CN1164123A - 具有高显色性的钠蒸气灯 - Google Patents

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Abstract

具有高显色性的高压钠蒸气灯，它包括：呈圆柱形的透光材料做的在轴的两端密封的放电管；一对位于管内部轴两端的电极和与钠蒸气一起封入管内处在至少2.5×104(Pa)下的氙气，从而灯点燃时，用V(以V为单位)代表的灯电压、用W(以瓦为单位)代表的灯功率、用Φ(mm)代表的放电管的内径以及用d(mm)代表的电极对之间的距离将满足下面的等式：2.0≤V/d≤2.7(1)以及20≤W/Φ≤28(2)。

Description

具有高显色性的钠蒸气灯
本发明涉及高压钠蒸气灯，尤其涉及接近白炽灯的高显色性的高压钠蒸气灯。
具有这种类型高显色性的高压钠蒸气灯已经实现，并且已付诸实用，其形式如日本专利公报49-11818中所揭示的那样，是用氙气、作为发光物质的钠来实现的，并且用来产生缓冲气体的汞、镉之类的金属封装在一个放电管内，该放电管是用透光的氧化铝陶瓷或单晶氧化铝做成的。
在日本专利公开公报7-272680中还揭示了一种灯，通过在放电管内封入启动稀有气体、大于0.11mg/cm3的钠以及小于0.01mg/cm3的汞，这种灯不容易闪烁，而且使灯的寿命延长。在美国专利4,146,813中，揭示了一种高效并且含汞较少的高压钠蒸气灯，这种灯是通过在放电管中封入氙气和钠，并且恰当设定放电期间的氙与钠的蒸气压比值、放电管的内径、钠蒸气压与放电管内径之间的关系等而制得的。另外，在美国专利5,097,176中，也揭示了一种具有高显色性和高色温的高压钠蒸气灯，它是通过使灯的管壁负荷增加到60W/cm2、在外泡中充入气体、以及使放电管的内径以及电极之间的距离最佳而制得的，这种灯使用时具有小于100W的相当低的功率。然而，这些具有高显色性的高压钠蒸气灯一直存在各种各样的问题，比如，金属钠会与形成放电管的材料反应，而在用完时消失，从而使汞对钠的比值上升，并且光色移向粉红色；再如，由于必须在放电管的端部配置防热层而使灯的结构变得复杂，并且制作成本增加；又如，具有如400W高功率的灯不易在高负荷的情况下使用。
所以，本发明的一个目的是提供一种能够消除上述问题并具有高显色性的高压钠蒸气灯。
按照本发明，上述目的是通过一种具有高显色性的高压钠蒸气灯来实现的，这种灯具有一种双管结构，具有耐碱性并在两端处具有电极的内层放电管中封入稀有气体和金属钠，而外泡中封惰性气体，它的特点是，通过将稀有气体的密封气压设定成高于某一预定值，而使一般显色指数Ra高于80，并且色温高于2,400K。另一个特征是，将放电管的管壁负荷设定在预定的范围内，从而在额定灯功率下放电管的管壁温度低于1,200℃。
在结合附图对本发明的较佳实施例进行了详细描述以后，读者将会清楚地了解本发明的其他目的和优点。
所以，按照本发明的高压钠蒸气灯，可以具有高显色性特性，它所提供的暖光色的光与白炽灯所提供的暖光色的光极其接近，并且不会在其寿命期间使光色变成粉红色。
图1是按照本发明的一种实施例中，具有高显色性的高压钠灯的正面剖视图；
图2是按照本发明另一种实施例的具有高显色性的高压钠蒸气灯的正面剖视图。
由于本发明的描述是结合附图针对较佳实施例进行的，所以应当理解，本发明并非仅局限于这些实施例，而包括在本发明权利要求范围的所有变异、修改和等效结构。
实施例1
图1所示实施例1的高压钠蒸气灯包含一个放电管1，该放电管由透光多晶氧化铝制成，该管的尺寸例如为：内径为5.5mm，外径为6.9mm，而总长为34mm。在放电管1的两端，由例如铌(Nb)和1％的锆(Zr)构成的导电体2和3通过由例如氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锶(SrO)和氧化钙(CaO)制成的熔接物4和5密封固定在放电管1上。在放电管1的内，电极装在导电体2和3的顶端，朝向管1的内侧，并且还将如氧化钇(Y2O3)涂覆和烧结在电极6和7上，作为发射体，尽管图中未示出。电极6和7例如互相隔开22mm。所以，制成的放电管具有如39.5W/cm2的管壁负荷，而8在4×104Pa(25℃)下，在管中区域封装(area seal)有3mg的金属钠附着物8和氙气(未图示)。
上述放电管1固定在由例如直径为40mm的硬玻璃制成的外泡9内，外泡9内封有氮气，气压为2.7×104Pa(25℃)。附件(probe)10沿着放电管1的外壁，几乎位于电极6和7之间，用作施加了电压以后便于使灯启动的装置。此外还设有例如由锆-铝(Zr-Al)做成的吸气剂，用来吸收外泡9内的氢气，以限制启动电压的升高，灯座12配置在外触发极的一端上。
当用具有触发极的扼流圈型镇流器使灯功率为150W的灯工作时，显示出灯效率为611m/W，色温为2,620K，这样高的显色性在一般显色指数Ra中为84，其色坐标为+0.001，这几乎处在黑体轨迹上，并且光色调不会变绿。
按照实施例1的技术参数制造了十盏灯，用这十盏灯在5.5小时处在点燃ON状态而0.5小时处在点燃OFF的接通/断开(ON/OFF)循环下进行点燃实验。既使在12,000小时总点燃时间以后，灯仍然能够点燃，而不会熄灭，并且在点燃期间，平均在十盏灯中灯电压升高为2.1V，最高达4.6V。在这种情况下，不会出现放电管1有漏泄的情况。
其次，对灯进行另一项实验，即，分别使放电管的内径恒定为5.5mm，而电极间的距离为22mm，并且按下面表1那样，使封入的氙气气压具有不同的六种大小，从而测量各盏灯内产生的效果。在外泡9内，使氮气在约2.7×104Pa(25℃)下封入。由实验发现，采用低于2.5×104Pa的氙气时，氙气体不足以起缓冲气体的作用，从而一般显色指数Ra或光学特征(如色温)变坏。另外，与黑体轨迹的色坐标偏差低于±0.002。另一方面，当氙气气压超过5.3×104Pa时，一般显色指数Ra降低到80以下，但与此相反，饱和增大，并且可以增大被照明的物体的色度。
表1
氙气体压力(×104Pa)     2.3     2.5     4.0     4.8     5.3     6.1
一般显色指数Ra     77     87     84     81     80     78
色温度(K)     2390     2400     2620     2660     2710     2780
色坐标的偏离(×1000)     2.4     1.8     0.1     -0.2     -0.9     -1.2
然后，制造供实验用的灯，使用多晶氧化铝制成的透光放电管的内径恒定为5.5mm，但改变电极之间的距离，即管壁的负荷，如下面的表2所示。氙气体为4×104Pa，且钠为3mg。同时，在外泡9中填充2.7×104(25℃)下的氮气。
                   表2
  管壁负荷(W/cm2)     32.2     34.7     39.5     49.6     62.0     72.3
  电极间的距离(mm)     27     25     22     17.5     14     12
  一般显色指数Ra     78     80     84     87     83     77
  色温(K)     2380     2520     2620     2680     2725     1780
  管温度(℃)     1075     1090     1120     1160     1200     1220
从表2中的结果可以发现，当管壁负荷大于34.7W/cm2时，在一般显色指数Ra和色温中均表现出高显色性。另一方面还发现，当管壁负荷超过62W/cm2时，管壁温度超过1,200℃，从而构成放电管的多晶氧化铝和金属钠之间的反应速度加快，因而这是我们所不希望的。
另外，还制造了这样的灯，使由透光多晶氧化铝制成的放电管的电极之间的距离为22mm，但改变管的内径，即管壁负荷如下面的表3所示。氙气体为4×104Pa，而钠为3mg。在直径为40mm的外壳中，填充2.7×104(25℃)下的氮气。
               表3
  管壁负荷(W/cm2)     32.2     34.7     39.5     49.6     62.0     72.3
  内径(mm)     6.74     6.3     5.5     4.4     3.5     3.0
  一般显色指数Ra     76     80     84     86     84     76
  色温(K)     2360     2500     2620     2660     2715     2750
  管温度(℃)     1085     1100     1120     1170     1200     1230
从上面的表3中可以发现，当管壁负荷大于34.7W/cm2时，在总显色性指数Ra和色温中均呈现高显色性。另一方面，管壁负荷超过62W/cm2会使管温超过1,200℃，从而多晶氧化铝和金属铝之间的反应速度上升，这是我们所不希望的。对于填充在外泡内的惰性气体，比如除氮气以外的氪气，同样也表现出使管壁的温度降低的作用。
实施例2
本实施例采用与实施例1中相同的结构，它包括由透光的多晶氧化铝制成的放电管1，其尺寸例如为内径5.5mm，外径6.9mm，总长34mm。通过由如氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锶(SrO)和氧化钙(CaO)制成的熔接物4和5，将由铌(Nb)和1％锆(Zr)制成的导电体2和3密封固定在放电管1上。电极6和7在放电管1内侧装在导电体2和3的端部，并且尽管图中未示出，还涂上如氧化钇(Y2O3)，随后在烧结在电极6和7上作为发射体。电极6和7相互隔开如22mm。因此，制得的放电管具有如39.5W/cm2的管壁负荷，以及在如4×104Pa(25℃)下区域封装如3mg的金属钠附着物8和氪气(未图示)。
上述放电管1保持在外泡9内，外泡9由如直径为40mm的硬玻璃制成，氮气封装在该外泡9内，处在如2.7×104Pa(25℃)下。附件10沿着放电管1的外壁，几乎位于二电极6和7之间，作为施加电压后易于使灯启动的结构。此外，还配备有如锆-铝(Zr-Al)吸气剂，用来吸收外壳9中的氢气，从而抑制启动电压的上升，灯座12配置在外壳9的一端。
当用具有触发极的扼流圈型镇流器使灯功率为150W的灯工作时，灯的效率为581m/W，色温为2,520K，这样高的显色性在一般显色指数Ra中为85，其色坐标为+0.001，这目前几乎处在黑体轨迹上，并且光色调不会变绿。
按照实施例2的技术参数制造了十盏灯，用这十盏灯在5.5小时处在点燃ON状态而0.5小时处在点燃OFF的ON/OFF循环下进行点燃实验。即使在12,000小时总点燃时间以后，灯仍然能够点燃，而不会熄灭，并且在点燃期间，平均在十盏灯中灯电压上升4.1V，最高达6.8V。
其次，对灯进行另一项实验，即，分别使放电管的内径恒定为5.5mm，而电极间的距离为22mm，并且按下面表4那样，使封入的氪气气压具有不同的六种大小，从而测量各灯内产生的效果。在外泡9内，使氮气在约2.7×104Pa(25℃)下封入。由实验发现，采用低于2.5×104Pa的氪气体时，氪气体不足以起缓冲气体的作用，从而一般显色指数Ra或光学特征(如色温)变坏。另外，与黑体轨迹的色坐标偏差低于±0.002。另一方面，当氪气气压超过5.3×104Pa时，一般显色指数Ra降低到80以下，但与此相反，饱和增大，并且可以增大被照明的物体的色度。
                 表4
氙气气压(×104Pa)     2.3     3.5     4.0     4.8     5.3     6.1
一般显色指数Ra     77     86     85     82     80     76
色温(K)     2370     2400     2520     2660     2740     2820
色坐标的偏离(×1000)     2.4     2.0     0.1     -0.8     -1.2     -1.6
然后，制造供实验用的灯，使用多晶氧化铝制成的透光放电管的内径恒定为5.5mm，但改变电极之间的距离，即管壁的负荷，如下面的表5所示。氪气体为4×104Pa，且钠为3mg。同时，在外泡9中充入2.7×104(25℃)的氮气。
                   表5
  管壁负荷(W/cm2)     32.2     36.1     39.5     45.7     54.3     72.3
  电极间的距离(mm)     27     24     22     19     16     12
  一般显色指数Ra     77     80     85     84     82     78
  色温(K)     2370     2510     2610     2680     2700     2770
  管温度(℃)     1090     1100     1130     1170     1200     1210
从表5中的结果可以发现，当管壁负荷大于36.1W/cm2时，在一般显色指数Ra和色温中均表现出高显色性。另一方面还发现，当管壁负荷超过54.3W/cm2时，管壁温度超过1,200℃，从而构成放电管的多晶氧化铝和金属钠之间的反应速度加快，因而这是我们所不希望的。
另外，还制造了这样的灯，使由透光多晶氧化铝制成的放电管的电极之间的距离为22mm，但改变管的内径，即管壁负荷如下面的表6所示。氙为4×104Pa，而钠为3mg。在直径为40mm的外泡中，充入2.7×104(25℃)的氮气。
                 表6
  管壁负荷(W/cm2)     32.2     36.1     39.5   45.7     54.3     72.3
  内径(mm)     6.74     6.0     5.5     4.75     4.0     3.0
  一般显色指数Ra     76     80     85     86     84     76
  色温(K)     2360     2500     2610     2660     2715     2750
  管温度(℃)     1065     1080     1130     1150     1200     1220
从上表中可以发现，当管壁负荷超过54.3W/cm时，管壁的温度超过1200℃，从而多晶氧化铝和用作放电管材料的金属钠之间的反应速度上升，这是我们所不希望的。
对于充入外泡中的惰性气体，如氪气而非氮气同样也具有使放电管的表面温度降低的效果。
实施例3
本实施例采用与上述实施例1相同的结构，包括一个放电管12，该放电管是用透光的多晶氧化铝制成的，而其尺寸为，例如，内径5.5mm，外径6.9mm，总长34mm。在放电管1的两端，把导电体2和3通过熔接物4和5密封地固定在放电管上，导电体例如由铌(Nb)和1％的锆(Zr)制成，熔接物例如由氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锶(SrO)和氧化钙(CaO)制成。电极6和7装在导电体2和3在放电管内侧的顶端，并且，虽未画出，例如用氧化钇(Y2O3)涂覆然后烧结在电极6和7上作为发射体。电极6和7例如互相隔开22mm。这样，做出的放电管1具有例如39.5W/cm2的管壁负荷，并且例如在4×104Pa(25℃)下把例如3mg的金属钠附着物8和氩气(未示出)区域封入放电管内。
把上述放电管1固定在一外泡9中，该外泡例如用硬玻璃制成，直径为40mm，并且例如把氮气在2.7×104Pa(25℃)下封入此外泡9中。沿放电管的外周壁设有附件10，它大致位于两个电极6和7之间，作为一种施加电压后使灯泡比较容易启动的装置。此外，设有例如由锆-铝(Zr-Al)做成的吸气剂11用于吸收外泡9中的氢气以抑制启动电压的升高，还在外泡9的一端设有灯座12。
当实施例3的这种灯用一包括一触发极的扼流圈型镇流器以150W的灯瓦数工作时，该灯显示出灯效率为54lm/W，色温2，520K，以及在一般显色指数中它具有高达85的显色性，它的色坐标几乎在黑体轨迹上，并且光色调不变绿。制造了10盏实施例3的灯并对它们作了点燃实验，在一个接通/断开(ON/OFF)循环中，点燃ON为5.5小时，而点燃OFF为0.5小时。即使经过了12,000小时的总点燃时间，它们仍然都能被点燃而不熄灭，并且当点燃时，在灯电压升高方面得到的改善对于十盏灯的平均而言为3.9V，最大为6.1V。
接下来，用这些灯作另一个实验，在此实验中，使放电管的内直径电极间的距离保持恒定，分别为5.5mm和22mm，而封入的氙气的气压分别改变为如下面的表7所示的六种不同的大小，以便测量在各盏灯中出现的效果。把氮气在2.7×104Pa(25℃)下封入外泡9中。已经发现，当氩气气压小于3.3×104Pa时，氩气不足以起缓冲气体的作用，因而一般显色指数Ra或诸如色温等光学特性变坏。此外，色坐标与黑体轨迹的偏差小于±0.0002。另一方面，当氩气的气压超过5.3×104Pa时，一般显色指数Ra低得小于81，但相反地却使饱和较高而增大被照明物体的色度。
接下来，制造用于试验的灯，把用透光多晶氧化铝制成的放电管的内直径总是保持在5.5mm，而改变电极间的距离，即管壁负荷，如下面的表8所示。使氩气为4×104Pa而钠为3mg。同时将2.7×104Pa(25℃)的氮气充入外泡。
                     表7
  氩气压力(×104Pa)     3.0   3.3   4.0   4.8   5.3    6.1
  一般显色指数Ra     78   80   85   83   81    76
  色温(K)     2380   2400   2520   2560   2620    2690
  色坐标的偏离(×1000)     2.6   2.0   0.2   -0.9   -1.5    -1.9
                           表8
  管壁负荷(W/cm2)  32.2    34.7    39.5    49.6    55.7    72.3
  电极间的距离(mm)  27    25    22    17.5    15.6    12
  一般显色指数Ra  76    78    84    85    86    86
  色温(K)  2310    2350    2480    2520    2560    2620
  管温(℃)  1090    1100    1130    1170    1200    1215
从示于表8的结果可以发现，当管壁负荷大于39.5W/cm2时，在一般显色指数Ra和色温方面都呈现高的显色性。另一方面，还可以发现，当管壁负荷超过55.7W/cm2时，管壁温度超过1,200℃，由此在构成放电管的材料的多晶氧化铝和金属钠之间的反应速率升高，因而不可取。
此外，为作试验而制作了灯，使得在用透光的多晶氧化铝做的放电管的电极之间的距离为22mm，而改变放电管的内径，即管壁负荷，如表9所示。使氩气为4×104Pa而钠为3mg。充在直径为40mm的外泡中的氮气为2.7×104Pa(25℃)。
                    表9
  管壁负荷(W/cm2)     34.7     39.7    49.5     55.7     72.3
  电极间的距离(mm)     6.3     5.5    4.4     3.9     3.0
  一般显色指数Ra     76     80    82     86     84
  色温(K)     2460     2500    2610     2660     2715
  管温(℃)     1065     1080    1110     1200     1250
如表9所示可以发现，当管壁负荷大于39.5W/cm2时，在一般显色指数和色温方面都呈现高的显色性。当管壁负荷超过55.7W/cm2时，管壁温度超过1,200℃，由此在构成放电管的材料的多晶氧化铝和金属钠之间的反应速率升高，因而不可取。对于要充入外泡的惰性气体，诸如除氮气之外的氪气，也显示出降低放电管表面温度的效果。
实施例4
参看图2，它示出按照本发明实施例4和实施例5的高压钠蒸气灯的基本结构。参看同一图首先对实施例4作说明。此高压钠蒸气灯包括放电管1；用于容纳放电管1的外泡9；在外泡一端设有的灯座12；用于在外泡9内固定放电管1支撑杆15；以及在放电管1两端与导电体2和3端部电连接的电极6和7。
说得更详细些，放电管1做成大体呈圆柱形的形状，并且例如用耐碱透明材料制成，耐碱透明材料有透光陶瓷(例如多晶氧化铝或多晶钇)、单晶氧化铝等。放电管的尺寸为，例如，内径6mm，外径7.4mm，而总长为60mm。在放电管1的两端，将导电体2和3插入放电管两端的开口，并通过熔接物4和5密封地固定至放电管的端部，导电体是用例如铌(Nb)和1％的锆(Zr)制成的，而熔接物是用例如氧化铝(AlwO3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锶(SrO)和氧化钙(CaO)制成的。固定在放电管1两端的电极6和7之间的距离d为40mm，并且，例如，用氧化钇(Y2O3)覆盖然后烧结在电极6和7上作为发射体。密封在作为放电管1的内空间的放电空间内的是，例如，5mg金属钠和在温度为35℃时气压为4×104Pa的氙气。
用硬玻璃制成的外泡例如做成直径40mm。在大体上为圆柱形、用来装入放电管1的空间中，有连至外泡一端的灯座12的一对导电支撑杆15和15A，用它们来支撑放电管1。钡吸气剂13用来从管中抽空内空间的空气以使它保持高真空。沿放电管1的外壁，大约在两个电极6和7之间，把一附件10连至支撑杆15和15A之一，以向它施加一预定的电位来改善灯的启动。附件10在其一端通过双金属14连至支撑杆15，从而防止附件10在灯工作时与放电管1的外壁接触。
当如此构造的高压钠蒸气灯用一包含一触发极的扼流圈型镇流器以灯瓦数(灯功率)150W工作时，该灯显示出这样一些良好的照明特性，例如灯效率η为56lm/w，色温为2,570K，并有一般显色指数Ra达85的高显色性。此时，假设在工作时的灯电压用V(V)表示，放电管1的内径用φ(mm)表示，电极6和7之间的距离用d(mm)表示，则满足V/d＝2.0和w/φ＝25的关系。制造了二十盏具有相同结构的高压钠蒸气灯，并用一包含一触发极的扼流圈型镇流器对它们进行点燃实验，其ON/OFF循环的点燃ON为5.5小时而点燃OFF为0.5小时。即使总点燃时间过了12,000小时，它们仍然能够点燃而没有熄灭也没有移向粉红色一侧，并且点燃时灯电压升高也获得改善，对于20盏灯平均为3.6V，最大为8.9V。
类似地，对一些灯作另一实验，其中，放电管内径φ和电极之间的距离d保持恒定，分别为6mm和40mm，而使封入的氙气气压在2.3×104Pa至5.3×104Pa之间改变，取下面的表10所示的五个值，从而当V/d＝2.0和W/φ＝25时测量一般显色指数Ra和色温，以测量在各盏灯中的效果。
                  表10
    例子   Com.Ex.1     Ex.1     Ex.2     Ex.3     Ex.4
    氙气气压(×104Pa)     2.3     2.5     2.7     4.0     5.3
    一般显色指数Ra     76     80     83     85     82
    色温(K)     2380     2430     2480     2570     2710
由上表所示的结果可以发现，当示于实施例4的氙气气压为2.5×104Pa时，呈现出一般显色指数Ra为80以及色温为2430K的良好光学特性，但如同在比较例1当气压小于2.5×104Pa时，氙气不足以起缓冲气体的作用，从而使一般显色指数Ra和色温的光学特性变坏。由于这个原因，把封入的氙气气压设置得超过2.5×104Pa。
为试验制作灯，使放电管1的氙气压力保持恒定为2.5×104Pa，而改变放电管1的内直径φ(mm)和两电极6和7之间的距离d(mm)。然后对制造好的灯作点燃评价，其做法是改变加至灯的电压(灯电压)V(V)和镇流器的阻抗，这些测量结果示于表11。
                    表11
  Com.Ex.2  Com.Ex.3     Ex.5     Ex.6     Ex.7     Ex.8   Com.Ex.4  Com.Ex.5
 V/d(V/min)     1.8     1.8     2.0     2.0     2.4     2.7     2.9     3.1
 W/φ(w/min)     18     20     22     22     25     28     29     34
 一般显色指数Ra     76     78     80     82     86     83     82     80
 色温(K)     2380     2460     2500     2530     2590     2680     2760     2840
 灯效率(lm/w)     65     62     58     57     52     50     44     41
即，在使封入的氙气气压保持为4×104Pa的条件下，当V/d帮W/φ增加时，色温单调增加，另一方面，当V/d和W/φ增加时，一般显色指数Ra增加至86，而当V/d和W/φ再增加时，Ra的值从86下跌，相反饱和增加。当V/d和W/φ增加时，灯效率单调减小。从上述结果可以发现，当作出调节，以满足得出的两个公式(1)和(2)时，可以获得具有高显色性的高压钠蒸气灯，它呈现出良好的光学特性，诸如一般显色指数Ra大于80，灯效率η高于50lm/w，而色温高于2,400K。
2.0≤V/d≤2.7   ……(1)
20≤W/φ≤28    ……(2)
采用上述结构，按照本实施例，当在温度25℃充入放电管的1的氙气气压大于2.5×104Pa，而满足得出的公式(1)和(2)，这里V(V)表示点燃时的灯电压，φ(mm)表示放电管1的内直径，而d(mm)表示两电极间的距离，可以获得一种高压钠蒸气灯，它具有类似于白炽灯光色的高暖显色性。
2.0≤V/d≤2.7    ……(1)
20≤W/φ≤28     ……(2)此外，因为可以把放电管1的内径做得相当小，这就可以不需要提供一种绝热材料来升高放电管1的最冷温度点，这就使灯的结构变得简单，因而可以较低的成本制造具有高显色性的高压钠蒸气灯。
实施例5
接下来，如在实施例4中那样，参看图2详细叙述本发明的实施例5。本实施例的具有高显色性的高压钠蒸气灯在结构上与前面的实施例4的相同，所不同的是在放电管1内部，除了钠和氙气之外，还封入了很少量的汞。
说得更详细些，这样来构造具有高显色性的高压钠蒸气灯，从而在类似于实施例4规定的放电管1的内部空间(作为具有内体积1.5cm3的放电空间)封入0.7mg的汞以及5mg的金属钠和气压为4×104Pa温度为25℃的氙气，把放电管1放在类似于实施例4的外泡中。
  当如此构造的高压钠蒸气灯用一包括一触发极的扼流圈型镇流器以150W的灯瓦数(灯功率)工作时，得到如此高的显色性，其灯效率为54lm/w，色温为2,500K，而一般显色指数Ra为86，色坐标在黑体轨迹上，这样，光色调不变绿。这时，假设点燃时灯电压用V(V)表示，放电管1的内直径用φ(mm)表示，电极6和7之间的距离用d(mm)表示，则适合V/d＝2.5以及W/φ＝25的关系。
制作了20盏具有相同结构的高压钠蒸气灯，并对它们作了点燃实验，在一个ON/OFF循环中，点燃ON为5.5小时，而点燃OFF为0.5小时。即使经过了12,000小时的总点燃时间，它们仍然能被点燃而没有移向带有粉红色一侧和不熄灭，并且当点燃时，在灯电压的升高方面获得良好结果，对二十盏灯平均为4.1V，最大为10.4V。
类似地，用这些灯作另一实验，在该实验中，使放电管的内径φ以及电极间的距离d分别保持为6mm和40mm不变(V/d＝2.5，W/φ＝25)，但被封入的氙气气压将取从2.3×104Pa至5.3×104Pa的五个不同的值，如下面的表12所示，从而测量对各盏灯内的光学特性的影响。使汞为0.7mg不变，而金属钠为5mg。已经发现，当氙气气压低于2.5×104Pa时，该气体不足以起缓冲气体的作用，其结果是，诸如一般显色指数Ra或色温等光学特性变坏。色坐标对黑体轨迹的偏离在±0.002之内。
                              表12
  例子   Com.Ex.6     Ex.9     Ex.10     Ex.11     Ex.12
氙气气压(×104Pa)     2.3     2.5     2.7     4.0     5.3
一般显色指数Ra     77     81     84     85     83
色温(K)     2390     2440     2500     2580     2730
上述结果与实施例4的结果相似，即，当氙气气压为2.5×104Pa时，可以得到诸如一般显色指数为80以及色温为2430K的良好的光学特性。而在本实施例中，色坐标对黑体轨迹的偏差在±0.002之内，光色调未见丝毫变绿。
制造出灯作实验，使氙气气压为4×104Pa(25℃)不变，而改变放电管1的内直径φ(mm)和电极6和7之间的距离d(mm)。把制造出来的灯通过改变要施加至灯的电压(灯电压)V(V)和镇流器的阻抗作评价实验，这些测量的结果如下面的表13所示。
即使在使被封入的氙气气体在25℃温度下为4×104Pa不变以及封入汞的条件下，当满足公式(1)和(2)时，能够得到具有高显色性的高压钠蒸气灯，其光学特性为一般显色指数Ra为80或更大，灯效率η为45lm/w或更高，而色温为2,400K或更高。
2.0≤V/d≤2.7    ……(1)
20≤W/φ≤28    ……(2)此时，色坐标的偏离在±0.002之内。
                   表13
  Com.Ex.7   Com.Ex.8    Ex.13     Ex.14     Ex.15     Ex.16   Com.Ex.17    Com.Ex.18
 V/d(V/min)     1.8     1.8    2.0     2.0     2.4     2.7     2.9     3.1
 W/φ(w/min)     18     20    20     22     25     28     29     34
 一般显色指数Ra     77     78    80     83     86     83     81     80
 色温(K)     2390     2470    2500     2540     2600     2690     2770     2850
 灯效率(lm/w)     63     61    57     56     50     46     42     39
此外，采用类似的放电管1(具有1.5cm3的内体积)，并用以测量色坐标对黑体轨迹的偏离，其做法是使氙气气压为4×104Pa不变，在0mg～1.5mg(0.8mg/cm3)范围内改变要封入的汞的数量。测量结果示于下面的表14。
                   表14
  Com.Ex.7   Com.Ex.8   Ex.13  Ex.14   Ex.15  Ex.16  Com.Ex.17  Com.Ex.18   Com.Ex.17
汞的数量(mg)     0.00     0.30   0.42  0.45   0.70  1.20   1.27    1.35     1.50
色坐标的偏离(×1000)     5.0     3.4   2.8  2.0   0.2  -2.0   -2.7    -3.1     -4.1
从上述表的结果可以发现，只要汞的数量高于0.45mg和低于1.2mg，即，对于放电管单位体积(1cm3)高于0.3mg和低于0.8mg，则色坐标对于黑体轨迹的偏离在±0.002之内。
在本实施的结构如上所述的高压钠蒸气灯中，除了上述实施例4的效果外，即使当工作时金属钠与放电管的材料发生反应和反应消失，汞对钠的比值的改变也很小，这是由于封入的汞的数量很少的缘故，从而光色调不会变粉红。并且色坐标对黑体轨迹的偏离在±0.002之内。结果可以防止光色调变绿，因而可以获得一种高压钠蒸气灯，它具有类似于白炽灯光色的高暖显色性。
虽然在以前的实施例中被封入的氙气的气压的最大值为5.4×104Pa，但本实施例不限于特定的例子。例如，当采用E26或E39型灯座时，从其击穿电压的观点来看，氙气气压最好设置在大约2.5×104Pa至大约6.6×104Pa。这是因为氙气气压越高，启动电压也越高，而当启动电压增加并超过5000V时，通常的E26或E39型灯座将不足以承受此电压。当如一种在两端都有基座的灯座那样击穿电压变得不重要时，可将氙气气压设置在高于5000V的水平上。

Claims (15)

1.一种具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，把稀有气体和金属钠封入透光的放电管内，放电管的两端具有电极，所述被封入的稀有气体的压力设置在预定值或某一更高的值上，从而一般显色指数Ra为80或以上。
2.如权利要求1所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，所述色温设定在2400K或以上。
3.如权利要求1所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，当所述稀有气体是氙气体时，气体的封装压力设定在2.5×104Pa以上和5.3×104Pa以下。
4.如权利要求1所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，当所述稀有气体是氪气体时，气体的封入压力设定在3×104Pa以上和5.3×104Pa以下。
5.如权利要求1所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，当所述稀有气体是氩气体时，气体的封入压力设定在3.3×104Pa以上和5.3×104Pa以下。
6.如权利要求1所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，所述放电管的管壁负荷设定在一预定值，并且放电管的管壁温度设定在12000℃或以下。
7.如权利要求1所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，色彩温度设定在2400K或以上，所述放电管的管壁负荷设定在一预定值，从而将放电管的管壁温度设定在12000℃或以下。
8.如权利要求6或7所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，当所述稀有气体是氙气时，气体的封入压力设定在2.5×104Pa以上和5.3×104Pa以下，并且所述放电管的管壁负荷设定在34.7W/cm2以上和62W/cm2。
9.如权利要求6或7所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，当所述稀有气体是氪气体时，气体的封装压力设定在3×104Pa以上和5.3×104Pa以下，并且所述放电管的管壁负荷设定在36.1W/cm2以上和54.3W/cm2以下。
10.如权利要求6或7所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，当所述稀有气体是氩气时，气体的封入压力设定在3.3×104Pa以上和5.3×104Pa以下，并且所述放电管的管壁负荷设定在39.5W/cm2以上和55.7W/cm2以下。
11.如权利要求1所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，所述灯具有一个由放电管和外泡构成的双层结构，在所述外泡之内封入惰性气体。
12.如权利要求1所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，所述灯具有一个由放电管和外泡构成的双层结构，在所述外泡之内封入惰性气体，并且满足下述关系：2.0≤V/d≤2.7和20≤W/φ≤28。
13.如权利要求12所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，其中封有大于0.3mg但小于0.8mg的汞。
14.如权利要求12所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，其中封入的汞产生的黑体轨迹之间的色坐标的偏离在±0.002范围内。
15.如权利要求11所述的具有高显色性的高压钠蒸气灯，其特征在于，封入所述外泡内的所述惰性气体包含氮气或氪气中的一种或两种。
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