JPH08148128A - マイクロ波放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロ波で放電する無電極放電ランプにお
いて、従来よりもコンパクトで高安定なマイクロ波放電
ランプシステムが得られるようにする。 【構成】 マイクロ波放電ランプを、水銀及びアマルガ
ムを除く、放電・発光に寄与する封入物と希ガスとを封
入した第１のランプバルブ１と、希ガスを封入した第２
のランプバルブ２とを一体に構成し、第１のランプバル
ブ１は管壁温度に対する定常点灯時のガス圧変動を少な
くして、放電プラズマからの発光による出力変動を小さ
くし、従来はバルブを直接冷却していた冷却装置の簡素
化又は除去が可能として、コンパクトで高安定のマイク
ロ波放電無電極ランプシステムを得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波で放電する
無電極のマイクロ波放電ランプの改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境保護や省エネルギーが叫ばれ
ている中、マイクロ波を用いた放電によって光出力を得
る光源装置が注目されている。

【０００３】すなわち、メタルハライドランプや水銀ラ
ンプ等の有電極の放電ランプは、電極の消耗によってそ
の寿命が決まっているのに対し、マイクロ波放電ランプ
は電極を持たないため、本質的に長寿命な光源である。

【０００４】さらに、電極がないため、発光スペクトル
の経時変化も殆どない。また、点滅動作にも強く、始動
・再始動特性も有電極ランプに比べて遥かに優れてい
る。

【０００５】図４はマイクロ波放電ランプの点灯装置の
構成を例示している。この装置の動作を説明すると、ま
ず、高圧電源９からマグネトロン１１に高圧電圧が与え
られて該マグネトロン１１が作動開始し、このマグネト
ロン１１から発生したマイクロ波がマグネトロンアンテ
ナ８より導波管７に放射される。導波管７内を伝導する
マイクロ波は給電窓６からランプバルブ１を設置した空
洞５に放射され、この空洞５内に入ったマイクロ波は該
空洞５内に高周波電磁界を作り出す。この高周波電磁界
によってランプバルブ１内の希ガスが放電を開始し、数
秒で求める光出力が得られる。このランプバルブ１内に
は希ガス、水銀及び金属ハロゲン化物が封入されてい
る。また、空洞５の開口は、光出力のみを空洞５の外部
に取り出すために金属メッシュ４で覆われている。そし
て、空洞５の内壁は、光の取出し効率を向上させるため
に、通常、反射鏡で構成される。マグネトロン１１は作
動中に常に冷却する必要があるので、ファン１０が設け
られている。

【０００６】また、上記ランプバルブ１の形状は、図５
（ａ）に示すように球又は球に近い形状や、図５（ｂ）
に示す如き細長い円筒状のものが広く用いられている。
そして、空洞５内に固定するための支持用棒や突起等の
支持部３が一体に設けられている。ランプバルブ１の始
動を容易にするために、ランプバルブ１内の始動時のガ
ス圧は約１００〜２００ｔｏｒｒにしてあり、点灯によ
る管壁温度の上昇と共にバルブ１内部にある水銀等の封
入物が蒸気となって圧力が上昇していき、定常点灯時に
は、効率の良い発光を得る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）になる。その全圧力は水
銀等の希ガス以外の封入物が支配的になる。

【０００７】このように、マイクロ波放電ランプは、従
来の有電極の放電ランプにない長寿命で経時変化の少な
い優れた特性を持った光源とされる（例えば特開昭５７
―６３７６８号、特開昭６０―２３５３５１号公報、特
開平１―２４３３０４号の各公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したような
従来のマイクロ波放電ランプでは、その定常点灯時の全
圧力が管壁温度によって圧力の左右され易い水銀等の封
入物の圧力が支配的になるので、ランプの出力はランプ
バルブの管壁温度の不安定さの影響を敏感に受ける。こ
のことから、マイクロ波放電ランプでは、バルブに対す
る冷却機構を設けて、ランプの管壁温度を安定させるよ
うになされている。

【０００９】しかしながら、産業用から一般照明用へと
用途の拡大させるためには、システム全体のコンパクト
化は必要であり、従来のようなバルブの冷却装置の必要
なランプでは、コンパクトな光源を実現するのは困難で
あるという問題がある。

【００１０】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、上記ランプバルブの冷却の問題を解決
して、従来よりもコンパクトで高安定のマイクロ波放電
ランプシステムを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、２つのランプバルブを一体化
してマイクロ波放電ランプを構成し、その一方には水銀
又はアマルガム以外の放電及び発光に必要な封入物と希
ガスとを、また他方には少なくとも希ガスをそれぞれ封
入することとした。

【００１２】すなわち、この発明では、マイクロ波放電
ランプとして、水銀及びアマルガムを除いた放電及び発
光に必要な封入物と希ガスとを封入した第１のランプバ
ルブと、少なくとも希ガスを封入された第２のランプバ
ルブとが一体に構成されたものとする。

【００１３】請求項２の発明では、第１のランプバルブ
の希ガス圧力を４００ｔｏｒｒ以上とする。

【００１４】請求項３の発明では、第１のランプバルブ
の定常点灯時の希ガス圧力の全体に占める割合を５０％
以上とする。

【００１５】請求項４の発明では、第２のランプバルブ
のガス圧を定常点灯時には第２のランプバルブが消える
ような圧力とする。

【００１６】請求項５の発明では、第２のランプバルブ
を２つ以上設ける。

【００１７】請求項６の発明では、第１のランプバルブ
を２つ以上設ける。

【００１８】請求項７の発明では、発光以外の機能を持
つ突起や棒等の支持部をランプに一体に設ける。

【００１９】請求項８の発明では、第２のランプバルブ
に水銀及びアマルガムを除いた放電及び発光に必要な封
入物と希ガスのみが封入されている構成とする。

【００２０】請求項９の発明では、第１のランプバルブ
内に第２のランプバルブを配置する。

【００２１】

【作用】上記の構成により、請求項１の発明では、第１
のランプバルブは管壁温度に対する定常点灯時のガス圧
変動が少なくなる。そして、放電プラズマからの発光に
よる出力変動が小さくなる。その結果、従来、バルブを
直接冷却していた冷却装置の簡素化又は除去が可能とな
り、従来よりコンパクトで高安定のマイクロ波放電無電
極ランプが得られる。

【００２２】請求項２の発明では、第１のランプバルブ
の希ガス圧力が４００ｔｏｒｒ以上で、通常のものに比
較して高くされているので、第１のランプバルブ単独で
は放電破壊を起こさない。

【００２３】請求項３の発明では、第１のランプバルブ
の定常点灯時の希ガス圧力の全体に占める割合が５０％
以上であるので、定常点灯時の圧力も希ガスの圧力が支
配的となり、始動時と定常点灯時とのガス圧の差が小さ
くなって、定常点灯時の熱的変動による光出力の変動を
少なくでき、システムとして構成する際にバルブ冷却に
よる管壁温度の制御を考えなくてもよいので、システム
全体としてコンパクトにできる。

【００２４】請求項４の発明では、第２のランプバルブ
のガス圧が定常点灯時には消えるような圧力であるの
で、点灯中に余分な紫外発光が抑えられる。

【００２５】請求項５の発明では、第２のランプバルブ
が２つ以上設けられているので、第１のランプバルブの
両側から光を照射して予備電離効果を上げることができ
る。

【００２６】請求項７の発明では、発光部分以外の機能
を持つ突起や棒等の支持部が一体に設けられているの
で、この支持部により、マイクロ波放電ランプの空洞等
への支持固定が容易となる。

【００２７】請求項８の発明では、第２のランプバルブ
に水銀が入っていないので、光源として水銀を含まない
クリーンなランプを提供できる。

【００２８】請求項９の発明では、第１のランプバルブ
内に第２のランプバルブが配置されているので、第２の
ランプバルブの光により第１のランプバルブ内のガスが
放電破壊してプラズマが発生したとき、ランプの外部か
ら浸透したマイクロ波のエネルギーはプラズマ中を進む
に伴い減衰して、点灯後に第２のランプバルブの発光が
停止され、点灯中に余分な紫外線の発光が抑えられる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施例１に係るマイクロ波
放電ランプを示し、このマイクロ波放電ランプは、光源
としての発光に寄与する第１のランプバルブ１と、主に
第１のランプバルブ１の始動を補助することを目的とす
る第２のランプバルブ２とを一体として、１つの無電極
放電ランプに構成されている。上記第１のランプバルブ
１には水銀以外の放電・発光に寄与する物質と希ガスと
が封入されている一方、第２のランプバルブ２には希ガ
スが封入されている。

【００３０】上記第１のランプバルブ１の初期ガス圧は
従来のランプバルブに比較して高くされて、例えば４０
０ｔｏｒｒ以上とされており、第１のランプバルブ１単
独では放電破壊を起こさないようになっている。また、
第１のランプバルブ１の定常点灯時の希ガス圧力の全体
に占める割合が５０％以上であり、第２のランプバルブ
２のガス圧が定常点灯時には低下するような圧力とされ
ている。

【００３１】また、この実施例のマイクロ波放電ランプ
の点灯装置の構成は従来と同じものである（図４参
照）。

【００３２】このような無電極放電ランプの動作を説明
すると、マイクロ波による空洞内の高周波電磁界によ
り、まず、第２のランプバルブ２のガスが最初に放電破
壊を起こす。そして、そのバルブ２内の希ガス発光によ
る光電離に有効な短波長の光を第１のランプバルブ１に
照射する。その光によって第１のランプバルブ１内のガ
スが電離する。そして、その電離に伴い、電離する前で
は放電破壊するに十分ではないくらい弱い程度のマイク
ロ波電磁波によって放電破壊し、光を発する。

【００３３】したがって、この実施例における第１のラ
ンプバルブ１の構成及び封入物は、従来のランプバルブ
と比較すると、第１のランプバルブ１の始動時の圧力が
十分高く、定常点灯時の圧力も希ガスの圧力が支配的で
ある。そのため、始動時と定常点灯時とのガス圧の差が
大きくないので、定常点灯時の熱的変動による光出力の
変動が少なくて、システムとして構成するときにバルブ
冷却による管壁温度の制御を考えなくてもよく、よって
システム全体としてコンパクトにすることができる。

【００３４】また、第２のランプバルブ２には、定常点
灯時の弱い電磁界で容易に放電破壊して低下する程度の
ガス圧の希ガスが封入されており、希ガス発光の立上が
りも速く、始動や再始動時間を短縮できることが期待で
きる。

【００３５】尚、第２のランプバルブ２に対し、希ガス
に加えて希ガス発光よりも効果的な波長の発光をする封
入物を入れれば、第２のランプバルブ２から発生する電
離のための光エネルギーが増加するので、第１のランプ
バルブ１のガス圧を高くし、より安定な光源とすること
ができる。

【００３６】（実施例２）図２は本発明の実施例２を示
す（尚、図１と同じ部分については同じ符号を付してそ
の詳細な説明は省略する）。

【００３７】この実施例では、図２に示す如く、第１の
ランプバルブ１の両面に２つの第２のランプバルブ２，
２が一体に設けられている。また、第１のランプバルブ
１に空洞内で支持するための棒や突起等からなる支持部
３が形成されている。

【００３８】このような構成にすることにより、第１の
ランプバルブ１の両面から光を照射することができ、予
備電離効果も上がる。また、第２のランプバルブ２の各
々の設置位置や個数を変えてより効果的な予備電離を図
ることもできる。

【００３９】（実施例３）また、図３は実施例３を示
し、この実施例３では、第２のランプバルブ２を第１の
ランプバルブ１の内部に設置している。

【００４０】この構成では、第２のランプバルブ２の光
により第１のランプバルブ１内のガスが放電破壊してプ
ラズマが発生する。マイクロ波のエネルギーはランプの
外部から浸透し、プラズマ中を進むにつれて減衰してい
くので、第１のランプバルブ１の希ガスや封入物を調整
することによって、点灯直後に第２のランプバルブ２の
プラズマへのマイクロ波エネルギーは遮断され、点灯後
には第２のランプバルブ２は発光しないようになり、点
灯中に余分な紫外線の発光が抑えられる。

【００４１】尚、この図３のように、２重管タイプのよ
うなランプバルブも含めて、２つの機能を持つ空間を有
していれば、どんな形状で構成されていてもよいのは言
うまでもない。

【００４２】また、第１のランプバルブ１を２つ以上設
けることもできる。さらに、第２のランプバルブ２に、
第１のランプバルブ１を放電破壊するための短波長の発
光エネルギーを増加させるための水銀を用いてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、マイクロ波放電ランプを、水銀及びアマルガム以外
の放電及び発光に必要な封入物と希ガスとが封入された
第１のランプバルブと、少なくとも希ガスを封入された
第２のランプバルブとを一体にして構成したことによ
り、定常点灯時の管壁温度による光出力の変動を抑えて
バルブの冷却を不要とでき、よってコンパクトで高安定
のマイクロ波放電ランプシステムを実現することができ
る。

【００４４】請求項２の発明によれば、第１のランプバ
ルブの希ガス圧力を４００ｔｏｒｒ以上としたことによ
り、第１のランプバルブ単独での放電破壊を良好に防止
することができる。

【００４５】請求項３の発明によれば、第１のランプバ
ルブの定常点灯時の希ガス圧力の全体に占める割合を５
０％以上としたことにより、始動時と定常点灯時とのガ
ス圧の差を小さくして、定常点灯時の熱的変動による光
出力の変動を少なくでき、バルブ冷却による管壁温度の
制御を不要として、マイクロ波放電ランプシステムのよ
り一層のコンパクト化を図ることができる。

【００４６】請求項４の発明によれば、第２のランプバ
ルブのガス圧を定常点灯時には第２のランプバルブが消
えるような圧力としたことにより、点灯中に余分な紫外
線をなくすことができる。

【００４７】請求項５の発明によれば、第２のランプバ
ルブを２つ以上設けたことにより、第１のランプバルブ
の両側から光を照射して予備電離効果を上げることがで
きる。

【００４８】請求項７の発明によれば、発光以外の機能
を持つ突起等の支持部を一体に設けたことにより、マイ
クロ波放電ランプの空洞等への支持固定の容易化を図る
ことができる。

【００４９】請求項８の発明によれば、第２のランプバ
ルブに水銀及びアマルガムを除いた放電及び発光に必要
な封入物と希ガスのみを封入したことにより、光源とし
て水銀を含まないクリーンなランプを提供することがで
きる。

【００５０】請求項９の発明によれば、第１のランプバ
ルブ内に第２のランプバルブを配置したことにより、点
灯後に第２のランプバルブの光による第１のランプバル
ブ内のガスの放電破壊によって発生したプラズマによ
り、マイクロ波のエネルギーを減衰させて、第２のラン
プバルブの発光を停止でき、点灯中に余分な紫外線の発
光の抑制を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るマイクロ波放電ランプ
の断面図である。

【図２】本発明の実施例２に係るマイクロ波放電ランプ
の断面図である。

【図３】本発明の実施例３に係るマイクロ波放電ランプ
の断面図である。

【図４】マイクロ波放電ランプ光源システムの構成図で
ある。

【図５】従来のマイクロ波放電ランプの断面図である。

【符号の説明】

１ 第１のランプバルブ ２ 第２のランプバルブ ３ 支持部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波空洞内に発生するマイクロ波
   電磁界によって放電発光するようにされたマイクロ波放
   電ランプにおいて、 水銀及びアマルガムを除いた放電及び発光に必要な封入
   物と希ガスとが封入された第１のランプバルブと、少な
   くとも希ガスを封入された第２のランプバルブとが一体
   に構成されてなることを特徴とするマイクロ波放電ラン
   プ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロ波放電ランプに
   おいて、 第１のランプバルブの希ガス圧力が４００ｔｏｒｒ以上
   であることを特徴とするマイクロ波放電ランプ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のマイクロ波放電ランプに
   おいて、 第１のランプバルブの定常点灯時の希ガス圧力の全体に
   占める割合が５０％以上であることを特徴とするマイク
   ロ波放電ランプ。
4. 【請求項４】 請求項１記載のマイクロ波放電ランプに
   おいて、 第２のランプバルブのガス圧は、定常点灯時には第２の
   ランプバルブが点灯しない圧力であることを特徴とする
   マイクロ波放電ランプ。
5. 【請求項５】 請求項１記載のマイクロ波放電ランプに
   おいて、 第２のランプバルブが２つ以上設けられていることを特
   徴とするマイクロ波放電ランプ。
6. 【請求項６】 請求項１記載のマイクロ波放電ランプに
   おいて、 第１のランプバルブが２つ以上設けられていることを特
   徴とするマイクロ波放電ランプ。
7. 【請求項７】 請求項１記載のマイクロ波放電ランプに
   おいて、 発光以外の機能を持つ突起や棒等の支持部が一体に設け
   られてなることを特徴とするマイクロ波放電ランプ。
8. 【請求項８】 請求項１記載のマイクロ波放電ランプに
   おいて、 第２のランプバルブに水銀及びアマルガムを除いた放電
   及び発光に必要な封入物と希ガスのみが封入されている
   ことを特徴とするマイクロ波放電ランプ。
9. 【請求項９】 請求項１記載のマイクロ波放電ランプに
   おいて、 第１のランプバルブ内に第２のランプバルブが配置され
   ていることを特徴とするマイクロ波放電ランプ。