JP2009135075A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 金属ハロゲン化物の遮光の影響を軽減することで、発光効率が高い放電ランプを提供する。
【解決手段】
本発明の放電ランプは、内部に放電空間１４が形成された放電部１１、放電部１１の両端に形成された一対の封止部１２ａ、１２ｂを有する気密容器１と、放電空間１４に封入された金属ハロゲン化物２および希ガスを含む放電媒体と、封止部１２ａ、１２ｂに一端が封着され、他端は放電空間１４に対向配置された一対の電極３ａ２、３ｂ２とを具備し、管軸が略水平の状態で点灯される放電ランプにおいて、放電部１１の下部の肉厚は、上部の肉厚よりも小さく、かつ金属ハロゲン化物２の封入量は０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３以下である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、管軸が略水平の状態で点灯される、自動車前照灯等に用いられる放電ランプに関するものである。

管軸が略水平の状態で点灯される放電ランプは、特開２００６−１８５８９７号公報（以下、特許文献１）などにより知られている。この特許文献１では、放電が行われる発光部の下部の肉厚を上部の肉厚よりも小さく形成した発明が提案されている。この発明によれば、光束立ち上がりが早く、発光効率が高い放電ランプを実現できると記載されている。なお、発光部の形状を変更した発明としては、特開２００３−１８７７４５号公報（以下、特許文献２）、特開２００３−２２９０５８号公報（以下、特許文献３）、国際公開第２００４／００３８９４号パンフレット（以下、特許文献４）がある。

特開２００６−１８５８９７号公報 特開２００３−１８７７４５号公報 特開２００３−２２９０５８号公報 国際公開第２００４／００３８９４号パンフレット

しかしながら、特許文献１のように発光部の下部の肉厚を上部の肉厚よりも小さくした放電ランプにおいて、発光効率が向上しない場合が発生した。これは、金属ハロゲン化物が広がったことによる遮光が原因であった。

本発明の目的は、金属ハロゲン化物の遮光の影響を軽減することで、発光効率が高い放電ランプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の放電ランプは、内部に放電空間が形成された放電部、前記放電部の両端に形成された一対の封止部を有する気密容器と、前記放電空間に封入された金属ハロゲン化物および希ガスを含む放電媒体と、前記封止部に一端が封着され、他端は前記放電空間に対向配置された一対の電極とを具備し、管軸が略水平の状態で点灯される放電ランプにおいて、前記放電部の下部の肉厚は、上部の肉厚よりも小さく、かつ前記金属ハロゲン化物の封入量は０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３以下であることを特徴とする。

本発明によれば、金属ハロゲン化物の遮光の影響を軽減することで、発光効率が高い放電ランプを提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の放電ランプの一実施形態である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図である。

放電ランプは、主要部として耐熱性と透光性を具備した材料、例えば石英ガラスによって形成された気密容器１を有する。気密容器１は管軸方向に細長い形状であって、その略中央に放電部１１が形成されている。その放電部１１の下部には、平坦部１１１が形成されている。また、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。なお、封止部１２ａ、１２ｂの板状面と平坦部１１１とは略平行の関係にある。

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の容積としては、１００ｍｍ^３以下、用途が自動車前照灯用の場合は、特に１０ｍｍ^３〜４０ｍｍ^３であるのが望ましい。また、放電空間１４は、その横断面は略円形である。ここで、「略円形」とは、真円が最適であるが、楕円や多少いびつな形状の円形を含む意味である。

放電空間１４には、金属ハロゲン化物２及び希ガスとからなる放電媒体が封入されている。

金属ハロゲン化物２は、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ_３）、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ_２）、ヨウ化インジウム（ＩｎＩ）で構成されており、その封入量は放電空間１４の容積に対し、０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３以下である。ただし、金属ハロゲン化物２は上記に限定されるものではなく、ヨウ化スズ（ＳｎＩ_２）等をさらに封入しても良いし、各種金属に結合するハロゲンの種類や組み合わせを変更してもよい。

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。キセノンの封入圧力としては、１２ａｔｍ以上、さらには１３．５ａｔｍ以上であるのが好適である。上限は特にないが、現状、２０ａｔｍ程度が封入限界と考えられる。なお、キセノンの圧力は、例えば水中で放電部１１と封止部１２ａ（又は封止部１２ｂ）の境界を破壊して放電空間１４内部のキセノンを収集、測量し、その後、放電部１１の内容積を測定することにより、算出することができる。

ここで、放電空間１４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、又は従来の水銀入りの放電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ものとする。

封止部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント３ａ、３ｂが封止されている。このマウント３ａ、３ｂは、金属箔３ａ１、３ｂ１、電極３ａ２、３ｂ２、コイル３ａ３、３ｂ３、外部リード線３ａ４、３ｂ４を一体的に構成してなる。

金属箔３ａ１、３ｂ１、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。

電極３ａ２、３ｂ２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３ａ１、３ｂ１の放電部１１側の端部にレーザー溶接によって接続されている。一方、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、外観上の距離で４．５ｍｍ以下（実際の距離で４．０ｍｍ以下）であるのが望ましい。

コイル３ａ３、３ｂ３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３ａ２、３ｂ２の軸部の軸周りに螺旋状に巻かれている。ただし、金属箔３ａ１、３ｂ１と接続された電極３ａ２、３ｂ２の軸部分にはコイル３ａ３、３ｂ３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。

外部リード線３ａ４、３ｂ４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３ａ１、３ｂ１の端部に、溶接等により接続されている。そして、外部リード線３ａ４、３ｂ４の他端側は、管軸に沿って封止部１２ａ、１２ｂの外部に延出し、非封止部１３ａ、１３ｂの略中央に位置しながらさらに外部方向に延びている。なお、前端側に延出したリード線３ｂ４には、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３ｃの一端が接続されている。そのサポートワイヤ３ｃの他端は、後述するソケット６の方向に延出している。そして、管軸と平行しているサポートワイヤ３ｃには、セラミックからなるスリーブ４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、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を添加することにより、紫外線を遮断する作用を有する筒状の外管５が、管軸に沿って気密容器１とほぼ同心状に設けられている。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。すなわち、気密容器１と外管５の両端には、溶着部５１ａ、５１ｂが形成されている。なお、放電部１１と外管５との距離ｄ１、ｄ２は、ｄ１＝２．１〜２．９ｍｍ、ｄ２＝１．２〜１．４ｍｍに設定するのが望ましい。また、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て封入したりすることができる。

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３ａ４、サポートワイヤ３ｃが接続されている。

これらで構成されたランプの底部端子８ａ、側部端子８ｂに点灯回路を接続し、電力を投入することにより、電極間においてアーク９が形成され、点灯状態となる。その際、放電ランプは管軸が略水平になるように配置される。「管軸が略水平」とは、点灯中に形成されるアーク９が浮力や対流の影響によって上方向に湾曲する程度に水平配置されている状態を意味する。なお、ランプの点灯電力は安定時が約３５Ｗ、始動時はその２倍以上である約７５Ｗに設定される。

ここで、放電部１１の形状についてさらに詳しく説明する。図２は、図１に示す一点鎖線Ｘ−Ｘ’の断面を矢印方向から見た放電部について説明するための図である。

図からわかるように、放電部１１の下部には平担部１１１が形成されており、これにより、下部の肉厚Ｔ１が上部の肉厚Ｔ２よりも小さく形成されている。この平坦部１１１は、例えば、通常の製法で形成した放電部１１の下部をレーザーによってカットする等により、所望の下部肉厚Ｔ１を有する放電部１１を得ることができる。また、断面形状が円形である放電空間１４の壁面には、底側から横側に沿うように金属ハロゲン化物２が広範囲に堆積している。

このように金属ハロゲン化物２の堆積角αが大きいと、点灯後、アーク９の熱が金属ハロゲン化物２に加わりやすくなり、蒸気化が促進され、始動４秒後に得られる光束、すなわち光束立ち上がりを早めることができる。発明者の試験によれば、金属ハロゲン化物２の堆積角αは、放電部１１の下部の肉厚が上部の肉厚よりも小さく、また放電空間１４に封入された希ガスの圧力が高い場合、ランプ消灯後、放電部１１の上部と下部の温度差が小さいままで冷却されるため、堆積角αが大きくなることがわかった。ちなみに、本実施の形態では下部の肉厚Ｔ１と上部の肉厚Ｔ２との関係がＴ１＜Ｔ２であり、希ガスの圧力が１２ａｔｍ以上であれば、堆積角αが大きくなる傾向がみられた。なお、Ｔ１／Ｔ２≦０．６０、またＴ１／Ｔ２≦０．５０であると堆積角αがさらに大きくなるが、強度の問題からＴ１／Ｔ２≧０．１５であるのが望ましい。

図３は、図１の放電ランプの一仕様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。

放電容器１；石英ガラス製、放電空間１４の内容積＝２７ｍｍ^３、内径Ａ＝２．５ｍｍ、外径＝６．２ｍｍ、長手方向の球体長Ｂ＝７．８ｍｍ、下部肉厚Ｔ１＝０．８５ｍｍ（Ｓ１＝８．８５ｍｍ^２）、上部肉厚Ｔ２＝１．８５ｍｍ（Ｓ２＝１２．６５ｍｍ^２）、
金属ハロゲン化物２；ＳｃＩ_３、ＮａＩ、ＺｎＩ_２、ＩｎＩ＝０．３５ｍｇ（＝０．０１３ｍｇ／ｍｍ^３）、堆積角α＝１５５°、
希ガス；キセノン＝１３ａｔｍ、
水銀；０ｍｇ、
金属箔３ａ１、３ｂ１；モリブデン製、
電極３ａ２、３ｂ２；トリエーテッドタングステン製、直径Ｒ＝０．３８ｍｍ、電極間距離Ｃ＝３．８ｍｍ（外観値＝４．２ｍｍ）、
コイル３ａ３、３ｂ３；ドープタングステン製、
外部リード線３ａ４、３ｂ４；モリブデン製、
放電部１１と外管５との距離；ｄ１＝２．５ｍｍ、ｄ２＝１．３ｍｍ。

この実施例のランプでは、全光束は３３００ｌｍ、始動４秒後の光束は１４００ｌｍであった。これは、下部肉厚Ｔ１＝上部肉厚Ｔ２である従来のランプでは、全光束は３１５０ｌｍ、始動４秒後の光束は１２００ｌｍであったことと比較すると、格段に特性が向上していることがわかる。

この実施例に至るまでには、いくつかの改良がなされている。本発明は当社の先願である特開２００６−１８５８９７号公報に記載の発明を基本とし、まず、最初のステップとして、この公報の実施例のランプに高圧のキセノンを封入した。これにより、金属ハロゲン化物２の堆積角αが大きくなり光束立ち上がりは改善されたが、全光束はほとんど変わらない、または低下するという結果となってしまった。

発明者の検討の結果、全光束低下の原因は金属ハロゲン化物２による光の遮断であることが判明した。すなわち、上記文献の実施例のように金属ハロゲン化物を０．５ｍｇ（＝約０．０２０ｍｇ／ｍｍ^３）封入すると、点灯時に蒸発しきらない金属ハロゲン化物が発光部下部の内壁面に広範囲に残り、光が遮光されてしまうことが原因であった。

そこで、発明者は金属ハロゲン化物２の封入量を変化させ、全光束の変化を測定した。その結果を図４に示す。なお、比較として挙げた比較例のランプは、下部肉厚Ｔ１＝上部肉厚Ｔ２のランプである。

結果からわかるように、従来例のランプは金属ハロゲン化物２の封入量に全光束はあまり依存していないのに対し、実施例のランプは封入量に依存している。具体的には、実施例のランプは封入量が０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３以下では、高い全光束が維持されているが、それ以上では大きく全光束が低下し、０．０２５ｍｇ／ｍｍ^３付近ではむしろ従来例のランプの全光束よりも低くなってしまっている。これは上述したように、点灯時に蒸発しきらない金属ハロゲン化物２による遮光が原因である。したがって、金属ハロゲン化物２の堆積角αが大きくなるランプにおいては、遮光の影響が少ない封入量の設計で使用するのが最適である。本発明では金属ハロゲン化物２の封入量は、０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３以下、さらには０．０１１ｍｇ／ｍｍ^３以下であるのが好適であることがわかる。ただし、封入量が少なすぎると寿命が短くなるおそれがあるため、０．００５ｍｇ／ｍｍ^３以上の範囲内であるのが望ましい。

したがって、本実施の形態では、キセノンの封入圧力は１２ａｔｍ以上であって、放電部１１は下部の肉厚Ｔ１が、上部の肉厚Ｔ２よりも小さく形成されており、金属ハロゲン化物２の封入量が０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３以下であることによって、金属ハロゲン化物２の堆積角αを大きく、かつ金属ハロゲン化物２による遮光の影響を低減することができるため、発光効率が高く、初期特性に優れた放電ランプを実現することができる。その際、放電部１１の下部の肉厚Ｔ１と上部の肉厚Ｔ２の関係Ｔ１／Ｔ２が、Ｔ１／Ｔ２≦０．６０を満たすように設計することで、初期特性をさらに向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態のメタルハライドランプについて説明するための断面図である。この第２の実施の形態の各部について、図２の第１の実施の形態のメタルハライドランプの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

この実施の形態では、放電部１１の下部に傾斜平坦部１１２、１１３を形成することにより、下部の肉厚Ｔ１を上部の肉厚Ｔ２よりも小さくしている。ちなみに、傾斜平坦部１１２、１１３で形成される角度βを１２０°以上にするのが望ましい。

したがって、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態のメタルハライドランプについて説明するための断面図である。

この実施の形態では、放電部１１の下部に上部よりも曲率の小さい弧状部１１４を形成することにより、下部の肉厚Ｔ１を上部の肉厚Ｔ２よりも小さくしている。弧状部１１４は、例えば通常に作成した放電部１１の下部を研磨によって厚みを削ったり、薬品で溶かしたりするなどによって形成することができるほか、放電部１１を形成する工程において、所定形状の鋳型にガラス材料を入れ、焼結成形することで形成することができる。このように平坦部１１１によらないで下部の肉厚を小さくした場合は、直線Ｚ−Ｚ’を境界とする下部の断面積Ｓ１と上部の断面積Ｓ２との関係Ｓ１／Ｓ２が、Ｓ１／Ｓ２≦０．７５（ただし、０．４５≦Ｓ１／Ｓ２の範囲内であるのが望ましい）を満たすように設計するのが望ましい。

したがって、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

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。

第１、第２の実施の形態において、平坦部１１１のほかに図７に示すように側下部に傾斜平坦部１１５、１１６を形成してもよい。

本発明では、放電部１１の下部付近と外管５との間のスペースを確保しやすくなるため、図８のように外管５に対して気密容器１の管軸を数ｍｍ下方にオフセットさせる構成としても良い。

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図。 図１に示す一点鎖線Ｘ−Ｘ’の断面を矢印方向から見た放電部について説明するための図。 図１の放電ランプの一仕様について説明するための図。 実施例と従来例のランプの金属ハロゲン化物の封入量を変化させたときの全光束について説明するための図。 本発明の放電ランプの第２の実施の形態について説明するための図。 本発明の放電ランプの第３の実施の形態について説明するための図。 他の変形例１について説明するための図。 他の変形例２について説明するための図。

符号の説明

１ 気密容器
１１ 放電部
１１１ 平坦部
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
３ａ、３ｂ マウント
３ａ１、３ｂ１ 金属箔
３ａ２、３ｂ２ 電極
３ａ３、３ｂ３ コイル
３ａ４、３ｂ４ 外部リード線
３ｃ 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 アーク

Claims (4)

1. 内部に放電空間が形成された放電部、前記放電部の両端に形成された一対の封止部を有する気密容器と、前記放電空間に封入された金属ハロゲン化物および希ガスを含む放電媒体と、前記封止部に一端が封着され、他端は前記放電空間に対向配置された一対の電極とを具備し、管軸が略水平の状態で点灯される放電ランプにおいて、
   前記放電部の下部の肉厚は、上部の肉厚よりも小さく、かつ前記金属ハロゲン化物の封入量は０．０１５ｍｇ／ｍｍ^３以下であることを特徴とする放電ランプ。
2. 前記希ガスはキセノンであり、その圧力は１２ａｔｍ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. 前記放電部の下部には、平坦部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. 前記放電部の下部の肉厚をＴ１、上部の肉厚をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２≦０．６０を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の放電ランプ。

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