JP2001527696A - 起動アンテナを有する短アーク放電ランプを具えるユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の短アーク放電ランプ（１）は、気密な方法で閉じられ且つイオン化できる充填物が備わっている半透明のランプ容器（１０）を設けられている。第一及び第二電極（１１ａ，１１ｂ）がそのランプ容器（１０）内に配設され、それらは各々そのランプ容器の外側へ延びるそれ自身の電流導体（１２ａ，１２ｂ）へ接続されている。起動アンテナ（２）がそのランプ容器の近くに配設され、そのアンテナが別の電流導体（２４）へ接続されている。この起動アンテナはアンテナ容器（２０）と別の電極（２２）とを具え、そのアンテナ容器（２０）は気密なように閉じられ且つイオン化できる充填物を入れており、別の電極（２２）は別の電流導体（２４）へ接続されている。起動アンテナ（２）からランプ容器（１０）までの火花が回避されながら、起動アンテナ上の高い再点火電圧によって短い再点火時間を達成することをこれが可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 起動アンテナを有する短アーク放電ランプを具えるユニット 本発明は、短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えているユニットに関す るものであり、前記短アーク放電ランプはイオン化できる充填物を有する、半透 明の、気密ランプ容器を含んでおり、一方第一及び第二電極がそのランプ容器内 に配設され、それらの二つの電極の両方がそのランプ容器の外側へ延在している それ自身の電流導体へ接続されており、別の電流導体へ接続された起動アンテナ がそのランプ容器の近くに配置されている。 短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えているそのようなユニットは、米 国特許明細書第4,053,809号から既知である。今後ランプで表されるはずの、短 アーク放電ランプは、それの電極間の距離がそのランプ容器の最も広い外径の半 分より小さい放電ランプを意味するものと理解される。短い放電アークがそのラ ンプにより発生される光の正確なバンドリングを可能にする。これが、例えば投 射ランプ又は車のヘッドランプとして非常に適するようにする。短アーク放電ラ ンプは、ランプの点灯中に数十バールの程度及びそれ以上の非常に高圧を採用す る充填物を有している。その高圧はスイッチオフの後に徐々にのみ減少すると言 う事実が、ランプを少しだけ後に再点火することを困難にする。その既知のラン プについて、そのランプ容器が中央部分とそれの二つの側の両方に頚状端部とを 有している。そのランプ容器のかたはらに、中央部分からある距離にその端部の 一方を取り巻いて取り付けられた金属導体が延在している。その金属導体が接続 されている別の電流導体が、こんどは電極の一方の電流導体へ接続されている。 ランプを再点火するために必要であり且つそれ故に起動アンテナとして動作する その金属導体が、時間（再点火時間）の短縮を実現する。その再点火時間はより 高い再点火電圧が起動アンテナへ印加されるに従ってより短くなる。しかしなが ら、電圧が高すぎる場合には、その起動アンテナからランプ容器までの火花が生 じるので、その起動アンテナ上の許容できる再点火電圧は制限される。これがラ ンプ容器に損傷を生じて、その損傷がそのランプの寿命を大幅に縮める。 再点火時間の更なる低減を可能にし、且つ起動アンテナからランプ容器までの 火花を回避する手段を提供することが、冒頭文節において定義された種類のユニ ットにおける本発明の目的である。本発明によると、冒頭文節において定義され た種類のユニットがそれ故に、起動アンテナがイオン化できる充填物を有する気 密のアンテナ容器を有し、且つ別の電流導体へ接続された別の電極を含んでいる ことを特徴としている。この別の電流導体が再点火電圧を発生する場合に、その 別の電極がアンテナ容器のイオン化できる充填物にイオン化を起こさせる。アン テナ容器の充填物はその時導電性になるので、これが金属導体と類似してそのラ ンプ容器内に電界を発生する。しかしながら、驚くべきことに、本発明によるユ ニットによって、起動アンテナからランプ容器までの火花無しに、大幅に高い再 点火電圧が起動アンテナ上に発生され得ることがわかった。これが再点火時間の 更なる低減を可能にする。 磁気誘導によって、ランプ容器のイオン化できる充填物内の電気放電が点灯中 維持される無電極ＨＩＤランプが既知であることは、米国特許明細書第5,248,91 8号から注目される。電極の不足によって、冷状態でのそのようなランプは、電 極を有する慣習的なランプより点火することが一般に一層困難である。これの重 要な原因は、その状態における無電極ランプのランプ容器内の自由電子の不足で ある。この無電極ランプの点火を改善するために、イオン化できる媒体を含んで いる管がそのランプ容器へ取り付けられる。無電極ランプが点火される場合に、 高電圧がその管の自由端で提供される。本発明による手段は、短アーク放電ラン プが温状態で再点火される場合に特に効果的である。短アーク放電ランプの温再 点火のために、自由電子の不足はいかなる役も演じない。 更にその上、ランプ容器がイオン化できる充填物を含んでいるエンベロープ内 に含まれる高圧ナトリウムランプが、米国特許明細書第3,828,214号から既知で あることは注目される。別の電極がこのエンベロープの内側に配設されている。 このランプについては、そのランプの電極間の距離がランプ容器の直径より大幅 に大きい。電圧がこのランプへ印加された場合に、そのランプ容器を包み込むエ ンベロープ内の充填物はイオン化される。そのランプ容器内の充填物は結果とし て加熱されるので、高圧ナトリウムランプの起動電圧が低下する。そのエンベロ ープ内のイオン化されたプラズマが、導電体として働くことがこの特許出願に述 べられている。そのランプ容器の付近における導電体、例えば導電性ストリップ が、点火に際して橋絡されるべき距離を縮めるために、高圧ナトリウムランプに おいて用いられる。最初に容量性放電がその導電性ストリップと隣接する電極と の間の比較的短い距離にわたって起こる。その後、ランプ容器内の放電がランプ 容器内の電極間に拡張される。 本発明によるユニットの実験的試験が本発明者に、再点火電圧が起動アンテナ へ印加された後に、最初にランプ容器の壁の内側表面に沿って比較的長い通路に わたって初期放電があることを示した。続いて、この初期放電が電極間のアーク 放電になる。 短アーク放電ランプにおいては、温条件におけるイオン化できる充填物の密度 が非常に高い。放電を実現するように、ランプ容器内に存在する自由電子を充分 に加速することを、これが困難にする。従って、短アーク放電ランプが実際に点 火された場合に、ランプ容器の温度の上昇が起動電圧の増大へ導く。本発明によ るユニットの好都合な実施例においては、ランプ容器がこの理由のためにアンテ ナ容器の外側に配設されている。結果として、アンテナ容器内の放電の結果とし てのランプ容器の加熱が実質的に回避される。 光学損失を打ち消すために、アンテナ容器が半透明材料、例えば単結晶酸化金 属のようなセラミック材料、例えばサファイヤ、多結晶酸化金属、例えば半透明 気密酸化アルミニウム(ＤＧＡ)、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ ＡＧ）又は酸化イットリウム(ＹＯＸ)、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のよう な多結晶非酸化材料で好適に作られる。ガラス、例えば石英ガラスもまた半透明 材料として適しており、且つそれが起動アンテナの形の比較的大きい自由度を与 えると言う付加的な利点を有している。 本発明によるユニットにおいては、より短い再点火時間を達成するために、ア ンテナ容器において発生される放射線の性質と強度とが最上の重要性ではない。 しかしながら、ランプが冷条件において点火される場合に短い点火時間を達成す るために、周囲光の無い場合には、活性化された条件において起動アンテナが、 好適には１９０〜２６０ｎｍの波長帯域内の、紫外線を発生する場合が有利であ る。例えば、起動アンテナが水銀及びアルゴンの充填物を有している。 別の電極がアンテナ容器内に含まれて、且つ気密の引込み線を介して別の電流 導体へ接続されてもよい。しかしながら、別の電極がアンテナ容器の外側表面へ 取り付けられる一実施例は、製造するのが容易である。そのとき気密な引込み線 は必要ではない。それに加えて、アンテナ容器の壁が、この場合にはその別の電 極とアンテナ容器の内側の充填物との間の、あらゆる化学的相互作用を回避する ので、これが別の電極用の材料に対する、及び充填物の構成要素に対する選択を 増す。 起動アンテナ上に発生される再点火電圧は、例えば、高周波数交流電圧である が、しかしこれに反して、ことによると繰り返す脈動電圧であってもよい。 有利な実施例においては、本発明によるユニットは更に、電流導体が電圧変換 手段の入力端子へ接続される電圧変換手段を特徴とし、且つ別の電流導体がその 電圧変換手段のそれら自身の出力端子へ接続されていることを特徴としている。 このユニットが電圧変換手段を含んでいるので、このユニットはランプの点火に 際してとそのランプの正常点灯中との両方で、比較的低い電圧のみを供給するこ とを必要とする電源へ接続され得る。それ故に、比較的費用効果的な構成要素が 電源に対して用いられ得る。この電圧変換手段は、例えば磁化できる材料のコア の周りに一次巻線と二次巻線とを有する、例えば変圧器として配設される。これ に反して、その変換手段が螺旋線路（スパイラル・ライン）変圧器として配置さ れてもよい。 この電圧変換手段が圧電変圧器により形成された場合には魅力的である。それ の共振周波数に近い周波数に対して、この種類の変圧器はその共振周波数からも っと離れた周波数に対してよりも大幅に高い出力電圧を発生する。この方法にお いてはその変圧器の出力端子上の電圧が、そのランプの電極上の電圧にかなりの 影響を与えることなく変えられ得るので、変圧器とランプとが同じ電源へ接続さ れた実施例においてこれが特に好都合である。 本発明によるユニットの魅力的な実施例は、ランプ容器が比較的広い中央部分 有し且つそれの両側のいずれも上に頚状端部を有し、電極はランプ容器の中央部 分内に配設されており、電流導体が各自の端部を各々通って延在しており、且つ 起動アンテナのアンテナ容器がその中央部分の近くの一方の端部を取り巻く管で あることを特徴としている。この両側短アーク放電ランプは工業的規模での製造 に対してかなり容易に寄与する。 電極間の短い距離によって、この短アーク放電ランプは反射器を有するユニッ トに使用するのに、例えば投射目的に著しく適している。 好適には、このユニットは上述の両側短アーク放電ランプを含んでいる。その ようなユニットの実際の、且つ小型の実施例は、その反射器が光軸、光放射窓及 び、この窓に対向して、別の窓を有する集光反射器であり、その反射器はランプ 容器の中央部分を取り巻いており、そのランプ容器の頚状部分が光軸に沿って延 在し、且つ起動アンテナにより取り巻かれた端部がその別の窓を通って外側へ延 びていることを特徴としている。 本発明のこれらの態様が以下に記載される実施例から明らかになり、且つ本発 明のその他の態様が以下に記載される実施例を参照して解明されるだろう。 図において、 図１は、反射器と電圧変換手段とを更に含んでいるユニットを有する、本発明 による短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えているユニットの第一実施例 を縦断面で示し、 図２Ａは、これもまた縦断面で、その第一実施例の起動アンテナをもっと詳細 に示し、 図２Ｂは、図２Ａ中のII〜II線に沿った断面で、その起動アンテナを示し、 図３は、図１に示されたユニットの電圧変換手段をもっと詳細に示し、 図４Ａは、本発明によるユニットの第二実施例の点火アンテナを詳細に示し、 図４Ｂは、図４Ａ中のIII〜III線に沿った断面で、その点火アンテナを示し、 図５は反射器と電圧変換手段とを更に含んでいるユニットを有する、本発明に よる短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えているユニットの第三実施例を 縦断面で示し、且つ 図６は、図５に示されたユニットの電圧変換手段をもっと詳細に示している。 図１は短アーク放電ランプ１と起動アンテナ２とを具えているユニットを示し ている。この短アーク放電ランプはイオン化できる充填物を有する半透明気密ラ ンプ容器１０を具えている。この場合には、その充填物は１個又は複数個の希ガ ス、ここでは９．９８ｋＰａ（１００ｍｂａｒ）の充填圧力のもとでのアルゴン 、少なくとも０．２ｍｇ／ｍｍ³の水銀、及び、例えば、ここでは水銀臭化物の 形での、１０^-6〜１０^-4ｍｏｌ／ｍｍ³の１個又は複数個のハロゲンＣｌ，Ｂｒ ，Ｉを含んでいる。図１におけるランプ容器は石英ガラスで作られているが、異 なるセラミック材料で作られてもよい。そのランプ容器１０内に、１ｍｍの相互 距離ｄを有して、第一電極１１ａと第二電極１１ｂとが配置されている。ランプ 容器１０は９ｍｍの最大外側直径Ｄを有している。電極間の相互距離ｄは、本実 施例においては、それ故に、このランプ容器の最大外側直径Ｄの半分より小さい 。２個の電極１１ａ，１１ｂがそれぞれそれ自身の電流導体１２ａ，１２ｂへ接 続され、その電流導体はランプ容器１０の外側へ延びている。ランプ容器１０の 付近に、別の電流導体２４へ接続された起動アンテナ２が配設されている。 図１に示された実施例においては、その短アーク放電ランプのランプ容器１０ は、比較的広い中央部分１０ｃ及びそれの両側上に６．１ｍｍの外側直径を有す る頚状端部１０ａ，１０ｂを有している。電極１１ａ，１１ｂはランプ容器１０ の中央部分１１ｃに配置されており、且つ電流導体１２ａ，１２ｂが各々それ自 身の端部１０ａ，１０ｂを通って延びている。 起動アンテナ２が図２Ａ及び２Ｂにもっと詳細に示されている。これらの図に はこのランプ容器１０の一部１０ａ，１０ｃも破線で示されている。この起動ア ンテナ２は、ここでは９．９８ｋＰａの充填圧力のもとでアルゴンにより形成さ れた、イオン化できる充填物を含んでいる、気密なアンテナ容器２０を有してい る。もう一つの実施例においては、そのイオン化できる充填物は、例えば０．５ ｍｇの水銀をも含んでいる。その上この起動アンテナ２は別の電流導体２４へ接 続された別の電極２２を有している。この場合には、起動アンテナ２はタングス テンピンとして配設された内部電極２２を有している。そのピン２２は、モリブ デンでできたストリップ状の導入素子２３を介して、これもモリブデンの別の電 流導体２４へ接続されている。もう一つの実施例においては、タングステンピン は無く、且つその導入素子の自由端が内部電極として働く。この起動アンテナ２ のアンテナ容器２０は、ここでは０．４ｍｍの壁厚さを有する石英ガラス管であ る。その石英ガラス管は、２５ｍｍの長さと１．６ｍｍの内径とを有し、頚状端 部１０ａに沿って延びている第一の、比較的広い部分２１ａを有している。その 石英ガラス管は頚状端部１０ａを取り巻く第二の、比較的狭い部分２１ｂを有し て、その部分２１ｂは中央部分１０ｃの近くで０．６ｍｍの内径を有している。 この場合には、第二部分２１ｂは端部１０ａの周りで３６０度の屈曲部を作って いる。 図示の実施例においては、ランプ容器１０はアンテナ容器２０の外側に配設さ れている。 図１に示されたユニットはその上反射器３０を有している。その反射器は、光 軸３１、放射窓３２及び、その光放射窓と対向する別の窓３３を有する集光反射 器３０である。この場合には、その反射器は放物線反射器である。その反射器３ ０がランプ容器１０の中央部分１０ｃを取り囲んでいる。一方の端部１０ａがそ の反射器３０の別の窓３３を通って外側へ延びている。 そのユニットは更にその上電圧変換手段４０を具えている。電流導体１２ａ， １２ｂが各々、その電圧変換手段４０のそれら自身の入力端子４１ａ，４１ｂへ 接続され、且つ別の電流導体２４がその電圧変換手段の出力端子４２へ接続され ている。その電圧変換手段４０はここでは、軟磁性材料のコア４９の周りに一次 巻線４７と二次巻線４８とを有する誘導性に動作する変圧器として配置されてい る(図３参照)。 起動アンテナ上に提供される再点火電圧の関数として、本発明によるユニット の再点火時間が試験された。この関係はまた、起動アンテナがそのためにＦｅ₇₀ Ｃｒ₂₅Ａｌ₅（重量％）合金の固体導体として配設された、本発明によらないユ ニットに対しても試験された。 本発明よよらないユニットについては、起動電圧が５ｋＶを超えた場合に、起 動アンテナからランプ容器への火花があった。これが実際に、本発明によるラン プに対して、４５秒よりも短い再点火時間を実現することを一層困難にした。本 発明によるユニットと、起動アンテナ２０上の８ｋＶピークの再点火電圧、及び 電極間の８００Ｖピークの起動電圧により、３０秒の再点火時間が実現された。 起動アンテナ２０からランプ容器１０までの火花は生じなかった。別の電流導体 ２４から頚状端部１０ａまでの火花は、絶縁目的のために貼付されたセラミック 材料を基礎とするキット２６により回避される。 図１，２Ａ及び２Ｂの構成要素と対応する、図４Ａ及び４Ｂにおける構成要素 は１００大きい参照符号を有している。これらの図は本発明によるユニットの第 二実施例における起動アンテナ１０２を示している。そこで破線は短アーク放電 ランプ１０１のランプ容器１１０の一部１１０ａ，１１０ｃを示している。この 実施例においては、起動アンテナ１０２のアンテナ容器１２０は、０．６ｍｍの 内径及び０．４５ｍｍの壁厚さを有する石英ガラス管で完全に作られている。電 極１２２はここではアンテナ容器の外側表面へ取り付けられている。この場合に は、電極１２２は内側へ動く弾性指１２２ａ’によって、アンテナ容器１２０の 直線部分１２１ａの自由端１２１ａ’へ固定されている金属管１２２ａとして配 設されている。バス１２２ａはアンテナ容器１２０内のイオン化できる充填物へ 容量的に結合されている。更に良好な容量的結合は、その自由端１２１ａ’が金 属、この場合には白金の被覆１２２ｂにより覆われることで得られる。 本発明による短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えているユニットの第 三実施例が図５に示されている。ここで図１の構成要素に対応する構成要素は、 ２００大きい参照符号を有している。この実施例においては、起動アンテナのア ンテナ容器２２０が、セラミック材料、この場合には、酸化アルミニウムの真っ 直ぐな管として配設されている。アンテナ容器２２０がランプ容器２１０の端部 ２１０ａに対して横断的に配設されている。電圧変換手段２４０がここでは（図 ６に図式的に示された）圧電変圧器により形成されている。その圧電変圧器は、 例えば、国際公開公報WO98/15985において図１を参照して記載されたように、配 設されている。その場合には、図６の素子２４３，２４４，２４５，２４６，２ ４３’，２４４’，及びＰＥＢが先の出願の、それぞれ１，２，３，ＥＬ１，１ ’，２’及びＰＥＢと対応している。 明らかに、これらの請求項の枠組み内において、多くの変形が可能である。例 えば、本発明による短アーク放電ランプと反射器とを具えているユニットの変形 において、起動アンテナが光放射窓に向かって回されたランプ端部の近くに配設 される。その変形においては、別の電流導体が、例えばアンテナ容器から反射器 まで放射的に延ばされて、且つ電圧変換手段又はもう一つの高電圧源へ反射器内 の横の開口部を介して導かれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オッスマン マーティン オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 デ レヘト ヨハネス エム オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 デッラ フンター ハー オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ファン デン ニーウェンホイゼン フベ ルタス セー エム オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホスルトラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えているユニットであって、前記 短アーク放電ランプはイオン化できる充填物を有する、半透明の、気密ランプ 容器を含んでおり、一方第一及び第二電極が前記ランプ容器内に配設され、そ れらの二つの電極の両方がそのランプ容器の外側へ延在しているそれ自身の電 流導体へ接続されており、別の電流導体へ接続された起動アンテナが前記ラン プ容器の近くに配置されているユニットにおいて、 起動アンテナがイオン化できる充填物を含んでいる気密のアンテナ容器を具 え、且つ別の供給電流導体へ接続された別の電極を含んでいることを特徴とす る短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えているユニット。 ２．請求項１記載のユニットにおいて、前記ランプ容器が前記アンテナ容器の外 側に配置されていることを特徴とする短アーク放電ランプと起動アンテナとを 具えているユニット。 ３．請求項１又は２記載のユニットにおいて、前記アンテナ容器が半透明材料で 作られていることを特徴とする短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えて いるユニット。 ４．請求項１又は２記載のユニットにおいて、活性化された状態における前記起 動アンテナが紫外線を発生することを特徴とする短アーク放電ランプと起動ア ンテナとを具えているユニット。 ５．請求項１又は２記載のユニットにおいて、前記別の電極が前記アンテナ容器 の外側表面へ取り付けられていることを特徴とする短アーク放電ランプと起動 アンテナとを具えているユニット。 ６．請求項１又は２記載のユニットにおいて、更に電圧変換手段を特徴とし、前 記電流導体が各々前記電圧変換手段のそれら自身の入力端子へ接続され、且つ 前記別の供給電流導体は前記電圧変換手段の出力端子へ接続されていることを 特徴とする短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えているユニット。 ７．請求項６記載のユニットにおいて、前記電圧変換手段が圧電変圧器により形 成されていることを特徴とする短アーク放電ランプと起動アンテナとを具えて いるユニット。 ８．請求項１又は２記載のユニットにおいて、前記ランプ容器が比較的広い中央 部分を有し、且つそれの両側の双方上に、前記電極を有する頚状端部が前記ラ ンプ容器の中央部分内に配設され、前記電流導体が各自の端部を各々通って延 在し、且つ前記起動アンテナのアンテナ容器が前記中央部分の近くの前記端部 の一方を取り巻く管であることを特徴とする短アーク放電ランプと起動アンテ ナとを具えているユニット。 ９．請求項１又は２記載のユニットにおいて、反射器を更に特徴とする短アーク 放電ランプと起動アンテナとを具えているユニット。 １０．請求項８及び９記載のユニットにおいて、前記反射器が光軸、光放射窓、 及びこの窓と対向して、別の窓を有し、前記反射器が前記ランプ容器の中央部 分を取り巻き、前記ランプ容器の頚状部分が前記光軸に沿って延在し、且つ前 記起動アンテナのアンテナ容器により取り巻かれた前記端部が前記別の窓を通 って外側へ延びていることを特徴とする短アーク放電ランプと起動アンテナと を具えているユニット。