JP2003168398A - 無電極放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光する際に、熱により破壊されず、かつ安
価なコストの無電極放電ランプを提供する。 【解決手段】 凹部３、４が形成された発光管半体２
と、凹部４側から接合され、発光管半体２に中空部５を
形成する部材６と、中空部５に封入された発光物質８
と、からなる無電極放電ランプ１において、発光物質８
が発光した際の熱が部材６に加わらないようにする保護
プレート７を中空部５内に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波で放電
する無電極放電ランプに関する。 【０００２】 【従来の技術】無電極放電ランプは、発光部に電極を有
していないので、メタルハライド、キセノンランプ等の
有電極放電ランプのように、発光時のプラズマによって
電極が消耗しランプの寿命を短縮させてしまう問題がな
く、長寿命化が図れるという特徴を有している。そのた
め、液晶プロジェクタ等の光源に適用すべく検討がなさ
れている。しかし、液晶プロジェクタ等に適用する場合
には、照明光学系の光利用効率を上げるために発光部を
小さく形成する必要があり、小型の放電管が求められて
いる。例えば、現在液晶プロジェクタの光源に用いられ
ている有電極ショートアークＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔ
ｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプの代わりに
する場合には、内径が３ｍｍ以下の放電管が必要とな
る。 【０００３】このような無電極放電ランプを用いた無電
極放電ランプの共振装置を特願２０００−１６７１５６
で提案した。 【０００４】図４は、本出願人が開示した無電極放電ラ
ンプの共振装置の概略構成を示し、（Ａ）は側面図及び
駆動回路、（Ｂ）は（Ａ）のＭＭ方向から見た正面図で
ある。図４において、この無電極放電ランプの共振装置
２０は、内部が中空、かつ前面部２１ａの中央部に開口
部２１ｂを有し、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）な
どの良導電性の金属を用いて形成された箱状または円筒
状の接地用導体ケース（シールドケース）２１と、先端
が前面部２１ａの開口部２１ｂ側に向かい、他端が接地
用導体ケース２１の背面部２１ｃの中央部に固着接地さ
れた電気伝導性および熱伝導性の良好なアルミニウムや
銅または銅合金からなる棒状の共振器２２と、湾曲面側
が共振器２２の先端側になるように配置され、かつ共振
器２２が貫通する開口部２３ａを有し、接地用導体ケー
ス２１の開口部２１ｂに固定された凹面鏡２３と、共振
器２２の先端に取り付けられ、希ガス及び発光物質を封
入した無電極放電ランプ２４と、接地用導体ケース２１
の内側底面２１ｄに載置された金属性支持台２５と、そ
の表面にアルミナ等の誘電体基板２６を介して共振器２
２に対向して、略平行となるように設けられた良導電性
の銅箔または金箔等の金属箔からなるマイクロストリッ
プ線路２７と、を有して構成されている。 【０００５】また、図５に示すように、無電極放電ラン
プ２４は、円柱状の凹部３を有した石英ガラスからなる
矩形状の発光管半体２と、この凹部３を閉じるように発
光管半体２に接合された部材６と、部材６を接合するこ
とによって形成された中空部５に封入された放電始動ガ
スを含む発光物質８と、からなる。共振器２２は、無電
極放電ランプ２４の部材６側若しくは反対側に取り付け
られる。 【０００６】なお、上記共振器２２の長さは、マイクロ
ストリップ線路２７から放出されるマイクロ波の波長を
λｇとした場合、略λｇ／４となるように形成される。
また、上記マイクロストリップ線路２７は、インピーダ
ンスが略５０Ωとなるように、誘電体基板２６の誘電率
を考慮して適当な線幅、厚さでもって形成される。例え
ば、誘電体基板２６として誘電率が８〜１０で厚さが
１．５ｍｍのアルミナを用いた場合には、マイクロスト
リップ線路２７は幅が２ｍｍで厚さが０．１７ｍｍとな
るように設定される。 【０００７】また、接地用導体ケース２１の背面部２１
ｃには穿設した孔２８が形成されている。この孔２８を
介して、マイクロストリップ線路２７とインピーダンス
整合回路２９とが同軸ケーブルまたは硬質のマイクロ波
ケーブルを用いた第１給電線３０によって接続されてい
る。 【０００８】このインピーダンス整合器２９は、さらに
第１給電線３０と同種の第２給電線３１によって、共振
器２２からの反射波を検出して駆動周波数や整合条件を
可変させる方向性結合器３２に接続されている。この方
向性結合器３２は、第１及び２給電線３０、３１と同種
の第３給電線３３によって、マイクロ波を発生する高周
波電源３４に接続されている。上記インピーダンス整合
器２９は、高周波電源３４のインピーダンスと、共振器
２２側のインピーダンスとのマッチングをとるために設
けられるものであり、マッチングをとる必要がない場合
には第１給電線３０の一端を直接高周波電源３４に接続
してもよい。 【０００９】この無電極放電ランプの共振装置２０は、
以下のように動作する。高周波電源３４で発生した６０
０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度のマイクロ波を、第３給電線３
３、方向性結合器３２、第２給電線３１、インピーダン
ス整合器２９、第１給電線３０を伝送してマイクロスト
リップ線路２７に供給する。そして、方向性結合器３２
により、共振器２２からの反射波を検出して共振器２２
の反射波が小さくなる反射波条件を高周波電源３４に供
給する。 【００１０】この高周波電源３４からは、上記したよう
にマイクロ波を供給する一方、前記した反射波条件に基
づいて共振器２２側のインピーダンスとマッチングする
整合定数をインピーダンス整合器２９に出力する。そし
て、インピーダンス整合器２９では、上記した整合定数
に基づいて共振器２２側と高周波電源３４のインピーダ
ンスがマッチングするように調整する。インピーダンス
マッチングしない場合には、反射波が増加する。ここ
で、伝送された波長λｖ（自由空間における波長）のマ
イクロ波を誘電体基板２６、空気などの誘電媒体を介し
てマイクロストリップ線路２７の表面より波長λｇで空
気中に放出する。 【００１１】この場合、誘電体および空気の比誘電率を
考慮した実効比誘電率をε₁とすれば、自由空間におけ
るマイクロ波の波長λｖと、マイクロストリップ線路２
７から放出されるマイクロ波の波長λｇとは、次式で表
される関係になる。即ち、 波長λｇ＝λｖ／（ε₁）^1/2 となる。 【００１２】更に、マイクロストリップ線路２７から放
出された波長λｇのマイクロ波に対して、略λｇ／４の
共振長のマイクロ波を共振器２２で得る。このマイクロ
波の強い電界が無電極放電ランプ２４に供給され、希ガ
スの放電によって無電極放電ランプ２４の管壁が熱せら
れ、発光物質を気化させて、発光物質特有の発光スペク
トルの光を発光させる。無電極放電ランプ２４で発光し
た光を、凹面鏡２３で反射させ、接地用導体ケース２１
の外部に向けて放射する。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、無電極放電
ランプ２４の中空部（即ち、発光部）５を小さくする
と、無電極放電ランプ２４の内壁に加わる熱負荷（即
ち、管壁負荷）が大きくなるので、無電極放電ランプ２
４の材料を耐熱性の高い材料にすることが要求される。
実際に、無電極放電ランプ２４の中空部５内に発光物質
８として１ｍｇのＨｇ（水銀）と０．１ｍｇのＩｎＩ
（ヨウ化インジウム）を封入して、高周波電源３４に８
０〜１００Ｗのパワーを投入して放電を行ったところ無
電極放電ランプ２４が部分的に溶融してしまった。特
に、最も溶融した部分は、共振器２２側部分であった。
これは、プラズマからの熱に加えて、共振器２２を介し
て伝達される高周波電源３４からのマイクロ波の電界強
度が共振器２２側の無電極放電ランプ２４側で大きくな
り、材料の高周波損失が熱に変わるためと考えられる。
この溶融がひどい場合には、無電極放電ランプ２４が破
壊されてしまう。この対策として、無電極放電ランプ２
４を耐熱性の高い材料にすることが考えられるが、材料
費の上昇、製造プロセスの高度化等によりコストアップ
を招いてしまう。 【００１４】そこで、本発明は、懸かる問題を解決する
ためになされたものであり、発光する際に、熱により破
壊されず、かつ安価なコストの無電極放電ランプを提供
することを目的とする。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本願発明の無電極放電ラ
ンプは、凹部が形成された発光管半体と、前記凹部側か
ら接合され、前記発光管半体に中空部を形成する部材
と、前記中空部に封入された発光物質と、からなる無電
極放電ランプにおいて、前記発光物質が発光した際の熱
が前記発光管半体に直接加わらないようにする保護プレ
ートを前記中空部内に設けたことを特徴とする無電極放
電ランプを提供する。 【００１６】 【発明の実施の形態】まず、本発明の実施形態の無電極
放電ランプについて図１乃至図３を参照して詳細に説明
する。従来例と同一構成には同一符号を付し、その説明
を省略する。図１は、本発明の実施形態の無電極放電ラ
ンプの断面図である。図２は、本発明の実施形態の無電
極放電ランプの第１変形例の断面図である。図３は、本
発明の実施形態の無電極放電ランプの第２変形例の断面
図である。 【００１７】図１に示すように、本発明の実施形態の無
電極放電ランプ１は、従来の無電極放電ランプ２４の代
わりに発光管半体２が凹部３とこの凹部３上に凹部３よ
りも大きい形状の凹部４を有し、かつこの凹部４に凹部
３よりも大きい形状の保護プレート７を載置するように
したものであり、それ以外は同様である。なお、この場
合、共振器２２と無電極放電ランプ１は部材６側で接合
されていることを想定している。そして、発光管半体２
と保護プレート７の膨張を考慮して、この保護プレート
７は、凹部４の形状よりも若干小さい。また、保護プレ
ート７は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の高融点材料或いはサファ
イア、ＡｌＮ、透光成セラミックス等の高耐熱性材料か
らなる材料が良い。 【００１８】このようにすることにより、放電の際発生
する熱が保護プレート７によって遮断されるため、部材
６の溶融が緩和され、無電極放電ランプ１が破壊されて
しまうことを防止できる。また、無電極放電ランプ１の
材料を耐熱性の高い材料にする必要がないので、安価な
コストの無電極放電ランプ１が得られる。 【００１９】次に、無電極放電ランプ１の第１変形例に
ついて図２を用いて説明する。前記したように、無電極
放電ランプの最も溶融し易い部位は、共振器２２側の空
空部５内壁であるが、投入パワーを大きくすると、共振
器２２と反対側の中空部５内壁部分も溶融するようにな
る。これを解決するのに、第１変形例は、有効な対策と
なる。図２に示すように、第１変形例の無電極放電ラン
プ９は、貫通孔１０とこの貫通孔１０の両面に形成され
た貫通孔１０よりも大きい形状の一対の凹部１１、１１
が形成された発光管半体１２と、この一対の凹部１１、
１１側から接合され、発光管半体１２に中空部１３を形
成する一対の部材１４、１４と、前記した一対の凹部１
１、１１に載置された貫通孔１０よりも大きい形状の一
対の保護プレート７、７と、中空部１３に封入された発
光物質８と、からなるものである。このようにすると、
本発明の実施形態の効果に加え、投入パワーを大きくし
た時の共振器２２と反対側の中空部１３内壁が溶融する
ことを防止し、無電極放電ランプ９が破壊されてしまう
ことを効果的に防止できる。 【００２０】次に、無電極放電ランプの第２変形例につ
いて図３を用いて説明する。図３に示すように、第２変
形例の無電極放電ランプ１５は、凹部１６が形成された
発光管半体１７と、この凹部１６上に接合されて、発光
管半体１７に中空部１８を形成する部材１９と、中空部
１８の内壁全てを覆う部材Ｐと中空部１８に封入された
発光物質８と、からなるものである。なお、部材Ｐは、
円筒状の透明なチューブ７Ａとこのチューブ７の開放端
に載置される保護プレート７、７とからなる。そして、
部材と中空部１８内壁との間は若干の隙間が空いてい
る。中空部１８内全体を部材Ｐで覆ってしまうので、本
発明の実施形態及び第１変形例よりも更に大きなパワー
を印加した時でも無電極放電ランプ１５が破壊されてし
まうことを効果的に防止できる。 【００２１】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、凹部が
形成された発光管半体と、前記凹部側から接合され、前
記発光管半体に中空部を形成する部材と、前記中空部に
封入された発光物質と、からなる無電極放電ランプにお
いて、前記発光物質が発光した際の熱が前記発光管半体
に直接加わらないようにする保護プレートを前記中空部
部内に設けたので、無電極放電ランプが熱により破壊さ
れることを防止できる。また、保護プレートを設けるだ
けで良いので、安価な無電極放電ランプが得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態の無電極放電ランプの断面図
である。 【図２】本発明の実施形態の無電極放電ランプの第１変
形例の断面図である。 【図３】本発明の実施形態の無電極放電ランプの第２変
形例の断面図である。 【図４】本出願人が開示した無電極放電ランプの共振装
置の概略構成を示し、（Ａ）は側面図及び駆動回路、
（Ｂ）は（Ａ）のＭＭ方向から見た正面図である。 【図５】図４で説明した無電極放電ランプの拡大断面図
である。 【符号の説明】 １、９、１５…無電極放電ランプ、２、１２、１７…発
光管半体、３、４、１１、１６…凹部、５、１３、１８
…中空部、６、１４…部材、７…保護プレート、８…発
光物質、１０…貫通孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】凹部が形成された発光管半体と、前記凹部
   側から接合され、前記発光管半体に中空部を形成する部
   材と、前記中空部に封入された発光物質と、からなる無
   電極放電ランプにおいて、 前記発光物質が発光した際の熱が前記発光管半体に直接
   加わらないようにする保護プレートを前記中空部内に設
   けたことを特徴とする無電極放電ランプ。