JPH0869778A - 無電極放電ランプ - Google Patents

無電極放電ランプ

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JPH0869778A
JPH0869778A JP20574894A JP20574894A JPH0869778A JP H0869778 A JPH0869778 A JP H0869778A JP 20574894 A JP20574894 A JP 20574894A JP 20574894 A JP20574894 A JP 20574894A JP H0869778 A JPH0869778 A JP H0869778A
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Makoto Ukekawa
信 請川
Shigeki Matsuo
茂樹 松尾
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度特性に優れ、しかも長寿命の無電極放電
ランプを提供する。 【構成】 放電ガスを封入したバルブ1の外側に配置さ
れた誘導コイル2に高周波電源3より高周波電流を通電
することにより、放電ガスを励起発光させる無電極放電
ランプにおいて、放電ガスを少なくとも1種類の金属ハ
ロゲン化物と少なくとも1種類の希ガスとで構成すると
共に、金属ハロゲン化物をその蒸発温度よりも低いバル
ブ温度の場所に配置したこと。 【効果】 放電中に希ガスハライドのエキシマが生成さ
れ、周囲温度の変化に影響なく安定した紫外線出力が得
られる。また、エキシマガスを直接封入せす、金属ハロ
ゲン化物の形で封入しているので、ハロゲンガス劣化時
にも金属ハロゲン化物からハロゲンガスが供給され、長
寿命のエキシマ光源が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バルブ内部に電極を持
たず、外部からの高周波電磁界によって、バルブ内部の
放電ガスを励起発光させる無電極放電ランプに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、無電極蛍光ランプが実用化されて
いる。このランプは、放電ガスを封入したバルブに近接
して配置した誘導コイルに高周波電流を通電し、発生す
る誘導電磁界でバルブ内の放電ガスを励起発光させるも
のである。
【0003】図8はその一例を示すもので、数Torrのア
ルゴンと水銀を封入したバルブ1に近接して配置した誘
導コイル2に、高周波電源(図示せず)から出力される
13.56MHzの高周波電流を通電し、発生する誘導電
磁界でバルブ1内の水銀原子を励起して254nmの紫外
線を放射し、この紫外線をバルブ1の内面に塗布した蛍
光体4に照射することにより可視光を得るようにした無
電極蛍光ランプである。
【0004】なお、図8において、5は導電体で構成さ
れた装置本体で、上記高周波電源などが収容されてお
り、ランプや高周波電源から発生する放射ノイズを除去
する。また、6は導電性メッシュで構成された電磁シー
ルド手段で、ランプからの照射光を透過すると共に、照
射面からのノイズ漏洩を防ぐ。
【0005】この無電極蛍光ランプは、バルブ1内に電
極を持たないため、電極切れの心配がなく、長寿命であ
る。また、ランプの形状が自由に設計できるといった特
徴もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、放電ガスと
して水銀蒸気を用いた場合、ランプ特性はバルブ内の水
銀蒸気圧で規制され、この水銀蒸気圧はランプの最冷点
部の温度によって決定されることは周知の通りである。
水銀蒸気を用いた低圧放電ランプでは、最冷点部の温度
が約40℃で最大発光効率となり、低温時には発光効率
が低下する。
【0007】また、特開平2−7353号公報に開示さ
れた高出力放射器は、図9に示すように、誘電体11を
介した外部電極12,13による、いわゆる誘電体バリ
ア放電で、封入ガスとしてエキシマを形成するガスが開
示されている。かかる高出力放射器において、封入した
エキシマを形成するガスがハロゲンガスの場合、ハロゲ
ンガスが早期に劣化してしまい光出力が低下する。ま
た、このような誘電体バリア放電の形態では、高電流密
度の放電が得にくいことから、外部電極や誘電体部で電
力損失が生じ、プラズマに効率良く電力供給できない。
【0008】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、温度特性に優れ、しかも
長寿命の無電極放電ランプを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1記載の発明は、無電極放電ランプにおいて、バ
ルブ内に封入する放電ガスを、少なくとも1種類の金属
ハロゲン化物と少なくとも1種類の希ガスとで構成する
と共に、前記金属ハロゲン化物をその蒸発温度よりも低
いバルブ温度(放電中における)の場所に配置したこと
を特徴とするものであり、請求項2記載の発明は、金属
ハロゲン化物を金属塩化物、金属臭化物または金属沃化
物としたことを特徴とするものである。
【0010】また、請求項3記載の発明は、バルブの形
状を、主放電部に比べて径の小さな細管部を有する形状
とすると共に、前記細管部に前記金属ハロゲン化物を配
置したことを特徴とし、請求項4記載の発明は、金属ハ
ロゲン化物が配置される場所に近接してバルブ温度制御
手段を設けると共に、そのバルブ温度制御手段でバルブ
温度を前記金属ハロゲン化物の蒸発温度よりも低くした
ことを特徴とし、請求項5記載の発明は、バルブの近傍
に紫外線を可視光に変換する蛍光体を配置したことを特
徴とする。
【0011】
【作用】請求項1記載の発明によれば、金属ハロゲン化
物がその蒸発温度よりも低いバルブ温度の場所に配置さ
れるので、放電中に金属ハロゲン化物は蒸発せず、遊離
ハロゲンと希ガスがエキシマを形成し、このエキシマか
ら励起発光が生じる。エキシマガスを利用する場合には
温度による出力変動はない。また、エキシマガスを直接
封入するのとは違い金属ハロゲン化物の形で封入するた
め、ハロゲンガスが劣化した場合にも、遊離ハロゲンが
金属ハロゲン化物から供給されるのでハロゲンガス寿命
が長い。従って、温度特性に優れ、しかも長寿命の紫外
線光源となる。また、請求項2記載の発明のように、金
属ハロゲン化物を金属塩化物とすれば、希ガスと塩素の
エキシマが生成され特有の波長の紫外線が放出され、金
属ハロゲン化物を金属臭化物とすれば、希ガスと臭素の
エキシマが生成され特有の波長の紫外線が放出され、金
属ハロゲン化物を金属沃化物とすれば、希ガスと沃素の
エキシマが生成され特有の波長の紫外線が放出される。
【0012】請求項3記載の発明によれば、バルブの形
状が、主放電部に比べて径の小さな細管部を有する形状
となっており、その細管部に金属ハロゲン化物が配置さ
れているので、細管部がバルブの内で最も低い温度にな
り、金属ハロゲン化物が蒸発しにくい。
【0013】請求項4記載の発明によれば、金属ハロゲ
ン化物が配置される場所が金属ハロゲン化物の蒸発温度
以下になるような温度制御手段が設けられているので、
バルブ全体が金属ハロゲン化物の蒸発温度以上になるよ
うな高入力時にも、金属ハロゲン化物が蒸発しない。
【0014】請求項5記載の発明によれば、バルブの近
傍に紫外線を可視光に変換する蛍光体を配置しているの
で、周囲温度が変動しても可視光の出力変動がない。
【0015】
【実施例】
(実施例1)図1は本発明に係る第1の実施例を示すも
ので、図中、1は透光性材料よりなるバルブであって、
バルブ1の内部には放電ガスとして希ガスと金属ハロゲ
ン化物が封入されている。この実施例では、希ガスとし
てXe(キセノン)が100Torr、金属ハロゲン化物と
してLiI(沃化リチウム)が16mg封入されている。
Xeはガスの状態で封入され、LiIは固体の状態で封
入されている。なお、Xeに加えてバッファーガスとし
てNeなどの他の希ガスを加えてもよい。
【0016】LiIは室温では固体であるが、一部、金
属(Li)と沃素(I)に分離している。沃素は単体で
2 としてガス状態で存在する。このLiIから分離し
た沃素をここでは遊離沃素と呼ぶ。
【0017】2はバルブ1の外周に巻かれた誘導コイル
で、この実施例では3ターン巻回されているが、ターン
数は特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。
【0018】3は誘導コイル2に高周波電流を通電する
高周波電源である。高周波電源3は発振周波数13.5
6MHzで連続発振させている。
【0019】このように構成された無電極放電ランプの
誘導コイル2に、高周波電源3で発生した高周波電流を
通電すると、誘導コイル2の周りに交番磁界が発生し、
さらにこの交番磁界に鎖交する形で誘導電界が発生す
る。この誘導電界はコイル2に沿った閉じた電界であ
り、この誘導電界によってバルブ1内にプラズマが維持
される。プラズマ内では、電子が電界からエネルギ−を
受け取り、封入ガスに衝突することにより色々な励起、
電離、結合などの現象が生じるが、XeとIの結合は励
起状態でのみ許され、一般にエキシマと呼ばれる励起分
子を生成する。このエキシマが解離する時、254nmの
波長の紫外線を放出する。
【0020】エキシマレーザーで知られている通り、ハ
ロゲンガス(ここでは沃素)は非常に反応性が高く、直
ぐに他の物質と結合し、効率良くエキシマを生成するこ
とが困難になる。通常、エキシマレーザー装置では、ハ
ロゲンガスを外部から頻繁に供給することで寿命を得て
いるが、エキシマランプのように封じきり装置の場合に
は不可能である。
【0021】この発明では、ハロゲンを金属との化合物
の形でランプ内に大量にストックすることにより寿命を
格段に長くしている。すなわち、劣化した分の沃素は金
属ハロゲン化物から供給される。
【0022】XeおよびI2 の蒸気圧は周囲温度の影響
を受けず、水銀を封入したランプのように周囲温度によ
り出力変動するようなことはない。従って、温度特性に
優れ、しかも長寿命の紫外線光源となる。図2は本実施
例に係る発光スペクトルを示す特性図である。
【0023】なお、エキシマを形成するガスは上記実施
例に係るものだけでなく、表1に示すようなエキシマを
形成するガスを用途に応じて封入すればよい。封入する
際の金属ハロゲン化物の母体金属も常温で固体の組み合
わせであれば、必要に応じて選べばよい。
【0024】
【表1】
【0025】(実施例2)図3は本発明に係る第2の実
施例を示すもので、前記実施例1と異なる点は、バルブ
1が球状の主放電部1aと、主放電部1aの径に比べて
小さな径の細管部1bとで構成され、細管部1bに金属
ハロゲン化物であるLiIが配置されたことで、他の構
成は実施例1と同様であるので、同等構成に同一符号を
付すことにより説明を省略する。
【0026】このように構成したことにより、ランプ動
作中(点灯中)の温度は細管部1bが最も低く、従っ
て、金属ハロゲン化物であるLiIを比較的低温に保つ
ことができる。ランプ入力電力を高くした場合、細管部
1bがない場合には非常に高温になり、LiIが蒸発し
てしまう恐れがある。LiIが蒸発するとLiの金属発
光が生じたり、Iの供給量が過剰になりエキシマ生成に
不都合が生じたりする。ところが本実施例の場合には、
細管部1bにより金属ハロゲン化物であるLiIの温度
を低く調整でき、上記問題点を解消できる。また、必要
に応じて細管部1bの長さを変えることにより、金属ハ
ロゲン化物の温度を調整できる。
【0027】図4に金属ハロゲン化物の蒸気圧曲線を示
すが、例えばLiIの場合、細管部1bの温度を800
K以下に保つようにすればよいことがわかる。
【0028】(実施例3)図5は本発明に係る第3の実
施例を示すもので、前記実施例1と異なる点は、バルブ
1の一部に温度制御装置7により制御される温度制御手
段8を設け、その温度制御手段8の近傍に金属ハロゲン
化物を配置したことで、他の構成は実施例1と同様であ
るので、同等構成に同一符号を付すことにより説明を省
略する。
【0029】このように構成することにより、ランプ入
力電力が高いような場合でも、金属ハロゲン化物の温度
を蒸発温度以下に保つことが可能になる。ここで、温度
制御手段8は例えばヒートシンクのようなものでもよい
し、ペルチェ素子のようなものでもよい。
【0030】(実施例4)図6は本発明に係る第4の実
施例を示すもので、前記実施例1と異なる点は、バルブ
1の内面に蛍光体4を塗布したことで、このように構成
することにより、バルブ1内部で発生した紫外線が蛍光
体4により可視光に変換される。従って、周囲温度が変
化した場合においても、可視光出力の変動はない。
【0031】なお、上記実施例ではバルブ1の内面に蛍
光体4を塗布したが、これに限定される必要はなく、例
えばバルブ1の外面や、図7に示すようにバルブ1から
少し離れた所に蛍光体4を配置してもよい。
【0032】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、バルブ内
に少なくとも1種類の金属ハロゲン化物と、少なくとも
1種類の希ガスとを封入し、かつ、前記封入ガス放電中
に前記金属ハロゲン化物の蒸発温度よりも低いバルブ温
度の場所に、前記金属ハロゲン化物が配置されるので、
放電中に希ガスハライドのエキシマが生成され、周囲温
度の変化に影響なく安定した紫外線出力が得られる。ま
た、エキシマガスを直接封入するのとは違い金属ハロゲ
ン化物の形で封入しているので、ハロゲンガス劣化時に
も金属ハロゲン化物からハロゲンガスが供給され、長寿
命のエキシマ光源が得られる。
【0033】請求項2記載の発明によれば、金属ハロゲ
ン化物を金属塩化物、金属臭化物または金属沃化物とし
たことにより、希ガスと塩素のエキシマあるいは希ガス
と臭素のエキシマあるいは希ガスと沃素のエキシマが生
成され、それぞれ特有の波長の紫外線出力が得られる。
【0034】請求項3記載の発明によれば、バルブの形
状が、主放電部に比べて径の小さな細管部を有する形状
となっており、その細管部に金属ハロゲン化物が配置さ
れているので、細管部がバルブの内で最も低い温度にな
り、金属ハロゲン化物が蒸発しにくく、入力電力が高く
バルブ温度が上昇するような場合でも安定したエキシマ
発光出力が得られる。
【0035】請求項4記載の発明によれば、金属ハロゲ
ン化物が配置される場所が金属ハロゲン化物の蒸発温度
以下になるような温度制御手段が設けられているので、
バルブ全体が金属ハロゲン化物の蒸発温度以上になるよ
うな高入力時にも、金属ハロゲン化物が蒸発せず、安定
したエキシマ発光出力が得られる。
【0036】請求項5記載の発明によれば、バルブの近
傍に紫外線を可視光に変換する蛍光体を配置しているの
で、周囲温度が変動しても出力変動のない可視光源が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すもので、(a)は簡
略斜視図、(b)は簡略断面図である。
【図2】本発明の第1実施例に係る発光スペクトルを示
す特性図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す簡略断面図である。
【図4】金属および金属ハロゲン化物の蒸気圧曲線図で
ある。
【図5】本発明の第3実施例を示す簡略断面図である。
【図6】本発明の第4実施例を示す簡略断面図である。
【図7】本発明の第5実施例を示す簡略断面図である。
【図8】従来例を示す斜視図である。
【図9】異なる従来例を示す簡略断面図である。
【符号の説明】
1 バルブ 1a 主放電部 1b 細管部 2 誘導コイル2 3 高周波電源 4 蛍光体 7 温度制御装置 8 温度制御手段

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電ガスを封入した透光性材料よりなる
    バルブの外側に配置された誘導コイルに高周波電源より
    高周波電流を通電し、バルブ内に封入された放電ガスに
    高周波電磁界を作用させることによって前記放電ガスを
    励起発光させる無電極放電ランプにおいて、前記バルブ
    内に封入する放電ガスを、少なくとも1種類の金属ハロ
    ゲン化物と少なくとも1種類の希ガスとで構成すると共
    に、前記金属ハロゲン化物をその蒸発温度よりも低いバ
    ルブ温度(放電中における)の場所に配置したことを特
    徴とする無電極放電ランプ。
  2. 【請求項2】 前記金属ハロゲン化物が金属塩化物、金
    属臭化物または金属沃化物のいずれか1つである請求項
    1記載の無電極放電ランプ。
  3. 【請求項3】 前記バルブの形状を、主放電部に比べて
    径の小さな細管部を有する形状とすると共に、前記細管
    部に前記金属ハロゲン化物を配置したことを特徴とする
    請求項1または請求項2記載の無電極放電ランプ。
  4. 【請求項4】 前記金属ハロゲン化物が配置される場所
    に近接してバルブ温度制御手段を設けると共に、そのバ
    ルブ温度制御手段でバルブ温度を前記金属ハロゲン化物
    の蒸発温度よりも低くしたことを特徴とする請求項1乃
    至請求項3のいずれかに記載の無電極放電ランプ。
  5. 【請求項5】 前記バルブの近傍に紫外線を可視光に変
    換する蛍光体を配置したことを特徴とする請求項1乃至
    請求項4のいずれかに記載の無電極放電ランプ。
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