JP4521726B2 - 反射鏡付き放電ランプ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ショートアーク型の水銀ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプと、その放電ランプの光利用効率を上げるための反射鏡とを備える、反射鏡付き放電ランプ装置に関し、特には、放電ランプと反射鏡とを別個に取り扱うことができるようにした技術に関する。

この種の放電ランプは、バルブの長手方向途中に、発光部となる一対の電極があり、それら電極に外部から電気エネルギーを与えることにより、高い発光効率で発光する。一対の電極に対する電気接続リードに着目すると、放電ランプを２つに大別することができる。第１のタイプは、電気接続リードの一方をバルブの軸線方向一端に、電気接続リードの他方を反対側の他端にそれぞれ配置し引き出すようにしたランプである。この第１のタイプの放電ランプは、たとえば特許文献１〜３が示すように、通例、放電ランプと反射鏡とを一体にした形態で利用する。したがって、放電ランプと反射鏡とが一体であることから、寿命に達した放電ランプを反射鏡と一緒に廃棄するのが一般的である。
特開平９−１１４２００号公報 特開平７−７３８５５号公報 特開平６−３３８２１２号公報

そのような一般的な第１のタイプとは異なり、一対の電極に対する各電気接続リードをバルブの軸線方向一端のベース部に集合させた第２のタイプが知られている。この第２のタイプの放電ランプは、ベース部の側をソケットで保持することができ、放電ランプを比較的に簡便に取り扱うことができる。第２のタイプには、ベース部から伸びる一対のピンをもつ、いわゆるバイピン型や、ベース部の側にソケットにねじ結合するための口金をもつ口金型がある。

発明者は、取扱いが簡便なこの第２のタイプの放電ランプに注目し、新たな光源装置の開発を企てた。その開発の基本精神は、主要な構成部品である放電ランプと反射鏡とを独立に再使用できるようにする点にある。そのために、放電ランプと反射鏡とを互いに干渉し合うことなく組み立てることを考えた。開発の当初、前面に照射開口をもつハウジングの内部に、放電ランプを保持するソケットと反射鏡とを別個に取り付けることを試みた。たとえば、照射開口に対向するハウジング奥の内壁にソケットを立てるように支持し、また、ハウジングの照射開口の内周部分に、プロテクタガラスと反射鏡とをリング状ばねなどで一緒に支持するようにした。それによれば、前面のプロテクタガラスを取り外すことにより、ソケット上の放電ランプと反射鏡とを独立に交換したり、保守したりすることができる。

しかし、放電ランプを保持するソケットと、放電ランプの光を反射する反射鏡とを独立した支持形態にしているため、放電ランプの発光部と反射鏡との位置合わせに注意が必要である。また、たとえば、放電ランプを交換するとき、プロテクタガラスおよび反射鏡を取り外すことが必要であり、ランプ交換の作業が少し面倒である。さらには、放電ランプが生じる放射光および輻射熱によって、放電ランプのベース部が温度上昇し、ベース部にシールしたモリブデン箔が限界使用温度（３５０℃）を越えるおそれがある。

この発明は、以上の開発経過を考慮しつつ、放電ランプと反射鏡とを有効に再使用できるようにした反射鏡付き放電ランプ装置を提供することを第１の目的とする。
また、この発明は、反射鏡と放電ランプとの位置合わせを容易に行うことができ、しかも、放電ランプのベース部の温度上昇を有効に抑制することができる技術を提供することを第２の目的とする。
この発明のその他の目的については、今後の説明から明らかになるであろう。

この発明の基本的な着想は、ソケットに対して放電ランプを取付けおよび取外し自在に支持し、しかもまた、その同じソケットに対して反射鏡をも取付けおよび取外し自在に支持することにある。同じソケットを通して放電ランプと反射鏡とは、容易にかつ確実に位置合わせされる。また、放電ランプと反射鏡とが、それぞれ取付けおよび取外し自在であるので、それらの各々を別個に取り扱うことができる。

そのような基本的な着想を実現するため、この発明では、反射鏡として、軸線周りに対称な反射面をもち、その軸線方向の一方の端に光照射のための開口、他方の端に光照射の開口に比べ小面積の中心孔をそれぞれもつ反射鏡を用いつつ、次のＡＢＣに特徴がある。
Ａ．反射鏡の後部に、中心孔から軸線方向後方に伸びるスリーブがある
Ｂ．放電ランプのベース部の少なくとも一部がソケット内に位置する一方、バルブの他方側は中心孔を貫通し、放電ランプの発光部が反射鏡の反射面内側に位置する
Ｃ．スリーブの後方側がソケットにはまり合って取付けおよび取外し自在になっている

ソケットの部分を見ると、その中心部に放電ランプのベース部が位置し、スリーブはそのベース部の外側に位置する。スリーブは、ベース部の外側のソケット外周部分からバルブの発光部の側に向かって伸びる。スリーブは、内径が一様な形態にすることも可能ではあるが、一般的には、途中に段部をもつ段付き構造である。段付き構造のスリーブは、中心孔と同様の大きさの小径な前方部分と、その前方部分よりも大径な後方部分とを備える。スリーブは金属加工、好ましくは軽量なアルミニウムあるいはその合金の絞り加工によって得る。スリーブは放熱性の良い金属製ではあるが、放電ランプの周囲を取り囲んでいるため、放電ランプからの放射光や輻射熱の影響を回避する対策をすることが好ましい。

そのような対策として、たとえば、スリーブの内面をサンドブラスト等で粗面加工する方法、あるいは黒のつや消し塗装を施す方法が考えられる。しかし、そのような一般的な方法を適用する場合、スリーブ自体の温度上昇を招く傾向があるため、スリーブの径を大きくしたり、スリーブの外側に冷却フィンを設けるなどのさらなる対策が必要である。

放電ランプからの放射光や輻射熱に対する好ましい対策は、スリーブの前方部分の内面に（別にいうと、ソケットにはまり合う部分を除くスリーブの少なくとも一部分の内面に）、スリーブの軸線方向に伸びる断面山型の凸部を周方向に配列する方法である。筋状の凸部は、放電ランプの発光部からの光を軸の中心からずらすように反射し、その一次反射光はさらに二次、三次と反射されて、スリーブ側に熱エネルギーとして吸収されていく。そのため、スリーブ内面からの反射光を、モリブデン箔があるベース部に導くことを防止し、ベース部の温度上昇を有効に抑えることができる。しかも、スリーブ内面の山型の凸部は、平滑な円筒面に比べてスリーブの表面積を大きくするので、放熱効果をも高め、ランプベース部だけでなく、スリーブ自体の温度上昇をも相対的に小さくする。その点、平滑な円筒形状のスリーブの場合、放電ランプの発光部からの光はスリーブの内面で反射し、ベース部の側に集光するように照射され、ベース部をモリブデン箔の限界使用温度以上に温度上昇させる傾向がある。なお、凸部が反射光を中心からずらす機能をもつ点から、その断面山型としては、鋭角状の山型が好ましいが、そのほか、頂上およびその左右に対称的な傾斜面をもつ山型あるいはかまぼこ状などのいろいろな変形をすることができる。

さらに放電ランプの発光に伴う熱からベース部を守るため、放電ランプの発光部からベース部に至る間に遮熱反射板を設けるようにすることができる。たとえば、段付き構造のスリーブの場合、その遮熱反射板をスリーブの前方部分と後方部分との段部の部分に配置することができる。遮熱反射板は、自らのばね力、あるいは別個のばね材のばね力で段部に当てるように支持することができる。

図１は、この発明を適用した反射鏡付き放電ランプ装置の一実施例を示す半断面図である。また、図２は、同じ実施例を分解斜視図の形態で示している。
光源である放電ランプ１０は、メタルハライドランプである。メタルハライドランプ１０は、径に比べて軸線方向の長さが大きいバルブ１２と、バルブ１２の軸線方向一端に位置するベース部１４と、ベース部１４から軸線方向に平行に伸びる２本の接続ピン１６とを備える。バルブ１２の内部には、軸線方向の途中に一対の電極を含む発光部１８があり、また、電極間の放電に応じて発光を生じるために、ハロゲン化金属や不活性ガスなどが封入されている。バルブ内部の一対の電極は、電気接続リードを介して接続ピン１６と電気的に接続されており、それら接続途中に（ベース部１４内に）保護のためのモリブデン箔が位置する。

このような放電ランプ１０に関連して、ソケット３０および反射鏡５０がある。ソケット３０は、放電ランプ１０のベース部１４の側を保持し、放電ランプ１０に対し接続ピン１６を通して電気エネルギーを与えるための電気部品である。ソケット３０は、バヨネットタイプであり、図に示すオス部材（３０）とメス部材（図示しない）とがあり、一方の部材を他方の部材に差し込み、少しねじるようにして固定することができる。それらオス部材およびメス部材を主体としたソケット３０は、耐圧および耐熱にすぐれた絶縁性物質、たとえば、ステアタイト、アルミナ、およびポリフェニレンサルファイドなどのエンジニアリング樹脂などからなる。ソケットのオス部材３０には、放電ランプ１０のベース部１４が遊びばめ状態ではまり合う孔空間３２のほか、孔空間３２底の底壁３４を貫通する一対の貫通孔３６がある。さらに、オス部材３０は、孔空間３２を取り囲む外周壁の部分に、後で述べるスリーブがはまり合うスリーブ接続部３８がある。スリーブ接続部３８は、オス部材３０の孔空間３２が開口する側の一端から底壁３４側に向かって伸びるはめ合い部分３８ａと、はめ合い部分３８ａよりも奥に位置し、より外径が大きなストッパー部分３８ｂとを備える。

段付き構造のスリーブ４０が、ソケットのオス部材３０のスリーブ接続部３８にはまり合う。スリーブ４０は、反射鏡５０の背後にカシメによって一体化される。スリーブ４０自体は、オス部材３０側のスリーブ接続部３８にはまり合う後方部分４４と、後方部分４４よりも小径な前方部分４２とを一体に備える。すなわち、スリーブ４０は、小径な前方部分４２と大径な後方部分４４とが段部４３を介して隣り合う構成である。スリーブ４０については、反射鏡５０と同様、アルミニウムを金属加工し、その表面を電解研磨アルマイト処理することによって得る。

ここで、スリーブ４０は、大径な後方部分４４がソケットのオス部材３０のスリーブ接続部３８にはまり合い、ソケットに対して取付けおよび取外し自在に支持される。そのため、スリーブ４０の後方部分４４には、止めねじ７０が入る通し孔４７があり、また、通し孔４７を通った止めねじ７０を固定するため、ソケットオス部材３０の側には、止めねじ７０がねじ結合するねじ孔３７がある。したがって、止めねじ７０を固定したり、ゆるめることにより、スリーブ４０をソケットオス部材３０に対し取り付けたり取り外したりすることができる。

スリーブ４０は、ソケットオス部材３０に対し取付けおよび取外し自在であるが、反射鏡５０とは常に一体化している。一体化したスリーブ４０と反射鏡５０とは、放電ランプ１０の光利用効率を高めるための反射鏡ユニットを構成する。反射鏡５０は放物反射鏡であり、その反射面は放物線を軸線周りに回転した形である。反射鏡５０の反射面は、軸線方向の一方に行くにつれて径が大きくなるように開き、逆に、反対側の他方に行くにつれて径が小さくなるように閉じている。開いた端の開口が光照射開口５００であり、反対側の中心孔５０１の周縁がスリーブ４０の前方部分４２をカシメ止めする部分である。

反射鏡５０の前面の光照射開口５００は、耐熱性の成形ガラス製のレンズ体８０で被う。図に示すレンズ体８０は、照射する光のむらをなくすため、一面にかまぼこ型の凹凸をもっている。レンズ体８０の外周には、アルミニウムなどの金属、あるいは耐熱耐候性にすぐれた樹脂からなるバッフルリング８２がはまり合う。バッフルリング８２は、その外周に帯状の溝８２ｄを含む。バッフルリング８２の外周には、シリコーンゴムなどの耐熱性および伸縮性にすぐれた耐久性のゴムリング８４がはまり合う。ゴムリング８４は、その内周に複数の突起８４ｐを含み、それらの突起８４ｐが反射鏡５０の孔を貫いてバッフルリング８２の溝８２ｄにはまり合う。それにより、レンズ体８０は、反射鏡５０の光照射開口５００を被うように支持される。

さて、スリーブ４０と一体の反射鏡５０は、スリーブ４０の後方部分４４がソケットオス部材３０外周のスリーブ接続部３８にはまり合うことにより、ソケット側に取り付けられる。また、放電ランプ１０は、バルブ１２がスリーブ４０の前方部分４２を貫き、ベース部１４をソケットオス部材３０の孔空間３２に入れるようにしてソケットに保持される。このとき、放電ランプ１０の発光部１８は、放物反射鏡５０の焦点付近に位置する。放電ランプ１０のバルブ１２とその外周を取り囲むスリーブ４０の前方部分４２との間には、隙間があるため、その隙間を通して反射光や輻射熱の影響がベース部１４側に及ぶおそれがある。その点、この発明では、スリーブ４０の前方部分４２の内面に、軸線方向に伸びる断面山型の凸部４２５を周方向に多数配列している。凸部４２５の幅は、たとえば１ｍｍ弱である。まずは、このような筋状の凸部４２５によって、放電ランプ１０の発光部１８からの光がスリーブ４０の前方部分４２の内面で反射することが起因し、ベース部１４側を温度上昇させることを抑制することができる。その結果、反射鏡５０付きの放電ランプ装置として、自然空冷で小型のものを実現することができた。

多数の凸部４２５をもつことからスリーブ４０の放熱効果が高まるため、輻射熱に対する対策は必ずしも必要としない。特に、スリーブ４０の放熱効果をさらに向上させるために、スリーブ４０の外周（たとえば、スリーブ４０の前方部分４２の外周）に冷却フィンを設ける場合には、内周側の多数の凸部４２５と外周側の冷却フィンとによって、前記した反射光や輻射熱に有効に対処することができる。

しかし、輻射熱によってベース部１４が温度上昇することを防止するため、発光部１８からベース部１４に至る間に、放電ランプ１０の熱を遮断するための遮熱反射板を設けることができる。好ましくは、そのような遮熱反射板９０をスリーブ４０の段部４３の部分に配置するのが良い。そうすれば、放電ランプ１０のベース部１４をソケット側に保持しようとする力を与えるばね材９２を利用し、その遮熱反射板９０を段部４３に安定した形態で支持することができる。

この発明を適用した反射鏡付き放電ランプ装置の一実施例を示す半断面図である。 図１の実施例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０ 放電ランプ
１２ バルブ
１４ ベース部
１６ 接続ピン（ピン）
１８ 発光部
３０ オス部材（ソケット）
３８ スリーブ接続部
４０ スリーブ
４２ 前方部分
４２５ 凸部
４３ 段部
４４ 後方部分
５０ 反射鏡（凹面反射鏡）
５００ 光照射開口
５０１ 中心孔
９０ 遮熱反射板
９２ ばね材

Claims (7)

1. バルブの長手方向途中に、発光部となる一対の電極があり、それら電極に対する各電気接続リードが前記バルブの軸線方向一端のベース部に集合している放電ランプと、
   前面に開口があり、前記放電ランプの発光部からの光を反射し、前面開口から外部へ光照射するための反射鏡であり、軸線周りに対称な反射面をもち、その軸線方向の一方の端に前記光照射のための開口、他方の端に光照射の開口に比べ小面積の中心孔をそれぞれもつ反射鏡と、
   前記放電ランプのベース部の側を保持し、放電ランプに電気エネルギーを与えるためのソケットとを備え、
   そのソケットは、前記反射鏡の後部に位置し、前記放電ランプを取付けおよび取外し自在に支持し、しかも、その同じソケットが前記反射鏡をも取付けおよび取外し自在に支持する放電ランプ装置であって、
   次の特徴を備える、反射鏡付き放電ランプ装置。
   Ａ．前記反射鏡の後部に、前記中心孔から前記軸線方向後方に伸びるスリーブがある
   Ｂ．前記放電ランプのベース部の少なくとも一部が前記ソケット内に位置する一方、バルブの他方側は前記中心孔を貫通し、前記発光部が前記反射鏡の反射面内側に位置する
   Ｃ．前記スリーブの後方側が前記ソケットにはまり合って取付けおよび取外し自在になっている
   Ｄ．前記スリーブは、途中に段部をもつ段付き構造であり、前記中心孔と同様の大きさの小径な前方部分と、その前方部分よりも大径な後方部分とを備える
2. 前記スリーブの内面の少なくとも一部に、スリーブの軸線方向に伸びる断面山型の凸部が周方向に配列され、それにより、前記放電ランプの発光部からの光を前記ベース部の側に導くことを防止する、請求項１の放電ランプ装置。
3. 前記スリーブの前方部分の内面に、スリーブの軸線方向に伸びる断面山型の凸部が周方向に配列され、それにより、前記放電ランプの発光部からの光を前記ベース部の側に導くことを防止する、請求項１の放電ランプ装置。
4. 前記ベース部は、前記スリーブの大径な後方部分に位置し、その後方部分と前方部分との間の段部の部分に、前記放電ランプの熱を遮断するための遮熱反射板がある、請求項１あるいは３のいずれか一つの放電ランプ装置。
5. 前記スリーブの段部の部分に、前記放電ランプを前記ソケット側に保持しようとする力を生じるばね材があり、そのばね材のばね力により前記遮熱反射板を前記段部に当てるように支持する、請求項４の放電ランプ装置。
6. 前記スリーブの少なくとも前方部分の外周に、放熱機能をもつ放熱手段がある、請求項１あるいは３のいずれか一つの放電ランプ装置。
7. 前記放電ランプは、前記ベース部から伸びる一対のピンをもつバイピン型、あるいは前記ベース部の側に前記ソケットにねじ結合するための口金をもつ口金型のいずれかである、請求項１の放電ランプ装置。

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