JP2571794B2 - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、フィラメント電極を持たず、高周波電磁界
により低圧の放電ガスを誘導的に放電させたときに放射
される紫外線を蛍光体により可視光線に変換する形式の
無電極放電灯点灯装置に関するものである。

［背景技術］ 一般にこの種の無電極放電灯点灯装置は、第12図に示
すように、ネオン、アルゴン等の不活性ガスと水銀等の
励起ガスとを混合した低圧の放電ガスを封入するともに
内面に蛍光物質が塗布された透光正材料よりなるバルブ
１と、バルブ１に近接して配設された誘導コイル２と、
誘導コイル２に高周波電流を通電する高周波電源とを有
している。高周波電源は、高周波発振回路11の出力を電
力増幅回路12で増幅した後、整合回路13を通して誘導コ
イル２に給電する。こうして、バルブ１内の放電ガスに
高周波電磁界が作用して放電ガス中の気体原子を励起
し、高周波放電プラズマ電流がバルブ１内に環状に流れ
て紫外線および可視光が放射されるのであり、紫外線が
蛍光体層で可視光に変換されるのである。

第12図に示しているバルブ１は、平行に配設された一
対の直管の両端部をＵ形管で連結した形状の環状に形成
されており、複写機等の光源として用いることができ
る。ここでは、バルブ１の外周にバルブ１を含む面と平
行な面で誘導コイル２を巻回している。複写機に用いる
場合には、第13図に示すように、両直管部からの光線が
ガラス板21上に置かれた原稿22に照射され、その反射光
が両直管部の間を通るようにして用いられるのであり、
バルブ１から放射される光線が原稿22に集中するように
蛍光物質４は一部（中心角αの範囲）が取り除かれてい
る。すなわち、蛍光物質４の塗布されていないアパーチ
ャが形成されるのであり、このアパーチャを通して原稿
22に対して光線が照射されるのである。ところで、第13
図（ａ）に示すように、バルブ１と誘導コイル２とを露
出させていると、高周波電磁界の輻射による電波障害が
生じ、電波通信への悪影響や、近接した電子機器の誤動
作が生じることがある。このような輻射を防止するため
に、第13図（ｂ）に示すように、バルブ１と誘導コイル
２との周囲にシールドケース３を配設するのが一般的で
ある。

シールドケース３にはバルブ１からの放射光を外部に
取り出すための開口窓５が形成されており、また、軽量
化のために多数の透孔６が穿設されている。シールドケ
ース３はアルミニウム、鉄等の導電性材料により形成さ
れており、誘導コイル２に流れる高周波電流によりシー
ルドケース３に２次電流が誘起されることになる。２次
電流は最短経路を通るから、第14図に２点鎖線で示すよ
うに、開口窓５の周縁を通るのであり、比較的大きな２
次電流がシールドケース３で消費されることになる。そ
の結果、バルブ１内を流れる高周波放電プラズマ電流が
減少し、発光出力が低下することになるのであり、極端
な場合には放電状態を維持できなくなって発光出力が得
られなくなることがある。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、そ
の目的とするところは、シールドケースによる電力消費
を軽減してバルブに対して効率よく高周波電磁界を作用
させることができるようにし、もって、供給電力に対す
る発光効率を高めた無電極放電灯点灯装置を提供するこ
とにある。

［発明の開示］ （構成） 本発明に係る無電極放電灯点灯装置は、放電ガスが封
入されたバルブと、バルブの近傍に配設され高周波電流
が通電されてバルブ内の放電ガスに高周波電磁界を作用
させる誘導コイルと、誘導コイルに高周波電流を通電す
る高周波電源と、バルブと誘導コイルとの周囲に配設さ
れ外部への高周波電磁界の漏洩を遮断するシールドケー
スとを具備し、上記高周波電磁界により放電ガスを放電
させることにより放射される光線を可視光線に変換する
蛍光物質がバルブの内周面に塗布され、シールドケース
にはバルブから放射される可視光線を透過させる開口窓
が形成され、開口窓の周縁の適所には開口窓に臨む切欠
部が形成されたことを基本とするものであり、開口窓の
周部に切欠部を形成することにより、誘導コイルを流れ
る高周波電流により誘起される２次電流が通る最短経路
を従来よりも長くしてシールドケースによる電力損失を
軽減し、発光効率を高めたものである。

（実施例１） 無電極放電灯点灯装置の基本構成は、第12図に示した
通りであって、環状に形成されたバルブ１の外周に誘導
コイル２が配設され、さらに、誘導コイル２を囲む形で
シールドケース３が配設され、誘導コイル２に高周波電
源から給電されるようにしたものである。バルブ１の中
には、数mm Torrの水銀蒸気と、数Torrの不活性ガスと
を混合した放電ガスが封入され、またバルブ１の内周面
には蛍光物質４が塗布されている。誘導コイル２はバル
ブ１に密着ないし近接して配設されており、誘導コイル
２には、数十kHz以上、望ましくは１〜100MHzの高周波
が通電される。この高周波は、高周波発振回路11の出力
を電力増幅回路12で増幅した後、整合回路13により誘導
コイル２を含む負荷に整合させて給電されるのである。
しかるに、バルブ１に封入された気体原子は高周波電磁
界の作用で励起されて高周波放電プラズマ電流がバルブ
１内に環状に流れるのであり、誘導的な放電により可視
光線と紫外線とを放射するのである。バルブ１は主紫外
線（蛍光体層でもっとも効率よく可視光線に変換される
紫外線）および可視光線を通過させやすいように、とく
に主紫外線に対して透明な材料、たとえば無鉄製ガラス
や石英ガラスにより形成されている。バルブ１内で発生
した紫外線は蛍光物質で適宜色（主として白色）の可視
光線に変換される。シールドケース３は、アルミニウム
や鉄等の導電性材料で形成され、バルブ１の直管部を略
全面に亘って覆うようになっており、第１図に示すよう
に、バルブ１の中央の孔に対応する部分に開口窓５が形
成されている。この開口窓５を通してバルブ１から放射
された可視光線が外部に取り出されるのである。シール
ドケース３の開口窓５の周部にはシールドケース３を軽
量化するために透孔６が多数形成されている。シールド
ケース３の開口窓５の開口周縁の適所には、開口窓５に
臨む複数個の切欠部７が形成されている。すなわち、切
欠部７の開口部は開口窓５に向かって開放されている。
切欠部７は、開口窓５の両端部、側縁の適所等に適宜個
数設けることができるのであり、開口窓５の側縁に形成
するときには、透孔６の間に規則的に形成すれば優れた
外観に仕上げることができる。また、シールドケース３
は、内部にバルブ１や誘導コイル２を納装するために、
分割可能となるように形成されている。

以上のように、開口窓５の周部に切欠部７を形成した
ことにより、シールドケース３に誘起される高周波電流
は、第１図に２点鎖線で示すように、比較的長い経路を
通ることになり、従来のように開口窓５の周縁の短い経
路を通らないから、２次電流の通る経路のインピーダン
スを大きくとることができるのであり、その結果、シー
ルドケース３による電力消費を減少させることができる
のである。また、第１図に２点鎖線で示している経路
は、誘導コイル２より発生する磁束が疎となる部位であ
るから、バルブ１や誘導コイル２に対するシールドケー
ス３の電磁的な結合度も小さくなり、これによっても２
次電流は小さくなる。

ところで、シールドケース３は電界と磁界とに対して
シールドを行なわなければならないのであり、電界に対
するシールドは、切欠部７の有無にかかわらずシールド
ケース３の接地という形で行なわれる。一方、磁界につ
いてみれば、誘導コイル２により誘起されてバルブ１内
に流れる高周波放電プラズマ電流は誘導コイル２に流れ
る電流とは逆位相でレベルが若干小さい程度であるか
ら、両電流により形成される磁界は互いに打ち消し合う
ことになり、外部に漏洩する磁界は小さいものとなって
いる。また、上述したように、シールドケース３には小
さいながらも２次電流が流れ、この２次電流は誘導コイ
ル２の電流とは逆位相であるから、２次電流により残り
の磁界も打ち消されることになる。とくに、切欠部７の
存在により、２次電流の経路がバルブ１の外側を囲むよ
うに形成されることになるから、磁界に打ち消す効果は
第14図に示した従来構成よりも高くなるのである。

以上のようにして、電磁界に対するシールド効果を十
分に高いものとしながら、２次電流の流れる経路を長く
することにより、インピーダンスを高めてシールドケー
ス３による電力消費を軽減しているから、供給電力に対
する発光効率が高くなるのである。

（実施例２） 実施例１では、開口窓５の形成されている面にのみ透
孔６を形成するようにし、また複数の透孔６に対して１
つの切欠部７の割合となっていたが、本実施例では第２
図に示すように、透孔６と切欠部７とを交互に設け、し
かも開口窓５を有する面とは隣合う面に跨がる形で透孔
６を形成するようにしている。このように構成すること
で、シールドケース３に誘起される２次電流は第２図
（ａ）に２点鎖線で示すように蛇行することになり、シ
ールドケース３での消費電力を一層小さくすることがで
きて発光効率が高まるのである。

（実施例３） 本実施例では、第３図に示すように、シールドケース
３の上下両面（第３図（ｂ）中の上下に一致する）の透
孔６をシールドケース３の側面を通して連続させた形状
としており、また切欠部７を側面に跨がらせている。こ
の構成により実施例２の場合に比較して２次電流の経路
を一層大きく蛇行させることができるのであり、さらに
発光効率を高めることができるのである。

（実施例４） 本実施例は、第４図に示すように、シールドケース３
をドーナツ状に形成したものであり、第５図（ａ）のよ
うな円環状のバルブ１や、第５図（ｂ）のような球状の
バルブ１に対応するようにしたものである。形状の相異
はあるが、基本的には実施例１のシールドケース３と同
等のものである。

（実施例５） ところで、放電灯がもっとも効率よく発光する温度
は、通常は、使用環境の温度よりも高いものである。放
電灯を点灯させれば自己発熱でランプ温度が次第に上昇
するから、放電灯の光量の立ち上がり速度が遅くてもよ
い場合には、特に予熱は必要ではないが、光量を速く立
ち上がらせるには、放電灯の予熱が必要になる。

放電灯の予熱を行なうに際して従来は、第11図に示す
ように、バルブ１にヒータ15を密着配置し、このヒータ
15をスイッチSWを介して電源Ｅに接続し、放電灯の点灯
前にスイッチSWを投入してバルブ１を予熱するようにし
たものがある。しかしながら、この方法で予熱を行なう
と、ヒータ15の装着に技術を要し、また、放電灯の点灯
用以外に予熱用の電源Ｅが必要であるから全体として大
型化するという問題が生じる。

そこで、本実施例では、第６図および第７図に示すよ
うに、各切欠部７の開口を橋絡する形で電気的に接続さ
れた正特性サーミスタ（PCT）よりなる感熱素子８を配
設している。すなわち、低温磁には感熱素子８の抵抗値
は小さく、高温になるほど抵抗値が大きくなるのであ
る。したがって、誘導コイル２の誘導でシールドケース
３の開口窓５の周縁を環状に流れる渦電流は、低温時に
は大部分が感熱素子８を通って流れるが、高温になるほ
ど切欠部７の周縁に迂回して流れるようになるのであ
り、２次電流の電流量は低温時ほど大きいことになる。

ここで、誘導コイル２に印加される高周波に対するバ
ルブ１とシールドケース３とのインピーダンスについて
考えると、第８図に示すような等価回路を考えることが
できる。すなわち、バルブ１のインピーダンスをZ₁、シ
ールドケース３のインピーダンスをZ₂とし、Z₁≪Z₂であ
れば、供給電力の大部分がバルブ１内での発光に寄与す
ることになり、逆にZ₁≫Z₂であれば、供給電力の大部分
はシールドケース３で消費されることになる。シールド
ケース３の温度が低い状態では、感熱素子８の抵抗値が
小さいものであるから、シールドケース３に誘起される
２次電流は、第９図に破線で示す経路を通ることにな
り、このときのシールドケース３のインピーダンスZ₂が
バルブ１のインピーダンスZ₁よりも十分に小さくなるよ
うに設定しておけば、シールドケース３は誘導コイル２
の周囲の電磁界で誘導的に加熱されることになって、シ
ールドケース３の温度が上昇する。したがって、シール
ドケース３の内側に配設されたバルブ１も加熱されて予
熱が行なわれることになるのである。一方、シールドケ
ース３が所定温度に達すると、感熱素子８の抵抗値が大
きくなり、第10図に破線で示すように、２次電流の流れ
る経路は切欠部７の周囲を通る迂回した経路となり、低
温時よりも経路が長くなる。すなわち、実施例１と同様
に２次電流の流れる経路のインピーダンスが増大するの
であり、切欠部７の寸法を適宜調節してこのときのシー
ルドケース３のインピーダンスがバルブ１のインピーダ
ンスよりも十分に大きくなるように設定しておけば、供
給電力の大部分はバルブ１に供給されることになり、バ
ルブ１の発光を阻害することはないのである。バルブ１
の発光が開始されると、発光時の損失によりシールドケ
ース３はつねに加熱されることになるから、感熱素子８
は高抵抗の状態に保たれる。以上のようにして別途ヒー
タを用いることなく、バルブ１の予熱を行なうことがで
きるのであり、別に電源を設けたりする必要がなく、構
成が簡単になる利点を有するのである。

ここに、感熱素子８として正特性サーミスタを用いて
いるが、バイメタル等を用いた温度スイッチで代用する
こともできる。

［発明の効果］ 本発明の特定発明は、放電ガスが封入されたバルブ
と、バルブの近傍に配設され高周波電流が通電されてバ
ルブ内の放電ガスに高周波電磁界を作用させる誘導コイ
ルと、誘導コイルに高周波電流を通電する高周波電源
と、バルブと誘導コイルとの周囲に配設され外部への高
周波電磁界の漏洩を遮断するシールドケースとを具備
し、上記高周波電磁界により放電ガスを放電させること
により放射される光線を可視光線に変換する蛍光物質が
バルブの内周面に塗布され、シールドケースにはバルブ
から放射される可視光線を透過させる開口窓が形成さ
れ、開口窓の周縁の適所には開口窓に臨む切欠部が形成
されて成るものであり、開口窓の周部に切欠部を形成す
るので、誘導コイルを流れる高周波電流により誘起され
る２次電流が通る最短経路は切欠部を迂回する経路とな
って、従来よりもその経路長が長くなり、その結果、２
次電流が通る経路のインピーダンスが増大してシールド
ケースによる電力損失が軽減されるという利点を有す
る。すなわち、供給電力のうちシールドケースで消費さ
れる電力が減少し、発光効率が高くなるという利点を有
する。また、併合発明では、切欠部にその開口部間を橋
絡する形で感熱素子が電気的に接続され、感熱素子は、
バルブの温度が発光可能な温度よりも低いときには切欠
部の開口部間を電気的に接続し、バルブが発光可能な温
度に達すると切欠部の開口部間を切り放すものであるか
ら、バルブの温度が低いときにはシールドケースに電力
を消費させてシールドケースを加熱することによりバル
ブの予熱を行ない、バルブが点灯した後は特定発明と同
様にシールドケースでの電力消費が少なくなるようにす
ることができるのであり、別途予熱手段を設ける必要が
ないという利点を有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１に用いるシールドケースを示
す平面図、第２図（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の実施
例２に用いるシールドケースを示す平面図と側面図、第
３図（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例３に用いる
シールドケースを示す平面図と側面図、第４図は本発明
の実施例４に用いるシールドケースを示す平面図、第５
図（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上に用いるバルブの形状例
を示す斜視図、第６図は本発明の実施例５を示す概略構
成図、第７図は同上の要部斜視図、第８図は同上の等価
回路を示す回路図、第９図および第10図は同上の動作説
明図、第11図は本発明の実施例５に対応する従来例を示
す概略構成図、第12図は本発明に係る無電極放電灯点灯
装置を示す概略構成図、第13図（ａ）（ｂ）はそれぞれ
同上の使用例を示す断面図、第14図は従来例を示す平面
図である。 １はバルブ、２は誘導コイル、３はシールドケース、４
は蛍光物質、５は開口窓、６は透孔、７は切欠窓、８は
感熱素子である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電ガスが封入されたバルブと、バルブの
   近傍に配設され高周波電流が通電されてバルブ内の放電
   ガスに高周波電磁界を作用させる誘導コイルと、誘導コ
   イルに高周波電流を通電する高周波電源と、バルブと誘
   導コイルとの周囲に配設され外部への高周波電磁界の漏
   洩を遮断するシールドケースとを具備し、上記高周波電
   磁界により放電ガスを放電させることにより放射される
   光線を可視光線に変換する蛍光物質がバルブの内周面に
   塗布され、シールドケースにはバルブから放射される可
   視光線を透過させる開口窓が形成され、開口窓の周縁の
   適所には開口窓に臨む切欠部が形成されて成ることを特
   徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】放電ガスが封入されたバルブと、バルブの
   近傍に配設され高周波電流が通電されてバルブ内の放電
   ガスに高周波電磁界を作用させる誘導コイルと、誘導コ
   イルに高周波電流を通電する高周波電源と、バルブと誘
   導コイルとの周囲に配設され外部への高周波電磁界の漏
   洩を遮断するシールドケースとを具備し、上記高周波電
   磁界により放電ガスを放電させることにより放射される
   光線を可視光線に変換する蛍光物質がバルブの内周面に
   塗布され、シールドケースにはバルブから放射される可
   視光線を透過させる開口窓が形成され、開口窓の周縁の
   適所には開口窓に臨む切欠部が形成され、切欠部にはそ
   の開口部間を橋絡する形で感熱素子が電気的に接続さ
   れ、感熱素子は、バルブの温度が発光可能な温度よりも
   低いときには切欠部の開口部間を電気的に接続し、バル
   ブが発光可能な温度に達すると切欠部の開口部間を切り
   放すことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】感熱素子は、正特性サーミスタであること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の無電極放電灯
   点灯装置。