(57)【要約】  本発明は、外側石英ガラスエンベロープ１２内に配置された放電容器１１を有するガス放電ランプ１を説明し、前記ガス放電ランプ１は、外側エンベロープ１２の局部的変形部２０の下面２１と放電容器１１の外面２３上の対応する隔離された領域２２との間に局部的熱領域接触部２を有する。本発明は、ガス放電ランプ１の製造方法をも説明し、前記方法は、放電容器１１を外側石英ガラスエンベロープ１２内に配置するステップと、局部的変形部２０の下面２１と放電容器１１の外面２３上の対応する隔離された領域２２との間に局部熱領域接触部２を作り出すために、前記外側エンベロープ１２の局部的変形部２０を形成するステップとを有する。
2014512072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側石英ガラスエンベロープ内に配置された放電容器を有するガス放電ランプであって、前記ガス放電ランプが、前記外側エンベロープの局部的変形部の下面と前記放電容器の外面上の対応する隔離された領域との間に、局部的熱領域接触部を有する、ガス放電ランプ。
【請求項２】
前記隔離された領域が、ガス放電ランプの動作中に最も高温になる、前記放電容器の領域を有する、請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
前記外側エンベロープの局部的変形部が、前記外側エンベロープにくぼみを有し、前記くぼみが、前記外側エンベロープの内部に入り込む、請求項１又は２に記載のランプ。
【請求項４】
前記局部的変形部の下面が、本質的に平面を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のランプ。
【請求項５】
前記局部的変形部の下面が、少なくとも０．５ｍｍ２の領域を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のランプ。
【請求項６】
前記局部的変形部の下面が、本質的に円形を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のランプ。
【請求項７】
前記局部的変形部の下面が、少なくとも０．５ｍｍの接触半径を有する、請求項６に記載のランプ。
【請求項８】
前記局部的熱領域接触部が、前記局部的変形部の下面と前記放電容器の前記外面上の前記隔離された領域との間に、最大２０μｍ、より好ましくは最大１０μｍ、最も好ましくは最大１．０μｍの間隔を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のランプ。
【請求項９】
前記局部的熱領域接触部が、１ワットあたり２００ケルビン未満の耐熱性を示す、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のランプ。
【請求項１０】
前記ガス放電ランプが、石英ガラス外側エンベロープ及び石英ガラス放電容器を備える、メタルハライド高輝度ガス放電ランプである、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のランプ。
【請求項１１】
外側石英ガラスエンベロープ内に放電容器を配置するステップと、
局部的変形部の下面と放電容器の外面上の対応する隔離された領域との間に、局部的熱領域接触部を作り出すために、外側エンベロープの前記局部的変形部を形成するステップとを有する、
ガス放電ランプの製造方法。
【請求項１２】
大気圧よりも低い圧力で、前記外側石英ガラスエンベロープを外部ガス充填で満たすステップを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記外側エンベロープの局部的変形部を形成するステップが、熱せられた部分が軟化するまで、外側石英ガラスエンベロープの一部に熱を加えるステップを有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記放電容器の外面の隔離された領域に押し付けて、前記軟化した熱せられた部分が変形されるステップを有する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記局部的熱領域接触部が、前記局部的変形部の中央部の中の外側エンベロープの外部表面で測定された第１温度が、このような局部的熱領域接触部を有しない同等のランプにおける対応する位置で測定される温度よりも、少なくとも６０Ｋ、より好ましくは少なくとも７０Ｋ、最も好ましくは８０Ｋ高い温度であるように寸法決めされる、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス放電ランプ及びガス放電ランプの製造方法を説明する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度ガス放電（ＨＩＤ）ランプは、非常に明るくコンパクトで強い光が要求されるアプリケーションに使用される。例えば、ＨＩＤランプは、関係する規則を満たす明るいフロントビームを生成するのに使用できるので、自動車のフロント照明アプリケーションに使用される。ＨＩＤランプは、ガラス又はセラミックで作ることができ、２本の電極が短いギャップの間に向かい合って配置された放電容器（又は「内側バルブ（inner bulb）」）を包囲する外側エンベロープ（又は「外側バルブ（outer bulb）」）を有する。動作中、電気的放電アークが作られる。ランプによって作り出される光の質は、放電容器の充填ガス組成で決まる。金属ハロゲン化物はランプの発光効率を改善し、光のカラーポイントを制御するために使用される。動作中、特に、領域内が数ＭＰaの圧力を有する小型ＨＩＤランプにおいては、５０００ケルビンを超えるプラズマ温度及び１０００ケルビンを超える壁温度に容易に達する。放電容器の対流により、放電容器の上部の壁温度は下部よりも高い。ランプのパフォーマンスは、これらの温度に非常に左右され、ランプ中の金属ハロイド化物の最小圧力を維持するために全体で高い温度が要求される。 
【０００３】
元々非晶質な石英が再結晶化するので、過剰に高い壁温度は石英ガラス容器に損失を与える。結果として、石英ガラスは不透明になる。放電容器の石英ガラスの再結晶化は、約１４００Ｋの範囲の温度で起こり、通常、放電容器の最も熱い領域、例えば、水平に保持されたランプの放電容器の上側に集中する。ランプの寿命期間にわたって、再結晶化損失は結果として、全光束の減少をもたらす。より重要なことは、再結晶化はランプから発せられる光の配光を変え、これによって光源の外観サイズが大きくなるので、ランプを封入する光学系の中の包囲光学部品によって集められる光が少なくなる。これは、自動車用ランプでは、ヘッドライトが道路を照らす光が減ることを事実上意味する。さらに、損傷した石英はランプの寿命が短くなることを意味する。
【０００４】
他方で、十分でない壁温度は、ランプ内の最も温度が低いスポット（一般的に放電容器の下部）で充填ガスの金属塩を凝結させるため、これらの塩はもはやガス相で利用できなくなる。結果として、光出力が低下する。
【０００５】
従って、ランプデザインは、金属ハロイド化物の最小蒸気圧力を確実に得るための最低壁温度と放電容器への損傷を防止する最高壁温度との、相対する要求によって難しいものとなっている。しかしながら、上下の温度を別々に調整することは普通は非常に難しく、例えば、放電容器の上端の温度を下端の温度も低下することなく低下させることはできない。このことは、特に、より小さくよりコンパクトなデザインパラメータを持つ現在のランプデザインにおいては真実である。例えば、増加した光出力が望まれる場合、これは通常、放電容器の下部の最も温度が低いスポットの温度を上げることによって得られる。残念なことに、これは一般に、放電容器の最も温度が高い部分の石英温度をも上げてしまい、結果として、再結晶化をもたらし、究極的に、ランプのルーメンメンテナンスにおいて対応する劣化をもたらす。
【０００６】
これらの問題を回避する幾つかの試みは、熱が放電容器から外側バルブへと伝導され放散できるという原理に基づいている。外側バルブは通常、内側バルブから小さな一定距離、例えば、放電容器の最も広いポイントで測定された最大数ミリメートルのギャップだけ離されるように、寸法決めされる。一般的に、放電容器と外側バルブとの間の熱伝導の効率性は、内側バルブと外側バルブとの間のギャップに依存する。ギャップの広さ及び外側バルブと内側バルブとの間の任意のガス充填（「外側バルブ充填ガス（outer bulb fill gas）」と呼ばれる）の熱伝導率によってもたらされるこのギャップの熱コンダクタンスは、内側バルブ及び外側バルブの隣接する集合体の熱伝導率よりも、通常大幅に低い。主に、内側バルブから外側バルブへの熱伝導は、高い熱伝導率の外側バルブ充填ガス、例えば、ネオンを使用することによって実効がある。しかしながら、このような熱伝導はランプ全周で行われるため、放電容器の全体温度が低くなる。これは金属ハロイド化物圧力にとってマイナス効果である。熱伝導を特定の領域、例えば放電容器の最も温度が高い部分の領域に限定しようとする試みの一つの態様は、（通常、球形か楕円形の）放電容器を外側バルブの非常に近く又は外側バルブに接触するように配置することであろう。しかしながら、この態様で得られる小さなギャップは、幾何学的点又は幾何学的線に限定され、結果として生じる局部的熱伝導は非常に効果的なものとはならない。更に、外側バルブ内に中心からはずれた位置の放電容器を得るために、製造過程に追加的ステップを取らなければならないので、このようなランプデザインは実現するのには複雑であり、それゆえより費用がかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、上記に説明された問題を避ける、改良されたガス放電ランプを提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本目的は、請求項１によるガス放電ランプ及び請求項１１によるガス放電ランプの製造方法によって達成される。
【０００９】
本発明によると、ガス放電ランプは、外側石英ガラスエンベロープ内に配置された放電容器を有し、前記ガス放電ランプは、外側エンベロープの局部的変形部の下面と放電容器の外面上の対応する隔離された領域との間に局部的熱領域接触部を有する。
【００１０】
「局部的熱領域接触部（local thermal area contact）」という用語は、局部的熱点接触部又は局部的線熱接触部とは対照的に、本質的に平面領域にわたる局部的熱接触部と理解され、当該熱接触部は、ある物体から別の物体へと、本ケースでは放電容器から外側エンベロープへと、熱を伝導する役割をする。「下面(lower surface)」という用語は、局部的変形部の底面、すなわち放電容器の外面に付く又は接触する面を意味すると理解される。「隔離された領域(isolated area)」という用語は、明確な１つの境界あるいは周囲を持つ比較的小さな島のような領域を意味すると理解され、当該領域にわたって放電容器と外側バルブとの間のギャップは、放電容器の隔離された領域以外の部分にわたるギャップよりも著しく小さい。それゆえ、前記局部的熱領域接触部は、放電容器の外面の限られた又は島状の領域にのみ影響を及ぼし、当該熱領域接触部は放電容器全面にわたらないことは明らかである。外側エンベロープの局部的変形部は、局部的熱領域を放電容器の外面と接触させるために、放電容器に向かって外側エンベロープを入り込ませる。
【００１１】
本発明の利点は、隔離された領域と局部的変形部の底面との間のギャップが、点や線のみとは対照的に、かなりの平面領域にわたること、及び、この領域接触部の熱伝導効率性が、上記の既知の点接触又は線接触に比べて、大きく高まることである。
【００１２】
本発明によるランプの利点は、放電容器内の上壁の熱負荷が、局部的熱領域接触部を介して、効果的に外側バルブに伝達され、最終的にランプの外部に伝達されることである。このことによって、ランプパラメータの調整の自由度が増す。例えば、ランプの通常の寿命期間にわたって増加された光出力が要求される場合は、本発明によるランプで達成することができる、なぜならば、局部的熱領域接触部にわたる熱伝導によって上側の高温が抑えられ、ランプのルーメンメンテナンスが、ランプの標準寿命期間にわたって、好ましく高く維持されるためである。代替的に、当該局部的熱領域接触部は、放電容器内の温度が、ルーメンメンテナンス及び標準の光出力を有するランプの寿命を良くするために、再結晶が起こるレベルに達するのを防ぐ働きをし得る。
【００１３】
本発明によると、ガス放電ランプの製造方法は、外側石英ガラスエンベロープ内に放電容器を配置するステップと、局部的変形部の下面と放電容器の外面上の対応する隔離された領域との間の、局部的熱領域接触部を作り出すために、外側エンベロープの局部的変形部を形成するステップとを有する。
【００１４】
本発明による方法の利点は、その簡易さである。放電容器や外側エンベロープの初期のデザインを変更する必要はない。それどころか、これらは従来の態様で製造することができる。外側エンベロープの局部的変形部を形成するステップは、確立された製造プロセスの中で、ランプが組み立てられた後に行うことができる。
【００１５】
従属請求項及び以下の記述は、本発明の特に効果的な実施形態及び特徴を開示する。さらに、実施形態は、以下に説明される様々な実施形態の特徴を組み合わせることによって得られる。１つの請求項の範疇の内容に説明された特徴は、同じく他の請求項の範疇に適応させることができる。
【００１６】
下記において、本発明を何ら限定するものではないが、ガス放電ランプ又は「バーナー（burner）」は、短いギャップを挟んで互いに対面するように長手軸に沿って配置された電極対を備えた、石英ガラス放電容器及び石英ガラス外側バルブを有するとみなされる。さらに、ランプは通常、動作中は水平位置に保持されるとみなされ、これによって放電アークが水平になり、アークの最も高い部分、放電容器の上方の最も高温の領域と放電容器の下方の最も低い温度を有する。本発明を何ら限定することはないが、以下では、ランプはメタルハライド無水銀キセノンＨＩＤランプ、例えば自動車用Ｄ４ランプであるとみなされる。
【００１７】
上記の通り、放電容器中のプラズマは、動作中に非常に高い温度に達し、対流の力が、結果として放電アークの上により高温のプラズマ領域及び放電アークの下に比較的より低温のプラズマ領域の発現をもたらす。高温プラズマは包囲された放電容器を熱し、放電容器の上部はそれに対応して下部よりも高温になる。それゆえ、この最も高温の領域すなわち「ホットスポット （hot spot）」は、再結晶損失を受けやすい領域である。従って、本発明の特に好ましい実施形態では、外側エンベロープの隔離された領域は、ガス放電ランプの動作中最も高温になる放電容器の領域である。放電アークが本質的に放電容器の中央に設置された水平保持ランプに対して、上から見ると、隔離された領域は、好ましくは本質的に放電容器の上面の中央にある。
【００１８】
前記局部的変形部は、任意の適切な形状を有する。例えば、局部的変形部は、外側エンベロープに沿った裂け目の一種として形成され得る。しかしながら、特に自動車へのアプリケーションにおいて、フロントビームを形成するのに使用される光源の像は、任意の識別できる変形によらないことが望ましい。それゆえ、本発明の更なる好ましい実施形態では、外側エンベロープの局部的変形部は、外側エンベロープの内部に入り込む局部的なへこみを有する。このように、局部的熱領域接触部は、最小の光学的歪みで（プラズマの上の）放電容器の最も高温の領域間に作られ得る。従って、水平保持ランプの例としては、局部的くぼみ又は「へこみ（dent）」は、外側エンベロープの上側に形成されるのが好ましい。外側エンベロープの上面に入り込む外側エンベロープの局部的くぼみを有するこのようなランプでの実験は、対応する光源の像で非常に小さい変形しか示しておらず、この変形はフロントビームの品質を損なわなかった。
【００１９】
局部的熱領域接触部は、二つの物体、本ケースでは放電容器と外側エンベロープとの間の表面接触によって作られる。局部的熱領域接触部は、放電容器上の隔離された領域にわたる接着剤によって、形成され得る。代替的に、放電容器及び外側エンベロープが共に同じ材料、例えば石英で作られている場合、局部的熱領域接触部は、隔離された領域にある両物体のガラスの熱融着によって形成され得る。しかしながら、実験は、非常に効果的な熱伝導は、例えば、外側バルブが、ギャップを超えて効率よく熱を伝導するように作用するガスで満たされている場合、任意の接着や融着なしに、局部的変形部の底面と隔離された領域との間の物理的に近い表面接触によって得られることを示した。両物体は、接触しているが別個の物体のままであり、これらは微小ではあるが「ギャップ（gap）」によって分離されており、熱領域接触部の接近度は、小さいが距離として表現できる。このような分離は本質的に無視できるため、以下では「マイクロ分離（micro-separation）」と呼ぶ。本発明の特に好ましい実施形態では、局部的熱領域接触部は、最大２０μｍ、より好ましくは最大１０μｍ、最も好ましくは最大１．０μｍのマイクロ分離を、局部的変形部の下面と放電容器の外面上の隔離された領域との間に有する。これらの表面がこのようなマイクロ分離によって分離される場合には、熱は、これらの表面が接着又は融着されているのとほぼ同じ位に効果的に、放電容器から外側エンベロープへと伝導されるので、表面接触が効果的に確立される。下記では、局部的熱領域接触部は、局部的変形部の下面が、最大２０μｍ（２０×１０-6 ｍ又は２０マイクロメートルとも表現され得る)のマイクロ分離によって、放電容器の隔離された領域から分離された領域に形成されることを理解されたい。
【００２０】
放電容器から外側エンベロープ、その後ランプの外部へと、可能な限り多くの熱を効果的に伝導するために、比較的大きな局部的熱領域接触部が好ましい。外側エンベロープ及び放電容器は本質的に曲面体であるため、局部的変形部の下面も曲面を有し、よって、この曲面は、少なくとも部分的に放電容器の曲率に従う。従って、本発明の好ましい実施形態では、局部的変形部の下面は本質的に平面的面を有する。このような平面的面が形成される態様は、以下に説明されるだろう。
【００２１】
領域接触部は、幾つかのより小さい接触領域、例えば、共同して放電容器から外側エンベロープへと熱を伝導する役割をする、隣接する二つの局部的変形部によって形成される、隣接する二つの接触領域を有することができる。しかしながら、単一の接触領域を与えるために単一の局部的変形部が形成されることが好ましい。
【００２２】
効率的な熱伝導をさせるためには、局部的変形部の下面は、熱エネルギーが放電室の壁から外側エンベロープの壁へと有効に伝導されるように、寸法決めされなければならない。上記に示されたように、熱伝導の効率性は、局部的くぼみの表面と隔離された領域の表面との間の「ギャップ（gap）」の大きさにも大きく依存する。本発明によるランプの開発では、隔離された領域とくぼみとの間に、たった数十マイクロメートルの領域に非常に近接する間隔を確実に得ることができ、隔離された領域からくぼみへと熱が非常に有効に伝導されたことが観察された。従って、このような無視できるギャップには、局部的変形部の下面、つまり局部的熱領域接触部は、少なくとも０．５ｍｍ２の面積を有することが好ましい。
【００２３】
局部的変形部の下面、すなわち、局部的熱領域接触部の形状及び隔離された領域の形状は、任意の適切な形状を有することができる。しかしながら、放電アークの上の領域に対応する、放電容器上の「ホットスポット（hot spot）」は、本質的に円形である。それゆえ、本発明の好ましい実施形態では、局部的変形部の下面は本質的に円形を有する。このような形状によって、局部的熱領域接触部の輪郭は、「ホットスポット（hot spot）」の大部分又は全体を覆うことができるため、好ましい効率的な熱伝導が得られる。局部的変形部の下面は、少なくとも０．５ｍｍの接触半径を有することが好ましい。ここで、「接触半径（contact radius）」という用語は、放電容器と接触する局部的変形部の底面又は下面の平均半径と理解される。
【００２４】
前記局部的変形部は、非常に単純な態様で形成できる。例えば、外側エンベロープは、少なくとも局部的変形部が形成される領域を軟化するために熱せられ得る。適切な形状の道具、例えば、先の尖っていない細い棒が、放電容器の表面と接触するくぼみを形成するために、軟化したガラスを内側に押すために使用される。しかしながら、局部的変形部は、外側エンベロープと放電容器との間のスペースの中の任意のガスを圧縮するように作用するため、このスペースの中の圧力は、局部的変形部の底面を隔離された領域から再び離すように上げる又は持ち上げる作用をし、それによって、マイクロ分離は広がり、局部的熱領域接触部の有効性は減少する。それゆえ、本発明の特に好ましい実施形態では、ランプの製造方法は、外側石英ガラスエンベロープを、大気圧よりも低い圧力で、外部ガス充填で満たすというステップを有する。従って、外側エンベロープ中に作られたくぼみは、再び外側に押し返されない。
【００２５】
局部的熱領域接触部は、局部的変形部の下面と放電容器の外面上の隔離された領域との間に、融着した石英ガラス接着を有することができる。このような接着をするには、局部的変形部の底面及び／又は放電容器の隔離された領域を局部的に熱するためにレーザーが使用される。しかしながら、このような技術は、コストがかかる、あるいは、時間を要する。それゆえ、本発明の好ましい実施形態においては、外側エンベロープの局部的変形部を形成するステップは、外側エンベロープの一部を、熱せられた部分が軟化するまで熱するステップを単に有し、これにより、熱せられた部分は、「ホットスポット（hot spot）」に対応する放電容器の領域の上部に位置する。外側バルブの石英ガラスの領域が軟化すると、軟化した部分は、外側エンベロープと放電容器との間のスペースの中のガスの負圧によって、放電容器上の隔離された領域の方に引き込まれる、又は、吸い込まれる。このアプローチでは、放電容器は比較的低温のままなので接着が生じないが、負圧の力は、望ましくは最大２０マイクロメートルの非常に小さなマイクロ分離の非常に近接した接触を確実なものとするのに十分である。
【００２６】
局部的熱領域接触部の関連の幾何的特性、すなわち接触半径及びギャップの幅は、高解像度のＸ線吸収撮像で調べられ得る。本発明によるランプが横から撮像される、またランプの軸を中心として回転して異なる角度で、複数の画像が撮影される場合、局部的熱領域接触部の形状は明瞭に観察し得る。ギャップの幅はこの方法を用いて推測され得るが、ギャップ及び接触性（融着、接着、有限ギャップ）のより正確な判定は、例えば、局部的変形部の下面及び隔離された領域に診断用レーザービームを反射させ、ギャップ領域を推測するために反射強度及び角度を分析する、といった光学的方法を用いることで可能となる。
【００２７】
熱は、内部の放電容器からその外面へと伝導され、そこで局部温度を上昇させるので、局部的熱領域接触部の有効性は、外側エンベロープの表面で直接測定することができる。例えば、水平で動作するランプの場合、温度は、外側エンベロープの長さに沿って、外側エンベロープの上面に沿った、長手方向軸に沿って、パイロメーターで測定することができる。従来のランプでは、その軸に沿った温度は、ランプの中心に対応する点で最高に達し、両外端に向かって着実に低下する。Ｄ４ ＨＩＤランプでは、例えば、中央部で約９００Ｋという温度が観測され、中央部から１０ミリメートル離れた位置では約７００Ｋに低下した。同じランプに対して、本発明によって局部的熱領域接触部を有するように修正されると、中央部、つまり局部変形の中央部の温度は（従来のランプと比べて）かなり高く、このことは、放電容器から外側エンベロープへと熱が効果的に伝導されていることを示している。この観測された局部的変形部の中央部での温度上昇は、接触半径及び領域接触のマイクロ分離に直接的に関係する。局部的熱領域接触部は、局部的変形部の中央部の温度が、局部的変形部の無い、同一のランプ上の同じ位置で測定される温度よりも、好ましくは少なくとも６０Ｋ、より好ましくは少なくとも７０Ｋ、最も好ましくは少なくとも８０Ｋ高いように、実現される。本発明によるＤ４ランプでは、１０００Ｋに近い温度がくぼみ又は局部的変形部の中央部で測定され、このことは、放電容器から外側エンベロープへの（くぼみを介しての）熱伝導が最も効果的であることを示している。局部的熱領域接触部の有効性は、他の用語でも表現されており、例えば、熱伝導率、熱コンダクタンス、熱抵抗等がある。局部的熱領域接触部は、最大２００ケルビン毎ワットの熱抵抗に対応して、好ましくは少なくとも５ミリワット毎ケルビン（ｍＷ／Ｋ）の熱コンダクタンスを得るように、寸法決めされる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】再結晶領域を有する従来のガス放電ランプを示す。
【図２】本発明の実施形態による局部的熱領域接触部を有するガス放電ランプを示す。
【図３】図２のランプの外側エンベロープの単純化した描画を示す。
【図４】図２のランプの放電容器の単純化した描画を示す。
【図５】図２の局部的熱領域接触部の単純化した軸方向断面を示す。
【図６】基準ランプ及び本発明による幾つかのランプの上部内壁の算出温度のグラフを示す。
【図７】基準ランプ及び本発明によるランプの外側バルブの温度分布のグラフを示す。
【図８】本発明によるランプ及び基準ランプの統合ルーメンメンテナンスのグラフを示す。
【００２９】
類似の符号は、全ての図を通して類似の対象を指す。図中の対象、とりわけ局部的熱領域接触部に関する対象又は寸法は、必ずしも縮尺に合わせていない。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、外側エンベロープ１２内に配置された、放電容器１１を備えた従来のガス放電ランプ１０を示す。１対の電極１４が放電容器１１内に突出する。動作中に得られる高い温度による熱機械的ストレスを軽減するために、電極１４は、通常、放電容器 １１のピンチ端の中に封入された平らなモリブデン箔１５によって、外部リード線１７に接続される。動作中、放電アーク１６が電極チップの間に確立される。対流と放電アークのプラズマ性により、放電容器 １１の上部領域の温度は、放電容器 １１の下部領域の温度よりも高い。冒頭部分で述べた理由により、容器の下部で壁が高温であることが望ましい、なぜならば、これにより、高い光出力が得られるように、プラズマ中で十分な金属塩が得られることを確実にするからである。上部の壁温度が常に下部よりも高いため、このことは、上部領域で達した非常に高い温度は、最終的にその領域で目に見える再結晶化という結果をもたらすことを意味する。「白化(whitened)」石英ガラスは結果として、光の全体損失、アプリケーションにおける光収集可能性の低下、及びより短いランプ寿命につながる。このような白化領域は、図の中でクロスハッチングされた領域Ｒで示されている。
【００３１】
図２は、発明の実施形態によるガス放電ランプ１を示す。このランプ１の構造は、図１のランプ１０と本質的に同じである。しかしながら、本発明によるランプ１は、外側容器１２の内面と放電容器１１の外面との間の小さな領域で、物理的接触ができるように、外側エンベロープ１２の変形によって作られた局部的熱領域接触部２を有する。図３は、図２のランプの外側エンベロープ１２の単純化された描画であり、外側エンベロープ１２の中の「くぼみ(dent)」２０を示し、このくぼみ２０は外側エンベロープ１２の内部に入り込んでいる。局部的熱領域接触部２は、ランプ１の放電容器１１から外側バルブ１２上の領域へと熱が非常に効果的に伝導され、放散されることを確実なものとする。熱伝導の有効性は、外側容器１１の外面に沿って延び、くぼみ２０を二分する仮想軸Ｘに沿って温度を測定することによって示され得る。このことは図７を用いて後で図示される。
【００３２】
図４は、図２のランプの放電容器１１の単純化した描画を示す。外側エンベロープ１２は、点線で概略的に示されているだけである。図４は、外側エンベロープ１２の局部的変形部２０によって接触された、比較的小さい隔離された領域２２を示す。この図では、隔離された領域２２は、本質的に丸く、図３に示された本質的に円形のくぼみと一致する。図５は、くぼみ２０の下面２１が、図４の隔離された領域２２と表面で接触可能又は表面接触する場合に局部的熱領域接触部２を作る（右手側の描画）、図３のくぼみ（左手側の描画）の単純化された拡大断面を示す。局部的熱領域接触部２は、くぼみの下側２１と隔離された領域２２との共有表面領域を効果的に有する。隔離された領域２２は、放電容器 １１の外面２３の小さな部分のみ有する。局部的熱領域接触部２の「大きさ（size）」は、接触半径Ｒｃという用語で表現される、なぜならば、本質的に円形のくぼみ２０が、放電容器１１上の本質的に円形の隔離された領域２２と接触するためである。放電容器１１の本体自体は、対応するカーブした外面 ２３を持つ、本質的に円筒形又は楕円形であるが、隔離された領域２２上の局部的熱領域接触部２は非常に小さいので、隔離された領域２２の形状も本質的に円形とみなされる。
【００３３】
放電容器中のプラズマ温度は、容易に数千ケルビンのレベルに達する。図６は、本発明によるランプと従来のランプとに対する熱領域接触の様々な実現に対して、再結晶のリスクが最も高い、放電容器で最も温度が高い部分である上部内壁温度（ケルビン単位）の算出温度のグラフを示す。基準ランプは外側エンベロープと放電容器との間に局部的熱領域接触部を全く有さないので、基準ランプの温度は水平線Ｓ０で示される。信頼性の高い有限要素温度モデルに基づいた算出によると、このようなランプの上部内壁温度は約１４００Ｋである。本発明のランプによると、局部的熱領域接触部は、熱を、放電容器から熱を放散できる外側エンベロープへと輸送する役割をする。熱領域接触の有効性は、くぼみの下面の接触半径及び熱領域接触のギャップの接近度に直接関係する。以下で、「ｙμｍのマイクロ分離にわたってＸｍｍの接触半径を持つ局部的熱領域接触部 “local thermal area contact with contact radius of x mm over a micro-separation of y mm" 」という表現は、局部的変形部の下面がＸｍｍの半径を有し、局部的変形部の下面と放電容器との間のギャップが平均ｙμｍである局部的熱領域接触部という意味に理解される。１番目の曲線Ｓ１は、接触半径が０．５ｍｍの局部的熱領域接触部の上部内壁温度を示す。グラフが示すように、約１３４０Ｋという上部内壁の最高温度は、間隔が１．０μｍ（１００ μｍ）の場合に得られる。くぼみ下面と隔離された領域との間の表面接触がより狭くなる（両面が「押されて(pressed)」互いにより近くなる）と、温度はさらに低下し、わずか約１３１０Ｋという好ましい温度が、約１０−３ μｍすなわち０．００１μｍのわずかな間隔において得られる。曲線Ｓ２、Ｓ３は、各々１．０ｍｍ及び１．５ｍｍの接触半径を有する局部的熱領域接触部の上部内壁の算出された温度プロットを示す。１．０ｍｍの接触半径を有する局部的熱領域接触部（グラフＳ２）では、上部内壁温度は、マイクロ分離１．０μｍにおいて約１３００Ｋにまで下げることができる。１．５ｍｍの接触半径を有する局部的熱領域接触部では、上部内壁温度は、同じマイクロ分離において約１２６５Ｋにまで下げることができる（グラフＳ３）。自動車用ランプでは、１．０ｍｍ−１．５ｍｍの範囲の接触半径を有する局部的熱領域接触部は、外側エンベロープへの非常に好ましい熱輸送を提供する一方で、比較的小さな接触半径は、最小又はわずかな光学歪みを示唆するため、このようなランプで生成されるビームパターンの質は基準ランプのそれに匹敵する。しかしながら、基準ランプとは対照的に、本発明によるランプは、すでに説明した通り、より長い寿命及び改良されたルーメンメンテナンスを示す。４番目の曲線Ｓ４は、２．０ｍｍの接触半径を有する局部的熱領域接触部の温度を示す。ここで、わずか約１２２５Ｋに低下した上部内壁温度は、１．０μｍのマイクロ分離において得られる。しかしながら、そのようなランプは、非常に好ましい熱輸送を有する一方で、外側エンベロープ中のくぼみの比較的大きな接触半径ゆえに、好ましくない程度の光学歪みを示す。
【００３４】
図７は、本発明によるＤ４ランプ及び基準Ｄ４ランプの外側バルブの温度分布のグラフを示す。これらのランプは、発明ランプの局部的熱領域接触部を除いては、同一である。外部温度Ｔos は、上記図３に説明されるように、各ランプについて、外エンベロープの外側上面に沿って、仮想線に沿って、ケルビン単位で測定される。グラフＤrefは、外エンベロープの外側領域から中央部へと着実に上昇する温度を示し、「中央部（centre）」とは放電アーク上の位置である。中央部の両側１０ミリメートルの所では、外側エンベロープの外部の温度は約７００Ｋである。中央部に近づくにつれて、温度は着実に上昇し、中央部で約９２５Ｋに達する。グラフＤは、約０．５ｍｍの接触半径及び局部的熱接触領域の上に最大１０μｍのマイクロ分離を有する、局部的熱領域接触部を備えた本発明によるＤ４ランプの外部温度分布を示し、ここで温度は基準ランプと同じ態様で測定される。再び図３を参照すると、本ケースで「中央（centre）」とは、くぼみの中央と一致する。このグラフＤは、中央部の両側約１０ｍｍの所で温度約７００Ｋも示す。この温度は、従来ランプ及び発明ランプの両方に対して同じであるので、基準温度と見なすことができる。しかしながら、局部的熱領域接触部を介する効果的な熱伝導により、くぼみ領域内の外側容器は非常に熱い放電容器によって熱せられ、仮想線の中央部、すなわちくぼみの中央部の温度は最高約９９０Ｋに達する。図６を参照すると、約１０μｍのマイクロ分離を有する局部熱接触領域の放電容器の最も熱い部分の温度は、わずか約１３２０Ｋである。この低い温度では、放電容器の石英ガラスの再結晶化は大幅に低減されるため、ランプの寿命が延び、ランプの光出力は、ランプの寿命期間にわたって好ましい高レベルに維持され得る。代替的に、局部的熱領域接触部によって可能となる好ましい熱伝導を備えれば、ランプは、このような高温によって損失を受けるので、従来ランプに匹敵する寿命期間にわたって、より高い光出力を提供するためにより高い温度で動作され得る。
【００３５】
図８は、本発明ランプ及び基準ランプによるランプのルーメンメンテナンス（パーセント単位）のグラフを示す。両ランプは、ランプ寸法、電極寸法、及び充填ガス組成が同じであるが、唯一の違いは、本発明によるランプの局部的熱領域接触部にある。ここで説明される種類のガス放電ランプに対して、最も高い光出力、つまり１００％光出力は一般的に新しいランプ（従来、初期１５時間の点灯で定義される。）によって得られる。 その後、最初の光出力の約９０％に低下した光出力が観察されるが、これは金属ハロゲン化物の封入物の化学変化に大いに起因する。究極的には、基準ランプの放電容器中の温度は、再結晶化を発生させるため、ランプの寿命期間にわたって、さらにルーメン出力が下がる。これらの測定で使用される参照ランプでは、ルーメンメンテナンスは３０００時間の動作後に８０％に下がる。対照的に、グラフＭで示されるように、本発明によるランプは、同じタイムスパンにわたって光を維持することができた。このグラフＭは、この種類のランプのルーメンメンテナンス特性における初期低下も示しているが、一度ルーメンメンテナンスが９０％のレベルに低下すると、少なくとも２０００時間の動作の間は、このレベルに近いレベルに維持されることが観察された。この好ましいパフォーマンスは、局部的熱領域接触部を介する効果的な熱伝導に起因し、これは、放電容器の上部が熱せられすぎることを効果的に防止し、それよって本質的に再結晶化及び続く「白化（whitening）」を回避するため、放電容器の石英ガラスの透明度及び透過率に悪影響を及ぼさない。
【００３６】
本発明は、好ましい実施形態及びそのバリエーションという形で開示されているものの、本発明の範囲からはずれることなしに、数多くの追加的修正及びバリエーションを作ることは可能であると理解される。
【００３７】
明確さのために述べると、本願中の「a」や「an」の使用は、複数を排除するものではなく、そして「有する（comprising）」は他のステップや要素を排除するものではない。「ユニット（unit）」や「モジュール（module）」への言及は、複数のユニットやモジュールを排除するものではない。
【図１】
2014512072.tif 000003
【図２】
2014512072.tif 000004
【図３】
2014512072.tif 000005
【図４】
2014512072.tif 000006
【図５】
2014512072.tif 000007
【図６】
2014512072.tif 000008
【図７】
2014512072.tif 000009
【図８】
2014512072.tif 000010
【国際調査報告】
2014512072.tif 000011
2014512072.tif 000012
2014512072.tif 000013
2014512072.tif 000014
2014512072.tif 000015