JP2000208105A - 無電極放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点灯中の失透現象の発生を抑制し、寿命が長
く高い効率と信頼性を夫有する無電極放電ランプを提供
する。 【解決手段】 石英ガラスからなる円筒型の発光管６の
内部に、金属ハロゲン化物等の発光物質７が充填されて
おり、始動補助ガスとしてアルゴンが充填されている。
発光管６の内部には、上端が開口し下端が閉じた円筒形
の保護部材８が設けられ、保護部材８の外周面は発光管
６の内面に略当接している。保護部材８は、例えば透光
性を有したＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系で低膨張の結
晶化ガラスを用いて形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無電極放電ランプ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の無電極放電ランプとして、図４に
示すように、高周波電源１に接続された誘導コイル２が
石英ガラス製の発光管３に巻回されており、発光物質が
充填された発光管３の内面に略当接させて失透抑制部材
４が設けられたものが知られている（特開平８−１２４
５３９号公報）。失透抑制部材４はセラミック系材料か
らなり、失透抑制部材４を設けて発光管３の内面と発光
物質とが直接触れにくくすることにより、発光管３の材
料である石英ガラスの結晶化による失透現象の発生を抑
制している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の無電極
放電ランプでは、セラミック系材料からなる失透抑制部
材を用いており、セラミックは石英ガラスと比べ、耐熱
性は高いが熱衝撃性はかなり弱い。発光管の温度分布
は、発光管内のプラズマやガスの熱対流などから受ける
熱によって形成されるため、均一にすることが難しく、
発光管の内面に略当接したセラミック系材料からなる失
透抑制部材は割れやすくなり、寿命が短くなるという課
題があった。また、セラミック系材料からなる失透抑制
部材を用いる場合、失透抑制部材が割れないように発光
管を設計することが必要になり、発光管の設計に手間が
かかるという課題があった。

【０００４】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、点灯中の失透現象の発生が抑制でき、
寿命が長く高い効率と信頼性を有する無電極放電ランプ
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の無電極放電ラン
プは、内部に金属ハロゲン化物と希ガスとを充填したガ
ラス製の発光管の内面に、結晶化ガラスからなる透光性
保護部材を略当接させて設けたものである。

【０００６】この構成により、発光管の内面を発光物質
と直接触れないようにすることができ、さらに発光管の
透光性を確保できるとともに、保温効果を伴って発光物
質の蒸気圧を高め発光効率を高めることができる。ま
た、保護部材の熱衝撃性を発光管と同程度とすることが
できる。

【０００７】また、本発明の無電極放電ランプは、内部
に金属ハロゲン化物と希ガスとを充填したガラス製の発
光管の内面に結晶層を有するものである。

【０００８】この構成により、発光管の内面に最初から
わずかな失透を起こしているので、新たな失透現象の発
生を抑制することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。

【００１０】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
無電極放電ランプの断面図である。

【００１１】図１に示すように、本発明の第１の実施形
態の無電極放電ランプ５は、石英ガラスからなる円筒型
の発光管６の内部に、金属ハロゲン化物等の発光物質７
およびアルゴン（Ａｒ）等の希ガスが始動補助ガスとし
て充填されている。発光管６の内部には、一端が開口し
他端が閉じた円筒形の保護部材８が設けられ、保護部材
８の外周面は発光管６の内面に略当接している。保護部
材８は、例えば透光性を有したＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｓ
ｉＯ₂系で低膨張の結晶化ガラスを用いて形成される。
また、後述する無電極放電ランプ装置に無電極放電ラン
プ５を取り付けるための支持棒９が、発光管６とは別体
に設けられている。この支持棒９は、ガラス等の誘電性
材料からなり、発光管６と一体成形されたものであって
もよい。

【００１２】例えば発光管６は、石英ガラス製で、内部
の高さ３０ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円筒
型であり、発光管６の内部には発光物質である臭化イン
ジウム（ＩｎＢｒ）が４０ｍｇおよび始動補助ガスであ
るＡｒが１．３ｋＰａ充填されている。また、保護部材
８は結晶化ガラスからなり、高さ３０ｍｍ、外径３０ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍの円筒形である。

【００１３】このような無電極放電ランプ５を用いた無
電極放電ランプ装置を図２に示す。図２に示すように、
無電極放電ランプ装置１０は、２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を発生するマグネトロン１１と、空洞構成部材１２
と、マグネトロン１１が発生したマイクロ波を空洞構成
部材１２内に伝達する導波管１３と、支持棒９によって
支持され空洞構成部材１２内に配設された無電極放電ラ
ンプ５とから構成されている。

【００１４】空洞構成部材１２は、導電性メッシュ素材
等、実質的にマイクロ波を透過せず光を透過しかつ導電
性を有する構成材を用いて円筒形に成形されており、例
えば、エッチング加工による金属メッシュ板を溶接加工
したものである。この空洞構成部材１２は、導波管１３
と電気的に良好に接触するように設けられている。空洞
構成部材１２と導波管１３の管壁面の一部とで構成され
た空間を、マイクロ波空洞１４という。マイクロ波空洞
１４は、導波管１３の壁に設けた給電口１５によって、
導波管１３内の伝送空間と連絡している。

【００１５】マグネトロン１１は、導波管１３内にアン
テナを挿入して配置されており、マグネトロン１１が発
生するマイクロ波は、アンテナから導波管１３内を伝送
し、給電口１５を通ってマイクロ波空洞１４内に供給さ
れる。供給されたマイクロ波は、マイクロ波空洞１４内
の無電極放電ランプ５に充填された発光物質であるＩｎ
Ｂｒを励起して光を発生させる。その発光過程は、まず
Ａｒがマイクロ波エネルギーにより放電を開始し、Ａｒ
の蒸気圧の上昇と共に高温となって、ＩｎＢｒが蒸発し
放電を開始する。続いて、ＩｎＢｒの蒸気圧が上昇し
て、これらの分子にマイクロ波エネルギーが注入されて
励起され、分子発光による可視域全体に広い連続スペク
トルを持つ白色の光が放射される。無電極放電ランプ５
から発生した光は、空洞構成部材１２を透過してマイク
ロ波空洞１４の外側へ取り出される。

【００１６】安定した均等な放電発光を得るために、支
持棒９をモーターなどに接続して、支持棒９を回転軸と
して無電極放電ランプ５を回転させながら点灯させても
よい。

【００１７】本実施の形態の無電極放電ランプでは、石
英ガラスからなる発光管６の内面に、Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ
₃−ＳｉＯ₂系で低膨張の結晶化ガラスからなる保護部材
８を設けているので、発光物質であるＩｎＢｒの遊離し
たＩｎが発光管６の内面に直接触れることを抑制するこ
とができる。この遊離したＩｎが保護部材８に接触して
付着析出しても、結晶化ガラスからなる保護部材８は、
石英ガラスと異なり最初から結晶構造を有しているた
め、いわゆる失透現象はほとんど発生しない。したがっ
て、発光管６の失透現象を抑制することができ、無電極
放電ランプの点灯中にその発光強度が低下することを防
止することができる。

【００１８】また、保護部材８は、石英ガラスに比べ誘
電損失が高いので、発光管６を保温する効果も得られ
る。本発明者等の知見によると失透現象を促進するＩｎ
の析出は比較的温度の低い部分に起こることから、発光
管６の保温により管内面の温度が高くなり、保護部材８
へのＩｎの接触だけでなく、Ｉｎの析出を抑制すること
ができる。また、保温効果によって発光管最冷点温度が
高くなり管内の蒸気圧が大きくなって発光効率が高くな
る。

【００１９】保護部材８として、上端が開口し下端が閉
じた円筒形のものを用いている。これは保護部材８の開
口部を上にして無電極放電ランプ５を点灯させる場合、
対流の影響で発光管６の上端付近が最高温度になるが、
失透を促進するＩｎの析出は前述したように温度の低い
部分で起こるため、発光管６の上端近辺での失透現象の
発生確率が低いためである。保護部材８の形状や大きさ
はこれに限定されるものではなく、発光管の特性による
仕様に応じて選ばれる。例えば、石英ガラス製の発光管
を球状とし、保護部材を中空で開口部をもつ略球状とし
てもよい。

【００２０】また、保護部材８として低膨張の結晶化ガ
ラスを用いているため熱衝撃性に強く、発光管６の温度
分布が不均一になった場合でも、保護部材８が割れるこ
とはほとんどない。したがって、発光管６の設計におい
て保護部材８の割れを考慮する必要がなく、発光管６の
設計が容易となる。

【００２１】図３は、本発明の第２の実施形態を示す無
電極放電ランプの断面図である。

【００２２】図３に示すように、本発明の第２の実施形
態の無電極放電ランプ１６は、石英ガラスからなり、厚
さ１．５ｍｍ、内径３０ｍｍの球形の発光管１７の内部
に、発光物質１８として例えばＩｎＢｒ等の金属ハロゲ
ン化物と始動補助ガスとしてＡｒ等の希ガスとが充填さ
れている。発光管１７の内面には結晶層１９（図３中の
破線の内側）が形成されている。

【００２３】結晶層１９は、石英ガラスからなる発光管
１７の内面のみ結晶化させて形成する。例えば、まずア
ルミニウムイオン等を含む溶液を、発光管１７の内面に
塗布し、石英ガラスの軟化点以上で加熱処理し、アルミ
ニウムを発光管１７内面の表面層に拡散させる。次に、
約１３００℃で熱処理し徐冷することによって、アルミ
ニウムが結晶核となって、発光管１７内面の表面層に石
英の結晶層１９が形成される。結晶層１９が形成された
発光管１７の内部に発光物質１８および始動補助ガスを
投入し封止することにより、無電極放電ランプ１６が得
られる。

【００２４】このように、内面に結晶層１９が形成され
た発光管１７では、発光物質であるＩｎＢｒから遊離し
たＩｎが結晶層１９に接触するが、結晶層１９の表面に
結晶核となるＩｎが付着しても新たな結晶化を促進する
原因とはならない。さらに、結晶層１９には石英ガラス
の成分だけでなく拡散させたアルミニウムが存在してお
り、Ｉｎ等の他の金属元素が発光管１７の内面側から結
晶層１９に侵入した場合、その侵入した金属元素が結晶
層１９を拡散し、発光管１７の外面側へ透過するのをア
ルミニウムが妨げるため、発光管１７に新たな失透現象
が発生するのを抑制することができる。このように、最
初から発光管１７の内面にわずかな失透を起こしておく
ことで、新たな失透現象の促進を防ぐことができ、ラン
プ使用中の明るさなどランプ特性を長時間保つことがで
きる。また、結晶層１９は、被膜としてではなく発光管
１７の石英ガラスを結晶化させて形成されるため、熱膨
張による割れ等にも強い。

【００２５】なお、結晶層１９の厚さは５〜１００μｍ
程度あれば失透現象の発生を抑制する効果を得ることが
できる。また、結晶層１９の厚さが大きくなるほど透光
性が低下し、結晶層１９の熱に対する強度が低下するこ
とを考慮すると、結晶層１９の厚さとしては１０μｍ程
度以下がよい。

【００２６】なお、上記実施の形態では、円筒形や球形
の発光管を用いた場合について説明したが、形状はこれ
らに限定されるものではない。特に、発光管の内面に結
晶層を形成した場合には、発光管を製造する上では発光
管の形状を任意に設定することができる。また、発光物
質としてインジウム臭化物を用いた場合について説明し
たが、例えばインジウムヨウ化物等、他のインジウムハ
ロゲン化物やガリウムハロゲン化物、タリウムハロゲン
化物を用いることができる。また、イオウ等の単体物質
を用いることができる。

【００２７】また、上記実施の形態では、円筒形の空洞
構成部材１２と矩形の導波管１３を用いた場合について
説明したが、空洞構成部材１２および導波管１３の形状
や互いの接続の方法はこれに限るものではない。例え
ば、空洞構成部材を、回転放射面形状に成形した導電性
材料よりなる光反射器と、光反射器の光照射方向の開口
部を閉じるように配設した導電性メッシュ等とにより構
成し、光を有効に照射する役目を兼ねるようにすること
もできる。

【００２８】さらに、上記実施の形態では、マイクロ波
空洞を構成する空洞構成部材１２として、エッチング加
工による金属メッシュ板を溶接加工したものを用いた場
合について説明したが、強度と光透過率をさらに確保す
るために、例えば耐熱ガラスや透光性セラミクスなどを
基礎構成材としその外面に、線幅の小さい導電性メッシ
ュ素材を貼り付けたり、導電性材料をメッシュ様に薄膜
形成したりすることでマイクロ波の透過を遮断できるも
のを使用してもよい。

【００２９】また、上記実施の形態では、無電極放電ラ
ンプを点灯させるためのエネルギー供給手段として２．
４５ＧＨｚのマイクロ波を用い、その発振素子としてマ
グネトロン１１、マイクロ波伝送手段として矩形の導波
管１３を用いた場合について説明したが、エネルギー供
給手段はこれらに限定されるものではない。例えば、マ
グネトロン１１の代わりに固体高周波発振素子を用いた
り、導波管１３の代わりに同軸線路などの導波路を用い
ることができる。また、１３．５６ＭＨｚの高周波を、
無電極放電ランプの内部または外部に設置したコイルに
印加し、高周波磁界によって放電する無電極放電ランプ
に対して本発明を実施することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明は、内部に金属ハロ
ゲン化物と希ガスとを充填したガラス製の発光管の内面
に、結晶化ガラスからなる透光性保護部材を略当接させ
て設けることにより、発光管の失透を抑制でき、さらに
保温効果によって発光物質の蒸気圧を高め発光効率を向
上できるとともに、熱衝撃性に強く、寿命が長く極めて
優れたランプ特性が得られる無電極放電ランプを提供す
ることができる。

【００３１】また、本発明は、内部に金属ハロゲン化物
と希ガスとを充填したガラス製の発光管の内面に結晶層
を有することにより、発光管の失透を抑制できるととも
に、熱衝撃性に強く、寿命が長く極めて優れたランプ特
性が得られる無電極放電ランプを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による無電極放電ラ
ンプを示す断面図

【図２】本発明の第１の実施の形態による無電極放電ラ
ンプを用いた無電極放電ランプ装置を示す部分断面図

【図３】本発明の第２の実施の形態による無電極放電ラ
ンプを示す断面図

【図４】従来の無電極放電ランプを示す部分断面図

【符号の説明】

５、１６ 無電極放電ランプ ６、１７ 発光管 ７、１８ 発光物質 ８ 保護部材 ９ 支持棒 １０ 無電極放電ランプ装置 １１ マグネトロン １２ 空洞構成部材 １３ 導波管 １９ 結晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一番ヶ瀬 剛 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 5C039 PP01 PP16

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に金属ハロゲン化物と希ガスとを充
   填したガラス製の発光管の内面に、結晶化ガラスからな
   る透光性保護部材を略当接させて設けた無電極放電ラン
   プ。
2. 【請求項２】 前記透光性保護部材は、上端が開口し下
   端が閉じた形状を有する請求項１記載の無電極放電ラン
   プ。
3. 【請求項３】 内部に金属ハロゲン化物と希ガスとを充
   填したガラス製の発光管の内面に結晶層を有する無電極
   放電ランプ。
4. 【請求項４】 前記結晶層の厚さが５〜１００μｍであ
   る請求項３記載の無電極放電ランプ。
5. 【請求項５】 前記結晶層の厚さが５〜１０μｍである
   請求項３記載の無電極放電ランプ。
6. 【請求項６】 前記発光管の材料として、石英ガラスを
   用いた請求項１ないし５のいずれかに記載の無電極放電
   ランプ。
7. 【請求項７】 前記金属ハロゲン化物として、インジウ
   ムハロゲン化物、ガリウムハロゲン化物およびタリウム
   ハロゲン化物から選ばれる少なくとも１つを用いた請求
   項１ないし６のいずれかに記載の無電極放電ランプ。