JP4878984B2 - 放電ランプおよび放電ランプの製造方法 - Google Patents

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の製造方法に関するものである。

自動車の前照灯等に用いられる放電ランプは、発光管とソケットとで構成される。さらに、発光管は保温効果等を目的として、２重管構成であるのが一般的である。このような放電ランプの例としては、特許第３５９６８１２号（以下、特許文献１）があるが、この発明に記載のように、発光管を構成する内外管の空間に希ガス等を封入することもある。

内管と外管の接続方法としては、特開２００２−１６３９８０号公報（以下、特許文献２）に開示されているような方法がある。特許文献２の方法を詳しく説明すると、まずは後端側の内管の端部に形成された円形のフランジ部に外管を加熱溶着する。そして、内管と外管の間の空間を負圧に保った状態で、先端側の外管を加熱することにより、外管を内管方向に縮径（シュリンクシール）させて内管と外管とを接続している。なお、特開２００５−３２７４８７号公報（以下、特許文献３）にも、ほぼ同じような接続方法が記載されている。

特許第３５９６８１２号 特開２００２−１６３９８０号公報 特開２００５−３２７４８７号公報

しかしながら、特許文献２や特許文献３のような内管と外管の接続方法では、シュリンクシールした先端側の溶着部が長くなり、コンパクト性に欠けるという問題がある。これは、シュリンクシールでは溶着のバラツキが大きいという傾向があり、内部のガス等が長時間リークしない程度の気密性を確実にするには、溶着部を長く形成する必要があるためである。

一方、特許文献２の従来技術に記載されているような、成形ローラー等で外管を内管に機械的に押し当てる方法は、溶着形状をコンパクトにしやすいが、二回目の溶着の際に成形ローラーを使用した場合には、一回目に溶着した側の溶着部付近に歪が残存してしまい、点灯中にクラックリークの発生原因となるため、好適ではないことがわかった。

本発明は、上記のような課題に鑑みたもので、その目的は歪が残存しにくく、かつコンパクトな放電ランプおよび放電ランプの製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の放電ランプは、放電部を有する内管を囲繞するように外管が接続されてなり、その先端側、後端側にはそれぞれ第１、第２の溶着部が形成された発光管と、前記発光管の第２の溶着部を挿入保持するソケットとを具備し、前記第１の溶着部は、前記第１の溶着部形成予定部を加熱した後、前記外管を前記内管に押し当てることにより形成されており、前記第２の溶着部は、前記第１の溶着部を形成した後、前記内管と前記外管の間の空間を負圧にし、前記第２の溶着部形成予定部を加熱、シュリンクさせることにより形成されていることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の放電ランプの製造方法は、放電部を有する内管を囲繞するように外管が接続されてなり、その先端側、後端側にはそれぞれ第１、第２の溶着部が形成された発光管と、前記発光管の第２の溶着部を挿入保持するソケットとを具備し、前記第１の溶着部は、前記第１の溶着部形成予定部を加熱した後、機械的手段によって、前記外管を前記内管に押し当てる工程により形成し、前記第２の溶着部は、前記第１の溶着部を形成した後、前記内管と前記外管の間の空間を負圧にし、前記第２の溶着部形成予定部を加熱、シュリンクさせる工程により形成することを特徴とする。

本発明によれば、歪が残存しにくく、かつコンパクトな放電ランプおよび放電ランプの製造方法を提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の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、本発明の放電ランプの第１の実施の形態について説明するための軸方向断面図、図２は、発光管の全体図である。

放電ランプは、主要部として発光管ＬＢを有している。発光管ＬＢは２重管構成であり、内部には内管１が位置している。内管１は、耐熱性と透光性を具備した石英ガラスからなり、発光管ＬＢの管軸方向に細長い形状である。その略中央には、略楕円形の放電部１１が形成されている。放電部１１の両端部には、板状のピンチシール部１２ａ、１２ｂが形成されている。さらにその両端には、テーパー状のシュリンクシール部１３ａ、１３ｂを介して、筒状の非ピンチシール部１４ａ、１４ｂが形成されている。

放電部１１の内部には、発光管ＬＢの管軸方向において、中央部が略円柱状、その両端部がテーパー状の放電空間１５が形成されている。この放電空間１５の容積は、ショートアーク型の放電ランプでは１００μｌ以下、自動車前照灯用として用途を指定する場合には、放電空間の容積は１０μｌ〜４０μｌであるのが望ましい。

放電空間１５には、金属ハロゲン化物２および希ガスとからなる放電媒体が封入されている。金属ハロゲン化物２は、ナトリウム、スカンジウム、亜鉛、インジウムのハロゲン化物で構成されている。なお、スズやセシウム等のハロゲン化物を付加、代替させることもできる。また、これらの金属に結合されるハロゲン化物には、ヨウ素が最も好適である。しかし、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、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１５には、本質的に水銀は含まれていない。この「本質的に水銀不含」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。

ピンチシール部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント３ａ、３ｂが封止されている。マウント３ａ、３ｂは、金属箔３ａ１、３ｂ１、電極３ａ２、３ｂ２、コイル３ａ３、３ｂ３、リード線３ａ４、３ｂ４で構成されている。

金属箔３ａ１、３ｂ１は、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。

電極３ａ２、３ｂ２は、タングステンを主体とする材料、例えばタングステンに酸化トリウムを１．０重量％程度等、微量にドープした材料からなる。その一端は金属箔３ａ１、３ｂ１に接続され、他端は放電空間１５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、ショートアーク形ランプでは見た目の距離において５ｍｍ以下、自動車の前照灯に使用する場合はさらに４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。

コイル３ａ３、３ｂ３は、例えば、ドープタングステンからなり、電極３ａ２、３ｂ２に螺旋状に巻装されている。なお、コイル３ａ３、３ｂ３は金属箔３ａ１、３ｂ１と電極３ａ２、３ｂ２との接触部分は避け、箔端から放電空間１５方向のピンチシール部１２ａ、１２ｂ内に封止されている。

リード線３ａ４、３ｂ４は、例えば、モリブデンからなり、金属箔３ａ１、３ｂ１の端部に一端が接続されており、その他端は管軸に沿ってピンチシール部１２ａ、１２ｂの外部に延出している。なお、外部に延出した前端側のリード線３ａ４には、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３ｃの一端が接続されている。サポートワイヤ３ｃの他端は、後述するソケット６の方向に延出している。そして、管軸と平行するサポートワイヤ３ｃの部分には、セラミックからなる絶縁スリーブ４が被覆されている。

内管１の外側には、管軸に沿って筒状の外管５が内管１に対して略同心状に設けられている。外管５は、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム等の酸化物を添加されている。これにより、紫外線を遮断する作用が生じるほか、内管よりも融点が低くなり溶着はしやすくなる。また、内管１と外管５とにより形成された空間５１にはガス等を封入することができ、例えば、窒素やネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを一種または混合して封入することが可能である。なお、内管１と外管５とは、第１、第２の溶着部５２ａ、５２ｂにより溶着固定されている。

上記で構成された発光管ＬＢの後端側には、ソケット６が装着されている。ソケット６には、その内部に円筒壁６１が形成されている。円筒壁６１には、発光管ＬＢの第２の溶着部５２ｂが挿入される。また、ソケット６の底部および側部にはそれぞれ底部端子７ａ、底部端子７ｂが形成されており、底部端子７ａにはリード線３ｂ４、底部端子７ｂにはサポートワイヤ３ｃが接続されている。なお、発光管ＬＢとソケット６との接続は、外管５の後端側外周面に装着された金属バンド８１を、ソケット６の前端側の開口端に形成された４本の金属製の舌片８２（図１では、２本を図示）により挟持することによって行なわれている。なお、接続を強化するために、金属バンド８１および舌片８２の接触点をレーザー等で溶接しても良い。

これらで構成された放電ランプは、管軸が略水平の状態で配置され、底部端子７ａ、側部端子７ｂに点灯回路を接続することにより、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で点灯される。

ここで、内管１と外管５との溶着状態について詳しく説明する。

内管１と外管５とを溶着固定している第１、第２の溶着部５２ａ、５２ｂは、発光管ＬＢの両端に形成されている。具体的には、第１の溶着部５２ａは、放電ランプの先端側に位置しており、内管１のシュリンクシール部１３ａと非ピンチシール部１４ａとにまたがるように外管５が溶着されてなり、境界領域５３ａは角状である。第２の溶着部５２ｂは、放電ランプの後端側に位置しており、内管１の非ピンチシール部１４ｂの端部まで外管５が沿うように溶着されてなり、境界領域５３ｂは曲面状である。この第２の溶着部５２ｂは図１、２からもわかるように、外周面が略平坦である。ここで、「略平坦」とは、表面に凹凸がほとんど存在しないことを意味し、外周面の高低差Ｗが０．５ｍｍ以内の状態を示す。

なお、第１、第２の溶着部５２ａ、５２ｂの内管１と外管５の溶着状態としては、互いに混ざり合い、それらの間に境界がほぼ存在しない状態でも、境界が存在していても良い。

次に、第１、第２の溶着部の形成方法について、図３および図４を用いて説明する。なお、内管１の形成工程については従来の方法とほぼ同じであるので省略する。

第１の溶着部５２ａの形成工程では、まず、図３（ａ）のように、外管５内の略中心に内管１を配置したのち、発光管ＬＢの後端側となる部分を保持手段９１により保持し、第１の溶着部形成予定部５２ａ’（シュリンク部１３ａ付近の外管５）をバーナー９２により加熱溶融する。そして、（ｂ）のように、成形ローラー９３を用いて溶融した第１の溶着部形成予定部５２ａ’部分の外管５を内管１に押し当てる。成形ローラー９３は、例えば、ドーナツ状の回転台に取り付けられ構成されており、その回転台の回転により成形ローラー９３が第１の溶着部形成予定部５２ａ’の周囲を回転する。したがって、（ｃ）のように、肉厚が略均一かつ外周面が平坦な第１の溶着部５２ａを形成することができる。

第２の溶着部５２ｂの形成工程では、まず、図４（ａ）のように、第２の溶着部形成予定部の前後を第１、第２の保持手段９５ａ、９５ｂで保持する。具体的には、第１の保持手段９５ａは発光管ＬＢ先端側の外管５部分、第２の保持手段９５ｂは発光管ＬＢ後端側の外管５の開口部分を保持している。第１、第２の保持手段９５ａ、９５ｂによる保持後、第２の保持手段９５ｂの外管５開口部分から空間５１を真空引きし、内部を７６ｔｏｒｒ以下の窒素雰囲気にする。すなわち、空間５１は負圧になっている。

その後、（ｂ）のように、第２の溶着部形成予定部５２ｂ’（非ピンチシール部１４ｂ）をバーナー９６で加熱溶融する。第２の溶着部形成予定部５２ｂ’をバーナー９６で加熱すると空間５１が負圧であるため、溶融した外管５は内管１にシュリンクする。そして、外管５のシュリンクが始まると同時に、第１の保持手段９５ａを反放電部１１方向に移動させ、第２の溶着部５２ｂを管軸方向に引っ張る。このシュリンクさせながらの引っ張り工程により、（ｄ）のように、第２の溶着部５２ｂの外周面を略平坦にすることができる。そして、不要な部分を切断すれば、発光管ＬＢが完成する。なお、第２の溶着部５２ｂの外周面は、バーナー９６による加熱温度、引っ張り速度、引っ張り距離ｄを変化させることで調節が可能である。ちなみに、本実施の形態では引っ張り距離ｄは３．０ｍｍ程度である。ここで、上述した一連の工程は、特許文献３とは異なり、ランプは固定した状態で、バーナー９２、９６や成形ローラー９３がランプを中心として回転する構造となっている。そのため、引っ張り工程を容易に行うことができる。

ここで、図５に示すように、様々な手段や順序で第１、第２の溶着部を形成する試験を行い、それぞれについてリークの発生およびコンパクト性を検査した。なお、「リーク」については、それぞれの放電ランプの空間５１には７０ｔｏｒｒの窒素を封入し、放電ランプを点灯させたときに、その窒素がいつリークしたかで判断している。また、コンパクト性については、図１同様、後端側にソケット６を装着したときの装着しやすさ、ソケット６の基準面からの発光管ＬＢの突出長から判断している。

その結果、リークに対しては実施例１が一番優れており、次いで実施例２および比較例２、５であり、比較例１、３、４についてはリークが大変発生しやすい結果となった。これは、リークが発生しやすかったランプでは歪が残存していたことが大きく関係している。つまり、それぞれのランプについて鋭敏色板法（ガラスに生じている歪の状態を、光の光路差により識別する方法）を用いて歪の検査を行ったところ、比較例１、３、４については１回目の溶着部側に歪が確認された。この歪は１回目の溶着部側を保持した状態で、成形ローラー等の機械的な手段を用いて２回目の溶着を行ったために生じたものであることがわかった。一方、シュリンクシールにより２回目の溶着を行った実施例１、２および比較例２、５のランプでは歪はほとんど見られなかった。なお、実施例１ではシュリンクシールしながら引っ張り工程を行ったことにより、第２の溶着部５２ｂの内外管が密着し、隙間が埋められたため、リークが最も発生しにくくなったと考えられる。

コンパクト性については、実施例１および比較例４が一番優れており、次いで実施例２および比較例３であり、比較例１、２、５についてはコンパクト性に欠けていた。シュリンクシールにより溶着部を形成した場合、成形ローラーで溶着部を形成した場合と比較して、溶着長に対して、実際の内外管の接触長は小さい傾向があり、また、製造ばらつきも生じやすい。そのため、溶着の信頼性を確保するには十分な溶着長を必要とし、コンパクトにすることは困難である。しかし、発光管ＬＢの後端側については、ソケットに溶着部を収納できるため何れの方法を用いてもコンパクト性に影響を与えない。つまり、成形ローラーによる溶着部が先端側にある実施例１、２および比較例３、４はコンパクトであり、シュリンクシールによる溶着部が先端側にある比較例１、２、５はコンパクト性に欠けるという結果になった。

したがって、実施例１、２は、リークとコンパクト性の観点から優れており、本発明の製造方法による効果が高いことがわかった。

なお、本実施の形態のように水銀を封入しない放電ランプの場合、水銀入りの放電ランプと比べて金属箔３ａ１、３ｂ１の温度が上昇する傾向がある。そこで、金属箔３ａ１、３ｂ１の耐性を向上させる目的で、金属箔３ａ１、３ｂ１と放電部１１との距離を長くする設計が一般になされるが、この設計では先端側が長くなる結果を招き、好適ではない。したがって、水銀を封入しない放電ランプでは、水銀入りの放電ランプと同程度のコンパクト性を実現するために、本発明を適用するのが望ましい。

また、水銀を封入しない放電ランプの場合、放電空間１５内にキセノンが高圧封入される。キセノンを高圧で封入すると放電開始電圧が非常に高くなり、放電を開始させるためには２０ｋＶ前後の高圧パルスを必要とするようになる。そのため、水銀を封入しない放電ランプでは、始動時の高圧パルスの印加が原因となり、リード線３ｂ４とサポートワイヤ３ｃ間でパルスリークが発生しやすくなる。このパルスリークに対しては、ソケット６の構造を改良する等の対策があり、当社ではソケット６内の円筒壁６１の厚みを厚くする提案（特願２００６−４６３号公報）を行っている。が、これらの対策では、ソケット６内部の自由度が少なくなってしまうというデメリットを伴う。例えば、本実施の形態においては、第２の溶着部５２ｂを挿入できるスペースが小さくなり、第２の溶着部５２ｂの外周面と円筒壁６１との距離は０．７ｍｍ程度しかない。このようなソケット６に発光管ＬＢの後端側の溶着部を挿入したところ、後端側の溶着部をシュリンクシールにより形成した実施例２では、溶着部をうまく挿入できない等の不具合が生じることがある。これに対し、実施例１では外周面がほぼ平坦に管理されているため、上記不具合は発生しなかったことからすれば、実施例１の発光管ＬＢが最も優れていると結論されよう。

なお、第１、第２の溶着部５２ａ、５２ｂがどのような手段によって形成されたかどうかは判断することが可能である。例えば、成形ローラー等の機械的手段により溶着部を形成した場合、外管５を内管１に面で強く押し付けることになるため、その面形状が転写されることになる。そのため、溶着部の外周面がほぼ平坦形状になる。また、成形ローラーによっては、図１、２の境界領域５３ａのような角状の部分が形成される。一方、シュリンクシールのみで溶着部を形成した場合、溶着部５２ｂはゆるやかな曲面状になる。また、断面が真円になりにくい（例えば、楕円に近い形状になる）ため、溶着部の肉厚が不均一かつ外周面が凹凸になる傾向がある。一方、本実施の形態のように、シュリンクシールしながら溶着部を引っ張った場合、シュリンクシールのみの場合と同様、境界領域が曲面状になるが、溶着部の外周面はほぼ平坦形状になる。

また、第１、第２の溶着部５２ａ、５２ｂがどのような順序で形成されたどうかも判断することが可能である。例えば、溶着形状から一方が成形ローラー、他方がシュリンクシールで形成している場合、２回目の溶着を成形ローラーで行うと、前述したようにシュリンクシールを行った溶着部側に歪を確認することができる。一方、２回目の溶着をシュリンクシールまたはシュリンクシールしながら引っ張った場合、どちらの溶着部付近にも歪は確認されない。

以上より、どのような溶着手段を用いて内管と外管とを接続したか、どのような順序で溶着したかを客観的に推定できる。

したがって、本実施の形態では、放電ランプの発光管ＬＢが、第１の溶着部５２ａは、第１の溶着部形成予定部５２ａ’を加熱した後、外管５を内管１に押し当てることにより形成され、第２の溶着部５２ｂは、内管１と外管５の間の空間５１を負圧にし、第２の溶着部形成予定部５２ｂ’を加熱、シュリンクさせることにより形成されたことにより、歪が残存しにくいために空間５１等にガスを封入してもリークが発生しにくく、かつソケット６からの発光管ＬＢの長さがコンパクトな放電ランプを実現することができる。

その際、第２の溶着部５２ｂを、内管１と外管５の間の空間５１を負圧にした後、第２の溶着部形成予定部５２ｂ’を加熱、シュリンクさせながら、管軸方向に引っ張ることにより形成することにより、第２の溶着部５２ｂの外周面を略平坦に、具体的には高低差Ｗを０．５ｍｍ以内にすることができるため、例え、水銀を封入しない放電ランプのようにソケット６内部の自由度が低いソケット６に対しても確実に挿入保持することができる。また、内外管の密着性が向上し、リークを発生しにくくすることができる。

本発明の放電ランプの第１の実施の形態について説明するための軸方向断面図。 発光管の全体図。 第１の溶着部の製造方法を説明するための図。 第２の溶着部の製造方法を説明するための図。 様々な手段や順序で第１、第２の溶着部を形成する試験を行い、それぞれについてリークの発生およびコンパクト性を検査した結果図。

符号の説明

１ 内管
１１ 放電部
１２ａ、１２ｂ ピンチシール部
１３ａ、１３ｂ シュリンク部
１４ａ、１４ｂ 非ピンチシール部
１５ 放電空間
２ 金属ハロゲン化物
３ａ、３ｂ マウント
３ａ１、３ｂ１ 金属箔
３ａ２、３ｂ２ 電極
３ａ３、３ｂ３ コイル
３ａ４、３ｂ４ リード線
３ｃ サポートワイヤ
４ 絶縁チューブ
５ 外管
５１ 空間
５２ａ、５２ｂ 第１、第２の溶着部
５２ａ’、５２ｂ’ 第１、第２の溶着部形成予定部
５３ａ、５３ｂ 境界領域
６ ソケット
６１ 円筒壁
７ａ 底部端子
７ｂ 側部端子
８１ 金属バンド
８２ 舌片
９３ 成形ローラー
９５ａ、９５ｂ 第１、第２の保持手段

Claims (3)

1. 放電部を有する内管を囲繞するように外管が接続されてなり、その先端側、後端側にはそれぞれ第１、第２の溶着部が形成された発光管と、前記発光管の第２の溶着部を挿入保持するソケットとを具備し、
   前記第１の溶着部は、前記第１の溶着部形成予定部を加熱した後、前記外管を前記内管に押し当てることにより形成されており、
   前記第２の溶着部は、前記第１の溶着部を形成した後、前記内管と前記外管の間の空間を負圧にし、前記第２の溶着部形成予定部を加熱、シュリンクさせることにより形成されていることを特徴とする放電ランプ。
2. 前記第２の溶着部は、前記内管と前記外管の間の空間を負圧にした後、前記第２の溶着部形成予定部を加熱、シュリンクさせながら、管軸方向に引っ張ることにより形成されたことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
3. 放電部を有する内管を囲繞するように外管が接続されてなり、その先端側、後端側にはそれぞれ第１、第２の溶着部が形成された発光管と、前記発光管の第２の溶着部を挿入保持するソケットとを具備し、
   前記第１の溶着部は、前記第１の溶着部形成予定部を加熱した後、機械的手段によって、前記外管を前記内管に押し当てる工程により形成し、
   前記第２の溶着部は、前記第１の溶着部を形成した後、前記内管と前記外管の間の空間を負圧にし、前記第２の溶着部形成予定部を加熱、シュリンクさせる工程により形成することを特徴とする放電ランプの製造方法。
   

Images