JP2010262740A

JP2010262740A - 放電ランプ

Info

Publication number: JP2010262740A
Application number: JP2009110266A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Doi; 昌弘土居
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-18

Abstract

【課題】長期にわたり始動性に優れた放電ランプを提供する。
【解決手段】
本発明の放電ランプは、内部に第１の空間１１１を有する発光部１１およびシール部１２を有する内管１と、第１の空間１１１に封入された第１のガスとしてキセノンを含む放電媒体と、シール部１２に封着された電極マウント３と、発光部１１を覆うように設けられた外管５とを具備する放電ランプにおいて、内管１と外管５との間に形成された第２の空間５１には第２のガスとして窒素が封入されており、外管５の内表面の少なくとも一部、例えば高圧側の金属箔３１付近の外管５の内表面には第１の導電膜６１が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車の前照灯などに使用される放電ランプに関するものである。

自動車の前照灯などに使用される放電ランプは、特許第３５９６８１２号公報（以下、特許文献１）や特開２００７−２８０６３４号公報（以下、特許文献２）で知られているように、内管と外管とを具備する二重管構造となっている。この内管は、発光部とその両端に形成されたシール部とで構成されており、発光部内には希ガスや金属ハロゲン化物が封入され、シール部には電極マウントが封着されてなる。

この種の放電ランプでは、ランプを始動させるためには、数ｋＶ〜数十ｋＶの電圧が必要であり、始動が困難であることが知られている。そこで、特許文献１に記載のように、内管と外管とで構成された空間に誘電体バリア放電可能なガスを封入したり、特許文献２に記載のように、サポートワイヤを内管と外管の間の空間に配置したりすることで、ランプの始動性を改善する発明が提案されている。

また、特開２００３−５２９１９４号公報（以下、特許文献３）、特開２００６−８００７８号（以下、特許文献４）、公報特開２００７−４２３６９号公報（以下、特許文献５）、特開２００８−５２７６２３号公報（以下、特許文献６）では、発光部やシール部の外表面に導電性の被膜を形成することで、ランプの始動性を改善する発明が提案されている。

特許第３５９６８１２号公報特開２００７−２８０６３４号公報特開２００３−５２９１９４号公報特開２００６−８００７８号公報特開２００７−４２３６９号公報特開２００８−５２７６２３号公報

しかしながら、特許文献１の発明は、これのみでは始動性はあまり改善されないことがわかった。また、特許文献２の発明では、内管と外管の設計を大きく変更する必要が生じるので、効果があるとしても採用しがたい。

一方、特許文献３〜特許文献６の発明は、比較的簡単な構成で始動性改善の効果を得ることができるが、寿命中にその効果が低下することがわかった。これは、導電膜が内管の点灯時の熱によって劣化するためと考えられる。

本発明の目的は、長期にわたり始動性に優れた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、内部に第１の空間を有する発光部およびシール部を有する内管と、前記第１の空間に封入された第１のガスを含む放電媒体と、前記シール部に封着された電極マウントと、前記発光部を覆うように設けられた外管とを具備する放電ランプにおいて、前記内管と前記外管との間に形成された第２の空間には第２のガスが封入されており、前記外管の内表面の少なくとも一部には第１の導電膜が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、長期にわたり始動性に優れた放電ランプを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の放電ランプの側面図。図１の放電ランプの断面図。シール部の断面図。第２の実施の形態の放電ランプの断面図。第２の実施の形態に関する他の形態の断面図。第３の実施の形態の放電ランプの断面図。各実施の形態の放電ランプの放電開始電圧の説明図。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の放電ランプについて、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の放電ランプの側面図、図２は図１の放電ランプの断面図、図３はシール部の断面図であり、（ａ）は図２のシール部付近の断面図、（ｂ）は図３（ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘ’部分の断面を矢印方向から見た図である。

図１の放電ランプは自動車の前照灯に用いられる、いわゆるＤ４タイプの放電ランプであり、主要部として内管１を有している。内管１は細長い形状であり、その中央付近には略楕円形の発光部１１が形成されている。発光部１１の両端には、板状のシール部１２、その両端には境界部１３を介して円筒部１４が連続形成されている。なお、内管１としては、例えば石英ガラスなどの耐熱性と透光性を具備した材料で構成されるのが望ましい。また、シール部１２はピンチシールにより形成されたものに限らず、シュリンクシールにより形成されたものであってもよい。

この発光部１１の内部には、中央が略円柱状、両端がテーパ状の第１の空間１１１が形成されている。この第１の空間１１１の容積は、自動車前照灯用の場合には、１０ｍｍ^３〜４０ｍｍ^３、さらには２０ｍｍ^３〜３０ｍｍ^３であるのが適当である。第１の空間１１１には、放電媒体が封入されている。放電媒体は、金属ハロゲン化物２と第１のガスとで構成されている。

金属ハロゲン化物２は、ナトリウム、スカンジウム、亜鉛、インジウムなどのハロゲン化物で構成されている。それらの金属ハロゲン化物に結合されるハロゲンとしてはヨウ素が最適であるが、臭素や塩素などを組み合わせてもよい。また、金属ハロゲン化物の組み合わせもこれに限らず、スズやセシウムのハロゲン化物などを追加してもよい。

第１のガスは、キセノンで構成されている。第１のガスは、目的によってその封入圧力を調整することができる。例えば、全光束等の特性を高めるためには、封入圧力を常温（２５℃）において１２ａｔｍ以上にするのが望ましい。ただし、上限は製造上、現状は２０ａｔｍ程度である。なお、第１のガスの圧力は、水中で発光部１１とシール部１２の境界を破壊して第１の空間１１１内部のガスを収集、測量し、その後に第１の空間１１１の容積を測定することにより、算出することができる。また、第１のガスとしては、キセノンの他に、ネオン、アルゴン、クリプトンなどを使用したり、それらを組み合わせて使用したりすることもできる。

ここで、放電媒体は、水銀を実質的に含んでいない。この「水銀を実質的に含んでいない」とは、水銀の封入量が０ｍｇであるのが最適であるが、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以下の水銀量を封入していても許容するという意味である。

シール部１２には、電極マウント３が封着されている。電極マウント３は、金属箔３１、電極３２、コイル３３およびリード線３４により構成されている。

金属箔３１は、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。

電極３２は、例えば、タングステンに酸化トリウムをドープした、いわゆるトリエーテッドタングステンからなる電極である。その一端は金属箔３１の発光部１１側端部に重ね合わせ接続されており、他端は第１の空間１１１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。その電極間距離としては、自動車前照灯用の場合には、外観上における距離で４．０ｍｍ〜４．４ｍｍであるのが望ましい。なお、電極形状は、直棒状に限らず、先端の直径が大きい非直棒状の形状や直流点灯タイプのように一対の電極の大きさが異なる形状であってもよい。また、電極材料は、純タングステンやドープタングステン、レニウムタングステンなどであってもよい。

コイル３３は、例えば、ドープタングステンからなる金属線であって、シール部１２に封着される電極３２の軸部の軸周りに螺旋状に巻装されている。このコイル設計としては、コイル線径は３０μｍ〜１００μｍ、コイルピッチは３００％以下であるのが好適である。

リード線３４は、例えば、モリブデンからなる金属線である。その一端は、発光部１１に対して反対側の金属箔３１に重ね合わせ接続されており、他端は管軸に沿って内管１の外部に延出されている。そのうち、ランプの前端側に延出したリード線３４には、例えば、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３５の一端がレーザー溶接により接続されている。このサポートワイヤ３５には、内管１と平行する部分に、例えば、セラミックからなるスリーブ４が装着されている。

上記で構成された内管１の外側には、筒状の外管５が内管１と同心状に設けられている。また、図２、図３からわかるように、内管１が外管５の中心軸に対して下側に変位（オフセット）するように構成されている。これら内外管の接続は、内管１の円筒部１４付近に外管５の両端を溶着することにより行なわれており、内管１と外管５との間に形成された第２の空間５１には、第２のガスが封入されている。第２のガスには、誘電体バリア放電可能なガス、例えばネオン、アルゴン、キセノン、窒素から選択された一種のガスまたは混合ガスを使用することができる。ガス圧は０．３ａｔｍ以下であるのが望ましい。なお、外管５としては、内管１に熱膨張係数が近く、かつ紫外線遮断性を有する材料で構成するのが望ましく、例えば、チタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を添加した石英ガラスを使用することができる。

外管５の内表面には、第１の導電膜６１が形成されている。より具体的には、形成場所は高圧側のシール部１２に対向する外管５の内表面であり、形成範囲は管軸方向は金属箔３１の管軸方向全体をカバーする程度、周方向は全周である。この第１の導電膜６１としては、導電性（例えば、膜の抵抗が１０ＭΩ、望ましくは５０〜１００ｋΩ）と透光性、さらには耐熱性を持つ材料を使用するのが望ましい。例えばインジウムの酸化物、スズの酸化物、亜鉛の酸化物、インジウムとスズの酸化物であるＩＴＯ、酸化亜鉛に酸化アルミニウムをドープしたＡＺＯ、酸化亜鉛に酸化ガリウムをドープしたＧＺＯ等およびこれらにフッ素、ガリウム、アンチモン等をドープしたものを使用することができる。膜厚は、１００ｎｍ〜３００ｎｍであるのが望ましい。なお、第１の導電膜６１は、例えば、導電膜の材料からなる溶液を外管５内に吸い上げて乾燥させたのち、不要部分を除去するという方法で形成することができる。

外管５が接続された内管１の一端には、ソケット７が接続されている。これらの接続は、外管５の外周面に金属バンド８１を装着し、その金属バンド８１をソケット７から突出形成させた金属製の舌片８２で挟持することで行なっている。また、ソケット７の底部には底部端子９ａ、側部には側部端子９ｂが形成されており、リード線３４、サポートワイヤ３５がそれぞれ接続されている。

これらで構成された放電ランプは、底部端子９ａが高圧側、側部端子９ｂが低圧側になるように点灯回路（図示なし）が接続され、管軸が略水平の状態に配置されて点灯される。その点灯回路の出力は、例えば、安定時は約３５Ｗ、始動時は安定時電力に対して２倍以上である約７５Ｗに設定される。

ここで、本発明の放電ランプの実施例の一仕様を下記に示す。
（実施例）
発光部１１；石英ガラス製、第１の空間１１１の内容積＝２６ｍｍ^３、最大内径＝２．５ｍｍ、最大外径＝６．２ｍｍ、長手方向の球体長＝７．８ｍｍ、
シール部１２；肉厚Ｔ＝２．４ｍｍ、幅Ｗ＝４．１ｍｍ、
金属ハロゲン化物２；ＳｃＩ_３、ＮａＩ、ＺｎＩ_２、ＩｎＢｒ（＝１：１．５：０．４：０．０１）、合計＝０．４ｍｇ、
第１のガス；キセノン、ガス圧＝１３ａｔｍ、
水銀；０ｍｇ、
金属箔３１；モリブデン製、厚み＝２０μｍ、幅＝１．５ｍｍ、シール部１２表面との最小距離Ｄ１＝１．２ｍｍ、
電極３２；トリエーテッドタングステン製、直径Ｒ＝０．３８ｍｍ、外観上の電極間距離＝４．３２ｍｍ、
コイル３３；ドープタングステン製、線径＝６０μｍ、ピッチ＝２００％、
リード線３４；モリブデン製、直径＝０．４ｍｍ、
外管５；内径＝７．０ｍｍ、肉厚＝１．０ｍｍ、
第２のガス；窒素、ガス圧＝０．１ａｔｍ、
第１の導電膜６１；ＩＴＯ膜、膜厚＝１００ｎｍ、最小距離がＤ１であるシール部１２部分との最小距離Ｄ２＝２．３ｍｍ。

この実施例のランプと導電膜を形成していない従来のランプについて、始動パルス電圧＝２３ｋＶ、ライズタイム＝２５０ｎｓｅｃである電圧波形を連続出力する点灯回路を使用し、始動するかどうかの試験を行った。その結果、従来例のランプでは約１７ｋＶで始動したのに対し、実施例のランプでは約１５．３ｋＶで始動したため、実施例のランプの方が始動性が向上していることが確認された。また、これらのランプについて反復して始動試験を行ったところ、一発始動する確率は実施例のランプの方が格段に高かった。この実施例のランプのように一発目のパルスで始動するのは、ランプに電圧波形のパルスを所定回数投入した結果、点灯しない場合には安全性の面からランプの始動が中止される自動車前照灯の用途では、とても重要な効果である。さらに、この始動性改善の効果は、点灯時間が２０００時間経過したランプであっても初期の始動特性と比較してもあまり変わりなく得られることが確認された。

本実施の形態のような構造では、始動のための高電圧がランプに印加された直後、電極マウント３が接触するシール部１２のガラス部分が分極し、電荷が溜まった当該ガラス部分と外管５の間で誘電体バリア放電可能なガスによって誘電体バリア放電が発生することで始動が補助される仕組みとなっているが、導電膜はそのシール部１２のガラス部分と外管５部分の電位差を増大させる働きをするため、始動性が改善されたと考えられる。また、外管５の内表面は内管１の表面と比較すると低温であり、導電膜の劣化が少ないため、初期と寿命中の始動特性があまり変わらなかったと考えられる。上記のような効果は、高圧側の電極マウント３、特に金属箔３１と対向するように第１の導電膜６１を形成すると得られやすい。

また、本実施の形態で導電膜として用いたＩＴＯ膜はほぼ透明であるので、外管５の内表面に塗布しても全光束が低下したり、配光が変化したりという不具合は発生しなかった。そのため、透光性の導電膜を使用する場合は、外管５の内面の管軸方向のほぼ全域に第１の導電膜６１を形成してもよい。一方、全光束や配光に影響を与える程度の導電膜を用いる場合には、その影響が少なく、かつ効果が得られる領域に形成するとよい。例えば、第１の導電膜６１をリード３４との接続側の金属箔３１と対向する外管５の内周面付近のみに形成したり、外管５の内周面のうち下側半周面のみに形成したり、ランプが外管５の外周面に遮光膜が形成されたタイプである場合には、その遮光膜に沿って外管５の内周面に形成したりするのが望ましい。

したがって、本実施の形態では、内管１と外管５との間に形成された第２の空間５１には第２のガスとして窒素を封入し、高圧側のシール部１２に対向する外管５の内表面に第１の導電膜６１としてＩＴＯ膜を形成したことにより、始動のための高電圧を印加した直後のシール部１２と外管５との間の電位差が増大し、誘電体バリア放電が発生しやすくなったため、また熱による導電膜の劣化の影響を抑制できるため、長期にわたり始動性に優れた放電ランプを提供することができる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態の放電ランプの断面図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態の放電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。

本実施の形態では、金属箔３１と対面する高圧側のシール部１２の表面に凹部１２１、さらにその凹部１２１に第２の導電膜６２を形成し、かつその第２の導電膜６２と対向するように、外管５の内表面に第１の導電膜６１を形成している。この構成では、放電開始電圧が１４．８ｋＶであり、第１の実施の形態よりもさらに始動性が改善された。これは始動のための高電圧がランプに印加された直後、シール部１２と外管５との間の電位差が第２の導電膜６２によってさらに増大したためと考えられる。

なお、金属箔３１と第２の導電膜６２の最小距離Ｄ３が近いほど、上記電位差が大きくなり、始動性がよくなる傾向がある。つまり、凹部１２１を深く形成するなどにより最小距離Ｄ３を短くするのが望ましい。試験の結果、最小距離Ｄ３は１．０ｍｍ以下、さらには０．８ｍｍ以下とすると放電開始電圧をさらに低くすることができる。

さらに、第１の導電膜６１と第２の導電膜６２の最小距離Ｄ４が近いほど、上記電位差が大きくなり、始動性がよくなる傾向がある。そこで、図５のように、シール部１２の幅方向の第２の導電膜６２の形成範囲を広げるなどにより、その最小距離Ｄ４を短くするのが望ましい。試験の結果、最小距離Ｄ４は２．５ｍｍ以下、さらには２．０ｍｍ以下とすると放電開始電圧をさらに低くすることができる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態の放電ランプの断面図である。

本実施の形態では、金属箔３１と対面する高圧側のシール部１２の表面に凹部１２１、さらにその凹部１２１に第２の導電膜６２を形成し、かつ発光部１１周辺の外管５の内表面に第１の導電膜６１を形成している。この構成では、放電開始電圧が１３．３ｋＶであり、図７の各実施の形態の放電ランプの放電開始電圧の説明図からもわかるように、他の実施の形態の放電ランプと比較しても始動性改善の効果は顕著である。これは、他の実施例よりも広い範囲で誘電体バリア放電が発生したこと、より具体的には第１の導電膜６１を発光部１１の周辺に形成したことにより、発光部１１付近で誘電体バリア放電が発生したことが影響していると考えられる。

したがって、本実施の形態のような効果を得るには、発光部１１付近で誘電体バリア放電を発生させるために、発光部１１と高圧側のシール部１２の境界Ｙ−Ｙ’よりも低圧側のシール部１２側の外管５の内表面に第１の導電膜６１を形成するとよい。ただし、発光部１１付近に第１の導電膜６１を形成した場合には点灯時の熱の影響を受けやすいと考えられるので、低圧側のシール部１２付近の外管５の内周面に形成するようにしてもよい。が、この形態であると、発光部１１を超えて第２の空間５１内で誘電体バリア放電を発生させることになるため、例えば内管１が下方にオフセットしている場合には、内外管の隙間が広い発光部１１の上側で誘電体バリア放電が発生するよう、第１、第２の導電膜６１、６２ともに外管５の内面の上側に形成しているのが望ましい。

１内管
１１発光部
１１１第１の空間
１２シール部
２金属ハロゲン化物
３電極マウント
３１金属箔
３２電極
３３コイル
３４リード線
５外管
５１第２の空間
６１第１の導電膜
６２第２の導電膜
７ソケット

Claims

内部に第１の空間を有する発光部およびシール部を有する内管と、前記第１の空間に封入された第１のガスを含む放電媒体と、前記シール部に封着された電極マウントと、前記発光部を覆うように設けられた外管とを具備する放電ランプにおいて、
前記内管と前記外管との間に形成された第２の空間には第２のガスが封入されており、前記外管の内表面の少なくとも一部には第１の導電膜が形成されていることを特徴とする放電ランプ。
前記シール部の表面には、第２の導電膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
前記シール部および前記電極マウントをそれぞれ一対備え、一方は高圧側、他方は低圧側に設定されており、前記導電膜は高圧側に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。
前記第２の導電膜は高圧側の前記シール部の表面に、前記第１の導電膜は前記発光部と高圧側の前記シール部の境界よりも低圧側に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ。
前記第２の導電膜は前記発光部には形成されていないことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の放電ランプ。