JP6733310B2 - 自動車の前照灯用放電ランプ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、自動車の前照灯用放電ランプに関する。

放電空間を内部に有する発光部と、発光部の端部に設けられた封止部と、一端が放電空間の内部に設けられ他端が封止部の内部に設けられた電極と、を有する放電ランプがある。
この様な放電ランプにおいては、封止部の電極を封止している部分にクラックが生じることがある。封止部にクラックが生じると、放電空間内に封入されていた金属ハロゲン化物などがクラックを介してリークし、不灯に至るおそれがある。

ここで、近年においては、省電力化の要求から、安定点灯時に３０ワット以下（例えば、２５ワット）の電力で点灯させる放電ランプが求められている。しかしながら、３０ワット以下の電力で放電ランプを点灯させると、ちらつき（フリッカー）が生じ易くなるという問題がある。この場合、電極の太さ寸法を小さくして電流密度を高めれば、ちらつきの発生を抑制することができる。ところが、電極の太さ寸法を小さくすると、封止部にクラックリークが生じ易くなるという新たな問題が生じる。
そのため、安定点灯時に３０ワット以下の電力で点灯させる放電ランプであっても、封止部にクラックリークが発生するのを抑制することができる放電ランプの開発が望まれていた。

特開２０１１−１３４６９６号公報

本発明が解決しようとする課題は、低電力で点灯させる自動車の前照灯用放電ランプであっても、封止部にクラックリークが発生するのを抑制することができる自動車の前照灯用放電ランプを提供することである。

実施形態に係る放電ランプは、安定点灯時に１０ワット以上、３０ワット以下の電力で点灯させる自動車の前照灯用放電ランプである。
自動車の前照灯用放電ランプは、放電空間を内部に有する発光部と；前記放電空間に封入され、金属ハロゲン化物と、不活性ガスと、を含み、実質的に水銀を含まない放電媒体と；前記発光部の端部に設けられた封止部と；一端が前記放電空間の内部に設けられ、他端が前記封止部の内部に設けられた電極と；前記封止部の内部に設けられ、前記電極の前記他端の近傍に接合された金属箔と；前記電極と、前記金属箔との間に設けられた空隙と；を具備している。
前記電極の太さ寸法は、０．２３ｍｍ以上、０．３２ｍｍ以下であり、前記金属箔は、前記電極に巻き付けられ、且つ、前記金属箔の両側の端部は、前記電極から離隔しており、前記金属箔の巻き付け角度は、４０°以上、７０°以下であり、以下の式を満足する自動車の前照灯用放電ランプである。
自動車の前照灯用放電ランプは、以下の式を満足する。
Ｗ（ｍｍ）／Ｍ（ｍｍ）≦０．３
なお、Ｗ（ｍｍ）は、前記電極の軸方向と直交する方向における前記金属箔の中心と、前記金属箔の端部側における前記空隙の端部との間の距離である。
Ｍ（ｍｍ）は、前記電極の軸方向と直交する方向における前記金属箔の中心と、前記金属箔の端部との間の距離である。

本発明の実施形態によれば、低電力で点灯させる自動車の前照灯用放電ランプであっても、封止部にクラックリークが発生するのを抑制することができる自動車の前照灯用放電ランプ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。 （ａ）、（ｂ）は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。（ａ）は電極３２の太さ寸法が大きい場合、（ｂ）は電極３２の太さ寸法が小さい場合である。 クラックリーク発生率と、Ｗ／Ｍとの関係を例示するためのグラフ図である。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 クラックリーク発生率と、２Ｗ×Ｌとの関係を例示するためのグラフ図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
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、放電ランプは、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の用途は、自動車の前照灯に限定されるわけではないが、ここでは一例として、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に挙げて説明する。

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。封入されるガスは、例えば、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、またはこれらの混合ガスとすることができる。ガスの封入圧力は、例えば、常温（２５℃）で０．３ａｔｍ以下とすることができる。なお、ガスの封入圧力は、常温（２５℃）で０．１ａｔｍ以下とすることがより好ましい。

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の軸方向と直交する方向における発光部１１の寸法は、例えば、５ｍｍ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、本実施の形態に係る放電ランプ１００においては、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。
なお、金属ハロゲン化物２の組成は、例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。

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。不活性ガスの封入圧力は、目的に応じて変更することができる。例えば、全光束を増加させる場合には、封入圧力を常温（２５℃）で１０ａｔｍ以上、２０ａｔｍ以下とすることが好ましい。

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。

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、線状を呈している。電極３２の断面形状は、例えば、円形とすることができる。
電極３２の太さ寸法（断面形状が円形の場合には直径寸法）は、０．２３ｍｍ以上、０．３２ｍｍ以下とすることができる。この様にすれば、安定点灯時に１０ワット以上、３０ワット以下の電力で点灯させる放電ランプ１００であっても、ちらつきの発生を抑制することができる。

なお、電極３２の太さ寸法は、電極３２が延びる方向において一定でなくてもよい。例えば、電極３２の太さ寸法は、先端部側が基端部側よりも大きくなっていてもよい。また、電極３２の先端部が球形となっていてもよい。また、直流点灯タイプのように、一方の電極の太さ寸法と、他方の電極の太さ寸法が異なるものであってもよい。

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。一対の電極３２の先端同士の間の距離（電極間距離）は、例えば、３．４ｍｍ以上、４．４ｍｍ以下とすることができる。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、図示しない点灯回路と電気的に接続される。この場合、底部端子８１は、点灯回路の高圧側と電気的に接続される。側部端子８２は、点灯回路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ものである場合には、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。

また、本実施の形態に係る放電ランプ１００は、低電力仕様の放電ランプである。
そのため、図示しない点灯回路は、安定点灯時に１０ワット以上、３０ワット以下の電力で放電ランプ１００を点灯させる。

次に、封止部１２におけるクラックリークの発生について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
なお、図２（ａ）は電極３２の太さ寸法が大きい場合、図２（ｂ）は電極３２の太さ寸法が小さい場合である。
前述したように、放電ランプ１００は、安定点灯時に１０ワット以上、３０ワット以下の電力で点灯させる。この様な低電力で点灯させる放電ランプ１００は、ちらつき（フリッカー）が生じ易くなる。この場合、電極３２の太さ寸法を小さくして電流密度を高めれば、ちらつきの発生を抑制することができる。そのため、放電ランプ１００においては、電極３２の太さ寸法を、０．２３ｍｍ以上、０．３２ｍｍ以下としている。この様にすれば、安定点灯時に１０ワット以上、３０ワット以下の電力で点灯させる放電ランプ１００であっても、ちらつきの発生を抑制することができる。

ところが、電極３２の太さ寸法が小さくなると、金属箔３１と電極３２との接触面積が小さくなるので、金属箔３１と電極３２との接合強度が低下するおそれがある。この場合、図２（ｂ）に示すように、電極３２に金属箔３１を巻き付けるようにすれば、金属箔３１と電極３２との接触面積を増加させることができるので、金属箔３１と電極３２との接合強度が低下するのを抑制することができる。
すなわち、電極３２の軸方向と直交する方向における金属箔３１の中心３１ａの近傍は、電極３２に巻き付けられている。
この場合、電極３２の太さ寸法が、０．２３ｍｍ以上、０．３２ｍｍ以下の場合には、金属箔３１の巻き付け角度θは、４０°以上、７０°以下とすることが好ましい。

ここで、前述したように、封止部１２は、ピンチシール法やシュリンクシール法により形成される。ピンチシール法やシュリンクシール法により封止部１２を形成する際に、金属箔３１と電極３２との間に溶融したガラスが入り込めない部分が生じる。そのため、溶融したガラスが冷却されて硬化すると、溶融したガラスが入り込めない部分に空隙１２ａが形成される。すなわち、空隙１２ａは、電極３２と金属箔３１との間に形成される。

この場合、溶融したガラスが入り込めない部分は、金属箔３１と電極３２の接線とがなす角度が小さくなる部分に生じる。そのため、図２（ａ）、（ｂ）から分かるように、電極３２の太さ寸法が小さくなると、空隙１２ａが大きくなる。
また、前述したように、電極３２の太さ寸法が小さくなると、金属箔３１と電極３２との接触面積を大きくする必要があるので、空隙１２ａが形成される位置が、電極３２の軸方向と直交する方向における金属箔３１の端部側に移動することになる。

そのため、図２（ｂ）から分かるように、電極３２の軸方向と直交する方向における金属箔３１の中心３１ａと、金属箔３１の端部側における空隙１２ａの端部との間の距離Ｗが大きくなる。距離Ｗが大きくなると、金属箔３１と封止部１２とが密着している部分の距離（距離Ｍ−距離Ｗ）が小さくなる。なお、距離Ｍは、電極３２の軸方向と直交する方向における、金属箔３１の中心３１ａと金属箔３１の端部との間の距離である。

クラックリークは、封止部１２と電極３２との密着部分において発生したクラックが成長し、金属箔３１の端部に到達したときに発生する。そのため、金属箔３１と封止部１２とが密着している部分の距離が小さくなると、クラックが金属箔３１の端部に到達しやすくなるので、封止部１２にクラックリークが生じ易くなる。点灯時にクラックリークが発生すると、放電空間１１１内に封入されていた金属ハロゲン化物２などがクラックを介してリークし、放電ランプ１００が点灯しなくなるおそれがある。

すなわち、低電力で点灯させる放電ランプ１００において、ちらつきを抑制するために電極３２の太さ寸法を小さくし、且つ、金属箔３１と電極３２との接合強度の低下を抑制するために電極３２に金属箔３１を巻き付ける量を増加させるようにすると、金属箔３１と封止部１２とが密着している部分の距離が小さくなるので、クラックリークが生じ易くなる。

本発明者の得た知見によれば、距離Ｍに対する距離Ｗの比（Ｗ／Ｍ）を適切な範囲内とすれば、クラックリークの発生を効果的に抑制することができる。
図３は、クラックリーク発生率と、Ｗ／Ｍとの関係を例示するためのグラフ図である。 なお、図３は、安定点灯時の印加電力を２５ワットとし、ＥＵ１２０分モードの点滅サイクルで点滅させるとともに、放電ランプ１００を２０００時間点灯した場合である。
また、距離Ｗは、０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下としている。
距離Ｍは、０．６ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下としている。
金属箔３１の厚み寸法は、０．０１５ｍｍ以上、０．０２５ｍｍ以下としている。
電極３２の太さ寸法は、０．２３ｍｍ以上、０．３２ｍｍ以下としている。
金属箔３１の巻き付け角度θは、４０°以上、７０°以下としている。
図３から分かるように、Ｗ／Ｍ≦０．３とすれば、クラックリークの発生を効果的に抑制することができる。

また、空隙１２ａは、内管１の軸方向にも延びている。
図４は、図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。
なお、煩雑となるのを避けるために封止部１２を省いて描いている。
また、図中の距離Ｌは、電極３２の軸方向における、金属箔３１の発光部１１側の端部と、空隙１２ａの発光部１１側とは反対側の端部との間の距離である。
この場合、距離Ｌが大きくなれば、クラックが発生する位置の数が多くなる。そのため、クラックが金属箔３１の端部に到達しやすくなるので、封止部１２にクラックリークが生じ易くなる。

本発明者の得た知見によれば、距離２Ｗと距離Ｌとの積（２Ｗ×Ｌ）を適切な範囲内とすれば、クラックリークの発生を効果的に抑制することができる。
図５は、クラックリーク発生率と、２Ｗ×Ｌとの関係を例示するためのグラフ図である。
なお、図５は、安定点灯時の印加電力を２５ワットとし、ＥＵ１２０分モードの点滅サイクルで点滅させるとともに、放電ランプ１００を２０００時間点灯した場合である。
また、距離Ｗは、０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下としている。
距離Ｌは、０．７ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下としている。
金属箔３１の厚み寸法は、０．０１５ｍｍ以上、０．０２５ｍｍ以下としている。
電極３２の太さ寸法は、０．２３ｍｍ以上、０．３２ｍｍ以下としている。
金属箔３１の巻き付け角度θは、４０°以上、７０°以下としている。
図５から分かるように、２Ｗ×Ｌ≦０．６とすれば、クラックリークの発生を効果的に抑制することができる。

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、１２ａ 空隙、３１ 金属箔、３１ａ 中心、３２ 電極、１００ 放電ランプ、１０１ バーナー、１０２ ソケット、１１１ 放電空間

Claims (2)

1. 安定点灯時に１０ワット以上、３０ワット以下の電力で点灯させる自動車の前照灯用放電ランプであって、
   放電空間を内部に有する発光部と；
   前記放電空間に封入され、金属ハロゲン化物と、不活性ガスと、を含み、実質的に水銀を含まない放電媒体と；
   前記発光部の端部に設けられた封止部と；
   一端が前記放電空間の内部に設けられ、他端が前記封止部の内部に設けられた電極と；
   前記封止部の内部に設けられ、前記電極の前記他端の近傍に接合された金属箔と；
   前記電極と、前記金属箔との間に設けられた空隙と；
   を具備し、
   前記電極の太さ寸法は、０．２３ｍｍ以上、０．３２ｍｍ以下であり、
   前記金属箔は、前記電極に巻き付けられ、且つ、前記金属箔の両側の端部は、前記電極から離隔しており、
   前記金属箔の巻き付け角度は、４０°以上、７０°以下であり、
   以下の式を満足する自動車の前照灯用放電ランプ。
   Ｗ（ｍｍ）／Ｍ（ｍｍ）≦０．３
   なお、Ｗ（ｍｍ）は、前記電極の軸方向と直交する方向における前記金属箔の中心と、前記金属箔の端部側における前記空隙の端部との間の距離である。
   Ｍ（ｍｍ）は、前記電極の軸方向と直交する方向における前記金属箔の中心と、前記金属箔の端部との間の距離である。
2. 前記電極の軸方向における前記金属箔の前記発光部側の端部と、前記空隙の前記発光部側とは反対側の端部との間の距離をＬ（ｍｍ）とした場合に以下の式を満足する請求項１記載の自動車の前照灯用放電ランプ。
   ２Ｗ（ｍｍ）×Ｌ（ｍｍ）≦０．６（ｍｍ ^２ ）

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