DISCHARGE LAMP AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME

　以下で説明する実施形態に係る放電ランプは、発光部１１と、シール部１２と、電極マウント３を有する。発光部１１は、内部に金属ハロゲン化物が封入された放電空間１１１を有する。シール部１２は、発光部１１の端部に形成されている。電極マウント３は、表裏に位置する第１の面３１１と第２の面３１２を有する金属箔３１と、金属箔３１と接続された電極３２とを有する。第１の面３１１と電極３２の少なくとも一部が重なり合うように溶接痕３６が形成されている。溶接痕３６は、第２の面３１２側から見たときに電極３２の軸方向に長い楕円形状であり、軸方向の第１長さＬ１と軸方向と直交する方向の第２長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が１．０８≦Ｌ１／Ｌ２≦１．５６の関係である。

　また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプは、第２長さＬ２と、電極３２の直径Ｗとの比Ｌ２／Ｗが０．３≦Ｌ２／Ｗ≦０．９の関係である。

　また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプは、電極３２の直径Ｗは、０．２ｍｍ～０．４ｍｍである。

　また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプは、溶接痕３６は、金属箔３１側から電極３２の内部に延伸するように形成されており、かつ中心線が第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜している。

　以下で説明する実施形態に係る放電ランプの製造方法は、第１の面３１１と電極３２の少なくとも一部が重なり合うように、金属箔３１と電極３２を配置する。そののち、第２の面３１２側から重なり合った部分に、金属箔３１の垂線方向に対して傾斜した光軸でレーザを照射して、電極３２の軸方向の第１長さＬ１と軸方向と直交する方向の第２長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が１．０８≦Ｌ１／Ｌ２≦１．５６の関係となる溶接痕３６を形成するように、金属箔３１と電極３２とを溶接する。

　〔第１の実施形態〕
　図１および図２を参照して、第１の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態の放電ランプを示す図である。図２は、第１の実施形態の放電ランプを示す断面図である。図３は、第１の実施形態の放電ランプの金属箔を第２の面側から見たときの状態を示す図である。

　本実施形態の放電ランプは、自動車前照灯用のヘッドランプに用いられるメタルハライドランプであり、気密容器として内管１を備えている。内管１は細長い形状であり、その中央付近には略楕円形の発光部１１が形成されている。発光部１１の両端には、ピンチシールにより形成された板状のシール部１２、その両端には境界部１３を介して円筒部１４が連続形成されている。この内管１としては、例えば石英ガラスなどの耐熱性と透光性を具備した材料で構成されるのが望ましい。また、シール部１２はシュリンクシールにより形成されることにより円柱状の形状であってもよい。

　発光部１１の内部には、中央が略円柱状で、両端に向かってテーパ状となっている放電空間１１１が形成されている。放電空間１１１には、金属ハロゲン化物２および希ガスが封入されている。金属ハロゲン化物２は、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、臭化インジウムで構成されている。なお、この金属ハロゲン化物２の組合せはこれに限らず、スズ、セシウムのハロゲン化物を追加するなどしてもよい。

　希ガスは、キセノンが使用されている。この希ガスの圧力は、１２ａｔｍ～１８ａｔｍ、望ましくは１３ａｔｍ～１６ａｔｍである。なお、希ガスとしてはキセノンとネオン、アルゴン、クリプトンなどを組み合わせた混合ガスで使用することもできる。

　ここで、本実施形態のランプは、水銀フリー放電ランプである。この「水銀フリー」とは、水銀を実質的に含んでいないという意味である。

　発光部１１の両側に形成されたシール部１２には、それぞれ電極マウント３が封着されている。電極マウント３は、金属箔３１、電極３２、コイル３３およびリード線３４により構成されている。

　金属箔３１は、例えば、モリブデンからなる薄板状の部材であり、表裏に平坦な第１の面３１１と第２の面３１２を備えている。その平坦面の短手方向の両端は、徐々に厚みが薄くなるナイフエッジ形状になっている。本実施形態では、電極３２が接続される側の第１の面３１１と第２の面３１２の半面（ただし、端部および電極３２との重ね合わせ部分は除く）には、粗面３１３が形成されている。図４は、図３に示した範囲Ａを示す拡大図である。この粗面３１３は、図４に示すように、複数の円形状の凹部３１３１からなるものである。凹部３１３１は例えば、直径は１８μｍ、深さは３μｍである非貫通の半円状の凹みであり、ＹＡＧレーザを照射することで形成することができる。

　電極３２は、例えばタングステンに酸化トリウムをドープした、いわゆるトリエーテッドタングステンからなる棒状の部材である。その一端は金属箔３１の発光部１１側の端部に接続され、他端は放電空間１１１内に突出し、所定の距離を保って互いの先端部同士が対向するように対設されている。直径Ｗは、０．２ｍｍ～０．４ｍｍである。ここで、直径Ｗが０．２ｍｍ未満であると、点灯時の電極３２の温度が高くなって、放電空間１１１への電極物質の飛散（スパッタリング）が増加するので、点灯中の光束維持率が低下し、寿命特性が悪くなる。また、直径Ｗが０．４ｍｍを超えると、内管１と電極３２との封着部の歪（応力）が増加するため、放電ランプ製造時や点灯中などに内管１の割れが発生し、不点灯の要因の一つとなる可能性がある。本実施形態は、直径Ｗは、例えば０．３８ｍｍである。なお、自動車前照灯の用途の場合には、電極３２同士の先端間の距離を、外管５を通して観察したときに３．７ｍｍ～４．４ｍｍの範囲に位置決めするのが好ましい。

　コイル３３は、例えば、ドープタングステンからなる金属線であって、シール部１２に封着される電極３２の軸部の軸周りに螺旋状に巻装されている。

　リード線３４は、例えば、モリブデンからなる金属線である。リード線３４の一端は、発光部１１から電極接続側に対して反対側の金属箔３１の端部に接続されており、他端は内管１の外部まで管軸に略平行に延出されている。ランプの前端側、すなわちソケット６から遠位側に延出されたリード線３４には、例えば、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３５の一端がレーザ溶接により接続されている。このサポートワイヤ３５には、内管１と平行に延在する部位に、例えば、セラミックからなるスリーブ４が装着されている。

　上記で構成された内管１の外側には、発光部１１を覆うように筒状の外管５が内管１とほぼ同心状に設けられている。これら内外管の接続は、内管１の円筒部１４付近に外管５の端部をそれぞれ溶着することにより行なわれている。内管１と外管５との間に形成された閉空間５１には、ガスが封入されている。このガスには、誘電体バリア放電可能なガス、例えばネオン、アルゴン、キセノン、窒素から選択された一種のガスまたは混合ガスを使用することができる。ガスの圧力は０．３ａｔｍ以下、特に０．１ａｔｍ以下であるのが望ましい。なお、外管５としては、内管１に熱膨張係数が近く、かつ紫外線遮断性を有する材料で構成するのが望ましく、例えば、チタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を添加した石英ガラスを使用することができる。

　外管５が接続された内管１の一端には、ソケット６が接続されている。これらの接続は、外管５の外周面に金属バンド７１を装着し、その金属バンド７１をソケット６から４本突出形成させた金属製の舌片７２で把持することで行なっている。また、ソケット６の底部には底部端子８１、側部には側部端子８２が形成されており、底部端子８１と側部端子８２には、それぞれリード線３４とサポートワイヤ３５が接続されている。

　これらで構成された放電ランプ（箔シールランプ）は、底部端子８１が高圧側、側部端子８２が低圧側になるように点灯回路（図示なし）と接続され、本実施形態では、始動時はランプ電力が７５Ｗ、安定点灯時は３５Ｗとなるように点灯される。

　ここで、金属箔３１と電極３２の接続について説明する。金属箔３１と電極３２は、第１の面３１１と電極３２の少なくとも一部が重なり合うように配置された状態で、本実施形態では、２箇所溶接されている。図５は、第１の実施形態の電極マウントを示す断面図である。図５に示すように、溶接により重なり合った部分には、金属箔３１側から電極３２の内部に延伸するような形状の溶接痕３６、および凹部３７がそれぞれ溶接箇所に形成されている。各溶接痕３６は、略楕円錐状である。第２の面３１２側から見たときの形状は、図４に示すように、電極３２の軸方向に長い楕円形状である。ここで、楕円形状は、軸方向の第１長さＬ１が軸方向と直交する方向の第２長さＬ２よりも長く、外郭線が曲線で構成されていればよく、楕円形状のみならず略楕円形状も含むものである。各溶接痕３６は、第１長さＬ１と第２長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が下記の式（１）の関係に形成されている。
　１．０８≦Ｌ１／Ｌ２≦１．５６　　　　　　　　　…（１）

　図６は、第１の実施形態の放電ランプの接合外れ発生率とＬ１／Ｌ２との関係を示す図である。図６に示すように、接合外れ発生率（％）は、溶接痕３６の比Ｌ１／Ｌ２が１．００と１．０８との間で大きく変化する。溶接痕３６が比Ｌ１／Ｌ２が１．００以下（第２の面３１２側から見たときの形状が円および電極３２の軸方向と直交する方向に長い楕円形状）では、比Ｌ１／Ｌ２が１．０８と比較して、接合外れ発生率が急増する（同図では、約９倍程度）。従って、各溶接痕３６の比Ｌ１／Ｌ２を１．０８以上とすることで、１．００未満と比較して接合外れを著しく抑制することができる。同様に、接合外れ発生率（％）は、溶接痕３６の比Ｌ１／Ｌ２が１．５６と１．６４との間で大きく変化する。溶接痕３６が比Ｌ１／Ｌ２が１．６４以上（第２の面３１２側から見たときの形状が電極３２の軸方向と直交する方向よりも軸方向にかなり長い楕円形状）では、比Ｌ１／Ｌ２が１．５６（第１長さＬ１が第２長さＬ２の約１．５倍）と比較して、接合外れ発生率が急増する（同図では、約６倍程度）。従って、各溶接痕３６の比Ｌ１／Ｌ２を１．５６以下とすることで、１．６４以上と比較して接合外れを著しく抑制することができる。本実施形態では、比Ｌ１／Ｌ２が１．３２（第１長さＬ１＝３３０μｍ、第２長さＬ２＝２５０μｍ）であるが、比Ｌ１／Ｌ２は、１．１６～１．４８であることがさらに好ましい。

　また、各溶接痕３６は、第２長さＬ２と電極３２の直径Ｗの比Ｌ２／Ｗが下記の式（２）の関係に形成されている。ここで、比Ｌ２／Ｗが０．３未満であると、溶接強度が弱くなり、接合外れ等の不良率が高くなる。また、比Ｌ２／Ｗが０．９を超えると電極３２と金属箔３１との間に隙間が発生する状態で溶接されるため、溶接時の加熱で金属箔３１のみが溶融して孔あきなどの不良が発生する。本実施形態は、比Ｌ２／Ｗは、例えば０．６６である。
　０．３≦Ｌ２／Ｗ≦０．９　　　　　　　　　　　　…（２）

　各溶接痕３６の金属箔３１の短手方向に沿う断面における形状は、図５（ａ）に示すように、それぞれ中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’（溶接痕３６の電極３２の最も内部に位置する頂点付近を通り、溶接痕３６の面積を略二分する線）が第２の面３１２の垂線方向に対して略平行（平行を含む）となる略三角形状である。また、各溶接痕３６の金属箔３１の長手方向に沿う断面における形状は、図５（ｂ）に示すように、それぞれ中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２の垂線方向に対して略平行となる略三角形状になっている。つまり、その傾斜角α１，α２は、本実施形態では例えば０°となっている。なお、金属箔３１とリード線３４も同様の構造をしている。

　次に、金属箔３１と電極３２の溶接方法について説明する。図７は、第１の実施形態の電極マウントの一製造方法を示す図である。図８は、第１の実施形態の電極マウントのレーザ照射を示す説明図である。まず、図７に示すように、電極３２およびリード線３４が溝９１１に嵌るように、治具９１に配置する。次に、電極３２およびリード線３４の一部に第１の面３１１が重複するように金属箔３１を配置したのち、第２の面３１２の四隅に抑え部材９２を配置して金属箔３１を固定する。そして、図８に示すように、ＹＡＧレーザ照射装置のレーザ照射部９３で、金属箔３１と電極３２の重ね合わせ部分に、第２の面３１２側からレーザを照射する。レーザ照射部９３は、各溶接箇所（各溶接痕３６が形成される位置）における光軸Ｄ１－Ｄ１’，Ｄ２－Ｄ２’が、図８（ａ）に示すように、金属箔３１の長手方向から見た場合に第２の面３１２の垂線方向に対して略平行とし、図８（ｂ）に示すように、金属箔３１の短手方向から見た場合に第２の面３１２の垂線方向に対して略平行として、レーザを照射する。その光軸傾斜角β１，β２は、本実施形態では例えば０°となっている。このレーザ照射工程を、位置を変えて複数回、本実施形態では２回行い、金属箔３１と電極３２の重ね合わせ部分に２つ溶接痕３６を形成する。ここで、レーザ照射部９３は、レーザの照射範囲を円形状のみならず楕円形状に変更することができ、溶接痕３６の比Ｌ１／Ｌ２が上記式１の関係となるような照射範囲で、金属箔３１と電極３２の重ね合わせ部分に、第２の面３１２側からレーザを照射することとなる。

　また、各溶接痕３６は、中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜してもよい。図９は、電極マウントの他の例を示す図である。例えば、各溶接痕３６の金属箔３１の短手方向に沿う断面における形状は、図９（ａ）に示すように、それぞれ中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２と略直交する略三角形状である。また、各溶接痕３６の金属箔３１の長手方向に沿う断面における形状は、図９（ｂ）に示すように、それぞれ中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜した略三角形状になっている。上述した各溶接痕３６の中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２の垂線方向に対して略平行の場合と比較して接合強度を向上できる。その傾斜角α１，α２は、例えばそれぞれ３５°となっている。なお、傾斜角α１，α２は、接合強度をさらに向上させるために、１０°～５０°が好適である。また、凹部３７の頂点は、溶接痕３６が傾いた方向とは反対の方向に偏在している。ここで、中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜して各溶接痕３６を形成する場合は、金属箔３１の長手方向から見た場合に第２の面３１２と略直交し、金属箔３１の短手方向から見た場合に第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜するように、レーザを照射する。その光軸傾斜角β１，β２は、例えば３５°となっている。なお、光軸傾斜角β１，β２は、接合強度をさらに向上させるために、１０°～５０°が好適である。なお、レーザ照射部９３によるレーザの照射範囲が円形状の場合において、各溶接痕３６の比Ｌ１／Ｌ２は、各溶接箇所における光軸Ｄ１－Ｄ１’，Ｄ２－Ｄ２’の第２の面３１２の垂線方向に対する傾斜度合いに応じて変化する。従って、各加工箇所における光軸Ｄ１－Ｄ１’，Ｄ２－Ｄ２’は、比Ｌ１／Ｌ２が上記式１の関係となるように決定されることになる。

　このように、金属箔３１と電極３２の重ね合わせ部分にレーザを斜めに照射することにより、第２の面３１２側から見た溶接痕３６の形状が楕円形状になるため、同じ径のレーザを用い、第２の面３１２に対して垂直にレーザを照射する場合（従来方法）に形成される円形の溶接痕と比較して、サイズが大きくなる。サイズが大きくなると、電極３２と溶接痕３６の接触面積が大きくなるため、金属箔３１と電極３２の接合強度を強化することができる。

　なお、従来方法で金属箔３１と電極３２の接合強度を強化したい場合、一般的にはレーザの出力を上げる方法が用いられてきた。この方法の場合、電極に与えるダメージが大きくなり、電極の結晶粗大化や脆化を引き起こしてしまう。また、電極３２内部における溶接痕３６の高さｈが高くなりすぎることを起因とする電極折れが発生するおそれがある。また、レーザの照射径を大きくする方法もあるが、使用可能なレーザの照射径は電極の直径に依存するため、場合によってはレーザの照射径を大きくすることはできない。これに対して、本実施形態の方法は、レーザの出力を上げることなく、上記のような問題の発生を抑制しつつ、金属箔３１と電極３２の接合強度を強化することができる。

　第１の実施形態においては、金属箔３１と電極３２の重なり合った部分に、第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜させた状態で、第２の面３１２側からその重なり合った部分にレーザを照射して溶接する。これにより、その重なり合った部分に、第２の面３１２側から見たときの形状は楕円形状で、第２の面３１２の垂線方向に対して中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が傾斜している溶接痕３６を形成することができる。そのため、レーザの出力を上げることなく、金属箔３１と電極３２の接合強度を強化することができる。

　本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

　例えば、金属箔３１の材料としては、モリブデンに限らず、レニウムモリブデン、タングステン、レニウムタングステンなどで構成しても本発明の効果を得ることができ、材料に限定されない。また、表面に薄膜や層を形成したものであってもよい。

　電極３２の形状は、先端の径を基端の径よりも大きくした段付き状であるもの、先端が径大の球状であるもの、一方の電極径と他方の電極径が異なる形状であってもよい。また、電極材料は、純タングステン、タングステンにアルミニウム、珪素、カリウムを微量にドープしたドープタングステン、タングステンにレニウムをドープしたレニウムタングステンなどであってもよい。

　図１０は、電極マウントの他の例を示す図である。各溶接痕３６の金属箔３１の短手方向に沿う断面における形状は、図１０（ａ）に示すように、それぞれ中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２の垂線方向に対して傾斜した形状にしてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、溶接痕３６１の金属箔３１の長手方向に沿う断面における形状を中心線Ｂ１－Ｂ１’が第２の面３１２の垂線方向に対して発光部１１側に傾斜した形状とし、溶接痕３６２の金属箔３１の長手方向に沿う断面における形状を中心線Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２の垂線方向に対してリード線３４側に傾斜した形状としてもよい。この形状では、溶接痕３６１，３６２が電極３２をホールドするため、さらに接合外れを抑制することができる。

　また、各溶接痕３６の金属箔３１の短手方向に沿う断面における形状は、それぞれ中心線Ｂ１－Ｂ１’，Ｂ２－Ｂ２’が第２の面３１２の垂線方向を挟んで交差するように傾斜した形状にしてもよい。また、各溶接痕３６の金属箔３１の長手方向に沿う断面における形状は、傾斜角α１，α２が異なっていてもよい。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。