JP3152950B2

JP3152950B2 - 低電力金属ハロゲン化物ランプ

Info

Publication number: JP3152950B2
Application number: JP04898691A
Authority: JP
Inventors: ティモシー．ダブリュー．グラハム; ダニエル．シー．ブリッグス
Original assignee: ウエルチ．アリン．インコーポレイテッド
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: AU7095091A; DE69102791T2; DE69102791D1; AU633178B2; EP0443964B1; EP0443964A1; ES2025500A6; US5144201A; JPH04218253A; BR9100709A; KR920000100A; CN1058862A; CA2036901A1; ZA911321B; CA2036901C

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低電力金属ハロゲン化物
アーク放電ランプに関し、とりわけ、高い効率と制御さ
れた色温度作用を達成出来る３５ワット或いはそれ以下
の定格電力で運転される小型低電力金属ハロゲン化物ラ
ンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な従来の金属ハロゲン化物ランプ
においては、ガラス状のシリカ材から成るランプカバー
が水銀、不活性ガスおよび金属ハロゲン化物を充填した
アーク・チャンバーを限定している。互いにその先端部
が離されて配置された１組の耐熱性のタングステン製の
電極がアーク・チャンバーの中に密閉されている。電極
先端部間でアーク放電がなされるとき、アーク・チャン
バーの温度は急激に上昇し、その結果水銀と金属ハロゲ
ン化物が蒸発を開始する。水銀原子と金属ハロゲン化物
の金属原子はイオン化され、励起されることによりそれ
ぞれの金属の特性スペクトルにおけるエミッションを発
生放出する。この放射は、アーク・チャンバーの中で実
質的に混合され一定の強度と色温度を伴う光出力を発生
する。

【０００３】色温度と発光効率（通常は、ワット当りの
ルーメンとして表示され、以下単に「効率」という）
は、ランプが作動中のアーク・チャンバー内のハロゲン
化物の蒸気圧に原理的に依存する。ハロゲン化物の蒸発
圧はアーク・チャンバーを限定するランプカバーの壁の
温度に強く影響される。

【０００４】先行技術のランプに代表されるように、金
属ハロゲン化物はその作動中、完全には蒸発しない。事
実、認識できる程度の凝縮がアーク・チャンバーの中の
比較的温度の低い個所で見受けられる。このハロゲン化
物の凝縮は、特に低い出力のランプにおいて、利用でき
ないレベルまで極端に効率を下げ、色温度を上昇させる
ことが分かっている。さらに、ダブル・エンドのランプ
において、ハロゲン化物の凝縮が一般に電極がガラス状
シリカ材から導出される個所である両電極の後端部付近
において発生する。これらの部分は通常アーク・チャン
バーの中でも比較的温度の低い個所である。ダブル・エ
ンドのランプにおいては、これらの電極後端部の温度挙
動が製造条件の諸変化や待機（ウオーム・アップ）時間
の変化に対して敏感である。従って、この種のランプの
効率と色温度はそれらの寿命中のみならず、個々のラン
プ間でも顕著に異なる。そしてこのような変動は多くの
応用分野において受入れられない。

【０００５】アーク・チャンバーの端部におけるハロゲ
ン化物の凝縮を低減するための試みが種々行われてい
る。例えば、米国特許４，１６１，６７２号は、ランプ
カバーの端部シャンク部の断面積を減少することで、こ
れらシャンク部を介しての温度損失を低減することを開
示している。該特許はさらにチャンバー内の温度を保持
するために端部において、ジルコニウム酸化物の不透明
コーティングを使用することを開示している。

【０００６】米国特許４，８０８，８７６号或いは米国
特許３，３２４，３３２号はともにコーティングの使用
と、ランプカバーの端部シール或いはシャンク部の寸法
の減少を記述している。さらに、該２つの米国特許はエ
ンド・チャンバーもしくはアーク・チャンバーの端部で
凹みを形成させることを述べている。当該凹みは端部温
度を上昇させる目的でアーク・チャンバーの主体部より
も小さい断面積部を持つ。

【０００７】他の従来技術例として、米国特許４，２０
２，９９９号では、小型金属ハロゲン化物ランプの電極
の寸法を減らすことで、これによって電極を介しての温
度損失が減少され、結果としてより高い作動温度と効率
が得られることを明らかにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
総べての従来例において記述された技術では、アーク・
チャンバーの端部におけるハロゲン化物の凝縮を十分に
低減することはできない。したがって、上記各例で記述
されているランプ設計では、端部における十分な蒸発温
度を維持するために電極の先端部を比較的端部に近づけ
ることを必要としている。その結果、電極がアーク・チ
ャンバーの中に挿入出来る距離（つまり、挿入深さ）
は、これらの先行技術の金属ハロゲン化物ランプでは、
おのずから制約されてしまう。このような電極の挿入深
さに対する制約は、仮に許容できる壁負荷に対する要求
が満たされたとしても、電極先端部間の間隙に必然的に
制限を与えることになる。以下で記述するように、この
制限は３５ワット或いはこれ以下の定格入力電力を持つ
小型金属ハロゲン化物ランプにとって、低い効率レベル
しか得られない結果となる。

【０００９】本発明の目的は、先行技術に起因する諸問
題点を克服する小型金属ハロゲン化物ランプ装置を提供
することである。

【００１０】本発明の他の目的は、３５ワット或いはこ
れ以下の定格出力電力を持ち、先行技術では達成できな
かった効率と色温度を達成することができる新規な小型
金属ハロゲン化物アーク放電ランプを提供することであ
る。

【００１１】さらに、本発明の他の目的は３５ワット或
いはこれ以下の定格出力電力を持ち、ランプの全寿命中
に亘って受入れ可能な効率レベルと色温度特性を達成す
ることができる新規な小型金属ハロゲン化物アーク放電
ランプを提供することである。

【００１２】また、本発明の他の目的は、３５ワット或
いはこれ以下の定格出力電力を持ち、製造条件の変動に
比較的敏感でない新規な小型金属ハロゲン化物アーク放
電ランプを提供することである。

【００１３】またさらに本発明の他の目的は、３５ワッ
ト或いはこれ以下の定格出力電力を持ち、比較的短い待
機時間の新規な小型金属ハロゲン化物アーク放電ランプ
を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明は、光透過性材で形成され、アーク・チャンバ
ーを限定する電球部、この電球部の両端から延長形成さ
れる一対の首部、これらの首部からそれぞれ延長形成さ
れる一対の幹部を具備するランプカバーと、前記アーク
・チャンバー内に充填される水銀不活性ガス及び金属ハ
ロゲン化物からなる充填物と、前記首部から前記アーク
・チャンバー内に延長され、先端面を互いに対向して配
設される一対の電極と、これらの電極にそれぞれ電気的
に接続され、前記ランプカバー外に導出される一対の導
線アッセンブリーとを有し、前記首部は１．５ｍｍを超
えない壁厚を備え、放電中前記充填物は蒸発状態である
ことを特徴とする使用されることを特徴とする低電力金
属ハロゲン化物アーク放電ランプである。

【００１５】

【作用】ここで、低電力とは定格電力３５アンペアー以
下をいう。従来型の低電力金属ハロゲン化物ランプで
は、蒸着物の低温領域への凝縮を避けるために、電球部
での電極の挿入を浅くせざるを得ず、極間の間隔が大き
くなるためにアーク負荷に大きな制約があった。本発明
によると、低温領域でのハロゲン化物の凝縮なしに、電
極をより深く挿入できる。そして、より大きい挿入深さ
が獲得できることは電極間の距離が小さくすることがで
き、より短いアーク距離となることを意味し、結果とし
て壁負荷になんらの影響を与えずにより高いランプ効率
が得られる結果となる。

【００１６】またより大きい挿入深さを取ることができ
ることは、従来技術よりも大きいランプの挿入係数を得
ることができることになる。

【００１７】本発明においては、１．５ｍｍを超えない
非常に薄い壁厚の溶融石英をランプカバーの首部に適用
するものであり、これにより金属ハロゲン化物の凝縮を
妨ぐことができ、ランプ自体の効率と色温度の制御も一
段と良くなる。

【００１８】そしてまたアーク・チャンバーの首部壁を
非常に薄くしたので、電球部の壁からの熱損失が最小限
に抑えられる。

【００１９】またさらに又電球部の壁厚を均一にするこ
とで、壁からの熱損失を低下できるとともにランプの作
動中のアーク・チャンバーでの熱分布もより均一とする
ことができた。

【００２０】ランプのアーク・チャンバーには水銀、不
活性ガスおよび金属ハロゲン化物のそれぞれ所定量で添
加物として充填する。これによりランプの効率の最適化
と色温度の制御が一層正確に行われる。

【００２１】さらに、電極の径を小さくし、挿入長さを
比較的長くし、小さいアーク・チャンバーの体積とし、
又低い密度の金属ハロゲン化物を使用することで待機時
間が短縮できる。

【００２２】

【実施例】図を参照にすると、図１には反射盤アッセン
ブリー１０の一部断面図を含むランプの正面図が示され
る。本発明の構成によると、小型金属ハロゲン化物低電
力アーク放電ランプ１２は楕円体反射盤１４の中に示さ
れる。ランプ１２はセラミック或いはガラス・セメント
・コンパウンド１８を伴う反射盤１４のカラー部１６の
中で固定される。セメント・コンパウンド１８はコトロ
ニクス社製のジルコニウム酸化物でもよい。ランプ１２
はガラス状シリカのような光透過性材料でできたランプ
カバー１２ａを具備している。好ましい実施例では、こ
のランプカバー１２ａにはゼネラル・エレクトリック社
製のタイプ２１４のような溶融石英材料が利用される。
ランプカバー１２ａは幹部２２、２２′と首部２４、２
４′からなる１組のカバーシャンク部２０、２０′を含
む。シャンク部２０、２０′の間にランプカバーの電球
部２６がある。

【００２３】アーク・チャンバー２８は、電球部２６の
壁で限定される。アーク・チャンバー２８の中に水銀と
金属ハロゲン化物の化学的充填材が含まれる。水銀と金
属ハロゲン化物は室温でアーク・チャンバー２８の壁の
内表面の上に凝縮される。水銀と金属ハロゲン化物以外
に、アルゴン・ガスのような不活性ガスが数百トルの圧
でアーク・チャンバー２８を占める。

【００２４】ランプ１２は直流で作動するように設計さ
れる。しかしながら、本発明では交流で作動する金属ハ
ロゲン化物ランプにも同様に適応できる。図１に示した
ように、１組のタングステン・ワイヤ電極３０、３０′
が首部２４、２４′からアーク・チャンバー２８の中に
突出ている。電極３０は陰極で、電極３０′は陽極であ
る。図２から図５にさらに詳細に示されているように、
各電極はアーク・チャンバー２８の中で電極先端部を形
成する。電極３０、３０′はラップ溶接により、それぞ
れモリブデン・リボン・フォイル３２、３２′に接続す
る。ランプ１２のランプカバー１２ａはリボン・フォイ
ル３２、３２′を被うようにして設けられている。以下
で記述するように、幹部２２、２２′は石英がリボン・
フォイル３２、３２′の周囲を濡らすまで加熱される。
冷却によりランプカバー１２ａによるシールがフォイル
の周りでなされる。

【００２５】それぞれのモリブデン・ワイヤ導線３４、
３４′がリボン・フォイル３２、３２′に接続される。
この接続はラップ溶接によりリボン・フォイル３２、３
２′になされる。モリブデン・リボン・フォイルとタン
グステン・ワイヤ導線を含むアッセンブリーをここでは
「導線アッセンブリー」と定義する。さらに導線、リボ
ン・フォイル並びに電極を含むアッセンブリーをここで
は「電極アッセンブリー」と定義する。

【００２６】ワイヤ導線３４は長い接触ロッド３６に接
続され、該接続ロッド３６はピン・コンダクター３７に
接続される。ワイヤ導線３４′は電気的に短い接触ロッ
ド３８に接続され、接触ロッド３８はピン・コンダクタ
ー３９に接続される。外部開始補助部材４０が短い接触
ロッド３８に接続される。該開始補助部材４０はランプ
１２の放電をより信頼性のある状態でしかも開始電圧の
より低い状態で開始するために配設されるものである。
開始補助部材４０はニッケル製で、ランプ１２の石英カ
バーの外側に配置される。

【００２７】開始補助部材４０は、短い接触ロッド３８
との接続点から幹部２２方向に延長している。該開始補
助部材４０は、図１で示されているように、リボン・フ
ォイル３２において、幹部２２の周囲を包囲する。この
該開始補助部材４０の基本的な操作と構造はランプ製造
技術分野では良く周知のことである。例えば、米国特許
４，０５３，８０９号は外部開始補助装置の基本的な構
造と機能について記述している。

【００２８】本発明の概念をより良く理解するために、
以下に二、三のランプ設計の概念を紹介する。十分なラ
ンプ寿命とルーメン保持の考えに大切な一つの概念は壁
負荷である。壁負荷はランプ中への入力電力をアーク・
チャンバーの外部放射表面積で割った商で定義される。
概略では、放射表面が、端部シャンクを除いたランプカ
バー外部表面として取扱われる。過剰な壁負荷は、加速
的にランプカバーの失透現象を引き起こし、結果として
低いルーメンス保持と短いランプ寿命につながる。１．
５ミリ以下の壁厚を持つ石英ランプカバーでは、正確な
ルーメンス保持とランプ寿命を得るために、壁負荷は３
５ワット／ｃｍ^２以下でなければならない。

【００２９】ランプ効率に直接関係する他の概念に、ア
ーク負荷がある。アーク負荷はランプへの入力電力をア
ーク距離Ａで割った商で定義される。アーク距離はアー
ク・チャンバー内での電極の先端部間の間隔に等しい。
与えられた電力入力に対して、短いアーク距離とすると
きはより高いアーク負荷を生ずる。この高いアーク負荷
は、本発明における低電力金属ハロゲン化物ランプに対
しより高い効率を与えることになる。

【００３０】先行技術の金属ハロゲン化物ランプでは、
アーク負荷の制約によりアーク効率は制限される。この
アーク効率の制約は電極の先端部が比較的アーク・チャ
ンバーの端部に近接していなければならないという要求
に由来する。かかる要求の下では、アーク距離を減少す
るために唯一考えられる方法はアーク・チャンバーの長
さを短くすることである。しかし、一般にはアーク・チ
ャンバー長さを短くするとアーク・チャンバーの放射表
面積を小さくすることになる。その結果として、壁負荷
が高くなる。従って、仮にチャンバー長さをある値より
も短くすると、壁負荷は許容できる値を逸脱してしま
う。米国特許４，１６１，６７２号においては、壁負荷
が３５ワット／ｃｍ^２以上にならないようにするため
に、アーク負荷を１５０ワット／ｃｍ^２を超えないよう
にして設計されたランプについて記述している。

【００３１】これに反して、本発明の金属ハロゲン化物
ランプはこのような制約を受けない。本発明によると、
ハロゲン化物のアーク・チャンバー端部における凝縮と
いった受入れ難い現象を示さずに、電極が従来のランプ
よりもアーク・チャンバーの中により深く挿入できる。
従って、ある与えられたチャンバー長さに対して、電極
の挿入深さｌが従来技術のランプよりも大きくできる。
より大きい挿入深さｌは、より短いアーク距離がえられ
ることになり、結局より高いランプ効率が得られること
になる。そして、このような高いランプ効率はなんら壁
負荷に影響しないで達成されるのである。

【００３２】他の設計概念に挿入係数Ｙがある。挿入係
数Ｙは次の式で得られる。

【００３３】つまりＹ＝（Ｗ−Ａ）／Ｗ本発明者が考えた多くの実施例において、アーク・チャ
ンバーの端部からの両電極の挿入深さｌはほぼ同じであ
る。従ってＹは次の関係で表現できる。

【００３４】つまりＹ＝２（ｌ）／Ｗ本発明のランプに対する挿入係数は、電極の挿入深さが
より深いので、従来のランプに比べて一般的に大きい。
すなわち、本発明の好ましい実施例では、挿入係数は
０．６以上である。

【００３５】本発明の金属ハロゲン化物ランプでは、ラ
ンプ作動中のハロゲン化物のアーク・チャンバー端部に
おける凝縮を最小限に抑えることができるので、色温度
に対する効率とその制御性が改善る。この結果に寄与す
る本発明の持つ概念は、非常に薄い肉厚の溶融石英壁を
ランプカバーの首部に採用したことである。図２は本発
明により構成された金属ハロゲン化物ランプ５０を示す
部分断面図である。また図２はランプにとって重要な寸
法点を図示している。首部５２、５２′は（ｎ）で示さ
れた壁厚さを持つ。本発明の利点を維持するために、壁
厚さ（ｎ）は約１．５ミリを越えないこととした。以下
で述べるように、首部５２、５２′はランプ製造時に、
部分的に石英を引伸ばすことにより得られる。石英を引
伸ばすステップは、それが加熱される時に自然に厚くな
るのを防ぐためである。寸法（ｎ）を１．５ミリに維持
することで、首部５２、５２′からの熱損失が最小限に
抑えられ、結果としてランプのアーク・チャンバー中の
端部をより高温に保つ事が可能となる。

【００３６】本発明の他の概念は約０．５ミリとアーク
・チャンバー壁の肉厚を非常に薄くしたことである。図
２にあるように、本発明においてはランプカバー５０は
壁厚（ｔ）を持つ電球部５４を持つ。壁厚（ｔ）は、ラ
ンプ５０の両電極の先端部に平行した面５６、５６′に
より区切られた電球部５４の中央で限定される。寸法
（ｔ）を０．５ミリ以下にすることで、電球部５４の壁
を介しての熱損失が最小限に抑えられ、結果としてラン
プ作動中、より高いアーク・チャンバー温度が得られ
る。このように（ｔ）の値を小さくすることにより電球
部５４の外部表面積が内部アーク・チャンバー体積に対
して減少される。この外部表面積の減少により石英電球
から外気への熱拡散をより少なくすることが可能とな
る。

【００３７】より高い効率と制御された色温度を保持す
るのに寄与する本発明の他の概念は、電球部５４の壁が
平行した対面５６、５６′の間部分で均一な厚さを持つ
ことである。均一な壁厚とすることにより壁を介しての
熱損失をより低減し、またランプ作動中のアーク・チャ
ンバー内の熱分布を均一にすることができる。

【００３８】ランプ５０のアーク・チャンバーの好まし
い形状は楕円体または球体またはそれらに類似した形状
のものである。アーク・チャンバーの寸法は、内側長さ
Ｗと内径Ｄで表現される。図２に示すように、アーク・
チャンバーの内側長さＷはアーク・チャンバー中で溶融
石英ランプカバーにおける両電極突出し点間の距離で定
義される。アーク・チャンバーの内径Ｄはアーク・チャ
ンバーの最大横断面部における直径である。多くの場
合、この最大横断面はアーク・チャンバーの中央かその
近傍である。アーク・チャンバーの形状をうまく表現す
るのに、縦横比がある。アーク・チャンバーの縦横比
は、アーク・チャンバー内側長さＷを内径Ｄで割った
比、つまり（Ｗ／Ｄ）で定義される。本発明により構成
された金属ハロゲン化物ランプの縦横比は１．３乃至
２．３の範囲である。

【００３９】図２に示すように、ランプ５０の電極の挿
入深さｌは、溶融石英ランプカバーにおける電極の突出
し点から、電極のアーク・チャンバーの中への挿入先端
部までの挿入深さで定義される。１１ワットから３５ワ
ットまでの入力電力を持って設計された本発明のランプ
に対して電極の挿入深さは１．５ミリ以上とした。

【００４０】さらに図２にはアーク距離Ａが示されてい
る。アーク距離Ａはランプの電極間で形成されるアーク
の長さの尺度である。このパラメターは通常電極先端部
間の距離が取られる。以下図３から図５に示される本発
明の現実的な実施例では、アーク距離Ａは１５０ワット
／ｃｍ^２以上のアーク負荷を発生する値に設定できる。

【００４１】好ましい実施例では、ランプ５０のアーク
・チャンバーの内部体積は３５ワット以下のいかなるサ
イズのランプに対しても０．３ｃｍ^３を超えない。以下
の図３から図５で記述するように、本発明の多くの現実
的な実施例では、実質的に０．３ｃｍ^３以下のアーク・
チャンバー体積を持つ。例えば、図５の２０ワットのラ
ンプの場合、チャンバー体積は０．０５ｃｍ^３である。

【００４２】本発明の他の概念は、ランプのアーク・チ
ャンバーの中に含まれる金属ハロゲン化物からなる添加
剤である。ゾヂウム・アイオダイドとスカンジウム・ト
リアイオダイドの金属ハロゲン化物を使用する時に、こ
れら添加剤の重量比がランプ効率の最適化と色温度の制
御にとって重要であることが分かった。ごく一般的な照
明、つまり照明光応用もしくは信号光応用の場合は、重
量比が８７％のソヂウム・アイオダイドと１３％のスカ
ンジウム・トリアイオダイドである。しかし、本発明は
ゾヂウムとスカンジウムの金属ハロゲン化物に限定する
ものではない。既知のいかなる金属ハロゲン化物も本発
明のランプに適応できる。特に、スカンジウム、タリウ
ム、リチウム、亜鉛、水銀、ジスプロシウム、インジウ
ム、カドミウム或いはソヂウムからなる群からの臭化物
とヨー化物が好ましい。

【００４３】本発明の他の概念はランプに対する比較的
短い待機（ウォーム・アップ）時間で済むことである。
待機時間はパルス開始によりランプが発光をし始める時
点から安定的な発光作用が達成される時点までの時間で
定義される。本発明のランプは３０秒以下の待機時間で
従来のものよりも短い時間で済む。本発明によるランプ
の短い待機時間に寄与する因子は、０．２５４ミリ以下
の小径の電極、比較的長い挿入深さ、０．３ｃｍ^３以下
の小さいアーク・チャンバー体積、そして１０ｍｇ／ｃ
ｍ^３以下の低い金属ハロゲン化物密度などである。

【００４４】図３には本発明の好ましい実施例として、
本発明により構成された２．５ワット金属ハロゲン化物
アーク放電ランプ７０が示されている。ランプ７０は電
球部７４と１組のエンド・シャンク部７６、７６′を持
つ溶融石英カバー７２よりなる。エンド・シャンク部７
６、７６′はそれぞれ変動可能な首部７８、７８′と幹
部８０、８０′を含む。アーク・チャンバー８２は電球
部７４の中で限定される。

【００４５】アーク・チャンバー８２の中には、水銀、
不活性ガス、そして金属ハロゲン化物、ソヂウム・アイ
オダイドとスカンジウム・トリアイオダイドが含まれ
る。１組のタングステン電極８４、８４′がそれぞれ首
部７８、７８′からアーク・チャンバー８２中に延長さ
れている。電極８４、８４′の先端部はアーク・チャン
バー８２の中で互いに距離Ａだけ離れて設置される。電
極８４、８４′はモリブデン・リボン・フォイル８６、
８６′にそれぞれラップ溶接される。ランプカバー７２
はリボン・フォイル８６、８６′でヘルメット状にシー
ルされる。１組のモリブデン・ワイヤ導線８８、８８′
はそれぞれリボン・フォイル８６、８６′にラップ溶接
される。開始補助部材９０は電気的にワイヤ導線８８′
に接続される。開始補助部材９０は、図１で説明した開
始補助部材４０と同様の機能を有する。しかし開始補助
部材９０の一端は電球部７４とリボン・フォイル８６の
間でシャンク部７６に包まれる。ランプ７０は交流で作
動される。電極８４、８４′は同じ長さの直線なシャン
ク・タングステン・ワイヤで、それぞれが、ある角度で
フレア・カットされた先端部を持つ。各々の電極のシャ
ンクは約０．０５ミリの径と、約０．１３ミリの径に対
して外側にフレア・アウトした先端部を持つ。

【００４６】石英管ケーシング９２は図１で示された反
射盤のように、ランプ７０を固定するためハウスランプ
に使用される。ランプ７０の代表的な諸パラメーターお
よび作用データを表１に示す。

【００４７】

【表１】２．５ワット金属ハロゲン化物ランプ ――――――――――――――――――――――――――――――――― アーク・チャンバー径（Ｄ）０．０８ｃｍアーク・チャンバー長（Ｗ）０．１４ｃｍアーク・チャンバー体積８ｘ１０^−４ｃｍ^３アーク距離（Ａ）０．００８ｃｍアーク負荷３１２．５ｗ／ｃｍ縦横比（Ｗ／Ｄ）１．７５チャンバー壁厚（ｔ）０．１１ｍｍ色温度３８００°Ｋ効率３８ｌｐｗ電極径０．０５ｍｍ挿入深さ（ｌ）０．０６６ｃｍ挿入係数（Ｙ）０．９４水銀充填量０．１１２ｍｇ金属ハロゲン化物充填量０．０２５ｍｇ（８７％ＮａＩ、１３％ＳｃＩ_３）首壁厚さ（ｎ）０．３ｍｍ壁負荷１４ｗ／ｃｍ^２待機時間〈５秒 ――――――――――――――――――――――――――――――――― 図３に示した本発明の２．５ワット金属ハロゲン化物ラ
ンプの好ましい実施例においては、、アーク・チャンバ
ー８２の内径Ｄは０．０８乃至０．１１ｃｍの範囲で変
化させ得る。アーク・チャンバー８２の長さＷは０．１
４乃至０．１８５ｃｍの範囲である。アーク距離Ａは
０．０７５乃至０．２８ｍｍの範囲である。電球部７４
の壁厚さ（ｔ）は約０．１ｍｍである。電極８４、８
４′の直径は０．０４乃至０．０７６ｍｍの範囲で変化
させ得る。挿入深さｌは０．６乃至０．８ｍｍの範囲で
変化させ得る。水銀充填量は０．０９６乃至０．１１２
ｍｇの間で変化させることができる。金属ハロゲン化物
充填量は約０．０２５ｍｇである。該金属ハロゲン化物
は８７％ソヂウム・アイオダイドと１３％スカンジウム
・トリアイオダイドからなる。室温における充填アルゴ
ン・ガスの圧は約５４０トル（１０．４４ｐｓｉ）であ
る。首部７８、７８′の壁厚さ（ｎ）は０．５ｍｍ以下
である。縦横比（Ｗ／Ｄ）は１．３乃至２．３の間で変
動させ得る。またランプ７０の色温度は約３８００°Ｋ
である。待機時間は５秒以内である。以上のパラメター
は１．５と３．５ワットの間の入力電力を持つランプに
対して適応されうる。

【００４８】図４には、他の実施例として本発明に従っ
て構成された１２ワット金属ハロゲン化物アーク放電ラ
ンプ１００が示される。ランプ１００は電球部１０４と
１組のエンド・シャンク部１０６、１０６′を持つ溶融
石英ランプカバー１０２でできている。エンド・シャン
ク部１０６、１０６′は首部１０８、１０８′と幹部１
１０、１１０′を含む。電球部１０４はアーク・チャン
バー１１２を限定する壁を持つ。

【００４９】アーク・チャンバー１１２は水銀、アルゴ
ン・ガス、金属ハロゲン化物、ソヂウム・アイオダイド
とスカンジウム・トリアイオダイドで充填されている。
タングステン電極１１４、１１４′はそれぞれ首部１０
８、１０８′からアーク・チャンバー１１２に延長す
る。電極１１４、１１４′の先端部はアーク・チャンバ
ー１１２中で互いに距離Ａだけ離されて配置される。電
極１１４、１１４′はそれぞれモリブデン・リボン・フ
ォイル１１６、１１６′にラップ溶接される。石英のラ
ンプカバー１０２はリボン・フォイル１１６、１１６′
においてヘルメット状にシールされる。１組のモリブデ
ン・ワイヤ導線１１８、１１８′はそれぞれリボン・フ
ォイル１１６、１１６′にラップ溶接される。ランプ１
００は直流で作動する。電極１１４、１１４′は、各々
が先のとがった先端部を持つ同じ長さの、まっすぐなシ
ャンク・タングステン・ワイヤである。電極１１４は直
径が０．１５２４ミリの陰極で、電極１１４′は直径が
０．２５４ミリの陽極である。

【００５０】ランプ１００の代表的な作動パラメターを
表２に示す。

【００５１】

【表２】１２ワット金属ハロゲン化物ランプ ――――――――――――――――――――――――――――――――― アーク・チャンバー径（Ｄ）０．３ｃｍアーク・チャンバー長（Ｗ）０．５３ｃｍアーク・チャンバー体積０．０１６ｃｍ^３アーク距離（Ａ）０．０５ｃｍアーク負荷２４０縦横比（Ｗ／Ｄ）１．８チャンバー壁厚（ｔ）０．２６ｍｍ色温度３８００°Ｋ効率６４ｌｐｗ挿入深さ（ｌ）０．２４ｃｍ挿入係数（Ｙ）０．９１水銀充填量１．４ｍｇ金属ハロゲン化物充填量０．０７５ｍｇ（８７％ＮａＩ、１３％ＳｃＩ_３）首壁厚さ（ｎ）０．７５ｍｍ壁負荷１２ｗ／ｃｍ^２待機時間〈１２秒 ―――――――――――――――――――――――――――――――――

【００５２】図４に示す本発明の１２ワット金属ハロゲ
ン化物ランプの好ましい実施例においては、アーク・チ
ャンバー１１２の内径Ｄは０．２９乃至０．３２ｃｍの
間で変動させることができる。アーク・チャンバー１１
２の長さ（Ｗ）は０．５３乃至０．５９ミリの間で変動
可能である。アーク距離Ａは０．５乃至０．８ミリの間
で変化させ得る。アーク・チャンバー１１２の縦横比
（Ｗ／Ｄ）は１．７乃至２．０の間である。ワット当り
６４ルーメンスの効率は本実施例の１２ワット金属ハロ
ゲン化物ランプに対して一定して得られている。電極の
挿入深さｌは２．０と２．８ミリの間である。電球部１
０４の壁厚さ（ｔ）は約０．２６ミリである。これらの
ランプのパラメターの下で、アーク負荷が、約１２ワッ
ト／ｃｍ^２の壁負荷では、１５０ワット／ｃｍ^２を超え
ていた。首部１０８，１０８′の壁厚さ（ｎ）は１．５
ミリ以下であり、殆どの場合は０．７５ミリである。

【００５３】上記の好ましい実施例においては、水銀充
填量は１．４ｍｇである。アーク・チャンバー１１２に
含まれる金属ハロゲン化物は８７％のソヂウム・アイオ
ダイドと１３％のスカンジウム・トリアイオダイドであ
り、その充填量は０．０７５乃至０．１５ｍｇの間で変
化させることができる。室温でのアルゴン・ガスの圧は
５４０トル（１０．４４ｐｓｉ）である。ランプの色
温度は３８００°Ｋであり、待機時間は１２以内秒であ
る。これらの諸条件は１１と１３ワットの入力電力のラ
ンプに対して適応可能である。

【００５４】図５には、本発明の他の実施例として、本
発明により構成された２０ワットの金属ハロゲン化物ラ
ンプ１３０を示した。ランプ１３０は電球部１３４と１
組のエンド・シャンク部１３６、１３６′を持つ溶融石
英のランプカバー１３２がある。エンド・シャンク部１
３６、１３６′は首部１３８、１３８′と幹部１４０、
１４０′を含む。電球部１３４はアーク・チャンバー１
４２を限定する壁を持つ。

【００５５】アーク・チャンバー１４２の中には水銀、
アルゴン・ガスおよび金属ハロゲン化物としてソヂウム
・アイオダイドとスカンジウム・トリアイオダイドが充
填されている。１組のタングステン・ワイヤ電極１４
４、１４４′はそれぞれ幹部１４０、１４０′からアー
ク・チャンバー１４２中に延長する。電極１４４、１４
４′の先端部はアーク・チャンバー１４２の中で互いに
距離Ａだけ離されて配置される。電極１４４、１４４′
はそれぞれモリブデン・リボン・フォイル１４６、１４
６′にラップ溶接される。ランプカバー１４２はリボン
・フォイル１４６、１４６′においてヘルメット状にシ
ールされる。１組のモリブデン・ワイヤ導線１４８、１
４８′はそれぞれリボン・フォイル１４６、１４６′に
ラップ溶接される。図５で図示されているように、ラン
プ１３０は外部開始補助部材１５０を具備している。開
始補助部材１５０は一方端でワイヤ導線１４８′に電気
的に接続され、他端で幹部１４０の外部表面の周囲で包
まれる。この機能は図１の開始補助部材４０で記述した
内容と同じである。ランプ１３０は直流作動である。電
極１４４、１４４′は、それぞれ先がとがった先端部を
持つ同じ長さの、まっすぐなシャンク・タングステン・
ワイヤ電極である。電極１４４は直径０．２０３２ミリ
の陰極で、電極１４４′は直径０．２５４ミリの陽極で
ある。

【００５６】次にランプ１３０の代表的な作動パラメタ
ーを表３に示す。

【００５７】

【表３】２０ワット金属ハロゲン化物ランプ ――――――――――――――――――――――――――――――――― アーク・チャンバー径（Ｄ）０．３７ｃｍアーク・チャンバー長（Ｗ）０．６０ｃｍアーク・チャンバー体積０．０３９ｃｍ^３アーク距離（Ａ）０．１ｃｍアーク負荷（Ａ）２００縦横日（Ｗ／Ｄ）１．６チャンバー壁厚（ｔ）０．２６ｍｍ色温度３８００°Ｋ効率１０３ｌｐｗ挿入深さ（ｌ）０．２５ｃｍ挿入係数（Ｙ）０．８３水銀充填量２．８ｍｇ金属ハロゲン化物充填量０．１２５ｍｇ（８７％ＮａＩ、１３％ＳｃＩ^３）首壁厚さ（ｎ）０．７５ｍｍ壁部荷１０ｗ／ｃｍ^２待機時間〈３０秒 ――――――――――――――――――――――――――――――――― 図５に示す本発明の２０ワット金属ハロゲン化物ランプ
の他の好ましい実施例においては、アーク・チャンバー
１４２の内径Ｄは０．３７乃至０．３９ｃｍの間で変化
させ得る。アーク・チャンバー１４２の長さ（Ｗ）は
０．５８乃至０．６４ｃｍ間で変化可能であり、電極１
４４、１４４′間のアーク距離（Ａ）は１．０乃至と
１．２ｍｍの間で変えられる。ランプ１３０の縦横比
（Ｗ／Ｄ）は１．５と１．７の間で変動させ得る。電球
部１３４の壁厚さ（ｔ）は約０．２６ミリである。電極
１４４、１４４′の挿入深さｌは２．２５乃至２．８ミ
リの間で変化させ得る。首部１３８、１３８′の壁厚さ
（ｎ）は１．５ミリ以下で、大部分の場合、０．７５ミ
リ以下である。

【００５８】これらのパラメターに基づいて、壁負荷を
約１０ｗ／ｃｍ^２に一定に保持すると、ランプ１３０の
アーク負荷は１５０ｗ／ｃｍ以上となる。アーク・チャ
ンバー１４２の中に含まれる水銀充填量は約２．８ｍｇ
である。アーク・チャンバー１４２の中に含まれる金属
ハロゲン化物添加剤は８７％のソヂウム・アイオダイド
と１３％のスカンジウム・トリアイオダイドである。金
属ハロゲン化物の充填量は０．０５と０．２２５ｍｇの
間で変動する。室温におけるアルゴン・ガスの圧は５４
０トルである。本発明による２０ワット金属ハロゲン化
物ランプは、色温度３８００°Ｋの下でワット当り１０
３ルーメンスの一定した効率が達成される。待機時間は
３０秒以内である。これらのパラメター変動は１８と２
２ワットの間で変動する出力電力を持つランプに適応で
きる。

【００５９】本発明に従ったランプのランプカバーは、
双方が同期的に移動可能なヘッドストックとテイルスト
ックを持つガラス・ブローイング旋盤上で加工すること
が出来る。加工工程は先ず外径約３ミリで内径約２ミリ
の溶融石英管の加工から始められる。４ワット以上で操
作するためのランプカバーの加工がこれに続く。管が旋
盤の上に配置されると、管に沿った点が石英が塑性を示
すまでバーナーで加熱される。その後、旋盤のヘッドス
トックとテイルストックの両方を同じ速度で同期的に移
動させ、管を両端で同じ力で引っ張り、目的の長さに引
き延ばす。管の引き延ばされた部分はその後、僅かに加
熱し、最終目的の点までその径を縮める。

【００６０】この工程は、目的のアーク・チャンバー長
さとほぼ同じ距離だけ最初の点から離れた第２の点にお
いて繰り返す。次の工程は石英が塑性を示すまで、延ば
された点間の管部を加熱する。同時に、加圧窒素ガスを
管の中に導入し、管の塑性化した部分を目的のアーク・
チャンバーの形状にブロー・アウトする。完成されたラ
ンプカバーは旋盤から外される。

【００６１】４ワット以下で操作されるランプカバーに
対しては、管に沿った部分が石英が塑性化されるまでバ
ーナーで加熱される。その後、旋盤のヘッドストックと
テイルストックの両方を同じ速度で同期的に移動し、目
的の長さまで管の両端を同じ力で引っ張る。バーナーを
その後延ばされた部分の中央に移動し、石英を加熱し、
その塑性状態を維持する。同時に、加圧窒素ガスを管の
中に導入し、延ばされた部分の中央部の目的のアーク・
チャンバーの形状にブロー・アウトする。

【００６２】一旦、ランプカバーが上述の２つの方法の
いずれかで形成されると、ランプがアッセンブリーされ
る。このアッセンブリー工程において、石英のランプカ
バーは縦方向に保持される。ボリブデン導線ワイヤ、モ
リブデン・リボン・フォイルとタンブステン電極を含む
電極アッセンブリーは、頭部ランプカバーシャンクのレ
ベルを低くする。同時に、ランプカバーの内部はランプ
カバーを介して上方にむかって、アルゴン・ガスのよう
な不活性ガスにより連続してフラッシュされる。アッセ
ンブリーの電極部がアーク・チャンバーの中の正しい位
置に配置されると、頭部ランプカバーシャンク部が、そ
れぞれの首側に対して２本のバーナーで加熱される。加
熱は電極シャンクの周囲でしっかりと首部を僅かに収縮
するに十分であれば良い。石英の漏れは電極の周りで発
生しないので、ヘルメット的なシールは形成されない。
汚れを最小限にとどめるために、連続してドライ・ガス
のフラッシングを行う。

【００６３】ランプカバーシャンク部の首部が電極シャ
ンクの周りで固定されると、バーナーはカバーシャンク
部の幹部を加熱するために上方に移動される。この点に
おける加熱は、ヘルメット状にシールするためにリボン
・フォイルの周囲の石英の収縮と濡れを起こさせるのに
効果がある。この工程の後、幹部が加熱され、導線ワイ
ヤの周りでしっかりと収縮するために幹部が加熱され
る。シャンクを加熱するいかなる工程においても、ラン
プカバーの電球部は連続して水冷却される。同時に、ラ
ンプカバーの中の汚染を防ぐ注意は常時必要である。

【００６４】部分的にアッセンブリーされたランプの位
置が１８０°回転され、頭部ランプカバーシャンクが今
後、底の位置にくる。ドライ・ガスが連続して、開いた
シャンクからランプカバーの中をフラッシュされる。同
時に、特定されたハロゲン化物の混合比と量を持つ金属
ハロゲン化物からなる粒子が開いたシャンク部を介して
電球部分に導入される。水銀の特定された量が同じく開
いたシャンク部を介して電球部に導入される。最後に、
上述したように、電極アッセンブリーが開いたランプカ
バーの中に押しこめられ、その中でシールされる。

【００６５】

【発明の効果】従来型の金属ハロゲン化物ランプである
と、アーク負荷に大きい制約があったが本発明による
と、ハロゲン化物の凝縮なしに、電極をより深く挿入で
きる。より大きい挿入深さが獲得できることはより短い
アーク距離となり、結果として壁負荷になんらの影響を
与えずにより高いランプ効率が得られる結果となる。

【００６６】また本発明での電極のより大きい挿入深さ
は、又従来技術よりも大きいランプの挿入係数を得るこ
とができる。

【００６７】また本発明では非常に薄い肉厚の溶融石英
壁をランプカバーの首部に利用することで金属ハロゲン
化物の凝縮を妨げるので、ランプ自体の効率と色温度の
制御性も一段と良くなる。

【００６８】また本発明ではアーク・チャンバーの壁を
非常に薄くしたので、電球部の壁からの熱損失を最小限
に抑えることができる。

【００６９】また電球部の壁厚を均一にすることで、壁
からの熱損失を低下でき、ランプの作動中のアーク・チ
ャンバーでの熱分布もより均一となった。

【００７０】またランプのアーク・チャンバーの充填物
に金属ハロゲン化物を添加することで、ランプの効率の
最適化と色温度を制御が正確となる。

【００７１】またさらに本発明によれば、電極の径を小
さく、挿入長さを比較的長くし、アーク・チャンバーの
体積を小さくし、低い密度の金属ハロゲン化物を使用す
ることによりで待機時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す断面部分を
含む正面図である。

【図２】本発明の第１の実施例の要部の構成を示す断面
部分を含む正面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の要部の構成を示す断面
部分を含む正面図である。

【図４】本発明の第３の実施例の要部の構成を示す断面
部分を含む正面図である。

【図５】本発明の第４の実施例の要部の構成を示す断面
部分を含む正面図である。

【符号の説明】

１２ランプ１２ａランプカバー１６カラー部１８コンパウンド２０シャンク部２０′ シャンク部２４首部２４′ 首部２６電球部２８アークチャンバー３０電極３０′ 電極４０外部開始補助部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダニエル．シー．ブリッグスアメリカ合衆国．13031．ニューヨーク州．カミラス．ウィロー．ウッド．レーン．101 (56)参考文献特開昭63−105457（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−55056（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/30 H01J 61/20 H01J 61/33 H01J 61/88

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性材で形成され、アークチャンバ
ー（２８）を限定する電球部（２６）、この電球部（２
６）の両端から延長形成される一対の首部（２４、２
４′）およびこれらの首部（２４、２４′）からそれぞ
れ延長形成される一対の幹部（２２、２２′）を具備す
るランプカバー（１２ａ）と、前記アークチャンバー内
に充填される水銀不活性ガス及び金属ハロゲン化物から
なる充填物と、前記首部（２４、２４′）から前記アー
クチャンバー（２８）内に延長され、先端面を互いに対
向して配設される一対の電極（３０、３０′）と、これ
らの電極（３０、３０′）にそれぞれ電気的に接続さ
れ、前記ランプカバー（１２ａ）外に導出される一対の
導線アッセンブリーとを有し、前記首部（２４、２
４′）は１．５ｍｍを超えない壁厚を備え、放電中に前
記充填物は蒸発状態で使用されることを特徴とする低電
力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項２】電球部（２６）は一対の電極（３０、３
０′）の先端面間で均一な壁厚を有することを特徴とす
る請求項１記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項３】電球部（２６）の軸芯方向の長さをＷ、
電極（３０、３０′）の対向面間距離をＡとして、挿入
係数Ｙ＝（Ｗ−Ａ）／Ｗが０．６より大きいことを特徴
とする請求項１記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項４】電球部の均一な壁厚が０．５ｍｍ以下で
あることを特徴とする請求項２記載の低電力金属ハロゲ
ン化物ランプ。
【請求項５】アークチャンバー（２８）がほぼ楕円体
状であることを特徴とする請求項１記載の低電力金属ハ
ロゲン化物ランプ。
【請求項６】アークチャンバー（２８）がほぼ球体状
であることを特徴とする請求項１記載の低電力金属ハロ
ゲン化物ランプ。
【請求項７】アークチャンバー（２８）の体積が０．
３立方センチ以下であることを特徴とする請求項１記載
の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項８】電極（３０、３０′）の電球部への挿入
深さ（ｌ）が１．５ｍｍ以上で、定格入力電力が１１〜
３５ワットであることを特徴とする請求項１記載の低電
力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項９】壁負荷が１０〜２０ワット／ｃｍ^２であ
ることを特徴とする請求項１記載の低電力金属ハロゲン
化物ランプ。
【請求項１０】電極（３０、３０′）の直径が０．０
６ｍｍ〜０．２６ｍｍであることを特徴とする請求項１
記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項１１】０．０９６〜２．８ｍｍｇの水銀充填
量を有することを特徴とする請求項１記載の低電力金属
ハロゲン化物ランプ。
【請求項１２】定格入力電力が１２ワットであり、電
極先端面間の距離が０．５〜０．８ｍｍでかつアーク負
荷が１５０ワット／ｃｍ^２であることを特徴とする請求
項１記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項１３】定格入力電力が１５〜２２ワットであ
り、電極先端面間の距離が１．０〜１．２ｍｍでかつア
ーク負荷が１５０ワット／ｃｍ^２であることを特徴とす
る請求項１記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項１４】定格入力電力が１８〜３５ワットであ
り、首部（２４、２４′）の最小壁厚が０．５ｍｍ〜
１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の低電
力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項１５】定格入力電力が１１ワット以下であ
り、首部（２４、２４′）の最小壁厚が０．５ｍｍ以下
であることを特徴とする請求項１記載の低電力金属ハロ
ゲン化物ランプ。
【請求項１６】電球部（２６）の中央位置での壁厚
が、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記
載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
【請求項１７】金属ハロゲン化物が、８７％のソヂウ
ム・アイオダイドと１３％のスカンジウム・トリアイオ
ダイドを含むことを特徴とする請求項１記載の低電力金
属ハロゲン化物ランプ。
【請求項１８】電球部（２６）の壁負荷が、１平方セ
ンチ当り３５ワットを越えないようにその外表面積が設
定されていることを特徴とする請求項１記載の低電力金
属ハロゲン化物ランプ。