JPH1196974A

JPH1196974A - 透明保温膜付メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH1196974A
Application number: JP27032897A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Horikoshi; 創一郎堀越
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】透明保温膜として機能する光干渉膜を用いて
ランプ特性を補正するメタルハライドランプにおいて、
色むらを生じさせずに、全光束、ランプ電圧、及び色温
度の動程特性を、光干渉膜を用いない場合と同程度の変
化に収まるようにする。【解決手段】内部に金属ハロゲン化物、水銀及び始動
ガスを封入し一対の電極を配置した石英ガラス製の発光
管１と、該発光管の発光部を実質的に完全に包囲する中
央の回転楕円体部31とその両端に同軸的に繋がっている
円筒体部32，33とからなる中空状ガラススリーブ３と
を、該スリーブ３の主軸が発光管１の主軸と実質的に一
致するような位置関係で配置し、可視光領域に透過率を
有し且つ少なくとも赤外線領域に反射帯を有する分光透
過特性をもち、高耐熱性金属酸化物薄膜からなる単層又
は多層膜からなる光干渉膜を、前記スリーブ３の内外の
少なくとも一方の表面に形成して、メタルハライドラン
プを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、透明保温膜とし
て機能する光干渉膜の光学特性を利用してランプ特性を
向上させたメタルハライドランプに関し、特にその動程
特性を改善させたメタルハライドランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプは、今日までその
効率や演色性の向上のため数多くの改良が施され、特性
の改善が実現されてきたため、近年、種々の照明分野に
広く利用されるようになってきている。そのような特性
改善は、多くの場合、発光管内封入物や発光管設計など
の変更によって実現されてきたが、そのような改善手段
でカバーできない場合には、発光管表面又は発光管を包
囲する透光性部材の表面に、所定の分光透過特性を有す
る光干渉膜（透明保温膜）を設けてランプの発光特性を
調整する手法が用いられている。

【０００３】本件出願人は、例えば、赤外線領域に所定
の反射帯を有する透明保温膜を発光管表面に形成させ、
その保温効果によってメタルハライドランプの発光特性
と効率を改善する方法を特願平８−２９９３１７号，特
願平８−３０４１５１号，特願平９−９４４１９号など
において提案している。ちなみに、発光管表面で膜形成
できる部位としては、発光管の内面及び外面の２つの面
が考えられるが、発光管内の封入物との接触の恐れのな
い外面が通常は選択される。そこで、以下の記述では、
「発光管表面に膜を形成する」とは、発光管外面に膜を
形成する場合を指すものとする。

【０００４】そして、これらの提案においては、ランプ
特性の補正に用いる透明保温膜（光干渉膜）の形成部位
は、「光源である発光管自体の表面、又は発光管を包囲
する透光性部材の表面のうち少なくともいずれか一つを
選択する」とし、選択に幅を持たせている。しかしなが
ら、それらの膜形成部位のうち、発光管表面に膜を形成
した場合は、光源（すなわち発光管中央部のアーク）か
らの光が膜のどの部分でも常にほぼ垂直に膜に入射する
ため、光の放射方向によってランプの光に色むらを生じ
ることがなく、したがって発光管表面を膜形成部位とし
て選択するのが好ましいと考えられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、発光管表面
に光干渉膜を形成してランプ特性を補正したメタルハラ
イドランプは、初期特性は優れているが、長時間ランプ
を点灯させた際の動程特性には、次のような問題があ
る。すなわち、光束低減、ランプ電圧上昇、及び
色温度低下が、光干渉膜を形成していない場合よりも早
く進行する。

【０００６】図３〜図５は、それぞれ、発光管表面に保
温効果を有しランプ効率の向上に寄与する光干渉膜を形
成したＤy-Ｔl 系メタルハライドランプ（ 150Ｗ）の全
光束、ランプ電圧、及び色温度の経時変化を示す図であ
る。なお、このメタルハライドランプの光干渉膜の形
成、ランプの作製等は既知の手段を用いて行われてい
る。図３〜図５においては、一点鎖線が光干渉膜を形成
したランプの特性を示しており、合わせて、破線で光干
渉膜を形成していないランプの特性を示している。

【０００７】一般的な傾向として、ランプ特性の経時変
化は、点灯初期1000時間までの変化が最も大きく、数％
〜10％程度変化するが、その後の変化は緩やかである。
しかし、発光管表面に光干渉膜を形成したランプの場合
のランプ特性の経時変化は、全光束、ランプ電圧、
及び色温度とも点灯初期数百時間だけでなく、1000時
間以降について比較した場合でも、光干渉膜なしのもの
よりも変化が大きい。光干渉膜付きランプの全光束と
ランプ電圧については、共にほぼ一方的に変化してい
く場合が多い。

【０００８】このような現象（ランプ特性の経時変化）
が起こる原因としては、次のようなメカニズムが考えら
れる。まず、メタルハライドランプの発光管外表面は点
灯時に 900℃前後の高温となるため、このような高温を
長時間受けていると、その表面に形成されている光干渉
膜（金属酸化物薄膜）の結晶化（高温で安定な相である
結晶質の割合が増加すること）が時間と共に進行する。
一方では、多層膜からなる光干渉膜内の隣接層間の熱膨
脹率差や薄層内での力学的歪みの拡大によって、光干渉
膜でのクラックの発生も増大していく。その結果、光干
渉膜の光線透過率が低下し、ランプの全光束の低減が光
干渉膜なしの場合よりも早まることになる。

【０００９】次に、発光管表面に形成される光干渉膜
は、可視域から近赤外域まで（ 350〜2000nm）の波長領
域のどこかに必ず反射帯がある分光透過特性を有してい
る。したがって、程度の差はあるが、光干渉膜は必ず熱
線反射膜としての機能を備えている。そこで、光干渉膜
による熱線反射が長期にわたって反復されると、発光管
内の熱が逃げにくくなり、内部に熱が蓄積され、発光管
が過剰に保温されることにつながる。このようにして、
ランプ電圧の上昇が光干渉膜なしの場合よりも大きくな
る。また、同時に、発光管が保温されることから、ラン
プの分光分布の赤色成分の割合が光干渉膜なしの場合よ
りも多くなり、ランプの色温度の低下が早まる。

【００１０】そこで、このような問題点を改善するた
め、光源を包囲する透光性部材の表面に光干渉膜を適用
してランプ特性を補正し、なお且つ全光束、ランプ
電圧、及び色温度のランプ動程特性が、光干渉膜を用
いていない場合と同程度の変化に収まるようなメタルハ
ライドランプが望まれていた。

【００１１】このような要望を満たすには、発光管その
ものでなく、発光管から少し距離を隔てた位置に配置さ
れた透光性部材の表面に、光干渉膜を形成すればよい。
そこで、発光管を包囲するように配置しているガラスス
リーブの表面を、光干渉膜形成部位として選択すること
が想起される。なお、ガラススリーブは発光管破損の際
の破片の飛散防止のために用いられているものである。
しかしながら、形態が中空円筒体である従来のガラスス
リーブを光干渉膜の形成部位として選択すると、光源か
らの光がガラススリーブに設けた光干渉膜に入射する角
度が、光干渉膜の部位によって異なり、その光干渉膜の
光に対する入射角依存性のために、該ガラススリーブか
らの透過光が放射される方向によって、著しく色むらを
生じるという不都合を引き起こす。

【００１２】本発明は、従来のガラススリーブを光干渉
膜の形成部位として選択した場合に生じる問題を解消す
るためになされたもので、光の放射方向によって色むら
を生じさせることなく、全光束、ランプ電圧及び色温度
のランプ動程特性が光干渉膜を用いていないランプと同
程度の変化に収まるようにしたメタルハライドランプを
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明に係るメタルハライドランプは、石英ガラス
又はアルミナ・セラミックから成り、内部に金属ハロゲ
ン化物、水銀及び始動用ガスを封入し、且つ内部に一対
の電極を配置してなる発光管と、該発光管の発光部を実
質的に完全に包囲する中央の回転楕円体部とその両端に
同軸的に繋がっている円筒体部とからなり、前記発光管
から離隔されて配置された中空状ガラススリーブとを備
え、前記中空状ガラススリーブは、その主軸が前記発光
管の主軸と実質的に一致するように配置されており、可
視光領域に透過帯を有し且つ少なくとも赤外線領域に反
射帯を有する分光透過特性を持ち、高耐熱性金属酸化物
薄膜の単層膜又は多層膜からなり透明保温膜として機能
する光干渉膜が、前記中空状ガラススリーブの内外の少
なくとも一方の表面に形成されていることを特徴とする
ものである。

【００１４】このように構成した本発明に係るメタルハ
ライドランプにおいては、光干渉膜（透明保温膜）を形
成する中空状ガラススリーブが、回転楕円体部とその両
端に同軸的に繋がっている円筒体部とから構成され、発
光管と同軸的に離隔して配置されているので、発光管が
過剰に保温されることがなく、また発光管の光源からの
光が光干渉膜のどの部分でもほぼ垂直に入射するように
なり、したがって光の放射方向によって色むらを生じさ
せることなく、且つ全光束、ランプ電圧及び色温
度のランプ動程特性を、光干渉膜を用いていないランプ
と同程度の変化に収めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、発明の実施の形態について
説明する。図１は、本発明に係るメタルハライドランプ
の実施の形態を示す模式的概略図である。図１におい
て、１は石英ガラス製の発光管で、その内部にヨウ化デ
ィスプロシウム（ＤｙＩ₃ ），ヨウ化タリウム（Ｔｌ
Ｉ）及びヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を各々数mgと、水銀
10mgと、アルゴンガス約7000Paとを封入し、且つ内部両
端にそれぞれ電極を（図示しない）を封着している。２
は、発光管１の両端部外表面に形成された酸化ジルコニ
ウム（ＺｒＯ₂）等からなる不透明保温膜である。

【００１６】３は石英ガラス製の中空状ガラススリーブ
で、中央の回転楕円体部31は発光管１の発光部をほぼ完
全に包囲するように形成され、その両端部はそれぞれ、
円筒体部32，33に繋がっている。また、中空状ガラスス
リーブ３は、回転楕円体部31の主軸と円筒体部32，33の
各主軸とは互いに実質的に一致するように形成され、且
つこれらの主軸と発光管１の主軸とも互いに実質的に一
致するように、また発光管１の外表面とは間隔をおいて
配置されている。

【００１７】４はガラススリーブ３の両端部を保持する
スリーブ保持体で、例えばステンレス等の金属で構成さ
れている。ガラススリーブ３の外表面には透明保温膜
（光干渉膜）５が形成されている。６及び７はリード線
を兼ねた発光管支柱であり、硬質ガラス製外管８内に発
光管１を支持し、またガラススリーブ３をスリーブ保持
体４介して支持している。外管８内は、例えば真空に保
たれている。９はＺr-Ａl ゲッター、10はバリウムゲッ
ターである。

【００１８】このように構成したメタルハライドランプ
は、定格電力 150Ｗ，管壁負荷約16Ｗ／cm²で、点灯初
期に、ランプ全光束 11500lm，ランプ効率77lm／Ｗ，ラ
ンプ電圧91Ｖ，色温度3700Ｋ，平均演色評価数Ｒa96 と
いうランプ特性を備えている。

【００１９】透明保温膜５は、既知の適当な手法で形成
できるが、この実施の形態においてはＣＶＤ法を用いて
形成した。透明保温膜５は、Ｔa₂Ｏ₅層とＳｉＯ₂層と
を交互に積層してなる６層膜で構成されている。それら
の各層の膜物質、屈折率及び物理的膜厚を表１に示す。
なお、表１における屈折率は、波長 550nmにおける値で
ある。図２は透明保温膜５の分光透過特性を示す図であ
る。

【００２０】

【表１】

【００２１】この実施の形態のメタルハライドランプを
6000時間まで連続点灯させて、その動程特性を調べたと
ころ、ランプ全光束、ランプ電圧、及び色温度
は、それぞれ図３〜図５において実線で示すように変化
した。すなわち、ランプ全光束、ランプ電圧及び色温度
の絶対値は、破線で示す光干渉膜を形成していない場合
とは異なっているが、点灯初期０時間を基準にした時の
変化率は、1000時間までが５〜10％，その後1000時間毎
の変化率は５％以下であって、光干渉膜を形成していな
い場合と同じ変化をたどっている。

【００２２】このようにランプ特性の経時変化の様子
が、光干渉膜を形成していない場合と同じ傾向を示すの
は、（１）中空状ガラススリーブ３の表面温度がせいぜ
い 600℃程度であって、その表面に形成されている透明
保温膜５が、膜物質の結晶化を進行させるような高い温
度にさらされておらず、したがって透明保温膜５の物性
変化が抑制されていること、（２）熱線を遮断する作用
のある透明保温膜５の形成部位がガラススリーブ３であ
って、透明保温膜５と発光管１とが隔離されているた
め、発光管１からの直射熱及び透明保温膜５によって反
射された熱線が、ガラススリーブ３などを伝わって逃げ
る余地が生じ、発光管１に過剰に熱が蓄積されるのが防
止されていること、等がその理由と考えられる。

【００２３】図６の（Ａ）は、中空状ガラススリーブ３
と発光管１との幾何学的位置関係を説明するための模式
図であり、図６の（Ｂ）はガラススリーブの回転楕円体
部の主軸と各円筒部の主軸とのなす角度を誇張して示す
説明図である。図６の（Ａ），（Ｂ）において、ａ及び
ｂはそれぞれ、発光管１内の一対の電極11及び12の先端
を示しており、ｃ及びｄは、ガラススリーブ３の回転楕
円体部31の外面又は内面を延長して構成される仮想的な
回転楕円体の２つの幾何学的焦点を示している。Ｓ１は
中空状ガラススリーブ３の回転楕円体部31の主軸、Ｓ２
及びＳ３はそれぞれ、円筒体部32及び33の主軸を示して
おり、また、Ｓは、主軸Ｓ１，Ｓ２及びＳ３が実質的に
互いに一致する場合、それらの軸を一体的に表現した主
軸を示している。Ｔは発光管１の主軸を表している。

【００２４】上記実施の形態のメタルハライドランプ
は、図６の（Ａ）に示すように、中央に回転楕円体部31
をもつガラススリーブ３の主軸Ｓと発光管１の主軸Ｔと
が互いに実質的に一致するように配置されているので、
ランプの発光中心（光源）を見込む角度によって色むら
を生じることはない。このように、ランプの光の色むら
を防ぐため、発光管１を包囲する中空状ガラススリーブ
３と発光管１とは、各々の主軸が実質的に互いに一致す
るように配置されるのが好ましい。同じ理由から、ガラ
スリーブ３の回転楕円体部31の２つの焦点ｃ，ｄを結ぶ
線分ｃｄが、発光管１内の一対の電極11，12の先端ａ，
ｂを結ぶ線分ａｂと最大限重なり合うように配置される
のが好ましい。

【００２５】また、ガラススリーブ３の表面の透明保温
膜５が、どの部分でもほぼ均等に 600℃程度以下の温度
にさらされるようにするには、ガラススリーブ３の回転
楕円体部31，円筒体部32，33の主軸Ｓ１，Ｓ２及びＳ３
は、実質的に互いに一致しているのが望ましい。逆に、
図６の（Ｂ）に示すように、互いに一致していないと、
ランプの組み立てが難しいだけでなく、発光管１とガラ
ススリーブ３とが接近する部分が生じて、その接近部分
のガラススリーブ３とその表面の透明保温膜５が、発光
管１からの熱によって局部的に 600℃を超えるような高
温に加熱されるので好ましくない。

【００２６】上記実施の形態では、透明保温膜として図
２に示すような分光透過特性を有する６層膜で形成した
ものを示したが、本発明に係る透明保温膜としては、こ
れに限らず、透過帯が必ず可視光領域に存在し、反射帯
が少なくとも赤外線領域に存在するという分光透過特性
を有するという条件を満たすならば、どのような透明保
温膜（光干渉膜）でも同様の効果が得られる。また上記
実施の形態では、透明保温膜を構成する高耐熱性金属酸
化物として、高屈折率層に酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ₅）を
用いたものを示したが、他に、酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ₂ ），酸化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）などの膜物質を用いる
ことができる。但し低屈折率層については、事実上、二
酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）の１種類に限られる。また上記実
施の形態では、ガラススリーブの外表面に透明保温膜を
形成したものを示したが、透明保温膜はガラススリーブ
の内表面に形成してもよいし、更には内表面及び外表面
に形成するようにしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明に係るメタルハライドランプにおいては、透
明保温膜（光干渉膜）を発光管から隔離された中空状ガ
ラススリーブの表面に形成し、該中空状ガラススリーブ
を、中央の回転楕円体部とその両端に同軸的に繋がって
いる円筒体部とからなる形状とし、該スリーブの主軸と
発光管の主軸とを実質的に互いに一致するように発光管
を包囲して配置したので、色むらを生じさせることな
く、且つ全光束、ランプ電圧、及び色温度のラン
プ動程特性を、透明保温膜の適用されていないランプと
同程度の変化に収めることができる。

【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の実施の形
態を示す模式的概略図である。

【図２】本発明の実施の形態における透明保温膜の分光
透過特性を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態及び従来のメタルハライド
ランプにおける全光束の動程特性を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態及び従来のメタルハライド
ランプにおけるランプ電圧の動程特性を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態及び従来のメタルハライド
ランプにおける色温度の動程特性を示す図である。

【図６】図６の（Ａ）は、本発明に係るメタルハライド
ランプにおける中空状ガラスリーブと発光管の幾何学的
位置関係を説明するための模式的断面図であり、図６の
（Ｂ）は、ガラスリーブの回転楕円体部の主軸と各円筒
体部の主軸とのなす角度を誇張して示す説明図である。

【符号の説明】

１発光管 11，12 電極２不透明保温膜３中空状ガラススリーブ 31 回転楕円体部 32，33 円筒体部４スリーブ保持体５透明保温膜（光干渉膜）６，７発光管支柱８外管９Ｚr-Ａl ゲッター 10 バリウムゲッター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英ガラス又はアルミナ・セラミックか
ら成り、内部に金属ハロゲン化物、水銀及び始動用ガス
を封入し、且つ内部に一対の電極を配置してなる発光管
と、該発光管の発光部を実質的に完全に包囲する中央の
回転楕円体部とその両端に同軸的に繋がっている円筒体
部とからなり、前記発光管から離隔されて配置された中
空状ガラススリーブとを備え、前記中空状ガラススリー
ブは、その主軸が前記発光管の主軸と実質的に一致する
ように配置されており、可視光領域に透過帯を有し且つ
少なくとも赤外線領域に反射帯を有する分光透過特性を
持ち、高耐熱性金属酸化物薄膜の単層膜又は多層膜から
なり透明保温膜として機能する光干渉膜が、前記中空状
ガラススリーブの内外の少なくとも一方の表面に形成さ
れていることを特徴とするメタルハライドランプ。