(第1の実施の形態)
 以下に、本発明の自動車用放電ランプの第1 の実施形態について、図面を参照して説明す る。図1は、本発明の自動車用放電ランプの� �1の実施の形態について説明するための側面� ��である。

 図1に示す自動車用放電ランプは、いわゆ るD4タイプの放電ランプであり、主要部とし� ��内管1を有する。内管1はランプの管軸方向� �細長い形状となっており、その略中央には� �楕円形の発光部11が形成されている。発光部 11の両端には、板状のシール部12、その両端� �は境界部13を介して円筒部14が連続形成され� ��いる。なお、内管1としては、例えば石英ガ ラスなどの耐熱性と透光性を具備した材料で 構成されるのが望ましい。

 この発光部11の内部には、中央が略円柱状� �その両端がテーパ状の第1の空間15が形成さ� �ている。この第1の空間15の容積は、自動車� �照灯用の場合には、10mm ³ ~40mm ³ 、さらには20mm ³ ~30mm ³ であるのが望ましい。

 第1の空間15には、放電媒体が封入されて� ��る。放電媒体は、金属ハロゲン化物2と第1� �ガスとで構成されている。

 金属ハロゲン化物2は、ヨウ化ナトリウム(Na I)、ヨウ化スカンジウム(ScI ₃ )、ヨウ化亜鉛(ZnI ₂ )、臭化インジウム(InBr)で構成されている。� �だし、金属ハロゲン化物2はこの組み合わせ� ��限らず、スズやカリウムなどのハロゲン化� ��を追加してもよい。また、金属に結合され� ��ハロゲンの組み合わせを変更してもよい。

 第1のガスは、キセノンが使用されている 。第1のガスは、その圧力を高くするほど、� �光束等の発光特性が高くなる。そこで例え� �、封入圧力を常温(25℃)において11atm以上、� �ましくは13atm以上にすることができる。ただ し、第1のガスの圧力の上限は、製造上、現� �は20atm程度である。なお、第1のガスの圧力� �、水中で発光部11とシール部12の境界を破壊� ��て第1の空間15内部のガスを収集、測量し、� ��の後に第1の空間15の容積を測定することに� ��り、算出することができる。また、第1のガ スとしては、キセノンの他に、ネオン、アル ゴン、クリプトンなどを使用したり、それら を組み合わせて使用したりすることもできる 。

 ここで、放電媒体は、水銀を実質的に含� ��ない。この「水銀を実質的に含まない」と� ��、水銀の封入量が0mgであるのが最適である� ��、従来の水銀入りの放電ランプと比較して� ��ほとんど封入されていないに等しい程度の� ��、例えば1mlあたり2mg未満、好ましくは1mg以� ��の水銀量を封入していても許容するという� ��味である。

 シール部12には、電極マウント3が封着さ� ��ている。電極マウント3は、金属箔31、電極3 2、コイル33およびリード線34により構成され� ��いる。

 金属箔31は、例えば、モリブデンからな� �薄い金属板である。

 電極32は、例えば、タングステンに酸化� �リウムをドープした、いわゆるトリエーテ� �ドタングステンからなる放電電極である。� �の一端は金属箔31の発光部11側端部に接続さ� ��、他端は第1の空間15内で所定の電極間距離� ��保って、互いの先端同士が対向するように� ��置される。その電極間距離としては、自動� ��前照灯用の場合には、見た目上、すなわち� ��際の距離ではなく、ランプの外観上におけ� ��距離で4.0mm~4.4mmであるのが望ましい。なお� �形状は、直棒状に限らず、先端の直径が大� �い非直棒状の形状や直流点灯タイプのよう� �一対の電極の大きさが異なる形状であって� �よい。また、材料は、ドープタングステン� �レニウムタングステンなどであってもよい� �

 コイル33は、例えば、ドープタングステ� �からなる金属線であって、シール部12に封着 された電極32の軸部の軸周りに螺旋状に巻装� ��れる。このコイル設計としては、コイルピ� ��チは300%以下、巻装長は電極封着長に対して 、60%以上とし、かつ金属箔31と接続される電� ��32の軸部分には巻装しないのが望ましい。

 リード線34は、例えば、モリブデンから� �る金属線である。その一端は、発光部11に対 して反対側の金属箔31に接続され、他端は管� ��に沿って内管1の外部に延出される。そのう ち、ランプの前端側に延出したリード線34に� ��、例えば、ニッケルからなるL字状のサポー トワイヤ35の一端が接続される。このサポー� ��ワイヤ35には、管軸と平行する部分に、例� �ば、セラミックからなるスリーブ4が装着さ� ��る。なお、このスリーブ4の一端は、後述す るソケット6に形成された穴に挿入されるが� �そのときに圧入または接着などの方法によ� �、ソケット6に固定してもよい。これにより� ��振動や搬送などによりスリーブ4が管軸方向 にスライドし、サポートワイヤ35のL字部分に 衝突することを防止できるため、リード線34� ��サポートワイヤ35の接続が外れるのを防止� �ることができる。

 上記で構成された内管1の外側には、筒状 の外管5が管軸に沿って内管1と同心状に設け� ��れている。それらの接続は、内管1の円筒部 13付近に外管5の両端を溶着することにより行 なわれ、これにより、内管1と外管5との間に� ��気密な第2の空間51が形成される。第2の空間 51には、含有する酸素の濃度が1体積%以下で� �る第2のガスが封入される。この第2のガスと しては、ネオン、アルゴン、キセノン、窒素 から選択された一種のガスまたは混合ガスを 使用することができる。また、第2のガスは� �ガス圧が0.3atm以下であるのが望ましい。な� �、外管5としては、例えば、石英ガラスにチ� ��ン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を� ��加した、紫外線遮断性を有する材料で構成� ��るのが望ましい。また、所望により、外管5 の外面に配光制御のための遮光膜を形成して もよい。

 なお、第2のガスの酸素濃度を低くするた めには、あらかじめ酸素含有量を少なくした ガスを用いたり、内管1と外管5を気密封着す� ��までに、ガラスなどから生じる不純ガスを� ��2の空間51に可能な限り入らないようにすれ� ��よい。また、第2のガスの圧力も、ガラスな どから生じる不純ガスを第2の空間51に可能な 限り入らないようにすれば、低くすることが できる。例えば、内管1と外管5とを封着した� ��と、図2Aのように、脱ガス・ガス導入装置GS により、外管5に形成した排気管52を介して第 2の空間51の脱ガスと第2のガスの導入を行い� �次に、図2Bのように、外管5から1.0mm程度離れ た排気管52部分をレーザーLSにより加熱溶融� �シュリンクシールして、図2Cのようにチッピ ングした後、バーナー(図示なし)などで外管5 の表面温度が700~800℃になるまで加熱して、� �2の空間51に存在する酸素とガラスなどに含� �れる有機不純物とを反応させることで、酸� �濃度やガス圧を低く設定しやすい。なお、� �ッピング後の排気管52は、0.5mm程度の突起で� ��り、配光などに影響を与えることはない。

 そして、外管5が接続された内管1の一端� �は、ソケット6が接続される。これらの接続� ��、外管5の外周面に金属バンド71を装着し、� ��の金属バンド71をソケット6に形成した金属� ��の舌片72によって挟持することで行なって� �る。また、ソケット6の底部には底部端子8a� �側部には側部端子8bが形成されており、それ ぞれリード線34、サポートワイヤ35が接続さ� �ている。

 これらで構成された自動車用放電ランプ� ��、底部端子8a、側部端子8bに点灯回路を接続 することにより点灯される。この自動車前照 灯用の場合、管軸が略水平の状態で配置され 、安定時は約35W、始動時は安定時電力に対し て2倍以上である約75Wで点灯される。

 ここで、本発明の自動車用放電ランプの一� ��様を図3を参照して説明する。図3は、図
1の自動車用放電ランプの一実施例について� �明するための図である。

(実施例1)
 内管1:石英ガラス製、第1の空間15の内容積=2 7mm ³ 、内径A=2.5mm、外径B=6.2mm、長手方向の球体長C =7.8mm、
 金属ハロゲン化物2:ScI ₃ 、NaI、ZnI ₂ 、InBr(=1:1.5:0.4
:0.01)、合計=0.4mg、
 第1のガス:キセノン、ガス圧=13.5atm、
 水銀:0mg、
 金属箔31;モリブデン製、
 電極32:トリエーテッドタングステン製、直� ��R=0.38mm、電極間距離D=3
.74mm(実際の電極間距離=4.32mm)、
 コイル33:ドープタングステン製、ピッチ=200 %、
 リード線34:モリブデン製、直径=0.6mm、
 外管5:内径E=7.0mm、肉厚F=1.0mm、
 第2のガス:窒素、酸素濃度=0.1%、ガス圧=0.1at m。

 この実施例のランプに、図4に示したよう な、始動パルス電圧は23.4kV、ライズタイム(� �動パルス電圧の10%~90%になる間での時間)は250 nsecである電圧波形を連続出力する点灯回路� �使用し、始動するかどうかの試験を行った� �その結果、無水銀で、かつ第1のガスの圧力� ��高い本実施例のランプであっても、15kV前後 で絶縁破壊し、点灯することが確認された。 また、ランプが絶縁破壊したのは、一発目の パルスを投入したときであった。自動車前照 灯の用途では、ランプに図4のような電圧波� �のパルスを所定回数投入し、それでも点灯� �なければ、安全性の面からランプの始動が� �止されるのが一般的であるため、本実施例� �ように一発目のパルスで点灯するのは、と� �も有義な結果である。

 次に、第2のガス(窒素)の酸素濃度とガス� ��を変化させて、30本中、何本が一発始動す� �かを検証する試験を行った。その結果を図5� ��図6に示す。なお、第2のガスの酸素濃度は� �電子科学株式会社製のWA1000S/W、昇温脱離分� �装置による昇温脱離分析によって測定して� �る。また、第2のガスの圧力は、第1のガスの 場合と同じ方法で測定した。

 結果からわかるように、第2のガスの酸素 濃度およびガス圧が低いほど、一発始動しや すい。特に、図6から明らかなように、酸素� �度の方が始動性に効いており、酸素濃度が1. 0体積%と2.0体積%とでは一発始動性に大きな差 が生じている。具体的には、酸素濃度が1.0体 積%以下のランプの方が、2.0体積%のランプよ� ��も始動性が優れていることは明らかである� ��この原因は定かでないが、酸素濃度が高い� ��、誘電体バリア放電が妨げられるためと推� ��される。したがって、第2のガスが含有する 酸素の濃度は1.0体積%以下であるのが望まし� �。また、第2のガスの圧力も低いほど一発始� ��性がよいため、ガス圧は0.3atm以下であるの� ��望ましい。一方、図5の傾向からすると、第 2のガスが含有する酸素濃度もガス圧も、0に� ��づくほどさらに効果が高まると予想される� ��め、下限は設定されないが、その時々の製� ��限界が下限値である。また、第2のガスがネ オン、アルゴン、クリプトン、キセノンや、 これらの混合ガスであっても、ほぼ同様の結 果が得られた。

 なお、本発明は、第1のガスの圧力が高い 無水銀の自動車用放電ランプにおいて、特に 有利な発明である。これは、水銀フリー、第 1のガスの圧力が高い放電ランプほど、始動� �が悪くなる傾向があるためである。具体的� �は図7(試験条件は、第1のガスとしてキセノ� �、第2のガスとして窒素を酸素濃度10体積%、0 .7atmで封入したランプを図4のパルスを投入し て点灯)に示したように、第1のガスの圧力が1 1atm以上、さらには13atm以上になると一発始動 が困難になる傾向がある。つまり、点灯回路 からランプに入力される電圧よりも、始動に 必要な電圧の方が高いランプになる可能性が 高くなるが、本発明であればこのようなラン プであっても、良好な始動性を実現できる。

 したがって、本実施の形態では、第2の空 間に、第2のガスとして含有酸素濃度が1.0体� �%以下である窒素を封入することにより、放� ��媒体として水銀を含まず、かつ、第1のガス として高圧キセノンが第1の空間15に封入され ていても、始動性に優れた自動車用放電ラン プを実現することができる。その際、第2の� �スの圧力が0.3atm以下であると、さらに良好� �始動性を実現できる。

(第2の実施の形態)
 次に、本発明の放電ランプの第2の実施形態 について説明する。図8は、本発明の放電ラ� �プの第2の実施の形態について説明するため� ��側面図、図9は、本発明の放電ランプの第2� �実施の形態について説明するための断面図� �図10は、図8の発光部の最大外径部分を通るA- A’の断面を矢印方向から見た図である。

 図8~10から明らかなように、本実施形態は 、基本的には、上記第1の実施形態の同様の� �成を採るが、図9及び10からわかるように、� �管1は外管5に対して下側にオフセットしてお り、発光部11の最大外径部分と当該部分に近� ��する外管5の内側との間隔Dは上側が最も広� �、反対に下側が最も狭くなっている。また� �その間隔D(mm)は、D≧0.55を満している点で相� ��する。なお、その他の構成要素については� ��記第1の実施形態と同様であるので、同一の 符号で示し、説明を省略する。

 但し、上記第2のガスは、上記第1の実施� �態におけるように、含有する酸素濃度が必� �しも1.0%以下である必要はなく、それを超え� ��濃度であってもよい。しかしながら、かか� ��要件を満足することによって、放電ランプ� ��始動性を向上させることができる。

 下記に本発明の放電ランプの実施例の一仕� ��を示す。
(実施例2)
 発光部11:石英ガラス製、第1の空間15の内容� ��=26mm ³ 、最大内径=2.5mm、最大外径=6.2mm、長手方向の 球体長=7.8mm、
 シール部12:幅=4.1mm、厚み=2.8mm、
 金属ハロゲン化物2:ScI ₃ 、NaI、ZnI ₂ 、InBr(=1:1.5:0.4:0.01)、合計=0.4mg、
 第1のガス:キセノン、ガス圧=13atm、
 水銀:0mg、
 金属箔31;モリブデン製、
 電極32:トリエーテッドタングステン製、直� ��=0.38mm、電極長=7.5mm、外観上の電極間距離=3. 74mm(実際の電極間距離=4.32mm)、
 コイル33:ドープタングステン製、ピッチ=200 %、
 リード線34:モリブデン製、直径=0.6mm、
 外管5:内径=7.0mm、肉厚=1.0mm、
 第2のガス:窒素、ガス圧=0.1atm、
 発光部11の最大外径部における外管5との最� ��間隔D=0.60mm、最小間隔D’
=0.20mm。

 この実施例のランプに、第1の実施形態と 同様に、図4に示したような、始動パルス電� �は23.4kV、ライズタイム(始動パルス電圧の10%~ 90%になる間での時間)は250nsecである一般的な� ��圧波形を連続出力する点灯回路を使用し、� ��動するかどうかの試験を行った。その結果� ��通常であれば18kV前後の始動電圧が必要なラ ンプであっても、15kV前後で絶縁破壊し、始� �することが確認された。また、ランプが絶� �破壊したのは、一発目のパルスを投入した� �きであった。自動車前照灯の用途では、ラ� �プに図4のような電圧波形のパルスを所定回� ��投入し、それでも点灯しなければ、安全性� ��面からランプの始動が中止されるのが一般� ��であるため、本実施例のように一発目のパ� ��スで点灯するのは、とても有義な結果であ� ��。

 次に、間隔Dと間隔D’およびライズタイ� �を変化させたときの始動NG発生率について試 験を行った。その結果を図11、結果を図示し� ��ものを図12に示す。試験本数は各50本である 。なお、始動NG発生率とは、高圧パルスの印� ��しても点灯しなかった、または20kV前後の高 い始動電圧で点灯した場合を示す。

 結果からわかるように、間隔Dが大きくな るほど、始動NG発生率が低くなる傾向がある� ��特に図12から明らかなように間隔Dが0.55mm以� ��になると、始動NG発生率がかなり低下し、� �らに間隔Dが0.60mm以上になると、ライズタイ� ��を短くしても、NGが発生することなく始動� �能であることがわかる。また、ライズタイ� �が短いほど、始動NG発生率が高くなる傾向が ある。

 このように間隔Dによって始動NG発生率が� ��化した原因は、始動直後の誘電体バリア放� ��の発生の有無が関係している。実施例のラ� ��プでは、CCDカメラで撮影した図13からわか� �ように、始動直後に隙間の広い上側で誘電� �バリア放電がほぼ確実に発生していたが、� �隔D=間隔D’=0.40mmの従来例のランプでは誘電� ��バリア放電が発生しない場合が確認された� ��めである。この傾向は、第2のガスの種類を 変えても同様である。つまり、この図のよう に、誘電体バリア放電は高圧側のシール部12� ��近から、発光部11を経由して低圧側のシー� �部12に発生するため、発光部11の最大外径部� ��と外管5との間隔Dがある程度広くないと、� �該部分を経由しにくくなると考えられる。� �上から、間隔Dは0.55mm以上、好適には0.60mm以� ��であるのが望ましい。ただし、間隔Dが大き くなると発光部11の温度が低くなり、発光効� ��が低下するため、1.5mm以下の範囲内で設計� �行うのが望まれる。

 なお、間隔Dは、発光部11の上側に限られ� ��い。例えば下側や側部であってもよい。始� ��直後の誘電体バリア放電の発生箇所は発光� ��の上側に限られないためである。したがっ� ��、要は発光部11の最大外径部分と当該部分� �近接する外管5の内側部分との間隔D(mm)のう� �、少なくとも一箇所がD≧0.55を満たしていれ ばよい。ただ、実施例のように外管5に対し� �内管1をオフセットさせて隙間Dの調整をする 場合は、寿命中の発光部上部の膨らみ、アー クの浮きによる光学特性の影響の問題を同時 に解決するために、内管1を下側にオフセッ� �させて、発光部11の上側が間隔D≧0.55mmを満� �すように構成するのが望ましい。また、第2� ��ガスの圧力が低いほど誘電体バリア放電の� ��生確率が向上するため、ガス圧は0.7atm以下� ��さらには0.3atm以下であるのが望ましい。

 なお、始動性をさらに高めるために、次� ��ような構成を組み合わせるのが望ましい。

 高圧側のシール部12部分に位置する外管5� ��内周面、外周面または内蔵するように補助� ��極を設けるのが望ましい。局所的に電界集� ��させて、高圧側と低圧側に誘電体バリア放� ��を発生させやすくするためである。特に、� ��14に示したように、高圧側の金属箔31とリー ド線34の接続部分Pから±2.0mm以内に位置する� �管5の外周面にニッケルからなる金属線10を� �きつけ、さらに金属線10の端部10Aをソケット 6内部の円筒壁と外管5の間の空間にまで引き� ��ばすことにより、従来よりも2kV以上の始動� ��圧の低減効果を得ることができる。なお、� ��属線10としては、ニッケルのほかに、アル� �ニウム、銅、鉄、銀、金などの金属を使用� �てもよい。また、金属材料の貼り付け、蒸� �などによって補助電極を形成してもよい。� �た、外管5の外側に遮光膜を形成した放電ラ� ��プの場合において、その遮光膜の材料に導� ��性を有する材料を混ぜても同様の効果を得� ��ことができる。

 また、サポートワイヤ35と外管5の外表面� ��での距離Lを短くするのが望ましい。シール 部12のガラス表面と、外管5のガラス表面の電 位差を大きくし、始動時の誘電体バリア放電 を発生させやすくするためである。発明者の 試験によれば、距離Lが4.2mmでは50%程度の確率 でしか一発始動しないが、距離Lが3.5mmではほ ぼ確実に一発始動可能であることが確認され た。したがって、距離Lは3.5mm以下とするのが 特に望ましい。

 したがって、本実施の形態では、第2の空 間51に窒素を封入するとともに、内管1を外管 5に対して下側にオフセットさせ、発光部11と 外管5との間隔を上側が最も広くし、かつそ� �間隔D(mm)が、D≧0.55を満たすように構成した� ��とにより、放電媒体として水銀を含まず、� ��1のガスとして13atm以上のキセノンを封入し� ��ような、始動性が悪い自動車用放電ランプ� ��あっても、始動直後の誘電体バリア放電の� ��生確率が高まり、始動性を改善することが� ��きる。また、内管1を外管5に対して下側に� �フセットさせたことにより、寿命中に発光� �11の上部が膨らんで外管5と接触する不具合� �および水銀フリーランプにおいて特に顕著� �なるアークの浮きによる光学特性の悪化の� �題を同時に防止することができる。

(第3の実施の形態)
 図15は、本発明の第3の実施の形態の放電ラ� ��プ装置について説明するための断面図であ� ��。図15から明らかなように、本実施形態は� �基本的には、上記第1の実施形態の同様の構� ��を採るので、この第3の実施の形態の各構成 要素について、上記第1の実施の形態の放電� �ンプと同様の構成要素については同一符号� �示し、その説明を省略する。

 本実施の形態は、放電ランプDLと始動器IG とが一体で使用される、いわゆるD3タイプの� ��電ランプ装置である。放電ランプDLは、第1� ��実施の形態の放電ランプと主要部はほぼ同� ��構造である。始動器IGは、始動時に高圧パ� �スをランプに供給するための装置であり、� �ランス、抵抗、ギャップ、コンデンサなど� �構成されている。

 ここで、始動器IGでは、始動時に20kV前後� ��数十~数百nsecのライズタイムの高圧パルス� �発生させる。このライズタイムが短い(特に2 00ns以下、さらには100ns以下)と、図12の結果か らわかるように、誘電体バリア放電が発生し にくくなり、始動NG発生率が高くなる傾向が� ��った。そのため、ライズタイムが長くなる� ��路設計を行っていた。しかし、本発明を採� ��することにより、ライズタイムが200ns以下� �あるような始動器IGと組み合わせても、問題 なく始動させることが可能となる。

 以上、本発明を上記実施形態に基づいて� ��細に説明したが、本発明は上記実施形態に� ��定されるものではなく、本発明の範疇を逸� ��しない限りにおいてあらゆる変形や変更が� ��能である。