JPS6254233B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6254233B2
JPS6254233B2 JP56136819A JP13681981A JPS6254233B2 JP S6254233 B2 JPS6254233 B2 JP S6254233B2 JP 56136819 A JP56136819 A JP 56136819A JP 13681981 A JP13681981 A JP 13681981A JP S6254233 B2 JPS6254233 B2 JP S6254233B2
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JP
Japan
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lamp
arc tube
less
tube
neon
Prior art date
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Expired
Application number
JP56136819A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5838451A (en
Inventor
Yoshiro Ogata
Takashi Ikeda
Haruo Yamazaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp filed Critical Matsushita Electronics Corp
Priority to JP13681981A priority Critical patent/JPS5838451A/en
Publication of JPS5838451A publication Critical patent/JPS5838451A/en
Publication of JPS6254233B2 publication Critical patent/JPS6254233B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/12Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/18Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
    • H01J61/22Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent vapour of an alkali metal

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は点灯管または固体(半導体)点灯素子
により始動する小形の高圧ナトリウムランプに関
するものである。 既に、透光性のアルミナ発光管を用いた高演色
性高圧ナトリウムランプ(150〜400W)が製品化
されている。このランプは、従来の高圧ナトリウ
ムランプの発光管に比べて、内径が大きく、かつ
ランプ動作時の発光管内ナトリウム蒸気圧が格段
に高くなるものであつて、白熱電球に似た暖かみ
のある光色と優れた演色性を有するものである。
そして、このランプは、電球の3〜4倍の明るさ
(40〜60lm/W)を有し、かつ発光管内には、低
電圧始動を可能にすべく、0.5%程度のアルゴン
ガスを含むネオン−アルゴン混合ガスが約20〜
30Torr封入されているものであつて、今時の省
エネルギーを志向するという社会的要望に十二分
に適合できる省エネルギー高輝度ランプである。 ところで、最近になつて、このような照明分野
における省エネルギーをより一層進めなければな
らないという気運が強くなつて来ている。具体的
には、低ワツトで低効率の白熱電球を、この白熱
電救の特長を生かしたままで、小形でコンパクト
な放電ランプに置きかえたい、しかも100〜120V
の商用電源で簡易な点灯装置で使用したいという
要望である。このような厳しい要望に応えられる
可能性を持つている放電ランプを他に見いだすこ
とは非常に困難であつて、上記の高演色性高圧ナ
トリウムランプがこのような意味あいにおいて、
唯一の放電ランプであるということができる。こ
のような状況のもと、出願人は、先に20〜100W
の定格ランプ電力のもと、ランプ効率が40lm/
Wを上回る高効率の小形高演色性高圧ナトリウム
ランプを提案している。このランプは実効ランプ
電圧が50V近傍に設計されているため、いつたん
ランプが始動すれば、交流100〜120Vの商用電源
で、インダクタンス安定器により、点灯できる放
電ランプである。 このように、小形の高演色性高圧ナトリウムラ
ンプは上述のような白熱電球代替用の小形放電ラ
ンプに対する厳しい要望のなかの主要な点を既に
満たしているものであるが、このランプを実際に
製品化し、市場で広く使用されるようにするため
には次の二つの問題が解決されなければならな
い。一つは、ランプの始動特性上の問題であり、
もう一つは、ランプの寿命特性上の問題である。 本発明はこのような問題にかんがみてなされた
ものであり、100〜120Vの商用電源で確実に始動
でき、かつ寿命特性のすぐれた小形の高圧ナトリ
ウムランプを提供するものである。 前者の問題は、上記の小形高演色性高圧ナトリ
ウムランプの発光管に封入される始動用希ガスに
由来するものである。すなわち、小形ランプの場
合既に製品化されている150〜400Wの高演色性高
圧ナトリウムランプの設計に準じて、低電圧始動
を目ざして、0.5%程度のアルゴンガスを含むネ
オン−アルゴン混合ガスを25Torr程度発光管に
封入したとしても、100〜120Vの商用電源で確実
にランプを始動することは、不可能であつた。こ
のような事態は、従来、広く用いられているよう
に、発光管になんらかの始動補助手段を講じたと
しても改善されなかつた。しかし、この問題自体
の解決はあまり困難なことではない。たとえば、
螢光灯に使用されているような点灯管または固体
(半導体)点灯素子を用いることである。この点
灯管をランプには並列に、安定器には直列に配置
すれば、点灯管の遮断時に安定器のインダクタン
スに誘起される1〜2kVの高いパルス電圧がラン
プに印加されるので、確実に始動が行なえる。こ
の点灯管を用いる方法は、他のイグナイタを安定
器に組込む方法や、バイメタルスイツチをランプ
外管に装填する方法に比較して小形ランプの特徴
を損なわないという点で非常に優れている。この
ように、ランプの始動に関しては解決できるわけ
であるが、後者のランプ寿命特性上の問題が未解
決のまま残されている。すなわち、20〜100Wと
いう低い定格ランプ電力の小形高演色性高圧ナト
リウムランプの場合、発光管の内径は、既に製品
化されているような150〜400Wランプのそれより
も格段に小さくなり、それに伴つて、発光管内壁
と電極間の距離も小さくなり、そのために、現在
150〜400Wランプで使用されている同じ種類、組
成比、封入圧力の始動用希ガスが封入された場合
には、ランプ始動時、グロー放電からアーク放電
への遷移が困難となり、電極物質の飛散が激しく
なることである。この結果、寿命中の光束低下が
顕著となる。 そこで、発明者らは、上記始動用希ガスの混合
比率と封入圧力に着目し、これらとランプ寿命特
性の関係について実験、検討を行なつた。 以下、本発明について図面とともに詳細に説明
する。 第1図は実験に供した50Wの高演色性高圧ナト
リウムランプのアルミナ発光管の縦断面を示した
ものである。 同図において、1は内径φが4.7mmのアルミナ
からなる発光管であつて、その両端部にはアルミ
ナからなるエンドリング2,3を介してニオブ管
4,5が封着されている。ニオブ管4,5の先端
部には電極6,7が保持されていて、これら電極
間の最短距離dは10.0mmとなつている。発光管1
の内部にはナトリウムモル比が78%のナトリウム
アマルガム8と始動用希ガスとしてネオン−アル
ゴン混合ガスが封入されている。9,10はタン
タルからなる熱保護膜で発光管1の両端部外周に
付設されていて、ランプ動作時には発光管1の内
部、特に電極6,7から放射される熱や光を電極
後方に形成される発光管最冷点部に閉じ込めてこ
の最令点の温度を高める働きをなす。本実施例に
おける実験に際しては、あらかじめランプ電圧
45V、ランプ電力50W一定のもと、色温度
2500K、平均演色評価数Raが80以上となるよう、
熱保護膜9,10の発光管1の長手方向の長さを
あらかじめ調節してある。 以上に説明した第1図の発光管1に始動用希ガ
スとして各種混合比率のネオン−アルゴン混合ガ
スを20Torrから500Torrの範囲で何段階かに選ん
で封入したランプを製作し、まず、点灯管を用い
てランプの始動試験を行なつた。 第2図は点灯管21およびシングルチヨーク安
定器22を用い、外管23内に発光管1が組み込
まれた高圧ナトリウムランプの始動実験を行なつ
た電気回路図である。この実験では、点灯管21
の遮断電流を制御するための限流抵抗24を挿入
した。また、この実験では交流100Vの電源25を
ランプに印加して行なつた。 その実験の結果、ランプを確実に始動すること
ができるのは、上記ネオン−アルゴン混合ガスの
封入圧力が25Torr以上、300Torr以下で、かつこ
の混合ガスのアルゴンの分圧比率が75%以下のラ
ンプであつた。次いで、このように始動が確実に
行なえるランプの定格点灯試験を行ない、ランプ
寿命である9000時間の点灯後、ランプの光束維持
率を測定したところ、下表に示すとおりの結果が
得られた。
The present invention relates to a compact high pressure sodium lamp that is started by a starter tube or solid state (semiconductor) lighting element. High color rendering high pressure sodium lamps (150-400W) using translucent alumina arc tubes have already been commercialized. This lamp has a larger inner diameter than the arc tube of conventional high-pressure sodium lamps, and has a much higher sodium vapor pressure inside the arc tube during lamp operation, producing a warm light color similar to that of an incandescent light bulb. It has excellent color rendering properties.
This lamp has 3 to 4 times the brightness of a light bulb (40 to 60 lm/W), and the arc tube contains neon gas containing approximately 0.5% argon gas to enable low-voltage starting. −Argon mixed gas is about 20~
It is an energy-saving, high-intensity lamp that is encapsulated with 30 Torr and fully meets the current social demands for energy conservation. Incidentally, recently, there has been a growing trend to further promote energy conservation in the field of lighting. Specifically, I would like to replace low-wattage, low-efficiency incandescent light bulbs with small, compact discharge lamps that still take advantage of the features of incandescent electricity, and that also have 100 to 120 V.
There is a desire to use a simple lighting device with a commercial power source. It is extremely difficult to find other discharge lamps that have the potential to meet such strict demands, and in this sense, the above-mentioned high color rendering high pressure sodium lamp is
It can be said that it is the only discharge lamp. Under these circumstances, the applicant first applied 20 to 100W.
Under the rated lamp power of , the lamp efficiency is 40lm/
We are proposing a compact high-pressure sodium lamp with high color rendering properties and higher efficiency than W. This lamp is designed with an effective lamp voltage of around 50V, so once the lamp is started, it is a discharge lamp that can be lit using an AC 100-120V commercial power source using an inductance ballast. In this way, the compact high-color-rendering high-pressure sodium lamp already satisfies the major requirements for a compact discharge lamp to replace incandescent bulbs, as described above, but it is difficult to actually use this lamp as a product. The following two problems must be solved in order for the technology to become widely used in the market. One is the problem with the starting characteristics of the lamp.
The other problem is the lifetime characteristics of the lamp. The present invention has been made in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide a compact high-pressure sodium lamp that can be reliably started with a commercial power supply of 100 to 120 V and has excellent life characteristics. The former problem originates from the starting rare gas sealed in the arc tube of the above-mentioned small high color rendering high pressure sodium lamp. In other words, in the case of small lamps, in accordance with the design of 150 to 400W high color rendering high pressure sodium lamps that have already been commercialized, neon-argon mixed gas containing about 0.5% argon gas is heated at 25 Torr with the aim of low voltage starting. Even if the lamp was sealed in an arc tube, it was impossible to reliably start the lamp with a commercial power supply of 100 to 120V. This situation could not be improved even if some kind of starting aid means was provided to the arc tube, as has been widely used in the past. However, solving this problem itself is not very difficult. for example,
The use of lighting tubes or solid state (semiconductor) lighting elements such as those used in fluorescent lamps. If this lighting tube is placed in parallel with the lamp and in series with the ballast, a high pulse voltage of 1 to 2 kV induced in the ballast's inductance will be applied to the lamp when the lighting tube is shut off. Starts reliably. This method of using a lighting tube is superior to other methods of incorporating an igniter into a ballast or of mounting a bimetallic switch in the lamp outer tube in that it does not impair the characteristics of a compact lamp. In this way, although the starting of the lamp can be solved, the latter problem regarding lamp life characteristics remains unsolved. In other words, in the case of a compact high-color-rendering high-pressure sodium lamp with a low rated lamp power of 20 to 100 W, the inner diameter of the arc tube is much smaller than that of a 150 to 400 W lamp, which is already commercially available. As a result, the distance between the inner wall of the arc tube and the electrodes has become smaller, and as a result, the current
If a starting rare gas of the same type, composition ratio, and filling pressure as used in a 150-400W lamp is filled, it will be difficult to transition from glow discharge to arc discharge when starting the lamp, resulting in scattering of electrode material. is becoming more intense. As a result, the luminous flux decreases significantly during its life. Therefore, the inventors focused on the mixing ratio and the sealing pressure of the starting rare gas, and conducted experiments and studies on the relationship between these and lamp life characteristics. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. Figure 1 shows a longitudinal section of the alumina arc tube of the 50W high color rendering high pressure sodium lamp used in the experiment. In the figure, reference numeral 1 denotes an arc tube made of alumina and having an inner diameter φ of 4.7 mm, and niobium tubes 4 and 5 are sealed to both ends of the tube through end rings 2 and 3 made of alumina. Electrodes 6 and 7 are held at the tips of the niobium tubes 4 and 5, and the shortest distance d between these electrodes is 10.0 mm. Luminous tube 1
Inside, a sodium amalgam 8 with a sodium molar ratio of 78% and a neon-argon mixed gas as a starting rare gas are sealed. 9 and 10 are thermal protection films made of tantalum attached to the outer periphery of both ends of the arc tube 1, and when the lamp is operating, heat and light radiated from the inside of the arc tube 1, especially the electrodes 6 and 7, are formed behind the electrodes. It functions to increase the temperature of the coldest point of the arc tube by confining it to the coldest point of the arc tube. When conducting the experiment in this example, the lamp voltage was set in advance.
Color temperature under constant 45V and 50W lamp power
2500K, with an average color rendering index Ra of 80 or higher,
The lengths of the thermal protection films 9 and 10 in the longitudinal direction of the arc tube 1 are adjusted in advance. A lamp was manufactured by filling the arc tube 1 shown in Fig. 1 described above with neon-argon mixed gas at various mixing ratios as a starting rare gas at several levels in the range of 20 Torr to 500 Torr, and first, the lamp was lit. A lamp starting test was conducted using the tube. FIG. 2 is an electrical circuit diagram of a high-pressure sodium lamp in which a lighting tube 21 and a single-choke ballast 22 were used to conduct a starting experiment of a high-pressure sodium lamp in which the arc tube 1 was incorporated in the outer bulb 23. In this experiment, the lighting tube 21
A current limiting resistor 24 was inserted to control the interrupting current. Further, in this experiment, a power source 25 of 100 V AC was applied to the lamp. As a result of the experiment, lamps can be started reliably when the pressure of the neon-argon mixed gas is 25 Torr or more and 300 Torr or less, and the argon partial pressure ratio of this mixed gas is 75% or less. It was hot. Next, we conducted a rated lighting test on a lamp that can be started reliably in this way, and measured the luminous flux maintenance rate of the lamp after 9,000 hours of operation, which is the lamp's lifespan, and the results shown in the table below were obtained. .

【表】 〓単位:%〓
上表から明らかなように、ランプ寿命末期にお
いても、発光管1に封入される始動用希ガスのネ
オン−アルゴン混合ガスの全圧力を50Torr以
上、300Torr以下とし、かつ同混合ガスに占める
アルゴンガスの分圧比率を50%以上、75%以下と
すれば、光束維持率の向上をきわめて顕著に図る
ことができる。 以上の結果は電極間の最短距離dが10.0mm、内
径φが4.7mmの発光管1を有する小形の高演色性
高圧ナトリウムランプに対する実験により得られ
たものであるが、前記dが25mm以下で、前記φが
7mm以下の発光管であれば、上記の高演色性高圧
ナトリウムランプに限らず一般の高圧ナトリウム
ランプにおいても等しく得られることが確認され
た。なお、点灯管の代りに固体点灯素子を用いて
もよいことはいうまでもない。 以上説明したように、本発明の高圧ナトリウム
ランプは20〜100Wであつて、両端部に電極が設
けられ、前記電極間の最短距離が25mm以下であつ
て、かつ始動用希ガスとしてネオン−アルゴン混
合ガスが封入された内径7mm以下の発光管、およ
びこの発光管に始動を印加するための点灯管また
は固体点灯素子を備え、前記ネオン−アルゴン混
合ガスの封入圧力が50Torr以上、300Torr以下で
あり、かつ前記ネオン−アルゴン混合ガスに占め
るアルゴンガスの分圧比率が50%以上、75%以下
の範囲にあるものであり、したがつて100〜120V
の商用電源でもつて、ランプ始動が確実に行なわ
れることは言うに及ばず、ランプ始動時における
電極物質の飛散が大幅に抑制されるために、きわ
めて優れた寿命特性が得られるものである。
[Table] 〓Unit:%〓
As is clear from the above table, even at the end of the lamp life, the total pressure of the neon-argon mixed gas, which is the starting rare gas sealed in the arc tube 1, must be kept at 50 Torr or more and 300 Torr or less, and the argon gas proportion in the mixed gas must be By setting the partial pressure ratio to 50% or more and 75% or less, the luminous flux maintenance factor can be significantly improved. The above results were obtained through experiments on a small high-color-rendering high-pressure sodium lamp having an arc tube 1 with a minimum distance d between electrodes of 10.0 mm and an inner diameter φ of 4.7 mm. It has been confirmed that, as long as the above-mentioned arc tube has a diameter of 7 mm or less, the same effect can be obtained not only in the above-mentioned high color rendering high pressure sodium lamp but also in a general high pressure sodium lamp. It goes without saying that a solid-state lighting element may be used instead of the lighting tube. As explained above, the high pressure sodium lamp of the present invention is 20 to 100 W, has electrodes at both ends, the shortest distance between the electrodes is 25 mm or less, and uses neon-argon as the starting rare gas. It is equipped with an arc tube with an inner diameter of 7 mm or less filled with a mixed gas, and a lighting tube or solid lighting element for applying a start to the arc tube, and when the pressure of the neon-argon mixed gas is 50 Torr or more and 300 Torr or less. and the partial pressure ratio of argon gas in the neon-argon mixed gas is in the range of 50% or more and 75% or less, and therefore 100 to 120V
It goes without saying that the lamp can be started reliably even with a commercial power source of 1000 yen, and the scattering of the electrode material at the time of lamp starting is greatly suppressed, resulting in extremely excellent life characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明にかかる高圧ナトリウムランプ
の発光管の縦断面図、第2図は本発明の一実施例
である高圧ナトリウムランプの点灯回路図であ
る。 1……発光管、2,3……エンドリング、4,
5……ニオブ管、6,7……電極、8……ナトリ
ウムアマルガム、9,10……熱保護膜、21…
…点灯管、23……外管、25……電源。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of an arc tube of a high-pressure sodium lamp according to the present invention, and FIG. 2 is a lighting circuit diagram of a high-pressure sodium lamp according to an embodiment of the present invention. 1... Arc tube, 2, 3... End ring, 4,
5... Niobium tube, 6, 7... Electrode, 8... Sodium amalgam, 9, 10... Heat protection film, 21...
...lighting tube, 23...outer tube, 25...power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 両端部に電極が設けられ、かつ前記電極間の
最短距離が25mm以下であり、かつ始動用希ガスと
してネオン−アルゴン混合ガスが封入された内径
7mm以下の発光管、およびこの発光管に始動電圧
を印加するための点灯管または固体点灯素子を備
え、100〜120Vの電源電圧で点灯される20〜
100Wの高圧ナトリウムランプであつて、前記ネ
オン−アルゴン混合ガスの封入圧力が50Torr以
上、300Torr以下であり、かつ前記ネオン−アル
ゴン混合ガスに占めるアルゴンガスの分圧比率が
50%以上、75%以下の範囲にあることを特徴とす
る高圧ナトリウムランプ。
1. An arc tube with an inner diameter of 7 mm or less, which is provided with electrodes at both ends, the shortest distance between the electrodes is 25 mm or less, and is filled with neon-argon mixed gas as a starting rare gas, and this arc tube has an internal diameter of 7 mm or less. 20~ equipped with a lighting tube or solid state lighting element for applying voltage and lit with a power supply voltage of 100~120V
It is a 100W high-pressure sodium lamp, and the sealed pressure of the neon-argon mixed gas is 50 Torr or more and 300 Torr or less, and the partial pressure ratio of argon gas to the neon-argon mixed gas is
A high-pressure sodium lamp characterized by a range of 50% or more and 75% or less.
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