(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管内に緩衝ガス用の水銀、発光金属としての鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素、始動用の希ガスが少なくとも封入され、
発光管内容積あたりに換算した封入原子数について、沃素を（Ｉ）、臭素を（Ｂｒ）と表すとき、（Ｂｒ）＋（Ｉ）が２×１０-7〜１４×１０-7（ｍｏｌ／ｃｃ）となっており、（Ｂｒ）：（Ｉ）で表される原子比が１０：９０〜３０：７０の範囲にあることを特徴とする金属蒸気放電灯。
【請求項２】
発光管内に鉛または錫の少なくとも一種が封入され、発光管内容積あたりに換算した封入原子数について、鉛を（Ｐｂ）、錫を（Ｓｎ）、鉄を（Ｆｅ）と表すとき、（（Ｐｂ）＋（Ｓｎ））／（Ｆｅ）で表される封入比が０．３以下となっていることを特徴とする請求項１記載の金属蒸気放電灯。
【請求項３】
始動用希ガスとしてアルゴンガスが封入され、該アルゴンガスの発光管内での分圧が５〜１０ｔｏｒｒとなっていることを特徴とする請求項１または２記載の金属蒸気放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば紫外線硬化用ランプとして利用される、金属蒸気放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、紫外線硬化用のランプとして、高圧水銀ランプ、鉄入り金属蒸気放電灯が用いられてきた。
【０００３】
鉄入り金属蒸気放電灯は、発光管に発光金属として鉄が封入され、ハロゲンとして沃素が封入されたものであるが、多様な感剤に対してその分光感度曲線に適合できるように、さらに各種の金属が微量添加されている。例えば添加金属としてＳｎを添加することが米国特許第３５９０３０７号公報に、Ｐｂを添加することが特開昭５５−１３３７４３号公報に記載されている。
【０００４】
鉄の沃化物が封入された上記ランプは高圧水銀ランプに比べ３５０〜４５０ｎｍの発光が増強され、感剤によっては高圧水銀灯よりも好まれて用いられている。
しかしながら感剤の多様化が進むにつれランプの分光分布への要求も多様化し、鉄入り金属蒸気放電灯においては３５０〜４５０ｎｍに加えさらに別の波長範囲も併せて増強させたいという要望があった。例えば４５０〜５００ｎｍの増強である。
【０００５】
また近年紫外線強度増加の要求が強まるなか、これに対しては発光長当たりのランプ入力値を大きくすることで対応がなされてきたが、鉄入り金属蒸気放電灯を高負荷で長時間点灯すると、鉄を含んだ薄膜が発光管を形成している石英管の内側に形成され、発生した光が膜で遮断されランプの発光強度が著しく低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、これについての対策として、微量の金属を添加する方法や、ハロゲンとして臭素を利用する方法（例えば特開平５−１３５７４０号公報参照）が考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハロゲンとして臭素を封入すると、ランプの始動性に問題が生じることが判った。この原因はランプが消灯した後、封入されている臭素が完全に臭化金属あるいは臭化水銀の形に戻ることが出来ず、一部臭素ガス（Ｂｒ2）として存在するためと考えられる。すなわち、従来からハロゲンとして主に利用されている沃素の場合、たとえ沃化金属あるいは沃化水銀の形に還らずＩ2のままであっても、室温（２５℃）の状態でＩ2は固体であるのに対しＢｒ2は蒸気圧が高く、ランプ始動時において負性の臭素ガスが発光管内を満たすことになることが始動性に難をきたす原因と考えられる。
【０００８】
以上に鑑み、本願発明は、主発光金属元素として鉄、ハロゲンとして沃素が封入されている金属蒸気放電灯において、始動性能を低下させることなく４５０〜５００ｎｍの発光強度を増加させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明の金属蒸気放電灯は、発光管内に緩衝ガス用の水銀、発光金属としての鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素、始動用の希ガスが少なくとも封入され、発光管内容積あたりに換算した封入原子数について、沃素を（Ｉ）、臭素を（Ｂｒ）と表すとき、（Ｂｒ）＋（Ｉ）が２×１０-7〜１４×１０-7（ｍｏｌ／ｃｃ）となっており、（Ｂｒ）：（Ｉ）で表される原子比が１０：９０〜３０：７０の範囲にあることを特徴とするものである。
【００１０】
本願発明者らは、従来封入ハロゲンとして用いられてきた沃素の特定割合を臭素に換えることで上記課題を解決できることを見出し、本願発明を成すに至った。すなわち、封入沃素の総原子数の１０〜３０％の範囲の量を臭素原子で置き換えることで３５０〜４００ｎｍ及び４００〜４５０ｎｍの発光エネルギ−が２０〜３０％程度、特に４５０〜５００ｎｍの発光強度が４０〜７０％程度増加するのである。そして、置き換え率が１０％未満の場合には強度増加が十分ではなく、置き換え率が３０％を越える場合には、ランプの始動性能が著しく低下する。この原因は臭素の封入比を高めたことでランプ始動時の発光管内の臭素ガスの蒸気圧が高くなったのが原因と推定される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態とともに本願発明について更に説明する。
【００１２】
図１は本願発明の１実施形態である金属蒸気放電灯の構造を示す図である。本実施形態の金属蒸気放電灯は、発光管１内の両端に電極２が設けられ、発光管１の細径部にモリブデンホイル３と口金４が設けらた構造となっている。発光管の材質としては、石英を用いることができる。
【００１３】
発光管内部には、緩衝ガス用の水銀と、主発光金属となる鉄、ハロゲンとしての沃素と臭素とが封入され、さらに始動用の希ガスが封入される。
【００１４】
ハロゲンは、例えば、ＦｅＩ2、ＦｅＢｒ2、ＨｇＩ2、ＨｇＢｒ2等のハロゲン化物の形で発光管内に封入でき、水銀や鉄はハロゲン化物や金属単体として封入でき、これらが適宜組み合わされて所定の量と比率になるように封入される。
【００１５】
希ガスとしては、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ａｒ，Ｋｒ等を用いることができるが、点灯後徐々に光度が上昇するタイプの放電灯の場合には、価格の点からもＡｒが好ましい。
【００１６】
また、分光特性を改良する場合には、発光管内に分光改良用の添加金属（例えば、Ｍｇ，Ｂｉ，Ｔａ，Ｃｄ，Ｍｎ，Ｓｎ，Ｐｂ等）が封入され、この場合、発光管内容積あたりに換算した封入原子数について、鉄を（Ｆｅ）、分光改良金属を（Ｍ）と表すとき、（Ｍ）／（Ｆｅ）で表される封入比が０．３以下となるようにするのが好ましい。これは発光効率に特に優れた鉄の主発光を効果的に維持する為である。
【００１７】
特に、上記添加金属を用いる場合、鉛または錫を少なくとも一種用いるのが好ましく、どちらか一方を用いるのが実用的である。
【００１８】
沃素と臭素は、発光管内容積あたりに換算した封入原子数について、沃素を（Ｉ）、臭素を（Ｂｒ）と表すとき、（Ｂｒ）＋（Ｉ）が２×１０-7〜１４×１０-7（ｍｏｌ／ｃｃ）となり、（Ｂｒ）：（Ｉ）で表される原子比が１０：９０〜３０：７０の範囲になるように、上記封入物の割合を適宜調整して封入するが、これは添加金属の有無、希ガスの種類にはよらず同じであり、このような量と割合とすることで、特に４５０〜５００ｎｍの発光強度を大きくでき、始動性能の低下も抑制できる。
【００１９】
臭素の添加量を多くすると、始動性能が低下する傾向が現れるが、臭素の割合が３０％以下である場合には、臭素を添加しない場合（すなわち沃素のみ）に比べてそれほど始動性能の低下はなく、また、実用上無視できない程度の始動性能の低下が生じた場合にも、３０％以下の添加量とした場合には、希ガスの封入圧力を低下させることで、電極物質のスパッタリングによる発光管端部の黒化等の問題を生じることなく、問題のない程度にまで始動性能の低下を抑えることが可能となる。この場合の圧力としては、例えば、発光管内温度２５℃で５ｔｏｒｒ以上１０ｔｏｒｒ以下が良い。３０％を越えて臭素を添加した場合には、希ガスの封入圧力を下げるという方法を用いた場合、始動性能の低下を抑えることのできる圧力では、黒化等の別の問題が生じてしまい、このような方法を採用できなくなる。
【００２０】
上記のような量と割合の臭素を添加した場合の始動性能の確保には、特に希ガスをアルゴンガスとし、これを発光管内での分圧が、発光管内温度２５℃で５ｔｏｒｒ以上１０ｔｏｒｒ以下となるように封入するのが良く、このようにすることで、臭素封入による始動性悪化分を効果的に相殺することが出来る。
【００２１】
【実施例】
以下、試作した金属蒸気放電灯の特性について説明する。試作した金属蒸気放電灯は、上記図１に示したものと同じ構造を有するもので、石英製の発光管の発光長が５００ｍｍ、発光管内径が２２ｍｍで、ランプ電力が８ｋＷ、ランプ電圧が７５０Ｖ、ランプ電流が１１．８Ａとなるように作製した。
【００２２】
（実施例１）
（Ｆｅ）を６×１０-7（ｍｏｌ／ｃｃ）、（Ｓｎ）を２×１０-7（ｍｏｌ／ｃｃ）、（Ｉ）＋（Ｂｒ）を８×１０-7（ｍｏｌ／ｃｃ）とし、（Ｂｒ）：（Ｉ）を０：１００〜１００：０の範囲で変化させたランプを試作した。なお、水銀は２００ｍｇ封入し、希ガスとしてはＡｒを用いた。
【００２３】
これらのランプの発光強度について３００〜５００ｎｍの波長範囲を５０ｎｍごとに分け、各波長区間の積算値において（Ｂｒ）：（Ｉ）＝０：１００のランプの値を基準にして相対表示したグラフを図２に示す。
【００２４】
同図から判るように、臭素の封入比の増加に対し３００〜３５０ｎｍの区間の積分値は１００％から８７％まで単調減少した。３５０〜４００ｎｍと４００〜４５０ｎｍの区間の積分値は（Ｂｒ）：（Ｉ）が３０：７０〜１００：０で平坦であり、その相対強度比は１１４〜１３３％であった。特に４５０〜５００ｎｍの場合は違いが顕著に現れ、臭素比が僅かでもその効果は大きく（Ｂｒ）比が１０％で相対エネルギ−比は１３０％へ増加し、さらに（Ｂｒ）比を大きくしていくと緩やかな増加率になりながらも（Ｂｒ）比が７５％で相対比は２００％を越えた。このように波長区間４５０〜５００ｎｍの発光エネルギ−は臭素比が１０％以上であればハロゲンとして沃素だけを使用した場合に対して１３０％程度以上になることが判った。
【００２５】
図５は沃素と臭素の封入比を変化させ、始動用ガスとしてアルゴンガスを室温状態でそれぞれ５、１０、１５ｔｏｒｒで封入したランプについて始動特性を調べたものである。測定方法は空冷式の紫外線照射器具にて一旦ランプを点灯してから消灯し、１０分間アフタ−冷却した後にランプの電極間に図６に示すような実効値１０００Ｖの正弦波電圧を印加し、さらに半値幅約８０（μＳ）のパルス波形を重畳させ、パルス波高値を変化させてランプが放電破壊に至る値を測定した。以後この値を始動電圧と呼ぶ。
【００２６】
図５から、臭素の封入比が増えると始動電圧が上昇しているのが判る。しかしながら、アルゴン１０ｔｏｒｒの場合の（Ｂｒ）：（Ｉ）＝３０：７０においては、アルゴンガスが１５ｔｏｒｒ封入され、ハロゲンとして沃素のみが使用されている従来ランプと同等の始動電圧となっていることが分かる。
すなわち従来の安定器で本発明のランプを始動可能にするには、（Ｂｒ）を総ハロゲンの３０％以下の封入比とし、封入アルゴン圧が１０ｔｏｒｒ以下でなければならないことが判る。
【００２７】
ただしＡｒガス圧が低いほど始動電圧は低くなるが５ｔｏｒｒ未満の場合ランプ始動時における電極物質のスパッタリングが激しく、著しく発光管の端部が黒化する。
【００２８】
（実施例２）
第２の実施例として第１の実施例の錫についてこれを鉛に置き換えた場合を説明する。
【００２９】
図３はこのランプの発光強度について３００〜５００ｎｍの波長範囲を５０ｎｍごとに分け、各波長区間の積算値について（Ｂｒ）：（Ｉ）＝０：１００を基準にして相対表示したグラフである。図から判るように臭素の封入比の増加に対し３００〜３５０ｎｍの区間の積分値は１００％から８８％まで単調減少した。３５０〜４００ｎｍと４００〜４５０ｎｍの場合は（Ｂｒ）：（Ｉ）が３０：７０〜１００：０で相対強度比は１１３〜１３５％であった。特に４５０〜５００ｎｍの場合は違いが顕著に現れ、臭素比が僅かでもその効果は大きく（Ｂｒ）比が１０％で相対エネルギ−比は１３０％へ増加し、さらに（Ｂｒ）比を大きくしていくと緩やかな増加率になりながらも（Ｂｒ）比が７５％で相対比は２００％になった。このように波長区間４５０〜５００ｎｍの発光エネルギ−は臭素比が１０％以上であればハロゲンとして沃素だけを使用した場合に対して１３０％以上になることが判った。
【００３０】
またランプの始動電圧に関してアルゴンスの封入圧力を変えた場合も第１の実施例と同様の結果であった。
【００３１】
（実施例３）
第３の実施例は第１の実施例において鉛や錫などの添加金属は封入しないでその分鉄を増量して封入した場合である。
【００３２】
図４はこのランプの発光強度について３０１〜５００ｎｍの波長範囲を５０ｎｍごとに分け、各波長区間の積算値について（Ｂｒ）：（Ｉ）＝０：１００を基準にして相対表示したグラフである。図から判るように臭素の封入比の増加に対し３００〜３５０ｎｍの区間の積分値は１００から８５％まで単調減少した。３５０〜４００ｎｍと４００〜４５０ｎｍの場合は（Ｂｒ）：（Ｉ）が３０：７０〜１００：０で相対強度比は１３０％近辺であった。特に４５０〜５００ｎｍの場合は違いが顕著に現れ、臭素比が僅かでもその効果は大きく（Ｂｒ）比が１０％で相対エネルギ−比は１３０％へ増加し、さらに（Ｂｒ）比を大きくしていくと緩やかな増加率になりながらも（Ｂｒ）比が７５％で相対比は２００％になった。このように波長区間４５０〜５００ｎｍの発光エネルギ−は臭素比が１０％以上であればハロゲンとして沃素だけを使用した場合に対して１３０％以上になることが判った。
【００３３】
またランプの始動電圧に関してアルゴンガスの封入圧力を変えた場合も第１の実施例と同様の結果であった。
【００３４】
すなわち主発光金属として鉄を利用している鉄入りメタルハライドランプの発光強度に関して添加金属を錫または鉛とした場合、あるいは添加しない場合、換言すれば少なくとも主発光金属として封入した鉄が封入全金属数の原子比で７０％以上を占めている場合において、（Ｂｒ）：（Ｉ）の比が１０：９０〜３０：７０の範囲であれば４５０〜５００ｎｍの相対強度比は１３０〜１８０％、（Ｂｒ）：（Ｉ）＝３０：７０〜１００：０の範囲では１７０〜２００％の極めて大きな改善が認められた。
【００３５】
始動電圧については上述のような添加金属の変化では、ランプ始動時の臭素ガス（Ｂｒ2）の圧力に違いがないためであろうと推定されるのであるがほとんど同じような始動電圧の変化傾向を示した。すなわち臭素の封入比率が大きくなるほど始動電圧は上昇するが、（Ｂｒ）：（Ｉ）が１０：９０〜３０：７０の範囲でランプ製作時に始動用希ガスとして５〜１０ｔｏｒｒのアルゴンを封入すれば、従来ランプのハロゲンとして沃素のみを、始動用ガスとしてアルゴンを１５ｔｏｒｒで封入したランプと同程度の始動電圧を有するランプが出来た。
【００３６】
また始動性については（Ｂｒ）：（Ｉ）の封入比だけでなく（Ｂｒ）＋（Ｉ）のハロゲン和も影響すると考えられる。発明者は図１の構造のランプに適量の水銀（２００ｍｇ前後）、始動用ガスにアルゴンを１０ｔｏｒｒ、（Ｂｒ）：（Ｉ）を３０：７０に固定した状態で（Ｆｅ）を（Ｂｒ）＋（Ｉ）と同量封入した場合と、適量の水銀（２００ｍｇ前後）、アルゴン１５ｔｏｒｒ、（Ｆｅ）と（Ｉ）を同量封入した場合において、（Ｂｒ）＋（Ｉ）のハロゲン和を２×１０-7、８×１０-7、１４×１０-7 （ｍｏｌ／ｃｃ）と変化させ始動電圧を調査した結果を図７に示す。
【００３７】
横軸は（Ｂｒ）＋（Ｉ）、縦軸は始動電圧を示す。図から判るようにこの範囲のハロゲン和では両者はほぼ同程度の始動電圧であった。
【００３８】
結局、（Ｂｒ）＋（Ｉ）のハロゲン和が２×１０-7〜１４×１０-7（ｍｏｌ／ｃｃ）の範囲で、（Ｂｒ）：（Ｉ）が１０：９０〜３０：７０の範囲ならば、ランプ製作時において始動用希ガスとして５〜１０ｔｏｒｒのアルゴンを封入するならば従来ランプ並の始動性を有するランプとなり、従来安定器でも始動可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、３５０〜５００ｎｍの範囲の発光エネルギ−が増強され、なおかつ従来の安定器で始動可能なランプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  金属蒸気放電灯の構造を示す断面図。
【図２】  封入ハロゲンである沃素と臭素の封入比を変化させた場合の発光強度の変化を示すグラフである。
【図３】  封入ハロゲンである沃素と臭素の封入比を変化させた場合の発光強度の変化を示すグラフである。
【図４】  封入ハロゲンである沃素と臭素の封入比を変化させた場合の発光強度の変化を示すグラフで封入金属が鉄のみの場合である。
【図５】  封入アルゴンガス圧５、１０、１５ｔｏｒｒにおいて、沃素と臭素の封入比を変化させた場合の始動電圧を示す図である。
【図６】  ランプの電極間に印加した始動電圧波形を示す図である。
【図７】  ハロゲン和を変化せた場合の始動電圧を示す図である。
【符号の説明】
１・・・発光管
２・・・電極
３・・・モリブデンホイル
４・・・口金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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