JPS6038820B2 - 高圧ナトリウムランプおよびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 アルミナセラミック発光管内にナトリウム、水銀および
始動用希ガスを封入した高圧ナトリウムランプは一般照
明用として広く用いられている。

従来のこの種ランプは封入物が発光管内で蒸発気化する
量以上に封入され大部分のナトリウムが水銀とともに余
剰アマルガムとして発光管内最冷部分に蓄えられている
いわゆる飽和蒸気圧型の放電灯である。このため発光管
内のナトリウム蒸気圧は発光管内最冷部温度の変化に応
じて変動しその結果としてランプ点灯特性特に管電圧に
大きな変動を生じる欠点があった。封入ナトリウムおよ
び水銀銀の量を限定し、点灯状態において全て蒸発気化
した状態とするいわゆる不飽和蒸気圧型とすることによ
り最袷部温度が変化しても管内蒸気圧は殆んど変らず、
したがってランプ点灯時、管電圧が安定したものとなる
ことは既に知られている。またそのため許容最大限の封
入物量もある程度計算により引き出すことが出来る。し
かしながらこの種の不飽和蒸気圧型の高圧ナトリウムラ
ンプを完成するには極めて徴量の封入物を封入する必要
があり、かつナトリウムはきわめて化学的活性の元素で
空気中では直ちに酸化を生ずることおよび水銀は比重大
で表面張力も大きいため精確な量の微小粒を生成するこ
とがむつかしいことなどの封入技術上の困難のために、
従釆適当な封入量の正しい設定がなされていなかった。

放電灯が実用に供されるためには、光色が適当であって
効率が経済的水準を保つことの他に、経済的な安定器に
よって点灯され得るランプ特性を有しなければならない
。不飽和蒸気圧型放電灯の場合、これらの要因は第一義
的に封入物量によって決定されるため、最適量の封入物
を均各灯に均等に封入することが須不可欠の条件である
。発明者らは徴量のナトリウムおよび水銀銀の一定量を
精確にかつ空気その他不純物の影さようを完全に除いた
封入技術を駆使することにより、徴量封入量とランプ特
性をの関係を調べ最適の封入量を設定することができた
。すなわちナトリウム量を発光管内客績１地当り０．０
０７のタ乃至０．０１８の９好まし〈は０．０１の９乃
至０．０１＆９とし、水銀銀を同じく１の当り０．０５
４の９以上０．６爪９未満とすることにより実用上好適
な不飽和蒸気圧型高圧ナトリウムランプを完成すること
ができた。

本発明の詳細を具体的実旋例につき図面を用いて説明す
る。

第１図は高圧ナトリウムランプ発光管の一部欠裁正面図
で従来のものも本発明にかかる不飽和蒸気圧型のものそ
の構造は基本的には変らない。

１は透光性アルミナ管で多結晶質アルミナセラミック管
でもよいが、単結晶質アルミナ（サファイア）管の方が
寿命中のランプ特性の安定性が良好である。

２，２はアルミナよりなる閉寒体、３，３は閉寒体２，
２の中央孔を貫通し内側端面にタングステン製電極４，
４を備え外側に突出したニオブ製排気管で、これら３種
の部村はセラミック質ろう材を用いて互いに気密に封着
されている。

第２図は徴量封入物の封入方法を説明するための製造途
中の発光管の要部欠戦正面図で第１図と同一符号はそれ
ぞれ同一部品を示す。ナトリウムと窒素の化合物である
アジ化ナトリウムＮａＮ３は常温空気中で安定な白色粉
末で水にはよく溶けるが溶媒の蒸発乾燥の便を考慮して
メチルアルコールに溶かすのがよい。

たとえば１００机【のメチルアルコールにアジ化ナトリ
ウム０．５夕を溶かす。４００ワットランプ用発光管１
本に対してはこの溶液の０．０４の‘を小型注射器を用
いて封入物容器５の中に注入する。

封入物容器５はたとえばステンレス鋼のごとき耐熱性金
属をカップ状もしくは一端を閉寒した長管状に成型した
ものを用いる。このものを常温もしくは加温乾燥するこ
とにより溶媒であるメチルアルコールは、蒸発して容器
５中にはアジ化ナトリウムが残りその量は精機こ５０。
Ｘ殻：。・２の９でぁる。つぎにアルミニウムージルコ
ニウムー水銀の三元合金（ＡＩ−Ｚｒ一日ｇ）を容器５
の中に装入する。

この合金は米国特許３，２０３，９０１号などにもとづ
いて製造され「マーキュリーディスペンサー」として粉
末状もしくは成型品として市販されているものを用いる
のが便利である。このものの１０の９を容器５中に装入
する。第２図に符号６で示したものがアジ化ナトリウム
とマーキュリーディスペンサーの混合物である。製造途
中の発光管は排気管３，３の外端がともに開□したまま
であり一方の排気管３の端部閉口部より混合封入物６を
収容した容器５が装入され、その末端開口部は圧着およ
び溶融により封止閉寒される。他の排気管３′の端部は
排気系（図示せず）に接続されて発光管内部を真空にす
る。つぎに排気管３の容器５を収容した部分を約４００
℃に加熱する。このとき容器５中のＮａＮ３は次式の熱
分解反応により単体のナトリウムと窒素ガスが発生する
。州ａＮ３一がａ＋洲２ 容器５中の０．２の９のＮａＮ３より発生するナトリウ
ム量は定量的に０．０７の９である。

同時に発生したＮ２ガスは排気管３′を通じて排気され
る。つぎに排気管３の部分を約７００ｏｏに加熱すると
マーキュリーディスペンサーより水銀が分離する。合金
１０の９より約２級の水銀が分離する。

発生したナトリウムと水銀は高温度のため蒸発して排気
管３より逸出し、低温のままに保たれてある。発光管１
の内部に沈着する。つぎに排気管３を冷却し排気管３′
よりクセノン２０トールを始動用ガスとして発光管内に
導入したのち排気管３，３′を所定の長さの部位で圧着
溶断して封止する。始めに装入された容器５は排気器３
の溶断・除去された部分の中にあり完成した発光管内部
に残らなし、ようにすることができるが発光管内部に残
るように実旋してもよい。上記の封入操作はその打倒序
もし〈は実旋態様を一部変更して行うこともできるが、
要するにアジ化ナトリウムを利用することにより、徴量
のナトリウムを不純物による汚染を蒙ることなく精確な
量的規制のもとに工業的に封入工程を実族することがで
きる。またマーキュリーディスペンサーを用いることに
より微小量の水銀を定量的に容易に封入することができ
る。このようにして第１図に示したごとき発光管完成品
ができ、この発光管を従来行なわれているごとき方法で
ガラス製品外球内に機械的に装着し、電気的接続を旋し
て外観上従来の高圧ナトリウムランプと同様のランプが
完成する。このランプを適合安定器を用いて点灯し、答
電流と管電圧との関係曲線をえがくと第３図のａのごと
く、管電流の小さい間は管電流の増加に応じて管電圧も
上昇するが或管電流の値に達するとそれ以上管電流が増
加しても管電圧は一定の値を保つようになる。この屈折
点Ｃがすなわち管内封入物が全て蒸発し終った点であり
Ｃ点より右側の部分は不飽和蒸気圧型点灯状態であるこ
とを示す。このランプの定格出力を４００ワットとすれ
ば管電力４００ワットの点すなわちＤが管電圧の平坦直
線部分すなわち不飽和蒸気圧型点灯状態にあることが本
発明の基本的特長である。これに対し従来の高圧ナトリ
ウムランプでは第３図のｂのごとく管電流の増加によっ
て管電圧は増加する一方である。不飽和状態を示す管電
圧の値を仮りにＶｓａと表すとすれば、Ｖｓａは封入し
たＮａとＨｇの量によって決定される。Ｎａ量の増加に
よってＶｓａの値は上昇するがそれとともに発光の分光
特性が変化し効率、演色性も変化する。Ｈｇの量の増加
によってＶｓａの値は上昇するが発光の分光特性にはあ
まり影響を与えない。したがって効率、演色性が実用的
な値をもつようにＮａの封入量を定め、つぎにＶｓａが
適当な値になるようにＨｇの量を定めるのが便利である
。Ｖｓａの値が高過ぎても低過ぎても、使用する安定器
はきわめて高価なものとなり実用的ではない。

経済的なＶｓａの範囲は７０Ｖ〜１４０Ｖである。実旋
例で述べた４００ワット用ランプの場合Ｎａは０．０７
の９，Ｈｇは２の９である。この発光管の内容綾は５．
６めであり１の当り封入量はＮａｏ．０１２６の夕Ｈｇ
０．３５７爪９である。このランプは定格電力すなわち
４００ワットにおいてＶｓａ＝１１０Ｖ、管電流４．３
Ａ，効率１１０１ｍ／ｗ，および従来と同程度の演色性
が得られた。種々のランプ機種および異なった発光管仕
様のランプにつき実験を行った結果Ｎａ封入量が発光管
内客鰭１の当り０．００７の９より小であると発光の効
率が小となり、０．０１８の９より大であるとランプの
寿命的安定性が劣る。

好ましくは０．０１の９ないし０．０１８の９が最適で
ある。またＨｇ封入量が発光管内客績１の当り０．０５
４雌より小であると管電圧調整能力が不足し、０．６の
９以上であると管電圧が高くなりすぎて経済的な安定器
で点灯することが不可能であると共に灯の光色が赤色を
帯びて一般照明用に適さない。このような不都合が生じ
ることは後述の試験結果からも明らかである。なお、前
記灯の光色が赤色を帯びる理由は現在のところ明らかで
ないが、水銀原子の濃度が大であることによりナトリウ
ム原子の濃度勾配が変化するためか、あるいはＨｇ−Ｎ
ａ分子の生成により分光分布が変化するためであろうと
思われる。次に前記実旋例で述べた発光管を用い種々の
封入量で灯を完成し、４００Ｗで動作せしめた時の特性
の数例を第１に示す。第 １ 表 表中、寿命中のランプ電圧変化は試作ランプについて４
００Ｗ安定器（ランプ電圧が１００Ｖのときのランプ電
力が４００Ｗとなる安定器）で寿命試験を行ったときの
点灯時間１００餌時間当りのランプ電圧変化（各３灯の
平均値）を示す。

この値が−２．５より小さいと、１２００畑時間点灯後
のランプ電圧が初期ランプ電圧に比べ３０Ｖ以上低下す
るため、実用上好ましくない。また第１表より次のこと
が分った。

ｍ 実用的な効率１００〆仇／Ｗ以上を得るためには、
Ｎａの封入量は０．００７ｍｇ／の以上でなければなら
ない。

■ 実用的な寿命特性を得るためには、Ｎａの封入量は
０．０１８ｍｇ／ｃ虎以下でなければならない。

【３｝ 実用的なランプ電圧範囲（７０〜１４０Ｖ）を
得るためには、凶 Ｎａ封入量の上限値とＨｇ封入量の
下限値との組合せにおけるランプ電圧の値がランプ電圧
下限値（７０Ｖ）以上でなければならない。

即ち、Ｈｇ封入量の下限値は０．０５４の９／めである
。‘Ｂー Ｎａ封入量の下限値とＨ史封入量の上限値と
の組み合せにおけるランプ電圧がランプ電圧の上限値（
１４０Ｖ）以下でなければならない。

即ち、Ｈｇ封入量の上限値は０．６の９／地禾満でなけ
ればならない。上記のごとく封入量を規制することによ
り高圧ナトリウムランプの特長である１００その／Ｗ以
上の高効率と良好な演色性および寿命的安定性を有しか
つ経済的な不飽和蒸気圧型ランプを実用化することがで
きその工業的価値はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は高圧ナトリウムランプ発光管の一部欠教正面図
、第２図は本発明実旋例の封入操作を説明するための製
造途中未完成品発光管の菱部欠戦正面図、第３図は高圧
ナトリウムランプの管電流と管電圧との関係を示した図
で、曲線ａは本発明にかかる不飽和蒸気圧型のもの、曲
線ｂは従来の不飽和蒸気圧型のものである。 １……透光性アルミナ管、２，２′……封塞体、３，３
′排気管、４・…・・電極、６・・・・・・混合封入物
。 そ’図 ※２頭 葬る図．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐熱透光性管体よりなる発光管内にナトリウム、水
   銀および始動用不活性ガスを封入し、ランプに定められ
   た定格もしくは定格に近い点燈状態にてこれらの封入物
   をすべて蒸発気化せしめる不飽和蒸気圧形高圧ナトリウ
   ムランプにおいて、ナトリウムを発光管内容績１ｃｍ＾
   ３当り０．００７ｍｇ乃至０．０１８ｍｇ、水銀を同じ
   く１ｃｍ＾３当り０．０５４ｍｇ以上０．６ｍｇ未満封
   入したことを特徴とする高圧ナトリウムランプ。 ２ 耐熱透光性管体よりなる発光管内にナトリウムを発
   光管内容績１ｃｍ＾３当り０．００７ｍｇ乃至０．０１
   ８ｍｇ、水銀を同じく１ｃｍ＾３当り０．０５４ｍｇ以
   上０．６ｍｇ末満、および始動用不活性ガスを封入し、
   ランプに定められた定格もしくは定格に近い点燈状態で
   これら封入物を全て蒸発気化せしめるものにおいて、ア
   ジ化ナトリウムＮａＮ＿３の稀薄溶液の所定量を発光管
   内または発光管内に連通する部分に挿入し、不活性ガス
   雰囲気または真空中において、前記稀薄溶液を乾操させ
   た後、この部分を加熱することによりナトリウムを遊離
   生成せしめる反応を利用して発光管内に所定量のナトリ
   ウムを封入することを特徴とする高圧ナトリウムランプ
   の製造方法。