JPH04218253A - 低電力金属ハロゲン化物ランプ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属ハロゲン化物アーク
放電ランプの分野に関係し、とりわけ、高い効率と制御
された色温度作動を達成出来る３５ワット或いはそれ以
下の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、不活性ガス或いは金属ハロゲン化物を含むアー
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た後で、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】色温度と効率（通常は、ワット当りのルー
メンとして表示される）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発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みうけられる。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反対側の端部におい
て発生する。これらの端部は通常アーク・チャンバーの
中でも比較的温度の低い個所である。従って、この事は
ダブル・エンドのランプにおいて、これらの端部の温度
特性が製造上の諸変化に敏感であるという不利益に導く
。従って、この種のランプの効率と色温度作動性はそれ
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。かかる変動は多くの応用分野では許容できないこと
である。

【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色々と行われてい
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の断面積を減少することで、これ
らシャンクを介して温度損失を低減することを明らかに
している。キャップ等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
明コーティングの使用を明らかにしている。

【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
の凹みの使用を明らかにしている。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から減
少した断面積部を持つ。

【０００７】他の例として、米国特許４，２０２，９９
９号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、これら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】上で紹介した総べての
例においても、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技術は記述されていな
い。各々の例で、記述されているランプ設計が端部にお
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。従って、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、おのずから制約がある。かかる挿入深さに対
する制約は、仮に許容できる壁負荷に対する要求が保持
されたとしても、電極先端部間のスペースに必然的制限
を与えることになる。以下で記述するように、この制約
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、低い効率レベルを結
果として導く。

【０００９】従って、本発明の目的は、先行技術に帰属
する諸問題点を克服する装置を提供することである。

【００１０】本発明の他の目的に、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がある。

【００１１】さらに、３５ワット或いはこれ以下の定格
出力電力を持ち、ランプの全寿命中で使用可能な効率レ
ベルと色温度特性を達成す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も本発明の他の目的
である。

【００１２】さらに、本発明は、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
を提供することも目的とする。

【００１３】本発明の他の目的に、３５ワット或いは、
これ以下の定格出力電力を持ち、比較的短い暖機時間の
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
に、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、前記首部は所定の厚みの最
小厚延長壁を備え、放電中に前記充填物は蒸発状態で使
用される構成となている。

【００１５】

【作用】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。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。

【００１６】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。

【００１７】非常に薄い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も一段と良くな
る。

【００１８】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が最小限に抑えられる。

【００１９】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、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。

【００２０】ランプのアーク・チャンバーに金属ハロゲ
ン化物を添加することで、ランプの効率の最適化と色温
度の制御が正確となる。

【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暖機時
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の基盤の中
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１
６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り透過性の材料ででき
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１２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１２は幹部２２、２２´と首部２４
、２４´からなる１組のカバーシャンク２０、２０´を
含む。シャンク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
壁の中で限定される。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。図１
で示したように、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ている
。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２
８を占める。

【００２４】ランプ１２は直流入力で作動するように設
計される。しかしながら、本発明は交流でも作動する金
属ハロゲン化物にも同様に適応できるようになっている
。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の中に突きでている。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、各々の電極はアーク・チャンバー２８
の中で電極先端部に結続される。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´の周囲で
濡れるまで加熱される。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はここでは
導線アッセンブリーのことである。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は、ここで
は電極アッセンブリーのことを意味する。

【００２６】ワイヤ導線３４は長い接触ロッド３６に接
続され、後者はピン・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、後者はピン・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
。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よ
うにする。開始補助部材４０はニッケル製で、ランプ１
２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
との接続から幹部２２に延長している。開始補助部材４
０は、図１で示されているように、リボン・フォイル３
２において、幹部の周囲で包まれる。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３５
ワット／ｃｍ２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と同等であ
る。与えられた電力入力に対して、短いアーク距離はよ
り高いアーク負荷を導く。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てより高い
効率を与える。

【００３０】先行技術の金属ハロゲン化物ランプはアー
ク負荷への制限により制約を受ける。この制約は、電極
の先端部がアーク・チャンバーの端部に比較的隣接して
いなければならないと言う要求に基づく。かかる要求の
下では、アーク距離を減少する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
、アーク・チャンバー長さを短くすると通常アーク・チ
ャンバーの放射表面積を小さくすることになる。結果と
して、壁負荷を高くすることになる。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
きる値を越えてしまう。米国特許４，１６１，６７２号
は壁負荷が３５ワット／ｃｍ２以上にならないように、
１５０ワット／ｃｍ２のアーク負荷を越えないように設
計されたランプについて記述している。

【００３１】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
端部における凝縮といった許容できない現象を示さずに
、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が従来ランプよりも
より大きくできる。より大きい挿入深さｌは、より短い
アーク距離につながり、結局より高いランプ効率ともな
る。このように達成されたより高い効率はなんら壁負荷
に影響しないで達成される。

【００３２】他の設計概念は挿入係数Ｙである。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は、電極挿入深さｌはアー
ク・チャンバーの両端においてほぼ同じである。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、より大きい挿入深さを使用して
いるので、従来のランプに比べて一般的に大きい。好ま
しい実施例では、挿入係数が０．６以上である。

【００３５】本発明の金属ハロゲン化物ランプ、ランプ
作動中に当該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てあるので、色温度に対する
効率と制御に改良がなされている。この結果に寄与して
いる本発明の持つ概念は、非常に薄い溶融石英壁をラン
プカバーの首部に採用したことである。図２を参照する
と、本発明により構成された金属ハロゲン化物ランプ５
０を示す部分断面図である。さらに図２はランプにとっ
て大切な寸法点を図示する。首部５２、５２´は（ｎ）
で示された最小壁厚さを持つ。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、部分的に石英を延ばすことで得られる。石英
を引伸ばすステップは、それが加熱される時の自然厚化
を補正するためである。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
端部がより高温となる。

【００３６】本発明の他の概念は通常約０．５ミリであ
るがアーク・チャンバーの厚さを非常に薄くしたことで
ある。図２にあるように、ランプカバー５０は壁厚さ（
ｔ）を持つ電球部５４を持つ。壁厚さ（ｔ）は、ランプ
５０の電極の先端部に位置する二個の平行した対面５６
、５６´により形成される電球部５４の中央で押し込め
られた部分の上で限定される。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。さらに、（ｔ）を
低減することで、電球部５４の外部表面積が、与えられ
た内部アーク・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は石英電球から外気へのより低い
熱拡散に導く。

【００３７】より高い高率と制御された色温度を保持す
るのに寄与してい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´の間で決定される部分の
上で均一な厚さを持つことである。壁の均一な厚さは壁
を介しての熱損失を低減し、ランプ作動中のアーク・チ
ャンバー内の均一な熱分布を導く。

【００３８】ランプ５０のアーク・チャンバーの好まし
い形状は楕円体と球体或いはそれらに類似のものである
。アーク・チャンバーの寸法は、その内側長さＷと内径
Ｄで表現される。図２にあるように、アーク・チャンバ
ーの内長さＷはアーク・チャンバー中で溶融石英ランプ
カバーから電極が突きでている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、この点
はアーク・チャンバーの中央かその近くである。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と２．３の範囲である。

【００３９】図２により、ランプ５０の電極の挿入深さ
ｌは、溶融石英ランプカバーより電極が突きでた点から
、電極がアーク・チャンバーの中に入った点までの距離
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ランプに対して電極の挿入深さは
１．５ミリ以上と決定した。

【００４０】さらに図２を参照すると、アーク距離寸法
Ａがある。アーク距離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にあるよう
に、本発明の多くの現実的な実施例では、アーク距離Ａ
は１５０ワット／ｃｍ２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０．３ｃｍ３を越えない。以下
図３から図５で記述するように、本発明の多くの現実的
な実施例は、実質的に０．３ｃｍ３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０．０５ｃｍ３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添加である。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大
切であることが分かった。ごく一般的な照明、つまり光
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、ここで本発明がゾヂウムと
スカンジウムの金属ハロゲン化物に限定していないこと
を明記する。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
短い暖機（ウォーム・アップ）を保持することである。 暖機は開始パルスによりランプがストライキングする時
点から安定作動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秒以下の暖機である。本発明
によるランプの短い暖機に寄与する因子は、０．２５４
ミリ以下の小径の電極、比較的長い挿入深さ、０．３ｃ
ｍ３以下の小さいアーク・チャンバー体積、そして１０
ｍｇ／ｃｍ３以下の低い金属ハロゲン化物密度を含む。

【００４４】第３図を参照すると、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７
０がある。ランプ７０は電球部７４と１組のエンド・シ
ャンク７６、７６´を持つ溶融石英カバー７２よりなる
。エンド・シャンク７６、７６´はそれぞれ移動可能な
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・チャンバーの中に延長する。 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、８
４´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´にヘルメット状に遮蔽される。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は上述した開始補助部材４０（図１
参照）に対応する機能を有する。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の反射盤の
ように、取付体の中での掲載ランプ７０のためのランプ
７０を囲繞するために使用される。ランプ７０の代表的
な諸パラメターを表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）　　０．１４ｃ
ｍ　　　　　　　　アーク・チャンバー体積　　　　　
　８ｘ１０−４ｃｍ３　　　　　　　　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
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３８　
　ｌｐｗ　　　　　　　　電極径　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　０．０５ｍｍ　　　　　　　
　挿入深さ（ｌ）　　　　　　　　　　　　　　０．０
６６ｃｍ　　　　　　　　挿入係数（Ｙ）　　　　　　
　　　　　　　　０．９４　　　　　　　　水銀負荷　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１１２ｍ
ｇ　　　　　　　　金属ハロゲン化物負荷　　　　　　
　　０．０２５ｍｇ　　　　　　　　　　（８７％Ｎａ
Ｉ、１３％ＳｃＩ３）　　　　　　　　首壁厚さ（ｎ）
　　　　　　　　　　　　　　０．３ｍｍ　　　　　　
　　壁負荷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１４ｗ／ｃｍ２　　　　　　　　暖機時間　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　〈５秒――――――
―――――――――――――――――――――――――
――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、アーク・チャンバー８２の内径
Ｄは０．０８から０．１１ｃｍの範囲で変動する。アー
ク・チャンバー８２の長さＷは０．１４から０．１８５
ｃｍの範囲で変動する。アーク距離Ａは０．０７５と０
．２８ｍｍの範囲で変わる。電球部７４の壁厚さ（ｔ）
は約０．１ｍｍである。電極８４、８４´の直径は０．
０４と０．０７６ｍｍの範囲で変動する。挿入深さｌは
０．６と０．８ｍｍの範囲で変動する。水銀負荷は０．
０９６と０．１１２ｍｇの間で変わり、金属ハロゲン化
物負荷は約０．０２５ｍｇである。金属ハロゲン負荷は
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と２．３の間で変動する。 ランプ７０の色温度は約３８００°Ｋである。暖機時間
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を参照すると、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１０
０がある。ランプ１００は電球部１０４と１組のエンド
・シャンク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１０６、１０
６´は首部１０８、１０８´と幹部１１０、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
おいてヘルメット的に遮蔽される。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１００
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
．０１６ｃｍ３　　　　　　　　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　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　６４　　ｌｐｗ　　　　　　　
　挿入深さ（ｌ）　　　　　　　　　　　　　　０．２
４ｃｍ　　　　　　　　挿入係数（Ｙ）　　　　　　　
　　　　　　　０．９１　　　　　　　　水銀負荷　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．４ｍｇ　　
　　　　　　金属ハロゲン化物負荷　　　　　　　　０
．０７５ｍｇ　　　　　　　　　　（８７％ＮａＩ、１
３％ＳｃＩ３）　　　　　　　　首壁厚さ（ｎ）　　　
　　　　　　　　　　　０．７５ｍｍ　　　　　　　　
壁負荷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１２ｗ／ｃｍ２　　　　　　　　暖機時間　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　〈１２秒―――――――
―――――――――――――――――――――――――
―

【００５２】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、アーク・チャンバー１
１２の内径Ｄは０．２９と０．３２ｃｍの間で変動する
。 アーク・チャンバー１１２の長さ（Ｗ）は０．５３と０
．５９ミリの間で変動する。アーク距離Ａは０．５と０
．８ミリの間で変わる。アーク・チャンバー１１２の縦
横比（Ｗ／Ｄ）は１．７と２．０の間で変動する。ワッ
ト当り６４ルーメンスの効率は本発明の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。 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／ｃｍ２の壁負荷では、１５０ワット／ｃｍ２を越え
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】好ましい実施例において、水銀負荷は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１
３％のスカンジウム・トリアイオダイドである。負荷は
０．０７５と０．１５ｍｇの間で変わる。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、暖機時間は
１２以内秒である。これらの諸条件で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を参照すると、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がある。 ランプ１３０は電球部１３４と１組のエンド・シャンク
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１３６、１３６´は首部１３
８、１３８´と幹部１４０、１４０´を含む。電球部１
３４はアーク・チャンバー１４２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、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・ワイヤ電極１４４、１４４´はそ
れぞれ幹部１４０、１４０´からアーク・チャンバー１
４２の中に延長する。電極１４４、１４４´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、１４６´にラップ溶
接される。ランプカバー１４２はリボン・フォイル１４
６、１４６´においてヘルメット的にシールされる。１
組のモリブデン・ワイヤ導線１４８、１４８´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１５
０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１４
４´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）　　０．６０
ｃｍ　　　　　　　　アーク・チャンバー体積　　　　
　　０．０３９ｃｍ３　　　　　　　　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　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１０３　　ｌｐｗ　　　　　　　
　挿入深さ（ｌ）　　　　　　　　　　　　　　０．２
５ｃｍ　　　　　　　　挿入係数（Ｙ）　　　　　　　
　　　　　　　０．８３　　　　　　　　水銀負荷　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　２．８ｍｇ　　
　　　　　　金属ハロゲン化物負荷　　　　　　　　０
．１２５ｍｇ　　　　　　　　　　（８７％ＮａＩ、１
３％ＳｃＩ３）　　　　　　　　首壁厚さ（ｎ）　　　
　　　　　　　　　　　０．７５ｍｍ　　　　　　　　
壁部荷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１０ｗ／ｃｍ２　　　　　　　　暖機時間　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　〈３０秒―――――――
―――――――――――――――――――――――――
―本発明の２０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、アーク・チャンバー１４２の内径Ｄ
は０．３７と０．３９ｃｍの間で変動する。アーク・チ
ャンバー１４２の長さ（Ｗ）は０．５８と０．６４ｃｍ
０間で変動する。電極１４４、１４４´間のアーク距離
（Ａ）は１．０と１．２ｍｍの間で変わる。ランプ１３
０の縦横比（Ｗ／Ｄ）は１．５と１．７の間で変動する
。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と２．
８ミリの間で変動する。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／ｃｍ２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負荷は約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
ハロゲン化物の負荷は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５４０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１０３ル
ーメンスの一定した効率が達成される。暖機時間は３０
秒以内である。これらのパラメター変動は１８と２２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出来る。 先ず、工程は外径約３ミリで内径約２ミリの溶融石英管
の加工から始める。約４ワット以上で操作しようとする
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二の点にお
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】約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】いったん、ランプカバーが上述の二つの方
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が
、それぞれの首側に対して二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、ヘルメット的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
ハロゲン化物の粒が開いたシャンク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】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】非常に薄い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も一段と良くな
る。

【００６８】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が最小限に抑えられる。

【００６９】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、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】ランプのアーク・チャンバーに金属ハロゲ
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】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暖機時
間が短縮できる。

【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 １８　　コンパウンド ２０　　シャンク ２０´　　シャンク 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

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【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（
   ２６）の両端から延長形成される一対の首部（２４、２
   ４´）、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（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、２４´
   ）は所定の厚みの最小厚延長壁を備え、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。
2. 【請求項２】　　電球部（２６）は一対の電極（３０、
   ３０´）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に記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
3. 【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に記載の低電力金属ハロゲン化物ラン
   プ。
4. 【請求項４】　　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に記載の低電力金属ハロゲン化
   物ランプ。
5. 【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に記載の低電力金
   属ハロゲン化物ランプ。
6. 【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に記載の低電力金属
   ハロゲン化物ランプ。
7. 【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に
   記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
8. 【請求項８】　　電極（３０、３０´）の電球部への挿
   入深さが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に記載の低電力
   金属ハロゲン化物ランプ。
9. 【請求項９】　　壁負荷が１０〜２０ワット／ｃｍ２で
   あることを特徴とする請求項１に記載の低電力金属ハロ
   ゲン化物ランプ。
10. 【請求項１０】　　電極（３０、３０´）の直径が０．
    ０６ｍｍ〜０．２６ｍｍであることを特徴とする請求項
    １に記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
11. 【請求項１１】　　０．０９６〜２．８ｍｍｇの水銀負
    荷を有することを特徴とする請求項１に記載の低電力金
    属ハロゲン化物ランプ。
12. 【請求項１２】　　電極先端面間の距離が０．５〜０．
    ８ｍｍで入力電力が１２ワット、アーク負荷が１５０ワ
    ット／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載の
    低電力金属ハロゲン化物ランプ。
13. 【請求項１３】　　電極先端面間の距離が１．０〜１．
    ２ｍｍで入力電力が１５〜２２ワット、アーク負荷が１
    ５０ワット／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に
    記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
14. 【請求項１４】　　首部（２４、２４´）の最小壁厚が
    ０．５ｍｍ〜１．５ｍｍで、定格入力電力が１８〜３５
    ワットであることを特徴とする請求項１に記載の低電力
    金属ハロゲン化物ランプ。
15. 【請求項１５】　　首部（２４、２４´）の最小壁厚が
    ０．５ｍｍ以下で、定格入力電力が１１ワット以下であ
    ることを特徴とする請求項１に記載の低電力金属ハロゲ
    ン化物ランプ。
16. 【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に
    記載の低電力金属ハロゲン化物ランプ。
17. 【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に記載の低電
    力金属ハロゲン化物ランプ。
18. 【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に記載の低電
    力金属ハロゲン化物ランプ。