(57)【要約】【課題】  ちらつきの発生を長時間抑制することができるメタルハライドランプを提供する。【解決手段】  本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間１４が形成された放電部１１、放電部１１に連続形成された封止部１２ａ、１２ｂを有する気密容器１と、放電空間１４に希ガスおよびヨウ化メタルを含み、水銀は本質的に含まない放電媒体と、封止部１２ａ、１２ｂに一端が封着され、他端は放電空間１４に対向配置された一対の電極３ａ２、３ｂ２とを具備し、電極３ａ２、３ｂ２は０．１重量％以上、０．７重量％以下の酸化トリウムと、０．００１０重量％以上のカリウムを含有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間が形成された放電部、前記放電部に連続形成された封止部を有する気密容器と、前記放電空間に希ガスおよびヨウ化メタルを含み、水銀は本質的に含まない放電媒体と、前記封止部に一端が封着され、他端は前記放電空間に対向配置された一対の電極とを具備し、
前記電極は０．１重量％以上、０．７重量％以下の酸化トリウムと、０．００１０重量％以上のカリウムを含有していることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記電極の先端部の直径をＲ（ｍｍ）としたとき、Ｒ≧０．３０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
始動時に安定時に対して略２倍以上の電力が供給され、点灯されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の前照灯等に用いられるメタルハライドランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の前照灯に用いられる光源としては、従来はハロゲンランプが用いられていたが、現在は高圧放電タイプのメタルハライドランプが主流となりつつある。このメタルハライドランプは、水銀、キセノンなどを発光させることにより高輝度が得られるランプであるが、環境に配慮すべく、水銀の使用を規制したメタルハライドランプ（以下、水銀フリーランプ）が開発されており、例えば、特開平１１−２３８４８８号公報（以下、特許文献１）などにより知られている。
【０００３】
ただし、水銀フリーランプは、従来の水銀入りのメタルハライドランプと比較して、ちらつきが発生することが知られており、最悪の場合、アークが不安定になりランプが消えてしまう、いわゆる立ち消えが発生する。そこで、特開２００７−１１５６１５号公報（以下、特許文献２）、特開２００６−６６０７６号公報（以下、特許文献３）に記載のように、水銀フリーランプに酸化トリウムを含有した電極を用いることがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３８４８８号公報
【特許文献２】特開２００７−１１５６１５号公報
【特許文献３】特開２００６−６６０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、酸化トリウム含有の電極を備えた水銀フリーランプにおいて、比較的短時間でちらつきが発生してしまうという問題が生じている。この問題について検討したところ、電極中の酸化トリウムとヨウ化メタルとが反応することにより生成される遊離ヨウ素の発生が原因であることが判明した。そこで、遊離ヨウ素の発生を抑制するために、酸化トリウムの含有量を低減してみたところ、短時間でのちらつきは抑制できるが、長時間はちらつきを抑制しがたいことがわかった。
【０００６】
このような問題に鑑み、発明者が様々な検討を行ったところ、酸化トリウム入りの電極に、さらにカリウムを添加することにより、ちらつきの発生を長期にわたって抑制することができることを見出したため、本発明を提案するに至った。
【０００７】
本発明の目的は、ちらつきの発生を長時間抑制することができるメタルハライド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】
【０００８】
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、内部に放電空間が形成された放電部、前記放電部に連続形成された封止部を有する気密容器と、前記放電空間に希ガスおよびヨウ化メタルを含み、水銀は本質的に含まない放電媒体と、前記封止部に一端が封着され、他端は前記放電空間に対向配置された一対の電極とを具備し、前記電極は０．１重量％以上、０．７重量％以下の酸化トリウムと、０．００１０重量％以上のカリウムを含有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ちらつきの発生を長時間抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明のメタルハライドランプの一実施形態である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図である。
【００１１】
本実施の形態のメタルハライドランプは、主要部として気密容器１を有する。気密容器１はランプ軸方向に細長い形状であって、その略中央部に略楕円形の放電部１１が形成されている。放電部１１の両端部には、板状の封止部１２ａ、１２ｂが形成されており、さらにその両端には、筒状の非封止部１３ａ、１３ｂが形成されている。なお、気密容器１としては、耐熱性と透光性を具備した材料、たとえば石英ガラスによって形成することができる。
【００１２】
放電部１１の内部には、軸方向において、中央部が略円柱状、その両端部がテーパ状の放電空間１４が形成されている。この放電空間１４の容積は１００ｍｍ３以下、特に自動車前照灯の用途の場合には１０ｍｍ３〜４０ｍｍ３であるのが望ましい。
【００１３】
放電空間１４には、金属ハロゲン化物２及び希ガスとからなる放電媒体が封入されている。金属ハロゲン化物２は、ナトリウム、スカンジウム、亜鉛、インジウムなどの金属にハロゲンが結合された状態で用いられる。これらの金属に結合されるハロゲンとしては、ハロゲンの中で最も反応性が低いヨウ素が好適であり、すなわち、ヨウ化メタルとして封入されるのが望ましい。ただし、使用可能なハロゲンはヨウ素のみに限定されるものではなく、臭素、塩素、又は複数のハロゲンを組み合わせて使用してもよい。
【００１４】
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。キセノンの封入圧力としては１０ａｔｍ以上が望ましく、さらに１３〜２０ａｔｍであるが望ましい。
【００１５】
ここで、放電空間１４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、又は従来の水銀入りのメタルハライドランプと比較してもほとんど封入されていないに等しい程度の量、例えば１ｍｌ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ものとする。
【００１６】
封止部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント３ａ、３ｂが封止されている。
このマウント３ａ、３ｂは、金属箔３ａ１、３ｂ１、電極３ａ２、３ｂ２、コイル３ａ３、３ｂ３、外部リード線３ａ４、３ｂ４を一体的に構成してなる。
【００１７】
金属箔３ａ１、３ｂ１、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。
【００１８】
電極３ａ２、３ｂ２は、その基端側は金属箔３ａ１、３ｂ１の放電部１１側の端部に接続され、先端側は放電空間１４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、所定の電極間距離としては、見た目上、すなわち実際の距離ではなく、ランプの外観上における距離で４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。また、電極３ａ２、３ｂ２の先端の直径は、０．３０ｍｍ以上、０．４０ｍｍ以下であるのが望ましい。これにより、電極の先端部の温度が低下するため、電極の溶融を抑制することができる。
【００１９】
なお、電極３ａ２、３ｂ２は、タングステンに０．１重量％以上、０．７重量％以下の酸化トリウムと、０．００１０重量％以上（＝１０ｐｐｍ以上）のカリウムが含有されてなる。ただし、カリウムを多量に電極に添加すると電極の製造が困難になるため、カリウムの含有量としては、現状、０．０２００重量％が限界である。また、カリウムを含有させるために微量のアルミニウムとケイ素も添加されている。なお、酸化トリウムの含有量は、放電空間１４に突出している電極部分について、二硫酸カリウム溶融−ＩＣＰ発光分光法（測定装置としてエスアイアイ・ナノテクノロジー社製、ＳＰＳ１５００Ｖを使用）により測定することができる。また、カリウムの含有量は、同様の電極部分を、過酸化水素分解−フレームレス原子吸光法（測定装置としてパーキンエルマー社製、ＳＩＭＡＡ６０００を使用）により測定することができる。
【００２０】
コイル３ａ３、３ｂ３は、例えば、ドープタングステンからなり、封止部１２ａ、１２ｂに封着された電極３ａ２、３ｂ２の軸部の軸周りに螺旋状に巻かれている。ただし、金属箔３ａ１、３ｂ１と接続された電極３ａ２、３ｂ２の軸部分にはコイル３ａ３、３ｂ３は巻装しておらず、箔端から放電空間１４方向に巻装している。
【００２１】
外部リード線３ａ４、３ｂ４は、例えば、モリブデンからなり、放電部１１に対して反対側の金属箔３ａ１、３ｂ１の端部に、溶接等により接続されている。そして、外部リード線３ａ４、３ｂ４の他端側は、管軸に沿って封止部１２ａ、１２ｂの外部に延出し、非封止部１３ａ、１３ｂの略中央に位置しながらさらに外部方向に延びている。なお、前端側に延出したリード線３ｂ４には、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３ｃの一端が接続されている。そのサポートワイヤ３ｃの他端は、後述するソケット６の方向に延出している。そして、管軸と平行しているサポートワイヤ３ｃには、セラミックからなるスリーブ４が被覆されている。
【００２２】
上記で構成された気密容器１の外側には、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を添加することにより、紫外線を遮断性する作用を有する筒状の外管５が、管軸に沿って気密容器１と同心状に設けられている。それらの接続は、気密容器１両端の筒状の非封止部１３ａ、１３ｂと外管５の両端部を溶融することにより行なわれている。すなわち、気密容器１と外管５の両端には、溶着部５１ａ、５１ｂが形成されている。なお、気密容器１と外管５との間の空間には、例えば、窒素やネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを一種又は混合して封入したりすることができる。
【００２３】
そして、気密容器１を内部に覆った状態の外管５の非封止部１３ａ側には、ソケット６が接続される。これらの接続は、外管５の非封止部１３ａ付近の外周面に装着された金属バンド７１を、ソケット６の気密容器１保持側の開口端に形成された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。そして、接続をさらに強固にするため、金属バンド７１及び舌片７２の接触点を溶接している。なお、ソケット６の底部には底部端子８ａ、側部には側部端子８ｂが形成されており、それぞれリード線３ａ４、サポートワイヤ３ｃが接続されている。
【００２４】
これらで構成されたランプの底部端子８ａ、側部端子８ｂに点灯回路を接続し、始動時は約７５Ｗ、安定時が約３５Ｗの電力が供給され、点灯される。すなわち、始動時の光束立ち上がり等の特性を良好にするために、始動時には安定時に対して略２倍以上の電力が供給される点灯方式が採用されている。この高電力が供給されているときは、電極が最も高温になるときであり、電極が溶融しやすい。
【００２５】
図２は、図１のメタルハライドランプの一仕様について説明するための図である。なお、以下の試験は特に言及しない限り寸法、材料等はこの仕様に基づいて行っている。
【００２６】
放電容器１：石英ガラス製、放電空間１４の内容積＝２８ｍｍ３、内径Ａ＝２．５ｍｍ、外径Ｂ＝６．２ｍｍ、長手方向の球体長Ｃ＝７．８ｍｍ、
金属ハロゲン化物２：ＳｃＩ３、ＮａＩ、ＺｎＩ２、ＩｎＢｒ、総封入量＝０．６ｍｇ、
希ガス：キセノン＝１２ａｔｍ、
水銀：０ｍｇ、
金属箔３ａ１、３ｂ１：モリブデン製、
電極３ａ２、３ｂ２：トリエーテッドタングステン製、直径Ｒ＝０．３８ｍｍ、電極間距離Ｄ＝４．２ｍｍ、酸化トリウム＝０．５重量％、カリウム＝０．００５０重量％、
コイル３ａ３、３ｂ３：ドープタングステン製。
【００２７】
図３は、酸化トリウム含有量が０．５重量％でカリウムの含有量が異なるタングステン電極を具備するランプ１〜７のランプ電圧の時間的変化と立ち消え発生時間について説明するための図である。なお、試験条件は、自動車前照灯ＨＩＤ光源の規格であるＪＥＬ２１５に定められたＥＵ１２０分モードの点滅サイクルである。
【００２８】
この図からわかるように、ランプ１〜７はそのランプ電圧の時間的変化（傾き）はほぼ同じであるが、立ち消え発生時間が大きく異なる結果になっている。具体的には、カリウムを含まないランプ１とカリウムを０．０００５重量％含むランプ２では、ランプ電圧が５５Ｖに達した１５００時間経過後に立ち消えてしまっているが、カリウムを０．００１０〜０．０２００重量％含むランプ３〜７ではランプ電圧が６０Ｖに達する２２００時間まで立ち消えが発生しなかった。すなわち、酸化トリウムを０．５重量％含有するタングステン電極においては、０．００１０〜０．０２００重量％のカリウムをさらに添加すれば、ちらつきおよび立ち消えが発生しにくくなることがわかる。
【００２９】
このような結果になった理由としては、以下のように推測される。
【００３０】
図４は、酸化トリウム含有量が異なるタングステン電極を具備するランプ１１〜１６のランプ電圧の時間的変化と立ち消え発生時間について説明するための図である。
【００３１】
この図からわかるように、電極の酸化トリウムの含有量とランプ電圧増加の傾きとは、関係があることがわかる。これは、酸化トリウムの含有量が多いほど、ランプ電圧を上昇させる作用のある遊離ヨウ素が放電空間中に多くなるためと考えられる（詳細は、当社先願の特願２００７−３２０２７を参照）。また、酸化トリウム含有タングステン電極では、ランプ電圧が約５５Ｖになると立ち消えていることがわかる。したがって、酸化トリウムの含有量が多いと、立ち消え発生電圧である５５Ｖに早く達し、短時間で立ち消えることになる。なお、酸化トリウムの含有量が少ないランプ１１や１２において５５Ｖになる前に立ち消えているのは、他のランプと比較して電極先端部のトリウムの枯渇領域が広がり、電極の仕事関数が上昇したためと考えられる。
【００３２】
図５は、カリウム含有量が異なるタングステン電極を具備するランプ２１〜２６のランプ電圧の時間的変化と立ち消え発生時間について説明するための図である。
【００３３】
この図からわかるように、カリウムには、酸化トリウム以上にランプ電圧を上昇させる作用があることがわかる。一方で、立ち消え発生電圧は、ランプ２２〜２６では約６０Ｖと酸化トリウムよりも高いことがわかる。
【００３４】
以上の試験結果を考慮すると、酸化トリウムとカリウムとを組み合わせてタングステン電極に含有することは通常考えない。酸化トリウムとカリウムも、ランプ電圧を上昇させる作用があり、それらを組み合わせるとさらに短時間で立ち消えると予想されるからである。
【００３５】
しかし、図３に示されているように、それぞれを使用した図４、５よりも立ち消えが改善されている。そこで、図３〜５を比較すると驚くべきことに気づく。それは図３のランプ４は、図４のランプ１３のランプ電圧上昇と近い特性を示し、立ち消え発生電圧は図５のランプ２３の立ち消え発生電圧である約６０Ｖであるということである。すなわち、ランプ４にはランプ１３の立ち消え発生電圧が低いというデメリットとランプ２３のランプ電圧上昇が早いというデメリットが発生していない。これは、酸化トリウム含有タングステン電極では、寿命中、電極先端領域はトリウムが枯渇し、先端領域が図６（ａ）に示すように純タングステンに近い状態になっているのに対し、酸化トリウム、カリウム含有タングステン電極では、同様に電極先端領域のトリウムは枯渇するものの、カリウムは残存し、先端領域が（ｂ）に示すようにカリウムを含有するドープタングステンに近い状態になるためと推測される。つまり、酸化トリウムとカリウムを電極に添加することにより、寿命中の電極先端領域の仕事関数の上昇が抑制されたため、立ち消えしにくくなったと考えられる。
【００３６】
一方、ちらつきおよび立ち消えを長時間抑制するためには、酸化トリウム、カリウムのそれぞれの含有量も重要となる。そこで、酸化トリウムの含有量を０．１〜１．７重量％に変化させて、図３と同様の試験を行ったところ、酸化トリウムを０．１重量％以上、０．７重量％以下、カリウムを０．００１０重量％以上、電極に添加すれば、図３のように長時間立ち消えを抑制できる効果が得られることがわかった。
【００３７】
したがって、本実施の形態では、０．１重量％以上、０．７重量％以下の酸化トリウムと、０．００１０重量％以上のカリウムを含有するタングステン電極をメタルハライドランプに使用することにより、ちらつきおよび立ち消えの長時間発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】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図。
【図２】図１のメタルハライドランプの一仕様について説明するための図。
【図３】酸化トリウム含有量が０．５重量％でカリウムの含有量が異なるタングステン電極を具備するランプ１〜７のランプ電圧の時間的変化と立ち消え発生時間について説明するための図。
【図４】酸化トリウム含有量が異なるタングステン電極を具備するランプ１１〜１６のランプ電圧の時間的変化と立ち消え発生時間について説明するための図。
【図５】カリウム含有量が異なるタングステン電極を具備するランプ２１〜２６のランプ電圧の時間的変化と立ち消え発生時間について説明するための図。
【図６】酸化トリウム含有タングステン電極と、酸化トリウム、カリウム含有タングステン電極の先端部の寿命中の状態について説明するための模式図。
【符号の説明】
【００３９】
１  気密容器
１１  放電部
１２ａ、１２ｂ  封止部
１３ａ、１３ｂ  非封止部
１４  放電空間
２  金属ハロゲン化物
３ａ、３ｂ  マウント
３ａ１、３ｂ１  金属箔
３ａ２、３ｂ２  電極
３ａ３、３ｂ３  コイル
３ａ４、３ｂ４  外部リード線
３ｃ  サポートワイヤ
４  スリーブ
５  外管
６  ソケット
７１  金属バンド
７２  舌片
８ａ  底部端子
８ｂ  側部端子
【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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