(57)【要約】【課題】λ／４という制限された寸法内で放電灯の大光量化を実現することを目的とする。【解決手段】放電灯Ａは中空で内部に発光物質が封入されたランプ容器１と、第１アンテナ電極１１及び電磁波発生部３０からの電磁波電力の供給を受ける第２アンテナ電極２１とで構成されている。第１アンテナ電極１１はランプ容器１の一端に設けられた第１封止部１０にその一端が埋設され、他端がランプ容器１に突出している。第２アンテナ電極２１はランプ容器１の他端に設けられた第２封止部２０内に埋設された金属箔２２にその一端が接続され、その他端が前記第１アンテナ電極１１に対向して配設されている。第２封止部２０はランプ容器１に電磁波電力を供給する電磁波発生部３０に装着されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空で内部に発光物質が封入されたランプ容器と、
ランプ容器の一端に設けられた第１封止部、他端に設けられ、ランプ容器に電磁波電力を供給する電磁波発生部に装着される第２封止部と、
第１封止部内にその一端が埋設され、その他端がランプ容器に突出している第１アンテナ電極と、
第２封止部内に埋設された金属箔にその一端が接続され、その他端が前記第１アンテナ電極に対向して配設され、電磁波発生部からの電磁波電力の供給を受ける第２アンテナ電極とで構成されていることを特徴とする放電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁波を利用した高輝度・省エネルギータイプの高周波励起型放電灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屋外競技場或いは店舗用の照明、漁船の集魚灯、道路・街路灯、植物工場内の照明その他の大光量が要求されるような照明設備の光源として、演色性、配光性なども考慮され、且つ、寿命の長い高輝度放電灯（主にメタルハライドランプ）が多用されていた。処が最近、ＬＥＤの大光量化が進み、省エネルギーおよび寿命の観点からこれらが次々とＬＥＤに置き換えられている。しかしながら、ＬＥＤは大光量化とともに発光面積が増大（非点光源化）し、しかも出光された光の大半は直進するため、リフレクタなどを利用しても光の制御が困難であるという欠点を有する。
【０００３】
特に、陸上競技場、サッカー場、ラグビー場のようなスポーツ照明では、競技中に競技面を外れた競技者やボールが極端に見えにくくならないように、競技面周辺部分においても十分な照度を確保することが重要である。特に、ゴール前、コーナー部分はプレーにおいて重要な場所であり、競技面全体の均斉度を良くするような照明計画をすることが求められている。そのためには光の制御が重要で、従来使用されてきた放電灯のような点光源に近い光源と異なり、大光量ＬＥＤのような発光面積の大きい光源は光の制御が困難であり、大光量を必要とするような照明施設ではＬＥＤは必ずしも適切な光源でないことが分かってきた。この点は他の一般照明でも光源に対して大なり小なり要求されている。換言すれば、光源に対してその用途に合わせて光の制御が容易にできることが求められている。
【０００４】
そこで、大光量ＬＥＤに代わるような放電灯、即ち、大光量で且つ省エネルギ―タイプの放電灯が求められており、その候補として特許文献１に示されるような「無電極放電灯」や、特許文献２に示されるような「高周波励起型点光源ランプ」が提案されている。特許文献１に示されるような「無電極放電灯」は、第１導体と第２導体との間に、導波された電磁波を放出する放出部を設け、放出された電磁波により生成される表面波プラズマに基づいて放電発光する放電部を備えている。特許文献２に示されるような「高周波励起型点光源ランプ」は、放電空間を形成するランプ容器の外部に露出することなくランプ容器に支持され、外部より与えられる高周波エネルギーにより生じる電界を集中させ、強めることにより放電空間内に配置された先端において放電を集中させる放電コンセントレータを備えている。いずれも同じ出力で従来の放電灯の２倍程度の明るさをもつ省エネルギータイプの放電灯である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９７１５６号公報
【特許文献２】特開２００２−０７５２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の無電極放電灯では、ランプが電極を有していないことから、電磁波のエネルギーはランプ容器壁を貫通して容器内に供給されることになり、容器壁の高熱化が避けられず、容器壁の溶融破壊が生じることから現時点では数ワット程度のものしか実現していない。
【０００７】
特許文献２の高周波励起型放電灯では、特許文献１の無電極放電灯と異なり、ダブルエンド型のランプ容器を使用し、アンテナ効果を利用して電極間にマイクロ波電力を直接投入をして発光させる方式で、最も効率よく発光させることができる発振周波数は、これまでの研究からマイクロ波の波長の四分の一（λ／４）であることが分かっている。この条件を満足させるためには、誘電体を介して外部導電体に放電灯を装着すると、外部導電体の端面から放電灯の先端部分の封止部分の金属部分の先端までの長さが２２ｍｍに限定されてしまう。そして、電極間の距離はこの場合、５ｍｍが必要となり、ランプ容器の球状発光部分の両側に設けられる封止部分も、前記球状発光部分の高い気密性を確保するため、ある程度の長さが要求され、その結果、球状発光部分の大きさ（ランプ容積）は例えば、３３ｍｍ3と、おのずと小さいものにならざるを得ないとされていた。
【０００８】
換言すれば、特許文献２の高周波励起型放電灯では、寸法的制約からせいぜい３５Ｗ程度であり、例えば、７５〜３００Ｗというような大光量が要求されるような用途には到底使用することが出来なかった。即ち、特許文献１および２に記載の放電灯は、同じＷ数で、従来のメタルハライドランプのような放電灯に比べて２倍程度の明るさを持つため、省エネルギーという面では非常に有望であるが、前者はランプ壁の溶融という問題、後者は寸法的制約のために大光量という面では要求を達成できていない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、特許文献２に記載の放電灯の利点である高発光効率を維持しつつ、その問題点である大光量化を阻害している寸法上の制約を克服して大光量化を実現した放電灯を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の本発明の放電灯Ａは、
中空で内部に発光物質が封入されたランプ容器１と、
ランプ容器１の一端に設けられた第１封止部１０、他端に設けられ、ランプ容器１に電磁波電力を供給する電磁波発生部３０に装着される第２封止部２０と、
第１封止部１０内にその一端が埋設され、その他端がランプ容器１に突出している第１アンテナ電極１１と、
第２封止部２０内に埋設された金属箔２２にその一端が接続され、その他端が前記第１アンテナ電極１１に対向して配設され、電磁波発生部３０からの電磁波電力の供給を受ける第２アンテナ電極２１とで構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の放電灯Ａに供給された高周波やマイクロ波等の電磁波は、第１、２アンテナ電極１１，２１を介してランプ容器１内に直接供給され、第１、２アンテナ電極１１，２１の先端付近に局所的に集中して放電するため、ランプ容器１内部の高圧ガス等の発光物質が効率よく発光する。
【発明の効果】
【００１２】
前述のように放電灯を照明装置に組み込んで目的に合致した照明を行うためには、配光制御を効率よく行う必要がある。そのためには、第１、２アンテナ電極間に形成された発光部のサイズを小さくする必要があり、そのためにはＬＥＤのような面光源でなく、従来から使われているような放電灯に代表されるような点光源にする必要がある。しかしながら、放電灯の大光量化を追求すると、ランプ容器１をそれなりに大きくする必要がある。特許文献２に記載した放電灯では、寸法的限界があるとされているが、本発明の放電灯Ａによれば、第１アンテナ電極１１は単なる棒状の部材で、その一端が第１封止部１０内に埋設されているため、従来必要とされていた第１アンテナ電極１１側の金属箔を省略することができ、その分だけランプ容器１を大きくすることができる。その結果、高輝度であって省エネルギーに優れ、しかも７５Ｗ〜３００Ｗという従来にない大電力の放電灯を作ることができた。なお、第１アンテナ電極１１に抜け止め１２ａ〜１２ｃを設けておくことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】(ａ)は本発明の放電灯の形態１を示す断面図、(ｂ)〜(ｄ)は他の実施例の部分断面図である。
【図２】図２の平面図である。
【図３】図２の底面図である。
【図４】本発明の放電灯の形態２を示す断面図である。
【図５】本発明の放電灯の形態３を示す断面図である。
【図６】本発明の放電灯の製造手順１を示す断面図である。
【図７】本発明の放電灯の製造手順２を示す断面図である。
【図８】本発明の放電灯の製造手順３を示す断面図である。
【図９】図５の放電灯の製造手順１を示す断面図である。
【図１０】図５の放電灯の製造手順２を示す断面図である。
【図１１】図５の放電灯の製造手順３を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１は本発明の第１実施例を示す概略断面図で、ランプ容器１は中空の球体或いは回転楕円体で、両端（回転楕円形の場合は、長軸側の両端）に第１、第２封止部１０，２０が形成されている。その材質は例えば石英ガラスのような耐熱ガラスが使用される。第１、第２封止部１０，２０は、後述するシュリンク方式やピンチシール方式などで形成され、ランプ容器１内が完全に気密的に封止されている。
【００１５】
第１封止部１０には、ランプ容器１の内側から第１アンテナ電極１１の一端が埋設されており、他端がランプ容器１内に突き出ている。図１(ａ)に示す第１アンテナ電極１１の埋設端は、単に第１封止部１０に挿入固着されているが、同図(ｂ)〜(ｄ)のように抜け止め１２ａ〜１２ｃを設けるようにしてもよい。同図(ｂ)の抜け止め１２ａは、埋設端に小さなモリブデン金属箔を溶接し、埋設端から両側に張り出させ、第１封止部１０内に埋設したものであり、同図(ｃ)の抜け止め１２ｂは、埋設端に例えばネジ切りをして凹凸を形成したものであり、同図(ｄ)の抜け止め１２ｃは、埋設端に補助コイルを巻着して第１封止部１０内に埋設したものである。
【００１６】
一方、第２封止部２０内にはモリブデン金属箔２２が埋設されており、第２アンテナ電極２１の埋設端がモリブデン金属箔２２の端部に溶接されており、他端がランプ容器１内に突き出すように取り付けられている。第１アンテナ電極１１と第２アンテナ電極２１は適用される消費電力に対応した所定の間隔（例えば、３〜５ｍｍ程度）をあけて互いにその先端が対向するように設けられている。換言すれば、所定の間隔をあけて同一直線上に配置されている。そして、モリブデン金属箔２２の他端には、ランチャ３１の内部円筒部材（即ち、内部導体）３２に接続される外部リード線２３の埋設端が接続され、第２封止部２０から外部に引き出されている。
【００１７】
第１封止部１０は図１から分かるように、棒状の第１アンテナ電極１１の一端が埋設されているだけで、第２封止部２０のようなモリブデン金属箔２２がないので、第１封止部１０の長さは第２封止部２０に比べて大幅に短くできる。ランプ容器１が回転楕円体の場合、長軸側の一方の端部に第１アンテナ電極１１の一端が埋設されることになるので、その分だけランプ容器１の長軸方向に長くすることができる。換言すれば、それだけ大電力に対応できることになる。なお、放電灯Ａを横にして点灯した場合、第１，２アンテナ電極１１、２１間のアークＰは弧を描くので、第１，２アンテナ電極１１，２１間で発生するプラズマが直線になるようにするためには、ランプ容器１が回転楕円体の場合、ランプ容器１の内面にアークＰが接触しない範囲で短軸の内径幅が短い方が好ましい。
【００１８】
次に本発明に係る放電灯Ａの製造方法であるが、これには様々な方法がある。以下、第１実施例の製造方法について説明し、その変形例についてはその相違点を原則として説明する。まず、排気台４０にランプ容器１のふくらみ部分２が設けられたガラス管Ｇの一端を挿入接続し、ガラス管Ｇに不活性ガスを流しながら（或いは不活性ガス雰囲気内で不活性ガスを流しながら）、第１アンテナ電極１１を差し込んだジグ５０をガラス管Ｇの開放端から挿入し、ランプ容器１のふくらみ部分２の上側の所定位置に保持する。不活性ガスとしては通常アルゴンガスが用いられる。
【００１９】
この状態でガラス管Ｇの第１封止部１０となる位置を加熱し、第１封止部１０を形成する。第１封止部１０の形成方法は、周知のシュリンク方法或いはピンチシール方法などが用いられる。第１封止部１０には第１アンテナ電極１１の一端がつき抜けることなく埋設されており、この部分の気密性は確保される。（図６、７）
【００２０】
次に、第１封止がなされたガラス管Ｇを排気台４０から抜き、不活性ガス雰囲気内で第２封止部２０側に挿入される次に述べる導電部材２４をガラス管Ｇの開放口から第２封止部２０が形成される位置まで挿入する。この導電部材２４は、モリブデン金属箔２２、その一端に溶接された第２アンテナ電極２１、その他端に溶接された外部リード線２３とで構成されている。外部リード線２３の端部には例えばコイル状に巻き付けられ、その直径がガラス管Ｇの第２封止部２０を構成する部分の内径より若干大きく形成されている仮止め部２３ａが形成されており、不活性雰囲気中で、第２封止部２０が形成される部分に挿入された時、この仮止め部２３ａがガラス管Ｇの内面に弾接し、第２アンテナ電極２１の先端部分がすでに埋設固定されている第１アンテナ電極１１の先端に対して所定の間隔を設け、これに対向する位置に仮固定される。続いて、発光物質をガラス管Ｇのふくらみ部分２に充填する。
【００２１】
この状態で容器用の太いガラス管Ｇを排気台４０に挿入接続し、ガラス管Ｇのふくらみ部分２を浸漬又はスプレーにて液体窒素で冷却し、且つ、ガラス管Ｇの内部を完全に排気する。排気が完了したところでガラス管Ｇ内に必要ガスをふくらみ部分２に充填する。必要ガスや必要物質は冷却されてふくらみ部分２の底に溜まる。その後、モリブデン金属箔２２にほぼ一致する部分を加熱し、モリブデン金属箔２２および第２アンテナ電極２１、外部リード線２３の溶接近傍部分を埋設して第２封止部２０を形成し、これにより球状或いは回転楕円形のランプ容器１が形成されることになる。第２封止部２０も第１封止部１０と同様、周知のシュリンク方式或いはピンチシール方式によって形成される。そして、第２封止部２０においてもモリブデン金属箔２２により、確実にランプ容器１の気密性が保たれる。最後に、ガラス管Ｇの不要部分を切除して図１の放電灯とする。必要ガスや必要物質は管球の種類によって相違するが、第１実施例の場合は必要物質はキセノン、スカンジウム、エスプロシウムのようなものである。
【００２２】
なお、放電灯Ａの製造方法はこれに限られるものではなく、例えば、図９に示すように、あらかじめ細い封止部形成用のガラス管ｇに第１アンテナ電極１１を埋設しておき、これをガラス管Ｇのふくらみ部分２の開口に挿入し、接続部分を加熱溶着して一体化するようにしてもよい。前述の第２アンテナ電極２１の導電部材２４の封止にあたって、直接、モリブデン金属箔２２に一致する部分を加熱せず、仮止め部２３ａより上の排気台４０側に近い部分を加熱閉塞し、然る後、排気台４０から取り外し、適当な場所で第２封止を行ってもよい（図１０、１１）。図中、破線は不要な第１アンテナ電極１１側の第１封止部１０を切断する切断ラインである。
【００２３】
また、第１アンテナ電極１１の埋設にあたっては、ジグ５０を使用したが、これに限られず、図示していないが、ガラス管の第１封止部を形成する部分の内径を第１アンテナ電極を保持できる程度にあらかじめ形成しておき、ガラス管を水平に配置して当該部分に第１アンテナ電極を挿入保持し、この状態で加熱して第１アンテナ電極の一端を第１封止部内に埋設するようにしてもよい。
【００２４】
次に、本発明の放電灯Ａの点灯について説明する。放電灯点灯装置（図示せず）には、高周波またはマイクロ波等の電磁波を導波する導波部として作用するランチャ３１が装備されている。このランチャ３１の一端には、回転放物面或いは回転楕円面の反射面をもつリフレクタ（図示せず）が設置されており、このリフレクタの焦点に、第１，２アンテナ電極１１，２１間に形成される本発明の放電灯Ａの発光点が位置するように取り付けられている。
【００２５】
ランチャ３１の他端は、同軸ケーブル（図示せず）を介して小型の固体発振器３（図示せず）に接続されている。固体発振器（図示せず）としては、発振器、アンプ、及びアイソレータを備えたソリッドステート発振器を用いることができる。固体発振器には、２８〜３０Ｖ程度の電圧を出力する直流電源（図示せず）が接続されている。
【００２６】
ランチャ３１は、内部円筒部材３２、及び内部円筒部材３２を囲むように、内側面が内部円筒部材３２の外側面と所定距離隔てて同軸に設けられた外部円筒部材３３とで構成されている。内部円筒部材３２及び外部円筒部材３３は、金属等の導体で構成されている。内部円筒部材３２の先端部には、本発明の放電灯Ａの第２封止部２０が挿入されている。
【００２７】
また、内部円筒部材３２の外側面と外部円筒部材３３の内側面との間には、固体発振器で発振され同軸ケーブルを導波した電磁波を放電灯Ａに供給されるように導く導波路が形成されている。
【００２８】
本実施の形態によれば、固体発振器３５で発振された電磁波は、同軸ケーブルを介してランチャ３１の端部に導波され、ランチャ３１の同軸導波路を導波して取り付け部１４Ｃに取り付けられた放電灯Ａに供給されて放電し、これにより、ランプ容器１内の発光物質が効率よく発光する。
【００２９】
放電灯Ａをランチャ３１に取り付けた状態で、外部円筒部材３３の端部と第１アンテナ電極１１の端部との間の距離Ｌが、電磁波の波長λの１／４の長さになった場合、電磁波は周囲の空間に効率よく放射され、従来のメタルハライドランプの約２倍の高輝度の光を放射する。
【００３０】
以上説明したように本実施の形態では、電磁波が第１、２アンテナ電極１１、２１を介してランプ容器１内部に直接供給され、第１、２アンテナ電極１１、２１の先端部付近に電磁波電界が局所的に集中するため、ランプ容器１に封入された高圧ガス内で効率よくプラズマを放電させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ：放電灯、Ｇ：容器用の太いガラス管、ｇ：第１封止部用の細いガラス管、Ｌ：外部円筒部材の端部と第１アンテナ電極の端部との間の距離、Ｐ：アーク、１：ランプ容器、２：ふくらみ部分、１０：第１封止部、１１：第１アンテナ電極、１２ａ〜１２ｃ：抜け止め、２０：第２封止部、２４：導電部材、２１：第２アンテナ電極、２２：モリブデン金属箔、２３：外部リード線、２３ａ：仮止め部、３０：電磁波発生部、３１：ランチャ、３２：内部円筒部材、３３：外部円筒部材、４０：排気台、５０：ジグ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016115541.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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