JP2002208376A

JP2002208376A - メタルハライドランプおよび照明装置

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Publication number: JP2002208376A
Application number: JP2001080797A
Authority: JP
Inventors: Takuya Honma; 卓也本間; Kiyoko Kawashima; 淨子川島; Kazuo Takita; 和雄瀧田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-07-26

Abstract

(57)【要約】【課題】失透が発生するのを抑制し、長寿命のメタルハ
ライドランプを提供する。【解決手段】メタルハライドランプにおいて、石英ガラ
スからなる発光管１ａの内表面にＹ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、
ＴｉＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２の中から
選択された少なくとも一種を含む厚さ１．０〜５．０μ
ｍの拡散層８を形成する。拡散層８が、石英ガラスと封
入物との反応を抑える働きを奏している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属ハロゲン化物
を封入したメタルハライドランプおよび照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプは、高効率、高演
色であるなどの特長を備えていることから店舗照明、道
路照明などの一般照明用などに広く普及している。しか
し、近年の省エネルギー指向の観点から、さらなる高効
率、長寿命のものが要求されている。

【０００３】ところで、メタルハライドランプの効率を
上げるためには、発光管の温度を上げることが有効であ
る。これは、メタルハライドランプの中に封入された水
銀およびハロゲン化金属の蒸発を促進し、発光に寄与さ
せるためである。

【０００４】しかし、このように発光管の温度を上げる
ことによって、発光管に封入されている金属ハロゲン化
物と発光管を形成している石英ガラスが反応を起こし、
発光管が失透する原因となっていた。

【０００５】このような発光管の失透を抑制するため、
特開平８−３３５４５３号公報には、石英ガラス製の中
空管体の内表面に、酸窒化アルミ層および窒化アルミ層
からなる２層膜を形成する高圧放電ランプ（従来例１）
が記載されている。

【０００６】また、特開平６−２６７５０４号公報に
は、石英ガラスからなる発光管の内表面に、Ｔａ
_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＳｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｚ
ｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５の中から選ばれた少なくと
も１種からなる紫外線カット用の拡散層を形成し、紫外
線による石英ガラスの歪の増加を抑制する高圧放電灯
（従来例２）が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１に記載された石英ガラス製の中空管体の内表面に形成
される酸窒化アルミ層および窒化アルミ層からなる２層
膜は、従来例１公報にも記載のとおりスパッタリング
法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、真空蒸着法、イオ
ンプレーティング法などによって形成される。しかし、
このような方法は、どれも高価な製膜装置が必要であ
り、かつ膜を形成する工程が複雑となっている。このた
め、メタルハライドランプが高価となる問題が発生す
る。

【０００８】また、従来例２に記載の高圧放電ランプで
は、拡散膜を発光管の内表面から数１０μｍの範囲に形
成することで、この拡散膜が紫外線を効果的に遮断し、
このため石英ガラスの歪の増加を抑制するものである。
しかしながら、拡散膜をこのような厚みで形成すること
により、発光管の内表面が白濁する現象が起こるため、
石英ガラスの光透過率を紫外線領域のみならず可視光領
域においても減少するという不具合が生じる。

【０００９】そこで本発明は、このような不具合を解消
するため、比較的簡単な方法で、発光管の必要な透過率
を確保しながら、寿命中においても石英ガラスからなる
発光管が失透するのを抑制するメタルハライドランプお
よびこのメタルハライドランプを用いた照明装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のメタル
ハライドランプは、石英ガラスからなる透光性容器と；
透光性容器の内表面に形成されたＹ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、
ＴｉＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２の中から
選択された少なくとも一種を含む厚さ１．０〜５．０μ
ｍの拡散層と；透光性容器内に封入された不活性ガスお
よび金属ハロゲン化物を含む放電媒体と；を具備してい
る。

【００１１】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１２】メタルハライドランプは、一般型、ショー
トアーク型、無電極メタルハライドランプなど全般に適
用することができる。したがって、発光管はその形状お
よび封入するイオン化媒体をメタルハライドランプの種
類に応じて適宜選択することができるものとする。

【００１３】発光管を形成する透光性放電容器は、石英
ガラスにて形成されており、放電空間を包囲する放電部
は、円筒状、球状、回転楕円体状、紡錘状など所望の形
状を採用することができる。電極を有するメタルハライ
ドランプを構成する場合には、電極を気密に封装する封
止部と放電部を一体形成することも許容する。また、電
極を有する一般的なメタルハライドランプの他、電極を
有さずにマイクロ波等の電磁波によって発光するものを
許容する。

【００１４】透光性容器の内表面には、Ｙ_２Ｏ_３、Ｃｅ
Ｏ_２、ＴｉＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｓｃ _２Ｏ_３、ＨｆＯ_２の
中から選択された少なくとも一種を含む厚さ１．０〜
５．０μｍの拡散層が形成される。この拡散層は、透光
性容器の少なくとも放電部の内表面に拡散させて形成し
たものである。

【００１５】この拡散層は、例えば、酢酸ブチルアルコ
ールとニトロセハロースからなるバインダ−溶液に酸化
イットリアを１０〜２０％溶解したものを未加工の石英
管の内表面に塗布し、これを自然乾燥後、約６００度の
温度で約２時間の熱処理を施し、その後酸水素バーナで
軟化点温度付近の１６００℃程度となるまで焼き込みを
行って形成する。こののち石英管を所望の発光管形状に
成形している。この様に形成した酸化イットリアの拡散
膜の厚さは約１．５μｍであり、酸化イットリアは１０
〜２０％含有される。また、焼き込み工程の前に塗付、
乾燥、熱処理の工程を繰り返すことによって、拡散層の
厚さを厚く形成することができるものである。この塗
付、乾燥、熱処理の工程を２回繰り返し、焼き込み工程
後、発光管形状に形成した場合は、この拡散層の厚さは
約４μｍであった。

【００１６】また、酸化チタンの拡散層を形成される場
合には、バインダー溶液をアルコキシドとするなど適切
なバインダ溶液を選択することによって、均一な拡散層
を得ることができるものである。

【００１７】拡散膜を設けた作用について説明する。

【００１８】Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ
_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２の中から選択された拡散層を
形成した石英ガラス製のアンプルを用いて、加熱失透強
制試験を行った。拡散層は、厚さが１．５〜６．５μｍ
となるように、拡散膜の形成の工程を繰り返した。

【００１９】また石英ガラスアンプルは、内径φ２０ｍ
ｍ、肉厚１．８ｍｍ、外径φ２３．６ｍｍの石英チュー
ブの内部に、ＤｙＩ_３を４ｍｇおよびアルゴンガスを約
２７ｋＰａ封入し、長さ９０ｍｍで両端を溶融封止を行
ったものを用いた。ＤｙＩ_３は希土類ハロゲン化物の中
でも失透現象を招きやすい封入物であることが知られて
いる。

【００２０】このアンプルを高温下に一時間放置し、失
透現象が確認された温度を観察した。また、同時に拡散
膜の厚みによる透過率を調査した。その結果を表１に示
す。

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、Ｙ_２Ｏ_３、Ｃｅ
Ｏ_２、ＴｉＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｓｃ _２Ｏ_３、ＨｆＯ_２の
拡散層を形成した石英ガラスを用いることによって、従
来から失透し易いとされているＤｙＩ_３を封入した時に
でも、失透を開始する温度を高くでき失透を抑制する効
果があることが分かった。

【００２２】これは、拡散層を形成したＹ_２Ｏ_３、Ｃｅ
Ｏ_２、ＴｉＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｓｃ _２Ｏ_３、ＨｆＯ_２の
陽イオンが石英ガラスのＳｉＯの網目構造（Ｓｉ―Ｏ―
Ｓｉ）の間に修飾イオンとして入りこみ、Ｄｙなどの失
透の核となりやすい封入物のイオンが石英ガラス内部に
侵入するのを防止しているためと失透を抑制しているも
のと考えられる。これは特に陽イオン半径の大きなＣ
ｅ、Ｈｏ、Ｈｆでは効果が高まるものと考えられる。

【００２３】このような結果は、このような拡散膜を形
成した石英ガラスをメタルハライドランプの発光管に用
いた場合に、失透が開始するのを遅くすることができる
または、失透を抑制する効果があることを意味する。

【００２４】また、拡散膜を１．０μｍよりも薄く形成
することは、失透抑制の効果がほとんどなかった。ま
た、拡散膜を５．０μｍよりも厚く形成することは、高
温時にバルブ全体に白濁現象が生じ、石英バルブの透過
率を大幅に減少させるため、発光管材料としてふさわし
くない。

【００２５】このような白濁現象貼は、石英ガラスのＳ
ｉＯの網目構造（Ｓｉ―Ｏ―Ｓｉ）の間に拡散層を形成
したＹ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｓｃ
_２Ｏ _３、ＨｆＯ_２の陽イオンが修修飾イオンとして入り
こみ、高温で加熱することによって石英ガラスの結合
（Ｓｉ−０）を切断し拡散層において白濁現象として現
れるためと考えられる。このような白濁現象は、特に拡
散層を厚く形成したときに透過率が実用レベル以下とな
ってしまうものである。このため、拡散層は５．０μｍ
以下とすることが実用上好ましい。

【００２６】放電媒体は、透光性放電容器の内部に封入
される。放電媒体は、メタルハライドランプの種類に応
じて異なる。

【００２７】ハロゲン化金属は、スカンジウムなどの希
土類金属およびナトリウムなどのアルカリ金属の沃化物
および臭化物を許容し、他に所望により水銀などの金属
および他のハロゲン化金属を封入することもできる。

【００２８】請求項１の発明によれば、比較的簡単な方
法で、かつ、発光管の必要な透過率を寿命中において確
保し、失透抑制機能を持つ拡散膜を有するメタルハライ
ドランプを提供できる。

【００２９】請求項２の発明は、請求項１のメタルハラ
イドランプであって、放電媒体は、希土類金属ハロゲン
化物を含んでいることを特徴とする。

【００３０】メタルハライドランプの放電媒体として希
土類金属ハロゲン化物を用いることは、放電媒体の封入
の選択幅を広げることができ、それによってメタルはラ
イドランプの所望の光色、色温度、演色性などを得るこ
とができる。そして、このような希土類金属ハロゲン化
物は比較的石英と反応しやすいことが知られている。

【００３１】請求項２の発明によれば、比較的、石英と
反応しやすい希土類酸化物を内部に封入した場合におい
ても結果的に失透を抑制することができる。

【００３２】請求項３の発明の照明装置は、照明装置本
体と；請求項１または２記載のメタルハライドランプ
と；メタルハライドランプを安定的に点灯させる安定器
と；を具備している。

【００３３】本発明において、照明装置とはメタルハラ
イドランプの発光を利用するあらゆる装置を含む概念で
ある。たとえば、屋内用照明器具、屋外用照明器具その
ほか、画像投射装置、光化学装置などに用いることがで
きる。

【００３４】また、安定器は、交流電源およびメタルハ
ライドランプの間に介在して、メタルハライドランプを
安定的に点灯を行うものである。また、必要に応じて調
光点灯を行うものであっても良い。

【００３５】請求項３の発明によれば、高寿命のメタル
ハライドランプを使用した照明装置を提供できる。

【００３６】

【発明の実施形態】本発明の第１の実施形態を図１を参
照して説明する。図１は、本発明のメタルハライドラン
プの実施形態の正面図である。

【００３７】本実施形態は、定格電力１０００Ｗタイプ
の交流点灯用メタルハライドランプであり、口金を上側
に垂直点灯を行うタイプのものである。

【００３８】図１において、１は発光管、２は外管、３
は口金、４は下部支持体、５は上部支持体、６はパルス
発生器である。

【００３９】発光管１は、石英ガラスからなる透光性放
電容器１ａを有し、この投光性容器１ａの両端側には電
極７ａ、７ｂがそれぞれ１対の封止部１ｂ１、１ｂ２で
封止されている。なお、１ｃは発光管の排気チップ部、
１ｄは補助電極を示す。

【００４０】電極７ａは、点灯時に封止部１ｂ１が上側
になるように配置されており、本実施形態では、口金に
近い封止部１ｂ１に電極７ａが、対向する位置にある封
止部１ｂ２に電極（図示しない）がそれぞれ、モリブデ
ン箔（図示しない）、導入線１ｆ１、１ｆ２を備えて封
止されている。また、補助電極１ｄは、電極７ａの近傍
にモリブデン箔（図示しない）、導入線１ｆ３を備えて
封止されている。また、封止部１ｂ２には保温膜１ｇが
塗布されている。

【００４１】透光性放電容器１ａ内部には、放電媒体と
して水銀、希ガスおよびハロゲン化金属が所定量封入さ
れて、外部と気密性を保っている。

【００４２】外管２は、硬質ガラスからなり一対の導入
線２ａ１、２ａ２を気密に導入しており、内部には、不
活性ガスである窒素が封入されている。

【００４３】口金３は、Ｅ３９型口金であり、外管２に
固着され一対の導入線２ａ１、２ａ２が接続され、内部
の発光管１およびパルス発生器６に通電を行う役割を担
っている。

【００４４】上部支持体４は、発光管１の上部を支持す
るとともに電極７ａを電気的に接続するもので、枠形導
体４ａおよび金属バンド４ｂを備えている。枠形導体４
ａは導入線２ａ１と発光管１の上部導入線１ｆ１を接続
している。金属バンド４ｂは、封止部１ｂ１を抱持する
ことにより、発光管１の上側を支持するように枠形導体
４ａに溶接されている。

【００４５】下部支持体５は、発光管１の下部を支持す
るとともに電極７ｂを電気的に接続するもので、枠形導
体５ａ、金属バンド５ｂおよびスプリング片５ｃを備え
ている。枠形導体５ａは導入線２ａ２を接続導体５ｅを
介して、発光管１の下部導入線１ｆ２と接続している。
金属バンド５ｂは、封止部１ｂ２を抱持することによ
り、発光管１の下側を支持するように枠形導体５ａに溶
接されている。スプリング片５ｃは、枠形導体５ａに溶
接され、先端が外管２の頂部内面に対して弾力的に当接
して下部支持体５を外管２内の所定の位置に保持する。
また、枠形導体５ａにはゲッター５ｄが接続されており
寿命中に発生する不純ガスを吸着する。

【００４６】パルス発生器６は、熱応動スイッチ６ａ、
点灯管６ｂおよび加熱抵抗６ｃを直列に備え、安定器と
協働して高電圧パルスを発生させて発光管１の始動を行
う。また、補助電極１ｄには、限流抵抗６ｄが接続され
て始動の補助を行っている。

【００４７】このように構成されたメタルハライドラン
プＬＰの発光管１の内表面に表２のような拡散層８を形
成し、寿命試験を行った。このとき、発光管の内部に
は、従来より、失透しやすいといされる希土類酸化物
ＤｙＩ_３４．０ｍｇの他、ＴｌＩ_３２．００ｍｇ、
ＣｓＩ１．０ｍｇおよび水銀が６２ｍｇ、始動ガスと
してアルゴンが約２．４ｋPａ封入されている。また、
発光管の大きさは、内径２５ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、外
径２８．６ｍｍ、発光部の長さが約８２ｍｍである。

【００４８】このようなランプを点灯寿命試験を行った
結果、失透現象が確認された時間（失透確認時間）、お
よびその時の発光管の平均透過率を表２に示す。

【表２】

【００４９】表２から明らかなように、Ｙ_２Ｏ_３、Ｃｅ
Ｏ_２、ＴｉＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｓｃ _２Ｏ_３、ＨｆＯ_２の
拡散層を形成した石英ガラスを用いることによって、従
来から失透し易いとされているＤｙＩ_３を封入した時に
でも、失透が開始するのを遅らせることができるまた
は、失透を抑制する効果がある。

【００５０】拡散層の厚みが１．０μｍ未満であると、
失透抑制の効果はほとんど見られなかった。また、拡散
層の厚みが５．０μｍ以上のときは、寿命初期であって
も発光管の内表面が白色変色し、透過率が大幅に減少し
た。このような結果から、拡散層の厚さは、１．０〜
５．０μｍの範囲にあることが必要である。また好まし
い範囲範囲は、１．５〜４．０μｍである。

【００５１】本発明の第２の実施形態を図２を参照して
説明する。図２は第２の実施例のメタルハライドランプ
を装着した照明装置９を示している。なお、図１と同一
部分には同一符号を付してある。

【００５２】照明装置９は、反射笠９１、ソケット９２
及び安定器９３などから構成されている。メタルハライ
ドランプＬＰの口金３は照明装置のソケット９２に装着
されて使用される。ソケット９２には安定器９３の二次
出力端が接続されメタルハライドランプＬＰに電力の供
給を行なっている。照明装置９は天井面９０によって支
持される。

【００５３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、比較的簡単な
方法、かつ発光管の必要な透過率を確保しつつ、失透抑
制機能を持つ拡散膜を有することによって、比較的低コ
ストでメタルハライドランプを長寿命とすることができ
る。

【００５４】請求項２の発明によれば、石英と反応をし
やすい希土類金属ハロゲン化物を封入したメタルハライ
ドランプであっても失透を抑制し、長寿命のメタルハラ
イドランプを提供することができる。

【００５５】請求項３の発明によれば、高寿命のメタル
ハライドランプを用いることで、保守の機会を削減でき
ランニングコストの低減できる照明装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すメタルハライドラ
ンプの正面図

【図２】本発明の第２実施形態を示す照明装置の断面図

【符号の説明】

１…発光管１ａ…投光性容器８…拡散膜２…外管３…口金７ａ…電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｆ２１Ｙ 101:00 Ｆ２１Ｓ 5/00 Ｈ (72)発明者瀧田和雄東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内Ｆターム(参考） 3K014 DA01 EA04 5C015 QQ03 QQ14 5C043 AA07 CC03 DD03 DD32 EB15 EC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英ガラスからなる透光性容器と；透光性
容器の内表面に形成されたＹ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ
_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２の中から選択さ
れた少なくとも一種を含む厚さ１．０〜５．０μｍの拡
散層と；透光性容器内に封入された不活性ガスおよび金
属ハロゲン化物を含む放電媒体と；を具備していること
を特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】放電媒体は、希土類金属ハロゲン化物を含
んでいることを特徴とする請求項１のメタルハライドラ
ンプ。
【請求項３】照明装置本体と；請求項１または２記載の
メタルハライドランプと；メタルハライドランプを安定
的に点灯させる安定器と；を具備していることを特徴と
する照明装置。