JPS6297251A - 高圧放電灯 - 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】 （技術分野） 本発明は、高圧放電ランプを高周波点灯する高圧放電灯
に関する。

（背景技術） 第１図は従来の高圧放電ランプの一例を示し、石英ガラ
ス等で形成された発光管ｌの両端には電極２ａ、’ｌｂ
が対向して配設され、該両電極２ａ、２ｂは封止部３ａ
、３ｂに封入されたモリブデン箔等の金属箔４ａ、４ｂ
に接続されている。金属箔４ａ、４ｂは発光管１の支持
も兼ねる支持導線５ａ、５ｂに接続されており、発光管
１は固定治具６ａ、６ｂを介して支持導線５ａ、５ｂに
固定されている。支持導線５ａ、５ｂは口金７を介して
外部回路に接続される。また、発光管１内には希ガス及
び発光物質が適量封入されており、発光管ｌを被う外管
８内にはガスが封入され、外管８の内面には螢光体９が
塗布されている。

かかる従来の高圧放電ランプを高周波電源で点灯すると
、発光効率が向上すると共に、点灯回路の電子化による
安定器の小型・軽量化、低損失化が図れるという利点が
ある。しかし、一方では発光管内の音速と発光管形状で
決定される特定の周波数で音響的共鳴現象が発生し、ア
ーク柱の湾曲、揺らぎ、立ち消え、発光管の破壊等が発
生するといった欠点がある。

安定に点灯するためには、高圧放電ランプが安定に点灯
する周波数域を選択して点灯（例えば特開昭５４−９１
９７１号公報参照）すれば良いが、安定に点灯する周波
数域はランプの種類によって異なり、また、同一種類の
ランプに対しても、ランプ個体間にばらつきが有るため
、特定の周波数を設定するのは困難であった。

また、１００ｋＨｚ以上の周波数での高周波点灯、直流
点灯（例えば特開昭５７−６１２９５号公報参照）、矩
形波点灯（例えば特開昭５７−６１２９４号公報参照）
あるいは周波数変調方式で高周波点灯する（例えば特開
昭５６−４８０９５）等により音響的共鳴現象を回避す
る方法が提案されているが、かかる点灯方法においては
、回路構成の複雑化や放射電波雑音の発生等の問題があ
る。

（発明の目的） 本発明は、上記欠点を除去するために成されたもので、
その目的とするところは、高周波点灯時に、音響的共鳴
現象による不安定なアークが発光管に発生しない高圧放
電灯を提供するにある。

（発明の開示） 本発明は、発光管の管中央部の内径Ｄｍｍ、管中央部端
からの距離をｘｍ＋ｔ、管中央部端からの距離ｘｍｍを
管中央部の内径をＤｍｍで除した値をＸ、管中央部端か
らの距離ｘ’ｍｍでの管端部断面積をＳ　ｍ　ｒｄとし
たとき、 Ｓ≦πＤ２　　（１／２−　（５／１１）Ｘ）　２０〈
Ｘ≦１１／１５ の式を満足する構成が、管端部の少なくとも一部に付与
されて成る高圧放電ランプを、周波数変調方式で高周波
点灯することにより、点灯時に発生する音響的共鳴現象
を回避したことを特徴とするまず、音響的共鳴現象につ
いて説明する。音響的共鳴現象は、発光管形状と封入物
質で決まる固有振動数と、入力電力の時間変化による発
光管内の圧力変動とが一致した時に定在波が立つために
生じる共鳴現象である。

発光管を円筒形状と仮定し、円筒座標系（ｒ。

θ、ｚ）を考える。なお、ｒは径方向、θは周方向、２
は軸方向の座標を表す。かかる場合、上記各方向に対す
る共鳴現象の基本周波数Ｆｒ、Ｆθ、Ｆｚは、次のよう
になる。

ｒ方向共鳴：　Ｆ　ｒ　＝３．８３Ｃ／　（２ｒｃ　Ｒ
）θ方向共鳴：Ｆθ＝　１．８４Ｃ／　（２πＲ）２方
向共鳴：　Ｆ　ｚ　＝Ｃ／　（２Ｌ）ただし Ｌは発光管長。

Ｒは発光管の半径。

Ｃは発光管内の音速であり、管内封入物と管内温度で決
まる。

ｃ＝ＪＴｖ下７Ｍ γ＝定圧比熱／定積比熱 Ｐ＝気体定数 Ｔ＝発光管内温度 Ｍ＝封入物質の平均原子量 そして、この基本周波数の整数倍の周波数で共鳴現象が
発生する。音響的共鳴現象が発生すると、共鳴現象によ
って生じた力が、アーク柱自体が有する安定放電を持続
させようとする力に打ち勝って、アーク柱が変形する。

そこで、本発明者らは種々の発光管形状を持つ高圧放電
ランプを試作し、これらのランプを種々の高周波点灯方
式で点灯することにより、音響的共鳴現象発生の有無を
検討したところ、以下のことが判明した。

一般に、高周波点灯をするときには、可聴周波数領域を
避けて点灯する。また、１００ＫＨｚ以上の周波数で点
灯すると放射電波雑音が発生して問題となる。そこで、
点灯方式として２０ＫＨｚ以下及び１００ＫＨｚ以上の
周波数を含まない領域で周波数変調方式により点灯した
ところ、発光管形状を特定すれば音響的共鳴現象の回避
に有効であることが判明した。第２図はかかる実験に用
いた高圧放電灯点灯装置の一例を示す回路図で、図中Ｄ
Ｃは直流電源、ＦＭは周波数変調信号発生装置、ＳＷは
スイッチング素子、Ｚは限流要素、ＬＡは高圧放電ラン
プ、ＣＯはコンデンサである。

次に、種々の発光管形状を持つ２５０Ｗの高圧放電ラン
プを上記点灯方式で点灯したところ、発光管の管軸方向
端部（以下、管端部という）の形状が音響的共鳴現象と
大きな関係があることが判明した。第３図にその実験結
果を示す。第３図より明らかなように、少なくとも一方
の管端部形状が略平坦（同図（ａ）、　（ｃｌ、　（ｄ
ｌ、　（ｇ）、　（ｈｌ、　（１１参照）であれば、音
響的共鳴現象は回避できることが判る。

なお、同図における発光管形状は縦断面の簡略図であり
、また、（ｈｌの発光管形状中の右図は横断面図である
。

本発明は上記発見に基づいてなされたもので、以下、本
発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。

前述のように、２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの周波数領域
で周波数変調方式により高周波点灯し、発光管の少なく
とも一方の管端部形状が略平坦であれば、音響的共鳴現
象を回避できることを見出したわけであるが、ここでは
、これらの種々の発光管形状の中で、製造上、最も容易
な円筒形状であって、（ａ）：管端部に曲率がある場合
と、（′ｂ）：略平坦な場合についての測定結果を第４
図（ａ）、　（ｂｌに比較して示す。なお、同図におい
て横軸は点灯周波数の中心周波数［Ｋ　Ｈｚ　］であり
、縦軸は周波数変調幅［Ｋ　Ｈｚ　］である。また、Ｘ
印は音響的共鳴現象が生じた場合、○印は音響的共鳴現
象が生じなかった場合を示す。

同図より明らかなように、中心周波数３０ＫＨｚ〜９０
ＫＨｚ、周波数変調幅０ＫＨｚ〜１０ＫＨｚの領域にお
いて、管端部形状の差による音響的共鳴現象の回避効果
に大きな差があることが判る。すなわち、第４図（ｂｌ
に示す本実施例の場合の方が、同図（ａｌに示す従来例
の場合よりも音響的共鳴現象回避効果が大きいことが判
る。

なお、管端部形状が略平坦でない場合でも、第５図に示
すように、少なくとも一方の管端部に平坦な板１０を設
けることにより、管端部形状が略平坦な場合と同様の効
果が得られることが判った次に、上記略平坦の程度につ
いて更に検討するため、管端部の曲面部寸法（第６図に
おいて符号Ｌｒで示す寸法）を変化させた各種の高圧放
電ランプによる実験結果を第７図および第８図ｆａｔ〜
！ｅｌに比較して示す。なお、第７図に示すものは前記
第４図（ａｌに示すものと同じ従来例に係るもので、曲
面部寸法Ｌｒが約１１Ｗ＠の場合であり、第８１Ｕｌ（
ａ１〜（ｅ）は本発明に係るもので、曲面部寸法Ｌｒは
（１１）が−１，５１１１ｍ＋　ｔｂ＞がＯｍｍ＋　（
Ｃ）が３　ａｍ、　（ｄ）が６　ｍｍ。

（Ｑ）が９１１ＩＩ１１の場合である。なお、それぞれ
の管内径りは１５ｍｍで、電極間距離１．ｐは５５＋＋
ｕ＋＋である。

これらの図より明らかなように、中心周波数３０Ｋ　ｆ
ｉｚ　〜６０Ｋ　Ｈｚ　、周波数変調幅０ＫＨｚ〜１０
ＫＨｚの領域において、管端部の曲面部寸法の差による
音響的共鳴現象の回避効果に大きな差があることが判る
。

なお、この明細書において使用する「管端部」とは、本
発明に係る形状、寸法上の特徴的構成を施す箇所であり
、電極２ａ、２ｂに接続される接続線を気密に導出させ
るような小突出部（通常、チャンバーと称される）１０
を含まず、例えば、第６図に示す距離Ｌｒを持つ領域で
ある。また、「管中央部」とは、かかる管端部間の発光
管の主部を指し、従って、「管中央部端」とは、管中央
部と管端部との境界部を指す。なお、第６図を除く図面
では前記小突出部１０を省略して記しであるが、従来例
および本発明に用いた発光管はすべて小突出部１０を備
えている。

そこで、これらの関係を曲面部寸法と音響的共鳴現象発
生領域（以下、不安定領域と称す）との関係でみると、
第９図に示すようになる。すなわち、横軸に曲面部寸法
［単位ＩＩＩｍ］をとり、縦軸に不安定領域の割合（中
心周波数３０ＫＨｚ〜６０ＫＨｚ、周波数変調幅０ＫＨ
ｚ〜１０　Ｋ　Ｈｚの領域における不安定領域の割合）
をとると、同図より明らかなように、曲面部寸法は音響
的共鳴現象回避効果に対して最適領域を有する。なお、
第９図に示す（ａ）〜（ｉｌｌ）は、その点がそれぞれ
第８図（ａ）〜（ｐＨに対応することを示すもので、ま
た、同図中Ｘ印は第７図に示す従来例に係るものである
。

ここで、第８図に戻って考える。まず、第８図（Ｃ）に
示すような音響的共鳴現象回避領域（以下、安定領域と
称す）があれば、ランプ個体間のばらつき、回路定数の
ばらつきを考慮しても充分な設計裕度が存在する。なお
、同図の場合の不安定領域の割合は３０％であった。一
方、第８図（ｂ）に示す場合の安定領域は、上記設計裕
度の限界になる。なお、第８図（ｂ）の場合の不安定領
域の割合は５７％であった。従って、音響的共鳴現象回
避のための限界は、不安定領域の割合で５０％と考える
べきである。因に、第８図（ｄ）に示す場合の不安定領
域の割合は５１％であった。更に、望ましくは不安定領
域の割合が４０％以下であれば、上記設計裕度は大きく
とれて有利となる。

上記限界領域を曲面部寸法Ｌｒに換算すると、第９図か
ら明らかなように、Ｌｒ＝３±３　（ｍｍ）となり、望
ましくはＬｒ＝３±２　（ｍｍ）となる。

ここで、Ｌｒ＝３±３　（ｍｍ）なる表現は、曲面部寸
法１．ｒが０〜６ｍｍの範囲にあればよいことを表して
いる。また、上記のことは、後述のように管内径りの異
なるものについても言えるので、曲面部寸法Ｌｒを管内
径りで除した値が（３±３）／１５以下、望ましくは（
３±２）／１５以下であればよいことになる。

なお、上記実施例においては、両管端部の曲面部寸法が
略同寸法の組合せのものについて述べたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、異なる組合せのものでも
よいのは勿論である。第１０図に両管端部の曲面部寸法
が異なる組合せの場合の実験結果を示す。第１０図に示
す例は、曲面部寸法ＬｒがＯと３１の組合せの場合であ
り、不安定領域の割合は３０％であった。

次に別の観点、すなわち、一般に高圧厳重ランプは器壁
安定性があり、アーク自体が安定放電を持続させようと
する力があるが、この力はアークと管壁との距離に関係
するという観点から検討した結果について説明する。

発光管の管端部の形状が曲率を持つ場合と、管、端部が
略平坦な形状の場合について、管径を種々変えた２５０
Ｗの高圧放電ランプを、中心周波数３０Ｋ　Ｈｚ　〜６
０Ｋ　Ｈｚ、周波数変調幅ＯＫ　Ｈｚ〜１０　Ｋ　Ｈｚ
で周波数変調点灯をし、音響的共鳴現象によるアークの
揺れを観察した結果を第１１図（ａｌ〜（ｇｌに示す。

なお、同図（ａｌ〜（ｇｌにおける発光管の管径および
管端部の形状は下記のとおりである。

＋ａ）　　管径・・・８１ＩＩＩｌｌ、管端部の形状・
・・曲率あり（ｂ）　　管径・・・１０　ｍｍ、管端部
の形状・・・曲率あり（Ｃ１管径・・・１６ｍ＋ｎ、管
端部の形状・・・曲率あり（ｄｌ　　管径・・・２８ｎ
＋ｍ、管端部の形状・・・曲率あり（ｅ）　　管径・・
・１０ＩＩＩＩ１１、管端部の形状・・・略平坦（ｆ）
　　管径・・・１６ｍｍ、管端部の形状・・・略平坦（
ｇ）　　管径・・・２５ｍｎ＋、管端部の形状・・・略
平坦同図より明らかなように、管端部の形状による差が
あり、管端部が略平坦になると、管端部が曲率を持つ場
合に比べて音響的共鳴現象の発生しない領域が増える。

また、管端部形状にかかわらず管径が細いほど音響的共
鳴現象の発生しない領域が増える。

そこで、これらの関係を明らかにするために、管断面積
／ランプ電力と不安定領域（音響的共鳴現象が発生する
領域）との関係でみると、第１２図に示すようになる。

なお、同図において横軸は管断面積／ランプ電力［ｍｎ
？／Ｗ］、縦軸は不安定領域の割合［％］　（中心周波
数３０ＫＨｚ〜６０ＫＨｚ、周波数変調幅０Ｋ）ｌｚ〜
１０　Ｋ　Ｈｚの領域における不安定領域の割合）であ
り、管断面積とは上記発光管の管軸と直交する断面の面
積をいう。

ここで、ランプ個体間のばらつき、回路定数のばらつき
を考慮し、音響的共鳴現象回避のための限界を、前記条
件と同様に、不安定領域の割合で５０％（望ましくは４
０％）とすると、管端部形状が略平坦な場合で、管断面
！／ランプ電力が１゜２ｍｒｒｒ／Ｗ以下（望ましくは
ｌ　ｍ　ｒｄ　／　Ｗ以下）であればよいことが第１２
図よりわかる。

更に、管端部形状に注目して種々検討を重ねた結果、管
端部投影形状が直線で形成されるように構成された発光
管を持つ高圧放電ランプを上記点灯方式で点灯すると、
音響的共鳴現象の回避効果が顕著であることが判明した
。なお、本願において、「管端部投影形状」とは、管端
部を管軸方向と直交する方向から投影したときに生ずる
管端部の投影形状をいう。

管端部の直線形成部寸法（第１４図において符号Ｌｒ２
で示す寸法）を変化させた場合の実験結果を第１３図（
ａ）〜（ｄｌに示す。なお、同図において直線形成部寸
法Ｌｒ２はそれぞれ、（ａ）　：　Ｏｍｍ、　（ｂ）：
　３ｍｍ、　（ｃｌ：　６ｍｍ、　（ｄｉ：　９ｍｍで
ある。ここで、同図中（Ｃ）に示すものは、直線形成部
寸法Ｌｒ２が前記第８図（ｄ）に示す場合と同様６ＩＩ
Ｉ１１であるが、管端部形状が球状ではなく、管端部投
影形状が直線で形成される構成、例えば円錐形状にした
ものである。この場合、音響的共鳴現象を回避する領域
が更に広がり、殆ど全領域で回避できることがわかる。

このことより、管端部の形状は、球状のものより投影形
状が直線で形成されたものの方が、音響的共鳴現象回避
にはより有効であることがわかる。

また、第１３図より明らかなように、中心周波数３０Ｋ
　Ｈｚ　〜６０Ｋ　Ｈｚ　、周波数変調幅０ＫＨｚ〜１
ＯＫＨｚの領域において、管端部の直線形成部寸法の差
による音響的共鳴現象の回避効果に大きな差があること
が判る。

そこで、これらの関係を直線形成部寸法と音響的共鳴現
象発生領域（以下、不安定領域と称す）との関係でみる
と、第１５図に示すようになる。

すなわち、横軸に直線形成部寸法をとり、縦軸に不安定
領域の割合（中心周波数３０ＫＨｚ〜６０ＫＨｚ、周波
数変調幅ＯＫ　Ｈｚ　＝’ｌＯＫ　Ｈｚの領域における
不安定領域の割合）をとると、同図より明らかなように
、直線形成部寸法は音響的共鳴現象回避効果に対して最
適領域を有する。なお、第１５図に示す×印は前記第７
図に示す従来例に係るものであるここで、ランプ個体間
のばらつき、回路定数のばらつきを考慮し、音響的共鳴
現象回避のための限界を、前述のように不安定領域の割
合で５０％（望ましくは４０％）とすると、第１５図よ
り明らかなように、直線形成部寸法の限界はｒ　６　ｍ
ｍ±６　ｗｖＪ　、望ましくはｒ６ｍｍ±５１１ＩＩ＊
」となる。また、上記のことは、後述のように管内径の
異なるものについても言えるので、直線形成部寸法を管
内径で除した値が、（６±６）／１５以下、望ましくは
（６±５）／１５以下であればよいことになる。

なお、第１４図は第１３図で用いた発光管の形状、寸法
を示すものである。寸法はそれぞれ下記の通りである。

管内径Ｄ：１５ｍｍ 直線形成部寸法Ｌｒ２ 第１３図（ａｌに示すもの：Ｏｍｍ 第１３図（ｂ）に示すもの：３ｍｍ 第１３図（Ｃ）に示すもの：６ｍｍ 第１３図（ｄ）に示すもの：９ＩＩｌｌＩ＋電極間距離
Ｌｐ：５５１ｎｌｌ＋ なお、管端部の形状は上記形状に限定される必要はなく
、第１６図〜第２４図に示すようなものでもよく、第１
６図は円錐で頂点が偏心した形状、第１７図は角錐形状
、第１８図は丸鉛筆を先端が四角錐になるような形に削
ったような形状、第１９図は六角柱の鉛筆を先端が円錐
になるように削った形状、第２０図は管端が円錐台の形
状、第２１図は第２０図に示す上台が偏心した形状、第
２２図〜第２４図は図示の如き特殊な形状である。要は
管端部投影形状が直線で形成されるように構成されたも
のであればよい。

なお、管端部形状を管端部投影形状が直線で形成される
ように構成することにより、管端部の直線形成部寸法を
より長くとることが可能となるので、管内封入物の蒸発
を充分促進する点で有利となり、特に、管内に水銀、希
ガスと共に金属ハロゲン化物を封入したメタルハライド
ランプの場合に有利となる。

次に、上述のことを２５０Ｗ以下の小型の高圧放電ラン
プに適用したところ、２５０Ｗの場合と同様に、管端部
投影形状が直線で形成されるように構成することにより
、音響的共鳴現象を回避し得ることが明らかになった。

一般に、２５０Ｗ以下の小型高圧放電ランプにおいては
、封入発光物質の蒸発を促進するために、管壁負荷を大
きくすると共に、管端部を高温にするために、発光管形
状は第２５図に示すように球状あるいは楕円形状に構成
されている。しかしながら、上記のような管端部断面形
状が曲線で形成される高圧放電ランプを高周波点灯する
と、音響的共鳴現象の発生が盛んになる。これを回避す
るためには、前記管端部曲面部寸法を３１±２＋ａｍに
制限しなければならず、小型高圧放電ランプの場合には
管端部を高温に保つことが困難になり、封入発光物質の
蒸発が不十分になるために、発光効率が低下したり、発
光色にむらができる等の欠点があった。

そこで、第２６図に示すように、管端部形状を管端部投
影形状が直線で形成されるように構成すると、音響的共
鳴現象を回避するために許容される前記管端部直線形成
部寸法を、６Ｉ±５ｍ＋ｗと長くとることが可能となり
、管端部温度を高温に保ち、発光効率を低下させること
なく、また発光色むらを発生することなく音響的共鳴現
象を回避することが可能になった。

さらにまた、管端部形状に注目して種々検討を重ねた結
果、管端部形状が球状ではなく、電極封止端（管端頂部
）から発光管中央部に向かって広がりを持つ曲面部を有
するように形成された発光管を持つ２５０Ｗの高圧放電
ランプを、周波数変調方式で高周波点灯すると、音響的
共鳴現象の回避効果が顕著であることが判明した。

管端部の曲面部寸法（第２８図において符号Ｌｒ３で示
す寸法）を変化させた場合の実験結果を第２７図（ａｌ
〜（Ｃ１に示す。なお、同図において、曲面部寸法Ｌｒ
３はそれぞれ、（ａ）　：　Ｏｍｍ、　（ｂ）　：　６
　ｍｍ、（ｅ）：９ｍｍである。ここで、同図中（ｂｌ
に示すものは、曲面部寸法Ｌｒ３が前記第８図Ｔｄｌに
示す場合と同様６ｍ＋ｗであるが、管端部形状が球状で
はなく、電極封止端から発光管中央部に向かって広がり
を持つ曲面部を有するような形状、例えば、ＵｆｆｉＪ
　Ｏ／を形状にしたものである。この場合、音響的共鳴
現象を回避する領域が更に広がり、殆ど全領域で回避で
きることがわかる。

また、第２７図より明らかなように、中心周波数３０Ｋ
　Ｈｚ　〜６０Ｋ　Ｈｚ　、周波数変調幅０ＫＨｚ〜１
ＯＫＨｚの領域において、管端部の曲面部寸法の差によ
る音響的共鳴現象の回避効果に大きな差があることが判
る。

そこで、これらの関係を曲面部寸法と音響的共鳴現象発
生領域（以下、不安定領域と在す）との関係でみると、
第２９図に示すようになる。すなわち、横軸に曲面部寸
法／管内径をとり、縦軸に不安定領域の割合（中心周波
数３０ＫＨｚ〜６０ＫＨｚ、周波数変調幅０ＫＨｚ〜１
０　Ｋ　Ｈｚの領域における不安定領域の割合）をとる
。なお、第２９図に示す×印（不安定領域の割合が略１
００％の位置の）は第７図に示す従来例に係るものであ
る。

ここで、ランプ個体間のばらつき、回路定数のばらつき
を考慮し、音響的共鳴現象回避のための限界を、前述の
ように不安定領域の割合で５０％（望ましくは４０％）
とすると、第２９図より明らかなように、曲面部寸法／
管内径の限界は「０以上」、望ましくはｒｏ、０７以上
Ｊとなる。

なお、第２８図は第２７図で用いた発光管の形状、寸法
を示すものである。寸法はそれぞれ下記の通りである。

管内径Ｄ：１５ｍｍ 曲面部寸法Ｌｒ３ 第２７図（ａ）に示すもの：０ＩＩＩＩｌｌ第２７図（
ｂ）に示すもの：６ｍｍ 第２７図（Ｃ）に示すもの：９ｍｍ 電極間距離Ｌｐ：５５ｎｕ＋＋ なお、電極封止端から発光管中央部に向かって広がりを
持つ曲面は、発光管の全周に存在する必要はなく、第３
０図に示すように一部であってもよい。かかる形状であ
って、管内径Ｄ＝１８ｍｍｓ曲面部寸法Ｌｒ３＝１１ｍ
ｍ、電極間距離Ｌｐ＝３５１１１ｍなる発光管を具備し
た高圧放電ランプを点灯した結果を第３１図に示す。か
かる場合、不安定領域の割合は４６％であった。

また、電極封止端から発光管中央部に向かう曲線の広が
りは、必ずしも第２８図に示すように凹状である必要は
なく、第３２図（ａ）、（ｂ）に示すように凹状と凸状
の組合せであってもよい。

なお、管端部形状を電極封止端から発光管中央部に向か
って広がりを持つ曲面部を有するように構成することに
より、管端部の曲面部寸法をより長くとることが可能と
なるので、管内封入物の蒸発を充分促進する点で有利と
なり、特に、管内に水銀、希ガスと共に金属ハロゲン化
物を封入したメタルハライドランプの場合に有利となる
。

次に、上述のことを２５０Ｗ以下の小型の高圧放電ラン
プに適用したところ、２５０Ｗの場合と同様に、発光管
の管端部形状を、電極封止端から発光管中央部に向かっ
て広がりを持つ曲面部を有するように形成することによ
り、音響的共鳴現象を回避し得ることが明らかになった
。

そこで、第３３図に示すように、管端部形状を電極封止
端から発光管中央部に向かって広がりを持つ曲面部を有
するように形成すると、音響的共鳴現象を回避するため
に許容される管端部の前記曲面部寸法は０ｍｍ以上であ
ればよく、自由に長くとることが可能となり、前記同様
、管端部温度を高温に保ち、発光効率を低下させること
なく、また発光色むらを発生することなく音響的共鳴現
象を回避することが可能になった。

なお、電極の挿入位置は必ずしも管端部でな（でもよく
、例えば、第３４図に示すように発光管中央部に挿入位
置をもつ、いわゆるシングルエンド型であってもよい。

次に、管端部形状と電極封止端（管端頂部）位置に注目
して種々検討を重ねた結果、管端部形状を電極封止端が
発光管中心軸上から外れた所に位置するように形成する
ことにより、音響的共鳴現象の回避効果が顕著であるこ
とが判明した。

第３５図（ａ）に示すものは本実施態様に係る実験結果
を示すもので、前記第７図に示す従来例や第８図などに
示すものの管端部形状が、発光管中心軸上に電極封止端
が位置している形状であるのに対して、電極封止端は発
光管中心軸上から外れた所に位置するように形成され、
しかも、曲面部寸法（第３６図（ａ）において符号Ｌｒ
３で示す寸法）は、前記第８図（ｄｌと同様６ｍｍとし
たものである。

この場合には、音響的共鳴現象を回避する領域が更に広
がっていることがわかる。

更に、第３５図（ｂ）に示すものは、曲面部寸法Ｌｒ３
が９１１ＩＩ１１の場合であるが、前記同様の効果があ
る。

電極封止端の発光管中心軸上からの偏在の仕方は、第３
７図（ａ）〜（Ｃ１に示すように３通り考えられる。上
記第３５図ｔａ）、（ｂ）に示すものは第３７閉山）の
場合に相当する。そこで、異なる実施例として、第３７
図ｔａ）に相当し曲面部寸法Ｌｒ３　（第３６図（ｂ）
参照）が９ｍｍの場合の実験結果を第３８図に示す。同
図より上記第３５図（ａｌ、（ｂ）とほぼ同等の効果を
奏することがわかる。

従って、電極封止端の発光管中心軸上からの偏在の仕方
にかかわらず、偏在しておれば音響的共鳴現象の防止効
果があると言える。

なお、電極封止端と発光管とを結ぶ面は、曲面形成であ
っても第３７図（ｄ）、（８１に示すように直面形成（
偏心した円錐状）であってもよく、偏在さえしておれば
よい。また、管端部先端は尖っている必要はなく、第３
７図（ｅｌ、（ｆｌに示すように平坦であってもよい。

更に異なる実施例として、一方の管端部形状が本実施態
様の形状で、他方の管端部形状が従来例と同様に球状で
ある場合について考える。第３９図はこのような発光管
形状のランプを垂直点灯した場合の実験結果である。第
３９図（ａｌに示すものは本実施態様の管端部形状を下
端にした場合、第３９図（ｂ）に示すものは球状管端部
を下端にした場合であり、曲面部寸法Ｌｒ３　　（第３
６図（Ｃ）参照）は６ｍ＋ｍである。同図より明らがな
ように、垂直点灯の場合には、少なくとも下端が本実施
態様に係る形状であれば音響的共鳴現象の防止効果があ
ると言える。

なお、第３６図（８１は第３５図（ａｌ、山）で用いた
ものであり、第３６図（ｂ）は第３８図で用いたもので
あり、第３６図（Ｃ）は第３９図で用いたものである、
寸法はそれぞれ下記の通りである。

管内径Ｄ：１５ｍ１ 曲面部寸法Ｌｒ３ 第３５図（ａ）に示すもの：６ｎ＋ｍ 第３５図第３紀 第３８図に示すもの　：　９１ 第３９図に示すもの　：６１ＩＩＩ１１電極間距離Ｌｐ
：５５ｍｎ＋ なお、管端部形状を電極封止端が発光管中心軸上から外
れた所に位置するような形状に構成することにより、管
端部の曲面部寸法をより長くとることが可能となるので
、管内封入物の蒸発を充分促進する点で有利となり、特
に、管内に水銀、希ガスと共に金属ハロゲン化物を封入
したメタルハライドランプの場合に有利となる。

次に、上述のことを２５０Ｗ以下の小型の高圧放電ラン
プに通用したところ、２５０Ｗの場合と同様に、発光管
の管端部形状を、電極封止端が発光管中心軸から外れた
所に位置するように形成することにより、音響的共鳴現
象を回避し得ることが明らかになった。

そこで、第４０図および第４１図に示すように、発光管
の管端部形状を、電極封止端が発光管中心軸上から外れ
た所に位置するような形状に構成すると、管端部の前記
曲面部寸法を長くとれるので、管端部温度を高温に保ち
、発光効率を低下させることなく、また発光色むらを発
生することなく音響的共鳴現象を回避することが可能に
なった更に、管端部の断面形状に注目して種々検討を重
ねた結果、管端部断面形状が略長円の発光管を持つ高圧
放電ランプを、周波数変調方式で高周波点灯すれば、音
響的共鳴現象の回避効果が顕著であることが判明した。

第４２図に示す実験結果は、管端部形状が球状ではなく
、管端部の断面が楕円（第４３図ｆｃ）参照）になるよ
うに形成したもので曲面部寸法Ｌｒ３（第４３図（ａ）
参照）を、前記第８図（ｄ）と同様６ｍｍとしたもので
ある．この場合には、音響的共鳴現象を回避する領域が
更に広がり、殆ど全領域で回避できることがわかる。

ここで、第４３図は第４２図で用いた発光管の形状、寸
法を示すものである。寸法はそれぞれ下記の通りである
。

管内径Ｄ：１５ｍｍ 曲面部寸法Ｌｒ３：６ｍｍ 電極間距離Ｌｐ：５５ｍｍ なお、本実施態様に係る管端部断面形状は第４３図に示
すような楕円に限定されるものではなく、例えば、第４
４図に示すような長円であっても、第４５図に示すよう
に尖端を持つような２組の円弧からなる形状であっても
よく、要は略長円形状であればよい。また、少なくとも
下側の管端部が本実施態様に係る形状であればよい。

なお、これまで述べてきた実験結果は、すべて高圧放電
ランプを垂直点灯した場合のデータであるが、一般に、
水平点灯の場合には、アークに働く浮力がアーク安定化
の力として働くので、音響的共鳴現象によるアークの変
形は、垂直点灯の場合よりも発生し難く、従って、本発
明は点灯方向（垂直、水平、傾斜）に関わりなく効果が
あるものである。実際に、前記第３１図に示す垂直点灯
の場合の実験において使用した高圧放電ランプを水平点
灯すると第４６図に示す結果となり、不安定＠ｉ！’メ
１割合は３６％にまで減少する。

次に、゛・１［＠作中の水銀蒸気密度を所定値以下に制
限することが、音響的共鳴現象の回避により有効である
ことが判明した。

音響的共鳴現象は、電界により加速されたイオンが中性
原子に衝突することにより圧力変動が発生し、発光管の
共鳴周波数と圧力変動の周波数が一致した時、定在波が
発生するために生じる現象である。従って、電界、イオ
ン密度、中性原子密度、イオン質量、中性原子質量が大
きいほど発生しやすくなる。高圧放電ランプの場合、中
性原子、イオンとも水銀が主体となる。

そこで、点灯時のランプ電圧は同一に保ちながら、点灯
動作時の水銀蒸気密度が変化するような高圧放電ランプ
を試作し、周波数変調型の高周波点灯を行い、音響的共
鳴現象の発生領域を検討した。その結果を第４７図に示
す。同図より明らかなように、水銀蒸気密度が大きくな
るほど音響的共鳴現象の発生領域が広くなる。そこで、
前述と同様の方法で、点灯動作時の水銀蒸気密度と不安
定領域の割合をプロットすると第４８図に示すようにな
る。ここで、前記同様、音響的共鳴現象回避のための限
界をミ不安定領域の割合で５０％（望ましくは４０％）
とすると、動作時の水銀蒸気密度は７．５ｍｇ／ｃ＋４
以下、望ましくは６．５ｍｇ／ａ（以下であればよい。

なお、実験に用いた発光管の形状は、前記第１４図と同
様のもので、それぞれの寸法は下記の通りである。

管内径Ｄ：１’５ｍｍ 直線形成部寸法Ｌｒ２：６ｍｍ 電極間距離Ｌｐ 第４７図（ａ）に示すもの：８０ｍｍ ８０ｍｍ第４７に示すもの：６０ｍｍ ６０ｍｍ第４７に示すもの４４０ｍｍ 第４７図ｆｄ）に示すもの：２０ｍｍ なお、点灯動作時の水銀蒸気密度は第４７図（ａ）、（
ｂ）、ｆｃ）、（ｄ）に対応して、それぞれ２．４ｍｇ
／ｃｒＡ、３、１ｍｇ　／　ｃｎ！、４．９ｍｇ／ｃｎ
ｌ、　１１．１ｍｇ／ｃ＋Ｊである。

更に、点灯動作中のアーク柱電界強度を所定値以下に制
限することが、音響的共鳴現象の回避に有効であること
が判明した。

点灯時のランプ電圧は同一に保ちながら、点灯動作時の
アーク柱電界強度が変化するような高圧放電ランプを試
作し、周波数変調型の高周波点灯を行い、音響的共鳴現
象の発生領域を検討した。

なお、実験に用いた発光管の形状、寸法は、前記点灯動
作時の水銀蒸気密度を検討したものと同じであり、その
結果も第４７図と同じであるので省略する。第４７図よ
り明らかなように、アーク柱電界強度が大きくなるほど
音響的共鳴現象の発生領域が広くなる。そこで、前述と
同様の方法で、点灯動作時のアーク柱電界強度と不安定
領域の割合をプロットすると第４９図に示すようになる
。

ここで、前記同様、音響的共鳴現象回避のための限界を
、不安定領域の割合で５０％（望ましくは４０％）とす
ると、動作時のアーク柱電界強度は４０Ｖ／ｃｍ以下、
望ましくは３５Ｖ／ｃａ＋以下であればよい。

なお、点灯動作時のアーク柱電界強度は第４７図（ａｌ
、（ｂ）、（Ｃ１、Ｔｄ）に対応して、それぞれ１５．
８Ｖ　／値、１Ｂ、７Ｖ／ａｍ、２７．８　Ｖ／ｃｎｌ
、　　５２．５　Ｖ／ｃｍである。但し、アーク柱電界
強度は、（ランプ電圧［Ｖ］　−２０［Ｖ］　）／電極
間距離［ｃＴ１１］で表現するものとする。

更にまた、点灯動作中のアーク柱内の単位体積当りの消
費電力を所定値以下に制限することが、音響的共鳴現象
の回避に有効であることが判明した。

発光管の管端部形状を相似形に保ちながら、点灯動作時
のアーク柱内の単位体積当りの消費電力をか変化するよ
うな高圧放電ランプを試作し、周波数変調型の高周波点
灯を行い、音響的共鳴現象の発生領域を検討した。その
結果を第５０図に示す。同図より明らかなように、アー
ク柱内の単位体積当りの消費電力が大きくなるほど音響
的共鳴現象の発生領域が広くなる。そこで、前述と同様
の方法で、点灯動作時のアーク柱内の単位体積当りの消
費電力と不安定領域の割合をプロットすると第５１図に
示すようになる。ここで、前記同様、音響的共鳴現象回
避のための限界を、不安定領域の割合で５０％（望まし
くは４０％）とすると、動作時のアーク柱内の単位体積
当りの消費電力は３５０Ｗ／ｃｍ３以下、望ましくは３
４０Ｗ／ｃＩａ以下であればよい。なお、実験に用いた
発光管の形状は、前記第１４図と同様のもので、それぞ
れの寸法は下記の通りである。

管内径：Ｄ、直線形成部寸法：Ｌｒ２、電極間距離：Ｌ
ｐとすると （ａ）：Ｄ＝１８ｍｍ　　Ｌｒ２＝６ｍｍ　　Ｌｐ＝７
５ｎ＋ｎ＋（ｂ）：Ｄ＝１５ｍｍ　　Ｌｒ２＝６ｍｍ　
　Ｌｐ＝５５ｍｍ（Ｃ）　：　Ｄ＝１４ｍｍ　　Ｌ　ｒ
２＝　６　ｍｍ　　Ｌ　ｐ　＝２４ｍ＋＋＋なお、点灯
動作時のアーク柱内の単位体積当りの消費電力は第５０
図（ａ）、（ｂｌ、（ｅ）に対応して、それぞれ１２５
Ｗ／ｃｄ、　２６６Ｗ／ｃｄ、３８２Ｗ／ｃｄである。

次に、これまで述べてきたことは、一部の実験を除き発
光管の管内径りが１５１１１１１、ランプ電力が２５０
Ｗの場合のデータであった。そこで、本発明が管内径り
の異なるものにおいても通用し得るか否かを検討するた
め、管内径りが１８ｍｍ、ランプ電力が４００Ｗの高圧
放電ランプについて音響的共鳴現象の発生領域（不安定
領域の割合）を検討した。その結果を第５２図に示す。

発光管の形状は第１４図または第２８図と同様のもので
、寸法および不安定領域の割合は下記の通りである。

第５２図（ａｌに示すもの 形伏：第１４図 寸法：Ｌｒ２＝３ｍｍ　　Ｌｐ＝７５＋＋ｎ＋不安定領
域の割合：　４％ 第５２図（ｂ）に示すもの 形状：第１４図 寸法：Ｌｒ２＝６ｍｍ　　Ｌｐ＝７５ｍｍ不安定領域の
割合：　３％ 第５２図（Ｃ１に示すもの 形状：第１４図 寸法：　Ｌｒ２＝９ｍｍ　　Ｌｐ＝７５ｍｍ不安定領域
の割合：１１％ 第５２図（ｄｌに示すもの 形状：第２８図 寸法：Ｌｒｓ＝６ｍｍ　　Ｌｐ＝７５ｍｍ不安定領域の
割合：　２％ このように、管内径りが１８ｍｍになっても、発光管の
管端部形状が本発明に係るものであれば、前記同様の効
果を奏することがわかる。

最後に、本発明でいうところの「発光管の管中央部の内
径をＤ　ｍ、ｍ、管中央部端からの距離をｘｎｔｍ、管
中央部端からの距離ｘｎｔｍを管中央部の内径ＤＩＩＩ
１１で除した値をＸ、管中央部端からの距離ｘ１での管
端部断面積をＳｍ’Ｗとしたとき、Ｓ≦πＤ２　　（１
／２−　（５／１１）Ｘ）　２０＜Ｘ≦１１／１５ の式を満足する構成が、管端部の少なくとも一部に付与
されて成る」とは、発光管の管端部形状が第５３図に示
す如きものをも含むことを意味するものである。すなわ
ち、同図において管端頂部の中心軸を含む管端部断面の
いずれか一方の外郭線は上記の範囲内にあるが、他方の
外郭線は上記の　　゛範囲内にないものも本発明に含ま
れることを意味する。また、本発明は図示しないが、発
光管の中心軸を含む管端部断面のいずれか一方の外郭線
が上記範囲内にあるものを含むことは言うまでもないこ
とである。

（発明の効果） 本発明は上記のように、発光管の管中央部の内径をＤｍ
ｍ、管中央部端からの距離をｘｍｎｔ、管中央部端から
の距離ｘｍｍを管中央部の内径Ｄｍｍで除した値をＸ、
管中央部端からの距離ｘｍｍでの管端部断面積をＳ　ｍ
　ｇとしたとき、 Ｓ≦πＤ２　　（１／２−　（５／１１）Ｘ）　２０〈
Ｘ≦１１／１５ の式を満足する構成が、管端部の少なくとも一部に付与
されて成る高圧放電ランプを、周波数変調方式で高周波
点灯することにより、音響的共鳴現象を回避することが
可能となり、アーク柱の湾曲、揺らぎ、立ち消え、発光
管の破壊等が防止でき、安定した点灯を維持することが
できる高圧放電灯を提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高圧放電ランプを示す正面図、第２図は
本発明に用いる周波数変調点灯装置の一例を示す回路図
、第３図は発光管形状と音響的共鳴現象有無の関係を示
す図、第４図（ａ）、（ｂｌはそれぞれ本発明に係る実
験結果を示す図、第５図は本発明に係る発光管の一実施
例を示す簡略断面図、第６図は従来の発光管の一例を示
す簡略図、第７図は第６図に示す発光管を用いた場合の
実験結果を示す図、第８図ｔａ＋〜（ｅｌはそれぞれ本
発明に係る実験結果を示す図、第９図は上記実験結果に
基づいて作成した曲面部寸法に対する不安定領域の割合
を示す図、第１０図は本発明に係る実験結果を示す図、
第１１図（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ本発明に係る実験結
果を示す図、第１２図は上記実験結果に基づいて作成し
た管断面積／ランプ電力に対する不安定領域の割合を示
す図、第１３図（ａ）〜（ｄｌはそれぞれ本発明に係る
実験結果を示す図、第１４図は上記実験に用いた発光管
の形状を示す簡略図、第１５図は上記実験結果に基づい
て作成した直線形成部寸法に対する不安定領域の割合を
示す図、第１６図乃至第２４図はそれぞれ本発明に係る
異なる管端部形状を示し、各図において（ａ）は正面図
、（ｂ）は平面図、第２５図は従来の小型高圧放電ラン
プに係る発光管の断面図、第２６図は本発明の小型高圧
放電ランプに係る発光管の断面図、第２７図（ａｌ〜（
Ｃ）はそれぞれ本発明に係る実験結果を示す図、第２８
図は上記実験に用いた発光管の形状を示す簡略図、第２
９図は上記実験結果に基づいて作成した曲面部寸法／管
内径に対する不安定領域の割合を示す図、第３０図（ａ
）は本発明に係る異なる発光管の形状を示す簡略正面図
、第３０図（ｂｌは同上のＡ−Ａ’線断面図、第３１図
は第３０図に示す発光管を用いた場合の実験結果を示す
図、第３２図Ｔａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係る異
なる発光管の形状を示す簡略図、第３３図および第３４
図はそれぞれ本発明の小型高圧放電ランプに係る発光管
の断面図、第３５図（ａ）〜（ｂｌはそれぞれ本発明に
係る実験結果を示す図、第３６図Ｔａ）〜（Ｃ）はそれ
ぞれ上記実験に用いた発光管の形状を示す簡略図、第３
７図（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ上記実験に用いた発光管
の形状を示す簡略図、第３８図および第３９図（ａｌ、
（ｂ）はそれぞれ本発明に係る実験結果を示す図、第４
０図および第４１図は本発明の小型高圧放電ランプに係
る発光管の断面図、第４２図は本発明に係る実験結果を
示す図、第４３図（，１１は上記実験に用いた発光管の
形状を示す簡略正面図、第４３図（ｂ）は同上の簡略側
面図、第４３図（Ｃ）は同上のＡ−Ａ’線断面図、第４
４図および第４５図はそれぞれ本発明の異なる発光管の
形状を示す簡略図で、第４４図および第４５図において
それぞれ（ａｌは正面図、（ｂ）は側面図、（Ｃ）はＡ
−Ａ’線断面図、第４６図は本発明に係る実験結果を示
す図、第第４７図（ａ）〜（ｄｌはそれぞれ本発明に係
る実験結果を示す図、第４８図は第４７図に示す実験結
果に基づいて作成した点灯動作時の水銀蒸気密度に対す
る不安定領域の割合を示す図、第４９図は点灯動作時の
アーク柱電界強度に対する不安定領域の割合を示す図、
第５０図（ａｌ〜（Ｃ１はそれぞれ本発明に係る実験結
果を示す図、第５１図は上記実験結果に基づいて作成し
た点灯動作時のアーク柱内の単位体積当りの消費電力に
対する不安定領域の割合を示す図、第５２図（ａｌ〜（
ｄｌはそれぞれ本発明に係る実験結果を示す図、第５３
図は本発明に係る発光管の形状の一部を示す簡略図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）発光管の管中央部の内径をＤｍｍ、管中央部端か
   らの距離をｘｍｍ、管中央部端からの距離ｘｍｍを管中
   央部の内径Ｄｍｍで除した値をＸ、管中央部端からの距
   離ｘｍｍでの管端部断面積をＳｍｍ＾２としたとき、 Ｓ≦πＤ＾２｛１／２−（５／１１）Ｘ｝＾２０＜Ｘ≦
   １１／１５ の式を満足する構成が、管端部の少なくとも一部に付与
   されて成る高圧放電ランプを、周波数変調方式で高周波
   点灯したことを特徴とする高圧放電灯。 （２）少なくとも一方の管端部が略平坦な発光管を備え
   た特許請求の範囲第１項記載の高圧放電灯（３）管端部
   寸法を管中央部内径で除した値が、（２±２）／１５で
   ある特許請求の範囲第２項記載の高圧放電灯。 （４）管断面積をランプ電力で除した値が１．２ｍｍ＾
   ２／Ｗ以下である特許請求の範囲第２項記載の高圧放電
   灯。 （５）少なくとも一方の管端部投影形状が直線状に形成
   された発光管を備えた特許請求の範囲第１項記載の高圧
   放電灯。 （６）直線部形成寸法を管中央部内径で除した値が（６
   ±５）／１５である特許請求の範囲第５項記載の高圧放
   電灯。 （７）少なくとも一方の管端部形状が、電極封止端から
   発光管中央部に向かって広がりを持つ曲面部を有するよ
   うに形成された発光管を備えた特許請求の範囲第１項記
   載の高圧放電灯。 （８）曲面部寸法を管中央部内径で除した値が、（６±
   ５）／１５である特許請求の範囲第７項記載の高圧放電
   灯。 （９）電極封止端が発光管中心軸から外れた所に位置す
   るような管端部形状を有するように形成された発光管を
   備えた特許請求の範囲第１項記載の高圧放電灯。 （１０）少なくとも一方の管端部断面形状が略長円の発
   光管を備えた特許請求の範囲第１項記載の高圧放電灯。 （１１）水銀蒸気密度が７．５ｍｇ／ｃｍ＾３以下に維
   持される発光管を備えた特許請求の範囲第１項記載の高
   圧放電灯。 （１２）アーク柱電界強度が４０Ｖ／ｃｍ以下に維持さ
   れる発光管を備えた特許請求の範囲第１項記載の高圧放
   電灯。 （１３）アーク柱単位体積当りの消費電力が３５０Ｗ／
   ｃｍ＾３以下に維持される発光管を備えた特許請求の範
   囲第１項記載の高圧放電灯。