JPS61250958A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、発光特性１．特に色温度を改良したメタル
ハライドランプに関する。

〔従来技術〕

高圧水銀ランプの発光管中に一種以上の金属ハロゲン化
物を添加封入したメタルハライドランプは、高圧水銀ラ
ンプに比べて高い発光効率と改善された演色性を有する
ため、用途が拡がりつつある。特に、ネオジウムＮｄ、
ディスプロシウムｏｙ等の希土類金属のハロゲン化物を
封入したメタルノ１ライドランプは、高い発光効率と良
好な演色性を有するので、用途並びに需要が増大しつつ
あり、例えば、従来の白熱ランプの代わりに、家庭用光
源として使用する試みがなされている。

ところが、かかるメタルハライドランプを白熱ランプの
代わりに用いる場合には、次のような問題点がある。す
なわち、メタルハライドランプ、例えばディスプロシウ
ム（ｌｙのハロゲン化物を封入したものは、発光効率が
７０〜８０ｊ！ａ＋／Ｗで、平均演色評価指数Ｒａが９
０前後のものが得られているが、色温度ｍ＜５ｏｏｏＫ
以上と高く、青白い感じの色となり、一般家庭用光源の
代替品として、そのまま用いるのは不適当である。更に
かかるメタルハライドランプを一般家庭用光源として用
いるために、小形化し小電力ランプにすると、希土類金
属の蒸気圧が低いことに起因して、発光管内の蒸気圧が
高くならず、ますます色温度が高くなり且つ発光効率も
低下するという問題点が生ずる。

従来、かかる問題点を解決するため、発光管設計により
その壁面負荷を高くし、発光管内の上記ハロゲン化物の
蒸気圧を高くして、ディスプロシウムＤｙ等の赤色発光
を増し、演色性を低下させずに色温度を低下する方法が
提案されている。しかし、このように発光管を小型にし
たりランプ電力を増したりして、壁面負荷を高くしてハ
ロゲン化物の蒸気圧を高めることによって、赤外発光を
増し、色温度を低減することはできるが、単に壁面負荷
を増す方法では、部分的な管壁温度上昇などが生じ、寿
命の短縮化を招く欠点がある。

また、発光管外表面をサンドブラッシング等によりフロ
スト加工し、熱線を吸収して保温し蒸気圧を高めようと
する方法が提案されている。この方法によれば、石英発
光管表面の機械的強度の劣化が生じ、保温効果そのもの
も小さく、ばらつきが多く、加工時間も要するという問
題点がある。

更に電極周辺の発光管外表面に、白色粉末の酸化ジルコ
ニウムＺｒ０ｔ又は酸化アルミニウムＡ１ｚＣｈの熱反
射膜を設ける方法なども知られている。しかし、この方
法により十分な保温効果を得るには、熱反射膜をかなり
厚く設けなければならず、厚く形成した場合には剥離し
やすく、また保温能力の制御も困難であるという欠点が
ある。

〔発明の目的〕

本発明は、低色温度のメタルハライドランプを得る場合
の、従来の手段の欠点ないしは問題点を解消するために
なされたもので、寿命の短縮化を招くことなく、演色性
に優れ、高発光効率を有する低色温度のメタルハライド
ランプを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、水銀ランプの発光管内に、赤外領域又は紫外
領域に強い発光スペクトルを有する金属のハロゲン化物
と、赤外線又は紫外線を１０％以上吸収すると共に可視
光線を発光する金属のハロゲン化物とを封入するか、あ
るいは可視ｗＩ域と共に赤外領域又は紫外領域に強い発
光スペクトルを有する金属のハロゲン化合物を封入し、
且つ発光管の外表面には、可視光線を８０％以上透過し
、赤外線又は紫外線を３０％以上反射する反射膜を設け
、発光管内におけるアーク放電中において赤外領域又は
紫外領域に強い発光スペクトルを有する金属から放射し
た赤外線又は紫外線を、前記反射膜で反射し、その反射
された赤外線又は紫外線を、赤外線又は紫外線を良好に
吸収すると共に可視光線を発光する金属ハロゲン化物に
吸収させ、該金属ハロゲン化物を加熱して発光管内の蒸
気圧を高め、発光効率〆寿命の向上を計ると共に、色温
度の低減を計るものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第１図は、本
発明を適用したメタルハライドランプの実施例を示す外
観図であ之。図において、１は石英製の発光管で、両端
にタングステン類の主電極２．２と、一方の主電極に接
近して始動極３とが設けられており、該発光管１は支持
金具４で支持され、外管５内に収納されている。この実
施例では、発光管１として、１ｅｊ１の内容積を有し、
定格電力１００Ｗで壁面負荷が１８Ｗ／ｃｄとなるもの
を用いている。そして該発光管１内には、水銀と、始動
を容易にするためのアルゴン等の希ガスと共に、赤外領
域に強い発光スペクトルを有する沃化セシウムＣｓｌと
、赤外線を１０％以上良好に吸収すると共に可視光を発
光する沃化ディスプロシウムＤＶ　Ｉ　。

及び沃化タリウムＴｌとを総量で３■封入している。

また、発光管１の外周面には、セシウムＣｓの赤外領域
の発光波長（８５２ｎｍ、　８９４ｎｍ）を中心とした
波長に対する反射特性をもち、且つ可視光に対し高い透
過性をもつ反射膜として、酸化チタンＴｉ０ｚと酸化け
い素５ｉＯｔの薄膜を交互に積層してなる、Ｔｉ０ｚ　
　５ｉｆｔ　　Ｔｉ１ｔ　　５ｉＯｚ　　Ｔｉ０ｉの５
層の薄膜で形成した選択反射膜６が設けられている。

所望の波長の光線を反射させるための反射膜の膜厚ｄは
、一般に反射膜の屈折率をｎ、所望の反射光の中心波長
をλとしたとき、λ＝４ｎ−ｄを満足するように選定さ
れる。

本実施例においては、Ｔｉ０ｚ及びＳｉＯ□の屈折率を
それぞれ、２．３及び１．４６とすると、　Ｔｉ０ｔ−
５ｉＯｚ　　Ｔｉ０ｚ−５ｉＯｚ　　Ｔｉ１ｔの各層の
膜厚は、９７ｎｍ　−１５０ｎｍ　−９７ｎｍ　−１５
０ｎｍ−９７ｎｍに設定される。

このような反射膜６を石英発光管ｌの外周面に形成する
には、例えば、Ｈ，５ｃｈｒδｄｅｒ著ｒＰｈｙｓｉｃ
ｓｏｆ　Ｔｈ１ｓ　ＰｔｌｍＪ　　（１９６９年発行、
第８７頁）などに示されている、一般にゾル−ゲル法と
呼ばれる方法を適用することができる。すなわち、金属
アルコキシド液に発光管１を浸漬し、一定速度で引き上
げることにより、一定膜厚のコーティングを施すことが
できる。また、これらの反射膜は真空蒸着などにより形
成することも可能である。

このようにして形成した５層の薄膜からなる反射膜６の
反射特性及び透過特性を測定したところ、第２図に示す
ような結果が得られた。すなわち、セシウムＣｓから放
射される波長８５２ｎｍ、　８９４ｒｖの赤外線につい
ては、その７０〜８５％を有効に反射しており、発光管
のアークからの全赤外放射量についてもその６０％を反
射し、しかも可視領域の透過率も平均８０％以上と高く
なっている。なお、この反射特性かられかるように、こ
の反射膜は紫外領域の反射効果も備えているものである
。

次に、このように構成したメタルハライドランプの動作
について説明する。第３図に示すように、アーク７中で
発光した主としてセシウムＣｓから放射される約９００
ｎｍの赤外光Ｒｉは、反射膜６によってその大部分が反
射され、その反射赤外光の一部は管壁に凝集している沃
化物８に吸収される。残りの一部は多重反射を繰り返し
ながら、最終的には同様に沃化物８に吸収される。なお
・電極２からの熱放射の一部も前記反射膜６によって有
効に反射され、沃化物８に吸収される。したがって、こ
の吸収動作により沃化物の温度が上昇し、沃化物の蒸気
圧は高くなる。そのため主としてディスプロシウム０３
１及びタリウム７ｚからの可視光Ｒｖの発光量が増大し
、該可視光Ｒｖは可視光に対する透過率の高い反射膜６
を通して外部に向けて放射される。なお、上記反射膜６
は紫外領域の反射効果を備えているので、ディスプロシ
ウムＤＹから放射される紫外領域の発光が、この反射膜
６によって反射され、この反射紫外線によっても凝集し
ている沃化物の加熱が行われ、蒸気圧の向上作用が行わ
れている。

以上のような動作で、発光管１０発光状態が継続される
ので、可視光の発光量が増大して発光効率が向上し、反
射膜を設けない場合の発光効率５５ｉｔｓ／Ｗより２２
％上昇して、６７Ｊ鴎／Ｗになり、また、ディスプロシ
ウムＤｙの赤色発光が増すため、色温度は４１００　Ｋ
となった。したがって、室内、外での使用に適した特性
が得られ、家庭用光源として使用することも可能になる
。

また、反射膜は、０．１〜０．１５μｍの薄膜を重ねて
形成するものであるから、５０〜１００μｍの膜厚を必
要とする従来の酸化物粉末による端部熱反射膜に比べ、
材料の使用量・が少なく、反射膜の強度が大で、剥離の
おそれがない。また、粉末反射膜より表面積が小さくな
り、したがって水の吸着も少ないため、水素等の不純ガ
スによる始動性や寿命への悪影響も生じない。

また、発光管には従来と同じ程度の壁面負荷をもたせて
いるので、部分的な高温部などが発生せず、３０００時
間点灯後においても、石英製発光管の管壁の部分的な失
透や損傷が生じなかった。また、発光管端部に白色粉末
熱反射膜を併用することにより、更に良好な特性が得ら
れるが、上記のように反射膜６は電極２からの熱放射の
一部も反射するので、これを省略することができる。

上記実施例において、反射膜６として可視光透過率が８
０％以上のものが用いられているが・この可視光透過率
が８０％未満になると、この反射膜による赤外線の反射
により沃化物の蒸気圧が高くなっても、発光効率が向上
しないという問題が生ずるため、反射膜の可視光の透過
率は８０％以上になるように選定されなければならない
。

また上記実施例の反射膜は、全赤外発光の６０％を反射
させる特性を備えているが、この反射膜はアーク放電部
からの全赤外発光（波長０．７８〜２．５μｍ）と全紫
外発光（波長０．２５〜０．３８μｍ）の３０％以上を
反射させることが必要であり、可視領域以外の発光に対
する反射率が３０％に満たないと、反射膜の吸収損失な
どが増えて沃化物の加熱効果が減少し、発光効率を高め
ることができなくなる。

したがって可視光以外の放射光の反射率は３０％以上と
することが必要である。

また反射膜６による反射赤外光を良好に吸収し、且つ可
視光を発光する金属ハロゲン化物において赤外光の吸収
率が１０％以上のものを用いているが、この吸収率が１
０％以下になると加熱効果が少なくなり、蒸気圧を余り
向上させることができないので、この吸収率は１０％以
上のものを用いる必要がある。

次に先に述べた第１の実施例と同様な金属ハロゲン化物
を封入した発光管の外表面に、ＴｉＯｚ−３ｉｎｇ−Ｔ
ｉｅ、からなる３層の薄膜を、膜厚がそれぞれ、９７ｎ
ｍ、　１５０ｎｍ、　９７ｎｍとなるように設けて反射
膜を形成したところ、可視光の透過率は平均８４％とな
り、５層のものより良好となり、０．９μｍ付近の赤外
光の反射率は６２〜７５％となり若干低下したが、セシ
ウムＣｓの赤外発光は有効に反射することができた。こ
れにより発光効率は、反射膜なしく５５１　ｔａ／　Ｗ
）に比べて１８％上昇し６５ｊ！＋ｗ／Ｗとなり、色温
度も４４００　Ｋになり、室内照明に適した特性が得ら
れた。なお、第４図に上記３層からなる反射膜を設けた
発光管を用いたメタルハライドランプ（ランプ電力１０
０Ｗ）の分光エネルギー分布図を示す、また、これと対
比するため反射膜を設けず同じ封入物質を封入した発光
管を用いたメタルハライドランプの分光エネルギー分布
図を第５図に示す。

これに対して、比較例として、上記各実施例と同様な金
属ハロゲン化物を封入した発光管の外表面に、膜厚を２
００ｎｍとしたＴｉ０ｇのみの薄膜層を形成して、緒特
性を求めたところ、可視光の透過率は８５％以上と高く
なるが、赤外領域の光線、特に０．９μｍ付近のセシウ
ムＣｓの発光ラインの反射率が２０％前後になり、発光
効率の増加率も５％と低く５８１！ｍ／Ｗ程度で、色温
度も６２００　Ｋと高く、室内照明用光源としては不適
当なものしか得られなかった。

上記各実施例では、紫外領域又は赤外領域に発光スペク
トルを有する封入物質としては、赤外領域に強い発光ス
ペクトルを有する沃化セシウムＣｓｌを用いたものを示
したが、赤外領域に発光スペクトルを有する金属ハロゲ
ン化物としては、この他に沃化ナトリウム、沃化ルビジ
ウム、沃化カリウムなどの゛アルカリ金属のハロゲン化
物を用いることができ、また紫外領域に発光スペクトル
を有する金属ハロゲン化物としては、沃化ディスプロシ
ウムや沃化スカンジウムなどの希土類金属のハロゲン化
物を用いることができる。

また、上記実施例では、赤外領域の発光を１０％以上吸
収すると共に可視領域に発光スペクトルを有する金属ハ
ロゲン化物としては、沃化ディスプロシウムと沃化タリ
ウムを用いたものを示したが、この他に沃化トリウム、
沃化スカンジウムや着色のある多くの金属ハロゲン化物
が、赤外領域の発、光を１０％最上吸収する特性を備え
ており、これらの中から可視領域の発光効率などを考慮
して選定し、使用することができる。

上記実施例では、発光管内に、赤外領域に発光スペクト
ルを有する金属ハロゲン化物と、赤外領域の発光を１０
％以上吸収すると共に可視領域に発光スペクトルを有す
る金属ハロゲン化物とを封入したものを示したが、この
ように２種類の特性をもつ金属ハロゲン化物を封入する
代わりに、上記２種類の特性を合わせもつ１つ以上の金
属ハロゲン化物を封入することによっても、同様な作用
効果を奏せしめることができる。例えば、沃化すず。

沃化ガリウム、沃化トリウム等は、可視領域と共に赤外
領域又は紫外領域に発光スペクトルを存するものである
から、反射膜を施した発光管に、これらの中の１つ以上
のハロゲン化物を封入することによって、高発光効率で
低色温度のメタルハライドランプが得られる。

また上記実施例においては、発光管の反射膜として、高
屈折率材料のＴｉ１ｔと低屈折率材料ＳｉＯ□を組み合
わせたものを用いた例を示したが、高屈折率材料のＴｉ
０ｚの代わりに酸化タンタルＴａｇ’ｓなども使用可能
であり、Ｔａｔｅｓを用いた場合の膜厚も先に述べたよ
うに、４ｎ−ｄ＝λを満足するように選定すれば、目的
の反射膜が得られる。また、反射膜を構成する薄層の重
ね数も３層や５層に限らず、７層や９層の薄層で構成す
ることもできる。なお、石英管の管壁の温度は動作中７
００〜８００℃になるため、反射膜はこの温度に十分耐
える材料を選定して形成する必要がある。

上記各実施例では、定格電力が１００Ｗのものについて
示したが、本発明はこれに限らず、これより低電力ある
いは高電力のものについても勿論適用できるものである
。

〔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
、水銀発光管に封入された金属ノ１０ゲン化物の紫外領
域及び赤外領域の発光を有効に利用して、凝集している
そのハロゲン化物を加熱することができるため、ハロゲ
ン化物の蒸気圧が高くなり、可視光の発光量が増大し発
光効率を向上させることができると共に、色温度を低減
することができる。

また、発光管の管壁負荷を増大させる必要がないから、
発光管壁の部分的な高温部は生ぜず、失透や損傷が発生
するおそれもない。また、反射膜材料の材質、厚さ、暦
数を適宜選定することにより、発光特性の制御が容易に
でき、特性のばらつきも少なくすることができる等の効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るメタルハライドランプの一実施
例を示す外観図、第２図は、発光管に設けた反射膜の透
過及び反射特性を示す図・第３図は、発光管の動作態様
を示す説明図、第４図は、本発明による反射膜を設けた
発光管を用いたメタルハライドランプの分光エネルギー
分布を示す図、第５図は、反射膜を設けない発光管を用
いたメタルハライドランプの分光エネルギー分布を示す
図である。 図において、１は発光管、２は電極、３は始動極、４は
支持金具、５は外管、６は反射膜、７はアーク、８は凝
集沃化物を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水銀と共に金属ハロゲン化物と希ガスを封入した
   発光管と該発光管を囲む外管とを有するメタルハライド
   ランプにおいて、発光管内に赤外領域又は紫外領域に発
   光スペクトルを有する金属ハロゲン化物と、前記赤外領
   域又は紫外領域の発光を１０％以上吸収すると共に可視
   領域に発光スペクトルを有する金属ハロゲン化物を封入
   し、且つ該発光管の外表面に、可視領域以外の発光を３
   ０％以上反射し、可視光を８０％以上透過する選択反射
   膜を設けたことを特徴とするメタルハライドランプ。
2. （２）水銀と共に金属ハロゲン化物と希ガスを封入した
   発光管と該発光管を囲む外管とを有するメタルハライド
   ランプにおいて、発光管内に可視領域と共に赤外領域又
   は紫外領域に発光スペクトルを有し、且つ赤外領域又は
   紫外領域の発光を１０％以上吸収する金属ハロゲン化物
   を封入し、該発光管の外表面には、可視領域以外の発光
   を３０％以上反射し、可視光を８０％以上透過する選択
   反射膜を設けたことを特徴とするメタルハライドランプ
   。