(57)【要約】      （修正有）【課題】高輝度放電ランプの放電容器を提供する。【解決手段】放電容器１は、回転対称の縦軸（ｓ）を有する細長いアークチャンバ３を備える。アークチャンバは、溶融シリカガラスからなるか、或いはセラミック材料からなる半透明の壁４を有する。放電アークを発生させるために、一対の電極が前記アークチャンバ３の両端に設置される。アークチャンバ３の壁は、内側に突出して周囲方向に狭窄した少なくとも１つの部分１０を有し、それによってアークチャンバ３は対流セル１１に分割される。【選択図】図１
2011151020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電ランプの放電容器（１）であって、回転対称の縦軸（ｓ）を有する細長いアークチャンバ（３）を備え、半透明の壁（４）は溶融シリカガラスからなり、放電アーク（７）を発生させるために一対の電極が前記アークチャンバ（３）の両端に設置され、前記アークチャンバ（３）の前記壁（４）は、内側に突出して周囲方向に狭窄した少なくとも１つの部分（１０）を有し、それによって前記アークチャンバ（３）は対流セル（１１に分割される、放電容器（１）。
【請求項２】
前記対流セル（１１）の数は少なくとも２つである、請求項１に記載の放電容器。
【請求項３】
前記内側に突出して周囲方向に狭窄した部分（１０）は円形トロイド状の形状を有し、壁（４）と一体の部品を構成する、請求項１に記載の放電容器。
【請求項４】
前記円形のトロイド状部分は、前記アークチャンバ（３）の前記縦軸（ｓ）の方向に滑らかに丸みを帯びる、請求項３に記載の放電容器。
【請求項５】
前記壁と、前記壁（４）の前記内側に突出する狭窄部（１０）とは、前記アークチャンバ（３）の前記狭窄部（１０）の内側に位置する前記放電アーク（７）の部分の拡大画像を提供するための光学レンズ（１４）を互いに構成するように形成される、請求項１に記載の放電容器。
【請求項６】
回転対称の縦軸（ｓ）を有する細長いアークチャンバ（２３）を備える高輝度放電ランプの放電容器であって、壁（２４）はセラミック材料からなり、放電アーク（２７）を発生させるために一対の電極が前記アークチャンバ（２３）の両端に設置され、前記アークチャンバ（２３）の前記壁（２４）は、内側に突出して周囲方向に狭窄した少なくとも１つの部分（３０）を有し、それによって前記アークチャンバ（２３）は対流セル（３１）に分割される、放電容器。
【請求項７】
前記対流セル（３１）の数は少なくとも２つである、請求項６に記載の放電容器。
【請求項８】
円筒形の形状を有する、請求項６に記載の放電容器。
【請求項９】
前記放電容器（２１）の前記両端は、セラミック製端末ディスク（３３）によって閉鎖される、請求項８に記載の放電容器。
【請求項１０】
内側に突出して周囲方向に狭窄した前記少なくとも１つの部分（３０）は、円形リング（３９）によって形成される、請求項９に記載の放電容器。
【請求項１１】
前記円形リング（３９）は金属スペーサ（３６）によって互いに、且つ前記セラミック製端末ディスク（３３）から分離される、請求項１０に記載の放電容器。
【請求項１２】
前記壁（２４）は透明セラミック材料からなる、請求項１１に記載の放電容器。
【請求項１３】
前記内側に突出して周囲方向に狭窄した部分（３０）は、円形トロイド状部分を有し、前記壁（２４）の一体部分である、請求項１２に記載の放電容器。
【請求項１４】
前記壁（２４）と、前記壁（２４）の前記内側に突出する狭窄部（３０）とは、前記アークチャンバ（２３）の前記狭窄部の内側に位置する前記放電アークの部分の拡大画像を提供するための光学レンズを互いに構成するように形成される、請求項１３に記載の放電容器。
【請求項１５】
壁（４、２４）を有する細長いアークチャンバ（３、２３）を備える放電容器（１、２１）を有する高輝度放電ランプであって、前記アークチャンバの前記壁は、内側に突出して周囲方向に狭窄した少なくとも１つの部分（１０、３０）を有し、それによって前記アークチャンバ（３、２３）は局部的対流セル（１１、３１）に分割される、高輝度放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電容器、及びそれを有する高輝度放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプの放電容器内のアークチャンバは、通常、楕円形、又は円筒形の形状を有しており、端損失を低減し、又はアークチャンバ端末を最適化するために、アークチャンバの端部も、例えば半円形又は円錐形の形状を有するように成形されることがある。水平点灯形ＨＩＤアークチャンバでは、より温度が低いガス環境に囲まれた高温ガス容積に作用する浮力によって誘発される対流ガスが、アークを上方に屈曲させる。これは、対流セルがアークチャンバ内に発生するからである。対流セルの中央部での充填ガス対流は、高温ガスを押し込んでこれを上部壁まで到達させ、次いで高温ガスはチャンバの２つの端部の方向に向きを変える。一方、アークチャンバの端部から到達し、チャンバの底部を流れる温度の低いガスは、方向を変えて対流セルの中央部を上方に移動する。ガス対流はこのように、プラズマの温度分布を変更してアークチャンバ内で非回転対称になるようにする。その結果、アークは上方に屈曲するので、アークの形状は直線から上方に湾曲した線に歪曲する。
【０００３】
そこで、ＨＩＤアークチャンバの従来の形状の選択肢は、ランプが水平点灯している時のアークの形状、すなわちアーク屈曲の度合いを完全には制御しないという結論が得られる。従来のアークチャンバは寸法が比較的大きく、単一の対流セルとして作用するため、ガス速度が極度に速まり、上記のアーク屈曲現象を招くことがある。
【０００４】
これまでアークをより真直なものにする幾つかの試みがなされてきた。依然として、現在のＨＩＤランプ、特に自動車の放電ランプには、楕円形の放電容器である「壁厚が一定の」幾何形状と、楕円形の内部アークチャンバの幾何形状を使用しているものがあるが、市場で主流のランプは、より複雑な形状の放電容器を有する。最も一般的な形状は外形が楕円形で、中央部が円筒形であり、且つ内部の端部は円錐形のものである。中央を楕円形にする目的は、アークの「壁を安定化させる」こと、すなわち屈曲したアークをアークチャンバの縦軸方向に「押し込む」ことである。
【０００５】
また、内部アークチャンバの形状を部分的に凸面にするという提案も特許文献で見つけることができる。これらの提案では、内部形状の底部又は上部の中央部の一部が凸面である。ＨＩＤランプのアークチャンバは一般に、希ガス充填物質の他に、ランプの点灯中に液相である他のイオン化可能な充填物質も含む。メタルハライドランプでは、この液相ガスはアークチャンバの最も低温部に位置するハロゲン化物プールを含む。液相はその蒸気と平衡状態にある。底部の内面を凸面にする目的は、液相ハロゲン化物プールの位置を上昇させてアークに接近させ、アークからの放射加熱をより効果的にすることで、注入されるハロゲン化物プールの温度上昇によりハロゲン化物注入物の蒸気圧を高めることである。この点に関して、例えば米国特許出願公開第２００６／２５５７４２Ａ１号は、非対称の放電空間（アークチャンバ）、及び／又は非対称の放電容器を有する高圧ガス放電ランプを開示している。アークチャンバ（放電空間）は、公知の水銀含有放電ランプのアークチャンバの容積と比較して、所定の第１の係数だけ低減された容積を有する。アークチャンバ（放電空間）内の発光物質の量は、単純な場合は同じ係数だけ低減され、複雑な場合は大幅に低減される。これによって、非蒸発性発光物質により結像特性が損なわれ、ルミナス放電アークの一部及び／又は電極チップをぼかすリスクが避けられる。
【０００６】
しかし、本発明の課題はそれとは異なり、水平点灯形ＨＩＤランプのアークをより真直にすることである。対向電極の間のアークの真直性は、効率の良い光学系では大きな利点になるが、それは真直なアークの結像は、歪んだ又は屈曲したアークよりも効率が高いからである。重要なことは、道路又はテストスクリーンでの最大及び最小の照射レベルに関して厳密な要求基準が存在する自動車のヘッドライトでは、アークの真直性が必要になることである。アークがより真直であるほど、これらの基準を満たし易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２５５７４２Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、水平点灯位置にあるアークチャンバ内でより良好な放電アーク方向をもたらす、改良形の放電容器を有するＨＩＤランプが必要とされている。更に、自動車のＨＩＤランプなどのランプの配光が照射空間内でより均一になることを確保する、改良形の放電容器構造が必要とされている。改良された放電アーク方向を有すると共に、溶融シリカガラス又はセラミック材料の放電容器に利用できる解決策を提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の例示的実施形態では、回転対称の縦軸を有する細長いアークチャンバを備える高輝度放電ランプの放電容器が提供される。放電容器の半透明の壁は、溶融シリカガラスからなる。放電アークを発生させるために、一対の電極がアークチャンバの両端に設置される。アークチャンバの壁は、内側に突出して周囲方向に狭窄した少なくとも１つの部分を有し、それによってアークチャンバは対流セルに分割される。
【００１０】
本発明の別の態様の例示的実施形態では、回転対称の縦軸を有する細長いアークチャンバを備える高輝度放電ランプの放電容器が提供される。放電容器の壁はセラミック材料からなる。放電アークを発生させるために、一対の電極がアークチャンバの両端に設置される。アークチャンバの壁は、内側に突出して周囲方向に狭窄した少なくとも１つの部分を有し、それによってアークチャンバは対流セルに分割される。
【００１１】
本発明の更に別の態様の例示的実施形態では、細長いアークチャンバを備える放電容器を有する高輝度放電ランプが提供され、アークチャンバの壁は、内側に突出して周囲方向に狭窄した少なくとも１つの部分を有し、それによってアークチャンバは対流セルに分割される。
【００１２】
開示する放電容器構造及びこの放電容器を有するＨＩＤランプは、従来のものと比較して幾つかの利点を有する。この構造によって、アークチャンバの容積がより小さい複数のサブチャンバに分割され、これらのサブチャンバが実質的に分離された対流セルを構成する。対流セルは、従来のランプのアークチャンバ中央部の単一の対流電流よりも大幅に短い対流電流を生成する。従って、全体的な放電アークの屈曲が低減し、アークはより真直になり、ＨＩＤランプの組込み位置に対する照射空間の依存度が低くなる。先行技術と比較した更なる利点は、内側に突出して周囲方向に狭窄した部分の光学作用により、放電アークの可視的な厚さがより均一になることである。これらの周囲方向に狭窄した部分によって、それがない場合よりもアークは局部的に薄くなるが、周囲方向に狭窄した部分のレンズ効果によって、可視的なアークは実質的に均一になり得る。
【００１３】
次に添付図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】溶融シリカガラスからなり、狭窄部を設けたＨＩＤランプの放電容器の縦断面図である。
【図２】溶融シリカガラスからなり、２つの狭窄部を設けたＨＩＤランプの放電容器の縦断面図である。
【図３】図１及び図２に示す狭窄部の下面の拡大断面図である。
【図４】セラミック材料からなり、狭窄部を設けたＨＩＤランプの円筒形放電容器の縦断面図である。
【図５】トロイド状の狭窄部を設けた円筒形放電容器の断面図である。
【図６】セラミック材料からなり、２つの狭窄部を設けたＨＩＤランプの更に別の円筒形放電容器の縦断面図である。
【図７】分割された金属スペーサを使用した図６の放電容器の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を参照すると、高輝度放電ランプに使用するための放電容器の縦断面図が示されている。放電容器１は、アークチャンバ３と、電極チップ５を有する一対の電極シャンク８とを備える。関連する電源（図示せず）からの電流は、引き込み線９、及び放電容器１の平坦な密閉部１２にある対応する接続用モリブデンフォイル１３を介して、放電容器に送られる。アークチャンバ３は細長く、回転対称の縦軸ｓを有する。放電容器１の半透明の壁４は溶融シリカガラスからなり、一対の電極シャンク８がアークチャンバ３の両端６に配置される。関連する電源は電極チップ５の間に放電アークを生成する。放電容器１にはランプの点灯状態での放電ガス発生源であるイオン化可能な充填物質が充填される。
【００１６】
本発明の第１の例示的実施形態では、アークチャンバ３は、アークチャンバ３内の放電ガス中の対流電流を低減するために２つのサブチャンバに分割される。これらの対流電流は一般に、放電アークに横方向の屈曲力を加える。サブチャンバは、周囲方向に狭窄した部分１０によって分離された対流セル１１を形成し、この狭窄部は縦軸ｓに対してほぼ横方向に突出し、アークチャンバ３内で幅狭の内径ｄを有する。幅狭の内径ｄは、放電容器１の最大内径Ｄに対して少なくとも６０％に縮小される。幅狭の内径ｄは、好ましくは放電容器１の最大内径Ｄに対して少なくとも５０％、より好ましくは４０％に縮小される。アークチャンバ３内で生成される対流セル１１内の対流電流は、周囲方向に狭窄した部分１０がないアークチャンバ内の対流電流が加えるよりも小さい屈曲力を放電アーク７に加える。
【００１７】
図１及び２に示すように、放電容器１の外表面２の形状は、一般に使用される溶融シリカからなる放電容器の形状と同様に、ほぼ滑らかな丸みを帯びている。アークチャンバ３の周囲方向に狭窄した部分１０は、放電容器１１の壁４の厚さを局部的に厚くすることによって実現される。
【００１８】
図２は、放電容器１の更に別の実施形態の縦断面図である。この図から、アークチャンバ３の更に内部でさえも、対流電流の強度を弱めるために、アークチャンバ３を２つ以上のサブチャンバに分割できることが明らかである。サブチャンバの数を増やすと対流セル１１がより小さくなり、ひいてはそれによって放電アーク７に加わる屈曲力が小さくなる。対流セル１１の数が増すにつれ、放電アーク７の屈曲度が小さくなる。図２は、対流セル１１の数が３つである場合を示す。アークへの真直化効果に加えて、周囲方向に狭窄した部分１０はアーク７を局部的に薄くする。周囲方向に狭窄した部分１０は、図１に関連して示されているのと同様に実現される。
【００１９】
図３は、図１及び図２に示した周囲方向に狭窄した部分１０の下面の拡大断面図を示す。壁４から内側に突出する円形トロイド状部１５は丸みを帯びた形状であり、縦軸９の方向でアークチャンバ３の内表面と一体化する。このトロイド状部分１５は、疑似レンズ１４を形成し、これは周囲方向に狭窄した部分１０で局部的に薄くなった放電アーク７の作用を補償する光学手段をもたらす。より厳密には、壁４とトロイド状部分１５とは限界曲率が異なるため、相互に光学レンズを構成する。光学レンズにより、狭窄部分の内側に位置する放電アークの部分の拡大画像が得られる。この光学的拡大効果の結果、アークの「可視的な」厚さをその全長にわたってほぼ一定に保つことができる。
【００２０】
アークの「可視的な」厚さの均一さは、例えば自動車のヘッドライトのランプなどのある特定の用途では重要である。アークが均一であれば、照射の空間的な分布や輝度の厳密な条件を容易に満たすことができる。
【００２１】
図４は、高輝度放電ランプのセラミック材料からなる円筒形放電容器２１の縦断面図である。図１のアークチャンバ構造と同様に、放電容器２１は、細長いアークチャンバ２３、及びチップ２５と、例えばモリブデンなどの耐ハロゲン化金属性の電極部分２９を経て電極シャンク２９に接続された電気接続用引き込み線３２とを有する一対の電極シャンク２８を備える。ランプのセラミック脚部３４は、内部に耐ハロゲン化金属電極部２９を封入する。セラミック脚部３４は放電容器２１と同じ材料からなり、これと共に焼結された筒形部材である。アークチャンバから離隔したセラミック脚部３４の端部は密封材料３７によって密封され、この密封材料は同時に引き込み線３２と対ハロゲン化金属電極部分２９とを支持する。放電容器２１の両端部は、放電容器２１の壁２４の内表面部分３５とセラミック脚部３４とに焼結されたリング形のセラミック製端末ディスク３３によって閉鎖される。細長いアークチャンバ２３は回転対称の縦軸ｓを有する。放電容器２１は半透明のセラミックからなる壁２４を有する。電極はアークチャンバ２３の両端２６に配置され、関連する電源が接続されると必要な放電アーク２７を発生させる。放電容器２１は放電ガスが充填された放電容積を密閉する。放電容器２１はほぼ筒形の内部容積と、ほぼ円筒形の外表面２２とを有するが、その他の適宜の断面を有する放電容器を作製することもできる。外表面２２をより丸みを帯びた形状にすることも可能である。この実施形態では、アークチャンバ２３の縦軸ｓの中間部に狭窄部３０を設けてある。
【００２２】
狭窄部３０は、アークチャンバ２３内に組み込まれた円形リング３９の形態で実現される。円形リング３９もセラミック材料から製造し、放電容器２１の筒形の内表面に焼結することができる。セラミック製端末ディスク３３も同様の部材で良い。
【００２３】
図５は、円形リング３９の代わりにトロイド状部分３８を用いた例示的実施形態を示す。放電容器２１の壁２４は、例えばＹＡＧなどの透明セラミック材料からなり、トロイド状部分３８は壁２４と一体の部品である。トロイド状部分３８は湾曲した内表面を有し、これは放電容器２１の円筒形の壁と相互に、図３に関連して前述した実施例と同様の疑似レンズを構成する。
【００２４】
図４に示すように、アークチャンバ２３の内部の対流を低減するために、アークチャンバ２３はこの場合も２つのサブチャンバに分割される。サブチャンバは、本来は壁２４の非一体部品として作製された内側に突出して周囲方向に狭窄した部分３０、すなわちリング３９によって分離された対流セル３１を構成する。リングは別個の部材としてアークチャンバ３１内に取り付けられ、セラミックの通常の熱処理の結果、セラミックは放電容器２１の壁２４に融合する。
【００２５】
一実施形態において、幅狭の内径ｄは、放電容器２１の最大内径Ｄに対して少なくとも６０％に縮小される。好ましくは、幅狭の内径ｄは、最大内径Ｄに対して少なくとも５０％、より好ましくは４０％に縮小することができる。これによって、アークチャンバ２３は局部的な対流セル３１内に効果的に分割される。
【００２６】
図６は、セラミック材料からなる更に別の円筒形放電容器構造を示す。この場合は、２つのリング３９が放電容器２１に取り付けられるので、対流セル３１の数は３つである。狭窄部３０を設ける手段である円形リング３９は、縦軸方向の所定位置に保持され、金属スペーサ３６によって互いに、且つセラミック製端末ディスク３３から分離される。これらのスペーサ３６は、好ましくはタングステンワイヤから形成することができ、放電容器２１のセラミック材料を焼結する前に、放電容器２１の内部に取り付けることができる。スペーサは円形リング３９内に焼結され、リング３９は小さい空隙４０によって放電容器２１から分離する。
【００２７】
図７には、分割された金属スペーサ３６が使用されるセラミック放電容器が示されている。スペーサ３６は放電容器の組立て及び焼結中、及びその動作中に構成部品を分離状態に保つ。この実施形態では、スペーサは円形リング３９に焼結されないが、リング３９は小さい空隙４０によって放電容器２１から分離される。スペーサ３６は好ましくは、タングステン製ワイヤリング４１によって同じ対流セル３１内で互いに接続可能なタングステン製ワイヤセグメントから形成可能である。
【００２８】
あるいは２つ以上のリングを使用することもでき、その場合は対流セル３１の数は３つ以上となる。リング３９を互いに結合するその他のどのような機械的手段も可能である。例えば、螺旋形又は渦巻形に形成されたタングステン製ワイヤスペーサを使用できる。
【００２９】
本発明は図示し、開示した実施形態に限定されるものではなく、その他の要素、改良及び変化形態も本発明の範囲に含まれる。例えば、球形の外表面を有する放電容器のような他の幾つかの放電容器を、高輝度放電ランプ用途の目的に利用可能である。
【図１】
2011151020.tif 000003
【図２】
2011151020.tif 000004
【図３】
2011151020.tif 000005
【図４】
2011151020.tif 000006
【図５】
2011151020.tif 000007
【図６】
2011151020.tif 000008
【図７】
2011151020.tif 000009