JPS6137760B2

JPS6137760B2 -

Info

Publication number: JPS6137760B2
Application number: JP52002542A
Authority: JP
Inventors: Monroo Osuteiin Mitsucheru
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-01-16
Filing date: 1977-01-14
Publication date: 1986-08-26
Also published as: BR7700316A; DE2657824C2; AU2053276A; FR2338620B1; ES455091A1; SU679173A3; JPS62295396A; NL7700200A; DE2657824A1; GB1575831A; JPS5298370A; JPH0211998B2; MX143878A; FR2338620A1; US4137484A; ES455092A1; BE850386A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高圧ナトリウムランプに関するもので
ある。更に詳しく言えば本発明は、ルーメン出力
およびランプ効率を全く低下させずに色温度の大
幅な上昇を可能にし、また効率の多少の低下を犠
牲にするならば更に高い色温度および優れた演色
性をもたらすような上記ランプの改良された点灯
装置および方法に関する。

高圧ナトリウムランプは当業界において公知で
あつて、街路、道路および地域照明用途のために
広く使用されている。かかるランプは一定量のナ
トリウムまたはナトリウムと水銀を封入したアル
ミナセラミツク管から成り、そして一般にガラス
製外管または外被の内部に収容されている。かか
るランプは、通例、電流を制限してランプの定格
ワツト数を越えない入力を供給するように設計さ
れた安定器を使用しながら60Hzの交流電力によつ
て点灯される。

ナトリウムまたはナトリウムと水銀の蒸気を通
しての放電によつて発生する光は、そのほとんど
が589nmにおけるナトリウムＤ線の自己反転およ
び広がりに起因するものである。水銀を封入した
かかるランプの場合、その水銀は電圧勾配従つて
効率を向上させるのに役立つのであつて、それ自
体が励起されて発光を行うことはほとんどない。
その結果、ルーメン／ワツト値で見ると極めて効
率的なランプが得られることになる。その場合の
効率はたとえばランプの大きさに応じて75〜130
ルーメン／ワツトにわたり、しかも70〜1000ワツ
トの範囲内では大きさと共に増加する。しかし、
かかるランプは色温度が低く（2000〜2100〓）か
つ演色評価数が低い（10〜20）。スペクトル中の
あらゆる部分における物体色が認識可能であるけ
れど、「冷色」端の物体色たとえば紫色、青色、
そしてまた部分的には緑色がくすんで灰色がかつ
て見える。かかるランプは大部分の屋外用途に適
することが判明しているが、屋内用途とりわけ厳
密な色の識別が要求される屋内用途のためには一
般に適しない。

米国特許第3248590号明細書中においては、効
率を犠牲にしながらもナトリウム蒸気圧を上昇さ
せれば、高圧ナトリウムランプに関する演色性を
改善させ得ることが認められている。ランプの色
温度および演色性を改善しようというある系統の
試みは、シユミツトによつて示唆された方針すな
わち何らかの手段によつてナトリウム蒸気圧を上
昇させるという方針に沿つたものであつた。たと
えば米国特許第3716743号によると、ランプの両
端を取巻く遮熱材によつてそれを行うことが提唱
されている。ナトリウム蒸気圧を上昇させること
は、ランプのワツト数を過大にすること、すなわ
ちその設計定格を越えて点灯することと同様であ
る。そうすれば、色温度を上昇させることはでき
るが、2100〓を越えて色温度が100〓ずつ増加す
る毎に約10ルーメン／ワツトの効率損失が起るこ
とになる。また、ワツト数を過大にするとナトリ
ウムの損失が著しく促進され、そのため短時間電
圧の上昇および外管の暗色化、従つて寿命の短縮
が起ることもある。

色温度および演色性を改善しようとするその他
の試みは、ランプの封入金属に他種の元素を添加
するというものであつた。たとえば米国特許第
3521108号によると、ナトリウムおよび水銀にカ
ドミウムおよび所望に応じたタリウムを添加する
ことが提唱されている。しかし現在までのとこ
ろ、これらの試みが実用商品としてのランプまた
は点灯装置を生み出したことは全くなかつた。そ
の理由は、得られる改善が軽微であつたり、ある
いは同時に生じる不利益の方が改善を上回つたり
することにあつた。

さて本発明の一般的な目的は、実質的に効率の
損失やランプ寿命の短縮なしに色温度の上昇や演
色性の改善が達成されるようにして高圧ナトリウ
ムランプを点灯する装置および方法を提供するこ
とにある。

従来の高圧ナトリウムランプの封入金属はナト
リウムおよび通例ならば水銀を含むが、放電によ
つて発生する水銀輻射はほんの僅かである。とこ
ろで本発明は、急速な立上りを示す波頭をランプ
に印加した最中および直後の期間においてはナト
リウムがより高い電子状態に励起されて実質的な
発光を行ない、また水銀を封入したランプの場合
には水銀からの輻射も現われるという発見に基づ
いている。ランプのパルス点灯によれば、幾つか
のナトリウム線およびスペクトルの可視部分特に
青緑色部分における実質的な連続輻射並びに水銀
線の放射の結果として色温度の上昇および演色評
価数の改善が起る。このような光がナトリウムＤ
線の自己反転および広がりに起因する通常の光に
加わることになる。

「電離保持」電流によつてプラズマの電離が維
持されかつパルス印加時に見られる特異な特性が
排除されるため、パルス間における入力はほとん
どないし全くないはずである。使用できるパルス
の繰返数は500Hzを越えて約2000Hzまでであり、
また衝撃係数は10〜30％である。そうすることに
よつて、従来の交流点灯に比べて効率が約20％低
下するのみでかつランプ寿命に何等認めうる程度
の低下を生ずることなく、色温度は400〓以上
も、即ち、約2050〓から約2500〓まで容易に上昇
できる。更に効率の低下が許容できるなら、色温
度は2500〓をかなり越えて上昇しうる。

ところで、効率またはスペクトル品質が負荷と
共に上昇するのに外管材料やその他の構造特性に
よつてランプの耐え得る平均負荷が制限されるよ
うなランプの場合、パルス点灯に手段を求めるこ
とま公知である。パルス状の波形によれば、ラン
プへの平均入力エネルギーを定格レベルの範囲内
に維持しながら瞬時負荷を達成することができ
る。それを行うためのランプおよび回路の組合せ
の初期の実例は「アークランプ用のパルス回路」
と題する米国特許第2938149号（1960年）明細書
中に記載されており、また最近の実例は「改善さ
れた効率を有する高圧放電ランプの点灯方法」と
題する同第3624447号（1971年）明細書中に記載
されている。これらの実例の場合、パルス点灯は
単に低い平均入力レベル下で大きい瞬時負荷を達
成するための手段に過ぎない。１回のパルス中に
総合的なランプ温度をほとんど上昇させない程度
に短かければ、パルスの持続時間は重要でない。
それ故、かかるパルスの繰返数は低くて、通例は
普通の電力線周波数に対応した60Hzあるいは電力
線周波数の半サイクル毎に１つのパルスが発生す
る120Hzのいずれかであつた。衝撃係数すなわち
間欠動作の１周期中におけるオン時間と周期との
比率を小さくすれば、瞬時負荷は増加する。かか
る回路における典型的なパラメーターを挙げれ
ば、パルス繰返数は120Hz（従つて周期は8333マ
イクロ秒）であり、衝撃係数は20％（従つてオン
時間は1667マイクロ秒）であり、また入力はパル
ス間においてプラズマの電離を維持するのに十分
なものである。なお、このようなパラメーターを
用いても本発明の点灯方式は達成されない。

本発明はパルスを用いてこれまで知られていな
い種別の効果を得るもので、そのためには遥かに
短かいパルス周期またはオン時間が必要とされ
る。高い励起状態のナトリウムからのナトリウム
線および連続輻射は、波頭が印加されてから最初
の200マイクロ秒ほどの間に高い強度に上昇す
る。ところが、約500マイクロ秒を越えるパルス
持続時間中には、かかる輻射が減衰を始めるので
ある。また水銀を封入したランプの場合、可視水
銀線は最初の100マイクロ秒の間に上昇するが、
上部レベルのナトリウム輻射よりもずつと急速に
減衰する。他方、自己反転および広がりを示すナ
トリウムＤ線はパルス持続時間を通じて増強する
のであつて、パルスが終了するまで減衰すること
はない。色温度の上昇および演色評価数の改善
は、このように約500マイクロ秒を越えないオン
時間を持つたパルスにより新しく強化されたナト
リウム線および連続輻射並びに水銀線に関連する
ものである。パルスオン時間が約500マイクロ秒
を越えると、プラズマは減衰して定常状態とな
り、強化されたナトリウム線および連続輻射並び
に水銀線は消失して、色温度の上昇および演色評
価数の改善は失われてしまう。

従来技術においてはまた、パルスの間にランプ
中を流れる電離保持電流（典型的には平均電流の
15％）も使用されていた。本発明の場合、電離保
持電流は光色改善の基礎となる高い励起状態から
のナトリウムおよび水銀輻射を損なうものであ
り、従つて避けるべきである。

次に、添付の図面を参照しながら本発明が一層
詳細に説明される。

先ず第１図を見れば、ここに図示された高圧ナ
トリウムランプ１は本発明の着想に基づくパルス
点灯によつて光色改善を行なうのに有利なランプ
の典型例である。このランプの大きさは150ワツ
トであるが、70ワツトから100ワツトまでにわた
る各種の大きさを持つた同様なランプを製造する
ことが可能である。このランプはガラス製外管２
を有し、その頚部には標準的な大形ねじ込み口３
が取付けられている。外管２はくぼみ形ステム封
着部４を有し、それを通して通例のごとくに比較
的太い１対の導入線５，６が伸び、かつそれらの
外端が口金のシエル７およびアイレツト８に接続
されている。

外管内部の中央に配置されたアーク管９は一定
の長さのアルミナセラミツク管材から成る。それ
は半透明の多結晶質セラミツクであつてもよい
し、あるいは明澄透明の単結晶アルミナまたは合
成サフアイヤであつてもよい。管９の両端には、
アルミナセラミツクの膨張率に合致したニオプ製
の金属キヤツプ１０，１１から成る末端閉鎖手段
がガラス状封止組成物によつて封着されている。
金属キヤツプ１０はそれを通して封着された金属
管１２を有するが、これはランプ製造時における
排気および封入用の管として役立つ。かかる排気
管の外端は封じ切りになつていて、ランプの動作
時には過剰のナトリウム金属またはナトリウム―
水銀アマルガムが凝縮するための貯留器として役
立つ。なお、図示されたランプは口金を下にして
点灯されるものとする。ランプ内部の電極１３は
排気管１２の内部突起に取付けられている一方、
もう１つの電極１５は金属キヤツプ１１を貫通す
るダミー排気管１４によつて支持されている。実
例を挙げれば、アーク管内には始動用ガスとして
約30Torrの圧力のキセノンが封入されると同時
に、25（重量）％のナトリウムと75（重量）％の
水銀とから成る25mgのアマルガムが封入される。

排気管１２はコネクタ１６および短かい支柱１
７によつて導入線６に接続されており、それによ
つて口金のアイレツト８までの回路接続が達成さ
れる。ダミー排気管１４は側柱１９に固定された
環状支持体１８を貫通しており、それによつてア
ーク管の軸方向の膨張は許されるが横方向への移
動は制限される。ダミー排気管１４は柔軟な金属
ストリツプ２０によつて側柱１９に接続され、ま
た側柱１９は導入線５に溶接されており、それに
よつて口金のシエル７への回路接続が達成され
る。側柱１９の上端は、外管の円頂部の凹形ニツ
プル２１にはまつたクリツプ２２によつて支持さ
れている。

かかる公知のランプは、通例、鉄心上の巻線か
ら成る通常の安定器を使用しながら60サイクルの
交流電源によつて点灯される。かかる安定器の中
にはランプ点弧用の高電圧低エネルギーパルスを
発生させるための特別な回路を含むものがある。
たとえば、400ワツトのランプに関する現行の規
格においては、最小振幅2250ボルトかつ長さ／マ
イクロ秒のパルスを少なくとも毎秒50回印加する
ことが要求されている。ひとたびランプが始動す
れば、パルス発生回路は自動的に遮断され、従つ
てランプの長時間動作すなわち定常動作にまでパ
ルスが関与することはない。

高圧ナトリウムランプの中には外管内部のスナ
ツプスイツチによつて始動されるものがあるが、
これは一部のヨーロツパの製造業者が好んで用い
る方式である。休止時にはこのスイツチがランプ
を短絡しているが、ランプに電圧が印加される
と、発熱体がスイツチを開くため、安定器からの
誘導サージがアークを開始させることになる。ま
た、始動用ガスとしてキセノンではなくネオンあ
るいはネオンと極めて少量のアルゴンとのペニン
グ（Penning）混合物を使用するランプもある。
このようにすれば、特にアーク管の外部に加熱手
段または容量性電極を併用する場合において始動
電圧が低下する。

通常の交流点灯においては、ランプのスイツチ
を初めて投入した場合合、キセノンおよび水銀が
アーク管内に青白色のグローを発生する。発生し
た熱によつてナトリウムが気化するに従い、光は
先ず黄色の単色光に変り、それから次第に金色ま
たは橙色がかつた白色光に変る。その場合、完全
なウオーミングアツプには約１分の時間を要す
る。ペニング混合物を用いたランプは始動用ガス
としてのネオンのために最初赤色の光を発生する
が、ウオーミングアツプを続けるに従つて普通の
光に変る。ウオーミングアツプ後におけるランプ
のスペクトルの典型例が第２図に示されている。
この場合、色温度は2030〓、そして演色評価数は
16.4である。73.5ルーメン／ワツトという効率高
圧ナトリウムランプとしては低いけれど、これは
かかる低ワツト数のランプのアークギヤツプが短
かいため総合入力に比して電極損失が大きいから
である。その場合の光は、第一に自己反転を受け
た589nmにおける黄色のナトリウムＤ線の両側に
広がつた裾部に起因し、また第二に569，498およ
び617nmにおけるもののごときナトリウム線に起
因するものである。ランプの封入金属がナトリウ
ムより多くの水銀を含有するとは言つても、水銀
からの輻射は取るに足らない。ナトリウム原子の
最初の励起電圧である2.1電子ボルトは、水銀原
子の最初の励起電圧すなわち4.9電子ボルトまた
はナトリウムのより高い励起状態すなわち４〜
5.1電子ボルトよりもずつと低い。このような事
情の下では、Ｄ線以外のナトリウム輻射が弱いこ
と並びに水銀からの輻射が存在しないことは、プ
ラズマが局部的な熱力学的平衡状態にあるため
2.1電子ボルトを越える状態を実質的に引起すの
にはプラズマ温度が低過ぎるということによつて
説明できる。水銀を封入したランプにおける水銀
の機能は、単にアークの電圧勾配を上昇させるの
に役立つに過ぎない。この結果、ランプおよびそ
れに関連した安定器はより大きい電圧降下および
より少ない電流の下で一層効率的に動作し得るこ
とになる。

通常の高圧ナトリウムランプの効率は一般にラ
ンプの大きさすなわち定格に伴なつて増大する。
たとえば、150ワツトの大きさでは105ルーメン／
ワツト、400ワツトの大きさでは125ルーメン／ワ
ツト、また1000ワツトの大きさでは140ルーメ
ン／ワツトである。とは言え、色温度は一般に
2000〜2100〓であつてほとんど変化がなく、また
演色評価数も一般に10〜20であつてほとんど変化
がない。

ワツト数を過大にすること、すなわち設計定格
をずつと越えた条件下でランプを点灯して高い蒸
気圧を得ることの効果は、第３図のスペクトルに
よつて典型的に例示される。内径が大きいことを
除けば、この場合のランプは第２図のものと同様
であるが、前回には入力が100ワツトであつたの
に対し今回の入力は60Hzの交流で220ワツトとな
つている。ナトリウムの蒸気分圧が235Torrにま
で至る結果、自己反転を受けたナトリウムＤ線の
裾部は更に広がることになる。色温度は2400〓に
上昇するが、効率は59.4ルーメン／ワツトに低下
する。かかる効率低下は、主として、Ｄ線の長波
長側の裾部いわゆる赤色裾部の上昇によるもので
ある。この領域内の輻射エネルギーは照明用とし
て価値の少ないものであり、また700nmを越える
エネルギーは赤外域にあつて照明用には全く役立
たない。ワツト数を過大にした場合には、効率が
低下するばかりでなく、ナトリウムの損失が促進
されて電圧の上昇、外管の暗色化および寿命の短
縮を引起すから、色温度を上昇させる方法として
許容できるものではない。

本発明に基づくパルス点灯は、通常の放電にお
いては一般に重要でなかつた高エネルギー状態の
ナトリウム並びに水銀を封入したランプの場合に
はその水銀を励起するという意外な効果を有して
いる。かかる効果は第１図に示された設備および
回路構成を用いて実証しかつ研究することができ
る。電源装置は、可変電圧変圧器２６を介して
240ボルト60ヘルツの交流電源から電力を得る全
波整流器およびフイルタ２５である。ランプ１は
抵抗性安定器２７および電子スイツチ２８と直列
に接続され、かつ図示の極性を持つた直流電源に
接続されている。便宜上、並列に接続された２個
の100ワツト白熱電球が安定器２７として使用さ
れた。電子スイツチはエミツタ―コレクタ経路が
ランプと直列に接続されかつベースに制御信号が
供給されるような１個のトランジスタとして示さ
れているが、電源装置２５から電流の流れを制御
下で開始させたり遮断したりできるものであれば
任意の電子装置が使用できる。鋸歯状電圧３０を
発生する波形発生器２９がパルス発生器３１をト
リガすると、パルス発生器３１は矩形パルス３２
を供給してトランジスタ２８をオン状態にする。
トランジスタがオン状態にある時間中には、電源
装置２５の電圧がランプおよび安定器の組合せに
対して印加されるが、その強さは可変電圧変圧器
２６によつて調節される。かかる設備によれば、
パルス繰返数、パルス持続時間およびパルス振幅
を随意に調節することができる。また、適当な計
器（図示されていない）の使用により、瞬時電
圧、電流および波形が測定ないし表示され、入力
が測定され、かつルーメン出力が測定分析され
る。

先ず最初に、音波の周波数（たとえば1000Hz）
におけるパルス点灯によれば効率の損失なしに光
色の改善が生み出されることが認められた。それ
とは対照的に、電力線の周波数（たとえば60サイ
クル）におけるパルス点灯ではそれがなかつた。
典型的なスペクトルが第４図に示されている。ナ
トリウムの赤色裾部は、第２図に示された通常の
ごとき60Hzでの点灯に比べてほとんど変化してい
ない。ところが全く驚くべきことには、スペクト
ルの青色側のナトリウム線たとえば449，467，
498および568nmのもの並びに可視スペクトルの
青色端から約450nmにまでわたる以前には見られ
なかつた連続輻射が著しく増強している。また、
水銀を封入したランプの場合には、404，436およ
び546nmにおける水銀線も光色の改善に寄与する
ことになる。ナトリウム放電において目立つた赤
色裾部の存在なしにスペクトルの青緑色域のナト
リウム線および青色端の連続輻射がこのように増
強することは、これまで認められなかつた新しい
現象であつた、それにより効率の低下なしに色温
度の上昇が可能となるのである。

667〜2000Hzの範囲内のパルス繰返数および15
〜30％の範囲内の衝撃係数について研究が行われ
た。アーク管への平均入力は150ワツトに維持さ
れた結果、ナトリウム分圧は発光効率にとつてほ
ぼ最適の約60Torrに保たれた。25（重量）％の
ナトリウムおよび75（重量）％の水銀から成る封
入金属についての対応する水銀分圧は約200Torr
である。こうして得られた各実験条件についての
CIE（国際照明委員会）色度点が第５図中に黒点
としてプロツトされている。パルス点灯されたラ
ンプのあらゆる色度点は同じ温度範囲にわたる空
胴輻射体の色度軌跡である黒体曲線に近接して位
置し、しかも2500〓の色温度をかなり越えて広が
つている。参考のため、通常のごとくに60サイク
ル交流で点灯された同じランプについての色度点
もまた示されている。

３つの変数すなわちピーク電流、パルスオン時
間およびパルスオフ時間の一次関数として関係づ
けられる色温度の観測値は、多重回帰分析法によ
つて記述することができる。ランプに印加された
一連の矩形パルスを考えた場合、ピーク電流を
Ｉ、パルス幅をt₁、またパルス間のオフ時間をt₂
で表わし、かつパルス中における封入金属電圧Ｖ
が一定であると仮定すれば、各パルス中において
ランプに伝達されるエネルギーはＩ・Ｖ・t₁とな
る。従つて、平均ランプ入力ＰはＰ＝Ｉ・Ｖ・ｔ_１／ｔ_１＋ｔ_２ ……(1) によつて与えられる。アーク管壁の負荷およびア
マルガムのコールドスポツト温度が変化するのを
避けるため、パルスオン時間およびパルスオフ時
間が変つても平均入力は一定に維持された場合、
Ｉ，t₂およびt₂の関係は上記の式によつて表わさ
れる。その結果、観測される色温度の変化を記述
するためには、これら３つの変数の内の任意の２
つが与えられれば十分である。ランプのピーク電
流およびパルス間のオフ時間を変数として選べ
は、次式が得られる。

Ｔ−2513＝0.378（t₂−868）＋34.5（Ｉ−10.8）
……(2) ただし、Ｔは色温度（〓）、t₂はパルス間のオフ
時間（マイクロ秒）、そしてＩはパルスのピーク
電流（アンペア）である。この関係は第６図のグ
ラフに示されている。図からわかる通り、ランプ
への平均入力が一定であれば、色温度はピーク電
流と共に上昇し、かつまたパルス間のオフ時間と
共に上昇することになる。

式(2)および第６図のグラフによれば、最高の色
温度はパルス幅が最小でパルス間のオフ時間が最
大の場合に達成されることがわかる。しかるに一
定の入力下では、これはピーク電流が最大となる
状態であり、しかもピーク電流を最大にすること
が総合的なランプ性能を最適化するわけではな
い。ｔ_１／ｔ_１＋ｔ_２が一定となるようにしてt₁および
t₂の両方を増加させた場合、衝撃係数は一定となり、そ
してピーク電流Ｉも一定となる。第７Ａおよび７
Ｂ図においては、その場合のパターンを示すた
め、自己反転および広がりを受けたナトリウムＤ
線並びに青緑色連続輻射の一定入力ワツト数およ
び一定衝撃係数に関する強度がパルス繰返数に対
して定性的にプロツトされている。それによれ
ば、パルス繰返数の減少と共にナトリウムＤ線の
強度は減少する一方、連続輻射の強度は増加する
ことがわかる。

他方、パルス繰返数が一定に保たれた場合、ピ
ーク電流はパルス幅または衝撃係数と逆の方向に
変化する。その場合のパターンは第８Ａおよび８
Ｂ図に示されている。これらの図においては、自
己反転および広がりを受けたナトリウムＤ線およ
び青緑色連続輻射の一定入力ワツト数および一定
パルス繰返数に関する強度が逆方向に目盛られた
パルス幅およびピーク電流に対して定性的にプロ
ツトされている。この場合、ピーク電流の増加に
対してナトリウムＤ線の強度はむしろ一定である
一方、連続輻射の強度は増加する。

高い効率を犠牲にすることなしに最高の色温度
を求めるためには、第７および８図中に含まれた
情報を総合しなければならない。それを行うに
は、第９図に示されるごとく、様々なパルス繰返
数および衝撃係数に関しランプ効率を色温度に対
してプロツトすればよい。この場合には、25（重
量）％Na―75（重量）％Hgアマルガムを封入し
た所定のランプが150ワツトの一定入力下で点灯
された。一定のパルス繰返数に関する各点を通つ
て曲線が描かれている。1000Hzから833Hzへ、そ
してまた667Hzへの変化に伴なつて効率が低下す
るのは、第７Ａ図に示されたようにナトリウムか
らの輻射が減少することによる。また、いずれの
曲線においても衝撃係数の減少に伴なう効率の低
下がゆるやかであるのは、第８Ａ図に示されたよ
うなナトリウムからの輻射のパターンによる。な
お、通常のごとくにして60Hz交流で点灯された同
じランプは103ルーメン／ワツトの最適効率を有
していた。

第９図のグラフから明確にわかる通り、パルス
繰返数が約650Hzよりも小さくなると、ランプの
効率は通常の60Hz交流点灯を受ける場合よりも低
くなる。通常の点灯の場合と同程度の効率を要求
条件として設定すれば、最高の色温度は約670Hz
のパルス繰返数および20％の衝撃係数の下あるい
は833Hzのパルス繰返数および15％の衝撃係数の
下で得られる。ところで、パルス繰返数が小さい
ことはピーク電流が少ないことを意味するから、
安定器の費用および無線周波数の妨害を最少限に
抑えるためにはその方が好ましい。従つて、上記
の要求条件に関して言えば、パルス点灯の受ける
パルスは約670Hzのパルス繰返数および20％の衝
撃係数の下で最適化される。

本発明に従つてパルス点灯される本発明のラン
プは2500〓で100ルーメン／ワツトより良い効率
を有する。これに対し、パルス点灯することなく
ワツト数を過大にするなどしてナトリウム蒸気圧
を増大する従来技術によつて色温度を2500〓まで
上昇させると効率はやつと70ルーメン／ワツトと
なり維持性に乏しく寿命も短い。

第９図においては、全てのデータが傾斜した点
線の左側にあるが、この点線の勾配は色温度が
120〓ずつ上昇する毎に約５ルーメン／ワツトの
効率損失が起る場合に相当している。効率を犠牲
にして色温度を更に上昇させること、言つてみれ
ば一方を他方と交換することも可能であるが、
2700〓を越えるとそれは次第に有利でなくなる。
色温度を更に上昇させるためのもう１つの方法は
たとえばワツト数を過大にするなどしてナトリウ
ム蒸気圧を上昇させることであるが、この場合に
もまたランプ効率の低下という犠牲が伴う。

多結晶質アルミナよりも透明な単結晶アルミナ
製のアーク管を使用すれば、最適値を越えたナト
リウム蒸気圧に起因する効率低下の一部を回復す
ることが可能である。第１図に示されたものと同
様でありかつこの材料を用いて製造されたランプ
を衝撃係数20％の667Hzパルスによつて175ワツト
で点灯した場合、ナトリウム蒸気圧は105Torrで
あつた。その結果、2700〓の色温度、および47の
演色評価数が得られた。かかるランプの最高アー
ク管温度は1150℃を越えず、従つて長い寿命が犠
牲になることはない。このようなランプの色温度
は、同じワツト数の白熱電球の色温度すなわち約
2800〓に極めて近い。しかるに、白熱電球の効率
は14ルーメン／ワツトより低いのであるから、こ
の場合のランプを本発明に従つてパルス点灯すれ
ば同等の色温度を持つた光が数倍の効率で得られ
ることになる。

上記のデータは一方向性パルスを用いて得られ
たものである。その理由は、主として、二方向性
パルスを得る場合に比べて電源設備ないしパルス
発生設備が簡単なためであつた。一方向性パルス
を使用する際には、ランプを直立状態で点灯させ
るのであれば陽極を下側にすること、すなわち第
１図の場合ならば電極１３を陽極とすることが望
ましい、ナトリウム―水銀アマルガムのコールド
スホツト貯留器として役立つ排気管１２もまた下
端に位置するが、これはナトリウムの供給不足の
ためアーク管の一端が他端よりも青くなるという
光色分離を避けるために望ましいことである。陰
極１５は言うまでもなく効率的な電子放出を行う
ことに活性化されているが、陽極１３はいかなる
電子放出物質をも含有する必要がない。実際、活
性化は管壁の暗色化を促進するから、一方向性パ
ルスを使用するのであれば陽極を活性化しない方
が好ましい。

二方向性パルスを使用した場合、スペクトルに
関する結果は一方向性パルスの場合とほとんど同
じである。勿論、両端に陰極すなわち活性化され
た電極を有するランプを使用しなければならな
い。

前述の通り、電離保持電流は色温度上昇の基礎
となる青緑色域の改善された発光を損なうことに
なる。それ故、電離保持電流は完全に避けること
が好ましい。もしパルス発生用電源設備の設計に
おける経済上の要求のために使用しなければなら
ない場合には、極めて微小な値に抑えるべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の150ワツト高圧ナトリウムラン
プの部分断面側面図とかかるランプをパルス点灯
するのに適した回路のブロツク図との組合せ
図、、第２図は通常の交流点灯を受けたランプの
スペクトルを示す線図、第３図はワツト数を過大
にしてナトリウム蒸気圧を増大させた場合におけ
る第２図のランプと同様なランプの典型的なスペ
クトルを示す線図、第４図は本発明に基づくパル
ス点灯を受けた第２図のランプのスペクトルを示
す線図、第５図は一定入力下での様々なパルス繰
返数および衝撃係数に対するランプのCIE色度座
標を示すグラフ、第６図は一定入力下における色
温度のピーク電流およびオフ時間依存性を示すグ
ラフ、第７図はナトリウムＤ線および連続輻射の
強度の挙動をパルス繰返数の関数として定性的に
示すグラフ、第８図はナトリウムＤ線および連続
輻射の強度の挙動を衝撃係数の関数として定性的
に示すグラフ、そして第９図は様々なパルス繰返
数および衝撃係数に関して色温度とランプ効率と
を関係づけるグラフである。図中、１は高圧ナトリウムランプ、２は外管、
３は口金、９はアーク管、１３および１５は電
極、２５は電源装置、２６は可変電圧変圧器、２
７は安定器、２８は電子スイツチ、２９は波形発
生器、そして３１はパルス発生器を表わす。

Claims

【特許請求の範囲】

１管内に金属封入物を含み２つの端部電極を有
する高圧金属蒸気ランプに略公称入力を発生する
電気パルスを供給してこれを動作する方法におい
て、前記金属封入物がナトリウムで該ナトリウム
がナトリウムの共鳴Ｄ線の自己反転と広がりを起
す蒸気圧を有し、そして前記パルスが、500Hzよ
り大きく2000Hzより小さいパルス繰返数と10〜30
％の衝撃係数を有し、これによつてスペクトルの
青―緑側に実質的な量の光を発生し色温度を少な
くとも2300〓に上げるがナトリウムＤ線の赤色裾
部に目立つた上昇をもたらさないことを特徴とす
る、上記高圧金属蒸気ランプの動作方法。