JPS6122558A - 高圧ナトリウムランプ照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 〔発明の技術的背景とその問題点〕 発光効率に優れたランプとして高圧ナトリウムランプは
よく知られているが、近年省エネルギーの観点からこの
２ンブの小形化、低ワツト化をはかり白熱電球等に代わ
って一般家庭や店舗などの屋内照明用光源として利用す
るための改良が強く望まれている。このような用途に用
いるためには。

演色性の向上、１００Ｖ級交流電源で点灯を可能とする
ことおよび２０Ｗ〜１００Ｗのランプ電力で白熱電球の
６０Ｗ〜２５０Ｗクラスの光束が得られること等が必要
条件となってくる。

この種のランプとしては、たとえば特開昭５８−１００
３５２号公報に発光管の最大内径が４．７２１１１１１
１電極間距離が１０朋、管入力５０Ｗで、電極と発光管
内面との最短距離０．８朋以上とすると共にナトリウム
アマルガム封入量を３〜１５ｍｇとしたものが記載され
ている。

しかしながら２本発明者等の実験によればこのような構
成のランプでは次のような問題が生じることが判った。

すなわち２通常高圧ナトリウムランプの透光性セラミク
ス発光管の両端開口部はガラスソルダ等の封着材を介し
て電極を支持するセラミクスまたは耐熱金属製の閉塞体
で気密に封止される。この封止工程時に上記ガラスソル
ダが溶融するような高温で加熱されるが、この際ガラス
ソルダに近い位置にある電極もまた当然高温に加熱され
るため。

電極表面に被着しであるエミッタや電極構成材料等が飛
散してその近傍の発光管管壁内面に被着する。この結果
、上記管壁は黒化して光束低下の原因となる。

このような現象は電極間距離の長い大・中形のランプで
は、黒化した管壁部分のアーク長（電極間距離）に対応
する管壁部分に対する相対的比率が小さいので問題はな
いが、電極間距離の短かい小形ランプにおいては上記相
対的比率が大きくなるので問題は大きくなる。

また、後述のように高演色性を得るためには。

ランプ電圧を一定にした場合１発光管内径と電極間距離
との間に相関がある。

さらに、屋内照明用光源とするためには１００Ｖ電源で
点灯できるようにすることが必要条件であるが、二次電
圧１００■タイプの安価なシングルチョーク形安定器で
点灯するためにはランプ電圧は４５Ｖ近辺である必要が
あり、上記従来例のように管内径が４．７闘、電極間距
離が１０ｍｍ＋　管人力５０Ｗのランプの場合には、そ
の管壁負荷は極めて高くなり１発光管材料のセラミクス
の昇華。

リークあるいはランプ電圧の上昇等の不都合を生じて寿
命特性が低下するという問題を生じる。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので。

することを目的とする。

〔発明の概要〕

以下本発明の詳細を実験例および実施例を参照して説明
する。

まず、初めに小形高圧ナトリウムランプにおいて平均演
色評価数Ｒａが８０以上の高い演色性が得られる条件を
求めた。高演色性を得るための手段の一つとして発光管
内径りを大きくしてナトリウムの自己吸収を大きくする
ことがある。たとえば１００Ｗ以下の小形の高効率形の
高圧す）　ＩＪウムランプにおいてはその発光管の内径
りは通常５朋未満であるが、高演色性とするためには５
〜７關と内径りを大きくする必要がある。７關を越える
ほど大きくすると管壁負荷が下がりすぎて高演色性を得
るのに必要な発光管の最冷部温度が維持できなくなる。

つまり高いナトリウム蒸気圧が得られにくくなるわけで
ある。

また２発光管内に封入するナトリウムアマルガムについ
ては、高演色性を得るためにはアマルガム中に占めるナ
トリウム比が重量比で２５％未満になると水銀の発光が
強くなりすぎてランプ光色はピンクになり屋内照明とし
ては適さな（なるので、ナトリウム比が２５％以上のナ
トリウムアマルガムを使用することが必要である。

なお、この種ランプの演色性は発光管内径りが一定の場
合にはナトリウム蒸気圧に依存し、またす）　ＩＪウム
蒸気圧は電位傾度Ｅ（ランプ電圧Ｍ／電極間距離（ｃｍ
））と関連がある。

第３図は電位傾度Ｅと平均演色評価数Ｒａとの関係を内
径りが５龍および７　ｍｍの各発光管についてそれぞれ
示したもので２図から判るようにＲａは電位傾度Ｅが大
きくなるにつれて共に大きくなるが、最高値に達すると
それ以後は逆に電位傾度Ｅの増大につれてＲａは次第に
低下する。　また。

内径りが大きくなると管径方向におけるナトリウムの自
己吸収増大に伴なう演色性向上効果が生じるので、内径
りが大きい７　ｍｍのランプは５ｕのランプに比較し、
同じ電位傾度Ｅでもより高いＲａが得られる。つまり図
面上において（Ｒａ−Ｂ）の関係曲線は管径の増大につ
れて左側に平行移動することになる。

しかも、Ｒａは上記のように８０以上を目標としている
から、内径りが５闘の・場合には電位傾度Ｅは３９〜５
０に、また内径りが７朋の場合は電位傾度Ｅは３４〜４
５にすれば目標を達成できることが判る。この関係を図
示すると第４図のようになる。

第３図において横軸には発光管内径Ｄ　（ｙ＋ｔｎ）を
、縦軸には電位傾度Ｅ　（Ｖ／ａａ　）をとり１点ａと
ｂは上記内径りが５闘のものにおいてＲａ　８０以上が
得られる電位傾度Ｅの５０と３９の値を示し２点Ｃとｄ
は内径Ｄ７朋のものにおいてＲａ　８０以上が得られる
電位傾度Ｅの４５と３４の値をそれぞれ示す。したがっ
て２点ａ、　ｂ、　ｃ、　ｄを結ぶ範囲α内に内径りと
電位傾度ＥがあるようにすればＲａ　８０以上の高い演
色性が得られる。

この範囲αを式で示すと、内径りが５〜７龍の範囲内に
おいて、電位傾度Ｅの上部限界値つまり点ａとＣとを結
ぶ線ａ　−ｃは。

一−Ｄ十− となり、下部限界値である点すとｄとを結ぶ線ｂ−ｄは
。

」爾＋亜 となる。したがって、電位傾度Ｅの範囲は。

一旦Ｉ）Ｉ−工咀≦Ｅ≦−軸＋す±・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（１）で示されること
になる。

ところで、従来この種の小形高圧ナトリウムラフ形管定
器を使用していたが、この場合ランプ電圧は４５Ｖ近辺
に設定しなければならなかった。

このようなランプは上記で１）式にあてはめるとその電
極間距離は管内径が５龍の場合には９〜１１．５ｇｍ。

管内径が７龍の場合には１１〜１３．２朋、と非常に短
かい形状となることが判る。したがって、このような小
形ランプにおいては上記従来例の項において述べたよう
に発光管の管端封止工程における加熱によってその近傍
にある電極の構成材料やエミッタが管内壁に被着して黒
化した場合、電極間距離の長い中、大形ランプよりも大
幅に光束を低下させることになる。

本発明者等は発光管内径りが５〜７朋の範囲内で管壁負
荷を一定にしたものにつき、電極間距離ｌを種々変えた
場合の上記封止工程において発生する管壁黒化の光効率
に及ぼす影響について調べた。この結果を第５図に示す
。第５図は発光管内径が５朋の場合であって、横軸には
電極間距離ｌ（酊）を、縦軸には光効率の相対値をとっ
である。

図から明らかなように電極間距離ｌが短かくなるにつれ
て光効率は次第に低下すること、つまり管壁黒化部分の
アーク長（電極間距離Ｉｌ）に対応する管壁部分に対す
る比率が次第に太き（なることが判る。また、電極間距
離！が２１朋以上となると相対光効率は飽和状態にある
ので、この値を１００とした場合に実用上相対光効率の
低下をせいぜい５％以内に押えようとするには電極間距
離）を１６闘以上とすれば良いことが判る。なお。

管内径が７　ｍｍの場合も同様の結果が得られた。

また、電極間距離ｌが１０闘前後と短かい場合には管壁
負荷が高すぎるという問題も生じる。たとえば、管内径
ｓ　ｍｍで電極間距離ｌが１０　ｍｍのとき５０Ｗ入力
すると、管壁負荷は３２Ｗ／ｉにもなり、大・中形の高
圧ナトリウムランプのそれが２０Ｗ／７以下であるのに
比較して極めて高く、寿命特性上不都合を生じる結果と
なる。これに対し。

上記電極間距離が１６順の場合には２０Ｗ／ｃｒｌであ
り、この値は適正なものである。

以上の各実験結果から高演色性も有し、かつ、効率や寿
命特性が実用上問題を生じない管内径りと電極間距離ｌ
の範囲は次のようにして求められる。

まず前提として、高演色性（Ｒａ８０以上）であるため
には上記（１）式が成り立たねばならない。第６図のβ
領域は上記第４図のα領域と同じ領域を示すものである
が、第４図においては管内径りと電位傾度Ｅ（ランプ電
圧／電極間距離）との関係で示したのに対し、第６図に
おいては管内径りとをＬとおいたものであり、上記β領
域のＬはランプ電圧が４５■、電位傾度が第４図のα領
域が得られるときの値から求められる。すなわち、β領
域内に管内径りとＬがあるようにすれば、ランプ電圧が
４５ＶのときＲａ８０以上が得られることになる。

この点をさらに詳述すれば、上記（１）式一旦Ｄ＋す見
≦Ｅ≦一旦Ｄ＋す± において、１００Ｖ級シングルチョーク安定器でランプ
を点灯する場合の通常のランプ電圧の設定値は４５Ｖで
あるから、電極間距離をｌ（ｙ＋ｍ）とすれば。

となり、（１）式は次の（２）式となる。

（２）式でｌとＤとの関係を直線であられすために上部
限界値（線Ａ）を示す。

以上は管内径りが５〜７闘でランプ電圧４５Ｖの場合で
あるが、このような低いランプ電圧では電極間距離ｌが
短かくなり、このため光効率の低下が太き（、かつ、管
壁負荷の増大にもとづく寿命特性の低下が生じることか
ら、電極間距離ｌは１６酩以上にする必要があることは
先に述べた通りである。ランプ電圧間を高くすると電位
傾度Ｅ＝　５　ｙ　７’　［圧Ｍ　７電極間距１ｍ　７
　（Ｃｒｌ）の関係からノリ、したがって第６図に示し
たβ領域はＬの小さい方へ移動する。

ランプ電圧は高くするといっても電源電圧１００■で点
灯させるためには１００■以下にしなくてとなる。した
がって、　　Ｒａ８０以上の高演色性が得られるＥの範
囲を示す上記（１）式は。

となり、さらにＬの範囲で示せば。

となる。しかしながら、電極間距離１３（ｙｘｙｘ）は
上記のように１６　ｍｍ以上とする必要があるから、Ｌ
＝て（４）式に示すＬの範囲は。

となる。第６図におけるγ領域の上下方向は（５）式の
範囲を示し、線ＣはＬの上限値（線Ｃ）であるれぞれ示
すものであり、横方向は管内径りの範囲である５　ｍｍ
≦Ｄ≦７朋を示す。

上記γ領域において、上記（１）式で示した電位傾度Ｅ
をもたせるとランプ電圧は５０Ｖを越え１００■に近く
なるが、このように電源電圧に近いランプ電圧ではシン
グルチョーク型安定器では立消えを生じる結果となる。

このような事態を避けるためには、すでに知られている
ランプに直列に接続されたチョークコイルと、毎半サイ
クル１回オン・オフ動作を行なう実質的にランプと並列
に接続されたスイッチ回路とからなるいわゆる半サイク
ル点灯装置を利用すれば良い。

第２図はこのような半サイクル点灯装置の一例を示し９
図において（Ｖｌ）は１００■交流電源、（Ｌ）は上記
のような１００■電源電圧に近いランプ電圧を有する高
圧ナトリウムランプ、（ＣＨ）は中間タップ付チョーク
コイルでこれ等は直列忙接続されている。また１点線で
囲った部分はスイッチング回路（Ｓ）で、上記チョーク
コイル（ＣＨ）の中間タップと電源の非チョークコイル
側端との間に接続され、その両端電圧がほぼ０になった
ときを検知してターンオンし、その電流が一定値に上昇
したときターンオフするような動作を電源（■１）の周
波数の半サイクル毎に繰返えすように構成されている。

このような点灯装置で１００■電源（■１）が投入され
るとスイッチング回路（Ｓ）の両端電圧が上昇して５Ｃ
Ｒ（Ｑ＋）、　（Ｑ２）およびトランジスタ（Ｑ３）が
ターンオンしてスイッチング回路（Ｓ）がオンの状態と
なり、スイッチング回路（Ｓ）に流れる電流が増加し所
定の電流値に達すると抵抗（Ｒ）の電圧降下により電圧
感応スイッチ（ＶＳ）のアノード電流がブレークオーバ
電圧に達して電圧感応スイッチ（ＶＳ）はターンオンす
る。このためトランジスタ（Ｑ３）のドライブ電流は０
となり、トランジスタ（Ｑ３）がターンオフし続いてＳ
　ＣＲ（Ｑ＋　）、　（Ｑ２　）もターンオフしてスイ
ッチング回路（Ｓ）はオフ状態となる。半サイクルの終
りでスイッチング回路（Ｓ）の両端電圧がＯに近づくと
電圧感応スイッチ（ＶＳ）は通電電流が保持電流以下に
なりターンオフする。このようにして毎半サイクルごと
にスイッチング回路によりパルス−電圧が加わり、その
働きでランプ電圧が電源電圧に近くても立消えを生じる
ようなことはない。

次に本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は高圧す）　ＩＪウムランブ照明装置における５
０Ｗ高圧ナトリウムランプの発光管の縦断面図を示す。

発光管は内径りが５．５朋の透光性セラミクス管たとえ
ばアルミナセラミクス管（１）の両端開口部をたとえば
アルミナセラミクス製の閉塞体（２Ａ）、　（２Ｂ）　
Ｋよりガラスソルダ（３）を介して気密に封止し、各閉
塞体（２Ａ）、　（２Ｂ）のほぼ中心部をガラスソルダ
（３）を介して気密に貫通するニオブ等からなるリード
線（４Ａ）、　（４Ｂ）に電極（５Ａ）、　（５Ｂ）の
電極軸（６Ａ）、　（６Ｂ）の各基端部をそれぞれ接続
し、電極（５Ａ）と（５Ｂ）との距離ｌは１７龍になる
ように設置されている。

発光管の内部には始動用希ガスとしてたとえばキセノン
ガスが２５トールとナトリウム比が２５重量％のナトリ
ウムアマルガムが封入され、さらに発光管の両端部外周
面には管長方向７朋にわたって保温板、（７Ａ）、　（
７Ｂ）が巻装されている。

この発光管はランプ電圧が８０■になるように設定され
ているから電位傾度Ｅ　（、’　７　、’を圧Ｍ／電極
間距離１（ｃｒｎ）　）は里＝４７■／ｃＩｎとなり、
こ１．７− の値はＲａ８０以上が得られる電位傾度Ｅの範囲を示す
上記（１）式つまり −一り十−≦Ｅ≦〜輻＋す去 を満足し、したがって第４図のα領域内にある。

また、電極間距離ｌは１７朋であるから１３　（ｉｔ）
　＝　Ｌを満足し、したかつて第６図のγ領域内にある
。

７Ｗ また、管壁負荷は　　／ｄである。

このような構成の発光管は通常内部を真空にした外管（
図示しない。）内に収納されてランプができあがる。こ
のランプは毎サイクル点灯装置たとえば上記第２図に示
したような点灯装置によって点灯される。このときのラ
ンプ特性は下記第１表に示すようにきわめて優れた結果
が得られた。

なお、第１表に比較のために示す従来ランプは上記実施
例と同じ５０ＷのｌＪＳ形高正高圧ナトリウムランプ発
光管内径りおよび管内封入物は実施例と全く同一、ただ
し電極間圧＠ｌは１０朋、ランプ電圧は４５Ｖで、この
ときの電位傾度Ｅは４５　Ｖ／ｍであり、したがってＥ
の値は上記（１）式を満足して第４図示のα領域内にあ
るが　ｌ、−１゜ｌ（關） の値は上記（５）式の範囲外にあり、したがって第６図
のｒ領域外にあるものである。このランプは二次を圧１
００Ｖのシングルチョーク型安定器を介して点灯した。

第　　１　　表 ｎ＝２０個 第１表から明らかな通り、実施例のものは従来例のもの
に比較して色温度および高演色性の点では同等であるに
もかかわらず、光効率は格段妊向上されている。しかも
管壁負荷が小さいので１発光管は過度に昇温することが
なく、このため寿命中における発光管材質のセラミクス
の昇華２両端の気密封止部よりのリーク発生および封入
ナトリラムと発光管セラミクスとの反応に基づくランプ
電圧の大きな上昇等が防止でき、寿命特性は大巾に改良
できた。しかも毎サイクル点灯装置との組合せによって
、電極間距離が長くランプ電圧が１００電源電圧に近く
なったにも拘わらず立消えを生じるようなこともなかっ
た。

なお２本発明は上記実施例に限られるものではなく、１
００Ｖ電源で点灯する１００Ｗ以下の小形の高圧ナトリ
ウムランプには全て適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の高圧ナトリウムランプ照明装
置はナトリウムアマルガム中のナトリウ源電圧Ｚｏｏ　
Ｖの毎サイクル点灯装置と組合せるようにしたので、上
記第１表に示すように高効率。

高演色性でしかも優れた寿命特性を得ることがで診る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における高圧ナトリウムラン
プの発光管の縦断面図、第２図は同、じく点灯装置の回
路図の一実施例、第３図は電位傾度Ｅと平均演色評価数
Ｒａとの関係曲線図、第４図は高演色性の領域αが得ら
れる発光管内径りと電位傾度との関係図、第５図は電極
間距離ｌと光効率相対値との関係曲線図、第６図は第４
図示の高演色性の領域ａと同一の演色性が得られる領域
を光領域はランプ電圧４５Ｖの場合、ｒ領域はさらにラ
ンプ電圧を高くした場合をそれぞれ示す図である。 （１１・・・・・・・・・アルミナセラミクス管。 （２Ａ）、　（２Ｂ）・・・・・・閉塞体、（３）・・
・・・・・・・ガラスソルダ。 （５Ａ）、　（５Ｂ）・・・・・・電極、　　（７Ａ）
、（７Ｂ）・・・・・・保温板。 （■１）・・・・・・電源、（Ｌ）・・・・・・ランプ
。 （ＣＨ）・・・・・・中間タップ付チョークコイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透光性セラミクス管の両端部に一対の電極を対設し、内
   部に希ガスとナトリウム比が２５重量％以上のナトリウ
   ムアマルガムとを封入してなる発光管の内径をＤ（ｍｍ
   ）、電位傾度をＥ、Ｌ＝１０／ｌ（ｍｍ）（ただしｌ（
   ｍｍ）は電極間距離）としたとき、５≦Ｄ≦７ −（８／３）Ｄ＋１５８／３≦Ｅ≦−（８／３）Ｄ＋１
   ９１／３−（４／１５０）Ｄ＋７９／１５０≦Ｌ≦５／
   ８の各範囲内にある高圧ナトリウムランプと電源電圧１
   ００Ｖ級の毎サイクル点灯装置とを組合せたことを特徴
   とする高圧ナトリウムランプ照明装置。