JP2006302780A - 自動車用放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 クラックリークの発生を抑制する。
【解決手段】本発明の自動車用放電ランプは、気密容器１の発光管部１１の内部に形成された放電空間１３に放電媒体が封入され、発光管部１１の両端には第１、第２の封止部１２１、１２２が形成されており、第１、第２の封止部１２１、１２２には、電極３１、３２、外部リード線５１、５２が接続された金属箔２１、２２が封着されている。気密容器１には、外管７がその両端の第１、第２の溶着部７１、７２を第１、第２の封止部１２１、１２２に溶着することで接続されており、その第２の溶着部７２は、金属箔２２端部から０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の距離に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の前照灯等に使用される放電ランプに関するものである。

自動車用放電ランプは、気密容器の内部に放電のための放電媒体が封入され、その両端に形成された封止部に、電極および外部リード線をそれぞれ両端に溶接によって接続した金属箔を封止し、電極は気密容器内の放電空間内で対向して配置される構造とするのが一般的である。さらに、自動車前照灯等に使用する場合は、その外側に外管が取り付けられ、２重管の構造となる。

そして、この放電ランプの中で、比較的高い負荷がかけられる水銀を用いないメタルハライドランプ等では、金属箔と外部リード線の溶接部分付近の封止部でリークが発生することが知られている。（例えば、特許文献１）
上記特許文献１では、外部リード線の封着金属箔への溶接部と気密容器の包囲部および封止部の境界との間の距離が５〜２５ｍｍであることにより、気密容器の最高温度が５００℃以上になっても、外管の端部を封着金属箔に対向する位置の封止部に支持させているので、溶接部が冷却されやすくなり、封止部にクラックやリークが生じにくくなると記載されている。

特開２００４−２５３３６２号公報（第１２頁、図５〜７）

発明者等は、封止部に発生するクラックによるリーク（以後、クラックリーク）を抑制するために、さまざまな実験を行った結果、外管の溶接部の位置と封止部等の温度とは大きく関連しており、特に溶接部の発光部側で最も温度が高くなり、クラックリークの発生に影響することを発見した。なお、この発見によると、上記特許文献１では、金属箔と電極との溶接部が高温になってしまい、その部分付近でクラックリークが起こってしまう恐れがある。

本発明の目的は、クラックリークの発生を抑制した自動車用放電ランプを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の自動車用放電ランプは、放電媒体が封入される放電空間を内部に形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された第１および第２の封止部とを有する透光性の気密容器と、前記封止部の内部に封着された金属箔と、一端は前記金属箔に接続され、他端は前記放電空間内で対向配置された一対の電極と、一端は前記金属箔に接続され、他端は前記気密容器の外部に導出された外部リード線と、前記発光管部を少なくとも包囲するとともに、前記第１および第２の封止部にそれぞれ溶着固定される第１および第２の溶着部を有する外管と、前記第１の封止部側を固定するソケットとを具備し、前記第２の溶着部は、前記外部リード線接続側の前記金属箔端部から前記ソケットに対して反対方向に、０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の距離に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、クラックリークの発生を抑制することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態の自動車用放電ランプについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の自動車用放電ランプの第１の実施の形態について説明するための全体図、図２は本発明の気密容器と外管について説明するための図である。

気密容器１は、例えば、耐火性で透光性の石英ガラスからなり、中央部に位置し、軸方向の形状が略楕円形の発光管部１１と、その両端部に位置する板状の第１の封止部１２１、第２の封止部１２２とで構成されている。発光管部１１の内部には、軸方向の形状が略円筒状で、内容積は０．１ｃｃ以下、自動車用としては特に０．０１ｃｃ〜０．０３ｃｃ程度である放電空間１３が形成されている。その放電空間１３には、放電媒体として金属ハロゲン化物のヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、および希ガスのキセノンが封入されている。

封入された放電媒体について説明すると、ヨウ化ナトリウムに含有されている金属ナトリウムおよびヨウ化スカンジウムに含有されている金属スカンジウムは、主に発光金属として作用し、ヨウ化亜鉛に含まれている金属亜鉛は、主に水銀に代わるランプ電圧形成媒体として作用する。これらの金属には、他のハロゲン化物よりも反応性が低いヨウ素と結合されているが、その他に臭素や塩素などを使用したり、複数のハロゲン化物を組み合わせて使用したりしてもよい。キセノンは、始動直後の発光効率が高いため、主に始動ガスとして作用する。

なお、放電空間１３には、本質的に水銀は含まれていない。この「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないか、または１ｃｃあたり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀量が存在していても許容するという意味である。この量は、従来のショートアーク形の水銀入りメタルハライドランプに封入されていた１ｃｃあたり２０〜４０ｍｇの水銀量（場合によっては５０ｍｇ以上封入されることもある）と比較すれば、本実施の形態の自動車用放電ランプで許容する２ｍｇ未満の水銀量は圧倒的に少なく、本質的に水銀が含まれないと言えるからである。

第１、第２の封止部１２１、１２２の内部には、例えば、モリブデンからなる金属箔２１、２２が、その平坦面がそれぞれの封止面と平行するように封止されている。金属箔２１、２２の一端には、例えば、タングステンに酸化トリウムを混合し形成されたトリエーテッドタングステン電極３１、３２がその基端側にコイル４１、４２が巻回された状態で、抵抗溶接によって接続されている。なお、電極３１、３２は、先端側が基端側よりも大径に形成された段付きの形状となっており、その大径の先端側は、放電空間１３内で所定の電極間距離を保って、互いの先端同士が対向するように配置されている。ここで、上記「所定の電極間距離」は、ショートアーク形ランプでは５ｍｍ以下が好適であり、さらに自動車の前照灯に使用する場合は４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。

金属箔２１、２２の他端には、例えば、モリブデンからなる外部リード線５１、５２の一端が抵抗溶接等により接続されている。外部リード線５１、５２の他端側は、第１、第２の封止部１２１、１２２の外部に延出しており、第２の封止部１２２の外部方向に延出した外部リード線５２には、例えば、ニッケルからなるＬ字状に形成された給電端子５３の一端が接続されている。そして、給電端子５３の一部には、外部リード線５２部分の電位が影響を与えないように、セラミック等からなる絶縁チューブ６が被覆されている。

これらを備えた気密容器１の外側には、例えば、石英ガラスに酸化アルミナや酸化チタンを添加することにより透光性かつ紫外線遮断性を有するように形成された筒状の外管７が、その長手方向に沿って気密容器１の全体を覆うように設けられている。この外管７の長手方向の端部には、第１の溶着部７１、第２の溶着部７２が形成されており、第２の溶着部７２は、外部リード線５２接続側の金属箔２２端部からソケット９に対して反対方向に０．５ｍｍ以上、２．０以下の位置で、第２の封止部１２２と溶着されている。第１、第２の溶着部７１、７２により、気密に保たれた外管７の内部空間には、例えば、アルゴンや窒素等の不活性ガスが封入されている。

気密容器１を内部に覆った状態の外管７の外周面には、外管固定具８１が取り付けられる。そして、第１の封止部１２１と側機械的に接続されるソケット９に取着された係止具８２により、外管固定具８１を係止することで外管７がソケット９に固定される。このソケット９の端部には、点灯回路からの電力を供給するための金属端子９１がその外周面に沿って形成されており、金属端子９１は外部リード線５２に給電端子５３を介して電気的に接続されている。また、図示していないが、外部リード線５１側と電気的に接続される他方の端子は、ソケット９の底部部分に形成されている。

なお、外管７の回転防止等、機械的な固定力を高める目的で、外管固定具８１と外管７、および、外管固定具８１と係止具８２のそれぞれの接触部分に、梨地加工などを行なうことにより、粗面を形成しても良い。

これらで構成された自動車用放電ランプは、安定時は約３５Ｗ、始動時は光束の立ち上がりを早めるために安定時の２倍程度の電力の約７５Ｗで点灯される。

図３は、図１の自動車用放電ランプの仕様等について説明するための拡大図である。放電空間１２の体積は０．０３ｃｃ、発光管部１１の内径Ａは２．６ｍｍ、外径Ｂは６．３ｍｍ、長手方向の最大長Ｃは７．８ｍｍ、電極間距離Ｄは４．２ｍｍ、発光管部１１と外管７とが最も接近する部分間の距離は０．３５ｍｍである。電極３１、３２の大径部３１１、３２１の直径は０．３８ｍｍ、小径部３１２、３２２の直径は０．３０ｍｍ、外部リード線５１、５２の直径は０．４０ｍｍである。発光管部１１には、放電媒体として金属ハロゲン化物であるヨウ化スカンジウム−ヨウ化ナトリウム−ヨウ化亜鉛が０．５ｍｇと希ガスであるキセノンが１１ａｔｍそれぞれ封入されており、水銀は一切含まれていない。また、発光管部１１の最大直径部と外管７との距離は０．３５ｍｍであり、気密容器１と外管７により形成されている空間には、不活性ガスのアルゴンが０．７ａｔｍ封入されている。

図２のランプ仕様において、金属箔端部から第２の溶着部までの距離Ｅが２．０ｍｍのときの点灯中の外部リード線の温度を測定した。外部リード線５２の温度測定地点は、金属箔２２との溶接部分Ｘ、第２の封着部７２の発光管部１１側Ｙ、第２の封着部７２の発光管部１１の反対側Ｚの３点とした。

測定の結果は、通常であれば、点灯中に最も温度が高くなる発光管部１１に近いほど温度が高くなっていると予想されたが、測定地点Ｙ、Ｘ、Ｚの順で温度が高くなっていることがわかった。

このような結果になった原因を推測する。まず、測定地点Ｘ、ＹとＺとを比較すれば、外管７内外の雰囲気の違いにより、外管７の内部にあるＸ、Ｙの方が、温度が高くなるものと推測できる。また、測定地点ＸとＹを比較すれば、通常では、最も温度が高くなる発光管部１１に近いＸの方が高くなると予想される（図中のａのような伝熱）が、実際には、ＸよりもＹの方が温度が高かったことから、発光管部１１からの距離ではなく、溶着部７２までの距離が最も温度上昇に関係すると推測できる。なお、溶着部７２までの距離によって温度が上昇する原因は、発光管部１１で発生した熱が外管７の内側等を介して流動し、溶着部７２に到達したためではないかと考えられる（図中のｂのような伝熱）。したがって、外管７の内部、かつ溶着部７２に近接していた測定地点Ｙでは、他の部分よりも温度が高くなったのではないかと結論される。

上記知見から溶着部７２の溶着位置に注目し、その溶着位置を変化させたランプを作り、温度測定の実験を行なった。図４は、図１のランプ仕様において、金属箔端部から溶着部までの距離Ｅと、金属箔に溶接された外部リード線部分の温度との関係を説明するための図、図５は、図１のランプ仕様において、金属箔端部から溶着部までの距離Ｅと、金属箔と外部リード線の溶接部付近の封止部のクラックリーク発生率との関係を説明するための図である。なお、図４における外部リード線の温度の計測には、熱電対を使用した。

図４では、金属箔２２の端部から外管７の第２の封着部７２までの距離Ｅ＝０ｍｍの場合は、温度が約４６０℃で最も高く、距離Ｅが長くなるにつれて温度は低下しているのがわかる。特に、０ｍｍ≦Ｅ≦０．５ｍｍでは、急激な温度低下が見られ、６０℃近く温度が低下している。

図５においても、Ｅ≦２．０ｍｍでは、図４に示した温度低下に比例してクラックリーク発生率が低下し、０．５ｍｍ≦Ｅ≦２．０ｍｍでは０％を維持している。しかし、Ｅ＞２．０ｍｍになると、点灯中の温度は低くなっているにもかかわらず、クラックリーク発生率は増加する傾向が見られる。このＥ＞２．０ｍｍのランプでのクラックリークは、ランプ始動直後、またはランプ点灯状態から消灯に転じたときに発生していることが判明した。このことから、金属箔２２の端部から外管７の第２の封着部７２までの距離が離れすぎると、ランプ消灯直後の外部リード線５２と第２の封止部１２２との間に急激な温度変化が発生、すなわち、それらの熱膨張差が大きくなってしまうため、クラックリークが増加したと考えられる。

以上から、第２の封止部１２２のクラックリークを防止するためには、金属箔２２端部から第２の溶着部までの距離Ｅを、０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であるのが好適である。

本実施の形態では、放電空間１２に本質的に水銀を含まない自動車用放電ランプにおいて、第２の溶着部７２を、外部リード線５２接続側の金属箔２２端部からソケット９の反対方向に、０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の距離に形成することで、金属箔２２と外部リード線５２の接続部付近におけるクラックリークを防止することができる。

本発明の自動車用放電ランプの第１の実施の形態について説明するための全体図。 本発明の気密容器と外管について説明するための。 図１の自動車用放電ランプの仕様等について説明するための拡大図。 図１のランプ仕様において、金属箔端部から溶着部までの距離Ｅと、金属箔に溶接された外部リード線部分の温度との関係を説明するための図。 図１のランプ仕様において、金属箔端部から溶着部までの距離Ｅと、金属箔と外部リード線の溶接部付近のクラックリーク発生率の関係を説明するための図。

符号の説明

１ 気密容器
１１ 発光管部
１２ 放電空間
１３１、１３２ 第１、第２の封止部
２１、２２ 金属箔
３１、３２ 電極
４１、４２ コイル
５１、５２ 外部リード線
５３ 給電端子
６ 絶縁チューブ
７ 外管
７１、７２ 第１、第２の溶着部
８１ 外管固定具
８２ 係止具
９ ソケット

Claims (2)

1. 放電媒体が封入される放電空間を内部に形成する発光管部、該発光管部の両端に形成された第１および第２の封止部とを有する透光性の気密容器と、
   前記封止部の内部に封着された金属箔と、
   一端は前記金属箔に接続され、他端は前記放電空間内で対向配置された一対の電極と、
   一端は前記金属箔に接続され、他端は前記気密容器の外部に導出された外部リード線と、
   前記発光管部を少なくとも包囲するとともに、前記第１および第２の封止部にそれぞれ溶着固定される第１および第２の溶着部を有する外管と、
   前記第１の封止部側を固定するソケットとを具備し、
   前記第２の溶着部は、前記外部リード線接続側の前記金属箔端部から前記ソケットに対して反対方向に、０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の距離に形成されていることを特徴とする自動車用放電ランプ。
2. 前記発光管部と前記外管との間の空間には、不活性ガスが封入されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用放電ランプ。
   
   
   

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