JP2005322575A - High-pressure sodium lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高圧ナトリウムランプに関するものである。 The present invention relates to a high pressure sodium lamp.
高圧ナトリウムランプは、特に高効率で、かつ長寿命であることから、その用途として道路照明やトンネル照明等に広く使用されている。
この種の高圧ナトリウムランプは、内部が真空状態の石英ガラス製の外管と、この外管内に収納され、かつ内部に一対の電極が互いに略対向するように配置されている発光管とを備えている。
High-pressure sodium lamps are widely used for road lighting, tunnel lighting, and the like because of their high efficiency and long life.
This type of high-pressure sodium lamp includes a quartz glass outer tube whose inside is in a vacuum state, and an arc tube that is housed in the outer tube and has a pair of electrodes disposed substantially opposite each other. ing.
発光管を構成する外囲器の材料としては、一般的に、透光性を有する多結晶体アルミナセラミックが用いられている。通常、この多結晶体アルミナセラミックは、透光性を得るため焼成時における結晶粒の成長を適度に制御する必要があり、そのために酸化マグネシウム(MgO)が微量添加されている。
ところで、この種の高圧ナトリウムランプのランプ効率(lm/W)は、発光管の管壁負荷(ランプ入力(W)を発光管内部の放電空間を形成する部分の内面積(cm2)で除した値(W/cm2))が増大するに従って上昇することが知られている。
As a material of the envelope constituting the arc tube, generally, a polycrystalline alumina ceramic having translucency is used. Usually, in order to obtain translucency, this polycrystalline alumina ceramic needs to appropriately control the growth of crystal grains at the time of firing, and for that purpose, a small amount of magnesium oxide (MgO) is added.
By the way, the lamp efficiency (lm / W) of this type of high-pressure sodium lamp is obtained by dividing the tube wall load of the arc tube (lamp input (W) by the inner area (cm 2 ) of the portion forming the discharge space inside the arc tube. It is known that the measured value (W / cm 2 ) increases as the value increases.
これは、管壁負荷の増大に伴って発光管の管壁温度が上昇し、発光管からの熱損失が低減され、可視光線の放射強度が増加するためである。
一方、ランプの寿命時間は、この管壁負荷が増大するに従って短くなることが知られている。これは、同じく管壁負荷の増大に伴って管壁温度が上昇することにより、点灯中、封入されたナトリウムが多結晶体アルミナセラミックとの反応や発光管の外部への拡散によって消失する割合が増加し、光束維持率が大幅に低下するためである。
This is because the tube wall temperature of the arc tube rises as the tube wall load increases, the heat loss from the arc tube is reduced, and the radiation intensity of visible light increases.
On the other hand, it is known that the life time of the lamp becomes shorter as the tube wall load increases. This is also due to the fact that the tube wall temperature rises as the tube wall load increases, so that the proportion of sodium that is enclosed disappears due to reaction with the polycrystalline alumina ceramic and diffusion outside the arc tube during lighting. This is because the light flux maintenance factor is significantly reduced.
そのため、従来の高圧ナトリウムランプでは、高効率と長寿命とを両立させるべく、管壁負荷Weを15W/cm2〜19W/cm2(安定点灯時の管壁温度1000℃〜1200℃)の範囲で動作するように設定されている。
これにより、従来の高圧ナトリウムランプのうち、例えば、定格電力400Wの両口金形の高圧ナトリウムランプでは、初期の発光光束が46500lm、定格寿命が12000時間であった。
Therefore, in the conventional high pressure sodium lamp, high efficiency and in order to achieve both long life, the wall loading W e 15W / cm 2 ~19W / cm 2 of (during stable lighting of the tube wall temperature 1000 ° C. to 1200 ° C.) It is set to work with a range.
Thus, among conventional high-pressure sodium lamps, for example, a double-piece high-pressure sodium lamp with a rated power of 400 W has an initial luminous flux of 46500 lm and a rated life of 12000 hours.
なお、ここでは、「初期の発光光束」とは、100時間点灯経過時の発光光束を示す。また、「定格寿命」は、光束維持率が85%になったときの点灯経過時間を示す。ただし、「光束維持率(%)」は、100時間点灯経過時の発光光束に対するある点灯経過時間の発光光束の割合を示す。
近時、省エネルギー化およびメンテナンスコストの低減の観点から、より高効率で、より長寿命な高圧ナトリウムランプの実現が望まれている。
Here, the “initial luminous flux” refers to the luminous flux after 100 hours of lighting. “Rated life” indicates the elapsed lighting time when the luminous flux maintenance factor reaches 85%. However, “luminous flux maintenance rate (%)” indicates the ratio of the luminous flux of a certain lighting elapsed time to the luminous flux of 100 hours of lighting elapsed.
Recently, in view of energy saving and reduction of maintenance cost, it is desired to realize a high-pressure sodium lamp with higher efficiency and longer life.
そこで、この種の高圧ナトリウムランプの発光管を構成する外囲器の材料として、酸化マグネシウムを100ppm〜800ppm、酸化ジルコニウム(ZrO2)を200ppm〜1200ppm、酸化イットリウム(Y2O3)を10ppm〜300ppm添加した多結晶体アルミナセラミックを用いることが提案されている(例えば特許文献1参照)。 Accordingly, as materials for the envelope constituting the arc tube of this type of high-pressure sodium lamp, magnesium oxide is 100 ppm to 800 ppm, zirconium oxide (ZrO 2 ) is 200 ppm to 1200 ppm, and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is 10 ppm to It has been proposed to use a polycrystalline alumina ceramic added with 300 ppm (see, for example, Patent Document 1).
特に、酸化ジルコニウムおよび酸化イットリウムは、管壁温度が高い場合でも、ナトリウムに対する耐食性を高めることができると考えられている。そのため、一層の高効率化を実現するべく、管壁負荷を上げても、封入されたナトリウムが消失して光束維持率が大幅に低下するのを防止することができ、一層の長寿命化を実現することができると期待されている。
本発明者らは、より高効率で、より長寿命な高圧ナトリウムランプを実現するべく、MgO、ZrO2およびY2O3が例えばそれぞれ500ppm、400ppm、50ppm添加された多結晶体アルミナセラミックからなる外囲器を有する発光管を作製し、この作製した発光管を従来の高圧ナトリウムランプと同様に内部が真空状態の石英ガラス製の外管内に収納し、ランプを試作した。 In order to realize a high-efficiency, longer-life high-pressure sodium lamp, the inventors of the present invention are made of a polycrystalline alumina ceramic added with, for example, 500 ppm, 400 ppm, and 50 ppm of MgO, ZrO 2 and Y 2 O 3 , respectively. An arc tube having an envelope was produced, and the produced arc tube was housed in a quartz glass outer tube having a vacuum inside as in the case of a conventional high-pressure sodium lamp, and a lamp was prototyped.
そして、その試作ランプの特性について評価したところ、点灯経過時間が14000時間を超えると、外管が変形して配光特性が変化したり、場合によってはその変形した外管が発光管と接触し、そのときの発光管の熱によって裂けるように破損してリークが発生したりするという予期せぬ問題が起こった。外管がリークすると、発光管の温度が低下して所望のランプ特性が得られなくなったり、電極を保持している金属(電極保持部材)が酸化して導電性が悪化し、ランプが不点灯になったりする。 Then, when the characteristics of the prototype lamp were evaluated, when the lighting elapsed time exceeded 14000 hours, the outer tube was deformed and the light distribution characteristics were changed, or in some cases, the deformed outer tube was in contact with the arc tube. Then, an unexpected problem occurred in which the arc tube was damaged by the heat of the arc tube and leaked. If the outer tube leaks, the temperature of the arc tube will drop and the desired lamp characteristics will not be obtained, or the metal holding the electrode (electrode holding member) will be oxidized and the conductivity will deteriorate, and the lamp will not turn on It becomes.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、発光管の外囲器として少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなる外囲器を用い、一層の高効率化と一層の長寿命化とを実現するにあたり、外管が変形したり、その変形に起因して外管が破損し、リークが発生したりするのを防止することができる高圧ナトリウムランプを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and uses an envelope made of a polycrystalline alumina ceramic to which at least magnesium oxide and yttrium oxide are added as an envelope of an arc tube, High pressure that can prevent the outer tube from being deformed and the outer tube from being damaged and leaking due to the deformation in realizing higher efficiency and longer life. An object is to provide a sodium lamp.
本発明者らは、点灯経過時間が14000時間を超えた場合における外管の変形原因について検討した結果、その外管の破損原因を次のように考えた。つまり、管壁負荷を増大させ、管壁温度を上昇させた結果、熱損失が低減され、それに代わって発光管から放射される可視光線の放射強度が増加する一方で、赤外線の放射強度も増加し、外管がその赤外線放射によって過剰に加熱されたためであると考えられる。 As a result of examining the cause of deformation of the outer tube when the lighting elapsed time exceeds 14000 hours, the inventors considered the cause of the damage of the outer tube as follows. In other words, as a result of increasing the tube wall load and increasing the tube wall temperature, heat loss is reduced, and instead, the radiation intensity of visible light emitted from the arc tube increases, while the radiation intensity of infrared light also increases. However, it is considered that the outer tube was excessively heated by the infrared radiation.
そこで、本発明の高圧ナトリウムランプは、石英ガラス製の外管と、この外管内に収納され、かつ内部に一対の電極が互いに略対向するように配置された発光管とを備え、前記発光管の外囲器が少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなり、前記外管の内面と前記外囲器の外面との間の最小距離をD(cm)、前記発光管の管壁負荷をWe(W/cm2)としたとき、We≦28.4D+17.0、かつD<0.7の場合、We>−6.8D2+10.6D+15.7、D≧0.7の場合、We≧19.8なる関係式を満たすという構成を有していることを特徴としている。 Therefore, the high pressure sodium lamp of the present invention includes an outer tube made of quartz glass, and an arc tube that is housed in the outer tube and has a pair of electrodes disposed substantially opposite to each other. The envelope is made of polycrystalline alumina ceramic to which at least magnesium oxide and yttrium oxide are added, and the minimum distance between the inner surface of the outer tube and the outer surface of the envelope is D (cm), and the light emission when the tube wall loading of the tube was W e (W / cm 2) , < case of 0.7, W e> W e ≦ 28.4D + 17.0 and D, -6.8D 2 + 10.6D + 15.7 , In the case of D ≧ 0.7, it has a configuration that satisfies the relational expression of W e ≧ 19.8.
ここで、発光管の外囲器はほぼ円筒状であって、その内径をr1(cm)、ランプ入力をW(W)、電極間の距離をL(cm)とした場合、管壁負荷Weは、数式W/(πr1L)で表されるものとする。
特に、本発明は、さらにWe<13.4D+19.0なる関係式を満たすことが好ましい。また、さらにWe<26.5なる関係式を満たすことが好ましい。
Here, when the envelope of the arc tube is substantially cylindrical, the inner diameter is r 1 (cm), the lamp input is W (W), and the distance between the electrodes is L (cm), the tube wall load We is assumed to be represented by the formula W / (πr 1 L).
In particular, the present invention preferably further satisfies the relational expression W e <13.4D + 19.0. Further, it is preferable that the relational expression W e <26.5 is satisfied.
上述のように外管の内面と外囲器の外面との間の最小距離D(cm)と発光管の管壁負荷をWe(W/cm2)との関係が、We≦28.4D+17.0、かつD<0.7の場合、We>−6.8D2+10.6D+15.7、D≧0.7の場合、We≧19.8なる条件を満たすことにより、初期の発光光束を向上させて高効率化を図ることができるとともに、長期の点灯経過時間にわたって、外管が変形したり、その変形に起因して外管が破損し、リークが発生したりするのを防止することができ、長寿命化を図ることができる。 Minimum distance relationship between D a wall loading of (cm) and the light-emitting tube W e (W / cm 2) between the inner and the outer envelope of the outer surface of the outer tube as described above, W e ≦ 28. 4D + 17.0, and <for 0.7, W e> D -6.8D 2 + 10.6D + 15.7, if the D ≧ 0.7, by W e ≧ 19.8 becomes satisfying, initial The luminous flux can be improved to increase efficiency, and the outer tube can be deformed over a long lighting elapsed time, or the outer tube can be damaged due to the deformation, causing leakage. Can be prevented, and the life can be extended.
特に、We<13.4D+19.0なる関係式を満たすことにより、外囲器の材料の一成分であるアルミニウムの飛散を抑えることができ、外管の内面が飛散したアルミニウムによって着色されて光束維持率が低下するのを防止することができる。
また、We<26.5なる関係式を満たすことにより、ナトリウムの消失によってランプ電圧が上昇し、発光光束が低下して光束維持率が低下するのを防止することができる。
In particular, W e <By satisfying 13.4D + 19.0 relational expression, it is possible to suppress the scattering of aluminum which is one component of the envelope material, the light beam is colored by aluminum inner surface of the outer tube is scattered It is possible to prevent the maintenance rate from decreasing.
Further, by satisfying the relational expression W e <26.5, it is possible to prevent the lamp voltage from being increased due to the disappearance of sodium, the luminous flux being decreased, and the luminous flux maintenance factor from being decreased.
以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いて説明する。
(1)高圧ナトリウムランプ100の構成
図1(a)、(b)は、それぞれ本実施の形態に係る高圧ナトリウムランプ100の構成を示す平面図および正面図を示す。なお、両図において、外管のみを一部切り欠いた断面図で示している。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) Configuration of High
この高圧ナトリウムランプ100は、定格電力(ランプ入力)400Wの両口金形のものであって、図1(a)に示すように、両端部にピンチ封止された封止部102を有し、かつ内部が真空状態になるように排気された石英ガラス製の略円筒状の外管101と、この外管101内に収納された発光管10とを備えている。
外管101の長手方向の中心軸(管軸)と発光管10の長手方向の中心軸(管軸)とは略一致している。
This high-
The central axis (tube axis) in the longitudinal direction of the
発光管10は、図2に示すように、酸化アルミニウム(Al2O3)を母体とし、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、および酸化イットリウム(Y2O3)がそれぞれ500ppm、400ppm、50ppm添加された多結晶体アルミナセラミックからなり、全長T2が12.0cmの略円筒状の外囲器11と、この外囲器11の両端部に設けられた貫通孔12内に挿入され、かつセラミック封着材13によって気密に封着された電極保持部材9と、この電極保持部材9の先端部に設けられた一対の電極14とを有している。
As shown in FIG. 2, the
また、特に図示していないが、発光管10の放電空間15内には、ナトリウムアマルガム(例えばナトリウム:20重量%、水銀:80重量%)の形態で発光物質としてのナトリウムと緩衝ガスとしての水銀、および始動補助ガスとしての希ガス、例えばキセノンガスがそれぞれ所定量封入されている。
ここで、外管101の内面と外囲器11の外面との間の最小距離をD(cm)、発光管の管壁負荷をWe(cm2)としたとき、We≦28.4D+17.0、かつD<0.7の場合はWe>−6.8D2+10.6D+15.7、D≧0.7の場合はWe≧19.8なる関係式を満たしている。
Although not particularly illustrated, in the
Here, when the minimum distance between the inner surface of the
また、この関係式を満たす場合において、We<13.4D+19.0なる関係式を満たすことが好ましい。さらには、We<26.5なる関係式を満たすことが好ましい。詳しくは後述する。
図1(a)(b)に示すように本実施の形態においては、外管101の長手方向の中心軸と発光管10の長手方向の中心軸(外囲器11の長手方向の中心軸と同じ)とは略一致しているので、最小距離Dは、外管の内径をr2(cm)、外囲器11の外径をR1(cm)とした場合、数式(r2−R1)/2で表される。もっとも、発光管10の長手方向の中心軸が外管101の長手方向の中心軸に対してずれていた場合は、「最小距離D」は文字どおり外管の内面と外囲器の外面との間の最小距離をとる。
Further, in the case of satisfying this relational expression, it is preferable to satisfy W e <13.4D + 19.0 relational expression. Furthermore, it is preferable to satisfy the relational expression W e <26.5. Details will be described later.
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the present embodiment, the central axis in the longitudinal direction of the
また、管壁負荷Weは、上述したようにランプ入力(W)を発光管内部の放電空間を形成する部分の内面積(cm2)で除した値で求められるが、本実施の形態においては、ランプ入力をW(W)、外囲器の内径をr1(cm)、一対の電極間の距離をL(cm)とし、数式We/(πr1L)と近似して表すことにする。
電極14は、タングステン製の電極棒14aと、この電極棒14aに巻き付けられ、かつ電子放射物質(図示せず)を付着させた同じくタングステン製の電極コイル14bとからなる。これらの一対の電極14は、互いに略対向し、各々の電極14の長手方向の中心軸が、外囲器11の長手方向の中心軸と略同一軸上に位置するように配置されている。
Also, the wall load W e is determined by the value obtained by dividing the inner area (cm 2) of the portion forming the discharge space in the arc tube portion of the lamp input (W) as described above, in this embodiment Represents the lamp input as W (W), the inner diameter of the envelope as r 1 (cm), the distance between the pair of electrodes as L (cm), and approximates the expression W e / (πr 1 L). To.
The
電極保持部材9は、図3に示すように、例えば、発光管11長手方向の長さT3が20mm、外径R3が4.0mmの有底筒状のニオブ管からなる。電極保持部材9の先端部(底部)と電極棒14aとは溶接等によって接続され、電極保持部材9の端部のうち、電極14とは反対側の端部は、外囲器11の外部に導出されている。
図1(a)(b)に示すように電極保持部材9の導出部分の内部には、内部リード線106が挿入されて電気的に接続されている。この内部リード線106が電極保持部材9から抜けないように、U字状に折り曲げられた金属線105の端部が、電極保持部材9および内部リード線106のそれぞれに溶接によって接続されている。
As shown in FIG. 3, the
As shown in FIGS. 1A and 1B, an
内部リード線106の他端部には、外管101の封止部102に封止されたモリブデン製の金属箔103を介して同じくモリブデン製の外部リード棒108が接続されており、当該外部リード棒108が、図外の照明器具側の端子に電気的に接続される。
この外部リード棒108には、その外周面を覆うようにセラミック等の絶縁部材104が設けられている。
An
The
なお、電極保持部材9としては有底筒状のニオブ管以外に、例えば中空状のものや棒状のものといった公知の種々の電極保持部材を用いることができる。
図2においてセラミック封着材13は、その厚さt1が30μm〜70μmであり、その組成として少なくともイットリウム(Y)が含有されている。その際、複合酸化物の形態やリン酸系化合物の形態で添加されていてもよいが、特に酸化イットリウム(Y2O3)の形態で添加されていることが好ましい。酸化イットリウムの形態で添加することにより、セラミック封着材が発光管内のナトリウムと反応するのを抑制することができるので、その結果、ナトリウムの消失を抑えることができ、光束維持率を向上させることができるとともに、ナトリウムとの反応によって生成される生成物が放電空間内に放出され、これに起因してランプ電圧が上昇して不点灯になるのを防止することができる。
In addition to the bottomed cylindrical niobium tube, various known electrode holding members such as a hollow member or a rod member can be used as the
In FIG. 2, the
(2)評価実験
次に、本発明の実施の形態である定格電力400Wの両口金形の高圧ナトリウムランプ100(以下、「本発明品」という)の作用効果を確認するための実験を行った。
まず、本発明品において、外管の肉厚t2(図1参照)を0.15cmに、外囲器11の肉厚t3(図3参照)を0.08cmに、電極間の距離Lを8.0cmにそれぞれ一定とし、外管の内径r2(cm)と外囲器の外径R1(cm)、つまり最小距離D((r2−R1)/2)および管壁負荷We(W/cm2)をそれぞれ種々変化させた定格電力400Wの両口金形の高圧ナトリウムランプを10本ずつ作製した。
(2) Evaluation Experiment Next, an experiment was conducted to confirm the operational effects of the double-ended high-pressure sodium lamp 100 (hereinafter referred to as “the product of the present invention”) having a rated power of 400 W, which is an embodiment of the present invention. .
First, in the product of the present invention, the thickness t 2 (see FIG. 1) of the outer tube is 0.15 cm, the thickness t 3 (see FIG. 3) of the
そして、作製した各々のランプを公知の銅鉄安定器を用いて定格電力で点灯させ、初期の発光光束(lm)および18000時間点灯経過時における外管の変形の有無について調べたところ表1に示すとおりの結果が得られた。
なお、点灯方法としては、5.5時間点灯、0.5時間消灯を1サイクルとしてこれを繰り返した。
Each of the produced lamps was turned on at a rated power using a known copper iron ballast, and the initial luminous flux (lm) and the presence or absence of deformation of the outer tube after 18000 hours of lighting were examined. The results as shown were obtained.
In addition, as a lighting method, this was repeated for 5.5 hours lighting and 0.5 hour light extinction as 1 cycle.
また、初期の発光光束の評価基準として、その発光光束が従来の定格電力400Wの両口金形の高圧ナトリウムランプの初期の発光光束(46500lm)に比して約5%以上、つまり48800lm以上得られことを合格基準とした。したがって、表1の「初期の発光光束の評価」欄において、「○」は前記評価基準を満たすことを、「×」は前記評価基準を満たさないことをそれぞれ示す。
As an evaluation standard for the initial luminous flux, the luminous flux is about 5% or more, that is, 48800 lm or more, compared with the initial luminous flux (46500 lm) of the conventional high-pressure sodium lamp with a rated power of 400 W. This was the acceptance criterion. Therefore, in the “Evaluation of initial luminous flux” column in Table 1, “◯” indicates that the evaluation criterion is satisfied, and “X” indicates that the evaluation criterion is not satisfied.
「外管の変形の有無」は、目視によってその有無を判断した。
(a)初期発光光束の向上について
表1から明らかなように実施例1〜実施例15、比較例1および比較例4の場合、いずれも初期の発光光束が評価基準である48800lm以上であった。一方、比較例2、比較例3および比較例5の場合、いずれも初期の発光光束が評価基準である48800lmを下回った。
The “presence / absence of deformation of the outer tube” was determined visually.
(A) Improvement of initial luminous flux As is clear from Table 1, in Examples 1 to 15, Comparative Example 1 and Comparative Example 4, the initial luminous flux was 48800 lm or more, which is an evaluation standard. . On the other hand, in Comparative Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 5, the initial luminous flux was lower than 48800 lm, which is the evaluation standard.
図4は、表1の結果をグラフ上にプロットした図である。同グラフにおいて、横軸は、発光管10の外面と外管101の内面の最短距離D(cm)の大きさを示し、縦軸は、発光管10の管壁負荷We(W/cm2)の大きさを示す。
また、プロットした点の横に記した( )内の数字は、表1における実施例の番号を示し、< >内の番号は、同じく表1の比較例の番号を示す。
FIG. 4 is a diagram in which the results of Table 1 are plotted on a graph. In the graph, the horizontal axis indicates the size of the shortest distance D (cm) between the outer surface of the
The numbers in parentheses written beside the plotted points indicate the numbers of the examples in Table 1, and the numbers in <> indicate the numbers of the comparative examples in Table 1.
このグラフから、上記初期の発光光束が、評価基準以上となるための境界を求めたところ、D<0.7の場合は、曲線F(We=−6.8D2+10.6D+15.7)を、D≧0.7の場合は、直線E(We=19.8)に近似することができ、D<0.7の場合は、関係式We>−6.8D2+10.6D+15.7を、D≧0.7の場合は関係式We≧19.8を満足させることにより、初期の発光光束が評価基準である48800lm以上になることが確認された。 From this graph, the boundary for the initial luminous flux to be equal to or higher than the evaluation standard was obtained. When D <0.7, the curve F (W e = −6.8D 2 + 10.6D + 15.7) Can be approximated to a straight line E (W e = 19.8) when D ≧ 0.7, and when D <0.7, the relational expression W e > −6.8D 2 + 10.6D + 15. When D ≧ 0.7, the relational expression W e ≧ 19.8 is satisfied, and it is confirmed that the initial luminous flux becomes 48800 lm or more which is the evaluation standard.
このように上記関係式を満たすことによって初期の発光光束を向上させることができたのは、管壁負荷を従来の高圧ナトリウムランプの管壁負荷(15W/cm2〜19W/cm2)に比して増大させ、発光管の管壁温度を上昇させた結果、発光管からの熱損失が低減され、それに代わって可視光線の放射強度が増加したためであると考えられる。ただし、D<0.7の場合については、管壁負荷が従来の高圧ナトリウムランプの管壁負荷と同程度であっても、発光管と外管とが近接しているので、発光管に対する保温効果が高く、実質的に発光管の管壁温度が上昇するためであると考えられる。 By satisfying the above relational expression as described above, the initial luminous flux could be improved because the tube wall load was compared with the tube wall load (15 W / cm 2 to 19 W / cm 2 ) of a conventional high pressure sodium lamp. As a result of increasing the tube wall temperature of the arc tube, the heat loss from the arc tube is reduced, and the radiation intensity of visible light is increased instead. However, in the case of D <0.7, the arc tube and the outer tube are close to each other even if the tube wall load is about the same as the tube wall load of the conventional high-pressure sodium lamp. This is considered to be because the effect is high and the tube wall temperature of the arc tube substantially increases.
(b)外管の変形の防止について
実施例1〜実施例15、比較例2、比較例3および比較例5の場合、いずれも18000時間点灯経過時点で外管101が変形しているものはなかった。一方、比較例1および比較例4の場合、いずれも18000時間点灯経過時までに外管101が変形し、各比較例のサンプルのうちの何本かは、変形した外管101が発光管10に接触し、そのときの発光管10の熱によって裂けるように破損してリークしていた。これらのものは、外管101の変形に起因して配光特性が変化していたり、外管101のリークに起因して発光管10の温度が低下して所望のランプ特性が得られなくなっていたり、さらには電極保持部材9が酸化して導電性が悪化し、不点灯になっていたりしていた。
(B) About prevention of deformation of the outer tube In the case of Examples 1 to 15, Comparative Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 5, the
そこで、図4のグラフにおいて、点灯時間18000時間の場合においても外管が変形するのを防止することができるための境界を求めたところ、
直線A(We=28.4D+17.0)と近似することができ、関係式We≦28.4D+17.0を満足することにより、外管が変形するのを防止することができることが確認された。
Therefore, in the graph of FIG. 4, the boundary for preventing the outer tube from being deformed even when the lighting time is 18000 hours is obtained.
It can be approximated as a straight line A (W e = 28.4D + 17.0), and it is confirmed that the outer tube can be prevented from being deformed by satisfying the relational expression W e ≦ 28.4D + 17.0. It was.
上記したように発光管10の管壁負荷Weを増加させ、発光管10の管壁温度を上昇させることにより、可視光線の放射強度を増加させることができる一方で、赤外線の放射強度も増加していると考えられる。したがって、外管101は、点灯中、発光管10内の放電による熱に加えてこの赤外線放射によって変形する程に過剰に加熱されてしまうおそれがある。
As described above, by increasing the tube wall load We of the
しかしながら、上記関係式We≦28.4D+17.0を満たすことにより、赤外線の放射強度の増加を適切に抑えることができ、18000時間点灯経過時点でも外管101が変形するのを防止することができた。
以上のとおり、外管の内面と外囲器の外面との間の最小距離をD(cm)、発光管の管壁負荷をWe(W/cm2)としたとき、We≦28.4D+17.0、かつD<0.7の場合、We>−6.8D2+10.6D+15.7、D≧0.7の場合、We≧19.8なる関係式を満たすことにより、初期の発光光束を向上させて高効率化を図ることができるとともに、長期の点灯経過時間に亘って、外管が変形したり、その変形に起因して外管が破損し、リークが発生したりするのを防止することができ、その結果、外管の変形に起因して配光特性が悪化したり、外管のリークに起因して所望のランプ特性が得られなくなったり、不点灯になったりするのを防止することができ、長寿命化を図ることができる。
However, by satisfying the relational expression W e ≦ 28.4D + 17.0, an increase in the infrared radiation intensity can be appropriately suppressed, and the
As described above, when the minimum distance between the inner surface of the outer tube and the outer surface of the envelope is D (cm) and the tube wall load of the arc tube is W e (W / cm 2 ), W e ≦ 28. When 4D + 17.0 and D <0.7, W e > −6.8D 2 + 10.6D + 15.7, and D ≧ 0.7, satisfying the relational expression W e ≧ 19.8 As a result, the outer tube can be deformed over a long lighting elapsed time, or the outer tube can be damaged due to the deformation, resulting in leakage. As a result, the light distribution characteristics deteriorate due to the deformation of the outer tube, the desired lamp characteristics cannot be obtained due to the leakage of the outer tube, or the lamp is not lit. Can be prevented, and the life can be extended.
(c)外管の着色による光束維持率の低下について
次に、実施例1〜実施例15における、光束維持率(%)について調べたところ、次のような結果が得られた。
なお、光束維持率(%)は、100時間点灯経過時の発光光束に対するある点灯経過時間の発光光束の割合を示す。光束維持率の評価基準としては85%以上を合格基準とした。
(C) Reduction of luminous flux maintenance factor due to coloring of outer tube Next, the luminous flux maintenance factor (%) in Examples 1 to 15 was examined, and the following results were obtained.
The luminous flux maintenance factor (%) indicates the ratio of the emitted light flux for a certain lighting elapsed time to the emitted light flux after 100 hours of lighting. As an evaluation standard of the luminous flux maintenance factor, 85% or more was set as an acceptance standard.
従来品の定格寿命14000時間を大きく超える15000時間点灯経過において、実施例1〜実施例15の全ての光束維持率が評価基準である85%以上であったが、18000時間点灯経過時においては、実施例1〜実施例5、実施例8、実施例9、実施例11、実施例12、実施例13および実施例15を除き、実施例6、実施例7、実施例10および実施例14について光束維持率が85%を下回ることがわかった。 In 15000 hours lighting progress that greatly exceeds the rated life of 14,000 hours of the conventional product, all luminous flux maintenance factors of Example 1 to Example 15 were 85% or more which is the evaluation standard, but at the time of 18000 hours lighting elapsed, About Example 6, Example 7, Example 10, and Example 14 except Examples 1 to 5, Example 8, Example 9, Example 11, Example 12, Example 13, and Example 15. It was found that the luminous flux maintenance factor was less than 85%.
光束維持率が悪くなった実施例6、実施例7、実施例10および実施例14の外管を目視によって観察すると、いずれも外管の中央部の内周面に何かが付着して黒褐色に着色されており、この着色が光束維持率の低下を招いていると考えられる。もちろん、このような着色は、光束維持率向上の観点からだけでなく、外観品質上も好ましくない。
上記外管内面の付着物を分析したところ、発光管10の外囲器11の材料の一成分であるアルミニウムであることがわかった。つまり、発光管10の管壁負荷の増加に伴って発光管10の管壁温度が過剰に高温となり、点灯中、外囲器11の材料の一成分であるアルミニウムが徐々に飛散し、長期の点灯により光束を大きく遮断するほど外管101の内面に付着したものと考えられる。
When the outer tube of Example 6, Example 7, Example 10 and Example 14 in which the luminous flux maintenance factor deteriorated was observed by visual observation, something adhered to the inner peripheral surface of the central portion of the outer tube and blackish brown It is considered that this coloring causes a decrease in the luminous flux maintenance factor. Of course, such coloring is not preferable not only from the viewpoint of improving the luminous flux maintenance factor but also in terms of appearance quality.
When the deposit on the inner surface of the outer tube was analyzed, it was found to be aluminum which is a component of the material of the
したがって、外囲器11の材料の一成分であるアルミニウムの飛散を抑え、飛散したアルミニウムによって外管101の内面が着色されて光束維持率が低下するのを防止するとともに、外観品質が損なわれないようにするための境界を上記図4の各実験結果のプロットから求めたところ、直線B(We=13.4D+19.0)の近似式を得ることができ、We<13.4D+19.0なる関係式を満たせば、18000時間点灯経過時においても外管101への着色がほとんどないことが確認された。
Therefore, scattering of aluminum which is one component of the material of the
(d)Naの消失による光束維持率の低下について
一方、16000時間点灯経過時においては、特に問題はなかったが、18000時間点灯経過時において、実施例7、実施例9、実施例10、実施例13および実施例14については、各実施例のサンプルのうち何本かは不点灯になるものがあった。これらの実施例のうち点灯し続けているサンプルであっても、実施例9および実施例10では、18000時間点灯経過時の光束維持率が著しく悪かった。もちろん、上記(c)で説明したように、実施例10については、外囲器11のアルミニウムの飛散による外管101の着色による光束維持率の低下も畳重されているが、外管101の着色が認められない実施例9についても光束維持率が低下し、ましてや不点灯にいたるものまで生じたのは、(c)とは別の要因によるものと推察される。
(D) Decrease in luminous flux maintenance factor due to disappearance of Na On the other hand, there was no particular problem at the time of lighting for 16000 hours, but Example 7, Example 9, Example 10 were performed at the time of lighting for 18000 hours. Regarding Example 13 and Example 14, some of the samples of each Example were not lit. Among these examples, even in the samples that are continuously lit, in Example 9 and Example 10, the luminous flux maintenance factor after 18000 hours of lighting was extremely bad. Of course, as described in (c) above, in Example 10, the decrease in the luminous flux maintenance factor due to coloring of the
そこで、その原因について調べたところ、これらの実施例では、ランプ電圧が設定された値(100V)よりも20V以上上昇していることがわかった。各ランプは銅鉄安定器によって点灯されているため、ランプ電圧が上昇するとランプ電流がその上昇分以上に低下し、ランプに入力される電力が定格電力よりも低くなり、これにより発光光束が低下して光束維持率が著しく低下したものと考えられる。そして、極端な場合には点灯に至らない場合も生ずるのである。 Thus, the cause was examined, and it was found that in these examples, the lamp voltage was increased by 20 V or more from the set value (100 V). Since each lamp is lit by a copper-iron ballast, when the lamp voltage increases, the lamp current decreases more than the increase, and the power input to the lamp becomes lower than the rated power, which decreases the luminous flux. Therefore, it is considered that the luminous flux maintenance factor is remarkably lowered. In extreme cases, lighting may not occur.
このランプ電圧が上昇した原因について考察すべく、これらのランプの発光スペクトルを分光光度計で測定したところ、初期の光束に比べてナトリウムの発光スペクトルの自己吸収幅が縮小していることが判明した。つまり、発光管10の管壁負荷の増加に伴って発光管10の管壁温度が過剰に上昇し、外囲器11の材料である多結晶体アルミナセラミックと発光物質であるナトリウムとが反応し、あるいは多結晶体アルミナセラミック内に拡散して、ナトリウムが過剰に消失していったため、水銀ナトリウムアマルガムにおける水銀比率が増加し、その結果、水銀の蒸気圧が上昇してランプ電圧が上昇したと考えられるのである。
In order to examine the cause of the increase in lamp voltage, the emission spectra of these lamps were measured with a spectrophotometer, and it was found that the self-absorption width of the sodium emission spectrum was reduced compared to the initial luminous flux. . That is, as the tube wall load of the
上記結果から、図4のグラフ上で、18000時間点灯経過時においてもナトリウムの消失によるランプ電圧の上昇に起因して、ランプが不点灯になり、あるいは光束維持率が低下するのを回避できる境界を求めると、C線(We=26.5)で近似でき、We<26.5なる関係式を満たすことにより、上記ランプ電圧の上昇による不点灯、光束維持率の低下を防止することができることが確認された。 From the above results, on the graph of FIG. 4, it is possible to avoid the lamp from becoming non-lighted or reducing the luminous flux maintenance factor due to the increase in lamp voltage due to the disappearance of sodium even after 18000 hours of lighting. When seeking, can be approximated by the C-line (We = 26.5), by satisfying W e <26.5 relational expression, it is possible to prevent non-lighting due to the increase of the lamp voltage, a decrease in luminous flux maintenance factor It was confirmed that it was possible.
(e)まとめ
以上の結果をまとめると以下のようになる。
(i)外管101の内面と外囲器11の外面との間の最小距離をD(cm)、発光管の管壁負荷をWe(W/cm2)としたとき、We≦28.4D+17.0、かつ、D<0.7の場合、We>−6.8D2+10.6D+15.7、D≧0.7の場合、We≧19.8なる関係式を満たすことにより、初期発光光束を向上させることができるとともに、長期の点灯経過時間にわたって、外管が変形したりすることなく、少なくとも15000時間の定格寿命を得ることができる。
(E) Summary The above results are summarized as follows.
(I) When the minimum distance between the inner surface of the
(ii)さらに、We<13.4D+19.0なる関係式を満たせば、18000時間点灯経過時においても飛散したアルミニウムの外管101内面への付着に起因して光束維持率85%未満になることはない。
(iii) また、さらに、We<26.5なる関係式を満たすことにより、18000時間点灯経過時においても発光管内のNa成分が過剰に減少して、光束維持率85%未満になったり、不点灯となったりすることはない。
(Ii) In addition, satisfies the W e <13.4D + 19.0 relational expression, is less than the luminous flux maintenance factor of 85% due to adhesion to the
(Iii) Furthermore, by satisfying the relational expression W e <26.5, the Na component in the arc tube is excessively reduced even after 18000 hours of lighting, and the luminous flux maintenance factor is less than 85%. There will be no lights off.
(f)その他
なお、上記した各実験例では、外管101の肉厚t2を0.15cmと設定したが、外管101の肉厚t2を一般的に使用される範囲、例えば0.05cm〜0.25cmの範囲に設定した場合でも上記と同様の作用効果を得られた。この程度の肉厚の変化は、外管101の変形の発生の条件にはほとんど影響を与えないからである。
(F) Others In each of the above experimental examples, the wall thickness t 2 of the
また、発光管10の外囲器11の肉厚t3についても0.08cmと設定したが、当該肉厚t3を一般的に使用される範囲、例えば0.05cm〜0.15cmの範囲に設定した場合でも上記と同様の作用効果を得られると考えられる。外囲器11の肉厚の多少の変化は、外管101に向けて放射する赤外線の量にほとんど影響しないと考えられるからである。
Further, the wall thickness t 3 of the
さらに、電極14間の距離Lについても8.0cmと設定したが、当該距離Lを一般的に使用される範囲、例えば400Wの場合で6.0cm〜10.0cmの範囲に設定した場合でも上記と同様の作用効果が得られる。
また、上記の実施の形態では、定格電力400Wの高圧ナトリウムランプを一例に挙げて説明したが、例えば定格電力70W〜1000Wの高圧ナトリウムランプに適用した場合でも上記と同様の作用効果を得ることができると考えられる。本発明における各関係式は、定格電力に直接依存せず、管壁負荷Weにより規定しているからである。実際に400W以外の各種の定格電力のランプについても確認実験をしたところ上記作用効果とほぼ同内容の結果が得られた。
(3)変形例
なお、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に限られないことは言うまでもなく、例えば、次のような変形例を考えることができる。
Furthermore, although the distance L between the
In the above embodiment, a high-pressure sodium lamp with a rated power of 400 W has been described as an example. However, even when applied to a high-pressure sodium lamp with a rated power of 70 W to 1000 W, for example, the same effect as described above can be obtained. It is considered possible. This is because each relational expression in the present invention does not depend directly on the rated power and is defined by the tube wall load We. Actually, a confirmation experiment was also performed on lamps with various rated powers other than 400 W. As a result, almost the same results as the above-described effects were obtained.
(3) Modifications It goes without saying that the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications can be considered.
(3−1)上記実施の形態では、両口金形の高圧ナトリウムランプを一例に挙げて説明したが、片口金形の高圧ナトリウムランプに適用した場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
図5は、当該片口金形の高圧ナトリウムランプ200の構成を示す図である。説明の便宜上、外管201の一部を切り欠いて示している。
(3-1) In the above-described embodiment, the description has been given by taking the double-piece high-pressure sodium lamp as an example. However, even when applied to a single-piece high-pressure sodium lamp, the same effects as described above can be obtained. .
FIG. 5 is a view showing a configuration of the single-piece high-
同図に示すように高圧ナトリウムランプ200は、外管201の内部に発光管10を収納してなる。発光管10は、その両側の電極保持部材9が、外管201の封止部204に一部を埋設された内部リード線202、203に接続されて保持される。発光管10は、その管軸と当該外管201の管軸がほぼ一致する位置に配置されている。
内部リード線202、203は、封止部204内に封止されたモリブデン箔205、206、および外部リード線207、208を介して、それぞれ口金209のピン210に接続される。
As shown in the figure, the high-
The internal
このような片口金形の高圧ナトリウムランプ200であっても、発光管10により外管201に与えられる熱の影響は、図1の両口金形の高圧ナトリウムランプ100の場合と全く同じであり、上記実施の形態で述べた各条件式が、本例の場合にもそのまま当て嵌まるものである。
(3−2) また、上記実施の形態では、発光管10の外囲器11の材料として、酸化アルミニウムを母体とし、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムがそれぞれ添加された多結晶体アルミナセラミックを用いた場合について説明したが、添加物としてこれら以外にさらに酸化スカンジウム、酸化ディスプロシウム、酸化テルビウム、酸化ハフニウム等が添加された外囲器を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。もちろん、酸化ジルコニウムは必ずしも必要ではなく、酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムのみが添加されていてもよく、また酸化ジルコニウムに代えて酸化スカンジウム、酸化ディスプロシウム、酸化テルビウム、酸化ハフニウム等が酸化マグネシウムや酸化イットリウムとともに添加された外囲器を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
Even in such a single-piece high-
(3-2) Moreover, in the said embodiment, as a material of the
各添加物の添加量については、添加物の種類や数等に合わせて適宜決定されるものであるが、例えば添加物として酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムがそれぞれ添加されている場合、酸化マグネシウムを100ppm〜800ppm、酸化ジルコニウムを200ppm〜1200ppm、酸化イットリウムを10ppm〜300ppmそれぞれ添加することが好ましい。 The amount of each additive added is appropriately determined according to the type and number of additives. For example, when magnesium oxide, zirconium oxide, and yttrium oxide are added as additives, oxidation is performed. It is preferable to add 100 ppm to 800 ppm of magnesium, 200 ppm to 1200 ppm of zirconium oxide, and 10 ppm to 300 ppm of yttrium oxide, respectively.
本発明は、発光管の外囲器として少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなる外囲器を用いた高圧ナトリウムランプにおいて、一層の高効率化と一層の長寿命化を図る技術として好適である。 The present invention relates to a high pressure sodium lamp using an envelope made of polycrystalline alumina ceramic to which at least magnesium oxide and yttrium oxide are added as an envelope of an arc tube. This is suitable as a technique for achieving the above.
9 電極保持部材
10 発光管
11 外囲器
14 電極
100、200 高圧ナトリウムランプ
101、201 外管
102、204 封止部
106、202、203 内部リード線
108 外部リード棒
207、208 外部リード線
209 口金
9
Claims (3)
前記発光管の外囲器は少なくとも酸化マグネシウムと酸化イットリウムとが添加された多結晶体アルミナセラミックからなり、前記外管の内面と前記外囲器の外面との間の最小距離をD(cm)、前記発光管の管壁負荷をWe(W/cm2)としたとき、
We≦28.4D+17.0、
かつ、D<0.7の場合、We>−6.8D2+10.6D+15.7、
D≧0.7の場合、We≧19.8
なる関係式を満たすことを特徴とする高圧ナトリウムランプ。 An outer tube made of quartz glass, and an arc tube housed in the outer tube and disposed so that a pair of electrodes are substantially opposed to each other,
The envelope of the arc tube is made of a polycrystalline alumina ceramic to which at least magnesium oxide and yttrium oxide are added, and the minimum distance between the inner surface of the outer tube and the outer surface of the envelope is D (cm). When the tube wall load of the arc tube is W e (W / cm 2 ),
W e ≦ 28.4D + 17.0,
And if D <0.7, W e > −6.8D 2 + 10.6D + 15.7,
In the case of D ≧ 0.7, W e ≧ 19.8
A high pressure sodium lamp characterized by satisfying the following relational expression:
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