JP2008112695A - 高圧放電ランプおよび照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線とより長波長側の光をカットし、紫外線および一部青色光を必要としない生物等の損傷防止や紙、布等の劣化防止、低誘虫用の紫外線カットフィルタ付き高圧放電ランプまたは照明器具を提供する。
【解決手段】高圧放電ランプＬ２は、インジウム（Ｉｎ）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｉｎ）微粒子にバナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子を添加した成分を主体とする紫外線カット材料を透光性ガラス基材表面に塗布することにより紫外線カット被膜Ｆが形成されており、外管１１である透光性ガラス基材を含めた波長４００ｎｍのカット率が９０％以上でありかつ波長４００〜４７５ｎｍの可視光線を良好に吸収する。
【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも紫外線をカットし、可視光を透過する紫外線カットフィルタを形成する紫外線カットフィルタを備えた高圧放電ランプおよび照明器具に関する。

紫外線を遮断（カット）するカットフィルタを設けた高圧放電ランプが知られている。これら光源および照明器具は、紫外線および一部青色光を必要としない生物等の損傷防止や紙・布等の劣化防止、低誘虫用など照明に主として利用されるものである。

従来のこれらの紫外線カットフィルタ付き高圧放電ランプは、高温になるため、透光性のガラスの表面に耐久性およびコスト面に優れた酸化亜鉛（ＺｎＯ）微粒子を主成分とする紫外線吸収被膜をバルブ外表面に形成した紫外線カットフィルタ付ランプが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−１４３６５７号公報

特許文献１の高圧放電ランプは、無機酸化物である酸化亜鉛（ＺｎＯ）微粒子を主成分とした紫外線カットフィルタが形成されているので、紫外線カットフィルタの耐熱性、耐久性に優れているが、カット波長は波長約３８０ｎｍ以下であり、より長波長側の光をカットすることが困難である。

図１は、高圧放電ランプとして一般的なメタルハライドランプの分光分布と昆虫の比視感度曲線を表したグラフである。図１に示すように、波長４００〜４７５ｎｍの可視光線は有害なまたは飛来する昆虫を誘引する原因となる光を含んでいることから、より低誘虫のものを得るには紫外線に加えてこの波長領域の光を有効にカットする必要がある。しかし、単にこの領域の光をカットすると光束低下や色温度変化が顕著となり、照明用光源としての機能が損なわれるという不都合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、紫外線とともにより長波長側の光をカットしかつ、光束は若干低下し色温度は変化するものの演色性低下が小さく、紫外線および一部青色光を必要としない生物等の損傷防止や紙、布等の劣化防止、低誘虫用としてより最適な紫外線カットフィルタ付き高圧放電ランプまたは照明器具を提供することを目的とする。

本発明の高圧放電ランプは、インジウム（Ｉｎ）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｉｎ）微粒子にバナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子を添加した成分を主体とする紫外線カット材料を透光性ガラス基材表面に塗布することにより紫外線カット被膜が形成されており、透光性ガラス基材を含めた波長４００ｎｍのカット率が９０％以上でありかつ４７５ｎｍ以下の光を吸収して透過率を低減した紫外線カットフィルタと；この紫外線カットフィルタに周囲が覆われた発光管と；を具備していることを特徴とする。

本発明の照明器具は、器具本体と；この器具本体に配設された上記高圧放電ランプと；を具備していることを特徴とする。

本発明は、上記発明において、インジウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｉｎ）微粒子に対する前記バナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子または前記チタン系複合酸化物微粒子の添加比率は、10〜90質量％であることを特徴とする。

上記添加量内で誘虫性を制御可能であるが90％を超えると、波長４００以下の紫外線吸収が低下するため好ましくなく、上記添加量が10％未満であると、添加による誘虫性の改善効果がほとんど得ることができない。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）微粒子にインジウム（Ｉｎ）をドープすると導電性半導体微粒子となり、その導電性の付与によって本来約３８０ｎｍ以下であったカット波長が長波長側にシフトする。

カット波長を長波長側に大幅シフトさせると、紫外線による損傷生物等の損傷防止や紙、布等の劣化防止、低誘虫用などに関しては改善されるが、青色光の一部がカットされることにより光色変化、透過率低下等が発生する。

このドープ金属の濃度を調整することによってカット波長を調整することが可能である。インジウムの亜鉛に対するドープ量は質量比率で２．５〜７．５％である。

バナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子は、波長４００〜４７５ｎｍの可視光線を良好に吸収する特性を有し、波長４７５ｎｍを超える波長領域の光は比較的良好に透過する特性を有している。

チタン系複合酸化物微粒子である、（Ｔｉ，Ｓｂ，Ｃｒ）Ｏや（Ｔｉ，Ｓｎ，Ｃｒ）Ｏが上記のものと類似の光学特性を有しており、上記した特性を有するチタン系複合酸化物微粒子であれば適用可能である。

高圧放電ランプは、メタルハライドランプ、水銀ランプ等の金属蒸気放電ランプを意味する。高圧放電ランプの発光管を覆う紫外線カットフィルタは、発光管を外方から気密に封止する外管バルブを透光性ガラス基材として設けてもよいし、この外管バルブと発光管との間に配設されるシュラウドと呼ばれる飛散防止用の円筒体を透光性ガラス基材として設けたものであってもよい。

照明器具は、天井直付け器具、ダウンライトや透光器等を含み、カバーには板状のカバーの他、グローブを含むものである。

高圧放電ランプの発光管を覆う紫外線カットフィルタの光学特性は、波長４００ｎｍのカット率が９０％以上であり、波長４７５ｎｍ以下の透過率を抑えることにより、例えば高演色形のメタルハライドランプに適用した場合には光束低下を約１５％以下に抑えつつ色温度は低下し光色はやや黄色気味になるものの高圧ナトリウムランプと同レベルの特性を有する高圧放電ランプを得られる。すなわち、現行の水銀ランプ等の高圧放電ランプと互換性を有し、かつ色温度は若干低下するものの光色演色性が良好で低コストの高圧放電ランプを供給することが可能となる。

紫外線カット被膜は、所定のランプ特性を備えていれば、その構成は特に制約されないが、所望の光をカットしつつカットする波長以外の光を良好に透過させるため、その膜厚は０．５〜２．０μｍの範囲内とするのが好ましい。

上記紫外線カットフィルタ付の高圧放電ランプは、そのフィルタの光学特性により光出力が極端に低下することがなく、光源の発光色や色温度変化を少なくすることができる。

本発明の紫外線カットフィルタ付き高圧放電ランプまたは照明器具は、インジウム（Ｉｎ）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｉｎ）微粒子にバナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子を添加した成分を主体とする紫外線カット材料を透光性ガラス表面に塗布することにより紫外線カット被膜が形成されており、この紫外線カット被膜付き透光性基材は波長４００ｎｍのカット率が９０％以上でありかつ４７５ｎｍ以下の光を低減し、波長４００〜４７５ｎｍの可視光線を良好に吸収するので、より昆虫を誘引しにくく、光束低下を抑えつつ色温度は低下し光色はやや黄色気味になるので、演色性の低下が小さい高圧放電ランプおよび照明器具が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。

図１は、高圧放電ランプの分光分布と誘虫性および紙の損傷係数との関係を表すグラフである。図１の曲線ａは、高圧放電ランプとして一般的なメタルハライドランプの分光分布を、曲線ｂは昆虫の比視感度曲線を、曲線ｃは紙の損傷係数をそれぞれ表している。曲線ｂの昆虫の比視感度曲線は、誘虫性（ショウジョウバエBertholf）を表すデータであり、曲線ｃの損傷係数は（米国商務省標準局：N.B.S.,現National Institute of Standard and Technology「色紙の変退色の程度」）を数値化したものである。図１のグラフに示すように、曲線ｂの昆虫の比視感度曲線および曲線ｃの損傷係数の強度がいずれも可視光領域の５００ｎｍ弱まで存在するため、紫外光のみを完全にカットしても誘虫性および紙の損傷係数を効果的に抑制することはできない。

図２は第１の実施形態の高圧放電ランプを示す概略正面図である。図２に示す高圧放電ランプは、２５０Ｗ級のメタルハライドランプであり、このメタルハライドランプＬ２には発光管４０の周囲に発光管４０を保護する透明な外管バルブ１１が設けられている。外管バルブ１１には発光管４０と導通する給電手段としてのＥ形口金３が取付けられている。

この外管バルブ１１の外表面には、紫外線カットフィルタＦが形成されている。紫外線カットフィルタＦは、波長４００ｎｍのカット率が９０％以上でありかつ４７５ｎｍ以下の光を吸収して４７５ｎｍ以下の光の放射強度を低減している。

この紫外線カットフィルタＦにより、発光管４０から放射される光のうち紫外線および波長４００〜４７５ｎｍの光を約５０％カットするとこれにより、メタルハライドランプＬ２の外管１１から放射光は、色温度が４２００Ｋから３０００Ｋに低下するものの、光束低下は１０％以下に抑えることができ演色性なども良好である。それにより紫外線および一部青色光を必要としない生物等の損傷防止や紙、布等の劣化防止、低誘虫用として最適な紫外線カットフィルタ付きの高圧放電ランプを提供することができる。

紫外線カットフィルタＦを構成する紫外線カット材料は、インジウムがドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）微粒子にバナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子を添加したもの主体とするものである。バナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子の添加比率は、10〜90質量％である。

インジウムがドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｉｎ）微粒子は、略球形状であって粒径１０〜１００ｎｍ、例えば約５０ｎｍの微粒子である。バナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子は、粒径30〜200ｎｍ、例えば約100ｎｍの微粒子である。

チタン系複合酸化物微粒子は、例えば、（Ｔｉ，Ｓｂ，Ｃｒ）Ｏや（Ｔｉ，Ｓｎ，Ｃｒ）Ｏを使用するのが好ましい。本実施形態のチタン系複合酸化物微粒子は、30〜200ｎｍ、例えば約100ｎｍの微粒子である。

次に、紫外線カットフィルタＦの製造方法について説明する。まず、紫外線カット材としての湿式合成によりインジウムドープ量、Ｚｎに対して２．５〜７．５質量％であり粒径が約１００ｎｍのＩｎドープＺｎＯ粒子、同様にして合成した粒径が約１００ｎｍバナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子を所定量添加してエタノール＋水の溶媒に分散させ、シリカバインダー等添加して１０〜２０質量％の範囲内の所望の濃度のコーティング溶液を調整する。この分散液を外管バルブ１１の外表面に塗布し、紫外線カット材料塗膜を約１μｍ形成する。この塗膜を２００〜７００℃の大気中雰囲気で所定時間熱処理して、紫外線カット被膜Ｆが形成される。

紫外線カットフィルタＦは、紫外線カット被膜Ｆの主たる紫外線カット材料であるＩｎドープＺｎＯ粒子とバナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子の添加および膜厚を適宜調整することによって、波長４００ｎｍ以下のカット率が９０％以上でかつ波長４７５ｎｍ以下の可視光透過率を所望の透過率特性にすることができる。本実施形態によれば、演色性低下が少なく、紫外線および一部青色光を必要としない生物等の損傷防止や紙、布等の劣化防止、低誘虫用として最適な紫外線カットフィルタ付きのメタルハライドランプを提供することができる。

図３は、第１の実施形態の高圧放電ランプに使用した紫外線カットフィルタＦの分光透過率を示すグラフである。図３のグラフにおいて、線（Ａ）は紫外線カット材料にＩｎドープＺｎＯ微粒子のみを用いた比較例、線（Ｂ）は紫外線カット材料にＢｉＶＯ_４微粒子のみを用いた比較例、線（Ｃ）はＩｎドープＺｎＯ微粒子とＢｉＶＯ_４微粒子を約３：２で混合したものの厚膜（約２．５μｍ）を示す。図３に示すように、ＩｎドープＺｎＯ微粒子とＢｉＶＯ_４微粒子を約３：２で混合し、波長４７５ｎｍ以下の可視光を低減することにより、本実施形態の紫外線カットフィルタを用いたメタルハライドランプは、光束は若干低下（１０％以下）し、色温度は変化するものの演色性の低下は少なく、誘虫効果がその分高い。

図４は、本発明の第２の実施形態の照明器具を示す概略断面図である。本実施形態では、上記紫外線カットフィルタＦを前面カバーガラスＦに用いた照明器具である。高圧放電ランプＬ２は、外管バルブ１１に紫外線カットフィルタが設けられていない２５０Ｗ級のメタルハライドランプであり、照明器具３０に収容されて使用される。本例の照明器具３０は下面が開放された反射体３１を有し、この反射体３１の天井面にソケット３２を備えている。反射体３１の開口部には紫外線カットフィルタＦとしての前面カバーガラスが設けられている。メタルハライドランプＬ２はその口金を上記ソケット３２に螺合することにより照明器具３０に取り付けられる。

このような照明器具３０であれば、光束は若干低下（１０％以下）し、色温度は変化するものの演色性の低下は少なく、誘虫効果がその分高い。このように、本実施形態においては、低誘虫用として最適な照明器具、または紫外線および一部青色光を必要としない生物や紙、布等の劣化や損傷を防止した照明器具を提供することができる。

高圧放電ランプの分光分布と誘虫性および紙の損傷係数との関係を表すグラフ 本発明の第１の実施形態としての高圧放電ランプを示す概略正面図。 図２の高圧放電ランプの紫外線カットフィルタの分光透過率を示すグラフ。 本発明の第２の実施形態の照明器具を示す概略断面図。

符号の説明

１１・・・外管バルブ、Ｆ・・・紫外線カットフィルタ、Ｌ２…高圧放電ランプ、３０…照明器具、４０・・・発光管。

Claims (3)

1. インジウム（Ｉｎ）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｉｎ）微粒子にバナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子またはチタン系複合酸化物微粒子を添加した成分を主体とする紫外線カット材料を透光性ガラス基材表面に塗布することにより紫外線カット被膜が形成されており、透光性ガラス基材を含めた波長４００ｎｍのカット率が９０％以上でありかつ４７５ｎｍ以下の光を吸収して透過率を低減した紫外線カットフィルタと；
   この紫外線カットフィルタに周囲が覆われた発光管と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記インジウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｉｎ）微粒子に対する前記バナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ_４）微粒子または前記チタン系複合酸化物微粒子の添加比率は、10〜90質量％であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 器具本体と；
   この器具本体に配設された請求項１または２記載の高圧放電ランプと；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

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