JP2009505340A

JP2009505340A - 高圧放電灯

Info

Publication number: JP2009505340A
Application number: JP2008525446A
Authority: JP
Inventors: ヴェルナーフランク
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US20090102382A1; DE102005038350A1; EP1913625A1; CN101243537A; WO2007017204A1

Abstract

本発明は、定格出力が５０Ｗより小さく、石英ガラスから成る放電管（１１）の内部に複数のロッド状の電極（１３，１４）が配置され、かつ、ガス放電を形成するために水銀、金属ハロゲン化物および希ガスを含むイオン化可能な充填物が充填されている、高圧放電灯に関する。本発明によれば、各電極（１３，１４）は従来技術の高圧放電灯の各電極より厚く、０．２５５ｍｍ〜０．３５０ｍｍの範囲の太さを有する。これにより高圧放電灯の耐用期間が増大される。

Description

本発明は請求項１の上位概念記載の高圧放電灯に関する。

Ｉ．従来技術
こうした高圧放電灯は例えば欧州公開第０７８６７９１号明細書に記載されている。ここでは自動車ヘッドランプ用の定格出力３５Ｗの高圧放電灯が説明されており、石英ガラスから成る放電管の内部にロッド状の２つのタングステン電極が配置され、かつ、ガス放電を形成するために水銀、金属ハロゲン化物および希ガスを含むイオン化可能な充填物が充填されている。こうした高圧放電灯では、ロッド状のタングステン電極の直径すなわち太さはふつう０．２４０ｍｍ〜０．２５０ｍｍの範囲にある。

ＩＩ．本発明の概要
本発明の基礎とする課題は、前述した形態の高圧放電灯において、耐用期間を増大することである。

この課題は本発明の請求項１の特徴部分に記載された構成により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明は、定格出力が５０Ｗより小さく、石英ガラスから成る放電管の内部に、複数のロッド状の電極が配置され、かつ、ガス放電を形成するために水銀、金属ハロゲン化物および希ガスを含むイオン化可能な充填物が充填されている、高圧放電灯に関する。本発明によれば、各電極は、従来技術の高圧放電灯の各電極の太さ０．２４０ｍｍ〜０．２５０ｍｍより太く、０．２５５ｍｍ〜０．３５０ｍｍの範囲の太さを有する。

驚くべきことに、直径０．３５０ｍｍまでの厚みのある電極を使用することにより、こうした高圧放電灯の耐用期間は著しく増大される。ただし、高圧放電灯に直径または太さが０．３５０ｍｍを超える電極を用いると、石英ガラスの熱膨張係数と電極材料の熱膨張係数とが異なるため、ランプの駆動中に放電管に亀裂が発生することが多くなり、放電管の気密性が失われる。

図１には、従来技術の高圧放電灯および本発明の第１の実施例の高圧放電灯について光電流と動作時間との関係が示されている。図１のグラフの縦軸には各高圧放電灯の初期の光電流に対する光電流のパーセンテージ［％］が描かれ、横軸には動作時間［ｈ］が描かれている。測定曲線１は本発明の高圧放電灯の動作時間に対する光電流の低下を表しており、測定曲線２は従来技術の高圧放電灯の動作時間に対する光電流の低下を表している。図１からわかるように、本発明の高圧放電灯では動作時間１５００ｈが経過した後にも初期の光電流の８３％の光電流が得られるのに対して、従来技術の高圧放電灯では動作時間１５００ｈが経過すると初期の光電流の７４％の光電流しか得られない。

図２には、従来技術の高圧放電灯および本発明の第１の実施例の高圧放電灯について燃焼電圧と動作時間との関係が示されている。高圧放電灯の燃焼電圧とは、点弧フェーズまたは始動フェーズが終了した後のほぼ一定のランプ動作における動作電圧のことである。燃焼電圧は典型的には約８０Ｖ〜１００Ｖである。図２のグラフの縦軸には各高圧放電灯の初期の燃焼電圧に対する燃焼電圧のパーセンテージ［％］が描かれ、横軸には動作時間［ｈ］が描かれている。測定曲線１は本発明の高圧放電灯の動作時間に対する燃焼電圧の変化を表しており、測定曲線２は従来技術の高圧放電灯の動作時間に対する燃焼電圧の変化を表している。図２からわかるように、本発明の高圧放電灯では動作中の燃焼電圧が従来技術の高圧放電灯のそれよりも増大率が小さい。動作時間にともなう燃焼電圧の増大は、電極が部分的に燃焼剥離することによる電極距離の増大とイオン化可能な充填物の構成成分の損失とに起因する。充填物の構成成分の損失とは、例えば、ナトリウムイオンが放電管壁のほうへ拡散することによって生じるナトリウムの損失、または、スカンジウムと放電管の石英ガラスとの化学反応によって生じるスカンジウムの損失である。ナトリウムの損失またはスカンジウムの損失は放電管の内室に結合されないヨウ素を発生させ、このために燃焼電圧が上昇する。

図１，図２によれば、本発明の高圧放電灯は従来技術の高圧放電灯に比べて、所定の動作時間のあいだ、光電流の低下率および燃焼電圧の増大率が小さいという利点を有する。したがって本発明の高圧放電灯は従来技術の高圧放電灯よりも長い耐用期間を有する。

図３には、従来技術の高圧放電灯および本発明の高圧放電灯について、高圧放電灯から発光される光の色位置の変化と動作時間との関係が示されている。図３のグラフの座標ｘ，ｙはＤＩＮ５０３３規格の標準色表の色座標に相応する。図３の複数の直線は、３５００Ｋ〜５０００Ｋの範囲の種々の色温度値について、同じ色温度での色位置を表している。測定曲線１は本発明の高圧放電灯の動作時間に対する色位置の移動を表しており、測定曲線２は従来技術の高圧放電灯の動作時間に対する色位置の移動を表している。ここでは図１，図２と同じ測定点が評価されている。つまりそれぞれ動作時間０ｈ，１００ｈ，５００ｈ，１０００ｈ，１５００ｈで測定が行われている。図３の測定曲線１には色座標ｘ＝約０．３７８，ｙ＝約０．３９での本発明の高圧放電灯から初期的に発光される白色光の色位置が示されており、この白色光は色温度約４２００Ｋを有する。動作時間が増大するにつれて本発明の高圧放電灯から発光される白色光の色位置は色座標の小さい値のほうへ移動し、動作時間１５００ｈ後には色温度約４７００Ｋとなる。図３の測定曲線２には色座標ｘ＝約０．３８２，ｙ＝約０．３９での従来技術の高圧放電灯から初期的に発光される白色光の色位置が示されており、この白色光は色温度約４１００Ｋを有する。動作時間が増大するにつれて従来技術の高圧放電灯から発光される白色光の色位置は色座標の小さい値のほうへ移動し、動作時間１５００ｈ後には色温度約４７００Ｋとなる。

本発明の高圧放電灯の電極は、有利には、トリウム入りタングステンすなわちトリウム酸化物のドープされたタングステンから成る。これにより高圧放電灯の自発的点弧特性（Zuendwilligkeit）が改善され、タングステン材料の電子出射効率が低減される。

ＩＩＩ．有利な実施例の説明
本発明の有利な実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図１には、従来技術の高圧放電灯および本発明の第１の実施例の高圧放電灯について光電流と動作時間との関係が示されている。図２には、従来技術の高圧放電灯および本発明の第１の実施例の高圧放電灯について燃焼電圧と動作時間との関係が示されている。図３には、従来技術の高圧放電灯および本発明の高圧放電灯について色位置の変化と動作時間との関係が示されている。図４には、本発明の高圧放電灯の側面図が示されている。図５には、従来技術の高圧放電灯および本発明の第２の実施例の高圧放電灯について光電流と動作時間との関係が示されている。図６には、従来技術の高圧放電灯および本発明の第２の実施例の高圧放電灯について燃焼電圧と動作時間との関係が示されている。図７には、従来技術の高圧放電灯（曲線２）および本発明の２つの実施例の高圧放電灯（曲線１，３）について色位置の変化と動作時間との関係が示されている。

図４に示されている本発明の高圧放電灯は自動車ヘッドランプ用のハロゲン金属蒸気高圧放電灯である。

高圧放電灯はガラスの外管１２によって包囲された石英ガラスから成る放電管１１を有しており、放電管１２内にはトリウム入りタングステンから成る電極１３，１４が配置され、ガス放電を形成するイオン化可能充填物が充填されている。電極１３，１４はそれぞれ放電管１１内へ通じる電流供給線１５，１６に接続されており、これらの電流供給線１５，１６を介して電気エネルギが供給される。放電管１１および外管１２から成るユニット１はランプベース（Lampensockel）２の上部２２に固定されている。ランプベース２はほぼ六面体状のベースの下部２１を含み、このベース下部２１には高圧放電灯に給電するための電気端子４０が設けられている。ベース下部２１の内室には高圧放電灯のインパルス点弧装置の部品が配置されている。高圧放電灯の２つの電極１３，１４はロッド状に構成されており、その直径または太さは０．３００ｍｍである。電極１３，１４の放電端部間の距離は４．２ｍｍである。各電極の反対側の端部にはそれぞれ１つずつモリブデンシート１７，１８が溶接されており、このモリブデンシート１７，１８は放電管１１の封止端部に気密に埋め込まれ、電流供給線１５，１６に電気的に接続されている。放電管１１に封入されたイオン化可能充填物はキセノン、水銀および金属ハロゲン化物を含み、金属ハロゲン化物は特にはヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウムまたは他の金属のハロゲン化物である。

図１〜図３の曲線１に現れている測定は直径０．３００ｍｍの電極１３，１４を有する有利な実施例の高圧放電灯について行われたものであり、比較対照のための図１〜図３の曲線２に現れている測定は直径０．２４０ｍｍの電極を有する従来の高圧放電灯について行われたものである。

第２の実施例の高圧放電灯は自動車ヘッドランプ用の定格出力３５Ｗのハロゲン金属蒸気高圧放電灯である。この高圧放電灯は図４に示されている構造を有する。第１の実施例との唯一の相違点は、第２の実施例の高圧放電灯が直径０．２６５ｍｍ±０．００８ｍｍのロッド状の電極１３，１４を有するということである。図５には従来技術の高圧放電灯および本発明の第２の実施例の高圧放電灯について光電流と動作時間との関係が示されている。図５のグラフの縦軸には各高圧放電灯の初期の光電流に対する光電流のパーセンテージ［％］が描かれ、横軸には動作時間［ｈ］が描かれている。測定曲線３は本発明の第２の実施例の高圧放電灯の動作時間に対する光電流の低下を表しており、測定曲線２は従来技術の高圧放電灯の動作時間に対する光電流の低下を表している。図５からわかるように、本発明の第２の実施例の高圧放電灯では動作時間１５００ｈが経過した後にも初期の光電流の８４％の光電流が得られるのに対して、従来技術の高圧放電灯では動作時間１５００ｈが経過すると初期の光電流の７４％の光電流しか得られない。動作時間２５００ｈが経過すると、本発明の第２の実施例の高圧放電灯では初期の光電流の７５％の光電流が得られるが、従来技術の高圧放電灯では初期の光電流の６５％の光電流しか得られない。図１の測定曲線１と図５の測定曲線３とを比べると、第１の実施例の高圧放電灯よりも第２の実施例の高圧放電灯のほうが動作時間１５００ｈの経過後の光電流の低下率が若干小さくなっている。測定曲線２は図１，図５で共通なので数値は一致している。

図６には従来技術の高圧放電灯（測定曲線２）および本発明の第２の実施例の高圧放電灯（測定曲線３）について燃焼電圧と動作時間との関係が示されている。図６の測定曲線３は本発明の第２の実施例の高圧放電灯の動作時間に対する燃焼電圧の変化を表しており、測定曲線２は従来技術の高圧放電灯の動作時間に対する燃焼電圧の変化を表している。図６からわかるように、本発明の高圧放電灯では燃焼電圧は動作中に従来技術の高圧放電灯よりも増大率が小さい。測定曲線２は図２，図６で共通なので数値は一致している。

図７には従来技術の高圧放電灯（測定曲線２）および本発明の２つの実施例の高圧放電灯（測定曲線１，３）について色位置の変化と動作時間との関係が示されている。図７のグラフの座標はＤＩＮ５０３３規格の標準色表の色座標ｘ，ｙに相応する。図７の複数の直線は、３５００Ｋ〜５０００Ｋの範囲の種々の色温度値について、同じ色温度での色位置を表している。測定曲線１は本発明の第１の実施例の高圧放電灯の動作時間に対する色位置の移動を表しており、測定曲線２は従来技術の高圧放電灯の動作時間に対する色位置の移動を表しており、測定曲線３は本発明の第２の実施例の高圧放電灯の動作時間に対する色位置の移動を表している。ここでは図５，図６と同じ測定点が評価されている。つまりそれぞれ動作時間０ｈ，１００ｈ，５００ｈ，１０００ｈ，１５００ｈ，２０００ｈ，２５００ｈで測定が行われている。図７の測定曲線１には色座標ｘ＝約０．３７８，ｙ＝約０．３９での本発明の第１の実施例の高圧放電灯から初期的に発光される白色光の色位置が示されており、ここでの白色光は色温度約４２００Ｋを有する。動作時間が増大するにつれて本発明の高圧放電灯から発光される白色光の色位置は色座標の小さい値のほうへ移動し、動作時間１５００ｈ後には色温度約４７００Ｋとなる。動作時間２５００ｈ後には本発明の第１の実施例の高圧放電灯は色温度約４７００Ｋ、色位置はｙ座標がさらに小さくなる。図７の測定曲線３には色座標ｘ＝約０．３８，ｙ＝約０．３９での本発明の第２の実施例の高圧放電灯から初期的に発光される白色光の色位置が示されており、ここでの白色光は色温度約４２００Ｋを有する。動作時間が増大するにつれて本発明の高圧放電灯から発光される白色光の色位置は色座標の小さい値のほうへ移動し、動作時間１５００ｈ後には色温度約４６００Ｋとなる。動作時間２０００ｈ〜２５００ｈ後には本発明の第２の実施例の高圧放電灯は色温度約４６００Ｋ、色位置はｙ座標がさらに小さくなる。図７の測定曲線２には色座標ｘ＝約０．３８２，ｙ＝約０．３９での従来技術の高圧放電灯から発光される白色光の初期の色位置が示されており、ここで初期の白色光は色温度約４１００Ｋを有する。動作時間が増大するにつれて従来技術の高圧放電灯から発光される白色光の色位置は色座標の小さい値のほうへ移動し、動作時間１５００ｈ後には色温度約４７００Ｋとなる。動作時間２０００ｈ〜２５００ｈ後には色温度は低下し、４５００Ｋを下回る値を取る。測定点０ｈ，１００ｈ，５００ｈ，１０００ｈ，１５００ｈでは、図３の測定曲線１，２と図７の測定曲線１，２は一致する。

この第２の実施例の高圧放電灯では、動作時間に対して、色位置の移動率および光電流の低下率が最小となる。電極が薄く、高圧放電灯の製造時にも動作時にも放電管の石英ガラスに僅かな機械的応力しかかからないので、本発明では、第２の実施例の高圧放電灯のほうが第１の実施例の高圧放電灯よりも有利である。

従来技術の高圧放電灯および本発明の第１の実施例の高圧放電灯について光電流と動作時間との関係を示したグラフである。従来技術の高圧放電灯および本発明の第１の実施例の高圧放電灯について燃焼電圧と動作時間との関係を示したグラフである。従来技術の高圧放電灯および本発明の高圧放電灯について色位置の変化と動作時間との関係を示したグラフである。本発明の高圧放電灯の側面図である。従来技術の高圧放電灯および本発明の第２の実施例の高圧放電灯について光電流と動作時間との関係を示したグラフである。従来技術の高圧放電灯および本発明の第２の実施例の高圧放電灯について燃焼電圧と動作時間との関係を示したグラフである。従来技術の高圧放電灯および本発明の２つの実施例の高圧放電灯について色位置の変化と動作時間との関係を示したグラフである。

Claims

定格出力が５０Ｗより小さく、石英ガラスから成る放電管（１１）の内部に複数のロッド状の電極（１３，１４）が配置され、かつ、ガス放電を形成するために水銀、金属ハロゲン化物および希ガスを含むイオン化可能な充填物が充填されている、
高圧放電灯において、
ロッド状の各電極（１３，１４）は０．２５５ｍｍ〜０．３５０ｍｍの範囲の太さを有する
ことを特徴とする高圧放電灯。
各電極（１３，１４）はトリウム入りタングステンから成る、請求項１記載の高圧放電灯。
各電極（１３，１４）は０．２５５ｍｍ〜０．３００ｍｍの範囲の太さを有する、請求項１または２記載の高圧放電灯。