JP3405001B2 - メタルハライドランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、放電空間に一対の電極
が設けられるとともに、少なくとも金属ハロゲン化物が
封入され、かつ電極に接続された金属箔が封止された封
止部を両端部に有する石英ガラス製発光管を備えたメタ
ルハライドランプに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近時、メタルハライドランプは小型化が
進み、ランプ電力３５Ｗ程度の低ワットのものが実用化
されている。このような小型のメタルハライドランプ
は、高効率であることから、自動車前照灯や液晶プロジ
ェクタのバックライト用の光源等様々な用途に向けた開
発が進められている。 【０００３】メタルハライドランプでは、発光に十分な
金属蒸気圧を得るために、金属は発光管内にハロゲン化
物の状態で封入されており、また点灯中の高温に耐える
ために、発光管の材料には通常石英ガラスが用いられて
いる。一般に、ガラスに金属を封着するには、膨張特性
が近いガラス材料と金属材料とを用いて、ガラス封着体
中に応力が発生するのを抑え、ガラスの破壊、封着界面
のはがれ等を抑制している。メタルハライドランプにお
いて、石英ガラスは膨張係数がきわめて小さく、電極の
封止部の導入材料として、その膨張係数に近い金属が見
当たらないため、石英ガラスの封止においては、金属の
塑性流動を利用し気密を保つ方法が用いられている。す
なわち、封止部の導入材料として長方形の薄い金属箔が
用いられ、この箔の短辺側の一方に電極が溶接され、他
方に外部リード棒が溶接され、さらに両長辺側の周辺部
は、中央部に比べ厚さが徐々に薄くなる、いわゆるナイ
フの刃のようなエッジ形状に加工されたエッジ部分を有
しており、これによって石英ガラスと金属箔との気密性
が保たれている。 【０００４】石英ガラスと金属箔との封止では、封止部
の石英ガラスの残留応力は金属箔のエッジ部分に集中す
ることが知られており、金属箔の寸法に関して、箔の厚
さを十分に薄くし、さらにエッジ部分の先端を丸めるこ
とが封止部内の応力緩和に効果があることが報告されて
いる（Finite Element Analysis of Stresses in Glass
-to-Metal Foil Seals A.K.VARSHNEYA and R.J.PETTI.
Journal of The American Ceramic Society Vol.61,N
o.11-12）。 【０００５】ところで、メタルハライドランプは、一般
には点灯直後の光立ち上りが遅く、また消灯直後にすぐ
点灯させることはできないが、自動車前照灯用のメタル
ハライドランプのように、点灯直後の早い光立ち上がり
や、消灯直後の再点灯が求められる場合は、電子点灯回
路との組み合わせによって、始動時のランプ電流を安定
点灯時の数倍にし、さらに十数キロボルトの高圧パルス
を印加することによって、瞬時の光立ち上りと消灯直後
の再点灯を可能にしている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では、メタルハライドランプの始動・再始動の
時に、電極に急激な温度変化が生じるため、封止部にク
ラックが発生する。メタルハライドランプの封止部のク
ラックは、封止部内の金属箔まで侵入した金属ハロゲン
化物がランプ点灯直後、急激に溶融蒸発し、その膨張に
伴う圧力により発生すると考えられている。これは、ラ
ンプ点灯直後、電極の温度が急激に上昇しその伝熱によ
り金属箔の温度が上昇するためである。自動車前照灯に
用いるメタルハライドランプのように、安定時より高電
力を加え、光立ち上がりを早くするような制御を加える
場合は、電極先端がさらに高温となり、それだけ封止部
にクラックが発生する確率が高くなる。 【０００７】封止部のクラック発生の状況を観察する
と、金属箔のエッジ部分がクラックの発生点になってお
り、特に電極近傍のエッジ部分が発生点になっている場
合が多い。金属箔のエッジ部分では、石英ガラスと金属
箔は気密を保つために密着していることが望ましいが、
実際は、金属箔周辺部では電極の影響で密着させること
は難しい。そのため、わずかな空間が封止部のエッジ部
分にも必ず存在し、この空間にも点灯中に金属ハロゲン
化物が侵入する。電極に近い金属箔部分は、温度変化が
もっとも激しいため、侵入した金属ハロゲン化物の膨張
収縮が大きく、金属箔のエッジ部分に集中した残留応力
と重なってクラックが発生するものと考えられる。 【０００８】エッジ部分の先端を丸めることにより、エ
ッジ部分先端の残留応力の集中を緩和することは可能で
あるが、エッジ部分の先端を丸めた金属箔をばらつき無
く作ることは難しい。丸め方が不十分であると、エッジ
部分先端の応力緩和も不十分となり、クラックが発生す
る。一方、エッジ部分を十分に丸くすると、応力集中は
緩和され、クラック発生のおそれは少なくなるものの、
本来の封止部の気密の信頼性が悪くなってしまう。 【０００９】本発明は、封止部のクラック発生を抑制
し、かつ封止部の気密の信頼性を高めたメタルハライド
ランプを提供するものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明のメタルハライド
ランプは、放電空間に一対の電極が設けられるととも
に、少なくとも金属ハロゲン化物が封入され、かつ前記
電極に接続された金属箔が封止された封止部を両端部に
有する石英ガラス製発光管を備え、前記金属箔は、前記
電極の近傍以外の箇所に、周辺部の厚さが中央部の厚さ
より薄くなっているエッジ部分を有し、かつ前記電極が
前記金属箔の短辺側に接続されており、前記電極と前記
金属箔のエッジ部分との最短距離をＬ（ｍｍ）、前記金
属箔の短辺の長さをＴ（ｍｍ）としたとき、Ｌ＞Ｔ／２
なる関係を満足する。 【００１１】 【作用】かかる構成により、電極の近傍の金属箔の箇所
には、エッジ部分を有していないために、同近傍のエッ
ジ部分には、残留応力が集中せず、封止部のクラック発
生を抑制することができる。一方、同近傍のエッジ部分
以外の箇所にはエッジ部分を有しており、急激な温度変
化がないために、ここに残留応力が集中しても、封止部
にクラックが発生せず、また封止部の気密性を十分に保
つことができる。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
いて説明する。 【００１３】図１は、本発明の一実施例であるメタルハ
ライドランプの発光管の一部切欠正面図を示す。 【００１４】図１に示すように、本発明実施例の３５Ｗ
自動車前照灯用メタルハライドランプは、放電空間１に
一対の電極２が設けられるとともに、金属ハロゲン化物
としてのＳｃＩ₃およびＮａＩと、始動用ガスとしての
キセノンとが封入され、かつ電極２に接続された金属箔
例えばモリブデン箔３が封止された封止部４を両端部に
有する石英ガラス製発光管５を備えている。封止部４
は、幅４．２ｍｍ，厚さ２．２ｍｍであり、またモリブ
デン箔３は、短辺の長さＴが１．５ｍｍ，長辺の長さ７
ｍｍ，厚さ０．０１５ｍｍである。モリブデン箔３の短
辺側の一方には電極２が、同他方には外部リード棒６が
それぞれ接続されている。モリブデン箔３は、図２に示
すように、電極２の近傍以外の箇所に、周辺部の厚さが
中央部の厚さより薄くなっているエッジ部分７を有して
いる。すなわち、モリブデン箔３の区間Ｅ−Ｂおよび区
間Ｃ−Ｆがエッジ加工されている。そして、電極２から
モリブデン箔３のエッジ部分７までの最短距離Ｌはモリ
ブデン箔の短辺の長さＴの半分より大きい（すなわち、
Ｌ＞Ｔ／２）。この例では、最短距離Ｌは２．０ｍｍで
ある。図２中、８はモリブデン箔３の非エッジ部分を示
す。図３（ａ），（ｂ）に、モリブデン箔３のエッジ部
分と非エッジ部分の断面の形状をそれぞれ示す。エッジ
部分７は、電解研磨によるエッジ加工により形成されて
いる。 【００１５】以上のような構成を有する本発明実施例の
メタルハライドランプは、モリブデン箔３に封止された
電極２の近傍以外の箇所に、周辺部の厚さが中央部の厚
さより薄くなっているエッジ部分７を有しているので、
モリブデン箔３のエッジ部分７が電極２から遠くなり、
封止部４とモリブデン箔３のエッジ部分７との間に生じ
るわずかな空間における温度変化を緩和することができ
るので、封止部４のクラック発生を抑制することができ
る。 【００１６】発明者は、モリブデン箔のエッジ部分の範
囲を変化させた次の３種類のメタルハライドランプ
（イ），（ロ）および（ハ）を製作した。なお、エッジ
部分の形成は、電解研磨によって行った。 【００１７】メタルハライドランプ（イ）は、図１およ
び図２に示す構成を有する本発明実施例のメタルハライ
ドランプであり、モリブデン箔３の周辺部の区間Ｅ−Ｂ
および区間Ｃ−Ｆにエッジ部分を有している。 【００１８】メタルハライドランプ（ロ）は、従来のメ
タルハライドランプであり、図４に示すように、モリブ
デン箔９の周辺部の区間Ａ−Ｂおよび区間Ｃ−Ｄがエッ
ジ部分７を有している。この場合、電極２からモリブデ
ン箔３のエッジ部分７までの最短距離Ｌはモリブデン箔
３の短辺の長さＴのほぼ半分になる（すなわち、Ｌ≒Ｔ
／２）。この例では、最短距離Ｌが０．７ｍｍである。 【００１９】メタルハライドランプ（ハ）は、比較例の
メタルハライドランプであり、図５に示すように、モリ
ブデン箔１０の周辺部全体、すなわち区間Ａ−Ｂ，区間
Ｂ−Ｃ，区間Ｃ−Ｄおよび区間Ｄ−Ａにエッジ部分７を
有している。この場合、電極２からモリブデン箔１０の
エッジ部分７までの最短距離Ｌはモリブデン箔３の短辺
の長さＴの半分より小さい（すなわち、Ｌ＜Ｔ／２）。 【００２０】上記３種類のメタルハライドランプ
（イ），（ロ）および（ハ）について、９分４５秒間点
灯し１５秒間消灯するというサイクルを５回繰り返した
後、１０分間消灯するという寿命テストをそれぞれ行っ
たところ、表１に示すとおりの結果が得られた。 【００２１】 【表１】 【００２２】表１中、クラックによる不点時間（時間）
は、５本のランプが封止部のクラック発生によりリーク
に至るまでの総点灯時間の平均で示してある。 【００２３】表１の結果から次のことが明らかとなっ
た。メタルハライドランプ（ハ）では、封止部のクラッ
クによる不点時間が短くなった。これは、モリブデン箔
全体にわたってエッジ部分を有しているため、電極から
の熱伝導により急激な温度変動が生じる区間Ｄ−Ａ部分
の周囲の封止部にもわずかな空間が存在することとな
り、そこに侵入したよう化物が膨張収縮し、封止部にク
ラックが短時間に発生したものと考えられる。 【００２４】メタルハライドランプ（ロ）では、区間Ａ
−Ｂ部分および区間Ｃ−Ｄ部分の周囲の封止部にわずか
な空間が存在する。この場合のモリブデン箔のエッジ部
分で温度変化がもっとも激しい部分はＡ点およびＤ点近
傍であり、寿命末期には、そこからクラックが発生す
る。しかしながら、メタルハライドランプ（ハ）の場合
よりも電極からのエッジ部分の最短距離が長いため、エ
ッジ部分での温度変化が緩く封止部にクラックが発生す
るまでの時間も長くなる。 【００２５】これらに対して、メタルハライドランプ
（イ）では、エッジ部分は区間Ｅ−Ｂおよび区間Ｃ−Ｆ
だけであり、電極からの最短距離が三者の中でもっとも
大きい。そのため、封止部にクラックが発生するまでの
時間がもっとも長くなる。 【００２６】なお、電極から金属箔のエッジ部分までの
最短距離を延ばす方法としては、上記実施例に限らず、
あらかじめ両長辺にエッジ部分を持つ金属箔の電極近傍
のエッジ部分だけをカットしてエッジ部分を取り除く等
の方法を用いてもよく、これも上記実施例と同様の効果
が得られる。 【００２７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は、放電空
間に一対の電極が設けられるとともに、少なくとも金属
ハロゲン化物が封入され、かつ前記電極に接続された金
属箔が封止された封止部を両端部に有する石英ガラス製
発光管を備え、前記金属箔は、前記電極の近傍以外の箇
所に、周辺部の厚さが中央部の厚さより薄くなっている
エッジ部分を有しているので、封止部のクラック発生を
抑制することができるとともに、封止部の気密の信頼性
を高めたメタルハライドランプを提供することができる
ものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例であるメタルハライドランプ
の発光管を示す一部切欠正面図 【図２】同じく発光管の要部正面図 【図３】（ａ）本発明の一実施例であるメタルハライド
ランプのモリブデン箔のエッジ部分の拡大断面図 （ｂ）同じく非エッジ部分の拡大断面図 【図４】従来のメタルハライドランプのモリブデン箔の
エッジ部分を示す図 【図５】比較例のメタルハライドランプのモリブデン箔
のエッジ部分を示す図 【符号の説明】 １ 放電空間 ２ 電極 ３ モリブデン箔 ４ 発光管の封止部 ５ 発光管 ６ 外部リード棒 ７ モリブデン箔のエッジ部分

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 放電空間に一対の電極が設けられるとと
   もに、少なくとも金属ハロゲン化物が封入され、かつ前
   記電極に接続された金属箔が封止された封止部を両端部
   に有する石英ガラス製発光管を備え、前記金属箔は、前
   記電極の近傍以外の箇所に、周辺部の厚さが中央部の厚
   さより薄くなっているエッジ部分を有し、かつ前記電極
   が前記金属箔の短辺側に接続されており、前記電極と前
   記金属箔のエッジ部分との最短距離をＬ（ｍｍ）、前記
   金属箔の短辺の長さをＴ（ｍｍ）としたとき、Ｌ＞Ｔ／
   ２なる関係を満足することを特徴とするメタルハライド
   ランプ。