(57)【要約】【課題】  明るさのちらつきが少なく、かつ封止部にクラックが発生しにくいメタルハライドランプを提供する。【解決手段】  ０．１ｃｃ以下の放電空間１ａとその両端に封止部１ｃを有する気密容器１と、略円柱状の先端部３ａ、この先端部３ａに一体に形成された略円柱状の軸部３ｂとを有し、先端部３ａの直径Ｒ（ｍｍ）が０．３０≦Ｒ≦０．４０、軸部３ｂの直径ｒ（ｍｍ）が０．２５≦ｒ≦０．３０、かつＲ＞ｒの関係を満たし、さらに前記気密容器１の放電空間１ａに５ｍｍ以下の電極間距離で先端部３ａが対向するように封止部１ｃに封装された一対の電極３と、前記気密容器１の放電空間１ａに封入され、金属ハロゲン化物および希ガスを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体とを具備し、管壁負荷が６０（Ｗ／ｃｍ２）以上で点灯されることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１ｃｃ以下の放電空間とその両端に封止部を有する気密容器と、略円柱状の先端部、この先端部に形成された略円柱状の軸部とを有し、先端部の直径Ｒ（ｍｍ）が０．３０≦Ｒ≦０．４０、軸部の直径ｒ（ｍｍ）が０．２５≦ｒ≦０．３０、かつＲ＞ｒの関係を満たし、さらに前記気密容器の放電空間に５ｍｍ以下の電極間距離で先端部が対向するように封止部に封装された一対の電極と、前記気密容器の放電空間に封入され、金属ハロゲン化物および希ガスを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体とを具備し、管壁負荷が６０（Ｗ／ｃｍ２）以上で点灯され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軸方向長Ｌ（ｍｍ）が、０．７≦Ｌ≦１．５であ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、自動車等に使用さ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】
従来、対向する一対の電極を備えた気密容器の放電空間に発光金属のハロゲン化物、希ガス、および水銀を封入したメタルハライドランプ（以後、水銀入りランプ）は、比較的高効率、高輝度であるため広く使用されてきた。
【０００３】
現在、自動車の前照灯用として使用されるメタルハライドランプは、環境問題などにより、水銀を本質的に含まない水銀フリー化が進められている。しかし、水銀を本質的に含まないメタルハライドランプ（以後、水銀フリーランプ）は、水銀フリーという条件下であるために、明るさのちらつきが生じやすいという問題が発生している。
【０００４】
そこで、明るさのちらつきを生じにくくするための従来の水銀フリーランプを図５を参照して説明する。気密容器１０１は、包囲部１０１ａ、その両端に封止部１０１ｂ、および気密容器１０１の内部に放電空間１０１ｃを形成し、その封止部１０１ｂの内部から放電空間１０１ｃの方向に電極１０２が延出している。電極１０２は、軸部１０２ａ、先端部１０２ｂ、および基端部１０２ｃで構成されている。ここで、電極１０２の先端部１０２ｂの先端形状は、その断面形状が軸部１０２ａの直径の１／２以下の曲率半径を有する曲面となるような半球面を形成している。気密容器１０１の放電空間１０１ｃには、金属ハロゲン化物、キセノンおよび水銀を本質的に含まない放電媒体（図示しない）が封入されている。（たとえば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２４２９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電極１０２のように先端部１０２ｂの先端形状が丸まっていて軸部１０２ａよりも細いため、温度上昇しやすく電極変形が起こりやすくなる。また、先端部１０２ｂが球曲面状であるため、アークの基点が安定せず移動しやすくなる。そのため、ちらつきが発生してしまう可能性がある。
【０００６】
また、水銀フリーランプは水銀入りランプと比較して、点灯時に電流が多く流れ、電極が損耗しやすいため電極を太くする必要がある。そのため、軸部１０２ａと基端部１０２ｃの直径が同じ大きさであるような電極１０２では、比較的大径の軸部１０２ａと同じ直径を有する基端部１０２ｃを気密容器１０１の封止部１０１ｂに埋設しなければならなくなるため、封止部１０１ｂと基端部１０２ｃとの接触面積が増し、その結果、熱膨張率差の影響等によってクラックが発生してしまう。
【０００７】
従って、本発明は、明るさのちらつきが少なく、かつ封止部にクラックが発生しにくい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】
【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、０．１ｃｃ以下の放電空間とその両端に封止部を有する気密容器と、略円柱状の先端部、この先端部に一体に形成された略円柱状の軸部とを有し、先端部の直径Ｒ（ｍｍ）が０．３０≦Ｒ≦０．４０、軸部の直径ｒ（ｍｍ）が０．２５≦ｒ≦０．３０、かつＲ＞ｒの関係を満たし、さらに前記気密容器の放電空間に５ｍｍ以下の電極間距離で先端部が対向するように封止部に封装された一対の電極と、前記気密容器の放電空間に封入され、金属ハロゲン化物および希ガスを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体とを具備し、管壁負荷が６０（Ｗ／ｃｍ２）以上で点灯されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載のメタルハライドランプによれば、電極を以上のような形状にすることによって、明るさのちらつきを抑えることができ、かつ封止部におけるクラック等の発生も抑えることができる。
【００１０】
また、請求項２記載のメタルハライドランプは、前記電極の先端部の軸方向長Ｌ（ｍｍ）が、０．７≦Ｌ≦１．５であるので、さらに明るさのちらつきの発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるメタルハライドランプの正面図である。
【００１２】
第１の実施の形態のメタルハライドランプは、気密容器１、金属箔２、電極３、導入線４、絶縁チューブ５、外管６、口金７、支持体８、端子９からなる。
【００１３】
気密容器１は、耐火性、透光性の優れた石英ガラス、透光性アルミナ等の多結晶または単結晶セラミクスからなるが、自動車光源用としては、直線透過率がよい石英ガラスが適している。そして、気密容器１は放電空間１ａ、包囲部１ｂ、および封止部１ｃを形成している。
【００１４】
放電空間１ａは、気密容器１の内部に０．１ｃｃ以下の内容積で形成される空間であり、内径２．６ｍｍ、長さ６．０ｍｍのほぼ円柱状の形状を有している。ただし、放電空間１ａはこれに限らず内容積が０．１ｃｃ以下であれば種々の形状に変化させることができる。
【００１５】
包囲部１ｂは、放電空間１ａを内部に形成する部分であり、通常、電極間距離のほぼ中央に相当する部分と封止部１ｃに近接する部分とでは、放電空間１ａまでの肉厚が異なるように形成される。が、この肉厚の分布はこれに限られない。
【００１６】
封止部１ｃは、包囲部１ｂの両端に形成された平板状の部分であり、例えば減圧封止法により形成される。
【００１７】
ここで、気密容器１の放電空間１ａには放電媒体（図示していない）が封入される。放電媒体は本質的に水銀は含まれず、主に金属ハロゲン化物および希ガスから形成される。
【００１８】
金属ハロゲン化物は、主に発光金属となる金属ハロゲン化物とランプ電圧形成媒体となる金属ハロゲン化物とからなる。
【００１９】
発光金属となる金属ハロゲン化物として、ＳｃまたはＮａからなる金属のハロゲン化物があり、これらの金属のハロゲン化物は白色発光を効率良く発光する。これらの発光金属の他にも補助的に希土類金属などを選択して付加することもできる。
【００２０】
ランプ電圧形成媒体となる金属ハロゲン化物として、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｒｅ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆからなる金属のハロゲン化物がある。これらの中から選択された一種または複数種の金属のハロゲン化物を添加することができる。これらの金属のハロゲン化物は、発光金属としては期待できないが、水銀に代わって主としてランプ電圧を形成する働きをする。
【００２１】
希ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、ＸｅおよびＲｎの中の一種または複数種からなり、始動ガス、緩衝ガスとして作用する。また、自動車用のメタルハライドランプとしては、Ｘｅを５気圧以上、好ましくは８〜１６気圧の範囲で封入するのが望ましい。
【００２２】
ここで、放電媒体には水銀は本質的に含まれない。本発明において、「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないか、または１ｃｃあたり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀量が存在していることを許容するという意味である。これは、従来の水銀入りランプのように水銀蒸気によって放電ランプのランプ電圧を所要に高くする場合、短アーク形においては、１ｃｃあたり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、水銀量は圧倒的に少ないといえる。しかし、水銀を全く含まないことが望ましいことは言うまでもない。
【００２３】
金属箔２は、気密容器１を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い材料であるモリブデンからなり、気密容器１の封止部１ｃに封着される。さらに、金属箔２の一端には電極３が接続され、他端には導入線４が接続される。
【００２４】
電極３は、気密容器１の放電空間１ａに５ｍｍ以下の電極間距離で対向するように封止部１ｃに封装された一対の電極であり、例えばタングステンからなる。その他適した材料として、ドープタングステン、レニウム、レニウム−タングステン合金などでもよい。この電極３は、図２に示す第１の実施の形態における電極の拡大図のように、先端部３ａとこの先端部３ａに一体に形成された軸部３ｂで構成される。また、図３に示す他の実施の形態における電極の拡大図のように、電極３が略円柱状の先端部３ａと略円柱状の軸部３ｂの外表面が滑らかに接続されるような傾斜部３ｃを有する形状でもよい。これらの電極は直棒状の電極材料を研磨することで比較的簡単に所望の形状に成形することができる。
【００２５】
先端部３ａは、気密容器１の放電空間１ａに突出し、主に放電の起点となる部分である。この先端部３ａは略円柱状であり、直径Ｒ（ｍｍ）が０．３０≦Ｒ≦０．４０、かつ後述する軸部３ｂの直径よりも大きく形成される。さらに好適なのは、０．３４≦Ｒ≦０．３９の範囲である。
【００２６】
軸部３ｂは、一端は先端部３ａ、他端は金属箔２に溶接により接続され、主にその全体は気密容器１の封止部１ｃに封止される部分である。この軸部３ｂも略円柱状であり、直径ｒ（ｍｍ）が０．２５≦ｒ≦０．３０、かつ先端部３ａよりも小さく形成される。
【００２７】
導入線４は、金属箔２に接続された電極３に対して他端側に溶接により接続され、気密容器１の封止部１ｃより導出し、電気的に電極３と接続をする。それらのうち外部に導出する導入線４には絶縁チューブ５が取り付けられる。絶縁チューブ５はセラミックからなり、導入線４と他の電極が放電しないようにする絶縁の役割をする。
【００２８】
外管６は、紫外線を遮断する材料からなり、気密容器１の全体を覆うように設けられる。したがって、気密容器１から外部へ放出される紫外線を遮断したり、気密容器１を保温したり、機械的に保護したりする。ここで、外管６の内部は、外気と同程度または減圧された空気または不活性ガスを封入して気密にしたりすることが可能だが、外気に連通していても良い。
【００２９】
口金７は、例えば樹脂からなり、ランプ側の基端部にある支持体８を介して、気密容器１や外管６などを機械的、電気的に接続する。また、装置（図示していない）に取り付ける際にはランプ本体を機械的に接続し、さらに装置と口金７の接触する部分に端子９が配設されおり、電気的にも接続される。
【００３０】
これらから構成されるメタルハライドランプは、管壁負荷（電力／内表面積）が６０Ｗ／ｃｍ２以上で点灯される。ここで、管壁負荷とは、気密容器１の内部に形成された放電空間１ａの単位内表面積当りの定格ランプ電力である。
【００３１】
図４は、図１に示すメタルハライドランプの電極付近の拡大図である。電極３は気密容器１の封止部１ｃから放電空間１ａに突出し、そのうち先端部３ａのみが完全に放電空間４ａに突出している。先端部３ａの突出の程度は図４のように完全に突出しているか、最低でもその９割以上が突出していることが望ましい。また、先端部３ａで発生した熱は封止部１ｃから逃がすことができるため、先端部３ａの突出長さが長くなると熱を逃がしにくくなり温度が上昇する。逆に突出長さが短くなると熱が逃げやすくなるため温度が低くなる。したがって、電極３の先端部３ａの軸方向突出長を適切な範囲内にすることで、電極温度を好適に保つことができ、ちらつきの発生を抑えることができる。
【００３２】
メタルハライドランプにおいて、明るさのちらつきの発生は、金属のハロゲン化物を多量に封入する水銀フリーランプ特有の現象であるが、電極の形状や大きさを変えることで抑えようとする工夫は従来技術においても行われていた。そこで、本発明では電極３を先端部３ａと軸部３ｂで形成し、先端部３ａの直径の方が大きい形状とし、先端部３ａと軸部３ｂとの間に直径の段差が現れる形状としている。さらに、それぞれ好適な直径を設定した。その説明を以下に行う。
【００３３】
まず、ちらつきと電極の直径の大きさとの関係を説明する。点灯時、水銀入りランプにおいて安定時電圧が８５Ｖ程度であったのに対して、水銀フリーランプでは水銀フリー化に伴い安定時電圧が４２Ｖ程度まで下がった。しかし、安定時電圧が下がったことに対し、安定時の電力は約３５Ｗと変化していないため安定時に電流が水銀入りランプと比較して約２倍流れることになった。また、始動時にはより大電力が必要なため大電流が流れ、かつ電圧上昇時間が水銀入りランプの約２秒に比べて水銀フリーランプでは４〜８秒程度必要なため、長時間大電流が流れることになる。
【００３４】
このため、電極３の先端部３ａの直径が細いものであると、面積あたりに流れる電流が大きくなり、温度が上昇する。したがって、電極の形状が変形しやすくなるため、アークの基となる輝点が移動し、ちらつきが発生しやすくなる。
【００３５】
また、逆に電極３の先端部３ａの直径が太すぎると、電極の温度が上昇しにくくなるため、電子を放出する能力が低下する。したがって、放電が不安定となり、ちらつきが発生しやすくなる。
【００３６】
軸部３ｂの場合、直接放電を行うわけではないが、直径の大小により先端部を含む電極全体に関わってくる。直径が細いものであると電極全体の温度が上昇し、先端部３ａが変形しやすくなり、ちらつきの発生の原因になる。逆に太いものであると電極全体の温度が下がり、先端部３ａの電子放出能力が低下し、ちらつきの発生の原因になる。
【００３７】
上述のことが原因となって発生する明るさのちらつきを抑止できる適切な電極３の先端部３ａと軸部３ｂの直径の範囲として、先端部の直径Ｒ（ｍｍ）が０．３０≦Ｒ≦０．４０、軸部の直径ｒ（ｍｍ）が０．２５≦ｒ≦０．３０、かつＲ＞ｒの関係を導いた。これにより、明るさのちらつきを抑えることができる。
【００３８】
また、軸部３ｂの直径が規定範囲より大きい場合、封止部１ｃと軸部３ｂとの接触面積が増すためにクラックやリーク等の原因になる。逆に軸部３ｂの直径が規定範囲より小さい場合、温度が上昇しやすくなるため電極３が熱膨張する。それに対し、封止部１ｃの材料である石英は膨張しにくいためにクラック等が発生しやすくなる。したがって、軸部３ｂの直径を本発明の範囲に形成するとクラック等を少なくすることもできる。
【００３９】
ここで、水銀入りランプに本発明で規定した寸法の電極を用いた場合、前述したように水銀フリーランプよりも電極に流れる電流が約半分程度と少ないが、電流量に対して電極の直径が大きすぎるために、電極温度が上昇しない。そのため、電子放出能力が低下し、逆にちらつきや立ち消えが発生することになる。
【００４０】
また、電極３の先端部３ａの軸方向長を変えることにより、前述したように放電空間１ａに突出する長さが変わり、電極３の温度が上下する。結果、明るさのちらつきの発生に関係してくる。したがって、好適な先端部３ａの長さＬ（ｍｍ）の範囲として０．７≦Ｌ≦１．５、さらに望ましくは０．８≦Ｌ≦１．２に形成することで、ちらつきの発生を抑えることができる。
【００４１】
ここで、本発明は以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるメタルハライドランプの第１の実施の形態の正面図。
【図２】第１の実施の形態における電極の拡大図。
【図３】他の実施の形態における電極の拡大図。
【図４】図１に示すメタルハライドランプの電極付近の拡大図。
【図５】従来のメタルハライドランプの拡大図。
【符号の説明】
【００４３】
１  気密容器
１ａ  放電空間
１ｂ  包囲部
１ｃ  封止部
２  金属箔
３  電極
３ａ  先端部
３ｂ  軸部
３ｃ  傾斜部
４  導入線
５  絶縁チューブ
６  外管
７  口金
８  支持体
９  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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