JP6562298B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、放電ランプに関する。

金属ハロゲン化物が封入された放電空間を内部に有する発光部と、放電空間の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置させた一対の電極とを備えた放電ランプがある。
近年においては、省電力化の要求から、安定点灯時に３０Ｗ以下（例えば、２５Ｗ）の電力で点灯させる放電ランプが求められている。
ところが、低電力の放電ランプは、明るさが暗くなるという問題がある。
そのため、発光部を小さくする（放電空間を小さくする）ことで、明るさを明るくした放電ランプが提案されている。
しかしながら、単に、発光部を小さくすると、発光部が損傷しやすくなるという新たな問題が生じる。
そのため、低電力の放電ランプであっても、明るさが暗くなるのを抑制することができ、且つ、発光部が損傷するのを抑制することができる技術の開発が望まれていた。

特開２００４−１７２０５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、低電力の放電ランプであっても、明るさが暗くなるのを抑制することができ、且つ、発光部が損傷するのを抑制することができる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２２Ｗ以上、２８Ｗ以下の電力で点灯させる放電ランプである。
放電ランプは、金属ハロゲン化物が封入された放電空間を内部に有する発光部と；前記放電空間の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置させた一対の電極と；を具備している。
前記電極が延びる方向において、前記放電空間は、前記放電空間の中央部分に位置する第１の領域と、前記第１の領域の両側に位置する第２の領域と、を有している。
前記第１の領域は、略円柱状を呈している。
前記第２の領域は、略円錐状を呈し、前記放電空間の端部に向かうに従い、前記電極が延びる方向と直交する方向における寸法が漸減している。
前記第２の領域における前記発光部の内壁と、前記電極と、がなす角度は、２７．８°以上、３５．２°以下である。

本発明の実施形態によれば、低電力の放電ランプであっても、明るさが暗くなるのを抑制することができ、且つ、発光部が損傷するのを抑制することができる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。 発光部１１の模式断面図である。

実施形態に係る発明は、安定点灯時に２２Ｗ以上、２８Ｗ以下の電力で点灯させる放電ランプであって、金属ハロゲン化物が封入された放電空間を内部に有する発光部と；前記放電空間の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置させた一対の電極と；を具備し、ている。
前記電極が延びる方向において、前記放電空間は、前記放電空間の中央部分に位置する第１の領域と、前記第１の領域の両側に位置する第２の領域と、を有している。
前記第１の領域は、略円柱状を呈している。
前記第２の領域は、略円錐状を呈し、前記放電空間の端部に向かうに従い、前記電極が延びる方向と直交する方向における寸法が漸減している。
前記第２の領域における前記発光部の内壁と、前記電極と、がなす角度は、２７．８°以上、３５．２°以下である。
この放電ランプによれば、低電力の放電ランプであっても、明るさが暗くなるのを抑制することができ、且つ、発光部が損傷するのを抑制することができる。

また、前記電極が延びる方向において、前記第２の領域の寸法は、１．５ｍｍ以上、２．１ｍｍ以下とすることができる。
この様にすれば、発光部が損傷するのをより効果的に抑制することができる。

また、前記電極が延びる方向と直行する方向において、前記電極の表面と、前記第１の領域における前記発光部の内壁と、の間の距離は、１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下とすることができる。
この様にすれば、発光部が損傷するのをより効果的に抑制することができる。

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、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２は、発光部１１の模式断面図である。

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く、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、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。
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の軸方向に直行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は、領域１１１ａ（第１の領域の一例に相当する）と、領域１１１ｂ（第２の領域の一例に相当する）を有する。
電極３２が延びる方向（内管１の軸方向）において、領域１１１ａは、放電空間１１１の中央部分に位置している。領域１１１ａは、ほぼ円柱状を呈している。
領域１１１ｂは、領域１１１ａの両側に位置している。領域１１１ｂは、放電空間１１１の端部に向かうに従い電極３２が延びる方向と直交する方向における寸法が漸減している。領域１１１ｂ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。
金属ハロゲン化物２は、例えば、インジウムのハロゲン化物、ナトリウムのハロゲン化物、スカンジウムのハロゲン化物、亜鉛のハロゲン化物など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。
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、放電媒体は水銀を含んでいない。

放電空間１１１に封入される不活性ガスは、例えば、キセノン、ネオン、アルゴン、クリプトン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。
不活性ガスの封入圧力は、例えば、常温（２５℃）で１０ａｔｍ以上、１５ａｔｍ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の両側に設けられている。
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。
なお、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。

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、モリブデンから形成されている。

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、０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下とすることができる。
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。

電極３２の一方の端部は、放電空間１１１内に突出している。一対の電極３２は、所定の距離を空けて互いに対向するように設けられている。
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。

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の内部に設けられた電極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６、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６は、樹脂などの絶縁性材料から形成されている。本体部６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６の端部に設けられている。取り付け金具７２は、前端側に設けられている。取り付け金具７２は、本体部６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６の内部に設けられている。底部端子８１は、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６の側壁に設けられている。側部端子８２は、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が自動車の前照灯の場合には、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、点灯回路は、安定点灯時に２２Ｗ以上、２８Ｗ以下（例えば、２５Ｗ）の電力で放電ランプ１００を点灯させる。

ここで、放電ランプ１００に供給される電力が小さくなると、光束の低下や発光効率の低下が生じる。そのため、放電ランプ１００に供給される電力が小さくなると、明るさが暗くなる。
この場合、発光部１１の内部寸法（放電空間１１１の寸法）を小さくすれば、明るさが暗くなるのを抑制することができる。
このことは、以下のように説明することができる。
つまり、発光部１１の内部寸法を小さくすれば、発光部１１の外形寸法も小さくなる。発光部１１の外形寸法が小さくなれば、発光部１１からの放熱量を少なくすることができる。
発光部１１からの放熱量が少なくなれば、発光部１１の内部温度（放電空間１１１の温度）が高くなり、金属ハロゲン化物２の蒸気圧が高くなる。
金属ハロゲン化物２の蒸気圧が高くなれば、電極３２から放出された電子と、金属ハロゲン化物２の分子とが衝突する割合が増える。
電子と金属ハロゲン化物２の分子とが衝突する割合が増えると、光束が増加し、発光効率も高くなる。
そのため、放電ランプ１００に供給される電力が小さい場合であっても、発光部１１の内部寸法を小さくすれば、明るさが暗くなるのを抑制することができる。

ところが、発光部１１の内部寸法を小さくすれば、発光部１１の損傷が発生しやすくなる。
本発明者の得た知見によれば、発光部１１の損傷が発生しやすくなる原因は以下のように説明することができる。
電極３２の温度は、点灯時（放電時）に高くなり、消灯時には放熱により低くなる。
ところが、前述したように、発光部１１の内部寸法を小さくすれば、発光部１１の内部温度は高くなる。
そのため、電極３２における放熱が妨げられ、電極３２の温度は高いまま維持されやすくなる。

ここで、電極３２間における放電の形態は、電極３２の温度により変化する。
例えば、電極３２の温度が低いときに放電を開始させれば、図２に示すように、電極３２の先端同士の間で放電Ｓ１が生じる。
ところが、電極３２の温度が高いときに放電を開始させれば、図２に示すように、一方の電極３２の封止部１２の近傍にある部分と、他方の電極３２の先端との間で放電Ｓ２が生じる。
放電空間１１１の領域１１１ｂは、ほぼ円錐状を呈している。そのため、図２に示すように、領域１１１ｂにおいて、発光部１１の内壁と、放電Ｓ２との間の距離が極めて短くなる。
すなわち、発光部１１の内部寸法を小さくすれば、電極３２の温度が高いまま維持されやすくなるので、発光部１１の内壁との間の距離が短くなる放電Ｓ２が生じ易くなる。また、発光部１１の内壁と電極３２との間の距離も短くなる。
そのため、領域１１１ｂにおいて、放電Ｓ２による損傷が、発光部１１の内壁に発生しやすくなる。

次に、放電空間１１１の形態と、発光部１１における損傷の発生との関係を説明する。 放電空間１１１の形態と、発光部１１における損傷の発生との関係を表１および表２に示す。
表１および表２における評価試験においては、１秒間の点灯と１秒間の消灯を１０００００回繰り返し、その後、発光部１１における損傷の発生と損傷の程度を判定した。
なお、１秒間の点灯と１秒間の消灯を繰り返せば、電極３２の温度は高いまま維持されるので、放電Ｓ２が発生しやすくなる。
また、図２に示すように、領域１１１ｂにおける発光部１１の内壁と、電極３２とがなす角度をθとした。
電極３２が延びる方向における領域１１１ｂの寸法をＡとした。
電極３２が延びる方向と直行する方向において、電極３２の表面と、領域１１１ａにおける発光部１１の内壁との間の距離をＢとした。
なお、発光部１１の外形寸法は同じとしている。
また、「○」は損傷の発生が認められなかった場合、「△」は損傷の発生が認められるが、損傷の程度が実用上問題がない場合、「×」は損傷の発生が認められ、且つ、損傷の程度が実用上問題がある場合である。

表１から分かる様に、角度θを大きくすれば、損傷の発生を抑制することができる。
これは、角度θを大きくすれば、放電Ｓ２と、発光部１１の内壁との間の距離を長くすることができるためであると考えられる。
すなわち、角度θを２７．８°以上とすれば、放電Ｓ２による損傷の発生を抑制することができる。

ところが、表２から分かるように、角度θを大きくしすぎると、損傷の発生が抑制できなくなる。
これは、角度θを大きくしすぎると発光部１１の肉厚が薄くなりすぎる部分が生じて、肉厚が薄い部分の温度が高くなりすぎるためであると考えられる。
すなわち、角度θを３５．２°以下とすれば、過熱による損傷の発生を抑制することができる。

つまり、表１および表２から分かるように、角度θを２７．８°以上、３５．２°以下とすれば、放電Ｓ２による損傷の発生および過熱による損傷の発生を抑制することができる。
この場合、寸法Ａは、１．５ｍｍ以上、２．１ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、距離Ｂは、１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、放電空間１１１の形態を以上の様にすれば、安定点灯時に３５Ｗ程度の電力で点灯させる放電ランプとほぼ同等の明るさを得ることもできる。

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。

１ 内管、２ 金属ハロゲン化物、３ 電極マウント、５ 外管、１１ 発光部、１２ 封止部、３１ 金属箔、３２ 電極、１００ 放電ランプ、１０１ バーナー、１０２ ソケット、１１１ 放電空間、１１１ａ 領域、１１１ｂ 領域、Ｓ１ 放電、Ｓ２ 放電

Claims (3)

1. 安定点灯時に２２Ｗ以上、２８Ｗ以下の電力で点灯させる放電ランプであって、
   金属ハロゲン化物が封入された放電空間を内部に有する発光部と；
   前記放電空間の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置させた一対の電極と；
   を具備し、
   前記電極が延びる方向において、前記放電空間は、前記放電空間の中央部分に位置する第１の領域と、前記第１の領域の両側に位置する第２の領域と、を有し、
   前記第１の領域は、略円柱状を呈し、
   前記第２の領域は、略円錐状を呈し、前記放電空間の端部に向かうに従い、前記電極が延びる方向と直交する方向における寸法が漸減し、
   前記第２の領域における前記発光部の内壁と、前記電極と、がなす角度が、２７．８°以上、３５．２°以下である放電ランプ。
2. 前記電極が延びる方向において、前記第２の領域の寸法は、１．５ｍｍ以上、２．１ｍｍ以下である請求項１記載の放電ランプ。
3. 前記電極が延びる方向と直行する方向において、前記電極の表面と、前記第１の領域における前記発光部の内壁と、の間の距離は、１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下である請求項１または２に記載の放電ランプ。

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