JP5493694B2

JP5493694B2 - 放電ランプ

Info

Publication number: JP5493694B2
Application number: JP2009243474A
Authority: JP
Inventors: 宰白川
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: JP2011029133A

Description

本発明は、自動車の前照灯などに使用される放電ランプに関するものである。

自動車の前照灯など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）で知られているように、内管と外管とを具備する二重管構造となっている。この内管は、発光部とその両端に形成されたシール部とで構成されており、発光部内には希ガスや金属ハロゲン化物が封入され、シール部には電極マウントが封着されてなる。

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することで、ランプの始動性を改善する発明が提案されている。

また、特開２００３−５２９１９４号公報（以下、特許文献２）、特開２００６−８００７８号（以下、特許文献３）、公報特開２００７−４２３６９号公報（以下、特許文献４）、特開２００８−５２７６２３号公報（以下、特許文献５）では、発光部やシール部の外表面に導電性の被膜を形成することで、ランプの始動性を改善する発明が提案されている。

特許第３５９６８１２号公報特開２００３−５２９１９４号公報特開２００６−８００７８号公報特開２００７−４２３６９号公報特開２００８−５２７６２３号公報

特許文献１〜特許文献５の発明を採用することにより、ランプの始動性を改善することができる。しかしながら、水銀入りの放電ランプと比較すると、現行の水銀を含まないランプはまだまだ始動性が悪いため、更なる改善が求められている。

本発明の目的は、始動性に優れた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、本発明の放電ランプは、内部に放電空間を有する発光部およびシール部を有する内管と、前記放電空間に封入された放電媒体と、前記シール部に封着された電極マウントと、前記発光部を覆うように設けられた外管とを具備する放電ランプにおいて、前記内管と前記外管との間に形成された空間にはガスが封入されているとともに、前記シール部の表面に前記外管の外部空間と離間するように配置され、前記シール部の表面に接する隆起部または／および縁部に鋸歯状部を備えた導電性被膜が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、始動性に優れた放電ランプを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の放電ランプについて説明するための側面図。図１の放電ランプを９０°回転させた状態について説明するための図。図１のシール部付近について説明するための図。本実施の形態の導電性被膜の一形成方法について説明するための図。Ｔ１／Ｔ２を変化させたときの始動電圧について説明するための図。本発明の第２の実施の形態の放電ランプについて説明するための図。本発明の第３の実施の形態の放電ランプについて説明するための図。本発明の第４の実施の形態の放電ランプについて説明するための図。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の放電ランプについて、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の放電ランプについて説明するための側面図、図２は図１の放電ランプを９０°回転させた状態について説明するための図、図３は図１のシール部付近について説明するための図であり、図３（ａ）は拡大図、図３（ｂ）は図３（ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘ’部分の断面を矢印方向から見た図である。

図１の放電ランプは自動車の前照灯に用いられる、いわゆるＤ４タイプの放電ランプであり、主要部として内管１を有している。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、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。また、シール部１２はピンチシールにより形成されたものに限らず、シュリンクシールにより形成されたものであってもよい。

この発光部１１の内部には、中央が略円柱状、両端がテーパ状の放電空間１１１が形成されている。この放電空間１１１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であるのが適当である。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と希ガスとで構成されている。

金属ハロゲン化物２は、ナトリウム、スカンジウム、亜鉛、インジウムなどのハロゲン化物で構成されている。それらの金属ハロゲン化物に結合されるハロゲンとしてはヨウ素が最適であるが、臭素や塩素などを組み合わせてもよい。また、金属ハロゲン化物の組み合わせもこれに限らず、スズやセシウムのハロゲン化物などを追加してもよい。

希ガスは、キセノンで構成されている。希ガスは、目的によってその封入圧力を調整することができる。例えば、全光束等の特性を高めるためには、封入圧力を常温（２５℃）において１２ａｔｍ以上にするのが望ましい。ただし、上限は製造上、現状で２０ａｔｍ程度である。なお、希ガスの圧力は、水中で発光部１１とシール部１２の境界を破壊して放電空間１１１内部のガスを収集、測量し、その後に放電空間１１１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、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することもできる。

ここで、放電媒体は、水銀を実質的に含んでいない。この「水銀を実質的に含んでいない」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。金属箔３１の表面のうち、電極３２側の半分の面には、パターン３１１が形成されている。このパターン３１１は、ＷＯ２００８／１２９７４５Ａ１やＷＯ２００７／０８６５２７Ａ１などに記載のような非貫通の半円状の凹みが複数配列されてなるものであり、つまり表面には微小な凹凸が形成されている。これにより、封止ガラスと箔の封着性を増すことができるとともに、金属ハロゲン化物２と金属箔３１が反応することが原因で生じることがあるクラックリークの発生を抑制することができる。なお、パターン３１１は箔の両面に形成するとさらに高い効果を期待できる。

パターン３１１を構成する凹みは、例えば、ＹＶＯ_４レーザーを照射することにより形成することができ、その深さ、大きさ等はレーザーの出力や焦点の合わせ方等で自由に調整できる。また、凹みの配列は、レーザーを複数回照射することで様々に形成することができ、例えば、形成された凹みの円周に接触するようにレーザーを照射することで、図３のような箔表面の縦横に凹み同士が接触するパターンを形成することができる。また、厚みが薄いために構造的に脆い箔両端のナイフエッジ部分には、凹みを形成しないように制御することもできる。

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電極である。その一端は金属箔３１の発光部１１側端部に重ね合わせ接続されており、他端は放電空間１１１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。その電極間距離としては、自動車前照灯用の場合には、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、電極形状は、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、電極材料は、純タングステンやドープタングステン、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に封着される電極３２の軸部の軸周りに螺旋状に巻装されている。このコイル設計としては、コイル線径は３０μｍ〜１００μｍ、コイルピッチは６００％以下であるのが好適である。

リード線３４は、例えば、モリブデンからなる金属線である。その一端は、発光部１１に対して反対側の金属箔３１に重ね合わせ接続されており、他端は管軸に沿って内管１の外部に延出されている。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の一端がレーザー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が装着されている。

上記で構成された内管１の外側には、筒状の外管５が内管１と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の両端を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、さらには０．１ａｔｍ以下、さらには０．０５ａｔｍ以下であるのが望ましい。なお、外管５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材料で構成するのが望ましく、例えば、チタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を添加した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、リード線３４とサポートワイヤ３５とがそれぞれ接続されている。

これらで構成された放電ランプは、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）が接続され、管軸が略水平の状態に配置されて点灯される。その点灯回路の出力は、例えば、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に設定される。

そして、高圧側のシール部１２の表面のうち、金属箔３１と面する部分には、導電性被膜９が形成されている。このように、空間５１にガスを封入するとともに、高圧側に設定されたシール部１２の表面に導電性被膜９を形成することにより、始動性が向上する。これは、ランプ始動のための高電圧を印加すると、導電性被膜９が形成されたガラス部分が分極し、電荷が溜まった当該ガラス部分と外管５の間でガスによって誘電体バリア放電が発生し、始動が補助されるためである。なお、導電性被膜９は、その面積が５〜２０ｍｍ^２であると効果的である。また、図３（ａ）のように、パターン３１１上に導電性被膜９が形成されている状態であれば、パターン３１１の凹凸形状により、始動直後の分極が促されるため、さらに始動性の向上を期待できる。
導電性被膜９としては、導電性（例えば、膜の抵抗が１０ＭΩ以下、望ましくは５０〜１００ｋΩ。抵抗値は、厚みが１５０ｎｍである膜の表面を、端子間を１．５ｍｍに設定したテスターで測定したときの値とする。）と透光性、さらには耐熱性を持つ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。本発明では、安価な酸化スズを用いるのが特に望ましい。

ここで、本実施の形態の導電性被膜９は、図３（ｂ）のように、隆起部９１と平面部９２とで構成されており、隆起部９１は平面部９２を囲うように導電性被膜９の縁部に形成されている。隆起部９１は、その形成面に対して略垂直な方向に延出した、平面部９２よりも高さの高い部分であり、このように導電性被膜９の少なくとも一箇所に凸状の隆起部分が形成されていることで、始動電圧印加時に、その隆起部９１に電界が集中して、誘電体バリア放電が発生しやすくなるため、導電性被膜９が単なる平面状に構成されている場合よりもさらに始動性を向上させることができる。特に、隆起部９１の膜厚をＴ１（ｍｍ）、平面部９２の膜厚をＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ１／Ｔ２≧２を満たしていると効果的である。なお、平面部９２は、多少膜厚が変化していても許容するものとし、その場合のＴ２は平均的な値とする。

ここで、図３（ｂ）のような導電性被膜９の一形成方法について、図４を参照しながら説明する。

まず、（ａ）のように、発光部１１の両端をシールした内管の一方のシール部１２の表面付近に、ディスペンサー１０１を非接触に配置し、酸化スズと酢酸ブチルを混合してなる導電性溶液９’をシール部１２表面に滴下する。この導電性溶液９’は、表面張力が低いため、シール部１２に滴下後は（ｂ）のように、その表面で広がろうとする。しかし、その広がりには限界があり、限界に達すると今度は導電性溶液９’が端部に溜まるようになって、縁部が隆起していく。このように、縁部に隆起部分が形成された後、（ｃ）のように、水素バーナー１０２で導電性被膜９’を焼成することで、シール部１２表面に隆起部９１と平面部９２を備えた導電性被膜９を形成することができる。この焼成工程では、導電性被膜９’から酢酸ブチルの成分が飛んで、抵抗値が約１００ｋΩになる程度に加熱するのが望ましい。なお、加熱手段はバーナーに限られない。このように焼成された導電性被膜９の隆起部９１は、一般に透過性が高い酸化スズやＩＴＯなどでも透明性が低下するため、導電性被膜９がどの程度形成されているかの検査を目視でも容易に行えるようになる。

本発明の放電ランプの実施例の一仕様を下記に示す。
（実施例）
発光部１１；石英ガラス製、放電空間１１１の内容積＝２６ｍｍ^３、最大内径＝２．５ｍｍ、最大外径＝６．２ｍｍ、長手方向の球体長＝７．８ｍｍ、
シール部１２；肉厚＝２．４ｍｍ、幅＝４．１ｍｍ、
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、
希ガス；キセノン、ガス圧＝１３ａｔｍ、
水銀；０ｍｇ、
金属箔３１；モリブデン製、長さ×幅＝６．５ｍｍ×１．５ｍｍ、厚さ＝０．０２ｍｍ、
パターン３１１；直径＝０．０２ｍｍ、深さ＝０．００３ｍｍの凹みを、隣接する凹みと接触するように配列、
電極３２；トリエーテッドタングステン製、直径＝０．３８ｍｍ、外観上の電極間距離＝４．３２ｍｍ、
コイル３３；ドープタングステン製、線径＝６０μｍ、ピッチ＝２５０％、
リード線３４；モリブデン製、直径＝０．４ｍｍ、
外管５；内径＝７．０ｍｍ、肉厚＝１．０ｍｍ、
空間５１中のガス；窒素、ガス圧＝０．０２ａｔｍ、
導電性被膜９；酸化スズを高圧側のシール部１２上に形成、面積Ｓ＝１４ｍｍ^２（シール部１１の表裏面にそれぞれ７ｍｍ^２づつ）、膜厚Ｔ１＝０．０００３５ｍｍ、膜厚Ｔ２＝０．０００１５ｍｍ。

この実施例のランプと均一な膜厚の導電膜を形成した従来のランプについて、始動パルス電圧＝２３ｋＶ、ライズタイム＝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、実施例のランプでは従来例のランプよりも始動電圧が低下する傾向があった。また、個数を２００本に増やして試験を行った結果、従来例のランプはその試験したランプの中で始動性が悪いものは約１８ｋＶであったのに対し、実施例のランプは始動性が悪いものでも約１６ｋＶであった。このことから、実施例のランプの方では、始動ばらつきが小さく、点灯不良が少ないといえる。

次に、隆起部９１の膜厚Ｔ１と平面部９２の膜厚Ｔ２の関係Ｔ１／Ｔ２を変化させたときの始動電圧の変化について試験をした。その結果を図５に示す。なお、試験数は各２００本である。

図５からわかるように、Ｔ１／Ｔ２が大きくなるほど始動電圧の平均値や最悪値（ばらつきの最大値）が低くなる傾向があり、特にＴ１／Ｔ２が２以上であればよいことがわかる。つまり、Ｔ１／Ｔ２≧２を満たすように導電性被膜９を形成するのが望ましい。ただし、Ｔ１／Ｔ２が２以上の範囲では始動性にそれほどの変化が見られないため、製造上の容易性を考慮すると、Ｔ１／Ｔ２は５以下、さらには３以下であるのが望ましい。

したがって、本実施の形態では、内管１と外管５との間に形成された空間５１に窒素を封入するとともに、高圧側に設定されたシール部１２表面に縁部に隆起部９１と平面部９２を備える導電性被膜９を形成したことにより、始動電圧印加時に、その隆起部９１に電界が集中して、誘電体バリア放電が発生しやすくなるため、従来の導電性被膜よりもさらに始動性を向上させることができる。その際、隆起部９１の膜厚をＴ１（ｍｍ）、平面部９２の膜厚Ｔ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ１／Ｔ２≧２を満たすように導電性被膜９を形成すると、高い効果を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態の放電ランプについて説明するための図であり、（ａ）は拡大図、（ｂ）は図６（ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘ’部分の断面を矢印方向から見た図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態の放電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。

本実施の形態では、高圧側のシール部１２に突起１２１が形成されており、その突起１２１を含むシール部１２の表面に導電性被膜９が塗布されることで、隆起部９１が形成されている。この場合にも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、突起１２１は、高さは０．２ｍｍ以上であるのが良く、また一つに限らず、複数形成しても良い。また、突起１２１は、隆起部９１の形成のためのみならず、ランプ製造過程における目印などとしても利用することができる。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態の放電ランプについて説明するための図であり、（ａ）は拡大図、（ｂ）は図７（ａ）の二点鎖線Ｙ部分の拡大図である。

本実施の形態では、導電性被膜９の縁部にノコギリの歯のように複数のギザギザを備えた鋸歯状部９３が形成されている。このように、導電性被膜９の縁部に鋸歯状部９３を形成することで、その先端部に電界が集中しやすくなるため、始動時に誘電体バリア放電を発生させやすくすることができる。また、導電性被膜９３は同じ面積でも被膜の縁の長さが長いほど導電膜効果が高くなるため、導電性被膜９の縁部に鋸歯状部９３を形成することにより始動性を改善することができる。

なお、縁部に鋸歯状部９３を備えた導電性被膜９は、例えば図４（ａ）において導電性溶液９’の滴下高さを高くするなどにより形成することができる。

（第４の実施の形態）
図８は、本発明の第４の実施の形態の放電ランプについて説明するための図である。

本実施の形態では、導電性被膜９の縁部に隆起部９１と鋸歯状部９３の両方が形成されている。つまり、第１と第３の実施の形態の特徴を組み合わせた導電性被膜９であり、外観上、王冠のような形状となっている。この導電性被膜９により、平面状で縁が滑らかな同じ面積の被膜の場合と比較して、始動電圧を約４ｋＶも下げることができる。

なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。

導電性被膜９は、真円状に限らず、楕円状や多角形状であってもよい。また、それらの形状を組み合わせたり、互いに繋げたような形状であってもよい。

また、導電性被膜９は、金属箔３１と面するシール部１２の表面上に限らず、例えば、電極３２上やリード線３４上のシール部１２の表面、シール部１２の側面であってもよい。

また、導電性被膜９は、シール部１２の表面のみならず、外管５の内表面にも形成してよい。これにより、始動性をさらに向上させることができる。このとき、外管５に形成する導電性被膜は、低圧側のシール部付近の外管５の内表面に形成するなど、誘電体バリア放電が発光部１１付近で発生するように構成すると好適である。

隆起部９１、鋸歯状部９３は、先端部はともに弧状よりも尖った形状で、かつ鈍角よりも鋭角あるのが望ましい。また、形成数は多いほど望ましい。これらを採用することにより、隆起部９１や鋸歯状部９３に電界がより集中しやすくなるため、始動性を改善することができる。

１内管
１１発光部
１１１放電空間
１２シール部
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
５外管
５１空間
９導電性被膜
９１隆起部
９２平面部
９３鋸歯状部

Claims

内部に放電空間を有する発光部およびシール部を有する内管と、前記放電空間に封入された放電媒体と、前記シール部に封着された電極マウントと、前記発光部を覆うように設けられた外管とを具備する放電ランプにおいて、
前記内管と前記外管との間に形成された空間にはガスが封入されているとともに、前記シール部の表面に前記外管の外部空間と離間するように配置され、前記シール部の表面に接する隆起部または／および縁部に鋸歯状部を備えた導電性被膜が形成されていることを特徴とする放電ランプ。
前記隆起部は、導電性被膜の縁部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
前記導電性被膜は隆起部と平面部を備え、前記隆起部の膜厚をＴ１（ｍｍ）、前記平面部の膜厚Ｔ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ１／Ｔ２≧２を満たしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電ランプ。
前記シール部は前記発光部の両端に一対形成されており、一方の前記シール部側を高圧側、他方の前記シール部側を低圧側に設定したとき、前記導電性被膜は高圧側の前記シール部表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の放電ランプ。