JPH03171546A - 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
ある点で広く普及しており、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、Ｎａ’ｌ，Ｌｉｌ，Ｋｌ，ＲｂＩ，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ＳＣ＋　Ｉ
ｎ＋　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−ＴＩ−Ｃ
ｓ系．Ｄｖ−Ｎｄ−Ｃｓ系のよう化物を封入１，六−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、実際に演色評価数（Ｒａ）　，赤色評
価数（Ｒ，）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２特公昭６０−３４２２２号特公昭６０−３
４２２３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或
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
うことによって構戒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，
　Ｓｔ，　　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ξツ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８図八，（Ｂ）に示す、複合酸
化物からなるセラＱ　’７クスに放射性物質を分散させ
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、Ｏｙ−ＴＩ−Ｃｓ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、Ｎ
ａの発光により演色評価数に明確な差異が現れているこ
とがわかる。

なおセラξツクスを担体とした密封放射線源を封入した
場合（第８図（８））におけるＲａは８０，Ｒ．は４０
である。一方、密封放射線源を封入しない場合（第８図
田））におけるＲａは９１、Ｒ，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、更には荷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Ｔ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．
１μＣｉ　（３．　７　ＸＩＯ３Ｂｑ，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
．８Ｍｅν以上あると、１．０ｍｍ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ＡＩについて、透過厚さ（最大飛程
）Ｒ（■／ｃ＋ｆｌ）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
：基礎から取扱までＪ，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１×［密度｝の単位で表されており、他の物質に
対しても戒立するものである。

石英ガラス（密度：２６５０ｍｇ／ｃボ〉の場合、１叩
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≦０．　７　ＭｅＶとしなければな
らないことがわかる。

Ｒ＝２６５０（■／Ｃボ）Ｘ０．　１　（ｃｍ）　−２
６５（■／ｃＪ）一４０７Ｅ’′”’ 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、１．０ｍｍ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１〜２ｍｍ程度の厚さで形
成されているので、β線のエネルギーが０．　８　Ｍｅ
Ｖ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０．　７　ＭｅＶ
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！！Ｎａ，　”Ｃｏ　，　＋０６｝１ｕ．＋２５ｓｂ
はβ線エネルギーが０．７Ｍｅν以下のものであるが、
いずれもＴ線を放出する核種であり、またＩ０６Ｒｕ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
ＩＯ＆ｐｈが高いエネルギーのβ線及びＴ線を放出する
ために使用できないものである。

また上記各公報記載の密封放射線源は単に発光管内に添
加封入するようにしているので、該密封放射線源にはよ
う化物が付着し易く、それにより電子の放出が阻害され
て始動特性が悪化するという問題点がある。

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、石英ガラス魁の宛競ｆＩ）＾か
杓一柏翻田登脊管内補庵を設けず電極軸に電極コイルを
巻回してなる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
の金属よう化物を添加封入し、更に放射能量が１００８
ｑ〜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発光管内に封入し、且
つ前記電極の電極コイル下端から石英ガラス容器の内壁
面までの最短距離をＨ（ｍｍ）、電極軸横断面積Ｓ（ｍ
ｍ２）に対する電流値１　（Ａ）をＩ／Ｓ（Ａ／肛ｔ）
としたとき、Ｏ＜Ｈ≦０．７肋，Ｔ／Ｓ≧７．５Ａ　／
　ｍｍ　”に設定してメタルハライドランプを構或する
ものである。

このように構威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、また放射能量が１０
０Ｂｑ〜１０００Ｂｑで且つエネルギーが０．　７　Ｍ
ｅＶ以下のβ線のみを放射する放射線源を発光管内に封
入し、更に電極の電極コイル下端から石英ガうス容器の
内壁面までの最短距離をＨ（ｍｆｆｌ）、電極軸横断面
積Ｓ（ｍｍ２）に対する電流｛ｉ　１（Ａ）をｒ　／　
Ｓ　（Ａ／Ｍｎ２）としたとき、　０＜Ｈ≦０．７ｍｍ
，　　Ｉ／Ｓ≧７．　５　Ａ　／ｍｍ２に設定している
ので、放射線源へのよう化物の凝縮を防止し、放射線源
から放出される電子を有効に利用でき、しかも演色性及
び色温度等の色特性の変化を低減できる。したがってラ
ンプ寿命期間に亘り安定した始動動作が行われ、且つ安
全性の高い高演色性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
Ｉ−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
ｌ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、両端に径小部４ａを備え、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、後で述べる設定条件で形威し
た２％のＴｈｏｚを含んだタングステン電極軸にタング
ステン線電極コイルを巻回してなる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、ｌ３■の水銀，　５０Ｔｏｒｒのア
ルゴンと共に、よう化ジスプロシウム（Ｄｙ　Ｉ　３）
　　５　ｍｇ，よう化セシウム（Ｃｓ　Ｉ　）２１ｇ．
よう化タリウム（Ｔｌｌ）ｌｆｆｌｇを封入し、更に密
封放射線源９を封入している。

密封放射線源９としては、従来のセラミソクス担体に放
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、第２図に示すように直径
１　ｍｍ程度の石英球１５の表面に’＋９　Ｔ　Ｃ　（
テクネチウム９９）を含む石英薄膜１６を被覆したのち
、更に低Ｎａ不純物の石英薄膜ｌ７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１００８ｑと考えられるが、本実施例における
上記密封放射線′ｔＡ９としては放射能の強さが１８５
８ｑ　、すなわち０．００５μＣｉ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、発光
管内への添加封入物として、演色性に影響を与えるＮａ
ｌ，Ｌｉｌは用いていない。

そしてこのように構戒した発光管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
されている導入綿１０に接続してランプを構威している
。なおｌ１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。

このように構威したメタルハライドランプにおいて、垂
直点灯した場合、封入した密封放射ｖＡａ９は固定され
ていないため、発光管４の下側の電極８の根本近傍に位
置する場合が多い。ところでこの種のメタルハライドラ
ンプにおいては、電極の挿入長や位置によって最冷部位
置が変化し易く、電極の挿入長が長く電極コイルの下端
が発光管をｎｔ出士フＴ：禁ふ・二つ六斐ハ山鱈墾藻ふ
，−　二舎ｌｕ勿プいる場合には、電極の電極軸の根本
部分に最冷部が生し易くなる。

このように最冷部が電極の電極軸の根本部分に生ずるよ
うな構或のランプにおいては、このランプの特徴である
高演色性が期待できなくなるばかりでなく、消灯後に電
極の根本近傍に位置する密封放射線源のまわりに、発光
管内に封入されているよう化物を主とした封入添加物が
凝縮して覆う状態になる。このように密封放射線源がよ
う化物に覆われると、電子親和力の大きいよう素が密封
放射線源から放出される電子を吸収してしまうため、密
封放射線源から電極間へ向けての電子の放出は抑制され
、始動特性を改善できなくなる。したがって始動を確実
にするためには、更に大なる放射１ｌ−量の放射線源の
封入が余儀なくされる。

そこで本発明においては、色特性及び始動特性の向上を
計るための電極の構成を設定するに当たって次のような
実験を行った。

まず第３図に示すように、電極８（７）において、ｆｆ
広１メ７１，Ｒ２／７２）の下纏め）ふ会専笹Ａ桑末捨
成する石英容器内壁面４ｂまでの最短距離Ｈを変化させ
たランプを作威し、光束，色温度．平均演色評価数Ｒａ
及び特殊演色評価数（赤）Ｒ９のそれぞれの点灯初期値
及び１００時間点灯後の値を測定したところ、第１表に
示すような結果が得られた。

なおこの測定実験は、電極軸８ｂ（７ｂ）の先端から電
極コイル８　ａ　（７　ａ）の上端までの距離＜ｉ＞は
０．７ｍｍとし、密封放射線源９の表面と電極軸８ｂ（
７ｂ）との距！（Ｌ）はｌ．５ｎｕ＋＋とし、更に電極
軸横断面積（Ｓ）に対する電流値（１）は、Ｉ／Ｓ＝１
１Ａ／ｍｍ”（但しＩ＝３Ａ）として行った。

第　　ｌ　表 上記第１表からわかるように、Ｈの値を小さくした場合
、すなわち電極コイル８　ａ　（７　ａ）の下端が石英
容器内壁面４ｂに接近している方が、光束，色温度，各
演色評価数Ｒａ，　　Ｒ９のいずれも優れていることが
わかる。特に色温度及び各演色評価数Ｒａ，　Ｒｑの働
程特性をみると、Ｈ値が０．９ｎ＋ｍ以上になると、点
灯初期の値からの変化が大きく、ランプを交換すると、
その差異が明確に現れ、目視でもばらつきがわかるよう
になる。したがってＨ≦０．　７　（ｍｍ）とするのが
望ましいことがわかる。但し石英容器内壁面４ｂと電極
コイル８ａ（７ａ）とが接触すると、電極コイル８　ａ
　（７　ａ）を構威しているタングステンと石英及びよ
う化物の反応が激しくなるので、設計上Ｈ＞Ｏとする必
要がある。

次に同様に作威したＨ値が０．３ｍｍ及び１．１ｏ＋ｍ
のランプを、第４図に示す点灯回路を用いて、入力電圧
を変えて始動試験を行った。第４図において、２ｌは被
試験ランプ、２２はグロー点灯管、２３は２００Ωのセ
ラミックヒータ、２４はバイメタルスイッチ、２５は安
定器、２６は５０Ｈｚ可変電圧電源である。

そして上記試験を行ったところ、第５図に示すような結
果が得られた。この第５図の試験結果からわかるように
、入力電圧が２００ｖと高い場合には、Ｎ値の差によっ
て始動遅れ時間にはあまり差が生じないが、入力電圧が
低くなるにしたがって、始動遅れ時間の差が急激に大に
なることが判明した。そこで、入力電圧を１７０Ｖとし
て、Ｈ＝０．３０．５．　０．７，　０．９，　１．１
ｍｍの各ランプについて同しく第４図に示す点灯回路で
始動試験を行ったところ第６図に示すような結果が得ら
れた。この第６図からわかるように、Ｈ値が０．７ｍ＋
ｓ以下のランプでは始動遅れ時間は２０秒を越えること
はない（グロー管の平均点滅開始時間は約８秒なので、
グロー管点滅からの始動遅れ時間は約１０秒を越えるこ
とはない）。しかしＨ｛Ｉ！が０．９ｍｍ以上になると
始動遅れ時間は急激に増大し２０秒を十分に越えてしま
う。これによりＨ値を０．７ｍｍ以下とした場合は、電
極コイルの加熱効果が現れ、その近傍に密封放射線源の
配置される電極軸根本部分が最冷部にならず、したがっ
て、よう化物を主とした封入添加物が凝縮して付着せず
、密封放射線源９を裸の状態に保持できることが確認さ
れた。

以上の実験結果に基づき、本発明においては電極構造に
おけるＨ値を、０＜Ｈ≦０，７印に設定するものである
。

次に、Ｈ＝Ｏ．’３．０．５，０．７ｍｍとしたランプ
において、更にＩ／Ｓ値を変化させて（但しＩ＝３Ａ）
作或したランプを、第４図に示したと同様な点灯回路（
但し入力電圧は２００　Ｖ　）を用いて拍動特性を試験
したところ、第７図に示すような始動遅れ時間特性が得
られた。

この第７図に示した特性からわかるように、Ｉ／Ｓ値を
大にすると始動遅れ時間が短縮されるが、ほぼ７．５Ａ
／ｍｍ”以上とした場合、平衡状態に達していることが
わかる。この試験結果から、本発明においては、ｒｌＳ
値を、Ｉ／Ｓ≧７．５（Ａ／ｍｍ２）に設定するもので
ある。このようにＩ／Ｓ値を設定することにより、より
確実な始動が可能となる。

なお、メタルハライドランプの発光管に用いる石英ガラ
ス容器としては、それぞれ別体に形威した中央発光部分
と両端の径小部とを結合して構或したものもあるが、石
英ガラス容器は熱的に苛酷な条件に設定されるので、上
記結合構戒の容器においては結合部分が高温下でよう化
物による侵食を受け、リークを起こすことがある。した
がって発光管の石英ガラス容器としては、引き落とし加
工により両端径小部を一体的に形成したものが適切であ
る。

また、本実施例においては、放射性核種として９９Ｔｃ
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２．１４Ｘ１０’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１８５と小
さくまた９９１ｃの放射エネルギーもβ線のみで０．２
９２ＭｅＶと小さく、安全性も確保されている。

なお放射能量は１００Ｂｑ以上であれば十分に始動開始
が可能であり、一方１０００８４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Ｘ線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。

〔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、また放射能量が１０
０−１０００Ｂｑ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核種からなる放射線源
を発光管内に封入し、更に電極構或を特定な値に設定し
ているので、良好な色温度特性及び演色性を保持しなが
ら、放射線源への添加封入物の凝縮が防止され、放射線
源から放出される電子線を有効に利用できる。したがっ
て寿命期間に亘り安定した始動特性をもち且つ安全性の
高い高演色性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図は、密封放射線源の構或例を示す図
、第３図は、発光管の電極部分の構威を拡大して示す図
、第４図は、始動特性試験回路を示す図、第５図は、Ｈ
値を変化させた場合の人力電圧と始動遅れ時間との関係
を示す図、第６図は、Ｈ値と始動遅れ時間との関係を示
す図、第７図は、Ｈ値を変えた場合のＩ／Ｓ値と始動遅
れ時間との関係を示す図、第８図ＧＡ），（Ｂ）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ハ曲
ＩＣ　ｆ−ニナ八立八ｔ此帥阿哨ｔ１図において、■は
外管、４は発光管、 電極、７ａ，８ａは電極コイル、７ｂ，極軸、９は密封
放射線源、１５は石英球、を含む石英薄膜、１７は石英
薄膜を示す。 ７，８は ８ｂは電 １６は？’ｔ７ｃ

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
   を設けず電極軸に電極コイルを巻回してなる一対の電極
   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金属よう化物を添加封
   入し、更に放射能量が１００Ｂｑ〜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
   射線源を発光管内に封入し、且つ前記電極の電極コイル
   下端から石英ガラス容器の内壁面までの最短距離をＨ（
   ｍｍ）、電極軸横断面積Ｓ（ｍｍ＾２）に対する電流値
   Ｉ（Ａ）をＩ／Ｓ（Ａ／ｍｍ＾２）としたとき、０＜Ｈ
   ≦０．７ｍｍ、Ｉ／Ｓ≧７．５Ａ／ｍｍ＾２に設定した
   ことを特徴とするメタルハライドランプ。 ２、前記石英ガラス製発光管は、引き落とし加工により
   一体的に形成した両端径小部を備え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。