【発明の詳細な説明】
圧電変成器の２次側を電極として具える放電灯発明の技術分野
本発明はガスを具える充填物を含み、作動中充填物によって発生する電磁放射
線の少なくとも１部分を透過し、ランプ電極を有してその間で作動中放電を維持
する耐ガス放電容器を内蔵する電磁放射線を発生する放電灯に関するものである
。
また、本発明は放電灯および安定化回路を具える照明装置にも関するものであ
る。発明の背景
この種放電灯の一例は、J.F．Waymouth著書、“放電灯”、M.I.T.プレス社
、ケンブリッジ、1971年に記載されている蛍光灯と称される低圧水銀蒸気放電灯
である。かかる蛍光灯では、充填物は希ガスのほかに水銀をも具え、耐ガス放電
容器の壁部を作動中放電灯に発生した紫外線を可視光に変換するルミネッセント
層で被覆するようにしている。ランプ電極は通常放電容器内に存在するとともに
放出材料で被覆された金属合金で形成される。かかる蛍光灯は高周波電流によっ
て高効率（lm/W）で作動し得ることを確かめた。かかる高周波電流はDC-ACコン
バータを具える安定化回路により供給電源によって供給される供給電圧から発生
する場合がしばしばある。蛍光灯を点弧し、且つ定常動作中放電を維持する必要
がある比較的高い電圧のため、DC-ACコンバータには変成器がしばしば装備され
ている。かかるDC-ACコンバータでは、ランプを変成器の２次側に結合する。か
かる変成器は誘導型変成器または圧電変成器とすることができる。圧電変成器を
設けたDC-ACコンバータには著しい利点がある。まず最初、圧電変成器は著しく
平坦で小型とすることができるため、安定化回路も平坦で小型とすることができ
、これは、例えば平坦なパネルディスプレイにバックライトとして用いるランプ
を作動させるために用いる場合には、極めて重要である。さらに圧電変成器は正
の電流−電圧関係を有するため、個別のバラストチョークを省略することができ
る。他の重要な利点は、圧電変成器の特性が、２次側に結合される負荷に強く依
存す
ることである。実際上、この強い依存性のため、比較的高い振幅(例えば、1-1.6
kV)を有する点弧電圧および圧電変成器の１次側に同一の信号を供給することに
より定常作動中放電を維持する十分に低いランプ電圧（例えば、ほぼ500-800V）
を発生させることができることを確かめた。これは、DC-ACコンバータがランプ
の点弧時に圧電変成器の１次側に存在する信号を変化させる迫加の回路を具える
必要がなく、従って、比較的簡単且つ廉価とし得ることを意味する。これらの利
点を有するにもかかわらず、かかる既知の放電灯およびこの既知の放電灯および
この放電灯を作動させるバラスト回路を具える照明装置は多くの構成素子を具え
る。発明の概要
本発明の目的は比較的少数の構成素子を具えるバラスト回路によって作動し得
る放電灯を提供せんとするにある。
本発明はガスを具える充填物を含み、作動中充填物によって発生する電磁放射
線の少なくとも１部分を透過し、ランプ電極を有してその間で作動中放電を維持
する耐ガス放電容器を内蔵する電磁放射線を発生する放電灯において、該放電灯
は圧電変成器を具え、前記ランプ電極の少なくとも１つが前記圧電変成器の２次
側を具えることを特徴とする。
本発明放電灯の圧電変成器は放電灯の作動中ランプ電極として機能するだけで
なく変成器およびバラストチョークとしても機能するため、本発明放電灯を作動
させるために用いるバラスト回路において、変成器およびバラストチョークをの
双方を省略することができる。これがため、ランプを作動させるバラスト回路は
比較的簡潔且つ廉価となり、従って、本発明放電灯およびランプを作動させるバ
ラスト回路の双方を具える照明装置に対しても同様のことが当てはまる。
本発明放電灯は、可視光を発生する通常の照明用途の放電灯とし得るとともに
紫外光または赤外光を発生させることもできる。
本発明放電灯の好適な例では、前記耐ガス放電容器は、希ガスを具えるととも
に可視光を透過する充填物を含むようにする。斯様にして好適な結果を得ること
ができる。
本発明放電灯の好適な例では、圧電変成器の２次側および放電容器の充填物を
互いに直接接触する。或は又、前記圧電変成器の２次側および前記耐ガス放電容
器の充填物間に存在し、且つ前記放電灯の内側である２次側の表面区域の少なく
とも１部分を被覆する導電材料のシートを設けることによって、圧電変成器の２
次側からの電子放出を増強することができる。
また、前記圧電変成器の２次側および前記耐ガス放電容器の充填物間に存在さ
せるとともに前記放電灯の内側である２次側の表面区域の少なくとも１部分を被
覆するエミッタ材料の層によって、電子放出を増強することもできる。
本発明放電灯の比較的簡単な例では、前記圧電変成器は、１つの１次側および
２つの２次側を具え、２次側の各々は前記放電灯の異なるランプ電極に含まれる
ようにする。本発明放電灯の比較的簡単な例では、ただ１つの圧電変成器を用い
ているため、放電灯を比較的容易に製造し得るとともに比較的廉価とすることが
できる。
或は又、前記放電灯の各ランプ電極が圧電変成器を具え、圧電変成器の各々分
離１次側各々分離２次側を具える例では、放電容器の形状をランプ電極の構成か
ら独立して選択することができる。
本発明放電灯の他の比較的簡単な例では、作動中、前記放電容器が、放電およ
び大地電位間の容量結合を形成するとともにこの容量結合を第２ランプ電極とし
て作用させるようにする。この比較的簡単な例はただ１つの２次側を有するただ
１つの圧電変成器を具える。従って製造が比較的容易で比較的廉価となる。
圧電変成器を製造するために用いられる材料のあるものは可視光を透過するた
め、本発明放電灯のランプ容器および圧電変成器を同一材料で形成することがで
きる。
かかる放電灯は比較的容易に製造することができる。
本発明放電灯において圧電変成器をローゼン型とする場合には、良好な結果を
得ることができる。
放電灯を低圧ガス放電灯とし、特に、低圧水銀蒸気放電灯とする場合には、本
発明を極めて好適とすることができる。
好適には、１次側に接触していない電極の２次側の外側表面の各部分を前記ラ
ンプ容器で囲むようにする。かかる放電灯の使用者は圧電変成器の２次側に不注
意に接触することはなく、従って比較的高い電圧に曝されることはない。
作動中に機械的振動のノードが生じる箇所で前記放電容器を前記圧電変成器に
取付けるのが好適である。これがため機械的振動による取付けの損傷を軽減する
ことができる。一般に、ノードの位置は動作周波数に依存する。図面の簡単な説明
図１-５は本発明放電灯の例を示す斜視図である。発明を実施するための最良の形態
図１において、DCVはガラスから形成されＡｒが充填された円筒形耐ガス放電
容器である。この放電容器DCVの一端は第１圧電変成器PT1の２次側SEC1に対して
真空密に封止する。放電容器DCVの他端は第２圧電変成器PT2の２次側SEC２に対
して真空密に封止する。PRIM1およびPRIM2はそれぞれ圧電変成器PT1およびPT2の
１次側である。両圧電変成器PT1およびPT2はローゼン型とするとともに方形パラ
レルパイプとして成型する。圧電変成器PT1の１次側PRIM1の２つの対向表面区域
は電極EL1およびEL1’で被覆する。本例ではこの電極を金属層で形成する。同様
に、圧電変成器PT2の１次側PIRM2の２つの対向表面区域は電極EL2およびEL2’で
被覆する。これら１次側PIRM1およびPIRM2は電極に対し垂直な同一方向に分極す
る。圧電変成器PT1およびPT2の２次側SEC1およびSEC２は双方とも１次側の分極
方向に垂直な同一方向に、且つ放電容器DCVの軸線に平行に分極する。放電容器D
CVと接触する２次側SEC1およびSEC２の外側表面はそれぞれ圧電変成器PT1および
PT2の２次側SEC1およびSEC２の第３電極EL1”およびEL2”として作用する。電極
EL1およびEL2は入力端子K1に接続するとともに電極EL1’およびEL2’を入力端子
K1に接続する。
図１に示す放電灯は次のように作動する。
入力端子K1およびK2が圧電変成器PT1およびPT2の共振周波数の１方に近い周波
数を有する入力電圧源に接続される場合には、圧電変成器の各々は入力電圧を第
３電極および同一圧電変成器の他の電極の各々間に存在し、周波数が等しく振幅
が充分に高い出力電圧に変換する。２つの２次側が同一方向に分極されているた
め、２つの第３電極EL1”およびEL2”間に存在する放電容器の電圧は圧電変成器
の出力電圧の和に等しくなる。放電灯がいまだ点弧されていない場合にはこの放
電灯は２つの第３電極間に存在する電圧の影響により点弧する。点弧後、圧
電変成器の各々の負荷が増大する。これがため、変成比が減少し、著しく低い作
動電圧が第３電極間に存在するようになる。入力電圧の周波数を適宜選択して点
弧電圧を充分に高くするとともに点弧後、好適な作動電圧を得るようにする。
図２aおよび図２bにおいて、図１に示す実施例の放電灯構成部分と同一の構成
部分には同一の符号を付して示す、図２ａに示す例はただ１つの圧電変成器を具
え、その２次側SEC1を円筒形ガラス放電容器DCVの１端に真空密に封止する。円
筒形ガラス放電容器の他方端を閉止する。圧電変成器はローゼン型とし、方形パ
ラレルパイプ形状とする。１次側PRIM1および２次側SEC1は図１の圧電変成器PT1
の場合と同様に分極する。電極EL1およびEL1’は図１の圧電変成器PT1の場合と
同様に配置する。放電容器DCVと直接接触する２次側SEC1の外側表面は圧電変成
器の第３電極EL1”として機能する。第3EL1およびEL1’は入力端子K1およびK2に
接続する。作動中入力端子K2は大地電位に保持する。
図２ａに示す例の作動は次の通りである。
入力端子K1およびK2を圧電変成器PT1およびPT2の共振周波数の１方に近い周波
数を有する入力電圧源に接続する場合には、第３電極EL1”と電極EL1およびEL1
’の各々との間に存在する圧電変成器によって出力電圧を発生する。電極EL1’
の電位が大地電位であるため、第３電極および大地電位間に存在する電圧も比較
的高くなる。放電容器のガラス壁は、放電容器の内側を大地電位にある外側およ
び周囲と容量的に結合する誘電体材料として機能する。換言すれば、放電容器の
壁部は第２電極として機能する。放電灯は、順次に点弧されて、第３電極EL1”
および大地電位間に存在する電圧によって作動する。
図２ｂに示す例は図２ａに示す例と殆ど同じである。その相違点は、圧電変成
器が第１半径を有する第１円筒形の形状である点である。圧電変成器の２次側SE
C1は第１の円筒形と同一の軸線を有し、第２半径が第１半径よりも小さい第２円
筒形の形状を有する。第２半径よりも大きい軸線からの距離にある第１円筒形の
部分は圧電変成器の１次側PRIM1を構成する。１次側の２つの対向表面には、金
属層より成り、入力端子K1およびK2に接続された電極EL1およびEL1’を装備する
。作動中、入力端子K1およびK2は大地電位に保持する。放電容器DCVと直接接触
する２次側SEC1の外側表面は第３電極EL1”として機能する。１次側
PRIM1は前記軸線に平行に分極する。また、２次側SEC1も前記軸線に平行に分極
する。放電容器DCVは圧電変成器の表面で１次側および２次側間の境界に沿って
圧電変成器に取付ける。圧電変成器の寸法を適宜設計するには、その動作周波数
を、圧電変成器の機械的振動のノードがかかる境界に位置するように、選定する
ことができる。放電容器の取付けをノードに沿って行う場合には、機械的振動に
よる取付けの損傷が生じる危険性が比較的小さくなる。
図２ｂに示す例の作動は図２ａに示す例の作動とほぼ同様であるので、その説
明は省略する。
図３に示す例は図１に示す例の場合とほぼ同様である。その相違点は放電容器
DCV円筒形でなく、方形パラレルパイプとして形成する点である。本例では１次
側と接触しない圧電変成器の２次側の外側表面の各部は放電容器によって囲むよ
うにする。従って、かかる放電灯のユーザは圧電変成器の２次側に不注意に接触
することはなく、これにより比較的高い電圧に曝されることはない。圧電変成器
の各々では、その１次側および２次側の双方を同一寸法の方形パラレルパイプ形
状とする。放電容器は圧電変成器の表面積の比較的僅かな部分と接触するだけで
ある。図２ｂに示す例の場合にはと同様に、放電容器は、作動中圧電変成器の機
械的振動のノードが存在する表面の一部に沿って圧電変成器に接触させるのが好
適である。図３の例において、これは、圧電変成器をλ/２モードで作動させる
場合に、１次側および２次側間の境界面にある圧電変成器の表面のラインに沿う
場合である。図２ｂの例における場合と同様に、放電容器の取付けをノードに沿
って行う場合には、機械的振動による取付けの損傷が生じる危険性が比較的小さ
くなる。
図３に示す例の作動は図１に示す例の作動と同様である。
図４ａおよび４ｂに示す例の各々はただ１つの圧電変成器を具える。この圧電
変成器には１つの１次側PRIMおよび２つの２次側SEC1およびSEC2を具える。放電
容器DCVの第１端を圧電変成器の２次側SEC1に対して真空密に封止するとともに
放電容器DCVの第２端を圧電変成器の２次側SEC2に対して真空密に封止する。圧
電変成器はローゼン型とするとともに方形パラレルパイプ形状とする。１次側PR
IMの２つの対向表面は電極ELおよびEL’で被覆する。これら電極は金属層で
形成する。１次側PRIMは電極ELおよびEL’に対して直交するように分極する。２
次側SEC1およびSEC2の双方は１次側の分極方向に対して垂直で同一方向に、且つ
放電容器DCVと接触し、圧電変成器の第３電極EL”およびEL'''として作用する２
次側SEC1およびSEC2の外側面に対して垂直な方向に分極される。電極ELおよびEL
’は入力端子K1およびK2にそれぞれ接続する。１つの変成器の双方に接触し得る
ようにするためには、図４ａに示す例の放電容器は丸め形状を有するとともに図
４ｂに示す放電容器はＵ字状を有する。
図４に示す例は次のように作動する。
入力端子K1およびK2は圧電変成器の共振周波数の一方に近い周波数を有する入
力電圧源に接続する場合には、入力電圧を第３電極EL”およびEL'''間に存在周
波数が同じで振幅が充分に高い出力電圧に変換される。放電灯がいまだ点弧して
いない場合には、お２つの第３電極間に存在する電圧の影響により点弧する。点
弧後、圧電変成器の負荷が増大し、これによりその変成比が減少し、点弧後充分
に低い電圧である作動電圧が第３電極間に存在するようになる。
図５に示す例は図１に示す例の場合とほぼ同じであるが、その第１の相違点は
、放電容器DCVが圧電変成器と同一材料で形成されている点である。その仕様可
能な材料は例えばランタンでドープされたジルコン酸チタン酸鉛、ニオブ酸リチ
ウムおよびタンタル酸リチウムである。第２の相違点は、放電容器DCVが円筒形
状でなく、両圧電変成器と同一の幅および高さの方形パラレルパイプ形状を有す
る点である。
図５に示す例の作動は図１に示す例の作動と同一である。
実際上、図１に示す本発明放電灯の実際例では、放電容器は内径が７mmで、長
さが200mmで、５トルの圧力でアルゴンが充填された円筒形ガラス管で形成する
。圧電変成器はブロック状予備分極圧電セラミック材料で形成する。この圧電セ
ラミック材料はジルコン酸チタン酸鉛（フィリップスPXE43）で形成する。この
ブロックは長さが24mm、高さが9mm、幅が9mmである。２次側には長さが12mmで幅
が9mmの導電性金属層の形態の電極を設ける。電極を振幅がほぼ200Vで周波数が7
0kHzの交流電圧源に接続する場合には、放電灯は点弧され、定常放電に維持され
るようになる。放電灯が消費する電力はほぼ8Wであった．
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フロントページの続き
(72)発明者 ダンネルト ホルスト
オランダ国 5656 アーアー アインドー
フェン プロフ ホルストラーン ６
(72)発明者 レーン クロース
オランダ国 5656 アーアー アインドー
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(72)発明者 オスマン マルティン
オランダ国 5656 アーアー アインドー
フェン プロフ ホルストラーン ６