【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は点灯管または固体（半導体）点灯素子
により始動する小形の高圧ナトリウムランプに関
するものである。
既に、透光性のアルミナ発光管を用いた高演色
性高圧ナトリウムランプ（150〜400W）が製品化
されている。このランプは従来の高圧ナトリウム
ランプの発光管に比べて内径が大きく、かつラン
プ作動時の発光管内ナトリウム蒸気圧が格段に高
くなるものであつて、白熱電球に似た暖かみのあ
る光色と優れた演色性を有するものである。そし
て、このランプは電球の３〜４倍の明るさ（40〜
60lｍ／Ｗ）を有し、かつ発光管内には低電圧始
動を可能にすべく、0.5％程度のアルゴンガスを
含むネオン−アルゴン混合ガスが封入されている
ものであつて、今時の省エネルギーを志向すると
いう社会的要望に十二分に適合できる省エネルギ
ー高輝度ランプである。
ところで、最近になつて、このような照明分野
における省エネルギーをより一層進めなければな
らないという気運が強くなつて来ている。具体的
には低ワツトで低効率の白熱電球を、電球の特長
を生かしたままで、小形でコンパクトの放電ラン
プに置きかえたい、しかも100〜120Vの商用電源
で簡易な点灯装置で使用したいという要望であ
る。このような厳しい要望に応えられる可能性を
持つている放電ランプを他に見いだすことは非常
に困難であつて、上記の高演色性高圧ナトリウム
ランプがこのような意味あいにおいて、唯一の放
電ランプであるということができる。このような
状況のもと、出願人は先に20〜100Wの定格ラン
プ電力のもと、ランプ効率が40lｍ／Ｗを上回る
高効率の小形高演色性高圧ナトリウムランプを提
案している。このランプは実効ランプ電圧が50V
近傍に設計されているため、いつたんランプが始
動すれば、交流100〜120Vの商用電源で、インダ
クタンス安定器により、点灯できる放電ランプで
ある。
このように、この小形の高演色性高圧ナトリウ
ムランプは上述のような白熱電球代替用の小形放
電ランプに対する厳しい要望のなかの主要な点を
既に満たしているものであるが、このランプを実
際に製品化し、市場で広く使用されるようにする
ためには次の二つの問題が解決されなければなら
ない。その一つは、ランプの始動特性上の問題で
あり、もう一つはランプの寿命特性上の問題であ
る。
本発明はこのような問題にかんがみてなされた
ものであり、100〜120Vの商用電源で確実に始動
でき、かつ寿命特性のすぐれた小形の高圧ナトリ
ウムランプを提供するものである。
前者の問題は上記の小形高演色性高圧ナトリウ
ムランプの発光管に封入される始動用希ガスに由
来するものである。すなわち、この小形ランプの
場合既に製品化されている150〜400Wの高演色性
高圧ナトリウムランプの設計に準じて、低電圧始
動を目ざして、0.5％程度のアルゴンガスを含む
ネオン−アルゴン混合ガス25Torr程度発光管に
封入したとしても、100〜120Vの商用電源で確実
にランプを始動することは、もはや不可能であつ
た。このような事態は従来、広く用いられている
ように、発光管になんらかの始動補助手段を講じ
たとしても改善されなかつた。しかし、この問題
自体の解決はあまり困難ではない。たとえば、螢
光灯に使用されているような点灯管または固体
（半導体）点灯素子を用いることである。この点
灯管ランプには並列に、安定器には直列に配置す
れば、点灯管の遮断時に安定器のインダクタンス
に誘起される１〜2KVの高いパルス電圧がラン
プに印加されるので、確実に始動が行なえる。こ
の点灯管を用いる方法は、他のイグナイタを安定
器に組込む方法や、バイメタルスイツチをランプ
外管に装填する方法に比較して小形ランプの特徴
を損なわないという点で非常に優れている。この
ように、ランプの始動に関しては解決できるわけ
であるが、後者のランプ寿命特性上の問題が未解
決のまま残されている。すなわち、20〜100Wと
いう低い定格ランプ電力の小形高演色性高圧ナト
リウムランプの場合、発光管の内径は、既に製品
化されているような150〜400Wランプのそれより
も格段に小さくなり、それに伴つて、発光管内壁
と電極間の距離も小さくなり、そのために、現在
150〜400Wランプで使用されている同じ種類、組
成比、封入圧力の始動用希ガスが封入された場合
には、ランプ始動時、グロー放電からアーク放電
への遷移が困難となり、電極物質の飛散が厳しく
なることである。この結果、寿命中の光束低下が
顕著となる。
そこで、発明者らは上記始動用希ガスの混合比
率と封入圧力に着目し、これらとランプ寿命特性
の関係について実験、検討を行なつた。
以下、本発明の一実施例について図面とともに
説明する。
第１図は実験に供した50Wの高演色性高圧ナト
リウムランプのアルミナ発光管の縦断面を示した
ものである。
同図において、１は内径φが4.7mmのアルミナ
からなる発光管であつて、その両端部にはアルミ
ナからなるエンドリング２，３を介してニオブ管
４，５が封着されている。ニオブ管４，５の先端
部には電極６，７が保持されていて、これら電極
間の最短距離ｄは10.0mmとなつている。発光管１
の内部にはナトリウムモル比が78％のナトリウム
アマルガム８と始動用希ガスとしてネオン−クリ
ンプトン混合ガスが封入されている。９，１０は
タンタルからなる熱保護膜で、発光管１の両端部
外周に付設されていて、ランプ動作時には発光管
１の内部、特に電極６，７から放射される熱や光
を電極後方に形成される発光管最冷点部に閉じ込
めてこの最冷点の温度を高める働きをなす。本実
施例における実験に際しては、あらかじめランプ
電圧45V、ランプ電力50W一定のもと、色温度
2500K、平均演色評価数Raが80以上となるよう、
熱保護膜９，１０の発光管１の長手方向の長さを
あらかじめ調節してある。
以上に説明した第１図の発光管１に始動用希ガ
スとして各種混合比率のネオン−クリプトン混合
ガス20Torrから500Torrの範囲で何段階かに選
んで封入したランプを製作し、まず、点灯管を用
いてランプの始動試験を行なつた。
第２図は点灯管２１およびシングルチヨーク安
定器２２を用い、外管２３内に発光管１が組み込
まれた高圧ナトリウムランプの始動実験を行なつ
た電気回路図である。この実験では、点灯管２１
の遮断電流を制御するための限流抵抗２４を挿入
した。また、この実験では交流100Vの電源２５
をランプに印加して行なつた。
その実験の結果、ランプを確実に始動すること
ができるのは、上記ネオン−クリプトン混合ガス
の封入圧力が20Torr以上、250Torr以下で、か
つ混合ガスのクリプトンの分圧比率が50％以下の
ランプであつた。次いで、このように始動が確実
に行なえるランプの定格点灯試験を行ない、ラン
プ寿命である9000時間の点灯後、ランプの光束維
持率を測定したところ、下表に示すとおりの結果
が得られた。
The present invention relates to a compact high pressure sodium lamp that is started by a starter tube or solid state (semiconductor) lighting element. High color rendering high pressure sodium lamps (150-400W) using translucent alumina arc tubes have already been commercialized. This lamp has a larger inner diameter than the arc tube of conventional high-pressure sodium lamps, and the sodium vapor pressure inside the arc tube when the lamp is activated is significantly higher. It has excellent color rendering properties. And this lamp is 3~4 times brighter than a light bulb (40~
60 lm/W), and the arc tube is filled with a neon-argon mixture gas containing about 0.5% argon gas to enable low-voltage starting, aiming for energy conservation in today's times. This is an energy-saving, high-intensity lamp that more than meets the social demands of Incidentally, recently, there has been a growing trend to further promote energy conservation in the field of lighting. Specifically, we wanted to replace low-wattage, low-efficiency incandescent light bulbs with small, compact discharge lamps while retaining the characteristics of light bulbs, and we also wanted to use a simple lighting device with a 100-120V commercial power supply. be. It is extremely difficult to find other discharge lamps that have the potential to meet such strict demands, and the high color rendering high pressure sodium lamp mentioned above is the only discharge lamp in this sense. It can be said that there is. Under these circumstances, the applicant has previously proposed a compact, high-color rendering, high-pressure sodium lamp with a lamp efficiency of over 40 lm/W at a rated lamp power of 20 to 100 W. This lamp has an effective lamp voltage of 50V
Because it is designed to be close to the lamp, once the lamp is started, it is a discharge lamp that can be lit using an inductance ballast using a commercial power supply of AC 100 to 120V. In this way, this compact, high-color-rendering, high-pressure sodium lamp already satisfies the major requirements for a compact discharge lamp to replace incandescent bulbs, as mentioned above. In order to commercialize the product and have it widely used in the market, the following two problems must be solved. One of them is a problem with the starting characteristics of the lamp, and the other is a problem with the life characteristics of the lamp. The present invention has been made in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide a compact high-pressure sodium lamp that can be reliably started with a commercial power supply of 100 to 120 V and has excellent life characteristics. The former problem originates from the starting rare gas sealed in the arc tube of the above-mentioned compact high color rendering high pressure sodium lamp. In other words, in the case of this small lamp, in accordance with the design of the 150 to 400W high color rendering high pressure sodium lamp that has already been commercialized, a neon-argon mixed gas containing about 0.5% argon gas is used at 25 Torr with the aim of starting at a low voltage. Even if the lamp was sealed in an arc tube, it was no longer possible to reliably start the lamp with a 100-120V commercial power supply. This situation could not be improved even if some kind of starting aid means was provided to the arc tube, as has been widely used in the past. However, solving this problem itself is not very difficult. For example, using lighting tubes or solid state (semiconductor) lighting elements such as those used in fluorescent lamps. If this lighting tube lamp is placed in parallel and the ballast is placed in series, a high pulse voltage of 1 to 2 KV induced in the ballast's inductance will be applied to the lamp when the lighting tube is cut off. It can be started immediately. This method of using a lighting tube is very superior to other methods of incorporating an igniter into a ballast or installing a bimetallic switch in the lamp outer tube in that it does not impair the characteristics of the compact lamp. Although the starting of the lamp can be solved in this way, the latter problem regarding lamp life characteristics remains unsolved. In other words, in the case of a compact high-color-rendering high-pressure sodium lamp with a low rated lamp power of 20 to 100 W, the inner diameter of the arc tube is much smaller than that of a 150 to 400 W lamp, which is already commercially available. As a result, the distance between the inner wall of the arc tube and the electrodes has also become smaller, and as a result, the current
If a starting rare gas of the same type, composition ratio, and filling pressure as used in a 150-400W lamp is filled, it will be difficult to transition from glow discharge to arc discharge when starting the lamp, resulting in scattering of electrode material. is becoming stricter. As a result, the luminous flux decreases significantly during its life. Therefore, the inventors focused on the mixing ratio of the starting rare gas and the sealing pressure, and conducted experiments and studies on the relationship between these and the lamp life characteristics. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1 shows a longitudinal section of the alumina arc tube of the 50W high color rendering high pressure sodium lamp used in the experiment. In the figure, reference numeral 1 denotes an arc tube made of alumina and having an inner diameter φ of 4.7 mm, and niobium tubes 4 and 5 are sealed to both ends of the tube through end rings 2 and 3 made of alumina. Electrodes 6 and 7 are held at the tips of the niobium tubes 4 and 5, and the shortest distance d between these electrodes is 10.0 mm. Luminous tube 1
Inside, a sodium amalgam 8 with a sodium molar ratio of 78% and a neon-Crimpton mixed gas as a starting rare gas are sealed. Reference numerals 9 and 10 denote thermal protection films made of tantalum, which are attached to the outer periphery of both ends of the arc tube 1 to prevent heat and light radiated from the interior of the arc tube 1, particularly from the electrodes 6 and 7, to the rear of the electrodes during lamp operation. It is confined in the coldest point of the arc tube that is formed and serves to raise the temperature of this coldest point. When conducting experiments in this example, the color temperature was
2500K, with an average color rendering index Ra of 80 or higher,
The lengths of the thermal protection films 9 and 10 in the longitudinal direction of the arc tube 1 are adjusted in advance. A lamp was manufactured in which neon-krypton mixed gas of various mixing ratios was selected in several stages from 20 Torr to 500 Torr as a starting rare gas in the arc tube 1 shown in FIG. A lamp starting test was conducted using FIG. 2 is an electrical circuit diagram of a high-pressure sodium lamp in which a lighting tube 21 and a single-choke ballast 22 were used to conduct a starting experiment of a high-pressure sodium lamp in which the arc tube 1 was incorporated in the outer bulb 23. In this experiment, the lighting tube 21
A current limiting resistor 24 was inserted to control the interrupting current. In addition, in this experiment, an AC 100V power supply 25
was applied to the lamp. As a result of the experiment, the lamp can be started reliably if the pressure of the neon-krypton mixed gas is 20 Torr or more and 250 Torr or less, and the partial pressure ratio of krypton in the mixed gas is 50% or less. It was hot. Next, we conducted a rated lighting test on a lamp that can be started reliably in this manner, and measured the luminous flux maintenance rate of the lamp after 9,000 hours of operation, which is the lamp's lifespan, and the results shown in the table below were obtained. .
【表】
〓単位：％〓
上表からも明らかなように、ランプ寿命末期に
おいても、実用レベル（60％以上）の光束を維持
できるランプは発光管１に封入される始動用希ガ
スのネオン−クリプトン混合ガスの全圧力が
30Torr以上、250Torr以下であり、かつ同混合
ガスに占めるクリプトンガスの分圧比率が３％以
上、50％以下の範囲のものであることがわかる。
なかでも、ランプ寿命末期における光束維持率が
70％を上回り実用上、全く問題にならないのは、
同混合ガスの封入圧力が40Torr以上、250Torr
以下の範囲にあり、かつ同混合ガスに占めるクリ
プトンガスの分圧比率が５％以上、50％以下のも
のであることがわかる。
以上の結果は電極間の最短距離ｄが10.0mm、内
径φが4.7mmの発光管１を有する小形の高演色性
高圧ナトリウムランプに対する実験により得られ
たものであるが、前記ｄが25mm以下で、前記φが
７mm以下の発光管であれば、上記の高演色性高圧
ナトリウムランプに限らず一般の高圧ナトリウム
ランプにおいても等しく得られることが確認され
た。
なお、点灯管の代りに、固体点灯素子を用いて
もよいことはいうまでもない。
以上説明したように、本発明によれば、両端部
に電極が設けられ、前記電極間の最短距離が25mm
以下であり、かつ始動用希ガスとしてネオン−ク
リプトン混合ガスが封入された内径７mm以下の発
光管、この発光管を内蔵した外管、およびこの外
管内に設けられ、前記発光管に始動電圧を印加す
るための点灯管または固体点灯素子を備え、100
〜120Vの電源電圧で点灯される20〜100W高圧ナ
トリウムランプであつて、前記ネオン−クリプト
ン混合ガスの封入圧力が30Torr以上、250Torr
以下であり、かつ前記ネオン−クリプトン混合ガ
スに占めるクリプトンガスの分圧比率が３％以
上、50％以下の範囲にあるので、ランプ始動が確
実に行なわれるばかりでなく、ランプ始動時にお
ける電極物質の飛散が大幅に抑制されるために、
優れた寿命特性が得られるものである。[Table] 〓Unit:%〓
As is clear from the table above, a lamp that can maintain a practical level (60% or more) of luminous flux even at the end of its life will require that the total pressure of the neon-krypton mixed gas, which is the rare gas for starting, sealed in the arc tube 1.
It can be seen that the pressure is 30 Torr or more and 250 Torr or less, and the partial pressure ratio of krypton gas in the mixed gas is in the range of 3% or more and 50% or less.
Among these, the luminous flux maintenance rate at the end of the lamp life is
Above 70%, there is no problem at all in practice.
The pressure of the same mixed gas is 40 Torr or more, 250 Torr
It can be seen that the krypton gas is in the following range and the partial pressure ratio of krypton gas to the mixed gas is 5% or more and 50% or less. The above results were obtained through experiments on a small high-color-rendering high-pressure sodium lamp having an arc tube 1 with a minimum distance d between electrodes of 10.0 mm and an inner diameter φ of 4.7 mm. It has been confirmed that, as long as the above-mentioned arc tube has a diameter of 7 mm or less, the same effect can be obtained not only in the above-mentioned high color rendering high pressure sodium lamp but also in a general high pressure sodium lamp. It goes without saying that a solid-state lighting element may be used instead of the lighting tube. As explained above, according to the present invention, electrodes are provided at both ends, and the shortest distance between the electrodes is 25 mm.
an arc tube with an inner diameter of 7 mm or less and filled with a neon-krypton mixed gas as a rare gas for starting; an outer tube containing this arc tube; Equipped with a lighting tube or solid state lighting element for applying 100
A 20-100W high-pressure sodium lamp that is lit with a power supply voltage of ~120V, and the pressure of the neon-krypton mixed gas is 30Torr or more, 250Torr
and the partial pressure ratio of krypton gas in the neon-krypton mixed gas is in the range of 3% or more and 50% or less. Because the scattering of
Excellent life characteristics can be obtained.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は本発明にかかる高圧ナトリウムランプ
の発光管の縦断面図、第２図は本発明の一実施例
である高圧ナトリウムランプの点灯回路図であ
る。
１……発光管、２，３……エンドリング、４，
５……ニオブ管、６，７……電極、８……ナトリ
ウムアマルガム、９，１０……熱保護膜、２１…
…外管、２２……点灯管、２５……電源。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of an arc tube of a high-pressure sodium lamp according to the present invention, and FIG. 2 is a lighting circuit diagram of a high-pressure sodium lamp according to an embodiment of the present invention. 1... Arc tube, 2, 3... End ring, 4,
5... Niobium tube, 6, 7... Electrode, 8... Sodium amalgam, 9, 10... Heat protection film, 21...
...outer tube, 22...lighting tube, 25...power supply.