JPH0250583B2 - - Google Patents

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JPH0250583B2
JPH0250583B2 JP55044480A JP4448080A JPH0250583B2 JP H0250583 B2 JPH0250583 B2 JP H0250583B2 JP 55044480 A JP55044480 A JP 55044480A JP 4448080 A JP4448080 A JP 4448080A JP H0250583 B2 JPH0250583 B2 JP H0250583B2
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JP
Japan
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lamp
mercury
amount
gallium
electrodeless discharge
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JP55044480A
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JPS56141165A (en
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Hitoshi Kodama
Norihiro Yoshizawa
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/044Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by a separate microwave unit

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、マイクロ波放電を利用した光源装
置に用いられる無電極放電ランプに関し、特に上
記光源装置を波長350nmから450nm付近の強い
光を放射させる無電極放電ランプに関する。
従来例えば特公昭42−27228号公報に示されて
いるように上記波長域に強い光を出す有電極形放
電ランプがあつた。このランプは、ランプ内に水
銀、ガリウム、ハロゲンおよび始動用希ガスを封
入しこの波長域にガリウムの波長403nmと417n
mの強い原子スペクトルに加えて水銀の波長
365nmと405nmおよび436nmの原子スペクトル
を発光させるもので、このランプはジアゾ系感光
剤の感光用光源装置に広く利用されている。しか
しながら、この種のランプは電極物質の消耗また
は電極の蒸発飛散等によるランプ内表面の汚れに
よつてもたらされる光出力の低下のためランプ寿
命が短く約1000時間しかないという欠点がある。
また点灯からランプの光出力が安定状態に達する
までの時間(以下安定時間と称する)が約3分程
度かかり、頻繁に光の照射・遮蔽を繰り返す感光
剤を用いた製版などに用いる場合はランプ前面に
シヤツターを設け、このシヤツターの開閉により
露光を行う構成がとられていた。したがつて、ラ
ンプは常時点灯しておく必要があるため電気エネ
ルギーの有効利用という面から問題が有るばかり
でなく実質的にランプ寿命が短いものとなつてい
た。
これに対して近年マイクロ波によつて励起され
る無電極放電ランプが注目されている。このラン
プは電極をもたないため寿命が長く、約3000時間
から6000時間のものが実現されている。さらに放
電のインピーダンスが初期状態と安定状態とで差
が小さいため、ランプ点灯初期での電力注入が容
易であり、さらに放電がランプ壁に偏つている等
の理由でランプの安定時間が短くなり数秒で安定
状態に達するという特長もある。この無電極放電
ランプ内に各種のハロゲン化物および水銀を封入
することは、例えば特開昭55−39190号公報に示
されてあり、公知である。一方、無電極放電ラン
プ内にガリウムを封入すれば350nm〜450nmの
波長域の光が放射されるであろうことは上記有電
極放電ランプの例から予測できる。しかしなが
ら、その無電極放電ランプ内ガリウム、ハロゲ
ン、水銀を封入し、350nm〜450nmの波長域に
強い光を放射させる具体的な技術的思想は何ら示
されていない。
この発明は、このような技術的背景の下でなさ
れたもので、内部にガリウムを封入し、波長域
350nm〜450nmの光を放射させるようにした無
電極放電ランプにおいては、無電極放電ランプを
特定の内径を有した球形とし、かつガリウムの封
入量およびこのガリウムとともに封入されるハロ
ゲンの封入量に加え水銀の封入量を適正に選択す
れば、長寿命でかつ発光効率を向上させることが
できることを究明し、この究明結果にもとづき、
波長域350〜450nmの光の発光効率を向上させ
得、感光用光源装置用光源として好適な新規な無
電極放電ランプを提供することを目的とする。
以下、この発明の詳細を説明する。
第1図はこの発明に係わる放電ランプの断面
図、第2図はこのランプを用いたマイクロ波放電
光源装置の構成を示す断面図で、図において、1
はマグネトロン、2はマグネトロンアンテナ、3
は導波管、4はほぼ半球形に形成されたマイクロ
波空胴、5は空胴4と導波管接合部に設けられた
マイクロ波給電口、6に球形に形成された無電極
放電ランプ、7はマグネトロン1と無電極放電ラ
ンプ6を冷却するための冷却フアン、8は冷却フ
アン7の冷却風をマグネトロン1を介して導波管
3内に導くための送風管、9は送風管8内の冷却
風を導波管3内に入れるために導波管3にあけら
れた通風口、10は空胴4の前面に設けられたメ
ツシユ板、11はマグネトロン1は、導波管3、
空胴4等を覆箱体、12は透明石英で形成された
ランプ壁、13は棒状に突出して設けられたラン
プ支持部である。
次に動作について説明する。マグネトロン1に
よつて発生されたマイクロ波はマグネトロンアン
テナ、2を通して導波管3内に放射される。この
マイクロ波は導波管3を伝播し給電口5を通して
空胴4中に放射され、空胴4中にマイクロ波電磁
界を形成する。このマイクロ波電磁界によりま
ず、ランプ6内に封入された始動用希ガスが放電
し、ランプ壁が熱せられ、それまでランプ壁に付
着していた他の封入金属も蒸発し放電は金属蒸発
放電を主体とした放電となる。この時封入金属の
種類に応じてそれぞれの金属特有の発光スペクト
ルを持つた発光を生じるのでこれを光源として用
いる。このランプ6からの光を有効に利用するた
め空胴4の後面を反射板として用い、前面はマイ
クロ波は透過しないが光は透過する金属メツシユ
板10で構成して光を前方のみに放射させる。一
方、マグネトロン1およびランプ6は動作中冷却
する必要があるため冷却フアン7によりマグネト
ロン1を冷却し、この冷却空気は送風管8、送風
口9、波波管3および給電口5を経てランプ6を
冷却した後メツシユ板10から排気される。
そして、この発明においては、上記無電極放電
ランプ6内に特許請求の範囲に記載された量の水
銀、ガリウム、ハロゲンおよび始動用希ガスを封
入したものである。
次に、具体的実施例を図にもとづいて説明す
る。
なお、後述の実施例のデータを得るために用い
た上記マイクロ波放電光源装置のマグネトロン1
のマイクロ波出力は700wであり空胴4の内表面
はススによつて黒色の塗装が施され、反射光の影
響を無視してランプからの直射光だけが測定でき
るようにした。
第3図ないし第5図に示した特性図は、この発
明に係るランプ内に封入する水銀、ガリウム、ハ
ロゲンとしてのヨウ素の封入量およびランプの内
径、ランプの重量を種々変化させながら波長
350nm〜450nmの光出力を測定した結果を示す
ものである。なおこの時各ランプ内には始動用希
ガスとしてアルゴンが常温時60mmHgとなる圧力
で封入されている。
第3図は内径30mmの球形ランプ内にアルゴン60
mmHgと1mgガリウム、4mgのヨウ化水銀および
水銀を封入し、封入水銀量のみを変化させた場合
の波長350nmから450nmまでの相対光出力を縦
軸に、封入水銀量を縦軸にとつたものである。第
3図より明らかなように封入ガリウム量およびヨ
ウ化水銀量を一定にして封入水銀量のみを増加さ
せると当該波長域での光出力は急激に増加し、封
入水銀量100mg程度で最大値を示した後以後減少
の傾向を示す。一方、この時アークは封入水銀量
150mgまでは安定であるが、以後次第に発光にム
ラが生じかつ不安定になつてくる。これは封入水
銀量が150mgを超えると、ランプ点灯中にランプ
内の水銀蒸発気圧が飽和蒸気圧に達し、それ以上
の水銀はランプ管壁に残留するためと考えられ
る。なお、この現象は封入ガリウム量とヨウ化水
銀の量を他の値に固定し、封入水銀量を変化させ
た場合にも同様に観測された。第4図は内径30mm
の球形ランプ内にアルゴン60mmHgと水銀60mg、
ガリウム0.5mgおよびヨウ化水銀を封入し、封入
ヨウ化水銀量のみを変化させた場合の波長350n
mから450nmまでの相対光出力を縦軸に、封入
ヨウ化水銀量を横軸にとつたものである。第4図
より明らかなように封入水銀量およびガリウム量
を一定として封入ヨウ化水銀量を増加させると当
該波長域での光出力は急激に増加し封入ヨウ化水
銀量2mg程度ですなわち封入ガリウムとヨウ素の
原子数比1:1.2程度で最大となり以後減少傾向
を示す。この傾向は封入水銀量およびガリウム量
を他の値に固定し、封入ヨウ化水銀量を変化させ
た場合も同様で封入ガリウム量に対し、封入ヨウ
化水銀量が1:4すなわち封入ガリウムと封入ヨ
ウ素の原子数比が1:1.2程度で光波長域での光
出力は最大となる。
第5図は内径30mmの球形ランプ内にアルゴン
60nmHg、水銀をそれぞれ60mg、80mgおよび150
mg封入し、かつそれぞれの封入水銀量に対して封
入ガリウムとヨウ化水銀の比を1:4に固定した
まま変化させた場合の波長350nmから450nmま
での相対光出力の変化を縦軸に、封入ガリウムと
ヨウ化水銀の量を封入ガリウム量で代表させて横
軸にとつたものである。第5図より明らかなよう
に、封入水銀量がいずれの値をとる場合も、封入
ガリウム量およびヨウ化水銀量が増加するにした
がつて当該波長域での光出力は増加し、ガリウム
封入量が0.5mgから2.0mg程度の時最大値を示し、
以後次第に減少する。この時ガリウム封入量が
2.5mg、したがつて封入ヨウ化水銀量が10mgを超
えると、点灯中残留水銀がない場合でもアークが
不安定になる。これはアーク中のヨウ素がアーク
に悪影響を及ぼしているものと考えられる。この
ことはヨウ化水銀の封入量を10mg以下に固定して
ガリウムの封入量のみを増加させても、点灯中ラ
ンプ壁の一部に未蒸発のガリウムが残留するのみ
でアークの乱れは生じないことで確認できる。
以上説明したように、マイクロ波励起による無
電極放電ランプにおいて350nmから450nmの波
長域に強い光出力を得ようとする場合、内径30φ
の球形ランプにおいては封入水銀量が20mg以上、
150mg以下封入ガリウム量0.5mg以上、2.0mg以下、
ヨウ化水銀量は1mg以上、3.5mg以下とするのが
適当であることがわかる。上記の値をランプ内容
積当たりの封入g原子量で示せばほぼ水銀は7×
10-6グラム原子/c.c.以上53×10-6グラム原子/c.c.
以下ガリウムは5×10-7グラム原子/c.c.以上、20
×10-7グラム原子/c.c.以下、ヨウ化水銀中に含ま
れるヨウ素は3.0×10-7グラム原子/c.c.以上、11
×10-7グラム原子/c.c.以下となる。この時ヨウ化
水銀中に含まれる水銀のグラム原子量は1.5×
10-7グラム原子/c.c.以上、5.5×10-7原子/c.c.以
下となるが前記封入水銀適正量の最小値および最
大値と比較して小さいので無視できる。なお、こ
れ等封入物の封入量を上記の値未満にすれば必要
波長域で十分な光出力が得られず、上記の値を超
えるなら光出力が減少するとともにアークが不安
定になる。ここで十分な光出力とは、各封入物に
おける最大発光出力より、この最大発光出力に対
する80%程度の光出力値までの範囲をいい、実用
上の効果を享受できる範囲である。
以上内径30mmの球形ランプの場合について説明
したが、前記の事実は内径20mmから内径50mmまで
の球形ランプ全体についてほぼ適用できる。
ランプ形状が球状であると、マイクロ波放電ラ
ンプの特徴であるランプ壁にアークが偏る現象を
巧みに利用でき、ランプ壁全体の温度分布を均一
にできる。これによつて、ランプ壁の一部が高部
的に高温になるのを防げ、軟化による破裂を防止
できる。しかも壁温度が一様であると、ランプ内
へ封入された金属の蒸気圧も一様になり、封入物
の全量をムラなく発光に寄与させ得る。
なお球形ランプの内径を20mm以下にするとマイ
クロ波入力700wで点灯した場合、ランプへの送
風量を増加させても短時間でランプ壁が高温のた
め軟化し、破裂する。一方、ランプの内径を55mm
以上にするとランプへの送風を止めた場合でもラ
ンプ壁の温度が低くなりすぎ点灯時のランプ内の
封入物の蒸気圧が低くなり充分な光出力が得られ
ない。
また、上記実施例の無電極放電ランプは電極を
有していないため、電極に起因する電極物質の消
耗、ランプ内表面の汚れの問題がなく、無電極放
電ランプ特有の長寿命を備えていた。さらに安定
時間についても、有電極タイプのものに比し圧倒
的に短く、特に安定時間を1分以内としようとす
る場合には、ランプへのマイクロ波入力に対しラ
ンプ重量をほぼ30×10-3g/w以下とすれば達成
できることを確認している。
以上のようにこの発明によれば、マイクロ波の
励起により発光する無電極放電ランプにおいて、
ランプの形状を球形に形成し、かつその内径を21
mmないし50mmとするとともに、その内容積に対し
7×10-6グラム原子/c.c.から5×10-6グラム原
子/c.c.の水銀、5×10-7グラム原子/c.c.以上から
20×10-7グラム原子/c.c.以下のガリウム、3.0×
10-7グラム原子/c.c.から11×10-7グラム原子/c.c.
のハロゲンおよび始動用希ガスをランプ内に封入
したので無電極放電ランプの特長である安定時間
が短いという特性を損なうことなくより長寿命化
が図れ、かつ波長域350nmから450nmの光の発
光効率を向上させ得、感光用光源装置の光源とし
て好適な無電極放電ランプを提供できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係わる球形の無電極放電ラ
ンプの断面図、第2図はこの球形無電極放電ラン
プを用いた光源装置の断面図、第3図ないし第5
図はこの発明にかかる球形無電極放電ランプの封
入金属量を変化させたときの相対光出力を示す特
性図である。 図において、6は球形無電極放電ランプ、12
はランプ壁、13は支持部である。なお、各図中
同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 マイクロ波により励起されて発光する無電極
    放電ランプにおいて、ランプの形状を球形に形成
    し、かつその内径を21mmないし50mmとするととも
    に、その内容積に対し、7×10-6グラム原子/c.c.
    から53×10-6グラム原子/c.c.の水銀、5×10-7
    ラム原子/c.c.から20×10-7グラム原子/c.c.のガリ
    ウム、3.0×10-7グラム原子/c.c.から11×10-7
    ラム原子/c.c.のハロゲンおよび始動用希ガスを封
    入したことを特徴とする無電極放電ランプ。
JP4448080A 1980-04-04 1980-04-04 Nonelectrode electric discharge lamp Granted JPS56141165A (en)

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