JPH09161987A - メタルハライドランプ用調光点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ランプの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
な比較的色温度が低いメタルハライドランプ用調光点灯
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 発光管の両端に電極を封着し内部にＤ
ｙ，Ｎｄ，Ｃｓのハロゲン化物及び水銀を封入し、該発
光管を外管内に支持してなるランプにおいて、前記発光
管の表面あるいは外管又は発光管と外管との間の石英製
中空管が配設されている場合はその中空管の、いずれか
に色温度変化フィルターをコーティングしてランプ色温
度を５０００Ｋ以下に規定してなり、矩形波あるいは直
流による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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、相関色温度が５
０００Ｋ以下の高演色形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】メタルハライドランプは、発光効率が高
く、演色性も良好でかつ長寿命であることから、様々な
用途に利用されており、最近では店舗等の屋内商業施設
の照明としても利用されるようになってきている。更
に、このような屋内照明用光源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管内
添加物として、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
ハライドランブでは、可視域全体に亘ってディスプロシ
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前後で平均演色評価数Ｒａが９
０以上というランプが得られる。

【０００４】また、近年、省エネルギーの観点から、一
日の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
ンプの間引き点灯を行なう場合、被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、
ランプの調光点灯が検討されている。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ブで
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も
変化し、演色評価数Ｒａは９５から６３へと低下してし
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、かつ演色性の高いラ
ンプとして、例えばＤｙ−Ｎｄ−Ｃｓ系のメタルハライ
ドランプが検討されている。

【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ブは主発光物質
であるディスブロシウム（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がある。又、屋内照明用として用い
られるランプは、通常ランプの相関色温度が５０００Ｋ
以下の比較的色温度が低いランプが一般的であり、Ｄｙ
−Ｎｄ−Ｃｓ系ランプのように色温度の高いランプは、
特殊な用途として使用される場合が多い。

【０００８】本発明は、上記問題点を解消するためにな
されたもので、ランプの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比較
的色温度が低いメタルハライドランプの調光点灯装置を
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】上記問題を解決するた
め、本発明は、発光管の両端に電極を封着し内部に発光
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、該発光管をランプ外管内に支持して
なり、前記発光管の表面あるいはランプ外管又は発光管
とランプ外管との間に中空管が配設されている場合はそ
の中空管の、いずれか一つあるいはそれぞれにランプ色
温度変換フィルターをコーティングしてランプの相関色
温度を５０００Ｋ以下に規定してなるメタルハライドラ
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】

【作用】これは、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ブロシウム及びネ
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を超えるランプでは水
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、ランプの発光色に影響を与える物質はディスブロシ
ウムとネオジムとなる。この２種類の希土類金属は比較
的蒸気圧等の性質が近似しているため、ランプ入力電力
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かつ演色評価数の変化も小さく抑え
られる。

【００１１】又、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、ちらつきが大きく
なるが、矩形波あるいは直流を入力電流とした場合、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、ランプの温度がー定に保たれ、ちらつきの発生は阻
止され、更に、再点弧電圧も抑えられるため、小さい供
給電流としたときの立ち消え現象も回避できる。

【００１２】そして、これらのランプの発光管の表面あ
るいはランプ外管又はランプ外管と発光管との間に中空
管を配設している場合はその中空管、のいずれかの表面
に色温度変換フィルターをコーティングすることによ
り、５０００Ｋ以下という比較的色温度が低いランプが
実現が可能となる。従って、上記のように構成した本発
明においては、相関色温度及び演色評価数を維持しなが
ら色温度が比較的低く安定した調光が可能なメタルハラ
イドランプ用調光点灯装置を実現することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき説明する。図１は本発明に係るメタルハライドラン
プ用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
容積が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４：２：
３の比率としたものを１．５ｍｇ、水銀を６ｍｇ、アル
ゴンガスを１３，３００パスカル封入しており、７０Ｗ
で点灯した場合、管壁負荷が２０Ｗ／ｃｍ² となる。発
光管の外側に設けられた石英製の中空管２の表面には、
図２に示す様な分光透過率を持つチタニア及びシリカの
２層膜で形成される色温度変換フィルターがコーティン
グされている。そして、このランプの色温度は４８００
Ｋ、演色評価数Ｒａが９３となるものである。又、該中
空管２の上下端部外周は、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。更
に、上記発光管１及び中空管２は、硬質ガラス製の外管
５内に組み込まれて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。

【００１４】図３はこのように構成したＤｙ−Ｎｄ−Ｃ
ｓ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用調光点灯装置を示す回路構成図
である。図３において、２１は直流電源、２２は降圧形
チョッバ回路で、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３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。

【００１５】このように構成したメタルハライドランプ
用調光点灯装置において、直流電源３１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に印加され点灯する。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。

【００１６】次に、このように構成したメタルハライド
ランプ用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
ルハライドランプ用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銅鉄式安定器を用いて構成し
たメタルハライドランプ用調光点灯装置を図４に基づい
て説明する。図４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３
２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。

【００１７】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用調光点灯
装置と、正弦波電流を供給するメタルハライドランプ用
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４８００Ｋ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。

【００１８】上記測定結果を図５に示す。図５におい
て、実線（測定点は〇印）は直流式電子安定器を用いた
本発明によるメタルハラィドランプ用調光点灯装置の測
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用調光点灯
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
とができる。

【００１９】又、このように調光点灯させた場合のラン
プの相関色温度及び演色性の変化を測定したところ、そ
れぞれ図６及び図７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以上に保持さ
れており、調光システムとして問題のない結果が得られ
る。

【００２０】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８はランプの発光効率の
測定結果を示す図である。

【００２１】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、７０Ｗで点灯した場合管壁負荷が２４Ｗ／ｃｍ²と
なり、色温度変換フィルターを用いずランプ自体の相関
色温度が４８００ＫとなるランプＢ、及びランプＡにお
いて、色温度変換フィルターを用いない以外はランプＡ
と全く同じ構成で相関色温度が６０００Ｋというランプ
Ｃを作成し、この３種のランプＡ，Ｂ，Ｃを、本発明に
係る供給電流が矩形波となる図９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９に示した調光点灯装置について説明する。図９にお
いて、図３に示した直流調光点灯装置と同一の構成部材
については同一の符号を付し、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３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４
１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１
１には矩形波交流電圧が印加され、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。

【００２２】上記ランプＡ，Ｂ，Ｃを図９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、ランプの相関色温度、演色評価数及
び発光効率を測定した結果を図１０〜図１２に示す。な
お、図１０〜図１２において、ランプＡの測定結果は実
線、ランプＢの測定結果は点線、ランプＣの測定結果は
一点鎖線で示している。これらの図からわかるように、
ランプＡ及びＣにおいては、図３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る
が、発光管管壁負荷を高めたランプＢでは、ランプ入力
電力による相関色温度の変化が大きく、供給電力が３５
Ｗと７０Ｗの点灯時の色温度の差がランプＡ，Ｃが１０
００Ｋに対して、ランプＢは約１７００Ｋとなってい
る。又、演色評価数については、ランプＢの方がランプ
Ａ，Ｃに比べて若干高い値が得られる。更に、発光効率
については、３種ともにほぼ同等の結果となっている。

【００２３】また、これらのランプＡ，Ｂ，Ｃ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
度について、１０００時間から６０００時間点灯のライ
フテストを行った結果を、図１３〜図１５に示す。これ
らの結果からわかるように、ランプＡ及びＣでは比較的
前記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、かつ相関
色温度も１０００Ｋ以上低下している。

【００２４】更に、電力１５０Ｗクラスのメタルハライ
ドランプにおいて、１５０Ｗ入力時の発光管管壁負荷を
１５Ｗ／ｃｍ²及び１９Ｗ／ｃｍ²とし、負荷の小さい前
者のランプにおいて、ランプ外管内に設けた中空管に前
記７０Ｗと同様の色温度変換フィルターをコーティング
し、１５０Ｗ入力時のランプ相関色温度が４８００Ｋと
なるランプを作成し、前記と同様のランプ諸特性の測定
試験を行ったところ、ほぼ前記と同様の測定結果が得ら
れた。

【００２５】以上のように、Ｄｙ−Ｎｄ−Ｃｓ系のメタ
ルハライドランプにおいて、ランプ外管、発光管の表面
あるいはランプ外管と発光管との間の中空管のいずれか
１つに、色温度変換用のフィルターをコーティングして
ランプの色温度を５０００Ｋ以下と比較的低色温度化
し、矩形波あるいは直流により調光点灯することによ
り、ランプのちらつきがなく、かつ相関色温度の変化が
小さい高演色形メタルハライドランプ用調光点灯装置が
実現できる。

【００２６】この理由は、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
ランブに比べて２／３から１／２と少なく、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ブロシウム及
びネオジムとなる。この２種の希士類金属は、比較的蒸
気圧等の性質が近似しているため、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。

【００２７】一方、この種のメタルハライドランプを発
光管自体で５０００Ｋ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
の温度を更に高めていく必要がある。しかし、発光管管
壁負荷を高めたり、保温膜を厚く広く塗布するなどの方
法により発光管内の温度を高め、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、かつ発光金属
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１３〜図１５参照）また、点灯初期にお
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
較的色温度が低い範囲では、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。

【００２８】これに対して、ランプ自身の相関色温度が
５０００Ｋ以上のランプに、色温度変換フィルターを設
け、ランプを低色温度化した場合、上記過負荷点灯のラ
ンプに比べ、ランプの劣化は小さく抑えられる。又、フ
ィルターによるランプの発光効率の低下が比較的小さい
のは、フィルターが反射した光のエネルギーにより発光
管の温度が高められ、それにより発光効率が高められる
ためと考えられる。一方、この反射エネルギーにより、
フィルターの有無による若干のランプ特性の経時的変化
に差が見られるが、フィルターなしに比べフィルターを
用いたランプの方が諸特性の劣化は早いが、その差は上
記の発光管過負荷によるランプの低色温度化に比べて遥
かに小さく、実用上全く問題のないレベルである。

【００２９】また、上記のように蒸気圧の低いディスブ
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、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。これに対して、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、発光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、小さい供給電流とした場合の立ち消え現象も回避で
きる。

【００３０】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によればランプの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色温
度が５０００Ｋ以下という比較的色温度が低いメタルハ
ライドランプ用調光点灯装置が得られる。

【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用調光点灯
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に用いる色
温度変換フィルターの分光透過率を示す図である。

【図３】本発明に係るメタルハライドランプ用調光点灯
装置のー実施例を示す回路構成図である。

【図４】図３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用調光点灯装置を示
す回路構成図である。

【図５】図３及び図４に示すメタルハライドランプ用調
光点灯装置におけるちらつきの測定試験結果を示す図で
ある。

【図６】図３及び図４に示すメタルハライドランプ用調
光点灯装置における相関色温度の測定試験結果を示す図
である。

【図７】図３及び図４に示すメタルハライドランプ用調
光点灯装置における演色評価数の測定試験結果を示す図
である。

【図８】図３及び図４に示すメタルハライドランプ用調
光点灯装置におけるランプの発光効率の測定試験結果を
示す図である。

【図９】本発明に係るメタルハライドランプ用調光点灯
装置の他の実施例を示す回路構成図である。

【図１０】図９に示す実施例における相関色温度の測定
試験結果を示す図である。

【図１１】図９に示す実施例における演色評価数の測定
試験結果を示す図である。

【図１２】図９に示す実施例におけるランプの発光効率
の測定試験結果を示す図である。

【図１３】図９に示す実施例における点灯時間経過に伴
うランプ電圧の変化を示す図である。

【図１４】図９に示す実施例における点灯時間経過に伴
う光束維持率の変化を示す図である。

【図１５】図９に示す実施例における点灯時間経過に伴
う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，４ｂ Ｃ型保持体 ５ 外管 ６ Ｚｒ−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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管の両端に電極を封着し内部に発光
   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、該発光管をランプ外管内に支持して
   なるメタルハライドランプにおいて、前記発光管の表面
   あるいはランプ外管又は発光管とランプ外管との間に中
   空管が配設されている場合はその中空管の、いずれか一
   つあるいはそれぞれにランプ色温度変換フィルターをコ
   ーティングしてランプの相関色温度を５０００Ｋ以下に
   規定してなるランプを、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
   ンプ用調光点灯装置。