JP2018085222A - 放電ランプ、車両用灯具、および車両用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡略な構成でロービームおよびハイビームに対応が可能な放電ランプ、車両用灯具、および車両用照明装置を提供する。
【解決手段】金属ハロゲン化物２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；放電空間１１１の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置させた一対の電極３２と；を具備した放電ランプ１００である。ロービームの際に前記放電ランプに印加する電力を２４Ｗ以上、３０Ｗ以下とし、ハイビームの際に前記放電ランプに印加する電力を３２Ｗ以上、３８Ｗ以下とし、前記発光部の最大肉厚をｔ（ｍｍ）、前記不活性ガスの常温（２５℃）おける封入圧力をＰ（ａｔｍ）としたときに以下の式を満足する。７．２（ａｔｍ／ｍｍ）≦Ｐ／ｔ（ａｔｍ／ｍｍ）≦１０．０（ａｔｍ／ｍｍ）
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放電ランプ、車両用灯具、および車両用照明装置に関する。

放電媒体が封入された放電空間を内部に有する発光部と、放電空間の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置させた一対の電極とを備えた放電ランプがある。
ここで、一般的には、自動車の前照灯にはロービーム（すれ違い用ビーム）用の光源と、ハイビーム（走行用ビーム）用の光源が設けられ、必要に応じてロービームとハイビームを切り換えている。例えば、ロービーム用の光源として放電ランプを用い、ハイビーム用の光源として他の放電ランプまたは他の種類のランプを用いている。
ロービームとハイビームは自動車の運転に必要であるが、二つの光源を必要とするため前照灯の製造コストが高くなったり、前照灯の大きさやデザインに制限が生じたりしていた。
そのため、一つの放電ランプでロービームおよびハイビームの両方に対応できるようにすることが好ましい。そこで、発光部を所定の方向に移動させて、ロービームおよびハイビームの両方に対応できるようにした放電ランプが提案されている。また、磁力線成分を含む磁界を作用させる磁界発生手段を備えた放電ランプも提案されている。
しかしながら、これらの様にすると、放電ランプの構成が複雑となる。
そこで、簡略な構成でロービームおよびハイビームに対応が可能な放電ランプの開発が望まれていた。

特開２００９−１１７０６２号公報 特開２００２−１００３２２号公報

本発明が解決しようとする課題は、簡略な構成でロービームおよびハイビームに対応が可能な放電ランプ、車両用灯具、および車両用照明装置を提供することである。

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；前記放電空間の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置させた一対の電極と；を具備した放電ランプである。
ロービームの際に前記放電ランプに印加する電力を２４Ｗ以上、３０Ｗ以下とし、ハイビームの際に前記放電ランプに印加する電力を３２Ｗ以上、３８Ｗ以下とし、前記発光部の最大肉厚をｔ（ｍｍ）、前記不活性ガスの常温（２５℃）おける封入圧力をＰ（ａｔｍ）としたときに以下の式を満足する。
７．２（ａｔｍ／ｍｍ）≦Ｐ／ｔ（ａｔｍ／ｍｍ）≦１０．０（ａｔｍ／ｍｍ）

本発明の実施形態によれば、簡略な構成でロービームおよびハイビームに対応が可能な放電ランプ、車両用灯具、および車両用照明装置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。 車両用灯具２００および車両用照明装置３００を例示するための模式図である。 車両用照明装置３００のブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。
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、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は、自動車の前照灯に用いることが好ましい。ただし、本発明の実施形態に係る放電ランプは、他の用途に用いてもよい。ここでは、本発明の実施形態に係る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示する。

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、後方となる方向を後端側、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、バーナー１０１は、外管５と内管１とによる二重管構造を有している。外管５は、内管１の円筒部１４付近に接合（溶着）されている。
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、誘電体バリア放電が可能なガスとすることができる。
内管１と外管５との間に形成された閉空間に封入するガスは、窒素、アルゴン、窒素とアルゴンの混合ガスのいずれかとし、ガスの封入圧を常温（２５℃）で０．１ａｔｍ以下とすることが好ましい。

外管５は、内管１の材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有し、且つ、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、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、封止部１２、境界部１３、および円筒部１４は、一体に形成することができる。
内管１（発光部１１、封止部１２、境界部１３、および円筒部１４）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。

発光部１１は、ほぼ楕円体状の外形形状を有している。発光部１１は、内管１の中央付近に設けられている。内管１の軸方向における発光部１１の寸法（球体長）は、例えば、８ｍｍ程度とすることができる。内管１の軸方向に直交する方向における発光部１１の寸法は、例えば、６ｍｍ程度とすることができる。

発光部１１の内部には、放電空間１１１が設けられている。放電空間１１１の中央部分は、ほぼ円柱状を呈している。放電空間１１１の両端部分は、ほぼ円錐状を呈している。

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。
また、環境保護の観点から、放電媒体は、実質的に水銀を含まないものとしている。なお、本明細書において、「実質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないだけではなく、水銀が不純物程度に含まれる場合も許容される。例えば、放電媒体は、放電空間１１１中において、２ｍｇ／ｃｃ未満となるのであれば水銀を含むことができる。

金属ハロゲン化物２は、例えば、スカンジウムのハロゲン化物、インジウムのハロゲン化物、ナトリウムのハロゲン化物、亜鉛のハロゲン化物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。

放電空間１１１に封入される不活性ガスは、例えば、キセノンとすることができる。また、キセノンの他に、ネオン、アルゴン、クリプトンなどを用いたり、これらを組み合わせた混合ガスを用いることもできる。ただし、不活性ガスは、キセノンとすることがより好ましい。

封止部１２は、板状を呈し、発光部１１の両端部のそれぞれに接合されている。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には、境界部１３を介して円筒部１４が接合されている。

境界部１３および円筒部１４は、封止部１２の、発光部１１側とは反対側の端部に接合されている。

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。電極マウント３（金属箔３１、電極３２、コイル３３、およびリード線３４）は、２組設けられている。

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、レニウムモリブテン、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る。

電極３２は、円柱状を呈している。
電極３２の一方の端部は、放電空間１１１内に突出している。すなわち、電極３２の一端は放電空間１１１の内部に設けられ、他端は封止部１２の内部に設けられている。一対の電極３２は、所定の距離を置いて互いに対向するように設けられている。電極３２の他方の端部は、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、例えば、レーザ溶接により行うことができる。

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る。なお、電極３２は、トリウムを含有していてもよいし、トリウムを含有していなくてもよい。

コイル３３は、封止部１２にクラックが発生するのを抑制するために設けられている。 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の内部に設けられている。コイル３３は、電極３２の外側に巻きつけられている。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の一方の端部側は、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の他方の端部側は、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、円筒状を呈している。スリーブ４は、例えば、セラミックスから形成することができる。

金属バンド７１は、外管５の後端側の端部近傍に固定されている。

ソケット１０２は、本体部６１、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６１は、樹脂などの絶縁性材料から形成されている。本体部６１の内部には、リード線３４の後端側、サポートワイヤ３５の後端側、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６１の端部に設けられている。取り付け金具７２は、本体部６１の前端側に設けられている。取り付け金具７２は、本体部６１から突出している。取り付け金具７２は、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６１の内部に設けられている。底部端子８１は、本体部６１の後端側に設けられている。底部端子８１は、導電性材料から形成されている。底部端子８１は、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６１の側壁に設けられている。側部端子８２は、本体部６１の後端側に設けられている。側部端子８２は、導電性材料から形成されている。側部端子８２は、サポートワイヤ３５と電気的に接続されている。

底部端子８１と側部端子８２は、点灯回路３０１と電気的に接続される。この場合、底部端子８１は、点灯回路３０１の高圧側と電気的に接続される。側部端子８２は、点灯回路３０１の低圧側と電気的に接続される。

放電ランプ１００が自動車の前照灯に用いられる場合には、放電ランプ１００は、中心軸（管軸）がほぼ水平の状態で、且つ、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。なお、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。

ここで、一つの放電ランプ１００でロービームおよびハイビームの両方に対応できれば、前照灯の製造コストを低減することができる。また、前照灯の大きさを小さくしたり、前照灯のデザインの自由度を大きくしたりすることができる。
この場合、放電ランプ１００に印加する電力を変化させれば、ロービームおよびハイビームの両方に対応することができる。ところが、一般的な放電ランプはロービーム用の光源として用いられている。そのため、ハイビームに対応するために印加電力を増加させると発光部の温度が高くなりすぎて発光部が膨らむおそれがある。発光部が膨らむと放電ランプの寿命が短くなるおそれがある。この場合、発光部の膨らみを抑制するためにハイビームの際に放電ランプに印加する電力を小さくすると、ハイビームの際に必要となる全光束が得られなくなるおそれがある。

本発明者は検討の結果、ロービームの際に放電ランプ１００に印加する電力（安定点灯時の電力）を２４Ｗ以上、３０Ｗ以下とし、ハイビームの際に放電ランプ１００に印加する電力（安定点灯時の電力）を３２Ｗ以上、３８Ｗ以下とした場合に、発光部１１の最大肉厚ｔ、および放電空間１１１に封入される不活性ガスの常温（２５℃）おける封入圧力Ｐを以下の様にすれば、発光部１１の膨らみを抑制することができ、且つ、ハイビームの際に必要となる全光束を得ることができるとの知見を得た。

表１は、発光部１１の最大肉厚ｔおよび放電空間１１１に封入される不活性ガスの常温（２５℃）おける封入圧力Ｐと、全光束と、発光部１１の膨らみとの関係を例示するための表である。

なお、発光部１１の最大肉厚ｔは、一般的には、内管１の軸方向における発光部１１の中央付近の肉厚となる。
発光部１１の内容積（放電空間１１１の体積）は、２２μＬとした。
放電空間１１１に封入される不活性ガスは、キセノンとした。
金属ハロゲン化物２の組成比は、ＳｃＩ_３：ＮａＩ：ＺｎＩ_２：ＩｎＢｒ＝４５ｗｔ％：４９ｗｔ％：４．９ｗｔ％：０．１ｗｔ％とした。
金属ハロゲン化物２の重量は、０．４ｍｇとした。

電極３２の材料は、タングステンとした。
ロービームの際の印加電力は、２７Ｗとした。なお、表１中の「ｌｏｗ」はロービームを表している。
ハイビームの際の印加電力は、３４Ｗとした。なお、表１中の「ｈｉｇｈ」はハイビームを表している。

全光束の評価においては、全光束が２０００ ｌｍ（ルーメン）以上の場合を「○」とし、全光束が２０００ ｌｍ（ルーメン）未満の場合を「×」とした。
発光部１１の膨らみの評価においては、内管１の軸方向に直交する方向における発光部１１の寸法変化が２８％以下の場合を「○」とし、発光部１１の寸法変化が２８％を超えた場合を「×」とした。
また、総合評価においては、全光束の評価および発光部１１の膨らみの評価の少なくともいずれかが「×」の場合を「×」とし、全光束の評価および発光部１１の膨らみの評価の両方が「○」の場合を「○」とした。

表１から分かるように、不活性ガスの常温（２５℃）おける封入圧力Ｐ／発光部１１の最大肉厚ｔを以下の式のようにすれば、発光部１１の膨らみを抑制することができ、且つ、ハイビームの際に必要となる全光束を得ることができる。

すなわち、簡略な構成でロービームおよびハイビームに対応が可能な放電ランプ１００とすることができる。
７．２（ａｔｍ／ｍｍ）≦Ｐ／ｔ（ａｔｍ／ｍｍ）≦１０．０（ａｔｍ／ｍｍ）
なお、表１においてはロービームの際の印加電力を２７Ｗとし、ハイビームの際の印加電力を３４Ｗとしたが、ロービームの際の印加電力を２４Ｗ以上、３０Ｗ以下とし、ハイビームの際の印加電力を３２Ｗ以上、３８Ｗ以下としても同様の効果を得ることができる。

また、表１から分かるように、不活性ガスの常温（２５℃）おける封入圧力Ｐは以下の式を満足するようにすることが好ましい。
１０．０（ａｔｍ）≦Ｐ（ａｔｍ）≦１５．０（ａｔｍ）
また、表１から分かるように、発光部１１の最大肉厚ｔは以下の式を満足するようにすることが好ましい。
１．３（ｍｍ）≦ｔ（ｍｍ）≦１．８（ｍｍ）

ここで、ロービームとハイビームとを切り換えるために、印加電力を変化させると電極３２の温度が適正範囲から外れやすくなる。この場合、電極３２の温度が高くなりすぎても低くなりすぎてもアークスポットが不安定となるので、チラツキが生じる。チラツキが生じると、運転者や他の人に違和感を生じさせる。
本発明者の得た知見によれば、一対の電極３２の先端同士の間の距離（電極間距離）Ｌ１を以下の式のようにすれば、アークスポットの安定化を図ることができるので、チラツキの発生を抑制することができる。
３．０（ｍｍ）≦Ｌ１（ｍｍ）≦３．６（ｍｍ）
この場合、電極３２の太さ寸法（直径寸法）ｄを以下の式のようにすれば、チラツキの発生を抑制するのが容易となる。
０．２４（ｍｍ）≦ｄ（ｍｍ）≦０．３３（ｍｍ）

また、本発明者の得た知見によれば、発光部１１の外面と、外管５の内面との間の距離Ｌ２を以下の式のようにすれば、放熱性を向上させることができる。そのため、発光部１１の膨らみを抑制することが容易となる。
０．５（ｍｍ）≦Ｌ２（ｍｍ）≦１．５（ｍｍ）

（車両用灯具および車両用照明装置）
図２は、車両用灯具２００および車両用照明装置３００を例示するための模式図である。
図３は、車両用照明装置３００のブロック図である。
図２は、放電ランプ１００に設けられた一対の電極３２が水平となるように放電ランプ１００を取り付けた場合である。つまり、水平点灯をさせる放電ランプ１００の場合を例示するものである。

図２に示すように、車両用照明装置３００には、車両用灯具２００、点灯回路３０１、および切り換えスイッチ３０２が設けられている。
車両用灯具２００には、放電ランプ１００、筐体２０２、遮光制御板２０３、レンズ２０４が設けられている。
筐体２０２は、放電ランプ１００から照射された光を前端側に反射させる。筐体２０２は、例えば、反射率の高い金属などから形成されている。筐体２０２の内部には空間が設けられ、内面が放物線形状を有している。

筐体２０２の前端側と後端側の端部は開口している。
放電ランプ１００は、筐体２０２に取り付けられている。放電ランプ１００のソケット１０２は、筐体２０２の後端側の開口付近に取り付けられている。放電ランプ１００のバーナー１０１は、筐体２０２の内部の空間に位置している。
すなわち、筐体２０２は、放電ランプ１００を保持する機能と、リフレクタの機能を有する。

遮光制御板２０３は、筐体２０２の内部であって、バーナー１０１の前端側、かつ、バーナー１０１の下端側に設けられている。
遮光制御板２０３は、金属などの遮光性材料から形成されている。遮光制御板２０３は、カットラインと呼ばれる配光を形成するために設けられている。遮光制御板２０３は、可動式とされている。

レンズ２０４は、筐体２０２の前端側の開口を塞ぐように設けられている。レンズ２０４は、凸レンズとすることができる。レンズ２０４は、放電ランプ１００から直接入射した光、筐体２０２により反射され入射した光を集光させて所望の配光を形成する。

点灯回路３０１は、放電ランプ１００の始動および点灯の維持を行うための回路である。
図３に示すように、点灯回路３０１は、例えば、イグナイタ回路３０１ａとバラスト回路３０１ｂとを備えたものとすることができる。
点灯回路３０１の入力側には、バッテリーなどの直流電源ＤＳとスイッチＳＷとが電気的に接続されている。点灯回路３０１の出力側には、放電ランプ１００が電気的に接続されている。

イグナイタ回路３０１ａは、例えば、トランス、コンデンサ、抵抗、半導体素子などから構成されている。イグナイタ回路３０１ａは、３０ｋＶ程度の高圧パルスを生成し、放電ランプ１００に印加する。３０ｋＶ程度の高圧パルスを放電ランプ１００に印加することで、一対の電極３２間において絶縁破壊が生じ、放電が生じる。すなわち、イグナイタ回路３０１ａにより放電ランプ１００が始動する。

バラスト回路３０１ｂは、イグナイタ回路３０１ａにより、始動した放電ランプ１００の点灯を維持する。
また、バラスト回路３０１ｂは、ロービーム用のバラスト回路と、ハイビーム用のバラスト回路を有する。ロービーム用のバラスト回路、およびハイビーム用のバラスト回路のそれぞれは、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換回路、ＤＣ／ＡＣ変換回路、電流・電圧検出回路および制御回路などを有している。ロービーム用のバラスト回路は、安定点灯時に２４Ｗ以上、３０Ｗ以下の電力を放電ランプ１００に印加する。ハイビーム用のバラスト回路は、安定点灯時に３２Ｗ以上、３８Ｗ以下の電力を放電ランプ１００に印加する。

切り換えスイッチ３０２は、運転者などによる入力に基づいて、ロービームとハイビームの切換を行う。すなわち、切り換えスイッチ３０２は、運転者などによる入力に基づいて、ロービーム用のバラスト回路とハイビーム用のバラスト回路とを切り換える。そして、切り換えスイッチ３０２により切り換えられたロービーム用のバラスト回路またはハイビーム用のバラスト回路から放電ランプ１００に所定の電力が供給される。

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、５ 外管、１１ 発光部、１２ 封止部、３２ 電極、１００ 放電ランプ、１０１ バーナー、１０２ ソケット、１１１ 放電空間、２００ 車両用灯具、２０２ 筐体、３００ 車両用照明装置、３０１ 点灯回路、３０１ｂ バラスト回路、３０２ 切り換えスイッチ

Claims (6)

1. 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；
   前記放電空間の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置させた一対の電極と；
   を具備した放電ランプであって、
   ロービームの際に前記放電ランプに印加する電力を２４Ｗ以上、３０Ｗ以下とし、ハイビームの際に前記放電ランプに印加する電力を３２Ｗ以上、３８Ｗ以下とし、
   前記発光部の最大肉厚をｔ（ｍｍ）、前記不活性ガスの常温（２５℃）おける封入圧力をＰ（ａｔｍ）としたときに以下の式を満足する放電ランプ。
   ７．２（ａｔｍ／ｍｍ）≦Ｐ／ｔ（ａｔｍ／ｍｍ）≦１０．０（ａｔｍ／ｍｍ）
2. 前記発光部の最大肉厚は、以下の式を満足する請求項１記載の放電ランプ。
   １．３（ｍｍ）≦ｔ（ｍｍ）≦１．８（ｍｍ）
3. 前記不活性ガスの常温（２５℃）おける封入圧力は、以下の式を満足する請求項１または２に記載の放電ランプ。
   １０．０（ａｔｍ）≦Ｐ（ａｔｍ）≦１５．０（ａｔｍ）
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の放電ランプと；
   前記放電ランプを取り付ける筐体と；
   を具備した車両用灯具。
5. 請求項４記載の車両用灯具と；
   前記車両用灯具に設けられた放電ランプと電気的に接続された点灯回路と；
   を具備し、
   前記点灯回路は、イグナイタ回路と、ロービーム用のバラスト回路と、ハイビーム用のバラスト回路と、を有する車両用照明装置。
6. 前記ロービーム用のバラスト回路と、前記ハイビーム用のバラスト回路と、を切り換える切り換えスイッチをさらに具備した請求項５記載の車両用照明装置。

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