JP4808552B2

JP4808552B2 - 自動車用放電ランプ

Info

Publication number: JP4808552B2
Application number: JP2006172662A
Authority: JP
Inventors: 啓幸加藤; 圭佑中里; 浩二田邉
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-06-22
Also published as: JP2008004385A

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。

自動車の前照灯に使用される放電ランプの例としては、例えば、特表２００４−５３４３６３号公報（以下、特許文献１）の発明がある。この文献に記載されているように、放電ランプは内部に空間を有するソケットに発光管の一端が挿入保持されるとともに、発光管の両端から延出された導線がソケットの底部および側部に形成された端子と接続された構造である。

なお、このような自動車用の放電ランプにおいて、特開２００５−１６６６７０号公報（以下、特許文献２）のように、側部端子接続側の導線をソケット内部で屈曲させる構造が採用されることがある。この構造を採用すれば、放電ランプをリフレクタと組み合わせて使用する場合、側部端子接続側の導線が発光管に近接しリフレクタ内部に挿入される放電ランプ部分が小型化するため、リフレクタの設計自由度が増すという利点がある。

特表２００４−５３４３６３号公報特開２００５−１６６６７０号公報

自動車用放電ランプでは、始動時に数十ｋＶの高圧パルスを点灯のために印加する。このように点灯のたびに高圧パルスを印加し続けていると、寿命中に電極間以外の部分で放電してしまう現象（以下、異常放電）が発生することがある。異常放電が発生すると最悪の場合、ランプが点灯しなくなり、重大な事故につながりかねない。

本発明は、上記のような課題に鑑みたもので、その目的は異常放電の発生を抑制することができる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為に、本発明の自動車用放電ランプは、第１、第２の導線を有する発光管と、第１、第２の端子を有し、前記発光管の一端を前端側に保持するとともに、前記第１、第２の導線を前記第１、第２の端子にそれぞれ接続するソケットと、を具備する自動車用放電ランプにおいて、前記第２の導線は、前記ソケットの内部で屈曲する屈曲部を有し、前記ソケットは、前記発光管と第２の導線との間に挟まれるように、かつ後端側から前端方向に突出するように形成された、同一材料で、かつ一体の円筒壁をその内部に有しており、前記発光管は、その一端が前記円筒壁の内部空間に挿入され、前記ソケットの前端から第２の導線の前記屈曲部までの距離をＹ_１、前記ソケットに挿入された一端部に対応し、前記第１、第２の導線を含まない前記発光管の長さをＹ_２としたとき、Ｙ_２−Ｙ_１が４．０ｍｍ≦Ｙ_２−Ｙ_１≦６．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、異常放電の発生を抑制することができる。

以下に、本発明による実施の形態の自動車用放電ランプについて図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態の自動車用放電ランプを示す全体図、図２は発光管の説明図である。

本実施の形態の自動車用放電ランプは、発光管ＬＢを有する。発光管ＬＢは二重管構造であり、内部には内管１が配置されている。内管１は、細長形状であり、その管軸の略中央には、長楕円形の放電部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１２ａ、１２ｂ、さらにその両端には円筒状の非封止部１３ａ、１３ｂが形成されている。このような内管１は、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を用いることができる。具体的には、石英ガラス、透光性アルミナ等のセラミックなどが好適である。

放電部１１の内部には、中央は略円筒状で、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、自動車に用いられる放電ランプとしては、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２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２は、常温（２５℃）において固体であり、ナトリウム、スカンジウム、亜鉛、インジウムのハロゲン化物で構成されている。なお、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。ただし、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てもよい。

希ガスとしては、キセノンが封入されている。キセノンの圧力は常温において５ａｔｍ以上、さらに好適には１０〜１５ａｔｍであるのが望ましい。なお、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。
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により構成されている。

金属箔３ａ１、３ｂ１は、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側の端部にレーザ溶接によって接続され、他端側は放電空間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４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。なお、電極３ａ２、３ｂ２は、大径の先端部と小径の軸部とからなる形状である。

コイル３ａ３、３ｂ３は、例えば、ドープタングステンからなり、電極３ａ２、３ｂ２の軸部分に螺旋状に巻かれている。

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の外部に延出している。

また、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、紫外線を遮断性する作用を有する筒状の外管４が、管軸に沿って気密容器１と同心状に設けられている。それらの接続は、気密容器１の両端の筒状の非封止部１３ａ、１３ｂに外管４の両端部を溶融することによって行なわれ、内部が気密に保たれる。そして、気密に保たれた気密容器１と外管４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または混合して封入したりすることができる。また、外管４の外周面には、金属バンド５１が装着されている。

なお、内管１と外管４とを溶融により接続すると、発光管ＬＢの両端部に第１、第２の溶融部４ａ、４ｂが形成される。この第１、第２の溶融部４ａ、４ｂは、図２のようにそれぞれの接続表面が完全には混ざり合っていない溶融状態であってもよいし、完全に互いに溶け込んだ溶融状態であってもよい。

以上のように構成された発光管ＬＢの第１の溶融部４ａ側には、ソケット６が接続されている。これらの接続は、金属バンド５１をソケット６の開口側に突出形成された４本の金属製の舌片５２（図１では、２本を図示）で挟持し、さらに金属バンド５１及び舌片５２の接触点をレーザ溶接することにより行なわれている。また、ソケット６の底部および側部には、底部端子７ａおよび側部端子７ｂが形成されており、リード線３ａ４が底部端子７ａにレーザ溶接等で接続されている。

ここで、ソケット６の構造について、図３のソケットの説明図を参照してさらに詳しく説明する。（ａ）は、ソケットを前端方向から見た図、（ｂ）は、Ｚ−Ｚ’の断面を矢印方向から見た図である。

ソケット６は、耐熱性、成形性に優れるガラス繊維強化プラスチック材料であるＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）からなり、１．０ｍｍ程度の厚さで約１５ｋＶ程度の耐電圧特性が向上する。このソケット６の前端側にフランジ６１が形成されている。なお、フランジ６１の前端側面は基準面と呼ばれている。また、ソケット６の内部には空間６２が形成されている。空間６２の前端側は、フランジ６１の中央で大きく円形に開口しており、その開口部分には、舌片５２を装着するための凹部６３が円周に沿って等間隔に４つ形成されている。そして、空間６２の後端側は、ソケット６を貫通し、その出口には底部端子７ａが位置している。

さらに、空間６２には、発光管ＬＢの第１の溶融部４ａとサポートワイヤ３ｃとの間に位置するように円筒壁６４が後端側から前端方向に突出形成されている。この円筒壁６４は、十分な絶縁耐圧を維持するために、少なくとも２．０ｍｍ以上の厚さｄと１０．０ｍｍ以上の高さｈがあるのが望まれる。また、この円筒壁６４内部の空間は、第１の溶融部４ａの直径よりも若干大きく形成されている。

また、フランジ６１には、空間６２の他に前端側が開口している空間６５が形成されている。この空間６５は、大きさの異なる２つの空間６６、６７により構成されている。そのうちの空間６７はソケット６の後端側に貫通しており、その出口には側部端子７ｂが位置している。

なお、この空間６５には、ニッケルからなるサポートワイヤ３ｃが導入され、一端はリード線３ｂ４に、一端は側部端子７ｂに接続されている。このサポートワイヤ３ｃは、空間６６、６７においてそれぞれ第１、第２の屈曲部３ｃ１、３ｃ２を有しており、空間６５内でクランク状部分を有する。なお、管軸と平行するリード線３ｂ４から第１の屈曲部３ｃ１までのサポートワイヤ３ｃ部分には、セラミックからなる絶縁スリーブ８が囲繞するように取り付けられ、挿入空間６６には、セラミックからなる絶縁スリーブ８が挿入され、第１の屈曲部３ｃ１までのサポートワイヤ３ｃの周囲が囲繞される。

図４は、本実施の形態の自動車用放電ランプの寸法、材料等の一仕様を示す図である。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＝２．５ｍｍ、外径＝６．２ｍｍ、軸方向の最大長＝７．８ｍｍ
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０．６ｍｇ、キセノン＝１２ａｔｍ
電極３ａ、３ｂ：酸化トリウムをドープしたタングステン材料、先端径＝０．３９ｍｍ、基端径＝０．３０ｍｍ、実際の電極間距離＝４．３５ｍｍ
ソケット６：ＰＰＳ樹脂製、厚さｄ＝２．５ｍｍ、高さｈ：１０．５ｍｍ
ソケット６と発光管ＬＢ等との位置関係：Ｘ_１＝４．０ｍｍ、Ｘ_２＝７．５ｍｍ、Ｘ_３＝０．８ｍｍ、Ｙ_１＝８．０ｍｍ、Ｙ_２＝１３．３ｍｍ、Ｙ_３＝１．２ｍｍ
始動時７５Ｗ、安定点灯時３５Ｗ（底部端子７ａが高圧側、側部端子７ｂが低圧側）、水平点灯、
図５は、Ｙ_２−Ｙ_１を変化させたときの異常放電の有無について説明するための図である。この試験は、ランプに２０ｋＶのパルスを電源のＯＮ−ＯＦＦを繰り返しながら印加する点灯条件で試験を行ったものであり、５０００回毎にそのランプを取り出して５回パルスを印加し、そのうち一回でも異常放電が発生すればＮＧとしている。なお、図中の×は１５０００回以下、△は１５０００回〜２００００回、○は２００００回〜２５０００回、◎は２５０００回以上を示している。なお、本試験において電源ＯＮ−ＯＦＦを２００００回行えば、約２０００時間以上点灯したことに相当する
結果から、Ｙ_２−Ｙ_１が３．０ｍｍ以下、７．０ｍｍ以上では比較的早い段階で異常放電が発生し、４．０ｍｍから６．０ｍｍでは２５０００回点灯後であっても異常放電は発生していないことがわかる。

このような結果になったのは、異常放電は図６に示したＡ〜Ｃのような経路で発生しやすいためと考えられる。Ａ、Ｂは円筒壁６４を通過してパルスがリークする場合であり、Ｃはソケット６の前端側から回りこんでパルスがリークする場合である。このＡ、Ｂの経路による異常放電に対しては、パルスが通過しやすい円筒壁６４部分までにパルスを十分に減衰させる必要がある。一方、Ｃの経路による異常放電に対しては、前端側から回りこまないように沿面距離を長くする必要がある。すなわち、Ｙ_２−Ｙ_１は長すぎても短すぎても異常放電の発生原因となり、本実施の形態では試験的に４．０ｍｍ≦Ｙ_２−Ｙ_１≦６．０ｍｍであるのが望ましいという結果が得られた。

図７は、Ｘ_１＋（Ｙ_２−Ｙ_１）および壁の厚さｄを変化させたときの異常放電の有無について説明するための図である。試験条件および、異常放電の発生の有無については図５と同じである。

結果から、円筒壁６４の厚さｄと異常放電の発生とは関係があり、厚さｄに関しては、薄いほど異常放電が発生しやすく、厚いほど異常放電が発生しにくいことがわかる。そして、円筒壁６４の壁の厚さｄが２．０ｍｍ以上であれば、異常放電が発生しにくい傾向がある。また、Ｘ_１＋（Ｙ_２−Ｙ_１）については、７．０ｍｍ以上、１１．０ｍｍ以下、さらには好適には８．０ｍｍ以上、１０．０ｍｍ以下であれば、異常放電が発生しにくい傾向がある。

ここで、本試験での結果を考察する。

円筒壁６４には、底部端子７ａ、側部端子７ｂに高圧パルスを印加したときに、リード線３ａ４からサポートワイヤ３ｃにパルスがリークすることを防止する目的がある。しかし、壁を形成したにもかかわらず、壁の厚さｄが小さい場合には高圧パルスを印加した当初からリード線３ａ４とサポートワイヤ３ｃ間で異常放電が発生していることから、壁が薄い場合にはその機能を十分に果たすことができず、パルスが壁を通過し、異常放電に至ったと考えられる。

また、十分に異常放電が発生しない程度の壁の厚みがあった場合でも、ランプに高圧パルスを繰り返し印加すると、円筒壁６４は発光管ＬＢからの熱や放電時の紫外線によって、部分的に樹脂の劣化が発生する。そして、劣化が進行すると、その劣化した壁部分は十分な絶縁性を維持できなくなる。そのため、点灯回数が増えるほど、パルスが通過しやすい状態となり、図６のＡやＢのような経路でパルスがリークし、異常放電が発生したと考えられる。なお、サポートワイヤ３ｃに屈曲部が形成されていると、サポートワイヤ３ｃは角や曲面等の突起状部分を有することになるため、異常放電の起点を安定形成しやすくなり、屈曲部が形成されていない場合と比較して異常放電が発生しやすい。

以上のような考察から、本発明者は円筒壁６４が早期に異常放電が発生しない程度の厚みを有し、かつパルスが透過しにくい程度にパルスを減衰させる構成を組み合わせれば、異常放電の発生を長期にわたって抑制することができると考えた。そこで、早期の異常放電を防止するためには、円筒壁６４の厚さｄは試験等の結果より、ｄ≧２．０ｍｍであればよい。また、パルスを減衰するために、Ｘ_１＋（Ｙ_２−Ｙ_１）を試験の結果より、７．０ｍｍ以上、好ましくは８．０ｍｍ以上とすれば良い。ただし、図５の試験同様、Ｘ_１＋（Ｙ_２−Ｙ_１）を長くしすぎた場合、ソケット６の前端側から壁を回り込んで異常放電に至る可能性があるため、１１．０ｍｍ以下、好ましくは１０．０ｍｍ以下の範囲内とするのが良い。

したがって、本実施の形態では、ソケット６の前端から第１の屈曲部３ｃ１までの距離をＹ_１、ソケット６に挿入された発光管ＬＢの長さをＹ_２としたとき、Ｙ_２−Ｙ_１が４．０ｍｍ≦Ｙ_２−Ｙ_１≦６．０ｍｍであるため、高圧パルスを十分に減衰することができ、壁を通過することによる異常放電の発生を抑制することができる。また、円筒壁６４を回りこまない程度の距離が維持されているため、壁を通過しない場合の異常放電の発生も抑制することができる。

さらに、円筒壁６４の厚さをｄとしたとき、ｄ≧２．０ｍｍであり、かつリード線３ａ４と円筒壁６４の内面までの距離Ｘ_１、ソケット６の前端から第１の屈曲部３ｃ１までの距離をＹ_１、ソケット６に挿入された発光管ＬＢの長さをＹ_２としたとき、７．０ｍｍ≦Ｘ_１＋（Ｙ_２−Ｙ_１）≦１１．０ｍｍであれば、さらに確実に異常放電の発生を抑制することができる。

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。

本実施の形態では、リード線３ｂ４の端部にサポートワイヤ３ｃを接続することで側部端子７ｂとの接続を行っているが、サポートワイヤ３ｃと同じ形状のものをリード線３ｂ４に一体的に形成し、サポートワイヤ３ｃを用いないで側部端子７ｂと接続する構成であっても良い。

第１、第２の屈曲部３ｃ１、３ｃ２は、直角状に曲げられている場合に限られず、鈍角でも鋭角でも許容される。ただし、異常放電の起点が安定して形成されにくくするために、第１の屈曲部３ｃ１は鈍角であるのが望まれる。

本発明による第１の実施の形態の自動車用放電ランプの実施の形態を示す全体図。発光管の説明図。ソケットの説明図。本実施の形態の自動車用放電ランプの寸法、材料等の一仕様図。Ｙ_２−Ｙ_１を変化させたときの異常放電の有無についての説明図。異常放電発生の経路についての説明図。Ｘ_１＋（Ｙ_２−Ｙ_１）および壁の厚さｄを変化させたときの異常放電の有無についての説明図。

符号の説明

ＬＢ発光管
１内管
１１放電部
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リード線
３ｃサポートワイヤ
３ｃ１、３ｃ２第１、第２の屈曲部
４外管
４ａ、４ｂ第１、第２の溶融部
５１金属バンド
５２舌片
６ソケット
６１フランジ
６４円筒壁
７ａ底部端子
７ｂ側部端子
８絶縁スリーブ

Claims

第１、第２の導線を有する発光管と、第１、第２の端子を有し、前記発光管の一端を前端側に保持するとともに、前記第１、第２の導線を前記第１、第２の端子にそれぞれ接続するソケットと、を具備する自動車用放電ランプにおいて、
前記第２の導線は、前記ソケットの内部で屈曲する屈曲部を有し、
前記ソケットは、前記発光管と第２の導線との間に挟まれるように、かつ後端側から前端方向に突出するように形成された、同一材料で、かつ一体の円筒壁をその内部に有しており、
前記発光管は、その一端が前記円筒壁の内部空間に挿入され、
前記ソケットの前端から第２の導線の前記屈曲部までの距離をＹ_１、前記ソケットに挿入された一端部に対応し、前記第１、第２の導線を含まない前記発光管の長さをＹ_２としたとき、Ｙ_２−Ｙ_１が４．０ｍｍ≦Ｙ_２−Ｙ_１≦６．０ｍｍであることを特徴とする自動車用放電ランプ。
前記円筒壁の厚さをｄとしたとき、ｄ≧２．０ｍｍであり、かつ前記第１の導線と前記円筒壁の内面までの距離Ｘ_１、前記ソケットの前端から第２の導線の前記屈曲部までの距離をＹ_１、前記ソケットに挿入された一端部に対応し、前記第１、第２の導線を含まない前記発光管の長さをＹ_２としたとき、７．０ｍｍ≦Ｘ_１＋（Ｙ_２−Ｙ_１）≦１１．０ｍｍ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。
放電媒体として水銀を本質的に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。