JP2008513932A - 動作が改善されたランプ - Google Patents

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Abstract

本発明は、石英容器及び、ハロゲン化物充填物を有する、Hgを含まない高圧放電ランプに関する。このランプは、タングステン及び、0〜0.5質量%のトリウムを有する少なくとも一の電極を有し、少なくとも一のMo含有引き込み線ワイヤ及び/又はホイルを有する。Mo含有ワイヤ及び/又はホイルは、TiO2を有する。本発明のランプは、欧州連合自動車メーカーの繰り返し試験によると、2500時間〜7500時間の寿命を有する。

Description

本発明は、動作中での特性が改善されたランプに関する。
投影又は車のヘッドライトに用いられる今日の高輝度放電(HID)ランプの典型的なものは、希ガス及び水銀で満たされ、並びに大抵の場合にはハロゲン化物充填物で満たされた石英容器からなる。
今日のランプ、特にHIDランプにおいては、水銀の含有量を可能な限り少なくするという要求が高まっている。ランプには水銀が含まれないのが好ましい。しかし、最先端の水銀を含まないランプ又は本質的に水銀を含まないランプを使用するときには、水銀がないことでランプ動作及び特性が劣化する恐れがある。このことは特に、ランプの寿命及び長時間動作について当てはまる。
十分な長寿命動作をするHgを含まない高圧放電ランプは存在する。このようなHgを含まない高圧放電ランプは、たとえば高圧ナトリウムランプのようなもので、セラミックス（多結晶アルミナ）の容器を有する。石英容器で構成されるランプと比較したこれらの種類のランプの問題点は、現在利用可能な多結晶アルミナセラミックスの光散乱特性である。従ってこれらのランプは、投影又は車のヘッドライトのような用途では欠点を有する。
十分な長寿命動作をするHgを含まない高圧放電ランプも存在する。このようなHgを含まない高圧放電ランプは、石英の容器及び、純粋なXe充填物を有する。金属ハロゲン化物充填物で構成されるランプと比較したこれらの種類のランプの問題点は、効率が悪いことである。このことは、入力する電力に対して光出力が小さいことを意味する。これらのランプ効率は、現在の金属ハロゲン化物放電ランプの効率の半分未満である。
欧州特許第1156505号明細書 欧州特許第275580号明細書 国際公開第96/34405号パンフレット 欧州特許第00570068号明細書
従って本発明の目的は、ランプ動作、特にランプの寿命及び長時間動作が改善されたランプの提供である。
上記目的は、石英容器及び、ハロゲン化物充填物を有する、Hgを含まない高圧放電ランプによって実現される。このランプは、タングステン及び0〜0.5質量%のトリウムを有する少なくとも一の電極を有し、少なくとも一のMo含有引き込み線ワイヤ及び/又はホイルを有する。Mo含有ワイヤ及び/又はホイルは、TiO2を有する。本発明のランプは、欧州連合自動車メーカーの反復試験(EU Carmaker cycle test)によると、2500時間〜7500時間の寿命を有する。
本発明では、固有寿命とは特に、63.2%のランプが動作しなくなった後の時間を意味する。この寿命はワイブルプロット(Weibull-Plot)を使用して決定されるのが好ましい。
Hgを含まないとは、本発明では、ランプの充填物が0〜0.5mgのHgを含み、好適には0.3mg以下のHgを含み、最も好適には0.1mg以下のHgを含むことを意味する。
ハロゲン化物充填物とは、本発明では特に、ランプの充填物が少なくとも一の成分を有し、その成分はフッ化物、塩化物、臭化物及びヨウ化物を有する群のうちの一以上の化合物族を有するものであることを意味する。充填物はヨウ化物を有することが好ましい。
石英容器とは本発明では特に以下のものを意味する。
-石英容器が95質量%〜100質量%のSiO2で構成される。及び/又は、
-石英容器がランプ充填物（特に充填ガス及び/又は塩充填物(salt filling)）用の、真空で堅い区画を形成し、かつ/又は石英容器はこのランプ充填物（特に充填ガス及び/又は塩充填物(salt filling)）と直接接する。及び/又は、
-石英容器が特に、後述するように、コンタクトとして引き込み線ワイヤ及び/又はホイルを有する。
発明者たちは、欧州連合自動車メーカーの繰り返し試験(EU Carmaker cycle test)によって2500時間〜7500時間の平均寿命を有するとされる上述のHgを含まない高圧放電ランプを供することによって、現在のランプの用途に対する要求を満たすことが分かった。ランプの固有寿命は3000時間以上が好適で、3500時間以上がより好適で、4000時間以上7500時間以下が最も好適である。
本発明の好適実施例に従うと、ランプは、タングステンを有する少なくとも一の電極を有する。ランプの電極はタングステンベースで、70質量%から100質量%のタングステンを有する。
本発明の好適実施例に従うと、ランプは少なくとも一のMo含有引き込み線ワイヤ及び/又はホイルを有する。Mo含有引き込み線ワイヤ及び/又はホイルは、たとえば特許文献1及び/又は特許文献2から既知である。
本発明の好適実施例に従うと、ランプは、0から0.5質量%のトリウムを有する少なくとも一の電極を有する。少なくとも一であって好適には二の、トリウム含有率の低い電極を使用することによって、他のランプ特性を劣化させることなく、さらなるランプの寿命を改善させることが可能となる。ランプは少なくとも一の電極を有し、その電極は、0から0.3質量%のトリウムを有することが好適で、0.2質量%以下のトリウムを有することがより好適で、0.1質量%のトリウムを有することが最も好適である。しかし電極は、電極棒全体の質量に基づいて、0.08質量%以上のトリウムを有して良い。
電極は二の部分に分割されて良い。その一はシャフトと呼ばれる石英容器内に埋め込まれている部分で、もう一方は電極ヘッドと呼ばれる石英容器に面する部分である。
電極棒の形状である電極シャフトは、50μm〜1000μmの棒の直径を有し、好適には100μm〜500μm、より好適には200μm〜400μmで、最も好適には200μm〜350μmである。
電極がバーナーの内部放電バルブに接合する、すなわち当該バルブによって挟まれている場所までの電極棒の長さは100μm〜10000μmであって良く、好適には1000μm〜5000μmで、最も好適には1500μm〜3500μmである。
電極ヘッドは、最大直径が3000μmの様々な幾何学的形状を有して良い。最大直径は、より好適には100μm〜1000μmで、最も好適には200μm〜450μmである。
二の対向する電極チップ間の距離は、少なくとも0.5mm〜約15.0mmで、好適には1.0mm〜5.0mmで、最も好適には3.0mm〜4.5mmである。
高圧放電ランプは、最も好適には水銀を含まない高圧放電ランプで、当該不活性開始ガスはキセノンであることが好ましい。
本発明の好適実施例に従うと、ランプ充填物は、Na、Sc、Xe、Zn、In及びIのうちの少なくとも一を有する。これはたとえば、NaI及び/又はScI3、及び/又はZnI2及び/又は、InI及び/又はXeを含む充填物を使用することによって実現可能である。
ランプは次の成分を有し、その放電容器の容積あたりに含まれる量（=ランプ内部の濃度）は以下の通りである。
-Na：0.1μg/mm3〜50μg/mm3で、より好適には0.5μg/mm3〜5μg/mm3及び/又は、
-Sc：0.1μg/mm3〜50μg/mm3で、より好適には0.2μg/mm3〜3μg/mm3及び/又は、
-Th：0μg/mm3〜1μg/mm3で、より好適には0μg/mm3〜0.5μg/mm3で、最も好適には0μg/mm3〜0.2μg/mm3及び/又は、
-I：1μg/mm3より多く、150μg/mm3より少なく、より好適には5μg/mm3より多く、50μg/mm3より少ない。
上記の値がナトリウム、スカンジウム、トリウム及び/又はヨウ素の最適濃度の境界値として、本発明に従ったランプ用充填物に使用されるのに十分な能力を発揮する。
ランプの充填は、不活性ガスであるAr雰囲気下において清浄条件で実行されるのが好ましい。
本発明の好適実施例に従うと、Mo含有ワイヤ及び/又はホイルはTiO2を有する、又はTiO2でコーティングされる。Mo含有ワイヤ及び/又はホイルは300ppm〜2000ppmのTiO2を有するのが好ましく、500ppm〜1500ppmのTiO2を有するのがより好ましい。TiO2を有するMo含有ワイヤ及び/又はホイルは、ランプの寿命及び動作特性をさらに向上させることが可能である。しかし、Mo含有ワイヤ及び/又はホイルは、350ppm〜1750ppmのTiO2を有して良く、より好適には400ppm〜750ppmのTiO2を有する。そうすることで、ランプの特性をさらに改善することが可能である。
上述したように、Mo含有ホイルがTiO2を有する場合には、ランプの充填物及び/又は電極のTh含有率は低いことが特に好ましい。この理由は、たとえばThO2のような充填物中のトリウム化合物は、充填物中に存在するヨウ素と反応することでThI4を生成してしまうからである。このThI4はしかし、ランプの内部チャンバから飛び出すように拡散し、Mo含有引き込み線ワイヤ及び/又はホイルへ向かった後、以下の化学式に従って、そのワイヤ及び/又はホイルに存在するTiO2とすぐに反応する。
TiO2+ThI4->ThO2+TiI4
これにより、Mo含有ホイルの劣化を引き起こし、ときにはランプの故障さえ生じさせる。
本発明の好適実施例に従うと、ランプは少なくとも一の電極を有する。その電極は以下の付加的金属を有する。
-0質量%から0.5質量%のトリウム及び/又は、
-0ppmから1000ppmで、好適には1ppm〜500ppm、さらに好適には10ppm〜250ppm、より好適には25ppm〜150ppmで、最も好適には50ppm〜100ppmのK及び/又は、
-0ppm〜200ppmで、好適には1ppm〜100ppm、さらに好適には5ppm〜70ppm、より好適には10ppm〜50ppmで、最も好適には15ppm〜30ppmのAl及び/又は、
-0ppm〜500ppmで、好適には1ppm〜300ppm、さらに好適には10ppm〜200ppm、より好適には25ppm〜150ppmで、最も好適には50ppm〜100ppmのSi及び/又は、
-0ppm〜5ppmで、好適には0.05ppm〜4ppm、さらに好適には0.1ppm〜3ppm、より好適には0.5ppm〜3ppmで、最も好適には1ppm〜2ppmのCr及び/又は、
-0ppm〜30ppmで、好適には1ppm〜25ppm、さらに好適には5ppm〜20ppmで、最も好適には10ppm〜15ppmのFe及び/又は、
-0ppm〜10ppmで、好適には0.1ppm〜8ppm、さらに好適には0.5ppm〜5ppmで、最も好適には1ppm〜4ppmのNi及び/又は、
-0ppm〜5ppmで、好適には0.01ppm〜4ppm、さらに好適には0.05ppm〜3ppm、より好適には0.1ppm〜2ppmで、最も好適には0.5ppm〜1ppmのCu及び/又は、
-0ppm〜500ppmで、好適には1ppm〜300ppm、さらに好適には5ppm〜200ppm、より好適には10ppm〜100ppmで、最も好適には20ppm〜50ppmのMo。
TiO2を有するMo含有引き込み線ワイヤ及び/又はホイルと組み合わせられた、上述の電極に付加した金属は、本発明に従ったランプの寿命を顕著に増大させる。
しかし電極が、80ppm以下のK及び/又は、15ppm以下のAl及び/又は、50ppm以下のSi及び/又は、1ppm以下のCr及び/又は、11ppm以下のFe及び/又は、3ppm以下のNi及び/又は、1ppm以下のCu及び/又は、28ppm以下のMoを有することは可能である。
本発明に従ったランプの放電容器が様々な中空形状を有して良く、たとえば実質的に円柱形状で、次のような特徴を有する。
-放電容器の内径はせいぜい20mmで、好適には1mm〜10mm、さらに好適にはせいぜい5mm、より好適には2mm〜4mmである。放電容器の外径はせいぜい30mmで、好適には1mm〜20mm、さらに好適にはせいぜい10mm、より好適には3mm〜8mmで、最も好適には5.0mm〜7.0mmである。及び/又は、
-放電容器の長さはせいぜい30mmで、好適には1mm〜20mm、さらに好適にはせいぜい15mm、より好適には5mm〜10mmで、最も好適には7mm〜9mmである。
本発明の好適実施例に従うと、ランプの内部冷圧は0.5×105[Pa]から30×105[Pa]で、好適には15×105[Pa]以下である。
本発明に従ったランプは、様々なシステム及び/又は用途での利用を考えて設計されている。様々なシステム及び/又は用途とはとりわけ、店内照明、家庭用照明、車のヘッドランプ又は他の車用照明、強調照明、スポットライト、劇場用照明、コンシューマ向けTVでの用途、ファイバ光学系での用途及び投影光学系がある。
上述の成分又は構成要素、請求項に記載の成分又は構成要素並びに、説明した実施例中で本発明に従って使用される成分又は構成要素は、その大きさ、形状、材料選択及び技術的思想に関して特別な例外はない。例外がないために、関連分野で既知となっている選択基準を制限なく適用できるようになる。
本発明の対象の付加的詳細、特性及び利点は、従属請求項及び、各図及び例に関する説明で開示される。図及び例は、本発明に従ったHIDランプを二例だけ図示している。
[例1]
寿命測定用に、六例の本発明に従ったHIDランプが使用された。各HIDランプは、次の組成及び構成を有する。
電極：電極直径=300μm、棒状で、以下を有する。
80ppmのK、
15ppmのAl、
50ppm以下のSi、
1ppm以下のCr、
11ppm以下のFe、
3ppm以下のNi、
50ppm以下のCu及び、
28ppm以下のMo、
を有する。
MoホイルはTiO2でコーティングされ、以下を有する。
1400ppmのTiO2、
塩充填物、
NaI、ScI3、InI、ZnI2、ThI4
NaI、ScI3、InI、ZnI2、ThI4の含有量は以下である。
NaI：250μg、
ScI3：89μg、
InI：2.5μg、
ZnI2：17μg、
ThI4：10μg、
放電容器、
内径：2.7mm、
外径：6.1mm、
容器長：7.4mm
円柱形状
内部冷圧：10×105[Pa]
ランプの充填物は、不活性ガスであるAr雰囲気下において清浄条件で実行された。HIDランプは、特許文献3で説明されたように製造された。HIDランプは、特許文献4、請求項4及び請求項6で説明された外部バルブで被覆されている。
図1に図示されたワイブルプロットを利用することで、サンプルから固有寿命Tcは、4200時間と測定された。
[例2]
寿命測定用に、六例の本発明に従ったHIDランプが使用された。各HIDランプは、次の組成及び構成を有する。
電極：電極直径=300μm、棒状で、以下を有する。
80ppmのK、
15ppmのAl、
50ppm以下のSi、
1ppm以下のCr、
11ppm以下のFe、
3ppm以下のNi、
1ppm以下のCu及び、
28ppm以下のMo、
を有する。
MoホイルはTiO2でコーティングされ、以下を有する。
1400ppmのTiO2、
塩充填物、
NaI、ScI3、InI、ZnI2、ThI4
NaI、ScI3、InI、ZnI2、ThI4の含有量は以下である。
NaI：185μg、
ScI3：57μg、
InI：2.5μg、
ZnI2：17μg、
放電容器、
内径：2.7mm、
外径：6.1mm、
容器長：7.4mm
円柱形状
内部冷圧：10×105[Pa]
ランプの充填物は、不活性ガスであるAr雰囲気下において清浄条件で実行された。HIDランプは、特許文献3で説明されたように製造された。HIDランプは、特許文献4、請求項4及び請求項6で説明された外部バルブで被覆されている。
図2に図示されたワイブルプロットを利用することで、サンプルから固有寿命Tcは、3950時間と測定された。
測定方法：
ランプの寿命は、欧州連合自動車メーカーのサイクル試験に従って測定された。
欧州自動車メーカーサイクルは、国際電気標準会議IEC60810Ed3“道路を走る自動車用ランプ-性能に関する要求(Lamps for road vehicles-performance requirements)”の付録D.4の公式基準で説明されている。
固有寿命は、63.2%のランプが動作しなくなった後の時間である。この寿命は（例で図示しているように）ワイブルプロットによって決定されるのが好ましい。
本発明に従ったHIDランプの第1例のワイブルプロットを図示している。 本発明に従ったHIDランプの第2例のワイブルプロットを図示している。

Claims (10)

  1. 石英容器及びハロゲン化物充填物を有する、Hgを含まない高圧放電ランプであって、
    タングステン及び0質量%〜0.5質量%のトリウムを有する少なくとも一の電極、並びに、
    少なくとも一のMo含有引き込み線ワイヤ及び/又はホイル、
    を有し、かつ、
    前記Mo含有引き込み線ワイヤ及び/又はホイルがTiO2を有することで、
    欧州連合自動車メーカーの反復試験において2500時間〜7500時間の固有寿命を有する、
    ことを特徴とするランプ。
  2. 電極棒の状態である電極シャフトの直径が50μm〜1000μmで、好適には100μm〜500μmで、より好適には200μm〜400μmで、最も好適には200μm〜350μmであることを特徴とする、請求項1に記載のランプ。
  3. 前記電極がバーナーの内部放電バルブに接合する、すなわち当該バルブによって挟まれている、電極ヘッドと呼ばれる場所までの前記電極棒の長さが100μm〜10000μmであって良く、好適には1000μm〜5000μmで、最も好適には1500μm〜3500μmであり、及び/又は、
    前記電極ヘッドの最大直径が3000μmで、より好適には100μm〜1000μmで、最も好適には200μm〜450μmである、
    ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のランプ。
  4. 前記二の対向する電極チップ間の距離が少なくとも0.5mm〜約15.0mmで、好適には1.0mm〜5.0mmで、より好適には3.0mm〜4.5mmであることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載のランプ。
  5. 前記のランプ充填物が、Na、Sc、Xe、Zn、In、Iの成分のうちの少なくとも一を有することを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載のランプ。
  6. 前記Mo含有ワイヤ及び/又はホイルが300ppm〜2000ppmのTiO2を有することを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載のランプ。
  7. 少なくとも一の電極を有し、
    前記少なくとも一の電極が、
    0ppm〜1000ppmのK及び/又は、
    0ppm〜200ppmのAl及び/又は、
    0ppm〜500ppmのSi及び/又は、
    0ppm〜5ppmのCr及び/又は、
    0ppm〜30ppmのFe及び/又は、
    0ppm〜10ppmのNi及び/又は、
    0ppm〜5ppmのCu及び/又は、
    0ppm〜500ppmのMo、
    を有する、
    ことを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載のランプ。
  8. 前記ランプの内部冷圧が、0.5×105[Pa]〜20×105[Pa]であることを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載のランプ。
  9. 内部のナトリウム濃度が0.1μg/mm3より大きく、かつ50μg/mm3より小さく、及び/又は、
    内部のスカンジウム濃度が0.1μg/mm3より大きく、かつ50μg/mm3より小さく、及び/又は、
    内部のトリウム濃度が0μg/mm3より大きく、かつ1μg/mm3より小さく、及び/又は、
    内部のヨウ素濃度が1μg/mm3より大きく、かつ150μg/mm3より小さい、
    ことを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載のランプ。
  10. 店内照明、家庭用照明、車のヘッドランプ、他の車用照明、強調照明、スポットライト、劇場用照明、コンシューマ向けTVでの用途、ファイバ光学系での用途及び投影光学系の用途のうちの一で利用するために設計された、請求項1から9の1つに記載のランプを有するシステム。
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