JPH0432497B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は小形高圧放電灯と反射鏡とを組み合わ
せた小形高圧放電灯装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 シヨウウインドや貴金属商品灯の省エネルギー
照明のひとつとして小形スポツトライトが用いら
れている。

小形スポツトライトとして、従来から白熱電球
が広く使用されてきたが、近年省エネルギーの目
的か高輝度でスポツト照明の得られやすい短アー
クキセノン放電灯、超高圧水銀灯、メタルハライ
ドランプ等の小形高圧放電灯が使用されるように
なつてきた。高輝度でスポツト照明の効果を十分
発揮させるために、発光管および反射鏡は可能な
限り小形で、しかも照度むらの少ない小形高圧放
電灯装置の開発が要請されている。

ところで、200W以上の大形高圧放電灯では、
アルミニウムの反射膜を設けた外管内に発光管を
保持し、外管内に不活性ガスを封入した構造をと
つている。このような大形反射形高圧放電灯は光
束値が非常に高いために、被照射体から比較的遠
く離れた場所に設置されて使用されている。

一方、小形高圧放電灯は、高輝度でしかも効率
のよいスポツト照明を得るためには、被照射体に
比較的近い場所から照射する必要がある。このた
め、小形高圧放電灯においては、従来の大形反射
形高圧放電灯においては問題とされなかつた配
光、特に照射面の照度むらについて十分な対策を
行わなければならない。

外管付きの大形反射形高圧放電灯においては、
発光管が大形のため、発光管支持具や発光管自
身、特に発光管封着部によつて反射光が遮蔽さ
れ、均一な配光が得られにくいが、被照射体から
比較的遠く離れた高い場所に設置することによつ
て照度むらを緩和したり、外管前面に拡散膜を設
けたりして均一な配光を得ていた。

しかしながら、本発明において対象としている
小形高圧放電灯の場合には、発光管の発光部に対
する封着部の割合が大きいために、発光管封着部
や発光管自身による反射光の遮蔽については十分
な対策を講じないと、照射面に照度むらを生じる
という不具合を生ずる。

発明の目的 本発明はこのような事情にかんがみてなされた
もので、反射鏡からの反射光が、発光管封着部等
で遮蔽されることなく配光の均一化が可能とな
り、照射面の照度むらの少ない小形高圧放電灯装
置を提供するものである。

発明の構成 本発明は、発光管を楕円球状または球状とし、
発光管の中央部付近の肉厚を最大にし、発光管の
端部付近に近づくにつれて肉厚を連続的に薄くし
最小肉厚を１mm以上とし、レンズ作用によりこの
肉厚の大きい方向に光を屈折させ、発光管中央部
の放射光を増すようにして、反射鏡からの反射光
を有効に利用することにより、配光の均一化を図
るようにしたものである。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について図面を用いて
説明する。

第１図は、55Wの小形短アークキセノン放電灯
と反射鏡とを組み合わせたもので、石英ガラスか
らなる発光管１の両端には、タングステン等の高
融点からなる電極２，３がモリブデン等の金属箔
４，５を介して封着され、封着部６，７が形成さ
れている。これら金属箔４，５の末端にはリード
線８，９が接続されている。発光管１の両端には
金属製の口金１０，１１が設けられている。発光
管１の内部にはキセノン１２が約15気圧封入され
て短アークキセノン放電灯が構成されている。

かかる小形短アークキセノン放電灯は、反射鏡
１３の所定の位置にボルト１４またはセメントに
よつて固定された小形短アークキセノン放電灯装
置が構成されており、リード線８，９に電圧が印
加されることにより点灯する。発光管１の発光部
は、放電空間内におけるガスの対流を円滑に生じ
させ、かつ耐圧性をもたせるために、楕円球状ま
たは球状になつている。また、フリーエアー中で
点灯と発光管の温度上昇によつて金属箔４，５が
酸化し、気密性を損つてリークする不具合を防止
するために、封着部６，７を比較的長くしてい
る。

第２図はかかる発光管の断面図を示し、発光管
１は発光部の肉厚分布が異なるように構成されて
いる。すなわち、発光管１の中央部付近の肉厚
T_aを最大にし、発光管１の端部付近の肉厚t_bを最
小とし、肉厚T_aから肉厚t_bに至る肉厚が連続的に
変化している。発光管形状は楕円球状または球状
をとつているために、このような肉厚変化が無理
なくおこなわれ、レンズ状の肉厚が形成される。
なお最小の肉厚t_bは、封入される希ガスや添加物
の種類およびワツト数による内部圧力を考慮しな
ければならない。本発明にかかる小形高圧放電灯
装置は、発光管をフリーエアー中で点灯させて発
光管の温度上昇を図り封有物の点灯時の圧力また
は蒸気圧を上昇させるために、発光管は外管を用
いる一般形と比べて小形に設計されており、発光
管の内圧は25〜40気圧以上に達する。また、ラン
プ電圧の上昇、管壁の耐圧強度の劣化、フリーエ
アー中の使用での安全性確保を考慮して、発光管
の耐圧は60気圧を必要とする。したがつて、耐圧
強度60気圧を限界値として最小肉厚t_bは１mm以上
が必要であることを実験により確認した。

このような肉厚分布をもつことにより、レンズ
状の肉厚が形成され、肉厚の大きい方向に光を屈
折せしめ、発光管中央部の放射光を増すような配
光に改善することができる。第３図Ａ〜Ｃを用い
てその原理を詳しく説明する。第３図Ａは発光管
形状が楕円球状または球状で肉厚変化のない場
合、第３図Ｂは上記発光管形状と同じであるが、
端部に比べ中央部の肉厚が小さい場合、第３図Ｃ
は、本実施例のものに係り、上記発光管形状と同
様に楕円球状または球状で、端部に比べ中央部の
肉厚が大きい場合を各々示す。第３図Ａ〜Ｃにお
いて、発光管内面を同一曲率半径とし、発光管中
央部より後逸方向に光線OAが放射される場合を
考えて説明する。

第３図Ａの場合、入射角θで入射した光線OA
は一旦発光管１２の石英ガラス内において入射角
θよりも小さい角度で屈折されて光線ABとな
り、さらにＢ点から外へ出る時に光線ABの入射
角よりも大きい角度に屈折され光線BCとなつて
放出される。すなわち、第３図Ａの場合には、
OA方向の入射光の延長線OAD線よりもわずかに
中央よりに偏心した屈折光BCとなるが、入射し
た光線OAの入射角θとほぼ同一角度で放出され
る。

第３図Ｂの場合、第３図Ａと同じ入射角で入射
した光線OAは発光管１３の石英ガラス内におい
て、第３図Ａの場合と同じ角度に屈折されて光線
ABとなる。光線OABまでは第３図Ａの場合と同
じであるが、図示の上方が大きな肉厚となるよう
に形成されているために、Ｂ点から外へ出る光
は、肉厚の大きい方向へ屈折するというレンズ効
果により、光線OAの入射角よりも大きい角度で
屈折されて上方に向けて光線BC′となつて放出さ
れる。すなわち、発光管１３の端部に広がつて放
出される。

第３図Ｃの場合、すなわち本発明実施例の場
合、第３図Ａ，Ｂの場合と同じ入射角で入射した
光線OAは、発光管１の石英ガラス内でも第３図
Ａ，Ｂの場合と同じ角度に屈折されて構成ABと
なる。光線OABまでは第３図Ａ，Ｂの場合と同
じであるが、図示の下方が大きな肉厚となるよう
に形成されているために、Ｂ点から外へ出る光
は、肉厚の大きい方向へ屈折するというレンズ効
果により、光線OAの入射角よりも小さい角度で
屈折されて下方に向けて光線BC″となつて放出さ
れる。すなわち、発光管１の中央部に集約されて
放出される。

以上の説明においては発光管の中心付近から出
た１本の光線について説明し、かつ発光管内面が
実例に近似した楕円球状について考察したが、放
電により発生した複雑な放射光や発光管内面が球
状の場合を考えても、発光管の中央部付近の肉厚
を大きくした楕円球状または球状のものでは、基
本的にはレンズ効果によつて、発光管中央方向へ
集約されることは容易に理解される。

次に、第４図Ａ〜Ｃにおいて、発光管内面が楕
円球状または球状で肉厚分布が異なつた肉厚変化
の発光管を、反射鏡に組み込んだ場合の放射光お
よび反射光の状態を説明する。反射鏡１３の曲面
の放電中央点を一致させた場合について説明す
る。

第４図Ａは、発光管の肉厚変化のない場合であ
り、発光管端部から反射鏡後方へ向つて放射され
た放射光OEは光線EE′となつて前方へ反射され
る。しし、発光管の発光部に対する封着部の割合
が大きい小形高圧放電灯の場合、光線EE′は上記
封着部で遮蔽されやすく、照射面に照度むらを生
ずる傾向が強い。また、発光管端部から反射鏡前
方に向つて放射された放射光OFはコンパクトな
反射鏡の場合、反射面に入射しないで直接光とな
つて照射され、照度むらを生ずる。さらに発光管
の取付け位置によつて放射角度や照度の変化が大
きく、品質のバラツキを生じやすい。

第４図Ｂは発光管端部に比べ中央部の肉厚が小
さい場合であり、発光管からは端部に向けて屈折
されて放射されるため、発光管端部から反射鏡後
方へ向つて放射された放射光OEは反射鏡の底面
側で反射されて光線EE′となり、さらに前面で再
度反射されて光線E′E″となつて前方へ反射され
る。光線EE′は発光管で遮蔽され、前面に再度反
射されて光線E′E″となるなど複雑多岐な反射を
おこなうために、均一な配光を得るための反射鏡
の設計がむづかしい。また、発光管端部から反射
鏡前方に向つて放射された放射光OFは発光管端
部に広がるために、コンパクトな反射鏡の場合、
反射面に入射しないで直接光となつて照射され、
第４図Ａの場合以上に照度むらを生ずる。さら
に、発光管の取付け位置によつて放射角度や照度
の変化が大きく品質のバラツキは第４図Ａの場合
よりも大きい。

第４図Ｃは本発明実施例のもの、すなわち発光
管端部に比べ中央部の肉厚が大きい場合であり、
発光管からは中央部に向けて屈折されて放射され
るため、発光管端部から反射鏡後方および前方へ
向つて放射された放射光OEおよびOFは第４図
Ａ，Ｂの場合に比べ反射鏡の中央方向へ屈折され
るために、発光管や封着部による反射光の遮蔽が
少なく、またコンパクトな反射鏡の場合でも反射
面に入射しない直接光の割合が少ないために、照
射面に照度むらを生じない。さらに、発光管から
の放射光が効率よく反射鏡で反射されるために相
対照度が増大し、第４図Ａ，Ｂの場合に比べて複
雑な反射が少なく均一な配光を得るためのコンパ
クトな反射鏡の設計が容易である。

以上の原理に基づき製作した小形短アークキセ
ノン放電灯装置の配光特性の改善結果を第５図に
示す。製作した小形短アークキセノン放電灯は、
消費電力55Wで、発光管は最大内径が８mmの楕円
球状の石英ガラスからなり、内部には15気圧のキ
セノンが封入され、発光管封着部は直径５mmの円
筒形で封着部片才の長さが25mmである。そして、
発光管の肉厚分布の異なる三種類の発光管を製作
した。すなわち、(1)肉厚t_a＝t_b1.2mmで肉厚変化の
ない発光管、(2)中央部の肉厚t_a＝１mmで連続的に
端部は厚くなり、端部肉厚t_b＝２mmの発光管、(3)
中央部の肉厚t_a＝２mmで連続的に端部は薄くな
り、端部肉厚t_b＝１mmの発光管をそれぞれ開口部
直径40mm、底面高さ45mmの放物線状曲面の反射鏡
み組み込んだ場合の1.5m直下の配光特性を第５
図に示す。同図において、上記(1)，(2)，(3)の各場
合の結果を曲線，，で表わす。

第５図から明らかなように、曲線，は照射
面の相対照度において、中央付近の照度むらが大
で、放射角度ｄも広く不鮮明なパターンとなつ
た。これに対して、曲線は照射面の相対照度が
均一化されて照度レベルが約30％上昇とするとと
もに、放射角度ｄも設計値を満足し鮮明なパター
ンとなつた。

また、発光管の内部に水銀とアルゴンを封入し
た超高圧小形水銀灯や、スズハロゲン化物と水銀
およびアルゴンを封入した小形メタルハライドラ
ンプについても実験したところ、同様な結果が得
られた。さらに、t_a／t_bが1.5〜3.0の広い範囲に
ついても実験したところ、同様な結果が得られ
た。

発明の効果 以上説明したように、本発明は発光管の発光部
の形状を楕円球状または球状とし、発光管の中央
部付近の肉厚を最大にし、発光管の端部付近に近
づくにつれて肉厚を連続的に最小１mmまでに薄く
し、レンズ作用により肉厚の大きい方向に光を屈
折せしめて発光管中央部の放射光を増すようにす
ることにより、コンパクトな反射鏡で反射光を有
効に利用せしめて配光の均一化と照度レベルおよ
びパターンの鮮明化を図ることができる小形高圧
放電灯装置を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である小形高圧放電
灯装置の一部断面図、第２図はその小形放電灯の
一部断面図、第３図ＡないしＣは本発明にかかる
小形高圧放電灯のレンズ効果を他のものと比較し
て説明するための図、第４図ＡないしＣは肉厚分
布の異なる発光管を反射鏡に組み込んだ場合の反
射光を比較して説明するための図、第５図は各種
の小形高圧放電灯の配光特性を示す図である。 １……発光管、２，３……電極、６，７……封
着部、８，９……リード線、１０，１１……口
金、１３……反射鏡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両端に電極を有し、発光部の形状が楕円球状
   または球状であるガラスからなる発光管を備えた
   小形高圧放電灯を反射鏡に組み込んだ小形高圧放
   電灯装置において、前記発光管の中央部付近の肉
   厚を最大にし、この発光管の端部付近に近づくに
   つれて肉厚を連続的に薄くし最小肉厚を１mm以上
   としたことを特徴とする小形高圧放電灯装置。