JPS63257179A - セラミック金属ハロゲン化物高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧セラミック金属ハロゲン化物（ＣＭＨ）放
電ランプに関する。さらに詳細には、本発明は商業的に
受容しうるＣＭＨ放電ランプ、すなわち透光性のセラミ
ック材料の放電アーク・チューブ内に気密封入された適
当な金属ハロゲン化物蒸気を具備し、８０〜１３０ボル
トのランプ電圧降下でもって動作するようになされた放
電ランプに関する。この範囲の電圧降下の場合には、ラ
ンプは標準的なワイヤ巻装チョーク・バラストまたは直
列コンデンサ回路のような市販されている始動回路を用
いて標準的な２２０〜２４０Ｖ電源から電力を供給され
る。さらに、商業的に受容しうるためには、ランプは水
平モードで動作しうることが好ましい。

ＣＭ　Ｈランプは、１９８１年８月９日ＩＥＳ会議で発
表されたブラウン他による「セラミック・エンベロープ
内のハロゲン化すすナトリウム・ランプ」という表題を
論文に提案されている（以下それをＴＳＨランプと呼ぶ
）。このランプは効率を最適化することにより発展され
たが、２００〜２４０Ｖのランプ電圧を必要とする変圧
器バラストを用いて動作するように設計されているので
、動作上の観点から不便であることがわかった。このこ
とは、このランプが一般的に商業上の用途に供される妨
げとなるであろう、さらに、従来のシール技術の限界の
ために、ＴＳＨランプの端シールは約６００℃の温度を
保持し、そのランプの実効クール・スポット温度は約７
００℃よりも高（なかつた、実際には、７００℃より幾
分高い実効クール・スポット温度が望ましかった。

本明細書においてそのように呼ばれている実効クール・
スポット温度（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｃｏｏｌ　５ｐｏ
ｔｔｅ＋５ｐｅｒａ　ｔｕｒｅ）は、通常の動作時に得
られるランプ・スペクトラムを、ランプ・アーク・チュ
ーブの一端が溶融インジウムの浴中で異なるテスト温度
に維持されている場合に得られるスペクトルと比較する
ことによって測定される。実効クール・スボッＨＩＡ度
はスペクトルの最も密接な整合を与える温度であると考
えられる。

実験用のセラミック金属ハロゲン化物ランプについての
研究結果が、１９８５年３月、日本で開催された１、Ｅ
、Ｓ／会議で発表されたイヮサキ・エレクトリック・カ
ンパニのエム・キタガワ、ニス・ヤマザキおよびケイ・
タバッによる「セラミック金属ハロゲン化物ランプの新
規な構造およびその特性」という論文に報告されている
。この実験用ランプの電気的特性についての詳細は記載
されていないが、それらの実験用ランプは、分析される
前に１５０Ｗの入力のもとて１０００時間だけの寿命試
験を行われた。この報告によれば、８００℃と９００℃
の間の温度で動作した場合のランプの端部に対する損傷
が非常に大きかったということである。

従って、本発明は上述した問題点のうちの少なくとも幾
つかを除去する改良されたセラミ、り金属ハロゲン化物
ランプを提供することである。

本発明によれば、１０００℃までのシール動作温度で動
作するようになされた放電ランプであって、 透光性セラミック材料で作成されていて、金属ハロゲン
化物添加物と、水銀と、始動のための稀ガスよりなる充
填材の入ったアーク・チューブと、前記アーク・チュー
ブの各端を気密シールしておりかつ各放電電極を支持し
て、いる端蓋部材を具備しており、 前記放電電極を分離しているアーク・ギャップが１０鶴
よりも大きくなく、かつ前記アーク・チューブに対する
壁負荷が少なくとも５０ＷＱｌ−”であるようになされ
ていることを特徴とするセラミック金属ハロゲン化物高
圧放電ランプが提供される。

壁負荷は、ランプ入力電力と、アーク・ギャップを取り
囲んだアーク・チューブの部分の内部表面積との比とし
て定義される。円筒状のアーク・チューブの場合には、
適当な内部表面積は、アーク・チューブの内周にアーク
・ギャップを掛けたものとして評価される。

前述のように、商業的に受容しうるセラミック金属ハロ
ゲン化物ランプの主たる要件は、電圧降下が８０ボルト
と１３０ボルトとの間にあることである。水銀圧が高効
率（例えば７０ルーメン／Ｗ−１００ルーメン／Ｗ）の
ために固定されているとすると、所望の電圧降下はアー
ク・ギャップ値の１１当りの所要ワット数を与え、これ
がアーク・チューブの所定直径に対する壁負荷を決定す
る。

上述したブラウン他およびキタガワ他の論文には、それ
ぞれ４０Ｗａｍ−”および３７ＷＣ１１−”の最大壁負
荷を有するＣＭＨランプについて記述されている０本発
明者等は、予期に反して、セラミック・アーク・チュー
ブはそれらの値よりもはるかに大きい、すなわち５０Ｗ
ｃｍ−”よりも大きい、典型的には８０　Ｗａｓ−ｆｆ
ｉ〜１６０　Ｗｃ５−”の範囲の壁負萄で十分に動作で
きることを見出した。９０Ｗｃｆｆ＋−２〜１００　Ｗ
ｃｍ−”の範囲の壁負荷が好ましく、約９０Ｗｃ「”の
壁負荷が特に満足しうるちのであることが認められた。

壁負荷が大きいと、前述した所望の電圧降下（すなわち
８ＱＶ〜１３ＱＶ）に適合した比較的小さいアーク・ギ
ャップを用いることができることを本発明等は認めた。

アーク・ギャップは１０龍より大きくなくかつ好ましく
は５ｍｓより小さくない大きさであるべきであることを
本発明等は認めた。１つの実施例では、７．３ｕのアー
ク・ギャップが用いられた。

さらに、ＴＳＨランプは約２．２のアスペクト比（ａｓ
ｐｅｃｔ　ｒａｔｉｏ）を有しているが、本発明による
ランプはそれよりもはるかに小さい、典型的には０．７
〜１．４の範囲の縦横比を有しうる。ここで、アスペク
ト比はアーク・ギャップと、アーク・チューブの内径の
比として定義される。本発明ではこのような低いアスペ
クト比を実現できるので、放電アークの屈曲（ｂｏｗｉ
ｎｇ）によるアーク・チューブ壁に対する損傷を軽減し
、チューブを水平モードで使用できる。また、このよう
にアスペクト比を小さくしたことにより、アーク・チュ
ーブの壁温度が高くなり、かつ前述のように一般的に望
ましいより高い実効クール・スポット温度が得られる。

本発明による構成では、少なくとも７００℃から１００
０℃までのシール動作温度が予測されている。ＴＳＨラ
ンプについてブラウン他によって報告されたシール動作
温度よりも少なくとも１００℃だけ高くなっていること
により、ＴＳＨランプに用いられているすすとナトリウ
ムのより過激な添加物（ｄｏｓｅ）に代えて、インジウ
ム、クリラムおよびナトリウムよりなる侵食性がより小
さく、揮発性がより低い添加物（ｄｏｓｅ）を用いるこ
とができる。

以下図面を参照して采発明の実施例について説明しよう
。

第１図を参照すると、多結晶アルミナ・アーク・チュー
ブ１０を具備した公知のＴＳＨランプが示されており、
これは全長が約４０．４ｎで、かつ約１６．４ｎのアー
ク・ギャップを有する。始動のためにナトリウム・ハロ
ゲン化物に水銀と稀ガスを加えた金属ハロゲン化物添加
物が導電性のサーメット端蓋部材１１によってセラミッ
ク・アーク・チューブ１０内に気密封入されている。サ
ーメット端蓋部材１１はアーク・チューブの端部１２を
ほとんど完全に被っているように示されており、かつ金
属ハロゲン化物に対して耐性を有する適当なシール材料
１３によってアーク・チューブに封着（シール）されて
いる。

第２図は本発明によるＣＭＩ（ランプの１つの実施例を
示している。第１図のランプとは対照的に、多結晶アル
ミナで作成されたアーク・チューブ１４は長さがはるか
に短く、すなわち全長が２７．８鰭であり、かつアーク
・ギャップがわずかに７．３ｎというように小さい、入
力電力が１５０Ｗで、アーク・チューブの内径が７．３
５■識である場合には、壁負荷は約９０Ｗ／ａｍ”であ
り、かつこのように減寸されたアーク・ギャップでは、
所要の電圧降下を８０−１３０ボルトにすることができ
る。

アーク・チューブ１４は、金属ハロゲン化物に対して耐
性を有する溶融した適当なシール材（図示はせず）によ
ってそれの端部に封着（シール）された導電性のサーメ
ット端蓋部材１５によって気密的にシールされており、
この場合、前記シール材はサーメット部材１５とアーク
・チューブ１４の両面間をシールする。数字１６で示さ
れているように約７關の間隔を保持しかつアーク・チュ
ーブの内径を７．３５ｇｍとした第２図の実施例では、
実効アスペクト比が約１である。この構成によれば、ラ
ンプは７７０℃という高いシール温度で動作することが
できる。動作温度が高いと、すす、ナトリウム・ハロゲ
ン化物よりなる過激な添加物に代えて、ナトリウム、タ
リウムおよびインジウムよりなるそれより過激でない添
加物を用いることができ、これにより電極の腐食が軽減
されかつ動作寿命が伸びることになる。さらに、図示さ
れた幾何学的形状によれば、放電アークの屈曲（ｂｏｗ
ｉｎｇ）が大幅に軽減されるか除去され、ランプを水平
状態で用いることができる。このことはランプの商業的
価値を実質的に高める。

さらに、本発明のこの構成によれば比較的高いシール温
度（従って実効クール・スボッ１度）が得られる力５、
これにより主要なスペクトル線、すなわちナトリウム、
インジウムおよびタリウム・ハロゲン化物によってそれ
ぞれ発生される５８９ｎｍ、５３５ｎｍおよび４５１ｎ
ｍにおけるスペクトル線が大きくかつ有益な程度に拡げ
られることになる。さらに、原因は完全には理解されて
いない実質的なコンチニウム（ｃｏｎｔｉｎｉｕｍ）が
ランプによって発生される可視光の３０％を占め、これ
がこの実施例において８０という優れたカラー・レンダ
リング・インデックス（Ｒａ）の発生に寄′与する。

サーメット端部材の高いエミツタンス （ｅｘｔ　ｔｔａｎｃｅ）に基因する放射による端損失
を減少させるために、端部材１５はＴＳＨランプに用い
られているサーメット端蓋に比較してはるかに小さい寸
法を有している。第２図の実施例では、サーメット端部
材１５は直径が３，８ｍｍであり、かつアーク・チュー
ブの端面積の５０％以上を被りているにすぎず、端部材
ＩＩの＠蓋がアーク・チューブ１０の端面積の実質的に
全体を被っている第１図に示されたＴＳＨランプに用い
られたサーメット端蓋に比較して寸法が大幅に減少され
ている。

シール材料はそれの熔融温度、すなわち１５００〜１６
００℃の温度に加熱されなければならないので、この溶
融温度を得るために大幅に減寸された寸法のサーメット
端部材を介して与えられなければならない大量の熱は、
添加物の蒸発を防止するためにたとえ極端に短いシール
時間が必要であるにしてもアーク・チューブ１４の亀裂
を生じることはない。

第３図は本発明による１　００ＷＣＭＨランプを示して
いる。多結晶アルミナ・アーク・チューブＩ７の全長が
２１．３ｉｎまで減寸されたが、アーク・ギャップは７
．３ｆｉに維持されている。バンクスペース１８は、端
部の動作温度が若干高（、すなわち８５０℃となるよう
に若干短縮された。第２図の実施例と同様に、導電性サ
ーメット端部材１９の直径は第１図のＴＳＨランプの端
蓋１１の直径の約２５％である。図示の幾何学膨軟では
、壁負荷は約６ＱＷ／＋ＩＪ”である。

第１表は前述したＴＳＨランプと本発明によるＣＭＨラ
ンプの５つの実施例の比較を示している。

工旦旦 実施例　ｌ アーク長　（龍）　　　　　　　　１６　　　　　　　
　　７．３チユーフ゛穴（曹富）　　　　　　　　　７
，３４　　　　　　　　７．３４全　　長　（ｕ）　　
　　　　　　４０　　　、　　　　　　２７．８電力入
力　（Ｗ）　　　　　　　ｔｇｏ　　　　　　　　　１
５０壁負荷（Ｗｃｓ−”）　　　　　　　　４０　　　
　　　　　　８８配　向　　　　　垂直　　　垂直 離クール・スポット憇（℃）　　　　　　７００　　　
　　　　　　　　　８７５電圧降下（Ｖ）　　　　　　
　　２００−２４０　　　　　　　　９０ルー）　ｙ　
（１ｍ）　　　　　　１４０００　　　　　　　１２０
０Ｇ効率（１ｍ／ｗ）９３８゜ ＣＣＴ　　（Ｋ）　　　　３８００　　　　４０００Ｒ
ａ　　　　　　　７０　　　　８０ ｔ’ｊｊＪ勘（ｄｏｓｅ）　　　　０．９　ｍｇ　Ｎａ
　Ｃ１６，２ｍｇ　Ｎａ　１８．９　ｍｇ　Ｈｇｚ　Ｃ
ｈ　　１．３　ｍｇ　ＴＩ　Ｂｒ５．７　ｍｇ　Ｈｇ　
Ｉｔ　　　Ｏ；４　ｍｇ　Ｈｇ　ｒ。

７．３　ｍｇ　Ｓｎ　　　Ｏ，２ｍｇ　Ｉｎ２９　ｍｇ
　Ｈｇ　　　　２０　ｍｇ　Ｈｇ１−一上一一１ 本−１−房 娼捌２　　　　カＭ３　　　　娼鞭１４　　　　刀桝５
７．３　　　　　　　７．３　　　　　　５．９　　　
　　　　９．０７．３４　　　　　　　７．３４　　　
　　　　、ｌｌｊ、１　　　　　　　８．１２１．３　
　　　　　　２７．８　　　　　　２７．０　　　　　
　　２９垂直　　　水平　　　水平　　　　水平６００
０　　　　１０８００　　　１１５５０　　　’　　　
２１７０６４．５　　ｍｇ　　Ｎａ　　＋　　　　　　
６．２　ｍｇ’Ｎａ　　１　　　　　　６．２　　ｍｇ
　　Ｎａ　　１　　　　　６．２　　ｍｇ　　Ｎａ　　
１０．５　ｍｇＴＩ　Ｂｒ　　１．３ｍｇＴｌ　Ｂｒ　
　１．３　ｍｇＴＩ　Ｂｒ　　１．３　ｍｇＴＩ　Ｂｒ
０．３０ｍｇＨｇ　　Ｉｔ　　　　　０．４ｍｇＨｇ　
　Ｉｔ　　　　　　０．４　　ｍｇＨｇ　　Ｉｔ　　　
　　０．４　　ｍｇＨｇ　　１ｍ０．１５ｍｇ　Ｉｎ　
　　０．２ｍｇ　Ｉｎ　　　０．２　ｍｇ　Ｉｎ　　　
０．２　ｍｇ　Ｉｎ１２　ｍｇＨｇ　　　２０　ｍｇＨ
ｇ　　　２７　ｍｇＨｇ　　　２７　ｍｇＨｇ揮発性の
高い金属ハロゲン化物添加物を用いればセラミック・ア
ーク・チューブの端部をシールするに当り問題を生じ、
かつ約７００℃においておよび１０００℃まで動作する
ためのセラミック金属ハロゲン化物ランプに対する満足
しうるシールを提供するために、完成したシールは約１
３００℃より低くない軟化温度を有していなければなら
ない、満足しうるシールを得るための１つの方法がヨー
ロッパ特許出願第８６３０６６４５．２号に開示されて
おり、そこにはＭｇＯ，Ａｌｔｏｓ、５ｉＯ１でガラス
質シールすなわちシニル組成を形成し、次にそれを高い
耐熱性を存する結晶性シールに変換することによって添
加物（ｄｏｓｅ）を有するアーク・チューブを迅速に形
成する方法が開示されている。この方法が成功したのは
おそらく完全なシール工程が実施される速度に全面に依
存しているであろう、この場合、約６０秒ｗ１続したシ
ール工程が特に有益であることが認められた。

第４図は、２４０Ｖ電源から１００Ｖの公称電圧降下を
有する公称１５０ＷのＣＭＨランプを動作させるように
なされた電気回路を示している。

第４図かられかるように、１．８Ａにおいて１１０オー
ムのインピーダンスを有しかつ０．０６の電力係数を有
する単純な直列インダクタ・バラスト２１が３ＫＶと５
ＫＶの間のパルスを発生する点火器２２に接続されてい
る。

他の回路が第５図に示されているが、これは、４５０ｖ
の動作圧力を有する約１４Ｆの直列コンデンサ２２を具
備している。この回路は電源電圧変動に対する安定性が
大きく、フリッカ発生が少な（かつ始動特性が改善され
ているという利点を有している。

本発明によるＣＭＨで用いられているセラミック・アー
ク・チュゴプはかならずしも円筒形である必要はないこ
とが理解されるであろう、それに代えて、球根状のアー
ク・チューブを用いてもよい。

さらに、本発明によるＣＭＨアーク・ランプは完成品と
して種々のエンベロープ（管体）に組込まれうろことが
当業者には理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は前述したブラウン他の論文に記載された公知の
ＴＳＨランプを示す図、第２図および第３図は本発明に
よる２個のＣＭ　Ｈランプの縦断面図、第４図および第
５図は第２図および第３図のＣＭＨランプに使用するた
めの回路を示す図である。 図面において、１４．１７はアーク・チューブ、１５．
１９はサーメット端蓋部材、１６．１８はバックスペー
ス、２０はＣＭＨランプ、２１はバラスト、２２は直列
コンデンサをそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１０００℃までのシール動作温度で動作するように
   なされた放電ランプであって、 透光性セラミック材料で作成されていて、金属ハロゲン
   化物添加物と、水銀と、始動のための稀ガスよりなる充
   填材の入ったアーク・チューブと、前記アーク・チュー
   ブの各端を気密シールしておりかつ各放電電極を支持し
   ている端蓋部材を具備しており、 前記放電電極を分離しているアーク・ギャップが１０ｍ
   ｍよりも大きくなく、かつ前記アーク・チューブに対す
   る壁負荷が少なくとも５０Ｗｃｍ＾−＾２であるように
   なされていることを特徴とするセラミック金属ハロゲン
   化物高圧放電ランプ。 ２、前記アーク・ギャップが５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に
   ある請求項１に記載されたセラミック金属ハロゲン化物
   高圧放電ランプ。 ３、前記アーク・チューブに対する壁負荷が８０Ｗｃｍ
   ＾−＾２〜１６０Ｗｃｍ＾−＾２の範囲にある請求項１
   または２項に記載されたセラミック金属ハロゲン化物高
   圧放電ランプ。 ４、前記アーク・チューブに対する壁負荷が９０Ｗｃｍ
   ＾−＾２〜１００Ｗｃｍ＾−＾２の範囲にある請求項１
   に記載されたセラミック金属ハロゲン化物高圧放電ラン
   プ。 ５、前記アーク・チューブが円筒形である請求項１〜４
   のうちの１つに記載されたセラミック金属ハロゲン化物
   高圧放電ランプ。 ６、前記アーク・チューブが０．７〜１．４の範囲のア
   スペクト比を有している請求項５に記載されたセラミッ
   ク金属ハロゲン化物高圧放電ランプ。 ７、前記金属ハロゲン化物添加物がインジウム、タリウ
   ム、ナトリウムおよびハロゲンよりなる請求項１〜６の
   うちの１つに記載されたセラミック金属ハロゲン化物高
   圧放電ランプ。 ８、前記ハロゲンがヨウ素または臭素である請求項７に
   記載されたセラミック金属ハロゲン化物高圧放電ランプ
   。 ９、前記端蓋部材が導電性のサーメット材料で作成され
   ている請求項１〜８のうちの１つに記載されたセラミッ
   ク金属ハロゲン化物高圧放電ランプ。