ハロゲンランプ
保護ガラスを取り外した状態で、ハロゲンランプが取り付けられている状態
丸いUVフィルターの後ろにあるハロゲンランプ。一部のハロゲン照明器具には、紫外線を除去するための別売りのフィルターが付属しています。
E27ねじ口金付き交換用ハロゲンランプ（105W）
ハロゲンランプカプセルのクローズアップ

ハロゲンランプ（タングステンハロゲンランプ、石英ハロゲンランプ、石英ヨウ素ランプとも呼ばれる）は、小型の透明容器に密封されたタングステンフィラメントで構成される白熱電球であり、容器には不活性ガスと少量のハロゲン（ヨウ素や臭素など）の混合物が充填されています。ハロゲンガスとタングステンフィラメントの組み合わせにより、ハロゲンサイクル化学反応が発生し、蒸発したタングステンがフィラメントに再付着して寿命が延び、容器の透明性が維持されます。これにより、フィラメントは、同様の電力と動作寿命を持つ標準的な白熱電球よりも高い温度で動作できます。これにより、より高い発光効率と色温度の光が生成されます。ハロゲンランプは小型であるため、プロジェクターや照明用の小型光学システムに使用できます。小さなガラス容器は、はるかに大きな外側のガラス球で囲まれている場合があります。外側のガラス球は温度が低く、内側のガラス球を汚染から保護し、機械的には従来のランプに近いものになります。[ 1 ]

標準白熱電球やハロゲン白熱電球は、 LEDや小型蛍光灯に比べて効率がはるかに悪いため、多くの場所で禁止されているか、禁止されつつあります。

歴史

塩素を使用してランプの外被の黒ずみを防ぐ炭素フィラメントランプは、1882年に米国電気照明会社のエドワード・スクリブナーによって特許[ 2 ]を取得し、塩素を充填した「NoVak」ランプは1892年に販売されました[ 3 ]。

ヨウ素の使用は1933年の特許[ 4 ]で提案されており、この特許ではタングステンのフィラメントへの周期的な再堆積についても説明されていました。1959年、ゼネラル・エレクトリック社はヨウ素を使用した実用的なランプの特許[ 4 ]を取得しました[ 5 ] 。

禁止事項

2009年、EUおよび他のヨーロッパ諸国は白熱電球の禁止を開始しました。方向性のある主電圧ハロゲン電球の生産と輸入は2016年9月1日に禁止され、方向性のないハロゲン電球は2018年9月1日に続きました。[ 6 ]オーストラリアは、 2020年9月の予定日より遅れて、2021年9月から10Wを超える一部のハロゲン電球を禁止し、代わりにエコハロゲン電球を導入しました。 [ 7 ]これは、EUの政策と足並みを揃えるためです。[8 ]英国政府も2021年6月に、気候変動への取り組みの一環として、9月からハロゲン電球の販売を終了する計画を発表しました。[ 10 ]

ハロゲンサイクル

通常の白熱電球では、蒸発したタングステンはほとんどが電球の内面に付着し、電球が黒くなり、フィラメントが徐々に弱くなり、最終的には破損します。しかし、ハロゲンが存在すると、この蒸発したタングステンとの可逆的な化学反応サイクルが形成されます。このハロゲンサイクルにより電球は清潔に保たれ、電球の寿命を通して光出力はほぼ一定に保たれます。適度な温度では、ハロゲンは蒸発するタングステンと反応し、形成されたハロゲン化物は不活性ガス充填物内を移動します。しかし、ある時点で電球内のより高温の領域に達し、そこで解離します。するとタングステンが再びフィラメント上に放出され、ハロゲンが解放されてこのプロセスが繰り返されます。しかし、この反応が成功するには、電球全体のエンベロープ温度が従来の白熱電球よりもかなり高くなければなりません。ガラスエンベロープの内側の温度が250 °C (482 °F) [ 11 ]を超えた場合にのみ、ハロゲン蒸気はタングステンと結合してフィラメントに戻り、タングステンがガラスに堆積することはありません。 [ 12 ] 300ワットの管状ハロゲン電球を最大出力で動作させると、すぐに約540 °C (1,004 °F) の温度に達しますが、500ワットの通常の白熱電球はわずか180 °C (356 °F)、75ワットの通常の白熱電球はわずか130 °C (266 °F) で動作します。[ 13 ]

電球は溶融シリカ（石英）または高融点ガラス（アルミノシリケートガラスなど）で作られなければなりません。石英は非常に強度が高いため、ガス圧を高く設定することができ[ 14 ]、フィラメントの蒸発速度を低下させ、同じ平均寿命でより高い温度（ひいては発光効率）で動作させることができます。高温領域で放出されたタングステンは、通常、元の場所に再沈着しないため、フィラメントの高温部分は最終的に細くなり、故障します。

元素ヨウ素を使用する石英ヨウ素ランプは、1959年にGEが発売した最初の商用ハロゲンランプでした。[ 15 ] [ 16 ]すぐに臭素にも利点があることが分かりましたが、元素の形では使用されませんでした。特定の炭化水素臭素化合物が良い結果をもたらしました。[ 17 ] [ 18 ]フィラメントの再生はフッ素でも可能ですが、その化学反応性が非常に高いため、ランプの他の部分が攻撃されてしまいます。[ 17 ] [ 19 ]ハロゲンは通常、希ガス（多くの場合クリプトンまたはキセノン）と混合されます。[ 20 ]最初のランプではフィラメントのサポートにタングステンのみが使用されていましたが、一部の設計ではモリブデンが使用されており、その一例が欧州非対称パッシングビームの H4ツインフィラメントヘッドライトのモリブデンシールドです。

一定の電力と寿命の場合、すべての白熱電球の発光効率は特定の設計電圧で最大になります。12～24ボルトで動作するハロゲン電球は優れた光出力を持ち、非常にコンパクトなフィラメントは特に光学制御に有効です（図を参照）。20 ～50ワットの多面反射鏡「MR」ランプは、もともと8mmフィルムの映写用に考案されましたが、現在では展示照明や家庭用として広く使用されています。最近では、120Vまたは230Vの供給電圧で直接使用できるように設計された、より広角のビームバージョンも登場しています。

電圧がパフォーマンスに与える影響

タングステンハロゲンランプは、異なる電圧で動作させた場合、他の白熱電球と同様の挙動を示します。ただし、光出力は に比例し、発光効率は に比例すると報告されています。[ 21 ]寿命に関する通常の関係は に比例します。例えば、設計電圧より5%高い電圧で動作させた電球は、約15%多くの光を生み出し、発光効率は約6.5%高くなりますが、定格寿命の半分しか持たないと予想されます。 V3{\displaystyle V^{3}}V1.3{\displaystyle V^{1.3}}V−14{\displaystyle V^{-14}}

ハロゲンランプは、設計電圧でのタングステンの蒸発速度に匹敵する十分なハロゲンを使用して製造されています。印加電圧を上げると蒸発速度が速くなるため、ある時点でハロゲンが不足し、ランプが黒くなることがあります。過電圧での動作は一般的に推奨されません。電圧を下げると蒸発が少なくなり、ハロゲンが多すぎる場合があり、異常な故障につながる可能性があります。電圧がはるかに低い場合、バルブの温度が低すぎてハロゲンサイクルをサポートできない可能性がありますが、この頃には蒸発速度が低すぎてバルブが著しく黒くなることはありません。バルブが黒くなった場合は、サイクルを再開するためにランプを定格電圧で動作させることが推奨されます。[ 22 ]ハロゲンランプの調光に成功する状況は数多くあります。しかし、ランプ寿命は予測されたほど長くならない可能性があります。調光による寿命は、ランプの構造、使用されるハロゲン添加剤、およびこのタイプのランプで調光が通常期待されるかどうかによって異なります。

スペクトラム

ハロゲン光の波長に対する出力。色付きの帯は可視光スペクトルを示しています。このスペクトルは測定に使用した光検出器の感度によって歪んでおり、赤外線における見かけの出力が大幅に減少していることに注意してください。

すべての白熱電球と同様に、ハロゲンランプは近紫外線から遠赤外線まで連続したスペクトルの光を生成します。[ 23 ]ランプのフィラメントは非ハロゲンランプよりも高温で動作するため、スペクトルは青色にシフトし、より高い実効色温度とより高い電力効率の光を生成します。

高温フィラメントは紫外線領域でエネルギーを放出します。少量の他の元素を石英に混ぜることで、ドープ石英（または選択的光学コーティング）が有害な紫外線を遮断します。硬質ガラスは紫外線を遮断するため、自動車のヘッドライトのバルブに広く使用されています。[ 24 ]また、ハロゲンランプは通常の白熱電球と同様に外側のバルブ内に取り付けることも可能で、これによりバルブの高温によるリスクも軽減されます。ドープされていない石英ハロゲンランプは、一部の科学機器、医療機器、歯科機器でUV-B光源として使用されています。

安全性

切れたR7Sフォームファクタのハロゲンランプ

ハロゲンランプが適切に動作するには、通常の白熱電球よりもはるかに高い温度で動作する必要がある。サイズが小さいため、非ハロゲン白熱電球よりもフィラメントに近い、より小さな外囲器表面に熱が集中する。非常に高温になるため、ハロゲンランプは火災や火傷の危険をもたらす可能性がある。オーストラリアでは、毎年多数の住宅火災が天井に取り付けられたハロゲンダウンライトに起因している。[ 25 ] [ 26 ]西オーストラリア州消防緊急サービス局は、住宅所有者に、代わりに低温で動作するコンパクト蛍光灯または発光ダイオードランプの使用を検討するよう推奨している。[ 27 ]ハロゲントーチエールフロアランプは、多数の火災を引き起こしたため、寮など一部の場所では禁止されている。彼らは、1992年から1997年の間に100件の火災と10人の死亡について米国消費者製品安全委員会から責任を問われました。 [ 28 ]ハロゲン電球は高温 で動作し、高さが高いためカーテンなどの可燃性物質に近づく可能性があります。[ 29 ]一部の安全規則では、特に劇場で使用される高出力 (1～2 kW) 電球の場合はグリッドまたはグリルでハロゲン電球を保護するか、器具のガラスと金属のハウジングで保護し、ランプと接触しているカーテンや可燃性物質の発火を防ぐことを義務付けています。意図しない紫外線(UV) 曝露を減らし、爆発的な電球破損の際に高温の電球の破片を封じ込めるために、汎用ランプには通常、電球の上または周囲に UV 吸収ガラス フィルターが付いています。あるいは、ランプ電球にドープまたはコーティングを施してUV 放射を遮断することもあります。適切なフィルタリングが施されたハロゲンランプは、フィルタリングなしで同じ有効レベルの照明を生成する標準的な白熱電球よりも、ユーザーがさらされる紫外線が少なくなります。

表面の汚れ、特に指先の油や埃などの不均一な付着は、石英管を加熱すると損傷を与える可能性があります。汚れはガラスよりも多くの光と熱を吸収するため、ランプを点灯すると電球表面に高温部が発生します。この局所的な高温により、石英管はガラス質から結晶質へと変化し、ガス漏れを引き起こします。この劣化により電球に気泡が発生し、強度が低下し、爆発やガラス片の破片の飛散につながる可能性があります。[ 30 ]

小さなガラス容器は、より大きな外側のガラス球で囲むことができ、小さなサイズを必要としない場合はいくつかの利点があります。[ 1 ]

  • 外側のジャケットはより低い安全な温度になり、それに触れる可能性のある物や人を保護します。
  • 高温になる内部エンベロープは汚染から保護されており、電球を損傷することなく取り扱うことができます。
  • 内部カプセルの破損による周囲環境の保護を実現します。
  • ジャケットは紫外線を遮断する可能性があります。
  • ハロゲン電球を通常の白熱電球の代わりに使用する場合、より大きなジャケットにより、交換する電球と機械的に類似したものになります。
  • 内部エンベロープと外部エンベロープは異なる圧力に設定できるため、伝導または対流による熱放散が低減し、発光効率と寿命のバランスが最適化されます。

フォームファクター

ハロゲンランプには様々な形状とサイズがあり、電球の直径と、赤外線透過型二色性反射板の有無を表すコード体系に従って指定されます。多くのランプの名称は、管状であることを示す「T」の文字で始まり、その後に管の直径を1/8インチ単位で示す数字が続きます。例えば、T3電球の場合は、直径 9.5mm （3/8インチ）の管状ハロゲン電球です。 [注 1 ] MRは「多面反射板」を意味し、これに続く数字は電球全体の直径を1/8インチ単位で表します。[注 2] ランプに「G」コードが付いている場合、[注 3] これはランプがバイピン型であることを意味し、Gの後の数字はピン間の距離をミリメートル単位で示し、通常は4、6.35、または10のいずれかです。 Gの後に文字「Y」が続く場合、ランプのピンは通常より太い。したがって、G6.35のピンの直径は1 mmですが、GY6.35のピンの直径は1.3 mmです。「C」コードがある場合は、フィラメントのコイルの数を表します。[ 31 ]両端口金付き円筒形電球の長さ（「高さ」と呼ばれることもある）は、フォームファクタコードとは別に指定する必要があり、通常はミリメートル単位で、ランプの電圧とワット数も同様に指定する必要があります。したがって、T3 120 V 150 W 118 mmは、直径9.5 mm（3 ⁄ 8 インチ）、120 V、150 W、長さ118 mmの両端口金付き管状電球を意味します。

R7Sは、両端に穴が開いた埋込型シングルコンタクト（RSC）の直管ハロゲンランプで、通常は長さが118mmまたは78mmです。まれに189mm、254mm、331mmのものもあります。これらのランプは、RSC/R7S口金にT3型を採用しています。J型やT型とも呼ばれます。

アプリケーション

瞳孔対光反射を観察するための医療用ハロゲンペンライト

ハロゲンヘッドランプは多くの自動車に使用されています。屋外照明システムや船舶用ハロゲン投光器も、商業用途やレジャー用途向けに製造されています。現在では、卓上ランプにも使用されています。

タングステンハロゲンランプは、赤外線分光法における近赤外線光源として頻繁に使用されます。

加熱

ハロゲンランプは、ハロゲンオーブン、赤外線ヒーター、セラミックコンロの加熱要素です。

強力な管状ハロゲンランプの列は、宇宙船の再突入時の熱をシミュレートするために使用されました。[ 32 ]

一般照明

150Wハロゲン投光器

固定式ランプは屋内外の投光照明に使用されていますが、LEDシステムの改良によりハロゲンランプは代替されつつあります。多面反射鏡を内蔵した丸型スポットライトは、住宅照明や商業照明で広く使用されています。管状ハロゲンランプは、小さな光源から大量の光量を提供するため、建築照明効果や屋外の広いエリアを照らすための強力な投光照明として使用できます。

低電圧ランプにはGU5.3および類似の2ピン口金が使用され、商用電圧ランプには通常の商用タングステンフィラメントランプと同じ口金、または専用のGU10/GZ10口金が使用されます。GU10/GZ10口金は、ダイクロイックリフレクターランプをアルミめっきリフレクターランプ用の照明器具で使用すると器具の過熱を引き起こす可能性があるため、この口金の形状になっています。これらのランプはすべて、より高効率のLEDバージョンが利用可能です。

両端に電気接点を持つ管状のランプは、現在、独立型照明や家庭用照明器具として広く使用されています。これらのランプは様々な長さと定格電力（50～300W）で提供されています。より高出力のランプは、250ワットまたは500ワットの電球で、携帯用作業灯として使用されています。

舞台照明

タングステン ハロゲン ランプは、楕円反射スポットライト、フレネル、PAR 缶など、劇場やスタジオ (映画やテレビ) の照明器具のほとんどに使用されています。

専門分野

投影ランプは、家庭や小規模オフィス、学校での映画やスライド映写機に使用されています。ハロゲンランプはコンパクトなので、ポータブルプロジェクターに適度なサイズにすることができますが、フィルムの溶融を防ぐためにランプとフィルムの間に熱吸収フィルターを配置する必要があります。ハロゲンランプは、検査ライトや顕微鏡の舞台照明装置に使用されることがあります。ハロゲンランプは初期のフラットスクリーン LCDバックライトに使用されていましたが、 CCFLや現在ではLEDなど他のタイプのランプが使用されています。ハロゲンランプは、多くの種類のレーザープリンターの定着器内の加熱要素として使用されています。長い管状のランプが定着ローラーを内側から加熱し、その熱でトナーを紙に溶かします。

廃棄

ハロゲンランプには水銀は含まれていません。ゼネラル・エレクトリック社は、同社の石英ハロゲンランプは有害廃棄物に分類されないと述べています。[ 33 ]

参照

注記

  1. ^ただし、T-3 (Tハイフン3) は、両端に電極が付いた直径 3/8 インチの円筒形チューブの T3 ではなく、直径 3/8 インチで単一のバイピン ベースを備えたハロゲン「チューブ」ランプです。
  2. ^したがって、MR11は直径1 1/8インチまたは1 3/8インチの多面反射電球です。
  3. ^「G」は「ガラス」の略です

参考文献

  1. ^ a b「タングステンハロゲン - ダブルジャケット」 Lamptech.co.uk 2014年9月14日. 2019年1月23日閲覧。出典には、さまざまな二重封筒ハロゲン電球のイラストが掲載されています。
  2. ^ US 254780、スクリブナー、エドワード A.、「白熱電球」、1882 年 3 月 7 日発行、United States Electric Lighting Co. に譲渡。 
  3. ^ Furfari, FA (2001). 「異なる種類の化学：タングステンハロゲンランプの歴史」. IEEE Industry Applications Magazine . 7 (6): 11. Bibcode : 2001IIAM....7f..10F . doi : 10.1109/2943.959111 .
  4. ^ a b US 2883571、Fridrich, Elmer G. & Wiley, Emmett H.、「白熱電球」、1959年4月21日発行、General Electric Co.に譲渡。 
  5. ^ケイン、レイモンド、セル、ハインツ (2001). 『ランプ革命：50年間の進歩の記録』（第2版）リルバーン、ジョージア州：フェアモント・プレス. ISBN 9780881733785。
  6. ^ 「電球廃止スケジュール / 照明アドバイス - Lyco」www.lyco.co.uk。2017年10月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年4月30日閲覧。
  7. ^ Crossley, David (2020年2月). 「オーストラリアにおけるハロゲンランプ（グローブ）の段階的廃止」（PDF） . lightingcouncil.com.au . Lighting Council Australia. 2023年11月29日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2023年10月2日閲覧。
  8. ^ 「ハロゲン電球、9月からEU市場で禁止へ - LEDinside」 www.ledinside.com . 2018年8月26日閲覧。
  9. ^ Carabott, Mike (2020年5月26日). 「オーストラリアのハロゲンランプの段階的廃止、2021年後半に延期」 . Leading Edge Energy . 2021年3月9日閲覧。
  10. ^ 「ハロゲン電球の終焉は、より明るくクリーンな未来を意味する」 gov.uk 、 2021年6月9日。 2021年6月9日閲覧。
  11. ^ Sexton, J. Andrew (1991年2月1日). 「 NASA​​技術レポートサーバー（NTRS） - 低電圧タングステンハロゲンランプの振動および熱真空適格性試験結果」 . https://www.nasa.com/support/news/2019/10/19 ...
  12. ^ロバート・ウォルケ（2009年7月29日）『アインシュタインが理髪師に語ったこと：日常の疑問へのより科学的な答え』ランダムハウス、52ページ。ISBN 978-0-307-56847-2。
  13. ^消防・生命安全グループ. 「ハロゲンランプとプラスチックシェードのトーチカバー - 方針と手順」(PDF) . コロラド大学ボルダー校. 2012年10月21日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  14. ^ランプによっては、冷えた状態では大気圧の15倍にもなり、動作温度になると圧力が5倍に上昇するものもあります。Kane and Sell 2001、76～77ページ
  15. ^ズブラーとモズビー照明工学 1959 54.734
  16. ^ Covington, Edward J. 「タングステンハロゲンランプ」 。 2016年3月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年3月4日閲覧。
  17. ^ a bバージン・アンド・エドワーズ照明研究技術 1970 2.2. 95–108
  18. ^ T'Jampens と van der Weijer フィリップス テクニカル レビュー 1966 27.173
  19. ^シュローダー・フィリップス技術レビュー 1965 26.116
  20. ^ピーター・ホイシンガー;グラッター、ラインハルト。ロード、ヴィルヘルム。キック、ヘルムート。ベンクマン、クリスチャン。ウェーバー、ヨーゼフ。ヴンシェル、ハンス・イェルク;ステンケ、ヴィクトール。ライヒト、イーディス。ステンガー、ヘルマン (2002)。 「希ガス」。ウルマンの工業化学百科事典。ワイリー。土井: 10.1002/14356007.a17_485。ISBN 3527306730。
  21. ^ノイマン・リヒテクニック 1969 21 6 63A
  22. ^ 「Lutron 低電圧照明の調光ガイド | Lighting Services Inc」 Lighting Services Inc. 2018年10月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年10月12日閲覧。( lutron.com からPDF 版も入手可能)
  23. ^タングステンハロゲンランプの情報 2011年3月3日アーカイブ、Karl Zeiss Online CampusサイトのWayback Machine（2010年11月2日アクセス）
  24. ^バーギン照明研究技術 1984 16. 2 71
  25. ^ハロゲンランプによる死の罠で数千人が危険にさらされるアーカイブ： 2012年12月18日 ウェイバックマシン、サンデーエイジサイト（2012年12月22日アクセス）
  26. ^ハロゲンダウンライトの火災安全性Archived 2013-04-09 at the Wayback Machine at Fire and Rescue NSW site (accessed 22 Dec. 2012)
  27. ^ダウンライトアーカイブ2013-02-08 at the Wayback Machine at Western Australia Department of Fire and Emergency Services site (accessed 22 Dec. 2012)
  28. ^ 「The Light Stuff」『ポピュラーサイエンス』第41号、1997年10月。
  29. ^ナンシー・ハーヴェイ・ステオーツ (1999). 『安全とあなた』 シラキュース大学出版局. p. 15. ISBN 0815628005ハロゲンランプ業界は、約4,000万個のハロゲントーチフロアランプの修理を自主的に開始しました。CPSC（米国消費者安全委員会）は、これらのランプが原因で189件の火災が発生し、11人が死亡したことを認識しています。
  30. ^ Kremer, Jonathan Z.「電球の種類とその用途」、Wayback Machine のMegavolt、セクション「ハロゲン」に 2011 年 6 月 29 日にアーカイブ、2011 年 5 月 26 日にアクセス。
  31. ^ウラジミール・プロトポポフ（2014年3月17日）『実用オプトエレクトロニクス：実験室のための図解ガイド』シュプリンガー、37ページ。ISBN 978-3-319-04513-9。
  32. ^レイモンド・ケイン、ハインツ・セル著『ランプ革命：50年間の進歩の記録』第2版、2001年フェアマウント・プレス、 ISBN 0-88173-351-272-74ページ
  33. ^ 「MSDS — ランプ材料情報シート - 両端型またはピンベース石英ハロゲンランプ」（PDF）。GEによる最新情報。2017年。 2019年1月23日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2019年1月22日閲覧。

「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ハロゲンランプ&oldid= 1332965426」より取得