メタルハライドランプ、点灯装置、自動車用前照灯装置
【課題】水銀フリーのメタルハライドランプの寿命特性の改善を図る。
【解決手段】メタルハライドランプは放電空間１４と封止部１２ａ，１２ｂを有する放電容器１１を備える。放電容器１１内にはハロゲン化金属と希ガスを含み、本質的に水銀を含まない放電媒体が封入される。放電容器１１内には一対の電極３ａ２，３ｂ２が対向配置され、これら電極基部側端部はそれぞれ金属箔３ａ１，３ｂ１に接合される。金属箔３ａ１，３ｂ１の他方の端部側にはそれぞれ外部リード５が接合され、この状態で金属箔３ａ１，３ｂ１は封止部１２ａ，１２ｂにより気密に封着される。金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２との接合部を含む領域は、金属および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる微粒子３１によって形成されたコーティング膜４ａ，４ｂにより被覆されており、これにより放電媒体との反応が抑制され、ランプの長寿化が実現できる。
【解決手段】メタルハライドランプは放電空間１４と封止部１２ａ，１２ｂを有する放電容器１１を備える。放電容器１１内にはハロゲン化金属と希ガスを含み、本質的に水銀を含まない放電媒体が封入される。放電容器１１内には一対の電極３ａ２，３ｂ２が対向配置され、これら電極基部側端部はそれぞれ金属箔３ａ１，３ｂ１に接合される。金属箔３ａ１，３ｂ１の他方の端部側にはそれぞれ外部リード５が接合され、この状態で金属箔３ａ１，３ｂ１は封止部１２ａ，１２ｂにより気密に封着される。金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２との接合部を含む領域は、金属および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる微粒子３１によって形成されたコーティング膜４ａ，４ｂにより被覆されており、これにより放電媒体との反応が抑制され、ランプの長寿化が実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、メタルハライドランプと、このランプの点灯装置および自動車用前照灯装置に関する。
【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、コーティング膜を金属箔全体に形成された場合でも、封止の際にコーティング膜と金属箔との熱膨張率の差により、コーティング膜にクラックが生じ、このクラックを通して放電媒体が浸入するため、封止部にクラック等が生じ長寿命化に悪影響を与える要因が発生する、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、本質的に水銀を用いないメタルハライドランプにあって、水銀を用いないことに伴う寿命特性の低下等の改善を施したメタルハライドランプおよびこのランプを用いたメタルハライドランプ点灯装置および自動車用前照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】
【０００５】
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、放電空間と前記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、前記放電容器内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、前記放電空間内に対向して配置された一対の電極と、前記一対の電極の基部側端部にそれぞれ接合され、かつ前記封止部により気密に封着された金属箔と、前記金属箔の他方の端部側にそれぞれ接合され、かつ前記放電容器外に導出された一対の外部リードと、前記金属箔の前記電極との接合部を含む領域を覆うとともに、金属および金属酸化物からから選ばれる少なくとも一種からなる微粒子によって形成されたコーティング膜と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
上記した手段によれば、金属箔と放電媒体中の遊離ハロゲンやハロゲン化金属等との反応をコーティング膜により抑えることができ、金属箔の反応に伴う箔切れ、封止部のクラックやそれによるリーク、さらには破裂等の発生を抑えて長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
図１〜図３は、この発明のメタルハライドランプに関する第１の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の要部を拡大して示した正面図、図３は図１の要部を拡大して示した断面図である。
【０００９】
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。
【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）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】
さらに、ハロゲン化金属には第３のハロゲン化物を含んでいてもよい。第３のハロゲン化物は、遊離ハロゲンの抑制に寄与する成分として例えば錫（Ｓｎ）が、アーク温度の分布を補正して熱損失を低減する成分等として例えばセシウム（Ｃｓ）が添加される。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。一般的には気密容器を透過しなければ特に限定されないが、気密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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、電極３ａ２，３ｂ２、リード線３ａ３，３ｂ３からなる。
【００２２】
金属箔３ａ１，３ｂ１は、例えば、モリブデンのような高融点の短冊形状の薄い金属板である。金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２側には、図１、図２にも示すように、コーティング膜４ａ，４ｂが施される。コーティング膜４ａ，４ｂは、図３に示す金属および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の材料からなる微粒子３１によって形成される。コーティング膜４ａ，４ｂは金属箔３ａ１，３ｂ１とともに封止部１２ａ，１２ｂにより封着されるため、その構成材料には１５００℃で５秒〜６０秒の加熱条件に対して変質しない高融点材料が好ましい。
【００２３】
ここで、コーティング膜４ａ，４ｂを形成している微粒子３１は、遊離ハロゲンガスやメタルハライドガスがコーティング膜中を拡散し難くするために、微細な粒子としている。コーティング膜４ａ，４ｂは、例えば今回試したような２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の金属酸化物微粒子により形成することで、良好な耐ハロゲン効果を得ることができる。
【００２４】
コーティング膜４ａ，４ｂの金属材料としては、例えば白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、イットリウム（Ｙ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびホウ素（Ｂ）から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。金属材料は単体金属として用いる場合に限らず、上記金属元素を含む合金として使用してもよい。
【００２５】
また、金属酸化物としては、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ハフニア（ＨｆＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。これらの化合物は複数種の混合物として使用してもよいし、またＹＡＧのような複合酸化物でもあってよい。
【００２６】
上記した材料からなるコーティング膜４ａ，４ｂは、ハロゲンやハロゲン化金属との反応を抑制することができるため、この反応に起因する封止部１２ａ，１２ｂのクラック発生、さらには破裂の発生等を大幅に抑制することが可能となる。従って、水銀フリーメタルハライドランプの寿命をより確実に延ばすことができる。
【００２７】
コーティング膜４ａ，４ｂは、まず第１に金属箔３ａ１，３ｂ１と放電媒体中の特に遊離ハロゲンやメタルハライドとの反応を抑制するものであり、これらのガスがコーティング膜中を拡散して金属箔３ａ１，３ｂ１表面に到達するのを微粒子３１により抑制させることができる。
【００２８】
コーティング膜４ａ，４ｂは、金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２との接合部を含む領域を被覆するように形成される。すなわち、放電媒体中の遊離ハロゲンガスやメタルハライドガスが侵入する部位は、金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２との接合部端であり、少なくともこのような部位が被覆されるように、コーティング膜を形成する。コーティング膜４ａ，４ｂは、電極３ａ２，３ｂ２との接合部を含む金属箔３ａ１，３ｂ１の片面領域のみに形成してもよいが、金属箔３ａ１，３ｂ１の放電空間１４側端部については両面、さらにはエッジ部や放電空間１４側端面を含めた金属箔の全面を覆うように形成しても良い。
【００２９】
コーティング膜の形成方法は、上記に限定されるものではなく、溶液の塗布焼成法、静電塗装法等を適用することによって、金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２との接合部を含む領域にコーティング膜を形成してもよい。
【００３０】
溶液の塗布焼成法を適用する場合には、まず金属酸化物微粒子を有機溶媒や水等に分散させてスラリー溶液を調製し、これを金属箔３ａ１，３ｂ２の必要部位に塗布して乾燥させた後、金属箔（例えばＭｏ箔）３ａ１，３ｂ１が著しく酸化もしくは劣化しない条件で焼成することによって、コーティング膜４ａ，４ｂを形成することができる。
【００３１】
コーティング膜４ａ，４ｂは、電極３ａ２，３ｂ２を接合する前の金属箔３ａ１，３ｂ１に対して形成してもよいし、電極３ａ２，３ｂ２を金属に接合した後に形成してもよい。電極を金属箔に接合した後にコーティング膜を形成した場合には、コーティング膜を金属箔の表面のみならず、電極の金属箔との接合部近傍の電極３ａ２，３ｂ２の基部側表面も覆うように形成することができる。コーティング膜４ａ，４ｂの膜厚は、５０ｎｍ以上でかつ金属箔３ａ１，３ｂ１の最大厚の１０％以下とする。
【００３２】
この実施形態では、金属箔に金属、金属酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる微粒子のコーティング膜を、少なくとも電極側から所定の領域を被覆した。これにより、電極が放電容器の封止部に対して完全には密着していないことに起因して、放電媒体が封止部内に侵入した場合、放電媒体がクラック発生したコーティング膜の箇所あるいはコーティング膜が施されていない金属箔に辿り着くまでの距離を、コーティング膜を構成する微粒子で稼ぐことにより放電媒体中の遊離ハロゲンやメタルハライドとの反応を抑制することができる。
【００３３】
従って、水銀フリーメタルハライドランプ特有の問題を、微粒子によるコーティング膜により改善できることから、金属箔の箔切れやクラックリークによる不点灯、さらには破裂の発生等に起因する寿命特性の低下を抑制し、ランプの長寿命化を実現することができる。
【００３４】
図４、図５は、この発明のメタルハライドランプに関する第２の実施形態について説明するための、図４は図２に相当する要部の拡大図、図５は図３に相当する断面図であり、ランプ片方の電極側について示し、他方の電極側も同様であり図示を省略する。
【００３５】
この実施形態は、図４に示すように金属箔３ａ１と電極３ａ２との接合部付近は、図５に示すように金属および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる微粒子３１と針状粒子５１とで形成されたコーティング膜４ａにより被覆されている。コーティング膜４ａは、金属箔３ａ１の電極３ａ２との接合部を含む領域を被覆するように形成されている。コーティング膜４ａの膜厚は５０ｎｍ以上でかつ金属箔３ａ１の最大厚の１０％以下であるのは、第１の実施形態と同じである。
【００３６】
ここで針状粒子５１は、粒子長手方向の軸と直行する断面の幅が上記の微粒子と同程度の２０ｎｍ〜１００ｎｍの大きさで、且つ、粒子長手方向の軸に沿って長く伸びた形状をしている。
【００３７】
この実施形態のコーティング膜は、針状粒子が含ませることで金属箔からの剥離を防ぎ、金属箔と放電媒体中の特に遊離ハロゲンやメタルハライドとの反応を抑制する上でより有効なものとなる。
【００３８】
図６は、この発明のメタルハライドランプに関する第３の実施形態について説明するための図３に相当する断面図である。
【００３９】
この実施形態は、コーティング膜４ａが、金属箔３ａ１と電極３ａ２との接合面側にだけ形成されたもので、コーティング膜４ａの成膜範囲ｔ（図４参照）は、電極３ａ２側から例えば３ｍｍとする。
【００４０】
すなわち、金属箔３ａ１と電極３ａ２との接合面側にコーティング膜４ａが形成していれば、電極３ａ２を伝って封止部１２ａに浸入した遊離ハロゲンやハロゲン化金属は、コーティング膜４ａで拡散が抑制される。コーティング膜の同一箇所にクラックが発生した場合、コーティング膜４ａの微粒子３１によって、金属箔３ａ１と放電媒体中の特に遊離ハロゲンやメタルハライドとの反応するまでの距離を稼ぎ、反応を抑制することが可能となる。
【００４１】
次に、図７、図８を参照し、水銀フリーのメタルハライドランプの実施例とその評価結果について説明する。
【００４２】
図７は、金属箔３ａ１，３ｂ１に形成されるコーティング層の従来例と実施例１〜４について説明したもので、図７は、異なるコーティング層に基づくランプ寿命について説明したものである。
【００４３】
寿命を試すについて放電容器１１は、図１に示すように外径ａを６．５ｍｍ、内径ｂを３ｍｍの形状を有する石英ガラス製気密容器を使用した。電極３ａ２，３ｂ２は、外径ｃが０．４ｍｍのタングステンを用い、電極３ａ２と３ｂ２の電極間距離ｄは４．２ｍｍとした。放電媒体のうち、ハロゲン化金属については、ＳｃＩ３、ＮａＩおよびＺｎＩ２を用い、これらの比率を体積比でＳｃＩ３：ＮａＩ：ＺｎＩ２＝３：５：２とするとともに、全体量で１ｍｇ封入した。希ガスはＸｅを用い、Ｘｅは１０気圧で封入した。
【００４４】
さらに、金属箔３ａ１，３ｂ１は厚さ２０μｍ、長さ１０ｍｍのものを用意し、電極３ａ２，３ｂ２を溶接接合した後、金属箔３ａ１，３ｂ１と電極３ａ２，３ｂ２をそれぞれ以下の各実施例でコーティング膜４ａ，４ｂを形成する。
【００４５】
実施例１では、平均粒径２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３１のコーティング膜４ａ，４ｂを水溶液塗布焼成法により膜厚０．３μｍで形成した。
【００４６】
実施例２では、平均粒径１２０ｎｍのＳｃ２Ｏ３微粒子３１のコーティング膜４ａ，４ｂを水溶液塗布焼成法により膜厚０．５μｍで形成した。
【００４７】
実施例３では、コーティング膜４ａ，４ｂの針状粒子５１と平均粒径２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３１の混合膜を水溶液塗布焼成法により膜厚０．３μｍで形成した。
【００４８】
実施例４では、金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２と外部リード３ａ３，３ｂ３を接合した面それぞれに、平均粒径２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３１の膜を水溶液塗布焼成法により膜厚０．３μｍで形成した。
【００４９】
上記した実施例１〜４と従来例による各水銀フリーメタルハライドランプ１をランプ電力３５Ｗで点灯し、その際の寿命時間を測定した。
【００５０】
図６から明らかなように、実施例１〜４による各水銀フリーメタルハライドランプ１は、従来例の水銀フリーメタルハライドランプに比べて寿命時間が延びており、微粒子３１で形成されたコーティング膜４ａ，４ｂが有効に働いていることが分かる。針状粒子５１と微粒子３１が混在するコーティング膜４ａ，４ｂでは、さらに寿命が延びていることも分かる。
【００５１】
なお、上記した各コーティング膜の材料に代えて、ＳｉＯ２膜、ＺｒＯ２膜、ＨｆＯ２膜、Ｙ２Ｏ３膜、Ｈｏ２Ｏ３膜、Ｔａ２Ｏ３膜、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＡｌＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｒｅ膜、Ｎｂ膜、Ｖ膜、Ｚｒ膜、Ｈｏ膜、Ｄｙ膜、Ｙ膜、Ｓｃ膜をそれぞれ用いた水銀フリーメタルハライドランプについても、同様に良好な寿命特性を有していることを確認することができた。
【００５２】
図９は、この発明のメタルハライドランプの第４の実施形態について説明するための、図２に相当する正面図である。図９でもランプ片方の電極側について示し、他方の電極側も同様であり図示を省略する。
【００５３】
この実施形態は、コーティング膜４ａは、金属箔３ａ１の電極３ａ２との接合部を含む領域、電極３ａ２の金属箔３ａ１との接合部分、電極３ａ２の金属箔３ａ１とは重なっていない部分の一部を覆うように形成されている。電極３ａ２のコーティング膜４ａによる被覆領域は、封止部１２ａ内に埋め込まれた部分のみならず、放電空間１４に露出した部分の一部まで及んでいる。
【００５４】
この場合、電極３ａ２の先端部から電極３ａ２の封止部１２ａに埋め込まれている根元部までの距離Ｌに対して、コーティング膜４ａの形成範囲は電極３ａ２の根元部から距離Ｌの３０％までの範囲とされている。言い換えると、電極３ａ２の根元部から距離Ｌの３０％の位置と電極３ａ２先端部との間には、コーティング膜４ａは形成されていない。
【００５５】
コーティング膜４ａで放電空間１４に露出した電極３ａ２の一部まで覆うことによって、電極３ａ２を通電しにくくすることができるため、バックアークの発生を抑制することが可能となる。このとき、コーティング膜４ａを電極３ａ２より比抵抗が大きい絶縁性の材料、特にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３等の金属酸化物で形成することによって、バックアークの発生をより確実に抑制することができる。
【００５６】
次に、第４の実施形態による水銀フリーメタルハライドランプを実施例５としてその評価結果について述べる。
【００５７】
この実施例６では、金属箔３ａ１，３ｂ１の厚さを２５μｍ、長さを１０ｍｍとし、これにそれぞれ電極３ａ２，３ｂ２を溶接接合した後、それぞれ以下のコーティング膜４ａ，４ｂを形成した。また、平均粒径２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３１のコーティング膜４ａ，４ｂを水溶液塗布焼成法により膜厚０．３μｍで形成した。
【００５８】
コーティング膜４ａ，４ｂによる電極３ａ２，３ｂ２の被覆範囲は、電極３ａ２，３ｂ２の封止部１２ａ，１２ｂに埋め込まれている根元部から放電空間１４側の電極３ａ２，３ｂ２それぞれ先端方向に１ｍｍまでとした。これらの条件以外は、上記した実施例１と同一として、水銀フリーメタルハライドランプを作製した。
【００５９】
また、実施例５では、コーティング膜４ａ，４ｂを形成しない以外は同一構成を有する従来例の水銀フリーメタルハライドランプの点滅試験を、ランプ電力３５Ｗで実施した。
【００６０】
その結果、実施例５の水銀フリーメタルハライドランプによれば、従来例に比べてバックアークの発生が大幅に少ないことが確認された。さらに、寿命特性についても図８の実施例１〜４と同様に良好な結果を得ることができた。
【００６１】
この実施形態では、ランプ寿命を延ばすことができることに加え、バックアークの発生が大幅に抑えてチラツキな異常放電の発生を少なくすることが可能となる。
【００６２】
図１０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。
【００６３】
図１０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。
【００６４】
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１０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の底部にはリード線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。
【００６５】
一端が金属箔３ａ１，３ｂ１の端部に接続されたリード線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。外部に延出したリード線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。
【００６６】
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。
【００６７】
図１１は、図１０で説明した自動車用前照灯用のメタルハライドランプを、この発明の自動車用前照灯装置に適用した場合の一実施形態の概略構成について説明するための斜視図である。
【００６８】
同図において、１１１は反射鏡、１１２は前面カバーである。反射鏡１１１は、プラスチックスの成形によって異形の回転放物面に形成され、頂部背面から図１０に示すメタルハライドランプ（図示せず）を着脱するように構成されている。前面カバー１１２は、透明性のプラスチックスの成形によりプリズムまたはレンズが一体に形成されており、反射鏡１１１の前面開口部に気密に装着されている。
【００６９】
図１２はこの発明の点灯装置に関する第１の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、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。同図において、１２１は直流電源、１２２はチョッパ、１２３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、１２４は始動部、１２５はメタルハライドランプである。
【００７０】
直流電源１２１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。
【００７１】
チョッパ１２２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１２５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。
【００７２】
制御部１２３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１２５に定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ１２２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１２３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１２２を定電力制御する。さらに、制御部１２３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。
【００７３】
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１２３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１２４は、始動時に２０ｋＶのパルス電圧をメタルハライドランプ１２５に供給できるように構成されている。
【００７４】
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になるため、交流点灯に比較して約３０％のコスト低減が可能である。また、重量で１５％軽減できる。これに伴い点灯回路が安価になる。
【００７５】
図１３は、この発明の点灯装置に関する第２の実施形態について説明するための回路図である。図１１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。この実施形態は、メタルハライドランプを交流点灯するように構成した点で異なる。
【００７６】
１３１は交流変換手段であり、この交流変換手段１３１は、フルブリッジインバータからなる。すなわち、一対のスイッチング手段Ｑ１，Ｑ２とＱ３，Ｑ４の直列回路の一対をチョッパ１２２の出力端間に並列接続してブリッジ回路を構成し、発振器１３２の発振出力を４個のスイッチング手段Ｑ１〜Ｑ４の対角方向のスイッチング手段Ｑ１，Ｑ４とＱ２，Ｑ３を交互に供給してブリッジ回路の出力端間に高周波交流を発生するものである。
【００７７】
そして、高周波交流によってメタルハライド放電ランプ１２５が点灯されるようになっている。この交流点灯形式の構成においても、図１２と同様な制御が行われるようになっている。
【００７８】
交流と直流のこの発明の点灯装置の各実施形態によれば、上記した寿命特性の優れたこの発明のメタルハライドランプを点灯させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明のメタルハライドランプに関する第１の実施形態について説明するための構成図。
【図２】図１要部を拡大して示した正面図。
【図３】図１要部を拡大して示した断面図。
【図４】この発明によるメタルハライドランプに関する第２の実施形態について説明するための拡大図。
【図５】図４要部の断面図。
【図６】この発明によるメタルハライドランプに関する第３の実施形態について説明するための断面図。
【図７】この発明のメタルハライドランプの金属箔に塗布するコーティング層の各実施例について説明するための説明図。
【図８】図７の各実施例によるメタルハライドランプの寿命について説明するための説明図。
【図９】この発明によるメタルハライドランプに関する第３の実施形態について説明するための正面図。
【図１０】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。
【図１１】この発明の自動車用前照灯装置に関する実施形態について説明するための斜視図。
【図１２】この発明の点灯装置に関する第１の実施形態について説明するための回路図。
【図１３】この発明の点灯装置に関する第２の実施形態について説明するための回路図。
【符号の説明】
【００８０】
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
３ａ２，３ｂ２ 電極
３ａ３，３ｂ３ リード線
４ａ，４ｂ コーティング膜
３１ 微粒子
５１ 針状粒子
６ サポートワイヤ
７ ソケット
８ 絶縁スリーブ
９ 外管
１１１ 反射鏡
１１２ 前面カバー
１２１ 直流電源
１２２ チョッパ
１２３ 制御部
１２４ 始動部
１２５ 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
１３１ 交流変換手段
１３２ 発振器
Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、メタルハライドランプと、このランプの点灯装置および自動車用前照灯装置に関する。
【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、コーティング膜を金属箔全体に形成された場合でも、封止の際にコーティング膜と金属箔との熱膨張率の差により、コーティング膜にクラックが生じ、このクラックを通して放電媒体が浸入するため、封止部にクラック等が生じ長寿命化に悪影響を与える要因が発生する、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、本質的に水銀を用いないメタルハライドランプにあって、水銀を用いないことに伴う寿命特性の低下等の改善を施したメタルハライドランプおよびこのランプを用いたメタルハライドランプ点灯装置および自動車用前照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】
【０００５】
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、放電空間と前記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、前記放電容器内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、前記放電空間内に対向して配置された一対の電極と、前記一対の電極の基部側端部にそれぞれ接合され、かつ前記封止部により気密に封着された金属箔と、前記金属箔の他方の端部側にそれぞれ接合され、かつ前記放電容器外に導出された一対の外部リードと、前記金属箔の前記電極との接合部を含む領域を覆うとともに、金属および金属酸化物からから選ばれる少なくとも一種からなる微粒子によって形成されたコーティング膜と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
上記した手段によれば、金属箔と放電媒体中の遊離ハロゲンやハロゲン化金属等との反応をコーティング膜により抑えることができ、金属箔の反応に伴う箔切れ、封止部のクラックやそれによるリーク、さらには破裂等の発生を抑えて長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
図１〜図３は、この発明のメタルハライドランプに関する第１の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の要部を拡大して示した正面図、図３は図１の要部を拡大して示した断面図である。
【０００９】
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。
【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）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】
さらに、ハロゲン化金属には第３のハロゲン化物を含んでいてもよい。第３のハロゲン化物は、遊離ハロゲンの抑制に寄与する成分として例えば錫（Ｓｎ）が、アーク温度の分布を補正して熱損失を低減する成分等として例えばセシウム（Ｃｓ）が添加される。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。一般的には気密容器を透過しなければ特に限定されないが、気密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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、電極３ａ２，３ｂ２、リード線３ａ３，３ｂ３からなる。
【００２２】
金属箔３ａ１，３ｂ１は、例えば、モリブデンのような高融点の短冊形状の薄い金属板である。金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２側には、図１、図２にも示すように、コーティング膜４ａ，４ｂが施される。コーティング膜４ａ，４ｂは、図３に示す金属および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の材料からなる微粒子３１によって形成される。コーティング膜４ａ，４ｂは金属箔３ａ１，３ｂ１とともに封止部１２ａ，１２ｂにより封着されるため、その構成材料には１５００℃で５秒〜６０秒の加熱条件に対して変質しない高融点材料が好ましい。
【００２３】
ここで、コーティング膜４ａ，４ｂを形成している微粒子３１は、遊離ハロゲンガスやメタルハライドガスがコーティング膜中を拡散し難くするために、微細な粒子としている。コーティング膜４ａ，４ｂは、例えば今回試したような２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の金属酸化物微粒子により形成することで、良好な耐ハロゲン効果を得ることができる。
【００２４】
コーティング膜４ａ，４ｂの金属材料としては、例えば白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、イットリウム（Ｙ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびホウ素（Ｂ）から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。金属材料は単体金属として用いる場合に限らず、上記金属元素を含む合金として使用してもよい。
【００２５】
また、金属酸化物としては、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ハフニア（ＨｆＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。これらの化合物は複数種の混合物として使用してもよいし、またＹＡＧのような複合酸化物でもあってよい。
【００２６】
上記した材料からなるコーティング膜４ａ，４ｂは、ハロゲンやハロゲン化金属との反応を抑制することができるため、この反応に起因する封止部１２ａ，１２ｂのクラック発生、さらには破裂の発生等を大幅に抑制することが可能となる。従って、水銀フリーメタルハライドランプの寿命をより確実に延ばすことができる。
【００２７】
コーティング膜４ａ，４ｂは、まず第１に金属箔３ａ１，３ｂ１と放電媒体中の特に遊離ハロゲンやメタルハライドとの反応を抑制するものであり、これらのガスがコーティング膜中を拡散して金属箔３ａ１，３ｂ１表面に到達するのを微粒子３１により抑制させることができる。
【００２８】
コーティング膜４ａ，４ｂは、金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２との接合部を含む領域を被覆するように形成される。すなわち、放電媒体中の遊離ハロゲンガスやメタルハライドガスが侵入する部位は、金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２との接合部端であり、少なくともこのような部位が被覆されるように、コーティング膜を形成する。コーティング膜４ａ，４ｂは、電極３ａ２，３ｂ２との接合部を含む金属箔３ａ１，３ｂ１の片面領域のみに形成してもよいが、金属箔３ａ１，３ｂ１の放電空間１４側端部については両面、さらにはエッジ部や放電空間１４側端面を含めた金属箔の全面を覆うように形成しても良い。
【００２９】
コーティング膜の形成方法は、上記に限定されるものではなく、溶液の塗布焼成法、静電塗装法等を適用することによって、金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２との接合部を含む領域にコーティング膜を形成してもよい。
【００３０】
溶液の塗布焼成法を適用する場合には、まず金属酸化物微粒子を有機溶媒や水等に分散させてスラリー溶液を調製し、これを金属箔３ａ１，３ｂ２の必要部位に塗布して乾燥させた後、金属箔（例えばＭｏ箔）３ａ１，３ｂ１が著しく酸化もしくは劣化しない条件で焼成することによって、コーティング膜４ａ，４ｂを形成することができる。
【００３１】
コーティング膜４ａ，４ｂは、電極３ａ２，３ｂ２を接合する前の金属箔３ａ１，３ｂ１に対して形成してもよいし、電極３ａ２，３ｂ２を金属に接合した後に形成してもよい。電極を金属箔に接合した後にコーティング膜を形成した場合には、コーティング膜を金属箔の表面のみならず、電極の金属箔との接合部近傍の電極３ａ２，３ｂ２の基部側表面も覆うように形成することができる。コーティング膜４ａ，４ｂの膜厚は、５０ｎｍ以上でかつ金属箔３ａ１，３ｂ１の最大厚の１０％以下とする。
【００３２】
この実施形態では、金属箔に金属、金属酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる微粒子のコーティング膜を、少なくとも電極側から所定の領域を被覆した。これにより、電極が放電容器の封止部に対して完全には密着していないことに起因して、放電媒体が封止部内に侵入した場合、放電媒体がクラック発生したコーティング膜の箇所あるいはコーティング膜が施されていない金属箔に辿り着くまでの距離を、コーティング膜を構成する微粒子で稼ぐことにより放電媒体中の遊離ハロゲンやメタルハライドとの反応を抑制することができる。
【００３３】
従って、水銀フリーメタルハライドランプ特有の問題を、微粒子によるコーティング膜により改善できることから、金属箔の箔切れやクラックリークによる不点灯、さらには破裂の発生等に起因する寿命特性の低下を抑制し、ランプの長寿命化を実現することができる。
【００３４】
図４、図５は、この発明のメタルハライドランプに関する第２の実施形態について説明するための、図４は図２に相当する要部の拡大図、図５は図３に相当する断面図であり、ランプ片方の電極側について示し、他方の電極側も同様であり図示を省略する。
【００３５】
この実施形態は、図４に示すように金属箔３ａ１と電極３ａ２との接合部付近は、図５に示すように金属および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種からなる微粒子３１と針状粒子５１とで形成されたコーティング膜４ａにより被覆されている。コーティング膜４ａは、金属箔３ａ１の電極３ａ２との接合部を含む領域を被覆するように形成されている。コーティング膜４ａの膜厚は５０ｎｍ以上でかつ金属箔３ａ１の最大厚の１０％以下であるのは、第１の実施形態と同じである。
【００３６】
ここで針状粒子５１は、粒子長手方向の軸と直行する断面の幅が上記の微粒子と同程度の２０ｎｍ〜１００ｎｍの大きさで、且つ、粒子長手方向の軸に沿って長く伸びた形状をしている。
【００３７】
この実施形態のコーティング膜は、針状粒子が含ませることで金属箔からの剥離を防ぎ、金属箔と放電媒体中の特に遊離ハロゲンやメタルハライドとの反応を抑制する上でより有効なものとなる。
【００３８】
図６は、この発明のメタルハライドランプに関する第３の実施形態について説明するための図３に相当する断面図である。
【００３９】
この実施形態は、コーティング膜４ａが、金属箔３ａ１と電極３ａ２との接合面側にだけ形成されたもので、コーティング膜４ａの成膜範囲ｔ（図４参照）は、電極３ａ２側から例えば３ｍｍとする。
【００４０】
すなわち、金属箔３ａ１と電極３ａ２との接合面側にコーティング膜４ａが形成していれば、電極３ａ２を伝って封止部１２ａに浸入した遊離ハロゲンやハロゲン化金属は、コーティング膜４ａで拡散が抑制される。コーティング膜の同一箇所にクラックが発生した場合、コーティング膜４ａの微粒子３１によって、金属箔３ａ１と放電媒体中の特に遊離ハロゲンやメタルハライドとの反応するまでの距離を稼ぎ、反応を抑制することが可能となる。
【００４１】
次に、図７、図８を参照し、水銀フリーのメタルハライドランプの実施例とその評価結果について説明する。
【００４２】
図７は、金属箔３ａ１，３ｂ１に形成されるコーティング層の従来例と実施例１〜４について説明したもので、図７は、異なるコーティング層に基づくランプ寿命について説明したものである。
【００４３】
寿命を試すについて放電容器１１は、図１に示すように外径ａを６．５ｍｍ、内径ｂを３ｍｍの形状を有する石英ガラス製気密容器を使用した。電極３ａ２，３ｂ２は、外径ｃが０．４ｍｍのタングステンを用い、電極３ａ２と３ｂ２の電極間距離ｄは４．２ｍｍとした。放電媒体のうち、ハロゲン化金属については、ＳｃＩ３、ＮａＩおよびＺｎＩ２を用い、これらの比率を体積比でＳｃＩ３：ＮａＩ：ＺｎＩ２＝３：５：２とするとともに、全体量で１ｍｇ封入した。希ガスはＸｅを用い、Ｘｅは１０気圧で封入した。
【００４４】
さらに、金属箔３ａ１，３ｂ１は厚さ２０μｍ、長さ１０ｍｍのものを用意し、電極３ａ２，３ｂ２を溶接接合した後、金属箔３ａ１，３ｂ１と電極３ａ２，３ｂ２をそれぞれ以下の各実施例でコーティング膜４ａ，４ｂを形成する。
【００４５】
実施例１では、平均粒径２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３１のコーティング膜４ａ，４ｂを水溶液塗布焼成法により膜厚０．３μｍで形成した。
【００４６】
実施例２では、平均粒径１２０ｎｍのＳｃ２Ｏ３微粒子３１のコーティング膜４ａ，４ｂを水溶液塗布焼成法により膜厚０．５μｍで形成した。
【００４７】
実施例３では、コーティング膜４ａ，４ｂの針状粒子５１と平均粒径２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３１の混合膜を水溶液塗布焼成法により膜厚０．３μｍで形成した。
【００４８】
実施例４では、金属箔３ａ１，３ｂ１の電極３ａ２，３ｂ２と外部リード３ａ３，３ｂ３を接合した面それぞれに、平均粒径２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３１の膜を水溶液塗布焼成法により膜厚０．３μｍで形成した。
【００４９】
上記した実施例１〜４と従来例による各水銀フリーメタルハライドランプ１をランプ電力３５Ｗで点灯し、その際の寿命時間を測定した。
【００５０】
図６から明らかなように、実施例１〜４による各水銀フリーメタルハライドランプ１は、従来例の水銀フリーメタルハライドランプに比べて寿命時間が延びており、微粒子３１で形成されたコーティング膜４ａ，４ｂが有効に働いていることが分かる。針状粒子５１と微粒子３１が混在するコーティング膜４ａ，４ｂでは、さらに寿命が延びていることも分かる。
【００５１】
なお、上記した各コーティング膜の材料に代えて、ＳｉＯ２膜、ＺｒＯ２膜、ＨｆＯ２膜、Ｙ２Ｏ３膜、Ｈｏ２Ｏ３膜、Ｔａ２Ｏ３膜、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＡｌＮ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｒｅ膜、Ｎｂ膜、Ｖ膜、Ｚｒ膜、Ｈｏ膜、Ｄｙ膜、Ｙ膜、Ｓｃ膜をそれぞれ用いた水銀フリーメタルハライドランプについても、同様に良好な寿命特性を有していることを確認することができた。
【００５２】
図９は、この発明のメタルハライドランプの第４の実施形態について説明するための、図２に相当する正面図である。図９でもランプ片方の電極側について示し、他方の電極側も同様であり図示を省略する。
【００５３】
この実施形態は、コーティング膜４ａは、金属箔３ａ１の電極３ａ２との接合部を含む領域、電極３ａ２の金属箔３ａ１との接合部分、電極３ａ２の金属箔３ａ１とは重なっていない部分の一部を覆うように形成されている。電極３ａ２のコーティング膜４ａによる被覆領域は、封止部１２ａ内に埋め込まれた部分のみならず、放電空間１４に露出した部分の一部まで及んでいる。
【００５４】
この場合、電極３ａ２の先端部から電極３ａ２の封止部１２ａに埋め込まれている根元部までの距離Ｌに対して、コーティング膜４ａの形成範囲は電極３ａ２の根元部から距離Ｌの３０％までの範囲とされている。言い換えると、電極３ａ２の根元部から距離Ｌの３０％の位置と電極３ａ２先端部との間には、コーティング膜４ａは形成されていない。
【００５５】
コーティング膜４ａで放電空間１４に露出した電極３ａ２の一部まで覆うことによって、電極３ａ２を通電しにくくすることができるため、バックアークの発生を抑制することが可能となる。このとき、コーティング膜４ａを電極３ａ２より比抵抗が大きい絶縁性の材料、特にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３等の金属酸化物で形成することによって、バックアークの発生をより確実に抑制することができる。
【００５６】
次に、第４の実施形態による水銀フリーメタルハライドランプを実施例５としてその評価結果について述べる。
【００５７】
この実施例６では、金属箔３ａ１，３ｂ１の厚さを２５μｍ、長さを１０ｍｍとし、これにそれぞれ電極３ａ２，３ｂ２を溶接接合した後、それぞれ以下のコーティング膜４ａ，４ｂを形成した。また、平均粒径２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３微粒子３１のコーティング膜４ａ，４ｂを水溶液塗布焼成法により膜厚０．３μｍで形成した。
【００５８】
コーティング膜４ａ，４ｂによる電極３ａ２，３ｂ２の被覆範囲は、電極３ａ２，３ｂ２の封止部１２ａ，１２ｂに埋め込まれている根元部から放電空間１４側の電極３ａ２，３ｂ２それぞれ先端方向に１ｍｍまでとした。これらの条件以外は、上記した実施例１と同一として、水銀フリーメタルハライドランプを作製した。
【００５９】
また、実施例５では、コーティング膜４ａ，４ｂを形成しない以外は同一構成を有する従来例の水銀フリーメタルハライドランプの点滅試験を、ランプ電力３５Ｗで実施した。
【００６０】
その結果、実施例５の水銀フリーメタルハライドランプによれば、従来例に比べてバックアークの発生が大幅に少ないことが確認された。さらに、寿命特性についても図８の実施例１〜４と同様に良好な結果を得ることができた。
【００６１】
この実施形態では、ランプ寿命を延ばすことができることに加え、バックアークの発生が大幅に抑えてチラツキな異常放電の発生を少なくすることが可能となる。
【００６２】
図１０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。
【００６３】
図１０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。
【００６４】
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１０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の底部にはリード線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。
【００６５】
一端が金属箔３ａ１，３ｂ１の端部に接続されたリード線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。外部に延出したリード線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。
【００６６】
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。
【００６７】
図１１は、図１０で説明した自動車用前照灯用のメタルハライドランプを、この発明の自動車用前照灯装置に適用した場合の一実施形態の概略構成について説明するための斜視図である。
【００６８】
同図において、１１１は反射鏡、１１２は前面カバーである。反射鏡１１１は、プラスチックスの成形によって異形の回転放物面に形成され、頂部背面から図１０に示すメタルハライドランプ（図示せず）を着脱するように構成されている。前面カバー１１２は、透明性のプラスチックスの成形によりプリズムまたはレンズが一体に形成されており、反射鏡１１１の前面開口部に気密に装着されている。
【００６９】
図１２はこの発明の点灯装置に関する第１の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、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。同図において、１２１は直流電源、１２２はチョッパ、１２３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、１２４は始動部、１２５はメタルハライドランプである。
【００７０】
直流電源１２１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。
【００７１】
チョッパ１２２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１２５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。
【００７２】
制御部１２３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１２５に定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ１２２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１２３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１２２を定電力制御する。さらに、制御部１２３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。
【００７３】
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１２３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１２４は、始動時に２０ｋＶのパルス電圧をメタルハライドランプ１２５に供給できるように構成されている。
【００７４】
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になるため、交流点灯に比較して約３０％のコスト低減が可能である。また、重量で１５％軽減できる。これに伴い点灯回路が安価になる。
【００７５】
図１３は、この発明の点灯装置に関する第２の実施形態について説明するための回路図である。図１１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。この実施形態は、メタルハライドランプを交流点灯するように構成した点で異なる。
【００７６】
１３１は交流変換手段であり、この交流変換手段１３１は、フルブリッジインバータからなる。すなわち、一対のスイッチング手段Ｑ１，Ｑ２とＱ３，Ｑ４の直列回路の一対をチョッパ１２２の出力端間に並列接続してブリッジ回路を構成し、発振器１３２の発振出力を４個のスイッチング手段Ｑ１〜Ｑ４の対角方向のスイッチング手段Ｑ１，Ｑ４とＱ２，Ｑ３を交互に供給してブリッジ回路の出力端間に高周波交流を発生するものである。
【００７７】
そして、高周波交流によってメタルハライド放電ランプ１２５が点灯されるようになっている。この交流点灯形式の構成においても、図１２と同様な制御が行われるようになっている。
【００７８】
交流と直流のこの発明の点灯装置の各実施形態によれば、上記した寿命特性の優れたこの発明のメタルハライドランプを点灯させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明のメタルハライドランプに関する第１の実施形態について説明するための構成図。
【図２】図１要部を拡大して示した正面図。
【図３】図１要部を拡大して示した断面図。
【図４】この発明によるメタルハライドランプに関する第２の実施形態について説明するための拡大図。
【図５】図４要部の断面図。
【図６】この発明によるメタルハライドランプに関する第３の実施形態について説明するための断面図。
【図７】この発明のメタルハライドランプの金属箔に塗布するコーティング層の各実施例について説明するための説明図。
【図８】図７の各実施例によるメタルハライドランプの寿命について説明するための説明図。
【図９】この発明によるメタルハライドランプに関する第３の実施形態について説明するための正面図。
【図１０】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。
【図１１】この発明の自動車用前照灯装置に関する実施形態について説明するための斜視図。
【図１２】この発明の点灯装置に関する第１の実施形態について説明するための回路図。
【図１３】この発明の点灯装置に関する第２の実施形態について説明するための回路図。
【符号の説明】
【００８０】
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
３ａ２，３ｂ２ 電極
３ａ３，３ｂ３ リード線
４ａ，４ｂ コーティング膜
３１ 微粒子
５１ 針状粒子
６ サポートワイヤ
７ ソケット
８ 絶縁スリーブ
９ 外管
１１１ 反射鏡
１１２ 前面カバー
１２１ 直流電源
１２２ チョッパ
１２３ 制御部
１２４ 始動部
１２５ 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
１３１ 交流変換手段
１３２ 発振器
Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間と前記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、
前記放電容器内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、
前記放電空間内に対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極の基部側端部にそれぞれ接合され、かつ前記封止部により気密に封着された金属箔と、
前記金属箔の他方の端部側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、
前記金属箔の前記電極との接合部を含む領域を覆うとともに、金属および金属酸化物からから選ばれる少なくとも一種からなる微粒子によって形成されたコーティング膜と、を具備することを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記コーティング膜を形成する微粒子は、針状粒子を含む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】
前記コーティング膜の形成領域は、前記金属箔と前記電極との接合面側であることを特徴とする請求項１または２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記コーティング膜は、前記電極の前記金属箔との接合部側の一部を含む範囲を被覆するように形成されてい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５】
前記コーティング膜は、前記電極より比抵抗が大きい材料からなることを特徴とする請求項５記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプを直流で点灯する点灯回路と、を具備することを特徴とする点灯装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプが配設され、前記メタルハライドランプの前記放電容器の長手方向に沿った光軸を有する自動車用前照灯装置本体と、を具備することを特徴とする自動車用前照灯装置。
【請求項１】
放電空間と前記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、
前記放電容器内に封入され、ハロゲン化金属と希ガスとを含み、かつ本質的に水銀を含まない放電媒体と、
前記放電空間内に対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極の基部側端部にそれぞれ接合され、かつ前記封止部により気密に封着された金属箔と、
前記金属箔の他方の端部側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、
前記金属箔の前記電極との接合部を含む領域を覆うとともに、金属および金属酸化物からから選ばれる少なくとも一種からなる微粒子によって形成されたコーティング膜と、を具備することを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記コーティング膜を形成する微粒子は、針状粒子を含む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】
前記コーティング膜の形成領域は、前記金属箔と前記電極との接合面側であることを特徴とする請求項１または２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記コーティング膜は、前記電極の前記金属箔との接合部側の一部を含む範囲を被覆するように形成されてい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５】
前記コーティング膜は、前記電極より比抵抗が大きい材料からなることを特徴とする請求項５記載のメタルハライドランプ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプを直流で点灯する点灯回路と、を具備することを特徴とする点灯装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプが配設され、前記メタルハライドランプの前記放電容器の長手方向に沿った光軸を有する自動車用前照灯装置本体と、を具備することを特徴とする自動車用前照灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１８１６８１（Ｐ２００８−１８１６８１Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２３７４（Ｐ２００７−１２３７４）
【出願日】平成１９年１月２３日（２００７．１．２３）
【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８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２３日（２００７．１．２３）
【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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