JP2005522825A - 高圧放電灯 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ効率よく作られた、精密かつ信頼性の高い電灯を提供すること。
【解決手段】 第1の電極（4）および第2の電極（40）が存在していて、それらの間で高圧放電灯の動作中に放電が維持され、第1のシール（5）は、前記第1のシール（5）から外部まで延在している第1の外部導電体（7）に前記第1の電極（4）を接続する第1の内部導電体（6）を組み込んでいて、当該第1のシール（5）は、更に、外部容量体（42、42'、43、44、45、45'、46、48）によって少なくとも部分的に取り囲まれているガス充填キャビティ（10）を組み込んでいる、イオン化可能な充填材が放電空間（3）に封入されている石英ガラス放電容器（2）を有し、当該外部容量体（42、42'、43、44、45、45'、46、48）は、前記第1および第2の電極から電気的に絶縁されている高圧放電灯。

Description

本発明は、
第1の電極および第2の電極が存在していて、それらの間で高圧放電灯の動作中に放電が維持され、
第1のシールは、前記第1のシールから外部まで延在している第1の外部導電体に前記第1の電極を接続する第1の内部導電体を組み込んでいて、
当該第1のシールは、更に、外部容量体によって少なくとも部分的に取り囲まれているガス充填キャビティを組み込んでいて、
イオン化可能な充填材が放電空間に封入されている石英ガラス放電容器を有している高圧放電灯に関する。

ここに記述されたタイプの電灯は、特許文献1から既知である。この既知の電灯は、空中（すなわち、外囲器のないところ）で動作させる場合に適している。この電灯は、光学システムを用いてビームを正確に形成しようとする場合に、重要で好ましい態様である。特に、たとえば、投影機、および、自動車ヘッドライトなどを用途とする場合には、外囲器によって発生する光学的な外乱を回避することができるので、重要な役割を果たす。導電体の温度は、導電体の急速な酸化を防止するために、導電体が空中にさらされている領域では、相対的に低い値とすることが重要である。上記既知の電灯では、このことは、シールを長くすることによって実現されている。引用文献1の明細書本文および特許請求の範囲では、石英ガラスは、少なくとも95%のSiO₂含量を有するガラスを意味すると理解される。

高圧放電灯では、電灯を点弧するときに、実際には、点弧遅延が、よく発生する。点弧遅延の発生リスクは、電灯がしばらく暗いときに、かなり増加する。点弧遅延の発生は、大きな欠点であり、かつ、状況によっては（たとえば、高圧放電灯を自動車ヘッドライトとして用いる場合には）、危険な状況をもたらす場合がある。

この既知の電灯は、利用可能なキャビティおよび金属容量体が、別個の導体を用いて第2の電極に接続され、電界がキャビティに亘って供給されている場合に、紫外線放射源の形式で起動促進手段を構成するという効果を有する。紫外線放射源は、紫外線エンハンサと称されている。

この既知の電灯の欠点の一つは、第1のシールの近くの容量体を第2のシールの近くの第2の電極に接続する導体が、放電容器から放出され、かつ、電灯がマウントされている反射体によって反射される光を、減少させることである。このことにより、不必要な影が発生する場合がある。さらに、この導体は、外側から、見苦しい、たるんだワイヤーに見える。

当該電灯の他の欠点は、導体ワイヤーを電極に溶接しなければならないような電灯の製造が困難であり、その上、外側まで延在する導体ワイヤーを備える電灯を、他の素子と干渉しないように、反射体に慎重にマウントしなければならないということである。

本発明の目的は、上述した欠点が軽減されている、簡単かつ効率よく作られた、精密かつ信頼性の高い電灯を提供することである。

国際公開第00/77826号パンフレット

本発明によれば、冒頭のパラグラフに記述されているタイプの高圧放電灯は、当該外部容量体が、第1および第2の電極から電気的に絶縁されていることを特徴とする。驚くべきことに、共振点弧システムにおいて、たとえば150kHzの周波数で用いられる高圧放電灯の外部容量体およびガス入りキャビティが、たとえ外部容量体が、電気的に絶縁されていても、すなわち、電極に接続されていなくても、依然として、起動促進手段として機能することが発見された。したがって、当該高圧放電灯の電極は、少なくとも50kHz、好ましくは約150kHzの点弧周波数を有する共振点弧システムに接続されていることが好ましい。外部容量体が絶縁されている利点は、もはや当該導体が不必要となり、その結果、照明パフォーマンスがより良くなり、かつ、高圧放電灯の製造がより簡単になるということである。

第1の好ましい実施例では、外部容量体は、シールの周囲に巻き付かれたワイヤーを備える。第2の好ましい実施例では、外部容量体は、シールの周囲に部分的にそれ自体を固定する弾力体を備える。他の実施例も、もちろん可能であり、かつ、当業者にとって明らかであろう。

本発明による高圧放電灯の好ましい実施例では、内部導電体としては、キャビティを通って延在するフォイルが用いられることである。これは、一方では、シールの構造、および、シールの製造を、かなり簡略化させ、かつ、他方では、電圧が導体に印加されると即座に、強い電場集中がフォイルの縁に形成されるという重要な効果をもたらす。このことは、紫外線エンハンサのブレイクダウンを増強する。

キャビティの充填材のガスの構成は、水銀蒸気と、好ましくはさらに希ガス（たとえば、アルゴン）とを備えることが好ましい。こうすると、相対的に多くの紫外線放射が紫外線エンハンサによって生成されるという効果があり、このことは、特に、急速でかつ信頼性が高いコールド点弧、または、暗い場合の急速な点弧に貢献する。本発明による高圧放電灯の更なる利点は、別個の水銀のドーズが必要ないように見えるということである。このことは、放電容器にその充填材を充填した後に、第1のシールを作成することによって容易に実現可能である。第2の電極の電気的な接続のために、高圧放電灯には、第2の電極へ導電体を貫通するための第2のシールが設けられている。本発明による高圧放電灯を効果的に製造するために、この第2のシールは、第1のシールと同じ構造を有している。

さらに、本発明は、本発明による高圧放電灯が、電灯反射体のホルダーにマウントされていて、当該容量体が、当該ホルダー内に少なくとも部分的にマウントされている、高圧放電灯組立体にも関する。当該高圧放電灯および当該容量体は、セメントによって共に当該ホルダーにマウントされていることが好ましい。その結果、この容量体は、高圧放電灯から放出される光を妨げない。

さらに、本発明は、
第1の電極および第2の電極が、高圧放電灯の動作中に放電が維持されるように配置され、
第1のシールは、前記第1のシールから外部まで延在している第1の外部導電体に前記第1の電極を接続する第1の内部導電体を備え、
かつ、当該第1のシールは、更に、外部容量体によって少なくとも部分的に取り囲まれているガス充填キャビティを備える、
イオン化可能な充填材が放電空間に封入されている石英ガラス放電容器を備える高圧放電灯の製造方法において、
当該外部容量体は、前記第1および第2の電極から電気的に絶縁されていることを特徴とする高圧放電灯の製造方法に関する。

本発明の、これらの、および、他の態様は、以下に記載される実施例から明らかになるであろう。

図1（比例関係は実際とは異なる）は、イオン化可能な充填材が放電空間3に封入されている、ガラス放電容器2が設けられている高圧放電灯1を示す。高圧放電灯1には、第1の電極4と第2の電極40とが、存在し、これらの間には、高圧放電灯1の作動中に放電が拡がる。さらに、高圧放電灯1は、第1のシール5から外部まで突出している金属ワイヤー7に第1の電極4を接続する、フォイル形態の導電体6が組み込まれている第1のシール5を有している。第1のシール5は、第1のガス気密部5aと第2のガス気密部5bとを有し、これらの間には、ガス充填キャビティ10が存在している。ガス充填キャビティ10は、少なくともガス構成の充填材を備える。たとえば、ガス充填キャビティ10は、水銀蒸気とアルゴンとを備える。

第1のシール5は、ガス充填キャビティ10の領域に、第1の外部容量体45を備えている。第1のシール5は、ネック8の領域で、ガラス放電容器2に接続されている。ネック8の領域には、導体43を用いて第1の外部容量体45に電気的に接続されている、第2の外部容量体42が存在する。第2の外部容量体42は、第1の電極4の周囲で、ガラス放電容器2内部の電場を増加させる。第1のシール5は、圧潰シールを構成する。フォイル6は、ナイフエッジを有するモリブデン（Mo）のストリップである。金属ワイヤー7は、たとえば、溶接によって、ストリップ6の一端6aに固着されていて、かつ、第1のシール5およびガラス放電容器2から外部に突出している。第1の電極4の電極ロッド4aは、ストリップ6の他端6bに固着されている。ガラス放電容器2は、第1の電極4の対向側に、第1のものと同様の構造の、第2の電極40、および、第2のキャビティ100、第2のネック80の領域を有する第2のシール50を備える。第2の電極40は、ワイヤー70に接続されている。高圧放電灯1が作動している状態では、第1の電極4と第2の電極40との間に、放電が、拡がる。ここで記述されている実施例では、第1および第2の外部容量体42、45は、導体46を用いて、第2の電極40に電気的に接続されている。こうして、受動直列容量体が、実現される。図2（比例関係は実際とは異なる）は、図1の高圧放電灯1の第1の圧潰シール5を示していて、図2（A）は、ストリップ6を有する第1のシール5の平面図を示し、図2（B）は、ストリップ6を有する第1のシール5の側面図を示している。図2には、第1および第2の外部容量体45、42は、明確化のために示されていない。図3に示される本発明による高圧放電灯1の第1の実施例では、第1の外部容量体45は、キャビティ10の領域で、電気的に絶縁されたワイヤー48の、電気的に絶縁された第1のワイヤー・ループである。これは、第2の外部容量体42を形成するネック8の領域まで、第1のシール5の周囲に数回の巻きで巻きつけられている。この実施例は、単一のワイヤー48から形成される、第1および第2の外部容量体45、42の単純な構造を実現できるので、好都合である。高圧放電灯1は、たとえば、150kHzという電極間の超短波で、作動するので、第1および第2の外部容量体45、42と第2の電極40との間の接続は、ガス入りキャビティ10に亘って必要な電圧を供給するためには不要である。なぜならば、この電圧は、容量結合により第1および第2の外部容量体45、42において、すでに生成されているからである。

高圧放電灯1の好ましい実施例では、第1および第2の外部容量体45、42は、弾力クランプ体として形成されている。図4は、どのようにして第1のシール5がこのような第1の外部容量体45に設けられているかを示している（比例関係は実際とは異なる）。ここに図示されている実施例では、外周が実質的に円形である第1のシール5が、4つの弾力クランプ体44、42'、45'、47によってクランプされている。ガス入りキャビティ10に設置されている第1の弾力クランプ体45'は、第1の外部容量体45を形成する。また、ネック8の領域に設置されている第2の弾力クランプ体42'は、第2の外部容量体42を形成する。第3の弾力クランプ体44は、第1のシール5の第2のガス気密部5bの近くに設置されている。第4の弾力クランプ体47は、第1および第2の弾力クランプ体45'、42'の間に設けられている。各弾力クランプ体44、42'、45'、47は、接続体401、402、403によって相互接続されている。第1のシール5の外周は、ガス入りキャビティ10の部分では、ガス入りキャビティ10が存在するので、その両側よりもいくぶん広い。第4の弾力クランプ体47は、その広い外周のすぐそばに設置されることが好ましい。ここに示される構造には、第1の容量体45'の位置が、外周の差分に起因して、実質的に固定されるという効果がある。更に、各容量体を、別個の高圧放電灯部として作ることができ、かつ、その後に単純な方法で高圧放電灯1にマウントすることができるという効果がある。各弾力クランプ体44、45'、47、42'および各接続体401、402、403は、一構成要素から作成することが好ましい。図5は、一構成要素から作成された各弾力クランプ体44、45'、47、42'および各接続体401、402、403の側面図である。

図示されている実施例による高圧放電灯1を実際に実現するには、高圧放電灯1として、120Wの公称電力を有する高圧水銀放電灯を用いる。高圧放電灯1は、投影目的を意図する場合には、内径が4mmで、第1および第2の電極3、4間隔が1mmのガラス放電容器2を有する。ガラス放電容器2は、水銀ガスと、充填圧力が100ミリバールのアルゴンなどの希ガスとに加えて、更に臭素を備えるイオン化可能な充填材を有している。高圧放電灯1の動作の間、ガラス放電容器2内は、160バールまたはそれ以上の圧力で支配される。ガラス放電容器2は、最大厚が2.5mmの石英ガラスから作成されている。ナイフエッジ・ストリップ6は、金属ワイヤー7が、その一端6aに固定されているモリブデン（Mo）ストリップである。ストリップ6の他端6bには、第1の電極4の電極ロッド4aが、固着されている。高圧放電灯1には、両面に圧潰シール5が設けられていて、各々の圧潰シール5は、長さが28mmである。圧潰シール5の5mmの長さは、ガラス放電容器2を密封してシールするのに十分な長さである。圧潰シール5の残りの長さは、導電体6の空中にさらされている領域での、導電体6の温度を充分に低い値にするために、用いられる。各々の圧潰シール5は、ガス入りキャビティ10、100を有する。各々の圧潰シール5は、放電空間3と該当するガス入りキャビティ10、100との間の長さが7mmである。各々のガス入りキャビティ10、100の長さは、5mmまたはそれよりも更に短い。

第1のシール5は、ガス入りキャビティ10の領域に、第1の外部容量体45を備えている。第1の外部容量体45は、2〜3巻で第1のシール5とガラス放電容器2との間のネック8の領域まで延在するワイヤー巻線形式としており、ネック8の領域では、閉巻線の第2の外部容量体42を形成する。第2の外部容量体42は、放電空間3から1mm〜3mmの間隔を空けて配置されている。このワイヤー48は、直径が0.5mmである。

更に実際に実現するには、第1のシール5は、この場合、ステンレス鋼RVS310と記載されている耐熱素材である、導電体から作成される4つの弾力クランプ体45'、42'、44、47を備える。ガス入りキャビティ10に設置されている弾力クランプ体45'は、幅が3mmである。他の弾力クランプ体42'、44、47は、各々、幅が1mmである。各弾力クランプ体45'、42'、44、47は、幅が2mmの接続体401、402、403によって相互接続されている。弾力クランプ体45'、42'、44、47および接続体401、402、403は、一構成要素の素材から作成されている。

高圧放電灯1の製造は、石英ガラス管から始まり、そこに、シールの製造に寄与するであろう管形部分が、2つの正反対の位置に設けられている容器が、形成される。まず、ナイフエッジ・ストリップ6と、導体と、導体に固着される電極4とを、既知の手法によって設けた後、シール（たとえば、圧潰シール）が、電灯容器に作成される。圧潰シール5は、そこを支配する大気中より低い圧力の影響下で、それが、軟化しかつ流出するように、該当する管形部分を加熱することにより、実現される。この加熱は、導体から電極ロッド4aに向けて移動し、管形部分に対して回転するレーザー光線を用いて行われることが好ましい。しばらくの間、ストリップ6の位置でレーザー光線をさえぎることによって、ガス気密キャビティ10が、実現される。こうして形成されるガス気密キャビティ10は、圧潰シール5の製造の間、管形部分および放電空間3に存在しているガスを含有する。このガスは、概して、石英ガラス管がシールの製造の間に豊富に存在している希ガスである。効果的に製造するために、放電容器の充填材の一部を形成するであろう希ガスは、このために用いられることが好ましいであろう。続いて、放電容器3には、充填材に必要な構成が設けられる。その後、電極が固着されているナイフエッジ・ストリップ6と同上の導体とが、他の管形部分の領域に設けられる。続いて、圧潰シール5は、管形部分を加熱し次いで流すことによって、他の管形部分にも対応する方法で作成される。したがって、こうして形成されたガス気密キャビティ10は、更に、自動的に、ガラス放電容器2に存在している充填材の蒸気、特に、水銀蒸気で満たされる。このことは、満足する起動増強動作のための大きな利点である。こうして形成された圧潰シール5は、圧潰シール5がガス気密キャビティ10を有していない場合のような、質的に、良いシールと同等の構成であることが判明した。上記タイプの実際の高圧放電灯1は、たとえば、放電がガラス放電容器2の第1および第2の電極4、40間で作られる、ガス気密キャビティ10のブレイクダウンを生成するための、たとえば、50kHzの、1〜3ms間の高周波信号形式の電圧である、コールド点弧のための1.5kVの共振電圧を必要とする。これにより、安定した手法で高圧放電灯1が動作するので、放電アークが実質的に、安定する。高圧放電灯1は、たった1分経過するだけで、安定した作動状態に到達する。実質的に同じ高圧放電灯1では、最大ストライク遅延は、120Wに制限されたままの高圧放電灯1のホット・リストライクの間に供給される電力によって、せいぜい60秒後に5kVの高周波信号を用いて、高圧放電灯1のホット・リストライクによる高圧放電灯1の消灯後に、発生する。キャビティ10にシールが1つしかない類似の高圧放電灯の場合には、必要とされる点弧電圧を、20kVとし、それ以外は同じ条件とすればよい。

従来技術の圧潰シールを備える高圧放電灯を示している。 図1の圧潰シールの詳細を示している。 本発明による高圧放電灯の実施例を示している。 弾力クランプ体が設けられているシールを示している。 弾力クランプ体の側面図である。

符号の説明

1 高圧放電灯
2 ガラス放電容器
3 放電空間
4 第1の電極
4a 電極ロッド
5 第1のシール
5a 第1のガス気密部
5b 第2のガス気密部
6 導電体
6a ストリップの一端
6b ストリップの他端
7 金属ワイヤー
8 首領域
10 ガス充填キャビティ
40 第2の電極
42 第2の外部容量体
43 導体
44、42'、45'、47 弾力クランプ体
45 第1の外部容量体
46 導体
48 ワイヤー
50 第2のシール
70 ワイヤー
80 第2の首領域
100 第2のキャビティ
401、402、403 接続体

Claims (9)

1. 第1の電極および第2の電極が存在していて、それらの間で高圧放電灯の動作中に放電が維持され、
   第1のシールは、前記第1のシールから外部まで延在している第1の外部導電体に前記第1の電極を接続する第1の内部導電体を組み込んでいて、
   当該第1のシールは、更に、外部容量体によって少なくとも部分的に取り囲まれているガス充填キャビティを組み込んでいる、
   イオン化可能な充填材が放電空間に封入されている石英ガラス放電容器を有している高圧放電灯において、
   当該外部容量体は、前記第1および第2の電極から電気的に絶縁されていることを特徴とする高圧放電灯。
2. 前記外部容量体は、前記第1のシールの周囲に巻き付かれたワイヤーを備える請求項1に記載の高圧放電灯。
3. 前記外部容量体は、前記第1のシールの周囲に部分的にそれ自体を固定する弾力体を備える、請求項1に記載の高圧放電灯。
4. 前記内部導電体は、前記ガス充填キャビティを通って延在するフォイルである、上記請求項1から3のいずれかに記載の高圧放電灯。
5. 前記ガス充填キャビティのガス充填材は、水銀蒸気を備える、上記請求項1から4のいずれかに記載の高圧放電灯。
6. 上記請求項1から5のいずれかに記載の高圧放電灯が、電灯反射体のホルダーにマウントされており、かつ、当該容量体が、少なくとも当該ホルダー内に部分的にマウントされている、高圧放電灯組立体。
7. 当該高圧放電灯および当該容量体は、セメントを用いて当該ホルダーにマウントされている、請求項6に記載の高圧放電灯組立体。
8. 当該高圧放電灯の前記各電極は、周波数が、少なくとも50kHz、好ましくは約150kHzである共振点弧システムに接続されている、請求項6または7に記載の高圧放電灯組立体。
9. 第1の電極および第2の電極が、高圧放電灯の動作中に放電が維持されるように配置され、
   第1のシールは、前記第1のシールから外部まで延在している第1の外部導電体に前記第1の電極を接続する第1の内部導電体を備え、
   かつ、当該第1のシールは、更に、外部容量体によって少なくとも部分的に取り囲まれているガス充填キャビティを備える、
   イオン化可能な充填材が放電空間に封入されている石英ガラス放電容器を備える高圧放電灯の製造方法において、
   当該外部容量体は、前記第1および第2の電極から電気的に絶縁されていることを特徴とする高圧放電灯の製造方法。
   

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