JP5370181B2

JP5370181B2 - メタルハライドランプ及び照明器具

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Publication number: JP5370181B2
Application number: JP2010014924A
Authority: JP
Inventors: 泰笹井; 加奈江松本
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: JP2011154847A

Description

本発明は概略としてメタルハライドランプ及び照明器具に関し、特にセラミックス製の発光管を備えた低色温度のメタルハライドランプ及びそれを用いた照明器具に関する。

メタルハライドランプは店舗照明等の商業施設でダウンライトとしてベース照明として使用されるだけでなく、スポット照明として直接商品を照らすのにも使用される。スポット照明ではベース照明よりも高いレベルの光学特性が要求される。具体的には、Ｒａ（平均演色評価数）が９０以上、Ｒ９（特殊演色評価数）が５０以上の演色性、色温度が２８００〜３７００Ｋ、Ｄｕｖ（光源色（色味））が−５以上０以下の特性が要求される。

また、ベース照明と同様にスポット照明においても省エネの観点から高効率化が望まれている。例えば、現在市場で入手できるランプの効率が定格電力３５Ｗで９０lm／Ｗ、７０Ｗで９５lm／Ｗ、１００Wで１００lm／Wであるのに対して、要求は３５Ｗで９５lm／Ｗ、７０Ｗで１００lm／Ｗ、１００Wで１１０lm／Wまで高まっている。

一般的に、セラミックメタルハライドランプでは高演色と高効率とはトレードオフの関係にあり、双方を同時に向上するのは難しいとされている。
特許文献１には、低色温度（２８００〜３７００Ｋ）タイプのセラミックメタルハライドランプが開示されている。同文献では、ランプに封入される発光物質（ハロゲンヨウ化物）について、セリウム又はプラセオジウムの組成比率を０．５〜４mol％（例えば、セリウムを２mol％）、ナトリウムの組成比率を３５〜４５mol％（例えば、３５mol％）、カルシウムの組成比率を４０〜６０mol％（例えば、５４mol％）、タリウムを２mol％、ジスプロシウム、ツリウム又はホルミウムを含む希土類金属の組成比率を２〜１０mol％（例えば、上記３物質からなる希土類金属を７mol％）含有したものが開示されている。これによると、効率が９４lm／W、Ｒａが９０以上、Ｒ９が４０以上、Ｄｕｖ値の下限が−１０となり、その仕様は定格電力２０〜３００Ｗのランプに適用できることが開示されている。特に、Ｒ９を向上するためにはカルシウムの組成比率を増やすことが一般に知られており、上記組成もその考え方が踏襲されている。
特開２００７−５３００４号公報

しかし、上記文献には定格電力１５０Ｗの実施例が開示されているものの、実際に上記仕様を１００Ｗ以下のランプに適用しても同様の効果が得られない（特に、Ｒ９を４０以上とすることができない）。これは、１００Ｗクラス以下のランプでは発光管端部キャピラリー部からの熱ロスの割合が１５０Ｗクラスのランプに比べて大きいことに起因するものと推定される。

そこで、本発明は、１００Ｗクラス以下のランプにおいて、Ｒａが９０以上、Ｒ９が５０以上の演色性、色温度２８００〜３７００ＫでＤｕｖの下限値が−５、上限値が０の光源色（色味）特性を有し、上記高効率化の要求に応えるメタルハライドランプを提供することを課題とする。

本発明の第１の側面は、セラミックス製の発光管を備え、定格電力が３５〜１００Ｗであり、色温度が２８００〜３７００Ｋであるメタルハライドランプである。発光管に発光物質としてハロゲン添加物が封入され、ハロゲン添加物が、（１）セリウム（Ｃｅ）、（２）ナトリウム（Ｎａ）、（３）カルシウム（Ｃａ）、（４）タリウム（Ｔｌ）、並びに（５）ジスプロシウム（Ｄｙ）、ツリウム（Ｔｍ）及びホルミウム（Ｈｏ）のうちの少なくとも１以上からなる希土類金属からなり、ハロゲン添加物がヨウ化物であり、（１）〜（４）のハロゲン添加物の各組成比率について、ヨウ化セリウムを１．５mol％以上３mol％以下、ヨウ化ナトリウムを４５mol％以上９０mol％以下、ヨウ化カルシウムを５mol％以上１５mol％以下、ヨウ化タリウムを２mol％以上７mol％以下とした。

上記において、さらに、ヨウ化セリウムを１．９mol％以上２．３mol％以下、ヨウ化ナトリウムを７６mol％以上７９mol％以下、ヨウ化カルシウムを１１mol％以上１３．５mol％以下、ヨウ化タリウムを３mol％以上３．７mol％以下としてもよい。

本発明の第２の側面は、上記第１の側面のメタルハライドランプ及びそのメタルハライドランプが取り付けられるリフレクタを備えた照明器具である。

本発明のメタルハライドランプに使用する発光管の図である。本発明が適用されるメタルハライドランプの図である。本発明のヨウ化セリウム量の決定を説明する図である。本発明のヨウ化セリウム量の決定を説明する図である。本発明のヨウ化ナトリウム量の決定を説明する図である。本発明のヨウ化カルシウム量の決定を説明する図である。本発明のヨウ化カルシウム量の決定を説明する図である。本発明のヨウ化タリウム量の決定を説明する図である。本発明の照明器具の図である。

図１に、本発明のメタルハライドランプに使用する発光管１０を示す。図示するように、セラミック製の発光管１０（アルミナパイプ）は本管部１１と細管部１２が一体形成されている。即ち、本管部１１と細管部１２が連続形成されることによって両者の境界部分で肉厚の不連続が生じない構成となっている。本管部１１内に一対の電極（不図示）が対向配置され、それらの電極が細管部１２内の導電体を介してリード１３と接続される。このような一体形成タイプの発光管は本管部１１の端部での熱損失が円筒（組立型）タイプの発光管（特許文献１の図３参照）に比べて非常に小さく、効率向上に寄与することができる。この傾向は、特に、本管部に比べて端部の割合が大きい低ワットタイプで顕著となる。

図２に、本発明が適用されるメタルハライドランプ２０（以下、「ランプ２０」という）を示す。ランプ２０において、発光管１０は口金２１に導体棒２２ａ及び２２ｂによって接続されるとともに内管２３に包含され、内管２３は外管２４に包含される。内管２３及び外管２４は口金２１に固定され、口金２１にはシェル部２５が設けられている。なお、図示しないが、導体棒２２ａ及び２２ｂの一方が口金２１の先端に、他方が側部のシェル部２５に電気的に接続されている。

発光管１０の本管部１１の内部には発光物質及びアルゴンガスが封入される。発光物質は水銀及びハロゲン化合物からなり、ハロゲン化合物は、（１）セリウム（Ｃｅ）、（２）ナトリウム（Ｎａ）、（３）カルシウム（Ｃａ）、（４）タリウム（Ｔｌ）、並びに（５）ジスプロシウム（Ｄｙ）、ツリウム（Ｔｍ）及びホルミウム（Ｈｏ）のうちの少なくとも１以上からなる希土類金属（以下、「その他の成分」という）からなり、上記ハロゲン添加物は全てヨウ化物である。本発明は上記のうち特に、ヨウ化セリウム（ＣｅＩ_３）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）、及びヨウ化タリウム（ＴｌＩ）の封入量（組成比率）を最適化するものである。

以下に、上記４成分の組成比率の決定について説明する。
ヨウ化セリウム（ＣｅＩ_３）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）の基準組成比率をそれぞれ、約２mol％、約７６mol％、約１４mol％、約４mol％として、各成分を増減させて各特性への影響を測定した。なお、上記mol％の残り分（約４％）はその他の成分のヨウ化物の組成比率に相当する。
発光管は７０Ｗタイプであり、発光管内容積は０．４ｃｃである。
単位容積あたりの添加物量は１６．３ｍｇ／ｃｃであり、従って添加物総量は６．５ｍｇである。なお、水銀封入量は６ｍｇである。
各測定値は点灯開始後１００時間経過時の値である。

＜ヨウ化セリウム（ＣｅＩ_３）量の決定＞
ヨウ化セリウム量は発光効率と緑系の光色（Ｄｕｖ）に影響を与える。図３Ａにヨウ化セリウム量に対する発光効率のグラフを示す。ヨウ化セリウム量が多いほど発光効率が上がる。ここで、発光効率を１００lm／Ｗ以上とするためにヨウ化セリウム量を１．５mol％以上とする必要がある。

図３Ｂにヨウ化セリウム量に対するＤｕｖのグラフを示す。ヨウ化セリウム量に対してＤｕｖは単調増加する。ここで、Ｄｕｖが−５〜０となるように、ヨウ化セリウム量を１．０〜３．０mol％とする必要がある。
以上より、ヨウ化セリウム量は１．５〜３．０mol％と決定できる。

＜ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）量の決定＞
ヨウ化ナトリウム量は色温度（Ｔｃ）に影響を与える。図４にヨウ化ナトリウム量に対する色温度のグラフを示す。ヨウ化ナトリウム量に対して色温度は単調減少する。ここで、色温度２８００〜３７００Ｋとなるように、ヨウ化ナトリウム量を４５〜９０mol％と決定できる。

＜ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）量の決定＞
ヨウ化カルシウム量は発光効率と赤色の特性（Ｒ９）に影響を与える。図５Ａにヨウ化カルシウム量に対する発光効率のグラフを示す。ヨウ化カルシウム量が多いほど発光効率が下がる。ここで、発光効率を１００lm／Ｗ以上とするためにヨウ化カルシウム量を１５mol％以下とする必要がある。

図５Ｂにヨウ化カルシウム量に対するＲ９の値のグラフを示す。グラフは上に凸の曲線となり、ここで、Ｒ９を５０以上とするためにヨウ化カルシウム量を５mol％以上とする必要がある。
以上より、ヨウ化カルシウム量は５〜１５mol％と決定できる。

＜ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）量の決定＞
ヨウ化タリウム量はピンク系の光色（Ｄｕｖ）に影響を与える。
図６にヨウ化タリウム量に対するＤｕｖのグラフを示す。ヨウ化タリウム量に対してＤｕｖは単調増加する。ここで、Ｄｕｖが−５〜０となるように、ヨウ化タリウム量を２．０〜７．０mol％と決定できる。

以上より、各組成比率について、
ヨウ化セリウム：１．５mol％以上３mol％以下、
ヨウ化ナトリウム：４５mol％以上９０mol％以下、
ヨウ化カルシウム：５mol％以上１５mol％以下、
ヨウ化タリウム：２mol％以上７mol％以下、
と決定した。ここで注目すべき点は、特許文献１の仕様に比べてヨウ化カルシウム量が非常に少なく、ヨウ化ナトリウム量が多いことである。特に、発光管１０を一体型形成タイプとしたことによってヨウ化カルシウム量を減らしても所望の発光効率が得られることから、発光効率を確保しつつもヨウ化カルシウム量を減らしてＲ９の向上が達成されたことが分かる。これにより高効率と高演色を両立することができ、従って、発光効率と演色性等の発光特性とのバランス及びその絶対値を大幅に向上することができる。

上記を踏まえた実施例を以下に示す。表１は上記に従って作製したランプ（７０Ｗ、３５Ｗ、及び１５０Ｗタイプ）の例である。表１に示した以外の要素として、発光管の壁面負荷を２０〜４０Ｗ／ｃｍ^２とし、アルゴンガスを２０ｋＰａ（１５０Ｔｏｒｒ）封入した。また、上記４成分のmol％の残り分はその他の成分のヨウ化物の組成比率に相当する。なお、各特性の測定値は点灯開始後１００時間後の値である。

表１に示すように、ヨウ化セリウム（ＣｅＩ_３）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）の組成比率を決定範囲内とすることによって、全ての例において目標とする発光効率と光学特性を満足することができた。

図７に上記のメタルハライドランプを用いた照明器具３０の図を示す。照明器具３０はランプ２０及びそれが取り付けられるリフレクタ３１からなり、配線３２ａ及び３２ｂを介して高圧放電ランプ点灯装置３５に接続される。なお、点灯装置３５は照明器具３０と一体化されていてもよいし、個別のものとしてもよい。また、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。
上記より、発光効率及び光学特性に優れたランプを具備した照明器具が構成され、店舗用照明等におけるスポット照明に適した照明器具を提供できる。

１０．発光管
１１．本管部
１２．細管部
１３．リード
２０．メタルハライドランプ
２１．口金
２２ａ、２２ｂ．導体棒
２３．内管
２４．外管
２５．シェル部
３０．照明器具
３１．リフレクタ
３２ａ、３２ｂ．配線
３５．高圧放電ランプ点灯装置

Claims

セラミックス製の発光管を備え、定格電力が３５〜１００Ｗであり、色温度が２８００〜３７００Ｋであるメタルハライドランプであって、
該発光管に発光物質としてハロゲン添加物が封入され、
前記ハロゲン添加物が、（１）セリウム（Ｃｅ）、（２）ナトリウム（Ｎａ）、（３）カルシウム（Ｃａ）、（４）タリウム（Ｔｌ）、並びに（５）ジスプロシウム（Ｄｙ）、ツリウム（Ｔｍ）及びホルミウム（Ｈｏ）のうちの少なくとも１以上からなる希土類金属からなり、該ハロゲン添加物はヨウ化物であり、
前記（１）から（４）のハロゲン添加物の各組成比率について、
前記ヨウ化セリウムが１．５mol％以上３mol％以下、
前記ヨウ化ナトリウムが４５mol％以上９０mol％以下、
前記ヨウ化カルシウムが５mol％以上１５mol％以下、
前記ヨウ化タリウムが２mol％以上７mol％以下
であるメタルハライドランプ。
請求項１のメタルハライドランプにおいて、さらに、
前記ヨウ化セリウムが１．９mol％以上２．３mol％以下、
前記ヨウ化ナトリウムが７６mol％以上７９mol％以下、
前記ヨウ化カルシウムが１１mol％以上１３．５mol％以下、
前記ヨウ化タリウムが３mol％以上３．７mol％以下
であるメタルハライドランプ。
請求項１又は２のメタルハライドランプ、及び該メタルハライドランプが取り付けられるリフレクタを備えた照明器具。