JPH0611254U - 無電極放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】始動性のよい無電極放電灯を提供する。 【構成】透光性材料よりなるバルブ１の外周に誘導コイ
ル２の巻線を巻回し、誘導コイル２に高周波電源４より
高周波電流を通電する。バルブ１の中に放電ガスを封入
し、誘導コイル２の周囲の高周波電磁界を放電ガスに作
用させて放電ガスを励起発光させる。バルブ１の外壁面
には、誘導コイル２の巻回方向に沿う２個の始動補助電
極３ａ，３ｂをバルブ１の略全周に亙って配列する。始
動補助電極３ａ，３ｂの端部にバルブ１の径方向の外向
きの端部片６を延長し、両端部片６を対向させる。始動
補助電極３ａ，３ｂに高周波電圧を印加して予備放電を
発生させた後に、誘導コイル２に高周波電流を通電する
と容易に点灯する。また、端部片６の存在により始動補
助電極３ａ，３ｂの端部での電界集中を防止して、始動
補助電極３ａ，３ｂの間の大気中での絶縁破壊を防止す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、バルブの内部に電極を持たず、バルブ内の放電ガスにバルブの外部 から高周波電磁界を作用させることによって、放電ガスを励起発光させるように した無電極放電灯に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、この種の無電極放電灯は、小型、高出力、長寿命などの特長を有し ているものであるから、各所で研究開発され、たとえば、高出力点光源などへの 利用が考えられている。 無電極放電灯としては、図４に示すように、空心コイルである誘導コイル２を 囲む形の電球形のバルブ１を備え、誘導コイル２に対して高周波電流を通電し、 誘導コイル２の周囲に形成された高周波電磁界をバルブ１の中に封入された水銀 蒸気を含む放電ガスに作用させることによって、放電ガスを励起し発光させるも のがある（特開昭５７−７８７６６号公報）。

【０００３】 ところで、誘導コイル２として用いられている空心コイルの周囲に形成される 磁界は誘導コイル２の内側でもっとも強くなるが、上記構成では誘導コイル２の 内側の高周波磁界を放電ガスに作用させていないものであるから、効率が低いと いう問題がある。 これに対して、図５に示すように、透明な石英ガラス等により形成された球状 のバルブ１と、バルブ１の外周に巻線を巻回した誘導コイル２とを備え、誘導コ イル２の内側の高周波磁界を放電ガスに作用させるようにした無電極放電灯が考 えられている。この構成では、誘導コイル２の内側で放電ガスに高周波磁界を作 用させているから、図４の構成に比較すれば効率が高くなるのである。

【０００４】 これらの無電極放電灯の放電ガスには、水銀蒸気等の発光物質と希ガスとの混 合気体が一般に用いられている。水銀を含む放電ガスを用いると、初期始動は比 較的容易になるが、消灯直後の再始動は困難であるという問題がある。また、温 度の上昇に伴って水銀の蒸気圧が指数関数的に変化するから、誘導コイル２に高 周波電流を通電するための高周波電源との整合がとりにくく、整合がとれなくな ると立ち消えなどが生じて安定に点灯させることができないという問題が生じる 。一方、放電ガスに水銀が含まれていなければ整合はとりやすくなるが、初期始 動が困難になる。誘導コイルに高電圧を印加すれば、強制的に始動させることは 可能であるが、高電圧を出力できる高周波電源が必要になり、点灯回路としての 高周波電源が大型化するという問題が生じる。すなわち、無電極放電灯と高周波 電源とを含む無電極放電灯が大型化することになる。

【０００５】 上述したような問題を解決するために、図６に示すように、バルブ１の外周に 誘導コイル２の巻線を巻回して、高周波磁界を放電ガスに効率よく作用させ、し かも、誘導コイル２の軸方向におけるバルブ１の両側に、互いに対向する一対の 始動補助電極３ａ，３ｂを配置することによって、始動が比較的容易になるよう にした無電極放電灯が提案されている（米国特許第４，４８９，５８９号）。こ の無電極放電灯では、誘導コイル２への高周波電流の通電に先立って、両始動補 助電極３ａ，３ｂの間に高周波電圧を印加することによってストリーマ状の予備 放電が生じるようにし、予備放電が生じた状態で誘導コイル２に高周波電流を通 電することによって始動を容易にしようとするものである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、誘導コイル２に高周波電流を通電して点灯させると、高周波磁界に よってバルブ１の中にトロイド状の誘導電界が生じ、この誘導電界によって放電 ガスが電離されてトロイド状の放電路を有する主放電（一般に環状放電、あるい は高周波リング放電と呼ばれている放電状態）が生じる。誘導電界は高周波磁界 に鎖交するから、点灯時には誘導コイル２の巻線の巻回方向に沿うように放電路 が形成されることになる。一方、予備放電は始動補助電極３ａ，３ｂの間で誘導 電界に対して直交する方向に生じるから、両始動補助電極３ａ，３ｂの間に生じ る高周波電界が予備放電から主放電への移行を妨げるという問題がある。

【０００７】 また、両始動補助電極３ａ，３ｂの距離は誘導コイル２の軸方向におけるバル ブ１の両端間の距離によって規制されるから、始動補助電極３ａ，３ｂの間の距 離を小さくすることができず、予備放電が生じるのに必要な電界強度を得ようと すれば、始動補助電極３ａ，３ｂに印加する高周波電圧をかなり高く設定するこ とが必要になる。したがって、始動補助電極３ａ，３ｂを設けても始動性が十分 に向上しないという問題がある。

【０００８】 本考案は上記問題点の解決を目的とするものであり、始動補助電極に対して大 きな電力を供給する必要がなく、始動性がよいとともに比較的小型に形成できる 無電極放電灯を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

請求項１の考案では、上記目的の達成のために、透光性材料よりなるバルブ１ の外周に巻線を巻回した誘導コイル２に高周波電源４より高周波電流を通電し、 誘導コイル２の径方向における巻線の内側に形成されている高周波電磁界をバル ブ１内に封入された放電ガスに作用させることによって放電ガスを励起発光させ る無電極放電灯において、高周波電圧が印加される複数個の始動補助電極３ａ， ３ｂがバルブ１の外壁面の略全周に亙って配列され、隣合う各一対の始動補助電 極３ａ，３ｂの端部には互いに対向する端部片６がそれぞれ延長されているので ある。

【００１０】 請求項２の考案では、始動補助電極３ａ，３ｂは、誘導コイル２の中心軸に直 交する平面とバルブ１の外壁面との交線上に配列されている。

【００１１】

【作用】

請求項１の構成によれば、誘導コイル２に高周波電流を通電すると、誘導コイ ル２の周囲に形成された高周波磁界がバルブ１の中に封入されている放電ガスに 作用してバルブ１の中にトロイド状の誘導電界が生じ、この誘導電界によってト ロイド状の放電路を有する主放電が生じて点灯状態になる。ここで、誘導コイル ２に高周波電流を通電するのに先立って始動補助電極３ａ，３ｂに高周波電圧を 印加すると、バルブ内に両始動補助電極３ａ，３ｂに沿うようにストリーマ状の 予備放電が生じる。また、始動補助電極３ａ，３ｂはバルブ１の外壁面の略全周 に亙って配列されているから、隣接する始動補助電極３ａ，３ｂの間の距離を小 さくすることができ、始動補助電極３，３ｂの間の電界強度を大きくすることが 可能であって、このことによって予備放電が生じやすくなるのである。要するに 、予備放電が生じやすく、かつ、予備放電から主放電への移行に要するエネルギ が少ないから始動性に優れ、しかも、始動時の供給エネルギが少ないから電源を 小型化することが可能になり、全体としての小型化が可能になるのである。しか も、隣合う各一対の始動補助電極３ａ，３ｂの端部に互いに対向する端部片６が それぞれ延長されているので、始動補助電極３ａ，３ｂの距離が最小となる部分 での始動補助電極３ａ，３ｂの間の面積を大きくとることができ、結果的に始動 補助電極３ａ，３ｂの端部付近での電界を分散させて電界集中を抑制することが できる。すなわち、始動補助電極３ａ，３ｂの間の絶縁破壊電圧を高くとること ができ、始動補助電極に印加する電圧を比較的高く設定することが可能になって 、予備放電が容易になり、かつ絶縁破壊による始動補助電極の損傷を防止するこ とができるのである。

【００１２】 始動補助電極３ａ，３ｂに端部片６を設けたことによって、絶縁破壊の発生が 抑制される効果を確認するために、図３に示すような比較実験を行った。すなわ ち、図３（ａ）のように短冊状の電極板７ａ，７ｂの端部を略直角に折曲して端 部片６を設け端部片６を対向させた場合と、図３（ｂ）のように短冊状の電極板 ７ａ，７ｂの端縁同士を対向させた場合とについて、絶縁破壊が生じる電圧を測 定した。電極板７ａ，７ｂとしてはニッケル板を用い、電極板７ａ，７ｂの間の 距離は２ｍｍとした。また、図３（ａ）の電極板７ａ，７ｂについては、端部片 ６の先端部を互いに離れる向きに折り返し端部片６の先端部にエッジが形成され ないような形状とし、また端部片６の突出長さを２ｍｍとした。両電極板７ａ， ７ｂに対して高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加し、０〜 ３ｋＶの間で変化させたところ、図３（ａ）の構成では絶縁破壊が発生せず、図 ３（ｂ）の構成では２．３〜２．５ｋＶで絶縁破壊が生じた。すなわち、端部片 ６を設けたほうが電界の集中が起こらず絶縁破壊が生じにくいという結果が得ら れた。ここに、端部片６の突出寸法を端部片６の距離と等しく設定したが、端部 片６の距離に対して端部縁６の突出寸法を１：２以上とするのが望ましい。

【００１３】 請求項２の構成では、誘導コイル２の中心軸に直交する平面上で始動補助電極 ３ａ，３ｂが配列されているから、予備放電は誘導コイル２による誘導電界に沿 うように形成され、予備放電から主放電への移行時に放電の向きを変える必要が なく、始動時の供給エネルギを少なくすることができるのである。

【００１４】

【実施例】

（実施例１） 図１に示すように、バルブ１は石英ガラス等の透光性材料によって気密な円筒 状に形成され、バルブ１の中には、たとえば１００Torrのキセノンガスを放電ガ スとして封入してある。バルブ１の外周には誘導コイル２の巻線がバルブ１の中 心軸と略同軸となるように巻回される。ここでは、誘導コイル２は３ターン巻回 されているが、ターン数はとく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。バルブ１の外壁面には、誘導コイル２の中心軸に直交する平面と バルブ１の外壁面との交線である円環上において、ニッケル板よりなる２個の始 動補助電極３ａ，３ｂがバルブ１に密着して配列される。また、始動補助電極３ ａ，３ｂはバルブ１の軸方向においては誘導コイル２の幅内に設けられる。各始 動補助電極３ａ，３ｂは、縦横の寸法比が十分に大きな細長い短冊状に形成され 、各始動補助電極３ａ，３ｂの端部には、バルブ１の径方向の外向きに突出して 互いに対向する端部片６が延長される（図１（ｂ）参照）。端部片６は始動補助 電極３ａ，３ｂと同じ幅（たとえば、３ｍｍ）を有し、突出寸法はたとえば２ｍ ｍに設定される。また、端部片６の周縁には角張ったエッジが形成されないよう に、全周に亙って丸みを帯びた形状に形成される。すなわち、端部片６の対向面 の周縁には角が形成されず（たとえば楕円状）、また対向面に直交する断面にお いても端部片６の周縁は外向きに凸となった弧状に形成されている。このような 形状とすれば、電界の集中を防止して絶縁破壊の発生を一層抑制することができ る。

【００１５】 誘導コイル２は、高周波電源４から高周波電流が通電されて高周波磁界を発生 し、この高周波磁界がバルブ１の内部の放電ガスに作用することによってトロイ ド状の放電路を有する主放電を生じさせ、放電ガスを励起して発光させる。すな わち、高周波磁界によってバルブ１の中には誘導コイル２の巻線の巻回方向に沿 う形でトロイド状の誘導電界が生じるのであり、この誘導電界によりバルブ１の 中に放電プラズマが発生して主放電が維持される。高周波電源４は、高周波を発 生する高周波発生器４ａと、高周波発生器４ａの出力を増幅する増幅器４ｂと、 増幅器４ｂと誘導コイル２との間に挿入されインピーダンスを整合させるマッチ ング回路４ｃとにより構成される。

【００１６】 両始動補助電極３ａ，３ｂの間には、高周波電源５により高周波電圧が印加さ れ、バルブ１の中にストリーマ状の予備放電を発生させるようになっている。す なわち、始動補助電極３ａ，３ｂの間に高周波電圧を印加して高周波電界を形成 すると、バルブ１の中で始動補助電極３ａ，３ｂの近傍の電子がキセノン原子に 衝突してキセノン原子を電離させるのであって、このような現象が繰り返される ことによって放電を維持するのに十分な電子が供給されると、図２に示すように 始動補助電極３ａ，３ｂに沿うようにストリーマ状の予備放電ＳＰが生じる。こ こに、始動補助電極３ｂは誘導コイル２の一端に接続されるとともに接地される 。また、高周波電源５は高周波電源４と同様にマッチング回路などを備える。

【００１７】 始動時には、まず高周波電源５により始動補助電極３ａ，３ｂに高周波電圧を 印加する。このとき、両始動補助電極３ａ，３ｂの周囲には高周波電界が生じて 上述のように始動補助電極３ａ，３ｂに沿うように予備放電ＳＰが生じる。予備 放電ＳＰが生じた状態で、誘導コイル２に高周波電源４から高周波電流を通電す ると、誘導コイルに鎖交する高周波磁界が生じ、この高周波磁界に鎖交する誘導 電界が生じる。また、誘導コイル２によって生じた高周波磁界は予備放電ＳＰに 鎖交する。このように誘導電界が予備放電ＳＰに作用することによって予備放電 ＳＰのループが閉じると主放電に移行し、放電ガスの励起による強い発光が生じ て点灯状態になる。ここで、誘導コイル２は予備放電ＳＰと同じ向きに誘導電界 を発生させるから、予備放電ＳＰから主放電への移行に際して放電路の向きを変 化させるようなエネルギが不要になるのである。点灯状態に移行すれば、始動補 助電極３ａ，３ｂに高周波電圧を印加することなく点灯状態が維持される。

【００１８】 上述したような始動補助電極３ａ，３ｂを設けることによって、主放電を形成 するための初期入力を大幅に減少させることができる。このことにより、電源を 小型化でき、容易に始動できるようになるのである。また、上記構成では予備放 電ＳＰは１．５ｋＶで発生し、このとき始動補助電極３ａ，３ｂの間では大気中 の絶縁破壊は生じなかった。

【００１９】 ここに、放電ガスとしては、キセノンガスに代えて、他の単一気体や混合気体 を用いてもよく、ガス圧も１００Torrに限定されるものではない。また、始動補 助電極３ａ，３ｂとしてニッケル板を用いているがこれに限定されるものではな く、さらに、バルブ１の形状についても円筒状に限定されるものではなく、球状 のほか各種形状を採用することができる。

【００２０】 （実施例２） 本実施例では、放電ガスとして、希ガスに金属や金属のハロゲン化物を混合し たものを用いる。金属と金属のハロゲン化物は単体でもまた混合物でもよい。た とえば、ＮａＩ−ＴｌＩ−ＩｎＩなどを希ガスに混合する。 このような物質を混合した放電ガスを用いると、主放電が生じた直後は、希ガ スの励起発光が生じるのであって、希ガスがキセノンであれば白色の光が生じる ことになる。その後、混合物質の蒸気圧が上昇し、混合物質による発光色が生じ るのである。以上のようにして、初期状態から高い発光輝度を得ることができ、 立ち上がりのよい高輝度な無電極放電灯が提供できるのである。本実施例の技術 思想は上記各実施例のいずれにも適用可能である。なお、放電ガスの成分として 希ガスに混合する物質は、効率や光色に応じて適宜設定される。

【００２１】

【考案の効果】

請求項１の考案は、バルブの外壁面の略全周に亙って複数個の始動補助電極を 配列しているので、始動補助電極に高周波電圧を印加するとバルブ内に始動補助 電極に沿うように予備放電が生じるのであって、隣接する始動補助電極の間の距 離を小さくすることができる結果、始動補助電極の間の電界強度を大きくするこ とが可能であって、このことによって予備放電が生じやすくなる。すなわち、始 動時の供給エネルギが少ないから電源を小型化することが可能になり、全体とし ての小型化が可能になるという利点を有するのである。さらに、隣合う各一対の 始動補助電極の端部に互いに対向する端部片がそれぞれ延長されているので、始 動補助電極の距離が最小となる部分での始動補助電極の間の面積を大きくとるこ とができ、始動補助電極の端部付近での電界を分散させて電界集中を抑制するこ とができるのであって、始動補助電極の間の絶縁破壊電圧を高くとることができ ることになる。その結果、始動補助電極に印加する電圧を比較的高く設定するこ とが可能になって、予備放電が容易になり、かつ絶縁破壊による始動補助電極の 損傷を防止することができるという利点を有するのである。

【００２２】 請求項２の考案は、誘導コイルの中心軸に直交する平面上で始動補助電極を配 列しているから、予備放電は誘導コイルによる誘導電界に沿うように形成され、 予備放電から主放電への移行時に放電の向きを変える必要がなく、始動時の供給 エネルギを少なくすることができ、予備放電から主放電への移行が容易になると いう利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示し（ａ）は概略構成図、（ｂ）は
同図（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図２】実施例１における予備放電の説明図である。

【図３】本考案の原理説明図である。

【図４】従来の無電極放電灯を示す断面図である。

【図５】無電極放電灯の他の従来例を示す側面図であ
る。

【図６】無電極放電灯のさらに他の従来例を示す側面図
である。

【符号の説明】

１ バルブ ２ 誘導コイル ３ａ 始動補助電極 ３ｂ 始動補助電極 ４ 高周波電源 ５ 高周波電源 ６ 端部片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 請川 信 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)考案者 東坂 真吾 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性材料よりなるバルブの外周に巻線
   を巻回した誘導コイルに高周波電源より高周波電流を通
   電し、誘導コイルの径方向における巻線の内側に形成さ
   れている高周波電磁界をバルブ内に封入された放電ガス
   に作用させることによって放電ガスを励起発光させる無
   電極放電灯において、高周波電圧が印加される複数個の
   始動補助電極がバルブの外壁面の略全周に亙って配列さ
   れ、隣合う各一対の始動補助電極の端部には互いに対向
   する端部片がそれぞれ延長されて成る無電極放電灯。
2. 【請求項２】 始動補助電極は、誘導コイルの中心軸に
   直交する平面とバルブの外壁面との交線上に配列されて
   成る請求項１記載の無電極放電灯。