JP2007134098A - 放電ランプ装置および放電ランプ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電ランプと始動器が一体で使用される放電ランプ装置において、それらの接続を強固にし、かつ接続に要する時間を短縮する。
【解決手段】
本発明の放電ランプ装置は、内部に放電媒体が封入されるとともに、一対の電極が対向配置される発光管部１１、発光管部１１の両端に形成され、発光管部１１の反対側からリード線２ａ３、２ｂ３が導出される封止部１２ａ、１２ｂとを有する透光性の気密容器１と、表面５１側に収容部５３を有し、収容部５３に気密容器１の一端部が収容されたソケット５とを具備する放電ランプＤＬと、一の面にソケット５の裏面５２が固定された載置面７１、載置面７１には穴部７２、７３が形成され、穴部７２、７３にリード線２ａ３、サポートワイヤ２ｃが挿入された始動器ＩＧと、ソケット５と始動器ＩＧとの間に介在し、裏面５２と載置面７１の略対応する部分を熱溶融してなる溶融体１０とを具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電ランプと始動器とが一体の形態で使用される自動車前照灯等の放電ランプ装置および放電ランプと始動器の接続方法に関するものである。

近年、自動車前照灯の高圧放電ランプにおいて、欧州、米国では、放電ランプとイグナイタと呼ばれる始動器とが一体化された放電ランプ装置の形態で使用するニーズが高まっている。この放電ランプ装置には、現在、２種類の構造があり、放電ランプと始動器とが最初から完全に一体型のものと、放電ランプと始動器とを別々に組み立てた後、接続して一体化するものとがある。

特許文献１は、後者の方式が採用された放電ランプ装置の発明である。この特許文献１では、放電ランプと始動器との接続には、発熱体を用いた溶着、超音波溶着、高周波溶着、接着剤を用いた接着などの方法を用いることができると記載されている。

国際公開第２００４／０６６６８６号パンフレット

しかしながら、接続される放電ランプと始動器のそれぞれの面が単なる平面の場合、特許文献１に示されているような溶着または接着によって接続したとしても、その接続強度が十分でないことがわかった。すなわち、放電ランプ装置を自動車の前照灯として用いる場合、振動や衝撃などの過酷な条件下に耐えることができなければならないが、耐振動性、耐衝撃性等を十分に満足することができないことがわかった。また、接続に要する時間が長いということもわかった。

本発明は、上記のような課題に鑑みたもので、その目的は、放電ランプおよび始動器の接続が強固で、かつそれらの接続に要する時間を短縮することができる放電ランプ装置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装置は、内部に放電媒体が封入されるとともに、一対の電極が対向配置される発光管部、前記発光管部の両端に形成され、前記発光管部の反対側からリード線が導出される封止部とを有する透光性の気密容器と、表面側に収容部を有し、前記収容部に前記気密容器の一端部が収容されたソケットとを具備する放電ランプと、一の面に前記ソケットの裏面が固定された載置面、前記載置面には穴部が形成され、前記穴部に前記リード線が挿入された始動器と、前記ソケットと前記始動器との間に介在し、前記裏面と前記載置面の略対応する部分を熱溶融してなる溶融体とを具備していることを特徴とする。

本発明によれば、放電ランプおよび始動器の接続を強固にすることができるとともに、それらの接続時間を短縮することができる。

（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装置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装置の第１の実施の形態について説明するための全体図である。

本実施の形態の放電ランプ装置は、放電を行なう放電ランプＤＬとランプの始動を開始させる始動器ＩＧとからなる。

放電ランプＤＬの主要部を構成する気密容器１は、ランプ点灯中の高温下でも十分耐えることができる耐火性と、発生した光が極力少ない損失で透過することができる透光性を具備した材料である石英ガラスからなり、細長形状をしている。気密容器１の管軸方向の略中央部には軸方向が長径である略楕円形の発光管部１１が形成されている。発光管部１１の両端部には、一対の平坦なピンチ面、厚み部分に相当する一対の側面とを有する板状の封止部１２ａ、１２ｂが形成され、さらにその端部には円筒状の非封止部１３ａ、１３ｂが形成されている。これらの各部は、同一材料で連続的に構成されている。

発光管部１１の内部には、軸方向の形状において、中央部は略円筒状、その両端部は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１００μｌ以下程度であるが、特に自動車用として用途を指定する場合には、放電空間の内容積は１０μｌ〜４０μｌであるのが好適である。

放電空間１４には、金属ハロゲン化物および希ガスとからなる放電媒体が封入される。金属ハロゲン化物としては、主に可視光を発生させる発光媒体として作用するナトリウム、スカンジウムのハロゲン化物、ランプ電圧形成媒体として作用する亜鉛のハロゲン化物が封入されている。また、点灯中の発光色度の改善などを目的としてインジウムのハロゲン化物がさらに封入されている。これらの金属に結合されるハロゲン化物には、ハロゲン化物の中で反応性が低いヨウ素を選択するのが最も好適である。ただし、結合されるハロゲン化物はヨウ素に限定されるものではなく、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たりしてもよい。

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。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することができるほか、それらを組み合わせて使用してもよい。

ここで、放電空間１４には、水銀は本質的に含まれていない構成としている。この「本質的に水銀を含まない」とは、水銀を全く含まないか、または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。この上記に規定した水銀量は、従来のショートアーク形の水銀入り放電ランプに封入されていた水銀量が１ｍｌあたり２０〜４０ｍｇ、場合によっては５０ｍｇ以上であったことを考えれば、本実施の形態の放電ランプで許容する２ｍｇ未満の水銀量は圧倒的に少ないため、本質的に水銀が含まれないと言える。

封止部１２ａ、１２ｂには、マウント２ａ、２ｂが封着されている。マウント２ａ、２ｂは、金属箔２ａ１、２ｂ１、電極２ａ２、２ｂ２、リード線２ａ３、２ｂ３からなる。

金属箔２ａ１、２ｂ１はモリブデンからなり、その平坦面が封止部１２ａ、１２ｂのピンチ面と平行するように封止されている。

電極２ａ２、２ｂ２はタングステンを主体に酸化トリウムがドープされた材料からなり、一端は金属箔２ａ１、２ｂ１の発光管部１１側の端部にレーザー溶接によって接続されている。電極２ａ２、２ｂ２の他端は、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」については、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。なお、この電極２ａ２、２ｂ２の形状は、先端側が基端側よりも大径に形成された段付き形状となっている。

リード線２ａ３、２ｂ３はモリブデンからなり、一端が発光管部１１に対して反対側の金属箔２ａ１、２ｂ１の端部にレーザー溶接によって接続されている。リード線２ａ３、２ｂ３の他端は、封止部１２ａ、１２ｂから管軸に沿って外部に延出している。また、外部に延出したリード線２ｂ３には、ニッケルからなるサポートワイヤ２ｃの一端が接続されている。リード線２ｂ３の他端は、リード線２ａ３方向、かつ管軸と平行に延出されている。そして、管軸と平行するサポートワイヤ２ｃの大部分には、セラミックからなる絶縁スリーブ３が被覆されている。

上記で構成された気密容器１の外側には、管軸に沿って気密容器１の大部分を覆うように筒状の外管４が設けられている。これらの接続は、非封止部１３ａ、１３ｂの外側端に外管４の両端部を溶着することによって行なわれている。なお、この外管４は、石英ガラスにチタン、セリウム、アルミニウム、カリウム、バリウム等の酸化物を少なくとも一種、または複数添加することにより、透光性かつ紫外線遮断性を有している。

気密容器１と外管４とにより密閉された空間には、水分の含有量が少ないドライエアーが封入されている。なお、この空間には、窒素を封入したり、ネオン、クリプトン、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したりすることもできる。

気密容器１の非封止部１３ａ側には、ＰＰＳ樹脂（融点は約２７０℃）からなるソケット５が接続される。なお、気密容器１とソケット５との接続は、外管４の外周に装着された金属バンド６１を、ソケット５に形成、延出された４本の金属製の舌片６２、６３、６４（図１では、そのうちの３本を図示）により挟持し、さらにそれらの金属同士をレーザーで溶接することによって行なわれている。

ソケット５の構造について、図２を参照して詳しく説明する。図２（ａ）はソケットの断面図、（ｂ）は始動器との接続側から見た図である。

ソケット５は、気密容器１を保持する側である表面５１と始動器ＩＧと接続される側である裏面５２を有している。表面５１には、非封止部１３ａ側の気密容器１の端部を収容する収容部５３が形成されており、さらに収容部５３には、リード線２ａ３が挿入される穴部５４が、裏面５２まで延長形成されている。なお、本実施の形態では、収容部５３は有底であるが、無底の形状であっても良い。また、表面５１には、サポートワイヤ２ｃおよび絶縁スリーブ３とが挿入される穴部５５が裏面５２まで形成されている。そして、ソケット５の裏面５２の端部には、凸部５６、突起部５７、凹部５８が形成されており、これらは、図２（ｂ）からわかるように、穴部５４を中心にリング状に構成されている。

ここで、凸部５６、突起部５７、凹部５８について図３を参照して詳しく説明する。図３は、図２の点線部分の拡大図である。ここで、点線Ｘ−Ｘ’は、後述する始動器ＩＧの載置面７１と接触する面を示している。

凸部５６は、幅が１．００ｍｍ、高さが点線Ｘ−Ｘ’に対して、０．７５ｍｍであり、さらにその幅部分の中央の先端には、凸部５６と比較して体積が小さい突起部５７が形成されている。なお、本実施の形態では、突起部５７は、幅が０．２０ｍｍ、高さが０．１０ｍｍである。また、凹部５８は、幅が０．７５ｍｍ、深さが点線Ｘ−Ｘ’に対して０．５０ｍｍであり、凸部５６に沿って両側に２つ形成されている。ここで、凸部５６、突起部５７と２つの凹部５８とは、点線Ｘ−Ｘ’を境にした体積が互いにほぼ同じ大きさである。

始動器ＩＧの構成については、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、始動器の断面図、（ｂ）は放電ランプとの接続側から見た図である。

始動器ＩＧの大部分は、ソケット５と同じ材料であるＰＰＳ樹脂からなる容器７で構成されており、直方体形状の本体部分と外部の点灯回路に接続される端子部分とからなる。そして、その直方体部分のうちの一の面には、放電ランプＤＬのソケット５の裏面５２と機械的に接続するための載置面７１が形成されている。この載置面７１は、ソケット５の穴部５４、５５の周辺の形状が嵌合するような、リード線４２等が挿入される穴部７２と、サポートワイヤ２ｃおよび絶縁スリーブ３が挿入される穴部７３等が形成されている。また、載置面７１には、ソケット５の裏面５２の凸部５６、突起部５７、凹部５８と対応する部分に、それらと形状、大きさが同等の凸部７４、突起部７５、凹部７６が形成されている。

また、容器７の内部には、放電ランプＤＬの電極２ａ２、２ｂ２間において、始動時に絶縁破壊を行なうための高電圧を発生させるための電子素子とそれらを接続する金属端子が内蔵されている。電子素子は、具体的には、トランス、コンデンサ、抵抗、ギャップ等で構成されるものであり、図４（ａ）部分の断面ではトランス８１が存在している。また、リード線２ａ３と接続される金属端子８２、サポートワイヤ２ｃと接続される金属端子８３が存在している。これらが所定の位置に配置され、金属の端子によって互いに電気的に接続されている。なお、始動器ＩＧ内の具体的な電子素子の配置、接続等については、説明を省略する。そして、それらを有する容器７の外側には、載置面７１を除いた全体を外囲するように、点灯時に発生したノイズを除去するためのシールドケース９が装着されている。

上記のように構成された放電ランプＤＬおよび始動器ＩＧは、ソケット５の裏面５２と容器７の載置面７１とが接続されることにより一体となる。

次に、放電ランプＤＬと始動器ＩＧの接続方法について図６を参照して説明する。図６は、放電ランプと始動器との接続について説明するための断面図である。

本発明では、凸部５６、７４および突起部５７、７５を溶融することにより、両者の接続を行なう。そのため、溶融手段は、バーナ、ヒータ等、それらを溶融な熱源を用いた方法であれば何れの方法でも良いが、本実施の形態では、熱板溶着法によって行なう。

熱板溶着法は、図５に示したような、例えば、７００℃程度まで耐えることができる耐熱性と熱伝導性とに優れた鋼鉄からなる熱源ＨＳと熱源ＨＳを加熱するための電磁誘導装置（図示なし）を用いて行なう方法である。ここで、本実施の形態では、溶融する凸部５６等は、リング状に形成されているため、熱源ＨＳについても凸部５６等の直径と同程度か、それよりも少し大きい円筒状のものが使用されている。なお、熱源ＨＳの高さは１．５ｍｍ程度である。

熱溶着の手順について説明すると、まず、始動器ＩＧの凸部７４、突起部７５に対面するように、熱源ＨＳの鉄部分を配置し、その後、図６（ａ）のように、放電ランプＤＬを熱源ＨＳの中央に挿入し、凸部５６、突起部５７を熱源ＨＳの鉄心部分に対面配置させる。このとき、リード線４２およびサポートワイヤ２ｃは、穴部７２、７３に挿入されるため、凸部５６、７４、突起部５７、７５のそれぞれが熱源ＨＳの鉄部分と位置ズレすることなく配置される。ここで、熱源ＨＳの鉄心部分と突起部５７、７５とは、それらが接触すると熱源ＨＳの鉄心部に樹脂が付着してしまい望ましくないが、反対に距離が遠すぎると熱が伝わりにくくなるため好適でない。そのため、熱源ＨＳと突起部５７、７５との距離は０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、さらに好適には０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることが望ましい。

そして、熱源ＨＳを電磁誘導装置によって、凸部５６、７４、突起部５７、７５を約５００℃で１５秒程度加熱する。これにより、凸部５６、７４等が溶融される。この工程では、熱源ＨＳに最も近接し、かつ体積の小さい突起部５７、７５が最初に溶融することになる。この突起部５７、７５の速やかな溶融は、それよりも体積が大きいために比較的溶融しにくい凸部５６、７４の短時間での溶融を可能とする。したがって、突起部５７、７５の大きさは、溶融しやすい適度な大きさであることが望まれ、高さは０．０５ｍｍ〜０．３０ｍｍ、断面積が０．０１ｍｍ〜０．０６ｍｍであるのが好適である。

熱源ＨＳによる凸部５６等の溶融後は、熱源ＨＳを放電ランプＤＬと始動器ＩＧとの間から取り出し、リード線２ａ３およびサポートワイヤ２ｃを穴部７２、７３に導きながら、図６（ｂ）のようにソケット５の裏面５２と容器７の載置面７１とを張り合わせる。このソケット５の裏面５２と容器７の載置面７１との密着の際にかかる圧力により、軟化された凸部５６、７４等は押し出されて、凹部５８、７６に流れ込む。そして、図７に示す、図６（ｂ）の一点鎖線の拡大図のように、溶融された凸部５６、７４等は、互いに混ざり合った溶融体１０となって、凹部５８、７６に充満し、放電ランプＤＬと始動器ＩＧとの接続が完了する。なお、凸部５６、７４、突起部５７、７５と凹部５８、７６とは、体積がほぼ同じであるため、凹部５８、７６内に隙間ができて接続強度が弱くなったり、溶融体１０が凹部５８、７６からはみ出して浮き上がったり、外観を損ねたりすることはない。

この方法によれば、接続開始から溶融体１０が乾燥されてソケット５の裏面５２と容器７の載置面７１とが十分に固定されるまでに、３０秒程度で完了することができ、それぞれが平面である場合と比較して非常に短時間で接続を行なうことができる。また、接着剤を用いる方法では、接着剤が乾くまでに接続開始から１０分以上必要とすることがあることから、本実施の形態の接続方法では、大幅に時間の短縮が可能となる。

また、両者の放電ランプ装置について、引っ張り強度試験および振動試験を行なったところ、本発明では従来と比較して格段に接続強度が優れていることが確認された。なお、溶融する凸部等の大きさを変えて上記と同様の試験を行なったところ、裏面Ｘ−Ｘ’に対する凸部５６、突起部５７の断面積の合計が０．４０ｍｍ^２以上であれば、特に十分な強度が得られることが確認された。

したがって、本実施の形態では、下記のような効果を得ることができる。

１．ランプ装置は、ソケット５の裏面５２および始動器ＩＧの載置面７１の略対応する部分に凸部５６、７４が形成されており、凸部５６、７４はリード線２ａ３、サポートワイヤ２ｃを穴部７２、７３に挿入した状態で熱溶融されたのち、固定される。このため、溶融時には互いの対応する部分に形成されている凸部５６、７４を位置ズレなく合わせることができ、溶融時間の短縮等、効率よく凸部５６、７４等を溶融することができる。また、張り合わせ時には、リード線２ａ３、サポートワイヤ２ｃを穴部７２、７３に挿入した後、溶融された凸部５６、７４を合わせることになるため、位置ズレなく合わせることができ、強固に接続することができる。

２．凸部５６、７４の周辺には凹部５８、７６が形成されているため、裏面５２と載置面７１を合わせた際には、溶融後に発生する凸部５６、７４等の溶融体１０が凹部５８、７６に流れ込むことになる。これにより、溶融体１０が裏面５２と載置面７１との接続面の間に流入し、これによって接続面が浮いてしまう等の接続不良を防止することができる。

３．凸部５６、７４および凹部５８、７６を、ソケット５の裏面５２および始動器ＩＧの載置面７１を基準とする体積が略同等になるように形成しているため、溶融体１０が凹部５８、７６の外に流れ出すことなく、かつ凹部５８、７６をほぼ溶融体１０が充満するため、強固に固定することができる。

４．凸部５６、７４には、その先端にさらに突起部５７、７５が形成されているため、溶融時には、まず、突起部５７、７５が速やかに溶融される。これにより凸部５６、７４の溶融が促進され、溶融にかかる時間を大幅に短縮することができる。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施の形態の放電ランプ装置について説明するための断面図である。この第２の実施の形態の各部について、第１の実施の形態の放電ランプ装置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。

第２の実施の形態では、図９に示すように、ソケット５の裏面５２の端部に調節部５９が形成されている点で第１の実施の形態と異なる。この調節部５９は、ソケット５と始動器ＩＧを合わせた際に、裏面５２と載置面７１の間に隙間を形成する高さ調節の作用をする。すなわち、図１０は、図８の二点鎖線の拡大図であるが、ソケット５と始動器ＩＧとは、溶融された凸部５６、７４等の溶融体１０のみが混ざり合って固定されている状態となっており、裏面５２と載置面７１には調節部５９の高さ分だけ、隙間が存在している。この隙間を形成することにより、点灯中、約１００℃以上にもなるソケット５の熱を始動器ＩＧに伝わりにくくし、コンデンサ等の電子素子の温度上昇を少なくして、破壊等を防止することが可能となる。

したがって、本実施の形態では、第１の実施の形態の１および４の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

５．ソケット５の裏面５２には、調節部５９が形成されているため、凸部５６、７４を溶融し、それらを合わせた後、裏面５２と載置面７１の間に調節部５９の高さ分だけ隙間を形成することができる。これにより、点灯中のソケット５からの熱をできる限り少なくすることができ、コンデンサ等の電子素子の破壊等を防止することができる。

本発明の放電ランプ装置の第１の実施の形態について説明するための全体図。 ソケットの構造について説明するための図。 図２の点線部分の拡大図。 始動器について説明するための図。 熱板溶着法に使用する加熱源である鋼鉄について説明するための図。 放電ランプと始動器との接続について説明するための断面図。 図６（ｂ）の一点鎖線部分の拡大図。 本発明の放電ランプ装置の第２の実施の形態について説明するための断面図。 第２の実施の形態のソケットの構造について説明するための図。 図８の二点鎖線部分の拡大図。

符号の説明

ＬＰ 放電ランプ
ＩＧ 始動器
ＨＳ 熱源
１ 気密容器
１１ 発光管部
１２ａ、１２ｂ 封止部
１３ａ、１３ｂ 非封止部
１４ 放電空間
２ａ１、２ｂ１ 金属箔
２ａ２、２ｂ２ 電極
２ａ３、２ｂ３ リード線
２ｃ サポートワイヤ
３ 絶縁スリーブ
４ 外管
５ ソケット
５１ 表面
５２ 裏面
５３ 収容部
５６ 凸部
５７ 突起部
５８ 凹部
５９ 調節部
７ 容器
７１ 載置面
７２、７３ 穴部
７４ 凸部
７５ 突起部
７６ 凹部
１０ 溶融体

Claims (6)

1. 内部に放電媒体が封入されるとともに、一対の電極が対向配置される発光管部、前記発光管部の両端に形成され、前記発光管部の反対側からリード線が導出される封止部とを有する透光性の気密容器と、
   表面側に収容部を有し、前記収容部に前記気密容器の一端部が収容されたソケットとを具備する放電ランプと、
   一の面に前記ソケットの裏面が固定された載置面、前記載置面には穴部が形成され、前記穴部に前記リード線が挿入された始動器と、
   前記ソケットと前記始動器との間に介在し、前記裏面と前記載置面の略対応する部分を熱溶融してなる溶融体とを具備していることを特徴とする放電ランプ装置。
2. 内部に放電媒体が封入されるとともに、一対の電極が対向配置される発光管部、前記発光管部の両端に形成され、前記発光管部の反対側からリード線が導出される封止部とを有する透光性の気密容器と、表面側に収容部を有し、前記収容部に前記気密容器の一端部が収容されたソケットとを具備する放電ランプと、
   一の面に前記ソケットの裏面が固定される載置面が形成されるとともに、前記載置面側には穴部が形成された始動器と、
   から構成され、前記放電ランプと前記始動器とが一体化されてなる放電ランプ装置の製造方法において、
   前記ソケットの前記裏面および前記始動器の前記載置面には、略対応する部分に少なくとも凸部が形成されており、前記凸部は前記リード線を前記穴部に挿入した状態で熱溶融されたのち、固定されることを特徴とする放電ランプ装置の製造方法。
3. 前記ソケットの前記裏面および前記始動器の前記載置面には、略対応する部分に凸部と凹部とが形成されており、前記凸部は前記リード線を前記穴部に挿入した状態で熱溶融されたのち、前記裏面と前記載置面とを合わせ、その溶融体を前記凹部に流入させて固定されることを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ装置の製造方法。
4. 前記ソケットの前記裏面および前記始動器の前記載置面には、略対応する部分に少なくとも凸部、前記裏面または／および前記載置面には調節部が形成されており、前記凸部は前記リード線を前記穴部に挿入した状態で熱溶融されたのち、前記凸部同士を合わせ、前記調節部分の隙間を形成して固定されることを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ装置の製造方法。
5. 前記凸部および前記凹部は、前記ソケットの前記裏面および前記始動器の前記載置面を基準とする体積が略同等であることを特徴とする請求項３に記載の放電ランプ装置の製造方法。
6. 前記凸部には、その先端にさらに突起部が形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか一に記載の放電ランプ装置の製造方法。
   

Images