JPH05166492A

JPH05166492A - 無電極放電灯

Info

Publication number: JPH05166492A
Application number: JP32924591A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ukekawa; 信請川; Seigo Wada; 成伍和田; Atsunori Okada; 淳典岡田; Shingo Tosaka; 真吾東坂; Miki Kotani; 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: 1993-07-02
Anticipated expiration: 2015-03-13
Also published as: JP3017581B2

Abstract

(57)【要約】【目的】小型の高周波電源を用いて容易に始動すること
ができる無電極放電灯を提供する。【構成】透光性材料よりなる円筒状のバルブ１の外周に
誘導コイル２を巻装する。バルブ１の周壁に内周面の全
周に亙って凹溝を形成するように膨出する突条１ｂを形
成する。誘導コイル２に高周波電流を通電すると、誘導
コイル２の周囲に形成される高周波磁界によってリング
状の誘導電界が発生する。この誘導電界がバルブ１に封
入された放電ガスに作用して環状放電が生じる。この環
状放電によって放電ガスが励起発光する。突条１ｂは、
誘導コイル２の径方向において誘導電界の電界強度がほ
ぼ最大になる部位に形成される。したがって、バルブ１
の内部空間に強い電界を作用させることができ、始動を
容易にすることができる。

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４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５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４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
６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，
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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂ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ー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３ａ，３ｂ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、バルブは誘導コイルの軸方向における誘導コイルの
幅内で誘導コイルの巻回方向の全周に亙ってバルブの内
周面に凹溝を形成するように膨出する突条を備え、誘導
コイルの径方向について、誘導コイルの周囲に形成され
る高周波磁界によって生じるリング状の誘導電界の電界
強度がほぼ最大となる部位に凹溝を位置させているので
ある。

【００１０】請求項２の発明では、高周波電圧が印加さ
れて一端部のみが拘束された予備放電をバルブ内に生じ
させることができる少なくとも一極の補助電極が、バル
ブの内部空間に静電的に結合するようにバルブの外側に
配設されている。

【００１１】

【作用】請求項１の構成によれば、バルブは誘導コイル
の軸方向における誘導コイルの幅内で誘導コイルの巻回
方向の全周に亙ってバルブの内周面に凹溝を形成するよ
うに膨出する突条を備え、誘導コイルの径方向につい
て、誘導コイルの周囲に形成される高周波磁界によって
生じる誘導電界の電界強度がほぼ最大となる部位に凹溝
を位置させているので、放電ガスに対して電界強度の大
きい誘導電界を作用させることができるのであって、入
出力効率が高くなり、結果的に、突条を設けていない場
合に比較して低電力で始動できることになる。すなわ
ち、高周波電源を小型化することができ、全体の小型化
につながるのである。

【００１２】請求項２の構成によれば、一端部のみが拘
束された予備放電を生じさせる少なくとも一極の補助電
極をバルブの内部空間に静電的に結合するように配設し
ているので、予備放電の後に環状放電に移行させること
によって請求項１の構成に比べて一層容易に始動できる
ことになる。また、予備放電は一端のみが補助電極に拘
束されているのであって、一対の補助電極を対向して配
置して予備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ーが小さくなるのである。

【００１３】

【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。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。バルブ１の外周面には単極の補助
電極３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３が静電的に結合できるようになって
いる。補助電極３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。バルブ１には、図２
に示すように、軸方向の中央部付近で周壁の全周に亙っ
て外方へ膨出してバルブ１の内周面に凹溝１ａを形成す
る突条１ｂが設けられる。突条１ｂと誘導コイル２との
位置関係は、凹溝１ａの底面が誘導コイル２の内周面付
近に位置するように設定される。すなわち、誘導コイル
２はバルブ１から離して巻装されている。

【００１４】誘導コイル２は、第１の高周波電源４ａ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、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。

【００１５】補助電極３は、接続線を介して第２の高周
波電源４ｂから高周波電圧が印加されており、補助電極
３の周囲に生じる高周波電界によって、バルブ１の中に
は予備放電が生じるようになっている。すなわち、補助
電極３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３からストリーマが進展し、補助電極３の近
傍に予備放電が生じるのである。このような予備放電
は、補助電極３が単極であることから、一端は補助電極
３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。

【００１６】第１の高周波電源４ａ、第２の高周波電源
４ｂ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２の高周波電
源４ｂは、補助電極３と大地との間に高周波電圧を印加
する。第２の高周波電源４ｂ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（Ｌ
Ｃ）^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２の高周波電
源４ｂ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。

【００１７】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３に第２の高周波電源４
ｂから高周波電圧を印加して予備放電を生じさせる。予
備放電は補助電極３から次第に伸びてバルブ１のほぼ反
対側に到達する。このときに生じている予備放電は、一
端が補助電極３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。予備放電が生
じた状態で、誘導コイル２に第１の高周波電源４ａ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。この誘導電界は誘導コイル２の巻線に沿うように
形成されるから、補助電極３によって発生した予備放電
は、誘導コイル２により生じた誘導電界に沿うように自
由端が誘導され、環状放電が生じることになる。ここ
で、予備放電は誘導電界のうちで電界強度がもっとも大
きくなる部分に導かれる。

【００１８】ところで、誘導電界の電界強度は、図３
（誘導コイル２の中心を原点Ｏ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、誘導コイル２の径方向において巻線から離れるほど
弱くなる。ここで、バルブ１の内周面には凹溝１ａが形
成されているのであって、誘導コイル２の径方向につい
て、バルブ１の内部空間では凹溝１ａの底面が誘導コイ
ル２にもっとも近いから、バルブ１の内部空間では凹溝
１ａの底面付近で誘導電界の電界強度が最大になる。逆
に言えば、バルブ１の内部空間に凹溝１ａを形成するよ
うに突条１ｂを膨出させたことによって、バルブ１の内
部空間の一部を誘導コイル２に近接させることができ
て、誘導電界を放電ガスに効率よく作用させることがで
きるのである。その結果、入出力効率が高くなるのであ
る。

【００１９】以上のようにして予備放電から環状放電に
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３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。ここで、補助電極３
による予備放電から誘導コイル２による環状放電に移行
させたことによって、環状放電を開始させるために誘導
コイル２に供給する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４ａの供給電力を点灯維持に
必要な程度に設定すればよく、電源の小型化を図ること
ができる。たとえば、補助電極３を設けずに誘導コイル
２のみによって環状放電を形成する場合には、誘導コイ
ル２の両端間への印加電圧（０−Ｐ）を約１５００Ｖ以
上であるとすれば、補助電極３を設けることによって６
００Ｖ程度で環状放電を開始させることが可能になるの
である。このことにより、容易に始動できるようになり
電源が小型化できるのである。

【００２０】ところで、誘導コイル２をバルブ１の外周
面に密着させて巻装すれば、誘導電界を放電ガスに効率
よく作用させることが可能であるが、バルブ１に密着し
ている部分では環状放電が生じている際に放電ガスの発
熱によって誘導コイル２が高温に加熱されることにな
る。このように誘導コイル２が加熱されると、誘導コイ
ル２に変形が生じたり、表面が酸化するなどの悪影響が
あり、誘導コイル２の寿命が短くなるという問題があ
る。一方、上述したようにバルブ１に突条１ｂを形成し
ておけば、誘導コイル２をバルブ１に密着させなていな
くても環状放電を開始させるのに必要な電界強度を確保
することができるのである。その結果、誘導コイル２を
バルブ１に密着して巻装した場合と同じ程度に始動が容
易であるにもかからわらず、誘導コイル２が点灯時に熱
的悪影響を受けないのである。

【００２１】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、補助電極の位置、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。

【００２２】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。

【００２３】（実施例３）本実施例は、実施例１、実施
例２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３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、予備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、予備放電から環状放
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。

【００２４】

【発明の効果】請求項１の発明は、バルブは誘導コイル
の軸方向における誘導コイルの幅内で誘導コイルの巻回
方向の全周に亙ってバルブの内周面に凹溝を形成するよ
うに膨出する突条を備え、誘導コイルの径方向につい
て、誘導コイルの周囲に形成される高周波磁界によって
生じる誘導電界の電界強度がほぼ最大となる部位に凹溝
を位置させているので、放電ガスに対して電界強度の大
きい誘導電界を作用させることができるのであって、入
出力効率が高くなり、結果的に、突条を設けていない場
合に比較して低電力で始動できることになる。すなわ
ち、高周波電源を小型化することができ、全体の小型化
につながるという効果を奏する。

【００２５】請求項２の発明は、一端部のみが拘束され
た予備放電を生じさせる少なくとも一極の補助電極をバ
ルブの内部空間に静電的に結合するように配設している
ので、予備放電の後に環状放電に移行させることによっ
て請求項１の構成に比べて一層容易に始動できることに
なる。また、予備放電は一端のみが補助電極に拘束され
ているのであって、一対の補助電極を対向して配置して
予備放電の両端を拘束している場合に比較して、始動に
要するエネルギーが小さくなるという利点がある。

【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における誘導コイルの動作説明図であ
る。

【図４】従来の無電極放電ランプを示す断面図である。

【図５】従来の他の無電極放電ランプを示す側面図であ
る。

【図６】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凹溝１ｂ突条２誘導コイル３補助電極４ａ第１の高周波電源４ｂ第２の高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【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、バルブは誘導コイルの軸方向にお
ける誘導コイルの幅内で誘導コイルの巻回方向の全周に
亙ってバルブの内周面に凹溝を形成するように膨出する
突条を備え、誘導コイルの径方向について、誘導コイル
の周囲に形成される高周波磁界によって生じるリング状
の誘導電界の電界強度がほぼ最大となる部位に凹溝を位
置させたことを特徴とする無電極放電灯。
【請求項２】高周波電圧が印加されて一端部のみが拘
束された予備放電をバルブ内に生じさせることができる
少なくとも一極の補助電極が、バルブの内部空間に静電
的に結合するようにバルブの外側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。