JP4755024B2

JP4755024B2 - 放電ランプおよび放電ランプ装置

Info

Publication number: JP4755024B2
Application number: JP2006153488A
Authority: JP
Inventors: 圭佑中里; 浩二田邉
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-06-01
Also published as: JP2007323986A

Description

本発明は、自動車の前照灯等に使用される放電ランプおよび放電ランプ装置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が形成されているソケットに発光管の一端が挿入保持されて、構成される。

そして、特許文献１のような放電ランプを前照灯等に使用する場合には、特開２００３−２９７２２６号公報（以下、特許文献２）の図６に示されているようにリフレクタと組み合わされて使用される。

特表２００４−５３４３６３号公報特開２００３−２９７２２６号公報

このような放電ランプは、点灯を開始させるために、始動時に２０ｋＶ程度の高圧パルスが印加される。この高圧パルスを点灯のたびに印加し続けていると、本来、放電が行われる電極間ではない箇所で放電が発生することがある。（以下、この現象を異常放電と呼ぶ。）この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ってしまう。

一方、放電ランプをリフレクタに組み込んで点灯していると、リフレクタの反射面の一部が白化し、曇るという現象が発生している。この課題については、特開２００１−２３４２７号公報でも触れられている。

そこで、本発明者等が様々な試験を行なった結果、ソケットの設計を見直すことにより、特別な材料を使用しないでも、異常放電及びリフレクタの白化の現象を抑制することができることを見出したため、提案するに至った。

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及びリフレクタの白化の発生を抑制することができる放電ランプおよび放電ランプ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の放電ランプは、発光管の一端がソケットに保持されてなる放電ランプにおいて、前記ソケットは前端側にフランジ、内部に後端から前端方向に延出形成され、前記発光管の一端が挿入される円筒壁を有し、前記ソケットの前記円筒壁の厚みをｄ、前端側の前記円筒壁の面積をＳ_１、直径２６ｍｍ以内の前記フランジの面積をＳ_２としたとき、ｄ≧２．０ｍｍかつＳ_１＋Ｓ_２≦３００ｍｍ^２の関係を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、異常放電及びリフレクタの白化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実施の形態を示す全体図である。

放電ランプＤＬは、放電が行われる発光管ＬＢを有する。発光管ＬＢは２重管構造であり、内部には内管１が構成されている。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には、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選択することができ、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を用いることができる。

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、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が封入されている。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。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、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、例えばモリブデンからなる金属箔２ａ、２ｂが、その平坦面が封止部１２ａ、１２ｂの平面と平行するように封止されている。

金属箔２ａ、２ｂの放電部１１側の端部には、タングステンに酸化トリウムが２．０重量％程度ドープされた材料からなる電極３ａ、３ｂが、レーザー溶接等によって接続されている。電極３ａ、３ｂ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いる。その大径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、自動車用前照灯としては、３．５〜４．５ｍｍ程度であるのが好適である。なお、基端側にはコイルが巻かれた仕様になっている。

放電部１１に対して反対側の金属箔２ａ、２ｂの端部には、モリブデンからなるリード線４ａ、４ｂの一端がレーザー溶接等によって接続されている。そのリード線４ａ、４ｂ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。

そして、内管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、カリウム、バリウム等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している筒状の外管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１３ａ、１３ｂの外周面に溶着することによって行われている。その結果、発光管ＬＢの両端には、内管１と外管５とが混ざり合った溶着部分が形成されている。

以上のように構成された発光管ＬＢの非封止部１３ａ側には、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）からなるソケット６が接続されている。これらの接続は、外管５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の開口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。なお、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溶接してもよい。

ここで、ソケット６の構造について、図２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、ソケットを前端部方向から見た図、（ｂ）は、Ｘ−Ｘ’の断面を矢印方向から見た図である。

ソケット６には、前端側にフランジ６１が形成されている。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の中央において大きく開口しており、その開口部分には、舌片７２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。なお、空間６２は、一部がソケット６の後端側に貫通しており、その出口には、ソケット６の底部に形成さている底部端子８１が位置している。そのため、ソケット６と発光管ＬＢとを接続した際には、リード線４ａが底部に突出し、底部端子８１とレーザー溶接等を行なうことで電気的な接続可能になる。

さらに、空間６２には、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、厚さｄが２．０ｍｍ以上、高さｈが８．０ｍｍ以上である。この円筒壁６４の内部には、発光管ＬＢの溶着部分の直径よりも多少大きい空間が形成されている。例えば、本実施の形態では、発光管ＬＢの溶着部分の直径は６ｍｍであり、円筒壁６４の内部空間は直径８ｍｍである。したがって、円筒壁６４の内部に発光管ＬＢの端部を挿入しても、１ｍｍ程度の間隔が保たれることになる。

また、フランジ６１の一部には、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つの空間で構成されている。そのうちの小さい空間は、ソケット６の後端側に貫通しており、その出口には、ソケット６の外側面に形成されている側部端子が位置している。そのため、リード線４ａに一端が接続されたサポートワイヤ９１を空間６５に挿入したときには、その他端が突出し、側部端子８２とレーザー溶接等を行なうことで電気的な接続可能になる。なお、空間６５の大きな空間には、サポートワイヤ９１の発光管ＬＢの管軸とほぼ平行な部分を被覆するセラミックからなる絶縁スリーブ９２が挿入される。

下記に本実施の形態の放電ランプＤＬ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＝２６μｌ、内径＝２．６ｍｍ、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０．７ｍｇ、キセノン＝１１ａｔｍ
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＝０．３８ｍｍ、基端径＝０．３０ｍｍ、実際の電極間距離＝４．４ｍｍ
ソケット６：ＰＰＳ樹脂製、フランジ６１の内径ｒ_２１＝２０ｍｍ、外径ｒ_２２＝３２ｍｍ、円筒壁６４の内径ｒ_１１＝８ｍｍ、外径ｒ_１２＝１２ｍｍ、厚さｄ＝２ｍｍ、高さｈ：９ｍｍ
始動時７５Ｗ、安定点灯時３５Ｗ、水平点灯
図３は、円筒壁の厚さｄを変えて試験を行ったときの結果を示す図である。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した場合を×、発生しなかった場合を○と判定している。

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が薄いほど少ないパルス印加回数で異常放電が発生しやすく、厚さｄが厚いほど異常放電が発生しにくく、円筒壁６４の壁の厚さｄが２．０ｍｍ以上であれば、２００００回以上ＯＮ−ＯＦＦしてもパルスリークが発生しないことがわかる。なお、電源ＯＮ−ＯＦＦを２００００回行えば、およそ２０００時間以上点灯したことに相当する。

上記試験の異常放電の原因は以下のように考察される。

円筒壁６４には、底部端子８１、側部端子８２に高圧パルスを印加したときに、リード線４ａとサポートワイヤ９１間で短絡することを防止する機能がある。例えば、ＰＰＳ樹脂の場合、１．０ｍｍの厚さがあれば、１０ｋＶ程度の絶縁耐圧が向上するといわれている。しかし、ランプに高圧パルスを繰り返し印加すると、円筒壁６４は熱や紫外線の影響を受け、その部分の樹脂が劣化していく。そして、劣化に伴い、絶縁耐圧が低下していく。そのため、初期に十分な壁の厚さを確保していても、寿命中に劣化した部分を通過してパルスがリークしやすくなり、リード線４ａとサポートワイヤ９１間で異常放電が発生したと考えられる。

つまり、異常放電を防止するという観点からは、円筒壁６４は厚いほど望ましいため、壁の厚さｄは試験の結果より実用的な寿命時間を維持できる２．０ｍｍ以上であるのが望ましい。

図４は、リフレクタに放電ランプを装着した放電ランプ装置において、前端側の円筒壁の面積Ｓ_１と穴から露出したフランジの面積Ｓ_２との和Ｓ_１＋Ｓ_２を変化させて試験を行ったときの結果を示す図である。この試験は、３５Ｗの電力で連続点灯したものである。結果の判定は、１０００時間後に図５に示しているリフレクタのＹ部分付近が曇って白化し、かつ配光に影響を与えている場合を×、白化しているが、配光に影響を与える程度でない等、使用に際し問題はない場合を△、白化していない場合を○と判定している。なお、Ｓ_１＝π（ｒ_１２ ^２−ｒ_１１ ^２）／４、Ｓ_２＝π（Ｒ^２−ｒ_２１ ^２）／４で計算しており、凹部６３や空間６６を形成するフランジ６の面積は含んでいない。ここで、本試験でのリフレクタの穴の穴径Ｒは２６ｍｍのものを使用している。この穴径Ｒが２６ｍｍのリフレクタは、現在、最も一般的に使用されている自動車前照灯用リフレクタのサイズのものである。

結果から、前端側の円筒壁の面積と穴から露出したフランジの面積との和Ｓ_１＋Ｓ_２はリフレクタの白化と関係し、その値が小さいほど白化が発生しにくく、３００ｍｍ^２以下であれば少し白化が見られるが使用するに関しては問題なく、２９０ｍｍ^２以下であれば全く問題がなくなることがわかる。

前端側の円筒壁の面積と穴から露出したフランジの面積との和Ｓ_１＋Ｓ_２と白化の関係は以下のように考察される。

試験後、放電ランプＤＬについて詳しく調べてみると、リフレクタに白化が発生した場合には、図６において斜線で示している部分、つまりリフレクタに取り付けていた際に、穴からリフレクタ内に露出していたソケット６のうちのフランジ６１および円筒壁６４の前端側が強く白濁していることが確認された。これは、全体がＵＶカットのガラスで囲繞されている発光管ＬＢでも放電部１１で発生した紫外線を完全には遮断できないということ、および発光管ＬＢを透過した紫外線は、発光管ＬＢの軸とほぼ垂直の関係にあるソケット６の前端側の面に特に照射されやすいということを意味する。そのため、フランジ６１と円筒壁６４の前端側の面は、紫外線および発光管ＬＢの点灯中熱の影響を受けて劣化し、劣化する際に樹脂から発生する硫黄などを含むガスによってランプ真上のリフレクタのＹ部分が白化したと考えられる。

上記の考察より、本発明者等は、リフレクタの白化を防止するためには、樹脂劣化によるガスの発生量を少なくすれば良いと考え、劣化が確認されたフランジ６１および円筒壁６４の前端側の面積を小さくして紫外線と反応する領域を少なくするという構成を思いつくに至った。しかし、円筒壁６４の前端側の面積Ｓ_１とその壁の厚さｄとは互いに比例の関係にあり、面積Ｓ_１を小さくすると厚さｄが薄くなり、異常放電を抑制することができなくなる。したがって、最低限の厚みｄを確保しつつ、円筒壁６４の面積Ｓ_１と穴部から露出するフランジ６１の面積Ｓ_２の和Ｓ_１＋Ｓ_２を好適な範囲に保つことが重要となる。

以上より、前端側の円筒壁６４の面積Ｓ_１とリフレクタの穴部から露出したフランジ６１の面積Ｓ_２との和Ｓ_１＋Ｓ_２は、３００ｍｍ^２以上であり、かつ円筒壁６４の厚さｄが２．０ｍｍ以上であれば当該課題を両方解決することができる。なお、この範囲内であれば、異常放電に対する信頼性を高めるために、円筒壁６４の厚さｄを厚くし、面積Ｓ_１が大きくなるかわりに、面積Ｓ_２を小さくする構成を採用することもできる。

したがって、本実施の形態では、ソケット６の円筒壁６４の厚みをｄ、前端側の円筒壁６４の面積をＳ_１、直径２６ｍｍ以内のフランジ６１の面積をＳ_２としたとき、ｄ≧２．０（ｍｍ）かつＳ_１＋Ｓ_２≦３００ｍｍ^２の関係を満たす放電ランプＤＬであるため、広く一般的に使用されているリフレクタと組み合わせて使用した場合、異常放電およびリフレクタの白化の発生を長時間防止することができる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態の放電ランプ装置である。この第２の実施の形態の各部について、第２の実施の形態及び以下の実施の形態の各部について、第１の実施の形態の平面型蛍光ランプの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

放電ランプ装置は、放電ランプＤＬ、リフレクタＲＥ、シェードＳＨ、レンズＬＥ、イグナイタＩＧで構成されている。

放電ランプＤＬは、第１の実施の形態で詳述したような構成であり、発光管ＬＢとソケット６とを具備する。

リフレクタＲＥは、内部が曲面に形成された反射部１０１を有する。反射部１０１の一端は光を取り出すために開口している。他端には固定部１０２が連続形成されているとともに、反射部１０１と固定部１０２を貫通して穴部１０３が形成されている。そのため、リフレクタＲＥに放電ランプＤＬを固定したときに、穴部１０３には発光管ＬＢが挿通され、放電部１１が所望の位置に配置される。

図８は、ソケットが固定されているリフレクタを開口側から見たときに図である。図からわかるように、穴部１０３からは、ソケット６の大部分が露出した状態となっている。具体的には、手前からフランジ６１の一部、円筒壁６４、空間６２の底部側が位置している状態である。

シェードＳＨは、Ｌ字状に形成された金属であり、一端がリフレクタＲＥの底面に固定されている。他端はリフレクタＲＥに放電ランプＤＬが固定されたときに、その先端側の一部にかかる程度の位置に配置される。これにより、自動車前照灯において、対向車に対して危険なグレアが遮断される。

レンズＬＥは、凸レンズであり、リフレクタＲＥの開口側に配置されている。そして、リフレクタＲＥによってほぼ平行光にされた光を、集光させて所望の配光を形成する。

イグナイタＩＧは、放電ランプＤＬのソケット６の底部側に接続されるとともに、底部端子８１および側部端子８２に電気的に接続されている。イグナイタＩＧは、始動時には２０ｋＶ程度の高圧パルスを放電ランプＤＬに印加して、電極間で絶縁破壊させ、その後、バラスト（図示なし）によってアーク放電が行われる。

この放電ランプ装置において、リフレクタＲＥの穴部１０３の穴径Ｒが一般に使用されている２６ｍｍのものでなくても、前端側の円筒壁６４の面積Ｓ_１と穴部１０３から露出しているフランジ６１の面積Ｓ_３とがＳ_１＋Ｓ_３≦３００ｍｍ^２の関係を満たせば、図４の結果と同様にリフレクタＲＥの白化を抑制することができることが確認された。

したがって、本実施の形態では、ソケット６の円筒壁６４の厚みをｄ、前端側の円筒壁の面積をＳ_１、穴部１０３から露出しているフランジ６１の面積をＳ_３としたとき、ｄ≧２．０（ｍｍ）かつＳ_１＋Ｓ_３≦３００ｍｍ^２の関係を満たす放電ランプ装置であるため、異常放電およびリフレクタの白化の発生を長時間防止することができる。

本発明による第１の実施の形態の放電ランプの実施の形態を示す全体図。ソケットの説明図。円筒壁の厚さｄを変えて試験を行ったときの結果を示す図。リフレクタにランプを装着した放電ランプ装置において、前端側の円筒壁の面積Ｓ_１と穴部から露出したフランジの面積Ｓ_２との和Ｓ_１＋Ｓ_２を変化させて試験を行ったときの結果を示す図。リフレクタにランプを装着した図。試験後のソケットを示す図。本発明による第２の実施の形態の放電ランプ装置の実施の形態を示す全体図。リフレクタにソケットを装着した状態を開口側から見た図。

符号の説明

ＤＬ放電ランプ
１内管
１１放電部
１２ａ、１２ｂ封止部
１３ａ、１３ｂ非封止部
１４放電空間
２ａ、２ｂ金属箔
３ａ、３ｂ電極
４ａ、４ｂリード線
５外管
６ソケット
６１フランジ
６４円筒壁
７１金属バンド
７２舌片
８１底部端子
８２側部端子
９１サポートワイヤ
９２絶縁スリーブ
ＲＥリフレクタ
１０３穴部

Claims

発光管の一端がソケットに保持されてなる放電ランプにおいて、
前記ソケットは前端側にフランジ、内部に後端から前端方向に延出形成され、前記発光管の一端が挿入される円筒壁を有し、前記ソケットの前記円筒壁の厚みをｄ、前端側の前記円筒壁の面積をＳ_１、直径２６ｍｍ以内の前記フランジの面積をＳ_２としたとき、ｄ≧２．０ｍｍかつＳ_１＋Ｓ_２≦３００ｍｍ^２の関係を満たすことを特徴とする放電ランプ。
発光管の一端がソケットに保持されてなる放電ランプと、穴部を有し、前記穴部に前記発光管が挿入された状態で前記放電ランプを保持するリフレクタとを具備する放電ランプ装置において、
前記ソケットは前端側にフランジ、内部に後端から前端方向に延出形成され、前記発光管の一端が挿入される円筒壁を有し、前記ソケットの前記円筒壁の厚みをｄ、前端側の前記円筒壁の面積をＳ_１、前記穴部から露出する前記フランジの面積をＳ_３としたとき、ｄ≧２．０ｍｍかつＳ_１＋Ｓ_３≦３００ｍｍ^２の関係を満たすことを特徴とする放電ランプ装置。