NL1015427C2

NL1015427C2 - Metaalhalide lamp.

Info

Publication number: NL1015427C2
Application number: NL1015427A
Authority: NL
Inventors: Yoshitaka Ohshima; Shinichi Irisawa; Takeshi Fukuyo
Original assignee: Koito Mfg Co Ltd
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2004-01-22
Also published as: GB0014222D0; JP2000357490A; GB2353398A; JP3655126B2; DE10029109B4; GB2353398B; US6456008B1; DE10029109A1; GB2353398C; NL1015427A1

Description

P53323NLOO

Titel: Metaalhalide lamp.

De uitvinding heeft betrekking op een metaalhalide lamp die geschikt is voor gebruik als lichtbron in koplichten van voertuigen.

Wegens hun mogelijkheid om krachtige verlichting te verschaffen, worden metaalhalide lampen tegenwoordig in toenemende mate als 5 lichtbron toegepast bij koplichten van voertuigen en bij andere toepassingen.

De constructie van een conventionele metaalhalide lamp, typisch voor het gebruik in koplichten van voertuigen, is in Fig. 5 weergegeven.

Deze omvat een ontladingskamer 104, die een in hoofdzaak ellipsvormige 10 ontladingsruimte 102 vormt, die zich in longitudinale richting uitstrekt en een tweetal elektroden 106A en 106B, die in de ontladingskamer 104 zijn gebed nabij de smalste einddelen van de ontladingsruimte 102. De uiteinden van de elektroden 106A, 106B strekken zich uit in de ontladingsruimte 102. Kwik, een startgas en een metaalhalide zijn in de 15 ontladingsruimte 102 opgesloten.

Het metaalhalide wordt ingesloten om de doelmatigheid van de lamp en de kleurweergave te verbeteren. De hoeveelheid metaalhalide die is ingesloten wordt ingesteld voor het verschaffen van een voorbepaalde lichtflux en lichtkleur, terwijl wordt gezorgd dat een teveel daarvan geen 20 effect heeft op het distributiepatroon van de lichtintensiteit. In het bijzonder dient de hoeveelheid van metaalhalide, bij een ontladingsruimte met een capaciteit van ongeveer 30 μΐ, te liggen in het bereik tussen 0,45 tot 0,6 mg (van ongeveer 0,015 tot ongeveer 0,02 mg/μΐ op basis van een hoeveelheid per eenheidsvolume).

25 Het probleem van de conventionele metaalhalide lamp, zoals boven beschreven, is dat een boog vaak uitdooft nadat het licht werd aangeschakeld.

7 o I 54271· 2

Wanneer de lamp niet aan is, zet een metaalhalide 108, zoals in Fig. 5 is weergegeven, zich op het onderste gebied van de binnenwand van de ontladingskamer 104 af, dat zich halverwege de nauwe einddelen van de ontladingskamer 104 bevindt. Het metaalhalide 108 verdampt wanneer de 5 lamp wordt aangeschakeld. Indien de hoeveelheid metaalhalide 10, die in de ontladingsruimte 102 is ingesloten, vergeleken met het volume van de ontladingsruimte 102 te groot is, bevindt de metaalhalide-neerslag 108 op het onderste gebied van de binnenwand van de ontladingskamer 104 zeer dicht bij de elektroden 106A en 106B. Zelfs wanneer een hoge spanning 10 tussen deze elektroden wordt aangelegd, heeft een boog die zich ontwikkelt tussen de elektroden 106A en 106B de neiging zich naar het metaalhalide 108 te buigen, eerder dan het groeien daarvan totdat het een brug vormt tussen de twee elektroden 106A en 106B. Indien dit "shunting" optreedt, neemt de effectieve weerstand tussen de elektroden 106A en 106B zodanig 15 af dat de boog niet groeit maar uitdooft.

De conventionele metaalhalide lamp kan daardoor dikwijls niet onmiddellijk door aanleggen van een hoge spanning tussen de elektroden 106A en 106B worden aangeschakeld maar dient vaak meerdere malen te worden ontstoken om aan te geraken. Dit is tamelijk ongewenst indien de 20 metaalhalide lamp bij koplichten van voertuigen wordt gebruikt en bij andere toepassingen waarbij verlichting onmiddellijk geproduceerd moet worden.

De uitvinding is onder deze omstandigheden tot stand gekomen en heeft als doel een metaalhalide lamp te verschaffen, waarbij een boog niet 25 uitdooft nadat deze wordt aangeschakeld.

Volgens de uitvinding wordt bovengenoemd doel bereikt door het geschikt aanpassen van de hoeveelheid metaalhalide die in de ontladingsruimte is opgesloten.

De uitvinding verschaft een metaalhalide lamp met een ontladings-30 kamer die een in hoofdzaak ellipsvormige ontladingsruimte vormt en die tOI5427· 3 zich uitstrekt in longitudinale richting, met een tweetal elektroden die in de ontladingskamer zijn ingebed nabij de smalste delen van de ontladings-ruimte op zodanige wijze dat de uiteinden daarvan zich in de ontladings-ruimten uitstrekken met kwik, een startgas en een metaalhalide in die 5 ontladingsruimte ingesloten, met het kenmerk, dat de hoeveelheid ingesloten metaalhalide per eenheidsvolume in de ontladingskamer ligt in het bereik tussen de 0,006 tot 0,01 mg/μΐ.

De specifieke samenstelling van het "startgas" om in de uitvinding te worden toegepast, is niet beperkt. Xenon- en argongassen zijn geschikte 10 startgassen.

De specifieke samenstelling van het metaalhalide dat in de uitvinding wordt toegepast is eveneens niet begrensd. Halides van metalen zoals thallium, natrium, indium en scandium, evenals mengsels daarvan, zijn geschikt voor gebruik als metaalhaliden.

15 Zoals hierboven is opgemerkt, wordt de metaalhalide lamp van de uitvinding waarin het metaalhalide in de in hoofdzaak ellipsvormige ontladingsruimte samen met kwik en het startgas is ingesloten, gekenmerkt, doordat de hoeveelheid van het metaalhalide dat in een in eenheidsvolume van de ontladingsruimte is opgesloten bij voorkeur ligt in 20 het bereik van 0,006 tot 0,01 mg/μΐ.

Indien de mate van het metaalhalide dat is ingesloten in de ontladingsruimte niet boven de 0,01 mg/μΐ ligt, zal de afzetting op de binnenwand van de ontladingskamer in het onderste gebied te midden van rechter- en linkerkanten daarvan niet zeer nabij de elektrodes liggen voor 25 het veroorzaken van "shunting". Dit voorkomt het uitdoven van een boog nadat de lamp werd aangeschakeld. Indien echter de hoeveelheid metaalhalide die in de ontladingsruimte is ingesloten minder dan 0,006 mg/μΐ bedraagt, kan de metaalhalide niet langer de bedoelde hoeveelheid licht en kleur produceren.

101542?· 4

Aldus produceert de metaalhalide lamp van de uitvinding, waarbij de in de ontladingsruimte ingesloten hoeveelheid metaalhalide 0,006 tot 0,01 mg/μΐ bedraagt, de bedoelde hoeveelheid lichtflux en kleur, en wordt toch met succes voorkomen dat een boog uitdooft nadat de lamp was 5 aangeschakeld.

Iets dient te worden gezegd over het boven gedefinieerde bereik van de hoeveelheid metaalhalide dat in de ontladingsruimte per eenheid volume wordt opgesloten. Bij bepaalde omstandigheden, zoals waarbij de ontladingsruimte extreem langwerpig ellipsvormig is, kan de afzetting van 10 het metaalhalide aan de binnenwand van de ontladingskamer op het onderste gebied te midden van rechter- en linkerkanten daarvan toch ongewenst dichtbij de elektroden komen, zelfs indien bovengenoemd bereik wordt aangehouden.

Bij de uitvinding wordt de afstand L tussen de uiteindeposities van 15 elke elektrode tot de positie van de binnenwand van de ontladingskamer bij het onderste gebied te midden van de smalle einddelen daarvan, in combinatie met het invoervermogen P van de metaalhalide lamp, zodanig ingesteld, dat de verhouding L:P in het bereik ligt van 0,05 tot 0,1 mm/W. Hierdoor wordt bereikt dat de afzetting van het metaalhalide op de 20 binnenwand van de ontladingskamer op het onderste gebied te midden tussen de nauwe einddelen daarvan, niet ongewenst dicht bij de elektrode ligt.

Indien de verhouding L.P groter is dan 0,1 mm/W, is de afstand tussen de elektroden en de positie van de binnenwand van de ontladings-25 kamer bij het onderste gebied te midden tussen de nauwe einddelen daarvan, zeer groot. Aldus zal, zelfs wanneer de lamp aangeschakeld is, de temperatuur van die positie niet voldoende stijgen voor het creëren van een geschikte lichtuitstraling. De lamp kan daardoor niet de gewenste hoeveelheid lichtflux en kleur produceren. Aangezien het invoervermogen P in 30 hoofdzaak proportioneel is tot de capaciteit van de ontladingsruimte, heeft f0154271» 5 de verhouding L:P het voordeel van het gebruik van een eenvoudige index die betrekking heeft op de afmeting van de ontladingskamer voor het bepalen van het invoervermogen.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening.

5 Hier toont:

Fig. 1 een longitudinale doorsnede van een ontladingsbuis met een metaalhalide lamp volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Fig. 2 een vergrote weergave van het gebied dat in Fig. 1 met II is weergegeven; 10 Fig. 3 (a) hoe een boog in de metaalhalide lamp van de uitvinding groeit nadat deze werd aangeschakeld;

Fig. 3 (b) hoe een boog in een vergelijkend voorbeeld van een metaalhalide lamp groeit nadat deze werd aangeschakeld;

Fig. 4 een schema met de gevonden betrekking tussen de 15 hoeveelheid metaalhalide die in de ontladingsruimte per eenheidsvolume is ingesloten en de waarschijnlijkheid van het succesvol verlichten van de metaalhalide lamp; en

Fig. 5 een metaalhalide lamp volgens de bekende techniek.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding zal hieronder onder 20 verwijzing naar de tekening worden beschreven.

Fig. 1 is een longitudinale doorsnede van een ontladingsbuis 10 met een metaalhalide lamp volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Fig. 2 is een uitvergrootte weergave van het gebied dat in Fig. 1 door II is 25 weergegeven.

De ontladingsbuis 10 is een lichtbuis die in een koplicht van een voertuig wordt gemonteerd, en zoals Fig. 1 weergeeft, een boogbuiseenheid 12 omvat die zich in longitudinale richting uitstrekt en een isolatieplugeenheid 14 die de achterkant van de boogbuiseenheid 12 in 30 positie houdt.

101542?! 6

De boogbuiseenheid 12 is een integraal geheel van een boogbuis 16 bestaande uit een metaalhalide lamp en een beschermingshuls 18 die de boogbuis 16 omgeeffc.

De boogbuis 16 omvat een lichaam 20 van een bewerkte 5 kwartsglasbuis in een cilindrische vorm en een tweetal elektrode- samenstellen 22A en 22B, die in het lichaam 20 langs de longitudinale as is ingebed. Bij voorkeur wordt het invoervermogen van de boogbuis 16. op 35 W ingesteld.

De boogbuis 20 heeft een in hoofdzaak ellipsvormige ontladings-10 kamer 20a die in het centrum is gevormd en klemafsluitingsdelen 20b 1 en 20b2 die respectievelijk aan beide zijden van de ontladingskamer 20a zijn gevormd. Een in hoofdzaak ellipsvormige ontladingsruimte 24 is binnen de ontladingskamer 20a gevormd, zodat deze zich in longitudinale richting uitstrekt binnen de ontladingskamer 20a.

15 Het elektrodesamenstel 22A (of 22B) bestaat uit een elektrodestaaf 26A (of 26B) en een geleidedraad 28A (of 28B) die in positie zijn verbonden door middel van een molybdeenfolie 30A (of 30B) en die klemmend is gesloten in de klemafsluitingsdelen 20b 1 (of 20b2) van boogbuislichaam 20. De molybdeenfolies 30A, 30B zijn geheel ingebed in het klemafsluitingsdeel 20 20b 1, 20b2, maar de uiteinden van de elektroden 26A, 26B strekken zich in de ontladingskamer 24 vanuit de tegenover liggende zijden naar elkaar toe uit.

De ontladingsruimte 24 heeft een capaciteit van ongeveer 20 tot 50 μΐ. In de ontladingsruimte 24 is kwik ingesloten voor het onderhouden 25 van een ontlading tussen de uiteinden van de elektroden 26A en 26B, een startgas voor het stimuleren van een ontlading, en een metaalhalide voor een verbeterde lampdoelmatigheid en kleurweergave.

De hoeveelheid kwik die in de ontladingsruimte is ingesloten ligt in het bereik van 0,5 tot 1,0 mg. Inert xenongas wordt als startgas bij een druk 30 van ongeveer 4 tot 8 atmosfeer gebruikt. Het metaalhalide bestaat uit 10154271 7 natriumjodide en scandiumjodide die in een gewichtsverhouding van ongeveer 4:1 tot ongeveer 7:3 zijn gemengd. De hoeveelheid metaalhalide die in de ontladingsruimte is ingesloten ligt in het bereik van 0,18 tot 0,03 mg (0,006 - 0,01 mg/μΐ wanneer de hoeveelheid wordt berekend per 5 eenheidsvolume).

Het metaalhalide is tabletvormig in de ontladingsruimte 24 ingesloten. Wanneer de lamp aangaat, verdampen de tabletten. Indien de lamp daarna wordt uitgeschakeld neemt de temperatuur van de ontladingsruimte 24 af en wordt het metaalhalide vloeibaar en slaat neer op 10 de binnenwand van de ontladingskamer 20a op de onderste positie te midden van nauwe einddelen van de kamer, zoals door de metaalhalideneerslag 32 in Fig. 2 is weergegeven (dit is tevens de koudste positie van de ontladingskamer 24).

Onder verwijzing naar Fig. 2 ligt het laagste punt C van de 15 binnenwand van de ontladingskamer 20a te midden tussen de nauwe einddelen daarvan. Het ligt eveneens op een afstand L van de uiteindepositie A (of B) van de elektrode 26A (of 26B) welke afstand ligt in het bereik van 1,75 - 3,5 mm (0,05 - 0,1 mm/W in termen van de verhouding L/P, waarbij P het invoervermogen van de boogbuis 16 bedraagt).

20 Het werkingsmechanisme van de metaalhalidelamp volgens de betreffende uitvoeringsvorm zal nu worden beschreven.

Fig. 3 (a) geeft weer hoe volgens deze uitvoeringsvorm een boog groeit in de metaalhalide lamp, nadat deze werd aangeschakeld. Fig. 3(b) geeft weer hoe volgens een vergelijkend voorbeeld een boog groeit in een 25 metaalhalide lamp, nadat deze werd aangeschakeld. In de ter vergelijking gebruikte metaalhalide lamp bedroeg de hoeveelheid metaalhalide die in de ontladingskamer 24 was opgesloten meer dan 0,01 mg/μΐ.

Onder verwijzing naar Fig. 3(a) stroomt, indien een hoge spanning tussen de twee elektroden 26A en 26B wordt aangebracht, tijdelijk een grote f01542?· 8 negatieve stroom, maar daarna snel een positieve stroom tussen de twee elektroden 26A en 26B. Als gevolg daarvan vloeit een voorbepaalde stroom op een stabiele wijze. Als gevolg daarvan bereikt de boog, die zich tussen de elektroden 26A en 26B ontwikkelt, een stabiele toestand.

5 Onder verwijzing naar Fig 3(b) vloeit, indien een te grote hoeveelheid metaalhalide in de ontladingsruimte 24 is ingesloten, tijdelijk een grote negatieve stroom, waarna een positieve stroom optreedt. De boog bereikt echter geen stabiele toestand maar dooft in plaats daarvan uit terwijl geen stroom vloeit.

10 Fig. 4 is een schema dat de gevonden betrekking tussen de hoeveel heid metaalhalide in de ontladingsruimte 24 per eenheidsvolume weergeeft, en de kans van een succesvolle verlichting van de metaalhalide lamp.

De kans voor succesvolle verlichten bedroeg duidelijk 100% indien de hoeveelheid metaalhalide die per eenheidsvolume in de ontladingsruimte 15 24 was opgesloten, niet meer dan 0,01 per mg/μΐ bedroeg. De kans op succes nam echter aanzienlijk af wanneer deze waarde werd overschreden.

Onder verwijzing naar Fig. 2 komt de neerslag van de metaalhalide 32 op de binnenwand van de ontladingskamer 20a in het onderste gebied te midden tussen de nauwe einddelen van de kamer, zeer 20 nabij de elektroden 26A, 26B, indien de hoeveelheid metaalhalide die in de ontladingsruimte 24 per eenheidsvolume is opgesloten meer bedraagt dan 0,01 mg/μΐ. Als gevolg daarvan beweegt een deel van de zich vormende boog naar de metaalhalide 32 en neemt de effectieve weerstand tussen de elektrode af tot een ongewenst laag niveau.

25 Daarom bedraagt de hoeveelheid metaalhalide die in de ontladingsruimte per eenheidsvolume is ingesloten, bij voorkeur 0,01 mlipl of minder teneinde een succesvolle verlichting moge lijk te maken. Op gemerkt dient echter te worden dat indien de ontladingsruimte 24 1015427· 9 minder dan 0,006 mg/μΐ metaalhalide bevat, de metaalhalide lamp niet langer de bedoelde hoeveelheid lichtflux of kleur kan produceren.

De metaalhalide lamp, waarbij de metaalhalide per eenheids-volume in de ontladingskamer 24 in het bereik van 0,006 tot 0,01 mg/μΐ ligt, 5 voorkomt dat de boog uitdooft nadat de lamp werd aangeschakeld. Een metaalhalide lamp volgens de beschreven uitvoeringsvorm is in hoge mate geschikt voor gebruik voor voertuigkophchten die snel aan moeten schakelen wanneer hierop invoervermogen wordt aangebracht.

Onder verwijzing naar Fig. 2 heeft volgens de beschreven 10 uitvoeringsvorm de laagste positie C op de binnenwand van de ontladingskamer 20a, die zich te midden bevindt tussen rechter- en linkerzijden, een afstand tot de uiteinden A (of B) elektrode 26A (of 26B) ter lengte L. Deze afstand wordt ingesteld op een waarde die niet minder bedraagt dan 1,75 mm. Indien de hoeveelheid metaalhalide die in de 15 ontladingsruimte 24 is ingesloten in het bedoelde bereik ligt, kan men daardoor met zekerheid bereiken dat de neerslag van het metaalhalide 32 op de binnenwand van de ontladingskamer 20a op het laagste oppervlak te midden tussen rechter- en linkerzijden niet ongewenst dicht in de buurt elektroden 26A en 26B optreedt.

20 De bovenlimiet van de afstand L bedraagt 3,5 mm. Indien de lengte L deze waarde overschrijdt, kan het laagste deel van de binnenwand van de ontladingskamer 20a niet voldoende in temperatuur stijgen voor het bereiken van een geschikte lichtuitzending, waardoor de hoeveelheid gewenste lichtflux en kleur niet wordt geproduceerd. De bovenlimiet van 25 3,5 mm voor de afstand L voorkomt het optreden van dit probleem.

Bij voorkeur heeft de metaalhalide lamp volgens de voorkeursuitvoeringsvorm een invoervermogen van 35 W, waarbij de ontladingsruimte 24 een capaciteit heeft van ongeveer 30 μΐ. Dezelfde voordelen als hierboven beschreven kunnen worden bereikt met metaalhalide lampen met 1015427* 10 andere specificaties, indien de hoeveelheid metaalhalide die in de ontladingsruimte 24 per eenheidsvolume is opgesloten, ligt in het bereik van 0,006 - 0,01 mg/μΐ en indien de afstand L tot de laagste positie C van de binnenwand van de ontladingskamer 20a tot de uiteinde A (of B) van de 5 elektrode 26A (of (B) en het invoervermogen van de boogbuis 16 zo zijn ingesteld dat de verhouding L:P ligt in het bereik van de 0,05 tot 0,1 mm/W.

De hoeveelheid metaalhalide die per eenheidsvolume in de ontladingsruimte 24 is ingesloten, ligt bij voorkeur in het bereik van 0,007 tot 0,009 mg/μΙ. De verhouding tussen afstand L en invoervermogen P 10 (L:P) ligt bij voorkeur in het bereik van 0,06 tot 0,09 mm/W.

De metaalhalide lamp volgens de voorkeursuitvoeringsvorm wordt verondersteld de boogbuis 16 in de ontladingsbuis 10 te vormen die op een koplicht voor een voertuig wordt gemonteerd. Het is onnodig om vast te stellen dat de metaalhalide lamp ook in andere toepassingen kan worden 15 gebruikt.

De voorgaande beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding dient ter illustratie en beschrijving. Het is niet bedoeld uitputtend te zijn of de uitvinding te beperken tot de exact beschreven vorm; modificaties en variaties zijn mogelijk in het licht van bovenstaande 20 beschrijving of kunnen worden verkregen uit de praktische toepassing daarvan. De uitvoeringsvorm is gekozen en beschreven teneinde de principes van de uitvinding en de praktische toepassing daarvan toe te lichten, om iedere deskundige in staat te stellen de uitvinding in verscheidene uitvoeringsvormen en verscheidene modificaties toe te passen, 25 zoals deze geschikt zijn voor het specifiek bedoelde gebruik.

101542?!

Claims

1. Metaalhalide lamp omvattende: een ontladingskamer met een in hoofdzaak ellipsvormige ontladingsruimte ; een tweetal elektroden die in de ontladingskamer zijn gebed, waarbij 5 een uiteinde van elk der elektroden zich in de ontladingskamer uitstrekt; en waarbij de ontladingsruimte ten minste kwik, een startgas en een metaalhalide gas omsluit, waarbij de hoeveelheid metaalhalide die per eenheidsvolume in de ontladingsruimte is ingesloten, in een voorbepaald bereik ligt, waardoor wordt voorkomen dat de metaalhalide lamp uitdooft, met het 10 kenmerk, dat de verhouding L :P ligt in het bereik van 0,05 tot 0,1 mm/W, waarbij L de afstand is van het uiteinde van elk van de elektroden tot een positie op een binnenwand van de ontladingskamer, dat het laagstgelegen gebied is te midden van nauwe einddelen van de ontladingskamer en waarbij P het invoervermogen van de metaalhalide lamp is. 15

2. Metaalhalide lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid metaalhalide lamp die per eenheidsvolume in de ontladingsruimte is ingesloten, niet meer dan 0,01 mg/μΐ bedraagt.

3. Metaalhalide lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid metaalhalide die per eenheidsvolume in de ontladingsruimte is ingesloten, in het bereik van 0,006 tot 0,01 mg/μΐ ligt.

4. Metaalhalide lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 25 hoeveelheid metaalhalide die per eenheidsvolume in de ontladingruimte is ingesloten in het bereik van 0,007 tot 0,009 mg/μΐ ligt. S Π λ 9 7 S ^ ! w i, |

5. Metaalhalide lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid kwik die in de ontladingsruimte is ingesloten in het bereik ligt van 0,5 tot 1,0 mg. 5

6. Metaalhalide lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het volume van de ontladingsruimte ten minste 20 μΐ is.

7. Metaalhalide lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het volume 10 van de ontladingsruimte niet groter is dan 50 μΐ.

8. Metaalhalide lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het metaalhalide natriumjodide en scandiumjodide bevat.

9. Metaalhalide lamp volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het natriumjodide en het scandiumjodide in een gewichtsverhouding van 4:1 tot 7:3 zijn gemengd.

10. Metaalhalide lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 20 invoervermogen van de metaalhalide lamp 35 W bedraagt. ] 0 < - 2 ?