(57)【要約】    【課題】  コンパクトで陽極側の封止部におけるクラック発生を抑制した自動車前照灯用として好適な直流点灯用のメタルハライド放電ランプ、これを備えたメタルハライド放電ランプ点灯装置および照明装置を提供する。    【解決手段】  メタルハライド放電ランプMHLは、包囲部1aおよび内部に封着金属箔が気密に埋設された一対の封止部1bを備えた気密容器1と、基端が封着金属箔3A、3Bに接続し、電極主部が包囲部内に離間対向して望み、かつ中間部が封止部で支持された陽極2Aおよび陰極2Kと、一対の電流導入導体4A、4Bと、第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物および希ガスを含み、本質的に水銀を含まない放電媒体とを具備し、上記気密容器内に流れる電流の向きが常に時間と共に変化しない単一方向であるとともに、陽極側の封着金属箔の長さが陰極側の封着金属箔の長さより大きくて、かつその長さが１０〜１９ｍｍである。【選択図】図２
2008077891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間が形成される包囲部および包囲部に接続するとともに内部に封着金属箔が気密に埋設された一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；
それぞれ基端が気密容器の封止部内に埋設された封着金属箔に接続し、先端の電極主部が包囲部内に離間対向して望み、かつ中間部が封止部で支持されて気密容器内に封装された陽極および陰極と；
先端が一対の封止部内に埋設されている封着金属箔に接続し、他端が封止部から外部へ露出した一対の電流導入導体と；
第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入され、第１のハロゲン化物は、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属からなるグループから選択された１種または複数種のハロゲン化物であり、第２のハロゲン化物は、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ），チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スズ（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）からなるグループから選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物であり、本質的に水銀を含まない放電媒体と；
を具備し、上記気密容器内に流れる電流の向きが時間と共に変化しない単一方向であるとともに、陽極側の封着金属箔の長さが陰極側の封着金属箔の長さより大きくて、かつその長さが１０〜１９ｍｍであることを特徴とするメタルハライド放電ランプ。
【請求項２】
封止部内に埋設された封着金属箔は、その陽極側の長さをＬＡ（ｍｍ）、定常点灯中のランプ電流をＱ（Ａ）としたとき、数式：７．３６＜ＬＡ・Ｑ＜１５．１２を満足することを特徴とする請求項１記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項３】
陽極側の封止部に口金を配設していることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項４】
放電媒体の希ガスは、１気圧以上で封入されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプ。
【請求項５】
定格ランプ電力が３５Ｗであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプ
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一記載のメタルハライド放電ランプと；
極性が時間と共に変化しない電流をメタルハライド放電ランプに供給して点灯する直流電子化点灯回路と；
を具備していることを特徴とするメタルハライド放電ランプ点灯装置。
【請求項７】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項６記載のメタルハライド放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプ、特に自動車前照灯用の水銀フリーのメタルハライド放電ランプ、メタルハライド放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、HIDランプは高効率・長寿命という特徴から特に屋外照明分野などに広く応用されている。中でもメタルハライドランプは演色性が良く、その特性を生かし屋外照明分野のみならず、屋内照明分野にも普及しつつあり、また映像機器用の光源・車両の前照灯用光源として注目されている。
【０００３】
また、ランプ電圧形成物質として特定グループから選択された金属のハロゲン化物を封入することで水銀を封入することなしに水銀を封入したのとほぼ同等の電気特性および発光特性が得られるようにした水銀フリーのメタルハライドランプ（以下、便宜上「水銀フリーランプ」という。）は既知である（特許文献１参照。）。この種の水銀フリーランプは、自動車用前照灯などとして２００４年７月から実用化されている。
【０００４】
水銀フリーランプは、水銀を封入しないので環境的に良く、また、始動時の分光特性の立ち上がり特性が良い、調光に適する、特性のばらつきが小さいなどの利点があるので、今後このタイプのランプが普及していくと考えられる。このような水銀フリーＨＩＤランプでは希ガスを１気圧以上にすると、効率、ランプ電圧の維持、良好な立ち上がり特性、アーク転移の容易などの点で好適である。
【０００５】
ところで、従来から用いられている水銀入りのメタルハライド放電ランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）および上述の実用化された水銀フリーランプは、そのいずれも交流点灯方式で点灯されるように構成されている。
【０００６】
しかし、自動車用前照灯に用いるメタルハライド放電ランプを、交流点灯回路を用いて点灯させる場合、電源から供給される電流が直流であるため、点灯回路中に直流−交流変換回路を介在させなければならない。直流−交流変換回路としては、一般的にフルブリッジ形インバータ回路が用いられている。このフルブリッジ回路は、比較的大型の半導体スイッチング素子を用いるため、直流点灯方式に比較してコスト増大、点灯回路の大型化となる。換言すれば、水銀フリーランプを直流方式で点灯できれば、点灯回路のコスト低下、小型化が実現できる。
【０００７】
また、直流の方が立ち消え、チラツキなどが少ない。すなわち、例えば交流点灯で矩形波点灯の場合には極性が切り替わる際に電流がゼロポイントを横切る。その際に、水銀フリーランプでは水銀による遊離ヨウ素の吸収効果（ヨウ化水銀の生成）が無いためにランプ電圧の急上昇が生じてランプのチラツキを生じやすく、また立ち消えしやすい。直流点灯ではこれらの点が改善される。同様の理由で直流点灯の方が振動に強い。すなわち、例えば交流点灯で矩形波点灯の場合にランプが強い振動を受けた際に、発光管内のハロゲン化物などの放電媒体が急蒸発するなどで電気特性が急変した場合、電流ゼロポイント近辺での立ち消えしやすさが増大して簡単に立ち消えを生じる。
【０００８】
さらに、発光管材料である石英と反応しやすい希土類金属やＳｃなどのハロゲン化物や、石英を抜けやすいＮａのハロゲン化物を封入している場合には、発光管の白濁やＮａ抜けなどは交流よりも直流の方が総括的には少ない。これは直流の場合、一方向の電界のため、金属元素（ＳｃやＮａなど）は陰極に引かれるので、陰極側で発光管の白濁やＮａ抜けが生じやすくなるものの、陽極側ではこれらの現象は少ない。結局、総括的には直流の方が発光管の白濁やＮａ抜けが少なくなる。
【０００９】
さらにまた、水銀フリーランプでは、水銀入りランプの際に見られるような、調光時色度変化を抑制することが可能となる。水銀入りランプでは、定格ランプ電力すなわち全光状態から調光すると、主発光物質よりも蒸気圧の高い水銀が相対的に発光が強くなり、色度変化が起こるものである。水銀フリーとすることで、色度変化はずっと少なくなる。しかし、交流点灯方式では、極性変化点があるため、調光の際に立消えが発生しやすい。すなわち、水銀フリーランプは調光可能であるが、交流よりも直流の方が調光可能な範囲が広くなる。
【００１０】
さらにまた、水銀入りランプを直流で点灯すると、封入金属であるＳｃやＮａや希土類金属は発光管中でプラスに帯電（イオン化）するので陰極に引かれ、この結果として陰極側ではＳｃ、Ｎａ、希土類金属の発光が得られるが、陽極側ではこれらの金属の発光は減少して主に水銀だけが発光する現象を生じる。このため、発光管の陽極側と陰極側で光色が異なり（色分離）、また効率の低い水銀発光の占める割合が多くなるため、ランプの光効率は低下する。水銀フリーランプの場合はこのような傾向は緩和される。
【００１１】
以上のように、水銀フリーランプにおいて、直流点灯は交流点灯より望ましいが、以下に示す問題がある。
【００１２】
すなわち、放電ランプでは、電子は陽極に叩き込まれるので、電子のエネルギーを吸収するために、陽極が陰極より高温になることである。そのため、温度的に陽極側の方が厳しくなる。電極についての改善策としては、先端部と軸部の寸法を変える方法がある。すなわち、軸部は石英と封着するので、特に自動車前照灯のように点滅が激しいと、軸径が大きいほど点滅に耐えられない。一方、先端部は、電極温度を低下させるために寸法的には大きい方が良い。そのため、先端部を軸部に対して寸法を大きくしたり、先端部を軸部より径の大きい球状にしたりする（先端球状電極）などが改善策として知られている。
【００１３】
陽極側が高温になる弊害は、封着金属箔の電流導入導体との接合部において顕著となる。陽極からの熱は、その先端部から軸部、軸部と封着金属箔との接合部、さらに封着金属箔を介して電流導入導体へと伝導する。ところで、電流導入導体と封着金属箔との接合部は、封止部に封着されているが大気と通じている。すなわち、電流導入導体を石英に気密に封着することはできない。このため、電流導入導体と封着金属箔の接合部が高温状態（３５０℃以上）の場合、除々に酸化される。封着金属箔の酸化はその周囲の石英に応力を及ぼし、封止部の石英のクラックを生じ、結局ランプはリークして不点となる。電流導入導体と封着金属箔との接合部の温度を下げるためには、熱源である陽極から距離を遠ざけることを第一に考慮すべきである。
【００１４】
しかし、灯具との関係でコンパクトであることが重要なランプでは寸法的にいろいろ制限があり、それらの制限条件も考慮しなければならない。例えば、コンパクト性が重要である自動車用前照灯用の水銀フリーＨＩＤランプは、図１に示すような構造をしている。寸法的には口金の基準面から光中心までは２７．１ｍｍに規定されている。また、灯具との関係から基準面からランプ先端までは最大５０ｍｍ程度が好ましい。
【００１５】
以上の理由から、図１で陽極が口金側かその反対側かの選択の問題がある。この点について水銀フリーのＨＩＤランプにおいて、外部のソケットに電気的に接触する口金が、陽極側に配設したものが知られている（特許文献２参照。）。特許文献２では、陽極側の封着部の熱を口金に伝達することにより、上記封止部における温度状況を改善しようとしている。
【００１６】
陽極側を口金側にすることの利点は、寸法を制御できることにもある。すなわち、温度的に厳しい陽極側を口金と反対にした方が寸法的な制限が大きい。すなわち、口金の基準面から２７．１ｍｍに光中心があり、また口金の基準面から５０ｍｍのところにランプ先端があるためには、光中心からランプ先端までの取れる距離が約２３ｍｍしかない。熱源である陽極から封着金属箔と電流導入導体との接合部までの距離を大きくしようとすると、封着金属箔の長さを長くする必要がある。なお、封止部の石英ガラスによる電極軸部のくわえ込み部を長くすると、自動車前照灯のように点滅が厳しい場合、電極のくわえ込み部における電極軸の近傍の石英ガラスがクラック（軸クラック）して不点となりやすくなる。
【００１７】
一方、放電ランプが凹面鏡内に組み込まれて両者が一体化される投射型表示装置用に構成された光源装置において、凹面鏡の開口部側に位置する放電ランプの封止部に埋設される金属箔を口金側となる凹面鏡の頂部側に位置する封止部の金属箔より長くすることが知られている（特許文献３参照。）。ところが、自動車前照灯用のメタルハライド放電ランプのようにコンパクトであることが要求される場合には、封着金属箔の長さを長くすると、上記のような封止部の寸法制限に適合し得なくなりやすい。
【００１８】
【特許文献１】特開平１１−２３８４８８号公報
【特許文献２】特開２０００−１０６１３３号公報
【特許文献３】特開２００５−０７２０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところが、自動車用前照灯用の水銀フリーＨＩＤランプでは、一般照明用ランプに比較して格段に良好な点滅特性が要求されることである。すなわち、前照灯の用途では頻繁にランプを点滅する必要がある。一般的な寿命（２０００時間）の間におよそ１万２千回の点滅寿命が必要である。
【００２０】
また、前照灯用では光束の立ち上がりが速いことが重要であり、そのため、回路的に始動時は定常時の２倍以上のランプ電力をランプに投入し、その後徐々に電流を絞っていく方式が一般的である。すなわち、定常時３５Ｗのランプ電力の場合において、始動時には７５Ｗの入力電力を印加したりする。このような頻繁でランプに対する負荷の大きい点滅のために、２種類の石英クラックによってランプは不点となりやすい。第１は、電極の軸近傍の石英がクラックしてそれが拡大する場合（電極軸クラック）であり、第２は封着金属箔近傍の石英がクラックし、それが拡大する場合（箔クラック）である。直流点灯の場合は、陽極側の方の温度環境が厳しいため、点滅時のクラックによる不点は圧倒的に陽極側で生じる。
【００２１】
本発明者は、陽極側の封着金属箔の長さを所定範囲に規定することにより、自動車前照灯用のメタルハライド放電ランプのようにコンパクトであると同時に、陽極側での上述した２つのクラックの発生を効果的に抑制することが可能になることを見出し、本発明をなすに至った。
【００２２】
さらに加えて、陽極側での上述した２つのクラックの発生が陽極側の封着金属箔の長さ（Ｌ）と定常時のランプ電流（Ｑ）の積Ｌ・Ｑに関連していることを見出した。すなわち、電極と封着金属箔は接合されている。点滅が行われると、電極と封着金属箔の接合体はその接合部を中心にして石英に応力を与える。Ｌ・Ｑが小さい領域では、電極部の石英に与える応力が主要となり電極軸クラックが生じやすい。Ｌ・Ｑが大きい領域では、封着金属箔の石英に与える応力が主要となり箔クラックが生じやすい。それで点滅特性に関してＬ・Ｑの好適な領域が存在する。
【００２３】
本発明は、陽極側の封着金属箔の長さを所定値範囲に設定することにより、コンパクトでありがら陽極側の封止部におけるクラック発生を効果的に抑制した自動車前照灯用として好適な直流点灯用のメタルハライド放電ランプ、これを備えたメタルハライド放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のメタルハライド放電ランプは、内部に放電空間が形成される包囲部および包囲部に接続するとともに内部に封着金属箔が気密に埋設された一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；それぞれ基端が気密容器の封止部内に埋設された封着金属箔に接続し、先端の電極主部が包囲部内に離間対向して望み、かつ中間部が封止部で支持されて気密容器内に封装された陽極および陰極と；先端が一対の封止部内に埋設されている封着金属箔に接続し、他端が封止部から外部へ露出した一対の電流導入導体と；第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物および希ガスを含んで気密容器内に封入され、第１のハロゲン化物は、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属からなるグループから選択された１種または複数種のハロゲン化物であり、第２のハロゲン化物は、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ），チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スズ（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）からなるグループから選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物であり、本質的に水銀を含まない放電媒体と；を具備し、上記気密容器内に流れる電流の向きが時間と共に変化しない単一方向であるとともに、陽極側の封着金属箔の長さが陰極側の封着金属箔の長さより大きくて、かつその長さが１０〜１９ｍｍであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、放電媒体が水銀フリーおいて、陽極側の封着金属箔を陰極側のそれとの対比で所定範囲の長さとしていることにより、陽極側の電流導入導体と封着金属箔の温度を低減してその部分の石英ガラスのクラックを防止するとともに、コンパクトで、しかも点滅特性が良好で長寿命なメタルハライド放電ランプ、これを備えたメタルハライド放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００２７】
〔第１の形態について〕
図１および図２は、本発明のメタルハライド放電ランプを実施するための第１の形態を示し、図１は正面図、図２は発光管の拡大平面図である。
【００２８】
本発明において、メタルハライド放電ランプＭＨＬは、各図に示すように気密容器１、陽極２Ａ、陰極２Ｋ、一対の電流導入導体４Ａ、４Ｂおよび図示されていない放電媒体を具備して構成されている。
【００２９】
また、図示の形態は、その他の付加的な構成として、上記気密容器１、陽極２Ａ、陰極２Ｋ、一対の電流導入導体４Ａ、４Ｂおよび放電媒体により発光管ＩＴが構成されており、この発光管ＩＴを内部に収納する外管ＯＴ、絶縁チューブTおよび口金Ｂを具備していて、自動車前照灯用のメタルハライド放電ランプＭＨＬを構成している。
【００３０】
以下、上記各構成要素について説明する。
【００３１】
〔発光管ＩＴについて〕
（気密容器１について）    気密容器１は、耐火性および透光性であり、本形態においては石英ガラスからなり、包囲部１ａおよび一対の封止部１ｂを備えている。包囲部１ａは中空で、その中空部が放電空間１ｃとなる。放電空間１ｃの内容積は、メタルハライドランプの用途に応じて適宜設定することができるが、本発明を適用するのに好適な小形のメタルハライドランプとしては一般的に０．１ｃｃ以下である。また、前照灯用の場合、好適には０．０５ｃｃ以下である。
【００３２】
上記放電空間１ｃは、その形状がほぼ円柱状、球形または楕円球形など任意の形状にすることができる。前照灯用の場合、好適にはほぼ円柱状をなしている。これに対して、透光性気密容器１の包囲部１ａの外面は、楕円球状や紡錘状などの回転２次曲面形状をなしている。そのため、包囲部１ａの肉厚は、一般的には管軸方向の中央部が最も大きく、両端方向に順次小さくなっている。
【００３３】
また、自動車前照灯用のメタルハライド放電ランプＭＨＬとしての気密容器１における包囲部１ａおよびその内部に形成される放電空間１ｃの好ましいサイズは、以下のとおりである。すなわち、包囲部１ａの管軸方向の長さは７．４〜８．２ｍｍ、放電空間１ｃの内径は２．２〜２．９ｍｍ、外径は５．６〜６．９ｍｍ、肉厚は１．７〜２．５ｍｍ、放電空間１ｃの内容積は２０〜３５μｌである。
【００３４】
さらに、気密容器１が「透光性で耐火性を有している」とは、少なくとも包囲部１ａの外部へ発光を導出しようとする部位である導光部分が透光性であって、かつメタルハライドランプＭＨＬの通常の作動温度に十分耐える程度の耐熱性を少なくとも備えているという意味である。なお、必要に応じて、気密容器１の包囲部１ａの内面に耐ハロゲン性または耐ハロゲン化物性の透明性被膜を形成するか、気密容器１の内面を改質することが許容される。
【００３５】
一対の封止部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａに隣接して包囲部１ａと一体的に形成されている。本形態において、封止部１ｂは、これを包囲部１ａの管軸方向の両端に延在するようにその一対を形成することができる。また、封止部１ｂは、包囲部１ａを封止するとともに、後述する陽極２Ａおよび陰極２Ｋの基端部がここに埋設される。これを実現するために、一対の封止部１ｂ、１ｂには後述する封着金属箔３Ａ、３Ｂが気密に埋設されている。また、一対の封止部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａの両端から管軸方向に沿って一体に延在している。
【００３６】
本発明において、一対の封着金属箔３Ａ、３Ｂは、長さが所定範囲内になるように規定されている。すなわち、封着金属箔３Ａは、後述する陽極２Ａと接合されて包囲部１ａを封止するために封止部１ｂ内に気密に埋設される。また、図示しない好ましくは電子化された点灯回路から陽極２Ａおよび陰極２Ｋ間に給電できるようにするために、一方の封着金属箔３の包囲部１ａ側の一端部に、陽極２Ａの軸部の基端部が接続され、他端部に後述する電流導入導体４Ａが接続される。同様に他方の封着金属箔３の包囲部１ａ側の一端部に、陰極２Ｋの軸部の基端部が接続され、他端部に後述する電流導入導体４Ｂが接続される。なお、上記接続は、例えば溶接により行うことができる。また、封着金属箔３Ａ、３Ｂの肉厚は、本発明において特段限定されないが、一般的には５０μｍ以下である。
【００３７】
本発明において、陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａは、その管軸方向の長さＬＡが図２に示すように、陰極２Ｋ側の封着金属箔３Ｂの管軸方向の長さＬＫより大きくて、かつ１０〜１９ｍｍである。封着金属箔３Ａの長さＬＡが１０ｍｍ未満であると、陽極側の封止部にクラックが発生して短寿命になるので、不可である。また、封着金属箔３Ａの長さＬＡが１９ｍｍ超であると、光中心距離を２７．１ｍｍにすることが不可能になるので、不可である。なお、好適には１２〜１６ｍｍである。この範囲であれば、封止部のクラック抑制とランプのコンパクトさとに対して効果的である。
封着金属箔の温度上昇を十分に抑制しながら光中心距離を比較的余裕を持って確保しやすくなる。
【００３８】
さらに、封着金属箔３の材質としては特段限定されないが、例えばモリブデン（Ｍｏ）またはレニウム−タングステン合金（Ｒｅ−Ｗ）などを用いることができる。
【００３９】
さらにまた、封着金属箔３を封止部１ｂに埋設する方法は、特段限定されないが、例えば減圧封止法、ピンチシール法などを単独で、または組み合わせて採用することができる。包囲部１ａの内容積が０．１ｃｃ以下の小形でキセノン（Ｘｅ）などの希ガスを室温で５気圧以上封入する前照灯などに用いるメタルハライドランプの場合は、後者が好適である。
【００４０】
そうして、一対の封着金属箔３Ａ、３Ｂは、管軸方向の中間部がそれぞれの封止部１ｂの石英ガラスの溶融によって封止部１ｂに密着することで気密容器１を封止する。
【００４１】
（陽極２Ａおよび陰極２Ｋについて）    陽極２Ａは、陽極主部Ａ１および軸部Ａ２からなる。陽極主部Ａ１は、陽極２Ａの放電空間１ｃに露出する先端部であり、ランプ電流の大部分を占める電子の流入により発熱が著しいので、放熱しやすい構造が採用される。例えば、球状ないし円柱状に膨出しているか、または軸部Ａ２の先端部にコイルを巻回して構成されており、表面積が大きくて放熱が促進される構造になっている。陽極主部Ａ１の最大径を０．５０〜０．７０ｍｍとするのがよい。
【００４２】
軸部Ａ２は、陽極２Ａの中間部および基端部を担当する。そして、中間部は封止部１ｂに緩く支持（くわえ込み）され、基端部は封着金属箔３Ａに接続されるので、封止部１ｂにクラックが生じにくいように比較的細く構成される。なお、陽極主部Ａ１が上記数値範囲の場合、軸部Ａ２は、直径０．２５〜０．４０ｍｍとするのがよい。
【００４３】
陰極２Ｋは、陰極主部Ｋ１および軸部Ｋ２からなる。陰極主部Ｋ１は、陰極２Ｋの放電空間１ｃに露出する先端部であり、電子放射しやすいとともに陰極輝点の位置が安定しやすいように、所望により先端を半球状ないし円錐状に形成することができる。軸部Ｋ２は、陰極２Ｋの中間部および基端部を担当する。そして、中間部が封止部１ｂに緩く支持（くわえ込み）され、基端部が封着金属箔３Ｂに接続されるので、クラックが生じないように比較的細く構成される。
【００４４】
また、陰極２Ｋの軸部Ｋ２は、その直径が一般的には０．２５〜０．４０ｍｍの範囲内で適当な値に設定されるのがよい。そして、単一の耐火性金属により構成されるのが一般的であるが、所望により異種の耐火性金属を接合して構成されていてもよい。
【００４５】
さらに、陽極２Ａおよび陰極２Ｋは、本形態においてタングステン（Ｗ）、ドープドタングステン、トリウムタングステン、レニウム（Ｒｅ）およびタングステン−レニウム合金（Ｗ−Ｒｅ）などのグループから選択された耐火金属により形成することができる。特に陰極２Ｋは、電子放射性が良好なトリウムタングステンや電子放射性の金属またはその酸化物をドープしたドープドタングステンなどを用いると効果的である。
【００４６】
さらにまた、陽極２Ａおよび陰極２Ｋの軸部Ａ２、Ｋ２の封止部１ｂにくわえ込まれる部分の長さすなわち包囲部１ａと封止部１ｂの境界から箔端までの長さは、３〜７ｍｍの範囲であるのが箔クラックや軸クラック防止の観点から好ましい。
【００４７】
ところで、図１において、左方の陽極２Ａ側の封止部１ｂを形成した後に、封止管１ｄが切除されないで封止部１ｂの外側端部から一体に延長していて、後述する口金Ｂ内へ延在している。
【００４８】
（電流導入導体４Ａ、４Ｂについて）    本発明において、電流導入導体４Ａ、４Ｂは、その先端が気密容器１の両端の封止部１ｂ内において封着金属箔３Ａ、３Ｂの他端に溶接され、基端側が外部へ導出されている。
【００４９】
図１において、発光管ＩＴから右方へ導出された陰極２Ｋ側の電流導入導体４Ｂは、中間部が後述する外管ＯＴに沿って折り返されて後述する口金Ｂ内に導入されて側縁側に位置する一方の口金端子ｔ１に接続している。これに対して、図１において、発光管ＩＴから左方へ導出された陽極２Ａ側の電流導入導体４Ｂは、封止管１ｄ内を管軸に沿って延在して口金Ｂ内に導入されて中央側に位置する他方の口金端子（図示されていない。）に接続している。
【００５０】
また、電流導入導体４Ａ、４Ｂは、本発明においてその材質が特段限定されないが、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）などを用いることができる。
【００５１】
（放電媒体について）    放電媒体は、第１および第２のハロゲン化物および希ガスを含んでいる。
【００５２】
第１のハロゲン化物は、主として可視光を発光する媒体であり、少なくともナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属からなるグループから選択された１種または複数種のハロゲン化物が主体である。なお、水銀は、本質的に含んでいないが、不純物程度にわずかであれば含んでいても許容される。
【００５３】
第２のハロゲン化物は、主としてランプ電圧を形成するのに効果的な媒体であり、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ），チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スズ（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）からなるグループから選択された１種または複数種の金属のハロゲン化物である。
【００５４】
希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）などの一種または複数種を用いることができる。また、水銀フリーランプの場合、希ガスを１気圧以上に封入することで、発光効率、ランプ電圧の維持、良好な光束立ち上がり特性およびグロー・アーク転移の容易さなどの点で効果的である。さらに、自動車前照灯用のメタルハライドランプＭＨＬとしては、光色立ち上がり特性および光束立ち上がり特性をより一層向上させるために、キセノンを５気圧以上、好ましくは７〜１８気圧の範囲、より一層好ましくは８〜１３気圧の範囲で封入するか、あるいは点灯時の内部空間内の圧力が５０気圧以上になるように封入するのがよい。これにより、始動直後の発光金属の蒸気圧が低いときに、立ち上がり時の光束としてＸｅの白色発光を寄与させることができる。
【００５５】
ハロゲン化物を構成するハロゲンの種類としては、反応性に関してハロゲンの中でヨウ素が最も適当であり、少なくとも上記主発光金属は、主としてヨウ化物として封入される。しかし、要すれば、ヨウ化物および臭化物のように異なるハロゲンの化合物を併用することもできる。
【００５６】
〔外管ＯＴについて〕    本発明において、メタルハライドランプＭＨＬは、所望により外管ＯＴを具備していることが許容される。外管ＯＴは、石英ガラスまたはハイシリケートガラスなどからなり、その内部に発光管ＩＴの少なくとも主要部を収納する手段である。そして、発光管ＩＴから外部へ放射される紫外線を遮断し、機械的に保護し、かつ発光管ＩＴの透光性気密容器１を手で触れることで人の指紋や脂肪が付いて失透の原因とならないようにしたり、あるいは透光性気密容器１を保温したりする。
【００５７】
また、外管ＯＴの内部は、その目的に応じて外気に対して気密に封止してもよいし、不活性ガスが封入されていてもよい。本形態では、窒素を０．１気圧封入している。
【００５８】
さらに、外管ＯＴの外面または内面に遮光膜を配設することもできる。
【００５９】
図示の形態においては、外管ＯＴを形成する際に、その両端を透光性気密容器１の両端から管軸方向に延在する封止部にガラス溶着させることによって外管ＯＴを透光性気密容器１で支持するように構成することができる。外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に発光管ＩＴを収納していて、両端の縮径部５が発光管ＩＴの封止部１ｂにガラス溶着している。しかし、内部は気密ではなく、外気に連通している。
【００６０】
〔絶縁チューブＴについて〕    絶縁チューブＴは、セラミックスからなり、絶縁チューブＴは、例えばセラミックスなどの耐熱性絶縁物からなり、電流導入導体４Ｂの発光管ＩＴに平行に延在している部位を被覆している。
【００６１】
〔口金Ｂについて〕    本発明において、メタルハライドランプＭＨＬは、所望により口金Ｂを具備していることが許容される。口金Ｂは、メタルハライドランプＭＨＬを図示しない点灯回路に接続したり、加えて機械的に支持したりするのに機能する手段であって、図示の形態においては、自動車前照灯用として規格化されているもので、発光管ＩＴおよび外管ＯＴを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面に着脱可能に装着されるように構成されている。
【００６２】
また、口金Ｂは、発光管ＩＴの陽極２Ａ側の封止部１ｂを、封止管１ｄを介して支持しているので、陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａが口金Ｂに接近した位置に配置される。
【００６３】
さらに、図１には示されていないが、封着金属箔３Ａと電流導入導体４Ａとの接合部が口金Ｂ内に位置していると、冷却効果がさらに良好になるので、好ましい。
【実施例１】
【００６４】
図１に示すランプ構造である。
【００６５】
気密容器      ：石英ガラス製、包囲部は回転楕円体形状で、
管軸と直交する短軸方向の内径2.6mm
陽極側の封着金属箔3Aの厚さ20μm、幅1.7mm、長さ14mm
陰極側の封着金属箔3Bの厚さ20μm、幅1.7mm、長さ7mm
陽極          ：ドープト゛タングステン製で、陽極主部が直径0.65mmの球状、
軸部が直径0.35mm、長さ7mm、封止部埋設長5mm
陰極          ：0.1質量％トリア含有トリエーテッドタングステン製で、
陰極主部、軸部が同径で直径0.35mm、長さ7mm、封止部埋設長5mm
電極間距離    ：4.2mm
放電媒体      ：ScI3-NaI-ZnI2（0.10-0.25-0.12mg）、Xe11気圧
定格ランプ電力：35W
寿命特性      ：ライフ試験5000時間でも点灯可能
【００６６】
なお、ライフ試験は、１時間直流点灯、１０分間消灯のサイクルを用いて行った。
［比較例１］
【００６７】
気密容器        ：陽極側、陰極側の封着金属箔3A、3Bがともに長さ7mm
その他の仕様は実施例１と同じ。
【００６８】
寿命特性        ：比較例１のメタルハライド放電ランプ10本について、ライフ試験
を行った結果、1000時間以内に全てのランプが酸化、クラック発生
で不点になった。
【００６９】
なお、比較例１の場合、いずれのランプも陽極側の封着金属箔と電流導入導体との接合部近傍でクラックが発生して、気密が破壊され、不点灯となった。詳細に観察すると、封着金属箔３Ａは、電流導入導体４Ａから徐々に黒く変色している。そこで、分析した結果、酸化していることが分かった。
【００７０】
これに対して、陰極側の封着金属箔は酸化現象およびクラック発生が見られなかった。
［比較例２］
【００７１】
実用化されている水銀フリーランプ（一対の電極が実施例１の陰極と同じ対称構造である以外は実施例１と同じ仕様）を矩形波交流点灯した。
【００７２】
寿命特性        ：ライフ試験5000時間経過しても酸化、クラック発生はなく、
点灯可能であった。
【００７３】
次に、実施例１のメタルハライド放電ランプにおいて、陽極側の封着金属箔３Ａの長さを種々変えたときの寿命特性への影響を調査した結果について表１を参照して説明する。なお、陽極２Ａ側の封止部１ｂの長さは封着金属箔３Ａの長さに応じて変化しているが、その他の仕様は固定している。いずれのランプも３本づつ試験した。
【００７４】
表１は、実施例１において、陽極側の封着金属箔３Ａの長さを種々変えたときのライフ試験の結果を示す表である。なお、表中のランプＮｏ．は陽極側の封着金属箔３Ａの長さ仕様が異なるランプを示し、各Ｎｏ．のメタルハライドランプを、直流点灯回路を用いてライフ試験を行った。封着金属箔長は、ＬＡ（ｍｍ）が陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａの長さ、ＬＫ（ｍｍ）が陰極２Ｋ側の封着金属箔３Ｂの長さ、をそれぞれ示す。
【表１】
2008077891.tif 000003
【００７５】
表１から理解できるように、ランプ３〜１２のように陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａの長さＬＡ（ｍｍ）が１０〜１９ｍｍの範囲内であれば、前述と同様な５０００時間のライフ試験の後でもメタルハライド放電ランプの点灯が可能であるとともに、光中心距離２７．１ｍｍの規格を満足するメタルハライド放電ランプを得ることが可能になる。
【００７６】
しかし、ランプ１３の場合、５０００時間のライフ試験語でも点灯可能であるが、封着金属箔３Ａが２０ｍｍ以上になると、光中心の距離を２７．１ｍｍにすることが不可能となる。
【００７７】
これに対して、封着金属箔３Ａの長さＬＡ（ｍｍ）が１０ｍｍ未満のランプ１、２の場合には、５０００時間以内に封着金属箔３Ａと電流導入導体４Ａとの接合部近傍の石英ガラスにクラックが発生し、気密容器１の気密が破壊されて不点になった。この現象は再現性があった。なお、この場合、陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａは、徐々に黒く変色していった。変色部分を分析した結果、封着金属箔３Ａが酸化されていることが分かった。このことから、封着金属箔３Ａは、点灯中の温度が３５０℃以上になっていたことが分かる。また、陰極２Ｋ側の封着金属箔３Ｂについては別段酸化、クラックなどの不都合は発生していなかった。
【実施例２】
【００７８】
次に、実施例２として陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａの長さを表１と同様に種々変え、かつ陰極２Ｋを口金Ｂ側に配置した以外は実施例と同一の仕様としたメタルハライド放電ランプを製作してライフ試験を行った結果について表２を参照して説明する。なお、表２において、表１と同じ部分については説明を省略する。
【表２】
2008077891.tif 000004
【００７９】
表２から理解できるように、実施例２の場合、陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａの長さＬＡ（ｍｍ）が１０ｍｍ以下で不点になり、ランプ９の１６ｍｍ以上になると、５０００時間後でも点灯可能であるが、口金基準面からランプ先端までを５０ｍｍ以内にすると、光中心距離が規格外になってしまう。しかし、陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａの長さＬＡ（ｍｍ）が１１〜１５ｍｍの範囲において、本発明の効果を奏することができる。このことおよび図３との対比から、本発明においては、陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａの長さＬＡ（ｍｍ）を所定の範囲内で長くすることに加えて、陽極２Ａ側の封着金属箔３Ａを口金Ｂ側に配置することがより一層効果的であることが分かる。
【実施例３】
【００８０】
放電媒体      ：ScI3-NaI-MnI2（0.10-0.25-0.15mg）、Xe11気圧
その他は実施例１同じ。
【００８１】
実施例３は、第２のハロゲン化物の材料を変更したもので、実施例１におけるのと同様なメタルハライド放電ランプを製作して表１および表２におけるのと同様にライフ試験を行った。その結果、図３および図４におけるのとほぼ同様な結果が得られた。
【実施例４】
【００８２】
放電媒体      ：NdI3-NaI-ZnI2（0.10-0.25-0.12mg）、Xe11気圧
その他は実施例１同じ。
【００８３】
実施例４は、第１のハロゲン化物を変更したもので、実施例１におけるのと同様なメタルハライド放電ランプを製作して表１および表２におけるのと同様にライフ試験を行った。その結果、表１および表２におけるのとほぼ同様な結果が得られた。
【００８４】
次に、本発明のメタルハライド放電ランプを実施するための第２の形態について説明する。本形態において、メタルハライド放電ランプＭＨＬは、陽極２Ａ側の封止部１ｂ内に埋設された封着金属箔３Ａの長さをＬＡ（ｍｍ）とし、定常点灯中のランプ電流Ｑ（Ａ）としたとき、数式：７．３６＜ＬＡ・Ｑ＜１５．１２を満足するように構成されている。
【実施例５】
【００８５】
放電媒体      ：ScI3-NaI-ZnI2（0.10-0.25-ZnI2の量を８種類設定）、Xe11気圧
その他は実施例１同じ。
【００８６】
ZnI2量はランプ電圧と関連しているので、ZnI2の封入量を８種類に変えたメタルハライド放電ランプＡ〜Ｈは３５Ｗ入力でランプ電圧が３８〜５２Ｖになった。
例えば、ZnI2０．１２ｍｇ封入でランプ電圧は４２Ｖ（ランプＦ）になった。この場に封着金属箔３Ａの長さＬＡ（ｍｍ）とランプ電流Ｑ（Ａ）との積ＬＡ・Ｑが図５に示す表中の数値のようになった。
【表３】
2008077891.tif 000005
【００８７】
なお、表３において、最上段は陽極側の封着金属箔長（ｍｍ）であり、左欄から右欄まで６ｍｍから２４ｍｍまでに区分されている。また、上から２段から最下段まではそれぞれランプ電圧が異なる各ランプＡ〜ＨにおけるＬＡ・Ｑの値を示している。
【００８８】
表３から理解できるように、太枠で囲まれて閉じた範囲は、点滅寿命試験において、
点滅回数１万２千回以上を達成した陽極側の封着金属箔長とランプＡ〜Ｈの組み合わせにおけるＬＡ・Ｑ値を示している。換言すれば、本発明の第１の形態における水銀フリーのメタルハライド放電ランプは、封着金属箔長とランプ電流との積が数式：７．３６＜ＬＡ・Ｑ＜１５．１２を満足する範囲内にあれば、クラックが生じなくなるのに加えて点滅寿命も長くなること意味している。
【００８９】
図３は、本発明のメタルハライド放電ランプ点灯装置を実施するための一形態の回路ブロック図である。すなわち、メタルハライド放電ランプ点灯装置は、以上説明した本発明のメタルハライド放電ランプ１３と、極性が時間と共に変化しない電流を供給してメタルハライド放電ランプを点灯する直流電子化点灯回路とを具備している。図示の形態において、直流電子化点灯回路は、直流主点灯回路１２Ａおよび始動器１２Ｂを備えている。直流主点灯回路１２Ａは後述するように構成され、後述する前照灯本体１１に取り付けることができる。
【００９０】
メタルハライド放電ランプ１３は、図１に示すに示す本発明のメタルハライド放電ランプからなる。
【００９１】
直流主点灯回路１２Ａは、昇圧チョッパなどを主体とする直流電子回路により構成され、直流電源電圧を所望の直流出力電圧が得られるように可制御に昇圧してメタルハライド放電ランプ１３に印加する。なお、直流電源電圧は、電池電源、整流化直流電源などの直流電源ＤＣから得ることができる。
【００９２】
始動器１２Ｂは、メタルハライド放電ランプ１３の始動時に高電圧パルスを出力してメタルハライド放電ランプ１３に印加して、これを瞬時に始動させる。
【００９３】
そうして、メタルハライド放電ランプ点灯装置は、直流主点灯回路１２Ａがメタルハライド放電ランプ１３を始動し、かつ安定に点灯させる。また、自動車前照灯用のメタルハライド放電ランプ点灯装置としては、メタルハライド放電ランプ１３を始動し、かつ点灯開始直後に定格ランプ電力の２倍以上の電力を数秒間連続的に投入し、その後ハロゲン化物が急激に蒸発するときに一定比率でランプ電力を低減させ、引き続いて低減率を大きな値から順次減少させながら徐々に定格ランプ電力まで低減しながら安定点灯へと移行させるようにメタルハライド放電ランプ１３を制御しながら点灯するように動作をする。
【００９４】
図４は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯を示す略図である。図において、１１は前照灯本体、１２Ａは直流主点灯回路、１２Ｂは始動器、１３はメタルハライド放電ランプである。
【００９５】
本発明において、前照灯本体１１とは、前照灯からメタルハライド放電ランプ１３、直流主点灯回路１２Ａおよび始動器１２Ｂを除いた残余の部分をいう。また、前照灯本体１１は、容器状をなし、内部に反射鏡１１ａ、前面にレンズ１１ｂおよび図示を省略しているランプソケットなどを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明のメタルハライド放電ランプを実施するための第１の形態を示す正面図
【図２】同じく発光管の拡大平面図
【図３】本発明のメタルハライド放電ランプ点灯装置を実施するための一形態の回路ブロック図
【図４】本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯を示す略図
【符号の説明】
【００９７】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…封止部、１ｃ…放電空間、２Ａ…陽極、２Ｋ…陰極、３Ａ…陽極側の封着金属箔、３Ｂ…陰極側の封着金属箔、４Ａ、４ｂ…電流導入導体、Ａ１…陽極主部、Ａ２…軸部、ＩＴ…発光管、Ｋ１…陰極主部、Ｋ２…軸部、ＬＡ…陽極側の封着金属箔の長さ、ＬＫ…陰極側の封着金属箔の長さ
【図１】
2008077891.tif 000006
【図２】
2008077891.tif 000007
【図３】
2008077891.tif 000008
【図４】
2008077891.tif 000009