JP2009123415A - Discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車の前照灯や液晶プロジェクター等に使用される放電ランプに関する。 The present invention relates to a discharge lamp used for an automotive headlamp, a liquid crystal projector, and the like.
自動車前照灯などの用途に使用される放電ランプは、例えば、特開2005−339999号公報(以下、特許文献1)により知られており、内部に放電空間が形成された放電部とその両端に形成された、その内部には電極の一端側が対向配置され、他端側は電極の封止部に封着されている。このような放電ランプは比較的高負荷で点灯されることが多いため、点灯時に電極を封着している封止部においてクラックが生じ、リークに至る不具合(以下、軸リーク)が発生しやすいことが知られている。そこで、この軸リークの対策として、封止部に封着された電極軸部分にコイルを巻装する構成が採用されている。 A discharge lamp used for an application such as an automobile headlamp is known from, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-339999 (hereinafter referred to as Patent Document 1), and a discharge portion in which a discharge space is formed and both ends thereof. The one end side of the electrode is opposed to the inside, and the other end side is sealed to the sealing portion of the electrode. Since such a discharge lamp is often lit at a relatively high load, a crack is likely to occur in the sealing portion where the electrode is sealed when the lamp is lit, and a malfunction (hereinafter referred to as an axial leak) is likely to occur. It is known. Therefore, as a countermeasure against this shaft leak, a configuration is adopted in which a coil is wound around the electrode shaft portion sealed in the sealing portion.
しかしながら、電極にコイルを巻装すると確かに軸リークの発生率が低下するものの、完全に防止できるわけではなく、なかには比較的短期間で軸リークに至る場合もあった。そのため、軸リーク抑制に対する信頼性をさらに向上させる必要が生じている。 However, when the coil is wound around the electrode, the occurrence rate of the shaft leak is certainly reduced, but it cannot be completely prevented, and in some cases, the shaft leak may occur in a relatively short period of time. For this reason, it is necessary to further improve the reliability with respect to the suppression of shaft leakage.
本発明の目的は、軸リークを抑制可能な放電ランプを提供することである。 An object of the present invention is to provide a discharge lamp capable of suppressing axial leakage.
上記目的を達成するために、本発明の放電ランプは、内部に放電空間が形成された放電部、前記放電部端に形成された封止部とを有する気密容器と、前記放電空間に封入された放電媒体と、電極軸にコイルが巻装されており、一端が前記コイルとともに前記封止部内に封着されたコイル巻装電極とを具備する放電ランプにおいて、前記封止部には、前記コイルの表面を起点として略電極軸方向に沿ってクラックが形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a discharge lamp of the present invention is sealed in an airtight container having a discharge part in which a discharge space is formed, a sealing part formed at an end of the discharge part, and the discharge space. In the discharge lamp comprising a discharge medium having a coil wound around an electrode shaft and one end sealed in the sealing portion together with the coil, the sealing portion includes the A crack is formed substantially along the electrode axis direction starting from the surface of the coil.
本発明によれば、軸リークを抑制することができる。 According to the present invention, shaft leakage can be suppressed.
(第1の実施の形態)
以下、放電ランプとして自動車の前照灯に使用されるメタルハライドランプを例にし、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明のメタルハライドランプの第1の実施の形態について説明するための図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a metal halide lamp used as a discharge lamp for an automobile headlamp will be described as an example with reference to the drawings. FIG. 1 is a view for explaining a first embodiment of a metal halide lamp of the present invention.
メタルハライドランプは、耐熱性と透光性を具備した材料、たとえば石英ガラスにより気密容器1が形成されている。気密容器1はランプ軸方向に細長い形状であって、その略中央部に略楕円形の放電部11が形成されている。放電部11の両端部には、板状の封止部12a、12bが形成されており、さらにその両端には、筒状の非封止部13a、13bが形成されている。
In the metal halide lamp, the hermetic container 1 is formed of a material having heat resistance and translucency, for example, quartz glass. The hermetic container 1 has an elongated shape in the lamp axis direction, and a substantially elliptical discharge portion 11 is formed at a substantially central portion thereof. Plate-
放電部11の内部には、軸方向において、中央部が略円柱状、その両端部が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、100mm3以下であるのが望ましく、自動車前照灯用として用いる場合は、10mm3〜40mm3であるのが望ましい。
Inside the discharge part 11, a
放電空間14には、放電媒体が封入されている。放電媒体としては、金属ハロゲン化物2及び希ガスとが封入されている。金属ハロゲン化物2は、ナトリウムのハロゲン化物、スカンジウムのハロゲン化物、亜鉛のハロゲン化物、インジウムのハロゲン化物で構成されている。ハロゲンとしては、ヨウ化物又は臭化物が望ましい。また、希ガスは、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(Xe)が、室温(25℃)において5atm以上、望ましくは10atm以上の圧力で封入されている。
A discharge medium is sealed in the
ここで、放電空間14には、実質水銀は含まれていない。この「実質水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないか、又は従来の水銀入りのメタルハライドランプと比較してもほとんど封入されていないに等しい程度の量、例えば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ことを意味するものである。
Here, the
なお、金属ハロゲン化物2の金属及びハロゲン、さらに希ガスの種類、組み合わせ、水銀の有無は、上記に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
Note that the metal and halogen of the
封止部12a、12bの内部には、電極マウント3が封止されている。この電極マウント3は、金属箔31、コイル巻装電極32、リード線33とで構成されている。
The
金属箔31、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。
The
コイル巻装電極32は、さらに電極321とコイル322とで構成されている。
The
電極321は、タングステンに酸化トリウムをドープしたトリエーテッドタングステン電極である。その基端側は金属箔31の放電部11側の端部にレーザー溶接により接続され、先端側は放電空間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、所定の電極間距離としては、外観上における距離で5mm以下、自動車前照灯用として用いる場合は、4.1mm〜4.5mm(実際の距離では3.5mm〜3.9mm)であるのが望ましい。
The
コイル322は、例えば、ドープタングステンからなり、封止部12a、12bに封着された電極321の軸部の軸周りに螺旋状に巻かれている。ただし、コイル322は金属箔31と接続された電極321の軸部分には巻装しておらず、箔端から放電空間14方向に巻装している。
The
リード線33は、例えば、モリブデンからなり、放電部11に対して反対側の金属箔31の端部に、レーザー溶接により接続されている。リード線33の他端側は、管軸に沿って封止部12a、12bの外部に延出している。なお、前端側に延出したリード線33には、ニッケルからなるL字状のサポートワイヤ34の一端が接続されている。そのサポートワイヤ34の他端は、後述するソケット6方向に延出され、その管軸と平行している部分には、セラミックからなるスリーブ4が被覆されている。
The
上記で構成された気密容器1の外側には、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物が添加されてなる筒状の外管5が、管軸に沿って気密容器1とほぼ同心に設けられている。それらの接続は、気密容器1両端の筒状の非封止部13a、13bと外管5の両端部を溶融することにより行なわれている。気密容器1と外管5との間の空間には、例えば、窒素やネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを一種又は混合し、0.05atm〜0.3atmの圧力で封入することができる。 On the outside of the hermetic container 1 configured as described above, a cylindrical outer tube 5 made by adding an oxide such as titanium, cerium, or aluminum to quartz glass is substantially concentric with the hermetic container 1 along the tube axis. Is provided. These connections are made by melting the cylindrical non-sealing portions 13a, 13b at both ends of the hermetic container 1 and both ends of the outer tube 5. In the space between the airtight container 1 and the outer tube 5, for example, a rare gas such as nitrogen, neon, argon, xenon, or the like can be mixed or sealed at a pressure of 0.05 atm to 0.3 atm.
そして、気密容器1を内部に覆った状態の外管5の非封止部13a側には、ソケット6が接続される。これらの接続は、外管5の非封止部13a付近の外周面に装着された金属バンド71を、ソケット6の気密容器1保持側の開口端に形成された4本の金属製の舌片72(図1では、2本を図示)により挟持することによって行なわれている。そして、接続をさらに強固にするため、金属バンド71及び舌片72の接触点をレーザーによって溶接している。なお、ソケット6の底部には底部端子8a、側部には側部端子8bが形成されており、それぞれリード線33、サポートワイヤ34が接続されている。
And the
これらで構成されたランプは管軸が水平になるように配置されるとともに、底部端子8a、側部端子8bに点灯回路(図示なし)が接続され、始動時は安定時の2倍以上である約75W、安定時は約35Wの電力が投入されることにより、点灯される。
The lamp composed of these is arranged so that the tube axis is horizontal, and a lighting circuit (not shown) is connected to the bottom terminal 8a and the
ここで、コイル巻装電極32について、図2及び図3を参照して詳しく説明する。図2は図1の一点鎖線Xで囲まれた範囲について説明するための拡大図、図3はほぼ同じ範囲の断面図である。
Here, the
図からわかるように、封止部12aには、クラック9が形成されている。このクラック9は、コイル322の頂上付近を起点として、略電極軸方向に沿って延出し、隣接するコイル322に繋がっている。これにより、軸リークの発生を効果的に抑制することができる。もちろん、クラック9は一方の封止部のみならず、他方の封止部12bにも同様に形成されているのが望ましい。ここで、「略電極軸方向」とは、電極軸方向に対するクラック9の角度αが±45°以下、望ましくは±20°以下であることを意味する。
As can be seen, cracks 9 are formed in the sealing
次にクラック9の形成方法について説明する。 Next, a method for forming the crack 9 will be described.
まず、電極321の軸にあらかじめ螺旋状に形成されたコイル322を装着・固定して、コイル巻装電極32を形成する。このとき、電極321の直径Rが0.30mm〜0.40mm程度である場合、コイル322は直径rが0.050mm以上で、ピッチPが300%以下であるのが望ましい。
First, a
次に、コイル巻装電極32を加熱炉に入れて加熱処理を行う。この処理は、金属材料中に含まれる不純ガス等を放出する目的で行う工程である。この工程では、コイル322の表面が長大結晶化、例えば結晶が0.005mmよりも大きくならない温度でコイル巻装電極32を加熱処理するよう注意が必要である。
Next, the
そして、このような工程を経て得られたコイル巻装電極32と金属箔31、リード線33とを接合して電極マウント3を形成したのち、封止部12aに公知の方法で封止する。これにより、おそらくは封止部12aが高温から常温に冷える間に、封止部12aにコイル322の表面付近を起点として、略電極軸方向に沿って延出したクラック9を形成することができる。
And the
図4は、図1のメタルハライドランプの一実施例について説明するための図である。なお、以下の試験は特に言及しない限り寸法、材料等はこの仕様に基づいて行っている。
(実施例)
放電容器1;石英ガラス製、放電空間14の内容積=27mm3、内径A=2.5mm、外径B=6.2mm、長手方向の球体長C=7.8mm、
金属ハロゲン化物2;ScI3‐NaI‐ZnI2‐InBr=0.30mg
希ガス;キセノン=10atm、
水銀;0mg、
金属箔31;モリブデン製、
電極321;トリエーテッドタングステン製、直径R=0.33mm、電極間距離D=3.75mm、
コイル322;ドープタングステン製、直径r=0.09mm、コイルピッチP=200%、表面を微細な結晶で構成(=長大結晶なし)、
クラック9;図2のようなクラックがコイル巻装長のほぼ全域にわたって形成。
FIG. 4 is a view for explaining an embodiment of the metal halide lamp of FIG. The following tests are performed based on this specification unless otherwise specified.
(Example)
Discharge vessel 1; made of quartz glass, inner volume of
Metal halide 2; ScI 3 -NaI-ZnI 2 -InBr = 0.30mg
Noble gas; xenon = 10 atm,
Mercury; 0 mg,
Crack 9: A crack as shown in FIG. 2 is formed over almost the entire coil winding length.
この実施例のランプについて自動車前照灯HID光源の規格であるJEL215に定められたEU120分モードの点滅サイクルの点灯条件で2500時間点灯したところ、15本中15本について軸リークが発生せず、寿命特性が良好であることが確認された。これは、クラック9が、軸リークの原因となる電極321の軸と接触する封止ガラス部分を起点とし、封止部12a、12bの厚み方向へ伸びる縦のクラック(以下、縦クラック)の進行を阻止したためと推測される。すなわち、クラック9は縦クラックに対してほぼ垂直方向のクラックであるので、縦クラックが発生してもクラック9で止まり、それ以上は縦クラックが進行しなかったと考えられる。また、このクラック9は、コイル322の頂上付近等、上半分を基点としているため、コイル322を起点として縦クラックが生じたとしても、同様にクラックリークを抑制することができる。
When the lamp of this example was lit for 2500 hours under the lighting condition of the blinking cycle of the EU120 minute mode defined in JEL215, which is the standard of the automotive headlamp HID light source, no shaft leak occurred for 15 of 15 lamps. It was confirmed that the life characteristics were good. This is because the crack 9 starts from a sealing glass portion that is in contact with the axis of the
ここで、本発明者はこのクラック9が封止部12a、12bに発生するメカニズムの解明を行った。その結果、本発明のようなクラック9の形成されやすさは、コイルの表面状態に影響されることが判明した。
Here, the present inventor has clarified the mechanism by which the crack 9 occurs in the sealing
図5は、図3の2点鎖線Yで囲まれた範囲について説明するための図、図6は、管軸方向に垂直な断面について説明するための図であり、(a)は本発明のランプ、(b)は従来のランプである。図5は、コイル巻装電極32、3b2を封着している封止部12a、12bを管軸方向に沿って、図6は、管軸方向に垂直に研磨することで得ることができる。
5 is a diagram for explaining a range surrounded by a two-dot chain line Y in FIG. 3, FIG. 6 is a diagram for explaining a cross section perpendicular to the tube axis direction, and FIG. Lamp (b) is a conventional lamp. FIG. 5 can be obtained by polishing the sealing
図からわかるように、(a)ではコイル322の断面が斑点状の微細結晶部3221で構成されているが、(b)では一部は微細結晶部3221であるものの、半分以上が平滑状の長大結晶部3222で構成されている。(a)のように断面が微細結晶部3221で構成されているということは、表面が粗い状態になっていることを意味する。一方、(b)のように断面が長大結晶部3222で構成されているということは、当初は微細結晶部3221であったが熱により一部が結合して、長大な結晶が形成された結果、表面が滑らかな状態になっていることを意味する。つまり、(a)ではコイル表面とガラスがかみ合いやすく、(b)ではかみ合いにくいため、コイル巻装電極32が熱によって伸縮したときに、(a)ではクラック9が発生したが、(b)では発生しなかったと推定される。
As can be seen from FIG. 6A, the cross section of the
そこで、コイル表面の結晶状態を変化させて、クラック9の形成状態を観察した。その結果を図7に示す。なお、表面の結晶状態は、コイル外表面(=電極と非接触側のコイル表面)における長大結晶の範囲で表現し、図6のような断面から算出するものとする。また、結晶状態は、加熱処理工程における加熱温度・加熱時間などの条件を調整することにより変化させた。 Therefore, the formation state of the crack 9 was observed by changing the crystal state of the coil surface. The result is shown in FIG. The crystal state of the surface is expressed in the range of a long crystal on the outer surface of the coil (= the coil surface on the non-contact side with the electrode) and is calculated from the cross section as shown in FIG. The crystal state was changed by adjusting conditions such as heating temperature and heating time in the heat treatment step.
結果からわかるように、封止部と接触する外表面における長大結晶の割合が小さいほどクラック9が形成されやすくなり、20%以下でクラック発生率が90%、10%以下でクラック発生率が100%となる。したがって、クラック9を形成するには、コイル外表面における長大結晶の範囲は20%以下、さらには10%以下、最適には長大結晶が存在しないのが望ましい。 As can be seen from the results, the smaller the proportion of long crystals on the outer surface in contact with the sealing portion, the easier the crack 9 is formed. The crack generation rate is 90% at 20% or less, and the crack generation rate is 100 at 10% or less. %. Therefore, in order to form the crack 9, it is desirable that the range of the long crystal on the outer surface of the coil is 20% or less, more preferably 10% or less, and optimally no long crystal exists.
なお、クラック9のコイル間の軸方向長さLは、縦クラックの進行を阻止する上である程度の長さが必要である。発明者の試験によれば、図8のように、途中までしか形成されていない状態であっても、コイル間距離dに対し、コイル間軸方向長さLが50%以上形成されている状態であれば好適で、図2のように隣接するコイル322間で繋がっている状態(コイル間距離dに対し、コイル間軸方向長さLがほぼ100%)であれば最適であることがわかった。また、検討の結果、クラック9の軸方向長さLは、コイル322のピッチP及び直径rにより変化することがわかった。
The axial length L between the coils of the crack 9 needs to be a certain length in order to prevent the progress of the vertical crack. According to the inventor's test, as shown in FIG. 8, even when the coil is formed only halfway, the inter-coil axial length L is 50% or more of the inter-coil distance d. 2 is preferable, and it is optimal if the
図9は、コイルのピッチP及び直径rを変化させたときのクラックの形成状態について説明するための図である。なお、図中の×はコイル間距離dに対し、軸方向長さLが50%に満たない状態を、○はコイル間距離dに対し、コイル間軸方向長さLが50%以上である状態を、◎はクラック9がコイル間で繋がっている状態を示している。 FIG. 9 is a diagram for explaining a crack formation state when the pitch P and the diameter r of the coil are changed. In the figure, x indicates that the axial length L is less than 50% with respect to the inter-coil distance d, and ○ indicates that the inter-coil axial length L is 50% or more with respect to the inter-coil distance d. ◎ indicates the state where the crack 9 is connected between the coils.
結果からわかるように、コイルのピッチPが小さいほどコイル間距離dに対する、コイル間軸方向長さLが長いクラック9が形成される傾向があり、ピッチPが300%以下であればコイル間軸方向長さLが長いクラック9が得られ、200%以下であればコイル間で繋がったクラック9を高確率で得ることができる。したがって、ピッチPは300%以下、さらには200%以下、最適には下限はピッチP=100%であるのが望ましい。 As can be seen from the results, the smaller the coil pitch P, the more the crack 9 having a longer inter-coil axial length L with respect to the inter-coil distance d tends to be formed. A crack 9 having a long direction length L is obtained, and if it is 200% or less, the crack 9 connected between the coils can be obtained with high probability. Therefore, the pitch P is preferably 300% or less, more preferably 200% or less, and optimally the lower limit is the pitch P = 100%.
また、コイルの直径rは大きい方が望ましいことがわかる。これはコイルの直径rが大きいと、コイルの膨張伸縮が大きくなり、ガラスにクラック9を入りやすくさせるためである。図9によれば、コイルの直径rは、0.050mm以上、さらには0.080mm以上であるとクラック9が形成されやすく、かつコイル間に繋がりやすいことが確認された。ただし、電極とガラスの接触強度が低下しすぎる等の理由から、直径rは0.150mm以下であるのが望ましい。 It can also be seen that a larger coil diameter r is desirable. This is because if the diameter r of the coil is large, the expansion and contraction of the coil is increased, and the glass is easily cracked 9. According to FIG. 9, when the diameter r of the coil is 0.050 mm or more, and further 0.080 mm or more, it was confirmed that the crack 9 is easily formed and is easily connected between the coils. However, the diameter r is preferably 0.150 mm or less because the contact strength between the electrode and glass is too low.
上述のとおり、クラック9は第1にコイルの結晶状態、第2にピッチP、第3にコイル径rにより形成されるかどうか左右されるが、その他、封止部12a、12bの封止条件(封止時の温度や圧力)などにも多少影響されるので、適宜調整するのが望ましい。
As described above, whether or not the crack 9 is formed by the crystal state of the coil first, the pitch P second, and the coil diameter r third, depends on the sealing conditions of the sealing
したがって、本実施の形態では、封止部12a、12bに、コイル322の表面を起点として略電極軸方向に沿ってクラック9を形成することにより、電極軸321から軸リークの原因となる縦クラックが発生したとしても、その進行を止めることができるため、軸リークの発生を抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the vertical cracks that cause axial leakage from the
なお、コイル322の封止部12a、12bと接触する外表面における長大結晶の割合が20%以下、ピッチPが300%以下、直径rが0.050mm以上とすることにより、クラック9の再現性を高めることができる。
In addition, the reproducibility of the crack 9 is achieved by setting the ratio of long crystals on the outer surface of the
なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。 The embodiment of the present invention is not limited to the above, and may be modified as follows, for example.
クラック9は、図2のようにコイル322の全てに形成されているのが望ましいが、必ずしもコイル全長の全域に形成されている必要はなく、軸リークが発生しやすい部分に形成されていればよい。「軸リークが発生しやすい部分」とは、封着されたコイル巻装電極32の中に生じている圧縮歪と引張歪の境界部分のことを示している。なお、圧縮歪と引張歪の境界は、鋭敏色板法(ガラスに生じている歪の状態を光の光路差により識別する方法)により確認することができ、一般にはコイル全長のうち、放電空間11側から1/3地点付近がこの部分に該当する。
The crack 9 is preferably formed in the
また、クラック9は図10のようにコイル322の下半分を起点としてクラック9が生じていてもよく、この場合にも軸リークの発生を抑制することができる。
Further, the crack 9 may be generated starting from the lower half of the
また、コイル322の結晶状態の代わりに、表面を粗すことによって、コイルとガラスの接触を強化し、クラック9を発生させてもよい。その場合、コイル322の平均表面粗さRaは、接触型顕微鏡での測定値で0.00001mm以上、0.001mm以下であるのが望ましい。
Further, instead of the crystal state of the
1 気密容器
11 放電部
12a、12b 封止部
13a、13b 非封止部
14 放電空間
2 金属ハロゲン化物
3 電極マウント
31 金属箔
32 コイル巻装電極
321 電極
322 コイル
33 リード線
34 サポートワイヤ
4 スリーブ
5 外管
6 ソケット
71 金属バンド
72 舌片
8a 底部端子
8b 側部端子
9 クラック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Airtight container 11
Claims (5)
前記封止部には、前記コイルの表面を起点として略電極軸方向に沿ってクラックが形成されていることを特徴とする放電ランプ。 An airtight container having a discharge part in which a discharge space is formed, a sealing part formed at the end of the discharge part, a discharge medium sealed in the discharge space, and a coil is wound around the electrode shaft In a discharge lamp comprising a coil-wound electrode with one end sealed in the sealing portion together with the coil,
The discharge lamp according to claim 1, wherein a crack is formed in the sealing portion substantially along the electrode axis direction starting from the surface of the coil.
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