JPH11288693A - 高圧ナトリウムランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 調光による光束の低下以上に紫外線放射量が
低下することを極力抑えて光触媒効果が損なわれること
のない高圧ナトリウムランプおよびこのランプを用いた
照明器具を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の高圧ナトリウムランプ１は、両
端に電極を有し、不活性ガスが封入された透光性セラミ
ックスからなる発光管２と；この発光管内に封入されて
おり、主として水銀およびナトリウムから構成されると
ともにナトリウムが常温で２〜１４ｗｔ％の組成比率を
有するアマルガムと；を具備していることを特徴とす
る。本発明によれば、ナトリウムの組成比率が常温で２
〜１４ｗｔ％となるアマルガムを発光管２内に封入する
ようにしたので、点灯時における水銀の蒸気圧が高くな
り、水銀の輝線である波長３６５ｎｍなどの紫外線放射
量を増やすことができ、調光時の紫外線量の低下を抑え
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒用光源とし
て可視光線および紫外線を放射する高圧ナトリウムラン
プおよびこのランプを用いた照明器具に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、照明用のランプから放射される紫
外線を利用して有機物を分解する光触媒作用が注目され
ている。

【０００３】光触媒作用は、その活性度が光触媒を構成
する金属酸化物からなる半導体に照射される紫外線の強
度に比例している。すなわち、紫外線の強度が高いほど
光触媒の活性度が高く、消臭、殺菌などの光触媒作用の
効果が大きくなることが実験により確かめられている。

【０００４】光触媒作用を応用した照明器具として、例
えば特開平７−１１１１０４号公報に蛍光ランプに対向
して設けられた透光性カバーに透明な光触媒膜を形成
し、光触媒作用によって室内の消臭を行うとともに照明
器具から放射される紫外線を遮断する構成が開示されて
いる。また、国際公開ＷＯ９４／１１０９２には、室内
照明用光源から放射された微量な紫外線によって酸化チ
タン（ＴｉＯ2）が励起され、光触媒作用によって室内
の有機物などを分解する技術が開示されている。

【０００５】一方、屋外用照明器具の透光性カバーの外
面側に光触媒膜を形成し、セルフクリーニング機能を付
加した構成が例えば特開平９−２３７５１１号公報に開
示されている。この構成は、光源から放射された紫外線
によって光触媒膜が透光性カバーの外表面に付着した汚
れ物質を分解・除去して、透光性カバーの清掃作業を低
減させたものである。

【０００６】こうした屋外用照明器具の中でも、特に汚
れの度合いが大きいトンネル内に設置される照明器具
は、清掃作業にかかる手間および費用も多大であるた
め、光触媒作用によるセルフクリーニング機能が一層期
待されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般にトンネル内照明
は、走行車輌の運転者がトンネルに入出坑する際に明暗
順応により視覚による認識力が低下するため、できるだ
けトンネル内照度とトンネル外照度との差が小さくなる
ように調整している。

【０００８】このため、トンネル内に設置された照明器
具は、昼間は設置された全て照明器具を点灯させ、夜間
は一部の照明器具のみが点灯するように間引き点灯させ
て調整している。

【０００９】しかし、夜間の間引き点灯によって消灯さ
れた照明器具はランプが点灯したいないため紫外線も放
射されなくなり、透光性カバーに光触媒膜が形成されて
いても十分な光触媒効果は得られない。また、間引き点
灯を行うと同時に設置された照明器具の間でランプ点灯
時間のばらつき生じ、ランプ交換時期が大幅にずれるた
めにメンテナンスの機会が増加してしまうことになる。

【００１０】そこで、夜間の光触媒効果の低下およびラ
ンプ点灯時間のばらつきをなくすために、間引き点灯に
代わってランプを調光する手段が着目されている。

【００１１】しかし、トンネル用の照明器具に主に用い
られている高圧ナトリウムランプを調光すると、全光時
の紫外線放射量を１００としたとき、５０％調光時には
紫外線放射量は約４５、２５％調光時には紫外線放射量
は約２０になってしまう。すなわち、従来の高圧ナトリ
ウムランプでは、調光すると紫外線放射量が低下してし
まうので、光触媒効果が予想以上に少なくなってしまう
ことが分かった。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、調光による光束の低下以上に紫外線放射量が低下
することを極力抑えて光触媒効果が損なわれることのな
い高圧ナトリウムランプおよびこのランプを用いた照明
器具を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を達成するための手段】請求項１の高圧ナトリウ
ムランプは、両端に電極を有し、不活性ガスが封入され
た透光性セラミックスからなる発光管と；この発光管内
に封入されており、主として水銀およびナトリウムから
構成されるとともにナトリウムが常温で２〜１４ｗｔ％
の組成比率を有するアマルガムと；を具備していること
を特徴とする。

【００１４】本請求項および以下の請求項において、特
に限定していない限り用語の定義は以下の説明による。

【００１５】発光管は、管内の放電によって発生する可
視光線および紫外線を透過でき、１０００℃以上の温度
に耐え得る透光性セラミックスである。一般的に、工業
的、経済的理由から放電ランプに使用されるアルミナが
好ましいが、これに限定されるものではない。

【００１６】発光管内には、ナトリウムおよび水銀から
構成されているアマルガムが封入されているが、本発明
の作用に影響しない程度であれば，その他の金属蒸気や
キセノンなどの希ガスが若干封入されていてもよい。

【００１７】アマルガムは、ナトリウムガスおよび水銀
ガスを発光管内に放出するものである。アマルガムの組
成は、発光管内に封入された常温の状態でナトリウム組
成比率が２〜１４ｗｔ％（重量比）となるように構成さ
れている。

【００１８】アマルガムのナトリウム組成比率が１４％
を超えると、点灯時における水銀の蒸気圧が低く、調光
時に水銀の輝線である波長３６５ｎｍなどの紫外線放射
量が著しく低下することが実験により確認された。

【００１９】また、ナトリウム組成比率が２％未満で
は、通常点灯時における可視光線の放射量が低下するた
め、照明用光源としては不向きである。

【００２０】請求項１の高圧ナトリウムランプによれ
ば、ナトリウムの組成比率が常温で２〜１４ｗｔ％とな
るアマルガムを発光管内に封入するようにしたので、点
灯時における水銀の蒸気圧が高くなり、水銀の輝線であ
る波長３６５ｎｍなどの紫外線放射量を増やすことがで
き、調光時の紫外線量の低下を抑えることができる。

【００２１】請求項２は、請求項１記載の高圧ナトリウ
ムランプにおいて、可視光線から紫外線までの波長領域
の透過率変化が連続的でかつ紫外線領域で透過率が減衰
し始めて３３０ｎｍの波長で透過率が６０％以上となる
特性を有するホウケイ酸ガラス製の外管バルブで発光管
が覆われていることを特徴とする。

【００２２】請求項３は、請求項２記載の高圧ナトリウ
ムランプにおいて、外管バルブは、可視光線および波長
３００〜３２０ｎｍの範囲の紫外線の最大透過率が５０
％以上であることを特徴とする。

【００２３】外管バルブは、可視光線を透過するもので
あって、その直線透過率が８０％以上有するものが望ま
しい。

【００２４】外管バルブの形状はＢＴ形、Ｔ形などに制
限されることなく任意の形状であることを許容し、その
肉厚も可視光線および紫外線の透過率が本発明で定義す
る範囲にあれば特に制限されない。

【００２５】請求項４の照明器具は、請求項１ないし３
いずれか一記載の高圧ナトリウムランプと；このランプ
が配設されるとともに、可視光線を透過する光触媒膜が
少なくとも外面側に形成されたカバーガラスを有した器
具本体と；を具備していることを特徴とする。

【００２６】照明器具は、室内用の天井吊下げ形または
直付形の器具や、屋外用の道路用、トンネル用などの照
明器具が挙げられる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。なお、図面中同一または相当部分
には同一符号を付している。

【００２８】図１は本実施形態の光源としての高圧ナト
リウムランプの要部断面図である。１は高圧ナトリウム
ランプ、２は発光管である。発光管２は、透光性アルミ
ナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックスにより密閉円筒状に形成さ
れていて、この発光管２の両端部には電極軸に巻回され
た電極コイルからなる一対の電極手段（図示しない）が
封装されている。

【００２９】発光管２内には、ナトリウム（Ｎａ）およ
び水銀（Ｈｇ）から構成されているアマルガム（図示し
ない）が封入されている。このアマルガムは、ナトリウ
ムガスおよび水銀ガスを発光管内に放出するものであ
る。アマルガムの組成は、発光管内に封入された常温の
状態でナトリウム組成比率が２〜１４ｗｔ％（重量比）
となるように構成されている。

【００３０】発光管２内には、ナトリウムおよび水銀の
他に、始動用希ガスとしてキセノン（Ｘｅ）からなるペ
ニングガスを適量封入している。

【００３１】２２は、ホウケイ酸ガラスからなる透光性
の外管バルブであり、発光管２を収容している。高圧放
電ランプ１は、外管バルブ２２の長手方向中間部には膨
出部が形成されており、その上下部に小径なトップ部２
３ａとネック部２３ｂを形成して、いわゆるＴ形をなし
ている。ネック部２３ｂ端部には口金２４を被着してい
る。外管バルブ２２内は真空に保たれている。

【００３２】外管バルブ２２内は発光管２を収容してお
り、この発光管２は外管バルブ２２内において、サポー
トワイヤ２５により支持されている。サポートワイヤ２
５はステンレスワイヤを四角の枠状に形成したものであ
り、上部が弾性片２６を介して外管バルブ２２のトップ
部２３ａ内に係止されているとともに、下部はステム２
７に封着した一方の封着線２８ａに溶接されている。外
管バルブ２２は半硬質ガラスで形成されており、特に酸
化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の含有率を低めに調整しながら、熱膨
張係数α＝３９×１０-7／℃としている。

【００３３】発光管２の上端から導出された一方の導電
体４ａは、導電線を兼用する上部導電性ホルダ２９ａを
介して上記サポートワイヤ２５に電気的および機械的に
接続されている。

【００３４】発光管２の下端から導出された他方の導電
体４ｂは他の下部ホルダー２９ｂに機械的に支持されて
おり、この下部ホルダー２９ｂは絶縁体を介してサポー
トワイヤ２５に機械的に取り付けられている。したがっ
て、発光管２は上下端部でホルダー２９ａ，２９ｂに支
持され、これらホルダー２９ａ，２９ｂを介してサポー
トワイヤ２５に支持されている。

【００３５】発光管２の下部導電体４ｂは、ホルダー２
９ｂを介してステム２７に封着した他の封着線２８ｂに
電気的に接続されている。これら封着線２８ａ，２８ｂ
は口金２４のシェル２４ａおよ外部端子２４ｂに接続さ
れている。

【００３６】発光管２の下部にはフィラメントおよびバ
イメタル等から構成される始動器３０が配設されてい
る。

【００３７】発光管２の外面には始動補助のための近接
導体３１が接近して配置さている。

【００３８】近接導体３１は高融点金属からなり、一端
がバイメタル３３片に支持されていると共に、他端は上
部ホルダー２９ａに形成した係止部に支持されている。
３２はゲッターである。

【００３９】発光管２は、定格ランプ入力および電極間
距離との関係で、定格ランプ入力７０〜１１０Ｗに対し
ては管壁負荷が５〜３０Ｗ／ｃｍ2、定格ランプ入力１
５０〜４００Ｗに対して管壁負荷が１０〜３０Ｗ／ｃｍ
2、定格ランプ入力６６０〜１０００Ｗに対して管壁負
荷が１０〜２５Ｗ／ｃｍ2で点灯されるように構成され
る。

【００４０】なお、発光管２の内表面に窒素原子を含む
保護層を形成してもよい。この窒素原子を含む保護層
は、発光管２を構成するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）中の酸素
（Ｏ2）成分を窒素（Ｎ2）に置換した反応構造からなる
窒素原子を含む層であり、この層の深さは例えば０．０
５μｍ以上であればよい。

【００４１】次に、本実施形態および比較例の高圧ナト
リウムランプについて実験した結果を説明する。本実験
は、発光管２内に封入されたアマルガムの組成比率を変
えた高圧ナトリウムランプを４種類試作して行った。こ
の試作ランプを全光点灯、５０％調光および２５％調光
で点灯したときの紫外線放射量について測定した。この
測定結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】 図２は、表１の測定結果である調光レベルと紫外線放射
量との関係を示すグラフである。図において、線（１）
は試作１を、線（２）、（３）、（４）はそれぞれ試作
２、３、４を示している。

【００４３】図２から分かるように、試作１（アマルガ
ムのナトリウム組成比率１５ｗｔ％）の高圧ナトリウム
ランプは、全光点灯時のランプ効率こそ１００ｌｍ／Ｗ
と高いが、５０％調光および２５％調光における紫外線
放射量は、全光点灯時を１００としてそれぞれ４５、２
０と調光レベルよりも低下していることがわかる。

【００４４】これに対して、試作２（アマルガムのナト
リウム組成比率１４ｗｔ％）、試作３（同組成比率３ｗ
ｔ％）および試作４（同組成比率２ｗｔ％）の高圧ナト
リウムランプは、調光時における紫外線放射量が、調光
レベルと同等かそれを上回っているおり、紫外線放射量
に問題がないことが分かる。なお、試作４（同組成比率
２ｗｔ％）の高圧ナトリウムランプのランプ効率は４２
ｌｍ／Ｗと低くなっているが、このランプ効率では実用
上問題となる程度ではなく、これより低下すると照明用
光源としては不向きであるので、アマルガムのナトリウ
ム組成比率は２ｗｔ％を下回らないようにしなければな
らない。

【００４５】また、試作２ないし４の高圧ナトリウムラ
ンプを透光性カバーの外面に光触媒膜が形成された照明
器具の光源として使用し、この透光性カバーの汚れ分解
度について測定したところ、いずれも良好な結果が得ら
れた。

【００４６】図３は、上記実施形態の高圧ナトリウムラ
ンプ１を取付けた道路灯の一実施形態を示す概略断面図
である。

【００４７】４０は道路灯であり、４１は器具本体で、
沿道に立設されたポールに取付けられる。高圧ナトリウ
ムランプ１は器具本体４１に配設されたソケットに取付
けることで器具本体４１内に収容される。４２は反射体
で、ランプ１に対向して器具本体４１内に配設されてい
る。４３はガラスで成形された透光性グローブであり、
外表面に酸化チタン（ＴｉＯ2）を主体とした光触媒膜
が形成されている。

【００４８】高圧ナトリウムランプ１からは、可視光線
および紫外線が放射されるが、特に、外管バルブ２２が
波長３３０ｎｍの紫外線を最大で６０％以上透過して放
射する。また、高圧ナトリウムランプ１の発光スペクト
ルである波長３１３ｎｍ、３３５ｎｍおよび３６５ｎｍ
の紫外線も有効に放射され、光触媒膜に照射される紫外
線の強度が大きくなり、活性度が向上する。

【００４９】図４は、上記実施形態の高圧ナトリウムラ
ンプ１を取付けたトンネル用照明器具を示す斜視図であ
る。

【００５０】トンネル用照明器具５０は、中空の薄箱直
方体の器具本体５１を有し、この器具本体５１の下面に
投光開口５２が形成され、器具本体５１の背面には取付
用の板状の取付脚５３が形成されている。また、器具本
体５１内には開口５２に対向して開口５２方向に向けて
光を反射する曲面上の反射板が取り付けられている。こ
の反射板の長手方向の一端側にはランプソケットが取付
けられており、このランプソケットには、上記実施形態
の高圧ナトリウムランプ１（外管バルブＴ形）が着脱自
在に取付けられる。

【００５１】開口５２は器具本体５１の一部をなす枠体
５４に形成されており、枠体５４の開口５２には平板状
の強化ガラス製の透光性部材としての透光性カバー５５
が装着されている。透光性カバー５５はソーダライムガ
ラス製であるが、ホウケイ酸ガラスなどの他の材質によ
って構成されていてもよい。枠体５４は一側に設けられ
た蝶番５６により器具本体５１に開閉可能に取付けら
れ、開口５２の他側に設けられたラッチにて、枠体５４
が閉塞した状態で器具本体５１に保持される。さらに、
器具本体５１には、枠体５４を器具本体５１に閉塞した
状態で水密にシールするパッキング５７が取付けられて
いる。

【００５２】透光性カバー５５の外表面側には、上記実
施形態と同様に、光触媒膜が形成されている。そして、
本実施形態も、高圧ナトリウムランプ１を点灯させるこ
とにより、上記実施形態と同様の作用および効果を奏す
る。

【００５３】図３、４に示すようにグローブまたはカバ
ーの外面には光触媒膜が構成された照明器具の場合に、
グローブまたはカバーの汚れを防止して、長期間にわた
り明るさの低減が少なく、したがってメンテナンスの容
易な照明器具を提供できる。

【００５４】光触媒膜は、アナターゼ形酸化チタンを主
成分とするのが好ましい。主成分とは、光触媒の５０重
量％以上がアナターゼ形チタンであることを意味する。
光触媒作用は酸化チタン以外にも知られているが、光触
媒作用が強く、無色透明な膜を得ることができて、しか
も工業的規模において比較的安価に入手できるという理
由から、アナターゼ形酸化チタンを主成分とする。副成
分としてはアナターゼ形酸化チタン以外の既知の各種光
触媒物質（たとえばルチル形またはアモルファス状のＴ
ｉＯ2、ＺｎＯ、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＴｉＯ3、Ｓｒ
ＴｉＯ3、ＣｅＯ2、Ｔｂ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｅｒ2Ｏ3な
ど）、光触媒作用を助長する貴金属（たとえばＰｔ、Ａ
ｇ、Ｐｄ、Ａｕなど）またはその化合物およびその他適
宜の物質を許容する。

【００５５】本発明の光触媒膜は、その膜厚が０．０１
μｍないし０．３μｍの範囲である。膜厚が０．０１μ
ｍを下回ると、光触媒膜による光の吸収が極端に低下す
るため、また光触媒膜を必要な範囲でなるべく均一に形
成することが困難となり、したがって光触媒の活性が低
下するので、不可である。また、膜厚が０．３μｍを越
えると、光触媒を透過して外面近傍の光触媒にまで到達
する光の割合が減少するために、やはり光触媒の活性が
低下するので、不可である。

【００５６】

【実施例】高圧ナトリウムランプの好ましい実施例を以
下に示す。

【００５７】・外管バルブ：ホウケイ酸ガラス製（全長
８８ｍｍ、外径８．５５ｍｍ、内径φ６．８５ｍｍ、肉
厚０．８５ｍｍ）、熱膨張係数α＝３９×１０-7／℃、
３１３ｎｍの透過率６０％、３３５ｎｍの透過率８２％ ・発光管：透光性アルミナ製（全長８８ｍｍ、外径８．
５５ｍｍ、内径φ６．８５ｍｍ、肉厚０．８５ｍｍ） ・放電媒体：ペニングガスとしてのキセノン（Ｘｅ）２
５ｋＰａ、常温でのナトリウム組成比率が１０ｗｔ％の
アマルガムから放出されるナトリウム（Ｎａ）および水
銀（Ｈｇ）ガス ・電極：電極コイルにエミッタ物質（ＢａＯ−ＣａＯ−
ＷＯ3）を塗布、電極間距離６２ｍｍ ・保護層：５０μｍ ・定格ランプ入力：３６０Ｗ ・管壁負荷：２５Ｗ／ｃｍ2

【００５８】

【発明の効果】本発明の高圧ナトリウムランプによれ
ば、ナトリウムの組成比率が常温で２〜１４ｗｔ％とな
るアマルガムを発光管内に封入するようにしたので、点
灯時における水銀の蒸気圧が高くなり、水銀の輝線であ
る波長３６５ｎｍなどの紫外線放射量を増やすことがで
き、調光時の紫外線量の低下を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のの要部断面図。

【図２】上記実施形態および比較例の高圧ナトリウムラ
ンプの調光レベルと紫外線放射量との関係を示すグラ
フ。

【図３】同上高圧ナトリウムランプを取付けた道路灯の
概略断面図。

【図４】同上高圧ナトリウムランプを取付けたトンネル
用照明器具の斜視図。

【符号の説明】

１・・・高圧ナトリウムランプ、２・・・発光管、２２・・・外
管バルブ、４１，５１・・・器具本体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に電極を有し、不活性ガスが封入さ
   れた透光性セラミックスからなる発光管と；この発光管
   内に封入されており、主として水銀およびナトリウムか
   ら構成されるとともにナトリウムが常温で２〜１４ｗｔ
   ％の組成比率を有するアマルガムと；を具備しているこ
   とを特徴とする高圧ナトリウムランプ。
2. 【請求項２】 可視光線から紫外線までの波長領域の透
   過率変化が連続的でかつ紫外線領域で透過率が減衰し始
   めて３３０ｎｍの波長で透過率が６０％以上となる特性
   を有するホウケイ酸ガラス製の外管バルブで発光管が覆
   われていることを特徴とする請求項１記載の高圧ナトリ
   ウムランプ。
3. 【請求項３】 外管バルブは、可視光線および波長３０
   ０〜３２０ｎｍの範囲の紫外線の最大透過率が５０％以
   上であることを特徴とする請求項２記載の高圧ナトリウ
   ムランプ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか一記載の高圧
   ナトリウムランプと；このランプが配設されるととも
   に、可視光線を透過する光触媒膜が少なくとも外面側に
   形成されたカバーガラスを有した器具本体と；を具備し
   ていることを特徴とする照明器具。