JPS5916707B2 - 高圧水銀けい光ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、けい光体で塗布された排気可能な透光の外管
と該外管内のガス媒体を利用し、極めて高い放電出力密
度において動作するけい光ランプに関するもので、前記
ガス媒体は電離して紫外線放射並びに青色の可視光線を
放出する水銀原子を励起する。

この種の型のけい光ランプでは、前記ガス媒体は好適に
は５０ないし５００キロヘルツの無線周波数エネルギ源
との電磁結合によって電離される。

放電管内又はその外側にあるフェライト鉄心により前記
電磁結合が行なわれ、無線周波数エネルギ源は相対的に
低電圧を発生する固体発振回路でもよい。

この種の代表的なランプは、けい光体で塗布された排気
可能な透光の外管と該外管内に水銀蒸気を含むガス媒体
を有し、電界によって励起されると紫外線放射並びに全
体的に青色の可視光線を放出する。

前記ランプの構成上の特色は、米国特許第４０１７７６
１号と第４１７６２９６号並びにこれらの特許において
引用された他の米国特許に記載されている。

更に、前記ランプの動作原理は米国特許第３５００１１
８号と卵５２１１２０号に記載されている。

また、前記の型のランプは、本来白熱電球と類似した容
積の球状外管を用いる小型のもので、電極が無くても動
作し、放電は磁気鉄心により極めて高い放電出力密度に
おいて誘導される。

このランプは、白色光をより効果的に発生させるために
白熱電球に置換えられる。

先行技術によるこの種の無電極けい光ランプで達成され
た発光効率の実例としては、前述の米国特許第３５２１
１２０号に３０ワツトのランプが記載されておシ、従来
のケイ燐酸カルシウムのけい光塗装で、４０℃の動作温
度において１ワツトｐり約４０ルーメンの発生光率を示
し、この効率は等しい光束を有する白熱電球の発光効率
の約３倍となっている。

また、従来の管状の低圧水銀けい光ランプの動作温度は
発光効率に大きな影響を与えることが長い間知られてい
る。

前記従来のけい光ランプでは、ランフ壁の最も温度の低
い点（冷点）が動作特性をほとんど決定し、その点は過
分の水銀が凝縮する場所である。

”冷点”温度はヂンプ内の水銀蒸気圧を制御して、けい
光塗装を励起するために利用される紫外線放射量を増加
あるいは減少させる。

この種の従来のけい光ランプは、４２℃前後の冷点温度
において光出力がピークになるように一般に設計され、
その温度において水銀圧力は約７ミリトールである。

この値以上になると、ランプ内に過分の水銀蒸気が存在
し、紫外線放射は単位入力光りのけい光体励起における
減少を伴いつつ、非効率的に再吸収される。

また、前記従来のランプが前記最適の冷点温度以上で動
作すると、発光効率の１５〜２５％又はそれ以上の損失
が生じることもまれではない。

しかしながら、前記従来の管状ランプのランプ外管のけ
い光体塗布壁を通して漏出する水銀蒸気放射による可視
光線の量は、通例可視光線放出量全体の１０％以下であ
るので、前記ランプ放出光の白色点は、冷点温度が変化
してもそれほど変化しない。

従来の管状のけい光ランプの前述した動作特性から明ら
かなように、水銀放電の出力密度が増加するに従い、可
視光線となる放電（こより生じる全放射出力の一部も増
加する。

このことは、可視光線放出量がほぼ直線的に上昇するの
ζこ対して、水銀原子による紫外線放射量の一部が飽和
するために起こるものとして理解される。

従って、極めて高い出力密度において、水銀蒸気放射に
よる可視光線は全可視光線放出量の２５ないし３５％に
達する。

更ｌこは、電力を可視光線ｌこ変換する効率は、前述の
７ミリトールの水銀蒸気圧以上になると、増加し続ける
。

従って、この種のランプに対する総合発光効率は極めて
高い水銀蒸気圧と冷点温度において最大値に達する。

更に結果として、ランプの総合発光効率は出力密度の増
加につれて減少することである。

本発明に対してさらに重要なことは、全体的なランプの
色点が放電の出力密度と冷点温度の両者に太いに依存す
ることである。

また、従来の管状のけい光ランプζこ各種のけい光体を
組合せて用いることも知られている。

この組合せは個々のけい光体成分を混ぜ合せた混合物か
、あるいは、この混合物を含め個々のけい光体成分を多
重層番こしたものが用いられる。

例えば、米国特許第４０７５５３２号には次のように記
載されている。

短かい可視波長（青）区域でピークとなる比較的狭い放
出帯域をもつ第一のけい光体と５７０Ｘ １０−９ｍな
いし６００Ｘ１０−９ｍ（黄）区域の可視スペクトルで
ピークとなる比較的広い放出帯域をもつ第二のけい光体
を用いて混ぜ合せたけい光体であって、この種のけい光
ランプにおいて、改善された発光効率を呈する。

また、従来の管型構造のデラックスけい光ランプよシも
より効果的に白色光を発する別のけい光体の組合せの例
として、ハロりん酸ストロンチウムの゛けい光体とユー
ロピウム活性の酸化イツトリウムのけい光体を用いて混
ぜ合せたけい光体が、米国特許第４０７９２８７号ｌこ
記載されている。

更ζこまた、前記従来の低圧けい光ランプで温白色光を
効率よく発生する他のけい光体の組合せは、六方晶体と
特定希土イオンで活性化された二つのアルミン酸マグネ
シウムのけい光体と、三価のユーロピウムで活性化され
た酸化イツトリウムの第三のけい光体との混合体として
、米国特許第４０８８９２３号に記載されている。

高い発光効率において白熱電球を直接置換えるためにこ
れらのけい光ランプにおいて一般に要求される温白色は
、ハロりん酸カルシウムのけい光体のような従来のハロ
りん酸塩や、あるいは最近開発された、放射出力密度の
あるレベル以上において介種のハロシん酸塩のけい光体
成分を用いるけい光体の組合せでも得ることができない
。

先ず、前記けい光体材料は、温白色のランプ放出光を発
生するための前記高出力密度のけい光ランプから放出さ
れる主要な水銀蒸気放射による可視光線に対して補償す
るように調節され得る色点を欠いている。

もし、冷点温度が温白色（こ近いランプ放出光のための
白色点を生成するよう上記動作温度以下に下げられるな
らば、発光効率ｌこおいて無視できない損失が生じる。

更に、前記ランプの寿命期間中において、同じ従来の・
・口りん酸塩のけい光体を用いる管状のけい光ランプに
生ずるよりもはるかに大きい光束量の低下が見られ、こ
れは高放電出力密度のランプ動作において更に判然とし
ている。

従って、ランプの寿命期間中、相応の発光効率を有して
動作することを、無電極ランプのような高い出力密度の
けい光ランプｌこ可能ならしめ、動作冷点温度の調節に
よりランプ放出光に対する各種の白色点を発生すること
も可能にする改良されたけい光体が望まれる。

上記概説した型式の高出力密度のけい光ランプにおいて
、けい光体を特殊に組合せて用いることによシ、任意の
放電出力密度において低い色温度の白色光放出を行なう
ことが可能になり、しかも甚だしい光束量の減少をきた
すことなく行なえることが発見されたのである。

このけい光ランプの色点は調節可能で、該ランプ内の水
銀蒸気圧を制御する手段が、ランプ動作の色温度を制御
するように具備されている。

更に、本件けい光体の組合せは、色温度が約２６００°
Ｋから４５０ｄ）Ｋとなるようにランプの冷点温度を変
えることで、ランプ放出光の白色点の調節ができる。

この改良ランプは、けい光体で塗布された排気可能な透
光の外管と、該外管内にあって電界で電離され紫外線放
散並びに全体的ｌこ青色の可視光線を放出する水銀蒸気
を含むガス媒体とを有する無電極のけい光ランプのよう
な高出力密度のけい光ランプで一般的に構成され、その
特徴とするところは、ユーロピウム活性の酸化希土類の
けい光体と、六方晶体でセリウムとテルビウムで活性さ
れたアルミン酸マグネシウムのけい光体のような狭い帯
域の緑色を放出するけい光体とを混ぜたけい光体を用い
ることで、該けい光体の組合せが白色の合成されたラン
プ放出光を発生するものである。

約５２７×１０１ｍの波長において尖頭波長となる狭い
帯域の緑色を放出する他のけい光体で、有用と考えられ
ているのは、マンガンで活性化されたけい酸亜鉛である
。

前記緑色を放出するけい光体成分（こ対して望ましい放
出スペクトルは、５２５ないし５７０Ｘ １０−”ｒｎ
の波長の緑色のスペクトルにおける平均波長をもつ狭い
放出帯域である。

前記の改良ランプにおいてランプ動作の冷点温度を変え
ることにより、ランプから出る水銀蒸気放射による青色
の放出光は、ランプ放出光の温白色が効果的に得られる
よう、かつ他の認識される白色点も得られるように調節
される。

このようにして、１ワット当り７０ル一メン以上の発光
効率が、耐用条件を逸脱することなく数千時間のランプ
動作の間、望ましい白色点において、かつ光束量の低下
をきたすことなく達成された。

前記改良されたけい光体は、従来用いられている市販の
けい光体の何れよりも高い出力密度の動作において所望
の色温度を呈しうろことが更ｌこ銘記される。

本発明実施に有用なユーロピウム活性化の酸化希土類の
けい光体は、米国特許第３３０１７９１号番こ記載され
て知られており、この有用なけい光体は水銀蒸気放電で
放出される紫外線放射で励起された時に２００ないし３
００℃の高温時でさえも良好な量子効率と、優れた光束
量の維持を呈している。

それに対応する動作特性を呈する本発明実施に好適なセ
リウムとテルビウムで活性されたアルミン酸マグネシウ
ム希土類のけい光体は、前述の米国特許第４０８８９２
３号及び其の他において開示されている。

このような高出力密度のけい光ランプは比較的高い外管
温度を伴い動作するので、高温時における十分な性能は
不可欠な特徴である。

これらの好ましいけい光体材料の有用な等級は次式で示
される。

Ｃｅ１−ＸＴｂＸＭｇＡ１１１０１゜ ここにＸは凡そ０．２ないし０．５の範囲で、前記けい
光体は何れも六方晶体を有し、オランダ公開特許出願第
７２１４８６２号の製法と共に詳細に記載されている。

また、有用なユーロピウム活性の酸化希土類のけい光体
は次の構造式で示される。

［ＥｕａＲ（１−ａ ）］ ２０ｓ ここ船こＲはイツトリウムとガドリニウムから選ばれた
希土類元素で、ａは約０．０２ないし０．０７の範囲で
ある。

標準の”温白色”卵形の近傍あるいは内部でランプ放出
光の色点を呈示する好適な一実施例においては、約２５
カいし３０重量受のユーロピウム活性の酸化イツ） Ｉ
Ｊウムのけい光体と７０ないし７５重量受の前記セリウ
ムとテルビウムで活性されたアルミン酸マグネシウムの
けい光体から成る均一に混ざり合った混合物は、３５ワ
ツトの大きさの無電極２ンプでランプ試験の開始時に１
ワツｌす７０ルーメンの効率を呈し、且つこの特定ラン
プに対し更に光束維持の明細が確保された。

ランプ放出光の白色点を変えるため前記ランプを動作さ
せる方法は、以下の説細な説明に関連して更ｌこ充分記
載されている。

第１図は代表的なソレノイド電界ランプを示し、ガス放
電媒体を収容するランプ外管内には鉄心がそっくり配置
されている。

第１図を参照すると、ガラス製で実質的に球形又は涙適
状の排気可能なランプ外管１１が、ランプ技術には公知
の技術を用いて形成されている。

ランプ外管の一部は、二本の金属の支持棒１５が貫通さ
れる空間１１ａを形成し、前記支持棒は従来の方法でガ
ラスに結着されて真空密封１６を形成している。

例えばガラス繊維で絶縁された導電材の巻線１７が金属
の支持棒１５間に接続され、閉ループの磁気変圧器鉄心
１８を介してつながれ、これ（こよって鉄心１８はラン
プ外管１１内に支持される。

本実施例では、巻線の両端１７ａは、鉄心１８の軸を支
持棒１５１こ垂直になるように配置される。

特定な巻線配置は、ランプへの動作入力電圧ζこよって
決められる。

代表的には、巻線は巻線入力電圧５ボルト毎に鉄心に→
きするように選んでもよい。

外管内の空間は電離可能なガス１９を収容し、該ガスは
従来のけい光ランプで用いられるガスと化学的には同一
で、例えばクリプトン及び／又はアルゴンという希ガス
と水銀蒸気との混合物から成っていてもよい。

ガラス外管１１の内表面と変圧器１８の外表面は本発明
によるけい光体の混合体２０で塗布される。

水銀蒸気放電より発する紫外線放射により前記けい光体
塗装が励起されると、非常に効果的に黄色を帯びた可視
光線が放出される。

更にこのランプでは、ガス状媒体は３５ワツトのランプ
の設計において全光束放出量の約２５ないし３０楚を含
む青色を帯びた放射光を発生する。

金属又は他の材料から成る熱放出片２１が外管１１の適
描な部分と良好に熱接触して取付けられており、該放田
片の熱的環境を制御することでその温度を外管１１上の
最冷点となるよう調節される。

前記熱放出片の温度を調節することにより、ガス媒体１
９の水銀蒸気圧を制御することが可能となる。

可視の水銀蒸気放電より直接発散する青色を帯びた放射
光の出力に対するけい光体２０より発散する黄色を帯び
た放射光の出力の比は、熱放出片の温度を変えることに
より調節され得る。

ランプ外管の外に、好ましくは口金組立体内に取付けら
れた無線周波数電源２２は、電流を支持棒１５と変圧器
−次巻線１７に流して鉄心を磁界で励磁する。

鉄心はガス１９中に電流を誘導せしめ、該ガスを電離し
、先ず２５４Ｘ１０−９ｍと１８５Ｘ １０−９ｍの波
長で紫外線放射の放出を刺激し、この放出がけい光体２
０を有効に励起し、そしてまた４０５Ｘ１０１ｍ、４３
６Ｘ１０−９７７２゜５４６Ｘ１０−’７７Ｚおよび５
７８Ｘ １０”ｍの可視波長でガス１９からの水銀放射
の放出を刺激する。

従来の放電ランプに特有の方法では、電離ガスは負性イ
ンピダンスを呈し、このため、保護されていない低イン
ピダンスの電源が破壊される。

例えば、安定器のインピダンス２４を従来の方法により
電源２２と支持棒１５に直列に接続して、ガス媒体の負
性インピダンスを平衡させるための充分な正インピダン
スを供給し、電源に正インピダンス負荷を与えて安定動
作を確保してもよい。

あるいは、能動的な安定器の機能を具えるため電源２２
／ｌこ限流手段を組み込んでもよい。

上記ソレノイド電界ランプのより詳細な記載は、前記の
米国特許第４０１７７６４号に見出される。

混合体として本発明のけい光体組合せ物質を用いる上記
型式のランプの放出作用において得られる改良ランプを
更に詳しく記述するために、動作冷点温度の変化と、発
生するランプ放出光の色点の変化とを比較するため３５
ワツトの各種ランプが作られた。

前記３５ワツトのランプは、けい光体塗布面積１平方セ
ンチメートル肖り約４ミリグラムのけい光体を平均的に
塗布して作られ、該ランプ内のガス媒体には約５００ミ
リトールの圧力のクリプトンガスが提供され、所定の冷
点温度において水銀蒸気圧を下げるために錫ビスマスと
鉛の合金でアマルガムにした約１０ミリグラムの水銀が
、冷点区域ζこ挿入された。

前記ランプ試験に用いられた特定のけい光体の組合せは
、構造式％式％ を有する７４重量受の第一のけい光体と、構造式（Ｅｕ
Ｏ−０５ＹＯ−９５）２０３ を有する２６重量楚の第二のけい光体とを用いる混合体
から成り、該けい光体の混合体は、従来の方法をこより
前記３インチ半の直径の電球の内面に施された。

続いて本発明による前記試験ランプを動作させると、公
知のＣ０１，Ｅ方法で測定されるランプ放出光の色点に
変化が生じた。

これについては第２図に示される。

第２図をみると、黒体の軌跡線と、けい元型ランプ用の
色標準として用いられる若干のＡＮＳＩ定義による白色
卵形および本試験ランプにより測定された若干の色点と
を含むＣ，１，Ｅ色度図の一部が示されている。

更に第２図には、前記試験ランプに用いられている２つ
のけい光体成分をこ対する色点と、該ランプより漏れる
可視の水銀蒸気放射光に対する色点とが含寸れている。

第２図の色度図に後者の３つの色点を設定することによ
り、ランプ動作の冷点温度の変化ζこ対するランプ放出
光の色点の移動程度を決定する動作上の関係が更に定義
される。

更に詳細には、前記動作上の関係は、先ず本件けい光体
の組合せに対する色点を通例の混合体線２５の上に位置
づけし、次いで前記色点と漏れ出る水銀蒸気放射光に対
する色点との間に延びる別の混合体線２６を設けること
により設定される。

ランプ動作の冷点温度の変化船こ対するランプ放出光の
色点の移動は、前記混合体線２６に沿って又はこれζこ
近接して行なわれ、該混合体線は、図示されているよう
に標準白色卵形のすべてに近接している。

更にこの色度図には、２８℃、６２℃。６８℃および８
３℃の冷点温度において動作した時の前記試験ランプに
対する４つの色点が示されている。

従って、本発明のけい光体の組合せによれば、このよう
にして温白色卵形の内部にある色点を得ることができる
ばかシでなく、約２６Ｏ，（ｊｌｋから４５００°Ｋま
での広い色温度の範囲にわたって示されている残りの白
色卵形に、ランプ放出光の所望の色点を移動させること
ができる。

上記好適な実施例から、高出力密度型けい光ランプに従
来用いられている従来のけい光体材料を用いるよりもは
るかに低い色温度を達成する２つのけい光体の特殊な組
合せが提供されたことが明らかである。

しかしながら、本発明の要旨と特許請求の範囲を逸脱す
ることなくけい光体成分の組成変化を行なうことにより
図示の実施例に若干の変形を加えることができることも
明らかであろう。

加えて、ランプ構造自体の変化は本発明が特許請求の範
囲で限定されるように意図されるものである。

本発明の実施態様は次の如くである。

（１）白色のランプ放出光の色点がランプの水銀蒸気圧
を制御することにより調節される、特許請求の範囲に記
載のランプ。

（２） ランプの水銀蒸気圧がランプ動作の冷点温度
によって制御される、前記（１）に記載のランプ（３）
外管が球形で、電界が磁気鉄心Ｑこより発生される、特
許請求の範囲に記載のランプ。

（４）第２のけい光体が次式のようにアルミン酸のけい
光体で、 Ｃｅ１−ＸＴｂＸＭｇＡ１１１０１９ Ｘが約０．２ないし０．５の範囲にある、特許請求の範
囲に記載のランプ。

（５）酸化希土類のけい光体が ［ＥｕａＲ（１−ａ ）］２０３ で、Ｒがイツトリウムとガドリニウムから選ばれた希土
類元素で、ａが約０．０２ないし０．０７の範囲にある
、特許請求の範囲に記載のランプ。

（６）混ざり合うけい光体の混合体が重量比で７０ない
し７５重量受のアルミン酸のけい光体と、次式 ％式％ で示す２５ないし３０重量楚の酸化希土類のけい光体か
ら成り、ａが約０．０２ないし０．０７の範囲ζこある
、前記（４）項に記載のランプ。

（７）白色のランプ放出光の色点が標準の温白色卵形の
内部にある、特許請求の範囲に記載のランプ。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気鉄心が完全にランプ外管内ｌこある本発明
によるランプの一実施例を一部断面で表わした側面図、
第２図は本発明の動作原理を示すＣ，１，Ｅ、（Ｘ、Ｙ
）色度図である。 １１・・・外管、１１ａ・・・空間、１５・・・支持棒
、１６・・・密封、１７・・・巻線、１７ａ・・・巻線
端、１８・・・鉄心、１９・・・電離ガス、２０・・・
けい光体の混合体、２１・・・熱放出片、２２・・・無
線周波数電源、２４・・安定器インピダンス、２５・・
・通例の混合体線、２６・・・別の混合体線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ けい光体で塗布された排気可能な透光め外管と、該
   外管自船こ水銀蒸気を含み極めて高い放電出力密度にお
   いて電磁界により励起され７ミ１Ｊ）−ル以上の水銀蒸
   気圧を発生し紫外線放射、および可視のランプ放出光全
   体の少なくとも２５％を占める全体的に青色の可視光線
   の放出を行なうガス媒体とを有し、前記けい光体がユー
   ロピウム活性の酸化希土類の第］のけい光体と、５２５
   Ｘ１０−’ｍと５７０Ｘ１０′７７２の波長間のスペク
   トルの緑色部において平均波長をもつ狭い主放出帯域を
   有する第２のけい光体で構成される混合体で、該混合体
   が励起状態の前記ガス媒体に直接触れて合成された白色
   のランプ放出光を発生することを特徴とする高圧水銀け
   い光ランプ。