JP3620371B2 - 高周波励起点光源ランプ装置 - Google Patents
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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、一対の対向電極をシリカ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、このランプは内部電極間の放電により発生した紫外線を放電容器内壁の蛍光体層で可視光に変換して利用する低圧放電ランプであって、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、本発明は、透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、放電空間の中で電界を集中させ、強め、放電を集中させ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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する高周波励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレータの先端部が放電空間内で対向した一対のものであり、該コンセントレータの先端部の離間距離が前記膨出部の内径よりも狭い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】
さらに、高周波励起エネルギー供給手段が高周波電源であり、容量結合によって放電が励起される高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
あるいは、高周波励起エネルギー供給手段がマイクロ波源であり、電波共振によって放電が励起される高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
そして、高周波励起エネルギー供給手段がマイクロ波源である場合、細管部の外周にマイクロ波を受ける受信部材が配設されている高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【０００９】
また、放電コンセントレータは後端が縮径されていることが好ましい。あるいは、放電コンセントレータの後端が曲面であることが好ましい。そして、放電コンセントレータの先端を細くすることも好ましい。
【００１０】
さらに、放電コンセントレータの材料を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することが好ましい。
また、放電コンセントレータの材料を放電容器を構成する非導電性材料と濡れ性の少ない材料を選択することが好ましい。
そして、放電コンセントレータの材料として、誘電体を選択することも可能である。
【００１１】
そして、放電容器の非導電性材料としてシリカガラスや透光性セラミックを選択することができる。さらに、ランプ内に３００ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入したり、ランプ内に３００Ｋで６ＭＰａ以上の封入圧のキセノンを封入することができる。また、
放電容器の細管部の内壁と放電コンセントレータの後端部との間に形成される空隙に水銀を充填することもできる。そして、高周波励起エネルギー供給手段が高周波電源である場合、１００ＭＨｚ以上の高周波で点灯することが好ましい。
そして、 透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレータが１本であって、前記ランプ内に３００ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入したことを特徴とする高周波励起点光源ランプ装置としてもよい。
また、透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレータが１本であって、前記ランプ内に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高周波励起点光源ランプ装置としてもよい。
【００１２】
【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、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。
【００１３】
【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は本発明のランプ装置に供されるランプの説明用断面図である。
ランプ１の放電容器２は透光性の非導電性材料で構成されており、膨出部２Ａとそれに連設された細管部２Ｂを有している。そして、細管部２Ｂに放電コンセントレータ３が支持されている。放電コンセントレータ３は放電空間１１内の電界を集中させ、強め、放電を集中させる作用をするものであり、その先端部３１は放電空間１１に臨んでいる。そして、放電コンセントレータ３は、放電容器１１を構成する非導電性材料の使用限界温度より高い使用限界温度を有する材料が選択され、また、誘電体を使用することもある。
そして、放電空間１１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。
【００１４】
図２は本発明のランプ装置の第一の一形態であり、概略の断面図を示している。ランプ１の細管部２Ｂの外周に外部導電体４を配設し、該外部導電体４に高周波電源５が接続される。
高周波電源５から外部導電体４に高周波電圧が印加されると、放電容器２を挟んで放電コンセントレータ３と外部導電体４とがコンデンサを形成し、その容量結合によって放電コンセントレータ３に電力が供給される。そして、放電空間１１の中で放電コンセントレータ３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３の２つの先端部３１間に放電が集中され、高輝度の点光源が現出する。放電コンセントレータ３は細管部２Ｂ内においては太い径の方が、形成されるコンデンサ容量を大きくできるので好ましい。
【００１５】
実使用においては、このランプ装置の外部に集光用ミラー等を配設して光を集光し、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。
そして、印加する高周波周波数としては１００ＭＨｚ以上にすると、電子トラップが生じ、電極降下電圧がなくなるために発光効率を上げることが可能となり、好ましい。
【００１６】
図３は本発明のランプ装置の第二の形態を示す概略図である。本形態ではランプ１にマイクロ波を供給して発光させる。ランプ１は電磁遮蔽されたマイクロ波共鳴室９内に配置され、マイクロ波源６がマイクロ波共鳴室９にマイクロ波を供給するように配置される。図中で、７は集光用の反射ミラーであり、８は光を取り出すための窓である。マイクロ波源６からマイクロ波が発せられると、ランプ１内の放電コンセントレータ３に電波共振作用によって電力が供給され、放電空間１１の中で放電コンセントレータ３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３の２つの先端部３１間に放電が集中され、高輝度の点光源が現出する。この第二の形態の場合、第一の形態と比較して外部導電体４から高周波電源５への引き出し線がなく、引き出し線による光のケラレがないのでランプからの光の利用効率が第一の形態のランプ装置よりもアップする。
【００１７】
この第二の形態において、ランプ１は、図６に示すように、細管部２Ｂ内の放電コンセントレータ３を短くして、細管部２Ｂの外部にマイクロ波を受信する受信部材１０を配設したものとしてもよい。この構造にすると、放電コンセントレータ３への熱伝導によるエネルギーの熱損失が少なく、また放電容器２の封着部分を多く確保できるのでランプの耐圧信頼性が高くなる。
この場合、ランプの内部の放電コンセントレータも受信部材として機能する。
【００１８】
放電コンセントレータ３は放電空間１１でその先端部３１が対向しており、対向する２つの先端部３１の離間距離が放電容器２の膨出部２Ａの内径よりも狭くするのが好ましい。そうすると、放電空間１１で起こる放電を管壁から離して放電コンセントレータ３の先端部３１間に集中させることができる。
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。
【００１９】
また、放電コンセントレータ３は必ずしも放電空間１１内で対向する一対のものではなくてよく、図７に示すように、単一の放電コンセントレータ３の先端部３１が放電空間１１内に臨む形態としてもよい。この場合は、原理は定かではないが、放電コンセントレータの先端に電界が集中し、放電が開始され、発光が強くなると発光によるエネルギー損失を最少にしようとする駆動力でアークが収縮することが推測される。この例では、反射ミラーと組み合わせて使用することによって光の利用効率が一対の放電コンセントレータを有するランプ装置に比べて改善されるであろう。
【００２０】
放電コンセントレータ３の材料を、放電容器２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。
【００２１】
また、放電コンセントレータ３の形状において、その後端部３２が縮径されていると、放電容器２の細管部２Ｂの耐圧強度を上げることができる。
また、放電コンセントレータ３の材料を放電容器２を構成する非導電性材料と濡れ性の少ない材料を選択することによって、放電容器２を熱変形させて細管部２Ｂの内壁と放電コンセントレータ３との密着構造を実現でき、隙間の放電を抑えることができ、電力損失を少なくできる。
そして、放電容器２をシリカガラスで構成すると、放電容器２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３と密着が可能である。
【００２２】
また、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。
放電コンセントレータ３の先端部３１を細くすることも適切な実施形態となる。先端部３１を細くすると、ランプ始動時に放電コンセントレータ３の先端部３１に電界が集中して放電が起こりやすくなるとともに、定常点灯時に放電コンセントレータ３へ伝わる熱の損失を少なくできる。
【００２３】
また、図５（ｂ）に示したように、放電コンセントレータ３の後端部３２を曲面にすると、後端部３２を平坦面にする（図５（ａ））より細管部２Ｂ内に形成される空隙３３を狭くすることができ、後端部３２に電界が集中しコロナ放電が起こることによる電力損失を抑えることができる。さらに言えば、放電容器２の細管部２Ｂ内壁と放電コンセントレータ３の後端部との間に形成される空隙に水銀を充填すると、放電コンセントレータ３とランプ１外部の外部導電体４との間に起こる誘電体障壁放電を防止し、電力損失を抑えることができる。
【００２４】
また、放電コンセントレータ３の材料として誘電体を選択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３が金属材料の場合では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。
【００２５】
さらに、放電容器２をアルミナ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、５〜１０×１０７Ｐａの封入が可能となる。
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。
【００２６】
【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８を使って説明する。
先ず、図８（ａ）に示すように放電容器となるシリカガラス製の両端開放のガラス管１３とタングステン製の放電コンセントレータ３を用意する。
次に、放電コンセントレータ３の放電空間１１に露出する部分を除いた領域にシリカガラスとの濡れ性の少ない金属であるレニウムのメッキを施す。
次に、図８（ｂ）に示すように、ガラス管１３の一端をバーナ加工により封止する。そして、図８（ｃ）に示すように、放電コンセントレータ３をガラス管１３内に入れ、ガラス管１３内部を真空に排気し、ガラス管１３の他端も閉じる。
そして、、図８（ｄ）に示すように、放電コンセントレータ３をガラス管１３の細管部２Ｂ内にバーナ加工により固定する。
【００２７】
次に、図８（ｅ）に示すように、放電コンセントレータ３の無い方のガラス管１３の他端を一旦切断して、所定量の水銀１２をガラス管１３内に入れ、もう一つの放電コンセントレータ３をガラス管１３内に挿入して、図８（ｆ）に示すように、ガラス管１３内部を真空に排気し、アルゴンガスを所定の圧力導入して、ガラス管１３の他端を閉じる。
そして、放電コンセントレータ３をガラス管１３の細管部２Ｂ内にバーナ加工により固定する。
【００２８】
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５に接続された第一の実施形態のタイプのランプ装置である。ランプ電力は１５０Ｗであり、放電容器２は肉厚２．５ｍｍ、膨出部２Ａの外径１２ｍｍのシリカガラス製であり、放電コンセントレータ３はタングステン製であって、先端間の離隔距離は０．５〜０．７ｍｍである。そして放電コンセントレータ３の細管部２Ｂ内の太い部分の直径は２ｍｍである。
そして、放電コンセントレータ３の放電空間１１に露出する部分以外の表面はレニウムの薄膜が被覆されている。
【００２９】
なお、放電容器２の材料としては、放電コンセントレータ３を封止する方法がシリカガラス製放電容器の場合とは異なるが、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が、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。
【００３０】
放電コンセントレータ３の材料としては放電容器２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、放電容器がシリカガラスのときは、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａなどやその合金、またはＴａＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣなどの炭化物やＡｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｈＯ２、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。
【００３１】
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３には、イオウ・セレン・テルルには腐食しないＭｇＯやＺｒＯ２やＢｅＯが使用される。
【００３２】
放電コンセントレータ３の先端部３１は細くなっており、０．５ｍｍ径である。また、後端部３２は縮径されるとともに曲面となっている。
外部導電体４はインコネル製の円筒であり、他の材料としては耐熱合金の他、高誘電率のＢａＴｉＯ３などでもよい。また、外部導電体４は嵌め込みにより取付けられる。
高周波電力としては１００〜２００ＭＨｚが使用されランプ１は点灯する。高周波電力１００ＭＨｚのとき、外部導電体４と放電コンセントレータ３との間のガラスに形成されるコンデンサ容量は約２０ｐＦ程度である。
【００３３】
そして、図２の構成のランプ１を上記の仕様の通りに作製し、周波数１５０ＭＨｚ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、放電時の放電容器２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容器２の耐圧が増大したものと考えられる。
従来の箔シール型のランプでは、どうしてもＭｏ箔がランプ内にあるため、ハロゲンを封入する場合、Ｍｏと反応する不具合があったが、本方式のランプではＭｏを使わないで済むため、これらの不具合が発生しない。
【００３４】
次に、図３に示した第二の実施形態のタイプのランプ装置について説明する。ランプ１は電磁遮蔽されたマイクロ波共鳴室９内に配置され、マイクロ波源６がマイクロ波共鳴室９にマイクロ波を供給するように配置される。ランプ電力は２００Ｗであり、放電容器２は肉厚２．５ｍｍ、膨出部２Ａの外径１２ｍｍのシリカガラス製であり、放電コンセントレータ３はタングステン製であって、細管部内の太い部分の直径は２ｍｍであり、先端間の離隔距離は０．５〜０．７ｍｍである。
【００３５】
そして、放電コンセントレータ３の放電空間１１に露出する部分以外の表面はレニウムの薄膜が被覆されている。７は集光用の反射ミラーであり、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ている。マイクロ波共鳴を使用しているので反射ミラーとして、金属は使用できない。８は光を取り出すための窓である。
放電容器内の封入物は、Ａｒ１３ｋＰａ、水銀３００ｍｇ／ｃｃであり、なお、マイクロ波源の周波数は２．４５ＧＨｚである。
【００３６】
マイクロ波共鳴による放電の場合、第一の実施形態の容量結合により給電するタイプと異なり、放電コンセントレータ３は受信部材としての役割をもしている。そこで、図６に示したように放電容器２の外部に放電コンセントレータ３と別体で受信部材１０を設けることによって細管部２Ｂの耐圧信頼性が増し、放電コンセントレータ３による熱損失を減少させることができる。周波数が高いので放電コンセントレータ３と受信部材１０の管軸方向の重なり幅（図６のＬ）は小さくても問題はない。なお、マイクロ波共鳴室９はアルミニウムや銅等の金属製である。
【００３７】
そして、図３の構成のランプ１を上記の仕様の通りに作製し、周波数２．４５ＧＨｚを印加すると、白色の高輝度点光源として点灯し、点灯後は、黒化や破裂等の不具合が発生しなかった。水銀が３００ｍｇ／ｃｃ封入され、希ガスはバッファガスとして１３ｋＰａ封入されているので、放電時の放電容器内の圧力は３０ＭＰａ以上であることが予想され、図２の構成のランプ装置同様に、従来の箔シール型の超高圧水銀ランプと比較して放電容器２の耐圧が増大したものと考えられる。
本方式のランプでは、給電用のリード線などが不要なので光のケラレがなく、有効に光を利用できる。
【００３８】
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、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、従来のような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強いものとなる。
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。
【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構成を示す断面図である。
【図３】本発明のランプ装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明に係るランプの他の実施例の断面図である。
【図５】ランプ端部の拡大断面図を示す。
【図６】本発明に係るランプの他の実施例の断面図である。
【図７】本発明に係るランプの他の実施例の断面図である。
【図８】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 放電容器
２Ａ 膨出部
２Ｂ 細管部
３ 放電コンセントレータ
３１ 先端部
３２ 後端部
３３ 空隙
４ 外部導電体
５ 高周波電源
６ マイクロ波電源
７ 反射ミラー
８ 窓
９ マイクロ波共鳴室
１０ 受信部材
１１ 放電空間
１２ 水銀
１３ ガラス管
【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、一対の対向電極をシリカ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、このランプは内部電極間の放電により発生した紫外線を放電容器内壁の蛍光体層で可視光に変換して利用する低圧放電ランプであって、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、本発明は、透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、放電空間の中で電界を集中させ、強め、放電を集中させ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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する高周波励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレータの先端部が放電空間内で対向した一対のものであり、該コンセントレータの先端部の離間距離が前記膨出部の内径よりも狭い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】
さらに、高周波励起エネルギー供給手段が高周波電源であり、容量結合によって放電が励起される高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
あるいは、高周波励起エネルギー供給手段がマイクロ波源であり、電波共振によって放電が励起される高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
そして、高周波励起エネルギー供給手段がマイクロ波源である場合、細管部の外周にマイクロ波を受ける受信部材が配設されている高周波励起点光源ランプ装置とするものである。
【０００９】
また、放電コンセントレータは後端が縮径されていることが好ましい。あるいは、放電コンセントレータの後端が曲面であることが好ましい。そして、放電コンセントレータの先端を細くすることも好ましい。
【００１０】
さらに、放電コンセントレータの材料を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することが好ましい。
また、放電コンセントレータの材料を放電容器を構成する非導電性材料と濡れ性の少ない材料を選択することが好ましい。
そして、放電コンセントレータの材料として、誘電体を選択することも可能である。
【００１１】
そして、放電容器の非導電性材料としてシリカガラスや透光性セラミックを選択することができる。さらに、ランプ内に３００ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入したり、ランプ内に３００Ｋで６ＭＰａ以上の封入圧のキセノンを封入することができる。また、
放電容器の細管部の内壁と放電コンセントレータの後端部との間に形成される空隙に水銀を充填することもできる。そして、高周波励起エネルギー供給手段が高周波電源である場合、１００ＭＨｚ以上の高周波で点灯することが好ましい。
そして、 透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレータが１本であって、前記ランプ内に３００ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入したことを特徴とする高周波励起点光源ランプ装置としてもよい。
また、透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレータが１本であって、前記ランプ内に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高周波励起点光源ランプ装置としてもよい。
【００１２】
【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、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。
【００１３】
【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は本発明のランプ装置に供されるランプの説明用断面図である。
ランプ１の放電容器２は透光性の非導電性材料で構成されており、膨出部２Ａとそれに連設された細管部２Ｂを有している。そして、細管部２Ｂに放電コンセントレータ３が支持されている。放電コンセントレータ３は放電空間１１内の電界を集中させ、強め、放電を集中させる作用をするものであり、その先端部３１は放電空間１１に臨んでいる。そして、放電コンセントレータ３は、放電容器１１を構成する非導電性材料の使用限界温度より高い使用限界温度を有する材料が選択され、また、誘電体を使用することもある。
そして、放電空間１１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。
【００１４】
図２は本発明のランプ装置の第一の一形態であり、概略の断面図を示している。ランプ１の細管部２Ｂの外周に外部導電体４を配設し、該外部導電体４に高周波電源５が接続される。
高周波電源５から外部導電体４に高周波電圧が印加されると、放電容器２を挟んで放電コンセントレータ３と外部導電体４とがコンデンサを形成し、その容量結合によって放電コンセントレータ３に電力が供給される。そして、放電空間１１の中で放電コンセントレータ３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３の２つの先端部３１間に放電が集中され、高輝度の点光源が現出する。放電コンセントレータ３は細管部２Ｂ内においては太い径の方が、形成されるコンデンサ容量を大きくできるので好ましい。
【００１５】
実使用においては、このランプ装置の外部に集光用ミラー等を配設して光を集光し、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。
そして、印加する高周波周波数としては１００ＭＨｚ以上にすると、電子トラップが生じ、電極降下電圧がなくなるために発光効率を上げることが可能となり、好ましい。
【００１６】
図３は本発明のランプ装置の第二の形態を示す概略図である。本形態ではランプ１にマイクロ波を供給して発光させる。ランプ１は電磁遮蔽されたマイクロ波共鳴室９内に配置され、マイクロ波源６がマイクロ波共鳴室９にマイクロ波を供給するように配置される。図中で、７は集光用の反射ミラーであり、８は光を取り出すための窓である。マイクロ波源６からマイクロ波が発せられると、ランプ１内の放電コンセントレータ３に電波共振作用によって電力が供給され、放電空間１１の中で放電コンセントレータ３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３の２つの先端部３１間に放電が集中され、高輝度の点光源が現出する。この第二の形態の場合、第一の形態と比較して外部導電体４から高周波電源５への引き出し線がなく、引き出し線による光のケラレがないのでランプからの光の利用効率が第一の形態のランプ装置よりもアップする。
【００１７】
この第二の形態において、ランプ１は、図６に示すように、細管部２Ｂ内の放電コンセントレータ３を短くして、細管部２Ｂの外部にマイクロ波を受信する受信部材１０を配設したものとしてもよい。この構造にすると、放電コンセントレータ３への熱伝導によるエネルギーの熱損失が少なく、また放電容器２の封着部分を多く確保できるのでランプの耐圧信頼性が高くなる。
この場合、ランプの内部の放電コンセントレータも受信部材として機能する。
【００１８】
放電コンセントレータ３は放電空間１１でその先端部３１が対向しており、対向する２つの先端部３１の離間距離が放電容器２の膨出部２Ａの内径よりも狭くするのが好ましい。そうすると、放電空間１１で起こる放電を管壁から離して放電コンセントレータ３の先端部３１間に集中させることができる。
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。
【００１９】
また、放電コンセントレータ３は必ずしも放電空間１１内で対向する一対のものではなくてよく、図７に示すように、単一の放電コンセントレータ３の先端部３１が放電空間１１内に臨む形態としてもよい。この場合は、原理は定かではないが、放電コンセントレータの先端に電界が集中し、放電が開始され、発光が強くなると発光によるエネルギー損失を最少にしようとする駆動力でアークが収縮することが推測される。この例では、反射ミラーと組み合わせて使用することによって光の利用効率が一対の放電コンセントレータを有するランプ装置に比べて改善されるであろう。
【００２０】
放電コンセントレータ３の材料を、放電容器２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。
【００２１】
また、放電コンセントレータ３の形状において、その後端部３２が縮径されていると、放電容器２の細管部２Ｂの耐圧強度を上げることができる。
また、放電コンセントレータ３の材料を放電容器２を構成する非導電性材料と濡れ性の少ない材料を選択することによって、放電容器２を熱変形させて細管部２Ｂの内壁と放電コンセントレータ３との密着構造を実現でき、隙間の放電を抑えることができ、電力損失を少なくできる。
そして、放電容器２をシリカガラスで構成すると、放電容器２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３と密着が可能である。
【００２２】
また、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。
放電コンセントレータ３の先端部３１を細くすることも適切な実施形態となる。先端部３１を細くすると、ランプ始動時に放電コンセントレータ３の先端部３１に電界が集中して放電が起こりやすくなるとともに、定常点灯時に放電コンセントレータ３へ伝わる熱の損失を少なくできる。
【００２３】
また、図５（ｂ）に示したように、放電コンセントレータ３の後端部３２を曲面にすると、後端部３２を平坦面にする（図５（ａ））より細管部２Ｂ内に形成される空隙３３を狭くすることができ、後端部３２に電界が集中しコロナ放電が起こることによる電力損失を抑えることができる。さらに言えば、放電容器２の細管部２Ｂ内壁と放電コンセントレータ３の後端部との間に形成される空隙に水銀を充填すると、放電コンセントレータ３とランプ１外部の外部導電体４との間に起こる誘電体障壁放電を防止し、電力損失を抑えることができる。
【００２４】
また、放電コンセントレータ３の材料として誘電体を選択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３が金属材料の場合では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。
【００２５】
さらに、放電容器２をアルミナ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、５〜１０×１０７Ｐａの封入が可能となる。
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。
【００２６】
【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８を使って説明する。
先ず、図８（ａ）に示すように放電容器となるシリカガラス製の両端開放のガラス管１３とタングステン製の放電コンセントレータ３を用意する。
次に、放電コンセントレータ３の放電空間１１に露出する部分を除いた領域にシリカガラスとの濡れ性の少ない金属であるレニウムのメッキを施す。
次に、図８（ｂ）に示すように、ガラス管１３の一端をバーナ加工により封止する。そして、図８（ｃ）に示すように、放電コンセントレータ３をガラス管１３内に入れ、ガラス管１３内部を真空に排気し、ガラス管１３の他端も閉じる。
そして、、図８（ｄ）に示すように、放電コンセントレータ３をガラス管１３の細管部２Ｂ内にバーナ加工により固定する。
【００２７】
次に、図８（ｅ）に示すように、放電コンセントレータ３の無い方のガラス管１３の他端を一旦切断して、所定量の水銀１２をガラス管１３内に入れ、もう一つの放電コンセントレータ３をガラス管１３内に挿入して、図８（ｆ）に示すように、ガラス管１３内部を真空に排気し、アルゴンガスを所定の圧力導入して、ガラス管１３の他端を閉じる。
そして、放電コンセントレータ３をガラス管１３の細管部２Ｂ内にバーナ加工により固定する。
【００２８】
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５に接続された第一の実施形態のタイプのランプ装置である。ランプ電力は１５０Ｗであり、放電容器２は肉厚２．５ｍｍ、膨出部２Ａの外径１２ｍｍのシリカガラス製であり、放電コンセントレータ３はタングステン製であって、先端間の離隔距離は０．５〜０．７ｍｍである。そして放電コンセントレータ３の細管部２Ｂ内の太い部分の直径は２ｍｍである。
そして、放電コンセントレータ３の放電空間１１に露出する部分以外の表面はレニウムの薄膜が被覆されている。
【００２９】
なお、放電容器２の材料としては、放電コンセントレータ３を封止する方法がシリカガラス製放電容器の場合とは異なるが、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が、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。
【００３０】
放電コンセントレータ３の材料としては放電容器２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、放電容器がシリカガラスのときは、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａなどやその合金、またはＴａＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣなどの炭化物やＡｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｈＯ２、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。
【００３１】
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３には、イオウ・セレン・テルルには腐食しないＭｇＯやＺｒＯ２やＢｅＯが使用される。
【００３２】
放電コンセントレータ３の先端部３１は細くなっており、０．５ｍｍ径である。また、後端部３２は縮径されるとともに曲面となっている。
外部導電体４はインコネル製の円筒であり、他の材料としては耐熱合金の他、高誘電率のＢａＴｉＯ３などでもよい。また、外部導電体４は嵌め込みにより取付けられる。
高周波電力としては１００〜２００ＭＨｚが使用されランプ１は点灯する。高周波電力１００ＭＨｚのとき、外部導電体４と放電コンセントレータ３との間のガラスに形成されるコンデンサ容量は約２０ｐＦ程度である。
【００３３】
そして、図２の構成のランプ１を上記の仕様の通りに作製し、周波数１５０ＭＨｚ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、放電時の放電容器２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容器２の耐圧が増大したものと考えられる。
従来の箔シール型のランプでは、どうしてもＭｏ箔がランプ内にあるため、ハロゲンを封入する場合、Ｍｏと反応する不具合があったが、本方式のランプではＭｏを使わないで済むため、これらの不具合が発生しない。
【００３４】
次に、図３に示した第二の実施形態のタイプのランプ装置について説明する。ランプ１は電磁遮蔽されたマイクロ波共鳴室９内に配置され、マイクロ波源６がマイクロ波共鳴室９にマイクロ波を供給するように配置される。ランプ電力は２００Ｗであり、放電容器２は肉厚２．５ｍｍ、膨出部２Ａの外径１２ｍｍのシリカガラス製であり、放電コンセントレータ３はタングステン製であって、細管部内の太い部分の直径は２ｍｍであり、先端間の離隔距離は０．５〜０．７ｍｍである。
【００３５】
そして、放電コンセントレータ３の放電空間１１に露出する部分以外の表面はレニウムの薄膜が被覆されている。７は集光用の反射ミラーであり、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ている。マイクロ波共鳴を使用しているので反射ミラーとして、金属は使用できない。８は光を取り出すための窓である。
放電容器内の封入物は、Ａｒ１３ｋＰａ、水銀３００ｍｇ／ｃｃであり、なお、マイクロ波源の周波数は２．４５ＧＨｚである。
【００３６】
マイクロ波共鳴による放電の場合、第一の実施形態の容量結合により給電するタイプと異なり、放電コンセントレータ３は受信部材としての役割をもしている。そこで、図６に示したように放電容器２の外部に放電コンセントレータ３と別体で受信部材１０を設けることによって細管部２Ｂの耐圧信頼性が増し、放電コンセントレータ３による熱損失を減少させることができる。周波数が高いので放電コンセントレータ３と受信部材１０の管軸方向の重なり幅（図６のＬ）は小さくても問題はない。なお、マイクロ波共鳴室９はアルミニウムや銅等の金属製である。
【００３７】
そして、図３の構成のランプ１を上記の仕様の通りに作製し、周波数２．４５ＧＨｚを印加すると、白色の高輝度点光源として点灯し、点灯後は、黒化や破裂等の不具合が発生しなかった。水銀が３００ｍｇ／ｃｃ封入され、希ガスはバッファガスとして１３ｋＰａ封入されているので、放電時の放電容器内の圧力は３０ＭＰａ以上であることが予想され、図２の構成のランプ装置同様に、従来の箔シール型の超高圧水銀ランプと比較して放電容器２の耐圧が増大したものと考えられる。
本方式のランプでは、給電用のリード線などが不要なので光のケラレがなく、有効に光を利用できる。
【００３８】
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、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、従来のような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強いものとなる。
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。
【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構成を示す断面図である。
【図３】本発明のランプ装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明に係るランプの他の実施例の断面図である。
【図５】ランプ端部の拡大断面図を示す。
【図６】本発明に係るランプの他の実施例の断面図である。
【図７】本発明に係るランプの他の実施例の断面図である。
【図８】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 放電容器
２Ａ 膨出部
２Ｂ 細管部
３ 放電コンセントレータ
３１ 先端部
３２ 後端部
３３ 空隙
４ 外部導電体
５ 高周波電源
６ マイクロ波電源
７ 反射ミラー
８ 窓
９ マイクロ波共鳴室
１０ 受信部材
１１ 放電空間
１２ 水銀
１３ ガラス管
Claims (18)
- 透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、放電空間の中で電界を集中させ、強め、放電を集中させ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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する高周波励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレータの先端部が放電空間内で対向した一対のものであり、該コンセントレータの先端部の離間距離が前記膨出部の内径よりも狭いことを特徴とする高周波励起点光源ランプ装置。
- 前記高周波励起エネルギー供給手段が高周波電源であり、容量結合によって放電が励起され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。
- 前記高周波励起エネルギー供給手段がマイクロ波源であり、電波共振によって放電が励起され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。
- 前記細管部の外周にマイクロ波を受ける受信部材が配設されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- 前記放電コンセントレータは後端が縮径されている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。
- 前記放電コンセントレータの後端が曲面である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。
- 前記放電コンセントレータの先端を細く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。
- 前記放電コンセントレータの材料に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７のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- 前記放電コンセントレータの材料に放電容器を構成する非導電性材料と濡れ性の少ない材料を選択したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- 前記放電コンセントレータの材料として誘電体を選択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。
- 前記放電容器を構成する非導電性材料としてシリカ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１０のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- 前記放電容器を構成する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１１のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- 前記ランプ内に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１２のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- 前記ランプ内に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１３のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- 前記放電容器の細管部の内壁と前記放電コンセントレータの後端部との間に形成される空隙に水銀を充填したことを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- １００ＭＨｚ以上の高周波で点灯することを特徴とする請求項２に記載の高周波励起点光源ランプ装置。
- 透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレー タが１本であって、前記ランプ内に３００ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入したことを特徴とする高周波励起点光源ランプ装置。
- 透光性の非導電性材料からなり、膨出部とそれに連設する細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が膨出部の放電空間内に臨む、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、前記コンセントレータに放電を励起するエネルギーを供給する励起エネルギー供給手段とからなり、前記放電コンセントレータが１本であって、
前記ランプ内に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高周波励起点光源ランプ装置。
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