JPH08273594A - 発光管、多重管形放電灯および光化学反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 管壁に発生する黒化およびクラックを防止で
きる長寿命の発光管、多重管形放電灯および光化学反応
装置を提供することを目的とする。 【構成】 両端を閉塞する栓体２に基部が固定保持され
た電極軸棒４およびこの電極軸棒４の長手方向に沿って
複数層巻回され、かつ、軸棒４先端側において軸棒４に
近い側の層の巻き始めが、軸棒４に遠い側の層の巻き始
めよりも軸棒４先端側に位置するように配設された多重
コイル５を有する電極３およびこの電極３の外表面露出
部を除く部分に保持された電子放射性物質４５とを備え
た発光管１およびこの発光管１を収容した外管６とから
なる多重管形放電灯Ｌおよびこの多重管形放電灯Ｌを光
源とした光化学反応装置である。 【効果】 発光管に黒化やクラックの発生がなく、発光
効率維持率を向上してかつ長寿命の放電灯および光化学
反応装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光化学反応などのような
主として産業用に使用される、長尺な放電灯およびこの
放電灯を用いた光化学反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧金属蒸気放電灯の発光管は、耐熱
性、耐圧性、耐蝕性などに優れているアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃ ）などのセラミックスからなる透光性材料でバルブ
が形成され、その両端には電極部が取付けられたエンド
キャップが気密に封着されている。そして、この発光管
内には点灯中に蒸発して所定の波長スペクトルを発する
水銀や発光金属などと、始動を容易にするためのアルゴ
ンやキセノンなどの不活性ガスが封入されている。

【０００３】また、この種の放電灯は発光管の保温、金
属材料の酸化防止、有害紫外線の遮断のために、内部を
真空または窒素を含む不活性ガスの雰囲気に保った外管
内に発光管を収容した多重管構造となしたものが多用さ
れている。

【０００４】このような多重管形の高圧金属蒸気放電灯
の一種に、光化学反応装置などの光源として使用される
特別な波長の可視光線や紫外線などを放射する放電灯が
ある。これは或る特別な波長の光は、特定の光化学反応
を促進するなどのことからなされたもので、光化学反応
装置において、反応液を収容した反応槽本体内に上記光
源としての高圧金属蒸気放電灯を浸漬して、この放電灯
から放射される光線により反応液を化学反応させるよう
になっている。

【０００５】この種用途の放電灯は、発光管を石英ガラ
スや硬質ガラスからなる長尺な円筒状の外管内に収容し
た密封型の多重構造となっていて、垂直な姿勢で反応槽
内に浸漬されるとともに外管内には反応液が侵入しない
ようになっている。この反応槽本体は反応効率を高める
ため深くなっていて、これに応じて発光長の大きな放電
灯が必要で、したがって、外管の長さが数十ｃｍから数
ｍに及ぶものとなるとともに８〜数十ＫＷレベルに大電
力化されるものとなる。

【０００６】そして、このような多重構造の高圧金属蒸
気放電灯は、上記の長尺な円筒形外管の一端封止部に複
数の給電端子を突設し、この外管の内部にはこの給電端
子に接続された給電線を兼ねるサポート部材を外管の軸
方向に沿って配置してある。これらサポート部材には発
光管を支持したホルダが取付けられているとともに上記
外管の内面に弾接する板ばねが溶接されていて、これら
板ばねにより上記発光管を外管の軸線位置に支持してい
る。

【０００７】そして、この高圧金属蒸気放電灯は発光管
両端に設けた電極に電圧を印加して、電極間にアーク放
電を生起させ、このアーク放電の熱により発光管の温度
を上昇させている。この発光管の温度上昇により内部の
水銀やハロゲン化物などの発光金属が蒸発して、金属原
子はその元素特有のスペクトルで発光する。そして、ラ
ンプ特性は発光金属の蒸発によって変化するが、最冷部
温度の上昇がおさまり温度変化がなくなると一定の蒸気
圧となり安定した特性になる。

【０００８】しかし、上述したように光化学反応装置で
使用される放電灯は、数十ｃｍから数ｍに及ぶ長尺であ
り、また、大電力であるため電極をはじめサポート部材
などの部品も大形化される傾向にあった。

【０００９】そして、発光管大形化の際、従来の一般に
用いている高圧金属蒸気放電灯を基準にしての設計で
は、電極の電流密度が高まり電極温度が上昇して電極を
形成する部材からのスパッタが急激にすすみ発光管璧に
早期に黒化を発生し光束維持率の低下が大きくなった
り、甚だしい場合には管璧黒化による過熱で管壁にクラ
ックが発生するなどの問題があった。

【００１０】また、従来の電極では電極軸棒にコイルを
単層巻回して電子放射性物質（エミッタ）を付着させた
り、電極軸棒自体をトリヤ入りタングステンとして電子
放射性を付与するようにしていたが、これら手段では多
量の電子放射性物質（エミッタ）を保持することはでき
ず、電極の表面にまで電子放射性物質を設けるとスパッ
タし易く管璧に黒化を生じ光束が低下したりして長寿命
化することが難しかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする問題点は光化学反応用など特に長尺の発光管やこ
の発光管を封装して多重管形放電灯ならびにこの放電灯
を装着した光化学反応装置において、発光管の電極に起
因する早期黒化および短寿命の発生がある。

【００１２】本発明は発光管の管壁に発生する黒化を防
止し、光束維持特性の向上ができ、また、管壁にクラッ
クが生じ難く寿命も長い発光管、多重管形放電灯および
光化学反応装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発光管は、円筒状の長尺なセラミックス管と、このセ
ラミックス管の両端を閉塞した栓体と、上記セラミック
ス管の内部に封入された発光物質および放電媒体と、上
記両栓体に基部がそれぞれ固定保持された電極軸棒およ
びこの電極軸棒の長手方向に沿って複数層巻回され、か
つ、軸棒先端側において軸棒に近い側の層の巻き始め
が、軸棒に遠い側の層の巻き始めよりも軸棒先端側に位
置するように配設された多重コイルを有する電極と、上
記電極軸棒および軸棒に重層巻回したコイルの外表面露
出部を除く部分に保持された電子放射性物質とを具備し
定格ランプ電流が２０Ａ以上で点灯されることを特徴と
している。

【００１４】上記多重コイルは、全てのコイルがピッチ
の狭い密着巻でもよいが、最外側のコイルを除きピッチ
間隔をあけた飛ばし巻きのコイルであってもよい。

【００１５】本発明の請求項２に記載の発光管は、電極
の電極軸棒の先端部周辺が丸味を帯びた面取部が形成さ
れていることを特徴としている。

【００１６】本発明の請求項３に記載の発光管は、電極
が電極軸棒およびこの電極軸棒の長手方向に沿って複数
層巻回され、かつ、軸棒先端側において先端部形状が包
絡的なテーパー面を呈する複数コイルを有することを特
徴としている。

【００１７】本発明の請求項４に記載の発光管は、電極
が円柱状をなす電極軸棒の外側の一部に軸方向と交差す
る方向に対向して偏平部が形成されていることを特徴と
している。

【００１８】本発明の請求項５に記載の発光管は、電極
軸棒先端部の横断面積の電流密度が０．１〜１．５Ａ／
ｍｍ² であることを特徴としている。

【００１９】本発明の請求項６に記載の発光管は、電極
の多重コイル先端の各始端部が隣接したほぼ揃った位置
にあることを特徴としている。

【００２０】本発明の請求項７に記載の発光管は、両電
極軸棒先端部間の電位傾度が３〜６Ｖ／ｃｍであること
を特徴としている。

【００２１】本発明の請求項８に記載の発光管は、電極
を封装した発光管の全長が２５０ｍｍ以上であることを
特徴としている。

【００２２】本発明の請求項９に記載の多重管形放電灯
は、上記請求項１ないし請求項８のいずれか一記載の発
光管と、上記発光管をサポート部材を介し収容支持した
外管とを具備したことを特徴としている。

【００２３】発光管と外管との間には中管が配設してあ
ってもよい。

【００２４】本発明の請求項１０に記載の多重管形放電
灯は、発光管の下側電極への給電は、発光管軸に沿い対
称的に対向して設けられた給電せんによって通電される
ことを特徴としている。

【００２５】本発明の請求項１１に記載の光化学反応装
置は、上記請求項１０または請求項１１に記載の多重管
形放電灯からなる光源と、この光源を収容する反応槽本
体とを具備したことを特徴としている。

【００２６】

【作用】請求項１および請求項３の発明では、定格２０
Ａ以上の大電流の放電灯の電極が、電極軸棒に複数層の
多重化したコイルが巻回され電子放射性物質はこの多重
化コイルで覆われ多量に保持でき、しかも、コイルの放
電側の先端部は突状のない包絡的なテーパー面を呈する
ようにしたので均一な昇温温度とすることができる。

【００２７】また、請求項２の発明では、アークスポッ
トが電極軸棒の面取りされた先端前面のほぼ全面に生起
し局部的なスポットの発生がなく電極軸棒先端部の温度
分布がほぼ均一で、電極軸棒先端周縁部からの電極材料
の蒸発損耗が少ない。

【００２８】また、請求項４の発明では、電極の取付け
に際しスパナ状の工具で偏平部を挾み螺合することがで
きる。

【００２９】また、請求項５の発明では、電極軸棒先端
部の横断面積の電流密度を０．１〜１．５Ａ／ｍｍ² の
範囲とすることにより、電極の温度を適正に保ち電極軸
棒自体およびコイル部や電子放射性物質のスパッタや蒸
発を抑制することができる。なお、電極軸棒の径を太く
すれば温度は下がるが、大径化すると重量が増加し電極
取付部や封止部（ガラスソルダ）に過剰の負担が加わる
ので、電極軸棒の径は２０ｍｍ位までが好ましい。

【００３０】また、請求項６の発明では、多重コイル先
端の各始端部を揃えたので、コイルの放電側の先端部に
突起がなく不所望なアークスポットの生起がない。

【００３１】また、請求項７の発明では、両電極軸棒先
端部間の電位傾度を３〜６Ｖ／ｃｍの範囲とすることに
より、適正な電気特性ならびに高い発光効率が達成でき
る。また、請求項８の発明では、全長が２５０ｍｍ以上
の長い発光管に適用することにより、ランプ電力の大電
力化ができる。

【００３２】また、請求項９の発明では、発光管を外管
内に気密状態で収容したので、点灯時に安全であるとと
もに発光管温度を均一化でき、また、反応液などの液中
に浸漬しても漏水やクラックなどの発生の虞がない。

【００３３】また、請求項１０の発明では、アーク放電
の偏位を防ぎアークを発光管の中心軸上に規制すること
ができる。

【００３４】さらに、請求項１１の発明では、放電灯を
反応液などの液中に浸漬しても漏液やクラックなどの発
生の虞がない。

【００３５】

【実施例】以下，本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１〜図４は本発明に係る大電力形の高圧ナトリ
ウムランプの発光管を示し、図１は一部を切除した概略
正面図、図２は電極の正面図、図３は図２の電極の上面
図、図４は図２の電極のＡ−Ａ線に沿って切断した部分
の横断面図である。

【００３６】図中１は発光管で、Ａｌ₂ Ｏ₃ （アルミ
ナ）などからなる円筒状の透光性バルブ１１の両端部に
Ｎｂ（ニオブ）製の円錐形状をした栓体２をＡｌ₂ Ｏ₃
（アルミナ）−ＣａＯ（酸化カルシウム）系のガラスソ
ルダ１２を介して気密に閉塞してある。２１はこの栓体
２の中央孔部に挿通されるとともに栓体２にビーム溶接
（箇所２３）などの手段により気密に接合されたＮｂ
（ニオブ）製の排気管を兼ねる細管で、先端部にはそれ
ぞれ電極３、３（同形であるので図１では一方のみ図示
してある。）が固定されている。この細管２１は先端内
部にねじ部２２が、中間部に排気用孔２４が形成され、
バルブ１１と離れた箇所において圧潰、溶接、溶融など
の手段で気密に閉塞されるとともに発光管１保持の際の
支持部となっている。

【００３７】また、上記電極３は上記細管２１にねじ込
み取付けられた電極軸棒４とこの電極軸棒４に巻装され
たコイル５と軸棒４およびコイル５の間に塗布された電
子放射性物質４５からなる。詳述すると略円柱状をなす
タングステン製の電極軸棒４は先端部周縁が丸味を帯び
た面取部４１が形成され、中間部には細径部４３、後端
側の基部にはねじ部４２が刻設してあって、このねじ部
４２が上記細管２１先端部内のねじ部２２に螺合されて
いる。また、電極軸棒４の中間部には図４に横断面で示
すように外側の一部に軸方向と交差する方向に対向して
偏平部４４が形成されている。

【００３８】また、この電極軸棒４の先端部側には軸棒
４より細径のタングステン製のコイル５が複数層たとえ
ば４層５１、５２、５３、５４重層して密着巻回してあ
る。この多重層化されたコイル５１〜５４は電極軸棒４
の先端部側において、軸棒４に近いコイル層５１の巻き
始めが軸棒４に遠い側のコイル層５４の巻き始めよりも
先端部側に位置するように配設、いいかえると重層され
た各コイル５１〜５４の先端部を結ぶ形状が包絡的なテ
ーパー面を呈する複数層コイル５をなしている。また、
この多重層化された各コイル５１〜５４の電極軸棒４先
端部側の巻き始めである各始端部（電極軸棒４の基部側
から見れば端末部）５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ
は、図３にＢ線で示すように４者が一線上に揃って位置
するように形成されている。

【００３９】そして、上記電極軸棒４および複数層コイ
ル５外表面の露出した部分を除く複数層コイル５で包ま
れる内方部分には、たとえばＢａＯ−ＣａＯ−ＷＯ₃ な
どからなる電子放射性物質（エミッタ）が塗布充填され
ている。

【００４０】また、上記バルブ１１内には発光物質とし
て所定量のナトリウムと水銀および放電媒体としてキセ
ノンガスが封入されている。

【００４１】上記のような構成の高圧ナトリウムランプ
発光管１の製造は、まず電極３の電極軸棒４および内径
または外径が段階的に異なるコイル５１、５２、５３、
５４を用意する。そして、最も小径のコイル５１につぎ
に大径のコイル５２をそのピッチを合わせ螺挿する。つ
ぎに、コイル５２につぎに大径のコイル５３をそのピッ
チを合わせ螺挿する。そしてつぎに、コイル５３に最も
大径のコイル５４をそのピッチを合わせ螺挿する。最後
に４層化した多重コイル５を電極軸棒４の先端の面取部
４１から螺挿することによって電極３を組み立てる。こ
のとき、各コイル５１〜５４の先端部側の巻き始めであ
る各始端部５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ端末部の４
者が一線上に揃って位置するように合わせ螺挿する。
（もちろん、このとき各コイル５１〜５４はその巻径を
細目にしておいた方が強固に巻き付けられるので好まし
い。また、電極軸棒４に直接に最も小径のコイル５１か
ら順次大径のコイル５４迄をそのピッチを合わせ螺挿し
ていってもよい。） つぎに、この電極２の多重コイル５側を電子放射性物質
ＢａＯ−ＣａＯ−ＷＯ₃ 懸濁液中に浸漬して超音波で含
浸させ、電極軸棒４および多重コイル５の表面やこれら
部材の間隙部分に電子放射性物質４５を塗布充填する。
こののち、電極軸棒４および多重コイル５表面の露呈し
ている部分に電子放射性物質４５が付着していたらこれ
をブラシなどで剥がし電極３を完成する。

【００４２】つぎに、栓体２に取り付けられた細管２１
のねじ部２２に、電極軸棒４のねじ部４２を螺合してね
じ込めばよく、このとき図４に示すように電極軸棒４の
偏平部４４にスパナ９１状の工具の開口部９２を引掛け
合わせて締めれば作業性が向上し、かつ、電極３を強固
に固定できる。また、螺合後に細管２１の上端部周囲を
電極軸棒４の細径部４３に向け押し込めれば、電極軸棒
４が細管２１のねじ部２２から抜け出ることはない。

【００４３】この後の工程は従来と同様にバルブ１１の
一端側に、細管２１を気密に閉塞した栓体２の鍔部１３
をガラスソルダ１２を介在させて加熱し気密に接合封着
する。そして、バルブ１１の他端側に栓体２の鍔部１３
をガラスソルダ１２を介在させて加熱し気密に接合封着
し、ついでバルブ１１を加熱しながら排気管を兼ねる細
管２１に形成してある排気用孔２４を通じ真空ポンプな
どでバルブ１１内を排気し不純ガスを抜き出したのち、
この細管２１および排気用孔２４を通じバルブ１１内に
ナトリウムと水銀とのアマルガムおよびキセノンガスを
封入し、細管２１を圧潰し溶接することによって発光管
１として完成する。

【００４４】上記の具体例として、出力５０ＫＷの発光
管１は長さ約１７５０ｍｍ（発光長約１６２０ｍｍ）、
外径約５０ｍｍのアルミナ（熱膨脹率約８．０×１０
^-6 ｃｍ／ｃｍ／℃）からなるバルブ１１を用い内部に
はナトリウムの水銀アマルガムと圧力６．７ＫＰａ（パ
スカル）のキセノンガスとを封入した。このバルブ１１
の端部はＮｂ（ニオブ）製の栓体２、２で閉塞され、こ
の栓体２には外径が約１０ｍｍのＮｂ（ニオブ）製の細
管２１が接合してある。

【００４５】また、電極３はこの細管２１にねじ部４２
が螺合され、先端部を約２ｍｍの半径で面取りした外径
が約１４．５ｍｍ、ねじ部４２を除く長さ約４３ｍｍの
タングステン製の電極軸棒４にそれぞれの外径が約１．
５ｍｍのタングステン線からなる多重コイル５が巻回し
てある。この多重コイル５は上記電極軸棒４の先端部か
ら約４ｍｍのところを巻き始めの始端部５１ａとした第
一層目の第一のコイル５１を約１１ターン密着巻きし、
この第一のコイル５１のピッチ間上にその始端部５２ａ
を上記第一のコイル５１の始端部５１ａと隣接させた第
二層目の第二のコイル５２を約１０ターン密着巻きし、
さらにこの第二のコイル５２のピッチ間上にその始端部
５３ａを上記第二のコイル５２の始端部５２ａと隣接さ
せた第三層目の第三のコイル５３を約９ターン密着巻き
し、さらにこの第三のコイル５３のピッチ間上にその始
端部５４ａを上記第三のコイル５３の始端部５３ａと隣
接させた第四層目の第四のコイル５４を約８ターン密着
巻きしたその外面投影形状が台形状をなしている。

【００４６】このような構成の発光管１を点灯すると、
電極軸棒４の先端部の周縁は突状のない丸味を帯びた面
取部４１が形成されているので、アークスポットが電極
軸棒４の先端前面のほぼ全面に生起し局部的なスポット
の発生がなく電極軸棒４先端部の温度分布がほぼ均一
で、所定の発光効率が得られるとともに電極軸棒４先端
周縁部からの電極材料のスパッタや蒸発損耗が少なく、
バルブ１１の黒化の発生が軽度であった。

【００４７】また、コイルは複数層の多重化したコイル
５で、電子放射性物質４５は多重化コイル５で覆われ、
しかも、電極軸棒４に近い側のコイル５１の始端部５１
ａが遠い側のコイル５４の始端部５４ａよりも軸棒４の
先端側に位置するよう、先端側は突状のない包絡的なテ
ーパー面を呈するようにしたので昇温温度はほぼ均一と
なる。したがって、電子放射性物質４５の不所望な脱落
やスパッタおよび局部的な損耗は少なく長期に亘り良好
にその放出が維持されるとともに各コイル５１〜５４間
に従来に比べ多量に保持できるので、発光管１の黒化発
生も軽度で寿命も長寿命化できた。

【００４８】また、本発明は定格ランプ電流が２０Ａ以
上（電力８ＫＷ以上）の発光管１に適用して効果があっ
た。

【００４９】また、電極３の電極軸棒４先端部における
横断面積ｍｍ² 当たりの電流は０．１〜１．５Ａの範囲
内であれば、電極３温度が適正に保たれ軸棒４自体およ
びコイル５部や電子放射性物質４５のスパッタや蒸発が
抑制でき、発光管１に早期黒化の発生を防ぐことができ
る。なお、電極軸棒４の径を太くすれば温度は下がる
が、大径化すると重量が増加し細管２１や栓体２、封止
部（ガラスソルダ１２）に負担が加わり強度的に問題が
生じるので電極軸棒４の径は２０ｍｍ位までが好まし
い。

【００５０】さらに、本発明は一対の電極３、３の電極
軸棒４、４先端部間の電位傾度（ランプ電圧Ｖ／電極軸
棒４、４先端部間ｃｍ当たり）が、３〜６Ｖ／ｃｍの範
囲内で動作点灯するものに適用して効果があった。

【００５１】また、図５〜図７は上記発光管を外管内に
収容した大電力の多重管形放電灯Ｌを示し、図中図１〜
図４と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略
する。図５は一部を切除した概略正面図、図６は図５に
おける一部を切除した概略側面図、図７は図５における
サポート部材配設部のＣ−Ｃ線に沿って横断した部分の
一部省略断面図である。

【００５２】図中６は硬質ガラスからなる長尺円筒状の
外管で、下端が閉塞されているとともに上端の封止部６
１外には一対の給電ピン６２ａ、６２ｂが植設されてい
て、内部には窒素や不活性ガスが封入してある。６５は
この外管６内にサポート部材を介し支持収容された石英
ガラスや硬質ガラスからなる円筒状の中管で、両端にフ
レア状のステム（図示しない。）を封止した封止部６６
ａ、６６ｂを有し、外管６と同様に内部には窒素や不活
性ガスが封入してある。また、この中管６５内にはサポ
ート部材を介し上述した発光管１が支持収容されてい
る。

【００５３】上記中管６５内への発光管１の支持は、発
光管１の端部の栓体２に設けた細管２１部またはバルブ
１１の端部を金属板からなるバンドあるいは円板状のサ
ポート部材（図示しない。）を用い固定して、このサポ
ート部材をステム（図示しない。）に接続固定させてい
て、電気的接続は細管２１部をステム（図示しない。）
に封止したリード線（図示しない。）を介して中管６５
外へと導出している。

【００５４】また、外管６内への中管６５の支持は、図
示したように外管６と中管６５との間に管軸に沿って対
称的に複数本、ここではたとえば石英ガラスからなる絶
縁管７１ａ、７１ｂで覆われた２本の給電線７２ａ、７
２ｂが配設してある。そして、金属板からなるバンド７
３ａや円板７３ｂおよび金属線７３ｃなどで略籠状に形
成したサポート部材７４ａ、７４ｂを中管６５の各端部
を囲うようにして取付け、このサポート部材７４ａ、７
４ｂを、たとえば円板７３ｂに形成した透孔や切欠部７
８ａ、７８ｂに絶縁管７１ａ、７１ｂまたは給電線７２
ａ、７２ｂを通し固定して中管６５を外管６の中心軸上
に位置して軸支させる。

【００５５】なおこのとき、下方のサポート部材７４ｂ
の円板７３ｂには外管６の閉塞された下方の底壁内面に
弾性的に当接するＵ字形状のばね体７５ａが、また、こ
れら上下のサポート部材７４ａ、７４ｂまたは給電線７
２ａ、７２ｂには外管６の側壁内面に折曲部や突出部７
５ｃが弾性的に当接する複数の略弓形状をなすばね体７
５ｂ、…が設けられ、上記中管６５のセンターリングと
発光管１および中管６５を振動、衝撃や熱伸縮からまも
るようにしている。

【００５６】また、このランプＬの電気的な接続はつぎ
のような構成となっている。上記外管６の内部には給電
ピン６２ａ、６２ｂに接続した一対の支持体を兼ねた長
短の給電体７６ａ、７６ｂと、この給電体７６ａ、７６
ｂの先端部に取付けられた加撓性のリード線７７ａ、７
７ｂとが設けられ、一方のリード線７７ａは中管６５の
上方封止部６６ａのステム（図示しない。）から導出し
たリード線（図示しない。）と接続されている。また、
他方のリード線７７ｂは中管６５内に延在する上記給電
線７２ａ、７２ｂと接続されている。そして、この給電
線７２ａ、７２ｂの他端部間は加撓性のリード線７７ｃ
で接続され、このリード線７７ｃは中管６５の下方封止
部６６ｂのステム（図示しない。）から導出したリード
線（図示しない。）と接続されている。

【００５７】すなわち、一方の給電ピン６２ａからは給
電体７６ａ−リード線７７ａ−中管６５の上方側ステム
のリード線（図示しない。）−発光管１の細管２１−栓
体２−発光管１上方側の電極３へと、また、他方の給電
ピン６２ｂからは給電体７６ｂ−リード線７７ｂ、ここ
から二方に分かれ一方は給電線７２ａ−リード線７７ｃ
へ、他方は給電線７２ｂ−リード線７７ｃへきて上記の
給電線７２ａと一緒になり、−中管６５の下方側ステム
のリード線（図示しない。）−発光管１の細管２１−栓
体２−発光管１下方側の電極３へと導通経路が形成され
ている。

【００５８】また、図中８１は高融点金属たとえばモリ
ブデン線、タングステン線、レニウム線、タンタル線や
タングステン・レニウムなどの合金線などからなる可撓
性の近接導体で、発光管１上端部の栓体２に電気的に接
続されている。そして、この近接導体９１は発光管１の
外表面近くを発光管１に沿って略平行して下方側電極３
の近くまで延在している。また、８２、…は給電体、給
電線やリード線などの導体を覆う絶縁管やこれら導体絶
縁用の碍子である。

【００５９】そして、この多重管形放電灯Ｌは内部に収
容した発光管１が、前述したような構成の電極３を備え
ているので、電極軸棒４の先端前面のほぼ全面にアーク
スポットが生起し、電極軸棒４先端部の温度分布がほぼ
均一で安定した放電となり、所定の発光効率が得られる
とともに電極軸棒４先端周縁部からの電極材料の蒸発損
耗が少なく、バルブ１１の黒化の発生が軽度であり、ま
た、特種構成の多重化コイル５とすることにより電子放
射性物質４５を大量に保持できるとともに昇温温度をほ
ぼ均一にできた。また、発光管を外管内に気密状態で収
容したので、点灯時に安全であるとともに発光管温度を
均一化でき、また、反応液などの液中に浸漬しても漏水
やクラックなどの発生の虞がない したがって、上記多重管形放電灯Ｌはスパッタや蒸発な
どによる電極および電子放射性物質の損耗は少なく、ま
た、電子放射性物質の不所望な脱落もなく長期に亘り良
好にその電子放出が維持されるとともに発光管１の黒化
発生も軽度であり、発光管１や外管６のクラックの発生
もなく長寿命化できた。

【００６０】また、上記多重管形放電灯Ｌは、発光管１
を中心にして対称位置に電気的に同電位にある一対の給
電線７２ａ、７２ｂを沿わせたが、このような構成とす
ることによってアーク放電の偏位を防ぎ中心軸上に規制
してバルブ１１の黒化を防ぐことができた。

【００６１】これは、従来の給電部が片端形の大電力用
の放電灯において、発光管の給電部より遠い側の電極に
接続する給電線を発光管に沿い１本のみ設けると、給電
線を配設した反対側のバルブ壁に黒化が発生し易い現象
がある。これは、発光管の給電部より遠い側の電極に通
じる給電線に流れる電流と、発光管内を流れる電流（ア
ーク放電）の方向が相反するので反発方向の磁界が生じ
る。そして、大電流であるためその影響力が大きく、ア
ーク放電が給電線の延在していない側に曲り、長時間点
灯中に管璧がアークに晒されたり接近によって局部的に
黒化したり変質するものと考えられ、この黒化や変質に
よる反応がすすむと、バルブの光透過率を低下したり強
度が弱くなってクラック発生などの問題があった。

【００６２】つぎに、本発明を５０ＫＷの高圧ナトリウ
ムランプに適用した具体例を説明する。外観構造は図示
実施例とほぼ同形の放電灯Ｌで、発光管１は上述したと
同じ構造、寸法および材料からなる。中管３は長さ約２
３００ｍｍ、外径約８０ｍｍの石英ガラスからなり、内
部は真空にしてある。さらに、外管１は長さ約２９００
ｍｍで外径約１３０ｍｍの硬質ガラスからなり、内部に
窒素が封入してある。そして、本発明構成の発光管の両
側に給電線７２ａ、７２ｂを配設した放電灯Ｌと、従来
の発光管の片側に給電線を配設した放電灯との両者につ
いて、電極軸棒４の電流密度（Ａ／ｍｍ² ）と光効率の
維持率（％）の関係を調べたところ図８に示す結果とな
り、特に１Ａ／ｍｍ² 以下とする本発明品が良好な光効
率の維持率を得られることが確認できた。図８において
横軸は電極軸棒４の電流密度（Ａ／ｍｍ² ）を、縦軸は
放電灯Ｌ点灯２０００時間後の光効率の維持率（％）を
示す。

【００６３】また、発光管１内に封入する不活性ガスた
とえばＸｅ（キセノン）ガスの封入圧力を高めることに
よって、光効率の維持率（％）の低下が少ないことが確
認できた。なお、封入圧力が４ＫＰａ（キロパスカル）
以上と高くなると、始動電圧が上昇するので、それに見
合った電源装置や近接導体の付設などが必要となる。こ
れを図９に示す。図９において横軸は点灯時間（×１０
００時間）を、縦軸は光効率の維持率（％）を示す。

【００６４】このような構成の多重管形放電灯Ｌはたと
えば図１０にその一部を示す光化学反応装置に組込まれ
使用される。図１０においてＣは光化学反応槽本体で、
放電灯Ｌは封止部６１側を上にした状態で、すなわち、
垂直状態で反応槽本体Ｃの反応液Ｃ１内に浸漬されてい
る。図中Ｃ２はパッキングである。

【００６５】つぎに、この光化学反応装置における作用
について説明する。

【００６６】図示しない点灯装置から給電ピン６２ａ、
６２ｂに電圧を印加すると、発光管１の上方側の電極３
には上述した給電ピン６２ａ−給電体７６ａ−リード線
７７ａ−中管６５の上方側ステムのリード線（図示しな
い。）−発光管１の細管２１−栓体２−発光管１上方側
の電極３および栓体２に接続した近接導体９１−先端部
へと通電される。また、下方側の電極３には給電ピン６
２ｂ−給電体７６ｂ−リード線７７ｂ、ここから二方に
分かれ一方は給電線７２ａ−リード線７７ｃへ、他方は
給電線７２ｂ−リード線７７ｃへきて上記の給電線７２
ａと一緒になり、−中管６５の下方側ステムのリード線
（図示しない。）−発光管１の細管２１−栓体２−発光
管１下方側の電極３へと通電される。

【００６７】この通電によって、まず導体間隔が最も接
近している下方側の電極３と近接導体９１の先端部との
間に放電は生起し、この近接導体９１と同電位の上方側
の電極３へと移行していき、最終的には発光管１内の対
向する両電極３、３との間で継続され、所定波長の発光
が行なわれ、反応液Ｃ１に光を照射して光化学反応を起
こさせることができる。

【００６８】また、この多重管形放電灯Ｌを用いた光化
学反応装置は、放電灯Ｌを反応液などの液中に浸漬して
も漏液やクラックの発生がなく、しかも、放電灯Ｌの光
束の低下が少ないので長期に亘り高効率の反応特性が得
られるとともに長尺の放電灯Ｌの交換が長期に亘り不要
であり、高い生産性と保全性を得ることができた。

【００６９】このように本発明は垂直点灯される大電力
形の高圧放電灯において特に長尺な発光管を有するもの
に好適するもので、発光管長さが２５０ｍｍ以上のもの
に効果が大であった。

【００７０】なお，本発明は上記実施例に限定されな
い。たとえば、電極を構成する多重コイルは、４層で形
成したが２層以上の複数層であってもよく、また、それ
ぞれのコイルの巻き始めである始端部を一直線状に揃え
たが、一直線状に限らず図３中の左方に示すように各コ
イル５１〜５４の始端部５１ａ〜５４ａが曲線状Ｄに揃
っていてもよく、要するに各始端部が隣接していてどれ
かが突出していなければよい。また、各コイルのうち電
極軸棒に近い側の層のコイルは軸棒に遠い側の層のコイ
ルよりも軸棒先端側に位置させ、全体として外側層の長
さが短い台形状としたが、電極軸棒基部側に位置するコ
イルの端末部は放電にはあまり関与しないのでその長短
は特に問われるものではない。また、図２中に点線で示
すように、電極軸棒４の多重コイル５が巻回される周囲
部分に皿状の凹所４９や凹凸など細径部を形成しておい
てコイル５を巻回すれば、コイル５は電極軸棒４の細径
部によって抜け出ることがなく、強固に取付けることが
できる。

【００７１】また、多重コイル５は最外側のものがピッ
チの狭い密着巻であれば、電極軸棒４に近い側のコイル
５１は密着巻でなく図１１に示すようにピッチ間隔をあ
けた飛ばし巻きであってもよく、このような間隙を設け
ると電子放射性物質４５多量に担持させることができ、
より長寿命化できる。また、多重コイルの各層の外径は
同一径のものを用いなくてもよい。

【００７２】また、実施例の多重管形放電灯は中管を用
いた三重管について述べたが、三重管に限らず多用され
ている二重管形方式の放電灯にも適用できる。また、二
重管形方式の放電灯の場合には上記中管を外管と読み替
えて適用できるものである。また、放電灯は高圧ナトリ
ウムランプに限らず、水銀を封入した水銀灯や水銀とハ
ロゲン化物を封入したメタルハライドランプなどであっ
てもよく、放射光も可視光放射用に限らず紫外線放射用
あるいは可視光と紫外線放射用の放電灯であってもよ
い。

【００７３】また、発光管を形成するバルブ材質はアル
ミナに限らず他の材質の透光性セラミックスであっても
よく、外管や中管を形成するバルブ材質も実施例のもの
に限らず他のガラス材質であってもよい。また、発光管
の端部を閉塞する栓体は金属板製の円錐形状のものに限
らず、平底形状のものあるいは円柱形状をしたセラミッ
ク製の栓体であっても差支えない。

【００７４】さらに、発光管などを支持するサポート部
材や給電体、給電線、リード線などの構造や材質は実施
例に限るものではなく、金属部材の材質は耐熱性、耐蝕
性などを考慮してＮｂ（ニオブ）、ＳＵＳ（ステンレ
ス）やＮｉ（ニッケル）などを適宜選べばよい。さらに
また、発光管に沿って配設される給電線は対称的に２本
を用いたが、２本に限らず複数本でもよいが本数が多い
ことは発光管からの光を遮蔽して発光効率を低下させる
ほか、マウントの構造も複雑化するので少ないほどよく
実用的には２〜４本程度が好ましい。

【００７５】

【発明の効果】請求項１および請求項３の発明では、電
極の温度分布がほぼ均一で所定の発光効率が得られると
ともに電極材料のスパッタや蒸発損耗が少なく、発光管
バルブの黒化の発生が軽度であった。また、電子放射性
物質を大量に保持でき、しかも、脱落やスパッタによる
損耗が少なく、発光管の黒化発生も軽度で寿命過程での
発光効率の低下も少なく長寿命化できた。

【００７６】また、請求項２の発明では、電極軸棒先端
部の温度分布がほぼ均一で、電極軸棒の局部的なスパッ
タや蒸発損耗が少なく発光管の黒化発生も少なく長寿命
化できた。

【００７７】また、請求項４の発明では、細管に電極を
ねじ込み取付ける際の作業が容易で、しかも、強固に固
定させることができた。

【００７８】また、請求項５の発明では、電流密度を規
制することによって電極温度が適正に保たれ軸棒自体お
よびコイルや電子放射性物質のスパッタや蒸発が抑制で
き、発光管に早期黒化の発生を防ぐことができた。

【００７９】また、請求項６の発明では、電極のコイル
の放電側の先端部に突起がないので、この部分にアーク
スポットが生ぜず、コイルや電子放射性物質のスパッタ
による損耗がなく、発光管の黒化発生を防止できた。

【００８０】また、請求項７の発明では、電位傾度を規
制することによって、ランプの適正な電気特性と高い発
光効率が得られた。

【００８１】また、請求項８の発明では、発光管の全長
を規制することによって、ランプの大電力化を達成でき
た。

【００８２】また、請求項９の発明では、所定の発光効
率が得られるととも発光管バルブの黒化の発生も少な
く、また、発光管や外管のバルブにクラックの発生のな
い長寿命の放電灯を提供できた。

【００８３】また、請求項１０の発明では、アーク熱に
よる発光管バルブの黒化やクラックを防止し長寿命化で
きた。

【００８４】さらに、請求項１１の発明では、放電灯を
反応液などの液中に浸漬しても漏液やクラックの発生が
なく、しかも、放電灯の光束の低下が少ないので長期に
亘り高効率の反応特性が得られるとともに長尺の放電灯
の交換が長期に亘り不要であり、高い生産性と保全性を
得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の発光管を示す一部切欠正面図で
ある。

【図２】図１の発光管に取付けられた電極を示す、一部
切欠正面図である。

【図３】図２の電極を示す上面図である。

【図４】図２の電極のＡ−Ａ線に沿って切断した部分を
示す横断面図である。

【図５】本発明実施例の多重管形放電灯を示す一部切欠
概略正面図である。

【図６】図５の多重管形放電灯を示す一部切欠概略側面
図である。

【図７】図５のサポート部材配設部のＣ−Ｃ線に沿って
切断した部分を示す一部省略横断面図である。

【図８】電極軸棒の電流密度と光効率の維持率を対比し
て示すグラフである。

【図９】放電灯の点灯時間と光効率の維持率を対比して
示すグラフである。

【図１０】本発明の光化学反応装置の一部を示す断面正
面図である。

【図１１】本発明電極の他の実施例を示す一部切欠正面
図である。

【符号の説明】

Ｌ：多重管形放電灯 １：発光管 １１：バルブ ２：栓体 ２１：細管 ３：電極 ４：電極軸棒 ４１：面取部 ４４：偏平部 ４５：電子放射性物質 ５：多重コイル ５１〜５４：コイル ５１ａ〜５４ａ：始端部（巻き始め） ６：外管 ６５：中管 ７２ａ、７２ｂ：給電線 ７４ａ、７４ｂ：サポート部材 Ｃ：光化学反応槽本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米沢 昭弘 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック 株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の長尺なセラミックス管と；この
   セラミックス管の両端を閉塞した栓体と；上記セラミッ
   クス管の内部に封入された発光物質および放電媒体と；
   上記両栓体に基部がそれぞれ固定保持された電極軸棒お
   よびこの電極軸棒の長手方向に沿って複数層巻回され、
   かつ、軸棒先端側において軸棒に近い側の層の巻き始め
   が、軸棒に遠い側の層の巻き始めよりも軸棒先端側に位
   置するように配設された多重コイルを有する電極と；上
   記電極軸棒および軸棒に複数層巻回したコイルの外表面
   露出部を除く部分に保持された電子放射性物質と；を具
   備し定格ランプ電流が２０Ａ以上で点灯されることを特
   徴とする発光管。
2. 【請求項２】 上記電極は電極軸棒の先端部周辺が丸味
   を帯びた面取部が形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の発光管。
3. 【請求項３】 上記電極は電極軸棒およびこの電極軸棒
   の長手方向に沿って複数層巻回され、かつ、軸棒先端側
   において先端部形状が包絡的なテーパー面を呈する複数
   コイルを有していることを特徴とする請求項１に記載の
   発光管。
4. 【請求項４】 上記電極は円柱状をなす電極軸棒の外側
   の一部に軸方向と交差する方向に対向して偏平部が形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の発光管。
5. 【請求項５】 上記電極軸棒先端部の横断面積の電流密
   度が０．１〜１．５Ａ／ｍｍ² であることを特徴とする
   請求項１に記載の発光管。
6. 【請求項６】 上記電極の多重コイル先端の各始端部は
   隣接したほぼ揃った位置にあることを特徴とする請求項
   １に記載の発光管。
7. 【請求項７】 上記両電極軸棒先端部間の電位傾度が３
   〜６Ｖ／ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の
   発光管。
8. 【請求項８】 電極を封装した発光管の全長が２５０ｍ
   ｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光
   管。
9. 【請求項９】 上記請求項１ないし請求項８のいずれか
   一記載の発光管と；上記発光管をサポート部材を介し収
   容支持した外管と；を具備していることを特徴とする多
   重管形放電灯。
10. 【請求項１０】 発光管の下側電極への給電は、発光管
    軸に沿い対称的に対向して設けられた給電線によって通
    電されることを特徴とする請求項９に記載の多重管形放
    電灯。
11. 【請求項１１】 上記請求項９または請求項１０に記載
    の多重管形放電灯からなる光源と；この光源を収容する
    反応槽本体と；を具備していることを特徴とする光化学
    反応装置。