CN103748657B - 车辆用的无汞金属卤化物灯及金属卤化物灯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的车辆用的无汞金属卤化物灯包括：气密容器(1)，具备：在内部具有放电空间(111)的发光部(11)；金属卤化物(2)及稀有气体，封入至放电空间(111)内；以及一对电极(32)，前端部在放电空间(111)内对向设置，电极(32)及放电空间(111)不含有钍，在将稳定点灯时供给至灯的功率设为P(W)，灯起动后1秒到40秒为止供给至灯的功率的累计值设为WL(W)，电极(32)的直径设为D(mm)时，P(W)满足20≤P≤30，WL／D(W／mm)满足4300≤WL／D≤7400。由此，提供能够抑制闪烁及电极变形、功率比以前低且不含有钍等放射性物质的车辆用的无汞金属卤化物灯。

Description

车辆用的无汞金属卤化物灯及金属卤化物灯装置
技术领域
本发明的实施方式涉及一种用于汽车等车辆的前照灯的无汞金属卤化物灯及金属卤化物灯装置。
背景技术
目前，在车辆的前照灯中，使用短弧(short-arc)高压放电型的金属卤化物灯。金属卤化物灯为如下结构，即，在封入了金属卤化物或稀有气体的发光管的内部对向设置着一对电极。
该金属卤化物灯中，为了抑制闪烁，而有时使用放射性物质。例如，将钍(thorium)作为金属卤化物而封入至放电空间中、或将氧化钍混合于电极中。然而，因钍为对环境有害的物质，所以不期望加以使用，从而要求不使用钍的所谓无钍化(thorium-free)。而且，最近，也要求省功率化，并提出灯功率从以前的35W降低到25W的低功率的灯。
可知对于如所述般用于车辆的灯而言，要求低功率且无钍的灯，此种灯中，因不使用钍，而不仅容易发生闪烁，且电极容易变形。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-86742号公报
专利文献2：日本专利特表2010-541129号公报
专利文献3：日本专利特表2010-521771号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明所欲解决的课题在于：提供一种能够抑制闪烁及电极变形、功率比以前低、且不含有钍等放射性物质的车辆用的无汞金属卤化物灯。
解决问题的技术手段
为了达成所述课题，实施方式的无汞金属卤化物灯包括：气密容器，具备：在内部具有放电空间的发光部；金属卤化物及稀有气体，封入至所述放电空间内；以及一对电极，前端部在所述放电空间内对向设置，所述电极及所述放电空间不含有钍，在将稳定点灯时供给至灯的功率设为P(W)，灯起动后1秒到40秒为止供给至灯的功率的累计值设为WL(W)，所述电极的直径设为D(mm)时，P(W)满足20≤P≤30，WL／D(W／mm)满足4300≤WL/D≤7400。
附图说明
图1是用以对第一实施方式的金属卤化物灯进行说明的图。
图2是用以对第一实施方式的金属卤化物灯的剖面进行说明的图。
图3是用以对从第一实施方式的金属卤化物灯的灯起动到50秒为止的灯功率的变化进行说明的图。
图4是用以对WL／D与闪烁OK概率进行说明的图。
图5是用以对WL／D与40秒以内电极中产生束点的概率进行说明的图。
图6是用以对电极的其他形状进行说明的图。
[符号的说明]
1：内管
2：金属卤化物
3：电极安装座
4：套筒
5：外管
6：灯座
11：发光部
12：密封部
13：边界部
14：圆筒部
31：金属箔
32：电极
33：线圈
34：引线
35：支承线
51：密闭空间
71：金属带
72：舌片
81：底部端子
82：侧部端子
111：放电空间
D：电极32的直径
R：发光部的内径
T：发光部的壁厚
具体实施方式
(第一实施方式)
参照图1及图2对第一实施方式进行说明。图1是用以对本发明的第一实施方式的金属卤化物灯进行说明的图，图2是用以对第一实施方式的金属卤化物灯的剖面进行说明的图。
本实施方式的金属卤化物灯可用作汽车等的前照灯用的光源，且具备内管1作为气密容器。内管1为细长形状，在其中央附近形成着大致椭圆形的发光部11。连续地在发光部11的两端形成着由收缩封头(pinchseal)形成的板状的密封部12、且在该密封部12的两端隔着边界部13而形成着圆筒部14。作为该内管1，理想的是，例如，包含石英玻璃等具备耐热性及透光性的材料。而且，密封部12是由收缩密封(shrinkseal)而形成，由此，也可为圆柱状的形状。
在发光部11的内部，形成着：中央为大致圆柱状、且朝向两端成锥(taper)状的放电空间111。放电空间111封入有金属卤化物2及稀有气体。
金属卤化物2包含：碘化钠(sodiumiodide)、碘化钪(scandiumiodide)、碘化锌(zinciodide)、三溴化铟(indiumbromide)。然而，不含有作为放射性物质的钍的卤化物等。为了将灯电压设为优选的数值等，金属卤化物2的总封入量设为0.1mg～0.3mg。另外，该金属卤化物2的组合不限于此，也可追加锡(tin)的卤化物、铯(cesium)的卤化物等。
稀有气体使用氙气(xenon)。该稀有气体的压力为12atm～15atm。另外，作为稀有气体，也可在将氙气与氖气、氩气、氪气等加以组合而成的混合气体中加以使用。
此处，本实施方式的灯为：无汞金属卤化物灯。该“无汞(mercuryfree)”是指实质性地不含汞的含义。本说明书中的“实质性地不含汞”不限于汞的封入量为0mg的情况，应解释为包括如下情况的含义，即：以与现有的有汞的金属卤化物灯相比、而等于几乎未封入的程度的量，例如，封入：每1m1小于2mg，优选1mg以下的汞量。
在形成于发光部11的两侧的密封部12中，分别封接电极安装座(mount)3。电极安装座3包含：金属箔31、电极32、线圈33及引线34。
金属箔31例如为包含钼(molybdenum)的薄板状的构件。
电极32例如为包含微量地掺杂了铝、矽、钾的钨(tungsten)，即所谓的掺杂钨的棒状的构件。其一端以载置于金属箔31的发光部11侧的端部的形态而焊接，另一端向放电空间111内突出，且以保持规定距离而彼此的前端部之间相向的方式对向设置。直径D例如为0.25mm。在为汽车前照灯的用途的情况下，在通过外管5而进行观察时，优选在3.7mm～4.4mm的范围内定位电极32之间的前端间的距离。
线圈33例如为包含掺杂钨的金属线，且绕着封接在密封部12的电极32的轴部的轴圆周、而呈螺旋状地卷绕安装着。
引线34例如为包含钼的金属线。引线34的一端以载置于距离发光部11为远端侧的金属箔31的端部的形态而连接着，另一端与管轴大致平行地延伸到内管1的外部为止。在灯的前端侧，也就是从灯座(socket)6向远端侧延伸的引线34上，例如利用激光焊接而连接着包含镍的L字状的支承线(supportwire)35的一端。在该支承线35上的与内管1平行延伸的部位，例如装配着包含陶瓷的套筒(sleeve)4。
在所述构成的内管1的外侧，以覆盖发光部11的方式将筒状的外管5设置成与内管1为大致同心状。所述内外管的连接是通过将外管5的端部分别焊接在内管1的圆筒部14的附近来进行。在内管1与外管5之间形成的密闭空间51内封入着气体。该气体中可使用能够进行电介质阻挡放电(barrierdischarge)的气体，例如可使用选自氖气、氩气、氙气、及氮气中的一种气体或混合气体。气体的压力理想的是0.3atm以下，尤其理想的是0.1atm以下。另外，作为外管5，理想的是包含：热膨胀系数与内管1接近且具有紫外线遮蔽性的材料，例如可使用添加了钛(titanium)、铈(cerium)、铝(aluminum)等的氧化物的石英玻璃。
在连接着外管5的内管1的一端连接着灯座6。它们的连接通过如下所述来进行，即：在外管5的外周面装配着金属带71，利用从灯座6突出形成的金属制的舌片72来握持住该金属带71。而且，在灯座6的底部形成着底部端子81，在侧部形成着侧部端子82，底部端子81与侧部端子82上分别连接着引线34与支承线35。
包含所述构件的金属卤化物灯是：以底部端子81成为高压侧、侧部端子82成为低压侧的方式与点灯电路(未图示)连接，且以起动时灯功率(供给至灯的功率)P为55W、稳定点灯时为P＝25W的方式点灯。
图3表示从本实施方式的金属卤化物灯的起动到50秒为止的灯功率的变化。该图是对灯与点灯电路间的电流和电压进行测定，并换算为功率所得。该图中，将从灯起动后1秒到40秒为止的灯功率、以1秒间隔进行累计所得的值WL(＝W1s+W2s+W3s+...+W40s)可算出为1472W。另外，因为灯起动后，1秒内是对灯施加10kV以上的高压脉冲而被绝缘击穿的时间，所以WL的累计中未加以考虑。在电极的直径D为0.25mm的情况下，该灯的WL／D为5888W／mm。该灯中不会发生闪烁或电极变形，从而放电稳定。另一方面，确认在WL／D＝4000W／mm的灯(比较例1)中发生闪烁，在WL／D＝8000W／mm的灯(比较例2)中电极大幅变形。
比较例1的灯中，初期发生闪烁是因为：电极中未能稳定地形成作为电弧的起点的束点(spot)。比较例1为灯功率的累计值WL小、而电极的直径D大的情况，因而存在电极温度降低的倾向。如果电极温度低则即便形成束点，电子射出性也低，因而束点不稳定。因此，由于束点的移动，而发生闪烁。
比较例2的灯中，电极大幅变形是因为电极的熔融。比较例2为灯功率的累计值WL大、而电极的直径D小的情况，因而存在电极温度变高的倾向。然而，如果电极温度过高则难以产生束点。未产生该束点的状态下，因电极温度维持为高温，所以如果长时间地持续则会对电极造成负担，从而电极发生热变形。
发明人根据所述结果而进行了进一步的研究后发现：如果在灯起动后20秒～30秒内产生束点则不会有问题，但在即便超过40秒也未形成束点的情况下则会对电极造成大负担，且为了稳定地形成束点，重要的是起动后灯功率下降时的电极温度。对于用以稳定形成束点的温度而言，距离电极前端部为直径D的地点的放射温度计测量的电极温度为2000℃左右，如果为1800℃则容易产生不稳定的束点，如果为2250℃则40秒以内难以产生束点。
因此，考虑到重要的是灯起动时的灯功率的变化与电极温度，对灯起动后1秒到40秒为止的灯功率的累计值WL与电极的直径D的关系式，及使WL／D变化时的束点与闪烁的发生进行试验。将结果表示于图4、图5中。图4是用以对WL／D与闪烁OK概率进行说明的图，图5是用以对WL／D与40秒以内电极中产生束点的概率进行说明的图。试验的灯盏数为20盏。
根据图4、图5可知，如果WL／D为4300W／mm以上，则可大幅地抑制闪烁的发生；如果WL／D为7400W／mm以下，则在灯起动后经过40秒之前、能够在电极中高概率地产生束点，因而可抑制电极的变形。因此，WL／D(W／mm)为4300≤WL／D≤7400即可，如果WL／D(W／mm)为4900≤WL／D≤6700，则可获得更高的效果。
另外，关于WL／D，尤其是灯起动后1秒到40秒为止的灯功率的累计值WL，可利用灯功率的下降方法来进行调整。也就是，如图3所示，在起动时，供给比额定功率下点灯的稳定时高的功率，根据使该功率降低的比例或时间(timing)来增减WL。具体来说是，灯功率下降＝发光管温度变高、金属卤化物充分蒸发，因而，根据发光部11或金属卤化物2的设计而WL，的值发生变化。例如，在欲减小WL的值的情况下，减小发光部11的内径或壁厚或内容积，或改变金属卤化物2的封入比率，或增加总封入量即可。另外，也可利用点灯电路来调整使功率降低的时间或比例，来增减WL。其中，从光束的上升或灯寿命的观点考虑，对于起动时或稳定时的灯功率而言，理想的是分别在起动时设定为50W～60W的范围，稳定时设定为20W～30W的范围。另外，理想的是，将WL在1200W～1600W的范围内、D在0.22mm～0.30mm的范围内进行调整。理想的是，发光部1的管轴方向的大致中央部分的内径R为1.5mm～2.3mm，发光部1的管轴方向的大致中央部分的壁厚T为1.2mm～1.8mm，发光部1的内容积为15mm3～23mm3，金属卤化物2的总封入量为0.05mg～0.25mg(0.0025mg／mm3～0.0125mg／mm3)。最佳为，发光部1的内径R为1.8mm～2.2mm，发光部1的壁厚T为1.4mm～1.7mm，发光部1的内容积为17mm3～21mm3，金属卤化物2的总封入量为0.10mg～0.20mg(0.005mg／mm3～0.010mg／mm3)。
第一实施方式中，在将灯起动后1秒到40秒为止供给至灯的功率的累计值设为WL(W)，电极32的直径设为D(mm)时，WL／D(W／mm)满足4300≤WL／D≤7400，优选为满足4900≤WL／D≤6700，由此，即便为不含有汞、电极32及放电空间111中不含有钍、且稳定点灯时以20W～30W的低功率点灯的灯，也可抑制闪烁及电极变形。
本发明并不限定于所述实施方式，可进行各种变形。
例如，金属卤化物灯可以是与起动点灯电路一体构成的灯，或与起动点灯电路及稳定点灯电路一体构成的灯等。
电极32的形状为例如图6所示的、前端的直径比基端的直径大的台阶状，也可为前端直径大的球状，一方的电极直径与另一方的电极直径可为不同的形状。另外，在如图6那样前端与基端的直径不同的电极形状的情况下，将基端侧，也就是轴部分的直径设为D(mm)。而且，电极材料可为纯钨、铼钨(rheniumtungsten)等，总之，只要为不含有作为放射性物质的氧化钍等的电极即可。
已对本发明的几个实施方式进行了说明，但所述实施方式作为示例而提示，并不意图限定发明的范围。所述新颖的实施方式能够以其他各种形态来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可进行各种省略、置换及变更。所述实施方式或其变形包含于发明的范围或主旨内，并且包含于权利要求中记载的发明及其等同的范围内。

Claims (8)

1.一种车辆用的无汞金属卤化物灯，其特征在于包括：
气密容器，具备：在内部具有放电空间的发光部；
金属卤化物及稀有气体，封入至所述放电空间内；以及
一对电极，前端部在所述放电空间内对向设置，
所述电极及所述放电空间不含有钍，
在将稳定点灯时供给至灯的功率设为P(W)，灯起动后1秒到40秒为止供给至灯的功率的累计值设为WL(W)，所述电极的直径设为D(mm)时，
P(W)满足20≤P≤30，
WL/D(W/mm)满足4300≤WL/D≤7400，
在灯起动时所施加的功率，高于稳定点灯时所施加的功率。
2.根据权利要求1所述的车辆用的无汞金属卤化物灯，其特征在于：
所述WL/D(W/mm)满足4900≤WL/D≤6700。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用的无汞金属卤化物灯，其特征在于：
所述WL为1200W～1600W，所述D为0.22mm～0.30mm。
4.根据权利要求1或2所述的车辆用的无汞金属卤化物灯，其特征在于：
所述发光部的内径R为1.5mm～2.3mm，所述发光部的壁厚T为1.2mm～1.8mm，所述发光部的内容积为15mm3～23mm3，所述金属卤化物的总封入量为0.05mg～0.25mg。
5.根据权利要求3所述的车辆用的无汞金属卤化物灯，其特征在于：
所述发光部的内径R为1.5mm～2.3mm，所述发光部的壁厚T为1.2mm～1.8mm，所述发光部的内容积为15mm3～23mm3，所述金属卤化物的总封入量为0.05mg～0.25mg。
6.根据权利要求1或2所述的车辆用的无汞金属卤化物灯，其特征在于：
所述发光部的内径R为1.8mm～2.2mm，所述发光部的壁厚T为1.4mm～1.7mm，所述发光部的内容积为17mm3～21mm3，所述金属卤化物的总封入量为0.10mg～0.20mg。
7.根据权利要求3所述的车辆用的无汞金属卤化物灯，其特征在于：
所述发光部的内径R为1.8mm～2.2mm，所述发光部的壁厚T为1.4mm～1.7mm，所述发光部的内容积为17mm3～21mm3，所述金属卤化物的总封入量为0.10mg～0.20mg。
8.一种金属卤化物灯装置，其特征在于包括：
根据权利要求1至7中任一项所述的车辆用的无汞金属卤化物灯；以及
点灯电路，对所述车辆用的无汞金属卤化物灯，起动时供给50W～60W的功率，稳定时供给20W～30W的功率。
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