JPS6034220B2 - 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（ェミ
ッター）を変更した金属蒸気放電灯に関する。

一般にメタルハラィドランプはその始動を容易にならし
めるため、エミツターとしてトリウム（Ｔｈ）または酸
化トリウム（Ｔｈｏ２）を電極に混入もしくは塗布した
形態で発光管内に封入し、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で４００Ｗ形の
ものは電極に酸化トリウムを２０の９塗着して使用して
おり、トリウムはその半減期Ｔが１．４×１０１０年で
あることが知られているとともに、酸化トリウム２０の
９中のトリウム原子の数はおよそ４．５４×１び。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、酸化トリウム２０の９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、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
ば毎秒の初期電子数Ｑはおよそ７２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７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７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、
・ ……【１１で与えら
れる。

したがって２０の９の酸化トリウムにおける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？こ０．０２釘砂、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、天然放射線は数秒
に１回程度であってＱ３０．１程度となり、７２２硯砂
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の砂程度となり、電圧印加後２の段・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分間以上も始動開始しないもの
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、したがって丁３１００の砂
前後にも達することになるので電圧印加後平均２０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年後の寿命終期にあっても確実な
始動をするためには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、このため酸
化トリウムの形態で封入する場合には少なくとも２０の
９程度の量が必要となる。

しかしなからトリウムは発光管内に封入された金属ハロ
ゲン化物のハロゲンと反応してハロゲン化トリウムとな
り、これが発光して他の効率の高い封入物の発光を抑制
するために光東低下の原因となり、かつハロゲン化トリ
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。このようにナ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、この種のランプを寿命時間の
たとえば１０００畑時間点灯使用終期にいても確実、円
滑な始動を維持しようとすると、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
ると益々光東の低下を招く不具合がある。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、トリウムに代ってハロゲンなどと化学反応
を生じない半減期の短いェミッターを使用し、ェミッタ
ーの使用量が少なくなるとともに初期電子数は始動に充
分な量だけ得ることができ、寿命中の光東低下を防止す
る金属蒸気放電灯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て説明する。

第１図はメタルハラィドランプの発光管を示し、１は石
英ガラスからなる発光管バルブ、２，２は両端に形成さ
れた封止部、３，３は主電極、４は始動用補助電極、５
，５および６は封止部、２，２に封止された金属箔導体
、７，７および８は外部リード線である。

上言己バルブー内には沃化スカンジウム（Ｓｃｌ）、沃
化ナトリウム（Ｎａｌ）、水銀およびアルゴンなどの始
動用希ガスが封入されているとともに、放射性物質が封
入されている。放射性物質は、半減期が約０．３王以上
約１位王以下であり、しかも発光管１個当りの放射能量
が１マイクロキュリー以下に規制されている。

このような放射性物質としては、ナトリウムね（２２Ｎ
ａ）、カルシウム４５（４５Ｃａ）、マンガン５４（５
４Ｍｎ）、鉄５５（＄Ｆｅ）、コバルト６０（的Ｃｏ）
、亜鉛６５（６５Ｚｎ）、ルテニウム１０６（１＄Ｒｕ
）、銀１１０（１１０Ａｇ）、アンチモン１２５（１２
５Ｓｂ）、バリウム１３３（１３Ｂａ）、セシウム１３
４（１３４Ｃｓ）、セリウム１４４（１４４Ｃｅ）、プ
ロメチウム１４７（１４７Ｐｍ）、ユーロビウム１５５
（１南Ｅｕ）、金１９５（１９５Ａｕ）、タリウム２０
４（２ｏ４ＴＩ）、キュリウム２４２（２４２Ｃｍ）が
該当する。

そして上記発光管バルブー内にはこれらの放射性物質の
少なくとも１種が封入されているものである。しかして
放射性物質の半減期が約０．５年以上約１位王以下であ
ることの理由について述べる。

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１０００畑時間程度であり、１日５時間点灯使用
すると仮定すれば、約５年間は正常に動作することにな
る。この点において半減期が約０．３王以上の放射性物
質であれば５年後には（１／２）＝１／１０００である
から、その放射能の減衰が完全に終了しないので始動機
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、減衰が急速であるためランプの寿命中に
減衰が完了してしまって始動性能が寿命末期には著しく
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始動性が悪くなるとともに、放
射性物質を多量に封入する必要が生じる。

そして放射性物質は１０世王程度で生活環境に悪影響を
及ぼさない程度に減衰することが望ましく、１０の王で
１／１００の茎度に減衰することを一応の目安とすれば
その半減期は約１山王となる。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、発光管１個当り
の放射能量は１マイクロキュリー以下の徴量に選ばれる
。

しかして本発明はこのような放射性物質の封入量を可能
な限り少くすることを目的としたものであり、したがっ
て上記のような放射性物質ならばどの位の量を必要とす
るかについて検討してみる。

前述した通り、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れば毎秒５０〜６０個の崩壊を
必要とし、安全率を見込んで毎秒１ぴ個の崩壊が必要と
仮定すると、半減期０．５王の放射性元素の場合は５年
後においてはおよそ２．３×１ぴ個の元素数量を必要と
する。

このことは封入当初に２．３×１び２個を必要とするこ
とになる。また半減期１世王の放射性元素の場合は５年
後において約４．５×１びｏ個の元素数が必要になり、
封入当初も同じく４．５×１び。個を必要とする。これ
らの元素数は従釆のトリウムの元素数４．５４×１び９
個に比べて１／１０７〜１／１のこも少くなるものであ
り、このことから本発明の放射性物質であれば、従釆に
比べてその封入量を少くできることができる。また４０
０Ｗメタルハラィドランプの場合、発光金属、Ｓｃおよ
びＮａを沃化物の形態で約３０脚程度封入しており、こ
の重量におけるＳｃおよびＮａの元素数は約１ぴ個程度
である。そして本発明者らの実験によれば発光金属の元
素数に対して放射性物質の元素数は１／１０００以下で
あれば、放射性元素の化学的影響、つまりハロゲン化物
質の生成が無視できて黒化を防止できることが見し、出
されており、したがって半減期約０．５年以上約１０年
末満の放射性物質であれば、封入量が少ないのでハロゲ
ンとの反応物質を作り出すことがなく、よって長期の寿
命中に亘つて光東の低下も生じ難くなるものである。つ
ぎにこのような放射性物質を発光管内に封入する方法に
ついて説明する。

上述の放射性物質は、取扱中に放射能が飛散すると危険
であるから、封入作業中に放射能の飛散を防止する必要
がある。

そこで第２図に示されるように放射性物質１０を非放射
性物質からなる被覆１１で覆ってカプセル状の密封線源
とする。この被覆１１は発光管内に封入される発光金属
、またはその酸化物、あるいは発光管内に投入される形
態としての発光金属のハロゲン化物、または放射性元素
の非放射性同位元素もしくはその酸化物が好適する。最
つとも取扱い易いのは発光金属ハロゲン化物のべレット
状カプセル体の中心核として包み込めばよい。このよう
な密封線源は発光管の組立完了後において、第１図の想
像線で示されるように排気管１２が未だ封止切りされて
いない段階中に、この排気管１２を通じてバルブー内に
投入する。なおこの場合、バルブー内の排気前、排気完
了後であることを問わない。しかるのち、排気管１２を
封止切りし、電極３，３間に電圧を印加してフラッシン
グを行う。すると、このフラッシング放電の熱もしくは
荷電粒子の衝撃によって被覆１１が破られ、飛散するの
で放射性物質１０が表面を現わし、発光管内に拡大する
。したがって初期電子放出の作用を充分に発揮すること
になる。なお、放射性物質としては、７線を放射する元
素は、その丁線が発光管管壁を透過するので人体へ悪影
響を及ぼすため好ましくなく、Ｑ線および８線を放射す
る物質かより望ましいものである。

また、発光管内に封入される発光物質としてはトリウム
を除く全種類に適用できるが、特に発光効率に優れたス
カンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、希土類元素
、アルミニウム（ＡＩ）、ナトリウム（Ｎａ）、タリウ
ム（ＴＩ）、インジウム（ｌｎ）および演色性に優れた
スズ（Ｓｎ）の少なくとも１種を含んだ金属蒸気放電灯
には好適する。またハ。ゲン化物質の中でも、沃化物よ
りは臭化物、塩化物を用いた方が効率の高くなるものと
してＡＩが知られており、このものにはトリウムを使用
できないので本発明は特に有効である。なお本発明の具
体的実験例について説明する。内径２０柳、電極間距離
４２柳の石英製発光管内に、スカンジウム・ナトリウム
沃化物を３０の９、−の沃化物内に１０‐６の９のプロ
メチウム１４７（１４７Ｐｍ）を中心核としてカプセル
状に形成して排気管を通じてバルブ内に投入し、かつ水
銀５０の９、アルゴンガス２５ｔｏｎを封入して４００
Ｗのメタルハラィドランプを作る。そして３分間グロー
放電を行ったのち交流２００Ｖに高さ１５００Ｖ中１．
２５〃Ｓのパルス電圧を車畳してその始動時間を計った
ところ、数回の始動に亘つてストップウオッチでは測定
できない程度の瞬時に始動したまち１００餌時間点灯後
の光束は従釆のトリウムを用いたものに比べて１．２５
倍であった。１４７Ｐｍの半減期は８崩壊で２．７年で
あり、放射能量は１マイクロキュリー、すなわち毎秒３
．７×１ぴ個の電子を放出する。

これだけの初期電子であれば８年後でも毎秒４６０の固
の電子放出が行われるので、始動性も確実である。なお
、上記の実験において、放射能量を１マイクロキュリー
に代って、０．７マイクロキュリー、０．５マイクロキ
ュリーおよび０．１マイクロキュリーとし、その他は同
じ条件により作成したメタルハラィドランプにおいても
、同様に優れた始動性と光東を発揮することが確認され
た。

以上詳述したこの発明は、ェミッターとして半減機が約
０．３王以上約１位王以下の放射性物質を発光管１個当
り１マイクロキュリー以下として用いたことを特徴とす
るものであり、このものによると封入量が少なくとも寿
命末期まで始動特性を損うことなく、かつ封入量の減少
に伴って化学的反応を生じることがなくなるので光東の
低下を防止できる。

また上記のごとき放射性物質を発光管内に封入するに際
して、非放射性物質で被覆した密封線源に形成して封入
すれば、電極間の放電に伴う熱もしくは電子衝撃によっ
て被覆が除去されるので放射性物質の取り扱いが安全で
あるばかりでなく発光管内での被覆の剥離が簡単に行え
、封入作業が簡単になるなどの効果がある。

【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図は発光管を示
す正面図、第２図は放射性物質の密封線源の断面図であ
る。 １・・・・・・発光管バルブ、３，３・・・・・・主電
極、４・・・・・・補助電極、１０・・・…放射性物質
、１１・・・・・・被覆。 第２図 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発光管内に、半減期が約０．５年以上でかつ約１０
   年以下の放射性物質を、発光管１個当りの放射能量１マ
   イクロキユリー以下として封入したことを特徴とする金
   属蒸気放電灯。 ２ 上記放射性物質は、＾２＾２Ｎａ，＾４＾５Ｃａ，
   ＾５＾４Ｍｎ，＾５＾５Ｆｅ，＾６＾９Ｃｏ，＾６＾５
   Ｚｎ，＾１＾０＾６Ｒｕ，＾１＾１＾０Ａｇ，＾１＾２
   ＾５Ｓｂ，＾１＾３＾３Ｂａ，＾１＾３＾４Ｃｓ，＾１
   ＾４＾４Ｃｅ，＾１＾４＾７Ｐｍ，＾１＾５＾５Ｅｕ，
   ＾１＾９＾５Ａｕ，＾２＾０＾４Ｔｌ，＾２＾４＾２Ｃ
   ｍ，の少なくとも１種であることを特徴とする特許請求
   の範囲１項の金属蒸気放電灯。 ３ 上記放電灯は発光管内にＳｃ，Ｙ，希土類金属、Ａ
   ｌ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｔｌ，Ｉｎのうちの少なくとも１種か
   らなる発光金属のハロゲン化物が封入されたメタルハラ
   イドランプであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項もしくは２項の金属蒸気放電灯。 ４ 上記放射性物質は非放射性物質で被覆して密封線源
   となし、この密封線源を発光管内に封入したことを特徴
   とする特許請求範囲第１項、第２項もしくは第３項記載
   の金属蒸気放電灯。