JPS64692Y2

JPS64692Y2 -

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Publication number: JPS64692Y2
Application number: JP16514579U
Authority: JP
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1989-01-09
Also published as: JPS5682864U

Description

【考案の詳細な説明】

この考案は希ガスおよび水銀とともに金属ナト
リウムを封入した高圧ナトリウムランプ、希ガス
および水銀と共に金属ハロゲン化物を封入したメ
タルハライドランプなどの高圧金属蒸気放電灯に
関するもので、特にその電極に関するものであ
る。以下高圧ナトリウムランプを例にとり説明す
る。高圧ナトリウムランプの発光管は第１図に示す
ような構成からなり、発光管１は多結晶アルミナ
または単結晶アルミナが用いられる。発光管１の
両端には電極２ａ，２ｂが対向して設置され、
各々ニオブ管からなる導入体３ａ，３ｂに接続さ
れている。発光管１の内部には過剰のナトリウ
ム、水銀および始動用希ガスとしてキセノンが封
入されている。高圧ナトリウムランプは飽和蒸気圧型放電灯で
あり、点灯中の発光管内のナトリウムの蒸気圧
は、発光管１の最冷部温度に依存する。高圧ナト
リウムランプにおける最大の問題点は点灯中にラ
ンプ電圧が上昇し、ひいてはランプの立ち消え、
がひき起きされることであり、上記ランプ電圧上
昇も上記発光管１の最冷部温度の上昇に関係す
る。この最冷部温度の上昇は主として、始動時の
電極からの電子放射物質の飛散・蒸発によつても
たらされる。従来の高圧ナトリウムランプ、例えば400Wの
高圧ナトリウムランプにおいては第２図に示すよ
うな電極構造が使われている。すなわち、タング
ステンなどの耐熱性金属からなる直径0.6mmの内
側コイル５および外側コイル６を、直径1.2mmの
タングステン棒からなる電極芯線７の周囲に捲回
したのちに電子放射物質を塗布し、その後ブラツ
シングなどにより、外側コイル６表面の電子放射
物質を除去し、電子放射物質８を直接放電中にさ
らさないような構造にしている。なお、内側コイ
ル５として10ターン、外側コイル６として９ター
ンの捲き数が通常採用されている。ところがこの
ような構造の電極を用いた高圧ナトリウムランプ
では、ランプ始動時のグロー放電時間が４〜５秒
と長く、点灯―消灯の繰り返しが激しい状態で使
用される場合、あるいは発光管１内のナトリウム
蒸気圧を従来よりも高めた高演色型高圧ナトリウ
ムランプに適用された場合、早期に発光管内壁の
黒化をもたらし、ランプ電圧の上昇を、著しくす
る欠点を有していた。この種の欠点を取り除く技術が、特開昭53−
45072号及び特開昭53−4383号に開示されている。
すなわち、前者では、放電電極を心棒体と同心棒
体に巻き付けられた内側多重コイル体および上記
心棒体ならびに内側多重コイル体を取り巻く外側
コイル体で構成することによつて、電極の熱容量
を小さくしてランプ始動時の電極温度の上昇を速
めるとともに、内側コイル体および電極心棒の材
料にトリウムタングステンを用い、電極近傍の発
光管黒化の主原因である電子放射性物質はトリウ
ムタングステン材料以外は使用しないことによ
り、ランプ電圧上昇を抑制するものである。さら
に、後者では、電極を、電極心棒を取り巻き電子
放射性物質を付着せしめた３重以上のコイルから
なる内側コイルと、前記内側コイルを取り巻く外
側コイルとから構成されており、かつ電極心棒が
外側コイルの先端より突出しているため、多量の
電子放射性物質を付着できる熱容量の小さな電極
を形成でき始動時の電子放射性物質の飛散が少な
く、ランプ電圧の上昇を抑制するものである。しかしながら、前者においては電子放射物質を
用いていないため、十分な電子放射が得られず、
特に放電開始に要する時間が長いという問題点を
有していた。さらに、電子放射物質を用いる後者
においては内側コイルを３重以上の多重コイルと
することにより熱容量を小さくしているため、上
記内側コイルの先端部を放電にさらさないように
外側コイルの先端部で覆う必要性があつた。その
ため、外側コイル先端部の曲げ加工が難しく、内
側コイルの多重コイルの製作し難い欠点もあり、
生産性が悪かつた。さらに加えて、電極の熱容量
自身が小さいために、電極温度が高く、電子放射
物質の熱蒸発が多く、光束維持率が悪い欠点をも
有していた。この考案は上述の如き従来の問題点を改善する
ために、電極芯線とこの電極芯線に捲回され、か
つ電子放射物質を保持せしめ、先端部が実質的に
アーク側に開放された内側コイルと、この内側コ
イルに捲回された外側コイルとからなり、上記電
極芯線の先端部は外側コイルの先端部よりも突出
しており、上記電子放射物質は希土類酸化物を含
む電子放射物質であり、上記内側コイルが一次コ
イルとこの一次コイルに捲回されかつ一次コイル
の直径よりも小なる直径を有する二次コイルとで
構成された二重コイルからなる電極を上記二次コ
イルの直径に対する上記電極芯線の直径との比
（Ｒ／ｒ）を、８≦Ｒ／ｒ≦22としたことにより、
電極全体の熱容量を小さくすることなく、上記内
側二重コイル層と電子放射物質中の希土類酸化物
との相乗効果により、ランプ始動直後の電極スポ
ツトの短時間安定を可能にし、よつてランプの長
寿命化及び光束維持率の向上を可能にしたもので
ある。従つて、特開昭53−45072号の如く放電開始に
長い時間を要する問題点や、特開昭53−4383号の
如く内側コイル及び外側コイルが製作し難いこと
並びに寿命中の光束劣化が大きい問題点をも改善
したものである。以下、この考案の詳細を図面に基づいて説明す
る。第３図はこの考案を実施してなる高圧ナトリウ
ムランプの電極構造の一実施例である。タングステンからなる直径1.2mmの電極芯線７
の回りに、内側コイル５として0.3φのタングステ
ン線からなる一次コイルに0.1φのタングステン線
からなる二次コイルを予め捲回してなる二重コイ
ルを10ターン捲きつけ、その後バリウム、ストロ
ンチユーム、カルシウムのタングステン酸塩
（Ba1.8 Sr0.2 CaWO₆）と酸化イツトリウム
（Y₂O₃）と酸化ベリリウム（BeO）との混合物か
らなる電子放射物質８を塗布し、さらに0.6mmの
直径を有する外側コイル６を内側コイル５の回り
に11ターン捲回して、この外側コイルの先端部及
び末端部をかしめ、外側コイルを保持して電極は
完成する。上記電極芯線７の先端部は外側コイル
６の先端部よりも突出している。その後、上記電
極を不活性ガス雰囲気中で高温加熱処理を施し、
電子放射物質８を電極に固着保持する。次に、上述の従来型電極とこの考案を実施して
なる電極を内径８mm、アーク長89mmの多結晶アル
ミナからなる発光管に装着し、400Wの高演色型
高圧ナトリウムランプを完成した。この２種類の
ランプを５時間点灯、１時間消灯の試験サイクル
で定格点灯を行なつたところ、20000時間の点灯
後のランプ電圧上昇は、従来型（従来例１）のラ
ンプで23V、この考案（実施例１）を実施してな
るランプでは5Vであつた。次に内側コイルの一次コイル及び二次コイルが
トリア入りタングステン（トリウムタングステ
ン）からなり、電子放射物質を用いないで電極を
作成し、それ以上は上述の実施例１と同様に
400Wの高演色型高圧ナトリウムランプを製作し
た。（実験例１）さらに、電子放射物質としてバリウム、ウルシ
ウム、トリウムの酸化物の混合物を用い、それ以
外は上述の実施例１と同様の電極寸法・構造を有
する400W高演色型高圧ナトリウムランプを製作
した。（実験例２）次に直径90μのタングステン線の回りに直径
25.5μのタングステン線を巻いたコイルを直径
300μのタングステン線のまわりに巻き、さらに
このコイルを直径1.2mmのタングステン棒からな
る芯線の回りに捲き、内側コイルを完成する。そ
して、この内側コイルの空隙部および表面上に酸
化バリウム、酸化カルシウム及び酸化トリウムか
らなる電子放射物質を付着せしめ、この内側コイ
ルを電極芯線と外側コイル（0.6φ11ターンのタン
グステン線）とで形成された空間内に装着し、そ
の後内側コイルを放電中にさらさないように外側
コイルを折り曲げて電極芯線と外側コイルの開口
部を覆つて三重コイル構造の電極を完成し、同様
に400Wの高演色型高圧ナトリウムランプを作成
した。（実験例３）これらの実験例ランプ並びに前述の従来例１及
び実施例１のランプの点滅点灯（15分オン−15分
オフ）試験6000回後の始動特性及び光束維持率を
調べた。その結果を表１に示す。

【表】なお、表中の放電開始特性とは市販の高圧ナト
リウムランプ400W用専用安定器を用い、電源電
圧170V（パルス電圧約25KV）で電源投入後15秒
以内に放電開始したランプの割合を示している。
表から判るように、内側コイルを二重コイル構造
としても、電子放射物質を用いない場合（実験例
１）はエミツシヨンが不足し、点滅点灯後の放電
開始特性が著しく悪くなる。また、内側コイル構
造を二重構造としても、電子放射物質がBaO−
CaO−ThO₂（実験例２）の場合には、放電開始
特性・スポツト安定性はやや良好であるが、光束
維持率低下が大きい。これは、内側コイル先端部
が実質的にアーク側に開放された二重コイル構造
にあつては始動時電極スポツトが二重コイル部位
に形成され易く、高温での電子放射性・耐熱性に
優れた希土類酸化物を含んでいない上記電子放射
物質にあつては、電子放射物質が電極芯線と外側
コイル間の開放部より飛散すためと考えられる。さらに、内側コイルが三重コイル構造を有する
実験例３にあつても、光束維持率低下が大きい。
放電開始特性、スポツト安定特性が比較的良好で
あることから、光束維持率の大巾な低下の原因は
始動時の電子放射物質の飛散よりも、始動後の電
子放射物質の熱蒸発であると考えられる。因み
に、実験例３の電極及び実施例１の外側コイル２
ターン目の電極温度を測定したところ、実験例３
では1480゜CBr、実施例１では1400゜CBrであつた。この様に、本考案を実施してなるランプにおい
ては内側コイルの二重コイル構造と電子放射物質
中の希土類酸化物の相乗効果により、内側コイル
先端部を外側コイルで覆う必要性がなく、実質的
に開放構造をとることが可能になる。そのため、
芯線の直径（Ｒmm）と二重コイルの二次コイル径
の比がランプの始動特性・劣化特性に大きな影響
を及びす。第４図はこのＲ／ｒを種々変化させた
ランプの点滅点灯6000回後のランプ電圧上昇及び
電極スポツト安定時間を、また第５図にはＲ／ｒ
を変化させた電極を用いたランプの点滅点灯6000
回後光束維持率を示す。これらの結果から判るよ
うに、８≦Ｒ／ｒ≦22の範囲にあつてはいずれの
特性も安定で極めて良好である。上記Ｒ／ｒの比が上記最適範囲であれば、極め
て良好な特性が得られるのは以下の理由に基づく
と考ええられる。通常、ランプ始動時においては
電極芯線７先端部表面及び電極コイル表面部の表
面状態が不安定で、電極スポツトが芯線先端部あ
るいはコイル先端部を移動することが観察され
る。しかるにこの考案を実施してなる電極におい
ては、内側コイルを一次コイルとこの一次コイル
よりも線径の小なる、一次コイルに捲き回した二
次コイルとで構成された二重コイルとしているの
で、始動時の電極スポツトが上記二重コイルの近
傍に形成され易い。さらに、Ｒ／ｒが最適範囲に
あるので、始動時の電極の温度上昇が適度に保た
れ、すみやかに拡散した安定な電極スポツトがコ
イル先端部全体に形成される。上記Ｒ／ｒの比が上記最適範囲よりも少ない
と、上記二次コイルへの電極スポツトの形成しや
すさが不十分になつたり、芯線先端部の温度上昇
が速く、始動時の電極スポツトがコイル先端部の
部位間、あるいはコイル先端部と芯線先端部間を
移動するので、上述の様な拡散した安定スポツト
がコイル先端部全体に形成されるのに長い時間を
要する、そのため、イオン衝激などにより、電極
構成部材及び電子放射物質の飛散、蒸発がもたら
され、6000回点滅後のランプ電圧の上昇、光束維
持率の低下をもたらす。一方、Ｒ／ｒが最適範囲よりも大きいと、始動
時の電極スポツトが上記二次コイルに集中し易い
が、電極先端部の温度上昇速度が速いため、電極
スポツトが二次コイルあるいは二次コイル近傍の
異なる部位間で移動し易くなり、コイル先端部全
体に拡散した安定な電極スポツトの形成に要する
時間が長くなり、6000回点滅後のランプ電圧上昇
及び光束維持率の低下が大きくなる。このように本考案を実施してなる放電灯にあつ
ては、内側コイルの二重コイル構造と電子放射物
質の相乗効果、並びにＲ／ｒ比を厳しく規制する
ことにより、上記内側コイル先端部が実質的に放
電側に開放された構造をとることが可能になり、
その結果、始動時のスポツトの安定が速かで、始
動時及び安定時の電子放射物質の消耗の少ない放
電灯を実現するものであり、換言すれば良好な始
動特性、ランプ電圧上昇が少なく光色の変化が少
い、光束維持率の優れた放電灯の提供を可能に
し、さらには電極の製作性が良好で、高信頼性を
有するなど多大な効果を有する。また、高圧ナトリウムランプと同様にグロー放
電からアーク放電への転移並びに光束維持率の向
上に難があるメタルハライドランプにおいても、
この考案を実施して長時付点灯後のランプ電圧上
昇及び劣化の改善が確認され、さらに上記以外の
高圧金属蒸気放電灯に用いても効果のあるもので
ある。以上述べてきたように、この考案は高圧ナトリ
ウムランプやメタルハライドランプなど高圧金属
蒸気放電灯で、電極芯線と、この電極芯線に捲回
しかつ電子放射物質を保持せしめ先端部が実質的
にアーク側に開放された内側コイルとこの内側コ
イルに捲回された外側コイルとからなり、上記電
極芯線の先端部は外側コイルの先端部よりも突出
しており、上記電子放射物質は希土類酸化物を含
み、この内側コイルは一次コイルとこの一次コイ
ルに捲き回したこの一次コイルよりも小なる直径
の二次コイルとで構成された二重コイルからな
り、かつ上記電極芯線の直径Ｒと上記二次コイル
の直径ｒとの比を８：１〜22：１とした電極を備
えることにより、ランプの始動時の電極スポツト
の安定性を良好にし、かつ始動時並びに安定点灯
時の電子放射物質のスパツタリング及び熱蒸発を
少なくして、ランプの長寿命化を可能にする効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は高圧ナトリウムランプの構造を示す断
面図、第２図は従来の電極構造を示す拡大断面
図、第３図はこの考案の一実施例を示す電極構造
の拡大断面図、第４図及び第５図はこの考案の効
果を示す特性図である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

電極芯線と、この電極芯線に捲回され、かつ電
子放射物質を保持せしめ、先端部が実質的にアー
ク側に開放された内側コイルと、この内側コイル
に捲回された外側コイルとからなり、上記電極芯
線の先端部は外側コイルの先端部よりも突出して
おり、上記電子放射物質は希土類酸化物を含み、
上記内側コイルは一次コイルと、この一次コイル
に捲回し、この一次コイルよりも小なる直径の二
次コイルとで構成された二重コイルからなり、上
記電極芯線の直径Ｒと上記二次コイルの直径ｒと
の比Ｒ／ｒが８≦Ｒ／ｒ≦22を満足する電極を備
えたことを特徴とする高圧金属蒸気放電灯。