JPH05347148A

JPH05347148A - ソレノイド磁界式放電灯

Info

Publication number: JPH05347148A
Application number: JP15494492A
Authority: JP
Inventors: Kenji Araki; 建次荒木; Ichiro Yokozeki; 一郎横関; Fumio Hirano; 文雄平野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】励起コイルの効率を向上させてランプの総合効
率を向上させることができるソレノイド磁界式放電灯を
提供する。【構成】透光性のバルブ１０内に発光物質を封入し、こ
のバルブを取り巻くように設けた高周波励起コイル２０
により上記バルブ内にプラズマ放電を発生させて上記発
光物質を発光させるようにした放電灯において、上記励
起コイルは、一対の環形円板２１、２１を連結し、これ
ら一対の環形円板は内周部２１ａ相互が接近していると
ともに、外周部２１ｂ相互は上記内周部相互の間隔より
も離間し、径方向および周方向の少なくとも一方に向か
って凹凸形状をなしている。【作用】励起コイルの表面積が増えるので表皮抵抗が小
さくなり、電流抵抗が小さくなって自己発熱が軽減され
るとともに、放熱効果が大きくなり、コイル温度が低く
なってコイル効率が向上する。

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
高融点金属の構体からなる電極をそれぞれ封装し、これ
ら電極間でアーク放電を発生させ、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
ルブ内に電極を配置するので、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の格別な
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は、透明なバルブ内
に発光物質を封入し、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、この励起コイルにより上記バ
ルブ内にプラズマによるアーク放電を発生させて上記発
光物質を発光させるようにしたものであり、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、低いインピーダンスで放電を行うことになるか
ら、励起コイルに約２０アンペア程度の大きな電流の高
周波を流す必要があり、コイルにおける抵抗損失がラン
プ全体の総合効率に大きな影響を及ぼすことになる。つ
まり、この種のソレノイド磁界式放電灯は、励起コイル
の効率がランプ効率を左右する主因となる。したがっ
て、励起コイルの効率の向上が望まれる。従来におい
て、例えば特開平２−１２７５３号公報にはソレノイド
磁界式放電灯が記載されており、このものには励起コイ
ルの効率を向上させるために、バルブを取巻く励起コイ
ルによる高周波電流の損失を低減し、このコイルがバル
ブから放射される光を遮断しないことが重要であると記
載されており、この公報の場合、励起コイルの表面の導
電率を高くし、かつ反射率を高くしてある。

【０００５】励起コイルの高周波損失を低減する手段
は、単に励起コイルの表面の導電率や、反射特性のみに
依存するものではなく、本発明者らの研究によると、励
起コイルの高周波損失を低減させて効率を向上させるに
は、表面積を増して表皮抵抗を引き下げ、熱損失を低下
させ、かつコイルによる遮光作用を小さくする必要があ
ることが判った。すなわち、従来のコイルは断面が円形
のワイヤを使用しており、したがって断面積が同一の場
合で比較すると表面積は比較的に小さいものである。導
電体における高周波電流は導体の表面を流れることが知
られており、表面積が大きいと電流経路が大きくなるの
で抵抗が小さくなる。このことから、断面形状を、円形
でなく非円形にすれば表面積が大きくなり、よって抵抗
を小さくすることができる。また、抵抗が小さくなれば
発熱が低減され、コイルの温度上昇が防止されるように
なり、かつ断面形状を非円形にすると表面積が増して放
熱効果が大きくなることからコイルの温度が低くなり、
コイル効率が上昇し、表面酸化やクリープ変形などの障
害が防止される。

【０００６】このようなことから、本出願人は、特願平
３−２４７６６４号で提案した通り、コイルの断面形状
を非円形にすることに着目した。この場合、隣接するコ
イル相互が接近していると、相互に誘導電流が生じると
ともに、相互に熱影響を及ぼし、しかもバルブから放射
される光を遮ることになる。このため、励起コイルの導
体の断面形状をコイル軸方向と交差する方向に沿って偏
平な形状を有する平板形とし、これにより表面積を増大
させて、高周波抵抗を低減するとともに温度上昇を少な
くし、かつ導体の厚みを小さくすることができるため隣
接する導体間の距離を大きくすることができ、遮光作用
を減じることができるなどの利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本出願
人による先の出願の場合、コイル導体はコイル軸方向と
交差する方向に沿って偏平な形状を有する平板形、つま
り円錐ばねのような円錐形円板をなしているため、周方
向および径方向ともに平坦な形状をなしている。このよ
うな形状の場合は、断面が円形のワイヤの場合に比べて
表面積は大きいが、平坦面であるために表面積の増大化
には制約がある。

【０００８】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、先願に比べてさらに励起コイルの効率を向上
させることができ、総合効率を向上させることができる
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の１番目は、励起
コイルを一対の環形円板をコイル軸方向に沿って２枚配
置することにより構成し、これら一対の環形円板はこれ
らの内周部の一部を接続することにより全体で螺旋形の
通電経路を形成し、これら一対の環形円板は内周部相互
が接近しているとともに、外周部相互は上記内周部相互
の間隔よりも離間しており、これら各環形円板は径方向
および周方向の少なくとも一方に向かって凹凸形状をな
していることを特徴とする。本発明の２番目は、励起コ
イルを一対の環形円板をコイル軸方向に沿って２枚配置
することにより構成し、これら一対の環形円板はこれら
の内周部の一部を接続することにより全体で螺旋形の通
電経路を形成し、これら一対の環形円板は内周部相互が
接近しているとともに、外周部相互は上記内周部相互の
間隔よりも離間しており、これら各環形円板の外周部
に、略外径方向に伸びる放熱フィンを周方向に沿って多
数個形成したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の１番目によれば、励起コイルを構成し
た一対の環形円板は、径方向および周方向の少なくとも
一方に向かって凹凸形状をなしているので、ストレート
な平坦面よりも表面積は増え、したがって放熱作用が増
してコイルの温度が低くなり、コイル効率が向上する。
本発明の２番目によれば、励起コイルを構成した一対の
環形円板は、外周部に略外径方向に伸びる放熱フィンを
周方向に沿って多数個形成したので放熱作用が増してコ
イルの温度が低くなり、コイル効率が向上する。

【００１１】

【実施例】以下本発明について、図１ないし図３に示す
一実施例にもとづき説明する。図において１０はバルブ
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により発光する発光物質、例えばハロゲン化
金属、例えばＮａ−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始動用希ガスが
少なくとも１種封入されている。

【００１２】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（ガスプローブ）１５が接続さ
れている。細管１５はバルブと同一材料であることが望
ましく、バルブ１０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。この細管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は始動回路
１８を介して高周波発振回路２６に接続されている。

【００１３】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、両端が上記高周波発
信回路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。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。

【００１４】上記励起コイル２０はコイル素線に相当す
る導体が、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の板厚が１〜４mm程度の一対
の環形円板２１、２１により構成されており、これら一
対の環形円板２１、２１をコイル軸Ｏ−Ｏ方向に沿って
配置し、これら一対の環形円板２１、２１はこれらの内
周部の一部を互いに溶接して接続することにより全体で
螺旋形の通電経路を形成してある。つまり、上記一対の
環形円板２１、２１はそれぞれ周方向に連続するもので
はなく、周方向に一部で分離されており、一方の環形円
板２１の内周部と他方の環形円板２１の内周部とは相互
に部分的に接続されて全体で螺旋形の通電経路を形成す
る。この場合、図２に示すように、一方の環形円板２１
の内周部には接続突部２２ａを形成するとともに一方の
環形円板２１の内周部にも接続突部２２ｂを形成し、こ
れら接続突部２２ａ、２２ｂ同志を突き合わせて溶接す
ることにより全体の通電経路を螺旋構造に構成するよう
になっている。

【００１５】なお、突き合わせ部は図２の（Ａ）図に示
すような鋸歯形状や波形形状であれば接触面積が大きい
くなるので接合部における導電抵抗が小さくなり、かつ
図２の（Ｂ）図に示すように、接続突部２２ａ、２２ｂ
の肉厚Ｔを環形円板２１の板厚ｔより大きくしておけ
ば、同じく導電抵抗が小さくなる。

【００１６】一対の環形円板２１、２１は図３にも示す
通り、内周縁２１ａ、２１ａが相互に接近しているとと
もに、外周縁２１ｂ、２１ｂは上記内周部相互の間隔ｌ
よりも大きな間隔Ｌを有している。そして、本実施例の
場合、環形円板２１、２１は径方向に向かって凹凸形状
をなしており、実質的には内周縁２１ａ、２１ａと外周
縁２１ｂ、２１ｂとの間の中間部２１ｃ、２１ｃが相互
に離間する方向に屈曲している。

【００１７】なお、具体的寸法例を示すと、バルブ１０
の内径が３０mmの場合、コイル素線となる環形円板２
１、２１の板厚ｔは２mm、内径ｄ₁は３４mm、外径ｄ₂
は６２mm、屈曲部２１ｃ、２１ｃの半径ｄ₃は５０mm、
隣接する環形円板２１、２１の内周縁２１ａ、２１ａ間
の離間寸法ｌは２mm、外周縁２１ｂ、２１ｂ間の離間寸
法Ｌは１４mmとなっている。

【００１８】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から始動回路１８
を通じて始動用電極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内にグロー放電が発生する。このグ
ロー放電はバルブ１０内にプラズマ放電を誘起し、コイ
ル軸Ｏ−Ｏの回りにリング形状のプラズマ放電１２を発
生する。この放電１２によって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。

【００１９】このようなランプにおいて、コイル２０の
導体を、断面が偏平な形状にしたので、同一断面積の場
合は断面円形の場合よりも表面積が増大する。まして
や、本実施例の場合は、一対の環形円板２１、２１は、
内周縁２１ａ、２１ａと外周縁２１ｂ、２１ｂとの間の
中間部２１ｃ、２１ｃが相互に離間する方向に屈曲して
いるから、径方向に向かって凸形状をなしており、図３
の想像線で示すようなストレートな平坦面の場合にくら
べても表面積が増える。このため表皮効果が拡大し、高
周波電流の損失が少なくなる。つまり、表面積が増す
と、流路経路が大きくなり、電流の抵抗が軽減されるの
で、コイル効率が向上する。また、表面積が大きいか
ら、放熱面積が増し、冷却性が向上し、上記電流抵抗の
低下と相俟ってコイルの表面温度が低くなる。このこと
は、熱として無駄に放出されるエネルギーが少なくなる
ので、コイル効率が向上し、かつコイルの温度が引下げ
られるから、表面の酸化やクリープ変形などの障害が防
止される。

【００２０】また、本実施例の場合、内周縁２１ａ、２
１ａと外周縁２１ｂ、２１ｂとの間の中間部が相互に離
間する方向に屈曲２１ｃ、２１ｃしているので、このよ
うな形状は一方の環形円板２１からでる磁力線Ａの放射
方向に沿って他方の環形円板２１が伸びる構造となり、
一方の環形円板２１からでる磁力線Ａを他方の環形円板
２１が遮ることが少なくなる。このため、各環形円板２
１、２１に渦電流を発生させる割合が少なくなり、ジュ
ール熱の発生を防止して発熱を軽減する。

【００２１】さらに、各環形円板２１、２１は内周縁２
１ａ、２１ａに比べて外周縁２１ｂ、２１ｂの間隔Ｌが
広がっているから、バルブ１０より放射される光を遮る
割合が少なくなり、照射効率もよくなる。本実施例の構
造の場合、図３の想像線で示すようなストレートの平坦
面を有する円板の場合に比べて、損失が約１０％減じる
ことを確認することができた。

【００２２】なお、発明は上記の実施例に制約されるも
のではない。つまり、上記実施例の場合、環形円板２１
は、内周縁２１ａ、２１ａと外周縁２１ｂ、２１ｂとの
間に外側に出っ張るような屈曲部２１ｃ、２１ｃを形成
したたが、このような屈曲形状に代わって図４に示す第
２の実施例のように、内周縁２１ａ、２１ａと外周縁２
１ｂ、２１ｂとの間に外側に出っ張るような弯曲形状を
形成しても同様の効果を得ることができる。また、図５
に示す第３の実施例の場合は、周方向に沿って段階形状
に凹凸３０…を形成したもので、この場合も表面積を増
すことができる。

【００２３】さらに、図６に示す第４の実施例の場合
は、円筒部４１とフランジ部４２とにより、これらの境
界部に突部４３を形成したもので、この場合も表面積を
増すことができる。

【００２４】そしてまた、図７に示す第５の実施例の場
合は、各環形円板２１、２１は周方向に沿って山部５１
…と谷部５２…を交互に形成し、全体が周方向に波形を
なしていることを特徴とする

【００２５】図８および図９においては、本発明の２番
目の技術を説明するための第６の実施例を示すもので、
励起コイル８０は、一対の環形円板８１、８１をコイル
軸方向に沿って２枚配置し、これら一対の環形円板はこ
れらの内周部の一部を接続することにより全体で螺旋形
の通電経路を形成し、これら一対の環形円板は内周縁８
１ａ、８１ａ相互が接近しているとともに、外周縁８１
ｂ、８１ｂは上記内周部相互の間隔よりも離間してお
り、これら各環形円板の外周部に、外径方向に伸びる放
熱フィン８５…を周方向に沿って多数個形成したもので
ある。

【００２６】この場合は、放熱フィン８５…により各環
形円板８１、８１の熱を逃がすから環形円板８１、８１
の温度上昇を防止することができる。しかも、この場合
高周波電流は環形円板８１、８１の内周部を集中して流
れるようになり、バルブ１０内に発生するプラズマ放電
１２に対する高周波磁界の結合効率も高くなる。

【００２７】さらに、図１０に示す第７の実施例のよう
に、放熱フィン８５…の伸びる方向を外径方向に対して
傾けるようにすれば、放熱フィン８５…による放熱作用
に加えて、放熱フィン８５…の影の写りこみを軽減する
ことができる。

【００２８】また、図１１に示す第８の実施例のよう
に、上下円形円板８１、８１間で放熱フィン８５…、８
５´…の伸びる方向を互いに外径方向に対して逆向きと
なるように傾ければ、これら放熱フィンによる放熱作用
を増大することができ、かつ放熱フィン８５…の影の写
りこみをさらに一層軽減することができる。

【００２９】そしてまた、図１２に示す第９の実施例の
ように、放熱フィン８５…の伸びる方向を外径方向に対
して弯曲するようにすれば、放熱フィン８５…による放
熱作用に加えて、放熱フィン８５…の影の写りこみをさ
らに軽減することができる。

【００３０】また、本発明の発光金属は特に制限される
ものではなく、従来から知られている有電極形放電灯で
使用されている発光金属には全て適用可能であるばかり
でなく、電極との反応により、従来では放電灯への適用
が制限されていた発光物質の使用も可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に１番目よる
と、励起コイルの表面積が増えるので表皮抵抗が小さく
なり、電流抵抗が小さくなって自己発熱が軽減されると
ともに、表面積が大きいので放熱効果が大きくなり、よ
ってコイル温度が低くなり、コイル効率が向上する。ま
た、本発明の２番目よると、放熱フィンによる放熱効果
が大きくなり、コイル温度が低くなってコイル効率が向
上する。このようなことから、両者共にランプの全体効
率が向上する。

【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
灯の断面図。

【図２】同実施例の高周波励起コイルの接合構造を示す
図１のII部に相当する部分の図であり（Ａ）図は正面
図、（Ｂ）図は一部断面した斜視図。

【図３】同実施例の高周波励起コイルの断面図。

【図４】本発明の第２の実施例を示す高周波励起コイル
の断面図。

【図５】本発明の第３の実施例を示す高周波励起コイル
の断面図。

【図６】本発明の第４の実施例を示す高周波励起コイル
の断面図。

【図７】本発明の第５の実施例を示す高周波励起コイル
の一部断面した斜視図。

【図８】本発明の第６の実施例を示す高周波励起コイル
の一部断面した斜視図。

【図９】同実施例の環形円板の平面図。

【図１０】本発明の第７の実施例を示す高周波励起コイ
ルにおける環形円板の平面図。

【図１１】本発明の第８の実施例を示す高周波励起コイ
ルにおける環形円板の平面図。

【図１２】本発明の第９の実施例を示す高周波励起コイ
ルにおける環形円板の平面図。

【符号の説明】

１０…バルブ、１２…アーク放電、２０…励起コイル、
２１、２１…環形円板、２１ａ…内周部、２１ｂ…外周
部、２１ｃ、３０、４３、５１…凸部、８５…フィン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性のバルブ内に発光物質を封入し、
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、この励起コイルにより上記バルブ内にプラズマ放電
を発生させて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、上記励起コイルは、一対の環形円板をコイル軸方向に沿
って２枚配置し、これら一対の環形円板はこれらの内周
部の一部を接続することにより全体で螺旋形の通電経路
を形成し、これら一対の環形円板は内周部相互が接近し
ているとともに、外周部相互は上記内周部相互の間隔よ
りも離間しており、これら各環形円板は径方向および周
方向の少なくとも一方に向かって凹凸形状をなしている
ことを特徴とするソレノイド磁界式放電灯。
【請求項２】上記一対の環形円板は、内周部と外周部
との間の中間部が相互に離間する方向に弯曲または屈曲
していることにより凹凸形状となっていることを特徴と
する請求項１に記載のソレノイド磁界式放電灯。
【請求項３】上記各環形円板は周方向に沿って山部と
谷部を交互に有する波形をなしていることを特徴とする
請求項１に記載のソレノイド磁界式放電灯。
【請求項４】透光性のバルブ内に発光物質を封入し、
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、この励起コイルにより上記バルブ内にプラズマ放電
を発生させて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、上記励起コイルは、一対の環形円板をコイル軸方向に沿
って２枚配置し、これら一対の環形円板はこれらの内周
部の一部を接続することにより全体で螺旋形の通電経路
を形成し、これら一対の環形円板は内周部相互が接近し
ているとともに、外周部相互は上記内周部相互の間隔よ
りも離間しており、これら各環形円板の外周部に、略外
径方向に伸びる放熱フィンを周方向に沿って多数個形成
したことを特徴とするソレノイド磁界式放電灯。