JPH04218252A - 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】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、外管により介在空間で囲まれ
セラミック壁を有する発光管と、この発光管内に各先端
が距離Ｄで離間する２個の電極が存在し、前記発光管は
少なくとも前記距離Ｄにわたり内径がｄｉ　である実質
的に円形の断面を有し、前記介在空間はガス充填物を含
有し、このランプは定格動作条件のもとで実用上少なく
とも２４００Ｋ、好ましくは少なくとも２５００Ｋの色
温度Ｔｃ　を有する白色光を発光する高圧ナトリウムラ
ンプに関するものである。

【０００２】

【発明の背景】冒頭に記載のようなランプは、英国特許
出願公報第２０８３２８１　号及びドイツ特許公報第３
１２９３２９　号により既知である。この既知のランプ
は動作状態で白色光を発光し、しかも比較的高効率であ
る。一般に演色評価数Ｒａ　として表わされるランプの
発光の演色性は、ある条件下では８０以上である。演色
評価数Ｒａ　が８０以上である場合、このランプは従来
の白熱球の代替物として用いることが出来る。しかしな
がら、このためには白熱灯の色温度が２６００Ｋと４０
００Ｋとの間であることから、実用上２４００Ｋよりも
かなり高い色温度であることが望ましい。一般に、高圧
ナトリウムランプにより発光する光が、ＸＹ色度の（Ｘ
，　Ｙ）座標、すなわち（０．４００；０．４３０）、
（０．５１０；　０．４３０）、（０．４８５；　０．
３９０）及び（０．４００；０．３６０）を有する点を
通る直線により、境界を定めた色三角形内の領域に相当
する場合には白色光としてみなすことが出来る。この場
合の色温度は、ほぼ２３００Ｋ及び４０００Ｋとの間に
ある。比較のために、黄金色（ａｇｏｌｄｅｎ　ｙｅｌ
ｌｏｗ）　光を発光する標準高圧ナトリウムランプの光
は、２２００Ｋより小さい色温度Ｔｃ　及び５０より小
さな演色評価数Ｒａ　を有する。しかしながら、このラ
ンプの効率は同様の出力定格の既知のランプの効率より
もかなり高い。

【０００３】既知のランプは高出力定格、すなわちほぼ
４００　Ｗないしそれ以上を有し、さらにまた比較的高
い光束維持率を有する。従って、このランプは例えば公
共（屋外）照明用のような大規模照明用にのみ用いるこ
とが出来る。良好な色特性（２５００Ｋよりも大きい色
温度Ｔｃ　及び８０よりも大きい演色評価数Ｒａ　）を
有する光を発光する白熱灯の代替物として最適な高圧ナ
トリウムランプは、アクセント照明のような屋内照明用
途に非常に最適であろう。これには比較的小型のランプ
を必要とする。良好な色特性を有する光は、例えば自動
車の前照灯の用途にも必要とされる。ここでも比較的小
型のランプが望ましい。比較的低い光束維持率及び比較
的小型のランプは、この様な用途に必要とされている。 既知のランプの用途に対し、比較的低い電力定格で比較
的小型のランプの需要がある。可能な最高演色評価数の
値を有して少なくとも２８００Ｋを有する色温度は、非
常に多くの場合このために必要とされる。しかしながら
、４００Ｗ以下まで定格電力を減少することは２２００
Ｋ以下の色温度のかなりの低下を導き、又既知のランプ
に於て５０よりもはるかに低い演色評価数である。事実
、既知のランプは標準高圧ナトリウムランプであり、白
色光は絶対に不可能である。

【０００４】Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＩＥＳ、夏号、１
０５　頁から１１７　頁までの論文は、２５００Ｋの色
温度Ｔｃ　で約８０の演色評価数Ｒａ　を有する白色光
を基準条件下で発光する比較的低い電力定格の高圧ナト
リウムランプについて記載している。効率はちょうど４
０　ｌｍ／Ｗ　以下である。演色評価数Ｒａ　が少なく
とも８０の状態での色温度の増加は過負荷によってのみ
可能で、すなわち定格電力以上の電力をランプに供給し
て電力を増加することが出来る。しかしながら、これは
一方では効率の極端な低下を伴い、又他方では望ましく
ないレベルまで発光管の管壁温度を急激に上昇させる。 過負荷の条件下で最大演色評価数Ｒａ　を２７００Ｋの
色温度で達成する。この色温度を更に上昇させる場合に
は再び演色性が悪くなる。

【０００５】

【発明の要約】本発明は、比較的低電力定格かつ比較的
小型ランプを得ることが出来る手段を提供するもので、
このランプは２４００Ｋよりかなり高い、好ましくは少
なくとも２８００Ｋの色温度Ｔｃ　を有し、８０以上の
演色評価指数Ｒａ　を有する光を発光し、又定格動作条
件下では比較的高効率である。

【０００６】本発明によれば、この目的は冒頭に記載す
るようなランプに於て、発光管のセラミック壁がランプ
の定格動作条件下で少なくとも６０　Ｗ／ｃｍ、好まし
くは少なくとも８０　Ｗ／ｃｍ　の管壁負荷を有するこ
とを特徴とする。

【０００７】本発明による高圧ナトリウムランプは、８
０以上の演色評価数Ｒａ　保持して、２４００Ｋよりか
なり高い色温度Ｔｃ　を有する光を発光することができ
る。顕著なアーク放電の長さの減少は照明器具を小型化
にする利点がある。更に本発明によれば、定格動作条件
下で、比較的低い電力の場合においてもまた２４００Ｋ
よりかなり高い色温度Ｔｃ　、好ましくは少なくとも２
８００Ｋの色温度Ｔｃ　及び８０以上の演色評価数Ｒａ
　を有する白色光を発光する高圧ナトリウムランプを得
ることが出来る。少なくとも４０　ｌｍ／Ｗ　の効率は
、１００Ｗまでの定格電力において達成することが出来
、一方少なくとも４５　ｌｍ／Ｗ　の効率は１００Ｗ以
上の電力定格で可能である。高い管壁負荷は比較的な小
型のランプを容易に実現することが出来ることを意味す
る。

【０００８】本願明細書及び特許請求の範囲に於ける「
管壁負荷」の量は、前記距離Ｄにわたる発光管の壁の内
側表面積に対する定格電灯電力Ｗの比として規定される
。

【０００９】高圧ナトリウムランプは、相互空間Δλに
おいて最大を有する分光斜面で両側を囲まれた５８９ｎ
ｍ近傍の吸収帯を特徴とするスペクトルを有する光を発
光する。放射光が８０以上の演色評価数Ｒａ　を有する
場合、前記相互空間Δλは約４０と約５５ｎｍとの間に
ある。前記吸収帯の拡大広域化及び前記相互空間Δλの
さらなる増加は、放射光の色温度Ｔｃ　を更に増大させ
る可能性があること、即ち２５００Ｋ以上の色温度Ｔｃ
　の可能性のあることが知られている。しかしながら、
これは演色性及び効率に対し損失となる。更に加えて、
発光管の内径が同一である場合の吸収帯の広域化は、発
光管のナトリウム圧の上昇を示唆する。

【００１０】Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＩＥＳ７月号、１
９８４年、３４１　頁から３４９　頁記載の論文から既
知のように、高圧ナトリウムランプは２８００Ｋ以上の
色温度Ｔｃ　を有する発光の設計を可能としている。し
かしながら、これは吸収帯の広域化により実現される。 このような色温度の上昇は従って演色評価数及び効率の
減少を必然的に引き起こすことになる。

【００１１】この点に関連して、実用の高圧ナトリウム
ランプが達成可能な最大演色評価数は、８０ないし約８
５の間にあることが指摘されている。演色性は、この場
合ナトリウム圧力に依存する。黄金色光（ｇｏｌｄｅｎ
　ｙｅｌｌｏｗ　ｌｉｇｈｔ　）を発光する標準高圧ナ
トリウムランプから開始して、演色性の増加は最大演色
評価数Ｒａ値が達成されるまでナトリウム圧の増加によ
り実現することができる。ナトリウム圧のさらなる増加
は再び演色評価数の低下を導くことになる。ナトリウム
圧の依存性は演色性の最大値近傍で比較的小さい。

【００１２】ナトリウム圧のさらなる増加はランプ寿命
の観点からは好ましくなく、したがって発光管内および
発光管の様々な侵食過程の速度に対して特にナトリウム
圧は影響をおよぼす。

【００１３】本願明細書および特許請求の範囲中におい
て、セラミック壁の用語は例えば単結晶サファイア、多
結晶気密焼結酸化アルミニウム又は多結晶気密焼結窒化
アルミニウムのように高温度でナトリウムによる衝撃に
対し高い抵抗力を有するような結晶性金属酸化物又は結
晶性金属窒化物で形成される壁を意味すると理解された
い。この既知の壁材料は長期間の間、ランプ内で支配的
なナトリウム圧で、ほぼ１４００Ｋまでの温度に対し持
ちこたえることができる。非常に高い温度において、支
配的なナトリウム圧の影響の下でセラミック壁の侵食は
かなりの程度であろう。発光管と外管との間の空間のガ
ス充填物の使用は、増加した熱を伝達し、その結果発光
管壁の温度はより高い管壁負荷の場合においても、まだ
容認し得る限界内にとどまる。適切なガスとしては、例
えば希ガスおよび窒素であり、従ってこれらは前記支配
的な条件下では高度の不活性成分となる。ガス充填物は
単一ガスでもよいが混合ガスでも可能である。充填圧力
は、ガス充填物の圧力が定格動作条件のもとでほぼ１気
圧であるように選択される。

【００１４】本発明によるランプがアクセント照明に用
いられる場合、発光をビームに集中する可能性が非常に
重要な特性である。比較的小型のランプは光の良好なビ
ーム特性を必要とする。ビーム集中は発光管の電極端部
間の比較的小さな距離Ｄによりかなり促進される。本発
明によるランプの有利な実施例において次のことが本質
的なものである。即ちＤ／ｄｉ　は３より小さいことで
ある。Ｄ／ｄｉ　の比を低い値に選択することにより、
比較的短いアーク放電の結果非常に良くビームに集中す
ることが出来る光を発光させるランプを得ることが可能
である。これにより、前記ランプは相当高い値の輝度を
有する。

【００１５】距離Ｄの減少により管壁負荷を増加するこ
とは、ランプ電圧の減少及びランプ電流の増加を導く。 ランプを従来の公衆用電源で動作すべき場合には、この
ような状況下では変圧が必要となるであろう。これは電
子回路を用いて有効に行うことが出来る。

【００１６】しかしながら、現在の取付け装置、取付け
器具等で動作する既知のランプとの互換性のためには定
格動作条件下でのランプ電圧は８０Ｖと１００　Ｖとの
間にある事が有利である。本発明によるランプはＤ／ｄ
ｉ　が６よりも大きい場合これに従う。距離Ｄの減少と
は別に、内径ｄｉ　の減少はまた前記管壁負荷の増加を
導く。内径ｄｉ　の減少は、この場合にはランプ電圧の
増加となる。

【００１７】放電管の最大管壁温度の制御の改善は、壁
厚の選択により達成することが出来る。壁厚の増加は壁
の熱放射の増加となり、又さらに電極間の領域から放電
管の比較的冷たい終端部への熱伝達を促進する。

【００１８】一方、壁厚の増大することは、光束出力に
対し逆に影響する。更に、壁厚の増加に伴い不規則な結
晶成長の危険性の増加及び内部破損の危険の増加のため
に製造がより難しくなる。従って、平均の壁厚は好まし
くは３ｍｍよりも小さく選択される。

【００１９】

【実施例】本発明によるランプの実施例を図面を参照し
詳細に説明する。図において、図１は外管を備えるラン
プの側面図を示し、図２はランプの長手方向断面を示し
、図３は他の型のランプの長手方向断面を示す。

【００２０】図１において，参照番号１は外管６により
介在空間８で囲まれたセラミック壁を有する発光管を示
す。前記介在空間８はガス充填物で満たされている。二
個の電極２及び３は各先端部が距離Ｄで離間されており
、前記発光管１内にあり、前記電極２と３との間の断面
は実質的に円形を有する。前記電極２及び３は各々電流
供給導体４及び５に接続されている。前記外管は前記電
流供給導体４及び５が接続される口金７を備える。ナト
リウム、水銀及び希ガスの充填物を有する前記発光管は
前記距離Ｄにわたり内径ｄｉ　を有する。

【００２１】図２及び図３において、図１に対応する部
分は図１に示す参照番号に対して各々１０又は２０大き
な参照番号を有する。電極１２、１３及び２２、２３は
各々タングステン／レニウム（重量比で９７／３）で形
成され、前記電流供給導体１４、１５、２４、２５はニ
オブＮｂ形成される。前記発光管１１、２１は各々溶融
セラミック１８、２８で封止される。また図２及び図３
において、（ａ）は２　個の電極の先端部間の距離Ｄの
内径ｄｉ　に対する比が３より小であり、（ｂ）　は２
　個の電極の先端部間の距離Ｄの内径ｄｉ　に対する比
が６より大である。

【００２２】本発明によるランプは図２による形状を有
する発光管で製造される。このランプのデータを下記の
表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】商業的に利用できるランプ（ランプ番号Ａ
）のデータを、比較のために表に示す。これは、フィリ
ップス社製の型番ＳＤＷ　５０のランプである。

【００２５】前記放電管は、ナトリウム−水銀アマルガ
ム（Ｎａ−Ｈｇ　ａｍａｌｇａｍ）　及び３００Ｋで５
３ｋＰａ　の圧力のキセノンで充填される。前記アマル
ガムの重量比は、ナトリウム対水銀が１５対４０である
。前記外管と前記発光管との間の空間をランプ番号１な
いし８では３００Ｋで１００ｋＰａの圧力で窒素を充填
し、ランプ番号１０では３００Ｋで５０ｋＰａ　の圧力
の窒素を充填する。これは定格動作条件下で、ランプ番
号１０において約１気圧の圧力に相当する。ランプ番号
Ａは真空外管を有する。ランプ番号１ないし４及びラン
プ番号８及び９の発光管は、１８ｍｍの内側の長さを有
する。ランプ番号５、６及び７の内側の長さは１６ｍｍ
である。ランプ番号１０の内側の長さは１７ｍｍであり
、ランプ番号Ａの内側の長さは２４ｍｍである。最大壁
温度のデータは例えば１９８６年１２月、ｄｅ　Ｇｒｏ
ｏｔ氏等による「Ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
　Ｓｏｄｉｕｍ　Ｌａｍｐ　」に記載されるようなＤ−
線高温測定法により得られる。

【００２６】上記の表１から明らかなように，８０以上
の演色性と増加した色温度とをあわせ持つこと、及び比
較的低い定格電力で比較的高い効率を本発明によるラン
プで実現することが出来る。

【００２７】以下のような説明が可能であろう。ランプ
番号１とランプ番号２のデータの比較は、一定電力での
壁厚の増加は、より低い最大壁温度を導く。ランプ番号
２はさらにまた定格動作条件のもとで最大に近い演色性
を有する光を放出する。同一の電力でのランプ番号１の
動作は、より高い色温度及びより低い演色性を導く。こ
れはナトリウム圧の増加の傾向を示し、最大演色性に係
わる圧力以上であることは明らかである。この場合、効
率は顕著には変化しない。

【００２８】ランプ番号２及びランプ番号４の比較は、
電極の先端部間の距離Ｄの減少の影響を示すものである
。これは一定電力でのランプ電圧のかなりの減少を導く
。色温度、演色性及び効率は実質的な変化とはならない
。しかしながら、最大壁温度では明らかな低下を生ずる
。

【００２９】ランプ番号３において、ランプ番号２と同
様に、定格電力以上の電力の増大はより高い色温度とな
るが、しかしこれは演色性及び効率の両方の損失となり
得る。最大壁温度も顕著に上昇する。

【００３０】ランプ番号５の結果は、ランプ番号２に比
較して、発光管の内側の長さが減少する場合、明らかに
最大演色性がランプ番号２における色温度よりも約１０
０Ｋ低い値の色温度を伴う。付随するランプ電力は、最
大壁温度と同様に更にかなり低くなる。

【００３１】同様のランプ番号６及び７のデータの比較
は、ナトリウム圧に対する演色性の依存性が演色評価数
の最大値の近傍で比較的小さいことを示す。これは動作
中の電力も前記最大値の近傍で演色性に対し比較的小さ
な影響でしかないことを示す。このように、演色性が約
８３に維持される一方、色温度を約３００Ｋの幅の領域
内で選択することが出来る。色温度の上昇または低下は
各々効率の減少又は増加を伴う。

【００３２】ランプ番号８の壁厚は、ランプ番号２に比
較して更に増大する。これは演色性、色温度及び効率の
値が匹敵する水準に維持されると同時に、かなり高いラ
ンプ電力で最大壁温度がかなり低くなる。

【００３３】ランプ番号１０において、ランプ電圧は同
一の定格電力で、実用のランプ番号Ａの電圧に匹敵する
ことが確認された。３Ｖのランプ電圧の差はフィリップ
ス社製の型番ＳＤＷ　５０の量産されるランプ間のラン
プ電圧のばらつきの範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　　　外管を備えるランプの側面図である。

【図２】　　　　ランプの長手方向断面を示す。

【図３】　　　　他の型のランプの長手方向断面を示す
。

【符号の説明】

１　　　　　　発光管 ２、３　　電極 ４、５　　電流供給導体 ６　　　　　　外管 ７　　　　　　口金 ８　　　　　　介在空間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　外管により介在空間で囲まれセラミッ
   ク壁を有する発光管と、この発光管内に各先端が距離Ｄ
   で離間する２個の電極が存在し、前記発光管は少なくと
   も前記距離Ｄにわたり内径がｄｉ　である実質的に円形
   の断面を有し、前記介在空間はガス充填物を含有し、こ
   のランプは定格動作条件のもとで少なくとも２５００Ｋ
   の色温度Ｔｃ　を有する白色光を発光する高圧ナトリウ
   ムランプにおいて、発光管のセラミック壁がランプの定
   格動作条件下で少なくとも８０　Ｗ／ｃｍ　の管壁負荷
   を有することを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の高圧ナトリウムランプ
   において、前記距離Ｄの前記内径ｄｉ　に対する比は３
   より小であることを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の高圧ナトリウムランプ
   において、前記距離Ｄの前記内径ｄｉ　に対する比は６
   より大であることを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
4. 【請求項４】　　外管により介在空間で囲まれセラミッ
   ク壁を有する発光管と、この発光管内に各先端が距離Ｄ
   で離間する２個の電極が存在し、前記発光管は少なくと
   も前記距離Ｄにわたり内径がｄｉ　である実質的に円形
   の断面を有し、このランプは定格動作条件下で少なくと
   も２４００Ｋの色温度Ｔｃを有する光を発光する高圧ナ
   トリウムランプにおいて、発光管のセラミック壁がラン
   プの定格動作条件下で少なくとも６０　Ｗ／ｃｍ　の管
   壁負荷を有し、前記介在空間はガス充填物を含有し、前
   記距離Ｄの前記内径ｄｉ　に対する比は、６より大であ
   ることを特徴とする高圧ナトリウムランプ。