JP3573297B2 - 低電力形メタルハライドランプ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は管入力100w以下の高演色形のメタルハライドランプに関し、特にその発光管形状及びその両端封着部に設けた電極の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、石英製発光管の両端にタングステン芯棒及びコイル状電極を封着し、内部に金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプは、高効率、高演色でかつ長寿命であることから、屋内外の一般照明から各種光学装置等の光源として使用されている。この種ランプとして、主として発光効率を重視したスカンジウム(Sc)−ナトリウム(Na)系のメタルハライドランプと、主として演色性を重視したディスプロシウム(Dy)−タリウム(Tl)系のランプがよく知られている。
近年、省電力の観点から発光効率の優れた管入力100W以下の低電力形のメタルハライドランプを、蛍光ランプや白熱電球あるいはハロゲン電球に変えて使用されている。
【0003】
特に、店舗等の屋内の商業施設用照明器具の光源として用いる場合、効率がよくて明るいだけでなく、物の色の見え方が自然に近くかつその雰囲気を醸し出すという演色性の良否が重視される。そして、ランプの発光色が3000K〜5000Kという比較的低色温度のランプが求められている。
そこで、発光管添加物としてのディスプロシウム、タリウム及びセシウムのヨウ化物を用いて、発光管内の温度を十分に上げることにより、可視域全体にわたってディスプロシウムの連続発光が得られ、平均演色評価数が90以上という高演色で、かつランプの色温度が5000K以下という低色温度のランプが得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、メタルハライドランプは管入力が小さくなるに従って、発光管寸法が小さくなるが、発光管両端の封着部からの熱伝導損失や熱輻射損失の比率が増加して発光効率や色特性が低下してしまう。
特に、ディスプロシウムのハロゲン化物は蒸気圧が極めて低いことから、十分に発光させ平均演色評価数を90以上とするためには発光管端部の最冷部温度を高める必要があり、発光管を小型化し、非常に高い管壁負荷を有するような構造となっている。
このため、発光管最冷部温度が高められると同時に、他の部分の温度も高まり、発光管の管壁と封入している金属ハロゲン化物との反応が活発となり、ランプ点灯中に発光管内壁の侵食及びその失透が進行することとなる。
そして、ランプ光束や色温度等の諸特性が点灯時間の経過と共に変化して、ついには発光管の変形及び発光管リーク等が発生して、ランプ不良となる。
【0005】
本発明は、前記に鑑みてなされたもので、高効率で、演色性等の色特性が優れているばかりでなく、長寿命である低電力形のメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、石英管の両端に電極芯棒の先端部にコイル状電極を巻回した主電極を封着し、内部に不活性ガス及び水銀と共に少なくとも希土類金属ハロゲン化物を封入してなる発光管を外球内に保持してなる管入力100w以下の平均演色評価数が90以上である高演色性メタルハライドランプにおいて、前記外球内は真空で、発光管形状は略回転楕円面形状であり、発光管壁面負荷を14〜23w/cm2とし、発光管重量W(g)と管入力P(w)との比(W/P)を0.039以下と規定し、前記電極重量M(mg)と管入力P(w)との比(M/P)を0.75以下と規定し、前記電極芯棒断面積S(mm2)とランプ電流値I(A)との比である電流密度(A/mm2)が7.5〜14の範囲であり、かつ前記電極の先端部から発光管両端封着部までの距離をL1、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をL2とした場合、0.25≦L2/L1≦0.75であり、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をL2と管入力P(w)との比が0.006≦L2/P≦0.02であることを特徴とする。又、前記発光管の外周に長手方向にわたって円筒状の石英管を配置して前記外球内に保持してなる。更に、前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と共にヨウ化ディスプロシウム及びヨウ化セシウムとヨウ化タリウムあるいはヨウ化ネオジウムを封入してなる。
【0007】
【作用】
本発明は前記構成により、外球内の熱ロスを極力小さくすることができ、発光管表面温度をほぼ均一として部分的に高温となる個所をなくし、ランプの良好な発光特性を維持できるように発光管温度を低く抑えることができ、発光管の最冷部温度を所定の蒸気圧が得られるのに必要な温度に高めることができ、電極の立ち消えを防止し熱による変形を防止するためであり、かつ発光管最冷部となる封着部において所定の蒸気圧が得られるのに必要な温度とするためである。
又、発光管の保温及び不慮の事故による外球破損等を防止することができる。
更に、物の色の見え方が自然に近いとの色特性が優れている。
【0008】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例に基づき説明する。
図1はメタルハライドランプの側面図、図2は同発光管の側面図であり、図中1は石英ガラス製の発光管であり、両端に主電極2a,2bを封着し、内部にアルゴンガスと水銀及びヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化セシウムが封入されている。又、発光管の電極周辺部の外面には保温膜3,3が被着されている。4は石英ガラス製の円筒管であり、発光管の外周にその全長にわたって配置されている。そして、一端に口金5を有する硬質ガラス製の外球6内のステム7に植立した一対のリード線を兼ねたステンレス製の支柱8a,8bを介して発光管1が支持され、かつ円筒管は前記支柱8a,8b及びバネ状の止め金具9a,9bを介して支持されている。又、外球6内は真空とされている。なお、図中10はジルコニウム−アルミニウムゲッターを示す。
【0009】
又、発光管1は図2に示すように、石英管の両端に封着部11a,11bを形成し、該封着部には一対のモリブデン箔12a,12bを介して、その先端部にタングステンコイル22a,22bを巻回したタングステン芯棒23a,23bよりなる主電極2a,2bと外部リード線13a,13bが一体的に埋設されている。ここで、発光管の中央発光部1aは回転楕円面形状に形成されている。
そして、電極周辺部の外周には酸化ジルコニウムからなる白色の保温膜3,3が被着されている。
更に、図2中L1 は前記電極芯棒23bの先端部から発光管封着部11bまでの距離を 、L2 は前記電極コイル部22aの他端部から封着部11aまでの距離を示す。又、L3 は発光管内端部間の距離を表わす。
【0010】
次に、実験例について説明する。
前記のように構成した70wのメタルハライドランプにおいて、図2に示す発光管構造で、内部にアルゴンガスを100torr、水銀を10.8mg/cc及びヨウ化ディスプロシウムを0.9mg/cc、ヨウ化タリウムを0.3mg/cc、ヨウ化セシウムを0.4mg/cc封入した発光管の寸法と発光管重量W(g)とを表1に示すように種々変更したランプを試作して点灯実験した。
又、電極芯棒は芯棒径が0.3mm,0.35mm,0.4mm,0.45mmのもので、コイルの線径が0.15mm,0.2mm,0.25mmのものを内側8ターン、外側5ターンの密接巻きしたものを用いた。
[以下、余白]
【0011】
【表1】
【0012】
ここで、ランプ▲1▼は発光管重量W(g)と管入力P(w)との比W/P=0.035、ランプ▲2▼はW/P=0.039、ランプ▲3▼はW/P=0.045の場合を示す。
そして、前記各ランプにおける、発光管の壁面負荷を変化させた場合の平均演色評価数Raの推移を図3に示す。
図3から明らかなように、W/Pの値が0.039の場合、壁面負荷が14w/cm2 未満では高演色性を表わすRaが90以上という効果は認められない。
又、壁面負荷が14w/cm2 以上でもW/Pの値が0.039を超えるとRaが90より下がることとなる。これは、発光管の温度分布が不均一となり、発光管両端部温度が低くなるからである。
更に、壁面負荷が23w/cm2 を超えると、発光管温度が高くなり過ぎ、早期に発光管のリーク等が生じ短寿命となることがある。
このことより、発光管壁面負荷を14〜23w/cm2 とし、かつ発光管重量と管入力との比(W/P)を0.039以下に選定する必要がある。
【0013】
次に、図4に基づき発光管電極重量と管入力との比(M/P)を変えた場合の平均演色評価数の変化について説明する。
前記実験例1と同様に構成したメタルハライドランプにおいて、発光管管壁負荷を14W/cm2 一定とし、前記電極コイル部22aの他端部から封着部11aまでの距離であるL2と管入力との比(L2/P)を次のように規定した4種のランプについて平均演色評価数の推移を調査した。
ここで、ランプ▲1▼はL2/P=0.006、ランプ▲2▼はL2/P=0.01、ランプ▲3▼はL2/P=0.02、ランプ▲4▼はL2/P=0.03の場合を示す。
図4から明らかなように、M/Pの値が0.75を超えると高演色性を表わすRaを90以上とすることができない。
又、M/Pの値が0.75以下の場合でもL2/Pが0.02を超えるとRaが90より小さくなる。
【0014】
また、図5に基づき発光管電極重量と管入力との比(M/P)を変えた場合の平均演色評価数の変化について説明する。
前記実験例1,2と同様に構成したメタルハライドランプにおいて、発光管管壁負荷を14W/cm2 一定とし、L2/Pが0.02の場合、前記電極コイル部22aの他端部から封着部11aまでの距離L2 と前記電極芯棒23bの先端部から発光管封着部11bまでの距離L1 との比(L2/L1)を次のように規定した4種のランプについて平均演色評価数の推移を調査した。
ここで、ランプ▲1▼はL2/L1=0.25、ランプ▲2▼はL2/L1=0.5、ランプ▲3▼はL2/L1=0.75、ランプ▲4▼はL2/L1=1.0の場合を示す。
図5から明らかなように、M/Pの値が0.75を超えると高演色性を表わすRaを90以上とすることができない。
又、M/Pの値が0.75以下の場合でもL2/L1 が0.75を超えるとRaが90より小さくなる。
【0015】
更に、電極芯棒断面積S(mm2)とランプ電流値I(A)との比である電流密度(A/mm2)について説明する。
前記のように構成した発光管を用いたメタルハライドランプの電流密度を種々変更した場合の、発光管の立消え特性及び電極の変形度について調査した。
その結果を表2に示す。
ここで、立消え特性中、△印は点灯試験2回のうち1回立消えが発生した場合を示す。又、電極の変形度×印は500時間点灯後の電極の変形を目視観察により認めた場合を示す。
【0016】
【表2】
【0017】
表2から明らかなように、電流密度が13.4A/mm2 では電極の変形が生じ劣化に基づきランプが不点となった。
又、電流密度が7.5A/mm2 以上では点灯中、ランプの立消えが発生する。
このことより、電流密度は7.5〜14の範囲に規定する必要がある。
【0018】
このように、外球内を真空とするのは、ガスの対流による熱ロスを極力小さくするためであり、発光管形状を略回転楕円面形状とするのは、発光管表面温度をほぼ均一として部分的に高温となる個所をなくすためである。
又、発光管壁面負荷を14〜23w/cm2 とすることにより、ランプの良好な発光特性を維持できるように発光管温度を低く抑えることができ、長寿命とすることができ、発光管重量W(g)と管入力P(w)との比(W/P)を0.039以下とすることにより、発光管の最冷部温度を所定の蒸気圧が得られるのに必要な温度に高めることができる。
更に、前記電極芯棒断面積S(mm2)とランプ電流値I(A)との比である電流密度(A/mm2)が7.5〜14の範囲であり、前記電極の先端部から発光管両端封着部までの距離をL1 、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をL2 とした場合、0.25≦L2/L1≦0.75であり、かつ前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離L2 と管入力P(w)との比が0.006≦L2/P≦0.02とすることにより、高効率で、色特性が優れかつ平均演色評価数を90以上という高演色性とすることができる。
【0019】
前記と同様の試験を管入力が100w及び50wのランプについて行なったが、前記とほぼ同様な結果が得られた。しかし、100wを超える150wあるいは200w以上のランプでは前記傾向は確認できなかった。
又、前記実施例では発光管添加物としてディスプロシウム、タリウム及びセシウムを封入したランプについて説明したが、添加物としてディスプロシウム、ネオジウム及びセシウムを封入したランプについてもほぼ同様な効果が認められる。この場合、色温度が6500K程度のランプが得られる。
更に、発光管の電極として図2に示すように、電極芯棒に電極コイルを巻回した電極について説明したが、電極芯棒の先端部を電極コイル部より突出せず、内部に収納したホロー型電極でもよい。この場合、発光管のアークスポットを広げてアークの安定性を増大することができる。
【0020】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係わる低電力形メタルハライドランプは、発光管形状及び電極形状を規定することにより、比較的色温度が低く平均演色評価数も90以上という高演色であるばかりでなく、発光効率が高くかつ長寿命であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるメタルハライドランプの一実施例を示す側面図。
【図2】同発光管の側面図。
【図3】本発明ランプと比較ランプの発光管壁面負荷と平均演色評価数との関係を示す特性図。
【図4】本発明ランプと比較ランプの発光管電極重量と管入力に対する比率と、平均演色評価数との関係を示す特性図。
【図5】同じく本発明ランプと比較ランプの発光管電極重量と管入力に対する比率と、平均演色評価数との関係を示す特性図。
【符号の説明】
1 石英製発光管
2a,2b 主電極
3 保温膜
4 円筒管
5 口金
6 外球
7 ステム
8a,8b 支柱
9a,9b 止め金具
10 ゲッター
11a,11b 封着部
12a,12b モリブデン箔
13a,13b 外部リード線
22a,22b タングステンコイル
23a,23b タングステン芯棒
Claims (4)
- 石英管の両端に電極芯棒の先端部にコイル状電極を巻回した主電極を封着し、内部に不活性ガス及び水銀と共に少なくとも希土類金属ハロゲン化物を封入してなる発光管を外球内に保持してなる管入力100w以下の平均演色評価数が90以上である高演色性メタルハライドランプにおいて、前記外球内は真空で、発光管形状は略回転楕円面形状であり、発光管壁面負荷を14〜23w/cm2とし、発光管重量W(g)と管入力P(w)との比(W/P)を0.039以下と規定し、前記電極重量M(mg)と管入力P(w)との比(M/P)を0.75以下と規定し、前記電極芯棒断面積S(mm2)とランプ電流値I(A)との比である電流密度(A/mm2)が7.5〜14の範囲であり、かつ前記電極の先端部から発光管両端封着部までの距離をL1、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をL2とした場合、0.25≦L2/L1≦0.75であり、前記電極コイル部の他端部から封着部までの距離をL2と管入力P(w)との比が0.006≦L2/P≦0.02であることを特徴とする低電力形の平均演色評価数が90以上である高演色性メタルハライドランプ。
- 前記発光管の外周に長手方向にわたって円筒状の石英管を配置して前記外球内に保持してなる請求項1記載の低電力形の平均演色評価数が90以上である高演色性メタルハライドランプ。
- 前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と共にヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化タリウム及びヨウ化セシウムを封入してなる請求項1又は2記載の低電力形の平均演色評価数が90以上である高演色性メタルハライドランプ。
- 前記発光管内にアルゴンガス及び水銀と共にヨウ化ディスプロシウム、ヨウ化ネオジウム及びヨウ化セシウムを封入してなる請求項1又は2記載の低電力形の平均演色評価数が90以上である高演色性メタルハライドランプ。
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