JPH0451932B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、改良された電極構造を有する高圧ナ
トリウム（蒸気）ランプに関する。 発明の背景 高圧ナトリウム蒸気ランプに通常用いられる電
極構造は、タングステンコイルが巻回されたタン
グステンシヤンクよりなり、これらコイルは通常
イオン化物質の封入された管状透光性セラミツク
アーク管の各端部に密封されている。この普通の
型式のランプが、共に本出願人に譲渡された米国
特許第4025812号および第4065691号に開示されて
いる。 セラミツクアーク管は細長形状のガラス製外部
外囲器またはジヤケツト内に支持され、外部外囲
器には普通その一端に慣用ねじ切口金が設けられ
る。高圧ナトリウムランプは真空に保つて、熱を
保持し効率を高めるのが普通である。 高圧ナトリウムランプ用の慣用全タングステン
電極構造を製造する際の高コストと困難から、こ
の耐火金属を苛酷なランプ作動条件が許す範囲で
適当な金属に置き換えることが提案される。上記
電極構造のコイル部品の製造に通常用いられるタ
ングステンワイヤは表面および内部欠陥を生じや
すく、かゝる欠陥は電極製作中にワイヤの破断や
機械の摩耗につながるとともに、ランプ作動中に
種々の難点を生じる。他方、タングステンは、ナ
トリウムランプのアーク管内で遭遇する極めて高
い電極作動温度および腐食性環境に耐えることが
認められている。全タングステン電極構造ではラ
ンプ作動中に多少のスパツタリングが経験される
が、これらの電極は相当な期間にわたつて許容で
きるルーメンを維持する。 発明の要旨 驚くべきことには、タングステンシヤンクのま
わりに巻回したモリブデン電極コイルが、高圧ナ
トリウムランプに電極構造体として使用されたと
き、予想されるような異常な劣化を示さないこと
を見出した。さらに驚くべきことは、このような
改良電極構造は、同じランプ作動条件下の全タン
グステン電極構造と比べて、初期ルーメンを高め
るとともに許容できるルーメン維持を示す。従つ
て本発明によれば、ランプ製造工程をはなはだし
く変更したりコストを増加したりすることなく、
このタイプのランプの作動を改良することができ
る。本発明の改良された熱電子電極構造の好適実
施例においては、モリブデン金属ワイヤコイルを
タングステンシヤンクの先端のまわりに巻回し、
モリブデンワイヤコイルを重ね合わせた螺旋状外
層と内層とから構成し、螺旋状内層の各巻を互に
離間する。この好適実施例ではさらに、混合酸化
物発光物質を一方の電極構造の螺旋状内層コイル
の離間した巻間に分散させる。 上記好適実施例の他の変更例では、モリブデン
ワイヤコイルそれぞれをタングステンシヤンクの
先端のまわりに巻回し、螺旋状内層コイルの巻回
ピツチを螺旋状外層コイルの巻回ピツチとは逆方
向にする。このように重ね合わせた螺旋状コイル
を互に逆に巻くことにより、電極劣化につなが
る、従つてルーメン維持に損失につながるおそれ
のあるコイル間の相互のかみ合いを防止できる。
上述した改良を導入した、約400ワツトの所定電
力入力でかつ約100ボルトの所定ランプ電圧降下
で作動する代表的な高圧ナトリウムランプは、 (a) 両端に熱電子電極が密封され、平常作動時に
蒸発する量より過剰のナトリウム−水銀アマル
ガム充填材料が始動を容易にするためのキセノ
ンガスとともに封入された管状透光性アルミナ
セラミツクアーク管、および (b) 前記アーク管を包囲し、一端にステムプレス
シールを有し、前記熱電子電極に電気接続され
た１対の引込導線が前記ステムプレスシールを
貫通している排気された透光ガラス製細長外部
外囲器を具え、 (c) 前記電極それぞれが１対の耐火金属の螺旋状
コイルをタングステンシヤンクの先端のまわり
に重ね合わせてかつ互に反対の巻回ピツチ方向
に巻回してなり、螺旋状内側コイルの各巻が互
に離間しており、前記電極の一方の螺旋状内側
コイルの離間した巻間に混合酸化物発光物質が
分散されており、 前記改良として前記螺旋状コイルをモリブデン
製として許容できるルーメン維持率にて初期ルー
メンを増加する。この改良ランプ構造において、
発光物質をタングステン酸カルシウム二バリウム
とするのが好ましい。 好適実施例の説明 第１図に本発明により改良された電極構造を組
込んだ高圧ナトリウム蒸気ランプを示す。この高
圧ナトリウム蒸気ランプ１は400ワツトの大きさ
に相当し、ガラス製外部外囲器２、その一端に取
付けられた標準大形ねじ込口金３、およびくぼみ
形ステムプレスシール４を具える。ステムプレス
シール４には１対の比較的重い引込導線５および
６が慣例の態様で貫通し、これら導線の外端はそ
れぞれ口金のねじ切シエル７およびアイレツト８
に接続されている。内部外囲器、即ちアーク管９
が上記外部外囲器２内に心合わせ配置され、これ
はある長さの透光性セラミツクチユーブよりな
り、半透明の多結晶アルミナセラミツク製とする
のが好ましいが、無色透明な単結晶アルミナとす
ることもできる。アーク管９の上端はアルミナセ
ラミツク栓で閉じられ、この栓にニオブ製インリ
ード１１が気密シール状態で貫通している。イン
リード１１は上部電極を支持し、上部電極は通常
後で第２図に関連して具体的に説明する下部電極
とほゞ同様とする。インリード１１の外側部分は
側部ロツド１４に取付けられた横方向支持ワイヤ
１３のループ１２を貫通する。この構成とすれ
ば、下端シールを所定位置に固定した場合にラン
プの作動中にアーク管が熱膨張でき、弾性金属リ
ボン１５が確実に良好な電気接続を維持する。側
部ロツド１４は引込導線６に溶接され、上端がガ
ラス製外部外囲器２のドーム端に設けられた逆さ
ニツプル１７に係合したばねクランプ１６で緊締
されている。金属製反射バンド１８をアーク管９
の上端のまわりに設けて、上端シールに所望の温
度を維持するのが好ましく、特に250ワツト以下
のような小型ランプの場合にそうである。ランプ
用の下端閉止兼電極支持アセンブリは肩部付きア
ルミナセラミツク栓２０を含み、このセラミツク
栓２０中心穴に排気管およびインリード（内部導
入線）として作用する薄壁ニオブチユーブ２１が
貫通する。このニオブチユーブ２１はセラミツク
栓２０を通つてわずかな距離突出するだけで、第
２図に太線２２で示されるシール材によりセラミ
ツク栓の穴に気密シールされている。セラミツク
栓２０の首部はセラミツク外囲器９に差し込ま
れ、外囲器９の末端が栓２０の肩部に当接する。
これら両部材間も第２図に２３および２４で示す
シール材により気密にシールする。 本発明の特徴は電極構造自体にあり、これを下
部電極構造および電極支持アセンブリについて第
２図に詳しく示す。具体的には、この電極構造
は、２つのモリブデンワイヤ層２５および２６を
タングステンシヤンク２７の先端のまわりに巻回
しかつセラミツク内部外囲器９内に配置してな
る。シヤンク２７は下方へ延びてチユーブ、即ち
インリード２１を十分貫通し、従つてシヤンクを
かなりの長さにわたつてつまむようにチユーブ２
１をセラミツク内部外囲器９の外側の位置で変形
することにより、シヤンクを所定位置に確実の留
めることができる。変形をチユーブ２１の中間点
で行つて、中間変形部より先に過剰のアマルガム
用の溜めとして機能する部分を残すのが好まし
い。図示したかしめはこのような性格のもので、
ちよう形かしめ（butterfly crimp）としても知
られており、このかしめはシヤンク２７をかなり
の広さの平坦部分、即ち羽部２８にそつてけん縮
する。同時にシヤンク２７の両側に狭いチヤンネ
ル（図示せず）を残して排気チユーブの外側部分
と先端３０まで連通させる。このような連通部は
通常の作動条件下で、ランプを逆さにした場合で
も、蒸気状態のナトリウム−水銀アマルガムの通
過を許すが、液体状態の同アマルガムの移動を妨
げる。ここで説明している改良型電極構造におい
ては、２層のモリブデンワイヤコイル２５および
２６をシヤンク２７のまわりに、すべて一回の作
業で重ね合せた螺旋層として巻く。内層２５をシ
ヤンク２７に粗巻状態に巻き、シヤンクにクリン
プ溶接し、次いで密巻関係で逆巻きすることによ
り外層２６を内層２５に重ねる。逆巻きの場合、
シヤンクを同じ方向に回転させ続け、巻き旋回の
ピツチ、即ち進行方向を逆にし、外巻で内巻を固
定する。このような巻回作業全体を（逆巻きし終
つたコイルを適当な発光物質の懸濁液に浸漬する
工程まで含めて）機械で行うことができる。この
ような電極製作において残つている作業は、被覆
済み電極のシヤンクをかしめ止めのためにニオブ
チユーブ中所定位置に挿入する作業だけである。
上記螺旋状内層２５に互に離間した巻間を設けて
発光物質を離間した巻間に分散させ得るようにす
る。好適な発光物質はタングステン酸カルシウム
二バリウムである。上記下部電極支持アセンブリ
の残りの構造部品は第１図に図示されている。ア
ーク管９自体は外部外囲器２内に連結部材３１に
より支持されており、連結部材３１は管状インリ
ード２１から、引込導線５に接合された支持ロツ
ド３２まで延在しこれらに溶接されている。 本発明の改良された複合電極構造を含む上述し
たランプ実施例のランプ作動特性を測定した。具
体的には、400ワツトの大きさのランプについて
ランプ作動試験を行つて、従来の全タングステン
電極と、タングステンコイルの代りにモリブデン
コイルを用いた同一幾何形状の電極との性能比較
を行つた。この比較ランプ試験の結果を次の第
表にまとめて示し、また第３図にグラフ表示す
る。

【表】 上記試験結果から明らかなように、最初の100
時間のランプ作動の間、相対的に高いルーメン／
ワツト値を得るのに、モリブデンコイル電極の方
がタングステンコイル電極より均一に優れている
ことが確かめられた。 本発明による400ワツトの大きさのランプで得
られる独特のルーメン維持特性を第３図に示す。
グラフ図示の通り、モリブデンコイル電極と全タ
ングステン電極とを比較すると、モリブデンコイ
ル電極の場合に、初期ルーメン低下が大きいにも
かゝわらず、最終ルーメン低下が著しく小さいこ
とがわかる。この予期せざる結果をもたらす正確
な機構は現在のところ不明であるが、おそらくは
ランプ電極の製作時ならびにその後のランプ作動
中のこれらの耐火金属の挙動の差によるものであ
ろう。タングステンワイヤと比べてモリブデンワ
イヤは延性が大きいので、前述した通りの電極製
作時に一層密なしつかりした外側コイル輪郭を形
成でき、酸化物発光物質を一層よく保持するとと
もに、最初の100時間のランプ作動の間に一層高
いルーメン出力を得ることができる。その後の約
4000時間までのランプ作動の間、前記特定ランプ
作動環境において、タングステンコイルと比べて
モリブデンコイルは一層速い速度で劣化する。し
かし、さらに長期のランプ作動の間では、モリブ
デン電極ははるかにゆつくりした速度で劣化する
ことが明らかであり、そして恐らくはそれに伴な
う発光物質の損失も少なくなり、従つて図示の最
終ルーメン維持率はタングステン電極の場合に見
られるよりも良好である。 上記の説明から明らかなように、本発明により
得られる高圧ナトリウム蒸気ランプ用の改良電極
構造は全般的に有用である。従つて、このタイプ
のランプにおいて通常の全タングステン電極の代
りに上記改良構造を使用できるが、上で特記した
以外のランプの残りの構成要素はそのまゝ使用す
ることが、ランプ業界の通常の知識を有する者に
は明らかであろう。例えば、具体的に説明した以
外のセラミツクアーク管の他端のシール構造は既
知であり、ここにも本発明の電極改良を利用する
ことができる。従つて本発明は特許請求の範囲の
記載によつてのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改良電極構造を組込んだ高圧
ナトリウムランプの立面図、第２図は第１図のラ
ンプに用いた電極の１例を示す拡大図、そして第
３図はモリブデンおよびタングステン電極のルー
メン維持率を示すグラフである。 １……高圧ナトリウムランプ、２……外部外囲
器、３……口金、４……ステムプレスシール、
５，６……引込導線、９……内部外囲器（アーク
管）、２０……セラミツク栓、２１……ニオブチ
ユーブ（インリード）、２５……内層コイル、２
６……外層コイル、２７……タングステンシヤン
ク、２８……かしめ羽部、３１……連結部材、３
２……支持ロツド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ランプ動作中に蒸発される量より過剰のナト
   リウム−水銀アマルガムの溜めを含み不活性ガス
   充填材料を含む管状透光性セラミツク外囲器の両
   端部に熱電子電極を密封し、前記セラミツク外囲
   器の一端にシール材によつて気密シールされてい
   るニオブチユーブ内に前記ナトリウム−水銀アマ
   ルガムが所定量置かれ、前記電極の少なくとも１
   つがタングステンシヤンクの回りに逆ピツチの方
   向に螺旋状に重ねて巻いた１対の耐火金属製ワイ
   ヤコイルを含みその内層螺旋状コイルの各巻を互
   に離間させこの離間した巻間にタングステン酸カ
   ルシウム二バリウムから主になる発光物質を置い
   た高圧ナトリウム蒸気ランプにおいて、前記耐火
   金属製ワイヤコイルをモリブデン製とすることに
   よつて前記発光物質の物理的保持を改善し初期ル
   ーメンを高めるとともに4000時間のランプ作動の
   後のルーメン低下を小さくした高圧ナトリウム蒸
   気ランプ。 ２ (a) 両端に熱電子電極が密封され、平常作動
   時に蒸発する量より過剰のナトリウム−水銀ア
   マルガムの溜めを始動を容易にするためのキセ
   ノンガス充填材料とともに含み、前記ナトリウ
   ム−水銀アマルガムが所定量置かれている管状
   透光性アルミナセラミツクアーク管、および (b) 前記アーク管を包囲し、一端にステムプレス
   シールを有し、前記熱電子電極に電気接続され
   た１対の引込導線が前記ステムプレスシールを
   貫通している排気された透光ガラス製細長外部
   外囲器を具え、 (c) 前記電極それぞれが１対の耐火金属製の螺旋
   状コイルをタングステンシヤンクの先端のまわ
   りに重ね合わせてかつ互に反対の巻回ピツチ方
   向に巻回してなり、螺旋状内側コイルの各巻が
   互に離間しており、前記電極の一方には該電極
   の前記アーク管内に位置づけられた端部にある
   前記螺旋状内側コイルの離間した巻間にタング
   ステン酸カルシウム二バリウムから主になる発
   光物質が分散されており、該電極の反対側端部
   には前記アーク管にシール材によつて気密シー
   ルされ前記アーク管の外に延びて外端に前記ア
   マルガム溜めを提供している管状ニオブ製イン
   リード導体が含まれている高圧ナトリウム蒸気
   ランプにおいて、 前記螺旋状コイルにモリブデンを使用すること
   によつて、前記発光物質の物理的保持を改善し初
   期ルーメンを高めるとともに4000時間のランプ作
   動の後のルーメン低下を小さくした高圧ナトリウ
   ム蒸気ランプ。