JP2007123017A - Mercury-free metal halide lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車前照灯などに用いる水銀フリーメタルハライドランプに関する。 The present invention relates to a mercury-free metal halide lamp used for automobile headlamps and the like.
メタルハライドランプは、タングステンハロゲンランプに比べてランプ効率、輝度特性および寿命特性に優れていることから、自動車の前照灯用の光源として採用されている。この自動車前照灯用メタルハライドランプは、一般照明用途に用いられるメタルハライドランプよりも小型で定格電力３５Ｗであり、さらに瞬時に光出力を立ち上げるために、始動ガスとしてキセノンガスを７〜１０気圧程度封入してある点が一般的なメタルハライドランプと異なる構成になっている。 Metal halide lamps are used as a light source for automobile headlamps because they are superior in lamp efficiency, luminance characteristics, and life characteristics as compared to tungsten halogen lamps. This metal halide lamp for automobile headlamps is smaller than a metal halide lamp used for general lighting applications and has a rated power of 35 W. Furthermore, in order to instantly start the light output, xenon gas is used as a starting gas at about 7 to 10 atm. The encapsulated point is different from a general metal halide lamp.
近年、環境負荷物質の使用を制限または禁止する法規制の整備が進み、メタルハライドランプにおいても水銀を含まない（以下水銀フリーと称す）ランプの開発が進められている。例えば、特許文献１には、始動ガスとしてキセノンガスを高圧封入するとともに、ヨウ化ナトリウムとヨウ化スカンジウム等の金属ハロゲンを封入した水銀フリーメタルハライドランプが開示されている。高圧封入されたキセノンガスは、放電始動時に電気入力を熱エネルギーに変換するバッファガスとして作用し、水銀を用いずに発光管の動作温度を十分に高めることができるため、高いランプ効率の水銀フリーメタルハライドランプが実現できることが開示されている。
In recent years, laws and regulations restricting or prohibiting the use of environmentally hazardous substances have been developed, and development of metal halide lamps that do not contain mercury (hereinafter referred to as “mercury-free”) has also been promoted. For example,
また、特許文献２には、水銀フリーメタルハライドランプにおいて、金属ハロゲン化物としてヨウ化ナトリウムとヨウ化スカンジウムに加えて例えばヨウ化インジウムを添加することにより、放電開始時の光束を増加させ、自動車用メタルハライドランプと同等なランプ特性が得られることが開示されている。
Further, in
しかしながら、水銀フリーメタルハライドランプでは、従来の水銀を含有するメタルハライドランプに比べてシール部の破損が早期に起こるという問題があった。以下にその概要を述べる。 However, the mercury-free metal halide lamp has a problem that the seal portion is damaged earlier than the conventional metal halide lamp containing mercury. The outline is described below.
自動車用のメタルハライドランプの発光管は石英ガラスからなり、内部に放電空間を有する発光部と、発光部の両側に連接した一対のシール部とを有する。シール部にはそれぞれ、電極構造体が埋設されている。電極構造体は、タングステン等からなる棒状の電極と、モリブデン等からなる金属箔と、モリブデン等からなるリードワイヤを含み、順に溶接等の方法で接続されている。棒状電極の一端は放電空間に突出している。リードワイヤの一端は、シール部から外部に引き出されている。棒状電極の一部と、金属箔と、リードワイヤの一部は、石英ガラスのシール部に埋め込まれている。埋め込みの手法は、ピンチシールまたはシュリンクシール等が用いられる。これにより、金属箔が石英ガラスと密着し、放電空間の気密が維持されるとともに、放電空間に突出した電極に対して発光管の外部から給電することが可能となる。 An arc tube of a metal halide lamp for automobiles is made of quartz glass, and has a light emitting part having a discharge space inside and a pair of seal parts connected to both sides of the light emitting part. An electrode structure is embedded in each seal portion. The electrode structure includes a rod-shaped electrode made of tungsten or the like, a metal foil made of molybdenum or the like, and a lead wire made of molybdenum or the like, which are sequentially connected by a method such as welding. One end of the rod-like electrode protrudes into the discharge space. One end of the lead wire is drawn out from the seal portion. A part of the rod-shaped electrode, the metal foil, and a part of the lead wire are embedded in a sealing part of quartz glass. As the embedding method, a pinch seal or a shrink seal is used. As a result, the metal foil is in close contact with the quartz glass, the airtightness of the discharge space is maintained, and power can be supplied from the outside of the arc tube to the electrode protruding into the discharge space.
前述したシール部の破損という問題は、金属箔と密着していた石英ガラスが剥離したり、金属箔の周囲の石英ガラスにクラックが発生するというものであり、発光管の気密が失われて放電が不能になることがある。金属箔の剥離やその近傍の石英ガラスのクラックは、一般的には金属材料と石英ガラスの熱膨張の差に起因すると考えられている。 The above-mentioned problem of breakage of the seal part is that the quartz glass that is in close contact with the metal foil peels off or cracks occur in the quartz glass around the metal foil, and the arc tube loses its airtightness and discharges. May become impossible. The peeling of the metal foil and the crack of the quartz glass in the vicinity thereof are generally considered to be caused by the difference in thermal expansion between the metal material and the quartz glass.
特許文献３には、電極の石英ガラスに埋め込まれている長さ（以下電極埋設長と称す）を４ｍｍ以上にすることにより、クラックの発生が抑制されると記載している。その理由は、発光管の始動から立ち上り期間において、大きなランプ電流を流すため、シール部が十分に温まる前に電極が急激に加熱されるが、埋め込み長さを４ｍｍ以上にすることにより、電極と金属箔の溶接部の温度上昇が抑制されるからであると開示している。
上述のように、特許文献３によれば、発光管の始動から立ち上り期間においては、大きなランプ電流が流れ電極が急激に加熱され、電極と金属箔間の溶接部の温度が上昇することがクラックの原因であると記載している。しかしながら、本発明者等が独自に行った熱画像解析では、発光管の始動から立ち上り期間においても、その後の定常動作状態においても、電極ならびに電極と金属箔との溶接部が近傍の金属箔に対して特異に高温であるという事実は認められなかった。すなわち、金属箔と石英ガラスの剥離や金属箔に近接する石英ガラスのクラック発生原因は、単に電極がランプ電流によって急激に高温に加熱されるためではないと考えられる。
As described above, according to
本発明は、金属箔と石英ガラスの剥離や金属箔に近接する石英ガラスのクラックを防止し、シール部の信頼性を向上させ、寿命の長い水銀フリーメタルハライドランプを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a mercury-free metal halide lamp that prevents peeling of the metal foil and the quartz glass and cracks of the quartz glass adjacent to the metal foil, improves the reliability of the seal portion, and has a long lifetime.
上記目的を達成するために、本発明の水銀フリーメタルハライドランプは、内部に放電空間が設けられた発光部および該発光部の両側に設けられたシール部を備えた発光管と、一部がシール部に埋設された電極構造体と、放電空間に封入された希ガスおよび金属ハロゲン化物とを有し、始動から立ち上がりの期間において定格電力よりも大きな始動電力を印加する水銀フリーメタルハライドランプにおいて、電極構造体は、一端が前記放電空間に突出し、他端が前記シール部に埋設された電極と、埋設された該電極端部に一端が接続され、シール部に埋設された金属箔とを含む構成とする。このとき、電極のシール部に埋設されている部分の長さをＬ、電極が埋設されている部分のシール部の断面積をＳとしたときに、
Ｐ／（Ｌ×Ｓ）≦１．６
（ただし、Ｐは、予め設定された始動電力である）
を満たすように設計する。これにより、金属箔と石英ガラスの剥離や金属箔に近接する石英ガラスのクラックを防止することができるため、水銀フリーでありながら、従来の水銀を含む自動車用メタルハライドランプと同等の寿命特性が達成可能になる。
In order to achieve the above object, a mercury-free metal halide lamp according to the present invention includes a light emitting portion having a discharge space therein, a light emitting tube provided with seal portions provided on both sides of the light emitting portion, and a part sealed. In a mercury-free metal halide lamp that has an electrode structure embedded in a part, a rare gas and a metal halide sealed in a discharge space, and applies a starting power larger than a rated power during a period from start to start. The structure includes a structure in which one end protrudes into the discharge space and the other end is embedded in the seal portion, and one end is connected to the embedded electrode end portion and a metal foil embedded in the seal portion. And At this time, when the length of the portion embedded in the seal portion of the electrode is L, and the sectional area of the seal portion of the portion where the electrode is embedded is S,
P / (L × S) ≦ 1.6
(However, P is a preset starting power)
Design to meet As a result, peeling of the metal foil from the quartz glass and cracking of the quartz glass adjacent to the metal foil can be prevented, so that the life characteristics equivalent to those of conventional metal halide lamps for automobiles containing mercury are achieved while being mercury-free. It becomes possible.
上述の発光管は、例えば石英製であり、希ガスは、例えばキセノンであり、希ガスは室温で３気圧以上の圧力で封入されている構成にすることができる。上述の金属箔は、例えば、モリブデンを含む材料からなる構成にすることができる。 The above-mentioned arc tube is made of, for example, quartz, the rare gas is, for example, xenon, and the rare gas can be sealed at a pressure of 3 atm or more at room temperature. The metal foil described above can be made of, for example, a material containing molybdenum.
本発明の一実施の形態の水銀フリーメタルハライドランプについて図面を用いて説明する。 A mercury-free metal halide lamp according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本実施の形態の水銀フリーメタルハライドランプの構造について図１を用いて説明する。図１のように、水銀フリーメタルハライドランプは、発光管１と、一対の電極構造体１２とを含んで構成される。発光管１は、石英ガラス製であり、内部に放電空間２を有する発光部１１と、発光部１１の両側に連接された一対のシール部６とを有する。シール部６にはそれぞれ、電極構造体１２が埋設されている。電極構造体１２は、タングステン等の高融点金属からなる電極３と、モリブデン等からなる金属箔４と、モリブデン等からなるリードワイヤ５とを含んでいる。
First, the structure of the mercury-free metal halide lamp according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the mercury-free metal halide lamp includes an
電極３と金属箔４とリードワイヤ５は、溶接等の方法で直列に接続されている。棒状電極３の一端は放電空間２に突出し、リードワイヤ５の一端は、シール部６から外部に引き出されている。したがって、電極構造体１２のうち棒状電極３の一部と、金属箔４全体と、リードワイヤ５の一部が、シール部６に埋め込まれている。埋め込みの手法は、ピンチシールまたはシュリンクシール等の手法を用いることができる。このように電極構造体１２を埋め込んだシール部６を形成することにより、金属箔４の周囲を気密に封止することができ、放電空間２の気密を維持することができる。また、リードワイヤ５から電極３までは電気的に直列に接続されているため、リードワイヤ５を図示しない口金を介して駆動電源に接続して給電することにより、放電空間２に突出した２つの電極３間に放電を生じさせることができる。
The
なお、電極３の石英ガラスに埋設されている部分の周囲には、タングステン等からなるコイル７が付設されている。コイル７は、石英ガラスと電極３を構成する高融点金属との熱膨張の違いに起因して電極３の周囲に発生するクラックを防止する。
A
放電空間２には、キセノンガス（Ｘｅ）と金属ハロゲン化物が封入され、水銀は封入されていない。キセノンガスの室温における圧力は、３気圧以上に設定されている。３気圧未満の場合は、発光部１１の管壁の温度上昇が不足して金属ハロゲン化物の蒸気圧が十分に高まらずランプ効率を向上させることが困難になる。キセノンガスの圧力をさらに高めるとランプ効率が向上するとともに、始動から立ち上り期間のキセノン発光が増強されて光束の立ち上り特性を向上させることができる。好適には、キセノンガスの圧力を室温で１０気圧以上にすることが望ましい。ただし、キセノンガス圧を高めると、それに応じて発光管１１の耐圧性能を高めて破裂に対する安全性を確保する必要があるため、発光管１１の耐圧性能に応じてキセノンガス圧を設定する。通常、上述の構造の発光管１１の場合、キセノンガスの圧力が１３気圧を超えると、点灯中のガス圧力が１００気圧を超え、安全率の確保が難しくなるため、好適なキセノンガスの圧力範囲は室温で１０〜１３気圧である。
In the
放電空間２に封入する金属ハロゲン化物は、ここでは少なくともヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）とヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ３）を含むものを用い、さらにヨウ化インジウム（ＩｎＩ）やヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）を添加することができる。ヨウ化ナトリウムとヨウ化スカンジウムを併せて用いることにより可視波長のほぼ全域に光を発生させることができ、高いランプ効率が実現できる。
Here, the metal halide sealed in the
ヨウ化インジウムを添加した場合には、自動車用メタルハライドランプの国際規格を満たすことが可能になる。すなわち、自動車用メタルハライドランプに関する国際規格「ＥＣＥ Ｎｏ．９９ガスディスチャージ式光源」では、発光色の色度座標範囲（色度規格）を定めているが、従来の水銀を含有するメタルハライドランプでは、ヨウ化ナトリウムとヨウ化スカンジウムが蒸発・分解して生じるナトリウムとスカンジウムの発光に水銀の発光を合わせることにより上記色度座標範囲を満たしていた。本実施の形態のメタルハライドランプは水銀フリーであるため、水銀の発光波長である青色の波長域の発光が不足するが、青色の波長域に発光波長を有するインジウムのヨウ化物（ヨウ化インジウム（ＩｎＩ）を添加することにより、上記規格の色度座標範囲を満たすことができ、自動車用メタルハライドランプを提供することができる。 When indium iodide is added, it becomes possible to satisfy the international standard for metal halide lamps for automobiles. That is, in the international standard “ECE No. 99 gas discharge light source” for metal halide lamps for automobiles, the chromaticity coordinate range (chromaticity standard) of emission color is defined. However, in the conventional metal halide lamp containing mercury, iodine The above chromaticity coordinate range was satisfied by combining the emission of mercury with the emission of sodium and scandium produced by evaporation and decomposition of sodium iodide and scandium iodide. Since the metal halide lamp according to the present embodiment is mercury-free, light emission in the blue wavelength region, which is the light emission wavelength of mercury, is insufficient, but indium iodide having an emission wavelength in the blue wavelength region (indium iodide (InI ), The chromaticity coordinate range of the above-mentioned standard can be satisfied, and an automobile metal halide lamp can be provided.
また、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）を添加した場合には、ランプ電圧を高めることができる。水銀含有メタルハライドランプでは、水銀原子がアークプラズマ中で電子を弾性衝突散乱することにより、ランプ電圧を高める作用をしているため、本実施の形態のように水銀フリー化すると、ランプ電圧が大幅に低下する。そこで、ヨウ化亜鉛を添加すると、亜鉛が水銀に近い作用を奏するため、ランプ電圧を上昇させることができる。ただし、ヨウ化亜鉛によって水銀の作用を完全に代替させることは難しく、水銀フリーの場合のランプ電圧を水銀入りのランプ電圧（約８５Ｖ）の半分程度（約４２Ｖ）までしか上昇させることができないが、４２Ｖ程度のランプ電圧があれば、電流の増加による電極の劣化や駆動回路の損失増加等の低ランプ電圧で生じる問題も解決可能である。 In addition, when zinc iodide (ZnI 2 ) is added, the lamp voltage can be increased. In mercury-containing metal halide lamps, mercury atoms elastically scatter and scatter electrons in arc plasma to increase the lamp voltage, so when mercury-free is used as in this embodiment, the lamp voltage is greatly increased. descend. Therefore, when zinc iodide is added, since the zinc has an effect close to that of mercury, the lamp voltage can be increased. However, it is difficult to completely replace the action of mercury with zinc iodide, and the lamp voltage in the case of mercury-free can only be raised to about half of the lamp voltage (about 85V) containing mercury (about 42V). If there is a lamp voltage of about 42V, it is possible to solve problems caused by a low lamp voltage such as electrode deterioration due to an increase in current and loss in the driving circuit.
また、本実施の形態では、図１に示したように、電極３の石英ガラスに埋設されている長さをL［mm］、電極３が埋設されている部分のシール部６の断面積（図１に線分Ｓｌ−Ｓ２で示した）をＳ、予め設定された始動電力をP［W］とした場合、
Ｐ／（Ｌ×Ｓ）≦１．６
を満たすようにシール部６の形状を定めている。このように形状を定めているのは、従来の水銀フリーメタルハライドランプで生じていた金属箔と石英ガラスとの剥離や、金属箔に近接する石英ガラスのクラック発生という問題を解決するためである。すなわち、本実施の形態では、上記Ｐ／（Ｌ×Ｓ）≦１．６の条件を満たすように設計することにより、この問題を解決することができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the length of the
P / (L × S) ≦ 1.6
The shape of the
上記Ｐ／（Ｌ×Ｓ）≦１．６の条件は、発明者らが以下のようにして得たものである。水銀フリーメタルハライドランプは、電極３間に高電圧を印加することにより放電を開始すると、放電空間２のキセノンガスが電極３間に高温のアークを形成し、直ちに光出力を発生する。数秒後には管壁温度の上昇により金属ハロゲン化物が蒸発を始め、光出力が増加して高いランプ効率で発光するようになる。このとき、初期のキセノン発光を増強するとともに管壁の温度上昇を促進するために、始動からある期間まで定格電力よりも大きな始動電力を印加することになる。
The condition of P / (L × S) ≦ 1.6 is obtained by the inventors as follows. When the mercury-free metal halide lamp starts discharging by applying a high voltage between the
具体的には、従来の水銀を含む自動車用３５Ｗメタルハライドランプにおいては、始動直後から水銀が蒸発を始め水銀発光が急速に増加していき、始動電力は始動後１〜２秒で６０〜７０Ｗのピークに達した後低下を始め、定格電力に安定する。一方、水銀フリーメタルハライドランプにおいては、金属ハロゲン化物が蒸発を始めるまでキセノンの発光を継続させる必要があるため、水銀含有ランプよりも長い、始動から４〜８秒くらいの期間７０〜９０Ｗの始動電力を継続して供給する必要がある。この始動電力の印加状態をグラフにすると、図２のようになる。図２において、Ｄ２は水銀を含有する自動車用メタルハライドランプの始動電力を、Ｄ４は水銀フリーメタルハライドランプの始動電力をそれぞれ指している。水銀フリーメタルハライドランプは、水銀含有の場合と比較して、ピーク電力はあまり変わらないが、電力の大きい状態が長く続き、立ち上り期間に発光管に入力されるエネルギーが格段に大きいことを示している。 Specifically, in a conventional 35 W metal halide lamp for automobiles containing mercury, mercury starts to evaporate immediately after startup, and mercury emission increases rapidly. Starting power is 60 to 70 W in 1 to 2 seconds after startup. After reaching the peak, it starts to decrease and stabilizes to the rated power. On the other hand, in the mercury-free metal halide lamp, it is necessary to continue the emission of xenon until the metal halide begins to evaporate, so the starting power of 70 to 90 W is longer than that of the mercury-containing lamp and is about 4 to 8 seconds after starting. Need to be continuously supplied. FIG. 2 is a graph showing the application state of the starting power. In FIG. 2, D2 indicates the starting power of the metal halide lamp for automobiles containing mercury, and D4 indicates the starting power of the mercury-free metal halide lamp. Mercury-free metal halide lamps do not change much in peak power compared to mercury-containing lamps, but the state of high power continues for a long time, indicating that the energy input to the arc tube during the start-up period is remarkably large. .
そこで発明者らは、水銀フリーメタルハライドランプにおいて、金属箔と石英ガラスとの剥離や金属箔に近接する石英ガラスのクラックの発生原因が、定格電力よりも大きな始動電力が印加される期間（立ち上がり期間）にあると推測した。さらに発明者らは、連続点灯実験を行い、連続点灯では剥離やクラックが発生しないことを確認した。これにより、始動から立ち上りの期間に、剥離やクラックの原因となる現象が生じていることは明確になった。 In view of this, the inventors of the mercury-free metal halide lamp have a period during which start-up power greater than the rated power is applied (the rising period) as a cause of occurrence of peeling of the metal foil from the quartz glass and cracking of the quartz glass adjacent to the metal foil. ). Furthermore, the inventors conducted a continuous lighting experiment and confirmed that no peeling or cracking occurred in continuous lighting. As a result, it became clear that a phenomenon causing peeling and cracking occurred during the period from the start to the start.
つぎに、発明者らは、剥離やクラックの原因となる現象が、立ち上がり期間の始動電力によるシール部６の加熱であると推測し、加熱現象の実態を知るために、熱画像解析の手法を用いてシール部に埋め込まれた金属箔の温度を調べた。図３は得られたデータの一例であり、金属箔４の電極３側の端部から５ｍｍの位置の温度分布を示している。図３のように水銀フリーメタルハライドランプ（Ｄ４）は、水銀入りのメタルハライドランプの発光管と同一のシール部構造とした場合には、金属箔４の端部が水銀入りメタルハライドランプ（Ｄ２）よりも５０〜１００℃も高温になることが判明した。
Next, the inventors presume that the phenomenon that causes peeling and cracking is the heating of the
また、始動から立ち上りの期間での金属箔４の温度上昇率については、始動電力の大きい水銀フリーメタルハライドランプの方が温度上昇率は高いと予測されたが、説明不能なことに、両者で明瞭な差異は認められなかった。
In addition, regarding the rate of temperature rise of the
以上の結果から、水銀フリーメタルハライドランプは、ランプの点滅を繰り返すことによって、金属箔４が繰り返し高い温度にまで加熱されることが金属箔４と石英ガラスの剥離や金属箔４に近接する石英ガラスのクラックの発生原因になっていると考えられる。
From the above results, in the mercury-free metal halide lamp, the
また、金属箔４が高温になる原因を明らかにするため、熱画像解析により温度分布を調べたところ、始動から立ち上がり期間においても、定常動作状態においても、電極３と金属箔４との溶接部がその近傍の金属箔４に対して特異に高温であるという事実は認められなかった。このため、金属箔４が高温になる理由は、従来言われていた電極３からの熱伝導ではないと考えられる。金属箔４が電極３からの熱伝導で加熱されるのではないとすれば、熱エネルギーは放電空間２の高温のアークからシール部６の石英ガラスを介して伝導されていると推測できる。その場合、金属箔４の温度を低下させるには、放電空間２の端から金属箔４までの体積、すなわち電極３が埋設されている部分のシール部６の体積を大きくすることが有効と考えられる。
Further, in order to clarify the cause of the high temperature of the
そこで、表１の試料Ａ〜Ｆのように電極埋設長Ｌとシール部６の断面積Ｓを変更したメタルハライドランプの試料を各５サンプルずつ製作し、シール部６の耐久性を調べる実験を行った。なお、耐久性試験に用いた試料は、電極３の長さを調整することにより電極埋設長Ｌの長さを変更した。また、シール部６の断面積Ｓの調整は、シール前の石英ガラス管の状態で加熱溶融して管軸方向に圧縮し、肉厚にすることにより行った。この手法は、断面積Ｓを簡易的に変化させるために用いたものであり、最適な断面積Ｓが定まれば、素材である石英ガラス管の寸法設計を予め変更しておくことにより容易に断面積を設定することができる。
具体的には、耐久性試験に用いたメタルハライドランプは、図１に示す形状であり、表１のように電極埋設長Ｌは、３．５ｍｍまたは５．５ｍｍであり、シール部断面積Ｓは、９．５ｍｍ２、１２．３ｍｍ２、１４．２ｍｍ２のいずれかである。発光管１の最大外径は６．０ｍｍ、最大内径は２．５ｍｍ、放電空間２の管軸方向の長さは７．０ｍｍとした。放電空間２内にはキセノンガスを１２気圧と、金属ハロゲン化物としてヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化インジウムおよびヨウ化亜鉛を総量で０．５ｍｇ封入した。始動電極Ｐは、５０Ｗまたは８０Ｗとした。点滅条件は、自動車用のメタルハライドランプで一般に用いられている、図４に示す点滅サイクルで実施した。１サイクルは１２０分で、その中に長さの異なる１０回の点消灯時間が織り込まれており、消灯している時間は寿命時間に含んでいない。
Specifically, the metal halide lamp used in the durability test has the shape shown in FIG. 1, the electrode embedded length L is 3.5 mm or 5.5 mm as shown in Table 1, and the seal section cross-sectional area S is , 9.5mm 2, 12.3mm 2, is one of 14.2mm 2. The maximum outer diameter of the
表１に、試料Ａ〜Ｆのシール部６の破損に至るまでの寿命時間、および試験開始時に３５Ｗ定常動作状態に至った時点での光束値を示す。試料ＡおよびＢは、電極埋設長Ｌ＝３．５ｍｍ、シール部断面積Ｓ＝９．５ｍｍ２と従来のメタルハライドランプと同様のＬおよびＳの大きさに設定してあり、始動電力が小さい場合（５０Ｗ）および大きい場合（８０Ｗ）の寿命と光束を示している。試料Ａ、Ｂの寿命から、始動電力を大きく（８０Ｗ）すると、金属箔と石英ガラスの剥離や金属箔近傍の石英ガラスにクラックが生じることによりシール部が破損して、寿命が極端に短くなることがわかる。試料Ｃ〜Ｆは電極埋設長Ｌまたはシール部断面積Ｓもしくはその両方を大きくした試料であり、これらは始動電力が大きい（８０Ｗ）にもかかわらず条件Ｂよりも著しく寿命が向上していた。
Table 1 shows the life time until the
発明者らは、放電空間２のアークからシール部６へ流入する熱量は、始動電力に比例すると考え、電極埋設長をＬ、電極３が埋設された部分のシール部断面積をＳ、および始動電力をＰとしたときに、始動電力が金属箔４を加熱する程度を表す関数としてＰ／（Ｌ×Ｓ）を新たに導入した。試料Ａ〜ＦについてのＰ／（Ｌ×Ｓ）の値は、表１に示した通りである。
The inventors consider that the amount of heat flowing from the arc in the
また、試料Ａ〜Ｆについて耐久試験を行って得たＰ／（Ｌ×Ｓ）の値および寿命の関係を図５に示す。図５のように、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値を小さくするに従って、寿命時間が著しく向上することがわかる。特に図５のグラフの曲線から明らかなように、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値が１．６付近で急激に寿命が向上する。よって、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）≦１．６に設定することが望ましい。 Further, FIG. 5 shows the relationship between the value of P / (L × S) and the lifetime obtained by conducting the durability test on the samples A to F. As shown in FIG. 5, it can be seen that the lifetime is significantly improved as the value of the function P / (L × S) is decreased. In particular, as is clear from the curve of the graph of FIG. 5, the lifetime is rapidly improved when the value of the function P / (L × S) is around 1.6. Therefore, it is desirable to set the function P / (L × S) ≦ 1.6.
さらに、図５のグラフは、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値が１．５付近で急に折れ曲がる特性を示している。これは、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値が１．５以下になると故障の形態が変わることを示しているものと考えられる。関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）≦１．５の場合は、本実施の形態で問題としている初期故障がもはや生じなくなるため、より好ましくい。関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値が１．５以下におけるグラフの勾配は、Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値が小さいほど寿命が長くなることを示しているため、Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値は、１．４以下であることが更に望ましく、１．３以下である場合にはさらに初期故障に対する裕度が見込まれるため有利である。ただし、Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値を極端に小さくするとシール部が大型化することに伴う光束の低下や材料コストの増加等の寿命とは別の不具合が発生すると考えられるため、実用上これらの不具合が問題とならない程度にＰ／（Ｌ×Ｓ）の値を設定する。 Further, the graph of FIG. 5 shows a characteristic that the value of the function P / (L × S) bends suddenly in the vicinity of 1.5. This is considered to indicate that the failure mode changes when the value of the function P / (L × S) is 1.5 or less. The function P / (L × S) ≦ 1.5 is more preferable because the initial failure which is a problem in the present embodiment no longer occurs. Since the slope of the graph when the value of the function P / (L × S) is 1.5 or less indicates that the lifetime becomes longer as the value of P / (L × S) is smaller, P / (L × S The value of) is further desirably 1.4 or less, and if it is 1.3 or less, it is advantageous because a margin for an initial failure is expected. However, if the value of P / (L × S) is made extremely small, it is considered that problems other than the lifetime such as a decrease in luminous flux and an increase in material cost due to an increase in the size of the seal portion occur. The value of P / (L × S) is set to such an extent that these problems do not become a problem.
また、自動車用のメタルハライドランプとして要求される最低寿命は１５００時間であるが、図５から、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）が１．６以下の場合にこの要求が満たされている。また、Ｐ／（Ｌ×Ｓ）が１．５以下の場合には寿命２５００時間を達成できる。 The minimum life required for a metal halide lamp for automobiles is 1500 hours. From FIG. 5, this requirement is satisfied when the function P / (L × S) is 1.6 or less. Further, when P / (L × S) is 1.5 or less, a lifetime of 2500 hours can be achieved.
一方、表１からわかるように、試料Ａ〜Ｆの光束は、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値によらずほぼ一定であった。光束以外の特性にも特に問題となるような変化は現れなかった。また、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の下限値を導くような事実はなく、メタルハライドランプの発光管の設計要件として適宜決定することができる。 On the other hand, as can be seen from Table 1, the luminous fluxes of the samples A to F were almost constant regardless of the value of the function P / (L × S). There was no significant change in characteristics other than the luminous flux. Further, there is no fact that leads to the lower limit value of the function P / (L × S), and it can be appropriately determined as a design requirement of the arc tube of the metal halide lamp.
このように、本実施の形態の水銀フリーメタルハライドランプでは、始動電力Ｐ［Ｗ］としたときに、電極埋設長L［mm］、シール部６の断面積Ｓを、始動電力Ｐ［Ｗ］を、Ｐ／（Ｌ×Ｓ）≦１．６、という条件を満たすようにシール部６の形状を定めることにより、シール部６における金属箔４と石英ガラスの剥離および金属箔に近接する石英ガラスのクラックを防止することができ、寿命の長い水銀フリーメタルハライドランプを提供することができる。
Thus, in the mercury-free metal halide lamp according to the present embodiment, when the starting power P [W] is set, the electrode embedding length L [mm] and the cross-sectional area S of the
なお、上述したように、金属箔４の温度を低下させるには電極３が埋設されている部分のシール部６の体積を大きくすることが有効であるので、始動電力が７０〜９０Ｗの際は容積（Ｌ×Ｓ）が４４ｍｍ３以上とすることが望ましく、より良い値としては４７ｍｍ３以上（始動電力７０〜９０Ｗ）とするのがより好ましい。
As described above, since it is effective to increase the volume of the
以下、本発明の実施例について説明する。実施例１の水銀フリーメタルハライドランプは、図１に示す形状の発光管１において、最大外径６．０ｍｍ、最大内径２．５ｍｍ、放電空間２の管軸方向の長さ７．０ｍｍとし、放電空間２にはキセノンガスを１２気圧と、金属ハロゲン化物としてヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化インジウムおよびヨウ化亜鉛を総量で０．５ｍｇ封入した。電極３は酸化トリウム（ＴｈＯ２）を１重量％添加したタングステンからなる直径０．３５ｍｍの棒状とし、石英ガラスに埋設される電極の周囲には、石英ガラスとタングステンの熱膨張の違いに起因して電極の周囲に発生するクラックを防止する目的で、タングステンからなるコイルを付設した。放電空間２において対向する電極３間の距離は３．８ｍｍとした。発光管１を外から見た場合の電極間距離は、ガラスの屈折により４．２ｍｍである。金属箔４は、モリブデンからなり幅２ｍｍ長さ７ｍｍで最大厚さは０．２６ｍｍである。
Examples of the present invention will be described below. The mercury-free metal halide lamp of Example 1 has a
電極埋設長Ｌは３．５ｍｍ、シール部断面積Ｓは１４．２ｍｍ２とした。始動電力を７０Ｗとした場合、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）の値は１．４１である。 The electrode embedding length L was 3.5 mm, and the seal section sectional area S was 14.2 mm 2 . When the starting power is 70 W, the value of the function P / (L × S) is 1.41.
このような構造の水銀フリーメタルハライドランプを製造し、始動電力を７０Ｗで放電開始させ、図４に示す点滅サイクルで発光させた場合、平均寿命は２６５０時間であった。 When a mercury-free metal halide lamp having such a structure was manufactured, discharge was started at a starting power of 70 W, and light emission was performed in the blinking cycle shown in FIG. 4, the average life was 2650 hours.
電極埋設長Ｌを５．５ｍｍ、シール部断面積Ｓを９．５ｍｍ２とした以外は実施例１と同様の構造の水銀フリーメタルハライドランプを製作した。始動電力８０Ｗの場合、関数Ｐ／（Ｌ×Ｓ）は１．５４である。始動電力８０Ｗで耐久試験を同様に実施したところ、平均寿命は２７１０時間であった。 A mercury-free metal halide lamp having the same structure as in Example 1 was manufactured except that the electrode embedding length L was 5.5 mm and the seal section sectional area S was 9.5 mm 2 . When the starting power is 80 W, the function P / (L × S) is 1.54. When the durability test was similarly performed at a starting power of 80 W, the average life was 2710 hours.
１…発光管、２…放電空間、３…電極、４…金属箔、５…リードワイヤ、６…シール部、７…コイル、１１…発光部、１２…電極構造体。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電極構造体は、一端が前記放電空間に突出し、他端が前記シール部に埋設された電極と、埋設された該電極端部に一端が接続され、前記シール部に埋設された金属箔とを含み、
前記電極のシール部に埋設されている部分の長さをＬ、前記電極が埋設されている部分のシール部の断面積をＳとしたときに、
Ｐ／（Ｌ×Ｓ）≦１．６
（ただし、Ｐは、予め設定された始動電力である）
を満たすことを特徴とする水銀フリーメタルハライドランプ。 An arc tube provided with a light emitting part provided with a discharge space inside and a seal part provided on both sides of the light emitting part, an electrode structure partly embedded in the seal part, and enclosed in the discharge space A mercury-free metal halide lamp that has a rare gas and a metal halide, and applies a starting power larger than the rated power during a period from startup to startup,
The electrode structure has one end protruding into the discharge space, the other end embedded in the seal portion, and one end connected to the embedded electrode end, and a metal foil embedded in the seal portion. Including
When the length of the portion embedded in the seal portion of the electrode is L, and the cross-sectional area of the seal portion of the portion where the electrode is embedded is S,
P / (L × S) ≦ 1.6
(However, P is a preset starting power)
Mercury-free metal halide lamp characterized by satisfying
3. The mercury-free metal halide lamp according to claim 1, wherein the metal foil is made of a material containing molybdenum.
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