JP2008511956A - 最適化された塩充填物を有する放電ランプ - Google Patents

Abstract

放電ランプは、２つの電極間にアーク放電を発生させるための放電容器を有する。放電容器は、不活性ガス及びメタルハライドを含む。ランプは、前記放電容器を囲む外側エンベロープを更に有する。外側エンベロープは、最大濃度が重量で１０ｐｐｍのカリウムを含む透明物質から形成される。メタルハライドは、放電容器中において、該放電容器の容積に対して３〜６μｇ／μｌ、好ましくは５＋／−０．５μｇ／μｌの量で含まれる。ランプは、改良された長期間ルーメン維持を呈し、正味燃焼時間４０００時間を超える物理寿命を有することができる。

Description

本発明は、放電ランプ及び放電ランプを備えた乗り物用ヘッドライトに関する。

既知の放電ランプは、２つの電極間でアーク放電を発生させるための放電容器を有する。放電容器は、不活性ガス、例えばキセノンと、メタルハライド（塩とも呼ばれる）とを含む。放電容器内に水銀を含む放電ランプと含まない放電ランプとが知られている。光は、電極間の放電によって発生させられる。メタルハライド、特にＮａＩ及びＳｃＩ_３が、発光物質として働く。このような放電ランプは、例えば自動車ヘッドライトにおいて広く用いられている。

米国特許第５４０２０３７号は、水銀と、ヨウ化金属と、不活性ガスとしてのキセノンとが封止充填されたアーク管を備えた放電ランプを示す。この放電ランプは、２０〜５０μｌの容積を持ち、他のエンベロープに囲まれていないアーク管を持つことが示されている。放電容器中の水銀の密度が２０〜４０μｇ／μｌであり、ヨウ化金属の密度が６〜１２μｇ／μｌであり、キセノンガス圧が３〜６ａｔｍであることは、電圧、光束、色温度及び色度に関する良い性能及び均一性を有するアーク管にとって有利であると記載されている。

今日の実際の製品においては、放電容器中に含まれるメタルハライドの量は、通常８μｇ／μｌより上に選択されている。ヨーロッパ特許公開第１１５０３３７号は、水銀フリーメタルハライドランプを示す。このメタルハライドランプは、一対の電極を備えた光透過性放電ランプを含む。この放電ランプは、希ガスと、少なくともナトリウム（Ｎａ）又はスカンジウム（Ｓｃ）を含むメタルハライドとを含むイオン化可能なガス充填物を有する。充填物は、水銀を実質的に含まない。希ガスは、３〜１５ａｔｍの圧力のキセノンである。放電容器中のメタルハライドについては、５〜１１０μｇ／μｌという量が与えられている。光束の速い立ち上がりのためには、メタルハライドの量は３０〜５５μｇ／μｌであるべきである。良好な色の可視光を達成するために、５〜３５μｇ／μｌのメタルハライドの量が提案されている。幾つかの例は、ＮａＩ、Ｓｃｌ_３、ＺｎＩ_２、ＤｙＩ_３、ＴｍＩ_３、ＮｄＩ_３、ＣｅＩ_３、ＨｏＩ_３及びＬｉＩを含む異なった組成からなる塩充填物を示す。放電空間の単位体積当たりの塩の量の正確な値は与えられていないが、例は、通常１０μｇ／μｌを超える、塩充填物の比較的高い量を示している。放電ランプの問題は、耐用期間に亘ってのルーメン出力の損失である。初期値と比較されるルーメン出力の割合で測定される光束維持（lumen maintenance）は、例えば３０００時間の燃焼時間という長期では、４０〜５０％のオーダーの値に低下する。

従って、本発明の目的は、改善された長期光束維持を有する放電ランプ及び乗り物用ヘッドライトを提案することである。

この目的は、請求項１に従う放電ランプ及び請求項９に従う乗り物用ヘッドライトによって達成される。従属請求項は、好適な実施例を示す。

本発明によれば、放電ランプは、放電容器を囲む外側エンベロープを有する。外側エンベロープは、透明物質（例えば石英ガラス物質）でできている。この透明物質は、カリウムを全く含まないか又は非常に少量しか含まず、カリウムの最大濃度は重量で１０ｐｐｍに過ぎない。対応する外側バルブを備えた放電ランプが、米国特許出願第２００３ ００４８０５２号に開示されており、これは、ここに参照によって組み込まれる。

更に、本発明による放電ランプは、３〜６μｇ／μｌの体積濃度のメタルハライドを含む。

放電容器は、水銀を含んでもよい。しかし、放電容器の充填物が水銀を含まないことも可能である。

驚くべきことに、上記の特性を有するランプが、以前に知られていたランプに対してかなり改善された光束維持を持つことが分かった。本発明によるランプにおいては３５００時間後に約６０％の光束維持が観測される一方で、従来技術のランプはこれよりかなり低い光束維持しか示さない。また、本発明によるランプは、改善された物理的寿命を持つことが示され、これは、４０００時間の燃焼時間さえ超えうる。

有利には、放電容器に含まれる塩は、Ｎａ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｃｅ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｎｄ及びＴｈを含む群から選択される物質のハライドである。好適な実施例では、随意にＩｎＩ及びＴｌＩが加えられたＮａＩ及びＳｃＩ_３が提案される。

一般的に、放電容器内の塩の全量が５＋／−０．５μｇ／μｌであることがとても有利であることが分かった。更に好ましい値は、５＋／−０．２５μｇ／μｌである。この値は、同種の多くのランプを考えたときの平均値である。製造において、許容誤差は、約５％〜１０％であり、これは０．４〜０．８μｇ／μｌに対応する。本発明による乗り物用ヘッドライトは、リフレクタと、該リフレクタ内に構成された上述のランプとを有する。リフレクタは、放物線状又は長円形状であってもよいし、代わりに、複雑な形状のリフレクタであってもよい。

以下では、本発明の実施例が、図面を参照して詳細に説明される。

多数の異なったデザインの放電ランプが知られている。以下では、放電ランプが一般的に説明される。しかし、本発明の対象が、放電容器の充填物と特別な外側バルブを備えたランプの構成とにあるのであり、説明される他のデザインの側面は、ここでは例として示されるに過ぎないということは明らかであろう。

図１は、ソケット１２及びバーナ１４を有する放電ランプ１０の側面図を示す。バーナ１４は、放電容器１６と、該放電容器１６の中で電極２２に接続されたリードワイヤ１８とを有する。

放電容器１６は、半透明又は透明な物質、例えばセラミックス又は石英ガラスでできている。放電容器１６の内部は、密封されており、不活性ガスとしてのキセノンの充填物と、以下で説明されるその他の成分とを含む。電極２２に適切な電圧が印加されると、アーク放電が放電容器１６の中で作られる。

ランプ１０は、更に、石英ガラスの外側バルブ２０を有し、これは、放電容器１６の周りに構成される。

石英ガラス物質でできた外側バルブ２０は、特別な組成を有する。これは、非常に少ないカリウム（約５ｐｐｍ）及び少量のナトリウム（約６５ｐｐｍ）を含む。適切なガラス物質の例は、Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｃ．から入手可能であるＶｙｃｏｒである。上述の種類の外側バルブを備えた放電ランプは、米国特許願２００３ ００４８０５２号に開示されている。この文書は、外側バルブ２０の材料の特別な組成に関して参照により組み込まれる。

驚くべきことに、上記の種類の外側バルブを備えたランプは、大幅に長い寿命を示す。

放電容器１６内の充填物は、不活性ガスとして４〜１２ｂａｒのガス圧のキセノンを含む。充填物は、更に、或る量の水銀を含む。最後に、充填物は、或る量のメタルハライドを含む。

本発明の第１の実施例において、放電容器１６の充填物の詳細が、以下に、Ａ１、Ａ２として与えられる。この実施例において、塩の量は５である。比較のため、１０に対応する塩充填物を有する比較例Ｂが試験された。

各実施例について、８つのランプのバッチが作製されテストされた。光束維持試験のため、ランプは、所定のオン・オフ時間を有する標準のサイクルに従ってスイッチ切り替えされた。各ランプについて、ルーメン出力は、正味の燃焼時間に亘って測定され、平均値が、各バッチについて計算された。

図２は、第１の実施例（線Ａ１、Ａ２）に従うランプの２つの独立のバッチの光束維持を、比較例（破線Ｂ）に対する比較で示す。ランプは、３５００時間の正味燃焼時間テストされた。５００、１０００、１５００、２５００及び３５００時間において、ルーメン出力が測定され、光束維持（１００％が、１５時間におけるルーメン出力に対応する）が計算された。

図２は、曲線Ａ１、Ａ２が近いことを示し、これにより、再現性を示している。図２は、また、特に長期間試験（２５００時間、３５００時間）の後のサンプルＡ１、Ａ２の光束維持が、比較例よりも大幅に良好であることを示す。２５００時間において、サンプルＡ１、Ａ２は、それぞれ、７０及び６６％の光束維持である一方で、比較例Ｂは、５２％しかない。３５００時間において、この差は更に大きい。本発明の第２の実施例Ｃにおいて、充填物中における量は同じ（５μｇ／μｌ）だが異なった塩組成を有する塩が試験された。ここでも、比較例Ｄ（１０μｇ／μｌ）が試験された。

図３は、上記の例について、２５００時間までの燃焼時間に対する光束維持を示す。曲線Ｃは、１５００時間の中程度の期間までは比較例Ｄとほぼ同じ光束維持を示すが、大幅に良い長期間光束維持を有する。２５００時間において、第２の実施例Ｃは、約５６％の光束維持を示す一方で、比較例Ｄは４４％の光束維持しか持たない。実験が示したように、メタルハライドの提案された低減は、少なくとも用いられた塩組成では、ルーメン出力を大幅に低下させることはない。上記サンプルについてのルーメン出力は、次のとおりである。

加えて、同じランプ型の他の実施例（即ち、上記と同じ放電容器の形状寸法並びに上記と同じキセノン及び水銀を含む充填物）であって、異なった塩組成を有するものが提案される。しかし、各場合において、塩の量は５μｇ／μｌのままであり、製造誤差は約５％である。

第３の実施例によれば、塩の組成は、次のとおりである。

第４及び第５の実施例によれば、塩の組成は、次のとおりである。

上記の第１から第５の実施例によるランプは水銀を含む一方で、第６の実施例によるランプは水銀を含まない。このランプは、Ｔｈｌ_４及びＺｎｌ_２を含む。

ここでも、第６の実施例によるランプは、３０μｌの容積で、５．５ｂａｒのキセノン及び１５０μｇのメタルハライドで充填された放電容器を持つ。

本発明の上記実施例において、ランプは、かなり改善された光束維持を示した。

従って、本発明による放電ランプ内の塩の低減された量が、改善された長期光束維持につながることが示された。

放電ランプの実施例の側面図を示す。 本発明の第１の実施例によるランプＡ１、Ａ２及び比較例Ｂの燃焼時間に対する光束維持の図を示す。 本発明の第２の実施例によるランプＣ及び比較例Ｄの燃焼時間に対する光束維持の図を示す。

Claims (9)

1. 放電ランプであって、
   −２つの電極間でアーク放電を発生させるための放電容器を備え、前記放電容器は不活性ガス及びメタルハライドを含み、
   −前記ランプは、前記放電容器を囲む外側エンベロープを更に有し、前記外側エンベロープは、最大濃度が重量で１０ｐｐｍのカリウムを含む透明物質から形成され、
   −前記メタルハライドは、前記放電容器中において、前記放電容器の容積に対して３〜６μｇ／μｌの量で含まれる、
   ランプ。
2. 請求項１に記載のランプにおいて、
   −前記放電容器は更に水銀を含む、ランプ。
3. 請求項１に記載のランプにおいて、
   −前記放電容器は水銀を含まない、ランプ。
4. 請求項１又は２に記載のランプにおいて、
   −前記メタルハライドは、前記放電容器中において、前記放電容器の容積に対して５＋／−０．５μｇ／μｌの量で含まれる、ランプ。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のランプにおいて、
   −前記外側エンベロープの前記透明物質は、最小濃度が重量で１０ｐｐｍのナトリウムを含む、ランプ。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のランプにおいて、
   −前記メタルハライドは、Ｎａ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｃｅ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｎｄ及びＴｈを含む群から選択された物質のハライドを含む、ランプ。
7. 請求項６に記載のランプにおいて、
   −前記メタルハライドは、メタルハライドとしてＮａＩ及びＳｃｌ_３を含む、ランプ。
8. 請求項６に記載のランプにおいて、
   −前記メタルハライドは、メタルハライドとしてＮａＩ、Ｓｃｌ_３、ＩｎＩ及びＴｌＩを含む、ランプ。
9. −反射器と、
   −前記反射器内に構成された請求項１乃至８の何れか１項に記載のランプと、
   を有する乗り物用ヘッドライト。

Images