JP4508530B2 - 高圧ガス放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つのネック部及び石英ガラスの気密放電容器を具えるバルブと、前記放電容器内に突入している少なくとも２つの電極と、点灯状態において放電状態となる前記放電容器内の充填物とを有する特に自動車用ランプとする高圧ガス放電ランプに関するものである。このようなランプは、特に、自動車のヘッドライトに用いられる。

この種の高圧ガス放電ランプは、例えば、ドイツ国特許公開第３３４１８４６号明細書に開示されている。このドイツ国特許公開明細書に開示されているガス放電ランプは、水平の点灯位置においても少なくともほぼ直線に延在するアークを有しており、しかも発光効率が高いため、自動車のヘッドライトに好適に用いることができる。このランプは、管状石英バルブを有しており、このバルブ内でそのそれぞれの端部近傍に電極が配置されている。これら電極は、トリエーテッドタングステンワイヤ又はワイヤ上にらせん状に巻装したタングステンワイヤとすることができる。これら電極から管状石英バルブの気密封止部を通って外部に２つの電流供給導体が延在している。これら電流供給導体は、それぞれ、例えば、モリブデン又はタングステンの金属箔と、モリブデンとするのが好ましいワイヤとから構成されている。気密封止部は、例えばつまみ封止により形成されている。管状石英バルブは電極間の中央で１〜３ｍｍの内径Ｄを有する。電極の先端間の距離は３．５〜６ｍｍであり、長さＬ、即ち電極がランプバルブ内に突入している量は０．５〜１．５ｍｍである。ランプは、不活性ガス、水銀及びヨウ化金属のイオン化充填物を収容しており、水銀の量は、ランプのバルブの内径Ｄと、電極の先端間の距離ｄと、長さＬとに応じて決められる。リフレクタ及びフロントガラスを有するヘッドライト内にランプを交換可能に取付け得るように、ランプに口金を設けることができる。ランプは、外側バルブを具えるように、又は具えないように構成することができる。自動車用の高圧放電ランプは欧州特許第０５６２８７２号明細書からも既知である。この欧州特許明細書では、高輝度と、ガス放電のアークの十分な対流安定性とを兼ね具えた放電光源が開示されている。アーク放電の光源は、アークチャンバが形成された放電管を具えており、このアークチャンバは、エネルギが供給されることにより放電状態となり得るガス充填物を含んでいる。少なくとも２つの電極が、アークチャンバ内に突入し、２〜３．５ｍｍの範囲内のアーク距離を有している。このアークチャンバ内に含まれる水銀の量及び放電管の種々の寸法は、ランプ効率を決定する動作電圧と、アークの対流安定性と、放電ランプの構造的な完全性との間の３つの依存性間で折衷が得られるように選択される。

このようなランプを自動車に用いる場合には、放電アークが、リフレクタにより投射されるべき光源を形成するため、放電容器内の放電アークの位置及びその大きさが重要となる。所望の光ビームを路上に形成するためには、光源をできる限り点状にして、できる限り高い輝度を小さい領域に発生し得るようにする必要がある。このことによりリフレクタの設計が改善され、アークをより正確に路上に投射することができるようになる。このことは、リフレクタの代わりに光学的なプロジェクションシステムを具えたヘッドライトにも当てはまることである。点状光源を構成する放電アークは所定の位置にできる限り正確に留まるようにすることも必要である。これら条件は、特に法的規制に基づくものである。既知の自動車用高圧ガス放電ランプには、ガス放電のための充填物中に有毒な水銀が使用されているという欠点もある。

本発明の目的は、アークが小さい領域でより高い輝度を発生するようになっており、自動車のヘッドライトの光源として使用することができる高圧ガス放電ランプを提供することにある。

この目的は、放電容器により、幅が４ｍｍよりも狭く且つ長さが８ｍｍより短い放電空間を包囲し、充填物がＮａＩ、ＳｃＩ₃ 、Ｘｅ、ＺｎＩ₂ を含み、Ｈｇを含んでいない特に自動車用ランプとする高圧ガス放電ランプにより達成される。驚いたことに、充填物中にＺｎＩ₂ を用いることにより、アーク軸の領域においてアークの単位寸法あたり高い輝度をアークが発生することを確かめた。ランプの点灯状態においては、充填物が放電状態にあり、多量の自由なＩ（ヨウ素）が放電容器内に得られ、これによりアークを収縮させ、アーク軸の領域における輝度をより高くする。従来の自動車用ランプが、約１００Ｍｃｄ／ｍ² の輝度を発生していたのに対し、本発明によるランプは、約１５０Ｍｃｄ／ｍ² の輝度を発生する。本発明によるランプにおいて用いられる充填物は、光発生ガス放電に対し水銀（Ｈｇ）を必要としない。従って、環境的な観点からも、このようなランプはきわめて有利である。その理由は、有毒で環境的に有害なＨｇはランプ製造中やランプを廃棄する際に費用のかかる処理を必要とするためである。好ましくは、ランプのバルブを細長状にし、このバルブがネック部としての２つの円筒状部分と、これらネック部の間に設けられたほぼ楕円形状の放電容器とを具え、この放電容器がその中央にほぼ円筒状部分を有するようにする。この場合、電極は一部ランプの外側にあり、ランプの両端から円筒状部分を通って放電容器内へ延在しており、この放電容器内でこれら電極は互いに約４ｍｍの距離に位置している。製造を容易にするために、放電容器を楕円形又は球形とすることができるが、このことは本発明によるランプにとっては全く必須のことではない。むしろ、このランプを自動車に使用し得るようにするための幾何学的条件が満たされるようにすることに注意すべきである。これら条件は、法的規制又は自動車業界により課されている条件であり、これら条件を満たすことにより、本発明によるランプと、自動車のヘッドライトに現在使用されているランプとを相互に交換し得るようになる。これら条件は、特に、ランプの寸法、光が発生される位置（即ちアークの位置）、電気安定器が満足する必要があるランプの電気的データ（例えば電力や電圧）並びにランプの発光効率及び演色評価数Ｒ_a に関するものである。

光は、ＺｎＩ₂ 、Ｘｅ並びにハロゲン化金属ＮａＩ及びＳｃＩ₃ の混合物よりなる放電チャンバ内の充填物のガス放電により発生される。ＺｎＩ₂ を使用することは、アーク電圧降下を十分高く調整する上で必要である。ハロゲン化金属混合物（ＮａＩ及びＳｃＩ₃ ）は、光の発生に明らかに寄与するものであり、これに対し、不活性ガスＸｅは、放電作用の点弧及び始動を向上させるものである。ハロゲン化金属混合物は更に、不純物ガス成分を結合すること（ダートゲッタ）によりランプの寿命を増加させる。さらに、ハロゲン化物ＮａＩ及びＳｃＩ₃ の混合物は、発生される光の色点にも影響を与えるものである。

本発明による高圧ガス放電ランプの有利な変形例を、特許請求の範囲の従属項及び以下の実施例に示す。
本発明による高圧ガス放電ランプのこれらの及びその他の特徴は、以降に記載する実施例を参照した説明により明らかとなるであろう。

図１は、石英ガラスの管状バルブ２と、２つの対向する電極３及び４とを有する高圧ガス放電ランプ１を示す。管状バルブ２の長さは５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある。この管状バルブ２のほぼ中央に放電容器５が配置されている。放電容器５は、管状バルブ２における２個所のつまみ封止部により気密に封止されている。

電極４は、外部接点用の外側電極４１と、モリブデン箔４２と、内側電極４３とから構成されている。もう１つの電極３も同様に構成されている。モリブデン箔４２は、外側電極４１と、管状バルブ２の１箇所のつまみ封止部の領域内に位置している内側電極４３とを相互接続している。内側電極４３は、放電容器５内に突出しており、この放電容器５内で他方の内側電極から約４ｍｍの距離Ｅ_a の位置まで延在している。このようなランプは、自動車のヘッドライトのいわゆるＤ２ランプとして用いられる。

放電容器５は放電空間６を包囲しており、この放電空間６は、符号Ｂで示す幅、即ち直径が２．７ｍｍのほぼ円柱状の中央部を有する。符号Ａで示す放電容器５の外側の幅は約６．２ｍｍであり、符号Ｃで示す放電容器の長さは７．４ｍｍである。放電空間６の容積は、約０．０２７ｃｍ³である。放電空間６は、１００μｇのＺｎＩ₂ と、冷状態（即ち室温）で充填圧が６ｂａｒのＸｅと、ＮａＩ及びＳｃＩ₃ のハロゲン化金属混合物とからなる充填物を有している。一般的にＺｎＩ₂ は圧縮された状態で入手することができるため、充填される量は僅かに変化するだけである。充填物は、ＮａＩとＳｃＩ₃とを約７０：３０の比率で総計約３００μｇのハロゲン化金属混合物を有するため、ＮａＩは約２１０μｇ、ＳｃＩ₃ は約９０μｇとなる。上述した容積の放電空間６では、この充填物は、ほぼ５０μｍｏｌ／ｃｍ³ のＮａＩ及び８μｍｏｌ／ｃｍ³ のＳｃＩ₃ （約６：１のモル比に相当する）並びにほぼ１１μｍｏｌ／ｃｍ³ のＺｎＩ₂ に相当する。上述したＮａＩ及びＳｃＩ₃ の量は、本発明によるランプ１の光技術的な特性に悪影響を及ぼすことなく、関連する製造方法に応じ変えることができる。充填物中のハロゲン化金属混合物は、放電容器５がとり得る平均壁部温度を約１２７０Ｋに制限する。その理由は、これよりも高い温度においては、ハロゲン化金属混合物が、壁部の材料として用いられている石英と化学的に反応するためである。

１００μｇのＺｎＩ₂ の重量は、放電容器内では２．４ｂａｒの分圧に相当する。ＺｎＩ₂ の最大圧力は、ヨウ素原子の電子親和力が高いために引き起こされるアーク収縮（コンストリクション）により制限をうける。アーク収縮は、例えば、自動車のヘッドライトにおける水平ランプの点灯中に、重力によるアーク偏向を引き起こす。このアーク偏向により、アークがリフレクタの軸線外に位置することになるため、ヘッドライトのリフレクタによりアークの投射を不十分なものとする。このことは、プロジェクションシステムを採用しているヘッドライトにも当てはまることである。また、アーク偏向より、放電容器５内の最高温度と最低温度との差をかなり大きくし、このことにより発光効率や色温度のようなランプ１の光技術的特性に悪影響を及ぼす。このような欠点は、ＺｎＩ₂ の分圧が４ｂａｒまでは無視し得るほど小さいことを確かめた。従って、ランプ１は、上述した容積の放電空間６において約５〜２０μｍｏｌ／ｃｍ³ に、即ち約１．２〜３．６ｂａｒの分圧に相当することになる５０〜２００μｇの範囲の量のＺｎＩ₂ を有するのが好ましい。既知のランプにおけるＨｇの分圧が約２５ｂａｒであるのと比べてバッファーガスＺｎＩ₂ の分圧は低いため、本発明によるランプ１は、動作電圧Ｕ_B ＝３９〜４５Ｖで点灯する。動作電圧が低下したことにより、ランプ電流は約０．８〜１Ａまで上昇させる必要がある。

一例では、ランプ１に、３９Ｗの電力で４２Ｖの動作電圧を与え、その結果、ランプ電流を約０．９Ａとする。上述した電極３及び４により、ランプ電流を明確に高くすることができる。内側電極４３はタングステンワイヤから構成されている。タングステンピン４３は、放電容器５内で約０．２５ｍｍの直径を有しているが、導電性を向上させるためにこの直径を約０．４ｍｍまで増大させることができる。１００μｇの量のＺｎＩ₂を用いることにより、アーク収縮を僅かにし、輝度を約１５０Ｍｃｄ／ｍ² まで増大させる。ランプ１の光技術的な数値としては、発光効率が約９０ルーメン（ｌｍ）／Ｗ、演色評価数Ｒ_a が６８、発生した光の色温度Ｔc が約４３００Ｋ、放電容器５の平均壁温度が約１２７０Ｋである。従って、ランプ１は、自動車のヘッドライトの光源として用いるために必要な条件を満たしており、既知のＤ２ランプに代わるものとして使用することができる。

本発明による、自動車のヘッドライトとして使用される高圧ガス放電ランプを示す線図である。

Claims (9)

1. 少なくとも２つのネック部及び石英ガラスの気密放電容器を具えるバルブと、
   前記放電容器内に突入している少なくとも２つの電極と、
   点灯状態において放電状態となる前記放電容器内の充填物と
   を有する高圧ガス放電ランプにおいて、
   前記放電容器により、幅が４ｍｍよりも狭く且つ長さが８ｍｍより短い放電空間を包囲し、前記充填物がＮａＩ、ＳｃＩ_３、Ｘｅ、ＺｎＩ_２を含み、Ｈｇを含んでいなく、
   前記放電空間の容積が０．０２５〜０．０３ｃｍ ³ の範囲にあり、
   前記充填物が、２００〜２２０μｇのＮａＩと、８０〜１００μｇのＳｃＩ _３ と、室温で約６ｂａｒの充填圧のＸｅと、５０〜２００μｇのＺｎＩ _２ とを含む高圧ガス放電ランプ。
2. 少なくとも２つのネック部及び石英ガラスの気密放電容器を具えるバルブと、
   前記放電容器内に突入している少なくとも２つの電極と、
   点灯状態において放電状態となる前記放電容器内の充填物と
   を有する高圧ガス放電ランプにおいて、
   前記放電容器により、幅が４ｍｍよりも狭く且つ長さが８ｍｍより短い放電空間を包囲し、前記充填物がＮａＩ、ＳｃＩ _３ 、Ｘｅ、ＺｎＩ _２ を含み、Ｈｇを含んでいなく、
   前記充填物が、４５〜５５μｍｏｌ／ｃｍ ^３ のＮａＩと、７〜９μｍｏｌ／ｃｍ ^３ のＳｃＩ _３ と、室温で約６ｂａｒの充填圧のＸｅと、５〜２０μｍｏｌ／ｃｍ ^３ のＺｎＩ _２ とを含む高圧ガス放電ランプ。
3. 請求項１又は２に記載の高圧ガス放電ランプにおいて、前記電極がタングステンワイヤから構成されていることを特徴とする高圧ガス放電ランプ。
4. 請求項１又は２に記載の高圧ガス放電ランプにおいて、点灯状態において、６０Ｖより低い動作電圧が当該ランプに印加されるようになっていることを特徴とする高圧ガス放電ランプ。
5. 請求項１又は２に記載の高圧ガス放電ランプにおいて、点灯状態において、３９〜４５Ｖの範囲内の動作電圧が当該ランプに印加されるようになっていることを特徴とする高圧ガス放電ランプ。
6. 請求項１又は２に記載の高圧ガス放電ランプにおいて、点灯状態での当該ランプの消費電流が０．８〜１．０Ａの範囲内であることを特徴とする高圧ガス放電ランプ。
7. 請求項１又は２に記載の高圧ガス放電ランプにおいて、点灯状態での当該ランプの消費電力が３５〜４０Ｗの範囲内であることを特徴とする高圧ガス放電ランプ。
8. 請求項１又は２に記載の高圧ガス放電ランプにおいて、当該ランプの発光効率が少なくとも８５ルーメン／Ｗであり、且つ演色評価数が６２〜７２の範囲内であることを特徴とする高圧ガス放電ランプ。
9. 請求項１又は２に記載の高圧ガス放電ランプにおいて、前記充填物が、２．４ｂａｒのガス圧力に相当する１００μｇのＺｎＩ_２を含むことを特徴とする高圧ガス放電ランプ。

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