(57)【要約】【課題】本発明は気密筒内の上部放電電極と下部放電電極先端との間で放電を繰り返し発生させる放電管に関し、放電管を適用したイグナイタ回路の出力にリバウンド現象が発生することを抑制することを課題とする。【解決手段】気密筒１０内に形成される封入ガスが封入された空間部内に、一対の放電電極２２，２４が対向配置された構成の放電管において、前記封入ガスを不活性ガスと水素ガスとを混合した構成とし、この封入ガスに対する水素ガスの混合濃度を２０体積パーセント以上８０体積パーセント以下に設定する。【選択図】    図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密筒内に形成される封入ガスが封入された空間部内に、一対の放電電極が対向配置された構成の放電管において、
前記封入ガスを不活性ガスと水素ガスとを混合した構成とし、
前記封入ガスに対する前記水素ガスの混合濃度を２０体積パーセント以上８０体積パーセント以下に設定したことを特徴とする放電管。
【請求項２】
請求項１記載の放電管において、
前記不活性ガスをアルゴンとしたことを特徴とする放電管。
【請求項３】
請求項１または２記載の放電管において、
動作電圧を４００Ｖ以上６０００Ｖ以下の電圧帯としたことを特徴とする放電管。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放電管において、
前記放電電極の材質をコバール、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−クロム合金から選択されるいずれか一の材質としたことを特徴とする放電管。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放電管において、
前記放電電極の放電電極面に銅メッキを施したことを特徴とする放電管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電管に係り、特に気密筒内の中央で対向する上部放電電極先端の放電面と下部放電電極先端の放電面との間で放電を繰り返し発生させる放電管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、車両のＨＩＤ（ハイインデンシティーディスチャージの略）は、点灯するために高電圧トリガを発生する点灯回路（イグナイタ回路）を必要とする。このイグナイタ回路は、主に電荷をチャージするコンデンサ、高電圧トリガを発生するトランス、そして安定した電圧パルスを発生するスイッチング放電管（以下、放電管という）で構成されている。
【０００３】
この放電管は、例えば特許文献１に示されるように、セラミック等の絶縁材よりなる円筒状の気密筒と、この気密筒両端開口部に接合される第１及び第２の放電電極等により構成されている。第１の放電電極と第２の放電電極との間には放電ギャップが形成されており、また、この放電ギャップが形成された気密筒内には封入ガスが気密に封入されている。そして、この封入ガス環境内において、放電ギャップ間で放電が行なわれる。従来、この封入ガスは、アルゴンガス（Ａｒガス）を主成分として、これに水素ガス（Ｈ２ガス）を０．５体積パーセント以上２０体積パーセント未満混入した組成とされていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０―３３５０４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放電管は、安定した電圧パルスを発生されることに重点を置いて開発が進められていた。しかしながら、最近になって車載ＨＩＤヘッドランプの点灯回路の高密度実装化により、放電管が安定した電圧パルス発生の他に、トランスから出力される二次側コイル出力も向上させる必要が生じてきた。
【０００６】
図１は従来の一例である放電管における、放電開始直後の動作電圧の推移を示す図である。同図に示す放電管の封入ガスの組成は、アルゴンガス（Ａｒガス）の体積パーセントが９０％（以下、特にことわりのない場合、「％」と示したときは体積パーセントを示すものとする）、水素ガス（Ｈ２ガス）が１０％である。また、図２は、図１に示す放電開始直後の動作電圧の推移を求めたのと同じ放電管（封入ガスの組成：９０％Ａｒ＋１０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示している。尚、各図において（Ａ）と（Ｂ）は、放電管の接続方向を逆にした場合を示している。
【０００７】
図１に注目すると、放電管の放電開始直後、電圧は一気にグランドまで電圧移行せず、放電開始後の所定時間において図中矢印Ａで示す放電電圧が上昇する現象（以下、この現象をリバウンド現象といい、このときの放電電圧をリバウンド電圧という）が発生する。これは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、放電管の接続方向に拘わらず発生する。また、この時のイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力電圧を見ると、図２に示すように希望電圧値が１１ｋＶであるのに対し、実際の出力電圧は大きく低下している。これは、前記したリバウンド現象によるものである。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、リバウンド現象の発生を抑制しうる放電管を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１記載の発明は、
気密筒内に形成される封入ガスが封入された空間部内に、一対の放電電極が対向配置された構成の放電管において、
前記封入ガスを不活性ガスと水素ガスとを混合した構成とし、
前記封入ガスに対する前記水素ガスの混合濃度を２０体積パーセント以上８０体積パーセント以下に設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の放電管において、
前記不活性ガスをアルゴンとしたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の放電管において、
動作電圧を４００Ｖ以上６０００Ｖ以下の電圧帯としたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記の請求項１乃至３記載の発明によれば、放電開始直後におけるいわゆるリバウンド現象が発生することを抑制することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放電管において、
前記放電電極の材質をコバール、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−クロム合金から選択されるいずれか一の材質としたことを特徴とするものである。
【００１５】
上記発明によれば、放電電極の放電寿命の低下を抑制することができる。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放電管において、
前記放電電極の放電電極面に銅メッキを施したことを特徴とするものである。
【００１７】
上記発明によれば、放電開始電圧の安定化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
図３及び図４は、本発明の第１実施例である放電管１を示している。図３は放電管１の断面図であり、図４は放電管１の外観を示す斜視図である。
【００１９】
放電管１は、図３に示されるように、大略すると気密筒１０，上部放電電極２２，及び下部放電電極２４，及び封入ガス等により構成されている。気密筒１０は円筒形状を有しており、セラミック等の絶縁体から形成されている。
【００２０】
この気密筒１０の上端開口部及び下端開口部には、それぞれ４２アロイ（鉄―ニッケル合金）等の金属からなる上部放電電極２２と下部放電電極２４が接合されている。尚、この上部及び下部放電電極２２，２４の材質は４２アロイに限定されるものではなく、コバール、鉄−ニッケル−クロム合金等の他の材質を用いることも可能である。
【００２１】
上記の上部放電電極２２及び下部放電電極２４には円板状の蓋体部２６、２８が一体的に形成されており、また気密筒１０の上端開口部及び下端開口部にはメタライズ面４０が形成されている。よって、各放電電極２２，２４に生成された蓋体２６、２８を気密筒１０の各開口部に形成されたメタライズ面４０にろう付けすることにより、上部放電電極２２及び下部放電電極２４は、気密筒１０に接合される。
【００２２】
この接合の際、気密筒１０内には封入ガスが封入される。よって、気密筒１０内に封入された封入ガスは、上部放電電極２２と上部放電面２３を接合することにより気密筒１０内に気密封止される。尚、封入ガスの組成については、説明の便宜上、後述するものとする。
【００２３】
上部放電電極２２は、蓋体２６から気密筒１０の中央位置に向け突出しており、その先端部は小径の円柱状に形成されている。また、この小径の円柱状の先端部に放電面２３（以下、上部放電面２３という）が形成されており、上部放電面２３には放電を安定させて発生させるための凹部２７が設けられている。
【００２４】
同様に、下部放電電極２４は、蓋体２８から気密筒１０の中央位置に向け突出しており、その先端部は小径の円柱状に形成されている。また、この小径の円柱状の先端部に放電面２５（以下、下部放電電極面２５という）が形成されており、この下部放電面２５にも放電を安定させて発生させるための凹部２７が設けられている。この上部放電面２３及び下部放電電極面２５には、銅メッキが施されている。
【００２５】
放電管１Ｂ内の放電は、上部放電電極面２３と下部放電電極面２５との間の離間部分で発生する。この上部放電電極面２３と下部放電電極面２５との間の離間部分を、以下放電ギャップ２９という。
【００２６】
ところで、本実施例に係る放電管１は、上部及び下部放電電極２２，２４の材質として４２アロイ，コバール．鉄−ニッケル−クロム合金等を用いると共に、この上部及び下部放電電極２２，２４の上部放電電極面２３及び下部放電電極面２５に銅メッキを施している。この銅メッキの厚さは、数μｍ〜２０μｍ程度とすることが望ましい。
【００２７】
前記したように、気密筒１０はセラミック等の絶縁体により形成されており、各放電電極２２，２４は気密筒１０にろう付け接合される。このため、放電電極２２，２４の材料としてセラミックとの間で熱膨張係数の差が少ない４２アロイ，コバール．鉄−ニッケル−クロム合金等を用いることにより、確実なろう付け接合を実現することができ、放電管１の信頼性を向上させることができる。また、放電電極２２，２４の材料として上記の金属材料を用いることにより、銅よりなる放電電極に比べると放電電極２２，２４の放電寿命の低下を抑制することができる。
【００２８】
ところが、これらの上記金属材料を各放電電極２２，２４の材料として用いた場合、これらの金属は電気伝導性が低いため、暗所中における沿面コロナ放電の発生が遅くなり、これにより放電管を起動した場合、初回の放電開始電圧（ＦＶｓ）が２発目以降の放電開始電圧（Ｖｓ）よりも高い値を示す現象が発生してしまう。そこで、本実施例では、各放電電極２２，２４の放電電極面２３，２５の全面に銅メッキを施している。これにより、初回の放電開始電圧（ＦＶｓ）を２発目以降の放電開始電圧（Ｖｓ）に近づけることが可能となり、かつ電極放電特性のバラツキの減少を図ることができると共に、放電電極２２，２４の放電寿命を長くすることができる。
【００２９】
図７（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施例に係る放電管１に対して放電寿命試験を実施した結果を示している（４個について実施）。尚、図８（Ａ）〜（Ｃ）は比較例として図７で用いた放電管と同一仕様で、放電電極面に銅メッキが施されていない放電管に対し同一放電寿命試験を実施した結果を示している（３個について実施）。
【００３０】
図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、本実施例に係る放電管１は、累計放電回数が１０００万回を超えても初期値と略同等の放電動作電圧を維持しており、長寿命であることが判る。これに対して図８（Ａ）〜（Ｃ）に示される比較例に係る放電管（銅メッキ無し）は、４００万回までに放電ができなくなる。この図７及び図８に示す実験結果より、本実施例に係る放電管１によれば、長寿命を図ることが実証された。
【００３１】
続いて、封入ガスの組成について説明する。封入ガスは、放電管１が放電動作した際に気密筒１０内で発生するイオンを消す機能（以下、消イオン化機能という）を奏する。この消イオン化機能が不十分であると、続流が発生して安定した放電ができなくなり望ましくない。封入ガスとして不活性ガス（例えばＡｒガス）のみを放電管に封入した場合には、消イオン化機能が低下することが知られている。そこで、封入ガスにＡｒガス等の不活性ガスに水素ガスを混入することが行なわれている。
【００３２】
本発明では、封入ガスに含まれる水素ガスの混合濃度を２０％（体積パーセント）以上８０％（体積パーセント）以下に設定したことを特徴とするものである。特に本実施例においては、封入ガスの組成をＡｒガス８０％、水素ガス２０パーセント（以下、封入ガスの組成を示す場合、８０％Ａｒ＋２０％Ｈ２のように示すものとする）としたことを特徴とするものである。
【００３３】
図５は第１実施例である放電管１（８０％Ａｒ＋２０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示す図である。同図に示す放電管１の動作電圧は、４００Ｖ以上６０００Ｖ以下の電圧帯としている。また、図６は第１実施例に係る放電管１（封入ガスの組成：８０％Ａｒ＋２０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示している。尚、各図において（Ａ）と（Ｂ）は、放電管の接続方向を逆にした場合を示している。また、以下の各実施例の説明に用いる図に示す（Ａ），（Ｂ）についても同様である。
【００３４】
図５に注目すると、本実施例の放電管１も従来の放電管（図１参照）のように、放電開始直後において電圧は一気にグランドまで電圧移行せず、放電開始後の所定時間において図中矢印Ａで示すリバウンド現象が見られる（図５に矢印Ａで示す）。しかしながら、リバウンド現象の大きさは、従来（図１参照）に比べて小さくなっている。
【００３５】
また、この時のイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力電圧を見ると、図６に示すように、二次側コイルの出力電圧は希望電圧値である１１ｋＶに近い値となっている。このように、従来に比べて水素ガスの体積濃度を高めることにより、二次側コイルの出力電圧の低下を防止することができ、車載ＨＩＤヘッドランプの点灯回路の高密度実装化に確実に対応することが可能となる。
【００３６】
続いて、本発明の第２実施例について説明する。
尚、本実施例及び以後説明する各実施例に係る放電管は、前記した第１実施例に係る放電管１に対し、封入ガスの組成が異なるのみで他の構成は同一である。このため、以下の説明では、封入ガスの組成を中心に説明し、封入ガス以外の放電管の構成説明は省略するものとする。
【００３７】
本実施例においては、封入ガスの組成を７０％Ａｒ＋３０％Ｈ２としたことを特徴とするものである。図９は第２実施例である放電管（７０％Ａｒ＋３０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示している。同図に示す放電管の動作電圧も、４００Ｖ以上６０００Ｖ以下の電圧帯としている。また、図１０は第２実施例に係る放電管（封入ガスの組成：７０％Ａｒ＋３０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示している。
【００３８】
図９に注目すると、本実施例の放電管も従来の放電管（図１参照）のように、放電開始直後において電圧は一気にグランドまで電圧移行せず、放電開始後の所定時間において図中矢印Ａで示すリバウンド現象が見られる（図９に矢印Ａで示す）。しかしながら、リバウンド現象の大きさは、第１実施例に係る放電管に比べて小さくなっている（図５参照）。
【００３９】
また、この時のイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力電圧を見ると、図１０に示すように、バラツキはあるものの二次側コイルの出力電圧は希望電圧値である１１ｋＶに近い値となっている。また、第１実施例に係る放電管の二次側コイルの出力電圧（図６参照）に比べてもより希望電圧値に近づいている。
【００４０】
このように、本実施例によれば、封入ガスの水素ガスの体積濃度を第１実施例に比べて高めることにより、更に二次側コイルの出力電圧の低下を防止することができ、車載ＨＩＤヘッドランプの点灯回路の高密度実装化に確実に対応することが可能となる。
【００４１】
続いて、本発明の第３実施例について説明する。
本実施例においては、封入ガスの組成を６０％Ａｒ＋４０％Ｈ２としたことを特徴とするものである。図１１は第３実施例である放電管（６０％Ａｒ＋４０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示している。同図に示す放電管の動作電圧も、４００Ｖ以上６０００Ｖ以下の電圧帯としている。また、図１２は第３実施例に係る放電管（封入ガスの組成：６０％Ａｒ＋４０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示している。
【００４２】
図１１に注目すると、本実施例の放電管は放電開始直後において、バラツキはあるものの電圧は一気にグランドまで電圧移行しており、放電開始後にリバウンド現象は発生していない。また、この時のイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力電圧を見ると、図１２に示すように、二次側コイルの出力電圧は希望電圧値である１１ｋＶに近い値となっており、またバラツキも第２実施例（図１０参照）に比べて小さくなっている。
【００４３】
このように、本実施例によれば、封入ガスの水素ガスの体積濃度を第２実施例に比べて高めることにより、更に二次側コイルの出力電圧の低下を防止することができる。
【００４４】
続いて、本発明の第４実施例について説明する。
本実施例においては、封入ガスの組成を４０％Ａｒ＋６０％Ｈ２としたことを特徴とするものである。図１３は第４実施例である放電管（４０％Ａｒ＋６０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示している。同図に示す放電管の動作電圧も、４００Ｖ以上６０００Ｖ以下の電圧帯としている。また、図１４は第４実施例に係る放電管（封入ガスの組成：４０％Ａｒ＋６０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示している。
【００４５】
図１３に注目すると、本実施例の放電管は放電開始直後において電圧は一気にグランドまで電圧移行しており、放電開始後にリバウンド現象は発生していない。また、電圧のバラツキも第３実施例に比べて低減し安定している。
【００４６】
一方、この時のイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力電圧を見ると、図１４に示すように、バラツキはあるものの二次側コイルの出力電圧は希望電圧値である１１ｋＶに対し高い値となっている。
【００４７】
このように、本実施例によれば、封入ガスの水素ガスの体積濃度を第３実施例に比べて高めることにより、二次側コイルの出力電圧を高めることができる。
【００４８】
続いて、本発明の第５実施例について説明する。
本実施例においては、封入ガスの組成を２０％Ａｒ＋８０％Ｈ２としたことを特徴とするものである。図１５は第５実施例である放電管（２０％Ａｒ＋８０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示している。同図に示す放電管の動作電圧も、４００Ｖ以上６０００Ｖ以下の電圧帯としている。また、図１６は第５実施例に係る放電管（封入ガスの組成：２０％Ａｒ＋８０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示している。
【００４９】
図１５に注目すると、本実施例の放電管は、第４実施例に係る放電管と同様に、放電開始直後において電圧は一気にグランドまで電圧移行しており、放電開始後にリバウンド現象は発生しておらず、また電圧のバラツキも少なく安定している。
【００５０】
また、この時のイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力電圧を見ると、図１６に示すように、バラツキはあるものの二次側コイルの出力電圧は希望電圧値である１１ｋＶに対し高い値となっている。このように、本実施例においても、第４実施例と同様に、二次側コイルの出力電圧を高めることができる。
【００５１】
上記したように本発明は、封入ガスに含まれる水素ガスの混合濃度を２０％以上８０％以下に設定したことを特徴とするものである。また、上記した各実施例では、この水素ガスと共に封入ガスに混入するガスとしてＡｒガスのみを混入する構成とした。しかしながら、水素ガスと共に封入ガスに混入するガスはＡｒガスのみに限定されるものではない。
【００５２】
例えば、水素ガスの混合濃度を２０％以上８０％以下とし、これに混入するガスとしてＡｒとネオン（Ｎｅ）とを混合したガスを用いる構成としてもよい。この場合、放電管の動作電圧は、２００Ｖ以上３０００Ｖ以下の電圧帯となる。また、水素ガスの混合濃度を２０％以上８０％以下とし、これに混入するガスとしてキセノン（Ｘｅ）を混合したガスを用いる構成としてもよい。この場合、放電管の動作電圧は、５０００Ｖ以上８０００Ｖ以下の電圧帯となる。
【００５３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００５４】
請求項１乃至３記載の発明によれば、放電開始直後におけるいわゆるリバウンド現象が発生することを抑制することができる。
【００５５】
また、請求項４記載の発明によれば、放電電極の放電寿命の低下を抑制することができる。
【００５６】
また、請求項５記載の発明によれば、放電開始電圧の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一例である放電管（封入ガスの組成：９０％Ａｒ＋１０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示す図である。
【図２】従来の一例である放電管（封入ガスの組成：９０％Ａｒ＋１０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示す図である。
【図３】本発明の一実施例である放電管の断面図である。
【図４】本発明の一実施例である放電管の外観図である。
【図５】本発明に係る第１実施例である放電管（封入ガスの組成：８０％Ａｒ＋２０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示す図である。
【図６】本発明に係る第１実施例である放電管（封入ガスの組成：８０％Ａｒ＋２０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示す図である。
【図７】本発明に係る第１実施例である放電管の寿命特性を示す図である。
【図８】比較のため、従来の一例である放電管の寿命特性を示す図である。
【図９】本発明に係る第２実施例である放電管（封入ガスの組成：７０％Ａｒ＋３０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示す図である。
【図１０】本発明に係る第２実施例である放電管（封入ガスの組成：７０％Ａｒ＋３０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示す図である。
【図１１】本発明に係る第３実施例である放電管（封入ガスの組成：６０％Ａｒ＋４０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示す図である。
【図１２】本発明に係る第３実施例である放電管（封入ガスの組成：６０％Ａｒ＋４０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示す図である。
【図１３】本発明に係る第４実施例である放電管（封入ガスの組成：４０％Ａｒ＋６０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示す図である。
【図１４】本発明に係る第４実施例である放電管（封入ガスの組成：４０％Ａｒ＋６０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示す図である。
【図１５】本発明に係る第５実施例である放電管（封入ガスの組成：２０％Ａｒ＋８０％Ｈ２）における、放電開始直後の動作電圧の推移を示す図である。
【図１６】本発明に係る第５実施例である放電管（封入ガスの組成：２０％Ａｒ＋８０％Ｈ２）を適用したイグナイタ回路のトランスから発生する二次側コイルの出力測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１  放電管
２  コイル
４  トランス
１０  気密筒
２２  上部放電電極
２３  上部放電面
２４  下部放電電極
２５  下部放電面
２６，２８  蓋体
２９  放電ギャップ
【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】
2004235017.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004235017.tif 000011
【図１０】
2004235017.tif 000012
【図１１】
2004235017.tif 000013
【図１２】
2004235017.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004235017.tif 000017
【図１６】
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