説明

無電極放電ランプ及びそれを用いた装置

【課題】無電極放電ランプにおいて、放電アークの位置を安定させるとともに、管壁温度の局所的な上昇によるバルブの変形や破損などの不具合を防止する。
【解決手段】放電容器内の印加する電界方向端部となる位置に、点灯中に放電の起点となるように封入物質を溜めておくくぼみを設け、くぼみにおける放電容器の厚さを他の部分より厚くした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はマイクロ波を利用して点灯する無電極放電ランプ及びそれを用いた装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高圧放電ランプは高効率・高演色という特性からハロゲンランプに代わり、一般照明だけでなく、自動車用の前照灯やプロジェクタ用のバックライトとして、需要が高まっている。
【0003】
特に、マイクロ波を利用した高圧放電ランプにおいては、発光空間に電極を持たなくても発光空間内の発光物質に電磁エネルギーを結合させ発光させることが可能なため、放電ランプの無電極化が実現できる。
【0004】
無電極放電ランプは発光部に電極を有しないため、電極の消耗による発光効率の低下がない。また、硫黄などのように発光効率は高いが電極材料と反応するため有電極ランプでは使用することができない発光物質を使用することができる。このため、ランプの長寿命化、高効率化という観点で期待されている。
【0005】
このような無電極ランプとしては、マイクロ波の漏洩を防止するために設けられた金属製のチャンバーの内部にランプとアンテナを設置し、アンテナからマイクロ波電力をランプに供給しランプを点灯する構造の装置が提案されている(特許文献1)。
【0006】
マイクロ波により点灯されたランプから放出された光は、金属製チャンバーの一部に設けられたマイクロ波の漏洩しないようなメッシュ構造部分から外部に取り出され、光を利用することが可能である。
【0007】
しかしながら、無電極ランプにおいては放電容器内に電極が存在しないため、放電の起点となる場所が一定ではなく、周囲の電界や磁界の影響を受けるため放電が不安定になりやすい、不安定な放電が局所的に発生した場合、管壁温度の過度の上昇を引き起こし、バルブの変形、破損の原因となる。
【0008】
この問題を解決するために、放電バルブをモーターに取り付け、点灯中バルブを回転させることにより、局所的な温度上昇を抑え、バルブの破損を防ぐ無電極ランプ装置が提案されている(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2008−181737号公報
【特許文献2】特開平5−290608号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかし、上記のように放電バルブを回転させる場合、モーターなど回転用の動力が必要となるため、装置の大型化、高コスト化が問題となる。
そこで本発明は、放電空間内に電極を有しない無電極放電ランプにおいて、放電ランプ回転用の動力を必要とせず、局所的な放電による管壁温度の過度の上昇が原因となるバルブの変形や破損などの不具合を防ぐことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この課題を解決するために、本発明は、膨部及びくぼみを有する放電容器を備えた無電極放電ランプを提供する。無電極放電ランプは放電容器に内包された封入物質にマイクロ波電界が印加されて放電する。くぼみは、点灯中に封入物質が溜まることによって放電の起点となるように、マイクロ波電界の方向の端部となる位置に形成され、くぼみにおける放電容器の厚さが膨部における放電容器の厚さよりも厚くなるようにした。
【0012】
上記において、くぼみは、好ましくは放電容器内の最冷部を含む領域に形成される。また好ましくは、くぼみは放電容器内の点灯中に重力方向下側となる領域に形成される。またさらに、くぼみは放電容器内の対向する位置に一対形成される構成としてもよい。
【0013】
本発明はさらに、上記の無電極放電ランプ、無電極放電ランプにマイクロ波電界を印加するアンテナ、並びに無電極放電ランプ及びアンテナを内部に配置するチャンバーを備えた無電極放電ランプ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施例に係る無電極放電ランプ装置を示す図である。
【図2】本発明の他の実施例に係る無電極放電ランプ装置を示す図である。
【図3】本発明の各実施例を説明する図である。
【実施例1】
【0015】
図1は本発明に係る無電極放電ランプ装置の構成を示す概略図である。なお、各図面を通じて寸法は例示であり、本発明はそれに限定されない。
【0016】
マイクロ波発振源(図示せず)より発振されたマイクロ波は周波数2.45GHzであり、同軸ケーブルを伝播し同軸コネクタ6を介してアンテナ5に伝えられる。
アンテナ5は直径4mm、長さ20mmの金属製の棒で、同軸コネクタ6の中心導体と電気的に接続されており、このアンテナ5により、マイクロ波が金属製チャンバー7内に送られ、マイクロ波電界が発生する。
【0017】
金属製チャンバー7の寸法は内径110mm、高さ70mmであり、TM010に近い形で電界が分布しており、放電ランプ1を点灯するための空洞共振器として働き、放電ランプ1からの放射光を内面に形成された反射膜で反射し、金属メッシュ8で覆われた開口部から外部に光を放射する構造となっている。
【0018】
放電ランプ1の放電容器2は石英ガラス製であり、膨部2´及びくぼみ3を有する(図3参照)。言い換えると、放電容器2のくぼみ3以外の部分が膨部2´である。膨部2´は内径6mm、長さ20mmであり、水銀と金属ハロゲン化物と希ガスが封入されている。くぼみ3は、意図する放電方向の端部(即ち、チャンバー内に発生している電界方向の端部)となる位置に形成されている。
【0019】
金属製チャンバー7にマイクロ波が送られると、放電容器2内に封入された希ガスから放電が開始する。この希ガスからの放電により放電容器内の水銀及び金属ハロゲン化物が加熱され蒸発し、放電を開始し、発光する。
【0020】
点灯中、封入物質である水銀及び金属ハロゲン化物は、放電容器中心部で蒸発し放電、発光した後、放電容器外周部を対流して、放電容器内の最冷部に位置するくぼみ3で凝縮する。くぼみ3に溜まった封入物質はアーク4に曝されて蒸発し放電をするので、くぼみ3に溜まった封入物質を起点として放電が発生する。
【0021】
図3に示すように、本実施例では、膨部2´における石英ガラスの厚さt2は2mmであるのに対して、くぼみ3における石英ガラスの厚さt3は4mmである。アーク4はくぼみ3に溜まった封入物質から発生し、アーク周辺は局所的に加熱されため、くぼみ3のアーク近傍付近は局所的に加熱される可能性があるが、この部分の石英ガラスは厚く形成されているため、変形などの不具合が発生することはない。
【0022】
一方、アーク4がくぼみ3を起点として発生するために、膨部2´における石英ガラスの薄い部分では局所的な温度上昇は発生しない。即ち、くぼみ3を起点として発生したアーク4は放電容器2の中心部に存在するため、膨部2´における石英ガラスでは放電容器の変形を起こすような温度上昇は起こらない。
【0023】
以上のように、無電極ランプの放電容器に、封入物質を溜めておくくぼみを設けることにより、このくぼみが起点となって放電が発生するため、不特定な場所から放電することがない。そして、アークの起点となり局所的に加熱される可能性のあるくぼみ部分においては、石英ガラスの厚さが厚いため、加熱による変形などの不具合を起こすことがない。
【0024】
また、このくぼみ3は重力方向下側となる領域に配置することが望ましい。封入物質を溜めておくくぼみが、放電容器2の最冷部を含む領域及び重力方向下側の領域に形成されているので、点灯中くぼみに封入物質が溜まりやすく、安定してくぼみ部分が放電の起点となる。この理由は、放電ランプの点灯中封入物質は、高温部で蒸発し低温部で凝縮するサイクルを繰り返しており、放電容器の最冷部を含む領域や重力方向下側となる領域は、放電容器内の低温部分に相当するため、この部分で凝縮し放電の起点となりやすいからである。
【実施例2】
【0025】
図2はさらに他の実施例を示す。なお、図1と重複する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。
【0026】
本実施例の金属製チャンバー7の寸法は内径110mm、高さ70mmであり、TM010に近い形で電界が分布している。
【0027】
放電ランプの放電容器2は石英ガラス製であり、膨部2´並びに一対のくぼみ3a及び3bを有する(図3参照)。言い換えると、放電容器2のくぼみ3a及び3b以外の部分が膨部2´である。膨部2´は内径6mm、長さ25mmであり、水銀と金属ハロゲン化物と希ガスが封入されている。くぼみ3a及び3bは放電容器内部に対向して形成されている。
【0028】
この一対のくぼみ3a、3bは放電容器2の長手方向の端部にそれぞれ配置されており、放電容器2の長手方向と金属製チャンバー内に分布する電界9の向きはほぼ一致している。即ち、実施例1と同様に、くぼみ3a及び3bは、意図する放電方向の端部(即ち、チャンバー内に発生している電界方向の端部)となる位置に形成されている。
【0029】
金属製チャンバー7にマイクロ波が送られると、放電容器2内に封入された希ガスから放電が開始する。この希ガスからの放電により、放電容器2内の水銀及び金属ハロゲン化物が加熱され蒸発し放電し、この放電は金属製チャンバー内のマイクロ波の電界方向に発生する。
【0030】
点灯中、封入物質である水銀及び金属ハロゲン化物は、放電容器2の中心部で蒸発し放電、発光した後、アーク4から離れた一対のくぼみ3a、3bで凝縮する。一対のくぼみ3a、3bに溜まった封入物質はアーク4に曝されて蒸発し放電をするので、一対のくぼみ3a、3bの間で、安定した放電を実現することができる。
【0031】
図3に示すように、本実施例でも、膨部2´における石英ガラスの厚さt2は2mmであるのに対して、くぼみ3aにおける石英ガラスの厚さt3は4mmである。なお、くぼみ3bにおける石英ガラスの厚さについてもくぼみ3aと同様である。
【0032】
一対のくぼみ3a、3b部での石英ガラスの厚さを、放電容器2の他の場所(膨部2´)に比べ厚くしてあるので、くぼみのアーク近傍付近は局所的に加熱される可能性があるが、変形などの不具合が発生することはない。
【0033】
本実施例では、実施例1で得られる効果に加えて、電界方向に生じた放電が一対のくぼみ間でさらに安定することになり、放電容器の意図しない場所での過度の温度上昇をより確実に防止できる。
【符号の説明】
【0034】
1 放電ランプ
2 放電容器
2´ 膨部
3、3a、3b くぼみ
4 アーク
5 アンテナ
6 同軸コネクタ
7 金属製チャンバー
8 金属メッシュ
9 電界

【特許請求の範囲】
【請求項1】
膨部及びくぼみを有する放電容器を備えた無電極放電ランプであって、該放電容器に内包された封入物質にマイクロ波電界が印加されて放電する無電極放電ランプであって、
前記くぼみは、点灯中に前記封入物質が溜まることによって放電の起点となるように、前記マイクロ波電界の方向の端部となる位置に形成され、
前記くぼみにおける放電容器の厚さが前記膨部における放電容器の厚さよりも厚いことを特徴とする無電極放電ランプ。
【請求項2】
前記くぼみは、前記放電容器内の最冷部を含む領域に形成されたことを特徴とする請求項1記載の無電極放電ランプ。
【請求項3】
前記くぼみは、前記放電容器内の点灯中に重力方向下側となる領域に形成されたことを特徴とする請求項1記載の無電極放電ランプ。
【請求項4】
前記くぼみは前記放電容器内の対向する位置に一対形成されたことを特徴とする請求項1記載の無電極放電ランプ。
【請求項5】
請求項1から4いずれか一項に記載の無電極放電ランプ、該無電極放電ランプにマイクロ波電界を印加するアンテナ、並びに該無電極放電ランプ及び該アンテナを内部に配置するチャンバーを備えた無電極放電ランプ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2011−258359(P2011−258359A)
【公開日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−130633(P2010−130633)
【出願日】平成22年6月8日(2010.6.8)
【出願人】(000000192)岩崎電気株式会社 (533)
【Fターム(参考)】