JPH06338285A

JPH06338285A - メタルハライドランプ、点灯装置および照明器具

Info

Publication number: JPH06338285A
Application number: JP12912993A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ito; 秀樹伊藤; Toshihiko Ishigami; 敏彦石神; Atsushi Saida; 淳斉田; Toshio Hiruta; 寿男蛭田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】演色性および寿命特性に優れたメタルハライ
ドランプを提供することを目的とする。【構成】発光管バルブ１内に希土類金属とこの希土類
金属の化学当量を越える過剰のハロゲンを封入してなる
管壁負荷が４０〜５８Ｗ／ｃｍ²のメタルハライドラン
プＬにおいて、上記過剰のハロゲンの封入量Ｈと希土類
金属の封入量ＲＭとのモル比が０，８４＜Ｈ／ＲＭ＜
３，０９の関係あり、かつ、封入時の過剰ハロゲンＢｒ
（臭素）とＩ（沃素）のモル比を１＜Ｂｒ／Ｉ＜６．７
としたランプＬおよびこのランプを装着した照明器具
Ｄ。【作用】適切な管壁負荷と過剰なハロゲン封入量によ
り、良好なハロゲンサイクルとなり２０００〜３０００
時間程度の寿命であれば安定した発光特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光管バルブ内に金属
ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にメタルハライドランプは、発光管
バルブ内に始動用の希ガス、水銀とともに金属ハロゲン
化物を封入し、それら金属特有の発光を利用して、発光
効率と演色性を向上させたランプで、一般照明用として
広く使用されている。

【０００３】一般照明用以外のたとえばテレビ、映画、
写真などの映像用に用いられるメタルハライドランプ
は、光制御がし易いように点光源にする必要があり、ラ
ンプの発光部、すなわち、電極間距離を短くしたショー
トアークタイプが望ましい。

【０００４】しかし、電極間距離が長く、管壁負荷の低
い一般照明用メタルハライドランプの適正な添加物組成
比例たとえば金属とハロゲンの比率を、電極間距離が短
く、管壁負荷の高い一般照明用メタルハライドランプに
適合すると、アークの不安定性や寿命中の著しい光束の
低下などの問題を生じることがあった。

【０００５】そこで、このようなショートアークメタル
ハライドランプは希土類金属を封入し、ランプ入力に対
して放電容器内面積を非常に小さく（管壁負荷３０Ｗ／
ｃｍ²以上）することで、可視光全域に亘る連続スペク
トルを得て高い演色性を実現している。

【０００６】この管壁負荷を高くしたランプでは発光管
バルブが高温度になり、希土類金属と石英との反応が生
じて発光管バルブが失透したり、あるいは不適切なハロ
ゲンサイクルによって発光管バルブ内壁にタングステン
が付着し黒化が生じるなどの問題があり、これを防ぐた
め封入希土類金属の化学当量に対して過剰なハロゲンを
封入している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、定格寿
命が１０００時間以上のランプにおいてはハロゲン化物
として封入している希土類金属の発光特性が、ハロゲン
の種類すなわちＢｒ（臭素）とＩ（沃素）の種類で異な
るため、点灯時間にしたがってハロゲン化希土類のハロ
ゲンと過剰ハロゲンとが入れ替わることで色特性に変化
が生じる。また、このハロゲンが入れ替わることで過剰
ハロゲン量に変化が生じて発光管バルブが失透、黒化に
よって劣化する等の問題点がある。

【０００８】本発明は上記問題に鑑みなされたもので、
演色性および寿命特性に優れたメタルハライドランプお
よびこのランプを装着した照明器具を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のメタルハライドランプは、発光管バルブ内に希土類金
属とこの希土類金属の化学当量を越える過剰のハロゲン
を封入してなる管壁負荷が４０〜５８Ｗ／ｃｍ²のメタ
ルハライドランプにおいて、上記過剰のハロゲンの封入
量Ｈと希土類金属の封入量ＲＭとのモル比が０．８４＜
Ｈ／ＲＭ＜３．１０の関係あり、かつ、封入時の過剰ハ
ロゲンＢｒ（臭素）とＩ（沃素）のモル比が１＜Ｂｒ／
Ｉ＜６．７であることを特徴としている。

【００１０】本発明の請求項２に記載のメタルハライド
ランプは、発光管バルブ内に希土類金属とこの希土類金
属の化学当量を越える過剰のハロゲンを封入してなる管
壁負荷が４０〜５８Ｗ／ｃｍ²のメタルハライドランプ
において、上記過剰のハロゲンの封入量Ｈ（モル）と管
壁負荷Ｗ（Ｗ／ｃｍ²）との関係が１．０２×１０^- ³
＜Ｈ・Ｗ＜５．４×１０^-3であり、かつ、封入時の過
剰ハロゲンＢｒ（臭素）とＩ（沃素）とのモル比が１＜
Ｂｒ／Ｉ＜６．７であることを特徴としている。本発
明の請求項３に記載の点灯装置は、点灯回路と、この点
灯回路の出力側に接続された請求項１または請求項２に
記載のメタルハライドランプとを具備したことを特徴と
している。

【００１１】本発明の請求項４に記載の照明器具は、請
求項１または請求項２に記載のメタルハライドランプ
と、このランプを収容した反射鏡と、この反射鏡の前面
に設けられた透光体とを具備していることを特徴として
いる。

【００１２】

【作用】適切な管壁負荷と過剰なハロゲン量により、良
好なハロゲンサイクルとなり２０００〜３０００時間程
度の寿命であれば安定した発光特性が得られる。

【００１３】

【実施例】まず、本発明者らの実験では高管壁負荷（４
０〜５８Ｗ／ｃｍ²）としたランプに過剰ハロゲンを封
入しない場合、点灯によって発光管バルブは急速に黒化
し、光束維持率は点灯５００時間で７０％以下になっ
た。また、Ｂｒ（臭素）のみを過剰ハロゲンとして封入
すると、Ｂｒ（臭素）のハロゲンサイクルによってＷ
（タングステン）で形成した電極の低温部（１９００Ｋ
以下）から高温部（２０００Ｋ以上）に昇華したＷ（タ
ングステン）が運ばれるため発光管バルブの黒化は防止
できる。しかし、電極高温部（電極先端）にＷ（タング
ステン）が輸送されるため電極軸が細くなって折れを生
じた。

【００１４】これを防止するには、過剰のＩ（沃素）を
同時に封入してＢｒ（臭素）のみのサイクルをＩ（沃
素）のサイクルに近づけて電極折れを解消する必要があ
る。このとき過剰Ｉ（沃素）が多すぎるとハロゲンサイ
クルがＩ（沃素）側になりすぎて再び短時間で発光管は
黒化して光束維持率の急速な低下が生じる。このように
高管壁負荷のランプにおいては過剰ハロゲンＢｒ（臭
素）とＩ（沃素）の封入量が寿命特性に大きく影響する
ことが分かった。

【００１５】そこで、本発明者らは図１に示すメタルハ
ライドランプＬを製作した。図１において、１は中央部
が楕円形をなす石英ガラス製の発光管バルブ、２、２は
バルブ１の楕円形部内に対向配設された電極、３はバル
ブ１の両端部に形成された封止部で、それぞれの封止部
３、３内には上記電極２と接続したモリブデン箔４が気
密に封止されている。また、５は封止部３の端部に取着
されたセラミックス製の口金、６は口金５から延在した
リード線、７はリード線６の先端に接続された端子、８
は排気管、７はバルブ１の長円形部の外表面に塗布され
た保温膜である。

【００１６】このランプＬの具体的な各部寸法は上記電
極２、２間距離が約３３ｍｍ、バルブ１の楕円形部中央
の内径が約３６ｍｍ、バルブ１軸方向の内部最大長さが
約６０ｍｍで、管壁負荷は４５Ｗ／ｃｍ²としてある。
そして、このバルブ１内には始動補助用の不活性ガスと
して約１００トールのアルゴンガス、ハロゲン化希土類
の発光金属として上記のＤｙＢｒ₃（臭化ジスプロシウ
ム）−ＨｏＢｒ₃（臭化ホルミウム）−ＴｍＢｒ₃（臭
化ツリウム）−ＣｓＩ（沃化セシウム）をモル比で１：
１：１．３：３．３の割合で約２０ｍｇおよびＨｇＩ₂
（沃化水銀）とＨｇＢｒ₂（臭化水銀）とを約１１ｍｇ
封入してある。そして、このバルブ１内のＢｒ（臭素）
およびＩ（沃素）の化学当量は上記希土類の発光金属の
化学当量より多く封入してある。

【００１７】このような構成のランプＬをランプ電流２
０Ａ・２Ｋｗで点灯したところ、発光効率８５Ｌｍ／
Ｗ、平均演色評価数Ｒａ９３、色温度６０００Ｋの白色
光が得られた。この優れた発光効率および演色性はＤｙ
（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）およびＴｍ
（ツリウム）の可視部全域に広がった連続スペクトルに
よるものである。また、Ｃｓ（セシウム）の効果により
アークは太く安定しており、アークゆれなどの発生もな
かった。

【００１８】これは、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ
（ホルミウム）およびＴｍ（ツリウム）に対するＢｒ
（臭素）およびＩ（沃素）の量が適正であり、すなわち
適量の過剰Ｂｒ（臭素）およびＩ（沃素）が存在してい
るので、適度のハロゲンサイクルにより電極の消耗や電
極材料のタングステンのスパッタによる発光管バルブ１
内壁の黒化が抑制されるためである。

【００１９】そして、上記のようなメタルハライドラン
プＬは図２ないし図３に示すような器具Ｄに装着して使
用される。図２ないし図３において１０は反射鏡で、こ
の反射鏡１０は後部反射体１１と前部反射体１２とから
なる。この後部反射体１１はアルミダイキャストや金
形、砂形などの鋳造によりほぼ椀形に成形され、内面に
反射面１３が形成されている。また、後部反射体１１の
対向する２か所に一対の箱形の結線ボックス１４が膨出
形成されている。この結線ボックス１４内には仕切壁１
５が形成され、この仕切壁１５の前面側にはランプ取付
室１６が形成され、ランプ取付室１６の前方にそれぞれ
図示しないねじ孔が形成された脚部１７が４本づつ膨出
形成され、これら脚部１７には図３に示すようにねじ１
８にてランプ支持板１９が取付けけられ、この支持板１
９に取付けられたスペーサ２０により、上記ランプＬ略
水平となるようにその口金５部が取付けられている。

【００２０】さらに、ランプＬの口金５から延在したリ
ード線６先端のリング状の端子７は仕切壁１５に形成さ
れた挿通孔２１を介して反対面に形成された端子取付室
２２に導出されている。そして、端子取付室２２内の取
付部２３には端子板（図示しない。）が取付られ、上記
リング状の端子７や電源用リード線（図示しない。）と
接続されている。

【００２１】また、この後部反射体１１の前方には上記
と同様に成形した筒状の前部反射体１２が設けられてい
る。この前部反射体１２は後部側に上記後部反射体１１
と連続したほぼ椀形に成形され、その内面には反射面２
４が形成されている。また、この反射面２４の前面側に
は、内面が黒色に塗装され反射面２４の最大径部がその
まま延長される形状の略円筒状に成形された非反射面２
５が形成されている。そして、この前部反射体１２の最
前面には耐熱性および耐衝撃性に優れた特性を示す強化
ガラスからなる透光体としての前面ガラス体２６が水密
に取付けられている。

【００２２】なお、この前部反射体１２は後部側の２か
所に一対の支持部材２７が突出形成されこの支持部２７
には後部反射体１１を取付ける後部反射体取付部２８が
形成されるとともに、器具本体Ｄ自体を取付ける器具取
付部２９が両支持部２７、２７間に形成されている。ま
た、３０は後部反射体１１の後面側に間隔を介し略平行
に一体成形してなる器具冷却用の放熱フィンである。

【００２３】また、上記ランプＬを点灯させる回路部品
は上記器具Ｄ内に収容しても器具Ｄとは別置期してあっ
てもよい。

【００２４】そこで、本発明者らは上記と同寸度のバル
ブ１と電極２および上記と同じ発光金属を用い、ただ、
発光管バルブ１内に封入するＨｇＩ₂（沃化水銀）とＨ
ｇＢｒ₂（臭化水銀）の量を種々変えてランプを各１０
本製作し、その特性（光束維持率、相関色温度変化な
ど）について調べた。

【００２５】そして、これらの各種メタルハライドラン
プＬを上記と同じ、ランプ電流約２０Ａ・２Ｋｗで２０
００時間点灯した。

【００２６】その内容と試験結果を表１および図４〜図
７に示す。

【００２７】

【表１】図４はこれらランプＬのＢｒ（臭素）／Ｉ（沃素）（モ
ル比％）と１０００時間点灯後の光束維持率（点灯初期
時光束に対する比率％）との関係を示し、横軸にはＢｒ
／Ｉ（モル比％）、縦軸には光束維持率％をそれぞれ目
盛ってある。一般にメタルハライドランプＬは光束維持
率７０％以下で寿命といえるところから、Ｂｒ（臭素）
／Ｉ（沃素）（モル比％）が１以下で光束維持率からみ
たランプ寿命を全うしたものといえる。

【００２８】また、図５は同様にこれらランプＬのＢｒ
（臭素）／Ｉ（沃素）（モル比％）と２０００時間点灯
後の相関色温度変化を対比して示し、横軸にはＢｒ／Ｉ
（モル比％）、縦軸には相関色温度変化Ｋをそれぞれ目
盛ってある。ハロゲン化希土類金属を封入したランプＬ
は点灯経過に伴って相関色温度は低下する傾向にある。
これは遊離Ｉ（沃素）が多いほど変化が大きいことか
ら、この変化はハロゲン化希土類のＢｒ（臭素）と遊離
ハロゲンのＩ（沃素）が入れ代わることでハロゲン化希
土類金属の発光が赤色側に移行して生じると考えられ
る。点灯初期の相関色温度は６０００Ｋ程度でありこの
近傍での小さな色温度差は視覚では捕らえにくいことを
考慮して、視感で分かる８００Ｋ以上の差をランプ寿命
とするとこの観点からもＢｒ（臭素）／Ｉ（沃素）（モ
ル比％）が１以上であれば適切な封入比といえる。

【００２９】また、図６は同様にこれらランプＬのＢｒ
（臭素）／Ｉ（沃素）（モル比％）と２０００時間点灯
時の点灯可能なランプＬの残存率％を対比して示し、横
軸にはＢｒ／Ｉ（モル比％）、縦軸には残存率％をそれ
ぞれ目盛ってある。前述したように電極がハロゲンによ
り浸蝕され細径化して折損するのを考慮すると、Ｉ（沃
素）より浸蝕度の強いＢｒ（臭素）の量を制限すること
が必要で、残存率５０％以上を合格とするとＢｒ（臭
素）／Ｉ（沃素）（モル比％）は６．７以下が適当と考
える。

【００３０】また、希土類金属を封入してなるメタルハ
ライドランプ（特に高い管壁負荷のランプ）には、石英
（発光管内面）と希土類の反応による発光管白濁失透の
問題がある。

【００３１】この白濁によって発光管からの放射光は反
射鏡に対して発光源（アーク）の像が不明確な形状とな
り、投光器で使用した場合（特に発光源（アーク）の小
さいショートアークタイプにおいて）配光特性、特に中
心光度が著しく損なわれる。石英と希土類の反応は過剰
ハロゲンを封入することで減少する傾向にあり、封入希
土類量と過剰ハロゲン量との関係は重要である。また、
反応性は管壁温度が大きく影響するため管壁負荷との関
係も重要である。

【００３２】希土類量を一定とし、過剰ハロゲン量を変
えたランプを上記に示す投光器に組込み０時間時と２０
００時間点灯後の中心光度（ｃｄ）を測定した。この測
定結果を図７に示す。図７は横軸に希土類金属封入量Ｒ
Ｍ（モル）に対する過剰ハロゲン封入量（（Ｂｒ＋Ｉ）
＝Ｈ）で（Ｂｒ＋Ｉ） or Ｈ／ＲＭ（原子比）、横軸に
中心光度比（対０時間％）をそれぞれ目盛ってある。図
のようにハロゲン封入量が小さい程中心光度は低下す
る。点灯初期（０時間％）に対し２０００時間点灯後の
中心光度の低下率が４０％以下のものを不良とすれば
（Ｂｒ＋Ｉ） or Ｈ／ＲＭは０．８４以上でなければな
らない。ところで、（Ｂｒ＋Ｉ） or Ｈ／ＲＭ≧３．１
０のデータの記入がされていないが、これは点灯２００
０時間以内に電極変形でランプ不点灯になったためであ
る。

【００３３】そして、上記の表１および図４〜図７の結
果から勘案すると、希土類金属の封入量ＲＭ（モル）と
過剰ハロゲンの封入量（Ｂｒ＋Ｉ） or Ｈ（モル）の関
係（（Ｂｒ＋Ｉ） or Ｈ／ＲＭ）（原子比）は０．８４
〜３．１０の範囲が好ましい。

【００３４】また、相関色温度変化はハロゲン化希土類
金属のＢｒ（臭素）と過剰ハロゲンのＩ（沃素）の入れ
替えが起因しているため、上記Ｂｒ（臭素）／Ｉ（沃
素）はこの希土類金属と過剰ハロゲン量の範囲において
成り立つといえる。

【００３５】また、発光管バルブの黒化防止の面から考
慮すると過剰ハロゲン量と発光管温度の関係が重要で、
これを過剰ハロゲン量Ｈと管壁負荷Ｗの関係（Ｈ・Ｗ）
からすると１．０２×１０^-3〜５．４０×１０^-3の
範囲となる。

【００３６】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。たとえば、ハロゲン化希土類金属は上記実施例に記
載のものに限らず、他の希土類金属でも同様の結果が得
られた。

【００３７】また、上記実施例では同一入力ランプにお
いて、１種の発光管バルブで試験を行ったが、バルブ内
径や電極間距離などを変えたバルブ内容積を変化させた
場合でも同一の傾向が得られた。

【００３８】また、本発明はランプ入力に対して発光管
バルブの内側面積を小さくした、すなわち管壁負荷の高
い４０〜５８Ｗ／ｃｍ2 のランプＬにおいて、著効が得
られた。

【００３９】さらに、本発明照明器具の反射鏡は実施例
記載の構造に限らず、１個の椀形の反射鏡であってもよ
く、正面形状も円形に限らず四角等の角形であっても差
支えない。また、前面の透光体も単なる板状のものに限
らずレンズ状のものでもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、演
色性および光束維持率が優れ、相関色温度変化が少な
く、かつ寿命特性の向上がはかれたメタルハライドラン
プおよび照明器具を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタルハライドランプの実施例を示す
正面図である。

【図２】図１のメタルハライドランプを照明器具内に収
容した状態を示す一部断面平面図である。

【図３】図２の照明器具においてランプを取付けた後部
反射体の正面図である。

【図４】Ｉ（沃素）に対するＢｒ（臭素）のモル比％と
光束維持率との関係を示す対比図である。

【図５】Ｉ（沃素）に対するＢｒ（臭素）のモル比％と
相関色温度変化との関係を示す対比図である。

【図６】Ｉ（沃素）に対するＢｒ（臭素）のモル比％と
点灯可能なランプＬの残存率との関係を示す対比図であ
る。

【図７】希土類金属封入量ＲＭ（モル）に対する過剰ハ
ロゲン封入量（（Ｂｒ＋Ｉ）＝Ｈ）の原子比と、中心光
度比（対０時間％）との関係を示す対比図である。

【符号の説明】

Ｌ：メタルハライドランプ１：発光管バルブ２：電極３：封止部１０：反射鏡２６：透光体（前面ガラス体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蛭田寿男東京都港区三田一丁目４番28号東芝ライテック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管バルブ内に希土類金属とこの希土
類金属の化学当量を越える過剰のハロゲンを封入してな
る管壁負荷が４０〜５８Ｗ／ｃｍ²のメタルハライドラ
ンプにおいて、上記過剰のハロゲンの封入量Ｈと希土類
金属の封入量ＲＭとのモル比が０．８４＜Ｈ／ＲＭ＜
３．１０の関係あり、かつ、封入時の過剰ハロゲンＢｒ
（臭素）とＩ（沃素）のモル比が１＜Ｂｒ／Ｉ＜６．７
であることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】発光管バルブ内に希土類金属とこの希土
類金属の化学当量を越える過剰のハロゲンを封入してな
る管壁負荷が４０〜５８Ｗ／ｃｍ²のメタルハライドラ
ンプにおいて、上記過剰のハロゲンの封入量Ｈ（モル）
と管壁負荷Ｗ（Ｗ／ｃｍ²）との関係が１．０２×１０
^-3＜Ｈ・Ｗ＜５．４×１０^-3であり、かつ、封入時
の過剰ハロゲンＢｒ（臭素）とＩ（沃素）とのモル比が
１＜Ｂｒ／Ｉ＜６．７であることを特徴とするメタルハ
ライドランプ。
【請求項３】点灯回路と、この点灯回路の出力側に接
続された請求項１または請求項２に記載のメタルハライ
ドランプとを具備したことを特徴とする点灯装置。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載のメタル
ハライドランプと、このランプを収容した反射鏡と、こ
の反射鏡の前面に設けられた透光体とを具備しているこ
とを特徴とする照明器具。