説明

高圧放電ランプ

本発明は、放電容器(2)を備えている高圧放電ランプに関する。放電容器(2)内には放電空間(8)が形成されている。相互に間隔を空けて設けられている二つの電極(10,12)がガス放電を生じさせるために放電空間(8)へと延びている。放電容器(2)は少なくとも部分的に外部バルブ(32)によって包囲されている。少なくとも放電容器(2)と外部バルブ(32)とによって限定されている気密な外部空間(34)内には充填ガスが封入されている。放電容器(2)は導電性の点弧補助層(30)を備えている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項1の上位概念に記載されている高圧放電ランプに関する。
【背景技術】
【0002】
刊行物DE 10 2006 007 218 A1には、例えば自動車ヘッドライトに使用される、その種の高圧放電ランプが開示されている。この高圧放電ランプは縦長の放電容器を備えており、この放電容器はほぼ中央に放電空間を有しており、この放電空間からは直径方向に二つのピンチシール端部が延在している。放電容器は円筒状の外部バルブによって包囲されている。この外部バルブは放電容器と共に、固定的に高圧放電ランプのソケットに嵌め込まれている。各ピンチシール端部から放電空間内に二つの電極が突出しており、それら二つの電極は相互に対向して配置されており、且つ、ガス放電を生じさせるために使用される。それぞれの電極はそれぞれのピンチシール端部の端面側から延びている給電部と電気的に接触接続している。ソケット遠位の給電部はほぼ外部バルブに沿ってソケットへと延在している。放電容器は導電性のコーティング部を備えており、このコーティング部は高圧放電ランプの点弧電圧を低下させるための点弧補助部として使用される。
【0003】
この解決手段における欠点は、コーティング部が設けられているにもかかわらず、高圧放電ランプの点弧電圧が依然として高いことである。
【0004】
発明の開示
本発明の課題は、点弧電圧が比較的低い高圧放電ランプを提供することである。
【0005】
この課題は、請求項1に記載されている特徴を備えた高圧放電ランプによって解決される。
【0006】
本発明によれば、高圧放電ランプは放電容器を備えており、この放電容器内には放電空間が形成されている。ガス放電を生じさせるために、相互に間隔を空けて設けられている二つの電極が放電空間内に延在している。放電容器は少なくとも部分的に外部バルブによって包囲されている。少なくとも放電容器と外部バルブとによって限定されている気密の外部空間内には点弧を補助する充填ガスが封入されている。更に、放電容器は導電性の点弧補助層を備えている。
【0007】
この解決手段は、高圧放電ランプが点弧電圧を低下させるための点弧補助部を二つ備えているという利点を有している。外部空間内の充填ガスは放電容器の外面から点弧パルスを印加した際に導電性の層又はプラズマを形成し、これによって放電空間内では点弧を支援する誘電性バリア放電が形成される。更には、UV放射によるプラズマによって光電子が解放され、この光電子が電極間の放電アークを形成するためのスタート電子として使用される。点弧電圧が低いことの他にも、高圧放電ランプの動作信頼性が高いことが別の利点として挙げられる。例えば高圧放電ランプの製造時に外部バルブにひびが生じ、これによって充填ガスの圧力及びガス組成の変化が生じる可能性がある場合、充填ガスは点弧を補助するものとしてはもはや機能しないが、もっとも付加的な点弧補助層が配置されているので、点弧電圧は依然として十分に低下される。
【0008】
特に有利な実施の形態は従属請求項に記載されている。
【0009】
有利には、点弧補助層は単に外部空間内の放電容器の外面上に設けられている。
【0010】
高圧放電ランプの点弧時の外部空間内の充填ガスと点弧補助層との間の短絡を阻止するために、充填ガスと点弧補助層を分離するための非導電性の絶縁層が点弧補助層上に設けられている。絶縁層は点弧補助層を劣化から保護するという別の利点を有している。
【0011】
有利には、絶縁層は光透過性のガラス層、特に石英ガラス層である。
【0012】
確実な絶縁を保証するために、絶縁層は実質的に放電容器の表面全体にわたり設けられている。しかしながら、点弧補助層を劣化から保護するために、点弧補助層が配置されている領域にのみ絶縁層を設けることも可能である。従って、放電容器と外部バルブとの間の外部空間内の充填ガスが点弧を補助するものとして使用されない高圧放電ランプにおいても絶縁層を設けることができる。
【0013】
高温に起因して点弧補助層が損傷することを回避するために、絶縁層は常温法で点弧補助層上及び放電容器上に設けられる。
【0014】
有利には、絶縁層は常温法で低圧プラズマを用いて形成され、この低圧プラズマは特にヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)を含んでいる。この方法によって、非常に薄い、従って弾性の絶縁層を放電容器上及び点弧補助層上に廉価に形成することができる。
【0015】
有利には、点弧補助層は放電空間の領域において放電容器上に配置されており、放電空間の外周の区間にわたり延在している。
【0016】
本発明の別の実施の形態においては、放電容器が直径方向に延在している二つのピンチシール端部を備えており、また点弧補助層が少なくとも部分的に少なくとも一つのピンチシール端部に設けられている。従って、所要点弧電圧が最小であるように点弧補助層を適合させることができる。
【0017】
点弧補助層を付加的に、放電空間とそれぞれのピンチシール端部との間の少なくとも一つの移行領域上に部分的に設けることができるか、又は移行領域の全周囲にわたり設けることができる。外部空間内の充填ガスが点弧電圧の低減に十分に寄与できるようにするために、この充填ガスは標準大気圧に比べて低下された圧力、特に300mbarから400mbar、又は特に150mbarから200mbarの圧力を有している。
【0018】
充填ガスとして空気が使用される場合には特に廉価に製造することができる。
【0019】
高圧放電ランプの点弧の際に充填ガスによって放電容器上に可能な限り大面積の層又はプラズマを形成できるようにするために、放電容器全体が外部バルブによって取り囲まれており、従って外部空間によって包囲されている。
【0020】
以下では実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】第1の実施例による、本発明に係る高圧放電ランプの側面図を示す。
【図2】点弧時における図1に示した高圧放電ランプの側面図を示す。
【図3】点弧時における図1に示した高圧放電ランプの側面図を示す。
【図4】第2の実施例による、本発明に係る高圧放電ランプの側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0022】
図1は、第1の実施例による高圧放電ランプ1の概略的な側面図を示す。この高圧放電ランプ1は例えば車両ヘッドライト用のD4ランプである。この高圧放電ランプ1を水銀フリーに構成することができ、また約35Wの電力消費量を有している。
【0023】
高圧放電ランプ1は石英ガラスから成る放電容器2を備えており、この放電容器2はほぼ直径方向に配置されている二つのピンチシール端部4,6を備えている。ピンチシール端部4,6の間のほぼ中心において、放電容器2内には、ランプ長手軸に沿って延在している縦長でほぼ円筒状の放電空間8が設けられている。放電空間8の領域においては、放電容器2がほぼ楕円状の外部輪郭を有している。ピンチシール端部4,6は縦長に構成されており、同様にほぼランプ長手軸に沿って延在している。
【0024】
それぞれのピンチシール端部4又は6からはほぼランプ長手軸に沿って、モリブデンからなる二つの電極10又は12が放電空間8へと突出しており、それら二つの電極10及び12は相互に間隔を空けており、二つの電極10,12間においては、高圧放電ランプ1の動作時に光放射性の放電アークが生じる。各電極10及び12は、それぞれのピンチシール端部4又は6に融着されているモリブデンフィルム14又は16と電気的に接続されている。またモリブデンフィルム14及び16はそれぞれ、電極10又は12側とは反対側の端部区間において、部分的にピンチシール端部4又は6に封着されている給電部18又は20と電気的に接続されている。それらの給電部はほぼランプ長手軸に沿って配置されており、それぞれ端面側において放電容器2から突出している。
【0025】
放電容器2は図1において下側のピンチシール端部6において、管状の延長部22を用いて、実質的にプラスチックから構成されているランプソケット24に嵌め込まれている。ソケット近位の給電部20は延長部22を通り抜けてランプソケット24へと案内されている。ソケット遠位の給電部18は、ほぼ放電容器2に沿って延在しているコンタクトワイヤ26と接続されており、このコンタクトワイヤ26はソケット24に開口している。コンタクトワイヤ26は部分的に、ほぼ管状に構成されている、電気的及び熱的な絶縁のための絶縁素子28によって付加的に包囲されている。
【0026】
コンタクトワイヤ26と対向している放電容器2の表面領域には、光透過性で導電性の点弧補助層30が設けられている。この点弧補助層30はほぼランプ長手方向において、放電空間8の全長にわたり延在しており、且つ、放電容器2の周方向において約5%から50%延在している。点弧補助層30の材料及び構成は、例えば冒頭で述べた刊行物DE 10 2006 007 218 A1に開示されているものに相当する。
【0027】
放電容器2はピンチシール端部4,6及び放電空間8と共に、ガラスから構成されている光透過性の管状の外部バルブ32によって包囲されている。この外部バルブ32のソケット遠位の端部区間においては、外部バルブ32がピンチシール端部4を用いて回転によって気密に封止されており、且つ、ソケット近位の端部区間においては、放電容器2の延長部22を用いて締め付けによって気密に封止されている。従って、放電容器2と外部バルブ32との間には気密な外部空間34が形成されており、この外部空間34内には例えば空気が封入されている。外部空間34内の圧力は約1013mbarの標準大気圧よりも低く、特に300mbarから400mbar、又は有利には150mbarから250mbarである。この圧力の比率のもとで、外部空間34内の空気が、点弧補助層30以外の点弧を支援するものとして付加的に使用される。
【0028】
高圧放電ランプ1の点弧時の点弧補助層30と外部空間34内の空気との間の短絡を回避するために、点弧補助層30上及び放電容器2上には絶縁層36が被着されている。この絶縁層36は、外部空間34の内部に配置されている、放電容器2の周囲面全体にわたり延在している。絶縁層36は更に点弧補助層30を劣化から保護する。
【0029】
絶縁層36は、温度に敏感な点弧補助層30が製造時の高温度によって損傷することを回避するために、常温法で製造される。常温法は低圧プラズマを用いて実施される。真空チャンバにおいて、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)のような物質がアルゴンのようなキャリアガスを介して放電容器2に供給され、この物質が続けてマイクロ波を介して励起される。この方法によって、放電容器2上に固着した僅か数ナノメートルの厚さの石英ガラス層が絶縁層36として数秒内に成長する。この絶縁層は厚さが薄いことによって非常に弾性のものであり、従って、機械的な応力に対して鈍感である。この方法は100℃未満の温度で実施される。
【0030】
高圧放電ランプの点弧電圧は、放電空間8内に封入される充填ガスの充填圧力が上昇するにつれ高くなる。例えば放電空間8内に封入されており、16barの低温充填圧力を有している、キセノンから成る充填ガスを用いる車両ヘッドライトのD3ランプ又はD4ランプは約25kVの点弧電圧を必要とする。点弧電圧を低下させるために、外部空間34内には点弧補助層30及び充填ガスが設けられている。
【0031】
高圧放電ランプを点弧するために必要とされる高圧ランプは給電部20を介してソケット側の電極12に供給される。何故ならば、この給電部20は延長部22と共に放電容器2及びソケット24によって完全に包囲されており、それによって高圧放電ランプ1において高圧が印加される部分の非常に優れた絶縁を保証するからである。前述の高圧パルスは例えばランプ点弧装置を用いて生成され、このランプ点弧装置のコンポーネントをランプソケット24内に配置することができる。高圧放電ランプ1を点弧する際に、点弧補助層30は電極12と共にコンデンサを形成し、その間に位置する放電容器2の石英ガラス及び放電空間8内の充填ガスがこのコンデンサの誘電体を形成する。これによって、特に点火パルスの高周波成分を用いて、放電空間8内では電極12と点弧補助層30との間の誘電性バリア放電(dbd)が発生される。この誘電性バリア放電(dbd)は、放電空間8内に十分な数の自由キャリアを生成し、これにより、二つの電極10,12間の電気的な降伏が実現される、又はそのために必要な点弧電圧が著しく低減される。点弧補助層30以外にも外部空間34内の充填ガスが同様に点弧電圧を低下させるために使用される。これを後続の図2を用いて詳細に説明する。
【0032】
図2には、点弧電圧を印加した際の図1に示した高圧放電ランプ1の側面図が示されている。ここでは、図2において下側の電極12に正の点弧パルスが印加される。充填ガスは点弧パルスの印加によって、外部バルブ32と放電容器2との間の外部空間34において、放電容器2の周囲区間に導電性の層又はプラズマ37を形成する。プラズマ37は放電空間8の領域においては非対称的に放電容器2の周囲に延在しており、且つ、図2においては下側のピンチシール端部6の領域に延在している。図2においてプラズマ37には斜線が付されている。プラズマ37は点弧補助層30と同一の作用を有しており、従って、図2における下側の電極12と共にコンデンサを形成する。更にはプラズマ37によって、UV放射に起因して光電子が形成され、この光電子が電極10,12間の放電アークのためのスタート電子として使用される。従って、点弧補助層30と外部空間34内のプラズマ37とによって、高圧放電ランプ1の点弧電圧を大幅に低下させることができる。
【0033】
実験では、放電容器2に対して非対称的に配置されている点弧補助層30によって、冒頭で紹介した従来技術のように対称的に配置されている点弧補助層30に比べて、所要点弧電圧の更なる低下が達成されることが証明された。外部空間34内を非対称的に伝播するプラズマ37は同一の作用を有している。
【0034】
外部空間34におけるプラズマ37の欠点は、プラズマが標準大気圧に比べて低い圧力下においてしか生じないことである。外部空間34における圧力が例えば製造時に外部バルブ32に生じたひびによって外部の圧力に適応されると、高圧放電ランプ1に点弧電圧を印加してもプラズマ37はもはや生じない。もっとも高圧放電ランプ1は付加的に点弧補助部として点弧補助層30を備えているので、プラズマ37が生じない場合であっても点弧電圧は低下され、これによって高圧放電ランプ1の高い動作安全性が保証される。絶縁層36はこの場合、点弧補助層30を劣化から保護する保護層としてのみ機能する。
【0035】
図3は、図2における電極12に対応するソケット近位の電極に負の点弧パルスを有する点弧電圧を印加した際の、図1に示した高圧放電ランプの側面図を示す。ここでは、図2とは異なりプラズマが放電容器2の上側ピンチシール端部4の外周面に生じている。従って、導電性のプラズマ37は点弧補助層30と共に非対称的な点弧補助部を提供する。
【0036】
図2と図3を比較すると、プラズマ37は放電容器2の周囲の点弧パルスに依存して分布していることが見て取れる。
【0037】
図4は、第2の実施例による、高圧放電ランプ1の側面図を示す。ここでは点弧補助層30が、図1に示した第1の実施例とは異なる構成になっている。点弧補助層30は上側の脚部38及び下側の脚部40を備えており、それらの脚部38,40はそれぞれピンチシール端部4又は6に沿って延在している。脚部38及び40は、ほぼ、モリブデンフィルム14又は16と放電容器2に沿って延在しているコンタクトワイヤ26との間の領域内でランプ長手方向においてピンチシール端部4又は6上に配置されており、周方向においてそれらのピンチシール端部4又は6を部分的に包囲している。更には、点弧補助層30はそれぞれのピンチシール端部4又は6と、放電空間8を包囲する放電容器2の中央領域との間の移行領域42及び44の表面上にも設けられている。移行領域42及び44は環状溝のように構成されており、この場合、点弧補助層30は移行領域42,44の周囲全体にわたり延在している。従って、本発明の第2の実施例による点弧補助層は、放電空間の領域内に配置されている層区間30と、環状溝のような移行領域内に配置されている二つの層区間42,44と、ピンチシール端部4,6上に配置されている二つの層区間38,40とを有している。それらの層区間は連続的な一つの点弧補助層を形成する。
【0038】
図1に示されている点弧補助層30の面積は、図4に示されている点弧補助層の層区間30に比べて小さい。これによって、放電容器2の外周においては、より大きい面積でのプラズマ37の分布が実現されている。
【0039】
本発明は、上記において詳細に説明した本発明の実施例に限定されるものではない。例えば、上記において説明した本発明の第2の実施例による、図4に示した点弧補助層において、ソケット遠位のピンチシール端部4上に配置されている点弧補助層の層区間38又はソケット近位のピンチシール端部6上に配置されている点弧補助層の層区間40を省略し、それによって非対称的に構成されている点弧補助層を達成することもできる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
放電容器(2)を備えている高圧放電ランプであって、
前記放電容器(2)内には放電空間(8)が形成されており、相互に間隔を空けて設けられている二つの電極(10,12)がガス放電を生じさせるために前記放電空間(8)へと延びており、
前記放電容器(2)は少なくとも部分的に外部バルブ(32)によって包囲されている、高圧放電ランプにおいて、
少なくとも前記放電容器(2)と前記外部バルブ(32)とによって限定されている気密な外部空間(34)内には充填ガスが封入されており、
前記放電容器(2)は導電性の点弧補助層(30)を備えていることを特徴とする、高圧放電ランプ。
【請求項2】
前記点弧補助層(30)は、前記外部空間(34)内にある前記放電容器(2)の外面上に形成されている、請求項1に記載の高圧放電ランプ。
【請求項3】
前記点弧補助層(30)の上に非導電性の絶縁層(36)が形成されている、請求項1又は2に記載の高圧放電ランプ。
【請求項4】
前記絶縁層(36)はガラス層、特に石英ガラス層である、請求項3に記載の高圧放電ランプ。
【請求項5】
前記絶縁層(36)は少なくとも前記点弧補助層(30)を覆っている、請求項3又は4に記載の高圧放電ランプ。
【請求項6】
前記絶縁層(36)は前記放電容器(2)の表面全体にわたり形成されている、請求項3又は4に記載の高圧放電ランプ。
【請求項7】
前記絶縁層(36)は常温法によって前記点弧補助層(30)上及び前記放電容器(2)上に形成されている、請求項3乃至6のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項8】
前記絶縁層(36)は前記常温法で低圧プラズマを用いて形成されており、該低圧プラズマは特にヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)を含んでいる、請求項7に記載の高圧放電ランプ。
【請求項9】
前記点弧補助層(30)は前記放電空間(8)の領域において前記放電容器(2)上に配置されており、且つ、前記放電空間(8)の周囲の一部にわたり延在している、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項10】
前記放電容器(2)は、直径方向に延在している二つのピンチシール端部(4,6)を備えており、
前記点弧補助層(30)は少なくとも部分的に少なくとも一つのピンチシール端部(4,6)の上に形成されている、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項11】
前記点弧補助層(30)は付加的に、前記放電空間(8)とそれぞれのピンチシール端部(4,6)との間の少なくとも一つの移行領域(42,44)上に部分的に形成されているか、又は移行領域(42,44)の全周にわたって形成されている、請求項10に記載の高圧放電ランプ。
【請求項12】
前記充填ガスは標準大気圧に比べて低い圧力を有しており、該低い圧力は特に300mbarから400mbarの間にあるか、又は特に150mbarから250mbarの間にある、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。
【請求項13】
前記充填ガスは空気である、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公表番号】特表2013−518375(P2013−518375A)
【公表日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−550411(P2012−550411)
【出願日】平成23年1月25日(2011.1.25)
【国際出願番号】PCT/EP2011/050928
【国際公開番号】WO2011/092146
【国際公開日】平成23年8月4日(2011.8.4)
【出願人】(512288684)オスラム ゲーエムベーハー (28)
【氏名又は名称原語表記】OSRAM GmbH
【住所又は居所原語表記】Hellabrunner Str. 1, D−81543 Muenchen, Germany
【Fターム(参考)】