JP2928257B2 - メタルハライドランプ - Google Patents

メタルハライドランプ

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は低色温度のメタルハライドランプに関するも
のである。
従来の技術 従来、電球色に近似した低い色温度の発光を有するメ
タルハライドランプとしては、発光金属としてスズやナ
トリウム等を用い、沃化物や臭化物の形で発光管内に封
入したものが知られている。この種のランプとしては、
例えば、「フロム」(D.C.FROMM)らが、「ライティン
グ リサーチ アンド テクノロジー」(Lighting Res
earch & Technology)「ザ イルミネイティング エ
ンジニアリング ソサイアティ Vol.11 No.1 1979 p.1
〜8」(The Illuminating Engineering Society)にお
いて、「ア メタル ハライド ハイプレッシュア デ
ィスチャージ ランプ ウィズ ウォーム ホワイト
カラー アンド ハイ エフィカシー」(A Metal hali
de high pressure discharge lamp with warm white co
lour and high efficacy)と題して、詳しい研究成果を
報告している。
発明が解決しようとする課題 しかし、このような発光金属と一つとしてスズを用い
た低い色温度のメタルハライドランプでは、電極のう
ち、発光管内に露出した部分の低温部分が、動程中に細
くなり折れてしまうという現象がある。この現象におい
て、封入金属ハロゲン化物として塩化スズを用いた場合
の電極の侵食については、例えば、「スペロス」(D.M.
SPEROS)らが、「ハイ テンパラチュア サイエンス
4」(HIGH TEMPERATURE SCIENCE 4)(1972年版 アカ
デミック プレス社発行 p.1〜8)(1972 by Academi
c Press,Inc.)において、「サーモダイナミック アン
ド カイネティック コンシダレイションズ パティニ
ング トゥーモレキュラー アークス」(Thermodynami
c and Kinetic Considerations Pertaining to Molecul
ar Arcs)と題して解説している。それによれば、封入
金属ハロゲン化物がアーク放電により分解されてできた
ハロゲンおよびスズと、不純物としての酸素の存在のも
とで、タングステン製の電極の侵食が促されるとのこと
である。
発明者らは実際にハロゲン化スズを含みハロゲン化ナ
トリウムを組み合わせた色温度約3400Kの低色温度メタ
ルハライドランプを試作して寿命試験を行ったところ、
電極のうち、発行管内に露出した部分の低温部分が約千
時間の点灯により約25%細くなることが認められた(6
個の平均)。この現象は動程中を通して進行するため
に、数千時間の点灯で電極が侵食により折れてしまうラ
ンプが発生し、ランプ寿命のばらつきが大きかった。
このように発光金属の一つとしてハロゲン化スズを含
みハロゲン化ナトリウムを組み合わせた低色温度(2000
〜4000K)のメタルハライドランプでは、電極がハロゲ
ンにより侵食される度合いがスズを含まない場合と比べ
て大きいために、電極が折れるという問題点があった。
また、この種の低色温度メタルハライドランプは平均
演色評価数Raが74,特殊演色評価数R9が−80,ランプ効率
ηが74lm/w,全光束φが5500lmで、演色性やランプ効率
も充分とはいえなかった。
一方、色温度の高いメタルハライドランプ(4000Kを
超えるもの)では、寿命特性の良好なものが種々知られ
ている。例えば、発光金属として希土類金属(Dy,Ho,T
m)およびTl,Naを含んだものでは、電極がハロゲンによ
る侵食を受けて細くなって折れるようなことがなく、寿
命特性は上記ハロゲン化スズを含む低色温度メタルハラ
イドランプよりも良好である。しかし、色温度が高く
(例えば70Wランプでは4300K)、電球代替には適さない
という問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、良好な寿命特性を有し、かつ高い演色性およ
びランプ効率を有する低色温度のメタルハライドランプ
を提供するものである。
課題を解決するための手段 本発明のメタルハライドランプは色温度が2000〜4000
Kのメタルハライドランプであって、両端に電極を有し
内部に金属ハロゲン化物および緩衝ガスが封入された発
光管と、前記発光管を内蔵した外管とを備え、前記外管
または前記発光管の表面に、青色光を反射し、かつ赤色
光および赤外領域の光を透過する多層干渉膜を形成して
いる。
作用 この構成により、外管または発光管の表面に形成され
た多層干渉膜の特性に応じて各波長ごとに異なった量の
可視光線が反射され、それにともなって外管を通過する
量が減少し、色温度が変化する。そして、多層干渉膜の
各波長に対する反射特性を任意に設計することにより、
発光管内で発生する光よりも低い色温度の光が得られる
ことになる。
また、前記多層干渉膜は発光管の周囲に配置されてい
るために、反射された光は多層干渉膜の間で多重反射さ
れ、その一部は溶融状態にある過剰のハロゲン化金属に
吸収され、それを加熱して蒸気圧を上昇させる。したが
って、従来ランプと同程度の金属蒸気圧を得るのに必要
な発光管の最冷点温度を得る際の、発光管の最高温度を
低く抑えることが可能となる。この理由により、発光管
と封入金属との反応を減少することができる。一般に知
られているように、ナトリウムは590nm付近に強い共鳴
発光を有するために、発光金属として重要な元素である
が、アルカリ金属であるがゆえに、発光管材料として一
般に用いられている溶融石英と反応してそこに溶け込む
確率が高い。この結果、発光管内には活性の高いフリー
のハロゲンが発生し、放電中の電子を捕捉して結合しそ
れを消滅させて、始動電圧や再点弧電圧を上昇させる。
また、ナトリウム組成比の低下にともない発光色が変化
する等寿命特性は悪化する。しかし、本発明によれば、
上述した理由によりこのようなおそれをなくすことがで
きる。
また、蒸気の多層干渉膜間で反射される光のエネルギ
ーの一部は多重反射のうちに発光管により吸収され熱エ
ネルギーへと変換され、発光管全体の加熱に費やされ
る。このため、点灯中の金属蒸気圧を決定する発光管の
最冷点が点灯中に受け取る熱量は従来ランプより多くな
る。したがって、従来ランプより少ない熱量で最冷点温
度すなわち金属蒸気圧を等しくすることができるため
に、発光管全体の温度を低く抑えることができ、それに
ともなって最高温度も低く抑えることが可能となる。こ
れによっても、上記と同じ理由により寿命特性が改善さ
れる。
そして、発光管の最高温度を従来ランプと同じにする
ならば、発光金属の蒸気圧を従来ランプよりも高くでき
るため発光金属のイオン密度が高められ、イオンのエネ
ルギーレベルの自由度が増大して共鳴発光以外のスペク
トルの発光強度が増加して演色性が高められることにな
る。
実施例 以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明す
る。
第1図に示すように、本発明の一実施例である70W両
口金形メタルハライドランプは、両端に電極1,2を有す
る発光管3が外管4に内蔵された構造を有する。発光管
3は、内径9mmの溶融石英からなり、内部には緩衝ガス
としてアルゴンを約100Torrと、金属ハロゲン化物とし
てNaI:TlI:Tml3:HoI3:DyI3の組成で2.3mg、および水銀
が12.3mg封入されている。発光管3の両端外面には、Zr
O2等からなる熱反射膜5,6が形成されている。この発光
管3を囲繞する外管4の外面には、多層干渉膜7が形成
されている。多層干渉膜7は、SiO2とTi2Oとがそれぞれ
3層ずつ計6層で構成されたものからなる。多層干渉膜
7の形成には、金属アルコキシド溶液の加水分解により
均一なゲルを生成した後、加熱し脱水・縮合固化を行
う、いわゆるゾル−ゲル法を用いた。
なお、第1図中、8,9は口金、10はゲッタをそれぞれ
示す。
第2図は多層干渉膜の反射率波長依存性を示す。
第3図は、かかるランプの分光分布を示す。
本発明実施例の70Wランプの諸特性を、スズを発光金
属の一つとして含有した従来のランプの一例であるSn
I3:NaBr:TlI:LiBr:InI3を用いたものと比較して第1表
に示す。
第1表から明らなように、両者の色温度は、ほぼ同一
であるが、本発明のランプは、従来のランプと比較して
平均演色評価数Ra、および表には示してないが、ほとん
どすべての演色評価数、特に特殊演色評価数の一つであ
るR9に優れている。このR9は、赤の演色性の程度を示す
評価数であるが、メタルハライドランプでは一般に悪く
改善すべき課題の一つとなっている。また、ランプ効果
も高く同一電力で約20%全光束を高められるという効果
が得られることがわかる。
また、本発明の2000〜4000Kという低色温度のメタル
ハライドランプは、第1表に示すように寿命特性も良好
であった。従来のランプでは、電極の発光管への封止部
の低温部分がハロゲンによる侵食を受けて1000時間の点
灯で約25%細くなっていたのに対して、本発明のランプ
ではほとんど侵食を受けていない。さらに、従来のラン
プでは、前記現象が点灯時間とともに進行するために、
ランプ間のばらつきも含めて数百時間〜定格寿命6000時
間の広い範囲にわたって、電極が折れて点灯不能となっ
ていたのに対して、本発明のランプでは定格寿命6000時
間以上経過しても1本も不良とならなかった。また、光
束維持率についても上記従来ランプが1000時間で100時
間値の約85%にまで低下していたのに対して、本発明ラ
ンプではほぼ100%の値を維持していることがわかる。
次に、本発明の他の実施例について図面を用いて説明
する。
第4図は本発明の他の実施例の両口金形メタルハライ
ドランプを示す。第4図に示すランプは第1図に示すラ
ンプとは多層干渉膜の形成箇所のみが相違しており、他
は全く同一である。すなわち、この場合は第1の実施例
のランプと同一材質、同一構成の多層干渉膜7が発光管
3の外面に形成されている。
第4図に示すものも、上記第1の実施例のものと同様
の効果が得られる。この実施例のランプの分光分布は第
3図のそれと同じである。
さらに、本発明の他の実施例の70Wランプの諸特性を
従来のランプと比較して第2表に示す。
第2表の結果についてみると、第1表に関する先の説
明と同様のことがいえる。
なお、上記第1の実施例では多層干渉膜を外管の外面
に形成した例について説明したが、これに限らず外管の
内・外面の両方でも、また内面のみに形成しても同様の
効果が得られる。
また、多層干渉膜の特性は第2図に示したものに限ら
ず、干渉膜の光学膜厚や層数等のパラメータにより調整
が可能であり、これらを適切に設定することにより実施
例以外の色温度のランプを得ることができる。
さらに、多層干渉膜を形成する材料はSiO2−TiO2との
組み合わせでなくてもよい。例えば、TiO2のかわりに、
Ta2O5やZrO2をSiO2と組み合わせて用いることができ
る。
また、発光管内の封入物も上記実施例に限らず、例え
ば、NaI:InI3:TlIを用いてもよい。また、本実施例では
多層干渉膜の形成法としてゾル−ゲル法を用いたが、こ
れに限らず一般に知られている種々のCVD法や蒸着法を
用いて多層干渉膜を形成しても同様の効果が得られる。
発明の効果 以上説明したように、本発明は色温度が2000〜4000K
のメタルハライドランプであって、両端に電極を有し内
部に金属ハロゲン化物および緩衝ガスが封入された発光
管と、前記発光管を内蔵した外管とを備え、前記外管ま
たは前記発光管の表面に、青色光を反射し、かつ赤色光
および赤外領域の光を透過する多層干渉膜を形成して、
可視光の一部すなわち青色光を透過させないようにし
て、前記発光管内で発生する光より任意の値だけ色温度
を低下させさせることにより、低色温度で、しかも演色
性に優れ、かつ寿命特性も良好であるという優れた効果
を有するメタルハライドランプを提供することができる
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である両口金形メタルハライ
ドランプを示す一部切欠正面図、第2図は本発明にかか
る多層干渉膜の可視光の透過特性の波長依存性を示す
図、第3図は本発明の一実施例である両口金形メタルハ
ライドランプの相対分光放射特性を示す図、第4図は本
発明の他の実施例の両口金形メタルハライドランプの一
部切欠正面図である。 1,2……電極、3……発光管、4……外管、5,6……熱反
射膜、7……多層干渉膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島岡 清新 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−250958(JP,A) 特開 昭58−158854(JP,A) 特開 昭51−36788(JP,A) 特開 昭64−19671(JP,A) 西独国特許出願公開2519377(DE, A1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 61/35,61/38,61/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】色温度が2000〜4000Kのメタルハライドラ
    ンプであって、両端に電極を有し内部に金属ハロゲン化
    物および緩衝ガスが封入された発光管と、前記発光管を
    内蔵した外管とを備え、前記外管の表面に、青色光を反
    射し、かつ赤色光および赤外領域の光を透過する多層干
    渉膜を形成したことを特徴とするメタルハライドラン
    プ。
  2. 【請求項2】色温度が2000〜4000Kのメタルハライドラ
    ンプであって、両端に電極を有し内部に金属ハロゲン化
    物および緩衝ガスが封入された発光管と、前記発光管を
    内蔵した外管とを備え、前記発光管の表面に、青色光を
    反射し、かつ赤色光および赤外領域の光を透過する多層
    干渉膜を形成したことを特徴とするメタルハライドラン
    プ。
  3. 【請求項3】多層干渉膜がSiO2−TiO2,SiO2−Ta2O5,SiO
    2−Si3N2,SiO2−ZrO2またはTiO2−Ag−TiO2からなるこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2記載のメタルハ
    ライドランプ。
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DE2519377A1 (de) 1975-04-30 1976-11-11 Patra Patent Treuhand Quecksilberdampf-hochdruckentladungslampe

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