JPH0660848A - 直流作動アルカリ金属蒸気アーク放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流で動作し、水銀とナトリウムのようなア
ルカリ金属とのアマルガムを用いるアルカリ金属蒸気の
アーク放電ランプに於いて、ランプの動作中、アーク放
電内の水銀とアルカリ金属の電気泳動による分離を防止
する。 【構成】 陰極と陽極でのアルカリ金属蒸気の圧力の比
を５以下とし、陰極端の温度を陽極端の温度より５０°
以上高くする。電気泳動駆動パラメータ（ＣＤＰ）の値
が１５０より小さくなるように、ランプを設計する。Ｃ
ＤＰは、アンペアを単位として表したアーク電流とセン
チメートルを単位として表したアークギャップ長との積
をセンチメートルを単位として表したアーク管の内径の
自乗で割った値として定義される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流作動アルカリ金属
蒸気アーク放電ランプに関するものである。更に詳しく
述べると本発明は、細長の円筒形アーク管を含む直流作
動ナトリウムアーク放電ランプであって、アーク管の各
端に電極が封入されて陰極端および陽極端を形成し、ア
ーク管にナトリウムアマルガムおよび始動希ガスが入っ
ており、動作中、陰極端の温度が陽極端の温度より５０
°Ｃ以上高く、陰極と陽極でのナトリウム圧力の比が５
以下であるような直流作動ナトリウムアーク放電ランプ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高圧ナトリウム（ＨＰＳ：ｈｉｇｈ ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ ｓｏｄｉｕｍ）アーク放電ランプのよ
うな高輝度アルカリ金属蒸気アーク放電ランプは、ワッ
ト当たりのルーメンで測定した効率が高いため、屋外照
明に広く使用されている。しかし、ＨＰＳランプを用い
る照明システムは、交流電源からの動作中、顕著なブー
ンという音、光のちらつき、およびストロボ効果を示す
ことが多い。これらにより、観測者がいら立つことがあ
る。これは標準の５０−６０Ｈｚの電力線電源で特に顕
著である。鉱山または重量装置のように直流電力だけが
利用できる特殊な用途がいくつかある。このようなラン
プの直流作動、特に定常直流での作動により、ちらつき
の問題は避けられるが、電気泳動に関連した他の問題が
生じる。熟練した当業者には知られているように、電気
泳動は多成分蒸気をそなえたどの連続直流作動ランプで
も生じる問題であり、アルカリ金属蒸気および水銀また
は希ガスの入っているアーク放電ランプの場合には、電
界によりアルカリ金属イオンに対して加わる陰極へ向か
う一方向の力によりアーク管またはアーク室の陰極端ま
たは負端に於けるアルカリ金属が高濃度になる。したが
って、アーク管の陰極端でのアルカリ金属の分圧は陽極
端でのそれより大きい。その結果、アーク管の長さ方向
に沿って、放出される光の色と強さがともに変わり、ア
ーク管が長く且つ細くなるにつれて、より顕著となる。
これは、アルカリ金属の圧力がアーク管の長さ方向に沿
ってかなり一様または一定である交流作動では通常生じ
ない。

【０００３】光を放出するアーク放電で水銀蒸気および
希ガスを使用するけい光ランプのような低圧金属蒸気ア
ーク放電ランプでも、電気泳動現象が生じる。直流作動
のけい光ランプでの電気泳動を克服するためにいくつか
の試みが行われてきた。米国特許第３，１１７，２４８
号では、ランプの陽極端と陰極端との間に帰還管を設
け、管壁温度を上昇させるか、または電流密度を大きく
することにより電気泳動を相殺することが示唆されてい
る。米国特許第３，６１７，７９２号では、けい光ラン
プのエンベロープの内側に高負荷で未封止のガラス管を
用いることにより、電気泳動を相殺する。米国特許第
４，６９８，５４９号には、直流作動のけい光ランプ内
でより一様な水銀分布を維持するために陽極の後にイン
ジウムアマルガムを使用することが開示されているが、
これはＨＰＳランプのようなアルカリ金属蒸気アーク放
電ランプでは有効でない。更に、ＨＰＳランプに対して
陽極端と陰極端との間に帰還管を使うのは実際的でない
し、またこのようなランプ内で電気泳動を相殺するため
にアーク管の内側に未封止の管を使用することは実際的
でない。したがって、直流作動の高輝度アルカリ金属蒸
気アーク放電ランプが求められており、特に同じワット
数の交流作動ランプの効率に近い効率を有する直流作動
の高輝度アルカリ金属蒸気アーク放電ランプが求められ
ている。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、細長の光透過性アーク室を含
む高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプのような直流作動ア
ルカリ金属蒸気アーク放電ランプであって、アーク室の
一端に陰極、他端に陽極が形成され、アーク室にナトリ
ウムアマルガムおよび始動希ガスが入っており、上記ラ
ンプの動作中、陰極端の温度が陽極端の温度より５０°
Ｃ以上、好ましくは６０°以上高く、陰極と陽極でのア
ルカリ金属蒸気の圧力の比が５以下であるような直流作
動アルカリ金属蒸気アーク放電ランプである。アマルガ
ムはアルカリ金属と水銀のアマルガムであり、２０（重
量）％以上のアルカリ金属を含むアマルガムであること
が好ましい。ランプ動作の間に気化される量を超えて存
在する余分なアマルガムは、陽極の先端より後ろに配置
される。アーク室またはアーク管はアルミナのような適
当なセラミックで作られる。実施例では、電気泳動駆動
パラメータ（ＣＤＰ：ｃａｔａｐｈｏｒｅｔｉｃ ｄｒ
ｉｖｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）の値は１５０より小
さく、好ましくは１３０より小さい。ＣＤＰは、アンペ
アを単位とするアーク電流（Ｉ）とセンチメートルを単
位とするアークギャップ長（Ｇ）との積をセンチメート
ルを単位とするアーク管の内径（Ｂ）の自乗で割ったも
の、すなわちＩＧ／Ｂ² である。

【０００５】

【実施例の記載】図１に示すように、本発明の実施に有
用なＨＰＳランプ１にはガラス質の外側エンベロープ２
が含まれており、標準の大形ねじ込口金３がステム端に
取り付けられている。内に凹んだステム４を通って、一
対の引込み導線５および６が伸びている。引込み導線５
および６の外側端は、ランプに電気を供給する手段とし
て口金のねじ込受金７およびアイレット８に接続されて
いる。アーク管またはアーク室９は、光に対して半透明
な多結晶アルミナのような、光を透過するセラミックス
の管材料で作られた中空の管である。明るくて透明なサ
ファイアのような単結晶アルミナを使用してもよい。ア
ーク室の陰極端はアルミナのようなセラミックスのプラ
グ１０によって閉じられる。図２に示すように陰極３０
を支持するためにプラグ１０の中に気密封止されたニオ
ブの引込み線１１がプラグ１０を通って伸びる。図３に
示すようにアーク管９の陽極端には、セラミックスのプ
ラグ１２が含まれている。プラグ１２に気密封止された
壁の薄いニオブ管１３がプラグ１２を通って伸びる。ニ
オブ管１３は、ランプ製造中の排気管および充てん管と
して、電流引込み線として、仕上げられたランプ内の余
分のナトリウム−水銀のアマルガムに対する外部タンク
としての役目を果たす。管１３は、アーク室空間全体の
中で最も低温の部分である部分２６で気密にピンチ封止
される。平らにされた部分２７は、アーク管９外部の余
分のアマルガムに対する毛管タンクである。熟練した当
業者には周知のアルミナとカルシアの混合物のような封
止混合物を使用して、セラミックスの端プラグ１０およ
び１２をそれぞれアーク室９の陽極端および陰極端に封
止し、またプラグを通るニオブ導線１１および１３を封
止する。図３に示すように陽極１４は、二層でタングス
テン軸部１６に巻かれたタングステン線１５で構成され
る。軸部は部分１７でのクリンプまたは溶接により、ニ
オブ管１３の内側に突き出る端に固定される。開口１８
により、ナトリウム−水銀のアマルガムの蒸気がニオブ
管からアーク室すなわちアーク管９の空洞に通過するこ
とができる。電極は通常、タングステン線１５のコイル
ターン相互の間の隙間に保持されたタングステン酸二バ
リウム−カルシウムのようなアルカリ土類金属化合物に
よって活性化される。図２に示すように、アーク管の陰
極端は、陽極１４に似た構造の陰極３０を支持するニオ
ブ引込み線１１を含んでいる。図示するように、ニオブ
の金属フォイル３２がアーク室の陰極端のまわりに巻か
れている。これにより、陰極端の温度を上昇させて、５
０°以上の温度差となるようにして、ランプの動作中の
陰極端でのアマルガムの凝縮を避けることができる。

【０００６】アーク管９は支持棒１９により外側エンベ
ロープ２の中に取り付けられる。支持棒１９は外側エン
ベロープ２の長さ方向に伸び、その一端がステム端で引
込み導線６に溶接される。ばねクランプ２０によって締
められた他端が、外側エンベロープ２のドーム端のディ
ンプル２１と係合する。導線２２がアーク管の陽極端で
ニオブ管１３および支持棒１９に溶接される。アーク管
の陰極端では、軸方向のリード線１１が絶縁ブッシング
２３を通って伸びる。絶縁ブッシング２３が金属ストラ
ップ２４により支持棒１９から支持される。絶縁ブッシ
ングの開口により、引込み線１１が軸方向に自由に動く
ことができる。また、たわみ導線２５は引込み線１１か
ら引込み導線５への電気接続を行う。絶縁ブッシング２
３を通る引込み線１１の軸方向の動き、および曲線状導
線２５のたわみにより、熱膨張の差に適応できる。

【０００７】次に図４について説明すると、アーク室集
合体４０が、陽極端閉止部４６および陰極端閉止部４８
を持ち、アーク室空洞４４を取り囲む中空のセラミック
スのアーク管４２が含まれている。陽極端プラグ５０お
よび陰極端プラグ５２が、熟練した当業者には知られて
いるように多結晶アルミナまたは単結晶（サファイア）
アルミナのようなセラミックスで作られる。陽極プラグ
５０には、台部分５４が含まれている。この台部分５４
は、セラミックスの管４２の壁と接している領域から上
方に伸びて、気化しない余分のナトリウム−水銀のアマ
ルガム５８を保持するための環状の小室または区画室５
６を管壁との間に形成する。陽極引込み線集合体および
陰極引込み線集合体が、ニオブの引込み線７０および７
０’を含む。溶接部７２および７２’により、陽極５９
および陰極６０は引込み線７０および７０’に取り付け
られる。陽極５９および陰極６０には、タングステンの
軸部６１および６１’が含まれている。軸部６１および
６１’に２層のタングステン線１４が巻かれることによ
り、図３の陽極１４の場合と同様に、ターン相互の間の
隙間にタングステン酸二バリウム−カルシウムのような
電子放出材料が保持される。ニオブ引込み線が部分６２
で膨径されて、肩部が形成される。この肩部は、台部分
およびプラグの内表面に対して陽極および陰極を位置決
めする役目を果たす。ニオブ引込み線７０に十字線６４
が点溶接されることにより、ニオブ引込み線７０が決ま
った場所に保持され、また封止の間に抜けることが防止
される。封止フリットまたはガラスを、引込み線７０を
各プラグから出てくるところで取り囲む粉末として、ま
たは好ましくは線の突き出る部分の上に通された押し型
粉末の座金の形で設けることができる。加熱されると、
フリットは溶け、６６で示すように開口を充たし、膨径
部分のまわりに小さなフィレット６７を形成する。陰極
端プラグ５２は適当なフリットによりセラミックスの管
４２に気密封止される。米国特許第３，０２６，２１０
号および第４，８６８，４５７号に説明されているよう
に、プラグ５０とアーク管４２を半製品の状態で組み立
てた後、火を通すことにより、陽極プラグ５０がセラミ
ックスの管４２に気密封止される。本発明で使用するの
に適したこの型のＨＰＳアーク室集合体の詳細について
は、米国特許第４，８６８，４５７号に記載されてい
る。陰極端での温度を上昇させるために、アーク室集合
体４０の陰極端のまわりにニオブの金属フォイル３２が
巻かれる。これにより、陰極端と陽極端との間の温度差
が５０°以上、好ましくは６０°以上となる。

【０００８】ＨＰＳランプのアーク室の全圧力は、交流
作動のランプの場合も、直流作動のランプの場合も、ア
ーク室の長さ方向に沿って一定である。しかし、アーク
室の中にはアルカリ金属蒸気の他に水銀および不活性始
動ガスのような電離されていない蒸気が存在するため、
そして直流作動では電気泳動効果により、電離されたア
ルカリ金属が陰極端に向かって駆動されるため、陽極端
と陰極端との間のアーク室の長さ方向に沿ってアルカリ
金属の圧力勾配が形成される。アルカリ金属の圧力の最
低値は陽極端で生じる。これは、本発明の直流ランプで
は、図１および図４に示されるような陽極の先端より後
ろにあるアーク室内の最も温度が低い点により決定され
る。ランプ動作の間に気化されるその量を超えて存在す
る余分なアマルガムは、陽極の先端より後ろの最も温度
が低い所に、凝縮したプールまたはタンクとして配置さ
れることになる。図１に示す構造のランプでは、陽極の
後ろでセラミックス管９の外部に突き出るニオブ金属管
１３の中に、最も温度が低い点が存在する。図４に示す
構造のランプでは、アマルガムは陽極５９の後ろに存在
し、陽極端プラグの端の台部分５４とセラミックスのア
ーク管４２の内壁との間に形成された環状の小室５６の
中にプール５８として存在する。「直流作動」には、定
常直流、パルス状の直流、または定常状態の直流とパル
ス状の直流の組み合わせも含まれる。後者の場合、すな
わち定常状態の直流とパルス状の直流の組み合わせで
は、定常状態の直流にデューティサイクルの短い直流パ
ルスが重畳される。これにより、ナトリウム全体の圧力
またはセラミックスのアーク放電管の温度をあまり上げ
ることなく、より高い色温度を達成することができる。
実験の示すところによれば、定常状態の直流の場合には
同じ電力入力のパルス状の直流の場合に比べて、電気泳
動による駆動作用が一般に大きくなる。電気泳動の駆動
効果または分離効果は、このようなランプで通常用いら
れる水銀圧力や不活性始動ガスの圧力が大きくなるにつ
れて、やはり大きくなる。アルカリ金属がナトリウムで
あるか、または主としてナトリウムである直流作動ＨＰ
Ｓランプでは、水銀とナトリウムのアマルガムの中のナ
トリウムを２０（重量）％より低くすると、アマルガム
の色分離または再配置を避けることが難しくなり、その
結果、発光効率が低くなる。直流作動のＨＰＳランプ内
に存在するナトリウム−水銀のアマルガム内のナトリウ
ムの量に対しては上限が無く、またアマルガム内のナト
リウムの濃度を上げると電気泳動効果を制御し、避ける
ことが容易になるが、アマルガム内のナトリウムの量が
３０（重量）％を超えると、ランプ効率が低下する。使
用できる他のアルカリ金属には、赤色放出ランプに対す
るリチウム、および赤外線放出ランプに対するセシウム
が含まれる。インジウム、ガリウム、またはスズを含む
米国特許第４，６３９，６３９号に述べられているよう
な三成分のアマルガムのような他の金属を付加してもよ
い。これにより、暖機時間は短くなり、動作電圧の温度
依存性が低下するが、電気泳動効果が悪化する。フィリ
ップス・テクニカル・ライブラリ１９６６年のデグルー
トおよびバン・ブリートによる著書「高圧ナトリウムラ
ンプ」（”Ｔｈｅ Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｏ
ｄｉｕｍ Ｌａｍｐ” ｂｙ ｄｅＧｒｏｏｔ ａｎｄ
ｖａｎ Ｖｌｉｅｔ〔Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｔｅｃｈｎｉ
ｃａｌ Ｌｉｂｒａｒｙ， １９６６〕）の２２５頁の
図６（ｂ）は、ナトリウムおよび水銀（ならびに多分、
始動ガス）を含む直流作動ＨＰＳランプの写真であり、
これはナトリウムと水銀との間の極端な電気泳動による
分離を示す。この写真では、アーク放電の三分の一はオ
レンジ色を放出し、残りの三分の二は緑色を放出する。
オレンジ色と緑色との間に分離線が生じる。オレンジ色
の放出はナトリウム原子からのものであり、緑色の放出
は水銀からのものである。始動ガスは可視光放出に関係
しない。直流作動のＨＰＳアーク放電ランプの電気泳動
作用により、アーク管の長さ方向に沿った蒸気の組成が
変化した。陰極端にナトリウムの豊富な組成が生じ、陽
極端に水銀の豊富な組成が生じるので、全体として色分
離が生じた。上記の書籍に示された極端な場合には、緑
色の放電の単位長さ当たりの電気抵抗はオレンジ色の放
電の単位長さ当たりの電気抵抗より大きい。したがっ
て、放電の水銀の豊富な部分の中で消費される単位長さ
当たりの電力は普通よりかなり大きい。この状況によ
り、アーク管や陽極端の封止物が過熱して故障する。更
に、緑色の放電は通常のナトリウムの放電のワット当た
り約半分のルーメンしか放出しない。本発明ではこれら
の問題を克服するため、アーク室の陰極端を陽極端より
５０°以上、好ましくは６０°以上高く保つことによ
り、アマルガムを陽極の先端より後ろに維持するととも
に、ＣＤＰを１５０未満に維持してランプの動作中の陰
極と陽極でのアルカリ金属蒸気の圧力の比を５より小さ
く保つ。上記の温度差により陰極端でのアマルガムの凝
縮が防止され、圧力比はＣＤＰによって駆動される。ア
ーク電流が増大するにつれ、ギャップが増大するにつ
れ、そしてアーク管の内径が小さくなるにつれて、電気
泳動による分離の傾向が増大するということが実験的に
確かめられた。上記のように実施例では、アンペア単位
で表したアーク電流実効値とセンチメートル単位で表し
たアークギャップの長さとの積をセンチメートル単位で
測ったアーク管の内径の自乗で割ったものである電気泳
動の駆動パラメータ（ＣＤＰ）の値は１５０より小さ
く、好ましくは１３０より小さい。ランプの動作中のア
ーク管の陰極端の温度は多数の方法で上昇させることが
できる。多分、これらの方法の中で最も手軽な方法は、
アーク室の陰極端のまわりに（ニオブ、タンタル、モリ
ブデン、白金等）適当な金属フォイルを巻き、必要があ
れば陰極の長さを短くするものである。小室の陽極端の
最も温度が低い点がアーク放電から更に離れるように電
極を長くすること（図４）、図１に示すニオブ管のよう
なアマルガム用の外部タンクを用いることの一方または
両方により、アーク室の陽極端の温度を下げることがで
きる。熱を消散させるため、陽極端のニオブ管の外側表
面を荒くしてもよい。また、アーク室の外側表面の陽極
端と余分なナトリウムアマルガムを含む突き出るニオブ
管の外側表面の両方に、黒色の、黒鉛のような熱放出性
のコーティングを用いてもよい。これらの種々の方法を
用いることにより、陽極端と陰極端との間に温度差を生
じさせることができる。たとえば、陰極端は陽極端より
１００°以上熱くなる。

【０００９】図５は、種々の交流作動のＨＰＳランプに
対する実験的なデータに基いて、相対ナトリウムの圧力
の関数として正規化された効率をプロットしたものであ
る。この場合、アマルガムの低温点の温度を独立のヒー
タ回路で変えながら、ランプの電力を一定に保った。効
率データはＥ／Ｅｏの関数として収集された。ここでＥ
はアーク電界を、アークギャップ長さのセンチメートル
当たりのボルトを単位として表したものである。Ｅｏは
使用したランプ電力で最適のランプ効率を生じた電界の
値である。アークギャップ長は二つの電極の先端相互の
間の距離として測定された。このような交流アーク管で
は、相対アーク電界Ｅ／Ｅｏは相対ナトリウム圧力Ｐ／
Ｐｏの２／３乗にほぼ等しいことが確かめられた。相対
ナトリウム圧力とは、交流作動のランプの実際のナトリ
ウム圧力Ｐを、ランプの最大の効率、すなわちワット出
力当たりの最大ルーメンを生じた最適のナトリウム圧力
Ｐｏで割ったものを意味する。図５は、実際のナトリウ
ム圧力が最適ナトリウム圧力より低くなるか、または高
くなったとき、効率がどのように下降するかを示してい
る。直流作動ランプでは、ナトリウムの分圧がアーク管
の陰極端からアーク管の陽極端まで変わり、ナトリウム
圧力はアーク管の陰極端で最大となる。交流作動か直流
作動かに拘わらず、全圧力、すなわちナトリウムの圧
力、水銀の圧力および始動ガスの圧力の和はアーク管の
長さを通じて一定のままである。たとえば、陰極でのナ
トリウム圧力（Ｐｃ）と陽極でのナトリウム圧力（Ｐ
ａ）との比が５であれば、Ｐ／Ｐｏは陽極端では０．５
となり、陰極では２．５となる。図５によれば、放電の
両端での効率は、ナトリウム圧力が最適値により近くな
る中間部分での効率の約８５％となる。したがって、直
流作動のランプは交流作動のランプのように効率的でな
い。しかし、Ｐｃ／Ｐａが５より小さくなるようにラン
プを設計すること、ＣＤＰ値を１５０、好ましくは１３
０より小さく維持すること、そして陰極端でのアマルガ
ムの凝縮を防止し、また陰極端に向かっての電気泳動に
よる駆動作用の結果として空になった陽極端に向かって
の凝縮されたナトリウム蒸気の逆拡散を促進するために
陰極端が陽極端より５０°以上、好ましくは６０°以上
熱くなるようにすることにより、効率の相対損失を最小
にし、色分離を避けることができる。

【００１０】下記の例により、本発明が更に理解されよ
う。下記の例は上記の説明に加えて例示のためのもので
あり、本発明の実施を限定するものではない。 ［例］この実験では、ニオブ管が外側に突き出た、５．
５ｍｍの内径を有する、ＧＥ社からルカロックス（Ｌｕ
ｃａｌｏｘ）の名称で販売されている多結晶アルミナセ
ラミックスのＨＰＳアーク管が図１に示すように作られ
た。アーク室には、２５（重量）％のナトリウムと７５
（重量）％の水銀のアマルガム２５ｍｇ、および始動ガ
スとして１７トルのキセノンが入っている。２５ｍｇの
アマルガムはランプを動作させるために必要な量を超え
ていた。アークギャップは９２ｍｍであった。このアー
ク管集合体を真空室の中に置いた。アーク管の各端での
温度は、ヒータとして作用する各端のまわりに巻かれた
ニオブ線によって制御された。このヒータにより、各端
での温度の独立の調整が可能となった。ランプを３８２
ワット、１０９ボルト、および３．５アンペアの定常直
流で動作させた。これは、端損失を考慮に入れて、１
１．３ボルト／ｃｍの電界および２３ワット／ｃｍ²の
管壁負荷に対応する。陽極端での温度が最も低い点が６
２９°Ｃと測定されたとき、ナトリウムの豊富なアマル
ガムは７１５°Ｃの温度で陰極端で凝縮し始めることが
見出された。したがって、アーク管の陰極端でアマルガ
ムの凝縮を避けるために必要な最小温度差は８６°Ｃで
あることがわかった。ＩＧ／Ｂ² のＣＤＰ値は１０６で
あった。アーク管の各端でのナトリウム圧力は、各端で
の温度およびナトリウム蒸気圧力曲線から決定された。
陰極と陽極でのナトリウム圧力比Ｐｃ／Ｐａは４．５と
決定された。

【００１１】もう一つの実験では、同じ５．５ｍｍの内
径であるが、アークギャップは３．９ｃｍに過ぎない同
じ型のアーク管で図１に示すようにＨＰＳランプを作っ
た。上記のランプと同様に、余分のアマルガムが確実に
存在するように２５（重量）％のナトリウムを含むアマ
ルガム２５ｍｇを使用し、１２．３ボルト／ｃｍの電界
および２０ワット／ｃｍ² の管壁負荷を生じるように１
４８ワット、５３ボルト、および２．８アンペアの定常
直流でランプを動作させた。陰極端のまわりにニオブの
フォイルを巻いた。その結果、陰極の温度は８５６°Ｃ
となった。陽極端の温度が最も低い点は、（アーク管の
外側に突き出るニオブ管のアマルガムタンクの端で）６
５３°Ｃと測定された。したがって、ランプの動作中、
陰極端は陽極端より２０３°熱くなり、これにより陰極
端でのアマルガムの凝縮の可能性は除去された。陰極と
陽極でのナトリウム圧力比は２．０であった。これは、
アーク管の各端でのナトリウムのアーク放電放出スペク
トルの中の自己逆転されたナトリウムのＤ線の最大値相
互の間の波長間隔△λを用いる分光学的な方法を使用し
て決められた。この方法は熟練した当業者には知られて
おり、たとえば、上記のデグルートおよびバン・ブリー
トによる著書の８４頁から始まる３．２．１節の「ナト
リウム蒸気圧力」（Ｓｏｄｉｕｍ Ｖａｐｏｕｒ Ｐｒ
ｅｓｓｕｒｅ）に記載されている。ランプのＣＤＰ値は
３６であった。

【００１２】図６はこれらの実験で得られたデータを使
用して、電気泳動駆動パラメータＣＤＰの関数として相
対ナトリウム圧力比Ｐｃ／Ｐａをプロットしたものであ
る。もう一つの既知のデータ点のＸ座標は０であり、Ｙ
座標は１である。これは交流ランプの場合に相当し、こ
の場合、正味の電気泳動駆動力が無く、陰極端と陽極端
でのナトリウム圧力が等しい。三つの点は直線に当ては
まることがわかる。図６からわかるように、ランプの高
効率を維持し、色分離とアーク管の過熱に伴う問題を避
けるためには、ＣＤＰが１５０より小さくなければなら
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に有用なＨＰＳランプの立面図で
ある。

【図２】図１の陰極端の拡大図である。

【図３】図１の陽極端の拡大図である。

【図４】内部にアマルガムのタンクをそなえた、本発明
で有用なＨＰＳアーク管設計の断面図である。

【図５】相対ナトリウム圧力の関数としてＨＳＰランプ
の正規化効率を示すグラフである。

【図６】直流作動のＨＳＰランプについて電気泳動駆動
パラメータの関数として陰極端でのナトリウム圧力と陽
極端でのナトリウム圧力との比をプロットしたグラフで
ある。

【符号の説明】

１ ＨＰＳランプ ９ アーク管 １４ 陽極 ３０ 陰極 Ｐｃ／Ｐａ 陰極でのナトリウム圧力と陽極でのナトリ
ウム圧力との比

フロントページの続き (72)発明者 ジョン・エイチ・インゴールド アメリカ合衆国、オハイオ州、ブラテナー ル、スイート1308、ブラテナール・パレ ス、１番

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流作動アルカリ金属蒸気アーク放電ラ
   ンプに於いて、細長の光透過性アーク室の中にアルカリ
   金属と水銀のアマルガムおよび始動ガスが入っており、
   アーク室の各端に電極を封入することにより陽極端およ
   び陰極端が形成され、上記ランプの動作中、上記陰極端
   の温度が上記陽極端の温度より５０°以上高く、陰極で
   のアルカリ金属圧力と陽極でのアルカリ金属圧力との比
   が５以下であることを特徴とする直流作動アルカリ金属
   蒸気アーク放電ランプ。
2. 【請求項２】 上記水銀アマルガムに２０（重量）％以
   上のアルカリ金属が含まれる請求項１記載の直流作動ア
   ルカリ金属蒸気アーク放電ランプ。
3. 【請求項３】 上記ランプの動作中に存在する余分のア
   マルガムが上記陽極の先端より後ろに配置されている請
   求項２記載の直流作動アルカリ金属蒸気アーク放電ラン
   プ。
4. 【請求項４】 ＣＤＰ値が１５０より小さい請求項３記
   載の直流作動アルカリ金属蒸気アーク放電ランプ。
5. 【請求項５】 上記ランプの動作中、上記陰極端の温度
   が上記陽極端の温度に比べて６０°以上高い請求項４記
   載の直流作動アルカリ金属蒸気アーク放電ランプ。
6. 【請求項６】 ＣＤＰ値が１３０より小さい請求項５記
   載の直流作動アルカリ金属蒸気アーク放電ランプ。
7. 【請求項７】 セラミックスのアーク管をそなえた請求
   項６記載の直流作動アルカリ金属蒸気アーク放電ラン
   プ。
8. 【請求項８】 上記セラミックスが多結晶アルミナまた
   はサファイアよりなる請求項７記載の直流作動アルカリ
   金属蒸気アーク放電ランプ。
9. 【請求項９】 上記ランプがＨＰＳ金属蒸気アーク放電
   ランプであり、上記アルカリ金属がナトリウム含有量２
   ０（重量）％以上のナトリウムである請求項１乃至８の
   いずれか１項記載の直流作動アルカリ金属蒸気アーク放
   電ランプ。
10. 【請求項１０】 アルミナのアーク室をそなえた請求項
    ９記載の直流作動のアルカリ金属蒸気のアーク放電ラン
    プ。