JPS59103270A - 高圧金属蒸気ア−ク放電ランプ - 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、水銀及び選択した金属ハロゲン化物を含む高
圧金属蒸気放電ランプに関し、特に２５０ワツト以下の
ランプの高効力を達成すること、ならびに−慇の照明目
的に使用される可能性を達成することにある。

本発明の背景 本発明の高圧放電ランプは、水銀ならびに選択された金
属ハロゲン化物を蒸発することによって動作し、しばし
ば金属ハロゲンランプと簡単に呼ばれる。たとえランプ
の充てん物が、１以上の金属ハロゲン化物に加えて水銀
を含んでいてもである。高ワツトの金属ハロゲンランプ
が、比較的高い効力を達成することは、この分野では知
られている。たとえば、フォール（Ｆｏｈｌ）の米国特
許第３．８９　’６．３２６号は、１，０００ワツトの
金属ハロゲンランプを開示し、このランプは、平均初期
効力がワット当り１１９ルーメンであると云われている
。カール（Ｋｕｈｌ）等の米国特許第３．６５４．５０
６号は、５００ワツトの金属ハロゲンランプを開示し、
このランプは、ワラ）Ｍす９０ルーメンの効力で作動す
ると云われる。

これら高ワツトのランプは、しかしながら家庭などにお
ける、一般的な照明目的には、太きすぎる。中ワットの
金属ノ・ロゲンランプは知られているが、しかしそれら
の効力は、大型ランプに比較すると低い。例示すると、
日本の特公昭４６−２１４３３ＣＩ９７１年６月１７日
公告〕は、２５０ワツトの金属ハロゲンランプを開示ス
る。このランプは、ワット当り６０から７０ルーメンの
範囲の効力を達成している。

本発明の譲受人は以前に、ワット当り８２ルーメンの効
力をもつ２５０ワツトの金属ハロゲンランプを開発した
。一般照明用で商業用に供された最小型の金属・・・ケ
％１７　ｓワットであり、その効力はワット当り約８０
ルーメンである。

ランプ設計者間の一般的な考えは、小形金属ハロゲン放
電ランプの効力は、非常に悪く、一般照明用には、まっ
たく実用的でないということである。かくして、たとえ
ば、家庭用の一般照明として、小形の白熱あるいは蛍光
ランプのかわりに使用できる小型金属ハ占ゲンランプは
商業的に得られなかった。

発明の要約 本発明の目的は、小形ならびに中形（すなわち、２５０
ワツト以下）の新しい高圧金属ハロゲン放電ランプを提
供すること、ならびに、他の性能要素を悪くすることな
しに、これまでに可能であったものより高い効力を有す
るランプを提供することＫある。

低ワツト及び中ワットの金属ハロ゛ゲン放％ランノにお
いて高い効力を得るための重要な要素は、ランプ端部で
の光の伝達を過度に阻止することなしに、また過度の端
部熱損失を発生させることなしに、ランプ端部を高温度
にすることにある。これは、アーク室の端部における電
極まわりのシールを小さくすること、及びアーク室の大
きさと形状、特にアーク室の直径と長さの形状比を選ぶ
ことによって達成される。一般的に、アーク室は、比較
的に大きな断面をもち、そしてなめらかに形成されるべ
きである。アーク室は、はぼだ＾で、その中心部から端
部に向けて比較的になめらかな移行部を有することが好
ましい。

過度の応力及び移行部における金属凝縮をさけるためで
ある。アーク室の端部における熱を保存し光線を阻止す
る被膜などは完全に除去することが望ましい。

アーク室端部内における適切な電極の位置ぎめもまた、
良好な効力、低い色温度ならびに急速な加温を得るため
に重要である。適切な電極の位置ぎめとは、電極を十分
に挿入してシール部の破かい的な高温度を阻止すると同
時に電極の背後に有害な温度低下を生じさるような深さ
の過度な電極挿入をさけることを意味する。

前記設計緒特性は、良好な効力を得るためにアーク負荷
を十分に高く維持しながら、またランプ包体に使用され
る材料で妥当なランプ寿命を保証する範囲内にランプ包
体の壁負荷を維持しながら、達成される必要がある。薄
い壁の溶融シリカ包体は端部シールを小形に維持するた
めに使用され、そしてこの包体により、包体表面の平方
センナメートル当り１０ワツトないし３５ワツトの壁負
荷になる。

詳細な説明 アーク管に溶融シリカ包体を使用する金属ハロゲン放電
ランプは、これまで便利で比較的に安価なある製造方法
により作られてきた。最も広（用いられる方法は、アー
ク室をまっすぐな溶融シリカ石英管から形成し、その両
端部を加熱し押しつぶして扁平にすることを包含する。

該扁平な部分には電極を外部に接続する導入線が埋設さ
れる。これまで、アーク管を使用するランプに関連する
先行設計は、ｌＪＳ形の高圧放電ランプを必然的に低効
力にし、高い効力を有する小形金属ハロゲンランプは商
業的に製造できないという意見を助長してきた。

従来の設計実務 小形の高圧金属ハロゲンランプを設計する普通の先行技
術は、はぼ次のとおりである。既存の満足すべき５００
ワツト設計が約１３５ボルトのアーク電圧降下で動作す
ると仮定して、それから、２５０ワツト設計が変更によ
り導き出される。良い効力を維持するためには、アーク
負荷Ｐ、すなわちア〜り長（セノチメートル）によって
除したランプへの電力入力（ワット）は犬に維持される
べきである。アーク負荷を同一に維持しながら、同時に
、アーク長を半分にしそれによりランプ電圧を半分にす
ることによって（定常状態動作中、その水銀密度と電源
が同一と仮定して）、その入力を５００ワツトから２５
０ワツトへと半減してもよい。けれども、既存のｂａｌ
ｌａｓｔ　ｄｅｓｉｇｎ　は、電圧が１３５ボルトの設
計値ｎ近くに維持されることを要求している。

水銀の量を増加すると、すなわち、動作中の水銀蒸気密
度を２倍よりも若干多くすると、変更ランプの電圧降下
は、その元の値に回復する。

しかしながら、入力を半分にするためには、電１を減少
することは、イオン及び電子衝撃によってその電極先端
に発生する熱を減し、電極を比較的低温にとどまらせる
。したがって、アーク室端部（電極が通り抜ける近く）
の壁温度が低減し、端部に水銀の凝縮溜りを生じます。

昇温時間、すなわちランプ点灯後、蒸気圧を蓄積して、
通常の発光状態に到達するのに必要な時間は、例え、す
べての水銀が最終的に蒸発されたとしても、多分あまり
に長いものになるであろう。例え、ゆつ（すした昇温時
間が許されたとしても、冷温の定常状態端部温度は冷点
を形成し、との冷点が、定常状態のハロゲン蒸気分圧を
減少し、ランプの放射光の色温度を所望のものから離れ
たものにしてしまう。

従来の設計における妥協 両端部における水銀及び金属ハロゲンの凝縮並びに遅い
昇温の問題を解決するために先行技術は種々の工夫をし
ている。ひとつの工夫は、アーク室の直径を小さくして
端部分の表面積を減少し、それにより同じ電極損失で高
い端部温度を発生することである。しかしながら、こう
したアーク室の直径の小径化は、許容可能なレベル以上
に壁負荷を増大させてしまう。壁負荷を許容可能レベル
まで低下するためには、ランプ長さを増加しなければな
らない。しがしそうすると、アーク負荷が減少し、効力
が低下してしまうということになる。

もう一つの極く普通の工夫は、反射性の熱保持被膜を、
アーク管の端部にほどこして、熱を一捕促することであ
る。例えば、普通に行なわれるのは、ジルコニアまたは
アルミナ粉の白い不透明な層を、金属ハロゲンアーク管
端部の外表面に塗布することである。これによって、ア
ーク室端部の壁を通り抜ける放射による熱損失を低下さ
せることにより、アーク室の直径及びアーク負荷をあま
り減少させることなしに適当な端部温度を得ることがで
きる。こうして達成される効力は、アーク管の端部が、
同じアーク負荷で冷たい状態で動作されるときの効力よ
りも良い。金属ハロゲン化物が水銀光てん物に加えられ
ている金属ハロゲンランプにおける端部要件は臨界的で
ある。

金属ハロゲン化物の蒸気圧は、しばしば、成分金属の蒸
気圧より高いが、ランプに使用される金属ハロゲン化物
は、一般に、水銀蒸気圧よりも数オーダー低い蒸気圧を
有する。金属ハロゲンランプの効力及び演色は、適切な
金属ハロゲン化物の蒸気圧を得ることに依存しているか
ら、設計の傾向は、大面積の熱保持端部被ふくヒ比較的
に高い壁負荷に向けられていた。

金属ハロゲンランプにおける広い端部被ふくと高い壁負
荷の直接的な効果は、効力を向上し、色特性を改善する
ことにある。しかしながら、□端部被ふ（は、本来特性
として、放射吸収性を有しそのため効力の観点からは不
良である。すなわち、被ふくは放射熱エネルギをとらえ
て、温度上昇する。しかし、被ふくは、同時に放射光エ
ネルギを阻止する。この短所は、端部被覆がより高い金
属ハロゲン化物蒸気密度に基因して光出力の直接的な増
加を生じるという事実により隠されてきた。

要するに、与えられたランプの性能は、端部被ふくによ
って改善されるが、被覆の存在そのものが、設計が最適
でないことを示している。

被ふくが常に光をさえぎってルーメンの損失を生じさせ
るからである。端部被ふくを太き（、あるいは広大にす
ればするほど、最適条件からますます逸脱するというこ
とである。

新設計の実行 本発明は、次の特徴により、約２５０ワツト以下の中型
及び小型の金属ハロゲンランプの構造を、効力及び長寿
命の面で最適にしております。

（１）　　ランプが適当な寿命とルーメン維持とを有す
るように、ランプ包体を薄壁の融解シリカから構成し、
そしてその壁負荷が１０から３５ワツト／ｃ／ｌの範囲
にあるようにする。

［２）　　高い効力に必要なアーク負荷を得るのに適当
な短かいアーク長と小さいアーク室。アーク負荷は、６
０から１５０ワツト／ｃｄの範囲内で、出来るだけ高（
する。しがし壁負荷の上限を超過しないような高さにす
る。

（３）　　アーク室は、内部長さＸと大径部の直径りと
の形状比Ｘ／Ｄが、約０．９から２５の範囲内に入る形
状を有する。

（４）伝導と放射による熱の端部損失を最小にするため
に、導入線シールは、包体中心の全立体角のわずかな・
セーセントに相当し、包体の大きさに比較して小である
ランプ端部の熱保の集りの対応立体角は、アーク室中心
の全立体角の１０多以下にすべきである。

（５）　　アーク室の両端部は、中央部の半径を越えな
い半径、好ましくは、それ以下の半径（Ｘ／Ｄが１以下
である場合を除く）でわん曲し、アーク室は端部へと円
滑に導びかれる美しい形状を有し、好ましくは楕円体、
である。

（６）電極挿入深さは、過度のシール温度をさげるのに
十分な大きさで、しかも電極の背後に低温部を生じない
程度の大きさである。

本発明のランプの場合、０１がら０．６の範囲に入る電
極挿入係数が使用される。

壁負荷 壁負荷は、ランプへの入力ワットをアーク室の外部放射
表面積で割ることによって得られる。

実務においてＬ′Ｊ、放射表面は、ネックのシールを除
いた包体の外表面がとられる。許容壁負荷は、使用され
る包体材料ならびにランプの用途に対し十分と考えられ
るランプ寿命とルーメン維持による。石英あるいは溶融
シリカの場合、過度の壁負荷は、包体の早期の不透明化
を生じ、結果としてルーメン維持が低下しランプ寿命を
短縮する。薄壁の石英包体が、本発明のランプの場合、
好適である。薄壁の石英を使用すると、端部シールが小
断面積になるからである。薄壁の包体は、非常に薄いの
で、ランプ点灯中に、もし内表面が加熱されて軟化する
と、膨張するか、つぶれるがする。薄壁とは、壁厚が１
５ミリメートルまたはそれ以下のものをさす。本発明の
金属・・ロゲンランプに使用する溶融シリカからなる薄
壁の包体の場合、一般照明用に十分なルーメン維持とラ
ンプ寿命をもたせるために、壁負荷は１０ないし３５ワ
ツ）　／　ｃｒｌの範囲とされる。

アーク長さとアーク負荷 一定の電力入力に対して、短かいアーク長さは、高いア
ーク負荷、すなわち、アークの単位長さ当りの高電力入
力を意味し、それは望ましいことである。しかし、一定
の電極挿入深さに対しては、短かいアーク長さは、短か
いアーク室を、そして普通には、小さいアーク室と高い
壁負荷を必要とする。過度の壁負荷は避けるべきである
から、アーク負荷は真の実用点キ゛°　　以上に増 加すべきではない。

低いアーク負荷においては、効力はアーク負荷の増加と
共に著しく増加するが、アーク負荷が高（なると、増加
率は徐々に低下する。金属ハロゲンランプの場合、アー
ク室の直径がアーク室の長さよりかなり大きくないと、
１５０ワツト／）を越えるアーク負荷において、融解シ
リカ包体の不透明化及び低いルーメン維持の問題が、効
力におけるいかなる他の利益よりも重要であるというこ
とを発見した。しかし、長さよりも非常に大きな直径は
、封入物の蒸発及び高い動作圧を作ることを困難にする
。これらの理由及び本発明との調和において、我々は、
アーク負荷を、約６０〜１５０ワツト／ｃＩｒＬの範囲
に制限する。

アーク室の形状 アーク室の容積は、短かいアーク長及び一定の水銀量で
の高い水銀蒸気密度を確立するために小にすべきである
。我々の２５０ワツトの金属ハロゲンランプは、約４　
ＣＣの容積のアーク室を利用するが、我々の小形ランプ
のアーク室は、容積ＩＯＣ以下である。

高いアーク負荷の必要がアーク長りを制限し、アーク長
がアーク室の長さを制限するが、かかる必要と壁負荷に
対する上記制限の組合せが、要求に合致するアーク室の
形状を、制限された範囲の割合に特定させる。アーク長
りと２電極の挿入深さの和が、アーク室の内部長さＸに
なる。アーク室の内部直径りはアーク室の最大横断面に
おける平均直径である。

アーク室の内部長さＸと内部直径りとの形状比を検討し
て、我々はＸ／Ｄが０．９と２．５との間にあるべきで
あると決定した。この範囲内で、ランプ寿命及びルーメ
ン維持要求が壁負荷に課する制限と調和する最も高いＸ
／Ｄ比を利用することが好適である。０９から２５の範
囲内のアーク室の形状は一般照明用の従来の通常の金属
ハロゲンランプのものとは相異している。従来のものの
形状比Ｘ／Ｄは、一般に２５以上で室は、球形またはほ
ぼ球形状あるいは球形を通り越してやや偏球面になる。

しかしながら、だ同体と比較した場合、球形は、球形の
内壁内のネックシールに急な変化を有し、それにより破
裂し易いという欠点を有するので、球形を通り越すこと
は利益がない。

楕円体及び球体状のアーク室は、これまで大部分が１．
０００ワット以上の入力をもった非常に高ワツトのラン
プ、及び特に短寿命の用途、例えば投射及び写真複写に
用いられる、いわゆるコンパクトランプにおいて、用い
られてきた。

これらコンパクトランプは、極めて高輝度の小さな光源
を作るように設計されており、１５０ワツト／函をかな
り越える高いアーク負荷と、１００ワツト／ｄをかなり
越える非常に高い壁負荷を使用している。これらランプ
は、大きな内圧に耐えるために厚壁の包体を必要とし、
そして比較的に低い効力と短かい寿命とを有する。

これと対照的に、本発明のランプは薄壁の包体を使用し
、そして高い効力と長い寿命とを有する。

小さい導入線シール 電極を支持する導入線は、シールすなわち、光線を効率
的に通過させない比較的に長い融解シリカのネックを貫
通している。我々は、シールが端部波ふくとほぼ同様に
ルーメン損失を生じさせること、ならびに、該ルーメン
損失がシールの放射阻止横断面に比例していることを発
見した。ランプ端部の放射阻止または吸収横断面は、ア
ーク室中心の立体角に関して、２つのシール、あるいは
、それらシールと端部被覆が対応するパーセントとして
測定される。かわりに、吸収断面は、ランプを囲む想像
上の球表面のノミ−セントとして同様に定義される。ラ
ンプを囲む想像上の球面には、点光源がアーク室の中心
に置かれた場合、端部シールが投影される（第６図参照
）。全直径挟圧シールを使用する従来技術のランプにお
いては、シールの放射吸収横断面のみで１０％を越え、
そしてシール及び被ふ（の合計放射吸収横断面は２０％
を越えている。我々の発明によれば、ネックシールの放
射吸収横断面は、製造上受入れられる範囲内で、できる
だけ小さくされ、本発明の範囲内に入る大きい方のラン
プでは１チ以下にすルコトが望まれている。いかなる場
合においても、ネックシール及び端部波ふくの合計放射
吸収横断面は、アーク室中心の立体角の１０％以下にす
べきである。包体が小さくなると、非常に小さな部品を
取扱う困難性から、高い放射吸収横断面を受入れざるを
得な（なる。

小さなネックシールを使用することから生じる重要な利
点は、伝導と放射とによってシールを抜ける熱損失が低
下することである。大きな断面のシールは、冷却シンク
として作用し、アーク室の端部から熱を引ぎ出す。（部
分的に薄壁の石英により可能となる）小さなシールによ
り、シールの熱放射能は低下する。これが、アーク室の
端部を高温に維持して、金属の凝縮をさげ、また端部波
ふくの必要なしに速い昇温を促進する助けとなる。

端部室と流線型構造 包体の端部は、電極先端を通るランプ軸線に垂直な仮想
平面より外方の包体容積の部分と定義できる。表現をか
えると、端部ば、前記仮想平面と導入線の導入点との間
の部分である。

一般に、端部は、Ｘ／Ｄ比が１以下である場合を除き、
中央部のアーク室壁の曲率よりも小さくない曲率に形成
される。Ｘ／Ｄ比が１以下である場合には、端部の曲率
は中央部の曲率よりも約１０ｆＤ小さくなる。端部は、
凸面に形成され、また凹所やひだを有しない。凹所やヒ
ダは、冷却点を形成し、その中に金属蒸気が凝縮するか
らである。包体形状は、流線型にされるべきである。す
なわち、中央部がら端部にかけて比較的になめらかな移
行部分があるべきである。好適には、中央部の曲線と、
端部及びネックの曲線にほぼ接線状に合体する、なめら
かな曲線があるべきである。形状は、移行部分における
過度の金属凝縮をさけるようにすべきである。そして、
凝縮がある場合には、一様に分散されるようにすべきで
ある。一般的に、鋭い角または曲率の急激な反転はさげ
るべきである。

究極的には、アーク室形状の適合性は、高い効力を発現
する能力と、端部波ふくなしに所望のランプ色温度を発
生する能力とによって決定される。

電極挿入 金属ハロゲンランプにおいて、金属ハロゲン化物の充て
ん物は完全に蒸発することはない。

ある形状の端部内に残る凝縮物の最終位置及び温度は、
電極挿入係数Ｙによる。電極挿入係数Ｙは、アーク室長
さＸに対する両方の電極挿入深さの和と、アーク室長さ
Ｘの比として定義される。また、この電極挿入係数Ｙは
、アーク室長さＸとアーク長りとの差と、アーク室長さ
の比としても定義でき、次の式で与えられる。

ランプを水平スニ゛動作させる場合には、両端部の電極
挿入深さは等しくするのが好適である。

しかし、垂直で動作させる場合には、２端部の温度条件
は重力及び対流の効果によって、全く異なり、不均等な
状態が好適である。

電極挿入係数Ｙの関数としての色温度ならびに相対効力
の変化は、２５０ワツトランプについて、第１ａならび
に第１ｂ図に示されている。

長さＸ、Ｄ及びＬは、第１ｂ図における典型的な新しい
２５０ワツトランプの挿入図に示される。２つの図にお
いて、曲線Ａは、Ｘ／Ｄ比が２０のランプに対応し、わ
ん白側壁の接線は軸線に約６０°の角度で交叉している
。曲線ＢはＸＺＤ比が１．３のランプに対応し、この場
合、接線は軸線に約１００°の角度で交叉している。

まず事例ＩＩ　Ａ　ＩＴをみると、０．４よりも大きい
電極挿入係数Ｙに対応する比較的大きな電極挿入深さの
場合、色温度（第１ａ図）は高く、効力（第１ｂ図）は
低い。この条件下では、充てん物からの金属ハロゲン化
物凝ａ物は、はとんど電極の後方に集まる。電極挿入深
さを小さくすると、色温度は低下し、効力は増加する。

ただし、はぼ全部の凝結物が、端部がらアーク部分、す
なわち包体の主体部に移され、凝結物が、アーク室の内
表面にフィルムすなわち層を形成するまでである。この
ランプの最適条件は、挿入係ｐＹが約０．３１のときで
あり、この場合、色温度曲線は、その最下点に達し、一
方、効力曲線はその頂点に達する。しがしながら、もし
電極挿入深さがさらに減少すると、凝結物はふたたび、
シールに接近し始める。このことが起ると、凝結物は低
温になる。というのは、アーク負荷が低下すると共に、
新しい位置の凝結物がアークによって効率的に加熱され
ないがらである。そのため、効力は落ち込むと共に、色
温度が再び上昇し始める。

包体壁が、電極の入口点からの距離の関数として、軸線
から急激に離れる場合は、壁が軸線からゆっくりと離れ
る場合よりも、電極挿入深さの変化が、凝結物の分布に
ついて少ない効果を有する。急速な分離は、１に近〜・
Ｘ　／　Ｄ比の場合に起り、一方、大きなＸ／Ｄ比は、
ゆっくりした分離を意味する。余り急激な分離の場合、
電極先端は、最大効力の挿入深さのとき、端シールに非
常に近くなっているので、融解シリカ包体のシールなら
びに端部壁の長期間保証のためには、最高温度が過度に
なる・ＩＴ　Ｂ　ＩＴの場合がこうした条件を説明する
。ここで、効力（よ、電極挿入深さが減少するにつれて
、第１ｂ図のように増加しつりける。電極挿入係数Ｙが
０．３５のとき、電極挿入深さは小さいカー、臨界シー
ル温度は過度になって、早期の不透明化が観察される。

事例ＩＩ　Ｂ　ＩＴは、ランプ性能が端部波ふくにより
改善されるような非最適ランプ構造の例を示す。しかし
ながら、事例“Ｂ″の全効力は、常に、高いＸ　／　Ｄ
比を選択した事例ＩＩ　Ａｌ１の全効力よりも、かなり
低下している。これらの結果は、許容できる壁負荷を越
えることなく可能な最高のＸ　／　Ｄ比を選ぶことの望
ましいことな示している。

上述した実験及び測定ならびに同種のその他の事項から
、我々カー結論したのは、電極挿入係数Ｙは、ｏｌから
０．６の範囲にあ、るべきであるということである。第
１ａならびに第１ｂ図で考えられるランプでは、最も低
い色温度と最も高い効力は、この範囲の中央点近く、約
０２から０４で生じているが、ある特定のランプ設計の
ための具体的な選択は、端部形状と選択したワット数に
よる。

実施例 第２図は、本発明を具体化した２５０ワツトの金属ハロ
ゲンランプを示し、前記設計原理が利用されている。該
ランプは、外部ガラス包体すなわちジャケット２内に支
持された薄壁の融解シリカの内部包体１により限定され
たアーク室を有する。

内部包体１の適切な充てん物は、２８ダの水銀と５０Ｉ
ｎ９のハロゲン塩とがらなり、このハロゲン塩は、重量
で８４％のＮａｌ、１２％のＳ　ｃ　１’　ａならびに
４％のＴｈ１３と、アルゴンあるいはキセノンのような
不活性起動ガスとからなる。内部包体は、内容積が３．
９　Ｃｃである。

外側ジャケット２は、その下方端に、凹入ステム３が設
けられ、このステムを通って、比較的剛直な導入線４．
５が延び、これらの外端は通常のねじベースの電気接点
に、すなわち、螺切されたシェル６ならびに端接点７に
接続される。楕円体のような形状で、管状でなくても、
アーク管と通称される内部包体は、ジャケット内におい
て、長尺脇棒８と短尺棒９との間に支持されており、こ
れら棒は、導入線４．５に接合される。外側ジャケット
内の空間は、０．５空気圧の窒素で満されているが、所
望なら、７−り管の熱損失を低減するため、真空にして
も良〜１゜ 内部包体すなわちアーク管１は、〔たとえば、１．５ミ
リメータより小さい〕薄壁の石英すなわち融解シリカで
作られており、放電空間すなわちアーク室は、実質的に
だ同体になっている。

これは第２図で垂直に示されているランプの長手軸線ま
わりに、だ円形を回転することによって、得られたもの
と考えてよい。球状部１１を形成するーの方法は、比較
的薄壁の融解シリカの管を、ダブルチャックのガラス旋
盤で回転しなから可塑状態に加熱し、膨張据込みするこ
とである。ネック部分１２．１３は、同様な方法で、石
英管を表面張力により縮径させることにより形成される
。一般に、壁厚ならびに球状部の形状は、加熱の度合と
場所ならびに膨張または縮径の度合を調整することによ
って、制御される。この一般的な形状の球状部を形成す
るためのもうひとつの方法は、スジラギ−（Ｓｚｉｌａ
ｇｙｉ）の米国特許第３．８９７．２３３号に開示され
ている。あるいは、アーク室は、加熱ならびに所望形状
へのブロウ成形によって、適当な壁厚の開口端を有する
溶解シリカのチューブから形成される。

タングステン線の電極１４．１５は、図示のように、開
ループに形成された末端を有するのが望ましい。電極１
４　、１５は、アーク管の対向端部に配設され、中間モ
リブデン箔１６．１７を有する導入線から伸びている。

これら中間モリブデン箔は、外側の導入線部分１８　ｔ
、　１９によって長尺脇棒８ならびに短尺棒９に、それ
ぞれ接続されている。気密シールは、モリブデン箔ｘ６
．工ｒのところでつくられ、モリブデン箔１６．１７は
シール作業中、加熱されて可塑状態になるシリカによっ
て濡らされる。このとき、溶融シリカは、真空の適用に
より、あるいは機械的な挟圧により、またはその両方に
よって、箔に対して押圧される。封入物すなわち充てん
物は、包体内に、横排気管を介して導入され、該横排気
管は、ついで２１で切り落される。

図示のネック部すなわち端シール１２．１３は、真空形
成されて、第６図に示すように円柱形である。本発明の
実施に際しては、光放射の阻止すなわちランプ端部の吸
収断面を低減すると共に、シールを通る熱損失を最小に
するために、シール１２．１３は小断面積に形成される
。

第１図ならびに第２図に示される２５０ワツトランプの
内部包体１の場合、各端シール１２゜１３によって対応
される立体角ａは、内部包体１の中心の立体角の約０．
３パーセントである。

言い換えると、端シール１２．１３は、塙シールによっ
て、ランプまわりの想像上の球２６の表面に投射される
影２５（第６図）の全面積かもし点光源が、包体の中心
２７に配されると、球の全表面積の約０．６・ξ−セン
トになるような断面積を有している。この実施例では、
シール１２．１３及び内部包体１の端部は全く熱保護被
ふくを有しない。かくして、包体の端部に生じる光速へ
いは、端シールに起因する遮へいのみである。

本発明の適切な評価は、我々の新しい２５０ワツトの金
属ハロゲンランプと、同じ程度の通常の先行技術のラン
プとを、同じ充てん物を使用して比較することにより得
られる。先行技術（Ｄ　ラフ　ツバ、第３図の５１に示
される。このう７Ｐは、一般に、筒形の溶融シリヵチュ
ーフテ作られ、このチューブの端部は、太き（、全直径
が押圧されたシール５２によって閉じられる。

主電極５３は、タングステンシャンクのまわりに巻かれ
た２重層のタングステン線がらなり、コイル及びコイル
間の空間は、アルカリ土類金属の酸化物を含む放射性酸
化物で被ふくあるいは充てんされている。裸かのタング
ステン線５４が、アーク室内に突出して、起動電極とな
る。

アーク管の端部は、錐形にまるめられると共に、５５．
５６の半透明な白いジルコニウム酸化物層で被ふ（され
ている。被ふく５５は、作動中、もつとも低い位置にあ
り、面積では、被ふ＜５６よりも太きい。被ふ（された
端部は、全部で、アーク管の中心まわりの全立体角の約
ｌＯ％に対応している。

と（に、第２図と第３図のランプは、次の表のデータに
よって比較される。

表　　　　　１ ２５０ワツトの金属ハロゲンランプの比較２５０ワツト
　　　　２５０ワット 先行技術　　　本発明 アーク負荷　　　　　６８．５　Ｗ／ｃｒｒＬ１１５　
ｗ／ｃＩｒＬアーク長さくＬ）　　　　　　３．７　ｃ
ｗＬ２．２　ａｒｉアーク室長さくＸ）　　　　　４．
６　ｃａ　　　　　　　３．　Ｏｃｍ直　径（Ｄ）　　
　　　　　　１．５函　　　　　　１．５Ｃ１ＴＬＬ／
Ｄ　　　　　　　　　２．４　　　　　　　１．５Ｘ／
Ｄ　　　　　　　　　３．０２．０挿入係数（Ｙ）　　
　　　　０．２０　　　　　　０．．２７外部放射面積
　　　２２．Ｏｃｒ＆　　　　　　１４．８ｉ容積　　
　６．８ｃｒｌ　　　３．９ｄ壁負荷　　　　　　１１
．４　ｗ／＝　　　　１７．０　Ｗ　／ｃｎＩ対応立体
角　　　　１０％　　　　　　０．６％効力　　　　８
．２　ＬＰＷ　　　１０５　ＬＰＷルーメン　　　　　
　２０．５００　　　　２６．３００ＨＩ負荷　　　　
　３１ｍ９　　　　２８〜ＨＩ密度　　　　　４．６　
ｍＷ／ｃｒ！７．２　ｍｅｌｃｒｌ上記の表１は、我々
の発明を、２５０ワツトの金属ハロゲンランプに適用す
ることによって得られる利点をしめす。本発明を採用し
たランプは、先行技術のランプの８２．１．ｐ、ｗと比
較して、ワット当り１０５ルーメンの効力を有する。

効力の改善に加えて、我々の発明は、ルーメン保持の改
良をしめす。

我々の発明を採用する７０ワツトサイズの金属ハロゲン
ランプは、第４図に６１で示されている。アーク室は、
全体的に楕円体であって、充てん物は、水銀、Ｎａ　１
　、　Ｓ　ｃ　ｌ　３．Ｔ　１４　　及びアルゴンから
なる。タングステン線の電極６２は、狭いネック部６３
を抜けて包体内にシールされる。

電極は、導入線６４に接続され、この導入線は、ネック
部内に気密にシールされる箔部分６５を有する。アーク
室は、浄化されると共に、充てん物は、シールする前に
ネック部のひとつを介して導入され、したがって横排気
管端は、残っていない。補助の起動電極も熱反射波ふ（
もな℃）。

第４図のランプのサイズを適当に縮少することによって
、楕円体のアーク室をもつ３０ワツトの金属ハロゲンラ
ンプかつ（られる。楕円体のアーク室をもつ７０ワツト
と３０ワツトのランプの物理的項目及びパラメータは、
下の表２に与えられる。

表　　　　　２ 小形のダ円形ランプのパラメータ ７０ワツト　　３０ワツト アーク負荷　　　７８Ｗ／ｃＩｒＬ　　　６７Ｗ／ｃｍ
アーク長さくＬ）　　　　　　０．９ｃｍ　　　　　　
　０．４５ｃｍアーク室長さくＸ）　　　　１．３ｃＩ
ｒＬ−０，７５ｃＩｎ直　径（Ｄ）　　　　　　　０．
７ｃｍ　　　　　　０．３５ｃｍＬ／Ｄ　　　　　　　
　１．３　　　　　　１．３Ｘ／Ｄ　　　　　　　　１
．９　　　　　　２．１挿入係数（Ｙ）　　　　　　０
．３１　　　　　　０．４７外部放射面積　　　　３．
９　ｃｒ＆　　　　　　　１．２　ｃｒｌ容積　　　　
０．３３ｃｉ　　　Ｏ，０６６ｃｒ＆壁負荷　　　　　
１８ｗ／ｉ　　　　２５Ｗ／ｉ立体角　　　　　　２４
％　　　　　５．６係効　　力　　　　　　　　　１０
０’、ＬＰＷ　　　　　１０６　ＬＰＷルーメン　　　
　　　７．０００　　　　　３．４８０Ｈ＆負荷　　　
　　　　１１．６■２．５ｍｇＨＩ密度　　　　　　　
３５．２ｍ＆／Ｃｎｌ３９．８１Ｖ／ｉ表２は、比較で
きるサンズあるいは大きさの、先行技術の金属ハロゲン
ランプとは、比較されていない。というのは、出願人が
知っている範囲では、これまでに存在しなかったからで
ある。

本発明を採用する両方の小形ランプの効力は、絶対的な
意味で高いのみならず、これらのサイズでは驚くべきも
のがある。１００１．ｐ、ｗの７０ワツトランプ効力は
、表１の８２１．ｐ、ｗである先行技術の２５０ワツト
の金属ハロゲンランプを越える。１０６１．ｐ、ｗの３
０ワツトランプの効力は、同じ種類の充てん物を使用す
る先行技術の１７５ワツト金属ハロゲンランプの約８０
１、ｐ、ｗの効力を越える。１００ワツトサイズ以下の
金属ハロゲン放電ランプのこうした類の効力は、不可能
であると、以前は考えられていた。

我々の発明を採用する他のもうひとつの小形金属ハロゲ
ンランプは、３０番ワットサイズとして、第５図の７６
に示されるように、球形のアーク室からなる。同じ種類
の充てん物が、第４図のランプと同様に使用される。電
極７７は、タングステン線部分で、狭いネック部８０の
箔状にされた部分７９を有する導入線７８に接続される
。このランプの他の物理的項目及び表うメータは、下の
表３に与えられる。

表　　　　３ 小形球状のランプパラメータ ３０ワツト アーク負荷　　　　　１００ｗ／α アーク長さくＬ）　　　　　　０．３函アーク室長さく
Ｘ）　　　　０．６　ｃｍ直　　径（Ｄ）　　　　　　
　　　　　　０．６　ｃｍＬ／Ｄ　　　　　　　　　０
．５ Ｘ／Ｄ　　　　　　　　　１．０ 挿入係数（Ｙ）　　　　　　　　０．５外部放射面積　
　　　　１．４ｃｉ 容積　　　　０．１１ｆｆｌ 壁負荷　　　　　　　２１ｗ／ｉ 立体角　　　　　　　　６係 効　　力　　　　　　　　　　　８５ＬＰＷルーメン　
　　　　　２．５５０ Ｉｎ負荷　　　　　　　４．、３　ｍ９Ｈ１！密度　　
　　　　　３９．１　ｍ９／ｄ我々の発明による最適な
ランプの設計は、可能な最も小さい実際的な端シールを
利用し、アーク室の形状比ならびに他の・ξラメータを
選択する。これら形状比と他のパラメータは、すでに論
議されたもので、熱保持装置にたよることなく、あるい
はランプの端部を被ふ（することなく、所望の動作条件
を達成できる。がしかし、実際に起り得るところの、既
存のランプの包体設計を維持すること、ならびに色温度
を低下するような所望の変形を実施することは、わずか
に拡大する最終コストを吸収することによって、経済的
になる。このことは、次の例で説明される。楕円体形包
体で、第４図に示されるような、Ｘ／Ｄ比が約２である
３５ワツトのランプを考えろと、このランプは、色温度
４５００’にで、ワット当り１１５ルーメンの効力を持
ち、そしてその端シールはともに、アーク室の中心の立
体角の約５％に対応する。色温度が約３８００’にと低
い、同様なランプを製造したいと仮定する・これは、シ
ール部のまわりに、反射性の端部波ふくを置くことによ
って行なえる。この被ふ（は、シールならびに端部波ふ
くによって対応される立体角の〕ξ−セントを、約１０
％まで増加する。この結果、暖かいランプの端部は、端
部から遠いアーク室の中心部分方向へ過剰のノ・ロゲン
塩を動かす。このことが、色温度を約７００゜Ｋ低くし
、同時に、効力を約２０％降下する。

かくして、ワット当り９２ルーメンの効力で、所望の色
温度を持つ新しいランプの製造が可能になる。このラン
プは、市場性が充分あって、変形された包体形状用の新
しい型を含む装置再設計費用が回避される。

融解シリカの包体を使用する先行技術の金属ハロゲンラ
ンプの場合、壁負荷は、一般に、約１５ワツト／　ｃｒ
＆を越えない。これは、一般に水銀ランプの場合に受は
入れられる限界の１０ワツト／ｄよりも高い〔すなわち
、このランプは水銀で充てんされて、金属ハロゲンの添
加物はない。〕。高い壁負荷は、しかしながら、添加金
属ハロゲン塩の十分な蒸気圧を発生させ、そしてそれら
の存在から得られる利益を実施させるために必要とみな
されていた。金属ハロゲンの寿命は、ナトリウム損失な
らびに／あるいは点灯時間の関数であるアーク電圧降下
の増大によって、かなり制限される。金属ハロゲンラン
プのルーメン維持ならびに寿命は、水銀ランプよりも本
来的に劣るということが一般的に受入れられていた。

我々の発明によって認められる予想外の利点は、」５ワ
ツト／ｄをかなり上まわる壁負荷が、不利な効果なしに
金属ハロゲンランプに使用できるということである。我
々のランプのルーメン維持ならびに寿命は、同じハロゲ
ン類を使用する通常のランシーのものよりも優れている
。事実、我々は、３５ワツト／ｄまでの壁負荷が、ルー
メン維持に激的な罰点を招くことなしに使用でき、この
間、ナ）　ＩＪウム損失及び／あるいはアーク電圧の上
昇を、許容レベルに維持することを、見い出している。

今や、壁負荷の事実上の制限は、石英あるいは融解シリ
カの軟化点であり、アーク室が、もはやその初期の形状
を、内圧の応力のもとでは維持できない石英あるいは融
解シリカの軟化点である。そしてこの制限は、壁厚にも
依存している。しかしながら、事実上、すべての望まし
い結果は、３５ワツト／ｄ以下の壁負荷において、薄壁
の融解シリカ包体で容易に、得られる。これにより、薄
壁の融解シリカの利点を保持しながら、本来的に高い効
力を有する設計を可能にしている。

実施例 （１）　　一般の照明目的用で電力入力が２５０ワツト
以下に定められる高圧金属蒸気のアーク放電ランプにお
いて、このランプ′ｏマアーク室をもち、このアーク室
の形は楕円体形あるいは球形あるいはこれらに近い形で
あって、上記アーク室が、光透過物質からなると共に、
１．５ミリメータを越えない壁厚を有する包体１内にあ
り、水銀ならびに金属ハロゲンの充てん物が、上記室内
に含まれて、ランプの動作中に蒸気化されるようにされ
、上記アーク室は定められたワット数でランプが作動さ
れると　（２）き、壁負荷が約１０から３５ワツト／ｄ
の範囲内にあるような値の壁面積を有し、上記アーク室
は、長さ対直径比（Ｘ／Ｄ）が、約０９から２５の範囲
内にあり、１対の電極１４．１５は、上記アーク室内に
上記包体を通って伸びる導入線１８．１９に支持され、
上記電極部、定められたワット数でランプが作動される
とき、アーク負荷が約６０から１５０ワツ）　／　ｃｍ
の範囲内にあるような値の距離りによって、互いに離間
された相対する先端を有し、上記電極の挿入係数Ｙは、
約　　（３）０１から０６の範囲内であり、ここでＹは
、１２、、１３は、上記包体に上記導入線を気密に固着
し、上記ネックシールならびに、これと組み合わされる
あらゆる熱保持装置が集まって、上記アーク室中心の立
体角の１０パーセント以下に対応することからなる高圧
金属蒸気のアーク放電ランプ。

上記第１項で、電力入力が約２５０ワツトに定められる
ランプにおいて、上記アーク室が一般にだ円形であり、
壁負荷が約１０から２５ワツ）　／　ａｎｔの範囲内で
あって、（Ｘ／Ｄ）比が約１．５から２５の範囲内であ
り、アーク負荷は約１００から１５０ワツト／αの範囲
内で、上記ネックシールならびに、これと組み合わされ
るあらゆる熱保持装置が集合して、上記アーク室中心の
立体角の１・ξ−セント以下に対応することからなる高
圧金属蒸気のアーク放電ランプ。

上記第１項で、電力入力が７０ワツト以下に定められる
ランプにおいて、上記アーク室が１立方センチメータ以
下の容積であり、壁負荷が約１５から３５ワツト／ｄの
範囲内にあって、アーク負荷は約６０から１２０ワツト
／儒の範囲にあり、そしてネックシールならびに、これ
と組み合わされるあらゆる熱保持装置が集合して、アー
ク室中心の立体角の７パーセントに対応することからな
る高圧金属蒸気のアーク放電ランプ。

（４）　　一般の照明目的用で、電力入力が７０ワツト
以下に定められる高圧金属蒸気のアーク放電ランプにお
いて、上記ランプがアーク室を含み、このアーク室はだ
円形状を有すると共に、１立方センチメータ以下の容積
を有し、上記アーク室は融解シリカからなると共に、１
５ミリメータを越えない壁厚を有する包体内に定められ
、水銀ならびに金属ハロゲンが上記室内に含まれると共
に、ランプの動作中に蒸気化されるようにされ、上記ア
ーク室は、定められたワット数でランプが作動されると
き、壁負荷が約１５から３５ワツト／ｄの範囲内にある
ような値の接面積を有し、上記アーク室は、長さ対直径
比（Ｘ／Ｄ）が１．５から２５の範囲内であり、上記包
体の全内外表面は、熱保持波ふくを有せず１．テ÷ｅ妾
４ビー　１対の電極は、上記包体を通って、伸びる導入
線で上記アーク室内に支持され、上記電極は、定められ
たワット数でランプが動作されるとき、アーク負荷が約
６０から１２０ワツト／儂の範囲内にあるような値の距
離りによって、互いに離間された相対する先端を有し、
上記電極の挿入係数Ｙは、約０．１から０．６の範囲内
にあり、ここでＹは量上記導入線を上記包体に気密に固
着すると共に、上記アーク室中心に立体角の７・ぐ−セ
ント以下に対応することからなる高圧金属蒸気のアーク
放電ランプ。

【図面の簡単な説明】

第１ａ及び第１ｂ図は、色温度及び効力に対する電極挿
入効率を示すグラフである。第２図は、本発明の好適な
形態を具現している２５０ワツトのジャケット付き金属
ハロゲンランプを示す。第３図は、第２図のランプと比
較のための、ジャケット付きでない先行技術による２５
０ワツト金属ハロゲンランプを示す。第４図は、ジャケ
ットを有しない本発明に係る７０ワツトの金属ハロゲン
ランプを示す。第５図は、ジャケットを有しない本発明
に係る３０ワツトの金属ハロゲンランプを示す。第６図
は、ランプ中心を囲む全立体角に関連して、第２図のラ
ンプ端部のシールに対する立体角を示す概略図である。 第２図 １・・・・・・内部包体（アーク管） ２・・・・・・ジャケット １２．１３・・・ネックシール １４’、　ｌ　５・・・電極 １６．１７・・・モリブデン箔 ６２・・・電極 ６３・・・ネック部 ６４・・・導入線 ６５・・・箔部分 第６図 ａ・・・・・・立体角 ２５・・・影 ２６・・・想像法 ２７・・・中心 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一般の照明目的用で、電力入力が７０ワツト以下に定め
   られる高圧金属蒸気のアーク放電ランプにおいて、上記
   ランプがアーク室をもち、このアーク室はだ円形ならび
   に球形およびこれらに近い形の形状群から選択された球
   状を有し、上記アーク室は１立方センチメータ以下の容
   積を有すると共に、光透過物質からなって壁厚が１．５
   ミリメータを越えない包体内に定められ、水銀ならびに
   金属ハロゲンの充てん物が、上記室内に含まれると共に
   、ランプの作動中に蒸気化されるようにされ、上記アー
   ク室は、定められたワット数でランプが作動されるとき
   、壁電荷が約１５から３５ワツト／ｄの範囲内にあるよ
   うな値の壁面績を有し、上記アーク室は、長さ対直径比
   （Ｘ／Ｄ　）が、約０．９から２．５の範囲内にあり、
   上記包体の全内外表面ば熱保持波ふ（を有せず、１対の
   電極が、上記包体な通って伸びる導入線で上記アーク室
   内に支持され、上記電極は、定められたワット数でラン
   プが作動されるとき、アーク負荷が約６０から１２０ワ
   ツト／αの範囲内にあるような値の距離（Ｌ）によって
   、互いに離間された相対する先端を有し、上記電極の挿
   入係数（Ｙ）は、約０．１から０６の範囲内にあり、こ
   こでヴ）は、量（Ｔ）に等しく、そしてネックシールは
   、上記包体に上記導入線を気密に固着すると共に、上記
   アーク室中心まわりの立体角の７多以下に対応すること
   からなる高圧金属蒸気のアーク放電ランプ。 （以下余白）