(57)【要約】  本発明は、充填ガスを囲む石英ガラス放電チャンバ２を有し、前記放電チャンバ２の両端部に設けられ、前記放電チャンバ２内に延在する１対の電極３，４を有する、２５Ｗ〜４０Ｗの範囲の公称電力、特に３５Ｗの公称電力を伴う無水銀高輝度ガス放電ランプ１であって、当該ランプ１に関して、前記放電チャンバ２の容量が、１７μlよりも大きいか又は等しく、２５μlよりも小さいか又は等しく、前記放電チャンバ２の内径が、少なくとも２．３ｍｍであって大きくても２．５ｍｍであり、前記放電チャンバ２の外径が、少なくとも５．９５ｍｍであって大きくても６．１５ｍｍであり、前記放電チャンバの厚さが、少なくとも３．４５ｍｍであって大きくても３．８５ｍｍである、無水銀高輝度ガス放電ランプ１について述べている。当該ランプ１の前記放電チャンバ２内の前記充填ガスは、ヨウ化ナトリウムＮａＩ及びヨウ化スカンジウムＳｃＩ3を有するハロゲン化合物を含み、これにより、前記ハロゲン化合物中のヨウ化ナトリウムの割合は、少なくとも６２ｗｔ％であって多くても７６ｗｔ％であり、前記ハロゲン化合物中のヨウ化スカンジウムの割合は、少なくとも２２ｗｔ％であって多くても３２ｗｔ％である。更に、前記充填ガスは、非動作状態において少なくとも１３ｂａｒの圧力下でキセノンガスを有し、少なくとも３９Ｖであって多くても５１Ｖの初期動作電圧で動作されるときに３５５０Ｋ〜３８５０Ｋの範囲の色温度が当該ランプによって達成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填ガスを囲む石英ガラス放電チャンバを有し、前記放電チャンバの両端部に設けられ、前記放電チャンバ内に延在する１対の電極を有する、２５Ｗ〜４０Ｗの範囲の公称電力、特に３５Ｗの公称電力を伴う高輝度無水銀ガス放電ランプであって、
前記放電チャンバの容量が、１７μlよりも大きいか又は等しく、２５μlよりも小さいか又は等しく、
前記放電チャンバの内径が、少なくとも２．３ｍｍであって大きくても２．５ｍｍであり、
前記放電チャンバの外径が、少なくとも５．９５ｍｍであって大きくても６．１５ｍｍであり、
前記放電チャンバの厚さが、少なくとも１．７２５ｍｍであって大きくても１．９２５ｍｍであり、
当該ランプの前記放電チャンバ内の前記充填ガスは、ヨウ化ナトリウムNaI及びヨウ化スカンジウムScI3を有するハロゲン化合物を含み、これにより、前記ハロゲン化合物中のヨウ化ナトリウムの割合が、少なくとも６２ｗｔ％であって多くても７６ｗｔ％であり、前記ハロゲン化合物中のヨウ化スカンジウムの割合は、少なくとも２２ｗｔ％であって多くても３２ｗｔ％であり、
前記充填ガスは、非動作状態において少なくとも１３ｂａｒの圧力下でキセノンガスを有し、少なくとも３９Ｖであって多くても５１Ｖの初期動作電圧で動作されるときに３５５０Ｋ〜３８５０Ｋの範囲の色温度が当該ランプによって達成される、無水銀高輝度ガス放電ランプ。
【請求項２】
前記ハロゲン化合物は、ヨウ化亜鉛，ヨウ化タリウム，ヨウ化トリウムのグループからの１又はそれ以上のハロゲン化合物の添加物を有し、
前記ハロゲン化合物中の前記ハロゲン化合物の添加物の割合は、多くても１５％である、請求項１に記載の無水銀高輝度ガス放電ランプ。
【請求項３】
当該ランプの電極は、無トリウムのタングステン電極であり、
前記電極に関して、
当該ランプのピンチ領域の範囲内の電極の直径は、少なくとも２８０μｍであって多くても３２０μｍであり、
前記電極の先端部での直径は、少なくとも２８０μｍであって多くても３６０μｍである、請求項１又は請求項２に記載の無水銀高輝度ガス放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無水銀高輝度放電ランプについて説明する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電ランプにおいて、２つの電極間に確立された電気アークは、極めて明るい光を生成する。斯様なランプは、多くの場合、"ＨＩＤ"ランプと呼ばれる。従来のＨＩＤランプにおいて、放電チャンバは、主としてキセノンと、大抵ヨウ化ナトリウム及びヨウ化スカンジウムであるハロゲン化合物の組み合わせと、ランプの動作の間気化する１又はそれ以上の他の金属塩とを有する充填ガスを含む。充填ガスは、主としてキセノンを有するので、これらのランプは、キセノンランプとも呼ばれ得る。自動車のヘッドランプアプリケーションに用いられるときには、ＨＩＤランプは、他のタイプのランプ以上の多くの利点をもつ。例えば、金属ハロゲン化合物キセノンランプの光出力は、比較され得るタングステン−ハロゲンランプのものよりも大きい。また、ＨＩＤランプは、フィラメントランプよりも著しく長い寿命をもち、黒色化の影響を受け難い。これら及び他の利点は、ＨＩＤランプを特に自動車のヘッドランプアプリケーションに適させる。
【０００３】
キセノンランプの光出力は、はっきりとした白さかそれとも青みがかった色合いにより特徴付けられる。また、フィラメントランプの光出力とは異なり、キセノンランプは、スペクトルパワー分布が連続的ではない光出力を提供する。Ｄ２又はＤ４（無水銀）のＨＩＤランプを用いた従来の自動車のヘッドランプは、４０００Ｋよりも大きい色温度で光出力を提供し、白色へ向かう傾向にある。自動車のＨＩＤランプのカラーポイント又は色温度は、安全性に対して極めて重要である。第一に、車両のＨＩＤヘッドランプは、車両のドライバのために道を十分に照らさなければならず、第二に、他のドライバは、その車両のヘッドランプからの潜在的に危険なまぶしい光の影響を受けるべきではない。従来のＨＩＤランプの強烈な白い光は、問題となり得る。従って、日本等の一部の国は、自動車のＨＩＤランプの許容色温度を、従来のＤ２及びＤ４タイプのランプにより提供されたものより低いレベル、即ち、色合いを抑えた白色に制限し、その結果、これらのランプに関する市場が効果的に規制されている。
【０００４】
色温度とともに、斯様なランプの他の特性、例えば、動作電圧、ランプドライバ特性、寸法等は、適切な規制により、例えばECE-R99 in Europe（ECEは"Economic Commission for Europe"を表す）により、種々異なる国において特定されている。
【０００５】
また、オートバイに乗る人の安全性に関して、自動車のヘッドランプのものとはっきりと区別できる色温度を伴うオートバイのヘッドランプをもつことが望ましい。より黄色がかった光（オートバイのヘッドランプ）が、白い光（自動車のヘッドランプ）の間から容易にはっきりと区別され得るので、自動車のヘッドランプのものよりも低い色温度を伴うＨＩＤランプは、交通においてオートバイを乗る人の安全性を増大させ得る。更に、この発明に関連した色温度（３７００Ｋ前後）は、３０００Ｋ〜３２００Ｋの色温度をもたらす標準的にコートされていないハロゲンランプとは大きく異なる。人の目は、１００Ｋの色温度の差異を区別することができる。また、標準的にコートされた及びコートされていないハロゲンランプと比較して、オートバイに対する安全的側面は、著しく高いルーメン出力（２〜３倍高い）、ビーム範囲及び長寿命のためのＨＩＤランプを用いることにより増大され得る。これらの議論は、多くの国において自動車ＤＲＬ（daytime running lights）の導入以来、より重要になる。
【０００６】
ＨＩＤランプのカラーポイントは、多くのファクタにより支配される。充填ガスの組成だけが重要な役割にあるのではない。放電チャンバの寸法、並びに、電極のサイズ及び位置も、最も冷たいスポット温度及び結果として塩種（salt species）の分圧の影響を受けるので、色温度に影響を及ぼす。
【０００７】
幾つかの従来のＨＩＤランプは、毒性重金属の水銀を少ない割合で含む。明らかな環境的考察はさておき、斯様なランプにおける水銀の使用は、水銀含有成分の廃棄が世界中でますます規制されるようになっており、追加のコストをもたらすので、製造者及び取引者の双方に対して重大な問題になっている。
【０００８】
独国特許出願公開第１０１１４６８０Ａ１号明細書は、ヨウ化ナトリウム及びヨウ化スカンジウムを有する充填ガスをもつ、４２Ｖの動作電圧のための無水銀ＨＩＤランプについて述べているが、４３００Ｋの色温度をもつ。欧州特許第０８８３１６０Ｂ１号明細書は、３７００Ｋ前後の色温度を伴う無水銀ＨＩＤランプについて述べているが、７０Ｖよりも高い動作電圧をもつ。それ故、ECE-R99の規則に従って、Ｄ４ランプの動作電圧が１５時間の動作の後に４２Ｖ+／−９Ｖの範囲内になければならないので、これをＤ４ランプとして用いるには不適切である。欧州特許第０８８３１６０Ｂ１号明細書により述べられたランプの使用は、全体のランプ駆動電子装置の交換を必要とするだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それ故、本発明の目的は、Ｄ４の自動車のヘッドランプに対して基準を満たし、ランプの有効性を維持しつつ低い色温度をもつ、無水銀高輝度キセノン放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明は、特に、充填ガスを囲む石英ガラス放電チャンバを有し、前記放電チャンバの両端部に設けられ、前記放電チャンバ内に延在する１対の電極を有する、２５Ｗ〜４０Ｗの範囲の公称電力、特に３５Ｗの公称電力を伴う無水銀ガス放電ランプであって、当該ランプに関して、前記放電チャンバの容量が、１７μl（microlitres）よりも大きいか又は等しく、２５μlよりも小さいか又は等しく、前記放電チャンバの内径が、少なくとも２．３ｍｍであって大きくても２．５ｍｍであり、前記放電チャンバの外径が、少なくとも５．９５ｍｍであって大きくても６．１５ｍｍであり、前記放電チャンバの厚さが、少なくとも３．４５ｍｍであって大きくても３．８５ｍｍである、無水銀ガス放電ランプについて述べている。本発明によるランプの放電チャンバ内の充填ガスは、ヨウ化ナトリウムＮａＩ及びヨウ化スカンジウムＳｃＩ3を有するハロゲン化合物を含み、これにより、ハロゲン化合物中のヨウ化ナトリウムの割合は、少なくとも６２ｗｔ％であって多くても７６ｗｔ％であり、ハロゲン化合物中のヨウ化スカンジウムの割合は、少なくとも２２ｗｔ％であって多くても３２ｗｔ％である。本発明による無水銀ガス放電ランプにおいて、充填ガスは、非動作状態において少なくとも１３ｂａｒの圧力下でキセノンガスを有し、従って、少なくとも３９Ｖで多くても５１Ｖの初期動作電圧で動作されるときに３５５０Ｋ〜３８５０Ｋの範囲の色温度がランプによって達成される。色温度、動作電圧、ルーメン出力等のような適切な初期のランプパラメータは、ECE規則に従って１５時間のランプ年齢（age）に対して適用する。これは、これらのパラメータが"エージング（aging）"タイムと見なされる斯様なランプの最初の１５時間の動作の後に得られるからである。
【００１１】
キセノン充填ガスの比較的高いコールド圧力は、所望の低色温度を得ることについて重要な役割を果たすが、上述した条件（ランプの寸法、充填ガスの組成等）の全てが所与の範囲の色温度を得るために満足されることが必要である。本発明によるランプを得ようと追求しながら実行された膨大な実験は、上記で説明された充填ガスのコールド圧力、ハロゲン化合物及び電球の寸法で、所望の色温度が、上述したＤ４の規制を満足させる所望の電圧範囲内で確実に達成され得ることを驚くほど示した。
【００１２】
本発明によるランプの明らかな利点は、自動車のヘッドランプに対して低い色温度を要求する日本等の国における自動車のヘッドランプとして、又は、既に上述したように、オートバイがヘッドライトカラーに基づいて他の車両から容易に区別されることを可能にする他の国におけるオートバイのヘッドランプとしてのいずれかについて、従来のヘッドランプの代わりに用いられ得ることである。更に、本発明によるランプは、如何なる既存の電子装置又は付属品を交換する必要なく、従来のＤ４のヘッドランプの代わりに用いられ得る。他の明らかな利点は、本発明によるランプが無水銀であり、このランプに、同様の光束（luminous flux）をもつが水銀を含む他のランプを上回る明らかな利点を与えることである。
【００１３】
従属請求項及び後の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示する。
【００１４】
上述したように、動作中にランプで得られたカラーポイントは、多くの異なるファクタに依存する。広範囲に及ぶ実験は、ハロゲン化合物の成分の相対比率も決定的に重要であることも示した。例えば、ハロゲン化合物は、７０：３０の割合のヨウ化ナトリウムＮａｌ及びヨウ化スカンジウムＳｃＩ３（即ち、ハロゲン化合物の重量の７０％がヨウ化ナトリウムで構成され、その一方で、重量の残りの３０％がヨウ化スカンジウムで構成される）だけからなり得る。しかしながら、他の金属ハロゲン化合物の小さな追加が、カラーポイントにプラスの影響を与え得る。それ故、本発明の好ましい実施形態において、ハロゲン化合物は、ヨウ化亜鉛ＺｎＩ２，ヨウ化タリウムＴＩＩ，ヨウ化トリウムＴｈＩ２のグループからの１又はそれ以上のハロゲン化合物の添加物を有し、ハロゲン化合物中のハロゲン化合物の添加物の割合は、多くても１５％である。例えば、本発明によるランプの一実施形態において、ハロゲン化合物は、６４：２７：２：７の割合のヨウ化ナトリウムＮａｌ，ヨウ化スカンジウムＳｃＩ３，ヨウ化トリウムＴｈＩ２及びヨウ化亜鉛ＺｎＩ２を有し得る。
【００１５】
タングステンは、当業者によく知られるように、非常に高い融点をもつので、従来のランプの電極は、概して、タングステンから作られる。トリウムを含むタングステン電極（トリウムタングステン電極（thoriated tungsten electrode）と呼ばれる）は、純粋なタングステン電極と比較してその融解温度よりも低い温度で動作し、その結果、電極が動作の間に変形しにくい傾向にある。しかしながら、水銀と同様、トリウムは、健康及び環境のリスクをもたらす。トリウムは、吸入又は摂取を回避するために取扱いについて安全上の注意を必要とする低レベルの放射性物質であり、その使用は、環境の観点からも望ましくない。それ故、本発明の好ましい実施形態において、ＨＩＤランプの電極は、無トリウムのタングステン電極、即ち、トリウム添加物を有さないタングステン電極である。斯様な電極を用いて安定したアークを得るために、本発明によるランプに付随する実験は、電極の寸法が重要な役割を果たし得ることを示した。電極の厚さが、動作の間に到達される電極温度に影響を及ぼすので、安定したアークのメンテナンスは、電極の形状、特にこれらの直径にかなりの範囲で依存し、これは、バラストパラメータ（ballast parameter）に応じて整流作用（commutation behavior）及び電極のバーンバック（burn-back）を順次決定する。それ故、ランプのピンチ（pinch）領域内の電極の直径は、好ましくは、少なくとも２８０μｍであって多くても３２０μｍであり、電極の先端部での直径は、好ましくは、少なくとも２８０μｍであって多くても３６０μｍである。本発明による電極は、先端部からピンチへの一定の直径の単純なロッド形状として実現され得、又は、先端部でピンチよりも広くなるように実現され得る。これらの寸法は、焼く前の電極の初期寸法に適用する。
【００１６】
本発明の他の目的及び特徴は、図面と併せて考慮された以下の詳細な説明から明らかになるだろう。しかしながら、図面は、本発明の限定の定義としてではなく、単に例示の目的のために示されることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による無水銀ＨＩＤガス放電ランプの断面図を示す。
【図２】本発明によるランプの複数の実施形態を用いた実験結果のテーブルを示す。
【図３】色温度図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図において、同様の番号は、全体を通して同様のオブジェクトに言及する。図中のオブジェクトは、必ずしも実寸で描かれてない。
【００１９】
図１において、本発明の一実施形態による石英ガラスガス放電ランプ１の断面図が示される。本質的に、ランプ１は、充填ガスを含む放電チャンバ２を有する。２つの電極３，４は、ランプ１の両端部から放電チャンバ２に突出している。製造の間において、石英ガラスは、放電チャンバ２を封止するために、電極３，４周りの両側でピンチされる。約３７００Ｋの所望色温度を達成することに関連する放電チャンバ２の寸法は、そのキャパシティ（又はボリューム）、及び、その内径Ｄｉである。また、外径Ｄｏにより与えられた、放電チャンバ２周りの石英ガラスの厚さが関連する。内径Ｄｉ及び外径Ｄｏは、放電容器の最も広いポイントで測定される。既に述べたように、放電チャンバ２のキャパシティ又はボリュームは、１７μl〜２５μlにある。内径Ｄｉは、少なくとも２．３ｍｍであって多くても２．５ｍｍであり、その一方で、外径Ｄｏは、少なくとも５．９５ｍｍであって多くても６．１５ｍｍである。放電チャンバ２を囲むガラスの実際の厚さ、即ち、外径Ｄｏと内径Ｄｉとの間の差分の半分は、少なくとも１．７２５ｍｍであって多くても１．９２５ｍｍであり、再び、放電容器の最も広いポイントで測定される。ランプ１の寸法は、これらの基準が満たされるように選択される。即ち、放電チャンバ２の長さは、所望のボリュームが特定の内径Ｄｉに対して得られるように選択され、製造プロセスは、放電チャンバ２を囲む石英ガラスの厚さが、選択された内径Ｄｉ及び外径Ｄｏを満足するように制御される。
【００２０】
電極３，４は、本質的に、無トリウムのタングステンのロッドであり、これは、放電チャンバ２に突出し、オプション的に、R99規則に応じて４．２ｍｍ離れて互いに離されている。本発明によるランプの電極は、基部から先端部まで一定の厚さの単純なロッドとして実現され得る。しかしながら、電極の厚さは、例えば、電極がその先端部で厚く基部で薄くなるように、電極の異なるステージに渡って一様に良く変化し得る。略図で示された実施形態において、電極３，４は、これらの先端部で若干厚くなることが示される（ここで、外径が３６０μｍ以下であり、ピンチ領域における電極３，４の直径が３２０μｍであり得る。直径に関するこれらの値は、焼く前の初期値である。）。
【００２１】
明確さのために、略図は、本発明に関連する部分だけを示している。電極間の電圧の制御のためにランプで必要とされるバラスト（ballast）は示されていない。ランプ１がオンにされるときに、バラストの点火部は、放電アークを開始するために電極３，４間の数千ボルトの点火電圧を急速にパルス化する。アークの熱は、充填ガス中の金属塩を気化させる。高輝度強度のアークが一旦確立されると、バラストは、電極３，４間の電圧が動作レベル、この例においては３９Ｖ〜５１Ｖのレベルに適宜降下するように、電力及び電流を規制する。
【００２２】
潜在的に損傷を与える紫外線光は、ＨＩＤランプ１中のアークにより生成されるので、石英放電チャンバは、この照射を吸収するために、硬質ガラスシールド又はエンベロープにより囲まれてもよい。通過された光は、その後、できるだけ多くの光出力が利用されることを保証するために、ヘッドランプ構造における反射体及びコリメータのようなＨＩＤ固有の光学を用いて、収集されて分配される。これら及び他の追加の構成要素は、当業者に知られるので、これらは、より詳細に説明しない。
【００２３】
図２において、本発明により考察された及び満たされた複数のランプに対する実験的に得られた測定を伴うテーブルが示される。第１列"実験＃"は、実験番号を示す。各実験番号は、その実験のために製造された特定のランプに対応する。"成分"の列は、ランプにおいて用いられたハロゲン化合物を与える。"ルーメン"の値、"Ｘ"及び"Ｙ"の値、並びに、"色温度"の値は、ECEエージングサイクルに従って１５時間経過後に観察された。各実験に関して、放電チャンバ内のキセノン充填圧は、約１４ｂａｒのコールド圧力であった。実験"＃３"を除く各実験に関して、ハロゲン化合物の重量は、３００μｇであった。実験"＃３"において、ハロゲン化合物の重量は、１５０μｇであった。
【００２４】
テーブル中に記載された"Ｘ"及び"Ｙ"の値は、カラー空間における座標の対を与える。斯様なカラー空間は、図３の"ギターピック状"の図に示され、これは、当業者に知られる標準的な色度図である。このタイプの図は、大抵、右隅が赤のプライマリカラーに対応し、左下隅が青のプライマリカラーに対応し、左上が緑のプライマリカラーに対応するように、カラーで与えられる。カラーは、互いに融合し、カラー空間の中心に向かって白色領域を与える。右から左に湾曲して走る太い黒線は、プランク軌跡（Planckian locus）として知られ、徐々に高くなる温度を通じて熱される黒体放射体のカラーを与える。
【００２５】
ランプの色温度は、当業者に知られる測定技術を用いて得られたＸ及びＹの座標をプロットすることにより色度図から読み取られ得る。明確さのために、実験"＃２"，"＃３"及び"＃４"に対応する３つの色温度ポイントだけがこの図中に示される。
【００２６】
カラー空間図及びテーブルから見られ得るように、それぞれのランプは、４０００Ｋよりも低い色温度を生じさせる。実験３及び４のランプは、それぞれ−９Ｋ及び＋２８Ｋのずれを伴って、３７００Ｋのターゲット色温度に最も近い色温度を与える。次に最も近い色温度は、３７００Ｋからそれぞれ＋３４Ｋ及び＋４４Ｋのずれを伴って、実験２及び５のランプにより達成される。実験１及び６のランプは、双方が、３６００Ｋに近い色温度を生じさせる。
【００２７】
観察された色温度の差異は、Ｎａｌ／ＳｃＩ３の割合、ハロゲン化合物の添加物の比率、及び、全体のハロゲン化合物の実際の重量の差異により説明される。例えば、実験＃１に関しては、ハロゲン化合物の全体重量が３００μｇであったのに対し、実験＃３では１５０μｇの全体重量を用いた。双方の場合において、Ｎａｌ／ＳｃＩ３の割合は同じであった。ハロゲン化合物の重量についての差異は、これら２つの実験に対する観察された色温度値及び光束の差異をもたらした。
【００２８】
結果のテーブルから見られ得るように、３７００Ｋの領域において各ランプによってもたらされた色温度は、非常に十分である。特に、実験＃４のランプは、２８００ルーメンに近い非常に十分な光出力と一緒に所望の色温度をもたらし、このランプを自動車のアプリケーションに特に適させる。実験＃１のランプも、十分な色温度、及び、実験＃４のランプよりも若干低い２６９０ルーメンに近い光出力をもたらす。残りのランプについて、実験＃３及び＃６の双方は、十分な色温度をもたらすが、約２６００ルーメンの比較的低い光出力をもたらす。
【００２９】
本発明は、好ましい実施形態及びこれらのバリエーションの形式について開示されたが、多くの追加の改良及びバリエーションが本発明の範囲から逸脱することなく行われることが理解されるだろう。明確さのために、この出願の間中の単数表記の使用が複数を除外するものではなく、"有する"が他のステップ又は要素を除外するものではないことも理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2010524167.tif 000006
2010524167.tif 000007
2010524167.tif 000008