(57)【要約】【課題】  メタルハライドランプの寿命を長くする。【解決手段】  透光性の気密容器１は、発光管部１１の内部に放電空間１１１、その両端に封止部１２１、１２２を対向形成している。その封止部１２１、１２２の内部には、一端が放電空間１１１内で対向配置された一対の電極２１、２２を接続するレニウムとタングステンの合金からなる金属箔３１、３２が封着されている。【選択図】  図１
2005276471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された封止部とを有する透光性の気密容器と、
一端は前記放電空間内で対向配置され、他端は前記封止部内に封着された一対の電極と、
前記電極のそれぞれの他端を接続し、前記封止部内に封着されたレニウムとタングステンの合金からなる金属箔と
を具備したことを特徴とする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、自動車の前照灯など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】
従来のメタルハライドランプは、透光性の気密容器の内部に形成された放電空間にハロゲン化物、希ガス等を含む放電媒体が封入され、気密容器の両端部に形成された封止部に、端部に電極を接合した、例えばモリブデンからなる金属箔が封着され、その電極と金属箔との接合部分に耐ハロゲン物質の、例えばレニウム金属が被覆されている。（たとえば、特許文献１）
【特許文献１】特開平６−８９７０３号公報（第３、４頁、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の特許文献１のメタルハライドランプは、封止部内に放電媒体のハロゲン化物が浸入しても、電極と金属箔との接合部分に耐ハロゲン物質が被覆されていることから、電極と金属箔との接合の剥がれ等を防止できる。
【０００４】
しかし、光束立ち上がりを良くするために、始動時に定格の２倍程度の電力が投入される水銀を封入しない自動車前照灯用のメタルハライドランプにおいては、モリブデンからなる金属箔では、金属箔が高い負荷に耐えきれず、溶断が発生していた。また、逆に高負荷に耐えるために、金属箔の断面積を大きくすると、封止部形成時の高い温度から室温の低い温度に下がる過程で、それらの熱膨張率の違いにより、封止部にクラックが発生することがあった。
【０００５】
本発明の目的は、レニウムとタングステンの合金からなる金属箔を使用することで、寿命の長いメタルハライドランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
放電空間を形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された封止部とを有する透光性の気密容器と、一端は前記放電空間内で対向配置され、他端は前記封止部内に封着された一対の電極と、前記電極のそれぞれの他端を接続し、前記封止部内に封着されたレニウムとタングステンの合金からなる金属箔とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レニウムとタングステンの合金からなる金属箔を使用することで、ランプの寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明のメタルハライドランプの一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態を説明するための全体図である。
【００１０】
気密容器１は、例えば、透光性の石英ガラスからなり、ほぼ楕円形の形状の発光管部１１とその長手方向の両端部に発光管部１１と同材料で形成された封止部１２１、１２２からなる。発光管部１１には、その長手方向にほぼ円柱状の放電空間１１１が形成されており、この放電空間１１１には、封止部１２１、１２２の内部から延出した、例えばタングステンからなる電極２１、２２が、所定の電極間距離をおいて、その先端が対向するように配置されている。
【００１１】
また、この放電空間１１１には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、および希ガスであるキセノンが封入されている。ヨウ化ナトリウムに含有されている金属ナトリウムおよびヨウ化スカンジウムに含有されている金属スカンジウムは、主に発光金属として作用し、ヨウ化亜鉛に含まれている金属亜鉛は、主に水銀に代わるランプ電圧形成媒体として作用し、キセノンは、主に始動ガスとして作用する。また、ハロゲン化物を形成するヨウ素は、他のものよりも反応性が低いため、ハロゲン化物として最も好適である。
【００１２】
ここで、発光管部１１に封入される放電媒体に水銀は本質的に含まれていない。この「本質的に」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ても許容するという意味である。つまり、従来の水銀入りのショートアーク形ランプのように、水銀蒸気によって放電ランプの電圧を所要に高くする場合、１ｃｃあたり２０〜４０ｍｇ、場合によっては、５０ｍｇ以上封入していた。この水銀量と比較すれば、２ｍｇ未満の水銀量は圧倒的に少なく、本質的に水銀が含まれないと言える。
【００１３】
封止部１２１、１２２は、圧潰されて形成された板状の部分であり、その内部には、金属箔３１、３２が封着されている。この金属箔３１、３２は、タングステンを主体にレニウムを合成したレニウム−タングステン合金であり、従来、封着部材として一般に使用されてきたモリブデンと比較して、融点が５００℃程度高く、また、ハロゲンと反応しにくいという特徴を持つ。したがって、始動時に高い電力が投入されるために高い負荷がかかる、水銀を本質的に封入しないメタルハライドランプでは、金属箔３１、３２の材料にレニウム−タングステンを使用することは、特に溶断や封止部１２１、１２２へのクラックの発生の抑止に有効である。
【００１４】
金属箔３１、３２において、電極２１、２２が接続部分とは反対側の他端には、導入導体４１、４２が溶接等により接続されており、この導入導体４２の他端は、封止部１２２の外部に延出し、給電端子５の一端とほぼ直角に接続されている。この給電端子５は、Ｌ字状に形成されているため、他端は導入導体４１の方向に向かい、封止部１２１、１２２とほぼ平行に延出している。これらと平行する給電端子５の部分には、絶縁チューブ６が取着されている。
【００１５】
これらを備えた気密容器１の外側には、例えば紫外線を遮断する材料からなる筒状の外管７が、その長手方向に沿って覆うように設けられている。この外管７の両端部には、縮径部７１が形成されており、この縮径部７１は封止部１２２の反発光管部１１方向の端部付近をガラス溶着しており、図示していないもう一方の縮径部は、封止部１２１の反発光管部１１方向の端部付近をガラス溶着している。
【００１６】
そして、気密容器１を内部に覆った外管７は、その外周面を挟持するように形成された金属具８を介して、ソケット９に接続されている。このソケット９の径小部分には、金属端子９１が、その外周面に沿って形成されており、この金属端子９１は、給電端子５とソケット９内部で電気的に接続されている。
【００１７】
図２は、図１のメタルハライドランプの仕様の例について説明するための発光管部付近の拡大図である。発光管部１１の外径Ｒが６．０ｍｍ、長手方向の最大長Ｌが６．５ｍｍであり、これらで形成される放電空間１１１の体積が０．０２ｃｃである。封止部１２１、１２２に封着されたレニウム−タングステンを材料とする金属箔３１、３２の大きさＸ×Ｙが、１．５ｍｍ×７．０ｍｍ、軸上で対向配置される電極２１、２２の電極間距離Ｄが４．２ｍｍである。発光管部１１には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化スカンジウム−ヨウ化ナトリウム−ヨウ化亜鉛が０．８ｍｇ、希ガスであるキセノンが１０ａｔｍ、それぞれ２５℃の室温で封入されており、水銀は一切含んでいない。
【００１８】
図３は、種類の異なる金属箔を具備した図２のランプ仕様において、ＥＵ１２０分モードの５００、１０００、１５００、２０００、２５００、３０００時間点滅試験後の良品数を示す図である。ここで、図中のＲｅ−Ｗは、レニウム−タングステンを示し、Ｙ２Ｏ３−Ｍｏは、従来、一般に金属箔の材料として使用されているモリブデンを示している。
【００１９】
試験時間が２０００ｈまでは、どの金属箔の場合でも、発生する不良品の発生数が少ない。２５００ｈ、３０００ｈと時間が経過すると、３重量％から３７重量％では、２０００ｈまでと同様に不良品の発生数が少ないが、４０重量％では、２５００ｈから不良品が増え始め、３０００ｈともなると、さらに増えており、それ以降、時間が経過すると、さらに不良品の数が増えると予想される。ここで、タングステンは、もともと延展性のある金属ではなく、そのままでは封着導体として不適であるが、レニウムを合成していくことで、ある重量％までは融点が下がる反面、延展性が増していくという性質があり、これが約３７重量％までなので、この範囲では不良品の発生が少なかった。そして、さらにレニウムの量を増やし、３７重量％付近を越えると、金属間化合物の層ができることを確認した。この金属間化合物は、一般に脆くて硬い金属の状態であるので、封止部にクラックが発生しやすくなる。また、レニウムの重量％が低すぎると、延展性が十分でなく、封止部にクラックが発生しやすくなる。
【００２０】
したがって、レニウム−タングステン箔のレニウムの重量％は、３７重量％以下が好適であり、さらに好適には３重量％以上、３７重量％以下である。
【００２１】
また、比較のために試験を行ったモリブデン箔では、さらに多くの不良品が発生している。これは、レニウム−タングステンと比較すると、融点が低いため、同じ試験条件でも溶断が発生したと考えられる。この結果から、レニウム−タングステンの方が、モリブデンよりも金属箔の材料として優れていることがわかる。
【００２２】
図４は、厚さの異なる２６重量％のレニウム−タングステン箔を具備した図２のランプ仕様において、バラスト始動時電力９０Ｗ、定格電力３５Ｗ投入し、その１分点灯後の良品数を示す図である。
【００２３】
レニウム−タングステン箔の厚さが５μｍから３５μｍまでは、不良品数がほとんど発生していないが、４０μｍでは急に不良品数が多くなっている。これは、箔の厚さが増したことによる箔と封止部との接触面積の増加により、ランプ点灯時にそれらの熱膨張の違いからクラックが発生したためである。また、箔の厚さを、５μｍよりも薄くすると、断面積が小さくなりすぎることから、ランプ始動直後の高電力に対して、箔が耐えられなくなり、溶断が起こりやすくなる。
【００２４】
したがって、レニウム−タングステン箔の厚さは５μｍ以上、３５μｍ以下が好適である。
【００２５】
下記図５および図６は、金属箔３１、３２と封止部１２１、１２２との接合を良くし、機械的強度を上げることで、クラックの発生を低減することができる接合強化手段を有するレニウム−タングステン箔について試験を行い、その効果について示したものである。
【００２６】
図５は、表面粗さＲａの異なる２６重量％のレニウム−タングステン箔を具備した図２のランプ仕様において、ランプ温度を７００、８００、９００、１０００℃で１時間保持した後の良品数を示す図である。ここで、表面粗さＲａとは、測定長さに対する粗さの平均をとったものであり、細かい砥石や氷を高速にぶつけ、表面を加工するショットピーニングにより粗面が形成されている。
【００２７】
表面粗さＲａが０．０５〜０．５０μｍでは、ほとんど不良品が出ていないが、０．６５μｍになるとランプ保持温度９００℃から不良品が多く現れ、１０００℃では、さらに不良数が増えている。ここで、表面を粗くする目的は、表面に微小な凹凸を形成することで、封止の際に、高温になった封止部分がその隙間に入り込みやすくし、相互拡散を発生しやすい状態にすることである。相互拡散とは、互いに異なる物質が相互に原子移動していく機構であり、互いの原子同士が混ざり合うことで、機械的強度が向上し、クラックを発生させにくくすることができる。そして、この相互拡散は、相互が微細に食い込みあった状態ほど、発生しやすいことが知られている。そのため、表面粗さＲａが大きすぎると、表面の凹凸が大きすぎるものになり、微細に食い込みあった状態ではなくなるため、相互拡散が発生しにくくなり、機械的強度が高くない。また、表面粗さＲａが０の場合は、互いに食い込む状態がないので、相互拡散が発生しにくく、機械的強度が高くない。
【００２８】
したがって、表面粗さＲａは、０．０５μｍ以上、０．５０μｍ以下が好適である。
【００２９】
図６は、封止前の結晶粒の大きさが異なる２６重量％のレニウム−タングステン箔を具備した図２のランプ仕様において、ランプ温度を７００、８００、９００、１０００℃で１時間保持した後の良品数を示す図である。
【００３０】
封止前のレニウム−タングステン箔の結晶粒の大きさが１０μｍ〜３０μｍでは、全く不良品が出ていないが、４０μｍでは１０００℃の場合に不良品が出ている。ここで、封止前のレニウム−タングステン箔は、微細な結晶粒を持ち、封止の際に封止部軟化温度まで加熱されると、それらの結晶粒が再結晶する。このため、封止前の結晶粒が大きいと、封止の際の加熱によりさらに大きな結晶粒に成長し、箔と封止部との接合が低下し、図５の表面粗さＲａが大きすぎる場合と同様に、機械的強度が低下し、クラックが発生しやすくなってしまう。また、封止前の結晶粒が小さい場合は、適度に加熱し再結晶させることで、粒を大きくすることができるので、小さすぎても問題はない。
【００３１】
したがって、レニウム−タングステンの封止前の結晶粒の大きさは、３０μｍ以下が好適である。
【００３２】
図７は、２６重量％のレニウム−タングステン箔または従来の０．５重量％の酸化イットリウムが合成されたモリブデン箔を具備した図２のランプ仕様において、バラスト始動時電力９０Ｗ、定格電力３５Ｗ投入し、１サイクルが１．５分点灯、３分消灯での１００００サイクル後の良品数を示す図であり、ここでは、レニウム−タングステン箔の融点がモリブデン箔の融点よりも高いため、前者の断面積を、後者よりも小さくして試験を行った。
【００３３】
２６重量％のレニウム−タングステン箔では、試験を行っても全く不良品は出ていないが、従来のモリブデン箔では、不良品が多く発生している。これは、従来のモリブデン箔では、始動時電力９０Ｗという高い電力に耐えきれず、箔の溶断が発生したためである。この点について、レニウム−タングステン箔は、モリブデン箔よりも断面積が約２割小さくても、融点が高いために始動時の高電力に耐えることができたと考えられる。
【００３４】
したがって、レニウム−タングステン箔の断面積をモリブデン箔よりも小さく形成しても、同等かそれ以上の電力負荷に耐えることができるので、箔の溶断を少なくでき、かつ封止部１２１、１２２の膨れを防止することができる。
【００３５】
この実施の形態では、封止部１２１、１２２内にハロゲン化物が浸入しても、金属箔３１、３２がハロゲンと反応が少ないレニウム−タングステンからなるため、電極と箔の剥がれや箔の溶断を抑止できる。また、レニウム−タングステンは、延展性を有し、かつ融点が高く、高い電力にも耐えることができるため、クラックおよび溶断の発生を抑止できる。したがって、ランプ寿命を長くすることができる。
【００３６】
なお、実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。
【００３７】
発光管部１１に水銀を含んでもよく、その場合においても、金属箔３１、３２と電極２１、２２の剥がれ、箔の溶断、封止部１２１、１２２のクラックの発生を抑止することができ、長寿命を実現することができる。
【００３８】
他の接合強化手段として、金属箔３１、３２の表面に、酸化、還元の処理を行い、表面をエッチングしてもよい。すなわち、箔の表面を６００℃前後で酸化させることで、レニウム−タングステンとは異なる酸化膜を形成し、それを還元することで酸化層を昇華させると、表面に微細な凹凸を形成することができる。これにより、封止部１２１、１２２と金属箔３１、３２が互いに食い込むので、機械的強度が向上し、クラックを発生しにくくすることができる。ここで、この酸化時の酸素の含有量は、２６原子％〜６５原子％が好適であり、この範囲では、箔の表面に微細な凹凸を形成することができるタングステンの酸化物であるＷＯ３層が安定して形成されるため、他の範囲よりも接合が良くなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のメタルハライドランプの一実施の形態について説明するための全体図。
【図２】図１のメタルハライドランプの仕様について説明するための発光管部付近の拡大図。
【図３】種類の異なる金属箔を具備した図２のランプ仕様において、点滅試験後の良品数を示す図。
【図４】厚さの異なる２６重量％のレニウム−タングステン箔を具備した図２のランプ仕様において、点灯直後の良品数を示す図。
【図５】表面粗さＲａの異なる２６重量％のレニウム−タングステン箔を具備した図２のランプ仕様において、各温度で１時間保持した後の良品数を示す図。
【図６】封止前の結晶粒の大きさが異なる２６重量％のレニウム−タングステン箔を具備した図２のランプ仕様において、各温度で１時間保持した後の良品数を示す図。
【図７】２６重量％のレニウム−タングステン箔または従来のモリブデン箔を具備した図２のランプ仕様において、１００００サイクル点灯消灯試験後の良品数を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１  気密容器
１１  発光管部
１１１  放電空間
２１、２２  電極
３１、３２  金属箔
４１、４２  導入導体
５  給電端子
６  絶縁チューブ
７  外管
８  金属具
９  口金
【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】
2005276471.tif 000008
【図７】
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