JPH01143137A - 高圧ナトリウムランプ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は発光管バルブ材料としてセラミックスを使用す
る高圧ナトリウムランプに関する。

（従来の技術） 高圧ナトリウムランプは、寿命中に発光管内に封入した
ナトリウム（通常ナトリウムアマルガムとして封入する
。）が発光管バルブ材料のセラミックスと徐々に反応し
て次第に消失するので、この消失量を補う目的で過剰の
ナトリウムアマルガムが封入されている。第５図はこの
ような従来ランプの一例を示すもので、（２）はたとえ
ばアルミナ管からなる発光管バルブで、その開口部はア
ルミナ閉塞体（３）により封着材たとえばガラスソルダ
（６）を介して閉塞されている。（４）は例えばニオブ
管からなる電気導入体で、上記閉塞体（３）の中心部に
設けた透孔（５）を封着材例えばガラスソルダ（６）を
介して気密に貫通し、その内端側には電極（７）を固着
して支持し、外端側は封じ切られてこの部分が発光管の
最冷部となる。また、上記管状の電気導入体（４）の内
部は孔部（１５）を介して発光管内と連通しているから
、過剰に封入されたナトリウムアマルガム（６）は最冷
部である電気導入体（４）の外端側の内部に溜まるよう
に構成されている。

ところが、このようなランプでは、発光管の最冷部とな
る電気導入体の外端側が発光管の外方へ突出しているた
め、最冷部温度が上がり難いとか、あるいは電気導入体
を形成するニオブ管の成形加工工程において、ニオブ管
の内面に細かいすじゃ凹凸を生じ、これを伝わって溶融
ナトリウムアマルガムが発光管内に移動し、そのためラ
ンプ特性に変動を生じ易い等の欠点があった。

また、第６図は他の従来ランプを示し、この場合はアル
ミナ管からなる発光管バルブ（２）部分と同じくアルミ
ナからなる閉塞体（３）部分とが一体成形されたいわゆ
るモノリシックチューブ（１）を使用している。（４）
はニオブ管からなる電気導入体で、上記閉塞体（３）部
分の中心部に設けた透孔（５）をガラスソルダ（Ｉ３）
を介して気密に貫通し、その内端側に電極（７）を固着
支持している。ただし、本ランプにおいては、先の第５
図示の従来ランプとは異なり、電気導入体（４）を形成
するニオブ管には発光管内と連通ずる孔部が設けてない
ので、ナトリウムアマルガム（８）は電気導入体（４）
内に溜まらずに、最冷部であるモノリシックチューブ（
１）の端部内面のコーナー（９）に沿ってリング状に溜
まる。

した々（って、最冷部は発光管内にあるから最冷部温度
は上げ易く、しかもナトリウムアマルガム（８）が溜ま
るアルミナ製モノリシックチューブ（１）の内面はニオ
ブ管内面に比較してずじゃ凹凸がほとんどないから、ナ
トリウムアマルガムの不所望は移動が少なく、したがっ
てランプ特性の変動も少ないという利点がある。

しかしながら、この種のランプは、発光管管径を小さく
したり、封入ナトリウムアマルガム量を増していくと、
寿命中特にａ、ｏｏｏ時間を越える辺りから管端部が激
しく黒化し、ランプ電圧が大巾に上昇して、中には立消
えを生じるものも見られた。これは、ナトリウムアマル
ガムの一部が封着材のガラスソルダ（６）と接触し、そ
れによってアマルガム（８）中のナトリウムとガラスソ
ルダ（６）中の成分とが反応を生じたためと考えられる
。

さらに、特開昭５８−１４０９［１３号公報には第７図
に示すようなランプが示されている。図中（１）はセラ
ミック製モノリシックチューブで、発光管バルブ（２）
部分と肩部（１６）を設けた閉塞体（３）部分とが一体
成形され、上記閉塞体（３）部分をガラスソルダ（６）
を介して気密に貫通するニオブ管・から電気導入体（４
）の内端部に電極（７）が支持される。

本ランプにおいて上記肩部（１Ｂ）はアマルガム（８）
と電極（７）との接触防止を目的として設けられたもの
であるが、同時にアマルガム（８）とガラスソルダ（８
）との接触を防止することも可能かと思われる。

しかしながら、発光管バルブ（２）部分と肩部（１Ｂ）
を有する閉塞体（３）とを一体成形した複雑な構造のモ
ノリシックチューブ（１）を作ることは、技術的に非常
にむづかしく、量産には向かない。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように発光管の外方に突出する金属管内に過剰の
ナトリウムアマルガムを溜めるようにしたランプは、最
冷部温度が上がり難いとか、あるいはランプ特性に変動
を生じ易い等の欠点があり、一方、発光管内の端部にナ
トリウムアマルガムを溜めるようにしたランプでは、上
記アマルガムと封着材のガラスソルダとが接触し、反応
を生じて管端黒化を生じ、ランプ電圧の上昇をきたして
立消えを生じることがあった。

そこで、本発明は上記従来の欠点を解消するもので、発
光管最冷部温度が上げ易く、しかも封入ナトリウムアマ
ルガムと封着材であるガラスソルダとの接触も防止でき
る高圧ナトリウムランプを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の高圧ナトリウムランプは、セラミック製発光管
バルブの開口端部をセラミック閉塞体との一体成形によ
って閉封（モノリシックチューブ）するか、あるいは、
別体のセラミック閉塞体により封着材を介して閉封し、
上記セラミック閉塞体の中心部に設けた透孔を封着材を
介して気密に貫通する電気導入体に電極を支持せしめ、
始動用希ガスおよび過剰のナトリウムアマルガムを封入
してなる発光管を具備し、かつ、上記ナトリウムアマル
ガムが発光管端部内面のコーナー上に溜まるようにした
高圧ナトリウムランプにおいて、発光管端部の内径をＤ
（ｍｍ）、セラミック閉塞体の透孔の径をｄ（ｍｍ）、
ナトリウムアマルガム（ナトリウム１０〜３０重量％）
の体積をＶ（ｍ＋ｅ３）、　　ランプ電力をＷＬ　　（
ワット）とし、 と置いて、 ＷＬ　＜　２００Ｗ　　テは　ｖｏ／３≦ｖ≦ｖ。

ＷＬ≧２００Ｗ　では　ｖｏ／４≦ｖ≦ｖＯとなるよう
に構成される。

（作　用） このような構成であれば、過剰に封入されたナトリウム
アマルガムが溜まる発光管端部内面のコーナーには封着
材が存在しないので、この部分におけるナトリウムアマ
ルガムと封着材との接触は生じない。すなわち、発光管
バルブの開口端部を閉塞体を一体成形して閉封した場合
（モノリシックチューブ）にはこの部分に封着材は使用
されず、一方、封着材を使用して別体の閉塞体により閉
封する場合には、閉塞体の内面側に予め設けた凹部のコ
ーナーが発光管端部内面のコーナーとなり、この部分に
は当然封着材が存在しないから、ナトリウムアマルガム
と封着材との接触が起きることはない。

さらに、電気導入体が貫通する閉塞体の透孔に充填する
封着材と、ナトリウムアマルガムとの接触防止は実験結
果に基づくもので、発光管端部内面のコーナーに溜まる
ナトリウムアマルガムと閉塞体の透孔（封管材と置き換
えて考えて良い。）との最短距離が、上記コーナーと透
孔との距離の１／２以下となるように封入ナトリウムア
マルガムの体積を規制すれば、発光管管端が激しく黒化
し、ランプ電圧が大巾に上昇して立消えを生じるような
不都合は発生せず、これはナトリウムアマルガムと上記
封着材との接触反応が抑止されたためと考えられる。

しかも、発光管内蒸気圧を左右する最冷部は発光管内に
形成されるので、最冷部温度が上げ易くなる。

（実施例） 以下、図面に示した実施例に基づいて本発明の詳細な説
明する。第１図は７０Ｗ級の高圧ナトリウムランプ発光
管の一端側縦断面図を示し、（１）はセラミックたとえ
ばアルミナセラミックからなるいわゆるモノリシックチ
ューブで、アルミナセラミック管からなる発光管バルブ
（２）部分と同じくアミルナセラミックディスクからな
る閉塞体（３）部分とが一体成形されたものである。こ
のようなモノリシックチューブは、たとえばアルミナ顆
粒を原料としてそれぞれ管状体とディスク状に成形し、
ついで仮焼結してなる管状の体の開口部にディスクを当
接し、本焼結することによって得られる。

（４）はたとえばニオブ管からなる電気導入体で、上記
閉塞体（３）部分の中心部に設けた透孔（５）を封着材
たとえばマグネシア、カルシア、マグネシア等の金属酸
化物からなるガラスソルダ（６）を介して気密に貫通し
、その一端には電極（７）が固着支持され、かつ、ニオ
ブ管の内部は発光管内と連通しないようにいわゆるメク
ラに形成されている。

また、上記モノリシックチューブ（１）内には始動用希
ガろと点灯時に蒸発する量よりも過剰のナトリウムアマ
ルガム（８）が封入され、発光管が構成されている。

上記ナトリウムアマルガム（８）は、ナリトウム（Ｎ　
ａ）％が従来から一般に使用されている１０〜３０重量
％のもので、その封入孟は体積Ｖとして２．３９ｍｍ３
封入され、しかも電気導入体（４）の二オブ管はメクラ
に形成されているから、アマルガムは発光管端部内面の
コーナー（９）上にリング状をなして溜まり、粘性が大
きいためその断面は図示のようにほぼ三角形状を呈する
。

なお、上記発光管端部の内径りは４．５ｍｍ、閉塞体中
心に設けた透孔（５）の径ｄは２．０Ｂｍｍに設定され
ている。

このような構成であれば、モノリシックチューブ（１）
の使用によってナトリウムアマルガム（８）が溜まる発
光管端部内面のコーナー（９）にはガラスソルダが存在
せず、しかも閉塞体透孔（５）内に充填されるガラスソ
ルダ（６）とナトリウムアマルガム（８）との接触は、
ナトリウムアマルガム（８）の封入量つまりその体積Ｖ
を規制しであるので回避でき、したがって、ガラスソル
ダ（６）とナトリウムアマルガム（８）との接触反応に
基づく管端の激しい黒化、立消えは防止される。

次に上記実施例と同じ発光管端部内径Ｄ−４，５關、透
孔の径ｄ　＝　　２．０６　ｍｍのモノリシックチュー
ブを使用した７０Ｗ級の高圧ナトリウムランプにおいて
、Ｎａ％（重量）が１０％と１５％の各ナトリウムアマ
ルガムの封入量を種々変化させたランプを各２０本宛作
成し、寿命試験にかけ、各３．０００時間および９．０
００時間点灯後の平均ランプ電圧ＶＬの上昇値（１００
時間値との比較）を下表に示す。

表 表からＮａ％が１０％のアマルガムではその封入量が１
４，６■、また１５％のアマルガムでは１１．２ｍｇ以
下であれば、寿命中のＶＬ上昇は少なく、平均寿命９，
０００時間においても立消えは発生しなかった。

さらに、ＶＬ上昇が少ないということは光束維持率にお
いても優れていることであり、したがってこのようなラ
ンプは良好な寿命特性を持つといえる。

ところで、上記アマルガム封入量の上限値である１４．
６ｍｇ（Ｎａ％讃１０％）および１１．２＋ｇ（Ｎａ％
−１５％）の各アマルガムの体積Ｖを算出したところ、
どちらもほぼ２．４ｍｍ３でほとんど等しいことを見い
出した。また、発光管の管端部において最も温度の高い
部分は電、極（７）であり、電極に発生する熱の一部は
電気導入体（４）を伝導して逃げまた他の一部は輻射に
よってモノリシックチューブ（１）を伝わって逃げるの
で１１発光管端部内面の円形状のコーナー（９）部が最
冷部となり、したがってアマルガム（８）はこのコーナ
ー（９）に沿ってリング状に溜まり、その断面形状は図
示のようにほぼ三角形状を呈する。しかも、この三角形
状に溜まったアマルガム（８）の上記ガラスソルダ（透
出（５）と置き換えることもできる。）までの最短距離
（閉塞体（３）部分の内面に沿った距離。）は、上記ア
マルガム容積Ｖ＝　２．４ｍｍ３の場合、コーナー（９
）からガラスソルダ（透孔（５））までのｄｌＤ−ｄ 距離の１／２つまり（−２−−−２−）×丁−−１−に
相当することが判った。

次に、第２図を参照してコーナー（９）に沿ってリング
状に、かつ、断面が三角形状に溜まるナトリウムアマル
ガム（８）のガラスソルダ（透孔（５））−ｄ までの最短距離が　　　となるときの体積ｖＯの計算方
法について説明する。式中Ｄ（ｍｍ）を発光管端部の内
径、ｄ（ｍｍ）を透孔（５）の径とすれば、上記アマル
ガムの体積ＶＯは、アマルガムの高さＤ−ｄ　　　　　
　　　Ｄ −１−を高さｈとし、丁を半径とする底面積（円面積）
を有する円柱部分の体積Ｖ円柱から、一方の底面積の半
径Ｒ−Ｄ／２．他方の底面積の半径Ｄ−ｄ　　　　　　
　Ｄ−ｄ ｒ−（ｄ／２＋−〇−）で高さｈ−の戴頭円錐形の体積
ｖ截頭円錐を差引きすることで求められる。

すなわち、 Ｄ　　２　Ｄ−ｄ Ｖ円柱−底面積×高さ−π（丁）　Ｘ−ニー−１６π　
（Ｄ３　−Ｄ２　　ｄ） Ｖ戴頭円錐−１／３π（Ｒ２＋Ｒｒ＋ｒ２）ｈＤ　　う
　　　　　Ｄ　　　Ｄ−ｄ −１／３π１（）−＋（ｙ×−１−） 丁 ＋（Ｄ−ｄ）２．Ｄ−ｄ −−、７−２＜７Ｄ３−７Ｄ−４Ｄ？　ｄ＋　５　Ｄｄ
２−ｄ３ Ｖｏ　−Ｖ円柱−Ｖ戴頭円錐 一１６π（Ｄ３−Ｄ２ｄ）　　４（７Ｄ３−７Ｄ−４Ｄ
？　ａ＋ｓｐｄ：！−ｄ３−４（５Ｄ３−９Ｄ”　ｄ＋
３Ｄｄ”　＋ｄ３ついで、管端部内径りおよび透孔（５
）の径ｄが異なる種々の入力ランプについて、上記と同
様にナトリウムアマルガム（８）のガラスソルダ（透孔
−ｄ （５））までの最短距離か−、−となるような体積ＶＯ
のナトリウムアマルガムを封入し、寿命試験を行なった
。次表はこの試験にかけた各種ランプの細目を示すもの
である。

試験結果は、いづれのランプもその寿命中に管端黒化□
ランプ電圧の２０Ｖを越える大巾上昇□立消えを生じた
ものがなく、顕著な効果が認められた。これは、ナトリ
ウムアマルガムと透孔に充填した封着材のガラスソルダ
との著しい接触反応が防止された結果と判断される。

したがって、これ等各ランプにおいても、ナトリウムア
マルガムの体積Ｖが上記Ｖｏ以下となるような量を封入
すれば、所期の効果を得ることができる。

なお、ナトリウムアマルガムの封入量の下限については
、余り少なくすると、寿命中のＮａの消失を充填するの
に支障をきたし、Ｎａ不足による光束の低下と共にラン
プ電圧が低下して、安定器の過熱焼損を招くおそれがあ
る。各ランプについて、寿命終了時点におけるランプ電
圧の平均上昇値が２０Ｖ以内になるような最小封入量を
求めた結果、 ランプ電力ＷＬが２００Ｗ未満ではＶｏ／３゜同　　Ｗ
Ｌが２００Ｗ以上ではＶｏ／４とすることが望ましいこ
とが判った。

このことから、ナトリウムアマルガム（ナトリウム１０
〜３０重量％）の封入量は体積Ｖ（ｍ＋ｏ３）として、 Ｗしく２００Ｗではｖｏ／３≦ｖ≦ｖＯＷＬ≧２００　
ＷテハＶｏ　／　４−　Ｖ　≦ＶＯとすれば良いことが
判る。

さらに、第３図および第４図にそれぞれ異なる他の実施
例を示す。これ等の各実施例は先の実施例のようなモノ
リシーツクチューブを使用したものではなく、発光管バ
ルブの開口端部を別体の凹部を設けたセラミック閉塞体
により封着材を介して閉封したものである。すなわち、
第３図および第４図は発光管の一端側縦断面図を示し、
先の実施例と同一個所については同一符号を付してその
説明は省略する。

第３図において、（３Ａ）は凹部（１０）を設けたアル
ミナセラミック閉塞体で、凹！（１０）を形成する隔ｕ
　（１１）の外周面側を封着材たとえばガラスソルダ（
６）を介して、アミルナセラミック製発光管バルブ（２
）の開口端部に封着する。（４Ａ）は電極（７）を支持
する線状の電気導入体で、上記閉塞体（３Ａ）に設けた
径ｄの透孔（５）をガラスソルダ（６）を介して気密を
貫通する。（１２）は閉塞体（３Ａ）の外表面に設けた
金属製保温体で、発光管端部を保温し、ここに生じる最
冷部温度を高めるのに役立つ。なお、このような保温体
（１２）を従来一般に用いられているように、発光管バ
ルブの端部周面に設けると、アマルガムは温度が上がっ
たコーナー（９）から、温度のより低い中央部へ移動し
ようとし、その結果、中央部のガラスソルダ（６）と接
触するので好ましくない。なお、閉塞体外表面に保温体
（１２）を設ける手段は先の実施例にも用いれば、より
一層有効である。このような構成の場合、発光管端部内
面とは閉塞体（３Ａ）の凹部（１０）の内面を指し、し
たがって凹部（ｌＯ）の内径がＤとなる。そして過剰に
封入されたナトリウムアマルガム（８）は、凹部（ｌＯ
）内面のコーナー（９）に沿って溜まり、アマルガム（
８）の体積Ｖを上記式に示したＶＯ以下となるようにす
れば、透孔（５）に充填したガラスソルダ（６）との接
触反応は防止され、所期の効果が得られる。なお、発光
管バルブ（２）と閉塞体（３Ａ）とを封着するガラスソ
ルダ（６）は閉塞体隔壁（１１）の外周面に存在するか
ら、四部（１０）内のアマルガム（８）とは接触しない
。

また、第４図の場合は、線状の電気導入体（４Ａ）にス
トッパーの役目をする鍔部（１３）を設けたもので、こ
の鍔部（１３）を固定するために閉塞体（３Ａ）の透孔
（５）の内端側に段部（１４）が連設され、ガラスソル
ダ（６）は、この段部（１４）を含む透孔（５）内に充
填される。したがって、この場合の透孔の径ｄとは段部
（１４）の径を指すものであり、アマルガム（８）の体
積Ｖを上記ＶＯ以下とすれば、同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明の構成によれば、封入ナトリ
ウムアマルガムは、温度の上げ易い発光管端部内面のコ
ーナー上に溜めることができ、しかも上記アマルガムは
閉塞体の中心に設けた透孔に充填される封着材と接触し
ないようにその体積を選定したので、寿命中の著しい管
端黒化やランプ電圧の２０Ｖを越えるような大巾上昇に
よる立消えを防止して長寿命の高圧ナトリウムランプを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の発光管一端側の縦断面図、
第２図はｖＯの計算式の説明図、第３図および第４図は
それぞれ異なる他の実施例の発光管一端側縦断面図、第
５図ないし第７図はそれぞれ異なる従来ランプ発光管の
一端側の縦断面図を示す。 （１）・・・モノリシックチューブ。 （２）・・・発光管バルブ、　（３）、（３Ａ）・・・
閉塞体。 （４）　（４Ａ）・・・電気導入体、（５）・・・透孔
。 （６）・・・ガラスソルダ、（７）・・・電極。 （８）・・・ナトリウムアマルガム、（９）・・・コー
ナー。 （１０）・・・凹部、　（１１）・・・隔壁、　（１２
）・・・保温体。 （１３）・・・鍔部、　（１４）・・・段部。 代理人　弁理士　　　則　近　憲　佑 同　　宇治　弘 ７８−−１　モノリシックチューブ 第１図 第２図 第３図 ４Ａ ＷＡ４図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セラミック製発光管バルブの開口端部をセラミック閉塞
   体を一体成形して閉封するか、あるいは別体の凹部を設
   けたセラミック閉塞体により封着材を介して閉封し、上
   記セラミック閉塞体の中心部に設けた透孔を封着材を介
   して気密に貫通する電気導入体に電極を支持せしめ、始
   動用希ガスおよび過剰のナトリウムアマルガムを封入し
   てなる発光管を具備し、かつ、上記ナトリウムアマルガ
   ムが発光管端部内面のコーナー上に溜まるようにした高
   圧ナトリウムランプにおいて、発光管端部の内径をＤ（
   ｍｍ）、セラミック閉塞体の透孔の径をｄ（ｍｍ）、ナ
   トリウムアマルガム（ナトリウム１０〜３０重量％）の
   体積をＶ（ｍｍ＾３）、ランプ電力をＷＬ（ワット）と
   し、 Ｖｏ＝π／１９２（５Ｄ＾３−９Ｄ＾２ｄ＋３Ｄｄ＾２
   ＋ｄ＾３）と置いて、 ＷＬ＜２００ＷではＶｏ／３≦Ｖ≦Ｖｏ ＷＬ≧２００ＷではＶｏ／４≦Ｖ≦Ｖｏ を満足するようにしたことを特徴とする高圧ナトリウム
   ランプ。