JPH04280061A - 放電灯の熱除去手段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電灯の融解石英のア
ーク管から熱を除去する手段に関し、更に詳しくは、比
較的高い温度および放電圧力のランプ動作用に利用され
る熱除去手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の高圧型放電灯は、セラミック材料
の耐火性および光学的透明性のために光源として融解石
英のアーク管を通常使用している。この形式のランプに
おいては、アーク管は一般に放電電極が内部に密閉され
ている融解石英の管で形成された密封エンベロープを有
している。典型的なアーク管構造は密閉されたエンベロ
ープの両端に一対の放電電極を密閉しているが、アーク
管の同じ端部に両電極が密閉されているものも知られて
いる。更に、密閉されたアーク管は種々の金属からなる
充填物を含有している。この充填物は放電動作の間気化
されるものであり、水銀、ナトリウムおよびハロゲン化
金属とともにクリプトン、アルゴンおよびキセノンのよ
うな１つ以上の不活性ガスを有している。このような金
属蒸気放電ランプの動作は交流および直流電源の両方を
使用する種々の既に知られているランプ安定回路によっ
て行われる。高い照明効率はこの種の金属蒸気ランプで
達成され、新しいランプの設計はランプのエンベロープ
の大きさを小さくしながら放電圧力を増大することによ
ってこのような効率を増大している。

【０００３】比較的高い動作温度および圧力が使用され
た場合、このようなランプの石英アーク管はしばしば約
１０００゜Ｃのホットスポット壁温度に達する。融解石
英材はこのような加圧された熱環境においては迅速な失
透または結晶化を受け、この結果破壊よってランプの寿
命が非常に制限される。このようなことが発生した場合
には、ランプ内の高圧によって石英管から物質が比較的
早い速度で追い出され、自動車のヘッドライト用に使用
されるようなランプの外側ハウジング手段さえも破砕さ
れることがある。自動車のヘッドライトにおけるように
石英のアーク管が反射器部材内に設けられる製品用途お
よび更に他の製品用途においては、このように高められ
た圧力および温度にアーク管がさらされて膨出すること
によって所望の照明パターンが悪影響を受ける。従って
、ランプ動作の間に受けるホットスポット壁温度を低減
することが非常に必要である。

【０００４】

【発明の目的】従って、本発明の目的は、放電灯に使用
される融解石英のアーク管から熱を除去する手段を提供
することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、融解石英のアーク管
に動作的に関連し、アーク管の壁を通って伝導する熱を
除去する特定の熱伝達手段を有するアーク管を使用した
放電灯を提供することにある。

【０００６】本発明の更に他の目的は、放電灯から熱を
除去する融解石英媒体を利用することにある。

【０００７】本発明の更に別の目的は、融解石英のアー
ク管と動作的に関連している熱除去手段を有する融解石
英のアーク管を光源として使用する自動車のヘッドライ
トを提供することにある。

【０００８】本発明のこれらおよび他の目的は次に示す
更に詳細な説明を考慮することにより明らかになるであ
ろう。

【０００９】

【発明の概要】本発明は、種々の放電灯の光源として動
作する融解石英のアーク管から熱を除去する手段に関し
ている。熱はアーク管のホットスポット領域に隣接して
物理的に設けられている融解石英の突起部によってアー
ク管の壁を通って除去される。このような融解石英の突
起部は最初に通常の方法で形成される場合にアーク管自
身の一方の壁の中に形成されてもよい。代わりとして、
融解石英の小さな塊をアーク管の外側壁面に熱封止また
は接合することによって石英アーク管の１つの壁に適当
な突起部を設けることもできる。他の実施例においては
、融解石英の突起部はアーク管の１つの壁から物理的に
間隔をあけて設けられる。

【００１０】

【好ましい実施例の説明】図面を参照すると、図１は自
動車用に適したアーク管に形成される前の融解石英エン
ベロープ１０を示している。図に示すように、このエン
ベロープ１０は細長い中空の本体部１２、詳しくは首部
１４および１６、ならびに壁部分２０および２２によっ
て形成された球根状の中央部分１８を有している。融解
石英の突起部２４が本発明による熱伝達手段を形成する
ために壁部２０の外面に固定されている。融解石英の突
起部２４はランプ動作中アーク管が受けるホットスポッ
ト（過熱点）領域と一致するように球根状中央部１８の
中央またはその近くに設けられている。従って、熱除去
用の図示の手段は融解石英のエンベロープ１０の上側壁
部２０と融解石英の突起部２４との間に協働動作を形成
している。熱の除去は、前記壁部分を通る最初の伝導か
ら始まり、前記突起要素による収集および放散によって
行われる。

【００１１】図２には、上述した実施例で説明した中空
のエンベロープ１０によって通常の方法で形成された動
作することができるアーク管３０が示されている。従っ
て、同じ符号が前記エンベロープ１０と共通の構成要素
を示すように同図にも使用されている。図示の石英アー
ク管３０はダブルエンド形の構造であり、一対の電極３
２および３４がそれぞれ中空のエンベロープの首部１４
および１６内に密閉され、約２ミリメートルないし約４
ミリメートルの範囲の所定距離互いに分離されている。 図示のダブルエンド形構造だけでなく、シングルエンド
形アーク管構造も本発明で考えることができ、この場合
には両方の電極はアーク管の同じ端部に設けられ、所定
距離互いに分離される。電極３２および３４はタングス
テンまたはタングステン合金のような耐火金属で形成さ
れ、図に示すように異なる物理的大きさを有するように
構成された棒状部材を有している。アノード電極３２は
直流電源で動作した場合により大きな熱の放散を行うこ
とができるようにカソード電極３４よりも直径が大きく
示されているが、交流電源で動作する場合には同じ大き
さの電極が一般に選択される。また、電極部材はアーク
管３０内にほぼ瞬時に熱電子アーク状態を形成するよう
に既知のスポットモードタイプのものが好ましい。両電
極３２および３４は薄い耐火金属箔要素３６および３８
によって石英のエンベロープ１０内に密閉されている。 これらの箔要素３６および３８は更に外側リードワイヤ
４０および４２にそれぞれ接続されている。球根状の密
閉された石英エンベロープからなる空洞部１８内に含有
されているキセノン、水銀およびハロゲン化金属の充填
物（図示せず）が即時の光の放出を行うように協働して
いる。耐火性の金属コイル４４および４６は密閉された
アーク管のエンベロープの端部において電極部材を中心
に位置決めするように作用している。

【００１２】熱放散手段として設けられた融解石英の突
起部２４の有効性を判定するためにアーク管部材３０に
対して多くの温度測定が行われた。温度測定はアーク管
が光を発生して動作している状態で行われ、また商用の
高温計が約５ミクロンの波長で送信を行っている状態で
行われた。アーク管の壁温度をこのような熱伝達手段に
よって１０００゜Ｃ以下に低下させることは、従来指摘
されていたランプ性能に対する好ましくない影響を減ら
すための目的であった。従って、光を発生しているアー
ク管の壁温度は球根状中心部１８の両端および中央部に
おいて測定されるとともに、石英の突起部２４の外側に
突出している端部の温度が測定された。密閉された空洞
部のアノードの端部において９９５゜Ｃの壁温度が測定
され、反対のカソードの端部では９１０゜Ｃの壁温度が
測定された。球根状の中央部分１８の中央部の壁温度は
９７５゜Ｃであり、石英の突起部の外側端部の測定温度
は９２５゜Ｃであった。これらの温度測定値から、ホッ
トスポットの温度はこのような熱除去手段がない場合に
発生する１０００゜Ｃの温度以下に低下したことが明ら
かである。本熱伝達機構に物理的に接触して設けられた
別の放熱手段を設けることによってアーク管の作動温度
が更に低下することが証明された。更に詳しくは、１８
ゲージの熱伝導金属ワイヤ（図２には示さず）を石英の
突起部２４の基部の回りに簡単に曲げて設け、その後ア
ーク管の動作の間このように変更された熱伝導手段に対
して比較のために温度測定を行った。この測定結果では
、アノードの壁温度は９３０゜Ｃであり、カソードの壁
温度は８７５゜Ｃであり、中央部の壁温度は９２０゜Ｃ
であり、石英の突起部の端子端部は８２０゜Ｃであった
。ランプ動作の間のホットスポット温度を上述したよう
に低下させることによってアーク管における壁温度の分
布を一層均一にすることは更に好ましいことである。

【００１３】図３は、内部の融解石英のアーク管部材５
２の首部５６および５８において外側エンベロープすな
わちシュラウド部材５４と融合しているアーク管部材５
２を有するメタルハライドランプ用の石英アーク管構造
５０を示す側面図である。ほぼ同様なシュラウド手段を
有するメタルハライドランプの更に詳細な説明は米国特
許第４，９３５，６６８号において行われている。図に
示すように、シュラウド部材は内部のアーク管部材の壁
から所定距離物理的に分離され、両者間に密閉された環
状空間６０を形成している。また、シュラウド部材５４
はランプ動作中アーク管が受けるよりも低い温度で動作
するので＃１８０ガラスのような耐火性が低い光学的に
透明なガラスを使用してもよい。このような外側のシュ
ラウド部材を使用することによっていくつかの利点があ
る。これはランプの均一な温度動作を改良するために石
英のアーク管内におけるガスの伝導および対流の冷却効
果を最小にするように作用し、より多くのハロゲン化金
属が気化し、内部のアーク管内のアーク状態の放電内で
維持され、光源の効率および色を改良する。また、この
ような改良された均一な温度動作は自動車のヘッドライ
ト内のようなハウジング内において光源がその方向性に
依存することを少なくする。また、シュラウド部材は光
源の端部からハロゲン化金属を追い出す光源の直流およ
び低周波動作の間に一般に発生する電気泳動効果を低減
する。密閉された環状空間６０は真空であることが好ま
しいが、乾燥チップおよびジルコニウム金属のチップの
ような水除去剤を充填することができる。ここに使用さ
れているアーク管構造は球根状の中央空洞部６６の両端
に密閉された電極６２および６４を有するダブルエンド
形のものである。同様に、電極６２および６４はそれぞ
れ薄い耐火性金属箔要素６８および７０に接続され、こ
の箔要素の他端はそれぞれ外側リード導体７２および７
４に接続されている。更に図３に示すように、棒状電極
６２および６４の両方は同じ構造および物理的大きさを
有している。勿論、電極は図２に示すように異なる大き
さのものでもよい。融解石英の突起部７６は球根状中央
空洞部６６の中央またはその近くにおいて石英アーク管
５２の外側壁面に固定され、熱伝導手段を形成している
。石英の突起部は外側のガラスのシュラウド部材５４に
設けられている第２の突起部すなわちくぼみ７８と協働
し、更に熱除去機能を達成するようになっている。この
好ましい協働動作を達成するために、石英の突起部７８
は空間をあけて第２の突起部７８に隣接して設けられて
いる。外側のシュラウド部材５４自身は内側のアーク管
から熱を除去することに関係しているので、ここに設け
られている第２の突起部７８は削除することができ、こ
の場合熱除去における低減はほんのわずかである。更に
、図示のアーク管構造は所望の光の発生を行うのにキセ
ノン、水銀およびハロゲン化金属からなる通常の充填物
を有している。また、石英の突起部７６を石英の突起部
７８に直接物理的に接合した場合に、更に大きな熱除去
をアーク管５０で達成することができる。

【００１４】図４は、水平軸方向に設けられた図３の石
英アーク管構造５０を有する自動車のヘッドライトを示
す側面図である。そして、この自動車のヘッドライト８
０は、反射部材８２、この反射部材の前部に固定された
レンズ部材８４、電源に接続されるように反射部材の後
部に固定された接続手段８６およびハロゲン化金属光源
（５０）を有している。反射部材の接続手段８６は自動
車の外部電源に接続することができる端子８８および９
０を有している。反射部材８２は自動車のヘッドライト
８０の軸９４に沿って設けられている所定の焦点９２を
有し、光源（５０）は反射部材の焦点９２にほぼ設けら
れるように反射器８２内に予め位置決めされる。図示の
実施例においては、光源（５０）は反射器の軸９４に沿
って方向付けされている。反射器はその放物形状のため
に光源（５０）と協働するとともに、反射器に取り付け
られている透明材からなるレンズ部材８４と協働する。 また、レンズ部材８４は所定の前方照明ビームを発生す
るように協働するプリズム要素（図示せず）を有するこ
ともできる。光源（５０）は一対の比較的硬い自己支持
型リード導体９６および９８によって反射器８２の後部
に接続され、このリード導体９６および９８は更にパタ
ーンがそれぞれ端子要素８８および９０に接続されてい
る。このように接続された光源（５０）は、間隔をあけ
て設けられた電極の両端に加えられる自動車の電源によ
って励起されると、照明光を即時に発生する。この場合
、石英のアーク管内に含有されているキセノンガスの充
填物がまず励起され、続いて内部に含有されている水銀
およびハロゲン化金属成分が気化し、イオン化する。 光源内に本発明による熱伝達要素７６および７８を設け
ることによって、ランプの動作温度は再び１０００゜Ｃ
の所望の限界以下に保持される。

【００１５】比較的高い温度および圧力で動作する放電
灯に使用された場合、融解石英のアーク管から熱を効果
的に除去する特定の手段が提供されていることが上述し
た説明から明らかであろう。しかしながら、本発明の真
の精神および範囲から逸脱することなく、ここに開示し
た熱除去手段の物理的な特徴を更に変更することができ
ることは明らかであろう。融解石英のアーク管、電極部
材および反射ランプの設計の構造もここに図示したもの
以外のものも考えられる。例えば、シングルエンド形の
石英アーク管はここに開示された同じ熱伝達手段を使用
し、同様に有益な結果を得ることができる。また、石英
のアーク管を取り囲んでいるガラスの囲い部材から内側
に突出している凹んだ形状に限定された熱除去手段を有
することも考えられる。更に、ランプの軸を横切って設
けられた光源を有し、本熱除去手段を備えている自動車
のヘッドライト構造も考えられる。従って本発明は特許
請求の範囲によって制限されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱伝達手段を有する融解石英のエ
ンベロープ形状を示す部分断面側面図である。

【図２】図１の融解石英のエンベロープを有するメタル
ハライドランプのアーク管を示す側面図である。

【図３】本発明による異なるアーク管構造を示す側面図
である。

【図４】水平に方向付けられた図３のアーク管を有する
自動車のヘッドライトの側面図である。

【符号の説明】

１０　　エンベロープ １８　　球根状中央部 ２０、２２　　壁部 ２４　　突起部 ３０　　アーク管 ３２、３４　　電極 ５０　　アーク管構造 ７６　　突起部 ７８　　突起部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　動作中の放電灯から熱を除去する熱伝
   達手段であって、（ａ）密閉された壁部で形成された空
   洞部を有する融解石英のアーク管と、（ｂ）前記アーク
   管に動作的に関連して設けられて、アーク管の壁部を通
   って伝導する熱を除去する融解石英の突起部とを有し、
   （ｃ）前記融解石英の突起部はアーク管のホットスポッ
   ト領域に隣接して設けられている前記熱伝達手段。
2. 【請求項２】　　前記融解石英の突起部がアーク管の１
   つの壁部に設けられている請求項１記載の熱伝達手段。
3. 【請求項３】　　前記融解石英の突起部が熱封止手段に
   よってアーク管の１つの壁に物理的に接合されている請
   求項１記載の熱伝達手段。
4. 【請求項４】　　前記融解石英の突起部が、前記融解石
   英のアーク管を取り囲んで、該アーク管から熱を除去す
   るように協働する光学的に透明なガラスの囲い部材に設
   けられている請求項１記載の熱伝達手段。
5. 【請求項５】　　前記ガラスの囲い部材に形成された突
   起部と協働するように前記アーク管の壁に突起部が形成
   されている請求項４記載の熱伝達手段。
6. 【請求項６】　　動作中の熱を除去する熱伝達手段を有
   するキセノンメタルハライド放電灯であって、（ａ）内
   部に一対の放電電極を密閉している壁で形成された空洞
   部を有し、比較的高圧のキセノン、水銀およびハロゲン
   化金属の充填物を含有している融解石英のアーク管と、
   （ｂ）前記アーク管に動作的に関連して設けられて、ア
   ーク管の壁を通って伝導する熱を除去する融解石英の突
   起部とを有し、（ｃ）前記融解石英の突起部はアーク管
   のホットスポット領域に隣接して設けられているキセノ
   ン−メタルハライド放電灯。
7. 【請求項７】　　（ａ）電源に接続され、所定の焦点距
   離および焦点を有する反射部材と、（ｂ）前記反射部材
   の前部に接合されたレンズ部材と、（ｃ）前記反射部材
   のほぼ焦点の所に設けられるように前記反射部材内に予
   め位置決めされ、内部に一対の放電電極を密閉している
   壁部で形成された空洞部を有し、比較的高圧のキセノン
   、水銀およびハロゲン化金属の充填物が封入されている
   融解石英のアーク管であって、更に当該アーク管に動作
   的に関連して設けられ、アーク管の壁部を通って伝導す
   る熱を除去するために、アーク管のホットスポット領域
   に隣接して設けられている融解石英の突起部をそなえて
   いる融解石英のアーク管と、を有する自動車のヘッドラ
   イト。