JP2002008588A - 金属蒸気放電灯 - Google Patents
金属蒸気放電灯Info
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Abstract
素が封入されている金属蒸気放電灯において、始動性能
を低下させることなく450〜500nmの発光強度を
増加させる 【解決手段】 発光管内容積あたりに換算した封入原子
数について、沃素を(I)、臭素を(Br)とし、(B
r)+(I)を2×10-7〜14×10-7(mol/c
c)とし、(Br):(I)で表される原子比を10:
90〜30:70の範囲とする。始動用希ガスとしてア
ルゴンガスを封入し、その分圧を5〜10torrとす
る。
Description
用ランプとして利用される、金属蒸気放電灯に関する。
て、高圧水銀ランプ、鉄入り金属蒸気放電灯が用いられ
てきた。
属として鉄が封入され、ハロゲンとして沃素が封入され
たものであるが、多様な感剤に対してその分光感度曲線
に適合できるように、さらに各種の金属が微量添加され
ている。例えば添加金属としてSnを添加することが米
国特許第3590307号公報に、Pbを添加すること
が特開昭55−133743号公報に記載されている。
水銀ランプに比べ350〜450nmの発光が増強さ
れ、感剤によっては高圧水銀灯よりも好まれて用いられ
ている。しかしながら感剤の多様化が進むにつれランプ
の分光分布への要求も多様化し、鉄入り金属蒸気放電灯
においては350〜450nmに加えさらに別の波長範
囲も併せて増強させたいという要望があった。例えば4
50〜500nmの増強である。
か、これに対しては発光長当たりのランプ入力値を大き
くすることで対応がなされてきたが、鉄入り金属蒸気放
電灯を高負荷で長時間点灯すると、鉄を含んだ薄膜が発
光管を形成している石英管の内側に形成され、発生した
光が膜で遮断されランプの発光強度が著しく低下すると
いう問題があった。
の金属を添加する方法や、ハロゲンとして臭素を利用す
る方法(例えば特開平5−135740号公報参照)が
考えられている。
ンとして臭素を封入すると、ランプの始動性に問題が生
じることが判った。この原因はランプが消灯した後、封
入されている臭素が完全に臭化金属あるいは臭化水銀の
形に戻ることが出来ず、一部臭素ガス(Br2)として
存在するためと考えられる。すなわち、従来からハロゲ
ンとして主に利用されている沃素の場合、たとえ沃化金
属あるいは沃化水銀の形に還らずI2のままであって
も、室温(25℃)の状態でI2は固体であるのに対し
Br2は蒸気圧が高く、ランプ始動時において負性の臭
素ガスが発光管内を満たすことになることが始動性に難
をきたす原因と考えられる。
として鉄、ハロゲンとして沃素が封入されている金属蒸
気放電灯において、始動性能を低下させることなく45
0〜500nmの発光強度を増加させることを目的とす
る。
灯は、発光管内に緩衝ガス用の水銀、発光金属としての
鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素、始動用の希ガスが少
なくとも封入され、発光管内容積あたりに換算した封入
原子数について、沃素を(I)、臭素を(Br)と表す
とき、(Br)+(I)が2×10-7〜14×10
-7(mol/cc)となっており、(Br):(I)で
表される原子比が10:90〜30:70の範囲にある
ことを特徴とするものである。
用いられてきた沃素の特定割合を臭素に換えることで上
記課題を解決できることを見出し、本願発明を成すに至
った。すなわち、封入沃素の総原子数の10〜30%の
範囲の量を臭素原子で置き換えることで350〜400
nm及び400〜450nmの発光エネルギ−が20〜
30%程度、特に450〜500nmの発光強度が40
〜70%程度増加するのである。そして、置き換え率が
10%未満の場合には強度増加が十分ではなく、置き換
え率が30%を越える場合には、ランプの始動性能が著
しく低下する。この原因は臭素の封入比を高めたことで
ランプ始動時の発光管内の臭素ガスの蒸気圧が高くなっ
たのが原因と推定される。
について更に説明する。
気放電灯の構造を示す図である。本実施形態の金属蒸気
放電灯は、発光管1内の両端に電極2が設けられ、発光
管1の細径部にモリブデンホイル3と口金4が設けらた
構造となっている。発光管の材質としては、石英を用い
ることができる。
発光金属となる鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素とが封
入され、さらに始動用の希ガスが封入される。
r2、HgI2、HgBr2等のハロゲン化物の形で発光
管内に封入でき、水銀や鉄はハロゲン化物や金属単体と
して封入でき、これらが適宜組み合わされて所定の量と
比率になるように封入される。
r,Kr等を用いることができるが、点灯後徐々に光度
が上昇するタイプの放電灯の場合には、価格の点からも
Arが好ましい。
管内に分光改良用の添加金属(例えば、Mg,Bi,T
a,Cd,Mn,Sn,Pb等)が封入され、この場
合、発光管内容積あたりに換算した封入原子数につい
て、鉄を(Fe)、分光改良金属を(M)と表すとき、
(M)/(Fe)で表される封入比が0.3以下となる
ようにするのが好ましい。これは発光効率に特に優れた
鉄の主発光を効果的に維持する為である。
は錫を少なくとも一種用いるのが好ましく、どちらか一
方を用いるのが実用的である。
した封入原子数について、沃素を(I)、臭素を(B
r)と表すとき、(Br)+(I)が2×10-7〜14
×10 -7(mol/cc)となり、(Br):(I)で
表される原子比が10:90〜30:70の範囲になる
ように、上記封入物の割合を適宜調整して封入するが、
これは添加金属の有無、希ガスの種類にはよらず同じで
あり、このような量と割合とすることで、特に450〜
500nmの発光強度を大きくでき、始動性能の低下も
抑制できる。
下する傾向が現れるが、臭素の割合が30%以下である
場合には、臭素を添加しない場合(すなわち沃素のみ)
に比べてそれほど始動性能の低下はなく、また、実用上
無視できない程度の始動性能の低下が生じた場合にも、
30%以下の添加量とした場合には、希ガスの封入圧力
を低下させることで、電極物質のスパッタリングによる
発光管端部の黒化等の問題を生じることなく、問題のな
い程度にまで始動性能の低下を抑えることが可能とな
る。この場合の圧力としては、例えば、発光管内温度2
5℃で5torr以上10torr以下が良い。30%
を越えて臭素を添加した場合には、希ガスの封入圧力を
下げるという方法を用いた場合、始動性能の低下を抑え
ることのできる圧力では、黒化等の別の問題が生じてし
まい、このような方法を採用できなくなる。
合の始動性能の確保には、特に希ガスをアルゴンガスと
し、これを発光管内での分圧が、発光管内温度25℃で
5torr以上10torr以下となるように封入する
のが良く、このようにすることで、臭素封入による始動
性悪化分を効果的に相殺することが出来る。
て説明する。試作した金属蒸気放電灯は、上記図1に示
したものと同じ構造を有するもので、石英製の発光管の
発光長が500mm、発光管内径が22mmで、ランプ
電力が8kW、ランプ電圧が750V、ランプ電流が1
1.8Aとなるように作製した。
l/cc)、(Sn)を2×10-7(mol/cc)、
(I)+(Br)を8×10-7(mol/cc)とし、
(Br):(I)を0:100〜100:0の範囲で変
化させたランプを試作した。なお、水銀は200mg封
入し、希ガスとしてはArを用いた。
〜500nmの波長範囲を50nmごとに分け、各波長
区間の積算値において(Br):(I)=0:100の
ランプの値を基準にして相対表示したグラフを図2に示
す。
に対し300〜350nmの区間の積分値は100%か
ら87%まで単調減少した。350〜400nmと40
0〜450nmの区間の積分値は(Br):(I)が3
0:70〜100:0で平坦であり、その相対強度比は
114〜133%であった。特に450〜500nmの
場合は違いが顕著に現れ、臭素比が僅かでもその効果は
大きく(Br)比が10%で相対エネルギ−比は130
%へ増加し、さらに(Br)比を大きくしていくと緩や
かな増加率になりながらも(Br)比が75%で相対比
は200%を越えた。このように波長区間450〜50
0nmの発光エネルギ−は臭素比が10%以上であれば
ハロゲンとして沃素だけを使用した場合に対して130
%程度以上になることが判った。
動用ガスとしてアルゴンガスを室温状態でそれぞれ5、
10、15torrで封入したランプについて始動特性
を調べたものである。測定方法は空冷式の紫外線照射器
具にて一旦ランプを点灯してから消灯し、10分間アフ
タ−冷却した後にランプの電極間に図6に示すような実
効値1000Vの正弦波電圧を印加し、さらに半値幅約
80(μS)のパルス波形を重畳させ、パルス波高値を
変化させてランプが放電破壊に至る値を測定した。以後
この値を始動電圧と呼ぶ。
圧が上昇しているのが判る。しかしながら、アルゴン1
0torrの場合の(Br):(I)=30:70にお
いては、アルゴンガスが15torr封入され、ハロゲ
ンとして沃素のみが使用されている従来ランプと同等の
始動電圧となっていることが分かる。すなわち従来の安
定器で本発明のランプを始動可能にするには、(Br)
を総ハロゲンの30%以下の封入比とし、封入アルゴン
圧が10torr以下でなければならないことが判る。
くなるが5torr未満の場合ランプ始動時における電
極物質のスパッタリングが激しく、著しく発光管の端部
が黒化する。
施例の錫についてこれを鉛に置き換えた場合を説明す
る。
0〜500nmの波長範囲を50nmごとに分け、各波
長区間の積算値について(Br):(I)=0:100
を基準にして相対表示したグラフである。図から判るよ
うに臭素の封入比の増加に対し300〜350nmの区
間の積分値は100%から88%まで単調減少した。3
50〜400nmと400〜450nmの場合は(B
r):(I)が30:70〜100:0で相対強度比は
113〜135%であった。特に450〜500nmの
場合は違いが顕著に現れ、臭素比が僅かでもその効果は
大きく(Br)比が10%で相対エネルギ−比は130
%へ増加し、さらに(Br)比を大きくしていくと緩や
かな増加率になりながらも(Br)比が75%で相対比
は200%になった。このように波長区間450〜50
0nmの発光エネルギ−は臭素比が10%以上であれば
ハロゲンとして沃素だけを使用した場合に対して130
%以上になることが判った。
の封入圧力を変えた場合も第1の実施例と同様の結果で
あった。
において鉛や錫などの添加金属は封入しないでその分鉄
を増量して封入した場合である。
1〜500nmの波長範囲を50nmごとに分け、各波
長区間の積算値について(Br):(I)=0:100
を基準にして相対表示したグラフである。図から判るよ
うに臭素の封入比の増加に対し300〜350nmの区
間の積分値は100から85%まで単調減少した。35
0〜400nmと400〜450nmの場合は(B
r):(I)が30:70〜100:0で相対強度比は
130%近辺であった。特に450〜500nmの場合
は違いが顕著に現れ、臭素比が僅かでもその効果は大き
く(Br)比が10%で相対エネルギ−比は130%へ
増加し、さらに(Br)比を大きくしていくと緩やかな
増加率になりながらも(Br)比が75%で相対比は2
00%になった。このように波長区間450〜500n
mの発光エネルギ−は臭素比が10%以上であればハロ
ゲンとして沃素だけを使用した場合に対して130%以
上になることが判った。
スの封入圧力を変えた場合も第1の実施例と同様の結果
であった。
る鉄入りメタルハライドランプの発光強度に関して添加
金属を錫または鉛とした場合、あるいは添加しない場
合、換言すれば少なくとも主発光金属として封入した鉄
が封入全金属数の原子比で70%以上を占めている場合
において、(Br):(I)の比が10:90〜30:
70の範囲であれば450〜500nmの相対強度比は
130〜180%、(Br):(I)=30:70〜1
00:0の範囲では170〜200%の極めて大きな改
善が認められた。
の変化では、ランプ始動時の臭素ガス(Br2)の圧力
に違いがないためであろうと推定されるのであるがほと
んど同じような始動電圧の変化傾向を示した。すなわち
臭素の封入比率が大きくなるほど始動電圧は上昇する
が、(Br):(I)が10:90〜30:70の範囲
でランプ製作時に始動用希ガスとして5〜10torr
のアルゴンを封入すれば、従来ランプのハロゲンとして
沃素のみを、始動用ガスとしてアルゴンを15torr
で封入したランプと同程度の始動電圧を有するランプが
出来た。
封入比だけでなく(Br)+(I)のハロゲン和も影響
すると考えられる。発明者は図1の構造のランプに適量
の水銀(200mg前後)、始動用ガスにアルゴンを1
0torr、(Br):(I)を30:70に固定した
状態で(Fe)を(Br)+(I)と同量封入した場合
と、適量の水銀(200mg前後)、アルゴン15to
rr、(Fe)と(I)を同量封入した場合において、
(Br)+(I)のハロゲン和を2×10-7、8×10
-7、14×10-7 (mol/cc)と変化させ始動電
圧を調査した結果を図7に示す。
を示す。図から判るようにこの範囲のハロゲン和では両
者はほぼ同程度の始動電圧であった。
×10-7〜14×10-7(mol/cc)の範囲で、
(Br):(I)が10:90〜30:70の範囲なら
ば、ランプ製作時において始動用希ガスとして5〜10
torrのアルゴンを封入するならば従来ランプ並の始
動性を有するランプとなり、従来安定器でも始動可能で
ある。
範囲の発光エネルギ−が増強され、なおかつ従来の安定
器で始動可能なランプを提供できる。
化させた場合の発光強度の変化を示すグラフである。
化させた場合の発光強度の変化を示すグラフである。
化させた場合の発光強度の変化を示すグラフで封入金属
が鉄のみの場合である。
において、沃素と臭素の封入比を変化させた場合の始動
電圧を示す図である。
す図である。
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 発光管内に緩衝ガス用の水銀、発光金属
としての鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素、始動用の希
ガスが少なくとも封入され、 発光管内容積あたりに換算した封入原子数について、沃
素を(I)、臭素を(Br)と表すとき、(Br)+
(I)が2×10-7〜14×10-7(mol/cc)と
なっており、(Br):(I)で表される原子比が1
0:90〜30:70の範囲にあることを特徴とする金
属蒸気放電灯。 - 【請求項2】 発光管内に鉛または錫の少なくとも一種
が封入され、発光管内容積あたりに換算した封入原子数
について、鉛を(Pb)、錫を(Sn)、鉄を(Fe)
と表すとき、((Pb)+(Sn))/(Fe)で表さ
れる封入比が0.3以下となっていることを特徴とする
請求項1記載の金属蒸気放電灯。 - 【請求項3】 始動用希ガスとしてアルゴンガスが封入
され、該アルゴンガスの発光管内での分圧が5〜10t
orrとなっていることを特徴とする請求項1または2
記載の金属蒸気放電灯。
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Cited By (2)
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- 2000-06-23 JP JP2000190138A patent/JP4411749B2/ja not_active Expired - Fee Related
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