(57)【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、前記放電部の両端に形成された一対の封止部を有する気密容器と、前記放電空間に封入されたキセノン及び金属ハロゲン化物を含む放電媒体と、前記封止部に封着された金属箔と、前記金属箔に一端が接続され、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、
前記放電媒体中のキセノンの封入圧は１４ａｔｍ以上であるとともに、水銀は本質的に含んでおらず、
前記電極の直径をＲ（ｍｍ）、前記金属箔の幅をＷ（ｍｍ）、キセノンの封入圧をＰ（ａｔｍ）としたとき、（Ｒ／Ｗ）≦−０．０１Ｐ＋０．３２の関係を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記電極の前記金属箔の端部から前記放電空間までの距離をＬとしたとき、Ｌ≧４．０ｍｍを満たす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】
前記封止部に封着された前記電極にはコイルが巻装されており、前記コイルの巻装長さをＬ’としたとき、５０％≦Ｌ’／Ｌ≦９５％を満たすことを特徴とする請求項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】
自動車前照灯に用いられるメタルハライドランプは、特許第３６６４９７２号公報（以下、特許文献１）や特開２００１−２６６７９４号公報（以下、特許文献２）などにより知られている。このランプは、放電媒体としてキセノンと金属ハロゲン化物が封入され、水銀は封入されていない放電ランプ（以下、水銀フリーランプ）である。
【０００３】
この水銀フリーランプでは、金属箔を封着している封止部にクラックが生じ、そのクラックから放電媒体等がリークする、いわゆるクラックリークが発生しやすいことは公知である。そのため、特許文献１に記載のように金属箔と電極との接続条件を見直したり、特許文献２に記載のように金属箔を加工したりする箔リーク対策の手段がなされてきた。
【０００４】
【特許文献１】特許第３６６４９７２号公報
【特許文献２】特開２００１−２６６７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、水銀フリーランプは、従来の水銀入りのランプよりも明るさを得られにくい傾向があるため、全光束を向上させるために放電空間内に高圧キセノンを封入しようとする試みがされている。しかし、キセノンを高圧、具体的には１４ａｔｍ以上封入した水銀フリーランプにおいて、従来にまして箔リークの問題が深刻になっている。
【０００６】
この問題について検討した結果、このように高圧のキセノンを封入したランプでは、金属箔にかかる負荷が増大し、ガラスと金属箔とが剥がれやすくなることが原因であることがわかった。そこで、発明者がさらに検討したところ、キセノンの封入圧に合わせてランプ設計を変更すれば、高圧のキセノンを封入した場合であっても箔リークを抑制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、箔リークの発生を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、前記放電部の両端に形成された一対の封止部を有する気密容器と、前記放電空間に封入されたキセノン及び金属ハロゲン化物を含む放電媒体と、前記封止部に封着された金属箔と、前記金属箔に一端が接続され、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、前記放電媒体中のキセノンの封入圧は１４ａｔｍ以上であるとともに、水銀は本質的に含んでおらず、前記電極の直径をＲ（ｍｍ）、前記金属箔の幅をＷ（ｍｍ）、キセノンの封入圧をＰ（ａｔｍ）としたとき、（Ｒ／Ｗ）≦−０．０１Ｐ＋０．３２の関係を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、箔リークの発生を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】
メタルハライドランプは、耐熱性と透光性を具備した材料、たとえば石英ガラスからなる気密容器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、封止部１２ａ、１２ｂの寸法は、厚みが２．６ｍｍ〜３．０ｍｍ、幅が３．９ｍｍ〜４．３ｍｍ程度である。
【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、自動車前照灯用として用いる場合は、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、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ３）、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ）で構成されている。なお、ヨウ化スカンジウム以外の金属ハロゲン化物に結合されているハロゲンについては、上記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は、高くするほど全光束が増すため、室温（２５℃）において１４ａｔｍ以上封入している。上限は特にないが、現状では２０ａｔｍ程度が封入限界と考えられる。なお、キセノンの圧力は、水中で放電部１１と封止部１２ａ（又は封止部１２ｂ）の境界を破壊して放電空間１４内部のキセノンを収集、測量し、その後に放電部１１の内容積を測定することにより、算出している。
【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をレーザー溶接によって一体的に構成してなる。具体的には、金属箔３ａ１、３ｂ１の裏側から直径が２５０μｍのレーザーを照射し、金属箔３ａ１、３ｂ１と電極３ａ２、３ｂ２又は外部リード線３ａ４、３ｂ４の一部同士を溶融することにより、接続されている。
【００１７】
金属箔３ａ１、３ｂ１は、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。その厚さは１５〜２５μｍ、幅Ｗは１．０ｍｍ〜２．５ｍｍである。また、幅方向の両端は、端部の厚みが中央部よりも薄い、いわゆるナイフエッジ形状になっている。
【００１８】
電極３ａ２、３ｂ２は、タングステンに酸化トリウムをドープしたトリエーテッドタングステン電極であり、その直径Ｒは０．２６ｍｍ〜０．３８ｍｍである。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、外観上における距離で４．１ｍｍ〜４．５ｍｍ（実際の距離では３．５ｍｍ〜３．９ｍｍ）であるのが望ましい。
【００１９】
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。その巻装条件は、コイル直径は０．０３ｍｍ〜０．１５ｍｍ、ピッチは１５０％〜３００％であって、その巻装長Ｌ’は電極封着長Ｌに対する長さＬ’／Ｌが、５０％≦Ｌ’／Ｌ≦９５％である。
【００２０】
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。
【００２１】
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、本実施の形態においては窒素を０．０５ａｔｍ〜０．５ａｔｍ封入している。
【００２２】
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の接触点をレーザーによって溶接している。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。
【００２３】
これらで構成されたランプの底部端子８ａ、側部端子８ｂに点灯回路を接続することにより、安定時は約３５Ｗ、始動時はその２倍以上である約７５Ｗの電力で点灯される。
【００２４】
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。
【００２５】
放電容器１：石英ガラス製、放電空間１４の内容積＝２７ｍｍ３、内径Ａ＝２．５ｍｍ、外径Ｂ＝６．２ｍｍ、長手方向の球体長Ｃ＝７．８ｍｍ、
封止部１２ａ、１２ｂ：厚さ＝２．８ｍｍ、幅＝４．１ｍｍ、
金属ハロゲン化物２：ＳｃＩ３‐ＮａＩ‐ＺｎＩ２‐ＩｎＢｒ＝０．４０ｍｇ、
希ガス：キセノン＝１４ａｔｍ、
水銀：０ｍｇ、
金属箔３ａ１、３ｂ１：モリブデン製、厚さ２０μｍ、幅Ｗ＝１．５ｍｍ、長さ＝６５ｍｍ、
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＝４．３ｍｍ、封着長Ｌ＝４．６５ｍｍ、金属箔３ａ１、３ｂ１との接続長１．０ｍｍ、
コイル３ａ３、３ｂ３：ドープタングステン製、直径＝０．０５ｍｍ、コイルピッチ＝２５０％、巻装長Ｌ’＝３．２ｍｍ、
外部リード線３ａ４、３ｂ４：モリブデン製、直径＝０．４ｍｍ。
【００２６】
上記仕様のランプに対し、金属箔３ａ１、３ｂ１の幅Ｗ及び電極３ａ２、３ｂ２の直径Ｒをランダムに選択し、Ｒ／Ｗの異なるランプを９種類作成した。図３にその仕様を示す。そして、これらランプ１〜ランプ９について、封入するキセノンの圧力Ｐを１３〜１７ａｔｍに変化させたときの２０００時間点灯後の箔リークの発生状況を調べた。その結果を図４に示す。なお、試験本数はそれぞれ３本であり、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。
【００２７】
結果からわかるように、キセノン圧Ｐが大きくなるほど、箔リークが発生しやすくなる傾向があり、特に１４ａｔｍ以上では箔リークが発生しやすくなる条件下となることがわかる。これは、キセノン圧Ｐが高圧になることで、金属箔にかかる負荷が増大し、封止ガラスと金属箔とが剥がれやすくなることが原因と考えられる。すなわち、キセノン圧Ｐが１４ａｔｍ以上では箔リークを防止するためにさらに厳しい設計が必要となる。
【００２８】
そこで、図４の結果を図５に図示する。図中の○は箔リーク発生本数が０／３、△は１／３、×は２／３以上を意味する。この図５からわかるように、キセノン圧Ｐ及びＲ／Ｗと箔リークの発生とは相関関係があることが伺える。すなわち、Ｒ／Ｗ≦−０．０１Ｐ＋０．３２という近似式を満たすように設計すれば、箔リークを防止することができる。
【００２９】
なお、上記設計は電極封着長Ｌが４．０ｍｍ以上の条件下において行われるのが望ましい。その理由は、金属箔にかかる負荷は、電極封着長Ｌを長くするほど箔の温度が低下して小さくなるためである。ただし、電極封着長Ｌを長くしすぎると今度は軸リークの問題が発生する。この問題に対しては、電極３ａ２、３ｂ２の封着長Ｌとコイル３ａ３、３ｂ３の巻装長Ｌ’の関係が５０％≦Ｌ’／Ｌ≦９５％になるように設計すれば解決できる。
【００３０】
したがって、本実施の形態では、放電媒体中のキセノンの封入圧は１４ａｔｍ以上であるとともに、水銀は本質的に含んでいないメタルハライドランプにおいて、電極３ａ２、３ｂ２の直径をＲ（ｍｍ）、金属箔３ａ１、３ｂ１の幅をＷ（ｍｍ）、キセノンの封入圧をＰ（ａｔｍ）としたとき、（Ｒ／Ｗ）≦−０．０１Ｐ＋０．３２の関係を満たすことにより、箔リークの発生を防止することができる。
【００３１】
その際、上記設計は、電極封着長Ｌが４．０ｍｍ以上で行われるのが好適であり、さらに電極３ａ２、３ｂ２の封着長Ｌとコイル３ａ３、３ｂ３の巻装長Ｌ’の関係式Ｌ’／Ｌが５０％≦Ｌ’／Ｌ≦９５％になるように設計することで、箔リーク及び軸リークを防止することができる。
【００３２】
なお、本発明の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。
【００３３】
金属箔３ａ１、３ｂ１は、モリブデン箔に限らず、レニウムタングステン箔などを用いてもよい。また、所望により、サンドブラストやレーザーにより箔表面を粗したり、耐ハロゲン性の膜を形成してもよい。
【００３４】
電極３ａ２、３ｂ２は、トリエーテッドタングステン電極に限らず、純タングステン、ドープタングステン、レニウムタングステンなどからなる電極であってもよい。また、電極先端部が軸部よりも大径に形成された段付き電極や、先端部が球状ないし半月状に形成された電極であってもよい。そのような直棒状以外の電極の場合、本発明の直径Ｒは封止部１２ａ、１２ｂに封着された部分の直径とする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】ランプ１〜９の仕様について説明するための図。
【図４】ランプ１〜９についての図キセノン圧を変化させたときの軸リークの発生状況について説明するための図。
【図５】図４をグラフ化した図。
【符号の説明】
【００３６】
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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