JP4442511B2

JP4442511B2 - ランプ装置

Info

Publication number: JP4442511B2
Application number: JP2005143561A
Authority: JP
Inventors: 直浩神谷
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: JP2006324019A

Description

本発明は、発光源となる電極を管球体に封入したランプ本体を用いて照明を行うランプ装置に関する。本発明のランプ装置は、例えば、ランプ本体をハウジングに収納するとともに、ハウジングの内面に形成した反射鏡による反射光を利用して効率的な照明を行う照明装置等に適用される。また、本発明のランプ装置は、砂塵が舞う砂漠上や塩分が含まれる海上等の劣悪な環境を航行する航空機・船舶等のような劣悪な空気環境での照明に適用される。

対向電極間に放電を発生したり（放電灯）、フィラメント電極を加熱したり（白熱灯）することにより、管球内の発光領域で照明光を発生するようにしたランプが広く用いられている。
このようなランプは、ガラス製の管球体の内部に、光を発生する電極が封入されており、電力供給用の外部配線と電極とを電気的に接続するための外部端子が、管球体の端部に設けられている。
一般に、ランプ(本体）は、管球を囲む構造のハウジングに装着して使用するランプ装置として利用されることが多い。これは、ハウジング内面に反射面を形成することにより、光の利用効率を高めることができるためと、何らかの理由で管球が破裂したときにガラス片の飛散をできるだけ防ぐことができるようにした防爆機能を持たせるためである。

その一方で、ランプ本体は点灯により、高温になるので（発光領域では摂氏１０００度を超える場合もある）、温度に対する対策が必要になる。従来、ランプ本体の放熱を促進するために、ランプ装置のハウジングは、外界に対して開放構造をとっていた。一見すれば密閉構造をとるハウジングであっても、その目的は内部の管球の保護が目的であり、外界との間に空気の流通を行う場所が設けられていることが多い。

これに対し、例えば周囲に可燃物が存在するような危険箇所等で用いる照明では、ランプ装置が発火源となるおそれを完全になくすために、ランプ本体を完全に密閉構造化した構造のランプ装置が用いられている。密閉構造化したランプ装置は、構造上、ランプ本体の放熱が困難である。そのため、ランプ本体の冷却効果を高めた構造が検討されている（特許文献１参照）。例えば、ランプ本体の一端封止管部がリフレクタ（ハウジング）に支持され、ランプ本体の他端封止管部がセラミックス系の接着部材を介して防爆ガラスに接続されるようにして、ランプ本体の両端に接する伝熱ルートを形成することにより封止端部を冷却するようにしたものが開示されている。
特開２００４−７９２２５号公報

外界との間に空気の流通を行う場所が存在するハウジング（開放型ハウジング）のランプ装置では、放熱性に優れている反面、ランプ装置の周囲が塵埃や腐食性物質（例えば塩分）を含む雰囲気の環境である場合に、ハウジング内部が汚染、腐食されることとなり、光量が減衰したり、製品寿命が短縮されたりしてしまう問題がある。

一方、完全な密閉構造化を行った上記特許文献１に記載のような構造のものでは、完全な防爆機能を有するとともに、冷却効果を高めたランプユニットとすることができる。その一方で、密閉構造内部で、防爆ガラス側にある他端封止管部の端子と接続する電力供給線を配線する必要があり、耐熱性の電力供給線を形成し、ハウジングに孔を形成し、その孔に電力供給線を貫通させた状態で孔を密閉する機構を形成する必要がある（この孔を密閉しなければ完全な密閉構造ではなくなる）。
そこで、本発明は完全な密閉構造のハウジング内にランプの発光領域を閉じ込めたランプ装置であっても、耐熱性に優れているランプ装置を提供することを目的とする。

また、本来、ランプ本体の電極位置は個体差があり、発光中心の位置が個体ごとに異なる。そのため、反射面に対するランプ本体の発光中心の位置がリフレクタの設計上の発光位置からずれている場合には、光を効率よく取り出すことができなかった。特に、リフレクタの反射面を利用して焦点を形成するランプでは、焦点位置がぼやけてしまうこととなった。
そこで、本発明はランプ本体の電極位置に個体差がある場合でも、リフレクタとの位置調整が容易であるランプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のランプ装置は、照明光を発生する電極を管球体に封入した状態で支持するとともに電極と導通する外部端子が管球体の端部に形成されたランプ本体と、ランプ本体の発光領域からの照明光を出射する窓孔とランプ本体を支持する支持開口とが形成されるとともに、内面に発光領域からの照明光を反射して窓孔に導く反射面が形成されたハウジングと、窓孔を気密に封止する窓板とを備え、ランプ本体は、一対の電極が発光領域を挟んで両側に配置され、これら電極それぞれを封入した状態で支持する一対の棒状管球体領域が形成され、支持開口の内面には、ハウジング材料の金属材料の熱膨張率よりも管球体材料のガラス材料の熱膨張率に近い材料からなる緩衝部材が取り付けられ、管球体は、支持開口に対する位置が調整された状態で、緩衝部材と棒状管球体領域との間で高温の溶着ガラスを用いてガラス溶着され、ランプ本体の管球体を支持開口において気密に支持するとともに少なくとも外部端子をハウジング外に出すようにして、ランプ本体の発光領域をハウジング内で気密に封止するようにしている。

ここで、ランプ本体の電極は、電力供給により、光を発生することができるものであればよく、対向電極であってもよいし、フィラメント電極でもよい。管球体の材料は、ガラスのように、透明度が高く、硬度が高く、耐腐食性に優れた材料が好ましく、特に石英ガラス等が好適である。
管球体の形状についても、特に限定されないが、要するに、発光領域から効率よく光を照射することができ、さらに、支持開口の内壁部分の形状と、管球体の被支持部分の形状とが、気密を維持できる形状の組み合わせになっていればよい。
ハウジングの材料は、金属またはガラス材で形成するのが好ましい。内面に形成される反射面は、用途に応じて、凹面反射鏡面（集光する場合）、平面反射鏡面、散乱反射面等を採用すればよい。なお、ガラス材を用いる場合は、内面に金属や誘電体膜などによる反射膜を形成することにより、反射面とすることができる。
ハウジングに形成される窓孔や支持開口の形状、個数についても特に限定されないが、支持開口の個数は管球体の形状や支持箇所の個数に合わせて、１つ（管球体を片側支持する場合）、または２つ（管球体を両側支持する場合）とするのが好ましい。

この発明によれば、ランプ装置は、ランプ本体の管球体端部がハウジング外に出るようにして、ハウジングに形成された支持開口の位置で、管球体が気密に支持される。また、ハウジングの窓孔は、窓板で気密に封止され、発光領域から直接照射される照射光およびハウジング内面に形成された反射面で反射した照明光が、ハウジング外に出射される。

この発明によれば、ハウジングに形成された窓孔と支持開口とは、ともに気密に封止されるので、ハウジング内の発光領域および反射面を完全に気密に封止することができ、ハウジング内部が塵埃に汚染されたり、腐食性物質によって腐食されたりすることがなくなり、光量が著しく減衰したり、製品寿命が短縮されたりする問題がなくなる。
一方、ランプ本体の外部端子部分は支持開口での気密封止部分より外側にあり、外気に接するので従来例のような端子部分についての耐熱上の問題は発生しない。気密封止部分についてもハウジングへ放熱する伝熱ルートが確保されているので熱的な問題が発生しない。
さらに、支持開口に対して管球体又は外部端子を気密に支持するときに、これらの間の位置調整を行いながら支持することができるので、ハウジングの反射面と管球体との位置関係を調整することができ、反射光を効率よく出射することができる。

（その他の課題を解決するための手段および効果）
上記発明において、ランプ本体は、一対の電極が発光領域を挟んで両側に配置され、これら電極それぞれを封入した状態で支持する一対の棒状管球体領域が形成され、棒状管球体領域が支持開口部分に接着性材料で固着されるようにしてもよい。
ランプ本体は、一対の電極が発光領域を挟んで両側に配置され、これら電極それぞれを封入した状態で支持する一対の棒状管球体領域が形成され、棒状管球体領域が支持開口部分に接着性材料で固着されるようにしてもよい。
ここで、接着性材料には、溶融ガラス、セラミックセメント等を用いることができる。
この発明によれば、中央の発光領域を挟んで、両側に一対の棒状管球体領域が形成され、各棒状管球体領域が、それぞれ支持開口にて接着性材料により固着される。
したがって、管球体は両側２点でバランスよく支持されるので、安定に支持することができる。また、接着性材料で固着するので、支持開口部分を容易に気密保持することができる。さらに固着することによりそれ以後は支持開口部分が変動しなくなり、反射面に対するランプの位置を安定に保持することができる。

上記発明において、管球体は、支持開口に対する位置が調整された状態で支持開口部分に固着されるようにしてもよい。
この発明によれば、管球体を支持開口に対して固着する際に、位置調整を行うので、ハウジングの反射面との位置関係が最適な位置関係となるように、正確に調整することができ、固着後はその位置関係を維持させることができる。

上記発明において、支持開口の内面には、ハウジング材料の熱膨張率よりも管球体材料の熱膨張率に近い材料からなる緩衝部材が取り付けられ、緩衝部材と管球体との間で固着されるようにしてもよい。
ハウジング材料に熱膨張率が大きい金属材料が用いられ、棒状管球体領域材料にそれよりも熱膨張率が小さいガラス材料等を用いる場合には、熱膨張率差が発生し、固着する際に損傷や気密不良が生じやすくなる。
そのため、支持開口の内面に緩衝部材を取り付け、緩衝部材と棒状管球体領域との間で接着性部材を固着する。これにより、熱膨張の影響を抑えつつ気密に固着することができる。

上記発明において、管球体は、支持開口部分でガラス溶着されるようにしてもよい。ガラス溶着することにより、ガラスが溶融状態のときに支持開口と管球体とを位置調整をしながら、容易に固着することができる。しかも、固着後は、位置ずれが生じないので、安定に保持することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

（実施形態１）
図１は本発明の一実施形態であるランプ装置１０の構成を示す斜視図、図２はその断面図である。
ランプ装置１０は、ボディ１１、窓孔付ボディ１２、左右の側壁１３で構成されるハウジング２０と、窓板１４および窓板１４を気密に封止する窓板止め１５と、左右に棒状領域を有する管球体２１および電極２２からなるランプ本体２３と、溶着ガラス２５とにより構成される。

ハウジング２０は、それぞれアルミ合金製のボディ１１、窓孔付ボディ１２、左右の側壁１３を、Ｏリング２６およびネジ２７を用いて組み立てることで、気密な箱型ブロック形状をなすようにしてある。
ハウジング２０の内部には、ランプ本体２３を収納するための空間が形成され、また、その内壁面３１、３２が凹面反射鏡となるように鏡面仕上げしてある。

窓孔付ボディ１２には、窓孔Ａが形成してあり、窓孔Ａの上には窓板ガラス１４と窓孔付きの窓板止め１５とが重ねるようにして取り付けてあり、Ｏリング２６、ネジ２７を用いて窓板止め１５を窓孔付ボディに締結することにより、窓孔Ａが気密に封止されるようにしてある。
左右の側壁１３には、それぞれ支持開口Ｂが形成してあり、管球体２１の棒状部分を貫通させることにより管球体２１が２つの支持開口Ｂでバランスよく支持される。

ランプ本体２３は、一対の電極２２が直線状に並び、各電極２２の一端側が中央で対向するようにしてある。管球体２１は、この電極２２を封入するようにして一対の棒状の管球体が形成され、さらに各電極２２それぞれの他端側が封止され、外部端子２８となるようしてある。
このランプ本体２３は、上述したように棒状部分が支持開口Ｂに支持されることにより、管球体２３の端部（外部端子２８が形成される部分）が支持開口Ｂより外側に位置するようになる。

溶着ガラス２５は、管球体２１と側壁１３の支持開口Ｂとを気密にするための接着性材料として用いられる。すなわち、溶着ガラス２５は、高温の溶融状態で支持開口Ｂに流し込まれ、その後冷却されることにより固着するようになる。溶着ガラス２５が溶融状態のときに、ランプ本体２３の支持開口Ｂに対する位置を定めることにより、あるいは位置決めした後にガラスを付着させることにより、ランプ本体２３のハウジング２０に対する位置関係が最適になるように正確に位置決めすることができ、しかも固着後は、位置関係が変動しないようになる。図４（ａ）は、ランプ装置１０の光学的性能を最適化するためにランプ本体２３の位置決めを行い、結果として、設計上のランプ取付位置から外れた位置に位置決めされた状態を説明する図である。管球体２１と電極２２との位置関係には個体差があり、また、ハウジング２０の内壁面３１、３２に形成された反射鏡にも加工上やハウジング組立時の誤差があるので、図で示したように、支持開口Ｂの中心軸に対して、管球体２１の位置を偏心させたり、傾かせたりした方が、ランプ装置１０としての光学的性能をかえって向上させることができる場合がある。このような場合に、溶着ガラス２５による接着の際の位置調整を行うことにより、光学的性能を最適化することができる。

以上のようにして組み立てたランプ装置１０は、図２に示すように、ランプ本体２３の発光領域（対向電極２２の電極どうしが対向する間隙）から照射される光のうち、窓孔Ａに向かう光Ｌ１は直接窓孔Ａから出射し、また、内壁面３１、３２に向かう光Ｌ２は、そこに形成された凹面反射鏡で反射した後に窓孔Ａから出射するようになる。

また、上記実施形態では、内壁面３１、３２に形成される反射面を楕円形状にしたが、放物線形状、平面形状、多面体形状等にしてもよい。さらに、窓板ガラス１４にレンズ機能を持たせるようにしてもよい。

（実施形態２）
図３は、本発明の他の一実施形態であるランプ装置３０の断面図である。図において、図１および図２で説明したものと同じ構造については、同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。

ランプ装置３０と、図１および図２で説明したランプ装置１０とでは、支持開口Ｂにおける管球体２１の固定方法が異なる。上述したように、ハウジング２０を構成するボディ１１、窓孔付ボディ１２、左右の側壁１３は、放熱性に優れたアルミ合金が用いられており、ガラス製の管球体２１とは、熱膨張率差が大きい。したがって、溶着ガラス２４で固着する際に、溶着温度から常温にまで温度を下げて固化する間に、溶着ガラス２４に損傷、気密不良を生じることがある。

そのため、熱膨張率がアルミ合金より小さく、熱膨張率がガラスに近い材料、例えば、コバール、インバー、スーパーインバーで構成される緩衝部材２９を介在させて熱膨張率差を低減する。これにより、熱膨張率差による損傷、気密不良を回避することができ、固着部分の信頼性を高めることができる。なお、側壁１３と緩衝部材２９との接続はＯリング２６、ネジ２７を用いて気密に接続する。

また、図４（ｂ）は、ランプ装置３０においてガラス溶着を行う際に、ランプ本体２３の個体差により、ランプ本体２３が設計上のランプ取付位置から外れた位置に位置決めされた状態を説明する図である。図４（ａ）の構造と同様に、溶着ガラス２５による接着の際の位置調整を行うことにより、光学的性能を最適化することができる。

以上、２つの実施形態の説明で用いたランプ本体２３は、発光領域を挟んで両側に一対の電極が配置され、棒状管球体領域が両側に形成された構造を有しているが、管球体をＵ字状にして２つの棒状管球体領域を平行に並べるようにし、片側の側壁に２つの支持開口を設けるようにしてもよい。また、フィラメント電極の場合は、管球体の内部に電極対を平行に並べて配置し、１つの棒状管球体領域で２本の電極を支持するようにしてもよい。この場合は、支持開口が１つだけあればよい。

さらに上述した実施形態１，２では、支持開口Ｂにおいて、管球体２１を支持するようにしているが、図５に示すように支持開口Ｂにおいて外部端子２８を支持するようにしてもよい。この場合は変形しにくいように外部端子を補強するのが好ましい。

本発明のランプ装置は照明装置等に適用される。特に、砂塵が舞う砂漠上や塩分が含まれる海上等の劣悪な環境を航行する航空機・船舶等のような劣悪な空気環境での照明に利用される。

本発明の一実施形態であるランプ装置の構成を示す斜視図。本発明の一実施形態であるランプ装置の構成を示す断面図。本発明の他の一実施形態であるランプ装置の構成を示す断面図。設計上のランプ取付位置から外れた位置にランプ本体が取り付けられた状態を説明する図。本発明の他の一実施形態であるランプ装置の構成を示す断面図。

符号の説明

１０：ランプ装置
１１：ボディ
１２：窓孔付ボディ
１３：側壁
１４：窓板ガラス
１５：窓板止め
２０：ハウジング
２１：管球体
２２：電極
２３：ランプ本体
２５：溶着ガラス
２６：Ｏリング
２７：ネジ
２８：外部端子

Claims

照明光を発生する電極を管球体に封入した状態で支持するとともに電極と導通する外部端子が管球体の端部に形成されたランプ本体と、
ランプ本体の発光領域からの照明光を出射する窓孔とランプ本体を支持する支持開口とが形成されるとともに、内面に発光領域からの照明光を反射して窓孔に導く反射面が形成されたハウジングと、
窓孔を気密に封止する窓板とを備え、
ランプ本体は、一対の電極が発光領域を挟んで両側に配置され、これら電極それぞれを封入した状態で支持する一対の棒状管球体領域が形成され、
支持開口の内面には、ハウジング材料の金属材料の熱膨張率よりも管球体材料のガラス材料の熱膨張率に近い材料からなる緩衝部材が取り付けられ、
管球体は、支持開口に対する位置が調整された状態で、緩衝部材と棒状管球体領域との間で高温の溶着ガラスを用いてガラス溶着され、
ランプ本体の管球体を支持開口において気密に支持するとともに少なくとも外部端子をハウジング外に出すようにして、ランプ本体の発光領域をハウジング内で気密に封止することを特徴とするランプ装置。