(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【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。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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