JP2010123542A

JP2010123542A - 高圧放電ランプ用拡散膜の塗布用液剤及び高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP2010123542A
Application number: JP2008298714A
Authority: JP
Inventors: Miho Watanabe; 美保渡邊; Makoto Kikuta; 良菊田; Yasuhito Fujita; 康仁藤田; Sadao Sakaguchi; 貞雄坂口; Kazuyoshi Okamura; 和好岡村; Akihiro Kanda; 明浩神田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03
Also published as: CN101740309A; US20100127609A1; EP2190000B1; CN101740309B; ATE511203T1; EP2190000A1

Abstract

【課題】発光管から発光することによる光束の低下を抑えて効率の低下を抑制するとともに、配光特性を向上する。
【解決手段】表面の曲率が互いに異なる形状を有する第１のシリカ粒子及び中空状の第２のシリカ粒子を主成分とし、バインダーとしてシリケートポリマーを含有している高圧放電ランプ用拡散膜１４の塗布用液剤。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧放電ランプの発光管からの放射された光を拡散する拡散膜の塗布用液剤およびこの拡散膜を備えた高圧放電ランプに関する。

従来、高圧放電ランプは屋外照明の分野で多用されており、近年では店舗等の屋内の照明分野で使用される機会も増えている。屋内の照明分野で使用される高圧放電ランプは、高効率，高演色性の特性を有するランプが主に使用されている。

一般的に外管の表面を弗酸処理等でフロスト加工することにより、発光管から放射される光を拡散させて、グレアを防止する処理が行われている。また、その他の拡散方法としては、サンドブラストやケミカルエッチングにより表面を粗面化する方法、あるいは有機金属化合物溶液に疎水性可塑剤を添加したものをガラス表面に塗布、乾燥後焼成することにより粗面フィルターを作り、拡散面を得る方法（特許文献１）が知られている。更に、外管の外表面にＳｉＯ_２微粒子を塗布し、拡散効果を持たせたメタルハライドランプも知られている（特許文献２）。
特開２００１−３４２０３７号公報特開平７−３２０６８７号公報

しかしながら、フロスト調ガラスを形成する方法として、ガラス表面を機械的に研削する手段（サンドブラスト等）はガラスの本来もつ強度を低下させるという問題点を有する。また、化学処理によるフロスト加工では、弗酸を用いているため、廃液等環境を考慮すると適当とは言えない。更に、これらの方法で拡散性を得ると、光束の低下を招き、効率が低下するという問題があった。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、発光管から放射される光を適切に拡散するとともに光束の低下を抑えて効率の低下を抑制することが可能な高圧放電ランプ用拡散膜の塗布用液剤及びこの拡散膜を備えた高圧放電ランプを提供することを目的とする。

本発明の高圧放電ランプ用拡散膜の塗布用液剤は、表面の曲率が互いに異なる形状を有する第１のシリカ粒子及び中空状の第２のシリカ粒子を主成分とし、バインダーとしてシリケートポリマーを含有していることを特徴とする。

本発明の高圧放電ランプ用拡散膜の塗布用液剤は、前記拡散膜の厚みが２〜２０μｍであることを特徴とする。この塗布用液剤は、例えば第１のシリカ粒子と第２のシリカ粒子を、エチルシリケートを加水分解し脱水縮合させて得られるシリケートポリマーとを混合することによって作製することができる。前記拡散膜は、上記液剤を例えば管球製品の透光性部材の少なくとも一面に塗布・乾燥後、加熱処理することにより成膜することができる。拡散膜は、全光線透過率８５％以上，ヘーズ値５０％以上が好ましく、より好ましくは全光線透過率９０％以上，ヘーズ値８０％以上である。

本発明の高圧放電ランプ用拡散膜の塗布用液剤は、前記第２のシリカ粒子の形状は球形で、平均粒子径が２〜１０μｍであることを特徴とする。平均粒子径はより好ましくは２〜５μｍである。ここで、平均粒子径が２μｍ未満では拡散が弱くなり、直線透過率が上昇し、１０μｍを超えると全光線透過率が低下する。

第１のシリカ粒子は、具体的には例えば次のようにして作製される。まず、平均粒子径が３μｍでその粒子の内部に６０体積％を持つ中空状シリカ粒子を粉砕機（ピンミル或いはジェットミルやブレード等）で粉砕する。この処理により、中空状シリカ粒子は、平均体積で、５〜８０体積％になるように粒子表面の曲率が一様でなく、粉砕され、ランダムに異なる曲率微小表面で覆われた形状を有するシリカ粒子となる。このような微小表面で覆われた形状のシリカ粒子は、球状のシリカ粒子に比べて光拡散性に優れている。次に、このシリカ粒子を、必要に応じて分級を行い、分散剤を含む水中にビーズミルを用いて分散させ、その後ビーズを分離し、表面の曲率が互いに異なる形状を有する第１のシリカ粒子の分散体を作製する。

第１のシリカ粒子の原料となる中空状シリカ粒子の平均粒子径は、２〜５μｍが好ましい。ここで、第１のシリカ粒子の平均粒子径が２μｍ未満では拡散が弱くなり、ヘーズ値（Ｈｚ）が低下する。第１のシリカ粒子の平均粒径が５μｍを超えると全光線透過率が低下する。第１のシリカ粒子の原料となる中空状シリカ粒子の中空部の体積％は３０〜７０体積％が好ましい。ここで、体積％が３０体積％未満では拡散が弱くなり、ヘーズ値が低下するとともに砕け難く、体積％が７０体積％を超えると中空部を保持する強度が得られず、中空状シリカを作製することができない。中空状シリカを５〜８０体積％になるように粉砕するのは、５体積％未満では空隙部分を埋めてしまうため拡散が弱くなるためであり、８０体積％を超えると粉砕前の中空状シリカと大きく変わらないため拡散が弱くなるためである。

中空状の第２のシリカ粒子の中空部の体積％は３０〜７０体積％が好ましい。ここで、体積％が３０体積％未満では拡散が弱くなり、直線透過率が上昇する。体積％が７０体積％を超えると中空部を保持する強度が得られず、中空状シリカを作製することができない。第２のシリカ粒子は略球状であることが好ましい。この第２のシリカ粒子は中空状であることから、光拡散性が損われることがなく、全光透過率が高くなるように作用する。

また、第２のシリカ粒子は、拡散を更に強くするため、内表面又は外表面に突出する突出部が部分的に形成されていることが好ましい。

第１のシリカ粒子及び第２のシリカ粒子に対するシリケートポリマーからなるバインダーの配合量は、３〜２０重量％が好ましい。ここで、配合量が３重量％未満の場合は拡散膜の強度が低下して膜が剥がれやすくなり、バインダーの配合量が２０重量％を超えるとシリカ粒子同士の隙間に充填されるバインダーが多くなって拡散が弱くなるとともに、全光線透過率が低下する。また、第１のシリカ粒子と第２のシリカ粒子との配合比率は、１／５〜１０／１が好ましい。ここで、配合比率が１／５未満では全光線透過率がダウンし、配合比率が１０／１を超えると拡散が弱く、ヘーズ値が低くなる。

本発明の高圧放電ランプは、前記拡散膜が、波長３００〜８００ｎｍで直線透過率５〜５０％，波長５５０ｎｍの直線透過率３０％以下であり、かつ全光透過率が９０％以上の特性を有することを特徴とする。ここで、全光透過率は基板ガラスの全光透過率を１００％とし、測定にはＢａＳＯ_４を用いた積分球を使用している。また、直線透過率も同様に基板ガラスを１００％としている。

本発明の高圧放電ランプは、前記拡散膜の厚みが２〜２０μｍであることを特徴とする。ここで、厚みが２μｍ未満では拡散が弱く、ヘーズ値が低くなり、厚みが２０μｍを超えると全光線透過率が低下する。

本発明の高圧放電ランプは、発光管と；この発光管を囲繞し，内部を真空密に封止する内管と；この内管を包囲する外管と；この外管の外面及び内面の少なくとも一方の面に請求項１又は２記載の塗布用液剤を塗布して形成された拡散膜と；を具備している。

本発明の高圧放電ランプ用拡散膜の塗布用液剤によれば、表面の曲率が互いに異なる形状を有する第１のシリカ粒子及び中空状の第２のシリカ粒子を含む拡散膜を形成することにより、発光管から放射された光が良好に拡散され、拡散透過率の低下を抑えて効率の低下を抑制するとともに、配光特性を向上する拡散膜を形成することができる。
また、塗布液にシリケートポリマーがバインダーとして添加されているので、拡散膜の劣化ガ少なく、十分な強度を有する高圧放電ランプ用拡散膜を形成することができる。

以下、この発明の実施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は、本発明の第１の実施形態に係る高圧放電ランプの概略的な断面図である。高圧放電ランプとしてのメタルハライドランプ１は、発光管２と、この発光管２を囲繞するガラス筒３と、このガラス筒３の外周面に螺旋状に巻装されたアルミナ繊維糸からなる補強体（図示せず）と、発光管２及びガラス筒３を内蔵する外管４と、サポート部材５と、金属プレート部材６と、給電部材７を具備している。

前記発光管２は、透光性セラミックス気密容器８、一対の電極（図示せず）、一対の電流導入体９ａ，９ｂ及び前記気密容器８に封入された放電媒体を備えている。発光管２は、その上部の給電部材７がサポート部材５に支持されるとともに、サポート部材５を介して内部導入線１０ａに接続している。また、発光管２は、その下部の電流導入導体９ｂが、接続導体１１，１２に接続しているとともに、接続導体１１，１２を介して内部導入線１０ｂに接続している。前記外管４は、その下部に位置するネック部にフレアステム１３を装着している。前記外管４の内表面には、表面の曲率が互いに異なる形状を有する第１のシリカ粒子及び中空状の第２のシリカ粒子を含む厚さ４μｍの拡散膜１４が形成されている。

前記拡散膜１４は次のようにして作製した。まず、平均粒子径が３μｍでその粒子の内部に６０体積％の中空部を持つ中空状シリカを粉砕機（例えばピンミル）で粉砕（平均体積で、５〜８０体積％になるように粉砕）し、微小な外殻小片の集合体であるランダムな曲率をもつシリカ粒子を得る。このシリカ粒子は非球状形状であり、外郭小片からなるため略扁平な形状を有するので、光拡散性に優れている。次に、このシリカ粒子を、分散剤を含む水中にビーズミルを用いて分散させ、必要に応じて分級し、その後ビーズを分離し、ランダムな曲率をもつ第１のシリカ粒子の分散体を作製する。つづいて、平均粒子径が３μｍでその粒子の内部に６０体積％の中空をもつ中空の第２のシリカ粒子を得る。この第２のシリカ粒子は中空状であることから光拡散性が損われることなく、拡散透過率を高くするように作用する。この後、第１のシリカ粒子と第２のシリカ粒子を、エチルシリケートを加水分解して脱水縮合させて得られるシリケートポリマーとを混合し、塗布用液剤を作製する。引き続き、この液剤をフローコート法により外管４の内表面に塗布し、乾燥した後、約５００℃で加熱処理することにより拡散膜１４を形成する。このとき、第２のシリカ粒子が拡散膜１４に露出し、場合によっては膜表面から突出するように形成するのが好ましい。

前記サポート部材５は、支持枠１５及びバンド状導体１６からなる。支持枠１５は、ステンレス鋼棒を折り曲げ、かつ落下物受止プレート１７と協働して縦長の変形ロ字形に屈曲しているとともに、その基底部を内部導入線１０ａに接続している。バンド状導体１６は、支持枠１５にブリッジ状に溶接されていて、発光管２の図中上側の電流導入導体９ａをバンド状導体１６に溶接することにより発光管２が所定の位置に配置されている。なお、図中の符番１８はＵＶエンハンサ、符番１９ａ，１９ｂは夫々ゲッター、符番２０はメタルハライドランプ１の外部電極と接続導体１２を接続する導体を示す。

第１の実施形態によれば、外管４の内面に、表面の曲率が異なる形状を有する第１のシリカ粒子及び中空状の第２のシリカ粒子を含む拡散膜１４を形成した構成になっているため、発光管２から放射される光を適切に拡散するとともに光束の低下を抑えて効率の低下を抑制するとともに、配光特性を向上することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る高圧放電ランプの概略的な断面図である。
図中の符番３１は高圧放電ランプとしての１５０Ｗメタルハライドランプであり、セラミック製の発光管３２を備えている。この発光管３２の周囲には、発光管３２を保護する透明な保護管としての内管３３が設けられている。内管３３には、発光管３２と導通する給電手段としてのＥ形口金３４が取り付けられている。

発光管３２は、発光部３５と、この発光部３５の軸方向に互いに反対方向に延出する細管部３６ａ，３６ｂとを備えている。発光部３５は、気密に封止されていて内部に放電空間（図示せず）が形成されており、この放電空間には細管部３６ａ，３６ｂから導入された一対の電極（図示せず）が対向して配置されている。細管部３６ａ，３６ｂには、夫々先端部に各電極が接合された給電体３７ａ，３７ｂが配設され、ガラスフリット等で封着されている。発光管３２内には、所定のハロゲン金属や希ガス（必要に応じて水銀が追加される）等からなる放電媒体が封入されている。給電体３７ａ，３７ｂには、夫々電力給電線３８ａ，３８ｂが電気的に接続されている。内管３３内の口金側には、電力給電線３８ａ，３８ｂを封着するピンチシール部３９が形成されている。

内管３３は、下端部が開口した透明な筒状のカバーバルブ４０によって囲まれている。カバーバルブ４０の下端部は、外管かしめ用金属リング４１によってセラミック製ホルダー４２に固定されている。外管４０の内表面には、異なる曲率をもつ第１のシリカ粒子及び中空の第２のシリカ粒子を含む拡散膜４３が形成されている。拡散膜４３は、外管４０の管軸方向の中央部に膜厚が３μｍで、かつ波長５５０ｎｍで直線透過率１５％である。なお、直線透過率の測定にはＢａＳＯ_４を標準試料として積分球形の測定器を使用した。拡散膜４３は次のようにして作製した。即ち、平均粒径３μｍの中空状シリカ（ＳｉＯ_２）を分散された塗布用液剤を用い、外管内表面へ塗布，乾燥後、約５００℃での加熱焼成により白色不透明の硬質膜を形成した。形成された拡散膜４３は、直線透過率５％〜５０％以下、５５０ｎｍでの直線透過率は３０％以下、拡散透過率９０％以上の特性を有している。
なお、図中の符番４４は内管３３のピンチシール部３９を挟持して支持する保護管支持片であり、セラミック製ホルダー４２と一体化している。

第２の実施形態によれば、カバーバルブ４０の内面に、異なる曲率をもつ第１のシリカ粒子及び中空の第２のシリカ粒子を含む拡散膜４３を形成した構成となっているため、発光管３２から発光することによる光束の低下を抑えて効率の低下を抑制するとともに、配光特性を向上することができる。

（第３の実施形態）
図示しないが、第３の実施形態に係る高圧放電ランプ用拡散膜に使用される塗布用液剤は、表面の曲率が互いに異なる形状を有する第１のシリカ粒子と、中空状の第２のシリカ粒子と、シリケートポリマーを含有している。前記液剤は、第１のシリカ粒子と第２のシリカ粒子を、エチルシリケートを加水分解し脱水縮合させて得られるシリケートポリマーとを混合することによって作製する。前記拡散膜は、上記液剤をガラスの内面（ランプの内面）に塗布・乾燥後、５００℃での加熱処理することにより形成される。

第３の実施形態によれば、耐熱特性に優れたシリケートポリマーを添加しているため、点灯中高温となる高圧放電ランプ用の外管の内面側に拡散膜を形成した場合でも、拡散膜の熱劣化が少なく、拡散膜に亀裂が発生しにくく、膜剥れ等の問題はなく、十分な強度を保つことができる。

（実施例１〜１６及び比較例１〜１５）
具体的な実施例１〜１６及び比較例１〜１５は、下記表１，表２に示すとおりである。表１では、上記実施例及び比較例における中空状シリカ（第２のシリカ粒子）の粒径及び中空部、第１のシリカ粒子の粒径，中空部の体積％及び粉砕した部分の体積％、配合した粒子の重量％及び重量比を示した。表２では、上記実施例及び比較例におけるシリケートポリマーの配合量、拡散膜の膜厚、全光線透過率（Ｔｔ）及びヘーズ値（Ｈｚ）を示した。全光線透過率及びヘーズ値は、拡散膜となる塗料をフローコート法にてスライドガラスに塗工し、ヘーズメーター（日本電色工業社製の商品名：ＮＤＨ−２０００）を用いて測定した。なお、全光透過率（Ｔｔ）の測定は、上記実施例の外管と同等の光学特性を有するガラス基板上に拡散膜を形成し、当該ガラス基板の全光透過率を１００％として測定を行った。測定には、ＢａＳＯ_４を標準試料として用いた積分球形の測定器を使用した。また、ヘーズ値の測定はガラス基板を除いた状態の拡散膜であり、かつ大気が０％のときの測定値である。

図３（Ａ），（Ｂ）は、夫々図２の高圧放電ランプとしてのメタルハライドランプに使用された拡散膜の表面の２次電子像，同拡散膜の断面の２次電子像を示す。図３より、原料である中空の第２のシリカ粒子が分散により第１のシリカ粒子と間隔をおいて内表面に突出していることが分かった。図３では、乾燥凝集により拡散膜に亀裂が生じているが、この亀裂は拡散膜の性能には影響しない。即ち、亀裂がある場合でも、拡散膜の原料に液剤を添加している場合には、寿命末期まで膜剥れ等の問題はなく、十分な強度を保つことができる。

また、略球状の第２のシリカ粒子は中空となっており、中空部分と外殻の材質が異なることにより、屈折率も異なる。そのため、粒子に入射した可視光は表面で屈折し、内部の中空部でさらに屈折することにより、拡散性が得られる。また、同様な理由により、膜として考えた場合、中空部をもつため、中空でないシリカ粒子よりも拡散透過率が高くなる。このため、上記拡散膜を形成したメタルハライドランプでは初期光束の低下を防ぐことができる。更に、第１のシリカ粒子および第２のシリカ粒子は互いに同じ材質の金属酸化物であることから屈折率が同じであり、光干渉や屈折率差による光学的損失を少なくすることができる。

図４は、図２のメタルハライドランプにおいて口金を上向きにした状態で垂直点灯したときのランプ配光を示す説明図である。図４において、符号Ａ（点線）はカバーバルブの内表面に拡散膜を形成したメタルハライドランプ（本発明）の配光特性を示し、符号Ｂ（実線）は拡散膜を形成していない従来のメタルハライドランプ（従来）の配光特性を示す。図４より、本発明のメタルハライドランプはカバーバルブの内表面に拡散膜を形成しているため、発光管から発生した光が拡散され、なめらかで均一な配光特性を得ることが明らかである。

事実、口金上向きで垂直点灯したときのメタルハライドランプの相対的な初期光束を測定したところ、カバーバルブの内表面に拡散膜を形成していないランプの初期光束を１００％としたとき、カバーバルブの内表面に拡散膜を２．５μｍ，３．５μｍ，５．８μｍ各々形成した場合のランプの初期光束は、夫々９９．０％，９８．３％，９８．１％であった。この試験により、本発明の拡散膜をカバーバルブに設けたランプの初期光束が、拡散膜を設けていないランプの初期光束に対して２％未満の低下率であり、効率低下を防ぐことができることが確認できた。

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。具体的には、上記実施形態では、外管（又はカバーバルブ）の内面に拡散膜を形成した場合について述べたが、外面に形成してもよいし、内面及び外面の両方面に形成してもよい。また、拡散膜の膜厚や第１のシリカ粒子と第２のシリカ粒子の配合割合も、効率や配光特性に良好に保持する範囲であれば、上述した範囲に限定されない。

図１は本発明の第１の実施形態に係る高圧放電ランプの断面図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る高圧放電ランプの断面図である。図３は図２の高圧放電ランプに形成された拡散膜の表面及び断面の２次電子写真像である。図４は図２の高圧放電ランプの配光特性図である。

符号の説明

１，３１…高圧放電ランプ、２，３２…発光管（光源）、４，４０…外管、１４，４３…拡散膜、３３…内管、３４…口金。

Claims

表面の曲率が互いに異なる形状を有する第１のシリカ粒子及び中空状の第２のシリカ粒子を主成分とし、バインダーとしてシリケートポリマーを含有していることを特徴とする高圧放電ランプ用拡散膜の塗布用液剤。
前記第２のシリカ粒子の形状は球形で、平均粒子径が２〜１０μｍ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用拡散膜の塗布用液剤。
発光管と;
この発光管を収容する外管と；
この外管の外面及び内面の少なくとも一方の面に請求項１又は２記載の塗布用液剤を塗布して形成された拡散膜と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
発光管と；
この発光管を囲繞し，内部を真空密に封止する内管と；
この内管を包囲する外管と；
この外管の外面及び内面の少なくとも一方の面に請求項１又は２記載の塗布用液剤を塗布して形成された拡散膜と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
前記拡散膜は、波長３００〜８００ｎｍで直線透過率５〜５０％，波長５５０ｎｍの直線透過率３０％以下であり、かつ全光透過率が９０％以上の特性を有することを特徴とする請求項３又は４記載の高圧放電ランプ。
前記拡散膜の厚みは２〜２０μｍであることを特徴とする請求項３乃至５いずれか一記載の高圧放電ランプ。