JP2003109539A - メタルハライドランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】失透が発生するのを抑制し、長寿命のメタルハ
ライドランプを提供する。 【解決手段】メタルハライドランプにおいて、石英ガラ
スからなる発光管１ａの点灯時に下部となる部分の内表
面にＡｌＮまたはＳｉ２Ｎ４蒸着させて形成する厚さ
１．０〜５．０μｍの保護膜８を形成する。保護膜８
が、発光管１ａ内部に封入された薬品溜まりやすい部分
に形成されているためが石英ガラスと封入物との反応を
抑える失透を抑制する。また、保護膜によってランプ特
性に影響を与えることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属ハロゲン化物
を封入している、垂直点灯用メタルハライドランプおよ
び照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプは、高効率、高演
色であるなどの特長を備えていることから店舗照明、道
路照明などの一般照明用などに広く普及している。しか
し、近年の省エネルギー指向の観点から、さらなる高効
率、長寿命のものが要求されている。

【０００３】ところで、メタルハライドランプの効率を
上げるためには、発光管の温度を上げることが有効であ
る。これは、メタルハライドランプの中に封入された水
銀およびハロゲン化金属の蒸発を促進し、発光に寄与さ
せるためである。

【０００４】しかし、このように発光管の温度を上げる
ことによって、発光管に封入されている金属ハロゲン化
物と発光管を形成している石英ガラスが反応を起こし、
発光管が失透する原因となっていた。

【０００５】このような発光管の失透を抑制するため、
特開平８−３３５４５３号公報には、石英ガラス製の中
空管体の内表面に、酸窒化アルミ層および窒化アルミ層
からなる少なくとも２層膜を形成する高圧放電ランプ
（従来例１）が記載されている。

【０００６】また、特開平６−２６７５０４号公報に
は、石英ガラスからなる発光管の内表面に、Ｔａ
_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＳｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｚ
ｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５の中から選ばれた少なくと
も１種からなる紫外線カット用の保護膜を形成し、紫外
線による石英ガラスの歪の増加を抑制する高圧放電灯
（従来例２）が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１に記載された石英ガラス製の中空管体の内表面に形成
される酸窒化アルミ層および窒化アルミ層からなる２層
膜は、従来例１公報にも記載のとおりスパッタリング
法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、真空蒸着法、イオ
ンプレーティング法などによって一様に形成されてい
る。

【０００８】また、従来例２に記載の高圧放電ランプで
は、拡散膜を発光管の内表面から数１０μｍの範囲に形
成することで、この拡散膜が紫外線を効果的に遮断し、
このため石英ガラスの歪の増加を抑制するものである。

【０００９】しかしながら、従来例1の2層膜および従来
例２の拡散膜は、発光管の発光部を包囲する面のすべて
に形成されているため、高圧放電ランプの光透過率を減
少させてしまう虞がある。

【００１０】そこで本発明は、このような不具合を解消
するため、比較的簡単な方法で、発光管の必要な透過率
を確保しながら、寿命中においても石英ガラスからなる
発光管が失透するのを抑制するメタルハライドランプお
よびこのメタルハライドランプを用いた照明装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のメタル
ハライドランプは、石英ガラスからなる透光性容器と；
透光性容器の内表面の点灯中下部となる部分に形成され
たＡｌＮまたはＳｉ_２Ｎ_４の最大厚さ１．０〜５．０μ
ｍの保護膜と；透光性容器内に封入された不活性ガスお
よび金属ハロゲン化物を含む放電媒体と；を具備してい
る。

【００１２】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１３】メタルハライドランプは、一般型、ショー
トアーク型、無電極メタルハライドランプなど全般に適
用することができる。したがって、発光管はその形状お
よび封入するイオン化媒体をメタルハライドランプの種
類に応じて適宜選択することができるものとする。

【００１４】発光管を形成する透光性放電容器は、石英
ガラスにて形成されており、放電空間を包囲する放電部
は、円筒状、球状、回転楕円体状、紡錘状など所望の形
状を採用することができる。電極を有するメタルハライ
ドランプを構成する場合には、電極を気密に封装する封
止部と放電部を一体形成することも許容する。電極は、
タングステンなどの高融点金属によって構成されるのが
好ましく、タングステンに希土類酸化物を含有させて電
極間の放電を容易にさせることも許容する。この様な電
極を用いる際には、比重が１８．５以上となるように加
工率を向上させると電極の消耗、変形を抑制することが
できる。

【００１５】また、電極を有する一般的なメタルハライ
ドランプの他、電極を有さずにマイクロ波等の電磁波に
よって発光するものを許容する。

【００１６】透光性容器の内表面には、点灯時下部とな
る部分にＡｌＮまたはＳｉ_２Ｎ_４の厚さ１．０〜５．０
μｍの保護膜が形成される。この保護膜の厚さは、形成
された保護膜の最大の膜厚を示している。

【００１７】保護膜の成膜法は、スパッタ蒸着による方
法が好ましいがその他に熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などによって
形成することも許容する。

【００１８】保護膜を設けた作用について説明する。Ａ
ｌＮまたはＳｉ_２Ｎ_４の保護膜をスパッタ蒸着によって
を形成した石英ガラス製のアンプルを用いて、加熱失透
強制試験を行った。

【００１９】加熱失透強制試験は、アンプルに内径φ２
０ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、外径φ２３．６ｍｍの石英チ
ューブの内部に、ＤｙＩ_３を４ｍｇおよびアルゴンガス
を約２７ｋＰａ封入し、長さ９０ｍｍで両端を溶融封止
を行ったものを用いた。ＤｙＩ_３は希土類ハロゲン化物
の中でも失透現象を招きやすい封入物であることが知ら
れている。

【００２０】このアンプルを１１００℃の高温下に一時
間放置しその後１００℃づつ温度を上昇させていき、失
透現象が確認された温度を観察した。その結果を表１に
示す。

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、ＡｌＮまたはＳ
ｉ_２Ｎ_４の保護膜を形成した石英ガラスを用いることに
よって、従来から失透し易いとされているＤｙＩ_３を封
入した時にでも、失透が開始する温度を遅らせることが
でき失透を抑制する効果があることが分かった。

【００２２】これは、ＡｌＮまたはＳｉ_２Ｎ_４の保護膜
を形成することによって石英ガラスのバルブにの内部に
Ｄｙなどの失透の核となりやすい封入物のイオンが侵入
するのを防止しているため失透を抑制しているものと考
えられる。

【００２３】このような保護膜を垂直点灯用のメタルハ
ライドランプの点灯時に下部に形成した用いた場合に、
封入したハロゲン化金属が溜まりやすい部分に保護膜が
形成されるため、その部分でのハロゲン化金属と石英ガ
ラスが反応するのを抑制し、失透が開始するのを遅くす
ることができるまたは、失透を抑制することができる。
また、保護膜の形成を下部のみにすることによって保護
膜による石英ガラスの透過率の減小が発光管の照射範囲
以外であるので、メタルハライドランプの効率を低下さ
せる虞がない。

【００２４】また、保護膜を１．０μｍよりも薄く形成
することは、失透抑制の効果がほとんどなかった。ま
た、保護膜を５．０μｍよりも厚く形成すると、使用時
に保護膜が剥離してしまうため、発光管材料としてふさ
わしくない。

【００２５】放電媒体は、透光性放電容器の内部に封入
される。放電媒体は、メタルハライドランプの種類に応
じて異なる。

【００２６】ハロゲン化金属は、スカンジウムなどの希
土類金属およびナトリウムなどのアルカリ金属の沃化物
および臭化物を許容し、他に所望により水銀などの金属
および他のハロゲン化金属を封入することもできる。

【００２７】請求項１の発明によれば、点灯時に下部と
なる部分にＡｌＮまたはＳｉ_２Ｎ_４の最大厚さ１．０〜
５．０μｍの保護膜を形成しているため、下部に溜まり
やすいハロゲン化金属と石英ガラスとの反応を抑制し、
失透を抑制することができる。また、保護膜を形成して
もメタルハライドランプの効率を低減させる虞がない

【００２８】請求項２の発明は、請求項１のメタルハラ
イドランプであって、放電媒体は、希土類金属ハロゲン
化物を含んでいることを特徴とする。

【００２９】メタルハライドランプの放電媒体として希
土類金属ハロゲン化物を用いることは、放電媒体の封入
の選択幅を広げることができ、それによってメタルはラ
イドランプの所望の光色、色温度、演色性などを得るこ
とができる。そして、このような希土類金属ハロゲン化
物は比較的石英と反応しやすいことが知られている。

【００３０】請求項２の発明によれば、比較的、石英と
反応しやすい希土類酸化物を内部に封入した場合におい
ても失透を抑制することができる。

【００３１】請求項３の発明の照明装置は、照明装置本
体と；請求項１または２記載のメタルハライドランプ
と；メタルハライドランプを安定的に点灯させる安定器
と；を具備している。

【００３２】本発明において、照明装置とはメタルハラ
イドランプの発光を利用するあらゆる装置を含む概念で
ある。たとえば、屋内用照明器具、屋外用照明器具その
ほか、画像投射装置、光化学装置などに用いることがで
きる。

【００３３】また、安定器は、交流電源およびメタルハ
ライドランプの間に介在して、メタルハライドランプを
安定的に点灯を行うものである。また、必要に応じて調
光点灯を行うものであっても良い。

【００３４】請求項３の発明によれば、高寿命のメタル
ハライドランプを使用した照明装置を提供できる。

【００３５】

【発明の実施形態】本発明の第１の実施形態を図１を参
照して説明する。図１は、本発明のメタルハライドラン
プの実施形態の正面図、図２は同じ用部拡大図である。

【００３６】本実施形態は、定格電力４００Ｗタイプの
交流点灯用メタルハライドランプであり、口金を上側に
垂直点灯を行うタイプのものである。

【００３７】図１において、１は発光管、２は外管、３
は口金、４は下部支持体、５は上部支持体、６はパルス
発生器である。

【００３８】発光管１は、石英ガラスからなる透光性放
電容器１ａを有し、この投光性容器１ａの両端側には電
極７ａ、７ｂがそれぞれ１対の封止部１ｂ１、１ｂ２で
封止されている。なお、１ｃは発光管の排気チップ部、
１ｄは補助電極を示す。

【００３９】電極７ａは、点灯時に封止部１ｂ１が上側
になるように配置されており、本実施形態では、口金に
近い封止部１ｂ１に電極７ａが、対向する位置にある封
止部１ｂ２に電極７ｂがそれぞれ、モリブデン箔１ｅ
２、導入線１ｆ１、１ｆ２を備えて封止されている。ま
た、補助電極１ｄは、電極７ａの近傍にモリブデン箔１
ｅ３、導入線１ｆ３を備えて封止されている。上部の封
止部１ｂ１は、放電空間が半円状なるように封止部１ｂ
１が封止され、下部の封止部１ｂ２は放電空間が略Ｖ字
形状となるように封止部１ｂ２が封止されている。ま
た、封止部１ｂ２の外表面にはアルミナからなる保温膜
１ｇが塗布されている。

【００４０】透光性放電容器１ａの下部のＶ字に封止さ
れている部分の内表面には、ＡｌＮまたはＳｉ_２Ｎ_４の
保護膜８が形成される。この保護膜８の形成方法は、ま
ず、発光管１の下部の封止部１ｂ２を電極７ｂを封止し
て形成する。そのとき他端側は封止される前の状態で開
放された状態に有る。他端封止部の開放された側から保
護膜状着用のスパッタ電極を挿入する。このスパッタ電
極に外部から高周波電力を付勢させることによってスパ
ッタ電極を加熱して蒸着させると発光管の下部のＶ字に
封止された部分の内表面にのみに保護膜が形成される。
その後、開放されている他端側を封止して発光管を形成
する。保護膜８が形成された部分の発光管外表面には保
温膜１ｇは塗布されている。

【００４１】透光性放電容器１ａ内部には、放電媒体と
して水銀、希ガスおよびハロゲン化金属が所定量封入さ
れて、外部と気密性を保っている。

【００４２】外管２は、硬質ガラスからなり一対の導入
線２ａ１、２ａ２を気密に導入しており、内部には、不
活性ガスである窒素が封入されている。

【００４３】口金３は、Ｅ３９型口金であり、外管２に
固着され一対の導入線２ａ１、２ａ２が接続され、内部
の発光管１およびパルス発生器６に通電を行う役割を担
っている。

【００４４】上部支持体４は、発光管１の上部を支持す
るとともに電極７ａを電気的に接続するもので、枠形導
体４ａおよび金属バンド４ｂを備えている。枠形導体４
ａは導入線２ａ１と発光管１の上部導入線１ｆ１を接続
している。金属バンド４ｂは、封止部１ｂ１を抱持する
ことにより、発光管１の上側を支持するように枠形導体
４ａに溶接されている。

【００４５】下部支持体５は、発光管１の下部を支持す
るとともに電極７ｂを電気的に接続するもので、枠形導
体５ａ、金属バンド５ｂおよびスプリング片５ｃを備え
ている。枠形導体５ａは導入線２ａ２を接続導体５ｅを
介して、発光管１の下部導入線１ｆ２と接続している。
金属バンド５ｂは、封止部１ｂ２を抱持することによ
り、発光管１の下側を支持するように枠形導体５ａに溶
接されている。スプリング片５ｃは、枠形導体５ａに溶
接され、先端が外管２の頂部内面に対して弾力的に当接
して下部支持体５を外管２内の所定の位置に保持する。
また、枠形導体５ａにはゲッター５ｄが接続されており
寿命中に発生する不純ガスを吸着する。

【００４６】パルス発生器６は、熱応動スイッチ６ａ、
点灯管６ｂおよび加熱抵抗６ｃを直列に備え、安定器と
協働して高電圧パルスを発生させて発光管１の始動を行
う。また、補助電極１ｄには、限流抵抗６ｄが接続され
て始動の補助を行っている。

【００４７】このように構成されたメタルハライドラン
プＬＰの発光管１の内表面に表２のような保護膜８を形
成し、寿命試験を行った。このとき、発光管の内部に
は、従来より、失透しやすいといされる希土類酸化物
ＤｙＩ_３ ４．０ｍｇの他、ＴｌＩ_３ ２．００ｍｇ、
ＣｓＩ １．０ｍｇおよび水銀が６２ｍｇ、始動ガスと
してアルゴンが約２．４ｋPａ封入されている。また、
発光管の大きさは、内径２５ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、外
径２８．６ｍｍ、発光部の長さが約８２ｍｍである。

【００４８】このようなランプのランプ特性の比較表を
表２に、各ランプの点灯寿命試験を行った結果、失透現
象が確認された時間（失透確認時間）を表３に示す。

【表２】

【表３】

【００４９】表２から明らかなように、ＡｌＮまたはＳ
ｉ２Ｎ４の保護膜を形成したメタルハライドランプにお
いても、ランプ特性の変化は見られなかった。また、保
護膜を形成することによって、従来から失透し易いとさ
れているＤｙＩ_３を封入した時にでも、失透が開始する
のを遅らせることができるまたは、失透を抑制する効果
があることが確認された。

【００５０】本発明の第２の実施形態を図３を参照して
説明する。図３は第２の実施例のメタルハライドランプ
を装着した照明装置９を示している。なお、図１と同一
部分には同一符号を付してある。

【００５１】照明装置９は、反射笠９１、ソケット９２
及び安定器９３などから構成されている。メタルハライ
ドランプＬＰの口金３は照明装置のソケット９２に装着
されて使用される。ソケット９２には安定器９３の二次
出力端が接続されメタルハライドランプＬＰに電力の供
給を行なっている。照明装置９は天井面９０によって支
持される。

【００５２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、比較的簡単な
方法、かつ発光管の必要な透過率を確保しつつ、失透抑
制機能を持つ拡散膜を有することによって、比較的低コ
ストでメタルハライドランプを長寿命とすることができ
る。

【００５３】請求項２の発明によれば、石英と反応をし
やすい希土類金属ハロゲン化物を封入したメタルハライ
ドランプであっても失透を抑制し、長寿命のメタルハラ
イドランプを提供することができる。

【００５４】請求項３の発明によれば、高寿命のメタル
ハライドランプを用いることで、保守の機会を削減でき
ランニングコストの低減できる照明装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すメタルハライドラ
ンプの正面図

【図２】同じくメタルハライドランプの要部拡大正面図

【図３】本発明の第２実施形態を示す照明装置の断面図

【符号の説明】

１…発光管 １ａ…投光性容器 ８…保護膜 ２…外管 ３…口金 ７ａ…電極

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K014 AA01 EA04 4G059 AA07 AB05 AC18 AC30 EA12 EA13 EB04 5C015 QQ13 5C043 AA06 AA07 CC03 EA16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石英ガラスからなる透光性容器と；透光性
   容器の内表面の点灯時下部となる部分に形成されたＡｌ
   ＮまたはＳｉ_２Ｎ _４の最大厚さ１．０〜５．０μｍの保
   護膜と；透光性容器内に封入された不活性ガスおよび金
   属ハロゲン化物を含む放電媒体と；を具備していること
   を特徴とするメタルハライドランプ。
2. 【請求項２】放電媒体は、希土類金属ハロゲン化物を含
   んでいることを特徴とする請求項１のメタルハライドラ
   ンプ。
3. 【請求項３】照明装置本体と；請求項１または２記載の
   メタルハライドランプと；メタルハライドランプを安定
   的に点灯させる安定器と；を具備していることを特徴と
   する照明装置。