JPS6212626B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的にはアルミナセラミツク被包体
を使つたアーク放電灯に係わり、特にその末端封
止部及び導入線封着構造に係わる。

本発明は外側ガラス質被包体又はガラスジヤケ
ツト内に一般に装着された細身の管状セラミツク
アーク管を含んだ種類の高強度ナトリウム蒸気灯
に最も有用である。このセラミツク被包体は、光
透過性で、耐火性で、高温でのナトリウムに対し
抵抗性の酸化物物質であつて、適当に高い密度を
持つた多結晶質のアルミナ又は合成サフアイアー
からできている。充填物にはナトリウムが含まれ
ており、通常は始動を容易にする為の希ガスと共
に、効率改善の為の水銀を含んでいる。アルミナ
管の両端は封止部材によつて封着されて熱電子電
極への接続を提供しており、該電極は電子放出性
物質によつて活性化されるタングステンコイル構
造から成ることができる。セラミツクアーク管を
封入する外側被包体の一端には一般に通常の口金
が設けられている。アーク管の電極は口金の端
子、即ち、殻及び中心接点に接続され、そして通
常は外側被包体の中間空間を排気して熱の保存を
計つている。

1966年に始めて市場に出た高圧ナトリウム蒸気
灯はニオブ製の端部キヤツプを使つており、この
キヤツプを通つてセラミツクアーク管までニオブ
製の管が延びている。ニオブ管の一つは排気管と
して使われ、セラミツク被包体の内部への開口を
有しておりそして該被包体が充填物を受容した後
で先端を気密にされ密封される。他方のニオブ管
はときどき擬似排気管として知られ、こうした開
口は持たずに単に導入線及び電極の支持体として
働く。ニオブを使うのは、膨張係数がアルミナセ
ラミツクと合理的に近似しているためであるが、
ただニオブは比較的高価な金属である。

米国特許第3882346号の主題はセラミツクアー
ク管の装置構造であるが、ここには、ニオブ製の
端部キヤツプ及び擬似排気管を置き換えるため端
部封着体が使用できる旨記述されている。この端
部封止体はセラミツクプラグを使つており、該プ
ラグがアーク管の端部に封入されていて中央に穴
があり、この穴にセラミツクと膨張係数の合つた
金属、例えばアルミナセラミツクプラグに適した
ニオブの導入線が封入されている。この構造によ
ると擬似封止体中に使われるニオブの量がもはや
減少し得ない最少値にまでほぼ減少される。本発
明の目的の一つは、同様な態様で、排気封止体中
に使わされるニオブの量を減少させることであ
る。

突出した排気管を使つたランプにあつては、封
止した排気管によつて、アーク管本体の外に、過
剰なナトリウム―水銀アマルガム用の貯蔵容器が
提供される。こうしてアーク及び電極の直接の熱
から隔つた位置に過剰なアマルガムを置き、ラン
プの老化に伴なうアーク管の黒化によつてナトリ
ウム蒸気圧及びランプ電圧に及ぼす影響が最少と
なる。又、外に貯蔵容器を使うと、例えばニオブ
管の外部の一部をグリツト吹きにかけてニオブ管
からの熱損失を調節してランプ内の熱勘定の正確
な調節を容易にしルーメン出力に対して最適な温
度と長い寿命が得られる。しかし、外側に貯蔵容
器を置く構成によると、排気管を最も下方に置か
ねばならぬという欠点がある。この為、所定のラ
ンプに対して口金を上にしたのと口金を下にした
のとの２つの設計が必要とされ、ジヤケツトに対
してアーク管が一方の設計と他方の設計とでは逆
になつている。もしいずれかの設計を正しくない
方位で使うと、振動又は機械的衝撃によつてアマ
ルガムの小滴が排気管からより熱いアーク管内へ
と滴下されることがある。これによつて蒸気圧に
急激な上昇が起り、これに対応してランプ電圧の
増大が起ると、ランプを消す程厳しい状態となり
うる。極端な場合には、比較的冷たいアマルガム
小滴がアーク管を打つとアーク管に熱によるひび
割れが起ることが知られている。本発明の別の目
的は高価なニオブの必要量を減少し、しかるに既
述の不利益や制限なしにいかなる方位をもつて点
灯しうるような、セラミツクアーク管の排気管端
部向け端部封着構造を提供することである。

本発明によれば、高圧アルカリ金属蒸気灯のセ
ラミツクアーク管又は被包体の端部封止部に含ま
れる外部に突出した薄壁金属管が導入線及び、過
剰アルカリ金属用貯蔵容器として働く。アーク管
の同じ端部にある電極に含まれるタングステン製
の柄が金属管内に突入し、セラミツク被包体の外
の一定の所で金属管が周りに変形されることによ
つて一定の所に鎖錠される。

好ましい具体例では、端部封止部にはアルミナ
セラミツクプラグが含まれ、該プラグを貫通して
薄壁ニオブ管が突き貫けている。タングステン電
極柄がニオブ管内に突入し、管が周りにひだ寄せ
されて所定の場所に鎖錠される。このひだ寄せに
よつて限定されたチヤネルが残され、このチヤネ
ルは蒸気形態のアルカリの通過は許すが液体とし
てのアルカリの移動を妨害し、これによりランプ
はいかなる方位にても点灯しうる。

本発明を使つた好ましい形態の400ワツトの大
きさに相当する高圧ナトリウム蒸気灯１が第１図
に示されている。蒸気灯１はガラス質の外側被包
体２を含み、一端には標準の大形ネジ口金３が結
合していて、更にくぼみ形ステムプレス４を含
み、このステムプレス４を通つて比較的重い一対
の導入線導体５，６が従来の態様で延びており、
そして導体５，６の外端が口金のネジ殻７及び鳩
目金８に接続されている。外側被包体内の中心に
置かれた内側被包体又はアーク管９は一定長の光
透過性セラミツク管から成り、該管は適当には半
透明の多結晶性アルミナセラミツク又は清澄にに
して透明な単結晶アルミナから成つている。アー
ク管の上端はアルミナセラミツクプラグによつて
閉じられ、該プラグを通してニオブ製導入線１１
が気密に封じられて延びている。この導入線が上
方の電極を支持しており、この上方の電極は第２
図に例示された下方の電極と概して類似でよい。
好ましい上方端封着部及び電極支持体構造が、
「セラミツク被包体プラグ及び導入線端部封着
部」を主題とする米国特許第640805号（1975年12
月15日付け）に記載されている。導入線１１の外
側部分は側棒１４に結合した横方向支持線１３中
のループ１２を通りぬけている。この配置によつ
て、下方端封着部が所定位置に強直に固定されて
いるときには、動作中に於けるアーク管の熱膨張
が可能となり、そして弾性の金属リボン１５が良
好な電気的接続を確実にする。側棒１４は導入線
導体６に溶接されていて、該棒の上方端がばねク
ランプ１６によつて支えられ、該クランプが外側
被包体のドーム端内の逆ニプル１７と係合してい
る。金属の反射器バンド１８を望ましくはアーク
管の上方端の周りに設けてもよく、これにより特
に250ワツト以下の如きより小さなランプに於い
て、上方端封着部での望みの温度が維持される。

本発明の本体は下方端封止部と電極支持組立体
にある。一つの好ましい構造が第２図及び第３図
に示されている。この構造は中央に開口を有する
肩付きアルミナセラミツクプラグ２０から成り、
この中央開口を通つて薄壁のニオブ管２１が延び
ており、該管２１が排気管並びに導入線として作
用する。管２１はプラグ中をほんの短い距離だけ
延び、太線２２によつて示される封着用組成物に
よつてプラグを通してこれに気密に封着されてい
る。プラグ２０には首部があつて、この首部がセ
ラミツク被包体９に入り込み、そして被包体９の
端部がプラグの肩部に当接している。２３及び２
４に示される封着用組成物によつて、これ等２つ
の部分の間に気密封着がなされる。

電極本体はセラミツク被包体内に於いてタング
ステン柄２７の末梢端の周りに巻かれた２層のタ
ングステン線２５，２６より成る。柄２７は管又
は導入線２１中に下方に向つて十分遠くまで延
び、柄を認めうる程の長さにわたつて締めつける
ような態様でセラミツク被包体の外側の或る場所
にて管を変形することによつて、柄は所定の場所
に固定される。好ましくは、この変形を管の中間
点でなし、該中間点を越えたところに過剰なアマ
ルガム用の貯蔵容器として働くのに適当な部分を
残して置く。ときどきちよう形ひだ寄せとして知
られる例示のひだ寄せはこのような特性をしてい
て、平坦部又は羽根２８の全域に沿つて柄を締め
つけている。同時に、第３図に最も良く示されて
いる限定チヤネル２９が柄の両側に残され、チヤ
ネル２９は排気管の先端３０までの外側部分と連
通している。チヤネル２９はナトリウム水銀アマ
ルガムを通常の動作条件下にあつて蒸気形態では
通過させるが液体としての移動は妨害し、このこ
とはたとえランプを真直ぐに立ててもそうであ
る。

従来技術のナトリウム蒸気灯ではニオブ製の端
部キヤツプを使つていてこのキヤツプを貫通して
セラミツクアーク管内にまでニオブ管が延びてお
り、電極の短いタングステン柄はニオブ管のひだ
寄せ内側端内に受容されている。しかし、経験に
よつて教示されるところでは、単にひだ寄せする
ことは比較的重いタングステン電極構造の支持に
は十分でなく、その為、不活性ガス雰囲気中でタ
ングステン電極から誘導した電気アークによつて
ニオブ管の端部を融解してタングステン柄上に落
すという実施法によることになつた。この方法は
普通TIG溶接と呼ばれやつかいでかつ比較的費用
がかかる。又、この方法はニオブを2450℃の融解
温度まで加熱することを要し、これによつてタン
グステン柄に幾分の再結晶を引き起す恐れがあ
る。小径の柄に於いては、再結晶及びその結果生
ずる脆化の程度が、振動下で電極の重量が柄を破
断するに十分となろう。本発明の新しい構造によ
れば、タングステン柄をニオブ管内に固定するの
に加熱を必要としないので、こうした問題は回避
される。

加熱又は溶接の必要性を取除いたことから生ず
る別の利点は電極巻線が逆巻きによつて柄上に形
成できる点である。例えばSmyser等の米国特許
第3708710号に例示されている如き終来技術の電
極では、電極コイル巻線は柄の周りに堅く巻かれ
た内側コイルと、この内側コイル上にねじ込まれ
た外側コイルとから成つている。この製造法は柄
上に内側コイルを巻き、ニオブ管の端部内に柄を
ひだ寄せしてTIC溶接（TIG溶接は極めて正確な
制御を与える型の溶接で、正弦波サイクルの完結
前に溶接を停止することが可能となる）し、柄と
内側コイルとを放出物質の懸濁液中に漬け、この
物質を乾燥させ、次いでこの内側コイル上に外側
コイルをねじこむ工程順から成つている。この全
工程操作を通じて手の労力を要するので、得られ
る製品は比較的費用がかかつている。本発明の改
善された構造では、電極コイル巻の２層が単一作
業にて柄上に巻くことができ、内側層２５を柄上
にしつかりと巻き次いでこの内側層の上に外側層
２６が逆巻きによつて巻かれる。この逆巻きで
は、柄を同じ方向に連続して回転し、ただ巻線の
進行のピツチ又は方向を逆転し、外側巻線が内側
巻線を鎖錠する。この全作業は、逆巻コイル巻線
を放出物質の懸濁液中に浸漬することを含めて、
機械的に為しうる。こうして、本発明によれば、
残された唯一の手による作業は被覆された電極の
柄をひた寄せの為にニオブ管内の所定位置に挿入
することである。

アーク管の組立てに際しては、ニオブ管のセラ
ミツクプラグ内への挿入及びプラグのアーク管へ
の接合を含めた気密封着が、種々の封着用組成物
を使つて為され、この組成物はときどき封着用ガ
ラスと呼ばれて酸化アルミニウムと酸化カルシウ
ムとから主に成つている。使つて成功した一つの
組成物はＧ―54と名づけられ、略54.0％Al₂O₃、
38.5％CaO及び7.5％MgOの重量比組成から成つ
ている。使用しうる他の組成物はRossの米国特
許第3281309号に一般的に記載されており、
Sarver等の米国特許第3441421号及びMcVeyの米
国特許第3588577号に詳しく記載されている。空
気を排気されて仕上り物品内で始動ガスとして働
く不活性ガスを充填された室に空のアーク管を投
入しうる。この室内では、排気管が最上部にくる
ようにアーク管が支持されていて、このアーク管
内に供給装置から一球の液状ナトリウム水銀アマ
ルガムが放出される。このアマルガムは液体とし
て容易に流動するよう室温より高い温度まで予じ
め加熱されている。次いで、機械的装置によつ
て、気密な冷間溶接を形成するに十分な力をもつ
て、３０で示されるところにて排気管の端部を締
め閉じる。アーク管はコネクタ３１によつて外側
被包体内に支持されており、コネクタ３１は管状
導入線２１から導入線導体５に接合された支持棒
３２までにわたつて溶接されている。

本発明によつて排気端に許容される封着構造物
の幾何学形状によりアマルガム貯蔵容器への改善
された熱輸送が提供される。電極柄の末梢端は最
大の電極温度にあり、そして本発明では柄がちよ
う型ひだ寄せ２８を通つてづつと延びているので
この末梢端の箇所まで外部への熱伝達が良好に確
保される。温度勾配がこうして改善されると、ラ
ンプ動作中はひだ寄せ２８と締め付け部３０との
間にある貯蔵容器部内に液体アマルガムプールが
置かれ、グリツト吹きの必要は全く除かれる。

ちよう型ひだ寄せに限定チヤネル２９がある結
果、本発明は万能動作ランプを達成する。熱勘定
は、先端３０がランプの冷たい箇所となつてここ
に過剰のアマルガムが集まるようになつている。
排気管を最も下方にしてランプを動作すると、熱
勘定と比重が共に働いて過剰のアマルガムを先端
に維持する。ランプを逆転して排気管を最も上に
して動作すると熱勘定によつて過剰のアマルガム
が先端に凝縮され、通常表面張力又は毛管引力が
過剰分をこの先端にくさび形の体積に保持するに
十分である。しかし、振動又は機械的衝撃の応力
下で、アマルガムの小滴がくさび形体積よりこわ
れて遊離するようなことが起つたとしたら、この
ような場合には、落下している小滴は限定チヤネ
ル２９の１つの中に捕えられる。熱勘定は先端３
０から締つけ位置まで温度上昇を提供し、この温
度上昇は10〜20℃でありうる。この温度差の為
に、小滴はゆつくりと気化されて先端で再び凝縮
してくさび形体積に付加される。しかしながら、
ひだ寄せと先端との間の温度差は、ランプの動作
に認めうる程の蒸気圧上昇を起す程十分には高く
ない。こうして、本発明は、最少量の高価なニオ
ブを使つて、外部に貯蔵容器構造を設けると共に
万能点灯の利益を達成している。

以上、ニオブ排気管が貫通して延びているセラ
ミツクプラグを含んだ端部封着部に関連して本発
明を記述し例示してきた。しかし、例えば1973年
１月２日付けのSmyser＆Sperosの米国特許第
3708710号の第５図に例示されているような従来
技術のニオブ端部キヤツプを含んだ端部封着部に
も本発明が利用できる。このような場合には、本
発明の金属製排気管をそのニオブ端部キヤツプの
挿入箇所にて溶接しここで切り取つて、被包体の
内部に入り込まないようにできる。しかし、、記
述した他の特徴は変つていない。特に、タングス
テン電極は、ニオブ管内に突入している長い柄上
に装着され、被包体の外で柄の周りに管をひだ寄
せして所定位置に鎖錠される。好ましくは、既述
したちよう形ひだ寄せを使つて限定チヤネルを残
し、この限定チヤネルによつてアルカリは蒸気形
態での通過は許容されるが液体としての移動は妨
害される。この変形した態様で使わるニオブの量
の削減量は第２図及び第３図に例示した態様に於
けるより勿論小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化して含み万態点灯に適
した高圧ナトリウム蒸気灯の図、第２図は端部封
止部とひだ寄せ管状導入線との拡大詳細図、そし
て第３図は第２図の矢印３，３の方向から見た第
２図を２倍に拡大したひだ寄せ導入線の断面図で
ある。 １……放電灯、２……外側被包体、９……アー
ク管、２０……プラグ、２１……金属管、２５，
２６……電極タングステン線、２７……電極の
柄、２８……平坦ひだ寄せ、２９……限定チヤネ
ル、３０……排気管先端。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端に封止部と熱電子電極とを有しかつ動作
   中に蒸発される量より過剰にアルカリ金属を含ん
   だ電離性の充填物を内蔵した管状で光透過性のセ
   ラミツク製被包体を含む高圧蒸気放電灯に於い
   て、前記被包体の一端の封止部―電極集成体が、
   前記被包体に封着され貫通した穴を有する封止部
   材、該部材に封着され前記穴を通り抜けて前記被
   包体の外に延びている管状の導入線導体、及び前
   記被包体内にて金属製の柄の上に装着された電極
   とから成つており、前記金属製の柄が前記管状の
   導入線内に突入していて前記被包体の外の或る場
   所で周りに前記導入線がひだ寄せされることによ
   り所定位置に鎖錠されており、このひだ寄せによ
   つて残された限定されたチヤネルがアルカリの蒸
   気形態での通過は許すが液体としての移動は妨害
   する構成の上記放電灯。 ２ 封止部材がセラミツク製のプラグであり、管
   状導入線が膨張係数がプラグとほぼ合つた金属で
   できている特許請求の範囲第１項記載の放電灯。 ３ 封止部材が金属製の端部キヤツプであり、管
   状の導入線がこの端部キヤツプを通つて延びこれ
   に溶接されている特許請求の範囲第１項記載の放
   電灯。 ４ 電極の柄がタングステン製である特許請求の
   範囲第１項記載の放電灯。