JPH03250551A

JPH03250551A - 金属蒸気放電灯

Info

Publication number: JPH03250551A
Application number: JP21586690A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Oyama; 大山　将允; Tetsuo Fuse; 布施　哲夫; Akiyasu Yamaguchi; 明康山口
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1991-11-08
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3176364B2

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〕本発明は、紫外線源として使用される金属蒸気放電灯に
関する。

〔従来の技術〕

光化学反応、論料やインキの硬化等の技術分野において
は、一般に波長域が２８０〜４００　ｎｍの紫外線が利
用されるが、そのような紫外線源として、通常、金属蒸
気放電灯が使用される。そして金属蒸気放電灯において
、波長域が２８０〜４００　ｎｍの紫外線の放射強度を
高めるためには、３５０〜４００ｎｍの波長域に連続ス
ペクトルを有する鉄を水銀とともに発光管の内部に封入
することが有効である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、鉄が封入された従来の金属蒸気放電灯では、点
灯時間の経過とともに鉄が発光管の内壁に付着して薄膜
が形成されるため、発光に寄与する鉄の量が減少し、ま
たこの鉄の薄膜によって紫外線の透過が阻害されて紫外
線の放射強度が経時的に大幅に低下する問題がある。

また、発光管内に設けられた一対の電極間の距離が特に
７５０ｍｍ以上であるような長い発光長を有し、鉄が封
入された金属蒸気放電灯は、それが水平方向に伸びる姿
勢で点灯された場合にも、鉄の発光スペクトルの強度分
布が発光管の管軸方向において不均一となる問題がある
ことが判明した。

これは、発光管内において鉄の分布が均一とならず、中
央部のみまたは片側のみに集中することによると考えら
れる。さらに、発光長が長い場合には、安定なアークが
形成されず、アークに部分的なあるいは全体的なゆらぎ
が生ずる問題がある。

紫外線源として使用される金属蒸気放電灯において、上
記のような発光スペクトル強度の不均一や、アークのゆ
らぎが発生すると、当然の結果として安定な紫外線照射
を行うことができない。また、アークにゆらぎが発生す
ると、ハロゲンサイクルが阻害されて発光管の内壁に鉄
が付着する現象が促進される、という問題もある。

本発明は、以上の問題を解決するためになされたもので
あって、第１の目的は、発光管内に鉄が封入されていな
がら、発光管の内壁に鉄が付着しない金属蒸気放電灯を
提供することにある。

本発明の第２の目的は、発光管内に鉄が封入され、長い
発光長を育しながら、発光管の内壁に鉄が付着せず、さ
らに均一な鉄の発光スペクトルの強度分布が得られる金
属蒸気放電灯を提供するにある。

本発明の第３の目的は、発光管内に鉄が封入され、長い
発光長を有しながら、ゆらぎのない安定なアークが形成
される金属蒸気放電灯を提供することにある。

本発明の第４の目的は、発光管内に鉄が封入され、長い
発光長を有しながら、発光管の内壁に鉄が付着すること
がなく、均一な鉄の発光スペクトルの強度分布が得られ
、さらにゆらぎのない安定なアークが形成される金属蒸
気放電灯を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の金属蒸気放電灯は、発光管の内部に、水銀と、
希ガスと、鉄と、ハロゲンとともにビスマスが封入され
てなり、ビスマスの鉄に対するグラム原子数比Ｂｉ／Ｆ
ｅが１／２０〜６／ｌであることを特徴とする。

また、内径が１８〜３５ｍｍの長尺な発光管内に一対の
電極が７５Ｏｎｏｎ以上の電極間距離で設けられ、当該
発光管の内部に、当該発光管の内容積ｉｃｅ当り０．６
〜２．０ｍｇとなる量の水銀と、希ガスと、鉄と、ハロ
ゲンとともにビスマスが封入されてなり、ビスマスの鉄
に対するグラム原子数比Ｂｉ／Ｆｅが１／２０〜６／Ｉ
であることを特徴とする。

さらに、内径が１８〜３５ｍｍの長尺な発光管内に一対
の電極が７５０ｍｍ以上の電極間距離で設けられ、当該
発光管の内部に、水銀と、希ガスと、鉄と、ハロゲンと
ともにビスマスが封入されてなり、ビスマスの水銀に対
するグラム原子数比Ｂｉ／Ｈｇが１　／２０００〜ｌ／
２５であることを特徴とする。

また、内径が１８〜３５ｍｍの長尺な発光管内に一対の
電極が７５０ｍｍ以上の電極間距離で設けられ、当該発
光管の内部に、当該発光管の内容積１ｃｃ当り０．６〜
２．０ｍｇとなる量の水銀と、希ガスと、鉄と、ハロゲ
ンとともにビスマスが封入されてなり、ビスマスの鉄に
対するグラム原子数比Ｂｉ／Ｆｅが１／２０〜６／１で
、かつ、ビスマスの水銀に対するグラム原子数比Ｂｉ／
Ｈｇカ月／２０００〜１／２５であることを特徴とする
。

〔作用〕

以上の構成の金属蒸気放電灯においては、鉄とともにビ
スマスが封入され、しかもビスマスの封入量が鉄に対し
て特定の範囲内であることにより、鉄と水銀の発光スペ
クトルに悪影響を与えることなしに発光管の内壁に鉄が
付着することが有効に防止される。

また、発光長が長い金属蒸気放電灯において、鉄ととも
に特定の範囲の量でビスマスが封入されること、および
発光管の内容積１ｃｃ当りの水銀の封入量が特定の範囲
内であることにより、鉄と水銀の発光スペクトルに悪影
響を与えることなしに発光管の内壁に鉄が付着すること
が有効に防止され、さらに均一な鉄の発光スペクトルの
強度分布が得られる。

また、発光長か長い金属蒸気放電灯において、鉄ととも
にビスマスが封入され、しかもビスマスの封入量が水銀
に対して特定の範囲内であることにより、アークが安定
でゆらぎのないアークが形成される。

さらに、発光長が長い金属蒸気放電灯において、鉄とと
もに特定の範囲の量でビスマスが封入されること、発光
管の内容積１ｃｃ当りの水銀の封入量が特定の範囲内で
あること、並びにビスマスの封入量が水銀に対して特定
の範囲内であることにより、鉄と水銀の発光スペクトル
に悪影響を与えることなしに発光管の内壁に鉄か付着す
ることか有効に防止され、さらに均一な鉄の発光スペク
トルの強度分布が得られ、しかもアークが安定でゆらぎ
のないアークが形成される。

〔実施例〕

以下、図面によって本発明の実施例を具体的に説明する
。

実施例１第１図は本発明に係る金属蒸気放電灯の基本的構成の一
例を示す。この金属蒸気放電灯は、石英ガラスからなる
長尺な発光管ｌ内の両端において一対の電極２が互いに
管軸方向に対向するよう配置され、発光管１の両端のシ
ール部１１に封止されたモリブデンよりなる金属箔３を
介して、電極２と外部リード４とが電気的に接続されて
いる。

以上の構成に従い、内径が２２ｍｍの発光管内に下記の
封入物を封入して、電極間距離２５０ｍｍ、定格消費電
力４ＫＷの金属蒸気放電灯を作製した。

封入物：金属水銀・・・１２０ｍｇ、沃化水銀・・・１
２ｍｇ、鉄・・・４ｍｇ、沃化ビスマス・・・５．３ｍ
ｇ、キセノンガス・・・２０ｍｍＨｇここに、ビスマスの鉄に対するグラム原子数比は１／８
である。

この金属蒸気放電灯を消費電力４ＫＷ（ランプ電流１２
．２Ａ、ランプ電圧３６５Ｖ）で１０００時間連続点灯
させたが、発光管の内壁に鉄は全く付着せず、鉄の薄膜
は形成されなかった。またこの点灯実験において、波長
域２８０〜４００　ｎｍの紫外線の放射強度を測定した
が、第２図に曲線Ａで示すように、紫外線の放射強度の
経時変化は非常に小さく、点灯時間が１０００時間を経
過した時点の点灯初期の放射強度に対する出力維持率は
９０％であった。

一方、上記と同一の構成を有し、封入物のうち沃化ビス
マスを除外し、その他は同様にしてビスマスが封入され
ていない比較用の金属蒸気放電灯を作製し、上記と同様
にして点灯させたところ、点灯初期には同等の紫外線放
射強度が得られたが、点灯時間が数十時間を経過した頃
から発光管の内壁に鉄が付着し始め、鉄の薄膜の形成が
認められた。この比較用の金属蒸気放電灯の紫外線の放
射強度の経時変化は第２図に曲線ａで示すとおりてあり
、点灯時間が１０００時間を経過した時点の出力維持率
は５１％であった。

以上のように、発光管内にビスマスを封入することによ
って鉄の付着が防止されることを見出したことから、さ
らに有効なビスマスの封入量を求めるため、ビスマスの
封入量の変化によって紫外線の放射状態がどのように変
化するかを調べた。

すなわち、ビスマスの鉄に対するグラム原子数比を変化
させた他は同一の構成によって金属蒸気放電灯を作製し
、同一の条件で点灯させて点灯初期の紫外線放射強度（
ビスマスが封入されていない場合を１００としたときの
相対値）および連続点灯時間が１０００時間を経過した
時点の出力維持率並びに発光管の鉄の付着状態を観察し
た。結果を第１表に示す。

第１表から明らかなように、鉄に対するビスマスのグラ
ム原子数比Ｂｉ／Ｆｅが１／２０〜６／１という特定の
範囲内であれば、点灯初期にビスマスを封入しないとき
と同等に高い紫外線放射強度が得られるとともに、鉄の
発光管の内壁への付着を有効に防止することができ、波
長域２８０〜４００ｎｍの紫外線が高い放射強度で長時
間にわたり安定に放射される。

これに対して、ビスマスの封入量が少なくて当該グラム
原子数比Ｂｉ／Ｆｅがｌ／２０未満であると、鉄の発光
管の内壁への付着が発生して点灯時間の経過とともに波
長域２８０〜４００　ｎｍの紫外線出力が大きく低下す
る。またビスマスの封入量が多くて当該グラム原子数比
Ｂｉ／Ｆｅが６／１を超える場合には、点灯初期におけ
る水銀および鉄の発光スペクトル強度が大幅に低くなる
。

以上のように、鉄に対するビスマスのグラム原子数比Ｂ
ｉ／Ｆｅが１／２０〜６／１という特定の範囲内であれ
ば、ビスマスを封入することによって、鉄と水銀の発光
スペクトルに悪影響を与えることなしに鉄の付着が防止
される。当該グラム原子数比Ｂｉ／Ｆｅは特に１／１０
〜３／１であることが好ましい。

実施例２第１図に示した構成に従い、内径が２２ｍｎの発光管内
に下記の封入物を封入して、電極間距離１４５０ｍｍ、
定格消費電力２４ＫＷの金属蒸気放電灯を作製した。

封入物：金属水銀・・・８００ｍｇ、沃化水銀・・・５
０ｍｇ、鉄・・・８　ｍｇ、沃化ビスマス・・・４２ｍ
ｇ、キセノンガス・・・２０ｍｍＨｇここに、発光管の内容積１ｃｃ当たりの水銀の封入量は
約１．４ｍｇ、ビスマスの鉄に対するグラム原子数比は
Ｉ／２である。

この金属蒸気放電灯を消費電力２４ＫＷ（ランプ電流１
１．８Ａ、ランプ電圧２２６０Ｖ）　テ１０００時間連
続点灯させたところ、実施例１の場合と同様の結果が得
られた。すなわち、点灯初期はビスマスが封入されてい
ないものと同様の高い紫外線放射強度を示し、点灯時間
が１０００時間を経過した時点においても、発光管の内
壁に鉄の付着は全く認められず、出力維持率は８８％で
あった。

また、この金属蒸気放電灯について、発光管の管軸方向
における鉄の発光スペクトルの強度分布を調べたところ
、第３図に曲線Ｂで示すように発光管の全長にわたって
高い均一性を示すことが確認された。しかもこの状態は
、点灯周波数を４５〜６５Ｈｚの間で変化させたときに
も、特に変動することはなかった。

一方、上記と同一の構成を有し、封入物のうち沃化ビス
マスを除外し、その他は同様にしてビスマスが封入され
ていない比較用の金属蒸気放電灯を作製し、上記と同様
にして点灯させたところ、点灯初期には同等の紫外線放
射強度か得られたか、点灯時間が数十時間を経過した頃
から発光管の内壁に鉄が付着し始め、鉄の薄膜の形成が
認められた。この比較用の金属蒸気放電灯の紫外線の放
射強度の経時変化は第２図の曲線ａと同様であり、点灯
時間が１０００時間を経過した時点の出力維持率は約５
０％であった。

また、前記実施例と同一の構成を有し、封入される水銀
の全量を２８０ｍｇ　（発光管の内容積１ｃｃ当たりの
水銀の封入量は約０．５ｍｇである）に変更し、その他
は同様にして比較用の金属蒸気放電灯を作製し、上記と
同様の条件で点灯させて鉄の発光スベクトルの強度分布
を調べたところ、第３図に曲線すで示すように、鉄の発
光スペクトルが強く放射されている部分は発光管の一方
の端部側のみてあり、他方の端部側では鉄の発光は大幅
に低下していた。しかもこの不均一状態は時間の経過と
ともに変動し、鉄の発光スペクトルが強く放射されてい
る発光管の伺所が移動し、点灯周波数を変化させたとき
も同様であった。

以上のように、ビスマスを封入した場合に、長尺な発光
管における鉄の発光スペクトルの強度分布の均一性が水
銀の封入量によって異なる現象を見出しことから、さら
に有効な水銀の封入量を求めるため、水銀の封入量の変
化によって鉄の発光スペクトルの強度分布がどのように
変化するかを調べた。すなわち、水銀の封入量のみを変
化させた他は同一の構成によって金属蒸気放電灯を作製
して同一の条件で点灯させ、発光管の管軸方向における
鉄の発光スペクトルの強度分布を調べ、不均一性の程度
を表わす分布の幅を知るために、発光強度の最小値に対
する最大値の割合を求めた。

結果を第２表に示す。

第２表のように、発光管の内容積ｌｅｅ当たりの水銀の
封入量が０．６〜２．０ｍｇの範囲では、鉄の発光スペ
クトルの強度分布は全体に均一であった。

しかし水銀の封入量が０．６ｍｇ／ｃｃ未溝の場合は既
述のように鉄の発光スペクトル強度分布が非常に不均一
となり、また２、０ｍｇ／ｃｃを超えると、アークが細
くなって電極近傍で上方へ持ち上がったり、全体に上方
へ持ち上がったりして安定せず、アークと触れる部位の
発光管壁に失透が生じた。

実施例３第１図に示した構成に従い、内径が３２ｍｍの発光管内
に下記の封入物を封入して、電極間距離１４５０ｍｍ、
定格消費電力３４．８ＫＷの金属蒸気放電灯を作製した
。

封入物：金属水銀・・・１４００ｍｇ、沃化水銀・・・
５５ｍｇ、鉄・・・１０ｍｇ、沃化ビスマス・・・４５
ｍｇ、キセノンガス・・・５０ｍｍＨｇここに、発光管の内容積１ｃｃ当たりの水銀の封入量は
約１．２ｍｇ、ビスマスの鉄に対するグラム原子数比は
１　／２．３５である。

この金属蒸気放電灯を消費電力３４．８ＫＷ　（ランプ
電流１１Ａ、ランプ電圧３５１５Ｖ）　テ１ｏｏｏ時間
連続点灯させたところ、実施例１の場合と同様の結果が
得られた。すなわち、点灯初期にはビスマスが封入され
ていないものと同様の高い紫外線放射強度を示し、また
点灯時間が１０００時間を経過した時点においても、発
光管の内壁に鉄の付着は全く認められず、出力維持率は
８９％であった。

一方、上記と同一の構成を有し、封入物のうち沃化ビス
マスを除外し、その他は同様にしてビスマスが封入され
ていない比較用の金属蒸気放電灯を作製し、上記と同様
にして点灯させたところ、点灯初期には同等の紫外線放
射強度が得られたか、点灯時間が数十時間を経過した頃
から発光管の内壁に鉄が付着し始め、鉄の薄膜の形成が
認められた。この比較用の金属蒸気放電灯の紫外線の放
射強度の経時変化は第２図の曲線ａと同様であり、点灯
時間が１０００時間を経過した時点の出力維持率は約５
０％であった。

また、この実施例と同じ金属蒸気放電灯について、発光
管の管軸方向における鉄の発光スペクトルの強度分布を
調べたところ、第３図の曲線Ｂと同様に発光管の全長に
わたって高い均一性を示すことが確認された。しかもこ
の状態は、点灯周波数を４５〜６５Ｈｚの間で変化させ
たときにも、特に変動することはなかった。

一方、上記と同一の構成を有し、封入される水銀の全量
を５９０ｍｇ　（発光管の内容積１ｃｃ当たりの水銀の
封入量は約０．５ｍｇである）に変更し、その他は同様
にして比較用の金属蒸気放電灯を作製し、上記と同様の
条件で点灯させて鉄の発光スペクトルの強度分布を調べ
たところ、第３図の曲線すと同様に、鉄の発光スペクト
ルが強く放射されている部分は発光管の一方の端部側の
みてあり、他方の端部側では鉄の発光は大幅に低下して
いた。この不均一性の状態は時間の経過とともに変動し
、また点灯周波数を変化させたときも変動した。

また、水銀の封入量が鉄の発光スペクトルの強度分布に
及ぼす影響を調べた結果は第２表と同様であり、発光管
の内容積１ｃｃ当たりの水銀の封入量が０．６〜２、Ｏ
ｍｇの範囲では均一な鉄の発光スペクトル強度が得られ
た。

実施例４第１図に示した構成に従い、内径が２２ｍｍの発光管内
に下記の封入物を封入して、電極間距離１４５０ｍｍ、
定格消費電力２４ＫＷの金属蒸気放電灯を作製した。

封入物：金属水銀・・・１．０ｍｇ／ｃｃ、沃化鉄・・
・０．０６ｍｇ／ｃｃ、沃化ビスマス−０，０３ｍｇ／
　ｃｃ、キセノンガス・・・３０ｍｍＨｇここに、ビスマスの水銀に対するグラム原子数比は１／
１００である。

この金属蒸気放電灯を消費電力２４ＫＷ（ランプ電流１
１．８Ａ、ランプ電圧２２６０Ｖ　’）で点灯させたと
ころ、アーク５の状態は第４図に模式的に示すようにき
わめて良好で安定しており、ゆらぎは全く認められず、
波長域２８０〜４００ｎｍの紫外線の放射強度は安定で
あり、連続点灯１０００時間後に、発光管の内壁への鉄
の付着は生じていなかった。

一方、上記と同一の構成を有し、封入物のうち沃化ビス
マスを除外し、その他は同様にしてビスマスが封入され
ていない比較用の金属蒸気放電灯を作製し、上記と同様
にして点灯させたところ、第５図に模式的に示すように
、発光管の全長にわたってアーク５にゆらぎが生じ、波
長域２８０〜４００ｎｍの紫外線の放射強度が不安定で
あった。さらに、連続点灯１０００時間後に、発光管の
内壁に鉄が付着しており、ハロゲンサイクルが十分でな
いものと認められた。

以上のように、ビスマスを封入することによって、鉄を
封入した長尺な発光管ではアークのゆらぎが消失するこ
とを見出したことから、ビスマスの水銀に対する割合を
変化させた他は同一の構成によって金属蒸気放電灯を作
製し、同一の条件で点灯させてアークの状態を観察した
。その結果、水銀に対するビスマスのグラム原子数比Ｂ
ｉ／Ｈｇか１　／２０００〜ｌ／２５の範囲ではゆらぎ
のない良好で安定なアークが形成され、波長域２８０〜
４００　ｎｍの紫外線の放射強度が安定に得られること
が確認された。

これに対して、当該グラム原子数比Ｂｉ／Ｈｇが１　／
２０００未満の場合にはアークのゆらぎが大きく、一方
、当該グラム原子数比Ｂｉ／Ｈｇが１／２５を超える場
合には、水銀の発光スペクトル強度が著しく低下し、波
長域２８０〜４００　ｎｍの紫外線の放射強度が不十分
であった。

以上において、発光管内に封入される封入物の形態は限
定されず、例えばビスマスは金属ビスマスの形態であっ
ても、ハロゲン化ビスマスの形態であってもよい。希ガ
スとしてはキセノン以外にアルゴン、クリプトン、ネオ
ンなとを単独でまたは２種以上を混合して用いてもよい
。

〔発明の効果〕

本発明の金属蒸気放電灯によれば、鉄に対して特定の量
のビスマスが封入されているのて、鉄および水銀の発光
スペクトル強度に悪影響を与えることなしに発光管の内
壁への鉄の付着を十分有効に防止することができ、従っ
て波長域２８０〜４００ｎｍの紫外線を高い放射強度で
長時間にわたり安定に放射することができ、また発光長が長い場合にも、さらに発光管内の単位容積
当たりの水銀の量が特定の範囲内とされることにより、
発光管の管軸方向における鉄の発光スペクトル強度が十
分均一で安定な紫外線放射が得られ、さらに発光長が長い場合において、ビスマスの水銀に対
する割合を特定の範囲内とすることによリ、ゆらぎのな
い良好で安定なアークが形成されて有利な紫外線放射が
達成される。

このように、本発明の金属蒸気放電灯によれば所要の紫
外線を安定した放射強度で良好に放射させることができ
、種々の技術分野において均一な紫外線照射を有利に達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属蒸気放電灯の基本的構成を示す断面図、第
２図は波長域２８０〜４００　ｎｍの紫外線放射強度の
経時変化を示す特性曲線図、第３図は発光管の管軸方向
における鉄の発光スペクトルの強度分布を示す特性曲線
図、第４図は本発明に係る金属蒸気放電灯のアークの状
態を模式的に示す説明図、第５図は比較用の金属蒸気放
電灯のアークの状態を模式的に示す説明図である。ｌ・・・発光管　　　　　　１１・・・シール部２・・
・電極　　　　　　　３・・・金属箔４・・・外部リー
ド　　　　５・・・アーク−Ａ−４図＋５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発光管の内部に、水銀と、希ガスと、鉄と、ハロ
ゲンとともにビスマスが封入されてなり、ビスマスの鉄
に対するグラム原子数比Ｂｉ／Ｆｅが１／２０〜６／１
であることを特徴とする金属蒸気放電灯。
（２）内径が１８〜３５ｍｍの長尺な発光管内に一対の
電極が７５０ｍｍ以上の電極間距離で設けられ、当該発
光管の内部に、当該発光管の内容積１ｃｃ当り０．６〜
２．０ｍｇとなる量の水銀と、希ガスと、鉄と、ハロゲ
ンとともにビスマスが封入されてなり、ビスマスの鉄に
対するグラム原子数比Ｂｉ／Ｆｅが１／２０〜６／１で
あることを特徴とする金属蒸気放電灯。
（３）内径が１８〜３５ｍｍの長尺な発光管内に一対の
電極が７５０ｍｍ以上の電極間距離で設けられ、当該発
光管の内部に、水銀と、希ガスと、鉄と、ハロゲンとと
もにビスマスが封入されてなり、ビスマスの水銀に対す
るグラム原子数比Ｂｉ／Ｈｇが１／２０００〜１／２５
であることを特徴とする金属蒸気放電灯。
（４）内径が１８〜３５ｍｍの長尺な発光管内に一対の
電極が７５０ｍｍ以上の電極間距離で設けられ、当該発
光管の内部に、当該発光管の内容積１ｃｃ当り０．６〜
２．０ｍｇとなる量の水銀と、希ガスと、鉄と、ハロゲ
ンとともにビスマスが封入されてなり、ビスマスの鉄に
対するグラム原子数比Ｂｉ／Ｆｅが１／２０〜６／１で
、かつ、ビスマスの水銀に対するグラム原子数比Ｂｉ／
Ｈｇが１／２０００〜１／２５であることを特徴とする
金属蒸気放電灯。