JPH06203807A - 無電極放電灯およびその点灯回路ならびにこれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外に向かって発せられる光が遮えぎられること
がないとともに、高圧放電灯が実現できる無電極放電灯
および点灯回路ならびに照明装置を提供する。 【構成】内管１１と外管１２とで構成した２重管の放電
空間１４に放電物質を封入するとともに、上記内管の中
心部に高周波電流を流す導電体１５を貫通し、この導電
体に高周波電流を流し、上記放電空間内で放電を発生さ
せるようにしたことを特徴とする。 【作用】２重管内に貫通した導電体に高周波電流を流す
と、放電空間内に磁界が発生し、これにより放電が発生
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２重管を構成する内管
の内部に導電体を貫通し、この導電体に高周波電流を流
し、これにより上記２重管に形成した放電空間内で放電
を発生させるようにした無電極放電灯およびその点灯回
路ならびにこの放電灯を用いた照明装置に関する。

【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。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しなければならないので、電極部品
が必要で、また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。

【０００３】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、特開平２−１２７５３号公報に記
載されているようなソレノイド磁界式放電灯が知られて
いる。このソレノイド磁界式放電灯は、透明なバルブ内
に放電物質を封入し、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、この励起コイルを高周波発振
回路に接続して構成してあり、高周波発振回路より励起
コイルに高周波電流を流すと、高周波磁界が発生し、こ
れにより上記バルブ内でリング形状のプラズマを発生さ
せ、このプラズマにて放電させるようにしたものであ
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載されているソレノイド磁界式放電灯は、バルブ
の外周部に励起コイルを配置した構造であるから、バル
ブ内で発した光がコイルで遮られ、このため光量が減じ
られるとともに、照射方向に大きな制約を受ける欠点が
ある。また、バルブの外に励起コイルを配置するとコイ
ルが大形になり、ランプ全体も大形化する。

【０００５】これに対し、バルブの内部に励起コイルを
配置したソレノイド磁界式放電灯も知られている。しか
し、従来の場合は、せいぜい数１０Ｗ程度の低圧放電灯
であり、熱励起を主体とする高圧放電灯には使用不能で
ある。

【０００６】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、外に向かって放射
される光を遮ることがないとともに、高圧放電灯が実現
できる無電極放電灯および点灯回路ならびに照明装置を
提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、内管と外管と
で構成した２重管のトーラス形形放電空間に放電物質を
封入するとともに、上記内管の中心部に高周波電流を流
す導電体を貫通させ、この導電体に高周波電流を流し、
上記放電空間内で放電させるようにしたことを特徴とす
る。

【０００８】また、本発明の点灯回路は、上記放電灯に
並行に接続された電流制限用コンデンサと、平衡・不平
衡変換用同相トランスと、上記同相トランスに位相補正
用コンデンサを介して接続された高周波発振手段と、を
備えたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の無電極放電灯によれば、２重管の内管
内に貫通した導電体に高周波電流を流すと、フレミング
の左手の法則にもとづき、導電体の周囲のトーラス空間
内に磁界が発生し、これにより電界放電が発生し、放電
電流が流れ、この熱励起作用により放電物質が励起され
る。

【００１０】

【実施例】以下本発明について、図１ないし図３に示す
第１の実施例にもとづき説明する。図において符号１は
無電極放電灯であり、この放電灯１は発光管１０とこれ
を取り巻く外囲器２０とで構成されている。発光管１０
は、透光性アルミナなどのような透明材料により形成さ
れ、２重管構造をなしている。すなわち、この発光管１
０は、透光性アルミナからなる円筒形内管１１と、同じ
く透光性アルミナからなる円筒形外管１２とを同心状に
配置し、これら内管１１と外管１２の端部をセラミック
スからなる孔付きの端部閉塞板１３、１３により、図示
しないガラスフリット等の接着剤を介して気密に封止し
て構成されている。このため、内管１１と外管１２の間
にトーラス形の放電空間１４が形成されており、この放
電空間１４には放電によって発光する発光物質、例えば
ナトリウムが水銀とともに封入されており、かつアルゴ
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。

【００１１】上記内管１１内には高周波導電体としての
直線形状のワイヤ１５が貫通されている。このワイヤ１
５は例えばモリブデンやタングステンワイヤからなり、
上記内管１１の中心部に形成されている軸方向に沿う空
間を遊貫し、両端部が上記端部閉塞板１３、１３の中央
孔を遊貫して軸方向に導出されている。

【００１２】また、上記端部閉塞板１３、１３の内側に
は導電板１６、１６が設置されており、これら導電板１
６、１６は外管１２の外面に沿って配置された導体１７
により相互に接続されている。これら導電板１６、１６
および導体１７は放電電流の流れループを構成するもの
である。

【００１３】なお、上記内管１１は内径２mm、外径４m
m、長さ４０mm、外管１２は内径１６mm、外径１８mm、
長さ４０mm程度の形成されており、ワイヤ１５は線径１
mm程度のモリブデンワイヤが用いられている。

【００１４】このような構成をなす発光管１０を収容し
た外囲器２０は、硼珪酸ガラスなどのような軟質ガラス
により形成され、両端部が圧潰封止部２１、２１により
気密に封止されている。これら圧潰封止部２１、２１に
は、上記直線形状のワイヤ１５の両端に溶接されたモリ
ブデンなどからなる金属箔導体２２、２２が封着されて
おり、これら金属箔導体２２、２２には外部リード線２
３、２３が接続されている。

【００１５】そして、上記発光管１０は、その両端部が
ニオブ等の金属バンドからなるホルダー２４、２４に保
持されており、これらホルダー２４、２４は板ばねなど
からなる弾性サポート２５、２５を備え、これら弾性サ
ポート２５、２５は外囲器２０の内面に弾接されてい
る。すなわち、発光管１はその両端部が、ホルダー２
４、２４および弾性サポート２５、２５を介して外囲器
２０に機械的に支持されている。なお、この外囲器２０
内は、真空状態、または消弧性の希ガスの雰囲気に保た
れている。

【００１６】上記のような構造の無電極放電灯１は、図
２に示す点灯回路に接続されている。すなわち、図２に
おいて符号３０は高周波発振回路であり、例えば１５０
Ｗ、１３．５６ＭＨｚの周波数電力を出力する。この高
周波発振回路３０は、位相補正用コンデンサ３１を介し
て、平衡・不平衡変換用同相トランス３２に接続されて
いる。この同相トランス３２はソケット３５、３５を介
して放電灯１に接続されている。また、放電灯１には８
０ｐＦ程度の高耐圧形流制限用コンデンサ３３が並行に
接続されている。

【００１７】そして、上記放電灯１は図３に示すような
照明器具４０に取り付けられて照明装置を構成してい
る。図３において、４１は照明器具４０の本体であり、
下端が開放されたハウジング構造をなしている。この照
明器具本体４１には反射鏡４２が収容されており、この
反射鏡４１の所定の位置に前記無電極放電灯１が取着さ
れている。放電灯１は両端に設けた口金４３が、照明器
具本体４１に支持具４４を介して固定されたソケット３
５に係合して照明器具本体４１内に収容されている。ま
た、照明器具本体４１には上記図２に示した点灯回路３
１、３２、３３などを収容した収容ボックス４５および
高周波発振回路３０を収容した収容ボックス４６が設置
されている。なお、４７…は放熱孔である。

【００１８】このような構成の無電極放電灯１について
作用を説明する。高周波発振回路３０より、例えば１５
０Ｗ、１３．５６ＭＨｚの周波数電力を出力すると、放
電灯１の発光管１０に挿通された直線状ワイヤ１５に高
周波電流が流れる。これによりワイヤ１５を取り巻くト
ーラス形放電空間１４内にフレミングの左手の法則にも
とづき磁界が発生し、この電磁誘導作用により放電空間
内にプラズマが生じる。このプラズマによる電界は電流
と同一方向であり、閉空間内では放電の閉ループを形成
し難いので、図示のように長手方向両端に設けた導電板
１６、１６およびこれらの間を接続する導体１７によ
り、電流帰還ループを構成してあり、これにより電界放
電を発生させることができる。このような放電により発
光物質が熱励起され、よって発光する。

【００１９】このような放電灯１を図３の照明器具４０
に収容して点灯すると、放電灯１から放射された光は直
接または反射鏡４２にて反射され、照明器具４０の下方
に向かわされる。このため下方照明をなす。

【００２０】上記放電灯１の発光は、トーラス形の放電
空間１４でなされるから発光管１０の外周部で発光し、
従来のように周囲のガスで光が吸収されることがないか
ら高効率の光放射が可能になる。そして、発光部１０の
外側にコイルが存在しないから、光が遮えぎられる心配
はなく、外部に向かう光量が増えるとともに、照射方向
も広くなり、照明器具４０での配光の選択や配光制御の
自由度が増す。

【００２１】また、直線形状のワイヤ１５は周囲の放電
からの熱を受けてきわめて高温になるが、このワイヤ１
５は高融点金属により形成され、かつ周囲の雰囲気は真
空または希ガスとなっているので、熱損傷することがな
い。

【００２２】特に、このワイヤをコイル状に成形すると
ワイヤ自身の発熱により溶融する心配があり、このため
大電流を供給できず、低圧ランプしか構成できないが、
ワイヤを直線形状にしてあるため、ワイヤ自身の発熱が
少なく、よって高圧放電灯を実現可能にする。

【００２３】なお、上記直線形状のワイヤ１５を用いる
場合は、１０ＭＨｚ以上の周波数で、１ｋＷ以下のラン
プ入力であれば実施可能である。また、点灯回路のマッ
チングシステム、つまり位相補正用コンデンサ３１、平
衡・不平衡変換用同相トランス３２、および流制限用コ
ンデンサ３３は図３の照明器具４０に設置した収容ボッ
クス４５に収容されるが、配線は幅広のパターンを用い
たプリント配線基板や、リボンを用いてリードインダク
タンスを小さくすることが望ましい。

【００２４】なお、図１の放電灯１は、外管１２が真っ
直ぐな管により形成されているから、長手方向両端に設
けた導電板１６、１６およびこれらの間を接続する導体
１７により電流帰還ループを構成するようにしたが、図
４に示す第２の実施例のように、外管１２０を球形等の
ような膨くらみをもつ形状にした場合は、放電電流の帰
還ループが自動的に形成されるようになり、導電板１
６、１６や導体１７は不要になる。

【００２５】次に、本発明の第３の実施例を図５および
図６にもとづき説明する。図５に示す無電極放電灯５０
は、導電体として熱伝導性に優れた銅などからなるパイ
プ５５を用い、この銅パイプ５５内に水や空気などのよ
うな冷却媒体を強制的に流し、この導電体５５の温度上
昇を抑制してある。特に、銅パイプ５５をコイル状に成
形すれば、熱交換面積が増えるので冷却効果が高くな
る。

【００２６】このような無電極放電灯５０は、特に図６
に示すような光化学反応装置６０の光源として用いると
有効である。すなわち、図６に示す光化学反応装置６０
は、反応液に浸漬される冷却管６１内に図５に示すよう
な放電灯５０を収容してある。この放電灯５０は、トー
ラス形の放電空間１４内に発光金属として水銀や鉄のハ
ロゲン化物、またはカリウムを用い、希ガスとしてキセ
ノン、クリプトンガスを封入する。そして、この放電灯
５０は外囲器５１に収容してある。

【００２７】冷却管６１内にはパイプ６２、６３により
冷却水が循環されて、この冷却管６１および外囲器５１
を水冷するようになっている。外囲器５１の上端部は防
爆端子ボックス６５内に導かれており、この防爆端子ボ
ックス６５内で電線６６およびホース６７が銅パイプ５
５に連結されている。なお、防爆端子ボックス６５内
は、ガスパイプ６８、６９により循環される窒素などの
ような不活性ガスの雰囲気に保たれている。

【００２８】このような光化学反応装置６０の光源とし
て用いられる上記無電極放電灯５０は、図５に示す通
り、内管１１を貫通した導電体が、熱伝導性に優れた銅
などからなるパイプ５５により構成され、この銅パイプ
５５内に水や空気などのような冷却媒体を強制的に流す
から導電体５５の温度上昇が抑制される。なお、このよ
うな場合は、１〜数１０ｋＷの光出力が可能になる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、２
重管をなす内管内に貫通した導電体によりトーラス形放
電空間で放電が発生するので、発光管の外に励起コイル
が存在しなくなり、発光管内で発した光がコイルで遮ら
れる不具合がなく、光量が増すとともに、照射方向が拡
大し、ランプ全体を小形化することができる。また、導
電体を直線構造にしたり、冷却手段を採用すれば導電体
の発熱を抑えることができ、大電流を流して高圧放電灯
にも適用可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す無電極放電灯の断
面図。

【図２】同実施例における点灯回路図。

【図３】同実施例の無電極放電灯を照明器具に組み込ん
だ場合の構成図。

【図４】本発明の第２の実施例を示す無電極放電灯の断
面図。

【図５】本発明の第３の実施例を示す無電極放電灯の断
面図。

【図６】同実施例の無電極放電灯を光化学反応装置の光
源として用いた場合の構成図。

【符号の説明】

１…無電極放電灯 １０…発光管
２０…外囲器 １１…内管 １２…外管
１３…端部閉塞板 １４…放電空間 １５…導電体 ３０…高周波発振回路 ３１…位相補正用コンデ
ンサ ３２…平衡・不平衡変換用同相トランス ３３…流制限用コンデンサ ３５…ソケット ４０…照明器具 ４２…反射鏡

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内管と外管とで２重管を構成し、これら
   内管と外管との間に構成されたトーラス形の放電空間に
   放電物質を封入するとともに、上記内管の中心部に高周
   波電流を流す導電体を貫通して配置し、この導電体に１
   ０ＭＨｚ以上の高周波電流を流してこの導電体を取り巻
   く上記放電空間にプラズマを発生させ、るようにしたこ
   とを特徴とする無電極放電灯。
2. 【請求項２】 ２重管を外囲器にて覆い、この外囲器内
   を真空または消弧性ガス雰囲気にしたことを特徴とする
   請求項１に記載の無電極放電灯。
3. 【請求項３】 導電体は高融点金属からなる直線形状の
   ワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の無電極
   放電灯。
4. 【請求項４】 上記直線形状ワイヤからなる導電体に
   は、１ｋＷ以下の電力を供給することを特徴とする請求
   項３に記載の無電極放電灯。
5. 【請求項５】 導電体は金属チューブであり、このチュ
   ーブ内に冷却媒体を流すようにしたことを特徴とする請
   求項１ないし請求項４のいづれかに記載の無電極放電
   灯。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいづれかに記
   載の無電極放電灯と、この放電灯を点灯させる点灯回路
   とを具備し、この点灯回路は、 上記放電灯に並行に接続された電流制限用コンデンサ
   と、平衡・不平衡変換用同相トランスと、上記同相トラ
   ンスに位相補正用コンデンサを介して接続された高周波
   発振手段と、を備えたことを特徴とする無電極放電灯の
   点灯回路。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項５のいづれかに記
   載の無電極放電灯と、この放電灯から出た光を反射する
   反射体と、上記放電灯を支持する手段とを備えたことを
   特徴とする照明装置。