JPH05182640A - ソレノイド磁界式放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】始動放電が速やかにかつ確実に発生するように
したソレノイド磁界式放電灯を提供するものである。 【構成】発光物質を封入したバルブ１０の周囲に高周波
励起コイル２０を配し、この励起コイルに高周波電流を
流してバルブ内でプラズマ放電を発生させ、このプラズ
マ放電により上記発光物質を発光させるようにしたソレ
ノイド磁界式放電灯において、上記バルブ内に多孔質セ
ラミックス３０を封入した。 【作用】多孔質セラミックスが放電電子を発するので始
動放電およびこれより主放電が発生し易くなり、リング
（ドーナツ）形の放電が円滑に発生し、また多孔質セラ
ミックスが放電空間内の余剰のハロゲン蒸気を吸着し、
バルブ内の電界が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波励起コイルによ
りバルブ内にプラズマ放電を発生させ、この放電により
バルブ内の発光物質を発光させるようにしたソレノイド
磁界式放電灯に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に良く知られている高圧金属蒸気放
電灯、つまりＨＩＤ放電灯は、発光管バルブの両端部に
それぞれ高融点金属の構体からなる電極を封装し、これ
ら電極間に電圧を印加してアーク放電を発生させ、この
アーク放電によりバルブ内に封入した発光金属を電離お
よび励起させて発光させるようになっている。しかしな
がら、このような構造のランプは、バルブの端部に電極
を封装するので、電極の封止構造が複雑になり、電極封
止部からのリークを防止するために格別な工夫が必要と
なり、かつ電極が放電空間に露出しているので電極が侵
蝕されるなど、種々の不具合が生じる。

【０００３】このような有電極形の放電灯の不具合を解
消するランプとして、ソレノイド磁界式放電灯が注目さ
れている。ソレノイド磁界式放電灯としては、例えば特
開平２−６００４８号公報に示されており、透明なバル
ブ内に発光物質を封入し、このバルブの周囲に高周波励
起コイルを配し、この励起コイルを高周波発振回路に接
続して構成されており、高周波発振回路から励起コイル
に高周波電流を流すと、高周波磁界が発生し、これによ
りバルブ内でプラズマ放電が発生し、この放電が発光物
質を電離、励起して発光させるものである。このような
ランプは、バルブ内に電極が無いことから無電極放電灯
とも称されており、上記有電極形ランプの場合の不具合
を解消することができる。

【０００４】ところで、この種のソレノイド磁界式放電
灯は、バルブを取り巻く励起コイルによりバルブ内にリ
ング（ドーナツ）形の電界が発生する。プラズマ放電中
の放電ガスに効率よく電気エネルギーを注入するには、
電界の形とプラズマ放電の発生形態が似ていることが重
要になる。つまり、プラズマ放電はリング（ドーナツ）
形の電界に沿ってリング（ドーナツ）形になることが望
ましい。このようなリング形放電を発生させるには、始
動の放電開始当初にリング放電を誘起することが大切で
ある。このため、この種のソレノイド磁界式放電灯にお
いては、始動手段が備えられている。上記特開平２−６
００４８号公報には、バルブの中心線上の両端部にそれ
ぞれ始動用電極を設け、これら始動用電極間に始動電圧
を印加してバルブ内に放電破壊を起こさせ、これにより
始動させるようにした始動手段が示されている。このよ
うな場合、一対の始動電極間で放電が火花チャンネル状
に発生し、これが半径方向に拡大してリング形のプラズ
マ放電を誘起することができる。

【０００５】しかしながら、このような始動用電極を設
ける構造は、もともとこの種のソレノイド磁界式放電灯
が無電極放電灯として開発されており、電極を設けない
ことを目的とするものであるから、始動用とはいえども
電極を設置することはその目的に反し、電極の封止や配
置構造が複雑となり、電極の侵蝕などの不具合を生じ
る。

【０００６】このようなことから始動手段として、図５
に示すように、始動用細管（ガスプローブとも称する）
を設ける構造が提案されている。このものは、透明なバ
ルブ１０内に発光物質を封入し、このバルブ１０の周囲
に高周波励起コイル２０を配し、この励起コイル２０を
マッチングボックス２５を介して高周波発振回路２６に
接続してある。バルブ１０の一側には、例えばコイル中
心軸Ｏ−Ｏ上に位置して、バルブと同材料であることが
望ましい細管１５を接続してあり、この細管１５はバル
ブ１０の内部に対して隔壁１６により隔離されており、
この細管１５内に始動用希ガスとして例えばアルゴンま
たはクリプトンの少なくとも１種が封入されている。

【０００７】細管１５には始動用電極１７が取着されて
おり、この始動用電極１７はコンデンサ１８ａ、１８ａ
´およびインダクタンス１８ｂを含む始動回路１８に接
続されており、この始動回路１８は、マッチングボック
ス２５を介して高周波発振回路２６に接続されている。

【０００８】このような構造の場合、始動用電極１７に
高周波電圧を印加すると、始動用電極１７と、励起コイ
ル２０の高周波磁界によりバルブ１０内に発生されてい
る高周波電界との間で電位差を発生し、これにより上記
細管１５内に始動用希ガスによるグロー放電が発生す
る。このグロー放電はバルブ１０内との間で電界勾配を
発生し、したがってバルブ１０内で半径方向の放電チャ
ンネルが発生し、これがリング形状のプラズマ放電を誘
起し、リング形状の主放電１２が発生するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような始動手段を用いても、なおかつリング放電への移
行が円滑に生じないランプが見受けられる。特に、発光
金属としてハロゲン化金属、例えばＮａＩ、ＣｅＩ₃ 、
ＳｎＩ₂ 、ＴｌＩ、ＩｎＩなどを用いた高効率、長寿命
のランプの場合、リング放電の発生具合がよくないこと
が判った。この理由は種々考えられるが、その１つとし
て、バルブ内に浮遊する余剰なハロゲン蒸気が電界やア
ークを不安定にし、始動を困難にするとともに、リング
放電への移行を妨げるものと考えられる。

【００１０】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、バルブ内でリング形の放電が速やかにかつ確
実に発生するようにしたソレノイド磁界式放電灯を提供
しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の１番目は、透光
性のバルブ内に発光物質を封入するとともに、このバル
ブを取り巻くようにして高周波励起コイルを配し、この
励起コイルに高周波電流を流してバルブ内でプラズマ放
電を発生させ、このプラズマ放電により上記発光物質を
発光させるようにしたソレノイド磁界式放電灯におい
て、バルブ内に多孔質セラミックスを封入したことを特
徴とする。本発明の２番目は、透光性のバルブ内に発光
物質を封入するとともに、このバルブを取り巻くように
して高周波励起コイルを配し、この励起コイルに高周波
電流を流してバルブ内でプラズマ放電を発生させるよう
にし、かつ上記バルブにこのバルブ内と隔離した始動用
細管を接続し、この始動用細管に始動用希ガスを封入
し、この細管内で上記始動用ガスによる始動放電を発生
させ、この始動放電により上記バルブ内に上記プラズマ
放電を誘起し、このバルブ内のプラズマ放電により上記
発光物質を発光させるようにしたソレノイド磁界式放電
灯において、上記始動用細管内に多孔質セラミックスを
封入したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】多孔質セラミックスは、セラミックス内部の欠
陥格子が高周波磁界および電界から刺激を受けると電子
を放出する性質があり、かつ余剰のハロゲン化物を吸着
する性質がある。このため、バルブ内に多孔質セラミッ
クス粒を収容しておくと、余剰のハロゲン化物を吸着す
るので放電空間内に余剰のハロゲン蒸気が存在しなくな
り、バルブ内の電界が安定し、しかも多孔質セラミック
スが初期放電電子を発するので、高周波磁界および電界
から刺激を受けて主放電が発生し易くなり、リング（ド
ーナツ）形の放電が円滑に発生すると考えられる。

【００１３】また、始動用細管内に多孔質セラミックス
を封入した場合は、高周波磁界および電界から刺激を受
けてこの細管内で上記多孔質セラミックスから初期電子
が発せられるので、放電開始時の放電破壊を円滑に促進
させることができ、細管内にグロー放電が発生し易くな
り、始動特性が向上する。

【００１４】

【実施例】以下本発明について、図１および図２に示す
一実施例にもとづき説明する。

【００１５】図において１０は発光管バルブであり、例
えば合成石英などのような高融点ガラスや、アルミナな
どのような透明セラミック材料により構成されている。
このバルブ１０内には、プラズマによるア−ク放電１２
によって発光する発光物質、例えばハロゲン金属、Ｎａ
Ｉ−ＣｅＩ₃ が封入されている。なお、バルブ１０内に
は上記発光物質の外に、アルゴン、キセノン、クリプト
ン、ネオンなどのような希ガスが少なくとも１種封入さ
れている。

【００１６】バルブ１０の周囲には励起コイル２０が配
置されている。励起コイル２０は、両端がマッチングボ
ックス２５を介して高周波発振回路２６に接続されてお
り、この高周波発振回路２６から供給される高周波電圧
により高周波電流が流されるようになっている。

【００１７】このような高周波電流により、励起コイル
２０内には励起コイル２０のコイル軸方向Ｏ−Ｏに沿っ
て磁界が発生し、これによりコイル２０の中心部空間に
収容されたバルブ１０内に、コイル軸Ｏ−Ｏを取巻くよ
うにしてプラズマによるドーナツ形のア−ク放電１２が
発生する。この放電１２により発光金属が電離および励
起されて光を発し、この光はバルブ１０を透過して外部
に放射される。なお、上記励起コイル２０は、高純度ア
ルミニウム、または銅、もしくは銀などの導電性に優れ
た金属よりなり、コイル素線は断面形状が非円形、例え
ば偏平をなしている。

【００１８】上記バルブ１０の一端には、例えば中心線
上に位置して始動用細管１５が接続されている。細管１
５はバルブと同一材料であることが望ましく、バルブ１
０の内部に対して隔壁１６を介して隔離されている。そ
して、この細管１５内には始動用希ガスとして、例えば
アルゴンまたはクリプトンの少なくとも１種が封入され
ている。細管１５には始動用電極１７が取着されてい
る。この始動用電極１７はコンデンサ１８ａ、１８ａ´
およびインダクタンス１８ｂを含む始動回路１８に接続
されており、この始動回路１８は上記マッチングボック
ス２５を介して高周波発振回路２６に接続されている。
そして、本実施例の場合、バルブ１０内に多孔質セラミ
ックス、例えば多孔質アルミナ３０が、１０mg程度の大
きさにして収容されている。

【００１９】このような構成のソレノイド磁界式放電
灯、つまり無電極放電灯の作用を説明する。ランプを始
動させる場合は、高周波発振回路２６から始動用電極１
７に始動電圧を供給すると同時に、励起コイル２０に高
周波電流を流し、バルブ１０内に高周波磁界による電界
を発生させる。すると、始動用電極１７とバルブ１０の
電界との間で電位差が生じ、細管１５内の希ガスがグロ
ー放電を発生する。このグロー放電とバルブ１０内の電
界との間に電界勾配が発生し、このためバルブ１０内で
プラズマ放電が誘起され、コイル軸Ｏ−Ｏの回りにリン
グ形状の放電１２が発生する。

【００２０】この場合、バルブ１０内には多孔質セラミ
ックス３０を収容してあるので、このセラミックス３０
が高周波磁界および電界から刺激を受けて初期電子を放
出し、よって、放電開始が容易になる。また、多孔質セ
ラミックス３０はバルブ１０内の余剰のハロゲン蒸気を
吸着するので、始動時および点灯時のア−クが安定す
る。このため、細管１５内に発生したグロー放電とバル
ブ１０内との間で電界勾配が発生した場合、バルブ１０
内で半径方向の放電チャンネルを円滑に発生させ、リン
グ形状のプラズマ放電を誘起してリング形状の主放電１
２を発生させることができる。よって、リング（ドーナ
ツ）形の放電１２が円滑にかつ確実に発生するようにな
る。このようなリング（ドーナツ）形の放電１２により
ハロゲン金属が電離および励起されて発光する。

【００２１】なお、本実施例の励起コイル２０は断面形
状を偏平な形状としたので、表面積が増し、高周波電流
は導体の表面を流れる性質があるから表皮抵抗が小さく
なり、また表面積が大きいので放熱効果が大きくなり、
上記抵抗が小さくなることと相俟って自己発熱が軽減さ
れ、コイル効率が向上する。図２は、リング放電発生率
について調べたもので、外径２０mm、高さ１７mmのバル
ブ１０内に６．３mgのＮａＩと、２８mgのＣｅＩ₃ を封
入し、２５０Torrのクリプトンを封入した。始動用細管
１５内には２０Torrのクリプトンを封入し、この細管１
５に０．３アンペア程度の始動電流が流れるようにし
た。このようなランプで、バルブ１０内に１０mg程度の
大きさの多孔質アルミナ３０を収容した場合と、収容し
ない場合について、リング放電発生率を調べると、上記
図２のような結果を得た。従来の場合は、投入電力を大
きくして電界強度を大きくしないとリング放電発生確率
が上がらないが、本発明の場合は投入電力を高くしなく
てもリング放電発生確率を向上させることができた。

【００２２】なお、上記実施例の場合、多孔質セラミッ
クス３０をバルブ１０内に収容したが、本発明は図３お
よび図４に示す他の実施例の通り、多孔質セラミックス
４０を始動用細管１５内に収容してもよい。このような
構成の場合であっても、高周波発振回路２６から始動用
電極１７に始動電圧を供給すると同時に、励起コイル２
０に高周波電流を流し、バルブ１０内に高周波磁界によ
る電界を発生させる。すると、始動用電極１７とバルブ
１０の電界との間で電位差が生じ、細管１５内の希ガス
がグロー放電を発生する。この場合、細管１０内には多
孔質セラミックス４０を収容してあるので、このセラミ
ックス４０が高周波磁界および電界から刺激を受けて初
期電子を放出し、よって、グロー放電を確実にかつ低い
電圧でも放電開始が容易になる。このようなグロー放電
とバルブ１０内の電界との間に電界勾配が発生し、この
ためバルブ１０内でプラズマ放電が誘起され、よってバ
ルブ１０内でコイル軸Ｏ−Ｏの回りにリング形状の放電
１２が発生する。この場合の始動グロー放電発生確率に
ついて実験した結果を図４に示す。この実験は、内径７
mm、長さ６０mmの始動用細管１５内に、クリプトンを１
０Torr封入し、この細管１５に０．３アンペア程度の始
動電流が流れるようにし、この細管１５内に３mg程度の
大きさの多孔質アルミナ４０を収容した場合と、収容し
ない場合について調べたものである。図４から、多孔質
アルミナ４０を収容した場合の方が始動グロー発生に要
する電力を少なくできることが判る。そして、初期電子
に不足する暗室で始動する場合には、本実施例による効
果が一層顕著なものとなる。

【００２３】このように始動グロー発生に要する電力を
低減できることは、以下のような効果を奏する。すなわ
ち、始動グローの発生しない前は、高周波発振回路２６
の負荷となるのは、励起コイル２０、コンデンサ１８
ａ、１８ａ´やインダクタンス１８ｂからなる始動回路
１８、およびマッチングボックス２５などであり、これ
らはグローが発生し、またはランプが始動した時といっ
た、負荷側に適当な抵抗分が発生して始めて正常なマッ
チングが行えるようになるものであり、始動グローが発
生する前はチューニングが大幅にずれているため、始動
時に始動用細管１５に投入される電力は大幅に低いもの
となり、小さな電力で始動グローが発生できるような対
策が必要となる。これに対し、上記のようにバルブ１０
または細管１５内に多孔質アルミナ３０または４０を収
容した場合は、始動グロー発生に要する電力を少なくで
き、よって上記の心配を回避して確実な始動が可能にな
る。

【００２４】また、グローの発生直後には急激に回路２
６のマッチングが正常な状態になるが、高い電力で始動
グローが発生する従来の回路の場合は電源から突入電流
が高周波発振回路２６に流れて回路を破損する心配があ
る。これに対し、上記各実施例の場合は始動グロー発生
に要する電力を低減できるから、上記のような突入電流
による回路の破損を未然に防止することができる。な
お、本発明の発光物質はハロゲン化金属に制約されるも
のではないが、ハロゲン化金属の場合に顕著な効果を発
揮する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の１番目によ
ると、バルブ内に多孔質セラミックス粒を収容したか
ら、放電空間内に余剰のハロゲン蒸気が存在しなくな
り、バルブ内の電界が安定し、しかも多孔質セラミック
スが初期放電電子を発するので、高周波磁界および電界
から刺激を受けて主放電が発生し易くなり、リング（ド
ーナツ）形の放電が円滑に発生する。また、本発明の２
番目によると、始動用細管内に多孔質セラミックスを封
入したので、高周波磁界および電界から刺激を受けてこ
の細管内で上記多孔質セラミックスから初期電子が発せ
られ、放電開始時の放電破壊を円滑に促進させることが
でき、グロー放電が発生し易くなり、始動特性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すソレノイド磁界式放電
灯およびその点灯回路を示す構成図。

【図２】リング放電発生率を示す特性図。

【図３】本発明の他の実施例を示すソレノイド磁界式放
電灯およびその点灯回路を示す構成図。

【図４】始動グロー放電発生率を示す特性図。

【図５】本発明の背景技術を示すソレノイド磁界式放電
灯およびその点灯回路を示す構成図。

【符号の説明】

１０…バルブ、１２…アーク放電、１５…始動用細管、
１６…隔壁、１７…始動用電極、２０…励起コイル、２
６…高周波発振回路、３０、４０…多孔質セラミック
ス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性のバルブ内に発光物質を封入する
   とともに、このバルブを取り巻くようにして高周波励起
   コイルを配し、この励起コイルに高周波電流を流してバ
   ルブ内でプラズマ放電を発生させ、このプラズマ放電に
   より上記発光物質を発光させるようにしたソレノイド磁
   界式放電灯において、 上記バルブ内に多孔質セラミックスを封入したことを特
   徴とするソレノイド磁界式放電灯。
2. 【請求項２】 透光性のバルブ内に発光物質を封入する
   とともに、このバルブを取り巻くようにして高周波励起
   コイルを配し、この励起コイルに高周波電流を流してバ
   ルブ内でプラズマ放電を発生させるようにし、かつ上記
   バルブにこのバルブ内と隔離した始動用細管を接続し、
   この始動用細管に始動用希ガスを封入し、この細管内で
   上記始動用ガスによる始動放電を発生させ、この始動放
   電により上記バルブ内に上記プラズマ放電を誘起し、こ
   のバルブ内のプラズマ放電により上記発光物質を発光さ
   せるようにしたソレノイド磁界式放電灯において、 上記始動用細管内に多孔質セラミックスを封入したこと
   を特徴とするソレノイド磁界式放電灯。
3. 【請求項３】 発光物質は、ハロゲン化金属であること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のソレノイ
   ド磁界式放電灯。