JP3409373B2

JP3409373B2 - ソレノイド磁界式放電灯

Info

Publication number: JP3409373B2
Application number: JP18987293A
Authority: JP
Inventors: 昭男渡辺; 建次荒木
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 2003-05-26
Anticipated expiration: 2018-05-26
Also published as: JPH0745250A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波励起コイルによ
りバルブ内にプラズマ放電を発生させ、この放電により
バルブ内の発光物質を発光させるようにしたソレノイド
磁界式放電灯に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に良く知られている高圧金属蒸気放
電灯、つまりＨＩＤ放電灯は、発光管バルブの両端部に
高融点金属の構体からなる電極をそれぞれ封装し、これ
ら電極間でアーク放電を発生させ、バルブ内に封入した
発光金属を電離および励起させて発光させるようになっ
ている。しかしながら、このような構造のランプは、バ
ルブ内に電極を配置するので、電極の封止構造が複雑に
なり、電極封止部からのリークを防止するための格別な
工夫が必要となり、かつ電極が放電空間に露出している
ので電極が侵蝕されるなど、種々の不具合が生じる。

【０００３】このような有電極形の放電灯の不具合を解
消するランプとして、ソレノイド磁界式放電灯が注目さ
れている。ソレノイド磁界式放電灯は、図７に示すよう
に、透明なバルブ１０内に発光物質を封入し、このバル
ブ１０を取り巻くようにして高周波励起コイル２０を配
し、この励起コイル２０はマッチングボックス２５を介
して高周波発振回路２６に接続されている。高周波発振
回路２６から励起コイル２０に高周波電流を流すと、高
周波磁界が発生し、これにより上記バルブ１０内でリン
グ形状のプラズマ放電１２が発生して上記発光物質を発
光させる。

【０００４】このようなランプは、バルブ１０内に電極
が無いことから無電極放電灯とも称されており、上記有
電極形ランプの不具合を解消することができる。ところ
で、この種のソレノイド磁界式放電灯は、バルブ１０内
にプラズマ放電を発生させるために、バルブ１０内に非
常に高い電界勾配をつくって放電を起こさせる必要があ
る。

【０００５】従来において、例えば特開平２−６００４
８号公報にはこの種のソレノイド磁界式放電灯における
始動手段が示されている。すなわち、この公報に記載さ
れた始動手段は、バルブの両端部にそれぞれ始動用電極
を設け、これら始動用電極間に始動電圧を印加してバル
ブ内に放電破壊を起こさせ、これにより始動させるよう
にしたものである。

【０００６】しかしながら、このような始動用電極を設
ける構造は、もともとこの種のソレノイド磁界式放電灯
が無電極放電灯として開発されており、電極を設けない
ことを目的とするものであるから、始動用とはいえども
電極を設置することはその目的に反するものであり、電
極の封止や配置構造が複雑になり、電極の侵蝕などの不
具合を生じる。

【０００７】このようなことから始動手段として、図７
に示すような始動用細管（ガスプローブとも称する）を
設ける構造が提案されている。このものは、バルブ１０
の一側に、バルブと同材料であることが望ましい細管１
５を接続してある。この細管１５はバルブ１０の内部に
対して隔壁１６を介して隔離されており、この細管１５
に始動用希ガスとして例えばアルゴンまたはクリプトン
の少なくとも１種が封入されている。細管１５には始動
用電極１７が取着されており、この始動用電極１７はコ
ンデンサ１８ａ、１８ａ´およびインピーダンス１８ｂ
を含む始動回路１８に接続されており、この始動回路１
８は、マッチングボックス２５を介して高周波発振回路
２６に接続されている。なお、励起コイル２０は上記マ
ッチングボックス２５を介して高周波発振回路２６に接
続されているものである。

【０００８】このような構造の場合、始動用電極１７に
高周波電圧を印加すると、始動用電極１７と、励起コイ
ル２０の高周波磁界によりバルブ１０内に発生されてい
る高周波電界との間で電位差を発生し、これにより上記
細管１５内に、始動用希ガスによるグロー放電が発生す
る。このグロー放電はバルブ１０内との間で電界勾配を
発生し、したがって、バルブ１０内ではプラズマ放電が
誘起され、リング形状の放電１２が発生するものであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような始動用細管１５を用いる始動手段の場合、始動時
に細管１５内でグロー放電を継続すると隔壁１６が破損
する心配がある。つまり、細管１５内でグロー放電を発
生させてバルブ１０内との間で電界勾配を生じさせた場
合、隔壁１６に電界が集中し、この隔壁１６の温度が上
昇する。このようなグロー放電状態を続けると、ガラス
製隔壁１６の電気抵抗が低くなり、電流が集中し、特に
高温のスポットに益々集中するようになって更に温度が
上昇する。そして、細管１５内とバルブ１０内とはガス
圧が異なるので、温度上昇により隔壁１６が軟化すると
吹き抜けが発生し、細管１５がその機能を失ってしまう
ことが心配される。

【００１０】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、始動用細管とバルブとの間の隔壁が破損する
のを防止し、始動用細管の機能を長期に渡って維持する
ことができるソレノイド磁界式放電灯を提供しようとす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の１番目は、透光
性のバルブ内に発光物質を封入するとともに、このバル
ブを取り巻くようにして高周波励起コイルを配し、上記
バルブにこのバルブ内と隔離して始動用細管をバルブの
表面と略垂直となるように接続し、この始動用細管に始
動用希ガスを封入し、この細管内で上記始動用ガスによ
る始動放電を発生させ、この始動放電によりバルブ内に
プラズマ放電を誘起し、このバルブ内のプラズマ放電に
より上記発光物質を発光させるようにしたソレノイド磁
界式放電灯において、上記始動用細管は隔壁側に向かっ
て広がって形成されており、上記始動用細管の内断面積
をｓ₀ 、この細管とバルブとを隔離する隔壁の面積をｓ
₁とした場合、１．１≦ｓ₁ ／ｓ₀ ≦９としたことを特徴とする。

【００１２】本発明の２番目は、透光性のバルブ内に発
光物質を封入するとともに、このバルブを取り巻くよう
にして高周波励起コイルを配し、上記バルブにこのバル
ブ内と隔離して始動用細管を接続し、この始動用細管に
始動用希ガスを封入し、この細管内で上記始動用ガスに
よる始動放電を発生させ、この始動放電によりバルブ内
にプラズマ放電を誘起し、このバルブ内のプラズマ放電
により上記発光物質を発光させるようにしたソレノイド
磁界式放電灯において、上記バルブの平均肉厚をｔ₀ 、
上記始動用細管管とバルブとを隔離する隔壁の厚さをｔ
₁ とした場合、１．１≦ｔ₁ ／ｔ₀ ≦４としたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の１番目によれば、隔壁の面積ｓ₁ を始
動用細管の内部断面積ｓ₀ よりも大きくしたので、隔壁
の電流密度を小さくすることができ、よって隔壁の温度
上昇を抑制することができ、隔壁の破損を防止すること
ができる。しかし、面積比ｓ₁／ｓ₀ が９を越えると電
界が広がり過ぎて、発光管内に強い電界が誘起されず、
アーク放電の発生が困難になる。さらに、始動用細管が
バルブ表面と略垂直となるように接続され、かつ、始動
用は隔壁側に向かって広がるように形成されている。こ
のため、始動用細管内で生じるグロー放電によって隔壁
に電流が集中することなく適度に分散され、隔壁が破損
するのを未然に防止することができる。

【００１４】また、本発明の２番目によれば、隔壁の肉
厚ｔ₁ をバルブの他の箇所の平均肉厚をｔ₀ より大きく
したので、熱容量が増大し、隔壁の温度上昇を抑制する
ことができ、隔壁の破損を防止することができる。しか
し、肉厚比ｔ₁ ／ｔ₀ が４を越えると、隔壁の抵抗が増
して電圧降下が大きくなり、発光管内に強い電界が誘起
されず、アーク放電の発生が困難になる。

【００１５】

【実施例】以下本発明について、図１ないし図３に示す
第１の実施例にもとづき説明する。図１は、ソレノイド
磁界式放電灯を示し、図７に示す高周波電源回路と同様
の電源回路に接続されるものであるから、図１において
は高周波電源回路の図示を省略する。但し、図７におい
て、３０はスイッチであり、このスイッチ３０は、始動
回路１８とマッチングボックス２５との間に設けられて
いる。このスイッチ３０は、光センサー３１からの信号
により、オン・オフ作動するようになっており、上記光
センサー３１がバルブ１０の発光状態を検知すると、ス
イッチ３０はオフし、始動回路１８を開放状態に保つよ
うになっている。

【００１６】図１に示す発光管バルブ１０は、例えば合
成石英などのような高融点ガラスや、アルミナなどのよ
うな透明セラミック材料により構成されており、このバ
ルブ１０内には、プラズマによるア−ク放電１２によっ
て発光する発光物質、例えば紫外線照射用の光源として
使用する場合は、鉄のハロゲン化物、例えば鉄のヨウ化
物が封入されている。なお、バルブ１０内には上記発光
物質の外に、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン
などのような希ガスが少なくとも１種封入されている。

【００１７】バルブ１０の周囲には励起コイル２０が配
置されている。励起コイル２０は、高純度アルミニウ
ム、または銅、もしくは銀などの導電性に優れた金属よ
りなり、コイル素線は断面形状が非円形、例えば偏平を
なしている。この励起コイル２０の両端が前記図７と同
様な高周波電源回路に接続されている。

【００１８】励起コイル２０に高周波電流を流すと、こ
の励起コイル２０内には励起コイル２０のコイル軸方向
Ｏ−Ｏに沿って磁界が発生し、これによりコイル２０の
中心部空間に収容されたバルブ１０内に、コイル軸Ｏ−
Ｏを取巻くようにしてプラズマによるドーナツ形のア−
ク放電１２が発生する。この放電１２により発光金属が
電離および励起されて紫外線を発し、この紫外線はバル
ブ１０を透過して外部に放射される。

【００１９】上記バルブ１０の一端には、例えば中心線
上に位置して始動用細管１５が接続されている。つま
り、始動用細管１５はバルブ１０の表面に略垂直となる
ように接続されている。細管１５はバルブと同一材料で
あることが望ましく、バルブ１０の内部に対して隔壁１
６を介して隔離されている。そして、この細管１５内に
は始動用希ガスとして例えばアルゴンまたはクリプトン
の少なくとも１種が封入されている。

【００２０】細管１５には始動用電極１７が取着されて
おり、この始動用電極１７は図７に示す始動回路に接続
されている。この始動用電極１７に始動電圧を供給し、
かつ同時に励起コイル２０に高周波電流を流してバルブ
１０内に高周波磁界による電界を発生させと、始動用電
極１７とバルブ１０の電界との間で電位差が生じ、細管
１５内の希ガスがグロー放電を発生する。このグロー放
電とバルブ１０内の電界との間に電界勾配が発生し、こ
のためバルブ１０内でプラズマ放電が誘起され、よって
リング形状の放電１２が発生するものである。

【００２１】ところで、本実施例の場合、始動用細管１
５は根元を大径に形成してバルブ１０に接合されてい
る。つまり、始動用細管１５は隔壁１６側に向かって広
がるように形成されている。このため始動用細管１５内
の断面積をｓ₀ 、この細管１５とバルブ１０の内部とを
隔離する隔壁１６の面積をｓ₁としたとき、隔壁１６の
面積ｓ₁ が細管１５の内断面積ｓ₀ より大きく形成され
ており、この場合の面積比は、１．１≦ｓ₁ ／ｓ₀ ≦９の範囲に設定されている。

【００２２】このような構成においては、隔壁１６の面
積ｓ₁ を始動用細管１５の内部断面積ｓ₀ よりも大きく
したので、始動時において隔壁１６の吹き抜け破損を防
止することができる。つまり、始動時には、細管１５内
の希ガスがグロー放電を発生し、このグロー放電とバル
ブ１０内の電界との間に電界勾配が発生し、これにより
バルブ１０内にプラズマ放電を誘起するものであるが、
隔壁１６の面積ｓ₁ を大きくしたので、隔壁１６に局部
的な電流集中がなくなり、電流密度を小さくすることが
でき、よって隔壁１６の温度上昇を抑制することがで
る。この結果、バルブ１０内の高圧ガスが低圧側の細管
１５に吹き抜けるなどの損傷が防止されるものである。

【００２３】なお、面積比ｓ₁ ／ｓ₀ が９を越えると電
界が広がり過ぎ、隔壁１６の電流密度が小さくなり過
ぎ、バルブ１０内に強い電界を誘起することができず、
始動に時間が掛かったり、アーク放電の発生が困難にな
る。

【００２４】このような数値的特性は、本発明者らの実
験により確かめられている。すなわち、内径が４０mmの
バルブ１０内に、水銀と２００Torrのアルゴンガスを封
入し、定格入力２４０Ｗのソレノイド磁界式放電灯を製
造した。始動用細管１５は、内径２mm（断面積ｓ₀ ＝
０．０３１４cm² ）、高さ６０mmとしてあり、内部に４
０Torrのアルゴンガスを封入してある。

【００２５】このようなランプを、図７に示す高周波電
源回路に接続し、１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し
た。始動電極１７に対して３００Ｖの電圧で１Ａの電流
を流し、同時に励起コイル２０には２００Ｗの電力を供
給した。

【００２６】このような状態で隔壁１６の面積ｓ₁ を種
々変更した場合にそれぞれ、隔壁の破損する時間および
点灯に要する時間を測定した。図２は、面積比ｓ₁ ／ｓ
₀ と、隔壁が破損するまでの時間との関係を示すグラフ
である。この特性から、ｓ₁ ／ｓ₀ を１以上にすれば、
つまり隔壁１６の面積ｓ₁ を始動用細管１５の内部断面
積ｓ₀ よりも大きくすれば、隔壁１６の破損に至るまで
の時間を延長することができることが確認され、この結
果より、成形誤差を考慮すると面積比ｓ₁ ／ｓ₀ は１．
１以上にするのが望ましい。

【００２７】また、図３は、面積比ｓ₁ ／ｓ₀ と、点灯
に要するまでの時間との関係を示すグラフである。この
特性から、ｓ₁ ／ｓ₀ が９を越えると、始動に要する時
間が長くなり、実用上の限界に達することが確認され
た。

【００２８】このような実験により、隔壁１６の面積ｓ
₁ と細管１５の内断面積ｓ₀ との比、つまり面積比ｓ₁
／ｓ₀ は、１．１〜９の範囲であることが望まれる。次
に、第２の発明について、図４ないし図６にもとづき説
明する。図４は他の実施例の放電灯を示し、この場合
は、隔壁１６の肉厚ｔ₁ を、バルブ１０の他の部分の平
均肉厚ｔ₀ よりも大きくしてある。実際には、これらの
肉厚比は、１．１≦ｔ₁ ／ｔ₀ ≦４の範囲に設定されている。

【００２９】このような構成においては、隔壁１６の肉
厚ｔ₁ をバルブ１０の肉厚ｔ₀ よりも大きくしたので、
隔壁１６の熱容量が大きくなり、熱拡散を促進させるの
で隔壁の温度上昇を抑止することができる。この結果、
バルブ１０内の高圧ガスが低圧側の細管１５に吹き抜け
るなどの損傷が防止されるものである。

【００３０】また、肉厚比ｔ₁ ／ｔ₀ が４を越えると、
隔壁１６の電気抵抗が増して電圧降下を招き、始動用細
管１５内に発生したグロー放電にてバルブ１０内に強い
電界を誘起することができず、始動に時間が掛かった
り、アーク放電の発生が困難になる。

【００３１】上記の数値的特性についても、発明者らは
実験により確かめてある。すなわち、平均肉厚ｔ₀ を
０．９mmとし、その他の条件は図１に示した放電灯と同
様なバルブ（内径が４０mmのバルブ１０内に、水銀と２
００Torrのアルゴンガスを封入したもの）に、内径４m
m、高さ６０mmの細管１５を接続し、内部に４０Torrの
アルゴンガスを封入した。このランプを、図７に示す高
周波電源回路に接続し、１３．５６ＭＨｚの高周波を印
加した。始動電極１７に対して３００Ｖの電圧で１Ａの
電流を流し、同時に励起コイル２０には２００Ｗの電力
を供給した。

【００３２】このような状態で隔壁１６の肉圧ｔ₁ を種
々変更した場合にそれぞれ、隔壁の破損する時間および
点灯に要する時間を測定した。図５は、肉厚比ｔ₁ ／ｔ
₀ と、隔壁が破損するまでの時間との関係を示すグラフ
である。この特性から、ｔ₁ ／ｔ₀ を１以上にすれば、
つまり隔壁１６の肉厚ｔ₁ をバルブ１０の他の部分の平
均肉厚ｔ₀ よりも大きくすれば、隔壁１６の破損に至る
までの時間を延長することができることが確認され、こ
の結果より、成形誤差を考慮すると肉厚比ｔ₁ ／ｔ₀ は
１．１以上にするのが望ましい。

【００３３】また、図６は、肉厚比ｔ₁ ／ｔ₀ と、点灯
に要するまでの時間との関係を示すグラフである。この
特性から、ｔ₁ ／ｔ₀ が４を越えると、始動に要する時
間が長くなり、実用上の限界に達することが確認され
た。

【００３４】このような実験により、隔壁１６の肉厚ｔ
₁ とバルブの平均肉厚ｔ₀ との比は、１．１〜４の範囲
であることが望まれる。なお、各実施例では、励起コイ
ル２０の断面形状を偏平な形状としたので、表面積が増
し、高周波電流は導体の表面を流れる性質があるから表
皮効果が大きくなり、電流に対する抵抗が小さくなり、
また表面積が大きいので放熱効果が大きくなり、上記抵
抗が小さくなることと相俟って自己発熱が軽減され、コ
イル効率が向上する。しかしながら、本発明はコイルの
形状に制約を受けるものではなく、コイルは断面が円形
のワイヤにより形成した場合であってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の１番目によ
ると、隔壁の面積ｓ₁ を始動用細管の内部断面積ｓ₀ よ
りも大きくしたので、隔壁の電流密度を小さくすること
ができ、よって隔壁の温度上昇を抑制することができ、
隔壁の破損を防止することができる。しかも、面積比ｓ
₁ ／ｓ₀ を９未満に制限したから、電界の広がり過ぎを
防止し、発光管内に強い電界を誘起することができ、ア
ーク放電の発生を容易にする。さらに、始動用細管がバ
ルブ表面と略垂直となるように接続され、かつ、始動用
は隔壁側に向かって広がるように形成されている。この
ため、始動用細管内で生じるグロー放電によって隔壁に
電流が集中することなく適度に分散され、隔壁が破損す
るのを未然に防止することができる。

【００３６】また、本発明の２番目によれば、隔壁の肉
厚ｔ₁ をバルブの他の箇所の平均肉厚をｔ₀ より大きく
したので、熱容量が増大し、隔壁の温度上昇を抑制する
ことができ、隔壁の破損を防止することができる。この
場合も、肉厚比ｔ₁ ／ｔ₀ を４未満に制限したから、隔
壁の電圧降下が大きくならず、アーク放電の発生を促
し、良好な始動性を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すソレノイド磁界式
放電灯の構成図。

【図２】同実施例における面積比と隔壁が破損するまで
の時間との関係を示す特性図。

【図３】同実施例における面積比と点灯に要する時間と
の関係を示す特性図。

【図４】本発明の第２の実施例を示すソレノイド磁界式
放電灯の構成図。

【図５】同実施例における肉厚比と隔壁が破損するまで
の時間との関係を示す特性図。

【図６】同実施例における肉厚比と点灯に要する時間と
の関係を示す特性図。

【図７】本発明の背景技術を示すソレノイド磁界式放電
灯およびその点灯回路を示す構成図。

【符号の説明】

１０…バルブ、１２…アーク放電、１５…始動用細管、
１６…隔壁、１７…始動用電極。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性のバルブ内に発光物質を封入する
とともに、このバルブを取り巻くようにして高周波励起
コイルを配し、上記バルブにこのバルブ内と隔離して始
動用細管をバルブの表面と略垂直となるように接続し、
この始動用細管に始動用希ガスを封入し、この細管内で
上記始動用ガスによる始動放電を発生させ、この始動放
電によりバルブ内にプラズマ放電を誘起し、このバルブ
内のプラズマ放電により上記発光物質を発光させるよう
にしたソレノイド磁界式放電灯において、上記始動用細管は隔壁側に向かって広がって形成されて
おり、上記始動用細管の内断面積をｓ₀ 、この細管とバ
ルブとを隔離する隔壁の面積をｓ₁とした場合、１．１≦ｓ₁ ／ｓ₀ ≦９としたことを特徴とするソレノイド磁界式放電灯。
【請求項２】透光性のバルブ内に発光物質を封入する
とともに、このバルブを取り巻くようにして高周波励起
コイルを配し、上記バルブにこのバルブ内と隔離して始
動用細管を接続し、この始動用細管に始動用希ガスを封
入し、この細管内で上記始動用ガスによる始動放電を発
生させ、この始動放電によりバルブ内にプラズマ放電を
誘起し、このバルブ内のプラズマ放電により上記発光物
質を発光させるようにしたソレノイド磁界式放電灯にお
いて、上記バルブの平均肉厚をｔ₀ 、上記始動用細管管とバル
ブとを隔離する隔壁の厚さをｔ₁ とした場合、１．１≦ｔ₁ ／ｔ₀ ≦４としたことを特徴とするソレノイド磁界式放電灯。