JP2005093355A - 2重管形ランプおよび照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
封着金属箔を埋設した封止部にクラックやランプ点灯効率の低下、失透、白濁などの不具合が発生しにくい2重管形ランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】
2重管形ランプは、中空の包囲部1aおよびその両端から延在する一対の封止部1a1を有する石英ガラス製の気密容器1、包囲部1aからの距離が15mm以下の位置において一対の封止部1a1内部に埋設された封着金属箔2、基端が封着金属箔2に接続して先端側が気密容器1の内部に導入された内部導体およびこれに導通して包囲部1a内に配置されたランプ作動部材としての電極1b、ならびに先端が封着金属箔2に接続し基端が気密容器1から外部へ導出された外部導体3A、3Bを備えたランプ本体ITと、ランプ本体ITを包囲するとともに外気に連通する面積が4mm2以上の開口8を有する外管OTとを具備している。
【選択図】
図1
封着金属箔を埋設した封止部にクラックやランプ点灯効率の低下、失透、白濁などの不具合が発生しにくい2重管形ランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】
2重管形ランプは、中空の包囲部1aおよびその両端から延在する一対の封止部1a1を有する石英ガラス製の気密容器1、包囲部1aからの距離が15mm以下の位置において一対の封止部1a1内部に埋設された封着金属箔2、基端が封着金属箔2に接続して先端側が気密容器1の内部に導入された内部導体およびこれに導通して包囲部1a内に配置されたランプ作動部材としての電極1b、ならびに先端が封着金属箔2に接続し基端が気密容器1から外部へ導出された外部導体3A、3Bを備えたランプ本体ITと、ランプ本体ITを包囲するとともに外気に連通する面積が4mm2以上の開口8を有する外管OTとを具備している。
【選択図】
図1
Description
本発明は、2重管形ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
高圧放電ランプやハロゲン電球などのランプにおいて、ランプ本体を外管で包囲することにより、外管でランプ本体から外部へ放射される紫外線を遮断したり、ランプ本体を保温し、あるいは機械的に保護したり、さらには配光特性を所要に整えるために所定形状の遮光膜を配設する場合に外管の表面に遮光膜を形成したりするなど多様な目的を満足させることができる。
一方、ランプ本体は、ランプが高圧放電ランプおよびハロゲン電球などのいずれであっても、気密容器、気密容器の内部に配設されたランプ作動部材および導入部材を共通して備えている。これらの部材について簡単に説明すれば、気密容器は、ランプ作動部材を外気に対して気密に保持するとともに、その内部に所要のガスまたは蒸気などランプ作動部材と協働したり、またはランプ作動部材の動作を助成したりする媒体を封入する。ランプ作動部材は、ランプ本体に投入された電力を光に変換するために主体的に作動する部材であって、放電ランプにあっては電極であり、白熱電球にあってはフィラメントがこれに該当する。導入部材は、外部から気密を損なうことなしに電力を気密容器内に導入してランプ作動部材へ伝達する部材であって、気密容器が石英ガラスからなる場合には、気密容器の一部に封止部が形成され、その封止部に埋設された封着金属箔、封着金属箔およびランプ作動部材の間を接続する内部導入部材、ならびに封着金属箔から封止部の外部へ導出された外部導入部材を備えて構成されるのが一般的である。
次に、2重管形ランプの一例として自動車前照灯用の小形のメタルハライドランプについて説明する。自動車前照灯用のメタルハライドランプは、発光金属のハロゲン化物、水銀および5気圧以上のXeからなる放電媒体を一対の電極を離間対向して封装した石英ガラス製の気密容器に封入している。また環境負荷の大きい水銀に代わってZnI2などを封入することも既知である(特許文献1参照。)。
また、自動車前照灯用のメタルハライドランプにおいては、気密容器の包囲部と封止部に埋設されている封着金属箔との間の距離が15mm以下になっていて、小形化が図られている。
一方、自動車前照灯用のメタルハライドランプでは、電源投入と同時に所定値以上の光量を発生する必要があるため、水銀を封入している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。)および特許文献1のように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。)のいずれにおいても、光束立上がりを早めるべく、点灯直後に安定時の2倍以上のランプ電流を短時間通流させ、その後徐々に低減して安定時のランプ電流に落ち着くように制御する。加えて、水銀フリーランプにおいては、蒸気圧の非常に高い水銀を封入していないために、水銀入りランプにおけるよりさらに光束立上がりが遅くなるので、これを水銀入りランプと同等程度まで早めるために、点灯直後に安定時の3倍以上のランプ電流を、しかも数秒間にわたって継続して通流させ、その後徐々に低減して安定時のランプ電流に落ち着くように制御する。
特開平11−238488号公報
ところが、2重管形ランプにおいては、気密容器の包囲部と封止部に埋設されている封着金属箔との間の距離が15mm以下になっていると、それがメタルハライドランプなどの放電ランプやハロゲン電球などであると否とにかかわらず、点灯中に封着金属箔と内部導入線との接合部が高温になるために、封止部にクラックが発生しやすいという問題がある。加えて、封着金属箔を流れる電流の密度が大きいと、一層クラックが発生しやすくなる。例えば、自動車前照灯用のメタルハライドランプにおいては、上述したように点灯直後に安定点灯時に比べて非常に大きなランプ電流を通流させるので、特に水銀フリーランプにあっては点灯直後水銀入りランプより大きな電流を、しかも数秒間にわたり継続して流すために、気密容器の封止部にクラックが発生しやすい。そうして、封止部にクラックが発生すると、やがて気密容器の包囲部のリークに発展し、2重管形ランプが不点になる。
また、2重管形ランプの点灯により外管から水分やガスが放出されると、外管が外部に対して遮断されているために、放出された水分やガスが外管内部に篭り、その結果ランプ点灯効率の低下、失透および白濁などの不具合が発生しやすいという問題がある。これに対しては、既知の技術として真空ベーキング処理を施すことにより問題を回避することが可能であるが、大量生産の場合、複雑で大掛かりな設備が必要になるという問題がある。
本発明は、封着金属箔を埋設した封止部にクラックやランプ点灯効率の低下、失透、白濁などの不具合が発生しにくい2重管形ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、封着金属箔を埋設した封止部にクラックやランプ点灯効率の低下、失透、白濁などの不具合が発生しにくい自動車前照灯用のメタルハライドランプおよびこれを用いた自動車前照灯装置を提供することを他の目的とする。
請求項1の発明の2重管形ランプは、中空の包囲部および包囲部の両端から延在する一対の封止部を有する石英ガラス製の気密容器、包囲部からの距離が15mm以下の位置において一対の封止部内部に埋設された封着金属箔、基端が封着金属箔に接続して先端側が気密容器の内部に導入された内部導体、気密容器の包囲部の内部に配設されて内部導体に導通したランプ作動部材、ならびに先端が封着金属箔に接続し基端が気密容器から外部へ導出された外部導体を備えたランプ本体と;ランプ本体を包囲するとともに外気に連通する面積が4mm2以上の開口を有する外管と;を具備していることを特徴としている。
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。
<ランプ本体について> ランプ本体は、気密容器、封着金属箔、内部導体、ランプ作動部材および外部導体を備えている。
(気密容器について) 気密容器は、石英ガラス製である。石英ガラス製の気密容器は、透明で直線透過率が高いので、自動車前照灯用など高い集光効率が要求されるメタルハライドランプを始め各種高圧放電ランプや点灯中高温になるハロゲン電球などに多用されている。なお、メタルハライドランプの場合、必要に応じて、石英ガラス製の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。
また、気密容器は、その内部にランプ作動部材を収容するなどのために、2重管形ランプに応じた適当な内容積および所望の形状の空間が形成されている。この空間は、適宜の形状を有する包囲部により形成される。包囲部は、電極間距離が比較的小さい高圧放電ランプの場合には、外形が例えば楕円球状、紡錘状、球状などをなすことができる。また、電極間距離が比較的大きい高圧放電ランプや低圧放電ランプ、さらにはハロゲン電球の場合には、管形をなすことができる。例えば、自動車前照灯用のように小形のメタルハライドランプの場合は、内容積0.1cc以下(好ましくは0.05cc以下)で、内径1.5〜3.5mmのほぼ円柱状をなすとともに、軸方向に5〜9mmの長さを有する細長い形状をなしている。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、気密容器の上側の内面に接近するので、気密容器の上部の温度上昇が早くなる。また、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、気密容器の伝熱が良好になって気密容器の放電空間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。
また、気密容器は、後述する封着金属箔を埋設したり、ランプ作動部材や内部導体を支持したりするために、気密容器の包囲部の内部に形成される空間の軸方向の両端に連続して棒状ないし板状をなした一対の封止部を一体に有している。そして、封着金属箔は、ピンチシール法や減圧封止法または減圧封止法およびピンチシール法の併用などにより一対の封止部内に埋設される。
(封着金属箔について) 封着金属箔は、モリブデンなどの熱膨張率が石英ガラスに接近している導電性で、耐火性の金属の箔からなり、封止部の内部に気密に埋設されている。また、封着金属箔は、気密容器の包囲部からの距離が15mm以下の位置に埋設されている。上記において、「包囲部からの距離」とは、包囲部の端部から封着金属箔の包囲部側の先端までの距離をいう。また、「包囲部の端部」とは、包囲部と封止部との間に形成される不連続部、例えば縮径部をいう。
(内部導体について) 内部導体は、封着金属箔とランプ作動部材との間に介在してランプ作動部材に外部から電力を投入する際の導電路を提供する手段である。また、内部導体は、所望によりランプ作動部材を支持するように機能させることもできる。さらに、内部導体は、所望によりランプ作動部材の一部がこれを兼ねることができる。例えば、高圧放電ランプにおいて、電極の基端を封止部に支持させながら封着金属箔に溶接することができるが、この場合、電極は、内部導入線を兼ねていることになる。また、ハロゲン電球のコイルフィラメントの端部を引き伸ばしてその先端を封着金属箔に直接溶接することができるが、この場合、フィラメントの先端は、内部導入線を兼ねている。
(ランプ作動部材について) ランプ作動部材は、ランプ本体に投入された電力を光に変換するために主体的に作動する部材であって、放電ランプにあっては電極であり、白熱電球にあってはフィラメントがこれに該当する。なお、放電ランプの場合、一対の電極と気密容器の包囲部内に封入した放電媒体とが協働して放電が生起する。
次に、内部導体およびランプ作動部材が自動車前照灯用メタルハライドランプにおける一対の電極からなる場合について説明する。すなわち、一対の電極は、電極間距離が5mm以下になるように離間対向して気密容器の内部に封装される。また、電極は、その直径が長手方向に沿ってほぼ同一の直棒状をなした軸部を備えている。そして、軸部の直径は、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、好ましくは0.3mm以上、0.45mm以下であり、軸部から直径が大きくなることなしに先端に至り、かつ、先端が平坦な端面を形成するか、アークの起点となる先端が曲面を形成している。あるいは、軸部の先端に軸部より径大の部分を形成することができる。なお、電極の軸部から直径が大きくなることなしに先端に至り、かつ、アークの起点となる先端に曲面を形成する場合、当該曲面は、ほぼ球形の一部を構成するような曲面であり、その半径が軸部の直径の1/2以下にすることにより、アークの起点の不所望な移動を抑制して、明るさのちらつきが生じるのを低減できる。なお、「電極のアークの起点となる先端」とは、電極の先端側において、アークの起点となる部位を意味し、必ずしも電極の幾何学的な先端の全体を示すものではない。すなわち、電極の先端側であって、アークの起点になる部位が電極の軸部の直径に対して1/2以下の半径を有する曲面を形成していればよい。しかし、電極のアークの起点となる先端の曲面は、好適にはその半径が軸部の直径の1/2の40%以上である。
また、電極の気密容器内への突出長は、軸径とともに電極温度に影響するが、小形のメタルハライドランプにおける通例にしたがえばよく、したがってたとえば1.4±0.1mm程度に設定することができる。さらに、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。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、陰極より軸径を大きくして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。
さらに、電極は、タングステン、ドープドタングステン、レニウムまたはレニウム−タングステン合金などにより構成することができる。また、電極を気密容器に封装する構造として、気密容器の一対の封止部に電極の基端部を埋設させて支持することができる。なお、電極の基端は、封止部に気密に埋設されたモリブデンなどからなる封着金属箔に溶接などの手段によって接続される。
(外部導入線について) 外部導入線は、先端が封着金属箔に接続し、基端が気密容器から外部へ導出されて、点灯回路からの投入電力を直接または口金などを経由して2重管形ランプへ導くための手段である。
<外管について> 外管は、ランプ本体を包囲するとともに、外部に連通する面積が4mm2以上の開口を有する。なお、ランプ本体は、少なくとも包囲部および封止部の封着金属箔に対向する部分が外管により包囲されていればよく、その一部、例えば封止部の端部屋封止部に連続する封止管部が外管の外部へ露出していてもよい。
また、外管は、ランプ本体を包囲するための構造が特段限定されないので、ランプの種類および構造に応じて適宜の構造によりランプ本体を包囲することができる。2重管形ランプが自動車前照灯用のメタルハライドランプである場合、ランプ本体と外管との間を相互に固定するために、ランプ本体の気密容器の封止部または封止部から包囲部とは反対方向へ延在する封止管部にガラス溶着させることができる。なお、「封止管部」とは、包囲部に連続するガラス管部分を封止して封止部を形成した後に残った管状の部分をいう。上記のように外管の内部にランプ本体を内包する場合、ランプ本体の封止部または封止管部と外管との間のガラス溶着は、気密に封止されていてもよいし、外気と連通するような態様であってもよい。
次に、外管が有している開口について説明する。開口は、ここを経由して外管内が外気に連通しており、その面積が4mm2以上になるように形成されている。開口の面積が4mm2未満であると、封止部の冷却作用が十分に行われない。なお、開口の位置は、特段限定されない。例えば、(1)外管のランプ本体とのガラス溶着部、(2)外管の側面または(3)外管の端面などであってもよい。
(1)の場合、気密容器の包囲部の両端から延在する一対の封止部のいずれか一方または両方に外管とのガラス溶着部を形成することができる。自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、光投射方向の先端側のガラス溶着部を気密にし、基端側のガラス溶着部に開口を形成するのがよい。そうすれば、先端側のガラス溶着部が開口を形成するために大きくなって配光特性に影響するようなことがなくなる。なお、一対の封止部の両方と外管とのガラス溶着部に開口を形成する場合、それらの面積の和が4mm2以上になればよい。
(2)の場合、外管側面のいずれの位置でもよいが、好ましくは配光特性に影響が少なくて、しかも封止部に近い位置、例えば封止部にほぼ正対する位置に開口を形成することができる。また、より好適には光投射方向と反対の封止部に近い位置に開口を配置するのがよい。
(3)の場合、外管の一方の端面をランプ本体にガラス溶着しないで、開放状態とする。自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、外管の光投射方向の先端側をガラス溶着部により固着し、基端側を開放状態にするのがよい。そうすれば、外管の開放端は、口金に配設される支持バンドにより包持されるので、外管をしっかり固定することができ、耐衝撃性および耐振性の点の不安がなくなる。
(1)の場合、気密容器の包囲部の両端から延在する一対の封止部のいずれか一方または両方に外管とのガラス溶着部を形成することができる。自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、光投射方向の先端側のガラス溶着部を気密にし、基端側のガラス溶着部に開口を形成するのがよい。そうすれば、先端側のガラス溶着部が開口を形成するために大きくなって配光特性に影響するようなことがなくなる。なお、一対の封止部の両方と外管とのガラス溶着部に開口を形成する場合、それらの面積の和が4mm2以上になればよい。
(2)の場合、外管側面のいずれの位置でもよいが、好ましくは配光特性に影響が少なくて、しかも封止部に近い位置、例えば封止部にほぼ正対する位置に開口を形成することができる。また、より好適には光投射方向と反対の封止部に近い位置に開口を配置するのがよい。
(3)の場合、外管の一方の端面をランプ本体にガラス溶着しないで、開放状態とする。自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、外管の光投射方向の先端側をガラス溶着部により固着し、基端側を開放状態にするのがよい。そうすれば、外管の開放端は、口金に配設される支持バンドにより包持されるので、外管をしっかり固定することができ、耐衝撃性および耐振性の点の不安がなくなる。
また、以上の記載から理解されるように、開口の数は、単一および複数のいずれであってもよい。複数の場合には、気密容器の包囲部を挟んで一対の封止部の両端側にそれぞれ開口を配設することにより、外気の流通がより一層良好に行われる。
<本発明の作用について> 本発明においては、上記の構成を具備していることにより、封止部の封着金属箔と内部導入線との接合部近傍の冷却が外管の開口を経由した外気の流通により促進される。その結果、封着金属箔と内部導入線との接合部を起点とする封止部のクラック発生が効果的に抑制される。このため、自動車前照灯用のメタルハライドランプなどの小形の2重管形ランプにおいて、気密容器の包囲部における熱量が50W/cm2以上で、しかも包囲部と封着金属箔との間の距離が15mm以下であっても、上記のように封止部のクラック発生が効果的に抑制される。したがって、気密容器のリーク発生も効果的に抑制される。
また、2重管形ランプを点灯した際に、外管内面から水分やガスが放出されたとしても、外管に開口が形成されているので、これらは開口から外部へ放散される。したがって、放出された水分やガスが外管の内部に篭ることによって生じるランプ点灯効率の低下、失透および白濁などの不具合発生が阻止される。
<本発明のその他の構成について> 本発明においては、必須構成要件ではないが、2重管形ランプが自動車前照灯用のメタルハライドランプである場合に、以下に示す構成を選択的に付加することにより、メタルハライドランプの性能が向上したり、機能が増加したりする。
1.(放電媒体) 放電媒体は、Na、Scおよび希土類金属のグループから選択された少なくとも1種の金属ハロゲン化物およびXeガスを含み、水銀を本質的に含まない。また、所望により後述するように第2のハロゲン化物を封入することができる。
Na、Scおよび希土類金属のグループから選択された少なくとも1種の金属ハロゲン化物を第1のハロゲン化物と称すれば、第1のハロゲン化物は、主として発光金属のハロゲン化物である。これらの発光金属は、白色光を発光する。第1のハロゲン化物の好ましい選択例は、ScおよびNaのハロゲン化物であり、これらの金属は、白色光を効率よく発光する金属として知られている。しかし、上記金属のハロゲン化物に加えるかまたは代えて、例えばDyなどの希土類金属を所望により選択することができる。なお、上記に加えてCsハロゲン化物を気密容器の単位内容積当たり0.001〜0.02mg/mm3封入することができる。この封入量範囲内であれば、気密容器の膨らみ抑制の効果が得られる。なお、好適には0.001〜0.0018mg/mm3である。しかし、封入量が0.001mg/mm3未満であると、気密容器の膨らみ抑制の効果が十分に得られない。反対に、0.02mg/mm3を超えて封入されると、発光効率が低下してしまい、実用的でなくなる。
第2のハロゲン化物は、主として水銀に代わるランプ電圧形成用媒体として用いられ、例えばIn、Zn、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金属のハロゲン化物を用いることができる。上記のグループの金属は、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が、主としてランプ電圧を形成するのに好適な金属である。また、上記のグループの中で、InおよびZnのハロゲン化物は、ランプ電圧形成媒体であるとともに、同時に青色系の発光を行うので、第1の金属ハロゲン化物を構成する主発光物質の白色発光の色度を補正する作用がある。なお、Inのハロゲン化物として具体的には、InI、InI3およびInBrが考えられる。そして、これらのいずれを用いてもよい。
そうして、第2のハロゲン化物を用いることにより、小形のメタルハライドランプにおいて、水銀を用いることなしに25〜70V程度のランプ電圧を得ることができる。このため、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。
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、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ができる。
Xeガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用する。また、自動車前照灯用のメタルハライドランプとしては、Xeを5気圧以上、好ましくは8〜16気圧の範囲で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Xeの白色発光を寄与させることができる。
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。
2.(口金について) 口金は、メタルハライドランプを点灯回路に接続したり、加えて灯器に機械的に支持したりするのに機能する。
3.(イグナイタについて) イグナイタは、高電圧パルス電圧を発生し、これをメタルハライドランプに印加して、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、メタルハライドランプと一体化することもできる。
4.(始動補助導体について) 始動補助導体は、電極近傍における電界強度を高くして、メタルハライドランプの始動を支援する手段であり、所要によ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放電容器の外面に配設する。
請求項2の発明の照明装置は、照明装置本体と;照明装置本体に配設された請求項1記載の2重管形ランプと;2重管形ランプを点灯する点灯回路と;を具備していることを特徴としている。
本発明において、「照明装置」とは、2重管形ランプを光源とする装置の全てを含む広い概念であり、例えば自動車前照灯、照明器具、信号灯、標識灯、光ファイバー照明装置、光化学反応装置、乾燥装置、暖房装置などである。なお、「照明装置本体」とは、照明装置から2重管形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。
点灯回路は、2重管形ランプを点灯する手段であり、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合には電子化されたものが好適であるが、要すればコイルおよび鉄心を主体とするものであってもよい。また、水銀フリータイプの自動車前照灯用メタルハライドランプの点灯回路の場合、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Xeの封入圧を5〜15気圧の範囲でX(気圧)とし、メタルハライドランプの点灯直後4秒までの最高入力電力をAA(W)としたとき、AAが下式を満足するように構成することにより、点灯直後4秒までの光束立ち上がりを早めて自動車用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。
AA>−2.5X+102.5
上記のようにXe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。Xeの発光量は、Xeの封入圧とその時の電力とで決まるので、Xe圧が低ければ、入力電力を多くすればよい。反対に、Xe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。水銀を封入しないメタルハライドランプは、一般に水銀入り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、水銀入りのメタルハライドランプおいては、400V程度の無負荷出力電圧を必要としている。
上記のようにXe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。Xeの発光量は、Xeの封入圧とその時の電力とで決まるので、Xe圧が低ければ、入力電力を多くすればよい。反対に、Xe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。水銀を封入しないメタルハライドランプは、一般に水銀入り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、水銀入りのメタルハライドランプおいては、400V程度の無負荷出力電圧を必要としている。
請求項1の発明によれば、中空の包囲部の両端から延在する一対の封止部を有する石英ガラス製の気密容器、包囲部からの距離が15mm以下の位置において封止部内部に埋設された封着金属箔、封着金属箔に接続した内部導体、包囲部の内部に配設されたランプ作動部材、ならびに封着金属箔に接続した外部導体を備えたランプ本体と、ランプ本体を包囲するとともに外気に連通する面積が4mm2以上の開口を有する外管とを具備していることにより、封止部にクラックやランプ点灯効率の低下、失透、白濁などの不具合が発生しにくい2重管形ランプを提供することができる。
請求項2の発明によれば、請求項1の効果を有する照明装置を提供することができる。
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。
図1ないし図3は、本発明の2重管形ランプにおける第1の実施の形態としての自動車前照灯用のメタルハライドランプを示し、図1は正面図、図2はワイヤバルブの側面図、図3はワイヤバルブの拡大左側面図である。各図において、ITはランプ本体、OTは外管、Tは絶縁チューブ、Bは口金である。なお、ランプ本体ITおよび外管OTは、図2に示すワイヤバルブを構成している。
<ランプ本体IT> ランプ本体ITは、気密容器1、内部導体兼ランプ作動部材である一対の電極1b、1b、一対の封着金属箔2、2、一対の外部導入線3A、3Bおよび放電媒体からなる。
気密容器1は、中空の紡錘形状に成形された包囲部1a、一対の封止部1a1および封止管1a2を備えている。包囲部1aは、その内部に細長いほぼ円柱状の放電空間1cを有し、かつ、外形が紡錘形状ないし回転楕円球形状をなしている。左右一対の封止部1a1は、細長くて包囲部1aの管軸方向の両端からそれぞれ管軸方向に板状ないし棒状をなして延在している。封止管1a2は、図1において左方の封止部1a1と一体に形成されていて、後述する外管OTとガラス溶着している。
内部導体兼ランプ作動部材である一対の電極1b、1bは、それぞれの基端が封止部1a1に埋設された後述する封着金属箔2の一端部にレーザ溶接されるとともに、中間部が封止部1a1に埋設されて緩く支持されることによって所定の位置に配設されて、先端が放電空間1c内へ両端から離間対向して突出している。
一対の封着金属箔2、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。
一対の外部導体3A、3Bは、その先端が気密容器1の両端の封止部1a1内において封着金属箔2の他端部に溶接され、その基端側が封止部1a1の外部へ導出されている。図において、ランプ本体ITから右方へ導出された外部導体3Bは、2つの導体部材の溶接によりその中間部が後述する外管OTに沿って折り返され、さらに後述する口金B内に導入されて、一方の口金端子5に接続している。図1において、ランプ本体ITからその管軸に沿って左方へ導出された電流導入導体3Aは、管軸に沿って延在して口金B内に導入されて図示されない他方の口金端子に接続している。
気密容器1a内には、放電媒体として第1および第2のハロゲン化物、Csハロゲン化物ならびに希ガスからなる放電媒体が封入されている。第1のハロゲン化物は、Scのハロゲン化物およびNaのハロゲン化物からなる。また、第2のハロゲン化物は、Znのハロゲン化物からなる。Csハロゲン化物は、気密容器の単位内容積当たり0.001〜0.002mg/mm3が封入されている。希ガスは、Xeが封入されている。
外管OTは、紫外線カット性能を備えており、内部にランプ本体ITを包囲していて、先端側の縮径部6がランプ本体ITの封止部1a1の図に示す位置に気密にガラス溶着している。また、図2および図3に示すように、他方の縮径部7は、封止管1a2に3つに分割された開口8を形成しながらガラス溶着して支持されている。したがって、外管OTの内部は気密ではなく、開口8を経由して外気に連通している。
絶縁チューブTは、外部導体3Bの折り返し部分を被覆している。
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、ランプ本体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。また、口金Bは、その前面から管軸方向に突出して外管OTの基端部を包持する支持バンド4を備えている。
図1ないし図3に示す一実施の形態において、以下のとおりである。
放電容器IT
気密容器1a:石英ガラス製、包囲部最大内径2.7mm、
包囲部最大外径6.0mm、包囲部長7.0mm
電極1b :電極間距離4.2mm、軸径0.35mm
放電媒体
金属ハロゲン化物:ScI3−NaI−ZnI2=0.8mg、
キセノンXe:10気圧
外管OT :外径9mm、内径7mm、開口4mm2
点灯直後ランプ電圧:30V
点灯直後ランプ電力:100W
安定時ランプ電圧:42V
安定時ランプ電力:35W
なお、上記において、「包囲部長」とは、図2において、包囲部1aと封止部1a1の間に形成された一対の縮径部間の距離をいう。
気密容器1a:石英ガラス製、包囲部最大内径2.7mm、
包囲部最大外径6.0mm、包囲部長7.0mm
電極1b :電極間距離4.2mm、軸径0.35mm
放電媒体
金属ハロゲン化物:ScI3−NaI−ZnI2=0.8mg、
キセノンXe:10気圧
外管OT :外径9mm、内径7mm、開口4mm2
点灯直後ランプ電圧:30V
点灯直後ランプ電力:100W
安定時ランプ電圧:42V
安定時ランプ電力:35W
なお、上記において、「包囲部長」とは、図2において、包囲部1aと封止部1a1の間に形成された一対の縮径部間の距離をいう。
上記実施例のメタルハライドランプについてEUモード点灯を行った結果、寿命経過時間2000時間経過以降でも封止部にクラックが発生していなかった。なお、EUモード点灯は、自動車前照灯用のHIDランプについての規格(IECおよびJEL)に規定されている。
以下、図4ないし図6を参照して本発明のその他の実施の形態について説明する。各図において、図1ないし図3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4および図5は、本発明の2重管形ランプにおける第2の実施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4はワイヤバルブの側面図、図5は同じく拡大左側面図である。本実施の形態は、外管OTの口金B側の一端部がランプ本体ITの封止管部1a2にガラス溶着されないで開放状態のままになっている点で相違する。
図6は、本発明の2重管形ランプにおける第3の実施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ワイヤバルブの側面図である。本実施の形態は、外管OTの両端がランプ本体ITの封止部1a1および封止管部1a2にガラス溶着されているが、側面に開口する一対の開口8A、8Bが形成されている点で相違する。
図7および図8は、本発明の照明装置の一実施形態としての自動車前照灯装置を示し、図7は背面方向から見た斜視図、図8は点灯回路の回路図である。図7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OCにより構成されている。
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。
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。
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。
点灯回路OLは、図8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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
1…気密容器、1a…包囲部、1a1…封止部、1a2…封止管部、1c…放電空間、2…封着金属箔、1b…内部導体兼ランプ作動部材である電極、3A…内部導体、3B…外部導体、B…口金、IT…ランプ本体、OT…外管、T…絶縁チューブ
Claims (2)
- 中空の包囲部および包囲部の両端から延在する一対の封止部を有する石英ガラス製の気密容器、包囲部からの距離が15mm以下の位置において一対の封止部内部に埋設された封着金属箔、基端が封着金属箔に接続して先端側が気密容器の内部に導入された内部導体、気密容器の包囲部の内部に配設されて内部導体に導通したランプ作動部材、ならびに先端が封着金属箔に接続し基端が気密容器から外部へ導出された外部導体を備えたランプ本体と;
ランプ本体を包囲するとともに外気に連通する面積が4mm2以上の開口を有する外管と;
を具備していることを特徴とする2重管形ランプ。 - 照明装置本体と;
照明装置本体に配設された請求項1記載の2重管形ランプと;
2重管形ランプを点灯する点灯回路と;
を具備していることを特徴とする照明装置。
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JP2003328319A JP2005093355A (ja) | 2003-09-19 | 2003-09-19 | 2重管形ランプおよび照明装置 |
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JP2007184130A (ja) * | 2006-01-05 | 2007-07-19 | Harison Toshiba Lighting Corp | 自動車用放電ランプ |
-
2003
- 2003-09-19 JP JP2003328319A patent/JP2005093355A/ja active Pending
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