JP2002093368A

JP2002093368A - 無水銀メタルハライドランプ

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Publication number: JP2002093368A
Application number: JP2001202262A
Authority: JP
Inventors: Yuriko Kaneko; 由利子金子; Kiyoshi Takahashi; 清高橋; Hideaki Kiryu; 英明桐生; 正人 ▲よし▼田; Masato Yoshiden
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】アーク幅の狭い、有電極型の無水銀メタルハ
ライドランプを提供すること。【解決手段】対向する一対の電極（３、３）を管内に
有する発光管（１）を備え、発光管（１）内には、希ガ
スと、セリウムのハロゲン化物（７）とが含まれてお
り、かつ、水銀が含まれていない、無水銀メタルハライ
ドランプである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無水銀メタルハラ
イドランプに関する。特に、反射鏡などと組み合わせて
使用される点光源用のランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般照明および自動車の前照灯などのラ
ンプとして、発光管内に金属ハロゲン化物を封入したメ
タルハライドランプが普及しつつある。従来のメタルハ
ライドランプには、発光管内に電極があるランプ（以
下、「有電極型ランプ」と称す）と、発光管内に電極の
ないランプ（以下、「無電極型ランプ」と称す）があ
る。

【０００３】従来の有電極型メタルハライドランプの具
体的な例としては、例えば、特開昭５７−９２７４７号
公報に開示されたものがある。同公報に開示された有電
極型ランプは、発光管内に、希ガスと、水銀と、ハロゲ
ン化ナトリウムと、例えばセリウムのハロゲン化物とを
有している。これにより、高い発光効率と白色の光特性
とを実現できることが、同公報で述べられている。

【０００４】また、従来の無電極型メタルハライドラン
プの具体的な例としては、例えば、特開平１−１３２０
３９号公報に開示されたものがある。同公報に開示され
た無電極型ランプは、発光管内に、ナトリウムハロゲン
化物およびセリウムハロゲン化物と、キセノンとを有し
ている。これにより、白色のランプ発光が実現できるこ
とが、同公報で述べられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ランプには、アークの幅が太くなってしまうという課題
があることがわかった。アークの幅が太いと、規格に当
てはまらないメタルハライドランプができてしまうこと
がある。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、アークの幅に対して規格が定められてお
り、それゆえ、規格で定められた範囲のアーク幅にする
必要がある。

【０００６】社団法人日本電球工業会では、日本電球工
業会規格・自動車前照灯用ＨＩＤ光源（ＪＥＬ２１５）
を定めており、アークの中央断面（電極間中央位置）に
おける相対輝度分布を測定したとき、最大値の２０％輝
度値の幅をアークの幅と規定した上で、アークの幅が
１．１０ｍｍ±０．４０ｍｍ以内でなければならないと
している。この規格は、ランプを灯具に組み込んだ時、
配光制御を行うためのものである。

【０００７】特開昭５７−９２７４７号公報によると、
希ガスと、水銀と、ナトリウム（Ｎａ）のハロゲン化物
と、セリウム（Ｃｅ）のハロゲン化物とを有する有電極
型ランプは、広がった安定な放電アークを実現できるこ
とが述べられている。そこで、本願発明者は、同公報に
準じたランプを製作した。製作したランプは、内容積
０．０２５ｃｃの発光管内に、水銀を０．６５ｍｇ、ハ
ロゲン化Ｎａを０．１６ｍｇ、ハロゲン化Ｃｅを０．２
ｍｇ封入したものである。このランプを３５Ｗの消費電
力で点灯させたところ、アークの幅は１．８ｍｍであっ
た。これでは、大きく規格を外れてしまう。つまり、Ｃ
ｅのハロゲン化物と、水銀とを含む有電極型メタルハラ
イドランプは、アークの幅が太くなってしまうという課
題を有している。

【０００８】また、特開平１−１３２０３９号公報に開
示された無電極型ランプには、発光管全体にアークが広
がるという課題がある。これは、無電極型ランプの特徴
とでもいうべき点で、発光管の大きさが、そのままアー
クの大きさとなる。発光管を小さくするための試みは盛
んであるものの、ランプの破損等の課題により、発光管
の小型化は難しく、その試みはいまだ充分ではないのが
実情である。例えば、同公報に開示された発光管より
も、小さい発光管に対して、同公報に開示にされたのと
同じエネルギーを投入すると、発光管の温度が過度に上
昇し、その結果、点灯後数時間で破裂することが本願発
明者の実験により確認された。したがって、無電極型メ
タルハライドランプでは、反射鏡等と組み合わせるため
に、ごく点光源に近い光源が望まれている場合、その使
用が困難になるという課題が生じる。

【０００９】昨今、環境問題が重視されており、廃棄時
の地球環境の配慮から水銀を含まないメタルハライドラ
ンプが望まれている。上述した特開平１−１３２０３９
号公報に開示された無電極型ランプは、無水銀のメタル
ハライドランプであるが、上述したように、無電極型で
あるがゆえに、点光源の光源を実現することは非常に難
しい。

【００１０】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、アーク幅の狭い無水銀メタル
ハライドランプを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による無水銀メタ
ルハライドランプは、対向する一対の電極を管内に有す
る発光管を備え、前記発光管内には、希ガスと、セリウ
ムのハロゲン化物とが含まれており、かつ、水銀が含ま
れていない。

【００１２】ある実施形態において、前記発光管内に
は、スカンジウムのハロゲン化物と、ナトリウムのハロ
ゲン化物との少なくともいずれか一方がさらに含まれて
いる。

【００１３】ある実施形態において、前記発光管内に封
入されるハロゲン化物の総封入量は、前記発光管内容積
１ｃｃ当たりの値で、３０ｍｇ／ｃｃ以下である。

【００１４】ある実施形態において、前記無水銀メタル
ハライドランプの定格電力は、２５Ｗ以上５５Ｗ以下に
設定されている。

【００１５】ある実施形態において、前記希ガスは、少
なくともＸｅ（キセノン）を含み、かつ、前記希ガスの
封入圧力は、室温で、０．１ＭＰａ以上２．５ＭＰａ以
下である。

【００１６】ある実施形態において、前記発光管に磁界
を印加する手段がさらに備えられている。

【００１７】前記無水銀メタルハライドランプは、点光
源用のランプであることが好適である。

【００１８】本発明による他の無水銀メタルハライドラ
ンプは、対向する一対の電極を管内に有する発光管を備
え、前記発光管内には、希ガスと、セリウムのハロゲン
化物、亜鉛のハロゲン化物、アルミニウムのハロゲン化
物、アンチモンのハロゲン化物、および臭化インジウム
からなる群から選択された少なくとも１つとが含まれて
おり、かつ、水銀が含まれていない。

【００１９】

【発明の実施の形態】本願発明者は、有電極型の無水銀
メタルハライドランプにおいて、アーク幅の狭いものを
開発すべく、鋭意研究した結果、そのような無水銀メタ
ルハライドランプを完成させることに成功した。

【００２０】以下、図面を参照しながら、本発明による
実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の
簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を
同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態
に限定されない。

【００２１】本発明による実施形態にかかる無水銀メタ
ルハライドランプについて説明する。図１は、本実施形
態の無水銀メタルハライドランプの断面構成を模式的に
示している。

【００２２】本実施形態のランプは、対向する一対の電
極（３、３）を管内に有する発光管１を備えている。発
光管１からは、発光管１を気密にするための一対の封止
部２が延びており、電極３は、封止部２内の金属箔４を
介して、モリブデンからなるリード線５に接続されてい
る。言い換えると、電極３は、封止部２によって封止さ
れたモリブデン箔４の一端に電気的に接続されており、
モリブデン箔４の他端に接続されたリード線５と電気的
に接続されている。

【００２３】電極３は、タングステンから構成されたタ
ングステン電極（電極棒の直径は、約０．２５ｍｍ）で
あり、電極３の先端は、その先端間距離（すなわち、電
極間距離）が約３．７ｍｍになるように、発光管１内に
配置されている。発光管１は、石英ガラスから構成され
ており、発光管１の内容積は、約０．０２５ｃｃであ
る。発光管１の内部には、約０．２ｍｇの沃化セリウム
（ＣｅＩ₃）と、約０．１９ｍｇの沃化スカンジウム
（ＳｃＩ₃）と、約０．１６ｍｇの沃化ナトリウム（Ｎ
ａＩ）とから構成されたハロゲン化物７、および、図に
は示してないが、室温で約１．４ＭＰａのキセノンガス
（Ｘｅ）が封入されている。ただし、発光管１内に、水
銀は封入されていない。

【００２４】このランプは、電極間を結ぶ直線がほぼ水
平になるように点灯される。つまり、水平点灯される。
なお、垂直点灯してもよく、斜めにして点灯してもよ
い。本実施形態において、その点灯電力は、３５Ｗであ
る。従来の有電極型のメタルハライドランプと、本実施
形態のメタルハライドランプとの大きな構成の違いを挙
げると、本実施形態のメタルハライドランプは、水銀を
含んでいない点である。

【００２５】本実施形態における有電極型の無水銀メタ
ルハライドランプは、驚くべきことに、ハロゲン化Ｃｅ
を封入したランプであるにも拘わらず、アーク幅が狭
く、高輝度を示す。ここで、図２を参照しながら、アー
ク幅およびアーク輝度の測定方法を説明する。

【００２６】図２は、アーク幅・アーク輝度を測定する
ための測定装置の構成を模式的に示している。測定用の
ランプ２０は、そのランプを点灯するための安定器およ
び電源（２１）に電気的に接続されている。ランプ２０
の発光管近傍に設けられたフィルタ２２を通して、ＣＣ
Ｄカメラ２３は、ランプ２０のアークを撮影し、そし
て、ＣＣＤカメラ２３によって取り込まれた画像は、モ
ニタ２４に映し出される。

【００２７】アークの幅は、自動車前照灯用ＨＩＤ光源
の日本電球工業会規格（ＪＥＬ２１５）に則って測定し
た。日本電球工業会規格（ＪＥＬ２１５）で定義された
アーク幅とは、アークの中央断面（電極間中央位置）に
おけるアークの相対輝度分布を測定したとき、最大値の
２０％輝度値の幅である。

【００２８】図３は、アークの輝度分布の一例を示して
いる。図３中の縦軸は、アークの最高輝度に対する割合
を表しており、横軸は、アーク位置を表している。一般
にアークの輝度は、アークの中央断面（電極間中央位
置）位置が最高輝度となり、アークの中央断面（電極間
中央位置）位置を中心として、略対称となる。

【００２９】以上説明した手法により、本実施形態のラ
ンプについての最高輝度値およびアーク幅を測定した。

【００３０】下記表１に、本願発明者が測定した各ラン
プの封入物の一覧を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】ランプ１は、本実施形態における無水銀メ
タルハライドランプであり、ランプ２は、このランプに
水銀を０．６５ｍｇ添加した従来のランプ（比較例）で
ある。ランプ３〜７もまた、水銀が封入されていない本
実施形態の無水銀メタルハライドランプである。

【００３３】ランプ３〜５は、ＳｃＩ₃を０．０３ｍ
ｇ、ＮａＩを０．０２ｍｇ封入した上で、それぞれ、亜
鉛の沃化物（ＺｎＩ₂）を０．１ｍｇ添加したもの（ラ
ンプ３）、アルミニウムの沃化物（ＡｌＩ₃）を０．１
ｍｇ添加したもの（ランプ４）、そして、アンチモンの
沃化物（ＳｂＩ₃）を０．１ｍｇを添加したもの（ラン
プ５）である。ランプ６は、ランプ１のＣｅＩ₃の代わ
りに、臭化インジウム（ＩｎＢｒ）を０．２ｍｇ封入し
たものである。そして、ランプ７は、ランプ１に、Ｉｎ
Ｂｒを０．２ｍｇ添加したものである。

【００３４】本願発明者は、ランプ１〜７について実験
を行い、アーク幅及び輝度特性を調べた。その結果を図
４に示す。図４中の縦軸は、ランプの最高輝度を表して
おり、ランプ２（比較例）の最高輝度値を１としたとき
の相対値として示している。図４中の横軸は、アーク幅
（ｍｍ）を表している。輝度値が高くてアーク幅の狭い
ランプが、より点光源に近く、そして、反射鏡などと組
み合わせて使用する場合において、集光効率が向上する
優れた特性を持つランプである。

【００３５】図４からわかるように、ランプ１と、ラン
プ３〜７とは、ランプ２（比較例）に比べて、アーク幅
が狭くなった。つまり、Ｃｅのハロゲン化物や、Ｚｎの
ハロゲン化物、Ａｌのハロゲン化物、Ｓｂのハロゲン化
物、臭化インジウムを、水銀を含まないランプに封入す
ることで、アーク幅を狭くするという効果があることを
本願発明者は見出した。図４に示したように、ランプ
５，４，７のアーク幅は、１．２ｍｍであり、ランプ
３，６のアーク幅は、１．１ｍｍであり、そして、ラン
プ１のアーク幅は、１．０ｍｍであった。

【００３６】また、ランプ１および７は、ランプ２（比
較例）と比べて、輝度も向上した。すなわち、ランプ２
（比較例）と比べて、ランプ１は、１．５倍の輝度、ラ
ンプ７は１．２倍の輝度であった。ランプ１とランプ７
の共通点は、共に、セリウムのハロゲン化物を含んでい
ることである。したがって、Ｃｅのハロゲン化物を、水
銀を含まない有電極型ランプに封入することにより、ア
ークの幅が狭く、高輝度なランプを実現することができ
る。

【００３７】さらに、ランプ１、ランプ３から７、そし
て、ＳｃＩ₃を０．１９ｍｇ、ＮａＩを０．１６ｍｇの
みを封入したランプ８について、ランプ電圧および放射
光の効率を測定した。容易に理解できるように、ランプ
８は、ランプ１から、ＣｅＩ ₃だけを抜いたランプであ
る。

【００３８】測定結果を図５に示す。図５からわかるよ
うに、ランプ１が最も高い効率を示す。すなわち、ハロ
ゲン化Ｃｅを封入したランプ１は、１１６ｌｍ／Ｗと、
非常に高い効率を持つことがわかった。したがって、高
効率のランプを実現する場合、ランプ１の構成にするこ
とが好ましい。ランプ電圧について述べると、ランプ８
がランプ電圧２８Ｖであるのに対して、ランプ１、３〜
７では、それよりもランプ電圧が上昇していることがわ
かる。つまり、Ｃｅのハロゲン化物や、Ｚｎのハロゲン
化物、Ａｌのハロゲン化物、Ｓｂのハロゲン化物、臭化
インジウムを封入することは、ランプ電圧を上昇させる
という効果がある。ランプ電圧を大きくできれば、ラン
プの電流を減少させることができるため、電極の消耗を
抑制することが可能となる。また、ランプ電圧を高くで
きれば、少ない電流での点灯が可能となり、点灯回路
（安定器）を小型化できるという効果も得られる。

【００３９】なお、無水銀有電極型ランプにＣｅのハロ
ゲン化物を封入することによって、アーク幅が狭くなり
且つ高輝度になるという本願発明者が見出した効果は、
ランプ電力や電極間距離、発光管１の内容積、Ｓｃの沃
化物やＮａの沃化物の量、あるいはＣｅ以外の封入物で
あるハロゲン化物の種類や量など、他の構成要素に関係
なく得られるため、それらの条件に本発明は限定されな
い。また、アーク幅を狭くするという効果を得たいなら
ば、Ｃｅのハロゲン化物を封入した無水銀メタルハライ
ドランプに限らず、Ｚｎのハロゲン化物や、Ａｌのハロ
ゲン化物、Ｓｂのハロゲン化物、臭化インジウムを封入
した無水銀メタルハライドランプも適用可能である。た
だし、従来のランプにはない、アーク幅の狭い、高輝度
で高効率なランプを実現する上では、本実施形態のラン
プ１のような構成にすることが好ましい。

【００４０】ハロゲン化物の封入総量を増やすことによ
り、ランプ電圧の上昇の効果を得ることができるなど、
ハロゲン化物の封入総量の増加は、ランプにとって良い
特性をもたらす傾向がある。しかしながら、単位発光管
内容積当たりの値で、３０ｍｇ／ｃｃを超える量のハロ
ゲン化物を封入すると、ランプ点灯中も蒸発していない
封入物が、発光管壁に沿って発光管中央部にまでせりあ
がる現象が生じ得る。この現象が起きると、せりあがっ
た封入物の影にアークが隠れてしまい、良好な特性を発
揮できないことになる。したがって、ハロゲン化物の封
入量は、単位発光管内容積当たり３０ｍｇ／ｃｃ以下に
することが好適である。

【００４１】本実施形態のランプ１では、Ｃｅのハロゲ
ン化物の他に、Ｓｃの沃化物とＮａ沃化物とを封入して
いる。これらのハロゲン化物を封入している主なる理由
は、ランプの光束向上のためである。

【００４２】Ｓｃの沃化物およびＮａ沃化物の封入総量
は、２ｍｇ／ｃｃ以上１５ｍｇ／ｃｃ以下であることが
好ましい。Ｓｃの沃化物やＮａの沃化物は、ランプを長
時間点灯させておくと、ガラスと反応したり、電極根元
に潜り込むなどし、その結果、発光できる沃化物量が減
少していく。そのため、２ｍｇ／ｃｃ以上は封入してお
く方が好ましい。

【００４３】図６は、沃化Ｓｃおよび沃化Ｎａの封入総
量と、ランプ光束との関係を示している。図６中の横軸
は、沃化Ｓｃと沃化Ｎａの封入総量（Ｓｃ＋Ｎａ総量）
を表しており、縦軸は、ランプの光束（ｌｍ）を表して
いる。図６に示すように、Ｓｃの沃化物とＮａの沃化物
の総量が多くなりすぎると、発光の吸収などが起こり、
光束が落ちる。そこで、Ｓｃの沃化物とＮａの沃化物の
総量は、所定量以下にすることが好ましい。例えば、約
１５ｍｇ／ｃｃ以下にすれば、約２７００ｌｍの光束を
確保することができる。自動車前照灯用ＨＩＤ光源の日
本電球工業会規格では、ランプの光束は２７００ｌｍ以
上が必要であるので、自動車前照灯という使用範囲にお
いては、Ｓｃの沃化物とＮａの沃化物の総量は１５ｍｇ
／ｃｃ以下にするのが好ましい。

【００４４】なお、光束が２８００ｌｍ以上のときは、
１３ｍｇ／ｃｃ以下にするのが好ましい。また、光束が
２６００ｌｍ以上の時は、１６ｍｇ／ｃｃ以下にするの
が好ましい。また、光束が２４００ｌｍ以上の時は、１
９ｍｇ／ｃｃ以下にするのが好ましい。

【００４５】また、Ｃｅのハロゲン化物封入量は、０．
８ｍｇ／ｃｃ以上１５ｍｇ／ｃｃ以下であることが好ま
しい。その理由を、図７を参照しながら説明する。図７
の横軸は、Ｃｅハロゲン化物の単位発光管内容積当たり
の封入量（ｍｇ／ｃｃ）を表しており、縦軸は、ランプ
電圧（Ｖ）を表している。

【００４６】図７に示すように、Ｃｅのハロゲン化物を
封入するほど、ランプ電圧は上昇する。ランプ電圧が３
０Ｖよりも低くなれば、ランプ電流が増大し、すなわち
電極への負担が増大するので、実際的でない。そこで、
３０Ｖ以上のランプ電圧を得るためには、Ｃｅハロゲン
化物の単位発光管内容積当たりの封入量を、０．８ｍｇ
／ｃｃ以上にすることが好ましい。

【００４７】また、Ｃｅハロゲン化物の封入量を増やす
と、光束の上昇が得られるなど、ランプ特性にとって良
い傾向があるので、Ｃｅハロゲン化物の封入量は比較的
多い方が好ましい。ただし、単位発光管内容積当たり１
５ｍｇ／ｃｃ以上のＣｅハロゲン化物を封入すると、ラ
ンプ点灯中も蒸発していない封入物が、発光管壁に沿っ
て発光管中央部にまでせりあがる現象が生じ得る。その
現象が生じると、封入物の影にアークが隠れてしまうた
め、所望の特性を発揮できない可能性が生じる。したが
って、Ｃｅのハロゲン化物の封入量は、単位発光管内容
積当たり１５ｍｇ／ｃｃ以下にすることが好ましい。

【００４８】次に、本実施形態におけるランプ３〜６に
封入されている他のハロゲン化物質の封入量について説
明する。

【００４９】まず、ランプ３について説明する。ランプ
３について、Ｚｎのハロゲン化物封入量は、０．２ｍｇ
／ｃｃ以上１５ｍｇ／ｃｃ以下であることが好ましい。
その理由を、図８を参照しながら説明する。図８の横軸
は、Ｚｎハロゲン化物の単位発光管内容積当たりの封入
量（ｍｇ／ｃｃ）を表しており、縦軸は、ランプ電圧
（Ｖ）を表している。

【００５０】図８に示すように、ランプ電圧を３０Ｖ以
上にするためには、Ｚｎのハロゲン化物封入量は、０．
２ｍｇ／ｃｃ以上にすることが好ましい。また、単位発
光管内容積当たり１５ｍｇ／ｃｃ以上封入すると、ラン
プ点灯中も発光管壁に蒸発していない封入物が、発光管
中央部にまでせりあがる現象が生じ得る。その現象が生
じると、封入物の影にアークが隠れてしまうため、所望
の特性を発揮できない可能性が生じる。したがって、Ｚ
ｎのハロゲン化物の封入量は、単位発光管内容積当たり
１５ｍｇ／ｃｃ以下にすることが好ましい。

【００５１】次に、ランプ４について説明する。ランプ
４について、Ａｌのハロゲン化物封入量は、０．５ｍｇ
／ｃｃ以上１５ｍｇ／ｃｃ以下であることが好ましい。
その理由を、図９を参照しながら説明する。図９の横軸
は、Ａｌハロゲン化物の単位発光管内容積当たりの封入
量（ｍｇ／ｃｃ）を表しており、縦軸は、ランプ電圧
（Ｖ）を表している。

【００５２】図９に示すように、ランプ電圧を３０Ｖ以
上にするためには、Ａｌのハロゲン化物封入量は、０．
５ｍｇ／ｃｃ以上にすることが好ましい。また、単位発
光管内容積当たり１５ｍｇ／ｃｃ以上封入すると、ラン
プ点灯中も発光管壁に蒸発していない封入物が、発光管
中央部にまでせりあがる現象が生じ得る。その現象が生
じると、封入物の影にアークが隠れてしまうため、所望
の特性を発揮できない可能性が生じる。したがって、Ａ
ｌのハロゲン化物の封入量は、単位発光管内容積当たり
１５ｍｇ／ｃｃ以下にすることが好ましい。

【００５３】次に、ランプ５について説明する。ランプ
５について、Ｓｂのハロゲン化物封入量は、１．１ｍｇ
／ｃｃ以上１５ｍｇ／ｃｃ以下であることが好ましい。
その理由を、図１０を参照しながら説明する。図１０の
横軸は、Ｓｂハロゲン化物の単位発光管内容積当たりの
封入量（ｍｇ／ｃｃ）を表しており、縦軸は、ランプ電
圧（Ｖ）を表している。

【００５４】図１０に示すように、ランプ電圧を３０Ｖ
以上にするためには、Ｓｂのハロゲン化物封入量は、
１．１ｍｇ／ｃｃ以上にすることが好ましい。また、単
位発光管内容積当たり１５ｍｇ／ｃｃ以上封入すると、
ランプ点灯中も発光管壁に蒸発していない封入物が、発
光管中央部にまでせりあがる現象が生じ得る。その現象
が生じると、封入物の影にアークが隠れてしまうため、
所望の特性を発揮できない可能性が生じる。したがっ
て、Ｓｂのハロゲン化物の封入量は、単位発光管内容積
当たり１５ｍｇ／ｃｃ以下にすることが好ましい。

【００５５】次に、ランプ６について説明する。ランプ
６について、ＩｎＢｒの封入量は、０．１ｍｇ／ｃｃ以
上１５ｍｇ／ｃｃ以下であることが好ましい。その理由
を、図１１を参照しながら説明する。図１１の横軸は、
ＩｎＢｒハロゲン化物の単位発光管内容積当たりの封入
量（ｍｇ／ｃｃ）を表しており、縦軸は、ランプ電圧
（Ｖ）を表している。

【００５６】図１１に示すように、ランプ電圧を３０Ｖ
以上にするためには、ＩｎＢｒの封入量は、０．１ｍｇ
／ｃｃ以上にすることが好ましい。また、単位発光管内
容積当たり１５ｍｇ／ｃｃ以上封入すると、ランプ点灯
中も発光管壁に蒸発していない封入物が、発光管中央部
にまでせりあがる現象が生じ得る。その現象が生じる
と、封入物の影にアークが隠れてしまうため、所望の特
性を発揮できない可能性が生じる。したがって、ＩｎＢ
ｒの封入量は、単位発光管内容積当たり１５ｍｇ／ｃｃ
以下にすることが好ましい。

【００５７】上述した本実施形態の構成において、おお
よそ２５Ｗ以上のランプ電力で点灯動作させた場合、充
分点灯維持できる安定なアークを得ることができる。ま
た、更に大きなランプ電力で点灯するほど、多くの光束
が得られる。ただし、自動車前照灯という使用範囲にお
いては、実際上、本実施形態のランプの消費電力の上限
は、おおよそ５５Ｗとすればよい。なぜなら、現在使用
されている自動車前照灯用ハロゲン電球の消費電力は５
５Ｗであり、その５５Ｗを超える範囲での点灯は、不経
済であまり好ましくないからである。なお、不経済でも
その使用を望む場合には、５５Ｗを超える上限のものに
してもよい。

【００５８】ここで、Ｘｅガスの封入圧力について説明
する。実用に即したランプとするために、本実施形態に
かかる水銀を含まない有電極型メタルハライドランプで
は、Ｘｅガスの封入圧力の上限は、約２．５ＭＰａ（室
温換算値）に設定することが好ましい。約２．５ＭＰａ
以上封入した場合、本実施形態のランプの構成では、点
灯動作中、電極３とモリブデン箔４との接続部付近か
ら、発光管１内部の気密が漏れる可能性が高くなり、好
ましくないからである。より好ましくいＸｅガスの封入
圧の上限は、約２．０ＭＰａ程度が適当である。ただ
し、短時間での光り立ち上がりが要求される自動車前照
灯用光源として、本実施形態のランプを使用する場合に
は、下限は０．１ＭＰａ程度がより好ましい。

【００５９】また、本実施形態のランプは、アーク幅が
狭いがゆえに、発光管温度分布により生じるガスの対流
の力を受けやすくなっている。そのため、アークが湾曲
する現象が見られる。そこで、図１２に示すように、ラ
ンプの電極３間を結ぶ直線に対して垂直な成分を有する
磁界９を印加する手段（例えば、永久磁石）８を、本実
施形態のランプの近傍に設けるようにしてもよい。その
ような磁界９を印加すると、アークの湾曲を抑制するこ
とができる。無水銀メタルハライドランプについてのア
ークの湾曲を磁界９の印加で抑制できる原理は、現時点
において必ずしも明らかでないが、そのアークの湾曲を
抑制できるパラメータについては、特願２０００−３８
８０００号明細書（対応米国特許出願第０９／７３９９
７４号明細書、出願人；松下電器産業株式会社）に開示
してある。また、そのパラメータが下記の式（１）およ
び式（２）の関係を満たせば、アークの湾曲を抑制する
とともに、アークのゆれも抑制できることも見出され、
特願２００１−１５５３８５号明細書（出願人；松下電
器産業株式会社）に詳述されている。ここで、これらの
明細書を、本願明細書に参考のため援用する。

【００６０】無水銀メタルハライドランプについて、ア
ーク湾曲抑制およびアークゆれ抑制の関係を示す式１ま
たは式２は、以下のようである。

【００６１】０＜（１００ＢＷ／ｆ）−Ｐ₀ｄ＜１００（式１）０＜（１０ＢＷ／ｆ）−Ｐｄ＜１０（式２）ここで、Ｂ（ｍＴ）は、一対の電極（３、３）の先端を
結ぶ直線が略水平になるように水平点灯した際の電極先
端間の中心に印加される磁界（９）であり、ｄ（ｍｍ）
は、一対の電極（３、３）の先端間の距離であり、Ｐ₀
（ＭＰａ）は、定常点灯時の発光管１の管内圧力であ
り、Ｗ（Ｗ）は、定常点灯時に消費される電力であり、
そして、ｆ（Ｈｚ）は、定常点灯時の安定周波数であ
る。なお、式２中のＰ（ＭＰａ）は、２０℃での希ガス
の封入圧力である。

【００６２】式１および式２中の各項の意味を簡単に説
明すると、式１中の（１００ＢＷ／ｆ）の項および式２
中の（１０ＢＷ／ｆ）の項は、磁界９に起因して生じる
アークを下向きに動かす力の項であり、一方、式１中の
Ｐ₀ｄの項および式２中のＰｄは、発光管内のガスの対
流に起因してアークを上向きに動かす力（浮力）の項で
ある。

【００６３】なお、動作圧力Ｐ₀よりも、希ガスの封入
圧力Ｐの方が測定しやすい点と、動作圧力Ｐ₀でなく、
希ガスの封入圧力Ｐで規定しても特段の問題がないこと
から、式２を利用する方がランプ設計上は利点が大き
い。式２において、より好適な条件を示すと、次のよう
である。Ｐは、０．１（ＭＰａ）＜Ｐ＜２．５（ＭＰ
ａ）であることが好ましい。また、Ｐ・ｄは、Ｐ・ｄ＜
８（さらに好ましくはＰｄ≦４．６）であることが好ま
しい。さらに、ｆは、４０（Ｈｚ）＜ｆであることが好
ましい。Ｂは、Ｂ＜５００（ｍＴ）であることが好まし
い。そして、ｄは、２＜ｄ（ｍｍ）であることが好まし
い。

【００６４】発光管１の内径が例えば５ｍｍ以下のよう
な小さいランプにおいては、特に、アーク湾曲がランプ
の寿命特性等に大きく影響を及ぼす。すなわち、アーク
湾曲が発光管１上部の温度上昇をもたらし、発光管材料
である石英ガラスの白濁等の不具合を生じて、その結
果、ランプ寿命を短くすることがある。そこで、磁界９
の力でアークの湾曲を抑制することは、ランプの寿命特
性等の品質向上に有効な手段であると考えられる。ま
た、アークのゆれは、ちらつきの原因となり好ましくな
いので、アークゆれの抑制はランプ特性の向上に繋が
る。

【００６５】アークの湾曲を抑制するために必要な磁界
９は、ランプの設計によって変わるため、各々のランプ
に合った磁界９を印加することが好ましい。ただし、上
記式１および式２の関係を満たすように各パラメータを
規定すると、試行錯誤せずに容易に、アークの湾曲およ
びアークのゆれを抑制したランプを設計できるため利点
が大きい。その磁界の印加手段８としては、簡便に磁界
を印加できるという点で、永久磁石（例えば、フェライ
ト永久磁石）が好ましい。なお、磁界印加手段８は、電
磁石であってもよい。

【００６６】なお、磁界印加手段８は、アーク湾曲およ
びアークゆれの抑制のために使用するものであり、無水
銀有電極型ランプにＣｅのハロゲン化物を封入すること
によって、アーク幅が狭くなり且つ高輝度になるという
本実施形態の効果は、磁界印加手段８によらずとも得ら
れるものである。また、Ｃｅのハロゲン化物、Ｚｎのハ
ロゲン化物や、Ａｌのハロゲン化物、Ｓｂのハロゲン化
物、臭化インジウムを封入することにより、アーク幅を
狭くするできるという効果も、同様に磁界印加手段８に
よらずとも得られるものである。

【００６７】

【発明の効果】本発明によると、対向する一対の電極を
管内に有する発光管内に、希ガスと、セリウムのハロゲ
ン化物とが含まれているため、アーク幅の狭い無水銀メ
タルハライドランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態にかかる水銀を含まない
有電極型メタルハライドランプの構成を模式的に示す断
面図である。

【図２】アーク幅・輝度測定装置の構成を模式的に示す
図である。

【図３】アークの輝度分布を示すグラフである。

【図４】ランプのアーク幅と最高輝度値との関係を示す
グラフである。

【図５】ランプの効率と電圧との関係を示すグラフであ
る。

【図６】スカンジウムのハロゲン化物とナトリウムのハ
ロゲン化物の封入総量と光束との関係を示すグラフであ
る。

【図７】セリウムのハロゲン化物封入量とランプ電圧と
の関係を示すグラフである。

【図８】亜鉛のハロゲン化物封入量とランプ電圧との関
係を示すグラフである。

【図９】アルミニウムのハロゲン化物封入量とランプ電
圧との関係を示すグラフである。

【図１０】アンチモンのハロゲン化物封入量とランプ電
圧との関係を示すグラフである。

【図１１】インジウムの臭化封入量とランプ電圧との関
係を示すグラフである。

【図１２】本実施形態の無水銀メタルハライドランプに
磁界印加手段８を設けた構成を模式的に示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１発光管２封止部３電極４モリブデン箔５リード線７ハロゲン化物８磁界印加手段（永久磁石）９磁界２０ランプ２１安定器と電源２２フィルタ２３ＣＣＤカメラ２４モニタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桐生英明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者 ▲よし▼田正人大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 QQ03 QQ14 QQ18 QQ52 QQ56 QQ58 QQ65 RR05 SS04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の電極を管内に有する発光
管を備え、前記発光管内には、希ガスと、セリウムのハロゲン化物
とが含まれており、かつ、水銀が含まれていない、無水
銀メタルハライドランプ。
【請求項２】前記発光管内には、スカンジウムのハロ
ゲン化物と、ナトリウムのハロゲン化物との少なくとも
いずれか一方がさらに含まれている、請求項１に記載の
無水銀メタルハライドランプ。
【請求項３】前記発光管内に封入されるハロゲン化物
の総封入量が、前記発光管内容積１ｃｃ当たりの値で、
３０ｍｇ／ｃｃ以下であることを特徴とする、請求項２
に記載の無水銀メタルハライドランプ。
【請求項４】前記無水銀メタルハライドランプの定格
電力が２５Ｗ以上５５Ｗ以下に設定されている、請求項
１から３の何れか一つに記載の無水銀メタルハライドラ
ンプ。
【請求項５】前記希ガスは、少なくともＸｅ（キセノ
ン）を含み、かつ、前記希ガスの封入圧力は、室温で、０．１ＭＰａ以上
２．５ＭＰａ以下である、請求項１から４の何れか一つ
に記載の無水銀メタルハライドランプ。
【請求項６】前記発光管に磁界を印加する手段がさら
に備えられている、請求項１から５の何れか一つに記載
の無水銀メタルハライドランプ。
【請求項７】前記無水銀メタルハライドランプは、点
光源用のランプである、請求項１から６の何れか一つに
記載の無水銀メタルハライドランプ。
【請求項８】対向する一対の電極を管内に有する発光
管を備え、前記発光管内には、希ガスと、セリウムのハロゲン化物、亜鉛のハロゲン化物、アルミ
ニウムのハロゲン化物、アンチモンのハロゲン化物、お
よび臭化インジウムからなる群から選択された少なくと
も１つとが含まれており、かつ、水銀が含まれていな
い、無水銀メタルハライドランプ。