JPH076887A - 放電ランプの音響共鳴アーク安定化装置と方法 - Google Patents
放電ランプの音響共鳴アーク安定化装置と方法Info
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- JPH076887A JPH076887A JP6038945A JP3894594A JPH076887A JP H076887 A JPH076887 A JP H076887A JP 6038945 A JP6038945 A JP 6038945A JP 3894594 A JP3894594 A JP 3894594A JP H076887 A JPH076887 A JP H076887A
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- H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
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- H05B41/24—Circuit arrangements in which the lamp is fed by high frequency ac, or with separate oscillator frequency
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- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 駆動信号により放電状態に励起し得るガスの
充てん物が入っている光透過性アーク管を有する放電ラ
ンプのためのアーク安定化装置を提供する。 【構成】 駆動信号に対して変調信号を供給する変調装
置（１８，８０）を設ける。変調信号は、充てん物内の
ガスの音響共鳴に近い対応する周波数を有し、このよう
な変調信号周波数は駆動信号の周波数より低い。本発明
の一実施例では変調装置は、駆動信号の振幅の約５％よ
り大きい変調振幅が得られるように振幅変調を行う。本
発明の更に別の実施例では、変化する音響共鳴周波数の
範囲を包含するように変調信号の周波数が所定の周波数
範囲にわたって掃引される。
充てん物が入っている光透過性アーク管を有する放電ラ
ンプのためのアーク安定化装置を提供する。 【構成】 駆動信号に対して変調信号を供給する変調装
置（１８，８０）を設ける。変調信号は、充てん物内の
ガスの音響共鳴に近い対応する周波数を有し、このよう
な変調信号周波数は駆動信号の周波数より低い。本発明
の一実施例では変調装置は、駆動信号の振幅の約５％よ
り大きい変調振幅が得られるように振幅変調を行う。本
発明の更に別の実施例では、変化する音響共鳴周波数の
範囲を包含するように変調信号の周波数が所定の周波数
範囲にわたって掃引される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は音響共鳴帯の周波数を使
用する変調方式を用いることによりアーク放電ランプ内
の放電アークを安定化するための装置に関するものであ
る。更に詳しく述べると本発明は、無線周波数エネルギ
ーを使用して放電アークを励起し、ある条件下でアーク
が不安定になる任意の型の放電ランプにも適用できるよ
うな音響共鳴アーク安定化装置に関するものである。
用する変調方式を用いることによりアーク放電ランプ内
の放電アークを安定化するための装置に関するものであ
る。更に詳しく述べると本発明は、無線周波数エネルギ
ーを使用して放電アークを励起し、ある条件下でアーク
が不安定になる任意の型の放電ランプにも適用できるよ
うな音響共鳴アーク安定化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】無線周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑ
ｕｅｎｃｙ）電流信号のような時間とともに変化する駆
動信号によりアーク放電の開始や維持が行われる放電ラ
ンプでは、ある条件下でこのようなアーク放電が不安定
となり、希望通り安定な位置にとどまらず、アーク管内
を揺れ動く危険性がある。このようにアークが揺れ動い
て、不安定になることにより、光出力がちらつくととも
に、最終的に消えてしまい、ランプを再点弧しなければ
ならなくなる。この条件は、ランプが無電極か電極付き
かに関係なく高輝度放電（ＨＩＤ：ｈｉｇｈ ｉｎｔｅ
ｎｓｉｔｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプ、マイクロ波
励起硫黄ランプ等の数個の異なる型の放電ランプで生じ
ることがあり、また無電極ランプの場合には、駆動信号
がアーク管内の充てん物に誘導結合されるか、容量結合
されるかに拘らず生じる。ある条件下でアークが不安定
になるランプの例は、その中にドーナツ形のアーク放電
が形成される石英等の耐熱光透過性材料のアーク管を含
む誘導結合された無電極ＨＩＤランプである。米国特許
第４，８１０，９３８号には、アーク管の一部を取り囲
むように配置された励起コイルを使用し、ＲＦ信号によ
って付勢されてアーク管内に管状の電磁場を形成する無
電極ＨＩＤランプが説明されている。管状の場は上記の
ドーナツ形のアーク放電を発生する役目を果たす。この
場合、励起コイルは変圧器の一次巻線として作用し、ド
ーナツ形のアーク放電は一次巻線に誘導結合された変圧
器の二次巻線として作用する。この型の放電ランプに関
連するなおいっそうの進展の他の例が、米国特許第４，
８１２，７０２号、米国特許第５，０４７，６９２号、
米国特許第５，１４０，２２７号、および米国特許第
５，１５０，０１５号に見出すことができる。これらの
米国特許をここに引用しておく。アークが不安定になる
ことがあり、本発明を使用することにより性能を改善す
ることができるランプのもう一つの例は、マイクロ波励
起により付勢される無電極ランプに関する米国特許第
４，９７５，６２５号に見出すことができる。
ｕｅｎｃｙ）電流信号のような時間とともに変化する駆
動信号によりアーク放電の開始や維持が行われる放電ラ
ンプでは、ある条件下でこのようなアーク放電が不安定
となり、希望通り安定な位置にとどまらず、アーク管内
を揺れ動く危険性がある。このようにアークが揺れ動い
て、不安定になることにより、光出力がちらつくととも
に、最終的に消えてしまい、ランプを再点弧しなければ
ならなくなる。この条件は、ランプが無電極か電極付き
かに関係なく高輝度放電（ＨＩＤ：ｈｉｇｈ ｉｎｔｅ
ｎｓｉｔｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプ、マイクロ波
励起硫黄ランプ等の数個の異なる型の放電ランプで生じ
ることがあり、また無電極ランプの場合には、駆動信号
がアーク管内の充てん物に誘導結合されるか、容量結合
されるかに拘らず生じる。ある条件下でアークが不安定
になるランプの例は、その中にドーナツ形のアーク放電
が形成される石英等の耐熱光透過性材料のアーク管を含
む誘導結合された無電極ＨＩＤランプである。米国特許
第４，８１０，９３８号には、アーク管の一部を取り囲
むように配置された励起コイルを使用し、ＲＦ信号によ
って付勢されてアーク管内に管状の電磁場を形成する無
電極ＨＩＤランプが説明されている。管状の場は上記の
ドーナツ形のアーク放電を発生する役目を果たす。この
場合、励起コイルは変圧器の一次巻線として作用し、ド
ーナツ形のアーク放電は一次巻線に誘導結合された変圧
器の二次巻線として作用する。この型の放電ランプに関
連するなおいっそうの進展の他の例が、米国特許第４，
８１２，７０２号、米国特許第５，０４７，６９２号、
米国特許第５，１４０，２２７号、および米国特許第
５，１５０，０１５号に見出すことができる。これらの
米国特許をここに引用しておく。アークが不安定になる
ことがあり、本発明を使用することにより性能を改善す
ることができるランプのもう一つの例は、マイクロ波励
起により付勢される無電極ランプに関する米国特許第
４，９７５，６２５号に見出すことができる。
【０００３】周波数が約１キロヘルツより上、たとえば
約１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流によって、アーク管内で
アーク放電を励起するための励起コイルまたは他の型の
駆動機構が付勢されると、アーク管内の放電には前に述
べたような望ましくない不安定性が生じることがあり、
この場合、放電が抑制され、形状および位置がふらつ
き、ひとりでに消弧しがちになる。これは、理想的な安
定状態での放電の安定した綿毛状の外観と大いに異なっ
ている。理想的な安定状態では、放電は広がってアーク
管内の空間のかなりの部分を占め、アーク管壁にきわめ
て近接したままになる。前に述べた米国特許第４，８１
０，９３８号の無電極高輝度放電ランプの例の場合、安
定なドーナツ形の放電アークが半径方向に広がって、ア
ーク管を充たす。ハロゲン化金属および不活性ガスを含
むガス充てん物を使用するランプでは、あるしきい値よ
り上の電力レベルでアーク管を動作させたときにアーク
管がハロゲン化金属の化学量論を超えるハロゲンを含む
ためにこのような不安定性が生じることが観測されてい
る。余分のハロゲン、多くの場合余分のヨウ素は通常、
アーク管の添加物から活性金属が失われることによって
生じる。あるしきい値を超える電力レベルでの前記の他
の型の放電ランプの動作によっても前記の不安定動作が
生じるものと予想される。
約１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流によって、アーク管内で
アーク放電を励起するための励起コイルまたは他の型の
駆動機構が付勢されると、アーク管内の放電には前に述
べたような望ましくない不安定性が生じることがあり、
この場合、放電が抑制され、形状および位置がふらつ
き、ひとりでに消弧しがちになる。これは、理想的な安
定状態での放電の安定した綿毛状の外観と大いに異なっ
ている。理想的な安定状態では、放電は広がってアーク
管内の空間のかなりの部分を占め、アーク管壁にきわめ
て近接したままになる。前に述べた米国特許第４，８１
０，９３８号の無電極高輝度放電ランプの例の場合、安
定なドーナツ形の放電アークが半径方向に広がって、ア
ーク管を充たす。ハロゲン化金属および不活性ガスを含
むガス充てん物を使用するランプでは、あるしきい値よ
り上の電力レベルでアーク管を動作させたときにアーク
管がハロゲン化金属の化学量論を超えるハロゲンを含む
ためにこのような不安定性が生じることが観測されてい
る。余分のハロゲン、多くの場合余分のヨウ素は通常、
アーク管の添加物から活性金属が失われることによって
生じる。あるしきい値を超える電力レベルでの前記の他
の型の放電ランプの動作によっても前記の不安定動作が
生じるものと予想される。
【０００４】したがって、アーク放電が不安定になる危
険性無しに、前に達成された電力レベルより高い電力レ
ベルでのランプの動作を考慮に入れたアーク放電ランプ
に対するアーク安定化装置が提供されれば有利である。
また、しきい値レベルより低い広範囲の電力レベルでラ
ンプの発光効率に悪影響を与えることなく、アークの安
定性についてのこのような改善が得られれば有利であ
る。
険性無しに、前に達成された電力レベルより高い電力レ
ベルでのランプの動作を考慮に入れたアーク放電ランプ
に対するアーク安定化装置が提供されれば有利である。
また、しきい値レベルより低い広範囲の電力レベルでラ
ンプの発光効率に悪影響を与えることなく、アークの安
定性についてのこのような改善が得られれば有利であ
る。
【０００５】アーク管を逆さにしたり、その軸を垂直と
水平の間の任意の角度に傾けるというように任意の相異
なる姿勢にランプを配置することができる取付け具のよ
うな実際の用途で、最適な電力レベルでのアーク放電ラ
ンプの動作についての別の関心事は、アーク安定化装置
が、ランプを垂直に配置した場合と同等に有効であるか
どうかということである。アーク管が垂直に配置されて
いない場合、垂直な配置と同等にアーク安定化装置が有
効であれば有利である。
水平の間の任意の角度に傾けるというように任意の相異
なる姿勢にランプを配置することができる取付け具のよ
うな実際の用途で、最適な電力レベルでのアーク放電ラ
ンプの動作についての別の関心事は、アーク安定化装置
が、ランプを垂直に配置した場合と同等に有効であるか
どうかということである。アーク管が垂直に配置されて
いない場合、垂直な配置と同等にアーク安定化装置が有
効であれば有利である。
【０００６】本発明に至る努力をする際、音響共鳴帯内
の周波数で駆動信号の動作を行えば所望のアーク安定性
が得られることが見出された。最近まで、音響共鳴帯内
の任意の周波数でのランプの動作は非常に望ましくな
く、このような動作自体が本質的に不安定であると考え
られてきた。しかし、最近の研究によれば、音響共鳴動
作が実際には有利である条件が存在することがわかっ
た。米国特許第４，９８３，８８９号および５，１２
１，０３４号には、電極付きハロゲン化金属ランプに対
する音響共鳴動作について説明されている。これらの特
許は、アークをまっすぐにし、ガス充てん物の成分を完
全に混合する程度まではアークの安定化に有効である。
しかし、これらの特許は、ランプを音響共鳴周波数で駆
動すべきであると教示しており、無電極ランプの場合に
使用されるような、より高い周波数での動作については
何ら示唆されていない。１９９２年６月１０日に出願の
米国特許出願第０７／８９７，６０１号でも、ハロゲン
化金属ランプの音響共鳴動作について論じられている。
ハロゲン化金属ランプの音響共鳴動作についてのこの米
国特許出願は、主アーク放電領域の色分解を大幅に減ら
すのには有効であるが、説明された利点を達成するため
にこの音響共鳴周波数を使用してランプを動作させるべ
きであるとも教示している。このような音響共鳴周波数
は通常、電極付き放電ランプを動作させるのに適したキ
ロヘルツ範囲にある。一方、無電極放電ランプはメガヘ
ルツ領域に近い周波数からそれを超える周波数の範囲で
動作するので、上記出願の教示から利益を得ることはで
きない。したがって、同じ安定化手法を使用して電極付
き放電ランプおよび無電極放電ランプの動作に同等に有
効であり、放電駆動に使用される著しく広い範囲の動作
周波数にわたって動作し得る音響共鳴アーク安定化装置
が提供されれば有利である。
の周波数で駆動信号の動作を行えば所望のアーク安定性
が得られることが見出された。最近まで、音響共鳴帯内
の任意の周波数でのランプの動作は非常に望ましくな
く、このような動作自体が本質的に不安定であると考え
られてきた。しかし、最近の研究によれば、音響共鳴動
作が実際には有利である条件が存在することがわかっ
た。米国特許第４，９８３，８８９号および５，１２
１，０３４号には、電極付きハロゲン化金属ランプに対
する音響共鳴動作について説明されている。これらの特
許は、アークをまっすぐにし、ガス充てん物の成分を完
全に混合する程度まではアークの安定化に有効である。
しかし、これらの特許は、ランプを音響共鳴周波数で駆
動すべきであると教示しており、無電極ランプの場合に
使用されるような、より高い周波数での動作については
何ら示唆されていない。１９９２年６月１０日に出願の
米国特許出願第０７／８９７，６０１号でも、ハロゲン
化金属ランプの音響共鳴動作について論じられている。
ハロゲン化金属ランプの音響共鳴動作についてのこの米
国特許出願は、主アーク放電領域の色分解を大幅に減ら
すのには有効であるが、説明された利点を達成するため
にこの音響共鳴周波数を使用してランプを動作させるべ
きであるとも教示している。このような音響共鳴周波数
は通常、電極付き放電ランプを動作させるのに適したキ
ロヘルツ範囲にある。一方、無電極放電ランプはメガヘ
ルツ領域に近い周波数からそれを超える周波数の範囲で
動作するので、上記出願の教示から利益を得ることはで
きない。したがって、同じ安定化手法を使用して電極付
き放電ランプおよび無電極放電ランプの動作に同等に有
効であり、放電駆動に使用される著しく広い範囲の動作
周波数にわたって動作し得る音響共鳴アーク安定化装置
が提供されれば有利である。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、極めて低い周波数のＲＦ領域
および反対の極めて高い周波数のＲＦ領域での駆動信号
で動作する放電ランプに対して同等に有効である放電ラ
ンプ用音響共鳴アーク安定化装置を提供するものであ
る。更に、本発明により、次のような利点も得られる。
すなわち、従来ではランプが不安定になる危険性無しに
は達成できなかった最適電力レベルで、放電ランプを動
作させることができる。また、ランプが不安定になる危
険性無しに、アーク管を垂直だけでなく、垂直でない角
度に配置することができる。
および反対の極めて高い周波数のＲＦ領域での駆動信号
で動作する放電ランプに対して同等に有効である放電ラ
ンプ用音響共鳴アーク安定化装置を提供するものであ
る。更に、本発明により、次のような利点も得られる。
すなわち、従来ではランプが不安定になる危険性無しに
は達成できなかった最適電力レベルで、放電ランプを動
作させることができる。また、ランプが不安定になる危
険性無しに、アーク管を垂直だけでなく、垂直でない角
度に配置することができる。
【０００８】本発明の原理によれば、所定の周波数のＲ
Ｆ信号を用いることにより放電状態に付勢することがで
きる充てん物の入ったアーク管を有するアーク放電ラン
プを安定化するためのアーク安定化装置が提供される。
アーク安定化装置は、アーク管内で放電を励起するため
に使用されるＲＦ信号の所定の周波数よりも低い周波数
の変調信号でＲＦ信号を変調する回路を含む。本発明の
実施例では、変調信号周波数はアーク管内の充てん物の
最も支配的な音響共鳴周波数に近い。
Ｆ信号を用いることにより放電状態に付勢することがで
きる充てん物の入ったアーク管を有するアーク放電ラン
プを安定化するためのアーク安定化装置が提供される。
アーク安定化装置は、アーク管内で放電を励起するため
に使用されるＲＦ信号の所定の周波数よりも低い周波数
の変調信号でＲＦ信号を変調する回路を含む。本発明の
実施例では、変調信号周波数はアーク管内の充てん物の
最も支配的な音響共鳴周波数に近い。
【０００９】本発明の一実施例では、放電アークを駆動
するＲＦ信号に加えられる変調信号は正弦波形の振幅変
調信号であり、この振幅変調信号はＲＦ駆動信号の振幅
の約５％より大きい変調振幅を供給するのに有効であ
る。変調信号に音響共鳴周波数を使用するこの変調手法
はアーク管内の放電を安定化させて、アーク放電をアー
ク管に近接して維持し、この音響共鳴周波数を使用する
変調手法を用いない場合に放電が通常不安定となるしき
い値よりも高い電力レベルで動作させても放電が揺れ動
いたり、ひとりでに消えることが防止されることがわか
った。
するＲＦ信号に加えられる変調信号は正弦波形の振幅変
調信号であり、この振幅変調信号はＲＦ駆動信号の振幅
の約５％より大きい変調振幅を供給するのに有効であ
る。変調信号に音響共鳴周波数を使用するこの変調手法
はアーク管内の放電を安定化させて、アーク放電をアー
ク管に近接して維持し、この音響共鳴周波数を使用する
変調手法を用いない場合に放電が通常不安定となるしき
い値よりも高い電力レベルで動作させても放電が揺れ動
いたり、ひとりでに消えることが防止されることがわか
った。
【００１０】更に、たとえば充てん物の中のガスの温度
変化により充てん物の音響共鳴周波数が変化しがちであ
る場合には、希望通りいつまでもアーク安定化を維持き
ないことも観測された。音響共鳴周波数の変化範囲を包
含する周波数範囲にわたって変調信号の周波数を掃引す
ることにより、アーク安定化を希望通り維持できること
も見出された。したがって本発明のもう一つの実施例で
は、充てん物の音響共鳴周波数の変化範囲を包含する周
波数範囲にわたって変調信号の周波数を変えるための手
段が設けられ、これにより充てん物の音響共鳴周波数が
変化する条件下でもアーク安定化が維持される。
変化により充てん物の音響共鳴周波数が変化しがちであ
る場合には、希望通りいつまでもアーク安定化を維持き
ないことも観測された。音響共鳴周波数の変化範囲を包
含する周波数範囲にわたって変調信号の周波数を掃引す
ることにより、アーク安定化を希望通り維持できること
も見出された。したがって本発明のもう一つの実施例で
は、充てん物の音響共鳴周波数の変化範囲を包含する周
波数範囲にわたって変調信号の周波数を変えるための手
段が設けられ、これにより充てん物の音響共鳴周波数が
変化する条件下でもアーク安定化が維持される。
【００１１】本発明をより良く理解し得るように、以下
付図を参照して詳細に説明する。
付図を参照して詳細に説明する。
【００１２】
【実施例の記載】以下の詳細な説明では、アーク管の中
に入っているガスの励起に関連して放電ランプのアーク
管内に生じる音響共鳴の現象に言及する。音響共鳴の状
態は、圧力の周期的振動が入力電力の振幅変調成分と同
位相で発生することにより定在圧力波を生じるような状
態である。垂直スロッシング（ｓｌｏｓｈｉｎｇ）音響
共鳴という用語にも言及する。垂直スロッシング音響共
鳴とは、アーク管内の放電ガスがアーク管内の一つの位
置からもう一つの位置に動く、すなわち変調信号の各サ
イクルの間に放電ガスが揺れ動く音響共鳴状態を言う。
フィリップス・ジャーナル・オブ・リサーチ誌（Ｐｈｉ
ｌｉｐｓ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，
Ｖｏｌ．３８， ｐｐ． ２６３−２７２， Ｎｏ
ｓ．４／５，１９８３）所載のジェー・ダブリュー・デ
ネマン（Ｊ．Ｗ．Ｄｅｎｎｅｍａｎ）の論文に述べられ
ているように、この垂直スロッシング音響共鳴は文献で
はｎｓ＝１１モードとも呼ばれることがある。
に入っているガスの励起に関連して放電ランプのアーク
管内に生じる音響共鳴の現象に言及する。音響共鳴の状
態は、圧力の周期的振動が入力電力の振幅変調成分と同
位相で発生することにより定在圧力波を生じるような状
態である。垂直スロッシング（ｓｌｏｓｈｉｎｇ）音響
共鳴という用語にも言及する。垂直スロッシング音響共
鳴とは、アーク管内の放電ガスがアーク管内の一つの位
置からもう一つの位置に動く、すなわち変調信号の各サ
イクルの間に放電ガスが揺れ動く音響共鳴状態を言う。
フィリップス・ジャーナル・オブ・リサーチ誌（Ｐｈｉ
ｌｉｐｓ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，
Ｖｏｌ．３８， ｐｐ． ２６３−２７２， Ｎｏ
ｓ．４／５，１９８３）所載のジェー・ダブリュー・デ
ネマン（Ｊ．Ｗ．Ｄｅｎｎｅｍａｎ）の論文に述べられ
ているように、この垂直スロッシング音響共鳴は文献で
はｎｓ＝１１モードとも呼ばれることがある。
【００１３】図１を参照して説明する。放電ランプ１
０、図１では無電極ＨＩＤランプは、アーク管１４を含
む。アーク管１４の壁は、溶融石英または多結晶アルミ
ナのような耐熱、光透過性材料で形成される。励起コイ
ル１６がアーク管１４を取り囲んでいる。アーク管１４
の中にアーク放電２０を励起するための無線周波（Ｒ
Ｆ）電力発生器１８が励起コイル１６に接続されてい
る。構成要素１８として使用するのに適した電力発生器
は、米国ニューヨーク州ロチェスター所在のイーエヌア
イ・パワーシステムズ社（ＥＮＩ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓ
ｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．）からエッチエフ１アールエフパワ
ージェネレータ（ＨＦ−１ ＲＦ ＰｏｗｅｒＧｅｎｅ
ｒａｔｏｒ）として入手できる電力発生器である。本発
明の範囲を限定するものではない一例として、アーク放
電２０は、上表面２４がほぼ平らとなるような全体的な
形状になっているアーク管１４の最上部に配置されたド
ーナツ形の放電として示されている。アーク管１４は、
ほぼ半球形の本体部分２２を含む。半球形の本体部分２
２は、横断面が丸い環状の接合領域２６を経由して平ら
な上表面に接続されている。アーク管１４の形状を種々
に変えて、しかもアーク管内の放電アークの安定化に関
する本発明の利点を享受し続け得ることが理解される筈
である。このような種々のアーク管の形状および種々の
アーク管形状に対応する異なる放電アーク形状は、本発
明の範囲内にあると考えられる。たとえば、放電アーク
がＲＦ信号によって付勢されて放電アークの形状がほぼ
線状であるような、円筒形で両端が同形の石英アーク管
を使用する電極付きハロゲン化金属放電ランプでも、図
１の放電ランプ１０について説明するように本発明のア
ーク安定化装置は同様に有効である。
０、図１では無電極ＨＩＤランプは、アーク管１４を含
む。アーク管１４の壁は、溶融石英または多結晶アルミ
ナのような耐熱、光透過性材料で形成される。励起コイ
ル１６がアーク管１４を取り囲んでいる。アーク管１４
の中にアーク放電２０を励起するための無線周波（Ｒ
Ｆ）電力発生器１８が励起コイル１６に接続されてい
る。構成要素１８として使用するのに適した電力発生器
は、米国ニューヨーク州ロチェスター所在のイーエヌア
イ・パワーシステムズ社（ＥＮＩ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓ
ｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．）からエッチエフ１アールエフパワ
ージェネレータ（ＨＦ−１ ＲＦ ＰｏｗｅｒＧｅｎｅ
ｒａｔｏｒ）として入手できる電力発生器である。本発
明の範囲を限定するものではない一例として、アーク放
電２０は、上表面２４がほぼ平らとなるような全体的な
形状になっているアーク管１４の最上部に配置されたド
ーナツ形の放電として示されている。アーク管１４は、
ほぼ半球形の本体部分２２を含む。半球形の本体部分２
２は、横断面が丸い環状の接合領域２６を経由して平ら
な上表面に接続されている。アーク管１４の形状を種々
に変えて、しかもアーク管内の放電アークの安定化に関
する本発明の利点を享受し続け得ることが理解される筈
である。このような種々のアーク管の形状および種々の
アーク管形状に対応する異なる放電アーク形状は、本発
明の範囲内にあると考えられる。たとえば、放電アーク
がＲＦ信号によって付勢されて放電アークの形状がほぼ
線状であるような、円筒形で両端が同形の石英アーク管
を使用する電極付きハロゲン化金属放電ランプでも、図
１の放電ランプ１０について説明するように本発明のア
ーク安定化装置は同様に有効である。
【００１４】アーク管１４には充てん物が入れられてい
る。この充てん物の中で、上記のドーナツ形の放電アー
ク２０がランプ動作の間、励起される。この用途に適し
た充てん物は、等しい重量比のヨウ化ナトリウムとヨウ
化セリウムを約５００トルの分圧のキセノンと組合わせ
たもので基本的に構成される。米国特許第４，９７２，
１２０号に、無電極ＨＩＤランプのための別の充てん物
が開示されている。この充てん物には、ハロゲン化ラン
タン、ハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化セリウム、お
よびバッファガスとしてのキセノンまたはクリプトンの
組み合わせが含まれている。もちろん、本発明のアーク
安定化を使用する他の放電ランプでは充てん物は異なっ
てもよいことは理解される筈である。上記の米国特許第
４，９７５，６２５号について前に述べたように、マイ
クロ波励起によって付勢される無電極ランプのための充
てん物は硫黄を含んでいる。放電ランプ用のこれらの充
てん物および他の充てん物にも本発明は適用される。
る。この充てん物の中で、上記のドーナツ形の放電アー
ク２０がランプ動作の間、励起される。この用途に適し
た充てん物は、等しい重量比のヨウ化ナトリウムとヨウ
化セリウムを約５００トルの分圧のキセノンと組合わせ
たもので基本的に構成される。米国特許第４，９７２，
１２０号に、無電極ＨＩＤランプのための別の充てん物
が開示されている。この充てん物には、ハロゲン化ラン
タン、ハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化セリウム、お
よびバッファガスとしてのキセノンまたはクリプトンの
組み合わせが含まれている。もちろん、本発明のアーク
安定化を使用する他の放電ランプでは充てん物は異なっ
てもよいことは理解される筈である。上記の米国特許第
４，９７５，６２５号について前に述べたように、マイ
クロ波励起によって付勢される無電極ランプのための充
てん物は硫黄を含んでいる。放電ランプ用のこれらの充
てん物および他の充てん物にも本発明は適用される。
【００１５】図１に示される本発明の一形態では、励起
コイル１６は、米国特許第５，０３９，９０３号に述べ
られているような構成の２ターンのコイルとして形成さ
れている。本発明はより広義には、図示されているもの
の代わりに他の適当な設計のコイル設計を使用でき、ま
た励起装置としてＲＦエネルギーを充てん物に容量結合
するものも使用できる。
コイル１６は、米国特許第５，０３９，９０３号に述べ
られているような構成の２ターンのコイルとして形成さ
れている。本発明はより広義には、図示されているもの
の代わりに他の適当な設計のコイル設計を使用でき、ま
た励起装置としてＲＦエネルギーを充てん物に容量結合
するものも使用できる。
【００１６】図示した実施例では、コイル１６を駆動ま
たは付勢するためのＲＦ電力発生器１８は１ｋＨｚより
も高い無線周波数で動作することができ、本例では１
３．５６ＭＨｚの周波数で動作する。同軸ケーブル３４
と適当な形式の容量性整合回路網３６の直列組み合わせ
を介して、電力発生器１８はコイル１６に結合される。
特定の実施例では、整合回路網３６がケーブル側の入力
インピーダンスを５０オームとすると共に、整合回路網
３６がコイル１６と１３．５６ＭＨｚで共鳴するように
調整された（図示しない）二つの可変コンデンサが回路
網３６に含まれる。この一般的な型の適当な整合回路網
３６は、米国特許第５，０４７，６９２号に開示されて
いる。２本の導電性のリード３８、４０により、整合回
路網３６がコイル１６の両端の端子に接続される。ラン
プ１０の付勢システム５１が、励起コイル１６、前に説
明した電気構成要素３４−４０、および音響変調信号発
生器８０を含む。音響変調信号発生器８０はチャネル８
２を介してＲＦ電力発生器１８に結合されている。音響
変調信号発生器８０については、本発明のアーク安定化
装置の動作に関連して以後更に詳細に説明する。
たは付勢するためのＲＦ電力発生器１８は１ｋＨｚより
も高い無線周波数で動作することができ、本例では１
３．５６ＭＨｚの周波数で動作する。同軸ケーブル３４
と適当な形式の容量性整合回路網３６の直列組み合わせ
を介して、電力発生器１８はコイル１６に結合される。
特定の実施例では、整合回路網３６がケーブル側の入力
インピーダンスを５０オームとすると共に、整合回路網
３６がコイル１６と１３．５６ＭＨｚで共鳴するように
調整された（図示しない）二つの可変コンデンサが回路
網３６に含まれる。この一般的な型の適当な整合回路網
３６は、米国特許第５，０４７，６９２号に開示されて
いる。２本の導電性のリード３８、４０により、整合回
路網３６がコイル１６の両端の端子に接続される。ラン
プ１０の付勢システム５１が、励起コイル１６、前に説
明した電気構成要素３４−４０、および音響変調信号発
生器８０を含む。音響変調信号発生器８０はチャネル８
２を介してＲＦ電力発生器１８に結合されている。音響
変調信号発生器８０については、本発明のアーク安定化
装置の動作に関連して以後更に詳細に説明する。
【００１７】図１に示すランプ１０の実施例では、アー
ク管１４は外側エンベロープ５０の中に封入される。エ
ンベロープ５０は石英で作ることが好ましく、アーク管
１４からの熱損失を減らし、アーク管壁を有害な表面汚
染から防護する役目を果たす。アーク管１４は、細長い
管状の中空のステム５２によって外側エンベロープ５０
の中に支持される。中空ステム５２は、アーク管１４の
領域５４でアーク管壁の外側表面に融解により接合され
る。領域５４からステムに沿って離れた位置５８で、ス
テムは外側エンベロープ５０の上部壁の開口を通って伸
び、その外周のあたりで上部壁に融解されて真空封止を
形成する。一実施例では、外側エンベロープ５０とアー
ク管との間の空間６２が真空状態とされ、これによりア
ーク管１４からの熱損失を少なくするための熱絶縁が得
られる。
ク管１４は外側エンベロープ５０の中に封入される。エ
ンベロープ５０は石英で作ることが好ましく、アーク管
１４からの熱損失を減らし、アーク管壁を有害な表面汚
染から防護する役目を果たす。アーク管１４は、細長い
管状の中空のステム５２によって外側エンベロープ５０
の中に支持される。中空ステム５２は、アーク管１４の
領域５４でアーク管壁の外側表面に融解により接合され
る。領域５４からステムに沿って離れた位置５８で、ス
テムは外側エンベロープ５０の上部壁の開口を通って伸
び、その外周のあたりで上部壁に融解されて真空封止を
形成する。一実施例では、外側エンベロープ５０とアー
ク管との間の空間６２が真空状態とされ、これによりア
ーク管１４からの熱損失を少なくするための熱絶縁が得
られる。
【００１８】図１の実施例ではステム５２は、希望に応
じてランプ１０の動作を開始するために使用される始動
補助装置６１の一部としての役目を果たす。このような
始動補助装置を含むランプは上記の米国特許第５，１４
０，２２７号に開示されている。このような始動補助装
置の動作の詳細な説明については、上記米国特許を参照
できる。もちろん、本発明のアーク安定化装置を使用し
得る放電ランプのすべてが、この型の始動補助装置また
はそれに関連する任意の始動補助装置を必要とするもの
ではなく、したがって始動補助装置の説明は本発明の範
囲を限定するものではないことが理解される筈である。
じてランプ１０の動作を開始するために使用される始動
補助装置６１の一部としての役目を果たす。このような
始動補助装置を含むランプは上記の米国特許第５，１４
０，２２７号に開示されている。このような始動補助装
置の動作の詳細な説明については、上記米国特許を参照
できる。もちろん、本発明のアーク安定化装置を使用し
得る放電ランプのすべてが、この型の始動補助装置また
はそれに関連する任意の始動補助装置を必要とするもの
ではなく、したがって始動補助装置の説明は本発明の範
囲を限定するものではないことが理解される筈である。
【００１９】上記の米国特許第５，１４０，２２７号に
更に詳細に説明されているように、ステム５２は封止さ
れ、適当なガスが入れられており、このガスは中位に高
い電圧の印加により容易に絶縁破壊し得る。ステム５２
内の絶縁破壊により、ステム５２の中で放電が生じ、こ
の放電はアーク管１４内の絶縁破壊のトリガの役目を果
たす。次に、励起コイル１６により導入されるＲＦ電流
によって生じる電磁界の印加により、アーク管１４内の
絶縁破壊がアーク放電２０に発展する。ステム５２から
中位に高い電圧を切り離すことにより、ステム５２の中
の放電が消え、始動後はアーク放電だけが存在する。
更に詳細に説明されているように、ステム５２は封止さ
れ、適当なガスが入れられており、このガスは中位に高
い電圧の印加により容易に絶縁破壊し得る。ステム５２
内の絶縁破壊により、ステム５２の中で放電が生じ、こ
の放電はアーク管１４内の絶縁破壊のトリガの役目を果
たす。次に、励起コイル１６により導入されるＲＦ電流
によって生じる電磁界の印加により、アーク管１４内の
絶縁破壊がアーク放電２０に発展する。ステム５２から
中位に高い電圧を切り離すことにより、ステム５２の中
の放電が消え、始動後はアーク放電だけが存在する。
【００２０】図１に示し、以上説明した放電ランプ１
０、および前に説明した他の型の放電ランプで生じ得る
問題は、アーク放電が望ましくない不安定性を示すこと
があるということである。本明細書の従来技術の項で説
明したように、ＨＩＤランプの場合には、この不安定性
は１００トルを超える分圧のキセノンまたはクリプトン
が充てんされ、ハロゲン化金属が添加されたアーク管で
生じた。また、アーク管にハロゲン化金属の化学量論を
超えるハロゲンが含まれているときにこの不安定性が生
じることが多い。このような不安定性は、所定のしきい
値より高い電力レベルで動作する他の型の放電ランプで
も生じ得る。アーク放電は不安定になったとき自身を圧
縮し、またその寸法が小さくなるため、アーク管壁に近
接したその正規の安定した位置から離れて動き回り、そ
の結果、ひとりでに消える恐れがある。
０、および前に説明した他の型の放電ランプで生じ得る
問題は、アーク放電が望ましくない不安定性を示すこと
があるということである。本明細書の従来技術の項で説
明したように、ＨＩＤランプの場合には、この不安定性
は１００トルを超える分圧のキセノンまたはクリプトン
が充てんされ、ハロゲン化金属が添加されたアーク管で
生じた。また、アーク管にハロゲン化金属の化学量論を
超えるハロゲンが含まれているときにこの不安定性が生
じることが多い。このような不安定性は、所定のしきい
値より高い電力レベルで動作する他の型の放電ランプで
も生じ得る。アーク放電は不安定になったとき自身を圧
縮し、またその寸法が小さくなるため、アーク管壁に近
接したその正規の安定した位置から離れて動き回り、そ
の結果、ひとりでに消える恐れがある。
【００２１】図１に示す誘導駆動される無電極ＨＩＤラ
ンプ１０では、本発明者はドーナツ形のアーク放電２０
が上記の悪条件下で不安定となる傾向を、励起コイル１
６を付勢するために使用されるＲＦ電流を変調すること
により軽減することができた。本発明の一実施例では、
ＲＦ電力電流の振幅の約５％より大きい変調振幅が得ら
れるようにＲＦ電流に時間とともに変化する波形を加え
ることにより、ＲＦ電流を振幅変調する。図４に示すよ
うに、変調信号は振幅成分８４と周波数成分８６で構成
される。振幅成分８４と周波数成分８６は一緒になっ
て、正弦変調信号を形成し、これがＲＦ電流信号に印加
される。変調信号の周波数成分８６について、本発明者
は、ドーナツ形のアーク放電２０が不安定状態に達した
ときにアーク管１４内に存在するガスの垂直スロッシン
グ音響共鳴周波数に近似する周波数を変調信号に使用し
て、アーク管１４の中でアーク放電を励起するためのＲ
Ｆ駆動信号を変調することにより、所望の構成で放電の
位置および寸法特性を維持して、このような放電の安定
化を達成できることがわかった。
ンプ１０では、本発明者はドーナツ形のアーク放電２０
が上記の悪条件下で不安定となる傾向を、励起コイル１
６を付勢するために使用されるＲＦ電流を変調すること
により軽減することができた。本発明の一実施例では、
ＲＦ電力電流の振幅の約５％より大きい変調振幅が得ら
れるようにＲＦ電流に時間とともに変化する波形を加え
ることにより、ＲＦ電流を振幅変調する。図４に示すよ
うに、変調信号は振幅成分８４と周波数成分８６で構成
される。振幅成分８４と周波数成分８６は一緒になっ
て、正弦変調信号を形成し、これがＲＦ電流信号に印加
される。変調信号の周波数成分８６について、本発明者
は、ドーナツ形のアーク放電２０が不安定状態に達した
ときにアーク管１４内に存在するガスの垂直スロッシン
グ音響共鳴周波数に近似する周波数を変調信号に使用し
て、アーク管１４の中でアーク放電を励起するためのＲ
Ｆ駆動信号を変調することにより、所望の構成で放電の
位置および寸法特性を維持して、このような放電の安定
化を達成できることがわかった。
【００２２】アーク管の中のガスの垂直スロッシング音
響共鳴周波数に近い周波数の変調信号を使用することに
よりＲＦ電流信号を振幅変調する手法は、音響変調信号
発生器８０を用いて達成される。この音響変調信号発生
器８０は、例えば米国カリフォルニア州サンジェゴ所在
のウェーブテック社（Ｗａｖｅｔｅｋ Ｃｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎ ｏｆ Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡ）から型
番１６６の５０ＭＨｚのパルス／ファンクション発生器
（Ｍｏｄｅｌ １６６ ５０ＭＨｚ Ｐｕｌｓｅ／Ｆｕ
ｎｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）として入手でき
る。変調信号は正弦波形として示されているが、変調信
号は他の形式、たとえば方形波、三角波、のこぎり波で
あってもよく、これらは前に述べた音響変調信号発生器
８０を使用することにより形成することができる。更
に、振幅変調に加えて他の変調手法も本発明のアーク安
定化を達成するのにも有効であると考えられ、またこの
ような他の変調手法は本発明の範囲にあるものとして包
含される。
響共鳴周波数に近い周波数の変調信号を使用することに
よりＲＦ電流信号を振幅変調する手法は、音響変調信号
発生器８０を用いて達成される。この音響変調信号発生
器８０は、例えば米国カリフォルニア州サンジェゴ所在
のウェーブテック社（Ｗａｖｅｔｅｋ Ｃｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎ ｏｆ Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡ）から型
番１６６の５０ＭＨｚのパルス／ファンクション発生器
（Ｍｏｄｅｌ １６６ ５０ＭＨｚ Ｐｕｌｓｅ／Ｆｕ
ｎｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）として入手でき
る。変調信号は正弦波形として示されているが、変調信
号は他の形式、たとえば方形波、三角波、のこぎり波で
あってもよく、これらは前に述べた音響変調信号発生器
８０を使用することにより形成することができる。更
に、振幅変調に加えて他の変調手法も本発明のアーク安
定化を達成するのにも有効であると考えられ、またこの
ような他の変調手法は本発明の範囲にあるものとして包
含される。
【００２３】変調信号の基準周波数、実際上垂直スロッ
シング音響共鳴周波数に近似する基準周波を設定するた
め、本発明者等は図１のランプの簡略化したものに対し
て、そして付勢システム５１に対して試験を行った。こ
れにより、ランプが選定されたレベルの電力で動作して
いてドーナツ形のアーク放電が存在しているときのアー
ク管１４内のガスの音響共鳴周波数を知ることができ
る。照明システムの簡略形が図２に示されている。銅管
で作られた数ターンのコイルを励起コイル１６として使
用する点を除けば、図１の励起回路５１は図２に示され
るものと同じである。更に、外側エンベロープ５０が除
かれている点以外は、図１のランプ１０は図２に使用さ
れているものと同じである。外側エンベロープ５０をこ
のように除くのは試験手順および試験装置を簡単にする
ためであり、図１に示される照明システムと比較した場
合、上記の試験結果に対してあまり影響が無い。ランプ
の性能を監視するため図２のシステムでは、ランプの下
に配置された光検出器９０、および光検出器の出力を受
けるように同軸ケーブル９３を介して光検出器９０に接
続されたスペクトルアナライザ９２を含む計測器を用い
る。一実施例では、光検出器はユーディティーピーアイ
エヌ１０エーピーデバイス（ＵＤＴ ＰＩＮ１０ ＡＰ
ｄｅｖｉｃｅ）であり、これは小さなアルミニウムの
箱の中に入れられている。この小さなアルミニウムの箱
は、１３．５６ＭＨｚの雑音のピックアップを少なくす
るための基本的なしゃへいを行う。
シング音響共鳴周波数に近似する基準周波を設定するた
め、本発明者等は図１のランプの簡略化したものに対し
て、そして付勢システム５１に対して試験を行った。こ
れにより、ランプが選定されたレベルの電力で動作して
いてドーナツ形のアーク放電が存在しているときのアー
ク管１４内のガスの音響共鳴周波数を知ることができ
る。照明システムの簡略形が図２に示されている。銅管
で作られた数ターンのコイルを励起コイル１６として使
用する点を除けば、図１の励起回路５１は図２に示され
るものと同じである。更に、外側エンベロープ５０が除
かれている点以外は、図１のランプ１０は図２に使用さ
れているものと同じである。外側エンベロープ５０をこ
のように除くのは試験手順および試験装置を簡単にする
ためであり、図１に示される照明システムと比較した場
合、上記の試験結果に対してあまり影響が無い。ランプ
の性能を監視するため図２のシステムでは、ランプの下
に配置された光検出器９０、および光検出器の出力を受
けるように同軸ケーブル９３を介して光検出器９０に接
続されたスペクトルアナライザ９２を含む計測器を用い
る。一実施例では、光検出器はユーディティーピーアイ
エヌ１０エーピーデバイス（ＵＤＴ ＰＩＮ１０ ＡＰ
ｄｅｖｉｃｅ）であり、これは小さなアルミニウムの
箱の中に入れられている。この小さなアルミニウムの箱
は、１３．５６ＭＨｚの雑音のピックアップを少なくす
るための基本的なしゃへいを行う。
【００２４】３００ワットより低い電力レベルで動作す
る図２のアーク管では、黒ずんだガラスのフィルタを介
してドーナツ形の放電を視覚的に調べることにより、放
電が安定で、図２に示すように壁２４に近接していて、
半径方向にアーク管１４をほぼ充たすことを本発明者等
は見出した。もちろん放電ランプによっては、アーク管
の壁に直接接触するアーク放電の熱にすべてのアーク管
材料が耐えられないため、アーク放電は壁に接触しない
が、壁の近くに生じるようにする。このような状況で
は、本発明のアーク安定化装置を変形して、アーク放電
をその表面の中の二つの表面に沿って、たとえば上表面
および下表面に沿って変位させることにより、アーク放
電を事実上浮遊させることができる。図１に示される実
施例では、アーク管壁に対するアーク放電の接触に耐え
る材料でアーク管を作ることにより、アーク安定化装置
はドーナツ形のアーク放電２０の一つの表面にだけ作用
することができる。すなわち、ドーナツ形のアーク放電
２０の下部に力を加えることにより、本発明のアーク安
定化装置はアーク管１４の平らな上表面２４にアーク放
電を押しつける役目を果たす。
る図２のアーク管では、黒ずんだガラスのフィルタを介
してドーナツ形の放電を視覚的に調べることにより、放
電が安定で、図２に示すように壁２４に近接していて、
半径方向にアーク管１４をほぼ充たすことを本発明者等
は見出した。もちろん放電ランプによっては、アーク管
の壁に直接接触するアーク放電の熱にすべてのアーク管
材料が耐えられないため、アーク放電は壁に接触しない
が、壁の近くに生じるようにする。このような状況で
は、本発明のアーク安定化装置を変形して、アーク放電
をその表面の中の二つの表面に沿って、たとえば上表面
および下表面に沿って変位させることにより、アーク放
電を事実上浮遊させることができる。図１に示される実
施例では、アーク管壁に対するアーク放電の接触に耐え
る材料でアーク管を作ることにより、アーク安定化装置
はドーナツ形のアーク放電２０の一つの表面にだけ作用
することができる。すなわち、ドーナツ形のアーク放電
２０の下部に力を加えることにより、本発明のアーク安
定化装置はアーク管１４の平らな上表面２４にアーク放
電を押しつける役目を果たす。
【００２５】更に、図２の照明システムを使用して行わ
れる試験に関連したことであるが、電力レベルを３００
ワットに上げたとき、アーク放電は不安定な特性を示し
てアーク管の内部を動き回り、容器内をはね回る小さな
発光球にやや似ていた。周波数が０ｋＨｚから５０ｋＨ
ｚの範囲の時間とともに変わる成分を有し、かつ直流バ
イアス振幅の約５％から１５％の範囲の時間とともに変
わる振幅を有している、時間とともに変わる直流バイア
スされた電圧信号を、ＲＦ電力発生器１８の入力チャネ
ルに印加した場合、変調信号の周波数を約２５ｋＨｚに
調整するとドーナツ形の放電は再びアーク管壁に近接し
て安定に留まることがわかった。。他の検討に基づい
て、このようなアーク安定化を生じる変調信号の周波数
は、そのときアーク管１４の中に存在する放電ガスの垂
直スロッシング音響共鳴周波数であるとの結論を本発明
者は下した。
れる試験に関連したことであるが、電力レベルを３００
ワットに上げたとき、アーク放電は不安定な特性を示し
てアーク管の内部を動き回り、容器内をはね回る小さな
発光球にやや似ていた。周波数が０ｋＨｚから５０ｋＨ
ｚの範囲の時間とともに変わる成分を有し、かつ直流バ
イアス振幅の約５％から１５％の範囲の時間とともに変
わる振幅を有している、時間とともに変わる直流バイア
スされた電圧信号を、ＲＦ電力発生器１８の入力チャネ
ルに印加した場合、変調信号の周波数を約２５ｋＨｚに
調整するとドーナツ形の放電は再びアーク管壁に近接し
て安定に留まることがわかった。。他の検討に基づい
て、このようなアーク安定化を生じる変調信号の周波数
は、そのときアーク管１４の中に存在する放電ガスの垂
直スロッシング音響共鳴周波数であるとの結論を本発明
者は下した。
【００２６】音響変調信号の周波数がアークを安定に生
じさせる上記の値に固定された場合、ドーナツ形の放電
のこのような安定状態は短時間の間だけ維持されること
が観測された。ガス温度の変化により、またそれによる
アーク管１４の中の圧力波の速度の変化により、音響共
鳴周波数は変化する傾向があるからである。音響共鳴周
波数が変化する周波数範囲を包含する数ｋＨｚの範囲を
音響変調信号の瞬時周波数が通過するように音響変調信
号の周波数を変えることにより、後者の問題（すなわ
ち、音響共鳴周波数の変化にかかわらずアークの安定性
を維持する問題）が解決された。このような周波数掃引
手法により音響変調周波数はそのとき優勢な音響共鳴周
波数と断続的にしか一致しないが、これらの一致を充分
な頻度で繰り返せば、上記のしきい値レベル（すなわ
ち、図１のランプ１０の場合、３００ワット）よりかな
り高い電力レベルでもドーナツ形の放電をまだ安定な状
態に維持することができることを本発明者は見出した。
図１の無電極ＨＩＤランプ１０、すなわち前に説明した
ように通常３００ワットより低い電力で安定に動作する
ようなランプに対する駆動信号に印加する音響変調信号
にこの周波数掃引を使用することにより、しきい値電力
レベルを４００ワットに増大しても、安定性を維持する
ことができた。これは従来の電力レベルに比べて１／３
増加しており、他の放電ランプでも放電が不安定になる
という恐れ無しに同様な電力レベルの増大が達成される
ものと思われる。
じさせる上記の値に固定された場合、ドーナツ形の放電
のこのような安定状態は短時間の間だけ維持されること
が観測された。ガス温度の変化により、またそれによる
アーク管１４の中の圧力波の速度の変化により、音響共
鳴周波数は変化する傾向があるからである。音響共鳴周
波数が変化する周波数範囲を包含する数ｋＨｚの範囲を
音響変調信号の瞬時周波数が通過するように音響変調信
号の周波数を変えることにより、後者の問題（すなわ
ち、音響共鳴周波数の変化にかかわらずアークの安定性
を維持する問題）が解決された。このような周波数掃引
手法により音響変調周波数はそのとき優勢な音響共鳴周
波数と断続的にしか一致しないが、これらの一致を充分
な頻度で繰り返せば、上記のしきい値レベル（すなわ
ち、図１のランプ１０の場合、３００ワット）よりかな
り高い電力レベルでもドーナツ形の放電をまだ安定な状
態に維持することができることを本発明者は見出した。
図１の無電極ＨＩＤランプ１０、すなわち前に説明した
ように通常３００ワットより低い電力で安定に動作する
ようなランプに対する駆動信号に印加する音響変調信号
にこの周波数掃引を使用することにより、しきい値電力
レベルを４００ワットに増大しても、安定性を維持する
ことができた。これは従来の電力レベルに比べて１／３
増加しており、他の放電ランプでも放電が不安定になる
という恐れ無しに同様な電力レベルの増大が達成される
ものと思われる。
【００２７】以上説明し、図２に示されたような監視計
測器を使用して、垂直スロッシング音響共鳴が生じる精
密な周波数を定めることができた。これを行うため、ス
ペクトルアナライザ９２の光変調ディスプレイを調べ
る。このようなスペクトルの代表的なものが図３に示さ
れている。図３で、ディスプレイ上の広い台地状部分９
４は上記の変調信号の周波数内の掃引周波数範囲にわた
る光変調を表している。この台地状部分９４より上に上
昇するピーク９６は音響共鳴周波数での余分の変調を表
している。
測器を使用して、垂直スロッシング音響共鳴が生じる精
密な周波数を定めることができた。これを行うため、ス
ペクトルアナライザ９２の光変調ディスプレイを調べ
る。このようなスペクトルの代表的なものが図３に示さ
れている。図３で、ディスプレイ上の広い台地状部分９
４は上記の変調信号の周波数内の掃引周波数範囲にわた
る光変調を表している。この台地状部分９４より上に上
昇するピーク９６は音響共鳴周波数での余分の変調を表
している。
【００２８】図２の計測器を使用して、ランプ１０およ
び図２に示すように構成された付勢システム５１で本発
明者等の行った試験の示すところによれば、アーク管１
４の中にドーナツ形の放電が存在して電力入力が３００
ワツトと４００ワツトとの間にある間、アーク管１４内
のガスには２５ｋＨｚを中心として上側及び下側に２，
３ｋＨｚの範囲で音響共鳴が存在した。もちろん、充て
ん物が異なり、動作の電力レベルが異なる他の放電ラン
プの場合には、音響共鳴周波数が異なってもよく、また
本例について見出された範囲とは異なる範囲で変わり得
る。このような他の音響共鳴周波数は他の放電ランプの
駆動信号に印加される変調信号に対する基礎として容易
に決定して、使用することができる。上記の実験では、
音響共鳴周波数の範囲を包含する約５ｋＨｚの範囲にわ
たって音響変調信号の周波数を掃引することにより、そ
して毎秒約１００回このような掃引動作を遂行すること
により、上記の電力範囲にわたって安定状態でドーナツ
形の放電を維持することができた。
び図２に示すように構成された付勢システム５１で本発
明者等の行った試験の示すところによれば、アーク管１
４の中にドーナツ形の放電が存在して電力入力が３００
ワツトと４００ワツトとの間にある間、アーク管１４内
のガスには２５ｋＨｚを中心として上側及び下側に２，
３ｋＨｚの範囲で音響共鳴が存在した。もちろん、充て
ん物が異なり、動作の電力レベルが異なる他の放電ラン
プの場合には、音響共鳴周波数が異なってもよく、また
本例について見出された範囲とは異なる範囲で変わり得
る。このような他の音響共鳴周波数は他の放電ランプの
駆動信号に印加される変調信号に対する基礎として容易
に決定して、使用することができる。上記の実験では、
音響共鳴周波数の範囲を包含する約５ｋＨｚの範囲にわ
たって音響変調信号の周波数を掃引することにより、そ
して毎秒約１００回このような掃引動作を遂行すること
により、上記の電力範囲にわたって安定状態でドーナツ
形の放電を維持することができた。
【００２９】上記のように所定の周波数範囲にわたって
掃引される音響変調信号によって振幅変調されるＲＦ電
流に対する（時間に対してプロットされた電流Ｉの）適
当な波形は次式で表すことができる。
掃引される音響変調信号によって振幅変調されるＲＦ電
流に対する（時間に対してプロットされた電流Ｉの）適
当な波形は次式で表すことができる。
【００３０】
【数１】 Ｉ（ｔ）＝Ａrfｓｉｎ（２πｆrfｔ） ｛１＋Ａamｓｉｎ［２πｆamｔ＋ＡfmＦ（２πｆfmｔ）］｝ ここでｆrfは上記ＲＦ電流の周波数である。
【００３１】ｆamは上記ＲＦ電流振幅変調の周波数であ
り、上記のドーナツ形のアーク放電が存在するとき上記
アーク管内のガスのそのとき優勢な垂直スロッシング音
響共鳴周波数の近くに通常設定される。ｆfmはそれで上
記ＲＦ振幅変調の位相を変える周波数である。Ａrfは
（振幅変調の無い場合の）ＲＦ電流振幅である。
り、上記のドーナツ形のアーク放電が存在するとき上記
アーク管内のガスのそのとき優勢な垂直スロッシング音
響共鳴周波数の近くに通常設定される。ｆfmはそれで上
記ＲＦ振幅変調の位相を変える周波数である。Ａrfは
（振幅変調の無い場合の）ＲＦ電流振幅である。
【００３２】Ａamは上記ＲＦ電流変調のＡrfに対する相
対振幅である。Ａfmは上記位相変調の振幅である。Ｆ
（φ）は任意の適当な周期関数である。上記の式では、
φは２πｆfmｔに等しい。これらのパラメータに対する
代表的な値は次の通りである。
対振幅である。Ａfmは上記位相変調の振幅である。Ｆ
（φ）は任意の適当な周期関数である。上記の式では、
φは２πｆfmｔに等しい。これらのパラメータに対する
代表的な値は次の通りである。
【００３３】 ｆrf：１３．５６ＭＨｚ ｆam：２５ｋＨｚ ｆfm：１００ｋＨｚ Ａrf：３００ワットで５０オームに３．５アンペア Ａam：０．１ Ａfm：（０．１）２π
【００３４】
【数２】
【００３５】図２の照明システムで本発明者等が行った
試験により、このシステムの多数の重要な能力が明示さ
れた。これらの能力の一つは、アーク安定化装置（１
８，８０，８２）がアーク管１４の向きにかかわらず有
効に動作できる、すなわちドーナツ形の放電は増大した
電力レベルで、また垂直の向きだけでなく非垂直の向き
でも安定に動作し続けるということである。上記のよう
にＲＦ電流信号を振幅変調することにより、アーク管を
逆にしたり、その中心軸を任意の方向に傾けてもアーク
管の壁２４にドーナツ形のアーク放電２０を押しつけて
安定化することができた。
試験により、このシステムの多数の重要な能力が明示さ
れた。これらの能力の一つは、アーク安定化装置（１
８，８０，８２）がアーク管１４の向きにかかわらず有
効に動作できる、すなわちドーナツ形の放電は増大した
電力レベルで、また垂直の向きだけでなく非垂直の向き
でも安定に動作し続けるということである。上記のよう
にＲＦ電流信号を振幅変調することにより、アーク管を
逆にしたり、その中心軸を任意の方向に傾けてもアーク
管の壁２４にドーナツ形のアーク放電２０を押しつけて
安定化することができた。
【００３６】図２の照明システムに関連する本発明者等
の試験により明示された別の能力は、アーク安定化装置
により、励起コイル１６の位置の大幅な変化にかかわら
ずアーク管の壁２４に対して安定な位置にドーナツ形の
アーク放電を保持することができるということだった。
本発明者等の試験では、アーク管１４に対して半径方向
および軸方向にコイル１６が移された。コイル１６のこ
れらの変位を通じて、ドーナツ形のアーク放電２０はア
ーク管１４の平らな端の表面２４の近くにとどまった。
この能力は、製造公差、衝撃等の変位力によって生じ得
るようなシステムの構成要素の相対アライメントに対す
るシステムの感度が下がるという点で都合がよい。
の試験により明示された別の能力は、アーク安定化装置
により、励起コイル１６の位置の大幅な変化にかかわら
ずアーク管の壁２４に対して安定な位置にドーナツ形の
アーク放電を保持することができるということだった。
本発明者等の試験では、アーク管１４に対して半径方向
および軸方向にコイル１６が移された。コイル１６のこ
れらの変位を通じて、ドーナツ形のアーク放電２０はア
ーク管１４の平らな端の表面２４の近くにとどまった。
この能力は、製造公差、衝撃等の変位力によって生じ得
るようなシステムの構成要素の相対アライメントに対す
るシステムの感度が下がるという点で都合がよい。
【００３７】図２の照明システムの更にもう一つの能力
は、広い電力範囲にわたってアーク安定化装置の動作が
アーク管の発光効率にほとんどまたはまったく悪影響を
及ぼさないということである。いくつかの試験では、入
力電力および安定性を広い範囲にわたって変えながら、
光サンプリングのために幾何学的配列を一定に保った状
態で本発明者等は図２の光検出器９０でアーク管からの
相対光出力を測定した。その結果、音響安定化は広い電
力範囲にわたる発光効率に対してほとんどまたはまった
く影響を及ぼさないということが示された。
は、広い電力範囲にわたってアーク安定化装置の動作が
アーク管の発光効率にほとんどまたはまったく悪影響を
及ぼさないということである。いくつかの試験では、入
力電力および安定性を広い範囲にわたって変えながら、
光サンプリングのために幾何学的配列を一定に保った状
態で本発明者等は図２の光検出器９０でアーク管からの
相対光出力を測定した。その結果、音響安定化は広い電
力範囲にわたる発光効率に対してほとんどまたはまった
く影響を及ぼさないということが示された。
【００３８】本発明の特定の実施例を図示し説明してき
たが、熟練した当業者には明らかなように、より広い側
面での本発明を逸脱することなく種々の変更および変形
を加え得る。したがって、本発明の範囲内にこのような
変更および変形はすべて包含されるものである。たとえ
ば、前に述べたように、放電アーク管の中のガスの音響
共鳴に対応する周波数を使用してアーク放電に対する駆
動信号を変調する本発明のアーク安定化装置は、放電の
型（すなわちＨＩＤ、マイクロ波）、アーク管の形状、
または励起の型にかかわらず種々の型の放電ランプに対
して同等に有効である。
たが、熟練した当業者には明らかなように、より広い側
面での本発明を逸脱することなく種々の変更および変形
を加え得る。したがって、本発明の範囲内にこのような
変更および変形はすべて包含されるものである。たとえ
ば、前に述べたように、放電アーク管の中のガスの音響
共鳴に対応する周波数を使用してアーク放電に対する駆
動信号を変調する本発明のアーク安定化装置は、放電の
型（すなわちＨＩＤ、マイクロ波）、アーク管の形状、
または励起の型にかかわらず種々の型の放電ランプに対
して同等に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘導結合された無電極ＨＩＤランプに適用され
る本発明の一実施例による照明システムの概略構成図で
ある。
る本発明の一実施例による照明システムの概略構成図で
ある。
【図２】図１に示される照明システムに似た照明システ
ムであって、試験を遂行するための計測器を含む簡略化
した照明システムの概略構成図である。
ムであって、試験を遂行するための計測器を含む簡略化
した照明システムの概略構成図である。
【図３】図２中の計測器で与えられる代表的な光変調ス
ペクトルを示すスペクトル図である。
ペクトルを示すスペクトル図である。
【図４】本発明に従って使用される変調方式をグラフ的
に表した波形図である。
に表した波形図である。
１０ 放電ランプ １４ アーク管 １６ 励起コイル １８ ＲＦ電力発生器 ２０ アーク放電 ２４ アーク管の上表面 ３４ 同軸ケーブル ３６ 容量性整合回路網 ３８、４０ 導電性のリード ８０ 音響変調信号発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・エルトン・ダフィ アメリカ合衆国、オハイオ州、シェーカ ー・ハイツ、チャドボーン・ロード、3125 番
Claims (13)
- 【請求項１】 所定の周波数の作動信号が導入されたと
き放電状態に励起され得る物質の充てん物が入っている
アーク管を有するアーク放電ランプのためのアーク安定
化装置において、 上記作動信号の上記所定の周波数より低い周波数を有す
る変調信号で上記作動信号を変調する変調手段を含み、 上記変調信号の上記周波数が、上記物質が放電状態に励
起されることにより上記アーク管内に発生する音響共鳴
の音響共鳴周波数とほぼ同じ周波数値に設定されること
を特徴とするアーク安定化装置。 - 【請求項２】 上記作動信号がＲＦ電流信号であり、上
記変調手段は上記ＲＦ電流信号を振幅変調することによ
り、ＲＦ電流信号の振幅の約５パーセントより大きい変
調振幅を形成する請求項１記載のアーク安定化装置。 - 【請求項３】 上記物質の励起による上記音響共鳴周波
数が上記放電ランプの変化する動作条件に応じて変化す
る場合、上記変調手段は更に、上記音響共鳴周波数の変
化範囲を包含する周波数範囲をわたって上記変調信号の
上記周波数を周期的に掃引する請求項１記載のアーク安
定化装置。 - 【請求項４】 上記放電ランプが無電極放電ランプであ
り、上記作動信号が誘導性結合素子および容量性結合素
子のいずれか一方により上記放電アークに結合される請
求項１記載のアーク安定化装置。 - 【請求項５】 上記作動信号は誘導性結合素子により上
記放電アークに結合されたＲＦ電流信号であり、更に、
上記ＲＦ電流信号の上記所定の周波数は３ＭＨｚと３０
０ＭＨｚの間にあるのに対して、上記変調信号の上記周
波数は３ＭＨｚより低い請求項４記載のアーク安定化装
置。 - 【請求項６】 無電極放電ランプの付勢システムに於い
て、 ガス状の充てん物が入っている光透過性アーク管、 上記アーク管のまわりに配置され、所定の周波数のＲＦ
信号で付勢し得る励起素子であって、上記ガス状充てん
物が絶縁破壊したときに上記ＲＦ信号が上記ガス状充て
ん物の中にアーク放電を形成するように作用するような
励起素子、 上記励起素子を上記ＲＦ信号で付勢する手段、および上
記ＲＦ信号の上記所定周波数とは異なる周波数を有する
変調信号で上記ＲＦ信号を変調する変調手段であって、
上記変調信号周波数を上記ガス状充てん物の励起による
音響共鳴周波数にほぼ等しくした変調手段を含むことを
特徴とする無電極放電ランプの付勢システム。 - 【請求項７】 上記ＲＦ信号がＲＦ電流信号であり、上
記変調手段は上記ＲＦ電流信号を振幅変調することによ
り、上記ＲＦ電流信号の振幅の約５パーセントより大き
い変調振幅を形成する請求項６記載の無電極放電ランプ
の付勢システム。 - 【請求項８】 上記物質の励起による上記音響共鳴周波
数が上記放電ランプの変化する動作条件に応じて変化す
る場合、上記変調手段は更に、上記音響共鳴周波数の変
化範囲を包含する周波数範囲にわたって上記変調信号の
上記周波数を周期的に掃引する請求項６記載の無電極放
電ランプの付勢システム。 - 【請求項９】 上記変調信号の上記周期的掃引は、傾斜
波、のこぎり波および三角波で構成される群から選択さ
れる波形で行なわれる請求項８記載の無電極放電ランプ
の付勢システム。 - 【請求項１０】 上記アーク管は間隔を置いて配置され
た二つの端をそなえた中空構造であり、端と端の間が非
対称となるように構成され、一方の端が他方の端と比較
してほぼ平らである請求項６記載の無電極放電ランプの
付勢システム。 - 【請求項１１】 上記ＲＦ電流を振幅変調するための上
記変調手段は上記ドーナツ形のアーク放電を上記アーク
管の壁に対して安定した関係に保持するような値の周波
数および振幅を有する請求項６記載の無電極放電ランプ
の付勢システム。 - 【請求項１２】 所定の周波数の作動信号が導入された
とき放電状態に励起され得る物質の充てん物が入ってい
るアーク管を有する放電ランプのアーク放電を安定化す
るための方法において、 上記アーク管の中の物質の励起による音響共鳴周波数を
測定するステップ、および上記音響共鳴周波数に近い周
波数を有する変調信号で上記作動信号を変調するステッ
プであって、上記音響共鳴周波数が上記作動信号の上記
所定の周波数と異なるステップを含むことを特徴とする
アーク放電安定化方法。 - 【請求項１３】 上記アーク管内の上記充てん物の変化
する条件に応じて変化する上記音響共鳴周波数の変化範
囲を包含する周波数範囲にわたって上記変調信号周波数
を掃引するステップも含まれる請求項１２記載のアーク
放電安定化方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US029501 | 1993-03-11 | ||
| US08/029,501 US5306987A (en) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Acoustic resonance arc stabilization arrangement in a discharge lamp |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH076887A true JPH076887A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=21849355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6038945A Withdrawn JPH076887A (ja) | 1993-03-11 | 1994-03-10 | 放電ランプの音響共鳴アーク安定化装置と方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5306987A (ja) |
| EP (1) | EP0615278A1 (ja) |
| JP (1) | JPH076887A (ja) |
| CA (1) | CA2116951A1 (ja) |
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| JP2006278062A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 無電極放電灯点灯装置、および照明器具 |
| JP2011530794A (ja) * | 2008-08-14 | 2011-12-22 | オスラム アクチエンゲゼルシャフト | 高圧放電ランプ |
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-
1994
- 1994-03-03 CA CA002116951A patent/CA2116951A1/en not_active Abandoned
- 1994-03-10 JP JP6038945A patent/JPH076887A/ja not_active Withdrawn
- 1994-03-11 EP EP94301760A patent/EP0615278A1/en not_active Ceased
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006278062A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 無電極放電灯点灯装置、および照明器具 |
| JP4501748B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2010-07-14 | パナソニック電工株式会社 | 無電極放電灯点灯装置、および照明器具 |
| JP2011530794A (ja) * | 2008-08-14 | 2011-12-22 | オスラム アクチエンゲゼルシャフト | 高圧放電ランプ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2116951A1 (en) | 1994-09-12 |
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| EP0615278A1 (en) | 1994-09-14 |
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