JPS5853152A - 高圧アルカリ金属ランプ - 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】 本発明は高圧ナトリウムランプ、特に効率を改良した形
態の高圧ナトリウムランプに関する。

ナトリウム蒸気ランプは、光出力が全てアーク放電管内
に発生される高強度の放電光源である。

光出力は、内側のアーク管内に含まれ比較的高温度に維
持されるイオン化するガス状の媒体を介し電流が流れる
結果起る。この温度は一般に約１．４０００にと約１，
５００°Ｋ　との間にある。この高温度故に、これらの
ランプは絶縁及び保護の障壁として機能する外側の光透
過性のジャケットによって一般に包囲されている。一般
に１．圧力をかけられたアーク管と外側めジャケットと
の間の領域はほとんど真空かまたはアルゴンのような不
活性ガスを含んでいる。イオン化するナトリウムを含む
アーク放電類はアーク管内に維持される。アーク管は一
般に両端部に電極を有する円筒型の構造である。高圧ナ
トリウムランプは高エネルギー効率故に特に望ましい。

これらは、ランプのスペクトルの出方色は問題でなく、
しかも、それにもがかわらず光出力の高いレベルが望ま
れる工業や屋外用Ｃど特に有用である。

高圧ナトリウムランプの設計における重要な考えは“壁
負荷”（″ｗａｌｌ　ｌｏａｄｉｎｇ’　）　　である
。壁負荷は単位面積当りの出力（たとえば、平方センチ
メートル当りのワット数）で測定されるランプパラメー
タである。それはアーク放電管の内壁の面積によって分
割されたランプに供給される出方である。それはアーク
管壁の温度に重大な影響を有する故にそれは重要なパラ
メータである。その事が適切であるということは、それ
がワット当りのルーメン数で測定されるような総合的な
ランプ効率に重要な影響を有するアーク管壁温度である
という事実によって明らかである。従って、予め定めら
れた最適のアーク管壁温度を維持することのできる高圧
ナトリウムランプ設計し得ることが強く望まれている。

最高にいちぢるしく光り輝くランプを含むような他のラ
ンプにおいては、赤外線反射皮膜が附加的な電気エネル
ギーを供給することもなしに上昇した温度に維持するた
めにランプのフィラメントに戻すように赤外線放射を反
射するために用？１られる。これらの皮膜が赤外線放射
を反射している間、それらは、それにもかかわらず可視
光を透過する。この形態を有する光り輝くランプの重要
な欠点はランプフィラメントによって占めラレる狭い体
積に反射された赤外線放射を集中するきびしい要請であ
る。

光り輝くランプに関連してない分野において、ジエー嗜
エフ・ウェイマウスとイー・エフ・ワイナーは、高圧ナ
トリウムランプの効率における重要な改良は大径のアー
ク管を用いて達成されることを指摘し′ている。（“高
圧ナトリウムランプの効率に影響する因子の分析”寄稿
者；ジェー・エフ・ウェイマウスとイー・エフ・ウィナ
−１ＩＥ８ジヤーナル、１０巻、ｍ４．２３７頁（１９
８１）、を参照せよ）。たとえば、現在のありきたりの
高圧ナトリウムランプアーク管は一般に約５ｍから７闘
迄の内径を有している。もし、約１，４００　’にと約
１，５００°にの間の望ましい範囲にアーク管壁の温度
が維持されるならば、約１０ｓ＋ａ＋から゛約１８闘迄
の内径はナトリウムランプ効率を増加することができる
。これを行なうことは難かしい、なぜならばアーク管の
増加した内径は、当然アーク管の内壁の面積が−その増
加した内径に比例してまた増されることを意味する事実
がもち上るからである。アーク管壁の面積のこの増加は
減少する壁負荷を意味する。ウェイマウスやウィナ−は
、特に赤外スペクトル領域でありきたりの多結晶のアル
ミナアーク管よりも更に低放射率を有するイツトリアの
ような材料からなるアーク管を用いることによってこの
問題を解決することを提起している。。

しかしながら、イツトリアは高価であり、故にアーク管
の材料としてイツトリアを用いることは経済的でない。

タール等による１９７２年５月９日発行されたアメリカ
合衆国特許ｍ３，６６２，２０３は高圧ナトリウムラン
プを開示している。クール等は、外側のジャケットから
赤外線放射が保存温度を維持するためにアーク管にぶつ
けるように再放射されるようにアーク管に外側ジャケッ
トを近づけて配量することが望ましいことを教唆してい
る。当然、高温度（５００℃）だから、外側のジャケッ
トは高価な石英ガラスからならなければならない。さら
に、タール等による特許は２５藺迄の内径を有するアー
ク管を使用することが望ましいと教えている。

これは高圧す）　ＩＪウムランプにおいて効率の７良い
光を生じるためには余りに大きすぎる。さらに、そのう
え、アーク管と外側のジャケットとの間は、外側のジャ
ケットに適用される赤外線反射皮膜を加熱しすぎるに十
分な程近い。

アール−グロスによる１９６８年９月３日発行されたア
メリ゛力合衆国特許Ｎｈ　３，４００，２８８は赤外線
反射皮膜つきのナトリウム蒸気ランプを開示している。

しかしながら、この特許は低圧ナトリウムランプのみに
関しており、低圧ナトリウムランプｌこ関してはアーク
管の径の変化は高圧ナトリウムランプと比較して効率の
点で比較できる程の変化を生じない。要するに、光を生
じるメカニズムが異なっている。さらにその上、グロス
はアーク管の径を変化させてアーク管の径を最善の状態
”にする評価をどこにも指摘していない。

１９７６年１月６日発行されたフォールその他のアメリ
カ特許ｍ　３，９３１．５３　’６は、一定の波長を有
する発光を選択的に反射し、多の発光を透過し、外側ジ
ャケットの外側上に位置する二色性反射鏡を用いた高圧
すｌ−ＩＪウムランプを示している。しかし、大きな直
径のアーク管を有するランプ内にそのようなコーテイン
グ材が用いられていることについては何の評価もない。

また、アーク管内径の所望の範囲についてのフォールそ
の他の特許には教示されるものは存在しない。関連する
ランプ技術における一般的な重要性について、他のアメ
リカ特許はＮｎ３，２２１．１９　ｓ　：　３，３７４
，３７７　：　３，３２５，６６２：　３，９６３，９
　ｓ　１と４，０７１，７９８である。これらのうちい
くつかの特許は、放電ランプに用いられている反射コー
テイング材を示している。しかし、これらのコーテイン
グ材は赤外線反射、可視光線透過の性質を有しない。さ
らに、１９８１年８月に出願され、本願発明についての
同じ譲渡人に譲渡されたアメリカ特許出願８．Ｎ　（Ｒ
Ｄ−１３，０７２）において、シルバースタインは、本
願発明の反射コーテイング材のための最適なフィルムと
フィルムの厚さを示した。さらに、前述の特許出願は参
考のために本文において用いられている。特に、１５０
±３０　ｎｍの厚さを有するフィルムは好適なものとし
て述べられている。光線を透過し、熱線を反射するフィ
ルターは、コステイランその他のアメリカ特許ｍ３，９
４９．ｚ５９による透明基質上に支持され、スズが塗布
されたインジウム酸化物に基づくものである。Ｊ、Ｇ・
ボクの１９７９年７月に発行されたＩＥ８ジャーナル（
２２０ページ）におけるｃ、ｓ　＠リウによって書かれ
た論文「アークランプのための熱保存システム」は、よ
り有効なＨＩＤランプは赤外線反射層を用いることはで
きないと結論する。

同じ論文において、Ｅ、Ｆ・ワイナーはまた、より小さ
い容積のアーク管を用いない理由を述べている。

要するに、アーク管内径を大きくすることによって高圧
ナトリウムアーク放電ランプの効率を高めることは望ま
しいものと見られている。しかし、下降するアーク管壁
温度を補償する手段がもし見つからなかった場合、減少
する壁負荷と効率における実際の減少とにこれは帰着す
ると付随的に見られている。

本発明の好適な実施例によれば、高圧す）　ＩＪウム放
電ランプは赤外線反射材で被覆されている。

この反射材はＩｎ２Ｏ３：　Ｓｎあるいは８ｎ０２　：
　Ｆあるいは赤外線を反射し、可視光線を透過する材料
である他の好適な、反射材からなる。この実施例におい
て、アーク管内径は約１０〜１８ｍである。アーク管内
径のための好適な範囲は、約１２〜１４−ｊ−＋シフ　
＋−代ロロバ油小中憶１翔Ｉ　ｔｒ　ｂ　ｌハアｔ−＋
−ａｔｈ線反射膜は約１ミクロン未満の波長に対して実
質的に透過的である。さらに他の好適な実施例において
は、外側ジャケットは、アーク管自身の形状に適合させ
るためほぼ円筒形状である。

従って、本発明の目的は高圧ナトリウムランプの効率を
高めることである。さらに本発明の他の目的は高圧ナト
リウムランプにおけるアーク管壁温度を最適温度あるい
はこれに近い温度に維持することである。さらに本発明
の目的は、高圧ナトリウムランプに減少した壁負荷を与
えることである。さらに本発明の目的は、アーク管材料
として、従来の多結晶のアルミナの使用を容易にするた
め外側ジャケットの内側の上に赤外線反射膜を有するラ
ンプを提供することである。

本発明の要旨は、゛特に指摘され、明細書に含まれる部
分で明白に特許請求の範囲とされている。

しかし、目的と利点を伴う構成と実施方法についての本
発明は添付図面についての次の記述を参照して理解され
る。

即ち、本発明は上記欠点に鑑み提案されたもので、ジャ
ケットの内側に赤外線反射膜が形成された大口径のアー
ク管を有し、アーク管の管壁を所定の高温に保持するこ
とを可能とする高効率の高圧ナトリウムランプを提供す
ることを目的とする。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を説明する
。第１図は実施例にかかるランプ１０の断面図である。

２０は円筒形状のアーク放電管であり、内部に例えばナ
トリウムやその他のアルカリ金属類等のイオン化放電物
質を含んでい゛る。アーク管２０の両端は導電性の蓋２
２・２４によつ約１２〜１４Ｍが望ましいが約１０〜１
８ｍでもよい。この内径は発明の効果に大きく影響する
。

アーク管２０は電極１６及び間接的にであるが蓋２２を
通してアーク管２０内に電流を供給する電極１８によっ
ても機械的に支持されジャケット１１の内部に配置され
ている。また電極１８の一部はジャケット１１のくぼみ
１７の周囲に巻かれ、これによって電極１８は機械的に
支持されている。

また熱膨張による弊害を防ぐために電極１８と蓋２２の
間に可撓性の条片１９が設けられ、これによって機械的
及び電気的接続が効果的になされている。ランプ１０の
ステムは普通のスクリュー型のものである。また光学的
透過性のジャケット１１とアーク管２０の間の空間１５
は真空である。ただし例えばアルゴンのような不活性ガ
スが含まれていてもよい。特徴とすることは円筒形状の
ジャケット１１の内壁に赤外線反射膜３０が形成されて
いることである。この膜は１またはそれ以上の物質によ
って生成されるものであるが、本質的には前述のように
可視光を通過させるが、赤外線は反射してアーク管２０
の方へはね返すものである。

従来、このような赤外線反射膜を高圧すＩ−ＩＪウム蒸
気ランプの改良に使用することは有益でないと考えられ
ていた。しかしアーク管２０の内径が大きい条件下では
その効果は大きい。ところでアーク管の径を大きくすれ
ば確かにランプ効率を上げることはできる。しかし、ア
ーク管の径が大きくなればそれだけ管壁の面積も増加す
るので“壁負荷”が減少する。この壁負荷の減少を何ら
かの手段で補償しない限りランプ全体の効率を高めるこ
とは出来ない。本発明によれば、赤外線反射膜が赤外線
を反射し、アーク管壁に集束させるのであり、これによ
ってアーク管壁を約１，４００°に〜１．５００°にの
温度に保持するものである。本発明によれば、このこと
が高価なイツトリア製のアーク管を使用することなしに
可能である。さらに言えば、アーク管２０は通常のアル
ミナ製の管壁で可能である。図において示すようにジャ
ケット１１はアーク管２０の形状が円筒である為に通常
円筒形状である。このことは通常使用される卵型のジャ
ケットと対照的である。卵型のものはよく使用されてい
るが余り効果的でない。赤外線反射膜はアーク管と同軸
であるジャケット壁の殆んど全範囲に形成される。これ
によりアーク管壁に達する赤外線の反射量が最大となり
従ってアーク管壁の温度を保持することが可能となる。

この赤外線反射膜は３ミクロン以上の波長の殆んど全て
の電磁波をアーク管２０の方へ反射する。

これにより、ランプによって生成される所望の可視光を
外へ放射すると共に赤外線を利用して所定のアーク管壁
の温度を保持することが可能である。これはアーク管の
内径が大きくても可能である。赤外線反射膜は過熱によ
って、損傷を受けるからジャケット１１はアーク管２０
から離隔させるのが望ましい。この距離は、少なくとも
１０ｍ必要である。

第２図は、アーク管の内径を変数として、ランプ効率（
ルーメン／ワット）の大体の変化を示す。

ただし、図の曲線は、反射膜は、考慮されていない。し
かし、本発明によっても、この内径の大きさは、１０〜
１８藺がよく、尚、望ましくは１２〜１４ｍである。

本発明の高圧ナトリウムランプは、約１０〜１００気圧
のナトリウム蒸気圧で動作される。ランプは、又始動ガ
スとして、室温条件下で、約１０〜２００気圧のキセノ
ンを有する。さらに動作状態で、約５００〜１５００気
圧の蒸気圧の水銀も含まれる。前述のことから本発明に
よれば、高効率の光源を有するランプが提供されること
が理解できよう。アーク管の内径の増加による壁負荷の
減少は赤外線反射膜によって補償されることも理解され
よう、さらに高効率の放電ランプから放射されるエネル
ギーの重要部分である赤外線は効果的に利用されアーク
管を所要の温度に保持することも理解されよう。

以上を実施例に従って発明を詳細に述べたが、これによ
り当業者は、多くの変形例が可能であろう。従って本発
明の要旨内にある変形例は“揚起の特許請求の範囲に含
まれると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好適な実施例のランプの部分断面図
を含む正面図、第２図は、アーク管直径と効率との関連
の説明図である。 １０：ランプ １１：ジャケット １６．１８：電極 ２０：アーク管 ３０：赤外線反射膜 ｌワ７万一 ・２ｔ １０ 一〃 ／３０ ・ｊ４ 一／６ −／４ 手続補正書（白金ン １．事件の表示　昭和＃；７年　’ｎｉ′ｆｓ　　第１
夕２９（？号２、発明の名称 ゛高圧アルカリ金属ランプ・ ３、補正をする者 事件との関係　　　出願人 ヤグえう１υ　］：レク＃−ｑ、リク　コンぽニー４、
代理人 Ｍｌ−１睦人うイト看訃ネ、＄＝−５１１季あうヒよ゛
ソ桶′Ｌず１゜ｅ＠）ｔａｉ’ｔ　Ｅ苧１Ｆ、　　ユじ
ｔ−ＩＮり市　、　ｔイ４Ｍ大゛　あ・ｔｈ−７１状文
Ｉ護＊、わ。 手　続　補　正　書（自　発） １、事件の表示　昭和５７年特許願　第１５２８６８号
２、発明の名称 高圧アルカリ金属ランプ ３、補正をする者 事件との関係　　　出願人 セネラル　エレクトリック　コンパニー４、代理人 細な説明」の欄 ６補正の内容 （１１明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり補正する
。 （２）　　明細書画１２頁９行目の「この膜」を「この
膜３０」と補正する。 （３）明細書画１２頁１３行目の「赤外線反射膜」を［
赤外線反射膜３０Ｊと補正する。 （４）明細書筒１３頁２行目の「赤外線反射膜」を「赤
外線反射膜３０」と補正する。“（５）　　明細書筒１
３頁１３行目の「赤外線反射膜」を「赤外線反射膜３０
」と補正する。 （６）　　明細書第１３頁１４行目の「アーク管」を「
アーク管２０」と補正する。 （７）明細書筒１３頁１７行目から第１８行目迄の「赤
外線反射膜」を「赤外線反射膜３０」と補正する。 （８）明細書第１４頁３行目の「アーク管」を「アーク
管２０Ｊと補正する。 （９）明細書第１４頁４行目の「赤外線反射膜」を［赤
外線反射膜３０Ｊと補正する。 ａ呻　明細書第１５頁１行目の「アーク管」を「アーク
管２０」と補正する。 αυ　明細書第１５頁２行目の「赤外線反射膜」を「赤
外線反射膜３０」と補正する。 ０２　　明細書第１５頁５行目の「アーク管」を「アー
ク管２０」と補正する。 特許請求の範囲 ｉｌ＋　　両端に電極（１６，１８）を有し、かつ約１
０〜１８ｍの内径を有する細長状で可視光透過性の加圧
可能のアーク管（２０）と、前記アーク管内に含んでい
るイオン化可能なアルカリ金属物質と、前記アーク管を
囲み前記アーク管に赤外線を反射可能に１玉赤外線反射
膜（３０）が形成された内空で可視光透過性のジャケッ
ト（１１）とを有することを特徴−とする高圧アルカリ
金属ランプ。 （２）　　前記アルカリ金属物質がナトリウムである特
許請求の範囲第１項記載の高圧アルカリ金属ラング。 （３）　　前記アーク管（２０）の内径は約１２〜１４
關である特許請求の範囲第１項記載の高圧アルカリ金属
ランプ。 （４）前記赤外線反射膜（３０）は約３μ以上の波長の
電磁波を反射するものである特許請求の範囲第１項記載
の高圧アルカリ金属ランプ。 （５）　　前記ジャケット（１１）内の前記アーク管（
２０）を機械的に支持しかつ前記アーク管の熱膨張を補
償する手段を有する特許請求の範囲第１項記載の高圧ア
ルカリ金属ランプ。 （６）　　前記アーク管（２０）と前記ジャケラ）（１
σは、円筒形状である特許請求の範囲第１項記載の高圧
アルカリ金属ランプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （，１１両端に電極を有し、かつ約１０〜１８ｍの内径
   を有する細長状で可視光透過性の加圧可能のアーク管と
   、 前記アーク管内に配されたイオン化可能の金属物質と、 前記アーク管を囲み、前記アーク管に赤外線を反射可能
   に赤外線反射コーティングが形成された内空で可視光透
   過性のジャケットとを有することを特徴とする高圧アル
   カリ、金属ランプ０（２）　　前記アルカリ金属がナト
   リウムである特許請求の範囲第１項記載”の高圧アルカ
   リ金属ランプ。 （３）前記アーク管は内径的１２〜１４ｍである特許請
   求の範囲第１項記載の高圧アルカリ金属ランプ０ （４）前記赤外線反射膜は約３μ以上の波長の電磁波を
   反射するものである特許請求の範囲第１項記載の高圧ア
   ルカリ金属ランプ。 （５）前記ジャケット内の前記アーク管を機械的に支持
   しかつ前記アーク管の熱膨張を補償する手段を有する特
   許請求の範囲第１項記載の高圧アルカリ金属ランプ。 （６）　　前記アーク管と前記ジャケットは、円筒形状
   である特許請求の範囲第１項記載の高圧アルカリ金属ラ
   ンプ。