JPH01315941A - 無電極高光度放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、高光度放電（ＨＩ　Ｄ）ランプに係り、さら
に詳細にいうと、高温励起コイルを使用する無電極ＨＩ
Ｄランプに係る。

無電極ＨＩＤランプにおいて、光を発するリング状のア
ーク放電は、ガスまたはプラズマを含有するアーク管内
で、この管を取囲む励起コイルを流れる高周波電流によ
って誘導される。このアーク管内ではガスが凝縮するの
を防ぐために高温（１０００℃以上）が必要とされるが
、コイルの温度はその融点に近付いてはならない。従来
技術によるＨＩＤランプの誘導コイルは、通常鋼ででき
ており、このコイル内の過大な抵抗損を防ぎ、かつ周囲
の空気中でのコイルの酸化を防ぐために、室温より約２
００°Ｃ以上高い温度にさらされてはならない。これを
達成するためにはコイルを冷却する。しかし、市販のラ
ンプはコスト、サイズおよび電気入力が制限されている
ため、冷却要件を満たすのは困難である。また、冷たい
コイルに対しては、アーク管とコイル間の適切な絶縁も
必要とされる。そうでないと、コイルに対する熱負荷が
過大になり得、またアーク管の温度が約１０００°Ｃ以
下に下がり易くなり、それに付随してアーク管内の蒸気
が凝縮し易くなる。したがって、従来技術のＨＩＤラン
プの誘導コイルはランプ外囲器の外側に配置されており
、この外囲器は絶縁層によってアーク管から分離されて
いる。これらの介在する絶縁層によって、コイルの有効
直径はアークの直径よりずっと大きくなり、そのために
結合（カップリング）が不良になると共にコイル電流が
大きくなり、その結果コイル内および電源安定器での電
力損失が大きくなる。

発明の目的 したがって、本発明のひとつの目的は、過大な抵抗電力
損を伴うことなく高温のアーク管で作動することができ
る励起コイルを有する無電極ＨＩＤランプを提供するこ
とである。

本発明の別の目的は、無電極ＨＩＤランプ用の、別に冷
却する必要のない励起コイルを提供することである。

本発明の別の目的は、電源からの必要な電流と電圧が最
小である励起コイルを有する新規で改良された無電極Ｈ
ＩＤランプを提供することである。

さらに、本発明の別の目的は、ランプのガラス製外囲器
内部に位置する励起コイルをもった新規で改良された無
電極ＨＩＤランプを提供することである。

発明の概要 無電極高光度放電ランプは、励起されると発光プラズマ
を形成することかできる充填物質を含有するアーク管を
内包する外部外囲器を含んでいる。

このアーク管を取囲む励起コイルは、充填物と相互に作
用してリング状の発光アーク放電を生ずる磁場を誘導す
る。この励起コイルは、リング状のアークによって発せ
られた光の遮断を最小にしながらコイルとアーク放電と
の間の磁束結合を最適にするような構造をもっている。

また、本発明では、コイル中の抵抗電力損失が最小にな
り、その結果ランプ内の抵抗電力損失か最小になる。

本発明の好ましい具体例では、励起コイルはアーク管外
囲器の回りに直接巻き付けられており、比較的小さい断
面積を有する導体で形成されている。この導体として、
融点が高くて比抵抗が低くしかも蒸気圧の低い金属を用
いているためにこのコイルは別個に冷却する必要がない
。このコイルをアーク管に近接して配置することによっ
て、コイルの直径を小さくすることができ、そのためコ
イル内の、したがってランプ内の、電力損失を最低限に
することができる。

本発明の新規であると考えられる特徴は特許請求の範囲
に特に明記しである。しかし、本発明の構成と実施方法
、さらには本発明の別の目的と利点は、添付の図面と関
連した以下の記載を参照すると最も良く理解できるであ
ろう。

発明の詳細な説明 第１図に示したランプは通常は石英から作成されている
アーク管２を有しており、この管２はガラス製の外囲器
８の内部に設置されている。またこの外囲器８には、外
部空心誘導コイル６が巻付けられている。このコイルは
、アークリングからの光の遮断を最小限にするために鼓
の形状になっている。アーク管２によって囲まれた容積
内にはメタルハライドなどのような少なくとも１種のガ
スが一定量封入されており、この中で、励起コイル６に
流れる高周波（ＲＦ）の電流に応答して放電アークプラ
ズマ４が誘導される。このＲＦ雷電流、コイル６に接続
されている励起電源（図示せず）で生じる。このアーク
管には、不活性ガスもまた含まれていてもよく、この不
活性ガスはアーク管２の壁での熱損失を防ぐための拡散
障壁として機能する。典型的には、この光源を構成する
放電アークプラズマ４はトロイダルリングすなわち「ド
ーナツ」の形状をしている。誘導コイル６は、このコイ
ル中での抵抗による電力損失を最小にするために、銅な
どのように導電率の高い材料で作成される。このコイル
は、外囲器８の外側に位置しているので、室温より多少
高い温度で作動する。

アーク管内部からの熱損失を最小にするために、アーク
管の側面と底面に沿ってその外側に絶縁層１０を設けて
もよい。

第１図に示したコイルデザインの基本的な要件は、コイ
ル６の温度が室温より約２００℃以上にまで上昇するの
を防くためにコイルを冷却する必要があることである。

この冷却によりコイルでの過大な抵抗損が防止され、こ
れはコイルの比抵抗が温度と共に増大するので特に有効
である。また、この冷却によって、周囲の空気によるコ
イル６の酸化も抑えられる。

第１図に示したランプでは、コイル６を冷たく保つため
に、アーク管２とコイルとの間の適当な絶縁が必要であ
る。なぜならば、もしコイルの熱負荷が過大になると、
コイルの比抵抗が増大すると共にアーク管の温度が低下
してアーク管内で蒸気の凝縮が生起するであろうからで
ある。このために、誘導コイル６はランプの外囲器８の
外側に配置され、またこのランプ外囲器８はグラスウー
ルなどのような絶縁層１０によってアーク管２がら離し
ておくのが好ましい。しかし、これらの介在層により有
効なコイル直径が増大してアーク放電４の直径よりずっ
と大きくなり、誘導結合が悪くなると共にコイル電流が
大きくなる。たとえば、外径（ＯＤ）が２０ｍｍのアー
ク管内の直径１２關のアークの場合、誘導コイル６の有
効直径は通常３Ｂ關である。このコイルの大きな直径に
よってコイルの電流が大きくなり、その結果コイルおよ
び電源安定器（図示せず）での電力損が大きくなる。

第２図に示したような本発明の好ましい具体例では、ガ
スコア誘導コイル１６中を流れる１〜１００ＭＨｚの範
囲の周波数のＲＦ雷電流よって、円筒状のアーク管１２
内にリング形状のプラズマアーク放電１４が誘導される
。このアーク管１２は、通常は石英でできており、メタ
ルハライドなどのような少なくとも１種のガスからなる
充填物を収容している。この具体例では、１０００　’
Ｃで５０Ｘ１０−６Ω釦未満の比抵抗を有する高温金属
（すなわち、１０００℃を越える融点とｉｏｏ。

℃で１０−８１−ル未溝の蒸気圧を示すもの）のリボン
が、螺旋状に直接アーク管１２の回りに巻かれていてラ
ンプの励起コイル１６として機能する。

誘導コイル１６に使用するのに適した金属は、通常、タ
ングステンやモリブデンなどのような耐熱金属であろう
。

アーク管１２と高温励起コイル１６は外側のガラス製外
囲器１８の中に囲繞されている。通常通り、リード線２
２によってランプベース（図示せず）に接続することが
できる。必要であれば、グラスウールなどのような熱シ
ールド２０をアーク管１２の底に設けてもよい。しかし
、この熱シールドはアーク管１２の側面には必要ないと
思われる。なぜならば、コイル１６からの抵抗熱は、す
でに指摘したようにアーク管内のガスが凝縮するのを防
ぐために必要な高いアーク管温度をこの領域で維持する
役に立つからである。光は主としてアーク管１２の頂部
から発せられる。

高温励起コイル１６は、第１図に示したランプ中に使わ
れている誘導コイルと比べて直径がずっと小さい。たと
えば、第２図のランプでアーク放電１４の直径が１２ｍ
ｍである場合、コイル１６の直径はアーク管１２の外径
、すなわち２ｏＩＩｌｆｌｌと同じにすることができる
。コイルのリボンの厚みは、表皮厚さ（たとえば、１３
．５６ＭＨｚの周波数で０．１＋＋＋＋ｎ未満）よりず
っと大きくする必要はない。

コイル１６に使われている高温金属の１０００°Ｃの温
度での比抵抗が、このようなコイルを室温よりあまり高
くない温度で作動させるのが望ましい従来技術のランプ
の励起コイルに使用されている銅の比抵抗よりずっと高
いにもかかわらず、コイル１６は過大な抵抗熱損失を回
避する。たとえば、タングステンの１０００℃での比抵
抗は３２μΩｃｍであり、２２℃での銅の比抵抗１，７
μΩｃｎ＋よりおよそ１９倍も高い。もし他の効果がす
べて等しかったとすると、この高温励起コイルの高い比
抵抗は許容できない程の抵抗熱損失を招くであろう。し
かし、この高温コイルでは、およそ１９倍も高い比抵抗
が、従来技術のコイルと比べて抵抗損失を減らす３つの
効果によって相殺されてなおあまりある。これらの３つ
の効果とは、表皮厚さ、結合効率、およびコイル長であ
る。高温コイル１６の比抵抗が高いと表皮厚さが増大し
、したかってコイルの抵抗は小さくなる。この高温コイ
ルによって達成され得る小さめの直径により、結合効率
が高まり、したがってコイル電流とコイル損失が低下し
得る。この低下した直径によって、コイル長が短くなり
、したがってコイルの抵抗が小さくなる。

関連する適切な例における表皮厚さ、結合効率およびコ
イル長の効果は、たとえば、第１図に示した励起コイル
６を第２図に示したランプの高温励起コイル１６と比較
することによって示すこともできる。どちらの場合も、
ＯＤが２０ｍｍで高さが１７証のアーク管中で励起周波
数を１３．５６ＭＨｚ、電力を１２０ワット（５Ａて２
４■）としてコイルを作動させると有効直径が１２ｍ＋
ｎのアーク放電が生起する。このコイルと高温コイルは
いずれも５巻きであり、各巻き毎の有効幅は（コイルの
軸方向に沿って測定して）２ｍｍである。本発明の高温
コイルの隣接する巻き間の間隔は約０゜５＋＋ｕｎであ
る。第１図のコイルは有効直径が３８ｍ＋ｎであり、一
方、高温コイルは直径が２０關で、比抵抗が第１図のコ
イルのおよそ１９倍である。

ある導体における表皮厚さは比抵抗の平方根に比例する
。したがって、高温コイル１６の表皮厚さは第１図のコ
イル６より、／ＴＴ＝４．’　３倍大きく、高温コイル
の抵抗は同じ倍率で小さくなる。

所要のコイル電流は、放電電圧を持続するのに充分なだ
けの誘導電圧をプラズマにもたらす必要性によって決定
される。これには、所与の周波数で一定の大きさの磁場
を必要とする。この一定の磁場を生起させるのに必要と
されるコイル電流は有効なコイル直径に比例する。コイ
ルでの抵抗電力損は、その電流の平方、すなわちコイル
の直径の平方に比例する。したがって、高温コイルの電
力損は、この高温コイルのコイル結合の方が良好である
ため、第１図のコイルの電力損より（３８／２０）２＝
３．６倍小さい。コイルの抵抗はコイルの直径に直接比
例するので、高温コイルのコイル抵抗もまたその直径が
小さいために（３８／２０）−１，９倍小さくなる。

上で決定した倍率を組合せると、高温コイルでの抵抗電
力消失の、第１図のコイルでの抵抗電力消失に対する比
は、（比抵抗の比）／（電力損の比）（表皮厚さの比）
（抵抗の比）、すなわち１９／（３，６）（４，３）（
１，９）−０，６３に等しい。この抵抗電力消失比は、
本発明の高温励起コイルで消失される抵抗電力が第１図
の励起コイルより３７％少ないことを示している。

第２図に示した高温励起コイル１６は、第１図の励起コ
イルと比べて電流が小さいばかりでなく、同時にコイル
電流とコイルインダクタンスがより低いために電圧要件
がずっと低くなってもいる。

これらの効果によって、ランプ電源のコストおよび電力
消失ならびに放射される電磁ノイズが大幅に低下する。

以上、ランプのガラス製外囲器内に位置しており、しか
も過大なコイル抵抗電力損を伴うことなくかつコイルを
特別に冷却する必要なくアーク管を高い温度で作動させ
ることができる励起コイルを有する無電極ＨＩＤランプ
について説明した。

これにより、外側のガラス製外囲器内のコイルおよびラ
ンプを、ベースとの通常の電流接続手段と組合せた一体
型のランプ設計が容易になる。このランプはその電源か
ら必要とする電流と電圧が最小限ですむ。

本発明のいくつかの好ましい特徴だけを例示して説明し
て来たが、多くの修正と変更が当業者には自明であろう
。したがって、本発明の真の思想内に入るような修正と
変更はすべて特許請求の範囲に包含されるものと考えら
れたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、外側の鼓形励起コイルをもった無電極ＨＩＤ
ランプの具体例の側面断面図である。 第２図は、ランプのアーク管に直接巻付けられた高温励
起コイルを有する本発明の新規で改良された無電極ＨＩ
Ｄランプの断面図である。 ２・・・アーク管、４・・・放電アークプラズマ、６・
・励起コイル、８・・外囲器、１０・・・絶縁層、１２
・・・円筒状アーク管、１４・・・リング状のプラズマ
アーク放電、１６・・・ガスコア誘導コイル、１８・・
・ガラス製外囲器、２０・・・熱シールド、２２・・・
リード線。 ｊ〃元ｑｌ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）外側の透明な外囲器、 該外囲器内に位置しそれから離隔している光透過性のア
   ーク管、 該外囲器内に位置し該アーク管を包囲する励起コイル、 該アーク管に封入されており、該コイルの所定の励起の
   際に発光プラズマアーク放電を生成することができる充
   填物質、および 該外囲器の外部と該励起コイルとを電気的に接続する導
   電手段 を有する無電極高光度放電ランプ。
2. （２）該コイルが該アーク管に直接巻付けられている、
   請求項１記載の無電極高光度放電ランプ。
3. （３）該コイルがリボン状の導体からなる、請求項２記
   載の無電極高光度放電ランプ。
4. （４）該導体が高温金属からなる、請求項３記載の無電
   極高光度放電ランプ。
5. （５）該金属がタングステンおよびモリブデンより成る
   群の中の１種からなる、請求項４記載の無電極高光度放
   電ランプ。
6. （６）該コイルが、該アーク管の頂部から発する光が遮
   られるのを回避するようにアーク管の側面の回りに巻付
   けられており、該ランプが、さらに、該アーク管の底部
   に位置する熱シールド手段を含んでいる、請求項２記載
   の無電極高光度放電ランプ。
7. （７）該コイルがリボン状の導体からなる、請求項６記
   載の無電極高光度放電ランプ。
8. （８）該導体が高温金属からなる、請求項７記載の無電
   極高光度放電ランプ。
9. （９）該金属が１０００℃の温度で５０×１０＾−＾６
   Ωｃｍ未満の比抵抗を示す、請求項８記載の無電極高光
   度放電ランプ。