(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＤｙ，Ｔｌ，Ｃｓの金属ハロゲン化物及び水銀を封入し、管軸方向両端にコイル部を持つ電極を配置してなる石英製発光管を有するメタルハライドランプにおいて、前記発光管の表面には、６１０ｎｍ以下の可視光を５０％以上７０％以下反射してランプの発光色を変化させる薄膜がコーティングされており、且つ発光管の管壁負荷を１６Ｗ／ｃｍ２以下とした、ランプ電力が１００Ｗ以上、平均演色評価数Ｒａが９０以上、ランプ相関色温度が４０００Ｋ以下の低色温度高効率高演色型のメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、色特性の優れた高効率、高演色型のメタルハライドランプに関する。
【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いる。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、このような用途においては、比較的天井が低く、一方で床面積が広いといった用途が多く、ランプは  １００Ｗから  ２００Ｗクラスが多く用いられている。またランプの質についても、展示品の色再現性が重視され、平均演色評価数Ｒａ  が９０以上といった高い演色性が求められ、更にランプの発光色は、暖かみのある白色系である、相関色温度が４０００Ｋ以下という低色温度のランプが好まれている。
【０００３】
このような要求に対し、メタルハライドランプでは、封入する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により、上記Ｒａ  が９０以上といった比較的演色性の高いランプが得られている。また、この種のランプにおいては、発光管の管壁負荷を徐々に高めていき、管内の発光金属の蒸発量を増やしていくことにより、ランプの相関色温度は４２００Ｋ程度まで下げていくこと自体は可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この種のメタルハライドランプにおいて、発光管を小型化し、管壁負荷を高めていくに従い、点灯時の発光管管壁温度が高まるため、発光管に封入しているＤｙ  などの金属と発光管の管壁との間で反応が起こり、発光管管壁が浸食されて透光性を失い、ランプの発光特性が変化してしまう。このため、Ｄｙ  ，Ｔｌ  ，Ｃｓ  のハロゲン化物の組み合わせのメタルハライドランプでは、寿命特性を考慮すると、４５００Ｋ程度までしかランプの相関色温度を落とすことができない。
【０００５】
一方、上記Ｄｙ  −Ｔｌ  −Ｃｓ  のハロゲン化物の組み合わせに、Ｎａ  を加え、色温度を低下させる方法も採られている。この場合、添加量及び発光管の負荷などの組み合わせにより、色温度を４０００Ｋ、演色評価数Ｒａ  を９０程度までの特性は得られている。これはＮａ  の発光により  ６００ｎｍ付近に幅広く強い発光スペクトルが得られ、結果的に色温度を低下させるためである。しかし、このＮａ  の発光スペクトルは、橙色であり、本来必要な赤色発光ではないため、Ｎａ  を発光させてランプの色温度を４０００Ｋ以下に低下させていった場合、ランプの発光色の評価指数である平均演色評価数Ｒａ  を８０以上とすることができない。通常、色の再現性を求められる場所でのランプとしては、平均演色評価数Ｒａ  は９０以上であることが望ましいため、このＮａ  発光を加えたランプは、色再現性を求められる場所では用いることができない。
【０００６】
その他の色特性の改善方法としては、発光管に色温度変換フィルタをコーティングしてランプの発光色を変化させるという方法も考えらていれる。しかし、一般的な色変換フィルタである、チタニア，シリカといった薄膜を、Ｄｙ  ，Ｔｌ  ，Ｃｓ  のハロゲン化物の封入された発光管の表面にコーティングし、ランプの相関色温度を低下させていった場合、ランプの相関色温度は低下できるが、同時に上記フィルタによって反射された光が発光管に戻り、多重反射されて最終的には発光管管壁付近の封入物に吸収され、発光管管壁の温度を高めるため、前記高管壁負荷とした場合と同様に、ランプ寿命特性に問題があった。
【０００７】
本発明は、従来のメタルハライドランプの上記問題点を解決するためになされたもので、寿命特性を維持しながら高演色、低色温度特性をもつメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明は、少なくともＤｙ  ，Ｔｌ  ，Ｃｓ  の金属ハロゲン化物及び水銀を封入し、管軸方向両端にコイル部を持つ電極を配置してなる石英製発光管を有するメタルハライドランプにおいて、前記発光管の表面に、  ６１０ｎｍ以下の可視光を５０％以上７０％以下反射してランプの発光色を変化させる薄膜をコーティングし、且つ発光管の管壁負荷を１６Ｗ／ｃｍ２  以下とすることを特徴とするものである。
【０００９】
上記のようなランプの発光色を変化させる薄膜を発光管表面にコーティングし、発光管の管壁負荷を１６Ｗ／ｃｍ２  以下に抑えることにより、ランプの発光色を変化させる薄膜をコーティングしないものと同等の寿命特性を維持しながら、高演色、低色温度特性をもつメタルハライドランプを実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、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図である。図１において、１は石英ガラス製の発光管で、該発光管１内には、ヨウ化ディスプロシウム，ヨウ化タリウム，ヨウ化セシウムを２０：７：１０としたものを４ｍｇ，水銀を１０ｍｇ，アルゴンガスを５０ｔｏｒｒ封入し、発光管の両側の封着部を細くしたいわゆるナロー形状であり、発光管中央部内径が１２ｍｍ，発光管の管壁負荷は、ランプを  １５０Ｗで点灯する場合、１６Ｗ／ｃｍ２  となるように構成されている。そして、該発光管１の表面には色温度変換フィルタ２がコーティングされており、この色温度変換フィルタ２は、ランプの発光スペクトルの内、  ６１０ｎｍ以下の可視光を５８％カットし、全体の発光スペクトルとしては赤色比率を高めてランプを低色温度化するように設定された五酸化タンタルと二酸化珪素から構成され、図２で示すような常温での分光透過率をもつものである。
【００１１】
３は石英ガラス製の中空管で、該中空管３の上下端外周部は、ステンレス製の支柱４に溶接されたＣ形保持体５ａ，５ｂにより支持されている。そして、上記発光管１及び中空管３は硬質ガラス製の外管６内に組み込まれ、外管６内は真空に保たれている。なお、図１において、７はＺｒ  −Ａｌ  ゲッター、８はバリウムゲッターである。
【００１２】
このように構成したメタルハライドランプの色温度は３２００Ｋ，平均演色評価数Ｒａ  は９６で、また発光効率は７３ｌｍ／Ｗで、ランプ光束は点灯初期  １１０００ｌｍ，６０００時間点灯後８０００ｌｍであり、寿命特性を維持しながら高演色、低色温度特性を備えている。
【００１３】
本発明は、Ｄｙ  ，Ｔｌ  ，Ｃｓ  の金属ハロゲン化物及び水銀を封入したメタルハライドランプにおいて、発光管表面に  ６１０ｎｍ以下の可視光を５０〜７０％反射する薄膜をコーティングし、且つ発光管の管壁負荷を１６Ｗ／ｃｍ２  以下に設定するものであるが、次に、このように設定するために行った実験について説明する。
【００１４】
まず、発光管の管壁負荷を  １５０Ｗで点灯する場合１７Ｗ／ｃｍ２  とした以外は、図１に示した実施の形態と同様の構成とし、且つ発光管表面に色温度変換フィルタをコーティングしないメタルハライドランプＡと該色温度変換フィルタをコーティングしたメタルハライドランプＢとを作成し、相関色温度、効率、平均演色評価数Ｒａ  を測定したところ、表１に示す結果が得られた。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
次に、上記ランプＡ，Ｂのライフテストを行い、ランプ電圧、ランプ光束、相関色温度の変化特性を調べたところ、図３，図４及び図５に示すような結果が得られた。なお、図３〜５において、実線はランプＡの特性、破線はランプＢの特性を示している。
【００１７】
これらの特性図から明らかなように、薄膜（色温度変換フィルタ）をコーティングしたランプＢの特性の劣化がはやい。これは、薄膜をコーティングしたことにより、発光管の光の一部が薄膜に反射され、その光が何度かの反射の内に発光管管壁付近の封入物等に吸収されて発光管温度が高められ、その結果、発光管管壁と管内の発光金属との反応が促進され、発光管の失透が早期に起こったためと考えられる。この現象は、発光管に薄膜をコーティングし、発光スペクトルの一部をカットしてランプ発光色を変えていく場合、その薄膜の分光特性に関わらず現れる現象であり、このことからランプの相関色温度を変えるための薄膜を発光管にコーティングするためには、発光管の管壁負荷を、薄膜のコーティングのない発光管に比べて、低く制限していく必要があることが分かる。
【００１８】
次に、発光管の中央部の内径を変化させて、管壁負荷が１５，１６，１８Ｗ／ｃｍ２  となるような３種類の  １５０Ｗのランプ用発光管を試作した。この際、封入する添加物量は、前記実施の形態と同密度となるよにし、これらの発光管を外管内に組み込んで、発光管表面に薄膜（色温度変換フィルタ）のコーティングのないメタルハライドランプＣ，Ｄ，Ｅを作成した。そして、これらのランプの相関色温度、効率、平均演色評価数Ｒａ  を測定したところ、表２に示す結果が得られた。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
次に、上記のように作成したランプＣ，Ｄ，Ｅのランプ特性の測定後に、各ランプＣ，Ｄ，Ｅより発光管を取り出し、前述のランプＢの発光管にコーティングした薄膜と同様の色温度変換フィルタをコーティングして設け、それらを再び外管内に組み込んでメタルハライドランプＦ，Ｇ，Ｈを作成した。そして、同様にこれらのランプの相関色温度、効率、平均演色評価数Ｒａ  を測定したところ、表３に示す結果が得られた。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
また、上記３種類のランプＦ，Ｇ，Ｈを 150Ｗで点灯しライフテストを行った結果を、図６〜８に示す。図６はランプ電圧、図７はランプ光束、図８は相関色温度の変化特性を示し、実線がランプＦ，一点鎖線がランプＧ，二点鎖線がランプＨの特性で、前述のランプＢの特性を破線で合わせて示している。
【００２３】
これらの測定結果から、発光管表面にランプの相関色温度を変えるための薄膜をコーティングしたメタルハライドランプにおいては、発光管の負荷を１７Ｗ／ｃｍ２  以上とした場合（ランプＢ，ランプＨ）に特性の劣化が激しく、発光管表面に薄膜をコーティングしていない一般的なメタルハライドランプと比較すると、寿命特性が悪いことがわかる。一方、管壁負荷を１６Ｗ／ｃｍ２  以下とした場合は、薄膜をコーティングしないランプと同等の寿命特性が得られる。
【００２４】
次に、ランプの相関色温度を変えるための薄膜（色温度変換フィルタ）と同じものを石英板にコーティングしたものを用意し、ランプ光束を測定する光束計の受光部のフィルタとして用い、該フィルタの有無の場合の前述のランプＤの効率を測定し、ランプＤの発光管自体に薄膜（色温度変換フィルタ）をコーティングした場合、すなわちランプＧの効率と比較した結果を表４に示す。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
このように、ランプの相関色温度を変えるための薄膜をフィルタとして光束計の受光部に設置して効率を測定した場合は、かかるフィルタを用いない場合と比較して約２０％の低下となるが、薄膜を発光管表面にコーティングした場合は約９％の低下だけとなり、両者に１０％以上の差が出る。これは薄膜のコーティングによる発光管の保温性に起因するものと考えられる。すなわち、発光管表面に薄膜をコーティングすることにより、発光管には反射された可視光の発光管への吸収による負荷がかかることになる。よって発光管の温度が高まり、発光管管内の蒸気圧が上がって効率が上がり、その結果、見かけ上の光束の低下は低く抑えられるためであると考えられる。
【００２７】
更に効率に関しては、発光管に薄膜をコーティングしたランプＢ，Ｆ，Ｇ，Ｈを比べると、発光管の管壁負荷の高いランプ（ランプＢ，ランプＨ）ほど効率が低くなっている。これは、負荷が高まり、発光管の温度が高くなりすぎることにより、発光金属の内、Ｄｙ  のスペクトルが  ４２０ｎｍを中心とした原子発光から、視感効率の低い  ６００ｎｍ以後の長波長側の分子発光のスペクトル比率が増加していったためである。このことからも、発光管の管壁負荷は１６Ｗ／ｃｍ２  以下の低い負荷が適当であると考えられる。
【００２８】
一方、発光管にコーティングする薄膜（色温度変換フィルタ）の特性に関しては、ランプの色温度を低下させるためには、可視光の内の赤色比率すなわち  ６１０ｎｍ以上の発光を高める必要がある。そのため、発光管にコーティングする薄膜の特性としては、  ６１０ｎｍ以下の可視光を反射する働きをもたせることにより、ランプ色温度を任意に低下させることが可能となる。更に、一般照明の用途として広く用いられている４０００Ｋ以下の色温度とするには、その反射率を５０％以上とすることが必要であり、またこの反射率を大きくすると、より低色温度のランプが得られる。しかし反射率の増加は効率の低下を伴い、７０％を超える可視光を反射させると、効率を７０ｌｍ／Ｗ以上とすることが困難となり、また発光管への反射された光の吸収も大きくなり、寿命特性も悪くなってしまう。そのため、可視光の反射率は７０％が限界となる。
【００２９】
以上の実験結果より、本発明においては、発光管表面に  ６１０ｎｍ以下の可視光を５０〜７０％反射する薄膜をコーティングし、且つ発光管の管壁負荷を１６Ｗ／ｃｍ２  以下に設定するものである。
【００３０】
なお、上記条件設定のために行った実験に関しては、  １５０Ｗのランプに対して行ったものについて示したが、  ２５０Ｗ，  ４００Ｗ等の高ワットのランプに対する実験においても同様な結果が得られている。一方、  １００Ｗより小さいランプにおいては、必ずしも同じ傾向の実験結果は得られなかったが、これはアークのエネルギーに対して発光管の熱容量が大きくなり、封入金属の所望の蒸気圧が得られないためと考えられる。そのため、  １００Ｗより小さいランプでは、発光管の管壁負荷だけでなく、更に発光管を保温する要素が必要となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、発光管の表面に  ６１０ｎｍ以下の可視光を５０〜７０％反射する薄膜をコーティングし、発光管の管壁負荷を１６Ｗ／ｃｍ２  以下に抑えるようにしているので、発光管に薄膜をコーティングしないものと同等の寿命特性を維持しながら、高演色、低色温度特性をもつメタルハライドランプ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の実施の形態を示す図である。
【図２】図１に示した実施の形態における色温度変換フィルタの分光透過率を示す図である。
【図３】発光管管壁負荷が１７Ｗ／ｃｍ２  で、色温度変換フィルタの有り及び無しの場合におけるランプ電圧の変化特性を示す図である。
【図４】発光管管壁負荷が１７Ｗ／ｃｍ２  で、色温度変換フィルタの有り及び無しの場合におけるランプ光束の変化特性を示す図である。
【図５】発光管管壁負荷が１７Ｗ／ｃｍ２  で、色温度変換フィルタの有り及び無しの場合における相関色温度の変化特性を示す図である。
【図６】色温度変換フィルタを備え発光管管壁負荷を１５Ｗ／ｃｍ２  ，１６Ｗ／ｃｍ２  ，１８Ｗ／ｃｍ２  とした場合におけるランプ電圧の変化を、管壁負荷が１７Ｗ／ｃｍ２  の場合と共に示す図である。
【図７】色温度変換フィルタを備え発光管管壁負荷を１５Ｗ／ｃｍ２  ，１６Ｗ／ｃｍ２  ，１８Ｗ／ｃｍ２  とした場合におけるランプ光束の変化を、管壁負荷が１７Ｗ／ｃｍ２  の場合と共に示す図である。
【図８】色温度変換フィルタを備え発光管管壁負荷を１５Ｗ／ｃｍ２  ，１６Ｗ／ｃｍ２  ，１８Ｗ／ｃｍ２  とした場合における相関色温度の変化を、管壁負荷が１７Ｗ／ｃｍ２  の場合と共に示す図である。
【符号の説明】
１  発光管
２  色温度変換フィルタ
３  中空管
４  支柱
５ａ，５ｂ  Ｃ形保持体
６  外管
７  Ｚｒ  −Ａｌ  ゲッター
８  バリウムゲッター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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