JPS6253904B2 - - Google Patents

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（ここでランプの効
力とは、入力電力に対する光の総出力の比であ
り、ワツト当りのルーメンで示される。を達成す
ること、ならびに一般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つて
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、フオール（Fohl）の米国特許
第3896326号は、1000ワツトの金属ハロゲンラン
プを開示し、このランプは、平均初期効力がワツ
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3654506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、ワツト当り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、大きすぎ
る。中ワツトの金属ハ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―
21433〔1971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する。このランプは、ワ
ツト当り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、ワツト当り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
型の金属ハロゲンランプは175ワツトであり、そ
の効力はワツト当り約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、まつ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ロゲンランプは商業的に得ら
れなかつた。 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
つたものより高い効力を有するランプを提供する
ことにある。 低ワツト及び中ワツトの金属ハロゲン放電ラン
プ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
とによつて達成される。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、ほぼだ円体形
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。 前記設計諸特性は、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
チメートル当り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。最も広く用
いられる方法は、アーク室をまつすぐな溶融シリ
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、小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、ほ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、すなわちアー
ク長（センチメートル）によつて除したランプへ
の電力入力（ワツト）は大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
にすることによつて（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250ワツトへと半減してもよい。けれど
も、既存のballast designは、電圧が135ボルトの
設計値の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、電源を減
少することは、イオン及び電子衝撃によつてその
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。したがつて、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、ゆつくり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、
この冷点が、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。しかしそうすると、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。これによつて、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
物が水銀充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と比較的に高い
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
被ふくは、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
ふくによつて改善されるが、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
が常に光をさえぎつてルーメンの損失を生じさせ
るからである。端部被ふくを大きく、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／
cm²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、60から150ワツト／cm²の範囲内で、出来
るだけ高くする。しか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Ｄと
の形状比Ｘ／Ｄが、約0.9から2.5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
のわずかなパーセントに相当し、包体の大きさ
に比較して小であるランプ端部の熱保持装置ま
たは被ふくは好ましくは全く除去される。シー
ル及び熱保持装置あるいは端部被覆の集りの対
応立体角は、アーク室中心の全立体角の10％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ける
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、0.1から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、ランプへの入力ワツトをアーク室の
外部放射表面積で割ることによつて得られる。実
務においては、放射表面は、ネツクのシールを除
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、膨脹するか、つぶれるかする。
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。本発明の金属ハロゲンランプに
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ワツト／cm²
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
くなると、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／cm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ト維持の問題が、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／cmの範囲に制限する。 アーク室の形状 アーク室の容積は、短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４c.c.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１c.c.以
下である。 高いアーク負荷の必要がアーク長Ｌを制限し、
アーク長がアーク室の長さを制御するが、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Ｌ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Ｄ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Ｄ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。0.9から2.5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2.5以上である。我々のアーク
室は、現在、愛用されている細長い筒形から離れ
ており、だ円体形またはほぼだ円体形に近い。最
小ワツト数の場合、アーク室は、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、だ円体と比較した場合、球形
は、球形の内壁内のネツ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ワツト以上の入力をもつた非常に高
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／cmをか
なり越える高いアーク負荷と、100ワツト／cm²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
カのネツクを貫通している。我々は、シールが端
部被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パーセントとして同
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く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、ネツク
シールの放射吸収横断面は、製造上受入られる範
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％以下にすること
が望まれている。いかなる場合においても、ネツ
クシール及び端部被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
ざるを得なくなる。 小さなネツクシールを使用することから生じる
重要な利点は、伝導と放射とによつてシールを抜
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
端部から熱を引き出す。（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、金属の凝縮をさけ、また端部被
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、端部は、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10
％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、中央部か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、端部及びネツ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けるべ
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、端部被ふくなし
に所望のランプ色温度を発生する能力とによつて
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Ｌ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。 Ｙ＝Ｘ−Ｌ／Ｘ ランプを水平で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つて、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2.0のランプ
に対応し、わん曲側壁の接線は軸線に約60゜の角
度αで交叉している。曲線ＢはＸ／Ｄ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αで交叉している。なお、軸線に交叉す
る接線は、図示のように、端部シールに近接する
包体の外側に引かれる。 まず事例“Ａ”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結物は、ほとんど電極の後
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、ほぼ全部
の凝結物が、端部からアーク部分、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
にフイ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、挿入係数Ｙ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
かしながら、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つて効率的に加熱されない
からである。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
ゆつ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に近いＸ／Ｄ比の場合に起
り、一方、大きなＸ／Ｄ比は、ゆつくりした分離
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
に近くなつているので、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。“Ｂ”の場合がこうした条件を説
明する。ここで、効力は、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づける。
電極挿入係数Ｙが0.35のとき、電極挿入深さは小
さいが、臨界シール温度は過度になつて、早期の
不透明化が観察される。 事例“Ｂ”は、ランプ性能が端部被ふくにより
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“Ａ”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を示している。 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、我々が結論したのは、電極挿入係数Ｙ
は、0.1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0.2から0.4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ツト数による。 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
ジヤケツト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、28mgの水銀と
50mgのハロゲン塩とからなり、このハロゲン塩
は、重量で87％のNal、12％のScl₃ならびに４％
のThl₃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
3.9c.c.である。 外側ジヤケツト２は、その下方端に、凹入ステ
ム３が設けられ、このステムを通つて、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
シエル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、ジヤケツト内において、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接合される。外側ジヤケ
ツト内の空間は、0.5空気圧の窒素で満されてい
るが、所望なら、アーク管の熱損失を低減するた
め、真空にしても良い。 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、実質的にだ円体になつている。 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つ
て、得られたものと考えてよい。球状部１１を形
成する一の方法は、比較的薄壁の融解シリカの管
を、ダブルチヤツクのガラス旋盤で回転しながら
可塑状態に加熱し、膨脹据込みすることである。
ネツク部分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脹または縮径の度合を調
整することによつて、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、スジラギー（Szilagyi）の米国特許第
3897233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
つて、適当な壁厚の開口端を有する溶解シリカの
チユ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１４，１５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１８，１９によつて長尺
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１６，１７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
よつて濡らされる。。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つて、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。 図示のネツ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によつて
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、端シールによつて、ランプ
まわりの想像上の球２６の表面に投射される影２
５（第６図）の全面積がもし点光源が、包体の中
心２７に配されると、球の全表面積の約0.6パー
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遮へいは、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。先行技術のランプ
は、第３図の５１に示される。このランプは、一
般に、筒形の溶融シリカチユーブで作られ、この
チユーブの端部は、大きく、全直径が押圧された
シール５２によつて閉じられる。主電極５３は、
タングステンシヤンクのまわりに巻かれた２重層
のタングステン線からなり、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くされている。被ふ
く５５は、作動中、もつとも低い位置にあり、面
積では、被ふく５６よりも大きい、被ふくされた
端部は、全部で、アーク管の中心まわりの全体角
の約10％に対応している。 とくに、第２図と第３図のランプは、次の表の
データによつて比較される。

【表】 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つて得られ
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821.p.wと比較して、ワツト当
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つて、充てん物
は、水銀、Nal，Scl₃.Tl₄及びアルゴンからな
る。タングステン線の電極６２は、狭いネツク部
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、ネツク部内
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
する前にネツク部のひとつを介して導入され、し
たがつて横排気管端は、残つていない。補助の起
動電極も熱反射被ふくもない。 第４図のランプのサイズを適当に縮少すること
によつて、楕円体のアーク室をもつ30ワツトの金
属ハロゲンランプがつくられる。楕円体のアーク
室をもつ70ワツトと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】 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、出願人が知つている範囲で
は、これまでに存在しなかつたからである。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821.1.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30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801.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ワツトサイズとして、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、狭いネツク部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パラメータは、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／cm アーク長さ（Ｌ） 0.3cm アーク室長さ（Ｘ） 0.6cm 直 径（Ｄ） 0.6cm Ｌ／Ｄ 0.5 Ｘ／Ｄ 1.0 挿入係数（Ｙ） 0.5 外部放射面積 1.4cm² 容積 0.11cm³ 壁負荷 21w／cm² 立体角 ６％ 効力 85LPW ルーメン 2550 Hg負荷 4.3mg Hg密度 39.1mg／cm³ 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パ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
いはランププの端部を被ふくすることなく、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つて、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ると、このランプ
は、色温度4500゜Ｋで、ワツト当り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゜Ｋ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
射性の端部被ふくを置くことによつて行なえる。
この被ふくは、シールならびに端部被ふくによつ
て対応される立体角のパーセントを、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ハロ
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、ワツト当り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、市場性が充分あつて、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／cm²を越えない。これは、一般に水銀ランプ
の場合に受け入れられる限界の10ワツト／cm²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
圧降下の増大によつて、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。 我々の発明によつて認められる予想外の利点
は、15ワツト／cm²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
のランプのものよりも優れている。事実、我々
は、35ワツト／cm²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、ナトリウム損失及び／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／cm²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。 実施態様 (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、このランプがアーク室を含み、こ
のアーク室の形はだ円形あるいは球形あるいは
これらに近い形であつて、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ツト数でラ
ンプが作動されるとき、壁負荷が約10から35ワ
ツト／cm²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0.9から2.5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
つて伸びる導入線１８，１９に支持され、上記
電極は、定められたワツ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ワツト／
cmの範囲内にあるような値の距離（Ｌ）によつ
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
囲内であり、ここで（Ｙ）は、量（Ｘ−Ｌ／Ｘ）に 等しく、そしてネツクシール１２，１３は、上記
包体に上記導入線を気密に固着し、上記ネツクシ
ールならびに、これと組み合わされるあらゆる熱
保持装置が集まつて、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。 (2) 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ワツト／
cm²の範囲内であつて、（Ｘ／Ｄ）比が約1.5から
2.5の範囲内であり、アーク負荷は約100から
150ワツト／cmの範囲内で、上記ネツクシール
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。 (3) 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／cm²の範囲内にあつて、アーク
負荷は約60から120ワツト／cmの範囲内にあ
り、そしてネツクシールならびに、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、上記ランプがアーク室を含み、
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形状を有
し、上記アーク室は、光透過物質からなると共
に、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、定められたワツト数でランプが作動される
とき、壁負荷が約10から35ワツト／cm²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0.9から2.5の
範囲内にあつて、上記包体の全内外表面が熱保
持被ふくとは無関係であり、１対の電極が、上
記包体を通つ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、定められたワツト数
でランプが作動されるとき、アーク負荷が約60
から150ワツト／cmの範囲内にあるような値の
距離(L)によつて、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の範囲内にあつて、ここで（Ｙ）は
量（Ｙ−Ｌ／Ｘ）に等しく、そしてネツクシール は、上記包体に導入線を気密に固着すると共に、
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アーク放電ラ
ンプ。 (5) 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形状を有し、
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、光透過物質からなつて壁厚が
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
れたワツ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／cm²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0.9から2.5の範囲内に
あり、上記包体の全内外表面は、熱保持被ふく
とは無関係であり、１対の電極が、上記包体を
通つ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、定められたワツト数でランプ
が作動されるとき、アーク負荷が約60から120
ワツト／cmの範囲内にあるような値の距離(L)に
よつて、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
（Ｘ−Ｌ／Ｘ）に等しく、そしてネツクシールは、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％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。 (6) 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、定められたワツト数で
ランプが作動されるとき、壁負荷が約15から35
ワツト／cm²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1.5から2.5の範囲内であり、上記包体
の全内外表面は、熱保持被ふくとは無関係であ
つて、１対の電極は、上記包体を通つて、伸び
る導入線で上記アーク室内に支持され、上記電
極は、定められたワツ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／cm
の範囲内にあるような値の距離(L)によつて、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（Ｘ−Ｌ／Ｘ）に等しく、 そしてネツクシールが、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。

【図面の簡単な説明】

第１ａ及び第１ｂ図は、色温度及び動力に対す
る電極挿入効果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
ジヤケツト付き金属ハロゲンランプを示す。第３
図は、第２図のランプと比較するための、ジヤケ
ツト付きでない先行技術による250ワツト金属ハ
ロゲンランプを示す。第４図は、ジヤケツトを有
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、ジヤケツトを有しない本発
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……
ジヤケツト、１２，１３……ネツクシール、１
４，１５……電極、１６，１７……モリブデン
箔、１８，１９……導入線、第４図、６２……電
極、６３……ネツク部、６４……導入線、６５…
…箔部分。第５図、７７……電極、７８……導入
線、７９……箔部分、８０……ネツク部、第６
図、ａ……立体角、２５……影、２６……想像
球、２７……中心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一般照明用の高圧金属蒸気の放電ランプであ
   つて、250ワツト以下の電力入力定格を有すると
   共に、ほぼだ円形あるいは球形の形状をもつアー
   ク室を有し、該アーク室の長さＸ対直径Ｄの比が
   約0.9から2.5であり、そして水銀ならびに金属ハ
   ロゲン化物の充てん物を有して、該充てん物は、
   上記の放電ランプの動作中に蒸気化され、かつ動
   作中、上記のアーク室は約10から35ワツト／cm²の
   壁負荷を有し、さらに該アーク室内には導入線に
   支持される１対の電極を有して、該電極はアーク
   管を通つて伸びると共に、互いに相対する先端を
   有し、これら先端は互いに距離Ｌであり、そして
   動作中に約60から150ワツト／cmのアーク負荷を
   有し、さらに上記のアーク管を気密封止するため
   の２個のネツクシールを有していて、上記アーク
   室の壁厚は、1.5mm以下であると共に、上記電極
   の挿入係数Ｙが約0.1から0.6であつて、ここで挿
   入係数Ｙが（Ｘ−Ｌ）／Ｘに等しく、そして上記
   ２個のネツクシールが、上記アーク室の中心にお
   ける立体角の10％以下に対するようにしたことを
   特徴とする高圧金属蒸気の放電ランプ。