JP2000215853A

JP2000215853A - 無電極放電ランプおよび無電極放電ランプ装置

Info

Publication number: JP2000215853A
Application number: JP11015197A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Hirao; 洋佐平尾
Original assignee: NIPPON PHOTO SCIENCE KK
Current assignee: NIPPON PHOTO SCIENCE KK
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】誘導性負荷をなくし、給電する高周波電力の
反射を防ぎ、無電極放電ランプに有効に高周波電力を給
電する。【解決手段】水銀を封入ガスの１構成要素とした放電
管１と、放電管の外周に巻回した複数個のコイル２ａ〜
２ｃと、複数個のコイルを並列に接続する１対の導体３
ａ，３ｂと、複数個のコイルの１個以上に並列に接続し
たｌ個または複数個のコンデンサ４ａとを具備して、１
対の導体の任意の１対の給電点５ａ，５ｂへ高周波電力
を給電して点灯するについて、１対の給電点において高
周波電力の周波数を共振させる。更に、１対の導体にお
ける１対の給電点に出力端を接続した整合装置７と、整
合装置の入力端に出力端を接続した高周波電源装置１１
とを具備し、ｌ対の導体の任意のｌ対の給電点へ高周波
電力を給電して点灯するについて、１対の給電点におい
て高周波電力の周波数を共振させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水銀を封入ガスの
１構成要素とした放電管に複数個のコイルを巻回し、放
電管を点灯させる無電極放電ランプおよび無電極放電ラ
ンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水銀を封入ガスの１構成要素とし
た放電管に複数個のコイルを巻回した無電極放電ランプ
および無電極放電ランプ装置としては、特開昭６２−１
６３２９７号に示すように、放電管に外周に巻回して並
列に接続した複数個のコイルから成る無電極放電ランプ
に高周波電力を高周波電源から直接給電しているものが
あった。

【０００３】この無電極放電ランプおよび無電極放電ラ
ンプ装置では、高周波電力の周波数は明記されていない
が、工業、科学、医療用途等に割り当てられた１３．５
６ＭＨｚの使用が周知であり、この場合、無電極放電ラ
ンプを前述したような周波数で用いると、誘導性負荷と
なり、給電された高周波電力は反射して、無電極放電ラ
ンプに有効に給電されないという間題があった。

【０００４】他の従来の無電極放電ランプおよび無電極
放電ランプ装置としては、特開平１０−１３４７７７号
に示すように、１個の放電管に複数個のコイルを巻回し
た無電極放電ランプであって、放電管内に各々複数個の
コイルと結合している複数個の発光領域が存在し、この
ような発光領域分離は無電極放電ランプの発光効率を抑
制するものであるので、放電管内に１個の発光領域を生
じさせるようにして発光効率を向上させようとするもの
であったが、高周波電力を無電極放電ランプへ高効率に
給電するという課題は達成できなかった。

【０００５】さらに、前述した後者の例においては、高
周波電力はリード線を経由して放電管に巻回され全数並
列に接続された複数個のコイルに給電しており、高周波
電力は等価的に、リード線のインダクタンスと複数個の
コイルのインダクタンスとの直列接続に給電されている
ために、高周波電力はリード線のインダクタンスと複数
個のコイルのインダクタンスとで分割逓減されて放電管
に給電されるために、高効率な給電がなされていない間
題があった。

【０００６】さらに、前述した後者の例では、高周波電
力はリード線を経由して、全数並列に接続された複数個
のコイルと、複数個のコイルの少なくとも両端のコイル
に並列または直列に接続された複数個のコンデンサとか
ら構成された複合回路に接続されているので、この複数
個のコンデンサは、複数個のコイルのうちで隣接する片
方のコイルとしか電磁結含をしていない両端のコイルの
インダクタンスを、隣接する両方のコイルと電磁結合を
している他のコイルのインダクタンスに合わせた値に調
整し、各コイルから発生する電磁力を均一にし、放電管
内に１個の発光領域を有する放電を生じさせて、発光効
率を向上させようとしている。

【０００７】したがって、この複合回路は誘導性であっ
て、等価的なインダクタンスを有しており、高周波電力
は等価的にリード線のインダクタンスと複合回路の等価
インダクタンスとの直列接続に給電されているために、
高周波電力はリード線のインダクタンスと複合回路の等
価インダクタンスとの直列接続で分割逓減されて放電管
に給電されて高効率な給電がなされていない問題があっ
た。

【０００８】さらに、前述した双方の従来例では、前述
のような間題があるため、リード線を短くしてインダク
タンスを少なくする必要があり、リード線の長さを必要
に応じて任意に設定することが困難であるという間題も
あった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、水銀を封入
ガスの１構成要素とした放電管に複数個のコイルを巻回
した無電極放電ランプまたは無電極放電ランプ装置に対
して高周波電力を高効率に給電することに目的がある。

【００１０】また、本発明は、無電極放電ランプおよび
無電極放電ランプ装置で用いる周波数の誘導性負荷をな
くし、給電する高周波電力の反射を防ぎ、無電極放電ラ
ンプに有効に高周波電力を給電することに目的がある。

【００１１】さらに、本発明は、高周波電力をリード線
のインダクタンスと複数個のコイルのインダクタンスと
の直列接続で分割逓減することなく、１対の導体の任意
の１対の給電点へ給電して高効率な高周波電力の給電を
行うことに目的がある。

【００１２】さらに、本発明は、リード線を短くしてイ
ンダクタンスを少なくすることなく、リード線の長さを
必要に応じて任意の長さに設定することに目的がある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、無電極放電ラ
ンプに関するもので、水銀を封入ガスの１構成要素とし
た放電管と、放電管の外周に巻回された複数個のコイル
と、複数個のコイルを並列に接続する１対の導体と、複
数個のコイルの１個以上に並列に接続されたｌ個または
複数個のコンデンサとを具備しており、１対の導体の任
意の１対の給電点へ高周波電力を給電して点灯するにつ
いて、１対の給電点において高周波電力の周波数に共振
させることに特徴がある。

【００１４】また、本発明は、前述した無電極放電ラン
プの高周波電力の周波数を１３ＭＨｚ以上１４ＭＨｚ未
満とし、電力を複数個のコイルの数に４０を乗じた数値
以上でかつ２２０を乗じた数値以下の値にすることに特
徴がある。

【００１５】さらに、本発明は、無電極放電ランプ装置
に関するもので、水銀を封入ガスの１構成要素とした放
電管と、放電管の外周に巻回された複数個のコイルと、
複数個のコイルを並列に接続する１対の導体と、複数個
のコイルの１個以上に並列に接続した１個または複数個
のコンデンサと、１対の導体における１対の給電点に出
力端を接続した整合装置と、整合装置の入力端に出力端
を接続した高周波電源装置とを具備し、ｌ対の導体の任
意のｌ対の給電点へ高周波電力を給電して点灯するにつ
いて、１対の給電点において高周波電力の周波数に共振
させることに特徴がある。

【００１６】さらに、本発明は、前述した無電極放電ラ
ンプ装置の整含装置として、入力端と出力端の間に、整
合コンデンサ、または整合コンデンサと整合コイルの直
列接続を具備することに特徴がある。

【００１７】さらに、本発明は、前述した無電極放電ラ
ンプ装置の高周波電力の周波数を１３ＭＨｚ以上１４Ｍ
Ｈｚ未満とし、電力を複数個のコイルの数に４０を乗じ
た数値以上でかつ２２０を乗じた数値以下の値にするこ
とに特徴がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の無電極放電ランプの実施
態様の一例を図面にしたがって説明すると、図１に示す
ように、放電管１と複数個のコイル２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、
ｅと１対の導体３ａ、ｂと１個のコンデンサ４と１対の
給電点５ａ、ｂとによって無電極放電ランプ６を構成す
るが、コイル２の数は目的に応じて適宜選択すればよ
い。

【００１９】図１では、１個のコンデンサ４をコイル２
ａに並列に接続して、１対の給電点５ａ、ｂをコイル２
ａの近傍に設定しているが、図２に示すように、１個の
コンデンサ４をコイル２ｅに並列に接続してもよく、そ
の他、１個のコンデンサ４を複数個のコイル２ａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅのうち、何れのｌ個のコイルに接続してもよ
い。

【００２０】図３では複数個のコイル２ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ全部に、コンデンサ４ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを接続
しており、図４では両端のコイル２ａおよび２ｅにコン
デンサ４ａおよび４ｅが接続されており、図５では両端
のコイル２ａおよび２ｅにコンデンサ４ａおよび４ｅを
接続し、１対の給電点５ａ、ｂは複数個のコイル２ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、ｅの中央部に設定しているが、複数個のコ
イル２と１個または複数個のコンデンサ４との組み合わ
せおよび１対の導線３上の１対の給電点５の位置は任意
にしてよい。

【００２１】前述した図１〜５のいずれの場合にも、１
対の給電点５ａ、ｂにおいて高周波電力の周波数に共振
しているため、高周波電力を給電するリード線（図示し
ていない）のインダクタンスと前記複数個のコイル２
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの等価インダクタンスとの直列接続
で分割逓減されて放電管１に給電されることはないの
で、無電極放電ランプ６の放電管１ヘ高周波電力を高効
率に給電する。

【００２２】図１と２の場合においては、１対の導体３
ａ、ｂが長いと、複数個のコイル２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ
の個々が１個のコンデンサ４と接続される長さが順次長
くなり、１対の導体３ａ、ｂのインダクタンスが直列に
挿入されて高周波電力を分割逓減する量が順次多くなる
ために、損失が順次漸増して、放電が順次暗くなること
も起こり得る。

【００２３】前述したようなことが想定される場合に
は、図３や４に示すように、複数個のコイル２ａｂ、
ｃ、ｄ、ｅの両端部、あるいは何れか複数部に、並列に
複数個のコンデンサ４ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの何れかを接
続して、個別に共振回路を構成することによって、高周
波電力が１対の導体３ａ、ｂのインダクタンスと複数個
のコイル２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの何れかのコイルのイン
ダクタンスとの直列接続で分割逓減されて放電管１に給
電されることを阻止して、無電極放電ランプの放電管１
ヘ高周波電力を一段と高効率に給電でき、特に、図４の
場合にはコンデンサ４の数が少なくて済み実用的であ
る。

【００２４】図１〜４の場合は、無電極放電ランプの放
電管１の端部に１対の給電点５ａ、ｂを具備するが、図
５に示すように、１対の給電点５ａ、ｂを放電管１の中
央部から給電してもかまわないし、また、図１〜５の場
合において、１個または複数個のコンデンサ４ａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅの何れかには、可変容量コンデンサ、または
可変容量コンデンサと固定容量コンデンサとの組み合わ
せを用いることによって、無電極放電ランプの放電管１
の１対の給電点５ａ、５ｂにおける共振の状態を最適に
調整してもよい。

【００２５】本発明の無電極放電ランプ装置の実施態様
の一例を図６にしたがって説明すると、無電極放電ラン
プ６の１対の給電点５ａ、ｂと整合装置７は、出力端子
８ａ、ｂにおいて、リード線９ａ、ｂによって接続され
ており、整合装置７は入力同軸端子１０において高周波
電源装置１１と同軸ケーブル１２によって接続されてお
り、整合装置７により無電極放電ランプ６の１対の給電
点５ａ、ｂと高周波電源装置１１とのインピーダンス整
合をして、高周波電力が１対の給電点５ａ、ｂにおいて
反射しない、放電管ヘ高周波電力を一層高効率に給電す
る簡便な構成にする。

【００２６】図７は、本発明で使用する整合装置の実施
態様の一例であって、整合装置７の内部には、一端を入
力の同軸端子１０の中心端子に接続され、他端を出力端
子８ａに接続される整合コンデンサ１３と、一端を入力
同軸端子１０のア一ス端子に接続され、他端を出力端子
８ｂに接続される導線１４とを具備しており、導線１４
は整合装置７の金属ケースを利用してもよい。

【００２７】図８は、本発明で使用する整合装置の実施
態様の他の一例であって、整合コンデンサ１３と直列に
整合コイル１５を具備しており、整合装置７により１対
のリード線９ａ、ｂのインダクタンスを打ち消するとと
もに無電極放電ランプ６のｌ対の給電点５ａ、ｂのイン
ピーダンスと高周波電源装置１１の出力インピーダンス
との整合を簡単に調整する

【００２８】なお、前述した整合コンデンサ１３とし
て、可変容量コンデンサ、または可変容量コンデンサと
固定容量コンデンサとの組み合わせを用いてもよく、無
電極放電ランプ６の１対の給電点５ａ、ｂのインピーダ
ンスと高周波電源装置１１の出力インピーダンスとの整
合を最適に調整できる。

【００２９】また、図１〜５の無電極放電ランプ６の１
対の給電点５ａ、ｂにおいても高周波電力の周波数に共
振しており、かつ、整合装置７により、無電極放電ラン
プ６の１対の給電点５ａ、ｂのインピーダンスと高周波
電源装置１１の出力インピーダンスとの整合がなされて
いるのでリード線９ａ、ｂの長さを任意に設定すればよ
い。

【００３０】本発明の無電極放電ランプの一例である直
径６０ｍｍ長さ５００ｍｍの放電管１を用いて、コイル
２の並列個数を５個とした無電極放電ランプの高周波入
力電力に対する出力特性を示すと、図９のように紫外線
発光の回路効率は４６０Ｗの時に最高になり、この最高
値に対して、入力電力を２００Ｗに、または１１００Ｗ
にした時の回路効率は相対的に７１％になり、入力電力
１１００Ｗの時、共振回路の温度上昇は２００℃以下で
あり何ら危険性はなく、入力電力を増加していくと１１
００Ｗで紫外線出力は最大となり、これ以上の増加は無
意味である。

【００３１】従って、入力電力の上限は１１００Ｗであ
り、また、入力電力を２００Ｗより減少させていくと、
回路効率と紫外線出力は激減を始め、実用上好ましくな
く、入力電力の下限は２００Ｗであり、さらに、直径８
０ｍｍ、長さ６００ｍｍの放電管１を用いて、コイル３
の並列個数を６個とした無電極放電ランプは、高周渡入
力電力として最大１３００Ｗまで使用することができ
る。

【００３２】本発明の無電極放電ランプ６は、前述した
ように水銀を封入ガスの１構成要素とした放電管１と、
放電管１の外周に巻回された複数個のコイル２と、複数
個のコイル２を並列に接続する１対の導体３と、複数個
のコイル２の１個以上に並列に接続されたｌ個または複
数個のコンデンサ４とを具備するもので、１対の導体３
の任意の１対の給電点５へ高周波電力を給電して点灯
し、１対の給電点において高周波電力の周波数に共振さ
せることに特徴がある。

【００３３】すなわち、リード線９を経由して１対の給
電点５に給電されている高周波電力は、リード線９のイ
ンダクタンスと複数個のコイル２の等価インダクタンス
との直列接続で分割逓減して放電管１に給電されること
はないので、放電管１ヘ高周波電力を高効率に給電でき
る。

【００３４】しかし、複数個のコイル２の個数を多く設
定すると、１対の導体３の寸法を長くせざるを得なくな
ることもあるので、このような場合、必要に応じて、複
数個のコイル２の両端部、あるいは何れか複数部に、並
列に複数個のコンデンサ４を具備して、個別に共振回路
を構成すればよい。

【００３５】１対の導体３のインダクタンスが、複数個
のコイル２に直列に接続する影響を無くすかあるいは低
減でき、高周波電力は１対の導体３のインダクタンスと
複数個のコイル２の何れかのコイル２のインダクタンス
との直列接続で分割逓減して放電管１に給電されること
はないので、放電管１ヘ高周波電力を高効率に給電でき
る。

【００３６】なお、１個または複数個のコンデンサ４の
何れかとして、可変容量コンデンサ、または可変容量コ
ンデンサと固定容量コンデンサとの組み合わせを用いて
もよく、これによって無電極放電ランプ６のｌ対の給電
点５において共振の状態を最適に調整してもよい。

【００３７】また、本発明は、前述した無電極放電ラン
プ６の高周波電力の周波数を１３ＭＨｚ以上１４ＭＨｚ
未満とし、電力を複数個のコイル４の数に４０を乗じた
数値以上で、かつ、２２０を乗じた数値以下の値にする
ことに特徴がある。

【００３８】さらに、本発明は、無電極放電ランプ装置
に関するもので、無電極放電ランプ６と、無電極放電ラ
ンプ６の１対の給電点５に出力端を接続された整合装置
７と、整合装置７の入力端に出力端を接続した高周波電
源装置１１とを具備することに特徴があって、整合装置
７により、無電極放電ランプ６の１対の給電点５のイン
ピーダンスと高周波電源装置の出力インピーダンスとの
インピーダンス整合をするものであって、このような構
成により、高周波電源装置の出力端より出た高周波電力
を１対の給電点５で反射させることなく、無電極放電ラ
ンプ６に給電して、一層の高効率を得るものである。

【００３９】さらに、本発明は、無電極放電ランプ装置
に関するものであり、入力端と出力端の間に、整合コン
デンサ１３または整合コンデンサ１３と整合コイル１５
の直列接続を具備することに特徴があり、整合装置７の
出力端から無電極放電ランプ６の１対の給電点５へ接続
されるリード線９のインダクタンスは、整合コンデンサ
１３に対して直列に挿入され、打ち消されるとととも
に、無電極放電ランプ６の１対の給電点５のインピーダ
ンスと高周波電源装置１１の出力インピーダンスとのイ
ンピーダンス整合をして、放電管１ヘの高周波電力の給
電を一層の高効率を保ちながら簡便な構成にするもので
ある。

【００４０】なお、無電極放電ランプ装置の整合コンデ
ンサ１３としては、可変容量コンデンサ、または可変容
量コンデンサと固定容量コンデンサの組み合わせを用い
ることによって、無電極放電ランプ６の１対の給電点５
のインピーダンスと高周波電源装置の出力インピーダン
スとの整合を最適に調整してもよい。

【００４１】また、無電極放電ランプ装置は、無電極放
電ランプ６の前記１対の給電点５において高周波電力の
周波数に共振しており、かつ、無電極放電ランプ６の１
対の給電点５のインピーダンスと高周波電源装置の出力
インピーダンスとのインピーダンス整合がなされている
ので、整合装置７の出力端から無電梅放電ランプ６の１
対の給電点５へ接続されるリード線９の長さを任意にで
きる。

【００４２】さらに、本発明は無電極放電ランプ装置の
周波数を１３ＭＨｚ以上１４ＭＨｚ未満、電力を前記複
数個のコイル２の数に４０を乗じた数値以上で、かつ、
２２０を乗じた数値以下の値である高周波電力で無電極
放電ランプ６へ給電することに特徴があって、水銀を封
入した放電管１の紫外線出力は、放電管１へ給電される
電力密度が大きくなるととともに増加の割合が減少して
いき、ある電力密度を越えるとかえって減少するように
なる。

【００４３】本発明の無電極ランプでは、最大１Ｗ／１
ｃｍ^３の電力密度まで給電することができ、この時、無
電極放電ランプ６の温度上昇を最高２００℃までに抑え
ればよく、また、本発明の無電極放電ランプ６へは２ｋ
Ｗまでの高周波電力を給電することができ、これによっ
て共振回路の損失電力を１２０Ｗ以下、すなわち、給電
される最大電力に対する比率を６％以下に抑えることが
できる。

【００４４】周知のように、共振回路の損失電力（Ｐl
で表示する）は、共振回路固有の値である無負荷時のＱ
（無負荷Ｑと称し、Ｑuで表示する）と、負荷が接続さ
れた時すなわち放電動作時のＱ（負荷Ｑと称し、Ｑlで
表示する）と、放電へ給電する電力すなわち共緩回路へ
の入力電力（Ｐinで表示する）とにより、次式で表され
る。Ｐl＝（Ｑl／Ｑu）Ｐin 本発明の無電極放電ランプは、前述のように、前記１対
の給電点において共振していて、この共振回路では、無
負荷Ｑとして１００以上を容易に得ることができたの
で、損失電力を６％以下に抑えるためには負荷Ｑを６以
下に設定した。

【００４５】図１０の回路において、Ｃ₀は共振コンデ
ンサＬ₀は放電管に巻回された１次コイルのインダクタ
ンスであり、Ｒ₀は共振回路の固有の抵抗でωＬ₀／Ｑu
で定義され、Ｍは共振コイルと２次コイルの相互インダ
クタンスで結含係数ｋを用いてＭ²＝ｋ²Ｌ₀Ｌ₂で表さ
れ、放電は等価的に１次コイルに結合された１回巻のイ
ンダクタンスＬ₂である２次コイルと、この２次コイル
に接続された抵抗Ｒ₁である負荷抵抗で表される。

【００４６】図１０の回路は、その他に共振コンデンサ
Ｃ₀と、等価インダクタンスＬ_１と、等価抵抗Ｒ₁を用い
た図１１の回路に変換される。これにおいて負荷Ｑは次
式で表される。

【００４７】

【数１】

【００４８】ここで、１次コイルは、１対の導体３によ
り並列に接続された複数個のコイル２を等価的にｌ個の
コイルで表したものである。放電管１内の放電は等価的
に見て、複数個のコイル２と各々結合された複数個の１
回巻のコイルと、複数個の１回巻のコイルに各々接続さ
れた複数個の抵抗で表される。これらをさらに等価的に
見ると、１個の１回巻の２次コイルとそれに接続された
負荷抵抗とで表される。

【００４９】本発明では、測定によると、複数個の１回
巻のコイル相互間の結合を無視することができ、２次コ
イルは複数個の１回巻のコイルの全数並列接続と等価で
あり、。また、負荷抵抗は複数個の１回巻のコイルに各
々接続された複数個の抵抗の全数並列接続と等価であっ
た。

【００５０】複数個をｎ個とし、複数個の１回巻のコイ
ルのインダクタンスをＬ_2Oで表すと、２次コイルの等価
インダクタンスＬ₂は次式で表された。Ｌ₂ ＝Ｌ₂₀ ／ｎおよび、放電の半径をｒで表すと、Ｌ₂₀は次式で表され
た。ここでαとβを計算上の定数とした。Ｌ₂₀ ＝ α（ｒ／β）² また、放電の電界強度は前記入力電力によらず一定であ
ると見なして差し支えなく、これにより負荷抵抗の抵抗
値Ｒ₂は次式で表された。ここで、γを計算上の定数と
した。Ｒ₂ ＝ γ（ｒ²／Ｐin）

【００５１】以上の基礎的回路の計算式と測定値を用い
て数値計算をした結果を図１２に示すが、周波数は１
３．５６ＭＨｚとし、１３ＭＨｚ以上１４ＭＨｚ未満で
あれば適用でき、また、図１２の結果にランプの寸法、
および１次コイルのインダクタンスに対する依存性は現
れなかった。

【００５２】図１２の結果よりＱL≦６の範囲を満たす
コイル並列個数と入力電力との関係を図１３に示す。こ
れにより無電極放電装置のコイル並列個数ｎと入力電力
Ｐinの適正範囲は次式で表された。４０ｎ ≧ Ｐin ≦ ２２０ｎすなわち、コイルの並列個数に４０を乗じた数値以上
で、かつ、２２０を乗じた数値以下の入力電力が高効率
を得るための適正範囲であり、これは実際の動作とよく
一致し、無電極放電ランプに高周波電力を一層高効率に
給電することができた。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、無電極放電ランプは１
対の給電点において、高周波電力の周波数に共振してい
るので、給電のためにリード線を用いた場合、高周波電
力はリード線のインダクタンスと複数個のコイルの等価
インダクタンスとの直列接続で分割逓減されて放電管に
給電されることはないので、無電極放電ランプに高周波
電力を高効率に給電できる。

【００５４】また、本発明によると、必要に応じて、複
数個のコイルの両端部、あるいは何れか複数部に、並列
に複数個のコンデンサを具備して、個別に共振回路を構
成することができるので、１対の導体のインダクタンス
は複数個のコイルに直列に接続する影響を無くすかある
いは低減できて、高周波電力は１対の導体のインダクタ
ンスと複数個のコイルの何れかのコイルのインダクタン
スとの直列接続で分割逓減されて放電管に給電されるこ
とはないので、無電極放電ランプに高周波電力を一段と
高効率に給電できる。

【００５５】さらに、本発明によると、１個または複数
個のコンデンサの何れかに、可変容量コンデンサまたは
可変容量コンデンサと固定容量コンデンサとの組み合わ
せたものを用いた場合、無電極放電ランプの１対の給電
点において共振の状態を最適に調整することができるの
で、無電極放電ランプに高周波電力をより高効率に給電
できる。

【００５６】さらに、本発明によると、無電極放電ラン
プの１対の給電点と高周波電源装置との間に整合装置を
具備した場合、１対の給電点のインピーダンスと高周波
電源装置の出力インピーダンスとのインピーダンス整合
がなされることにより、高周波電源装置の出力端より出
た高周波電力は１対の給電点で反射されることなく、無
電極放電ランプへ給電されるので、無電極放電ランプに
高周波電力をより一層高効率に給電できる。

【００５７】さらに、本発明によると、整含装置とし
て、入力端と出力端の間に、整合コンデンサまたは整合
コンデンサと整合コイルの直列接続を具備する場合、整
合装置の出力端から無電極放電ランプの１対の給電点へ
接続されるリード線のインダクタンスは前記整合コンデ
ンサに対して、直列に挿入され、打ち消されるとととも
に、無電極放電ランプの１対の給電点のインピーダンス
と高周波電源装置の出力インピーダンスとのインピーダ
ンス整合がなされ、無電極放電ランプに高周波電力を最
も高効率に給電できるとともに、簡便な構成が得られ
る。

【００５８】さらに、本発明によると、無電極放電ラン
プの１対の給電点において高周波電力の周波数に共振し
ており、かつ、無電極放電ランプの１対の給電点のイン
ピーダンスと高周波電源装置の出力インピーダンスとの
インピ一ダンス整合がなされているので、整合装置の出
力端から無電極放電ランプの１対の給電点へ接続される
リード線の長さを任意に設定することができる。

【００５９】さらに、本発明によると、周波数を１３Ｍ
Ｈｚ以上１４ＭＨｚ未満であって、電力を複数個のコイ
ルの数に４０を乗じた数値以上で、かつ、２２０を乗じ
た数値以下の値である高周波電力を、無電極放電ランプ
ヘ給電することによって、無電極放電ランプを１対の給
電点において、高周波電力の周波数に対して最適の共振
状態において作動しえるので、無電極放電ランプに高周
波電力を最高に高効率に給電できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】放電管に巻回した複数個のコイルの一端に１個
のコンデンサを接続した状態を示す無電極放電ランプの
説明図である。

【図２】放電管に巻回した複数個のコイルの他端に１個
のコンデンサを接続した状態を示す無電極放電ランプの
説明図である。

【図３】放電管に巻回した複数個のコイルの各端に１個
のコンデンサを接続した状態を示す無電極放電ランプの
説明図である。

【図４】放電管に巻回した複数個のコイルの両端に１個
のコンデンサを接続した状態を示す無電極放電ランプの
説明図である。

【図５】放電管に巻回した複数個のコイルの両端に１個
のコンデンサを接続するとともに、１対の給電点を複数
個のコイルの中央部に設定した状態を示す無電極放電ラ
ンプの説明図である。

【図６】無電極放電ランプの１対の給電点と整合装置７
を出力端子においてリード線によって接続するととも
に、整合装置を入力同軸端子において高周波電源装置と
同軸ケーブルによって接続した状態を示す無電極放電ラ
ンプ装置の説明図である。

【図７】整合コンデンサを具備した状態を示す整合装置
の説明図である。

【図８】整合コンデンサと整合コイルとを具備した状態
を示す整合装置の説明図である。

【図９】無電極放電ランプの高周波入力電力に対する出
力特性を示すグラフである。

【図１０】共振コンデンサと共振回路の固有の抵抗と１
次コイルのインダクタンスと１次コイルに結合された１
回巻のインダクタンスと２次コイルに接続された抵抗を
用いた共振回路の説明図である。。

【図１１】共振コンデンサと共振回路の固有の抵抗と等
価インダクタンスと等価抵抗を用いた共振回路の説明図
である。

【図１２】高周波入力電力に対する負荷を示すグラフで
ある。

【図１３】ＱL≦６の範囲を満たすコイル並列個数と入
力電力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１放電管２コイル３１対の導体４コンデンサ５１対の給電点６無電極放電ランプ７整合装置８出力端子９リード線１０入力同軸端子１１高周波電源装置１２同軸ケーブル１３整合コンデンサ１４導線１５整合コイル

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月１３日（１９９９．７．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】１対の導体３のインダクタンスが、複数個
のコイル２に直列に接続する影響を無くすかあるいは低
減でき、高周波電力は１対の導体３のインダクタンスと
複数個のコイル２の何れかのコイル２のインダクタンス
との直列接続で分割逓減して放電管１に給電されること
はないので、放電管１ヘ高周波電力を高効率に給電でき
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】しかし、複数個のコイル２の個数を多く設
定すると、１対の導体３の寸法を長くせざるを得なくな
ることもあるので、このような場合、必要に応じて、複
数個のコイル２の両端部、あるいは何れか複数部に、並
列に複数個のコンデンサ４を具備して、個別に共振回路
を構成すればよい。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】さらに、本発明は、無電極放電ランプ装置
に関するもので、無電極放電ランプ６と、無電極放電ラ
ンプ６の１対の給電点５に出力端を接続された整合装置
７と、整合装置７の入力端に出力端を接続した高周波電
源装置１１とを具備することに特徴があって、整合装置
７により、無電極放電ランプ６の１対の給電点５のイン
ピーダンスと高周波電源装置の出力インピーダンスとの
インピーダンス整合をするものであって、このような構
成により、高周波電源装置１１の出力端より出た高周波
電力を１対の給電点５で反射させることなく、無電極放
電ランプ６に給電して、一層の高効率を得るものであ
る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】さらに、本発明は、無電極放電ランプ装置
に関するものであり、整合装置７の入力端と出力端の間
に、整合コンデンサ１３または整合コンデンサ１３と整
合コイル１５の直列接続を具備することに特徴があり、
整合装置７の出力端から無電極放電ランプ６の１対の給
電点５へ接続されるリード線９のインダクタンスは、整
合コンデンサ１３に対して直列に挿入され、打ち消され
るととともに、無電極放電ランプ６の１対の給電点５の
インピーダンスと高周波電源装置１１の出力インピーダ
ンスとのインピーダンス整合をして、放電管１ヘの高周
波電力の給電を一層の高効率を保ちながら簡便な構成に
するものである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】なお、無電極放電ランプ装置の整合コンデ
ンサ１３としては、可変容量コンデンサ、または可変容
量コンデンサと固定容量コンデンサの組み合わせを用い
ることによって、無電極放電ランプ６の１対の給電点５
のインピーダンスと高周波電源装置１１の出力インピー
ダンスとの整合を最適に調整してもよい。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】また、無電極放電ランプ装置は、無電極放
電ランプ６の前記１対の給電点５において高周波電力の
周波数に共振しており、かつ、無電極放電ランプ６の１
対の給電点５のインピーダンスと高周波電源装置１１の
出力インピーダンスとのインピーダンス整合がなされて
いるので、整合装置７の出力端から無電梅放電ランプ６
の１対の給電点５へ接続されるリード線９の長さを任意
にできる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】本発明の無電極ランプでは、最大１Ｗ／１
ｃｍ^３の電力密度まで給電することができ、この時、無
電極放電ランプ６の温度上昇を最高２００℃までに抑え
ればよかった。また、本発明の無電極放電ランプ６へは
２ｋＷまでの高周波電力を給電することができ、このた
めに共振回路の損失電力を１２０Ｗ以下、すなわち、給
電される最大電力に対する比率を６％以下に抑えた。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】周知のように、共振回路の損失電力（ＰL
で表示する）は、共振回路固有の値である無負荷時のＱ
（無負荷Ｑと称し、ＱUで表示する）と、負荷が接続さ
れた時すなわち放電動作時のＱ（負荷Ｑと称し、ＱLで
表示する）と、放電へ給電する電力すなわち共緩回路へ
の入力電力（Ｐinで表示する）とにより、次式で表され
る。ＰL＝（ＱL／ＱU）Ｐin

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】図１０の回路において、Ｃ₀は共振コンデ
ンサＬ₀は放電管に巻回された１次コイルのインダクタ
ンスであり、Ｒ₀は共振回路の固有の抵抗でωＬ₀／ＱU
で定義され、Ｍは共振コイルと２次コイルの相互インダ
クタンスで結含係数ｋを用いてＭ²＝ｋ²Ｌ₀Ｌ₂で表さ
れ、放電は等価的に１次コイルに結合された１回巻のイ
ンダクタンスＬ₂である２次コイルと、この２次コイル
に接続された抵抗Ｒ ₂である負荷抵抗で表される。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】図１２の結果よりＱL≦６の範囲を満たす
コイル並列個数と入力電力との関係を図１３に示す。こ
れにより無電極放電装置のコイル並列個数ｎと入力電力
Ｐinの適正範囲は次式で表された。４０ｎ ≦ Ｐin ≦ ２２０ｎ

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１２】無電極放電ランプの高周波入力電力に対する
負荷Ｑを示すグラフである。

【図１３】ＱL≦６の範囲を満たすコイル並列個数と無
電極放電ランプの高周波入力電力との関係を示すグラフ
である。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水銀を封入ガスの１構成要素とした放電
管と、放電管の外周に巻回された複数個のコイルと、複
数個のコイルを並列に接続する１対の導体と、複数個の
コイルの１個以上に並列に接続した１個または複数個の
コンデンサとを具備し、ｌ対の導体の任意のｌ対の給電
点へ高周波電力を給電して点灯するについて、１対の給
電点において高周波電力の周波数に共振させることに特
徴がある無電極放電ランプ。
【請求項２】高周波電力の周波数を１３ＭＨｚ以上１
４ＭＨｚ未満とし、電力を複数個のコイルの数に４０を
乗じた数値以上で、かつ、２２０を乗じた数値以下の値
にすることに特徴がある請求項１記載の無電極放電ラン
プ
【請求項３】水銀を封入ガスの１構成要素とした放電
管と、放電管の外周に巻回された複数個のコイルと、複
数個のコイルを並列に接続する１対の導体と、複数個の
コイルの１個以上に並列に接続した１個または複数個の
コンデンサと、１対の導体の任意の１対の給電点に出力
端を接続した整合装置と、整合装置の入力端に出力端を
接続した高周波電源装置とを具備し、ｌ対の導体の任意
のｌ対の給電点へ高周波電力を給電して点灯するについ
て、１対の給電点において高周波電力の周波数に共振さ
せることに特徴がある無電極放電ランプ装置。
【請求項４】整含装置として、入力端と出力端の間
に、整合コンデンサまたは整合コンデンサと整合コイル
の直列接続を具備することに特徴がある請求項３記載の
無電極放電ランプ装置。
【請求項５】高周波電力の周波数を１３ＭＨｚ以上１
４ＭＨｚ未満とし、電力を複数個のコイルの数に４０を
乗じた数値以上で、かつ、２２０を乗じた数値以下の値
にすることに特徴がある請求項３または請求項４記載の
無電極放電ランプ装置。