JP4885213B2 - 高輝度放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、放電容器を備える内側バルブと、外側バルブとを有する、とりわけ、自動車のヘッドライトユニット用の、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプに関する。

高輝度放電ランプ、とりわけ、乗り物のヘッドライトユニット用に提案されている高輝度放電ランプは、高出力で動作される。更に、或る反射器設計内で規定された放射特性を達成するためには、スポット光源のような光源が望まれるという事実のため、このようなランプは、大きさが小さくなければならない。

通常、このようなＨＩＤランプは、（放電ガス及び塩の充填物(salt filling)を閉じ込める）内側バルブと、内側バルブが破裂した場合に周辺部が損傷を受けるのを防止し、内側バルブを外部からの影響から保護するために、内側バルブを囲む外側バルブ又はランプエンベロープとで構成される。更に、外側バルブは、紫外線から環境を保護する。

この構成の結果として、とりわけ、ＨＩＤランプの立ち上がり動作(run-up operation)中に、内側バルブにおいて高い熱応力が生じ得ることになる。更に、定常状態動作中の内側バルブの高温のため、放電容積部(discharge volume)内に含まれる塩の材料が、かなりの程度まで内側バルブの壁部の石英材料と化学的に反応し得る。これは、ランプの寿命の挙動に悪影響を及ぼす石英の結晶化の増大を招く。

これらの問題は、水銀を含まない放電ガスを有するＨＩＤランプの場合に更に深刻である。なぜなら、通常、それらのランプには、立ち上がり動作中及び定常状態動作中、水銀放電ランプの場合より高い電流が供給されるからである。

欧州特許出願公開第0 481 702号公報は、放電ランプの光源として用いられている溶融石英発光管から熱を取り除くための熱伝達手段を開示している。ランプの動作中、熱は、内管の壁部の外面の溶融石英突起と、内管の突起の方向に延在する、外管の壁部のディンプル(dimple)の形の対応する突起とを用いて、管壁を介して取り除かれる。

しかしながら、放電ランプの管又はバルブの壁部にこのような付加的な構造又は変形物を設けるには、関連する管を弱める危険性を伴わないために、非常に高精度の大量生産の方法が必要となる。

別の不利な点は、内管及び／又は外管の壁部のこのような突起又はディンプルによる、例えば陰にする作用について、光放射特性が影響を及ぼされるという事実である。これは、例えば、乗り物のヘッドライトユニットにおいて、反射器と一緒にランプを用いる場合にとりわけ不利である。なぜなら、これは、放射光の所望の分布をかなり低下させ得るからである。

本発明の根底にある１つの目的は、放電ガスを閉じ込める放電容器を備える内側バルブと、前記内側バルブを囲む外側バルブとを有する高輝度放電ランプであって、無視できない程度まで前記ランプの光放射特性に影響を及ぼすことなしに、前記ランプの立ち上がり動作中及び定常状態動作中の熱応力が減らされる高輝度放電ランプを提供することにある。

本発明の根底にある別の目的は、とりわけ定常状態動作中の最高温度が、無視できない程度まで前記ランプの光放射特性に影響を及ぼすことなしに、前記放電容器内の充填物に含まれるとりわけ塩の材料のような構成要素と、前記内側バルブの壁部の石英材料との化学反応を防止する値までに限定される、上記のような高輝度放電ランプを提供することにある。

最後に、これらの目的は、とりわけ水銀を含まないＨＩＤランプのために達成されるであろう。

これらの目的は、請求項１によって、放電ガスを閉じ込める放電容器を備える内側バルブと、前記内側バルブを囲む外側バルブとを有する高輝度放電ランプであって、前記ランプの上側における、前記放電容器と、前記外側バルブとの間の距離が、前記ランプの下側における、前記放電容器と、前記外側バルブとの間の距離より小さいように、前記ランプの水平動作位置(horizontal operating position)において、前記内側バルブの長手方向軸が、前記外側バルブの長手方向軸より上にずらされる高輝度放電ランプにより解決される。

これにより、前記ランプの上側に生じる最高温度は、上側における熱伝導の向上により低下させられる。

この解決策の利点は、通常、前記ランプの最冷点である下側の温度の上昇のために、前記ランプの効率、とりわけ光出力が、かなり改善されるという事実にある。この温度上昇は、前記放電容器と、前記外側バルブとの間の距離の増大、及びそれに対応するこの距離を介する熱伝導の低下によって引き起こされる。

他の利点は、とりわけ定常状態動作中の、前記ランプの壁部の最も冷たい箇所と、最も熱い箇所との間の温度差が、熱応力が減らされるように、効果的に減らされることにある。

この結果として、とりわけ、前記放電容器の最も熱い箇所の温度の低下のために前記ランプの壁部の石英の結晶化の傾向が弱まる又は止まることから、前記ランプの寿命が伸ばされることになる。

ここで、英国特許出願公開番号第1 562 929号公報が、円筒状放電エンベロープの軸が、真空にされる内側エンベロープを囲む外側エンベロープの軸より下に略々垂直にずらされる、水平動作用に設計されている放電ランプの構成の改善を開示していることについて言及する。これにより、前記ランプの動作中の前記放電エンベロープの異なる部分間の温度差は、前記ランプの上部及び下部からの異なる強度の熱放射のために、小さくなるであろう。本発明によるランプにおいて効果的である冷却及び加熱機構は、これとは反対に、熱伝導に基づいており、故に、この従来技術は無関係であると考えられる。

サブクレームは、本発明の有利な実施例を開示している。

請求項２は、非対称形状の前記内側バルブを有する実施例を開示している。

請求項３による実施例は、前記上側における冷却が更に高められるという利点を持つ。この実施例の場合は、前記ランプの壁部材料は、好ましくは、前記ランプの寿命を縮めないために、請求項４に従って選択される。

請求項５及び６は、前記冷却の効率が効果的に高められ、従って、熱応力の低減も効果的に増進されるという利点を持つ。

請求項７による実施例は、とりわけ、自動車用途に供給される。

最後に、請求項８は、本発明によるランプの好ましい寸法を開示している。

本発明の更なる詳細、他の特徴及び他の利点は、以下の、図面に関する好ましい実施例の記載から明らかになるであろう。

図１は、立ち上がり動作中及び定常状態動作中の上記の問題を含む高輝度放電ランプの一般的な構成を縦断面図で示している。このランプは、水平動作のために供給され、内管又は内側バルブ１と、内側バルブ１を囲む（一部しか示されていない）外管若しくは外側バルブ又はランプエンベロープ２とを有する。

内側バルブ１は、放電容積部を囲む第１直径ｄ１を持つ第１中心部又は放電容器１１を有する。放電容器１１の軸方向対向端部(axially opposing ends)には、放電容器１１内に延在する電極（図示せず）であって、前記電極間でガス放電が起こされる電極のための電気接点を囲むための、第１及び第２の細長いピンチ部１２、１３が設けられる。内側バルブ１は、第２直径ｄ２を持つ略々円筒状の外側バルブ２によって囲まれる。

図２に縦断面が概略的に示されている本発明の第１実施例によれば、内側バルブ又は内管１は、外側バルブ又は外管２に対して、ランプの動作位置におけるランプの上側に向かう方向にずらされ、故に、外管２の上壁部と、放電容器１１の隣接壁部との間の距離は、外管２の下壁部と、放電容器１１の隣接壁部との間の距離より小さい。

この構成は、２つの重要な利点を持つ。ランプの動作位置のランプの上側における外側及び内側石英バルブ１、２間の距離の減少による、熱伝導の向上によって、放電容器１１の高温領域が、効果的に冷却され得る。同時に、ランプの動作位置のランプの底部における放電容器１１と外側石英バルブ２との間の距離の増大によって、最冷点の温度が、遠い距離による熱伝導の低下のために上昇し、これにより、光出力がかなり改善される。

ランプの上側における内側及び外側バルブ１、２の間の最小距離と、ランプの下側における内側及び外側バルブ１、２の間の最大距離との両方とも、バルブ１、２のうちの少なくとも１つのための関連取り付け手段の適切な調節によって非常に簡単に達成され得る。

外側バルブ２には、好ましくは、約10mbarと約1barとの間の圧力、より好ましくは、30mbarと800mbarとの間の圧力を持つガスが充填される。実験の結果、この圧力範囲において、通常ランプ動作中に通常生じる温度範囲においては、熱伝導が非常に一定しており、故に、略々全ての動作状況下で、両バルブ１、２間の選択した位置決めは最適であることが分かった。ガス圧が10mbar未満の場合には、熱伝導は著しく低下する。

好ましくは、外側バルブ２内のガスは、湿った空気、乾いた空気、N₂、O₂、H₂、CO₂、Ar、Ne、Xe、Krといった物質のうちの少なくとも１つを有する。

図３は、本発明の第２実施例を示しており、図３においては、図１及び２中のパーツ及び構成要素と対応するパーツ及び構成要素は、同じ参照符号で示されている。

この実施例によれば、内側バルブ又は内管１は、外側バルブ又は外管２に対して、放電容器１１が外側バルブ２の壁部に接触するような程度までずらされる。これにより、放電容器１１の冷却は更に高められる。しかしながら、外側バルブ２が損傷を受けるのを防止するためには、外側バルブ２は、カリウムを含まない材料で作成されるのが好ましい。

本発明による一般的なランプの放電容器１１の外径ｄ１は、例えば、好ましくは約6mm、とりわけ6.05mmであるのに対して、外管又は外側バルブ２の内径ｄ２は、約6,7mmである。外側バルブ２に対する内側バルブ１のずれの程度は、ランプの出力及びバルブが製造される材料に依存する外側バルブ２の壁部を介する熱伝導、並びに外側バルブ２内のランプ充填物のような或る一定のパラメータに依存して選択される。

最後に、上記のように外側及び内側バルブ１、２を互いに対してずらす代わりに、又はこれに加えて、放電容器１１、とりわけその容積部は、ランプの動作位置のランプの上側における、放電容器１１の壁部の上部から、外側バルブ２の隣接壁部までの距離が、放電容器１１の壁部の下部から、外側バルブ２の下壁部までの距離より小さくなるように、非対称に形成され、非対称な寸法にされ得る。

水平動作位置用の放電ランプの主要部の概略的な縦断面図である。 本発明によるランプの第１実施例の概略的な縦断面図である。 本発明によるランプの第２実施例の概略的な縦断面図である。

Claims (7)

1. 放電ガスを閉じ込める放電容器を備える内側バルブと、前記内側バルブの周囲を囲む外側バルブとを有する高輝度放電ランプであって、当該ランプは、水平動作用に設計されているものであり、前記ランプの上側における、前記放電容器と、前記外側バルブとの間の距離が、前記ランプの下側における、前記放電容器と、前記外側バルブとの間の距離より小さいように、前記ランプの前記設計された水平動作位置において、前記内側バルブの長手方向軸が、前記外側バルブの長手方向軸より上にずらされていて、前記外側バルブに、約10mbarと約1barとの間の範囲内の圧力を持つガスが充填され、前記放電ガスが水銀を含まない高輝度放電ランプ。
2. 前記ランプの動作位置において、前記放電容器の放電容積部が、前記外側バルブの下側より、前記外側バルブの上側の方へ近づくように、前記放電容器が非対称に形成される請求項１に記載の高輝度放電ランプ。
3. 前記ランプの上側において、前記放電容器と、前記外側バルブとの間の距離が零である請求項１に記載の高輝度放電ランプ。
4. 前記放電容器及び前記外側バルブの壁部の材料が、カリウムを含まない請求項３に記載の高輝度放電ランプ。
5. 前記ガスが、湿った空気、乾いた空気、N₂、O₂、H₂、CO₂、Ar、Ne、Xe、Krの物質のうちの少なくとも１つを有する請求項１に記載の高輝度放電ランプ。
6. 前記放電容器の外径が約6mmであり、前記外側バルブの内径が約6.7mmである請求項１に記載の高輝度放電ランプ。
7. 乗り物のためのヘッドライトユニットであって、請求項１乃至６の少なくとも一項に記載の高輝度放電ランプを有するヘッドライトユニット。

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