JP2002279939A - 高圧ハロゲンフィラメントランプ - Google Patents

高圧ハロゲンフィラメントランプ

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JP2002279939A
JP2002279939A JP2002012255A JP2002012255A JP2002279939A JP 2002279939 A JP2002279939 A JP 2002279939A JP 2002012255 A JP2002012255 A JP 2002012255A JP 2002012255 A JP2002012255 A JP 2002012255A JP 2002279939 A JP2002279939 A JP 2002279939A
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pressure
outer tube
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JP2002012255A
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Laurence Bigio
ローレンス・ビギオ
Laszlo Viktor Lieszkovszky
ラースロー・ビクトル・リースコフスキー
Robert J Berki
ロバート・ジェイ・ベルキ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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  • Discharge Lamp (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】改良された高圧ハロゲンフィラメントランプを
開示する。 【解決手段】ランプは、口金に固定されたフィラメント
管１４と、フィラメント管を包囲する外管２２とを含ん
でいる。外管及びフィラメント管の封入ガスの圧力を適
正化させることにより、フィラメント管が爆発破損した
場合、被覆外管によってフィラメント管の破片が封じ込
められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高圧ハロゲンランプ
の改良に関し、さらに具体的には、外管内に収容された
加圧ガラス製フィラメント管を組込んだハロゲンＡ線ラ
ンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】ハロゲンＡ線ランプは、外管の内部に加
圧フィラメント管を有する。安全上、フィラメント管が
破裂しても、外管内に留まることが重要である。かかる
目的を達成するため、一部のランプでは厚さ３．５５ｍ
ｍ（０．１４インチ）以上の厚肉ガラス製の外管が使用
されてきた。また、外管の外面上にシリコーンコーティ
ングを配置することにより、厚さ約０．５ｍｍ（０．０
２インチ）の標準的な薄肉ガラス製の外管を使用するこ
とが可能となる。標準的な薄肉ガラス製管球の使用はか
なりの費用節減をもたらす。
【０００３】シリコーンコーティングで被覆した外管を
有するランプも製造されてきたが、シリコーンコーティ
ングは時間の経過と共に劣化する。劣化速度は、コーテ
ィングがより高い使用温度に暴露されるほど増大する。
ランプに供給される電力を低下させることによって温度
を低下させることもできるが、電力の低下は光出力を低
下させるので望ましくない場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、フィラメント
管に供給される電力を低下させることなしに外管の使用
温度を低下させ、それによってシリコーンコーティング
の寿命を延ばすようなランプが得られれば有利である。
さらに、フィラメント管の爆発破損に一層良く耐え得る
標準的な薄肉の外管を有するランプを得ることも有利で
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】口金と、フィラメント管
と、フィラメント管を包囲する外管とを含むランプが提
供される。フィラメント管は、フィラメント管封入ガス
と、口金に電気的に接続されたフィラメントとを含んで
いる。外管も封入ガスを含んでいる。外管の約２０℃に
おける圧力は約５００ｔｏｒｒ未満である。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下の説明及び特許請求の範囲
で、好ましい範囲として例えば５〜２５と記載されてい
た場合、これは好ましくは５以上であって、独立に好ま
しくは２５以下であることを意味する。
【０００７】本発明はハロゲンランプに関するものであ
って、さらに具体的には、高圧内部フィラメント管及び
外管を有するハロゲンランプに関する。例示される実施
形態はガラス製のフィラメント管及び外管を有するハロ
ゲンランプに関するが、その他の種類の収納容器も本発
明の範囲内に含まれる。
【０００８】図１について説明すれば、図示されたラン
プ１０は標準的なランプソケットのような電気エネルギ
ー源に挿入するために適した金属口金１２を有する。か
かる金属口金はソケットから電気エネルギーを受取り、
それをフィラメント管１４に伝達する。フィラメント管
１４はガラス製のものでよく、通例は約０．６〜１．０
ｍｍの厚さの管壁を有する。ガラスに埋込まれた２本の
金属線１５及び１７が、口金から（フィラメント管内部
に収容された）フィラメント１８に電流を伝達する。フ
ィラメント１８はタングステンからなるのが通例であっ
て、電流が流れると白熱する。フィラメント管内にはフ
ィラメント管封入ガス２０が封入されている。フィラメ
ント管１８は、約２０℃で測定して圧力９００ｔｏｒｒ
以上のフィラメント管封入ガスを含む高圧フィラメント
管である。
【０００９】フィラメント管封入ガスの組成は、約９０
〜９９％のキセノン又はその他の貴ガスと約１〜１０％
の窒素とからなるのが通例である。かかる封入ガスは、
約０．０５％のハロゲン供給源（例えば、臭化メチル）
と痕跡量の酸素とを含むのが通例である。フィラメント
管は４０〜３００ワットを消費するように定格決定され
るのが通例であるが、照明用途に直接使用する場合には
６０〜１００ワットであることがより好ましい。なお、
フィラメント管及びフィラメント管封入ガスの組成は当
技術分野で公知である。
【００１０】ランプの外管２２は、当技術分野で公知の
標準的なＡ線又はＧＬＳ（一般照明用）管球であって、
約０．４〜０．６ｍｍ好ましくは０．５ｍｍ（０．０２
インチ）の厚さを有するガラス製のものである。図１に
示す通り、かかる外管は口金に固定されていると共に、
フィラメント管を包囲する。かかる外管は、アルゴン又
は窒素のような不活性ガスからなる外管封入ガス２４を
含むのが通例である。ヘリウム、ネオン、クリプトン又
はキセノンを使用することもできる。なお、約２０℃で
測定した外管封入ガスの圧力は大気圧未満であることが
好ましい。この圧力は好ましくは３〜５００ｔｏｒｒで
あり、さらに好ましくは１００〜４００ｔｏｒｒであ
り、さらに一段と好ましくは２００〜３００ｔｏｒｒで
あり、最も好ましくは２５０ｔｏｒｒである。
【００１１】外管２２は、コーティングを有することが
できる。かかるコーティングは、通例は重合体コーティ
ングであり、好ましくはゴムコーティングであり、さら
に好ましくはシリコーンゴムコーティングである。かか
るコーティングは外管の外面に配置されるのが通例であ
って、管球を液状ゴム浴中に浸漬することによって設置
することができる。かかるコーティングは、図１に示す
通り、外管の外面の実質的に全部を覆うことが好まし
い。適当なシリコーンゴムは、Ｒｈｏｄｉａ Ｓｉｌｉ
ｃｏｎｅｓ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ社又はＮｕｓ
ｉｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から入手することができ
る。好ましいシリコーンゴムは、Ｎｕｓｉｌ社からＭＥ
Ｄ−１０−６６４０の名称で入手し得る二液型の付加硬
化性高分子量・高引裂強さシリコーンゴムである。シリ
コーンゴムが好ましいが、かかるコーティングは一般に
ＰＴＦＥとして知られるポリテトラフルオロエチレンの
ような長鎖ハロゲン化重合体から成っていてもよい。さ
らに、単層コーティングを使用することもできるが、多
層コーティングを使用することによってより高度の封じ
込めを実現することもできる。そのためには、外管を被
覆材料の浴中に複数回にわたって浸漬すればよい。例え
ば、封じ込めを増強するためには、２回、３回又は４回
の浸漬がより望ましい場合がある。なお、典型的な皮膜
厚は約０．０１インチである。
【００１２】本発明の更なる特徴は、フィラメント管内
のフィラメント管封入ガスの圧力に関する。フィラメン
ト管内の高圧ガスは、爆発破損の場合に爆発力を生み出
す。当技術分野で公知の典型的なフィラメント管は、約
２０℃で測定して約４７００ｔｏｒｒの圧力下にある封
入ガスを含んでいる。
【００１３】フィラメント管内に高圧を維持すること
は、照明の効率を維持すると共に、管の内面の黒色化を
低減又は排除するために望ましい。フィラメント管の黒
色化は、フィラメント材料が蒸発して管の内面上に凝縮
した場合に起こる。フィラメント管内の高圧は蒸発を遅
らせ、光が妨害されずにフィラメント管を通過すること
を保証するために役立つ。しかし、フィラメント管内の
圧力をある程度まで下げると、効率を過度に犠牲にした
り、フィラメント管の内面の黒色化を促進したりするこ
となく、爆発力を低下させることができる。フィラメン
ト管内の約２０℃での圧力は、好ましくは１５００〜４
１００ｔｏｒｒ、さらに好ましくは１９００〜３５００
ｔｏｒｒ、さらに一段と好ましくは２３００〜３１００
ｔｏｒｒ、さらに一段と好ましくは２５００〜２９００
ｔｏｒｒ、最も好ましくは約２７００ｔｏｒｒに下げ
る。
【００１４】フィラメント管封入ガス２０の圧力を低下
させれば、爆発破損の場合にフィラメント管の破片が外
管によって封じ込められる可能性が高まる。フィラメン
ト管が爆発した場合、フィラメント管の材料（通例はガ
ラス）の破片は高圧のフィラメント管封入ガスによって
外方に飛散させられる。その圧力を低下させることは、
外管の内面に衝突するフィラメント管破片の力を低下さ
せ、個々の破片が外管を突き破って脱出する可能性が減
る。
【００１５】外管上にコーティングを使用することも、
爆発破損の場合に外管がフィラメント管を封じ込める能
力を高める。コーティング、特に多層コーティングは、
フィラメント管の破片が内側から衝突したときに外管が
破壊する危険性を減らす。ガラス製の外管が数多くの部
位で割れた場合でも、外管は破片をまとめて保持するこ
とができる。
【００１６】最後に、外管封入ガスの圧力の低下は、外
管がフィラメント管の爆発破損を封じ込める能力を高め
る。フィラメント管が爆発した場合、高圧のフィラメン
ト管封入ガスは膨張して外管封入ガスと混合する。その
結果、外管に加わる内圧が上昇する。外管封入ガスの初
期圧力を下げれば、フィラメント管が破裂したときに生
じる外管内の圧力も下がる。外管内の圧力が大気圧付近
又はそれより低く維持されれば、外管が破損してガラス
の破片を環境中に放出することは起こり難くなる。
【００１７】外管封入ガスの圧力を下げると、別の面か
らも、外管破損の可能性が減る。外管はフィラメント管
の破片が内側から衝突すると割れる可能性があるが、外
管内の全圧が大気圧未満に維持されていれば、外管及び
コーティングの裂目を通って外気が外管内に侵入する。
かかる空気の流入は、外管の内面に衝突する破片の力に
対抗するように働く。
【００１８】外管内の圧力を真空近くまで下げると外管
破損の可能性は減るが、約２０℃で２５０ｔｏｒｒのよ
うな低圧の外管封入ガスが外管内に存在する場合に外管
破損が最も起こり難くなることが試験データによって証
明された。何らかのガスが低圧で存在することは、破損
に際してフィラメント管の破片を減速するように作用す
る可能性がある。
【００１９】外管封入ガスの圧力低下で得られるもう一
つの利点は、外管の温度の低下である。外管が高い使用
温度に暴露されるほど、コーティングは早期に破損し易
くなる。すなわち、コーティングは脆くなり、場合によ
ってはフィラメント管の破損前に外管から剥落する。コ
ーティングの喪失によって、フィラメント管の爆発を外
管で封じ込めできなくなるおそれが大幅に高まる。外管
封入ガスの圧力の低下は、フィラメント管から外管への
伝熱速度を低下させ、それによって外管及びそのコーテ
ィングの使用温度を低下させる。外管封入ガスの圧力の
低下、従って外管使用温度の低下は、このようにしてコ
ーティングの実用寿命を延ばす。
【００２０】上記の通り、本発明の様々な特徴によれ
ば、かかるランプは大気圧未満の外管封入ガス、外管の
外面上のコーティング、及び（標準品に比べて）圧力の
低下したフィラメント管封入ガスを有し得る。これらの
構成要素は、内部のフィラメント管が爆発破損を起こし
た場合にガラス破片の封じ込めを改善するために役立
つ。
【００２１】
【実施例】本発明に係るランプの性能を評価するため、
標準的なハロゲンＡ線ランプ及び各種の実施形態に係る
ランプについて封じ込め破損試験を行った。フィラメン
ト管の圧力（約２０℃で測定したフィラメント管封入ガ
スの圧力）及び（約２０℃で測定した）外管封入ガスの
圧力に関する３種の組合せを互いに比較しながら試験す
ることにより、様々な使用温度における封じ込めの可能
性を判定した。上記の通り、より高い温度はランプ内に
より高い圧力を生み出し、フィラメント管が爆発した場
合に外管がガラス破片を封じ込めることができない可能
性を高める。上記の組合せとは、（１）４５００ｔｏｒ
ｒのフィラメント管封入ガス圧力と６００ｔｏｒｒの外
管封入ガス圧力（標準ランプ）、（２）２７００ｔｏｒ
ｒのフィラメント管封入ガス圧力と６００ｔｏｒｒの外
管封入ガス圧力、及び（３）２７００ｔｏｒｒのフィラ
メント管封入ガス圧力と２５０ｔｏｒｒの外管封入ガス
圧力であった。上記の通り、これらの圧力は約２０℃で
測定したものであって、ランプの動作時には圧力が自然
に上昇する。試験した各ランプは、その外管上に３層の
Ｎｕｓｉｌ社製シリコーンゴムコーティングを有してい
た。
【００２２】かかるランプを水平の姿勢で点灯し、外管
の赤道における温度を熱電対によって測定した。温度が
安定化した後、ランプを４８０ボルトの電力サージに暴
露した。かかる電力サージはフィラメントの完全アーク
破壊を引起こし、それによって生じた温度及び圧力スパ
イクがいずれの場合もフィラメント管を破裂させた。か
かる試験方法を採用したのは、フィラメント管の破裂を
確実にすると共に、最も苛酷な種類のランプ破損をシミ
ュレートするためであった。正常には、ヒューズが電力
を遮断し、完全アーク破壊が生じ得る前にアークサイズ
を制限することになる。
【００２３】フィラメント管の破裂後、外管がガラス破
片を封じ込める能力を観察した。外管からガラスが脱出
したことが認められた場合、外管は封じ込めに失敗した
と見なされた。データの回帰分析の結果、封じ込め失敗
の確率を測定温度に対してプロットした曲線が得られ
た。得られたデータを使用することにより、４５００ｔ
ｏｒｒのフィラメント管圧力と２５０ｔｏｒｒの外管圧
力とを組合わせた場合の結果を表わす第４の曲線を内挿
によって求めた。
【００２４】安全性の観点からすれば、フィラメント管
の破損によってガラス破片が飛散するおそれをなくすの
が望ましいので、封じ込め失敗の確率は低いことが最も
重要である。それぞれの組合せの圧力下で失敗率が０．
１％、１．０％及び１０．０％を超える温度を下記の表
に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】下記の表は、様々な組合せの圧力に関し、
温度の上昇に伴う封じ込め失敗率の変化を示す。なお、
０．００１％未満の失敗率は丸めて０．００１％とし
た。
【００２７】
【表２】
【００２８】２５０ｔｏｒｒの外管封入ガス圧力と２７
００ｔｏｒｒのフィラメント管封入ガス圧力との組合せ
（２５０／２７００）では、６００ｔｏｒｒの外管封入
ガス圧力及び４５００ｔｏｒｒのフィラメント管封入ガ
ス圧力（６００／４５００）を有する標準ランプに比
べ、遥かに高い温度下でも封じ込め失敗率が低く維持さ
れている。すなわち、標準的な６００／４５００ランプ
は１７０℃で１％の失敗率を示すのに対し、２５０／２
７００ランプは温度が３１０℃に上昇するまでは１％の
失敗率に達しない。かかるデータは、封じ込め能力の増
大のほとんどが外管封入ガス圧力の低下に由来してい
て、フィラメント管封入ガス圧力の低下の寄与は少ない
ことも示す。本発明の実施に際しては、少なくとも実施
例に示された圧力に等しい圧力、又はそれらの圧力以上
の圧力を使用することが好ましい。なお、上記の実施例
の結果は全く意外なものであった。
【００２９】以上、好ましい実施形態について本発明を
説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱せずに様
々な変更を加え得ること及び本発明の構成要素を均等物
で置換し得ることは当業者には自明であろう。さらに、
本発明の教示に則して本発明の要旨から逸脱せずに特定
の状況又は材料に適合させるための様々な変更が可能と
なる。そこで、本発明はその最良の実施の形態として開
示した特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に
属するあらゆる実施形態を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るランプの部分断面立面図である。
【符号の説明】
１０ ランプ １２ 口金 １４ フィラメント管 １６ 管壁 １８ フィラメント ２０ フィラメント管封入ガス ２２ 外管 ２４ 外管封入ガス ２６ コーティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラースロー・ビクトル・リースコフスキー アメリカ合衆国、オハイオ州、ペッパー・ パイク、シダー・ロード、33600番 (72)発明者 ロバート・ジェイ・ベルキ アメリカ合衆国、オハイオ州、ロレーン、 レイクビュー・アベニュー、1804番

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気エネルギー源に接続するための口金
    （１２）と、口金（１２）に電気的に接続されたフィラ
    メント（１８）及び約２０℃で圧力約９００ｔｏｒｒ以
    上のフィラメント管封入ガス（２０）を含むフィラメン
    ト管（１４）と、口金（１２）に固定されかつフィラメ
    ント管（１４）を包囲する外管（２２）と、外管（２
    ２）内部に収容された約２０℃での圧力が約５００ｔｏ
    ｒｒ未満の外管封入ガス（２４）とを含むランプ（１
    ０）。
  2. 【請求項２】 前記フィラメント管封入ガス（２０）の
    約２０℃での圧力が約４１００ｔｏｒｒ未満である、請
    求項１記載のランプ（１０）。
  3. 【請求項３】 前記外管封入ガス（２４）の約２０℃で
    の圧力が約１００〜４００ｔｏｒｒである、請求項２記
    載のランプ（１０）。
  4. 【請求項４】 前記フィラメント管封入ガス（２０）の
    約２０℃での圧力が約１５００〜３９００ｔｏｒｒであ
    る、請求項３記載のランプ（１０）。
  5. 【請求項５】 前記外管封入ガス（２４）の約２０℃で
    の圧力が約２００〜３００ｔｏｒｒである、請求項２記
    載のランプ（１０）。
  6. 【請求項６】 前記フィラメント管封入ガス（２０）の
    約２０℃での圧力が約２３００〜３１００ｔｏｒｒであ
    る、請求項５記載のランプ（１０）。
  7. 【請求項７】 前記外管封入ガス（２４）の約２０℃で
    の圧力が約２５０ｔｏｒｒである、請求項２記載のラン
    プ（１０）。
  8. 【請求項８】 前記フィラメント管封入ガス（２０）の
    約２０℃での圧力が約２７００ｔｏｒｒである、請求項
    ７記載のランプ（１０）。
  9. 【請求項９】 前記外管（２２）の外面を実質的に覆う
    コーティングをさらに含む、請求項１記載のランプ（１
    ０）。
  10. 【請求項１０】 前記コーティングがゴムコーティング
    である、請求項９記載のランプ（１０）。
  11. 【請求項１１】 前記ゴムコーティングがシリコーンゴ
    ムコーティングである、請求項１０記載のランプ（１
    ０）。
  12. 【請求項１２】 前記外管封入ガス（２４）が窒素、ヘ
    リウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンか
    らなる群から選択されるガスからなる、請求項１記載の
    ランプ（１０）。
  13. 【請求項１３】 前記外管（２２）が約０．４〜０．６
    ｍｍの厚さを有するガラス層からなる、請求項１記載の
    ランプ（１０）。
  14. 【請求項１４】 電気エネルギー源に接続するための口
    金（１２）と、フィラメント（１８）及び約２０℃での
    圧力が約４１００ｔｏｒｒのフィラメント管封入ガス
    （２０）を含みかつ口金（１２）に電気的に接続された
    フィラメント管（１４）と、口金（１２）に固定されか
    つフィラメント管（１４）を包囲する外管（２２）と、
    外管（２２）内部に収容された外管封入ガス（２４）と
    を含むランプ（１０）。
  15. 【請求項１５】 前記外管（２２）の外面を実質的に覆
    うコーティングをさらに含む、請求項１４記載のランプ
    （１０）。
  16. 【請求項１６】 前記コーティングがゴムコーティング
    である、請求項１５記載のランプ（１０）。
  17. 【請求項１７】 前記ゴムコーティングがシリコーンゴ
    ムコーティングである、請求項１６記載のランプ（１
    ０）。
  18. 【請求項１８】 前記フィラメント管封入ガス（２０）
    がヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノ
    ンからなる群から選択される約９０〜９９％のガスと、
    約１〜１０％の窒素と、約０．０５％のハロゲン供給源
    とからなる、請求項１４記載のランプ（１０）。
  19. 【請求項１９】 前記外管（２２）が約０．４〜０．６
    ｍｍの厚さを有するガラス層からなる、請求項１４記載
    のランプ（１０）。
  20. 【請求項２０】 前記フィラメント管封入ガス（２０）
    の約２０℃での圧力が約１５００〜３９００ｔｏｒｒで
    ある、請求項１４記載のランプ（１０）。
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