JPH1050254A - アーク放電光源 - Google Patents
アーク放電光源Info
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- JPH1050254A JPH1050254A JP9121370A JP12137097A JPH1050254A JP H1050254 A JPH1050254 A JP H1050254A JP 9121370 A JP9121370 A JP 9121370A JP 12137097 A JP12137097 A JP 12137097A JP H1050254 A JPH1050254 A JP H1050254A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
- H01J61/02—Details
- H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
- H01J61/18—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
-
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- H01J61/02—Details
- H01J61/38—Devices for influencing the colour or wavelength of the light
- H01J61/40—Devices for influencing the colour or wavelength of the light by light filters; by coloured coatings in or on the envelope
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr
Landscapes
- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
- Discharge Lamp (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 長い寿命を有し且つ高輝度光出力能力を有す
る、熱バランス特性のすぐれた短いアーク・ギャップの
高輝度アーク放電光源を提供する。 【解決手段】 内部にアーク室（３４）が形成されたラ
ンプ・エンベロープ（３２）と、両端からアーク室中に
延在し、先端が互いに４ｍｍ以下の距離だけ離れている
１対の電極（１８、２０）と、アーク室に封入されてい
て、１対の電極を通して励起エネルギを導入することに
より放電状態に励起される封入物を含む。アーク室は、
その直径（Ｄ）が電極間の間隔より大きく、その高さ
（Ｈ）が直径の約２倍となるように成形される。直径は
アーク室の長さに沿ってほぼ均一にされる。
る、熱バランス特性のすぐれた短いアーク・ギャップの
高輝度アーク放電光源を提供する。 【解決手段】 内部にアーク室（３４）が形成されたラ
ンプ・エンベロープ（３２）と、両端からアーク室中に
延在し、先端が互いに４ｍｍ以下の距離だけ離れている
１対の電極（１８、２０）と、アーク室に封入されてい
て、１対の電極を通して励起エネルギを導入することに
より放電状態に励起される封入物を含む。アーク室は、
その直径（Ｄ）が電極間の間隔より大きく、その高さ
（Ｈ）が直径の約２倍となるように成形される。直径は
アーク室の長さに沿ってほぼ均一にされる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱バランス特性の
優れたキセノン・メタルハライド・ランプに関する。特
に、本発明は、放電室内にバランスのとれた熱分布を生
じさせる特定のランプ・エンベロープ形状を有し、これ
により寿命が長く輝度が高くなるようにしたキセノン・
メタルハライド・ランプに関する。
優れたキセノン・メタルハライド・ランプに関する。特
に、本発明は、放電室内にバランスのとれた熱分布を生
じさせる特定のランプ・エンベロープ形状を有し、これ
により寿命が長く輝度が高くなるようにしたキセノン・
メタルハライド・ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、キセノン・メタルハライド・ラン
プは、照明分野、特に自動車照明分野や、瞬時点灯能力
を有する高輝度光源が必要なその他の照明分野に、益々
多用されている。このような高輝度光源の１例が、先行
技術として援用する米国特許第５，２３９，２３０号に
記載されている。この特許には、管壁負荷、ランプ・エ
ンベロープ材料の引張強さ、対流安定度（ｃｏｎｖｅｃ
ｔｉｖｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）、ランプ動作電圧、水
銀密度などの特定の性能特性を有する高輝度光源が開示
されている。これらの特性を互いに協働するようにバラ
ンスさせて、長さ４ｍｍ程度以下のアーク放電ギャップ
および５０ｍｇ／ｃｃ以上（５０気圧以上）の封入物密
度で動作させることにより高輝度を達成している。この
高輝度光源を利用する集中照明システムは、ゼネラル・
エレクトリック社照明事業部からライト・エンジン（Ｌ
ｉｇｈｔ Ｅｎｇｉｎｅ；登録商標）集中照明システム
として市販されている製品に組み込まれている。
プは、照明分野、特に自動車照明分野や、瞬時点灯能力
を有する高輝度光源が必要なその他の照明分野に、益々
多用されている。このような高輝度光源の１例が、先行
技術として援用する米国特許第５，２３９，２３０号に
記載されている。この特許には、管壁負荷、ランプ・エ
ンベロープ材料の引張強さ、対流安定度（ｃｏｎｖｅｃ
ｔｉｖｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）、ランプ動作電圧、水
銀密度などの特定の性能特性を有する高輝度光源が開示
されている。これらの特性を互いに協働するようにバラ
ンスさせて、長さ４ｍｍ程度以下のアーク放電ギャップ
および５０ｍｇ／ｃｃ以上（５０気圧以上）の封入物密
度で動作させることにより高輝度を達成している。この
高輝度光源を利用する集中照明システムは、ゼネラル・
エレクトリック社照明事業部からライト・エンジン（Ｌ
ｉｇｈｔ Ｅｎｇｉｎｅ；登録商標）集中照明システム
として市販されている製品に組み込まれている。
【０００３】このような集中照明システムは、照明デザ
イナーにとって、照明器具または配光装置（すなわち、
取付けならびに光出力を所望のパターンに反射、屈折、
その他の手段で分配するのに必要とされる装置または器
具）に必要なスペースが少なくて済むという自明の利点
をはじめとして数々の長所がある。たとえば、自動車用
途において、光源を車両の前端から遠ざけて配置し、車
両の空気力学的ボディスタイリングの自由度を増すこと
は大きな利点である。１か所に配置して、光出力を効率
よく１個以上の遠隔位置に伝達できる高輝度光源を設計
するのに成功したので、ランプ設計者にとっての次のチ
ャレンジは、このような高輝度光源の設計を最適にする
ことである。たとえば、高輝度および瞬時点灯の両方を
達成するには封入ガスの動作圧力を極端に高くしなけれ
ばならないにもかかわらず、現在得られる寿命より長い
予想寿命を達成できる構成（形状）で上述の光源を提供
することが望ましい。たとえば、上述した光源が動作す
る圧力および温度に基づいて、この光源の予想寿命が約
２０００〜４０００時間であることが知られているが、
それより２〜３倍程度の予想寿命を有する高輝度ランプ
が望まれている。
イナーにとって、照明器具または配光装置（すなわち、
取付けならびに光出力を所望のパターンに反射、屈折、
その他の手段で分配するのに必要とされる装置または器
具）に必要なスペースが少なくて済むという自明の利点
をはじめとして数々の長所がある。たとえば、自動車用
途において、光源を車両の前端から遠ざけて配置し、車
両の空気力学的ボディスタイリングの自由度を増すこと
は大きな利点である。１か所に配置して、光出力を効率
よく１個以上の遠隔位置に伝達できる高輝度光源を設計
するのに成功したので、ランプ設計者にとっての次のチ
ャレンジは、このような高輝度光源の設計を最適にする
ことである。たとえば、高輝度および瞬時点灯の両方を
達成するには封入ガスの動作圧力を極端に高くしなけれ
ばならないにもかかわらず、現在得られる寿命より長い
予想寿命を達成できる構成（形状）で上述の光源を提供
することが望ましい。たとえば、上述した光源が動作す
る圧力および温度に基づいて、この光源の予想寿命が約
２０００〜４０００時間であることが知られているが、
それより２〜３倍程度の予想寿命を有する高輝度ランプ
が望まれている。
【０００４】このような高輝度光源の寿命を伸ばす手段
を見出すにあたって、まず寿命の最後にランプの故障が
起こる機構を理解することが必要であった。上述した市
販の「ライト・エンジン」光源を用いて行った実験の測
定値から、直流電源により作動した垂直配向の（すなわ
ち垂直な向きに配置した）キセノン・メタルハライド・
ランプでは、強い対流セルがランプのアーク室内部に発
生して、陰極端（上端）の温度が陽極端（下端）より高
くなり、これによりランプ寿命が制限されることがわか
った。したがって、ランプ寿命を約６０００時間の目標
レベルまで伸ばすためには、この直流給電型の垂直配向
の高輝度光源における陽極端と陰極端との間の温度勾配
を下げる適当な方法を見出すことが必要である。
を見出すにあたって、まず寿命の最後にランプの故障が
起こる機構を理解することが必要であった。上述した市
販の「ライト・エンジン」光源を用いて行った実験の測
定値から、直流電源により作動した垂直配向の（すなわ
ち垂直な向きに配置した）キセノン・メタルハライド・
ランプでは、強い対流セルがランプのアーク室内部に発
生して、陰極端（上端）の温度が陽極端（下端）より高
くなり、これによりランプ寿命が制限されることがわか
った。したがって、ランプ寿命を約６０００時間の目標
レベルまで伸ばすためには、この直流給電型の垂直配向
の高輝度光源における陽極端と陰極端との間の温度勾配
を下げる適当な方法を見出すことが必要である。
【０００５】ランプにおける温度上昇を制限する公知の
方法の１つは、ヒートシンク装置を用いることである。
メタルハライド光源用のこのようなヒートシンク構造の
１例が、米国特許第５，２０４，５７８号（１９９３年
４月２０日発行）に記載されている。この特許には、金
属条片または円筒形状の金属片を発光管の外面に接触さ
せて配置することによって、熱を金属片へ伝導させて、
電極の位置する発光管両端部から運び去るようにするこ
とが開示されている。このようなヒートシンク構造は、
たとえばヘッドランプ・アセンブリ内に個別に取り付け
られる光源では有効に作用するが、相当量の光が外部に
配置された金属片により遮られるので、光を遠隔位置へ
できるだけ効率よく輸送しなければならない集中光源用
には実用的でない。したがって、集中照明用の直流給電
型の垂直配向の高輝度光源において、光出力を遮蔽する
ことなく、陽極と陰極と間の温度勾配をいちじるしく低
減する手段を開発できれば、有効である。
方法の１つは、ヒートシンク装置を用いることである。
メタルハライド光源用のこのようなヒートシンク構造の
１例が、米国特許第５，２０４，５７８号（１９９３年
４月２０日発行）に記載されている。この特許には、金
属条片または円筒形状の金属片を発光管の外面に接触さ
せて配置することによって、熱を金属片へ伝導させて、
電極の位置する発光管両端部から運び去るようにするこ
とが開示されている。このようなヒートシンク構造は、
たとえばヘッドランプ・アセンブリ内に個別に取り付け
られる光源では有効に作用するが、相当量の光が外部に
配置された金属片により遮られるので、光を遠隔位置へ
できるだけ効率よく輸送しなければならない集中光源用
には実用的でない。したがって、集中照明用の直流給電
型の垂直配向の高輝度光源において、光出力を遮蔽する
ことなく、陽極と陰極と間の温度勾配をいちじるしく低
減する手段を開発できれば、有効である。
【０００６】また、細長の垂直な発光管を有する光源の
熱的動作特性について、発光管の上端での対流熱負荷が
発光管半径の４乗に比例することが知られている。この
関係は、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ」誌、第９３１号（１９７０年９月２日）に所載の
Ｄ．Ｍ．Ｃａｐの論文「Ｇｒａｓｈｏｆ Ｎｕｍｂｅｒ
ｓａｎｄ Ｓｗｉｒｌｉｎｇ Ａｒｃｓ」に記述されて
いる。このようなアプローチは、対流速度、したがって
熱負荷の性質についての指針とはなるが、前述した「ラ
イト・エンジン」照明システムに設けられるような高輝
度短アーク放電光源を実現するには不十分である。この
ような光源のためには、高輝度特性を達成するのに必要
な設計上の特徴を維持することを考慮しなければならな
い。上述した「ライト・エンジン」光源に関する米国特
許第５，２３９，２３０号から、目標レベルの輝度を達
成するには、いくつかの設計パラメータを同時に満足さ
せなければならないことが知られている。たとえば、ア
ーク・ギャップ単位面積１ｃｍ2 当たり５０，０００ル
ーメンを越える輝度レベルを達成するには、水銀密度を
特定範囲の値とし、アーク・ギャップをほぼ４ｍｍ未満
とし、管壁負荷を発光管表面積１ｃｍ2 当たり２５Ｗ
（ワット）未満、好ましくはほぼ２０Ｗ／ｃｍ2としな
ければならず、そして引張強さを発光管の一体性を保証
する適当な値としなければならない。上記および他の設
計要件を満たすためには、パラメータの１つ又はいくつ
かを最適化することによってランプの不安定化あるいは
輝度出力の低下が生じないように、多数のパラメータを
バランスさせることが必要である。したがって、普通の
エンベロープ構造で得られる光出力の量を低下すること
なく、光源にすぐれた熱的動作特性を与える特異なエン
ベロープ構造を有する高輝度光源を設計するのが有利で
ある。
熱的動作特性について、発光管の上端での対流熱負荷が
発光管半径の４乗に比例することが知られている。この
関係は、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ」誌、第９３１号（１９７０年９月２日）に所載の
Ｄ．Ｍ．Ｃａｐの論文「Ｇｒａｓｈｏｆ Ｎｕｍｂｅｒ
ｓａｎｄ Ｓｗｉｒｌｉｎｇ Ａｒｃｓ」に記述されて
いる。このようなアプローチは、対流速度、したがって
熱負荷の性質についての指針とはなるが、前述した「ラ
イト・エンジン」照明システムに設けられるような高輝
度短アーク放電光源を実現するには不十分である。この
ような光源のためには、高輝度特性を達成するのに必要
な設計上の特徴を維持することを考慮しなければならな
い。上述した「ライト・エンジン」光源に関する米国特
許第５，２３９，２３０号から、目標レベルの輝度を達
成するには、いくつかの設計パラメータを同時に満足さ
せなければならないことが知られている。たとえば、ア
ーク・ギャップ単位面積１ｃｍ2 当たり５０，０００ル
ーメンを越える輝度レベルを達成するには、水銀密度を
特定範囲の値とし、アーク・ギャップをほぼ４ｍｍ未満
とし、管壁負荷を発光管表面積１ｃｍ2 当たり２５Ｗ
（ワット）未満、好ましくはほぼ２０Ｗ／ｃｍ2としな
ければならず、そして引張強さを発光管の一体性を保証
する適当な値としなければならない。上記および他の設
計要件を満たすためには、パラメータの１つ又はいくつ
かを最適化することによってランプの不安定化あるいは
輝度出力の低下が生じないように、多数のパラメータを
バランスさせることが必要である。したがって、普通の
エンベロープ構造で得られる光出力の量を低下すること
なく、光源にすぐれた熱的動作特性を与える特異なエン
ベロープ構造を有する高輝度光源を設計するのが有利で
ある。
【０００７】非楕円形状のアーク室を有する光源が、た
とえば米国特許第４，５９４，５２９号（１９８６年６
月１０日発行）に開示されている。この特許では、細長
いアーク室が開示されているが、熱負荷特性に関係した
ランプ寿命に関連した問題は言及されていない。長いア
ーク放電を形成する目的で細長い発光管が設けられてお
り、この発光管は水平配向され（すなわち水平の向きに
配置され）ており、また中心となる配置位置から光を遠
隔位置に分配する高輝度光源ではなく、直接的な単一の
光源として利用されている。
とえば米国特許第４，５９４，５２９号（１９８６年６
月１０日発行）に開示されている。この特許では、細長
いアーク室が開示されているが、熱負荷特性に関係した
ランプ寿命に関連した問題は言及されていない。長いア
ーク放電を形成する目的で細長い発光管が設けられてお
り、この発光管は水平配向され（すなわち水平の向きに
配置され）ており、また中心となる配置位置から光を遠
隔位置に分配する高輝度光源ではなく、直接的な単一の
光源として利用されている。
【０００８】アーク室の陰極端（頂部）と陽極端（底
部）との間に顕著な熱勾配が存在するような高い圧力で
の高輝度光源の動作に関連した別の問題として、頂部領
域での動作温度の方が高いので、ここには金属ハロゲン
化物のプールが存在し得ないという問題がある。アーク
放電に利用できる金属ハロゲン化物のプールは底部領域
に由来するものだけである。したがって、垂直配向され
たアーク室の内側頂部表面の温度をアーク室の内部の温
度と同等となるようにして、これにより金属ハロゲン化
物プールの存在し得る区域を広げることのできるような
熱的動作条件を与える高輝度光源を開発することができ
れば、有利である。
部）との間に顕著な熱勾配が存在するような高い圧力で
の高輝度光源の動作に関連した別の問題として、頂部領
域での動作温度の方が高いので、ここには金属ハロゲン
化物のプールが存在し得ないという問題がある。アーク
放電に利用できる金属ハロゲン化物のプールは底部領域
に由来するものだけである。したがって、垂直配向され
たアーク室の内側頂部表面の温度をアーク室の内部の温
度と同等となるようにして、これにより金属ハロゲン化
物プールの存在し得る区域を広げることのできるような
熱的動作条件を与える高輝度光源を開発することができ
れば、有利である。
【０００９】
【発明の概要】本発明は、高圧で動作する他の高輝度放
電ランプと較べて長い寿命を有し且つ高輝度光出力能力
を有する短いアーク・ギャップの高輝度光源を提供す
る。ランプ・エンベロープがその内側寸法を相互に相関
させてアーク室の内面に沿った垂直方向温度勾配を減少
させるように成形される。
電ランプと較べて長い寿命を有し且つ高輝度光出力能力
を有する短いアーク・ギャップの高輝度光源を提供す
る。ランプ・エンベロープがその内側寸法を相互に相関
させてアーク室の内面に沿った垂直方向温度勾配を減少
させるように成形される。
【００１０】本発明の原理によれば、高輝度光源は、内
部にアーク室が形成されたランプ・エンベロープと、ア
ーク室中に延在し、先端同士が所定の間隔だけ離れた１
対の電極部材とを備える。付勢手段が電極部材に接続さ
れていて、光源に電力を供給することによりアーク室内
にアーク放電を発生させる。アーク放電は、それに関連
したある熱的動作特性をもつ。光源は垂直配向で作動す
なわち点灯され、電極の一方（直流動作型の光源の場合
は陰極）がアーク室の頂部領域に配置される。アーク室
は、対流を制限することによりアーク室の頂部の過熱を
制御するのに十分な小さな内径を有し、且つ該内径が頂
部から底部まで本質的に均一となるように構成される。
このような形状および寸法関係により、ランプは、封入
ガスの動作圧力が非常に高いにもかかわらず、アーク室
の頂部内面および底部内面での動作温度がほぼ等しくな
る熱的動作特性を有する。さらに、このようなアーク室
形状により、本発明の光源は、頂部領域の動作温度がア
ーク室のその下側の領域の動作温度よりも低くなりさえ
もするように動作し、こうしてアーク室の頂部内面での
溶融金属ハロゲン化物の壁被覆量を増大する。内面温度
の最高値はアーク・ギャップと同じ高さの位置で生じる
ので、その領域の石英表面は金属ハロゲン化物のない状
態にとどまり、アークから放射された光を光源の光学的
集光系により最大限に集光することができる。
部にアーク室が形成されたランプ・エンベロープと、ア
ーク室中に延在し、先端同士が所定の間隔だけ離れた１
対の電極部材とを備える。付勢手段が電極部材に接続さ
れていて、光源に電力を供給することによりアーク室内
にアーク放電を発生させる。アーク放電は、それに関連
したある熱的動作特性をもつ。光源は垂直配向で作動す
なわち点灯され、電極の一方（直流動作型の光源の場合
は陰極）がアーク室の頂部領域に配置される。アーク室
は、対流を制限することによりアーク室の頂部の過熱を
制御するのに十分な小さな内径を有し、且つ該内径が頂
部から底部まで本質的に均一となるように構成される。
このような形状および寸法関係により、ランプは、封入
ガスの動作圧力が非常に高いにもかかわらず、アーク室
の頂部内面および底部内面での動作温度がほぼ等しくな
る熱的動作特性を有する。さらに、このようなアーク室
形状により、本発明の光源は、頂部領域の動作温度がア
ーク室のその下側の領域の動作温度よりも低くなりさえ
もするように動作し、こうしてアーク室の頂部内面での
溶融金属ハロゲン化物の壁被覆量を増大する。内面温度
の最高値はアーク・ギャップと同じ高さの位置で生じる
ので、その領域の石英表面は金属ハロゲン化物のない状
態にとどまり、アークから放射された光を光源の光学的
集光系により最大限に集光することができる。
【００１１】本発明の一態様によれば、高輝度特性を有
する低ワット数のアーク放電光源が提供される。該アー
ク放電光源は、内部にアーク室が形成されている発光管
と、アーク室内に配置されていて、所定量の水銀を含む
放電状態に付勢可能な封入物と、アーク室に延在してい
て、互いに４ｍｍ未満のアーク・ギャップだけ離れてい
る少なくとも２本の電極であって、給電されたときに当
該少なくとも２本の電極間にアークを発生させる動作電
圧が生じる少なくとも２本の電極とを有する。アーク室
は、所定の封入物密度に関連して、熱的均一性を向上さ
せるために対流安定度値が７５０ｍｇ2 ／ｃｍ3 未満に
なり且つ対流パワーが２００ｍｇ2 ／ｃｍ2 未満となる
よう選択された寸法をもち、また発光管は、管壁負荷係
数が発光管表面積１ｃｍ2 当たり２５Ｗ以下となるよう
にバランスさせた、管壁厚さを含む発光管寸法をもち、
もって光源はアーク・ギャップ単位面積１ｃｍ2 当たり
４００００ルーメン（好ましくは５００００ルーメン、
より好ましくは６００００ルーメン）を超える輝度レベ
ルを達成する。実施態様では、対流安定度値は３００ｍ
ｇ2 ／ｃｍ3 以下であり、対流パワーは５０ｍｇ2 ／ｃ
ｍ2 以下であり、管壁負荷係数は発光管表面積１ｃｍ2
当たり約２０Ｗである。
する低ワット数のアーク放電光源が提供される。該アー
ク放電光源は、内部にアーク室が形成されている発光管
と、アーク室内に配置されていて、所定量の水銀を含む
放電状態に付勢可能な封入物と、アーク室に延在してい
て、互いに４ｍｍ未満のアーク・ギャップだけ離れてい
る少なくとも２本の電極であって、給電されたときに当
該少なくとも２本の電極間にアークを発生させる動作電
圧が生じる少なくとも２本の電極とを有する。アーク室
は、所定の封入物密度に関連して、熱的均一性を向上さ
せるために対流安定度値が７５０ｍｇ2 ／ｃｍ3 未満に
なり且つ対流パワーが２００ｍｇ2 ／ｃｍ2 未満となる
よう選択された寸法をもち、また発光管は、管壁負荷係
数が発光管表面積１ｃｍ2 当たり２５Ｗ以下となるよう
にバランスさせた、管壁厚さを含む発光管寸法をもち、
もって光源はアーク・ギャップ単位面積１ｃｍ2 当たり
４００００ルーメン（好ましくは５００００ルーメン、
より好ましくは６００００ルーメン）を超える輝度レベ
ルを達成する。実施態様では、対流安定度値は３００ｍ
ｇ2 ／ｃｍ3 以下であり、対流パワーは５０ｍｇ2 ／ｃ
ｍ2 以下であり、管壁負荷係数は発光管表面積１ｃｍ2
当たり約２０Ｗである。
【００１２】さらに、発光管の外面には多層皮膜が形成
され、この多層皮膜は遠紫外線を吸収し且つ近紫外線を
反射するように組み合わさった屈折率の異なる２種以上
の異なる材料からなる。多層皮膜はアークから遠紫外線
として放射された放射エネルギを前記発光管の外面に沿
って均一に吸収すると共に、アークから近紫外線として
放射された放射エネルギを反射して発光管に戻す機能を
有する。多層皮膜は近紫外線を反射して発光管に戻すこ
とにより、近紫外線が金属ハロゲン化物プールに実質的
に吸収されて、コールド・スポットを加熱すると共に、
光源の封入物の蒸気圧を高める。
され、この多層皮膜は遠紫外線を吸収し且つ近紫外線を
反射するように組み合わさった屈折率の異なる２種以上
の異なる材料からなる。多層皮膜はアークから遠紫外線
として放射された放射エネルギを前記発光管の外面に沿
って均一に吸収すると共に、アークから近紫外線として
放射された放射エネルギを反射して発光管に戻す機能を
有する。多層皮膜は近紫外線を反射して発光管に戻すこ
とにより、近紫外線が金属ハロゲン化物プールに実質的
に吸収されて、コールド・スポットを加熱すると共に、
光源の封入物の蒸気圧を高める。
【００１３】本発明の別の態様によれば、高輝度特性を
有するアーク放電光源は、内部にアーク室が形成された
発光管と、アーク室内に配置されていて、放電状態に付
勢可能な封入物と、アーク室に延在していて、互いに４
ｍｍ未満のアーク・ギャップだけ離れている少なくとも
２本の電極であって、給電されたときに当該少なくとも
２本の電極間にアークを発生させる動作電圧が生じる少
なくとも２本の電極とを有し、前記封入物が所定量の水
銀を含み、この水銀の量がアーク室の容量の関数として
封入物密度の値を決め、動作電圧の所定の最小値が封入
物密度およびアーク・ギャップの関数として決められ、
アーク室の寸法を封入物密度に応じて熱的均一性を向上
させるように適切に選択して、対流安定度値が７５０ｍ
ｇ2 ／ｃｍ3 以下となるようにし、さらに発光管がその
管壁厚さ値および封入物密度の関数として決められる強
度値を有する。前記動作電圧は封入物密度の関数として
決められる第１制約条件であり、前記対流安定度値は封
入物密度の関数として決められる第２制約条件であり、
前記発光管強度値は封入物密度の関数として決められる
第３制約条件であり、前記第１、第２および第３制約条
件のうち少なくとも２つが所定の水銀密度値の範囲から
選んだ任意の封入物密度値により同時に満足されたと
き、アーク・ギャップ単位面積１ｃｍ2 当たり５０００
０ルーメンを超える輝度レベルが達成される。実施態様
では、発光管は厚い管壁構造のものであり、さらに発光
管の外面には、遠紫外線を吸収し且つ近紫外線を反射す
るように組み合わさった屈折率の異なる２種以上の異な
る材料からなる多層皮膜が形成され、該多層皮膜はアー
クから遠紫外線として放射された放射エネルギを前記発
光管の外面に沿って均一に吸収すると共に、アークから
近紫外線として放射された放射エネルギを反射して発光
管に戻す機能を有する。多層皮膜は近紫外線を反射して
発光管に戻すことにより、近紫外線が金属ハロゲン化物
プールに実質的に吸収されて、コールド・スポットを加
熱すると共に、光源の封入物の蒸気圧を高める。多層皮
膜は、けい素、タンタル、チタン、セリウム、ニオブ、
ハフニウムおよび希土類元素よりなる群から選ばれる物
質の酸化物２種以上を交互の層として含む。
有するアーク放電光源は、内部にアーク室が形成された
発光管と、アーク室内に配置されていて、放電状態に付
勢可能な封入物と、アーク室に延在していて、互いに４
ｍｍ未満のアーク・ギャップだけ離れている少なくとも
２本の電極であって、給電されたときに当該少なくとも
２本の電極間にアークを発生させる動作電圧が生じる少
なくとも２本の電極とを有し、前記封入物が所定量の水
銀を含み、この水銀の量がアーク室の容量の関数として
封入物密度の値を決め、動作電圧の所定の最小値が封入
物密度およびアーク・ギャップの関数として決められ、
アーク室の寸法を封入物密度に応じて熱的均一性を向上
させるように適切に選択して、対流安定度値が７５０ｍ
ｇ2 ／ｃｍ3 以下となるようにし、さらに発光管がその
管壁厚さ値および封入物密度の関数として決められる強
度値を有する。前記動作電圧は封入物密度の関数として
決められる第１制約条件であり、前記対流安定度値は封
入物密度の関数として決められる第２制約条件であり、
前記発光管強度値は封入物密度の関数として決められる
第３制約条件であり、前記第１、第２および第３制約条
件のうち少なくとも２つが所定の水銀密度値の範囲から
選んだ任意の封入物密度値により同時に満足されたと
き、アーク・ギャップ単位面積１ｃｍ2 当たり５０００
０ルーメンを超える輝度レベルが達成される。実施態様
では、発光管は厚い管壁構造のものであり、さらに発光
管の外面には、遠紫外線を吸収し且つ近紫外線を反射す
るように組み合わさった屈折率の異なる２種以上の異な
る材料からなる多層皮膜が形成され、該多層皮膜はアー
クから遠紫外線として放射された放射エネルギを前記発
光管の外面に沿って均一に吸収すると共に、アークから
近紫外線として放射された放射エネルギを反射して発光
管に戻す機能を有する。多層皮膜は近紫外線を反射して
発光管に戻すことにより、近紫外線が金属ハロゲン化物
プールに実質的に吸収されて、コールド・スポットを加
熱すると共に、光源の封入物の蒸気圧を高める。多層皮
膜は、けい素、タンタル、チタン、セリウム、ニオブ、
ハフニウムおよび希土類元素よりなる群から選ばれる物
質の酸化物２種以上を交互の層として含む。
【００１４】好ましい実施態様では、厚い管壁構造の発
光管は約１．７ｍｍを超える厚さ（好ましくは約２．２
ｍｍ以上の厚さ）を有し、且つ内部に所定量の金属ハロ
ゲン化物を含有し、発光管の表面上には、３００ｎｍ以
下の紫外線を吸収し且つ３００〜４００ｎｍの紫外線を
反射する多層皮膜を有する。アーク・ギャップは長さ約
２．７ｍｍの値を有するように選択される。
光管は約１．７ｍｍを超える厚さ（好ましくは約２．２
ｍｍ以上の厚さ）を有し、且つ内部に所定量の金属ハロ
ゲン化物を含有し、発光管の表面上には、３００ｎｍ以
下の紫外線を吸収し且つ３００〜４００ｎｍの紫外線を
反射する多層皮膜を有する。アーク・ギャップは長さ約
２．７ｍｍの値を有するように選択される。
【００１５】実施態様では、発光管は石英から形成さ
れ、発光管壁厚さの関数として決められる引張強さを有
し、この引張強さ値の制約条件は、安全率が、アーク放
電光源の動作圧力とその最大値との間で、発光管の引張
強さ能力の３倍以上となるように決められる。管壁厚
さ、前記アーク室の直径寸法、および前記発光管内に配
置された前記電極間に形成されたアーク・ギャップを含
む発光管寸法値をバランスさせることにより複数の制約
条件を同時に満足させ、このとき発光管寸法値は、最小
アーク・ギャップ、最大管壁厚さおよび最小アーク室直
径寸法を与えるようにバランスされ、さらに対流安定度
は、封入物密度およびアーク室直径寸法の関数として決
定される所定のしきい値より低くなるように計算されて
いる。
れ、発光管壁厚さの関数として決められる引張強さを有
し、この引張強さ値の制約条件は、安全率が、アーク放
電光源の動作圧力とその最大値との間で、発光管の引張
強さ能力の３倍以上となるように決められる。管壁厚
さ、前記アーク室の直径寸法、および前記発光管内に配
置された前記電極間に形成されたアーク・ギャップを含
む発光管寸法値をバランスさせることにより複数の制約
条件を同時に満足させ、このとき発光管寸法値は、最小
アーク・ギャップ、最大管壁厚さおよび最小アーク室直
径寸法を与えるようにバランスされ、さらに対流安定度
は、封入物密度およびアーク室直径寸法の関数として決
定される所定のしきい値より低くなるように計算されて
いる。
【００１６】発光管の表面積１ｃｍ2 当たりほぼ正確に
２０Ｗの管壁負荷係数を達成するように、発光管表面積
を最大にしながら、発光管寸法値をバランスさせる。好
ましい実施態様では、動作電圧の制約条件は４５Ｖ以上
であり、その結果としてアーク放電光源が約７５ルーメ
ン／Ｗの効率を達成する。また対流安定度制約は７５０
ｍｇ2 ／ｃｍ3 未満の値である。アーク・ギャップは
２．０〜３．５ｍｍであり、管壁厚さが１．８ｍｍ以上
であり、動作電圧が５５〜６５Ｖであり、封入物が常温
で４〜８気圧のキセノンを含む。
２０Ｗの管壁負荷係数を達成するように、発光管表面積
を最大にしながら、発光管寸法値をバランスさせる。好
ましい実施態様では、動作電圧の制約条件は４５Ｖ以上
であり、その結果としてアーク放電光源が約７５ルーメ
ン／Ｗの効率を達成する。また対流安定度制約は７５０
ｍｇ2 ／ｃｍ3 未満の値である。アーク・ギャップは
２．０〜３．５ｍｍであり、管壁厚さが１．８ｍｍ以上
であり、動作電圧が５５〜６５Ｖであり、封入物が常温
で４〜８気圧のキセノンを含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら、本
発明をさらに詳細に説明する。図１は、従来技術（米国
特許第５，２３９，２３０号）にしたがって構成した高
輝度光源の縦断面図であり、このような従来の光源の熱
的動作特性を求めるための測定点（ａ１〜ａ６）をその
上に表示してある。図１に示すように、従来の高輝度光
源１０はダブルエンド形ランプ・エンベロープ１２を含
み、このランプ・エンベロープは高温条件下での動作を
可能にする光透過性物質、代表的には石英から形成され
ている。ランプ・エンベロープ１２は中央の球状部１４
を有し、球状部１４内にアーク室１６が形成されてい
る。アーク室１６には第１電極１８および第２電極２０
が延在する。ここで、第１電極１８は第２電極２０より
細いものとして示されている。これは、光源に直流電源
（図示せず）から給電する場合の代表的な構成である。
このような構成において、第１電極１８は陰極（カソー
ド）であり、第２電極２０は陽極（アノード）であり、
そして垂直配向で作動すなわち点灯される場合、第１電
極１８が第２電極２０より上側に位置する。光源を「ラ
イト・エンジン」集中照明システムに適用する場合、光
源１０は垂直配向で配置されると共に、光出力を集めて
所望の遠隔位置へ効率よく送り出すための反射器（図示
せず）内に配置される。第１電極１８および第２電極２
０には、光源１０の電源（図示せず）への接続を実現す
るためのランプ・インリード・アセンブリがそれぞれ接
続されている。ランプ・インリード・アセンブリは、外
側リード・ワイヤ部材２４、内側リード・ワイヤ部材２
８およびモリブデンの薄い箔から形成されるホイル部材
２６を含み、ランプ・エンベロープ１２をその端部領域
で精密に密封するのに有効である。
発明をさらに詳細に説明する。図１は、従来技術（米国
特許第５，２３９，２３０号）にしたがって構成した高
輝度光源の縦断面図であり、このような従来の光源の熱
的動作特性を求めるための測定点（ａ１〜ａ６）をその
上に表示してある。図１に示すように、従来の高輝度光
源１０はダブルエンド形ランプ・エンベロープ１２を含
み、このランプ・エンベロープは高温条件下での動作を
可能にする光透過性物質、代表的には石英から形成され
ている。ランプ・エンベロープ１２は中央の球状部１４
を有し、球状部１４内にアーク室１６が形成されてい
る。アーク室１６には第１電極１８および第２電極２０
が延在する。ここで、第１電極１８は第２電極２０より
細いものとして示されている。これは、光源に直流電源
（図示せず）から給電する場合の代表的な構成である。
このような構成において、第１電極１８は陰極（カソー
ド）であり、第２電極２０は陽極（アノード）であり、
そして垂直配向で作動すなわち点灯される場合、第１電
極１８が第２電極２０より上側に位置する。光源を「ラ
イト・エンジン」集中照明システムに適用する場合、光
源１０は垂直配向で配置されると共に、光出力を集めて
所望の遠隔位置へ効率よく送り出すための反射器（図示
せず）内に配置される。第１電極１８および第２電極２
０には、光源１０の電源（図示せず）への接続を実現す
るためのランプ・インリード・アセンブリがそれぞれ接
続されている。ランプ・インリード・アセンブリは、外
側リード・ワイヤ部材２４、内側リード・ワイヤ部材２
８およびモリブデンの薄い箔から形成されるホイル部材
２６を含み、ランプ・エンベロープ１２をその端部領域
で精密に密封するのに有効である。
【００１８】短いアーク・ギャップ設計の高輝度光源を
実現するための従来の構成によれば、ランプ・エンベロ
ープ１２内に形成されたアーク室１６を楕円形状とす
る。アーク室１６に封入される充填物２２は、水銀、不
活性ガスおよび金属ハロゲン化物を含有することができ
る。アーク放電およびそれと関連する対流の結果として
ランプ・エンベロープ１２に加えられる熱的負荷は、ほ
とんどこのようなアーク室形状の関数として決定され
る。図１に示すように、石英ランプ・エンベロープ１２
の外面に沿って複数の点をとり、ここで測定値を求め
た。これらの測定点を下記の表１に基準点ａ１〜ａ６と
して表示し、測定値は従来技術にしたがって構成した２
０個の光源１０の代表的なサンプリング値からの平均値
を示す。
実現するための従来の構成によれば、ランプ・エンベロ
ープ１２内に形成されたアーク室１６を楕円形状とす
る。アーク室１６に封入される充填物２２は、水銀、不
活性ガスおよび金属ハロゲン化物を含有することができ
る。アーク放電およびそれと関連する対流の結果として
ランプ・エンベロープ１２に加えられる熱的負荷は、ほ
とんどこのようなアーク室形状の関数として決定され
る。図１に示すように、石英ランプ・エンベロープ１２
の外面に沿って複数の点をとり、ここで測定値を求め
た。これらの測定点を下記の表１に基準点ａ１〜ａ６と
して表示し、測定値は従来技術にしたがって構成した２
０個の光源１０の代表的なサンプリング値からの平均値
を示す。
【００１９】
【表１】 ［ 表 １ ］ 従来のランプの動作温度（°Ｃ） 外側測定値 内側モデル値 内側理想値 基準点ａ１ ８５８ ８９９ ＜８５０ 基準点ａ２ ８９７ ９３８ ８５０〜８９０ 基準点ａ３ ８８０ ９１４ ＜９００ 基準点ａ４ ８６０ ８９４ ＜９００ 基準点ａ５ ８４０ ８６７ ８５０〜８９０ 基準点ａ６ ８３８ ８６５ ８５０〜８９０ 「外側測定値」と表示した温度は石英ランプ・エンベロ
ープ１２の外面上で測定した。「内側モデル値」と表示
した温度は、有限要素モデル計算から得られる、石英エ
ンベロープ１２の内面での推定温度である。「内側理想
値」と表示した温度は、最適な測光性能と長い寿命が期
待できる、石英エンベロープ１２の内面での理想温度を
表わす。高輝度放電メタルハライド・ランプの最適動作
に関して、基準点ａ５およびａ６の近くに位置する金属
ハロゲン化物プールが約８５０〜８９０°Ｃで動作すべ
きであることが知られている。基準点ａ５およびａ６で
の平均温度をコールド・スポット温度と定義することが
でき、ここでは８６６°Ｃに等しい。他方、内面上の最
高温度は９３８°Ｃで、長寿命化に望ましい限度である
９００°Ｃを越えている。最高ホット・スポットとコー
ルド・スポットとの差は７２°Ｃである。これは従来技
術における熱的不均一度を示しており、この値はほとん
どの形式の標準メタルハライド・ランプの代表的な値で
ある。本発明により改良した光源３０（図２）において
は、熱的不均一度が大幅に低減され、この結果ランプ測
光性能がもっと最適になり、寿命が長くなる。
ープ１２の外面上で測定した。「内側モデル値」と表示
した温度は、有限要素モデル計算から得られる、石英エ
ンベロープ１２の内面での推定温度である。「内側理想
値」と表示した温度は、最適な測光性能と長い寿命が期
待できる、石英エンベロープ１２の内面での理想温度を
表わす。高輝度放電メタルハライド・ランプの最適動作
に関して、基準点ａ５およびａ６の近くに位置する金属
ハロゲン化物プールが約８５０〜８９０°Ｃで動作すべ
きであることが知られている。基準点ａ５およびａ６で
の平均温度をコールド・スポット温度と定義することが
でき、ここでは８６６°Ｃに等しい。他方、内面上の最
高温度は９３８°Ｃで、長寿命化に望ましい限度である
９００°Ｃを越えている。最高ホット・スポットとコー
ルド・スポットとの差は７２°Ｃである。これは従来技
術における熱的不均一度を示しており、この値はほとん
どの形式の標準メタルハライド・ランプの代表的な値で
ある。本発明により改良した光源３０（図２）において
は、熱的不均一度が大幅に低減され、この結果ランプ測
光性能がもっと最適になり、寿命が長くなる。
【００２０】図２は、本発明にしたがって構成した高輝
度光源の縦断面図で、この光源の熱的動作特性を求める
ための測定点をその上に表示してある。図２に示す光源
３０において、図１と同じ参照符号は図１に示したのと
同じ要素を示し、新たな参照符号は光源３０の新しい要
素を示す。図２の改良形光源３０はほぼ６０００時間程
度のランプ寿命を有する。光源３０は、石英などの光透
過性物質から形成されたダブルエンド形ランプ・エンベ
ロープ３２を含む。ランプ・エンベロープ３２内に細長
いアーク室３４が配置され、ここに第１電極１８および
第２電極２０が両側から延在し、両者の先端同士が４ｍ
ｍ以下の距離だけ離れている。ランプ・インリード・ア
センブリの内側リード・ワイヤ部材２８のまわりに中心
合わせ用コイル３６が巻かれている。中心合わせ用コイ
ル３６は、ランプ・インリード・アセンブリのまわりに
形成された気密シールの一体性を確実にする通例の目的
で設けられている。それぞれのインリード・アセンブリ
の外端に通常の電源、たとえば直流安定器４０が接続さ
れている。このような直流安定器は、たとえば米国特許
第５，０４７，６９５号（１９９１年９月１０日発行）
に記載された回路で構成することができる。
度光源の縦断面図で、この光源の熱的動作特性を求める
ための測定点をその上に表示してある。図２に示す光源
３０において、図１と同じ参照符号は図１に示したのと
同じ要素を示し、新たな参照符号は光源３０の新しい要
素を示す。図２の改良形光源３０はほぼ６０００時間程
度のランプ寿命を有する。光源３０は、石英などの光透
過性物質から形成されたダブルエンド形ランプ・エンベ
ロープ３２を含む。ランプ・エンベロープ３２内に細長
いアーク室３４が配置され、ここに第１電極１８および
第２電極２０が両側から延在し、両者の先端同士が４ｍ
ｍ以下の距離だけ離れている。ランプ・インリード・ア
センブリの内側リード・ワイヤ部材２８のまわりに中心
合わせ用コイル３６が巻かれている。中心合わせ用コイ
ル３６は、ランプ・インリード・アセンブリのまわりに
形成された気密シールの一体性を確実にする通例の目的
で設けられている。それぞれのインリード・アセンブリ
の外端に通常の電源、たとえば直流安定器４０が接続さ
れている。このような直流安定器は、たとえば米国特許
第５，０４７，６９５号（１９９１年９月１０日発行）
に記載された回路で構成することができる。
【００２１】図２の細長いアーク室３４は、両端の室端
領域３４ａと細長い中央領域３４ｂとを含む。第１電極
１８および第２電極２０の先端同士の間に形成されたア
ーク・ギャップはほぼ細長いアーク室３４の細長い中央
領域３４ｂ内に存在する。図２から明らかなように、ア
ーク室３４の高さ（図２に示す寸法Ｈ）と直径（寸法
Ｄ）との間には所定の関係があり、アーク室の高さと直
径を、アーク放電がアーク室３４の側壁に接触すること
なく、第１電極１８と第２電極２０との間に納まる十分
な空間を維持するように選択する。光源３０の好適な実
施例においては、アーク室３４を高さ寸法Ｈ＝約８ｍ
ｍ、直径寸法Ｄ＝約４ｍｍとなるように構成する。な
お、これらの寸法値は例示であって、本発明の範囲を限
定するものではない。さらに、本発明の別の要件は、ア
ーク室３４の直径を少なくともアーク室３４の高さの半
分にわたってほぼ均一な値に維持すること、そしてこの
ような均一な直径がアーク室３４の中央部分に存在し、
実質的に第１電極部材１８および第２電極部材２０の先
端領域を取り囲みかつそれらの上方および下方まで延在
することである。本発明のさらに別の要件は、石英エン
ベロープの壁を十分に厚くして（好適な実施例では２．
２ｍｍ）、石英エンベロープの外面の表面積が、石英か
ら周囲雰囲気への熱伝導を維持して石英の過熱を避ける
のに十分な大きさの面積となるようにすることである。
低ワット数のメタルハライド・ランプについての標準設
計規則は、石英エンベロープの外側表面積１ｃｍ2 当た
りのランプ動作電力が２０〜２５Ｗを越えないことであ
る。
領域３４ａと細長い中央領域３４ｂとを含む。第１電極
１８および第２電極２０の先端同士の間に形成されたア
ーク・ギャップはほぼ細長いアーク室３４の細長い中央
領域３４ｂ内に存在する。図２から明らかなように、ア
ーク室３４の高さ（図２に示す寸法Ｈ）と直径（寸法
Ｄ）との間には所定の関係があり、アーク室の高さと直
径を、アーク放電がアーク室３４の側壁に接触すること
なく、第１電極１８と第２電極２０との間に納まる十分
な空間を維持するように選択する。光源３０の好適な実
施例においては、アーク室３４を高さ寸法Ｈ＝約８ｍ
ｍ、直径寸法Ｄ＝約４ｍｍとなるように構成する。な
お、これらの寸法値は例示であって、本発明の範囲を限
定するものではない。さらに、本発明の別の要件は、ア
ーク室３４の直径を少なくともアーク室３４の高さの半
分にわたってほぼ均一な値に維持すること、そしてこの
ような均一な直径がアーク室３４の中央部分に存在し、
実質的に第１電極部材１８および第２電極部材２０の先
端領域を取り囲みかつそれらの上方および下方まで延在
することである。本発明のさらに別の要件は、石英エン
ベロープの壁を十分に厚くして（好適な実施例では２．
２ｍｍ）、石英エンベロープの外面の表面積が、石英か
ら周囲雰囲気への熱伝導を維持して石英の過熱を避ける
のに十分な大きさの面積となるようにすることである。
低ワット数のメタルハライド・ランプについての標準設
計規則は、石英エンベロープの外側表面積１ｃｍ2 当た
りのランプ動作電力が２０〜２５Ｗを越えないことであ
る。
【００２２】アーク室の直径寸法Ｄは、ランプ動作中に
アーク室３４内の高温封入ガスの対流を限定して、石英
エンベロープの頂部の対流加熱を低減するようにするた
めに、重要である。アーク室の頂部に輸送される対流パ
ワーがＧｒ・Ｒ（ここでＧｒはグラスホフ数、Ｒはボア
直径の二分の一である）に比例することが、前掲のＤ．
Ｍ．Ｃａｐの論文に示されている。高輝度瞬時点灯メタ
ルハライド・ランプの対流安定性は、米国特許第５，２
３９，２３０号において、ｃを光の速度として、ランプ
・パラメータを（Ｇｒ／ｃ）＜１４００ｍｇ2 ／ｃｃと
なるように制御することにより確立されたが、本発明に
よれば、対流パワーにさらに厳格な設計制約を加える結
果として、アーク室の内面に沿って垂直方向に等温温度
分布が生じ、その結果、対流パワーに比例するパラメー
タＧｒ・Ｒ／ｃが＜＜１００ｍｇ 2 ／ｃｍ2 であると
き、ランプ寿命が一層長くなる。また、この制約は、ア
ーク・ギャップ長さの１ｃｍ2 当たりのアーク輝度＞５
００００ルーメンを達成するのに必要とされるきわめて
高い動作圧力でも達成できる。
アーク室３４内の高温封入ガスの対流を限定して、石英
エンベロープの頂部の対流加熱を低減するようにするた
めに、重要である。アーク室の頂部に輸送される対流パ
ワーがＧｒ・Ｒ（ここでＧｒはグラスホフ数、Ｒはボア
直径の二分の一である）に比例することが、前掲のＤ．
Ｍ．Ｃａｐの論文に示されている。高輝度瞬時点灯メタ
ルハライド・ランプの対流安定性は、米国特許第５，２
３９，２３０号において、ｃを光の速度として、ランプ
・パラメータを（Ｇｒ／ｃ）＜１４００ｍｇ2 ／ｃｃと
なるように制御することにより確立されたが、本発明に
よれば、対流パワーにさらに厳格な設計制約を加える結
果として、アーク室の内面に沿って垂直方向に等温温度
分布が生じ、その結果、対流パワーに比例するパラメー
タＧｒ・Ｒ／ｃが＜＜１００ｍｇ 2 ／ｃｍ2 であると
き、ランプ寿命が一層長くなる。また、この制約は、ア
ーク・ギャップ長さの１ｃｍ2 当たりのアーク輝度＞５
００００ルーメンを達成するのに必要とされるきわめて
高い動作圧力でも達成できる。
【００２３】下記の表２に、米国特許第５，２３９，２
３０号の高輝度ランプ（ＬＥ６０ランプ）および本発明
の高輝度長寿命ランプを含む、成形されたアーク室を有
する種々の形式の低ワット数型メタルハライド放電ラン
プの特性を比較して示す。
３０号の高輝度ランプ（ＬＥ６０ランプ）および本発明
の高輝度長寿命ランプを含む、成形されたアーク室を有
する種々の形式の低ワット数型メタルハライド放電ラン
プの特性を比較して示す。
【００２４】
【表２】 ［ 表 ２ ］ 電力 光束 ギャップ 輝度（光束／ギャップ2） ランプ （Ｗ） （ルーメン） （ｃｍ） （ルーメン／ｃｍ2） MXR150 １５０ １２４００ １．５０ ５５１１ MXR100 １００ ９０００ １．５０ ４０００ MXR70 ７０ ５５００ １．０５ ４９８９ MXR32 ３２ ２５００ ０．５８ ７４３１ D 1 ３５ ３２００ ０．４０ ２００００ LE60 ６０ ４２００ ０．２７ ５７６１３ 本発明 ６０ ４５００ ０．２７ ６１７２８
【００２５】
【表３】 ［ 表 ２ （続き）］ Ｒ 封入物密度 アーク安定度Ｇｒ／ｃ ランプ （ｃｍ） （ｍｇ／ｃｍ2） （ｍｇ2 ／ｃｍ3 ） MXR150 ０．５４ ８．６２ １１４ MXR100 ０．４８ １０．９１ １３０ MXR70 ０．３５ １０．２５ ４３ MXR32 ０．２９ ２７．４３ １８１ D 1 ０．１５ ６４ １３６ LE60 ０．３０ ５４ ８００ 本発明 ０．２０ ５４ ２３７
【００２６】
【表４】 表２から明らかなように、本発明の対流パワーは標準の
低輝度のＭＸＲランプの対流パワーに匹敵する。したが
って、輝度が標準メタルハライド・ランプの輝度より約
１０倍明るいにもかかわらず、長いランプ寿命が期待で
きる。
低輝度のＭＸＲランプの対流パワーに匹敵する。したが
って、輝度が標準メタルハライド・ランプの輝度より約
１０倍明るいにもかかわらず、長いランプ寿命が期待で
きる。
【００２７】上述した空間関係についてさらに説明する
と、ランプ・エンベロープ３２の外面に沿った同じ位置
で測定した動作温度は、アーク室３４の陰極領域（第１
電極１８付近）においてより一層均一になっていると共
により一層低くなっていて、しかも従来の光源１０に存
在するホット・スポット特性（基準点ａ２参照）がなく
なることを確認した。
と、ランプ・エンベロープ３２の外面に沿った同じ位置
で測定した動作温度は、アーク室３４の陰極領域（第１
電極１８付近）においてより一層均一になっていると共
により一層低くなっていて、しかも従来の光源１０に存
在するホット・スポット特性（基準点ａ２参照）がなく
なることを確認した。
【００２８】
【表５】 ［ 表 ３ ］ 本発明のランプの動作温度（°Ｃ） 外側測定値 内側モデル値 内側理想値 基準点ｂ１ ７６３ ８２３ ＜８５０ 基準点ｂ２ ７８６ ８４６ ８５０〜８９０ 基準点ｂ３ ８１９ ８６９ ＜９００ 基準点ｂ４ ８２９ ８７９ ＜９００ 基準点ｂ５ ８２３ ８６３ ８５０〜８９０ 基準点ｂ６ ８２８ ８６８ ８５０〜８９０ 表３に示した「外側測定値」温度およびアーク室の「内
側モデル値」動作温度からわかるように、本発明の改良
された熱的動作特性を有する光源３０は、表１に示した
従来の値と較べて、いくつかの重要な利点を有する。た
とえば、ハロゲン化物プール領域（基準点ｂ５参照）に
ついての約８７０〜８９０°Ｃの必要な動作温度が満た
されたままで、表１の基準点ａ２におけるホット・スポ
ット温度が、表３の基準点ｂ４では８７９°Ｃに大幅に
低下している。したがって、陽極端におけるホット・ス
ポット温度とコールド・スポット温度との差は１４°Ｃ
にすぎず、したがって内面は実際に実質的に等温であり
（３０°Ｃ未満の変動は実質的に等温である）、光源３
０の陰極端（頂部）は実際上中間点領域より低温で作動
する。ランプ・エンベロープ１２の頂部部分と底部部分
との温度勾配が図１の従来の光源１０のものと較べてい
ちじるしく小さくなったこのような優れた熱的動作によ
り、図２に示す通りの光源３０を試験したところ、約６
０００時間の寿命が確認された。
側モデル値」動作温度からわかるように、本発明の改良
された熱的動作特性を有する光源３０は、表１に示した
従来の値と較べて、いくつかの重要な利点を有する。た
とえば、ハロゲン化物プール領域（基準点ｂ５参照）に
ついての約８７０〜８９０°Ｃの必要な動作温度が満た
されたままで、表１の基準点ａ２におけるホット・スポ
ット温度が、表３の基準点ｂ４では８７９°Ｃに大幅に
低下している。したがって、陽極端におけるホット・ス
ポット温度とコールド・スポット温度との差は１４°Ｃ
にすぎず、したがって内面は実際に実質的に等温であり
（３０°Ｃ未満の変動は実質的に等温である）、光源３
０の陰極端（頂部）は実際上中間点領域より低温で作動
する。ランプ・エンベロープ１２の頂部部分と底部部分
との温度勾配が図１の従来の光源１０のものと較べてい
ちじるしく小さくなったこのような優れた熱的動作によ
り、図２に示す通りの光源３０を試験したところ、約６
０００時間の寿命が確認された。
【００２９】好適な実施例では、表３に示す通りの本発
明のランプ設計に、米国特許出願第０８／３８８，５４
２号（米国特許第５，５５２，６７１号）に記載の紫外
線反射薄膜を組み込み、これにより、アークから金属ハ
ロゲン化物プールに放出される近紫外線パワーの減衰に
より金属ハロゲン化物プールを直接加熱する。近紫外線
パワーを金属ハロゲン化物プールに直接優先的に導入す
ることは、ランプの測光性能をさらに向上させ、またア
ーク室の等温状態にも貢献する。以上の本発明について
の詳細な説明はその好適な実施例についてのもので、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更や改変を
加えることができる。
明のランプ設計に、米国特許出願第０８／３８８，５４
２号（米国特許第５，５５２，６７１号）に記載の紫外
線反射薄膜を組み込み、これにより、アークから金属ハ
ロゲン化物プールに放出される近紫外線パワーの減衰に
より金属ハロゲン化物プールを直接加熱する。近紫外線
パワーを金属ハロゲン化物プールに直接優先的に導入す
ることは、ランプの測光性能をさらに向上させ、またア
ーク室の等温状態にも貢献する。以上の本発明について
の詳細な説明はその好適な実施例についてのもので、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更や改変を
加えることができる。
【図１】 従来技術（米国特許第５，２３９，２３０
号）にしたがって構成され高輝度光源の縦断面図であ
る。
号）にしたがって構成され高輝度光源の縦断面図であ
る。
【図２】 本発明にしたがって構成した高輝度光源の縦
断面図である。
断面図である。
１８ 第１電極 ２０ 第２電極 ３０ 光源 ３２ ランプ・エンベロープ ３４ アーク室 Ｈ アーク室高さ Ｄ アーク室直径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロッコ・トーマス・ジョルダーノ アメリカ合衆国、オハイオ州、ガーフィー ルド・ハイツ、ウィラード・アベニュー、 13004番 (72)発明者 ゲリー・オウイン・ジェイコブズ アメリカ合衆国、オハイオ州、ウィロウバ イ、ユニット・ビー・シエラ・ドライブ、 5486番 (72)発明者 ケニス・スティーブン・キング アメリカ合衆国、オハイオ州、チェスター ランド、プレスコット・ドライブ、8591番 (72)発明者 ティモシー・ピーター・デバー アメリカ合衆国、オハイオ州、フェアービ ュー・パーク、エレン・ドライブ、21221 番
Claims (20)
- 【請求項１】 高輝度特性を有する低ワット数のアーク
放電光源において、 内部にアーク室が形成されている発光管と、 前記アーク室内に配置されていて、所定量の水銀を含む
放電状態に付勢可能な封入物と、 前記アーク室に延在していて、互いに４ｍｍ未満のアー
ク・ギャップだけ離れている少なくとも２本の電極であ
って、給電されたときに当該少なくとも２本の電極間に
アークを発生させる動作電圧が生じる少なくとも２本の
電極とを有し、 前記アーク室は、所定の封入物密度に関連して、熱的均
一性を向上させるために対流安定度値が７５０ｍｇ2 ／
ｃｍ3 未満になり且つ対流パワーが２００ｍｇ 2 ／ｃｍ
2 未満となるよう選択された寸法をもち、 前記発光管は、管壁負荷係数が発光管表面積１ｃｍ2 当
たり２５Ｗ以下となるようにバランスさせた、管壁厚さ
を含む発光管寸法をもち、 当該光源がアーク・ギャップ単位面積１ｃｍ2 当たり４
００００ルーメンを超える輝度レベルを達成することを
特徴とする低ワット数のアーク放電光源。 - 【請求項２】 前記輝度レベルがアーク・ギャップ単位
面積１ｃｍ2 当たり５００００ルーメンを超える請求項
１に記載の低ワット数のアーク放電光源。 - 【請求項３】 前記輝度レベルがアーク・ギャップ単位
面積１ｃｍ2 当たり６００００ルーメンを超える請求項
２に記載の低ワット数のアーク放電光源。 - 【請求項４】 前記対流安定度値が３００ｍｇ2 ／ｃｍ
3 以下であり、前記対流パワーが５０ｍｇ2 ／ｃｍ2 以
下であり、前記管壁負荷係数が発光管表面積１ｃｍ2 当
たり約２０Ｗである請求項３に記載の低ワット数のアー
ク放電光源。 - 【請求項５】 前記対流安定度値が３００ｍｇ2 ／ｃｍ
3 以下である請求項１に記載の低ワット数のアーク放電
光源。 - 【請求項６】 前記対流パワーが５０ｍｇ2 ／ｃｍ2 以
下である請求項１に記載の低ワット数のアーク放電光
源。 - 【請求項７】 前記管壁負荷係数が発光管表面積１ｃｍ
2 当たり約２０Ｗである請求項１に記載の低ワット数の
アーク放電光源。 - 【請求項８】 さらに、前記発光管の外面に形成された
多層皮膜を備え、前記多層皮膜は遠紫外線を吸収し且つ
近紫外線を反射するように組み合わさった屈折率の異な
る２種以上の異なる材料からなり、前記多層皮膜はアー
クから遠紫外線として放射された放射エネルギを前記発
光管の外面に沿って均一に吸収すると共に、アークから
近紫外線として放射された放射エネルギを反射して前記
発光管に戻す機能を有し、前記多層皮膜は近紫外線を反
射して前記発光管に戻すことにより、近紫外線が金属ハ
ロゲン化物プールに実質的に吸収されて、コールド・ス
ポットを加熱すると共に、前記光源の封入物の蒸気圧を
高めるようにした請求項４に記載の低ワット数のアーク
放電光源。 - 【請求項９】 高輝度特性を有するアーク放電光源にお
いて、 内部にアーク室が形成された発光管と、 前記アーク室内に配置されていて、放電状態に付勢可能
な封入物と、 前記アーク室に延在していて、互いに４ｍｍ未満のアー
ク・ギャップだけ離れている少なくとも２本の電極であ
って、給電されたときに当該少なくとも２本の電極間に
アークを発生させる動作電圧が生じる少なくとも２本の
電極とを有し、 前記封入物が所定量の水銀を含み、この水銀の量が前記
アーク室の容量の関数として封入物密度の値を決め、前
記動作電圧の所定の最小値が前記封入物密度およびアー
ク・ギャップの関数として決められ、 前記アーク室の寸法を前記封入物密度に応じて熱的均一
性を向上させるように適切に選択して、対流安定度値が
７５０ｍｇ2 ／ｃｍ3 以下となるようにし、さらに前記
発光管が前記発光管の管壁厚さ値および封入物密度の関
数として決められる強度値を有し、 前記動作電圧が前記封入物密度の関数として決められる
第１制約条件であり、前記対流安定度値が前記封入物密
度の関数として決められる第２制約条件であり、前記発
光管強度値が前記封入物密度の関数として決められる第
３制約条件であり、前記第１、第２および第３制約条件
のうち少なくとも２つが所定の水銀密度値の範囲から選
んだ任意の封入物密度値により同時に満足されたとき、
アーク・ギャップ単位面積１ｃｍ2 当たり５００００ル
ーメンを超える輝度レベルを達成することを特徴とする
アーク放電光源。 - 【請求項１０】 前記発光管が厚い管壁構造のものであ
り、さらに前記発光管の外面に形成された多層皮膜を備
え、前記多層皮膜は遠紫外線を吸収し且つ近紫外線を反
射するように組み合わさった屈折率の異なる２種以上の
異なる材料からなり、前記多層皮膜はアークから遠紫外
線として放射された放射エネルギを前記発光管の外面に
沿って均一に吸収すると共に、アークから近紫外線とし
て放射された放射エネルギを反射して前記発光管に戻す
機能を有し、前記多層皮膜は近紫外線を反射して前記発
光管に戻すことにより、近紫外線が金属ハロゲン化物プ
ールに実質的に吸収されて、コールド・スポットを加熱
すると共に、前記光源の封入物の蒸気圧を高めるように
した請求項９に記載のアーク放電光源。 - 【請求項１１】 前記多層皮膜が、けい素、タンタル、
チタン、セリウム、ニオブ、ハフニウムおよび希土類元
素よりなる群から選ばれる物質の酸化物２種以上を交互
の層として含有する請求項１０に記載のアーク放電光
源。 - 【請求項１２】 前記発光管が、厚さ約１．７ｍｍを超
える厚い管壁構造を有し、且つ内部に所定量の金属ハロ
ゲン化物を含有し、前記発光管の表面上には、３００ｎ
ｍ以下の紫外線を吸収し且つ３００〜４００ｎｍの紫外
線を反射する多層皮膜が形成されている請求項１０に記
載のアーク放電光源。 - 【請求項１３】 前記厚い管壁構造の発光管が約２．２
ｍｍ以上の厚さを有する請求項１０に記載のアーク放電
光源。 - 【請求項１４】 前記アーク・ギャップが長さ約２．７
ｍｍの値を有するように選択されている請求項１０に記
載のアーク放電光源。 - 【請求項１５】 前記発光管が石英から形成されて、前
記発光管の管壁厚さの関数として決められる引張強さを
有し、この引張強さ値の制約条件は、安全率が、前記ア
ーク放電光源の動作圧力とその最大値との間で、前記発
光管の引張強さ能力の３倍以上となるように決められて
いる請求項１０に記載のアーク放電光源。 - 【請求項１６】 前記管壁厚さ、前記アーク室の直径寸
法、および前記発光管内に配置された前記電極間に形成
されたアーク・ギャップを含む発光管寸法値をバランス
させることにより前記複数の制約条件を同時に満足さ
せ、このとき前記発光管寸法値は、最小アーク・ギャッ
プ、最大管壁厚さおよび最小アーク室直径寸法を与える
ようにバランスされ、さらに前記対流安定度は、前記封
入物密度およびアーク室直径寸法の関数として決定され
る所定のしきい値より低くなるように計算されている請
求項１０に記載のアーク放電光源。 - 【請求項１７】 前記発光管の表面積１ｃｍ2 当たりほ
ぼ正確に２０Ｗの管壁負荷係数を達成するように、前記
発光管表面積を最大にしながら、前記発光管寸法値をバ
ランスさせる請求項１０に記載のアーク放電光源。 - 【請求項１８】 前記動作電圧の制約条件が４５Ｖ以上
であり、その結果として前記アーク放電光源が約７５ル
ーメン／Ｗの効率を達成する請求項１０に記載のアーク
放電光源。 - 【請求項１９】 前記対流安定度制約が７５０ｍｇ2 ／
ｃｍ3 未満の値である請求項１０に記載のアーク放電光
源。 - 【請求項２０】 前記アーク・ギャップが２．０〜３．
５ｍｍであり、前記管壁厚さが１．８ｍｍ以上であり、
前記動作電圧が５５〜６５Ｖであり、前記封入物が常温
で４〜８気圧のキセノンを含んでいる請求項１０に記載
のアーク放電光源。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/649887 | 1996-05-14 | ||
| US08/649,887 US6400076B1 (en) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Xenon metal halide lamp having improved thermal gradient characteristics for longer lamp life |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050254A true JPH1050254A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=24606635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9121370A Withdrawn JPH1050254A (ja) | 1996-05-14 | 1997-05-13 | アーク放電光源 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6400076B1 (ja) |
| EP (1) | EP0807959A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1050254A (ja) |
| CN (1) | CN1170231A (ja) |
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| JP2010073488A (ja) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Orc Mfg Co Ltd | ショートアーク型放電ランプ |
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| CN103956317A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-07-30 | 南通精准照明电器有限公司 | 一种氙气灯 |
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1996
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1997
- 1997-05-13 JP JP9121370A patent/JPH1050254A/ja not_active Withdrawn
- 1997-05-14 EP EP97303290A patent/EP0807959A3/en not_active Withdrawn
- 1997-05-14 CN CN97113295.XA patent/CN1170231A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005203356A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-07-28 | General Electric Co <Ge> | エネルギー効率の良いランプのための最適化された紫外線反射多層被膜 |
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| CN1170231A (zh) | 1998-01-14 |
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