JP4956829B2 - 高圧放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、透光性の放電管と、この放電管に配置されたイオン化可能な充填物の放電室と、ガス放電を形成するために放電管の放電室内へ延在した電極と、この電極へ給電するために放電管から引き出されている電流供給線と、導電性かつ透光性の層とを有する高圧放電ランプに関する。

前述のタイプの高圧放電ランプは例えば欧州特許第０９９１１０７号明細書に記載されている。この明細書の第４頁第６欄の第１２行〜第２６行には、一方側にソケットの設けられた自動車ヘッドランプ用の高圧放電ランプがガラス外管によって包囲される放電管を有し、その外管には透光性かつ導電性の層がランプの放電室全体にわたって延在するように設けられることが記載されている。この層は高圧放電ランプの駆動装置の回路内部のアース基準電位に接続され、ランプの電磁影響の回避に用いられる。
欧州特許第０９９１１０７号明細書

本発明の課題は、自動車ヘッドランプ用のＨｇフリーメタルハライド高圧放電ランプの点弧特性を改善することである。

この課題は、導電性かつ透光性の層は放電管の表面に対する少なくとも部分的なコーティングとして構成されており、このコーティングと少なくとも１つの電極および／または少なくとも１つの電流供給線とのあいだが容量性結合される構成により解決される。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

前述のコーティングは少なくとも１つの電極および場合によりこれに対応する電流供給線とともにコンデンサを形成し、そのあいだに位置する放電管の石英ガラスと放電室内の充填ガスとがコンデンサの誘電体を形成する。これにより、特に点弧パルスの高周波数成分を用いて、放電室内の少なくとも１つの電極とコーティングとのあいだに誘電体バリア放電が形成される。この誘電体バリア放電は放電室内に充分な数の自由電荷担体を発生し、高圧放電ランプの２つの電極間の電気的なブレークダウンを生じさせ、これに必要な点弧電圧を著しく低減する。本発明は特にＨｇがないために高い点弧電圧を有するＨｇフリーメタルハライド高圧放電ランプに適している。

図５には、図３に概略的に示された定格電力３５ＷのＨｇフリーメタルハライド高圧放電ランプを複数個用意し、それぞれ異なる厚さで部分的にコーティングを設けたものについて、放電区間のブレークダウン電圧と本発明の部分コーティングの抵抗との依存関係が示されている。水平軸線にはコーティングの抵抗［Ω／ｃｍ］が対数尺で示されており、垂直軸線には放電区間のブレークダウン電圧［ｋＶ］が示されている。抵抗はコーティング上の１ｃｍ間隔の２点間で測定された。ここからわかるように、単位長さ当たりの抵抗が１０^５Ω／ｃｍ以下のランプのブレークダウン電圧は放電区間で大きく低下している。本発明の部分コーティングの厚さは、単位長さ当たりの抵抗が１０^３Ω／ｃｍ〜１０^５Ω／ｃｍの範囲となるように選定されている。単位長さ当たりの抵抗が１０^３Ω／ｃｍよりも小さくなる場合、層厚さは、光反射に基づいてヘッドランプシステムの光学特性に悪影響を与えうる大きさになってしまう。特に有利な実施形態では、コーティングの層厚さは単位長さ当たりの抵抗が１０^４Ω／ｃｍのオーダーとなるように選定される。放電区間のブレークダウン電圧はコーティングなしのランプで２０ｋＶとなるところ、約１７．５ｋＶまで低減されている。したがって本発明のコーティングにより必要な点弧電圧は相応に低減される。

透光性かつ導電性のコーティングは、有利には、放電管の外表面に被着される。なぜならそこは金属ハロゲン化物や放電プラズマの化学的侵襲を受けないからである。前述のコーティングは少なくとも放電室の所定の領域をカバーするように配置され、放電室の周囲の一部に延在する。こうしてコーティングの平面的な広がりにより、コーティングと少なくとも１つの電極（有利には双方の電極）との良好な容量性結合が保証される。

前述の容量性結合を最適化するために、放電管の材料に埋め込まれた少なくとも１つのモリブデンシートを含む電流供給線を備えた高圧放電ランプにおいて、透光性かつ導電性のコーティングが少なくとも１つのモリブデンシートの箇所まで延在し、モリブデンシートの一方側に面するように構成する。これによりモリブデンシートおよびコーティングは一種のプレートコンデンサを形成し、そのあいだに配置された放電管の材料、有利には石英ガラスがコンデンサの誘電体となる。

水平位置で駆動される高圧放電ランプ、つまり水平面に電極が配置されている高圧放電ランプでは、透光性かつ導電性のコーティングが有利には電極下方の放電管の表面領域に制限される。このコーティングは放電によって形成された赤外放射を反射して放電室へ戻し、これにより低温の電極下方の領域、すなわち光形成に使用される金属ハロゲン化物の集まる領域を加熱する。これによりランプ効率が向上するが、その際にも電極上方の放電管領域が加熱されることはない。さらにコーティングは低温の放電管下方領域のみに被着されるので、コーティングの熱負荷が低減される。相応にコーティング材料の温度耐性への要求も小さくすることができる。

図６には、水平位置で駆動される定格電力３５ＷのＨｇフリーメタルハライド高圧放電ランプにおいて、製造差によってグループ分けした後、前述のコーティングを設けなかったもの（グループ１，２）と前述のコーティングを設けたもの（グループ３，４）との光電流［ｌｍ］が示されている。グループ３，４のランプは駆動中、本発明のコーティングが電極の接続軸線の下方に位置するように水平に配向された。ランプは図３に示した構造を有し、コーティングは単位長さ当たりの抵抗１０^４Ω／ｃｍを有する。図６からわかるように、グループ３，４の本発明のランプはグループ１，２のコーティングなしのランプよりも高い光電流ひいては高い光効率を有している。

さらにグループ３，４の本発明のランプはグループ１，２のコーティングなしのランプに比べて特段の利点を有する。図７からわかるように、グループ３，４の本発明のランプはグループ１，２のコーティングなしのランプよりも高い燃焼電圧を有している。このため本発明のランプでは駆動中相応にわずかなランプ電流しか必要とならず、所望の定格電力３５Ｗが達成される。したがって駆動装置も小さな電流強度に対して設計すればよい。

本発明の有利な実施形態によれば、高圧放電ランプは一方側にソケットの設けられたランプとして構成される。放電管はソケットに近いほうの封止端部とソケットから遠いほうの封止端部を有し、そこから１つずつ電極のための電流供給線が引き出されている。ここでソケットから引き出された電流供給線はソケットに戻る電流フィードバック線に接続されている。こうした高圧放電ランプでは透光性かつ導電性のコーティングが一方の電流フィードバック線に近いほうの放電管の表面領域に配置されるが、これは上述したようにランプを水平位置で駆動すると電極の下方に延在する電流フィードバック線が駆動されることになるためである。有利には前述の高圧放電ランプのコーティングは電流フィードバック線と電極の接続軸線とのあいだに位置する放電管の表面領域へ制限され、ランプの長手方向で放電室の少なくとも一部および放電管の一方の端部にまで延在するようになる。電流フィードバック線に近いほうの放電管の表面領域は、高圧放電ランプが自動車ヘッドランプとして使用される場合、所望の光分布を形成するためにはさして寄与しない。したがってコーティングに起因する光吸収の影響も小さくて済むのである。

本発明の高圧放電ランプには、安全性のために有利に、少なくとも放電管の放電室を包囲する透光性の外管が設けられている。外管のガラスには紫外線を吸収する物質がドープされており、ガス放電によって放出される紫外線が吸収される。

外管と放電管とのあいだのスペースには、有利には、冷間充填圧５ｋＰａ〜１５０ｋＰａの範囲でガスが充填される。冷間充填圧とはここでは２２℃のガス充填温度で測定された充填圧力である。ガス充填により気体状の不純物、例えば水蒸気および二酸化炭素と、ランプ管封止中に形成された燃焼ガスとが除去され、放電管に沿った温度グラジエントが低減される。

前述のガス充填物は、有利には、本発明の放電管上のコーティングの材料と反応しない不活性ガスを含む。有利にはこのガス充填物は窒素または少なくとも１つの希ガスを含む。付加的にガス充填物が少量の酸素を含んでもよい。この場合、ドープされた錫酸化物層またはＩＴＯ層として構成された放電管上のコーティングからの酸素の拡散が抑圧されるので有利である。

以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。

図３に示されている実施例は、電力消費量約３５ＷのＨｇフリーメタルハライド高圧放電ランプに関する。このランプは自動車ヘッドランプ用に設けられている。両側の端部の封止された石英ガラスから成る放電管１０は容積２４ｍｍ^３であり、キセノンとナトリウム、スカンジウム、亜鉛およびヨウ素の金属ハロゲン化物とから成るイオン化可能な充填物が充填され、気密に閉鎖されている。放電室１０６の領域では放電管１０の内部輪郭は円筒形、外部輪郭は楕円体状である。放電室１０６の内径は２．６ｍｍ、外径は６．３ｍｍである。放電管１０の２つの端部１０１，１０２はモリブデンシート溶接部１０３，１０４により封止される。放電管１０の内室には２つの電極１１，１２が存在しており、そのあいだにはランプ駆動中光放出に寄与する放電アークが形成される。電極１１，１２はタングステンから成る。その厚さおよび直径は０．３０ｍｍである。電極１１，１２間の距離は４．２ｍｍである。電極１１，１２はそれぞれモリブデンシート溶接部１０３，１０４、ソケットから遠いほうの電流供給線１３、電流フィードバック線１７およびソケットに近いほうの電流供給線１４を介して主としてプラスティックから成るランプソケット１５の電気端子に電気的に接続されている。放電管１０はガラス外管１６によって包囲されている。外管１６はソケット１５に係止された延長部１６１を有する。放電管１０はソケットに近いほうに石英ガラスから成る管状延長部１０５を有しており、ここにソケットに近いほうの電流供給線１４が延在する。

電流フィードバック線１７に面する側の放電管１０の表面領域に、透光性かつ導電性のコーティング１０７が設けられる。コーティング１０７はランプの長手方向で放電室１０６の全長および放電管の封止端部１０１，１０２の長さの一部、すなわち約５０％の位置まで延在する。コーティング１０７は放電管１０の外側に被着され、放電管１０の周の約５％〜約１０％にわたって広がる。図１，図２では２つの異なるコーティングを設けられた図３の放電管１０が示されている。コーティング１０７はここでは対称に放電管１０の２つの端部１０１，１０２をカバーしている。コーティング１０７はドープされた錫酸化物から成る。例えばフッ素またはアンチモンをドープされた錫酸化物または例えばホウ素および／またはリチウムをドープされた錫酸化物である。本発明の高圧放電ランプは水平位置で駆動される。つまり水平面に配置された電極１１，１２によって駆動され、ここでランプは電流フィードバック線１７が放電管および外管の下方に来るように配向される。

外管１６と放電管１０とのあいだのスペースには冷間充填圧５ｋＰａ〜１５０ｋＰａの範囲でガスが充填される。不活性ガスには少量の酸素が混在している。この酸素量は一方で錫酸化物層１０７からの酸素の拡散が阻止され、他方で錫酸化物層１０７のドープ物質の酸化が生じないように調整される。このために充填ガス内にわずかな酸素量、例えば１００ｐｐｍの酸素量（成分重量）があれば充分である。不活性ガスは有利には窒素または希ガスまたは希ガス混合気または窒素希ガス混合気である。

図４には図３の高圧放電ランプの放電管に異なるコーティング１０７’を設けたものが示されている。コーティング１０７’はランプの長手方向で放電室１０６の長さおよびソケットから遠いほうの端部１０１の長さの約５０％の位置までしか延在していない点で上述のコーティング１０７と区別される。

本発明は上述の実施例に限定されない。上述のコーティング１０７の材料に代えて、他の透光性かつ導電性の材料を使用してもよい。例えばいわゆるＩＴＯ層、つまりインジウム錫酸化物層として構成することができる。ＩＴＯ層は例えば９０重量％のインジウム酸化物と１０重量％の錫酸化物とを有する。またコーティング１０７，１０７’を適切な部材と共に点弧装置に電気的に結合し、コーティング１０７，１０７’を介して高圧放電ランプへ放電室１０６でのガス放電の点弧のための電圧パルスを印加してもよい。本発明はさらに従来のＨｇフリーメタルハライド高圧放電ランプに適用することもでき、その場合にも上述の利点は達成される。コーティング１０７，１０７’は放電管１０の全面積にわたって設けることもできるし、またコーティング１０７，１０７’が放電室１０６の所定の領域、例えば放電管１０の周の１／２または１／３にしか広がらないように構成することもできる。放電管１０の端部１０１，１０２の領域では、コーティング１０７，１０７’が例えば放電管１０の全周にわたって、または放電管の周の１／２または１／３または一部のみに広がるように構成することもできる。端部１０１，１０２の領域に透光性かつ導電性のコーティングを設けなくてもよい。コーティング１０７，１０７’は有利には点弧補助手段および放電管の低温部分（いわゆるコールドスポット）の加熱手段として用いられる。透光性かつ導電性のコーティング１０７，１０７’の電気抵抗は４００００Ω〜２０００００Ωの範囲である。

図３の高圧放電ランプの放電管の有利な実施例の側面図である。 図３の高圧放電ランプの放電管の有利な実施例であり、図１に対して９０°回転された側面図である。 本発明の高圧放電ランプの有利な実施例の側面図である。 図３の高圧放電ランプにおいて異なるコーティングを有する放電管の側面図である。 放電区間のブレークダウン電圧と部分コーティングの抵抗との依存関係を示すグラフである。 製造差によってグループ分けした後、コーティングを設けなかったランプとコーティングを設けたランプとの光電流を示すグラフである。 製造差によってグループ分けした後、コーティングを設けなかったランプとコーティングを設けたランプとの燃焼電圧を示すグラフである。

符号の説明

１０ 放電管、 １１，１２ 電極、 １３，１４ 電流供給線、 １０１，１０２ 端部、 １０３，１０４ モリブデンシート溶接部、 １０６ 放電室、 １０７，１０７’ コーティング、 １５ ランプソケット、 １６ 外管、 １７ 電流フィードバック線、 １０５ 管状延長部、 １６１ 突起部

Claims (8)

1. 透光性の放電管（１０）と、該放電管の放電室（１０６）に配置されたイオン化可能な充填物と、ガス放電を形成するために前記放電管の前記放電室内へ延在した各電極（１１，１２）と、該電極へ給電するために前記放電管から引き出されている各電流供給線（１３，１４）と、少なくとも１つの電極および／または少なくとも１つの電流供給線とのあいだに容量性結合を形成するために前記放電管の所定部分の表面に設けられた導電性かつ透光性のコーティング（１０７）と、一方側に設けられたソケット（１５）とを有する、
   高圧放電ランプであって、
   前記放電管は前記ソケットに近いほうの封止端部（１０２）と前記ソケットから遠いほうの封止端部（１０１）とを有しており、該２つの封止端部からそれぞれ１つずつ前記電流供給線が引き出されており、前記ソケットから遠いほうの封止端部から引き出されている電流供給線（１３）は前記ソケットに戻る電流フィードバック線（１７）に接続されており、
   前記コーティングは、前記電流フィードバック線と前記各電極を結んだ軸線とのあいだの前記放電管の領域において、長手方向および周方向で見て部分的に、少なくとも、前記放電室に面する部分の表面と、前記ソケットから遠いほうの封止端部の部分の表面とに延在しており、
   少なくとも１つの前記電流供給線は前記放電管の材料に埋め込まれた少なくとも１つのモリブデンシートに接続されており、前記コーティングは少なくとも１つのモリブデンシートに面する前記放電管の表面領域まで延在しており、少なくとも１つのモリブデンシートはその表面が前記コーティングに面するように配向されている
   ことを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記コーティング（１０７）は前記放電管（１０）の外表面に配置されている、請求項１記載のランプ。
3. 前記コーティング（１０７）はドープされた錫酸化物から成る、請求項１または２記載のランプ。
4. 前記コーティング（１０７）上に所定の間隔で配置された２つのポイントのあいだで測定された単位長さ当たりの抵抗値が１０^３Ω／ｃｍ〜１０^５Ω／ｃｍのオーダーにある、請求項１から３までのいずれか１項記載のランプ。
5. 少なくとも前記放電管（１０）の前記放電室（１０６）を包囲する透光性の外管（１６）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のランプ。
6. 前記外管（１６）と前記放電管（１０）とのあいだのスペースに冷間充填圧５ｋＰａ〜１５０ｋＰａの範囲でガスが充填されている、請求項５記載のランプ。
7. 前記ガスは窒素または少なくとも１つの希ガスを含む、請求項６記載のランプ。
8. 前記ガスは付加的に酸素を含む、請求項７記載のランプ。

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