JP4693995B2 - メタルハライドランプ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、放電空間を囲むセラミック壁を有する放電容器を備えるようなメタルハライドランプに係り、ＸｅとＮａＩ及びＣｅＩ_３を伴うイオン化可能な充填剤とを含む上記放電空間には、相互間隔ＥＡの先端を持つ２つの電極が配置され、上記放電空間が少なくとも距離ＥＡにわたって内径Ｄｉを有するようなメタルハライドランプに関する。
【０００２】
【背景技術】
冒頭の段落で述べた種類のランプは、国際公開第WO98/25294-A（出願人整理番号：PHN16.105）から既知である。該既知のランプは、高発光効率と良好な色特性（なかでも、平均演色評価数Ｒａは４０ないし６５の間であり、色温度Ｔｃは２６００ないし４０００Ｋの間である）とを有し、公共照明用の光源として非常に適している。このランプにおいては、Ｎａハライドがランプの充填成分として使用され、Ｎａ−Ｄ線におけるＮａ放出の拡幅及び戻りが生じる場合に許容可能な演色が可能であるという認識が利用されている。この効果は、例えば１１７０Ｋ（９００℃）という放電容器内での最冷点Ｔ_ｋｐの高温度を要する。Ｎａ−Ｄ線の逆転及び拡幅は、これらの線が、相互間隔Δλで２つの極大を持つスペクトル内の放出バンドの形態を呈するようにさせる。
【０００３】
Ｔ_ｋｐが高い値を有さねばならないという要件は、放電容器の壁としての石英及び石英ガラスの使用を排除し、放電容器の壁用にセラミック材料の使用を必要とする。
【０００４】
本説明及び結論におけるセラミック壁は、例えばサファイアの密に焼結された多結晶Ａｌ_２Ｏ_３又はＹＡＧのような金属酸化物からなる壁と、例えばＡｌＮのような金属窒化物からなる壁との両方を意味すると理解される。
【０００５】
上記既知のランプは、許容可能な演色を有するのみならず、非常に高い発光効率を有している。この目的のための上記放電容器の充填物は、Ｎａハライドに加えて、セリウムヨウ化物（Ce iodide）を含む。上記放電容器は、更に、Ｘｅを含む。
【０００６】
上記既知のランプの欠点は、比較的広い電極相互間隔、従って非常に長尺な形状を有し、これが当該ランプを発生された光の正確な収束が必要とされる光学的用途にあまり適さないようにしてしまう点にある。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的は、上記欠点が除去されるような対策を提供することにある。
【０００８】
本発明によれば、冒頭の段落で述べたような種類のランプが、この目的のために、Ｄｉ≦２mmであり、且つ、ＥＡ／Ｄｉ＜５なる関係に従うことを特徴とする。
【０００９】
本発明によるランプは、放電容器が非常に小さな寸法を有し、これが当該ランプを自動車用のヘッドランプ内に使用するのに非常に適したものにするという利点を有している。電極間隔、従って放電アーク長と比較して小さい内径のため、放電アークは放電容器壁により閉じ込められ、これにより該放電アークは自動車ヘッドランプ用の光源として使用するのに適したように充分に真っ直ぐな形状を有する。内径Ｄｉ≦２mmは、自動車に使用するのに必要な鋭いビーム輪郭を、該輪郭に直に隣接した高輝度の小スポットとの組み合わせで実現するために本質的に重要であることが分かった。好ましくは、Ｄｉ≦１.４mmとする。このような非常に小さな内径は、当該ランプを、複雑な形状のヘッドランプにおける光源として使用するのに特に適したものとさせる。斯様なヘッドランプの利点は、充分に鋭いビーム輪郭を実現するために発生されるべき光ビームの形成に別個のパッシング・ビーム用キャップが必要とされない点にある。しかしながら、上記Ｄｉは２０００時間なる最小スイッチング寿命を実現することができるように大きく選定される。好ましくは、ＥＡ／Ｄｉ＞２.７５なる関係にも従うようにする。このようにして、光学的活性源の充分に小さな寸法を維持しながら、ＥＡに対する充分に大きな値も実現することができるようになる。本ランプは、内径Ｄｉが１.４＜Ｄｉ≦２なる関係に従うように選定される場合に、ヨーロッパ式パッシング・ビームを備えるヘッドランプに使用するのに特に適している。ここでは、電極先端間で放出される光の一部を、当該電灯により形成されるビームが近づいてくる交通の目をくらませるのを防止するように遮断するようなパッシング・ビーム用キャップが、通常、使用されるであろう。
【００１０】
上記光源の光学的寸法は、更に、上記壁厚の適切な選択により有利に影響される。これは、好ましくは、上記セラミック放電容器の壁が、少なくとも上記距離ＥＡにわたって最大で０.４mmなる厚さを有するように選択される。上記ランプが複合形状電灯として働く場合は、上記放電容器の壁厚は、好ましくは、最大で０.３mmであろう。セラミック壁材料は、通常は、それ自体に強く光を散乱させる特性を有しているが、ここでは、有利には、白熱コイルを備える既存のヘッドランプの通常の寸法と比肩し得る光学的寸法を有するような光源が実現される。
【００１１】
放電内に充分に高い濃度のＮａ及びＣｅが存在して、高発光効率及び良好な色特性を達成することが必要であり、これら特性はΔλの値に現れる。Δλの値は、特に、ＮａＩ：ＣｅＩ_３なるモル比及びＴ_ｋｐのレベルに依存する。本発明にようるランプにおいては、少なくとも３nmなるΔλの値が必要であることが分かった。好ましくは、Δλの値は≦６nmとする。
【００１２】
更なる実験は、当該ランプの放電容器にとり、１２０Ｗ／cm^２以下の壁負荷を有することが望ましいことを示した。ここで、上記壁負荷は、当該ランプの出力と、上記放電容器壁における上記電極先端間に位置する部分の外側表面との商として定義される。これにより、ランプ動作中に上記放電容器の最大壁温度を制限された状態にしたままで、同時に、Δλの所要の高い値を実現することができるようになる。１２０Ｗ／cm^２より高い壁負荷値の場合に上記放電容器に発生する温度及び圧力は、当該放電容器の壁を腐蝕する化学作用がランプ寿命の許容することができないような短縮を生じさせる。加えて、当該ランプの点弧後の加熱及び消灯後の冷却の間における温度勾配から結果として特に生じる熱応力は、ランプ寿命の許容することができないような短縮の原因となる。
【００１３】
本発明によるランプの有利な実施例においては、上記放電容器は一端においてセラミック突出プラグにより閉成され、該セラミック突出プラグの一部と上記セラミック放電容器の隣接部分とには外部被覆が設けられる。これにより、一方においては上記充填剤におけるヨウ化物塩の良好な温度制御、従って高い温度が、他方においては鋭いビーム輪郭を実現するには極めて好ましいような、上記電極先端の背後で放出する光の遮断が達成される。Ｐｔが上記被覆用の材料として極めて好適であることが分かった。他の利点は、電極背後の壁の黒化が当該ランプの光束出力に影響しないことにある。複雑な形状の電灯に適したランプには、好ましくは、両端において外側被覆が設けられる。放電容器の口金側の端部における被覆だけで充分ではあるが、両端における被覆の配置により該放電容器の対称的な構成が達成される。これは、放電容器の製造おいて及び当該ランプの後続の装着の間の両方において大きな利点となる。上記被覆は、好ましくは、上記電極先端から少なくとも０.５mmのところまで、上記セラミック放電容器上に延在するようにする。一方、該被覆は好ましくは上記電極先端を越えて延在しないようにする。何故なら、これは当該ランプの光束出力に悪影響を与えるからである。
【００１４】
本発明によれば、モル比ＮａＩ：ＣｅＩ_３は２ないし２５の間にある。２より低い比の場合は、一方においては発光効率が許容することができない程低くなり、他方においては当該ランプにより放射される光が過度の量の緑を含んでしまう。この場合、例えば上記放電容器のイオン化可能な充填剤への塩の追加による光の色の補正は、発光効率の低下によってしか可能ではない。しかしながら、上記比が２５より高い場合は、当該ランプの色特性に対する上記Ｃｅの影響は、これら特性が既知の高圧ナトリウムランプのものと類似するように小さい。自動車ヘッドランプとして使用されるべき場合は、該ランプが少なくとも３０００Ｋ、好ましくは３５００Ｋと４５００Ｋとの間の色温度Ｔｃで光を放射することが望ましいことが分かった。ＮａＩ−ＣｅＩ_３により達成可能な色温度値を上昇させるために、例えば上記イオン化可能な充填剤にＣａＩ_２及びＤｙＩ_３を、例えば分子百分率４７Ｎａ、７.７Ｃｅ、３９.２Ｃａ及び６.１Ｄｙで添加することも可能である。
【００１５】
Ｘｅは、高充填圧で上記放電容器のイオン化可能な充填剤に加えられる。ここで、該Ｘｅは当該ランプの点弧直後の速い光束出力を保証する。希ガスの充填圧の選択は、加えて、放電容器の熱平衡、従って当該ランプの有効寿命に影響する。10,000スイッチング動作のランプ寿命を達成するには、少なくとも５barの圧力が必要であることが分かった。好ましくは、上記充填圧は７barないし２０bar、もっと特定的には１０barから２０barの範囲内にあるものとする。これにより、20,000又はそれ以上のスイッチング動作のスイッチング寿命を実現することが可能となる。
【００１６】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明によるランプの上記及び他の特徴を、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、放電容器３を備えるメタルハライドランプを示している。該放電容器３は図２に更に詳細に示され、該容器はＸｅと、ＮａＩ及びＣｅＩ_３を伴うイオン化可能な充填剤とを含む放電空間１１を囲むようなセラミック壁３１を備えている。該放電容器内には相互間隔ＥＡを持つ先端４ａ、５ａを備えた２つの電極が配置され、該容器は少なくとも上記相互間隔ＥＡの領域においては内径Ｄｉを有している。
【００１８】
上記放電容器は両端においてセラミック突出プラグ３４、３５により各々閉じられ、該プラグは上記放電容器内に配置された電極４、５に対する各電流貫通導体４０、５０を狭い相互間隔でもって囲んでいる。また、上記プラグは対応する導体に対し、上記放電空間から遠い側に面する端部において溶融セラミック接合部１０により気密的に接続されている。該放電容器は外管１により囲繞されている。セラミック突出プラグ３４、３５の一部及びセラミック放電容器３の隣接する部分には、外側被覆４１、５１が設けられている。当該ランプには、更に、口金２が設けられている。当該ランプの動作状態においては、放電が上記電極４と５との間に延在する。電極４は、口金２の一部を形成する第１電気接点に電流導体８を介して接続されている。電極５は、口金２の一部を形成する第２電気接点に電流導体９及び１９を介して接続されている。該電流導体１９はセラミック管110により囲まれている。
【００１９】
図面に表されたような本発明によるランプの実際の実現例において、多数のランプが、各々２６Ｗの定格出力で製造された。これらランプは、自動車におけるヘッドランプとして使用するのに適したものである。個々のランプの放電容器のイオン化可能な充填剤は、０.３５mgのＨｇ、並びに８５.７のＮａ及び１４.３のＣｅなる分子百分率（モル比は６：１）の０.７mgのＮａＣｅヨウ化物（NaCe iodide）を含んでいる。上記充填剤は、更に、７barなる室温における充填圧でのＸｅを含んでいる。
【００２０】
電極先端間の距離ＥＡは５mmであり、内径Ｄｉは１.４mmであるので、比ＥＡ／Ｄｉ＝３.５７である。放電容器の壁厚は０.３mmである。従って、当該ランプは８３Ｗ／cm^２なる壁負荷を有する。上記セラミック突出プラグの一部及び上記セラミック放電容器の隣接する部分にはＰｔの外側被覆が設けられている。該外側被覆は、対応する電極先端から０.２５mmまで延びている。当該ランプの外管は石英ガラスからなっている。該外管の内径は３mmであり、その壁厚は２mmである。該外管はＮ_２により１.５barなる充填厚で充填されている。
【００２１】
上記ランプは、動作状態において８２ｌｍ／Ｗなる発光効率を有する。該ランプにより放射される光は、２５０時間なるランプ寿命において、６５及び３５００ＫなるＲａ及びＴｃの値を各々有する。Δλの値は、ここでは、６.２nmである。上記量の各値は、２０００時間の動作の後、７４ｌｍ／Ｗ、６９、３６５０Ｋ及び６.６nmとなる。
【００２２】
他の一連の比肩し得るランプに、スイッチング寿命試験を施した。この場合、上記外側被覆は、対応する電極先端から０.５mmまで延在した。５００のスイッチング動作の後、発光効率、Ｒａ、Ｔｃ及びΔλの各値は、各々、７７ｌｍ／Ｗ、６５、３３００Ｋ及び６nmであった。これら値は、41,000スイッチング動作の後では、７２ｌｍ／Ｗ、７３、３５９０Ｋ及び６.５nmであった。
【００２３】
比較のため、車両灯において放電ランプとして使用され、石英ガラス放電容器を備える高圧水銀ランプ（フィリップス社製、Ｄ２Ｒ型）は、３５Ｗなる出力定格と８０ｌｍ／Ｗなる発光効率とを有する。このランプにより放射される光は、次の特性、即ちＴｃ＝４０００Ｋ及びＲａ＝６９なる特性を有する。該既知のランプは複雑な形状の電灯に使用されるようには設計されていない。
【００２４】
修正された設計においては、本発明によるランプはヨーロッパ式パッシング・ビームを備えるヘッドランプに使用するのに好適である。これらランプは３５Ｗの出力定格用に設計される。該ランプは、例えば充分に鋭いビーム輪郭を形成して所要のパッシング・ビームを実現するために帯状の被覆を備える石英ガラス製外管を有している。好ましい実施例においては、この被覆は導電性であり、これにより点弧電圧の低減が実現される。点弧電圧の更なる低減は、有利には、上記放電容器が外側表面に例えばＷからなる金属トラックを備えることにより達成される。
【００２５】
本発明によるランプの代替え実施例においては、上記外管が上記セラミック突出プラグの領域において熱反射被覆を備える。この被覆は、上記放電容器上の被覆との組み合わせで、及び該放電容器上の外部被覆の代わりに使用することができる。好ましくは、上記反射被覆は上記外管の壁の内側表面に設けられるようにする。何故なら、この方法は、外側に設けられた被覆の場合におけるよりも、ビームの光束の損失が少なくなるからである。
【００２６】
本発明の範囲は上記実施例に限定されるものではない。本発明は、新たな各特徴、及び特徴の各組み合わせで実施化することができる。また、如何なる符号も請求項の範囲を限定するものではない。また、“有する”なる文言は、請求項に記載されたもの以外の他の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。また、単数形の各構成要素は複数個の斯かる構成要素の存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明によるランプを概略的に示す。
【図２】 図２は、図１のランプの放電容器を詳細に示す。
【符号の説明】
１…外管
２…口金
３…放電容器
４、５…電極
８、９…電流導体
１１…放電空間
３１…セラミック壁
４１…外側被覆
５１…外側被覆
ＥＡ…電極先端の相互間隔
Ｄｉ…放電容器の内径

Claims (9)

1. 放電空間を囲むセラミック壁を有するような放電容器を備えるメタルハライドランプであって、ＸｅとＮａＩ及びＣｅＩ_３を伴うイオン化可能な充填剤とを含む前記放電空間には、先端が相互間隔ＥＡを有するような２つの電極が配置され、前記放電容器が少なくとも距離ＥＡにわたり内径Ｄｉを有しているようなメタルハライドランプにおいて、
   Ｄｉ≦２mmであり、且つ、ＥＡ／Ｄｉ＜５なる関係に従うことを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 請求項１に記載のランプにおいて、Ｄｉ≦１.４mmであり、且つ、ＥＡ／Ｄｉ＜２.７５なる関係にも従うことを特徴とするメタルハライドランプ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のランプにおいて、当該ランプの前記放電容器が、１２０Ｗ／cm^２以下の値の壁負荷を有していることを特徴とするメタルハライドランプ。
4. 請求項１又は請求項３に記載のランプにおいて、１.４＜Ｄｉ≦２なる関係に従うことを特徴とするメタルハライドランプ。
5. 請求項１、２、３又は４に記載のランプにおいて、前記放電容器のセラミック壁が、少なくとも前記距離ＥＡにわたり最大で０.４mmなる厚さを有することを特徴とするメタルハライドランプ。
6. 請求項１、２、３、４又は５に記載のランプにおいて、前記放電容器は一端においてセラミック突出プラグにより閉じられ、該セラミック突出プラグの一部と前記セラミック放電容器の隣接する部分とに外部被覆が設けられていることを特徴とするメタルハライドランプ。
7. 請求項１、２、３、４、５又は６に記載のランプにおいて、前記Ｘｅが少なくとも５barの充填圧を有することを特徴とするメタルハライドランプ。
8. 請求７に記載のランプにおいて、前記Ｘｅが７barないし２０barの範囲内にある充填圧を有することを特徴とするメタルハライドランプ。
9. 請求項１、２、３、４、５、６、７又は８に記載のランプにおいて、前記ＮａＩ及びＣｅＩ_３が、３から２５の範囲内にあるモル比で存在することを特徴とするメタルハライドランプ。

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