JP2016181438A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】安定点灯時における電力が低く、且つ、フリッカとクラックリークの発生を抑制することができる放電ランプを提供する。
【解決手段】放電ランプは、安定点灯時に３０Ｗ以下の電力で点灯させる。放電ランプは、金属ハロゲン化物と、不活性ガスと、が封入された放電空間１１１を内部に有する発光部１１と、前記発光部１１の端部に設けられた封止部１２と、一端が放電空間１１１の内部に設けられ、他端が封止部１２の内部に設けられた電極３２と、封止部１２の内部に設けられ、電極３２の前記他端の近傍に接合された金属箔３１と、を具備している。放電空間１１１の端部１１１ａと、金属箔３１の前記放電空間側の端部３１ａと、の間における電極３２の体積Ｖは、０．１８ｍｍ^３以上、０．４ｍｍ^３以下である。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、放電ランプに関する。

金属ハロゲン化物が封入された放電空間を有する発光部と、発光部の端部に設けられた封止部と、一端が放電空間の内部に設けられ、他端が封止部の内部に設けられた電極と、封止部の内部に設けられ、電極の他端の近傍に接合された金属箔とを備えた放電ランプがある。
従来、放電空間には水銀が封入されていた。しかしながら、近年においては環境保護の観点から放電空間に水銀を含めないようにしている。
また、省電力化の要求から、安定点灯時において３０Ｗ以下（例えば、２５Ｗ）の電力で点灯させる放電ランプが求められている。
そのため、水銀を含まず、且つ、低電力の放電ランプが提案されている。

ところが、低電力の放電ランプは、安定点灯時において電流が小さくなるため、フリッカ（ちらつき）が発生しやすくなる。
また、水銀を含めないようにすると、安定点灯時においてフリッカがさらに発生しやすくなる。
この場合、電極の太さ寸法を短くして電流密度を高めればフリッカの発生を抑制することができる。
しかしながら、単に電極の電流密度を上昇させると、電極に接合された金属箔の温度が高くなりすぎて、金属箔が封止部から剥がれるおそれがある。金属箔が封止部から剥がれると、封止部にクラックが生じ、放電空間の内部にあるガスがリーク（クラックリーク）する場合がある。放電空間の内部にあるガスがリークすると、放電ランプが不灯となるおそれがある。
そのため、安定点灯時における電力が低く、且つ、フリッカとクラックリークの発生を抑制することができる放電ランプの開発が望まれていた。

再表２０１２／１７６４９３号公報

本発明が解決しようとする課題は、安定点灯時における電力が低く、且つ、フリッカとクラックリークの発生を抑制することができる放電ランプを提供することである。

実施形態に係る放電ランプは、安定点灯時に３０Ｗ以下の電力で点灯させる放電ランプである。
実施形態に係る放電ランプは、金属ハロゲン化物と、不活性ガスと、が封入された放電空間を内部に有する発光部と；前記発光部の端部に設けられた封止部と；一端が前記放電空間の内部に設けられ、他端が前記封止部の内部に設けられた電極と；前記封止部の内部に設けられ、前記電極の前記他端の近傍に接合された金属箔と；を具備している。
前記放電空間の端部と、前記金属箔の前記放電空間側の端部と、の間における前記電極の体積は、０．１８ｍｍ^３以上、０．４ｍｍ^３以下である。

本発明の実施形態によれば、安定点灯時における電力が低く、且つ、フリッカとクラックリークの発生を抑制することができる放電ランプを提供することができる。

本実施の形態に係る放電ランプ１００を例示するための模式図である。 図１におけるＡ部を例示するための模式拡大図である。

実施形態に係る発明は、安定点灯時に３０Ｗ以下の電力で点灯させる放電ランプであって、金属ハロゲン化物と、不活性ガスと、が封入された放電空間を内部に有する発光部と；前記発光部の端部に設けられた封止部と；一端が前記放電空間の内部に設けられ、他端が前記封止部の内部に設けられた電極と；前記封止部の内部に設けられ、前記電極の前記他端の近傍に接合された金属箔と；を具備している。
前記放電空間の端部と、前記金属箔の前記放電空間側の端部と、の間における前記電極の体積は、０．１８ｍｍ^３以上、０．４ｍｍ^３以下である。
この様にすれば、安定点灯時における電力が低く、且つ、フリッカとクラックリークの発生を抑制することができる放電ランプとすることができる。

この場合、前記放電空間の端部と、前記金属箔の前記放電空間側の端部と、の間における前記電極の長さは、４．０ｍｍ以上とすることができる。
この様にすれば、クラックリークの発生をさらに抑制することができる。

また、前記安定点灯時において、前記電極における電流密度は、４．４Ａ／ｍｍ^２以上、１３．３Ａ／ｍｍ^２以下とすることができる。
この様にすれば、フリッカとクラックリークの発生をさらに効果的に抑制することができる。

また、前記安定点灯時において、前記金属箔の表面温度は、７００℃以下とすることができる。
この様にすれば、クラックリークの発生をさらに効果的に抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
本発明の実施形態に係る放電ランプは、例えば、自動車の前照灯に用いられるＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプとすることができる。また、自動車の前照灯に用いられるＨＩＤランプとする場合には、いわゆる水平点灯を行うものとすることができる。

本発明の実施形態に係る放電ランプの用途は、自動車の前照灯に限定されるわけではないが、ここでは一例として、放電ランプが自動車の前照灯に用いられるＨＩＤランプである場合を例に挙げて説明する。

図１は、本実施の形態に係る放電ランプ１００を例示するための模式図である。
なお、図１においては、放電ランプ１００を自動車に取り付けた場合に、前方となる方向を前端側、その反対方向を後端側、上方となる方向を上端側、下方となる方向を下端側としている。
図２は、図１におけるＡ部を例示するための模式拡大図である。
なお、煩雑となるのを避けるためにコイル３３は省いて描いている。

図１に示すように、放電ランプ１００には、バーナー１０１およびソケット１０２が設けられている。
バーナー１０１には、外管５、内管１、電極マウント３、サポートワイヤ３５、スリーブ４、および金属バンド７１が設けられている。
外管５は、内管１の外側に内管１と同芯に設けられている。すなわち、二重管構造となっている。

外管５と内管１との接続は、内管１の円筒部１４付近に外管５を溶着することにより行うことができる。内管１と外管５との間に形成された閉空間には、ガスが封入されている。封入されるガスは、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、またはこれらの混合ガスとすることができる。ガスの封入圧力は、例えば、常温（２５℃）で０．３ａｔｍ以下とすることができる。なお、ガスの封入圧力は、常温（２５℃）で０．１ａｔｍ以下とすることがより好ましい。

外管５は、内管１の材料の熱膨張係数に近く、かつ紫外線遮断性を有する材料から形成することが好ましい。外管５は、例えば、チタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物が添加された石英ガラスから形成することができる。

内管１は、透光性と耐熱性を有する材料から形成されている。内管１は、例えば、石英ガラスなどから形成することができる。
内管１は、発光部１１、封止部１２、境界部１３、および円筒部１４を有する。

発光部１１は、断面形状がほぼ楕円形を呈し、内管１の中央付近に設けられている。発光部１１の内部には、中央部分がほぼ円柱状で、両端がテーパ状にすぼまっている放電空間１１１が設けられている。

放電空間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、不活性ガスとを含む。
金属ハロゲン化物２は、例えば、インジウムのハロゲン化物、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などを含むものとすることができる。ハロゲンとしては、例えば、ヨウ素を例示することができる。ただし、ヨウ素の代わりに臭素や塩素などを用いることもできる。
本実施の形態に係る放電ランプ１００においては、金属ハロゲン化物２は水銀を含んでいない。

放電空間１１１に封入される不活性ガスは、例えば、キセノン、ネオン、アルゴン、クリプトンなどや、これらを組み合わせた混合ガスなどとすることができる。

封止部１２は、板状を呈し、発光部１１の軸方向の両端部にそれぞれ設けられている。
封止部１２は、例えば、ピンチシール法を用いて形成することができる。なお、封止部１２は、シュリンクシール法により形成され、円柱状を呈したものであってもよい。
一方の封止部１２の発光部１１側とは反対側には、境界部１３を介して円筒部１４が連続的に形成されている。

電極マウント３は、封止部１２の内部に設けられている。
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を有する。

金属箔３１は、封止部１２の内部に設けられている。
金属箔３１は、電極３２の放電空間１１１側とは反対側の端部の近傍に接合されている。
金属箔３１は、薄板状を呈し、例えば、モリブデンから形成されている。

電極３２は、線状を呈している。電極３２の断面形状は、例えば、円形とすることができる。
電極３２の太さ寸法（断面形状が円形の場合には直径寸法）は、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とすることができる。
電極３２は、例えば、純タングステン、ドープタングステン、レニウムタングステンなどから形成することができ、また、トリウムを含有することもできる。なお、電極３２はトリウムを含有していない構成でも良い。

電極３２の一端は、放電空間１１１内に突出している。一対の電極３２は、先端同士が所定の距離を保って互いに対向するように設けられている。
すなわち、一対の電極３２は、放電空間１１１の内部にそれぞれ突出し、所定の距離をおいて対向配置されている。
電極３２の他端側は、金属箔３１の発光部１１側の端部近傍に接合されている。電極３２と金属箔３１の接合は、レーザ溶接により行うことができる。

コイル３３は、例えば、ドープタングステンからなる金属線から形成することができる。コイル３３は、封止部１２の内部に設けられた電極３２の外側に巻きつけられている。この場合、例えば、コイル３３の線径は３０μｍ〜１００μｍ程度、コイルピッチは６００％以下とすることができる。

リード線３４は、線状を呈している。リード線３４の断面形状は、例えば、円形とすることができる。リード線３４は、例えば、モリブデンなどから形成することができる。
リード線３４の一端側は、金属箔３１の発光部１１側とは反対側の端部近傍に接合されている。リード線３４と金属箔３１の接合は、レーザ溶接により行うことができる。リード線３４の他端側は、内管１の外部にまで延びている。

サポートワイヤ３５は、Ｌ字状を呈し、放電ランプ１００の前端側から出ているリード線３４の端部に接合されている。サポートワイヤ３５とリード線３４との接合は、レーザ溶接により行うことができる。サポートワイヤ３５は、例えば、ニッケルから形成することができる。
スリーブ４は、サポートワイヤ３５の内管１と平行に延びる部分を覆っている。スリーブ４は、例えば、円筒状を呈し、セラミックから形成することができる。
金属バンド７１は、外管５の後端側の外周面に固定されている。

ソケット１０２は、本体部６、取り付け金具７２、底部端子８１、および側部端子８２を有する。
本体部６は、樹脂などの絶縁性材料から形成されている。本体部６の内部には、リード線３４、サポートワイヤ３５、およびスリーブ４の後端側が設けられている。

取り付け金具７２は、本体部６の前端側の端部に設けられている。取り付け金具７２は、本体部６から突出しており、金属バンド７１を保持する。取り付け金具７２により金属バンド７１を保持することで、バーナー１０１がソケット１０２に保持される。

底部端子８１は、本体部６の後端部側の内部に設けられている。底部端子８１は、導電性材料から形成され、リード線３４と電気的に接続されている。
側部端子８２は、本体部６の後端部側の側壁に設けられている。側部端子８２は、導電性材料から形成され、サポートワイヤ３５と電気的に接続されている。

そして、底部端子８１が高圧側、側部端子８２が低圧側となるように図示しない点灯回路とそれぞれ接続される。自動車の前照灯の場合には、放電ランプ１００は、中心軸がほぼ水平の状態で、かつサポートワイヤ３５がほぼ下端側（下方）に位置するように取り付けられる。そして、この様な方向に取り付けられた放電ランプ１００を点灯することは、水平点灯と称される。
そして、放電ランプ１００は、安定点灯時に３０Ｗ以下（例えば、２５Ｗ）の電力で点灯させるようにする。すなわち、本実施の形態に係る放電ランプ１００は、低電力の放電ランプである。

前述したように、本実施の形態に係る放電ランプ１００においては、金属ハロゲン化物２は水銀を含んでいない。
そのため、安定点灯時にフリッカが発生しやすくなる。

この場合、電極３２の太さ寸法を短くして電流密度を高め、電極３２の温度を上昇させればフリッカの発生を抑制することができる。
しかしながら、単に電極３２の電流密度を上昇させると、電極３２に接続された金属箔３１の温度が高くなりすぎて、金属箔３１が封止部１２から剥がれるおそれがある。金属箔３１が封止部１２から剥がれると、封止部１２にクラックが発生し、放電空間１１１の内部にあるガスがリーク（クラックリーク）する場合がある。放電空間１１１の内部にあるガスがリークすると、放電ランプ１００が不灯となるおそれがある。

ここで、図２に示すように、放電空間１１１の端部１１１ａと、金属箔３１の放電空間１１１側の端部３１ａとの間における電極３２の体積をＶとする。
本発明者の得た知見によれば、体積Ｖが所定の範囲内となっていれば、フリッカとクラックリークの発生を抑制することができる。

表１は、体積Ｖと、フリッカの発生およびクラックリークの発生との関係を例示するための表である。

表１は、以下の構成を有する放電ランプ１００を評価した結果である。
評価した放電ランプ１００は、安定点灯時に２５Ｗの電力で点灯させるものとした。
電極３２の材料はタングステンとした。電極３２の太さ寸法は、０．２８ｍｍとした。

金属箔３１の材料はモリブデンとした。
金属箔３１の厚み寸法は０．０２１ｍｍとした。

フリッカ試験は、フリッカ発生の抑制効果を評価したものである。
フリッカ試験においてフリッカが発生しなかった場合を「○」とし、フリッカが発生した場合を「×」とした。

クラックリーク試験は、クラックリーク発生の抑制効果を評価したものである。
クラックリーク試験においてクラックリークが発生しなかった場合を「○」とし、クラックリークが発生した場合を「×」とした。

表１から分かるように、体積Ｖが０．４ｍｍ^３を超えるとフリッカが発生する。
これは、体積Ｖが０．４ｍｍ^３を超えると、電極３２における電流密度が低くなりすぎて電極３２の温度が上昇しにくくなるからであると考えられる。
一方、体積Ｖが０．１５ｍｍ^３未満となるとクラックリークが発生する。
これは、体積Ｖが０．１５ｍｍ^３未満となると、電極３２における電流密度が高くなり電極３２の温度、ひいては厚みの薄い金属箔３１の温度が高くなりすぎて、金属箔３１が封止部１２から剥がれ易くなるからであると考えられる。

そのため、表１から分かるように、体積Ｖが、０．１８ｍｍ^３以上、０．４ｍｍ^３以下となるようにすれば、低電力で水銀を含まず、且つフリッカとクラックリークの発生を抑制することができる放電ランプ１００とすることができる。

また、本発明者の得た知見によれば、体積Ｖが、０．１８ｍｍ^３以上、０．４ｍｍ^３以下であり、且つ、放電空間１１１の端部１１１ａと、金属箔３１の放電空間１１１側の端部３１ａとの間における電極３２の長さＬが４．０ｍｍ以上であれば、クラックリークの発生をさらに抑制することができる。なお、電極３２の長さＬは、実際の長さであり、封止部１２の外部から観察した際の長さより若干短くなる。

また、本発明者の得た知見によれば、体積Ｖが、０．１８ｍｍ^３以上、０．４ｍｍ^３以下であり、且つ、安定点灯時において、電極３２における電流密度が４．４Ａ／ｍｍ^２以上、１３．３Ａ／ｍｍ^２以下であれば、フリッカとクラックリークの発生をさらに効果的に抑制することができる。

また、本発明者の得た知見によれば、体積Ｖが、０．１８ｍｍ^３以上、０．４ｍｍ^３以下であり、且つ、安定点灯時において、金属箔３１の表面温度が７００℃以下であれば、クラックリークの発生をさらに効果的に抑制することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 内管、２ 金属ハロゲン化物、３ 電極マウント、５ 外管、１１ 発光部、１２ 封止部、３１ 金属箔、３２ 電極、１００ 放電ランプ、１０１ バーナー、１０２ ソケット、１１１ 放電空間

Claims (4)

1. 安定点灯時に３０Ｗ以下の電力で点灯させる放電ランプであって、
   金属ハロゲン化物と、不活性ガスと、が封入された放電空間を内部に有する発光部と；
   前記発光部の端部に設けられた封止部と；
   一端が前記放電空間の内部に設けられ、他端が前記封止部の内部に設けられた電極と；
   前記封止部の内部に設けられ、前記電極の前記他端の近傍に接合された金属箔と；
   を具備し、
   前記放電空間の端部と、前記金属箔の前記放電空間側の端部と、の間における前記電極の体積は、０．１８ｍｍ^３以上、０．４ｍｍ^３以下である放電ランプ。
2. 前記放電空間の端部と、前記金属箔の前記放電空間側の端部と、の間における前記電極の長さは、４．０ｍｍ以上である請求項１記載の放電ランプ。
3. 前記安定点灯時において、
   前記電極における電流密度は、４．４Ａ／ｍｍ^２以上、１３．３Ａ／ｍｍ^２以下である請求項１または２に記載の放電ランプ。
4. 前記安定点灯時において、
   前記金属箔の表面温度は、７００℃以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の放電ランプ。

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