JPS6034221B2 - 金属蒸気放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は発光管内に封入される電子放射性物質（ヱミ
ッター）を変更した金属蒸気放電灯に関する。

たとえばメタルハライドランプは、電圧をＥＯ力ロして
から起動するまでの始動性を容易にするため、ェミツタ
としてナトリウム（Ｔｈ）または酸化ナトリウム（Ｔｈ
ｏ２）に電極に混入もしくは塗布して発光管内に封入し
、このトリウムのＱ崩壊に誘発されて発生する電子を放
電開始の種として利用している。

すなわち、従来のメタルハラィドランプたとえば４００
Ｗ形のものは電極に酸化ナトリウムを２０の９塗着して
いる。トリウムはその半減期Ｔが１．４×１びｏ年であ
ることが知られており、酸化ナトリウム２の９中のトリ
ウム原子の数はおよそ４．５４×１び９個であり、トリ
ウムの全崩壊定数は１．６×１０‐１もｅｃ‐１である
から、酸化ナトリウム２０側中におけるトリウムは毎秒
平均約７２個崩壊されると考えられる。１個のＱ粒子に
つき１個の電子が作り出されるものと仮定すれば２０の
９中におけるトリウムの毎秒の初期電子数Ｑはおよそ７
２となる。

一方、ランプに電圧が印加されて始動するまでの平均始
動時間ｙは、放電開始に到るまでの初期電子がいつ放出
されたかという確率的平均時間であって、この平均始動
時間ッは、電極から放射される毎秒当りの初期電子数Ｑ
と、その放出電子１個が放電を開始させる確率Ｐとの関
数により、７＝点・・・ｍ で与えられる。

したがって２０の夕の酸化ナトリウムにおけるＱは７２
であり、Ｐは大体において０．５ぐらいと考えられてい
るため、この種ランプでは丁＝０．０２親砂となり、電
圧印加後瞬時に放電を開始するものである。

これに対してトリウムを全く使用しないランプの場合に
は毎秒の初期電子数Ｑを供給する源は宇宙線などのよう
に天然放射線によるものだけであり、数秒に１回程度で
あってＱ；０．１程度となり、↑３２の砂、となってし
まう。

すなわちトリウムを使用しないランプは平均して始動時
間は２の妙・程度となり、電圧印加後２硯秒、程度待た
なければ始動が開始されないということであって、ラン
プによっては電圧印加後１分間以上も始動しないものが
、およそ５％の確率で発生することもある。さらに、特
に放電開始電圧が高いランプは始動時にパルス電圧を必
要としており、このようなランプはパルス電圧を印加し
ている間のみに放電開始の確率Ｐが存在するから、この
ようなランプでトリウムを使用しないものは、平均とし
てＰ３０．０１程度となり、したがって↑３１００の砂
前後にも達することになり、電圧印加後平均２び分、場
合によっては１時間近くも放電を開始しないことになる
。このように、トリウムを使用することは放電開始を容
易にして始動時間の短縮に寄与するものであるが、トリ
ウムは前述の通り半減期が１．４×１びｏ年と比較的に
長く、しかもたとえば５年後のランプ寿命終期にあって
も確実な始動を促すためには１サイクル中に少なくとも
１個の電子を放出することが望ましいから５年後にあっ
ても毎秒の崩壊数が５０〜６の固以上を必要とし、この
め酸化トリウムの形態で封入する場合には少なくとも２
０の９程度の量が必要となる。

しかしながらトリウムは発光管内に封入された金属ハロ
ゲン化物と反応してハロゲン化トリウムとなり、これが
発光し、他の発光効率の高い封入物の発光を抑制する原
因となるため、光東低下の原因となる。しかもハロゲン
化トリウムの蒸気は寿命中のランプ電圧上昇を招く原因
となっている。このようにトリウムは寿命中にハロゲン
と反応して消失することから、この種ランプを寿命時間
のたとえば１００００時間点灯使用終期においても確実
、円滑な始動を維持しようとすれば、さらに多量の酸化
トリウムを必要とすることになるが、酸化トリウムを増
量すると益々光束の低下を招く不具合がある。このよう
なことからトリウムに代って、トリウムよりも半減期の
短かし、放射性物質をェミッターとして使用することに
注目した。

しかしながら半減期の短かし、放射性物質は人体に悪影
響を及ぼし易く、取扱い上多大な注意を要す。すなわち
放射性物質が人体に触れると放射線障害を招くものであ
り、このため放射線物質が飛散しない密封線源として取
り扱うことが要求される。この発明は上記事情にもとづ
きなされたもので、その目的とするところは、放射性物
質を、本来的に発光管内に存在される物質またはその化
合物に密封放射線源として分散密封させて発光管に封入
することにより安全性が高く、しかも始動性が改善され
る金属蒸気放電灯を提供しようとするものである。

なお、本発明においては密封とは、スミャーテストで剥
離しないこと、すなわち本放射線源を猿紙で拭き、この
猿紙の表面から放射線が出ているか否かを計数管等で調
べたときに放射線が検出されないことであり、結局放射
性物質が線源から櫨紙へ移動しないことを言う。

以下本発明の一実施例を図面にもとづき説明する。

図中１はメタルハラィドランプの外管でもある。

この外管１の一端にはステム２が封止されており、かつ
口金３が彼着されている。４は石英ガラスなどで構成さ
れた発光管であり、サポート５，６を介して外管１の中
心部に設けられている。

発光管４内には主電極７，８が対設されており、一方の
主電極７に近接して始動用補助電極９が配置されている
。上記主電極７は一方のサポ−ト５に接続されており、
このサポート５はステム２に貫通封止された導入線１０
を通じて口金３に接続されている。他方の主電極８はリ
ード線１１を介して他の導入線１２に接続されており、
この導入線１２はステム２を貫通して口金３のアィレッ
ト端子３ａに接続されている。さらに始動用補助電極９
は始動用補助抵抗１３および熱応動開閉器としての常閉
形バイメタルスイッチ１４を介して導入線１２に接続さ
れている。上記発光管４内には、緩衝金属としての水銀
と、発光金属としての金属ハロゲン化物、たとえば沃化
スカンジウム（Ｓｃｌ）、沃化トリウム（Ｎａｌ）およ
び始動用希ガスとしてたとえばクリプトンガスを封入し
てある。

そしてまたこの発光管４内には放射性物質の密封線源１
５が収容されている。

この密封線源１５は第２図に示されるように、放射性物
質１６を担持体１７に分散密封させたものである。この
担持体１７は、発光管４内に封入される発光金属または
その化合物、もしくは電極７，８を構成するタングステ
ン、モリブデンまたはその化合物によって形成されたも
のである。さらに具体的に述べると、担持体１７は、ナ
トリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム
（Ｓｃ）、セシウム（Ｃｓ）、スズ（Ｓｎ）、タリウム
（ｍ）、インジウム（ｌｎ）、アルミニウム（Ｎ）、そ
の他希士類金属などの発光金属のうちの少なくとも１種
か、もしくはこれら金属の酸化物またはハロゲン化物が
好適する。これらの他に、上言己タングステンまたは酸
化タングステン、モリブデンもしくは酸化モリブデンの
各単体あるいは混合物が可能であり、さらには仕事関数
を低下させる目的で使用されるェミッタ−としての希±
類金属酸化物、酸化アルミニウム、酸化ケイ素なども実
施できる。またこのような担持体１７に分散密封される
放射性物質としては、半減期が比較的短いことが望まし
く、半減期は０．３王以上１ぴ年以下のものがよい。

たとえば炭素１４（１４Ｃ）、ナトリウム２２（２２Ｎ
ａ）、カルシウム４５（４５Ｃａ）、マンガン５４（５
４Ｍｎ）、鉄５５（鴇Ｆｅ）、コバルト６０（斑Ｃｏ）
、ニッケル６３（斑Ｎｉ）、亜鉛６５（６５Ｚｎ）、ス
トロンチウム９０（９もｒ）、ルテニウム１０６（雌Ｒ
ｕ）、銀１１０（１１０Ａｇ）、アンチモン１２５（１
２５Ｓｂ）、セシウム１３４（１３４Ｃｓ）、セシウム
１３７（１３７Ｃｓ）、バリウム１３３（１３３母）、
セリウム１４４（ＭＣｅ）、プロメチウム１４７（１４
７Ｐｍ）、ユウロピラム１５４（１５４Ｅｕ）、ユウロ
ピラム１５５（１５５Ｅｕ）、金１９５（１９５Ａｕ）
、タリウム２０４（２ＭＴＩ）、アクチニウム２２７（
２２７Ａｃ）、アメリシウム２４１（２４１Ａｍ）、キ
ュリウム２４２（２犯Ｃｍ）、キュリウム２４４（２４
４Ｃｍ）、カリホルニウム２５２（脚Ｃｆ）、金６２１
０（２１０Ｐｂ）、ラジウム２２８（滋８Ｒａ）、トリ
ウム２２８（滋８Ｔｈ）などのうち少なくとも１種が選
択採用できる。

さらにまた放射性物質１６はランプ１個当り放射能量が
１００マイクロキュリー以下に規制して封入される。

上記担持体１７に放射性物質１６を分散密封させる方法
としては以下のごとき手段が可能である。

たとえば封入金属や電極物質などの粉末を単体または混
合体とし、これに徴量の放射性物質の粉末を混合して均
一な分布にする。

担持体が金属の場合には上記混合粉末を水平状金属板上
で高温に加熱するとこの混合粉末が融解し、微細な金属
球となるので放射性物質の密封線源１５となる。担持体
が酸化物の場合は水もしくは有機溶剤を加えてペースト
状となし、これを圧縮成形してべレット状にしたのち乾
燥して高温焼成する。するとこのものが密封線源１５と
なる。また担持体がハロゲン化物である場合には、ハロ
ゲン化物と放射性物質の単体もしくは酸化物またはハロ
ゲン化物を混合溶融し、不活性ガス中で自由落下させな
がら冷却し、球状体となしてハロゲン化物の密封線源を
得る。

このような構成に係るメタルハラィドランプは、図示し
ない安定器を介して電圧が印加されると、バイメタルス
イッチ１４が閉じているから、一方の主電極７と始動用
補助電極９との間で補助放電を開始する。この補助放電
は主電極７，８間の主放電へ進展し、主アーク放電を開
始する。始動後には発光管４内に封入してある金属ハロ
ゲン化物が蒸発して発光する。また金属ハロゲン化物の
蒸発に伴って発光管電圧が上昇し、発光管４の温度が上
昇するので、この熱を受けてバイメタルスイッチ１４が
開放される。したがってランプが安定点灯に至ると補助
電極９に電流が流れなくなるものである。しかして上記
ランプは発光管４内に放射性物質１６を封入してあるた
めにこの放射性物質１６からの放電の功掛け、つまり種
（たね）となる初期電子が放出されているので、始動が
迅速に行われかつ始動電圧も低くなる。

すなわち放射性物質１６から放射されている初期電子に
よって放電が促されるので始動特性が向上するものであ
る。そして上記放射性物質１６は担持体１７に分散密封
されてていることから、担侍体１７から容易に剥れるこ
となく、いわゆるスミャーテストで落ちないことから人
体に付着するなどの危険性がなく、取扱い上においても
安全である。特に発光管４内に封入する場合、発光管４
の排気管よりも小さく形成できるから、発光管４内への
投入が容易である。なお排気管を通じて密封線源１５に
封入する場合、排気前または排気中のいづれであっても
よく、排気工程に影響を及ぼす塵れはない。そしてまた
迫持体１７は本来的に発光管４内に封入もしくは介在さ
れる物質、たとえば発光金属や電極物質、およびその化
合物で構成されているので、発光管４内で格別な化学反
応などを生じることはなく、発光特性に悪影響を及ぼす
簾れもない。しかして放射性物質１６の半減期が０．３
王以上１ぴ年以下であることの理由を述べる。

一般にメタルハラィドランプを含めて金属蒸気放電灯の
寿命はｌｏｏ０加寺間程度であり、１日に約５時間点灯
使用すると仮定すれば、約６年間は正常に動作する必要
がある。

このことから半減期が０．３手以上の放射性物質であれ
ば６年後には（１／２）２×６＝（１′２）１２３２．
４×１０‐４であるから、その放射能の減衰は完全に終
了しないことになり、始動機能を保持できる。逆に半減
期が０．５年末満の放射性物質であると、減衰が急速で
あるから、ランプの寿命中に減衰が完了してしまって寿
命末期には始動性能が著しく低下することになる。一方
、半減期が長すぎると放射線の減衰に時間がかかり、短
時間に放射される放射線が少ないため始動性が悪くなる
とともに、始動性を良くするために放射性物質を多量に
封入して放射線の放出確率を多くする必要が生じる。し
かしながら、放射性物質を多量に封入し過ぎると、これ
が化学的に反応し、また発光を生じるなどの不具合を招
く。望ましくは放射性物質の封入総原子数は、発光管内
への封入発光金属が蒸発しているときの蒸発総原子数の
１０‐３倍以下に抑えることが必要であり、この量は封
入量としては１０‐６ｇ以下であり、これを半減期でい
えば大体１ぴ年以下となる。更に人類に対する放射性物
質の一層の安全性を考慮すれば、比較的速やかに減衰す
るものが望ましく、０．３王〜１山王程度の半減期とす
ることがより望ましい。そしてまた放射性物質は密封線
源の形態で取り扱うにしても、法律では１００マイクロ
キュリー以下であることが規制されており、したがって
発光管１個当りの放射能量は１００マイクロキュリー以
下である必要が生じる。

そして前述したように、始動時における電源の１サイク
ル中に最低限１個の放射線が放出されることを条件にす
ると、毎秒５０〜６の固の崩壊を必要とし、安全率を見
込んで毎秒ＩＯＮ固の崩壊が必要と仮定すると、半減期
０．３王の放射性元素の場合、ランプ寿命とされる６年
後においても毎秒１０の固の崩壊を必要とすることにな
り、元素総量は６年後であっても２．３×１ぴ個を必要
とするものであり、封入当初においては約１×１び３個
の元素総量を必要とすることになる。また半減期１ぴ年
の放射性元素の場合は６年後において毎秒１００の崩壊
を行わせるためには４．５×１ぴ個の元素数が必要にな
り、封入当初においても同じく４．５×１び４個の元素
数を必要とする。これらの元素数は従来のトリウム２０
奴中の元素数４．５４×１び９個に比べて１０‐５〜１
０‐７倍も少くなるものであり、このことから上記実施
例の放射性物質であれば封入量を少くできることが判る
。また４００Ｗのメタルハライドランプの場合、発光金
属としてのＳｃおよびＮａの沃化物は総量で３０の９封
入しており、この重量中におけるＳｃおよびＮａの元素
数は約１戊洋華度である。

そして本発明者らの実験によると発光金属の元素数に対
して放射性物質の元素数を１０‐３以下に規制すれば放
射性元素の化学的反応、つまりハロゲン化物の生成が無
視でき、黒化や光東低下を少くできることが判つており
、したがって半源期が０．３申以上１び以下の放射性元
素であれば封入量が少いため、ハロゲンとの反応物を作
り出すことがなくなる。次に本発明の具体的実施例につ
いて説明する。

〔実施例 １〕主電極間距離４２伽、内径２０側の４０
０Ｗ形発光管内に、水銀７０の９、ナトリウム、タリウ
ム、インジウムの沃化物３０の９、アルゴンガス２５ｔ
ｏｍ封入するとともに、インジウム金属にプロメチウム
１４７（１４７Ｐｍ）を分散密封したもの０．５ｍｏを
発光管排気工程途中で排気管より投入した。

このものは放射能量が０．５マイクロキュリであった。
このメタルハラィドランプは放電開始電圧が１６０Ｖで
あり、始動に要する時間は０秒であった。これに対しプ
ロメチウムを用いない従来のランプは放電開始電圧が１
８０Ｖ、始動時間は平均５秒であった。なおランプの明
るさについては変化が認められなかった。〔実施例 ２
〕 主電極間距離４仇肋、内径１８肋の４００Ｗ形発光管内
に、水銀４５の９、スカンジウム、ナトリウム沃化物３
０の９、アルゴンガス１０ｍｏｒｒおよび２の９のスカ
ンジウムメタル６３Ｎｉを５．４マイクロキュリーとな
るように分散密封した線源を封入した。

このメタルハラィドランプは電源電圧１８０Ｖパルス電
圧１８００Ｖ、パルス幅１マイクロ秒のパルスを印加す
ると瞬時に点灯した。密封線源を使用しない従来のもの
は平均２分間の始動時間を要する。〔実施例 ３〕 主電極間距離４０柳、内径２０柳の４００Ｗ形発光管内
に、水銀４５の９、スカンジウム、ナトリウム沃化物２
０の９、クリプンガス８仇ｏｒｒおよび２０マイクロキ
ュリーの１４７Ｐｍを５０の９の酸化タンステンとタン
グステンの焼結体に分散密封して封入した。

このメタルハラィドランプは点灯管を用いて電源電圧１
８０Ｖパルス電圧３０００Ｖ、パルス幅２．５マイクロ
秒のパルス印加により平均１９秒で点灯した。放射性元
素のない従来のものは平均４分３明＠、の待ち時間、つ
まり始動時間を要した。このものも光東変化は認められ
ない。〔実施例 ４〕 電極間距離１２肋、内径１０肌の１００Ｗ形発光管内に
、水銀５の９、スカンジウム、ナトリウムの沃化物５の
９、アンゴンガス８仇ｏｎを封入するとともに、タング
ステン粉末、タングステン酸化物粉末、６ｏＣｏ酸化物
粉末を混合焼成して０．８マイクロキュリーとした密封
線源を封入する。

点灯管の使用により電源電圧１５０Ｖ、パルス波高値５
００Ｖ、パルス幅０．５マイクロ秒のパルス印加により
、上記ランプは瞬時に点灯した。放射性物質のないもの
は平均１錦砂であった。なおこの発明はメタルハラィド
ランプに限定されるものではなく、高圧ナトリウムラン
プや高圧水銀ランプその他けし、光ランプなどにも適用
できる。

また本発明は分散密封線源１５を電極や補助電極に取り
付けても実施可能であるから前記実施例には制約されな
い。

以上詳述したようにこの発明によれば、放射性物質もし
くはその化合物を、発光管内に封入または介在される金
属もしくはそれらの化合物に密封させた状態で発光管内
に封入したものである。したがってこのものによると発
光管内に封入した放射性物質から放出される放射線が始
動のきつけとなるので始動性がきわめて向上する。しか
も放射性物質は密封されているので取り扱いが容易であ
り、人体に付着するなどの危険性はない。また放射性物
質の密封担持体は本来的に発光管内に封入もしくは介在
される金属であるため格別な化学的反応などを生じるこ
となく、発光、放電特性などを阻害することもない。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図はメタルハラ
ィドランプの断面図、第２図は密封線源の斜視図である
。 １・・・・・・外管、４・・・・・・発光管、７，８・
・・・・・主電極、１５…・・・密封線源、１６・・・
・・・放射性物質、１７・…・・担持体。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半減期が約０．５年以上約１０＾４年以下の放出性
   物質またはその化合物を、発光管封入物質もしくはその
   化合物、または電極構成物質と同一の物質もしくはその
   化合物に分散密封させて発光管内に封入したことを特徴
   とする金属蒸気放電灯。 ２ 上記放射性物質として＾１＾４Ｃ，＾２＾２Ｎａ，
   ＾４＾５Ｃａ，＾５＾４Ｍｎ，＾５＾５Ｆｅ，＾６＾０
   Ｃｏ，＾６＾３Ｎｉ，＾６＾５Ｚｎ，＾９＾０Ｓｒ，＾
   １＾０＾６Ｒｕ，＾１＾１＾０Ａｇ，＾１＾２＾５Ｓｂ
   ，＾１＾３＾４Ｃｓ，＾１＾３＾７Ｃｓ，＾１＾３＾３
   Ｂａ，＾１＾４＾４Ｃｅ，＾１＾４＾７Ｐｍ，＾１＾５
   ＾４Ｅｕ，＾１＾５＾５Ｅｕ，＾１＾９＾５Ａｕ，＾２
   ＾０＾４Ｔｌ，＾２＾２＾７Ａｃ，＾２＾４＾１Ａｍ，
   ＾２＾４＾２Ｃｍ，＾２＾４＾４Ｃｍ，＾２＾５＾２Ｃ
   ｆ，＾２＾１＾０Ｐｂ，＾２＾２＾６Ｒａ，＾２＾２＾
   ８Ｒａ，＾２＾２＾８Ｔｈのうち少なくとも１種を用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項の金属蒸気放
   電灯。