JP4709011B2 - 自動車用放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、自動車の前照灯に使用される放電ランプに関するものである。

自動車用放電ランプは、放電が行われる発光管と、発光管を挿入保持するソケットとで構成される。この自動車放電ランプでは、点灯時、放電部で紫外線が発生するが、この紫外線により、ソケットからガスが生じて自動車前照灯の点灯装置の反射鏡を曇らせたり、ソケット内部等が白く変色したりすることが知られている。（例えば、特許文献１）
この課題に対し、特許文献１の発明では、アークチューブの後方延出部の外表面にＵＶ遮光膜を形成している。これにより、後方延出部からの漏光中のＵＶ成分がカットされて、開口部内の樹脂層が浴びる紫外線量が減少させることができると記載されている。

特開２００２−２７００１０号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、使用する材料が多くなり、製造工程の増加やコストアップが生じてしまう。また、水銀を用いない放電ランプの場合では、発光管全体の温度が高くなってしまうため、ＵＶ遮光膜が寿命中に消失して、効果が弱くなってしまう可能性がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みたもので、その目的は紫外線によるソケットの劣化が少ない自動車用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、本発明の自動車用放電ランプは、内部に放電媒体が封入されるとともに、電極が対向配置される放電部を有する内管および前記内管の両端部に溶着固定され、前記放電部を囲繞する紫外線遮断性の外管とからなる発光管と、内部に壁部を有し、前記壁部の内側に前記発光管の一端が挿入される絶縁性のソケットとを具備し、前記ソケットに挿入された前記発光管の溶着部は、前記内管と前記外管とが前記発光管端部まで溶着形成されてなるものであり、前記溶着部と前記ソケット内部の底部との距離ｄを、５．０ｍｍ以下にしたことを特徴とする。

本発明によれば、紫外線によるソケットの劣化を抑制することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明による第１の実施の形態の放電ランプについて図面を参照して説明する。図１は、本発明による放電ランプの第１の実施の形態を示す全体図、図２は、発光管の軸方向断面図である。

発光管ＬＢの主要部を構成する内管１は、石英ガラスからなり、細長形状をしており、その管軸方向の略中央部には、管軸方向が長径である略楕円形の放電部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１２１、１２２と円筒状の非封止部１３１、１３２が形成され、とりわけ非封止部１３１は長く形成されている。ここで、内管１は、石英ガラスのみならず、点灯中の高温化でも十分耐えることができる耐熱性と、発生した光が極力少ない損失で透過することができる透光性を具備した材料であれば使用することができ、例えば、透光性アルミナ等のセラミックで構成してもよい。

放電部１１の内部には、管軸方向の形状において、中央部は略円筒状で、その両端部は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、ショートアーク型の放電ランプでは１００μｌ以下に設定されるのが一般的であり、特に自動車用として用途を指定する場合には、放電空間の内容積は１０μｌ〜４０μｌであるのが望ましい。

放電空間１４には、金属ハロゲン化物および希ガスとからなる放電媒体が封入される。金属ハロゲン化物としては、主に可視光を発生させる発光媒体として作用するナトリウム、スカンジウムのハロゲン化物、主にランプ電圧形成媒体として作用する亜鉛のハロゲン化物が封入されている。また、始動時および安定点灯時の発光色度の改善などを目的としてインジウムのハロゲン化物がさらに封入されている。これらの金属に結合されるハロゲン化物には、ハロゲン化物の中で反応性が低いヨウ素を選択するのが最も好適であるが、結合されるハロゲン化物はヨウ素に限定されるものではなく、臭素、塩素、または複数のハロゲン化物を組み合わせて使用したりしてもよい。

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。なお、キセノンの圧力は常温（２５℃）において５ａｔｍ以上、さらに好適には１０〜１５ａｔｍであるのが望ましい。なお、希ガスとしては、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してもよい。

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、または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１２１、１２２の内部には、例えばモリブデンからなる金属箔２１、２２が、その平坦面が封止部１２１、１２２の平面と平行するように封止されている。

金属箔２１、２２の放電部１１側の端部には、タングステンを主体に酸化トリウムがドープされた材料からなる電極３１、３２が、レーザー溶接等によって接続されている。この電極３１、３２の形状は、先端側が基端側よりも大径に形成された段付き形状となっており、電極３１、３２の先端側は放電空間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、上記「所定の電極間距離」は、ショートアーク形ランプでは５ｍｍ以下、自動車の前照灯に使用する場合はさらに４．０〜４．５ｍｍ程度であるのが好適である。

放電部１１に対して反対側の金属箔２１、２２の端部には、モリブデンからなるリード線４１、４２の一端がレーザー溶接等によって接続されている。リード線４１、４２の他端側は、封止部１２１、１２２の外部に延出し、円筒状の非封止部１３１、１３２の略中心に位置している。

そして、内管１には、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム、カリウム、バリウムから選択された少なくとも一の酸化物が添加されることにより、紫外線を遮断し、かつ高い透光性を有する筒状の外管５が、内管１の管軸方向の大部分を覆うように設けられている。この内管１と外管５との接続は、外管５の両端を内管１の非封止部１３１、１３２の外周面に溶着することによって行われ、その結果、発光管ＬＢの両端には、図２に示すように第１、第２の溶着部５１、５２が形成される。

ここで、発光管ＬＢと外管５との溶着工程について、図３を参照して説明する。

まず、（ａ）のように、外管５内の所定位置に発光管ＬＢを配置した後、非封止部１３２側の外管５をバーナーＢＮにより加熱して、発光管ＬＢの外側端に溶着し、第２の溶着部５２を形成する。そして、（ｂ）のように、外管５の開口側から、発光管ＬＢと外管５との間の雰囲気を０．８ａｔｍ以下の窒素に置換し、非封止部１３１側の外管５をバーナーＢＮにより約１８００℃に加熱する。すると、発光管ＬＢと外管５との間の空間内は負圧に保たれているため、加熱によって軟化した外管５のガラスが発光管ＬＢの側に引き寄せられる。そして、（ｃ）のように、引き寄せられた外管５のガラス部分に加圧機ＰＭを当て、発光管ＬＢに押し付け、余分な外管５部分を切断することで、第１の溶着部５１が形成される。これにより、第１の溶着部５１は、その放電部１１に対して反対側の端部まで非封止部１３１と外管５が接合された溶着部分が形成される。形成された第１の溶着部５１は、外径が５．５ｍｍ〜７．５ｍｍ、厚さが２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ、長さが７．０ｍｍ〜１３．０ｍｍと比較的肉厚で、かつ長くなる。なお、第１、第２の溶着部５１、５２の溶着具合は、バーナーＢＮの加熱温度や加圧機ＰＭの加圧加減によって調節することができ、発光管ＬＢと外管５とを混ぜ合わせた状態にしてもよく、それぞれの表面同士での溶着にとどめたりしてもよい。

上記で構成された発光管ＬＢの第１の溶着部５１側には、ソケット６が接続される。この接続については、外管５の第１の溶着部５１側の外周面に装着されたリング状の金属バンド７１を、ソケット６の内管１接続側に突出形成された４本の金属製の舌片７２（図１では、２本を図示）によって、挟持することにより行なわれている。そして、それらの接続をさらに強化するために、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。

ソケット６の放電部１１に対して反対側の端部には、点灯回路からの電力を供給するための側部端子８１がその外周面に沿って形成されている。この側部端子８１は、サポートワイヤ９１とリード線４２を介して接続されている。なお、管軸とほぼ平行なサポートワイヤ９１部分には、セラミックからなる絶縁チューブ９２が被覆されている。

ここで、ソケット６の構造について、図４を参照して詳しく説明する。図４は、ソケットの上体図および断面図であり、（ａ）はソケットを開口側方向から見た図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’方向の断面図である。

ソケット６の内部には、その開口側に発光管ＬＢの端部を収容する第１の収容部６１と絶縁スリーブ９２を収容する第２の収容部６２とが形成され、底部側に第１、第２の収容部６１、６２と連通する金属線導入孔６３、６４がそれぞれ形成されている。この金属線導入孔６３、６４には、リード線４１とサポートワイヤ９１をスムーズに導入するために、スロープ状のガイドが複数形成されている。また、収容部６１の開口側には、舌片７２を装着するための凹部６５が４つ形成されている。

さらに、収容部６１には、発光管部ＬＢのうち、特に第１の溶着部５１を内部に収容するための円筒状の壁部６６が形成されている。その壁部６６の内径は、第１の溶着部５１を収容した場合に０．５ｍｍ程度の隙間が保たれるよう、第１の溶着部５１の外径よりも少し大きく形成されている。

ソケット６の外部には、相手筐体に接続するための凸部６７が形成されている。また、金属線導入孔６３、６４の底部側の出口には、点灯回路に接続するための側部端子８１、底部端子８２が、ソケット６の本体に埋め込まれるように形成されている。ここで、金属線導入孔６３、６４の底部側出口に形成された側部端子８１、底部端子８２は、リード線４１およびサポートワイヤ９１とそれぞれレーザー溶接されるが、金属線の溶融程度を均一にして形状不良を防止して、それらの接続を良好にするために、その底部側出口の径がリード線４１とサポートワイヤ９１の直径に対して、１〜１．４３倍の大きさになるように形成されている。

図５に、図１の自動車用放電ランプの寸法、材料等の一仕様を示す。なお、以下の試験は特に言及しない限りこの仕様に基づいて行なっている。

放電容器１：石英ガラス製、放電空間１４の容積＝２７μｌ、内径Ａ＝２．６ｍｍ、外径Ｂ＝６．２ｍｍ、長手方向の最大長Ｃ＝７．８ｍｍ、第１の溶着部５１の長さＬ＝１０．０ｍｍ、
放電媒体：ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、臭化インジウム、金属ハロゲン化物の合計０．７ｍｇ、キセノン＝１１ａｔｍ
電極３１、３２：酸化トリウムをドープしたタングステン材料、先端径＝０．３８ｍｍ、基端径＝０．３０ｍｍ、実際の電極間距離Ｄ＝３．８ｍｍ（ランプ外から見た電極間距離＝４．４ｍｍ）
空間５１：窒素、封入圧＝０．７ａｔｍ
第１の溶着部５１と壁部６６の底部との距離ｄ＝１．０ｍｍ
壁部６６の厚さＷ＝２．０ｍｍ
始動時７５Ｗ、安定点灯時３５Ｗ、水平点灯
図６は、第１の溶着部とソケットの底部との距離ｄを変えて試験を行ったときの結果を示す図である。試験では、通常の点灯方法で２０００時間点灯を行い、そのときのソケット６の変色具合を目視で確認している。

結果から、第１の溶着部５１とソケット６の底部との距離ｄが長いほどソケット６に白色が見られ、ｄが７．０ｍｍ以上の場合、ソケット６の内部が少し白色に変色し、さらにｄが９．０ｍｍ以上ではソケット６の内部や外表面等、大部分が強く白色化していた。これは、第１の溶着部５１の挿入が浅い場合には、第１の溶着部５１によってＵＶ保護されない部分がソケット６内部に多く発生してしまい、紫外線が照射された部分が劣化および発生したガスによって周辺部が汚染されたためであると考えられる。このソケット６の劣化は、その発生ガスによってランプのガラス表面や点灯装置内の反射鏡を曇らせることにつながり、好ましくない。したがって、第１の溶着部５１とソケット６の底部との距離ｄは、変色が発生していない５．０ｍｍ以下であるのが望ましいといえる。

図７は、第１の溶着部と壁部の底部との距離ｄの異なるランプについて、壁部の厚さＷを変化させて耐電圧試験を行ったときの結果を示す図である。今回の試験では、放電部１１内の電極間距離Ｄを長くする等、放電開始電圧が非常に高い発光管ＬＢを有するランプ（例えば、放電開始電圧が２０ｋＶ以上のランプ）に、２０ｋＶのパルス電圧を短期間で約４０発印加→５秒間放置→再びパルス印加・・・という点灯サイクルを繰り返し、最初にパルスリークの発生が確認されたときのパルス印加回数を測定している。本試験におけるパルス印加回数は、１００００回で約１５００時間、１５０００回で約２０００時間、２００００回で約２５００時間パルスリークが発生しないことにほぼ相当する。そのため、パルス印加回数が１５０００回以下でパルスリークが発生した場合を×、１５０００〜２００００回でパルスリークが発生した場合を○、２００００回以上でパルスリークが発生した場合を◎として判定している。

図７の結果からわかるように、第１の溶着部５１と壁部６６の底部との距離ｄが長いほど、パルスリークが発生しやすいことわかる。つまり、距離ｄが７．０ｍｍの場合は、５．０ｍｍの場合と比較して、明らかにパルスリークが発生しやすくなっている。また、壁部６６の厚さＷもパルスリークの発生に関係しており、壁部６６の厚さＷが厚いほどパルスリークが発生しにくいことがわかる。

上記の原因については、次のように推測する。

通常、ランプにパルスを印加した場合、電極３１、３２間で絶縁破壊が起き、放電が開始される。しかしながら、放電空間１１内のキセノン圧が高い等により、始動開始電圧が高くなったランプでは、電極３１、３２間で絶縁破壊が発生することなく、一方のリード線から他方のリード線にパルスがリークすることがある。このパルスリークは、主にソケット６内の金属線間の沿面距離（本実施の形態では、発光管ＬＢ端部付近のリード線４１またはサポートワイヤ９１から、壁部６６を介した他方の金属線までの距離）が関係してくるため、それを考慮してパルスリークが発生しないように設計がされる。つまり、本実施の形態では、第１の溶着部５１端部のリード線４１から、壁部６６の開口面側を迂回し、絶縁スリーブ９２から露出したサポートワイヤ９１までの沿面距離が、２０．０ｍｍ以上になるように設計される。

しかしながら、試験等によって、ランプの点灯時に発生する紫外線、熱、パルス印加時の電気的な衝撃等が原因となって、壁部６６が劣化し、絶縁性が低下する。この劣化による壁部６６の絶縁性低下がある時点にまで達すると、パルスが壁部６６を透過する現象が発生することが確認されている。つまり、壁部６６の劣化が顕著になると、パルスの導通路が形成されるために他方の金属線までの沿面距離が短くなり、初期にパルスリークが発生していなくても、寿命中に発生するようになったと考えられる。

今回の試験の場合、第１の溶着部５１と壁部６６の底部との距離ｄが長くなると、紫外線による壁部６６の劣化が顕著になり、そのため距離ｄが短い場合と比較して、パルスリークが発生しやすくなっている。また、上述したように、壁部６６は紫外線以外の要因でも劣化するため、厚さＷが薄い場合にも寿命中パルスリークが発生している。つまり、ｄ＝７．０ｍｍになると壁部６６の厚さがかなり厚くなってしまうので、ソケット６の設計自由度が狭くなってしまう。以上から、第１の溶着部５１と壁部６６の底部との距離ｄは５．０ｍｍ以下で、かつ壁部６６の厚さＷは、パルスリークを約２０００時間以上抑制できるように１．０ｍｍ以上であるのが良く、さらには、パルスリークを約２５００時間以上抑制できる１．５ｍｍ以上であるのが望ましい。

したがって、本実施の形態では、紫外線遮断性を有する外管５と内管１とを発光管ＬＢの端部まで溶着形成された第１の溶着部５１をソケット６の内部に収容することで、簡単な構成で点灯時に発生する紫外線によるソケット６の劣化を抑制できる。そのため、コストアップや製造工程の増加なく、ソケット６の劣化によって生じる様々な不具合を防止できる。また、ソケット６内部の底部と第１の溶着部５１との距離ｄが、５．０ｍｍ以下であることによって、さらに高いソケット６の劣化抑制効果を得ることができる。

ここで、本実施の形態の第１の溶着部５１は、溶着部分が長く形成されているために耐久性が高い。そのため、機械的衝撃に強いとともに、内管１と外管５との間に窒素等のガスを封入した場合には、ガスリークが発生しにくいため、長時間所望の特性を維持できる。また、第１の溶着部５１は比較的コンパクトな構造であるため、ソケット６内部の設計自由度を広げることができる。

さらに、第１の溶着部５１を収容する壁部６６の壁の厚さが、１．０ｍｍ以上、さらに好ましくは１．５ｍｍ以上であることにより、長時間パルスリークの発生を抑制できる。

なお、実施の形態では、さらに非封止部１３１内のリード線４１に、絶縁スリーブ９２のような絶縁部材を設けることにより、パルスリークの発生を防止する構成上、さらに効果的である。

本発明による放電ランプの第１の実施の形態を示す全体図。 図２は、発光管の軸方向断面図。 発光管ＬＢと外管５との溶着工程の説明図。 ソケットの上体図および断面図。 本発明の一仕様の説明図。 第１の溶着部と壁部の底部との距離ｄを変えて試験を行ったときの結果を示す図。 第１の溶着部と壁部の底部との距離ｄの異なるランプについて、壁部の厚さＷを変化させて耐電圧試験を行ったときの結果を示す図。

符号の説明

ＬＢ 発光管
１ 内管
１１ 放電部
１２１、１２２ 封止部
１３１、１３２ 非封止部
１４ 放電空間
２１、２２ 金属箔
３１、３２ 電極
４１、４２ リード線
５ 外管
５１、５２ 第１、第２の溶着部
６ ソケット
６１、６２ 第１、第２の収容部
６６ 壁部
７１ 金属バンド
７２ 舌片
８１ 側部端子
８２ 底部端子
９１ サポートワイヤ
９２ 絶縁チューブ

Claims (3)

1. 内部に放電媒体が封入されるとともに、電極が対向配置される放電部を有する内管および前記内管の両端部に溶着固定され、前記放電部を囲繞する紫外線遮断性の外管とからなる発光管と、
   内部に壁部を有し、前記壁部の内側に前記発光管の一端が挿入される絶縁性のソケットとを具備し、
   前記ソケットに挿入された前記発光管の溶着部は、前記内管と前記外管とが前記発光管端部まで溶着形成されてなるものであり、前記溶着部と前記ソケット内部の底部との距離ｄを、５．０ｍｍ以下にしたことを特徴とする自動車用放電ランプ。
2. 前記壁部の厚さＷは１．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用放電ランプ。
3. 前記放電媒体は水銀を含まないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車用放電ランプ。

Images