JPS609049A

JPS609049A - シングルエンドのメタルハライド放電ランプおよびその製造方法

Info

Publication number: JPS609049A
Application number: JP59116814A
Authority: JP
Inventors: ジヨ−ジ・ジエイ・イングリツシユ; ハロルド・エル・ロスウエル・ジユニア
Original assignee: Sylvania Electric Products Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1983-06-09
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1985-01-18
Also published as: DE128551T1; EP0128551A1

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】技術分野本発明はシングルエンドのメタルハライド放電ランプお
よびその製造方法に関し、詳しくいうと、安定化された
アークおよび等温動作のために形成された容器を有する
シングルエンドのメタルハライド放電ランプに関する。

比較的強力な光源を必要とする投射器（投光器、映写機
、幻灯機等）、光学レンズシステムおよび類似の装置の
分野においては、タングステンランプの形式の光源を使
用することが慣行であった。

タングステンあるいはタングステンハロゲンランプは安
価、皮膚の色調を高める所望のカラー特性のような所望
の特徴を有し、かつ特別の電源を必要としないけれど、
若干の不所望な特徴もまた、存在する。例えば、タング
ステン源を使用する構造体は十分な青色光を発生せず、
また、不所望に多量の熱を発生する傾向があり、これは
光源に４接させて高価な、複雑な冷却装置を位置付ける
必要を生じさせるし、さらに約１０ないし２ｏ時間の動
作時間のように比較的寿命が短かい欠点途ある。従って
、装置玖が使用されるときごとに光源を取４％えること
は稀れなことではない。明らかに、これは不備なことで
あり、かつ高価であり、従って多くの問題点がある。さ
らに、スクリーン照明は３４０００Ｋをはるかに越える
表面輝度に上昇させることができないために制限を受け
、他方機械的な本体構造は堅く、動作中に化学的手段に
よっておよび振動または衝撃によって破壊する恐れがあ
る。

上記したシステムについての改良が光源としてメタルハ
ライド放’＋ｕランプを使用することによってなされて
いる。例えば、通常の形式の高圧メタルハライド放電ラ
ンプは米国特許第４，１６１，６７２号に開示されてい
る。この米国特許では、ダブルエンドの発光管、すなわ
ち直径方向に対向する端部に封止された一対のｉｌｌ極
を有する発光管が排気された、またはｆｆｊガスの充填
された外囲器とともに使用されている。しかしながら、
かかる構造は０造するのに比較的費用がかかり、また明
らかに投射器あるいは他の光学レンズ形式の装置に使用
するのには適していない。

米国特許第４．３０２．６９９号、第４．８　ｏ　ａ、
　４　ａ　３号、第４．３２０．５２２号、第４．３２
１．５０１号および第４．３２１．５０４号にはシング
ルエンドのメタルハライドアーク放電ランプが開示され
ているが、これらはすべて特定の装置に適当な４？１造
または充填物の変形例を示すものである。アークの安定
性および放電ランプの等温の一様性に関する限り、上記
米国特許はいずれも問題を残している。

発明の目的およびＩＷ要本発明の目的は改良されたシングルエンドの高輝度数１
Ｅランプを提供することである。本発明の他の目的はシ
ングルエンドの高輝度放電ランプの能力を向上させるこ
とである。本発明の他の目的は改良された構造上の形態
を有するシングルエンドの高輝度放電ランプを提供する
ことである。本発明のさらに他の目的はシングルエンド
の高輝度放電ランプを製造するための改良された方法を
提供することである。

本発明の一面においては、これらおよび他め目的、利点
および能力は、それぞれが金属ロッドおよび融解シリカ
よりなる楕円形状の容器の一端に封止されかつ該容器中
に延在する前記金属ロッドの端部の球形のボールを含む
一対の電極を有し、前記容器内に金属を含有する水銀充
填物を含むシングルエンドの高圧高輝度放電ランプによ
って達成される。

本発明の他の而においては、それぞれが金属ロッドの端
部に球形のボールを有する一対の電極が楕円形状の’ｆ
ｆ＆　１９７シリカの容器の一端に封止され、該容器内
に不飽和金属を含有する水銀が充填されるシングルエン
ドのメタルハライド放電ランプを製造するための方法が
提供される。

本発明、ならびに本発明のその他の目的、利点および能
力を十分に理解するために、以下添付図面を参照して本
発明の好ましい実施例について詳Ｘ：Ｂに説明する。

第１図を参照すると、融解シリカのような材料よりなる
本体部分５を有する低ワツト数のメタルハライドランプ
が例示されている。この融解シリカの本体部分５は長径
（長軸）値Ｘおよび短径（短軸）Ｙがそれぞれ約２：１
の比を有する楕円形状の内側部分７を提供するように形
成されている。さらに、本体部分５の楕円形状の内側部
分７は短軸値Ｙに実質的に等しい高さ２を有することが
好ましい。

一対の電極９および１１が本体部分５の一端に封止され
、かつ本体部分５中に延在している。各電極９および１
１は金属ロッド１３および球形のボール１５を含み、該
球形のボール１５は該金属ロッド１３の楕円形状の内側
部分Ｚ内にある端部にある。電極９および１１は、これ
ら電極９および１１０球形ボール１５の端部が長軸Ｘお
よび短軸Ｙに関する限り内側部分７から実質的に等しく
離間され、かつまた、高さ寸法２の実質的に中点にある
ように、楕円形状の内側部分Ｚ内に位置付けされること
が好ましい。

また、金属含有水銀充填物が楕円形状の内側部分７内に
１記されている。例えば、アルゴンとともにナトリウム
およびスカンジウムのようなメタルハライドを添加した
水銀は低ワツト数のメタルハライド放電ランプに対する
適当な充填物である。

特定すると、約０．１　ｃｍ３の容積をもつ楕円形状の
内側部分７を有する５０Ｗの放電ランプは約３．０りの
水銀、約２０＝１のモル比の１９ηのナトリウムおよび
スカンジウム、および約２００トルの圧力のアルゴンが
充填された。動作テストの結果、初期ルーメン出力は約
６１００ルーメン、そして１６０時間の動作後の光束維
持率は約８４％であった。

上記楕円形状の内側部分７をさらに詳しく参照するど、
負）２図はそれぞれが球形ボール１５を有し、かつ長軸
Ｘに沿って離間され、内側部分７の壁１７から実質的に
等しい距離離間された電極９および１１を例示している
。容易に理解できるように、本体部分５は球形ボール１
５が上下に位置イ」けされるように垂直方向に配置され
ることが好ましい。その結果、矢印で示すようにガス流
のパターンが生じ、冷たいガスは内側部分７の壁１７を
下方へ流れる傾向があり、そして底部の電極１１の楕円
形状のアークすなわちプラズマ柱２２に引き込まれる。

底部の電極１１０球形ボール１５は後述する球形の拡張
部を提供し、底部電極１１の球形ボール１５のアークの
終端にガス流の狭さく部を生じ、ベンチュリ作用２０を
生じさせる。この態様においては、アーク終端のふらつ
きが最小になる。また、ガスの原子がプラズマ柱２２に
おいて加熱され、上部の電極９は楕円形状の発光管の本
体部分５の頂部に達するホットガスを広げるデフレクタ
として作用する。さらに、発光管の動作中、壁１７の温
度の赤外線測定値は約１１００℃の壁温度で２０％以下
の温度変化を示している。従って、上記楕円形状の内側
部分７および楕円形状のアーク２２は実質的に均一な、
不所望な乱流のない第２図の対流の流れ２１を提供し、
かくして、投射器およびレンズシステムにおいて特に重
要なアークの安定性が提供される。

また、上記アークは球形ボー／１／１５の接触領域のま
わりを初期にふらつく傾向があることを注意すべきであ
る。しかしながら、製造プ四七スにシーズニング段階を
採用すると、ボーＡ／１５のそれぞれに参考写真に示す
突起２４を形成させるように働くことが分った。その結
果、突起２４は電極９および１１の球形ボール１５間の
アークギャップを最小にするように働き、’、１！極９
および１１のそれぞれの中心に位置付けされた終点をア
ークが有するようにする。なお、上記参考写真は第１図
の実施例の１つの電極を１００倍に拡大したものである
。

完全には理解できないけれど、上記参考写真の突起２４
は局部の材料の特性、電界強度、およびガス流の特性に
依存する寸法を有するものと考えられる。さらに、成長
は電極の寸法および温度の関数であるように思われる。

従って、動作温度が低いほど必要なシーズニング時間が
長くなる。

％定例として、約０．０６３５　ｃｍ　（０，０２５イ
ンチ）のボール１５を有する約０．０４！＋１８ｃｒｎ
（０，０１フインチ）のタングステンのエンドが１００
Ｗのメタルハライド放電ランプ内で約１６Ａの電流を流
して作動された。正常な動作条件において約１５分のシ
ーズニング段階の後、アークが安定し、１つまたはそれ
以上の突起が電極９および１１の球状のボール１５の表
面に出現したことが分った。かくして、長球面のボール
１５の表面が割れて小板となり、それによって形成され
た突起がアークのいかなるふらつきをも阻止し、光源を
改善する。

その上、メタルハライド放電ランプのようなアーク源は
タングステン源よりも昌輝度であるばかりでなく、効率
も良いということを注意すべきである。また、メタルハ
ライド放電ランプはタングステン源と比較すると点源に
近い。特定すると、１００ワツトのメタルハライド放電
ランプは球形ボール１５間に最小輝度を有し、かつ球形
ボール１５の位置またはその近傍に最大輝度を有するプ
ラズマを呈す。さらに、このプラズマ柱は通常直径が約
１〜２闘、長さが約３　ｒｒａである。これに対し、タ
ングステン源は直径が約２．５ｍ雪、長さが約８關であ
り、そして輝度がタングステン源の長さにわたって正弦
波態様で変化する。

次の表はタングステン源、高圧中セノン源、およびメタ
ルハライドランプ源の〃【度、効率および寸法の比較を
示す。

容易に理解できるように、３００Ｗのタンメステン源は
１００Ｗのメタルハライドランプの効率６５ルーメン／
ワツトと比較して約６３ルーメン／ワツトの効率である
。また、ｙ、５Ｉｌ１ｍの投写システムにおいてのテス
トでは６００Ｗのタングステン源からの約１０．　ＯＯ
，０／１／−メンの出力が１００Ｗのメタルハライドラ
ンプ源からの６，５００ルーメンの出力にｅ　Ｉ＋ｆｌ
ｉであることが分った。タングステン源の長波長の放射
および不正確な方向への可視光は投射器のフィルムによ
って熱として吸収される（川向がある。かくして、タン
グステンランプ源はメタルハライドランプおよび関連す
る電源による約９０Ｗの熱と比較して約２７０Ｗの熱、
すなわち約６倍の熱を発生することが分った。

なお、キセノンランプ源は比較的高い輝度を呈するが、
しかし効率は比較的低い。従って、１００Ｗのメタルハ
ライドランプによって提供されるルーメン出力に匹敵す
るキセノンｆｉｇのルーメン出力には比較的効率が悪い
点を補償する必要上、約２００Ｗの午セノン源が必要と
なる。その上、キセノン源は約ｔｏ關の直径のメタルハ
ライドランプのアーク源と比較してこの例では約０．５
門と比較的小径であるから、投写システムに反射器とと
もに使用されるときに、アーク源の位Ｖｔの公差または
変化を大巾に、不所望に減じることになる。

換言すると、キセノンランプにおけるアーク源の位置の
調整はメタルハライド放電ランプシステムの場合よりも
非常に臨界的である。

かくして、電極が融解シリカの容器の楕円形状の内側部
分内に配置されたシングルエンドのメタルハライド放電
ランプが提供された。この楕円形状の容器の内側は、楕
円形状のアークとともに、放電ランプを形成する融解シ
リカの容器の実質的に等温の動作状態を提供する。その
上、投射器および光学レンズ装置の動作に特に重要であ
る安定したアークを提供できることが分った。

現在本発明の好ましい実施例とみなされているものを図
示し、記載したけれど、特許請求の範囲によって水砂さ
れる本発明から逸脱することなしに種々の変形および変
更がなし得ることはこの分野の技術者には明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシングルエンドの高輝度放電ランプの
一実施例を示す概略図、第２図は第１図の族１ｆ、Ｌラ
ンプの垂直方向動作に対する放電および対流ガス流を側
方くする（既陥断面図、第３図は第１図の放電ランプの
電極間のおおよその電気力線を示す１既略図である。５：ランプ本体部分７；イｈ円形状の内側部分９．１１：　ｒａｔ、栖１６：金昌ロッド１５：球杉ボール２２：プラズマ柱

Claims

【特許請求の範囲】

（１）長軸および短軸を有する融解シリカの楕円形状の
容器と、該容器の一端に封止され、該容器中に延在する該容器の
前記長軸に沿って互いに離間された一対の電極であって
、各電極が金属エンドを含み、各金属エンドが前記容器
の内側の該金属エンドの端部に球形のボールを有する一
対の電極と、前記容器内のメタルハライドを加えた高圧
水銀充填物とを具備し、前記楕円形状の容器の等温動作を実質的に可能にしたこ
とを特徴とするシングルエンドのメタルハライド放電ラ
ンプ。
（２）　前記ｍ極が前記容器から実質的に均一な距離そ
れぞれ雛間されている特＃′Ｐ請求の範囲第１項記載の
メタルハライド放電ランプ。
（３）前記楕円形状の容器が約２：１の比の長軸および
短軸を有する特許請求の範囲第１項記載のメタルハライ
ド放電ランプ。
（４）前記一対の電極のそれぞれの前記球形のボールが
前記球形のボールの材料および動作温度によって変わる
大きさの突起を有する特許請求の範囲第１項記載のメタ
ルハライド放電ランプ。
（５）　前記電極が前記実質的に楕円形状の容器内に実
質的に楕円形状のアークを提供するように位置付けされ
ている特許請求の範囲第１項記載のメタルハライド放電
ランプ。
（６）　融解シリカの容器およびメタルハライドを加え
た高圧水銀の充填物を有するメタルハライド放電ランプ
において、前記容器が長軸および短軸を有する楕円形状を有し１一
対の電極が該楕円形状の容器の一端に封止され、各電極
が金属エンドおよび前記容器の内側の該金属エンドの端
部にある球形のボールを有することを特徴とするメタル
ハライド放電ランプ。
（７）前記楕円形状の容器の前記長軸および短軸が約２
＝１の比であるｌ侍鈴請求の範囲第６項記載のメタルハ
ライド放電ランプ。
（８）　前記′電極のそれぞれが前記容器から実質的に
均一にｆＭＩＦ間されている特許請求の範囲第６項記載
のメタルハライド放電ランプ。
（９）　前記′０３．極および充填物が前記楕円形状の
容器から均一に離間された実質的に楕円形状のアークを
提供するように組合されている特許請求の範囲第６項記
載のメタルハライド放電ランプ。
（１０）前記放電ランプが１６０時間の動作で約８４％
の光束維持率を有する５０Ｗのランプである特許請求の
範囲第６項記載のメタルハライド放電ランプ。
（１１）前記各′電極の前記各球形のボールが突起を有
し、該突起によって発生されるアークの安定性が向上さ
れる特許請求の範囲第６項記載のメタルハライド放電ラ
ンプ。