JP2007087683A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 封止部で発生するクラックリークを抑制する。
【解決手段】
本発明のメタルハライドランプは、放電空間１２を形成する発光管部１１、該発光管部１１の両端に形成された一対の封止部１２１、１２２とを有する透光性の気密容器１と、放電空間１２に金属ハロゲン化物および希ガスが封入された放電媒体と、封止部１２１、１２２に封着された箔面に少なくとも一の穴部２３を有する金属箔２１、２２と、基端側は金属箔２１、２２の端部に接続され、先端側は放電空間１２内で対向配置された一対の電極３１、３２とを具備し、発光管部１１側の金属箔２１、２２端部から穴部２３までの距離をＸとしたとき、Ｘ≦２．０ｍｍであることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の前照灯等に使用される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、中央に発光管を有し、その両端に形成された封止部に、一端に電極が接続された金属箔が封着された放電ランプにおいて、電極と金属箔の接合部付近の金属箔に金属酸化物等のコーティング膜が形成されたメタルハライドランプの発明がある。この発明によれば、金属箔と放電空間中の遊離ハロゲンやハロゲン化金属などが反応することによる封止部のクラックやリークを抑えることができると記載されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１の発明に関連する発明として、特開平６−８９７０３号公報の発明がある。

上記特許文献に記載のように、放電空間に封入された放電媒体中のハロゲン等が電極と封止部との間の僅かな隙間を通って金属箔に移動する現象により、箔切れや、金属箔、電極軸部と接触している封止部にクラックが発生してリークに至る（以後、クラックリーク）ことが記載されている。

特開２００２−２６０５８１号公報

したがって、高圧放電ランプでは、上記のハロゲン等の移動に起因するクラックリークに対して対策が必要となる。しかし、上記特許文献１に記載された手段では、ハロゲン化物との接触を抑制するべく、膜をコーティングする必要があるために、製造工程が増加したり、コストが上昇したりしてしまう。

そこで、本発明者等によって様々な試験が行なわれた結果、簡単な方法で当該課題を解決することができることを見出し、提案するに至った。

本発明の目的は、封止部でのクラックリークの発生を抑制するメタルハライドランプを提供することにある。

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一対の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た放電媒体と、前記封止部に封着された箔面に少なくとも一の穴部を有する金属箔と、基端側は前記金属箔の端部に接続され、先端側は前記放電空間内で対向配置された一対の電極とを具備し、前記発光管部側の前記金属箔端部から前記穴部までの距離をＸとしたとき、Ｘ≦２．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、封止部で発生するクラックリーク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である。

気密容器１は、点灯中の高温化でも十分耐えることができる耐火性と、放電によって生じた光が極力少ない損失で透過することができる透光性を具備した材料、例えば、石英ガラスからなる。そして、気密容器１は管軸方向に細長い形状であって、その略中央部には軸方向の形状が略楕円形の発光管部１１が形成されている。また、発光管部１１の両端部には、同一材料からなり、一対の平坦なピンチ面と、厚み部分に相当する一対の側面とを有する板状の封止部１２１、１２２が形成されている。

発光管部１１の内部には、軸方向の形状において、中央部が略円筒状、その両端部がテーパ状の放電空間１３が形成されている。この放電空間１３の容積は、ショートアーク型の放電ランプでは０．１ｃｃ以下、自動車用として用途を指定する場合には、放電空間の内容積は０．０１ｃｃ〜０．０４ｃｃであるのが望ましい。

放電空間１３には、金属ハロゲン化物および希ガスとからなる放電媒体が封入され、そのうちの金属ハロゲン化物は、ランプ消灯時には放電空間１３の下部に堆積し、点灯時にはその大部分が蒸気化される。そして、金属ハロゲン化物としては、主に可視光を発生させる発光媒体として作用するナトリウム、スカンジウムのハロゲン化物、ランプ電圧形成媒体として作用する亜鉛のハロゲン化物および点灯中の発光色度の改善などを目的としてインジウムのハロゲン化物が封入されている。これらの金属に結合されるハロゲン化物には、ハロゲン化物の中で反応性が低いヨウ素と結合されるのが最も好適である。しかし、結合されるハロゲン化物はヨウ素に限らず、臭素や塩素などであってもよく、さらに複数のハロゲン化物を組み合わせて使用したりしてもよい。

希ガスとしては、始動直後の発光効率が高く、主に始動用ガスとして作用するキセノンが封入されている。なお、キセノンの圧力は５ａｔｍ以上、さらに好適には１０〜１５ａｔｍであるのが望ましい。また、希ガスとしては、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してもよい。

ここで、放電空間１３には、本質的に水銀は含まれていない。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。この量は、従来のショートアーク形の水銀入りメタルハライドランプに封入されていた１ｃｃあたり２０〜４０ｍｇ、場合によっては５０ｍｇ以上であったことを考えれば、本実施の形態のメタルハライドランプで許容する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１２１、１２２の内部には、例えばモリブデンからなる金属箔２１、２２が、その平坦面が封止部１２１、１２２のピンチ面と平行するように封止されている。この金属箔２１、２２の管軸に対して垂直方向の両端部は、封止部１２１、１２２との封着性を高めるために、先細りのナイフエッジ形状としている。また、金属箔２１、２２の発光管部１１側には、後述する電極軸に対して対称となる位置に２つの円形の穴部２３が形成されている。その穴部２３は、封止部１２１、１２２に封止される前にあらかじめレーザーによって形成されたものである。なお、封止工程後には、穴部２３は封止部１２１、１２２のガラス材料で満たされた状態となっている。

金属箔２１、２２の発光管部１１側の端部には、例えば、タングステンに酸化トリウムを混合した電極３１、３２が、溶接によって接続されている。電極３１、３２は、先端側が基端側よりも大径に形成された段付きの形状となっており、その大径の先端側は、放電空間１３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「所定の電極間距離」は、ショートアーク形ランプでは５ｍｍ以下、自動車の前照灯に使用する場合はさらに４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。

発光管部１１に対して反対側の金属箔２１、２２の端部には、モリブデンからなる外部リード線４１、４２の一端が溶接等により接続されている。そして、外部リード線４１、４２の他端側は、封止部１２１、１２２の外部に延出している。

上記で構成された気密容器１の外側には、筒状の外管５が管軸に沿って気密容器１の大部分を覆うように設けられ、そして、その両端部を気密容器１の両端部の外側端に溶着することによって接続されている。なお、この外管５は、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム、カリウム、バリウム等の酸化物を少なくとも一種、または複数添加することにより、透光性かつ紫外線遮断性を有している。

気密容器１と外管５とにより密閉された空間には、例えば、窒素を封入したり、ネオン、クリプトン、アルゴン、キセノン等の希ガスを一種または混合して封入したりすることができる。この構成にすることにより、ランプの始動性を改善できるとともに、製造時、該空間に水分を含みにくくする製造が可能となる。また、この外管５内に封入する希ガスは特有の熱伝導率を有しているため、複数の希ガスを混合して封入する際には、それらの混合比を調整することにより、発光管部１１の点灯時の温度を所定の温度に保つことができる。すなわち、ネオンとキセノンを混合して封入する場合では、熱伝導率が高いネオンの割合を増やせば発光管部１１の温度を低くすることができ、反対に熱伝導率が低いキセノンの割合を増やせば発光管部１１の温度が高めることができる。

気密容器１を内部に覆った状態の外管５の封止部１２１側には、ソケット６が接続される。この接続については、外管５の外側に装着された金属バンド７１を、ソケット６に形成、延出された４本の金属製の舌片７２（図１では、２本を図示）により挟持することによって行なわれている。なお、それらの接続をさらに強化するために、金属バンド７１及び舌片７２の接触点をレーザーによって溶接してもよい。

ソケット６の反発光管部１１側の端部には、点灯回路からの電力を供給するための金属端子６１がその外周面に沿って形成されている。この金属端子６１は、封止部１２２から外部に延出した外部リード線４２と一端が接続され、他端がソケット６方向に延出された給電端子８１と接続される。なお、給電端子８１の管軸とほぼ平行な部分には、点灯中の給電端子８１部分の電位が影響を与えないように、セラミック等からなる絶縁チューブ８２が被覆されている。

これらで構成されたメタルハライドランプは、安定時は約３５Ｗ、始動時は光束の立ち上がりを早めるために安定時の約２倍の電力の約７５Ｗで点灯される。

図２は、図１のメタルハライドランプの仕様について説明するための拡大図であり、寸法、材料等は以下のとおりである。

放電容器１：石英ガラス製、放電空間１３の容積＝０．０３ｃｃ、内径Ａ＝２．６ｍｍ、外径Ｂ＝６．３ｍｍ、長手方向の最大長Ｃ＝７．８ｍｍ、封止部１２１、１２２の幅＝４．１ｍｍ、厚さ＝２．４ｍｍ、長さ＝１１．０ｍｍ
放電媒体：ヨウ化ナトリウム＝０．３５９ｍｇ、ヨウ化スカンジウム＝０．２１８ｍｇ、ヨウ化亜鉛＝０．１１６ｍｇ、臭化インジウム＝０．００１３ｍｇ、キセノン＝１１．３ａｔｍ、水銀＝０ｍｇ
金属箔２１、２２：モリブデン製、幅＝１．５ｍｍ、厚さ＝２０μｍ、長さ＝７．０ｍｍ
穴部２３：直径０．２ｍｍ×２、金属箔２１、２２の発光管部１１側の端部からの距離Ｘ＝０．４０ｍｍ、電極軸中心からの距離Ｙ＝０．３５ｍｍ
電極３１、３２：トリエーテッドタングステン製、先端径＝０．３８ｍｍ、基端径＝０．３０ｍｍ、金属箔２１、２２に対する電極３１、３２の接触長Ｌ＝１．０ｍｍ
外部リード線４１、４２：モリブデン製、直径＝０．４０ｍｍ
図３は、図２のランプ仕様において、穴部２３の形成距離Ｘを０．２〜５．０ｍｍに変化させて、日本電球工業会に定められている自動車前照灯用放電ランプの寿命試験条件であるＥＵ１２０分モードの点滅試験を行なったときのクラックリーク発生時間について説明するための図であり、図４はグラフで示したものである。ここで、試験数は各６本であり、そのうち最初にクラックリークが発生した時間を示している。また、距離Ｘを測定するときの穴部２３の測定点は、発光管部１１側の穴部２３の最端部とし、距離Ｙを測定するときの穴部２３の測定点は、電極３１、３２側の穴部２３の最端部としている。

図３に示したように、穴部２３を形成しない従来のランプでは、約１５００時間でクラックリークに至っている。これに対し、穴部２３を形成したランプでは、図４からわかるように、穴部２３を形成しないランプよりも長時間、クラックリークを抑制できる傾向がある。そして、穴部形成距離Ｘが短くなるほどクラックリークは発生しにくいことがわかる。特にＸが２．０ｍｍ以下になることでクラックリークの発生時間が大きく改善され、さらにＸが１．０ｍｍよりも短くなると約３０００時間クラックリークを防止できる。しかし、Ｘが５．０ｍｍになると１５００時間程度でクラックリークに至ってしまい、すなわち、穴部２３を形成していないランプとほぼ同等の結果となり、穴部２３を形成したことによるクラックリーク抑制の効果はほとんど得られないことがわかる。

上記のような穴部とクラックリークの関係については以下のように考えられる。図５は、試験時間経過に伴う金属箔付近の変化を説明するための図であり、（ａ）は従来のランプ、（ｂ）は図２に示した本発明のランプである。

穴部を形成していない（ａ）のランプでは、電極軸と封止ガラスの熱膨張率の差からランプの点灯、消灯によって生じる隙間を介して、ハロゲン等の放電媒体が浸入する。そして、金属箔付近に達したハロゲン等は、点灯、消灯によって、さらに金属箔面と封止ガラスとの間に入り込み、そこで金属箔と反応して、封止ガラスとの封着状態を解除し、実質、封止部に対して金属箔が剥がれた状態にしてしまう。この剥がれ状態は、金属箔の中央部から徐々に箔端部方向に進行する。そして、金属箔端部に達し、金属箔の幅方向の全てにおいて封止部との封着状態が解かれると、金属箔端部を起点にして封止部にクラックが発生、リークしてしまう。すなわち、クラックリークは、金属箔の幅方向端部にまでハロゲン等が浸入することで発生する。

これに対して、本発明のランプでも（ｂ）のように、同様にハロゲン等が金属箔付近まで浸入する。しかしながら、穴部周辺における金属箔と封止部は、金属箔の表裏にガラスが入り込んでいる状態であるため、密着性が限りなく高く、剥がれることはほとんど無い。そのため、穴部周辺ではハロゲン等の浸入が妨げられ、最短距離で金属箔の端部まで到達することはできない。すなわち、ハロゲン等が、穴部から遠い部分を通って金属箔の端部に到達しなければ、クラックリークは発生しないことになる。したがって、穴部を形成することにより、クラックリークの発生を長時間抑制できたと考えられる。

以上のようなメカニズムであるため、クラックリークの抑制には穴部２３の形成位置に大きく依存する。すなわち、穴部２３はある程度、発光管部１１側に形成されていなければ効果を得ることはできない。したがって、穴部２３の形成位置Ｘは、実験的に高い効果が得られることが確認された、Ｘ≦２．０ｍｍ、さらにはＸ≦１．０ｍｍであることが好適である。

ここで、本発明と同様に金属箔に穴を設けた発明として、特開２００５−１９２９７号公報がある。この発明でも封止部に発生するクラックに効果があるとの記載があるが、クラックの発生場所について記載はなく、かつ、穴を開けた金属箔上の位置からすれば、金属箔の長手方向の中央付近で発生するクラックの抑制を意図したものと考えられる。したがって、本発明とは課題や構造が異なるものである。

また、電極と金属箔の接続部分に穴を開けるという発明の開示もあるが、これは、放電媒体を穴部に収納するためと記載されている。すなわち、穴部には、ハロゲン等の放電媒体を溜めるための空洞が存在していることを意味しているため、本発明とは構造上相違している。

したがって、本実施の形態では、発光管部１１側の金属箔２１、２２端部から穴部２３までの距離をＸとしたとき、Ｘ≦２．０ｍｍ、さらに好適にはＸ≦１．０ｍｍとすることにより、ハロゲン等が金属箔の端部まで浸入することを抑制することができるため、クラックリークの発生を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態のメタルハライドランプについて説明するための断面図である。この第２の実施の形態の各部について、図２の第１の実施の形態のメタルハライドランプの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

本実施の形態では、穴部２３が電極３１、３２の基端側の軸部分に接触するように形成されている。なお、穴部２３は、金属箔２１、２２と電極３１、３２との溶接点を避けて、非溶接点に形成されているとともに、その穴部２３は、封止部１２１、１２２のガラス材料によって満たされた状態となっている。

この構成では、ハロゲン等が金属箔２１、２２に進行する部分に穴部２３が形成されているため、金属箔２１、２２にハロゲン等が進行することを抑制することができる。すなわち、金属箔２１、２２の中央部においても封止部１２１、１２２との剥がれが発生しにくくなる。

したがって、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様、クラックリークを抑制することができる。

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。

穴部２３の形状については、円形、楕円形、多角形などその形状に制限はないが、角の無い形状であることが望ましい。また、穴部２３は少なくとも一つ形成されていれば効果があるが、複数形成する場合は、ピンチシール工程時、金属箔２１、２２に均等に圧力が加わるよう、電極軸対称となるように形成することが望ましい。さらに、穴部２３の大きさに関しては、その形成面積が小さすぎるとその穴に入り込むガラスの量が少なくなり、剥がれに対する強度が低下してしまう恐れがあるため、０．００５ｍｍ^２以上であるのが望ましい。

また、金属箔２１、２２の幅方向の穴部２３の形成位置Ｙについて、その距離Ｙが０．４ｍｍを超えた場合には、金属箔２１、２２の封止工程時に箔切れが発生しやすいことが確認された。したがって、金属箔２１、２２上の穴部２３の幅方向の形成位置Ｙは、Ｙ＝０．４ｍｍ以下であることが望ましい。

穴部２３の形成方法に関しては、レーザーの他、鋭利な金属によって機械的に形成したり、薬品等で溶解することによって形成してもよい。なお、その際に生じるバリなどは、ピンチシール工程時においてガラスの流動の妨げとなるため、研磨等により取り除くのが望ましい。

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。 図１のメタルハライドランプの仕様について説明するための拡大図。 図２のランプ仕様において、穴部の形成距離Ｘを変化させて、試験を行なったときのクラックリーク発生時間について説明するための図。 図３をグラフに示した図。 試験時間経過に伴う金属箔付近の変化を説明するための図。 本発明のメタルハライドランプの第２の実施の形態について説明するための図。

符号の説明

１ 気密容器
１１ 発光管部
１２１、１２２ 封止部
１３ 放電空間
２１、２２ 金属箔
２３ 穴部
３１、３２ 電極
４１、４２ 外部リード線
５ 外管
６ ソケット
７１ 金属バンド
７２ 舌片
８１ 給電端子
８２ 絶縁チューブ

Claims (2)

1. 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一対の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た放電媒体と、
   前記封止部に封着された箔面に少なくとも一の穴部を有する金属箔と、
   基端側は前記金属箔の端部に接続され、先端側は前記放電空間内で対向配置された一対の電極とを具備し、
   前記発光管部側の前記金属箔端部から前記穴部までの距離をＸとしたとき、Ｘ≦２．０ｍｍであることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記穴部は、前記発光管部側の前記金属箔端部からの形成距離をＸとしたとき、Ｘ≦１．０ｍｍであることを特徴とするメタルハライドランプ。
   
   
   

Images