JPH05347144A - 無電極放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】始動補助電極に対して大きな電力を供給する必
要がなく始動性のよい無電極放電灯を提供する。 【構成】透光性材料よりなるバルブ１の外周に誘導コイ
ル２の巻線を巻回し、誘導コイル２に高周波電源４より
高周波電流を通電する。バルブ１の中に放電ガスを封入
し、誘導コイル２の周囲の高周波電磁界を放電ガスに作
用させて放電ガスを励起発光させる。バルブ１は円筒状
であって一方の底面に凹所１ａを有する。凹所１ａの周
壁には、誘導コイル２の巻回方向に沿う２個の始動補助
電極３ａ，３ｂを設ける。始動補助電極３ａ，３ｂに高
周波電圧を印加すると予備放電が生じる。その後、誘導
コイル２に高周波電流を通電すると、誘導コイル２によ
り形成される誘導電界によって予備放電が主放電に移行
して点灯状態になる。

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、バルブ内の放電ガスにバルブの外部から高周波
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、この種の無電極放電灯は、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、たとえば、高出力点光源な
どへの利用が考えられている。無電極放電灯としては、
図４に示すように、空心コイルである誘導コイル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、誘導コイル２の周囲に形成された
高周波電磁界をバルブ１の中に封入された水銀蒸気を含
む放電ガスに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）。

【０００３】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、透明な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
灯が考えられている。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。

【０００４】これらの無電極放電灯の放電ガスには、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、消灯直後の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、無電極放電灯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。

【０００５】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
にした無電極放電灯が提案されている（米国特許第４，
４８９，５８９号、米国特許第４，９０２，９３７
号）。この無電極放電灯では、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ストリーマ状の予
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。

【０００６】

【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の中にトロイド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トロイド状の
放電路を有する主放電（一般に環状放電、あるいは高周
波リング放電と呼ばれている放電状態）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３ａ，３ｂ
の間で誘導電界に対して直交する方向に生じるから、両
始動補助電極３ａ，３ｂの間に生じる高周波電界が予備
放電から主放電への移行を妨げるという問題がある。

【０００７】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
必要がなく始動性のよい無電極放電灯を提供しようとす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、誘導コイル２の中心軸の少な
くとも一端側に対応してバルブ１の外壁面に凹所１ａを
形成し、誘導コイル１の中心軸に直交する平面と凹所１
ａの周壁との交線上で凹所１ａの周壁の略全周に亙って
高周波電圧が印加される複数個の始動補助電極３ａ，３
ｂを配列しているのである。

【０００９】請求項２の発明では、バルブ１をトロイド
状に形成し、誘導コイル２の中心軸に直交する平面とバ
ルブ１の内周側の外壁面との交線上でバルブ１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３ａ，３ｂを配列しているのである。

【００１０】

【作用】請求項１の構成によれば、誘導コイル２に高周
波電流を通電すると、誘導コイル２の周囲に形成された
高周波磁界がバルブ１の中に封入されている放電ガスに
作用してバルブ１の中にトロイド状の誘導電界が生じ、
この誘導電界によってトロイド状の放電路を有する主放
電が生じて点灯状態になる。ここで、誘導コイル２に高
周波電流を通電するのに先立って始動補助電極３ａ，３
ｂに高周波電圧を印加すると、バルブ内に両始動補助電
極３ａ，３ｂに沿うようにストリーマ状の予備放電が生
じる。バルブ１には誘導コイル２の中心軸の少なくとも
一端側に対応して凹所１ａが形成されており、誘導コイ
ル２の中心軸に直交する平面と凹所１ａの周壁との交線
上で凹所１ａの周壁の略全周に亙って始動補助電極３
ａ，３ｂが配列されているから、予備放電は誘導コイル
２による誘導電界に沿うように形成されるのであり、予
備放電から主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３ａ，３ｂはバルブ１
に形成された凹所１ａの周壁の略全周に亙って配列され
ているから、隣接する始動補助電極３ａ，３ｂの間の距
離を小さくすることができ、始動補助電極３，３ｂ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、予備放電から主放電
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
なるのである。加えて、誘導コイル２と始動補助電極３
ａ，３ｂとがバルブ１を介して絶縁されているから、誘
導コイル２をバルブ１に密着させることができ、バルブ
１の中に形成される主放電の放電路と誘導コイル２との
距離を小さくして、主放電に対するエネルギの供給効率
を高くすることができるのである。

【００１１】請求項２の構成は、バルブ１をトロイド状
に形成し、内周側の外壁面に始動補助電極３ａ，３ｂを
配列したものであって、請求項１の構成と同様の作用を
有している。

【００１２】

【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、円筒の一方の底面には凹所１ａが形成されてい
る。バルブ１の外形寸法は、たとえば直径３０ｍｍ、高
さ３０ｍｍに形成され、凹所１ａは直径１０ｍｍ、高さ
１０ｍｍに設定される。バルブ１の中には、たとえば１
００Torrのキセノンガスを放電ガスとして封入してあ
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に形成された凹所１ａの周壁に
は、誘導コイル２の中心軸に直交する平面と凹所１ａの
周壁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がバルブ１に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３
ａ，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の端部間には、
たとえば５ｍｍの隙間が形成される。この隙間は、始動
補助電極３ａ，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。

【００１３】誘導コイル２は、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ト
ロイド状の放電路を有する主放電を生じさせ、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の中には誘導コイル２の巻線の巻回方向に沿う
形でトロイド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の中に放電プラズマが発生して主放
電が維持される。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。

【００１４】両始動補助電極３ａ，３ｂの間には、高周
波電源５により高周波電圧が印加され、バルブ１の中に
ストリーマ状の予備放電を発生させるようになってい
る。すなわち、始動補助電極３ａ，３ｂ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２に示すように始動補
助電極３ａ，３ｂに沿うようにストリーマ状の予備放電
ＳＰが生じる。ここに、始動補助電極３ｂは誘導コイル
２の一端に接続されるとともに接地される。また、高周
波電源５は高周波電源４と同様にマッチング回路などを
備える。

【００１５】始動時には、まず高周波電源５により始動
補助電極３ａ，３ｂに高周波電圧を印加する。このと
き、両始動補助電極３ａ，３ｂの周囲には高周波電界が
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に高周波電源４から高周波電流を通電
すると、誘導コイル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。このように誘導電界が予備放電ＳＰに
作用することによって予備放電ＳＰのループが閉じると
主放電に移行し、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。ここで、誘導コイル２は予備放電Ｓ
Ｐと同じ向きに誘導電界を発生させるから、予備放電Ｓ
Ｐから主放電への移行に際して放電路の向きを変化させ
るようなエネルギが不要になるのである。点灯状態に移
行すれば、始動補助電極３ａ，３ｂに高周波電圧を印加
することなく点灯状態が維持される。

【００１６】上述したような始動補助電極３ａ，３ｂを
設けることによって、主放電を形成するための初期入力
を大幅に減少させることができる。このことにより、電
源を小型化でき、容易に始動できるようになるのであ
る。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
の外形寸法は上記のものに限定されるものではなく、バ
ルブ１の形状についても凹所１ａが形成されているもの
であれば、球状のほか各種形状を採用することができ
る。

【００１７】（実施例２）本実施例は、バルブ１をトロ
イド状に形成したものである。すなわち、図３に示すよ
うに、断面が円形であるトーラス（円環体）状にバルブ
１を形成する。始動補助電極３ａ，３ｂは、バルブ１の
内周側の外壁面に密着するように配設される。この構成
でも実施例１と同様に動作するのであって、始動補助電
極３ａ，３ｂの距離を小さくすることができるから、予
備放電ＳＰを生じやすくすることができる。他の構成は
実施例１と同様である。

【００１８】（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、主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。本実施例の技術思想は上記各実施例のい
ずれにも適用可能である。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。

【００１９】

【発明の効果】上述したように、請求項１の発明は、誘
導コイルの中心軸の少なくとも一端側に対応してバルブ
の外壁面に凹所を形成し、誘導コイルの中心軸に直交す
る平面と凹所の周壁との交線上で凹所の周壁の略全周に
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、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。予備放電はバルブ内に生じる誘導電界に沿うよう
に生じるから、誘導電界によって予備放電から主放電に
容易に移行させるエネルギが少なく、予備放電から環状
放電への移行が容易になるという利点を有する。また、
始動補助電極はバルブに形成された凹所の周壁に配列さ
れているから、隣接する始動補助電極の間の距離を小さ
くすることができ、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。その結果、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。要するに、予備放電が生じやすく、かつ、予備放電
から主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
化が可能になるのである。さらに、誘導コイルと始動補
助電極とがバルブを介して絶縁されているから、誘導コ
イルをバルブに密着させることができ、バルブの中に形
成される主放電の放電路と誘導コイルとの距離を小さく
して、主放電に対するエネルギの供給効率を高くするこ
とができるという効果がある。

【００２０】請求項２の発明は、バルブをトロイド状に
形成し、誘導コイルの中心軸に直交する平面とバルブの
内周側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、実施例１と同様の効果を奏し、始動
補助電極の距離を小さくすることができて予備放電が生
じやすくなるという利点を有する。

【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における予備放電の説明図である。

【図３】実施例２における誘導コイルを除いた概略構成
図である。

【図４】従来の無電極放電灯を示す断面図である。

【図５】無電極放電灯の他の従来例を示す側面図であ
る。

【図６】無電極放電灯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 １ａ 凹所 ２ 誘導コイル ３ａ 始動補助電極 ３ｂ 始動補助電極 ４ 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

Claims (2)

【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の少なくとも
   一端側に対応してバルブの外壁面に凹所を形成し、誘導
   コイルの中心軸に直交する平面と凹所の周壁との交線上
   で凹所の周壁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】 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、バルブをトロイド状に形成し、誘
   導コイルの中心軸に直交する平面とバルブの内周側の外
   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。