JP5124851B2

JP5124851B2 - 自動車用放電ランプ

Info

Publication number: JP5124851B2
Application number: JP2008033177A
Authority: JP
Inventors: 亮伊藤
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-02-14
Also published as: JP2009193814A

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は、特許第３５９６８１２号公報（以下、特許文献１）や特開２００７−１７９９９８号公報（以下、特許文献２）で知られているように、発光部内部には希ガスや金属ハロゲン化物が封入され、発光管の両端に形成されたシール部には金属箔および電極が封着されてなる内管を覆うように、外管が装着された二重管構造となっている。

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、始動時に誘電体バリア放電を発生させることで、始動電圧を低減し、始動しやすくする発明が提案されている。

特許第３５９６８１２号公報特開２００７−１７９９９８号公報

しかしながら、特に水銀を含まない放電ランプや希ガスが高圧封入された放電ランプなどでは、さらに始動性が悪くなる。そのため、特許文献１に記載のような手段を講じても始動しにくいという問題が発生している。

本発明の目的は、始動性に優れた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、内部に第１の空間を有する発光部、前記発光部に形成された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金属箔と、一端は前記金属箔に接続され、他端は前記第１の空間に導出された電極と、前記内管との間に第２の空間を形成するように、前記内管に接続された外管とを具備し、前記第２のガスが含有する酸素の濃度は１．０％以下であることを特徴とする。

本発明によれば、始動性に優れた自動車用放電ランプを提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明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、本発明の自動車用放電ランプの第１の実施の形態について説明するための側面図である。

自動車用放電ランプは、主要部として内管１を有する。内管１はランプの管軸方向に細長い形状となっており、その略中央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。

この発光部１１の内部には、中央が略円柱状、その両端がテーパ状の第１の空間１５が形成されている。この第１の空間１５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であるのが望ましい。

第１の空間１５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、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ_３）、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ_２）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ）で構成されている。ただし、金属ハロゲン化物２はこの組み合わせに限らず、スズやカリウムなどのハロゲン化物を追加してもよい。また、金属に結合されるハロゲンの組み合わせを変更してもよい。

第１のガスは、キセノンが使用されている。第１のガスは、その圧力を高くするほど、全光束等の発光特性が高くなる。そこで例えば、封入圧力を常温（２５℃）において１１ａｔｍ以上にすることができる。ただし、第１のガスの圧力の上限は、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１５内部のガスを収集、測量し、その後に第１の空間１５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、水銀を実質的に含まない。この「水銀を実質的に含まない」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放電電極である。その一端は金属箔３１の発光部１１側端部に接続され、他端は第１の空間１５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る。その電極間距離としては、自動車前照灯用の場合には、見た目上、すなわち実際の距離ではなく、ランプの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、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、材料は、ドープタングステンや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に封着された電極３２の軸部の軸周りに螺旋状に巻装される。このコイル設計としては、コイルピッチは３００％以下、巻装長は電極封着長に対して、６０％以上とし、かつ金属箔３１と接続される電極３２の軸部分には巻装しないのが望ましい。

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に接続され、他端は管軸に沿って内管１の外部に延出される。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の一端が接続される。このサポートワイヤ３５には、管軸と平行する部分に、例えば、セラミックからなるスリーブ４が装着される。

上記で構成された内管１の外側には、筒状の外管５が管軸に沿って内管１と同心状に設けられている。それらの接続は、内管１の円筒部１３付近に外管５の両端を溶着することにより行なわれ、これにより、内管１と外管５との間には気密な第２の空間５１が形成される。第２の空間５１には、含有する酸素の濃度が１％以下である第２のガスが封入される。この第２のガスとしては、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。また、第２のガスは、ガス圧が０．３ａｔｍ以下であるのが望ましい。なお、外管５としては、例えば、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した、紫外線遮断性を有する材料で構成するのが望ましい。また、所望により、外管５の外面に配光制御のための遮光膜を形成してもよい。

なお、第２のガスの酸素濃度を低くするためには、あらかじめ酸素含有量を少なくしたガスを用いたり、内管１と外管５を気密封着するまでに、ガラスなどから生じる不純ガスを第２の空間５１に可能な限り入らないようにすればよい。また、第２のガスの圧力も、ガラスなどから生じる不純ガスを第２の空間５１に可能な限り入らないようにすれば、低くすることができる。例えば、内管１と外管５とを封着したあと、図３（ａ）のように、脱ガス・ガス導入装置ＧＳにより、外管５に形成した排気管５２を介して第２の空間５１の脱ガスと第２のガスの導入を行い、次に、（ｂ）のように、外管５から１．０ｍｍ程度離れた排気管５２部分をレーザーＬＳにより加熱溶融、シュリンクシールして、（ｃ）のようにチッピングした後、バーナー（図示なし）などで外管５の表面温度が７００〜８００℃になるまで加熱して、第２の空間５１に存在する酸素とガラスなどに含まれる有機不純物とを反応させることで、酸素濃度やガス圧を低く設定しやすい。なお、チッピング後の排気管５２は、０．５ｍｍ程度の突起であり、配光などに影響を与えることはない。

そして、外管５が接続された内管１の一端には、ソケット６が接続される。これらの接続は、外管５の外周面に金属バンド７１を装着し、その金属バンド７１をソケット６に形成した金属製の舌片７２によって挟持することで行なっている。また、ソケット６の底部には底部端子８ａ、側部には側部端子８ｂが形成されており、それぞれリード線３４、サポートワイヤ３５が接続されている。

これらで構成された自動車用放電ランプは、底部端子８ａ、側部端子８ｂに点灯回路を接続することにより点灯される。この自動車前照灯用の場合、管軸が略水平の状態で配置され、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で点灯される。

ここで、本発明の自動車用放電ランプの一仕様を図３を参照して説明する。図３は、図１の自動車用放電ランプの一実施例について説明するための図である。
（実施例）
内管１：石英ガラス製、第１の空間１５の内容積＝２７ｍｍ^３、内径Ａ＝２．５ｍｍ、外径Ｂ＝６．２ｍｍ、長手方向の球体長Ｃ＝７．８ｍｍ、
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＝１３．５ａｔｍ、
水銀：０ｍｇ、
金属箔３１；モリブデン製、
電極３２：トリエーテッドタングステン製、直径Ｒ＝０．３８ｍｍ、電極間距離Ｄ＝３．７４ｍｍ（実際の電極間距離＝４．３２ｍｍ）、
コイル３３：ドープタングステン製、ピッチ＝２００％、
リード線３４：モリブデン製、直径＝０．６ｍｍ、
外管５：内径Ｅ＝７．０ｍｍ、肉厚Ｆ＝１．０ｍｍ、
第２のガス：窒素、酸素濃度＝０．１％、ガス圧＝０．１ａｔｍ。

この実施例のランプに、図４に示したような、始動パルス電圧は２３．４ｋＶ、ライズタイム（始動パルス電圧の１０％〜９０％になる間での時間）は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、無水銀で、かつ第１のガスの圧力が高い本実施例のランプであっても、１５ｋＶ前後で絶縁破壊し、点灯することが確認された。また、ランプが絶縁破壊したのは、一発目のパルスを投入したときであった。自動車前照灯の用途では、ランプに図４のような電圧波形のパルスを所定回数投入し、それでも点灯しなければ、安全性の面からランプの始動が中止されるのが一般的であるため、本実施例のように一発目のパルスで点灯するのは、とても有義な結果である。

次に、第２のガス（窒素）の酸素濃度とガス圧を変化させて、３０本中、何本が一発始動するかを検証する試験を行った。その結果を図５、図６に示す。なお、第２のガスの酸素濃度は、電子科学株式会社製のＷＡ１０００Ｓ／Ｗ、昇温脱離分析装置による昇温脱離分析によって測定している。また、第２のガスの圧力は、第１のガスの場合と同じ方法で測定した。

結果からわかるように、第２のガスの酸素濃度およびガス圧が低いほど、一発始動しやすい。特に、図６から明らかなように、酸素濃度の方が始動性に効いており、酸素濃度が１．０％と２．０％とでは一発始動性に大きな差が生じている。具体的には、酸素濃度が１．０％以下のランプの方が、２．０％のランプよりも始動性が優れていることは明らかである。この原因は定かでないが、酸素濃度が高いと、誘電体バリア放電が妨げられるためと推測される。したがって、第２のガスが含有する酸素の濃度は１．０％以下であるのが望ましい。また、第２のガスの圧力も低いほど一発始動性がよいため、ガス圧は０．３ａｔｍ以下であるのが望ましい。一方、図５の傾向からすると、第２のガスが含有する酸素濃度もガス圧も、０に近づくほどさらに効果が高まると予想されるため、下限は設定されないが、その時々の製造限界が下限値である。また、第２のガスがネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンや、これらの混合ガスであっても、ほぼ同様の結果が得られた。

なお、本発明は、第１のガスの圧力が高い無水銀の自動車用放電ランプにおいて、特に有利な発明である。これは、水銀フリー、第１のガスの圧力が高い放電ランプほど、始動性が悪くなる傾向があるためである。具体的には図７（試験条件は、第１のガスとしてキセノン、第２のガスとして窒素を酸素濃度１０％、０．７ａｔｍで封入したランプを図４のパルスを投入して点灯）に示したように、第１のガスの圧力が１１ａｔｍ以上、さらには１３ａｔｍ以上になると一発始動が困難になる傾向がある。つまり、点灯回路からランプに入力される電圧よりも、始動に必要な電圧の方が高いランプになる可能性が高くなるが、本発明であればこのようなランプであっても、良好な始動性を実現できる。

したがって、本実施の形態では、第２の空間に、第２のガスとして含有酸素濃度が１．０％以下である窒素を封入することにより、放電媒体として水銀を含まず、かつ、第１のガスとして高圧キセノンが第１の空間１５に封入されていても、始動性に優れた自動車用放電ランプを実現することができる。その際、第２のガスの圧力が０．３ａｔｍ以下であると、さらに良好な始動性を実現できる。

本発明の自動車用放電ランプの第１の実施の形態について説明するための側面図。本発明の第２のガスの封入方法の一例について説明するための図。図１の自動車用放電ランプの一実施例について説明するための図。点灯回路の出力電圧波形とこれによる実施例。第２のガスの酸素濃度とガス圧を変化させたときの一発始動性について説明するための図。図４をグラフ化した図。第１のガスの圧力と一発始動性の関係について説明するための図。

符号の説明

１内管
１１発光部
１２シール部
１３境界部
１４円筒部
１５第１の空間
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
３５サポートワイヤ
４スリーブ
５外管
５１第２の空間
５２排気管
６ソケット
７１金属バンド
７２舌片
８ａ底部端子
８ｂ側部端子

Claims

内部に第１の空間を有する発光部，
前記発光部に形成されたシール部を有する内管と，
前記第１の空間に封入され，圧力が１１ａｔｍ以上の第１のガスを含み，水銀を実質的に含まない放電媒体と，
前記シール部に封着された金属箔と，
一端は前記金属箔に接続され，他端は前記第１の空間に導出された電極と，
前記内管との間に第２の空間を形成するように，前記内管に接続された外管とを具備し，
前記第２の空間には，圧力が０．３ａｔｍ以下で，酸素の濃度が１．０％以下の第２のガスが封入されていることを特徴とする自動車用放電ランプ。
前記電極へのパルス電圧の印加によって，前記外管内で誘電体バリア放電が発生して、始動することを特徴とする請求項１記載の自動車用放電ランプ。
前記第２のガスは，ネオン，アルゴン，クリプトン，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であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用放電ランプ。