JP4260493B2 - 高圧放電ランプおよび照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極溶接構造を改良した高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電ランプは、耐火性で透光性の気密容器の内部に形成される放電空間内に一対の電極を封装し、内部に放電媒体を封入している。一対の電極は、気密容器の両端に細長い一対の封止部を一体に形成し、封止部の内部に気密に埋設した封着金属箔にその基端を溶接により接続し、中間部を封止部に緩く支持させ、先端の電極主部を放電空間内に突出させるなどにより放電空間に臨ませた構造とするのが一般的である。
【０００３】
高圧放電ランプにおいて、電極と封着金属箔との溶接の品質は、封止部の寿命信頼性に大きく影響する。ランプにおいては、電極と封着金属箔との溶接に抵抗溶接を用いるのが一般的になっている。この場合、溶接を安定させるために、白金などの融点の低いブレージング材を電極と封着金属箔との間に挟み込んで溶接するのが一般的であり、最も安定した溶接が得られる。
【０００４】
しかしながら、上記のような溶接構造は、量産面においては、自動化設計の難度が高く、設備コストおよび製造歩留まりの点で不利である。また、抵抗溶接は、電流を供給する一対の溶接電極の表面状態により溶接性が大きく変化し、製造しているうちに溶接電極の表面が荒れたり汚れたりして、溶接状態が悪化しがちである。したがって、抵抗溶接は、量産に対して上記の面において不利である。そこで、レーザ溶接が注目されている。
【０００５】
一方、内容積０．１ｃｃ以下の高圧放電ランプは、自動車前照灯用やスポット照明用などのメタルハライドランプに用いられている。このようなメタルハライドランプは、相対向する一対の電極を備えた発光管内に希ガス、発光金属のハロゲン化物および水銀を封入した構成が一般的であり、比較的高効率で、高演色性であるため広く使用されている。自動車の前照灯用においても、メタルハライドランプの使用が普及してきている。自動車の前照灯用を含めて、現在実用されているメタルハライドランプは、水銀を必須としている。なお、自動車前照灯用のメタルハライドランプの仕様においては、約２〜１５ｍｇの水銀の封入が不可欠とされている（例えば特許文献１参照。）。
【０００６】
しかしながら、環境問題が深刻化してきている現在、照明分野においても、環境負荷が大きい水銀をランプから減少させ、さらに廃絶することは非常に重要なことと考えられている。この課題に対して、メタルハライドランプにおいても、水銀を用いないための提案が既にいくつかなされている（例えば特許文献２参照。）。特許文献２においては、水銀に代えてＺｎＩ２などの蒸気圧の高い物質を発光物質のハロゲン化物、例えばＳｃＩ３−ＮａＩに加えて封入することにより、水銀入りランプと同等の電気特性と発光特性が得られている。
【０００７】
ところで、高圧放電ランプに用いられている電極は、一般にタングステンまたはタングステンを主体とする合金が用いられていて、ダイスを用いてこれらの電極材料を線引きして細長く成形したものを用いている。電極材料をダイスにより線引きすると、ダイスマークと称される多数の筋が周面の全体にわたり形成される。なお、電極表面を電界研磨により平滑化することは知られている（例えば特許文献３参照。）が、電極表面に残留する炭素などの不純物および表面の凹凸を管理して電極物質の飛散および放電のちらつきを改善することを目的とするものであって、封着金属箔との溶接に関するものではない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−７３４７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２３８４８８号公報
【特許文献３】
特開２０００−１００３７７号公報
【発明が解決しようとする課題】
電極をレーザ溶接により封着金属箔に溶接する場合、封着金属箔と電極との密着性が高くないと失敗する傾向がある。例えば、封着金属箔に穴が空いたり、溶接部の封着金属箔側の温度だけが異常に高まった結果、封着金属箔の結晶サイズが粗大化して機械的強度が低下したり、溶接の際に電極側に熱が十分に伝達されないで溶接面積が小さすぎる結果となるなどである。このため、封着金属箔と電極とを機械的に押さえて両者を密着させた状態でレーザ溶接を行う手法が採用される。
【０００９】
しかしながら、機械的に押さえて両者を接触させても、ダイスマークが存在するために、ミクロ的には所要の程度まで十分に密着させることができないことが分かった。このため、最適な電極溶接条件を得ることが難しく、製造時の歩留まりを向上させてコストダウンを図ることができないばかりか、信頼性の確保にも問題があった。
【００１０】
本発明は、封着金属箔と電極をレーザ溶接する際に両者を十分に密着させて最適な溶接条件を容易に得て、製造時の歩留まりが向上してコストダウンを図るとともに、溶接の信頼性確保ができる高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、加えて内容積０．１ｃｃ以下の小形の高圧放電ランプに好適な電極の溶接部を備えた高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを他の目的とする。
【００１２】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプは、内部に放電空間が形成された包囲部および包囲部の両端から延在する一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；気密容器の一対の封止部の内部に気密に埋設された一対の封着金属箔と；ダイスにより線引きされた後、その周面のダイスマークを７０％以上除去した耐火金属製の棒状体からなり、基端が封着金属箔にレーザ溶接されるとともに先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設された一対の電極と；気密容器の放電空間内に封入された放電媒体と；を具備したことを特徴としている。
【００１３】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１４】
＜気密容器容器について＞ 気密容器は、耐火性で透光性であり、包囲部および一対の封止部を備えている。「耐火性」とは、放電ランプの通常の作動温度に十分耐える意味である。したがって、気密容器は、耐火性を備える材料であり、かつ、放電によって発生した所望波長域の可視光を外部に導出することができれば、どのようなもので作られていてもよいが、好適には石英ガラスなどを用いて形成する。なお、必要に応じて、気密容器の内面に耐ハロゲン性または耐ハロゲン化物性の透明性被膜を形成するか、気密容器の内面を改質することが許容される。
【００１５】
また、包囲部は、その内部に適当な形状をなした放電空間、例えば内容積０．１ｃｃ以下の自動車前照灯用において好適には細長い放電空間が形成されている。なお、細長い放電空間としては、例えば放電空間を円柱状にすることができる。これにより、アークが水平点灯においては上方へ湾曲しようとするために、放電容器の上側の内面に接近するので、放電容器の上部の温度上昇が早くなる。
【００１６】
さらに、包囲部は、その肉厚を比較的大きくすることができる。すなわち、電極間距離のほぼ中央部の肉厚をその両側の肉厚より大きくすることができる。これにより、放電容器の伝熱が良好になって放電容器の放電空間の下部およぶ側部内面に付着している放電媒体の温度上昇が早まるために、光束立ち上がりが早くなる。
【００１７】
一対の封止部は、包囲部を封止するとともに、電極を封装し、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するのに寄与する手段であり、包囲部の両端から一体に延在している。そして、電極を封装し、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するために、内部に後述する封着金属箔を気密に埋設している。
【００１８】
＜一対の封着金属箔について＞ 一対の封着金属箔は、封止部の内部に埋設されて封止部が気密容器の包囲部の内部を気密に維持するのに協働しながら電流導通導体として機能するための手段であり、気密容器が石英ガラスからなる場合、材料としてはモリブデンが最適である。モリブデンは、約３５０℃になると酸化するので、これより温度が低くなる位置に埋設される。
【００１９】
封着金属箔を封止部に埋設する方法は、特段限定されないが、例えば減圧封止法、ピンチシール法などを採用することができる。内容積が０．１ｃｃ以下の小形でキセノンなどの希ガスを室温で５気圧以上封入する自動車前照灯用などの高圧放電ランプの場合は、前者が好適である。
【００２０】
＜一対の電極について＞ 一対の電極は、気密容器の両端内部に離間対向して封装される。放電空間の内容積が０．１ｃｃ以下の小形の自動車前照灯用の高圧放電ランプの場合、電極間距離が５ｍｍ以下に設定される。
【００２１】
また、一対の電極は、タングステン、タングステン−レニウム合金などの耐火金属製の棒状体からなる。そして、棒状体は、ダイスにより線引きされた後、少なくともそのレーザ溶接部近傍において、その周面のダイスマークを７０％以上除去してある。電極の棒状体周面のダイスマークを７０％以上除去してあれば、良好なレーザ溶接が得られることを本発明者は発見した。これに対して、周面のダイスマークの除去が７０％未満であると、良好なレーザ溶接が得られない。ダイスマークは、電界を印加して電気化学的に研磨する電界研磨、酸やアルカリによりエッチングを行う化学研磨および機械的に研磨する機械研磨などの一種または複数種の組み合わせにより、これを除去することができる。ダイスマークは、線引きにおいて線材がダイスを通過する際に形成されるもので、長手方向に連続して断面が幾何学的な形状をした特有の筋からなり、切断面を観察することにより容易に判別することができる。ダイスマークは、電極の封着金属箔との溶接部における電極の断面を電子顕微鏡、例えばＳＥＭにて倍率５０〜２００倍で撮影して得た長辺１２０ｍｍ程度の写真またはこの写真に準じる領域をモニター画面で観察して、溶接部を除いた残余の電極外周のうち、溶接部近傍の１／３外周について、幾何学的な凹凸からなるダイスマークのない外周長を計測し、ダイスマークの残存率を算出する。そして、１つの溶接部につき複数の断面で上記の観察を行い、１断面以上において上記の条件を満足すれば、本発明の要件を満足するものとする。なお、上記のようにして観察された幾何学的な凹凸がダイスマークであるときには、電極の当該箇所における側面を上記と同様に写真観察したときに、幾何学的な凹凸は、電極軸方向に連続した溝状痕として認められる。
【００２２】
さらに、電極は、その棒状体の基端が封着金属箔にレーザ溶接され、中間が気密容器の封止部により緩く支持され、先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設される。
【００２３】
さらにまた、電極は、交流および直流のいずれで作動するように構成してもよい。交流で作動する場合、一対の電極は同一構造とする。また、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、要すれば電極の先端部近傍を軸部より径大にすることもできる。すなわち、ランプの点滅回数が非常に多くなるとともに、また始動時には定常時より大きな電流を流すので、これに対応して電極全体を径大にすると、電極軸に接触している気密容器の構成材料が点滅のたびに熱応力を受けてクラックを生じやすい。そこで、電極の先端部近傍に径大部を形成することで、電極を点滅に対応させることができるが、軸部は径大になっていないから、クラックを生じにくい。直流で作動する場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、先端部近傍に径大部を形成すれば、放熱面積を大きくすることができるとともに、頻繁な点滅に対応することができる。これに対して、陰極は必ずしも径大部を形成する必要がない。
【００２４】
＜放電媒体について＞ 本発明において、放電媒体は、一般的には発光物質が金属蒸気およびガスのいずれであってもよい。発光金属の金属蒸気源として単体の発光金属、例えば水銀を、または発光金属のハロゲン化物を封入することができる。また、発光金属に加えてランプ電圧形成物質として水銀や蒸気圧が比較的高い金属のハロゲン化物を封入することができる。さらに、始動ガスとして希ガスを用いることができる。
【００２５】
次に、本発明の高圧放電ランプにおいて好適な実施の形態である自動車前照灯用メタルハライドランプの放電媒体について説明する。この実施の形態における放電媒体は、金属ハロゲン化物およびキセノンを含み、水銀を本質的に含まない。
【００２６】
金属ハロゲン化物は、発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物を含んでいる。
【００２７】
発光金属のハロゲン化物は、特段限定されないが、好適にはナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃを主成分とするハロゲン化物であり、所望によりインジウムＩｎや希土類金属などのハロゲン化物を添加することができる。なお、インジウムは、発光物質およびランプ電圧形成のいずれにも寄与する。そして、インジウムＩｎの発光は、メタルハライドランプの発光の色度の調整用としても作用する。
【００２８】
ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物は、蒸気圧が比較的高くてランプ電圧を形成するのに効果的に寄与する金属、例えば亜鉛Ｚｎ、マグネシウムＭｇ、コバルトＣｏ、クロムＣｒ、マンガンＭｎ、アンチモンＳｂ、レニウムＲｅ、ガリウムＧａ、スズＳｎ、鉄Ｆｅ、アルミニウムＡｌ、チタンＴｉ、ジルコニウムＺｒおよびハフニウムＨｆのグループから選択された一種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。これらの金属ハロゲン化物を選択的に適量封入することにより、ランプ電圧を所要範囲に高めることができる。それにより、メタルハライドランプの電気特性を所望に設定できるので、比較的少ないランプ電流で所要のランプ電力を投入することが可能になる。なお、最適には亜鉛Ｚｎのハロゲン化物である。亜鉛Ｚｎは、蒸気圧が比較的高いとともに、化学的に安全であり、しかも、安価に、かつ、工業的規模で容易に入手することができる物質である。また、亜鉛Ｚｎの発光は、メタルハライドランプの発光色度の調整用としても寄与させることができる。
【００２９】
ハロゲン化物を構成するハロゲンは、反応性に関してハロゲンの中でヨウ素が最も適当であり、少なくとも上記主発光金属は、主としてヨウ化物として封入される。しかし、要すれば、ヨウ化物および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。
【００３０】
キセノンは、室温で５気圧以上の圧力で封入する。また、キセノンは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用するとともに、上記の圧力で封入することにより、点灯直後において発光金属のハロゲン化物の蒸気圧が高くなっていないときに、発光物質としても作用する。なお、所望により、アルゴンまたはクリプトンなどを添加することができる。キセノンの封入圧力は、好適には８〜１５気圧である。これにより、メタルハライドランプの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、光束立ち上がり特性を向上させることができる。光束立ち上がり特性が良好であることは、どのような使用目的であっても好都合である。
【００３１】
本実施の形態において、「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く封入していないだけでなく、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在していることを許容するという意味である。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように水銀蒸気によって放電ランプの電気特性を維持する場合には、短アーク形においては気密容器の内容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、本発明は水銀量が実質的に頗る少ないといえる。
【００３２】
＜本発明のその他の構成について＞ 以下に示す構成を選択的に付加することにより、高圧放電ランプの性能が向上したり、機能が増加したりする。
【００３３】
１． 外管について 外管は、石英ガラスまたはハイシリケートガラスなどからなり、その内部に放電容器の少なくとも主要部をその収納する手段である。そして、外管、発光管から外部へ放射される紫外線を遮断し、機械的に保護し、かつ、発光管の気密容器を手で触れることで人の指紋や脂肪が付いて失透の原因とならないようにしたり、あるいは気密容器を保温したりたりする。また、外管の内部は、その目的に応じて外気に対して気密に封止してもよいし、外気と同程度または減圧された空気または不活性ガスが封入されていてもよい。さらに、要すれば、外気に連通していてもよい。さらに、外管の外面または内面に遮光膜を配設することもできる。
【００３４】
また、外管を形成する際に、外管の両端を気密容器の両端から管軸方向に延在する封止部にガラス溶着させることによって外管を気密容器で支持するように構成することができる。
【００３５】
２．口金について 口金は、高圧放電ランプを点灯回路に接続したり、加えて機械的に支持したりするのに機能する。
【００３６】
３．イグナイタについて イグナイタは、高電圧パルス電圧を発生し、これを高圧放電ランプに印加して、その始動を促進する手段であり、口金の内部に収納するなどにより、高圧放電ランプと一体化することができる。
【００３７】
４．始動補助導体について 始動補助導体は、電極近傍における電界強度を高くして、高圧放電ランプの始動を支援する手段であり、その一端を他方の電極と同電位個所に接続し、他端を一方の電極近傍における気密容器の外面に配設する。
【００３８】
＜本発明の作用について＞ 本発明においては、以上の説明から明らかなように、ダイスにより線引きされた後、その周面のダイスマークを７０％以上除去して電極を封着金属箔にレーザ溶接しているので、溶接時における電極と封着金属箔との密着性が高くなり、得られた溶接の機械的強度が大きくなる。その結果、製造時の歩留まりが向上するとともに、溶接の信頼性を確保できる。
【００３９】
請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００４０】
本発明において、「照明装置」とは、高圧放電ランプを光源とする装置の全てを含む広い概念であり、例えば自動車前照灯、照明器具、信号灯、標識灯、光ファイバー照明装置、光化学反応装置などである。なお、「照明装置本体」とは、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯回路を除いた残余の全ての部分を意味する。
【００４１】
点灯回路は、高圧放電ランプを点灯する手段であり、電子化されたものが好適であるが、要すればコイルおよび鉄心を主体とするものであってもよい。また、自動車前照灯用の点灯回路の場合、高圧放電ランプ、例えばメタルハライドランプの点灯直後４秒までの最高入力電力を安定時のランプ電力の２〜４倍、好適には２．５〜４倍とすることにより、光束立ち上がりを自動車前照灯用として必要な範囲内に入るように早くすることができる。なお、希ガスとしてのキセノンの封入圧を５〜１５気圧の範囲でＸ（気圧）とし、メタルハライドランプの点灯直後４秒までの最高入力電力をＡＡ（Ｗ）としたとき、ＡＡが下式を満足するように構成することにより、点灯直後４秒までの光束立ち上がりを早めて自動車用前照灯に必要な前照灯前面の代表点での光度８０００ｃｄを得ることができる。
【００４２】
ＡＡ＞−２．５Ｘ＋１０２．５
上記のようにキセノン封入圧と最高入力電力とが直線的な関係になるのは、蒸気圧の低い放電媒体のみであるから、始動後４秒後の時点ではキセノンの発光が圧倒的になっているからである。キセノンの発光量は、キセノンの封入圧とその時の電力とで決まるので、キセノン圧が低ければ、入力電力を多くすればよい。反対に、キセノン圧が高ければ、入力電力を少なくすればよい。なお、本発明において、メタルハライドランプの点灯は、交流点灯および直流点灯のいずれであってもよい。
また、点灯回路は、所要により無負荷出力電圧を２００Ｖ以下に構成することができる。水銀を本質的に封入しない高圧放電ランプ、例えばメタルハライドランプは、一般に水銀封入のメタルハライドランプに比較して、ランプ電圧が低いので、点灯回路の無負荷出力電圧を２００Ｖ以下にすることができる。これにより、点灯回路の小形化が可能になる。なおて、水銀を封入したメタルハライドランプにおいては、４００Ｖ程度の無負荷出力電圧を必要としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４４】
図１ないし図３は、本発明の高圧放電ランプにおける一実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプを示し、図１はランプ全体の正面図、図２は放電容器の拡大要部正面図、図３（ａ）はダイスマーク除去前の電極の拡大横断面図、図３（ｂ）はダイスマーク除去後の電極の拡大横断面図である。
【００４５】
各図において、ＩＴは放電容器すなわち発光管、２は封着金属箔、３Ａ、３Ｂは一対の外部リード線、ＯＴは外管、Ｔは絶縁チューブ、Ｂは口金である。
【００４６】
放電容器ＩＴは、気密容器１および一対の電極１ｂ、１ｂからなる。気密容器１は、包囲部１ａおよび一対の封止部１ａ１を備えている。包囲部１ａは、中空の紡錘形状に成形されてなり、その両端に一対の細長い封止部１ａ１を一体に備えているとともに、内部に細長いほぼ円柱状の放電空間１ｃが形成されている。
【００４７】
電極１ｂは、図３（ａ）に示すように、ダイスを用いた線引きされた後、ダイスマークのあるタングステン線を予め例えば電界処理して、周面のダイスマークを７０％以上、図３（ｂ）においては１００％、除去してから、その基端が封止部１ａ１に埋設された後述する封着金属箔２にレーザ溶接されるとともに、中間部が封止部に緩く支持されることによって所定の位置に配設されている。また、電極１ｂの基部は、封止部１ａ１内において、封着金属箔２の一端に溶接されている。なお、図１において、下方の封止部１ａ１を形成した後、封止管１ａ２が切断されないで封止部１ａ１の下部から一体に延長していて、口金Ｂ内へ延在している。
【００４８】
封着金属箔２は、モリブデン箔からなり、気密容器１の封止部１ａ１内に気密に埋設されている。
【００４９】
一対の外部リード線３Ａ、３Ｂは、その先端が気密容器１の両端の封止部１ａ１内において封着金属箔２の他端に溶接され、基端側が外部へ導出されている。図１において放電容器ＩＴから上方へ導出された外部リード線３Ａは、中間部が後述する外管ＯＴに沿って折り返されて後述する口金Ｂ内に導入されて図示しない口金端子の一方に接続している。図１において放電容器ＩＴから下方へ導出された外部リード線３Ｂは、管軸に沿って延在して口金Ｂ内に導入されて口金端子の他方に接続している。
【００５０】
気密容器１の包囲部１ａ内には、放電媒体として発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物および希ガスが封入されている。発光金属は、ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃ、ランプ電圧形成用金属は、亜鉛Ｚｎである。
【００５１】
外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に放電容器ＩＴを収納していて、両端の縮径部４が放電容器ＩＴの封止部１ａ１にガラス溶着している。しかし、内部は気密ではなく、外気に連通している。
【００５２】
絶縁チューブＴは、外部リード線３Ａを被覆している。
【００５３】
口金Ｂは、自動車前照灯用として規格化されているもので、放電容器ＩＴおよび外管ＯＴを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面に着脱可能に装着されるように構成されている。
【実施例】
放電容器ＩＴ
気密容器１ａ：石英ガラス製、球体長７ｍｍ、最大外径６ｍｍ、
最大内径２．４ｍｍ、内容積０．０２５ｃｃ
電極１ｂ ：直径０．４０ｍｍのタングステン線、電極間距離４．２ｍｍ
ダイスマーク除去率７０％（電界研磨率８％）
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２＝０．３ｍｇ
キセノンＸｅ：１０気圧
外管ＯＴ ：外径９ｍｍ、内径７ｍｍ、内部雰囲気；大気圧（大気）
点灯直後投入電力：８５Ｗ
点灯直後投入電流：２．８Ａ
安定時ランプ電圧：４２Ｖ
安定時ランプ電力：３５Ｗ
次に、ダイスマーク除去率と溶接不良率の関係を図４に基づいて説明する。
【００５４】
図４は、図１に示す構造の高圧放電ランプにおけるダイスマーク除去率と溶接不良率の関係を示すグラフである。図において、横軸はダイスマーク除去率と比例的な関係にある電界研磨率（％）を、縦軸は溶接不良率（％）を、それぞれ示す。なお、縦軸と平行に線を引いて示した電界研磨率８％は、除去率７０％に相当する。
【００５５】
図から理解できるように、ダイスマークを除去しない場合は、不良率が９％であるが、ダイスマークを除去することにより、急激に不良率が低下し、除去率が７０％以上になると、１％以下に低下し、以後ほぼ一定を維持する。
【００５６】
図５および図６は、本発明の照明装置における一実施の形態としての自動車用前照灯装置を示し、図５は装置全体の背面斜視図、図６は点灯回路の回路図である。各図において、自動車用前照灯装置ＨＬは、自動車用前照灯装置本体２１、メタルハライドランプＨＰＤＬおよび２つの点灯回路ＯＬにより構成されている。
【００５７】
自動車用前照灯装置本体２１は、前面透過パネル２１ａ、リフレクタ２１ｂ、２１ｃ、ランプソケット２１ｄおよび取付部２１ｅなどから構成されている。前面レンズ２１ａは、自動車の外面と合わせた形状をなし、所要の光学的手段たとえばプリズムを備えている。リフレクタ２１ｂ、２１ｃは、各メタルハライドランプＨＰＤＬごとに配設されていて、それぞれに要求される配光特性を得るように構成されている。ランプソケット２１ｄは、点灯回路ＯＣの出力端に接続し、メタルハライドランプＨＰＤＬの口金２１ｄに装着される。取付部２１ｅは、自動車用前照灯装置本体２１を自動車の所定の位置に取り付けるための手段である。
【００５８】
メタルハライドランプＨＰＤＬは、図１に示す構造を備えていて、水平点灯される。ランプソケット２１ｄは、口金に装着されて接続する。そうして、２灯のメタルハライドランプＫＰＤＬが自動車用前照灯装置本体２１に装着されて、４灯式の自動車用前照灯装置が構成される。各メタルハライドランプＨＰＤＬの発光部は、自動車用前照灯装置本体２１のリフレクタ２１ｂ、２１ｃの焦点にほぼ位置する。
【００５９】
２つの点灯回路ＯＬは、それぞれ後述する回路構成を備えていて、金属製容器２２内に収納されているとともに、メタルハライドランプＨＰＤＬを付勢して点灯させる。
【００６０】
点灯回路ＯＬは、図６に示すように、直流電源１１、チョッパ１２、制御手段１３、ランプ電流検出手段１４、ランプ電圧検出手段１５、イグナイタ１６、メタルハライドランプＨＰＤＬ、フルブリッジインバータ１７により構成されていて、メタルハライドランプＨＰＤＬを交流点灯する。
【００６１】
直流電源１１は、後述するチョッパ１２に対して直流電源を供給する手段であって、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。必要に応じて電解コンデンサ１１ａを並列接続して平滑化を行う。
【００６２】
チョッパ１２は、直流電圧を所要値の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換回路であって、後述するフルブリッジインバータ１７を介してメタルハライドランプＨＰＤＬ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。
【００６３】
制御手段１３は、チョッパ１２を制御する。たとえば、点灯直後にはメタルハライドランプＨＰＤＬに定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ２２からフルブリッジインバータ１７を経由して流し、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、制御手段１３は、ランプ電流とランプ電圧と相当するそれぞれの検出信号が後述するように帰還入力されることにより、定電力制御信号を発生して、チョッパ２２を定電力制御する。さらに、制御手段１３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いて、点灯直後には定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をメタルハライドランプＨＰＤＬに流し、時間の経過とともにランプ電流を絞るようにチョッパ１２を制御するように構成されている。
【００６４】
ランプ電流検出手段１４は、フルブリッジインバータ１７を介してランプと直列に挿入されていて、ランプ電流に相当する電流を検出して制御手段１３に制御入力する。
【００６５】
ランプ電圧検出手段１５は、同様にフルブリッジインバータ１７を介してメタルハライドランプＨＰＤＬと並列的に接続されていて、ランプ電圧に相当する電圧を検出して制御手段２３に制御入力する。
【００６６】
イグナイタ１６は、フルブリッジインバータ１７とメタルハライドランプＨＰＤＬとの間に介在していて、始動時に約２０ｋＶ程度の始動パルス電圧をメタルハライドランプＨＰＤＬに供給できるように構成されている。
【００６７】
フルブリッジインバータ１７は、４つのＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４からなるブリッジ回路、ブリッジ回路１７ａのＭＯＳＦＥＴＱ１およびＱ３と、Ｑ２およびＱ４とを交互にスイッチングさせるゲートドライブ回路２８ｂおよび極性反転回路ＩＮＶから構成されていて、チョッパ１２からの直流電圧を上記スイッチングにより矩形波の低周波交流電圧に変換して、メタルハライドランプＨＰＤＬに印加して、メタルハライドランプＨＰＤＬを低周波交流点灯させる。
【００６８】
そうして、点灯回路ＯＣを用いてメタルハライドランプＨＰＤＬを矩形波の低周波交流で点灯すると、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。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１によれば、包囲部および一対の封止部を備えた気密容器と、封止部の内部に気密に埋設された一対の封着金属箔と、ダイスにより線引きされた後、その周面のダイスマークを７０％以上除去した耐火金属製の棒状体からなり、基端が封着金属箔にレーザ溶接されるとともに先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設された一対の電極と、放電媒体とを具備していることにより、封着金属箔と電極をレーザ溶接する際に両者を十分に密着させて最適な溶接条件を容易に得ることができるために、製造時の歩留まりが向上してコストダウンを図るとともに、溶接の信頼性確保ができる高圧放電ランプを提供することができる。
【００７０】
請求項２の発明によれば、照明装置本体と、照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと、高圧放電ランプを点灯する点灯回路とを具備していることにより、請求項１の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高圧放電ランプにおける一実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプのランプ全体を示す正面図
【図２】 同じく放電容器の拡大要部正面図
【図３】 同じく図３（ａ）はダイスマーク除去前の電極の拡大横断面図、図３（ｂ）はダイスマーク除去後の電極の拡大横断面図
【図４】 図１に示す構造の高圧放電ランプにおけるダイスマーク除去率と溶接不良率の関係を示すグラフ
【図５】 本発明の照明装置における一実施の形態としての自動車用前照灯装置を示す背面斜視図
【図６】 同じく点灯回路の回路図
【符号の説明】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…封止部、１ａ２…封止管、１ｂ…電極、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、３Ａ…外部リード線、３Ｂ…外部リード線、４…縮径部、Ｂ…口金、ＨＰＤＬ…メタルハライドランプ、ＩＴ…放電容器、ＯＴ…外管、Ｔ…絶縁チューブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極溶接構造を改良した高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電ランプは、耐火性で透光性の気密容器の内部に形成される放電空間内に一対の電極を封装し、内部に放電媒体を封入している。一対の電極は、気密容器の両端に細長い一対の封止部を一体に形成し、封止部の内部に気密に埋設した封着金属箔にその基端を溶接により接続し、中間部を封止部に緩く支持させ、先端の電極主部を放電空間内に突出させるなどにより放電空間に臨ませた構造とするのが一般的である。
【０００３】
高圧放電ランプにおいて、電極と封着金属箔との溶接の品質は、封止部の寿命信頼性に大きく影響する。ランプにおいては、電極と封着金属箔との溶接に抵抗溶接を用いるのが一般的になっている。この場合、溶接を安定させるために、白金などの融点の低いブレージング材を電極と封着金属箔との間に挟み込んで溶接するのが一般的であり、最も安定した溶接が得られる。
【０００４】
しかしながら、上記のような溶接構造は、量産面においては、自動化設計の難度が高く、設備コストおよび製造歩留まりの点で不利である。また、抵抗溶接は、電流を供給する一対の溶接電極の表面状態により溶接性が大きく変化し、製造しているうちに溶接電極の表面が荒れたり汚れたりして、溶接状態が悪化しがちである。したがって、抵抗溶接は、量産に対して上記の面において不利である。そこで、レーザ溶接が注目されている。
【０００５】
一方、内容積０．１ｃｃ以下の高圧放電ランプは、自動車前照灯用やスポット照明用などのメタルハライドランプに用いられている。このようなメタルハライドランプは、相対向する一対の電極を備えた発光管内に希ガス、発光金属のハロゲン化物および水銀を封入した構成が一般的であり、比較的高効率で、高演色性であるため広く使用されている。自動車の前照灯用においても、メタルハライドランプの使用が普及してきている。自動車の前照灯用を含めて、現在実用されているメタルハライドランプは、水銀を必須としている。なお、自動車前照灯用のメタルハライドランプの仕様においては、約２〜１５ｍｇの水銀の封入が不可欠とされている（例えば特許文献１参照。）。
【０００６】
しかしながら、環境問題が深刻化してきている現在、照明分野においても、環境負荷が大きい水銀をランプから減少させ、さらに廃絶することは非常に重要なことと考えられている。この課題に対して、メタルハライドランプにおいても、水銀を用いないための提案が既にいくつかなされている（例えば特許文献２参照。）。特許文献２においては、水銀に代えてＺｎＩ２などの蒸気圧の高い物質を発光物質のハロゲン化物、例えばＳｃＩ３−ＮａＩに加えて封入することにより、水銀入りランプと同等の電気特性と発光特性が得られている。
【０００７】
ところで、高圧放電ランプに用いられている電極は、一般にタングステンまたはタングステンを主体とする合金が用いられていて、ダイスを用いてこれらの電極材料を線引きして細長く成形したものを用いている。電極材料をダイスにより線引きすると、ダイスマークと称される多数の筋が周面の全体にわたり形成される。なお、電極表面を電界研磨により平滑化することは知られている（例えば特許文献３参照。）が、電極表面に残留する炭素などの不純物および表面の凹凸を管理して電極物質の飛散および放電のちらつきを改善することを目的とするものであって、封着金属箔との溶接に関するものではない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−７３４７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２３８４８８号公報
【特許文献３】
特開２０００−１００３７７号公報
【発明が解決しようとする課題】
電極をレーザ溶接により封着金属箔に溶接する場合、封着金属箔と電極との密着性が高くないと失敗する傾向がある。例えば、封着金属箔に穴が空いたり、溶接部の封着金属箔側の温度だけが異常に高まった結果、封着金属箔の結晶サイズが粗大化して機械的強度が低下したり、溶接の際に電極側に熱が十分に伝達されないで溶接面積が小さすぎる結果となるなどである。このため、封着金属箔と電極とを機械的に押さえて両者を密着させた状態でレーザ溶接を行う手法が採用される。
【０００９】
しかしながら、機械的に押さえて両者を接触させても、ダイスマークが存在するために、ミクロ的には所要の程度まで十分に密着させることができないことが分かった。このため、最適な電極溶接条件を得ることが難しく、製造時の歩留まりを向上させてコストダウンを図ることができないばかりか、信頼性の確保にも問題があった。
【００１０】
本発明は、封着金属箔と電極をレーザ溶接する際に両者を十分に密着させて最適な溶接条件を容易に得て、製造時の歩留まりが向上してコストダウンを図るとともに、溶接の信頼性確保ができる高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、加えて内容積０．１ｃｃ以下の小形の高圧放電ランプに好適な電極の溶接部を備えた高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを他の目的とする。
【００１２】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプは、内部に放電空間が形成された包囲部および包囲部の両端から延在する一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；気密容器の一対の封止部の内部に気密に埋設された一対の封着金属箔と；ダイスにより線引きされた後、その周面のダイスマークを７０％以上除去した耐火金属製の棒状体からなり、基端が封着金属箔にレーザ溶接されるとともに先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設された一対の電極と；気密容器の放電空間内に封入された放電媒体と；を具備したことを特徴としている。
【００１３】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１４】
＜気密容器容器について＞ 気密容器は、耐火性で透光性であり、包囲部および一対の封止部を備えている。「耐火性」とは、放電ランプの通常の作動温度に十分耐える意味である。したがって、気密容器は、耐火性を備える材料であり、かつ、放電によって発生した所望波長域の可視光を外部に導出することができれば、どのようなもので作られていてもよいが、好適には石英ガラスなどを用いて形成する。なお、必要に応じて、気密容器の内面に耐ハロゲン性または耐ハロゲン化物性の透明性被膜を形成するか、気密容器の内面を改質することが許容される。
【００１５】
また、包囲部は、その内部に適当な形状をなした放電空間、例えば内容積０．１ｃｃ以下の自動車前照灯用において好適には細長い放電空間が形成されている。なお、細長い放電空間としては、例えば放電空間を円柱状にすることができる。これにより、アークが水平点灯においては上方へ湾曲しようとするために、放電容器の上側の内面に接近するので、放電容器の上部の温度上昇が早くなる。
【００１６】
さらに、包囲部は、その肉厚を比較的大きくすることができる。すなわち、電極間距離のほぼ中央部の肉厚をその両側の肉厚より大きくすることができる。これにより、放電容器の伝熱が良好になって放電容器の放電空間の下部およぶ側部内面に付着している放電媒体の温度上昇が早まるために、光束立ち上がりが早くなる。
【００１７】
一対の封止部は、包囲部を封止するとともに、電極を封装し、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するのに寄与する手段であり、包囲部の両端から一体に延在している。そして、電極を封装し、かつ、点灯回路から電流を電極へ気密に導入するために、内部に後述する封着金属箔を気密に埋設している。
【００１８】
＜一対の封着金属箔について＞ 一対の封着金属箔は、封止部の内部に埋設されて封止部が気密容器の包囲部の内部を気密に維持するのに協働しながら電流導通導体として機能するための手段であり、気密容器が石英ガラスからなる場合、材料としてはモリブデンが最適である。モリブデンは、約３５０℃になると酸化するので、これより温度が低くなる位置に埋設される。
【００１９】
封着金属箔を封止部に埋設する方法は、特段限定されないが、例えば減圧封止法、ピンチシール法などを採用することができる。内容積が０．１ｃｃ以下の小形でキセノンなどの希ガスを室温で５気圧以上封入する自動車前照灯用などの高圧放電ランプの場合は、前者が好適である。
【００２０】
＜一対の電極について＞ 一対の電極は、気密容器の両端内部に離間対向して封装される。放電空間の内容積が０．１ｃｃ以下の小形の自動車前照灯用の高圧放電ランプの場合、電極間距離が５ｍｍ以下に設定される。
【００２１】
また、一対の電極は、タングステン、タングステン−レニウム合金などの耐火金属製の棒状体からなる。そして、棒状体は、ダイスにより線引きされた後、少なくともそのレーザ溶接部近傍において、その周面のダイスマークを７０％以上除去してある。電極の棒状体周面のダイスマークを７０％以上除去してあれば、良好なレーザ溶接が得られることを本発明者は発見した。これに対して、周面のダイスマークの除去が７０％未満であると、良好なレーザ溶接が得られない。ダイスマークは、電界を印加して電気化学的に研磨する電界研磨、酸やアルカリによりエッチングを行う化学研磨および機械的に研磨する機械研磨などの一種または複数種の組み合わせにより、これを除去することができる。ダイスマークは、線引きにおいて線材がダイスを通過する際に形成されるもので、長手方向に連続して断面が幾何学的な形状をした特有の筋からなり、切断面を観察することにより容易に判別することができる。ダイスマークは、電極の封着金属箔との溶接部における電極の断面を電子顕微鏡、例えばＳＥＭにて倍率５０〜２００倍で撮影して得た長辺１２０ｍｍ程度の写真またはこの写真に準じる領域をモニター画面で観察して、溶接部を除いた残余の電極外周のうち、溶接部近傍の１／３外周について、幾何学的な凹凸からなるダイスマークのない外周長を計測し、ダイスマークの残存率を算出する。そして、１つの溶接部につき複数の断面で上記の観察を行い、１断面以上において上記の条件を満足すれば、本発明の要件を満足するものとする。なお、上記のようにして観察された幾何学的な凹凸がダイスマークであるときには、電極の当該箇所における側面を上記と同様に写真観察したときに、幾何学的な凹凸は、電極軸方向に連続した溝状痕として認められる。
【００２２】
さらに、電極は、その棒状体の基端が封着金属箔にレーザ溶接され、中間が気密容器の封止部により緩く支持され、先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設される。
【００２３】
さらにまた、電極は、交流および直流のいずれで作動するように構成してもよい。交流で作動する場合、一対の電極は同一構造とする。また、自動車前照灯用のメタルハライドランプの場合、要すれば電極の先端部近傍を軸部より径大にすることもできる。すなわち、ランプの点滅回数が非常に多くなるとともに、また始動時には定常時より大きな電流を流すので、これに対応して電極全体を径大にすると、電極軸に接触している気密容器の構成材料が点滅のたびに熱応力を受けてクラックを生じやすい。そこで、電極の先端部近傍に径大部を形成することで、電極を点滅に対応させることができるが、軸部は径大になっていないから、クラックを生じにくい。直流で作動する場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、先端部近傍に径大部を形成すれば、放熱面積を大きくすることができるとともに、頻繁な点滅に対応することができる。これに対して、陰極は必ずしも径大部を形成する必要がない。
【００２４】
＜放電媒体について＞ 本発明において、放電媒体は、一般的には発光物質が金属蒸気およびガスのいずれであってもよい。発光金属の金属蒸気源として単体の発光金属、例えば水銀を、または発光金属のハロゲン化物を封入することができる。また、発光金属に加えてランプ電圧形成物質として水銀や蒸気圧が比較的高い金属のハロゲン化物を封入することができる。さらに、始動ガスとして希ガスを用いることができる。
【００２５】
次に、本発明の高圧放電ランプにおいて好適な実施の形態である自動車前照灯用メタルハライドランプの放電媒体について説明する。この実施の形態における放電媒体は、金属ハロゲン化物およびキセノンを含み、水銀を本質的に含まない。
【００２６】
金属ハロゲン化物は、発光金属およびランプ電圧形成用金属のハロゲン化物を含んでいる。
【００２７】
発光金属のハロゲン化物は、特段限定されないが、好適にはナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃを主成分とするハロゲン化物であり、所望によりインジウムＩｎや希土類金属などのハロゲン化物を添加することができる。なお、インジウムは、発光物質およびランプ電圧形成のいずれにも寄与する。そして、インジウムＩｎの発光は、メタルハライドランプの発光の色度の調整用としても作用する。
【００２８】
ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物は、蒸気圧が比較的高くてランプ電圧を形成するのに効果的に寄与する金属、例えば亜鉛Ｚｎ、マグネシウムＭｇ、コバルトＣｏ、クロムＣｒ、マンガンＭｎ、アンチモンＳｂ、レニウムＲｅ、ガリウムＧａ、スズＳｎ、鉄Ｆｅ、アルミニウムＡｌ、チタンＴｉ、ジルコニウムＺｒおよびハフニウムＨｆのグループから選択された一種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。これらの金属ハロゲン化物を選択的に適量封入することにより、ランプ電圧を所要範囲に高めることができる。それにより、メタルハライドランプの電気特性を所望に設定できるので、比較的少ないランプ電流で所要のランプ電力を投入することが可能になる。なお、最適には亜鉛Ｚｎのハロゲン化物である。亜鉛Ｚｎは、蒸気圧が比較的高いとともに、化学的に安全であり、しかも、安価に、かつ、工業的規模で容易に入手することができる物質である。また、亜鉛Ｚｎの発光は、メタルハライドランプの発光色度の調整用としても寄与させることができる。
【００２９】
ハロゲン化物を構成するハロゲンは、反応性に関してハロゲンの中でヨウ素が最も適当であり、少なくとも上記主発光金属は、主としてヨウ化物として封入される。しかし、要すれば、ヨウ化物および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。
【００３０】
キセノンは、室温で５気圧以上の圧力で封入する。また、キセノンは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用するとともに、上記の圧力で封入することにより、点灯直後において発光金属のハロゲン化物の蒸気圧が高くなっていないときに、発光物質としても作用する。なお、所望により、アルゴンまたはクリプトンなどを添加することができる。キセノンの封入圧力は、好適には８〜１５気圧である。これにより、メタルハライドランプの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、光束立ち上がり特性を向上させることができる。光束立ち上がり特性が良好であることは、どのような使用目的であっても好都合である。
【００３１】
本実施の形態において、「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く封入していないだけでなく、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在していることを許容するという意味である。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように水銀蒸気によって放電ランプの電気特性を維持する場合には、短アーク形においては気密容器の内容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、本発明は水銀量が実質的に頗る少ないといえる。
【００３２】
＜本発明のその他の構成について＞ 以下に示す構成を選択的に付加することにより、高圧放電ランプの性能が向上したり、機能が増加したりする。
【００３３】
１． 外管について 外管は、石英ガラスまたはハイシリケートガラスなどからなり、その内部に放電容器の少なくとも主要部をその収納する手段である。そして、外管、発光管から外部へ放射される紫外線を遮断し、機械的に保護し、かつ、発光管の気密容器を手で触れることで人の指紋や脂肪が付いて失透の原因とならないようにしたり、あるいは気密容器を保温したりたりする。また、外管の内部は、その目的に応じて外気に対して気密に封止してもよいし、外気と同程度または減圧された空気または不活性ガスが封入されていてもよい。さらに、要すれば、外気に連通していてもよい。さらに、外管の外面または内面に遮光膜を配設することもできる。
【００３４】
また、外管を形成する際に、外管の両端を気密容器の両端から管軸方向に延在する封止部にガラス溶着させることによって外管を気密容器で支持するように構成することができる。
【００３５】
２．口金について 口金は、高圧放電ランプを点灯回路に接続したり、加えて機械的に支持したりするのに機能する。
【００３６】
３．イグナイタについて イグナイタは、高電圧パルス電圧を発生し、これを高圧放電ランプに印加して、その始動を促進する手段であり、口金の内部に収納するなどにより、高圧放電ランプと一体化することができる。
【００３７】
４．始動補助導体について 始動補助導体は、電極近傍における電界強度を高くして、高圧放電ランプの始動を支援する手段であり、その一端を他方の電極と同電位個所に接続し、他端を一方の電極近傍における気密容器の外面に配設する。
【００３８】
＜本発明の作用について＞ 本発明においては、以上の説明から明らかなように、ダイスにより線引きされた後、その周面のダイスマークを７０％以上除去して電極を封着金属箔にレーザ溶接しているので、溶接時における電極と封着金属箔との密着性が高くなり、得られた溶接の機械的強度が大きくなる。その結果、製造時の歩留まりが向上するとともに、溶接の信頼性を確保できる。
【００３９】
請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００４０】
本発明において、「照明装置」とは、高圧放電ランプを光源とする装置の全てを含む広い概念であり、例えば自動車前照灯、照明器具、信号灯、標識灯、光ファイバー照明装置、光化学反応装置などである。なお、「照明装置本体」とは、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯回路を除いた残余の全ての部分を意味する。
【００４１】
点灯回路は、高圧放電ランプを点灯する手段であり、電子化されたものが好適であるが、要すればコイルおよび鉄心を主体とするものであってもよい。また、自動車前照灯用の点灯回路の場合、高圧放電ランプ、例えばメタルハライドランプの点灯直後４秒までの最高入力電力を安定時のランプ電力の２〜４倍、好適には２．５〜４倍とすることにより、光束立ち上がりを自動車前照灯用として必要な範囲内に入るように早くすることができる。なお、希ガスとしてのキセノンの封入圧を５〜１５気圧の範囲でＸ（気圧）とし、メタルハライドランプの点灯直後４秒までの最高入力電力をＡＡ（Ｗ）としたとき、ＡＡが下式を満足するように構成することにより、点灯直後４秒までの光束立ち上がりを早めて自動車用前照灯に必要な前照灯前面の代表点での光度８０００ｃｄを得ることができる。
【００４２】
ＡＡ＞−２．５Ｘ＋１０２．５
上記のようにキセノン封入圧と最高入力電力とが直線的な関係になるのは、蒸気圧の低い放電媒体のみであるから、始動後４秒後の時点ではキセノンの発光が圧倒的になっているからである。キセノンの発光量は、キセノンの封入圧とその時の電力とで決まるので、キセノン圧が低ければ、入力電力を多くすればよい。反対に、キセノン圧が高ければ、入力電力を少なくすればよい。なお、本発明において、メタルハライドランプの点灯は、交流点灯および直流点灯のいずれであってもよい。
また、点灯回路は、所要により無負荷出力電圧を２００Ｖ以下に構成することができる。水銀を本質的に封入しない高圧放電ランプ、例えばメタルハライドランプは、一般に水銀封入のメタルハライドランプに比較して、ランプ電圧が低いので、点灯回路の無負荷出力電圧を２００Ｖ以下にすることができる。これにより、点灯回路の小形化が可能になる。なおて、水銀を封入したメタルハライドランプにおいては、４００Ｖ程度の無負荷出力電圧を必要としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４４】
図１ないし図３は、本発明の高圧放電ランプにおける一実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプを示し、図１はランプ全体の正面図、図２は放電容器の拡大要部正面図、図３（ａ）はダイスマーク除去前の電極の拡大横断面図、図３（ｂ）はダイスマーク除去後の電極の拡大横断面図である。
【００４５】
各図において、ＩＴは放電容器すなわち発光管、２は封着金属箔、３Ａ、３Ｂは一対の外部リード線、ＯＴは外管、Ｔは絶縁チューブ、Ｂは口金である。
【００４６】
放電容器ＩＴは、気密容器１および一対の電極１ｂ、１ｂからなる。気密容器１は、包囲部１ａおよび一対の封止部１ａ１を備えている。包囲部１ａは、中空の紡錘形状に成形されてなり、その両端に一対の細長い封止部１ａ１を一体に備えているとともに、内部に細長いほぼ円柱状の放電空間１ｃが形成されている。
【００４７】
電極１ｂは、図３（ａ）に示すように、ダイスを用いた線引きされた後、ダイスマークのあるタングステン線を予め例えば電界処理して、周面のダイスマークを７０％以上、図３（ｂ）においては１００％、除去してから、その基端が封止部１ａ１に埋設された後述する封着金属箔２にレーザ溶接されるとともに、中間部が封止部に緩く支持されることによって所定の位置に配設されている。また、電極１ｂの基部は、封止部１ａ１内において、封着金属箔２の一端に溶接されている。なお、図１において、下方の封止部１ａ１を形成した後、封止管１ａ２が切断されないで封止部１ａ１の下部から一体に延長していて、口金Ｂ内へ延在している。
【００４８】
封着金属箔２は、モリブデン箔からなり、気密容器１の封止部１ａ１内に気密に埋設されている。
【００４９】
一対の外部リード線３Ａ、３Ｂは、その先端が気密容器１の両端の封止部１ａ１内において封着金属箔２の他端に溶接され、基端側が外部へ導出されている。図１において放電容器ＩＴから上方へ導出された外部リード線３Ａは、中間部が後述する外管ＯＴに沿って折り返されて後述する口金Ｂ内に導入されて図示しない口金端子の一方に接続している。図１において放電容器ＩＴから下方へ導出された外部リード線３Ｂは、管軸に沿って延在して口金Ｂ内に導入されて口金端子の他方に接続している。
【００５０】
気密容器１の包囲部１ａ内には、放電媒体として発光金属のハロゲン化物、ランプ電圧形成用金属のハロゲン化物および希ガスが封入されている。発光金属は、ナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃ、ランプ電圧形成用金属は、亜鉛Ｚｎである。
【００５１】
外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に放電容器ＩＴを収納していて、両端の縮径部４が放電容器ＩＴの封止部１ａ１にガラス溶着している。しかし、内部は気密ではなく、外気に連通している。
【００５２】
絶縁チューブＴは、外部リード線３Ａを被覆している。
【００５３】
口金Ｂは、自動車前照灯用として規格化されているもので、放電容器ＩＴおよび外管ＯＴを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面に着脱可能に装着されるように構成されている。
【実施例】
放電容器ＩＴ
気密容器１ａ：石英ガラス製、球体長７ｍｍ、最大外径６ｍｍ、
最大内径２．４ｍｍ、内容積０．０２５ｃｃ
電極１ｂ ：直径０．４０ｍｍのタングステン線、電極間距離４．２ｍｍ
ダイスマーク除去率７０％（電界研磨率８％）
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２＝０．３ｍｇ
キセノンＸｅ：１０気圧
外管ＯＴ ：外径９ｍｍ、内径７ｍｍ、内部雰囲気；大気圧（大気）
点灯直後投入電力：８５Ｗ
点灯直後投入電流：２．８Ａ
安定時ランプ電圧：４２Ｖ
安定時ランプ電力：３５Ｗ
次に、ダイスマーク除去率と溶接不良率の関係を図４に基づいて説明する。
【００５４】
図４は、図１に示す構造の高圧放電ランプにおけるダイスマーク除去率と溶接不良率の関係を示すグラフである。図において、横軸はダイスマーク除去率と比例的な関係にある電界研磨率（％）を、縦軸は溶接不良率（％）を、それぞれ示す。なお、縦軸と平行に線を引いて示した電界研磨率８％は、除去率７０％に相当する。
【００５５】
図から理解できるように、ダイスマークを除去しない場合は、不良率が９％であるが、ダイスマークを除去することにより、急激に不良率が低下し、除去率が７０％以上になると、１％以下に低下し、以後ほぼ一定を維持する。
【００５６】
図５および図６は、本発明の照明装置における一実施の形態としての自動車用前照灯装置を示し、図５は装置全体の背面斜視図、図６は点灯回路の回路図である。各図において、自動車用前照灯装置ＨＬは、自動車用前照灯装置本体２１、メタルハライドランプＨＰＤＬおよび２つの点灯回路ＯＬにより構成されている。
【００５７】
自動車用前照灯装置本体２１は、前面透過パネル２１ａ、リフレクタ２１ｂ、２１ｃ、ランプソケット２１ｄおよび取付部２１ｅなどから構成されている。前面レンズ２１ａは、自動車の外面と合わせた形状をなし、所要の光学的手段たとえばプリズムを備えている。リフレクタ２１ｂ、２１ｃは、各メタルハライドランプＨＰＤＬごとに配設されていて、それぞれに要求される配光特性を得るように構成されている。ランプソケット２１ｄは、点灯回路ＯＣの出力端に接続し、メタルハライドランプＨＰＤＬの口金２１ｄに装着される。取付部２１ｅは、自動車用前照灯装置本体２１を自動車の所定の位置に取り付けるための手段である。
【００５８】
メタルハライドランプＨＰＤＬは、図１に示す構造を備えていて、水平点灯される。ランプソケット２１ｄは、口金に装着されて接続する。そうして、２灯のメタルハライドランプＫＰＤＬが自動車用前照灯装置本体２１に装着されて、４灯式の自動車用前照灯装置が構成される。各メタルハライドランプＨＰＤＬの発光部は、自動車用前照灯装置本体２１のリフレクタ２１ｂ、２１ｃの焦点にほぼ位置する。
【００５９】
２つの点灯回路ＯＬは、それぞれ後述する回路構成を備えていて、金属製容器２２内に収納されているとともに、メタルハライドランプＨＰＤＬを付勢して点灯させる。
【００６０】
点灯回路ＯＬは、図６に示すように、直流電源１１、チョッパ１２、制御手段１３、ランプ電流検出手段１４、ランプ電圧検出手段１５、イグナイタ１６、メタルハライドランプＨＰＤＬ、フルブリッジインバータ１７により構成されていて、メタルハライドランプＨＰＤＬを交流点灯する。
【００６１】
直流電源１１は、後述するチョッパ１２に対して直流電源を供給する手段であって、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。必要に応じて電解コンデンサ１１ａを並列接続して平滑化を行う。
【００６２】
チョッパ１２は、直流電圧を所要値の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換回路であって、後述するフルブリッジインバータ１７を介してメタルハライドランプＨＰＤＬ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。
【００６３】
制御手段１３は、チョッパ１２を制御する。たとえば、点灯直後にはメタルハライドランプＨＰＤＬに定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をチョッパ２２からフルブリッジインバータ１７を経由して流し、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、制御手段１３は、ランプ電流とランプ電圧と相当するそれぞれの検出信号が後述するように帰還入力されることにより、定電力制御信号を発生して、チョッパ２２を定電力制御する。さらに、制御手段１３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いて、点灯直後には定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をメタルハライドランプＨＰＤＬに流し、時間の経過とともにランプ電流を絞るようにチョッパ１２を制御するように構成されている。
【００６４】
ランプ電流検出手段１４は、フルブリッジインバータ１７を介してランプと直列に挿入されていて、ランプ電流に相当する電流を検出して制御手段１３に制御入力する。
【００６５】
ランプ電圧検出手段１５は、同様にフルブリッジインバータ１７を介してメタルハライドランプＨＰＤＬと並列的に接続されていて、ランプ電圧に相当する電圧を検出して制御手段２３に制御入力する。
【００６６】
イグナイタ１６は、フルブリッジインバータ１７とメタルハライドランプＨＰＤＬとの間に介在していて、始動時に約２０ｋＶ程度の始動パルス電圧をメタルハライドランプＨＰＤＬに供給できるように構成されている。
【００６７】
フルブリッジインバータ１７は、４つのＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４からなるブリッジ回路、ブリッジ回路１７ａのＭＯＳＦＥＴＱ１およびＱ３と、Ｑ２およびＱ４とを交互にスイッチングさせるゲートドライブ回路２８ｂおよび極性反転回路ＩＮＶから構成されていて、チョッパ１２からの直流電圧を上記スイッチングにより矩形波の低周波交流電圧に変換して、メタルハライドランプＨＰＤＬに印加して、メタルハライドランプＨＰＤＬを低周波交流点灯させる。
【００６８】
そうして、点灯回路ＯＣを用いてメタルハライドランプＨＰＤＬを矩形波の低周波交流で点灯すると、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。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１によれば、包囲部および一対の封止部を備えた気密容器と、封止部の内部に気密に埋設された一対の封着金属箔と、ダイスにより線引きされた後、その周面のダイスマークを７０％以上除去した耐火金属製の棒状体からなり、基端が封着金属箔にレーザ溶接されるとともに先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設された一対の電極と、放電媒体とを具備していることにより、封着金属箔と電極をレーザ溶接する際に両者を十分に密着させて最適な溶接条件を容易に得ることができるために、製造時の歩留まりが向上してコストダウンを図るとともに、溶接の信頼性確保ができる高圧放電ランプを提供することができる。
【００７０】
請求項２の発明によれば、照明装置本体と、照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと、高圧放電ランプを点灯する点灯回路とを具備していることにより、請求項１の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高圧放電ランプにおける一実施の形態としての自動車前照灯用メタルハライドランプのランプ全体を示す正面図
【図２】 同じく放電容器の拡大要部正面図
【図３】 同じく図３（ａ）はダイスマーク除去前の電極の拡大横断面図、図３（ｂ）はダイスマーク除去後の電極の拡大横断面図
【図４】 図１に示す構造の高圧放電ランプにおけるダイスマーク除去率と溶接不良率の関係を示すグラフ
【図５】 本発明の照明装置における一実施の形態としての自動車用前照灯装置を示す背面斜視図
【図６】 同じく点灯回路の回路図
【符号の説明】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…封止部、１ａ２…封止管、１ｂ…電極、１ｃ…放電空間、２…封着金属箔、３Ａ…外部リード線、３Ｂ…外部リード線、４…縮径部、Ｂ…口金、ＨＰＤＬ…メタルハライドランプ、ＩＴ…放電容器、ＯＴ…外管、Ｔ…絶縁チューブ
Claims (2)
- 内部に放電空間が形成された包囲部および包囲部の両端から延在する一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；
気密容器の一対の封止部の内部に気密に埋設された一対の封着金属箔と；
ダイスにより線引きされた後、その周面のダイスマークを７０％以上除去した耐火金属製の棒状体からなり、基端が封着金属箔にレーザ溶接されるとともに先端が気密容器の放電空間に臨むように放電空間の両端に離間対向して配設された一対の電極と；
気密容器の放電空間内に封入された放電媒体と；
を具備したことを特徴とする高圧放電ランプ。 - 照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
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