JPH03101044A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、始動特性を改善した高演色性メタルハライ
ドランプに関する。

〔従来の技術〕

メタルハライドランプは現在、高効率で且つ高演色性で
ある点で広（普及しており、最近、更に小型のメタルハ
ライドランプが一般照明用に使用されるようになってき
ている。

一般にメタルハライドランプは、水銀、アルゴンのほか
に、Ｎａｌ、　Ｌｉｌ、　Ｋ　Ｉ、　Ｒｂｌ、　Ｃｓｌ
などのアルカリ金属よう化物や希土類金属よう化物やＳ
ｃ、　Ｉｎ、　ＴＩ＋　Ｓｎなどを適切に組み合わせ封
入することにより、アーク状態の安定したランプが得ら
れるようになっている。

この中で希土類金属よう化物を使用したＤｙ−Ｔｌ−Ｃ
ｓ系、　［１ｙ−Ｎｄ−Ｃｓ系のよう化物を封入したメ
タルハライドランプがある。これらはＮａ、　Ｌｉのよ
う化物を使用していないので、可視域において演色評価
に影響を与えるような発光がなく高演色性をもたせるこ
とが可能であり、実際に演色評価指数（Ｒａ）　、赤色
評価指数（Ｒ１）ともに９０以上のランプが得られてい
る。

しかしながら希土類よう化物を封入したランプは、一般
に始動電圧が高く、トリウム又は酸化トリウムを添加し
たトリエーテッドタングステン電極を用いたランプにお
いても、該電極中のトリウムから放出される荷電粒子だ
けでは、例えば特公昭６０−３４２２０号公報などに記
述されているように、放電開始のための十分な荷電粒子
を得ることができず、放出されるα線や２次的に放出さ
れる電子では、高い始動パルス電圧をランプに印加して
も数分間始動しない状態が生ずるおそれがある。

このような始動特性を改善するため、特開昭５１−６６
１７４号公報に示されているように、発光管内に放射線
源を封入する方法が考えられる。

しかし、この方法は非密封放射線源を封入するものであ
り、このような非密封放射線源は、法令の改正によりそ
の取り扱いが困難になっており、密封化された放射線源
が不可欠になっている。なお放射線源の製造方法につい
ては従来より種々の提案があり、例えば特開昭５２−４
１７９８号にその一例が開示されている。

ところで、特公昭６０−３４２２０号、特公昭６０−３
４２２１号、特公昭６０−３４２２２号。

特公昭６０−３４２２３号、特公昭６０−３４２２４号
等の各公報には、密封放射線源を用いたメタルハライド
ランプが開示されており、その密封放射線源を、放射性
物質をゼオライトのような複合酸化物、金属酸化物、金
属炭化物や金属窒化物などからなるセラミックス担体に
分散させて構成することや、あるいは放射性物質をセラ
ミックス担体に分散させたのち更にそのセラミックス担
体を被覆体で覆うことによって構成することなどが示さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記公報開示の方法によって構成した密封放
射線源においては、発光管内に封入されている希土類よ
う化物が、高温時に放射性物質を密封分散させているセ
ラミックス担体と反応してしまい、セラミックス担体の
形状が損なわれるだけでなく、反応によってセラミック
ス担体から放出される、例えばＮａ＋　ＬＩ＋　ＡＩ＋
　ＳＩ＋　Ｏなどを含む生成物によって、ランプ特性、
演色性並びに光束維持率に大きな影響を与える。

これは、セラミックス担体として発光管材料及びその化
合物を使用しても、セラミックスは反応性が高く、かか
るセラミックスを担体とした密封放射線源を発光管内に
添加封入すると、セラミックス担体が希土類よう化物と
反応してしまい上記のような生成物を生じてしまうため
である。

これによって、放射性物質自体ではなく、これを分散担
持するセラミックスによるランプ特性への影響が明らか
に出てしまう。例えば第４図＾。

（Ｂｌに示す、複合酸化物からなるセラミックスに放射
性物質を分散さセた密封放射線源を封入した場合と、か
かる密封放射線源を封入しない場合の、Ｄｙ−Ｔｌ−Ｃ
ｓ系のメタルハライドランプの分光分布図を比較してみ
ることにより、Ｎａの発光により演色評価指数に明確な
差異が現れていることがわかる。なおセラミックスを担
体とした密封放射線源を封入した場合（第４図（Ａｌ）
におけるＲａは８０．Ｒ９は４０である。一方、密封放
射線源を封入しない場合（第４図田））におけるＲａは
９１、Ｒ１は８７である。

また、前記特公昭６０−３４２２３号には、補助電極を
備えた発光管を、点灯管を用いて始動させるようにした
メタルハライドランプに、密封線源化された放射性物質
を封入したものが示されている。しかし始動用補助電極
を用いた場合には電解現象を考慮しなければならないの
で、おのずと点灯方向が限られてしまい、ランプの性能
を制限してしまうという問題点がある。

更にまた、前記特公昭６０−３４２２０号においては、
発光管内に封入すべき放射性物質の選定方法について述
べられており、その基準として半減期や放射能量が定め
られ、更には殉電粒子の種類についても開示がなされて
いる。しかしながらその選定基準のみでは、次のような
問題点がある。

すなわち、確かに、始動するための電子を供給するため
には、物質透過率が高いγ線や、物質透過率は低いがエ
ネルギーが高いα線の使用は困難を伴うので、β崩壊す
る核種が適当であり、放射能の強さも初期において０．
１　ｇｃｉ（３，７ＸＩＱ３Ｂｑ。

Ｂｑ：毎秒崩壊原子数）程度で十分である。

しかしながらβ崩壊する核種でもβ線のエネルギーが０
．８　ＭｅＶ以上あると、１．ＯＷｍの厚さの石英ガラ
スを透過する。すなわちβ線は経験則により、β線の最
大エネルギーをＥ　（ＭｅＶ）とした場合、０．８＞　
Ｅ　＞０．１５のときＡ１について、透過厚さ（最大飛
程）　Ｒ（Ｉ１ｇ／ｃ＋Ｉｌ）が、 Ｒ＝４０７Ｅ　’−３８ で表されることが知られている（「ラジオアイソトープ
二基礎から取扱まで」９日本アイソトープ協会編、丸善
発行、第２５〜２７頁参照）。このＡＩ吸収体の厚さは
［長さ］×［密度１の単位で表されており、他の物質に
対しても成立するものである。

石英ガラス（密度：　２６５０ｇ／ｃ＋ａ）の場合、１
ｍｍの厚さでβ線の検出値をほぼ零にするには、次式の
とおりβ線エネルギーＥ≦Ｑ、　７　ＭｅＶとしなけれ
ばならないことがわかる。

Ｒ＝２６５０（ｍ／ｃ＋ａ）　ｘｏ、　１　（ｃｍ）　
−２６５（１ｍｇ／ｃ１１１）＝４０７Ｅ区・３８ Ｅ　＝０．７３３（ＭｅＶ） したがってβ線のエネルギーが０．８　ＭｅＶ以上ある
と、１．０ｍの厚さの石英ガラスを透過してしまい、ま
たエネルギーの放出と共に制動Ｘ線を放出する。すなわ
ち、石英ガラス発光管は１〜２ｍ程度の厚さで形成され
ているので、β線のエネルギーがＱ、１３　ＭｅＶ以上
の場合は放射線の透過は当然に起こり得るものである。

一方、仮にβ線のエネルギーがＯ１７Ｍｅシ以下である
としても、その崩壊により２次的にγ線やＸ線を放出し
、それらが高いエネルギーをもつ場合がある。

このように上記特公昭６０−３４２２０号公報に開示さ
れている選定基準では安全性の面で必ずしも最善とは言
い難く、例えば同公報で放射性核種として述べられてい
るｔｚＨａ、　６＋Ｉｃｏ、　＋０６Ｒ，。

１２ｓＳｂはβ線エネルギーが０．７　ＭｅＶ以下のも
のであるが、いずれもγ線を放出する核種であり、また
ｌ　ａｂＨｕ自体は低エネルギーのβ線しか放出しない
が娘核種である＋０６Ｒｈが高いエネルギーのβ線及び
γ線を放出するために使用できないものである。

本発明は、従来の放射線源を封入したメタルハライドラ
ンプにおける上記問題点を解決するためになされたもの
で、高演色性を維持しつつ始動特性並びに安全性を向上
させたメタルハライドランプを提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記問題点を解
決するため、本発明は、石英ガラス製の容器からなり、
始動用発光管内補極を設けない一対の電極を備えた発光
管に、水銀、アルゴン、ナトリウム及びリチウムを除く
アリカリ金属よう化物、希土類金属及びタリウムのうち
の少なくとも一種のよう化物、及び半減期が１０年を越
え、放射能量が１００Ｂｑ〜１０００Ｂｑで且つエネル
ギーが０．７　ＭｅＶ以下のβ線のみを放射する放射線
源を添加封入してメタルハライドランプを構成するもの
である。

このように構成したメタルハライドランプにおいては、
ナトリウム及びリチウムよう化物が封入されていないの
で高演色性を確保することができ、また半減期が１０年
を越え、放射能量が１００８ｑ〜１０００ＢＱで且つエ
ネルギーが０．７　ＭｅＶ以下のβ線のみを放射する放
射線源を封入しているので、ランプ寿命期間に亘り安定
した始動動作が行われ、且つ安全性の高いメタルハライ
ドランプが得られる。

〔実施例〕

次に実施例について説明する。第１図は、本発明に係る
メタルハライドランプの一実施例を示す図で、Ｄｙ−Ｔ
ｌ−Ｃｓ系の２５０Ｗのランプを示している。図におい
て、１はメタルハライドランプの外管であり、この外管
１の一端にはステム２が封止されていて、且つ口金３が
固着されている。４は石英ガラスからなる内容積５ｃｃ
の発光管で、ステム２に貫通封止されている導入線５の
一端に固着されている支持体６に支持されている。

発光管４内の両端部には、２％のＴｈＯ□を含んだトリ
エーテッドタングステン電極７．８が対向して配置され
ている。そして該発光管４内には、１３■の水銀＋　５
０Ｔｏｒｒのアルゴンと共に、よう化ジスプロシウム（
Ｄｙ　Ｉ　ｓ）　５　Ｍ、よう化セシウム（Ｃｓｌ）２
乾、よう化タリウム（Ｔｌｌ）１■と、更に密封放射線
源９が封入されている。密封放射線源９としては、従来
のセラミックス担体に放射性物質を分散させたものを用
いた場合には、先に述べたように活性よう化物雰囲気中
でセラミックス担体が侵食され、担体中の不純物による
悪影響が発生するのを考慮して、本実施例においては、
直径１ｍ程度の石英法の表面に９９７０（テクネチウム
９９）を被覆したのち、更に薄膜状の低Ｎａ不純物の５
１０ｇの被覆を施したものを用いている。この種のラン
プの始動に必要な放射能の強さは約１００Ｂｑと考えら
れるが、本実施例における上記密封放射線源９としては
放射能の強さが１８５Ｂｑ　、すなわち０．００５μＣ
ｉのものを用いた。なお本発明においては、高演色性を
もたせるため、封入物として演色性に影響を与えるＮａ
Ｉ、Ｌｉｌは用いていない。

そしてこのように構成した発光管４の一方の電極７は支
持体６に接続し、他方の電極８は、ステム２に貫通封止
されている導入線１０に接続してランプを構成している
。なお１１はゲッタであり、また本発明においては、点
灯方向を制限しないという理由から、発光管内に始動用
補極は設けていない。

次に上記密封放射線源９の製造方法の一例について説明
する。まず第２図＾に示すように、直径的ＩＩＩＩＩｌ
の石英法１５を、Ｓｉ系のアルコキシド−アルコール溶
液、すなわちゾルゲル溶液に単体粉末の９９Ｔｃを混合
した液体に浸し、引き上げて乾燥したのち、６００°Ｃ
において窒素中で１時間加熱すると、第２図ＫＢ）に示
すように９９７Ｃかむらな（分布した石英薄膜１６が形
成される。この状態ではまだ非密封の状態なので、９９
７Ｃを混合しないＳｔ系ゾルゲル溶液に浸し、同様な方
法で９９ＴＣを含まない石英薄膜１７を施し、これを真
空中において１０００″Ｃで１時間１ 加熱するごとによって第２図Ｃ）に示す密封放射線源９
が得られる。

次に本実施例によるランプの始動特性等を確認するため
、上記のように構成したランプと、密封放射線源を封入
しないほかは全く同様に構成したランプを、それぞれ１
０本ずつ試作し、周波数５０Ｈｚ。

電圧２００■の電源を用い、パルス電圧高さ４ＫＶパル
ス幅７ＩＳの始動パルスを用いて始動特性を測定したと
ころ、第３図＾、田）に示すような結果が得られた。す
なわち密封放射線源を封入しないランプにおいては、第
３図田）に示すように始動遅れ時間が４０秒まで分布し
ているのに対し、本実施例に係るランプにおいては第３
図（８）に示すように、始動用補極を用いなくても始動
が瞬時に行われることが確認された。

また密封放射線源の担体としてセラミックスを用いてい
ないため、たとえ石英がよう化物により侵食されても、
発光分光的にバランスをくずすＮａやアルミナなどの不
純物が放出されることはな（、点灯時間が３０００時間
経過後においても、Ｒａ　＝　９０と２ いう高演色性が保持されていることが確認された。

また、本実施例においては、放射性核種として９９７ｃ
を用い放射能量−を１８５Ｂｑとした密封放射線源を用
いているため、半減期が２．１４　Ｘ　１０’年と長く
、ランプ寿命期間中放射能量は殆ど変化せず、ランプの
良好な始動特性が維持されている。また放射能量が１８
５と小さくまた９９７ｃの放射エネルギーもβ線のみで
０．２９２ＭｅＶと小さく、安全性も確保されている。

なお、密封放射線源に用いる放射性核種の半減期は１０
年を越えるものであれば、在庫及び点灯期間中、全く変
わらない始動性が僅かな初期の放射能量で維持できる。

一方１０年以内の半減期のものを用いた場合は、初期的
に多量の放射能量で使用しないと在庫及び点灯期間中に
不点のランプの発生する可能性が生ずる。また放射能量
は１００Ｂｑ以上であれば十分に始動開始が可能であり
、　一方１０００Ｂｑ以上になると放射能量が多く不必
要なβ線も発生し、安全性の点で問題が生ずるので、放
射能量は１００〜１０００Ｂｑの範囲に設定するのが好
ましい。また放射線の荷電粒子をβ線のみとして、その
エネルギーを０．７　ＭｅＶ以下とすることにより、発
光管を透過して放出するβ線が殆どなくなり、また制動
ＸｖＡの発生も無視でき安全性を高められるという利点
が得られる。

上記実施例では、放射線源として、石英法を担体とし９
９Ｔｃを含む石英薄膜を形成したものを示したが、担体
は必ずしも球状である必要はなく、線状あるいは箔状な
ど他の形状のものも用いることができる。また放射線源
としては、タングステン線に放射性核種＆ＳＮｉをメツ
キしたのち、その表面に更に＾ｌなどの非放射性物質を
メツキにより被覆して形成したものを用いることができ
、またメツキの代わりに蒸着法で形成したものを用いる
こともできる。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、ナトリウム及びリチウムよう化物を封入していないの
で高演色性を確保することができ、また半減期が１０年
を越え、放射能量が１００〜１０００Ｂｑで且つエネル
ギーが０．７　ＭｅＶ以下のβ線のみを放射する放射線
源を封入しているので、寿命期間に亘り安定した始動特
性をもち且つ安全性の高いメタルハライドランプを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るメタルハライドランプの一実施
例を示す図、第２図へ〜（Ｃ１は、密封放射線源の製作
工程を示す図、第３図＾、田）は、始動遅れ時間分布特
性を示す図、第４図＾、（８）は、メタルハライドラン
プにおける発光波長と発光出力との関係を示す分光分布
特性図である。 図において、■は外管、４は発光管、７．８は電極、９
は密封放射線源、１５は石英法、１６は９９７Ｃを含む
石英薄膜、１７は石英薄膜を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石英ガラス製の容器からなり、始動用発光管内補極
   を設けない一対の電極を備えた発光管に、水銀、アルゴ
   ン、ナトリウム及びリチウムを除くアリカリ金属よう化
   物、希土類金属及びタリウムのうちの少なくとも一種の
   よう化物、及び半減期が１０年を越え、放射能量が１０
   ０Ｂｑ〜１０００Ｂｑで且つエネルギーが０．７ＭｅＶ
   以下のβ線のみを放射する放射線源を添加封入したこと
   を特徴とするメタルハライドランプ。 ２、前記放射線源は、タングステン金属又は石英ガラス
   のいずれかで形成された担体の表面にβ線核種を被覆し
   て構成されていることを特徴とする請求項１記載のメタ
   ルハライドランプ。 ３、前記放射線源は、β線核種上に非放射性物質を被覆
   し、密封線源化されていることを特徴とする請求項１又
   は２記載のメタルハライドランプ。