JPH06111764A - 飽和型高圧金属蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 封入されている全てのアマルガムが、初期点
灯時には所定の最冷部に凝集・貯留され易い構成に設定
したことにより、常に安定したランプ特性を保持・発揮
する飽和型金属蒸気放電灯の提供を目的とする。 【構成】 発光管本体１と、前記発光管本体１内に封入
された始動用不活性ガスおよび発光用金属４と、前記発
光管本体１内に対向して封入された電極軸6aにコイル6b
を巻装して成る一対の放電電極６と、前記各電極軸6aに
それぞれ一端が接続して発光管本体１壁を封止導出さ
れ、かつ内部が最冷部５を兼ねる一対の電気導入体３と
を具備した飽和型高圧金属蒸気放電灯において、前記各
放電電極６の少なくとも発光管本体１内壁面に対向する
面の一部を微細な凹凸面に加工してあることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は飽和型高圧金属蒸気放電
灯に係り、特に寿命ランプ特性の大きな変化、および点
灯初期の発光バラツキ低減など特性の化を図った飽和型
高圧金属蒸気放電灯に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば石英製発光管本体内に、キセノ
ン，ネオン，またはアルゴンなどの始動用不活性ガス
と、水銀，ナトリウム，または希土類系のハロゲン化物
など過剰量の発光金属類と、一対の放電電極を封入して
成る飽和型高圧金属蒸気放電灯は、殺菌処理用などの紫
外線線源として、または演色性にすぐれ高効率の光源と
して注目されている。すなわち、この種の飽和型高圧金
属蒸気放電灯は、高圧水銀灯，高圧ナトリウムランプ，
もしくはメタルハライドランプとして、殺菌処理や紫外
線露光分野、各種施設の照明設備などにおいて実用に供
されている。

【０００３】そして、この種の飽和型高圧金属蒸気放電
灯は、所要の効率的な発光や良好な演色性の保持・発揮
を考慮して点灯時、封入された発光用金属類の過剰分が
いわゆる最冷部に凝集・貯留するように構成されてい
る。図４は、前記発光用金属類の過剰分が凝集・貯留さ
れる最冷部を具備した高圧ナトリウムランプ本体の要部
構成を断面的に示したもので、１は透光性アルミナから
成る発光管本体であり、筒状部（チューブ）1a、および
前記筒状部（チューブ）1aの開口端を、たとえばアルミ
ナや酸化カルシウムを主成分とするガラスソルダーで気
密に閉塞・封止する閉塞体1bで形成されている。２は前
記発光管本体１内に対向して、前記閉塞体1b部で気密に
封入された電極軸2aにコイル2bを巻装して成る一対の放
電電極、３は前記電極軸2aにそれぞれ一端が接続して発
光管本体１（閉塞体1b）壁を封止導出され、かつ内部が
最冷部を兼ねる一対の、たたとえばニオブから成る電気
導入体、４は前記発光管本体１内に始動用不活性ガス
（図示せず）とともに封入された発光用金属である水銀
（アマルガム）である。なお、前記電気導入体３に対す
る放電電極２の電極軸2a接続は、図５にその断面状態を
示すごとく、電極軸2aを一端封止のニオブ管3aに挿入し
押圧・挟持した形とし、その両側の隙間を介して発光管
本体１内と連接し、前記ニオブ管3aの封止部側3b空間が
発光用金属類の過剰分を凝集・貯留する最冷部５として
機能する構成と成っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の高
圧ナトリウムランプには、実用上、次のような不都合な
問題が認められる。すなわち、発光管本体１内に封入さ
れているアマルガム４の一部が、初期点灯時において最
冷部3bに凝集・貯留されることなく、放電電極２のコイ
ル2b側面が対向するチューブ1aの内壁面1c、およびチュ
ーブ1a端面を気密に閉塞・封止するを閉塞体1bの内壁周
縁部1dに付着・残留している場合がしばしば起こる。つ
まり、高圧ナトリウムランプなどの点灯において、発光
金属としてのアマルガム４が、表面張力の大きい発光管
本体１内の端角部に付着・残留しているため、点灯立上
がり時や点灯中におけるアマルガム４の移動が抑えられ
る状態を採り易くなる。したがって、点灯初期の発光色
などランプ特性にバラツキが起こったり、点灯中のラン
プ特性が大きく変化したり、あるいは正常点灯までに長
時間を要したりするなど、実用上不都合な問題がある。

【０００５】また、最冷点が発光管本体内に存在する高
圧ナトリウムランプなどにおいても、たとえば図６(a)
に模式的に示すごとく、アマルガムの一部が管底より管
璧に多く溜まるようになり、始動時にアークがこのアマ
ルガムに飛んで管璧にクラックを生じさせる場合があ
る。

【０００６】前記発光管本体１内の端角部にアマルガム
が付着・残留するのを防止（回避）する対策として、放
電電極を小形化し電極温度を高めることも試みられた
が、電極温度を高めることは、同時に放電電極の封着部
温度を高めることになり、気密な封着部を形成するガラ
ス成分と発光金属との反応が起こり易くなって、寿命中
のランプ特性の変化が加速されるという問題があり実用
的でない。

【０００７】本発明はこのような事情に対処してなされ
たもので、封入されている全てのアマルガムが、初期点
灯時には所定の最冷部に凝集・貯留され易い構成に設定
したことにより、常に安定したランプ特性を保持・発揮
する飽和型金属蒸気放電灯の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る飽和型金属
蒸気放電灯は、発光管本体と、前記発光管本体内に封入
された始動用不活性ガスおよび発光用金属と、前記発光
管本体内に対向して封入された一対の放電電極と、前記
各電極軸にそれぞれ一端が接続して発光管本体壁を封止
導出され、かつ内部が最冷部を兼ねる一対の電気導入体
とを具備した飽和型高圧金属蒸気放電灯において、前記
各放電電極の少なくとも発光管本体内壁面に対向する面
の一部を微細な凹凸面に加工してあることを特徴とす
る。

【０００９】上記本発明は、この種の飽和型金属蒸気放
電灯において、放電電極の発光管本体内壁面に対向する
電極軸やコイル面を微細な凹凸面に加工しておいた場
合、点灯初期時に放電電極が対向する発光管本体内壁
面、および閉塞・封止に寄与する閉塞体の内壁周縁部
（発光管本体内の端角部）に、アマルガムが付着・残留
することなく、容易かつ確実に所定の最冷部に貯留され
ており、初期点灯時のランプ特性のバラツキや点灯中
（寿命中）のランプ特性の変化が大幅に低減・解消され
るという知見に基づくものである。

【００１０】また、最冷点が発光管本体内に存在する高
圧ナトリウムランプなどにおいても、発光管本体内壁面
に対向する放電電極の電極軸やコイル面を微細な凹凸面
に加工しておいた場合、端角部のアマルガムは管璧より
管底に多く溜まるようになり、始動時にアークが飛ぶよ
うなことはなくなる。

【００１１】本発明において、前記放電電極を形成する
電極軸やコイル面の凹凸面化は、たとえばアルミナ粉末
を用いたサンドブラスト加工、あるいはエッチング加工
など常套の手段でなし得る。また、その凹凸面化程度
は、一般的に 5μm 〜 100μmの微細さで十分である。

【００１２】

【作用】本発明に係る飽和型金属蒸気放電灯は、放電電
極の発光管本体内壁面に対向する電極軸やコイル面が特
に微細な凹凸面化加工されている。この放電電極の凹凸
面化により、対向する発光管本体の内壁面およびその近
傍に対する放電電極部からの熱放射が活発化することに
なる。すなわち、放電電極面が凹凸面化加工されていな
い従来の飽和型金属蒸気放電灯の場合に比べて、本発明
に係る飽和型金属蒸気放電灯の場合は、発光管本体の両
端部領域内壁面が比較的高温に保持され易くなるため、
アマルガムは所定の最冷部に移動・貯留されることにな
る。こうして、点灯初期時にはほとんど全てのアマルガ
ムが、所定の最冷部に留まっているので、初期点灯時の
ランプ特性のバラツキや点灯中（寿命中）のランプ特性
の変化も大幅に小さくなるといえる。

【００１３】また、最冷点が発光管本体内に存在する高
圧ナトリウムランプなどにおいても、放電電極からの熱
放射が活発化して、端角部の管壁側がその熱放射により
比較的高温になり、アマルガムが管璧より管底に多く溜
まるようになるため、始動時対向電位に最短距離のパス
を通って飛ぶアークは確実に対向電極に飛ぶようになっ
て、クラックの発生など回避される。

【００１４】

【実施例】以下図１〜図３を参照して本発明の実施例を
説明する。

【００１５】図１は本発明に係る入力 250Ｗ型の飽和型
高圧ナトリウムランプ本体の構成例を断面的に示したも
ので、１は内径10.8mm，肉厚 0.8mmの透光性アルミナ製
チューブ1a、およびこのチューブ1aの両端開口面を閉塞
・封止する透光性アルミナ製の閉塞体1bで形成した発光
管本体である。そして、この発光管本体１内にはナトリ
ウム 9mg，水銀22mg，ネオン−アルゴン混合ガス30torr
（常温）が封入され、さらに発光管本体１内に、電極間
距離42mmで対向してタングステン製電極軸2aの一端部に
タングステン製電極コイル2aを巻装して成る一対の放電
電極６が封入されている。ここで、放電電極６は電極軸
6aおよびコイル6bともその表面を、たとえばフェソシア
ン化カリウム水溶液でエッチング処理して、表面に数μ
m 程度の細かなエッチピッドを無数に設け、凹凸面化
し、これに所要の電子放射性物質が被着されたものであ
る。

【００１６】なお、前記放電電極６の電極軸5aの他端部
は、ニオブ製管3aで一端封止の電気導入体３に挿入・圧
着により電気的に接続され、前記閉塞体1bを介しアルミ
ナおよび酸化カルシウムを主成分とするガラスソルダに
よって気密に封入されている。また、前記電気導入体３
は内部が最冷部を兼ね、この電気導入体３に対する放電
電極６の電極軸6a接続は、前記図５にその断面状態を示
した場合同様である。すなわち、電極軸6aを一端封止の
ニオブ管3aに挿入し押圧・挟持した形とし、その両側の
隙間を介して発光管本体１内と連接し、前記ニオブ管3a
の封止部側空間が発光用金属類の過剰分を凝集・貯留す
る最冷部として機能する構成と成っている。そして、こ
のような飽和型高圧ナトリウムランプ本体は、真空型の
硬質ガラス製外囲管内などに封入・収納されて飽和型高
圧ナトリウムランプとして実用に供される。 上記構成
の飽和型高圧ナトリウムランプについて、初期点灯後に
おけるアマルガム４の溜まり方状態を観察したところ、
全てのアマルガム４が最冷部５を成すニオブ管3a（電気
導入体３）の封止部側に貯留されていた。比較のため、
予め用意した同規格の従来の飽和型高圧ナトリウムラン
プ（放電電極２は電極軸2aおよびコイル2bともその表面
が非凹凸化）について、初期点灯後におけるアマルガム
の溜まり方状態を観察したところ、多くのアマルガム４
は最冷部５を成すニオブ管3a（電気導入体３）の封止部
側に貯留されていたが、一部のアマルガム４は発光管本
体１の封止端角部に付着・残留していた。

【００１７】また、前記実施例および比較例の両飽和型
高圧ナトリウムランプは、1000時間点灯後（ 5.5時間点
灯− 0.5時間非点灯のサイクル）、アマルガム４の溜ま
り方状態を観察したところ、いずれも全てのアマルガム
４が最冷部５を成すニオブ管3a（電気導入体３）の封止
部側に貯留されていた。つまり、比較例の場合は、1000
時間の点灯中に、少量づつアマルガム４が最冷部５に移
行していることを示しており、このアマルガム４の最冷
部５への移行に伴い、寿命中発光金属の蒸気圧が変化し
て、ランプ特性が変化しているといえる。一方、実施例
の場合は、初期点灯後の時点で、既に全てのアマルガム
４が最冷部５に移行・貯留されるため、初期点灯時の特
性バラツキや寿命中の特性変化も大幅に解消・回避され
ると考えられる。

【００１８】この点さらに詳述すると、前記実施例の場
合に比較して、比較例の飽和型高圧ナトリウムランプの
場合は、放電電極６からの熱放射率が低いため、放電電
極６周辺部に相当する発光管本体１の封止端角部の温度
も比較的低温を呈し、この部分（領域）にアマルガム４
が溜まり易くなると考えられる。そして、前記発光管本
体１の封止端角部は、表面張力が大きく一旦付着・残留
したアマルガム４の移動にも時間がかかるので、長時間
に亘ってランプ特性の変化が起こることになる。なお、
図３は前記実施例（曲線Ａ）および比較例（曲線Ｂ）の
飽和型高圧ナトリウムランプについて、それぞれ寿命中
（点灯使用中）における点灯時間とランプ電圧の変化と
の関係を示す特性図である。

【００１９】上記では入力 250Ｗの飽和型高圧ナトリウ
ムランプについて例示したが、他の品種の飽和型高圧ナ
トリウムランプ、飽和型高圧水銀ランプ、飽和型メタル
ハライドランプなどにおいても、また放電電極５の凹凸
面化が全体に及ばず、たとえばコイル5bの発光管本体１
に対向する面のみでも、あるいはその凹凸面化をサンド
ブラストで行った場合も同様な結果が得られた。特に、
放電電極６の電極軸6aの電気導入体３による押圧・挟着
部も凹凸面化した場合は、電気導入体３との熱的な接続
が緩和されるので、最冷部５の機能を高め得る。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る飽和
型金属蒸気放電灯は、放電発光管本体内に封入された放
電電極の表面を凹凸面化したことにより、電極の放射率
が向上し、放電発光管本体内の放電電極封着部近傍の温
度が高められ、結果的に最冷部との温度差が大きくな
る。したがって、点灯初期においてアマルガムの全てが
最冷部に溜まることになり、点灯動作中（寿命中）にお
けるランプ特性の変化や、点灯初期におけるランプ特性
のバラツキも大幅に低減され、安定した効率および演色
性を呈する信頼性の高い光源として機能する。

【００２１】また、最冷点が発光管本体内に存在する飽
和型金属蒸気放電灯においても、放電電極からの熱放射
が活発化して、図６(b) に模式的に示すごとく、管壁側
に余剰の発光金属が溜まりにくくなり、始動時における
アークの管壁への飛もなくなり、クラックの発生など回
避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る飽和型高圧ナトリウムランプの構
成例を示す断面図。

【図２】本発明に係る飽和型高圧ナトリウムランプの要
部構成を示す断面図。

【図３】本発明に係る飽和型高圧ナトリウムランプおよ
び従来の飽和型高圧ナトリウムランプについて点灯時間
とランプ電圧の変化の関係を比較して示す曲線図。

【図４】従来の飽和型高圧ナトリウムランプの要部構成
例を示す断面図。

【図５】従来の飽和型高圧ナトリウムランプの放電電極
の電極軸と電気導入体との圧着・接続状態を示す断面
図。

【図６】(a) は従来の飽和型高圧ナトリウムランプの発
光管本体端部（最冷部）における余剰の発光金属が溜ま
っている状態を模式的に示す断面図、(b) は本発明に係
る飽和型高圧ナトリウムランプの発光管本体端部（最冷
部）における余剰の発光金属が溜まっている状態を模式
的に示す断面図。

【符号の説明】

１…発光管本体 1a…筒状部（チューブ） 1b…閉
塞体 1c…電極コイルが対向する内壁面 1d…閉塞
体の内壁周縁 ２…表面平滑な放電電極 2a…表面平滑な電極軸 2b…表面平滑な電極コイル
３…電気導入体 3a…ニオブ管 ４…アマルガム
５…最冷部 ６…表面凹凸な放電電極 6a…表面凹凸な電極軸 6b…表面凹凸な電極コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管本体と、前記発光管本体内に封入
   された始動用不活性ガスおよび発光用金属と、前記発光
   管本体内に対向して封入された一対の放電電極と、前記
   各電極軸にそれぞれ一端が接続して発光管本体壁を封止
   導出され、かつ内部が最冷部を兼ねる一対の電気導入体
   とを具備した飽和型高圧金属蒸気放電灯において、 少なくとも一方の前記放電電極の少なくとも発光管本体
   内壁面に対向する面の一部を粗面に加工してあることを
   特徴とする飽和型高圧金属蒸気放電灯。
2. 【請求項２】 発光管本体と、前記発光管本体内に封入
   された始動用不活性ガスおよび発光用金属と、前記発光
   管本体内に対向して封入された一対の放電電極と、前記
   各電極軸にそれぞれ一端が接続して発光管本体壁を封止
   導出された一対の電気導入体とを具備し、かつ発光管本
   体内内部が最冷点が存在し点灯中余剰の発光金属が凝集
   する飽和型高圧金属蒸気放電灯において、 少なくとも一方の前記放電電極の少なくとも発光管本体
   内壁面に対向する面の一部を粗面に加工してあることを
   特徴とする飽和型高圧金属蒸気放電灯。