JPH05347149A - ソレノイド磁界式放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コイルの回りに停滞する熱を逃がしてコイルの
温度上昇を防止するソレノイド磁界式放電灯を提供す
る。 【構成】透光性のバルブ１０内に発光物質を封入し、こ
のバルブを取り巻くようにして高周波励起コイル２０を
配し、この励起コイルにより上記バルブ内にプラズマ放
電を発生させて上記発光物質を発光させるようにし、か
つ上記励起コイルは、断面がコイル軸方向と交差する方
向に沿って偏平な形状を有する平板形の導体２１からな
るソレノイド磁界式放電灯において、上記励起コイルの
平板形導体に通気孔２２を形成したことを特徴とする。 【作用】平板形導体からなる励起コイルに通気孔を開口
したので、コイル周囲の熱が対流により上記通気孔を通
じて逃げるようになり、励起コイルの回りで対流が生
じ、よってコイル表面の温度を引下げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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。

【０００３】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。

【０００４】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、透明なバルブ内
に発光物質を封入し、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、この励起コイルにより上記バ
ルブ内にプラズマによるアーク放電を発生させて上記発
光物質を発光させるようにしたものであり、バルブ内に
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。

【０００５】ところで、この種のソレノイド磁界式放電
灯は、低いインピーダンスで放電を行うことになるか
ら、励起コイルに約２０アンペア程度の大きな電流の高
周波を流す必要があり、コイルにおける抵抗損失がラン
プ全体の総合効率に大きな影響を及ぼすことになる。つ
まり、この種のソレノイド磁界式放電灯は、励起コイル
の効率がランプ効率を左右する主因となる。したがっ
て、励起コイルの効率の向上が望まれる。

【０００６】従来において、例えば特開平２−１２７５
３号公報にはソレノイド磁界式放電灯が記載されてお
り、このものはコイル効率を向上させるための工夫を提
案している。つまり、この公報においては、励起コイル
の効率を向上させるため、バルブを取巻く励起コイルに
よる高周波電流の損失を低減するとともに、このコイル
がバルブから放射される光を遮断しないことが重要であ
ると記載されている。このため、この公報の場合、励起
コイルの表面の導電率を高くし、かつ反射率を高くして
ある。しかしながら、励起コイルの高周波損失を低減す
る手段は、単に励起コイルの表面の導電率や、反射特性
のみに依存するものではない。

【０００７】すなわち、本発明者らが検討、研究したと
ころ、励起コイルの高周波損失を低減させて効率を向上
させるには、表面積を増して表皮抵抗を引き下げて、熱
損失を低下させ、かつコイルによる遮光作用を小さくす
る必要があることを見い出した。

【０００８】すなわち、導電体における高周波電流は導
体の表面を流れる性質があり、このため表面積が大きい
場合は電流経路が大きくなり、電気抵抗が小さくなる。
このことから、断面形状を、円形でなく非円形にすれば
表面積が大きくなるので電気抵抗を小さくすることがで
きる。

【０００９】また、抵抗が小さくなれば発熱が抑制さ
れ、コイルの温度上昇が防止されるようになり、かつ断
面形状を非円形にすると表面積が増して放熱面積が大き
くなるからコイルの温度を低くすることができ、コイル
効率が上昇する。このようなことから、本出願人は、特
願平３−２４７６６４号に示す通り、コイルの断面形状
を偏平な非円形にしたソレノイド磁界式放電灯装置を提
案した。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、励起コ
イルの導体の断面形状をコイル軸方向と交差する方向に
沿って偏平な形状を有する平板形とした場合、バルブか
ら放出される熱および励起コイルから放出される熱が、
コイルの回り、特にコイル軸方向に隣接する平板形のコ
イル導体間に停滞し、この停滞する熱により励起コイル
の温度が上昇し、コイルの表面酸化やクリープ変形など
のような経時劣化を招く心配がある。

【００１１】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、コイルの回りに停
滞する熱を逃がしてコイルの温度上昇を防止し、コイル
効率の向上を可能とす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。

【００１２】

【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、透光性のバルブ内に発光物質を封入し、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、
この励起コイルにより上記バルブ内にプラズマ放電を発
生させて上記発光物質を発光させるようにし、かつ上記
励起コイルは、断面がコイル軸方向と交差する方向に沿
って偏平な形状を有する平板形の導体からなるソレノイ
ド磁界式放電灯において、上記励起コイルの平板形導体
に通気孔を形成したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によれば、平板形導体からなる励起コイ
ルに通気孔を開口したので、コイル周囲の熱が対流によ
り上記通気孔を通じて逃げるようになり、励起コイルの
回りで対流が生じ、よってコイル表面の温度を引下げる
ことができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明について、図１に示す一実施例に
もとづき説明する。

【００１５】図において１０は発光管バルブであり、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いる。
本実施例のバルブ１０は合成石英により形成され、内径
Ｄが２０〜３０mm程度、軸方向寸法（高さ）が１０〜２
０mm程度に形成されている。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、例えばハロゲン金属、ＮａＩ−ＣｅＩ₃ 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。

【００１６】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、例えば高純度アルミ
ニウム、または銅、もしくは銀などの導電性に優れた金
属からなる導体を用いており、この導体の断面はコイル
軸方向と交差する方向に沿って偏平な形状を有する平板
形をなしている。本実施例では導体として、一対の浅皿
形状をなす環形のコイル素線２１、２１を用いており、
これら一対の環形コイル素線２１、２１は内径部で互い
に対向させ、これらを周方向の一部で溶接などのより接
合したもので、全体で螺旋形の導電通路を構成してい
る。この励起コイル２０の両端は高周波発振回路２６に
接続されており、この高周波発振回路２６から供給され
る高周波電圧により高周波電流が流されるようになって
いる。

【００１７】このような高周波電流により、励起コイル
２０内にはコイル軸方向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。

【００１８】上記環形のコイル素線２１、２１には、図
１の（Ｂ）図にも示す通り、複数個の通気孔２２…が形
成されている。本実施例の場合、通気孔２２…は長円弧
形をなしており、各コイル素線２１、２１の径方向の中
間位置よりも若干外径側に位置して形成されている。な
お、通気孔２２…の幅、つまり狭い方の寸法ｗは板厚ｔ
より大きく形成されている。

【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（ガスプローブ）１５が接続さ
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１６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。この細管１５には始動用電極
１７が取着されている。この始動用電極１７は始動回路
１８を介して上記高周波発振回路２６に接続されてい
る。このような構成のソレノイド磁界式放電灯、つまり
無電極放電灯の作用を説明する。

【００２０】ランプを始動させる場合は、高周波発振回
路２６から始動回路１８を通じて始動用電極１７に始動
電圧を供給すると同時に、励起コイル２０に高周波電流
を流し、バルブ１０内に高周波磁界による電界を発生さ
せる。すると、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。

【００２１】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内にグロー
放電が発生する。このグロー放電はバルブ１０内にプラ
ズマ放電を誘起し、コイル軸Ｏ−Ｏの回りにリング形状
のプラズマ放電１２を発生する。このプラズマ放電１２
により発光金属が電離および励起されて光を発し、この
光はバルブ１０を透過して外部に放射される。

【００２２】このようなランプにおいて、コイル２０の
導体２１、２１を、断面が偏平な浅皿形にしたので、同
一断面積の場合は断面円形の場合よりも表面積が増大す
る。このため表皮効果が拡大し、高周波電流の損失が少
なくなる。つまり、表面積が増すと、流路経路が大きく
なり、電流の抵抗が軽減されるので、コイル効率が向上
する。

【００２３】また、表面積が大きい場合は、断面円形の
場合に比べて放熱面積が増すので冷却性が向上し、上記
電気抵抗の低下と相俟ってコイルの表面温度が低くな
る。このことは、熱として無駄に放出されるエネルギー
が少なくなるので、コイル効率が向上する。

【００２４】そして、本実施例の場合、コイル２０の各
導体２１、２１に通気孔２２…を形成したので、コイル
導体２１、２１の回りに停滞したり、軸方向に隣接する
導体２１、２１間に滞ろうとする熱が、対流により通気
孔２２…を通じて逃がされる。したがって、コイル導体
２１、２１が温度の高い空気に囲まれることがなくな
り、全体として放熱作用が強くなり、励起コイル２０の
温度を引下げることができる。このためコイルの温度上
昇による表面酸化やクリープ変形などの障害が防止され
る。

【００２５】なお、平板形の導体２１、２１に上記のよ
うな通気孔２２…を形成した場合は、高周波電流の電流
通路の断面積がこれら通気孔２２を形成した分だけ小さ
くなり、このため電流の流れを阻害するから電気抵抗が
増えて発熱が増す心配があるが、周方向に伸びる長円弧
形の通気孔２２…を形成した場合は径方向に沿って切っ
た断面積は大幅に減少しないとともに、この断面積の減
少分による発熱増加分よりも、対流による放熱能力が打
ち勝つことにより、コイル２０の温度上昇を抑止するこ
とができる。また、通気孔２２…の幅寸法ｗを板厚ｔよ
り大きくすることにより、各通気孔２２…の通気抵抗を
少なくすることができる。なお、本発明は上記図１に示
す第１の実施例に制約されるものではない。

【００２６】つまり、図２は本発明の第２の実施例を示
すもので、この場合の高周波励起コイル２０は円錐形の
導体２１０、２１０がコイル軸Ｏ−Ｏに対して所定の傾
斜角をなして相互に逆方向に対向して交差されており、
これら導体２１０、２１０にはそれぞれ通気孔２２０…
が形成されている。本実施例の通気孔２２０…は円形で
あり、平板形導体２１０の全面に亘り分散して形成して
ある。しかしながら、平板形導体２１０の外径側に位置
する通気孔２２０…の分布を、平板形導体２１０の内径
側に位置する通気孔２２０…の分布より密にしてある。

【００２７】すなわち、平板形導体２１０の中心側にお
ける通気孔２２０…の分布を粗にすることにより、高周
波電流の流れの抵抗を小さくし、これにより平板形導体
２１０では内径側を電流が通り易くし、よってバルブ１
０に対する高周波磁界の集約度を高め、バルブ１０に対
する入力の投入効率を高めるようにしてある。また、外
径部に多数の通気孔２２０を分散させることにより、平
板形導体２１０の下面では対流により中心側から外径側
に向かう空気の流れが多くなり、熱を持ち去る効率が高
くなる。また、図３および図４は本発明の第３の実施例
を示す。

【００２８】この例は、コイル軸方向に沿って配置され
ている各導体２１０ａと２１０ｂと間で、通気孔２２０
ａ…と２２０ｂ…の中心位置をずらせた例である。例え
ば、図示上側のコイル導体２１０ａにおける通気孔２２
０ａ…を形成した同心円の半径ｒ₁ とｒ₂ は、図示下側
のコイル導体２１０ｂにおける通気孔２２０b …を形成
した同心円の半径ｒ₃ とｒ₄ とは相互に異なるように形
成してあり、かつ上下の導体２１０ａ、２１０ｂ相互間
で通気孔２２０ａ…と２２０ｂ…を周方向にずらせてあ
る。このようにすると、対流が屈曲して発生するので導
体２１０、２１０に接触する機会がが多くなり、熱を奪
い去る効率が高くなる。図５および図６は本発明の第４
の実施例を示す。

【００２９】この例は、各導体２１０に、径方向に沿っ
て長円形をなす通気孔３２０…を周方向に沿って多数個
設けた場合である。この場合の特徴は、長円形をなす通
気孔３２０は、長径Ｒ₁ を径方向に向かわせ、短径Ｒ₂
を周方向に沿わせて形成した点である。

【００３０】このような場合、通気孔３２０の周囲に発
生する回転電流を少なくすることができる。つまり、図
６の（Ａ）図に示す通り、長円形をなす通気孔３２０の
長径Ｒ₁ を導体２１０の径方向に沿って形成した場合
は、導体２１０の周方向に沿って流れる電流が径方向に
細長い通気孔３２０を避けて流れるようになり、通気孔
３２０から離れて電流が流れるようになるので、通気孔
３２０の周方向に発生する回転電流Ｉa を小さくするこ
とができる。これに対し、図６の（Ｂ）図に示す通り、
長円形をなす通気孔３２０の長径Ｒ₁ を導体２１０の周
方向に沿って形成した場合は、導体２１０の周方向に沿
って流れる電流が周方向に細長い通気孔３２０の近くを
流れるようになり、通気孔３２０の回りに発生する回転
電流Ｉb が大きくなる。すなわちこれは、流体力学の翼
理論に似ており、図６の（Ｂ）図に示す構造の方が通気
孔３２０の回りに大きな渦電流Ｉb が発生するから、高
周波電流の損失を発生させるようになり、効率の低下が
心配される。このような効率の低下は、通気孔の数が多
い程、また長円形通気孔の形状が比較的真円に近い程顕
著になるので、小さな孔を多数開けるような場合は、図
６（Ｂ）にように周方向に長軸を配置するよりも短軸を
選ぶ方が望ましい。また、本発明は種々の形状の通気孔
が実施可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、平
板形導体からなる励起コイルに通気孔を開口したので、
コイル周囲の熱が対流により上記通気孔を通じて逃げる
ようになり、励起コイルの回りで空気の流れが生じ、よ
ってコイル表面の温度を引下げることができる。このた
めコイル効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示し、（Ａ）図はソレ
ノイド磁界式放電灯の断面図、（Ｂ）図は高周波励起コ
イルの平面図。

【図２】本発明の第２の実施例を示し、（Ａ）図はソレ
ノイド磁界式放電灯の断面図、（Ｂ）図は高周波励起コ
イルの平面図。

【図３】本発明の第３の実施例を示すソレノイド磁界式
放電灯の断面図。

【図４】同実施例のコイルを示し、（Ａ）図は上側コイ
ル導体の平面図、（Ｂ）図は下側コイル導体の平面図。

【図５】本発明の第４の実施例を示す高周波励起コイル
の平面図。

【図６】同実施例の通気孔の作用を説明するもので、
（Ａ）図は好ましい通気孔の場合の作用説明図、（Ｂ）
図は好ましくない通気孔の場合の作用説明図。

【符号の説明】

１０…バルブ、１２…アーク放電、２０…高周波励起コ
イル、２１、２１０、２１０ａ、２１０ｂ…コイル導
体、２２、２２０、２２０ａ、２２０ｂ、３２０…通気
孔。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性のバルブ内に発光物質を封入し、
   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、この励起コイルにより上記バルブ内にプラズマ放電
   を発生させて上記発光物質を発光させるようにし、かつ
   上記励起コイルは、断面がコイル軸方向と交差する方向
   に沿って偏平な形状を有する平板形の導体からなるソレ
   ノイド磁界式放電灯において、 上記励起コイルの平板形導体に通気孔を形成したことを
   特徴とするソレノイド磁界式放電灯。
2. 【請求項２】 上記通気孔は、周方向に沿って複数個形
   成したことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド磁
   界式放電灯。
3. 【請求項３】 上記通気孔は、外径側における径方向に
   沿う分布密度が、内径側に比べて密に形成したことを特
   徴とする請求項１に記載のソレノイド磁界式放電灯。
4. 【請求項４】 上記通気孔は、コイル軸方向に沿って配
   置した導体間で通気孔の中心が径方向および周方向の少
   なくとも一方がずれていることを特徴とする請求項１に
   記載のソレノイド磁界式放電灯。