JP2006091532A - 紫外線カット部材、ランプ及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性、耐熱性に優れた紫外線カット部材及びこれを用いたランプ及び照明器具を提供することを目的とする。
【解決手段】ガラス、セラミック、金属のいずれかからなる基体１と、この基体１表面に形成された、Ａｇ超微粒子３表面にＺｎＯを主成分とする層４を積層したコア／シェル構造の複合粒子５を主成分とした被膜２とを具備した紫外線カット部材であり、前記被膜２は短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍであることを特徴とする紫外線カット部材。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光等の自然光や蛍光灯等の照明器具から発生する有害な紫外線、あるいは飛来昆虫を誘引する原因となる紫外線及び青色光の一部をカットする紫外線カット部材、この紫外線カット部材を用いたランプ及び照明器具に関する。

従来、窓ガラスやランプ、照明器具としては、ＺｎＯ系の膜で約３８０ｎｍ以下の紫外線をカットするものが一般的であるが、３８０〜４５０ｎｍ前後の青の光も有害であり、昆虫を誘引する原因となることが知られている。また、蛍光灯等のＨｇ蒸気を利用するランプでは、一部４０５ｎｍ,４３５ｎｍ付近にも発光ピークを有し、より長波長でのカットが望ましい。このような紫外線カット材としては有機の紫外カット材があり、４１０ｎｍ、４４０ｎｍカットのものが市販されている。

具体的な従来の低誘虫用ランプとしては、外管バルブの外表面に黄色の着色顔料を分散させたフッ素樹脂からなる着色被膜を形成した高圧放電ランプが知られている（特許文献１）。また、低誘虫用ランプまたは紫外線の放射を抑制したランプとして、酸化亜鉛からなる紫外線吸収作用を有する被膜をバルブ内面または外表面に形成した紫外線カット膜付ランプが知られている（特許文献２，３）。
特開平１１−３０７０５４号公報 特開２００１−１４３６５７号公報 特開２００１−１２６６６１号公報

ところで、上述した紫外線カット材は有機物であり、耐熱性が１００℃以下で問題である。例えば、蛍光灯等バルブには直接コートできず、外部をチューブで覆ったり、あるいはスリット状のものをバルブ外に配置する等の手段を講じなければならない。従って、コスト高を招く、あるいは取り扱いが煩雑になる等の問題の他、耐久性もあまり高くないという問題がある。また、紫外線および青色光の一部である特定波長の光をシャープにカットするのが有機物の紫外線カット材の特定上困難である。

本発明は、こうした問題点を解消するためになされたもので、耐久性、耐熱性に優れ、コスト高を招くことなく、紫外線及び青色光の一部を確実にカットすることが可能な紫外線カット部材、ランプ及び照明器具を提供することを目的とする。

請求項１記載の紫外線カット部材は、ガラス、セラミック、金属のいずれかからなる基体と、この基体表面に形成された、Ａｇ（銀）超微粒子表面にＺｎＯ（酸化亜鉛）を主成分とする層を積層したコア／シェル構造の複合粒子を主成分とした被膜とを具備した紫外線カット部材であり、前記被膜は短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍであることを特徴とする。ここで、「短波長吸収端側の透過率」とは、紫外線カット部材の一構成である被膜が形成される基体の透過率を考慮したカット部材の透過率であって、可視光線の短波長側の領域である波長４３０〜４６０ｎｍの範囲内の所定の波長を基本的にシャープにカットしている透過率であって、短波長側から紫外線に近づくに従って透過率が比較的急峻に減少するように変化しているときの透過率を意味する。

請求項２記載の紫外線カット部材は、ガラス、セラミック、金属のいずれかからなる基体と、この基体表面に形成された、Ａｇ超微粒子表面にＺｎＯを主成分とする層を積層したコア／シェル構造の複合粒子を主成分とし、かつ短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍである被膜と、前記被膜上あるいは基体の裏面上の少なくともいずれか一方に形成された、４５０〜５００ｎｍに透過率ピークを有する反射防止膜とを具備することを特徴とする。

請求項２に関する発明は、以下のような考えの元に究明したものである。即ち、従来のような紫外線カット材では、４４０〜４５０ｎｍ付近までの長波長側でカットすることが望ましいが、４００〜４５０ｎｍ付近の青色光を一部カットするため、透過光が黄色っぽい色になる。ここで、白色光に近づけるための手段としては、青色光が減少した分だけ緑と赤成分を着色剤等で減少させる手段があるが、全体の透過率を低下させるため望ましくない。そこで、請求項２の発明では、短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍである被膜の上、あるいは基体の裏面、あるいはその両者に、４５０〜５００ｎｍに透過率ピークを有する反射防止膜を設けることにより、青色光を中芯に透過率を改善して白色光に近づけ、透過率の改善を図るものある。

請求項３記載の紫外線カット部材は、請求項１または２のいずれかにおいて、Ａｇ超微粒子の粒径が５〜１００ｎｍであることを特徴とする。即ち、Ａｇの粒径をこうした範囲に設定することにより、Ａｇを可視光の波長より十分小さくして４２０ｎｍ〜４５０ｎｍのピークを有する吸収を発生させて利用している。ここで、Ａｇの粒径が５ｎｍ未満では短波長となってコスト高となり、粒径が１００ｎｍを超えるとか可視光透過率が低下するからである。前記Ａｇの形状は例えば略球状である。

請求項４記載の紫外線カット部材は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、ＺｎＯを主成分とする層の膜厚が１０〜１００ｎｍである特徴とする。ここで、ＺｎＯの膜厚を上記のように規定するのは、次の理由による。即ち、Ａｇは大気中で微量に存在するＳＯｘと反応し変色するので、保護効果をもたせるとともに、ＺｎＯ自身の３８０ｎｍ以下の吸収と、半導体であるＺｎＯとＡｇの内部の電子の相互作用によりＺｎＯ，Ａｇ粒子を混合した場合より３８０〜４３０ｎｍの吸収特性が改善している。具体的には、膜厚が１０ｎｍ未満では３８０ｎｍ以下の吸収が低下し、１００ｎｍを超えると散乱により可視光透過率が低下するからである。

請求項５記載の紫外線カット部材は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、被膜がコア／シェル構造の複合粒子が金属酸化物層内に分散されて構成されていることを特徴とする。ここで、金属酸化物としては、例えばＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。

請求項６記載の紫外線カット部材は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、被膜はコア／シェル構造の複合粒子が無機あるいは有機バインダーを利用して積層された堆積膜であることを特徴とする。ここで、無機バインダーとしては、例えばＳｉ，Ｚｒ，Ａｌ化合物からなるものが挙げられる。

請求項７記載の紫外線カット部材は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、コア／シェル構造の複合粒子の表面が無機化合物で処理されていることを特徴とする。ここで、複合粒子の表面を無機化合物で処理するのは、ＺｎＯと空気中のＣＯ_２の反応を防止するためである。

請求項８記載の紫外線カット部材は、ガラス、セラミック、金属のいずれかからなる基体と、この基体表面に形成された、Ａｇ超微粒子表面にＺｎＯを主成分とする層を積層したコア／シェル構造の複合粒子を主成分とした被膜とを具備した紫外線カット部材であり、コア／シェル構造の複合粒子の径をｄ（ｎｍ）、該微粒子の平均間隔をｗ（ｎｍ）としたとき、５０＞ｗ／ｄ＞１．３であり、かつ短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍであることを特徴とする。

請求項８において、金属／誘電体のコア／シェル構造の複合粒子は、紫外線吸収材として動作すると共に、この場合前記金属が周辺部に生じたフリーラジカル、励起分子等から電子を奪い取り、捕捉材として働くことにより樹脂の劣化を防止する。このことは、非接触で起こり、コア／シェル構造の複合粒子の平均間隔ｗに依存する。即ち、ｗ／ｄが５０を超えると、電子を捕捉できない領域ができるため樹脂の劣化が進行し、逆にｗ／ｄが１．３より小さいと、複合粒子間での電子等の相互作用が起こって劣化が進行する。従って、ｗ／ｄの範囲を５０＞ｗ／ｄ＞１．３と定めた。

請求項９記載の紫外線カット部材は、Ａｇ超微粒子表面にＺｎＯを主成分とする層を積層したコア／シェル構造の複合粒子を樹脂に混合した紫外線カット部材であり、コア／シェル構造の複合粒子の径をｄ（ｎｍ）、該複合粒子の平均間隔をｗ（ｎｍ）としたとき、５０＞ｗ／ｄ＞１．３であり、かつ短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０−４６０ｎｍであることを特徴とする。ここで、請求項９は請求項８と比べ、基体を構成要素として有することなく、コア／シェル構造の複合粒子を樹脂混合して直接樹脂成型品とした場合であるが、ｗ／ｄに関する考え方は請求項８の場合と同様である。

請求項１０記載のランプは、請求項１ないし９いずれか一記載の紫外線カット部材がランプバルブもしくは外管に形成されていることを特徴とする。ここで、前記ランプは、ＨＩＤランプや蛍光ランプを含む。

請求項１１記載の照明器具は、請求項１ないし９いずれか一記載の紫外線カット部材が器具前面ガラスもしくは反射板に形成されていることを特徴とする。ここで、前記照明器具は、天井直付け器具、ダウンライトや投光器等を含む。

（１）請求項１の発明によれば、青色の光の吸収波長を制御することが容易なＡｇ超微粒子表面に、紫外線の吸収が容易で耐久性に優れたＺｎＯを主成分とする層を積層してコア／シェル構造の複合粒子とし、該複合粒子を主成分とした被膜を基体表面に形成して、短波長吸収端側の透過率５０％波長を４３０〜４６０ｎｍとするので、耐久性、光学特性の良好な紫外線カット部材が得られる。

（２）請求項２の発明によれば、短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍである被膜の上、あるいは基体の裏面、あるいはその両者に、４５０〜５００ｎｍに透過率ピークを有する反射防止膜を設けることにより、青色光を中芯に透過率を改善して白色光に近づけ、透過率の改善を図ることができる。

（３）請求項３の発明によれば、Ａｇの粒径を５〜１００ｎｍにすることにより、Ａｇを可視光の波長より十分小さくして４２０ｎｍ〜４５０ｎｍのピークを有する吸収を発生させ、コスト高を招くことなく、紫外線を効果的にカットできる。
（４）請求項４の発明によれば、ＺｎＯの膜厚を１０〜１００ｎｍにすることにより、紫外線を効果的にカットできる。

（５）請求項５の発明によれば、被膜をコア／シェル構造の複合粒子が金属酸化物層内に分散されるように構成するので、紫外線を効果的にカットするとともに、前記複合粒子を構成するＡｇ超微粒子と大気中のＳＯｘとの反応の回避、強度、取扱性が良好なものが得られる。
（６）請求項６の発明によれば、被膜をコア／シェル構造の複合粒子が無機あるいは有機バインダーを利用して積層されるように構成するので、上記（５）と同様な効果を有する。

（７）請求項７の発明によれば、コア／シェル構造の複合粒子の表面が無機化合物で処理されているので、複合粒子と外部のＳＯｘとの反応を防止できる。
（８）請求８の発明によれば、上記のように、短波長吸収端側の透過率５０％波長を４３０〜４６０ｎｍとする他、コア／シェル構造の複合粒子の径をｄ（ｎｍ）、該複合粒子の平均間隔をｗ（ｎｍ）としたとき、５０＞ｗ／ｄ＞１．３とするので、樹脂の劣化を回避することができる。
（９）請求項９の発明によれば、上記（８）と同様な効果を有する。
（10）請求項１０又は請求項１１の発明によれば、上記（１）〜（９）の背凱旋カット部材の作用効果を備えたランプ又は証明器具が得られる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１（Ａ）、（Ｂ）は、第１の実施形態に係る紫外線カットフィルタ（紫外線カット部材）を示す。ここで、図１（Ａ）は前記フィルタの概略的な断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の要部を拡大して断面図である。図中の符番１はソーダライムガラスからなる基体であり、この基体1上には厚さ約１μｍの被膜２が形成されている。前記被膜２の短波長吸収端側の透過率５０％波長は、４３０〜４６０ｎｍである。また、前記被膜２は、Ａｇ超微粒子（平均粒径１０ｎｍ）３の表面（外面）にＺｎＯ層４を平均膜厚２０ｎｍ形成し、全体で約５０ｎｍのコア／シェル型複合粒子５をＳｉ化合物（バインダー）等を用いて構成されている。

前記被膜２は、次のように形成する。即ち、まず、ベース材料として前記Ａｇ超微粒子３の表面にＺｎＯ層４を平均膜厚２０ｎｍ形成し、全体で約５０ｎｍのコア／シェル型複合粒子５を使用する。次に、この複合粒子５を、エタノール＋水に分散させた溶液に分散させ、Ｓｉ化合物をバインダーとして５０ｗｔ％添加した溶液を基体１上に塗布する。つづいて、これを１５０〜２５０℃で乾燥させ、厚さ約１μｍの被膜２を形成する。

上記第１の実施形態によれば、基体１上に短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍの被膜を形成した構成となっているので、透過率５０％波長が４４５ｎｍでそれ以下のカットが良好な紫外線カットフィルタが得られる。また、前記被膜２は無機材をベースとしているので、耐久性、耐熱性共に良好である。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る紫外線カットフィルタ（紫外線カット部材）を示す。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番８ａ，８ｂは、夫々前記被膜２上、前記基体１の裏面に形成された厚さ約０．５μｍ〜１μｍの反射防止膜（多孔質ＳｉＯ_２被膜）である。これらの反射防止膜８ａ，８ｂは、４５０〜５００ｎｍに透過率ピークを有する。

次に、第２の実施形態のカットフィルタの製造方法について説明する。まず、第１の実施形態と同様にして、基体1上に被膜２を形成する。次に、基体１の両面、即ち被膜２上及び基体１裏面に、径約５ｎｍのＳｉＯ_２微粒子をエタノール＋Ｈ_２Ｏに分散させた溶液にＳｉＯ_２化合物バインダーをＳｉＯ_２微粒子に対し５０ｗｔ％添加した溶液を塗布する。つづいて、１５０〜２５０℃で乾燥させ、多孔質ＳｉＯ_２被膜を透過率の最大ピークが４５０〜５００ｎｍにくるように調整し、約０．５μｍ〜１μｍ形成する。これにより、基体1上に被膜２が形成され、該被膜２上及び基体１裏面に反射防止膜８ａ，８ｂが夫々形成されたフィルタが得られる。

上記第２の実施形態によれば、短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍである被膜２上及び基体１裏面の両面に、４５０〜５００ｎｍに透過率ピークを有する反射防止膜８ａ，８ｂを夫々形成した構造であるので、第１の実施形態に比べて約７％透過率が向上した。

なお、第２の実施形態において、前記反射防止膜は被膜上あるいは基体裏面のいずれかのみに形成してもよく、この場合、第１の実施形態に比べて約７％透過率が向上した。

（第３の実施形態）
図２（Ａ）、（Ｂ）は、第３の実施形態に係る紫外線カットフィルタ（紫外線カット部材）を示す。ここで、図２（Ａ）は前記フィルタの概略的な断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の要部を拡大して説明図である。図中の符番１はソーダライムガラスからなる基体であり、この基体１上には厚み５ｍｍの透光性樹脂膜（被膜）６が形成されている。ここで、前記被膜６の短波長吸収端側の透過率５０％波長は、４３０〜４６０ｎｍである。前記透光性樹脂膜６は、Ａｇ超微粒子（平均粒径１０ｎｍ）３の表面（外面）にＺｎＯ層４を平均膜厚２０ｎｍ形成し、全体で径約５０ｎｍのコア／シェル型複合粒子５をアクリル樹脂７に混ぜ成型することにより形成されている。ここで、複合粒子５間の間隔ｗは、全体の体積に対する粒子の体積から平均１００ｎｍに設定している。また、前記複合粒子５の径ｄと前記複合粒子間の間隔ｗとの関係は、５０＞ｗ／ｄ＞１．３である。

前記透光性樹脂膜６は、次のように形成する。即ち、まず、ベース材料として前記Ａｇ超微粒子３の表面にＺｎＯ層４を平均膜厚２０ｎｍ形成し、全体で約５０ｎｍのコア／シェル型複合粒子５を使用する。次に、この複合粒子５をアクリル樹脂７に２ｗｔ％分散させた後、成型により厚さ５ｍｍの透光性樹脂膜６を形成する。

上記第３の実施形態によれば、基体１上に短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍの被膜６を形成し、被膜６を構成するコア／シェル型複合粒子５における複合粒子５の径ｄと複合粒子間の間隔ｗとの関係を５０＞ｗ／ｄ＞１．３とした構成となっているので、第１の実施形態と同様、透過率５０％波長が４４５ｎｍでそれ以下のカットが良好な紫外線カットフィルタが得られるとともに、透光性樹脂膜６は無機材をベースとしているので、耐久性、耐熱性共に良好である。また、金属（Ａｇ）／誘電体（ＺｎＯ）からなるコア／シェル型の複合粒子は紫外線吸収材として動作するとともに、金属層が周辺部に生じたフリーラジカル、励起分子等から電子を奪い取り捕捉材として働くことによりアクリル樹脂７の劣化を防止することができる。

図４は、本実施形態及び従来における紫外線カットフィルタにおける透過率と波長との関係を示す特性図である。なお、図４で示す透過率は、基体の透過率を除いた値で示しているため、実質的にカット膜の透過率分光分布を示している。図４において、線ａは第１の実施形態のフィルタ，線ｂは第３の実施形態のフィルタ，線ｃは第２の実施形態のフィルタ，線ｄは第１の実施形態においてＡｇの表面にＺｎＯがない場合の被膜を用いた場合のフィルタ、線ｅはＺｎＯ粒子のみの被膜を用いた場合のフィルタ、の場合を夫々示す。

（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態であるランプを示す概略正面図である。図５中の符番１１はＨＩＤランプを示す。このランプ１１には発光管１２を保護する外管バルブ１３が設けられている。この外管バルブ１３には発光管１２と導通する給電手段としてのＥ形口金１４が取り付けられている。

前記外管バルブ１３の外表面には、例えば第１の実施形態に係る被膜２が形成されており、外管バルブ１３と基体とする紫外線カットフィルタ１５が構成されている。この紫外線カットフィルタ１５により、ＨＩＤランプ１１の発光管１２から放射される光のうち紫外線及び青色光が吸収され、ＨＩＤランプ１１の放射光は黄色となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

また、上記実施形態に係る紫外線カットフィルタは、蛍光ランプの外面に形成して低誘虫効果を発揮させてもよい。また、前記フィルタは前記照明器具の反射板に形成してもよい。更に、照明器具の透光性樹脂グローブ（セード）を紫外線カット部材としてもよい。

図１は、本発明の第１の実施形態における紫外線カットフィルタの概略的な説明図である。 図２は、本発明の第３の実施形態における紫外線カットフィルタの概略的な説明図である。 図３は、本発明の第２の実施形態における紫外線カットフィルタの概略的な説明図である。 図４は、本実施形態に係る紫外線カットフィルタ及び比較例に係るフィルタにおける透過率と波長との関係を示す特性図である。 図５は、本発明の第４の実施形態である管球を示す概略的な正面図である。

符号の説明

１…基体、２…被膜、３…Ａｇ超微粒子、４…ＺｎＯ層、５…コア／シェル型複合粒子、６…透光性樹脂膜、７…樹脂、８ａ，８ｂ…反射防止膜、１１…ＨＩＤランプ、１２…発光管、１３…外管バルブ、１４…Ｅ形口金、１５…紫外線カットフィルタ。

Claims (11)

1. ガラス、セラミック、金属のいずれかからなる基体と、この基体表面に形成された、Ａｇ超微粒子表面にＺｎＯを主成分とする層を積層したコア／シェル構造の複合粒子を主成分とした被膜とを具備した紫外線カット部材であり、
   前記被膜は短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍであることを特徴とする紫外線カット部材。
2. ガラス、セラミック、金属のいずれかからなる基体と、この基体表面に形成された、Ａｇ超微粒子表面にＺｎＯを主成分とする層を積層したコア／シェル構造の複合粒子を主成分とし、かつ短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍである被膜と、前記被膜上あるいは基体の裏面上の少なくともいずれか一方に形成された、４５０〜５００ｎｍに透過率ピークを有する反射防止膜とを具備することを特徴とする紫外線カット部材。
3. 前記Ａｇ超微粒子の粒径が５〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１または２記載の紫外線カット部材。
4. 前記ＺｎＯを主成分とする層の膜厚は１０〜１００ｎｍである特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の紫外線カット部材。
5. 前記被膜は、コア／シェル構造の複合粒子が金属酸化物層内に分散されて構成されていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の紫外線カット部材。
6. 前記被膜は、コア／シェル構造の複合粒子が無機あるいは有機バインダーを利用して積層された堆積膜であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の紫外線カット部材。
7. 前記コア／シェル構造の複合粒子の表面が無機化合物で処理されていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の紫外線カット部材。
8. ガラス、セラミック、金属のいずれかからなる基体と、この基体表面に形成された、Ａｇ超微粒子表面にＺｎＯを主成分とする層を積層したコア／シェル構造の複合粒子を主成分とした被膜とを具備した紫外線カット部材であり、
   コア／シェル構造の複合粒子の径をｄ（ｎｍ）、該微粒子の平均間隔をｗ（ｎｍ）としたとき、５０＞ｗ／ｄ＞１．３であり、かつ短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍであることを特徴とする紫外線カット部材。
9. Ａｇ超微粒子表面にＺｎＯを主成分とする層を積層したコア／シェル構造の複合粒子を樹脂に混合した紫外線カット部材であり、
   コア／シェル構造の複合粒子の径をｄ（ｎｍ）、該微粒子の平均間隔をｗ（ｎｍ）としたとき、５０＞ｗ／ｄ＞１．３であり、かつ短波長吸収端側の透過率５０％波長が４３０〜４６０ｎｍであることを特徴とする紫外線カット部材。
10. 請求項１ないし９いずれか一記載の前記紫外線カット部材がランプバルブもしくは外管に形成されていることを特徴とするランプ。
11. 請求項１ないし９いずれか一記載の前記紫外線カット部材が器具前面ガラスもしくは反射板に形成されていることを特徴とする照明器具。

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