JP2006216311A

JP2006216311A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2006216311A
Application number: JP2005026625A
Authority: JP
Inventors: Akira Ito; 亮伊藤; Makoto Deguchi; 誠出口; Tsukasa Shirakawa; 宰白川
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: JP4498940B2

Abstract

【課題】外部リード線と金属箔との溶接部分の溶断の発生を抑制する。
【解決手段】本発明のメタルハライドランプは、透光性の気密容器１の発光管部１１の内部に形成された放電空間１２に金属ハロゲン化物および希ガスを含み、水銀は本質的に含まない放電媒体が封入され、発光管部１１の両端に形成された封止部１３１、１３２には、一端に電極３１、３２、他端に外部リード線５１、５２が接続された金属箔２１、２２が封止されている。そして、外部リード線５２を封止している封止部１３２には、クラック１４が複数形成されており、そのクラック１４の軸方向の形成範囲が２．０ｍｍ以上である。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の前照灯等に使用される放電媒体として本質的に水銀を封入しないメタルハライドランプに関するものである。

従来技術として、透光性部材からなるランプ容器の封止部に埋設されたモリブデンからなる金属箔の一端に発光機構部、他端に外方に伸びるリード棒からなる箔シールランプにおいて、前記リード棒の外周に形成された隙間にはルビジウム酸化物またはセシウム酸化物からなる封着剤が充填され、封止部の外端面には空隙をふさぐように酸化ホウ素と酸化ビスマスを主成分とするガラスを封着させた箔シールランプの発明がある。

上記発明では、封止部の外端部の大気の進入口を塞ぐことにより、酸化環境に暴露されたリード線および箔を外気から遮断できるので、酸化を防止することができると記載されている。リード線等が酸化すると、箔の溶断などの原因となってしまう。

特開２００４−３１９１７７号公報

しかし、酸化物によって封止部とリード線との隙間を塞ぐ構成であると、製造工程が増加および複雑化したり、コストが増したりしてしまう。

そこで、本発明者等が様々な実験を行なった結果、外部リード線を封止している封止部の接触面に、クラックを形成することで、他の材料を使用しないでも大気の侵入を抑制できることを見出し、提案するに至った。

本発明の目的は、外部リード線と金属箔との溶接部分の溶断の発生を抑制することである。

上記目的を達成するために、本発明のメタルハライドランプは、放電空間を形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された封止部とを有する透光性の気密容器と、前記放電空間に金属ハロゲン化物および希ガスが封入され、かつ水銀は本質的に含まない放電媒体と、前記封止部の内部に封着された金属箔と、一端は前記金属箔に接続され、他端は前記放電空間内で対向配置された一対の電極と、一端は前記金属箔に接続され、他端は前記気密容器の外部に導出する外部リード線とを具備し、前記外部リード線を封止している前記封止部にはクラックが複数形成されており、前記クラックの軸方向の形成範囲が２．０ｍｍ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、外部リード線と金属箔との溶接部分の溶断の発生を抑制することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態のメタルハライドランプについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプの全体図である。

気密容器１は、例えば、耐火性で透光性の石英ガラスからなり、軸方向の形状が略楕円形の発光管部１１と、その長手方向の両端部に圧潰形成された板状の封止部１３１、１３２とからなる。発光管部１１の内部には、軸方向の形状が略円筒状で、内容積が０．１ｃｃ以下の放電空間１２が形成されており、その放電空間１２には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、および希ガスであるキセノンが封入されている。

ヨウ化ナトリウムに含有されている金属ナトリウムおよびヨウ化スカンジウムに含有されている金属スカンジウムは、主に発光金属として作用し、ヨウ化亜鉛に含まれている金属亜鉛は、主に水銀に代わるランプ電圧形成媒体として作用する。これらの発光金属と結合されるハロゲン化物としては、他のハロゲン化物よりも反応性が低いヨウ素が最も好適であるが、臭素や塩素などの他のハロゲンを使用したり、それらを組み合わせて使用したりしてもよい。また、希ガスであるキセノンは、始動直後の発光効率が高いため、主に始動ガスとして作用する。

ここで、発光管部１１に封入される放電媒体には、水銀は本質的に含まれていない。この「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないか、または１ｃｃあたり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀量が存在していても許容するという意味である。つまり、従来の水銀入りのショートアーク形ランプのように、水銀蒸気によってメタルハライドランプの電圧を所要に高くする場合、１ｃｃあたり２０〜４０ｍｇ、場合によっては５０ｍｇ以上封入しており、この水銀量と比較すれば、２ｍｇ未満の水銀量は圧倒的に少なく、本質的に水銀が含まれないと言える。

封止部１３１、１３２の内部には、例えばモリブデンからなる金属箔２１、２２が、その平面が封止部１３１、１３２の平面と平行するように封止されている。その金属箔２１、２２の一端には、例えば、タングステンからなり、先端が基端よりも大径に形成された段付きの電極３１、３２が、その基端にコイル４１、４２が巻回された状態で、抵抗溶接によって接続されている。また、電極３１、３２の先端は、放電空間１２内で所定の電極間距離を保って、互いの先端同士が対向するように配置されている。ここで、上記の「所定」とは、自動車の前照灯に使用する場合は４．２ｍｍ程度、プロジェクション用に使用する場合は２ｍｍ程度であり、ショートアーク形ランプでは５ｍｍ以下が好適である。

金属箔２１、２２の他端には、外部リード線５１、５２の一端が抵抗溶接等により接続されており、その他端は、封止部１３１、１３２の外部に延出している。ここで、点灯時に金属箔と外部リード線との溶接部が高温になりやすいメタルハライドランプの先端側の封止部１３２における外部リード線５２との接触部分のガラスには、クラック１４が軸方向の形成範囲がｄｍｍだけ形成されている。また、封止部１３２の外部方向に延出した外部リード線５２には、Ｌ字状に形成された給電端子５３の一端が、ほぼ直角になるように接続されている。そして、給電端子５３の一部には、外部リード線５２部分の電位が影響を与えないよう、例えば、セラミックからなる絶縁チューブ６が被覆されている。

これらを備えた気密容器１の外側には、例えば、石英ガラスに酸化アルミナを添付することにより形成された透光性かつ紫外線を遮断する筒状の外管７が、その長手方向に沿って気密容器１の大部分を覆うように設けられている。この外管７の長手方向の両端部には、封止部１３２とガラス溶着により接続された溶着部７１が形成されている。（他端側の溶着部は図示していない。）ここで、この外管７と気密容器１とで形成された空間は、大気雰囲気にされているが、所望により、アルゴンを封入したり、真空雰囲気にしたりすることができる。

気密容器１を内部に覆った状態の外管７は、その外周面を挟持するように形成された固定金属具８によって、ソケット９に接続されている。このソケット９の端部付近には、点灯回路からの電力を供給するための金属端子９１がその外周面に沿って形成されており、金属端子９１は外部リード線５２と給電端子５３を介して電気的に接続されている。また、図示していないが、電力を供給するための他方の端子は、ソケット９の底部部分に形成されており、この端子は外部リード線５１と電気的に接続されている。

これらで構成されたメタルハライドランプは、始動時は約７５Ｗ、安定時は約３５Ｗの電力で点灯される。

図２は、クラック形成部分付近の封止部を説明するための拡大図である。ここではクラック１４を確認しやすいように、外管７を取り外した状態で図示している。

図において、この付近の封止部１３２は、扁平矩形状のピンチ部１３２ａ、主として外管７との溶着場所となる円柱状のシュリンク部１３２ｂ、ピンチ部１３２ａとシュリンク部１３２ｂとの境界となる円錐台形状のテーパー部１３２ｃから構成されている。そして、これらの封止部１３２のうち外部リード線５２と接触しているガラス面には、複数のクラック１４１〜１４８が形成されており、これらのクラック１４１〜１４８は、外部リード線５２の軸方向の形成範囲をｄとしたとき、２．０ｍｍ以上となっている。ここで、上記の「複数のクラックの軸方向の形成範囲」とは、外部リード線５２と接触する封止部１３２の軸方向に形成されたクラックのうち、両極端に位置するクラック間の距離を示しており、図２においては、クラック１４１と１４８の距離ｄに相当する。

次に、クラック１４の形成過程を説明する。ここで、クラック１４の形成では、封止部１３２のピンチシール工程以後が重要であり、その他の工程は周知のメタルハライドランプの製造工程と大差が無いため省略する。

石英ガラスの加工可能温度である１８００℃程度まで石英ガラスを加熱し、面状のピンチャーにより加圧してピンチ部１３２ａを形成したピンチシール工程後は、封止部１３２および外部リード線５２等は高温になっているため、それら自体が平温時よりも膨張した状態となり、特に外部リード線５２については、軸方向に伸びる膨張である。

その後、それらの部分が冷え固まることにより封止部１３２が完成するが、その冷え固まる条件によって封止部１３２のクラック１４の有無またはクラック１４が形成された場合の形成範囲が変化する。詳述すると、封止部１３２の材料である石英ガラスと、外部リード線５２の材料であるモリブデンとでは、金属である外部リード線５２の方が形状の変化が起こりやすいため、封止部１３２のピンチシール工程後、膨張していた外部リード線５２が先行してその軸方向に縮む（圧縮）。この外部リード線５２の圧縮は、外部リード線５２と接触している封止部１３２の表面を引き込みながら縮むことになるため、そのガラスを引き込む強さが強いものであると、石英ガラスの耐久力を超え、クラック１４が形成されることになる。そこで、例えば、雰囲気温度を下げたり、封止部１３２に冷却ガスを吹き付けたりすることで、ピンチシール直後の封止部１３２の温度を毎秒３０℃程度の割合で下げていった場合、最終的に組み立てられたメタルハライドランプには軸方向に形成範囲が２．０ｍｍ程度のクラック１４が形成されていることが確認された。反対に、ピンチシール直後、比較的ゆっくりと封止部１３２の温度を下げていけば、クラック１４は発生しなかった。

図３は、図１のメタルハライドランプの仕様の例について説明するための拡大図である。放電空間１２の体積は２９ｃｃ、発光管部１１の内径Ａは２．６ｍｍ、外径Ｂは６．２ｍｍ、長手方向の最大長Ｃは７．８ｍｍ、電極間距離Ｄは４．４ｍｍ、電極３１、３２の先端部の直径は０．３８ｍｍ、基端部の直径は０．３０ｍｍ、外部リード線５１、５２の直径は０．４０ｍｍである。発光管部１１には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化スカンジウム−ヨウ化ナトリウム−ヨウ化亜鉛が０．６ｍｇと希ガスであるキセノンが１１ａｔｍそれぞれ封入されており、水銀は一切含まれていない。

図４は、図３のランプ仕様において、クラックの軸方向の形成範囲ｄを変化させたときの金属箔の溶断発生を説明するための図である。ここで、今回行なった試験は、日本電球工業会に定められている自動車前照灯用メタルハライドランプの寿命試験条件であるＥＵ１２０分モードの２０００時間点滅試験である。また、試験では、クラックの軸方向の形成範囲ｄが異なるランプをそれぞれ２０個製作し、図における金属箔の溶断発生評価は、それぞれ溶断発生数が×は２０個中１０〜２０個、△は２０個中３〜９個、○は２０個中１〜２個、◎は２０個中０個とした。

図４から、クラック１４の形成範囲ｄが大きくなるほど金属箔２２の溶断発生数が低減していることがわかる。ここで、クラック１４の形成範囲ｄが０ｍｍから０．５ｍｍにすると金属箔２２の溶断発生数の大きな低減効果が見られたが、それでも２０００時間経過後に多数のランプが不灯になってしまうため好適ではない。したがって、２０００時間経過しても金属箔２２の溶断発生率を１０％以下にとどめることができる２．０ｍｍ以下であるのが良い。さらに、好適には、２０００時間経過しても金属箔２２の溶断による不灯が発生しない２．５ｍｍ以上であるのが望ましい。ここで、図２においては、その範囲の途中にクラックが形成されていない部分が存在しているが、軸方向の始めから終わりまでのクラック１４の形成距離が最も関係することが確認されたため問題はない。

次に、クラック１４と金属箔２２の溶断の関係を以下のように推測する。まず、金属箔２２の溶断の原因は、点灯による温度上昇と外部からの外気の進入による外部リード線５２の酸化による体積膨張である。そこで、封止部１３２にクラック１４を形成すると、第１に、クラック１４が形成された外部リード線５２と封止部１３２の接触面には、目視で確認できないが、外部リード線５２の圧縮時のガラスの引っ張りにより形成された圧縮歪が形成されており、その圧縮歪によって密着性が向上し、外気侵入の隙間が生じにくくなると予想される。また、第２に、形成されたクラック自体が、第２の外気進入路となって金属箔２２の方向に向かう外気の量を低減していると予想される。すなわち、本発明のランプに形成されたクラック１４が、外気の進入を抑制する作用をし、金属箔２２の溶断の発生を抑制したと考えられる。

本実施の形態では、放電空間１２に本質的に水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、外部リード線５２を封止している封止部１３２にクラック１４を複数形成し、そのクラック１４の軸方向の形成範囲を２．０ｍｍ以上とすることで、外部リード線５２の酸化の原因の一つである外気の進入を抑制でき、よって金属箔２２の溶断の発生を防止することができる。

なお、実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。

本発明では、クラック１４の形成範囲ｄについて上限値を設けていない。それは、クラック１４を大きく形成すればするほど金属箔２２の溶断の発生数を低減できる効果が向上したためである。すなわち、クラック１４の形成範囲ｄを可能な限り大きく形成してもよい。また、クラック１４の形成範囲の拡大に伴って他の特性の変化、例えばクラックを意図的に形成したことによるランプの寿命特性低下やランプ特性の変化は確認されていない。

また、クラック１４は、金属箔の溶断が発生しやすいランプの先端側の封止部１３２側に限らず、ランプの基端側、すなわちソケット９側の封止部１３１に形成してもよい。

本発明のメタルハライドランプの第１の実施の形態について説明するための全体図。クラック形成部分付近の封止部を説明するための拡大図。図１のメタルハライドランプの仕様の例について説明するための拡大図。図３のランプ仕様において、クラックの軸方向の形成範囲ｄを変化させたときの金属箔の溶断発生を説明するための図。

符号の説明

１気密容器
１１発光管部
１２放電空間
１３１、１３２封止部
１４クラック
２１、２２金属箔
３１、３２電極
４１、４２コイル
５１、５２外部リード線
５３給電端子
６絶縁チューブ
７外管
８固定金属具
９ソケット

Claims

放電空間を形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された封止部とを有する透光性の気密容器と、
前記放電空間に金属ハロゲン化物および希ガスが封入され、かつ水銀は本質的に含まない放電媒体と、
前記封止部の内部に封着された金属箔と、
一端は前記金属箔に接続され、他端は前記放電空間内で対向配置された一対の電極と、
一端は前記金属箔に接続され、他端は前記気密容器の外部に導出する外部リード線とを具備し、
前記外部リード線を封止している前記封止部にはクラックが複数形成されており、前記クラックの軸方向の形成範囲が２．０ｍｍ以上であることを特徴とするメタルハライドランプ。