JP2731651B2 - 無電極放電灯 - Google Patents

無電極放電灯

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JP2731651B2
JP2731651B2 JP426792A JP426792A JP2731651B2 JP 2731651 B2 JP2731651 B2 JP 2731651B2 JP 426792 A JP426792 A JP 426792A JP 426792 A JP426792 A JP 426792A JP 2731651 B2 JP2731651 B2 JP 2731651B2
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幹 小谷
成伍 和田
淳典 岡田
信 請川
真吾 東坂
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Matsushita Electric Works Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バルブの内部に電極を
持たず、バルブ内に封入された放電ガスにバルブの外部
から高周波電磁界を作用させ、バルブ内に環状放電を生
じさせることによって、放電ガスを励起発光させるよう
にした無電極放電灯に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、バルブ内に封入した放電ガス
に高周波電磁界を作用させ、バルブ内に環状放電を生じ
させることによって、放電ガスを励起発光させるように
した無電極放電ランプが知られている。この種の無電極
放電ランプは、小型、高出力、長寿命などの特長を有し
ているものであるから、各所で研究開発され、高出力点
光源などとして種々の利用が考えられている。
【0003】無電極放電ランプとしては、図5に示すよ
うに、誘導コイル2を囲む形の電球形のバルブ1を備
え、誘導コイル2に対して高周波電流を通電し、バルブ
1の中に封入された放電ガスに高周波電磁界を作用させ
ることによって、放電ガスを励起し発光させるものがあ
る(特開昭57−78766号公報)。放電ガスとして
は、水銀蒸気を含むものが用いられ、水銀蒸気の励起に
よって発光するようになっている。
【0004】ところで、誘導コイル2として用いられて
いる空心コイルの周囲に形成される磁界は誘導コイル2
の内側でもっとも強くなるが、上記構成では誘導コイル
2の内側の高周波磁界を放電ガスに作用させていないも
のであるから、効率が低いという問題がある。これに対
して、図6に示すように、石英ガラス等により形成され
た球状のバルブ1と、バルブ1の外周に巻線を巻回した
誘導コイル2とを備え、誘導コイル2の内側の高周波磁
界を放電ガスに作用させるようにした無電極放電ランプ
が考えられている。この構成では、誘導コイル2の内側
で放電ガスに高周波磁界を作用させているから、図5の
構成に比較すれば効率が高くなるのである。
【0005】これらの無電極放電ランプの放電ガスに
は、水銀蒸気等の発光物質と希ガスとの混合気体が一般
に用いられている。水銀を含む放電ガスを用いると、初
期始動は比較的容易になるが、再始動は困難であるとい
う問題がある。また、温度の上昇に伴って水銀の蒸気圧
が指数関数的に変化するから、誘導コイル2に高周波電
流を通電するための高周波電源との整合がとりにくく、
整合がとれなくなると立ち消えなどが生じて安定に点灯
させることができないという問題が生じる。一方、放電
ガスに水銀が含まれていなければ整合はとりやすくなる
が、初期始動が困難になる。誘導コイルに高電圧を印加
すれば、強制的に始動させることは可能であるが、高電
圧を出力できる高周波電源が必要になり、点灯回路とし
ての高周波電源が大型化するという問題が生じる。すな
わち、無電極放電ランプと高周波電源とを含む無電極放
電灯が大型化することになる。
【0006】上述したような問題を解決するために、図
7に示すように、バルブ1の外周に誘導コイル2の巻線
を巻回して、高周波磁界を放電ガスに効率よく作用さ
せ、しかも、誘導コイル2の軸方向におけるバルブ1の
両側に、互いに対向する一対の始動補助電極3a,3b
を配置することによって、始動が比較的容易になるよう
にした無電極放電ランプが提案されている(米国特許第
4,489,589号)。この無電極放電ランプでは、
誘導コイル2への高周波電流の通電に先立って、両始動
補助電極3a,3bの間に高周波電圧を印加することに
よって予備放電が生じるようにし、予備放電が生じた状
態で誘導コイル2に高周波電流を通電することによって
始動を容易にしようとするものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、誘導コイル
2に高周波電流を通電して点灯させると、高周波磁界に
よってバルブ1の中にリング状の誘導電界が生じ、この
誘導電界によって放電ガスが電離されて環状放電が生じ
る。誘導電界は高周波磁界に鎖交するから、点灯時には
誘導コイル2の巻線の巻回方向に沿うように放電路が形
成されることになる。一方、予備放電は始動補助電極3
a,3bの間で誘導電界に対して直交する方向に生じる
から、予備放電から環状放電に移行させるには放電の方
向を変えるエネルギが必要であり、比較的大きなエネル
ギを必要とするという問題がある。また、両始動補助電
極3a,3bの距離は誘導コイル2の軸方向におけるバ
ルブ1の両端間の距離によって規制されるから、始動補
助電極3a,3bの間の距離を小さくすることができ
ず、予備放電が生じるのに必要な電界強度を得ようとす
れば、始動補助電極3a,3bに印加する高周波電圧を
比較的高く設定することが必要になる。その結果、始動
補助電極3a,3bに高周波電圧を印加する高周波電源
の大型化につながるという問題も生じる。すなわち、一
対の始動補助電極3a,3bを設けても始動性が十分に
向上しないのである。
【0008】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、始動補助電極に対して大きな電力を供給する
必要がなく、始動性がよいとともに比較的小型に形成で
きる無電極放電灯を提供しようとするものである。
【0009】
【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、透光性材料よりなるバルブの
外周に巻線を巻回した誘導コイルに高周波電源より高周
波電流を通電し、誘導コイルの径方向における巻線の内
側に形成されている高周波電磁界をバルブ内に封入され
た放電ガスに作用させることによって放電ガスを励起発
光させる無電極放電灯において、誘導コイルの中心軸に
直交する平面とバルブの外壁面との交線上でバルブの外
壁面の略全周に亙って高周波電圧が印加される複数個の
始動補助電極を配列しているのである。
【0010】請求項2の発明は、同一形状の始動補助電
極を2個設けたことを特徴としている。
【0011】
【作用】請求項1の構成によれば、誘導コイルに高周波
電流を通電するとバルブ内の放電ガスに高周波磁界が作
用してバルブの中にリング状の誘導電界が生じ、この誘
導電界によって環状放電が生じて点灯状態になる。ここ
で、誘導コイルに高周波電流を通電するのに先立って始
動補助電極に高周波電圧を印加すると、バルブ内に始動
補助電極に沿うように予備放電が生じる。始動補助電極
は誘導コイルの中心軸に直交する平面とバルブの外壁面
との交線上に配列されているから、予備放電は誘導コイ
ルによる誘導電界に沿うように形成されることになり、
予備放電から環状放電への移行時に放電の向きを変える
必要がなく、始動時の供給エネルギを少なくすることが
できるのである。また、始動補助電極はバルブの外側面
に略全周に亙って配列されているものであって、隣接す
る始動補助電極間の距離は比較的小さくすることができ
るから、始動補助電極の間の電界強度を大きくすること
が可能であって、このことによって予備放電が生じやす
くなるのである。要するに、予備放電が生じやすく、か
つ、予備放電から環状放電への移行に要するエネルギが
少ないから始動性に優れているのであって、しかも、始
動時の供給エネルギが少ないから電源を小型化すること
が可能になり、全体としての小型化が可能になるのであ
る。
【0012】請求項2の構成は望ましい実施態様であ
る。
【0013】
【実施例】
(実施例1)図1に示すように、バルブ1は石英ガラス
等の透光性材料によって気密な円筒状に形成され、放電
ガスとして、たとえば100Torrのキセノンガスを封入
してある。バルブ1の外周には誘導コイル2の巻線がバ
ルブ1の中心軸と略同軸となるように巻回される。ここ
では、誘導コイル2は3ターン巻回されているが、ター
ン数はとくに限定されるものではなく1ターン以上巻回
されていればよい。バルブ1の外壁面には、誘導コイル
2の中心軸に直交する平面とバルブ1の外壁面との交線
である円環上において、2個の始動補助電極3a,3b
が密着して配置される。また、始動補助電極3a,3b
はバルブ1の軸方向においては誘導コイル2の幅内に設
けられる。各始動補助電極3a,3bは縦横の寸法比が
十分に大きな細長い短冊状に形成され、両始動補助電極
3a,3bの端部間に、たとえば5mmの隙間が形成さ
れるように配置される。この隙間は、始動補助電極3
a,3bの間に高周波電圧を印加したときに放電がバル
ブ1の外部で生じることがない程度の寸法に設定され
る。
【0014】誘導コイル2は、第1の高周波電源4から
高周波電流が通電されて高周波磁界を発生し、この高周
波磁界がバルブ1の内部の放電ガスに作用することによ
って環状放電を生じさせ、放電ガスを励起して発光させ
る。すなわち、高周波磁界によってバルブ1の中にはリ
ング状の誘導電界が生じるのであり、この誘導電界によ
りバルブ1の中に生じた放電プラズマがバルブ1の中で
回転する。第1の高周波電源4は、高周波を発生する高
周波発生器4aと、高周波発生器4aの出力を増幅する
増幅器4bと、増幅器4bと誘導コイル2との間に挿入
されインピーダンスを整合させるマッチング回路4cと
により構成される。
【0015】両始動補助電極3a,3bの間には、図2
に示すように、第2の高周波電源5から出力された高周
波電圧が印加され、バルブ1の中に予備放電を生じさせ
るようになっている。すなわち、始動補助電極3a,3
bの間に高周波電圧を印加して高周波電界を形成する
と、バルブ1の中で始動補助電極3a,3bの近傍の電
子がキセノン原子に衝突してキセノン原子を電離させる
のであって、このような現象が繰り返されることによっ
て放電を維持するのに十分な電子が供給されると、図3
に示すように、ストリーマが進展して始動補助電極3
a,3bに沿うような予備放電SPが生じるのである。
ここに、第2の高周波電源5は第1の高周波電源4と同
様にマッチング回路などを備えている。
【0016】上記構成の無電極放電灯を始動するには、
まず第2の高周波電源5によって始動補助電極3a,3
bに高周波電圧を印加する。このとき、両始動補助電極
3a,3bの間には高周波電界が生じて上述のように始
動補助電極3a,3bに沿うように予備放電SPが生じ
る。予備放電SPが生じた状態で、誘導コイル2に第1
の高周波電源4から通電すると、誘導コイル2に鎖交す
る高周波磁界が生じ、この高周波磁界に鎖交する誘導電
界が生じることになる。また、誘導コイル2によって生
じた高周波磁界は予備放電SPに鎖交する。すなわち、
誘導コイル2は予備放電SPと同じ向きに誘導電界を発
生させるから、予備放電SPから環状放電への移行に際
して放電の方向を変化させるのに必要なエネルギを大幅
に減少させることができるのである。こうして予備放電
SPから環状放電に移行すると、放電ガスの励起による
強い発光が生じて点灯状態になる。点灯状態に移行した
後には、始動補助電極3a,3bに高周波電圧を印加す
ることなく発光状態が維持される。
【0017】
【0018】ここに、放電ガスとしては、キセノンガス
に代えて、他の単一気体や混合気体を用いてもよく、ガ
ス圧も100Torrに限定されるものではない。また、バ
ルブ1は円筒状に限定されるものではなく、球状のほか
どのようなものでもよい。 (実施例2)本実施例は、図4に示すように、4個の始
動補助電極3a〜3dをバルブ1の外壁面に等間隔に設
けたものであって、各始動補助電極3a〜3dは、たと
えば12mm×2mmに形成され、各始動補助電極3a
〜3dの端部間の隙間は、たとえば6mmに設定され
る。互いに対向する始動補助電極3a,3c、3b,3
dはそれぞれ同極に接続され、隣合う補助電極3a〜3
dの間に高周波電界が生じるようになっている。
【0019】この構成によっても実施例1と同様に、始
動時に始動補助電極3a〜3dに高周波電圧を印加して
予備放電を生じさせた状態で、誘導コイル2に高周波電
流を通電して環状放電を生じさせるのであって、実施例
1と同様の始動性能を得ることができる。ここにおい
て、本実施例では、4個の始動補助電極3a〜3dを用
いたことによって、始動補助電極3a〜3dの間の隙間
が実施例1よりも2個多くなっている。したがって、始
動補助電極3a〜3dによって遮光される光束量が減少
し、結果的に光出力が増加することになる。他の構成お
よび動作は実施例1と同様である。なお、実施例1およ
び実施例2として始動補助電極を2個または4個設けた
例を示したが、始動補助電極の個数をさらに増やすこと
も可能である。
【0020】(実施例3)本実施例では、放電ガスとし
て、希ガスに金属や金属のハロゲン化物を混合したもの
を用いる。金属と金属のハロゲン化物は単体でもまた混
合物でもよい。たとえば、NaI−TlI−InIなど
を希ガスに混合する。このような物質を混合した放電ガ
スを用いると、環状放電が生じた直後は、希ガスの励起
発光が生じるのであって、希ガスがキセノンであれば白
色の光が生じることになる。その後、混合物質の蒸気圧
が上昇し、混合物質による発光色が生じるのである。以
上のようにして、初期状態から高い発光輝度を得ること
ができ、立ち上がりのよい高輝度な無電極放電灯が提供
できるのである。放電ガスの成分を除いて構成は実施例
1、実施例2と同じである。なお、放電ガスの成分とし
て希ガスに混合する物質は、効率や光色に応じて適宜設
定される。
【0021】
【発明の効果】本発明は上述のように、誘導コイルの中
心軸に直交する平面とバルブの外壁面との交線上に配列
した複数の始動補助電極を設けているから、予備放電は
誘導コイルによる誘導電界に沿うように形成されること
になり、予備放電から環状放電への移行時に放電の向き
を変える必要がなく、始動時の供給エネルギを少なくす
ることができるという効果がある。また、始動補助電極
はバルブの外側面に略全周に亙って配列されているもの
であって、隣接する始動補助電極間の距離は比較的小さ
くすることができるから、始動補助電極の間の電界強度
を大きくすることが可能であり、このことによって予備
放電が生じやすくなるという利点がある。その結果、予
備放電が生じやすく、かつ、予備放電から環状放電への
移行に要するエネルギが少ないから始動性に優れ、しか
も、始動時の供給エネルギが少ないから電源を小型化す
ることが可能になり、全体としての小型化が可能になる
という利点を有するのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の概略構成図である。
【図2】実施例1における誘導コイルを除いた要部の斜
視図である。
【図3】実施例1における予備放電の説明図である。
【図4】実施例2の概略構成図である。
【図5】従来の無電極放電ランプを示す断面図である。
【図6】無電極放電ランプの他の従来例を示す側面図で
ある。
【図7】無電極放電ランプのさらに他の従来例を示す側
面図である。
【符号の説明】
1 バルブ 2 誘導コイル 3a 始動補助電極 3b 始動補助電極 3c 始動補助電極 3d 始動補助電極 4 第1の高周波電源 5 第2の高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 請川 信 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 東坂 真吾 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−86049(JP,A) 特開 平2−119098(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透光性材料よりなるバルブの外周に巻線
    を巻回した誘導コイルに高周波電源より高周波電流を通
    電し、誘導コイルの径方向における巻線の内側に形成さ
    れている高周波電磁界をバルブ内に封入された放電ガス
    に作用させることによって放電ガスを励起発光させる無
    電極放電灯において、誘導コイルの中心軸に直交する平
    面とバルブの外壁面との交線上でバルブの外壁面の略全
    周に亙って高周波電圧が印加される複数個の始動補助電
    極を配列したことを特徴とする無電極放電灯。
  2. 【請求項2】 同一形状の始動補助電極を2個設けたこ
    とを特徴とする請求項1記載の無電極放電灯。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2781115B2 (ja) 1992-12-15 1998-07-30 松下電工株式会社 無電極放電灯

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2781115B2 (ja) 1992-12-15 1998-07-30 松下電工株式会社 無電極放電灯

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