JPH0468744B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は透光性セラミツクからなる発光管内部
にナトリウム、水銀、及び希ガスとともにカリウ
ム、ルビジウム、セシウムのうち少なくとも１種
を封入した高圧水銀ランプ用安定器に適合可能な
省電力型の高圧ナトリウムランプに関するもので
ある。 最近、始動器を内蔵し、高圧水銀ランプ用安定
器で点灯可能とした高圧ナトリウムランプが長寿
命・高効率である為、高圧水銀ランプの分野に大
きく浸透してきている。しかしながら、従来高圧
水銀ランプで照明されていた所に安定器を交換せ
ずに高圧ナトリウムランプを適用すると高圧ナト
リウムランプの効率が高圧水銀ランプと比べ約２
倍以上を有しているので大幅な照度アツプとなる
が、省電力の効果は余り得られない。そこで従来
の高圧水銀ランプによる照明とほぼ同一の照度に
し、省電力の効果を得る方法として間引き点灯す
るか、既設の高圧水銀ランプの約半分のランプ電
力の電圧ナトリウムランプに取り替える方法がと
られている。前者は特に安定器の交換は必要とし
ないが照明対象物に照度むらを生じ、照明環境上
問題があり好ましい方法とは言えない。又、後者
は安定器を既設の高圧水銀ランプの光束に略相当
する、より低ワツトの高圧ナトリウムランプに適
したものに取り替えるか、又は既設の安定器に別
途安定器を付加し、低ワツトの高圧ナトリウムラ
ンプを設置する方法がとられているが、この方法
は安定器本体、安定器取り付け及び配線工事を新
たに必要とする。これらの点から従来高圧水銀ラ
ンプが用いられていた所への切り替えは、新設さ
れる場合と比べその普及が遅れている。 そこで、従来高圧水銀ランプで照明していた所
を高圧ナトリウムランプでの照明に切り替えるに
は、既設高圧水銀ランプ用安定器はそのままにし
てランプを交換するだけで明るさはほぼ同一で省
電力が計れる方法が好ましいと言える。このよう
な目的に使用できる高圧ナトリウムランプを省電
力形高圧ナトリウムランプと定義することにす
る。 本発明はこのような事情に基づきなされたもの
で、透光性セラミツクからなる容囲器内にナトリ
ウム、水銀、及び希ガスとともにカリウム、ルビ
ジウム、セシウム、のうち少なくとも一種を封入
し、ランプの安定点灯時は前記封入物の全量が蒸
気気化する発光管と、該発光管の外表面に近接し
て外部始動補助導体を設けた不飽和蒸気圧型高圧
ナトリウムランプにおいて高圧水銀ランプ用安定
器と組み合わせて点灯するとともに、当該高圧水
銀ランプ用安定器の２次無負荷電圧をV₂（ボル
ト）、適合する高圧水銀ランプの定格ランプ電力
をWl（ワツト）、適合する前記不飽和蒸気圧形高
圧ナトリウムランプのランプ電圧をＶ（ボルト）
とした時 Wl≧250の時 （0.008Wl＋142）・V₂／200≦Ｖ ≦（0.008Wl＋157）・V₂／200 Wl＜250の時 （0.07Wl＋125）・V₂／200≦Ｖ ≦（0.07Wl＋140）・V₂／200 のいずれかを満足することにより、省電力に適し
た高圧ナトリウムランプを提供しようとするもの
である。 以下、本発明を実施例及び実験結果に基づき説
明する。 図１は、通常広く用いられている400ワツト高
圧水銀ランプ用安定器で電源電圧が200Vの場合
における高圧水銀ランプと高圧ナトリウムランプ
のランプ電力とランプ電圧の関係を表わしたもの
であるが、この安定器は高圧水銀ランプのランプ
電圧が130Vの時定格ランプ電力400Wがでるよう
に設定されている。高圧水銀ランプのランプ電圧
は一般的に定格値±15Vに設定されている。その
理由はランプ電圧の変化によるランプ電力、つま
り光束の差をできるだけ少なくすることと、上限
値についてはランプ寿命中におけるランプ電圧の
上昇を考慮のうえ電源電圧の変動があつた場合に
おいてもランプ立ち消えを生じにくくし、寿命を
確保する為であり、また下限値はランプ電圧が低
下する程安定器に流れる電流値が増え、そのため
に安定器を大きくする必要があるが安定器のコス
ト及びランプ製造上におけるランプ電圧のバラツ
キ、不良率を考慮して設定されている。この高圧
水銀ランプ用安定器に高圧ナトリウムランプを適
用した場合は、上記の理由からランプ電圧の下限
値は高圧水銀ランプと同一値以上にする必要があ
る他、ナトリウム放電を利用しているため力率が
悪くなり高圧水銀ランプとランプ電圧、及びラン
プ電流が同一でもランプ電力は高圧水銀ランプよ
りも少ない。 本発明は図１における高圧ナトリウムランプの
ランプ電圧−ランプ電力特性からランプ電圧を高
く設定することにより省電力化を計ろうとするも
のである。 現在、商品化されている400ワツト高圧水銀ラ
ンプ用安定器適合形高圧ナトリウムランプは、発
光管内にナトリウム、水銀、及び始動用希ガスと
してキセノンガスが250トール程度封入されてお
り、定格ランプ電圧130Vでランプ電力360W、光
束50000ルーメンとなる。キセノンガス封入圧を
上げる程光束は増加し、かつ立ち消えしにくくな
るがランプ始動に要するパルス電圧が高くなる為
通常キセノンガス封入圧は300トール以下である。
このような従来の高圧水銀灯用安定器適合形高圧
ナトリウムランプは発光管内に過剰のナトリウ
ム、水銀が封入されており、発光管内の最冷部温
度によつて蒸気圧、つまりランプ電圧が左右され
る飽和蒸気圧形放電灯である。このことは灯具に
よる反射光あるいは寿命中における発光管内最冷
部温度の変化、その他によりランプ電圧が影響を
受けこれらはいずれもランプ電圧が高くなる要因
として働き立ち消えを防ぎ寿命を確保するためこ
れらの要因を考慮すると初期におけるランプ電圧
の上限値は140V以下とすべきで、よつて省電力
形高圧ナトリウムランプの実現は不可能である。
そこで、特公昭58−18742号公報で記述されてい
るような不飽和蒸気圧形高圧ナトリウムランプ、
即ちランプ安定点灯中は封入金属の全量が蒸気気
化し、寿命中においてランプ電圧が上昇しないよ
うにするとランプ電圧の上限は148Vと改善され、
ある程度の省電力化が計れ、かつランプ電圧のバ
ラツキを少なくできる特長があるが、発光管内キ
セノンガス封入圧が高いため、ランプの始動に約
3000Vのパルス電圧を必要とし、老朽化している
高圧水銀灯用安定器及び配線に対して電気絶縁上
好ましくない。ランプ始動に要するパルス電圧を
下げる目的でキセノンガス封入圧を下げると先に
述べたように立ち消えしやすくなる為、ランプ電
圧の上限値を低くしなければならず、省電力効果
は得られない。そこでこの不飽和蒸気圧形高圧ナ
トリウムランプの特長を生かし、ランプ電圧上限
値を高く設定する方法について実験した結果、発
光管内にナトリウム、水銀および始動用希ガスと
ともに、カリウム、ルビジウム、セシウムのうち
少なくとも１種を封入することによりランプ電圧
の上限値を低くすることなくキセノンガス封入圧
を下げることが可能であることを見い出した。前
記カリウム、ルビジウム、およびセシウムはいず
れもナトリウムよりも電離電圧が低く、ランプ再
点弧電圧を大幅に下げ立ち消えしにくくする効果
がある。一般に高圧ナトリウムランプの立ち消え
特性は発光管内に封入する希ガスの種類及び封入
圧に関係するが、カリウム、ルビジウム、セシウ
ムのうち少なくとも１種を添加したランプではこ
れらの添加金属の効果が支配的となり希ガスの種
類や封入圧にはほとんど関係せず、したがつて始
動電圧を約1000V以下にして立ち消えの生じにく
いランプを得ることができる。また不飽和蒸気圧
形高圧ナトリウムランプは発光管内のナトリウム
が化学的に活性であるため、特に発光管の外表面
に近接して外部始動補助導体を設け、ランプ電圧
を高く設定したランプにおいては、その設計、製
造及び材料管理等に細心の注意をはらう必要があ
るが、ナトリウムと同じアルカリ金属であるカリ
ウム、ルビジウム、セシウムのうち少なくとも１
種が発光管内に封入されている為、ナトリウムの
消耗が抑制され発光管の設計、製法および寿命等
に関する改善に対し、その効果は大きい。 以下、本発明にかかる実施例を図２に基づき説
明する。 ランプ外球１内には発光管２とその外表面に近
接して外部始動補助導体３が設けられている。
又、発光管始動用の低抗体、フイラメント及びバ
イメタルの直列回路からなるサーマルスタータ４
が発光管２と並列に接続されている。発光管２は
例えば400ワツト高圧水銀灯用安定器に適合する
省電力形電圧ナトリウムランプの場合、内径８
mm、長さ115mmからなる多結晶アルミナ管からな
り、内部にはナトリウム0.05mg、水銀6.5mg、セ
シウム0.02mgおよび始動用希ガスとしてキセノン
ガスが20トール封入されている。これらの封入金
属はランプ安定点灯中は全量が蒸発気化した状態
で所望の特性が得られるように設定される。この
ランプに高圧水銀灯用安定器を介して電源が印加
されると、まずサーマルスタータ４に電流が流
れ、フイラメントが赤熱する。するとバイメタル
が加熱され、サーマルスタータ回路を断ち、同時
に発光管２の両端に高電圧パルスが印加され、発
光管２が点灯する。発光管２が点灯するとその熱
でバイメタルは開放状態を保ち、高電圧パルスは
発生しない。 図３は400ワツト高圧水銀灯用安定器で点灯し
たとき、電源電圧が200Vから急激に低下した場
合におけるランプ電圧と立ち消えを生じた得の電
源電圧との関係を表わしたものである。実線(A)は
キセノンガス封入圧20トールおよび250トールで
封入アルカリ金属はナトリウム0.05mg、セシウム
0.02mgとした場合、鎖線(B)はキセノンガス封入圧
250トール、破線(C)は同じく20トールでそれぞれ
封入アルカリ金属はナトリウム0.05mgのみでセシ
ウムを含まないものである。尚、ランプ電圧の調
整は、光束立ち消え特性に特に影響を与えない水
銀の封入量を変えることにより行ない、又、封入
ナトリウム量は最高効率が得られる0.05mg一定と
し、セシウム量は必要以上に添加しても効率の低
下をもたらす為、立ち消え特性に対して充分な効
果が得られる最高量として、0.02mg一定とした。
一般に電源電圧の急減はマイナス５パーセントを
考慮する必要があり、通常高圧放電灯の電源とし
て最も広く使用されている電源電圧200Vの場合、
余裕を１パーセント多く見込んで電源電圧が
188Vに低下しても点灯を維持するようにする必
要がある。図３から明らかなように本発明に係る
セシウム封入ランプは立ち消え防止に対する効果
が大きく、かつキセノンガス封入圧に左右されな
いことがわかる。先にも述べたように不飽和蒸気
圧形高圧ナトリウムランプは電離しやすいナトリ
ウム蒸気放電を利用しているため、他の不飽和蒸
気圧形放電灯、例えば高圧水銀ランプにおいてみ
られるような寿命中に電離エミツシヨンが低下
し、陰極降下が増大することによるランプ電圧上
昇、あるいは飽和蒸気圧形高圧ナトリウムランプ
のように点灯条件や寿命中におけるランプ電圧上
昇などの現象は全くみられないため、400ワツト
高圧水銀ランプ用安定器に適合する省電力形高圧
ナトリウムランプのランプ電圧の上限は約160V
まで可能である。よつて先の図１とからランプ電
圧を高く設定することにより、本発明にかかる省
電力形高圧ナトリウムランプの実現は可能とな
る。その定格値を他の種類のランプと比して表１
に示す。

【表】 表１から本発明に係る省電力形高圧ナトリウムラ
ンプは蛍光高圧水銀ランプと同等以上の光束が得
られ、かつランプ電力は蛍光高圧水銀ランプの75
％でよいことがわかる。 次に他のワツトの高圧水銀ランプ用安定器につ
いて同様の実験に行なつた結果を図４に示す。 この図は定格ランプ電力が80〜1000Wの高圧水
銀ランプ用安定器に適合する高圧水銀ランプのワ
ツト数を横軸に、ランプ電圧を縦軸にとつてあ
り、折線ａ及びｂは各々電源電圧200Vにおける
本発明に係る省電力形電圧ナトリウムランプのラ
ンプ電圧の上限値と下限値を示している。ここで
ランプ電圧上限値は電源電圧が200Vからマイナ
ス６パーセント急減した場合においても点灯維持
可能なランプ電圧の値である。又ランプ電圧下限
値は省電力効果を得るために実用上許容できるラ
ンプ電圧の最低値を意味し、上限値と下限値にお
けるランプ電力の差が少なくとも30パーセント以
下となるようにすると、いずれの高圧水銀灯のワ
ツト数においてもランプ電圧上限値と下限値の差
は約15Vとなる。これらの関係は高圧水銀灯用安
定器に適合する高圧水銀灯の定格ランプ電力を
Wl（ワツト）、当該高圧水銀灯用安定器に適合す
る本発明にかかる省電力形高圧ナトリウムランプ
のランプ電圧をＶ（ボルト）としたとき Wl≧250のとき 0.008Wl＋142≦Ｖ≦0.008Wl＋157 (1) Wl＜250のとき 0.07Wl＋125≦Ｖ≦0.07Wl＋140 (2) の２式で表わされる。ところで、立ち消え特性は
安定器の２次無負荷電圧に関係し、当然２次無負
荷電圧が高い程、発光管の放電は維持しやすくな
り、立ち消えしにくくなる。先の説明はいずれも
電源電圧、即ち２次無負荷電圧が200Vの時にお
けるものであり、ランプ電圧上限値及び下限値と
も２次無負荷電圧とほぼ正比例関係になることか
ら安定器の２次無負荷電圧をV2（ボルト）とする
と上記(1)、(2)式はそれぞれ次の(3)、(4)式で表わさ
れる。 Wl≧250のとき （0.008Wl＋142）・V₂／200≦Ｖ ≦（0.008Wl＋157）・V₂／200 (3) Wl＜250のとき （0.07Wl＋125）・V₂／200≦Ｖ ≦（0.07Wl＋140）・V₂／200 (4) 尚、セシウム以外のカリウム・ルビジウムについ
ても同様の実験を行なつたが同一の結果であつ
た。 このように本発明による透光性セラミツクから
ななる容囲器内にナトリウム、水銀および始動用
希ガスとともにカリウム、ルビジウム、セシウム
のうち少なくとも１種を封入し、ランプ安定点灯
時は前記封入物の全量が蒸発気化する発光管と、
該発光管の外表面に近接して外部始動補助導体を
設けた不飽和蒸気圧型高圧ナトリウム灯において
高圧水銀灯用安定器の２次無負荷電圧をV2（ボル
ト）適合する高圧水銀ランプの定格ランプ電力を
Wl（ワツト）及び本発明にかかる省電力形高圧ナ
トリウムランプのランプ電圧をＶ（ボルト）とし
たとき上記(3)、(4)の２式のいずれかを満足するこ
とにより、既設の高圧水銀灯用安定器への補修に
適した長寿命の省電力形電圧ナトリウムランプの
実用化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図１は400ワツト高圧水銀ランプ用安定器で電
源電圧が200Vの場合における高圧水銀ランプと
高圧ナトリウムランプのランプ電力とランプ電圧
の関係を示す図、図２は本発明省電力形電圧ナト
リウムランプの実施例の概略構成図、図３は400
ワツト高圧水銀灯用安定器で点灯したとき電源電
圧が200Vから急激に低下した場合におけるラン
プ電圧と立ち消えを生じた時の電源電圧との関係
を表わす図、図４は定格電力80W乃至1000Wまで
の高圧水銀ランプ用安定器に適合する高圧水銀ラ
ンプのワツト数を横軸に、ランプ電圧を縦軸にと
り、電源電圧200Vにおける本発明に係る省電力
高圧ナトリウムランプのランプ電圧の上限値と下
限値を示した図である。 １……外球、２……発光管、３……補助導体、
４……サーマルスタータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透光性セラミツクからなる容囲器内にナトリ
   ウム、水銀、および始動用希ガスとともにカリウ
   ム、ルビジウム、セシウムのうち少なくとも１種
   を封入し、ランプ安定時は前記封入物の全量が蒸
   発気化する発光管と該発光管の外表面に近接して
   外部始動補助導体を設けた不飽和蒸気圧型高圧ナ
   トリウムランプにおいて、高圧水銀ランプ用安定
   器と組み合わせて点灯するとともに、当該高圧水
   銀ランプ用安定器の２次無負荷電圧をV₂（ボル
   ト）、適合する高圧水銀ランプの定格ランプ電力
   をWl（ワツト）、適合する前記不飽和蒸気圧型高
   圧ナトリウムランプのランプ電圧をＶ（ボルト）
   とした時 Wl≧250の時 （0.008Wl＋142）・V₂／200≦Ｖ ≦（0.008Wl＋157）・V₂／200 Wl＜250の時 （0.07Wl＋125）・V₂／200≦Ｖ ≦（0.07Wl＋140）・V₂／200 のいずれかを満足することを特徴とする高圧ナト
   リウムランプ。