JP4539581B2

JP4539581B2 - ランプ装置

Info

Publication number: JP4539581B2
Application number: JP2006043318A
Authority: JP
Inventors: 直浩神谷
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP2007226977A

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し、殊に、ランプ本体をハウジングに収納し、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ランプ装置に関する。本発明のランプ装置は、画像投影用のプロジェクターの光源等として、或いは、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用に適用される。

一般に、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、管球体内の発光領域で照明光を発生するようにしたランプ装置が広く用いられている。
このようなランプ装置は、ガラス製の管球体内部に、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。

一般的なランプ装置は、発光源となる電極を封入した管球体を、管球体の放熱を促進するため外界に対して開放された状態でハウジングに収納して構成されている。しかし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。

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、何らかの理由で管球体が破裂したときにガラス片の飛散をハウジングで防ぐことができるようにした防爆機能を持たせることはできるが、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のものが、例えば特許文献１に示すように、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

上記特許文献１に記載のような密閉型ハウジングのランプ装置では、ハウジング内部の汚染、腐食の発生をなくすることができると共に確実な防爆機能を具備することができ、かつ冷却効果を高めたランプユニットとすることができるが、次のような問題点がある。一般に、この種のランプ装置のハウジングは、管球体からの発熱を効率よく冷却するためと内面を鏡面加工して管球体からの光を集光させるためにアルミニウム合金で作られている。一方、管球体は石英ガラス等のガラス材やセラミック材で作られており、両者の間に大きな熱膨張率の差がある。点灯時には、管球体の温度は、発光領域で摂氏１０００度を超える場合があり、このときハウジングの温度は摂氏２００度まで上昇することがある。従って、特に手段を講じずに管球体をハウジングに固定すると、点灯による高温状態のときに熱膨張率差による歪みなどの応力が発生し、管球体が破壊する等の問題が生じる。また、ランプ製造時に、管球体を接着性材料でハウジングに固着する際にも、接着性材料が温度変化することにより、この接合部において局所的にハウジングとの熱膨張差により応力が発生して接合部の剥離が生じることがある。特に、管球体とハウジングとを溶着により接着した場合は、接合部分は局所的に高温状態から室温まで冷却されるので、剥離が発生しやすい。

そこで本発明は、上述したような熱膨張率の差による影響で管球体が破損することを未然に阻止することのできる機能を備えた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面から突出するよう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密封窓孔とランプ本体を支持する支持開口部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を備えたランプ装置であって、支持開口部内面にランプ点灯時の温度上昇によりハウジングと管球体との間で熱膨張率の差により応力が発生したときに応力を吸収する特性を有する素材からなる筒状の応力緩和部材を密に嵌着し、この応力緩和部材の内面に所定の低熱膨張率特性を有する金属素材からなり、管球体の熱膨張率特性に近づけ、固着部分に局所的に発生する歪の影響を阻止してランプ製造時の歪の影響をなくす筒状部材を密に嵌着し、前記管球体の端部を筒状部材に挿通してこの筒状部材の内面と管球体外面とを接着性材料により固着するとともに外部端子をハウジング外部に出すようにして、ランプ本体の発光領域をハウジング内部で気密に封止するようにしたものである。

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。

所定の低熱膨張率特性を有する金属素材とは、管球体の材料となる石英ガラス等の素材に近い熱膨張率を持つ金属素材を言い、具体的にはコバール合金やスーパーインバー合金またはこれらと同等の熱膨張率特性を有する金属素材をいう。

また、上記応力緩和部材の素材として、金属ガラスや制振合金が好適である。
ここで金属ガラスとは、過冷却により非結晶構造（アモルファス）とした合金であって一定温度以上になると粘性流動性を示すという特性を持つ。具体的には、例えばZr-Al-Ni-Cu合金がある。また制振合金とは、内部に転移構造や双晶構造を持ち、振動を吸収する性質がある。具体的には、例えばMnをベースとし、Cu,Ni,Feを含有するMn基制振合金がある。

また、ハウジングの材料は、冷却効果がよく、かつ内面に反射効率のよい鏡面を加工することが容易な金属、例えばアルミニウム合金がよい。

この発明によれば、ハウジングの支持開口部内面に金属ガラスのような応力を緩和する特性を有する素材からなる筒状の応力緩和部材を密に嵌着する。これにより、ランプ点灯時（ランプ使用時）の温度上昇により、ハウジングと管球体との間に歪み等の応力が発生したとき、これを応力緩和部材で吸収することにより管球体に影響の及ぼすことを緩和する。また、この応力緩和部材の内面にコバール合金等の低熱膨張率特性を有する金属素材で形成された筒状部材を密に嵌着し、この筒状部材の内面と管球体外面とを接着性材料により固着する。これにより、ランプ製造時に管球体を固着（溶着）する際に、管球体と筒状部材との熱膨張率特性を近づけることにより、固着部分に局所的に発生する歪みの影響を阻止し、ランプ製造時の歪の影響をなくすようにする。
すなわち、製造時に管球体との接合部分に発生する局所的な歪みを除去する逃がし機構とともに、ランプ点灯時に発生する歪みについての逃がし機構を備える構造にして、歪によるランプへの影響を低減するようにする。

本発明によれば、ランプ製造時の歪の影響をなくす逃がし機構とともに、ランプ点灯時に発生する歪みについての逃がし機構も備える構造としたので、管球体とハウジングとの熱膨張率差に起因する破壊が発生しにくい構造のランプ装置にすることが可能になり、管球体の寿命を延ばすことができる。
また、ハウジング内部が完全に密閉されるものでありながら、ランプ本体の外部端子がハウジング外部に露出しているので、これを電源への接続端子として使用することができ、これによりハウジングに穴を開けて管球体に電力供給線を接続する等の複雑な構造をなくすることができて完全な密閉構造のハウジングを得ることが可能となる、といった効果もある。

上記発明において、ランプ本体は、発光領域を挟んで管球体の両端から外部端子がそれぞれ突出するように形成され、支持開口部がハウジングの両壁に設けられ、管球体の両端がそれぞれ支持開口部に配置されるようにするのが好ましい。
これにより、ランプ本体がその両端２点でハウジングの左右の支持開口部で安定よく保持することができる。特に、ランプ点灯時の歪みに対する逃がし機構を備える構造としたので、これまでは逃がし機構がなく弱い構造であるために採用が困難であった管球体両端をハウジングで支持する構造を採用しても、管球体を破損することがなくなる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。尚、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。

図１は本発明の一実施形態であるランプ装置の断面図であり、図２はそのランプ装置の斜視図である。

このランプ装置は、窓孔１１を備えたボディ１２、左右側板１３で構成されるハウジング１０と、窓孔１１を気密に封止する透明な板ガラス１４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２０とにより構成される。

ハウジング１０は、それぞれアルミ合金で作られたボディ１２と左右側板１３を、パッキン１５及びネジ１６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作られ、その内部には、ランプ本体２０を収納するための空間が形成されており、また、その内壁面１７が凹面反射鏡となるように鏡面仕上げしてある。更に、ハウジング１０の左右側板１３にはランプ本体２０の両端部分を支持するための支持開口部１３ａが設けられている。

窓孔１１を封止する板ガラス１４の外側周辺には止め板１８が重ねるようにして取り付けてあり、パッキン１９並びにネジ（図示外）を用いて止め板１８をボディ１２に締結することにより、窓孔１１が気密に封止されるようにしてある。

窓孔１１を封止する板ガラス１３の外側周辺には止め板１５が重ねるようにして取り付けてあり、パッキン１６並びにネジ（図示外）を用いて止め板１５をボディ１２に締結することにより、窓孔１１が気密に封止されるようにしてある。

ランプ本体２０の管球体内部には一対の電極２２が直線状に配設され、各電極２２の一端側が中央で対向するようにしてある。各電極２２のそれぞれの他端側が管球体２１の両端面から外部に延出されて外部端子２３となるようにしてある。

前記支持開口部１３ａの内面に、応力を緩和する特性を有する素材からなる筒状の応力緩和部材５０がパッキン５１によりシールされた状態で密に嵌合固定されている。
上記応力緩和部材の素材として、過冷却により非結晶構造（アモルファス）とされ、一定温度以上になると粘性流動性を示す合金からなる金属ガラスや、内部に転移構造や双晶構造を持ち、振動を吸収する性質がある制振合金が使用される。

更に、上記応力緩和部材５０の内面に、低熱膨張率特性を有する金属素材で形成された筒状部材３０がパッキン３１によりシールされた状態で密に嵌合固定されている。この筒状部材３０の貫通孔にランプ本体２０の管球体２１の端部が挿通され、この筒状部材３０の内面と管球体２１の外面とが接着性材料からなる固着部材４０により溶着されている。この場合、管球体２１の端面に形成された外部端子２３はハウジング１０の外部に出すようにしてある。

上記所定の低熱膨張率特性を有する筒状部材３０の素材としては、管球体２１の材料となる石英ガラス等の素材に近い熱膨張率を持つコバール合金やスーパーインバー合金等が用いられる。
また、接着性材料としては、溶着ガラス、セラミックセメント等を用いることができる。

上記のランプ装置では、ランプ本体２０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１１に向かう光Ｌ１は直接窓孔１１から出射し、また、内壁面１７に向かう光Ｌ２は、そこに形成された凹面反射鏡で反射して窓孔１１から出射するようになる。尚、ハウジング１０の外部に露出した外部端子２３はランプ本体２０の電源接続用の端子として使用される。

以上のごとく構成されたランプ装置では、ハウジング１０と管球体２１との熱膨張率差は、応力緩和部材５０が低熱膨張率特性を有する筒状部材３０とハウジングの支持開口部内面１３ａとの間に介在されているので、点灯時の温度上昇でハウジング１０と管球体２１との間に歪み等の応力が発生しても、これを応力緩和部材５０で吸収して管球体２１への影響を緩和し、これにより管球体２１の破壊を未然に且つ効果的に防止することができる。また、管球体２１を接着性材料でハウジングに固着（溶着）した際にも、接着性材料を室温まで冷却するときに、この接合部分でハウジングとの熱膨張差により応力が発生して接合部の剥離が生じることがあるが、低熱膨張率特性を有する筒状部材３０の介在によって緩和されるので、製造時の歪みに伴う破壊も防止することができる。

尚、本発明では、ハウジング内壁面１７に形成される反射面は楕円形状に限らず、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。

本発明のランプ装置は照明装置等に適用される。特に、画像投影用のプロジェクター等の光源として、或いは、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利用される。

本発明の一実施形態であるランプ装置の断面図。上記実施例におけるランプ装置の斜視図。

符号の説明

１０：ハウジング
１１：窓孔
１２：ボディ
１３：側板
１４：板ガラス
２０：ランプ本体
２１：管球体
２２：電極
２３：外部端子
３０：筒状部材
４０：固着部材（接着性材料）
５０：応力緩和部材

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面から突出するよう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密封窓孔とランプ本体を支持する支持開口部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を備えたランプ装置であって、
支持開口部内面にランプ点灯時の温度上昇によりハウジングと管球体との間で熱膨張率の差により応力が発生したときに応力を吸収する特性を有する素材からなる筒状の応力緩和部材を密に嵌着し、この応力緩和部材の内面に所定の低熱膨張率特性を有する金属素材からなり、管球体の熱膨張率特性に近づけ、固着部分に局所的に発生する歪の影響を阻止してランプ製造時の歪の影響をなくす筒状部材を密に嵌着し、前記管球体の端部を筒状部材に挿通してこの筒状部材の内面と管球体外面とを接着性材料により固着するとともに外部端子をハウジング外部に出すようにして、ランプ本体の発光領域をハウジング内部で気密に封止することを特徴とするランプ装置。
ランプ本体は、発光領域を挟んで管球体の両端から外部端子がそれぞれ突出するように形成され、
支持開口部がハウジングの両壁に設けられ、管球体の両端がそれぞれ前記支持開口部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のランプ装置。