JP2014093160A - 放電ランプおよび車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】点灯直後から明るく、かつ寿命期間中に光束低下の少ない放電ランプおよび車両用灯具を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る放電ランプは、錫のハロゲン化物を含む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。前記金属ハロゲン化物に含まれる錫のハロゲン化物の割合は、０．５ｗｔ％以上、１．４ｗｔ％以下であり、前記電極の中心軸と、前記発光部の内壁との間の距離は、０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下である。
【選択図】図１

Description

後述する実施形態は、概ね、放電ランプおよび車両用灯具に関する。

近年、環境面から放電ランプの低電力化が図られている。しかしながら、低電力とすると、明るさが足りなくなるおそれがある。
特に、放電ランプの寿命期間中に光束の低下が大きいと、自動車用の前照灯としての機能を果たさなくなるおそれがある。そのため、寿命期間中に光束低下の少ない放電ランプが求められている。
また、自動車用の前照灯に用いる放電ランプは、安全上の観点から、点灯直後から明るくなることを要求される。
そこで、点灯直後から明るく、かつ寿命期間中に光束低下の少ない放電ランプ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、点灯直後から明るく、かつ寿命期間中に光束低下の少ない放電ランプおよび車両用灯具を提供することである。

実施形態に係る放電ランプは、錫のハロゲン化物を含む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。前記金属ハロゲン化物に含まれる錫のハロゲン化物の割合は、０．５ｗｔ％以上、１．４ｗｔ％以下であり、前記電極の中心軸と、前記発光部の内壁との間の距離は、０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下である。

本発明の実施形態によれば、点灯直後から明るく、かつ寿命期間中に光束低下の少ない放電ランプおよび車両用灯具を提供することができる。

本実施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。 金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合について例示するためのグラフ図である。 点灯開始後の光束の増加の様子を例示するためのグラフ図である。 車両用灯具２００の構成を例示するための模式図である。 車両用灯具２００の回路を例示するための模式図である。

第１の発明は、錫のハロゲン化物を含む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；を具備した放電ランプである。そして、前記金属ハロゲン化物に含まれる錫のハロゲン化物の割合は、０．５ｗｔ％以上、１．４ｗｔ％以下であり、前記電極の中心軸と、前記発光部の内壁との間の距離は、０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下である。
この放電ランプによれば、放電ランプの寿命期間中に光束が低下することを抑制することができ、かつ、放電ランプの点灯開始直後も暗くならないようにすることができる。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記ハロゲン化物は、ヨウ化物である放電ランプである。
この放電ランプによれば、放電ランプの寿命期間中における光束の低下と、点灯開始直後に暗くなることと、をより抑制することができる。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記放電空間には、不活性ガスが封入され、前記不活性ガスの封入圧力は、常温（２５℃）で１０ａｔｍ以上、２０ａｔｍ以下である放電ランプである。
この放電ランプによれば、全光束を増加させることができる。

また、第４の発明は、上記のいずれか１つに記載の放電ランプと；前記放電ランプに電気的に接続された点灯回路と；を具備した車両用灯具である。
この車両用灯具によれば、放電ランプの寿命期間中に光束が低下することを抑制することができ、かつ、放電ランプの点灯開始直後も暗くならないようにすることができる。
また、点灯開始後、短い時間で所定の光束を得ることができる。

また、第５の発明は、第４の発明において、前記放電ランプに設けられた一対の電極が水平となるように前記放電ランプが取り付けられた車両用灯具である。
この車両用灯具によれば、水平点灯を行うことができる。

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、自動車の前照灯に用いられるＨＩＤランプとする場合には、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、その反対方向を後端側、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１に示すように、放電ランプ１００には、バーナー１０１、ソケット１０２が設けられている。

バーナー１０１には、内管１、外管５、発光部１１、封止部１２、電極マウント３、サポートワイヤ３５、スリーブ４、金属バンド７１が設けられている。
内管１は、円筒状を呈し、透光性と耐熱性を有した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。
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、二重管構造となっている。

外管５と内管１との接続は、内管１の円筒部１４付近に外管５を溶着することにより行うことができる。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、特に０．１ａｔｍ以下とすることが好ましい。

外管５は、内管１の材料の熱膨張係数に近く、か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を添加した石英ガラスから形成することができる。

発光部１１は、断面形状が楕円形を呈し、内管１の中央付近に設けられている。発光部１１の内部には、中央部分が円柱状で、両端がテーパ状にすぼまっている放電空間１１１が設けられている。
放電空間１１１には、放電媒体が封入されている。放電媒体は、錫のハロゲン化物を含む金属ハロゲン化物２と、不活性ガスとを含む。
すなわち、発光部１１は、錫のハロゲン化物を含む金属ハロゲン化物２が封入された放電空間１１１を内部に有する。

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と、錫のハロゲン化物とを含む。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。

金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合（錫のハロゲン化物の重量÷錫のハロゲン化物を含む金属ハロゲン化物２の重量×１００）は、０．５ｗｔ％以上、１．４ｗｔ％以下とすることができる。
なお、金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合に関する詳細は後述する。

放電空間１１１に封入される不活性ガスは、例えば、キセノンとすることができる。不活性ガスは、目的に応じて封入圧力を調整することができる。例えば、全光束を増加させるためには、封入圧力を常温（２５℃）で１０ａｔｍ以上、２０ａｔｍ以下にすることが好ましい。また、キセノンの他に、ネオン、アルゴン、クリプトンなどを用いたり、これらを組み合わせた混合ガスを用いることもできる。

封止部１２は、板状を呈し、発光部１１の両端に設けられている。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。
封止部１２の発光部１１側とは反対側の端部には、境界部１３を介して円筒部１４が連続的に形成されている。

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には、金属箔３１、電極３２、コイル３３、リード線３４が設けられている。
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、円柱状を呈し、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形成されている。なお、電極３２の材料は、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であってもよい。

電極３２の一端は、金属箔３１の発光部１１側の端部に溶接されている。電極３２の他端は、放電空間１１１内に突出している。電極３２は、先端同士が所定の距離を保って互い対向するように配置されている。
すなわち、一対の電極３２は、放電空間１１１の内部に突出し、所定の距離を置いて対向配置されている。

電極３２の先端同士の間の距離は、例えば、３．７ｍｍ以上、４．４ｍｍ以下とすることができる。
電極３２の中心軸３２ａと、発光部１１の内壁との間の距離Ｌは、０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下とすることが好ましい。
なお、電極３２の中心軸３２ａと、発光部１１の内壁１１ａとの間の距離Ｌに関する詳細は後述する。

また、電極３２の形状は、径が管軸方向に一定の円柱状でなくてもよい。例えば、電極３２の形状は、先端部の径を基端部の径よりも大きくした非円柱状であってもよいし、先端が球体であってもよいし、直流点灯タイプのように一方の電極径と他方の電極径が異なる形状であってもよい。

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。この場合、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、例えば、モリブデンからなる金属線とすることができる。リード線３４の一端は、金属箔３１の発光部１１側とは反対側の端部に載置されている。リード線３４の他端は、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の端部に接続されている。サポートワイヤ３５とリード線３４との接続は、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、セラミックから形成されたものとすることができる。
金属バンド７１は、外管５の後端側の外周面に固定されている。

ソケット１０２には、本体部６、取り付け金具７２、底部端子８１、側部端子８２が設けられている。
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、サポートワイヤ３５、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の前端側の端部に設けられている。取り付け金具７２は、本体部６から突出しており、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の後端部側の内部に設けられている。底部端子８１は、導電性材料から形成され、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の後端部側の側壁に設けられている。側部端子８２は、導電性材料から形成され、サポートワイヤ３５と電気的に接続されている。

そして、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２０５（図５を参照）と接続される。自動車の前照灯の場合には、放電ランプ１００の中心軸がほぼ水平の状態で、かつサポートワイヤ３５がほぼ下端側（下方）に位置するように取り付けられる。そして、この様な方向に取り付けられた放電ランプ１００を点灯することを水平点灯という。

ここで、錫のハロゲン化物を含む金属ハロゲン化物２を放電空間１１１に封入すれば、放電ランプ１００の寿命期間中に光束が低下することを抑制することができる。
しかしながら、錫は気化しやすく、かつ光束に寄与しないという性質を有する。そのため、光束に寄与しない錫が放電ランプ１００の点灯開始直後に先に気化し、暗くなるという問題がある。例えば、放電ランプ１００を自動車の前照灯に用いる場合には、安全性の観点から点灯開始直後から明るいことが求められる。そのため、錫のハロゲン化物が封入された放電ランプ１００は、自動車の前照灯に用いることが困難であった。

また、自動車の前照灯に用いる放電ランプ１００は、一般的には、安定点灯時に３５Ｗ程度で点灯するようになっている。しかしながら、省エネルギーの観点から３０Ｗ以下（例えば、２０Ｗ〜３０Ｗ）で点灯するようになってきている。この様な低電力で点灯させる放電ランプ１００は、安定点灯時での光束が低くなるため、放電ランプ１００の点灯開始直後の光束を確保することがさらに困難となる。

つまり、単に、錫のハロゲン化物を含ませるようにすると、点灯開始直後に暗くなるおそれがあり、特に、自動車の前照灯に用いることが困難となる。
本発明者らの得た知見によれば、錫のハロゲン化物の含有割合と、電極３２の中心軸３２ａと発光部１１の内壁との間の距離Ｌと、を適正化すれば、放電ランプ１００の寿命期間中に光束が低下することを抑制することができ、かつ、放電ランプ１００の点灯開始直後も暗くならないようにすることができる。

次に、金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合についてさらに説明する。
図２は、金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合について例示するためのグラフ図である。
図２は、日本電球工業会において定められている自動車前照灯放電ランプの寿命試験条件であるＥＵ１２０分モードと同様の条件で点灯試験を行った結果である。

点灯試験は、以下の条件で行った。
発光部１１は、内部の円柱状部分の内径寸法を２．２ｍｍ、外径寸法を５．２ｍｍ、発光部１１の長手方向の長さを７．８ｍｍとした。
電極３２の中心軸３２ａと発光部１１の内壁との間の距離Ｌは、１．１ｍｍである。
電極３２は、円柱状を呈し、直径寸法を０．２８ｍｍ、長さ寸法を７．５ｍｍとした。また、電極３２の放電空間１１１への突出長さは、２．２ｍｍとした。
外管５は、ＵＶカット石英ガラスからなるものとした。内管１と外管５との間に形成された閉空間には不活性ガスを封入し、不活性ガスの封入圧力は常温（２５℃）で０．１ａｔｍとした。
錫のハロゲン化物を含む金属ハロゲン化物２は、０．２ｍｇとした。なお、ハロゲン化物は、ヨウ化物とした。

金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物（ＳｎＩ_２）の割合は、１．５ｗｔ％、１．０ｗｔ％、０．５ｗｔ％とした。
点灯開始時に６０Ｗ、安定点灯時に２５Ｗとなるように、安定器（electrical ballast）を用いて制御した。

図２から分かるように、金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合を０．５ｗｔ％以上とすれば、放電ランプ１００の寿命期間中に光束が低下することを抑制することができる。

次に、電極３２の中心軸３２ａと、発光部１１の内壁１１ａとの間の距離Ｌについてさらに説明する。
表１は、距離Ｌと、錫のハロゲン化物の割合と、光束との関係を例示するための表である。
なお、光束の測定条件は、図２において説明した点灯試験と同様とし、距離Ｌと、錫のハロゲン化物の割合を変化させた。
前述したように、単に、錫のハロゲン化物を含ませるようにすると、点灯開始直後に暗くなるおそれがある。
そのため、点灯開始後４秒における光束を測定し、光束が１０００ｌｍ以上となるか否かで適否を判断することにした。

表１から分かるように、距離Ｌを長くしすぎると（例えば、１．３ｍｍ）、金属ハロゲン化物２自体の発光が遅くなり、点灯開始後４秒における光束が１０００ｌｍ未満となる。 距離Ｌを短くしすぎると（例えば、０．８ｍｍ）、錫の気化が速くなり、点灯開始後４秒における光束が１０００ｌｍ未満となる。
また、距離Ｌが、０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下の範囲では点灯開始後４秒における光束が１０００ｌｍ以上となる。
ただし、距離Ｌが、０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下の範囲であっても、錫のハロゲン化物の割合が多くなると（例えば、１．５ｗｔ％）、点灯開始後４秒における光束が１０００ｌｍ未満となる。そのため、錫のハロゲン化物の割合は、１．４ｗｔ％以下とすることが好ましい。

図２、表１から分かるように、金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合を０．５ｗｔ％以上、１．４ｗｔ％以下とし、かつ、電極３２の中心軸３２ａと発光部１１の内壁との間の距離Ｌを０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下とすれば、放電ランプ１００の寿命期間中に光束が低下することを抑制することができ、かつ、放電ランプ１００の点灯開始直後も暗くならないようにすることができる。

前述したように、放電ランプ１００を自動車の前照灯に用いる場合には、安全性の観点から点灯開始直後から明るいことが求められる。この場合、点灯開始後なるべく短い時間で所定の光束が得られることが好ましい。

図３は、点灯開始後の光束の増加の様子を例示するためのグラフ図である。
光束の測定条件は、図２において説明した点灯試験と同様とした。そのため、電極３２の中心軸３２ａと発光部１１の内壁との間の距離Ｌは、１．１ｍｍである。
なお、図３中の「１００」は、金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合が１ｗｔ％の場合（本実施形態に係る放電ランプ１００の場合）、「１１０」は金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合が１．５ｗｔ％の場合、「１２０」は錫のハロゲン化物が含まれていない場合である。

図３から分かるように、金属ハロゲン化物２に含まれる錫のハロゲン化物の割合を０．５ｗｔ％以上、１．４ｗｔ％以下とし、かつ、電極３２の中心軸３２ａと発光部１１の内壁との間の距離Ｌを０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下とすれば、点灯開始後、短い時間で所定の光束を得ることができる。

次に、本実施形態に係る放電ランプ１００を備えた車両用灯具２００について例示する。
図４は、車両用灯具２００の構成を例示するための模式図である。
なお、図４中の「前方」は放電ランプ１００を取り付けた自動車の前方、「後方」は放電ランプ１００を取り付けた自動車の後方、「上方」は放電ランプ１００を取り付けた自動車の上方、「下方」は放電ランプ１００を取り付けた自動車の下方である。
図４は、放電ランプ１００に設けられた一対の電極３２が水平となるように放電ランプ１００を取り付けた場合である。つまり、水平点灯をさせる放電ランプ１００の場合を例示するものである。
図５は、車両用灯具２００の回路を例示するための模式図である。

図４に示すように、車両用灯具２００には、放電ランプ１００、リフレクタ２０２、遮光制御板２０３、レンズ２０４、点灯回路２０５が設けられている。
リフレクタ２０２は、放電ランプ１００から照射された光を前方側に反射させる。リフレクタ２０２は、例えば、反射率の高い金属などから形成されている。リフレクタ２０２の内部には空間が設けられ、内面が放物線形状を有している。

リフレクタ２０２の前方側と後方側の端部は開口している。
放電ランプ１００のソケット１０２は、リフレクタ２０２の後方側の開口付近に取り付けられている。放電ランプ１００のバーナー１０１は、リフレクタ２０２の内部の空間に位置している。

遮光制御板２０３は、リフレクタ２０２の内部であって、バーナー１０１の前方側、かつ、バーナー１０１の下方側に設けられている。
遮光制御板２０３は、金属などの遮光性材料から形成されている。遮光制御板２０３は、カットラインと呼ばれる配光を形成するために設けられている。遮光制御板２０３は、可動式とされており、遮光制御板２０３を下方側に倒すことで、ロービームからハイビームへの切り替えが可能となっている。

レンズ２０４は、リフレクタ２０２の前方側の開口を塞ぐようにして設けられている。レンズ２０４は、凸レンズとすることができる。レンズ２０４は、放電ランプ１００から直接入射した光、リフレクタ２０２により反射され入射した光を集光させて所望の配光を形成する。

点灯回路２０５は、放電ランプ１００の始動および点灯の維持を行うための回路である。
図５に示すように、点灯回路２０５は、例えば、イグナイタ回路２０５ａとバラスト回路２０５ｂとを備えたものとすることができる。
点灯回路２０５の入力側には、バッテリーなどの直流電源ＤＳとスイッチＳＷとが電気的に接続されている。点灯回路２０５の出力側には、放電ランプ１００が電気的に接続されている。

イグナイタ回路２０５ａは、例えば、トランス、コンデンサ、ギャップ、抵抗などから構成されている。イグナイタ回路２０５ａは、３０ｋＶ程度の高圧パルスを生成し、放電ランプ１００に印加する。３０ｋＶ程度の高圧パルスを放電ランプ１００に印加することで、一対の電極３２間において絶縁破壊が生じ、放電が生じる。すなわち、イグナイタ回路２０５ａにより放電ランプ１００が始動する。

バラスト回路２０５ｂは、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換回路、ＤＣ／ＡＣ変換回路、電流・電圧検出回路および制御回路などから構成されている。バラスト回路２０５ｂは、イグナイタ回路２０５ａにより、始動した放電ランプ１００の点灯を維持する。

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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 内管、３ 電極マウント、４ スリーブ、５ 外管、１１ 発光部、１１ａ 内壁、１２ 封止部、３２ 電極、３２ａ 中心軸、３４ リード線、３５ サポートワイヤ、７１ 金属バンド、１００ 放電ランプ、１０１ バーナー、１０２ ソケット、１１１ 放電空間、２００ 車両用灯具、２０２ リフレクタ、２０３ 遮光制御板、２０４ レンズ、２０５ 点灯回路、２０５ａ イグナイタ回路、２０５ｂ バラスト回路

Claims (5)

1. 錫のハロゲン化物を含む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、
   前記金属ハロゲン化物に含まれる錫のハロゲン化物の割合は、０．５ｗｔ％以上、１．４ｗｔ％以下であり、
   前記電極の中心軸と、前記発光部の内壁との間の距離は、０．９ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下である放電ランプ。
2. 前記ハロゲン化物は、ヨウ化物である請求項１記載の放電ランプ。
3. 前記放電空間には、不活性ガスが封入され、前記不活性ガスの封入圧力は、常温（２５℃）で１０ａｔｍ以上、２０ａｔｍ以下である請求項１または２に記載の放電ランプ。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の放電ランプと；
   前記放電ランプに電気的に接続された点灯回路と；
   を具備した車両用灯具。
5. 前記放電ランプに設けられた一対の電極が水平となるように前記放電ランプが取り付けられた請求項４記載の車両用灯具。

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