JPH11515134A - 光学放射の発生方法及び当該方法用の放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、光放射の発生方法及び電気的な技術に属する当該目的用の放電ランプに関するものであり、特には、ガス中の電気的な放電から生じる可視のスペクトルの放射を発生する方法、及び種々タイプの低圧放電照明ランプに関するものである。提案されている光放射の発生方法及び関連のある放電ランプは環境的には清浄な照明システムの入手可能な範囲にある。この方法は光学的に透明な管内にある放射添加物により不活性ガス雰囲気中で生じるガス放電を含む。新規な方法を適用する際には、ＯＨ基を添加物として用いる。放電ランプは不活性ガス及び放射性添加物で満たされた光学的に透明な管（１）を含む。新規な方法では、ＯＨ基を、水或いはグループII金属アルカリから得られるＯＨ源の放射性添加物として使用することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 光学放射の発生方法及び当該方法用の放電ランプ 本発明の技術分野 本発明は、電気工学産業界、特には、ガスが電気的に放電される結果可視スペ クトルの放射が発生する方法に関するもの、或いはアルゴン、キセノン、クリプ トン、ナトリウム、水銀、水銀発光体等の種々のタイプの低圧放電照明ランプに 関するものである。 従来技術 光学的に透明な材料でできた管に圧力１００乃至１５００Ｐａで不活性ガスに より圧力０．１乃至１．０Ｐａでナトリウム蒸気の混合物内でガス放電を発生す る光放射を発生させる方法は既知である。（G.N.Rokhlin「Discharge light sou rces 」Moscow,Energoatomizdat,1991,pp.451-457を参照）。 この光放射を発生させる既知の方法は、上記方法が通常の照明には不向きであ るということにより、ナトリウム蒸気（５８９．０乃至５８９．６ｎｍ）即ち蛍 光体により変化できないほぼ単色の黄色の光の蛍光性放射に起因している。この 方法を達成する為には、化学的に活性な物質即ちナトリウムを使用することが必 要である。 ２個の電極を密封シールしたガラス管を含むガス放電ランプは、知られている 。この管は、圧力が６００Ｐａにも達する０．５乃至１．０％のアルゴンを含む ネオンで満たされており、ナトリウムも同様に管に導入される。この管の外側に はナトリウムを凝集させる為の小さな凸状部分を設け、内側表面が薄いインジウ ムの酸化膜によりコートされる排気用の外側ガラス容器が内側に整合されている （G.N.Rokhlin「Discharge light sources 」Moscow,Energoatomizdat,1991,pp. 451-457を参照）。 この既知の放電ランプでは、蛍光体によって変換することができない単色性の 黄色の光のみが得られ、更には化学的に活性な物質であるナトリウムを含んでし まう。 不活性ガス及び水銀蒸気雰囲気での長手方向断面を変化させるガス放電の光学 的に透明な材料でできた管内に生じる光放射の発生方法は知られている。放電ス ペース中の電流及び圧力の大きさは、周期的に放電を確実に断続するように選択 される（RF patent apecification No.1814741,cl.H01J 61/72,publ.07.05.93参 照）。 この既知の方法により、高効率及び高輝度のスペクトルであるＵＶ領域、可視 領域及びＩＲ領域部分付近で放射を発生させることができる。しかしながら、こ の既知の方法に水銀蒸気を使用するとこの方法は環境的に危険なものとなる。 水銀ガス放電ランプは、照明胡瓜温室用には知られているが、この放電ランプ は光学的に透明な放電チャンバを含み、この放電チャンバはシールされた電極を 有し、このランプは放電中の動作圧力を維持するような量の不活性ガス及び水銀 により、並びに次の量（ｗｔ．％）のヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム及びヨ ウ化インジウムで形成した放射添加物により満たされている〔ヨウ化リチウム８ 乃至１８、ヨウ化ナトリウム７０乃至８８、ヨウ化インジウム４乃至１２（RF p atent specification No.1816330 cl.H01J 61/18,publ.15.05.93参照）〕。 作動物質として水銀の前記既知のランプを本発明の方法に使用するのは、この ようなランプの組立、動作及び次の処理の環境親善的見地からは、不所望である 。 請求項に記載した方法に対する相当数の態様の全てに関して最も近い方法は、 不活性ガスの圧力が２６６０乃至３９９００Ｐａで、不活性ガス、水銀蒸気及び ハロゲン化金属の形態を取る放射添加物の雰囲気でガス放電を行う光学的に透明 な材料でできた管に生じる光学的放射の発生方法である（USSR Inventor's Cert ificate No.1833927 cl.H01J 61/18,publ,15.08.93参照）。 種々の金属の放射添加物を導入することによる前記既知の方法により、水銀の みのランプと比較して、十分に高い効率で最も変化した放射スペクトルを発生す る高電力ランプが得られる。 この方法の欠点は、水銀を使用しなければならず、この水銀は環境親善的見地 からは、著しく不所望であることである。 本発明の方法を実施した請求項に記載の放電ランプに対して、相当数の態様の 全てに関して最も近いランプは、気密封止された電極を有する光学的に透明な材 料の放電チャンバを含み、このランプは不活性ガス、水銀及び放電チャンバに放 射金属のハロゲン化物を供給する添加物で満たされており、銀、銅及び亜鉛のハ ロゲン化物を放電チャンバに供給した目的の添加物が使用され、前記構成は次の 量（μｍｏｌ／ｃｍ³）で使用される。 水銀 １．５乃至４５．０ 放電チャンバに適用される添加物 ハロゲン化銀 ０．５乃至１２．０ ハロゲン化銅 ０．３乃至９．０ ハロゲン化亜鉛 ０．２乃至６．０ 一方、不活性ガスの圧力は１．３３乃至３９．９ｋＰａであった（RF patent sp ecification No.17263 cl.H01J 61/18,publ.30.07.94参照）。 この既知の放電ランプは、全ての利点にも係わらず、組立、動作及びそこでの 次の処理中に水銀が存在するために環境親善的ではない。 本発明の開示 本発明のこのグループの目的は、光放射の環境的にクリーンな発生方法及び当 該目的用の放電ランプを生み出すことにより光放射の発生手段の入手可能な波長 域を拡張することにある。 前述の目的は、不活性ガスと放射添加物との雰囲気内でガス放電の光学的に透 明な材料の管内に生じる光放射の製造方法に関して、放射添加物としてＯＨ基（ ヒドロキシルグループ）を使用することにより達成される。このヒドロキシル基 ＨＯは種々の手段（水蒸気を放電に送り込むことにより、或いは放電が達成され る管内に位置するアルカリ土類金属の水酸化物を過熱することにより）により形 成することができる。 上述の目的は、光放射の発生方法を実施する放電ランプに関してＨＯ基源を導 入することにより、及び上記放射添加物を形成するように不活性ガス及び放射添 加物で満たされている光学的に透明な材料でできた管を含むことにより同様に達 成される。照明目的用には、上記ＨＯ基源の導入量は、１０^-11乃至１０^-7ｍｏ ｌ／ｃｍ³だけである。この最も安価で且つ最も簡素なＨＯ基源として、水或い はヒドロキシルグループを含む数個の物質を使用することができる。加熱された 際に著しく安定な酸化物及び水に分解する例えばＣａ（ＯＨ）₂或いはＭｇ（Ｏ Ｈ）₂のようなグループII金属アルカリは、このようなＯＨ基源として便宜的に 使用することができる。 請求項に記載した本発明のグループは、発明者により驚異的に発見された現象 に基づくが、これにより不活性ガスのガス放電の放射スペクトルの性質がＨＯ基 を導入した際には変化する。ヒドロキシルＯＨの導入により放電の特性が根本的 に変化し、特にはその放射特性が変化する。ヒドロキシルが無い場合には、ガス 放電の特性は、不活性ガス原子及びイオンにより決定される。グロー放電中には 、不活性ガス原子にエネルギーを与える最大放射が真空ＵＶ領域の蛍光放射と一 致する。ＨＯ基を導入する際には、放電放射が全意図及び目的に対して孤立する ＨＯ分子の放射に変化し、この発光放射はスペクトルのＵＶ領域付近にある３０ ６．４ｎｍのバンドを形成する。ＨＯ基放射は、例えば技術処理に直接使用され たり、或いは草木や生命有機体（このような放射は、草木及び人間を含む生命有 機体に著しく良好な影響を与える２８０乃至３５０ｎｍＵＶ放射領域のほぼ中間 に位置する。）に使用することができ、又ガス放電が行われる管（所謂放電チャ ンバ）を包囲する外容器の壁に被着される適当な蛍光体により、著しく効果的に 、スペクトルの可視領域に変化することもできる。ヒドロキシル分子は、グロー 放電中に例えば水分子か容易に得られる。ヒドロキシル基から放電を中断する際 には、水分子が新たに形成される。これは全く害のないヒドロキシル基を使用し て成される。イオン化及びＨＯ基にエネルギーを与える為に必要なポテンシャル （各１２．９Ｖ及び４．０Ｖ）は、不活性ガスであるアルゴン、ヘリウム、ネオ ン及びクリプトンの原子の各ポテンシャルよりも相当低く、これにより、放電条 件が生じ、この放電条件で、ガス放電の動作元素として動作するＨＯ基を少量加 えて不活性ガスがバッファガスになる。エネルギーが与えられたＨＯ基の放射の 蛍光特性によって、電気エネルギーがスペクトルのＵＶ領域の電磁放射エネルギ ーに著しく効果的に変化することが確実となる。 図面の簡単な説明 請求項に記載した光放射の発生方法と請求項に記載した放電ランプを図面に示 す。 図１は、ＨＯ基の放射スペクトルを示したものであり、 図２は、放電ランプの放射スペクトルを示したものであり、ａは、ランプがア ルゴンで満たされており（圧力が３８５７Ｐａで放電電流が３０ｍＡ）、ｂは、 ランプがアルゴンで満たされており（圧力が３８５７Ｐａで放電電流が３０ｍＡ ）、放電中に水から得られるＨＯ基を加える。 図３は、放電ランプの放射スペクトルを示したものであって、ａはランプがヘ リウムで満たされており（圧力が２６６０Ｐａで放電電流が６０ｍＡ）、ｂは、 ランプがヘリウムで満たされており（圧力が２６６０Ｐａで放電電流が６０ｍＡ ）、水酸化カルシウムの放電過熱により得られるＨＯ基を加える。 図４は、ＵＶ放射放電ランプの断面図を示したものである。 図５は、蛍光体を有する放電ランプの断面図を示したものである。 図６は、無電極の放電ランプの実施例の断面図を示したものである。 図１乃至図３において、横軸は、放射波長（ｎｍ）を表し、縦軸は、相対値の 放射強度を表す。 図２及び図３に示すように、放電管へＨＯ基を導入することにより、スペクト ルが根本的に変化する。：不活性ガス線が殆ど無く、全ての放射が水酸化物の３ ０６．４ｎｍバンド内に集中していることが分かる。この種の不活性ガスは、ス ペクトルの特徴を基本的に変化させない。：ネオン及びクリプトンを不活性ガス としてランプに注入する際には同様な結果が得られる。 放電ランプは、例えばクウォーツ、セラミック或いはＵＶ透過ガラスのような 光学的に透明な材料で形成された密封シールされた管１（放電チャンバ）を含む 。蛍光体コーティング（図５）を有する実施例において、密封シールされた管１ は、外方に排気して（熱交換を抑制するように）容器２内に配置され、この容器 の内部表面では蛍光体コーティング３がＵＶ領域から可視領域まで生じる放射ス ペクトルを変換させるように被着される。この密封シールされた管１は、不活性 ガス（例えば、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトン或いはそれらの混合 物）で満たされている。 管１は、動作電極４或いは５（例えばタングステン電極）により装備されるが 、電極（図６）が無い他の実施例においては、このような電極は無く且つ放電を 起 こす為に高周波ジェネレータ（図示せず）に接続される高周波回路６が使用され る。例えばＣａ（ＯＨ）₂のようなＨＯ基源７は、電極４及び５の後方に、管１ の付属物８に位置することができる。 本発明の実施例 請求項に記載した方法は、次のように放電ランプの目的によりを達成される。 ＨＯ基源としては、水をランプ中に配置する。管１に放電を起こすのに必要な電 圧を電極４及び５に（ランプの無電極の実施例における回路６に）印加する。電 極４と５との間では、電気的な放電が生じ、その一方では容器１が加熱される。 水蒸気が電気的な放電領域に進入し、その結果ＨＯ基が形成される。それ故にＵ Ｖ領域の光放射が生じる。他のスペクトル構造の光放射が必要な場合には、適当 な蛍光帯コーティング３を容器２の内表面に被着し、その結果管１からスペクト ルの可視領域のＵＶ放射に変化する。 実施例１ 放電ランプは、直径が２０ｍｍで、２個のタングステンの電極がシールされた 先端部分でクウォーツの円筒形状管の形態として組み立てられた。管の中央部分 には付属物を形成し、この付属物中にはカルシウムアルカリを配置した。管は真 空システムにまで接続された。タングステンコイルを管及び付属物上で巻回し、 互いに独立して変化する管壁温度及び付属物温度により放電チャンバが加熱され た。温度は管壁及び付属物の表面に位置する熱電対により測定した。先ず管は、 真空システムにより排気され、次に３８５７Ｐａの圧力にまで達するアルゴンに より満たされた。６００Ｖの直流電圧が電極に十分印加され、電極間の距離に亘 ってスパークするが、この際には、電圧が３００Ｖに抑制された。軸線放電領域 による放射を、スペクトル機器のインレット開口に焦点を合わせ、そのアウトレ ットはフォトエレクトロンマルチプライア及び増幅器を介して接続され、その結 果２００乃至８００ｎｍの波長範囲で放電放射スペクトルを記録した。この記録 装置により記録された放射スペクトルを図（ａ）に示す。この図は、ランプ管を 満たすアルゴン原子の放射を示している。この際には、ＯＨ基源が水及び酸化カ ルシウムに分離される迄、ランプ付属物内のＯＨ基源（Ｃａ（ＯＨ）₂）を加熱 した。放電領域内に進入する水蒸気によりＯＨ基が形成された。本発明のＯＨ基 による放電ランプの光放射を記録し、放射スペクトルを図２（ｂ）に示す。アル ゴン線は「抑制」され、新しい線がスペクトル（３０６．４ｎｍ）のＵＶ領域に 出現した。 実施例２ 無電極の放電ランプが直径１０ｎｍで、クウォーツ管から組み立てられ、真空 システムに接続された。高周波回路は管の表面の部分で巻回され、管の中央部分 には付属物を設け、この付属物中には水が含まれていた。過熱用のタングステン コイルは、管の壁及び付属物上で巻回され、管の壁の温度及び付属物の温度は互 いに独立に変化した。先ず放電ランプは真空システムにより（ランプの付属物中 に水はない）排気され、次には圧力が３８５７Ｐａにまで達するアルゴンにより 満たされた。ランプの放電は、１００ＭＨｚの周波数による高周波電磁界により 動作された。放射スペクトルは、実施例１と同様に記録された。ランプの付属物 中のアルゴンの放射が記録された後には、水を流入してタングステンコイルによ り加熱した。記録されたスペクトルは実施例１で得られたスペクトルに一致した 。 実施例３ 実施例２で組み立てた無電極の放電ランプは、圧力が２６６０Ｐａまでにも達 するヘリウムで満たされていた。放電ランプの放射スペクトルは、ＨＯ基無しで （図３（ａ））記録した。放射スペクトルはヘリウム原子の放射を表した。次に は、マグネシウムアルカリをランプ中に配置し、放電が起こり、ランプの放射ス ペクトルを記録した（図３（ｂ）参照）。図３（ａ）と図３（ｂ）のスペクトル を比較すると、ＯＨ基のバンド（３０６．４ｎｍ）の放射が卓越していることが 分かる。 実施例４ 実施例２において組み立てられた無電極のランプは、圧力が２８６Ｐａのネオ ンで満たした。放射スペクトルはＯＨ基の無い場合にも記録され、後に水がラン プに加えられた。放電中に存在するＯＨ基により、ネオン線はほぼ無くなり、全 放射が水酸化物の３０６．４ｎｍバンドに集中することが分かった。 商業的な用途 請求項に記載された光放射の発生方法及び請求項に記載された当該目的用の放 電ランプが、工業及び農業、又は輸送、並びに種々のタイプの低圧放電ランプが 目下の所、照明目的に使用されるいかなる場所即ち移住地及び居住地の照明用に も使用することができることが分かる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴル アレクサンドル ヤコヴルヴィッチ ロシア国 カーヴェー192 デー 104 ペ ル プロスヴェ シェニヤ サンクト−ペ テルブルグ 195299 (72)発明者 キダロフ セルゲイ ヴィクトロヴィッチ ロシア国 カーヴェー 14 デー ３アー ４−アヤ ソヴェスカヤ ウル サンク ト−ペテルブルグ 193036 (72)発明者 コジレフ セルゲイ ヴァシリエヴィッチ ロシア国 カーヴェー 65 デー 30 ナ ロドナヤ ウル サンクト−ペテルブルグ 193224 (72)発明者 ミレニン ヴィヤチェスラフ ミハイロヴ ィッチ ロシア国 カーヴェー 175 コルプ ２ デー 32 ウル デサントニコフ サン クト−ペテルブルグ 198330 (72)発明者 ティモフェーフ ニコライ アレクサンド ロヴィッチ ロシア国 カーヴェー 16 コルプ １ デー ２パーセント ウル ポグラニチェ ニカ ガリカヴォゴ サンクト−ペテルブ ルグ 198264

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．不活性ガスと光学的に透明な材料の管内の放射添加物の雰囲気でガスの放電 を生じる光放射を発生させるに際して、放射添加物としてＯＨ基を用いることを 特徴とする光放射を発生させる方法。 ２．不活性ガス及び放射添加物により満たされた光学的に透明な材料の管（１） を具える放電ランプにおいて、放射添加物を形成したＯＨ基源を導入したことを 特徴とする放電ランプ。 ３．ＯＨ基源が１０^-11乃至１０^-7mol/cm³の量で導入されることを特徴とする請 求項２に記載の放電ランプ。 ４．ＯＨ基源として、水を用いることを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ 。 ５．ＯＨ基源として、ヒドロキシルグループを含む物質を用いることを特徴とす る請求項２に記載の放電ランプ。 ６．ヒドロキシルグループを含む物質として、グループIIの金属水酸化物を使用 することを特徴とする請求項５に記載の放電ランプ。 ７．グループIIの金属水酸化物として、マグネシウム及びカルシウムの水酸化物 を用いることを特徴とする請求項６に記載の放電ランプ。