JP2013229215A

JP2013229215A - 車両用のメタルハライドランプ

Info

Publication number: JP2013229215A
Application number: JP2012101203A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Doi; 昌弘土居
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-07

Abstract

【課題】始動性に優れた車両用のメタルハライドランプを提供する。
【解決手段】
実施形態の車両用のメタルハライドランプは、内部に放電空間１１１を有する発光部１１を備えた気密容器１と、放電空間１１１に封入された金属ハロゲン化物２および希ガスと、放電空間１１１内において一部が対設するように設けられた一対の電極３２と、少なくとも発光部１１を囲うように、気密容器１に沿って設けられた筒状の外管５と、を具備しており、気密容器１の少なくとも一部分と外管５との間に形成された閉空間５１にはガスが封入されているとともに、外管５は、ＯＨを含有量で１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ含むガラスで構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、自動車などの車両のヘッドランプに使用されるメタルハライドランプに関する。

現在、車両のヘッドランプには、ショートアーク高圧放電タイプのメタルハライドランプが使用されている。このメタルハライドランプは、金属ハロゲン化物や希ガスが封入された発光部を覆うように外管が設けられた二重管構造になっている。

このような車両用のメタルハライドランプは、始動性が悪いという問題がある。発光部内に水銀を含まないために、光束を高めるべく希ガスの圧力が１３ａｔｍ以上に高められた水銀不含のメタルハライドランプは、さらに始動性が悪い。そのため、発光管と外管の間に形成される閉空間に窒素やアルゴンなどのガスを封入して、電力投入直後に、閉空間で誘電体バリア放電を発生させることで、始動性を改善する方法が提案されている。しかしながら、この方法でも十分な始動性を確保することはできないことがわかった。

特開２００７−２３４２６５号公報特開平７−２１１２８６号公報特開２００４−２８８６５４号公報

本発明が解決しようとする課題は、始動性に優れた車両用のメタルハライドランプを提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の車両用のメタルハライドランプは、内部に放電空間を有する発光部を備えた気密容器と、前記放電空間に封入された金属ハロゲン化物および希ガスと、前記放電空間内において一部が対設するように設けられた一対の電極と、少なくとも前記発光部を囲うように、前記気密容器に沿って設けられた筒状の外管と、を具備する車両用のメタルハライドランプであって、前記気密容器の少なくとも一部分と前記外管との間に形成された閉空間にはガスが封入されているとともに、前記外管は、ＯＨを含有量で１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ含むガラスで構成されている。

第１の実施形態のメタルハライドランプについて説明するための図である。第１の実施形態のメタルハライドランプの断面について説明するための図である。実施例の外管の組成について説明するための図である。外管中のＯＨ含有量Ｃを変化させたときの始動電圧Ｖｓ、電圧および全光束について説明するための図である。図４のＯＨ含有量Ｃと始動電圧Ｖｓの関係について説明するための図である。導電性の被膜について説明するための図である。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して、第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態のメタルハライドランプについて説明するための図であり、図２は、第１の実施形態のメタルハライドランプの断面について説明するための図である。

本実施形態のメタルハライドランプは、自動車の前照灯用のヘッドランプに用いられるランプであり、気密容器として内管１を備えている。内管１は細長い形状であり、その中央付近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、ピンチシールにより形成された板状のシール部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。この内管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。また、シール部１２はシュリンクシールにより形成されることにより円柱状の形状であってもよい。

発光部１１の内部には、中央が略円柱状で、両端に向かってテーパ状となっている放電空間１１１が形成されている。放電空間１１１には、金属ハロゲン化物２および希ガスが封入されている。金属ハロゲン化物２は、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化亜鉛、臭化インジウムで構成されている。なお、この金属ハロゲン化物２の組合せはこれに限らず、スズ、セシウムのハロゲン化物を追加するなどしてもよい。

希ガスは、キセノンが使用されている。この希ガスの圧力は、１２ａｔｍ〜１８ａｔｍ、望ましくは１３ａｔｍ〜１６ａｔｍである。なお、希ガスとしてはキセノンとネオン、アルゴン、クリプトンなどを組み合わせた混合ガスで使用することもできる。

ここで、本実施形態のランプは、水銀フリーメタルハライドランプである。この「水銀フリー」とは、水銀を実質的に含んでいないという意味である。

発光部１１の両側に形成されたシール部１２には、それぞれ電極マウント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板状の部材である。

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棒状の部材である。その一端は金属箔３１の発光部１１側の端部に載置される形態で溶接されており、他端は放電空間１１１内に突出し、所定の距離を保って互いの先端部同士が対向するように対設されている。直径Ｄは、例えば０．３〜０．４ｍｍである。自動車前照灯の用途の場合には、電極３２同士の先端間の距離を、外管５を通して観察したときに３．７ｍｍ〜４．４ｍｍの範囲に位置決めするのが好ましい。

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に封着される電極３２の軸部の軸周りに螺旋状に巻装されている。

リード線３４は、例えば、モリブデンからなる金属線である。リード線３４の一端は、発光部１１から遠位側の金属箔３１の端部に載置される形態で接続されており、他端は内管１の外部まで管軸に略平行に延出されている。ランプの前端側、すなわちソケット６から遠位側に延出されたリード線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の一端がレーザ溶接により接続されている。このサポートワイヤ３５には、内管１と平行に延在する部位に、例えば、セラミックからなるスリーブ４が装着されている。

上記で構成された内管１の外側には、発光部１１を覆うように筒状の外管５が内管１とほぼ同心状に設けられている。これら内外管の接続は、内管１の円筒部１４付近に外管５の端部をそれぞれ溶着することにより行なわれている。内管１と外管５との間に形成された閉空間５１には、ガスが封入されている。このガスには、誘電体バリア放電可能なガス、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混合ガスを使用することができる。ガスの圧力は０．３ａｔｍ以下、特に０．１ａｔｍ以下であるのが望ましい。

外管５の材料としては、内管１に熱膨張係数が近く、かつ紫外線遮断性を有するとともに、ＯＨの重量比、すなわちＯＨ基の含有量Ｃが、１０ｐｐｍ≦Ｃ≦１００ｐｐｍを満たすガラス材料を使用することができる。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ているとともに、上記含有量のＯＨを含む石英ガラスを使用することができる。

外管５が接続された内管１の一端には、ソケット６が接続されている。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から突出形成させた金属製の舌片７２で把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８１、側部には側部端子８２が形成されており、底部端子８１と側部端子８２には、それぞれリード線３４とサポートワイヤ３５が接続されている。

これらで構成されたメタルハライドランプは、底部端子８１が高圧側、側部端子８２が低圧側になるように点灯回路（図示なし）と接続され、始動時は安定点灯時よりも２倍以上のランプ電力である７５Ｗ、安定点灯時は３５Ｗとなるように点灯される。

ここで、金属ハロゲン化物２の封入量は０．４ｍｇ、放電空間１１１に封入された希ガス（キセノン）の圧力は１３ａｔｍ、電極３２の直径は０．３８ｍｍ、閉空間５１に封入されたガス（窒素）の圧力は０．１ａｔｍであって、図３に示すような材料を含有する石英ガラスからなる外管５を装着したランプ（実施例）と、外管のＯＨ含有量Ｃを２ｐｐｍとした以外は実施例と同様の構成のランプ（比較例）を作成して評価した。その結果、実施例のランプの方が比較例のランプよりも絶縁破壊が発生する電圧（始動電圧Ｖｓ）が低く、始動性が良好であることが確認された。

次に、ＯＨの含有量を変化させたランプを作成し、始動電圧Ｖｓ、初期のランプ電圧および初期の全光束を測定した。その結果を図４、図５に示す。ここで、外管のＯＨの含有量は、高温処理の温度や処理時間を変化させることで調整したものであり、始動電圧Ｖｓはｎ＝１２本についてＥｕモードで点灯したうちの平均値である。また、外管のＯＨの量は、ＦＴ−ＩＲ法（Method of Fourier Transform Infrared Spectroscopy。フーリエ変換型赤外分光法）により分析が可能である。具体的には、ランプ管軸に沿う方向の長さが１ｍｍになるように外管をカットし、そのドーナツ状を呈するカット外管のガラス断面の略中央部分に赤外線を照射し、そのカット外管ガラスの波数３８４６ｃｍ^−１の赤外線吸収量からＯＨ量を求めることができる。

結果から、外管のＯＨの含有量Ｃが２ｐｐｍや５ｐｐｍの場合には、始動電圧Ｖｓが高いことがわかる。特に、５００時間点灯時や１０００時間点灯時に、始動電圧Ｖｓが高くなる傾向があり、点灯時間中に始動電圧Ｖｓの変化が大きいことがわかる。これに対して、外管のＯＨの含有量Ｃが１０ｐｐｍ以上では、全体的に始動電圧Ｖｓが低く安定していることがわかる。このような結果となった理由は定かではないが、外管のＯＨの含有量Ｃと、閉空間にガスを封入していた場合に高圧パルス印加時に気密容器の外表面と外管の内表面との間で発生する誘電体バリア放電の発生しやすさに相関があるためと推測される。よって、外管のＯＨの含有量Ｃは、１０ｐｐｍ以上であると良い。ただし、外管のＯＨの含有量Ｃが１２０ｐｐｍ以上になると、ランプの点灯熱で閉空間に発生する水素ガスの量が多くなり、図４に示すようにランプ電圧が低下して、全光束が低下しやすくなる。したがって、外管のＯＨの含有量Ｃは、１０ｐｐｍ≦Ｃ≦１００ｐｐｍであるのが最適である。

第１の実施形態においては、気密容器１の少なくとも一部分と外管５との間に形成された閉空間５１にガスを封入するとともに、外管のＯＨの含有量Ｃを１０ｐｐｍ≦Ｃ≦１００ｐｐｍとしたガラスで構成したことで、始動電圧Ｖｓを低くすることができるため、始動性に優れた車両用のメタルハライドランプを提供することができる。

本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、メタルハライドランプは、始動点灯回路と一体構成されたランプや、始動点灯回路および安定点灯回路と一体構成されたランプなどであってもよい。また、安定時に２５Ｗで点灯するランプなどにも適用できる。

気密容器１の外表面に導電性を有する被膜を形成しても良い。これにより、さらに始動性を改善することができる。導電性を有する被膜には、膜の抵抗が１０ＭΩ以下、望ましくは５０〜１００ｋΩを満たすような、透光性と耐熱性を有する材料を使用するのが望ましい。例えばインジウムの酸化物、スズの酸化物、亜鉛の酸化物、インジウムとスズの酸化物であるＩＴＯ、酸化亜鉛に酸化アルミニウムをドープしたＡＺＯ、酸化亜鉛に酸化ガリウムをドープしたＧＺＯ等やこれらにフッ素、ガリウム、アンチモン等をドープしたものを使用することができる。特には、図６のように、高圧側となる金属箔３１と対向する封止部１２の外表面に酸化スズからなる導電膜９を形成するのが最適である。

この発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。

１内管
１１発光部
１１１放電空間
２金属ハロゲン化物
３電極マウント
３１金属箔
３２電極
５外管
５１閉空間

Claims

内部に放電空間を有する発光部を備えた気密容器と、前記放電空間に封入された金属ハロゲン化物および希ガスと、前記放電空間内において一部が対設するように設けられた一対の電極と、少なくとも前記発光部を囲うように、前記気密容器に沿って設けられた筒状の外管と、を具備する車両用のメタルハライドランプであって、
前記気密容器の少なくとも一部分と前記外管との間に形成された閉空間にはガスが封入されているとともに、
前記外管は、ＯＨを含有量で１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ含むガラスで構成されている車両用のメタルハライドランプ。