(57)【要約】    【課題】  所定構造を有する拡散材料を静電塗装した光拡散膜を備えることで、拡散性および全光束をともに良好にした高圧放電ランプおよびこれを備えた照明器具を提供する。    【解決手段】  高圧放電ランプは、透光性気密容器1、透光性気密容器の内部に配設した少なくとも一対の電極2、2および透光性気密容器の内部に封入したイオン化媒体を備えた発光管ITと、発光管を包囲するとともに内部が外気に対して内部が真空または不活性ガス雰囲気に保持された外管OTと、この外管の内面に結着材を含まずに内部が中空の金属酸化物微粒子を被着することによって形成された光拡散膜LDとを具備している。【選択図】図１
2010123489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性気密容器、透光性気密容器の内部に配設した少なくとも一対の電極および透光性気密容器の内部に封入したイオン化媒体を備えた発光管と；
発光管を包囲するとともに内部が外気に対して真空または不活性ガス雰囲気に保持された外管と；
この外管の内面に結着材を含まずに内部が中空の金属酸化物微粒子を被着することによって形成された光拡散膜と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
光拡散膜は、金属酸化物微粒子が酸化ケイ素および酸化アルミニウムの少なくとも一方からなり、平均粒径が２μｍ以上で、かつ外形がほぼ球状をなしていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
光拡散膜は、静電塗装により形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
照明器具本体と；
照明器具本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；
を具備していることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光拡散膜を備えた高圧放電ランプおよびこれを備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ナトリウムランプおよびメタルハライドランプなどに光拡散膜を備えることにより光拡散形の配光特性を付与した高圧放電ランプは既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された高圧放電ランプは、９０％のピロリン酸カルシウムおよび１０％の二酸化ケイ素からなり、外管の内面に静電塗装されている。
【０００３】
また、発光管が石英ガラスからなる高圧放電ランプにおいて、特定の蛍光体を用いた光拡散膜を備えることで、透明形とほぼ同等ないしはさらに向上する全光束、またはほぼ同等な相関色温度を有する高圧放電ランプも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３６２２１６号公報
【特許文献２】特表２００３−２９７２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来のこの種高圧放電ランプに用いられている光拡散膜は、そのいずれも拡散性を良好にすると発光効率が低下してしまい、光拡散性および全光束がともに良好な高圧放電ランプを得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、特定構造を有する光拡散材料を用いた光拡散膜を備えることで、拡散性および全光束をともに良好にした高圧放電ランプおよびこれを備えた照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高圧放電ランプは、透光性気密容器、透光性気密容器の内部に配設した少なくとも一対の電極および透光性気密容器の内部に封入したイオン化媒体を備えた発光管と；発光管を包囲するとともに内部が外気に対して真空または不活性ガス雰囲気に保持された外管と；この外管の内面に結着材を含まずに内部が中空の金属酸化物微粒子を被着することによって形成された光拡散膜と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
本発明は、以下の態様を許容する。
【０００９】
透光性気密容器は、透光性セラミックスまたは石英ガラスからなることを許容する。しかし、透光性セラミックスは、耐熱温度が高いので、これを用いた透光性気密容器であれば、動作温度を高くすることができるから、動作時におけるイオン化媒体の圧力を高くして、高圧放電ランプの発光の色バランスおよび発光効率を向上させることが容易である。このため、本発明においては光拡散膜がより効果的に機能し、優れた光拡散性と高い全光束を同時に得やすくなる。
【００１０】
透光性セラミックスとしては、透光性アルミナ、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物、例えばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）などの多結晶または単結晶のセラミックスなどを用いることができる。なお、必要に応じて、気密容器の内面に耐ハロゲン性または耐金属性の透明性被膜を形成するか、透光性セラミックス気密容器の内面を改質することが許容される。
【００１１】
電極は、主放電を透光性気密容器の内部に生起させるために、少なくとも一対であるが、例えば始動補助のために補助電極を透光性気密容器の一端側または両端側に備えていることが許容される。
【００１２】
イオン化媒体は、本発明において、発光金属の金属ハロゲン化物、始動ガスおよびランプ電圧形成用媒体、例えば水銀または蒸気圧が低くて可視光放射が比較的少ない金属のハロゲン化物を含む態様またはナトリウム、始動ガスおよび水銀を含む態様が好適である。したがって、本発明は、高圧放電ランプがメタルハライドランプおよび高圧ナトリウムランプの場合に特に効果的である。しかし、本発明は、イオン化媒体がこれに限定されるものではない。
【００１３】
メタルハライドランプの場合、ランプ電圧形成媒体に水銀を用いることができるが、ランプ電圧形成媒体として蒸気圧が低くて可視光放射が比較的少ない金属のハロゲン化物を用いれば、水銀フリーのメタルハライドランプが得られる。この場合のランプ電圧形成媒体としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなるグループの中から選択された１種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。
【００１４】
また、メタルハライドランプにおいて、イオン化媒体の発光金属としては、既知の各種金属を用いることができる。例えば、希土類金属、スカンジウム（Ｓｃ）およびナトリウム（Ｎａ）のグループから選択された一種または複数種を主成分とすることができる。なお、希土類金属としては、例えばツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）が好適である。
【００１５】
ツリウムは、放電時に視感度特性曲線のピーク波長付近に多数の輝線スペクトルを放射し、その発光のピークが視感度曲線のピークに一致するので、発光効率を向上させるのに極めて効果的な発光金属である。しかし、これらの金属ハロゲン化物は、主として発光に寄与する金属のハロゲン化物でありながら水銀フリーにおいてランプ電圧を高める作用もある。このため、主としてランプ電圧形成用の緩衝物質としての金属ハロゲン化物の封入量を削減できる。そして、その結果、ランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物の相対的に過剰な量の封入に伴って発生する弊害（色偏差の増大と発光効率の低下）を回避することができる。ホルミウムもツリウムの上述した性質に類似した性質を有している。
【００１６】
外管は、発光管を気密に包囲していて、その内部が外気に対して真空または不活性ガス雰囲気に保持されている。そして、外管の内面に後述する光拡散膜が形成される。このため、後述する光拡散膜が静電塗装されている場合、外管内に不純物として水分が存在すると、光拡散膜の付着強度に悪影響をもたらすので、極力水分の混入を阻止しなければならない。
【００１７】
また、外管は、その内部に発光管を気密に収納してそれらを機械的に保護し、発光管の作動温度を所望の範囲に維持するのにも機能する。外管には透明性、気密性、耐熱性および加工性を備えている材料、例えば硬質ガラスを用いて構成することができる。
【００１８】
さらに、外管を気密に封止するために、片封止および両端封止のいずれの構造をも所望により採用することができる。なお、「片封止」とは、外管の一端にのみピンチシールなどによる封止部が形成されていて、他端が封止部を形成しないで閉塞されている構造をいう。これに対して、「両端封止」とは、外管の両端にピンチシールなどによる封止部が形成されている構造をいう。
【００１９】
さらにまた、外管の形状は、特段限定されないので、既知の各種形状、例えばＢＴ形またはＴ形などのバルブ形状を適宜選択して採用することができる。
【００２０】
本発明において、光拡散膜は、内部が中空の金属酸化物微粒子のみを用いていて、結着材を実質的に含まないで形成されている。なお、結着材を含まない光拡散膜を形成する方法は特段限定されないが、静電塗装を用いるのが効果的である。
【００２１】
本発明においては、内部が中空の金属酸化物微粒子を用いている。すなわち、金属酸化物微粒子の内部に空孔が形成されている。金属酸化物微粒子の外形と内部の空孔とは同心関係であってもよいし、中心がずれていてもよい。また、空孔内は、空気または窒素などの不活性ガスであることを許容する。いずれにしても、可視光が金属酸化物微粒子を透過する際に、外部から金属酸化物微粒子に入射するときと、内部の空孔から金属酸化物微粒子の外部へ出射するときとで、可視光が少なくとも２度金属酸化物に入射する際に屈折するので、拡散しやすくなり、良好な光拡散性が得られる。
【００２２】
また、金属酸化物微粒子は、その内部が中空であるから、可視光線が透過するときの金属酸化物の厚さが小さいので、透過の際の光吸収による損失が少なくなる。その結果、高い全光束が得られる。
【００２３】
さらに、本発明において光拡散膜は、結着材を実質的に含んでいないため、発光管の放射光が結着材によって透過しにくくなることがないから、光拡散膜の光吸収による損失が少なく、光拡散膜の透過率が比較的高い値に維持される。
【００２４】
さらにまた、本発明の光拡散膜は、結着材を含んでいないが、外管の内面に付着させることが可能である。例えば、静電塗装を用いれば、確実に外管内面に付着させることができ、しかも外管内部を外気に対して気密に保持することで光拡散膜の付着状態を長期間にわたって良好に維持させることができる。また、金属酸化物微粒子は、その内部が中空であり、内部が充実している金属酸化物微粒子に比べて軽量化されているので、静電塗装の際の消費電力を低減することができる。その結果、光拡散膜の製造コストを低下させることができるとともに、ランプ製造時の環境負荷が小さくなる。
【００２５】
以上の作用、効果を奏する光拡散膜は、金属酸化物微粒子の粒径が平均粒径２μｍ以上である。粒径がこれより小さくなると、所要の光拡散作用を実際的に得にくくなる。また、金属酸化物微粒子の粒径は、好適には平均粒径１０μｍ以下である。なお、好適には平均粒径が２．５〜７μｍである。さらに、光拡散膜の膜厚は、金属酸化物微粒子の平均粒径の関数として設定するのがよく、平均粒径の２〜５倍程度であるのが好ましい。この範囲であれば、光拡散膜の膜厚が５〜１５μｍ程度において十分な光拡散作用と高い全光束を得ることができる。
【００２６】
さらにまた、光拡散膜を構成する金属酸化物は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のいずれか一種または複数種の混合形態において用いることができる。なお、いずれの金属酸化物もその微粒子は内部が中空で、かつ外形がほぼ球状をなしているのが好ましい。
【００２７】
さらにまた、外管の内面に光拡散膜を形成する位置は、既知の高圧放電ランプにおけるのと同様であることを許容する。すなわち、光拡散膜は、発光管側面の主たる発光領域に対向する外管の内面を中心として管軸に対する発光管の主たる光放射角を見込む範囲内に少なくとも形成されているのが好ましい。
【００２８】
本発明の照明器具は、照明器具本体と；照明器具本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００２９】
本発明において、照明器具とは、本発明の高圧放電ランプを光源とする装置を含む概念であり、屋内用および屋外用の照明器具だけでなく、例えば標識灯、表示灯、光化学反応装置などである。また、照明器具本体とは、照明器具から高圧放電ランプおよび点灯回路を除外した残余の全ての部分をいう。点灯回路は、電子化されている構成であってもよいし、コイルおよび鉄心を主体とする構成であってもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、外管の内面に形成された光拡散膜が結着材を含まずに内部が中空の金属酸化物微粒子を被着して形成されていることにより、全光束が高くて、しかも良好な拡散光が得られる光拡散形の高圧放電ランプおよびこれを備えた照明器具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００３２】
図１および図２は、本発明の高圧放電ランプを実施するための一形態を示し、図１は要部断面正面図、図２は発光管の拡大断面図である。本形態の高圧放電ランプは、一般照明用途に適応し得る定格ランプ電力２５０Ｗ形のメタルハライドランプであり、発光管ＩＴ、外管ＯＴおよび光拡散膜ＬＤを具備している。なお、図中、ＵＶＥは紫外線放射放電管、ＳＧは保護ガラス管、ＳＦは発光管支持部材、Ｇ１、Ｇ２はゲッタ、Ｂは口金である。
【００３３】
発光管ＩＴは、図２に示しているように、透光性気密容器１、一対の電極２、２、一対の電流導入導体３、３、一対のシール材４、４およびイオン化媒体からなる。
【００３４】
透光性気密容器１は、透光性セラミックス、例えば透光性多結晶アルミナセラミックスからなる。そして、包囲部１ａおよび一対の小径筒状部１ｂ、１ｂを備えていて、一体成形された構造をなしている。包囲部１ａは、俵形をなし、中間の円筒部とその両端に連続する一対の半球部からなり、内部に放電空間１ｃが形成されている。小径筒状部１ｂは、細長いパイプ状をなしていて、先端が包囲部１ａの半球部の中央部に連通している。
電極２は、軸部２ａ、電極コイル２ｂおよび電極マウントサブコイル２ｃからなる。軸部２ａは、ドープドタングステンからなり、細長くて先端が透光性セラミックス気密容器１の包囲部１ａの内部に臨み、基端が電流導入導体３の先端に突合せ溶接され、中間部が小径筒状部１ｂの内部に挿通している。電極コイル２ｂは、棒状体２ａの先端部側に巻回することによって装着されている。電極マウントサブコイル２ｃは、タングステンなどの細線を軸部２ａおよび後述する電流導入導体３の先端部側に跨って巻回することにより形成されていて、その外周面と小径筒部１ｂの内面との間にキャピラリーと称されるにわずかな隙間が形成されている。
【００３５】
電流導入導体３は、直列に接続した封着性部分３ａおよび耐ハロゲン性部分３ｂを備えている。封着性部分３ａは、二オブ（Ｎｂ）の棒状体からなり、後述するシール材４と協働して透光性気密容器１を封止しているとともに、基端が透光性気密容器１の外部に露出している。耐ハロゲン性部分３ｂは、モリブデンの棒状体からなり、その基端が封着性部分３ａの先端に突合せ溶接されて透光性気密容器１の小径筒部１ｂの内部に挿入されている。また、その先端部に電極２の軸部２ａの基端が溶接されている。
【００３６】
シール材４は、フリットガラスすなわちセラミックスコンパウンドの溶融固化体からなり、小径筒状部１ｂ内に進入して、小径筒状部１ｂ内に位置する電流導入導体３の封着性部分３ａと小径筒状部１ｂ内面との間の隙間に充填されて封着性部分３ａと小径筒状部１ｂとを気密に封着しているとともに、封着性部分３ａの表面が透光性気密容器１の小径筒部１ｂの内部に露出しないように耐ハロゲン性部分３ｂの基端部をも包囲している。
【００３７】
イオン化媒体は、金属ハロゲン化物および希ガスからなる。
【００３８】
金属ハロゲン化物は、少なくとも主として発光に寄与する金属ハロゲン化物を含む。本形態においては、主として発光に寄与する金属ハロゲン化物として希土類金属、例えばツリウム（Ｔｍ）およびホルミウム（Ｈｏ）の少なくとも１種のハロゲン化物を封入している。なお、上記の他にタリウム（Ｔｌ）を封入する場合には、透光性気密容器１の内容積に対して０．８ｍｇ／ｃｃ未満に規制すると、青色発光抑制現象を効果的に低減することができる。また、本形態においては、主としてランプ電圧形成用の金属ハロゲン化物を含んでいるが、水銀は含んでいない。
【００３９】
希ガスとしては、例えば雰囲気温度２５℃のときに１〜５気圧のキセノン主体の希ガスを封入する。
【００４０】
外管ＯＴは、硬質ガラスからなる。そして、内部に発光管ＩＴ、始動補助手段としての紫外線エンハンサＵＶＥ、保護ガラス管ＳＧ、発光管支持部材ＳＦおよびゲッタＧなどの部材を所定の位置に収納し、内部が真空になっている。また、外管ＯＴは、図において下部に位置するネック部にフレアステム５を封着して備えている。フレアステム５は、一対の内部導入線６ａ、６ｂを外管ＯＴ内へ気密に突出させて備えている。
【００４１】
発光管ＩＴは、外管ＯＴの内部の中心軸に沿って外管ＯＴのほぼ中央部に配置されていて、そのトップ側の電流導入導体３が接続片８に溶接しているとともに、後述する発光管支持部材ＳＦを介して内部導入線６ａに接続している。接続片８は、その基端が後述する支持枠９に溶接され、先端がトップ側の電流導入導体３に溶接されている。また、発光管ＩＴは、そのベース側の電流導入導体３が、接続導体７に溶接され、接続導体７を介して内部導入線６ｂに接続している。
【００４２】
光拡散膜ＬＤは、外管ＯＢの管軸方向の中間部内面に静電塗装によって形成されている。すなわち、光拡散膜ＬＤは、内部が中空の金属酸化物微粒子、例えば酸化ケイ素からなる多数の中空の微粒子が外管ＯＴの内面に静電気により被着して形成されているので、結着材を本質的に含有していない。結着材は、非透光性の材料であるため、結着材を含有していない本実施形態の光拡散膜ＬＤは全透過率が高くなる。また、光拡散膜ＬＤは、外管ＯＴのトップ部およびネック部を除いた残余の部分の内面に形成されている。そして、発光管ＩＴから放射される可視光を拡散して外管ＯＴの外部へ導出する。
【００４３】
紫外線エンハンサＵＶＥは、小形で紫外線透過性の外囲器内に一方の導体ｌ１の先端が封装されて内部電極を形成している。一方の導体ｌ１は、発光管ＩＴの図１においてベース側の接続導体７に溶接されている。そして、紫外線透過性の外囲器外周面に密接したメッシュ状の外部電極を抱持する他方の導体ｌ２が接続片１０ベース側を介して発光管支持部材ＳＦに溶接されている。したがって、紫外線エンハンサＵＶＥは、発光管ＩＴに並列接続している。紫外線透過性の外囲器内には紫外線放射性の希ガスなどが低圧で封入されている。
【００４４】
そうして、高圧放電ランプの始動に先立って始動用高電圧が一対の電極２、２間に印加されると、最初に紫外線エンハンサＵＶＥがグロー放電を開始し、発生した紫外線を主として発光管ＩＴの下方の電極近傍に照射する。これにより電極２などから光電効果により電子が放出され、これが初期電子として作用して発光管ＩＴ内のイオン化媒体が励起されて始動しやすくなる。
【００４５】
保護ガラス管ＳＧは、石英ガラス製の円筒体からなり、発光管ＩＴの周囲を離間状態にして包囲することで、発光管ＩＴの破裂時に破片の飛散を抑制する。そして、後述のように発光管支持部材ＳＦに支持されている。また、保護ガラス管ＳＧの外面には、アルミナなどの金属酸化物繊維編組の紐またはステンレスワイヤＲＬを巻装していて、保護ガラス管ＳＧを補強している。
【００４６】
発光管支持部材ＳＦは、支持枠９、支持アーム１０および一対の支持プレートなどからなり、発光管ＩＴおよび保護ガラス管ＳＧを支持する。支持枠９は、その基端側が内部導入体入線６ａに接続し、トップ側が支持アーム１０により外管ＯＢの内面に支持されている。また、支持枠９は、図示していない一対の支持プレートを固定していて、一対の支持プレートが保護ガラス管ＳＧの両端を挟持している。
【００４７】
ゲッタＧ１は、発光管支持部材ＳＦのトップ側に支持されているパフォーマンスゲッタである。ゲッタＧ２は、発光管支持部材ＳＦのベース側に支持されているイニシャルゲッタである。
【００４８】
口金Ｂは、ねじ形口金であり、図１において外管ＯＴのネック部に装着され、一対の内部導入線６ａ、６ｂに接続している。
【００４９】
図３は、本発明を実施した高圧放電ランプの基準鉛直面における配光特性を比較例のそれとともに重ね合わせて示す配光曲線図である。図において、曲線Ａは本発明の実施例、曲線Ｂは蛍光体粒子を主成分とする光拡散膜を備えた比較例１、曲線Ｃは光拡散膜を備えていないクリア形の比較例２である。なお、上記各例は、光拡散膜を除いた残余の部分はいずれも同一の構成である。
【００５０】
図３から理解できるように、本発明によれば、配光特性曲線が比較例１のそれと相似形の良好な配光特性であるのに加えて、全光束が比較例１より明らかに多いことが分かる。なお、全光束は、クリア形の比較例２を１００％としたとき、本発明は９７％、比較例１は９５％であった。
【００５１】
図４は、本発明の照明器具を実施するための一形態として天井埋込形ダウンライトを示す断面図である。図において、１１は高圧放電ランプ、１２は照明器具本体である。
【００５２】
照明器具本体１２は、天井埋込形ダウンライトを構成するもので、基体１２ａ、反射板１２ｂを具備している。基体１２ａは、天井に埋め込まれるために、下端に天井当接縁１２ａ１を備えている。反射板１２ｂは、基体１２ａに支持されているとともに、高圧放電ランプ１１の発光中心がそのほぼ焦点に位置するように包囲している。
【００５３】
高圧放電ランプ１１を点灯させるための高圧放電ランプ点灯装置（図示を省略している。）は、これを照明器具本体１２に配設したり、照明器具本体１２に隣接する位置または遠隔した位置に別置きとしたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示す正面図
【図２】同じく発光管の断面図
【図３】本発明を実施した高圧放電ランプの基準鉛直面における配光特性を比較例のそれと重畳して示す配光曲線図
【図４】本発明の照明器具を実施するための一形態としての天井埋込ダウンライトを示す断面図
【符号の説明】
【００５５】
１…透光性気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…小径筒部、２…電極、３…電流導入導体、４…シール材、５…ステム、Ｂ…口金、ＩＴ…発光管、ＬＤ…光拡散膜、ＯＴ…外管、ＳＦ…支持枠、ＳＧ…保護ガラス、ＵＶＥ…紫外線エンハンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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