JPH06101320B2 - 無電極放電灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高周波電磁界を用いて放電、発光させる無電
極放電灯装置に関する。

［従来の技術］ 最近、無電極放電ランプに外部より電磁界や電磁波を印
加して放電、発光させる無電極放電灯装置開発されてい
る。

第１図は、無電極放電ランプの外周部に巻いたコイルに
よって高周波電磁界を発生させてランプを放電、発光さ
せる無電極放電灯装置の一例を示す概略図である。図
中、１は球状の無電極放電ランプで、石英やセラミック
等の透光性を有する材料で気密に形成され、内部には所
定量の希ガスや放電によって発光する物質が封入されて
おり、内面には必要に応じて螢光体が塗布されている。
２は前記無電極放電ランプ１の外周部に巻かれた電磁界
印加用コイルで、インピーダンス整合器３を介して高周
波電源装置４に接続され高周波電磁界を発生する。

［発明が解決しようとする課題］ ここで、上述の無電極放電灯装置によって無電極放電ラ
ンプ１を点灯させた場合の放電メカニズム（始動時と安
定点灯時の２つの場合）について考えてみる。

まず、無電極放電ランプ１の始動メカニズムについて考
える。電磁界印加用コイル２は高周波電源装置４よりイ
ンピーダンス整合器３を介して高周波電力が印加される
と、電磁界が発生する。コイル２の内側に配置されたラ
ンプ１内の電子が、コイル２によって発生した電界によ
り加速され、絶縁破壊を起こす。すなわちランプ１内の
放電が開始（始動）する。つまり、この電子に印加され
る電界の強度が強い程、電子は多くのエネルギーを得て
高速に加速され、始動が起こり易くなる。

第２図（ａ），（ｂ）は第１図に示すランプ１とコイル
２の部分の断面を示す概略図であり、５はランプ１内に
封入された発光物質である。この発光物質５は常温では
固体または液体で、加熱（実際には放電の熱により加
熱）されることにより、蒸発または昇華するものであ
り、常温で気体のものについては、第２図に示す発光物
質５のようには存在しない。

第２図（ａ）はコイル巻き線間隔Ｌが狭いコイル2aを用
いた場合を示し、第２図（ｂ）はコイル巻き線間隔Ｌが
広いコイル2bを用いた場合を示すものである。無電極放
電ランプ１の始動は、ランプ１内の電界強度が強い程容
易であることは前述の通りであり、第２図（ａ），
（ｂ）を比較すると、コイル巻き線間隔Ｌの狭いコイル
2aの方が同一入力に対するコイル線間の電界強度が強
く、始動し易い。従って、ランプ１の始動時には、コイ
ル２の巻き線間隔は狭い方が良いことがわかる。

次に、安定点灯時について考える。第３図（ａ），
（ｂ）は安定点灯時のランプ１とコイル２の部分の断面
を示ず概略図であり、６はランプ１内に発生しているプ
ラズマである。ランプ１内の発光物質５はプラズマ６か
らの熱によって蒸発または昇華し、その発光物質５の原
子または分子がプラズマ６中で励起され（物質によって
は分子が解離し、その後励起されるものもある）、発光
する。

この発光メカニズムの場合の、コイル２の巻き線間隔の
違いによってプラズマ６が発光物質５に与える影響の違
いについて述べる。第１図に示す構成の無電極放電灯装
置において、ランプ１内に生じるプラズマ６は、コイル
２の近傍に主に発生する。言い換えるとコイル２の近傍
のプラズマ密度が高い。

コイル２の巻き線間隔とランプ１内に発生したプラズマ
６との関係を示したのが第３図である。同図（ａ）はコ
イル巻き線間隔が狭いコイル2aを用いた場合を示し、同
図（ｂ）はコイル巻き線間隔が広いコイル2bを用いた場
合を示す断面概略図である。

第３図（ａ），（ｂ）に示す比較図より明らかなよう
に、コイル巻き線間隔が広いコイル2bの方が、ランプ１
内のプラズマ６の拡がりも広い。また、発光物質５が受
けるプラズマ６からの熱は、発光物質５とプラズマ６と
の間隔が狭い方が当然高くなる。さらに、ランプ１から
発せられる光の量は、プラズマ６内に存在する発光物質
５の量が多い方が強くなる。このプラズマ６内の発光物
質５の量を決めるのが上記の熱である。以上のことを考
え合わせると、安定点灯時（定常点灯時）のランプ１か
ら多くの光を発する為には、コイル２の巻き線間隔を広
くし、ランプ１内に、ある程度プラズマ６を拡げる必要
がある。つまり、多くの光量を得る為には、コイル２の
巻き線間隔が広い方が良いことがわかる。

このように、第１図に示す構成の無電極放電灯装置に関
しては、ランプ１の始動時にはコイル２の巻き線間隔が
狭い方が望ましく、また、安定点灯時多くの光量を得る
為にはコイル２の巻き線間隔が広い方が望ましいことが
わかる。

しかしながら、コイル２の巻き線間隔は、設計時にどの
特性を重視するかによって決定されるものであり、ま
た、巻き線間隔を始動時と安定点灯時の最適値の中間値
に選んだとしても、十分なランプの特性を引き出すこと
ができない。つまり、始動時と安定点灯時を共に最適に
するコイル２の設計は困難である。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、その目的
とするところは、始動が容易で、しかも安定点灯時に多
くの光量を得ることができる無電極放電灯装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するため、無電極放電ランプの
外周に巻かれた電磁界印加用コイルに高周波電流を通電
することにより、前記ランプ内に封入した発光物質を励
起発光させて成る無電極放電灯装置において、前記コイ
ルの巻き線間隔を始動時は狭く、安定点灯時は広くなる
ように構成したことを特徴とするものである。

［作用］ 本発明によれば、コイルの巻き線間隔が始動時には狭い
ので、同一入力に対するコイル線間の電界強度が強くな
り、始動し易くなる。また、コイルの巻き線間隔が安定
点灯時には広くなるので、ランプ内のプラズマは拡が
り、十分に発光物質を加熱でき、多くの光量を得ること
ができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示すもので、図中、１は球
状の無電極放電ランプで、石英やセラミック等の透光性
を有する材料で気密に形成され、内部には所定量の希ガ
スや放電によって発光する物質が封入されており、内面
には必要に応じて螢光体が塗布されている。２は前記無
電極放電ランプ１の外周部に巻かれた電磁界印加用コイ
ルで、インピーダンス整合器３を介して高周波電源装置
４に接続され高周波電磁界を発生する。

ここで、電磁界印加用コイル２は、２方向性性質を有す
る形状記憶合金で形成されており、低温時の形状と高温
時の形状の２状態を記憶させている。つまり、低温時の
形状については、ランプ１が点灯していない始動前のコ
イル形状、すなわちコイル２の巻き線間隔が狭く、高周
波電力が印加された時、コイル2,2間の電界強度が強く
なる状態（第２図（ａ）に示すコイル2aの状態）を記憶
させ、高温時の形状については、ランプ１が安定点灯し
ている時のコイル形状、すなわちコイル２の巻き線間隔
が広く、十分に発光物質を加熱できる状態（第３図
（ｂ）に示すコイル2bの状態）を記憶させてある。

なお、上記それぞれの温度の設定については、低温はラ
ンプ１が点灯していない状態、つまり室温または本発明
に係る装置が設置される場所の雰囲気温度に設定される
（本実施例では25℃に設定）とともに、高温はランプ１
が安定点灯している時の温度（本実施例では400℃）に
設定されているが、形状記憶合金を構成している各金属
の混合比率を変化させることにより、設定温度を変える
ことができることは言うまでもない。本実施例では、２
方向性性質を有する形状記憶合金として、Na−Ti系合
金、Cu−Zn−Al系合金を用いた。

次に、本実施例に係る具体的形状・寸法及び測定結果に
ついて述べる。

・無電極放電ランプ１の直径;23mm ・ランプ１内の封入物;Xe :100Torr NaI:8.0mg T1I:1.5mg InI:0.5mg ・コイル２の巻き数;3回巻き ・コイル２の巻き線間隔Ｌは、始動時に最適となるもの
として（第２図（ａ）に相当）Ｌ＝3mmのコイルＡ、安
定点灯時に最適となるものとして（第３図（ｂ）に相
当）Ｌ＝6mmのコイルＢ、形状記憶合金で形成され、低
温時の巻き線間隔が約3mm、高温時の巻き線間隔が約6mm
となるように設定されたコイルＣを用意した。

上記コイルA,B,Cを用いた無電極放電灯装置について、
始動時に必要な電力、安定点灯時の光束を測定した結果
を下表に示す。ただし、電力とは、第１図に示す高周波
電源装置４からの出力電力であり、この値には、ランプ
１で消費される電力と、インピーダンス整合器３での電
力損失分が含まれている。安定点灯時には、上記記載の
電力表示で200Wの状態で点灯させた。

また、光束値を測定した時、同時にランプ１の下部（発
光物質５が存在している場所）の温度の測定も行った。
その結果、コイルＡの場合は430℃、コイルＢの場合は5
10℃であった。コイルＣの場合も510℃弱であった。

このことからも、安定点灯時に第３図（ｂ）に示すよう
にプラズマ領域を拡げて、発光物質５とプラズマ６との
間隔を狭くすることにより、発光物質５はより加熱さ
れ、より多く蒸発し、その結果、光量が増加したことが
わかる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものでないのは
勿論であり、例えば、コイルの巻き線間隔を始動時は狭
く、安定点灯時は広くする手段は形状記憶合金に限定さ
れない。また、ランプ１の形状も球状に限定されない。

［発明の効果］ 本発明は上記のように、無電極放電ランプの外周に巻か
れた電磁界印加用コイルに高周波電流を通電することに
より、前記ランプ内に封入した発光物質を励起発光させ
て成る無電極放電灯装置において、前記コイルの巻き線
間隔を始動時は狭く、安定点灯時は広くなるように構成
したことにより、ランプ始動時及び安定点灯時にそれぞ
れの特性を最大に引き出すことのできる、つまり、始動
が容易で安定点灯時には光量を多く得ることのできる無
電極放電灯装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は無電極放電灯装置の一例を示す概略図、第２図
及び第３図はそれぞれランプ部とコイル部の断面を示す
概略図である。 １…無電極放電ランプ、２…電磁界印加用コイル、３…
インピーダンス整合器、４…高周波電源装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無電極放電ランプの外周に巻かれた電磁界
   印加用コイルに高周波電流を通電することにより、前記
   ランプ内に封入した発光物質を励起発光させて成る無電
   極放電灯装置において、前記コイルの巻き線間隔を始動
   時は狭く、安定点灯時は広くなるように構成したことを
   特徴とする無電極放電灯装置。