JP4570304B2 - 高圧放電ランプ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、少なくとも希ガス及びHgを有する充填剤が入れられた放電空間を囲む石英ガラス放電容器を具える高圧放電ランプであって、放電空間内には第１及び第２電極が存在し、ランプ点灯中これら電極間に放電が存在するようになっており、前記高圧放電ランプは、導電体を収容する第１封止部を有し、この導電体は、前記第１電極を、前記第１封止部から外部に突出する金属ワイヤに接続しており、前記第１封止部は第１及び第２気密部を有し、これら第１及び第２気密部間に、気体が充填された空胴が存在している当該高圧放電ランプに関するものである。
【０００２】
上述した種類のランプは国際公開パンフレットＷＯ97/48116号に記載されており、既知である。この既知のランプは、空気中で、すなわち、外側のエンベロープを設けずに点灯させるのに適している。このことは、光学系によりビームを正確に形成するためのランプにとって重要なことである。特に、例えば、プロジェクタや自動車のヘッドライトのような適用分野の場合、外側のエンベロープにより生ぜしめられる光学的な妨害を回避することが重要な役割を奏する。導電体の急激な酸化を回避するには、導電体の温度をこれが空気に曝される領域で比較的低い値となるようにするのが重要である。既知のランプでは、第２気密部を第１気密部から離間させて封止部を長くし、これら第１及び第２気密部間に窒素充填空胴を存在させることによりこの温度の低下を実現している。本明細書及び請求の範囲で、石英ガラスとは、SiＯ₂ 含有量が少なくとも９５％のガラスを意味するものとする。
【０００３】
高圧放電ランプでは、ランプを点弧する際に、点弧遅延が実際上しばしば生じる。ランプがある時間の間暗状態にあった場合には、点灯遅延のおそれが著しく増大する。点弧遅延の発生は大きな欠点となるもので、ある状況の下では、例えば、高圧放電ランプを自動車のヘッドライトとして用いる場合、危険な状況を生ぜしめるおそれがある。
【０００４】
本発明の目的は、上述した欠点を回避した頭書に記載した種類のランプを得る手段を提供せんとするにある。
【０００５】
本発明によれば、頭書に記載した種類の高圧放電ランプにおいて、前記空胴が他の希ガス又は前記充填剤の気体成分又はこれら双方の組合せを有し、前記第１封止部は前記空胴の領域で第１外部アンテナを有していることを特徴とする。
【０００６】
本発明によるランプは、得られた空胴にまたがって電圧を印加すると、得られた第１封止部の安定性を低減させることなく、この空胴がＵＶ放射源として起動促進手段を構成するという利点を有する。このＵＶ放射源をＵＶエンハンサと称する。
【０００７】
ＵＶエンハンサは放電容器にできるだけ近づけて配置するのが好ましいが、このＵＶエンハンサとして適した空胴を第１封止部の第１気密部に設けることにより放電容器の第１封止部の機械的強度に悪影響を及ぼし、従って、このように設けるのは実際上適切でない。光学系のビーム特性を最適にするには、光源の寸法を最小にするのが好ましく、これは第１及び第２電極間の距離をできるだけ短かく選択することにより達成される。その結果、実際に、高い乃至極めて高い点灯圧力がこのようなランプの放電容器内に生じる。従って、この圧力が放電容器の気密封止部に極めて厳しい条件を課する。驚いたことに、ＵＶエンハンサを放電容器から遠く離れた距離に、すなわち第１気密部の後方に配置することにより、ＵＶエンハンサの点弧促進効果を著しく低減させない。
【０００８】
本発明によるランプの有利な例では、前記導電体を、第１気密部、空胴及び第２気密部の長さに亙って延在している箔とする。このようにすることにより、一方では、封止部の構成及び封止部の製造をかなり簡単にし、他方では、電圧を導電体に印加すると直ちに、電界の強い集中が箔のエッジに生じるという重要な利点が得られる。これにより、ＵＶエンハンサにおけるブレークダウンを促進させる。
【０００９】
本発明によるランプにおける第１封止部はつぶれ封止部とするのが好ましい。このようにすると、ガラスが第１封止部の領域でのガラスの流れにより導電体に固着され、気密封止部は内部応力を殆ど有さなくなる。
【００１０】
本発明によるランプの好適例では、第１外部アンテナを第２電極に電気接続する。このようにすることにより、簡単な構成と極めて信頼的な動作とを組合せた直列のパッシブアンテナが得られる。
【００１１】
本発明によるランプの他の有利な例においては、第１封止部をネックの領域で放電容器に連結し、このネックの領域に第２外部アンテナを存在させる。驚いたことに、第２外部アンテナを配置することにより、ランプを消灯させた直後にこのランプを再点弧した場合に生じるおそれのある点弧遅延をかなり減少させることができる。この効果を暖再点弧（ホットリストライク）と称する。構成を簡単にするために、第２外部アンテナを第１外部アンテナに電気接続するのが好ましい。これら第１及び第２外部アンテナは、点弧電圧パルスがこれらのアンテナのみに供給されるアクティブアンテナシステムを構成しうる。パッシブアンテナシステムの場合には、アンテナが一方の電極、好ましくは第２電極に接続されている。アクティブアンテナシステム及びパッシブアンテナシステムの双方の場合、点弧電圧パルスが印加されると直ちに、ＵＶエンハンサ中にほぼ瞬時的なブレークダウンを生ぜしめるのを第１外部アンテナが促進させ、第２アンテナは、ランプの暖再点弧時の点弧遅延を最小にするのに寄与する。空胴は、これに一種類のみの希ガスを入れた場合に、明らかに、ＵＶエンハンサとして機能するようになる。この希ガスは、放電容器の充填剤の一部を成す希ガスとすることができる。しかし、空胴には他の希ガスを入れることもできる。充填剤の気体成分を空胴に入れる場合、その気体成分は水銀蒸気とするのが好ましい。このようにすると、ＵＶエンハンサにより比較的多くのＵＶ放射が発生させられ、このＵＶエンハンサが特に、急速で信頼性のある暖点弧に寄与するという利点が得られる。本発明によるランプの他の利点は、個別の水銀の付与が必要としなくなるということである。この構成は、放電容器にその充填剤を与えた後に、第１封止部を形成することにより、容易に実現しうる。第２電極の電気接続を達成するために、導電体を第２電極に貫通接続するための第２封止部をランプに設ける。本発明によるランプの製造を効率よくするために、この第２封止部を第１封止部と同じ構成にする。
第１及び第２外部アンテナは、例えば第１封止部を囲むように巻装された別々のワイヤ片を以て構成することができる。他の例では、１本のワイヤを、第１及び第２外部アンテナが形成されるように第１封止部を囲むように巻装する。有利な例では、各アンテナを、第１封止部を部分的に囲んで把持する弾性緊締体を以て構成する。
【００１２】
本発明の上述した観点及びその他の観点は以下の実施例に関する説明から明らかとなるであろう。
図１（実際のものに正比例して描いていない）は、イオン化可能な充填剤を入れた放電空間３を囲むガラス放電容器２が設けられた高圧放電ランプ１を示し、この放電空間３内には第１電極４と第２電極４０とが存在し、ランプ点灯中これら電極間に放電が生じ、放電ランプ１は箔の形態の導電体６を収容する第１封止部５を有し、導電体６は、第１電極４を第１封止部５から外部に突出する金属ワイヤ７に接続し、第１封止部５は第１気密部５ａと第２気密部５ｂとを有し、これら気密部間には気体を充填した空胴１０が存在する。この空胴は、少なくとも前記の充填剤の気体成分を有する。例えば、この空胴は水銀蒸気を有する。第１封止部はこの空胴の領域で第１外部アンテナ４５を有する。この第１封止部はネック８の領域で放電容器に連結されている。このネックの領域に第２外部アンテナ４２が存在し、この第２外部アンテナは導体４３により第１外部アンテナに電気接続されている。
【００１３】
第１封止部５はつぶれ封止部を構成する。箔の形態の導電体６は、ナイフエッジを有するMo細条である。金属ワイヤ７は、例えば溶接により、この細条の一端６ａに固着されており、第１封止部及び放電容器から外部に突出する。この細条６の他端６ｂには第１電極４の電極棒４ａが固着されている。第１電極４側とは反対側における、第２電極４０と、空胴１００及びネック８０を有する第２封止部５０との放電容器構造は、第１電極４側と匹敵しうる。第２電極４０はワイヤ７０に接続されている。ランプの点灯状態中、第１及び第２電極間に放電が生じる。上述した実施例では、第１及び第２外部アンテナ４５及び４２が導体４６により第２電極４０に電気接続されている。従って、極めて信頼性のある直列のパッシブアンテナが極めて簡単に実現される。
【００１４】
図２（実際のものに正比例して描いていない）は、図１のランプの第１つぶれ封止部を詳細に示し、図２Ａは細条６を有する第１封止部を平面図で示し、図２Ｂはこれを側面図で示す。図２では、図面を明瞭とするために、アンテナ４５及び４２を示していない。
【００１５】
図３に示す本発明によるランプの他の実施例では、第１封止部５を囲んでネック８まで数巻回巻装してあるワイヤ４８のうちの第１ワイヤループが空胴１０の領域における第１アンテナ４５であり、ネック８におけるワイヤループがアンテナ４２を構成している。本例は、アンテナ４５及び４２と導体４６とを１本のワイヤから形成する簡単な構造が得られる為に、有利である。
【００１６】
ランプの有利な実施例では、アンテナを弾性緊締体として形成する。図４（実際のものに正比例して描いていない）は、第１封止部に上述したアンテナをいかに設けるかを示している。図４に示す例では、周囲がほぼ円形の第１封止部を４つの弾性緊締体が緊締している。空胴の位置にある第１弾性緊締体４５′が第１アンテナを構成し、ネック８の位置にある第２弾性緊締体４２′が第２アンテナを構成している。第１封止部の第２気密部５ｂに接近して第３弾性緊締体４４が位置する。この第３弾性緊締体４４には導体４６が連結されている。弾性緊締体４５′及び４２′間には第４弾性緊締体４７が設けられている。これら弾性緊締体４４、４２′、４５′、４７は連結体４０１、４０２、４０３により相互連結されている。空胴１０が存在する為、第１封止部の周囲は、空胴の両側におけるよりも空胴の位置において幾分大きくなっている。第４弾性緊締体は、この周囲が大きい部分のすぐそばに位置させるのが好ましい。この図４に示す構成には、第１アンテナ４５′の位置が、周囲の大きさの相違による方法で確実に固定されるという利点がある。他の利点は、アンテナをランプとは異なる部品として製造でき、後にランプに簡単に装着しうるということである。弾性緊締体及び連結体は１つの材料片で製造するのが好ましい。図５は、１つの材料片から製造した弾性緊締体４４、４２′、４５′、４７及び連結体４０１、４０２、４０３の側面図を示す。
【００１７】
図示の実施例によるランプを実際に実現するに当っては、ランプを公称出力が１２０Ｗの高圧水銀放電ランプとする。投射目的のこのランプは、内径が４ｍｍで、電極間距離が１ｍｍの放電容器を有する。この放電容器には、水銀及び希ガス、例えば、充填圧を１００ミリバール（１０⁴ Ｐａ）としたアルゴンに加えて臭素をも含有するイオン化可能な充填剤を入れる。ランプの点灯中、放電容器内の圧力は１６０バール（１６０・１０⁵ Ｐａ）以上に達する。放電容器は最大厚が２．５ｍｍの石英ガラスから造る。ナイフエッジを有する細条はMo細条とし、この細条の一端に金属ワイヤを固着する。この細条の他端には、第１電極のタングステン電極棒を固着する。ランプの両側には、それぞれ２８ｍｍの長さのつぶれ封止部を設ける。放電容器をハーメチック封止するには、つぶれ封止部の長さを５ｍｍとすれば充分である。つぶれ封止部の、この５ｍｍを越える長さの部分は、導電体の温度をこれが空気に曝される領域で充分低い値にするのに用いられるものである。各つぶれ封止部には空胴を設ける。各つぶれ封止部で、放電空間と関連の空胴との間の長さを７ｍｍとする。各空胴の長さは５ｍｍとする。
【００１８】
第１封止部の空胴の領域には、この第１封止部と放電容器との間のネックまで２〜３巻回で延在するワイヤ巻線の形態で第１アンテナを設け、ネックにおいてはこのワイヤ巻線によって閉路巻線の第２アンテナを構成する。この第２アンテナは１〜３ｍｍの距離だけ放電空間から離間させる。ワイヤの直径は０．５ｍｍとする。ワイヤは第２電極に電気接続する。
【００１９】
他の実際例では、第１封止部に、導電性で耐熱性の材料、所望の場合には型番RVS310のステンレス鋼より成る４つの弾性緊締体を設ける。空胴の位置にある弾性緊締体の幅は３ｍｍとする。他の各弾性緊締体の幅は１ｍｍとする。これらの弾性緊締体を、幅が２ｍｍの連結体により相互連結する。これらの弾性緊締体及び連結体は１つの材料片から形成する。
【００２０】
ランプの製造者は石英管から製造を開始し、この石英管に容器を形成するとともに、この容器に、その直径方向で対向する位置で管状部分を設け、これら管状部分を封止部の製造に用いる。まず最初に、ナイフエッジを有する細条と、導体と、この導体に既知のように固着された電極とを設けた後に、封止部、例えば、つぶれ封止部をランプ容器に形成する。このつぶれ封止部は、関連する一方の管状部分が軟化し、一般的な大気圧より低い圧力による影響の下で流れ出すようにこの管状部分を加熱することにより実現する。この加熱は、管状部分に対して回転させるレーザビームを導体から電極棒の方向に移動させることにより行なうのが好ましい。このレーザビームを細条の位置である時間の間中断させることにより、気密空胴を実現する。このように形成された空胴は、つぶれ封止部の製造中に管状部分及び放電空間内に存在する気体を有する。この気体は一般に、封止部の製造中に石英ガラス管を洗浄する希ガスである。製造を有効にするために、この洗浄の目的で、放電容器の充填剤の一部を成す希ガスを用いるのが好ましい。次に、放電容器に、充填剤に必要とする構成成分を設け、その後、電極及び同様な導体を固着したナイフエッジ細条を他方の管状部分の領域に設ける。次に、同様にして他方の管状部分を加熱し、従って、管状部分が流れるようにすることにより、この他方の管状部分にもつぶれ封止部を形成する。このようにして形成した空胴にも、放電容器中に存在する充填剤の蒸気、特に水銀蒸気が自動的に充填される。このことは、点灯起動を満足に向上させる上で大きな利点となる。このようにして形成したつぶれ封止部は、これらつぶれ封止部が気密空胴を有しない場合でも、質的に同様に良好な封止部を構成することを確かめた。
【００２１】
上述した種類の実際上のランプは、冷（コールド）点弧に対し１kVの電圧を要し、例えば、空胴中にブレークダウンを生じさせるのに高周波、例えば５０ｋHzの信号の形態の電圧を１〜３ミリ秒要し、その後ほぼ瞬時的に放電容器内で電極間に放電が生じ、続いてこの放電が安定なアーク放電に発達し、ランプが安定に点灯する。ランプは、１分にも満たない間に安定な点灯状態に達する。これと同じ実際上のランプにおいては、このランプを消灯させた後に、多くとも６０秒の５kVの高周波信号によりこのランプを暖再点弧させ、この暖再点弧中に供給される電力を１２０Ｗに制限したままにすると、最大の点弧遅延が生じる。
【００２２】
封止部の１つに空胴を有しない、上述したのと匹敵するランプの場合、他の条件を同じにすると、必要とする点弧電圧は２０kVとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 つぶれ封止部を有する本発明によるランプを示す。
【図２】 図１のつぶれ封止部を詳細に示す。
【図３】 本発明によるランプの他の実施例を示す。
【図４】 弾性緊締体が設けられた封止部を示す。
【図５】 弾性緊締体の側面図を示す。

Claims (10)

1. 少なくとも希ガス及びHgを有する充填剤が入れられた放電空間を囲む石英ガラス放電容器を具える高圧放電ランプであって、放電空間内には第１及び第２電極が存在し、ランプ点灯中これら電極間に放電が存在するようになっており、前記高圧放電ランプは、導電体を収容する第１封止部を有し、この導電体は、前記第１電極を、前記第１封止部から外部に突出する金属ワイヤに接続しており、前記第１封止部は第１及び第２気密部を有し、これら第１及び第２気密部間に、気体が充填された空胴が存在している当該高圧放電ランプにおいて、
   前記空胴が他の希ガス又は前記充填剤の気体成分又はこれら双方の組合せを有し、前記第１封止部は前記空胴の領域で第１外部アンテナを有していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 請求項１に記載の高圧放電ランプにおいて、前記導電体が、第１気密部、空胴及び第２気密部の長さに亙って延在している箔であることを特徴とする高圧放電ランプ。
3. 請求項１又は２に記載の高圧放電ランプにおいて、第１封止部がつぶれ封止部であることを特徴とする高圧放電ランプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧放電ランプにおいて、第１外部アンテナが第２電極に電気接続されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧放電ランプにおいて、第１封止部がネックの領域で放電容器に連結され、このネックの領域に第２外部アンテナが存在していることを特徴とする高圧放電ランプ。
6. 請求項５に記載の高圧放電ランプにおいて、第２外部アンテナが第１外部アンテナに電気接続されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の高圧放電ランプにおいて、前記空胴内における充填剤の気体成分が水銀蒸気を有していることを特徴とする高圧放電ランプ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の高圧放電ランプにおいて、第１外部アンテナが、第１封止部を部分的に囲んで把持している弾性緊締体を以て構成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
9. 請求項８に記載の高圧放電ランプにおいて、各アンテナが、第１封止部を部分的に囲んで把持している弾性緊締体を以て構成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
10. 請求項９に記載の高圧放電ランプにおいて、弾性緊締体が連結体により相互連結され、弾性緊締体及び連結体が１つの材料片から成っていることを特徴とする高圧放電ランプ。

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