JPS61198542A - 高圧金属蒸気放電灯 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、始動性改善のために発光管内に放射性物質を
封入した高圧金属蒸気放電灯に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

高圧金属蒸気放電灯２例えばメタルハライドランプや高
圧す）　ＩＪウムは発光効率が優れ、かつ。

高輝度でコンパクトな光源であるため、近年の省エネル
ギー化の傾向から年々普及率が高まってきている。しか
しながら、その始動電圧が高い為。

始動時に十分に高い電圧を印加する安定器が必要となる
が、市場要求として低価格で軽量で、かつ。

普及率の高い水銀灯用安定器を使用して始動させること
によシ、高圧水銀灯との互換性を有するランプが必要と
なってきており、低い電圧で始動を可能にする手段が要
求される。

さらに、効率の低い白熱電球に代わり得る小形の高圧金
属蒸気放電灯の開発が強く望まれているが２発光管が小
形になると、相対的に不純ガス濃度が高まり、始動電圧
が上昇する。

このような始動電圧の引き下げの一手段として特開昭５
６−１２６２４８号公報、特開昭５７−９０４７号公報
には、放射性物質あるいは取扱い上の安全性から放射性
物質を例えばセラミックス体に分散密封させたものを発
光管内に封入することによって。

大きな効果を挙げたものがそれぞれ示されている。

しかしながらこのような手段をとった場合上記放射性物
質分散のセラミックス体の製造上のバラツキによって、
その形状が大きすぎたり、又は発光管が小形化され、そ
れにつれて電極の高さが低くなった場合等には、遊動自
在に封入されている放射性物質とランプ点灯中に高温と
なる電極とが接触することが起シ得る。さらに、又、始
動時。

ぐ゛ 放電は一般的にす′ｆＸＫ電極の先端から発生するので
はなく、電極の根元から生じ、放電により電極が加熱さ
れ、かつ１発光管内の蒸気圧が高くなるにつれ、放電の
スポットが先端に移行する為１点灯中下側の電極近傍に
前記放射性物質を含有したセラミックス体が位置した場
合、放電の輻射熱や電極軸に接している場合はその伝導
熱も加わってかなシの高温にさらされることになる。こ
の場合。

上記セラミックス体栽いは放射性物質が溶融したシ、電
極構成物質であるタングステンやモリブデン等の高融点
金属と反応し発光管内面に飛散し早期黒化を生じて光束
低下の原因となる。

さらに、前述のように放射性物質分散セラミックス体が
遊動自在に封入されているため９通常一方の主電極にの
み隣接して補助電極を設けである発光管を有するランプ
にあっては１点灯時における発光管の姿態によって、放
射性物質分散セラミックス体の位置が補助電極を設置し
た側、あるいは補助電極のない側と一定せず、したがっ
て始動時の効果に差を生じて主電極とこれに隣接する補
助電極間のグロ一時間の長さが異なる。このような不都
合を解決するには、放射性物質分散含有セラミックス体
の放射線量を増せばよいが、安全上の問題からその量は
なるべく少ないことに越したことはない。

ランプの放電開始の機構は２周知のように、まず主電極
とそれに隣接する補助電極との間にグローを発生させ、
しかるのち主電極間のグローに移行し、さらに主電極間
のアーク放電へと移行する。

このような放電開始に寄与するエミッタとしては。

特に電子放射性能の優れた酸化バリウムのようなアルカ
リ土類金属の酸化物が良く知られているが。

メタルハライドランプにあっては、上記エミッタは金属
ハロゲン化物と反応するため使用することができず、し
たがって金属ノ・ロゲン化物に対し安定な物質からなる
エミッタが使用されるが、この種のエミッタは電子放射
性能が極めて低く、ランプの始動性を悪化させることに
なる。また、小ワツトのランプになるにしたがい、中〜
大ワットのランプと同様の製造方法で製作した場合９発
光管内の不純ガスの相対濃度は高くなり、始動性が悪く
なるという問題がある。

これに対処して、上記の放射性物質分散含有セラミック
ス体を発光管内に封入することが考えられているが、そ
の封入状態が管内において遊動自在であるため２発光管
の点灯時の姿態によっては。

始動のしにくいランプすなわち小ワツトで、かつ。

放射性能の低いエミッタを使わざるを得々いランプにお
いて特に顕著であるが、電源投入後、グローが発生する
までに数秒〜１０数秒も要するものがあった。

このような欠点に対処して１例えば特開昭５９−８３３
３８号公報には上記放射性物質分散含有セラミックス体
を発光管容器にあらかじめ一体的に形成した収容部に収
容することによって、主電極との接触を防上する手段が
示されている。この手段は上記目的を達成する効果は優
れている反面９発光管容器、に収納部を形成しなければ
ならず、さらに簡略な手段が望まれるばかりでなく９点
灯時の発光管の姿態に関係なく補助電極側と・放射性物
質分散含有′セラミックス体との距離は常に一定に保つ
ことができるものの、その距離は発光管の構造上所望す
るほどには近づけることが不可能で、したがってグロー
放電発生時間の短縮効果としては十分ではなかった。ま
た、特開昭５５−１４７７５２号公報には放射性物質の
取扱い上の安定対策としで。

たとえば予め補助電極に放射性物質をメッキし。

さらにその上に非放射性物質をメッキしたものをランプ
組立時に使用し、しかる後電極間の放電によって上記非
放射性物質の被覆を除去する製造方法も開示されている
。この製造方法は安全対策的には極めて有効であり、主
電極−補助電極間のグロー発生機構に非常に有効な位置
に放射性物質があるため、放射線量を最小限に減らすこ
ともできる。しかしながら、上記メッキをする材料によ
ってはメッキが煩雑であったり、ランプ組立工程時に上
記メッキが剥離するものがあったり、あるいは放射性物
質が単独で発光管内に露出しているため、材料によって
は特に活性の強いハロゲン化物を使用した場合１両者が
接触すると熱的、化学的反応で変質することもあった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に対処してなされたもので。

始動特性を改善し、かつ、取扱い上の安全性を計るため
に発光管内に封入する放射性物質をセラミックスに分散
含有させた物を、簡単な手段によって主電極に接触した
り、あるいは活性の強い金属ハロゲン化物と接触し反応
する等を防止して、光束低下を防ぐと共に、所要放射線
量を必要最小限に止めることができる高圧金属蒸気放電
灯を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は始動特性改善のだめに高圧金属蒸気放電灯の発
光管内に封入する放射性物質をその取扱い上の安全性を
計るためにセラミックス体に分散含有せしめ、かつ、こ
の物を発光管内の少なくとも一方の主電極に隣接して配
設した。コイル部を有する補助電極のコイル部内に収容
すると共に。

主電極と補助電極との位置関係を規制することにより、
上記目的を達成したものである。

・　〔発明の実施例〕 以下２本発明の詳細を図示の一実施例を参照して説明す
る。

（実施例１） 第１図は１００Ｗ級の小形メタルノ・シイトランプの発
光管を示し、（１）は内径約１０顛の円筒状に形成・さ
れた石英ガラス製の発光管容器で、その内部には始動用
希ガス例えばアルゴン１００トール、水銀２０ｒｎ９．
スカンジウムメタル０．０５■および金属ハロゲン化物
としてよう化スカンジウムおよびよう化ナトリウムが計
１０■封入されている。（２ａ）　、　（２ｂ）は前記
発光管容器（１）の両端部に１７ｍｍの距離をへだてて
対向設置された一対の主電極でそれぞれコイ＃（８）、
　（９）が巻回され、封止部（ｌａ）　、　（ｌｂ）に
気密に封着された幅２欝１最大厚さ約２８μｍのモリブ
デン箔（３ａ）　、　（３ｂ）を介して外部リード線（
４ａ）　、　（４ｂ）に接続している。（５）は一方の
主電極（２ａ）に隣接して設けたたとえばタングステン
のような高融点金、属からなる補助電極で、その先端に
は内部に空−゛を形成するコイル部（６）が取着されて
いる。（７）は放射性物質例えばプロメチウム１４７　
（”’Ｐｍ）を放射能量で０．０３マイクロキーリ−（
μＣ１）分散含有させ苑径約１朋の球形状のセラミック
ス体で、要すればその表面はさらに安全性を高めるため
にセラミックスのような高耐熱性絶縁物で被覆され、上
記補助電極コイル部（６）によって形成する空胴内に収
容されている。また、補助電極（５）はモリブデン箔（
３Ｃ）を介して外部リード線（４Ｃ）に接続している。

さらに、補助電極コイル部（６）と隣接する主電極コイ
ル部（８）との最短距離−ｅ　（ａ＋ｍ）は約１　ｍｍ
　ｍ補助電極コイル部（６）の中心と主電極コイル部（
８）との最短距離ｄ（朋）は２．５ｍｍに設定されてい
る。

なお、補助電極（５）の高さ方向の設定位置は、同コイ
ル部（６）の先端（６ａ）が主電極（２ａ）の先端（９
）から主電極コイル部（８）の下端（８ａ）の間にくる
ように設定することが好ましく、主電極先端（９）より
も突出すると高温のアークに触れて放射性物質分散含有
セラミックス体（７）に悪影響を与え易く、一方、主電
極コイル部下端（８ａ）よりも下側にすると、上記主電
極（２ａ）と補助電極（５）との最短距離の設定が困難
となる。

このように形成された発光管は内部を真□空まだは窒素
、不活性ガス等を封入した外管内に封装してランプがで
きあがる。このランプは安定器を介して主電極（２ａ）
　、　（２ｂ）間および主電極（２ａ）と補助電極（５
）の間に電圧が印加されて点灯するが、始動電圧が通常
の電源電圧より高い場合には必要に応じて始動時に高圧
パルスが更に印加される。前記ランプは発光管内に放射
性物質分散゛含有セラミックス体（７）が封入されてい
るので、これから放電のきっかけ、すなわち種となる初
期電子が発光管内部に放出され、始動が迅速に行なわれ
、しかも始動電圧も低くなる。すなわち、放射性物質か
ら放射される初期電子によりその近傍のアルゴンガスが
電離され、この電離されたわずかなガスが存在するとき
にパルス電圧が印加されると９発光管内の絶縁破壊を生
じて始動することになる。

しかも、放射性物質分散含有セラミックス体（７）はコ
イル部（６）内に収容されて移動することがないから、
従来のように高温の主電極と接触することはないし、ま
た、主電極（２ａ）と補助電極（５）間の放電または主
電極（２ａ）　、　（２ｂ）間のアーク放電からの輻射
熱等で放射性物質分散含有セラミックス体（７）の一部
が飛散するようなことがあっても、飛散物の大部分はコ
イル部（６）で遮断されるので発光管管壁に黒化を生じ
ることも防止できる。さらに活性なよう化スカンジウム
も上記と同様にコイル部（６）によって放射性物質分散
含有セラミックス体（７）と接触する割合が減少し、た
とえ長期点灯中に接触した両者の反応が進行して反応生
成物が飛散するようなことがあっても、その大部分はコ
イル部（６）によって遮断することができる。

一方、コイル部（６）は密着巻回されていても、その素
線間には若干の間隙を生じるものであるが。

この間隙は上記飛散物程度の粒子は遮断し、放射性物質
から放出される放射線は完全に通過できるから始動特性
改善には何等の支障もない。しかも。

最初のグロー放電を生じる主電極（２ａ）−補助電極（
５）間に最も近い位置に放射性物質分散含有セラミック
ス体（７）があるので、始動改善には最も効果的で、か
つ、開放□射性物質分散含有セラミックス体（力の位置
は移動することがないから９点灯時の発光管の姿態に関
係なく、常にグロー発光時間が極めて短かく良好な始動
を開始することができる。

ちなみに、上記放射性物質を使用しない場合（従来例１
．）には、電離ガスの発生がみられず、始動が困難とな
る。つまり、この場合は宇宙線や大地等からの自然放射
線によって電離ガスが発生するまでは放電が開始されず
、しかも前記自然放射線は極めて少なくて始動時間は非
常に長くなり、これを短かくするには実質的に印加電圧
をかなり上げねばならなくなる。

一方、放射性物質分散含有セラミックス体（７）を前記
のような保持方法を採らずに２発光管内に移動自在に封
入した場合（従来例２．）例えば垂直点灯すると放射性
物質分散含有セラミックス体（７）は下側に位置する主
電極に直接接触することがあり。

このような事態を生じると放射性物質分散含有セラミッ
クス体（７）は主電極構成物質であるタングステンやモ
リブデン等と反応して反応生成物が発光管管壁に被着し
て黒化を生じ、大巾なランプ光束の低下をきたすと共に
、この黒化部が保温膜としての作用も生じ、当初設計し
た最冷部温度の不所望の上昇をもたらし、ランプ電圧等
のランプ特性にも変動をきたすものがあシ好ましくカか
った。

しかも、初期特性および寿命特性においても、上記のよ
うな垂直点灯の場合、放射性物質分散含有セラミックス
体が従来方法では補助電極（５）を設けてない側に位置
するから、最初のグロー放電を生じる主電極（２ａ）−
補助電極（５）間との距離が長くなシ、グロー発生に時
間的遅れが生じる確率が増す。

次に上記本発明の（実施例１．）と（従来例１．）およ
び（従来例２．）の各ランプにつき１点灯１００時間な
らびに２，０００時間後の特性測定結果を第１表に示す
。

第１表 −りが発生するまでの時間。） 第１表からも本発明は単に放射性物質分散含有セラミッ
クス体を補助電極のコイル部内に収容させるだけの簡単
な構成にもかかわらず、極めて顕著な効果が得られるこ
とが判る。なお、従来例２および実施例１に使用した放
射線量は上記の通υ０，０３マイクロキュリー（μＣｉ
）で同量である。

次に本発明者等は上記放射性物質を分散含有したセラミ
ックス体（７）からの放射線量■（μＣｉ）、さらには
このセラミックス体（７）を収容する補助電極コイル部
（６）の中心と主電極コイル部（８）との最短距離ｄ（
ｇｍ）との関係がランプ始動開始時間ｔｓ（秒）に関係
があることを見い出した。第３図はこの関係を示すもの
で、縦軸はランプ始動開始時間ｔｓ（秒）を、横軸は上
記■（μＣｉ）とｄ（朋）との比Ｉ／ｄをとっである。

なお、試験は上記実施例と同種ランプで行ない。

かつ、主電極コイル部（８）と補助電極コイル部（６）
との最短距離Ａ（ｇｍ）は１．０ｇｍで一定とし、印加
パルスは１μｓ巾で１５００Ｖピークのものを印加した
。

第３図の結果から、製造上のバラ・ツキも考慮して実用
上１０秒以内にランプが始動開始すれば問題ないことか
ら、Ｉ／ｄ≧０．０１が好ましいことが判る。

また、上記試験で１．０酩に固定した一ｅ　（ｍｕ）値
は３．０ｕ以下であればほぼ同様の結果を示すが、３．
０罰を越すと第３図示の関係曲線がｔｓの高い方へ移動
するので不可であり、一方＋　　０．５＋ｎｍ未満とす
ると発光管の姿態や保温方法などにより、主電極とこれ
に隣接する補助電極とが封入水銀で短絡されるおそれが
ち９．実用に適さない。結局のところ０．５關≦！≦３
．０　ｇの範囲とすれば良いことが判った。

この結果は後述する４００Ｗ級などの他の入力ランプに
おいても得られるものである。

さらにｄの値はランプの大きさにより多少変化するので
、Ｉ／ｄ≧０．０１とカる工（μＣｉ）の値をとること
が必要であるが、この範囲であれば始動特性に問題なく
、製造上のバラツキ、寿命中の安全係数を考慮に入れて
も０．５μＣ１以下に１値を押えることができ、必要放
射量が抑えられ、放射性物質のセラミックス体への分散
あるいは必要に応じさらＫその上を高耐熱性絶縁物で被
覆する等の安全施策に加え、より安全な方向に設定する
ことが可能となる。

（実施例２．） 内径２０１Ｂｍ＋電極間距離４２朋に設定した通常の円
筒形石英ガラス製発光管容器によう化ナトリウム、よう
化タリウム、沃化インジウムを計３０９゜水銀５０１ｎ
９およびアルゴンガス２５トールを封入した４００　Ｗ
のメタルハライドランプについて、放射性物質”Ｎａを
放射能量で０．０５マイクロキユリ一分散含有させたセ
ラミックス体を上記（実施例１）と同一手段で発光管容
器内に保持した。

なお、補助電極コイル部（６）と主電極コイル部（８）
との最短距離Ａ（ｍ）は約２．０　ｔｅａ　ｅ　放射性
物質分散含有セラミックス体（７）を収容する補助電極
コイル部（６）の中心と主電極コイル部（８）との最短
距離ｄ（ｍｍ）は４．０龍に設定されている。したがっ
て、Ｉ／ｄは０．０１２５とがる。

このようなランプを放射性物質を全く使用しないランプ
（従来例３．）および放射性物質２２Ｎａ分散含有セラ
ミックス体を発光管内に移動自在に封入したランプ（従
来例４．）と比較点灯試験を行なった結果を第２表に示
す。

印加電圧は１，５００　Ｖのパルス電圧でパルス巾１．
２５μＳのものであシ、ｔた３、０００時間点灯点灯光
束維持率は８５％を基準とした。

第２表 第２表から放射性物質の使用（従来例４．および実施例
２．）は始動電圧の引き下げに顕著な効果があり、さら
に放射性物質分散含有セラミックス体を補助電極のコイ
ル部内に収容した実施例２．のランプは従来例４．のラ
ンプよりも光束維持率が特に優れてい木ことが判かる。

この光束維持率向上の厘因は、前記実施例１．の小形ラ
ンプと同様で、放射性物−分散含有セラミックス体をコ
イル部内に収容したためと考えられ、その効果は発光管
が大きいので実施例１．の場合はどではカいが、明らか
なものが認められる。さらに、グロー発生が早いため、
始動開始時間が短縮されている。

なお、上記実施例では補助電極（５）のコイル部（６）
をあらかじめ別体として作製したものを取着するように
したが、コイル部（６）を補助電極（５）の形成時に一
体的に形成し、このコイル部（６）内に放射性物質分散
含有セラミックス体（７）を収容するようにすれば、一
層工程が簡略化できる。また、補助電極（５）は一方の
主電極（２ａ）側にのみ設けたが、他方）の主電極（２
ｂ）側にもさらに設けるようにし七も良い。

なお１本発明はメタルハライドランプに限られるもので
はなく、他の高圧金属蒸気放電灯例えば始動用希ガス、
緩衝金属としての水銀およびナトリウムを封入した高圧
ナトリウムランプ、始動用希ガスと水銀を封入した高圧
水銀ランプにも適用できるものである。高圧水銀ランプ
の場合はメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ
等に比較して本来その始動特性は優れたものであるが。

寒冷地使用の場合や低電圧始動タイプには始動特性が低
下するので、このような場合には本発明が有効となる。

しかも本発明によれば、特にランプを小形化する場合、
始動機会が増す点滅回数の多い個所に使用される場合等
に充分満足のいく結果をもたらすことができる。

なお、放射性物質としては半減期が比較的短かいものが
望ましく、半減期は０．５年〜１０年程度のもの例えば
炭素１４（１４Ｃ）、ナトリウム２２（２２Ｎａ）、　
カルシウム４５（４５Ｃａ）　、鉄５５（”Ｆｅ）　、
　−ｒパルトロ０（６０Ｃｏ）。

ニッケル６３　（”Ｎｉ　）　、亜鉛６５（６５Ｚｎ）
　、　−ｒ　ｙガン５４（５４Ｍｎ）、ストロンチウム
９０（９０Ｓｒ）、ルテニウム１０６（１０６Ｒｕ）　
、銀１１０（”０Ａｇ）　ｌ　アンチモ／１２５（’２
５Ｓｂ）。

セシウム１３４（１３’Ｃｓ）　、セシウム１３７　（
１３７Ｃ８）、バリウＡ　１３３（１３３Ｂａ）　、セ
リウム１４４（”’Ｃｅ）　、プロメチウＡ　１４７（
１４’Ｐｍ）　、　ｚウロピウム１５４（”ＭＳｕ）　
ｅ　ユウロビウＡ　１５５（”５Ｅｕ）　、金１９５　
（１９５Ａｕ　）　ｖタリウム２０４（２０４ＴＡ　）
、アクチニウム２２７　（２２７Ａｅ　’）　ｊ　　ア
メリシウム２４１　（２４’Ａｍ）　、　キュリウム２
４２（２４２ｃｍ）、キュリウム２４４　（２４’Ｃｍ
）　、　カリホ／ｌ／　＝　ラム２ｓ２（”Ｃｆ）　、
　　鉛２１０（”’Ｐｂ）　、　　ラジウム２２６　（
２２’Ｒａ　）　、ラジウム２２８（２２８１（、ａ）
　、　　）リウム２２８（２２８Ｔｈ）などのうち少く
とも１種が選択使用される。

また、セラミックスとしては酸化けい素のような非金属
酸化物、酸化アルミニウム、酸化ナトリウム、酸化マグ
ネシウム、酸化ベリリウム、酸化チタン、酸化カルシウ
ムなどの金属酸化物、炭化アルミニウム、炭化ナトリウ
ム、炭化カルシウムなどの金属炭化物、窒化アルミニウ
ム、窒化ナトリウム、窒化マグネシウムなどの金属窒化
物等が使用される。

また、放射性物質の取扱い上の安全性をより高めるため
、放射性物質分散含有セラミックス体をさらにたとえば
セラミックスのようなランプに悪影響を与えることがな
い高耐熱性絶縁物で被覆することが一層望ましい。この
ような被覆体としては、たとえば酸化けい素、酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イツトリウム、酸化
マグネシウム、酸化ランタン、酸化ハフニウム、酸化セ
リウム、酸化カリウム、酸化ベリリウム等の各酸化物、
窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化ハ
フニウム等の各窒化物等があシ、これ等は複数混合使用
しても良い。

〔発明Ω効果〕

以上詳述したように本発明によれば、簡単な手段にもか
かわらず、放射性物質分散含有セラミックス体の主電極
との接触、あるいは活性の強い封入金属ハロゲン化物と
の接触による反応を防止して著るしい光束低下を防ぐこ
とができるばかりでなく、必要最小限度の放射線量によ
って確実に始動特性を改善することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるメタルハライドランプ
の発光管の縦断面図、第２図は同じくその要部の拡大断
面図、第３図はＩ／ｄと始動開始時間ｔｓ（秒）との関
係曲線図を示す。 （１）・・・・・・発光管容器、　　　　（２ａ）、（
２ｂ）・・・主電極。 （８）・・・・・・主電極コイル、（５）・・・・・・
補助電極（６）・・・・・・補助電極コイル部。 （７）・・・・・・放射性物質分散含有セラミックス体
第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対の主電極を備え封入物を封入した発光管内に、少な
   くとも一方の主電極に隣接してコイル部を有する補助電
   極を設け、上記補助電極のコイル部内に放射性物質を分
   散含有してなるセラミックス体を収容し、かつ、補助電
   極コイル部と主電極コイル部との最短距離を、ｌ（ｍｍ
   ）、補助電極コイル部の中心と主電極コイル部との最短
   距離をｄ（ｍｍ）、放射性物質分散セラミックス体から
   の放射線量をＩ（μＣｉ）としたとき、 ０．５（ｍｍ）≦ｌ≦３．０（ｍｍ） および、 Ｉ／ｄ≧０．０１ を満足するようにしたことを特徴とする高圧金属蒸気放
   電灯。