JPS63152847A - 高圧ナトリウムランプ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は１発光管バルブ内に始動ガス及び水銀。

ナトリウムが封入された飽和形の高圧ナトリウムランプ
に関する。

（従来の技術） 高圧ナトリウムランプは一般的に高い効率を得られるこ
とから、道路、駐車場、広場など広領域照明用光源とし
て広く使用されている。

また近年、高効率でしかも光出力の大きな放電灯の需要
が高まりつつあり、そのため高圧す）　ＩＪウムランプ
の発光管のバルブを大径化することにより、高効率で、
しかも大出力のランプを実現することが考えられている
。

ここで高圧ナトリウムランプの効率は、バルブの内径、
封入ナトリウム量（封入ナトリウムアマルガム重量）、
アマルガムナトリウム比（アマルガムナトリウムに対す
るナトリウム重量比）１点灯時の電位傾度等により大き
く左右される。

この封入ナトリウム量及びアマルガムナトリウム比につ
いて説明を加えると従来のランプは通常。

第１８図に示す様にバルブの内径に応じたナトリウム量
と、アマルガムナトリウム比を有する金属蒸気が封入さ
れている。また一方、この様なガスが封入されたランプ
の点灯条件について見れば。

従来第１９図に示すような管径に応じた電位傾度で点灯
させるものであった。

つまり、ランプの大出力化を図るために上記設計技術手
法どおりにバルブを大径化した技術は。

例えば、特公昭５７−３９０１５号公報や、特開昭４９
−３９９８５号公報等に見られる。しかしながら、この
様に設計されたものは、第１６図に点線で示す通り、略
１２ｍを境界としてそのランプ効率が著しく低下すると
いう現象があった。

これは、バルブの大径化に伴ない、、バルブ端部からの
熱損失は相対的に減少するものの、アークから放射され
たＤ共鳴線を吸収するナトリウム量気の量が多くなるた
めと推察される。

上記の様に、従来の設計思想を大径の発光管に適用した
場合には、バルブの内径が１２ｍｍを超えると、ランプ
効率の低下が顕著となり、高効率の高圧ナトリウムラン
プの利点を欠くものがあり。

実用化に支障を来たしていた。

（発明が解決しようとする問題点） 前述の如（、従来の技術では２発光管のバルブの内径が
１２　ｍを越えると、そのランプ効率が著しく低下する
。

そこで１本発明は以上の欠点を除去するもので。

発光管のバルブ内径が１２　ｔａｘを超えるものにおけ
るランプ効率の著しい低下を解消できる高圧ナトリウム
ランプを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明の高圧ナ
トリウムランプは１発光管バルブ内径が１２鱈を越える
様に形成されたものであって、その発光管内のアマルガ
ムナトリウム比Ｘ［ｗｔ％〕、封入ナトリウム量Ｙ（２
／ｃｃ）、バルブの内径φ〔ｎ〕、及び点灯時の電位傾
度△Ｖ　（Ｖ／α］について。

かつ −７，９７１ｏｇφ＋１４．８＜ｌｏｇ△Ｖ＜８４．７
１ｏｇφ−８４．５なる関係を有することにより構成さ
れる。

本発明の高圧ナトリウムランプにおいては、上記の様に
、アマルガムナトリウム比と、封入ナトリウム量の関係
を定めており、さらに１点灯時の電位傾度と、バルブ内
径の条件を定めているので。

発光管の大径化を図ってもランプ効率の大幅な低下を防
止できる。

（実施例） 一般的に高圧ナトリウムランプのランプ効率に影響を与
える主な要因としては次の様な事項が挙げられる。つま
り、バルブの内径、管長、バルブの光透過率、封入する
希ガスの圧力、封入アマルガム量、アマルガムナトリウ
ム比１点灯時の電位傾度及び管壁負荷である。

ここで本発明者らは各種の実験を行なった結果。

ランプ効率を高めるため、支障が生じない程度に管壁負
荷、希ガスの圧力等を増大させた従来の技術設計手法で
成された高圧ナトリウムランプに比べて通常設定される
様な管壁負荷、希ガスの圧力下でも、封入アマルガム量
、アマルガムナトリウム比、及び電位傾度を最適にする
ことにより、バルブの大径化に伴なうランプ効率の著し
い低下を解消できることが判明した。

したがって本発明者らは、各種のバルブ内径に対して、
アマルガムナトリウム比、ナトリウム量及び点灯時の電
位傾度について種々の実験を行ない、バルブの大径化に
伴なう効率の低下を大幅に解消できる最適な条件を見い
出して本発明を完成したものである。

以下に本発明の高圧ナトリウムランプに係る実施例を図
面等を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る高圧す）　ＩＪクムラ
ンプの基本的構造を示すものである。すなわち、同図に
おいて（１）は例えばガラス等により形成された外管℃
、との外管（１）の一端にはメテム（２）が封着され、
かつ口金（３）が装着されている６（４）は上記外管（
１）内に収容された発光管で１例えば、全光透過率９６
％の透光性セラミクスからなる発光管バルブ（４ａ）の
両端を、たとえばニオブからなる閉塞体（５ａ）　、　
（５ｂ）で閉封し、これら閉塞体（Ｓａ）＊（５ｂ）に
少なくとも一方が排気管を兼ねる電極支持管（６ａ）　
、　（６ｂ）を気密に貫通させ、電極（７ａ）。

（７ｂ）をそれぞれ接続されている。この様な発光管に
は所定量の水銀、ナトリウムおよび始動用希ガスとして
キセノンが例えば２．６７Ｘ１０Ｐａ封入されている。

このよ５に形成された発光管（４）は上記電極支持管（
６ａ）　、　（６ｂ）の外端部を導電性ホルダ（８ａ）
　。

（８ｂ）に支持され、これらホルダ（８ａ）　、　（８
ｂ）を導電性サボー）　（９ａ）、（９ｂ）によって電
気的および機械的に接続支持している。さらに、上記サ
ボ−）　（９ａ）、（９ｂ）はそれぞれステム（２）に
封着したリード線（１０ａ）、（ＩＱｂ）を介して口金
（３）Ｋ接続されている。

ここで１本発明者らは、バルブの内径に対しで最適な点
灯時の電位傾度及びアマルガムナトリウム比、封入ナト
ＩＪウム量が存在するとの知見にたち、以下の様な高圧
ナトリウムランプを作製し種々の実験を重ねた。

先づ２発光管のバルブの内径が３６龍、電極間距離が２
５６　ｍ　＋アマルガムナトリウム比が１５ｗｔ％、封
入ナトリウム量を０．１．７５　ｑ／　ｃｃに設定した
ランプ電力が６荻の高圧ナトリウムランプについて１発
光管の最冷部温度を変化させることによりランプの電位
傾度を変化させ点灯させたところ。

第２図に示す電位傾度−ランプ効率特性が得られた。

この実験結果に依れば、上記の様忙構成されたランプで
は、ランプ効率が最高となる電位傾度が存在し、その値
は４．５Ｖ／ａｎ’ｅあることが理解℃きる。

また、上記の最適な電位傾度についてアマルガムナトリ
ウム比による変化を調べるため、バルブ内径を３６　ｍ
　＋電極間距離を２５６ｍ、封入ナトＩＪウム量をｏ、
ａｍｇ／ｃｃに固定し、アマルガムナトリウム比を３乃
至２５ｗｔ％の範囲で変化させたランプを各々作製して
、前述と同様な実験を行なったところ、第３図に示す結
果を得た。また同様に、封入ナトリウム量を０．７５　
Ｉｎ９７ｃｃとし、アマルガムナトリウム比を３乃至２
５ｗｔ％の範囲で変化させたランプについては、第４図
に示す結果を得た０両図中において点線で示される曲線
は、各アマルガムナトリウム比についての最高効率とな
る点（図中丸印）を結んだものである。

ここで１両図から理解できる様に、第３図中の点線で示
される曲線と第４図中の点線で示される曲線とは夫々完
全に一致し、換言すれば、封入ナトリウム量を異ならせ
ても、電位傾度に対するう／グ効率の特性は異なること
なく一定である。さらに、ｏ、ａｍｔｌ／ｃｂ乃至１，
６　ｍｙ／６ｃの範囲内で各種の封入ナトリウム量につ
いで実験を行なったところ。

電位傾度に対するランプ効率の特性は一定であることが
確認され、この特性を第５図（ａｌ　（ｂｌ　Ｋ！示す
。

なおここで第５図（ｔ）ｌは第４図（ａｌにおける要部
を示す図面である。

この様に、封入するナトリウム量が変化しても。

そのとり得る効率が、効率電位傾度特性に合致する理由
として本発明者らは次の様に推察している。

つまり、ナトリウムアマルガムの飽和蒸気圧はアマルガ
ムのナトリウム比温度で決まる。このナトリウム比とは
無限量のアマルガムの場合であり。

また、残留アマルガムの場合でもある。また飽和蒸気中
のナトリウム比は残留アマルガムのナトリウム比よりも
小さい。従って有限量のナトリウムアマルガムの場合、
蒸発ナトリウム比は当初封入のアマルガムナトリウムに
対し小さいので残留アマルガムのナトリウム比は当初封
入のナトリウム比より大きくなる。そして、封入アマル
ガム量が少ない程残留アマルガムのナトリウム比は封入
アマルガムナトリウム比から大きく変化し高いナトリウ
ム比になる。従って例えば同一容量の容器の中で隘１容
器にナトリウム比Ａｌ（％）のアマルガムをＢｌ量封入
し温度Ｔにし、ナトリウム蒸気圧比が人２（％）、残留
アマルガムナトリウム比Ａ３（％）となったとする。こ
のとき集２容器にアマルガムナトリウム比Ｇ１（％）と
封入量φ１をＡ１＞　ａ　ｒかつＢｌ＞ｂｌの範囲内で
適当に選べば同一温度Ｔで遅１容器と同一のナトリウム
蒸気圧比Ａ２（％）と残留アマルガムナトリウム比Ａ３
（％）を得ることができることになる。同様のことが高
圧ナトリウムランプの中でも起こると考えられる。

つまり、アマルガムナトリウム比及び封入ナトリウムを
変化させればランプ効率は変化するものの、各々の最高
効率（図中丸印）を結んだ曲線は。

電位傾度が４．５　Ｖ／ｃＩｒＬの所でピークに達する
というものである。

さらに本発明者らは１発光管のバルブの内径が１２薫か
ら４８ｍまでの高圧ナトリウムランプについ℃、電位傾
度に対するランプ効率の変化を探究したところ、第６図
乃至第８図に示す結果を得だ。

この第６図は、バルブの内径が１２鱈のランプについて
、アマルガムナトリウム比が１３〜３０ｗｔ％、封入ナ
トリウム量が０，３〜１，５即／ｃｃの範囲にある多数
のランプの最高ランプ効率を前述と同様の実験によ一２
イ確認し、とれらの最高のラッグ効率点を第５図と同じ
く結んだものである。さらに第７図、及び第８図につい
ても、内径が２４１ｎＬ　ｒ４８認のランプについて封
入ナトリウム量、アマルガムナトリウム比を変化させ各
々実験を行ない求めたものである。

以上の実験結果より、最高のランプ効率を得る条件とし
ては、アマルガムナトリウム比及び、封入ナトリウム量
と、電位傾度を最適化することが必要であり、電位傾度
については、下表に示す通りバルブの内径に応じた値を
必ず採ることが理解できる。

表１ また、さらにこれらのデータをノくルブ内径φに対する
最適電位傾度△Ｖとしてプロットすると第９図が得られ
。

なる数式で、バルブ内径φと最適電位傾度との間に相関
関係があることを本発明者らは見い出した。

次に、最高のランプ効率が得られるアマルガムナトリウ
ム比及び封入ナトリウム量とバルブの内径との関係を以
下に説明する。

最適なアマルガムナトリウム比及び封入ナトリウム量を
求めるために１本発明者らは、アマルガムナトリウム比
を１５〜３０ｗｔ％、封入ナトリウム量を０．１５〜１
．５＊／ｃｃの範囲内で各種変化させたランプを多数作
製し、最高のランプ効率が得られたものを各バルブの内
径毎に調査したところ。

第１０図乃至第１３図に示すような結果が得られた。

で近似される（具体的には表１に記載の通り）ので、下
記表に示す様にこの電位傾度と図中の実線との交点にあ
たるアマルガムナトリウム比、封入ナトリウム量が、そ
のバルブの内径で最も効率の高いラップを実現する条件
となる。

表２ φ１２の場合 表３ φ２４の場合 表４ φ３６の場合 表５ φ４８の場合 以上をより具体的に説明すれば、バルブの内径が３６鶴
、封入ナトリウム量が１，５　ｔｒｙ／ｅｅ　、　フイ
ルガムナトリクム比が２０ｗｔ％の発光管の場合、第１
２図に示される通り、電位傾度が約５ｖ／ｃｒｌＬめ条
件下で点灯させればそのナトリウム封入量、アマルガム
ナトリウム比下での最高効率が得られるものの、バルブ
の内径が同径の発光管で得られる最高のランプ効率より
もその効率が低いことを意味するものである。

これらの実験結果をまとめて封入ナトリウム量に対する
アマルガムナトリウム比として第１４図に示す。この図
から明らかな通り、各バルブの内径の内最高効率が得ら
れるアマルガムナトリウム比Ｘと、封入ナトリウム量Ｙ
との関係は。

１ｏｇＹ　＝　ＢｌｏｇＸ　＋　Ｃ として表わされる。

ここで、前述の実験結果から、谷径におけるＢ及びＣを
求めると表６の値となる。

表に れらのＢ及びＣをバルブ内径との関係で図化すしたがっ
て、前述の式にこれらを代入して、アマルガムナトリウ
ム比Ｘと封入ナトリウム量Ｙとと近似できる。

以上の様に、アマルガムナトリウム比ＸＣｗｔ％〕。

封入ナトリウム量Ｙ　Ｃｍｙ／ｃｅ　］及び点灯時の電
位傾の関係が満足されれば、そのバルブ内径に対して最
高のランプ効率が得られることを見い出したものである
。尚６上記関係式が満足される高圧ナトリウム封入量は
第１６図に実線で示す効率を有するものである。

これに対し、従来の設計技術手法で設計される高圧ナト
リウムランプについて同様な実験を行なったところ、同
図中破線で示す結果であり、飛躍的な効率の向上が成さ
れている。

また、従来の設計技術手法で設計される高圧ナトリウム
ランプよりも高い効率を得る条件としては、バルブ内径
が４８　ｍｍを超える場合には５９１ｍパ、同じ＜３６
ｍｍを超える場合にに９１１　ｍ／Ｗ　。

２４韻を超える場合には１２４１ｍ／Ｗ、　１２　ｍｍ
を超える場合には１５７１ｍ／Ｗを少なくとも達せられ
るものであることが理解できる。

因みに、従来の設計技術手法ではランプ効率とバルブ内
径の関係は１ｍ／Ｗ＝−２．７５φ＋１９０なる数値で
近似される。

従って第５図乃至第８図から上記ランプ効率以上となる
電位傾度の範囲を求めれば、下表の通りの電位傾度とな
る。

（以下余白） 表７ 上記表の電位傾度の下限値と上限値とは６次の様なバル
ブの内径に関する関係式で近似される。

ｌｏｇ△ｖ＝−７，９７１ｏｇφ＋１４．８（下限値）
ｌｏｇ△Ｖ＝　　８４．７１ｏｇφ−８４．５（上限値
）したがって、従来の設計技術手法で設計される高圧ナ
トリウムランプよりも高い効率を得るためには、第１６
図で図示する次式 ％式％ を満足させれば良い。

また、アマルガムナトリウム比と、封入ナトリウム量と
の関係についで着目すると、第１０図乃至第１３図にお
いて、上記の電位傾度の下限値及び上限値に対応するア
マルガムナトリウム比と。

封入ナトリウム量の範囲を満足すれば良く、各ノくルプ
の内径についての範囲を下表に示す。

表８ 上表で示された結果を数式で示せば。

バルブ内径が４８鱈の時 である。さらに、これらの式は以下の様なバルブ以上の
様に１発光管のバルブの内径が１２ｍを超える高圧ナト
リウムランプにあっては、上記（Ａ）式及び（Ｂ）式を
満足させるように構成すれば、従来の設計技術手法で構
成される高圧ナトリウムランプに比べて、ランプ効率が
優れたランプを実現できる。

尚２以上詳述した実施例、においては管長を約３００Ｂ
、バルブの光透過率が約９６％、キセノン封入圧力を２
．６７　Ｘ　１０’Ｐａ　ｒ管壁負荷が約２０朽４に設
定されたものについて説明しているが、用途。

仕様等によりこれらを変更することは可能である。

また、バルブ内径についても、１２φ、２４φ。

３６φ７４８φについて説明しているが２本発明はこれ
に限られるものではなく、１２φを越えるものについて
適用すれば、非常に有益である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば２発光管のバルブ内径
が１２ｕ＋を越えるものについて、著しいランプ効率の
低下が防止できる高圧ナトリウムランプを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高圧ナトリウムランプの一例を示す構
成図。 第２図は、バルブ内径が３６φの場合の電位傾度とラン
プ効率を示す特性図。 第３図は、アマルガムナトリウム比を変化させた場合の
電位傾度とランプ効率の関係を示す特性図。 第４図は、封入ナトリウム量を変化させた場合の電位傾
度とランプ効率の関係を示す特性図。 第５図（ａ）　（ｂ）　、第６図、第７図（ａｔ　（ｂ
ｌ及び第８図（２）（ｂｌは、アマルガムナトリウム比
と封入ナトリウム量とを変化させた場合の電位傾度とラ
ンプ効率の関係を示す特性図。 第９図は缶径に対する最適電位傾度を示す関係ＪＲ ム量、アマルガムナトリウム比及び電位傾度の関係を示
す特性図。 第１４図は、バルブ内径１２φ、２４φ、３６φ。 ４８φ各々について、封入ナトリウム量とアマルガムナ
）　ＩＪウム比の最適な関係を示す関係図。 第１５図は、アマルガムナトリウム比Ｘと封入ナトリウ
ム量Ｙとの関係式を導出するために用いた関係図。 第１６図は、各種バルブ内径に対して本発明の実施例及
び従来例で得られる最高ランプ効率を示す概略図。 第１７図は、バルブ内径に応じた適当な電位傾度の範囲
を示す関係図。 第１８図は、従来の高圧ナトリウムランプのアマルガム
ナトリウム比と、封入ナトリウム量を示す相関図。 第１９図は、従来の高圧ナトリウムランプめ電位傾度と
バルブ内径の関係を示す相関図。 である。 （１）・・・・・・外管、（４）・・・・・・発光管。 （４ａ）・・・・・・パル７”、　　　　（５ａ）、（
５ｂ）・・・・・・閉塞体。 （７ａ）　、　（７ｂ）・・・・・・電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 耐熱、耐蝕性に優れた透光性絶縁物で形成された発光管
   バルブ内に、始動ガス及び水銀、ナトリウムが封入され
   た飽和形の高圧ナトリウムランプにおいて、 前記発光管はそのバルブの内径が１２ｍｍを越える様に
   形成され、アマルガムナトリウム比Ｘ〔ｗｔ％〕、封入
   ナトリウム量Ｙ〔ｍｇ／ｃｃ〕、前記バルブの内径φ〔
   ｍｍ〕及び点灯時の電位傾度△Ｖ〔Ｖ／ｃｍ〕について
   、 １０＾０＾．＾８＾４＾８φ＾（＾−＾０＾．＾１＾７
   ＾１＾）ｌｏｇＸ＋（０．１０５φ−１０．２２）＜ｌ
   ｏｇＹ＜ １０＾０＾．＾８＾４＾８φ＾（＾−＾０＾．＾１＾７
   ＾１＾）ｌｏｇＸ−１０＾１＾．＾４＾３φ＾（＾−＾
   ０＾．＾５＾７＾４＾）かつ −７．９７ｌｏｇφ＋１４．８＜ｌｏｇ△Ｖ＜８４．７
   ｌｏｇφ−８４．５なる関係を有することを特徴とする
   高圧ナトリウムランプ。