(57)【要約】水銀がなく、特に自動車技術に用いるのに適した高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤランプ：高輝度放電ランプ）を提供する。このランプは、特に、最冷却（最下側）底部領域（１０）の温度の上昇が対称的な電極配置により達成され、この領域に蓄積されている光発生物質がランプのスイッチオン時に充分な量で気相状態となるという点で注目されている。これにより、最加熱（最上側）壁部領域（１３）の温度は上昇せず、実際にはむしろ減少する場合もある。このランプの主たる利点は、電極（３）をそれぞれ下方にシフトさせた位置で金属箔（４）に固着させることにより、ランプを水平位置で点灯させた場合に、その外形、その寸法及び電極（３）自体を、つまみ（５）を垂直方向に整列させた場合と変える必要がなくなるということである。
2005517268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器と、つまみと、少なくとも１つの金属箔とを有する無水銀高圧ガス放電ランプであって、ランプが水平の動作位置にある場合に、前記金属箔の一部分が垂直方向に延在し、この一部分に電極が固着されている無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、
ランプのスイッチオフ状態で光発生物質が蓄積する放電容器の底部領域までの電極の先端の距離が、ランプのスイッチオン時の加熱により前記光発生物質が充分な量で気相になるような長さとなっている無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項２】
請求項１に記載の無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、加熱によりつまみ内への電極の差込位置に向かう方向に移動する光発生物質に対する障壁を放電容器が有している無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項３】
請求項３に記載の無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、前記障壁は、移動する光発生物質に対する集合溜であって、前記底部領域を囲む当該集合溜と、底部領域よりも充分高くした差込位置との双方又はいずれか一方をもって構成されている無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項４】
請求項１に記載の無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、少なくとも１つの電極が、ランプの水平の対称線に対し平行であるが下方にシフトした位置で金属箔に固着されている無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項５】
請求項１に記載の無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、少なくとも１つの電極が、斜め下方に向くように金属箔に固着されている無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項６】
請求項１に記載の無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、底部領域までの少なくとも１つの電極の先端の距離は、ランプの点灯状態でほぼ均一な又は対称的な温度分布が放電容器内に生じるような長さである無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項７】
請求項１に記載の無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、そのガス充填剤中に１種以上の金属ハロゲン化物の形態で電圧勾配ジェネレータが含まれている無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項８】
請求項１に記載の無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、ガス充填剤が、ランプのガス圧力、視感度効率及び点灯電圧の何れか又は任意の組合せを高めるためにキセノンのような希ガスの付加量を有する無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項９】
請求項１に記載の無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、つまみ内への電極の差込位置及びつまみ自体の領域にて、酸化ジルコニウム（ZrＯ2 ）を有する被膜が放電容器の外壁に設けられている無水銀高圧ガス放電ランプ。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の無水銀高圧ガス放電ランプを有する、特に自動車のヘッドライト用の照明ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に水銀を用いず自動車技術に用いるのに適している高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤランプ：高輝度放電ランプ）に関するものである。
【０００２】
通常の高圧ガス放電ランプは、実際の光放出材料（光ジェネレータ）である放電ガス（通常、ヨウ化ナトリウム又はヨウ化スカンジウムのような金属ハロゲン化物）と、主として電圧勾配を形成する作用をし、ランプの効率及び点灯電圧を高める主たる機能を有する水銀とを含んでいる。
【０００３】
この種類のランプは、その特性が優れているために広く用いられるようになっており、自動車技術の分野にも益々適用されている。しかし、環境的理由で水銀をランプに含めるべきでないことが、特にこの適用分野においても一部で要求されている。
【０００４】
しかし、無水銀ランプに対する一般的な問題は、所定の出力のランプを連続的に点灯させることにより、点灯電圧が低くなり、従ってランプ電流が高くなり、視感度効率が低くなるということである。
【０００５】
従って、本発明の目的は、水銀のないガス充填剤を有するが、それにもかかわらず水銀を含むランプの視感度効率にほぼ一致する視感度効率を達成しうる高圧ガス放電ランプを提供することにある。本発明の目的は、更に、無水銀ランプで通常達成しうるよりも高い点灯電圧が無水銀ガス充填剤で得られる高圧ガス放電ランプを提供することにある。
【０００６】
本発明の目的は特に、上述した２つの目的（視感度効率を高くする及び点灯電圧を高くする）のうちの少なくとも１つを、ランプ出力を高める必要なしに、又はランプの外側管の外形寸法を変えることなしに達成しうる高圧ガス放電ランプを提供することにある。
【０００７】
本発明の更なる目的は、自動車分野にとって通常の光束を維持する、すなわち、ランプの寿命に亘る光束の減少が水銀を有するランプにおける光束の減少に類似する無水銀高圧ガス放電ランプを提供することにある。
【０００８】
又、本発明は、自動車分野に用いるのに特に適した高圧ガス放電ランプを提供する。
【０００９】
本発明の目的は、請求項１によれば、放電容器と、つまみと、少なくとも１つの金属箔とを有する無水銀高圧ガス放電ランプであって、ランプが水平の動作位置にある場合に、前記金属箔の一部分が垂直方向に延在し、この一部分に電極が固着されている無水銀高圧ガス放電ランプにおいて、ランプのスイッチオフ状態で光発生物質が蓄積する放電容器の底部領域までの電極の先端の距離が、ランプのスイッチオン時の加熱により前記光発生物質が充分な量で気相になるような長さとなっている無水銀高圧ガス放電ランプにより達成される。
【００１０】
ランプ特性、特に、できるだけ高くする点灯電圧及び視感度効率に関するものは、気相となる光発生物質の量が多くなればなるほどこれに比例して良好になることを確かめた。従って、所望のランプ特性、すなわち、水銀を含むランプの特性に匹敵しうるランプ特性を達成するのに充分に上記の量が多くなる程度に、上記の距離を短くする。
【００１１】
この場合、上述した底部領域は、ランプの寿命を短くするおそれのある欠陥又は損傷（結晶化、変形、亀裂）がこの底部領域に生じる程度に強く加熱してはならないことを考慮する必要があること明らかである。この理由で、上記の距離は、光発生物質の充分な気化が達成される程度にのみ短くする。
【００１２】
この解決策による他の利点は、ランプ自体の構成素子、すなわち、特に放電容器、つまみ及び電極の寸法及び形状を既知のランプに比べて変化しないように保つことができ、従って、ランプの形状又はその内部素子（例えば、湾曲電極）を大きく変える必要がしばしばある他の例に比べて製造上のかなりの技術的利点、従って、経済的利点が得られる。
【００１３】
更なる利点は、上述した電極の配置により、放電容器中の最冷却点の温度を、最大温度（すなわち、動作位置での上側壁部領域の温度）まで上昇させることなしに上昇させるということである。この最大温度は、電極先端が前記上側壁部領域から結果的に離れる為に減少される場合もあり、この場合ランプにまたがる温度降下が、従って、ランプにおける最大の熱負荷（熱応力）が減少する。
【００１４】
上述した電極配置の結果、特に、水銀を置換なしに省略できるか、又は水銀に代えて環境に対し害の少ない電圧勾配ジェネレータ、例えば適切な金属ハロゲン化物を用いることができ、いかなる場合にも光発生物質が、上述した領域で達成される温度が高くなるために充分な量で、すなわちランプの視感度効率とランプの点灯電圧との双方又はいずれか一方が所望通りに上昇する、すなわちこれら視感度効率及び点灯電圧が水銀を含むランプの値に匹敵しうる値となるような量で気相状態となるようにする。
【００１５】
この解決策は、水銀を含むガス充填剤を有する放電ランプにも適用しうる。これにより、このようなランプの視感度効率をかなり高めることができる。
【００１６】
ドイツ国特許公開第 2535922号及び米国特許第 4,001,623号明細書には、電極の自由先端がランプの長手軸線よりも下側で、放電空間内で対称的に配置されている高圧ガス放電ランプが開示されていることに注意すべきである。しかし、特に米国特許明細書に開示されている例では、光発生物質が電極の差込位置、従って、つまみに入り込み、この位置に腐食による損傷を生ぜしめるおそれがある。
【００１７】
更に、これらのランプは、充分な視感度効率及び点灯電圧を達成するためにガス充填剤中に水銀を含んでおり、従って、自動車技術で用いる上述した条件を満足していない。又、例えばランプの外形やその寸法を可能なら変えない、或いは存在するなら被膜と反射器とを協同させるといった本発明に関連する他の事項及び条件はドイツ国特許公開及び米国特許号明細書では満足されない為、これら明細書の発明は本発明と直接関連するものではない。
【００１８】
特許請求の範囲の従属項は、本発明の有利な他の例に関するものである。
【００１９】
請求項２の例には、過剰の量の光発生物質を放電容器内に導入することができ、この場合、ランプのスイッチオン中の加熱により移動する光発生物質の過剰部分がかなりの量で電極の差込位置に到達してつまみに入り込み、光発生物質が時間の経過とともに腐食又は類似の影響により損傷を生ぜしめるおそれがないという特別な利点がある。
【００２０】
請求項３は、実現するのに特に簡単な障壁の好適な種類を特定する。
【００２１】
請求項４及び５は、電極を金属箔に固着する好適な方法であって、製造技術で実現するのが比較的容易な方法を開示する。
【００２２】
請求項６の例は、特に長寿命のランプを得ることができるようにする。
【００２３】
請求項７は、水銀の代わりに用いることができ、特に良好な視感度効率を達成しうる電圧勾配ジェネレータ（そのうちの１つはヨウ化亜鉛でもある）に関するものであり、請求項８は、ガス圧力を増大させうる可能性、特に視感度効率及び点灯電圧を高くする可能性を開示する。
【００２４】
請求項９の例は、電極の差込位置及びその後ろにあるつまみを光発生物質から保護するのを改善しうるようにする。
【００２５】
本発明の詳細、特徴及び利点は、以下の図面に関する好適実施例に関する説明から明らかとなるであろう。
図１及び２は、本発明による高圧ガス放電ランプを点灯位置で示す。各ランプは、放電空間を囲む石英ガラスの放電容器１を有し、この放電容器はその互いに対向する端部でそれぞれ石英ガラス部分（つまみ）５に合体している。
【００２６】
放電空間は、励起又は放電により光放射を放出する放電ガス（光ジェネレータ）と、好ましくは電圧勾配ジェネレータとより成るガスが充填されており、これらの双方は金属ハロゲン化物の群から選択しうる。
【００２７】
光発生物質は、例えばヨウ化ナトリウム及びヨウ化スカンジウムの双方又は何れか一方であり、使用する電圧勾配ジェネレータは、例えば水銀に代わるヨウ化亜鉛及びその他の物質の双方又は何れか一方とすることができる。電圧勾配ジェネレータの代わりに、又はこれに加えてある量の希ガス（例えば、キセノン）を放電空間２内に導入して、ガス圧力を、従って効率や点灯電圧を更に高めることができる。
【００２８】
溶融温度ができるだけ高い、例えばタングステンのような材料から形成した電極３の自由端部が、放電空間の互いに対向する端部からこの放電空間内に延在しており、ランプの点灯状態においては、これら電極の先端間にアーク放電（光アーク）２が励起される。
【００２９】
電極３の他の端部はそれぞれ導電性テープすなわち金属箔４、特にモリブデン箔に固着されており、この箔を介して放電ランプの接続端子６と電極３との間の電気接続が達成される。電極３のこれらの他の端部と導電性箔４とはつまみ５内に埋め込まれている。
【００３０】
つまみ５は、従ってこれに埋めこまれた金属箔４も、ランプが図１及び２に示す水平の点灯位置にある場合に垂直方向に延在している幅を有する。このようにすることにより、電極３を、これらの先端が動作位置で最下側のすなわち底部の領域１０に、すなわちランプのスイッチオフ状態で光発生物質が蓄積する領域にできるだけ接近するように配置する必要がある場合に、ランプの形状及び寸法を変える必要がないという利点が得られる。
【００３１】
他の利点は、本発明によるランプを囲む外側管の寸法を変える必要がないということであり、このことは、これらのランプを自動車のヘッドライトに用いる場合に特に重要である。
【００３２】
前述したように、本発明による高圧ガス放電ランプのガス充填剤は電圧勾配ジェネレータとして水銀の代わりに１種以上の金属ハロゲン化物を有するのが好ましい。しかし、これらの物質の蒸気分圧は比較的低い為、ランプの視感度効率（光束）を水銀を用いた場合とほぼ同じにするとともに、点灯電圧をできるだけ高くするには、放電容器１内の温度バランスを変える必要がある。ランプがスイッチオンしている際には、特に、ランプのスイッチオフ時のランプの動作位置で最下部の底部領域１０上で固体状態で蓄積されている光発生物質の温度を、この光発生物質が所望の、すなわちできるだけ高い視感度効率及び点灯電圧を達成するのに充分な量で気相となる程度に高める必要がある。この場合の他の問題は、最下部の底部領域１０がランプの点灯状態において最冷却領域であることである。
【００３３】
温度バランスを変えることにより、石英ガラスより成る放電容器１の結晶化又は失透が生じるような高温度にならないようにする必要があることにも注意すべきである。このことは特に、光発生物質が蓄積するとともに加熱される底部領域１０と、アーク放電２よりも上の領域における放電空間の内部の強い対流による特に強い加熱にさらされる上側壁部１３とに関連するものである。
【００３４】
又、温度バランスは、可能ならランプ出力を増大させずに変える必要がある。
【００３５】
これらの必須条件は全て、電極３の位置を上述したようにシフトさせることにより満足させることができ、これはランプの点灯位置を変えることにより可能となる。
【００３６】
図１に示す本発明の第１実施例では、電極はランプの水平な対称線に対し平行にして、ある距離に亘って下方にシフトして、モリブデン箔４に固着する。この距離は特に、放電容器の最冷却（最下側）底部領域１０の温度が、この領域に蓄積されている光発生物質がランプのスイッチオン時に充分に気化する値まで上昇するように、アーク放電２の曲線に応じて選択する。所望に応じ、この距離が達成されるようにモリブデン箔の幅を増大させることができる。
【００３７】
上述した手段に代え又は加えて、図２に示す本発明の第２実施例では、一方の又は双方の電極を斜め下方に向け、電極の先端が、従ってアーク放電２が更に下方にシフトしうるようにする。この場合も、モリブデン箔の幅を、これら電極がモリブデン箔にしっかり固着されるような寸法にする。
【００３８】
上側壁部１３の領域における温度は、この領域に対するアーク放電の距離が増大するために増大せず、むしろ低くなり、従って、放電容器１に対する熱応力及びこれにともなう負荷が著しく減少し、これに対応してランプの寿命が長くなる。ランプのスイッチオン後に充分な量で気化してランプの視感度効率及び点灯電圧を所望通りにする、すなわちできるだけ高くするように、下側壁部部分上に蓄積されている光発生物質を強く加熱とともに、ランプの寿命を短くする損傷（放電容器の壁部における欠陥やひび）を回避するように放電容器の過剰な加熱を行わず、その代わり温度分布が放電容器全体に亘ってできるだけ均一に又はできるだけ対称的になるようにすることにより、電極先端の最適位置を達成する。
【００３９】
ランプがスイッチオフ状態にある際に光発生物質が蓄積している底部領域１０は、つまみ５内への電極３の差込位置７から障壁により分離するのが好ましい。この障壁は、ランプのスイッチオン時の加熱により移動する前記光発生物質がかなりの量これらの差込位置７に達してつまみに入り込まないようにする。
【００４０】
この障壁の寸法は、ランプのスイッチオフ状態において底部領域１０上に集められる光発生物質の量に依存する。これらの光発生物質はできるだけ過剰な量で放電容器内に導入し、この過剰分はランプ点灯中に蒸気として存在せずに融解塩の溜りとして存在することをも考慮する必要がある。
【００４１】
従って、障壁は、底部領域１０を囲むとともに光発生物質を保持するように設計した収集溜１１と、底部領域１０に比べて充分な高さとした差込位置７との双方又は何れか一方を以って構成し、光発生物質が完全に又は少なくとも殆どの量が差込位置に到達しえないようにすることができる。この場合の差込位置の高さは、図１及び２に示す電極３の位置及び傾斜により決定される。
【００４２】
例えば、（凹部のある又は凹部のない）充分に大きな底部表面積を以って構成しうる収集溜１１の利点は、ランプの点灯状態において融解塩で存在する光発生物質をアーク放電２の領域からかなり遠くに離して保持し、従って、光放出が融解塩により妨害されないということでもある。
【００４３】
底部領域及びその上に蓄積される光発生物質の温度を更に高めるとともにより均一にすることは、あらゆる実施例において、赤外線放射を反射する追加の被膜を底部領域１０と対向させて放電容器の外側に設けることにより達成しうる。その理由は、赤外線がこれらの領域を２度（１度は反射前に、他の１度は反射後に）通過する為である。
【００４４】
被膜は、殆ど酸化ジルコニウム（ZrＯ2 ）から形成しうる。被膜として例えばNb2 Ｏ5 及びTa2 Ｏ5 のような他の材料を用いることができ、これらの材料はZrＯ2 よりも一層良好な赤外線反射率を有するが、比較的高価である。又、結晶形態のSiＯ2 を用いることもできる。
【００４５】
全ての実施例においてこのような被膜を、つまみ５中への電極の差込位置７が存在する領域でつまみ５及び放電容器１の外部にも設け、ランプのスイッチオン時にこれらの差込位置内に入り込む光発生物質又はその他の堆積物質ができるだけ少なくなる効果が導かれるようにすることができる。
【００４６】
水銀を、置換なしに、すなわち電圧勾配ジェネレータを用いずに排除するか、ある量の希ガス（例えば、キセノン）を電圧勾配ジェネレータの代わりとして放電空間内に導入してガス圧力を高めるようにすることにより、ある分野にとって満足な視感度効率及び点灯電圧の双方又は何れか一方を達成することもできる。
【００４７】
放電容器の下側領域の温度を高める本発明の原理は、水銀を含み、水銀に固有の環境上の欠点が受け入れられるランプにも適用しうることに注意すべきである。この場合、このような温度上昇は、例えば、視感度効率を高めるか、又は所定の視感度効率とした場合にランプの入力電力を低減させる作用をしうる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の放電ランプの第１実施例を示す線図的側面図である。
【図２】本発明の放電ランプの第２実施例を示す線図的側面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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