JP3156353B2 - 高圧ナトリウムランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光管内に、安定点灯
中にほぼ全量が蒸発するようにナトリウムと水銀を封入
した、いわゆる不飽和蒸気圧形の高圧ナトリウムランプ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧ナトリウムランプは、透光性アルミ
ナなどのようなセラミックスからなる発光管の両端に電
極を封装するとともに、この発光管内にナトリウムと水
銀および始動用希ガスを封入して構成されている。この
種の高圧ナトリウムランプにおいて、ナトリウムと水銀
の封入量を、安定点灯中にはほぼ全量が蒸発するように
封入した、いわゆる不飽和蒸気圧形の高圧ナトリウムラ
ンプは、飽和蒸気圧形高圧ナトリウムランプに比べて光
束維持率がよく、衝撃や振動などが加えられても余剰の
ナトリウムが蒸発することがないので明るさの変動が少
なく、器具の影響を受けない、などの利点がある。

【０００３】しかしながら、この種の不飽和蒸気圧形高
圧ナトリウムランプは安定動作中、ナトリウムと水銀の
ほぼ全量が蒸発するように、これらナトリウムと水銀を
微量でかつ精度よく封入する必要がある。

【０００４】このため従来、例えば特開昭５９−１６９
０４９号に示されるように、１個の重さが０．０５mg程
度の極めて小さなＮａ−Ｈｇ合金（アマルガム）ペレッ
トを用い、このペレットを発光管内に所定個数投与する
ことによりＮａとＨｇを同時に、しかも微量に封入する
方法が提案されている。

【０００５】しかしながら、Ｎａ−Ｈｇのアマルガムペ
レットは、Ｎａの重量比が２．７％以下のアマルガムに
すると融点が室温程度になり、ペレット化が困難になる
という性質がある。ペレット化が不可能になると、ナト
リウムと水銀を微量でかつ精度よく封入するのが難し
い。

【０００６】このため発光管内にＮａの重量比が２．７
％以下の割合でＮａとＨｇを封入した高圧ナトリムラン
プの場合は、Ｎａの重量比が２．７％以上のペレットを
所定個数と、これに加えてＨｇを単体で封入することに
より、全体の封入割合がＮａの重量比を２．７％以下と
なるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高圧ナトリ
ムランプにおいては、発光管の端部にニオビウムなどか
らなる排気管を設けたタイプと、発光管の端部を閉塞板
で閉塞して排気管を設けないタイプ（チップレス形）と
が知られている。排気管を設けたランプは点灯中に排気
管の先端部に最冷部が形成され、この最冷部にＮａおよ
びＨｇが凝集することがあるためこれらＮａやＨｇの全
部が蒸発し難く、排気管に格別な保温手段を設けなけれ
ばならないので構造が複雑になるなど、不飽和蒸気圧形
高圧ナトリウムランプには不向きである。

【０００８】これに対し、発光管の端部を閉塞板で閉塞
してままのチップレス形ランプは、発光管の外部に突出
した箇所に最冷部が形成されないので封入金属の全部を
蒸発させ易く、不飽和蒸気圧形高圧ナトリウムランプに
は有利である。

【０００９】しかし、このようなチップレス形高圧ナト
リウムランプにおいてＮａとＨｇを封入する場合、発光
管の一端をソルダーを介して閉塞板により閉封してお
き、他方の未だ閉塞されていない端部の開口部より発光
管内に前記Ｎａ−ＨｇアマルガムペレットおよびＨｇ単
体を投入し、上記既に閉塞した端部を下向きに保って投
入したアマルガムペレットおよびＨｇ単体を下端側に寄
せておく。そして、上端開口部にソルダーを介して閉塞
板を載置し、下端側を強制的に水冷または空冷しつつ上
端開口部を不活性ガスの雰囲気で加熱し、これによりソ
ルダーを溶かして閉塞板を開口部に気密に接合する方法
を採用している。

【００１０】このような封入方法の場合、Ｎａの重量比
が２．７％以上のアマルガム、例えば３〜２５重量％の
アマルガムペレットは、融点が高いので上記不活性ガス
中で上端部を加熱する時にほとんど蒸発することはない
が、同時に投入したＨｇ単体は、融点が常温程度に低い
ので上記加熱封着のときに蒸発して飛散してしまう。こ
のため、チップレス形でありながら不飽和蒸気圧形の高
圧ナトリウムランプでは、Ｎａの重量比を２．７％以下
にして封入することが困難であった。

【００１１】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、水銀およびナトリ
ウムを容易にかつ高精度に封入することができ、かつ水
銀に対するナトリウムの重量比が非常に低くても容易に
かつ高精度に封入することができる高圧ナトリウムラン
プを提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、透光性セラミックスからなる発光管に電極を
設けるとともに、この発光管内にＮａとＨｇおよび始動
用希ガスを封入し、上記ＮａおよびＨｇ安定点灯中にほ
ぼ全量が蒸発するように封入した高圧ナトリウムランプ
において、上記発光管内のＮａおよびＨｇは、Ｎａ−Ｈ
ｇのアマルガムおよびＴｉ−Ｈｇのアマルガムとにより
封入されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によると、Ｎａ−Ｈｇのアマルガムおよ
びＴｉ−Ｈｇのアマルガムを用いるのでＮａとＨｇに封
入量を高精度に規制することができ、またこれらアマル
ガムは共に融点が高いので、封着工程でＮａおよびＨｇ
が蒸発して逸散することがなく、しかもＴｉ−Ｈｇアマ
ルガムは、一旦Ｈｇが遊離されるとこのＨｇは再び同じ
Ｔｉと結合することがないので、水銀に対するナトリウ
ムの重量比が非常に低くても水銀の量を補い、発光管内
にＮａおよびＨｇを高精度に封入することができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。

【００１５】図面は定格入力３６０Ｗの高圧ナトリウム
ランプに適用した場合を示し、図３において１０は外管
バルブである。外管１０は、硬質ガラスにより形成され
ていおり、中央部に膨出部を有するとともに、図示上部
に小径なトップ部１１および図示下部に小径なネック部
１２を有し、いわゆるＢＴ形をなしている。ネック部１
２の端部には口金１３が被着されている。

【００１６】上記外管１０内には発光管１が収容されて
いる。発光管１は図１に示す通り、多結晶アルミナまた
は単結晶アルミナなどのような透光性セラミックチュー
ブの両端部を多結晶アルミナまたは単結晶アルミナなど
のセラミックよりなるエンドプレート（閉塞板）２，２
で気密に閉塞して構成されている。エンドプレート２、
２は、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ −ＣａＯ−ＢａＯ系のガラスソ
ルダー３、３により発光管バルブ１に気密に接合されて
おり、このエンドプレート２、２には封着線４、４が貫
通されている。封着線４、４は、Ｎｂ−Ｚｒ合金線によ
り形成されており、エンドプレート２、２に対しガラス
ソルダー５、５によって気密に接合されている。封着線
４、４の内側端部には電極６、６が溶接されている。電
極６は、タングステンからなる電極軸７の先端部にタン
グステンからなる電極コイル８を巻回して構成してあ
り、この電極コイル８には、Ｄｙ₂ Ｏ₃ −Ｙ₂ Ｏ₃ −Ｌ
ａ₂Ｏ₃ などのような電子放射物質（エミッタ）が塗布
されている。

【００１７】このような発光管１は外部に格別な排気管
を突出してなく、したがってチップレス形となってい
る。そして、この発光管１内には、水銀Ｈｇとナトリウ
ムＮａおよび始動用希ガスとしてのキセノンＸｅガスが
封入されている。これらＨｇとＮａは、ランプが安定点
灯中にほぼ全部が蒸発するような所定量を封入されてお
り、したがって不飽和蒸気圧形ランプとなっている。

【００１８】３６０Ｗ形高圧ナトリウムランプの場合、
発光管１の全長が１０８mm、内径が８mm、電極間距離が
９０mmとされ、Ｈｇが４．３２８mg、Ｎａが０．０７２
mg、Ｘｅガスが２００Torr封入されている。よって、こ
の場合、ＮａのＨｇに対する封入比は、１．６６重量％
となっている。

【００１９】このようなＨｇとＮａの量を封入するた
め、発光管１にはＮａとＨｇからなる合金、つまりＮａ
−Ｈｇアマルガムのペレット４０と、ＴｉとＨｇからな
る合金、つまりＴｉ−Ｈｇアマルガムのペレット５０が
封入されている。Ｎａ−Ｈｇアマルガムのペレット４０
は、Ｎａを３重量％含む０．８mgの大きさに形成されて
おり、例えば３個のペレットが投与されている。Ｔｉ−
Ｈｇアマルガムのペレット５０は、Ｈｇを２mg含む直径
２．５mm、厚さ０．８mm程度の粒とされており、例えば
１個用いられている。なお、Ｔｉ−Ｈｇアマルガムは７
００℃に加熱するとＨｇが遊離される。

【００２０】また、完成されたランプを試験点灯した後
は、Ｎａ−Ｈｇアマルガムのペレット３０は蒸発してし
まってペレット４０は残存しなく、Ｔｉ−Ｈｇアマルガ
ムのペレット５０のみが残っている。上記のように、発
光管１に不飽和蒸気圧となる量のＮａとＨｇを封入する
には、図２に示すような手段が用いられる。

【００２１】つまり、発光管１は、一端がソルダー３を
介してエンドプレート２により閉塞されており、この封
止端部を下向きにして冷却ジャケット３１に挿入するよ
うにしている。冷却ジャケット３１の回りには冷却パイ
プ３２が螺旋状に配置されており、冷却ジャケット３１
に挿入された発光管１の下半分を強制冷却するようにな
っている。

【００２２】発光管１の未だ閉塞されていない上端開口
部から発光管１内に前記Ｎａ−Ｈｇアマルガムペレット
４０およびＴｉ−Ｈｇアマルガムペレット５０を投入す
る。Ｎａ−Ｈｇアマルガムのペレット４０は、上記の大
きさのものを３個投入し、Ｔｉ−Ｈｇアマルガムのペレ
ット５０は１個投入する。投入されたペレット４０およ
び５０は、下端のエンドプレート２の上に載っている。

【００２３】次いで、上記発光管１の上端開口部に、ソ
ルダー２を介してエンドプレート２を載置し、このエン
ドプレート２に電極６を挿入し、このエンドプレート２
にソルダー４を載置する。この状態で回りのガスを置換
してキセノンＸｅガスの雰囲気とし、Ｘｅガスの圧力を
２００Torrとする。

【００２４】そして、上記発光管１の上端に置いたソル
ダー２および４を高周波誘導加熱などの手段で加熱し、
これらソルダー２および４を溶融させることにより発光
管１の上端開口部にソルダー２を介してエンドプレート
２を気密に接合し、かつこのエンドプレート２に電極６
をソルダー４を介して気密に接合する。なお、３２は発
光管１の上下を熱遮蔽する熱遮蔽板である。このような
封止手段により、発光管１内には安定動作中に不飽和蒸
気圧となるようなＮａとＨｇを封入することができる。

【００２５】このような構成の発光管１は、図３に示す
前記外管１０内において、サポート１４に支持されてい
る。サポート１４は線径２mm程度のステンレスのような
導電性ワイヤを四角の枠状に形成したもので、上部が弾
性片１５を介して上記外管１０のトップ部１１に係止さ
れているとともに、下部はステム１６に突設したリード
線１７ａに溶接されている。

【００２６】発光管１の上端から導出された封着線４は
導電線を兼用するホルダー１８を介してサポート１４に
電気的および機械的に接続されている。発光管１の下端
から導出された封着線４は絶縁体を介してホルダー１９
に機械的に支持されており、このホルダー１９はサポー
ト１４に機械的に取付けられている。よって、発光管１
は上下端部でホルダー１８、１９により機械的に支持さ
れている。発光管１の下端から導出された封着線４は、
ステム１６に突設した他のリード線１７ｂに電気的に接
続されている。

【００２７】そして、発光管１の外面には始動補助のた
めの近接導体２０が接近して配置されており、この近接
導体２０は一端がバイメタル片２１に支持されていると
ともに、他端はホルダー１８に形成した係止部２２に回
動自在に支持されている。っして上記バイメタル片２１
の基端はサポート１４に固定されている。

【００２８】ランプを始動する前には近接導体２０が発
光管１に近接しており、一方の電極６との間で発光管１
内に始動放電を発生させ、この始動放電を電極６、６間
の主放電に移行させる。これにより始動を容易にさせ
る。そして、ランプが点灯すると発光管１からの熱を受
けてバイメタル片２１が熱変形して近接導体２０を発光
管１から遠ざけるように移動させる。これにより近接導
体２０が発光管１から放出される光を遮るのを防止す
る。

【００２９】また、サポート１４には始動ユニットとし
て発熱コイル２５および図示を省略したバイメタルスイ
ッチが設けられている。ランプを始動すると発熱コイル
２５に電流が流れてこれが発熱し、この熱でバイメタル
スイッチを加熱して該バイメタルスイッチの接点を開
く。この時、始動回路にキック電圧が発生し、このキッ
ク電圧が近接導体２０と電極６との間に付与されて始動
放電を促すようになっている。なお、２６はゲッタであ
る。

【００３０】上記のような高圧ナトリウムランプによる
と、チップレスタイプでありしかも不飽和蒸気圧形であ
るにも拘らず、発光管１内に、Ｎａの封入比を２．７重
量％以下にしてＮａおよびＨｇを容易に封入することが
できる。

【００３１】すなわち、発光管１内にＮａおよびＨｇを
封入する場合、Ｎａ−ＨｇのアマルガムとＴｉ−Ｈｇの
アマルガムを発光管１内に投入するようにしたから、Ｎ
ａ−Ｈｇのアマルガムが、融点の低下のためにＮａの混
合比を２．７重量％以下にできなく、したがってＨｇが
不足する場合であっても、Ｔｉ−Ｈｇのアマルガムから
放出されるＨｇによりＨｇを補うことができ、発光管１
内の全Ｎａの封入比を２．７重量％以下にすることがで
きる。

【００３２】この場合、Ｔｉ−Ｈｇのアマルガムは融点
が比較的高く、約７００℃であるから、チップレス形ラ
ンプの封入工程中に水銀が蒸発して逸失することがな
い。このことは、チップレス形ランプの封入工程に実施
することができることになる。また、Ｔｉ−Ｈｇのアマ
ルガムは、一旦Ｈｇが遊離されるとこのＨｇが再び同じ
Ｔｉと結合することがないので、発光管に所定量の水銀
を高精度に封入するには有利となる。そして、Ｎａ−Ｈ
ｇのアマルガムと、Ｔｉ−Ｈｇのアマルガムとを用いる
ので、発光管１内に微量のＨｇとＮａを高精度に封入す
ることができる。

【００３３】また、このようにＨｇとＮａの高精度な封
入が可能になったので、発光管１の内径が５．５〜８m
m、管壁負荷が１６Ｗ／cm² とした高効率形高圧ナトリ
ウムランプには特に有効である。すなわち、この種の高
効率高圧ナトリウムランプは、発光管が細いのでナトリ
ウムの自己吸収が少なくて発光効率が高くなるが、ナト
リウムの封入量は単位容積当り０．００５〜０．０１５
mg、水銀の封入量は単位容積当り０．６〜０．８３mgと
なり、封入量が微量でありしかも精度よく封入する必要
がある。本発明のようにＮａ−ＨｇのアマルガムとＴｉ
−Ｈｇのアマルガムとを用いて発光管内にＮａとＨｇを
封入するようにすれば、これが容易に可能になる。

【００３４】なお、上記実施例では、チップレスタイプ
であり、発光管１内にＮａの封入比を２．７重量％以下
にしてＮａおよびＨｇを封入した高圧ナトリウムランプ
について説明したが、本発明によればＮａ−Ｈｇのアマ
ルガムとＴｉ−Ｈｇのアマルガムとを用いることによ
り、発光管内にＮａとＨｇを高精度に封入することがで
きる利点があるから、チップレスタイプに制約されるも
のではなく、また発光管１内にＮａの封入比を２．７重
量％以下にしてＮａおよびＨｇを封入した高圧ナトリウ
ムランプに限定されるものではない。

【００３５】なお、Ｔｉ−Ｈｇのアマルガムペレット
に、Ｚｒ−Ａｌの粉末を混合して用いるようにしてもよ
く、この場合はＺｒ−Ａｌが酸素ゲッタとして機能し、
寿命特性が良好になり、ランプ特性が安定する。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、発
光管内にＮａ−ＨｇのアマルガムとＴｉ−Ｈｇのアマル
ガムを封入したから、ＮａおよびＨｇを微量にかつ精度
よく封入することができる。また、これらアマルガムは
共に融点が高いので、封着工程でＨｇおよびＮａが蒸発
して逸散することがなく、しかもＴｉ−Ｈｇアマルガム
は、一旦Ｈｇが遊離されるとこのＨｇは再び同じＴｉと
結合することがないので、発光管に所定量の水銀を高精
度に封入し易くなる。よって、Ｈｇに対するＮａの重量
比が非常に低くても、Ｔｉ−ＨｇアマルガムがＨｇを補
い、容易にかつ高精度に封入することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す高圧ナトリムランプの
発光管の断面図。

【図２】同実施例の封止工程を示す説明図。

【図３】同実施例の発光管を外管に収容した場合の構成
図。

【符号の説明】

１…発光管、６…電極、７…電極軸、８…電極コイル、
１０…外管、４０…Ｎａ−Ｈｇのアマルガムペレット、
５０…Ｔｉ−Ｈｇのアマルガムペレット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−91827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−101329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−169049（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−236943（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性セラミックスからなる発光管に電
   極を設けるとともに、この発光管内にナトリウムと水銀
   および始動用希ガスを封入し、上記ナトリウムおよび水
   銀は安定点灯中にほぼ全量が蒸発するように封入した高
   圧ナトリウムランプにおいて、 上記発光管内のナトリウムおよび水銀は、ナトリウムと
   水銀とで構成されたアマルガムおよびチタニウムと水銀
   とで構成されたアマルガムとにより封入されていること
   を特徴とする高圧ナトリウムランプ。
2. 【請求項２】 水銀に対するナトリウムの封入比は２．
   ７重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の
   高圧ナトリウムランプ。
3. 【請求項３】 発光管は、外部に突出する排気管を備え
   ない構造をなしていることを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の高圧ナトリウムランプ。