JP2004288629A - 自動車ヘッドライト用の高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】自動車ヘッドライト用の光源として適している水銀不含の高圧放電ランプ。
【解決手段】高圧放電ランプのイオン化可能な充填物が、専ら、キセノン及び金属：ナトリウム、スカンジウム、インジウム及び亜鉛のハロゲン化物からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、特許請求項１の上位概念による高圧放電ランプに関する。特に、自動車ヘッドライトにおける光源として使用するための金属ハロゲン化物−高圧放電ランプが重要である。そのようなランプは、通常、水銀及びキセノンに加えて金属：ナトリウム及びスカンジウムのハロゲン化物及び場合によりさらに別の金属のハロゲン化物を含有しているイオン化可能な充填物を有する。水銀は、その際、あまり光を発生させるためではなく、むしろその高い蒸気圧に基づきまず第一にこれらのランプの電気的性質を改善するため、特に８０Ｖ〜１１０Ｖの範囲内の動作電圧を達成するために利用される。このところ、そのようなランプを、環境に有害な水銀を使用せずに設計することが試みられている。

欧州出願公開明細書EP 0 903 770 A2には、水銀不含のハロゲン−金属蒸気−高圧放電ランプが記載されており、該ランプのイオン化可能な充填物は、電圧勾配形成剤として利用される易蒸発性の金属ハロゲン化物少なくとも１つ及び光を発生させるのに利用される別の金属ハロゲン化物を含有する。電圧勾配形成剤として利用される金属ハロゲン化物は本質的には、水銀不含の高圧放電ランプ中の水銀の機能を引き受ける。電圧勾配形成剤として、金属：Ａｌ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｓｂ又はＧａのハロゲン化物が使用される。とりわけ光発生には、金属：Ｎａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｌ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｍのハロゲン化物が利用される。

欧州出願公開明細書EP 0883 160 A1には、水銀不含のハロゲン−金属蒸気−高圧放電ランプが開示されており、該ランプのイオン化可能な充填物は、希ガス、光発生に利用される第一の金属ハロゲン化物及び高い蒸気圧を有し、バッファガスとして利用される第二の金属ハロゲン化物を含有する。バッファガスとして、金属：鉄、コバルト、クロム、亜鉛、ニッケル、マンガン、アルミニウム、アンチモン、ベリリウム、レニウム、ガリウム、チタン、ジルコニウム又はハフニウムのハロゲン化物が挙げられている。
欧州出願公開明細書EP 0 903 770 A2 欧州出願公開明細書EP 0883 160 A1

本発明の課題は、自動車ヘッドライト用の光源として適している水銀不含の高圧放電ランプを提供することである。

この課題は、本発明によれば、特許請求項１の特徴、すなわちイオン化可能な充填物が、キセノン及び金属：ナトリウム、スカンジウム、インジウム及び亜鉛のハロゲン化物からなっていることにより解決される。本発明の特に有利な実施は、従属特許請求項に記載されている。

本発明による高圧放電ランプは、気体放電を発生させるための２つの電極及びイオン化可能な充填物が配置されている気密に密閉された放電容器を有し、その際、イオン化可能な充填物は、キセノン及び金属：ナトリウム、スカンジウム、インジウム及び亜鉛のハロゲン化物からなる。専ら前記の充填物成分を使用することにより、自動車ヘッドライトにおける光源としての使用のために十分に良好な演色、発光効率及び耐久性を有する高圧放電ランプが構成されることができることが示されている。技術水準に記載された、８０Ｖ〜１１０Ｖの水銀含有ランプについて常用の値に動作電圧を上昇させるための手段は不必要である。その代わりに、本発明による高圧放電ランプは、４５Ｖに過ぎない動作電圧を有する。本発明による充填物成分を用いて、Ｒａ＝６５の演色、約４０００Ｋの色温度、８５ｌｍ／Ｗの発光効率及び３０００時間を上回る寿命が達成されることができる。有利には、ハロゲン化物は、ヨウ化物又は臭化物であり、かつフッ化物ではない、それというのも、後者はセラミックからなる放電容器と組み合わせてのみ使用可能であるからである。特に好ましくは、前記の金属のヨウ化物である、それというのも、これらは、臭化物よりも化学的にあまり攻撃的ではなく、かつたいていより高い蒸気圧を有するからである。特に、前記の金属のヨウ化物は、石英ガラスからなる放電容器を有する高圧放電ランプにも適している。必ずしも、光透過性セラミック、例えば多結晶酸化アルミニウム、サファイア又は窒化アルミニウムからなる放電容器が必要であるというわけではない。

有利には、放電容器が２３ｍｍ^３〜３０ｍｍ^３の範囲内の体積を有する高圧放電ランプのためには、次の成分：
室温（２２℃）で少なくとも９０００ｈＰａ、好ましくはそれどころか少なくとも１１０００ｈＰａ及び多くとも１３０００ｈＰａの圧力である冷充填圧(Kaltfuelldruck)を有するキセノン、ヨウ化ナトリウム少なくとも０．１５ｍｇ及び多くとも０．３０ｍｇ、ヨウ化スカンジウム少なくとも０．１０ｍｇ及び多くとも０．２５ｍｇ、ヨウ化亜鉛最大０．１０ｍｇ、好ましくはしかし０．０５ｍｇ以下及びヨウ化インジウム最大０．０５ｍｇ
からなるイオン化可能な充填物が使用される。

キセノンの冷充填圧及びヨウ化亜鉛含分の適している選択を用いて、ランプの動作電圧、つまり準定常ランプ動作におけるランプを通しての電圧低下は、すなわち、放電容器中の気体放電の点火が行われかつ安定化した後に、一定の値、好ましくは４５Ｖに調節される。そのうえ、キセノンは、気体放電における光発生の効率の上昇にかなり寄与する。キセノンの冷充填圧は故に、高い光束、ひいては高い発光効率を達成するために少なくとも９０００ｈＰａ、好ましくはそれどころか少なくとも１１０００ｈＰａであるべきである。図２から読みとれるように、これはキセノンの冷充填圧と発光効率との間の直線関係を与える。９０００ｈＰａの冷充填圧の場合に、光束は２９８２ｌｍであり、かつ発光効率は８５ｌｍ／Ｗであり、かつ１１０００ｈＰａの冷充填圧の場合に、光束は３１１２ｌｍに高まり、かつ発光効率はそれどころか８９ｌｍ／Ｗに改善する。図２の説明によれば、キセノンのできるだけ高い冷充填圧が望ましいであろう。放電容器は、２００００ｈＰａを上回るキセノン−冷充填圧にも耐えるが、しかし１３０００ｈＰａのキセノン−冷充填圧の超過の場合に、ランプの動作電圧並びに気体放電において発生した光の色温度が変わる。色温度を再び所望の値、好ましくは４０００Ｋに調節するために、ヨウ化スカンジウムの含分は高められなければならない。しかしこれは好ましくは石英ガラスからなっている放電容器の障害をまねきうる、それというのもスカンジウムは石英と化学的に反応するからである。比較的高いキセノン−冷充填圧で、ランプの動作電圧を予め設定された値、好ましくは４５Ｖに調節するために、ヨウ化亜鉛の含分は有利には相応して選択される。ヨウ化亜鉛の含分は、有利には０．１０ｍｇに等しいか又はそれ未満及び好ましくはそれどころか０．０５ｍｇに等しいか又はそれ未満である。有利には、９０００ｈＰａ〜１３０００ｈＰａのキセノン−冷充填圧の圧力範囲内で、ヨウ化亜鉛の質量含分は、近似的に直線関係Ｙ＝−０．０１５Ｘ＋０．２０７が満たされているように選択され、その際、前記の方程式中で、大きさＹはヨウ化亜鉛含分の数値（ミリグラム［ｍｇ］）を表し、かつＸはキセノン−冷充填圧の数値（ヘクトパスカル［ｈＰａ］）を表す（図３）。本発明による高圧放電ランプ中での光発生のために、既に記載された充填物成分に加えてヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム及びヨウ化インジウムも利用される。これらの充填物成分のための前記の量範囲は、所望の色温度、好ましくは４０００Ｋ、及び気体放電により発生した光の所望の色の位置(Farbort)により決定される。比較的僅少量のヨウ化インジウムの添加は、白色光をECE-規定 R.99に従って発生させるために必要である。図４中に示されているように、好ましい実施例による充填物の色の位置は、自動車ヘッドライトの光源に許容しうる白色光の色の位置をECE-規定 R.99に従って定義している図４中に示された台形の内側にある。ヨウ化インジウムを放棄する際に、確かに４０００Ｋの色温度も達成されうるが、しかし光の色の位置は図４中に示された台形の外側にあり、ひいてはランプは自動車ヘッドライトランプとしてもはや適していない。所望の範囲内の色の位置並びに色温度を維持するために、本発明によるランプのイオン化可能な充填物中のナトリウムとスカンジウムとのモル比は有利には３〜６の値を有する。

本発明による高圧放電ランプの電極は、十分に高い電流を導くことができるように、有利には、０．２７ｍｍ〜０．３６ｍｍの範囲内の厚さもしくは直径を有する。既に上述したように、本発明による高圧放電ランプは、技術水準と比較して少ない動作電圧Ｕを有する。通常の水銀含有高圧放電ランプの場合と同じ大きさの入力、通常３５Ｗを保証するために、本発明による高圧放電ランプは、相応してより高い電流容量を有する相応してより厚い電極を有する。電極間の間隔は、放電アークが自動車ヘッドライトにおける光学系を用いてより良好に結像可能であるように、有利には５ｍｍ未満である。

次に、本発明は好ましい実施例に基づいてより詳細に説明される。

本発明の好ましい実施例は、約３５Ｗの電気的入力を有する水銀不含のハロゲン−金属蒸気−高圧放電ランプである。このランプは、自動車ヘッドライトにおける使用に向けられている。これは、イオン化可能な充填物が気密に閉じ込められている２４ｍｍ^３の体積を有する石英ガラスからなる両面で密閉された放電容器３０を有する。放電空間１０６の領域内で、放電容器３０の内部輪郭は円筒形に、かつその外部輪郭は楕円形に形成されている。放電空間１０６の内径は２．６ｍｍであり、かつその外径は６．３ｍｍである。放電容器１０の両端部１０１、１０２は、その都度、モリブデン箔融着物１０３、１０４を用いて密閉されている。放電容器１０の内部室中には、２つの電極１１、１２があり、その間に、ランプ動作の間に光の放射によって放電アークが形成する。電極１１、１２はタングステンからなる。それらの厚さもしくはそれらの直径は０．３０ｍｍである。電極１１、１２間の間隔は４．２ｍｍである。電極１１、１２は、その都度、モリブデン箔融着物１０３、１０４の１つを経て及び口金から離れた電流供給線１３を経てもしくは口金側の電流返送線１４を経て、本質的にはプラスチックからなっている口金１５の電気接続部と導電性に接続されている。放電容器１０は、ガラス製の外部バルブ１６により包まれている。外部バルブ１６は、口金１５中に固定された突出部１６１を有する。放電容器１０は、口金側に、石英ガラスからなる管状延長部分１０５を有し、その中に口金側の電流供給線１４が走っている。

放電容器中に閉じ込められているイオン化可能な充填物は、１１８００ｈＰａの冷充填圧を有するキセノン、ヨウ化ナトリウム０．２５ｍｇ、ヨウ化スカンジウム０．１８ｍｇ、ヨウ化亜鉛０．０３ｍｇ及びヨウ化インジウム０．００２４ｍｇからなる。ランプの動作電圧Ｕは４５Ｖである。その色温度は４０００Ｋであり、その色の位置は、DIN 5033による標準色度図(Normfarbtafel)において色度座標ｘ＝０．３８３及びｙ＝０．３８９である。その演色評価数は６５であり、かつその発光効率は９０ｌｍ／Ｗである。

本発明の好ましい実施例による高圧放電ランプの略示側面図。

垂直軸に光束［ｌｍ］が、かつ水平軸にキセノン−冷充填圧［ｈＰａ］がプロットされた、好ましい実施例による本発明による金属ハロゲン化物充填物を用いる高圧放電ランプでのキセノン−冷充填圧への光束の依存を示す線図。

垂直軸に充填物中のヨウ化亜鉛の含分［ｍｇ］が、かつ水平軸にキセノン−冷充填圧［ｈＰａ］がプロットされた、本発明による高圧放電ランプでのキセノン−冷充填圧とヨウ化亜鉛の含分との間の関係を示す線図。

ヨウ化インジウムなしの高圧放電ランプと比較した、本発明による高圧放電ランプの色の位置及び色温度を示す図。

符号の説明

１０ 放電容器、 １１、１２ 電極、 １３、１４ 電流供給線、 １５ 口金、 １６ 外部バルブ、３０ 放電容器、 １０１、１０２ 両端部、 １０３、１０４ モリブデン箔融着物、 １０６ 放電空間、 １０５ 管状延長部分、 １６１ 突出部

Claims (7)

1. 気体放電を発生させるための２つの電極（１１、１２）及びイオン化可能な充填物が配置されている気密に密閉された放電容器（１０）を有する自動車ヘッドライト用の高圧放電ランプにおいて、
   イオン化可能な充填物が、キセノン及び金属：ナトリウム、スカンジウム、インジウム及び亜鉛のハロゲン化物からなっていることを特徴とする、自動車ヘッドライト用の高圧放電ランプ。
2. ハロゲン化物がヨウ化物である、請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. ・ 放電容器（１０）の体積が２３ｍｍ^３〜３０ｍｍ^３の範囲内の値を有し、
   ・ キセノンの冷充填圧が９０００ｈＰａ〜１３０００ｈＰａの範囲内の値を有し、
   ・ ヨウ化ナトリウムの含分が０．１５ｍｇ〜０．３０ｍｇの範囲内の値を有し、
   ・ ヨウ化スカンジウムの含分が０．１０ｍｇ〜０．２５ｍｇの範囲内の値を有し、
   ・ ヨウ化亜鉛の含分が０．１０ｍｇに等しいか又はそれ未満の値を有し、かつ
   ・ ヨウ化インジウムの含分が０．０５ｍｇに等しいか又はそれ未満の値を有する、
   請求項２記載の高圧放電ランプ。
4. 電極（１１、１２）の厚さもしくは直径が０．２７ｍｍ〜０．３６ｍｍの範囲内の値を有し、かつ電極（１１、１２）間の間隔が５ｍｍ未満である、請求項２又は３記載の高圧放電ランプ。
5. ・ 高圧放電ランプが放電容器（１０）を包囲している外部バルブ（１６）を有し、
   ・ 放電容器（１０）が石英ガラスからなり、かつ２３ｍｍ^３〜３０ｍｍ^３の範囲内の体積を有し、
   ・ 電極（１１、１２）の厚さもしくは直径が０．２７ｍｍ〜０．３６ｍｍの範囲内の値を有し、
   ・ 電極（１１、１２）間の間隔が５ｍｍ未満であり、
   ・ キセノンの冷充填圧が９０００ｈＰａ〜１３０００ｈＰａの範囲内の値を有し、
   ・ ヨウ化ナトリウムの含分が０．１５ｍｇ〜０．３０ｍｇの範囲内の値を有し、
   ・ ヨウ化スカンジウムの含分が０．１０ｍｇ〜０．２５ｍｇの範囲内の値を有し、
   ・ ヨウ化亜鉛の含分が０．１０ｍｇに等しいか又はそれ未満の値を有し、かつ
   ・ ヨウ化インジウムの含分が０．０５ｍｇに等しいか又はそれ未満の値を有する、
   請求項２記載の高圧放電ランプ。
6. ナトリウムとスカンジウムとのモル比が３〜６の範囲内の値を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の高圧放電ランプ。
7. キセノンの冷充填圧とヨウ化亜鉛の含分との間で、次の直線関係が近似的に適用される：
   Ｙ＝−０．０１５Ｘ＋０．２０７
   ここで、Ｘはキセノンの冷充填圧の数値［ｈＰａ］を表し、かつＹはヨウ化亜鉛の質量含分［ｍｇ］を表す、請求項２から６までのいずれか１項記載の高圧放電ランプ。

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