JPH0589854A - ソレノイド磁界式放電灯およびこれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】広い発光面積を有し、発光効率に優れたレノイ
ド磁界式放電灯を提供する。 【構成】断面が偏平な形状の透光性のバルブ１０内に発
光物質を封入し、このバルブの偏平方向の周囲を取り巻
いて高周波励起コイル２０を配し、この励起コイルに高
周波電流を流してバルブ内でプラズマ放電を発生させ、
こ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。 【作用】バルブが偏平な形状をなしているので、その偏
平な広い面を発光面として使用することができ、バルブ
の高さが薄くなるので発光物質の蒸気層の厚みも薄くな
り、発光物質の自己吸収が少なくなるから蒸気圧を高く
することができ、光出力を増すことができる。

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
磁界式放電灯およびこれを用いた照明器具に関する。

【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欠点があり、更には電極に
よる損失があるから効率が低下するなど、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としては、例えば特
開平２−６００４８号公報に示されており、透明なバル
ブ内に発光物質を封入し、このバルブの周囲に高周波励
起コイルを配し、この励起コイルを高周波発振回路に接
続して構成されており、高周波発振回路から励起コイル
に高周波電流を流すと、高周波磁界が発生し、これによ
りバルブ内でプラズマ放電が発生し、この放電が発光物
質を電離、励起して発光させるものである。このような
ランプは、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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ソレノイド磁界式放電灯は、バルブ形状が球または筒形
をなしており、光を取出す面、つまり有効発光面が小さ
い不具合がある。

【０００６】ところが、最近の各種光学機器は、広い面
で発光するような面発光形の光源が要求されている。例
えば、液晶表示装置のバックライトとして用いられるけ
い光ランプなどは、冷陰極形の偏平バルブを使用し、そ
の平坦な広い面から放射される光で液晶パネルを照射す
るようになっている。

【０００７】また、電子デバイスプロセスの分野では、
半導体の光洗浄、フォトレジスト、光アッシング、光Ｃ
ＶＤなどに紫外線照射技術が用いられており、これに使
用する紫外線光源は紫外線を広い面積範囲に亘り有効に
照射するため、および紫外線出力の増大を目的として面
発光形のランプが望まれている。

【０００８】しかしながら、上記液晶表示装置のバック
ライトとして用いられる冷陰極形の偏平けい光ランプは
有効発光面を大きくすることができるが、電極が冷陰極
であるため、投入電力に制約があり、発光面を広くして
も光出力に限界がある。

【０００９】また、紫外線光源として使用されるランプ
は従来、低圧水銀放電灯が主流を占めている。しかし、
従来の低圧水銀放電灯は、直管形の発光管の端部にそれ
ぞれ電極を設け、これら電極間の放電によりバルブ内に
封入した発光金属を電離および励起させて発光させるも
のであるから、前述した電極を用いることによる不具合
があり、電極損失による発光効率の低下があり、しかも
平面的な発光面が得られない不具合がある。

【００１０】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、広い発光面積を有
し、発光効率に優れたレノイド磁界式放電灯およびこれ
を用いた照明器具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、この
励起コイルに高周波電流を流してバルブ内でプラズマ放
電を発生させ、こ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、上記バルブは断面を偏平な形状とし、この偏平方向
の周囲に励起コイルを配置したことを特徴とする。

【００１２】本発明の２番目は、上記ソレノイド磁界式
放電灯を収容し、この放電灯の偏平な面から放射される
光を透過させる投光部を供えたハウジングを有する照明
器具を特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明のソレノイド磁界式放電灯によれば、バ
ルブが偏平な形状をなしているのでアーク放電がバルブ
の周囲に沿って広がるとともに、その偏平な一面を発光
面として使用することができるから発光面を広くするこ
とができる。また、始動時に、磁界で加速される電子の
サイクロトン運動が、自由に偏平に広がって始動放電を
誘起するから始動が容易になる。さらに、バルブの高さ
を薄くすることができるので発光物質の蒸気層の厚みを
薄くすることができ、発光物質の自己吸収が少なくなる
から、蒸気圧を高くすることができ、光出力を増すこと
ができる。また、本発明の照明器具によれば、上記放電
灯の偏平な面から放射される光を投光部を通じて放射す
るので、広い面積を有効に照射することができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明について、図１および図２に示す
紫外線放射用ソレノイド磁界式放電灯に適用した第１の
実施例にもとづき説明する。

【００１５】図１において、１０はバルブであり、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。この
バルブ１０は、例えば長さ７５mm、幅７５mm、厚み２０
mm程度の偏平な形状を有している。

【００１６】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
の放出に優れた水銀が５０mg程度封入されているととも
に、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオンなどのよ
うな始動用希ガスが少なくとも１種、０．０５Torr程度
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、線径５mm程度の高純
度アルミニウム、銅、銀、ニッケル線などからなり、バ
ルブ１０の周囲に沿って高さ方向に３タ−ン程度の巻数
で形成されている。このような励起コイル２０の両端は
高周波発振回路３０に接続されており、この高周波発振
回路３０から供給される高周波電力、例えば５００Ｗ、
１３．５６ＭＨｚの電力により高周波電流が流されるよ
うになっている。

【００１８】なお、バルブ１０には排気管１５が接続さ
れており、この排気管１５はバルブ１０内を排気し、水
銀および始動用希ガスを封入したのち封止切りされる。
本実施例の排気管１５は、バルブ１０の外に導出されて
おり、先端が冷却手段により強制冷却されるようになっ
ている。冷却手段としては、排気管１５を直接空冷する
ようにしてもよいが、本実施例の場合は、排気管１５に
冷却ブロック１６を接触して取り付け、この冷却ブロッ
ク１６を送風ファン１７からの送風により冷却するよう
になっている。まお、冷却ブロック１６にヒートパイプ
（図示しない）を接続してこのヒートパイプを空冷また
は水冷するようにしてもよい。

【００１９】このような構成の紫外線放射用ソレノイド
磁界式放電灯、つまり無電極放電灯においては、励起コ
イル２０の両端に高周波発振回路３０から高周波電圧を
供給すると、コイル２０に高周波電流が流れる。この高
周波電流により、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
りバルブ１０内に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によって水銀蒸気が電
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を透過して偏平下面から外部に放射される。

【００２０】したがって、このような偏平形紫外線放射
用ソレノイド磁界式放電灯においては、広い下面の全体
から紫外線が放出されるので、照射面が増し、照射エリ
アが拡大する。

【００２１】また、始動時においては、磁界により加速
された電子のサイクロトン運動が円滑に進むことが望ま
しいが、本発明の場合、バルブ１０が偏平形状であるか
ら電子のサイクロトン運動が偏平方向に自由に広がり、
リング形のプラズマ放電を誘起するから始動が容易にな
る。

【００２２】さらに、バルブ１０が偏平であるため、バ
ルブ１０の高さが薄くなり、水銀蒸気層の厚みを薄くす
ることができる。このため、水銀蒸気が自己で紫外線を
吸収する作用が少なくなるから、蒸気圧を高くすること
ができ、このため紫外線の発生割合が増し、紫外線出力
が増すことになる。

【００２３】そして、従来の紫外線光源として知られて
いる低圧水銀放電灯に比べて、バルブ内部に電極を有し
ないことから、電極損失がなく、かつ上記したように水
銀蒸気層の厚みに依存する紫外線の自己吸収作用が少な
いので、蒸気圧を高くして紫外線出力を増すことができ
るので、ランプ効率が向上するものである。

【００２４】なお、本実施例の場合、バルブ１０に接続
した排気管１５の先端を冷却ブロック１６および送風フ
ァン１７などのような冷却手段により強制冷却するよう
にしたから、バルブ１０の最冷部がこの排気管１５の先
端部に形成されるとともに、この最冷部の温度が強制的
に制御されるから、バルブ１０内に水銀蒸気圧が過剰に
ならず、最適な状態の蒸気圧を保って光出力を高く維持
することができる。図３は本発明の他の実施例を示す。
図３は本発明の照明装置を示し、バルブ１０および励起
コイル２０を投光部４１を備えた金属製のハウジング４
０で覆ったものである。

【００２５】ハウジング４０は、例えば透磁率の高いス
テンレス、ニッケル、鉄にニッケルもしくはクロムメッ
キした板金からなり、内面に紫外線反射面４２を形成し
てあり、紫外線を放出する面、つまり下面を開口して投
光部４１としてある。また、上面には冷却ダクト４３を
形成し、この冷却ダクト４３には送風ファン４４を設け
てある。

【００２６】このような構成の場合は、バルブ１０の下
面の広い面から放出される紫外線はハウジング４０の下
面の投光部４１から直接照射されるので、広い面積に亘
って効果的に紫外線を放出する。

【００２７】また、バルブ１０の上面から放射された紫
外線はハウジング４０内面の反射面４２で反射されて投
光部４１から下向きに照射されるので、バルブ１０の下
面から直接放出される紫外線にプラスされ、紫外線強度
が増す。そして、ハウジング４０はバルブ１０および励
起コイル２０の回りを覆うので、これらバルブ１０およ
びコイル２０から放出される高周波ノイズを遮断する。

【００２８】さらに、バルブ１０およびコイル２０から
放出される高周波磁力はハウジング４０の低磁気抵抗路
を通ってバルブ１０に戻されるようなり、ハウジング４
０内に閉じ込められて外部に放出されないから磁力の損
失が少なくなり、この磁力はプラズマ放電１２を発生す
る電界とより深く結合されるため、エネルギー効率が向
上する。また、ハウジング４０内の熱は冷却ダクト４３
に設けた送風ファン４４により排出されるから、バルブ
１０およびコイル２０の温度上昇が防止される。

【００２９】上記第１および第２の実施例は、紫外線照
射用光源に好適する無電極放電灯の場合を説明したが、
本発明は紫外線照射用に限らず、例えば液晶表示装置の
バックライトとして使用されるけい光ランプにも実施可
能である。けい光ランプの例を図４に示す。

【００３０】図４において、５０は断面が偏平な形状を
なすバルブであり、通常のガラスにより形成されてお
り、例えば長さ７０mm、幅７０mm、厚み１８mm程度の偏
平な形状を有している。

【００３１】このバルブ５０の内面にはけい光体被膜５
１が形成されており、内部にはプラズマによるア−ク放
電によって発光する水銀およびアルゴンガスが封入され
ている、水銀は２０mg程度封入されており、アルゴンガ
スは３．０Torr程度封入されている。バルブ５０の周囲
には図２の場合と同様に励起コイル２０が配置されてい
る。この励起コイル２０は図示しない高周波発振回路に
接続されている。

【００３２】このような構成のけい光ランプの場合も、
励起コイル２０に高周波発振回路から高周波電流を流す
と、励起コイル２０内に磁界が発生し、これによりバル
ブ５０内にプラズマによるドーナツ形のア−ク放電が発
生する。この放電によって水銀蒸気が電離および励起さ
れて紫外線を発し、この紫外線はけい光体被膜５１によ
り可視光に変換され、バルブ５０を透過して偏平な面か
ら外部に放射される。このような構成のけい光ランプに
おいても、第１の実施例と同様に、広い面の全体から可
視光が放出されるので、照射面が増し、照射エリアが拡
大する。

【００３３】また、バルブ５０の高さが薄くなり、水銀
蒸気層の厚みを薄くすることができるため、水銀蒸気の
自己吸収作用が少なくなり、蒸気圧を高くすることがで
き、このため紫外線の発生割合が増し、光出力が増すこ
とになる。

【００３４】なお、本発明は、発光物質に特に制限され
るものではなく、従来から知られている有電極形放電灯
で使用されている発光物質には全て適用可能であるばか
りでなく、従来は電極との反応などのために使用不能で
あった発光物質であっても、発光管内に電極がないの
で、高周波磁界により放電するのであれば使用可能にな
る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のソレノイド
磁界式放電灯によると、バルブの断面形状を偏平な形状
とし、この偏平バルブの偏平方向の周囲を取り巻いて励
起コイルを配置したので、偏平な形状の広い面を発光面
として使用することができ、発光面が広くなる。そし
て、始動時に、電子のサイクロトン運動が自由に広がる
ので放電を誘起し易く、始動が容易になる。さらに、バ
ルブの高さを薄くすることができるので発光物質の蒸気
層の厚みを薄くすることができ、発光物質の自己吸収が
少なくなるから、蒸気圧を高くすることができ、光出力
を増すことができる。また、本発明の照明器具によれ
ば、上記放電灯の偏平な面から放射される光を投光部を
通じて放射するので、広い面積を有効に照射することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す紫外線照射用ソレ
ノイド磁界式放電灯の斜視図。

【図２】同実施例の断面図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す紫外線照射用ソレ
ノイド磁界式放電灯をハウジングに収容した照明器具の
断面図。

【図４】本発明の第３の実施例を示すソレノイド電界式
けい光ランプの断面図。

【符号の説明】

１０、５０…バルブ、１２…アーク放電、２０…励起コ
イル、４０…ハウジング、４１…投光部、５１…けい光
体被膜。

Claims (3)

【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、この励起コイルに高周波電流を流してバ
   ルブ内でプラズマ放電を発生させ、このプラズマ放電に
   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、 上記バルブは断面が偏平な形状をなし、上記励起コイル
   は上記偏平バルブの偏平方向の周囲を取り巻いているこ
   とを特徴とするソレノイド磁界式放電灯。
2. 【請求項２】 上記バルブの内面にけい光体被膜を形成
   し、発光物質として水銀および希ガスを封入したことを
   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】 ハウジング内に上記請求項１または請求
   項２に記載のソレノイド磁界式放電灯を収容し、このハ
   ウジングは上記放電灯の偏平な面に対向する投光部を有
   することを特徴とする照明器具。