JP2013025907A - 放電灯および放電灯ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】放電灯のリーク不点灯の発生を抑えることで、放電灯の寿命を長くする。
【解決手段】金属箔３４ａの内部リード３６ａ側の面は、内部リード３６ａに接触する接触部Ｐと、内部リード３６ａから離れている非接触部Ｑとを有し、非接触部Ｑは、非接触部Ｑと接触部Ｐの境界において、接触部Ｐに対して折れ曲がっていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、放電灯および放電灯ユニットに関するものである。

従来、放電灯では、リーク不点灯という現象が発生することが知られており、この現象が放電灯の寿命を短くする要因の１つとなっている（非特許文献１参照）。リーク不点灯とは、封し部の金属箔端部から封し部の端部に向かってクラックが発生し、発光管内に封入しているガスがリークして点灯できなくなる現象をいう。

リーク不点灯の発生メカニズムは、以下の通りである。発光管の気密は、封し部の金属箔と封し部の密着により確保される、放電灯の点灯と消灯が繰り返すことで、熱の変化により、この金属箔が膨張と収縮を繰り返す。これにより、金属箔と封し部の密着部が剥離していく。この剥離が進むと、金属箔の端部からクラックが発生し、封し部の外側まで進み、発光管内部のガスがリークする。

出口誠、沖雅博、野口英彦、「自動車前照灯用ＨｇフリーＨＩＤランプの長寿命化」、東芝レビュー、２００８年、第６３巻、第１０号、ｐ．３１−３３

本発明は上記点に鑑み、放電灯のリーク不点灯の発生を抑えることで、放電灯の寿命を長くすることを目的とする。

図５に示すように、封し部５３内で金属箔５４と電極５６の間に封し部が入り込まずに空気孔６１、６２が発生する。本発明の発明者の検討によれば、リーク不点灯の原因となるクラックは、この空気孔６１、６２を起点として発生する。空気孔６１、６２ができるのは、電極５６と金属箔５４を高温状態で封し部５３の材料で封しするが、製造時に封し部５３の熱が電極５６、金属箔５４を通して逃げるためである。

発明者は、空気孔６１、６２の大きさを示す空気孔距離Ｈと封し部５３にかかるひずみとの間に関係があるのではないかと考え、その関係を解析により求めた結果、図６のグラフのようになった。ここで、空気孔距離Ｈは、１つの空気孔の金属箔５４に沿った面の長さである。また、最大ひずみとは、常温化された後の封し部の歪み応力の最大値である。この図に示すように、空気孔距離がゼロである場合に比べ、空気孔距離が０．０５ｍｍを超えると、最大ひずみが約２倍となる。

このような検討の結果、封し部の製造時にできる空気孔のサイズを低減することで、封し部の最大歪みを低減し、ひいてはクラック発生の可能性を低減できることを、発明者は見いだした。そして、空気孔のサイズを低減するための放電灯の新規な構成を着想した。

請求項１に係る発明は、発光管（３２）と、前記発光管（３２）に隣接される封し部（３３ａ、３３ｂ）と、前記発光管（３２）内および前記封し部（３３ａ、３３ｂ）内に封しされる内部リード（３６ａ、３６ｂ）と、前記封し部（３３ａ、３３ｂ）内に封しされると共に前記前記封し部（３３ａ、３３ｂ）内において前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）と接触する金属箔（３４ａ、３４ｂ）と、前記封し部（３３ａ、３３ｂ）内において前記金属箔（３４ａ、３４ｂ）と接触すると共に前記封し部（３３ａ、３３ｂ）の外に伸びる外部リード（３５ａ、３５ｂ）と、を備え、前記金属箔（３４ａ、３４ｂ）の前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）側の面は、前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）の長手方向に垂直な断面において、前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）に接触する接触部（Ｐ）と、前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）から離れている非接触部（Ｑ）とを有し、前記非接触部（Ｑ）は、前記非接触部（Ｑ）と前記接触部（Ｐ）の境界付近において、前記接触部（Ｐ）に対して折れ曲がっていることを特徴とする放電灯である。

このようになっていることで、接触部Ｐに対して非接触部Ｑが折れ曲がっていない場合に比べ、内部リードの表面のうち、金属箔に接触していない部分に対して、非接触部Ｐが遠ざかっている。したがって、従来に比べ、金属箔と内部リードの接触部付近において、封し部が入り込む空間が広くなるので、空気孔の空気孔距離Ｈが従来よりも小さくなる。その結果、封し部のガラスの最大歪みが低減され、金属箔の内部リード側端部から封し部のクラックが発生する可能性が従来よりも低下し、放電灯の長寿命化が実現する。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放電灯において、非接触部Ｑの接触部Ｐに対する折れ曲がりは、角部を有すると共に前記断面内において直線状になっていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の放電灯において、前記非接触部（Ｑ）の前記接触部（Ｐ）に対する折れ曲がりは、前記断面内の曲線による折れ曲がりであることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の放電灯において、前記非接触部（Ｑ）の前記接触部（Ｐ）に対する折れ曲がりは、前記非接触部（Ｑ）が前記接触部（Ｐ）に対して前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）側とは逆側に折れ曲がることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放電灯において、前記非接触部（Ｑ）の前記接触部（Ｐ）に対する折れ曲がりは、前記接触部（Ｐ）が前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）に沿った形状となることで形成されることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の放電灯（３）と、前記放電灯（３）が点灯するための電力を放電灯（３）に供給するための放電灯点灯装置（２）と、を備え、前記放電灯（３）と前記放電灯点灯装置（２）が一体化していることを特徴とする放電灯ユニットである。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

本発明の実施形態に係る放電灯ユニット１の概略構成図である。 放電灯３の概略構成図である。 第１実施形態における図２のＡ−Ａ断面図である。 第２実施形態における図２のＡ−Ａ断面図である。 従来の放電灯における封し部５３の内部を示す図である。 空気孔距離Ｈと最大ひずみとの関係を示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る放電灯ユニット１の構成を示す。この放電灯ユニット１は、自動車の灯具（ヘッドライト等）として用いられ、放電灯点灯装置２および放電灯３を備えている。

放電灯点灯装置（バラスト）２は、放電灯３が点灯するための電力を放電灯３に供給するための各種構成要素（放電灯３の制御回路等）と、それら各種構成要素を収容するケーシングと、を有する。放電灯３は、放電灯点灯装置２に電気的に接続されると共に、溶接等で放電灯点灯装置２に対して、結合部を破壊する方法以外では取り外し不可能なように、固定されている。また、放電灯点灯装置２と放電灯３の両方が、灯具（反射板、レンズ等を含む）内に設けられる。

従来、放電灯と放電灯点灯装置は別部品であり、寿命部品である放電灯が使用できなくなると、放電灯のみを交換している。しかし、本実施形態の自動車用の放電灯ユニット１においては、小型化のため、上述のように、放電灯点灯装置２と放電灯３を一体化する。このように一体化する場合、放電灯３が使用不能となると、放電灯点灯装置２も含めて交換が必要となり、交換コスト、廃材が増加する。したがって、従来より放電灯３の耐用年数（寿命）を長くしたいというニーズが発生する。

図２に、放電灯３の構成を概略的に示す。放電灯３は、外管３１、発光管３２、封し部３３ａ、３３ｂ、金属箔３４ａ、３４ｂ、外部リード３５ａ、３５ｂ、内部リード３６ａ、３６ｂを有している。

耐熱性と透光性を有する材質（例えば石英ガラス）から成る外管３１の内部には、発光管３２、封し部３３ａ、３３ｂ、金属箔３４ａ、３４ｂ、外部リード３５ａ、３５ｂ、内部リード３６ａ、３６ｂ等が収容されている。

発光管３２は、耐熱性と透光性を有する材質（例えば石英ガラス）から成り、放電媒体としてＸｅガスおよびメタルハイライドが封入されており、発光管３２の軸方向（図２の左右方向）両端には、それぞれ１つの内部リード３６ａ、３６ｂが、電極として封しされている。

また、発光管３２の軸方向両端のそれぞれには、１つの封し部３３ａ、３３ｂが隣接して形成されている。内部リード３６ａは、一部が上述の通り発光管３２内に封しされ、残りの部分が封し部３３ａ内に封しされる。また内部リード３６ｂは、一部が上述の通り発光管３２内に封しされ、残りの部分が封し部３３ｂ内に封しされる。

封し部３３ａ内には、さらに金属箔３４ａおよび外部リード３５ａが封しされており、封し部３３ｂ内には、さらに金属箔３４ｂおよび外部リード３５ｂが封しされている。

金属箔３４ａ、３４ｂは、高融点の金属（例えばモリブデン）から成る短冊形状の薄板である。金属箔３４ａは、内部リード３６ａと外部リード３５ａの間に配置され、内部リード３６ａ側端部において溶接によって内部リード３６ａに接続されており、外部リード３５ａ側端部において溶接によって外部リード３５ａに接続されている。同様に、金属箔３４ｂは、内部リード３６ｂと外部リード３５ｂの間に配置され、内部リード３６ｂ側端部において溶接によって内部リード３６ｂに接続されており、外部リード３５ｂ側端部において溶接によって外部リード３５ｂに接続されている。

外部リード３５ａ、３５ｂは、それぞれ封し部３３ａ、３３ｂの外に伸び、さらに外管３１の外にまで伸び、放電灯点灯装置２に接続される。放電灯３は、この外部リード３５ａ、外部リード３５ｂを介して放電灯３から電力の供給を受けることで、発光管３２を発光させることができる。なお、外管３１と発光管３２、封し部３３ａ、３３ｂとの間の空間には、不活性ガスが密封されている。

ここで、封し部３３ａ内における内部リード３６ａと金属箔３４ａの間の接続構造について説明する。図３に、図２のＡ−Ａ断面図（内部リード３６ａ、３６ｂの長手方向に垂直な断面の図）を示す。

この図に示すように、金属箔３４ａの内部リード３６ａ側の面は、内部リード３６ａの長手方向に垂直な断面の各々（ただし内部リード３６ａと接触する断面に限る）において、断面が円形の内部リード３６ａに接触する接触部Ｐと、内部リード３６ａから離れている非接触部Ｑとを有している。この接触部Ｐは、溶接によって内部リード３６ａに接続されている。

そして、非接触部Ｑは、非接触部Ｑと接触部Ｐの境界において、接触部Ｐに対して内部リード３６ａ側とは逆側に折れ曲がっている。これによって、非接触部Ｑと接触部Ｐの境界において、非接触部Ｑの接線方向と接触部Ｐの接線方向が一致しなくなっている。そして、非接触部Ｑの接触部Ｐに対する折れ曲がりは、角部を有すると共に当該断面内において直線状になっている。また、非接触部Ｑの接触部Ｐに対する折れ曲がりは、接触部Ｐが内部リード３６ａに沿った形状となることで形成される。

このようになっていることで、接触部Ｐに対して非接触部Ｑが折れ曲がっていない場合に比べ、内部リード３６ａの表面のうち、金属箔３４ａに接触していない部分に対して、非接触部Ｐが従来（例えば図５の例）よりも遠ざかっている。

このようになっていることの意義について、以下説明する。図３に示すように、放電灯３の製造時に、封し部３３ａ内で金属箔３４ａと内部リード３６ａの間に封し部３３ａの材料（ガラス）が入り込まずに空気孔４１、４２が発生する。

放電灯３の製造時は、まず内部リード３６ａと金属箔３４ａを溶接で接続し、金属箔３４ａと外部リード３５ａを溶接で接続し、図３に示すような形状に金属箔３４ａを折り曲げ、その後、筒形状にあらかじめ形成された封し部３３ａの中空部に金属箔３４ａ、外部リード３５ａ、内部リード３６ａを位置決めし、その上で高温で封し部３３ａを溶かすことで、封し部３３ａによって金属箔３４ａ、外部リード３５ａ、内部リード３６ａを封しする。このように、外部リード３５ａと金属箔３４ａを高温状態で封しする際、封し部３３ａの熱が内部リード３６ａ、金属箔３４ａを通して逃げるため、封し部３３ａが内部リード３６ａと金属箔３４ａの間の小さな隙間に入り込む前に、封し部３３ａが冷えてしまい、その結果、上記のような空気孔４１、４２ができてしまう。

発明者は、空気孔４１、４２の大きさを示す空気孔距離Ｈと封し部３３ａのガラスにかかるひずみとの間に関係があるのではないかと考え、図５のような例について、空気孔距離Ｈと封し部５３のガラスにかかるひずみの関係を解析により求めた結果、図６のグラフのようになった。ここで、空気孔距離Ｈは、１つの空気孔の金属箔５４に沿った面の長さである。また、最大ひずみとは、常温化された後の封し部５３の歪み応力の最大値である。この図に示すように、空気孔距離がゼロである場合に比べ、空気孔距離Ｈが０．０５ｍｍを超えると、最大ひずみが約２倍となる。なお、この最大歪みが発生する箇所は、発明者の解析により、空気孔６１、６２付近であることがわかっている。

このような検討の結果、本実施形態の封し部３３ａの製造時にできる空気孔４１、４２のサイズを低減することで、封し部３３ａのガラスの最大歪みを低減し、ひいてはクラック発生の可能性を低減できることを、発明者は見いだした。そして、空気孔のサイズを低減するための放電灯の新規な構成として、上記のように、金属箔３４ａの非接触部Ｑが、非接触部Ｑと接触部Ｐの境界において、接触部Ｐに対して折れ曲がっているという構成を採用している。

このようにすることで、従来に比べ、金属箔３４ａと内部リード３６ａの接触部付近において、封し部３３ａの材料であるガラスが入り込む空間が広くなるので、空気孔４１、４２の空気孔距離Ｈが従来よりも小さくなる。その結果、封し部３３ａのガラスの最大歪みが低減され、金属箔３４ａの内部リード３６ａ側端部から封し部３３ａのクラックが発生する可能性が従来よりも低下し、放電灯３の長寿命化が実現する。特に、空気孔距離が０．０５ｍｍ未満になるようにすると、本発明の効果が顕著になる。

なお、封し部３３ａの軸方向（内部リード３６ａの長手方向）において、金属箔３４ａと内部リード３６ａが接続している範囲については、金属箔３４ａおよび内部リード３６ａのどの断面も図３のようになっている。しかし、金属箔３４ａと内部リード３６ａが接続していない範囲では、金属箔３４ａの形状は、どのようになっていてもよい。

以上、封し部３３ａ内における金属箔３４ａと内部リード３６ａの接続構造について説明したが、上記の接続構造は、封し部３３ｂ内における金属箔３４ｂと内部リード３６ｂの接続構造についても同様に採用されている。つまり、図３の説明において、封し部３３ａを封し部３３ｂに読み替え、金属箔３４ａを金属箔３４ｂに読み替え、外部リード３５ａを外部リード３５ｂに読み替え、内部リード３６ａを内部リード３６ｂに読み替えたような構造も採用されている。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、金属箔３４ａ、３４ｂの形状のみであり、他は第１実施形態と同じである。

図４に、本実施形態における図２のＡ−Ａ断面図を示す。この図に示すように、本実施形態の金属箔３４ａは、接触部Ｐが、内部リード３６ａの外周に沿って円形となっており、非接触部Ｑは、平板状となっている。

しかし、各非接触部Ｑが、非接触部Ｑと接触部Ｐの境界において、接触部Ｐに対して折れ曲がっている点については、第１実施形態と同じである。これによって、非接触部Ｑと接触部Ｐの境界において、非接触部Ｑの接線方向と接触部Ｐの接線方向が一致しなくなっている。

このようになっていることで、接触部Ｐに対して非接触部Ｑが折れ曲がっていない場合（
）に比べ、内部リード３６ａの表面のうち、金属箔３４ａに接触していない部分に対して、非接触部Ｐが遠ざかっている。したがって、第１実施形態と同様、従来に比べ、金属箔３４ａと内部リード３６ａの接触部付近において、封し部３３ａの材料であるガラスが入り込む空間が広くなるので、空気孔４１、４２の空気孔距離Ｈが従来よりも小さくなる。その結果、封し部３３ａのガラスの最大歪みが低減され、金属箔３４ａの内部リード３６ａ側端部から封し部３３ａのクラックが発生する可能性が従来よりも低下し、放電灯３の長寿命化が実現する。

以上、封し部３３ａ内における金属箔３４ａと内部リード３６ａの接続構造について説明したが、上記の接続構造は、封し部３３ｂ内における金属箔３４ｂと内部リード３６ｂの接続構造についても同様に採用されている。つまり、図３の説明において、封し部３３ａを封し部３３ｂに読み替え、金属箔３４ａを金属箔３４ｂに読み替え、外部リード３５ａを外部リード３５ｂに読み替え、内部リード３６ａを内部リード３６ｂに読み替えたような構造も採用されている。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。例えば、以下のような形態も許容される。

また、上記各実施形態では、内部リード３６ａ、３６ｂの断面形状は円形であったが、内部リード３６ａ、３６ｂの断面形状は円形以外であってもよい。

例えば、上記各実施形態の放電灯ユニット１では、放電灯点灯装置２と放電灯３が一体化されているが、放電灯点灯装置２と放電灯３が一体化されていないようなシステムにおいても、上記実施形態の放電灯３の構造を採用することができる。

また、上記実施形態では、非接触部Ｑは、非接触部Ｑと接触部Ｐの境界そのものにおいて、接触部Ｐに対して折れ曲がっているが、その境界よりも少し非接触部Ｑ側に離れた位置において、接触部Ｐに対して折れ曲がっていてもよい。つまり、非接触部Ｑは、非接触部Ｑと接触部Ｐの境界付近において、接触部Ｐに対して折れ曲がっていればよい。ここで、境界付近とは、例えば、境界から非接触部Ｑの方に０．０５ｍｍ以内の位置であってもよい。図６に示したように、空気孔距離Ｈが０．０５ｍｍを超えると最大ひずみが急激に増大するので、このようにすれば、空気孔距離Ｈが０．０５ｍｍ以内に抑えられると共に、最大歪みも十分抑えられる。

また、上記実施形態では、非接触部Ｑの接触部Ｐに対する折れ曲がりは、角部を有すると共に当該断面内において直線状になっているが、必ずしもこのようになっておらずともよく、例えば、非接触部Ｑの接触部Ｐに対する折れ曲がりは、当該断面内の曲線による折れ曲がりであってもよい。

１ 放電灯ユニット
２ 放電灯点灯装置
３ 放電灯
３１ 外管
３２ 発光管
３３ａ、３３ｂ、５３ 封し部
３４ａ、３４ｂ、５４ 金属箔
３５ａ、３５ｂ 外部リード
３６ａ、３６ｂ、５６ 内部リード
Ｐ 接触部
Ｑ 非接触部

Claims (6)

1. 発光管（３２）と、
   前記発光管（３２）に隣接される封し部（３３ａ、３３ｂ）と、
   前記発光管（３２）内および前記封し部（３３ａ、３３ｂ）内に封しされる内部リード（３６ａ、３６ｂ）と、
   前記封し部（３３ａ、３３ｂ）内に封しされると共に前記前記封し部（３３ａ、３３ｂ）内において前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）と接触する金属箔（３４ａ、３４ｂ）と、
   前記封し部（３３ａ、３３ｂ）内において前記金属箔（３４ａ、３４ｂ）と接触すると共に前記封し部（３３ａ、３３ｂ）の外に伸びる外部リード（３５ａ、３５ｂ）と、を備え、
   前記金属箔（３４ａ、３４ｂ）の前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）側の面は、前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）の長手方向に垂直な断面において、前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）に接触する接触部（Ｐ）と、前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）から離れている非接触部（Ｑ）とを有し、前記非接触部（Ｑ）は、前記非接触部（Ｑ）と前記接触部（Ｐ）の境界付近において、前記接触部（Ｐ）に対して折れ曲がっていることを特徴とする放電灯。
2. 前記非接触部（Ｑ）の前記接触部（Ｐ）に対する折れ曲がりは、角部を有すると共に前記断面内において直線状になっていることを特徴とする請求項１に記載の放電灯。
3. 前記非接触部（Ｑ）の前記接触部（Ｐ）に対する折れ曲がりは、前記断面内の曲線による折れ曲がりであることを特徴とする請求項１に記載の放電灯。
4. 前記非接触部（Ｑ）の前記接触部（Ｐ）に対する折れ曲がりは、前記非接触部（Ｑ）が前記接触部（Ｐ）に対して前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）側とは逆側に折れ曲がることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の放電灯。
5. 前記非接触部（Ｑ）の前記接触部（Ｐ）に対する折れ曲がりは、前記接触部（Ｐ）が前記内部リード（３６ａ、３６ｂ）に沿った形状となることで形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放電灯。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の放電灯（３）と、
   前記放電灯（３）が点灯するための電力を放電灯（３）に供給するための放電灯点灯装置（２）と、を備え、
   前記放電灯（３）と前記放電灯点灯装置（２）が一体化していることを特徴とする放電灯ユニット。

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