KR20020007193A

KR20020007193A - 무수은 메탈할라이드램프

Info

Publication number: KR20020007193A
Application number: KR1020010042255A
Authority: KR
Inventors: 가네코유리코; 다카하시기요시; 기류히데아키; 요시다마사토
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2002-01-26
Also published as: EP1172840A2; US20020027421A1; CN1333547A

Abstract

본 발명은 아크 폭이 좁은 유전극형의 무수은 메탈할라이드램프를 제공하기 위한 것이다.

대향하는 한 쌍의 전극(3, 3)을 관내에 갖는 발광관(1)을 구비하고, 발광관(1) 내에는 희가스와, 세륨 할로겐화물(7)이 포함되며, 또 수은을 함유하지 않는 무수은 메탈할라이드램프이다.

Description

무수은 메탈할라이드램프{MERCURY-FREE METAL HALIDE LAMP}

본 발명은 무수은 메탈할라이드램프에 관한 것이다. 특히 반사거울 등과 조합시켜 사용되는 점광원용 램프에 관한다.

일반조명 및 자동차 전조등 등의 램프로서, 발광관 내에 금속 할로겐화물을 봉입시킨 메탈할라이드램프가 보급되고 있다. 종래의 메탈할라이드램프에는 발광관 내에 전극이 있는 램프(이하 '유전극형 램프'로 칭함)와, 발광관 내에 전극이 없는 램프(이하 '무전극형 램프'로 칭함)가 있다.

종래의 유전극형 메탈할라이드램프의 구체적인 예로서, 예를 들어 일특개소 57-92747호 공보에 개시된 것이 있다. 동 공보에 개시된 유전극형 램프는 발광관 내에 희가스와, 수은과 할로겐화 나트륨과, 예를 들어 세륨 할로겐화물을 갖는다. 이로써 높은 발광효율과 백색의 광 특성이 실현될 수 있음을, 일특개소 57-92747호공보에서 서술하고 있다.

또 종래의 무전극형 메탈할라이드램프의 구체적인 예로서는, 예를 들어 일특개평 1-132039호 공보에 개시된 것이 있다. 동 공보에 개시된 무전극형 램프는 발광관 내에 나트륨 할로겐화물 및 세륨 할로겐화물과 크세논을 갖는다. 이로써 백색의 램프 발광이 실현될 수 있음을, 일특개평 1-132039호 공보에서 서술하고 있다.

그러나, 종래의 램프에는 아크 폭이 커져버린다는 과제가 있음을 알았다. 아크 폭이 크면, 규격에 맞지 않는 메탈할라이드램프가 되어버리는 경우가 있다. 예를 들어 자동차 전조등용의 메탈할라이드램프에 있어서, 아크 폭에 대하여 규격이 정해져 있으며, 그 때문에 규격에서 정해진 범위의 아크 폭으로 할 필요가 있다.

사단법인 일본전구공업회에서는 일본 전구공업회 규격??자동차 전조등용 HID광원(JEL215)을 정하여, 아크의 중앙단면(전극간 중앙위치)의 상대휘도분포를 측정했을 때 최대값 20% 휘도값의 폭을 아크 폭으로 규정한 상태에서, 아크 폭이 1.10㎜±0.40㎜ 이내로만 하게 되어있다. 이 규격은 램프를 등 기구에 조립시켰을 때, 배광제어를 하기 위한 것이다.

일특개소 57-92747호 공보에 의하면 희가스와 수은과 나트륨(Na)의 할로겐화물과, 세륨(Ce) 할로겐화물을 갖는 유전극형 램프는 안정되게 퍼진 방전아크를 실현할 수 있음을 서술하고 있다. 그래서 본원 발명자는 일특개소 57-92747호 공보에 준한 램프를 제작하였다. 제작한 램프는 내용적0.025㏄의 발광관 내에 수은 0.65㎎, 할로겐화 나트륨 0.16㎎, 할로겐화 세륨 0.2㎎을 봉입한 것이다. 이 램프를 35W의 소비전력으로 점등시켰을 때 아크 폭은 1.8㎜였다. 이것으로는 규격을 크게 벗어나 버린다. 즉 세륨 할로겐화물과 수은을 포함하는 유전극형 메탈할라이드램프는 아크 폭이 커져버린다는 과제를 갖는다.

또 일특개평 1-132039호 공보에 개시된 무전극형 램프에는 발광관 전체로 아크가 퍼진다는 과제가 있다. 이는 무전극형 램프의 특징이라고도 할 수 있는 점으로서, 발광관의 크기가 그대로 아크 크기로 된다. 발광관을 작게 하기 위한 시도는 활발하지만 램프 파손 등의 과제 때문에 발광관의 소형화는 어려우며, 아직까지 충분하지 못한 것이 현 실정이다. 예를 들어 일특개평 1-132039호 공보에 개시된 발광관보다 작은 발광관에 대하여, 일특개평 1-132039호 공보에 개시된 것과 같은 에너지를 투입하면 발광관 온도가 과도하게 상승하고, 그 결과 점등 후 수 시간만에 파열됨을 본원 발명자의 실험에 의하여 확인되었다. 따라서 무전극형 메탈할라이드램프에서는 반사거울 등과의 조립을 위해 보다 점광원에 가까운 광원을 바랄 경우, 그 사용이 어렵다는 과제가 발생한다.

작금, 환경문제가 중시되어 폐기 시 지구환경에의 배려에서 수은을 함유하지 않는 메탈할라이드램프가 요구되고 있다. 상술한 일특개평 1-132039호 공보에 개시된 무전극형 램프는 무수은 메탈할라이드램프지만, 상술한 바와 같이 무전극형이기 때문에 점광원의 광원을 실현하는 것은 매우 어렵다.

본 발명은 이러한 여러 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은 아크 폭이 좁은 무수은 메탈할라이드램프를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 실시예에 관한 수은을 포함하지 않는 유전극형 메탈할라이드램프의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.

도 2는 아크 폭과 휘도측정장치의 구성의 모식도.

도 3은 아크의 휘도분석을 나타내는 그래프.

도 4는 램프의 아크 폭과 최고 휘도값의 관계를 나타내는 그래프.

도 5는 램프의 효율과 전압 관계를 나타내는 그래프.

도 6은 스칸듐 할로겐화물과 나트륨 할로겐화물의 봉입 총량과 광속의 관계를 나타내는 그래프.

도 7은 세륨 할로겐화물 봉입량과 램프전압의 관계를 나타내는 그래프.

도 8은 아연 할로겐화물 봉입량과 램프전압의 관계를 나타내는 그래프.

도 9는 알루미늄 할로겐화물 봉입량과 램프전압의 관계를 나타내는 그래프.

도 10은 안티몬 할로겐화물 봉입량과 램프전압의 관계를 나타내는 그래프.

도 11은 인듐의 브롬화 봉입량과 램프전압의 관계를 나타내는 그래프.

도 12는 본 실시예의 무수은 메탈할라이드램프에 자계인가수단(8)을 구비한 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 발광관 2 : 봉함부

3 : 전극 4 : 몰리브덴박

5 : 리드선 7 : 할로겐화물

8 : 자계인가수단(영구자석) 9 : 자계

20 : 램프 21 : 안정기와 전원

22 : 필터 23 : CCD 카메라

24 : 모니터

본 발명에 의한 무수은 메탈할라이드램프는, 대향하는 한 쌍의 전극을 관내에 갖는 발광관을 구비하고, 상기 발광관 내에는 희가스와, 세륨 할로겐화물이 포함되며, 또 수은을 함유하지 않는다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발광관 내에는 스칸듐 할로겐화물과, 나트륨 할로겐화물 중 적어도 어느 한쪽이 추가로 포함된다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발광관 내에 봉입되는 할로겐화물의 총 봉입량은, 상기 발광관 내 용적 1㏄당 값으로 30㎎/㏄ 이하이다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 무수은 메탈할라이드램프의 정격전력은 25W 이상 55W 이하로 설정된다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 희가스는 적어도 Xe(크세논)을 함유하며, 또 상기 희가스의 봉입압력은, 실온에서 0.1㎫ 이상 2.5㎫ 이하이다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발광관에 자계를 인가시키는 수단이 추가로 구비된다.

상기 무수은 메탈할라이드램프는 점광원용 램프인 것이 적합하다.

본 발명에 의한 다른 무수은 메탈할라이드램프는, 대향하는 한 쌍의 전극을 관내에 갖는 발광관을 구비하고, 상기 발광관 내에는, 희가스와, 세륨 할로겐화물, 아연 할로겐화물, 알루미늄 할로겐화물, 안티몬 할로겐화물, 및 브롬화 인듐으로 이루어지는 군에서 적어도 1 개 선택된 것이 포함되며, 또 수은을 함유하지 않는다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.

(실시예)

본원 발명자는 유전극형 무수은 메탈할라이드램프에 있어서, 아크 폭이 좁은 것을 개발하기 위하여 신중하게 연구한 결과 그와 같은 무수은 메탈할라이드램프를 완성시키는 것에 성공하였다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 실시예를 설명하기로 한다. 이하의 도면에서는 설명의 간결화를 위하여 실질적으로 동일한 기능을 갖는 구성요소를 동일한 참조부호로 나타낸다. 또 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 의한 실시예에 관한 무수은 메탈할라이드램프에 대하여 설명하기로 한다. 도 1은 본 실시예의 무수은 메탈할라이드램프 단면구성을 모식적으로 나타낸다.

본 실시예의 램프는 대향하는 한 쌍의 전극(3, 3)을 관내에 갖는 발광관(1)을 구비한다. 발광관(1)으로부터는, 발광관(1)을 기밀하게 하기 위한 한 쌍의 봉함부(2)가 연장되며, 전극(3)은 봉함부(2) 내의 금속박(4)을 거쳐 몰리브덴으로 이루어지는 리드선과 접속된다. 바꾸어 말하면 전극(3)은 봉함부(2)에 의하여 봉함된 몰리브덴박(4)의 한 끝과 전기적으로 접속되며, 몰리브덴박(4)의 다른 끝과 접속된 리드선(5)과 전기적으로 접속된다.

전극(3)은 텅스텐으로 구성된 텅스텐 전극(전극봉 직경은 약 0.25㎜)이며,전극(3) 선단은 그 선단간 거리(즉 전극간 거리)가 약 3.7㎜로 되도록 발광관(1) 내에 배치된다. 발광관(1)은 석영유리로 구성되며, 발광관(1)의 내용적은 약 0.025㏄이다. 발광관(1) 내부에는 약 0.2㎎의 요오드화 세륨(CeI₃)과, 약 0.19㎎의 요오드화 스칸듐(ScI₃)과, 약 0.16㎎의 요오드화 나트륨(NaI)으로 구성된 할로겐화물(7) 및 도시되지는 않았지만, 실온에서 약 1.4㎫의 크세논가스(Xe)가 봉입된다. 단 발광관(1) 내에 수은은 봉입되지 않는다.

이 램프는 전극간을 연결하는 직선이 거의 수평으로 되도록 점등된다. 즉 수평점등 된다. 여기서 수직점등해도 되고, 경사지게 점등해도 된다. 본 실시예에서 그 점등전력은 35W이다. 종래의 유전극형 메탈할라이드램프와 본 실시예의 메탈할라이드램프의 커다란 구성차이를 들자면, 본 실시예의 메탈할라이드램프는 수은을 함유하지 않는 점이다.

본 실시예의 유전극형 무수은 메탈할라이드램프는, 놀랍게도 할로겐화 세륨을 봉입한 램프임에도 불구하고, 아크 폭이 좁고 고 휘도를 나타낸다. 여기서 도 2를 참조하면서 아크 폭 및 아크 휘도의 측정방법을 설명한다.

도 2는 아크 폭, 아크 휘도를 측정하기 위한 측정장치의 구성을 모식적으로 나타낸다. 측정용 램프(20)는, 그 램프를 점등하기 위한 안정기 및 전원(21)에 전기적으로 접속된다. 램프(20)의 발광관 근방에 구성된 필터(22)를 통하여, CCD카메라(23)가 램프(20)의 아크를 촬영하고, CCD카메라(23)에 의하여 촬상된 화상은 모니터(24)에 비쳐진다.

아크 폭은 자동차 전조등용 HID광원의 일본전구공업회 규격(JEL215)에 따라 측정한다. 일본전구공업회 규격(JEL215)으로 정의된 아크 폭이란, 아크 중앙단면(전극간 중앙위치)에서 아크의 상대휘도분포를 측정했을 때 최대값의 20% 휘도값의 폭이다.

도 3은 아크 휘도분포의 일례를 나타낸다. 도 3 중의 세로축은 아크의 최고휘도에 대한 비율을 나타내며, 가로축은 아크 위치를 나타낸다. 일반적으로 아크 휘도는 아크 중앙단면(전극간 중앙위치) 위치가 최고휘도가 되며, 아크 중앙단면(전극간 중앙위치) 위치를 중심으로 거의 대칭이 된다.

이상 설명한 수법에 의하여 본 실시예의 램프에 대하여 최고휘도값 및 아크 폭을 측정한다.

하기 표 1에 본원 발명자가 측정한 각 램프 봉입물의 일람을 나타낸다.

램프 1은 본 실시예의 무수은 메탈할라이드램프이며, 램프 2는 이 램프에 수은을 0.65㎎ 첨가한 종래의 램프(비교예)이다. 램프 3~7은 수은이 봉입되지 않은 본 실시예의 무수은 메탈할라이드램프이다.

램프 3~5는 ScI₃0.03㎎, NaI 0.02㎎을 봉입한 상태에서 각각 아연 요오드화물(ZnI₂)을 0.1㎎ 첨가한 것(램프 3), 알루미늄 요오드화물(AlI₃)을 0.1㎎ 첨가한 것(램프 4), 그리고 안티몬 요오드화물(SbI₃)을 0.1㎎ 첨가한 것(램프 5)이다. 램프 6은 램프 1의 CeI₃대신에 브롬화 인듐(InBr)을 0.2㎎ 봉입한 것이다. 그리고 램프 7은 램프 1에 InBr을 0.2㎎ 첨가한 것이다.

본원 발명자는 램프 1~7에 대하여 실험을 실시하여 아크 폭 및 휘도특성을 조사하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4 중의 세로축은 램프의 최고휘도를 나타내며, 램프 2(비교예)의 최고 휘도값을 1로 했을 때의 상대값으로 나타낸다. 도 4 중의 가로축은 아크 폭(㎜)을 나타낸다. 휘도값이 높고 아크 폭이 좁은 램프가 보다 점광원에 가까우며, 또 반사거울 등과 조립시켜 사용할 경우에 집광효율이 향상되는 우수한 특성을 갖는 램프이다.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이 램프 1과 램프 3~7은 램프 2(비교예)에 비해 아크 폭이 좁아졌다. 즉 세륨 할로겐화물이나 아연 할로겐화물, 알루미늄 할로겐화물, 안티몬 할로겐화물, 브롬화 인듐을, 수은을 함유하지 않는 램프에 봉입함으로써, 아크 폭을 좁게 한다는 효과가 있음을 본원 발명자가 발견하였다. 도 4에 도시한 바와 같이, 램프 5, 4, 7의 아크 폭은 1.2㎜이며, 램프 3, 6의 아크 폭은1.1㎜이고 또 램프 1의 아크 폭은 1.0㎜이다.

또 램프 1 및 7은, 램프 2(비교예)에 비하여 휘도도 향상되었다. 즉 램프 2(비교예)와 비교하여, 램프 1은 1.5배의 휘도, 램프 7은 1.2배의 휘도이다. 램프 1과 램프 7의 공통점은, 모두 세륨 할로겐화물을 포함하고 있는 것이다. 따라서 세륨 할로겐화물을, 수은을 포함하지 않는 유전극형 램프에 봉입함으로써, 아크 폭이 좁고 고 휘도의 램프를 실현할 수 있다.

또 램프 1, 램프 3~7, 그리고 ScI₃을 0.19㎎, NaI을 0.16㎎만을 봉입한 램프 8에 대하여, 램프전압 및 방사광 효율을 측정한다. 이해를 쉽게 할 수 있도록 램프 8은, 램프 1로부터 CeI₃만을 제외시킨 램프이다.

측정결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 램프 1이 가장 높은 효율을 나타낸다. 즉 할로겐화 세륨을 봉입한 램프 1은 116㏐/W로 매우 높은 효율을 갖고 있음을 알 수 있다. 따라서 고 효율의 램프를 실현시킬 경우, 램프 1의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 램프전압에 대하여 서술하자면, 램프 8이 램프전압 28V인 것에 반해, 램프1, 3~7에서는 그보다 램프전압이 상승됨을 알 수 있다. 즉 세륨 할로겐화물이나 아연 할로겐화물, 알루미늄 할로겐화물, 안티몬 할로겐화물, 브롬화 인듐을 봉입하는 것은, 램프전압을 상승시킨다는 효과가 있다. 램프전압을 크게 할 수 있다면 램프전류를 감소시킬 수 있으므로, 전극 소모의 억제가 가능해진다. 또 램프전압을 높일 수 있다면 적은 전류로 점등이 가능해져, 점등회로(안정기)를 소형화 할 수 있다는 효과도 얻을 수 있다.

여기서 무수은 유전극형 램프에 세륨 할로겐화물을 봉입함으로써 아크 폭이 좁아지고 또 고 휘도로 된다는 본원 발명자가 발견한 효과는, 램프전력이나 전극간 거리, 발광관(1)의 내용적, 스칸듐 요오드화물이나 나트륨 요오드화물의 양, 또는 세륨 이외의 봉입물인 할로겐화물의 종류나 양 등, 다른 구성요소에 관계없이 얻을 수 있으므로 이들 조건에 본 발명은 한정되지 않는다. 또 아크 폭을 좁게 하는 효과를 얻고자 한다면, 세륨 할로겐화물을 봉입한 무수은 메탈할라이드램프에 한정되지 않고, 아연 할로겐화물이나 알루미늄 할로겐화물, 안티몬 할로겐화물, 브롬화 인듐을 봉입한 무수은 메탈할라이드램프도 적용 가능하다. 단 종래의 램프에는 없는, 아크 폭이 좁은 고 휘도이며 고 효율의 램프를 실현하는 데는, 본 실시예의 램프 1과 같은 구성으로 하는 것이 바람직하다.

할로겐화물의 봉입총량을 늘림으로써 램프전압의 상승효과를 얻을 수 있는 등, 할로겐화물의 봉입총량 증가는 램프에 있어서 좋은 특성을 갖게 하는 경향이 있다. 그러나 단위발광관 내용적당 값으로 30㎎/㏄를 초과하는 양의 할로겐화물을 봉입하면, 램프 점등 중에도 증발하지 않은 봉입물이, 발광관 내벽을 따라 발광관 중앙부까지 부상하는 현상이 발생할 수 있다. 이 현상이 일어나면, 내벽을 타고 부상한 봉입물의 그림자에 아크가 가려지게 돼버려, 양호한 특성을 발휘할 수 없게 된다. 따라서 할로겐화물의 봉입량은 단위발광관 내용적당 30㎎/㏄ 이하로 하는 것이 적합하다.

본 실시예의 램프 1에서는 세륨 할로겐화물 이외에 스칸듐 요오드화물과 나트륨 요오드화물을 봉입한다. 이들 할로겐화물을 봉입하는 주된 이유는 램프의 광속향상을 위한 것이다.

스칸듐 요오드화물 및 나트륨 요오드화물의 봉입총량은 2㎎/㏄ 이상 15㎎/㏄ 이하인 것이 바람직하다. 스칸듐 요오드화물 및 나트륨 요오드화물은 램프를 장시간 점등시켜두면 유리와 반응하거나, 전극뿌리 쪽으로 스며드는 등, 그 결과 발광할 수 있는 요오드화물 양이 감소된다. 때문에 2㎎/㏄ 이상은 봉입해두는 것이 바람직하다.

도 6은 요오드화 스칸듐 및 요오드화 나트륨의 봉입총량과 램프 광속의 관계를 나타내는 것이다. 도 6 중의 가로축은 요오드화 스칸듐과 요오드화 나트륨의 봉입총량(Sc+Na 총량)을 나타내며, 세로축은 램프 광속(㏐)을 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이 스칸듐 요오드화물 및 나트륨 요오드화물의 총량이 지나치게 많아지면, 발광의 흡수 등이 일어나 광속이 떨어진다. 그래서 스칸듐 요오드화물 및 나트륨 요오드화물은 소정 양 이하로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 약 15㎎/㏄ 이하로 하면 약 2700㏐의 광속을 확보할 수 있다. 자동차 전조등용 HID광원의 일보전구공업회 규격에서 램프의 광속은 2700㏐ 이상이 필요하므로, 자동차 전조등이라는 사용범위에 있어서 스칸듐 요오드화물 및 나트륨 요오드화물의 총량은 15㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다.

그리고 광속이 2800㏐ 이상일 때는 13㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또 광속이 2600㏐ 이상일 때는 16㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 광속이 2400㏐ 이상일 때는 19㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또 세륨 할로겐화물 봉입량은 0.8㎎/㏄ 이상 15㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유를 도 7을 참조하면서 설명하기로 한다. 도 7의 가로축은 세륨 할로겐화물의 단위발광관 내용적당 봉입량(㎎/㏄)을 나타내며, 세로축은 램프전압(V)을 나타낸다.

도 7에 나타내는 바와 같이 세륨 할로겐화물을 봉입할수록 램프전압은 상승한다. 램프전압이 30V보다 낮아지면 램프전류가 증대하고, 즉 전극으로의 부담이 증대하므로 실용적이지 못하다. 그래서 30V 이상의 램프전압을 얻기 위해서는 세륨 할로겐화물의 단위발광관 내용적당 봉입량을 0.8㎎/㏄ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또 세륨 할로겐화물의 봉입량을 늘리면 광속의 상승이 얻어지는 등, 램프특성에 있어서 좋은 경향이 있으므로, 세륨 할로겐화물의 봉입량은 비교적 많은 편이 좋다. 단, 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이상의 세륨 할로겐화물을 봉입하면, 램프점등 중에도 증발하지 않은 봉입물이, 발광관 내벽을 타고 발광관 중앙부로까지 올라가는 현상이 생길 수 있다. 그 현상이 생기면 봉입물 그림자에 아크가 가려지게 돼버리므로 원하는 특성을 발휘할 수 없을 가능성이 생긴다. 따라서 세륨 할로겐화물의 봉입량은 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로 본 실시예의 램프 3~6에 봉입되는 다른 할로겐화물의 봉입량에 대하여 설명하기로 한다.

우선 램프 3에 대하여 설명한다. 램프 3에 대하여 아연 할로겐화물 봉입량은 0.2㎎/㏄ 이상 15㎎/㏄ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유를 도 8을 참조하면서 설명하기로 한다. 도 8의 가로축은 아연 할로겐화물의 단위발광관 내용적당 봉입량(㎎/㏄)을 나타내며, 세로축은 램프전압(V)을 나타낸다.

도 8에 나타낸 바와 같이 램프전압을 30V 이상으로 하기 위해서는, 아연 할로겐화물의 단위발광관 내용적당 봉입량을 0.2㎎/㏄ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이상 봉입하면, 램프점등 중에도 증발하지 않은 봉입물이, 발광관 내벽을 타고 발광관 중앙부로까지 올라가는 현상이 생길 수 있다. 그 현상이 생기면 봉입물 그림자에 아크가 가려지게 돼버리므로 원하는 특성을 발휘할 수 없을 가능성이 생긴다. 따라서 아연 할로겐화물의 봉입량은 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로 램프 4에 대하여 설명한다. 램프 4에 대하여 알루미늄 할로겐화물 봉입량은 0.5㎎/㏄ 이상 15㎎/㏄ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유를 도 9를 참조하면서 설명하기로 한다. 도 9의 가로축은 알루미늄 할로겐화물의 단위발광관 내용적당 봉입량(㎎/㏄)을 나타내며, 세로축은 램프전압(V)을 나타낸다.

도 9에 나타낸 바와 같이 램프전압을 30V 이상으로 하기 위해서는, 알루미늄 할로겐화물의 봉입량은 0.5㎎/㏄ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이상 봉입하면, 램프점등 중에도 증발하지 않은 봉입물이, 발광관 내벽을 타고 발광관 중앙부로까지 올라가는 현상이 생길 수 있다. 그 현상이 생기면 봉입물 그림자에 아크가 가려지게 돼버리므로 원하는 특성을 발휘할 수 없을 가능성이 생긴다. 따라서 알루미늄 할로겐화물의 봉입량은 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음, 램프 5에 대하여 설명한다. 램프 5에 대하여 안티몬 할로겐화물 봉입량은 1.1㎎/㏄ 이상 15㎎/㏄ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유를 도 10을 참조하면서 설명하기로 한다. 도 10의 가로축은 안티몬 할로겐화물의 단위발광관 내용적당 봉입량(㎎/㏄)을 나타내며, 세로축은 램프전압(V)을 나타낸다.

도 10에 나타낸 바와 같이 램프전압을 30V 이상으로 하기 위해서는, 안티몬 할로겐화물의 봉입량은 1.1㎎/㏄ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이상 봉입하면, 램프점등 중에도 증발하지 않은 봉입물이, 발광관 내면을 타고 발광관 중앙부로까지 올라가는 현상이 생길 수 있다. 그 현상이 생기면 봉입물 그림자에 아크가 가려지게 돼버리므로 원하는 특성을 발휘할 수 없을 가능성이 생긴다. 따라서 안티몬 할로겐화물의 봉입량은 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로 램프 6에 대하여 설명한다. 램프 6에 대하여 브롬화 인듐 할로겐화물 봉입량은 0.1㎎/㏄ 이상 15㎎/㏄ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유를 도 11을 참조하면서 설명하기로 한다. 도 11의 가로축은 브롬화 인듐 할로겐화물의 단위발광관 내용적당 봉입량(㎎/㏄)을 나타내며, 세로축은 램프전압(V)을 나타낸다.

도 11에 나타낸 바와 같이 램프전압을 30V 이상으로 하기 위해서는, 브롬화 인듐 할로겐화물의 봉입량은 0.1㎎/㏄ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이상 봉입하면, 램프점등 중에도 증발하지 않은 봉입물이, 발광관 내면을 타고 발광관 중앙부로까지 올라가는 현상이 생길 수 있다. 그 현상이 생기면 봉입물 그림자에 아크가 가려지게 돼버리므로 원하는 특성을 발휘할 수 없을 가능성이 생긴다. 따라서 브롬화 인듐 할로겐화물의 봉입량은 단위발광관 내용적당 15㎎/㏄ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상술한 본 실시예의 구성에서, 약 25W 이상의 램프전력으로 점등동작시킬 경우, 충분하게 점등 유지할 수 있는 안정된 아크를 얻을 수 있다. 또 더욱 큰 램프전력으로 점등할수록, 많은 광속을 얻을 수 있다. 단 자동차 전조등이라는 사용범위에서는, 실제로 본 실시예의 램프 소비전력 상한은 대략 55W로 하면 된다. 왜냐하면 현재 사용되고 있는 자동자 전조등용 할로겐전구의 소비전력은 55W이며, 그 55W를 초과하는 범위에서의 점등은 비경제적으로 그리 바람직하지 않기 때문이다. 비경제적이라도 그 사용을 원할 경우에는 55W를 초과하는 상한의 전력으로 해도 된다.

여기서 크세논가스의 봉입압력에 대하여 설명한다. 실용에 즈음한 램프로 하기 위해서, 본 실시예에 관한 수은을 포함하지 않는 유전극형 메탈할라이드램프에서 크세논가스의 봉입압력 상한은 약 2.5㎫(실온환산 값)로 설정하는 것이 바람직하다. 약 2.5㎫ 이상 봉입한 경우 본 실시예의 램프구성에서는, 점등동작 중 전극(3)과 몰리브덴박(4)의 접속부 부근으로부터, 발광관(1) 내부의 기밀성이 누출될 가능성이 높아져 바람직하지 못하기 때문이다. 보다 바람직한 크세논가스 봉입압력의 상한은 약 2.0㎫ 정도가 적당하다. 단 단시간의 시동이 요구되는 자동차 전조등용 광원으로서 본 실시예의 램프를 사용할 경우, 그 하한은 0.1㎫ 정도가 더욱 바람직하다.

또 본 실시예의 램프는 아크 폭이 좁기 때문에 발광관 온도분포에 의해 발생하는 가스 대류의 힘을 받기 쉽게 된다. 때문에 아크의 만곡현상이 보인다. 그래서 도 12에 나타낸 바와 같이 램프전극(3) 사이를 맺는 직선에 대하여 수직 성분을 갖는 자계(9)를 인가시키는 수단(예를 들어 영구자석)(8)을 본 실시예의 램프 근방에 구성시켜도 된다. 그와 같은 자계(9)를 인가하면 아크 만곡을 억제할 수 있다. 무수은 메탈할라이드램프에 대하여 아크 만곡을 자계(9) 인가로 억제할 수 있는 원리는 현 시점에 있어서 확실하지만은 않으나, 그 아크 만곡을 억제할 수 있는 파라미터에 대하여 일특원 2000-388000호 명세서(대응 미국특허출원 제 09/739974호 명세서, 출원인; 마츠시타 전기산업 주식회사)에 개시되어 있다. 또 그 파라미터가 하기의 관계식 (1) 및 (2)의 관계를 만족시키면, 아크 만곡을 억제함과 동시에 아크의 떨림도 억제할 수 있음도 찾아내, 일특원 2001-155385호 명세서(출원인; 마츠시타 전기산업 주식회사)에 상술되어 있다. 여기서 이들 명세서를 본원 명세서의 참고를 위하여 원용한다.

무수은 메탈할라이드램프에 대하여 아크 만곡 억제 및 아크 떨림 억제의 관계를 나타내는 관계식 1 또는 관계식 2는 다음과 같다.

(관계식 1)

0＜(100BW/f)-P₀d＜100

(관계식 2)

0＜(10BW/f)-Pd＜10

여기서 B(mT)는, 한 쌍의 전극(3, 3) 선단을 맺는 직선이 거의 수평으로 되도록 수평 점등시킬 때의 전극 선단간 중심에 인가되는 자계(9)이며, d(㎜)는 한쌍의 전극(3, 3) 선단간 거리이고, P₀(㎫)는 정상 점등시의 발광관(1) 관내압력이며, W(W)는 정상 점등시에 소비되는 전력이고, 또 f(㎐)는 정상 점등시의 안정 주파수이다. 여기서 관계식 2 중의 P(㎫)는 20℃에서 희가스의 봉입압력이다.

관계식 1 및 2 중의 각 항의 의미를 간단히 설명하자면, 관계식 1 중의 (100BW/f) 항 및 식 2 중의 (10BW/f) 항은, 자계(9)에 기인하여 발생하는 아크를 아래 방향으로 움직이는 힘의 항인 한편, 식 1 중의 P₀d 항 및 식 2 중의 Pd 항은 발광관 내의 가스 대류에 기인하여 아크를 위 방향으로 움직이는 힘(부력)의 항이다.

여기서 동작압력(P₀)보다 희가스의 봉입압력을 P쪽이 측정하기 쉬운 점과, 동작압력(P₀)이 아니라 희가스의 봉입압력(P)으로 측정해도 특별한 문제가 없는 점에서, 식 2를 이용하는 쪽이 램프 설계상으로 이점이 크다. 식 2에 있어서 보다 적합한 조건을 제시하자면, 다음과 같다. P는 0.1(㎫)＜P＜2.5(㎫)인 것이 바람직하다. 또 P??d는 P??d＜8(더 바람직하게는 Pd≤4.6)인 것이 바람직하다. 또 f는 40(㎐)＜f인 것이 바람직하다. B는 B＜500(mT)인 것이 바람직하다. 그리고 d는 2＜d(㎜)인 것이 바람직하다.

발광관(1) 내경이 예를 들어 5㎜ 이하와 같은 작은 램프에 있어서는, 특히 아크 만곡이 램프의 수명특성 등에 크게 영향을 미친다. 즉 아크 만곡이 발광관(1) 상부의 온도상승을 초래하여 발광관 재료인 석영유리의 유백화 현상 등의 불량을 발생시키고, 그 결과 램프수명을 단축시키는 일이 있다. 그래서자계(9)의 힘으로 아크 만곡을 억제하는 것은, 램프의 수명특성 등 품질향상에 유효한 수단으로 생각된다. 또 아크 떨림은 깜빡임의 원인이 되어 바람직하지 않으므로, 아크 떨림의 억제는 램프특성의 향상으로 이어진다.

아크 만곡을 억제하기 위하여 필요한 자계(9)는 램프의 설계에 따라 바뀌므로, 각각의 램프에 맞는 자계(9)를 인가하는 것이 바람직하다. 단 상기 관계식 1 및 2의 관계를 만족시키도록 각 파라미터를 규정하면, 시행착오 없이 용이하게, 아크 만곡 및 아크 흔들림을 억제시킨 램프를 설계할 수 있으므로 이점이 크다. 그 자계의 인가수단(8)으로서는, 간편하게 자계를 인가할 수 있다는 점에서, 영구자석(예를 들어 페라이트 영구자석)이 바람직하다. 또 자계 인가수단(8)은 전기자석이라도 된다.

여기서 자계 인가수단(8)은 아크 만곡 및 아크 떨림의 억제를 위하여 사용하는 것으로서, 무수은 유전극형 램프에 세륨 할로겐화물을 봉입함으로써 아크 폭이 좁아지고 또 고휘도로 된다는 본 실시예의 효과는 자계 인가수단(8)에 상관없이도 얻을 수 있는 것이다. 또 세륨 할로겐화물, 아연 할로겐화물이나, 알루미늄 할로겐화물, 안티몬 할로겐화물, 브롬화 인듐을 봉입함으로써 아크 폭을 좁게 할 수 있다는 효과도 마찬가지로 자계 인가수단(8)과 상관없이 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면 대향하는 한 쌍의 전극을 관내에 갖는 발광관 내에, 희가스와 세륨 할로겐화물이 포함되므로, 아크 폭이 좁은 무수은 메탈할라이드램프를 제공할 수 있다.

Claims

대향하는 한 쌍의 전극을 관내에 갖는 발광관을 구비하고,

상기 발광관 내에는 희가스와, 세륨 할로겐화물이 포함되며, 또 수은을 함유하지 않는 무수은 메탈할라이드램프.
제 1 항에 있어서,

상기 발광관 내에는 스칸듐 할로겐화물과, 나트륨 할로겐화물 중 적어도 어느 한쪽이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 무수은 메탈할라이드램프.
제 2 항에 있어서,

상기 발광관 내에 봉입되는 할로겐화물의 총 봉입량이, 상기 발광관 내용적 1㏄당 값으로 30㎎/㏄ 이하인 것을 특징으로 하는 무수은 메탈할라이드램프.
제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,

상기 무수은 메탈할라이드램프의 정격전력이 25W 이상 55W 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 무수은 메탈할라이드램프.
제 1 항에 있어서,

상기 희가스는 적어도 Xe(크세논)을 함유하며, 또 상기 희가스의 봉입압력은, 실온에서 0.1㎫ 이상 2.5㎫ 이하인 것을 특징으로 하는 무수은 메탈할라이드램프.
제 1 항에 있어서,

상기 발광관에 자계를 인가시키는 수단이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 무수은 메탈할라이드램프.
제 1 항에 있어서,

상기 무수은 메탈할라이드램프는 점광원용 램프인 것을 특징으로 하는 무수은 메탈할라이드램프.
대향하는 한 쌍의 전극을 관내에 갖는 발광관을 구비하고,

상기 발광관 내에는,

희가스와,

세륨 할로겐화물, 아연 할로겐화물, 알루미늄 할로겐화물, 안티몬 할로겐화물, 및 브롬화 인듐으로 이루어지는 군에서 적어도 1 개 선택된 것이 포함되며, 또 수은을 포함하지 않는 무수은 메탈할라이드램프.