JPH0542770B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明はシングルエンドのメタルハライド放電
ランプおよびその製造方法に関し、詳しくいう
と、安定化されたアークおよび等温動作のために
形成された容器を有するシングルエンドのメタル
ハライド放電ランプに関する。 背景技術および従来技術 比較的強力な光源を必要とする投射器（投光
器、映写機、幻灯機等）、光学レンズシステムお
よび類似の装置の分野においては、タングステン
ランプの形式の光源を使用することが慣行であつ
た。タングステンあるいはタングステンハロゲン
ランプは安価、皮膚の色調を高める所望のカラー
特性のような所望の特徴を有し、かつ特別の電源
を必要としないけれど、若干の不所望な特徴もま
た、存在する。例えば、タングステン源を使用す
る構造体は十分な青色光を発生せず、また、不所
望に多量の熱を発生する傾向があり、これは光源
に隣接させて高価な、複雑な冷却装置を位置付け
る必要を生じさせるし、さらに約10ないし20時間
の動作時間のように比較的寿命が短かい欠点があ
る。従つて、装置が使用されるときごとに光源を
取換えることは稀れなことではない。明らかに、
これは不便なことであり、かつ高価であり、従つ
て多くの問題点がある。さらに、スクリーン照明
は3400〓をはるかに越える表面輝度に上昇させる
ことができないために制限を受け、他方機械的な
本体構造は堅く、動作中に化学的手段によつてお
よび振動または衝撃によつて破壊する恐れがあ
る。 上記したシステムについての改良が光源として
メタルハライド放電ランプを使用することによつ
てなされている。例えば、通常の形式の高圧メタ
ルハライド放電ランプは米国特許第4161672号に
開示されている。この米国特許では、ダブルエン
ドの発光管、すなわち直径方向に対向する端部に
封止された一対の電極を有する発光管が排気され
た、または貴ガスの充填された外囲器とともに使
用されている。しかしながら、かかる構造は製造
するのに比較的費用がかかり、また明らかに投射
器あるいは他の光学レンズ形式の装置に使用する
のには適していない。 米国特許第4302699号、第4308483号、第
4320322号、第4321501号および第4321504号には
シングルエンドのメタルハライドアーク放電ラン
プが開示されているが、これらはすべて特定の装
置に適当な構造または充填物の変形例を示すもの
である。アークの安定性および放電アンプの等温
の一様性に関する限り、上記米国特許はいずれも
問題を残している。 発明の目的および概要 本発明の目的は改良されたシングルエンドの高
輝度放電ランプを提供することである。本発明の
他の目的はシングルエンドの高輝度放電ランプの
能力を向上させることである。本発明の他の目的
は改良された構造上の形態を有するシングルエン
ドの高輝度放電ランプを提供することである。本
発明のさらに他の目的はシングルエンドの高輝度
放電ランプを製造するための改良された方法を提
供することである。 本発明の一面においては、これらおよび他の目
的、利点および能力は、それぞれが金属ロツドお
よび融解シリカよりなる楕円形状の容器の一端に
封止されかつ該容器中に延在する前記金属ロツド
の端部の球形のボールを含む一対の電極を有し、
前記容器内に金属を含有する水銀充填物を含むシ
ングルエンドの高圧高輝度放電ランプによつて達
成される。 本発明の他の面においては、それぞれが金属ロ
ツドの端部に球形のボールを有する一対の電極が
楕円形状の融解シリカの容器の一端に封止され、
該容器内に不飽和金属を含有する水銀が充填され
るシングルエンドのメタルハライド放電ランプを
製造するための方法が提供される。 好ましい実施例の説明 本発明、ならびに本発明のその他の目的、利点
および能力を十分に理解するために、以下添付図
面を参照して本発明の好ましい実施例について詳
細に説明する。 第１図を参照すると、融解シリカのような材料
よりなる本体部分５を有する低ワツト数のメタル
ハライドランプが例示されている。この融解シリ
カの本体部分５は長径（長軸）値Ｘおよび短径
（短軸）値Ｙがそれぞれ約２：１の比を有する楕
円形状の内側部分７を提供するように形成されて
いる。さらに、本体部分５の楕円形状の内側部分
７は短軸値Ｙに実質的に等しい高さＺを有するこ
とが好ましい。 一対の電極９および１１が本体部分５の一端に
封止され、かつ本体部分５中に延在している。各
電極９および１１は金属ロツド１３および球形の
ボール１５を含み、該球形のボール１５は該金属
ロツド１３の楕円形状の内側部分７内にある端部
にある。電極９および１１は、これら電極９およ
び１１の球形ボール１５の端部が長軸Ｘおよび短
軸Ｙに関する限り内側部分７から実質的に等しく
離間され、かつまた、高さ寸法Ｚの実質的に中点
にあるように、楕円形状の内側部分７内に位置付
けされることが好ましい。 また、金属含有水銀充填物が楕円形状の内側部
分７内に配されている。例えば、アルゴンととも
にナトリウムおよびスカンジウムのようなメタル
ハライドを添加した水銀は低ワツト数のメタルハ
ライド放電ランプに対する適当な充填物である。
特定すると、約0.1cm³の容積をもつ楕円形状の内
側部分７を有する50Wの放電ランプは約3.0mgの
水銀、約20：１のモル比の1.9mgのナトリウムお
よびスカンジウム、および約200トルの圧力のア
ルゴンが充填された。動作テストの結果、初期ル
ーメン出力は約3100ルーメン、そして160時間の
動作後の光束維持率は約84％であつた。 上記楕円形状の内側部分７をさらに詳しく参照
すると、第２図はそれぞれが球形ボール１５を有
し、かつ長軸Ｘに沿つて離間され、内側部分７の
壁１７から実質的に等しい距離離間された電極９
および１１を例示している。容易に理解できるよ
うに、本体部分５は球形ボール１５が上下に位置
付けされるように垂直方向に配置されることが好
ましい。その結果、矢印で示すように、第２図の
２１と第３図の１９のガス流のパターンが生じ、
冷たいガスは内側部分７の壁１７を下方へ流れる
傾向があり、そして底部の電極１１の楕円形状の
アークすなわちプラズマ柱２２に引き込まれる。
底部の電極１１の球形ボール１５は後述する球形
の拡張部を提供し、底部電極１１の球形ボール１
５のアークの終端にガス流の狭さく部を生じ、ベ
ンチユリ作用２０を生じさせる。この態様におい
ては、アーク終端のふらつきが最小になる。ま
た、ガスの原子がプラズマ柱２２において加熱さ
れ、上部の電極９は楕円形状の発光管の本体部分
５の頂部に達するホツトガスを広げるデフレクタ
として作用する。さらに、発光管の動作中、壁１
７の温度の赤外線測定値は約1100℃の壁温度で20
％以下の温度変化を示している。従つて、上記楕
円形状の内側部分７および楕円形状のアーク２２
は実質的に均一な、不所望な乱流のない第２図の
対流の流れ２１を提供し、かくして、投射器およ
びレンズシステムにおいて特に重要なアークの安
定性が提供される。 また、上記アークは球形ボール１５の接触領域
のまわりを初期にふらつく傾向があることを注意
すべきである。しかしながら、製造プロセスにシ
ーズニング段階を採用すると、ボール１５のそれ
ぞれに参考写真に示す突起２４を形成させるよう
に働くことが分つた。その結果、突起２４は電極
９および１１の球形ボール１５間のアークギヤツ
プを最小にするように働き、電極９および１１の
それぞれの中心に位置付けされた終点をアークが
有するようにする。なお、上記参考写真は第１図
の実施例の１つの電極を100倍に拡大したもので
ある。 完全には理解できないけれど、上記参考写真の
突起２４は局部の材料の特性、電界強度、および
ガス流の特性に依存する寸法を有するものと考え
られる。さらに、成長は電極の寸法および温度の
関数であるように思われる。従つて、動作温度が
低いほど必要なシーズニング時間が長くなる。 特定例として、約0.0635cm（0.025インチ）の
ボール１５を有する約0.04318cm（0.017インチ）
のタングステンのロツドが100Wのメタルハライ
ド放電ランプ内で約1.6Aの電流を流して作動さ
れた。正常な動作条件において約15分のシーズニ
ング段階の後、アークが安定し、１つまたはそれ
以上の突起が電極９および１１の球状のボール１
５の表面に出現したことが分つた。かくして、球
状のボール１５の表面が割れて小板となり、それ
によつて形成された突起がアークのいかなるふら
つきをも阻止し、光源を改善する。 その上、メタルハライド放電ランプのようなア
ーク源はタングステン源よりも高輝度であるばか
りでなく、効率も良いということを注意すべきで
ある。また、メタルハライド放電ランプはタング
ステン源と比較すると点源に近い。特定すると、
100ワツトのメタルハライド放電ランプは球形ボ
ール１５間に最小輝度を有し、かつ球形ボール１
５の位置またはその近傍に最大輝度を有するプラ
ズマを呈す。さらに、このプラズマ柱は通常直径
が約１〜２mm、長さが約３mmである。これに対
し、タングステン源は直径が約25mm、長さが約８
mmであり、そして輝度がタングステン源の長さに
わたつて正弦波態様で変化する。 次の表はタングステン源、高圧キセノン源、お
よびメタルハライドランプ源の輝度、効率および
寸法の比較を示す。

【表】 容易に理解できるように、300Wのタングステ
ン源は100Wのメタルハライドランプの効率65ル
ーメン／ワツトと比較して約33ルーメン／ワツト
の効率である。また、35mmの投写システムにおい
てのテストでは300Wのタングステン源からの約
10000ルーメンの出力が100Wのメタルハライドラ
ンプ源からの6500ルーメンの出力に等価であるこ
とが分つた。タングステン源の長波長の投射およ
び不正確な方向への可視光は投射器のフイルムに
よつて熱として吸収される傾向がある。かくし
て、タングステンランプ源はメタルハライドラン
プおよび関連する電源による約90Wの熱と比較し
て約270Wの熱、すなわち約３倍の熱を発生する
ことが分つた。 なお、キセノンランプ源は比較的高い輝度を呈
するが、しかし効率は比較的低い。従つて、
100Wのメタルハライドランプによつて提供され
るルーメン出力に匹敵するキセノン源のルーメン
出力には比較的効率が悪い点を補償する必要上、
約200Wのキセノン源が必要となる。その上、キ
セノン源は約1.0mmの直径のメタルハライドラン
プのアーク源と比較してこの例では約0.5mmと比
較的小径であるから、投写システムに反射器とと
もに使用されるときに、アーク源の位置の公差ま
たは変化を大巾に、不所望に減じることになる。
換言すると、キセノンランプにおけるアーク源の
位置の調整はメタルハライド放電ランプシステム
の場合よりも非常に臨界的である。 かくして、電極が融解シリカの容器の楕円形状
の内側部分内に配置されたシングルエンドのメタ
ルハライド放電ランプが提供された。この楕円形
状の容器の内側は、楕円形状のアークと相俟つて
放電ランプを形成する融解シリカの容器の全部分
に実質的に等温の動作状態を提供する。その上、
投射器および光学レンズ装置の動作に特に重要で
ある安定したアークを提供できることが分つた。 現在本発明の好ましい実施例とみなされている
ものを図示し、記載したけれど、特許請求の範囲
によつて定義される本発明から逸脱することなし
に種々の変形および変更がなし得ることはこの分
野の技術者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシングルエンドの高輝度放電
ランプの一実施例を示す概略図、第２図は第１図
の放電ランプの垂直方向動作に対する放電および
対流ガス流を例示する概略断面図、第３図は第１
図の放電ランプの電極間のおおよその電気力線を
示す概略図である。 ５：ランプ本体部分、７：楕円形状の内側部
分、９，１１：電極、１３：金属ロツド、１５：
球形ボール、２２：プラズマ柱。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 楕円形状の融解シリカの容器を形成する段階
   と、 それぞれが前記容器を通つて延在する金属ロツ
   ドと該金属ロツドの前記容器内の端部にある球形
   のボールとを有する一対の電極を前記容器の一端
   に封止する段階と、 前記楕円形状の容器にメタルハライドを加えた
   高圧水銀充填物を充填する段階と を含み、前記容器が実質的に均一に加熱されるよ
   うになされており、そしてさらに 前記放電ランプをある時間の間、前記電極の前
   記球形ボールに突起を生じさせるのに十分な温度
   でシーズニングする段階 を含むことを特徴とするシングルエンドのメタル
   ハライド放電ランプを製造するための方法。 ２ 前記楕円形状の融解シリカの容器を形成する
   段階が約２：１の比の長軸および短軸を形成する
   ような態様で行なわれる特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ３ 前記楕円形状の融解シリカの容器を形成する
   段階が長軸および短軸を形成するような態様で行
   なわれ、前記電極がこれら電極間に実質的に楕円
   形状のアークを提供するような態様で前記長軸に
   沿つて前記容器中に封止され、前記楕円形状のア
   ークと楕円形状の容器間の間隔が実質的に均一に
   される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 前記楕円形状の容器への充填がナトリウムお
   よびスカンジウムを加えた高圧水銀によつて行な
   われる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ それぞれが金属ロツドと該金属ロツドに固定
   された球形のボールとを有する一対の電極が容器
   の一端に封止され、メタルハライドを加えた高圧
   水銀充填物が前記容器中に分配されるメタルハラ
   イド放電ランプの製造方法において、 前記容器が約２：１の比の長軸および短軸を有
   する楕円形状に形成され、容器の各部分が実質的
   に等温度で動作し得るようになされており、そし
   て前記放電ランプをある時間の間、前記電極の前
   記球形のボールに突起を生じさせるのに十分な温
   度でシーズニングする段階を含むことを特徴とす
   るメハライド放電ランプの製造方法。