JP3932775B2

JP3932775B2 - 光反射体及び反射型照明装置

Info

Publication number: JP3932775B2
Application number: JP2000185565A
Authority: JP
Inventors: 加津己渡辺; 慎一青木; 晋治野口
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: JP2002006123A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光反射体及び反射型照明装置に関する。具体的には、水銀灯や蛍光灯等の光源の背面に備えられる光反射体の構造及び当該光反射体を備えた反射型照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、反射型照明装置は、水銀灯、メタルハライドランプ、ナトリウム灯などの放電灯、コンパクト蛍光灯などの光源から出射される可視光線を光反射体表面に反射させることにより、被照射物や屋内外の空間の明るさなどを増すために用いられている。これらの反射型照明装置は、例えば、競技場や体育館、スタジオ、店舗の照明、あるいはプロジュクタ用ランプや車のヘッドランプなどの照明のみに限らず、コピー機やプリンター機等の露光装置にも広く用いられている。
【０００３】
このような反射型照明装置の光反射体の反射効率を向上させることは、かねてからニーズが高く、いろいろな試みがなされている。それらの試みとして、図４に示すような構造の光反射体１００が提案されている。この光反射体１００は、反射体本体１１０を構成するアルミニウム材料からなる板状の成形体表面に、表面を平滑にするための有機若しくは無機塗膜からなるアンダーコート層１１１が形成され、さらにその表面にアルミニウム蒸着膜からなる反射膜１２０が形成されていた。この反射膜１２０の反射性を高めるために、当該反射膜１２０上面に、二酸化ケイ素に代表される低屈折率物質からなる低屈折率層１３１と、酸化チタンに代表される高屈折率物質からなる高屈折率層１３２とを交互に積層した光干渉層１３０が形成されていた。このような光反射体１００においては、光干渉層１３０の増反射効果により、反射率が９５〜９８％に達するとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の光反射体１００は耐久性とりわけ耐熱性の面で課題が残っていた。例えば、光反射体１１０を用いる器具が密閉構造であったり、もしくは１ｋｗ以上の高出力ＨＩＤランプを取り付けた場合、光反射体１００の温度がアンダーコート塗膜の耐熱温度以上に上昇してしまうため、アンダーコート層１１１にクラックが入ったり、塗膜が熱分解を起こし、アルミニウム蒸着膜（反射膜１２０）の密着性が低下し、剥離するという問題が生じる。
【０００５】
上記問題を克服するためにアンダーコート層を設けずに、高純度アルミニウムを鏡面研磨した反射体本体上に直接光干渉層を設けるという試みもなされている。これは、光反射体の温度がアルミニウムの酸化が起こる３００℃以下の温度では、非常に有効な方法である。
【０００６】
しかし、光反射体温度が３００℃をはるかに越えてしまうような場合には、光干渉層を通して酸素がアルミニウム表面を酸化させ、反射率が著しく低下してしまうことが知られている。これは、光干渉層に用いられているＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂等に酸化防止効果が無いためであると考えられる。また、もともと硬度の低い高純度アルミニウムの上に光干渉層を設けているために、光反射体本体の表面硬度が低く、耐摩耗性にも劣るという問題点もあった。
【０００７】
また、特開平８−２９２３０８号公報や特開平８−２２２０１８号公報に開示されたように、アルミニウムの反射体本体上に陽極酸化被膜（アルマイト層）を形成し、さらにその上に光干渉層を設けるという試みもある。これらの光反射体においては、アルマイト層がアルミニウム反射面の酸化防止層として作用するため、高温雰囲気での耐久性の向上という点で優れている。
【０００８】
しかし、前者に開示された構成においては、アルマイト膜の上に形成された光干渉層は少なくとも３層以上の高屈折率層、低屈折率層を交互に積層した光学多層膜であるため、増反射波長帯域が狭くなり、反射率の最高値は高いが反射効率（式１参照）は低下するといった問題を生じる。
【０００９】
【式１】

【００１０】
すなわち、式１からも理解されるように反射効率を向上させるためには、Ｒ（λ）は可視光線の波長域（３８０〜７８０ｎｍ）で全体的に高いことが必要である。また、Ｒ（λ）は光源発光部と光反射体の反射面法線のなす角度θによって変化し、θが９０°に近づくほどＲ（λ）は短波長側にシフトする。よって、θの大きな（すなわち光反射体の曲率の大きい）反射型照明装置の場合、光源から発せられるエネルギーの高い波長と増反射波長帯域とがずれてしまい、十分に反射性能を活かしきれない恐れがある。
【００１１】
また、３層以上の多層膜を形成した場合、光反射体の色調に角度依存性が生じるため見る角度によって色調が変化し、見栄えの点で著しく劣るという問題がある。
【００１２】
一方、後者に開示された構成においては、陽極酸化被膜は酸化アルミニウムから形成されているため、陽極酸化被膜の表面硬度が低く、耐摩耗性にも劣るという問題がある。
【００１３】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、全可視光域において光反射効率が高く、しかも、耐熱性、耐摩耗性等の反射体性能に優れた光反射体及び反射型照明装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光反射体は、少なくとも反射面側がアルミニウムにて形成された反射体本体と、当該反射体本体の反射面上に形成されたスピネルからなる酸化防止層と、当該酸化防止層上に形成された屈折率２．０以上の１種の高屈折率層とを具備することを特徴としている。
【００１５】
また、前記反射体本体は、高純度アルミニウム材と当該高純度アルミニウム材の硬度よりも高い硬度を有する金属材とから構成されたクラッド材から作製するのが好ましい。
【００１６】
このとき、例えば、前記高屈折率層は、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる群から選択されるいずれか１種から形成することができる。
【００１７】
本発明の反射型照明装置は、光源と、当該光源から出射された光を反射する光反射体とを備えた反射型照明装置において、前記光反射体は、請求項１、２又は３いずれかに記載の光反射体であることを特徴としている。
【００１８】
当該反射型照明装置においては、前記光反射体が前記光源を納める筐体を兼ね備えるようにするのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る光反射体１０の構造図である。当該光反射体１０は、反射体本体１１の表面に、スピネルからなる酸化防止層１２が形成され、さらに当該酸化防止層１２上に、屈折率が２．０以上である１種の高屈折率層１３が形成されている。
【００２０】
反射体本体１１は、高純度アルミニウム、具体的には、純度９９．０％以上のＡｌ０９９などから作製された板状体が用いられる。また、光反射体１０の反射効率を考慮する場合には、光源に対向する側の表面の反射率に依存するため、本発明にあっては、少なくとも反射体本体１１の表面において、光反射面となる高純度アルミニウム面が露出されていればよく、例えばＡ３００３などの硬度の高いアルミニウム材を芯材とし、その表面にＡｌ０９９などの高純度アルミニウムを皮材としたクラッド材を用いることもできる。また、芯材にはアルミニウム以外に、例えばＳＵＳ３０４などのステンレス材や他の高強度金属材を用いることにしても差し支えない。特に、このようなクラッド材を用いることによって、後述するように、これまでアルミダイキャスト等で作製されていた反射型照明装置の筐体を光反射体１０自身で置き換えることが可能で、反射型照明装置の部品点数を削減でき、製作コストを大幅に軽減できる。
【００２１】
本発明の光反射体１０は、このような反射体本体１１の高純度アルミニウム面、つまり光反射面に、酸化防止層１２が積層されている。当該酸化防止層１２を構成する物質としては、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット酸化物（ＹＡＧ）、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）などが知られているが、中でもスピネルは膜硬度、耐熱性、酸化防止性の点で酸化アルミニウムに優れ、また、膜の光吸収が小さいという点で窒化アルミニウムに勝り、材料コストの点でＹＡＧよりも優れた物質であり、本発明においては、これらの観点からスピネルが選択的に使用される。
【００２２】
さらに当該酸化防止層１２上には、屈折率２．０以上の１種の高屈折率層１３が備えられる。当該高屈折率層１３は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる群から選択されるいずれか１種から形成される。この高屈折率層１３は、下層の酸化防止層１２との界面で増反射効果をもたらし、反射率を向上させる効果をもたらす。従って、当該効果を果たすものであればこれらの物質に限られるものではないが、これらの物質を用いることによって、光反射体１０の表面硬度を向上させる点で好都合である。
【００２３】
これらの酸化防止層１２及び１種の高屈折率層１３は、下記の膜厚に形成できる方法であれば、物理的方法、化学的方法を問わずに用いることができる。物理的方法としては、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、プラズマアシスト蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。また、化学的方法としては、化学的蒸着法（ＣＶＤ）、液相成長法（ＬＰＤ）等が挙げられる。
【００２４】
このとき、各層の膜厚としては、光学的膜厚（＝ｎｄ：ｎは屈折率、ｄは物理的膜厚）が、使用する光源の分光分布中心波長（λ）の１／４になるように設定するのが望ましい。このような膜厚に設定することにより、光源からの光を効率よく反射することが可能となる。また、増反射波長帯域が広くなるため光源と反射面法線が６０°以上の角度を持つような光反射体１０でも、光源からの光を効率よく反射することができる。
【００２５】
このようにして得られた光反射体１０は、光源４０の背面側に設置される。図２及び図３は当該光反射体１０を備えた反射型照明装置１の一例を示すものであって、図２はその断面構造図、図３はその分解斜視図である。当該反射型照明装置１は、ハロゲンランプやショートアークＨＱＩランプなどの光源３０と、光源３０とを納める筐体２０とを備えており、筐体２０の側面には、１対の取付部材４０が備えられている。なお、図３においては取付部材４０は省略されて描かれている。
【００２６】
筐体２０は、前反射鏡２１と後反射鏡２２との２つの部材から構成されている。前反射鏡２１は、その前面及び背面が開口されており、前面開口が背面開口よりも広がった略円筒状をしている。後反射鏡２２は、前面が開口された椀状をしており、前反射鏡２１の背面開口と後反射鏡２２の前面開口はほぼ同じ大きさに設計されており、例えば、溶接や接着剤、あるいは、その合わせ部全周囲に備えられる結合部材によって一体とされている。また、後反射鏡２２の前面周囲には、２ヶ所に切込み２３が形成されており、光源３０の両側に備えられた棒状の取付部３１を保持可能にしている。
【００２７】
当該反射型照明装置１においては、前反射鏡２１及び後反射鏡２２は、それぞれ本発明に係る光反射体１０から作製されている。すなわち、前反射鏡２１及び後反射鏡２２は、例えばＳＵＳ３０４のような高強度を有する金属材からなる芯材とＡｌ０９９のような高純度アルミニウムからなる被材とによって構成された反射体本体１１に酸化防止層１２と１種の高屈折率層１３とが備えられた光反射体１０となっており、その内面側が光反射面となっている。
【００２８】
このように本発明に係る光反射体１０を備えることにより、全可視光域において反射効率が高く、しかも、耐熱性、耐摩耗性等の反射性能に優れた反射型照明装置１を提供できる。特に、この反射型照明装置１のように、反射体本体１１に強度の高いクラッド材を用いることにより、光反射体１０そのものを反射型照明装置１の筐体２０として用いることができるため、筐体用部品を別途用意する必要がなく、構成部品点数を削減し、反射型照明装置１の大幅なコストダウンを図ることができる。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の実施例である光反射体を種々作製すると共に、これらの光反射体を用いた反射型照明装置を作製し、本発明による効果を確かめた。
【００３０】
（実施例１）大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウムクラッド材（ＺＢ１−０：昭和アルミ社製）の表面をバフ研磨及び電解研磨をした後（Ｒmax≦０．１μｍ）、高密度反応性イオンプレーティング装置（ＪＥＩＰ−９００ＦＡ：日本電子社製）を用いて、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）からなる酸化防止層（光学的膜厚ｎｄ＝１４０ｎｍ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる１種の高屈折率層（光学的膜厚ｎｄ＝１４０ｎｍ）を形成し、本発明の実施例である光反射体を作製した。
【００３１】
（比較例１）大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウムクラッド材（ＺＢ１−０：昭和アルミ社製）の表面をバフ研磨及び電解研磨をした後（Ｒmax≦０．１μｍ）、高密度反応性イオンプレーティング装置（ＪＥＩＰ−９００ＦＡ：日本電子社製）を用いて、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなる酸化防止層（光学的膜厚ｎｄ＝１４０ｎｍ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる１種の高屈折率層（光学的膜厚ｎｄ＝１４０ｎｍ）を形成し、比較例である光反射体を作製した。
【００３２】
（比較例２）大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウムクラッド材（ＺＢ１−０：昭和アルミ社製）の表面をバフ研磨及び電解研磨をした後（Ｒmax≦０．１μｍ）、高密度反応性イオンプレーティング装置（ＪＥＩＰ−９００ＦＡ：日本電子社製）を用いて、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなる酸化防止層（光学的膜厚ｎｄ＝１４０ｎｍ）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）からなる１種の高屈折率層（光学的膜厚ｎｄ＝１４０ｎｍ）を形成し、比較例である光反射体を作製した。
【００３３】
これらの光反射体を用いて、初期反射効率及び４５０℃で３０日間耐熱試験を行った後の反射効率を測定し、反射効率の変化を測定したところ、表１に示すような結果が得られた。なお、反射効率は式１に従って求めた。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１に示すように、本発明の光反射体によれば、高温にさらされた場合においても、その反射効率はわずか３％程度しか変化せず、また、高温下に置いた場合でも、９０％以上という高反射効率を得ることができた。
【００３６】
次に、本発明の光反射体を用いて反射型照明装置を作製した。まず、図２及び図３に示す前反射鏡として、前面開口径が４５０ｍｍで幅１６０ｍｍの大きさにして、Ａｌ０９９／ＳＵＳ３０４クラッド材の表面をヘラ絞り及びバフ研磨並びに電解研磨をした後（Ｒmax≦０．１μｍ）、高密度反応性イオンプレーティング装置（ＪＥＩＰ−９００ＦＡ：日本電子社製）を用いて、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）からなる酸化防止層（光学的膜厚ｎｄ＝１４０ｎｍ）及び酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる１種の高屈折率層（光学的膜厚ｎｄ＝１４０ｎｍ）を形成した。これとは別に、図２及び図３に示す後反射鏡を、後面開口径が２８０ｍｍで幅１００ｍｍの大きさにして、Ａｌ０９９／ＳＵＳ３０４クラッド材を用いて、前反射鏡と同様の方法にて作製した。
【００３７】
これら前反射鏡と後反射鏡とによりショートアークＨＱＩランプを組み込み、本発明の実施例である反射型照明装置を作製した。この反射型照明装置を、１年間長期点灯試験を行ったところ、光反射体に色の変化やクラックが発生せず、良好な照明状態を得ることが出来た。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の光反射体は、反射体本体のアルミニウム反射面に形成されたスピネルからなる酸化防止層上に、屈折率が２．０以上の１種の高屈折率層を具備しているので、耐熱性、耐摩耗性に優れるとともに、全可視長域において優れた光反射効率を示す。特にスピネルからなる酸化防止層であるために、硬度が高くて耐摩耗性に優れ、費用的にも安価である。また、反射面上には２層の膜しかないので見る角度によっても色調の変化もない。このように、反射体性能に非常に優れたものであって、しかも安価に作製できる。
【００３９】
また、高純度アルミニウム材と当該高純度アルミニウム材の硬度よりも高い硬度を有する金属材とから構成されるクラッド材から反射体本体を作製すれば、光反射体全体としての強度を高めることができる。このため、光反射体自体が照明装置の筐体などを兼ね備えることができる。
【００４０】
さらに、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる群から選択されるいずれか１種から高屈折率層を形成することにより、さらに光反射体の表面硬度を高めることができ、耐摩耗性の向上につながる。
【００４１】
本発明の反射型照明装置は上記本発明に係る光反射体を備えているので、非常に安価に、光反射特性及び耐久性に優れた反射型照明装置を提供できる。
【００４２】
特に、光反射体によって筐体を兼ね備えることにより、反射型照明装置の製造コストを大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光反射体の構造図である。
【図２】同上の光反射体を用いた本発明の一実施の形態に係る反射型照明装置の断面構造図である。
【図３】図２に示す反射型照明装置の分解斜視図である。
【図４】従来例である光反射体の構造図である。
【符号の説明】
１反射型照明装置
１０光反射体
１１反射体本体
１２酸化防止層
１３高屈折率層
２０筐体
２１前反射鏡
２２後反射鏡
３０光源
３１取付部
４０取付部材

Claims

少なくとも反射面側がアルミニウムにて形成された反射体本体と、当該反射体本体の反射面上に形成されたスピネルからなる酸化防止層と、当該酸化防止層上に形成された屈折率２．０以上の１種の高屈折率層とを具備することを特徴とする光反射体。
前記反射体本体は、高純度アルミニウム材と当該高純度アルミニウム材の硬度よりも高い硬度を有する金属材とから構成されたクラッド材からなることを特徴とする請求項１記載の光反射体。
前記高屈折率層は、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる群から選択されるいずれか１種から形成されたことを特徴とする請求項１又は２いずれかに記載の光反射体。
光源と、当該光源から出射された光を反射する光反射体とを備えた反射型照明装置において、
前記光反射体は、請求項１、２又は３いずれかに記載の光反射体であることを特徴とする反射型照明装置。
請求項４記載の反射型照明装置において、前記光反射体が前記光源を納める筐体を兼ね備えたことを特徴とする反射型照明装置。