JPH0286049A - 高光度放電ランプ用容量性起動電極装置 - 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、無電極型の高光度放電（ＨＩＤ）ランプに関
し、更に詳しくは、無電極型ＨＩＤランプのアーク空間
内にプラズマ放電を開始させる新規な電極装置に関する
。

ＨＩＤランプのエンベロープ内に環状の発光プラズマが
形成されることは周知のことである。誘導アーク・プラ
ズマはそれを維持するためのソレノイド状の発散がない
電界に依存しており、この電界は励磁コイルの変化する
磁界によって形成され、典型的にはソレノイド状である
。プラズマ放電を開始するには、アーク管を横切って非
常に高い電界勾配を形成することが必要である。しかし
、充分に高い電界勾配を形成すること、特に付設された
励磁コイルで充分に高い電界勾配を形成することは困難
である。その理由は、コイル電流を、パルス形式でのみ
供給するとしても、実施不可能なほど大きくする必要が
あるからである。更に、非常に高い電界勾配を設定する
ことは、励磁コイルの−巻き（１ターン）当りに必要な
電界がそのコイルのターン間の電気的絶縁破壊定格を超
えるために不可能なことがある。このように誘導駆動式
ＨＩＤランプを起動する手段を設けることは困難であり
、また同じ種類のランプの高温再起動する手段を設ける
ことも困難である。従って、通常の周囲条件の下におい
て一般にＨＩＤランプに容易に利用することができるＨ
ＩＤランプ・プラズマ放電開始手段を提供することが非
常に要望されている。

発明の要約 本発明によれば、励磁コイルの内側空間中にエンベロー
プが配置され、このエンベロープの内部に励磁コイルに
よって駆動されるプラズマ・アーク放電が形成されるよ
うにした無電極型高光度放電ランプで、一対の起動電極
が設けられ、その各々は対向する一対のエンベロープ端
面のうちの対応する１つの端面に隣接して配置される導
電性リングであり、この導電性リングは励磁コイルの対
向端部に接続されている。一対の起動電極間に高電圧信
号を結合することにより、ランプのエンベロープ内の物
質がアーク管の壁の静電容量によってアーク管内にグロ
ー放電を形成するのに充分な大きさおよび位置の電界が
一対の起動電極間に発生する。このグロー放電は適当な
位置内に充分なイオン化を行い、大電流のソレノイド状
の放電にほとんど瞬時に遷移し、励磁コイルによって形
成される通常の電界に応答して放電プラズマを形成する
。

好適実施例においては、リング状の各容量性起動電極は
、好ましくは対応する励磁コイルの端部に接続されてい
る電極部分に対向する電極部分が破断されて、このリン
グ状電極が循環電流の太きい１ターンの二次コイルとし
て作用することを防止している。起動電極から放出され
る熱エネルギを受は取って起動電極をアーク管から離れ
るように動かすバイメタル手段を利用して、アーク管の
有効寿命を伸ばすことができるようになっている。

従って、本発明の目的は、無電極型高光度放電ランプ用
の新規な容量性起動電極を提供することにある。

本発明のこの目的および他の目的は図面を参照した以下
の説明から明らかになるであろう。

発明の詳細な説明 まず、第１ａ図および第１．ｂ図を参照すると、誘導性
すなわち無電極型の高光度放電（ＨＩ　Ｄ）ランプ１０
はほぼ円筒形のアーク管すなわちエンベロープ１１を何
し、このエンベロープ１１内にはアルゴン、キセノン、
クリプトン等のような起動ガスならびにヨウ化ナトリウ
ムおよびヨウ化セリウム等のような金属ハロゲン化物を
含むほぼガス状の物質１１ａが封入されている。はぼ環
状のアーク放電１２が、対向するコイル端部１４ａおよ
び１４ｂ間に供給される無線周波（ＲＦ）信号に応答し
て励磁コイル１４によって発生される電界によりエンベ
ロープ１１内に発生し維持される。

エンベロープ１１はコイル１４とほぼ同軸に配置されて
いる。

本発明の面によると、一対の起動電極２０ａおよび２０
ｂの各々は全体的にリング状の導電部材で構成され、こ
のリング状導電部材はアーク管の１−側の表面１１ｂお
よび下側の表面１１ｃに隣接して配置され、各起動電極
は、前記隣接する表面にほぼ平行で、かつエンベロープ
１１およびコイル１４のほぼ共通な軸に大体垂直な平面
内に延在している。各リング状導電部材２０ａおよび２
０ｂの中央部分２０ｃは導電部材２２ａまたは２２ｂに
よって、それぞれ励磁コイルの対向する端部１４ａまた
は１４ｂの近くに位置する励磁コイルの隣接部分１４Ｃ
または１４ｂに接続されている。

リング状導電部材２０ａまたは２０ｂの各々は電界内に
あるので、そのギャップ部分２０ｇを取り除いて、完全
な１ターンの巻線を形成しないようにし、これにより各
リング状導電部材は循環電流の大きい二次コイルを形成
しない。ギャップ部分２０ｇは導電部材２２ａまたは２
２ｂが取り付けられるリング状導電部材２０ａまたは２
０ｂの中央部分２０ｃと対向するように位置決めするの
が有利である。すなわち、このようにギャップ部分２０
ｇの位置を定めると、導電部材２２に対してリング状導
電部材２０の質量が平衡することになる。この平衡は、
第２ａ図および第２ｂ図を参照して以下に説明する実施
例において更に明らかになるように、移動させる目的の
ために重要なものである。

起動電極２０の各々はアーク管の外表面に近接して配置
されるが、エンベロープに接触させる必要はない。励磁
コイル１４に供給される高電圧および電流（２５００Ｖ
および１５Ａ程度）に応答して、高電圧がアーク管１工
を横切って上側の起動電極２０ａと下側の起動電極２０
ｂとの間に印加され、リング状のグロー放電領域２４を
形成する。グロー放電領域２４は所望の環状のプラズマ
族７１ｉ１２にとって非常に好ましい位置で充分なイオ
ン化を行い、この結果大電流プラズマ・アーク放電への
遷移がほとんど瞬時に生じる。アーク管１１の壁を横切
る容量性電流の大きさを評価するため、容量性起動電極
（リング状部材）が約１４ミリメートルの内径りおよび
約１ミリメートルの幅Ｗをａし、約４７平方ミリメート
ルの全面積を自゛するものと仮定する。アーク管壁が約
１ミリメートルの厚さＴを有し、１３．５６ＭＨｚにお
いて誘電率εｒ＝３．８を何する石英で作られている場
合、各アーク管壁による静電容量は約１．６ピコフアラ
ツドであると計算される。１３．５６ＭＨｚで約１００
０Ｖの電圧が各アーク管壁を横切って印加された場合、
容量性電流は約１４０ｍＡである。このような大電流レ
ベルは起動プロセスを非常によく助ける。導電部材２２
は取り除いても良いし、または絶縁部材と置き換えても
よく、また容量性起動電極２０は高電圧を供給するため
に励磁コイル１４に接続するよりも、むしろ別個のＲＦ
電源に接続してもよいことに注意されたい。

この別個の電源は励磁コイルと同じ周波数で動作する必
要はなく、また起動動作の際のみ付勢してもよい。別個
の起動用電源を設けると、励磁コイル１４およびＲＦ＠
１ｌＸ（図示せず）の設計に多くの融通性が得られるが
、このような別個の起動用電源はランプ駆動回路の価格
および腹雑さを増加させることになる。

しかしながら、はぼリング状の固定の（すなわち動かな
いようにした）起動電極２０は幾つかの欠点を有する。

すなわち、アーク管１１に近接して配置されているので
、起動電極２０はアーク管の温度制御を妨害し、かつア
ーク管からの光の放射を妨げ、また通常のランプ動作中
においても容量性電流が連続して流れることによるアー
ク管１１へのイオンの衝突によってランプを早期に劣化
させる。上述した欠点を軽減するために、第２ａ図およ
び第２ｂ図の好適な実施例のＨＩＤランプ１０’は移動
可能な容量性起動電極３０を有する。

この起動電極は、ランプが起動した後、アーク管１１′
の近くから離れるように動かされ、これによって起動電
極は実質的に光の放射を妨げたり、アーク管１１′の熱
平衡を妨害したり、またはランプの劣化に影響を与える
ことはない。ＨＩＤランプ１０′は実質的にガス状の物
質１１′ａを封入したアーク管エンベロープ１１′を有
する。エンベロープ１１′は上側の表面１１′　ｂおよ
び下側の面１１′　ｃを存し、菱形に似た断面を有する
ように傾斜した周縁部分１１′　ｄが形成されている。

多ターンの励磁コイル１４′は１９８７年１２月２８日
に出願された米国特許出願第１３８゜００５号に開示さ
れているような、Ｖ字に類似した形状の断面を有するソ
レノイド状でない環状の励磁コイルとして示されている
。

図から明らかなように、上側および下側の容量性起動電
極３０ａおよび３０ｂは、ギャップ付のリング状導電部
材がエンベロープの上側の外表面および下側の外表面に
非常に接近して隣接することができるような断面を有す
るように形成されている。従って、菱形に似た断面を有
するエンベロープ１１′に対しては、リング状導電部材
（起動電極）３０は浅い円錐帯状体の形ををしている。

同様にしてアーク管が他の断面形状ををする場合には、
それに応じた他の断面形状の電極を利用することができ
ることも理解されよう。

本発明の別の面によれば、起動電極の中央部分３０ｃを
励磁コイルの隣接部分１４′　Ｃまたは１４’　ｄに接
続する導電部材４０ａおよび４０ｂが、通常の周囲温度
においては第２ａ図に示すように適当に湾曲するように
形成されて、起動電極３０をアーク管のエンベロープ１
１′の表面に隣接して位置させる感熱性部材、例えばバ
イメタル条片である。このため、コイル１４′が最初に
付勢されたときグロー放電領域３４′が形成されて、エ
ンベロープ内の環状のアーク・プラズマ放７１ｉ１２を
生じさせるように作用する。動作したランプから放射さ
れる熱エネルギに応答してバイメタル条片は、異なる熱
膨張により、その曲率を変更する。

このためバイメタル条片４０ａ’　および４０ｂ’は第
２ｂ図に示すように起動電極３０ａおよび３０ｂをアー
ク管から離す。ランプがオフにされたときには、バイメ
タル条片４０は冷えていき、第２ａ図の起動位置に戻る
。１つの典型的な移動可能な容量性起動電極の実施例に
おいては、マサチューセッツ州、アトルボロホールス（
Ａｔｔ　１ｃｂｏｒ。

Ｆａｌｌｓ　）のポリメタラジカル社（Ｐｏｌｙｍｅｔ
ａｌｌｕｒｇｌｃａｌ　Ｃｏｒｐ）からカタログ番号Ｐ
ＣＭ２２３−１として人手可能な７ミリインチの厚さの
バイメタル箔に取り付けられた１０ミリインチの厚さの
ステンレス鋼の箔部材３０を利用した。ステンレス鋼の
ギャップ付きリング状電極に取り付けられていない方の
バイメタル箔の端部は、１／８インチの直径の鋼管で形
成されている１０ターンの１字状励磁コイルの対応する
端部に取り付けられた。ヨウ化セリウムおよびヨウ化ナ
トリウムおよび２５０トル（Ｔｏｒｒ）のクリプトン緩
衝ガスを封入したＨＩＤランプを、１３．５６ＭＨｚの
ＩＯＡ以下の電流をコイルに供給して繰り返し起動した
。ランプ動作が開始した後、起動電極は１分未満でアー
ク管から離れた。ランプ動作が停止した後、起動電極は
ゆっくりと起動位置に戻り、続いてランプを再起動する
ことが可能であった。

本発明の好適ないくつかの実施例について詳しく説明し
たが、本技術分野に専門知識を有する者にとっては多く
の変更および変形を行うことができることは明らかであ
ろう。従って、本発明は特許請求の範囲によって限定さ
れるものであり、図示し説明した特定の細部および手段
によって制限されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図はそれぞれ励磁コイルを備えた
無電極型ＨＩＤランプにおける本発明の新規な容量性起
動電極の第１の実施例を示す側面図および上面図である
。 第２ａ図および第２ｂ図は励磁コイルを備えたＨＩＤラ
ンプにおける本発明の容量性起動電極の他の好適実施例
を、それぞれ冷却状態の起動位置および１Ｍまっている
状態の動作位置で示す側面図である。 １１・・・アーク管（エンベロープ）、ｌｌａ・・・ガ
ス状物質、１２・・・アーク放電、１４・・・励磁コイ
ル、２０ａ、　　２０ 分、２２ａ。 電領域、３０ ０ｂ・・・パイン ｂ・・・起動電極、２０ｇ・・・ギャップ部２２ｂ・・
・導電部材、２４・・・グロー族ａ、３０ｂ−・・起動
電極、４０ａ、４タル条片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、励磁コイルの内側空間中に配置されているアーク管
   を有し、このアーク管内にプラズマ・アーク放電が前記
   励磁コイルによって形成され駆動される形式の無電極型
   高光度放電ランプに対する起動電極装置であって、 少なくともプラズマ・アーク放電の開始の際に各々がア
   ーク管の一対の対向する外表面のうちの対応する１つの
   外表面に隣接して配置される一対の起動電極と、 少なくとも前記プラズマ・アーク放電の開始の際に前記
   起動電極からの容量性電流の流れによって前記アーク管
   内にグロー放電を形成させるために、前記一対の起動電
   極間に高電圧信号を結合する結合手段と、 を有する起動電極装置。 ２、前記起動電極の少なくとも一方が全体的にリング状
   の導電部材である請求項１記載の起動電極装置。 ３、各々のリング状の前記電極が導電部材のないギャッ
   プ部を有している請求項２記載の起動電極装置。 ４、前記起動電極の少なくとも一方は、該電極が少なく
   ともプラズマ・アーク放電の開始の際に配置される位置
   に隣接した前記アーク管の外表面部分の形状に類似する
   ように選択された断面形状を有している請求項１記載の
   起動電極装置。 ５、前記断面形状が円錐断面の形状である請求項４記載
   の起動電極装置。 ６、前記結合手段は、前記電極の選択された部分を前記
   励磁コイルの隣接する部分に接続する導電部材を有して
   いる請求項１記載の起動電極装置。 ７、前記導電部材が前記電極を前記励磁コイルの隣接す
   る端部に接続している請求項６記載の起動電極装置。 ８、前記電極の少なくとも一方が全体的にリング状の導
   電部材である請求項７記載の起動電極装置。 ９、各々のリング状の前記電極が導電部材のないギャッ
   プ部を有している請求項８記載の起動電極装置。 １０、前記結合手段は、前記放電が確立されたとき、前
   記起動電極を、放電開始時の位置よりも前記アーク管か
   ら更に離れた位置へ動かす移動手段を有している請求項
   １記載の起動電極装置。 １１、前記移動手段は、前記アーク管からの熱エネルギ
   を受けたことに応答して前記起動電極を動かす手段で構
   成されている請求項１０記載の起動電極装置。 １２、前記の熱エネルギを受けたことに応答して動かす
   手段は、前記アーク管からの熱エネルギを受けなくなっ
   たことに応答して前記起動電極を前記アーク管に向かっ
   て戻すようになっている請求項１１記載の起動電極装置
   。 １３、前記の動かす手段は前記アーク管に対して固定的
   に配置された支持部材に前記各電極の選択された部分を
   接続する可撓性の導電部材を有している請求項１２記載
   の起動電極装置。 １４、前記支持部材が前記励磁コイルである請求項１３
   記載の起動電極装置。 １５、前記可撓性の導電部材がバイメタル部材である請
   求項１４記載の起動電極装置。 １６、前記可撓性の導電部材がバイメタル部材である請
   求項１３記載の起動電極装置。