JPH0294352A - 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、外管内に始動装置を内蔵して高圧水銀ランプ
用の汎用安定器で使用される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、セラミック製発光管の両端に
それぞれ電極軸および電極コイル部からなる電極を封装
するとともに、この発光管内に発光物質としてのナトリ
ウム、緩衝ガス用金属として水銀および始動用希ガスを
封入してあり、発光効率が水銀ランプに比べて約２倍も
高いことがら、省エネルギーランプとして注目されてい
る。

しかしながら、この種の高圧ナトリウムランプは水銀ラ
ンプに比べて始動性が良くなく、これを始動させるには
高圧パルス発生装置を内蔵した専用安定器を必要として
いたが、専用安定器は高価になるため、過去においてこ
の種の高圧ナトリウムランプが普及されない最大の原因
となっていた。

このため、最近において、始動用希ガスとしてキセノン
ガスを使用することにより再点弧電圧を引下げ、また発
光管の外部に始動時に電位が印加されて放電を促す近接
導体を付設し、さらには外管内にバイメタルスイッチの
ような熱応動スイッチを内蔵してこの熱応動スイッチの
発生するキック電圧（４ＫＶ以下）を安定器の２次電圧
に重畳させてランプに印加するようにし、このような手
段によって水銀ランプ用の汎用安定器、例えば単チョー
クコイル形安定器でも使用が可能となる高圧ナトリウム
ランプが開発されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記のような始動装置を内蔵して始動性の向
上を図った高圧ナトリウムランプであっても、従来の専
用安定器用高圧ナトリウムランプと同じ大きさの電極を
使用した場合には、ランプの始動が困難になる場合があ
る。

すなわち、専用安定器の場合は、安定器の短絡電流を比
較的大きくすることができるので、電極軸の径ｄを太く
し、かつこの電極軸を電極コイル部より大きく突出させ
る（突出高さｈの大きな）ことができる。

これに対し、汎用安定器を使用すると、安定器の短絡電
流は専用安定器の場合に比べて小さくなり、このため電
流密度が小さくなるので、従来の電極の大きさをそのま
ま襲踏すると、電極が相対的に大形になる。

そして、一般に電極軸はこれを太くするとアークスポッ
トが安定せず消え易くなり、逆に細くするとアークスポ
ットが安定するため始動性が良くなる。

また、電極軸は電極コイル部からの突出長さｈを大きく
すると、熱容量が増して始動時のエネルギー集中が小さ
くなり、アークスポットが安定せず消え易くなり、逆に
短くするとアークスポットが安定するから始動性が良く
なる。

しかしながら、安定点灯時にあっては、電極軸か細いと
、電極軸の先端や電極コイル部の温度が高くなり過ぎ、
電極やエミッタが飛散して管壁に付着し、黒化の原因と
なって光束維持率が低下する。

また、電極軸の電極コイル部からの突出長さｈを小さく
し過ぎると、やはり電極軸や電極コイル部の温度が高く
なり過ぎ、電極やエミッタが飛散して管壁に付着し、黒
化の原因となって光束維持率が低下する。

さらに、コイル部を含めた電極の断面積が大きいと、始
動時にアークスポットがコイル部や電極軸で移動して安
定せず、また断面積が小さい場合は電極の温度が上昇さ
れ易く、このため電極やエミッタ等の飛散が生じる。

一般的にはこのような傾向があるにも拘らず、始動装置
内蔵形の高圧ナトリウムランプでは従来の電極の大きさ
をそのまま襲踏していたため、電極が相対的に太くなり
気味で、始動性が良くない不具合がある。

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、始
動性を改善し、しかも光束維持率を低下させることがな
い始動装置内蔵形の高圧ナトリウムランプを提供しよう
とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、電極軸の突出高さおよび径を、専用安定器を
用いるランプに比べ相対的に小さくするものであるが、
汎用安定器を用いるこの種の高圧ナトリウムランプにお
いては、安定点灯時のランプ電流ＩＬ　　（アンペア）
が１．７≦ＩＬ＜３．５であり、安定器の短絡電流Ｉ　
ｓｈ　（アンペア）が２．５≦Ｉｓｈ＜５．６の範囲で
点灯されるという状況にあり、このような条件のもとで
は、電極軸の電極コイル部からの突出長さをｈ（ｆｆ１
ｍ）、電極軸の断面積をＳｗｅｌ　　（ｍ＋＋＋”　）
　、上記電極コイル部を含めた電極の断面積をＳ　ｃｏ
ｉｌ　（ａｒｍ２）とした場合、 ０．３≦ｈ≦０．９ ３．９≦Ｉ　ｓｈ／　Ｓ　ｗｅｌ　≦１２．２０、１５
≦　Ｉ　Ｌ　／５ｃｏｆｆ≦０．３９としたことを特徴
とする。

（作用） 本発明の構成によれば、電極軸が相対的に細くなるとと
もに電流密度（Ｉｓｈ／Ｓｖθｌ）も相対的に高くなる
から始動性が向上し、しかもこの電極軸が細くなること
による熱容量の低下は、従来と同等大きさの電極コイル
部により、比較的大きな熱容量で負担し、したがって電
極物質の飛散を防止して光束維持率を高めることができ
る。

（実施例） 以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき説
明する。

図において１は硬質ガラスなどからなる外管であり、発
光管２を収容している。

発光管２は、多結晶アルミナまたは単結晶アルミナなど
のセラミックにより構成されており、内部には所定量の
ナトリウム、緩衝ガス用金属としての水銀および５０〜
３００　ｔｏｒｒ程度のキセノンガスが封入されている
。

この発光管２はホルダー３　ａ　ｓ　３　ｂを介してサ
ポートワイヤ４ａ、４ｂに支持されている。

発光管２の外側には、管軸に沿ってモリブデ線などから
なる始動用近接導体５が、発光管２の外壁面に接触また
は接近した状態で配置されており、この近接導体５の下
端はバイメタル片６により一方のサポートワイヤ４ａに
機械的および電気的に接続されており、上端は上記一方
のサポートワイヤ４ａに取着した保持リング７に遊貫通
されている。

周囲の雰囲気温度が低い場合、近接導体５は発光管２の
外壁面に接触または接近しており、ランプが点灯して周
囲温度が上昇するとバイメタル片６が熱変形して反り返
り、したがって近接導体５は発光管２の外壁面から離間
されるようになっている。

上記外管１には、バイメタルスイッチ等のような熱応動
スイッチ８およびコイルヒータ９からなる始動装置が収
容されている。これら熱応動スイッチ８およびヒータ９
は互いに接近して絶縁基台１０に取付けられており、こ
れら熱応動スイッチ８およびヒータ９は第２図に示す回
路図のように、直列回路を構成している。そして、この
ような直列始動装置はサポートワイヤ４　ａ　ｓ　４　
ｂ間に電気的に接続され、したがって発光管２に対して
並列に接続されているものである。

発光管２の端部には、第３図に示すように電極１１が封
装されている。

すなわち、多結晶アルミナまたは単結晶アルミナなどの
セラミックチューブより形成された発光管２バルブの端
部には、同じく多結晶アルミナまたは単結晶アルミナな
どのセラミックよりなるエンドキャップ１５がガラスソ
ルダー等により気密に接合されており、このエンドキャ
ップ１５には、例えばニオブからなる導電体１６が気密
に貫通されている。

導電体１６の発光管２内側端部には上記電極１１が接合
されている。電極１１は、例えばタングステンからなる
電極軸１２と、この電極軸１２に２層巻きに巻回された
例えばタングステンからなる電極コイル１３、および図
示しないがこの電極コイル１３に保持されたＢａ２Ｃａ
ＷＯ６、またはＢａＯなどのようなエミッタとで構成さ
れている。

ここで、電極コイル部１３の直径をＤ　（ａｍ）、電極
コイル部１３の断面積をＳ　ｃｏｉｌ　（１１１ｍ２）
　、電極軸１２の直径をｄ（ＩＩＩｌ）、電極軸１２の
断面積を５ｖｅｌ　　（ａｍ２）　、電極軸１２が電極
コイル部１３から放電空間側に突出する長さをｈ　（ａ
ｍ）とし、ランプ安定点灯時のランプ電流をＩＬ　（Ａ
−アンペア）、ランプが接続される高圧水銀ランプ用型
チョークコイル形安定器１８（第２図参照）の短絡電流
をｌ５ｈ（Ａ−アンペア）とした場合、以下の関係を満
足するように形成されている。

すなわち、高圧水銀ランプ用型チョークコイル形安定器
を用いて点灯されるこの種の始動装置内層形高圧ナトリ
ウムの場合、始動性を高めるために５０〜３００　ｔｏ
ｒｒ程度のキセノンガスが封入されており、安定点灯時
のランプ電流ＩＬ　　（アンペア）は１．７≦ｌＬ＜３
．５であり、また安定器の短絡電流１ｓｈ（アンペア）
が２．５≦Ｉ　ｓｈ＜５．６の範囲で点灯されるという
状況にある。

このような条件のもとでは、電極軸の電極コイル蔀から
の突出長さをｈ（ＩＩＩＩＩｌ）、電極軸の断面積をＳ
ｗｅｌ　　（ａｍ２）　、上記電極コイル部を含めた電
極の断面積をＳ　ｃｏｉｌ　（Ｉｎｍ２）とした場合、
０．３≦ｈ≦０．９ ３．９≦Ｉ　ｓｈ／　Ｓ　ｖｅｌ≦１２．２０．１５≦
Ｉ　Ｌ　／　Ｓ　ｃｏｉｌ≦０．３９としである。

このような構成による高圧ナトリウムランプの始動作動
について説明する。

ランプ始動前は、周囲温度が低いからバイメタル片６が
変形復帰しており、したがって近接導体５は発光管２の
外面に密着または接近している。

また、この場合熱応動スイッチ８は閉じられている。

この状態で単チョークコイル安定器１８を介して電源電
圧が印加されると、近接導体５と対向電極との間に電位
差が生じ、−かつヒータ９が発熱を始める。

ヒータ９の発熱により熱応動スイッチ８が所定温度に暖
められると、この熱応動スイッチ８の接点が開かれ、こ
の時キック電圧が発生し、このキック電圧はパルス電圧
となって電極１１．１１問および近接導体５と対向電極
との間に付与される。

したがって、近接導体５と対向電極との間に放電が誘引
され、これが電極１１．１１間のアーク放電へ移行して
ランプが始動される。

なお、発光管２にはキセノンガスが封入されているので
始動電圧を引き下げ、始動を容易にする。

ランプが点灯して発光管２が暖まり、これにより周囲温
度が上昇するとバイメタル片６が熱変形して反り返り、
したがって近接導体５は発光管２の外壁面から離間され
る。このため、発光管２から放射される光を遮ることが
少なくなる。

また、この場合熱応動スイッチ８も暖められ、したがっ
て熱応動スイッチ８の接点は開かれた状態を維持する。

このようなランプにおいては、電極構造を前述のように
構成すると、始動が確実になり、光束維持率も向上する
ことが確認された。

すなわち、本発明について実験した結果にもとづき説明
する。

（実験１） 内径７．２５ｍ＋ａ、全長９１．０ａｍの発光管内に、
ナトリウム３ｒａｇｓ水銀２７ｍｇ、キセノンガスを２
００　ｔｏｒｒ封入した。

発光管の外壁面に直径０．５ａ＋ｉのモリブデン線から
なる近接導体を、発光管の全長に亘り密着するようにし
て配置し、ランプ点灯中にはバイメタル片により発光管
から離れるように設置した。

コイルヒータに接続された熱応動スイッチよりなる始動
装置は、ヒータの電流抑制作用によりに熱応動スイッチ
にＩＡ以下の電流が流れるように規制しており、この熱
応動スイッチが開かれる際のキック電圧は最大４ＫＶと
なるように設定されている。

電極１１は、電極軸１２の直径ｄが０．７５ｍａ＋。

この場合の電極軸１２の断面積Ｓ　ｗｅｔは０．４４１
１Ｉｌ１２、電極コイル部１３の直径りは３．７５ｍｍ
、電極軸１２が電極コイル部１３から放電空間側に突出
する長さｈは０．３ｍｍとされている。

ランプ安定点灯時のランプ電流ＩＬは１．７Ａである。

このようなランプを、短絡電流１　ｓｈが２．５Ａの単
チョークコイル形安定器１８に接続して点灯させたとこ
ろ、定格電源電圧の９０％の場合であっても確実に始動
した。

（実験２） 次に、上記短絡電流１ｓｈが２．５Ａの単チョークコイ
ル形安定器１８を用いて、電極軸１２の直径ｄ１電極コ
イル部１３の直径りおよび電極軸１２の突出長さｈが異
なるランプ電流ＩＬが１．７Ａの発光管について、定格
電源電圧の９０％で点灯させた場合の試験結果を第１表
に示す。

なお、キック電圧は最大４ＫＶであり、光束維持率の評
価は、１２０００時間定格点灯した場合に光束維持率が
８５％以上のものであれば良品であると判断した。

第１表より、短絡電流１ｓｈが２．５への安定器１８を
用いて、ランプ電流ＩＬが１６７Ａの場合、電極軸の電
極コイル部からの突出長さｈは、０．３≦ｈ≦０．９の
範囲であればよく、また安定器の短絡電流（Ｉ　ｓｈ−
アンペア）と電極軸の断面積（Ｓ　ｗｅｔ　−ｍｍ２）
の関係は３．９≦Ｉ　ｓｈ／Ｓｗｅｌ、かつランプ電流
ＩＬと電極コイル部の断面積（Ｓ　ｃｏｉｌ　−■２）
の関係は０．１５≦ＩＬ／５ｃｏｆｆを同時に満足すれ
ば、始動が確実で光束維持率も高くなることが確認され
た。

（実験３） 次に、ワットの異なる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。

内径７．２５ｍｍ、全長１１２．ｉｎ＋の発光管内に、
ナトリウム４　、　５　ｍｇｓ水銀２５．５ｍｇ、キセ
ノンガスを２００　ｔｏｒｒ封入した。

電極１１は、電極軸１２の直径ｉが０．９ｍａ＋、この
場合の電極軸１２の断面積５ｖｅｌは０．６４■２、電
極コイル部１３の直径りは３．３ｃｍ、電極軸１２が電
極コイル部１３から放電空間側に突出する長さｈは０．
５ｍｌｌ１とされている。

ランプ安定点灯時のランプ電流■Ｌは３，３Ａである。

このようなランプを、短絡電流１ｓｈが５．４Ａの単チ
ョークコイル形安定器１８に接続して点灯させたところ
、定格電源電圧の９０％であっても確実に始動した。

（実験４） 次に、上記短絡電流１ｓｈが５．４Ａの単チョークコイ
ル形安定器１８を用いて、電極軸１２の直径ｄ１電極コ
イル部１３の直径りおよび電極軸１２の突出長さｈが異
なるランプ電流ＩＬが３．３Ａとした発光管について、
定格電源電圧の９０％で点灯させた場合の試験結果を第
２表に示す。

なお、この場合も、キック電圧は最大４ＫＶであり、光
束維持率の評価は、１２０００時間定格点灯した場合に
光束維持率が８５％以上のものであれば良品であると判
断した。

第２表より、短絡電流１ｓｈが５．４Ａの単チョークコ
イル形安定器１８を用いて、ランプ電流１、が３．３Ａ
とした発光管については、電極軸の電極コイル部からの
突出長さｈは、０．３≦ｈ≦０．９の範。囲であればよ
く、また安定器　の短絡電流（Ｉｓｈ−アンペア）と電
極軸の断面積（Ｓ　ｖｅｌ　＝　ａｍ２）の関係はＩ　
ｓｈ／　Ｓ　ｗｅｔ　≦１２．２、かつランプ電流ＩＬ
と電極コイル部の断面積（Ｓ　ｃｏｉｌ＝　ｍｓ＋２）
の関係は０．１４≦ＩＬ／５ｃｏｌｌ≦０．３９を同時
に満足すれば、始動が確実で光束維持率も高くなること
が確認された。

（実験１）ないしく実験４）より、短絡電流Ｉ　ｓｈが
２．５≦Ｉｓｈ＜５．６Ａの単チョークコイル形安定器
１８を用いて、ランプ電流ＩＬが１．７≦ＩＬ＜３．５
Ａとした発光管の場合は、電極軸の電極コイル部からの
突出長さｈを０．　３≦ｈ≦０，９の範囲にすればよい
。

これを図示すると、第４図に示す特性図において斜線で
示す範囲となる。

また安定器の短絡電流（Ｉ　ｓｈ−アンペア）と電極軸
の断面積（Ｓｗｅｌ　＝ｍＩ１１２）の関係は３．９≦
Ｉ　ｓｈ／　Ｓ　ｗｅｔ≦１２．２を満足すればよいこ
とが確認される。

さらに、ランプ電流■Ｌと電極コイル部の断面積（Ｓ　
ｃｏｉｌ　−ａｒｍ”　）の関係は０．１５≦ＩＬ／Ｓ
　ｃｏｉｌ≦０．３９をｍ満足すればよいことも分る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によると、電極軸が相対的に
細くなるとともに電流密度（Ｉ　ｓｈ／５ｖｅｌ）も相
対的に高くなるから始動性が向上し、しかもこの電極軸
が細くなることによる熱容量の低下は、従来と同等大き
さの電極コイル部の比較的大きな熱容量で負担し、した
がって電極物質の飛散を防止して光束維持率を高めるこ
とができるなどの利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は高圧ナトリウ
ムランプの正面図、第２図は回路図、第３図は発光管の
端部を拡大して示す断面図、第４図は特性図である。 １・・・外管、２・・・発光管、３ａ、３ｂ・・・ホル
ダー４ａ、４ｂ・・・サポートワイヤ、５・・・始動用
近接導体、６・・・バイメタル片、８・・・熱応動スイ
ッチ、９・・・ヒータ、 １１・・・電極、１２・・・電極軸、１３・・・電極コ
イル。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ぐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 外管と、この外管に収容され両端に電極軸および電極コ
   イル部からなる電極を備えるとともに、ナトリウム、緩
   衝ガス用金属およびキセノンガスを封入した発光管と、
   この発光管の外側に付設され始動時に電位が印加される
   始動用近接導体と、上記外管に収容され熱応動スイッチ
   の開閉によりキック電圧を発生する始動装置とを具備し
   、安定点灯時のランプ電流Ｉ＿Ｌ（アンペア）が１．７
   ≦Ｉ＿Ｌ＜３．５であり、安定器の短絡電流Ｉｓｈ（ア
   ンペア）が２．５≦Ｉｓｈ＜５．６の範囲で点灯される
   高圧ナトリウムランプにおいて、電極軸の電極コイル部
   からの突出長さをｈ（ｍｍ）、 電極軸の断面積をＳｗｅｌ（ｍｍ＾２）、 上記電極コイル部を含めた電極の断面積をＳｃｏｌｉ（
   ｍｍ＾２）とした場合、 ０．３≦ｈ≦０．９ ３．９≦Ｉｓｈ／Ｓｗｅｌ≦１２．２ ０．１５≦Ｉ＿Ｌ／Ｓｃｏｌｉ≦０．３９ としたことを特徴とする高圧ナトリウムランプ。