JP2008511114A - 反射性のコーティング部を伴うランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、ランプ１０及び自動車のヘッドライトに関する。ランプ１０は、アーク放電を引き起こすためのある距離を隔てて配された電極を伴う放電容器１６を有している。エンベロープ２２は、円筒形状を有し、長手方向にまっすぐに延在するシリンダ壁部を伴う。反射性のバリア部２８は、アーク放電から発せられる光を反射するために上記放電容器を少なくとも部分的に囲んで配されている。最適に集束される反射を得るために、放電容器１６は、アーク５０が本質的にまっすぐであるように構成されている。反射性のバリア部２８もまた、長手方向にまっすぐに延在する。

Description

本発明は、ランプ及び自動車のヘッドライトに関する。

特に、放電タイプのランプは、アーク放電を引き起こすための長手方向にある距離を隔てて配された電極を伴う放電容器と、上記アーク放電から発せられる光を反射するための上記放電容器を少なくとも部分的に囲む反射性のバリア部であって、その少なくとも一部が上記長手方向において上記電極間に配された当該反射性のバリア部とを有する。

このタイプのランプは、ＵＳ−Ａ−６４４５１２９公報から知られている。この公報では、ガス放電ランプ、特に自動車ヘッドランプ用のガス放電ランプについて述べられている。放電容器は、ガラス等から成っている。２つの電極が放電容器の中に延在し、アークギャップを形成する。この放電容器は長手方向の断面において楕円形状を有するように示されており、電極間に形成される放電は弓形形状を有する。放電容器の内側又は外側に塗布されているコーティング部は反射特性を有しており、反射器として用いられ得る。金属のコーティング部が、長手方向において放電容器の中心部にわたって延在するとともに、周方向においては放電容器の下半分にわたって延在している。適切な反射特性を有する金属コーティング部を使用することにより、その他の場合は失われる光が道路を明るくするために用いられ得ることが述べられている。

しかしながら、説明されているタイプのランプは、反射性のコーティング部において反射される光がもはや最適に集束されないランプの発光部をもたらし得るので、複雑な形状の反射器に用いるには全く適していない。

従って、本発明の目的は、ゆるい集束を伴うことなく発せられる光の改善された使用がなされるランプ及び自動車のヘッドライトを提唱することにある。

この目的は、請求項１記載のランプ及び請求項１０記載の自動車のヘッドライトにより解決される。従属請求項は、好ましい形態に関連がある。

本発明は、２つの主要なファクタが集束の劣化の原因となるという考えに基づいている。一方では、先行技術における反射性のバリア部の形状は最適に選択されていない。他方では、反射される際の放電の弓形の形状が、逆の弓形を伴う鏡像を招き、ゴースト像を生成する。

本発明によるランプでは、放電容器は、その内部のアーク放電が本質的にまっすぐであるように構成されている。また、反射性のバリア部が、長手方向にまっすぐに延在する。

本発明によるランプは、通常遮蔽される部分が反射されるので、放電により発せられる光を良好に使用する。同時に、良好な集束が維持される。

上記反射性のバリア部のこの形状は、上記本質的にまっすぐなアーク放電とともに、反射される際に放電の明確な鏡像をもたらす。上記反射性のバリア部は、明確なやり方で長さ全体に沿ってアーク放電からの光を反射するために、長手方向において少なくとも上記シリンダの中心部に配されており、電極まで又は電極を越えて延在し得る。しかしながら、上記バリア部が電極まで完全には及ばず、従って上記電極距離よりも少なく被覆するように該バリア部を配することが好ましい。

本質的にまっすぐなアークを実現するために、上記放電容器は、その方向偏差が制限されるようなシリンダの壁部によりアーク放電が閉じ込められるように構成された特別に選択された内径を有している。ＵＳ−Ａ−６４４５１２９公報において述べられているガラス材料は、一般にアークを閉じ込めるために必要な耐熱性を示さず、これは非常に高温に耐性のある半透明又は透明のセラミック材料、例えばＡｌ_２Ｏ_３により実現され得る。セラミックの円筒形の放電容器を伴うタイプのランプはＵＳ−Ａ−６４０４１２９公報に記載されており、これは参照することにより本明細書に組み込まれたものとする。上記円筒形の放電容器の内径がＤｉにより表され、上記電極間の距離がＥＡにより表される場合、Ｄｉ≦２ｍｍ及びＥＡ／Ｄｉ<５であるように寸法を選択することが好ましい。電極の間隔に対するこの小さな内径は、その形状がまっすぐにされ、好ましくは中心のシリンダの軸に沿って電極間に本質的にまっすぐ伸びるような上記壁部により閉じ込められる放電アークをもたらす。

上記中心軸からの偏差を制限するためにアークを閉じ込めることにより、先行技術から既知の完全に制約のない弓形の形状により生じる集束のロスが極力抑えられる。これに関連して、アーク放電に関連する「本質的にまっすぐな」という用語は、（水平方向に向けられた放電容器の側面から見て）たとえあったとしても最小の湾曲を示すアークを意味する。アークの曲率を測定するために、ここでは、長手方向においてアーク（の輝度分布）の最大輝度に従う中心の曲線を考えることが提案される。この曲線では、上記電極距離の５％、９５％及び５０％に位置する３点を考える。上記アークの湾曲は、ここでは上記最初の２点を通る直線からの上記最後の点の距離として測定され得る。このやり方で測定されるアークの曲率は、０．１ｍｍよりも小さいべきであり、０．０７ｍｍよりも更に小さいことが好ましい。

一般に、上記反射性のバリア部は、多くの異なるやり方で構成され得る。しかしながら、最終的なビームパターンにおける反射光の有用性は、上記アークからのバリア部の距離の増加とともに低下することが考慮されるべきである。従って、ここでは、２つの好ましい形態が提案される。

一方では、上記反射性のバリア部を上記内側エンベロープの外側にコーティング部として与えることが可能である。この場合、上記内側エンベロープの外側面は、長手方向にまっすぐに延在する壁部を有する。上記反射性のコーティング部は、上記壁部の外側面に配される。これは、アーク放電からの非常に小さい距離のために有用な反射パターンを与える。しかしながら、上記コーティング部の材料は、放電容器の高温に耐性がある必要がある。

上記放電容器の壁部が少なくとも大体は断面において円形状であることが一般に好ましいが、これは、アーク放電が円形の中心に配されていない場合に集束のロスを招き得る。多くの場合、まっすぐなアークでさえ電極の中心間に正確には位置せず、対流のために中心から上の方にシフトする。最適な集束に戻すため、上記壁部は、少なくとも上記コーティング部の領域の外側面に特別な構造を有し得る。この構造は、中心からずれたアーク放電の実際の位置に集束される反射を与える。この構造は、アーク放電の場所からの光を同じ場所に反射し返すように配された複数の特別指向面（specially directed surface）を有し得る。上記特別指向面は、平坦であり得る。

他方では、上記反射性のバリア部は、上記放電容器の周りに配された外側エンベロープの内側に設けられ得る。一般に、外側エンベロープは、放電容器を主に酸化から保護するため及び温度分布を均一にするために既に用いられている。上記外側エンベロープは、上記内側エンベロープが長手方向にまっすぐに延在する壁部を有利に含み得る。上記反射性のバリア部は、この内側面にコーティング部として設けられ、有用なビームパターンを保持するために依然としてアーク放電部に十分に近い。外側エンベロープの温度は放電容器の温度ほど高くはないが、上記コーティング部の材料は高温に耐性があることをなお必要とする。

ここでも、アークは放電容器内において中心からずれて位置し得る。上記外側エンベロープの内側面は、円形の断面を有することが好ましい。集束を保つために、上記放電容器は、アーク放電が中心に配されるように外側エンベロープの内部に配される。従って、放電容器内の中心からずれたアークの影響は、放電容器を反対の方向の外側エンベロープ内に中心からずらして配することにより打ち消される。

本発明の発展によれば、上記コーティング部は、非導電性であるか又は絶縁性の被覆部を有し、これは非導電性材料の他のコーティング部として設けられ得る。これは、電流路の一部になるコーティング部の危険性を低下させる。

本発明の他の発展は、周方向において上記反射性のバリア部により覆われるエンベロープの部分に関連している。上記バリア部がシリンダの周りに１８０°よりも少なく広がっていることが好ましく、１４０〜１６５°で広がっていることが最も好ましい。好ましい形態では、上記バリア部は、該バリア部が（断面で見て）１９５°の角度において発せられる光を遮蔽されないままにするように延在し、１９５°全部が半影（half-shading）作用を伴うことなく照明のために用いられ得る。この値は、ランプがヘッドライトの反射器、好ましくは自動車の複雑な形状の反射器内において用いられるべきである場合に有利であることが示された。

以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態が説明される。

図１は、ソケット１２と、アウターシリンダ１４と、アウターシリンダ内の放電容器１６とを有するメタルハライドランプ１０を示している。アウターシリンダ１４は、石英材料から成っている。アウターシリンダ１４の形状は、一般に、円形の断面を有する円筒形である。アウターシリンダ１４の内部はガスで満たされている。

第１の実施の形態に係る放電容器１６が、図２の断面図に詳細に示されている。放電容器１６は円筒形状のセラミックの壁部２２を有しており、このセラミックの壁部は放電スペース２４を囲んでいる。各電極２０の先端部は放電スペース２４に突き出ており、距離ＥＡで互いに対向して配置されている。上記放電容器は、内径Ｄｉを有している。放電容器１６は、セラミックのプラグ２６により両方の端部において封止されている。

このタイプのランプは、例えばＵＳ−Ａ−６４０４１２９公報から広く知られている。従って、材料、動作、放電スペース２４のガスの充填材等のパラメータのようなランプ自体の更なる詳細は、ここではこれ以上議論されない。

上記内径Ｄｉが非常に小さい、例えばわずか１．２ｍｍ又は１．３ｍｍであることが、放電容器１６の固有の特徴である。電極の先端部２０間の距離ＥＡは、３，４又は５ｍｍであり、比ＥＡ／Ｄｉは２．５又は３．０７であって、せいぜい４．１７である。このため、電極２０間のアークは、壁部２２により厳密に制限され、電極の先端部２０間に本質的にまっすぐ広がる。

アークの正確な形状及び位置は、例えば放電容器１６内の圧力、ガス充填材の種類及び加えられる塩のような複数のパラメータに依存する。本発明による「本質的にまっすぐな」アークは、それでもなお非常に小さい湾曲を示す。図５は、アーク５０の湾曲がどのようにして測定され得るかを示している。

アーク５０は、側面においてランプの水平位置で考えられる。勿論、アーク放電５０は鋭いエッジを示さず、輝度分布が考慮される。中心の曲線Ｃは、アーク５０の長さに沿って定められており、最大輝度に対応する。この曲線Ｃに関して、第１の点Ｐ１は電極間の距離ＥＡの５％で規定され、第２の点Ｐ２はＥＡの９５％で規定されている。中心点Ｐｃは５０％として規定されている。Ｐ１，Ｐ２を通る直線からの点Ｐｃの距離は、アークの湾曲の程度（measure）である距離ｄとして規定されている。

湾曲が電極２０の中心軸からの点Ｐｃの距離として規定されないことに注意されたい。これは、多くの場合、アーク５０が電極の中心部から広がるのではなく（本質的にまっすぐに広がるが）上方にシフトするためである。

さて、図２に戻ると、上記放電容器の円筒形の中心部２２は、外側コーティング部２８を有している。コーティング部２８は、反射特性を有しており、アーク放電から発せられる光を反射する。図２〜４において分かるように、コーティング部２８は、円筒形の壁部２２に沿って延在し、電極２０間の中心を伴う上記放電容器の中心部が覆われている。コーティング部２８は、電極２０間の距離ＥＡよりも小さく覆っている。コーティング部２８の減らされた長さは、長手方向において生成される鏡像のサイズを減じるように役割を果たす。鏡像の長さが重要ではない場合には、電極２０間のスペースの端から端までを、又はさらに円筒形の壁部２２の端から端までを越えて覆うことも可能である。

周方向においては、上記コーティング部は、図３の放電容器１６の下側半分の周りに延在しており、より正確には、図４に示されているようにシリンダの周囲の下側半分の１６５°よりも小さく広がる範囲を覆っている。

図４は、また、１９５°に及ぶ領域において照明を与える目的でなぜコーティング部２８が１６５°よりも小さく覆うかも示している。その理由は、アーク５０が断面において一点に集束されず、ある領域に広がることである。１９５°の所望の照明領域内において半影作用を引き起こさないために、コーティング部２８はその分より小さくなっている。

放電容器１６のシリンダの長手方向の中心軸内又はその近くに位置する（ほぼ）まっすぐなアークと、壁部２２の円筒形状との組み合わせは、遮蔽される（<１６５°）方向においてアーク放電から発せられる光がアークに（ほぼ）正確に反射し返される結果をもたらす。従って、放電容器１６から発せられる光は全体で強く集束される。

この特性は、自動車のヘッドライトにランプ２０を用いる際に有利に用いられ得る。上述したランプは、反射器及び投射タイプの両方の自動車のヘッドライトに有利に用いられ得る。

図８は、反射器６２とこの反射器６２の内部に配された上述したタイプのランプ１０とを有する反射器タイプの自動車のヘッドライト６０を模式的な断面図で示している。反射器６２は、複雑な形状の反射器である。すなわち、所望の照明出力パターンを実現するために多数の面素（surface element）の向きを計算することにより反射する内側面が設計されている。

このランプでは、有効な１９５°の方向において直接的にアークから原色光が発せられる。その一方で、コーティング材で覆われた方向に発せられる二次光（secondary light）の部分はアーク、従って有効な１９５°の方向に反射し返される。このやり方では、発せられる光が良好に使用される。また、出力パターンは、強い明／暗カットオフを含み得る。

ランプ１０の下側半分が遮蔽されているので、図８に示されているような完全な、全体として対称の反射器６２を用いる必要がない。代わりに、図８ａに反射器６４により示されているように、反射器の下側半分が省かれ得る。反射器タイプのヘッドランプでは、所望の出力パターンをもたらすために、発せられる光の良好な集束を持つことが非常に重要である。その結果、ここでは、ランプ１０は、反射されるアークの軸方向の長さを制限するために図２に示されているように電極間に専ら部分的に延在するコーティング部２８を持つことが有利である。また、上記コーティング部は、周方向に１６５°よりも小さく延在する。

図８ｂは、投射器タイプの自動車ヘッドランプ６１に用いられるランプ１０を示している。ここでは、所望の出力パターンは、明／暗カットオフを含み、グレアシールド部５８により実現される。

反射器６２は、本質的には楕円形状である。レンズ５６は、道路に光を投射する役割を果たす。図示されているような投射タイプのヘッドランプでは、コーティング部２８が長手方向に更に延在し、また、この場合、明／暗カットオフが反射器タイプのヘッドランプと比較して異なるやり方で実現されるので、遮蔽されない１９５°の領域の正確な値は重要ではない。

放電容器１６のセラミックの壁部２２の外表面に塗布されたコーティング部２８は、ランプの動作温度に対して耐熱性を持っていなければならない。可能な反射性のコーティング部は、反射特性を有する構成においてＳｉＯ_２の幾つかの層を有している。好ましい実施の形態では、ＳｉＯ_２とＺｒＯ_２との３０層又は代替としてＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５との３０層が設けられ、これは、反射性のコーティング部に１２７５℃までの耐熱性を与える。層の数及び層の厚さは、異なる波長に関する所望の反射係数に依存する。

上記の与えられた材料は、非導電性であり、放電容器の外部の電圧破壊の危険性を低下させる。

図６は、放電容器１６の第２の実施の形態を示しており、図４に係る上記第１の実施の形態の変更されたものである。図４に係る上記第１の実施の形態では、アーク放電５０は壁部２２により形成されるシリンダの中心に十分近いように仮定されていた。しかしながら、上述したように、そうではなく、アーク５０は中心からずれて位置し得る。第１の実施の形態（図４）に係る構成では、光がアークに正確に反射されず、アーク自体の近傍に鏡像をもたらすので、これは集束の低下を招く。これは多くのアプリケーションにおいてそれでもなお許容可能であるが、第２の実施の形態は、中心からずれたアーク５０がより良好な集束で反射される特別な構成を提案している。

図６及びより詳細には図６ａの拡大図に示されているように、放電容器１６の壁部２２は複数の平坦な特別有向面４０を有しており、これらは長手方向に延在し、コーティング部２８により覆われた領域に互いに横に並んで配されている。これらの面４０は、それぞれ、円筒形の放電容器１６の中心とは異なるアーク放電５０の実際の位置の中心と対向する方向に設けられている。従って、アーク５０の中心から発せられる光は、集束面４０のそれぞれにおいて発生位置にかなり正確に反射し返される。勿論、正確な中心からのみ光を発するわけではないアークの広がりのために、反射される像は依然としてアーク５０自体よりもわずかに大きい。しかしながら、中心からずれたアーク５０により発生する集束のロスは、適宜に配列された面４０によってある程度打ち消される。このように、上記面４０は、実際のアークの位置に集束される一種のフレネルレンズを形成する。

勿論、中心に配されている電極に対するアークのシフトは重量のためであり、従って、その方向はランプ１０の向きに依存することに注意されたい。しかしながら、ランプは、一般には水平方向である使用するのに適した向きを有しており、集束面４０でアーカイブされる補償は、この好ましい向きに対応する。

セラミックの壁部２２は押し出し成形により生成され得るので、集束面４０の形状は製造中に組み込まれ得る。勿論、代替の実施の形態では、集束面４０は平坦である必要はなく、円の一部分等のように見える。

図７は、本発明の第３の実施の形態に係るアウターシリンダ１４と放電容器１６とを有する図１のランプを通る断面図を示している。

アーク放電５０を伴う放電容器１６は、アウターシリンダ１４の内部に配されている。上記第１及び第２の実施の形態とは異なり、反射性のコーティング部２８は、放電容器１６に配されておらず、アウターシリンダ１４の内側に配されている。

アウターシリンダ１４は、少なくとも放電容器１６を囲む中心部において円筒形状であり、その内側面４２は環状の断面を有している。シリンダ１４の壁部は、内側面４２がシリンダ１４の中心軸と平行に走るように長手方向にまっすぐに延在している。従って、シリンダ１４の内側に配された反射性のコーティング部２８は、上記中心軸に向かって集束される。

従って、放電容器１６内のアーク放電５０から発せられる光は、良好な集束が維持されるよう反射性のコーティング部２８においてその発生位置に反射し返される。アーク部５０が中心からずれて位置している場合、上述した理由のために幾らかの集束のロスが存在する。これは、ある一定のレベルまで依然として許容可能である。しかしながら、図７に係る実施の形態では、放電容器１６をシリンダ１４内に中心からずらして配することにより、この影響が打ち消され、アーク部５０が上記中心軸上で再び終わり、良好な集束を与える。

上記の与えられた補償方法に加えて、又はその代替として、中心からずれたアークを補償するための他の手段が採られ得る。例えば、上記第２の実施の形態と同様に、アウターシリンダは、集束を中心からずれたアークに戻すために内側面４２に補償構造を有し得る。

アウターシリンダ１４の内側面４２に設けられるコーティング部２８は、ディップコーティングとして設けられ得る。可能な材料は、融点が６００℃と１０００℃との間のＮｉ−Ｐ（融点はリン含有量に依存する。）及び更に高い温度に耐性があるＮｉ−Ｗを含んでいる。

この場合にも、特に２５ｋＶのオーダーの高圧の着火ピークに関して、放電容器１６の内部ではなく外側の電圧破壊を避けるために、注意が払われるべきである。これは、電流線とＮｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｗのような導電性のコーティング部との間に十分な距離を与えることにより実現され得る。好ましくは、上記コーティング部は、非導電性であるべきである。しかしながら、上記距離が十分ではない構造において電気伝導性の層２８が用いられる場合、図７に示されているように透明の絶縁性の層４４が設けられ得る。

ランプの側面図を示している。 図１に由来するランプの本発明の第１の実施の形態に係る放電容器の長手方向の断面図を示している。 図２に由来する放電容器の斜視図を示している。 図２に由来する放電容器の断面図を示している。 アーク放電の側面図を示している。 本発明の第２の実施の形態に係る放電容器の断面図を示している。 図６の円Ａの拡大図を示している。 本発明の第３の実施の形態に係るランプの断面図を示している。 自動車ヘッドランプ内の光線の模式図を示している。 自動車ヘッドランプ内の光線の模式図を示している。 自動車ヘッドランプ内の光線の模式図を示している。

Claims (10)

1. アーク放電を引き起こすための長手方向にある距離を隔てて配された電極を伴う放電容器であって、前記アーク放電が本質的にまっすぐであるように構成された当該放電容器と、
   前記アーク放電から発せられる光を反射するための前記放電容器を少なくとも部分的に囲む反射性のバリア部であって、その少なくとも一部が前記長手方向において前記電極間に配されるとともに、長手方向に本質的にまっすぐに延在する当該反射性のバリア部と
   を有するランプ。
2. 前記放電容器は、前記長手方向にまっすぐに延在する壁部を伴う内側エンベロープを有し、
   前記反射性のバリア部は、前記内側エンベロープの外側のコーティング部である
   請求項１記載のランプ。
3. 前記壁部は、少なくとも前記コーティング部の領域においてその外側に複数の特別指向面を有し、各特別指向面は、前記アーク放電から発せられる光が前記アーク放電に反射し返されるように配されている請求項２記載のランプ。
4. 前記放電容器の周りに配された外側エンベロープを更に有し、
   前記外側エンベロープは前記長手方向にまっすぐに延在する壁部を含み、
   前記反射性のバリア部は、前記外側エンベロープの内側面のコーティング部である
   請求項１記載のランプ。
5. 前記内側面の少なくとも一部は円形の断面を有し、
   前記放電容器は、前記アーク放電が前記内側面により形成される前記円形の中心に配されるように前記外側エンベロープに配されている
   請求項４記載のランプ。
6. 前記コーティング部は、導電性ではないか又は絶縁性の被覆部を有する請求項２ないし５のいずれか１項に記載のランプ。
7. 前記アーク放電の長手方向の中心の曲線は、この曲線上の電極距離の５％及び９５％の点を通る直線からの前記中心の曲線の長手方向の中心の距離として測定される湾曲を有し、
   前記湾曲が、０．１ｍｍよりも小さく、好ましくは０．０７ｍｍよりも小さい
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載のランプ。
8. 前記放電容器は、半透明又は透明のセラミック材料よりなる内側エンベロープを有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のランプ。
9. 前記バリア部は、周方向において前記放電容器の周りに１８０°よりも小さく延在し、好ましくは、１９５°の領域内の前記アーク放電から発せられる光が暗くされないような領域に延在する請求項１ないし８のいずれか１項に記載のランプ。
10. 反射器と、
    請求項１ないし９のいずれか１項に記載のランプと
    を有する自動車のヘッドライト。

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