JP5326979B2

JP5326979B2 - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JP5326979B2
Application number: JP2009234895A
Authority: JP
Inventors: 雅三陸名; 将幸松崎
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP2011082085A

Description

本発明は概略としてＨＩＤランプに関し、より具体的にはマゼンタ色を発光するメタルハライドランプに関する。

ＨＩＤランプは道路、野球場、工場など大型施設の照明用光源として広く使用されている。また、スキー場や遊技場の雰囲気作りのためのカクテル光線・演出用ランプとしても使われることがある。演出用としては、青色、緑色、赤色のランプが望まれているが、現在は赤色を出すランプとしては、安定的に特性を長時間にわたって維持できるＨＩＤランプは市販されていないため、赤色光の代わりにオレンジ色の光が使われる場合がある。

青色光ランプとしてはインジウム金属（元素Ｉｎ）の発光を利用したいわゆる「インジウムハライドランプ」、緑色光ランプとしてはタリウム金属（元素Ｔｌ）の発光を利用した「タリウムハライドランプ」、オレンジ色光のランプとしては道路照明にも使われている「高圧ナトリウムランプ」がある。「インジウムハライドランプ」及び「タリウムハライドランプ」はガソリンスタンドの集客用の照明として、また「高圧ナトリウムランプ」はベース照明としてよく使われている。

しかし、演出用として利用する際には、オレンジ色では一般道路照明と同じでインパクトがないため、できるだけ赤に近い光色のランプが熱望されていた。そこで注目されたのがより赤に近く見えるマゼンタ色（ピンク色）の光を発するリチウム金属（元素Ｌｉ）を使用したランプ、即ち「リチウムハライドランプ」である。なお、市場の要望を満足するマゼンタ色は、色度図上で（ｘ：０．３８００〜０．４８００、ｙ：０．２４００〜０．３５００）の範囲で規定される。

特許文献１には従来のリチウムハライドランプが開示されている。同文献においては、石英ガラス製の発光管に水銀及びハロゲン化物が封入され、ハロゲン化物としてヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等が添加される。ここで、定格ランプ電力７０Ｗのランプにおいて、容積０．２４ｃｃの発光管に水銀７ｍｇ、ヨウ化リチウム１ｍｇ、ヨウ化セシウム０．４ｍｇを封入したランプでは点灯開始後２０００時間まで失透が生じないことが開示されている。

特開平３−１２２９６１号公報

しかし、従来のマゼンタ色メタルハライドランプには以下の問題があった。
まず、リチウム元素は原子半径が小さいため、点灯時間とともに石英ガラスをすり抜けて発光管外に出てしまう。また、リチウム原子が石英と反応し結晶化して発光管が失透していくことも確認されている。このように、発光に寄与するリチウム量の減少及び失透による発光管の黒化のため、点灯時間とともに発光強度が弱くなる（色が薄くかつ暗くなる）。そして、目標使用時間が６０００時間以上であるのに対して、実際には５００〜１０００時間と比較的短時間内にランプの光色が水銀ランプと同じような白色に変化し始めてしまうことが分かった。このため「リチウムハライドランプ」は現在市販されている青色や緑色の「インジウムハライドランプ」や「タリウムハライドランプ」と同等の完成度での実現が難しかった。

ところで、添加するハロゲン化物がヨウ化リチウムＬｉＩだけであると放電アークが揺れる現象が起こり、照射光が安定しないことがあり、また、ランプ点灯時間が進んだ際にランプ電圧上昇が発生し、ランプが立ち消えを起こす原因となる。これを解消するためにヨウ化セシウムＣｓＩが添加される。セシウムＣｓにはアークを広げる効果があり、これは発光管内の温度分布がより均一化してアークが安定し、揺れが抑えられるものと考えられている。また、温度分布が均一化することにより発光管内の最冷部温度も上昇するのでヨウ化リチウムの蒸気圧も高くなり、よりリチウムが発光し易くなる。一方、ヨウ化セシウム量が多過ぎると発光効率が低くなることが分かっている。従って、ヨウ化セシウムの添加量を最適化する必要があった。

本発明の第一の側面はメタルハライドランプであって、セラミックス製の発光管を備え、発光管に少なくとも水銀並びにヨウ化リチウム及びヨウ化セシウムを含むハロゲン化物が添加封入され、ヨウ化リチウムに対するヨウ化セシウムの重量比が１／２０以上１／１０以下であり、ヨウ化セシウムの封入量が０．４ｍｇ以上０．８ｍｇ以下となるメタルハライドランプである。

上記において、発光管を楕円球形状の発光管で構成し、定格ランプ電力が１５０Ｗの場合は単位容積あたりの水銀の封入量を２２．４ｍｇ／ｃｃ以上２８．２ｍｇ／ｃｃ以下とした。

本発明のマゼンタ色メタルハライドランプの分光分布図である。略楕円球形状のセラミックス発光管を説明する図である。シリンドリカルタイプのセラミックス発光管を説明する図である。

本発明の目的は、マゼンタ色の光色を長時間（６０００時間以上）に亘り発光できるメタルハライドランプを提供することである。
まず、リチウム原子が石英ガラス製発光管を抜けてしまうことによる光色変化を抑えるために、本発明はセラミックス（アルミナ）製の発光管を採用する。セラミックスは石英ガラスに比べてハロゲン化物との反応も少ない。
即ち、本発明のメタルハライドランプはセラミックス製の発光管を備え、発光管に少なくとも水銀並びにヨウ化リチウム及びヨウ化セシウムを含むハロゲン化物が添加封入される。

次に、ヨウ化セシウムの量を決定する。前述したように、ヨウ化セシウム量が多過ぎると発光効率が低くなり、少ないとアーク揺れが起き易くなる。また、ヨウ化セシウム量が少ないと光束の低下及び光色の変化が大きくなることも分かってきた。
表１に１５０Ｗランプにおけるヨウ化リチウムに対するヨウ化セシウムの重量比と、それに対する光束及び光色の変化を示す。なお、実施例１の分光分布を図１に示す。

表１に示すように、ヨウ化セシウムの量を０．４ｍｇ〜０．８ｍｇとした。そして、表１から分かるように、ヨウ化リチウムに対するヨウ化セシウムの重量比が１／４０（２．５％）の場合、１０００時間点灯した時の光束維持率が８３．４％と低いのに対して、重量比が１／２０（５％）のランプでは光束維持率が９２．１％と良好であった。従って、上記観点からヨウ化リチウムに対するヨウ化セシウムの重量比を１／２０以上とすることが望ましい。
また、表１から分かるように、重量比が１／４０以下の場合では光色の低下が大きい（特に、ｘが０.４１８３から０.３８５０に低下してしまう）。従って、重量比を１／２０以上とするのが望ましい。
以上より、ヨウ化リチウムに対するヨウ化セシウムの重量比を１／２０以上とするのが最適であり、それが大きくなりすぎると発光効率が下がるので、その上限は１／１０程度となる。

ところで、リチウムＬｉとセシウムＣｓはともにアルカリ金属でありイオン化し易い。そのため一般のセラミックメタルハライドランプで使われているホルミウムＨｏやツリウムＴｍなどの希土類を添加した場合に比べて電極間の抵抗が少なくランプとして必要な電気特性（ランプ電圧）が得られない。ランプ電圧が低過ぎると定格ランプ電流を流しても定格ランプ電力に到達せず、所望の照度が得られなくなることが分かっている。

そこで、ランプとして必要な電気特性を得るため（即ち、ランプ電圧が低くなるのを抑えるため）水銀の蒸気圧をより高くし、電子の平均自由工程を短くして最適な電気特性を得るようにした。なお、水銀量の詳細は後述する。
もちろん、発光管の仕様（例えば、電極間距離、各寸法等）を変更することによってランプ電圧を調整することは可能であるが、発光管の寸法形状が一般のランプとはかけ離れてしまうので生産コスト上得策ではない。水銀量を調整することによってランプ電圧を設定することが望ましい。

但し、水銀圧を高くすることにより点灯時の発光管内の圧力が一般のランプよりも高くなることに注意しなければならない。セラミックス発光管には図２に示すような略楕円球形状の発光管と図３に示すような円筒形（シリンドリカルタイプ）の発光管がある。シリンドリカルタイプの場合、図３中の矢印で示すように、円筒の底部と側部の継ぎ目の部分（即ち、角部Ａ）に応力が集中し、その部分にクラックが発生してしまうことが分かった。これに対して、継ぎ目（角部）がない略楕円球形状の場合、図２の矢印で示すように、応力の集中する部分がないので発光管の高圧化に適する。そこで、略楕円球形状を採用したところ、クラックは起こらなくなった。従って、本発明では、略楕円球形状のセラミックス発光管を採用するものとした。

表２に示すように、一般品に対する単位容積当たりの水銀量（Ｂ／Ａ）を１．６〜２．０倍とすると、ランプ電圧がほぼ所望の範囲に入ることが確認された。なお、一般品とは、商業施設等で使われる高演色形のセラミックメタルハライドランプ又は工場照明などで使われる高効率形のセラミックメタルハライドランプのことである。

いずれのサンプルも所望の色度座標（ｘ：０．３８００〜０．４８００、ｙ：０．２４００〜０．３５００）に入ることが確認された。

表３に１５０Ｗランプの点灯時間に対する点灯特性の変化を示す。使用したサンプルは表２におけるＮｏ.１１−１５及び同じ系列の新たなサンプルＮｏ.１６である。

表３によると、目標時間（６０００時間）を超えた７２００時間においても全サンプルについて色度（ｘ、ｙとも）が目標座標範囲に入っていることが分かる。また、ランプ電圧及び光束は目標値を若干下回るものの従来に比べて大幅に改善された。

上述したように、セラミックス製の発光管を用い、発光管に封入するヨウ化リチウムに対するヨウ化セシウムの重量比を１／２０以上１／１０以下とし、各定格ランプ電力において水銀量を適正化することによって、マゼンタ色の光色を長時間に亘り発光できるメタルハライドランプを実現することができた。

Claims

定格ランプ電力が３５Ｗ以上４００Ｗ以下のメタルハライドランプであって、
セラミックス製の発光管を備え、
該発光管に少なくとも水銀並びにヨウ化リチウム及びヨウ化セシウムを含むハロゲン化物が添加封入され、該ヨウ化リチウムに対する該ヨウ化セシウムの重量比が１／２０以上１／１０以下であるメタルハライドランプ。
請求項１のメタルハライドランプにおいて、
前記発光管が略楕円球形状の発光管からなり、
定格ランプ電力が１５０Ｗの場合に、単位容積あたりの前記水銀の封入量が２２．４ｍｇ／ｃｃ以上２８．２ｍｇ／ｃｃ以下であるメタルハライドランプ。