JP2005538505A - 無水銀メタルハライドランプ - Google Patents

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セラミック壁部を具えるほぼ円筒状の放電容器であって、内径Ｄｉと内のり長さＬｉと壁厚Ｗｔとを有し、イオン化可能な充填剤が封入された当該放電容器を有する無水銀メタルハライドランプであって、前記放電容器内には放電を維持するための２つの電極が互いに距離ＥＡだけ離れて配置されており、前記充填剤が不活性ガス及び塩を有している当該無水銀メタルハライドランプにおいて、前記内のり長さＬｉが８ｍｍより短く、電極間の前記距離ＥＡと前記内径Ｄｉとの関係がＥＡ／Ｄｉ＞２を満足しており、室温における前記不活性ガスの圧力ＰXeが少なくとも５ｂａｒであり、前記壁厚Ｗｔと前記内径Ｄｉとの関係がＷｔ／Ｄｉ＞０．１５を満足している。

Description

本発明は、セラミック壁部を具えるほぼ円筒状の放電容器であって、内径Ｄｉと内のり長さＬｉと壁厚Ｗｔとを有し、イオン化可能な充填剤が封入された当該放電容器を有する無水銀メタルハライドランプであって、前記放電容器内には放電を維持するための２つの電極が互いに距離ＥＡだけ離れて配置されており、前記充填剤が、Xeとするのが好ましい不活性ガス及びハロゲン化金属を有している当該無水銀メタルハライドランプに関するものである。
これまでの自動車ヘッドライト用の放電ランプの充填剤の多くは水銀(Hg)を有するものである。水銀が環境的に極めて好ましくないことは既知であるため、無水銀のメタルハライドランプを開発しようという多くの試みがなされてきたが、満足な結果は得られていない。これらのランプにおいて水銀は主として電界強度を増大させるために用いられ、その結果として、ランプ電流を低いレベルに維持することができ、従って、電子安定器を簡単で安価なものにすることができる。水銀の代わりの好適で満足できる代替物は未だに見い出されていない。一般的な照明目的に関しては、水銀の代わりにZn又はZnＩを用いる解決手段が既知となっているが、この解決手段は、電極間の距離ＥＡが約３〜５ｍｍであり、通常は２０〜３５Ｗの出力を有する小型の自動車用ランプには適していない。
本発明の目的は、自動車用ヘッドライトに適した効率的で信頼性のある無水銀メタルハライドランプを得ることにある。
大規模な開発及び試験により、満足な結果が得られる手段の組み合わせを確かめた。本発明によれば、放電容器の内のり長さＬｉを８ｍｍより短くし、電極間の距離ＥＡと放電容器の内径Ｄｉとの関係がＥＡ／Ｄｉ＞２を満足するようにし、室温における不活性ガスの圧力ＰXeが少なくとも５ｂａｒ（１ｂａｒ＝１０5 Pa）になるようにし、放電容器の壁厚Ｗｔと内径Ｄｉとの関係がＷｔ／Ｄｉ＞０．１５を満足するようにする。ランプにおける水銀の機能は、キセノンとするのが好ましい高圧の不活性ガス、及び放電容器の極めて小さい直径により少なくとも部分的に代わりに達成されることを確かめた。放電容器は、最冷点温度が充分に高くなるようにできるだけ短くする必要がある。このことにより、約４０〜９０Ｖの十分に高いランプ電圧を得ることができる。放電容器のひび割れや、クリープ、さらには溶融さえ引き起こすおそれのある、壁部の過熱及び壁部内側の大きな温度勾配を防止するために、放電容器の壁部は充分な厚さにする必要がある。
放電容器の円筒状外面の長さＬｏは、少なくとも８ｍｍにするのが好ましいが、より好ましくは少なくとも９ｍｍ、さらに好ましくは少なくとも９．５ｍｍにする。このことにより放電容器の放熱が充分なものとなる。
発光効率のためには、ハロゲン化金属が、NaPrＩのような希土類ヨウ化物を少なくとも４０ｍｏｌ／ｃｍ3 有するようにするのが好ましい。ハロゲン化金属は、２０ｍｏｌ／ｃｍ3 〜１４０ｍｏｌ／ｃｍ3 のZnＩ2 を有するようにするのも好ましい。
内のり長さＬｉは、好ましくはＬｉ＜７．５ｍｍ、より好ましくはＬｉ＜６．８ｍｍ、最も好ましくはＬｉ＜６．２ｍｍにする。ＥＡ／Ｄｉは、好ましくはＥＡ／Ｄｉ＞３、より好ましくはＥＡ／Ｄｉ＞４にする。実際上、ＥＡ／Ｄｉは８より小さくするのが一般的であり、さらに一般的には６より小さくする。Ｗｔ／Ｄｉは、好ましくはＷｔ／Ｄｉ＞０．２０、より好ましくはＷｔ／Ｄｉ＞０．２５、最も好ましくはＷｔ／Ｄｉ＞０．３にする。圧力ＰXeは、好ましくはＰXe＞１０ｂａｒ、より好ましくはＰXe＞１５ｂａｒにする。実際上、ＰXeを２５ｂａｒより大きくしないのが一般的である。
好適例においては、ガスを充填した透明でほぼ円筒状の外側管により放電容器を包囲し、外側管と前記放電容器との間隔は、１ｍｍより短く、好ましくは０．５ｍｍより短くし、放電容器の放熱性、放電容器の壁部内側の熱の分布及び均一性を更に向上させる。また、好適例では、放電容器に被覆領域を設けて最冷点温度を増大させる。
本発明によるランプの上述の及びその他の観点を、図面（実際のものに正比例して描いていない）を参照して代表的な実施例により説明する。
図１は、放電容器３が設けられたメタルハライドランプを示す。この放電容器３は、図２においてより詳細に示されており、放電容器３はセラミック壁部３１を具え、このセラミック壁部は、Xe及びイオン化可能な充填剤を入れた放電空間１１を包囲している。この放電容器３内には、距離ＥＡだけ離された先端部４ａ及び５ａをそれぞれ有する２つの電極が配置されており、放電容器３は、少なくともこの距離ＥＡの領域において内径Ｄｉを有する。
放電容器の両端は、それぞれセラミック突出プラグ３４及び３５により封止されており、これらセラミック突出プラグ３４及び３５は、それぞれ放電容器内に配置された電極４及び５に接続されている電流リードスルー導体４０及び５０をほとんど隙間なく包囲している。この放電容器３は外側管１により包囲されている。これらセラミック突出プラグ３４及び３５の一部並びにこれらに隣接するセラミック放電容器３の部分には、外側被膜４１及び５１が設けられている。さらに、ランプには口金２が設けられている。ランプの点灯状態においては、電極４及び５間に放電が延在する。電極４は、電流導体８を介して、口金２の一部を形成する第１電気接点に接続されている。電極５は、電流導体９及び１９を介して、口金２の一部を形成する第２電気接点に接続されている。電流導体１９はセラミック管１１０により包囲されている。
ランプの放電容器３のイオン化可能な充填剤は、０．６mgのNaPrＩ及び０．１〜０．２mgのZnＩ2 を有する。さらに、この充填剤は、室温で１６ｂａｒの充填圧のXeを有する。
電極先端部間の距離ＥＡは５ｍｍであり、内径Ｄｉは１．２ｍｍであるため、これらの比率ＥＡ／Ｄｉは４．１７になる。放電容器３の壁厚Ｗｔは０．４ｍｍである。放電容器３の内のり長さＬｉは６．０ｍｍであり、外のり長さＬｏは１０ｍｍである。放電容器３並びに突出プラグ３４及び３５の全長は２４．０ｍｍである。電流リードスルー導体４０及び５０の直径は０．５４ｍｍである。
セラミック突出プラグ３４及び３５の一部並びにこれらに隣接するセラミック放電容器３の部分には、Ptの外側被膜が設けられている。これらの外側被膜は、関連する電極先端部から０．２５ｍｍの位置まで延在している。ランプの外側管１は、石英ガラスから形成されている。外側管１の内径は３ｍｍであり、壁厚は２ｍｍである。この外側管１は、室温で１．５ｂａｒの充填圧のＮ2 で充填されている。
ランプの出力は３０Ｗであり、輝度は７８Ｍｃｄ／ｍ2 となる。壁部の最高温度は約１７００Ｋとなる。水平方向で点灯させた放電容器の中央上部から中央下部への温度勾配は１５０Ｋより少なくなる。
図１は、本発明によるランプを示す線図である。 図２は、図１のランプの放電容器を詳細に示す線図である。

Claims (10)

  1. セラミック壁部を具えるほぼ円筒状の放電容器であって、内径Ｄｉと内のり長さＬｉと壁厚Ｗｔとを有し、イオン化可能な充填剤が封入された当該放電容器を有する無水銀メタルハライドランプであって、前記放電容器内には放電を維持するための２つの電極が互いに距離ＥＡだけ離れて配置されており、前記充填剤が不活性ガス及びハロゲン化金属を有する当該無水銀メタルハライドランプにおいて、前記内のり長さＬｉが８ｍｍより短く、電極間の前記距離ＥＡと前記内径Ｄｉとの関係がＥＡ／Ｄｉ＞２を満足しており、室温における前記不活性ガスの圧力ＰXeが少なくとも５ｂａｒであり、前記壁厚Ｗｔと前記内径Ｄｉとの関係がＷｔ／Ｄｉ＞０．１５を満足している無水銀メタルハライドランプ。
  2. 請求項１に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記放電容器の円筒状外面の長さＬｏが、９ｍｍ以上とするのが好ましい少なくとも８ｍｍである無水銀メタルハライドランプ。
  3. 請求項１又は２に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記ハロゲン化金属が、少なくとも４０ｍｏｌ／ｃｍ3 の希土類ヨウ化物を有する無水銀メタルハライドランプ。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記ハロゲン化金属が、２０ｍｏｌ／ｃｍ3 〜１４０ｍｏｌ／ｃｍ3 のZnＩ2 を有する無水銀メタルハライドランプ。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記内のり長さＬｉは、Ｌｉ＜６．８ｍｍとするのが好ましくＬｉ＜６．２ｍｍとするのがより好ましいが、Ｌｉ＜７．５ｍｍである無水銀メタルハライドランプ。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記ＥＡ／Ｄｉは、ＥＡ／Ｄｉ＞４とするのが好ましいが、ＥＡ／Ｄｉ＞３である無水銀メタルハライドランプ。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記圧力ＰXeは、ＰXe＞１５ｂａｒとするのが好ましいが、ＰXe＞１０ｂａｒである無水銀メタルハライドランプ。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記Ｗｔ／Ｄｉは、Ｗｔ／Ｄｉ＞０．２５とするのが好ましくＷｔ／Ｄｉ＞０．３とするのがより好ましいが、Ｗｔ／Ｄｉ＞０．２である無水銀メタルハライドランプ。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記放電容器は、ガスを充填した透明でほぼ円筒状の外側管により包囲されており、この外側管と前記放電容器との間隔は、０．５ｍｍより短くするのが好ましいが、１ｍｍより短くなっている無水銀メタルハライドランプ。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の無水銀メタルハライドランプにおいて、
    前記放電容器には、最冷点温度を増大させるための被覆領域が設けられている無水銀メタルハライドランプ。
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