JP5861853B1

JP5861853B1 - 高圧ナトリウムランプ

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Publication number: JP5861853B1
Application number: JP2015166170A
Authority: JP
Inventors: 昭美前原; 泰笹井; 均太田
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-25
Also published as: JP2017045584A

Abstract

【課題】光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が良好な高圧ナトリウムランプを提供する。【解決手段】外管と該外管の内部の密閉空間に配置された放電管とを有する両口型高圧ナトリウムランプにおいて、前記放電管には１対の電極が配置され、該放電管の内径をＤ、アーク長をＬとするとき、両者の比Ｌ／Ｄは１８〜２２であり、前記放電管には不活性ガスと発光物質が封入され、前記不活性ガスの圧力は３００〜６００Ｔｏｒｒであり、前記発光物質はナトリウム比率が１２〜２０％のナトリウムアマルガムを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、高圧ナトリウムランプに関し、特に、植物育成用に好適な両口高圧ナトリウムランプに関する。

植物の育成に関与する光、即ち、光合成に関与する光は、波長４００〜７００ｎｍの光である。そこで、波長４００〜７００ｎｍの光放射は、光合成有効放射（ＰＡＲ: Photo synthetically Active Radiation）と呼ばれる。光合成有効放射は波長４００〜７００ｎｍの光子の量を積分したもので、通常単位面積・単位時間当たりの光子量（単位：μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ））で表わされる。測定方法は、通常の測光装置を使用して波長ごとの放射量を測定し、各波長のエネルギー値で割ることにより簡単に求められる。

特許文献１には、波長４００−５００ｎｍの青色領域の光が１５〜２０％、波長６００−７００ｎｍの赤色領域の光が約７５％の光を放射する高圧放電ランプの例が記載されている。特許文献１では、更に、入力電力に対する光量子束（μｍｏｌ／（Ｗ・ｓ））をパラメータとして用いることが記載されている。特許文献６に記載された高圧ナトリウムランプでは、植物育成用の光源の指標として、波長６００〜７００ｎｍの光子束ＰＦ１と波長７００〜８００ｎｍの光子束ＰＦ２の比ＰＦ１／ＰＦ２が用いられている。

米国特許07388333 （コーニンクリーケ・フィリップス）特開平03-116647（東芝ライテック）特開平06-223778（岩崎電気株式会社）特開平07-240185（東芝ライテック）特開平08-017396 （NGK-OSRAM）特開平10-214594 （パナソニック）

上述のように、光合成に関与する光放射のパラメータとして、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が有効である。しかしながら、従来の技術の植物育成用ランプでは、光放射のパラメータとして光合成有効放射値（ＰＡＲ値）を用いていない。従って、植物育成用の高圧ナトリウムランプが光合成に有効であるか否かを正確に判定することができない。

本発明の目的は、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が良好な高圧ナトリウムランプを提供することにある。

本発明の実施形態によると、外管と該外管の内部の密閉空間に配置された放電管とを有する両口型高圧ナトリウムランプにおいて、
前記放電管には１対の電極が配置され、該放電管の内径をＤ、アーク長をＬとするとき、両者の比Ｌ／Ｄは１８〜２２であり、
前記放電管には不活性ガスと発光物質が封入され、前記不活性ガスの圧力は３００〜６００Ｔｏｒｒであり、前記発光物質はナトリウム比率が１２〜２０％のナトリウムアマルガムを含む。

本発明の実施形態によると、前記高圧ナトリウムランプにおいて、前記電極間に印加するランプ電圧は２００〜３００ボルトである、としてよい。

本発明の実施形態によると、前記高圧ナトリウムランプにおいて、前記放電管の全長は１７０〜１９５ｍｍであり、前記放電管の内径Ｄは８〜１０ｍｍである、としてよい。

本発明の実施形態によると、前記高圧ナトリウムランプにおいて、前記外管には所定の圧力の窒素が封入されている、としてよい。

本発明の実施形態によると、前記高圧ナトリウムランプにおいて、前記電極は、外径が１．２ｍｍ、軸線方向の寸法が１２ｍｍのタングステン製の棒材にタングステン製のコイルを巻いたものである、としてよい。

本発明の実施形態によると、前記圧ナトリウムランプにおいて、前記ナトリウムアマルガムは外径１．０〜２．０ｍｍの円柱状に形成されたペレットとして封入されている、としてよい。

本発明によると、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が良好な高圧ナトリウムランプを提供することができる。

図１は本発明に係わる高圧ナトリウムランプの外観を説明する図である。図２Ａは本発明に係わる高圧ナトリウムランプの放電管の外観を説明する図である。図２Ｂは本発明に係わる高圧ナトリウムランプの放電管の端部の構成を説明する図である。図２Ｃは本発明に係わる高圧ナトリウムランプの放電管に配置された電極の構成を説明する図である。図３は本願の発明者が行った高圧ナトリウムランプの点灯試験の結果を説明する説明図である。図４は本願の発明者が行った高圧ナトリウムランプの点灯試験の結果を説明する説明図である。

図１を参照して本発明に係わる高圧ナトリウムランプの実施形態の概要を説明する。本実施形態の高圧ナトリウムランプは、外管１０とその内部の密閉空間１０ａに配置された放電管２０を有する。放電管２０の内部に１対の電極２１Ａ、２１Ｂが配置されている。放電管２０の構造は後に詳細に説明する。放電管２０の両端に支持部材１２Ａ、１２Ｂが装着されている。放電管２０は、支持部材１２Ａ、１２Ｂによって外管１０内の所定の位置に保持される。外管１０の両端に圧潰封止部１１Ａ、１１Ｂが形成されている。外管１０は円筒状であるが、圧潰封止部１１Ａ、１１Ｂは薄板状に形成されている。圧潰封止部１１Ａ、１１Ｂに金属箔２６Ａ、２６Ｂが封止されている。

本実施形態によると、外管は石英ガラス製、放電容器は透光性アルミナセラミックス（多結晶アルミナ：PCA）製である。外管１０内の密閉空間１０ａには、窒素ガス等の不活性ガスが封入され、放電容器には発光物質とアルゴン、キセノン等の不活性ガスが封入される。

本実施形態の高圧ナトリウムランプは、両口金型、又は、両口型ランプ（Double-Ended Lamp）と称される。植物育成用の高圧ナトリウムランプは、軸線方向のランプ長が比較的長い両口型高圧ナトリウムランプが好適である。

図２Ａを参照して放電管の構造を説明する。放電管２０は内管２０ａとその両端に設けられたセラミックス製のディスク２２Ａ、２２Ｂを有し、内部に円筒状の密閉空間が形成されている。密閉空間に１対の電極２１Ａ、２１Ｂが設けられている。放電管２０の両端には電極支持管２３Ａ、２３Ｂが設けられている。電極支持管２３Ａはディスク２２Ａ、２２Ｂを貫通するように設けられている。電極２１Ａ、２１Ｂは電極支持管２３Ａ、２３Ｂによって、それぞれ支持されている。ここで、放電管２０の全長をＬ１とする。電極間の距離をアーク長Ｌとし、放電管２０の内管２０ａの内径をＤとし両者の比Ｌ／Ｄをアスペクト比とする。

図２Ｂを参照して放電管の端部の構造を説明する。放電管の両端部は同一構造を有するため、ここでは、放電管２０の一方の端部について説明する。放電管２０の端部に支持部材１２Ａが装着されている。支持部材１２Ａは、端面部１２１と側面部１２２を有する。側面部１２２の先端は図１に示したように外管１０の内面に接触している。側面部１２２にはバリウムのゲッタ１３Ａが装着されている。支持部材１２Ａによって、放電管２０は、外管１０内の所定の位置に保持される。

放電管２０の端部に、支持線２４Ａ、内部リード線２５Ａ、金属箔２６Ａ及び外部リード線２７Ａが接続されている。支持線２４Ａは、電極支持管２３Ａに接続されている。図１を参照して説明したように、金属箔２６Ａは圧潰封止部の１１Ａ内に封止されている。金属箔２６Ａによって、内部リード線２５Ａが外部リード線２７Ａに接続されている。こうして、電極２１Ａ、電極支持管２３Ａ、支持線２４Ａ、内部リード線２５Ａ、金属箔２６Ａ及び外部リード線２７Ａは電気的に接続されている。

本実施形態では、電極支持管２３Ａはニオブ製である。支持線２４Ａはニッケル線よりなる。内部リード線２５Ａ、金属箔２６Ａ及び外部リード線２７Ａはモリブデン製である。

図２Ｃを参照して、電極の構造を説明する。２つの電極は同一構造を有するため、ここでは一方の電極２１Ａの構造について説明する。電極２１Ａは、細長い棒材２１１とその先端に装着されたコイル２１２を有する。電極２１Ａは、タングステン製である。ここで、棒材２１１の外径をＤｅ、軸線方向の寸法をＬｅとする。

以下に本発明者が試作した高圧ナトリウムランプについて説明する。本願の発明者は、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が少なくとも１８００μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ）となる両口型の高圧ナトリウムランプを実現することを鋭意検討した。本願の発明者は、先ず、高圧ナトリウムランプの基本仕様を設定した。

先ず、ランプ形状及び寸法を設定した。放電管の全長Ｌ１は１７０〜１９５ｍｍである。放電管の内径Ｄを８〜１０ｍｍとし、アーク長Ｌを１４０〜１６５ｍｍとする。アスペクト比Ｌ／Ｄは１４〜２２とする。電極は、外径が約１．２ｍｍ、軸線方向の寸法が約１２ｍｍのタングステン製の棒材にタングステン製のコイルを巻いたものである。外管１０の内部の密閉空間１０ａには３５０Ｔｏｒｒの窒素を封入し、放電管２０には２００〜６００Ｔｏｒｒのキセノンを封入した。

次に、発光物質について説明する。植物育成用の高圧ナトリウムランプは、照明用のランプのように視感性及び演色性を必要としないので、４００ｎｍ付近及び７００ｎｍ付近の分光放射が大きいほうが有利である。発光物質として水銀（Ｈｇ）とナトリウム（Ｎａ）からなるナトリウムアマルガムを用いた。以下に、ナトリウムアマルガムを単にアマルガムと称することとする。アマルガムは細長い円柱状のペレットである。例えば、ペレットの外径は１．２又は１．８ｍｍ、軸線方向の寸法は２．０ｍｍである。このペレットを１又は２個封入した。アマルガム中のナトリウム（Ｎａ）の比率をナトリウム比率と称し、次の式によって求められる。
α＝［Ｇ（Ｎａ）／｛Ｇ（Ｎａ）＋Ｇ（Ｈｇ）｝〕×１００％
ここで、Ｇ（Ｎａ）及びＧ（Ｈｇ）はアマルガムに含まれるＮａ及びＨｇの重量である。例えば、１個のペレットの重さを３９．０ｍｇとし、Ｇ（Ｎａ）＝４．７ｍｇ、Ｇ（Ｈｇ）＝３４．３ｍｇのとき、α＝（４．７／３９．０）×１００％＝１２．１％となる。

以下に本願の発明者が行った実験とその結果を説明する。上述のように、本実施形態では、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が１８００μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ）を超えることを目標としている。従って、この実験の目的は、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が１８００μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ）を超えることができる条件を求めることにある。本願の発明者が試作した高圧ナトリウムランプの形状は図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すランプと同等である。

図３は本願の発明者が試作した高圧ナトリウムランプの点灯実験の結果の例を示す。図３のグラフの横軸はアスペクト比Ｌ／Ｄ、縦軸は光合成有効放射値（ＰＡＲ値）（単位：μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ））である。この実験では、アスペクト比がＬ／Ｄ＝１５．１、１８．１、及び２０．１の放電管をそれぞれ複数個用意した。各アスペクト比の放電管に、ナトリウム比率が１２％、１６％、及び、２０％となるように、アマルガムのペレットを封入した。尚、ナトリウム比率１２〜２０％は、通常の高圧ナトリウムランプに用いられるナトリウム比率と同等である。

図３のグラフから次のことが判る。アスペクト比Ｌ／Ｄは大きい方が、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が高くなる。光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が１８００μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ）を超えるためには、アスペクト比Ｌ／Ｄは１５より大きいことが好ましい。アスペクト比Ｌ／Ｄが大きすぎると、例えば、２２を超えると、放電安定性が低下することが判っている。従って、本実施形態では、アスペクト比Ｌ／Ｄは１６〜２２であり、好ましくは１８〜２２である。

ナトリウム比率αは小さい方が、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が高くなる。しかしながら、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）に与える影響は、ナトリウム比率αよりアスペクト比Ｌ／Ｄの方が大きい。従って、本実施形態では、ナトリウム比率は通常の高圧ナトリウムランプのナトリウム比率と同等の１２〜２０％である。

図４は本願の発明者が試作した高圧ナトリウムランプの点灯実験の結果の他の例を示す。このグラフの横軸はランプ電圧（単位：ボルト）、縦軸は光合成有効放射値（ＰＡＲ値）（単位：μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ））である。この実験では、アスペクト比がＬ／Ｄ＝１８．１、及び２０．１の放電管をそれぞれ複数個用意した。各アスペクト比の放電管に、２個のアマルガムペレットを封入した。外径が１．８ｍｍ、軸線方向の寸法が２．０ｍｍの円柱状のペレット１個と、外径が１．２ｍｍ、軸線方向の寸法が２．０ｍｍの円柱状のペレット１個の合計２個のアマルガムペレットである。２つのアマルガムペレットに含まれるナトリウムの重量の合計は４．７ｍｇ、水銀の重量の合計は３４．３ｍｇ、アマルガムの合計は３９ｍｇである。従ってナトリウム比率は１２％である。各アスペクト比の放電管にキセノンをそれぞれ２００Ｔｏｒｒ、３５０Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒ封入した。図４の下側の破線の楕円はキセノンの圧力が２００Ｔｏｒｒ、その上の破線の楕円はキセノンの圧力が３５０Ｔｏｒｒ、上側の破線の楕円はキセノンの圧力が５００Ｔｏｒｒのプロットを表す。

図４のグラフから次のことが判る。放電管に封入するキセノンの圧力を増加させると、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）は高くなる。光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が１８００μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ）を超えるためには、少なくともキセノンの圧力は、３００Ｔｏｒｒ以上は必要であることが判った。キセノンの圧力が同一の場合、ランプ電圧を高くしても、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）は略同一である。即ち、ランプ電圧が２００〜３００Ｖ程度であれば、ランプ電圧を増加させても、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が増加することを期待することはできない。

以上の実験結果から、本発明の実施形態について纏める。本実施形態によると、高圧ナトリウムランプは図１に示した両口型であり、放電管の全長は１７０〜１９５ｍｍである。放電管の内径はＤ＝８〜１０ｍｍ、アーク長はＬ＝１４０〜１６５ｍｍである。電極は、外径が約１．２ｍｍ、軸線方向の寸法が約１２ｍｍのタングステン製の棒材にタングステン製のコイルを巻いたものであってよい。

アスペクト比はＬ／Ｄは１４〜２２である。外管に、例えば、３５０Ｔｏｒｒの窒素を封入してよい。放電管に不活性ガスを封入する。不活性ガスは、例えば、キセノンであってよい。不活性ガスの圧力は、少なくとも３００Ｔｏｒｒは必要である。しかしながら、不活性ガスの圧力を過度に高くすることは困難であり、その上限は、精々、６００Ｔｏｒｒ程度である。以上より、本実施形態では、不活性ガスの圧力は２００〜６００Ｔｏｒｒであってよい。発光物質としてナトリウムアマルガムを用いる。ナトリウムアマルガムのナトリウム比率は１２〜２０％であってよい。こうして本実施形態によると、光合成有効放射値（ＰＡＲ値）が１８００μｍｏｌ／（ｍ^２・ｓ）を超える高圧ナトリウムランプが達成される。

以上、本実施形態に係る高圧ナトリウムランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。

１０…外管、１０ａ…密閉空間、１１Ａ、１１Ｂ…圧潰封止部、１２Ａ、１２Ｂ…支持部材、１３Ａ…ゲッタ、２０…放電管、２１Ａ、２１Ｂ…電極、２２Ａ、２２Ｂ…ディスク、２３Ａ、２３Ｂ…電極支持管、２４Ａ…支持線、２５Ａ…内部リード線、２６Ａ、２６Ｂ…金属箔、２７Ａ…外部リード線、１２１…端面部、１２２…側面部

Claims

外管と該外管の内部の密閉空間に配置された放電管とを有する両口型高圧ナトリウムランプにおいて、
前記放電管には１対の電極が配置され、該放電管の内径をＤ、アーク長をＬとするとき、両者の比Ｌ／Ｄは１８〜２２であり、
前記放電管には不活性ガスと発光物質が封入され、前記不活性ガスの圧力は３００〜６００Ｔｏｒｒであり、前記発光物質はナトリウム重量比率が１２〜２０％のナトリウムアマルガムを含むことを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
請求項１記載の高圧ナトリウムランプにおいて、
前記電極間に印加するランプ電圧は２００〜３００ボルトであることを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
請求項１記載の高圧ナトリウムランプにおいて、
前記放電管の全長は１７０〜１９５ｍｍであり、前記放電管の内径Ｄは８〜１０ｍｍであることを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
請求項１記載の高圧ナトリウムランプにおいて、
前記外管には所定の圧力の窒素が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。
請求項１記載の高圧ナトリウムランプにおいて、
前記電極は、外径が１．２ｍｍ、軸線方向の寸法が１２ｍｍのタングステン製の棒材にタングステン製のコイルを巻いたものであることを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
請求項１記載の高圧ナトリウムランプにおいて、
前記ナトリウムアマルガムは外径１．０〜２．０ｍｍの円柱状に形成されたペレットとして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。