JP2000223080A - 無電極放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無電極放電ランプの効率を向上し、長寿命化
する。 【解決手段】 発光管12に発光物質と、８．３kPa 以上
２５kPa 以下の圧力でキセノンとを封入する。発光管の
周囲に励起コイル14を配置する。励起コイル14に高周波
電力を供給することにより、発光管12内にプラズマ放電
が生じ、ランプが点灯する。キセノンの圧力を８．３kP
a 以上とすることにより、高効率化および長寿命化を実
現できる。キセノンの圧力を２５kPa 以下とすることに
より、始動を容易にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、励起コイルにて発
光管を点灯させる無電極放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発光物質および放電ガスが封入さ
れた発光管の周囲に励起コイルを配置し、この励起コイ
ルに高周波電力を供給することにより、発光管内にプラ
ズマ放電を生起させて点灯させる無電極放電ランプが知
られている。例えば、特開平３−４９１４８号公報に
は、発光物質としてハロゲン化ナトリウムなどを封入
し、発光管の周囲に配設した励起コイルに高周波を供給
して磁界を発生させ、発光管内にプラズマを生成させて
点灯する無電極メタルハライドランプ照明装置が記載さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
無電極放電ランプにおいて、高効率化および長寿命化を
実現できる放電ガスの条件は知られていない。

【０００４】また、無電極放電ランプにおいて、発光管
の最冷部の温度が下がると発光効率が低下するととも
に、発光管を保温して最高温度が上がると、長寿命化が
困難になるが、無電極放電ランプにおいては、放電が偏
って生じ、各部の温度を均一化することが困難である問
題を有している。

【０００５】そして、無電極放電ランプにおいては、発
光管内でリング状放電が生じるが、発光管の中心部に放
電が存在し、励起コイルと放電リングとの結合度を低下
させて、効率の低下や寿命の低下を生じる問題を有して
る。

【０００６】さらに、無電極放電ランプにおいては、発
光管と励起コイルとの位置関係を正確に保持する必要が
あり、さらに、発光管と励起コイルとが接触すると、発
光管の温度低下や励起コイルの温度上昇により効率の低
下や寿命の低下を生じるが、従来の構成では、発光管
は、この発光管から延びた支持管の端部で保持してお
り、寿命中常に励起コイルと発光管との位置関係を保持
することが困難である問題を有している。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、高効率化および長寿命化を図った無電極放電ラン
プを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の無電極放
電ランプは、発光物質および８．３kPa 以上２５kPa以
下の圧力でキセノンが封入された発光管と；発光管の周
囲に配置された励起コイルと；を具備したものである。

【０００９】そして、この構成では、励起コイルに高周
波電力を供給することにより、発光管内にプラズマ放電
が生じ、無電極放電ランプが点灯する。このとき、発光
管に封入したキセノンの圧力を８．３kPa 以上２５kPa
とすることにより、高効率化および長寿命化が実現され
る。すなわち、発光管に封入したキセノンの圧力が８．
３kPa より小さいと、発光効率が低下し、発光管の温度
が上昇して寿命が短くなる。一方、発光管に封入したキ
セノンの圧力が２５kPa より大きいと、ガスの絶縁破壊
電圧が急増し、始動が困難となる。

【００１０】請求項２記載の無電極放電ランプは、発光
物質および放電ガスが封入された発光管と；発光管を覆
い、かつ、発光管の最冷部に近接して配置された外管
と；発光管の周囲に配置された励起コイルと；を具備し
たものである。

【００１１】そして、この構成では、励起コイルに高周
波電力を供給することにより、発光管内にプラズマ放電
が生じ、無電極放電ランプが点灯する。このとき、発光
管の最高温度部分より最冷部に近接して配置された外管
により、発光管の最冷部の温度の上昇が最高温度部分の
温度の上昇より相対的に大きくなるので、発光管の各部
の温度の均一化が可能になり、高効率化および長寿命化
が実現される。

【００１２】請求項３記載の無電極放電ランプは、中心
軸近傍に設けられた非放電部を除いて、発光物質および
放電ガスが封入され、同じ径寸法の球状の発光管に対し
て、放電ガスが封入された部分の中心軸を通る面による
断面積が４０％以上９５％以下とされた発光管と；発光
管の周囲に配置された励起コイルと；を具備したもので
ある。

【００１３】そして、この構成では、励起コイルに高周
波電力を供給することにより、発光管内にプラズマ放電
が生じ、無電極放電ランプが点灯する。このとき、非放
電部を設けて断面積を球形の発光管に較べて９５％以下
とし、中心部付近の放電をなくすことにより、励起コイ
ルと放電リングとの結合度が向上し、高効率化および長
寿命化が実現される。また、上記の断面積は４０％以上
とすることにより、放電の容易さが確保される。

【００１４】請求項４記載の無電極放電ランプは、発光
物質および放電ガスが封入された発光管と；発光管の周
囲に配置された励起コイルと；励起コイルに支持され、
点接触で発光管に当接して発光管を支持する支持部と；
を具備したものである。

【００１５】そして、この構成では、支持部により、発
光管と励起コイルとの位置関係が保持され、ランプとコ
イルを接近させることができるので、励起コイルと放電
リングとの結合度が増し、その結果、高効率化および長
寿命化が実現される。支持部は、発光管に点接触するの
で、発光管の温度の低下が抑制される。

【００１６】請求項５記載の無電極放電ランプは、発光
物質および放電ガスが封入された発光管と；発光管の周
囲に配置された励起コイルと；励起コイルに支持され、
点接触で発光管に弾性的に当接して発光管を支持する支
持部と；を具備したものである。

【００１７】そして、この構成では、支持部により、発
光管と励起コイルとの位置関係が保持され、高効率化お
よび長寿命化が実現される。支持部は、発光管に弾性的
に点接触するので、発光管を保護しつつ発光管の温度の
低下が抑制される。

【００１８】請求項６記載の無電極放電ランプは、発光
物質および放電ガスが封入された発光管と；発光管の周
囲に配置された励起コイルと；励起コイルに一体に形成
され、点接触で発光管に当接して発光管を支持する支持
部と；を具備したものである。

【００１９】そして、この構成では、支持部により、発
光管と励起コイルとの位置関係が保持され、高効率化お
よび長寿命化が実現される。支持部は、発光管に点接触
するので、発光管の温度の低下が抑制される。支持部
は、励起コイルに一体に形成したので、構造が簡略化さ
れ、製造コストが低減されるとともに、励起コイルによ
る遮光が軽減される。

【００２０】請求項７記載の無電極放電ランプは、発光
物質および放電ガスが封入された発光管と；発光管の周
囲に配置された励起コイルと；発光管に一体に形成さ
れ、点接触で励起コイルに当接する支持部と；を具備し
たものである。

【００２１】そして、この構成では、支持部により、発
光管と励起コイルとの位置関係が保持され、高効率化お
よび長寿命化が実現される。支持部は、励起コイルに点
接触するので、発光管の温度の低下が抑制される。支持
部は、発光管に一体に形成したので、構造が簡略化さ
れ、製造コストが低減される。

【００２２】請求項８記載の無電極放電ランプは、請求
項４ないし７記載の無電極放電ランプにおいて、支持部
は、発光管の最高温度部を介して発光管と励起コイルと
を連結するものである。

【００２３】そして、この構成では、支持部は、発光管
の最高温度部を介して発光管と励起コイルとを連結する
ため、発光管の温度の低下による効率の低下が抑制され
る。

【００２４】請求項９記載の無電極放電ランプは、発光
物質および放電ガスが封入された発光管と；発光管の周
囲に配置された基体の表面に導電体を膜状に設けた励起
コイルと；を具備したものである。

【００２５】そして、この構成では、励起コイルが薄型
化されるため、励起コイルによる遮光が軽減され、効率
が向上する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の無電極放電ランプ
の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。

【００２７】図１は本発明の第１の実施の形態を示す説
明図、図２は比較例の説明図である。

【００２８】図１において、11は無電極放電ランプで、
この無電極放電ランプ11は、発光管12と、励起コイル14
とを備え、誘導結合形無電極ＨＩＤランプが構成されて
いる。そして、発光管12は、バルブとも呼ばれる耐火性
および可視光透過性を有する気密放電容器であり、例え
ば、合成石英などの高融点ガラスやアルミナなどの透明
セラミックス材料により楕円球形あるいは球形などに形
成されている。そして、本実施の形態では、外径φ２９
mm発光管12の内部には、プラズマにより励起されるアー
ク放電により発光する発光物質として、Sc−Na−Ｉが封
入されているとともに、放電ガス（緩衝ガス）である希
ガスとして、キセノン（Xe）が１７kPaの圧力で封入さ
れている。また、発光管12の後端には、発光管12と同一
の材料にて、支持管である始動用細管15が接続されてい
る。

【００２９】また、励起コイル14は、誘導コイルとも呼
ばれ、例えば、セラミックス製の基板に銀や白金などの
導電材料を焼結して、２巻以上の導電経路が形成され、
本実施の形態では、内径φ３４mmに形成されている。

【００３０】そして、この無電極放電ランプ11は、励起
コイル14に接続され高周波（無線周波）の電気エネルギ
ーを供給する点灯回路および始動用細管15に接続される
始動回路などを備えた電源供給手段である点灯装置、こ
の点灯装置に電気エネルギーを供給する電源装置、発光
管12を内包する反射体、反射体の照射開口を覆う前面ガ
ラスなどとともに器具本体に収納され、照明器具、照明
装置を構成する。

【００３１】そして、この無電極放電ランプ11は、始動
用細管15に電圧を印加してプラズマ放電を生起させると
ともに、励起コイル14からエネルギーを供給することに
より、発光管12にプラズマ放電を生起させ、発光管12に
放電リング（リング状放電、リングプラズマ）を生じさ
せて点灯状態になる。

【００３２】そして、図２に示す比較例のように、発光
管12の外径φ２９mm、励起コイル14の内径φ３４mm、発
光物質として、Sc−Na−Ｉを封入し、キセノン（Xe）３
３kPa でランプ入力４００Ｗ点灯の状態で、結合度が
０．３１であったのに対し、図１に示す本実施の形態で
は、放電部Ａが膨張し、ランプ入力４００Ｗ点灯で、励
起コイル14と放電リングとの結合度を０．３５に向上す
ることができた。また、共振により励起コイル14に流れ
る皮相電力は、同じく４００Ｗランプ入力時、比較例で
の電力を１００％とすると、本実施の形態では、８０％
に低減できた。

【００３３】すなわち、誘導結合形無電極ＨＩＤランプ
の発光管12では、放電リングが生じ、この放電リングが
励起コイル14と電磁的に結合してエネルギーの授受をし
ている。そして、この結合度を増すと、励起コイル14の
共振深さを浅くでき、この結果、コイル抵抗ロスの低減
や、寿命（ライフ）中の回路素子やランプ特性変動によ
る共振ずれ幅の低減が可能になり、効率向上、回路寿命
の確保、信頼性向上を実現できる。そして、従来、無電
極メタルハライドランプの封入ガス圧については最適な
構成は知られておらず、例えば、特開平６−１８１０５
４号公報には、キセノン（Xe）１００Torrの記載がある
のみであった。

【００３４】この点、封入した希ガスの圧力が数kPa か
ら数十kPa の範囲では、封入した希ガスの圧力を低くす
るほど、放電リングが膨張し、結合が高くなるが、同時
に、発光効率の低下やバルブ温度の上昇、短寿命化など
の弊害が生じる。一方、この圧力を高くすると、発光管
12内のガスの絶縁破壊電圧が急上昇し、グロー状放電か
らアーク放電へ移行させるために必要な電磁界強度が急
上昇し、始動に必要な高圧発生器出力電圧や誘導コイル
電流が急上昇し、システムが高コスト、大型になり、シ
ステム設計が実際上困難になる。このように、希ガス圧
には最適範囲があり、実験の結果、キセノン（Xe）の場
合は、８．３kPa 以上２５kPa 以下の圧力で封入するこ
とにより、効率を向上できるとともに、始動が比較的容
易で、回路寿命を確保し、信頼性を向上できる最適範囲
であるとわかった。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。

【００３６】図３は本発明の第２の実施の形態を示す説
明図、図４は第２の実施の形態の変形例を示す説明図、
図５は比較例の説明図、図６は他の比較例の説明図であ
る。

【００３７】図３に示す実施の形態では、無電極放電ラ
ンプ11は、発光管12と、励起コイル14とを備え、誘導結
合形無電極ＨＩＤランプが構成されている。そして、発
光管12は、バルブとも呼ばれる耐火性および可視光透過
性を有する気密放電容器であり、例えば、合成石英など
の高融点ガラスやアルミナなどの透明セラミックス材料
により楕円球形あるいは球形などに形成されている。そ
して、本実施の形態では、外径φ２９mmで楕円球状の石
英製の発光管12の内部には、プラズマにより励起される
アーク放電により発光する発光物質として、NdI3−NaI
が過剰に封入され、点灯中に液相の発光薬品が残留する
ようになっているとともに、放電ガス（緩衝ガス）であ
る希ガスとして、キセノン（Xe）が２６．６kPa の圧力
で封入されなっている。また、発光管12の鉛直上方の上
端には、発光管12と同一の材料にて、支持管21が接続さ
れているとともに、発光管12の下端には、排気チップ22
が形成されている。

【００３８】また、励起コイル14は、誘導コイルとも呼
ばれ、例えば、セラミックス製の基板に銀や白金などの
導電材料を焼結して、２巻以上の導電経路が形成されて
いる。そして、この構成では、ランプ入力３００Ｗで、
回転楕円体状の放電部Ａが形成される。

【００３９】さらに、発光管12を覆い、かつ、励起コイ
ル14の内側に位置して、外管25が設けられ、二重管とさ
れている。この外管25は、上下方向を長手方向とする略
円筒状で、対流をなくすため好ましくは内部は真空とさ
れている。また、この外管25の下端部は、発光管12の下
側部に沿って略球面状に形成され、発光管12の鉛直下半
球に近接して配置されている。すなわち、発光管12の外
面と外管25の内面との離間寸法は、発光管12の赤道部で
は、L1＝１mm、排気チップ22部分では、L2＝１．５mmま
で接近して配置され、放射赤外線帰還率が高められてい
る。

【００４０】また、図４に示す構成は、基本的には図３
に示す構成と同様で、排気チップ22の位置が鉛直下では
ない場合や、支持管21が鉛直上ではない場合の外管25の
配置を示し、図３に示す構成と同様に、発光管12の外面
と外管25の内面との離間寸法は、発光管12の赤道部では
１mm、排気チップ22部分では１．５mmまで接近して配置
されている。

【００４１】そして、図５は、図３に示す構成と同様で
外管25を設けない一重管ランプであり、点灯状態で、鉛
直下半球の温度が低く、最も下方に位置する排気チップ
22の付近に最冷部が生じ、実験の結果、最も温度の高い
部分との温度差は１５０℃であった。

【００４２】また、図６は、図５の発光管12を外管25で
覆って全体を保温したものであるが、外管25を発光管12
に近接して配置しなかったものである。この構成では、
図６のグラフに破線で示すように、発光管12の全体が外
管25による放射赤外線反射と発光管12外側の対流の減
少、消滅により、より高温になった。そして、赤道部で
は励起コイル14の配置との関係で、外管25が発光管12に
１mm程度まで接近し、他の部分より温度が上昇している
が、温度差は一重管と同等かやや少ない程度であり、実
験の結果、最冷部と最も温度の高い部分との温度差は１
３０℃〜１５０℃であった。

【００４３】これに対して、図３および図４に示す構成
では、外管25を発光管12の鉛直下半球に近接して配置し
て放射赤外線帰還率を部分的に高めたため、図３および
図４のグラフに実線で示すように、最高温度は変えずに
下半球の発光管12温度を３０℃前後高め、最冷部と最も
温度の高い部分との温度差を１００℃〜１２０℃とし
て、３００Ｗ点灯で効率を９％向上できた。

【００４４】すなわち、従来、特開平６−２４３８４２
号公報などに示されるように、外管を備えた構成が知ら
れているが、外管と発光管との距離の設定により保温効
果を部分的に調整する構成は知られていない。そして、
無電極ＨＩＤ発光管においても、電極のある発光管と同
様に、点灯中は発光管の各部で温度差を生じる。さら
に、無電極ＨＩＤ放電では、一般の電極のある放電とは
異なり、放電が発光管中に浮いて存在し、さらに放電は
高温になるため、発光管内の鉛直上方にある程度偏って
存在する。また、発光管内の対流により、発光管鉛直上
方がより高温になる。そして、これらの作用により、発
光管の鉛直下方は最冷部になりやすく、発光管の各部に
温度差が生じ、寿命、効率が制限される問題が生じる。
すなわち、メタルハライドランプやナトリウムランプで
は、一定の発光効率を確保するため、最冷部温度を一定
以上に確保する必要がある。そこで、従来、一定の最冷
部温度を確保しようとすると、発光管の各部の温度差が
大きいほど、最高温度部が高温になり、発光管材料の耐
熱性や発光薬品との反応などで寿命が短くなる。一方、
寿命を確保するため、最高温度を一定以下に確保しよう
とすると、発光管の各部の温度差が大きいほど、最冷部
温度は低くなり、効率が低下する。

【００４５】このように、発光管は、放電空間Ａと隣接
する発光管12の管壁の温度について、最冷部温度を高く
するほど、高い発光効率を実現できるとともに、最高温
度部を低くするほど、長寿命を実現できるため、発光管
の各部の温度差が小さいほど、無電極放電ランプの総合
性能が向上するものであり、本実施の形態の無電極ＨＩ
Ｄランプでは、発光管12の周囲に外管25を設け、かつ、
外管25を少なくとも発光管12の最冷部周囲において発光
管12に近接させ、放射赤外線を外管25で反射して発光管
12の最冷部に帰還する量を増加させて最冷部温度を上昇
させ、かつ、最高温度部付近には接近させないようにし
て、最高部温度は変化させないことで、発光管12の最冷
部温度と最後部温度との温度差を小さくして、高効率化
と長寿命化とを実現でき、少なくとも一方を向上でき
る。

【００４６】なお、上記のように、最冷部は点灯時の発
光管12の鉛直下半球にできることが多いので、下半球を
外管25と接近させ、上半球を外管25から離間させる構成
を採った。

【００４７】そして、発光管12の最冷部を外管25との離
間寸法は、発光管12の直径の３分の１以下程度から温度
を上昇させる効果があり、１０分の１以下とすると特に
顕著であり、より好ましい。

【００４８】また、この構成では、回転や空気の吹きつ
けなどの強制冷却を行う必要がなく、構成を簡略化して
コストを低減できる。

【００４９】また、放電ガス（緩衝ガス）は、発光管12
内に、５Kpa 以上８０Kpa 以下の範囲で封入されてい
る。

【００５０】図７は本発明の第３の実施の形態を示す説
明図、図８は第３の実施の形態の変形例を示す説明図、
図９は第３の実施の形態のさらに他の変形例を示す説明
図、図１０は比較例の説明図である。

【００５１】図７に示す実施の形態では、無電極放電ラ
ンプ11は、発光管12と、他の実施の形態と同様の励起コ
イル14とを備え、誘導結合形無電極ＨＩＤランプが構成
されている。そして、発光管12は、バルブとも呼ばれる
耐火性および可視光透過性を有する気密放電容器であ
り、例えば、合成石英などの高融点ガラスやアルミナな
どの透明セラミックス材料により楕円球形あるいは球形
などに形成されている。そして、本実施の形態では、発
光管12の内部には、プラズマにより励起されるアーク放
電により発光する発光物質および放電ガスとして、沃化
スカンジウム、沃化ナトリウム、およびキセノン（Xe）
が３３Kpa 封入されている。なお、この放電ガス（緩衝
ガス）は、８Kpa 以上６７Kpa 以下の範囲で封入する事
ができ、キセノン（Xe）のほか、クリプトン（Kr）を用
いることができる。また、発光管12の上側には、中心か
らずれた位置に、発光管12と同一の材料にて、支持管21
が接続されている。

【００５２】さらに、この第３の実施の形態では、発光
管12の鉛直方向に沿った中心軸に沿って、発光物質およ
び放電ガスが封入されず放電が生じない非放電部31が設
けられ、中心軸を通る面による断面積が４０％以上９５
％以下の円環状の放電空間が形成されている。また、非
放電部31は種々の構成を採りうるもので、図７に示すよ
うに、中央を上下に貫通する孔状に形成し、図８に示す
ように、発光管12自体を円環状に形成し、さらに、図９
に示すように図７と図８との中間的な形状とすることも
できる。また、この非放電部31は、球状、楕円球状、円
柱状などの発光管12の中心軸付近に発光管12の材料を貫
通挿入させ上下に解放する中空状とするほか、発光管12
の材料を充填して形成することもできる。

【００５３】そして、このような非放電部31を設けるこ
とにより、図１０に示すような非放電部31を設けない比
較例の構成に較べて、効率を向上し、回路寿命を延長
し、信頼性を向上できた。

【００５４】そして、図１０に示す比較例の誘導結合型
の構成において、発光管12の外径φ２９mm、高さ２３m
m、ランプ入力４００Ｗ、発光薬品として沃化スカンジ
ウム、沃化ナトリウムを封入し、放電ガスとしてキセノ
ン（Xe）を３３Kpa 封入したメタルハライドランプの構
成では、中心部付近に放電が生じ、結合度が０．３３で
あった。これに対し、図７ないし図９に示す非放電部31
を設けた構成では、発光管12の外径φ２９mm、高さ２３
mm、ランプ入力４００Ｗ、発光薬品として沃化スカンジ
ウム、沃化ナトリウムを封入し、放電ガスとしてキセノ
ン（Xe）を３３Kpa 封入したメタルハライドランプの構
成で、結合度を０．３５に向上し、効率などたの特性の
変化生じなかった。

【００５５】すなわち、従来、無電極メタルハライドラ
ンプとしては、特開平５−１９０１５５号公報に示され
るように、円環状の構成が知られているが、放電空間の
面積については知られていなかった。そして、誘導結合
形無電極ＨＩＤ発光管では、リング状の放電すなわち放
電リングが生じるが、球状などでの発光管では、実際に
は発光管の中心部でも放電リング部分の数分の１の濃度
の放電が生じる。そして、この中心放電のために、放電
リングの電流中心の実行半径は幾分小さくなり、誘導コ
イルと放電リングの結合度が低下する。そこで、本実施
の形態では、中心放電をなくし、断面積を球形の発光管
に較べて９５％以下とすることにより、放電リングの実
効電流中心の半径を拡大して結合度を増加させ、これに
より、励起コイル14部分の共振深さを浅くし、その結
果、コイル抵抗ロスの低減、寿命中の回路素子やランプ
特性変動による共振ずれ幅の低減を実現でき、効率を向
上し、回路寿命を延長し、信頼性を向上できた。

【００５６】また、上記の断面積は４０％以上とするこ
とにより、放電リングの太さが小さく制御されすぎない
ので結合度が低下せず、放電の容易さを確保できる。

【００５７】さらに、発光管12を円環状に形成すること
により、中心軸付近の最も加熱されやすい部分を効果的
に空冷でき、高温化を防止して、寿命を延長できる。

【００５８】図１１は本発明の第４の実施の形態の比較
例の説明図、図１２は同上第４の実施の形態の他の比較
例の説明図、図１３は同上第４の実施の形態のさらに他
の比較例の説明図、図１４は同上第４の実施の形態のさ
らに他の比較例の説明図である。

【００５９】従来、誘導結合型無電極ＨＩＤランプで
は、発光管と励起コイル（誘導コイル）との位置関係が
特性を大きく左右するため、寿命中、励起コイルに対す
る発光管の位置関係が変化しないように保持する必要が
ある。しかしながら、従来の構成では、図１１ないし図
１４に示すように、発光管12は、この発光管12から延び
た支持管21の端部を支持管つかみ部21a などで保持して
いたため、寿命中には、支持機構の変形その他の理由に
より、発光管12が励起コイル14の中心からずれやすく、
寿命中常に励起コイルの中心に発光管を位置させること
が困難となる問題を有している。

【００６０】そして、発光管12が励起コイル14の中心か
らずれると、励起コイル14の共振状態が変化し、励起コ
イルに電流を流すための整合回路の共振条件を変化さ
せ、ランプ入力電力の低下による光束低下、立ち消え、
高周波電源回路の効率低下、発熱、破壊などが生ずるお
それがある。

【００６１】さらに、発光管12と励起コイル14とが接触
すると、点灯中高温に保つ必要がある発光管12の温度が
低下し、効率が低下するとともに、電位差のある金属と
の接触による発光管12材の反応による短寿命化が生じう
る一方、励起コイル14についても、高温に加熱され、コ
イルの抵抗損失が増大する問題を有している。

【００６２】そこで、以下の各実施の形態は、他の特性
を劣化させることなく、発光管を常に励起コイルの中心
などに位置させ、発光管12と励起コイル14との位置関係
を寿命中安定して保持することを目的とする。

【００６３】図１５は第４の実施の形態を示す平面図、
図１６は同上実施の形態の断面図、図１７は同上実施の
形態の変形例の一部の平面図、図１８は同上実施の形態
の他の変形例の断面図、図１９は同上実施の形態の他の
変形例の平面図、図２０は同上実施の形態の断面図であ
る。

【００６４】すなわち、この実施の形態の発光管12およ
び励起コイル14は、上記の実施の形態あるいは比較例と
同様の構成を有し、例えば、誘導結合型の構成におい
て、発光管12の外径φ２９mm、ランプ入力３００Ｗ、発
光薬品として沃化スカンジウム、沃化ナトリウムを封入
し、放電ガスとしてキセノンあるいはクリプトンを８Kp
a 以上６７Kpa 以下の範囲で封入し、例えばキセノン
（Xe）を３３Kpa 封入してアーク放電させるメタルハラ
イドランプであり、金属製の励起コイル14を備えてい
る。

【００６５】そして、本実施の形態では、コイル14に複
数の支持部33を支持させ、各支持部33の先端部を発光管
12に当接させることにより、発光管12と励起コイル14と
の位置関係を保持できる。そこで、ランプ特性を損ねる
ことなく、寿命中正確に発光管12を励起コイル14の中心
に位置させることができ、高効率化および長寿命化を実
現できる。

【００６６】ここで、支持部33は、セラミックなどの不
燃材料で形成された平面三角状のスペーサー状の小片で
あり、幅寸法の大きい基端部を上下に位置する励起コイ
ル14同士の間に挟むなどして支持され、先端部を励起コ
イル14の内側に突出させ発光管12に点接触で当接させて
いる。

【００６７】また、支持部33の数は、２点以上４点以下
が望ましく、３点が最も望ましい。支持部33の数が少な
いと、安定して固定することが困難になり、数が多いと
発光管12の熱が奪われ効率の低下などの原因となる。ま
た、角度は、赤道円周の計９０度以下が望ましい。

【００６８】そして、支持部33を発光管12に接触させる
位置は、発光管12の赤道部付近、すなわち、点灯中に管
壁が最も高温になる位置が望ましい。支持部33の接触に
よりある程度まで周囲温度が下がっても、効率の低下が
生じないからである。

【００６９】また、支持部33と発光管12との接触面積が
大きいと、発光管12の熱が奪われ効率低下を招くので、
接触部分は点接触が望ましい。すなわち、熱伝導率が比
較的高いアルミナ、銅などで支持部33を形成した場合に
も、１点・発光管容積１０ccあたり、４mm² 以下とする
ことにより、効率低下を防止できる。

【００７０】なお、三個の支持部33を別体に形成するほ
か、図１７に示すように、セラミックなどの不燃材料で
円環状の基部34を形成し、この基部34の複数箇所から支
持部33を突設しても良い。また、図１８に示すように、
支持部33は、接着などして励起コイル14に固定すること
もできる。さらに、図１９および図２０に示すように、
支持部33を発光管12と励起コイル14との間に嵌合して取
り付けることもできる。すなわち、この支持部33には、
励起コイル14の内周側の任意の位置に嵌合する嵌合部36
と、この嵌合部36から内側に突設された支持突部37とが
一体に形成されている。

【００７１】図２１は第５の実施の形態を示す断面図、
図２２は第５の実施の形態の変形例の断面図、図２３は
同上実施の形態の平面図である。

【００７２】また、支持部33は、弾性的に発光管12に押
し当てて、発光管12を弾性的に支持することもできる。
そして、この構成では、支持部33を固定する構成に較べ
て、発光管12、励起コイル14、支持部33の材質の膨張率
の違いや温度差などにより、点灯中や始動時に、無理な
応力が発光管12に加わることを防止し、発光管12を保護
することができる。

【００７３】この第５の実施の形態としては、例えば、
図２１に示す形態のように、あるいは、図２２および図
２３に示す形態のように、励起コイル14の巻き周回間
に、耐熱絶縁性を有するアルミナやＹＡＧ、石英などの
支持部33を進退可能に挟み込み、これら支持部33を、励
起コイル14にねじ止めした付勢手段である弾性体41の付
勢力で、複数の方向から発光管12に押し当てて励起コイ
ル14中心に支持することができる。弾性体41としては、
一定のばね定数を有するほか、３００℃近くの耐熱性を
有し、かつ、誘導加熱しにくい材料または磁束と錯交し
にくい形状に形成した板ばねやコイルばねなどを用いる
ことにより、電気的悪影響や寿命の問題の発生を抑制で
きる。

【００７４】図２４は第６の実施の形態を示す断面図、
図２５は同上実施の形態の平面図、図２６は第６の実施
の形態の変形例を示す断面図、図２７は同上実施の形態
の平面図である。

【００７５】また、支持部33は、励起コイル14の内周側
の複数箇所に一体に小突起として突設することもでき
る。

【００７６】例えば、図２４および図２５に示すよう
に、２巻きした銅製の励起コイル14の上側の内側の３箇
所から、支持部33を突設し、あるいは、図２６および図
２７に示すように、３巻きした銅製の励起コイル14の中
間側の内側の３箇所から、支持部33を突設することがで
きる。なお、励起コイル14の内周側は、最も電流が集中
して流れる部分であるが、支持部33は内側に突設するた
め、電流の最短経路に影響はなく、突起中へ電流が流れ
ることもないため、電気的な影響はなく、ランプ特性を
損ねることなく発光管12を励起コイル14の中心に保持で
きる。

【００７７】なお、励起コイル14を構成する銅などの導
電性部材ではなく、この導電性部材を酸化防止などのた
めに被覆する被覆材（表面コーティング材）に支持部33
を設けることもできる。

【００７８】図２８は第７の実施の形態を示す断面図、
図２９は同上実施の形態の平面図、図３０は第７の実施
の形態の変形例を示す断面図、図３１は同上実施の形態
の平面図である。

【００７９】また、例えば、図２８および図２９に示す
ように、耐熱絶縁性を有する基体44に導電材45を膜状に
パターン形成して励起コイル14を形成するとともに、基
体44から一体に支持部33を突設することもできる。すな
わち、基体44は、耐熱絶縁性を有するアルミナやＹＡＧ
などの板を円環状に形成したもので、この基体44の両面
に、銅などの誘導損失の少ない導電材45をダイレクトボ
ンディング（ＤＢＣ）やペーストをパターン印刷などし
て膜状に形成し、一部で表面側と裏面側とを接続し、２
回巻き（２ターン）の励起コイル14を形成した。

【００８０】そして、この構成では、基体44から一体に
突設した支持部33で発光管12を所定位置に支持して特性
を安定できるとともに、励起コイル14を１枚の板状に形
成できるため、板状のコイルを複数回巻回する構成に較
べて、励起コイルによる遮光を抑制して、効率を向上す
ることができる。

【００８１】なお、従来の励起コイルにより厚さ寸法が
小さくなっても、例えば、無電極放電ランプ11で用いら
れる１３MHz では、表皮効果によりコイル表面近くのみ
電流が流れるため、コイル抵抗が増加することはない。

【００８２】また、この励起コイル14は、図３０および
図３１に示す構成のように、支持部33を突設せず、薄型
で遮光を抑制して効率を向上できるコイルとして用いる
ことができる。

【００８３】図３２は第８の実施の形態を示す断面図、
図３３は第８の実施の形態の変形例を示す断面図、図３
４は第８の実施の形態の他の変形例を示す断面図であ
る。

【００８４】この実施の形態では、励起コイル14は、耐
熱絶縁性を有するアルミナやＹＡＧ、石英などの円環状
の２枚の基体51を、平板な円環状の導電板52の３ターン
間に挟み込んで形成し、また、１枚の基体51からは、支
持部33が複数突設されている。そこで、この構成では、
基体51から一体に突設した支持部33で発光管12を所定位
置に支持して特性を安定できるとともに、コイルの周回
間隔を小さくでき、励起コイル14を薄型化して、励起コ
イル14による遮光を抑制し、効率を向上できる。

【００８５】すなわち、従来の励起コイル14では、複数
回の周回の際、周回間は空気絶縁であるため、コイル形
状の変化や異物の混入に備えて、周回間の間隔を広く確
保する必要があり、形状が大型化し、遮光率が大きいと
ともに、励起コイル14のターン間隔が寿命中に変化して
励起コイル14の電気特性が変化し、発光管12と励起コイ
ル14との位置がずれた場合と同様に、ランプの入力低
下、立ち消え、電源破壊などを生じることがある。これ
に対し、本実施の形態では、絶縁物を挟んで強固な構造
としており、薄型化により遮光率を低減し、高効率化で
きるとともに、寿命中のターン間隔の変化がなく、コイ
ル素子値の変化を低減できる。

【００８６】また、図２８ないし図３１に示す形状と同
様に、一枚のセラミック板である基体51の両面に、銅板
などの導電板52をダイレクトボンディングなどして配置
した２ターンの励起コイル14を形成することもできる。

【００８７】さらに、図３３に示すように、基体51の両
面に導電板52をセラミック製のねじおよびナットである
固定具54で固定しても良く、また、図３４に示すよう
に、アルミナ製などのセラミックロック材56を用いて固
定することもできる。

【００８８】図３５は第９の実施の形態を示す断面図、
図３６は同上実施の形態の平面図、図３７は第９の実施
の形態の変形例を示す断面図である。

【００８９】また、上記の各実施の形態では、励起コイ
ル14側から発光管12側に当接する支持部33を突設した
が、図３５および図３６に示すように、発光管12側から
励起コイル14側に向かって支持部61を突設することもで
きる。

【００９０】すなわち、この支持部61は、石英などで構
成された発光管12の表面から石英などで一体または別体
に突設された小突起であり、これら支持部61を励起コイ
ル14の内周側に当接して、発光管12を所定の位置に保持
するもので、ランプ特性を損ねることなく、寿命中正確
に発光管12を励起コイル14の中心に位置させ、長寿命化
および高効率化を実現できる。

【００９１】そして、この支持部61も、励起コイル14側
の支持部33と同様に、数は２ないし４で３箇所が最も好
ましく、数が少ないと安定せず、多いと発光管12の熱が
奪われ効率低下の原因になる。また、同様に、支持部61
は、管壁の温度が点灯中最も高い発光管12の赤道部付近
に設けることにより、支持部61を介してある程度まで周
囲の温度が低下しても、効率の低下を防止できる。

【００９２】また、石英で突設した支持部61は、一点当
たり平均断面積を１６mm² 以下とすることにより、効率
の低下を防止できる。

【００９３】さらに、支持部61は、型成形で容易に正確
に形成できるものであり、発光管12に一体に形成するこ
とにより、構成を簡略化し、製造コストを低減できる。

【００９４】また、支持部61を形成した部分の発光管12
の内側部62について、図３７に示すように、内側に肉厚
に膨出させ、あるいは少なくとも平面状として、外側に
向かって凹設させないことにより、接触による発光管12
の温度低下を抑制できる。

【００９５】なお、各実施の形態に示した無電極放電ラ
ンプ、照明器具、照明装置、無電極放電ランプ点灯装置
の構成などは、他の実施の形態にも適用できる。

【００９６】

【発明の効果】請求項１記載の無電極放電ランプによれ
ば、発光管に、発光物質および８．３kPa 以上２５kPa
以下の圧力でキセノンを封入することにより、高効率化
および長寿命化を実現できる。すなわち、発光管に封入
したキセノンの圧力が８．３kPa より小さいと、発光効
率が低下し、発光管の温度が上昇して寿命が短くなる。
一方、発光管に封入したキセノンの圧力が２５kPa より
大きいと、ガスの絶縁破壊電圧が急増し、始動が困難と
なる。

【００９７】請求項２記載の無電極放電ランプによれ
ば、無電極放電ランプが点灯した状態で、発光管の最冷
部に近接して配置された外管により、発光管の最冷部の
温度の上昇を最高温度部分の温度の上昇より相対的に大
きくできるため、発光管の各部の温度を均一化でき、高
効率化および長寿命化を実現できる。

【００９８】請求項３記載の無電極放電ランプによれ
ば、非放電部を設けて断面積を球形の発光管に較べて９
５％以下とし、無電極放電ランプが点灯した状態で、中
心部付近の放電をなくすことにより、励起コイルと放電
リングとの結合度を向上し、高効率化および長寿命化を
実現できる。また、上記の断面積は４０％以上とするこ
とにより、放電の容易さを確保できる。

【００９９】請求項４記載の無電極放電ランプによれ
ば、支持部により、発光管と励起コイルとの位置関係を
保持でき、ランプとコイルを接近させることができるの
で、励起コイルと放電リングとの結合度が増し、その結
果、高効率化および長寿命化を実現できる。支持部は、
発光管に点接触するため、発光管の温度の低下を抑制
し、効率を確保できる。

【０１００】請求項５記載の無電極放電ランプによれ
ば、支持部により、発光管と励起コイルとの位置関係を
保持でき、高効率化および長寿命化を実現できる。支持
部は、発光管に弾性的に点接触するため、発光管を保護
しつつ発光管の温度の低下を抑制し、効率を確保でき
る。

【０１０１】請求項６記載の無電極放電ランプによれ
ば、支持部により、発光管と励起コイルとの位置関係を
保持でき、高効率化および長寿命化を実現できる。支持
部は、発光管に点接触するため、発光管の温度の低下を
抑制できる。支持部は、励起コイルに一体に形成したた
め、構造を簡略化し、製造コストを低減できるととも
に、励起コイルによる遮光を軽減できる。

【０１０２】請求項７記載の無電極放電ランプによれ
ば、支持部により、発光管と励起コイルとの位置関係を
保持でき、高効率化および長寿命化を実現できる。支持
部は、励起コイルに点接触するため、発光管の温度の低
下を抑制できる。支持部は、発光管に一体に形成したた
め、構造を簡略化し、製造コストを低減できる。

【０１０３】請求項８記載の無電極放電ランプによれ
ば、支持部は、発光管の最高温度部を介して発光管と励
起コイルとを連結するため、発光管の温度の低下による
効率の低下を抑制できる。

【０１０４】請求項９記載の無電極放電ランプによれ
ば、基体の表面に導電体を膜状に設けて励起コイルを構
成したため、励起コイルが薄型化でき、励起コイルによ
る遮光を軽減して、効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無電極放電ランプの一実施の形態を示
す説明図である。

【図２】同上比較例の説明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す説明図であ
る。

【図４】同上第２の実施の形態の変形例を示す説明図で
ある。

【図５】同上比較例の説明図である。

【図６】同上他の比較例の説明図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示す説明図であ
る。

【図８】同上第３の実施の形態の変形例を示す説明図で
ある。

【図９】同上第３の実施の形態のさらに他の変形例を示
す説明図である。

【図１０】同上比較例の説明図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態の比較例の説明図
である。

【図１２】同上第４の実施の形態の他の比較例の説明図
である。

【図１３】同上第４の実施の形態のさらに他の比較例の
説明図である。

【図１４】同上第４の実施の形態のさらに他の比較例の
説明図である。

【図１５】同上第４の実施の形態を示す平面図である。

【図１６】同上実施の形態の断面図である。

【図１７】同上実施の形態の変形例の一部の平面図であ
る。

【図１８】同上実施の形態の他の変形例の断面図であ
る。

【図１９】同上実施の形態の他の変形例の平面図であ
る。

【図２０】同上実施の形態の断面図である。

【図２１】本発明の第５の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２２】同上第５の実施の形態の変形例の断面図であ
る。

【図２３】同上実施の形態の平面図である。

【図２４】本発明の第６の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２５】同上実施の形態の平面図である。

【図２６】同上第６の実施の形態の変形例を示す断面図
である。

【図２７】同上実施の形態の平面図である。

【図２８】本発明の第７の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２９】同上実施の形態の平面図である。

【図３０】同上第７の実施の形態の変形例を示す断面図
である。

【図３１】同上実施の形態の平面図である。

【図３２】本発明の第８の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図３３】同上第８の実施の形態の変形例を示す断面図
である。

【図３４】同上第８の実施の形態の他の変形例を示す断
面図である。

【図３５】本発明の第９の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図３６】同上実施の形態の平面図である。

【図３７】同上第９の実施の形態の変形例を示す断面図
である。

【符号の説明】

11 無電極放電ランプ 12 発光管 14 励起コイル 25 外管 31 非放電部 33，61 支持部 44 基体 45 導電材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 恵一 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内 Ｆターム(参考） 5C039 NN04

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光物質および８．３kPa 以上２５kPa
   以下の圧力でキセノンが封入された発光管と；発光管の
   周囲に配置された励起コイルと；を具備したことを特徴
   とする無電極放電ランプ。
2. 【請求項２】 発光物質および放電ガスが封入された発
   光管と；発光管を覆い、かつ、発光管の最冷部に近接し
   て配置された外管と；発光管の周囲に配置された励起コ
   イルと；を具備したとを特徴とする無電極放電ランプ。
3. 【請求項３】 中心軸近傍に設けられた非放電部を除い
   て、発光物質および放電ガスが封入され、同じ径寸法の
   球状の発光管に対して、放電ガスが封入された部分の中
   心軸を通る面による断面積が４０％以上９５％以下とさ
   れた発光管と；発光管の周囲に配置された励起コイル
   と；を具備したことを特徴とする無電極放電ランプ。
4. 【請求項４】 発光物質および放電ガスが封入された発
   光管と；発光管の周囲に配置された励起コイルと；励起
   コイルに支持され、点接触で発光管に当接して発光管を
   支持する支持部と；を具備したことを特徴とする無電極
   放電ランプ。
5. 【請求項５】 発光物質および放電ガスが封入された発
   光管と；発光管の周囲に配置された励起コイルと；励起
   コイルに支持され、点接触で発光管に弾性的に当接して
   発光管を支持する支持部と；を具備したことを特徴とす
   る無電極放電ランプ。
6. 【請求項６】 発光物質および放電ガスが封入された発
   光管と；発光管の周囲に配置された励起コイルと；励起
   コイルに一体に形成され、点接触で発光管に当接して発
   光管を支持する支持部と；を具備したことを特徴とする
   無電極放電ランプ。
7. 【請求項７】 発光物質および放電ガスが封入された発
   光管と；発光管の周囲に配置された励起コイルと；発光
   管に一体に形成され、点接触で励起コイルに当接する支
   持部と；を具備したことを特徴とする無電極放電ラン
   プ。
8. 【請求項８】 支持部は、発光管の最高温度部を介して
   発光管と励起コイルとを連結することを特徴とする請求
   項４ないし７記載の無電極放電ランプ。
9. 【請求項９】 発光物質および放電ガスが封入された発
   光管と；発光管の周囲に配置された基体の表面に導電体
   を膜状に設けた励起コイルと；を具備したことを特徴と
   する無電極放電ランプ。