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の寿命特性を大幅に向上させる。
【解決手段】ハロゲン化物、希ガスを含み、水銀を含まない放電媒体が封入された放電空間１４の両端の封止部１２ａ，１２ｂで放電容器１１が構成される。放電空間１４内に陽極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が粗面化された状態でレニウム金属膜４の被覆を施した。
【解決手段】ハロゲン化物、希ガスを含み、水銀を含まない放電媒体が封入された放電空間１４の両端の封止部１２ａ，１２ｂで放電容器１１が構成される。放電空間１４内に陽極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が粗面化された状態でレニウム金属膜４の被覆を施した。
【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号公報
【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、自動車前照灯のように点滅が頻繁で、始動時に大電流を通過させるランプの陽極側の金属箔は、耐ハロゲン性と粗面形成による密着性の向上を満足させなくてはならない。
【０００４】
ところが、耐ハロゲン性を得るためにモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔の表面を粗面形成し、粗面化した部分にコーティング膜を形成すると、今度は膜材料が金属箔の粗面と石英ガラスの間に介在して総合的な密着性は必ずしも改善されないという、という問題があった。
【０００５】
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】
【０００６】
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るとともに、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結合されるとともに、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は向きを一定とし、少なくとも前記陽極側の前記金属箔表面を粗面化し、該粗面上にレニウム（Ｒｅ）金属膜を被覆したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、陽極側の金属箔の表面が粗面形成され、その粗面表面にレニウム金属膜が被覆されたことにより、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】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
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、例えば石英ガラスが使用可能である。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【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）、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、Ｍｏのような高融点の短冊形状の薄い金属板である。
【００２１】
陽極３ａ２側の金属箔３ａ１はレーザ加工やサンドブラスト加工によりＭｏ箔の表面を粗面形成し、その表面にはレニウム（Ｒｅ）金属が被覆されたレ二ウム金属膜４で構成さされる。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。
【００２２】
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にして説明する。
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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
ここで、金属箔の表面の粗面化は、レーザ加工の方法により実現できる。この方法は本出願人が先に出願した特願２００６−１７９３２に記載されている。このレーザ加工によって金属箔３ａ１の表面が粗面化されると、金属箔３ａ１と封止部１２ａ部分の石英ガラスとの密着性が良好になるとともに、金属箔３ａ１に所望の粗さ、所望の形状の粗面を容易に形成できる。
【００２７】
図４は、金属箔３ａ１の表面をレーザ加工による粗面ＲＳが形成された金属箔３ａ１の状態を示す正面図である。図５（ａ）は、図４のｘ−ｘ断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部を拡大して示す断面図である。
図４に示すように、粗面ＲＳは、金属箔３ａ１の表面に複数条の溝Ｇを形成することにより形成される。溝Ｇの形成方法の一例としては、金属箔３ａ１の表面にレーザを１回照射することにより、スポットが１つ形成される。このスポットは、レーザの焦点の合わせ方や入力制御によって断面の形状などを制御できる。そして、先に形成されたスポットの一部に再びレーザを照射することによって、スポットが互いに連接して構成された形状の溝Ｇを得ることができる。溝Ｇの深さは、レーザの電流値を変化させることで、スポットの径は焦点やレーザ照射ユニットから照射位置までの距離を変化させることで自由に制御可能である。
【００２８】
また、粗面ＲＳを形成する領域は、金属箔３ａ１の両面のほぼ全面である場合が最も高い密着性が得られるので好ましい。さらに、溝Ｇを形成する場合は、金属箔３ａ１の端部に溝Ｇが繋がらないように形成するのが好適である。粗面ＲＳを形成する領域は、金属箔３ａ１の両面のほぼ全面である場合が最も高い密着性が得られるので好ましい。さらに、溝Ｇを形成する場合は、金属箔３ａ１の端部に溝Ｇが繋がらないように形成するのが好適である。
【００２９】
次に、レーザ加工による溝Ｇからなる粗面ＲＳの好適な表面粗さについては、日本工業規格の「Ｂ０６０１」により規格化されており、表面粗さＲａおよびＲｚの値を参照して説明する。
【００３０】
まず、レーザ加工によって形成された溝Ｇからなる粗面ＲＳの表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａ（μｍ）は、数式０．４≦Ｒａを満足する範囲が一般的には好適である。さらに、表面粗さ（最大高さ粗さ）Ｒｚ（μｍ）は、数式１．０≦Ｒｚ≦７．０を満足する範囲が一般的には好適である。
【００３１】
粗面ＲＳの深さが肉厚を超えるようでは金属箔３ａ１の機能が阻害されるので、粗面ＲＳが金属箔３ａ１を肉厚方向に貫通しない深さである必要がある。また、金属箔３ａ１の機能を充分に活かす目安としては、凡そ肉厚の半分までの溝Ｇの深さであるのが望ましい。好適な表面粗さとして、試験には、Ｒａ＝０．８、Ｒｚ＝２．７にレーザ加工により制御した粗面を使用した。
【００３２】
金属箔３ａ１に粗面ＲＳを形成する別の手段としてサンドブラスト法がある。これは適宜な硬度を有する部材の微粉末である砥粒を金属箔３ａ１の表面に吹き付け、衝突させることにより行う。砥粒としてはコランダムを使用した。好適な表面粗さとして、試験には、Ｒａ＝０．８、Ｒｚ＝２．７にサンドブラスト法で制御した粗面を使用した。
【００３３】
図６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。また、図７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。なお、金属箔３ａ１の表面には、予めレーザ加工やサンドブラスト法で粗面が形成されている。
図６において、６１は高真空にされた真空槽であり、真空槽６１の上側には陰極となる基板支持台６２に設置された基板６３に、図７（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６３に固定する。真空槽６１の下側の蒸発台６４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６４と基板６３の間に設置された高周波コイル６５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。
【００３４】
真空槽６１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６５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。
【００３５】
なお、レニウム金属膜の成膜時には、陽極３ａ２はかさばる。このことから、図７（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４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、レーザ溶接や抵抗溶接などの接合手段を用いて接合する。
【００３６】
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を、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に対する遊離ヨウ素（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の粗面と協同して、金属箔３ａ１と封止部１２ａ部分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。
【００３７】
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７（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。
【００３８】
ここで、図３で説明した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適用した場合のメタルハライドランプの具体的な数値を挙げ、再び図１を参照しながら説明する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）０．２０ｍｇ、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）０．５ｍｇを、第２のハロゲン化物としてヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）０．２４ｍｇをそれぞれ封入した。
【００４２】
（確認試験１）
ここで、上記したメタルハライドランプの具体的な数値のうち、図１と電極と金属箔の寸法のみが異なる３５Ｗの交流タイプのランプで確認試験１として実施した。
【００４３】
確認試験対象の金属箔としては、粗面加工を行わない金属箔（Ｘ）、レーザ加工でＲａ＝０．８、Ｒｚ＝２．７の表面粗さの粗面を表、裏の両面全面に形成した金属箔（Ｙ）、サンドブラスト法でＲａ＝０．８、Ｒｚ＝２．７の表面粗さの粗面を表、裏の両面全面に形成した金属箔（Ｚ）をそれぞれ製作した。
【００４４】
そして、これらの金属箔（Ｘ）〜（Ｚ）を、金属箔３ａ１，３ｂ１にそれぞれ用いた交流用のランプを５本ずつ製作した。交流点灯回路を用い、始動時は７５Ｗで、定常時は３５Ｗの交流電力で点滅試験を行った。点滅試験は、３分点灯、４分消灯の加速点滅試験で行った。
【００４５】
交流点灯の場合は、薬品とＭｏの金属箔の反応の影響が少ないうえに、この加速点滅では主に点滅特性を評価することになるので、Ｍｏの金属箔の粗面形成の金属箔と石英の密着性に与える影響が正確に評価可能である。
【００４６】
自動車前照ランプとして必須の寿命2000時間は、この加速点滅試験で凡そ13000回の点滅回数に相当する。この加速点滅試験の結果は、金属箔（Ｘ）を使用したランプ（５本）のリークする平均点滅回数は7500回である。（Ｙ）、（Ｚ）の金属箔を使用したランプ（５本ずつ）は、全数点滅回数13000回を達成した。
【００４７】
この確認試験により、レーザ加工、サンドブラスト法により、金属箔と石英の好適な密着性改善が実施されていることを確認した。また、レーザ加工とサンドブラスト法で密着性に差がないことを確認した。
【００４８】
（確認試験２）
次に、図１に示したメタルハライドランプの構造を直流点灯用ランプとした場合を確認試験２として実施した。
【００４９】
この場合、陽極側の金属箔３ａ１のみの寸法を変えたランプを５本ずつ製作した。金属箔３ａ１としてはＭｏを使用し、金属箔３ａ１には粗面を形成しない。この金属箔３ａ１に、図６で説明したイオンプレーティング法により、例えば金属箔３ａ１とＭｏ製の外部リード３ａ３との図７（ｂ）に示す状態の接合体で、各種のコーティング膜を施した図８に示す（Ａ）〜（Ｉ）のランプを作製した。
【００５０】
接合体にコーティング膜なしとしたランプは（Ａ）で、接合体にコーティング膜付としたランプとしては、Ａｕ膜（Ｂ）、Ａｇ膜（ｃ）、Ｒｅ膜（Ｄ）、ＺｒＯ２膜（Ｅ）、Ａｌ２Ｏ３膜（Ｆ）、ＳｉＯ２膜（Ｇ）、Ｓｉ３Ｎ４膜（Ｈ）、ＡｌＮ膜（Ｉ）であり、厚さ４００ｎｍの金属箔３ａ１両面に形成した。この金属箔３ａ１に先端の直径が０．６５ｍｍの球で軸径０．３５ｍｍ、長さ８ｍｍの陽極３ａ２を接合している。
【００５１】
直流点灯回路を用い、始動時は７５Ｗで、定常時は３５Ｗの直流電力で点滅試験を行った。なお、直流点灯回路については後述する。
【００５２】
点滅試験は、５．５時間点灯、０．５時間消灯の点滅試験で行った。この点滅は緩やかなものであり、ランプのリーク、不点は金属箔３ａ１に到達した遊離ヨウ素と反応して、ヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）が生成することによる。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。
【００５３】
すなわち、この点灯方法では金属箔３ａ１をコーティングする膜の耐ハロゲン効果を評価することができる。（Ａ）〜（Ｉ）のランプを各５本ずつ用いた試験結果は、図８に示すとおりである。
【００５４】
日本電球工業会規格「ＪＥＬ２１５」の点滅方式の点滅は、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り、総合的な寿命特性を評価する。点滅の激しい交換を必要としない寿命３０００時間を達成するためには、試験で用いた緩やかな点灯試験方法で少なくとも５０００時間の寿命を持つ必要がある。
【００５５】
この試験の結果、Ｒｅ膜のランプ（Ｄ）、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜の各ランプ（Ｆ）〜（Ｈ）が耐ハロゲン性のあることが確認できた。
【００５６】
（実施例）
上記の確認試験２でＲｅ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜を用いたランプの耐ハロゲン性が良好であることが確認したところで、確認試験２と同じ構成の直流点灯ランプを用い、陽極３ａ２側の金属箔３ａ１の材料を変更した場合の実施例について説明する。
【００５７】
コーティング膜としては、耐ハロゲン性のＲｅ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜とそれにコーティング膜なしとする。金属箔３ａ１の表面を粗面化したもの、しないものを組み合わせて各種類１０灯ずつのランプを作製した。
【００５８】
このうち、５本ずつを、直流回路を用いて３分点灯、４分消灯の加速点滅試験を行い、残りの５本ずつを同じく直流回路を用いて、日本電球工業会規格「ＪＥＬ２１５」の点滅方式で点滅試験を行い、図９に示す結果が得られた。
【００５９】
図９に示すように、コーティング膜のない金属箔３ａ１のランプ（Ａ１）では、遊離ヨウ素とＭｏ製の金属箔３ａ１の反応が加速点滅試験の可能回数を決めている。そのため、交流点灯と異なり、金属箔３ａ１の表面に粗面が形成されたランプ（Ａ２）でも加速点滅回数はほとんど改善されない。また、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜は金属箔３ａ１に粗面が形成されたランプ（Ｃ２），（Ｄ２），（Ｅ２）でも、粗面が形成されないランプ（Ｃ１），（Ｄ１），（Ｅ１）でも加速点滅回数に差はない。
【００６０】
Ｓｉ３Ｎ４膜のランプでは、粗面が形成されたランプ（Ｅ２）の方の加速点滅回数が少なくなっている。これは、これらのコーティング膜が石英ガラスとＭｏ箔の表面の粗面の間に介在することで、粗面による石英ガラスと金属箔３ａ１との密着性の向上が阻害されていることが分かる。
【００６１】
これに対して、Ｒｅ膜の場合はＭｏの金属箔３ａ１の表面が粗面化されたランプ（Ｂ２）の加速点滅回数が大幅に増加する。この結果、規格の点灯試験方法でも３０００時間を越える寿命が得られる。この結果から、Ｒｅ膜―金属箔、Ｒｅ膜―石英ガラスの密着性が良好で、総合的に金属箔３ａ１と封止部１２ａの石英ガラスの密着性が向上して点滅に対して耐性があがり、その結果、寿命が改善されていると考えられる。
【００６２】
このように、Ｒｅ膜は遊離ヨウ素に対する耐ハロゲン性と石英ガラスと金属箔の密着性向上の両方に大きな働きを行っている。
【００６３】
なお、Ｒｅ膜について実施例ではレーザ加工による粗面形成について述べたが、同様の結果は粗面形成をサンドブラスト法で行った場合にも得られた。また、Ｒｅ膜のコーティングを、イオンプレーティング法で行ったが、メッキ法の場合も同様の結果であった。Ｒｅ膜の膜厚は２００−２５００ｎｍが適する。膜厚が２００ｎｍ未満では点灯時間が長くなると遊離ハロゲンとの反応が顕著になってくる。膜厚が厚すぎると石英との密着性が低下してくる。好適な範囲は４００−２０００ｎｍであった。
【００６４】
金属箔の表面の粗面は、その表面粗さＲａが数式０．４≦Ｒａ、Ｒｚが数式１．０≦Ｒｚ≦７．０の範囲であればＲｅ膜との組み合わせで顕著な効果が得られる。
【００６５】
図１０は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させる点灯装置である。
同図において、１０１は直流電源、１０２はチョッパ、１０３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、１０４は始動部、１０５は図３の構成のメタルハライドランプである。
【００６６】
直流電源１０１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。
【００６７】
チョッパ１０２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１０５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。
【００６８】
制御部１０３は、チョッパ１０２を制御する。例えば、点灯直後にはメタルハライドランプ１０５に定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ１０２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１０３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１０２を定電力制御する。さらに、制御部１０３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。
【００６９】
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１０３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１０３に制御入力する。始動部１０４は、始動時に２０ｋＶのパルス電圧をメタルハライドランプ１０５に供給できるように構成されている。
【００７０】
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】
【００７１】
【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】レーザ加工により粗面が形成された封着金属箔部分の拡大正面図。
【図５】同じくレーザ加工により粗面が形成された封着金属箔の拡大断面図。
【図６】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７】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８】この発明の確認試験について説明するための説明図。
【図９】この発明の実施例の効果について説明するための説明図。
【図１０】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】
【００７２】
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
１０１ 直流電源
１０２ チョッパ
１０３ 制御部
１０４ 始動部
１０５ 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号公報
【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、自動車前照灯のように点滅が頻繁で、始動時に大電流を通過させるランプの陽極側の金属箔は、耐ハロゲン性と粗面形成による密着性の向上を満足させなくてはならない。
【０００４】
ところが、耐ハロゲン性を得るためにモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔の表面を粗面形成し、粗面化した部分にコーティング膜を形成すると、今度は膜材料が金属箔の粗面と石英ガラスの間に介在して総合的な密着性は必ずしも改善されないという、という問題があった。
【０００５】
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】
【０００６】
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るとともに、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結合されるとともに、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は向きを一定とし、少なくとも前記陽極側の前記金属箔表面を粗面化し、該粗面上にレニウム（Ｒｅ）金属膜を被覆したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、陽極側の金属箔の表面が粗面形成され、その粗面表面にレニウム金属膜が被覆されたことにより、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】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
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、例えば石英ガラスが使用可能である。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【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）、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、Ｍｏのような高融点の短冊形状の薄い金属板である。
【００２１】
陽極３ａ２側の金属箔３ａ１はレーザ加工やサンドブラスト加工によりＭｏ箔の表面を粗面形成し、その表面にはレニウム（Ｒｅ）金属が被覆されたレ二ウム金属膜４で構成さされる。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。
【００２２】
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にして説明する。
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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
ここで、金属箔の表面の粗面化は、レーザ加工の方法により実現できる。この方法は本出願人が先に出願した特願２００６−１７９３２に記載されている。このレーザ加工によって金属箔３ａ１の表面が粗面化されると、金属箔３ａ１と封止部１２ａ部分の石英ガラスとの密着性が良好になるとともに、金属箔３ａ１に所望の粗さ、所望の形状の粗面を容易に形成できる。
【００２７】
図４は、金属箔３ａ１の表面をレーザ加工による粗面ＲＳが形成された金属箔３ａ１の状態を示す正面図である。図５（ａ）は、図４のｘ−ｘ断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部を拡大して示す断面図である。
図４に示すように、粗面ＲＳは、金属箔３ａ１の表面に複数条の溝Ｇを形成することにより形成される。溝Ｇの形成方法の一例としては、金属箔３ａ１の表面にレーザを１回照射することにより、スポットが１つ形成される。このスポットは、レーザの焦点の合わせ方や入力制御によって断面の形状などを制御できる。そして、先に形成されたスポットの一部に再びレーザを照射することによって、スポットが互いに連接して構成された形状の溝Ｇを得ることができる。溝Ｇの深さは、レーザの電流値を変化させることで、スポットの径は焦点やレーザ照射ユニットから照射位置までの距離を変化させることで自由に制御可能である。
【００２８】
また、粗面ＲＳを形成する領域は、金属箔３ａ１の両面のほぼ全面である場合が最も高い密着性が得られるので好ましい。さらに、溝Ｇを形成する場合は、金属箔３ａ１の端部に溝Ｇが繋がらないように形成するのが好適である。粗面ＲＳを形成する領域は、金属箔３ａ１の両面のほぼ全面である場合が最も高い密着性が得られるので好ましい。さらに、溝Ｇを形成する場合は、金属箔３ａ１の端部に溝Ｇが繋がらないように形成するのが好適である。
【００２９】
次に、レーザ加工による溝Ｇからなる粗面ＲＳの好適な表面粗さについては、日本工業規格の「Ｂ０６０１」により規格化されており、表面粗さＲａおよびＲｚの値を参照して説明する。
【００３０】
まず、レーザ加工によって形成された溝Ｇからなる粗面ＲＳの表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａ（μｍ）は、数式０．４≦Ｒａを満足する範囲が一般的には好適である。さらに、表面粗さ（最大高さ粗さ）Ｒｚ（μｍ）は、数式１．０≦Ｒｚ≦７．０を満足する範囲が一般的には好適である。
【００３１】
粗面ＲＳの深さが肉厚を超えるようでは金属箔３ａ１の機能が阻害されるので、粗面ＲＳが金属箔３ａ１を肉厚方向に貫通しない深さである必要がある。また、金属箔３ａ１の機能を充分に活かす目安としては、凡そ肉厚の半分までの溝Ｇの深さであるのが望ましい。好適な表面粗さとして、試験には、Ｒａ＝０．８、Ｒｚ＝２．７にレーザ加工により制御した粗面を使用した。
【００３２】
金属箔３ａ１に粗面ＲＳを形成する別の手段としてサンドブラスト法がある。これは適宜な硬度を有する部材の微粉末である砥粒を金属箔３ａ１の表面に吹き付け、衝突させることにより行う。砥粒としてはコランダムを使用した。好適な表面粗さとして、試験には、Ｒａ＝０．８、Ｒｚ＝２．７にサンドブラスト法で制御した粗面を使用した。
【００３３】
図６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。また、図７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。なお、金属箔３ａ１の表面には、予めレーザ加工やサンドブラスト法で粗面が形成されている。
図６において、６１は高真空にされた真空槽であり、真空槽６１の上側には陰極となる基板支持台６２に設置された基板６３に、図７（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６３に固定する。真空槽６１の下側の蒸発台６４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６４と基板６３の間に設置された高周波コイル６５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。
【００３４】
真空槽６１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６５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。
【００３５】
なお、レニウム金属膜の成膜時には、陽極３ａ２はかさばる。このことから、図７（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４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、レーザ溶接や抵抗溶接などの接合手段を用いて接合する。
【００３６】
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を、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に対する遊離ヨウ素（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の粗面と協同して、金属箔３ａ１と封止部１２ａ部分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。
【００３７】
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７（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。
【００３８】
ここで、図３で説明した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適用した場合のメタルハライドランプの具体的な数値を挙げ、再び図１を参照しながら説明する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）０．２０ｍｇ、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）０．５ｍｇを、第２のハロゲン化物としてヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）０．２４ｍｇをそれぞれ封入した。
【００４２】
（確認試験１）
ここで、上記したメタルハライドランプの具体的な数値のうち、図１と電極と金属箔の寸法のみが異なる３５Ｗの交流タイプのランプで確認試験１として実施した。
【００４３】
確認試験対象の金属箔としては、粗面加工を行わない金属箔（Ｘ）、レーザ加工でＲａ＝０．８、Ｒｚ＝２．７の表面粗さの粗面を表、裏の両面全面に形成した金属箔（Ｙ）、サンドブラスト法でＲａ＝０．８、Ｒｚ＝２．７の表面粗さの粗面を表、裏の両面全面に形成した金属箔（Ｚ）をそれぞれ製作した。
【００４４】
そして、これらの金属箔（Ｘ）〜（Ｚ）を、金属箔３ａ１，３ｂ１にそれぞれ用いた交流用のランプを５本ずつ製作した。交流点灯回路を用い、始動時は７５Ｗで、定常時は３５Ｗの交流電力で点滅試験を行った。点滅試験は、３分点灯、４分消灯の加速点滅試験で行った。
【００４５】
交流点灯の場合は、薬品とＭｏの金属箔の反応の影響が少ないうえに、この加速点滅では主に点滅特性を評価することになるので、Ｍｏの金属箔の粗面形成の金属箔と石英の密着性に与える影響が正確に評価可能である。
【００４６】
自動車前照ランプとして必須の寿命2000時間は、この加速点滅試験で凡そ13000回の点滅回数に相当する。この加速点滅試験の結果は、金属箔（Ｘ）を使用したランプ（５本）のリークする平均点滅回数は7500回である。（Ｙ）、（Ｚ）の金属箔を使用したランプ（５本ずつ）は、全数点滅回数13000回を達成した。
【００４７】
この確認試験により、レーザ加工、サンドブラスト法により、金属箔と石英の好適な密着性改善が実施されていることを確認した。また、レーザ加工とサンドブラスト法で密着性に差がないことを確認した。
【００４８】
（確認試験２）
次に、図１に示したメタルハライドランプの構造を直流点灯用ランプとした場合を確認試験２として実施した。
【００４９】
この場合、陽極側の金属箔３ａ１のみの寸法を変えたランプを５本ずつ製作した。金属箔３ａ１としてはＭｏを使用し、金属箔３ａ１には粗面を形成しない。この金属箔３ａ１に、図６で説明したイオンプレーティング法により、例えば金属箔３ａ１とＭｏ製の外部リード３ａ３との図７（ｂ）に示す状態の接合体で、各種のコーティング膜を施した図８に示す（Ａ）〜（Ｉ）のランプを作製した。
【００５０】
接合体にコーティング膜なしとしたランプは（Ａ）で、接合体にコーティング膜付としたランプとしては、Ａｕ膜（Ｂ）、Ａｇ膜（ｃ）、Ｒｅ膜（Ｄ）、ＺｒＯ２膜（Ｅ）、Ａｌ２Ｏ３膜（Ｆ）、ＳｉＯ２膜（Ｇ）、Ｓｉ３Ｎ４膜（Ｈ）、ＡｌＮ膜（Ｉ）であり、厚さ４００ｎｍの金属箔３ａ１両面に形成した。この金属箔３ａ１に先端の直径が０．６５ｍｍの球で軸径０．３５ｍｍ、長さ８ｍｍの陽極３ａ２を接合している。
【００５１】
直流点灯回路を用い、始動時は７５Ｗで、定常時は３５Ｗの直流電力で点滅試験を行った。なお、直流点灯回路については後述する。
【００５２】
点滅試験は、５．５時間点灯、０．５時間消灯の点滅試験で行った。この点滅は緩やかなものであり、ランプのリーク、不点は金属箔３ａ１に到達した遊離ヨウ素と反応して、ヨウ化モリブデン（ＭｏＩ２）が生成することによる。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。
【００５３】
すなわち、この点灯方法では金属箔３ａ１をコーティングする膜の耐ハロゲン効果を評価することができる。（Ａ）〜（Ｉ）のランプを各５本ずつ用いた試験結果は、図８に示すとおりである。
【００５４】
日本電球工業会規格「ＪＥＬ２１５」の点滅方式の点滅は、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り、総合的な寿命特性を評価する。点滅の激しい交換を必要としない寿命３０００時間を達成するためには、試験で用いた緩やかな点灯試験方法で少なくとも５０００時間の寿命を持つ必要がある。
【００５５】
この試験の結果、Ｒｅ膜のランプ（Ｄ）、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜の各ランプ（Ｆ）〜（Ｈ）が耐ハロゲン性のあることが確認できた。
【００５６】
（実施例）
上記の確認試験２でＲｅ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜を用いたランプの耐ハロゲン性が良好であることが確認したところで、確認試験２と同じ構成の直流点灯ランプを用い、陽極３ａ２側の金属箔３ａ１の材料を変更した場合の実施例について説明する。
【００５７】
コーティング膜としては、耐ハロゲン性のＲｅ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜とそれにコーティング膜なしとする。金属箔３ａ１の表面を粗面化したもの、しないものを組み合わせて各種類１０灯ずつのランプを作製した。
【００５８】
このうち、５本ずつを、直流回路を用いて３分点灯、４分消灯の加速点滅試験を行い、残りの５本ずつを同じく直流回路を用いて、日本電球工業会規格「ＪＥＬ２１５」の点滅方式で点滅試験を行い、図９に示す結果が得られた。
【００５９】
図９に示すように、コーティング膜のない金属箔３ａ１のランプ（Ａ１）では、遊離ヨウ素とＭｏ製の金属箔３ａ１の反応が加速点滅試験の可能回数を決めている。そのため、交流点灯と異なり、金属箔３ａ１の表面に粗面が形成されたランプ（Ａ２）でも加速点滅回数はほとんど改善されない。また、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜は金属箔３ａ１に粗面が形成されたランプ（Ｃ２），（Ｄ２），（Ｅ２）でも、粗面が形成されないランプ（Ｃ１），（Ｄ１），（Ｅ１）でも加速点滅回数に差はない。
【００６０】
Ｓｉ３Ｎ４膜のランプでは、粗面が形成されたランプ（Ｅ２）の方の加速点滅回数が少なくなっている。これは、これらのコーティング膜が石英ガラスとＭｏ箔の表面の粗面の間に介在することで、粗面による石英ガラスと金属箔３ａ１との密着性の向上が阻害されていることが分かる。
【００６１】
これに対して、Ｒｅ膜の場合はＭｏの金属箔３ａ１の表面が粗面化されたランプ（Ｂ２）の加速点滅回数が大幅に増加する。この結果、規格の点灯試験方法でも３０００時間を越える寿命が得られる。この結果から、Ｒｅ膜―金属箔、Ｒｅ膜―石英ガラスの密着性が良好で、総合的に金属箔３ａ１と封止部１２ａの石英ガラスの密着性が向上して点滅に対して耐性があがり、その結果、寿命が改善されていると考えられる。
【００６２】
このように、Ｒｅ膜は遊離ヨウ素に対する耐ハロゲン性と石英ガラスと金属箔の密着性向上の両方に大きな働きを行っている。
【００６３】
なお、Ｒｅ膜について実施例ではレーザ加工による粗面形成について述べたが、同様の結果は粗面形成をサンドブラスト法で行った場合にも得られた。また、Ｒｅ膜のコーティングを、イオンプレーティング法で行ったが、メッキ法の場合も同様の結果であった。Ｒｅ膜の膜厚は２００−２５００ｎｍが適する。膜厚が２００ｎｍ未満では点灯時間が長くなると遊離ハロゲンとの反応が顕著になってくる。膜厚が厚すぎると石英との密着性が低下してくる。好適な範囲は４００−２０００ｎｍであった。
【００６４】
金属箔の表面の粗面は、その表面粗さＲａが数式０．４≦Ｒａ、Ｒｚが数式１．０≦Ｒｚ≦７．０の範囲であればＲｅ膜との組み合わせで顕著な効果が得られる。
【００６５】
図１０は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させる点灯装置である。
同図において、１０１は直流電源、１０２はチョッパ、１０３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、１０４は始動部、１０５は図３の構成のメタルハライドランプである。
【００６６】
直流電源１０１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。
【００６７】
チョッパ１０２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１０５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。
【００６８】
制御部１０３は、チョッパ１０２を制御する。例えば、点灯直後にはメタルハライドランプ１０５に定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ１０２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１０３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１０２を定電力制御する。さらに、制御部１０３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。
【００６９】
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１０３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１０３に制御入力する。始動部１０４は、始動時に２０ｋＶのパルス電圧をメタルハライドランプ１０５に供給できるように構成されている。
【００７０】
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】
【００７１】
【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】レーザ加工により粗面が形成された封着金属箔部分の拡大正面図。
【図５】同じくレーザ加工により粗面が形成された封着金属箔の拡大断面図。
【図６】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７】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８】この発明の確認試験について説明するための説明図。
【図９】この発明の実施例の効果について説明するための説明図。
【図１０】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】
【００７２】
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
１０１ 直流電源
１０２ チョッパ
１０３ 制御部
１０４ 始動部
１０５ 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るとともに、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結合されるとともに、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は向きを一定とし、少なくとも前記陽極側の前記金属箔表面を粗面化し、該粗面上にレニウム（Ｒｅ）金属膜を被覆したことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記金属箔の粗面は、レーザ加工により形成してな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。
【請求項３】
前記金属箔の粗面は、ブラスト加工により形成してな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。
【請求項４】
前記金属膜の膜厚は、２００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載のメ記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
請求項１〜４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るとともに、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結合されるとともに、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は向きを一定とし、少なくとも前記陽極側の前記金属箔表面を粗面化し、該粗面上にレニウム（Ｒｅ）金属膜を被覆したことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記金属箔の粗面は、レーザ加工により形成してな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。
【請求項３】
前記金属箔の粗面は、ブラスト加工により形成してな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。
【請求項４】
前記金属膜の膜厚は、２００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載のメ記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
請求項１〜４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７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２６７１５（Ｐ２００９−２６７１５Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９１６３５（Ｐ２００７−１９１６３５）
【出願日】平成１９年７月２４日（２００７．７．２４）
【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２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２４日（２００７．７．２４）
【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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