JPS5837663B2 - テイアツガスホウデントウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低圧気体放電灯に関するものである。

この種の放電灯から多くの放射線を得る為に放電灯電流
を増大させて放電灯電力を増大させることは既知である
。

この場合、放電灯電力を所定値よりも大きな値に増大さ
せると有効な放射線が多く発生するが、放電灯に供給さ
れる電気エネルギーがこの有効な放射線に変換される効
率は減少するという欠点がある。

更に、電流強度を増大させると放電灯と直列に設けた安
定器、例えばチョーク或は抵抗器における損失が増大す
る。

上述した欠点を除去する既知の方法は、放電管の壁部の
表面を、例えば米国特許第２，９ ５ ０，４ １ ０
号明細書に記載されているように刻み目をつけて増大さ
せることである。

これが為上述した既知の放電灯の欠点により放電灯を複
雑にし、従って製造費を高め、しかも改善度は極めてわ
ずかである。

更に、放電灯の外側表面に設けられた溝にほこりがたま
る惧れがある為、光出力が長い間に減少する。

他の例の放電灯は米国特許第３，２ ９ ０，５ ３
８号明細書において既知であり、この米国特許明細書に
は内側管を設けた低圧水銀蒸気人放電灯が記載されてい
る。

この場合も、内側管のない同一の放電管と比べれば負荷
が増大する際の光出力の増大に関する改善は極めてわず
かである。

本発明は、気体放電を透過しうる構造を有する繊維状固
体を電極間の空間に設けた低圧気体放電灯において、前
記の固体を石英グラスウール、ゲーレン石グラスウール
、タングステンウールのいずれかを以って構或し、前記
固体を少くとも電極間距離の１／２に亘って存在させる
とともに放電空間に亘って疎に分布させ、前記の放電空
間のうち前記の固体が存在する部分の体積の１一当りの
平均として１０ ｍ９〜１．２５．１０ ７７１の
範囲の量の前記の固体を存在させたことを特徴とする。

本発明は、前記の材料の固体を上述した割合で放電空間
に入れることにより、放電空間に固体を入れない場合に
比べ光出力および効率が増大するという事実を確かめ、
かかる認識を基に威したものである。

本発明においては、固体の各繊維間の間隔は比較的大き
くなり、ほんのわずかだけの繊維状固体が放電空間に存
在するものである。

ここに電極間距離とは放電空間の軸線に沿って測った電
極間の距離を意味するものとする。

必ずしも連続的な集合体とする必要のない前記の固体を
放電空間内に存在させることにより、放電灯を流れる電
流の強度を同じとした場合に放電灯電圧を著しく増大さ
せることができ、しかも前述した既知の放電灯において
放電灯電流の増大による放電灯電力の増大によって生じ
る前述した欠点も可成り減少されるという効果が得られ
る。

かかる本発明による構或は前述した米国特許明細書によ
る放電灯にのみ適用されるものではなく、更に広い範囲
の通常の放電灯にも適用されるものである。

前記の固体を前述した範囲の量で存在させることにより
、上述した作用効果が得られるということは実験的に確
かめたものである。

更に本発明によれば、前記の固体を入れない放電灯に比
べ必要とする放電灯電流は低い為、電極における損失お
よび安定器における損失が、同一の放電灯電力で少なく
なる。

このことは、放電灯および安定器によるエネルギー消費
量を増大させることなく放電灯の単位体積当りの光出力
を著しく増大しうるということを意味する。

発光壁部を有する低圧水銀蒸気人放電灯内の電極間に例
えばガラス或は金属より成る固体を設け、放電灯の単位
体積当りの光出力を増大させるようにすることはフラン
ス国特許第１．０ ２ ｆｉ．０ ４ ４号明細書に記
載されており既知である。

これらの固体はディスク、管ら旋の形状にすることがで
き、或はグラスウールを以って構戒することができる。

このフランス国特昨明細書の目的は上述したように単位
体積当りの光出力を増大させることであるが、この光出
力の増大を達成する為にはどの条件、特に固体の材料の
量および分布状態に関する条件をどのように満足させる
必要があるかについては何ら記載されていない。

固体をあまりにも密な構造にすると安定な放電を達成す
ることができず、一方固体をあまりにも疎な構造とする
と著しい効果が得られない。

必ずしも放電空間における電極間の距離全体に亘って疎
構造の固体を設ける必要はない。

すなわち放射線を適正に分布せしめる為には、一般に上
記の距離の少くとも８０％に亘って固体を存在させるの
が望ましい。

固体を電極間の距離の５０％以上に亘って存在させるこ
とにより固体を入れない場合よりも光出力および効率が
著しく高まるが、放電灯の大部分が一様な分布で高い光
出力を有するようにする為には固体を電極間距離の８０
係以上に存在させる必要がある。

本発明による平均の管状放醒灯では放電軸線に垂直とし
た放竃空間横断面の平均直径で割った電極間距離が常に
５よりも大きくなった。

従って本発明による放電灯の一好適例では、放電軸線に
垂直な放電空間断面の平均直径で割った電極間距離を５
よりも大きくするのが好適である。

この場合放射線を放直空間に生ぜしめる処理が最適に行
なわれる。

本発明による放電灯における疎構造固体はグラスウール
、例えば石英グラスウール或は金属ウール、例えばタン
グステンウールのような繊維状ウール（繊維状のものを
ウール状にからげたもの）を以って構或するのが好まし
いということを実験により確かめた。

すなわちこのような材料を選択することにより、他の繊
維状ウール、例えば石綿を用いた場合よりも光出力およ
び効率が高くなった。

本発明による放電灯の特別な例では金属ウールに電気絶
縁材料を好適には被覆体として設け、疎構造固体に亘っ
て好適な電位分布が得られるようにすることができる。

電気絶縁材料で被覆されていない金属ウールを用いても
金属ウールによる放電の短絡は生じない。

その理由は、金属ウールは放電空間においてプラズマよ
りも電気的に負の電子によって帯電され、従って放電が
金属ウールに接触しない、すなわち金属ウールが放電か
ら静電的に遮蔽される為である。

他の理由は、金属ウールのインピーダンスが放電のイン
ピーダンスよりも高い為である。

しかし、点弧上の問題をなくすためには金属ウールを上
述したように電気絶縁材料で被覆するのが好ましい。

電気絶縁材料で被覆した金属ウールは絶縁材料のみより
成る繊維状ウールよりも剛固である為（このことは被覆
されていない金属ウールに対しても言えることである）
、この金属ウールの密度分布状態は放電灯の寿命期間中
絶縁材料のみのウールよりも不変に維持される。

この分布が局部的に変動し、あまりにも密度の高い部分
が生じると、放電が不安定となる。

繊維状ウール、例えば金属ウールの平均繊維直径は５μ
〜１００μの範囲に選択するのが好ましい。

その理由はこの範囲内でウール状の疎の構造の固体が容
易に得られる為である。

本発明による特別な例では疎構造固体を発光性とするこ
とができ、例えばマンガンおよびアンチモンの双方或は
いずれか一方で活性化したハロ燐酸カルシウムのような
発光材料で被覆したガラスを以って構或することができ
る。

疎構造固体が放射線スペクトルの可視光部分および紫外
線部分の双方に存在しうる有効放射線（例えば低圧水銀
蒸気人放電灯の場合紫外線、低圧ナトリウム蒸気入放電
灯の場合黄色の可視光）を吸収しないようにすれば、本
発明による放電灯の放射線出力は極めて高くなる。

このことは、この有効放射線が満足に透過或は反射する
ように疎構造固体の材料を選択することにより達或しう
る。

疎構造固体の材料自体が有効放射線を吸収する場合には
、有効放射線を反射する表面被膜を疎構造固体に設ける
ことができる。

この被膜は例えば酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム
或は硫酸バリウムを以って構成することができる。

表面被膜を設けると、有効放射線は放電灯壁部の方向に
反射される為、放電灯壁部から外部に放出される光出力
は高くなる。

また例えば発光被膜を放電灯のガラス容器の内面に被着
すれば、上述したようにして反則された紫外線が発光被
膜の可視光変換効率を高める。

特に放電灯の寸法が小さい場合には、放電空間の温度が
、電気エネルギーを有効な放射線に最適に変換する為の
臨界蒸気圧を越えるような値に達するおそれがある。

従って本発明によれば電気エネルギーを有効な放射線に
変換する為の最適蒸気圧を得る装置を設けることができ
る。

例えば電極ステムに放射線遮蔽体を設けることにより放
電灯の全体或は一部を冷却させることにより変換効率を
高めることができる。

この目的を達成する他の手段は放電空間内に蒸気圧調整
用合金を設けることである。

低圧水銀蒸気人放電灯においては水銀とインジウムとの
アマルガムを用いることができる。

本発明は種々の型の低圧気体放電灯に適用でき、代表的
な例は発光被膜を設けた或は設けない低圧水銀蒸気人放
電灯および低圧ナトリウム蒸気人放電灯である。

本発明による放電灯は単位体積当りの放射線出力が極め
て大きい為に複写の目的に満足に用いることができる。

この場合放電灯を例えば、極めて強力な指向性光ビーム
を得ることのできるいわゆるアパーチャランプ（反射形
ランプ）として形成することができる。

一方、小さな全体積から大きな光出力が得られる極めて
小型のけい光灯を形戒することができる。

疎構造固体の材料は放電灯の製造中および製造後の寿命
期間中に妨害を及ぼさないことが望ましいこと勿論であ
る。

これが為、できるだけガスを放出せず、ガス放電によっ
て侵食および分解されない材料を選択するのが好ましい
。

低圧ナトリウム蒸気人放電灯における気体放電は極めて
強力である為、このような放電灯に入れる疎構造固体は
ナトリウムに対し防腐性のものとするのが望ましい。

この目的の為には特にゲーレン石（２ＣａＯ・Ａｌ２０
３・Ｓｉｎ２）の組或を有するガラスより或る或はゲー
レン石ガラスで被覆した疎構造固体が好ましい。

ゲーレン石ガラスはナトリウムに対し腐食しない材料で
あり、ナトリウムが入っていない放電灯では特にゲーレ
ン石ガラスを用いる必要がない。

図面につき本発明を説明する。

第１図は本発明による低圧水銀蒸気人放電灯の一例を示
す断面図である。

本例の放電灯にはガラス容器１を設け、この容器１に例
えばマンガンおよびアンチモンの双方或はいずれか一方
で活性化したハロ燐酸カルシウムを以って形成すること
のできる発光（ルミネツセント）被膜２を被覆する。

この放電灯には水銀蒸気と１種の希ガス或は複数種の希
ガスの混合気体とを入れる。

放電空間の端部には熱電子放射電極３および４を設ける
。

放電空間にはそのほぼ全空間に亘って、強く押しつぶさ
ないで軽く型成形した石英のグラスウール体５を収容す
る。

第２図の本発明による放電灯の他の例にも第１図と同様
に軽く型成形したグラスウール体６を収容する。

このグラスウール体６は連続体とせずに３つの小体７，
８および９に分ける。

これら小体７，８および９間にまたこれら小体と電極と
の間にグラスウール体を収容していない空間を存在させ
る。

放電軸線に沿って測ったこれら小体の長さ１ の和は電極間の距離の７よりも長く、好ましくはこの電
極間の距離の約８８％とする。

その理由は明細書前文で述べた通りである。

第３図は第１図の放電灯の変形例を示し、本例の場合放
電管をＵ字状に彎曲させる。

第４図に示す本発明の更に他の例の放電灯にはＵ字状放
電管１０を設け、このＵ字状放電管１０を外側容器１３
によって囲む。

また放電空間の両端に熱電子放射電極１１および１２を
設ける。

この放電空間にはその全空間に亘って軽く型或形したゲ
ーレン石のグラスウール体１５を収容する。

第１図による４０Ｗ低圧水銀蒸気人放電灯につき多数の
測定を行なった結果を以下の表Ｉに示す。

この放電灯には１０μの太さの石英ウールを５８■だけ
充填し、更に水銀およびネオンを１トル（ ＭｍＨｇ，
）の圧力で封入した。

この場合放電空間の１７ｎ１ｉＬ当りの平均としては１
０ ｍ９のグラスウール体を存在させた。

第１図による４０Ｗ低圧水銀蒸気人放電灯と、この放電
灯と同じ構造であるが充填体５のない数個の放電灯とに
行なった多数の測定の結果を表■に示す。

この表■においては６８．７％のＳｉ０２と、２．９８
重量φのＢ２０３と、９．１重量多のＮａ２０と、１０
．８５重量係のＫ２０と、６．８５重量多のＢａＯと、
，１．５重量多のＡ４，０３と０．０５重量俸のＳｒＯ
との組成を含み太さを３６μとしたグラスウールを１４
０ｍ９充填した本発明による放電灯の光出力および効率
をグラスウールのない放醒灯の対応する値と比較した。

これら双方の放電灯には７５体積多のアルゴンと２５体
積パーセントのネオンとの混合気体および水銀を２．５
トル（＋＋ｔｉＨｇ）の圧力で封入した。

この表■から明らかなように、本発明による低圧水銀蒸
気人放電灯の単位体積当りの光出力はグラスウールのな
い放電灯の光出力よりも大きい。

また表■から明らかなように本発明による放電灯の効率
は可成り増大した。

その理由は本発明による放電灯においては電流強度（ｍ
Ａ値）が著しく減少する為である。

なお高圧気体放電灯では効率の高いものが提案されてい
るが、グラスウールのような疎構造固体をこのような高
圧気体放電灯に入れることはできない。

その理由は高圧気体放電灯では疎構造固体が放電により
破壊されてしまう為である。

更に本発明によれば所要の安定器を直列に接続した放電
灯の効率は略々６０％だけ増大したということを確かめ
た。

このことは、電流強度が可成り減少する為安定器および
電極において生じる損失が可成り減少するということに
も依存する。

この放電灯の場合放電空間の１７ＩＬ７ｉＬ当りの平均
としては２．５Ｘ］．Ｏ ■のグラスウールを存在さ
せた。

充填体５を入れた２０Ｗ低圧水銀蒸気人放電灯と、これ
に構造的に類似するも充填体を入れない２０Ｗ低圧水銀
蒸気人放電灯との測定結果を表■に示す。

この表■においては太さを１０μとじた石英グラスウー
ルを２０■充填した本発明による放電灯の光出力および
効率を、石英のグラスウールを入れない放電灯の対応す
る値と比較した。

これら双方の放電灯には７２体積饅のネオンと２８体積
多のヘリウムとの混合気体および水銀を６トル（ｍｉＨ
ｇ）の圧力で封入した。

この表■から明らかなように、所要の安定器を直列に接
続した放電灯の効率は石英のグラスウールを充填しない
放電灯の２倍となった。

この場合体積１７ｎ１１当りの平均としては２Ｘ１０−
’■のグラスウール体を存在させた。

なお動作電圧を１３０Ｖとし、石英グラスウールを入れ
ない放電灯の場合、光出力がほとんど増大することなく
電力が４０ワット以上となり、従ってランプ効率は２９
ルーメン／ワットよりも著しく減少する。

Ｕ字状の放電灯（第３図）の場合には、同じ光出力に対
し約７５Ｗの電力を必要とする白熱ランプと略々同じ寸
法の放電灯を得ることができる。

充填体を入れ、発光被膜を有する２０Ｗ低圧水銀蒸気人
放電灯と、これに構造的に類似するも充填体を入れない
２０Ｗ低圧水銀蒸気人放電灯との測定結果を表■に示す
。

本発明による放電灯には太さが１５μのタングステンウ
ールを９６■充填した。

双方の放電灯には７２体積多のネオンと２８体積φのヘ
リウムとの混合気体および水銀を４トル（ ＷｍＨｇ
）の圧力で封入した。

この表■から明らかなように所要の安定器を直列に接続
し、タングステンウール体を充填した放電灯の効率は２
５％高くなった。

この放電灯の場合、体積１ｄ当りの平均としては９．８
Ｘ１０ ■のタングステンウール体を存在させた。

外側容器内にＵ字状放電管を入れ、３５Ｗの電力を有す
る本発明による低圧ナｌ− ＩＪウム蒸気人放電灯（第
４図）の測定結果を表Ｖに示す。

太さが１５μで、ナトリウムの作用に耐えるゲーレン石
のグラスウール（英国特許第１，２ ０ ４，６ ７
０号明細書参照）を放電空間内に充填した。

この放電灯を、、これと同じ構造であるが充填体を入れ
ない低圧ナトリウム蒸気人放電灯と比較し、その結果を
表Ｖに示した。

この表■から明らかなように、本発明による低圧ナトリ
ウム蒸気人放電灯の単位体積当りの光出力は、同一電力
を有するもゲ゛−レン石のグラスウールを充填しない放
電灯の単位体積当りの光出力よりも大きくなる。

またこの表■は本発明による放電灯の効率が増大すると
いうことをも示す。

更に所要の安定器を直列に接続した放電灯の効率は３７
％だけ改善されたということを確かめた。

このことは電流強度が可或り低くなるという事実にも起
因する。

この本発明による放電灯の場合、放電空間の１ｍＡ当り
の平均としては１．２５Ｘ１０ ｒＩＴ９のゲーレン
石グラスウールを存在させた。

データを表１〜■に示した、軽く型或形した充填体を設
けた放電灯には、低圧水銀蒸気人放電灯および低圧ナト
リウム蒸気人放電灯に対し通常用いられている熱電子放
射電極を設ける。

この場合、Ｖ／ｌ＜７（ここにＶは動作電圧（ボルト）
であり、ｌは電極間距離（ｃｒｒＬ）である）とした場
合に放電灯に供給される有効な電力と電力供給装置にお
ける損失との比を簡単に好適な値にすることができる。

本発明による平均の管状放電灯においては動作電圧を電
極間距離で割った値が常に７よりも小さくなったもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は発光被膜を設けた本発明による低圧水銀蒸気人
放電灯の一例を示す線図的断面図、第２図は充填体を１
つの連続的な集合体としない本発明による紫外線放射用
低圧水銀蒸気人放電灯の一例を示す線図的断面図、第３
図はＵ字状に彎曲させた本発明による低圧水銀蒸気人放
電灯の一例を示す線図的断面図、第４図は本発明による
低圧ナトリウム蒸気人放電灯の一例を示す線図的断面図
である。 １・・・・・・ガラス容器、２・・・・・・発光被膜、
３，４，１１，１２・・・・・・熱電子放射電極、５，
６，１５・・・・・・グラスウール体、１０・・・・・
・Ｕ字状放電管、１３・・・・・・外側容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気体放電を透過しうる構造を有する繊維状固体を電
   極間の空間に設けた低圧気体放電灯において、前記の固
   体を石英グラスウール、ゲーレン石グラスウール、タン
   グステンウールのいずれかを以って構成し、前記固体を
   少くとも電極間距離の１／２に亘って存在させるととも
   に放電空間に亘って疎に分布させ、前記の放電空間のう
   ち前記の固体が存在する部分の体積の１一当りの平均と
   して１０ ｍＩ？〜１．２５．１０ ｍ９の範囲
   の量の前記の固体を存在させたことを特徴とする低圧気
   体放電灯。 ２ 特許請求の範囲１記載の低圧気体放電灯において、
   前記固体を金属ウールとし、該金属ウールに電気絶縁材
   料を被覆したことを特徴とする低圧気体放電灯。 ３ 特許請求の範囲１記載の低圧気体放電灯において、
   疎構造にした前記固体に発光性の被膜を設けたことを特
   徴とする低圧気体放電灯。 ４ 特許請求の範囲１記載の低圧気体放電灯において、
   前記固体に有効な放射線を反射する被膜を設けたことを
   特徴とする低圧気体放電灯。