説明

メタルハライドランプ

【課題】 電極軸にコイルを巻装した水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、クラックリークを抑制することができるタルハライドランプを提供する。
【解決手段】
本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間14が形成された放電部11、該放電部11の両端に形成された封止部12a、12bとを有する気密容器1と、放電空間14に封入され、少なくとも金属ハロゲン化物2を含み、水銀は本質的に含まない放電媒体と、基端側は封止部12a、12b内に封着され、先端側は放電空間14内において対向配置された一対の電極3a2、3b2と、封止部12a、12bに封着された電極部分に巻装されたコイル3a3、3b3とを具備する。そして、隣り合うコイル間の距離をd1(mm)、コイル3a3、3b3の直径をr1(mm)としたとき、d1≦14.6×r1−0.5、かつd1>r1の関係式を満たす。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車の前照灯等に使用される本質的に水銀を含まないメタルハライドランプに関するものである。
【背景技術】
【0002】
水銀を含まないメタルハライドランプ(以下、水銀フリーランプ)は、例えば、特開2005−339999号公報(以下、特許文献1)により公知である。水銀フリーランプでは特許文献1に記載のように、水銀入りのメタルハライドランプ(以下、水銀入りランプ)と比較して電極封止部分においてクラックが生じ、リークに至る(以下、軸リーク)ランプが発生しやすいことが知られている。その軸リークの対策としては、封止部に封着された電極軸部分にコイルを巻装することが有効である。コイルを電極軸に巻装した発明としては、国際公開第2006/058513号パンフレット(以下、特許文献2)、特許第3039626号公報(以下、特許文献3)、特許第3218560号公報(以下、特許文献4)、特許第3718077号公報(以下、特許文献5)がある。
【0003】
【特許文献1】特開2005−339999号公報
【特許文献2】国際公開第2006/058513号パンフレット
【特許文献3】特許第3039626号公報
【特許文献4】特許第3218560号公報
【特許文献5】特許第3718077号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、上記特許文献の多くでコイルピッチの記載があるように、コイル設計を行う上ではコイルピッチが重要な条件として一般に認識されている。しかしながら、水銀フリーランプではコイルピッチのみの条件では不十分であることが明確になった。例えば、特許文献1に記載のようにコイルピッチを100%にした場合には、放電空間内のハロゲンが金属箔に移動しやすくなり、金属箔まで侵入すると箔を剥離させて封止部にクラックを生じさせ、リークに至る(以下、箔リーク)ことがあり、特許文献2に記載のようにコイルピッチを600%以上にした場合、軸リークの発生を防止できないことがわかった。
【0005】
そこで、発明者によってコイル設計についての試験が行なわれた結果、軸リークおよび箔リーク(以下、クラックリーク)を抑制するためにはコイル間距離とコイル直径の関係が特に重要であることがわかった。そしてさらに検討を重ねた結果、クラックリークに対して有効なコイル間距離とコイル直径の関係式を見出したため、本発明を提案するに至った。
【0006】
本発明の目的は、電極軸にコイルを巻装した水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、クラックリークを抑制することができるメタルハライドランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間が形成された放電部、該放電部の両端に形成された封止部とを有する気密容器と、前記放電空間に封入された、少なくとも金属ハロゲン化物を含み、水銀は本質的に含まない放電媒体と、基端側は前記封止部内に封着され、先端側は前記放電空間内において対向配置された一対の電極と、前記封止部に封着された前記電極部分に巻装されたコイルとを具備し、隣り合う前記コイル間の距離をd1(mm)、前記コイルの直径をr1(mm)としたとき、d1≦14.6×r1−0.5、かつd1>r1の関係式を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、電極軸にコイルを巻装した水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、クラックリークを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
(第1の実施の形態)
以下に、本発明の実施の形態のメタルハライドランプについて図面を参照して説明する。図1は、本発明のメタルハライドランプの第1の実施の形態について説明するための図である。
【0010】
メタルハライドランプの主要部を構成する発光管LBは2重管構成であり、内部には耐熱性と透光性を具備した石英ガラスからなる気密容器1が位置している。気密容器1はランプ軸方向に細長い形状であって、その略中央部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、板状の封止部12a、12bが形成されており、さらにその両端には、筒状の非封止部13a、13bが形成されている。
【0011】
放電部11の内部には、軸方向において、中央部が略円柱状、その両端部がテーパ状の放電空間14が形成されている。この放電空間14の容積は、ショートアーク型の放電ランプでは0.1cc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0.01cc〜0.04ccであるのが望ましい。
【0012】
放電空間14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る。金属ハロゲン化物2は、ナトリウム、スカンジウム、亜鉛およびインジウムのハロゲン化物で構成されている。なお、その他にスズ等のハロゲン化物を封入することも許容される。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が、臭素、塩素、又は複数のハロゲン化物を組み合わせて使用してもよい。
【0013】
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。
【0014】
ここで、放電空間14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、又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。
【0015】
封止部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、外部リード線3a4、3b4からなる。
【0016】
金属箔3a1、3b1、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。
【0017】
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ドープした材料からなる。その直径Rは、0.25〜0.40mmであるのが望ましい。その基端側は金属箔3a1、3b1の放電部11側の端部に溶接によって接続され、他端側は放電空間14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。
【0018】
コイル3a3、3b3は、例えば、ドープタングステンからなり、封着された電極3a2、3b2部分の軸周りに螺旋状に巻装されている。その際、図1のXの断面図である図2からわかるように、コイル3a3、3b3は、金属箔3a1、3b1と電極3a2、3b2との接合部には巻装されていない。また、電極3a2、3b2とコイル3a3、3b3とは接触しているが、それらの接触部分の周辺には僅かに隙間15が形成されている。
【0019】
外部リード線3a4、3b4は、例えば、モリブデンからなり、放電部11に対して反対側の金属箔3a1、3b1の端部に、溶接等により接続されている。そして、外部リード線3a4、3b4の他端側は、管軸に沿って封止部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3b4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、その他端は、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。
【0020】
上記で構成された気密容器1の外側には、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することにより、紫外線を遮断する作用を有する筒状の外管5が、管軸に沿って気密容器1と略同心状に設けられている。それらの接続は、気密容器1両端の筒状の非封止部13a、13bと外管5の両端部を溶融することにより行なわれている。そして、気密容器1と外管5とにより形成された空間には、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又は混合して封入したりすることができる。
【0021】
気密容器1を内部に覆った状態の外管5の非封止部13a側には、ソケット6が接続される。それらの接続は、非封止部13a付近の外管5の外周面に装着された金属バンド71を、ソケット6の気密容器1保持側の開口端に形成された4本の金属製の舌片72(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。そして、接続をさらに強化するために、金属バンド71及び舌片72の接触点を溶接している。なお、ソケット6の底部には底部端子8aが形成されており、リード線3a4と接続されている。また、ソケット6の側部には底部端子8bが形成されており、サポートワイヤ3cと接続されている。
【0022】
これらで構成されたメタルハライドランプは、管軸が略水平の状態で配置され、底部端子8a、側部端子8bに点灯回路を接続することにより、安定時は約35Wで点灯される。
【0023】
ここで、本発明の一実施例を示す。図3は、図1のメタルハライドランプの一仕様について説明するための図である。なお、以下の試験は特に言及しない限り寸法、材料等はこの仕様に基づいて行っている。
【0024】
放電容器1:石英ガラス製、放電空間14の容積=0.028cc、内径A=2.5mm、外径B=6.2mm、長手方向の球体長C=7.8mm、
金属ハロゲン化物:ScI‐NaI‐ZnI‐InBr=0.6mg、
希ガス:キセノン=11.0atm、
水銀:0mg、
金属箔3a1、3b1:モリブデン製、
電極3a2、3b2:トリエーテッドタングステン製、直径R=0.30mm、電極間距離D=4.36mm、
コイル3a3、3b3:ドープタングステン製、直径r1=0.06mm、巻径r2=0.30mm、コイル間距離d1=0.15mm、コイル端から放電空間と封止部の境界までの距離d2=1.5mm、
外部リード線3a4、3b4:モリブデン製、直径=0.4mm。
【0025】
図4は、コイル間距離d1を変化させたときの軸リーク発生率を説明するための図である。試験条件は、自動車前照灯HID光源の規格であるJELに定められた定格寿命試験モード(EUモード)の点滅サイクルである。試験時間は2000時間であり、ランプ本数は各10本である。なお、「コイル間距離d1」は、測定箇所によって多少の誤差があるため、複数箇所の平均値をとった値を意味するものとする。
【0026】
結果からわかるように、コイル間距離d1が大きくなるほど、軸リークが発生しやすくなり、ある値から軸リーク発生率が急増している。この試験では、コイル径r1が0.06mmの場合、コイル間距離d1が0.4mm前後で軸リークが発生し始めることが理解できる。
【0027】
図5は、コイル径r1とコイル間距離d1を変化させたときの軸リーク発生率を説明するための図である。つまり、図4の試験をコイル径r1を変化させて行い、その結果をまとめた図である。
【0028】
結果からわかるように、コイル径r1は大きくなるほど、コイル間距離d1は小さくなるほど軸リーク発生率が低下する傾向がある。一方で、軸リーク発生率はコイルピッチにあまり関係しないことが伺える。すなわち、従来のように、コイルピッチを条件化したのみでは軸リークの発生を抑制することはできないことが明確となった。そこで、図5の結果から軸リークの発生を抑制することができる条件を算出すると、コイル径r1とコイル間距離d1とがd1≦14.6×r1−0.5を満たせば良いという結論になる。なお、図5においてd1≦14.6×r1−0.5よりも下方向にコイルを設計するほど、コイル3a3、3b3の巻き数が増し、電極軸とコイルとの接触割合が増加するという効果が確認された。例えば、コイル径r1とコイル間距離d1との関係が、d1≦14.6×r1−0.55、さらにはd1≦14.6×r1−0.6を満たしていれば、電極軸に対するコイルのずれを抑制することができる。
【0029】
しかしながら、コイル間距離d1とコイル径r1とが等しい(=コイルピッチが100%)の場合、金属箔3a1、3b1に向けて放電空間14からハロゲンが侵入しやすくなり、これが原因で箔リークが頻発してしまう。これはd1=r1の場合、コイル間にガラスが入り込まない状態となるために、隣り合うコイルの外周に沿ってハロゲンが移動しやすくなったためと考えられる。したがって、箔リークも考慮すると、d1>r1の式を同時に満たす必要がある。ただし、コイル3a3、3b3の軸方向の巻装長さLに対して、その一部がd1=r1を満たしているような場合は、ハロゲンが移動しやすい領域がごく一部のみに限られ、実質的に箔リークの原因にならないので、本発明に含まれるものとする。
【0030】
また、電極径Rに対して、コイル径r1が大きくなりすぎると、電極軸にコイルを巻装するのが困難になる。たとえば、自動車前照灯用メタルハライドランプに一般的に用いることができる電極径Rが0.25〜0.4mmの電極に対しては、コイル径r1が0.10mmよりも大きくなると電極軸にコイルを巻装するのは極めて難しい。したがって、コイル径r1≦0.10mmを満たす必要がある。
【0031】
以上をまとめると、水銀フリーランプにおいて、コイル3a3、3b3を封止部12a、12bに封止された電極3a2、3b2に巻装する場合、図6に示したような範囲に入るようにコイル設計を行えばクラックリークに対して効果的である。
【0032】
また、上記に加え、下記の構成を組み合わせるとさらに効果的である。
【0033】
本実施の形態では、金属箔3a1、3b1と電極3a2、3b2との接合部にコイル3a3、3b3を巻装していないが、この構成は箔リークに対して効果的である。ここで、「金属箔と電極との接合部にコイルを巻装しない」とは、金属箔3a1、3b1と電極3a2、3b2との接合部において、それらの間にコイル3a3、3b3が介在していない状態を意味する。すなわち、金属箔3a1、3b1と電極3a2、3b2との接合部付近の隙間を極力小さくし、放電空間14から電極3a2、3b2に沿って侵入してくるハロゲンを移動しにくくすることができるため、当該構成が有効である。また、例えば平均粗さRaが0.5μm以上であるような、比較的表面が粗い金属箔3a1、3b1と組み合わせるのとハロゲンの移動を抑制できるのでさらに有効である。
【0034】
また、放電部11側に位置するコイル3a3、3b3の先端部から放電空間14と封止部12a、12bの境界までの距離、すなわち図3におけるd2が、0.5mm≦d2≦2.0mmであることにより、クラックリークに対して高い効果を得ることができる。
【0035】
したがって、本実施の形態では、封止部12a、12bに封着された電極3a2、3b2にコイル3a3、3b3を巻装した水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、コイル間距離をd1、コイル径をr1としたとき、d1≦14.6×r1−0.5、かつd1>r1の関係式を満たすことにより、軸リークおよび箔リークの発生を抑制することができる。
【0036】
また、金属箔3a1、3b1と電極3a2、3b2との接合部にコイル3a3、3b3を巻装しないようにしたり、放電部11側に位置するコイル3a3、3b3の端部から放電空間13と封止部12a、12bの境界までの距離d2を0.5mm≦d2≦2.0mmを満たすように構成すれば、クラックリークに対してなお効果的である。
【0037】
(第2の実施の形態)
図7は、本発明の第2の実施の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、図8は、図7のY−Y’を矢印方向から見た断面状態について説明するための図である。この第2の実施の形態の各部について、第1の実施の形態の光源ユニット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。
【0038】
この実施の形態では、電極3a2、3b2とコイル3a3、3b3との間に隙間15が介在した状態で封止部12a、12bに封止されている。すなわち、コイルの巻径r2が電極径Rよりも大きくなっている。なお、本実施の形態のように隙間15を形成して電極3a2、3b2にコイル3a3、3b3を巻装する場合はコイル3a3、3b3が軸方向に移動しやすくなるため、電極軸に対して何らかの固定を行った方が良い。例えば、コイル端を抵抗溶接やレーザー溶接することによって電極軸に接合したり、コイルの一部を潰して電極軸に強く締め付けたりする固定方法が可能である。
【0039】
電極3a2、3b2とコイル3a3、3b3との間に隙間15の間隔d3、すなわちコイル巻径r2と電極径Rの関係r2/Rを変化させて、軸リークが発生するか試験を行った。その結果を図9に示す。図からわかるように、r2/Rが大きくなるほど軸リークが発生しにくくなる傾向がある。
【0040】
また、図中のプロットは、図4と同様の試験を行った場合に、それぞれのr2/Rの値において軸リーク発生率が0%であった境界点を示しており、各プロットを通る線よりも右下のコイル線径、コイル間距離であれば軸リークが発生しないことを意味する。すなわち、間隔d3=0(r2/R=1)である第1の実施の形態と同様に、コイル径r1とコイル間距離d1は軸リークの発生と関係がある。例えば、間隔d3=0.015mm(r2/R=1.1)の場合はd1≦15.4×r1−0.5、間隔d3=0.030mm(r2/R=1.2)の場合はd1≦16.8×r1−0.5、間隔d3=0.045mm(r2/R=1.3)の場合はd1≦18.3×r1−0.5を満たし、かつd1>r1であればクラックリークを抑制することができる。ただし、間隔d3=0.045mm(r2/R=1.3)以上では、コイルずれが発生しやすくなるため、間隔d3は0.030mm(r2/R=1.2)以下であるのが望ましい。
【0041】
したがって、本実施の形態では、封止部12a、12bに封着された電極3a2、3b2にコイル3a3、3b3を巻装した水銀を含まないメタルハライドランプにおいて、コイル間距離をd1(mm)、コイル径をr1(mm)、コイルの巻径をr2(mm)、電極の直径をR(mm)としたとき、1.0<r2/R≦1.3である場合、d1≦18.3×r1−0.5、かつd1>r1、望ましくはd1≦16.8×r1−0.5、かつd1>r1の関係式を満たすことにより、軸リークおよび箔リークの発生を抑制することができる。
【0042】
また、金属箔3a1、3b1と電極3a2、3b2との接合部にコイル3a3、3b3を巻装しないようにしたり、放電部11側に位置するコイル3a3、3b3の端部から放電空間13と封止部12a、12bの境界までの距離d2を0.5mm≦d2≦2.0mmを満たすように構成すれば、クラックリークに対してなお効果的である。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明のメタルハライドランプの第1の実施の形態について説明するための図。
【図2】図1のXの断面について説明するための図。
【図3】図1のメタルハライドランプの一仕様について説明するための図。
【図4】コイル間距離d1を変化させたときの軸リーク発生率を説明するための図。
【図5】コイル径r1とコイル間距離d1を変化させたときの軸リーク発生率を説明するための図。
【図6】本実施の形態において好適なコイル設計の範囲について説明するための図。
【図7】本発明の第2の実施の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。
【図8】図7のY−Y’を矢印方向から見た断面状態について説明するための図。
【図9】コイル巻径r2と電極径Rの関係r2/Rが1.0〜1.3の場合において、コイル径r1とコイル間距離d1を変化させたときの軸リークの発生を防止できる境界について説明するための図。
【符号の説明】
【0044】
1 気密容器
11 放電部
12a、12b 封止部
13a、13b 非封止部
14 放電空間
15 隙間
2 金属ハロゲン化物
2a、2b マウント
3a1、3b1 金属箔
3a2、3b2 電極
3a3、3b3 コイル
3a4、3b4 外部リード線
3c サポートワイヤ
4 絶縁チューブ
5 外管
6 ソケット
71 金属バンド
72 舌片
8a 底部端子
8b 側部端子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に放電空間が形成された放電部、該放電部の両端に形成された封止部とを有する気密容器と、前記放電空間に封入された、少なくとも金属ハロゲン化物を含み、水銀は本質的に含まない放電媒体と、基端側は前記封止部内に封着され、先端側は前記放電空間内において対向配置された一対の電極と、前記封止部に封着された前記電極部分に巻装されたコイルとを具備し、
隣り合う前記コイル間の距離をd1(mm)、前記コイルの直径をr1(mm)としたとき、d1≦14.6×r1−0.5、かつd1>r1の関係式を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項2】
内部に放電空間が形成された放電部、該放電部の両端に形成された封止部とを有する気密容器と、前記放電空間に封入された、少なくとも金属ハロゲン化物を含み、水銀は本質的に含まない放電媒体と、基端側は前記封止部内に封着され、先端側は前記放電空間内において対向配置された一対の電極と、前記封止部に封着された前記電極部分に巻装されたコイルとを具備し、
隣り合う前記コイル間の距離をd1(mm)、前記コイルの直径をr1(mm)、前記コイルの巻径をr2(mm)、前記電極の直径をR(mm)としたとき、1.0<r2/R≦1.3である場合、d1≦18.3×r1−0.5、かつd1>r1の関係式を満たすことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項3】
前記金属箔と前記電極との接合部には前記コイルは巻装されていないことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のメタルハライドランプ。
【請求項4】
前記放電部側に位置する前記コイルの端部から前記放電空間と前記封止部の境界までの距離d2が、0.5mm≦d2≦2.0mmであることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のメタルハライドランプ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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