メタルハライドランプ、メタルハライドランプ点灯装置
【課題】直流点灯方式の水銀フリーメタルハライドランプにおける寿命特性の大幅な改善を図る。
【解決手段】ハロゲン化物および希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体が封入された放電空間１４の両端に設けられた封止部１２ａ，１２ｂで放電容器１１が構成される。放電空間１４内には陽極３ａ２および陰極３ｂ２が対向配置され、陽極３ａ２の基部側端部に金属箔３ａ１の一端部が、陰極３ｂ２の基部側端部に金属箔３ｂ１の一端部がそれぞれ結合される。金属箔３ａ１，３ｂ１は、封止部１２ａ、１２ｂにより気密に封着される。金属箔３ａ２，３ｂ２の他端部は、それぞれ外部リード３ａ３，３ｂ３に結合され封止部１２ａ、１２ｂ外にそれぞれ導出される。放電容器１４内に流れる電流の向きは一定とし、陽極３ａ２側の金属箔３ａ１とこの金属箔３ａ１に接続された外部リード３ａ３がレニウム金属膜４で被覆される。
【解決手段】ハロゲン化物および希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体が封入された放電空間１４の両端に設けられた封止部１２ａ，１２ｂで放電容器１１が構成される。放電空間１４内には陽極３ａ２および陰極３ｂ２が対向配置され、陽極３ａ２の基部側端部に金属箔３ａ１の一端部が、陰極３ｂ２の基部側端部に金属箔３ｂ１の一端部がそれぞれ結合される。金属箔３ａ１，３ｂ１は、封止部１２ａ、１２ｂにより気密に封着される。金属箔３ａ２，３ｂ２の他端部は、それぞれ外部リード３ａ３，３ｂ３に結合され封止部１２ａ、１２ｂ外にそれぞれ導出される。放電容器１４内に流れる電流の向きは一定とし、陽極３ａ２側の金属箔３ａ１とこの金属箔３ａ１に接続された外部リード３ａ３がレニウム金属膜４で被覆される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放電ランプ、特に直流点灯による水銀フリーのメタルハライドランプ、メタルハライドランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水銀を使用しない、いわゆる水銀フリーメタルハライドランプは、放電容器の気密性を確保するモリブデン箔等からなる金属箔と放電媒体との反応が起こりやすいという問題があり、金属箔を緻密なコーティング膜で被覆を行い、放電媒体との反応防止を図り、水銀を用いないことに伴う寿命特性の低下等の改善が図られている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００２-２６０５８１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、水銀フリーのメタルハライドランプを直流点灯させた場合の利点として、自動車用前照灯用の場合、交流点灯の場合に必要な交流変換回路が不要であったり、一方向の電界のためにＳｃやＮａ等の金属元素が陰極に引かれ、陰極側で発光管の白濁やＮａ抜けが発生し、陽極側ではこれらの現象は少なく、総括的には直流のほうが発光管の白濁やＮａ抜けが少なったり、さらにチラツキが少ない等が考えられる。
【０００４】
しかしながら、封入している金属ハロゲン化物は、点灯中にアーク内で金属とハロゲンに分解する。それぞれは一部イオン化して、金属は陽イオンに、ハロゲンは陰イオンとなり、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）の場合、Ｚｎ＋とＩ−がアーク中に存在する。
【０００５】
水銀フリーハロゲンランプでは、ランプ電圧形成物質として蒸気圧の大きい、例えば第２ハロゲン化物の一種のヨウ化亜鉛が封入されているので、ハロゲン陰イオン（Ｉ−）のランプ中の量は大きい。このハロゲン陰イオン（Ｉ−）は直流点灯では陽極に引かれ、その後中性のハロゲン（Ｉ）と推定される状態で電極軸と石英ガラスの間を通過して金属箔に到達して金属箔と反応してヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）が生成する。ヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）はＭｏよりもずっと密度が小さいため、Ｍｏがヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）に変化する時に体積が増加して周囲の石英ガラスに多大な応力を及ぼすことになる。
【０００６】
自動車前照灯のように頻繁で、始動時に大電流を通過させるランプでは、上記反応が生じると非常に短時間で封止部の石英ガラスにクラックが発生し、発光管はリークし不点となる。また、直流点灯の陽極側の金属箔は、交流点灯の両側の金属箔や直流点灯の陰極側の金属箔よりもずっとヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）になり易く、結果として石英ガラスのリーク、不点が非常に生じやすい。このため寿命特性の劣化を来たしていた。
【０００７】
この発明の目的は、直流点灯方式おける寿命特性を向上させた水銀フリーのメタルハライドランプおよびメタルハライドランプ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、この発明のメタルハライドランプは、放電空間と該放電空間の両端に設けられた封止部とを有する放電容器と、前記放電空間内に対向して配置された陽極および陰極と、前記陽極および陰極の基部側端部にそれぞれ一端部が接合され、かつ前記封止部により気密に封着された金属箔と、前記金属箔の他端部にそれぞれ接合され、かつ前記封止部外に導出された一対の外部リードと、前記放電容器内に封入され、ハロゲン化物および希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、を具備し、前記放電容器内に流れる電流の向きを一定とし、少なくとも前記陽極側の金属箔と該金属箔に接続された前記外部リードがレニウム金属膜で被覆されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、水銀フリーランプで点灯方式を直流とし、陽極側の金属箔、外部リードそれに陽極にレニウム金属膜を被覆したことにより、寿命特性を大幅に向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１、図２は、この発明のメタルハライドランプに関する一実施形態について説明するための、図１は概略的な構成図、図２は図１の拡大した構成図である。
【００１２】
１はメタルハライドランプを構成する内管であり、この中央部の放電容器１１の両端部には、板状の封止部１２ａ、１２ｂが形成されており、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、内管１は耐熱性と透光性に優れた材料であれば使用でき、例えば石英ガラスを使用可能である。
【００１３】
放電容器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、ショートアーク型の放電ランプでは１００μｌ以下、自動車の前照灯用として用途を指定する場合には、放電空間の容積は１０μｌ〜４０μｌであるのが望ましい。
【００１４】
放電空間１４には、金属ハロゲン化物２および希ガスとからなる放電媒体が封入され、放電媒体には本質的に水銀を含まないものとする。次に、放電媒体の具体例について説明する。
【００１５】
まず、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第１のハロゲン化物が使用される。第１のハロゲン化物としては、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属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。ＮａやＳｃは、特に高効率な発光物質である。
【００１６】
ハロゲン化金属は、蒸気圧が相対的に高く、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を、第２のハロゲン化物として含むことができる。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。第２のハロゲン化物を添加することで、水銀を含むランプに近いランプ電圧を得ることができ、水銀フリーメタルハライドランプの電気特性や発光特性の改善が可能となる。第２のハロゲン化物は、色度改善等に対しても寄与する。
【００１７】
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）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）および錫（Ｓｎ）から選ばれる一種または複数種の金属のハロゲン化物が用いられる。
【００１８】
ハロゲン化金属を構成するハロゲンとしては、ヨウ素（Ｉ）が反応性の低さにおいて最も適当であり、臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）の順に反応性が強くなるが、必要に応じ適宜選択可能である。また、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。
【００１９】
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（放電空間の容積）１ｃｃ当たり５ｍｇ〜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５ｍｇ〜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ともに、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０．０５ｍｇ〜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。
【００２０】
また、希ガスとしては、始動用および緩衝ガスとしての他に、始動直後には主発光を担うように作用する。一般的には放電容器を透過しなければ特に限定されないが、放電容器が石英ガラスで形成される場合は、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。
【００２１】
希ガスの封入圧力を高くすると、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いことは、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等では極めて重要である。希ガスは例えば３気圧以上の圧力で封入され、特に５〜１５気圧の範囲で封入することが好ましい。
【００２２】
さらに、「本質的に水銀が封入されていない」とは、水銀が全く封入されない状態に限らず、放電容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満の水銀、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在することの許容を意味する。しかし、水銀が封入されないことは環境上望ましいことである。従来の水銀蒸気により放電ランプの電気特性を維持する場合、短アーク形では放電容器の内容積１ｃｃ当たり２０ｍｇ〜４０ｍｇ、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、この実施形態で使用される水銀量は、本質的に少ないといえる。
【００２３】
再び図１において、封止部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント３ａ、３ｂが封止されている。マウント３ａ，３ｂは、金属箔３ａ１，３ｂ１、陽極３ａ２、陰極３ｂ２、外部リード３ａ３，３ｂ３からなる。金属箔３ａ１，３ｂ１は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）のような高融点の短冊形状の薄い金属板である。
【００２４】
４は、陽極３ａ２側の金属箔３ａ１、それに金属箔３ａ１に接続された外部リード３ａ３に被覆されたレニウム（Ｒｅ）金属である。レ二ウム金属膜４は、後述するイオンプレーティング法により２００ｎｍ〜２５００ｎｍ範囲の膜厚で被覆している。
【００２５】
図３は、この発明のメタルハライドランプを自動車用前照灯に適用した場合について説明するための概略的な構成図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分を中心して説明する。
【００２６】
図３において、メタルハライドランプの主要部を構成する発光管は、２重管構造となっており、発光管内部には例えば石英ガラス製の内管１が配置されている。内管１はランプ軸方向に細長い形状であって、その略中央部には略楕円形の放電容器１１が形成されている。放電容器１１の両端部には、板状の封止部１２ａ，１２ｂが形成されており、その両端には、筒状の非封止部１３ａ，１３ｂが形成されている。
【００２７】
発光管の非封止部１３ａ側には、ソケット７が接続される。それらの接続は、非封止部１３ａ付近の外管９外周面に装着された金属バンド７１を、ソケット７の内管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３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、接続をさらに強化するために、金属バンド７１および舌片７２の接触点を溶接している。なお、ソケット７の底部には外部リード３ａ３と図示しないサポートワイヤがそれぞれ接続される端子が形成される。
【００２８】
一端が金属箔３ａ１，３ｂ１の端部に接続された外部リード３ａ３，３ｂ３の他端は、管軸に沿って封止部１２ａ，１２ｂの外部に延出している。外部に延出した外部リード３ｂ３には、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ６の一端が接続され、その他端は、ソケット７の方向に延出している。そして、管軸と平行するサポートワイヤ６の部分には、セラミックからなる絶縁スリーブ８が被覆されている。
【００２９】
上記で構成された内管１の外側には、管軸に沿って石英ガラスに紫外線の遮断作用を有する金属酸化物が添加された筒状の外管９が内管１と略同心状に設けられている。内管１と外管９の接続は、内管１両端の筒状の非封止部１３ａ，１３ｂ付近に外管９を溶着することにより行なわれており、内部空間は気密状態である。その空間には、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または混合して封入したりすることができる。
【００３０】
図４は、レ二ウム金属膜をイオンプレーティング法により、陽極３ａ２の基部側、金属箔３ａ１、それに金属箔３ａ１に接続された外部リード３ａ３に被覆する方法について説明するための説明図である。図５はレ二ウム金属膜が施されるマウントについて説明するための説明図である。
【００３１】
図４において、４１は高真空にされた真空槽であり、真空槽４１の上側には陰極となる基板支持台４２に設置された基板４３に、図５（ａ）に示すマウント３ａを多数取り付ける。このとき、陽極３ａ２を下向きにした状態で、外部リード３ａ３を基板４３に固定する。真空槽４１の下側の蒸発台４４上に置かれたレ二ウム金属Ｒｅは、電極放電により加熱され蒸発する。蒸発台４４と基板４３の間に設置された高周波コイル４５により、蒸発したレ二ウム金属Ｒｅはイオン化され、加速されてマウント３ａの表面に、レニウム金属膜４として被覆される。
【００３２】
真空槽４１全体は、例えばＸ軸とＹ軸方向の２種類の回転を掛けることで、マウント３ａ全面に均一に被覆される。このとき、高周波コイル４５の出力や時間などを制御することにより、被覆の膜厚が決めることができる。
【００３３】
なお、レニウム金属膜成膜時には、陽極３ａ２はかさばる。このことから、図５（ｂ）に示すように、陽極３ａ２がない状態のマウント３ａ’を成膜させた場合は、１度にレニウム金属膜を成膜できる個数を多くすることができるという利点がある。陽極３ａ２と金属箔３ａ１は、レーザー溶接や抵抗溶接などの接合手段を用いて接合する。
【００３４】
このようにしてレニウム金属膜４が被覆されたマウント３ａが、図１に示すメタルハライドランプに使用している。金属箔３ａ１に被覆されたレ二ウム金属膜４は、金属箔３ａ１に対するハロゲン（Ｉ）などの反応を防止する。また、金属箔３ａ１の表面に形成された高品質のレニウム金属膜４は、金属箔３ａ１と封止部１２ａの石英ガラスの密着性をより強固にすることができ、封止部１２ａの封止力の向上で点滅特性の改善を図れることが判明した。
【００３５】
レニウム金属膜４の形成は、イオンプレーティング法の他にメッキ法が考えられる。メッキ法の場合は、外部リード３ａ３側を支持して、陽極３ａ２を下にした図５（ａ）マウント３ａを電解液に漬けてレニウム金属Ｒｅをメッキすることにより、マウント３ａのレニウム金属膜４を被覆させることができる。
【００３６】
ここで、この発明のメタルハライドランプを用いた自動車前照用ランプとしての適用する場合の具体例について図１を参照しながら説明する。
【００３７】
石英ガラス製の放電容器１の内径Ａは、２．６ｍｍで回転楕円形状に成形する。楕円の長軸方向の両端に細長い封止部１２ａ，１２ｂを備えている。陽極３ａ２、陰極３ｂ２の先端部は、放電空間１４に突出させる。陽極３ａ２、陰極３ｂ２の基部は、封止部１２ａ，１２ｂ内において、金属箔３ａ１，３ｂ１の一端にそれぞれ溶接されている。陽極３ａ２の先端は、直径Ｂが０．６５ｍｍの球、直径Ｃが０．３５ｍｍの軸形状を有し、材料はドープタングステンである。また、陰極３ｂ２は、直径Ｄが０．３５ｍｍの軸形状を有し、材料は１．０％トリア含有のタングステンである。陽極３ａ２と陰極３ｂ２の電極間距離Ｅは４．２ｍｍに設定されている。
【００３８】
さらに、封止部１２ａの直径Ｆは５ｍｍとし、金属箔３ａ１は長さを１２ｍｍ、厚さを２０μｍ、幅を２．０ｍｍとする。放電容器１内には、放電媒体として、希ガス、第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物が封入されている。陰極３ｂ２の金属箔３ｂ１の長さは７ｍｍとする。
【００３９】
希ガスとしては、キセノン１１気圧を封入した。また、第１のハロゲン化物としてヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ３）０．１０ｍｇ、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）０．２５ｍｇを、第２のハロゲン化物としてヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）０．１２ｍｇをそれぞれ封入した。
【００４０】
（実施例１）
比較例１は、陽極３ａ２の金属箔３ａ１の厚さを２０μｍ、幅を２．０ｍｍ、長さを７ｍｍとした。比較例２は、陽極３ａ２の金属箔３ａ１の厚さを２０μｍ、幅を２．０ｍｍ、長さを１４ｍｍとした。
【００４１】
実施例は、比較例１と同様に陽極３ａ２側の金属箔３ａ１の厚さを２０μｍ、幅を２．０ｍｍ、長さを７ｍｍとし、この金属箔３ａ１と外部リード３ａ３を溶接で接合した、図５（ｂ）の状態のマウント３ａ’を、イオンプレーティング法でレ二ウム金属膜４を４００ｎｍの膜厚で形成した。
【００４２】
このような金属箔３ａ１、外部リード３ａ３の仕様のメタルハライドランプを３種類製作し、下記のＡ〜Ｄの点灯試験を、直流点灯回路を用い、始動時は７５Ｗで、定常時は３５Ｗの直流電力で行った。
【００４３】
（１）…点灯試験Ａ
比較例１，２、実施例の３種類のランプを、１０灯づつ３５Ｗ入力で連続点灯試験を行った。
【００４４】
陽極３ａ２の金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部に関して、比較例１は酸化が生じ、７００時間以内に全数がその近辺の石英がクラックして不点となった。比較例２は、金属箔３ａ１が長いので金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部の温度は比較例１に対して低く７００時間まで全数、金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部からクラックすることはなかった。
【００４５】
これに対し、実施例では、金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部の温度は、比較例１と同じであったが、接合が耐熱性のレニウム金属膜４が被膜されているため、モリブデン製の外部リード３ａ３、金属箔３ａ１が酸化することはなく、５０００時間点灯でも接合部からクラックすることはなかった。
【００４６】
比較例２のように、金属箔３ａ１を長くすれば、クラックは避けられるが、封止部１２ａの長さが増大して、コンパクト性が失われ、特に自動車用前照灯では問題になる。また、金属箔が長くなると箔クラックが生じやすくなる。
【００４７】
金属箔３ａ１の反応に関しては、比較例１，２とも２００時間程度の点灯で金属箔３ａ１が陽極３ａ２側から黒化してきてそのためその近辺の石英ガラスにクラックが入ってくる。この場合に陰極３ｂ２側の金属箔３ｂ１は、反応が遅く、ヨウ化モリブデンの生成の証拠である黒色の変色もずっと少ない。
【００４８】
比較例２では、金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部でのクラックの発生はないが、この金属箔３ａ１の反応、それに伴う金属箔３ａ１近辺からの封止部１２ａを形成する石英ガラスのクラック、リークにより１０００時間以内に全数不点となった。
【００４９】
これに対し、実施例はこの２種類の石英クラックがほとんど無く、全数５０００時間点灯可能であった。
【００５０】
（２）…点灯試験Ｂ
比較例１，２、実施例の３種類のランプを１０灯づつ、点灯０．５秒、消灯４秒のサイクルで点灯試験を行った。この試験は、金属箔３ａ１と遊離ヨウ素（Ｉ）との反応の影響をなるべく排除して、封止部１２ａ部の石英ガラスと金属箔３ａ１の密着性と関連する始動時のストレスの影響を評価するためである。
【００５１】
比較例１は、平均８０００回の点滅でリーク、不点となり、比較例２は平均５０００回の点滅でリーク、不点となった。金属箔３ａ１が長い方が箔のクラック発生を生じ易いことが確認できた。
【００５２】
これに対して、実施例は３万回以上の点滅が可能であった。比較例１と実施例を比較すると、実施例では封止部１２ａの石英ガラスと金属箔３ａ１との密着性が向上していることが分かった。これは、レニウム金属膜４が石英ガラスである封止部１２ａと金属箔３ａ１の間に介在している効果と考えられる。
【００５３】
（３）…点灯試験Ｃ
比較例１，２、実施例の３種類のランプを１０灯づつ、点灯３秒、消灯４秒のサイクルで点灯試験を行った。この試験では、金属箔３ａ１と遊離ヨウ素（Ｉ）との反応の影響が大きくなる。
【００５４】
比較例１では平均３０００回、比較例２では平均２５００回でそれぞれ不点となった。両方とも金属箔３ａ１は反応により黒く変色し、金属箔３ａ１近辺の石英ガラスにクラックが発生し、ここからリークが生じて不点となる。これに対して実施例では、２万回以上の点滅が可能であった。
【００５５】
（４）…点灯試験Ｄ
比較例１，２、実施例の３種類のランプを１０灯づつ、日本電球工業会規格「ＪＥＬ２１５」の点滅方式で点灯試験を行った。この点滅は、１サイクル２時間で種々の点灯時間、消灯時間の組み合わせであり、総合的な寿命特性を評価する。
【００５６】
比較例１、比較例２とも点灯３００時間以内にすべて不点となった。これに対して実施例では全数２０００時間以上の点灯が可能であった。
【００５７】
（実施例２）
この実施例２のランプ仕様は、実施例１と同じで、厚さが２０μｍ、幅が２．０ｍｍ、長さが７ｍｍの金属箔３ａ１と外部リード３ａ３と接合させた図５（ｂ）の状態のマウント３ａ’を、イオンプレーティング法でレ二ウム金属膜４の膜厚を変えて被覆させたものである。膜厚は１００ｎｍ〜４０００ｎｍ（４μｍ）まで１００ｎｍずつ変えた。
【００５８】
このメタルハライドランプ２灯づつを規格の点滅方式で点灯試験を行った。結果、２０００時間以上の点灯時間に達するのは、膜厚２００−２５００ｎｍの範囲であった。さらに２５００時間以上の点灯時間が得られる好適な範囲は、４００−２０００ｎｍの範囲であった。レ二ウム金属膜４の膜厚が小さいと点灯時間が経つと遊離ハロゲンとの反応が顕著になってくる。また、膜厚が大きいと封止部１２ａの石英ガラスとの密着性が逆に低下し、点滅のストレスによる石英ガラスにクラックが発生しやすくなる。
【００５９】
（実施例３）
この実施例３のランプ仕様は、実施例１と同じで、陽極３ａ３、厚さが２０μｍ、幅が２．０ｍｍ、長さが７ｍｍの金属箔３ａ１、外部リード３ａ３が接合された図５（ａ）の状態のマウント３ａを、イオンプレーティング法で４００ｎｍのレ二ウム金属膜４を被覆させたランプを実施例３−Ａとする。
【００６０】
同様に、厚さが２０μｍ、幅が２．０ｍｍ、長さが７ｍｍの金属箔３ａ１と外部リード３ａ３が接合された図５（ｂ）の状態のマウント３ａ’を、イオンプレーティング法で４００ｎｍのレ二ウム金属膜４を被覆させ、その後陽極３ａ３を接合させたランプを実施例３−Ｂとする。
【００６１】
この実施例３−Ａ，３−Ｂの２種類のランプを２００本ずつ、日本電球工業会規格の点灯方式で３００時間まで点灯した。
【００６２】
この点灯時間の間に、実施例３−Ａは１本もチラツキは生じなかったが、実施例３−Ｂでは１２本がチラツキを生じた。実施例３−Ｂでは陽極の電極変形が大きくそのためチラツキが生じやすいが実施例３−Ｂでは、レニウム金属膜４が陽極３ａ２に被膜されているため、陽極３ａ２の変形が小さく、そのためチラツキが生じることはなかった。
【００６３】
図６はこの発明の点灯装置に関する一実施形態について説明するための回路図である。この実施形態は、この発明のメタルハライドランプを直流点灯するように構成したものである。
【００６４】
同図において、６１は直流電源、６２はチョッパ、６３は制御部、Ｒはランプ電流検出手段、ＶＲはランプ電圧検出手段、６４は始動部、６５は図３の構成のメタルハライドランプである。
【００６５】
直流電源６１には、バッテリーまたは整流化直流電源が用いられる。自動車の場合には、一般的にバッテリーが用いられる。しかし、交流を整流する整流化直流電源であってもよい。また必要に応じて、電解コンデンサＣを並列接続して平滑化を行う。
【００６６】
チョッパ６２は、直流電圧を所要値の電圧に変換するとともに、メタルハライドランプ６５を所要に制御する。直流電源電圧が低い場合には、昇圧チョッパを用い、反対に高い場合には降圧チョッパを用いる。
【００６７】
制御部６３は、チョッパ２２を制御する。例えば、点灯直後にはメタルハライドランプ６５に定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ６２から流し、その後時間の経過とともに徐々にランプ電流を絞っていき、やがて定格ランプ電流にするように制御する。また、制御部６３はランプ電流とランプ電圧との検出信号が帰還入力されることにより、定電力制御信号を発生させてチョッパ６２を定電力制御する。さらに、制御部６３には時間的な制御パターンが予め組み込まれたマイコンが内蔵されて、これによりランプ電流を制御するように構成されている。
【００６８】
ランプ電流検出手段Ｒは、ランプと直列に挿入されてランプ電流を検出して制御部６３に制御入力する。ランプ電圧検出手段ＶＲは、ランプと並列的に接続されてランプ電圧を検出して制御部２３に制御入力する。始動部６４は、始動時に２０ｋＶのパルス電圧をメタルハライドランプ６５に供給できるように構成されている。
【００６９】
そして、この実施形態のメタルハライドランプ点灯装置を用いてメタルハライドランプを直流点灯すると、点灯直後から所要の光束を発生する。これにより、自動車用前照灯として必要な電源投入後１秒後に定格に対して光束２５％、４秒後に光束８０％の点灯を実現することができる。また、直流−交流変換回路が不要で、直流点灯のメタルハライドランプの有利性を享受しながら寿命特性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明のメタルハライドランプに関する一実施形態について説明するための概略的な構成図。
【図２】図１要部の拡大示す構成図。
【図３】この発明のメタルハライドランプを自動車前照灯用に適用した場合について説明するための概略的な構成図。
【図４】イオンプレーティング法によるレ二ウム金属の成膜について説明するための概念図。
【図５】この発明のレニウム金属膜を施す対象物について説明するための説明図。
【図６】この発明のメタルハライドランプ点灯装置に関する一実施形態について説明するための回路図。
【符号の説明】
【００７１】
１ 内管
１１ 放電容器
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 陽極
３ｂ２ 陰極
３ａ３，３ｂ３ 外部リード
４ レ二ウム金属膜
６１ 直流電源
６２ チョッパ
６３ 制御部
６４ 始動部
６５ メタルハライドランプ
Ｒ ランプ電流検出手段
ＶＲ ランプ電圧検出手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放電ランプ、特に直流点灯による水銀フリーのメタルハライドランプ、メタルハライドランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水銀を使用しない、いわゆる水銀フリーメタルハライドランプは、放電容器の気密性を確保するモリブデン箔等からなる金属箔と放電媒体との反応が起こりやすいという問題があり、金属箔を緻密なコーティング膜で被覆を行い、放電媒体との反応防止を図り、水銀を用いないことに伴う寿命特性の低下等の改善が図られている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００２-２６０５８１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、水銀フリーのメタルハライドランプを直流点灯させた場合の利点として、自動車用前照灯用の場合、交流点灯の場合に必要な交流変換回路が不要であったり、一方向の電界のためにＳｃやＮａ等の金属元素が陰極に引かれ、陰極側で発光管の白濁やＮａ抜けが発生し、陽極側ではこれらの現象は少なく、総括的には直流のほうが発光管の白濁やＮａ抜けが少なったり、さらにチラツキが少ない等が考えられる。
【０００４】
しかしながら、封入している金属ハロゲン化物は、点灯中にアーク内で金属とハロゲンに分解する。それぞれは一部イオン化して、金属は陽イオンに、ハロゲンは陰イオンとなり、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）の場合、Ｚｎ＋とＩ−がアーク中に存在する。
【０００５】
水銀フリーハロゲンランプでは、ランプ電圧形成物質として蒸気圧の大きい、例えば第２ハロゲン化物の一種のヨウ化亜鉛が封入されているので、ハロゲン陰イオン（Ｉ−）のランプ中の量は大きい。このハロゲン陰イオン（Ｉ−）は直流点灯では陽極に引かれ、その後中性のハロゲン（Ｉ）と推定される状態で電極軸と石英ガラスの間を通過して金属箔に到達して金属箔と反応してヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）が生成する。ヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）はＭｏよりもずっと密度が小さいため、Ｍｏがヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）に変化する時に体積が増加して周囲の石英ガラスに多大な応力を及ぼすことになる。
【０００６】
自動車前照灯のように頻繁で、始動時に大電流を通過させるランプでは、上記反応が生じると非常に短時間で封止部の石英ガラスにクラックが発生し、発光管はリークし不点となる。また、直流点灯の陽極側の金属箔は、交流点灯の両側の金属箔や直流点灯の陰極側の金属箔よりもずっとヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）になり易く、結果として石英ガラスのリーク、不点が非常に生じやすい。このため寿命特性の劣化を来たしていた。
【０００７】
この発明の目的は、直流点灯方式おける寿命特性を向上させた水銀フリーのメタルハライドランプおよびメタルハライドランプ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、この発明のメタルハライドランプは、放電空間と該放電空間の両端に設けられた封止部とを有する放電容器と、前記放電空間内に対向して配置された陽極および陰極と、前記陽極および陰極の基部側端部にそれぞれ一端部が接合され、かつ前記封止部により気密に封着された金属箔と、前記金属箔の他端部にそれぞれ接合され、かつ前記封止部外に導出された一対の外部リードと、前記放電容器内に封入され、ハロゲン化物および希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、を具備し、前記放電容器内に流れる電流の向きを一定とし、少なくとも前記陽極側の金属箔と該金属箔に接続された前記外部リードがレニウム金属膜で被覆されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、水銀フリーランプで点灯方式を直流とし、陽極側の金属箔、外部リードそれに陽極にレニウム金属膜を被覆したことにより、寿命特性を大幅に向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１、図２は、この発明のメタルハライドランプに関する一実施形態について説明するための、図１は概略的な構成図、図２は図１の拡大した構成図である。
【００１２】
１はメタルハライドランプを構成する内管であり、この中央部の放電容器１１の両端部には、板状の封止部１２ａ、１２ｂが形成されており、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、内管１は耐熱性と透光性に優れた材料であれば使用でき、例えば石英ガラスを使用可能である。
【００１３】
放電容器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、ショートアーク型の放電ランプでは１００μｌ以下、自動車の前照灯用として用途を指定する場合には、放電空間の容積は１０μｌ〜４０μｌであるのが望ましい。
【００１４】
放電空間１４には、金属ハロゲン化物２および希ガスとからなる放電媒体が封入され、放電媒体には本質的に水銀を含まないものとする。次に、放電媒体の具体例について説明する。
【００１５】
まず、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第１のハロゲン化物が使用される。第１のハロゲン化物としては、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属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。ＮａやＳｃは、特に高効率な発光物質である。
【００１６】
ハロゲン化金属は、蒸気圧が相対的に高く、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を、第２のハロゲン化物として含むことができる。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。第２のハロゲン化物を添加することで、水銀を含むランプに近いランプ電圧を得ることができ、水銀フリーメタルハライドランプの電気特性や発光特性の改善が可能となる。第２のハロゲン化物は、色度改善等に対しても寄与する。
【００１７】
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）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）および錫（Ｓｎ）から選ばれる一種または複数種の金属のハロゲン化物が用いられる。
【００１８】
ハロゲン化金属を構成するハロゲンとしては、ヨウ素（Ｉ）が反応性の低さにおいて最も適当であり、臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）の順に反応性が強くなるが、必要に応じ適宜選択可能である。また、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。
【００１９】
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（放電空間の容積）１ｃｃ当たり５ｍｇ〜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５ｍｇ〜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ともに、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０．０５ｍｇ〜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。
【００２０】
また、希ガスとしては、始動用および緩衝ガスとしての他に、始動直後には主発光を担うように作用する。一般的には放電容器を透過しなければ特に限定されないが、放電容器が石英ガラスで形成される場合は、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。
【００２１】
希ガスの封入圧力を高くすると、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いことは、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等では極めて重要である。希ガスは例えば３気圧以上の圧力で封入され、特に５〜１５気圧の範囲で封入することが好ましい。
【００２２】
さらに、「本質的に水銀が封入されていない」とは、水銀が全く封入されない状態に限らず、放電容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満の水銀、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在することの許容を意味する。しかし、水銀が封入されないことは環境上望ましいことである。従来の水銀蒸気により放電ランプの電気特性を維持する場合、短アーク形では放電容器の内容積１ｃｃ当たり２０ｍｇ〜４０ｍｇ、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、この実施形態で使用される水銀量は、本質的に少ないといえる。
【００２３】
再び図１において、封止部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント３ａ、３ｂが封止されている。マウント３ａ，３ｂは、金属箔３ａ１，３ｂ１、陽極３ａ２、陰極３ｂ２、外部リード３ａ３，３ｂ３からなる。金属箔３ａ１，３ｂ１は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）のような高融点の短冊形状の薄い金属板である。
【００２４】
４は、陽極３ａ２側の金属箔３ａ１、それに金属箔３ａ１に接続された外部リード３ａ３に被覆されたレニウム（Ｒｅ）金属である。レ二ウム金属膜４は、後述するイオンプレーティング法により２００ｎｍ〜２５００ｎｍ範囲の膜厚で被覆している。
【００２５】
図３は、この発明のメタルハライドランプを自動車用前照灯に適用した場合について説明するための概略的な構成図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分を中心して説明する。
【００２６】
図３において、メタルハライドランプの主要部を構成する発光管は、２重管構造となっており、発光管内部には例えば石英ガラス製の内管１が配置されている。内管１はランプ軸方向に細長い形状であって、その略中央部には略楕円形の放電容器１１が形成されている。放電容器１１の両端部には、板状の封止部１２ａ，１２ｂが形成されており、その両端には、筒状の非封止部１３ａ，１３ｂが形成されている。
【００２７】
発光管の非封止部１３ａ側には、ソケット７が接続される。それらの接続は、非封止部１３ａ付近の外管９外周面に装着された金属バンド７１を、ソケット７の内管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３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、接続をさらに強化するために、金属バンド７１および舌片７２の接触点を溶接している。なお、ソケット７の底部には外部リード３ａ３と図示しないサポートワイヤがそれぞれ接続される端子が形成される。
【００２８】
一端が金属箔３ａ１，３ｂ１の端部に接続された外部リード３ａ３，３ｂ３の他端は、管軸に沿って封止部１２ａ，１２ｂの外部に延出している。外部に延出した外部リード３ｂ３には、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ６の一端が接続され、その他端は、ソケット７の方向に延出している。そして、管軸と平行するサポートワイヤ６の部分には、セラミックからなる絶縁スリーブ８が被覆されている。
【００２９】
上記で構成された内管１の外側には、管軸に沿って石英ガラスに紫外線の遮断作用を有する金属酸化物が添加された筒状の外管９が内管１と略同心状に設けられている。内管１と外管９の接続は、内管１両端の筒状の非封止部１３ａ，１３ｂ付近に外管９を溶着することにより行なわれており、内部空間は気密状態である。その空間には、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または混合して封入したりすることができる。
【００３０】
図４は、レ二ウム金属膜をイオンプレーティング法により、陽極３ａ２の基部側、金属箔３ａ１、それに金属箔３ａ１に接続された外部リード３ａ３に被覆する方法について説明するための説明図である。図５はレ二ウム金属膜が施されるマウントについて説明するための説明図である。
【００３１】
図４において、４１は高真空にされた真空槽であり、真空槽４１の上側には陰極となる基板支持台４２に設置された基板４３に、図５（ａ）に示すマウント３ａを多数取り付ける。このとき、陽極３ａ２を下向きにした状態で、外部リード３ａ３を基板４３に固定する。真空槽４１の下側の蒸発台４４上に置かれたレ二ウム金属Ｒｅは、電極放電により加熱され蒸発する。蒸発台４４と基板４３の間に設置された高周波コイル４５により、蒸発したレ二ウム金属Ｒｅはイオン化され、加速されてマウント３ａの表面に、レニウム金属膜４として被覆される。
【００３２】
真空槽４１全体は、例えばＸ軸とＹ軸方向の２種類の回転を掛けることで、マウント３ａ全面に均一に被覆される。このとき、高周波コイル４５の出力や時間などを制御することにより、被覆の膜厚が決めることができる。
【００３３】
なお、レニウム金属膜成膜時には、陽極３ａ２はかさばる。このことから、図５（ｂ）に示すように、陽極３ａ２がない状態のマウント３ａ’を成膜させた場合は、１度にレニウム金属膜を成膜できる個数を多くすることができるという利点がある。陽極３ａ２と金属箔３ａ１は、レーザー溶接や抵抗溶接などの接合手段を用いて接合する。
【００３４】
このようにしてレニウム金属膜４が被覆されたマウント３ａが、図１に示すメタルハライドランプに使用している。金属箔３ａ１に被覆されたレ二ウム金属膜４は、金属箔３ａ１に対するハロゲン（Ｉ）などの反応を防止する。また、金属箔３ａ１の表面に形成された高品質のレニウム金属膜４は、金属箔３ａ１と封止部１２ａの石英ガラスの密着性をより強固にすることができ、封止部１２ａの封止力の向上で点滅特性の改善を図れることが判明した。
【００３５】
レニウム金属膜４の形成は、イオンプレーティング法の他にメッキ法が考えられる。メッキ法の場合は、外部リード３ａ３側を支持して、陽極３ａ２を下にした図５（ａ）マウント３ａを電解液に漬けてレニウム金属Ｒｅをメッキすることにより、マウント３ａのレニウム金属膜４を被覆させることができる。
【００３６】
ここで、この発明のメタルハライドランプを用いた自動車前照用ランプとしての適用する場合の具体例について図１を参照しながら説明する。
【００３７】
石英ガラス製の放電容器１の内径Ａは、２．６ｍｍで回転楕円形状に成形する。楕円の長軸方向の両端に細長い封止部１２ａ，１２ｂを備えている。陽極３ａ２、陰極３ｂ２の先端部は、放電空間１４に突出させる。陽極３ａ２、陰極３ｂ２の基部は、封止部１２ａ，１２ｂ内において、金属箔３ａ１，３ｂ１の一端にそれぞれ溶接されている。陽極３ａ２の先端は、直径Ｂが０．６５ｍｍの球、直径Ｃが０．３５ｍｍの軸形状を有し、材料はドープタングステンである。また、陰極３ｂ２は、直径Ｄが０．３５ｍｍの軸形状を有し、材料は１．０％トリア含有のタングステンである。陽極３ａ２と陰極３ｂ２の電極間距離Ｅは４．２ｍｍに設定されている。
【００３８】
さらに、封止部１２ａの直径Ｆは５ｍｍとし、金属箔３ａ１は長さを１２ｍｍ、厚さを２０μｍ、幅を２．０ｍｍとする。放電容器１内には、放電媒体として、希ガス、第１のハロゲン化物および第２のハロゲン化物が封入されている。陰極３ｂ２の金属箔３ｂ１の長さは７ｍｍとする。
【００３９】
希ガスとしては、キセノン１１気圧を封入した。また、第１のハロゲン化物としてヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ３）０．１０ｍｇ、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）０．２５ｍｇを、第２のハロゲン化物としてヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）０．１２ｍｇをそれぞれ封入した。
【００４０】
（実施例１）
比較例１は、陽極３ａ２の金属箔３ａ１の厚さを２０μｍ、幅を２．０ｍｍ、長さを７ｍｍとした。比較例２は、陽極３ａ２の金属箔３ａ１の厚さを２０μｍ、幅を２．０ｍｍ、長さを１４ｍｍとした。
【００４１】
実施例は、比較例１と同様に陽極３ａ２側の金属箔３ａ１の厚さを２０μｍ、幅を２．０ｍｍ、長さを７ｍｍとし、この金属箔３ａ１と外部リード３ａ３を溶接で接合した、図５（ｂ）の状態のマウント３ａ’を、イオンプレーティング法でレ二ウム金属膜４を４００ｎｍの膜厚で形成した。
【００４２】
このような金属箔３ａ１、外部リード３ａ３の仕様のメタルハライドランプを３種類製作し、下記のＡ〜Ｄの点灯試験を、直流点灯回路を用い、始動時は７５Ｗで、定常時は３５Ｗの直流電力で行った。
【００４３】
（１）…点灯試験Ａ
比較例１，２、実施例の３種類のランプを、１０灯づつ３５Ｗ入力で連続点灯試験を行った。
【００４４】
陽極３ａ２の金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部に関して、比較例１は酸化が生じ、７００時間以内に全数がその近辺の石英がクラックして不点となった。比較例２は、金属箔３ａ１が長いので金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部の温度は比較例１に対して低く７００時間まで全数、金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部からクラックすることはなかった。
【００４５】
これに対し、実施例では、金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部の温度は、比較例１と同じであったが、接合が耐熱性のレニウム金属膜４が被膜されているため、モリブデン製の外部リード３ａ３、金属箔３ａ１が酸化することはなく、５０００時間点灯でも接合部からクラックすることはなかった。
【００４６】
比較例２のように、金属箔３ａ１を長くすれば、クラックは避けられるが、封止部１２ａの長さが増大して、コンパクト性が失われ、特に自動車用前照灯では問題になる。また、金属箔が長くなると箔クラックが生じやすくなる。
【００４７】
金属箔３ａ１の反応に関しては、比較例１，２とも２００時間程度の点灯で金属箔３ａ１が陽極３ａ２側から黒化してきてそのためその近辺の石英ガラスにクラックが入ってくる。この場合に陰極３ｂ２側の金属箔３ｂ１は、反応が遅く、ヨウ化モリブデンの生成の証拠である黒色の変色もずっと少ない。
【００４８】
比較例２では、金属箔３ａ１と外部リード３ａ３の接合部でのクラックの発生はないが、この金属箔３ａ１の反応、それに伴う金属箔３ａ１近辺からの封止部１２ａを形成する石英ガラスのクラック、リークにより１０００時間以内に全数不点となった。
【００４９】
これに対し、実施例はこの２種類の石英クラックがほとんど無く、全数５０００時間点灯可能であった。
【００５０】
（２）…点灯試験Ｂ
比較例１，２、実施例の３種類のランプを１０灯づつ、点灯０．５秒、消灯４秒のサイクルで点灯試験を行った。この試験は、金属箔３ａ１と遊離ヨウ素（Ｉ）との反応の影響をなるべく排除して、封止部１２ａ部の石英ガラスと金属箔３ａ１の密着性と関連する始動時のストレスの影響を評価するためである。
【００５１】
比較例１は、平均８０００回の点滅でリーク、不点となり、比較例２は平均５０００回の点滅でリーク、不点となった。金属箔３ａ１が長い方が箔のクラック発生を生じ易いことが確認できた。
【００５２】
これに対して、実施例は３万回以上の点滅が可能であった。比較例１と実施例を比較すると、実施例では封止部１２ａの石英ガラスと金属箔３ａ１との密着性が向上していることが分かった。これは、レニウム金属膜４が石英ガラスである封止部１２ａと金属箔３ａ１の間に介在している効果と考えられる。
【００５３】
（３）…点灯試験Ｃ
比較例１，２、実施例の３種類のランプを１０灯づつ、点灯３秒、消灯４秒のサイクルで点灯試験を行った。この試験では、金属箔３ａ１と遊離ヨウ素（Ｉ）との反応の影響が大きくなる。
【００５４】
比較例１では平均３０００回、比較例２では平均２５００回でそれぞれ不点となった。両方とも金属箔３ａ１は反応により黒く変色し、金属箔３ａ１近辺の石英ガラスにクラックが発生し、ここからリークが生じて不点となる。これに対して実施例では、２万回以上の点滅が可能であった。
【００５５】
（４）…点灯試験Ｄ
比較例１，２、実施例の３種類のランプを１０灯づつ、日本電球工業会規格「ＪＥＬ２１５」の点滅方式で点灯試験を行った。この点滅は、１サイクル２時間で種々の点灯時間、消灯時間の組み合わせであり、総合的な寿命特性を評価する。
【００５６】
比較例１、比較例２とも点灯３００時間以内にすべて不点となった。これに対して実施例では全数２０００時間以上の点灯が可能であった。
【００５７】
（実施例２）
この実施例２のランプ仕様は、実施例１と同じで、厚さが２０μｍ、幅が２．０ｍｍ、長さが７ｍｍの金属箔３ａ１と外部リード３ａ３と接合させた図５（ｂ）の状態のマウント３ａ’を、イオンプレーティング法でレ二ウム金属膜４の膜厚を変えて被覆させたものである。膜厚は１００ｎｍ〜４０００ｎｍ（４μｍ）まで１００ｎｍずつ変えた。
【００５８】
このメタルハライドランプ２灯づつを規格の点滅方式で点灯試験を行った。結果、２０００時間以上の点灯時間に達するのは、膜厚２００−２５００ｎｍの範囲であった。さらに２５００時間以上の点灯時間が得られる好適な範囲は、４００−２０００ｎｍの範囲であった。レ二ウム金属膜４の膜厚が小さいと点灯時間が経つと遊離ハロゲンとの反応が顕著になってくる。また、膜厚が大きいと封止部１２ａの石英ガラスとの密着性が逆に低下し、点滅のストレスによる石英ガラスにクラックが発生しやすくなる。
【００５９】
（実施例３）
この実施例３のランプ仕様は、実施例１と同じで、陽極３ａ３、厚さが２０μｍ、幅が２．０ｍｍ、長さが７ｍｍの金属箔３ａ１、外部リード３ａ３が接合された図５（ａ）の状態のマウント３ａを、イオンプレーティング法で４００ｎｍのレ二ウム金属膜４を被覆させたランプを実施例３−Ａとする。
【００６０】
同様に、厚さが２０μｍ、幅が２．０ｍｍ、長さが７ｍｍの金属箔３ａ１と外部リード３ａ３が接合された図５（ｂ）の状態のマウント３ａ’を、イオンプレーティング法で４００ｎｍのレ二ウム金属膜４を被覆させ、その後陽極３ａ３を接合させたランプを実施例３−Ｂとする。
【００６１】
この実施例３−Ａ，３−Ｂの２種類のランプを２００本ずつ、日本電球工業会規格の点灯方式で３００時間まで点灯した。
【００６２】
この点灯時間の間に、実施例３−Ａは１本もチラツキは生じなかったが、実施例３−Ｂでは１２本がチラツキを生じた。実施例３−Ｂでは陽極の電極変形が大きくそのためチラツキが生じやすいが実施例３−Ｂでは、レニウム金属膜４が陽極３ａ２に被膜されているため、陽極３ａ２の変形が小さく、そのためチラツキが生じることはなかった。
【００６３】
図６はこの発明の点灯装置に関する一実施形態について説明するための回路図である。この実施形態は、この発明のメタルハライドランプを直流点灯するように構成したものである。
【００６４】
同図において、６１は直流電源、６２はチョッパ、６３は制御部、Ｒはランプ電流検出手段、ＶＲはランプ電圧検出手段、６４は始動部、６５は図３の構成のメタルハライドランプである。
【００６５】
直流電源６１には、バッテリーまたは整流化直流電源が用いられる。自動車の場合には、一般的にバッテリーが用いられる。しかし、交流を整流する整流化直流電源であってもよい。また必要に応じて、電解コンデンサＣを並列接続して平滑化を行う。
【００６６】
チョッパ６２は、直流電圧を所要値の電圧に変換するとともに、メタルハライドランプ６５を所要に制御する。直流電源電圧が低い場合には、昇圧チョッパを用い、反対に高い場合には降圧チョッパを用いる。
【００６７】
制御部６３は、チョッパ２２を制御する。例えば、点灯直後にはメタルハライドランプ６５に定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ６２から流し、その後時間の経過とともに徐々にランプ電流を絞っていき、やがて定格ランプ電流にするように制御する。また、制御部６３はランプ電流とランプ電圧との検出信号が帰還入力されることにより、定電力制御信号を発生させてチョッパ６２を定電力制御する。さらに、制御部６３には時間的な制御パターンが予め組み込まれたマイコンが内蔵されて、これによりランプ電流を制御するように構成されている。
【００６８】
ランプ電流検出手段Ｒは、ランプと直列に挿入されてランプ電流を検出して制御部６３に制御入力する。ランプ電圧検出手段ＶＲは、ランプと並列的に接続されてランプ電圧を検出して制御部２３に制御入力する。始動部６４は、始動時に２０ｋＶのパルス電圧をメタルハライドランプ６５に供給できるように構成されている。
【００６９】
そして、この実施形態のメタルハライドランプ点灯装置を用いてメタルハライドランプを直流点灯すると、点灯直後から所要の光束を発生する。これにより、自動車用前照灯として必要な電源投入後１秒後に定格に対して光束２５％、４秒後に光束８０％の点灯を実現することができる。また、直流−交流変換回路が不要で、直流点灯のメタルハライドランプの有利性を享受しながら寿命特性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明のメタルハライドランプに関する一実施形態について説明するための概略的な構成図。
【図２】図１要部の拡大示す構成図。
【図３】この発明のメタルハライドランプを自動車前照灯用に適用した場合について説明するための概略的な構成図。
【図４】イオンプレーティング法によるレ二ウム金属の成膜について説明するための概念図。
【図５】この発明のレニウム金属膜を施す対象物について説明するための説明図。
【図６】この発明のメタルハライドランプ点灯装置に関する一実施形態について説明するための回路図。
【符号の説明】
【００７１】
１ 内管
１１ 放電容器
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 陽極
３ｂ２ 陰極
３ａ３，３ｂ３ 外部リード
４ レ二ウム金属膜
６１ 直流電源
６２ チョッパ
６３ 制御部
６４ 始動部
６５ メタルハライドランプ
Ｒ ランプ電流検出手段
ＶＲ ランプ電圧検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間と該放電空間の両端に設けられた封止部とを有する放電容器と、
前記放電空間内に対向して配置された陽極および陰極と、
前記陽極および陰極の基部側端部にそれぞれ一端部が接合され、かつ前記封止部により気密に封着された金属箔と、
前記金属箔の他端部にそれぞれ接合され、かつ前記封止部外に導出された一対の外部リードと、
前記放電容器内に封入され、ハロゲン化物および希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、を具備し、
前記放電容器内に流れる電流の向きを一定とし、少なくとも前記陽極側の金属箔と該金属箔に接続された前記外部リードがレニウム（Ｒｅ）金属膜で被覆されたことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記レ二ウム金属膜は、前記陽極と該陽極に一端が結合された前記金属箔と該金属箔に一端が結合された前記外部リードにそれぞれ被覆を施した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。
【請求項３】
前記レニウム金属膜の膜厚は、２００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記放電容器内に流れる電流の向きが時間とともに変化せず、常に単一方向である電流をメタルハライドランプに供給して点灯する点灯回路と、を具備したことを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置。
【請求項１】
放電空間と該放電空間の両端に設けられた封止部とを有する放電容器と、
前記放電空間内に対向して配置された陽極および陰極と、
前記陽極および陰極の基部側端部にそれぞれ一端部が接合され、かつ前記封止部により気密に封着された金属箔と、
前記金属箔の他端部にそれぞれ接合され、かつ前記封止部外に導出された一対の外部リードと、
前記放電容器内に封入され、ハロゲン化物および希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、を具備し、
前記放電容器内に流れる電流の向きを一定とし、少なくとも前記陽極側の金属箔と該金属箔に接続された前記外部リードがレニウム（Ｒｅ）金属膜で被覆されたことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記レ二ウム金属膜は、前記陽極と該陽極に一端が結合された前記金属箔と該金属箔に一端が結合された前記外部リードにそれぞれ被覆を施した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。
【請求項３】
前記レニウム金属膜の膜厚は、２００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または２記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記放電容器内に流れる電流の向きが時間とともに変化せず、常に単一方向である電流をメタルハライドランプに供給して点灯する点灯回路と、を具備したことを特徴とするメタルハライドランプ点灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２１０５５１（Ｐ２００８−２１０５５１Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４３８９７（Ｐ２００７−４３８９７）
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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