JPS5880261A - 高圧ナトリウム・ランプの改良 - 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、セラミック材、好ましくは多結晶アルミノ製
の密１１敢電（アーク）管を含む高圧ナトリウム・ラン
プであって、水銀との７マルガム状態にあるノトリウム
の蒸気□と不活性開始ガス（通常番よ、低湿充填Ｊ１で
代表１ｉｉ２ＯＬ−ルのキセノンである１、）とを含む
充填物内で当該ランプの両端にある電極の間で放電の生
じるものに関する。本発明は、具体的には、ランプ効率
の改善のための、充填物のナトリウム・アマルガム部の
ナトリウム・モル分率に関するアーク管径及びアーク長
の最適化に関する。

高圧ナトリウム・ランプ（［ランプ及び照明（Ｌ　ａｉ
ｐ　　ａｎｄ　　Ｌ　ｉｇｈｔｉｎｇ　）　Ｊヘンダー
ソン及びマースデン（Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ　　＆　　Ｍ
　ａｒｓｄｅｎ）編、アーノルド社出版、第２版、第２
４２頁乃至第２４９頁を参照。）は、今や全く確立され
ている。多くの研究の主題は、その物理的特性の理解に
役立ち、その結果、発光効率の著しい改善や消費電力の
漸減するランプへの技術の展開が生じた。このような研
究の成果は、米国特許第３９０６２７７号に開示されて
おり、そこでは、先行技術に比べて効率の増したランプ
を得ることにつながると云われる成る判定条件が与えら
れている。

それにも拘りら・ず、アーク管径（内径）及びアーク長
（ただし電極端部間）の適当な選択により、低電力の高
圧ナトリウム・ランプの効率を改善することが司能ぐあ
ると信じられている。本発明の目的は、ランプ設計を改
善する目的でこれらの大きさを決定づる方法を提示する
ことであり、そのような方法で設計した改善された低電
力ランプを提示す“ることぐある。特に、本発明の目的
は、電力及び電圧範囲が外挿な己で前記米国特許の教示
の中に外史に含まれないランプ、例えば７０ワツト、７
０−１３０ボルトのランプを含むことである。

本発明のある特徴に従い、７０ワツトの定格電力及び１
０乃至１３０ボルトの範囲でのランプ電［降下て゛の動
作用の高肚ナトリウム・ランプが提示され、当該ランプ
は、内径が３．０乃至５．０１の範囲にある実質的に柱
状の光伝送アーク管を含み、その両端ぐ密封された熱イ
オン電極を具備し、不活性開始ガスと、０．６３−乃至
０．８の範囲でのナトリウム・−［ル分率４褐″するナ
トリウム・アマルガムとで満たされて−いる。電極の間
のアーク長１（ｌｌ）は、実質的に次式で規定される。

Ｑ　＝　４ｄト１１．７６ｘ＋　　０．２５　Ｖ　−１
６，４ここ孟゛ｄはＩＩ’（−表わしたアーク管の内径
であり、Ｘはナトリウムのモル分率、■はボルトで表わ
したランプ電圧降下である。

本発明の別の特徴に従い、７０ワツトの定格電力及び８
０乃至１００ボルトのランプ電圧での動作用の高１１ナ
トリウム・ランプが提示され、当該ランプは、内径が３
．５乃至４．５ｓｍの範囲にある実質的に柱状の光伝送
アーク管を含み、その両端で密封された熱イオン電極を
具備し、不活性開始ガスと、０．６３乃至０．８の範囲
でのナトリウム・モル分率を有するナトリウム及び水銀
のアマルガムとで満たされている。電極端間のアーク長
は、添付図面の第３図において、選択アーク管径のライ
ンと、選択ランプ電圧及びナトリウム・モル分率に対す
るラインとの交点によって、又は同図における内挿によ
って実質的に決定される。

アーク管径の壁負荷は、好ましくは２０Ｗ　／　ｃｉ　
２以下に抑制される。

ランプのクール・スポット１１１［は、好ましくはそこ
からの熱損の調節によって最適化される。

７０ワツト・ランプなる表現は、ある特定電圧で７０ワ
ツトで働くように設計された公称７０ワツト定格のラン
プを意味するが、極々の理由により、当該ランプは７０
ワツトでないランプ電力で異なる電圧で作動さゼること
もできる。

本発明をより明確に理解してその効果を奏し得るように
、以下に、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。

一般に使用されている初期の高圧ナトリウム・ランプは
、４００ワツトのランプであった。それに続く開発は、
これらランプの発光効率の増加を目指すと共に、本発明
が提示する７０ワツト・ランプのような低定格電力の効
率のよい高圧ナトリウム・ランプを提供することをも目
指していた。この開発指向にあっては、長い寿命、＾効
率及びよい色彩という３Ｉａの基本条件を満足させるこ
とに注意が払われてきた。

烏口、ノトリウム・ランプの効率は、その色彩及び寿命
と共に、１１個の変数に依存することが知られている。

ただし、ビー、エル、デンビイ（Ｐ。

Ｌ、、　、　Ｄ　ｅｎｂｉｇｈ）−により［照明の研究
及び工学（ＬｉｇｈｔｉｎＱ　　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　
　　ａｎｄ　　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｏｙ　）　Ｊχ第１
０巻、第１号、１９７８年　第２８−３２頁）で議論さ
れているように、これらの幾つかは経済上その他の考慮
に対して特記されるものであり、その他は、設計作業の
間の少なくとも既知の範囲内に固定され得る。

デンビイによる前記論文では、実験的な設計アプローチ
が説明されており、その考察の多くは今でも有益である
。ただし、この論文は、直接及び間接にランプの効率に
影響を与えると知られているアマルガム比のランプ設計
上の効果を考慮していなかった。

それ故、本発明は、好ましい範囲であると知られている
７０乃至１３０ボルトのランプ電圧を有する７０ワツト
高圧ナトリウム・ランプであって、効率向上をもたらす
と知られている範囲内で指定できるある条件を採用し、
且つ更に効率を向上させるその他の条件を調節したラン
プを提示する。

最大効率を与えるべく構成されたこの電圧範囲では（即
ち、最適クール・スポット濃度では）、第１図に示した
ように、管径が減少すると効率が増加することが発見さ
れている。第１図は、４．ＯＩＩと　５．３−一径のア
ーク管について、７０ワツトでのランプ電圧（Ｖ）に対
する効率（１ｍ／Ｗ）をプロットしたものである。この
図は、０．６８６のナトリウム・モル分率に対して、且
つ過剰アマルガムが集まるクール・スポットで最大効率
に対して最適の温度に対して作図されている。最適のク
ール・スポット温度は、特定電圧での動作に対しアーク
管内の熱損を調節する周知の方法（熱スクリ゛−ン、適
当な構造及び電極長の調節を含む。）を使用することに
よって得られる。

第２図に示ずように、ナトリウム・モル分率が１から０
６６に減少すると効率が増すことも知られている。第２
図は、最適クール・スポット温度において、４ｇ１Ｉ１
１アーク管径の１０ワツト、９０ボルトの高圧ブトリウ
ム・ランプに対する０、６乃至０．８のすトリウム・モ
ル分率対効率の図である。ナトリウム・モル分率が０．
６に近づくにつれて色彩が極端なばンク色になり、照明
目的には不向きと考えられる点に注意すべきである。

以上を考慮に入れて、第５図は、従来技術を使ってその
最適クール・スポット温度にあるように調節されたラン
プに対し最大効率を達成するため、本発明に従って必要
とされる―を示す。第３図は、８０ボルト、９０ボルト
及び１００ボルトで動作させる１０ワツトの高圧ナトリ
ウム・ランプについて、アーク管径（−１）の関数とし
てのアーク長（Ｗ＋Ｓ）を示す。これを、特に色彩の観
点から満足できると考えられる範囲を規定する３個のナ
トリウム・モル分率０．６３．０．７０及び、ｏ、ａｏ
の各々について図示した。参考のために、−室壁負荷の
ラインも図示した。

第１図から、より高い効率に対し管径が出来るだけ小さ
くなければならないことが判る。同時に、長寿命ランプ
に対しては通常２０Ｗ　／　ｃｓ　２以下にセットされ
ている壁負萄の制限、及びアーク管サイズの−！限は、
実現可能な最も小さい管径を決定する。第１図の左下側
隅部に位置する管径は、実際の製造の限界（ドース（ｄ
ｏｓｅ）の蒸発とアーク管の清浄さが基本的な問題であ
る。）にある。

ナトリウム・モル分率が０．６３と０．８０の闇であり
電圧が８０ボルトと１００ボルトの間であるランプにつ
いては、第３図から内挿により所要の量を知ることがで
き、これらの範囲を外れるランプについては、外挿によ
り所要の量を知ることができる。

好ましい１０ワツト９０ボルトの高圧ナトリウム・ラン
プを例に採ってグラフの利用法を説明する。

０．６８６という満足できる中間領域のナトリウム・モ
ル分率を採ると、このランプは、アーク長が３０．２−
一でアーク管径が４．０−であるべきことが判る。得ら
れる壁負荷は、１７．４Ｗ／Ｃ−である。第３図におけ
るこのランプの位置は、星印によって示してあり、第１
図及び第２図にも同様に示しである。

第３図のグラフによって示される情報は式の形で表現す
ることができ、その式を使うと、本発明を適用する領域
内にあって第３図によって規定される領域を含むランプ
を与えることができる。

即ち、ナトリウム・モル分率Ｘが０．６３と０．８の闇
にあるナトリウム・アマルガムを添加されたアーク管を
具備し、アーク管径（内径）ｄが３．０乃至５．Ｏｌ−
の範囲にあり、焦損の適当な調節によって最適のクール
・スポット温度を具備する、電圧降下Ｖが７０ボルトと
１３０ボルトの間にある７０ワツトの高圧ナトリウム・
ランプに対し、次式で規定されるアーク長ｆｆ１（ＩＩ
）を選択することによって最大効率で作動させるべく放
電を生じさせることができる。

ｌ　＝　４ｄ＋１１．７６Ｘ＋　　０．２５　　Ｖ　−
１６，４この式は、以下の例で適用できる。

例　　１ ９０ボルト・７０ワツトの高圧ナトリウム・ランプに対
しては、 ε＝　　６．１＋　４ｄ＋１１．７６ｘであり、０．６
８６の好ましいナトリウム・モル分率及び４．０−のア
ーク管径に対しては、必要なアーク長は３０．２ｍｍで
あり、これは、第１図乃至第３図上の星印によって示さ
れる好ましいランプを与える。

例　　２ ８０ボルト・７０ワツトの高圧ナトリウム・ランプに対
しては、 ｌ　＝　３．６＋４ｄ＋１１．７６Ｘ であり、従って、０．６８６の好ましいナトリウム・モ
ル分率及び４．０−のアーク管径に対し、必要とされる
アーク長は２７．７ｍ−である。

例　　３ １００ボルト・７０ワツトの高圧ナトリウム・ランプに
対しては、 ｇ　＝　　８．６＋４ｄ＋　１１．７６ｘであり、従っ
て、０．６８６の好ましいナトリウム・モル分率及び４
．０−一のアーク管径に対し、必要とされるアーク長は
３２．７＋ｅ−である。

これらの式は、０．１５ｍ−の範囲内でアーク長を与え
ると信じられ、この０．１５ａ−という数値は、代表的
には±０．５−程度である望みの製造公差の中に完全に
入っている。製造現場においては、より厳しい公差でア
ーク管径を仕上げることが可能であり、ナトリウム・モ
ル分率は本質的に精確である。しかしながら、図面を研
究すれば判るように小さな変化は効率に著しく影響する
ことはない。

それ故、本発明の範囲を決定する際に、式を評価し得る
精痩の範囲内に制限して解釈されることを意図しない。

第４図は、本発明に従った好ましい７０ワツト・９０ボ
ルトの高圧ナトリウム・ランプを示す。多結晶アルミナ
製放電管１は、３０，２１１の長さに２つの電極長を加
えた長さ（この例では全長４２ｍ５）を具備する。放電
管は内径が４．０−一であり、電極（図示せず）及び外
部リード３を取付けるエンド・キャップ２を具備する。

放電１！１は、冷充填圧で２０トルのキセノン開始ガス
と、ナトリウム・モル分率の０．６８６のナトリウム・
アマルガムとを含む充填物で満たしである。そのアセン
ブリは、外包体４内に取付けられ、通常の金属製枠体５
によって内部で支持される。通常のランプ・ベース６は
、端子７を具備する。

好ましい８０ボルト及び１００ボルトのランプは、アー
ク管の長さがそれぞれ１０％短い及び１０％長いことを
除いて実質的に同一である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、異なるアーク管径について、ランプ電圧が効
率に及ぼす影響を示すグラフである。第２図は、ナトリ
ウム・モル分率が効率に及ぼす影響を示すグラフである
。第３図は、アーク管径、ランプ電圧及びナトリウム・
モル分率の関数として効率を最適化するために必要なア
ーク管長を与えるグラフである。第４図は、本発明に従
って構成した好ましい９０ボルトの高圧ナトリウム・ラ
ンプを示す。 １・・・放電管　２・・・エンド・キャップ　３・・・
外部リード　４・・・外包体　５・・・金属製枠体　６
・・・ランプ・ベース 特許出願人　　　ソーン　イーエムアイビーエルシー。 Ｆｌｏ、　７ １０２ ナトリウム五ルに幸 ｔａ３ 手続補正書 昭和５７年１２月３日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１７４６９７号 ２、発明の名称　　　高圧す）　１７ウム・ランプの改
良３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ノーン　イーエムアイ　ハウス 名称ノーン　イーエムアイ　ヒー工ルシー。 代表者　　　アール期、エイ、／−スト５、補正命令の
日付　　自発補正 〔補正の内容〕 ｉｌｌ　ＩＩＩ書に添付しえ明細書の第４頁第１２行乃
至第１３行に［消費電力の漸減する」とあるのを、よシ
低ｉ消費電力の と補正し、 （２）同ＩＩ５頁第１３行目に「光伝送アーク管」とま
るのを、 光透過アーク管 と補正し、 （３）同第８頁第加行目に「で祉（即ち・・・・・・）
、とあるのを、 （即ち、最適クール・スポット温度）での７−ワット・
ランプに対し、 と補正します。 （以　上）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　定格７０ワツト及びランプ電圧時下１０ボル
   ト乃金　１３０ボルトでの動作用の＾ＩＩナトリウム・
   ラン／′ｃあ−）で、内挿が３，０乃％　５．０１１１
   １１７”ある実質的に柱状の光伝送アーク管を含み、当
   該アーク管は、その両端に密封された熱イオン電極を具
   備４ると共に、不活性開始ガスと、０．６３乃至０．８
   の範囲のりトリウム・モル分率を具備するりトリウム及
   び水銀のアマルガムとで満たされており、ｄをＩＩＩて
   ゛表わしたアーク管の内径、×を少トリウム・モル分率
   、■をボルトで表わしたランプ電圧降トどして、・電極
   間のアーク長Ｑ（１ｍ）が、Ｑ　＝　４ｄ＋　１１．７
   ６ｘ＋−０，２５Ｖ　　−１６，４（色）λられること
   を特徴とする高圧ナトリウム・ランプ。 （２）　　定格７０１ノツト及びランプ電圧崎下８０乃
   至１００　Ｊ：ルトでの動作用の高圧ナトリウム・ラン
   プＣあって、内径が３．５乃至４．５ｍｓである実質的
   に柱状の光伝送アーク管を具備し、当該アーク管は、ぞ
   の両端に密封された熱イオン電極を具備すると１４　ｋ
   、不活性開始ガスと、０．６３乃至０．８の範囲のノト
   リウム・モル分率を具備するナトリウム・ノ′マルガム
   とで満たされており、電極間のアーク長が、添付図面の
   第３図において、選択アーク管（￥のラインと、選択ラ
   ンプ電圧及びナトリウム・［ル分率に対するラインとの
   交点によって、又は同図における内挿によって実質的に
   決定されることを特徴とする高圧ナトリウム・ランプ。 （３ン　　前記アーク管の壁負荷が２ｏｗ／ｃＩ１１２
   より小さく制限される特許請求の範囲第（１）項又は第
   （２）項に記載の高圧ナトリウム・ランプ。 （４）　　ナトリウム・モル分率が０．７のオーダーで
   ある特許請求の範囲第（１）項乃至第（３）項のいずれ
   が１項に記載の高圧ナトリウム・ランプ。 （５）ナトリウム・モル分率が０．６８６である特許請
   求の範囲第（４）項に記載の高圧ナトリウム・ランプ。 （６）７−り管径が実質的に４．１ｌｌｌｌＩ９である
   特許請求の範囲第り１）項乃至第（５）項のいずれか１
   項に記載の高１１ナトリウム・ランプ。 （７）　　ノ鳳−り管径が３０．２±　０．５ｍｉ＋で
   ある９０ボルトのランプＣある特許請求の範囲第（４）
   項乃至第（６）項のいｆれか１墳に記載の高１１ナトリ
   ウム・ランプ。 （８）　　アーク管径が２７．７±０．５ｏ＋ｍて・あ
   る８０ボルトのランプである特許請求の範囲第（４）項
   乃至第（６）項のいずれか１項に記載の高１−ｊ＝ｊト
   リウム・ランプ。 （９）　　アーク管径が３２．７±０．５ｉｌＩ１１で
   ある１００ボルトのランプＣ゛ある特許請求の範囲第（
   ４）項乃￥第（６）項のいずれか１項に記載の高圧ナト
   リウム・ラン八