JPS5823707B2

JPS5823707B2 - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPS5823707B2
Application number: JP1219175A
Authority: JP
Inventors: 加納忠男; 河野哲; 杉本隆洋
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-01-29
Filing date: 1975-01-29
Publication date: 1983-05-17
Also published as: JPS5187374A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は垂直状態に保持して点灯使用されるメタルハ
ライドランプに関する。

たとえば光化学反応装置における光源として用いられる
メタルハライドランプは、反応槽中に垂直に固定されて
点灯されるようになっており、通常上下が逆転して使用
されることはない。

そしてこの種用途のランプは通常の照明用光源に比べて
大電力ランプが選ばれることが多く、このため発光管の
管径および電極間距離は大きくなる。

さらにこの種ランプは、光化学反応生成物の収量を重要
視することから、ランプの寿命特性はある程度犠牲にし
ても、ランプの単位入力当りの光効率が高いことが要求
されている。

このような要求のもとに、従来において比較的大きな管
径を有する発光管内にその離間距離が比較的長い一対の
電極を配設し、かつ不活性ガスと必要量の水銀とともに
ナトリウムＮａ、タリウムＴｌ、インジウムＩｎ。

スズＳｕ、スカンジウムＳｃおよびランタンＬａ等
の希土類元素、などのハロゲン化物を封入したものが知
られている。

しかしながらこのような植種の金属ハロゲン化物を封入
するにしても、それぞれの封入量によっては、発光効率
、演色性および放電の安定性等にかなりのばらつきがあ
った。

この発明はこのような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、封入物の最適な組合せおよび
最適な封入量を規制することにより、高効率、高演色性
および安定した放電が得られるこの種メタルハライドラ
ンプを提供しようとするものである。

以下この発明の一実施例を図面を参照しつつ説明する。

図中１は硬質ガラス、たとえば硼硅酸ガラスからなる外
管であり、この外管１内には窒素Ｎ２ガスがたとえば
６５０ｔｏｒｒ封入されている。

そしてこの外管１内には発光管２が収納されており、こ
の発光管２はたとえば内径５０ｍｍ、肉厚２龍の石英か
らなるバルブ３を備えている。

このバルブ３の上下端にはそれぞれ電極４ａ、４ｂが
配置されており、これら電極４ａ、４ｂはその電極軸
５ａ、５ｂを、上記バルブ３の封止部６ａ、６ｂ内に
封減されたモリブデン等からなる難溶融性金属箔導体７
ａ、７ｂに接続しである。

そして上記電極４ａと４ｂとの離間距離つまり電極間距
離ｌは１０００ｍｍに構成してあり、これを２０ＫＷ
大入力点灯することにより、バルブ内表面積の単位面積
当りの電気入力、つまり管壁負荷１２７Ｗ／ｃｔｙＹ
となるようにしである。

このような発光管２は支持体８ａ、８ｂを介してサポー
ト兼内部導入線９ａｔ９ｂに支持されて外管１内に
収容保持されている３そして上記内部導入線９ａ、９
ｂは外管１の上端に突設した端子ピン１０ａ、１０ｂに
接続されている。

また前記金属箔導体７ａ、７ｂは外部ＩＪ−ド線１１
ａ、１１ｈを介して上記内部導入線９ａｔ９ｂに接
続されているものである。

また、バルブ３の下端部には下部の電極４ｈの後方に対
応してバルブ３の外面に熱反射兼保温膜１２を塗布形成
して、封入金属の蒸気圧を高めるように配慮されている
。

しかしてこのような発光管２内には、始動用希ガスとし
てたとえば１５ｔｏｒｒのアルゴンＡｒガスと、最低
必要量たとえば９．３ｇの水銀Ｈｇと、後述する量のそ
れぞれよう化ナトリウムＮａＩ。

よう化タリウムＴＡＩ、よう化セシウムＣｓＩ、および
セリウムＣｅ、ネオジウムＮｅ１プラセオジウムＰｒ群
から選ばれた少なくとも１種の金属のよう化物または臭
化物とが封入されている。

ところで、上記よう化ナトリウムは６００η、よう化タ
リウムは１００ダ、よう化セシウムは１００■およびよ
う化セリウムＣｅｌ３は２０■、それぞれ発光管に封入
しである。

この結果、バルブ３の内容積は約２１００ｃ、ｃとなる
ので、ＮａＩ＋Ｔｌｌ−０，３４（ｍｐ／（、（）−”
”””（ａ）ＣｅＩ３＝Ｏ，ＯＯ９ｍｙ／ｃ、
ｃ・・・・・・・・曲−・・（ｄ）となる。

このような本実施例の構成のランプに比較して、同一構
成の従来ランプにおいて、発光管内に１５ｔｏｒｒのア
ルゴンガス、９．３ｇの水銀、および６００■のよう化
ナトリウムＮａＩ、ｕ１００■のよう化タリウ
ムＴＡＩだけを封入したランプを点灯してみたところ、
ランプ電流１０Ａのとき、ランプ電圧は２１５０Ｖ、ラ
ンプ電力は２０ＫＷとなり、激しいアークゆれを伴っ
てその効率は１１０１ｍ／Ｗであった。

これに対して前記本実施例に係る封入量のものは、上記
従来のものに比べてさらによう化セシウムＣｓＩを１０
０〜、およびよう化セリウムＣｅｌ３を２０■加えたの
で、効率が１３０１ｍ／Ｗとなった。

そしてこのランプはアーク全体が安定な放電を呈し、し
かもその発光は発光管十半部約５０％の範囲でタリウム
Ｔｌの強いスペクトルを中心に各金属元素の線スペクト
ルがみられ、また発光管下半部約５０％の範囲ではタリ
ウムＴＩ、ナトリウムＮａの強い線スペクトルに加えて
セリウムＣｅ特有の多数の線スペクトルが可視域に見ら
れ、よって上半部はや５緑色、下半部ははゾ白色を呈し
ている。

このランプの全体的な光を可視域の波長毎に示した分光
エネルギー分布状態を第３図に示す。

この図中縦軸は強さくパーセント）、横軸は波長（酊→
を示し、２箇所の強いピークはタリウムとナトリウムの
線スペクトルであり、他の連続スペクトルはセリウムと
セシウムの線スペクトルの集合である。

したがってよう化セシウムＣｓＩを封入することは、ア
ークゆれ防止、つまりアークの安定化を図るために必要
と推考され、特に電極間距離ｌの大きいかつ内径の大き
な大電力用メタルハライドランプでは顕著な効果を得る
。

またよう化セリウムＣｅ■３を封入することは効率の向
上と演色性の改善のためには有効なものと考えられる。

ところで、上記よう化セリウムＣｅ■３の封入量の影響
について実験したところ、第４図に示されるような結果
を得た。

つまり、バルブ内径５０ｍＨ電極間距離１０００ｍｍ、
内容積２１００ｃ、ｃの発光管内に水銀を９．３Ｉ、希
ガスとしてのアルゴンガスを１５ｔｏｒｒ封入し、か
つよう化ナトリウムＮａＩを０．１８Ｔｎ９／ｃ、ｃ、
よう化タリウムＴｌ■を０．０４ｍ９／ｃ、ｃを一
定封入量として２０ＫＷ定格で点灯するようにし、これ
によう化セリウムＣｅ■３の封入量を種種変えて実験し
てみると、よう化セリウムの封入量は、効率の点で０．
００１〜０．１ｍＩ？／ｃ、ｃが好ましく、またア
ークの安定性を加味すると０．０１〜０、０５ｍ９
／ｃ、ｃがさらに好ましいことが判った。

そしてまたセリウムの代りにネオジウムＮａプラセオジ
ウムＰｒであっても同様の結果を得るとともに、これら
をよう化物の形態で封入するばかりでなく臭化物の形で
封入しても可能であることが実験の結果判明している。

またセリウム、ネオジウム、プラセオジウムのよう化物
または臭化物は総量が０．１■／ｃ、ｃを越えるとアー
クゆれが生じて放電が不安定となり、かつエネルギーバ
ランスの点からナトリウムおよびタリウムのスペクトル
強度が低下するので好ましくなく、また０、００１ｍ９
／ｃ、ｃ未満であると、効率の向上が期待できずこれを
封入した所期の目的が達成できないことになり、よって
好ましい封入量は０．０１〜０．１〜／ｃ、ｃの範囲で
あり、最適値は０．０１〜０．０５■／ｃ、ｃであると
規定できる。

ついでまたよう化ナトリウムＮａＩとよう化タリウムＴ
ｌ■との封入総量について調べると第５図のような結果
を得た。

つまり上記構成および定格の発光管内に、よう化セシウ
ムＣｓＩを０．０５７１１９／ｃ、ｃ、よう化セ
リウムＣｅｌ３を０．０１■／ｃ、ｃ封入して一定とし
、よう化ナトリウムＮａＩとよう化タリウムＴｌＩとの
総封入量を変えて効率を調べてみると、上記よう化ナト
リウムとよう化タリウムとの総量が０．０１■／ｃ、ｃ
未満では急激な効率の落ち込みがみられ、１■／ｃ、ｃ
を越えるとランプ電圧等の電気特性に悪影響を生じたり
。

激しいアークゆれを伴って立消えする傾向が生じてくる
。

したがってよう化ナトリウムＮａＩとよう化タリウムＴ
ＲＩとの封入総量は０．０１ｍ９／ｃ、ｃ〜ＩＴｎ９
／ｃ、ｃの範囲に限定することが望ましい。

さらにまたよう化ナトリウムＮａＩのよう化タリウムＴ
ｌ■に対する封入量比を調べると、第６図のようになっ
た。

つまりこのものは前記構成および定格の発光管内によう
化セシウムＣｓＩを０、０５ｍ９／ｃ、ｃ、よう
化セリウムＣｅ■３を０．０１■／ｃ、ｃ封入するとと
もによう化ナトリウムＮａＩとよう化タリウムＴｌ■と
の封入総量を０．２〜／ｃ、ｃに保ち、この関係におい
てよう化ナトリウムのよう化タリウムに対する比（重量
比）を変化させてみた。

この結果、よう化ナトリウムのよう化タリウムに対する
比は、よう化ナトリウムの量が少なすぎると充分な効率
が得られなく、よって少なくとも０．１以上は必要であ
ることが判った。

なお、よう化タリウムＴｌ■は５３５ｎｍ付近にピーク
放射スペクトル領域を有し、またよう化ナトリウムＮａ
Ｉは５８９ｎｍにピーク放射スペクトル領域を有し、と
もに可視光域であるから視感度を高めて効率向上に寄与
するものである。

ところで、よう化タリウムＴｌ■は、量を増していくと
上記５３５ｎｍの放射スペクトルは一定の温度で飽和
し、これ以上増量しても５３５ｎｍの放射スペクトルは
増大せずに青〜紫領域のスペクトルが増大するだけであ
る。

一方、よう化ナトリウムＮａＩを増量するとこれもある
温度で飽和に達するが、ナトリウムはタリウムに比べて
飽和温度が高く、したがって上記よう化タリウムの飽和
温度以下ではよう化タリウムのスペクトルが有効に利く
が、これ以上の温度になるとよう化ナトリウムのスペク
トルが有効となる。

この結果、比較的高い温度で点灯使用されるメタルハラ
イドランプでは、よう化タリウムに加えてよう化ナトリ
ウムを使用すると視感度の向上が可能となる。

このようによう化ナトＩＪウムＮａＩは効率向上に寄与
するものであるが、よう化ナトリウムに対する比は前述
のとと＜０．１以上を必要とし、０．１未満では効率が
急激に低下してよう化すｌ−ＩＪウムを加える所期の目
的が達成できなくなる。

なおよう化ナトリウムとよう化タリウムの総量を１■／
ｃ、ｃに増加すると若干のアークゆれを生じるが前記比
が０．１以上であれば効率にはほとんど変化なく、また
総量が０．０１未満では重量比が０．１以上であっても
急激な効率低下が生じるものである。

さらにまたよう化セシウムＣｓＩの封入量は、よう化ナ
トリウムとよう化タリウムとの封入合計量に対して重量
比で０．０１〜１の範囲が好ましく、なかでも０．０５
〜０．５の範囲が最適であることも確認している。

すなわち、第７図はよう化セシウムＣｓＩの封入量とよ
う化ナトリウムＮａＩおよびよう化タリウムＴｌ■の封
入合計量との関係を示すもので、線ａは線すは同化が０．０１をそれぞれ示す。

１を越えると効率が低下し、０．０１未満となるとアークが不安定となる。

一方、ＮａＩとＴｌ■との封入合計量は前記のように０
．０１〜１■／ｃ、ｃの範囲が好ましいから、各よう化
物の適正封入量はＮａＩ＋ＴＡＩ−０，０１〜１（ｙｎｔｙ／ｃ、
ｃ）の２つの式を満足する場合、つまりＡ、Ｂ、Ｃ。

Ｄで囲まれる範囲内（斜線部分）が好ましいことになる
。

なお、よう化セシウムＣｓＩは、よう化ナトリウムとよ
う化タリウムとの封入合計量に対して重量比で０．０１
〜１の範囲となることは上述した通りであり、この重量
比からするとよう化セシウムＣｓＩを０．０５ｍ９／
ｃ、ｃ封入したときにはよう化ナトリウムとよう化
タリウムとの封入総量は００５〜５〜９．／ｃ、ｃが
可能となる筈であるが、このよう化ナトリウムとよう化
タリウムとの封入総量は前述した理由により０．０１〜
１〜／ｃ、ｃに規制される必要があり、したがってよう
化セシウムＣｓＩを０．０５■／ｃ、ｃ封入したランプ
はよう化ナトリウムとよう化タリウムとの総量はその上
限が依然として１■／ｃ、ｃを越えることはないもので
あり、ＩＴｎ９／ｃ、ｃを越えると激しいアークゆれを
伴って立消えを招くものである。

つぎに、他の実験をした結果を説明する。

すなわち、内径３６ｍｍ、内容積３１０ｃ、ｃの石英製
バルブからなり電極間距離ｌを２３０ｍｍとした発光管
内に水銀１８ｇと希ガスとして１５ｔｏｒｒのアルゴ
ンガスと、これに加えて下表の条件の封入物を封入した
。

そしてこれらのランプはいづれもランプ入力を４ＫＷと
し、ランプ電流７．５Ａにて垂直点灯した結果ランプ電
圧は５８０■、ランプ電圧は４ＫＷとなった。

以上のような結果からも、ＮａＩ＋Ｔｌｌ−０，０１〜１ｍ９／ｃ、ｃ −
（ａ）’およびＣｅ、Ｎｄ、Ｐｒのよう化物または臭化
物の合計量は０．００１〜０．ＩＴｎ９／ｃ、ｃ
（ｄ） ’なる条件を満足すれば効果があることが判
る。

なおこの発明は光化学用光源として用いられるランプに
は限定されず、要すれば垂直点灯されるメタルハライド
ランプであればよい。

以上説明したようにこの発明は、垂直に点灯して使用さ
れるものにおいて、両端に電極を備えた光管バルブ内に
、水銀および始動用希ガスに加えて、よう化ナトリウム
ＮａＩと、よう化タリウムＴｌ■と、よう化セシウムＣ
ｓＩ、およびセリウムＣｅネオジウムＮｄプラセオジウ
ムＰｒの群から選ばれた少なくとも１種の金属のよう化
物または臭化物とを封入し、ＮａＩ＋ＴＡＩ−０，０１〜１（Ｔｎ９／ｃ、ｃ
）およびＣｅ、Ｎｄ、Ｐｒのよう化物または臭化物の
封入総量を０．００１〜０．１ｍＪ？／ｃ、ｃに規
定したものである。

したがってこのものによると、効率が向上するとともに
演色性も向上し、アークの状態も安定する効果がある。

【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図は光化学反応
用光源に用いられるメタルハライドランプの側面図、第
２図はその発光管の側面図、第３図ないし第７図はそれ
ぞれ実験結果を示すグラフである。１・・・・・・外管、２・・・・・・発光管、３・・・
・・・バルブ、４ａ、４ｈ・・・・・・電極。

Claims

【特許請求の範囲】

１垂直状態で点灯使用されるものにあって、両端に電
極を備えた発光管バルブ内に、水銀および始動用希ガス
に加えてよう化ナトＩＪウム（ＮａＩ）と、よう化タリ
ウム（ＴｌＩ）と、よう化セシウム（ＣｓＩ）と、
セリウム（Ｃｅ）ネオジウム（Ｎｄ）プラセオジウム（
Ｐｒ）の少なくとも１種の金属のよう化物または臭化物
とを封入し、ＮａＩ＋Ｔｌｌ−０，０１〜１（７７１
＆／ｃ、ｃ）およびＣｅ、Ｎｄ、Ｐｒのよう化物ま
たは臭化物の合計量は０．００１〜０．１ｍ９／ｃ
、ｃに規定したことを特徴とするメタルハライドラ
ンプ。