JP3195628B2

JP3195628B2 - 無電極放電灯

Info

Publication number: JP3195628B2
Application number: JP32924491A
Authority: JP
Inventors: 信請川; 成伍和田; 淳典岡田; 真吾東坂; 幹小谷
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 2001-08-06
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JPH05166491A

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８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９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８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
１０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補助電極４ａ，４ｂ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，
８９４，５８９号、米国特許第４，９０２，９３７
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、両補助電極４ａ，４ｂの間
に高周波電圧を印加することによって予備放電が行われ
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
るのである。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、予備放電は補助電
極４ａ，４ｂの間で誘導電界に対して直交する方向に生
じ、両端が補助電極４ａ，４ｂによって拘束されている
ものであるから、予備放電から環状放電に移行させるた
めには、比較的大きなエネルギを必要とするという問題
がある。すなわち、一対の補助電極４ａ，４ｂを設けて
も始動はあまり容易にはならないという問題がある。

【０００８】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、始動が容易であって大型の高周波電源を必要
とせず、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】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、先行放電をバルブ内に生じさせる補助電極と、誘導
コイルの周囲の高周波磁界の作用により生じる環状放電
よりも放電路長が短い予備放電を生じさせる予備放電手
段とを設け、補助電極により生じる先行放電を予備放電
手段によって予備放電に移行させることができる程度に
予備放電手段に近接して補助電極を設けているのであ
る。

【００１０】請求項２の発明では、予備放電手段は誘導
コイルよりも径が小さく高周波電流が通電される予備放
電コイルであって、バルブには誘導コイルを巻装してい
る部位よりも径の小さい小径部が形成され、予備放電コ
イルはバルブの小径部においてバルブの外側空間に配設
されている。請求項３の発明では、補助電極が一極であ
り、高周波電圧の印加により一端部のみが拘束された先
行放電をバルブ内に生じさせることができるようにバル
ブの内部空間に静電的に結合している。

【００１１】

【作用】請求項１の構成によれば、誘導コイルの周囲の
高周波磁界により生じる環状放電よりも放電路長が短い
予備放電を生じさせる予備放電手段を設けているので、
誘導コイルによる環状放電が生じるのに先立って予備放
電を生じさせれば、誘導コイルによる環状放電の発生が
容易になるのである。ここに、予備放電の放電路長が環
状放電の放電路長よりも短くなるように予備放電手段を
構成しているので、予備放電手段による予備放電は誘導
コイルによる環状放電に比較して低電力で生じるのであ
って、始動性が向上するのである。さらに、先行放電を
バルブ内に生じさせる補助電極を設け、補助電極により
生じる先行放電を予備放電手段によって予備放電に移行
させることができる程度に予備放電手段に近接して補助
電極を設けているので、予備放電手段を設けずに先行放
電から誘導コイルでの環状放電に移行させる場合よりも
消費電力を少なくし、また予備放電手段を設けて補助電
極を設けていない場合よりも容易に始動することができ
る。

【００１２】請求項２の構成によれば、予備放電手段と
して高周波電流が通電される予備放電コイルを用いてい
るのであって、予備放電コイルは誘導コイルよりも小径
であり、かつ、予備放電コイルの巻線はバルブに設けた
小径部に巻回されているので、予備放電として誘導コイ
ルによる環状放電よりも径の小さい環状放電を生じさせ
ることができるのであって、この予備放電を発生させる
エネルギは比較的小さいから容易に始動することができ
るのである。

【００１３】請求項３の構成によれば、一端部のみが拘
束された先行放電を生じさせる一極の補助電極をバルブ
内の空間に静電的に結合しているので、先行放電は一端
部のみが拘束されて自由端である他端を容易に誘導する
ことができ、一対の補助電極を対向して配置して先行放
電の両端を拘束している場合に比較して、始動に要する
エネルギが小さくなるのである。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）図１に示すように、バルブ１は透光性材料
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。図２
に示すように、バルブ１の一方の底面の中央部には凹部
１ａが形成される。また、バルブ１の外周面には誘導コ
イル２の巻線が巻回される。ここでは、誘導コイル２は
４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。上
記凹部１ａの中には予備放電手段である予備放電コイル
３が収納される。誘導コイル２と予備放電コイル３とは
中心軸が平行または一致するように配置される。バルブ
１の外周面には凹所１ａの近傍で単極の補助電極４が密
着もしくは近接して配置され、バルブ１の内部空間に補
助電極４が静電的に結合できるようになっている。補助
電極４は、たとえば、金属箔によって一辺が５ｍｍの正
方形として形成される。

【００１５】誘導コイル２は、第１の高周波電源５ａ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の中の放電ガスが電離して環状放電が生じ
るのである。

【００１６】予備放電コイル３は、第２の高周波電源５
ｂから高周波電流が通電されて誘導コイル２と同様に周
囲に高周波磁界を発生させるのであって、誘導コイル２
と同様にして予備放電である環状放電を生じさせるよう
になっている。ここに、予備放電コイル３は誘導コイル
２よりも小径であって、予備放電として生じる環状放電
は誘導コイル２によって生じる環状放電よりも小径にな
る。したがって、第２の高周波電源５ｂから予備放電コ
イル３への供給エネルギは、第１の高周波電源５ａから
誘導コイル２への供給エネルギよりも小さくすることが
できる。すなわち、予備放電コイル３による環状放電
は、誘導コイル２による環状放電よりも容易に発生させ
ることができる。

【００１７】補助電極４は、接続線を介して第３の高周
波電源５ｃから高周波電圧が印加されており、補助電極
４の周囲に生じる高周波電界によって、バルブ１の中に
は先行放電が生じるようになっている。すなわち、補助
電極４の周囲に生じた高周波電界によって加速された電
子が、放電ガスの原子に衝突して電離させることによっ
て補助電極４からストリーマが進展し、補助電極４の近
傍で先行放電が生じるのである。この先行放電は、補助
電極４が単極であることから、一端は補助電極４に拘束
されるが他端は自由端となるのであり、比較的自由に移
動できるものである。

【００１８】第１の高周波電源５ａ、第２の高周波電源
５ｂ、第３の高周波電源５ｃは、高周波発振器からなる
高周波発生部、高周波出力を電力増幅する増幅部、イン
ピーダンスを整合させるマッチング部などを備えてい
る。また、第３の高周波電源５ｃは、補助電極４と大地
との間に高周波電圧を印加する。第３の高周波電源５ｃ
の出力部にはインダクタンスＬとコンデンサＣとからな
る並列共振回路が接続される。並列共振回路の共振周波
数ｆは、ｆ＝１／２π（ＬＣ）^1/2であって、コンデン
サＣの容量を小さくしインダクタンスＬを大きくするほ
ど、インダクタンスＬの両端電圧を大きくとることがで
きる。共振状態では理想的にはインダクタンスＬの両端
電圧は無限大になるが、実際には抵抗成分による損失が
あるから、第３の高周波電源５ｃの出力電圧はインダク
タンスＬの大きさによって決定される。

【００１９】上述のように構成された無電極放電灯を点
灯させるには、まず、補助電極４に第３の高周波電源５
ｃから高周波電圧を印加してひも状の先行放電を生じさ
せる。先行放電は補助電極４から次第に伸びる。このと
きに生じている先行放電は、一端が補助電極４に拘束さ
れているが他端は比較的自由であるから、自由に移動す
ることができる。そこで、先行放電が生じた状態で、予
備放電コイル３に第２の高周波電源５ｂから通電する
と、予備放電コイル３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。
この誘導電界は予備放電コイル３の巻線に沿うように形
成されるから、補助電極４によって発生した先行放電
は、予備放電コイル３により生じた誘導電界に沿うよう
に自由端が誘導され、ループ状の環状放電が生じること
になる。

【００２０】予備放電コイル３により生じる誘導電界
は、図３（予備放電コイル３の中心を原点としている）
に示すように、巻線（図３に破線で示す位置）の近傍で
もっとも強く、予備放電コイル３の径方向において巻線
から離れるほど弱くなる。したがって、予備放電コイル
３による環状放電６は、図４に示すように、凹部１ａに
対応するバルブ１の内側面付近で生じることになる。こ
の環状放電６の直径はバルブ１に形成されている凹部１
ａの径よりやや大きい程度であるから、比較的小さいも
のであり、予備放電コイル３への供給エネルギは比較的
小さいものである。

【００２１】予備放電コイル３による環状放電が生じた
ときに、誘導コイル２に第１の高周波電源５ａから高周
波電流を通電すると、誘導コイル２に鎖交する高周波磁
界が生じ、この高周波磁界は予備放電コイル３により形
成された環状放電６のループに鎖交することになる。し
たがって、環状放電６の電流密度が上昇するのであり、
誘導コイル２への供給電力をさらに大きくすると、図５
に示すように、環状放電７の放電路長が大きくなって誘
導コイル２の近傍で環状放電７が維持されることにな
る。このようにして生じた環状放電７によって放電ガス
の励起による強い発光が生じて点灯状態になるのであ
る。点灯状態に移行した後には、予備放電コイル３およ
び補助電極４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。

【００２２】環状放電に必要な供給電力は、高周波磁界
を形成するコイルの径が小さいほど少なくなるから、予
備放電コイル３を設けていない場合に比較して、補助電
極４による先行放電から誘導コイル２による環状放電７
への移行に必要な供給電力を少なくすることができる。
すなわち、第１の高周波電源５ａの供給電力を点灯維持
に必要な程度に設定すればよく、予備放電コイル３に電
力を供給する第２の高周波電源５ｂを設けているにもか
かわらず、電源の小型化を図ることができる。たとえ
ば、予備放電コイル３を設けず誘導コイル２のみによっ
て環状放電７を形成する場合に１００Ｗ以上の電力が必
要であるとすれば、予備放電コイル３を設けることによ
って３０Ｗ程度の電力で環状放電７への移行が可能にな
る。このことにより、始動が容易になって電源を小型化
できるのである。

【００２３】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い。ま
た、補助電極の大きさ、形状については、とくに限定さ
れるものではない。さらに、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。

【００２４】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と
同じである。

【００２５】（実施例３）本実施例は、図６に示すように、バルブ１に小径部とし
て凹部１ａではなく凸部１ｂを設けたものであって、こ
の凸部１ｂの外周面に予備放電コイル３の巻線を巻回し
たものである。このような構成でも実施例１と同様に動
作し、凹部１ａを設ける場合に比較してバルブ１の加工
が容易になる。また、補助電極４は凸部１ｂの先端付近
に設けるのが望ましい。他の構成および動作は実施例１
と同様である。

【００２６】（実施例４）本実施例は、図７に示すよう
に、バルブ１を円錐形に形成したものであって、底面付
近に誘導コイル２を巻装するとともに、頂点付近に予備
放電コイル３を巻装し、さらに、頂点近傍に補助電極４
を配設したものである。他の構成および動作は実施例１
と同様である。

【００２７】（実施例５）本実施例は、実施例１ないし
実施例４のいずれかの構成に、バルブ１の近傍に高電圧
を発生させる手段を付加したものであって、高電圧を発
生させる手段としては、たとえば、圧電素子に対して外
部から衝撃力を作用させることによって高電圧を発生さ
せるものが用いられる。補助電極４に高周波電圧を印加
する際に、バルブ１の近傍で高電圧を発生させれば、放
電ガスの電離が容易になり、ひも状の放電が容易に生じ
るのである。以後は実施例１と同様にして、ひも状の放
電から環状放電に移行させることができるのである。こ
の構成は始動の困難な場合にとくに有効である。他の構
成および動作は実施例１と同様である。

【００２８】

【発明の効果】請求項１の発明は、誘導コイルの周囲の
高周波磁界により生じる環状放電よりも放電路長が短い
予備放電を生じさせる予備放電手段を設けているので、
誘導コイルによる環状放電が生じるのに先立って予備放
電を生じさせれば、誘導コイルによる環状放電の発生が
容易になるという効果がある。また、予備放電の放電路
長が環状放電の放電路長よりも短くなるように予備放電
手段を構成しているので、予備放電手段による予備放電
は誘導コイルによる環状放電に比較して低電力で生じる
のであって、始動性が向上するという利点がある。さら
に、先行放電をバルブ内に生じさせる補助電極を設け、
補助電極により生じる先行放電を予備放電手段によって
予備放電に移行させることができる程度に予備放電手段
に近接して補助電極を設けているので、予備放電手段を
設けずに先行放電から誘導コイルでの環状放電に移行さ
せる場合よりも消費電力を少なくし、また予備放電手段
を設けて補助電極を設けていない場合よりも容易に始動
することができるという利点がある。

【００２９】請求項２の発明は、予備放電手段として高
周波電流が通電される予備放電コイルを用いているので
あって、予備放電コイルは誘導コイルよりも小径であ
り、かつ、予備放電コイルの巻線はバルブに設けた小径
部に巻回されているので、予備放電として誘導コイルに
よる環状放電よりも径の小さい環状放電を生じさせるこ
とができるのであって、この予備放電を発生させるエネ
ルギは比較的小さいから容易に始動することができると
いう利点がある。

【００３０】請求項３の発明は、一端部のみが拘束され
た先行放電を生じさせる一極の補助電極をバルブ内の空
間に静電的に結合しているので、先行放電は一端部のみ
が拘束されて自由端である他端を容易に誘導することが
でき、一対の補助電極を対向して配置して先行放電の両
端を拘束している場合に比較して、始動に要するエネル
ギが小さくなるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す斜視図である。

【図２】実施例１を示す断面図である。

【図３】実施例１における予備放電コイルの動作説明図
である。

【図４】実施例１における予備放電コイルによる環状放
電を示す動作説明図である。

【図５】実施例１における誘導コイルによる環状放電を
示す動作説明図である。

【図６】実施例２の側面図である。

【図７】実施例３の側面図である。

【図８】従来の無電極放電ランプを示す断面図である。

【図９】従来の他の無電極放電ランプを示す側面図であ
る。

【図１０】従来のさらに他の無電極放電ランプを示す側
面図である。

【符号の説明】

１バルブ１ａ凹部１ｂ突部２誘導コイル３予備放電コイル４補助電極５ａ第１の高周波電源５ｂ第２の高周波電源５ｃ第３の高周波電源６環状放電７環状放電

フロントページの続き (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 (72)発明者小谷幹大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (56)参考文献特開昭62−97298（ＪＰ，Ａ) 実開平１−159356（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 65/04 H05B 41/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、先行放電をバルブ内に生じさせる
補助電極と、誘導コイルの周囲の高周波磁界の作用によ
り生じる環状放電よりも放電路長が短い予備放電を生じ
させる予備放電手段とを設け、補助電極により生じる先
行放電を予備放電手段によって予備放電に移行させるこ
とができる程度に予備放電手段に近接させて補助電極を
設けたことを特徴とする無電極放電灯。
【請求項２】前記予備放電手段は誘導コイルよりも径
が小さく高周波電流が通電される予備放電コイルであっ
て、バルブには誘導コイルを巻装している部位よりも径
の小さい小径部が形成され、予備放電コイルはバルブの
小径部においてバルブの外側空間に配設されたことを特
徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
【請求項３】前記補助電極が一極であり、高周波電圧
の印加により一端部のみが拘束された先行放電をバルブ
内に生じさせることができるようにバルブの内部空間に
静電的に結合することを特徴とする請求項２記載の無電
極放電灯。