JPH10172520A - 無電極放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波で放電発光する無電極放電ランプ
で、冷却効率が良いランプ構造を提供する。 【解決手段】 無電極放電ランプ９は、球形の容器体
を、放電ランプ支持体９１及び送風ガイドチューブ９２
に、それぞれ、連絡する内側の開空間と、この開空間を
包囲し放電発光媒体である金属ハロゲン化物及び希ガス
等の封入物が密封された閉空間とを有する二重構造に形
成する。送風ガイドチューブ９２を通じて内側の開空間
へ冷却風を送り込むことによって、容器体を内側の開空
間面から冷却する。これにより、無電極放電ランプ９を
効率よく冷却でき、また無電極放電ランプ９の発する光
を遮断することなく、マイクロ波点灯装置の構造設計が
容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器内に放電電極
を持たず、マイクロ波で放電発光する無電極放電ランプ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、無電極放電ランプが環境保護や省
資源の観点から注目されている。

【０００３】メタルハライドランプ、水銀ランプなど
は、一対の放電電極を有する、いわゆる有電極の放電ラ
ンプであり、この種の放電ランプでは、その電極の損耗
がその寿命を左右する。

【０００４】一方、無電極放電ランプは、内部に電極を
持たないため、本質的に長寿命な光源であり、点滅動作
にも強く、始動・再始動特性も優れており、発光スペク
トルの経時変化も少なく、また、有電極の放電ランプよ
りも実質的に小型のランプ構造を作れるため、理想的な
点光源により近い光源が得られ、投射光を制御する用途
の光源に適している。

【０００５】従来装置として、例えば、ランプ冷却装置
を備えた無電極放電ランプの点灯装置の構成を示すと、
図５の概略断面図の通りである（特開昭６４−８４５１
０号公報参照）。

【０００６】図５によると、周波数２４５０ＭＨｚのマ
イクロ波を発振するマグネトロン１、マグネトロンアン
テナ２および一端部にマグネトロン１を配設した導波管
３が、通風口４をもった箱体の中に設置されている。マ
イクロ波空洞５は、導波管３の他端部に配置された空洞
壁６と光透過性でマイクロ波不透過の円筒状金属メッシ
ュ部材７とで囲まれて形成される。そして、空洞壁６に
は、導波管３からマイクロ波空洞５内へ、マイクロ波を
導入するための給電口８が設けられ、マイクロ波空洞５
内には無電極放電ランプ９が置かれている。

【０００７】無電極放電ランプ９は、球形もしくは球に
近い形状、または細長い円筒形の、石英ガラスなどの透
光体の容器中に、希ガス、金属ハロゲン化物などが封入
されたものである。

【０００８】無電極放電ランプ９は、その容器外壁に取
り付けられた石英ガラスなどの誘電体からなる支持体９
１によって保持され、その空間的位置を維持されてい
る。支持体９１は、給電口８および導波管３の壁面を貫
通し、導波管３の外側で、無電極放電ランプ回転用モー
ター１４の回転軸に固定されている。

【０００９】また、無電極放電ランプ９の近傍には、冷
却ガスを吹き付けるためのガス噴射ノズル１０が配置さ
れ、光反射器１１は、無電極放電ランプ９から放射され
円筒状金属メッシュ部材７を透過してくる光を、光照射
口１００の方向へ反射するように配置され、さらに、マ
グネトロン１の近傍には送風ファン１２が配設されてい
る。

【００１０】箱体１３は、光照射口１００に面する開口
部および通風口４を除き、装置全体を覆うものである。

【００１１】次に、この従来装置の動作を説明する。マ
グネトロン１で発生されたマイクロ波は、マグネトロン
アンテナ２より導波管３内に放射される。導波管３内の
マイクロ波エネルギーが、給電口８からマイクロ波空洞
５内に入力される。マイクロ波空洞５内に入ったマイク
ロ波エネルギーによって、マイクロ波空洞５内に高周波
電磁界が形成される。この高周波電磁界によって、マイ
クロ波空洞５内に設置された無電極放電ランプ９内の発
光物質が放電発光を開始し、数秒後には定常の光出力が
得られる。

【００１２】円筒状金属メッシュ部材７は、マイクロ波
に対しては反射するように作用し、光に対しては透過す
るように作用する。したがって、マイクロ波空洞５内に
は高周波電磁界が生じ、その中に配設された無電極放電
ランプ９を発光させるに十分なエネルギーが得られる。

【００１３】こうして発せられた光は、円筒状金属メッ
シュ部材７から空洞外へ放射され、光反射器１１で所定
の方向へ反射され、光照射口１００の開口部から外部へ
出射される。光反射器１１の形状は、所望の光照射分布
が得られるように、また、用途などによって、適宜、定
められる。

【００１４】無電極放電ランプ９の容器内封入物のガス
圧は、始動を容易にするため、始動時で２００Torr以下
にしてあるが、点灯し容器壁温度が上昇するとともに、
容器内部にある希ガス及び発光物質等の封入物が蒸気と
なって圧力が上昇し、定常点灯時には、効率の良い発光
を得るのに十分なプラズマを発生させるためのガス圧
（数気圧程度）に到達する。無電極放電ランプ９の容器
内圧力は、封入物によるのが主であり、その封入物によ
る特有のプラズマ放電発光が得られる。

【００１５】マグネトロン１は、動作中、送風ファン１
２による冷却風で冷やされる。ところで、無電極放電ラ
ンプの点灯時には、ランプ容器体の内部で生じるプラズ
マが容器壁付近におよぶ広がりを持つので、容器壁温度
が上昇しやすい。容器体内の封入物、いわゆる放電発光
媒体によって異なるが、球形の容器体の外径寸法が２０
ｍｍ以下の小型の無電極放電ランプでは、高電力入力に
より高い光出力を得る場合、無電極放電ランプの容器壁
温度を下げるため、無電極放電ランプ９の容器近傍に配
置したガス噴射ノズル１０から冷却風を吹き付けて冷や
す。

【００１６】また、マイクロ波空洞５内でマイクロ波に
より形成される電磁界の分布によっては、無電極放電ラ
ンプ９の容器内で形成されるプラズマの分布形態が扁平
した形状になって、エネルギーの局所集中を生じたり、
あるいは無電極放電ランプ９の容器内でのガスの対流に
よる容器上部が高温になるなどの事由により、無電極放
電ランプ９の容器壁温度の分布が不均等となるのを防止
するため、無電極放電ランプ９をモーター１４によって
回転させる。これにより、無電極放電ランプ９の容器壁
温度を回転軸に対して均一化し、容器壁温度が局所的に
上昇するのを防止している。なお、この回転によって、
同時に、無電極放電ランプ９に対して吹き付けられる冷
却風による冷却効果の均一化をも促進する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、冷却風を外部
から無電極放電ランプに吹き付ける方法には、次のよう
な課題がある。

【００１８】すなわち、ランプの容器壁温度がランプ出
力特性を左右するため、最適な動作温度を保持できるよ
う温度制御する必要から、冷却風の吹き付け方向や風量
などには微妙な制御が要求される。

【００１９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、容易で、かつ冷却効率が良く、高性能の無電
極放電ランプの構造を提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の無電極放電ラン
プは、容器体を、放電発光媒体を密封した第１の空間と
前記第１の空間に隣接して、開口部を有する空洞でなる
第２の空間とに区分した形になして、さらに、前記第２
の空間の開口部に連絡する複数の管を備え、前記第２の
空間と前記複数の管とで、前記容器体を冷却するための
冷却媒体が流れる経路を形成したものである。

【００２１】本発明により、無電極放電ランプの容器体
の温度上昇を、効率よく、抑制して、小型の無電極放電
ランプによる高出力光源装置が実現できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。

【００２３】（実施の形態１）図１は、本発明の無電極
放電ランプの一実施の形態を示す要部断面図である。

【００２４】無電極放電ランプ９の球形の容器体は、石
英ガラスにより、内側の空洞部２１と外側のガス封入部
２２とを持つ同心状の二重構造に形成されており、内側
の空洞部２１は、中空の石英ガラス管でなる支持体９１
の外管面に前記容器体の内側器壁を封着して形成され、
支持体９１の管内部の空間及びこの空間内に配設された
もう一つの石英ガラス管でなる中空の送風ガイドチュー
ブ９２の内部空間に連絡する開空間になっている。支持
体９１と送風ガイドチューブ９２とは、内径の大きい支
持体９１の内部に、同軸で外径の小さい送風ガイドチュ
ーブ９２が挿通された、いわゆる二重管の構成である。

【００２５】無電極放電ランプ９のガス封入部２２は、
空洞部２１を形成する内側の容器体とこれを包囲する、
同心球形の外側の容器体とで形成されており、支持体９
１の管外面に密着されて機密を保ち、内部に放電発光媒
体である金属ハロゲン化物及び希ガス等の封入物が密封
された閉空間である。

【００２６】支持体９１の管内部の空間及び送風ガイド
チューブ９２の内部空間と空洞部２１とで形成される連
続した開空間が、冷却媒体の循環経路となり、ここに冷
却媒体を通すことによって、放電発光した際に発熱した
無電極放電ランプ９を冷却する、いわば熱交換機の作用
をなしている。

【００２７】（実施の形態２）図２は、本発明の無電極
放電ランプの別の実施の形態を示す要部断面図である。

【００２８】無電極放電ランプ９の球形の容器体は、石
英ガラスにより、内側の空洞部２１と外側のガス封入部
２２とを持つ同心状の二重構造に形成されており、内側
の空洞部２１は、支持体９１の管外面および送風ガイド
チューブ９２の管外面に封着して形成され、中空の支持
体９１の内部の空間と中空の送風ガイドチューブ９２の
内部空間とに連絡している。支持体９１と送風ガイドチ
ューブ９２とは石英ガラス製の管であり、無電極放電ラ
ンプの内側の空洞部２１に対して、それぞれ、同軸反対
方向に配置された構成である。

【００２９】無電極放電ランプ９のガス封入部２２は、
空洞部２１を形成する内側の容器体とこれを包囲する同
心球形の外側の容器体とを貫通する支持体９１及び送風
ガイドチューブ９２の各管外壁に封着して形成され、機
密を保ち、内部に放電発光媒体である金属ハロゲン化物
及び希ガス等の封入物が密封された閉空間である。

【００３０】無電極放電ランプの内側の空洞部２１と支
持体９１の内部空間及び送風ガイドチューブ９２の内部
空間とで形成される連続した空間が、冷却媒体の循環経
路となり、ここに冷却媒体を通すことによって、放電発
光した際に発熱した無電極放電ランプ９を冷却する、い
わば熱交換機の作用をなしている。

【００３１】さらに、この場合、冷却媒体循環経路が、
無電極放電ランプを支持する支持体９１の中心軸に沿っ
て存在するため、無電極放電ランプの回転状態でこの循
環経路に冷却媒体が流れても、動状態の安定性が十分に
確保される。

【００３２】なお、無電極放電ランプ９の容器体、支持
体９１及び送風ガイドチューブ９２は、それぞれ、石英
ガラスで形成した例で説明したが、これらは、セラミク
スなどの他の誘電体材料でも同様に実現可能である。

【００３３】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００３４】（実施例１）図３は、本発明の第１の実施
例である、無電極放電ランプのマイクロ波点灯装置の構
成を示す概略断面図である。

【００３５】無電極放電ランプ９は、図１に示したとお
り、石英ガラスで形成された、直径の異なる２つの中空
球体を同心状に合体した、球形の容器体で形成されてお
り、内側の空洞部が支持体９１の内部空間と送風ガイド
チューブ９２の内部空間とに連絡する開空間になっって
いる。放電発光媒体である金属ハロゲン化物及び希ガス
等の封入物は、密封された二重球形の容器体の中の閉空
間に封入されている。

【００３６】支持体９１及び送風ガイドチューブ９２
は、石英ガラス製の管であり、管径の大きい支持体９１
の内部に、同軸で送風ガイドチューブ９２が貫通した、
いわゆる二重管で構成されている。

【００３７】箱体１３の内部に、周波数２４５０ＭＨｚ
のマイクロ波を発振するマグネトロン１、マグネトロン
アンテナ２、一端部にマグネトロン１を配設した導波管
３の他端部にマイクロ波空洞５をそなえている。マイク
ロ波空洞５は、空洞壁６と光透過性の円筒状金属メッシ
ュ部材７とで囲まれて、給電口８により、導波管３にマ
イクロ波結合されており、これにより、マイクロ波空洞
５内にマイクロ波が供給される。マイクロ波空洞５内に
は無電極放電ランプ９が配設されている。

【００３８】一端に無電極放電ランプ９の取り付けられ
た支持体９１は、給電口８および導波管３の壁面を貫通
し、導波管３の外側へ延びた他端で、軸受１５と軸受１
７とにより、２カ所で支持され、その中心軸で回転自由
の状態に装着され、無電極放電ランプ回転用モーター１
４の回転軸に固定された回転力伝達車１８とは、回転力
伝達ベルト１６を介してつながっており、無電極放電ラ
ンプ回転用モーター１４が回転すると、支持体９１とと
もに、これに固定された無電極放電ランプ９が回転す
る。

【００３９】支持体９１の内部空間を貫通して設置され
た送風ガイドチューブ９２の他端には、送風ファン１２
とその送風ガイドチューブ９２の内部空間に冷却媒体の
風を導く送風ガイド２０が接続されている。送風ファン
１２から送られる風は、送風ガイド２０、送風ガイドチ
ューブ９２の内部空間、無電極放電ランプ９の内側の空
洞部及び支持体９１の内部空間の、各空間を通り、さら
に、マグネトロン１などを通して通風口４から箱体１３
の外部へ流れていく。

【００４０】光反射器１１は、無電極放電ランプ９から
放射され円筒状金属メッシュ部材７から透過してくる光
を反射して、光照射口１００の方向へ集光する。

【００４１】箱体１３は、送風ファン１２の吸気側に面
する部分と光照射口１００に面した開口部および通風口
４を除き、装置全体を覆うものである。

【００４２】つぎに、この装置の動作を説明する。マグ
ネトロン１から発生したマイクロ波は、マグネトロンア
ンテナ２より導波管３内に放射され、この導波管３を経
て、給電口８から、マイクロ波空洞５に導入される。マ
イクロ波空洞５内に入ったマイクロ波は、マイクロ波空
洞５内に高周波電磁界を形成する。この高周波電磁界に
よって、マイクロ波空洞５内に設置された無電極放電ラ
ンプ９内の放電発光媒体が励起されて放電発光を開始
し、数秒後には光出力が定常状態になる。

【００４３】円筒状金属メッシュ部材７は、マイクロ波
に対しては反射するように作用し、光に対しては透過す
るように作用する。これにより、マイクロ波空洞５内に
は高周波電磁界が生じ、無電極放電ランプ９を発光させ
る。

【００４４】こうして発せられた光は、円筒状金属メッ
シュ部材７から空洞外へ放射され、光反射器１１で特定
方向へ反射される。

【００４５】光反射器１１の形状は、所望の光照射分布
などの用途によって、適宜、任意に定められる。

【００４６】送風ファン１２からの冷却風は、送風ガイ
ドチューブ９２の内部空間を介して、無電極放電ランプ
９を内側の容器壁から冷却し、さらに、支持体９１の管
内部の空間を通って通風口４へ流れる過程で、マグネト
ロン１をも冷却する。

【００４７】無電極放電ランプ９の容器壁温度の分布が
不均等となるのを防止するため、無電極放電ランプ９を
モーター１４によって回転させ、これにより、無電極放
電ランプ９の容器壁温度を、回転軸に対して、均一化
し、容器壁温度が局所的に上昇するのを防止している。
また、この回転は、同時に、無電極放電ランプ９の内側
の開空間を循環する冷却風による冷却作用をも均一化す
る。

【００４８】（実施例２）図４は、本発明の第２の実施
例である、無電極放電ランプのマイクロ波点灯装置の構
成を示す概略断面図である。

【００４９】無電極放電ランプ９は、図２に示したとお
り、直径の異なる中空球形の石英ガラスを、互いに、同
心状に合体した二重構造の容器体で形成されており、支
持体９１の管内部の空間と送風ガイドチューブ９２の内
部空間とに連絡する開空間と、この開空間を包囲し、放
電発光媒体である金属ハロゲン化物及び希ガス等の封入
物が密封された閉空間とを有する。支持体９１および送
風ガイドチューブ９２は石英ガラス製の管であり、支持
体９１と送風ガイドチューブ９２とは、無電極放電ラン
プ９の前記開空間に対して、それぞれ、同軸反対の方向
から連通して配置されている。

【００５０】箱体１３の内部には、周波数２４５０ＭＨ
ｚのマイクロ波を発振するマグネトロン１、マグネトロ
ンアンテナ２、一端部にマグネトロン１を配設した導波
管３、この導波管３の他端部にマイクロ波空洞５が空洞
壁６と光透過性の円筒状金属メッシュ部材７とで形成し
て設けられている。マイクロ波の給電口８は、空洞壁６
に設けられ、導波管３からマイクロ波空洞５内にマイク
ロ波を供給する。マイクロ波空洞５内には無電極放電ラ
ンプ９が配設されている。

【００５１】一端に無電極放電ランプ９の取り付けられ
た支持体９１は、給電口８及び導波管３の壁面を貫通し
て、導波管３の外側へ延びた他端で、軸受１５と軸受１
７とにより、２カ所で支持され、支持体９１の中心軸で
回転自由の状態に取り付けられている。無電極放電ラン
プ回転用モーター１４の回転軸と支持体９１に固定され
た回転力伝達車１８とは、回転力伝達ベルト１６を介し
てつながっており、無電極放電ランプ回転用モーター１
４が回転すると、支持体９１とともに、これに固定され
た無電極放電ランプ９が回転する。

【００５２】支持体９１の他端には、送風ファン１２と
その冷却風をこの支持体９１の管内部の空間に導く、送
風ガイド２０が接続されている。

【００５３】送風ファン１２の吸気側は、マグネトロン
１を間に挟んで、通風口４につながる送風経路にもなっ
ている。送風ファン１２の回転により冷却風の流れが生
じ、通風口４、マグネトロン１、支持体９１の内部の空
間、無電極放電ランプ９の開空間、送風ガイドチューブ
９２の内部空間、そして、円筒状金属メッシュ部材７を
経て、光照射口１００の開口部の順に箱体内を流れてい
く。

【００５４】光反射器１１は、無電極放電ランプ９から
放射され円筒状金属メッシュ部材７を透過してくる光
を、光照射口１００の方向へ反射する。

【００５５】箱体１３は、光照射口１００の開口部およ
び通風口４を除き、装置全体を覆うものである。

【００５６】次に、この装置の動作を説明する。マグネ
トロン１から発生したマイクロ波は、マグネトロンアン
テナ２より導波管３に放射され、導波管３内を経て、給
電口８から、マイクロ波空洞５に導入される。マイクロ
波空洞５内に入ったマイクロ波は、マイクロ波空洞５内
に高周波電磁界を形成する。この高周波電磁界によっ
て、マイクロ波空洞５内に設置された無電極放電ランプ
９内の放電発光媒体が励起され、放電発光を開始し、数
秒後には光出力が定常状態になる。

【００５７】円筒状金属メッシュ部材７は、マイクロ波
に対しては反射するように作用し、光に対しては透過す
るように作用する。これにより、マイクロ波空洞５内に
は高周波電磁界が生じ、その中に配設された無電極放電
ランプ９を発光させる。

【００５８】こうして発せられた光は、円筒状金属メッ
シュ部材７から空洞外へ放射され、光反射器１１で特定
方向へ反射されて出力される。

【００５９】光反射器１１の形状は、所望の光照射分布
など、用途によって、適宜、任意に定められる。

【００６０】マグネトロン１および無電極放電ランプ９
は、動作中、送風ファン１２を回して、通風口４から支
持体９１の管内部の空間及び無電極放電ランプ９の内側
の開空間を通り、送風ガイドチューブ９２から箱体１３
の光照射口１００の開口部へと風の流れを生じさせ、そ
の過程で冷却される。

【００６１】無電極放電ランプ９をモーター１４によっ
て回転させ、これにより、容器壁温度が局所的に上昇す
るのを防止している。

【００６２】また、この回転は、同時に、無電極放電ラ
ンプ９の内側の開空間を循環する冷却風による冷却作用
をも均一化する。

【００６３】さらに、無電極放電ランプ９の中心軸に沿
って冷却風が流れることにより、回転振れを抑制し安定
した回転が得られる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、無電極放電ランプを、
内側の開空間に冷却媒体を送ることにより、効率よく冷
却することができ、この無電極放電ランプを利用して、
コンパクトで高安定、高効率かつ長寿命のマイクロ波点
灯の光源装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の無電極放電ランプの構
成を示す要部断面図

【図２】本発明の別の実施の形態の無電極放電ランプの
構成を示す要部断面図

【図３】本発明の一実施例の無電極放電ランプの点灯装
置の構成を示す概略断面図

【図４】本発明の別の実施例の無電極放電ランプの点灯
装置の構成を示す概略断面図

【図５】従来の無電極放電ランプのマイクロ波点灯装置
の構成を示す概略断面図

【符号の説明】

１ マグネトロン ２ マグネトロンアンテナ ３ 導波管 ４ 通風口 ５ マイクロ波空洞 ６ 空洞壁 ７ 円筒状金属メッシュ部材 ８ 給電口 ９ 無電極放電ランプ １０ ガス噴射ノズル １１ 光反射器 １２ 送風ファン １３ 箱体 １４ 無電極放電ランプ回転用モーター １５ 軸受 １６ 回転力伝達ベルト １７ 軸受 １８ 回転力伝達車 １９ 冷却ガス送風機 ２０ 送風ガイド ２１ 無電極放電ランプの空洞部 ２２ 無電極放電ランプのガス封入部 ９１ 支持体 ９２ 送風ガイドチューブ １００ 光照射口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】球形の容器体に、放電発光媒体の密封され
   た閉空間でなる第１の空間と前記第１の空間に隣接した
   空洞の開空間でなる第２の空間との、それぞれ、独立し
   た、少なくとも二つの空間を備え、前記第２の空間に冷
   却媒体を導通させるように構成された無電極放電ラン
   プ。
2. 【請求項２】第１の空間及び第２の空間が同心状に配置
   された請求項１記載の無電極放電ランプ。
3. 【請求項３】第１の空間が外方に、第２の空間が内方
   に、それぞれ、配置された請求項２記載の無電極放電ラ
   ンプ