JPH05347146A - 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の外壁面
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は略４分の３
周の長さを有し、始動補助電極３ｂは略４分の１周の長
さを有する。また、始動補助電極３ｂは接地される。始
動補助電極３ａ，３ｂに高周波電圧を印加して予備放電
を発生させた後に、誘導コイル２に高周波電流を通電す
ると容易に点灯する。

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５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６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５
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
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】本発明は、上記目的を達
成するために、透光性材料よりなるバルブ１の外周に巻
線を巻回した誘導コイル２に高周波電源４より高周波電
流を通電し、誘導コイル２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１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の外壁面との交線上でバルブ
１の外壁面に２個の始動補助電極３ａ，３ｂを配列し、
一方の始動補助電極３ａを略４分の１周の長さ寸法に形
成し、他方の始動補助電極３ｂを略４分の３周の長さ寸
法に形成しているのである。

【０００９】

【作用】本発明の構成によれば、誘導コイル２に高周波
電流を通電するとバルブ１内の放電ガスに高周波磁界が
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，３ｂに高周波電圧を印加する
と、バルブ１内に始動補助電極３ａ，３ｂに沿うように
予備放電が生じる。始動補助電極３ａ，３ｂ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
線上に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ことになり、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３ａ，３ｂ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３ａ，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。

【００１０】ところで、本発明者は、両始動補助電極３
ａ，３ｂの一方を接地し、周方向の長さの比率を変化さ
せると、図４に示すように、主放電への移行に要するエ
ネルギが変化するという知見を得た。すなわち、始動補
助電極３ａ，３ｂを円周上に配列したときに、接地した
ほうの始動補助電極３ｂの両端が円の中心を見込む角度
θを横軸にとり（図１（ｂ）参照）、主放電に移行させ
るのに要するエネルギを縦軸に取ると、略９０度でエネ
ルギが最小になるという結果が得られた。このような知
見に基づいて本発明では、一方の始動補助電極３ａを略
４分の１周の長さに形成して接地し、他方の始動補助電
極３ｂを略４分の３周の長さに形成しているのであっ
て、両始動補助電極３ａ，３ｂの比率を上述のように設
定したことによって、予備放電から主放電への移行が一
層容易になるのである。

【００１１】上述したように、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】

【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、図２に示すように、
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。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。また、図１（ｂ）のように、一方の始動補助電極３
ａは略４分の３周の長さを有し、他方の始動補助電極３
ｂは略４分の１周の長さを有している。両始動補助電極
３ａ，３ｂには、高周波電源５により高周波電圧が印加
され、始動補助電極３ｂは接地される。さらに、誘導コ
イル２の軸方向におけるバルブ１の一端面の外側面には
ピン状のトリガ電極６が設けられ、トリガ電極６はバル
ブ１の内部空間に静電的に結合されている。また、トリ
ガ電極６にはトリガ回路７から高圧のトリガ電圧が印加
されるようになっている。

【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の中に生じた放電プラズマが維持される。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】始動時には、高周波電源５によって両補助
電極３ａ，３ｂの間に高周波電圧を印加し、トリガ回路
７によってトリガ電圧をトリガ電極６に印加すると、ト
リガ電極６の周囲に形成される電界によって、バルブ１
の内部に電子が発生する。この電子が始動補助電極３
ａ，３ｂに静電結合することによって、キセノン原子を
電離させるような状態が繰り返され、十分な電子が生成
されると、図３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。

【００１５】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
鎖交するトロイド状の誘導電界がバルブ１の内部空間に
形成されることになる。この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がループ状につなが
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によって
生じた高周波磁界は予備放電ＳＰに鎖交しており、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から主放電への移行に際して放
電の方向を変化させるようなエネルギが不要になるので
ある。

【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
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。

【００１７】（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。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。放電ガスの成分を除いて構成は実施例１
と同様である。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。

【００１８】

【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でバル
ブの外壁面に２個の始動補助電極を配列し、一方の始動
補助電極を略４分の１周の長さ寸法に形成し、他方の始
動補助電極を略４分の３周の長さ寸法に形成しているの
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
は誘導コイルの作用によて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ことができるという効果があ
る。また、一方の始動補助電極を略４分の１周の長さに
形成し、他方の始動補助電極を略４分の３周の長さに形
成しているので、予備放電から主放電への移行に要する
エネルギが少なくなるという効果を奏する。すなわち、
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を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）
はバルブの断面図である。

【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】本発明の原理説明図である。

【図５】従来の無電極放電灯を示す断面図である。

【図６】無電極放電灯の他の従来例を示す側面図であ
る。

【図７】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 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 ５ 高周波電源

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【手続補正書】

【提出日】平成４年９月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、透光性材料よりなるバルブ１の外周に巻
線を巻回した誘導コイル２に高周波電源４より高周波電
流を通電し、誘導コイル２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１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の外壁面との交線上でバルブ
１の外壁面に２個の始動補助電極３ａ，３ｂを配列し、
一方の始動補助電極３ａを略４分の１周の長さ寸法に形
成して接地し、他方の始動補助電極３ｂを略４分の３周
の長さ寸法に形成しているのである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】

【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でバル
ブの外壁面に２個の始動補助電極を配列し、一方の始動
補助電極を略４分の１周の長さ寸法に形成して接地し、
他方の始動補助電極を略４分の３周の長さ寸法に形成し
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。
予備放電は誘導コイルの作用によて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ことができるという
効果がある。また、一方の始動補助電極を略４分の１周
の長さに形成して接地し、他方の始動補助電極を略４分
の３周の長さに形成しているので、予備放電から主放電
への移行に要するエネルギが少なくなるという効果を奏
する。すなわち、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。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

【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に高周
   波電圧が印加される２個の始動補助電極を配列し、一方
   の始動補助電極を略４分の１周の長さに形成し、他方の
   始動補助電極を略４分の３周の長さに形成したことを特
   徴とする無電極放電灯。