JP3385810B2 - メタルハライドランプ - Google Patents

メタルハライドランプ

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、放電空間に一対の電極
が設けられるとともに、少なくとも金属ハロゲン化物が
封入された石英ガラス製発光管を備えたメタルハライド
ランプに関するものである。 【0002】 【従来の技術】近時、メタルハライドランプは小型化が
進み、ランプ電力35W程度の低ワットのものが実用化
されている。このような小型のメタルハライドランプ
は、高効率であることから、自動車前照灯や液晶プロジ
ェクタのバックライト用の光源等様々な用途に向けた開
発が進められている。 【0003】メタルハライドランプでは、発光に十分な
金属蒸気圧を得るために、金属は発光管内にハロゲン化
物の状態で封入されており、また点灯中の高温に耐える
ために、発光管の材料には通常石英ガラスが用いられて
いる。一般に、ガラスに金属を封着するには、膨張特性
が近いガラス材料と金属材料とを用いて、ガラス封着体
中に応力が発生するのを抑え、ガラスの破壊、封着界面
のはがれ等を抑制している。メタルハライドランプにお
いて、石英ガラスは膨張係数がきわめて小さく、電極の
封止部の導入材料として、その膨張係数に近い金属が見
当たらないため、石英ガラスの封止においては、金属の
塑性流動を利用し気密を保つ方法が用いられている。す
なわち、封止部の導入材料として長方形の薄い金属箔が
用いられ、この箔の短辺側の一方に電極が溶接され、他
方に外部リード棒が溶接され、さらに両長辺側の周辺部
は、中央部に比べ厚さが徐々に薄くなる、いわゆるナイ
フの刃のようなエッジ形状に加工されたエッジ部分を有
しており、これによって石英ガラスと金属箔との気密性
が保たれている。 【0004】石英ガラスと金属箔との封止では、封止部
の石英ガラスの残留応力は金属箔のエッジ部分に集中す
ることが知られており、金属箔の寸法に関して、箔の厚
さを十分に薄くし、さらにエッジ部分の先端を丸めるこ
とが封止部内の応力緩和に効果があることが報告されて
いる(Finite Element Analysis of Stresses in Glass
-to-Metal Foil Seals A.K.VARSHNEYA and R.J.PETTI.
Journal of The American Ceramic Society Vol.61,N
o.11-12)。 【0005】ところで、メタルハライドランプは、一般
には点灯直後の光立ち上りが遅く、また消灯直後にすぐ
点灯させることはできないが、自動車前照灯用のメタル
ハライドランプのように、点灯直後の早い光立ち上がり
や、消灯直後の再点灯が求められる場合は、電子点灯回
路との組み合わせによって、始動時のランプ電流を安定
点灯時の数倍にし、さらに十数キロボルトの高圧パルス
を印加することによって、瞬時の光立ち上りと消灯直後
の再点灯を可能にしている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では、メタルハライドランプの始動・再始動の
時に、電極に急激な温度変化が生じるため、封止部にク
ラックが発生する。メタルハライドランプの封止部のク
ラックは、封止部内の金属箔まで侵入した金属ハロゲン
化物がランプ点灯直後、急激に溶融蒸発し、その膨張に
伴う圧力により発生すると考えられている。これは、ラ
ンプ点灯直後、電極の温度が急激に上昇しその伝熱によ
り金属箔の温度が上昇するためである。自動車前照灯に
用いるメタルハライドランプのように、安定時より高電
力を加え、光立ち上がりを早くするような制御を加える
場合は、電極先端がさらに高温となり、それだけ封止部
にクラックが発生する確率が高くなる。 【0007】封止部のクラック発生の状況を観察する
と、金属箔のエッジ部分がクラックの発生点になってお
り、特に電極近傍のエッジ部分が発生点になっている場
合が多い。金属箔のエッジ部分では、石英ガラスと金属
箔は気密を保つために密着していることが望ましいが、
実際は、金属箔周辺部では電極の影響で密着させること
は難しい。そのため、わずかな空間が封止部のエッジ部
分にも必ず存在し、この空間にも点灯中に金属ハロゲン
化物が侵入する。電極に近い金属箔部分は、温度変化が
もっとも激しいため、侵入した金属ハロゲン化物の膨張
収縮が大きく、金属箔のエッジ部分に集中した残留応力
と重なってクラックが発生するものと考えられる。 【0008】エッジ部分の先端を丸めることにより、エ
ッジ部分先端の残留応力の集中を緩和することは可能で
あるが、エッジ部分の先端を丸めた金属箔をばらつき無
く作ることは難しい。丸め方が不十分であると、エッジ
部分先端の応力緩和も不十分となり、クラックが発生す
る。一方、エッジ部分を十分に丸くすると、応力集中は
緩和され、クラック発生のおそれは少なくなるものの、
本来の封止部の気密の信頼性が悪くなってしまう。 【0009】本発明は、封止部のクラック発生を抑制
し、かつ封止部の気密の信頼性を高めたメタルハライド
ランプを提供するものである。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明のメタルハライド
ランプは、放電空間に一対の電極が設けられるととも
に、少なくとも金属ハロゲン化物が封入され、かつ前記
電極に導電体を介して接続された金属箔が封止された封
止部を両端部に有する石英ガラス製発光管を備え、前記
金属箔は、長辺側周辺部の厚さが中央部の厚さより薄く
なっているエッジ部分を有し、かつ前記電極が前記金属
箔の短辺側に前記導電体を介して接続されており、前記
電極と前記金属箔のエッジ部分との最短距離をL(m
m)、前記金属箔の短辺の長さをT(mm)としたと
き、L>T/2なる関係を満足する。 【0011】 【作用】かかる構成により、金属箔の長辺側周辺部の厚
さが中央部の厚さより薄くなっているエッジ部分が、電
極から遠くに位置するために、エッジ部分には残留応力
が集中せず、封止部のクラック発生を抑制することがで
きる。また、金属箔のエッジ部分によって、封止部の気
密性を十分に保つことができる。 【0012】 【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
いて説明する。 【0013】図1は、本発明の一実施例であるメタルハ
ライドランプの発光管の一部切欠正面図を示す。 【0014】図1に示すように、本発明実施例の35W
自動車前照灯用メタルハライドランプは、放電空間1に
一対の電極2が設けられるとともに、金属ハロゲン化物
としてのScI3およびNaIと、始動用ガスとしての
キセノンとが封入され、かつ電極2にリボン状の例えば
白金からなる導電体3を介して接続された金属箔例えば
モリブデン箔4が封止された封止部5を両端部に有する
石英ガラス製発光管6を備えている。封止部5は、幅
4.2mm,厚さ2.2mmであり、また導電体3は短
辺の長さが1mm,長辺の長さ3mm,厚さ0.1m
m、またモリブデン箔4は、短辺の長さTが1.5m
m,長辺の長さ7mm,厚さ0.015mmである。モ
リブデン箔4の短辺側の一方には電極2が、同他方には
外部リード棒7がそれぞれ接続されている。モリブデン
箔4は、図2に示すように、長辺側周辺部の厚さが長さ
方向の中央部の厚さより薄くなっているエッジ部分8を
有している。すなわち、モリブデン箔4の区間A−Bお
よび区間C−Dがエッジ加工されている。そして、電極
2からモリブデン箔4のエッジ部分8までの最短距離L
は、モリブデン箔4の短辺の長さTの半分より大きい
(すなわち、L>T/2)。この例では、最短距離Lは
2.0mmである。図2中、9はモリブデン箔4の非エ
ッジ部分を示す。図3(a),(b)に、モリブデン箔
4のエッジ部分および非エッジ部分の断面の形状をそれ
ぞれ示す。エッジ部分8は、電解研磨によるエッジ加工
により形成されている。 【0015】以上のような構成を有する本発明実施例の
メタルハライドランプは、封止部5に封止された電極2
に、長辺側周辺部の厚さが中央部の厚さより薄くなって
いるエッジ部分8を有するモリブデン箔4を導電体3を
介して接続しているので、モリブデン箔4のエッジ部分
8が電極2から遠くなり、封止部5とモリブデン箔4の
エッジ部分8との間に生じるわずかな空間における温度
変化を緩和することができるので、封止部5のクラック
発生を抑制することができる。 【0016】発明者は、次の3種類のメタルハライドラ
ンプ(イ),(ロ)および(ハ)を製作した。なお、エ
ッジ部分の形成は、電解研磨によって行った。 【0017】メタルハライドランプ(イ)は、図1およ
び図2に示す構成を有する本発明実施例のメタルハライ
ドランプであり、モリブデン箔4の周辺部の区間A−B
および区間C−Dにエッジ部分を有している。 【0018】メタルハライドランプ(ロ)は、従来のメ
タルハライドランプであり、図4に示すように、モリブ
デン箔10の周辺部の区間A−Bおよび区間C−Dがエ
ッジ部分8を有している。この場合、電極2からモリブ
デン箔10のエッジ部分8までの最短距離Lはモリブデ
ン箔10の短辺の長さTのほぼ半分になる(すなわち、
L≒T/2)。この例では、最短距離Lが0.7mmで
ある。 【0019】メタルハライドランプ(ハ)は、比較例の
メタルハライドランプであり、図5に示すように、モリ
ブデン箔11の周辺部全体、すなわち区間A−B,区間
B−C,区間C−Dおよび区間D−Aにエッジ部分8を
有している。この場合、電極2からモリブデン箔11の
エッジ部分8までの最短距離Lはモリブデン箔11の短
辺の長さTの半分より小さい(すなわち、L<T/
2)。 【0020】上記3種類のメタルハライドランプ
(イ),(ロ)および(ハ)について、9分45秒間点
灯し15秒間消灯するというサイクルを5回繰り返した
後、10分間消灯するという寿命テストをそれぞれ行っ
たところ、表1に示すとおりの結果が得られた。 【0021】 【表1】 【0022】表1中、クラックによる不点時間(時間)
は、5本のランプが封止部のクラック発生によりリーク
に至るまでの総点灯時間の平均で示してある。 【0023】表1の結果から次のことが明らかとなっ
た。メタルハライドランプ(ハ)では、封止部のクラッ
クによる不点時間が短くなった。これは、モリブデン箔
全体にわたってエッジ部分を有しているため、電極から
の熱伝導により急激な温度変動が生じる区間D−A部分
の周囲の封止部にもわずかな空間が存在することとな
り、そこに侵入したよう化物が膨張収縮し、封止部にク
ラックが短時間に発生したものと考えられる。 【0024】メタルハライドランプ(ロ)では、区間A
−B部分および区間C−D部分の周囲の封止部にわずか
な空間が存在する。この場合のモリブデン箔のエッジ部
分で温度変化がもっとも激しい部分はA点およびD点近
傍であり、寿命末期には、そこからクラックが発生す
る。しかしながら、メタルハライドランプ(ハ)の場合
よりも電極からのエッジ部分の最短距離が長いため、エ
ッジ部分での温度変化が緩く封止部にクラックが発生す
るまでの時間も長くなる。 【0025】これらに対して、メタルハライドランプ
(イ)では、エッジ部分は区間A−Bおよび区間C−D
だけであり、電極からの最短距離が三者の中でもっとも
大きい。そのため、封止部にクラックが発生するまでの
時間がもっとも長くなる。 【0026】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は、放電空
間に一対の電極が設けられるとともに、少なくとも金属
ハロゲン化物が封入され、かつ前記電極に導電体を介し
て接続された金属箔が封止された封止部を両端部に有す
る石英ガラス製発光管を備え、前記金属箔は、長辺側周
辺部の厚さが中央部の厚さより薄くなっているエッジ部
分を有しているので、封止部のクラック発生を抑制する
ことができるとともに、封止部の気密の信頼性を高めた
メタルハライドランプを提供することができるものであ
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例であるメタルハライドランプ
の発光管を示す一部切欠正面図 【図2】同じく発光管の要部正面図 【図3】(a)本発明の一実施例であるメタルハライド
ランプのモリブデン箔のエッジ部分の拡大断面図 (b)同じく非エッジ部分の拡大断面図 【図4】従来のメタルハライドランプのモリブデン箔の
エッジ部分を示す図 【図5】比較例のメタルハライドランプのモリブデン箔
のエッジ部分を示す図 【符号の説明】 1 放電空間 2 電極 3 導電体 4 モリブデン箔 5 発光管の封止部 6 発光管 7 外部リード棒 8 モリブデン箔のエッジ部分
フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭59−180362(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 61/30 - 61/48

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 放電空間に一対の電極が設けられるとと
    もに、少なくとも金属ハロゲン化物が封入され、かつ前
    記電極に導電体を介して接続された金属箔が封止された
    封止部を両端部に有する石英ガラス製発光管を備え、前
    記金属箔は、長辺側周辺部の厚さが中央部の厚さより薄
    くなっているエッジ部分を有し、かつ前記電極が前記金
    属箔の短辺側に前記導電体を介して接続されており、前
    記電極と前記金属箔のエッジ部分との最短距離をL(m
    m)、前記金属箔の短辺の長さをT(mm)としたと
    き、L>T/2なる関係を満足することを特徴とするメ
    タルハライドランプ。
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