JPS5947427B2 - 高圧力ナトリウム蒸気灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はセラミック、適当な物としてはアルミナの密
封外被を持ち、その中でナトリウム蒸気中で放電が起る
高圧カナトリウム蒸気灯、更に具体的に言えば小型寸法
の蒸気灯に於けるセラミック外被の内径を最適にするこ
とに関する。

この種の高強度ナトリウム蒸気灯は、高い温度でナトリ
ウムに対［−で耐久力を持つ透光性耐火酸化物材料、適
当な物としては、高密度の多結晶アルミナ又は合成サフ
ァイヤのほっそりした管状外被を用いることが知られて
いる。

充填物はナトリウムと共に、起動し易くするキセノンの
様な希ガスと、効率をよくする水銀とで構成される。

アルミナ管の両端が、熱電子電極に接続を行なう適当な
閉塞部材によって密封される。

この電極は電子放出材料によって活性化された耐火金属
構造で構成することができる。

セラミックのアーク管が一般的には硝子質の外側外被又
はジャケット内に支持され、このジャケットが一端に普
通のねじ込ｉ］金を備えている。

ア・−り管の電極が口金の端子、即ち殻体及び中心接点
に接続され、外被内の空間ｉは熱保存のために真空にす
るのが普通である。

現在まで商業的に製造されてきた高圧カナトリウム蒸気
灯は一般に内径が、７．２ ミ！Ｊ、又はそれ以上のセ
ラミックのアーク管を用いている。

電流約４．７アンペア及びランプ電圧降下約１００ポル
ｉトで動作する４００ワツトの蒸気灯に対して、こうい
う内径が使われている。

１，０００ワツトの蒸気灯の様な更に大きな寸法の蒸気
灯では、同じ内径を持つ一層長いアーク管が使われてい
る。

更に小形の寸法の蒸気灯、例えば２５０ワツトの蒸気灯
では、やはり同じ内径を用い、アークの長さを短かくし
、電圧降下は１００ボルト、電流は約３アンペアに下げ
る。

この様な寸法が小さい高圧力す） ＩＪウム蒸蒸気はか
なり効率が低下する。

この発明では、５０乃至３００ワツトの範囲内の小形の
寸法の高圧カナトリウム蒸気灯に対する設計パラメータ
を検討した。

特に取上げた因子は効率、アーク間隙、アーク管の内径
、電圧勾配、末端損失及びセラミック外被の負荷である
。

約３００ワツト位から下は５０ワツトまでの小形の寸法
の蒸気灯では、アーク管の内径が効率に重要な影響を持
ち、所定の電力入力に対し、ランプ電圧降下と最適の内
径との間に相関々係があることが判った。

一般に、ランプ電圧が高く、電力入力が少なくなると、
何れも内径を減少する必要がある。

この発明では、２０乃至１８０ボルトの範囲内のランプ
電圧降下を持つ５０乃至３００ワツトの範囲内のあらゆ
る寸法の蒸気灯に対する最適の内径を決定した。

この結果を相異なるワット数に対する一連の曲線として
描き、これから所定のランプ電圧降下で動作させる必要
がある蒸気灯に対するアーク管の最適の内径が容易に決
定される。

特に関心がある１つの設計であり、この発明の好ましい
実施例であるものは、５．５ ミ’）の内径を持つアル
ミナのアーク管を用いた１５０ワツトの蒸気灯である。

この内径は５８ボルトのランプ電圧降下で大体最適であ
るが、この数字は公称１２０ボルトの交流線路で低床な
直列リアクトルにより、蒸気灯を経済的に動作させ且つ
有効に調整することができる様にするものである。

同じ内径を持つアーク管は、９８ボルトのランプ電圧降
下で動作する２５０ワツトの蒸気灯に対しても最適に近
いものであり、この数字は公称２２０ボルトの交流線路
で簡単な直列リアクトルにより、ランプを動作させ且つ
調整するのに適する。

この発明は、５０乃至３００ワツトの範囲の高圧カナト
リウム蒸気灯に於ける設計パラメータの研究から生れた
ものである。

蒸気灯の効率に対する影響について特に検討された因子
・ンま、ルーメン出力、アーク間隙、アーク管の内径、
ランプ電圧降下、末端損失及びセラミック外被の負荷で
ある。

７、２ ミＩＪの普通の内径を持つ比較用ランプの他に
、３．５乃至６．５ミリの範囲内の内径を持つランプを
作った。

ランプの外被即ちアーク管としては、０．５及びｏ、７
５ミリの肉厚を持つ多結晶湛びに単結晶アルミナ又は合
成サファイＶの両方の管を用いた。

相異なる内径を持つ種々のランプに、２０トルのキセノ
ンと、２５重量係のナトリウム及び７５重量％の水銀か
ら成るアマルガム１０ミリグラムとの装入物を一様に入
れた。

ランプは外被の表面１平方センチ轟り１８ワツトの負荷
で試験した。

この数字は、高圧カナトリウム蒸気灯に普通便われる多
結晶アルミナ・セラミックで長い寿命を保証する安全な
上限である。

所定の内径を持つランプに於ける末端損失は、内′匝が
同じであるがアーク間隙が異なる２つのランプを作るこ
とによって測定することができる。

両方のランプを同じ電圧勾配及び電流で動作させる。

ランプのスペクトルは電圧勾配に直接的な関傾を持ち、
スペクトルが同様であれば電圧勾配が等しいことの目安
になる。

普通の構成のランプでは、ランプ電圧降下及び電圧勾配
は電流と無関係に調節することはできない。

しかし、過剰のアマルガムが凝縮するランプの下側金属
排気管の周りに抵抗加熱器をコイル状に巻くことにより
、この難点が容易に解決される。

ランプの外側ジャケットに３線式ステムを設け、こうし
てランプ電流とは無関係に、加熱器に対する加熱電流を
供給し且つ調整することができる。

排気管の貯蔵槽の温度を変えることにより、金属蒸気圧
、従って電圧勾配を広い範囲にわたって変えることがで
きる。

こうすると、調査を行なうのに必要なランプの数が著し
く減少すると共に、一層正確な結果が得られる。

入力電力又はワット数を一定に保ちながら、ランプのル
ーメン出力をランプ電圧降下の函数として測定Ｚた。

ランプは、１平方センチ当り１８ワツトの負荷並びにこ
の値の上下１５％の負荷で試験した。

更に、加熱器を持たない普通の構成の幾つかのランプを
各々の設計点で作り、加熱器つきランプのデータの正確
さを検査するため、ルーメン出力をランプ電圧に対して
グラフに描いた。

２５０ワツト、１５０ワツト及び１００ワツトの入力ワ
ット数を持つ３群のランプに対する結果が第１図に示さ
れている。

各群で、別々の各々の山形曲線は図示の内径を持つラン
プに対し７、その電圧降下、即ち電圧勾配を加熱器電流
の調整によってアマルガム貯蔵槽の温度を制御すること
により変えた時の、ランプ電圧に附子る相対的なランプ
効率（ルーメン／ワットで測る）の関係を表わす。

各々の内径及びワット数に対し、成る１つのランプ電圧
降下の所で効率のピークがあることが判る。

その曲線を図示したもの＼中間の内径を持つランプを作
った場合、その効率のピークは、図示の曲線のピークの
中間の点で起る。

更に、全般的に各々のワット数の群に於て、一連の曲線
は弓形になり、最大値の両側で効率が低下する。

２５０ワット○群では、利用り得るデータから、一連の
曲線が主に最大値の右側に広がることが判る。

この様に弓形になる現象は次の様に説明できると考えら
れる。

末端損失がなければ０．ランプ効率は内径と共に増加す
る筈である。

このため、各群で最大値の右側には、内径の減少による
効率の低下が起る。

最大値の左側に於ける低下は、ランプ電圧が下がると比
例的に大きくなる末端損失のためである。

所定の寸法のランプに対し、最適の内径はこのランプに
設計されたランプ電圧降下に伴って変化する。

しかし、一群の曲線のピークの近くにあり。普通に利用
し得る交流電圧で動作する様にバラスト又は電流調整器
を便利に且つ経済的に作ることができる様なランプ電圧
を持つランプの内径が特に有利である。

１５０ワツトの群では、５．５ミリの内径が有利である
。

これは５８ボルトのランプ電圧で、弓形の頂点の近くに
来るからである。

５８ボルトのランプ電圧は、普通の１２０ボルト交流線
路から簡単な直列リアクトルを用いて容易に得られる。

第２図には、第１図に示した測定結果を書き直して、５
０乃至３００ワツトの範囲内の種々の入力電力又はワッ
ト数に対し、最適の内径をランプ電圧降下の函数として
示しである。

このグラフ中の曲線の破線の部分は外挿法によって得ら
れた。

これらの曲線は、２５重量係のナトリウム及び７５重量
係の水銀から成るアマルガムを用いた場合である。

しかし、アマルガム中のナトリウムを１０乃至４０重量
係の範囲にし、表面負荷を１４乃至２４ワツ） ７８ｍ
の範囲にするだめに、図示の内径から±２０係までずれ
てもよい。

第２図のグラフの使い方を例示するだめ、１２０ボルト
の線路に接続した簡単な直列リアクトルにより、１５０
ワツトのランプを調整したい場合を仮定する。

経験則から、ランプの両端の電圧降下を線路電圧の半分
より高くしないのが、よい調整を得る方法である。

今の場合は、５５乃至６０ボルトである。

第２図をみると、１５０ワツトの曲線が５．５ミリの内
径の所で５８ボルトの線と交差するが、この状態ではこ
の値が最適に近い。

２５０ワツ）Ｄ曲線が９８ボルトの電圧降下の所で５．
５ミリの内径の線と交差することが認められよう。

これは、公称２２０ボルトの線路に簡単な直列リアクト
ルを接続することによって、ランプを良好に調整するの
に適当な電圧である。

このため、５．５ミリの内径を持つアーク管は、１２０
ボルトの線路に接続した簡単な直列リアクトルによって
調整しようとする１５０ワツトのランプに対して最適に
近いと共に、２２０ボルトの線路に接続した直列リアク
トルによって調整しようとする２５０ワツトのランプに
対し７ても適当である。

この発明を好ましい形で実施した定格１５０ワツトの高
圧カナトリウム蒸気灯が第３図に示されている。

蒸気灯１は硝子の外側外被２を持ち、その頚部に標準形
の大形ねじ込口金３が取付けられている。

外側外被が内向きステム・プレス４を持ち、比較的太い
１対の日出線５，６が普通の様にその中を通り抜け、こ
れらの日出線の外側端が口金のねじ金具７及びはと目８
に接続されている。

外側外被の中心に配置されたアーク管９は、成る長さの
多結晶アルミナの管で構成され、図では見やすい様に澄
明として示しであるが、実際には半透明である。

管の両端が硝子状封じ組成物によってアルミナに気密封
じされた端閉塞部によって密閉されている。

好ましい端閉塞部は、金属、適当な物としてはアルミナ
・セラミックと釣合う膨張係数を持つニオブで作られた
キャップ１０．１１である。

下側の端蓋１０の中に金属管１２が密封され、これがラ
ンプを製造する際の排気管並びに充填管として作用する
。

排気管の外側端を封じ切り、ランプの動作中、過剰のナ
トリウム−水銀アマルガムが凝縮する貯蔵槽として作用
させる。

ランプの下側電極１３が排気管１２の内側突出部に取付
けられる。

上側の金属の端蓋１１を通り抜けるダミー排気管１４が
上側の電極１５を支持する。

電極はタングステンの軸部にタングステン線ヲ巻いた２
重巻線であり、各ターンの間の隙間に収容されたＢａ２
ＣａＣ０６で活性化されている。

ダミー排気管はアーク管の内部に開口せず、このため、
その外側端を気密に封じ切る必要はない。

ランプの充填物は、約３０トルの圧力のキセノンと、２
５重量係のナトリウム及び７５重量係の水銀から成る２
５ミリグラムのアマルガムの装入物とで構成される。

比較的短かいワイヤ接続体１６を排気管１２及び頑丈な
支持棒１７に溶接する。

この支持棒が日出線６に溶接される。

支持棒１７に絶縁体２０を螺着し、この周りに巻付けた
帯板１９により、支持棒１７を単一の脇棒１８及び口出
線６に接続する。

このため、アーク管の下端は非常に堅固に所定位置に固
定される。

脇棒１８の上端に取付けたリング状支持体２１の中にダ
ミー排気管１４を通すことにより、上端が熱膨張できる
様にする。

可撓性の金属帯板２２をダミー排気管及び単−脇棒１８
に点溶接して、リング状支持体２１とダミー排気管１４
とが接触しているといないとに関わらず、上側電極に確
実に電気接続をする。

脇棒１８の上端は、外被２のドーム側の端にある倒立乳
頭部２３に係合するクリップ２４によって支持される。

図示のランプは口金を下にして動作する様になっている
。

同じランプを口金を上にして動作させる場合、アーク管
及びその直接の接続体は外側外被に対し７て逆さにし、
短いワイヤ接続体１６は大体第３図のリング状支持体２
１が成る位置で脇棒１８に取付け、リング状支持体２１
を支持体１７に取付ける。

この発明では、図示のランプはアーク管の内径が５．５
ミＪであり、アーク間隙が、電極１３．１５の先端の間
で計って約３．７センチである。

電圧勾配、即ち、アーク間隙の１センチ当りの電圧降下
は、低温スポット、即ち過剰のアマルガムがたまる封じ
切った排気管１２の温度に関係する。

この排気管の温度は熱平衡に関係１−１それを短かくす
ることによって排気管からの熱損失を少なくすることに
より上昇させることもできるし、又は排気管を粗面化す
るか、或いはそれに輻射率が高い材料をぬって、熱放射
を増加することによって下げることもできる。

ワイヤ接続体１６の断面及び長さを変えることにより、
この温度を調整するとともできる。

図示のランプでは、熱損失は排気管又は低温スポットの
温度が約６８０℃になり、ランプ電圧降下が約５８ボル
トになるようなものであった。

この状態では、ランプが１６，０００ルーメンの光出力
で最大効率で動作する。

これは１０フルーメン／ワツトの効率に対応する。

このランプは、１２０ボルト交流線路から簡単な直列リ
アクトルを介してごく普通に給電される電圧で、効率の
ピークに達するという予期しない利点を有する。

２２０ボルトの交流線路で動作する様にした別の１５０
ワツトのランプは内径が４．２ミリで、アーク間隙が５
．６センチである。

このランプは、熱損失の点では、第２図の１５０ワツト
の曲線によって特定される様に、約１００ボルトの電圧
降下で動作する様な割合にした。

１２０ボルトの交流線路で動作する１００ワツトの定格
を持つランプは、内径が４．８ミ！Ｊで、アーク間隙が
約２．９センチである。

このランプは、第２図の１００ワツトの曲線によって特
定される様に、約５１ボルト■電圧降下で動作する。

１２０ボルトの交流線路で動作する２５０ワツトの定格
を持つランプは、内径が７．５ ミリで、アーク間隙が
約４．７センチである。

このランプは、第２図の２５０ワツトの曲線によって特
定される様に、約５８ボルトの電圧降下で動作する。

２２０ボルトの交流線路で動作する２５０ワツトＤ定格
を持つランプは、内径が５．５ミリで、ア・−り間隙が
約７．０センチである。

このランプは、第２図の２５０ワツトの曲線によって特
定される様に、約９８ボルトの電圧降下で動作し、出力
が３０．０００ルーメンで、これは１２０ル・−メン／
ワットの効率に対応する。

このランプは第３図に示すランプと同じ内径を用いてい
るが、更に長いア・−り管を使い、それに能ってランプ
電圧降下が一層大きくなることが認められよう。

この発明は特許請求の範囲の記載に関連して次の実施態
様をとり得る。

イ）蒸気灯が１５０ワツトの電力入力及び５８ボルトの
ランプ電圧降下で動作し、外被の内径が５．５ミリで、
電極間のアーク間隙が３．７センチであること。

口）蒸気灯が１５０ワツトの電力入力及び１００ボルト
のランプ電圧降下で動作し、外被の内径が４．２ミリで
、アーク間隙が５．６センチであること。

・・）蒸気灯が１００ワツ）ｂ電力入力及び５１ボルト
のランプ電圧降下で動作し、外被の内径が４．８ミリで
、電極間のアーク間隙が２．９センチであること。

二）蒸気灯が２５０ワツトの電力入力及び５８ボルト■
ランプ電圧降下で動作し、外被の内径が７、５ ミ！Ｊ
で、電極間のアーク間隙が４．．７センチであること。

ホ）蒸気灯が２５０ワツトの電力入力及び９８ボルトの
ランプ電圧降下で動作し、外被の内径が５．５ミリで、
アーク間隙が７センチであること。

へ）アマルガムが約２５重量％のナトリウムを含むこと
。

【図面の簡単な説明】

第１図は相異なる入力電力又はワット数を持つ幾つかの
ランプ群に対し、種々の内径の時のランプ効率とランプ
電圧降下との関係を表わす一連の曲線を示すグラフ、第
２図は２０乃至１８０ボルトのランプ電圧で５０乃至３
００ワツトのワット数範囲のランプに対する最適内径を
示すグラフ、第３図はこの発明を好ましい形で実施した
高圧カナトリウム蒸気灯の側面図である。 主な符号の説明、９・・・・・・アーク管、１３，１５
・・・・・・電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両端部に封止された電極をもつ管状の透光性アルミ
   ナ外被を有し、その中に不活性起動ガスの充てん物と正
   常な動作中に蒸発される量よりも多いナトリウム−アマ
   ルガムの装入物とが封入され、該装入物中のすｌ−’Ｊ
   ウムの割合は１０ないし４０重量係の範囲であり、それ
   により２０ないし１８０ボルトの範囲内の電圧で、また
   前記透光性アルミナ外被表面に関し１４ないし２４ワツ
   ）／ｃｒＡの負荷で点灯使用される高圧カナトリクム蒸
   気灯であって、５０ないし３００ワツトの入力電力での
   点灯に対し、前記アルミナ外被の内径が、前記電極間区
   域において３．５ないし７．５ ミＩＪメートルの範囲
   内で、第２図の電力人力曲線（又はその補間電力入力曲
   線）とランプ動作電圧線の交点により決定される値にな
   っていることを特徴とする高圧カナトリウム蒸気灯。