axis direction on the outer surface of the airtight container. Further, the above-mentioned temperature is defined when the metal halide lamp is lit horizontally. If the lower central surface temperature of the hermetic container is lower than 530 ± 30 ° C., the vapor pressure of the discharge medium becomes too low, the luminous efficiency decreases, and the total luminous flux decreases. Conversely, if the lower central surface temperature exceeds 530 ± 30 ° C., the vapor pressure becomes too high, the arc becomes thinner, and the brightness flickers. Therefore, the lower central surface temperature of the hermetic container must be within the range of 530 ± 30 ° C.
[0030]
Further, in order to maintain the lower central surface temperature of the hermetic container in the above range, it is necessary to arrange an outer tube and house at least a portion forming a discharge space which is a main portion of the hermetic container therein. There is.
[0031]
<Other Configurations of the Present Invention> By selectively adding the configurations described below, the performance of the high-pressure discharge lamp is improved or the functions thereof are increased.
[0032]
1. About the base The base serves to connect the high-pressure discharge lamp to the lighting circuit and additionally to mechanically support it.
[0033]
2. About the igniter The igniter is a means to generate a pulsed high voltage and apply it to the high-pressure discharge lamp to promote its start.The igniter should be integrated with the high-pressure discharge lamp by being housed inside a base. Can be.
[0034]
3. Regarding the starting auxiliary conductor The starting auxiliary conductor is a means for increasing the electric field strength near the electrodes to support the starting of the high-pressure discharge lamp. One end is connected to the same potential as the other electrode, and the other end is connected to one end. It is arranged on the outer surface of the airtight container near the electrode.
[0035]
<Regarding the operation of the present invention> In the present invention, as is apparent from the above description, since the mercury is not essentially contained, the arc becomes thinner, the brightness flickers, and the arc disappears. By setting the amount of metal halide enclosed, tube wall load, and lower central surface temperature of the hermetic container within the above ranges, the arc becomes thick and the flicker of brightness is effectively suppressed. As a result, the above problem is eliminated, and the required total luminous flux can be ensured.
[0036]
An automobile headlamp apparatus according to the second aspect of the present invention includes: an automobile headlamp apparatus main body; wherein the axis of the discharge vessel is provided in the automobile headlamp apparatus main body along the optical axis of the automobile headlamp apparatus main body. 2. The metal halide lamp according to claim 1, which is provided; and a lighting circuit in which the maximum input power up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp is 2 to 4 times the lamp power in a stable state. And
[0037]
Since the vehicle headlight device of the present invention includes the metal halide lamp of claim 1 as a light source, the light flux is fast and safe, and the metal halide lamp does not encapsulate mercury with a large environmental load. Extremely favorable in environmental measures. Note that the “vehicle headlight device main body” means all remaining portions of the vehicle headlight device excluding the metal halide lamp and the lighting circuit.
[0038]
The lighting circuit uses a maximum input power of up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp to be 2 to 4 times, preferably 2.5 to 4 times the lamp power at the time of stability, so that the rising of the luminous flux is for a vehicle headlight. As fast as possible to get within the required range. In addition, when the filling pressure of xenon as a rare gas is X (atmospheric pressure) in the range of 3 to 15 atm and the maximum input power up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp is AA (W), AA is expressed by the following equation. With this configuration, it is possible to accelerate the rise of the luminous flux up to 4 seconds immediately after lighting, and obtain a luminous intensity of 8000 cd at a representative point on the front of the headlight required for a vehicle headlight.
[0039]
AA> -2.5X + 102.5
Since only the discharge medium having a low vapor pressure has a linear relationship between the xenon filling pressure and the maximum input power as described above, the xenon emission becomes overwhelming at 4 seconds after the start. Because there is. Since the amount of xenon light emission is determined by the xenon sealing pressure and the power at that time, the input power may be increased if the xenon pressure is low. Conversely, if the xenon pressure is high, the input power may be reduced. In the present invention, lighting of the metal halide lamp may be either AC lighting or DC lighting.
Further, the lighting circuit can be configured to have a no-load output voltage of 200 V or less as required. The metal halide lamp used in the present invention generally has a lower lamp voltage than a mercury-filled metal halide lamp, so that the no-load output voltage of the lighting circuit can be 200 V or less. Thus, the lighting circuit can be downsized. Incidentally, a mercury-filled metal halide lamp requires a no-load output voltage of about 400V.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0041]
1 and 2 show a metal halide lamp for a vehicle headlight as a first embodiment of the metal halide lamp of the present invention. FIG. 1 is a front view of the entire lamp, and FIG. 2 is a front view of an enlarged main part of a discharge vessel. FIG. In each figure, IT is a discharge vessel or arc tube, 2 is a sealing metal foil, 3A and 3B are a pair of external lead wires, OT is an outer tube, T is an insulating tube, and B is a base.
[0042]
The discharge vessel IT includes an airtight vessel 1a and a pair of

electrodes

1b, 1b. The hermetic container 1a is formed in a hollow spindle shape, has a pair of elongated sealing portions 1a1 integrally at both ends thereof, and has an elongated substantially cylindrical discharge space 1c formed therein. The electrode 1b is supported at a predetermined position by its base end being embedded in the sealing portion 1a1. The base of the electrode 1b is welded to one end of the sealing metal foil 2 in the sealing portion 1a1. In FIG. 1, after the lower sealing portion 1a1 is formed, the sealing tube 1a2 extends integrally from the lower portion of the sealing portion 1a1 without being cut and extends into the base B.
[0043]
The sealing metal foil 2 is airtightly embedded in the sealing portion 1a1 of the airtight container 1a.
[0044]
The pair of

external lead wires

3A and 3B have their distal ends welded to the other end of the sealing metal foil 2 in the sealing portions 1a1 at both ends of the hermetic container 1a, and the base ends are led out. In FIG. 1, the external lead wire 3A led upward from the discharge vessel IT is folded back along an outer tube OT described later, introduced into a base B described later, and connected to one of base terminals (not shown). ing. In FIG. 1, an external lead wire 3B extending downward from the discharge vessel IT extends along the tube axis, is introduced into the base B, and is connected to the other of the base terminals.
[0045]
In the airtight container 1a, a metal halide and a rare gas are sealed as a discharge medium. The metal halide includes a luminescent metal mainly composed of sodium Na and scandium Sc, and a halide of a metal for forming a lamp voltage mainly composed of zinc Zn. The rare gas is sealed at an appropriate pressure.
[0046]
The outer tube OT has a function of cutting off ultraviolet rays, accommodates the discharge vessel IT therein, and the reduced diameter portions 4 at both ends are glass-welded to the sealing portion 1a1 of the discharge vessel IT. However, the inside is not airtight and communicates with the outside air.
[0047]
The insulating tube T covers the external lead wire 3A.
[0048]
The base B is standardized for a vehicle headlight, and supports the discharge vessel IT and the outer tube OT along the central axis, and is detachably attached to the back of the vehicle headlight. It is configured to be mounted.
【Example】

Next, examples in which the present invention is not applied will be described below. The same parts as those of the embodiment of the present invention are omitted.
[0049]
Discharge medium
Metal halide: ScI ₃ -NaI-ZnI ₂ = 1.0mg
Relative value of arc thickness: 0.98
FIG. 3 shows a metal halide lamp having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 in which the amount of metal halide charged is varied and the lamp is horizontally lit so that the lower central surface temperature of the hermetic container is in the range of 530 ± 30 ° C. 7 is a graph showing changes in the width of the arc and the total luminous flux when it is within the range. In the figure, the horizontal axis represents the amount of metal halide enclosed (mg / cc), the vertical axis represents the relative value of the arc width on the left side, and the relative value of the total luminous flux on the right side. Curve A indicates the width of the arc, and curve B indicates the total luminous flux.
[0050]
As can be understood from the figure, if the amount of the metal halide to be charged is within the range of the present invention, which is within the range of 2 to 36 mg / cc, the arc width exceeds 1, and the total luminous flux is not significantly reduced in lamp efficiency. 90% or more can be secured. If the width of the arc is 1 or less, brightness flickers. The width of the arc was measured by observing the discharge vessel from the side.
[0051]
4 and 5 show an embodiment of the automotive headlight device of the present invention. FIG. 4 is a rear perspective view of the entire device, and FIG. 5 is a circuit diagram of a lighting circuit. In each figure, the vehicle headlight device HL includes a vehicle headlight device main body 21, a metal halide lamp HPDL, and two lighting circuits OL.
[0052]
The vehicle headlamp apparatus main body 21 includes a front transmission panel 21a, reflectors 21b and 21c, a lamp socket 21d, a mounting portion 21e, and the like. The front lens 21a has a shape conforming to the outer surface of the automobile, and includes necessary optical means such as a prism. The reflectors 21b and 21c are provided for each metal halide lamp HPDL, and are configured to obtain the light distribution characteristics required for each. The lamp socket 21d is connected to the output terminal of the lighting circuit OC and is mounted on the base 21d of the metal halide lamp HPDL. The mounting portion 21e is a means for mounting the vehicle headlamp device main body 21 at a predetermined position of the vehicle.
[0053]
The metal halide lamp HPDL has the structure shown in FIG. The lamp socket 21d is attached to a base and connected. Then, the two metal halide lamps KPDL are mounted on the vehicle headlamp device main body 21 to form a four-lamp type vehicle headlamp device. The light emitting portion of each metal halide lamp HPDL is located substantially at the focal point of the reflectors 21b and 21c of the vehicle headlamp apparatus main body 21.
[0054]
Each of the two lighting circuits OL has a circuit configuration to be described later. The two lighting circuits OL are housed in the metal container 22 and illuminate the metal halide lamp HPDL by energizing the metal halide lamp HPDL.
[0055]
As shown in FIG. 5, the lighting circuit OL includes a DC power supply 11, a chopper 12, a control unit 13, a lamp current detection unit 14, a lamp voltage detection unit 15, an igniter 16, a metal halide lamp HPDL, and a full bridge inverter 17. To turn on the metal halide lamp HPDL.
[0056]
The DC power supply 11 is a means for supplying DC power to a chopper 12 described later, and a battery or a rectified DC power supply is used. In the case of an automobile, a battery is generally used. However, a rectified DC power supply that rectifies AC may be used. If necessary, an electrolytic capacitor 11a is connected in parallel to perform smoothing.
[0057]
The chopper 12 is a DC-DC conversion circuit that converts a DC voltage into a DC voltage having a required value, and controls the metal halide lamp HPDL as necessary via a full-bridge inverter 17 described later. When the DC power supply voltage is low, a boost chopper is used, and when it is high, a step-down chopper is used.
[0058]
The control means 13 controls the chopper 12. For example, immediately after lighting, a lamp current of three times or more of the rated lamp current is supplied to the metal halide lamp HPDL from the chopper 22 via the full-bridge inverter 17, and thereafter the lamp current is gradually reduced as time passes. Control is performed to make the lamp current. The control means 13 generates a constant power control signal by performing feedback input of the respective detection signals corresponding to the lamp current and the lamp voltage as described later, and controls the chopper 22 with the constant power. Further, the control means 13 has a built-in microcomputer in which a temporal control pattern is preliminarily incorporated. Immediately after lighting, the control means 13 supplies a lamp current of three times or more of the rated lamp current to the metal halide lamp HPDL. The chopper 12 is controlled so as to reduce the current.
[0059]
The lamp current detecting means 14 is inserted in series with the lamp via the full bridge inverter 17, detects a current corresponding to the lamp current, and controls and inputs the current to the control means 13.
[0060]
The lamp voltage detecting means 15 is similarly connected in parallel with the metal halide lamp HPDL via the full bridge inverter 17, detects a voltage corresponding to the lamp voltage, and performs control input to the control means 23.
[0061]
The igniter 16 is interposed between the full-bridge inverter 17 and the metal halide lamp HPDL, and is configured to supply a starting pulse voltage of about 20 kV to the metal halide lamp HPDL at the time of starting.
[0062]
The full-bridge inverter 17 includes a bridge circuit composed of four MOSFETs Q1, Q2, Q3 and Q4, a gate drive circuit 28b for switching the MOSFETs Q1 and Q3 of the bridge circuit 17a and Q2 and Q4 alternately, and a polarity inversion circuit INV. Then, the DC voltage from the chopper 12 is converted into a rectangular wave low-frequency AC voltage by the above-described switching, and is applied to the metal halide lamp HPDL, so that the metal halide lamp HPDL is turned on by the low-frequency AC.
[0063]
Then, when the metal halide lamp HPDL is lit by the rectangular wave low-frequency alternating current using the lighting circuit OC, a required luminous flux is generated immediately after the lighting. As a result, it is possible to achieve lighting of 25% of the luminous flux with respect to the rating one second after the power is turned on, which is necessary for a vehicle headlamp, and 80% of the luminous flux after 4 seconds.
[0064]
【The invention's effect】
According to claim 1, a discharge vessel provided with an airtight container having an inner volume of 0.1 cc or less and a pair of electrodes having a distance between the electrodes of 5 mm or less, and a halide of a group of sodium Na, scandium Sc, indium In and zinc Zn. 2.0 to 36.0 mg / cm, containing at least two kinds selected from ² A discharge medium containing a metal halide of the formula (1) and a rare gas, sealed in an airtight container and containing essentially no mercury, and an outer tube, and having a tube wall load of 60 W / cm during stable lighting. ² In addition, since the lower central surface temperature of the airtight container at the time of horizontal lighting is 530 ± 30 ° C., the environment is considered essentially without using mercury, and the brightness due to the thinning of the arc is reduced. It is possible to provide a metal halide lamp suitable for a vehicle headlight in which flickering is suppressed.
[0065]
According to the invention of claim 2, the vehicle headlamp device main body, the metal halide lamp according to

claim

1 or 2 disposed on the vehicle headlamp device main body, and up to 4 seconds immediately after lighting of the metal halide lamp. By providing a lighting circuit in which the maximum input power is 2 to 4 times the lamp power at the time of stability, it is possible to provide an automotive headlamp device having the effect of claim 1.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an entire metal halide lamp for a vehicle headlight as a first embodiment of the metal halide lamp of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged front view of a main part of the discharge vessel.
FIG. 3 shows a metal halide lamp having the structure shown in FIGS. 1 and 2 in which the amount of metal halide charged is changed variously, and the lamp is horizontally lit so that the lower central surface temperature of the hermetic container is in the range of 530 ± 30 ° C. Graph showing the change of arc width and total luminous flux when it is inside
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the automotive headlight device of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a lighting circuit.
[Explanation of symbols]
1a: airtight container, 1a1: sealed portion, 1a2: sealed tube, 1b: electrode, 1c: discharge space, 2: sealed metal foil, 3A: external lead wire, 3B: external lead wire, 4: reduced diameter portion , B: base, HPDL: metal halide lamp, IT: discharge vessel, OT: outer tube, T: insulating tube

Claims

内部に内容積０．１ｃｃ以下の放電空間が形成された耐火性で透光性の気密容器および気密容器内の放電空間の両端に離間対向して封装されて電極間距離が５ｍｍ以下の一対の電極を備えた放電容器と；
ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃを主体とする発光金属および亜鉛Ｚｎを主体とするランプ電圧形成用金属のハロゲン化物を含み気密容器の内容積に対して２．０〜３６．０ｍｇ／ｃｍ^２の金属ハロゲン化物、ならびに希ガスを含み、気密容器内に封入されて水銀を本質的に含まない放電媒体と；
放電容器の少なくとも主要部を内部に収納する外管と；
を具備し、安定点灯時における管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以上であり、かつ、水平点灯時における気密容器の下部中央表面温度が５３０±３０℃であることを特徴とするメタルハライドランプ。A refractory and translucent airtight container having a discharge space with an inner volume of 0.1 cc or less formed therein, and a pair of electrodes sealed at opposite ends of the discharge space in the airtight container with a distance between electrodes of 5 mm or less. A discharge vessel with electrodes;
2.0-36.0 mg / cm ² metal halide containing a halide of a luminescent metal mainly composed of sodium Na and scandium Sc and a metal for forming a lamp voltage mainly composed of zinc Zn based on the inner volume of the hermetic container And a discharge medium containing a rare gas and enclosed in an airtight container and essentially free of mercury;
An outer tube containing at least a main part of the discharge vessel therein;
Wherein the tube wall load during stable lighting is 60 W / cm ² or more, and the lower central surface temperature of the airtight container during horizontal lighting is 530 ± 30 ° C.

自動車用前照灯装置本体と；
放電容器の軸が自動車用前照灯装置本体の光軸に沿って自動車用前照灯装置本体内に配設された請求項１記載のメタルハライドランプと；
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倍とした点灯回路と；
を具備していることを特徴とする自動車用前照灯装置。A headlight unit for an automobile;
2. The metal halide lamp according to claim 1, wherein the axis of the discharge vessel is disposed in the vehicle headlamp main body along the optical axis of the vehicle headlamp main body;
A lighting circuit in which the maximum input power up to 4 seconds immediately after the lighting of the metal halide lamp is 2 to 4 times the lamp power in a stable state;
An automotive headlight device comprising: