JPH03101045A

JPH03101045A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH03101045A
Application number: JP23681889A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kumazawa; 熊澤　敏弘
Original assignee: Iwasaki Electric Co Ltd
Current assignee: Iwasaki Electric Co Ltd
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1991-04-25

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〕この発明は、始動特性を改善した高演色性メタルハライ
ドランプに関する。

〔従来の技術〕

メタルハライドランプは現在、高効率で且つ高演色性で
ある点で広く普及しており、最近、更に小型のメタルハ
ライドランプが一般照明用に使用されるようになってき
ている。

一般にメタルハライドランプは、水銀、アルゴンのほか
に、Ｎａ　Ｉ　、　Ｌｉ　Ｉ　、　Ｋ　Ｉ　、　Ｒｂ　
Ｉ　、　Ｃｓ　Ｉなどのアルカリ金属よう化物や希土類
金属よう化物やＳｃ、　Ｉｎ、　ＴＩ、　Ｓｎなどを適
切に組み合わせ封入することにより、アーク状態の安定
したランプが得られるようになっている。

この中で希土類金属よう化物を使用したＤｙ−ｒｔＣｓ
系、　Ｄｙ−Ｎｄ−Ｃｓ系のよう化物を封入したメタル
ハライドランプがある。これらはＮａ、　Ｌｉのよう化
物を使用していないので、可視域において演色評価に影
響を与えるような発光がなく高演色性をもたせることが
可能であり、実際に演色評価指数（Ｒａ）、赤色評価指
数（Ｒ１）ともに９０以上のランプが得られている。

しかしながら希土類よう化物を封入したランプは、一般
に始動電圧が高く、トリウム又は酸化トリウムを添加し
たトリエーテッドタングステン電極を用いたランプにお
いても、該電極中のトリウムから放出される荷電粒子だ
けでは、例えば特公昭６０−３４２２０号公報などに記
述されているように、放電開始のための十分な荷電粒子
を得ることができず、放出されるα線や２次的に放出さ
れる電子では、高い始動パルス電圧をランプに印加して
も数分間始動しない状態が生ずるおそれがある。

このような始動特性を改善するため、特開昭５１−６６
１７４号公報に示されているように、発光管内に放射線
源を封入する方法が考えられる。

しかし、この方法は非密封放射線源を封入するものであ
り、このような非密封放射線源は、法令の改正によりそ
の取り扱いが困難になっており、密封化された放射線源
が不可欠になっている。なお放射線源の製造方法につい
ては従来より種々の掃案があり、例えば特開昭５２−４
１７９８号にその一例が開示されている。

ところで、特公昭６０−３４２２０号、特公昭６０−３
４２２１号、特公昭６０−３４２２２号。

特公昭６０−３４２２３号、特公昭６０−３４２２４号
等の各公報には、密封放射線源を用いたメタルハライド
ランプが開示されており、その密封放射線源を、放射性
物質をゼオライトのような複合酸化物、金属酸化物、金
属炭化物や金属窒化物などからなるセラミックス担体に
分散させて構成することや、あるいは放射性物質をセラ
ミックス担体に分散させたのち更にそのセラミックス担
体を被覆体で覆うことによって構成することなどが示さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記公報開示の方法によって構成した密封放
射線源においては、発光管内に封入されている希土類よ
う化物が、高温時に放射性物質を密封分散させているセ
ラミックス担体と反応してしまい、セラミックス担体の
形状が損なわれるだけでなく、反応によってセラミック
ス担体がら放出される、例えばＮａ＋　Ｌｔ＋　ＡＩ＋
　Ｓｔ、　Ｏなどを含む生成物によって、ランプ特性、
演色性並びに光束維持率に大きな影響を与える。

これは、セラミックス担体として発光管材料及びその化
合物を使用しても、セラミックスは反応性が高く、かか
るセラミックスを担体とした密封放射線源を発光管内に
添加封入すると、セラミックス担体が希土類よう化物と
反応して上記のような生成物を生じてしまうためである
。

これによって、放射性物質自体ではなく、これを分散担
持するセラミックスによるランプ特性への影響が明らか
に出てしまう。例えば第６図＾。

■）に示す、複合酸化物からなるセラミックスに放射性
物質を分散させた密封放射線源を封入した場合と、かか
る密封放射線源を封入しない場合の、Ｄｙ−Ｔｌ−Ｃｓ
系のメタルハライドランプの分光分布図を比較してみる
ことにより、Ｎａの発光により演色評価指数に明確な差
異が現れていることがわかる。なおセラミックスを担体
とした密封放射線源を封入した場合（第６図へ）におけ
るＲａは８０、Ｒ９は４０である。一方、密封放射線源
を封入しない場合（第６図（８））におけるＲａは９１
、Ｒ９は８７である。

また、前記特公昭６０−３４２２３号には、補助電極を
備えた発光管を、点灯管を用いて始動させるようにした
メタルハライドランプに、密封線源化された放射性物質
を封入したものが示されている。しかし始動用補助電極
を用いた場合には電解現象を考慮しなければならないの
で、おのずと点灯方向が限られてしまい、ランプの性能
を制限してしまうという問題点がある。

更にまた、前記特公昭６θ−３４２２０号においては、
発光管内に封入すべき放射性物質の選定方法について述
べられており、その基準として半減期や放射能量が定め
られ、更には荷電粒子の種類についても開示がなされて
いる。しかしながらその選定基準のみでは、次のような
問題点がある。

すなわち、確かに、始動するための電子を供給するため
には、物質透過率が高いＴ線や、物質透過率は低いがエ
ネルギーが高いα線の使用は困難を伴うので、β崩壊す
る核種が適当であり、放射能の強さも初期において０．
１μＣｉ　（３，７ＸＩＯ”　Ｂｑ。

Ｂｑ：毎秒崩壊原子数）程度で十分である。

しかしながらβ崩壊する核種でもβ線のエネルギーが０
．８　ＭｅＶ以上あると、１．０ｍｍの厚さの石英ガラ
スを透過する。すなわちβ線は経験則により、β線の最
大エネルギーをＥ　（ＭｅＶ）とした場合、０．８＞　
Ｅ　＞０．１５のときＡｌについて、透過厚さ（最大飛
程）Ｒ（■／Ｃ４）が、Ｒ＝４０７Ｅｌ−”” で表されることが知られている（「ラジオアイソトープ
：基礎から取扱まで」１日本アイソトープ協会編、丸善
発行、第２５〜２７頁参照）。このＡＩ吸収体の厚さは
［長さ］×（密度１の単位で表されており、他の物質に
対しても成立するものである。

石英ガラス（密度：　２６’５０■／　ｃｄ　）の場合
、ｌａｗｘの厚さでβ線の検出値をほぼ零にするには、
次式のとおりβ線エネルギーＥ≦０．７ＭｅＶとしなけ
ればならないことがわかる。

Ｒ＝２６５０（ｍｇ／　ｄ）　Ｘ　Ｏ，ｌ　（ｃｍ）　
＝２６５（ｍｇ／ｃｄ）＝４０７Ｅｌ・３８Ｅ　＝０．７３３（ＭｅＶ）したがってβ線のエネルギーが０．８　ＭｅＶ以上ある
と、１．０ｍの厚さの石英ガラスを透過してしまい、ま
たエネルギーの放出と共に制動Ｘ線を放出する。すなわ
ち、石英ガラス発光管は１〜２ｍ程度の厚さで形成され
ているので、β線のエネルギーが０．８　ＭｅＶ以上の
場合は放射線の透過は当然に起こり得るものである。一
方、仮にβ線のエネルギーが０．７ＭｅＶ以下であると
しても、その崩壊により２次的にγ線やＸ線を放出し、
それらが高いエネルギーをもつ場合がある。

このように上記特公昭６０−３４２２０号公報に開示さ
れている選定基準では安全性の面で必ずしも最善とは言
い難（、例えば同公報で放射性核種として述べられてい
るｔＮＨａ、　６＠Ｃｏ、　ｌ０６Ｒ，。

＋ｚｓ３ｂはβ線エネルギーが０．７　ＭｅＶ以下のも
のであるが、いずれもγ線を放出する核種であり、また
ｌ０６Ｒｕ自体は低エネルギーのβ線しか放出しないが
娘核種であるｌ０６Ｒｈが高いエネルギーのβ線及びγ
線を放出するために使用できないものである。

また上記各公報記載の密封放射線源は単に発光管内に添
加封入するようにしているので、該密封放射線源にはよ
う化物が付着し易く、それにより電子の放出が阻害され
て始動特性が悪化するという問題点がある。

本発明は、従来の放射線源を封入したメタルハライドラ
ンプにおける上記問題点を解決するためになされたもの
で、高演色性を維持しつつ始動特性並びに安全性を向上
させたメタルハライドランプを提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記問題点を解
決するため、本発明は、石英ガラス製の容器からなり、
始動用発光管内補極を設けない一対の電極を備えた発光
管に、水銀、アルゴン、ナトリウム及びリチウムを除く
アリカリ金属よう化物、希土類金属及びタリウムのうち
の少なくとも一種の金属よう化物を添加封入し、更に半
減期が１０年を越え、放射能量が１００Ｂｑ〜１０００
Ｂｑで且つエネルギーが０．７　ＭｅＶ以下のβ線のみ
を放射する放射線源を発光管内に固定して封入し、固定
された該放射線源の配置部分の発光管外壁部に保温膜を
形成してメタルハライドランプを構成するものである。

このように構成したメタルハライドランプにおいては、
ナトリウム及びリチウムよう化物が封入されていないの
で高演色性を確保することができ、また半減期が１０年
を越え、放射能量が１００ＢＱ〜１０００Ｂｑで且つエ
ネルギーが０．７Ｍｅシ以下のβ線のみを放射する放射
線源を発光管内に固定して封入し、更に放射線源の配置
部分の発光管外壁部に保温膜を形成しているので、放射
線源へのよう化物の凝縮を防止し、放射線源から放出さ
れる電子を有効に利用できる。したがってランプ寿命期
間に亘り安定した始動動作が行われ、且つ安全性の高い
高演色性メタルハライドランプが得られる。

〔実施例〕

次に実施例について説明する。第１図は、本発明に係る
メタルハライドランプの一実施例を示す図で、Ｄｙ−Ｔ
ｌ−Ｃｓ系の２５０Ｗのランプを示している０図におい
て、ｌはメタルハライドランプの外管であり、この外管
１の一端にはステム２が封止されていて、且つ口金３が
固着されている。４は石英ガラスからなる内容積５ｃｃ
の発光管で、ステム２に貫通封止されている導入線５の
一端に固着されている支持体６に支持されている。

発光管４内の両端部には、第２図に示すように２％のＴ
ｈａｔを含んだトリエーテッドタングステン電極７．８
が対向して配置されている。そして該発光管４内には、
１３ｍｇの水銀、　５０Ｔｏｒｒのアルゴンと共に、よ
う化ジスプロシウム（Ｄｙｌｓ）５■。

よう化セシウム（Ｃｓ　Ｉ　）　２■、よう化タリウム
（Ｔｌｌ）１■を封入し、更に密封放射線源９を発光管
封止切り部１３に固定して封入している。そして該密封
放射線源゛９を固定している封止切り部１３の周辺の外
壁にジルコニア系の保温膜１４を形成している。

密封放射線源９としては、従来のセラミックス担体に放
射性物質を分散させたものを用いた場合には、先に述べ
たように活性よう化物雰囲気中でセラミックス担体が侵
食され、担体中の不純物による悪影響が発生するのを考
慮して、本実施例においては、直径１閣程度の石英法の
表面に９９７０（テクネチウム９９）を被覆したのち、
更に薄膜状の低Ｎａ不純物のＳｉｎｇの被覆を施したも
のを用いている。この種のランプの始動に必要な放射能
の強さは約１００ＢＱと考えられるが、本実施例におけ
る上記密封放射線源９としては放射能の強さが１８５Ｂ
ｑ１すなわちｏ、ｏｏｓμＣ４のものを用いた。またこ
のように構成した放射線源９を封止切り部１３に固定す
るには次のようにして行われる。すなわち、まず発光管
に設けた排気管内に放射線源を挿入し、排気管を通して
排気したのち、バーナーで排気管を封じ切りすることに
よって、該放射線源を封止切り部に固定することができ
る。

なお本発明においては、高演色性をもたせるため、発光
管内への添加封入物として、演色性に影響を与えるＮａ
ｌ、Ｌｉｌは用いていない。

そしてこのように構成した発光管４の一方の電極７は支
持体６に接続し、他方の電極８は、ステム２に貫通封止
されている導入線ＩＯに接続してランプを構成している
。なお１１はゲッタであり、ま１また本発明においては、点灯方向を制限しないという理由
から、発光管内に始動用補極は設けていない。

なお上記密封放射線源９の製造方法の一例について説明
すると次のとおりである。まず第３図（８）に示すよう
に、直径的１ｍｍの石英法１５を、Ｓｉ系のアルコキシ
ド−アルコール溶液、すなわちゾルゲル溶液に単体粉末
の９９ＴＣを混合した液体に浸し、引き上げて乾燥した
のち、６００°Ｃにおいて窒素中で１時間加熱すると、
第３図（日）に示すように９９ＴＣがむらなく分布した
石英薄膜１６が形成される。この状態ではまだ非密封の
状態なので、９９７Ｃを混合しないＳｉ系ゾルゲル溶液
に浸し、　同様な方法で９１１７０を含まない石英薄膜
１７を施し、これを真空中において１０００°Ｃで１時
間加熱することによって第３図（Ｃ）に示す密封放射線
源９が得られる。

次に本実施例によるランプの始動特性を確認するため、
上記のように構成したランプと、保温膜を形成しないほ
かは全く同様に構成したランプをそれぞれ１０本ずつ試
作し、第４図に示す回路を用２いて始動試験を行った。第４図において、２１は被試験
ランプ、２２はグロー点灯管、２３は３００Ωのセラミ
ックヒータ、２４はバイメタルスイッチ、２５は安定器
、２６は１８０Ｖ、　５０Ｈｚ電源である。その始動試
験結果は、第５図＾、■）に示すように、保温膜による
始動遅れの改善効果を明確に表している。

すなわち保温膜を設けないランプにおいては、第５図■
）に示すように始動遅れ時間が５０秒まで分布している
のに対し、本実施例に係るランプにおいては第５図へに
示すように、始動用補極を用いなくてもグロー点灯管で
大部分が瞬時に始動することが確認された。

このように保温膜を設けることにより始動特性が改善さ
れるのは、次の理由によるものと考えられる。すなわち
保温膜を設けない場合は、消灯徐放射線源のまわりに発
光管内に封入されているよう化物を主とした添加物が凝
縮して放射線源を覆う状態になる。このように放射線源
がよう化物に覆われると、電子親和力の大きいよう素が
放射線源から放出される電子を吸収してしまうため、放
射線源から発光管内へ向けての電子の放出は抑制される
。これに対して、保温膜を設けた場合には、消灯時の放
射線源部分の温度低下速度は他の部分より遅れるため、
放射線源のまわりにはよう化物を主とした添加物は凝縮
しない。したがって放射線源は常に裸の状態になってい
て、放出する電子は付着物に吸収されることはなく、始
動効率が向上する。

このように放射線源の封入態様を考慮しないと、始動に
必要な電子が付着物に消費され、結局、確実に始動させ
るためには更に大なる放射能量の放射線源の封入が余儀
なくされるが、本発明のように保温膜を設けることによ
り電子線を有効に利用できて始動効率が低下しないので
、初期から低放射能量の放射線源の使用が可能であり、
放射性核種の選択により安全性を増大させることができ
る。

また本実施例においては密封放射線源の担体としてセラ
ミックスを用いていないため、たとえ石英がよう化物に
より侵食されても不純物が放出されることはなく、点灯
時間が３０００時間経過後においても、Ｒａ　＝　９２
という高演色性が保持されていることが確認された。

また、本実施例においては、放射性核種として９９７ｃ
を用い放射能量を１８５ＢＱとした密封放射線源を用い
ているため、半減期が２．１４　Ｘ　１０’年と長く、
ランプ寿命期間中放射能量は殆ど変化せず、ランプの良
好な始動特性が維持されている。また放射能量が１８５
と小さくまた９　９７Ｃの放射エネルギーもβ線のみで
０．２９２ＭｅＶと小さく、安全性も確保されている。

なお、密封放射線源に用いる放射性核種の半減期は１０
年を越えるものであれば、在庫及び点灯期間中、全く変
わらない始動性が僅かな初期の放射能量で維持できる。

一方１０年以内の半減期のものを用いた場合は、初期的
に多量の放射能量で使用しないと在庫及び点灯期間中に
不点のランプが発生する可能性が生ずる。すなわち、例
えば半減期２年の核種では、始動に必要な放射能量を１
００Ｂｑとしランプ使用期間を４年とした場合には、４
年後の放射能量は２５ＢＱとなり、始動が不確実になっ
５てしまう。しかし半減期が１０年以上の核種であれば、
ランプ使用期間中、放射能量は殆ど変化しない。

また放射能量は１００Ｂｑ以上であれば十分に始動開始
が可能であり、一方１０００Ｂｑ以上になると放射能量
が多く不必要なβ線も発生し、安全性の点で問題が生ず
るので、゛放射能量は１００〜１０００Ｂｑの範囲に設
定するのが好ましい。また放射線の荷電粒子をβ線のみ
として、そのエネルギーを０．７ＭｅＶ以下とすること
により、発光管を透過して放出するβ線が殆どなくなり
、また制動Ｘ線の発生も無視でき安全性を高められると
いう利点が得られる。

上記実施例では、放射線源として、石英味を担体とし９
９７ｃを含む石英薄膜を形成して構成し、発光管封止切
り部に固定して封入したものを示したが、密封放射線源
を発光管内に固定して封入するには、例えばタングステ
ンなどからなる放射線源支持体を発光管内部に固設し、
その先端に放射性物質をメツキ等で被着し、その上にア
ルミニウム等の非放射性物質をメツキや蒸着等で被覆し
て、６放射線源を発光管内に固定して封入するようにしてもよ
い。そして同様に、その放射線源の配置部分の発光管外
壁に保温膜を形成することにより、同様の作用効果が得
られる。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、ナトリウム及びリチウムよう化物を封入していないの
で高演色性を確保することができ、また半減期が１０年
を越え、放射能量が１００〜１０００Ｂｑで且つエネル
ギーが０．７　ＭｅＶ以下のβ線のみを放射する放射線
核種からなる放射線源を発光管内に固定して封入し、更
に放射線源の配置部分の発光管外壁部に保温膜を形成し
ているので、放射線源への添加封入物の凝縮が防止され
、放射線源から放出される電子線を有効に利用できる。

したがって寿命期間に亘り安定した始動特性をもち且つ
安全性の高い高演色性メタルハライドランプを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るメタルハライドランプの一実施
例を示す図、第２図は、発光管を拡大して示す図、第３
図（ハ）〜（Ｃ）は、密封放射線源の製作工程を示す図
、第４図は、始動特性試験回路を示す図、第５図へ、（
Ｂ）は、始動遅れ時間分布特性を示す図、第６図＾、■
）は、メタルハライドランプにおける発光波長と発光出
力との関係を示す分光分布特性図である。図において、ｌは外管、４は発光管、７．８は電極、９
は密封放射線源、１３は封止切り部、１４は保温膜、１
５は石英法、１６は９９Ｔｃを含む石英薄膜、１７は石
英薄膜を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１、石英ガラス製の容器からなり、始動用発光管内補極
を設けない一対の電極を備えた発光管に、水銀、アルゴ
ン、ナトリウム及びリチウムを除くアリカリ金属よう化
物、希土類金属及びタリウムのうちの少なくとも一種の
金属よう化物を添加封入し、更に半減期が１０年を越え
、放射能量が１００Ｂｑ〜１０００Ｂｑで且つエネルギ
ーが０．７ＭｅＶ以下のβ線のみを放射する放射線源を
発光管内に固定して封入し、固定された該放射線源の配
置部分の発光管外壁部に保温膜を形成したことを特徴と
するメタルハライドランプ。