JPH0750152A

JPH0750152A - ショートアーク型カドミウム・希ガス放電ランプ

Info

Publication number: JPH0750152A
Application number: JP5209991A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yasuda; 幸夫安田; Akiyasu Yamaguchi; 明康山口; Ryushi Igarashi; 龍志五十嵐; Hiromitsu Matsuno; 博光松野
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1993-08-03
Filing date: 1993-08-03
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】使用するイナートガス種とその適切な封入圧
力により、アーク温度を上昇させ効率的にカドミウム原
子を励起状態としての、及びランプ電流の担体の一つと
してのカドミウムイオンを生成させることで、カドミウ
ムの２１０ｎｍ〜２３０ｎｍまたがる波長域のスペクト
ルを効率良く放射するショートアーク希ガス・カドミウ
ム放電ランプを提供することにある。【構成】保温構造を備えた発光管１に電極間距離１０
ｍｍ以下で電極４、５を対向配置し、２０Ａ以上のラン
プ電流で電極安定型のアークを形成して、Ｃｄイオンか
らの放射光を利用する。そして、封入する希ガスはＮ
ｅ、Ａｒ、Ｋｒの一種類が封入され、その封入ガス圧が
２５℃基準で３５ＫＰａ〜２．５ＭＫａである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カドミウムイオンから
放射される紫外線のうち、Ｃ領域のイオン線を高いエネ
ルギー交換効率で発光させるショートアーク型カドミウ
ム・希ガス放電ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カドミウム蒸気放電ランプ（以下、単に
カドミウムランプと呼ぶ。）において、ランプ内に封入
されるイナートガスは、ランプバルブ内で発光に必要な
金属蒸気圧を得るための保温効果、或いは、グロー放電
からアーク放電への遷移を容易にするという始動特性の
向上という二つの役割を担っている。この事は、従来か
ら実用化されているカドミウムランプにおいても例外で
はなく、イナートガスとして熱伝導率の低いＸｅガスが
しばしば用いられている。例えば、特開昭５５−１０７
５７号公報「短電弧型カドミウム稀ガス放電灯」やドイ
ツパテント１６３９１１２「Metalldampfentladungslam
pe fur phtochemische Zwecke 」に示されているよう
に、Ｘｅガスがイナートガスの良い例として実施例に挙
げられている。しかし、発明者らの研究によれば、イナ
ートガスとしてＸｅガスを選び、その封入圧力と放射さ
れる紫外線２００ｎｍ〜２５０ｎｍにわたる放射光の発
光効率との関係を調べた結果、Ｘｅガスの封入圧力の増
加に伴って、その発光効率が減少することが分かった。

【０００３】ところで、カドミウムランプにおける紫外
線のＣ領域、すなわち２５０ｎｍ以下の波長の発光効率
はカドミウムの蒸気圧とランプ電流によっても制御でき
るとされている。即ち、高い発光効率を得るために、カ
ドミウム蒸気圧を上げ過ぎると中性Ｃｄの２２８．８ｎ
ｍの共鳴線の自己吸収により発光効率は低下する。他
方、カドミウム蒸気圧が低すぎると、発光に関与する励
起状態の分布数密度が減少し、従って発光効率が減少す
る。

【０００４】カドミウムの適切な蒸気圧のもとで、発光
に関与する励起状態への励起を効率良く行うことで発光
効率を上げる目的として、アークのガス温度を上げるの
に発光種の電離電圧より高い電離電圧を有するイトーナ
ガスがしばしば用いられる事は、一般に知られている。
このようの事情の基で、カドミウムランプでは、ランプ
製造時ガス封入が比較的容易であるＸｅガスが使用され
ている。すなわち、カドミウム原子の電離電圧は８．９
９ｅＶであり、Ｘｅのそれは電離電圧は１２．１３ｅＶ
で、上記の上記の条件を満たしている。しかし、発明者
らの研究によれば、アークのガス温度を上げるためにＸ
ｅガスの封入圧力を高くすると、入力エネルギーがカド
ミウムの励起に使用されるのではなく、Ｘｅガスの励起
により多くのエネルギーが消費され、結果的にカドミウ
ムランプの２００ｎｍ〜２５０ｎｍの波長帯域の発光効
率が低下することが分かった。このようなことから、カ
ドミウムの２００ｎｍ〜２５０ｎｍの波長帯域の発光効
率を向上させることが困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
問題点を解決するためになされたもので、その目的とす
るところは、使用するイナートガス種とその適切な封入
圧力により、アーク温度を上昇させ、且つ、効率的にカ
ドミウム原子を励起状態としての、およびランプ電流の
担体としてカドミウムイオンを生成させることで、カド
ミウムの２１０ｎｍ〜２３０ｎｍにまたがる波長域のス
ペクトルを効率良く放射するショートアーク型カドミウ
ム・希ガス放電ランプにを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、保温構造を
備えた発光管内に電極間距離１０ｍｍ以下である一対の
対向電極を備え、２０Ａ以上のランプ電流で電極安定型
のアークを形成し、Ｃｄイオンからの放射光を利用する
ショートアーク型カドミウム・希ガス放電ランプにおい
て、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒの希ガスが一種類以上封入されて
なることを特徴とすることであり、さらに、当該希ガス
の封入圧力が２５℃基準で３５ＫＰａ〜２．５ＭＰａ封
入されてなることを特徴とすることにある。

【０００７】

【作用】以上の構成によれば、ランプ内のアーク放電空
間内で十分に高いアーク温度が達成され、発光元素のイ
オンが高い割合で生成され、ランプ電流の担体の一つと
なりうることができ、電子・原子の衝突過程を経て、発
光に関与する励起状態の分布数密度を上げることができ
る。カドミウムの電離電圧に比べ十分に高い電離電圧を
有する希ガス、すなわち、Ｋｒ、Ａｒ、Ｎｅをイナート
ガスとして用いると、放電空間内のガス温度が上昇し、
励起状態の分布数密度が高くなる。それと同時に、イナ
ートガスのイオン化に比較して、発光種であるカドミウ
ムのイオン化が速やかになり、ランプ電流の担体の一つ
であるイオンとして、発光種のそれが優勢になる。その
イオンは原子・電子と衝突して、２００ｎｍ〜２５０ｎ
ｍの波長域の発光に関与する励起準位の分布数密度を増
加させる。この結果は、封入するガスの圧力の増大と共
に顕著に現れる。封入ガス圧力が低くなると、特に、室
温での圧力が３５ＫＰａ未満では、アーク柱の保温効果
が薄れ、ランプ外界の微小な変化に対しても大きな発光
の擾乱を受けやすくなり、また、アーク柱の温度を上げ
るのにイナートガスの効果が有効に働かず、発光効率の
低下を招く。他方、封入ガス圧が高くなると、発光効率
は著しく上昇するが、ランプ内の動作ガス圧による破壊
強度で決まる封入ガス圧が上限となる。この値は室温で
の封入圧力で２．５ＭＰａである。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明のカドミウムランプの実施例
の説明図である。このカドミウムランプは透光性のガラ
スから成る発光管１の中央部には放電を取り囲む内部空
間２が設けられており、この発光管１の両端に封止部３
が設けられている。内部空間２には陽極５と陰極４がお
互いに対向する位置に配置されている。そして、陽極５
と陰極４の基端部は封止部３の金属箔６に接続され、そ
の各々の金属箔６は外部リード棒７に接続されている。
そして、陽極５と陰極４との電極間距離は、１０ｍｍ以
下であり、アークが電極によって安定に維持される電極
安定型のカドミウムランプである。このカドミウムラン
プの内部空間２には発光主成分であるＣｄが封入さてい
る。そして、このカドミウムランプは以下の条件を具備
している。

【０００９】保温構造を備えた発光管内に電極管距離が
１０ｍｍ以下である一対の対向電極を備え、２０Ａ以上
のランプ電流で電極安定型のアークを形成するショート
アークカドミウム・希ガス放電ランプにおいて、Ｎｅ、
Ａｒ、Ｋｒの希ガスが一種類が封入されて成る事を特徴
とするショートアークカドミウム・希ガス放電ランプで
ある。又、当該希ガスの封入圧力が２５℃基準で３５Ｋ
Ｐａ〜２．５ＭＰａ封入されて成る事を特徴とする前記
のショートアークカドミウム・希ガス放電ランプであ
る。封入される発光主成分Ｃｄは、ハロゲン化合物とし
て封入しても良い。産業用に利用できる発光強度を得る
べくＣｄの蒸気圧を高くするためには、２重構造の外管
を設けるたり、その他の保温構造を有しても良い。この
ような構成のカドミウムランプにおいて、ランプ電流が
２０Ａ未満で点灯すると、十分な放射強度が得られな
し、また、電極間距離が１０ｍｍを越えると、電極安定
型のアークが形成しにくくなる。

【００１０】上記に説明したカドミウムランプにおい
て、電極距離を５ｍｍで、発光管内容積を２５ｃｃのラ
ンプに１６ｍｇの金属カドミウムを封入し、従来から使
用されているイナートガスであるＸｅガスを封入した比
較例カドミウムランプＡ〜Ｃと、希ガスＫｒ、Ａｒ、Ｎ
ｅをイナートガスとして封入した本発明に係るカドミウ
ムランプＤ〜Ｋの合計１１本の試作ランプを製作した。
以下に、各カドミウムランプの封入ガスの種類と封入圧
力を記載する。カドミウムランプＡ・・・Ｘｅガス，０．０５ＭＰａカドミウムランプＢ・・・Ｘｅガス，０．３６ＭＰａカドミウムランプＣ・・・Ｘｅガス，１．００ＭＰａカドミウムランプＤ・・・Ｋｒガス，０．０４ＭＰａカドミウムランプＥ・・・Ｋｒガス，０．３４ＭＰａカドミウムランプＦ・・・Ｋｒガス，０．８９ＭＰａカドミウムランプＧ・・・Ａｒガス，０．０４ＭＰａカドミウムランプＨ・・・Ａｒガス，０．３０ＭＰａカドミウムランプＩ・・・Ａｒガス，１．１０ＭＰａカドミウムランプＪ・・・Ｎｅガス，０．０５ＭＰａカドミウムランプＫ・・・Ｎｅガス，０．２２ＭＰａ

【００１１】これらのカドミウムランプ中でカドミウム
ランプＨをランプ電流７０．５Ａ、ランプ電圧２３．１
Ｖで点灯し、３０分を経て、重水素ランプとハロゲンラ
ンプで較正された分光装置にて測定した。この装置を用
いて測定したカドミウムランプから放射される２００ｎ
ｍ〜２５０ｎｍにまたがる波長域の相対的分光分布スペ
クトルの一例を図２に示す。

【００１２】この測定された相対分光放射スペクトルを
２１４ｎｍ〜２２１ｎｍにわたり積分した値を相対放射
強度として、Ｑで表し、ランプの相対的発光効率ηを次
式で定義する。 η＝Ｑ／（Ｉ_L・Ｖ_L）ここで、Ｉ_Lはランプ点灯時のランプ電流、Ｖ_Lはラン
プ電圧を表す。従来より使用されているＸｅガスを常温
で０．３６ＭＰａ封入したカドミウムランプＢの相対的
発光効率ηを１として、比較ランプと本発明のランプの
比較を行う。封入ガス種と封入ガス圧力をパラメータと
して、従来型カドミウムランプＡ〜Ｃと本発明カドミウ
ムランプＤ〜Ｋの実験結果の比較の一例を図３のデータ
に示す。

【００１３】図３で明かな様に、比較基準としたカドミ
ウムランプＢの１．５０以上の効率の改善はＫｒ、Ａ
ｒ、Ｎｅガスをイナートガスとして用いることで可能と
なる。中でもＡｒ及びＮｅを０．１ＭＰａ以上封入する
と、その効率向上は、Ｘｅの比較例に対して、Ａｒでは
２．０１倍〜２．６３倍、Ｎｅでは２．１４倍にも達
し、その改善は著しいことが判る。また、このデータで
は、Ｘｅを常温で０．３６ＭＰａ封入してランプＢでの
相対発光効率を１に規格化して、相対発光効率が１．５
０倍以上を顕著な発光効率の向上が認められる例とし
た。

【００１４】封入ガス圧力に対する発光効率の実験結果
を、図３の結果と併せて、図４に示す。図４は、定格消
費電力２ＫＷ、電流５０〜１００Ａのカドミウムランプ
において、封入ガスをパラメータとした相対発光効率の
データの説明図である。封入するガス圧は常温での圧力
を示し、封入ガス種をパラメータに採って示す。なお、
横軸の目盛りは対数目盛りである。この図４からも理解
されるように、イナートガスが３５ＫＰａ以上では、Ｋ
ｒ、Ａｒ、Ｎｅをイナートガスとしたカドミウムランプ
は、Ｘｅをイナートガスとしたカドミウムランプよりも
発光効率が良いことが分かる。イナートガスＫｒ、Ａ
ｒ、Ｎｅを３５ＫＰａ未満に封入するとＸｅガスに比べ
て僅かに大きいか同程度の効率向上が得られるが、顕著
な効果は認められなかった。

【００１５】本実験で、カドミウムランプＧを用いて、
相対的発光率と入力電流の関係を調べた結果、５０Ａ〜
１３０Ａの範囲でランプ電流を種々変えて点灯しても、
相対的発光効率の変化量は約５％以内で有意の差は見ら
れなかった。すなわち、ランプ電流５０Ａ、入力電力
０．９７ＫＷで、Ｑの値は１５２で、η＝１．５７、ま
た、ランプ電流１３０Ａの時入力電力２．７３ＫＷで、
Ｑの値は４１２で、η＝１．５２であった。

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、アーク内のガス温度が高くなり、発光種のイオン
がランプ電流の主な担体となり、効率的に発光種の励起
を生じさせ、発光に関与する高励起状態の分布数密度が
高くなるので、短波長紫外線の出力が高いショートアー
ク型カドミウム・希ガス放電ランプを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるカドミウムランプの一実施例の
説明用断面図である。

【図２】金属カドミウム１６ｍｇ、希ガスＡｒガス０．
３０ＭＰａ、ランプ電流７０．５Ａ、ランプ電圧２３．
１Ｖで点灯したカドミウムランプの２００ｎｍ〜２５０
ｎｍにまたがる放射波長域の相対分光スペクトルを示
す。

【図３】本発明のカドミウムアランプと従来のカドミウ
ムランプについて、封入ガス種と封入ガス圧力をパラメ
ータとした実験結果のデータの説明図である。

【図４】希ガスＸｅ、Ｋｒ、Ａｒ、Ｎｅのそれぞれの封
入ガス圧の変化とそれに対する相対発光効率の変化の実
験結果のデータの説明図である。

【符号の説明】

１発光管２内部空間３封止部４陰極５陽極６金属箔７外部リード棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松野博光兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】保温構造を備えた発光管内に電極間距離
１０ｍｍ以下である一対の対向電極を備え、２０Ａ以上
のランプ電流で電極安定型のアークを形成し、Ｃｄイオ
ンからの放射光を利用するショートアーク型カドミウム
・希ガス放電ランプにおいて、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒの希ガスが一種類以上封入されてなる
ことを特徴とするショートアーク型カドミウム・希ガス
放電ランプ。
【請求項２】当該希ガスの封入圧力が２５℃基準で３
５ＫＰａ〜２．５ＭＰａ封入されてなることを特徴とす
る前記請求項１記載のショートアーク型カドミウム・希
ガス放電ランプ。