(57)【要約】【課題】金属コイルを用いることなく、熱歪みに起因する封止部への亀裂の発生を防止できるメタルハライドランプを提供する。【解決手段】メタルハライドランプの電極がガラス部材の貫通孔に挿入され、さらにこのガラス部材の外周に粉体層が被服され、封止部で封止される。電極と封止部との間にガラス部材および粉体層が介在することから、電極と封止部間に生じる熱歪が緩和され、封止部での亀裂の発生が防止される。【選択図】図１
2005100811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの一端が対向して配置される一対の電極と；
前記各電極が貫通する貫通孔を有する一対のガラス部材と；
前記各ガラス部材の外周の少なくとも一部を被覆する粉体層と；
前記一対の電極の他端に接合される一対の金属箔と；
前記各金属箔に一端が接合される一対の外部リードと；
前記各電極の前記一端が配置される発光部と、前記発光部の両端に設けられ、かつ前記各電極の前記他端、前記各ガラス部材、前記粉体層、前記各金属箔、および前記各外部リードの前記一端を封止する一対の封止部と、を有する放電容器と； 
前記発光部内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含む放電媒体と；
を具備することを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記粉体層が金属酸化物の粉体から形成されている
ことを特徴とする請求項１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、メタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
メタルハライドランプは、放電容器内に水銀および希ガスと共に各種のハロゲン化金属（メタルハライド）を封入することにより、ランプの発光効率や演色性を向上させたものである。メタルハライドランプは高効率、高演色性などの特徴を有することから、店舗照明、道路照明などの一般照明用に利用される。さらに、自動車の前照灯装置にも使用される。
メタルハライドランプでは、放電容器の封止部で封止された一対の電極に電圧を印加することで放電媒体に放電を生じさせる。このため、封止部を融解して、その後に冷却することで電極を封止している。
しかしながら、電極と封止部との熱膨張差に起因する熱歪のために、電極封止の条件設定は必ずしも容易ではない。即ち、封止条件によっては、封止処理時の冷却の際に、封止部に亀裂が生じ、放電媒体が漏れる（リークする）ことがある。また、メタルハライドランプの点灯時の熱歪により、封止部に亀裂が生じる可能性もある。
このことから、電極に金属コイルを巻き付けてから封止を行うことで、熱歪みを緩和する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２６９９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電極に金属コイルを巻き付けて封止を行うと、電極と金属コイル間の隙間にメタルハライドが蓄積されて放電媒体中のメタルハライドが低減し、点灯時の光量が低下するおそれがある。
上記に鑑み、本発明は金属コイルを用いることなく、熱歪みに起因する封止部への亀裂の発生を防止できるメタルハライドランプ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】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明に係るメタルハライドランプは、互いの一端が対向して配置される一対の電極と；前記各電極が貫通する貫通孔を有する一対のガラス部材と；前記各ガラス部材の外周の少なくとも一部を被覆する粉体層と；前記一対の電極の他端に接合される一対の金属箔と；前記各金属箔に一端が接合される一対の外部リードと；前記各電極の前記一端が配置される発光部と、前記発光部の両端に設けられ、かつ前記各電極の前記他端、前記各ガラス部材、前記粉体層、前記各金属箔、および前記各外部リードの一端を封止する一対の封止部と、を有する放電容器と； 前記発光部内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含む放電媒体と；を具備することを特徴とする。
【０００５】
電極がガラス部材の貫通孔に挿入され、さらにこのガラス部材の外周に粉体層が被服され、封止部で封止される。電極と封止部との間にガラス部材および粉体層が介在することから、電極と封止部間に生じる熱歪が緩和され、封止部での亀裂の発生が防止される。
【０００６】
ここで、前記粉体層が金属酸化物の粉体から形成されていてもよい。
金属酸化物、例えば、アルミナは、封止部を加熱、融解した場合でも安定だからである。
【０００７】
上述の発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
（放電容器について）
放電容器は、耐火性で透光性の気密容器により構成されており、発光部と発光部の両端に連設された一対の封止部とを有する。発光部の内部には、放電を生じさせるための放電空間が形成されている。
気密容器は、放電ランプの通常の作動温度に十分耐え得る耐火性を備え、かつ放電によって発生した所望波長域の可視光を外部に導出することができればよい。例えば、石英ガラスや透光性アルミナ、ＹＡＧなどのセラミックス、またはこれらの単結晶などを用いることができる。この中でも、ガラス部材との接合容易性から石英ガラスが特に好ましい。封止の確実性向上のためである。
なお、必要に応じて、気密容器の内面に耐ハロゲン性または耐金属性の透明性被膜を形成するか、気密容器の内面を改質することが許容される。
【０００８】
（電極について）
一対の電極は、封止部に一部が埋設され、かつ発光部内に対向するように配設されている。また電極間の距離である電極間距離は、電極間距離が５ｍｍ以下、例えば、３．６〜４．８ｍｍになるように調節される。
一対の電極の電極間距離を３．６〜４．８ｍｍと規定したのは、電極間距離が３．６ｍｍを下回ると、ランプ電圧が低下するためランプ効率が低下するからであり、電極間距離が４．８ｍｍを上回ると、配光制御が困難になるからである。
なお、ここで言う電極間距離は、短アーク形のメタルハライドランプに対応するものであるが、本発明は必ずしもこれに限られるものではなく、長アーク形のメタルハライドランプを構成することも可能である。
本発明のメタルハライドランプは、交流および直流のいずれで点灯するように構成してもよい。交流で作動させる場合には、一対の電極は同一構造とすることができる。
なお、電極の先端部を除いた部分（電極軸）の直径は、０．２〜０．４ｍｍ程度（より好ましくは０．２５〜０．３５ｍｍ程度）が好ましい。
【０００９】
（ガラス部材について）
各ガラス部材は、封止部との接合が容易な材料であることが好ましい。また、熱膨張差が問題とならないように封止部と略同一の材料から構成するのが好ましい。ガラス部材には、例えば、石英ガラスを用いることができる。
ガラス部材は、電極を貫通する貫通孔を有すればよく、種々の外形を用いることができる。円筒形状（例えば、管状）、球形状、回転楕円形状のいずれをも外形として利用可能である。
また、ガラス部材に電極が挿入された状態にするのは、ガラス部材に形成された貫通孔に電極を挿入することで行える。これに換えて、電極に熔解したガラスを塗りつけて冷却することで、結果として、ガラス部材に電極が挿入された状態にすることも可能である。
なお、ガラス部材の肉厚は電極軸の直径の１００〜４００％程度であることが好ましい。
【００１０】
（粉体層について）
粉体層は、アルミナ等の金属酸化物の粉体材料から構成できる。例えば、粉体材料を溶媒と混合してガラス部材の外周に塗布し、溶媒を蒸発させることで、ガラス部材の外周上に粉体層を形成できる。このときの溶媒には、例えば、酢酸ブチルを利用できる。
このとき、粉体の粒径が０．１〜２０μｍ程度、粉体層の厚さが１〜５０μｍ程度であることが好ましい。粉体層形成の際に不純物ガスを吸着し、その後に放出することで放電媒体が劣化されるおそれがあることから、粉体層の厚さに上限が設定される。
【００１１】
（金属箔について）
一対の金属箔は、各封止部に気密に封止され、各電極および外部リードに接合されている。
金属箔の構成材料として、例えば、モリブデンを使用できる。金属箔には、例えば厚さが１０〜５０μｍの短冊状のものを用いることができる。なお、金属箔と電極及び外部リードとの接合手段は特に限定されるものではなく、溶接接合、ロウ付けのいずれを用いてもよい。
【００１２】
（放電媒体について）
放電媒体は放電容器の発光部内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含む。ハロゲン化金属としては、種々の金属元素のハロゲン化物を用いることができ、例えば主として発光に寄与する金属のハロゲン化物（第１のハロゲン化物）が使用される。このようなハロゲン化物としては、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類元素から選ばれる一種または複数種の金属元素のハロゲン化物を用いることができる。ＮａやＳｃは特に高効率な発光物質である。
【００１３】
ハロゲン化金属は、蒸気圧が相対的に高く、かつ第１のハロゲン化物の金属に比較して可視光域に発光しにくい金属の一種または複数種のハロゲン化物（第２のハロゲン化物）を含むことができる。可視光域に発光しにくい金属とは、第１のハロゲン化物の金属よりエネルギー準位が高く、第１のハロゲン化物の金属が主として発光する状態であればよい。このような第２のハロゲン化物を添加することによって、Ｈｇを含むランプに近いランプ電圧を得ることができるため、水銀レスメタルハライドランプの電気特性や発光特性を改善することが可能となる。第２のハロゲン化物は色度改善などに対しても寄与する。
【００１４】
第２のハロゲン化物としては、例えばマグネシウム（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）、及び錫（Ｓｎ）から選ばれる一種または複数種の金属元素のハロゲン化物が用いられる。
【００１５】
さらに、ハロゲン化金属として、インジウム（Ｉｎ）及びセシウム（Ｃｓ）から選ばれる一種または複数種の金属元素のハロゲン化物（第３のハロゲン化物）を含んでいてもよい。Ｉｎのハロゲン化物は発光色度の改善などに寄与する。また、Ｃｓのハロゲン化物はアーク温度の分布を補正して熱損失を低減する成分などとして添加される。
【００１６】
本発明におけるハロゲン化金属としては、上述した第１のハロゲン化物に第２のハロゲン化物、さらには第３のハロゲン化物を混合したハロゲン化金属が例示されるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、第１のハロゲン化物のうちの１種以上のハロゲン化金属であってもよい。また、２種以上のハロゲン化金属の一部が複合ハロゲン化物を形成していてもよい。
【００１７】
ハロゲン化金属を構成するハロゲンとしては、ヨウ素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）のいずれを用いてもよい。また、これらの中でもヨウ素（Ｉ）が最も好ましい。さらに、例えばヨウ化物と臭化物のように、異なるハロゲンの化合物を併用することもできる。
【００１８】
ハロゲン化金属の封入量については、例えば主として発光に寄与する第１のハロゲン化物は、放電容器の内容積（放電空間の体積）１ｃｃ当たり５〜１１０ｍｇの範囲で封入することができる。さらに好適な範囲は、放電容器の内容積１ｃｃ当たり５〜３５ｍｇである。このような範囲において、光束の立ち上がりを早くすることができると共に、光色を安定させることができる。第２のハロゲン化物は、放電容器の内容積１ｃｃ当たり０．０５〜２００ｍｇの範囲で封入することができる。他のハロゲン化物については適宜調整される。
【００１９】
希ガスは、始動用および緩衝ガスとして作用すると共に、始動直後には主発光を担うように作用するもので、一般的には気密容器を透過しなければ特に限定されないが、ネオン（Ｎｅ）は石英ガラスを透過しやすいので、気密容器を石英ガラスで形成する場合には、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）またはキセノン（Ｘｅ）が推奨される。始動直後の発光を希ガスに依存する場合には、最も発光効率が高いのはキセノンであるため、キセノンが最適である。
【００２０】
また、希ガスの封入圧力を高くすると、メタルハライドランプのランプ電圧が高くなり、同一ランプ電流に対してランプ入力を大きくして、光束の立ち上がり特性を向上させることができる。光束の立ち上がり特性が良好であることは、どのような使用目的であっても好都合であるが、特に自動車用前照灯装置や液晶プロジェクタなどにおいて極めて重要である。希ガスは例えば３．０×１０５Ｐａ（３気圧）以上の圧力で封入され、特に５．１×１０５〜１．５×１０６Ｐａ（５．０〜１５気圧、典型的には８気圧）の範囲で封入することが好ましい。
【００２１】
本発明のメタルハライドランプは、水銀が本質的に封入されていないものを用いてよい。ここで、「本質的に水銀が封入されていない」とは、水銀を全く封入していない状態に限られるものではなく、放電容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満の水銀、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在していることを許容することを意味する。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように、水銀蒸気により放電ランプの電気特性を維持する場合、短アーク形においては放電容器の内容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上の水銀を封入していたことからすれば、本発明は水銀量が本質的に少ないといえる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、金属コイルを用いることなく、熱歪みに起因する封止部への亀裂の発生を防止できるメタルハライドランプを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るメタルハライドランプ１０を側面から見た状態を表す側面図である。図２は図１に示すメタルハライドランプ１０の封止部の断面状態を拡大して表す一部断面図である。
図１，２に示すように、メタルハライドランプ１０は、放電容器１１、電極１２、ガラス部材１３，粉体層１４，金属箔１５、外部リード１６から構成される。
【００２４】
放電容器１１は、発光部１１ａと、その両端に設けられた一対の封止部１１ｂとを有する中空紡錘形状の石英ガラス製気密容器である。
発光部１１ａは、その内部に細長い放電空間１１ｃが形成され、外径６ｍｍ、内径２．３ｍｍのリング状断面を有する。
封止部１１ｂは、金属箔１５の幅方向の石英ガラスの幅が２．５〜６ｍｍ（最適には４ｍｍ）、金属箔１５の厚さ方向の石英ガラスの厚さが１．５〜３．５ｍｍ（最適には２ｍｍ）の略楕円形状の断面を有する。
【００２５】
電極１２は、放電空間１１ｃ内に一対となり対向して配置されている。これら電極１２はそれぞれ電極軸１２ａとそれより径大とされた電極先端部１２ｂを有している。一対の電極１２は、それぞれ電極軸１２ａの基部側端部を封止部１１ｂ内に埋設することによって、放電空間１１ｃ内の所定の位置に支持されている。径大の電極先端部１２ｂは、電極軸１２ａと一体に形成されている。
【００２６】
電極先端部１２ｂは球状とされている。このような電極先端部１２ｂによれば、良好な電気特性や発光特性を得ることができる。また、電極先端部１２ｂの形状については、全体の概略形状を球状とすると共に、相対する先端部分を平面（例えば直径０．２〜０．５ｍｍの円形）とすることも有効である。このような電極先端部１２ｂによれば、球状電極で生じるおそれがあるアークスポットの不安定やチラツキを防止することができる。
なお、電極軸１２ａは、円筒形状であり、その直径は０．３ｍｍである。
【００２７】
一対の電極１２の電極軸１２ａは、金属箔１５の一方の端部側に接合されている。金属箔１５の他方の端部側には、それぞれ外部リード１６の一方の端部が溶接接合されており、これら外部リード１６の他方の端部は放電容器１１外に導出されている。金属箔１５は電極軸１２ａおよび外部リード１６が接合された状態で、封止部１１ｂにより気密に封着されている。
【００２８】
各電極軸１２ａにガラス部材１３が被さり、さらにガラス部材１３に粉体層１４が被覆されている。これらガラス部材１３，粉体層１４が封止部１１ｂにより封止されている。電極１２と封止部１１ｂとの間にガラス部材１３および粉体層１４が介在することから、電極１２と封止部１１ｂ間に熱歪みが直接的に加わることが防止される。即ち、熱応力の集中により封止部１１ｂに亀裂（クラック）が発生することが防止される。
【００２９】
一対のガラス部材１３は，石英製の略円筒形状であり、その肉厚が１ｍｍ、長さが４ｍｍであり、電極軸１２ａが貫通する貫通孔を有する。
粉体層１４は，粒径６μｍのアルミナ粉体から構成され、厚さ２０μｍである。
【００３０】
放電容器１１内の気密状態は、金属箔１５を封止部１１ｂの石英ガラスで封着することにより維持されている。金属箔１５は１０〜３０μｍの範囲で厚さを有し、かつ５〜１５ｍｍの範囲の長さを有する。金属箔１５の長手方向の両端には、気密封着性を高めるように、エッジ部が設けられている。
【００３１】
放電容器１１内には、放電媒体としてハロゲン化金属と希ガスとが封入されている。放電媒体は本質的にＨｇを含まないものである。ハロゲン化金属は、主として発光に寄与するＮａ、Ｓｃおよび希土類金属から選ばれる一種または複数種の第１のハロゲン化物を少なくとも含み、さらに蒸気圧が相対的に高く、かつ第１のハロゲン化物の金属に比較して可視光域に発光しにくい金属の一種または複数種の第２のハロゲン化物、遊離ハロゲンの抑制や熱損失の低減などに寄与する第３のハロゲン化物などを含んでいてもよい。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、電極軸１２ａと封止部１１ｂとの間に、ガラス部材１３と粉体層１４とが介在する。このため、電極軸１２ａと封止部１１ｂとの熱膨張差に起因する応力の集中が緩和され、封止時および点灯時に封止部１１ｂに亀裂が生じることが防止される。
【００３３】
（比較例）
図３は、比較例に係るメタルハライドランプ１１０を表す一部断面図であり、実施形態での図２に対応する。
図３に示すように、メタルハライドランプ１１０は、ガラス部材１３と金属コイル１４のいずれも有せず、電極軸１２ａが直接に封止部１１ｂで封止されている。
【００３４】
この比較例では、電極１２を封止部１１ｂで封止するための封止条件（製造条件）を確立するのが困難であった。即ち、封止部１１ｂを加熱、融解して電極１２を封止する際に、封止部１１ｂに亀裂（クラック）が発生して放電媒体がリークする場合が多かった（特に、封止部１１ｂの冷却時）。
また、電極１２を封止部１１ｂで封止できた場合でも、メタルハライドランプ１１０を点灯することで、封止部１１ｂに亀裂が発生して放電媒体がリークし、点灯が停止する場合があった。
このような亀裂の発生原因としては、電極１２を封止部１１ｂで封止した際や、その後の点灯時での熱歪みが考えられる。
【００３５】
（メタルハライドランプ１０の製造工程）
メタルハライドランプ１０は、以下のような手順で製造することができる。
（１）電極−外部リード構造体２０の形成
ガラス部材１３を粉体層１４で被覆し、そのガラス部材１３に電極１２を挿入する。そして、レーザ溶接等で電極１２と金属箔１５と外部リード１６を接続する（図４参照）。この電極−外部リード構造体２０を一対形成する。
ガラス部材１３への粉体層１４の被覆は、粉体として、例えば、アルミナの粉末を溶媒に混合して、ガラス部材１３に塗布、乾燥することで行える。
この順序は適宜に変更することも可能である。最終的に図４に示される電極−外部リード構造体２０が形成されれば、その順序を変更しても差し支えない。例えば、電極１２に溶融されたガラス材料を塗りつけ、冷却することで、電極１２がガラス部材１３を貫通する構造とし、その後に粉体層１４で被覆してもよい。
【００３６】
（２）放電容器１１の一端の封止
放電容器１１の一端に電極−外部リード構造体２０を挿入し、放電容器１１の一端を加熱、融解して電極１２の一端、ガラス部材１３、粉体層１４、金属箔１５、外部リード１６の一端を封止して、封止部１１ｂが形成される（図５参照）。
（３）放電容器１１の真空引き、放電ガスの封入
放電容器１１の他端から放電容器１１内の放電空間１１ｃが真空に引かれ、その後に放電媒体が導入される（図６参照）。
（４）放電容器１１の他端の封止
放電容器１１内の放電媒体を保持したまま、放電容器１１の他端に電極−外部リード構造体２０を挿入し、放電容器１１の他端を熔解して電極１２の一端、ガラス部材１３、粉体層１４、金属箔１５、外部リード１６の一端を封止、封止部１１ｂが形成される（図１参照）。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係るメタルハライドランプを側面から見た状態を表す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るメタルハライドランプの封止部の断面状態を拡大して表す一部断面図である。
【図３】本発明の比較例に係るメタルハライドランプの封止部の断面状態を拡大して表す一部断面図である。
【図４】製造途中のメタルハライドランプを側面から見た状態を表す側面図である。
【図５】製造途中のメタルハライドランプを側面から見た状態を表す側面図である。
【図６】製造途中のメタルハライドランプを側面から見た状態を表す側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…メタルハライドランプ、１１…放電容器、１１ａ…発光部、１１ｂ…封止部、１１ｃ…放電空間、１２…電極、１２ａ…電極軸、１２ｂ…電極先端部、１３…ガラス部材、１４…粉体層、１５…金属箔、１６…外部リード
【図１】
2005100811.tif 000003
【図２】
2005100811.tif 000004
【図３】
2005100811.tif 000005
【図４】
2005100811.tif 000006
【図５】
2005100811.tif 000007
【図６】
2005100811.tif 000008