DE102006025183B4

DE102006025183B4 - Quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für Entladungslampen

Info

Publication number: DE102006025183B4
Application number: DE102006025183A
Authority: DE
Inventors: Akira Homma; Takeshi Fukuyo; Michio Takagaki
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2026-05-31
Also published as: US20060267501A1; DE102006025183A1; US7489083B2; JP2006338888A; JP4618793B2

Abstract

Quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampe, bei welcher vorgesehen sind: ein Hauptkörper einer quecksilberfreien Bogenentladungsröhre, der eine geschlossene Glaskugel aufweist, in welcher Elektroden entgegengesetzt zueinander vorgesehen sind, und Starter-Edelgase und Metallhalogenide abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden sind; und eine zylindrische Schutzglasröhre, die luftdicht mit dem Bogenentladungsröhren-Hauptkörper vereinigt ist und die geschlossene Glaskugel umgibt, wobei ein Inertgas abgedichtet in der Schutzglasröhre vorhanden ist, welche die geschlossene Glaskugel umgibt; wobei das Starter-Edelgas abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel bei einem Druck X im Bereich von 10 bis 15 bar vorhanden ist, und eine Menge M an Metallhalogenid in der geschlossenen Glaskugel im Bereich von 10 bis 20 mg/ml liegt, das Inertgas in der Schutzglasröhre eine Gasmischung aus einem ersten Inertgas und einem zweiten Inertgas ist, und die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) der Gasmischung auf einen Wert innerhalb des Bereichs gemäß folgender Formel eingestellt ist:

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(GEBIET DER ERFINDUNG)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bogenentladungsröhre, die einen Hauptabschnitt einer Entladungslampe bildet, die als Lichtquelle für einen Fahrzeugscheinwerfer oder dergleichen verwendet wird. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampe, bei welcher kein Quecksilber in einer geschlossenen Glaskugel enthalten ist, die als Entladungslicht-Aussendeabschnitt der Bogenentladungsröhre dient.
(STAND DER TECHNIK)
Es wurde bereits eine Entladungslampe als Lichtquelle eines Fahrzeugscheinwerfers oder dergleichen eingesetzt. So weist beispielsweise, wie in der JP 06-020645 A beschrieben, diese Art von Entladungslampe eine derartige Konstruktion auf, bei welcher ein Bogenentladungsröhren-Hauptkörper vorgesehen ist, der eine geschlossene Glaskugel aufweist, die als ein Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, in welchem Elektroden entgegengesetzt zueinander vorgesehen sind, und eine zylindrische Schutzglasröhre, die luftdicht mit dem Bogenentladungsröhren-Hauptkörper so vereinigt ist, dass sie die geschlossene Glaskugel umgibt. In der zylindrischen Schutzglasröhre, welche die geschlossene Glaskugel umgibt, ist Luft (oder Stickstoff) abgedichtet vorgesehen.
Weiterhin ist in der Entladungslampe Quecksilber zusätzlich mit einem Inertgas und Metallhalogeniden normalerweise in der geschlossenen Glaskugel des Bogenentladungsröhren-Hauptkörpers abgedichtet vorgesehen, um so den Lichtaussende-Wirkungsgrad zu erhöhen, wie dies ebenfalls in der JP 06-020645 A beschrieben wird. Seit einigen Jahren gibt es jedoch ein zunehmendes gesellschaftliches Bedürfnis nach Verringerung des Einsatzes von Quecksilber, das eine unter Umweltgesichtspunkten schädliche Substanz darstellt. Daher wurde eine so genannte quecksilberfreie Bogenentladungsröhre entwickelt, bei welcher kein Quecksilber abgedichtet in einer geschlossenen Glaskugel vorhanden ist.
Wenn Quecksilber abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden ist, wird ermöglicht, einen hohen Dampfdruck selbst bei niedriger Temperatur im Vergleich zu anderen Metallen zu erzielen; dabei dient das Quecksilber als Wärmepuffer in Bezug auf eine Röhrenwand der Bogenentladungsröhre in der Nähe der Bogenentladung, die sich zwischen den Elektroden ausbildet. Allerdings wird in der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre infolge der Tatsache, dass kein Quecksilber vorhanden ist (also die Wärmepufferfunktion von Quecksilber nicht vorhanden ist) die Temperatur der Röhrenwand der Bogenentladungsröhre unerwünscht hoch. Dann wird bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre die Wärme der geschlossenen Glaskugel, die als der Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, an die Schutzglasröhre über die Luft (oder Stickstoff) übertragen, welche die geschlossene Glaskugel umgibt, so dass die Wärmeverluste entsprechend groß werden. Daher besteht das Problem, dass der Lichtaussende-Wirkungsgrad der Bogenentladungsröhre verringert wird.
Weiterhin ist infolge der Tatsache, dass die Oberflächentemperatur der Schutzglasröhre infolge der Wärmeübertragung von der geschlossenen Glaskugel ansteigt, die als der Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, ein anderes Problem in der Hinsicht vorhanden, dass Siliziumgas oder dergleichen in einem Beleuchtungskörper an der Oberfläche der Schutzglasröhre anhaftet, so dass das Schutzglas weiß wird.
Daher wird, wie in der JP 2004-063158 A beschrieben, zur Lösung der voranstehend geschilderten Probleme (nämlich dass der Lichtaussende-Wirkungsgrad der Lichtbogenquelle verringert wird, und die Schutzglasröhre weiß wird) abgedichtet Gas, das entweder Ar, Kr oder Xe enthält, die jeweils ein relativ niedrigeres Wärmeleitvermögen als Luft aufweisen, mit zumindest 50% in die Schutzglasröhre abgedichtet eingefüllt, welche die geschlossene Glaskugel umgibt, so dass die Wärmeleitfähigkeit wesentlich in einem Wärmeisolierraum um die geschlossene Glaskugel herum verringert wird, die durch die Schutzglasröhre gebildet wird.
Bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre gemäß der JP 2004-063158 A werden die voranstehend geschilderten Probleme gelöst, nämlich dass der Lichtaussende-Wirkungsgrad der Bogenentladungsröhre verschlechtert wird, und die Schutzglasröhre weiß wird, da die Wärmeleitfähigkeit wesentlich in einem Wärmeisolierraum um die geschlossene Glaskugel herum verringert wird, der durch die Schutzglasröhre gebildet wird, welche die geschlossene Glaskugel umgibt. Da die Wärmeleitfähigkeit wesentlich in dem Wärmeisolierraum um die geschlossene Glaskugel herum verringert wird, die durch die Schutzglasröhre gebildet wird, welche die geschlossene Glaskugel umgibt, nimmt jedoch die Temperatur in der geschlossenen Glaskugel übermäßig stark zu, und es tritt ein Flimmern (Flimmern des Lichtbogens) begleitet von einer Entglasung einer Innenwand auf. Daher wird die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre verkürzt, was zu einer Beeinträchtigung der Leistung führt.
Weiterhin ist der Maximalwert für den Außendurchmesser der Schutzglasröhre aufgrund eines Standards (ECER99) festgelegt. Daher kann der Innendurchmesser des Schutzglases nicht groß sein, da eine gewisse Innendicke des Glases des Schutzglases benötigt wird, um die Festigkeit sicherzustellen. Da die geschlossene Glaskugel eine hohe Temperatur annimmt, ist es darüber hinaus erforderlich, den Außendurchmesser der geschlossenen Glaskugel zu vergrößern, um die Standfestigkeit der geschlossenen Glaskugel sicherzustellen. Daher wird der Spalt zwischen der geschlossenen Glaskugel und der Schutzglasröhre auf 1 mm oder weniger bei einer herkömmlichen Entladungslampe eingestellt.
Die quecksilberfreie Bogenentladungsröhre wird in einem Zustand hergestellt, in welchem eine Zentrumsachse der Schutzglasröhre mit einer Entladungsachse zwischen Elektroden ausgerichtet ist (nachstehend als Entladungsachse bezeichnet). Bei dem Vorgang der Herstellung der Bogenentladungsröhre kann es jedoch geschehen, dass die Zentrumsachse und die Entladungsachse der Schutzglasröhre nicht exakt zueinander ausgerichtet sind und daher voneinander abweichen können (so dass der Spalt um die geschlossene Glaskugel herum in Umfangsrichtung nicht gleichmäßig ist). Weiterhin wird die Bogenentladungsröhre, bei welcher die Zentrumsachse und die Entladungsachse der Schutzglasröhre voneinander abweichen, in einer Isoliersteckereinheit angebracht, um die Entladungslampe auszubilden. Wenn die Entladungsachse von der Zentrumsachse der Schutzglasröhre in Richtung nach unten der Zentrumsachse abweicht (wenn die Zentrumsachse der geschlossenen Glaskugel nach unten gegenüber der Zentrumsachse der Schutzglasröhre abweicht, und daher der kleine Spalt δ1 zwischen der Schutzglasröhre und einem unteren Abschnitt der geschlossenen Glaskugel kleiner ist als der kleine Spalt δ2 zwischen der Schutzglasröhre und einem oberen Abschnitt der geschlossenen Glaskugel) tritt das Problem auf, dass der Lichtfluss der Bogenentladungsröhre verringert wird. Der Grund dafür, dass der Lichtfluss der Bogenentladungsröhre verringert wird, liegt anscheinend an folgendem. In dem großen Wärmeisolierraum oberhalb der geschlossenen Glaskugel (kleiner Spalt δ2) wird nämlich die Wärmeausbreitung von der geschlossenen Glaskugel zu der Schutzglasröhre unterdrückt. Im Gegensatz hierzu wird in dem kleinen Wärmeisolierraum unterhalb der geschlossenen Glaskugel (kleiner Spalt δ1) die Wärmeausbreitung von der geschlossenen Glaskugel zur Schutzglasröhre erhöht. Dies führt dazu, da Wärmeabstrahlung von dem unteren Bereich der Schutzglasröhre erhöht wird, dass die Temperatur des kalten Punkts in der geschlossenen Glaskugel ansteigt, und der Dampfdruck ansteigt, was zur Zunahme des Lichtflusses führt.
Ferner ist aus der EP 1 351 276 A2 eine quecksilberfreie Entladungslampe mit Zinkjodid bekannt. Die beschriebene Entladungslampe umfasst einen Quarzkörper mit zwei Enden, welcher ein eingeschlossenes Volumen von 18 bis 42 mm³ aufweist; eine erste Elektrode, die in dem Quarzkörper eingeschlossen ist und das eingeschlossene Volumen kontaktiert; eine zweite Elektrode, die in dem Quarzkörper eingeschlossen ist und das eingeschlossene Volumen kontaktiert; ein inertes Füllgas in dem eingeschlossenen Volumen mit einem Kaltdruck von 0,6 bis 1,22 MPa und einen Füllbestandteil in dem eingeschlossenen Volumen, welcher ein Metallhalogenit und Zinkjodid enthält, wobei das Zinkjod eine Konzentration von 2 bis 6 μg/mm³ des eingeschlossenen Volumens aufweist, und das eingeschlossene Volumen kein Quecksilber oder Quecksilberhalogenit aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre zur Verfügung, welche das Wärmeleitvermögen eines Inertgases einstellen kann, das abgedichtet in einer Schutzglasröhre enthalten ist, welche eine geschlossene Glaskugel umgibt, und zwar auf einen vorbestimmten Wert, auf Grundlage des Drucks eines Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthalten ist, und der Menge an abgedichtetem Metallhalogenid, um so hervorragende Anfangseigenschaften zu erzielen, und eine hervorragende Leistung im Betrieb.
Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampe auf: einen quecksilberfreien Bogenentladungsröhren-Hauptkörper, der eine geschlossene Glaskugel aufweist, die als ein Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, in welchem Elektroden entgegengesetzt zueinander vorgesehen sind, und abgedichtet Starter-Edelgase und Metallhalogenide vorhanden sind; und eine zylindrische Schutzglasröhre, die luftdicht mit dem Bogenentladungsröhren-Hauptkörper vereinigt ist und die geschlossene Glaskugel umgibt, wobei ein Inertgas abgedichtet in der Schutzglasröhre enthalten ist, welche die geschlossene Glaskugel umgibt. In der Schutzglasröhre sind ein erstes Inertgas, entweder Ar, Kr oder Xe, die jeweils ein relativ niedriges Wärmeleitvermögen aufweisen, und ein zweites Inertgas entweder aus He oder Ne, die jeweils ein relativ hohes Wärmeleitvermögen aufweisen, miteinander gemischt, und es ist eine Gasmischung abgedichtet vorhanden, bei welcher die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) so eingestellt ist, dass die Bedingung (X + 0,42 M – 12)/160 ≤ λ ≤ (X + 0,32 M – 6,5)/144 erfüllt ist, in Bezug auf einen Druck X (Atmosphärendruck) eines Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthalten ist, und eine Menge M des abgedichtet vorgesehenen Metallhalogenids (mg/ml), wobei der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel X vorhanden ist, innerhalb eines Bereichs von 10 bis 15 bar liegt, und die Menge M an abgedichtet vorhandenem Metallhalogenid im Bereich von 10 bis 20 mg/ml liegt.
Bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre gemäß den Ausführungsformen ist in der Schutzglasröhre, welche die geschlossene Glaskugel umgibt, das Inertgas abgedichtet vorhanden, bei welchem die Wärmeleitfähigkeit auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist, so dass die Wärmeausbreitung von der geschlossenen Glaskugel zur Schutzglasröhre unterdrückt wird. Wenn der Druck des abgedichtet enthaltenen Starter-Edelgases kleiner ist als 10 bar, wird darüber hinaus der ursprüngliche Lichtfluss nicht erzielt, der bei der Lichtquelle des Scheinwerfers benötigt wird, und wenn der Druck des abgedichteten Starter-Edelgases größer ist als 15 bar, kann ein Spalt in der geschlossenen Glaskugel beim Einschalten auftreten. Bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre gemäß den Ausführungsformen liegt jedoch der Druck X des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden ist, im Bereich von 10 bis 15 bar, und liegt die Menge M an abgedichtet vorhandenem Metallhalogenid im Bereich von 10 bis 20 mg/ml. Daher kann der erforderliche, ursprüngliche Lichtfluss erhalten werden, und es tritt keine Spaltbildung auf.
Weiterhin sind die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre enthalten ist, und die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre direkt proportional zueinander (die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases und der Lichtfluss sind umgekehrt proportional zueinander) und sind die Menge an abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthaltenem Metallhalogenid und die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre umgekehrt proportional zueinander (die Menge an Metallhalogenid und der Lichtfluss sind direkt proportional zueinander). Bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre gemäß den Ausführungsformen wird jedoch, da die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) der Gasmischung so eingestellt wird, dass die folgende Bedingung erfüllt ist (X + 0,42 M – 12)/160 ≤ λ ≤ (X + 0,32 M – 6,5)/144 in Bezug auf den Druck X (Atmosphärendruck) des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthalten ist, und die Menge M (mg/ml) des abgedichtet vorhandenen Metallhalogenids, ein Lichtfluss von 2350 Lumen oder mehr und eine Lebensdauer von 2500 Stunden oder mehr sichergestellt.
Da die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) der Gasmischung so eingestellt wird, dass die folgende Bedingung erfüllt ist (X + 0,42 M – 12)/160 ≤ λ ≤ (X + 0,32 M – 6,5)/144 verhindert darüber hinaus das abgedichtet vorhandene Inertgas die Wärmeausbreitung von der geschlossenen Glaskugel, die als der Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, zur Schutzglasröhre, und es wird verhindert, dass die Wärmeverluste zu groß werden und der Lichtaussende-Wirkungsgrad der Bogenentladungsröhre verringert wird, und verhindert, dass die Oberflächentemperatur der Schutzglasröhre übermäßig stark ansteigt, und die Oberfläche weiß wird.
Da die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) der Gasmischung so eingestellt wird, dass die folgende Bedingung erfüllt ist (X + 0,42 M – 12)/160 ≤ λ ≤ (X + 0,32 M – 6,5)/144 steuert das abgedichtet vorhandene Inertgas ordnungsgemäß die Wärmeausbreitung von der abgedichteten Glaskugel, die als der Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, zur Schutzglasröhre, und ermöglicht, dass die Wärme ordnungsgemäß durch die Schutzglasröhre abgestrahlt wird, so dass das Auftreten von Flimmern infolge eines übermäßigen Temperaturanstiegs in der geschlossenen Glaskugel verhindert wird.
Weiterhin wird das erste Inertgas, dessen Wärmeleitfähigkeit relativ niedrig ist, mit dem zweiten Inertgas gemischt, dessen Wärmeleitfähigkeit relativ hoch ist, so dass die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre im Betrieb vorhanden ist, entsprechend der Formel eingestellt wird. Daher kann die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung exakt und einfach auf eine vorbestimmte Wärmeleitfähigkeit eingestellt werden, im Vergleich zu Fällen, bei welchen ein einzelnes Inertgas mit Luft oder Stickstoff gemischt wird, oder wenn mehrere Arten von Inertgas, die jeweils eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, miteinander gemischt werden, oder wenn mehrere Arten von Inertgas, die jeweils eine relativ höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, miteinander gemischt werden.
Weiterhin können gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre ein kleiner Spalt δ1 zwischen einem unteren Abschnitt der geschlossenen Glaskugel und der Schutzglasröhre sowie ein kleiner Spalt δ2 zwischen einem oberen Abschnitt der geschlossenen Glaskugel und der Schutzglasröhre die Bedingung δ1 ≥ δ2 erfüllen.
Verglichen mit einem Fall, in welchem der kleine Spalt d1 kleiner ist als der kleine Spalt δ2, wird daher die Wärmeausbreitung in dem kleinen Wärmeisolierraum unterhalb der geschlossenen Glaskugel (kleiner Spalt δ1) unterdrückt, und es wird die Abstrahlung der Wärme von dem unteren Bereich der Schutzglasröhre unterdrückt. Daher steigt die Temperatur des kalten Punkts in der geschlossenen Glaskugel an, und es steigt der Dampfdruck an, was zur Erhöhung des Lichtflusses führt.
Weiterhin nimmt infolge der Tatsache, dass der zwischen den Elektroden erzeugte Lichtbogen nach oben gekrümmt ist, die Wärmeausdehnung an der Oberseite der geschlossenen Glaskugel zu, die eine hohe Temperatur annimmt. Bei einer quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre, bei welcher das Quecksilber abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden ist, kann infolge der Tatsache, dass das Innere der geschlossenen Glaskugel eine hohe Temperatur annimmt, selbst bei niedriger Temperatur, im Falle von δ1 > δ2 der obere Abschnitt der aufgeweiteten, geschlossenen Glaskugel mit der Schutzglasröhre zusammenstoßen und brechen. Da der Druck des Inneren der geschlossenen Glaskugel der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre etwa die Hälfte des Drucks im Inneren der geschlossenen Glaskugel der quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre beträgt, tritt selbst dann, wenn beispielsweise die kleinen Spalte die Bedingung δ1 > δ2 erfüllen, keine Befürchtung auf, dass der obere Abschnitt der geschlossenen Glaskugel mit der Schutzglasröhre zusammenstößt, und ein Bruch auftritt.
Bei der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre gemäß den Ausführungsformen ist die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre enthalten ist, welche die geschlossene Glaskugel umgibt, auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, der den vorbestimmten Lichtfluss und die Lebensdauer sicherstellen kann, auf Grundlage des Drucks des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthalten ist, und der Menge an abgedichtet vorhandenem Metallhalogenid. Daher wird ermöglicht, eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre zu erhalten, die hervorragende Anfangseigenschaften und hervorragende Leistungseigenschaften aufweist.
Insbesondere kann, da die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre enthalten ist, einfach und korrekt eingestellt werden kann, eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre, die hervorragende Anfangseigenschaften und Leistungseigenschaften aufweist, kostengünstig hergestellt werden.
Wenn der Spalt zwischen dem unteren Abschnitt der geschlossenen Glaskugel und der Schutzglasröhre ebenso groß oder größer ist wie bzw. als der Spalt zwischen einem oberen Abschnitt der geschlossenen Glaskugel und der Schutzglasröhre, wird darüber hinaus die Wärmeabstrahlung von dem unteren Bereich der Schutzglasröhre unterdrückt, und es steigt die maximale Kühlpunkttemperatur in der geschlossenen Glaskugel an. Daher wird ermöglicht, eine Entladungslampe zur Verfügung zu stellen, die eine quecksilberfreie Bogenentladungsröhre aufweist, bei welcher der Lichtfluss erhöht ist.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den beigefügten Patentansprüchen deutlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht einer Entladungslampe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, die einen Abschnitt einer Bogenentladungsröhre erläutert, der ein Hauptabschnitt der Entladungslampe ist (vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnitts, der in 1 mit dem Bezugszeichen A bezeichnet ist).
3 zeigt die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines Inertgases, das abgedichtet in einer Schutzglasröhre enthalten ist, einem anfänglichen Lichtfluss und der Lebensdauer in einem Zustand, bei welchem die Menge an abgedichtet in einer geschlossenen Glaskugel enthaltenem Metallhalogenid gleich 20 mg/ml ist.
4(a) ist ein Diagramm, das die Beziehung von 3 erläutert und die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit des abgedichtet in der Schutzglasröhre enthaltenen Inertgases und der Lebensdauer erläutert.
4(b) ist ein Diagramm, das die Beziehung von 3 erläutert und die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit des abgedichtet in der Schutzglasröhre enthaltenen Inertgases und dem anfänglichen Lichtfluss erläutert.
5 zeigt schematisch die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit eines Inertgases, das abgedichtet in einer Schutzglasröhre vorhanden ist, einem anfänglichen Lichtfluss und der Lebensdauer, in einem Zustand, in welchem die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthalten ist, gleich 10 mg/ml ist.
6(a) ist ein Diagramm, das die Beziehung von 5 erläutert und die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre vorhanden ist, und der Lebensdauer erläutert.
6(b) zeigt schematisch die Beziehung von 5 und erläutert die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre vorhanden ist, und dem anfänglichen Lichtfluss.
7(a) zeigt schematisch einen vorbestimmten Bereich für die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre vorhanden ist, in Bezug auf den abgedichteten Druck eines Inertgases (Xe), das ein Starter-Edelgas ist und abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden ist, und der Menge an abgedichtet vorhandenem Metallhalogenid, und erläutert eine Obergrenze und eine Untergrenze für die Wärmeleitfähigkeit eines Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre vorhanden ist, wenn die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden ist, gleich 20 mg/ml ist.
7(b) zeigt schematisch eine Obergrenze und eine Untergrenze für die Wärmeleitfähigkeit eines Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre vorhanden ist, wenn die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden ist, gleich 10 mg/ml ist. 7(c) zeigt schematisch einen Bereich der Wärmeleitfähigkeit eines Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre vorhanden ist, wenn der Lichtfluss und die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre vorbestimmte Werte für den Einsatz in der Praxis annehmen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 und 2 erläutern schematisch eine Entladungslampe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist 1 eine Längsschnittansicht der Entladungslampe, und 2 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht, die einen Abschnitt einer Bogenentladungsröhre erläutert, der ein Hauptabschnitt dieser Entladungslampe ist (vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnitts, der in 1 mit dem Bezugszeichen A bezeichnet ist).
In den 1 und 2 ist eine Entladungslampe 10 eine Lichtquellenlampe, die bei einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist. Die Entladungslampe 10 weist eine Bogenentladungsröhre 12 auf, die sich in Querrichtung erstreckt, und eine Isolierstopfeneinheit 14, die fest einen hinteren Endabschnitt der Bogenentladungsröhre 12 haltert. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein festes Halterungsteil, das aus einem Metallmaterial besteht. Das feste Halterungsteil haltert fest einen Umfang der hinteren Endseite der Bogenentladungsröhre 12 an der Isolierstopfeneinheit 14.
Die Bogenentladungsröhre 12 weist eine solche Konstruktion auf, bei welcher ein Bogenentladungsröhren-Hauptkörper 20 mit. einer Schutzglasröhre 18 vereinigt ist, die zylinderförmig den Bogenentladungsröhren-Hauptkörper 20 umgibt. Der Bogenentladungsröhren-Hauptkörper 20 weist eine solche Konstruktion auf, bei welcher eine längliche, zylindrische Quarzglasröhre bearbeitet ist, und ein Paar von Elektrodenbaugruppen 22A und 22B in Querrichtung vereinigt eingebaut ist. Im Wesentlichen im Zentrumsabschnitt des Bogenentladungsröhren Hauptkörpers 20 in Längsrichtung ist eine geschlossene Glaskugel 20a vorgesehen, die als ein Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, in welchem Elektroden 26A und 26B entgegengesetzt zueinander vorgesehen sind. An beiden Seiten der geschlossenen Glaskugel 20a in Querrichtung sind Quetschdichtungsabschnitte 20b1 und 20b2 vorgesehen.
Die Elektrodenbaugruppe 22A weist eine solche Konstruktion auf, bei welcher eine stangenförmige Elektrode 26A (die aus Wolfram besteht) und eine Zuführungsleitung 28A (die aus Molybdän besteht) fest miteinander über eine Metallfolie 30A (die aus Molybdän besteht) verbunden sind, und die Elektrodenbaugruppe 22B weist eine solche Konstruktion auf, bei welcher eine stangenförmige Elektrode 26B (die aus Wolfram besteht) und eine Zuführungsleitung 28B (die aus Molybdän besteht) fest miteinander über eine Metallfolie 30B verbunden sind (die aus Molybdän besteht). In dem jeweiligen Quetschdichtungsabschnitt 20b1 und 20b2 sind die Elektrodenbaugruppen 22A und 22B durch Abquetschen abgedichtet vorgesehen. Hierbei werden die jeweiligen Metallfolien 30A und 30B in den Quetschdichtungsabschnitten 20b1 und 20b2 vergraben. Vorderenden der stangenförmigen Elektroden 26A und 26B stehen jedoch in die abgedichtete Glaskugel 20a vor, so dass sie entgegengesetzt zueinander von beiden Seiten in Querrichtung angeordnet sind. Dies führt dazu, dass beim Einschalten der Entladungslampe 10 ein Lichtbogen 32, der nach oben gekrümmt ist, zwischen den vorderen Endabschnitten der stangenförmigen Elektroden 26A und 26B ausgebildet wird.
Weiterhin ist die Entladungslampe 10 gemäß der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform als quecksilberfreie Entladungslampe ausgebildet.
Daher sind ein Inertgas als Starter-Edelgas und Metallhalogenide abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a vorhanden, jedoch ist nicht Quecksilber abgedichtet vorhanden.
Hierbei ist das Inertgas als das Starter-Edelgas so abgedichtet vorhanden, dass eine Entladung einfach zwischen den vorderen Endabschnitten der stangenförmigen Elektroden 26A und 26B erzeugt werden kann. Bei der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform wird Xenongas (Xe) verwendet. Weiterhin sind die Metallhalogenide abgedichtet so vorgesehen, dass der Lichtaussende-Wirkungsgrad und die Farbgebungseigenschaften verbessert werden. Bei der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform werden Natriumiodid und Scandiumiodid verwendet.
Weiterhin hat Quecksilber die Aufgabe eines Puffers zur Verringerung von Beschädigungen der stangenförmigen Elektrode 26A (oder 26B) durch Verringerung des Ausmaßes des Aufpralls von Elektroden gegen die stangenförmige Elektrode 26A (oder 26B). Da die Entladungslampe gemäß der Erfindung quecksilberfrei ausgebildet ist, kann jedoch diese Funktion nicht erzielt werden. Daher ist bei der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform ein Puffer-Metallhalogenid abgedichtet als Ersatz für Quecksilber vorgesehen, um die voranstehend erwähnte Pufferfunktion zu erzielen. Als dieses Puffer-Metallhalogenid ist es möglich, eine oder mehrere Arten von Halogeniden der folgenden Substanzen einzusetzen: Al, Bi, Cr, Cs, Fe, Ga, In, Li, Mg, Ni, Nd, Sb, Sn, Ti, Tb und Zn. Weiterhin ist die Menge an abgedichtet vorhandenem Puffer-Metallhalogenid kleiner als die Menge an abgedichtet vorhandenem Natriumiodid und Scandiumiodid.
Das Inertgas, welches einen Wärmeisolierraum bildet, ist abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 vorhanden (in diese eingefüllt), welche die geschlossene Glaskugel 20a des Bogenentladungsröhren-Hauptkörpers 20 in der Bogenentladungsröhre 12 umgibt. Der Druck des abgedichtet vorhandenen Inertgases (der Ladedruck) wird auf einen Unterdruck von 0,2 bis 0,9 bar eingestellt (beispielsweise etwa 0,5 bar).
Die Abdichtung der Schutzglasröhre 18 in Bezug auf den Bogenentladungsröhren-Hauptkörper 20 wird folgendermaßen durchgeführt. Nach dem Verschweißen eines hinteren Endabschnitts 18b der Schutzglasröhre 18 mit dem Bogenentladungsröhren-Hauptkörper 20 wird das Inertgas in die Schutzglasröhre 18 eingefüllt, und dann wird ein vorderer Endabschnitt 18a der Schutzglasröhre 18 mit dem Bogenentladungsröhren-Hauptkörper 20 verschweißt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Verschweißen des vorderen Endabschnitts 18a der Schutzglasröhre 18 mit dem Bogenentladungsröhren-Hauptkörper 20 durchgeführt, beispielsweise mittels Schrumpfabdichtung.
Weiterhin wird die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) zum Zeitpunkt des Betriebs des Inertgases in der Schutzglasröhre 18, welche die abgedichtete Glaskugel 20a des Bogenentladungsröhren-Hauptkörpers 20 umgibt, so eingestellt, dass sie folgender Bedingung genügt: (X + 0,42 M – 12) (160 ≤ λ ≤ (X + 0,32 M – 6,5)/144, in Bezug auf den Druck (Atmosphärendruck) eines Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, und die Menge M (mg/ml) eines abgedichtet vorhandenen Metallhalogenids. Weiterhin liegt bei dieser Formel der Druck X eines Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, im Bereich von 10 bis 15 bar, und liegt die Menge M eines abgedichtet vorhandenen Metallhalogenids im Bereich von 10 bis 20 mg/ml. Daher wird bei der Bogenentladungsröhre 12 ein Lichtfluss von 2350 Lumen oder mehr erreicht. Darüber hinaus wird eine Lebensdauer von 2500 Stunden oder mehr sichergestellt.
Wie in den 3 bis 6(b) gezeigt, ist daher eine direkt zueinander proportionale Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 vorhanden ist, und der Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 vorhanden (eine umgekehrt proportionale Beziehung besteht zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Inertgases und dem Lichtfluss der Bogenentladungsröhre 12). Weiterhin wurde bestätigt, dass eine umgekehrt proportionale Beziehung zwischen einem abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a vorhandenen Inertgas und der Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 vorhanden ist (es besteht eine direkt proportionale Beziehung zwischen der Menge an Metallhalogenid und dem Lichtfluss). Weiterhin sind bei der voranstehend erwähnten Beziehung 2350 Lumen und 2500 Stunden, die in Bezug auf den Lichtfluss bzw. die Lebensdauer einer quecksilberfreien Bogenentladungsröhre 12 für einen Fahrzeugscheinwerfer benötigt werden, auf eine zulässige Grenze (Untergrenze) eingestellt, wie in den 7(a) bis 7(c) gezeigt ist, wobei die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 im Betrieb vorhanden ist, einen Wert annimmt, der die folgende Bedingung erfüllt: (X + 0,42 M – 12)/160 ≤ λ ≤ (X + 0,32 M – 6,5)/144, in Bezug auf den Druck X (Atmosphärendruck) eines Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden ist, und die Menge M (mg/ml) eines abgedichtet vorhanden Metallhalogenids. Die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) zum Zeitpunkt des Betriebs des abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthaltenen Inertgases wird daher so eingestellt, dass die voranstehend angegebene Bedingung erfüllt wird, und es werden ein Lichtfluss von 2350 Lumen oder mehr und eine Lebensdauer von 2500 Stunden oder mehr in der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre 12 sichergestellt.
Ein Versuchsergebnis, das unter Berücksichtigung unter Sicherstellung der Eigenschaften eines anfänglichen Lichtflusses und einer Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung (das abgedichtet vorhandene Inertgas) erzielt wird, ist in den 3 bis 7(c) erläutert. Bei dem Versuch werden quecksilberfreie Bogenentladungsröhren 12 eingesetzt, bei denen jeweils der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, oder die Menge an abgedichtet vorhandenem Metallhalogenid geändert wird, und eine Gasmischung (abgedichtet vorhandenes Inertgas), die in der Schutzglasröhre 1 abgedichtet vorhanden ist, deren Wärmeleitfähigkeit vorher auf verschiedene Werte eingestellt wird, durch Mischen eines ersten Inertgases, entweder Ar, Kr oder Xe, die jeweils eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, mit einem zweiten Inertgas, entweder He oder Ne, die jeweils eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, verwendet wird.
In den 3, 4(a) und 4(b) ist in einem Fall, in welchem die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, gleich 20 mg/ml ist, und der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, 10 bar, 12,5 bar oder 15 bar beträgt, ein Aspekt dargestellt, bei welchem die Lebensdauer oder der Lichtfluss der Bogenentladungsröhre 12 in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases variiert wird, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist. Wie in den 3 und 4(a) gezeigt, ist die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist, im Wesentlichen direkt proportional zur Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12, und dann ist, wenn der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, niedrig (hoch) ist, die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 lang (kurz). Wie in den 3 und 4(b) gezeigt, ist die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist, im Wesentlichen umgekehrt proportional zum Lichtfluss der Bogenentladungsröhre 12, und dann ist, wenn der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, hoch (niedrig) ist, der Lichtfluss groß (klein).
In den 5, 6(a) und 6(b) ist in einem Fall, in welchem die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a vorhanden ist, 10 mg/ml beträgt, und der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, gleich 10 bar, 12,5 bar oder 15 bar ist, ein Aspekt dargestellt, bei welchem die Lebensdauer oder der Lichtfluss der Bogenentladungsröhre 12 in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases variiert wird, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist. Wie in den 5 und 6(a) gezeigt, ist die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 vorhanden ist, im Wesentlichen direkt proportional zur Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12, und dann ist, wenn der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, niedrig (hoch) ist, die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 lang (kurz). Wie in den 5 und 6(b) gezeigt, ist die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist, im Wesentlichen umgekehrt proportional zum Lichtfluss der Bogenentladungsröhre 12, und dann ist, wenn der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, hoch (Niedrig) ist, der Lichtfluss groß (klein).
Wie in den 4(a), 4(b), 6(a) und 6(b) gezeigt, ändert sich die Eigenschaft nicht, dass die Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist, im Wesentlichen direkt (umgekehrt) proportional zur Lebensdauer (dem Lichtfluss) der Bogenentladungsröhre 12 ist, obwohl die Menge an Metallhalogenid geändert wird, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist (10 mg/ml und 20 mg/ml), jedoch wird, wenn die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, groß (klein) ist, die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 verkürzt (verlängert) und nimmt der Lichtfluss zu (ab). Wenn der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, hoch (niedrig) ist, wird darüber hinaus die Lebensdauer verkürzt (verlängert) und nimmt der Lichtfluss zu (ab).
Die 7(a) bis 7(c) zeigen einen Bereich der Wärmeleitfähigkeit, in Bezug auf die in den 3 bis 6(b) dargestellten Daten, in welchem der Lichtfluss (die Lebensdauer) der Bogenentladungsröhre gleich 2350 Lumen (2500 Stunden) oder mehr wird, wenn eine zulässige Grenze (Untergrenze) für den Lichtfluss (die Lebensdauer) der Bogenentladungsröhre auf den allgemein bekannten Wert von 2350 Lumen (2500 Stunden) eingestellt wird.
Wenn die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthalten ist, gleich 20 mg/ml ist, ist vorzugsweise, um die Lebensdauer der vorgegebenen Untergrenzen (Punkte A, B und C) oder mehr in 4(a) zu erhalten, welche die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Lebensdauer zeigt, die Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise gleich den vorgegebenen Untergrenzen (Punkte A, B und C) oder größer. Um den Lichtfluss der vorgegebenen Untergrenzen (Punkte D, E und F) oder mehr in 4(b) zu erhalten, welche die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und dem Lichtfluss zeigt, ist die Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise gleich den vorgegebenen Untergrenzen (Punkte D, E und F) oder geringer. In 7(c) ist ein Bereich der Wärmeleitfähigkeit des Inertgases gezeigt, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist, in welchem der Lichtfluss und die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 vorbestimmte Werte annehmen (der rechteckige Bereich, der umgeben ist von A, B, C, D, E und F), wenn die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, gleich 20 mg/ml ist.
Entsprechend ist dann, wenn die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthalten ist, gleich 10 mg/ml ist, um die Lebensdauer der vorgegebenen Untergrenzen (Punkte G, H und I) oder mehr in 6(a) zu erhalten, welche die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Lebensdauer zeigt, die Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise gleich den vorgegebenen Untergrenzen (Punkte G, H und I) oder größer. Weiterhin ist, um den Lichtfluss der vorgegebenen Untergrenzen (Punkte J, K und L) oder mehr in 6(b) zu erhalten, welche die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und dem Lichtfluss zeigt, die Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise gleich den vorgegebenen Untergrenzen (Punkte J, K und L) oder niedriger. In 7(c) ist ein Bereich der Wärmeleitfähigkeit des Inertgases gezeigt, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist (rechteckiger Bereich, der umgeben wird von G, H, I, J, K und L), in welchem der Lichtfluss bzw. die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 gleich 2350 Lumen oder mehr bzw. gleich 2500 Stunden oder mehr wird, wenn die Menge an Metallhalogenid, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, gleich 10 mg/ml ist.
In dem Bereich ABCDEF und dem Bereich GHIJKL wird infolge der Tatsache, dass sich die Untergrenze (ABC) in dem Bereich ABCDEF und die Obergrenze (JKL) in dem Bereich GHIJKL überlappen und kontinuierlich in Vertikalrichtung zunehmen, welche die Wärmeleitfähigkeit angibt, wenn die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel enthalten ist, 10 bis 20 mg/ml beträgt, ein Bereich der Wärmeleitfähigkeit des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist, bei welcher der Lichtfluss bzw. die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 jeweils 2350 Lumen oder mehr bzw. 2500 Stunden oder mehr betragen, ein Bereich GHIDEF in 7(c). Weiterhin kann der Bereich GHIDEF, welcher die Wärmeleitfähigkeit zum Betriebszeitpunkt des Inertgases angibt, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist, durch die folgende Formel dargestellt werden (X + 0,42 M – 12)/160 ≤ λ ≤ (X + 0,32 M – 6,5)/144, wobei der Druck des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, auf X (Atmosphärendruck) eingestellt ist, und die Menge an abgedichtet enthaltenem Metallhalogenid auf M (mg/ml) eingestellt ist. Die Daten in Bezug auf die Menge an Metallhalogenid, die abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a vorhanden ist, sind jedoch auf 10 bis 20 mg/ml beschränkt, wie voranstehend erläutert. Weiterhin ist der Druck X des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, auf 10 bis 15 bar begrenzt. Wenn der Druck des abgedichtet vorhandenen Starter-Edelgases kleiner ist als 10 bar, wird der ursprüngliche Lichtfluss nicht erzielt, der für die Lichtquelle des Scheinwerfers benötigt wird. Wenn der Druck des abgedichtet enthaltenen Starter-Edelgases 15 bar übersteigt, kann darüber hinaus ein Spalt in der geschlossenen Glaskugel 20a entstehen, wenn die Lampe eingeschaltet wird. Der Druck X des Starter-Edelgases beträgt für den Einsatz in der Praxis 10 bis 15 atm.
An sich kann, damit der Lichtfluss bzw. die Lebensdauer der Bogenentladungsröhre 12 gleich 2350 Lumen oder mehr bzw. 2500 Stunden oder mehr für den Einsatz in der Praxis werden, die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) zum Zeitpunkt des Betriebs des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 vorhanden ist, auf einen Wert eingestellt werden, der mit der voranstehend erwähnten Formel erzielt wird. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) zum Zeitpunkt des Betriebs des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist, auf den Wert eingestellt, der mit der voranstehend erwähnten Formel erhalten wird, auf Grundlage des Drucks X (Atmosphärendruck) des Starter-Edelgases, das abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel 20a enthalten ist, und der Menge M an abgedichtetem Metallhalogenid (mg/ml).
Zusätzlich führt das abgedichtet vorhandene Inertgas, welches die geschlossene Glaskugel umgibt (die Wärmeisolierschicht, deren Wärmeleitfähigkeit auf einen vorbestimmten Wert auf Grundlage der voranstehend angegebenen Formel eingestellt wird) eine erste Funktion und eine zweite Funktion aus. Bei der ersten Funktion verhindert das abgedichtet vorhandene Inertgas eine Wärmeausbreitung von der geschlossenen Glaskugel 20a, die als der Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, zur Schutzglasröhre 18, und verhindert zu starke Wärmeverluste, wodurch der Lichtaussende-Wirkungsgrad der Bogenentladungsröhre 12 absinkt, und verhindert, dass die Oberflächentemperatur der Schutzglasröhre 18 zu stark ansteigt, und die Oberfläche weiß wird. Bei der zweiten Funktion steuert das abgedichtet vorhandene Inertgas ordnungsgemäß die Wärmeausbreitung von der abgedichteten Glaskugel 20a, die als der Entladungslicht-Aussendeabschnitt dient, zur Schutzglasröhre 18, und verursacht, dass die Wärme ordnungsgemäß abgestrahlt wird, so dass das Auftreten von Flimmern infolge eines zu starken Temperaturanstiegs in der geschlossenen Glaskugel 20a verhindert wird. Daher wird ermöglicht, den Lichtfluss und die Lebensdauer für den Einsatz in der Praxis sicherzustellen.
Zusätzlich gibt es folgendes Verfahren zur Einstellung der Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) zum Zeitpunkt des Betriebs des Inertgases, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 enthalten ist.
Irgendeines der Gase der ersten Inertgase (Ar, Kr und Xe), die jeweils eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und irgendeines der zweiten Inertgase (He und Ne), die jeweils eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, werden in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt, wie in 3 gezeigt, und die Gasmischung, deren Wärmeleitfähigkeit auf die Wärmeleitfähigkeit λ eingestellt ist, welche der voranstehend angegebenen Formel genügt, wird als das abgedichtet vorhandene Inertgas bereitgestellt. Bei einem Vorgang des Abdichtens des Inertgases wird das abgedichtete Inertgas, dessen Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) zum Betriebszeitpunkt eingestellt ist, in der Schutzglasröhre 18 abgedichtet aufgenommen.
Bei der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform wird, wenn die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) des Inertgases eingestellt wird, das abgedichtet in der Schutzglasröhre 18 zum Zeitpunkt des Betriebs vorhanden ist, das erste Inertgas, dessen Wärmeleitfähigkeit relativ niedrig ist, mit dem zweiten Inertgas gemischt, dessen Wärmeleitfähigkeit relativ hoch ist, und wird die Wärmeleitfähigkeit eingestellt. Im Vergleich zu Fällen, bei welchen zumindest ein einzelnes Inertgas mit Luft oder Sauerstoff gemischt wird, um die Wärmeleitfähigkeit einzustellen, oder wenn mehrere Arten von Inertgasen, die jeweils eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, miteinander gemischt werden, um die Wärmeleitfähigkeit einzustellen, oder mehrere Arten von Inertgasen, die jeweils eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, miteinander gemischt werden, um die Wärmeleitfähigkeit einzustellen, kann daher die Wärmeleitfähigkeit der Gasmischung exakt und einfach auf eine vorbestimmte Wärmeleitfähigkeit eingestellt werden.
Weiterhin ist die quecksilberfreie Bogenentladungsröhre 12 so ausgebildet, dass die Beziehung zwischen dem kleinen Spalt δ1 zwischen der Schutzglasröhre 18 und einem unteren Abschnitt der geschlossenen Glaskugel 20a und dem kleinen Spalt δ2 zwischen der Schutzglasröhre 18 und einem oberen Abschnitt der geschlossenen Glaskugel 20a die Bedingung δ1 ≥ δ2 erfüllt. Dies führt dazu, dass der gewünschte Lichtfluss sichergestellt wird.
Bei der Schutzglasröhre ist der Maximalwert für den Außendurchmesser durch einen Standard (ECER99) vorgegeben. Da eine gewisse innere Dicke des Glases erforderlich ist, um die Festigkeit sicherzustellen, kann darüber hinaus der Innendurchmesser nicht groß sein. Bei der geschlossenen Glaskugel, die eine hohe Temperatur annimmt, ist es hierbei erforderlich, den Außendurchmesser zu vergrößern, um die Standfestigkeit sicherzustellen. Unter diesem Gesichtspunkt wird der Spalt zwischen der geschlossenen Glaskugel 20a und der Schutzglasröhre 18 auf etwa 0,4 mm eingestellt. Weiterhin wird die quecksilberfreie Bogenentladungsröhre 12 in einem Zustand hergestellt, in welchem eine Zentrumsachse der Schutzglasröhre 18 mit einer Entladungsachse ausgerichtet ist. Allerdings sind bei dem Vorgang der Herstellung der Bogenentladungsröhre 12 die Zentrumsachse und die Entladungsachse der Schutzglasröhre 18 nicht zueinander ausgerichtet, und sie können daher voneinander abweichen (so dass der Spalt um die geschlossene Glaskugel 20a herum in Umfangsrichtung nicht gleichmäßig ist). Weiterhin wird die Bogenentladungsröhre 12, bei welcher die Zentrumsachse und die Entladungsachse der Schutzglasröhre 18 voneinander abweichen, in der Isolierstopfeneinheit 14 angebracht, um die Entladungslampe 12 auszubilden. Wenn die Entladungsachse von der Zentrumsachse der Schutzglasröhre 18 in Richtung nach unten von der Zentrumsachse abweicht (wenn die Zentrumsachse der geschlossenen Glaskugel 20a nach unten von der Zentrumsachse der Schutzglasröhre 18 abweicht, und daher der kleine Spalt δ1 zwischen der Schutzglasröhre 18 und einem unteren Abschnitt der geschlossenen Glaskugel 20a kleiner ist als der kleine Spalt δ2 zwischen der Schutzglasröhre 18 und einem oberen Abschnitt der geschlossenen Glaskugel 20a), besteht das Problem, dass der Lichtfluss der Bogenentladungsröhre 12 verringert wird. Der Grund dafür, dass der Lichtfluss der Bogenentladungsröhre 12 abnimmt, lässt sich folgendermaßen überlegen. In dem großen Wärmeisolierraum oberhalb der geschlossenen Glaskugel 20a (kleiner Spalt δ2) wird die Wärmeausbreitung von der geschlossenen Glaskugel 20a zur Schutzglasröhre 18 unterdrückt. Im Gegensatz hierzu wird in dem kleinen Wärmeisolierraum unterhalb der geschlossenen Glaskugel 20a (kleiner Spalt δ1) die Wärmeausbreitung von der geschlossenen Glaskugel 20a zur Schutzglasröhre 18 verstärkt. Da die Wärmeabstrahlung von dem unteren Bereich der Schutzglasröhre 18 verstärkt wird, führt dies dazu, dass die Temperatur des kalten Punkts in der geschlossenen Glaskugel 20a ansteigt, und der Dampfdruck ansteigt, was zu einer Zunahme des Lichtflusses führt.
Bei der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform, bei welcher der kleine Spalt δ1 zwischen der Schutzglasröhre 18 und einem unteren Abschnitt der geschlossenen Glaskugel 20a größer ist als der kleine Spalt δ2 zwischen der Schutzglasröhre 18 und einem oberen Abschnitt der geschlossenen Glaskugel 20a (δ1 ≥ δ2) im Vergleich zu jenem Fall, in welchem der kleine Spalt δ1 kleiner ist als der kleine Spalt δ2, wird daher die Wärmeausbreitung in dem kleinen Wärmeisolierraum unterhalb der geschlossenen Glaskugel 20a (kleiner Spalt δ1) unterdrückt, und so wird die Wärmeabstrahlung von dem unteren Bereich der Schutzglasröhre 18 unterdrückt. Dies führt dazu, dass die Temperatur des kalten Punkts in der geschlossenen Glaskugel 20a ansteigt, und der Dampfdruck ansteigt, was zur Zunahme des Lichtflusses führt.
Da der Lichtbogen, der zwischen den Elektroden 26a und 26b erzeugt wird, nach oben gekrümmt ist, nimmt darüber hinaus die Wärmeausdehnung an der Oberseite der geschlossenen Glaskugel 20a zu, welche eine hohe Temperatur annimmt. Bei einer quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre, bei welcher Quecksilber abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden ist, nimmt das Innere der geschlossenen Glaskugel selbst bei niedriger Temperatur eine hohe Temperatur an. Im Falle von δ1 > δ2 kann daher der obere Abschnitt der sich aufweitenden, geschlossenen Glaskugel gegen die Schutzglasröhre anstoßen, so dass er bricht. Da der Druck im Inneren der geschlossenen Glaskugel 20a der quecksilberfreien Bogenentladungsröhre 12 etwa die Hälfte des Drucks im Inneren der geschlossenen Glaskugel einer quecksilberhaltigen Bogenentladungsröhre beträgt, besteht selbst in einem Fall, in welchem die kleinen Spalte die Bedingung δ1 > δ2 erfüllen, keine Befürchtung, dass der obere Abschnitt der geschlossenen Glaskugel 20a gegen die Schutzglasröhre 18 anstößt, so dass er bricht.
Wie voranstehend erläutert, ist in der Schutzglasröhre 18 abgedichtet die Gasmischung enthalten, bei welcher das erste Inertgas, entweder Ar, Kr oder Xe, die jeweils eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit zum Zeitpunkt des Betriebs aufweisen, und das zweite Inertgas, entweder He oder Ne, die jeweils eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit zum Zeitpunkt des Betriebs aufweisen, gemischt sind. Wenn He in der Gasmischung (im abgedichtet vorhandenen Inertgas) in der Schutzglasröhre 18 eingesetzt wird, kann jedoch eine Leckprüfung in Bezug auf Lecks von der Schutzglasröhre 18 (eine Erfassung, ob He von der Schutzglasröhre 18 austritt) unter Verwendung eines He-Leckdetektors erfolgen.
Weiterhin tritt bei der vorliegenden Ausführungsform ein Hilfsentladungseffekt infolge des Gases in der Schutzglasröhre 18 auf, da eine Gasmischung zwischen einem der Gase Ar, Kr und Xe und einem der Gase He und Ne in die Schutzglasröhre 18 eingefüllt (abgedichtet aufgenommen) wird (ein Effekt, bei welchem die Starterspannung der Entladungslampe 10 durch einen fotoelektrischen Effekt bei einer Entladungselektrode verringert wird, infolge der Ultraviolettstrahlung, die durch die Entladung in dem Raum zwischen der geschlossenen Glaskugel 20a und der Schutzglasröhre 18 erzeugt wird, bevor die Entladung in der geschlossenen Glaskugel 20a gestartet wird).

Claims

Quecksilberfreie Bogenentladungsröhre für eine Entladungslampe, bei welcher vorgesehen sind: ein Hauptkörper einer quecksilberfreien Bogenentladungsröhre, der eine geschlossene Glaskugel aufweist, in welcher Elektroden entgegengesetzt zueinander vorgesehen sind, und Starter-Edelgase und Metallhalogenide abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel vorhanden sind; und eine zylindrische Schutzglasröhre, die luftdicht mit dem Bogenentladungsröhren-Hauptkörper vereinigt ist und die geschlossene Glaskugel umgibt, wobei ein Inertgas abgedichtet in der Schutzglasröhre vorhanden ist, welche die geschlossene Glaskugel umgibt; wobei das Starter-Edelgas abgedichtet in der geschlossenen Glaskugel bei einem Druck X im Bereich von 10 bis 15 bar vorhanden ist, und eine Menge M an Metallhalogenid in der geschlossenen Glaskugel im Bereich von 10 bis 20 mg/ml liegt, das Inertgas in der Schutzglasröhre eine Gasmischung aus einem ersten Inertgas und einem zweiten Inertgas ist, und die Wärmeleitfähigkeit λ (W/m·K) der Gasmischung auf einen Wert innerhalb des Bereichs gemäß folgender Formel eingestellt ist: (X + 0,42 M – 12)/160 ≤ λ ≤ (X + 0,32 M – 6,5)/144.
Quecksilberfreie Bogenentladungsröhre nach Anspruch 1, bei welcher das erste Inertgas eines der Gase Ar, Kr und Xe ist, und das zweite Inertgas eines der Gase He und Ne ist.
Quecksilberfreie Bogenentladungsröhre nach Anspruch 1, bei welcher das erste Inertgas eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, und das zweite Inertgas eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Quecksilberfreie Bogenentladungsröhre nach Anspruch 1, bei welcher ein Spalt zwischen einem unteren Abschnitt der geschlossenen Glaskugel und der Schutzglasröhre größer oder gleich einem Spalt zwischen einem oberen Abschnitt der geschlossenen Glaskugel und der Schutzglasröhre ist.