JP4409570B2 - ガス放電ランプ、ヘッドライト又は照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス放電ランプと、これに相当するガス放電ランプを具えるヘッドライト、特に自動車のヘッドライト、又は照明装置とに関するものである。

ガス放電ランプは、発光効率及び色特性に優れ、且つ点灯寿命が長いため、自動車用ヘッドライトの業界では長年に亘り広く使用されてきた。このようなガス放電ランプは、透光性で耐熱性の材料、例えば石英ガラスから形成された放電容器を有しており、この放電容器には不活性ガスが充填されている。この放電容器内には電極が突出しており、ランプを点弧して点灯させるにはこれらの電極に電圧を印加する。現在自動車業界で使用されている代表的なガス放電ランプには、例えば、高圧ナトリウムランプや、特に、ＭＰＸＬ（マイクロパワーキセノンライト）ランプのようないわゆるＨＩＤ（高輝度放電）ランプがあり、これらランプにはキセノンのガス充填剤を用いて点灯させるものがある。しかし、このようなガス放電ランプには、使用の際に、対応する不活性ガス、例えばキセノンガスの物理的特性と、この特性による放電現象とにより、放電ランプは、所望の光だけでなく、高い割合で高周波範囲の妨害電磁放射も放出してしまう問題がある。ここでは１ＧＨｚまでの範囲が特に問題となる。この不所望な電磁放射は、主として、放電容器の点灯状態時に放電容器により駆動されるアンテナとして作用する、この放電容器に対する電極及び給電ラインから放射される。この電磁妨害放射は、例えば、オーディオ装置や、ＡＢＳや、エアバッグ制御部等のような自動車の他の電気ユニットに電磁妨害を及ぼし、従ってこれらの関連する装置を機能不良にするおそれがあるため、法定のＥＭＣ（電磁適合性）規定や、自動車業界が自ら制定した比較的厳しいＥＭＣ規定、例えばＣＩＳＰＲ２５規定が存在している。従って、この不所望に放射される電磁放射エネルギーを低減させる必要性は大きい。妨害放射の発生源自体、即ちランプ自体を、関連の周波数範囲の電磁エネルギーが放出される量を少なくするように改良する可能性は、ランプの基本的な物理的特性及びランプに対し課される電力条件の観点から極めて限られたものとなる。このことが、通常は妨害電磁放射が周囲に放出されるのを防止するようにＥＭＣを改良する手法が採用されている理由である。

電磁妨害放射を低減させる現在の通常の方法は、例えば、米国特許第５３４３３７０号明細書に記載されているように、リフレクタ又はランプ内側の追加の遮蔽部分を接地させて、ヘッドライトの内側でランプ全体を可能な限り遮蔽するというものである。しかし、このようにランプ及びその給電ラインをヘッドライトの金属又はその他の導電性部材で遮蔽するのは、比較的困難であり、従って費用がかかる。更に、放射源を囲む導電性物体自体がアンテナとして作用し、従って例えば接地接続の接触不良により遮蔽が不充分となる場合には、この導電性物体が悪影響を及ぼすおそれがある。

従って、本発明の目的は、点灯中のいかなる場合にも、電磁妨害放射を少量しか放出しないガス放電ランプを提供することである。

この目的は、放電容器と、この放電容器内に突出した第１電極と、この放電容器内に突出した第２電極と、前記第１電極に接続され、且つ前記放電容器を少なくとも部分的に包囲している第１導電体面と、前記第２電極に接続され、且つ前記放電容器を少なくとも部分的に包囲している第２導電体面であって、前記第１導電体面と少なくとも部分的に重複しており容量性素子を形成するように配置されている当該第２導電体面とを有するガス放電ランプにより達成される。このガス放電ランプにおいては、これら２つの導電体面は、一端が一方の電極に直接接続され他端が他方の電極に直接接続された減結合キャパシタを形成しており、この減結合キャパシタは、高周波電流に対する２つの電極間の短絡回路として作用する。このようにしてガス放電ランプにおいて直接、妨害電磁放射を効率的に低減させる。

本発明によれば、ランプ自体において直接、妨害電磁放射が低減されるため、ランプを、所望に応じていかなる種類の自動車用ヘッドライト、又は他の照明目的のヘッドライト若しくは照明装置にも使用することができ有利である。この場合、関連するヘッドライト又は照明装置に隣接して妨害電磁放射を抑制するための特別な遮蔽体又は他の構成部材を設ける必要はない。しかし、例えば、頭書に記載した種類のヘッドライトのような追加のＥＭＣの遮蔽体を有するヘッドライト又は照明装置に、同様にして本発明によるガス放電ランプを組み込むことができる。この場合、本発明によるガス放電ランプと、ヘッドライト又は照明装置の追加の遮蔽装置との特別な組み合わせにより、妨害電磁放射の値を更に低減させることができ、このような組み合わせは、電磁的な影響を特に受けやすい環境において利用するのが有利である。

導電体面の構造及び配置は、容量を可能な限り大きくして高周波電流に対するインピーダンスが可能な限り低くなるようにすることに注意するのが望ましい。可能な限り大きい容量を形成するには、２つの導電体面を互いに絶縁しておくが、互いに可能な限り近接するよう配置し、且つ可能な限り大きく重複するようにする必要がある。

自動車用ヘッドライトに用いられる多くのガス放電ランプにおいては、第１電極及び第２電極は、放電容器の互いに対向する２つの端部に配置された２つの接続位置から放電容器内に突出させる。このようなガス放電ランプにおいては、第１導電体面を、第１電極の接続位置において第１電極に接続し、第２電極の接続位置の方向に延在させるのが好ましい。これとは逆に、第２導電体面は、第２電極の接続位置において第２電極に接続し、且つ第１電極の接続位置の方向に延在させ、これによりこの第２導電体面が、少なくとも第２電極の側の接続位置側とは反対側の端部領域において第１導電体面と重複するようにするのが好ましい。このことは、これら２つの導電体面が充分に重複する程度の距離まで、２つの導電体面が放電容器の外側で関連する電極に対してほぼ平行に他方の電極の方向へ向けて延在することを意味する。

特に好適な例では、第１導電体面及び第２導電体面の双方又はいずれか一方により放電容器のほぼ全体を遮蔽する。このことを達成するために、各導電体面を、関連する電極の接続位置から、同軸ケーブルの外側導体の場合と同様に、放電容器を囲む遮蔽体の形態で、ある距離に亘って延在させるのが好ましい。各導電体面は、他の導電体面の電極の接続位置に近接するまで延在させるのが特に好ましい。２つの導電体面をこのように遮蔽体として配置すれば、極めて広い重複面積が得られるため容量がそれに対応して大きくなる。

また、導電体面は、他の形状にすることができ、放電容器を完全に遮蔽するのではなく、例えば、放電容器の外側で、ある領域のみに亘り延在させることができる。特に、更に好適な例の導電体面は、ランプを特に明るく発光させることが望まれる箇所のある領域に正確に規定された空所又は孔をも有するようにしうる。

特に好適な例では、第１導電体面及び第２導電体面の双方又はいずれか一方を、放電容器を包囲する外側管に配置する。いずれにしても、最近のほとんどのガス放電ランプは、放電容器を完全に包囲すると共に放電により発生する紫外放射を吸収するよう作用をする外側管を有している。従って、この外側管を、導電体面のための担持体として使用することを提案する。

この場合、導電体面は、外側管の壁部上又は壁部内に複数層で配置し、これらは相互に絶縁するが互いにわずかな距離で配置させるのが特に好ましい。この場合、導電体面のうちの少なくとも１つは、外側管の壁部内又は壁部の内面上に配置する。或いは又、２つの導電体面の双方を、外側管の壁部内に組込むことができる。導電体面を外側管の壁部内に組込むと、少なくともその導電体面は周囲から電気的に完全に絶縁されるという利点が得られる。ここで注意すべきことは、ガス放電ランプを点弧させるためには１つの電極に数ｋＶの高電圧を印加する必要があり、この高電圧は、必然的にこの１つの電極に接続された導電体面にも印加されるということである。

導電体面を実現するには種々の方法がある。
例えば、導電体面は、外側管の壁部上又は壁部内に配置した連続層の形態のＦＴＯ（フッ化物をドープした錫酸化物）のような導電性で透光性の材料から形成することができる。或いは又、導電体面を、例えば金属である導電性材料の格子構造体にすることもできるが、この格子構造体は、全体として充分な光が依然としてこの格子構造体を通過するように構成する必要がある。更に、導電体面をその他の金属構造体にすることもできる。

原理的には、第１及び第２導電体面はそれぞれ異なる構造にすることもでき、例えば、第１導電体面を、外側管の壁部内にある導電性で透光性の材料の層にすると共に、第２導電体面を、外側管に蒸着させた金属の格子構造体又は類似の構造体にする。

好適例では、例えばフェライトビードやコイルやその他の同様の素子のような誘導性素子を、第１電極又は第２電極に、その電極の前述した関連の接続位置にできる限り近づけて接続する。誘導性素子は、それぞれの電極に接続するのが特に好ましい。この場合、それぞれの電極は、関連する誘導性素子を介して、ガス放電ランプを点灯させる電気システムに接続される。誘導性素子は、導電体面により形成される容量（キャパシタンス）と相俟って極めて有効な低域通過フィルタを構成し、これにより高周波電流を比較的信頼的に濾波して除去する。これにより、ガス放電ランプの連続点灯に必要な約２５０〜１０００Ｈｚ、好ましくは４００Ｈｚの通常の点灯周波数の範囲の低周波電流のみがこの低域通過フィルタを通過するようになる。

上述したように、本発明によるガス放電ランプは、原理的には、所望に応じていかなるヘッドライト及び照明装置にも使用しうるようにすることができる。但し、特に好適なヘッドライトは、ガス放電ランプの第１電極を接続する第１接続素子及びガス放電ランプの第２電極を接続する第２接続素子の双方又はいずれか一方の外側に配置した誘導性素子を有し、最終的に、この誘導性素子を介して、ガス放電ランプを点灯させるのに必要な駆動装置に電極が接続されるようにする。この場合も、誘導性素子は、フェライトビードやコイル等とすることができる。特に、本発明によるガス放電ランプが例えば価格の面から上述したように電極接続部に誘導性素子を有さないようにする場合には、上述したヘッドライトにおいてランプコネクタに誘導性素子を予め設けておくのが有利である。

本発明を以下に、添付の図面及び例を参照してより詳細に説明する。図面において同様の構成部材には同じ参照番号を付してある。
図１は、代表的なＭＰＸＬランプ１を示す。このようなＭＰＸＬランプ１は、内部空間９を有する通常石英ガラスから形成された内側放電容器２（内側管又はバーナーとも称する）を具えており、この内部空間９の容積はほんの数立方ミリメートルである。放電容器２内、即ちその内部空間９内には、２つの互いに対向する端部から第１電極３及び第２電極４が通常のように延在している。これらの第１及び第２電極３及び４は、それぞれガス放電容器２の円柱端部１５及び１６を通って外部に延在しており、これら端部１５及び１６はハーメチック封止されているため、内部空間９は周囲から封止された状態になっている。放電容器２の内部空間９内には、不活性ガスこの場合キセノンが比較的高圧で存在している。ガス放電ランプ１を点弧させるには、電極３及び４には高電圧を印加する。その後、即ちランプ１を点弧させた後のランプ点灯中には、電極３及び４には、周波数が約４００Ｈｚで、且つ上側及び下側のピーク電圧がそれぞれ約１２Ｖ及び約−７３ＶであるＡＣ電圧が印加される。

放電容器２は、周囲雰囲気に対して封止した外側管１０により包囲されており、この外側管には、放電中に生じる特に紫外線放射を吸収させるために、ガス、特に空気が充填されている。この外側管１０も、通常石英ガラスから構成されており、放電容器２の端部１５及び１６において放電容器２に固着されている。

ランプ１をヘッドライト又は照明装置内に位置させる場合には、電極３及び４を、放電容器２の端部１５及び１６の領域に配置された２つの接続位置７及び８を介して給電ライン１３及び１４に接続する。一方、これら給電ライン１３及び１４は、ランプ１を点弧させるための高電圧及びランプ１を点灯させるためのＡＣ電圧を供給する適切な駆動装置（図示せず）に接続する。

本発明によれば、外側管１０の表面上及び表面内には２つの個別の互いに絶縁された導電体面５及び６が、透光性の薄膜若しくは層の形態、又は金属の格子構造体の形態で設けられている。本例では、第１導電体面５は、外側管１０の壁部の外側上に存在している。第２導電体面６は、第１導電体面５との距離が僅かになるように、外側管１０の壁部内に層として配置されている。これら導電体面５及び６の各々は、遮蔽体の形態で放電容器２をほぼ完全に包囲している。従って、以降これら導電体面５及び６を遮蔽体５及び６とも称する。

第１遮蔽体５は、接続位置７において第１電極３に導電的に接続されている。外側管１０の壁部内に層として形成されている第２遮蔽体６は、他方の接続位置８において第２電極４に導電的に接続されている。遮蔽体５及び６が、関連の電極３及び４に接続されている接続位置７及び８の側と反対側にあるこれら遮蔽体５及び６の端部は、電気接触していない、即ち電気的に浮動状態にある。

第１遮蔽体５及び第２遮蔽体６の重畳する表面積が大きく且つ互いの離間距離が短いことは、これらの第１及び第２遮蔽体により、２つの電極３及び４間を高周波電流に関して短絡する容量が充分に大きなキャパシタＣが形成されることを意味する。

このことは、図２の等価回路図から特に明らかなものとなる。２つの電極３及び４間を高周波短絡することにより、これら電極３及び４により形成されるアンテナの有効断面積Ｆを極めて小さくする。このアンテナは、原理的には高周波電磁妨害放射を放出する原因となるものである。図２の等価回路図においては、このアンテナの有効断面積Ｆを斜線で示してある。アンテナの出力は原理的に有効断面積に依存し、本発明ではこの断面積Ｆが極めて小さくなるため、本発明によるガス放電ランプ１ではいかなる場合にも電磁妨害放射が小さくなる。システムの同心配置により規定される断面積Ｆは、本発明によれば実際上ほぼ０とみなしうるようにさえできる。

電極３及び４の接続位置７及び８には、フェライトビード１１及び１２がインダクタンスとして直接接続されており、二重の重複した遮蔽体により形成される減結合キャパシタＣの効果を更に向上させる。これらのフェライトビード１１及び１２は、減結合キャパシタＣと相俟って高効率の低域通過フィルタを形成し、これにより、高周波妨害放射をほぼ完全に濾波して除去し、点灯中にはガス放電ランプ１に供給しなければならない低周波電流のみを通過するようにする。

第２遮蔽体６は、外側管の壁部内に存在しているため、人間が生きた高電圧部分に手を触れるおそれなく、この第２遮蔽体６に接続されている第２電極４にガス放電ランプ１の点弧に必要な高電圧を印加することができる。

導電体面（層）５及び６を形成するための好適な材料は、現在入手可能なものである。このような導電体面は、原理的に、外側管１０の壁部内に導入することも、外側管の壁部上に設けることもできる。従って、本発明は、ガス放電ランプ１の点灯中の電磁妨害放射を効率的に低減させる比較的簡単で、従って安価な可能性を提供するもので、これにより、厳密には本発明によるガス放電ランプを点灯させる関連のヘッドライト又は照明装置に特別な構造的手段を設ける必要がなくなる。

図１及び図２に示されるガス放電ランプ１は、一実施例に過ぎないことに十分注意されたい。従って、本発明は、原理的に他の種類のガス放電ランプに適用しうる。或いは又、例えば、図１ではランプ１に直接配置したフェライトビード１１及び１２又は同様の誘導性素子を、ランプ１に直接配置する代わりに、ヘッドライト又は照明装置内、例えばランプホルダ内に配置することにより、ガス放電ランプ自体の費用を更に低減させることができる。結局、ランプは単なる消耗品となる。

図１は、本発明によるガス放電ランプの一実施例を示す線図的な長手方向断面図である。 図２は、図１のガス放電ランプの等価回路図である。

Claims (10)

1. 放電容器と、
   この放電容器内に突出した第１電極と、
   この放電容器内に突出した第２電極と、
   前記第１電極に接続され、且つ前記放電容器を少なくとも部分的に包囲している第１導電体面と、
   前記第２電極に接続され、且つ前記放電容器を少なくとも部分的に包囲している第２導電体面であって、前記第１導電体面と少なくとも部分的に重複してキャパシタを形成するように配置されている当該第２導電体面と
   を有するガス放電ランプ。
2. 請求項１に記載のガス放電ランプにおいて、
   前記第１電極及び前記第２電極は、前記放電容器の互いに対向する端部に配置された接続位置から前記放電容器内に突出しており、
   前記第１導電体面は、前記第１電極の前記接続位置において前記第１電極に接続され、且つ前記第２電極の前記接続位置の方向に延在しており、
   前記第２導電体面は、前記第２電極の前記接続位置において前記第２電極に接続され、且つ前記第１電極の前記接続位置の方向に延在しており、それによりこの第２導電体面が、少なくとも前記第２電極の前記接続位置側とは反対側の端部領域において前記第１導電体面と重複している
   ことを特徴とするガス放電ランプ。
3. 請求項１又は２に記載のガス放電ランプにおいて、
   前記第１導電体面、前記第２導電体面、又はこれら２つの第１及び第２導電体面の合計により、前記放電容器のほぼ全体が遮蔽されていることを特徴とするガス放電ランプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス放電ランプにおいて、
   前記第１導電体面及び前記第２導電体面の双方又はいずれか一方は、前記放電容器を包囲する外側管に配置されていることを特徴とするガス放電ランプ。
5. 請求項４に記載のガス放電ランプにおいて、
   前記第１及び第２導電体面は、前記外側管の壁部上及び壁部内に異なる層として配置されていることを特徴とするガス放電ランプ。
6. 請求項４又は５に記載のガス放電ランプにおいて、
   前記第１導電体面及び前記第２導電体面の双方又はいずれか一方は、導電性で透光性の材料の層を有することを特徴とするガス放電ランプ。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載のガス放電ランプにおいて、
   前記第１導電体面及び前記第２導電体面の双方又はいずれか一方は、導電性材料の格子構造体を有することを特徴とするガス放電ランプ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス放電ランプにおいて、
   このガス放電ランプが、前記第１電極に接続された誘導性素子と、前記第２電極に接続された誘導性素子との双方又はいずれか一方を有し、電極は対応する誘導性素子を介して、前記ガス放電ランプを点灯させるための給電ラインに接続されていることを特徴とするガス放電ランプ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のガス放電ランプを具えるヘッドライト又は照明装置。
10. 請求項９に記載のヘッドライト又は照明装置において、
    このヘッドライト又は照明装置が、前記ガス放電ランプの第１電極を接続するための第１接続素子と、前記ガス放電ランプの第２電極を接続するための第２接続素子と、これら第１接続素子及び第２接続素子の双方又はいずれか一方のランプ側に配置された誘導性素子とを有することを特徴とするヘッドライト又は照明装置。

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