JP3670025B2 - 高圧ガス放電灯 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、真空密に閉成され、放電スペースを囲む石英ガラス壁を有するランプ容器と；このランプ容器の壁部に埋設され、各々が各外部電流導体に接続された金属箔と；各々が金属箔の各金属箔に接続され、かつ、ランプ容器の壁部から放電スペース内に突出するタングステン電極ロッドと；前記放電スペース内のイオン化充填剤とを具える高圧ガス放電灯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のガス放電灯は、米国特許第４５９４５２９号から既知である。かかる既知の高圧ガス放電灯は、車両のヘッドランプとして用いるのが好適であり、その電極ロッドは、その両端に包絡線状巻線を有し又は有さず、例えばトリエーテッドタングステンで形成されている。
【０００３】
この種放電灯は、附勢された後に安定な作動中に光束の主部分が発生するよう速度に高い要求が課せられている。かかる放電灯は、前の作動期間に起因していまだ暖かい状態にある場合でも点弧し得るようにする必要がある。放電灯は、数ｋＨｚの周波数で数ｋＶの電圧で点弧して、これらの要求に応じるようにしている。
【０００４】
既知の放電灯が短い作動期間後再び頻繁にスイッチオンおよびスイッチオフすると寿命が短くなることを確かめた。したがって、ランプ容器は穴があくようになり、このため充填成分が漏出し、放電灯が最早点弧しなくなるか、あるいはランプ容器に亀裂が生じるようになる。
【０００５】
既知の放電灯の製造に当たっては、密封を１回または数回行って金属箔をランプ壁に封入する。この処理中、石英ガラスは、金属箔、外部電流導体および電極ロッドの存在下で密封を行うべき区域で軟化される。この処理後、ランプ容器を冷却する。線形熱膨張率が比較的高い（ほぼ45×10^-7K ^-1）ため、埋設電極ロッドは、石英ガラス、即ち、少なくとも98重量％のSiO₂含量のガラス（ほぼ６×10^-7K ^-1）よりも一層強く収縮する。このために、電極ロッドの周りに毛管スペースを形成する。金属箔、特にモリブデン箔の周りには、箔形状のためにかかる毛管スペースは形成されない。
【０００６】
既知の放電灯を点弧すると、電極ロッドの温度は、これに高電流が流れるためおよび放電からの熱伝達のために、急激に上昇する。石英ガラスは、かかる温度上昇に瞬時的に追従しない。高温および高膨張率のため、電極ロッドは、石英ガラスと接触し、これに圧力をかけるようになる。この処理中、石英ガラスにはマイクロクラック（微細亀裂）のような損傷が発生し、このマイクロクラックは、次の点弧期間中、数および大きさが増大するようになる。
【０００７】
電極ロッドの周りのスペースを比較的広くすることによって、これらの影響を防止することができ、その結果、密封中容器壁のガラスが電極ロッドに接触するのを防止する。しかし、このように影響を防止する可能性は、必ずしも実際的ではない。その理由は、スペースの温度上昇が比較的低く、作動中このスペースに低い揮発性の充填成分が蓄積され、従って最早放電が生じなくなるからである。斯様に電極ロッドを囲む比較的広いが制限されたスペースを有する放電灯は、ヨーロッパ特許EP 0 206 598-B1 に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許出願US 3 868 528-Aには、主電極および補助電極用の電流供給導体ランプ容器の密封時に互いに封入するようにした金属ハライドランプが開示されている。このランプには、その逆電位および金属ハライドの影響により、密封に失透が生じるようになる。これを防止するために、このランプの電極ロッドを囲むスペースに、比較的低融点でタングステンの線熱膨張率に近い線熱膨張率を有するアルカリ土類アルミノケイ酸塩ガラスを充填する。この場合には、電極ロッドを囲むスペースにケイ酸ガラスを流入しここに保持するために、密封が行われている間中金属箔上に電極ロッドを保持する必要が生じる欠点がある。この場合には、ランプ容器内のイオン化充填物を充分に冷却することができない。この充填は、排気管を経る次のステップで行い、その後排気管を密封する必要がある。しかし、かかる排気管は、発生した光のビーム経路を妨げるようになる。
【０００９】
本発明の目的は、構造が簡単で早期の失敗を軽減するようにした上述した種類の高圧ガス放電灯を提供せんとするにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記壁部内のタングステン電極ロッドが、金属箔の各金属箔に隣接する石英ガラスの周縁コーティングを有し、このコーティングが、前記壁部の石英ガラスに機械的に連結されなくなることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、その電気的特性およびこれによる放電の特性を殆ど変化させることなく電極ロッドの質量を増大する必要がある、という認識に基づくものである。電極ロッドに石英ガラスを被覆することによって、電極ロッドの質量、従ってその熱容量、即ち、１度の温度上昇に必要なエネルギーを増大し、電極ロッドの直径、したがって、その熱コンダクタンスをも増大する。それに対して、その電気的コンダクタンスは増大しない。質量が増大すると、放電灯の点弧中の電極ロッドの温度上昇が小さくなり、したがって、容器壁の石英ガラスは、高温度にさらされ、しかも、埋設金属箔と常時接触しているために膨張し、その結果、電流通過によってこの金属箔に熱が発生する。
【００１２】
本発明高圧ガス放電灯は、極めて容易に製造することができる。例えば、この製造は、少なくとも表面に添加剤例えばThO₂を含む電極ロッドから開始する。外部電流導体を有する金属箔に固定された電極ロッドは、ランプ容器壁に封入して、製造時に、ランプ容器のガラスを局部的に加熱して金属部分と接触せしめるようにする。冷却時には収縮が生じる。この収縮によってガラスに歪みが生じ、これによりガラスにクラックが生じ、電極ロッドの周囲の石英ガラスのコーティングは、このクラックのために容器壁のガラスと機械的に連結されなくなる。
【００１３】
このクラックは、コーティングの表面の歪みが最小となる形状の経路を追従する。すなわち、このクラックは、電極ロッドが放電スペースと隣接する壁部と接触しなくなる箇所において電極ロッドに対し鋭角αで開始し、ほぼ円筒形状に金属箔に向かって走り、電極ロッドに対し鋭角となる箇所で終了する。ランプ容器の真空密な密封は、通常のように金属箔の端部間の区域で行う。電極ロッドが、ランプ容器の外側まで連続し、したがって、これに連結される箇所に金属箔が埋設されていない場合には、ランプ容器は出発時から穴があくようになる。
【００１４】
ある種の個別のランプの被膜が可変長さを有することを確かめた。その理由は、密封が行われる際、ランプごとに変動する箇所で電極ロッドが容器壁と接触しなくなるからである。これは、密封中における石英ガラスの温度変化が小さいことに起因する。
【００１５】
密封を行う際、放電スペースと対向する容器壁部分は、変形を防止するためにできるだけ加熱を少なくする。したがって、密封中の温度勾配が上昇し、この箇所の変化がわずかになる。
【００１６】
密封中、個別の放電灯の密封を行う箇所が、通常よりも高い温度になると、この箇所の石英ガラスが、比較的粘性のあるものとなり、この箇所での電極ロッドの接着はなくなる。したがって、この箇所の石英ガラスは、冷却時に電極ロッドと接触しなくなる。
【００１７】
しかし、コーティングの長さが変化するにもかかわらず、すなわち、コーティングを有する電極ロッドの長手方向の部分の長さが変化するにもかかわらず、本発明の目的が達成されることを確かめた。実際上、真空密に密封を行う石英ガラスに接着する金属箔に隣接する区域では、このコーティングは、高温と、石英ガラスおよび密封中にこの区域を貫通する電流リード線間の密接な接触との結果として達成され、または圧潰密封中の電極ロッドへの圧潰ブロックにより生じる圧力の下で達成される。
【００１８】
コーティングの石英ガラスは、少なくとも電極ロッドの表面に存在するとともに、電極ロッドとコーティングとの間の界面に接着するコーティングの層中に浸透する添加剤のために、電極ロッドへの接着が強くなる。
【００１９】
放電灯の寿命および製造の容易さに加えて、本発明放電灯は、クラックにより生じる電流通過部の幅が極めて狭く、毛管スペースの幅よりも狭い利点を有する。
【００２０】
ヨーロッパ特許出願EP 0 330 268-A1 に開示されている放電灯は、真空密に閉成され、そのタングステンワイヤが、ランプ容器の外側からその壁部を経て内部に直接導入されている。したがって、このタングステンワイヤは、石英ガラスのコーティングを有するが、容器壁は、コーティング端部間で密封され、したがって、コーティングは、容器壁からランプ容器の内外に突出する。このコーティングは、個別に設けられ、両側で鋭角に終端する。このコーティングが金属／ガラス界面に接着する層にトリウムのような添加剤を含むことは重要である。
【００２１】
それにもかかわらず、本発明放電灯の場合のように、箔部分を具える慣例の電流リード貫通部を用いるのが有利である。その理由は、その産業的利用が極めてよく知られているからである。
【００２２】
トリエーテッドタングステンの電極ロッドの場合のように、前記ヨーロッパ特許出願に従って添加剤を電極ロッドのバルク内に存在させる場合には、電極ロッドの表面に添加剤を設けて、石英ガラスが電極ロッドに接着し得るようにする必要がある。この目的のため、先ず、電極ロッドを酸化し、タングステン酸化物を蒸発により除去し、電極ロッドから表皮を除去する。しかし、この表皮に存在する添加剤は、表面に残存する。
【００２３】
或は又、添加剤を、例えば前記ヨーロッパ特許出願に従って懸濁液の形態で電極ロッドの表面に設けることもできる。石英ガラスコーティングを設けると、添加剤は、金属／ガラス界面に隣接する層にコーティングを浸透させ、したがって、電極ロッドへの接着を行う。
【００２４】
前記ヨーロッパ特許出願によれば、添加剤は、例えば、トリウム、ハフニウム、クロム、アルミニウム、チタン、タンタル、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウム、ランタニド、ニオブ、ボロンおよびイットリウムを元素として、或は酸化物または塩の形態で使用することができる。金属／被膜界面のコーティングのガラスに追加の元素を存在させることは、"Ｘ線によるエネルギー分散分析"または"Ｘ線による波長エネルギー分散分析"により"走査型電子顕微鏡"で論証されている。
【００２５】
或は又、少なくとも表面にレニウムを含む電極ロッドで処理を開始することができる。レニウムは、例えば懸濁液として、またはその酸化物あるいは塩の懸濁液として設けられている。酸化物または塩を、例えば2200℃に加熱すると、化合物が解離してレニウムが残存する。或は又、製造を、レニウム１乃至数重量％を含むタングステン／レニウムワイヤで開始し、レニウムが表面に存在するようワイヤが酸化され、タングステン酸化物が蒸発し得るようにする。
【００２６】
表面にレニウムを含むタングステンワイヤは、機械的な連動構成で石英ガラスに強力に接着し、かつ、コーティングが施されたワイヤを、そのコーティングの両端間で石英ガラスランプ容器に直接封入することができる。レニウムが石英ガラス中で金属／ガラス界面に直接接着しないことは論証されている。
【００２７】
或は又、電極ロッドのコーティングを、例えば石英ガラス管により放電灯の製造前の他のステップで設けることができる。
【００２８】
本発明高圧ガス放電灯を、例えば車両のヘッドランプとして、あるいは他の異なる種類の光学系に用いることができる。この目的のため、ランプをランプキャップに固定し、かつ、外側容器で包囲し又は包囲しないようにする。ランプキャップを、反射器と一体に構成し又は構成しないようにする。
【００２９】
金属箔を、壁部のある領域で互いに埋設することができ、また、これらを互いにある距離離間した領域に例えば互いに対向して埋設することができる。
【００３０】
【実施例】
図面につき本発明の実施例を説明する。図面に示す高圧ガス放電灯は、ランプ容器１を有し、このランプ容器は、真空密に閉成するとともに放電スペース３を囲む石英ガラス壁２を有する。各外部電流導体５に接続された金属箔４を、ランプ容器壁に埋設する。
【００３１】
図面に示す例では、0.5 重量％のY₂O₃を含むモリブデンより成る金属箔の各々にタングステン電極ロッド６をそれぞれ接続し、この電極ロッドを、ランプ容器壁から放電スペース内に突出させるようにする。通常のように、金属箔にはフェザー端部を設ける。放電スペースにはイオン化充填物が存在する。
【００３２】
ランプ容器壁２には、少なくとも関連の金属箔の付近にタングステン電極ロッド６を設け、その各々がランプ容器壁２のガラスに機械的に連結されていない石英ガラスの周縁被膜７を有する。
【００３３】
電極ロッド６は添加剤を含み、これを、少なくとも電極ロッド６およびコーティングの界面に接着するコーティング７の層に存在させる。
【００３４】
上記添加剤は、トリウム、ハフニウム、クロム、アルミニウム、チタン、タンタル、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウム、ランタニド、ニオブ、ボロンおよびイットリウムより成る群から選択された元素を含む。
【００３５】
図１および２の電極ロッド６は、トータルで0.01重量％のK,AlおよびSi並びに添加剤としての電極ロッドを経て分布される1.5 重量％のThO₂のような少量のタングステン結晶成長調整手段を具える。タングステン結晶は、その平均の大きさが３×３×10μｍ³ である。この電極ロッド６から表皮を除去して電極ロッドが酸化され、形成された酸化物を除去して、ThO₂が表面に得られるようにする。金属箔４に接続され、これに外部導体５を接続し、本例ではモリブデンより成る電極ロッド６は、ランプ容器壁に部分的に封入されて石英ガラスがこれに融着され、または石英ガラスが圧潰されて圧潰密封を形成し得るようにする。
【００３６】
図面では、ランプ容器を外側容器９で囲むとともにこれに結合する。放電灯は、金属緊締スリーブ10によってランプキャップで把持する。
【００３７】
放電灯は、その充填物を水銀、ヨウ化ナトリウムおよびヨウ化スカンジウム並びにキセノンとし、例えば、キセノンは、室温で７バ−ルの圧力とし、規格電圧での作動中、35W の電力を消費する。
【００３８】
図２に示すように、電極ロッド６には、コーティング７を、少なくともランプ容器１の壁部２内で金属箔４に隣接して設ける。このコーティングは、完全に環状とするとともに、石英ガラス、即ち、ランプ容器１のガラスで構成される。このコーティングは、ほぼ円筒形状であり、金属箔４の付近および電極ロッドがガラスと接触しなくなる区域で傾斜端部を有する。その結果、コーティングの端縁は鋭角αとなる。破線７′は、電極ロッド／被膜境界に接着するコーティング７の層を示す。区域２′のランプ容器壁は、密封中に変形しない。その理由は、製造中のランプ容器には既に前の位置の最終形状が与えられているからである。電極ロッドおよびガラス間の周縁接点は、この位置で密接していない。金属箔およびリッジを設けた箇所２′間の距離の少なくとも１／３の長さを有する電極ロッドの区域では、石英ガラスの温度は、常時放電灯の製造中接点を閉成するのに十分な高さであり、したがって、接着するに充分な高さである。
【００３９】
図示の例では、電極ロッドの厚さは250 μｍであり、被膜の層の厚さはほぼ40μｍである。図から明らかなように、被膜７およびこれを囲むクラックは、電極ロッドおよび金属箔間の溶着部４′または金属箔で終端する。したがって、密封部２は、外部電流導体および電極ロッド６間の区域で真空密となる。
【００４０】
図３では、ランプ容器１を、他の外部容器９′内に封入し、これに連結する。ランプ容器は、各電極ロッド６に接続導体13を経て連結され、中央ピン接点11およびリング接点12を設けたバイヨネット型のランプキャップ８に固定される。電極ロッドは、そのバルク内およびその被膜のガラス内に添加剤として３重量％のY₂O₃を有する。
【００４１】
図４では、ランプ容器１は、外部に導出されるケーブルにおいて接点11′および12′を有する他のランプキャップ８′に封入される。電極ロッド６は、この電極ロッド／被膜境界に接着するコーティング層に、添加剤としてHfO₂を含む。セラミック絶縁体14が、接続導体13の周辺に存在する。
【００４２】
変形例では、図４の放電灯に１重量％のレニウムを分布させたタングステンの電極ロッドを設ける。このレニウムは表面にも存在し、これによって電極ロッドおよびそのコーティングの連結表面構体により石英ガラス被膜および電極ロッド間に強力な接着が得られるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 放電灯の側面図である。
【図２】 図１の放電灯の部分拡大側面図である。
【図３】 ランプキャップを設けた図１の放電灯の側面図である。
【図４】 ランプキャップを設けた図１の放電灯の側面図である。
【符号の説明】
１ ランプ容器
２ 石英ガラス壁
３ 放電スペース
４ 金属箔
５ 外部電流導体
６ 電極ロッド
７ 被膜
７′ 境界
８ ランプキャップ
９ 外側容器
11 中央ピン接点
12 リング接点
13 接続導体
14 セラミック絶縁体

Claims (5)

1. 真空密に閉成され、放電スペースを囲む石英ガラス壁を有するランプ容器と；
   このランプ容器の壁部に埋設され、各々が各外部電流導体に接続された金属箔と；
   各々が各金属箔に接続され、かつ、ランプ容器の壁部から放電スペース内に突出するタングステン電極ロッドと；
   前記放電スペース内のイオン化充填剤と、
   を具える高圧ガス放電灯において、
   前記壁部内の各タングステン電極ロッドが、各金属箔に隣接する石英ガラスの周縁コーティングを有し、このコーティングが、前記壁部の石英ガラスに機械的に連結されなくなり、
   少なくとも前記タングステン電極ロッドとコーティングとの界面に接着するコーティングの層に添加剤を具え、
   前記添加剤が、トリウム、ハフニウム、クロム、アルミニウム、チタン、タンタル、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、ランタン、スカンジウム、ランタニド、ニオブ、ボロンおよびイットリウムより成る群から選択された元素を含む
   ことを特徴とする高圧ガス放電灯。
2. 真空密に閉成され、放電スペースを囲む石英ガラス壁を有するランプ容器と；
   このランプ容器の壁部に埋設され、各々が各外部電流導体に接続された金属箔と；
   各々が各金属箔に接続され、かつ、ランプ容器の壁部から放電スペース内に突出するタングステン電極ロッドと；
   前記放電スペース内のイオン化充填剤と、
   を具える高圧ガス放電灯において、
   前記壁部内の各タングステン電極ロッドが、各金属箔に隣接する石英ガラスの周縁コーティングを有し、このコーティングが、前記壁部の石英ガラスに機械的に連結されなくなり、
   前記タングステン電極ロッドが、少なくともその表面にレニウムを具える
   ことを特徴とする高圧ガス放電灯。
3. 高圧ガス放電灯をランプキャップに保持するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧ガス放電灯。
4. 前記コーティングが、クラックのために前記壁部の石英ガラスに機械的に連結されなくなることを特徴とする請求項１〜３の何れかの項に記載の高圧ガス放電灯。
5. 前記クラックが、前記コーティングの表面の歪みが最小となる形状の経路を追従することを特徴とする請求項３記載の高圧ガス放電灯。

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