JPS6338830B2

JPS6338830B2 -

Info

Publication number: JPS6338830B2
Application number: JP16608078A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Murakami; Isao Shoda; Hitoshi Kodama; Shoji Origasa; Hiroshi Ito
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1988-08-02
Also published as: JPS5591558A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は演色性の良好な新規な金属蒸気放電
灯に関するものである。現在、高能率で長寿命の特徴をもつた信頼性の
高い光源として高圧水銀灯が高い実用的価値を有
している。しかし、高圧水銀灯は平均演色評価数
Raが約23程度と演色性が悪く、（この高圧水銀灯
の一般的な分光分布を第１図に示す。）その用途
は屋外照明等特定された分野に限られているのが
実情である。このため、高効率、長寿命を有して
演色性を向上させることを目的として高圧水銀灯
の外管内壁に赤色螢光体の層を施こしたいわゆる
螢光高圧水銀灯が実用化されるに至つた。しか
し、螢光体の改良とその応用技術により、演色性
は順次改良されてきたが、螢光体のみによる改良
手段では今だ平均演色評価数Raは約53程度と低
い水準にある。（この螢光高圧水銀灯の一般的分
光分布を第２図に示す。）この様に螢光体を用いて演色性を向上させる一
方、高圧水銀灯において、その発光管の内部に水
銀以外の金属例えばカドミウムや亜鉛を封入する
ことにより、水銀蒸気放電による発光スペクトル
に加え、これら金属の蒸気放電による発光スペク
トルを付加して演色性を向上させようとする試み
が過去において行なわれた。しかしながら、カド
ミウムあるいは亜鉛の蒸気放電による発光スペク
トルを充分に得ようとすると、これら金属の蒸気
圧を高めなければならず、そのため、発光管の管
壁温度を非常に高く設定する必要があるととも
に、管壁負荷を高める等工夫を要し、しかも石英
製である発光管は高温下において、カドミウムあ
るいは亜鉛の金属の蒸気に侵されやすくなる結
果、発光管の割れ等が生じ非常に寿命の短い放電
灯となることがエレンバスの編著（W.Elenbaas
編“High pressure mercuy vapor lamps and
their appalications”（1965）294頁参照）にも示
されているように一般的な考え方であつた。そこ
で、本発明者等は、演色性の面だけに注目し、カ
ドミウムあるいは亜鉛を発光管内に添加して高圧
水銀放電灯を試作したが、平均演色評価数が約60
程度と充分な演色性が得られず（カドミウム入り
高圧水銀放電灯の分光分布を第３図に示す。）し
かも通常の高圧水銀放電灯に対して管壁負荷を50
％以上高める必要があり、その結果として約1000
時間点灯後に発光管がわれてしまうという障害が
発生した。また、一方演色性を向上させる方法として、管
壁温度をそれ程高めなくとも高い蒸気圧が得られ
る種々の金属のハロゲン化物を発光管内に添加し
たいわゆるメタルハライドランプがある。しかし
ながら、このメタルハライドランプは良好な演色
性が得られるようになつたものの、蒸気放射性の
良好なアルカリ土類金属酸化物電極を使用できな
いことやハロゲン化物を発光管内に封入するため
管内に不純ガスを持ち込み易いなどが原因して放
電開始電圧が高くなるため、通常一般の高圧水銀
灯用安定器では点灯することができず、特別に設
計された専用安定器を用いる必要があるという欠
点を有している。そして、この専用安定器は大形
で重く、高価であり普及性に乏しい欠点を有する
ものである。この発明は上記した点に鑑みてなされたもので
あり、外管の内壁に610〜630nｍの波長範囲に最
大発光をする赤色螢光体を少なくとも含有する発
光性被膜を施こし、かつ発光管内に水銀に加え、
亜鉛あるいはカドミウムの少なくとも一方を封有
して発光管内に封有された亜鉛あるいはカドミウ
ムの少なくとも一方の金属の蒸気放電による発光
スペクトルとけい光体による発光との相乗効果に
より演色性を著しく向上させ、かつ高圧水銀灯用
安定器でも点灯できる金属蒸気放電灯を提供する
ものである。以下にこの発明の実施例を説明すると、まず第
４図はこの発明の一実施例である金属蒸気放電灯
を示す構造図であり、図において１は片側に口金
２を有するなす形形状をした光通過性のガラスで
作られた外管、３はこの外管の内壁に約0.4〜４
mg／cm²の付着量にて被着された610〜630nｍの波
長範囲で最大発光を示し、かつライン（線）状の
発光をする赤色螢光体を少くとも含む単独もしく
は複数の螢光体からなる発光性被膜、４は上記外
管１内に設けられた支持枠線５により支持固定さ
れ、かつ内部に水銀と希ガスに加えて亜鉛または
カドミウムから選ばれた少くとも１種の金属が封
有された発光管、６，７はこの発光管４の両端部
に封着されるとともに上記支持枠線５またはリボ
ンリード８を介して上記口金２に電気的に接続さ
れた電極、９は一方の電極６の近傍に封着された
始動補助極、１０は始動抵抗、１１は発光管４端
部に塗布され白金または酸化ジルコニウム製等の
保温膜である。なおこの保温膜１１は封入金属の
蒸気圧制御のため設けるもので、発光管形状や入
力電力の違いなどによつては必要としない場合も
ある。また、外管１の内壁に付着される螢光体として
は実質的に610〜630〔ｎｍ〕の波長範囲で主とし
て発光しライン（線）状に発光する赤色螢光体を
用いるものである。これはこうすると所望する高
い演色性が得られるからであり、610〔ｎｍ〕より
短い波長域で発光する螢光体を使用すると高い演
色性が得られず、630nｍよりも長い波長域で発
光する螢光体を使用すると発光効率と演色性の低
下を招くようになる。そして、上記螢光体として
適しているものは、３価のユーロピウムで付活さ
れたイツトリウムバナジン酸塩であり、第５図に
示すように主として610〜630nｍの波長範囲でラ
イン（線）状の発光をするので、この発明の放電
灯に特に好適である。この螢光体は特性改善を目
的としてその発光スペクトルを大きく変えること
なくその母体結晶中のバナジウムの１部を燐、ひ
素、ホウ素、ケイ素等の元素で置換でき、イツト
リウムの１部をガドリニウム、亜鉛、カドミウ
ム、テルビウム、ビスマス等の元素で置換できる
ものであり、これらの置換によつて得た螢光体も
上記バナジン酸塩の螢光体と同様に好適に使用す
ることができるものである。さらに、上記バナジン酸塩螢光体と共に約660
〔ｎｍ〕付近に発光ピーク波長を有する４価のマ
ンガンで付活したフルオロゲルマニウム酸マグネ
シウムを混合したものも、この発明の放電灯に好
適に使用することができる。特にバナジン酸塩螢
光体を50重量％以上、フルオロゲルマニウム酸マ
グネシウム螢光体を50重量％以下混合して外管の
内面に付着させた螢光体は特に良好な演色性を有
するので好ましい。この場合フルオロゲルマニウ
ム酸マグネシウム螢光体の混合比率が約30重量％
付近で最高の演色性が得られるようになり、50重
量％を超えると演色性と発光効率が低下して実用
的でなくなることが判明した。また、610〜630nｍの波長範囲でライン（線）
状発光する赤色螢光体として上記３価ユーロピウ
ム付活のバナジン酸塩螢光体を使用する場合、こ
の螢光体を錫付活正燐酸ストロンチウム・マグネ
シウム螢光体のようなオレンジ色螢光体、セリウ
ムとテルビウム又はテルビウムによつて付活され
たけい酸イツトリウム螢光体およびセリウムとテ
ルビウムによつて付活されたアルミン酸塩螢光体
およびユーロピウムとマンガンによつて付活され
たアルミン酸バリウム・マグネシウム螢光体等の
緑色螢光体、ユーロピウム付活クロロ燐酸ストロ
ンチウム螢光体およびユーロピウム付活アルミン
酸バリウム・マグネシウム螢光体等の青色螢光体
等と混合して用いても良好な演色性が得られる。
なお、この場合には実質的に上記３価ユーロピウ
ム付活のバナジン酸塩螢光体は全螢光体重量の約
50重量％以上含有することが望ましい。これは50
重量％以下になると演色性が悪くなり、また光色
も人間の目に不自然と感じられるようになるため
である。次にこの放電灯の作動について説明すると、先
ず安定器に電源電圧が印加され、次いで安定器に
よつて生ずる電圧が発光管に印加されると電極６
と始動補助極９との間で放電が起り、次いで電極
６−７間の主放電に移行する。そして主放電が生
じると封有された亜鉛または（および）カドミウ
ムと水銀はその１部または全部が蒸発し封有金属
特有の光を放射する。亜鉛蒸気は主として328n
ｍ、330nｍ、335nｍ、468nｍ、472nｍ、481nｍ、
636nｍの各波長のラインスペクトルを発する。
カドミウム蒸気は主として326nｍ、340nｍ、
347nｍ、361nｍ、468nｍ、480nｍ、509nｍ、
644nｍの各波長のラインスペクトルを発する。
水銀蒸気は主として254nｍ、313nｍ、365nｍ、
405nｍ、436nｍ、492nｍ、546nｍ、578nｍの各
波長のラインスペクトルを発する。これらの放射
光のうち紫外部の放射光は外管１内壁に被覆され
た螢光体３に吸収され、610〜630nｍの波長範囲
で発光ピークを有するライン（線）状の赤色光に
変換される。一方可視部の放射光の多くは螢光体
３へは吸収されずに螢光体の被膜を通過する。こ
の通過光と螢光体からの放射光が混光されて最終
的に放電管外へ放射され演色性の良好な放電灯が
得られるものである。以下にこの発明の具体的実施例を説明する。実施例１発光管４として、内径9.2〔mm〕、電極６，７間
距離31〔mm〕の石英管とし、管内部に15.5〔mg〕の
水銀と2.2〔mg〕のカドミウム（Cd）を封有し、35
〔torr〕のアルゴンガスを封入した後、発光管を
封止して管入力100〔Ｗ〕の発光管を作成する。ま
た、外管１の内壁には、70〔重量％〕の３価のユ
ーロピウム付活燐酸バナジン酸イツトリウム螢光
体と30〔重量％〕の４価マンガン付活フルオロゲ
ルマニウム酸マグネシウム螢光体とを混合したも
のを塗布、焼付して発光性被膜３を形成する。そ
して、上記発光管４を外管内に収容し封止して排
気した後、第４図に示す構造の100Wの金属蒸気
放電を作成した。この様にして作成した金属蒸気放電灯を定格電
圧200Vのチヨーク形100W高圧水銀灯安定器で点
灯したところ、放電開始電圧（始動電圧）が100
〔Ｖ〕で、従来の100W高圧水銀灯の約130〔Ｖ〕よ
り更に低く、高圧水銀灯用安定器で点灯できるも
のであつた。その時、色温度4800〔〓〕、平均演色
評価数Ra94と非常に高い演色性を示し、発光効
率37〔ｌｍ／Ｗ〕、管壁負荷11.2〔Ｗ／cm²〕であつ
た。実施例２発光管４として、内径9.2〔mm〕、電極６，７間
距離28〔mm〕の石英管とし、管内部に16.7〔mg〕の
水銀と1.41〔mg〕の亜鉛（Zn）を封有し、35
〔torr〕のアルゴンガスを封入した後、発光管を
封止して管入力100〔Ｗ〕の発光管を作成する他は
上記実施例１と同様にして100Wの金属蒸気放電
灯を作成した。この金属蒸気放電灯の放電開始電
圧は102〔Ｖ〕であり、100W高圧水銀灯用安定器
で点灯でき、色温度4700〔〓〕、平均演色評価数
Ra80と高い演色性を示し、発光効率35〔lm／
Ｗ〕、管壁負荷12.4〔Ｗ／cm²〕であつた。なお、第６図にこの金属蒸気放電灯の分光分布
を示す。図中のラインスペクトルに付けられた
Hg、Znの記号はそれぞれ水銀（Hg）、亜鉛
（Zn）の各蒸気によるラインスペクトルを示す。実施例３発光管４として、内径19.5〔mm〕、電極６，７間
距離70〔mm〕の石英管とし、管内部に59.2〔mg〕の
水銀と0.845〔mg〕のカドミウムを封有し、20
〔torr〕のアルゴンガスを封入した後、発光管を
封止して管入力400Wの発光管を作成する。また、
外管１の内壁には70〔重量％〕の３価のユーロピ
ウム付活燐酸バナジン酸イツトリウム螢光体と30
〔重量％〕の４価マンガン付活フルオロゲルマニ
ウム酸マグネシウム螢光体とを混合したものを塗
布、焼付して発光性被膜３を形成する。そして、
上記発光管４を外管１内に収容し封止して排気し
た後、第４図に示す構造の400Wの金属蒸気放電
灯を作成した。この様にして作成した螢光体蒸気放電灯を定格
電圧200Vのチヨーク形400W高圧水銀灯用安定器
で点灯したところ、放電開始電圧が98〔Ｖ〕で、
従来の400W高圧水銀灯の約130〔Ｖ〕より更に低
く、高圧水銀灯用安定器で点灯できるものであつ
た。その時、色温度4100〔〓〕、平均演色評価数
Ra86と高い演色性を示し、発光効率56〔ｌｍ／
Ｗ〕、管壁負荷9.33〔Ｗ／cm²〕であつた。実施例４発光管４内に封有される水銀の量を59.0〔mg〕
とし、カドミウムを7.9〔mg〕とした他は上記実施
例３と同様にして400Wの金属蒸気放電灯を作成
した。この金属蒸気放電灯の放電開始電圧は100
〔Ｖ〕であり、400W高圧水銀放電灯用安定器で点
灯でき、色温度4300〔〓〕、平均演色評価数Ra95
と高い演色性を示し、発光効率56〔ｌｍ／Ｗ〕、管
壁負荷9.33〔Ｗ／cm²〕であつた。なお、第７図にこの金属蒸気放電灯の分光分布
を示す。図中のラインスペクトルに付けられた
Hg、Cdの記号はそれぞれ水銀（Hg）、カドミウ
ム（Cd）の各蒸気によるラインスペクトルを示
す。実施例５発光管４として、内径19.5〔mm〕、電極６，７間
距離55〔mm〕の石英管とし、管内部に75.1〔mg〕の
水銀と6.33〔mg〕の亜鉛を封有し、20〔torr〕のア
ルゴンガスを封入した後、発光管を封止して管入
力400〔Ｗ〕の発光管を作成する他は上記実施例３
と同様にして400Wの金属蒸気放電灯を作成した。
この金属蒸気放電灯の放電開始電圧は95〔Ｖ〕で
あり、400W高圧水銀灯用安定器で点灯でき、色
温度4400〔〓〕、平均演色評価数Ra71と高い演色
性を示し、発光効率55〔ｌｍ／Ｗ〕、管壁負荷11.9
〔Ｗ／cm²〕であつた。実施例６外管１内壁に形成される発光性被膜として、３
価のユーロピウム付活バナジン酸イツトリウム螢
光体のみとし、他の仕様は上記実施例３と同様に
して400Wの金属蒸気放電灯を作成した。この金
属蒸気放電灯の放電開始電圧は98〔Ｖ〕であり、
400W高圧水銀灯用安定器で点灯でき、色温度
4000〔〓〕、平均演色評価数Ra84と高い演色性を
示し、発光効率57〔ｌｍ／Ｗ〕、管壁負荷93.3
〔Ｗ／cm²〕であつた。実施例７発光管４内に封有される水銀の量を59.2〔mg〕、
亜鉛を3.1〔mg〕、カドミウムを1.52〔mg〕とした他
は上記実施例３と同様にして400Wの金属蒸気放
電灯を作成した。この金属蒸気放電灯の放電開始
電圧99〔Ｖ〕であり、400W高圧水銀灯用安定器で
点灯でき、色温度4200〔〓〕、平均演色評価数
Ra88と高い演色性を示し、発光効率56〔ｌｍ／
Ｗ〕、管壁負荷9.33〔Ｗ／cm²〕であつた。上記実施例と従来の高圧水銀灯、螢光高圧水銀
灯、および試作したカドミウム入り高圧水銀灯、
亜鉛入り高圧水銀灯のランプ特性を第１表に示
す。

【表】この第１表から明白なように、上記実施例の金
属蒸気放電灯は全て、高圧水銀灯用安定器で点灯
でき、しかも、従来の高圧水銀灯、螢光高圧水銀
灯、および試作のカドミウム入り高圧水銀灯、亜
鉛入り高圧水銀灯に比し、著しく演色性が向上し
ているものである。このように上記実施例の金属蒸気放電灯の著し
い演色性の向上は以下の理由によるものと推測さ
れる。すなわち、カドミウムあるいは亜鉛を発光
管４内に封有したことにより、カドミウムあるい
は亜鉛の蒸気放電による発光スペクトルにより、
主として青緑色部の放射光が補なわれ、また発光
性被膜の発光により、主として赤色部の放射光が
補なわれ、演色性が向上されるとともに、しかも
上記実施例のものの演色性の向上は単にこれらの
放射光の和に基づくだけではなく、カドミウムあ
るいは亜鉛の蒸気放電と発光性被膜との相乗効果
により、演色性の向上に貢献する、水銀の蒸気放
電による546nｍの発光スペクトルに対する発光
性被膜による619nｍの発光スペクトルの比が大
きくなることによりさらに一層の演色性が向上さ
れたものである。なおこのことは、第８図に示す
ように、400Wの放電灯にて試験して得たカドミ
ウム封有量による546nｍのラインスペクトル強
度に対する619nｍのラインスペクトル強度の比
の関係を示す図により、カドミウムを封有するこ
とにより、強度比が大きくなることが確かめられ
た。つまり、この様にけい光体から発せられる
619nｍのラインスペクトルの放射出力自体がカ
ドミウムあるいは亜鉛を封有させると高まること
は、これらの金属蒸気放電による紫外部放射の出
力およびその波長とけい光体の励起スペクトルと
の関係が改善されることに起因するものと考えら
れる。また、第３図に示すカドミウム入り高圧水銀灯
の分光分布と第７図に示す実施例４の分光分布を
比較するに実施例４のものはカドミウムによるラ
インスペクトル強度を低く抑えることができるの
で、管壁負荷は上記実施例の全てのものにおいて
も従来の高圧水銀灯（一般的に７〜13〔Ｗ／cm²〕
の範囲にある。）と同じぐらいの９〜12.5〔Ｗ／
cm²〕の範囲にでき、その結果発光管４の耐久性が
増大し、結果として寿命の長い金属蒸気放電灯と
なる。この発明は以上に述べた様に、610〜630nｍの
波長範囲に最大発光をする赤色螢光体を少なくと
も含有する発光性被膜が外管の内壁に施こされて
おり、水銀に加え亜鉛あるいはカドミウムの少な
くとも一方の金属が発光管内に封有されているの
で、亜鉛あるいはカドミウムの少なくとも一方の
金属の蒸気放電による発光スペクトルと螢光体に
よる発光との相乗効果により演色性が著しく向上
し、しかも高圧水銀灯用安定器で点灯できるとい
う効果がある。なお、この発明の主眼とするとこ
ろを考えれば、発光管に電極を設けることなく高
周波で封入金属蒸気を励起し発光させるいわゆる
無電極放電灯においても同様な効果が得られるこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ高圧水銀
灯、螢光高圧水銀灯、カドミウム入り高圧水銀灯
の分光分布を示す図、第４図は、この発明の一例
として示す放電灯の構造図、第５図は赤色螢光体
の発光スペクトルを示す図、第６図、第７図はこ
の発明の実施例２および４の放電灯の分光分布を
示す図、第８図は、カドミウム封有量と水銀ライ
ンスペクトル強度に対する螢光体のスペクトル強
度の比との関係を示した図である。図において、１は外管、４は発光管である。

Claims

【特許請求の範囲】１ 610〜630nｍの波長範囲に最大発光をし、か
つ線状発光する赤色螢光体を少なくとも含有する
発光性被膜が内壁に施された外管、この外管内に
配され、内部に主なる発光成分として水銀に加
え、亜鉛あるいはカドミウムの少なくとも一方が
封有された発光管を備えた金属蒸気放電灯。２発光性被膜として、赤色螢光体を50重量％以
上含有し、残存を４価マンガン付活フルオロゲル
マニウム酸マグネシウム螢光体としたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の金属蒸気放電
灯。３赤色螢光体を３価のユーロピウムにより付活
したイツトリウムのバナジン酸塩としたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
の金属蒸気放電灯。ただし、上記バナジン酸塩螢光体として、その
母体結晶中の元素の一部を燐、ひ素、ホウ素、ケ
イ素、ガドリニウム、亜鉛、カドミウム、テルビ
ウム、ビスマスから選ばれた少なくとも一種の元
素で置換できるものとする。