JPH08330089A

JPH08330089A - メタルハライドランプ調光点灯装置

Info

Publication number: JPH08330089A
Application number: JP15552895A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Orito; 日出海折戸; Masanao Kudo; 雅直工藤
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】相関色温度及び演色評価数の変化が少なく、
ちらつきのない安定した調光が可能なメタルハライドラ
ンプ調光点灯装置を提供する。【構成】ヨウ化ディスプロシウム，ヨウ化ネオジム，
ヨウ化セシウム，水銀及びアルゴンガスを封入した発光
管１を備え、相関色温度を6000Ｋとしたメタルハライド
ランプ11を、直流電源21と、直流電源に接続した降圧形
チョッパ回路22と、ランプ入力電圧検出素子25と、ラン
プ入力電流検出素子26と、両検出素子25，26の検出信号
を入力し、チョッパ回路22を構成するスイッチングトラ
ンジスタ23の制御信号を出力するランプ電力制御回路24
とからなる点灯回路に接続し、メタルハライドランプ調
光点灯装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高演色性メタルハラ
イドランプの調光点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、メタルハライドランプは、高効
率、高演色、長寿命であることから、様々な用途に利用
されており、最近では、店舗など屋内の商業施設の照明
としても利用されるようになってきている。また、この
ような屋内照明として使用される場合は、より高演色性
のランプが求められている。

【０００３】このような要求を満足するための発光金属
ハロゲン化物として、Ｄy ，Ｔl ，Ｃs のハロゲン化物
の組み合わせが挙げられる。このＤy −Ｔl −Ｃs 系の
メタルハライドランプでは、可視域全体に亘るディスプ
ロシウム（Ｄy ）の連続発光が得られ、その結果、ラン
プの相関色温度が5000Ｋ付近で平均演色評価数Ｒa が90
以上というランプが得られている。

【０００４】また、近年、省エネルギーの観点から、時
間帯により照明による明るさを制限するというような照
明制御が行われている。そのため、上記のようなメタル
ハライドランプを用いた照明装置においては、ランプの
間引き点灯などにより対応している。しかし、ランプの
間引き点灯では、照射面の明るさにむらが生じ、その結
果、十分な照明制御が困難となる。

【０００５】一方、この省エネルギーに対応するため、
ランプの調光点灯も検討されている。しかし、タリウム
（Ｔl ）のように蒸気圧が比較的高く、発光スペクトル
が鋭い輝線となる金属を含むメタルハライドランプで
は、ランプへの供給電力を下げていくと、タリウムの輝
線スペクトルの発光の割合が強くなり、ランプの発光色
は緑色を帯び、演色性が低下する。すなわち、一般的な
ランプ電力の制御として、供給ランプ電力を100 ％から
50％の間で変化させていった場合、ランプの相関色温度
は4500Ｋから6500Ｋとおよそ2000Ｋ変化し、また演色評
価数Ｒa は95から63まで変化してしまう。

【０００６】そのため、輝線スペクトルを含まず、連続
スペクトルの発光金属のみを含み、且つ演色性の高いラ
ンプとして、例えばＤy −Ｎd −Ｃs 系のメタルハライ
ドランプも検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＤ
y −Ｎd −Ｃs 系のメタルハライドランプにおいては、
主発光物質であるディスプロシウム（Ｄy ）及びネオジ
ム（Ｎd ）は蒸気圧が非常に低いため、標準の正弦波の
電流を供給してランプ供給電力を下げていくと、ちらつ
きが非常に大きくなったり、また再点弧電圧が高くな
り、ランプが立ち消えるという問題点があった。

【０００８】本発明は、従来のメタルハライドランプ点
灯装置における上記問題点を解消するためになされたも
ので、相関色温度及び演色評価数の変化が少なく、ちら
つきのない安定した調光が可能なメタルハライドランプ
調光点灯装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、発光物質として少なくともＤy
，Ｎd，Ｃs のハロゲン化物及び水銀を封入した発光物
質自体による発光の相関色温度が5000Ｋ以上のメタルハ
ライドランプを、矩形波あるいは直流によるランプ入力
電力を制御可能なランプ電力供給手段により点灯するよ
うに構成するものである。

【００１０】Ｄy −Ｎd −Ｃs 系のメタルハライドラン
プでは、可視領域の発光はディスプロシウム及びネオジ
ムの連続スペクトル及び水銀の輝線スペクトルからなる
が、相関色温度が5000Ｋ以上のランプでは水銀スペクト
ルのランプ色温度に与える影響は小さいため、ランプ発
光色に影響を与える物質はディスプロシウムとネオジム
となる。この２種の希土類金属は比較的蒸気圧等の性質
が近いため、入力電力の変化による発光管の温度変化に
対しても、それらの特性が同じように変化し、その結
果、ランプ入力電力が変化しても発光バランスの変化が
小さく、ランプの相関色温度の変化も小さく、演色評価
数の変化も小さく抑えられる。また、蒸気圧の低い金属
が主発光物質となる場合、正弦波のような電流の休止期
間のある入力電流のときは、入力電流が小さくなるほど
休止期間による温度変化によって発光の差が大きくな
り、ちらつきが大となるが、矩形波あるいは直流を入力
電流とした場合は、電流の切り替え時間が非常に短い
か、あるいはなくなるので、ランプの温度が一定に保た
れ、ちらつきの発生は阻止され、また再点弧電圧も抑え
られるため、低供給電流としたときの立ち消え現象も回
避できる。したがって、上記のように構成した本発明に
おいては、相関色温度並びに演色評価数を維持しながら
安定した調光が可能なメタルハライドランプ調光点灯装
置を実現することができる。

【００１１】

【実施例】次に実施例について説明する。図１は本発明
に係るメタルハライドランプ調光点灯装置に用いるメタ
ルハライドランプの構成例を示す図である。図におい
て、１は石英ガラス製の内容積 0.6ccの発光管で、管内
にはヨウ化ディスプロシウム，ヨウ化ネオジム，ヨウ化
セシウムを２：１：１の比率としたものを 1.5mg，水銀
を６mg，アルゴンガスを100 torr封入しており、70Ｗで
点灯した場合、管壁負荷が20Ｗ／cm²となり、ランプ色
温度が6000Ｋ，演色評価数Ｒa が93となるものである。
２は発光管１の外側に配置された石英ガラス製の中空管
で、該中空管２の上下端外周部は、ステンレス製の支柱
３に溶接されたＣ型保持体４ａ，４ｂにより支持されて
いる。そして、上記発光管１及び中空管２は、硬質ガラ
ス製の外管５内に組み込まれ、メタルハライドランプ11
を構成している。なお外管５内は真空に保たれ、Ｚr −
Ａｌゲッター６とバリウムゲッター７が配設されてい
る。

【００１２】図２は、このように構成したＤy −Ｎd −
Ｃs 系のメタルハライドランプ11を用いた本発明に係る
メタルハライドランプ調光点灯装置を示す回路構成図で
ある。図２において、21は直流電源、22は降圧形チョッ
パ回路で、スイッチングトランジスタ23と直流リアクト
ルＬと平滑コンデンサＣとフリーホイールダイオードＤ
とからなり、スイッチングトランジスタ23はランプ電力
制御回路24からの制御信号により駆動されるようになっ
ている。25は分圧抵抗素子からなるランプ入力電圧検出
素子、26は直列抵抗素子からなるランプ入力電流検出素
子である。なお、図２において、メタルハライドランプ
11の始動器は図示を省略している。

【００１３】このように構成されたメタルハライドラン
プ調光点灯装置においては、直流電源21から直流出力は
降圧形チョッパ回路22に入力され、該降圧形チョッパ回
路22で制御された直流電力がメタルハライドランプ11に
印加され点灯を行う。この際、ランプ電力制御回路24に
は、ランプ入力電圧検出素子25及び入力電流検出素子26
で検出された各検出信号が入力され、ランプ電力が所望
値になるように、降圧形チョッパ回路22のスイッチング
トランジスタ23の制御信号を設定する。これにより、所
望値に調光された直流点灯が行われる。

【００１４】次に、このように構成したメタルハライド
ランプ調光点灯装置の動作特性を確認するために行った
特性試験について説明する。まず、本発明に係るメタル
ハライドランプ調光点灯装置と対比するために用いた供
給電流が正弦波となる鉄銅式安定器を用いて構成したメ
タルハライドランプ調光点灯装置を図３に基づいて説明
する。図３において、31は交流電源、32は摺動電圧調整
器、33はイグナイタを内蔵した銅鉄式のチョークコイル
である。このように構成された正弦波交流調光点灯装置
においては、電源電圧を摺動電圧調整器32で調整するこ
とにより、チョークコイル33で制限されるランプ電流を
変化させ、ランプを任意の電力で調光点灯できるように
なっている。

【００１５】次に、上記のように構成した本発明に係る
直流を入力電流とするメタルハライドランプ調光点灯装
置と、正弦波電流を供給するメタルハライドランプ調光
点灯装置に対して行った特性試験について説明する。ま
ず、上記70Ｗにおいて色温度が6000Ｋのメタルハライド
ランプを、25Ｗから80Ｗという供給電力で調光点灯を行
った際のちらつきの発生の測定を行った。このちらつき
の測定は、ランプから放出された光の出力波形を照度計
を介してオシロスコープで取り込み、最大及び最小ピー
ク値の差を最大ピーク値で割った比率で、ちらつきを表
した。一般的には、商用電源50Ｈz 地域では、この値が
６％以上になると、ちらつきを感じるといわれている。
上記測定結果を図４に示す。図４において、実線（測定
点は○印）は直流式電子安定器を用いた本発明によるメ
タルハライドランプ調光点灯装置の測定結果を示し、点
線（測定点は×印）は正弦波交流式安定器を用いた比較
用のメタルハライドランプ調光点灯装置の測定結果を示
している。この測定結果からわかるように、正弦波交流
による点灯では、ランプ電力を下げることによりちらつ
きが大きくなり、入力電力が50Ｗ以下では点灯を持続さ
せることはできなくなることがわかる。一方、直流によ
る調光点灯方式では、全くちらつきは発生せず、25Ｗか
ら80Ｗまで調光点灯させることができた。

【００１６】また、このように調光点灯させたときの色
温度及び演色性の変化を測定したところ、それぞれ図５
及び図６に示すような結果が得られた。すなわち、50Ｗ
〜80Ｗのランプ電力の範囲では正弦波交流による調光点
灯と直流による調光点灯とは、ほぼ同様の特性を示す
が、正弦波交流による調光点灯では点灯が持続できない
35Ｗ（70Ｗに対して50％の調光）のランプ電力とした場
合の直流点灯における色温度の変化は、約1000Ｋと小さ
く、演色性は90以上保持されており、調光システムとし
て問題のない結果が得られた。

【００１７】しかし、更に入力電力を下げて行った場合
には、ランプの相関色温度は急激に高くなり、また演色
評価数も急激に低下するので、定格70Ｗに対して50％程
度の供給電力の制御までが、適当なランプ調光範囲であ
ることが分かる。なお、図７は、ランプ効率の測定結果
を示す図である。

【００１８】次に、図１に示した構成の70Ｗで点灯する
場合、管壁負荷が20Ｗ／cm²となるランプＡの他に、70
Ｗで点灯した場合、管壁負荷が24Ｗ／cm²となり、相関
色温度が4800ＫとなるランプＢを作成し、この２種のラ
ンプＡ，Ｂを、本発明に係る供給電流が矩形波となる図
８に示す調光点灯装置を用いて点灯させた際の測定結果
について説明する。まず図８に示した調光点灯装置につ
いて説明する。図８において、図２に示した直流調光点
灯装置と同一の構成部材に同一の符号を付し、その説明
は省略する。この矩形波方式の調光点灯装置は、図２に
示した直流調光点灯装置における降圧形チョッパ回路22
の出力を、４つのスイッチングトランジスタからなるフ
ルブリッジ形低周波インバータ41に供給し、該低周波イ
ンバータ41の出力端にメタルハライドランプ11を接続す
るようになっている。なお、フルブリッジ形低周波イン
バータ41の各スイッチングトランジスタはドライブ回路
42からの駆動信号により駆動され、メタルハライドラン
プ11には矩形波交番電圧が印加され、降圧形チョッパ回
路22でランプ電力が制御されて矩形波点灯が行われるよ
うになっている。

【００１９】上記ランプＡ，Ｂを上記図８に示した調光
点灯装置を用いて、供給電力を25Ｗから80Ｗの間に制御
して点灯させ、相関色温度、演色評価数及び発光効率を
測定した結果を、図９〜図11に示す。なお、図９〜図11
において、ランプＡの測定結果は実線で、ランプＢの測
定結果は点線で示している。これらの図からわかるよう
に、ランプＡにおいては、図２に示した直流点灯方式の
調光点灯装置を用いた場合と同様な特性が得られたが、
発光管管壁負荷を高めたランプＢでは、相関色温度がラ
ンプＡに比べて低くなり、また供給電力が35Ｗと70Ｗの
点灯時の色温度の差も大きくなっている。演色評価数に
関しては、ランプＢの方がランプＡに比べて若干高い値
が得られ、またランプ効率に関しては、高ランプ入力で
はランプＡの方が高く、低ランプ入力ではランプＢの方
が高い結果が得られた。

【００２０】また、２種のランプＡ，Ｂを供給電力70Ｗ
として、ランプ電圧、光束維持率及び相関色温度に関し
1000時間〜6000時間の点灯ライフテストを行った結果
を、図12〜図14に示す。これらの結果からわかるよう
に、ランプＡでは比較的諸特性が安定しているが、ラン
プＢでは諸特性の変化が大きく、特にランプ光束が大き
く減少し、相関色温度も1000Ｋ以上低下している。

【００２１】更に、150 Ｗクラスのメタルハライドラン
プにおいて、150 Ｗ入力時の発光管管壁負荷を15Ｗ／cm
²及び19Ｗ／cm²とし、且つ150 Ｗ入力時のランプ相関
色温度が、それぞれ6000Ｋ及び4800Ｋとなるランプを作
成し、同様の特性測定試験を行ったところ、同様の測定
結果が得られた。

【００２２】以上のように、相関色温度が5000Ｋ以上の
Ｄy −Ｎd −Ｃs 系のメタルハライドランプを、矩形波
あるいは直流により調光点灯することにより、ちらつき
がなくしかも相関色温度の変化が少なく高演色性のメタ
ルハライドランプ調光点灯装置が実現できるが、その理
由は、次のように考えられる。すなわち、Ｄy −Ｎd−
Ｃs 系のメタルハライドランプでは、可視領域の発光は
ディスプロシウム及びネオジムの連続スペクトル及び水
銀からなる。このうち水銀スペクトルは輝線スペクトル
であるが、この種のランプは比較的発光管管壁負荷が高
いため、水銀の封入量は他のメタルハライドランプ、例
えばＳc −Ｎa 系のメタルハライドランプに比べ２／３
から１／２と少なくなる。更に、水銀スペクトルは短波
長側であるため、相関色温度が5000Ｋ以上という高いラ
ンプでは、水銀スペクトルのランプ色温度に与える影響
は小さい。このため、ランプ発光色に影響を与える物質
はディスプロシウム及びネオジムとなる。この２種の希
土類金属は、比較的蒸気圧等の性質が近いため、入力電
力の変化などによる発光管の温度変化に対し、それらの
特性が同じように変化し、その結果、ランプ入力電力が
変化しても発光バランスの変化が小さい。そのため、ラ
ンプの相関色温度の変化も小さく抑えられ、演色評価数
の変化も小さくなるものと考えられる。

【００２３】一方、この種のメタルハライドランプを50
00Ｋ未満の低色温度とするためには、ディスプロシウム
及びネオジムの原子発光の他に、これらのハロゲン化物
の分子発光が必要となるため、発光管の温度を非常に高
めていく必要がある。しかし、発光管管壁負荷を高め
る、あるいは保温膜を厚く広く塗布するなどの方法によ
り発光管内温度を高め、ランプ相関色温度を下げていく
と、発光管管壁と封入金属ハロゲン化物との反応が活発
となり、発光管の失透が起こり、発光金属のバランスが
変化し、更に失透により発光管内の保温状態も変化して
いくため、点灯中のランプ特性の変化が大きくなる（図
12〜図14参照）。また、初期状態においても、上記分子
発光は温度依存性が高く、更に可視領域でも長波長側に
あるため、5000Ｋ未満といった比較的低色温度の範囲で
は、入力電力に対するランプの相関色温度の変化は大き
くなる。

【００２４】また、上記のように蒸気圧の低いディスプ
ロシウム及びネオジムが主発光物質となるため、正弦波
交流のような電流の休止期間のある入力電流を用いて点
灯する場合は、入力電流が小さくなるほどその休止期間
からの温度変化による発光の差が大きくなるため、ちら
つきが大きくなる。これに対し、矩形波あるいは直流の
ように電流の切り替え時間がないか非常に短い入力電流
では、管内の温度が一定に保たれるため、ちらつきは起
こらない。またランプの再点弧電圧も抑えられるため、
低供給電流としたときの立ち消え現象も回避できる。

【００２５】なお、本発明では、Ｄy −Ｎd −Ｃs 系の
メタルハライドランプで相関色温度が5000Ｋ以上のもの
を用いるものであるが、ここで相関色温度とは発光管の
封入物質の発光自体の相関色温度をいうのであって、し
たがって、発光管外表面あるいは発光管を囲むように配
置した中空管に色温度変換膜を設け、発光物質自体の50
00Ｋ以上という色温度を他の色温度に変換したものも、
勿論本発明に係るメタルハライドランプの対象となるも
のである。

【００２６】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば相関色温度及び演色評価数の変化が少な
く、ちらつきのない安定した調光が可能なメタルハライ
ドランプ調光点灯装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメタルハライドランプ調光点灯装
置に用いるメタルハライドランプの構成例を示す図であ
る。

【図２】本発明に係るメタルハライドランプ調光点灯装
置の一実施例を示す回路構成図である。

【図３】図２に示した実施例に対比するための正弦波交
流電流によるメタルハライドランプ調光点灯装置を示す
回路構成図である。

【図４】図２及び図３に示したメタルハライドランプ調
光点灯装置におけるちらつき測定試験結果を示す図であ
る。

【図５】図２及び図３に示したメタルハライドランプ調
光点灯装置における相関色温度測定試験結果を示す図で
ある。

【図６】図２及び図３に示したメタルハライドランプ調
光点灯装置における演色評価数測定試験結果を示す図で
ある。

【図７】図２及び図３に示したメタルハライドランプ調
光点灯装置におけるランプ効率測定試験結果を示す図で
ある。

【図８】本発明に係るメタルハライドランプ調光点灯装
置の他の実施例を示す回路構成図である。

【図９】図８に示した実施例における相関色温度測定試
験結果を示す図である。

【図10】図８に示した実施例における演色評価数測定試
験結果を示す図である。

【図11】図８に示した実施例におけるランプ効率測定試
験結果を示す図である。

【図12】図８に示した実施例における点灯時間に対する
ランプ電圧の変化を示す図である。

【図13】図８に示した実施例における点灯時間に対する
光束維持率の変化を示す図である。

【図14】図８に示した実施例における点灯時間に対する
相関色温度の変化を示す図である。

【符号の説明】

１発光管２中空管３支柱４ａ，４ｂＣ型保持体５外管６Ｚr −Ａｌゲッター７バリウムゲッター 11 メタルハライドランプ 21 直流電源 22 降圧形チョッパ回路 23 スイッチングトランジスタ 24 ランプ電力制御回路 25 ランプ入力電圧検出素子 26 ランプ入力電流検出素子 31 交流電源 32 摺動電圧調整器 33 チョークコイル 41 フルブリッジ形低周波インバータ 42 ドライブ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光物質として少なくともＤy ，Ｎd ，
Ｃs のハロゲン化物及び水銀を封入した発光物質自体に
よる発光の相関色温度が5000Ｋ以上のメタルハライドラ
ンプを、矩形波あるいは直流によるランプ入力電力を制
御可能なランプ電力供給手段により点灯するように構成
したことを特徴とするメタルハライドランプ調光点灯装
置。