JP2011258359A

JP2011258359A - Electrodeless discharge lamp and apparatus employing the same

Info

Publication number: JP2011258359A
Application number: JP2010130633A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yamamoto; 将二山本; Yosuke Kano; 洋介加納
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2011-12-22

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize a position of a discharge arc and to prevent trouble such as a valve from being deformed or damaged by local elevation of a tube wall temperature in an electrodeless discharge lamp.SOLUTION: At a position that becomes a terminal of a direction of an electric field to be applied inside a discharge container, a recess is provided for storing a sealed material so as to become an origin of discharge during lighting, and the discharge container in the recess is made thicker than other portions.

Description

本発明はマイクロ波を利用して点灯する無電極放電ランプ及びそれを用いた装置に関する。 The present invention relates to an electrodeless discharge lamp that is lit using microwaves and an apparatus using the same.

近年、高圧放電ランプは高効率・高演色という特性からハロゲンランプに代わり、一般照明だけでなく、自動車用の前照灯やプロジェクタ用のバックライトとして、需要が高まっている。 In recent years, the demand for high-pressure discharge lamps is increasing not only for general lighting but also for headlights for automobiles and backlights for projectors in place of halogen lamps because of their high efficiency and high color rendering.

特に、マイクロ波を利用した高圧放電ランプにおいては、発光空間に電極を持たなくても発光空間内の発光物質に電磁エネルギーを結合させ発光させることが可能なため、放電ランプの無電極化が実現できる。 Especially in high-pressure discharge lamps using microwaves, it is possible to emit light by combining electromagnetic energy with the luminescent material in the light emitting space without having an electrode in the light emitting space. it can.

無電極放電ランプは発光部に電極を有しないため、電極の消耗による発光効率の低下がない。また、硫黄などのように発光効率は高いが電極材料と反応するため有電極ランプでは使用することができない発光物質を使用することができる。このため、ランプの長寿命化、高効率化という観点で期待されている。 Since the electrodeless discharge lamp does not have an electrode in the light emitting portion, there is no decrease in light emission efficiency due to electrode consumption. Further, it is possible to use a light emitting substance such as sulfur that has high luminous efficiency but cannot be used in an electroded lamp because it reacts with an electrode material. For this reason, it is expected from the viewpoint of extending the life and efficiency of the lamp.

このような無電極ランプとしては、マイクロ波の漏洩を防止するために設けられた金属製のチャンバーの内部にランプとアンテナを設置し、アンテナからマイクロ波電力をランプに供給しランプを点灯する構造の装置が提案されている（特許文献１）。 As such an electrodeless lamp, a structure in which a lamp and an antenna are installed inside a metal chamber provided to prevent microwave leakage, and microwave power is supplied from the antenna to the lamp to turn on the lamp. The apparatus of this is proposed (patent document 1).

マイクロ波により点灯されたランプから放出された光は、金属製チャンバーの一部に設けられたマイクロ波の漏洩しないようなメッシュ構造部分から外部に取り出され、光を利用することが可能である。 The light emitted from the lamp lit by the microwave can be taken out from the mesh structure portion provided in a part of the metal chamber so as not to leak the microwave, and the light can be used.

しかしながら、無電極ランプにおいては放電容器内に電極が存在しないため、放電の起点となる場所が一定ではなく、周囲の電界や磁界の影響を受けるため放電が不安定になりやすい、不安定な放電が局所的に発生した場合、管壁温度の過度の上昇を引き起こし、バルブの変形、破損の原因となる。 However, in an electrodeless lamp, since there is no electrode in the discharge vessel, the place where the discharge starts is not constant, and the discharge tends to be unstable due to the influence of the surrounding electric field or magnetic field. If this occurs locally, it will cause an excessive rise in the tube wall temperature and cause deformation and breakage of the valve.

この問題を解決するために、放電バルブをモーターに取り付け、点灯中バルブを回転させることにより、局所的な温度上昇を抑え、バルブの破損を防ぐ無電極ランプ装置が提案されている（特許文献２）。 In order to solve this problem, an electrodeless lamp device has been proposed in which a discharge bulb is attached to a motor and the bulb is rotated to suppress a local temperature rise and prevent the bulb from being damaged (Patent Document 2). ).

特開２００８−１８１７３７号公報JP 2008-181737 A 特開平５−２９０６０８号公報JP-A-5-290608

しかし、上記のように放電バルブを回転させる場合、モーターなど回転用の動力が必要となるため、装置の大型化、高コスト化が問題となる。
そこで本発明は、放電空間内に電極を有しない無電極放電ランプにおいて、放電ランプ回転用の動力を必要とせず、局所的な放電による管壁温度の過度の上昇が原因となるバルブの変形や破損などの不具合を防ぐことを課題とする。 However, when the discharge bulb is rotated as described above, rotational power, such as a motor, is required, which increases the size and cost of the apparatus.
Therefore, the present invention does not require power for rotating the discharge lamp in an electrodeless discharge lamp having no electrode in the discharge space, and does not require deformation of the bulb due to excessive rise in the tube wall temperature due to local discharge. The problem is to prevent problems such as damage.

この課題を解決するために、本発明は、膨部及びくぼみを有する放電容器を備えた無電極放電ランプを提供する。無電極放電ランプは放電容器に内包された封入物質にマイクロ波電界が印加されて放電する。くぼみは、点灯中に封入物質が溜まることによって放電の起点となるように、マイクロ波電界の方向の端部となる位置に形成され、くぼみにおける放電容器の厚さが膨部における放電容器の厚さよりも厚くなるようにした。 In order to solve this problem, the present invention provides an electrodeless discharge lamp including a discharge vessel having a bulge and a depression. The electrodeless discharge lamp is discharged by applying a microwave electric field to the encapsulated material contained in the discharge vessel. The indentation is formed at a position that becomes an end in the direction of the microwave electric field so as to become a starting point of discharge by accumulation of the encapsulated substance during lighting, and the thickness of the discharge container in the indentation is the thickness of the discharge container in the inflated portion. I made it thicker than this.

上記において、くぼみは、好ましくは放電容器内の最冷部を含む領域に形成される。また好ましくは、くぼみは放電容器内の点灯中に重力方向下側となる領域に形成される。またさらに、くぼみは放電容器内の対向する位置に一対形成される構成としてもよい。 In the above, the recess is preferably formed in a region including the coldest part in the discharge vessel. Preferably, the indentation is formed in a region that is on the lower side in the gravity direction during lighting in the discharge vessel. Still further, a pair of recesses may be formed at opposing positions in the discharge vessel.

本発明はさらに、上記の無電極放電ランプ、無電極放電ランプにマイクロ波電界を印加するアンテナ、並びに無電極放電ランプ及びアンテナを内部に配置するチャンバーを備えた無電極放電ランプ装置を提供する。 The present invention further provides an electrodeless discharge lamp device including the above electrodeless discharge lamp, an antenna that applies a microwave electric field to the electrodeless discharge lamp, and an electrodeless discharge lamp and a chamber in which the antenna is disposed.

本発明の実施例に係る無電極放電ランプ装置を示す図である。It is a figure which shows the electrodeless discharge lamp apparatus which concerns on the Example of this invention. 本発明の他の実施例に係る無電極放電ランプ装置を示す図である。It is a figure which shows the electrodeless discharge lamp apparatus which concerns on the other Example of this invention. 本発明の各実施例を説明する図である。It is a figure explaining each Example of this invention.

図１は本発明に係る無電極放電ランプ装置の構成を示す概略図である。なお、各図面を通じて寸法は例示であり、本発明はそれに限定されない。 FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an electrodeless discharge lamp apparatus according to the present invention. In addition, a dimension is an illustration throughout each drawing, and this invention is not limited to it.

マイクロ波発振源（図示せず）より発振されたマイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚであり、同軸ケーブルを伝播し同軸コネクタ６を介してアンテナ５に伝えられる。
アンテナ５は直径４ｍｍ、長さ２０ｍｍの金属製の棒で、同軸コネクタ６の中心導体と電気的に接続されており、このアンテナ５により、マイクロ波が金属製チャンバー７内に送られ、マイクロ波電界が発生する。 A microwave oscillated from a microwave oscillation source (not shown) has a frequency of 2.45 GHz, propagates through a coaxial cable, and is transmitted to the antenna 5 through the coaxial connector 6.
The antenna 5 is a metal rod having a diameter of 4 mm and a length of 20 mm, and is electrically connected to the central conductor of the coaxial connector 6. By this antenna 5, the microwave is sent into the metal chamber 7, and the microwave An electric field is generated.

金属製チャンバー７の寸法は内径１１０ｍｍ、高さ７０ｍｍであり、ＴＭ０１０に近い形で電界が分布しており、放電ランプ１を点灯するための空洞共振器として働き、放電ランプ１からの放射光を内面に形成された反射膜で反射し、金属メッシュ８で覆われた開口部から外部に光を放射する構造となっている。 The metal chamber 7 has an inner diameter of 110 mm and a height of 70 mm, and an electric field is distributed in a form close to TM010. The metal chamber 7 functions as a cavity resonator for lighting the discharge lamp 1, and radiates light from the discharge lamp 1. The light is reflected by a reflective film formed on the inner surface, and light is emitted to the outside from the opening covered with the metal mesh 8.

放電ランプ１の放電容器２は石英ガラス製であり、膨部２´及びくぼみ３を有する（図３参照）。言い換えると、放電容器２のくぼみ３以外の部分が膨部２´である。膨部２´は内径６ｍｍ、長さ２０ｍｍであり、水銀と金属ハロゲン化物と希ガスが封入されている。くぼみ３は、意図する放電方向の端部（即ち、チャンバー内に発生している電界方向の端部）となる位置に形成されている。 The discharge vessel 2 of the discharge lamp 1 is made of quartz glass, and has a bulge 2 'and a recess 3 (see FIG. 3). In other words, the portion other than the recess 3 of the discharge vessel 2 is the expanded portion 2 ′. The expanded portion 2 ′ has an inner diameter of 6 mm and a length of 20 mm, and is filled with mercury, metal halide and rare gas. The recess 3 is formed at a position that becomes an end in the intended discharge direction (that is, an end in the electric field direction generated in the chamber).

金属製チャンバー７にマイクロ波が送られると、放電容器２内に封入された希ガスから放電が開始する。この希ガスからの放電により放電容器内の水銀及び金属ハロゲン化物が加熱され蒸発し、放電を開始し、発光する。 When the microwave is sent to the metal chamber 7, the discharge starts from the rare gas sealed in the discharge vessel 2. The discharge from the rare gas heats and evaporates mercury and metal halide in the discharge vessel, starts discharge, and emits light.

点灯中、封入物質である水銀及び金属ハロゲン化物は、放電容器中心部で蒸発し放電、発光した後、放電容器外周部を対流して、放電容器内の最冷部に位置するくぼみ３で凝縮する。くぼみ３に溜まった封入物質はアーク４に曝されて蒸発し放電をするので、くぼみ３に溜まった封入物質を起点として放電が発生する。 During lighting, mercury and metal halide, which are encapsulated substances, evaporate, discharge and emit light at the center of the discharge vessel, then convect around the outer periphery of the discharge vessel and condense in the recess 3 located at the coldest part in the discharge vessel. To do. Since the encapsulated material accumulated in the recess 3 is exposed to the arc 4 to evaporate and discharge, a discharge is generated starting from the encapsulated material accumulated in the recess 3.

図３に示すように、本実施例では、膨部２´における石英ガラスの厚さｔ２は２ｍｍであるのに対して、くぼみ３における石英ガラスの厚さｔ３は４ｍｍである。アーク４はくぼみ３に溜まった封入物質から発生し、アーク周辺は局所的に加熱されため、くぼみ３のアーク近傍付近は局所的に加熱される可能性があるが、この部分の石英ガラスは厚く形成されているため、変形などの不具合が発生することはない。 As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the thickness t2 of the quartz glass in the expanded portion 2 ′ is 2 mm, whereas the thickness t3 of the quartz glass in the recess 3 is 4 mm. Since the arc 4 is generated from the encapsulated material accumulated in the recess 3 and the vicinity of the arc is locally heated, there is a possibility that the vicinity of the arc in the recess 3 may be locally heated, but the quartz glass in this portion is thick. Since it is formed, defects such as deformation do not occur.

一方、アーク４がくぼみ３を起点として発生するために、膨部２´における石英ガラスの薄い部分では局所的な温度上昇は発生しない。即ち、くぼみ３を起点として発生したアーク４は放電容器２の中心部に存在するため、膨部２´における石英ガラスでは放電容器の変形を起こすような温度上昇は起こらない。 On the other hand, since the arc 4 is generated from the indentation 3, the local temperature rise does not occur in the thin portion of the quartz glass in the expanded portion 2 ′. That is, since the arc 4 generated from the depression 3 is present at the center of the discharge vessel 2, the quartz glass in the expanded portion 2 'does not increase in temperature so as to cause deformation of the discharge vessel.

以上のように、無電極ランプの放電容器に、封入物質を溜めておくくぼみを設けることにより、このくぼみが起点となって放電が発生するため、不特定な場所から放電することがない。そして、アークの起点となり局所的に加熱される可能性のあるくぼみ部分においては、石英ガラスの厚さが厚いため、加熱による変形などの不具合を起こすことがない。 As described above, by providing a recess for storing the encapsulated substance in the discharge vessel of the electrodeless lamp, discharge is generated starting from this recess, so that the discharge does not occur from an unspecified place. And in the hollow part which may become a starting point of an arc and may be heated locally, since the thickness of quartz glass is thick, it does not cause troubles such as deformation due to heating.

また、このくぼみ３は重力方向下側となる領域に配置することが望ましい。封入物質を溜めておくくぼみが、放電容器２の最冷部を含む領域及び重力方向下側の領域に形成されているので、点灯中くぼみに封入物質が溜まりやすく、安定してくぼみ部分が放電の起点となる。この理由は、放電ランプの点灯中封入物質は、高温部で蒸発し低温部で凝縮するサイクルを繰り返しており、放電容器の最冷部を含む領域や重力方向下側となる領域は、放電容器内の低温部分に相当するため、この部分で凝縮し放電の起点となりやすいからである。 Moreover, it is desirable to arrange this dent 3 in a region on the lower side in the gravity direction. Since the recess for storing the encapsulated material is formed in the region including the coldest part of the discharge vessel 2 and the region below the gravitational direction, the encapsulated material tends to accumulate in the indentation during lighting, and the indented part is stable and discharges. Is the starting point. The reason for this is that the encapsulated substance is repeatedly evaporated in the high temperature part and condensed in the low temperature part during the operation of the discharge lamp. The region including the coldest part of the discharge vessel and the region below the gravitational direction are the discharge vessel. This is because it corresponds to the low temperature portion of the inside, so that it is easy to condense at this portion and become the starting point of discharge.

図２はさらに他の実施例を示す。なお、図１と重複する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。 FIG. 2 shows still another embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which overlaps with FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例の金属製チャンバー７の寸法は内径１１０ｍｍ、高さ７０ｍｍであり、ＴＭ０１０に近い形で電界が分布している。 The metal chamber 7 of this example has an inner diameter of 110 mm and a height of 70 mm, and an electric field is distributed in a form close to TM010.

放電ランプの放電容器２は石英ガラス製であり、膨部２´並びに一対のくぼみ３ａ及び３ｂを有する（図３参照）。言い換えると、放電容器２のくぼみ３ａ及び３ｂ以外の部分が膨部２´である。膨部２´は内径６ｍｍ、長さ２５ｍｍであり、水銀と金属ハロゲン化物と希ガスが封入されている。くぼみ３ａ及び３ｂは放電容器内部に対向して形成されている。 The discharge vessel 2 of the discharge lamp is made of quartz glass, and has a bulging portion 2 'and a pair of depressions 3a and 3b (see FIG. 3). In other words, the portion of the discharge vessel 2 other than the recesses 3a and 3b is the expanded portion 2 '. The expanded portion 2 ′ has an inner diameter of 6 mm and a length of 25 mm, and is filled with mercury, metal halide and rare gas. The recesses 3a and 3b are formed facing the inside of the discharge vessel.

この一対のくぼみ３ａ、３ｂは放電容器２の長手方向の端部にそれぞれ配置されており、放電容器２の長手方向と金属製チャンバー内に分布する電界９の向きはほぼ一致している。即ち、実施例１と同様に、くぼみ３ａ及び３ｂは、意図する放電方向の端部（即ち、チャンバー内に発生している電界方向の端部）となる位置に形成されている。 The pair of indentations 3a and 3b are respectively arranged at the longitudinal ends of the discharge vessel 2, and the longitudinal direction of the discharge vessel 2 and the direction of the electric field 9 distributed in the metal chamber are substantially coincident. That is, as in the first embodiment, the recesses 3a and 3b are formed at positions that are ends in the intended discharge direction (that is, ends in the direction of the electric field generated in the chamber).

金属製チャンバー７にマイクロ波が送られると、放電容器２内に封入された希ガスから放電が開始する。この希ガスからの放電により、放電容器２内の水銀及び金属ハロゲン化物が加熱され蒸発し放電し、この放電は金属製チャンバー内のマイクロ波の電界方向に発生する。 When the microwave is sent to the metal chamber 7, the discharge starts from the rare gas sealed in the discharge vessel 2. Due to the discharge from the rare gas, mercury and metal halide in the discharge vessel 2 are heated and evaporated to discharge, and this discharge is generated in the direction of the microwave electric field in the metal chamber.

点灯中、封入物質である水銀及び金属ハロゲン化物は、放電容器２の中心部で蒸発し放電、発光した後、アーク４から離れた一対のくぼみ３ａ、３ｂで凝縮する。一対のくぼみ３ａ、３ｂに溜まった封入物質はアーク４に曝されて蒸発し放電をするので、一対のくぼみ３ａ、３ｂの間で、安定した放電を実現することができる。 During lighting, mercury and metal halide as encapsulated materials evaporate at the center of the discharge vessel 2, discharge and emit light, and then condense in a pair of indentations 3 a and 3 b away from the arc 4. Since the encapsulated material accumulated in the pair of recesses 3a and 3b is exposed to the arc 4 to evaporate and discharge, stable discharge can be realized between the pair of recesses 3a and 3b.

図３に示すように、本実施例でも、膨部２´における石英ガラスの厚さｔ２は２ｍｍであるのに対して、くぼみ３ａにおける石英ガラスの厚さｔ３は４ｍｍである。なお、くぼみ３ｂにおける石英ガラスの厚さについてもくぼみ３ａと同様である。 As shown in FIG. 3, in the present embodiment as well, the thickness t2 of the quartz glass in the expanded portion 2 ′ is 2 mm, whereas the thickness t3 of the quartz glass in the recess 3a is 4 mm. The thickness of the quartz glass in the recess 3b is the same as that of the recess 3a.

一対のくぼみ３ａ、３ｂ部での石英ガラスの厚さを、放電容器２の他の場所（膨部２´）に比べ厚くしてあるので、くぼみのアーク近傍付近は局所的に加熱される可能性があるが、変形などの不具合が発生することはない。 Since the thickness of the quartz glass in the pair of recesses 3a and 3b is thicker than that of the other part of the discharge vessel 2 (swelled part 2 '), the vicinity of the arc of the recess can be locally heated. However, there are no problems such as deformation.

本実施例では、実施例１で得られる効果に加えて、電界方向に生じた放電が一対のくぼみ間でさらに安定することになり、放電容器の意図しない場所での過度の温度上昇をより確実に防止できる。 In this example, in addition to the effects obtained in Example 1, the discharge generated in the direction of the electric field is further stabilized between the pair of indentations, and an excessive temperature rise in an unintended place of the discharge vessel is more reliably ensured. Can be prevented.

１放電ランプ
２放電容器
２´ 膨部
３、３ａ、３ｂくぼみ
４アーク
５アンテナ
６同軸コネクタ
７金属製チャンバー
８金属メッシュ
９電界 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge lamp 2 Discharge vessel 2 'Expansion part 3, 3a, 3b Indentation 4 Arc 5 Antenna 6 Coaxial connector 7 Metal chamber 8 Metal mesh 9 Electric field

Claims

膨部及びくぼみを有する放電容器を備えた無電極放電ランプであって、該放電容器に内包された封入物質にマイクロ波電界が印加されて放電する無電極放電ランプであって、
前記くぼみは、点灯中に前記封入物質が溜まることによって放電の起点となるように、前記マイクロ波電界の方向の端部となる位置に形成され、
前記くぼみにおける放電容器の厚さが前記膨部における放電容器の厚さよりも厚いことを特徴とする無電極放電ランプ。 An electrodeless discharge lamp comprising a discharge vessel having a bulge and a depression, the electrodeless discharge lamp being discharged by applying a microwave electric field to the encapsulated material contained in the discharge vessel,
The indentation is formed at a position that is an end in the direction of the microwave electric field so that the encapsulated material accumulates during lighting and becomes a starting point of discharge,
The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein the thickness of the discharge vessel in the recess is thicker than the thickness of the discharge vessel in the bulge.

前記くぼみは、前記放電容器内の最冷部を含む領域に形成されたことを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。 2. The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein the recess is formed in a region including the coldest part in the discharge vessel.

前記くぼみは、前記放電容器内の点灯中に重力方向下側となる領域に形成されたことを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。 2. The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein the recess is formed in a region that is on a lower side in a gravitational direction during lighting in the discharge vessel.

前記くぼみは前記放電容器内の対向する位置に一対形成されたことを特徴とする請求項１記載の無電極放電ランプ。 2. The electrodeless discharge lamp according to claim 1, wherein a pair of the recesses are formed at opposing positions in the discharge vessel.

請求項１から４いずれか一項に記載の無電極放電ランプ、該無電極放電ランプにマイクロ波電界を印加するアンテナ、並びに該無電極放電ランプ及び該アンテナを内部に配置するチャンバーを備えた無電極放電ランプ装置。 5. An electrodeless discharge lamp according to claim 1, an antenna that applies a microwave electric field to the electrodeless discharge lamp, and a chamber that includes the electrodeless discharge lamp and a chamber in which the antenna is disposed. Electrode discharge lamp device.