JP2007128791A - 放電ランプおよび放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パルスリークの発生を防止することにより、始動時の信頼性を向上させる。
【解決手段】
内部に金属ハロゲン化物および希ガスが少なくとも封入された発光管部１１、その両端に形成された封止部１２ａ、１２ｂ、非封止部１３ａ、１３ｂとを有する透光性のガラス材料からなる気密容器１と、両端に電極２ａ２、２ｂ２、リード線２ａ３、２ｂ３が接続され、封止部１２ａ、１２ｂに封着された金属箔２ａ１、２ｂ２と、気密容器１の両端に接続された外管４と、収容部５１を有し、収容部５１に気密容器１の端部を収容するとともに、外管４の外周に接続された金属バンド６１を介して、外管４を固定する絶縁性のソケット５とを具備する放電ランプＤＬにおいて、ソケット５には発光管部１１方向に突出し、かつリード線２ａ３、２ｂ３を内部に挿通させるとともに、沿面距離を長く確保するための突出部５２が形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車前照灯等に使用される放電ランプおよび主に放電ランプと始動器とが一体の形態で使用される放電ランプ装置に関するものである。

従来技術として、両端のピンチシール部に挟まれた密閉ガラス球内に電極が対設され、主発光用金属ハロゲン化物および始動用希ガスが封入された、水銀を含まない放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブであって、前記始動用希ガスの封入圧が８〜２０気圧に設定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の発明がある。この発明に見られるように、水銀を用いないメタルハライドランプでは、従来の水銀入りのメタルハライドランプの特性に近づけるために、キセノンなどの希ガスを比較的高い封入圧力で放電空間に封入する必要がある。（例えば、特許文献１）
特開２００３−１６８３９１号公報

しかしながら、特許文献１のような放電ランプにおいて、発光管内部の電極間において絶縁破壊が発生せず、ランプが点灯しないという問題が生じている。この問題について追求したところ、発光管をソケットに接続するための金属製の留め金において、電極間に印加されるはずの始動パルスがリークして、パルスリークが発生していることが原因であることがわかった。

しかし、自動車の前照灯等、振動や衝撃に対して耐えられる程度の十分な固定強度を必要とする用途に使用する場合には、バネ性、成形性等に優れた金属製の留め金を使う必要がある。そこで、金属製の留め金を使用しつつ、パルスリークの発生を防止するための試験を行なった結果、パルスリークの発生経路となる沿面距離を長く確保する構成を採用すれば良いことを見出し、提案するに至った。

ここで、特開平９−１８０６８０号公報には、従来使用されていた金属製導体を用いないようにすることで、高電圧パルスによる放電ランプの口金の絶縁破壊等を防止するための発明が開示されている。つまり、この発明は、金属製導体を用いないで発光管を口金に固定するために非封止部の内外周面がソケットと当接するように構成したものであり、本発明とは技術思想が異なる発明である。また、この発明のように、非封止部の内外周面がソケットと当接するように構成することは、製造上、困難である。

本発明は、上記のような課題に鑑みたもので、その目的は、パルスリークの発生を防止することにより、始動時の信頼性を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明の放電ランプは、内部に金属ハロゲン化物および希ガスが少なくとも封入された発光管部、前記発光管部の両端に形成された封止部、前記封止部に連接して形成された非封止部とを有する透光性のガラス材料からなる気密容器と、前記封止部に封着され、一端に前記放電空間内で対向配置される電極、他端に前記非封止部方向に延出されるリード線が接続された金属箔と、前記気密容器の両端に接続された外管と、収容部を有し、前記収容部に前記気密容器の端部を収容するとともに、前記外管の外周に接続された金属バンドを介して、前記外管を固定する絶縁性のソケットとを具備する放電ランプにおいて、前記ソケットには前記発光管部方向に突出し、かつ前記リード線を内部に挿通させるとともに、沿面距離を確保するための突出部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、パルスリークの発生を防止することにより、始動時の信頼性を向上させることができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態のランプ装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明のランプ装置の第１の実施の形態について説明するための全体図である。

本実施の形態のランプ装置は、放電ランプＤＬと始動器ＩＧとからなる。

放電ランプＤＬの主要部を構成する気密容器１は、ランプ点灯中の高温化でも十分耐えることができる耐熱性と、発生した光が極力少ない損失で透過することができる透光性を具備した材料である石英ガラスからなり、細長形状をしている。気密容器１の管軸方向の略中央部には軸方向が長径である略楕円形の発光管部１１が形成されている。発光管部１１の両端部には、一対の平坦なピンチ面、厚み部分に相当する一対の側面とを有する板状の封止部１２ａ、１２ｂが形成され、さらにその端部には円筒状の非封止部１３ｂ、１３ｂが形成されている。これらの各部は、同一材料で連続的に構成されている。

発光管部１１の内部には、軸方向の形状において、中央部は略円筒状、その両端部はテーパ状の放電空間１４が形成されている。この放電空間１４の容積は、特に自動車用として用途を指定する場合には、１０μｌ〜４０μｌであるのが好適である。

放電空間１４には、金属ハロゲン化物および希ガスとからなる放電媒体が封入される。金属ハロゲン化物としては、主に可視光を発生させる発光媒体として作用するナトリウム、スカンジウムのハロゲン化物、ランプ電圧形成媒体として作用する亜鉛のハロゲン化物が封入されている。また、点灯中の発光色度の改善などを目的としてインジウムのハロゲン化物がさらに封入されている。これらの金属に結合されるハロゲン化物には、ハロゲン化物の中で反応性が低いヨウ素を選択するのが最も好適である。ただし、結合されるハロゲン化物はヨウ素に限定されるものではなく、臭素、塩素、または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。

希ガスとしては、始動直後の発光効率が高く、主に始動用ガスとして作用するキセノンが封入されている。なお、キセノンの圧力は常温（２５℃）において５ａｔｍ以上、さらに好適には１０〜１５ａｔｍであるのが望ましい。また、希ガスとしては、キセノンの他に、ネオン、アルゴン、クリプトンなどを使用することができるほか、それらを組み合わせて使用してもよい。

ここで、放電空間１４には、水銀は本質的に含まれていない構成としている。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１ｍｌ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ものとする。この上記に規定した水銀量は、従来のショートアーク形の水銀入り放電ランプに封入されていた水銀量が１ｍｌあたり２０〜４０ｍｇ、場合によっては５０ｍｇ以上であったことを考えれば、本実施の形態の放電ランプＤＬで許容する２ｍｇ未満の水銀量は圧倒的に少ないため、本質的に水銀が含まれないと言える。

封止部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント２ａ、２ｂが封着されている。マウント２ａ、２ｂは、金属箔２ａ１、２ｂ１、電極２ａ２、２ｂ２、リード線２ａ３、２ｂ３からなる。

金属箔２ａ１、２ｂ１はモリブデンからなり、その平坦面が封止部１２ａ、１２ｂのピンチ面と平行するように封止されている。

電極２ａ２、２ｂ２はタングステンを主体に酸化トリウムがドープされた材料からなり、一端は金属箔２ａ１、２ｂ１の発光管部１１側の端部にレーザー溶接によって接続されている。電極２ａ２、２ｂ２の他端は、放電空間１４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」については、ショートアーク形ランプでは５ｍｍ以下、自動車の前照灯に使用する場合はさらに４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。なお、この電極２ａ２、２ｂ２の形状は、先端側が基端側よりも大径に形成された段付き形状となっている。

リード線２ａ３、２ｂ３はモリブデンからなり、一端が発光管部１１に対して反対側の金属箔２ａ１、２ｂ１の端部にレーザー溶接によって接続されている。リード線２ａ３、２ｂ３の他端は、封止部１２ａ、１２ｂから管軸に沿って外部に延出している。また、外部に延出したリード線２ｂ３には、Ｌ字金属線２ｃの一端が接続されている。リード線２ｂ３の他端は、リード線２ａ３方向、かつ管軸と平行に延出されている。そして、管軸と平行するＬ字金属線２ｃの大部分には、セラミックからなる絶縁スリーブ３が被覆されている。

上記で構成された気密容器１の外側には、管軸に沿って気密容器１の大部分を覆うように筒状の外管４が設けられている。これらの接続は、非封止部１３ａ、１３ｂの外側端に外管４の両端部を溶着することによって行なわれている。なお、この外管４は、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム、カリウム、バリウム等の酸化物を少なくとも一種、または複数添加することにより、透光性かつ紫外線遮断性を有している。

気密容器１と外管４とにより密閉された空間には、水分の含有量が少ないドライエアーが封入されている。なお、この空間には、窒素を封入したり、ネオン、クリプトン、アルゴン、キセノン等の希ガスを一種または混合して封入したりすることもできる。

気密容器１の非封止部１３ａ側には、耐熱性かつ耐絶縁性のＰＰＳ樹脂からなるソケット５が接続される。なお、気密容器１とソケット５との接続は、外管４の外周に装着された金属バンド６１を、ソケット５に形成、延出された４本の金属製の舌片６２、６３、６４（図１では、そのうちの３本を図示）により挟持し、さらにそれらの金属同士をレーザーで溶接することによって行なわれている。

ソケット５の構造について、図２を参照して詳しく説明する。図２は放電ランプの断面図である。

ソケット５には、気密容器１を保持する側に非封止部１３ａ側の気密容器１の端部を収容する収容部５１が形成されている。そして、収容部５１には、ソケット５の底部側から、発光管部１１の方向に向かって突出部５２が延長形成されている。なお、突出部５２の側面と非封止部１３ａの内面は接触していない。また、突出部５２には、リード線２ａ３が挿入される穴部５３が形成されている。一方、穴部５３から少し離れた位置には、絶縁スリーブ３およびＬ字金属線２ｃが挿入される穴部５４が形成されている。なお、穴部５３、５４の発光管部１１側には、リード線２ａ３、Ｌ字金属線２ｃを挿入しやすいように漏斗状に形成されている。

始動器ＩＧは、ソケット５と同じ材料であるＰＰＳ樹脂からなり、直方体形状の本体部分と外部の点灯回路に接続される端子部分とで構成されている。始動器ＩＧの内部には、放電ランプＤＬの電極２ａ２、２ｂ２間において、始動時に絶縁破壊を行なうための高電圧を発生させるための昇圧素子が内蔵されている。昇圧素子は、具体的には、トランス、コンデンサ、抵抗、ギャップ等で構成されるものであり、それらは端子によって接続される。一方、始動器ＩＧの一の面には、放電ランプＤＬのソケット５の裏面側の形状がほぼ勘合する形状に形成されており、放電ランプＤＬのソケット５と溶着、接着等によって接続され、一体化される。

上記のような放電ランプ装置の放電ランプＤＬの仕様の一例を挙げる。

放電容器１：石英ガラス製、放電空間１４の容積＝２５μｌ、内径＝２．５ｍｍ、外径＝６．２ｍｍ、長手方向の最大長＝８．０ｍｍ、
放電媒体：ヨウ化ナトリウム＝０．２７ｍｇ、ヨウ化スカンジウム＝０．０８５ｍｇ、ヨウ化亜鉛＝０．２７ｍｇ、臭化インジウム＝０．０００５４ｍｇ、金属ハロゲン化物の合計０．５ｍｇ、キセノン＝１０ａｔｍ、水銀＝０ｍｇ
電極２ａ１、２ｂ１：酸化トリウムをドープしたタングステン材料、先端径＝０．３８ｍｍ、基端径＝０．３０ｍｍ、電極間距離Ｄ＝４．２ｍｍ
リード線２ａ３、２ｂ３、Ｌ字金属線２ｃ：直径０．５ｍｍ
突出部５２：直径２．０ｍｍ、穴部５３の直径０．８ｍｍ、突出長Ｘ＝７．０ｍｍ
収容部５１に収容される気密容器１の長さＹ＝５．０ｍｍ
非封止部２ａ３内面と突出部５２外面との距離Ｚ＝０．２５ｍｍ
図３は、突出長Ｘを変化させたときのパルスリーク発生電圧について説明するための図である。なお、この試験では、自動車に使用される放電ランプは、不測の事態においても点灯しなければならないという点から、ランプが振動、衝撃によって絶縁スリーブ３が折れたり欠けたりしたことを想定して、絶縁スリーブ３を除いた状態で試験を行なっている。そして、図３は、ある突出長Ｘにおいて、リード線２ａ３、Ｌ字金属線２ｃにパルス電圧を１５ｋＶ、１６ｋＶ、１７ｋＶ・・・のように段階的に電圧を上げて供給し、リード線２ａ３、Ｌ字金属線２ｃ間でパルスリークが発生したときの電圧を示したものである。

結果から、突出長Ｘの値が大きくなると、パルスリーク発生電圧が高くなることがわかる。これはすなわち、突出長Ｘが長くなるほど、始動時の点灯の信頼性が向上していることを意味している。

ここで、パルスリークの発生メカニズムについて図４を参照して説明する。図４は、突出部付近の拡大図である。

パルスリークは、非封止部１３ａのソケット５側の端部に最も近接している露出したリード線２ａ３部分を起点として発生すると考えられる。（図４においてはＡの地点）地点Ａからリークしたパルスは、非封止部１３ａの内面に沿ってソケット５の方向に移動し、気密容器１の端部を回りこんで金属バンド６１の下端部であるＢの地点に到達する。そして、Ｌ字金属線２ｃ部分との間で放電が発生し、パルスリークが発生する。

そもそも、上記に説明したようなパルスリークは、電極間で放電が開始するための絶縁破壊電圧よりも、パルスリーク発生電圧の方が低い場合に発生する。つまり、放電ランプの始動では、通常、電極間で絶縁破壊が発生すれば、それ以上高い始動電圧が印加されないように制御されるため、先に電極間で放電が開始されると、パルスリークは発生しない。したがって、パルスリーク発生電圧が絶縁破壊電圧に対して十分に高い電圧になるように構成することができれば、パルスリークの発生を防止することができるということになる。

ここで、パルスリーク発生電圧は、図３の結果より、突出長Ｘを長くすれば高くすることができる。この突出長Ｘの値を変化させることは、図４に示す地点Ａ〜地点Ｂ間の沿面距離を変化させることを意味している。すなわち、パルスリーク発生電圧は、パルスリークの起点から終点までの沿面距離が直接的に効いていることがわかる。これは絶縁距離が増えたために得られる効果である。図３の結果では、突出長Ｘが１ｍｍ、つまり沿面距離が１ｍｍ長くなることにより、パルスリーク発生電圧が約１ｋＶ高くなっていることが伺える。

本実施の形態のように、ランプ装置の形態で使用される放電ランプＤＬにおいて、始動器ＩＧの小型化を図ろうとすれば、始動器ＩＧ側に放電ランプＤＬが挿入される場所が削られ、ソケット５の収容部５１の空間体積が必然的に小さくなってしまう。これにより、収容部５１に収容される気密容器１の長さＹが最大で７．０ｍｍ以下と短くなる構成となり、沿面距離が短くなってしまう。このような構成では、突出部５２のような特別な構成を付加して、沿面距離を長く確保することが最も望ましい。そして、図２のように、突出部５２を形成した場合、水銀を封入しない放電ランプにおける平均的な絶縁破壊電圧である１８ｋＶ前後に対し、パルスリーク発生電圧が２０ｋＶ以上の十分に高い電圧となる３．０ｍｍ以上であることが好適であり、さらに好適には、パルスリーク発生電圧を高く維持することができる傾向のある７．０ｍｍ以上であることが望ましい。なお、この突出長Ｘについては、特に上限はないが、長すぎるとリード線２ａ３を突出部５２の穴部５３に導入することが困難になってしまう。したがって、突出長Ｘは１３．０ｍｍ以下であることがさらに望ましい。

ここで、本実施の形態では、突出部５２の側面と非封止部１３ａの内面との間には隙間が形成されている。この非封止部１３ａは、高温となる発光管部１１から距離的に離れているが点灯時には約２３５℃にもなり、ソケットに使用されているＰＰＳ樹脂の融点である約２６０℃に近づいてしまう。したがって、それらが接触している場合には、その熱により突出部５２が溶けて突出長Ｘが変化したり、劣化して絶縁性が低下したりすることがある。つまり、突出部５２の側面と非封止部１３ａの内面との間に隙間を形成することで、隙間が溶融等を防ぐための断熱層として作用する。この断熱作用を得るためには、隙間の幅Ｚは０．２ｍｍ以上であることが好適である。ただし、隙間を大きくすると、突出部５２の壁厚を薄くする必要性が生じてしまう。しかし、それではリード線２ａ３からパルスがこの壁を通過してしまい、突出部５２の意味がなくなってしまう可能性がある。そのため、突出部５２の壁厚は０．５ｍｍ以上であるのが望ましい。

したがって、本実施の形態では、ソケット５には発光管部１１方向にリード線２ａ３が内部に挿入された突出部５２が形成されているため、突出部５２の先端から露出したリード線２ａ３と金属バンド６１間の沿面距離を長くすることができる。そのため、パルスリークの発生を防止することができ、始動時の信頼性を向上させることができる。

また、収容部５１に収容される気密容器１の長さが７．０ｍｍ以下であるような沿面距離を確保しにくい放電ランプの構成であっても、非封止部１３ａのソケット５側端部から先端までの突出距離が３．０ｍｍ以上、さらに好適には７．０ｍｍ以上の突出部を形成することで、パルスリークの発生を防止することができる。

また、突出部５２の壁厚が０．５ｍｍ以上であるとともに、突出部５２の側面と非封止部１３ａの内面との間には０．２ｍｍ以上の隙間が形成されていることにより、突出部５２の壁をパルスが通過してしまうことを防止しつつ、かつ突出部５２の熱による影響を防止することができる。

さらに、本発明の放電ランプＤＬを始動器ＩＧと一体化して放電ランプ装置の形態で使用することにより、始動器ＩＧ側では、パルスリークに対する対策を行なう必要がないために、始動器ＩＧのコストダウン化、小型化することができる。

本発明の放電ランプの第１の実施の形態について説明するための全体図。 放電ランプの断面図。 突出部の突出長Ｘを変化させたときのパルスリーク発生電圧について説明するための図。 突出部付近の拡大図。

符号の説明

ＤＬ 放電ランプ
ＩＧ 始動器
１ 気密容器
１１ 発光管部
１２ａ、１２ｂ 封止部
１３ａ、１３ｂ 非封止部
１４ 放電空間
２ａ、２ｂ マウント
２ｃ Ｌ字金属線
３ 絶縁スリーブ
４ 外管
５ ソケット
５１ 収容部
５２ 突出部
６１ 金属バンド

Claims (4)

1. 内部に金属ハロゲン化物および希ガスが少なくとも封入された発光管部、前記発光管部の両端に形成された封止部、前記封止部に連接して形成された非封止部とを有する透光性のガラス材料からなる気密容器と、
   前記封止部に封着され、一端に前記放電空間内で対向配置される電極、他端に前記非封止部方向に延出されるリード線が接続された金属箔と、
   前記気密容器の両端に接続された外管と、
   収容部を有し、前記収容部に前記気密容器の端部を収容するとともに、前記外管の外周に接続された金属バンドを介して、前記外管を固定する絶縁性のソケットとを具備する放電ランプにおいて、
   前記ソケットには前記発光管部方向に突出し、かつ前記リード線を内部に挿通させるとともに、沿面距離を確保するための突出部が形成されていることを特徴とする放電ランプ。
2. 前記収容部に収容される前記気密容器の長さが７．０ｍｍ以下であり、かつ前記突出部は、前記非封止部の前記ソケット側端部から前記突出部先端までの突出距離が３．０ｍｍ以上、さらに好適には７．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記突出部の壁厚が０．５ｍｍ以上であるとともに、前記突出部の側面と前記非封止部の内面との間には０．２ｍｍ以上の隙間が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電ランプ。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一に記載の放電ランプと、
   前記放電ランプの前記ソケットに接続され、始動時に高圧パルスを発生させる始動器とを具備することを特徴とする放電ランプ装置。
   

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