JP3620394B2

JP3620394B2 - High frequency excitation point light source lamp device

Info

Publication number: JP3620394B2
Application number: JP2000063942A
Authority: JP
Inventors: 満池内; 裕之藤井
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: JP2001256926A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点光源として使用する放電ランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、会議や展示会などのプレゼンテーションツールとして液晶プロジェクターが使用されている。液晶画面を高輝度光源によってスクリーン面に投射するものであるが、従来、液晶プロジェクター用の高輝度光源には、一対の対向電極を石英ガラス製のバルブ内に配置し、ガラスバルブ内に所定の発光物質を封入したメタルハライドランプや超高圧水銀ランプが使用されている。そして、それらのランプは箔シールやロッドシールにより封止されたものである。
【０００３】
しかし、最近では、液晶プロジェクターの、より一層の高輝度化の要請が市場において高まってきており、それゆえ使用される光源もより一層明るいものが要求されている。前述したメタルハライドランプに替り、特に最近では高封入圧の超高圧水銀ランプがその光源の主役となりつつある。しかし、箔シールによって封止された超高圧水銀ランプは、点灯動作時における封止部の耐圧に限界があることから、高輝度化には近い将来限界が来ることが予想される。
【０００４】
そこで、プロジェクター用代替光源として、箔シール部を有しない無電極ランプが耐圧の面からは考えられる。しかし、その放電形式は管壁安定型の放電であり、アーク放電が放電容器の管壁に沿い、熱負荷が放電容器の管壁にかかるため強制的な冷却が必要であった。また、アーク放電をランプ中心に絞ることができず、点光源化が全く不可能であった。
【０００５】
ところで、箔シール部を有しない光源としては、特開平３−２２５７４４号にあるような構造のランプも提案されている。これは低圧放電ランプであり、用途は小型液晶テレビの背面照明などに使われるランプである。放電容器内の両端に一対の円筒状の金属製の内部電極を固定し、その円筒状内部電極に対応するガラス製封止体外壁に外部電極を配設し、外部電極と円筒状内部電極が誘電体であるガラス製封止体を挟んでコンデンサを形成し、その外部電極に高周波電圧を印加することで円筒状内部電極に電力を供給するというものである。しかし、このランプは電極間距離が離れており、点光源とは成り得ないものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、放電容器が高耐圧であり、しかも点光源として高輝度の発光をするランプ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、透光性の非導電性材料からなり、放電空間囲繞部と放電コンセントレータ保持部からなる放電容器と、該放電コンセントレータ保持部に保持され、放電空間内に臨む、放電空間の中で電界を集中させ強める作用をする放電コンセントレータとからなるランプと、前記ランプ外部より、前記放電コンセントレータに放電を励起するエネルギーを、磁束の変化を介して結合する磁気結合によって供給する励起エネルギー供給手段とからなり、
該放電コンセントレータの２つの先端部が放電空間内にあって放電容器から離れて対向しており、放電が該放電容器から離れて生じることを特徴とする高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記励起エネルギー供給手段は高周波電源と該高周波電源に接続され、前記放電コンセントレータ保持部を挟むように配置された一対のコイルとからなることを特徴とする請求項１に記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記放電コンセントレータは、２つの先端部が放電空間内に露出して対向しており、前記２つの先端部から伸びた、前記放電コンセントレータ保持部にある部分が、互いに結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記放電コンセントレータは、放電空間内において、その先端部を除いた部分が絶縁部材で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記放電コンセントレータの先端部を球状化したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記放電コンセントレータの先端部の材料として、放電容器を構成する非導電性材料の使用限界温度よりも高い使用限界温度を有する材料を選択したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記放電コンセントレータの先端部のの材料を誘電体としたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記非導電性材料として石英ガラスを選択したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、前記非導電性材料として透光性セラミックを選択したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、前記放電容器内に３００ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入したことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、前記放電容器内に３００Ｋで６ＭＰａ以上の封入圧のキセノンを封入したことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【００１８】
【作用】
本発明のランプ装置は、放電容器が非導電性材料によって構成されており、放電コンセントレータが放電容器内にのみ保持されていて、従来のように電流導入用部材をランプ外部へ導出するための封止部を有しないので、放電時のランプ内部のガス圧に対する耐圧が高い。そして、磁気結合により点灯することにより、１３．５６ＭＨｚ帯という比較的低い周波数の高周波電源を使用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明のランプ装置に供されるランプ１の説明用断面図である。図１（ａ）において、ランプ１は放電容器３と放電コンセントレータ２とからなり、放電容器３は放電空間７を囲む放電空間囲繞部３１と放電コンセントレータ保持部３２とから構成されている。
【００２０】
放電容器３は透光性の非導電性材料で構成されている。そして、放電コンセントレータ保持部３２に放電コンセントレータ２が保持されている。放電コンセントレータ２は放電空間７内の電界を集中させ強める作用をするものであり、その先端部２Ａ、２Ａ’は放電空間７に臨み、露出し対向しており、放電コンセントレータ保持部３２内でコ字状またはＵ字状に曲折されることにより、２つの先端部２Ａ、２Ａ’から伸びた、前記放電コンセントレータ保持部３２にある部分が、互いに結合されたかたちになっている。
【００２１】
または、図１（ｂ）に示したように、２つの先端部２Ａ、２Ａ’が放電空間内に露出して対向しており、前記２つの先端部２Ａ、２Ａ’から伸びた２本の前記放電コンセントレータ保持部３２にある部分が、互いに電気伝導部材２Ｂで結合されていてもよい。
放電コンセントレータ保持部３２内でコ字状またはＵ字状に曲折されたり、２つの先端部２Ａ、２Ａ’から伸びた２本の前記放電コンセントレータ保持部３２にある部分が、互いに電気伝導部材で結合されていることで、磁気結合するための閉回路を形成し、電磁エネルギーがランプ外部にあるコイル１０から放電コンセントレータ２に輸送される。
【００２２】
また、放電コンセントレータ２は先端部２Ａ、２Ａ’を除く放電空間露出部が絶縁部材５で覆われている。絶縁部材５で覆うことで、先端を棒状のままにしたときに比べて、コンセントレータ２の一部にのみ放電が集中することによる局部的な温度上昇がなくなるため、長い動作寿命が得られる。なお、絶縁部材５は放電容器３と別体ものでもよいが、放電容器３と一体であってもよい。
【００２３】
そして、放電空間７には発光物質として水銀などとバッファガスとしての希ガスが所定量封入されている。
【００２４】
図２、図３、図４は本発明のランプ装置の一形態であり、概略の断面図を示している。図２は上面からみた断面図であり、図３は側面からみた断面図である。５は絶縁部材であり、６はチップ部である。３１は放電空間囲繞部であり、３２は放電コンセントレータ保持部である。
図３のようにランプ１の放電コンセントレータ保持部３２を挟むように一対のコイル１０、１０’が配置されている。
一対のコイル１０、１０’は互いの一端が接続され、互いの他端は同一の高周波電源１１に接続されている。
【００２５】
高周波電源１１からコイル１０、１０’に高周波電圧が印加されると、放電コンセントレータ２の先端部２Ａ、２Ａ’間のギャップに電界が集中して放電を開始する。放電によって閉ループができ、磁力線束Ｍが放電コンセントレータ２を横切り、磁気結合によって電力が放電コンセントレータに注入される。
そして、放電空間７の中で放電コンセントレータ２によって電界が集中され電界が強められて放電コンセントレータ２の２つの先端部２Ａ、２Ａ’間に高輝度の点光源が出現する。
【００２６】
磁気結合の場合、数ターンのコイルを用いて、比較的低い周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）で大きな電力を輸送できる。一般に低い周波数の電源は、高い周波数（例えば２００ＭＨｚ）の電源に比べ、電力の変換効率が高いため、高効率の光源が実現できる。
また、コイルは必ずしも一対である必要はなく、図４の、側面からみた断面図に示すように、一つのコイル１０が、ランプ１の放電コンセントレータ保持部３２の片側に近接させて配置されていても磁気結合による放電は起こる。
【００２７】
実使用においては、本発明のランプ装置は、図２に示すように、このランプ１の外部に反射ミラー１２を配設してランプ１からの放射光を反射し、集光手段によって、液晶プロジェクタ用光源のような各種の照射源に応用される。
【００２８】
従来、高周波点灯またはマイクロ波点灯する無電極ランプにおいては、放電容器に近接して放電が起こり、放電器管壁が高温となるので、容器を強制冷却する手段が必要であったが、本発明のランプ装置においては、放電が管壁から離れており、両端封止型の従来型メタルハライドランプや超高圧水銀ランプと同程度の冷却でよい。
【００２９】
放電コンセントレータ２の先端部の材料として、放電容器３を構成する非導電性材料の使用限界温度よりも高い使用限界温度に耐える材料を選択することで、プラズマに接する部分の温度を高くとることができるので、発光強度の高くなるランプ入力までランプが使用可能となる。
そして、放電空間囲繞部３１と放電コンセントレータ保持部３２を石英ガラスで構成すると、放電コンセントレータ保持部３２の形状加工も容易であり、その高耐熱性の特性から放電コンセントレータ２と密着が可能である。
【００３０】
放電コンセントレータ２の先端部２Ａ、２Ａ’を球状化することも適切な実施形態となる。２Ａ、２Ａ’を球状化すると先端を棒状のままにしたときに比べ、コンセントレータの一部にのみ放電が集中し、局部的に温度が上昇することがなくなるため、長い動作寿命が得られる。
【００３１】
また、放電コンセントレータ２の先端部の材料を誘電体とすることも可能である。その場合は、放電コンセントレータ２の先端部が金属材料の場合には発光物質として使用できなかった金属腐食性元素を発光物質として使用することが可能となる。図５には、電気導電体２Ｂの外面を誘電体４で覆い、放電コンセントレータ２の先端部２Ａ、２Ａ’の表面が誘電体となっている本発明のランプ装置に供されるランプ１の断面図を示す。
【００３２】
さらに、放電容器３をアルミナやＹＡＧ等の透光性セラミックで構成すると、高耐圧の容器が可能となり、例えばキセノンを発光物質とする場合には、５〜１０×１０^７Ｐａの封入が可能となる。
【００３３】
封入物については、水銀を発光物質として使用する場合には、３００ｍｇ／ｃｃ以上の量を放電容器に封入すれば、高い圧力で放電が集中し、近似白色で超高輝度の点光源を実現できる。
また、放電容器に３００Ｋで（室温で）６ＭＰａ以上のキセノンを封入しても、高い圧力で放電が集中し、近似白色で超高輝度の点光源を実現できる。
【００３４】
【実施例】
具体的実施例の説明の前に、本発明に係るランプの製造方法を図５で説明する。
先ず、図６（ａ）に示すように放電コンセントレータの素材であるタングステン製ワイヤー１３をコの字状またはＵ字状に折り曲げる。
次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁部材であるガラス管１４をタングステン製ワイヤー１３の先端部が露出するように被せる。
このガラス管は例えば石英ガラスが適する。
【００３５】
この図６（ｂ）の段階で、タングステン製ワイヤー１３を、不図示の電源の＋極に接続し、別途不図示の放電用部材を不図示の電源の−極に接続し、タングステン製ワイヤー１３の先端と放電用部材の先端とを近接させて放電させることにより、タングステン製ワイヤーの先端を溶融し球状化することができる。
【００３６】
そして、図６（ｃ）に示すように、タングステン製ワイヤー１３の２つの先端部を対向するように折り曲げる。
次に、図６（ｄ）に示すような、タングステン製ワイヤー挟持部材１５で、図６（ｅ）に示すようにタングステン製ワイヤー１３を挟持する。そして、図６（ｅ）および（ｆ）に示すように、排気管部１６の付いた放電容器構成管材１７にタングステン製ワイヤー１３を挿入し、タングステン製ワイヤー挟持部を含めて放電容器構成管材１７をバーナー加熱してピンチシールする。
【００３７】
そして、図６（ｇ）に示すように、タングステン製ワイヤー挟持部材１５の不要部分を切断する。
タングステン製ワイヤー１３は放電コンセントレータとなる。そして、図６（ｈ）に示すように、排気管部１６より排気し、所定量の水銀１８を放電容器構成管材１７内に入れ、放電容器構成管材１７内部を真空に排気し、アルゴンガスを所定の圧力で導入して、チップ部６においてチップオフする。
【００３８】
次に具体的なランプ装置の実施例について説明する。
図２は高周波電源１１に接続された第一の実施形態のタイプのランプ装置１００である。
ランプ電力は１５０Ｗであり、放電容器３は肉厚２．５ｍｍ、最大外径１２ｍｍの石英ガラス製であり、放電コンセントレータ２はタングステン製であって、先端２Ａ、２Ａ’間の離隔距離は０．５〜０．７ｍｍである。そして放電コンセントレータ２の線材の直径は２ｍｍである。
【００３９】
なお、放電コンセントレータ２を封止する方法が石英ガラス製放電容器３の場合とは異なるが、放電容器３の材料としては、透光性アルミナや透光性イットリア、透光性ＹＡＧといった透光性セラミックスも使用できる。しかし、透光性セラミックスは熱負荷に対しては強いが、熱衝撃に弱いため、用途が限定される。
【００４０】
放電コンセントレータ２の先端部の材料としては放電容器３の材料より高い使用限界温度である材料で構成される。具体的には、放電用発光物質が水銀や希ガスの場合、放電容器３が石英ガラスのときは、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａなどやその合金、またはＴａＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣなどの炭化物やＡｌ_２Ｏ_３、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＴｈＯ_２、その他希土類酸化物、ＡｌＮなどの窒素化合物または前記酸化物と窒化物の複合体が使用可能である。放電コンセントレータ２の先端部２Ａ、２Ａ’は球状になっている。
【００４１】
放電用発光物質として、本実施例では水銀が３００ｍｇ／ｃｃ封入され、希ガスはバッファガスとして１３ｋＰａ封入されている。
なお、放電用発光物質として、イオウ（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）を使用する場合があり、そのときは放電コンセントレータの先端部を誘電体とする。放電コンセントレータ２には、タングステン等の金属にイオウ・セレン・テルルには腐食しない誘電体であるＭｇＯやＺｒＯ_２やＢｅＯが被覆されて使用される。
【００４２】
そして、図１（ａ）の構成のランプ１を上記の仕様の通りに作製し、コイル１０，１０’と高周波電源１１を配設した図３の構成のランプ装置１００に、周波数１３．５６ＭＨｚを印加したところ白色の高輝度光源として点灯し、点灯後黒化や破裂等の不具合が発生しなかった。水銀が３５０ｍｇ／ｃｃ封入され、希ガスはバッファガスとして１３ｋＰａ封入されているので、放電時の放電空間囲繞部３１内の圧力は３５ＭＰａ以上であることが予想され、従来の箔シール型の超高圧水銀ランプと比較して放電空間囲繞部３１の耐圧が増大したものと考えられる。
【００４３】
また、従来の箔シール型のランプでは、Ｍｏ箔がランプ内にあるため、ハロゲンを封入する場合、Ｍｏ箔と反応する不具合があったが、本方式の放電コンセントレータを使用したランプでは、Ｍｏ箔を必要とせず、ハロゲンを封入したランプとした場合でも、これらの不具合が発生しない。
【００４４】
図２において、１２は集光用の反射ミラーであり、例えば材質はガラスやセラミック製であって、その表面にチタニア−シリカなどの誘電体多層膜が形成されることもある。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のランプ装置は放電容器が非導電性材料によって構成されており、非導電性材料と異なる電流導入用の金属等、異質な部材をランプ外部へ導出するための封止部を有さないので、放電時のランプ内部のガス圧に対する耐圧が強いものとなる。
【００４６】
そして、ランプ内で放電コンセントレータを放電空間に臨ませた構成としたので、放電コンセントレータの先端部に放電を集中させ、高輝度の点光源を現出させることができる。
【００４７】
また、本発明の高周波励起点光源ランプ装置は、磁気結合により点灯することにより、１３．５６ＭＨｚ帯という比較的低い周波数で励起が効率よく行え、高周波電力増幅装置が固体回路化でき、経済的に安価なになるばかりでなく、信頼性が向上し、回路の電力効率も８０％を超えるまで高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るランプの一実施例の断面図である。
【図２】本発明のランプ装置の一実施例構成を示す断面図である。
【図３】本発明のランプ装置の一実施例構成を示す断面図である。
【図４】本発明のランプ装置の一実施例構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係るランプの一実施例の断面図である。
【図６】本発明に係るランプの製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１ランプ
２放電コンセントレータ
２Ａ、２Ａ’ 先端部
２Ｂ電気伝導部材
３放電容器
３１放電空間囲繞部
３２放電コンセントレータ保持部
４誘電体
５絶縁部材
６チップ部
７放電空間
１０、１０’ コイル
１１高周波電源
１２反射ミラー
１３タングステン製ワイヤー
１４ガラス管
１５タングステン製ワイヤー挟持部材
１６排気管部
１７放電容器構成管材
１８水銀
１００ランプ装置
Ｍ磁力線束[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge lamp device used as a point light source.
[0002]
[Prior art]
In recent years, liquid crystal projectors have been used as presentation tools for conferences and exhibitions. A liquid crystal screen is projected onto a screen surface by a high-intensity light source. Conventionally, in a high-intensity light source for a liquid crystal projector, a pair of counter electrodes are arranged in a quartz glass bulb, and a predetermined amount is placed in the glass bulb. Metal halide lamps and ultra-high pressure mercury lamps containing luminescent materials are used. These lamps are sealed with a foil seal or a rod seal.
[0003]
Recently, however, the demand for higher brightness of liquid crystal projectors has been increasing in the market, and therefore a light source used is required to be brighter. In place of the metal halide lamp described above, an ultra-high pressure mercury lamp with a high enclosed pressure is becoming the main role of the light source. However, since the ultra-high pressure mercury lamp sealed with a foil seal has a limit in the pressure resistance of the sealing part during the lighting operation, it is expected that there will be a limit in the near future for increasing the brightness.
[0004]
Therefore, an electrodeless lamp that does not have a foil seal portion is considered as an alternative light source for a projector from the viewpoint of pressure resistance. However, the discharge type is a tube wall-stable discharge, and arc discharge is along the tube wall of the discharge vessel, and a thermal load is applied to the tube wall of the discharge vessel, so forced cooling is necessary. Moreover, arc discharge could not be focused on the center of the lamp, making it impossible to make a point light source.
[0005]
By the way, as a light source not having a foil seal portion, a lamp having a structure as disclosed in JP-A-3-225744 has been proposed. This is a low-pressure discharge lamp, and its application is a lamp used for backlighting of a small liquid crystal television. A pair of cylindrical metal internal electrodes are fixed to both ends in the discharge vessel, and external electrodes are disposed on the outer wall of the glass sealing body corresponding to the cylindrical internal electrodes. A capacitor is formed by sandwiching a glass sealing body as a dielectric, and electric power is supplied to the cylindrical internal electrode by applying a high frequency voltage to the external electrode. However, this lamp has a long distance between electrodes and cannot be a point light source.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lamp device in which a discharge vessel has a high breakdown voltage and emits light with high brightness as a point light source.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is made of a translucent non-conductive material, and includes a discharge container including a discharge space surrounding portion and a discharge concentrator holding portion, and is held by the discharge concentrator holding portion. The lamp is composed of a discharge concentrator facing the discharge space and acting to concentrate and strengthen the electric field in the discharge space, and energy that excites the discharge from the outside of the lamp to the discharge concentrator through a change in magnetic flux. Do from the excitation energy supply means for supplying a magnetic coupling for coupling Te Ri,
The discharge concentrator has two high-end excitation point light source lamp devices characterized in that the two tips of the discharge concentrator are in the discharge space and face away from the discharge vessel, and discharge occurs away from the discharge vessel. .
[0008]
The invention according to claim 2 is characterized in that the excitation energy supply means includes a high-frequency power source and a pair of coils connected to the high-frequency power source and arranged so as to sandwich the discharge concentrator holding portion. The high frequency excitation point light source lamp device according to claim 1 is provided.
[0009]
In the invention according to claim 3, the discharge concentrator has two tip portions exposed and opposed to each other in the discharge space, and a portion in the discharge concentrator holding portion extending from the two tip portions, The high frequency excitation point light source lamp device according to claim 1 or 2, wherein the lamps are coupled to each other.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the discharge concentrator, in the discharge space, a portion excluding the tip is covered with an insulating member. An excitation point light source lamp device is provided.
[0011]
The invention according to claim 5 is the high-frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharge concentrator has a spherical tip.
[0012]
The invention according to claim 6 is characterized in that a material having a use limit temperature higher than the use limit temperature of the non-conductive material constituting the discharge vessel is selected as the material of the tip of the discharge concentrator. The high frequency excitation point light source lamp device according to any one of Items 1 to 5 is provided.
[0013]
The invention according to claim 7 is the high frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the material of the tip of the discharge concentrator is a dielectric. It is.
[0014]
The invention described in claim 8 is the high-frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 7, wherein quartz glass is selected as the non-conductive material.
[0015]
The invention according to claim 9 is the high-frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 7 , wherein a translucent ceramic is selected as the non-conductive material. is there.
[0016]
The invention according to claim 10 is the high-frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 9, wherein mercury of 300 mg / cc or more is sealed in the discharge vessel. It is.
[0017]
An eleventh aspect of the present invention is the high frequency excitation point light source lamp device according to any one of the first to tenth aspects, wherein xenon having an enclosure pressure of 6 MPa or more at 300 K is enclosed in the discharge vessel. It is what.
[0018]
[Action]
In the lamp device of the present invention, the discharge vessel is made of a non-conductive material, the discharge concentrator is held only in the discharge vessel, and a seal for leading out the current introduction member to the outside of the lamp as in the prior art. Since there is no stop, the pressure resistance against the gas pressure inside the lamp during discharge is high. And by lighting by magnetic coupling, a high frequency power source with a relatively low frequency of 13.56 MHz band can be used.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A and 1B are sectional views for explaining a lamp 1 provided in the lamp device of the present invention. In FIG. 1A, the lamp 1 includes a discharge vessel 3 and a discharge concentrator 2, and the discharge vessel 3 includes a discharge space surrounding portion 31 that surrounds the discharge space 7 and a discharge concentrator holding portion 32.
[0020]
The discharge vessel 3 is made of a translucent non-conductive material. The discharge concentrator 2 is held by the discharge concentrator holding unit 32. The discharge concentrator 2 acts to concentrate and strengthen the electric field in the discharge space 7, and its tip portions 2 A and 2 A ′ face the discharge space 7 and are exposed and opposed to each other. By being bent in a letter shape or a U-shape, the portions in the discharge concentrator holding portion 32 extending from the two tip portions 2A, 2A ′ are joined together.
[0021]
Alternatively, as shown in FIG. 1B, the two tip portions 2A, 2A ′ are exposed and opposed to each other in the discharge space, and the two tip portions 2A, 2A ′ extending from the two tip portions 2A, 2A ′. The parts in the discharge concentrator holding part 32 may be coupled to each other by the electrically conductive member 2B.
The portions in the two discharge concentrator holding portions 32 that are bent in a U-shape or U-shape in the discharge concentrator holding portion 32 or that extend from the two tip portions 2A and 2A ′ are connected to each other by an electrically conductive member. Thus, a closed circuit for magnetic coupling is formed, and electromagnetic energy is transported from the coil 10 outside the lamp to the discharge concentrator 2.
[0022]
Further, the discharge concentrator 2 is covered with an insulating member 5 at the discharge space exposed portions except for the tip portions 2A and 2A ′. Covering with the insulating member 5 eliminates a local temperature rise due to the concentration of discharge only on a part of the concentrator 2 as compared with the case where the tip is left in the form of a rod, so that a long operating life can be obtained. The insulating member 5 may be separate from the discharge vessel 3 or may be integrated with the discharge vessel 3.
[0023]
The discharge space 7 is filled with a predetermined amount of mercury or the like as a luminescent material and a rare gas as a buffer gas.
[0024]
2, 3 and 4 show one embodiment of the lamp device of the present invention, and a schematic cross-sectional view is shown. 2 is a cross-sectional view seen from the top, and FIG. 3 is a cross-sectional view seen from the side. Reference numeral 5 denotes an insulating member, and reference numeral 6 denotes a chip portion. 31 is a discharge space surrounding part, and 32 is a discharge concentrator holding part.
As shown in FIG. 3, a pair of coils 10 and 10 ′ are arranged so as to sandwich the discharge concentrator holding part 32 of the lamp 1.
One end of each of the pair of coils 10, 10 ′ is connected, and the other end is connected to the same high frequency power supply 11.
[0025]
When a high-frequency voltage is applied from the high-frequency power source 11 to the coils 10 and 10 ′, an electric field concentrates in the gap between the tip portions 2A and 2A ′ of the discharge concentrator 2 to start discharging. A closed loop is formed by the discharge, the magnetic flux M crosses the discharge concentrator 2, and electric power is injected into the discharge concentrator by magnetic coupling.
Then, the electric field is concentrated by the discharge concentrator 2 in the discharge space 7 and the electric field is strengthened, and a high-luminance point light source appears between the two tip portions 2A and 2A ′ of the discharge concentrator 2.
[0026]
In the case of magnetic coupling, a large power can be transported at a relatively low frequency (for example, 13.56 MHz) using a coil of several turns. In general, a low-frequency power source has higher power conversion efficiency than a high-frequency power source (for example, 200 MHz), and thus a highly efficient light source can be realized.
In addition, the coils do not necessarily have to be a pair, and as shown in the cross-sectional view seen from the side in FIG. 4, one coil 10 is disposed close to one side of the discharge concentrator holding portion 32 of the lamp 1. However, discharge due to magnetic coupling occurs.
[0027]
In actual use, as shown in FIG. 2, the lamp device of the present invention is provided with a reflection mirror 12 outside the lamp 1 to reflect the radiated light from the lamp 1, and a liquid crystal projector is provided by a condensing means. It is applied to various irradiation sources such as light sources for industrial use.
[0028]
Conventionally, in an electrodeless lamp that performs high-frequency lighting or microwave lighting, discharge occurs in the vicinity of the discharge vessel, and the discharge tube wall becomes high temperature, so a means for forcibly cooling the vessel has been required. In this lamp apparatus, the discharge is away from the tube wall, and cooling can be performed at the same level as that of a conventional metal halide lamp or an ultrahigh pressure mercury lamp sealed at both ends.
[0029]
By selecting a material that can withstand the use limit temperature higher than the use limit temperature of the nonconductive material constituting the discharge vessel 3 as the material of the tip of the discharge concentrator 2, the temperature of the portion in contact with the plasma can be increased. Therefore, the lamp can be used up to the lamp input where the emission intensity increases.
And if the discharge space surrounding part 31 and the discharge concentrator holding part 32 are comprised with quartz glass, the shape processing of the discharge concentrator holding part 32 will be easy, and the close contact with the discharge concentrator 2 is possible from the characteristic of the high heat resistance.
[0030]
It is also an appropriate embodiment to spheroidize the tip portions 2A, 2A ′ of the discharge concentrator 2. When 2A and 2A ′ are spheroidized, the discharge concentrates only on a part of the concentrator and the temperature does not rise locally as compared with the case where the tip is left in a rod shape, so that a long operating life is obtained.
[0031]
Moreover, the material of the front-end | tip part of the discharge concentrator 2 can also be made into a dielectric material. In that case, when the tip of the discharge concentrator 2 is a metal material, it becomes possible to use a metal corrosive element that could not be used as the luminescent material as the luminescent material. FIG. 5 shows a cross section of the lamp 1 used in the lamp device of the present invention in which the outer surface of the electrical conductor 2B is covered with a dielectric 4 and the surfaces of the tips 2A and 2A ′ of the discharge concentrator 2 are dielectrics. The figure is shown.
[0032]
Furthermore, if the discharge vessel 3 is made of a translucent ceramic such as alumina or YAG, a high pressure resistant vessel is possible. For example, when xenon is used as the luminescent material, 5-10 × 10 ⁷ Pa can be enclosed. Become.
[0033]
As for the inclusion, when mercury is used as the luminescent substance, if an amount of 300 mg / cc or more is enclosed in the discharge vessel, the discharge concentrates at a high pressure, and an approximate white and ultra-bright point light source can be realized. .
Moreover, even if xenon of 6 MPa or more is sealed in the discharge vessel at 300 K (at room temperature), the discharge concentrates at a high pressure, and an approximately white and ultra-bright point light source can be realized.
[0034]
【Example】
Prior to the description of the specific embodiment, a method of manufacturing a lamp according to the present invention will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 6A, the tungsten wire 13 which is a material of the discharge concentrator is bent into a U shape or a U shape.
Next, as shown in FIG. 6B, a glass tube 14 that is an insulating member is placed so that the tip of the tungsten wire 13 is exposed.
For example, quartz glass is suitable for the glass tube.
[0035]
6B, the tungsten wire 13 is connected to the positive pole of a power supply (not shown), and a discharge member (not shown) is separately connected to the negative pole of the power supply (not shown). The tip of the tungsten wire and the tip of the discharge member are brought close to each other and discharged, whereby the tip of the tungsten wire can be melted and spheroidized.
[0036]
Then, as shown in FIG. 6C, the two tips of the tungsten wire 13 are bent so as to face each other.
Next, as shown in FIG. 6E, the tungsten wire 13 is held by a tungsten wire holding member 15 as shown in FIG. 6 (e) and 6 (f), the tungsten wire 13 is inserted into the discharge vessel constituting tube material 17 with the exhaust pipe portion 16, and the discharge vessel constituting tube material 17 including the tungsten wire holding portion is included. Heat the burner and pinch seal.
[0037]
And as shown in FIG.6 (g), the unnecessary part of the tungsten wire clamping member 15 is cut | disconnected.
The tungsten wire 13 is a discharge concentrator. Then, as shown in FIG. 6 (h), the exhaust pipe portion 16 is evacuated, a predetermined amount of mercury 18 is put into the discharge vessel constituting tube material 17, the inside of the discharge vessel constituting tube material 17 is evacuated, and argon gas is discharged. Introduced at a predetermined pressure, the chip portion 6 is chipped off.
[0038]
Next, a specific example of the lamp device will be described.
FIG. 2 shows a lamp device 100 of the first embodiment type connected to a high-frequency power source 11.
The lamp power is 150 W, the discharge vessel 3 is made of quartz glass having a wall thickness of 2.5 mm and a maximum outer diameter of 12 mm, the discharge concentrator 2 is made of tungsten, and the separation distance between the tips 2A and 2A ′ is 0. 5 to 0.7 mm. The diameter of the wire rod of the discharge concentrator 2 is 2 mm.
[0039]
Although the method of sealing the discharge concentrator 2 is different from that of the quartz glass discharge vessel 3, the discharge vessel 3 is made of translucent alumina such as translucent alumina, translucent yttria, or translucent YAG. Ceramics can also be used. However, although translucent ceramics are strong against heat load, they are weak against thermal shock, so their use is limited.
[0040]
The material of the tip of the discharge concentrator 2 is made of a material having a higher use limit temperature than the material of the discharge vessel 3. Specifically, when the discharge light-emitting substance is mercury or a rare gas, and the discharge vessel 3 is quartz glass, W, Re, Ta or the like or an alloy thereof, carbide such as TaC, ZrC or HfC, or Al ₂ O ₃ , BeO, MgO, ZrO ₂ , ThO ₂ , other rare earth oxides, nitrogen compounds such as AlN, or composites of the oxides and nitrides can be used. The tip portions 2A and 2A 'of the discharge concentrator 2 are spherical.
[0041]
In this embodiment, 300 mg / cc of mercury is sealed as a light emitting substance for discharge, and 13 kPa is sealed as a rare gas as a buffer gas.
Note that sulfur (S), selenium (Se), or tellurium (Te) may be used as the light emitting material for discharge, and in that case, the tip of the discharge concentrator is used as a dielectric. The discharge concentrator 2 is used by coating a metal such as tungsten with MgO, ZrO _2, or BeO, which is a dielectric that does not corrode sulfur, selenium, or tellurium.
[0042]
Then, the lamp 1 having the configuration shown in FIG. 1A is manufactured as described above, and the frequency of 13.56 MHz is applied to the lamp device 100 having the configuration shown in FIG. 3 in which the coils 10 and 10 ′ and the high-frequency power source 11 are arranged. When applied, it turned on as a white high-intensity light source, and no problems such as blackening or rupture occurred after lighting. Since 350 mg / cc of mercury is sealed and 13 kPa of rare gas is sealed as a buffer gas, the pressure in the discharge space surrounding portion 31 during discharge is expected to be 35 MPa or more, and the conventional foil seal type ultra-high pressure It is considered that the breakdown voltage of the discharge space surrounding portion 31 is increased as compared with the mercury lamp.
[0043]
Further, in the conventional foil seal type lamp, since the Mo foil is in the lamp, there is a problem of reacting with the Mo foil when encapsulating the halogen. However, in the lamp using the discharge concentrator of this method, the Mo foil Therefore, even when the lamp is filled with halogen, these problems do not occur.
[0044]
In FIG. 2, reference numeral 12 denotes a condensing reflecting mirror, which is made of, for example, glass or ceramic, and a dielectric multilayer film such as titania-silica may be formed on the surface thereof.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, in the lamp device according to the present invention, the discharge vessel is made of a non-conductive material, and a sealing member for leading a foreign member such as a current-introducing metal different from the non-conductive material to the outside of the lamp. Since there is no stop, the pressure resistance against the gas pressure inside the lamp during discharge is strong.
[0046]
And since it was set as the structure which made the discharge concentrator face the discharge space in a lamp | ramp, a discharge can be concentrated on the front-end | tip part of a discharge concentrator, and a high-intensity point light source can appear.
[0047]
Further, the high frequency excitation point light source lamp device of the present invention can be efficiently excited at a relatively low frequency of 13.56 MHz band by being lit by magnetic coupling, and the high frequency power amplifying device can be realized as a solid circuit, economically. Not only is it inexpensive, but the reliability is improved and the power efficiency of the circuit can be increased to over 80%.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a lamp according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of an embodiment of a lamp device according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an embodiment of a lamp device according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of an embodiment of a lamp device according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of an embodiment of a lamp according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a lamp according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lamp 2 Discharge concentrator 2A, 2A 'Tip part 2B Electric conduction member 3 Discharge vessel 31 Discharge space surrounding part 32 Discharge concentrator holding part 4 Dielectric 5 Insulation member 6 Tip part 7 Discharge space 10, 10' Coil 11 High frequency power supply 12 Reflection Mirror 13 Tungsten wire 14 Glass tube 15 Tungsten wire clamping member 16 Exhaust tube portion 17 Discharge vessel constituting tube material 18 Mercury 100 Lamp device M Magnetic flux

Claims

A discharge vessel composed of a light-transmitting non-conductive material and comprising a discharge space surrounding portion and a discharge concentrator holding portion; and an electric field concentrated in the discharge space held in the discharge concentrator holding portion and facing the discharge space a lamp comprising a discharge concentrators which act to strengthen is, from the lamp outside the energy to excite a discharge in the discharge concentrator, Ri Do from the excitation energy supply means for supplying the magnetic coupling attached through a change in magnetic flux ,
A high frequency excitation point light source lamp device characterized in that two tip portions of the discharge concentrator are in a discharge space and face away from the discharge vessel, and discharge occurs away from the discharge vessel .

The high-frequency excitation point light source lamp according to claim 1, wherein the excitation energy supply means includes a high-frequency power source and a pair of coils connected to the high-frequency power source and arranged to sandwich the discharge concentrator holding portion. apparatus.

In the discharge concentrator, two tip portions are exposed and opposed to each other in a discharge space, and portions of the discharge concentrator holding portion extending from the two tip portions are coupled to each other. The high frequency excitation point light source lamp device according to claim 1 or 2.

4. The high frequency excitation point light source lamp device according to claim 1, wherein the discharge concentrator is covered with an insulating member in a discharge space except for a tip portion thereof. 5.

The high frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 4, wherein a tip of the discharge concentrator is spherical.

6. The material according to claim 1, wherein a material having a use limit temperature higher than a use limit temperature of a non-conductive material constituting the discharge vessel is selected as a material of a tip portion of the discharge concentrator. A high frequency excitation point light source lamp device according to claim 1.

The high frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 6, wherein a material of a tip portion of the discharge concentrator is a dielectric.

8. The high frequency excitation point light source lamp device according to claim 1, wherein quartz glass is selected as the non-conductive material.

The high frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 7 , wherein a translucent ceramic is selected as the non-conductive material.

The high frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 9, wherein mercury of 300 mg / cc or more is sealed in the discharge vessel.

The high frequency excitation point light source lamp device according to any one of claims 1 to 10, wherein xenon having an enclosure pressure of 6 MPa or more at 300K is enclosed in the discharge vessel.