JP2005093141A - 高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウス - Google Patents
高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウス Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 露光面或いは焼付面等の照射面上に高輝度で分布光量が均一な高輝度放電ヘリカルランプハウスおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスを得る。
【解決手段】 管体1がヘリカル状の高輝度放電ヘリカルランプSMを基部31内の内部反射体40に立設した高輝度放電ランプハウス3によって高輝度で分布光量が均一な高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスを得る。
【選択図】 図1
【解決手段】 管体1がヘリカル状の高輝度放電ヘリカルランプSMを基部31内の内部反射体40に立設した高輝度放電ランプハウス3によって高輝度で分布光量が均一な高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスを得る。
【選択図】 図1
Description
本発明は高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスに係わり、特に、超高圧水銀ヘリカルランプからなる曲管状放電ランプを用いて露光面上の絶対光量を増加させると共に高いパワー出力が可能な高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスに関する。
高輝度放電ランプ(High Intensity Discharge Lamp :HID)は一般的には発光するアークが発光管の管壁温度によって、安定化される管壁負荷が3×10-4w.m-2以上である熱陰極放電ランプと定義されていて一般的には高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ等を指している。
高圧水銀ランプは点灯中の蒸気分圧が105 Pa以上の水銀蒸気中の放電によって発光し、メタルハライドランプは金属蒸気とハロゲン化物の解離生成物との混合中の放電によって発光し、高圧ナトリウムランプは、点灯中の蒸気圧が104 Pa程度のナトリウム蒸気中の放電によって発光している。
本発明者は上述の高圧水銀灯を超高圧化し、点灯時の圧力を2×107 Pa程度とし、ガラス管を逆U字状に形成した高輝度放電ランプを特許文献1で提案している。
図9は特許文献1に開示された高輝度放電ランプを示すものであり、この構造を簡単に説明すると高圧水銀ランプから成る、高輝度放電ランプMは放電空間22を内部に形成する逆U字状に弯曲形成された石英管等より成る管体21を設け、この管体21の両端に例えばタングステン線より成る棒状の放電電極23Lおよび23Rを、管体21の両端部の管軸上に貫通配置させ、且つ気密的に封着させている。
また、管体21の両端部には各端から所要の間隔を保持した位置に環状に縊れ部24L及び24Rを管体21自体に突設し、各縊れ部24L及び24Rからガラスの管体21の各端の封着部の間に水銀26L、26Rを充填した水銀溜25L、25Rを形成する。各電極23L、23Rは、その内端が水銀26L、26Rより突出するようになされ、各放電電極23L、23Rの外端自体より成るリードまたは、この外端に連結されて成るリード27L、27Rが管体21外に端子として導出されている。
さらに、高輝度放電ランプMの両端には、他部との電気的連結及び機械的補強に供する金属又は合成樹脂より成るベース28を設ける。このベース28には、管体21の両端部をそれぞれ挿入する透孔29L、29Rが穿設され、これら透孔29L、29Rを通じて両放電電極23L、23Rのリード27L、27Rがベース28の例えば下端より導出される。また、透孔29L、29R内には、例えばベース28が導電性である場合は絶縁性の接着剤30が充填されてベース28に管体21の機械的保持がなされる。
上述の構成によると放電空間22を物理的に両端の水銀溜25L、25Rより上方に配置したので水銀26L,26Rの蒸発や凝縮の繰り返しにおいて、液化した水銀26L、26Rが表面張力のみならず、その自重によって速やかに水銀溜25L、25Rへと戻ることから、希ガスの取り込みを激減させることができ、これによって気泡の発生を効果的に減少させることができると共に、管体21の放電空間部22が屈曲されていることによってベース28から両電極の端子導出をなし得ることから、外部回路との連結が簡便となると共にベース28によって管体21の両端部が機械的に一体化されることによって補強効果を生じ、管体21の破損事故が激減される。また、全体の構成の小型コンパクト化も図られる。さらに、高輝度放電ランプMが直線状である場合に比し、配光分布もとり易いという利点がある。
また、上述の様な逆U字状の高輝度放電ランプMを用いて、陰極線管の蛍光体やシャドウマスク、印刷製版、プリント基板、ICリードフレーム等の露光或いは焼付光源として用いる場合は図10および図11に示すような高輝度放電ランプハウスが用いられている。この様な高輝度放電ランプハウスは本出願人が先に特許文献2として提案している。
図10および図11は上記特許文献に提示した一形態例を示すもので図10は高輝度放電ランプハウスの平面図、図11は図10のA−A断面図を示すものである。
図10および図11において、31はランプハウス台であり、このランプハウス台31の4隅にピン孔31aを設けてガイドピンを嵌め込むことにより、基台に位置決めするようになっている。ランプハウス台31上には上面にネジ孔31bと、このネジ孔31bよりやや小さい径で同心円状の窓孔31cがそれぞれ形成され、さらに、右側面から内方に向って先端が円弧形のランプ収納部31dが形成されている。ランプ収納部31dは窓孔31cの下方に連続して配置されている。
ランプ収納部31dの先端円弧部の中心には、馬蹄形状のランプ収納部31dを形成する円盤形の仕切り板32がネジ33により固定されている。これにより、ランプ収納部31d内にほぼ半円状の曲管収納部分が形成され、この端部においてランプ収納部31dとランプハウス台31の外側面との間に流路31e,31fがそれぞれ形成されている。
一方、逆U字状に形成した、図9で詳記した例えば、高圧水銀ランプから成る高輝度放電ランプMは馬蹄形状のランプ収納部31d内に配設され、図9で説明したベース28のソケットと成るフランジ28aをランプハウス台31にOリング34を介して、気密に螺着している。なお、35はフランジに螺着した端子、27L及び27Rは端子から引き出された高輝度放電ランプMのリードである。
また、窓孔31cにはガラスからなるフェースプレート36が嵌め込まれており、このフェースプレート36の外縁部にはOリング37を挟んでリング38が設けられている。枠リング39をネジ孔31bにネジ込むことにより、リング38は下方に押されてOリング37を圧縮して、窓孔31cは気密状態に保たれる。
このような構成において、流路31fから冷却用の水を流入すると、水は高輝度放電ランプMの周囲を通過して流路31eから流出し、高輝度放電ランプMは水冷される。そして、リード27L及び27Rを電源に接続すると放電電極23L及び23R間に高電圧が加わり、管体内21内で放電が起こって逆U字状の高輝度放電ランプMが光源として図9のA、B.C,D,E,Fで示す様に発光する様に成されていた。
特公平6−30240号公報(3頁、第1図)
特開平1−14572号(2頁、第3図、第4図)
上述の図10及び図11に示す高輝度放電ランプハウスの構成によると高輝度放電ランプは図9に示すようにランプハウス台上に寝かされた状態で使用されるため、図9で詳記したような放電空間22を物理的に両端の水銀溜25L及び25Rより上方に配置したことで水銀26L,26Rの蒸発や凝縮の繰り返しにおいて、液化した水銀26L、26Rが表面張力のみならず、その自重によって速やかに水銀溜25L、25Rへと戻ることで、希ガスの取り込みを激減させることができ、これによって気泡の発生を効果的に減少させる効果が得られないという課題を有していた。さらに、高輝度放電ランプが逆U字状となるため光源が非対称となりの照光面上の均一化が難しくなる課題を有していた。
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するための第1の本発明は、立設した2本のガラス管体内に配設された1対の放電電極部間にヘリカル状の放電空間部となるガラス管体を形成してなることを特徴とする高輝度放電ヘリカルランプとなしたものである。
第2の本発明は、高輝度放電ヘリカルランプを水冷用のランプハウス内に収納させて成ることを特徴とする高輝度放電ヘリカルランプとしたものである。
第3の本発明は、高輝度放電ヘリカルランプの照光面を2次元方向に広げる形状となしたことを特徴とする高輝度放電ヘリカルランプとしたものである。
第4の本発明は、立設した2本のガラス管体内に配設された1対の放電電極部間にヘリカル状の放電空間部となるガラス管体を形成した高輝度放電ヘリカルランプと、高輝度放電ヘリカルランプの端子を導出すると共に冷却用入出力孔を有し、底部と側部を残した中ぐり部の形成された基部と、中ぐり部内に挿入され、冷却用入出力孔と連通する通路と高輝度放電ヘリカルランプの端子の挿入される挿入孔とを有すると共に上面に鏡面を形成した内部反射体と、この内部反射体の略中央位置に立設させた排出管と、内部反射体に係止されるガラスカバーと、を具備し、高輝度放電ヘリカルランプのパイラル状の放電空間部の2次元的照光面から放射される放射光を上方に放射させて成ることを特徴とする高輝度放射ヘリカルランプハウスとしたものである。
第5の本発明は、排出管をヘリカル状の放電空間部の略中央位置に配設し、排出管をジャバラ状となし、外面に反射層を形成してなることを特徴とする高輝度放電ヘリカルランプハウスとしたものである。
本発明によると、高輝度放電ヘリカルランプをランプハウスの基部に対して立設する事ができるため高輝度放電ヘリカルランプの放電空間を物理的に両端の水銀溜より上方に配置したことで水銀の蒸発や凝縮の繰り返しにおいて、液化した水銀が表面張力のみならず、その自重によって速やかに水銀溜へと戻ることで、希ガスの取り込みを激減させることができ、これによって気泡の発生を効果的に減少する効果が得られると共に高輝度放電ヘリカルランプのヘリカル部の光源が略円管状で対称となりの照光面上の輝度および照度の均一化を図ることが可能となり配光分布も、とり易いという利点がある。
さらに、水冷方法をガラスカバー内に立設した配水管により排水効率を高めると共に配水管の外壁に反射層を形成したので高いパワー出力が可能な高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスを得ることができる。
さらに、水冷方法をガラスカバー内に立設した配水管により排水効率を高めると共に配水管の外壁に反射層を形成したので高いパワー出力が可能な高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスを得ることができる。
以下、本発明の高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスとして、放電空間部の管体をヘリカル状に形成した高輝度放電ヘリカルランプを高輝度放電ヘリカルランプハウスに収納した構成を図1乃至図8を用いて詳記する。
図1は本発明の1形態例を示す高輝度放電ヘリカルランプ及び高輝度放電ヘリカルランプハウスの組み立て状態を示す斜視図、図2(A)(B)は本発明の1形態例を示す高輝度放電ヘリカルンプハウスの側断面図およびA−A断面矢視図、図3(A)(B)は本発明の左側面図および底面図、図4(A)(B)は本発明他の形態例を示す高輝度放電ヘリカルランプのヘリカル部の平面図及び側面図である。
以下、図1乃至図4に於いて、図9乃至図11との対応部分には同一符号を付して説明する。
図1(A)(B)に於いて、本発明の高輝度放電ヘリカルランプSMを構成する石英等の碍子より成る管体1は、図1、図2(B)、図3(A)に示すように一方の第1の直管部1Aからヘリカル状に立ち上がり、その平面形状が図2(A)に示すように略リング状でありヘリカル部1Bの終端は他方の第2の直管部1Cに連接されている。
ヘリカル状に形成した管体1の第1及び第2の直管部1A、1Bの両端内には図9と同様にタングステン線より成る棒状の左右の放電電極23L、23Rが設けられ、これら放電電極23L、23Rは管体1の第1および第2の直管部1A、1Bの左右封止端から貫通立設されている。左右の放電電極23L、23R近傍の第1および第2の直管部1A、1Bの内壁には縊れ部24L、24Rが突出形成され、左右封止部と縊れ部24L、24R間には水銀26L,26Rを挿入して水銀溜25L、25Rを形成する。
高輝度放電ヘリカルランプSMの管体1の左右両端の第1および第2の直管部1A、1Bの左右封止部は放電電極部を構成する端子35となされ、第1および第2の放電電極23L、23Rを電気的に連結すると共に機械的に補強するために合成樹脂より成る円筒状ベースの内径に管体1の第1および第2の直管部1A、1Bの左右封止部を挿入して、絶縁性接着剤で接合する。
これら放電電極部23L,23Rを構成する円筒状ベースの端子35を貫通したリード27Lおよび27Rは高輝度放電ヘリカルランプハウス3の外部に導出されて所定の電源に接続される。
つぎに、高輝度放電ヘリカルランプハウス3の構成を説明する。ランプハウス台となる基部31は合成樹脂あるいは金属からなる略円盤状部材の上面を円状に座ぐって、中ぐり部31Aを形成することで、底部31B,円周部31Cを残して断面が略凹状の基部31が形成される。基部31の底部1Bの中心には図2(B)、図3(B)に示すように排水用の排水口31Dが穿たれ、この排水口31Dの両端に透孔31E,31Eを穿ち、後述する内部反射体40を基部31の底部31Bの裏側からネジ41で螺着させる。これら透孔31E,31Eの両端には高輝度放電ヘリカルランプSMの端子35を挿通させるための透孔31F,31Fが穿たれている。また、基部31の底部31Bの内側には排気口31Dおよび2個の透孔31F,31Fを囲むように2個のリング溝31G,31Hを形成してゴム製のOリング42を挿入して端子35を防水するように成される。
また、基部31の円周部31Cには水挿入口31J,31Jが穿たれている。さらに、基部31の上部外周には雄ネジ31Kを形成し、リング状ネジ42の内径部に形成した雌ネジと螺合させるように成されている。
高輝度放電ヘリカルランプSMの端子35を立設させるための内部反射体40は略円柱状の金属部材からなり、その上面は外周からリング状溝40Aを形成して、このリング状溝40AにOリング溝40Bを形成し、ゴム製のOリング47を挿入し、気密になし、さらに、ガラスカバー45のフランジ46をリング状溝40Aに載置し、Oリング48を介してリング状ネジ42を略コップ状のガラスカバー45の頂部から挿入し、リング状ネジ42の内径部に形成した雌ネジを基部31の雄ネジ31Kを螺合させる。又基部31の中ぐり部31Aに挿入される内部反射体40の中心位置には排出口31Dと連通する透孔40Cを形成する。また、この透孔40Cの両端にネジ41と螺合する雌ネジ40Dが形成されると共に、この雌ネジ40Dの両端には基板31に穿った透孔31Fと連通する段付透孔40Eが穿たれ高輝度放電ヘリカルランプSMの端子35を挿入し、基板31の透孔31Fから端子35の一部を突出させるように固定させる。
内部反射体40の外周面には基部31の円周部31Cに穿った水排出口31Jに連通する傾斜通路40Gが透孔31Fから通じている。さらに、内部反射体40の外周面にはリング溝40Hが形成され、Oリング49が挿着されている。内部反射体40の上面は表面にニッケル鍍金等を施して、凹面部40Jとなされ、凹面部40Jは鏡面とされて反射面を構成して、ヘリカル部1Bで発光した光は凹面部41Jで反射してガラスカバー45を介して上方に照射される。内部反射体40の中央の穿った透孔40C内には上部を蛇腹状にした排出管50が装着され所定の方法で固定されている。
上述のように構成された各部材の組み立て方法を図1により説明する。まず、基部31の中ぐり部31A内に内部反射体40を挿入する。つぎに、基部31の底部31Bの裏面からネジ41を挿入螺着させて基部31に内部反射体40を固定させる。また、内部反射体40の中央に穿った透孔40Cに排出管50を挿入固定する。この排出管50の固定方法はネジ止め、接着剤の接合、嵌合等の適宜方法で固定することが出来る。もちろん、基部31のリング溝31G,31H,内部反射体40のリング溝40B,40H内にはOリング42、47,49が装着されている。
つぎに、高輝度放電ヘリカルランプSMの端子35を内部反射体40の段付透孔40E内に挿入して、排出管41の固定方法と同様に端子35の先端が基部31の底部31Bから突出するように立設させて、ガラスカバー45のフランジ46を内部反射体40のリング状溝40A内に装着し、Oリング48を介してリング状ネジ42によって、リング状ネジ42の内径内の雌ネジを内部反射体40に形成した雄ネジ31Kさせることでガラスカバー45を基部31に固定させる。
上述のように、組み立てられた高輝度放電ヘリカルランプハウス3の水挿入口31J、31Jから水を注入することで、傾斜通路40Gおよび段付透孔40Bを介してガラスカバー45内に充満した水は排出管50の頂部から排出、口31Dを経由して矢印Aのように排出される。したがって、電気的に導通状態となされた高輝度放電ヘリカルランプSMを有効に冷却さすることができる。
次に、図4(A)(B)によって他の形態例を説明する。図4(A)は高輝度放電ヘリカルランプSMのヘリカル部1Bを上側から見た平面図であり、図(B)はさらに他の構成を示すヘリカル部1Bの斜視図である。図1乃至図3ではヘリカル部1Bは略同一径の螺旋構造の管体としたが、図4(A)ではヘリカル部1Bを略方形状に同一の大きさで立ち上げたものである、もちろん、方形状のヘリカル部1Bの大きさを順次大きく、あるいは小さくさせる様にしても良い。また、排出管50も管軸と直交する断面の形状を略正方形状となしたものである。このように構成することで、照光面での発光面積を自由に選択することができて、輝度等も自由に選択可能となる。また、ヘリカル部1Bをスパイラル状に構成させるようにしてもよい。さらに、上述の高輝度放電ヘリカルランプハウスの構成では1本の高輝度放電ランプSMを配設したが、2つの端子35が上面から見て互に直交する様に十文字状に配設し、第1のヘリカル部1Bの外側に、この第1のヘリカル部より径の大きい第2のヘリカル部を有する第2の高輝度放電ランプを配設して、高輝度化、高電圧化を図るようにすることもできる。また、第1及び第2のヘリカル部を同一径にして上下に重ね合わせるようにすることもできる。さらにまた、内部反射体40の凹面部40Jに形成する段付透孔40Eを内部反射体40の円周をn等配分割した位置に穿設し、複数の高輝度放電ランプSMを配設するようにしてもよい。
図4(B)に示す構成は図2と同様に略円形状にヘリカル部1Bを立ち上げているが、このヘリカル部1Bの直径を順次大きくして、照光面での発光面積を増加させる様にしたものである。もちろん、上述の構成と逆にヘリカル部1Bの直径を順次小さくして照光面での発光面積を増加させる様にしてもよい。また、排出管54は円管に限らず図4(A)に示す様に方形管であってもよい。
つぎに、上述の本発明および従来の高輝度放電ヘリカルランプ及び高輝度放電ヘリカルランプハウスに基づいて被照射体に露光用の光を照射した場合の強度(照度)分布測定結果を以下に説明する。
図5は、本発明の高輝度放電ヘリカルランプ及び高輝度放電ヘリカルランプハウス強度分布の測定方法を示す模式図であり、図5で反射鏡となる凸面部40Jを有する内部反射体40と、ヘリカル部1Bを有する高輝度放電ヘリカルランプSMからなる高輝度放電ヘリカルランプハウス3を光源とした2次元方向の測定点を示すものである。図7(A)は光源のXYZ軸の中心位置Oから220mmの1次元の水平円周方向の各位置0乃至15地点の輝度強度(MW/cm2)分布の測定結果を示し、図7(B)は高輝度放電ヘリカルランプSMの光源中心位置Oから220mmの2次元の垂直円周方向のY軸位置に配した各位置イ乃至ワ地点の強度分布の測定結果を示し、図7(C)は高輝度放電ヘリカルランプSMの光源中心位置Oから220mmの2次元の垂直円周方向のX軸位置に配した各位置a乃至m地点の強度分布測定結果を示す。なお、各地点の1区間の角度は22.5度である。
図6は、従来の高輝度放電ランプおよび高輝度放電ランプハウスの強度分布の測定方法を示す模式図であり、図6で図5と異なる点は反射鏡となる凸面部40Jを有する内部反射体40上に図9で説明した略逆U字状の放電空間部22を有する高輝度放電ランプMからなる高輝度放電ランプハウス3を光源とした2次元方向の測定点を示すものである。図8(A)は光源のXYZ軸の中心位置Oから220mmの1次元の水平円周方向の各位置0乃至15地点の輝度強度(MW/cm2)分布の測定結果を示し、図8(B)は高輝度放電ルランプMの光源中心位置Oから220mmの2次元の垂直円周方向のY軸位置に配した各位置イ乃至ワ地点の強度分布の測定結果を示し、図8(C)は高輝度放電ランプMの光源中心位置Oから220mmの2次元の垂直円周方向のX軸位置に配した各位置a乃至m地点の強度分布測定結果を示す。なお、各地点の1区間の角度は22.5度である。
上述の本発明および従来の強度分布特性図の比較からも明らかなように、本発明の高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスでは大幅に照光面上の輝度強度の増大が図られ、照度面での均一性が改善されて均一な露光可能な高輝度放電ヘリカルランプ及び高輝度放電ヘリカルランプハウスが得られていることが解る。また、従来の強度分布特性図では垂直円周方向のY軸位置に配した各位置ヘ、ト、チの地点で輝度の変化を生じている、これは光源を包み込むグローブのトップ形状によって生ずるが、本発明ではこのような輝度変化を生じていないので 本発明の高輝度放電ヘリカルランプおよび高輝度放電ヘリカルランプハウスによると、プリント基板やICリードフレーム、CRTのシャドウマスク等の露光光源に用いる場合の露光面の輝度の絶対光量を増加させると共に照度分布の均一性調整が容易なものが得られることが解かる。
SM・・・高輝度放電ヘリカルランプ、1A・・・第1の直管部、1B・・・ヘリカル部、1C・・・第2の直管部、3・・・高輝度放電ヘリカルランプハウス、31・・・基部、35・・・端子、40・・・内部反射体、42・・・リング状ネジ、46・・・ガラスカバー
Claims (5)
- 立設した2本のガラス管体内に配設された1対の放電電極部間にヘリカル状の放電空間部となるガラス管体を形成してなることを特徴とする高輝度放電ヘリカルランプ。
- 前記高輝度放電ヘリカルランプを水冷用のランプハウス内に収納させて成ることを特徴とする請求項1記載の高輝度放電ヘリカルランプ。
- 前記高輝度放電ヘリカルランプの照光面を2次元方向に広げる形状となしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の高輝度放電ヘリカルランプ。
- 立設した2本のガラス管体内に配設された1対の放電電極部間にヘリカル状の放電空間部となるガラス管体を形成した高輝度放電ヘリカルランプと、
上記高輝度放電ヘリカルランプの端子を導出すると共に冷却用入出力孔を有し、底部と側部を残した中ぐり部の形成された基部と、
上記中ぐり部内に挿入され、上記冷却用入出力孔と連通する通路と上記高輝度放電ヘリカルランプの上記端子の挿入される挿入孔とを有すると共に上面に鏡面を形成した内部反射体と、
上記内部反射体の略中央位置に立設させた排出管と、
上記内部反射体を有する上記基部に係止されるガラスカバーと、
を具備し、
上記高輝度放電ヘリカルランプの上記ヘリカル状の放電空間部の2次元的照光面から放射される放射光を上方に放射させて成ることを特徴とする高輝度放射ヘリカルランプハウス。 - 前記排出管を前記ヘリカル状の前記放電空間部の略中央位置に配設し、該排出管を蛇腹状となし、外面に反射層を形成してなることを特徴とする請求項1記載の高輝度放電ヘリカルランプハウス。
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Effective date: 20080617 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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