JPH08142U - 放電灯の熱除去手段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電灯に使用される融解石英のアーク管から
熱を除去する熱伝達手段を提供する。 【構成】 密閉された壁部２０，２２で形成された空洞
部１８を有する融解石英のアーク管と、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２４とを有し、
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る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、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】

【考案の目的】

従って、本考案の目的は、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】 本考案の他の目的は、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】 本考案の更に他の目的は、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】 本考案の更に別の目的は、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】 本考案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】

【考案の概要】

本考案は、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が本考案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 ３２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 も本考案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１ ８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５２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５２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７４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７ ８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８０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９０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（５ ０）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。光源内に本考案による熱伝達要素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、本考案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。従って本考案は特許請 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】本考案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】本考案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)

【実用新案登録請求の範囲】
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。