JP4206038B2

JP4206038B2 - 放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ

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Publication number: JP4206038B2
Application number: JP2003422014A
Authority: JP
Inventors: 毅史福代; 倫夫高垣; 伸一入澤
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-12-19
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Description

本発明は、少なくともＮａおよびＳｃを含む金属ハロゲン化物が希ガスとともに封入されかつ電極が対設された内容積５０μｌ以下の密閉チャンバーを備えた放電ランプ装置用アークチューブに関する。

図１４は従来の放電ランプ装置であり、石英ガラス製アークチューブ５の前端部は絶縁性ベース１の前方に突出する一本のリードサポート２によって支持され、アークチューブ５の後端部はベース１の凹部１ａで支持され、アークチューブの後端部寄りが絶縁性ベース１の前面に固定された金属製支持部材４によって、把持された構造となっている。アークチューブ５から導出する前端側リード線８は、溶接によってリードサポート２に固定され、一方、後端側リード線８は、ベース１の凹部１ａ形成底面壁１ｂを貫通し、底面壁１ｂに設けられている端子３に、溶接により固定されている。符号Ｇは、アークチューブ５から発した光の中で、人体に有害な波長域の紫外線成分をカットする円筒形状のガラス製紫外線遮蔽用グローブで、アークチューブ５に溶着一体化されている。

そしてアークチューブ５は、前後一対のピンチシール部５ｂ，５ｂ間に、電極６，６を対設し発光物質（ＮａおよびＳｃの金属ハロゲン化物およびＨｇ）を始動用希ガスとともに封入した密閉ガラス球５ａが形成された構造となっている。ピンチシール部５ｂ内には、密閉ガラス球５ａ内に突出する電極６とピンチシール部５ｂから導出するリード線８とを接続するモリブデン箔７が封着されて、ピンチシール部５ｂにおける気密性が確保されている。

しかし、密閉ガラス球５ａ内に封入されているＨｇは、所定の管電圧を維持し、電極６への電子の衝突量を減少させて電極の損傷を緩和する非常に有用な緩衝物質であるが、環境有害物質であることから、最近では、環境有害物質であるＨｇを封入しない、いわゆる水銀フリーアークチューブの開発が進められている。

そして、下記特許文献１では、発光物質として一般的な第１の金属（Ｎａ，Ｓｃ）よりも可視光域に発光しにくい第２の金属（Ｍｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｂ，Ｂｅ，Ｒｅ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのうち少なくとも一種または複数種）のハロゲン化物をＨｇの代わりに封入することでＨｇを一切封入しないか、またはＨｇを封入するにしても少量で済む、という提案がなされている。

特開２００２−９３３６９

そして、発明者が水銀フリーアークチューブの開発を進める過程で、前記した特許文献１に開示されている実施例（以下、文献実施例１〜６という）を試作して、それぞれの試作品（アークチューブ）についての実用使用０時間での管電圧，光束および光束立ち上がり（以下、これを初特性という。）を調べたところ、図１５に示すように、初特性の全てを満足するものは一つとして存在しなかった。なお、図１５において、文献実施例２，３は、微小量（１ｍｇ）のＨｇを封入した水銀入りアークチューブ、文献実施例１，４〜６は、Ｈｇに代わる前記した他の金属ハロゲン化物を封入した水銀フリーアークチューブで、ＳｃＩ_３の封入密度は、文献実施例１〜５では２．８ｍｇ/ｍｌ、文献実施例６では３．４ｍｇ/ｍｌである。

発明者は、満足な初特性が得られない原因が希ガス（Ｘｅガス）の封入圧が低い（０．１または０．５ＭＰａ）ためではないかと考えて、図２，３に示すように、微小量（０．７２ｍｇ）のＨｇを封入し、ＳｃＩ_３の封入密度が３．２８ｍｇ/ｍｌで、Ｘｅガスの封入圧の異なる水銀入りアークチューブを試作し、初特性評価試験を行ったところ、初特性（管電圧、光束、光束立ち上がり）を満足するには、図３，４に示すように、Ｘｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上であることが望ましいことが確認された。即ち、点灯中の密閉ガラス球内の圧力が高い分、初特性が改善されると推定される。

しかし、アークチューブ点灯中に光がちらつく現象（以下、これをフリッカーという。）が発生するという、新たな問題が生じた。

フリッカー発生のメカニズムの反応式は、
４ＳｃＩ_３＋３ＳｉＯ_２→２Ｓｃ_２Ｏ_３＋３ＳｉＩ_４ ………（１）
ｎＷ＋ＳｉＩ_４→ＳｉＷｎ＋２Ｉ_２ ………（２）
４ＳｃＩ_３＋３ＴｈＯ_２→２Ｓｃ_２Ｏ_３＋３ＴｈＩ_４ ………（３）
で示され、次のように説明できる。

即ち、（１）式のように、アークチューブの管壁を構成している石英ガラス（ＳｉＯ_２）がＳｃＩ_３と反応して失透現象が起こり、このとき発生したＳｉＩ_４（中のＳｉ）が、（２）式のように、タングステン電極と反応して、低融点合金（ＳｉＷｎ）が生成されたり、トリアドープタングステン電極では、（３）式のように、トリア（ＴｈＯ_２）が消失して、電極の変形や損傷により電極間距離が広がり、再点弧電圧が上昇して、バラストの制御ができない状態になって、フリッカーが発生する。そして、点灯中のアークチューブ（密閉ガラス球）内の圧力が高い分、前記したフリッカー発生の反応が促進されると推定される。

ここで発明者は、電極変形に繋がる失透現象の発生やトリアの消失にはＳｃＩ_３が大きく関わっており、このＳｃＩ_３の封入量とフリッカーの発生率との間に何らかの相関関係があるのではないかと考えた。

そして、図５〜９に示すように、密閉チャンバーの内容積，Ｘｅガスの封入圧，ＳｃＩ_３の封入密度および水銀入りと水銀フリー（封入緩衝物質としてＨｇに代わるＩｎ等の金属ハロゲンを封入）等を異ならしめた、仕様の異なるアークチューブを試作して、フリッカーの発生の有無等を調べたところ、図５〜９のデータから、ＳｃＩ_３の封入量とフリッカーの発生率とは図１０，１１に示すような相関関係があり、ＳｃＩ_３の封入密度が４．７ｍｇ/ｍｌを超えるとフリッカーの発生率が急激に増加し、ＳｃＩ_３の封入密度が高くフリッカーの発生率が高い場合ほど、電極先端部の変形や損傷が激しい（電極間距離が拡がっている）ことが確認された。

即ち、フリッカーの発生率を低下させるには、ＳｃＩ_３の封入密度を低くすればよく、４．７ｍｇ/ｍｌ以下にすれば、フリッカーは全く発生しないことがわかった。

また、ＳｃＩ_３の封入密度と発光効率（ルーメン／Ｗ）間には、図１２に示すような相関関係の存在が確認され、自動車用灯具（例えばヘッドランプ）としては、少なくとも７５ルーメン／Ｗの発光効率が必要であることから、ＳｃＩ_３の封入密度の下限を１．２５ｍｇ/ｍｌにすればよいこともわかった。

このように、放電ランプ装置用アークチューブの初特性（管電圧、光束、光束立ち上がり）を満足するには、図３，４に示すように、Ｘｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上であることが望ましい。そして、Ｘｅガスの封入圧を高圧（０．６ＭＰａ以上）にすることで発生の危惧されるフリッカーについては、図１０，１１に示すように、ＳｃＩ_３の封入密度を４．７ｍｇ/ｍｌ以下にすることで抑制できるとともに、ＳｃＩ_３の封入密度を１．２５ｍｇ/ｍｌ以上にすることで、自動車用灯具として要求される効率（７５ルーメン／Ｗ以上）も確保できる（図１２参照）、ということが確認されたので、本発明を提案するに至ったものである。

本発明は前記した従来技術の問題点および発明者の知見に基づいてなされたもので、その目的は、初特性（管電圧、光束、光束立ち上がり）を満足し、かつフリッカーの発生しない高効率の放電ランプ装置用アークチューブを提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブにおいては、少なくともＮａおよびＳｃを含む金属ハロゲン化物が希ガスであるＸｅガスとともに封入され、かつ電極が対設された内容積５０μｌ以下の密閉チャンバーを備えた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブにおいて、
前記Ｘｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上で、前記Ｓｃハロゲン化物の封入密度が１．２５〜４．７０ｍｇ/ｍｌの範囲に構成した。
（作用）この種のアークチューブでは、Ｘｅガスの封入圧とアークチューブの初特性との間に、図３，４に示すような相関関係があり、適正な初特性が得られるためには、Ｘｅガスの封入圧を従来例(特許文献１)よりも高く（０．６ＭＰａ以上）する必要がある。

しかし、Ｘｅガスの封入圧が従来例よりも高い（０．６ＭＰａ以上）と、点灯中の密閉チャンバー内の圧力がそれだけ高くなって、前記（１），（２），（３）式に示すフリッカー発生に繋がる反応が促進されて、フリッカーが発生する惧れが高い。しかし、Ｓｃハロゲン化物の封入密度とフリッカーの発生率（電極間距離）とは、図１０（１１）に示すような相関関係があり、Ｓｃハロゲン化物の封入密度を４．７０ｍｇ/ｍｌ以下とすることで、フリッカーの発生率を０にすることができる。

また、Ｓｃハロゲン化物の封入密度とアークチューブの発光効率とは、図１２に示すような相関関係があり、Ｓｃハロゲン化物の封入密度が低すぎると、発光効率が悪く自動車用灯具用の光源として利用できない。したがって、Ｓｃハロゲン化物の封入密度を１．２５ｍｇ/ｍｌ以上とすることで、自動車用灯具用の光源として要求される発光効率７５ルーメン／Ｗ以上を確保できる。

また、請求項１においては、前記電極をトリアドープタングステンで構成し、
前記密閉チャンバーには、水銀に代わる緩衝物質としてＩｎハロゲン化物を封入し、前記金属ハロゲン化物に対する前記Ｉｎハロゲン化物の封入量が０．５〜２．０重量％となるように構成した。
（作用）少なくともＩｎを含む他の金属ハロゲン化物がＨｇに代わる緩衝物質として作用し、水銀入りアークチューブの初特性と略同等な初特性が得られる。

本発明によれば、Ｘｅガスの封入圧およびＳｃハロゲン化物の封入密度を所定の範囲に設定することで、適切な初特性が得られフリッカーの発生しない高効率の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブを提供できる。

また、環境有害物質であるＨｇに変わる物質としてＩｎハロゲン化物を封入することで、水銀入りアークチューブの初特性と略同等な初特性をもつ放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブを提供できる。

次に、本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図１２は本発明を石英ガラス製アークチューブに適用した第１の実施の形態を示すもので、図１は本発明の第１の実施の形態である放電ランプ装置用石英ガラス製アークチューブの要部縦断面図、図２は第１の実施例（実験例１）のアークチューブの構成を示す図、図３はＸｅガスの封入圧と初特性との関係を調べる評価試験結果を表で示す図、図４は同評価試験結果をグラフで示す図、図５（ａ）は第２の実施例（実験例２）のアークチューブの構成を示す図、図５（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図、図６（ａ）は第３の実施例（実験例３）のアークチューブの構成を示す図、図６（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図、図７（ａ）は第４の実施例（実験例４）のアークチューブの構成を示す図、図７（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図、図８（ａ）は第５の実施例（実験例５）のアークチューブの構成を示す図、図８（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図、図９（ａ）は第６の実施例（実験例６）のアークチューブの構成を示す図、図９（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図、図１０は第２〜６の実施例のアークチューブにおけるＳｃＩ_３封入密度とフリッカー発生率との関係を示す図、図１１は同アークチューブにおけるＳｃＩ_３封入密度と電極間距離との関係を示す図、図１２は同アークチューブにおけるＳｃＩ_３封入密度と発光効率（ルーメン/Ｗ）との関係を示す図である。

図１、１４において、第１の実施例のアークチューブ１０を装着した放電ランプ装置の全体構造は、アークチューブ１０の構成が異なる点を除いて、図１４に示す従来構造と同一であり、その重複した説明は省略する。

図１に示すアークチューブ１０は、直線状延出部の長手方向途中に球状膨出部が形成された円パイプ形状の石英ガラス管の球状膨出部寄りがピンチシールされて、放電空間を形成する楕円体または円筒体形状のチップレス密閉ガラス球１２の両端部に横断面矩形状のピンチシール部１３，１３が形成された非常にコンパクトな構造で、密閉チャンバーである密閉ガラス球１２内には、電極１４，１４が対設されるとともに、金属ハロゲン化物（ＮａＩ，ＳｃＩ_３）およびＨｇが始動用希ガス（Ｘｅガス）とともに封入されている。電極１４，１４はピンチシール部１３に封着されたモリブデン箔１７に接続され、ピンチシール部１３，１３の端部からはモリブデン箔１７，１７に接続されたモリブテン製リード線１８，１８が導出している。電極１４は、トリアドープタングステン製ストレート電極棒で構成され、電極間距離は、メカニカルギャップ３．８mm（オプティカルギャップ：４．２mm）に設定されている。なお、明細書および図面中の電極間距離は全てメカニカルギャップとする。

また、密閉ガラス球１２は、図２に示すように、最大内径ｄが３．２mmで、その内容積は０．０３２ｍｌで、ガラス球１２内には、総重量０．３ｍｇのＮａＩ，ＳｃＩ_３が６５：３５（重量％）の比率で、わずかな量（０．７２ｍｇ）のＨｇとともに封入されている。なお、Ｎａ，Ｓｃ，Ｘｅは、いずれも発光物質として作用し、Ｈｇは発光物質および緩衝物質として作用する。

また、Ｘｅガスの封入圧は、図３に示すように、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０ＭＰａに設定された５種類とし、Ｘｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上の３種類の仕様のアークチューブが本発明の第１の実施例に相当する。

また、図３，４に示すように、アークチューブの初特性（管電圧、光束、光束立ち上がり）は、Ｘｅガスの封入圧に略比例し、自動車用ヘッドランプの光源として要求されるアークチューブの初特性（管電圧８５±１２Ｖ、光束立ち上がり（１秒）が８００ルーメン以上、光束立ち上がり（４秒）が１２００ルーメン以上）を満足するためには、アークチューブ１０（密閉ガラス球１２）内のＸｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上であることが必要である。

そして、本実施例のアークチューブ１０の密閉ガラス球１２内のＸｅガスの封入圧は、適正な初特性を得るために必要な閾値（０．６ＭＰａ以上）より高い値（０．６、０．８または１．０ＭＰａ）に設定されていることから、自動車用ヘッドランプの光源として要求されるアークチューブの初特性を満足する。

図５は第２の実施例（実験例２）のアークチューブを示し、（ａ）は第２の実施例（実験例２）のアークチューブの構成を示す図、（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図である。

密閉ガラス球１２は、最大内径ｄが３．２mmで、その内容積は０．０３２ｍｌで、電極間距離は、３．８mmに設定されている。ガラス球１２内には、総重量０．２〜０．５ｍｇのＮａＩ，ＳｃＩ_３が図５（ｂ）に示す所定の比率で、わずかな量（０．７２ｍｇ）のＨｇとともに封入されている。

また、ＳｃＩ_３の封入密度は、最小値１．９〜最大値６．３ｍｇ/ｍｌまでの８種類で、Ｘｅガスの封入圧は、適正な初特性を得るために必要な閾値（０．６ＭＰａ以上）より高い０．７８ＭＰａに設定されている。

そして、８種類の仕様の異なるアークチューブのうち、ＳｃＩ_３の封入密度が１．９〜４．７ｍｇ/ｍｌまでの６種類のアークチューブが本発明の第２の実施例に相当する。

図６は第３の実施例（実験例３）のアークチューブを示し、（ａ）は第３の実施例（実験例３）のアークチューブの構成を示す図、（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図である。

密閉ガラス球１２は、最大内径ｄが２．６mmで、その内容積は０．０２３ｍｌで、電極間距離は、３．８mmに設定されている。ガラス球１２内には、総重量０．２ｍｇのＮａＩ，ＳｃＩ_３が６５：３５（重量％）の比率で、わずかな量（０．７２ｍｇ）のＨｇとともに封入されている。Ｘｅガスの封入圧は、適正な初特性を得るために必要な閾値（０．６ＭＰａ以上）より高い０．７８ＭＰａに設定されている。

また、ＳｃＩ_３の封入密度は、３．０と３．５ｍｇ/ｍｌの２種類で、いずれの仕様のアークチューブも本発明の第３の実施例に相当する。

図７は第４の実施例（実験例４）のアークチューブを示し、（ａ）は第４の実施例（実験例４）のアークチューブの構成を示す図、（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図である。

密閉ガラス球１２は、最大内径ｄが２．７mmで、その内容積は０．０２４ｍｌで、電極間距離は、３．８mmに設定されている。ガラス球１２内には、総重量０．２ｍｇのＮａＩ，ＳｃＩ_３が６５：３５（重量％）の比率で、わずかな量（０．７２ｍｇ）のＨｇとともに封入されている。Ｘｅガスの封入圧は、適正な初特性を得るために必要な閾値（０．６ＭＰａ以上）より高い０．７８ＭＰａに設定されており、ＳｃＩ_３の封入密度は２．９ｍｇ/ｍｌである。

図８は第５の実施例（実験例５）のアークチューブ（水銀フリーアークチューブ）を示し、（ａ）は第５の実施例（実験例５）のアークチューブの構成を示す図、（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図である。

密閉ガラス球１２は、最大内径ｄが２．５mmで、その内容積は０．０２０ｍｌで、電極間距離は、３．８mmに設定されている。ガラス球１２内には、総重量０．２〜０．４ｍｇのＮａＩ，ＳｃＩ_３，ＩｎＩ，ＳｎＩ_２が６０：３２：２：６（重量％）の比率で封入されている。ＩｎＩおよびＳｎＩ_２はＨｇに代わる緩衝物質として作用する。

また、Ｘｅガスの封入圧は、適正な初特性を得るために必要な閾値（０．６ＭＰａ以上）より高い１．０ＭＰａまたは１．１ＭＰａに設定され、ＳｃＩ_３の封入密度は３．２，４．８，６．４ｍｇ/ｍｌの３種類で、ＳｃＩ_３の封入密度が３．２ｍｇ/ｍｌの１種類のアークチューブだけが本発明の第５の実施例に相当する。

図９は第６の実施例（実験例６）のアークチューブ（水銀フリーアークチューブ）を示し、（ａ）は第６の実施例（実験例６）のアークチューブの構成を示す図、（ｂ）は同アークチューブの評価試験結果を示す図である。

密閉ガラス球１２は、最大内径ｄが２．５mmで、その内容積は０．０２０ｍｌで、電極間距離は、３．８mmに設定されている。ガラス球１２内には、総重量０．２〜０．４ｍｇのＮａＩ，ＳｃＩ_３，ＩｎＩ，ＺｎＩ_２が５７．５：２７：０．５：１５（重量％）と６２．５：２７：１．５：９（重量％）の比率で封入されている。ＩｎＩおよびＺｎＩ_２はＨｇに代わる緩衝物質として作用する。

また、Ｘｅガスの封入圧は、適正な初特性を得るために必要な閾値（０．６ＭＰａ以上）より高い１．０ＭＰａまたは１．１ＭＰａに設定され、ＳｃＩ_３の封入密度は２．７、４．１、５．４ｍｇ/ｍｌで、６種類の仕様の異なるアークチューブのうち、ＳｃＩ_３の封入密度が２．７ｍｇ/ｍｌと４．１ｍｇ/ｍｌである５種類の仕様のアークチューブが本発明の第６の実施例に相当する。

また、図１〜９に示す、第１実施例（実験例１）〜第６の実施例（実験例６）のアークチューブを用いた寿命評価試験のデータに基づいてフリッカーの発生の有無等を調べたところ、ＳｃＩ_３の封入密度とフリッカーの発生率（電極間距離）とは図１０（１１）に示すような相関関係があり、ＳｃＩ_３の封入密度が４．７ｍｇ/ｍｌを超えるとフリッカーの発生率が急激に増加し、ＳｃＩ_３の封入密度が高くフリッカーの発生率が高い場合ほど、電極先端部の変形や損傷が激しい（電極間距離が拡がっている）ことが確認された。なお、図１０における符号Ｌ１は、Ｘｅガスの封入圧が０．７８ＭＰａである第２〜第４の実施例の場合の特性直線を、符号Ｌ２は、Ｘｅガスの封入圧が１．０または１．１ＭＰａである第５，第６の実施例の場合の特性直線を示している。

即ち、フリッカーの発生率を低下させるには、ＳｃＩ_３の封入密度を低くすればよく、４．７ｍｇ/ｍｌ以下にすれば、フリッカーは全く発生しない。

また、ＳｃＩ_３の封入密度と発光効率（ルーメン／Ｗ）間には、図１２に示すような相関関係の存在が確認され、自動車用灯具（例えばヘッドランプ）用の光源としては、少なくとも７５ルーメン／Ｗの発光効率が必要であることから、ＳｃＩ_３の封入密度の下限を１．２５ｍｇ/ｍｌにすればよい。

このように、放電ランプ装置用アークチューブの初特性（管電圧、光束、光束立ち上がり）を満足するには、Ｘｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上であることが望ましい。また、Ｘｅガスの封入圧を高圧（０．６ＭＰａ以上）にすることで発生の危惧されるフリッカーについては、ＳｃＩ_３の封入密度を４．７ｍｇ/ｍｌ以下にすることで抑制できるとともに、ＳｃＩ_３の封入密度を１．２５ｍｇ/ｍｌ以上にすることで、自動車用灯具として要求される効率（７５ルーメン／Ｗ以上）も確保できる。

そして、前記した本発明の第１〜第６のいずれの実施例においても、Ｘｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上で、ＳｃＩ_３の封入密度が１．２５〜４．７０ｍｇ/ｍｌの範囲に設定されているので、適切な初特性が得られフリッカーの発生しない高効率の自動車用ヘッドランプ用光源として最適なアークチューブが得られる。

図１３は本発明をセラミックス製アークチューブに適用した第２の実施の形態を示すもので、第２の実施の形態である放電ランプ装置用セラミックス製アークチューブの要部縦断面図である。

アークチューブ２０の前後端部からは、密閉チャンバーである密閉空間Ｓ内に突出する電極１６と電気的に接続されたリード線１８が導出し、リード線１８に紫外線遮蔽用のシュラウドガラス３０がシール（封着）されることで、両者（アークチューブ２０とシュラウドガラス３０）が一体化されている。

アークチューブ２０は、直円筒体形状の透光性セラミックス管２２の両端部が封着されて、セラミックス管２２内部の密閉空間Ｓに電極１６，１６が対設されかつ発光物質である金属ハロゲン化物等が始動用希ガス（Ｘｅガス）とともに封入されたアークチューブで、セラミックス管２２の前後の封着部にリード線１８がそれぞれ接合されて、同軸状に延びている。

符号２４は、アークチューブ２０（セラミックス管２２）の両端開口部を封着するとともに、電極１６を固定保持するために用いられているモリブデンパイプ、符号２５は、セラミックス管２２とモリブデンパイプ２４とを接合してセラミックス管２２の両端開口部を封止するメタライズ層である。

電極１６は、先端側のタングステン部分１６ａと、基端側のモリブデン部分１６ｂとが溶接により同軸状に接合一体化されており、このモリブデン部分１６ｂがモリブデンパイプ２４に溶接されることで、電極１６がモリブデンパイプ２４を介してセラミックス管２２に固定されている。符号２６はレーザ溶接部である。そして、セラミックス管２２の前後端に突出するモリブデンパイプ２４には、モリブデン製リード線１８の先端屈曲部１８ａが溶接により固定されて、リード線１８と電極１６とが同一軸上に配置されている。

即ち、セラミックス管２２の両端部には、メタライズ接合によりモリブデンパイプ２４が接合固定されるとともに、このパイプ２４に電極１６のモリブデン部分１６ｂが溶接されて、セラミックス管２２の封着部２３が構成されている。したがって、セラミックス管２２の封着部２３とは、モリブデンパイプ２４を介して封止されたセラミックス管２２の端部をいい、詳しくは、モリブデンパイプ２４，レーザ溶接部２６およびメタライズ層２５をいう。

また、セラミックス管２２は、外径２．０〜４．０ｍｍ、長さ８．０〜１２．０ｍｍで、封着部２３，２３で挟まれた密閉空間Ｓの内容積が５０μｌ以下の非常にコンパクトに構成されて、耐熱性および耐久性が確保されるとともに、アークチューブ２０（発光管２２）全体がほぼ均一に発光するように構成されている。

また、前記した第１の実施の形態の場合と同様、アークチューブが水銀入り仕様の場合には、密閉空間Ｓ内に、金属ハロゲン化物（ＮａＩ，ＳｃＩ_３）の他にわずかなＨｇがＸｅガスとともに封入されており、アークチューブが水銀フリー仕様の場合には、密閉空間Ｓ内に、金属ハロゲン化物（ＮａＩ，ＳｃＩ_３）の他に金属ハロゲン化物ＩｎＩ，ＳｎＩ_２またはＩｎＩ，ＺｎＩ_２がＸｅガスとともに封入されている。

即ち、セラミックス製アークチューブ２０（セラミック管２２）におけるフリッカー発生のメカニズムは、前記した（１）〜（３）式で示す石英ガラス製アークチューブにおけるフリッカー発生のメカニズム（反応式）の中で、石英ガラス（ＳｉＯ_２）に代わってセラミック管２２を構成するセラミックス（Ａｌ_２Ｏ_３）が反応する式として説明できる。

そして、石英ガラス製アークチューブの場合と同様に失透現象が起こり、低融点合金（ＡｌＷｎ）が生成されたり、トリアドープタングステン電極では、トリア（ＴｈＯ_２）が消失して、電極の変形（電極間距離の拡大）、再点弧電圧の上昇、バラスト制御不能により、フリッカーが発生するので、このセラミックス製アークチューブの場合にも、第１の実施の形態（石英ガラス製アークチューブ）の場合と同様に、ＳｃＩ_３の封入密度とＸｅガスの封入圧を調整することによって、適切な初特性を得るとともにフリッカーの発生を抑制することができる。

そして、このセラミックス製アークチューブが水銀フリーか否かのいずれの仕様の場合においても、前記した第１の実施の形態の場合と同様、ＳｃＩ_３の封入密度は１．２５〜４．７０ｍｇ/ｍｌの範囲に設定されるとともに、Ｘｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上に設定されて、適切な初特性が得られ、かつフリッカーの発生しない高効率の自動車用ヘッドランプ用光源として最適なセラミックス製アークチューブが構成されている。

本発明の第１の実施の形態である放電ランプ装置用石英ガラス製アークチューブの縦断面図である。第１の実施例（実験例１）のアークチューブの構成を示す図である。Ｘｅガスの封入圧と初特性との関係を調べる評価試験結果を表で示す図である。同評価試験結果をグラフで示す図である。（ａ）第２の実施例（実験例２）のアークチューブの構成を示す図である。（ｂ）同アークチューブの評価試験結果を示す図である。（ａ）第３の実施例（実験例３）のアークチューブの構成を示す図である。（ｂ）同アークチューブの評価試験結果を示す図である。（ａ）第４の実施例（実験例４）のアークチューブの構成を示す図である。（ｂ）同アークチューブの評価試験結果を示す図である。（ａ）第５の実施例（実験例５）のアークチューブの構成を示す図である。（ｂ）同アークチューブの評価試験結果を示す図である。（ａ）第６の実施例（実験例６）のアークチューブの構成を示す図である。（ｂ）同アークチューブの評価試験結果を示す図である。第１〜６の実施例のアークチューブにおけるＳｃＩ_３封入密度とフリッカー発生率との関係を示す図である。同アークチューブにおけるＳｃＩ_３封入密度と電極間距離との関係を示す図である。同アークチューブにおけるＳｃＩ_３封入密度と発光効率（ルーメン/Ｗ）との関係を示す図である。本発明の第２の実施の形態である放電ランプ装置用セラミックス製アークチューブの要部縦断面図である。従来の放電ランプ装置の縦断面図である。特許文献１のアークチューブの構成と初特性を示す図である。

符号の説明

１０石英ガラス製アークチューブ
１２密閉チャンバーである密閉ガラス球
Ｓ密閉チャンバーである密閉空間
１３ピンチシール部
１４、１６電極
１７モリブデン箔
１８リード線
２０セラミックス製アークチューブ
２２セラミックス管
２３封着部
２４モリブデンパイプ

Claims

少なくともＮａおよびＳｃを含む金属ハロゲン化物が、希ガスであるＸｅガスとともに封入され、かつ電極が対設された内容積５０μｌ以下の密閉チャンバーを備えた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブにおいて、
前記密閉チャンバーには、水銀に代わる緩衝物質としてＩｎハロゲン化物が封入され、
前記Ｘｅガスの封入圧が０．６ＭＰａ以上で、前記Ｓｃハロゲン化物の封入密度が１．２５〜４．７０ｍｇ/ｍｌの範囲に構成され、
前記電極は、トリアドープタングステンで構成され、前記金属ハロゲン化物に対する前記Ｉｎハロゲン化物の封入量が０．５〜２．０重量％とされたことを特徴とする放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。