(57)【要約】  本発明は、放電空間を密封しているセラミック放電容器を有する高圧放電ランプであって、前記放電空間には１つ以上のメタルハライドを含むイオン充填材が供給されており、前記放電空間内には第１及び第２電極が配されており、前記放電空間のそれぞれの側において第１及び第２密閉構造を有しており、前記密閉構造は、前記放電容器に接続されており、それぞれの第１及び第２電流貫通体を有し、少なくとも前記のような第２貫通体は、前記第２密閉構造への焼結結合を有する毛管と、前記毛管内に位置されている導電ピンとを有し、前記毛管と前記のようなピンとの間には隙間があり、前記ピンと前記毛管とは前記放電空間から離れている端部において一緒に溶接されており、前記毛管は大きくても１ｍｍの外径を有し、前記隙間は大きくても１０μｍ幅であり、前記ピンと前記毛管とは、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｗ、Ｉｒ及びこれらの合金（オプションで、Ｖ及び／又はＴｉも含む）から選択された金属によって構成されている、高圧放電ランプに関する。本発明は、更に、本発明のランプを有する自動車ランプに関する。
2008503063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を密封しているセラミック放電容器を有する高圧放電ランプであって、前記放電空間には１つ以上のメタルハライドを含むイオン充填材が供給されており、前記放電空間内には第１及び第２電極が配されており、前記放電空間のそれぞれの側において第１及び第２密閉構造を有しており、前記密閉構造は、前記放電容器に接続されており、それぞれの第１及び第２電流貫通体を有し、少なくとも前記のような第２貫通体は、前記第２密閉構造への焼結結合を有する毛管と、前記毛管内に位置されている導電ピンとを有し、前記毛管と前記のようなピンとの間には隙間があり、前記ピンと前記毛管とは前記放電空間から離れている端部において一緒に溶接されており、前記毛管は大きくても１ｍｍの外径を有し、前記隙間は大きくても１０μｍ幅であり、前記ピンと前記毛管とは、オプションでＶ及び／又はＴｉも含む、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｗ、Ｉｒ及びこれらの合金から選択された金属によって構成されている、高圧放電ランプ。
【請求項２】
セラミック封止材が、前記放電容器と前記毛管と前記第２密閉構造の外側とによって囲まれている空間を少なくとも部分的に充填している、請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記セラミック封止材がセラミックリングを包囲している、請求項２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
セラミック封止材が、前記放電空間から離れて、前記毛管と前記第２密閉構造との間の空間を少なくとも部分的に充填している、請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記第１電流貫通体が、例えばＮｂ、Ｍｏ又はＷを含む、ハライド耐性の、前記第１電極の近傍の第１導体及び第２導体を有し、前記第１導体は、大きくても０．５ｍｍの径を有し、前記第１密閉構造の第１部分によって、自身の長手の前記電極の近傍部分に渡って延在している焼結接続部を有し、自身の長手の残部と前記第２導体と前記第１密閉構造の第２の部分とによって囲まれている空間を有しており、前記空間はセラミック封止材によって充填されている、請求項１ないし４に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記第２導体の周りの前記セラミック封止材は、前記第１密閉構造を超えて延在している、請求項５に記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の高圧放電ランプを有する、自動車ヘッドライト放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電空間を密封しているセラミック放電容器を有する高圧放電ランプであって、前記放電空間には１つ以上のメタルハライドを含むイオン充填材が供給されており、前記放電空間内には第１及び第２電極が配されており、前記放電空間のそれぞれの側において第１及び第２密閉構造を有しており、前記密閉構造は、前記放電容器に接続されており、それぞれの第１及び第２電流貫通体（current feed-through）を有し、少なくとも前記のような第２貫通体は、前記第２密閉構造への焼結結合を有する毛管と、前記毛管内に位置されている導電ピンとを有し、前記毛管と前記のようなピンとの間には隙間（crevice）があり、前記ピンと前記毛管とは前記放電空間から離れている端部において一緒に溶接されている、高圧放電ランプに関する。本発明は、より詳細には、自動車ヘッドライトの放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車ヘッドライトの放電ランプは、Ｘｅガスに加えて、ＮａＣｅ、ＮａＰｒ、ＮａＬｕ及びＮａＮｄヨウ化物又はこれらの塩の組み合わせのような、メタルハライド塩混合物を更に有する充填材を含んでいる。これらの塩混合物は、特に、高いランプ効率を得るように利用されている。
【０００３】
この種の塩混合物によるランプの放電の不利な点は、前記放電空間のいずれかの側の前記密閉構造における温度勾配によって、様々な量の種々の塩混合物が、前記毛管と前記導電ピンとの間の隙間内に移動されることである。前記塩混合物の得られる分離（de-mixing）は、ランプ動作中の色の不安定さと、ランプの寿命の間の色点シフト（color point shift）とを生じる。
【０００４】
本発明の分野の説明において開示されている種類のランプの例は、米国特許第6,181,065号から知られている。この米国特許第6,181,065号の図３に記載されているランプは、サーメット毛管を有している。サーメットとは、金属と結合されている処理されたセラミック粒子から成り、高温の用途に適している材料である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のような既知のランプの不利な点は、製造の間における前記のようなサーメット管の縮小の制御が劣っていることにより、前記管の良好に規定された内径を得ることが難しいことにある。従って、前記管と前記導電ピンとの間の広い隙間は、実際、連続生産において避けることのできないものである。しかしながら、広い隙間は、塩混合物の分離を促進する。
【０００６】
サーメット管の他の不利な点は、その多孔質構造にある。特に、自動車バーナーに必要とされる薄い壁部（５０−２００μｍ）において、前記サーメット管を真空密に焼結することは難しく、この結果として、前記ランプ内の高圧をかけられたＸｅガスが前記ランプから漏れ得る。
【０００７】
本発明の目的は、高い効率を与えると共に、ランプの動作中及び前記ランプの寿命の間における改善された色安定性を有する、塩混合物によって充填されている高圧放電ランプを提供することにある、
【０００８】
本発明の他の目的は、容易に大量生産されることのできるランプを提供することにある。
【０００９】
本発明の更なる目的は、ガスに対する透過性が低いランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のこれら及び他の目的は、添付請求項１に記載の高圧放電ランプによって達成される。
【００１１】
本発明によるランプは、前記毛管と前記ピンとの間に、大きくとも１０μｍ幅の隙間を有する。前記のような小さい隙間においては、塩成分は発見されないが、約３０μｍの隙間を備える従来の端部の構造においては、塩成分は、常に発見されている。このように、本発明による前記のようなピン及び管の構造は、塩が極端に小さい隙間内にクリープするのを防止し、前記ランプの色不安定性を出現を防止する。
【００１２】
本明細書において使用されているように、「セラミック」とは、単結晶金属酸化物（例えば、サファイア）、多結晶金属酸化物（例えば、多結晶の密に焼結されたアルミニウム酸化物及びイットリウム酸化物）及び多結晶非酸化物の物質（例えば、窒化アルミニウム）のような、耐熱材料を意味する。このような材料は、１５００−１７００Ｋの壁温度を可能にし、ハライド及びＮａによる化学的腐食（chemical attack）に対する耐性がある。本発明の目的の場合、多結晶アルミニウム酸化物（ＰＣＡ）が、最適であると発見されている。
【００１３】
セラミック放電容器は、管状であっても良く、又は代替的には、樽形であっても良く、既知の鋳造技術（例えば、スリップ鋳造）によって作られることができる。前記のような密閉構造は、容器と共焼結された（co-sintered）プラグであっても良く、又は、前記密閉構造及び前記容器は、１つのスリップ鋳造体の一部であっても良い。
【００１４】
本発明のランプの更なる利点は、この製造方法の単純さである。第１密閉構造に気密な態様で接続されている電流貫通体及び第１電極と、第２密閉構造内の前記毛管とを備える前記セラミック放電容器を有する半完成品は、第１製造工程において、容易にラインを外れて（off-line）準備されることができる。第２工程において、前記半完成品は、前記第２密閉構造内の前記毛管を介してイオン充填材によって充填される。電極の挿入の後、前記毛管と前記電極とは、前記ランプの最終製造工程において、Ｘｅ圧力の下で溶接されることができる。この溶接構造の利点は、本発明のランプの前記のような構造においてなされることができる前記のような溶接工程においては、前記ランプの実質的な温度上昇が防止されることができることにある。このことは、前記溶接工程の間の前記ランプからのガスの漏れを防止する。この速い溶接は、レーザパルスによって有利に実施されることができ、０．５ＭＰａよりも高いＸｅ圧によって、本発明によるランプの大量生産を可能にする。３−４ＭＰａまでのＸｅ圧によっても、本発明によるランプは、上述の技術によって生成されることもできることが示されている。
【００１５】
本発明の他の有利なフィーチャは、前記第２密閉構造内の前記毛管の焼結結合の真空密性である。前記毛管は、予め加熱された密閉構造と共焼結され、従って、真空密焼嵌め（a vacuumtight shrink fit (sfit)）焼結結合接続部を形成する。アルミナは、前記のような金属管よりも高い熱膨張係数（ＴＥＣ）を有するが、従って、達成される焼結結合接続部は、前記ランプの高い動作温度においてさえも、真空密である。科学的な説明を与えるふりをすることなく、本発明の焼嵌め焼結結合接続部の真空密性は、前記のような共焼結工程の後の冷却の間、前記のような金属管が、明らかに実質的な降伏を伴わずに、弾性変形の影響を受けやすいという事実に起因するため、理解されることができる。前記管のこの変形は、大きくても１ｍｍの外径を有し、前記アルミナ（金属よりも高いＴＥＣを有する）内のクラックの形成を防止するが、弾性応力は、冷却中の管内で増加している。動作温度までの前記ランプの加熱は、前記金属管内の弾性応力の解放によるリークも生じず、従って、前記管と前記セラミックク密閉構造との間の密な接続を保持する。
【００１６】
驚くことに、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｗ、Ｉｒ及びこれらの合金（オプションで、Ｖ及び／又はＴｉも含む）の管の弾性係数及び降伏応力の温度依存性は、前記焼嵌め焼結結合接続部の焼結及び後続する冷却の間、前記ランプの温度が該ランプの動作温度まで上昇した場合の前記セラミック密閉構造と前記金属管との間の熱膨張係数の差分を補償するのに十分な弾性応力が蓄積されるような、温度依存性である。Ｍｏ又はこの合金の管は、好ましくは、延伸された管である。延伸されたＭｏ管により、更に長い寿命、及びスイッチングサイクル数が得られる。
【００１７】
前記のような第１貫通体は、何らかの従来の貫通体であっても良い。好ましくは、前記第１貫通体は、第１のハライド耐性導体（例えば、前記電極の近傍のＭｏ棒体）と、第２導体（例えば、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗを含む）を有しており、前記のような第１導体は、大きくても０．５ｍｍの径を有すると共に、第１の前記密閉構造の第１部分への前記電極の近傍の長手部分に渡って焼結された接続部を有し、この長手の残部と、前記第２導体と、前記第１密閉構造の第２部分との間に空間を残しており、前記空間は、セラミック封止材（例えば、封止ガラス）によって充填されている。前記のようなセラミック封止ガラスは、一般に、酸化物の混合物を有する。前記封止ガラスの好適実施例は、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２：Ｄｙ２Ｏ３混合物からなる合成物を有し、約１−３ｍｍの長手に渡って延在している。前記封止ガラスを前記のような小さい間隙内へのこのような延在は、前記密閉構造の局在化された過熱によって、ランプの製造の間に実現される。前記封止ガラスは、前記第２導体を大きい程度で覆っていると共に、前記第１導体の一部さえも覆っており、従って、前記第２導体をハライドによる化学反応から保護し、前記ハライドは、前記第１のハライド耐性導体と前記第１の密閉構造との間の焼結接続部内に形成され得るマイクロクラックを介して、入り得る。
【００１８】
ハライド耐性導体は、タングステン、モリブデン、レニウム及びこれらの合金によって形成されるグループからの金属の少なくとも１つ、及び／又は、前記金属のうちの少なくとも１つの導電性ケイ化物、カーバイド若しくは窒化物を含む材料から製造される。
【００１９】
本発明は、更に、本発明によるランプを有する自動車のヘッドライドの放電ランプに関する。本発明の前記ランプは、通常、自身の管による自動車ランプ内に懸架される。本発明による自動車ランプの有利な点は、既知のサーメット管に対して、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｗ、Ｉｒ又はこれらの合金（オプションで、Ｖ及び／又はＴｉも含む）から作られる毛管の高い疲労耐性である。高い疲労耐性は、ランプのより長い寿命に対しても有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の上述の及び更なる見地は、添付図面を参照して、より詳細に説明されるであろう。
【００２１】
自動車ランプの一般的な構造に関しては、例えば、米国特許第４，４７５，０６１号を参照されたい。
【００２２】
図１は、イオン充填材を含んでいる放電空間７０を密封しているセラミック壁を有する放電容器４０を備えているメタルハライドランプを示している。第１及び第２タングステン電極１０５、２０５が、当該電極間の放電経路を規定するように前記放電空間内に配されている。前記放電容器は、前記放電空間の両側において、セラミック突出プラグの第１及び第２の密閉構造１３０、２３０によって密閉されており、前記突出プラグの第１及び第２の密閉構造１３０、２３０は、それぞれの第１及び第２の電極１０５，２０５への電流貫通導体（a current lead-through conductor）（図２：１８０、２８０）を密封している。前記放電容器は、一方の端部にランプ口金２を備えている外管１によって包囲されている。放電は、前記ランプが動作している際、電極１０５，２０５の間に延在する。電極１０５は、ランプ口金２の一部を形成している第１電気端子に、電流導体８を介して接続されている。電極２０５は、ランプ口金２の一部を形成している第２電気端子に、電流導体９を介して接続されている。
【００２３】
図２は、図１に示した本発明によるランプの第２貫通体（２８０）の封止部を、非常に模式的に示している。前記ランプは、前記第２密閉構造（ここでは、突出プラグ（２３０））が挿入されているセラミック放電容器（４０）を有する。このプラグは、前記セラミック放電容器と同じ材料で構成されているのが好ましい。第２密閉構造（２３０）は、金属毛管（２２０）と共焼結され、従って、焼嵌め焼結結合接続部（２６０）を形成する。前記毛管は、約３２０μｍの内径を有するのが好ましい。
【００２４】
前記焼嵌め焼結結合接続部の長さ（図１において、Ｌｓｆｉｔで示されている）は、好ましくは、１ｍｍと４ｍｍとの間であるべきである。
【００２５】
図２は、更に、前記のような第１電極（図示略）と第２電極（２０５）との間の放電空間（７０）を示している。毛細金属管（２２０）は、大きくても１０μｍ幅の隙間（２１５）によって導電ピン（２１０）から離間されている。導電ピン（２１０）は、好ましくは、約３００μｍの径を有しており、金属管（２２０）は、溶接部（２２５）によって接続されている。
【００２６】
図３は、第２貫通体の他の実施例を示しており、前記焼嵌め焼結結合接続部は、セラミック封止材を有するフリット接続（２５０）によって組み合わされている。前記フリット接続に使用される材料の前記ＴＥＣは、およそ、前記金属管と前記セラミック容器との前記ＴＥＣの平均であることが好ましい。この混成封止接続部は、焼嵌め焼結結合接続部のみによる接続よりも、短くあることができる。
【００２７】
図４は、前記セラミック封止材がセラミックリング（２３５）を囲んでいる意味において、前記のような接続部の更なる改良を示している。このセラミックリングは、前記のような容器及び前記密閉構造と同じ材料であることが好ましい。このセラミックリングによって、前記のような間隙（一方の側での前記リングと前記容器との間、及び他方の側での前記リングと管との間において、５０μｍよりも大きくなく、好ましくは３０μｍよりも大きくない幅を有する間隙）における毛管力による気孔（gap pockets）の含有を、防止することができる。セラミックリングは、更に、封止ガラス内及び前記フリット接続部の周りの前記密閉構造内で高い応力のレベルが増加するのを、防止する。
【００２８】
図５は、セラミック封止材（２５０）が、前記放電空間から離れての距離ｌｆｒｉに渡って前記毛管と前記第２密閉構造との間の空間を少なくとも部分的に充填している意味において、上述のセラミックリングの変更を示している。この配置により、封止部が短くあることができる。この実施例は、頻繁なスイッチング条件の下で、前記のような第１の焼嵌め焼結結合接続部が真空密のままでいない場合でさえも、前記フリット接続部は真空密のままでいるという利点を有する。前記焼嵌め焼結結合接続部の長さ（ｌｓｆｉｔ）及び前記フリット接続部の長さ（ｌｆｒｉｔ）は、前記フリット接続部内のクラックが常に防止されるように、選択されなければならない。前記のような焼嵌め及びフリット接続部に適する長さは、それぞれ約２ｍｍ、２ないし４ｍｍである。この場合、前記ランプは、前記焼嵌め焼結結合接続部内に小さいクラックがある場合でさえも、真空密のままでいる。この端部構造の場合、接続部全体の長さ（ｌｆｒｉｔ＋ｌｓｆｉｔ）は、できるだけ短くなければならず（短いバーナー長）、又は、言い換えれば、必要とされるランプの寿命及びスイッチングサイクルの数が達成されるように、十分、小さくなければならない。この種の接続部によって、４０，０００よりも多いスイッチングサイクルを有する２５００−３０００時間のランプの寿命を得ることができる。
【００２９】
図６は、可能である第１封止部を示している。ここで、貫通体（１８０）（好ましくは、３つの部分（例えば、Ｗ−Ｍｏ−Ｎｂ）から構成されている）は第１密閉構造（１３０）に取り付けられており、第１密閉構造（１３０）はセラミック放電容器（４０）に焼結されている。Ｍｏ棒体（１９０）の電極（１０５）の近傍の部分は、上述の第１密閉構造（１３０）への焼結接続を有している。Ｎｂ棒体と、Ｍｏ棒体の前記部分と、前記密閉構造のとの間の残りの隙間は、封止フリット（１５０）によって充填されている。
【００３０】
前記焼嵌め焼結接続が、頻繁なスイッチングの間、真空密のままでいない場合でさえも、前記フリット接続は、真空密のままでいる。前記焼嵌め焼結接続（ｌｓｆｉｔ）の長さ及び前記フリット接続部の長さ（ｌfrit）は、塩成分が前記焼嵌め焼結接続部内に小さいクラックがある場合でさえも、封止フリットを深刻に腐食することができないようなものであらなくてはならない。前記封止フリットに対する少なくとも２ｍｍの長さは、前記のようなフリットの温度を、棒体及び密閉構造の異なる収縮によって生じるクラックを防止するのに十分低い値に保つのが好ましい。接続部全体の長さ（ｌｆｒｉｔ＋ｌｓｆｉｔ）は、前記ランプの短い長さを得るために、できるだけ小さくあらなくてはならない、又は、言い換えれば、必要とされるランプの寿命及びスイッチングサイクルの数が達成されるように、小さくなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるランプを示している。
【図２】本発明によるランプの第２貫通体の封止部の断面の模式図の例を示している。
【図３】本発明によるランプの第２貫通体の封止部の断面の模式図の例を示している。
【図４】本発明によるランプの第２貫通体の封止部の断面の模式図の例を示している。
【図５】本発明によるランプの第２貫通体の封止部の断面の模式図の例を示している。
【図６】図１によるランプの第１貫通体の封止部の断面の模式図の例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2008503063.tif 000009
2008503063.tif 000010
2008503063.tif 000011