JPS6059701B2 - ユニバ−サル燃焼式アルカリ金属蒸気ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルカリ金属蒸気放電ランプに関し、−特に
、アルミナセラミック外包体を利用した高圧アルカリ蒸
気ランプに使用するのに有用なアルカリ金属蒸気放電ラ
ンプに関する。

現在、よく知られている高強度のナトリウム蒸 一、
″一０目 ４４−゛ｉ−３ｌう名称で、１９６６年のシ
ユミツトの米国特許第３２４８５叩号に説明されており
、それは一般に、内部に細い管状セラミックアーク管が
装着されるような外側ガラス管、即ちガラス製包囲体で
成りたつ。

そのアーク管は高温でアルカリ金属に耐える耐熱性酸化
材、即ち、高密度性多結晶アルミナ、又は合成サフアイ
ヤて作られる。その充填物はスタートを容易にするため
に稀ガス以外にナトリウムと、効率を上げるための水銀
とて成りたつ。アルミナ管の端部は電極への接続をなす
適切な閉鎖部材によつてシールされる。セラミックアー
ク管を包囲する外包体は一端部にねじ基部を備え、その
ねじ基部は、シェル体と、前記アーク管の電極が接続す
る中心接触子とで成りたつ。 この高圧ナトリウム蒸気
ランプは余分の量のナトリウム水銀アマルガムを包含す
る。

即ち、それは、ランプが安定した操作状態に達する時に
蒸発する量以上のアマルガムを包含する。そのような余
分の量をもたせることによつて、蒸気圧はアーク管内の
どの点に於ても最低操作温度により決定され、供給され
る量はクリテイカルではない。この余分な量のアマルガ
ムのいくらかは、そのランプの作用中、例えばアルミナ
壁を通つて行われる電気分解による如き損失を補うため
にも必要てある。端部から端部へみて、アーク管が対称
をなすようなランプに於て、過剰のアマルガムが集中す
る所の冷点がアーク管本体内に位置するものを時々ユニ
バーサル燃焼型と呼んでいる。

その型の１つの例がトル他による特許第３６０９４３７
号に説明されており、そのアーク管は排気管を有せず、
第２端部閉鎖体を不活性ガスを満した炉内でシールする
直前に、アマルガムがアーク管内に挿入される。そのよ
うな型において、ランプが作用している時、過剰アマル
ガムの位置は温度と重力とによつて決定される。その過
剰のアマルガムはアーク管内の最冷点へ侵入し、それは
重力によつて最下位置へ引つぱられる。即ち、電極熱に
直接、露呈される下端部で閉鎖体の方へ引つぼられる。
ランプの作用中、アーク管壁に電極材が付着すると、そ
の壁は暗くなり、その電極に近い端部が最も暗い。その
結果生じるオープン効果により冷点を温度が上昇し、ナ
トリウムはより多く蒸発し、順次ランプの電圧が上昇す
る。ランプの操作電圧は寿命と共に上昇し、安定抵抗に
より供給される電圧がランプの操作を維持するにはもは
や不充分となる時にそのランプの寿命が終るということ
は、高圧ナトリウムランプの一般的特性である。この時
点で、ランプは全ての操作が終るか又はその安定抵抗に
より供給される高圧スタートパルスによソー点滅をくり
返す。かくして、高圧ナトリウムランプの寿命は電圧の
上昇率によつて決まる。従来のユニバーサル燃焼型ラン
プに於て、オープン効果が電圧を更に上昇させ、その結
果ランプは比較的短命となる。スミサー他による米国特
許第３７０８７１０号に示したもう１つのよく知られた
型のランプに於て、過剰のナトリウム水銀アマルガムが
アーク管本体の外側にある貯槽内で凝縮する。

この構造体は、排気管として使用されるニオビウムで成
る少くとも５１本の管状インリードを利用し、それはア
ーク管の内部への開口を有する。ランプに充填物が入れ
られた後、排気管は密閉状に先端が作られ、その先端が
過剰のアマルガムが集る冷点となるように熱平衡が保た
れる。その過剰のアマルガムはここ・で、アークと電極
の直接的熱から移動した位置にあり、そのランプが年を
経る時のアーク管の黒づみはナトリウム蒸気圧とランプ
の電圧とに対して最低限の影響しか与えない。又、外側
貯槽を使用すると、ルーメンのアウトプットと長い寿命
にとつて最適条件に温度を調整するために、熱損失を調
整するように、例えば貯槽を少砂で安定させることによ
つて熱平衡を細かく調整することが容易となる。外側貯
槽構造体は、排気管を最下部に置かねばならないという
欠点を有していた。

これは与えられたランプの２つの異形を必要とした。即
ち基部を上にした型と基部を下にした型とであり、その
ノアーク管は１方の型の外包体と他方の型の外包体とに
対して逆になつている。そのいづれかの型が正しくない
位置づけで電極される場合、振動、即ち機械的ショック
により排気管がはずれてアマルガムがアーク管内へ滴下
する。アーク区域はもつと高い温度であるのて、ナトリ
ウムと水銀蒸気圧が突然上昇し、ランプの電圧もそれに
応じて上昇する。これはランプの電圧が安定抵抗の最大
支持電圧をこえる時にそのランプを充分に消灯させるほ
どである。光の中断、即ち明滅が許されない所の使用例
が多くある。極端な場合、比較的冷いアマルガムが滴下
してそれがアーク管に当る時、そのアーク管が熱により
亀裂を生じ、ランプの有効寿命が終ることも知られてい
る。そこで、本発明の目的は、前述の欠点又は制限がな
い状態でいかなる方向ででもランプを燃やすことのて出
来る新規て改良型の外側貯槽を有するランプ構造体を提
供することである。

本発明は、普通の操作に従つて金属蒸気を熱で移動させ
ながら排気管内にアルカリ金属を保持する装置を提供す
る。

そのような装置は広義に言つて、多数の細い毛状開ロへ
の通行を制限するシール端部と通口との間の管状体に介
在する障害物てある。好ましい実施例に於て、その装置
は、先端を作る前に、即ち端部を締める前に、ニオビウ
ム排気管内に挿入される形造られた金属スクリーンで成
りたつ。

そのスクリーンは、ぶつかつて来る液体の小滴の通過を
有効に防ぐように小さなオリフィスを有する大きな表面
積を備えるように細かいメッシュで出来ている。そのス
クリーンは先端部より高温の排気管の中間点に位置づけ
られる。スクリーンにぶつかるいかなるアマルガムも、
スクリーンの温度がより高いために、その後、ゆつくり
と再蒸発し、管の端部にある冷点で再凝縮する。しかし
ながら、その温度差はあまり大きくないので、ランプの
操作に著しい影響を与えるほど圧力の上昇は大きくない
。ここで、第１図を参照すれば、本発明を実施したラン
プ１は４００ワット定格の包囲型高圧ナトリウム蒸気ラ
ンプである。

そのランプはガラス製の脱気された外包体３の中に包囲
された内側セラミックアーク管２で成りたち、前記外包
体の首部に標準型ＭＯｇＬｌｌねじ基部４が取付られて
いる。その外包体即ちジャケットは再侵入ステムプレス
５で成りたち、そこを通つて一対の比較的重いインリー
ド線６，７が伸長し、その外端は基部のねじシェル８と
小孔９とに接続する。外包体内の中心に位置するアーク
管２は或る長さの光伝達セラミック管で成り、それは適
切なものとしては半透明の多結晶アルミナセラミックか
又は透明の単一結晶アルミナである。

アルミナセラミックの膨張係数に調和するニオビウムの
金属キャップ１１，１２で成る端部閉鎖体はガラス様シ
ール部材によつて管の端部にシールされる。ニオビウム
又はタンタリウムで成る金属管１３は下方キャップ１１
を通つて伸長し、ランプの製造中、排気及び充填管とし
て役立つ。出来上りランプに於て、管１３はその外端を
締めてシールされ、操作中過剰のナトリウム水銀アマル
ガムが凝縮する貯槽として役立つ。ランプ内の電極１４
は排気管１３の内方への突出部に取付られ、金属の端部
キャップ１２を通つて伸長する見せかけの排気管１５か
他方の電極を支持する。両電極ともタングステン軸部１
８に二層をなして巻かれたタングステンワイヤ１８て成
りたつ。その軸部は又金属盤１９の形で耐後方アーク遮
板を支持する。それらの電極はコイルの施回と施回との
間のすき間に保持された金属酸化物により作動され、そ
の好ましい材料はジバリウム カルシウム タングステ
ートである。例として、長さ１１２ミリメーターで中心
穴が７ミリメーターの図示のアーク管のための充填物は
スタート用ガスとして役立つ２０トール圧力のキセノン
と、２５重量パーセントのナトリウムと７５重量パーセ
ントの水銀とのアマルガム２５ｍｇの充填物とで成る。
排気管１３はコネクター２０と、長いフレーム部材即ち
側部機２１とによつてインリード６に接続し、そのイン
リード６はねじ式シェル８に回路で接続する。

見せかけの排気管１５は短いＬ字型機２３に固定された
リング支持体２２を通つて伸長し、その配置によりアー
ク管は軸方向に伸長しながら横方向にも、制限される。
可撓性のある金属ひも帯２４は見せかけの排気管１５を
、インリード７に溶接された短杵２３に接続さ１、それ
によつて基部の小穴９への回路接続が行われる。長側杵
２１の末端部はクリップ２６によつて外包体のドーム端
部にある逆ニップル２５に固定される。従来の技術に後
続するランプ製造順序に於て、端部キャップと電極組立
体は端部キャップ１１，１２をセラミックに固定させる
金属酸化物シール部材を溶融させるに充分な高温の真空
炉内でアルミナアーク管の端部にシールされる。この時
点で、排気管１３はまだ開いている。即ち、その外端は
図面に示すようには締められておらず、管１３の横穴、
即ち通口２７によりアーク管の内部に通じる。本発明に
よれば、形成された金属スクリーン２８がここで通口２
７の近くで排気管１３に挿入される。そのスクリーンは
１００メッシュ以上の細かいメッシュで出来ていて、ぶ
つかる液体の小滴の通過を有効に防ぐように小さなオリ
フィスでもつて大きな表面積を備える。１つの例として
の図示のランプに於て、ニオビウム排気管１３の内径は
約０．１００インチである。

適切なスクリーンは１００メッシュタングステンスクリ
ーンから３１１６インチ直径の盤体を切断し、３１３２
インチ直径の半球形カップにそれを挿入させることによ
り盤体をカップで受け入れることにより作られ、そのカ
ップからその盤体はそれ自身の弾性によりはね返り、伸
長する。カップにはまつたスクリーンは細棒により排気
管内に先端から押し込まれ、その後それは図示の形と図
示の位置で排気管内に摩擦的に保持される。空のアーク
管はそれから、排気され且出来上り製品中でスタートガ
スとして役立つ不活性ガスで満される部屋内に入れられ
る。この部屋内で送り装置は液体ナトリウム水銀アマル
ガムのボールを排気管内に釈放し、そのボールは第３図
の２９で示すものよりわずかに大きい。そのナトリウム
水銀アマルガムは、それが液状で容易に流れるような室
温以上の温度に前もつて加熱されている。それから機械
的装置が密閉冷間溶接を行うのに充分なりでもつて符号
３０て示すように、管１３の端部を締める。適切なスク
リーン材料はタングステン、モリブデン、ステンレス鋼
である。

ニッケルはニオビウム内に溶融するので、ニッケルをニ
オビウム管に関連して使用するのは適切でない。ランプ
操作に於て外側貯槽として役立つ排気管１３が最下部に
ある場合、過剰のナトリウム水銀アマルガムは締め端部
３０である冷点のとなりの第２図に示すような楔形容量
３１内で凝縮する。

外側貯槽構造体の普通の効果は、貯槽の先端３０の温度
を決定する熱平衡を調整することによつてアーク管内の
蒸気圧を厳密に制御しながら得られる。図示のランプの
基部を上にした位置に相当するこの方向づけに於て、ナ
トリウム及び水銀蒸気はスクリーン２８を通つて自由に
通過し、過剰のアマルガムは常時第２図に示すように符
号３１の所に残る。ランプが逆位置にされ、基部を下に
して操作される場合、外側貯槽は第３図に示す方向をと
る。

この逆位置でもつてさえ、ナトリウム水銀アマルガムの
表面の引つぱり、即ち毛状引きつけは普通ニオビウム管
１３の先端にある楔形容量部に過剰部分を保持するのに
充分である。しかしながら、機械的ショックの振動の応
力のもとにアマルガムの小滴が楔形容量部からゆるく破
壊する。スクリーンのメッシュが細かいために、球２９
は多数のより小さな小滴に分裂してもそこを通過出来な
い。ランプの端部の熱平衡に於て、電極１４は熱源てあ
り、カップ１１は比較的高温であり、その温度は先端３
０へ向つて排気管１３に沿つて低下する。先端３０から
スクリーン２８の位置までの温度の上昇は１０〜２０℃
である。この温度差によりアマルガム球２９はゆつくり
と蒸発し、それ自身を楔形容量部３１ａに付加すること
によつて先端部に再凝縮する。しかしながら、スクリー
ンと先端部との間の温度差は、ランプの操作に於て顕著
な蒸気圧の上昇を生じさせるほど高くはない。結局アマ
ルガム２９の小さな球は完全に消失し、第３図のアマル
ガム容量部３１ａは第２図の容量部３１のサイズ戻る。
過剰のアマルガムは、もう１つの小滴が形成され、前述
の順序がくり返される際に落下するまでそのように残る
。細いメッシュスクリーン２８は安価であり、適所に容
易に挿入され、完全に有効であるので、障害装置として
好ましい。

しかし、例えば、管１３内に押し込まれる細いタングス
テンワイヤーの小さなかたまりや、毛状間隙を有する適
切なサイズの物体も使用出来る。かくして、本発明は外
部貯槽構造体により達成される厳密なりラー調整及び高
照明効率の効果の全てを保有し、同時に寿命を短かくし
たり、操作中の明滅なしにユニバーサル燃焼位置の効果
をも有する。

次に本発明の実施を態様をまとめてみると、（１）可イ
オン化媒体はナトリウム水銀アマルガムで成ることを特
許請求の範囲に付加したナトリウム蒸気ランプ。

（２）可イオン化媒体はナトリウム水銀アマルガムで成
りたち、前記管体はニオビウムで出来ており、他端部は
過剰のアマルガムを毛状引きつけにより保持するのに役
立つ楔形にシールされる事を特許請求の範囲に付加した
ナトリウム蒸気ランプ。

（３）前記障害装置は細いメッシュ金属スクリーンであ
ることを特許請求の範囲に付加したランプ。

（４）前記障害装置は前記管体の中央位置に摩擦的に保
持された細いメッシュの金属スクリーンであることを実
施の態様（２）に付加したランプ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した高圧ナトリウム蒸気ランプを
示し、ユニバーサル燃焼に適したものである。 第２図は端部閉鎖体と外側貯槽との拡大詳細図てあり、
第３図は第２図の類似逆位置図であつて、アマルガムを
引つかけるスクリーンを示す。１・・・・・・ランプ、
２・・・・・内側セラミックアーク管、３・・・・・・
外包体、４・・・・・ねじ基部、５・・・・・・ステム
プレス、６，７・・・・・・インリード線、８・・・・
・ねじシェル、９・・・・・・基部の小穴、１１，１２
・・・・・・金属キャップ、１３・・・・・金属管、１
４，１６・・・・・・電極、１５・・・・・・見せかけ
の排気管、１７・・・・・・タングステンワイヤ、１８
・・・・・・タングステン軸部、１９・・・・金属盤、
２０・・・・・コネクター、２１・・・・・・側杵、２
２・・・・・リング支持体、２３・・・・・短杵、２４
・・・・可撓性金属ひも帯、２５・・・・・・逆ニップ
ル、２６・・・・・クリップ、２７・・・・・・通口、
２８・・・・・・金属スクリーン、２９・・・・・・ボ
ール、３０・・・・・・貯槽の先端。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光を透過するセラミック材からなる管状伸長形包囲
   体、該包囲体の両端部に密閉された一対の電極、該包囲
   体の一端にシールされた金属製排気用管および、該包囲
   体の中に密封されたランプの通常の動作中に蒸発する量
   を超へる量のアルカリ金属を含有するイオン化性媒体か
   らなり、上記排気用管は上記包囲体内に通じる通気口を
   有しその外端は密封されており、上記包囲体が熱平衡状
   態となつたとき上記排気管の密封端部が上記包囲体の冷
   点となるアルカリ金属蒸気ランプにおいて、上記排気用
   管内には目の細い金属製スクリーンが上記排気管の通気
   口と密封楔形端部との間に入れてあり、上記金属スクリ
   ーンは上記密封楔形端部に対向して凸状をなすドーム形
   状を有しており、上記金属スクリーンが上記排気用管の
   ほぼ中間に位置し、且つ上記排気用管に摩擦的に保持さ
   れていることを特徴とするアルカリ蒸気金属ランプ。