JPH0675395B2 - 無電極高光度放電ランプ - Google Patents

無電極高光度放電ランプ

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JPH0675395B2
JPH0675395B2 JP1058038A JP5803889A JPH0675395B2 JP H0675395 B2 JPH0675395 B2 JP H0675395B2 JP 1058038 A JP1058038 A JP 1058038A JP 5803889 A JP5803889 A JP 5803889A JP H0675395 B2 JPH0675395 B2 JP H0675395B2
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    • H01J65/04Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、高光度放電(HID)ランプに係り、さらに詳
細にいうと、高温励起コイルを使用する無電極HIDラン
プに係る。
無電極HIDランプにおいて、光を発するリング状のアー
ク放電は、ガスまたはプラズマを含有するアーク管内
で、この管を取囲む励起コイルを流れる高周波電流によ
って誘導される。このアーク管内ではガスが凝縮するの
を防ぐために高温(1000℃以上)が必要とされるが、コ
イルの温度はその融点に近付いてはならない。従来技術
によるHIDランプの誘導コイルは、通常銅でできてお
り、このコイル内の過大な抵抗損を防ぎ、かつ周囲の空
気中でのコイルの酸化を防ぐために、室温より約200℃
以上高い温度にさらされてはならない。これを達成する
ためにはコイルを冷却する。しかし、市販のランプはコ
スト、サイズおよび電気入力が制限されているため、冷
却要件を満たすのは困難である。また、冷たいコイルに
対しては、アーク管とコイル間の適切な絶縁も必要とさ
れる。そうでないと、コイルに対する熱負荷が過大にな
り得、またアーク管の温度が約1000℃以下に下がり易く
なり、それに付随してアーク管内の蒸気が凝縮し易くな
る。したがって、従来技術のHIDランプの誘導コイルは
ランプ外囲器の外側に配置されており、この外囲器は絶
縁層によってアーク管から分離されている。これらの介
在する絶縁層によって、コイルの有効直径はアークの直
径よりずっと大きくなり、そのために結合(カップリン
グ)が不良になると共にコイル電流が大きくなり、その
結果コイル内および電源安定器での電力損失が大きくな
る。
発明の目的 したがって、本発明のひとつの目的は、過大な抵抗電極
損を伴うことなく高温のアーク管で作動することができ
る励起コイルを有する無電極HIDランプを提供すること
である。
本発明の別の目的は、無電極HIDランプ用の、別に冷却
する必要のない励起コイルを提供することである。
本発明の別の目的は、電源からの必要な電流と電圧が最
小である励起コイルを有する新規で改良された無電極HI
Dランプを提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、ランプのガラス製外囲器
内部に位置する励起コイルをもった新規で改良された無
電極HIDランプを提供することである。
発明の概要 無電極高光度放電ランプは、励起されると発光プラズマ
を形成することができる充填物質を含有するアーク管を
内包する外部外囲器を含んでいる。このアーク管を取囲
む励起コイルは、充填物と相互に作用してリング状の発
光アーク放電を生ずる磁場を誘導する。この励起コイル
は、リング状のアークによって発せられた光の遮断を最
小にしながらコイルとアーク放電との間の磁束結合を最
適にするような構造をもっている。また、本発明では、
コイル中の抵抗電力損失が最小になり、その結果ランプ
内の抵抗電力損失が最小になる。
本発明の好ましい具体例では、励起コイルはアーク管外
囲器の回りに直接巻き付けられており、比較的小さい断
面積を有する導体で形成されている。この導体として、
融点が高くて比抵抗が低くしかも蒸気圧の低い金属を用
いているためにこのコイルは別個に冷却する必要がな
い。このコイルをアーク管に近接して配置することによ
って、コイルの直径を小さくすることができ、そのため
コイル内の、したがってランプ内の電力損失を最低限に
することができる。
本発明の新規であると考えられる特徴は特許請求の範囲
に特に明記してある。しかし、本発明の構成と実施方
法、さらには本発明の別の目的と利点は、添付の図面と
関連した以下の記載を参照すると最も良く理解できるで
あろう。
発明の詳細な説明 第1図に示したランプは通常は石英から作成されている
アーク管2を有しており、この管2はガラス製の外囲器
8の内部に配置されている。またこの外囲器8には、外
部空心誘導コイル6が巻付けられている。このコイル
は、アークリングからの光の遮断を最小限にするために
鼓の形状になっている。アーク管2によって囲まれた容
積内にはメタルハライドなどのような少なくとも1種の
ガスが一定量封入されており、この中で、励起コイル6
に流れる高周波(RF)の電流に応答して放電アークプラ
ズマ4が誘導される。このRF電流は、コイル6に接続さ
れている励起電源(図示せず)で生じる。このアーク管
には、不活性ガスもまた含まれていてもよく、この不活
性ガスはアーク管2の壁での熱損失を防ぐための拡散障
壁として機能する。典型的には、この光源を構成する放
電アークプラズマ4はトロイダルリングすなわち「ドー
ナツ」の形状をしている。誘導コイル6は、このコイル
中での抵抗による電力損失を最小にするために、銅など
のように導電率の高い材料で作成される。このコイル
は、外囲器8の外側に位置しているので、室温より多少
高い温度で作動する。アーク管内部からの熱損失を最小
にするために、アーク管の側面と底面に沿ってその外側
に絶縁層10を設けてもよい。
第1図に示したコイルデザインの基本的な要件は、コイ
ル6の温度が室温より約200℃以上にまで上昇するのを
防ぐためにコイルを冷却する必要があることである。こ
の冷却によりコイルでの過大な抵抗損が防止され、これ
はコイルの比抵抗が温度と共に増大するので特に有効で
ある。また、この冷却によって、周囲の空気によるコイ
ル6の酸化も抑えられる。
第1図に示したランプでは、コイル6を冷たく保つため
に、アーク管2とコイルとの間の適当な絶縁が必要であ
る。なぜならば、もしコイルの熱負荷が過大になると、
コイルの比抵抗が増大すると共にアーク管の温度が低下
してアーク管内で蒸気の凝縮が生起するであろうからで
ある。このために、誘導コイル6はランプの外囲器8の
外側に配置され、またこのランプ外囲器8はグラスウー
ルなどのような絶縁層10によってアーク管2から離して
おくのが好ましい。しかし、これらの介在層により有効
なコイル直径が増大してアーク放電4の直径よりずっと
大きくなり、誘導結合が悪くなると共にコイル電流が大
きくなる。たとえば、外径(OD)が20mmのアーク管内の
直径12mmのアークの場合、誘導コイル6の有効直径は通
常38mmである。このコイルの大きな直径によってコイル
の電流が大きくなり、その結果コイルおよび電源安定器
(図示せず)での電力損が大きくなる。
第2図に示したような本発明の好ましい具体例では、ガ
スコア誘導コイル16中を流れる1〜100MHzの範囲の周波
数のRF電流によって、円筒状のアーク管12内にリング形
状のプラズマアーク放電14が誘導される。このアーク管
12は、通常は石英でできており、メタルハライドなどの
ような少なくとも1種のガスからなる充填物を収容して
いる。この具体例では、1000℃で50×10-6Ωcm未満の比
抵抗を有する高温金属(すなわち、1000℃を越える融点
と1000℃で10-8トル未満の蒸気圧を示すもの)のリボン
が、螺旋状に直接アーク管12の回りに巻かれていてラン
プの励起コイル16として機能する。誘導コイル16に使用
するのに適した金属は、通常、タングステンやモリブテ
ンなどのような耐熱金属であろう。
アーク管12と高温励起コイル16は外側のガラス製外囲器
18の中に囲繞されている。通常通り、リード線22によっ
てランプベース(図示せず)に接続することができる。
必要であれば、グラスウールなどのような熱シールド20
をアーク管12の底に設けてもよい。しかし、この熱シー
ルドはアーク管12の側面には必要ないと思われる。なぜ
ならば、コイル16からの抵抗熱は、すでに指摘したよう
にアーク管内のガスが凝縮するのを防ぐために必要な高
いアーク管温度をこの領域で維持する役に立つからであ
る。光は主としてアーク管12の頂部から発せられる。
高温励起コイル16は、第1図に示したランプ中に使われ
ている誘導コイルと比べて直径がずっと小さい。たとえ
ば、第2図のランプでアーク放電14の直径が12mmである
場合、コイル16の直径はアーク管12の外径、すなわち20
mmと同じにすることができる。コイルのリボンの厚み
は、表皮厚さ(たとえば、13.56MHzの周波数で0.1mm未
満)よりずっと大きくする必要はない。
コイル16に使われている高温金属の1000℃の温度での比
抵抗が、このようなコイルを室温よりあまり高くない温
度で作動させるのが望ましい従来技術のランプの励起コ
イルに使用されている銅の比抵抗よりずっと高いにもか
かわらず、コイル16は過大な抵抗熱損失を回避する。た
とえば、タングステンの1000℃での比抵抗は32μΩcmで
あり、22℃での銅の比抵抗1.7μΩcmよりおよそ19倍も
高い。もし他の効果がすべて等しかったとすると、この
高温励起コイルの高い比抵抗は許容できない程の抵抗熱
損失を招くであろう。しかし、この高温コイルでは、お
よそ19倍も高い比抵抗が、従来技術のコイルと比べて抵
抗損失を減らす3つの効果によって相殺されてなおあま
りある。これらの3つの効果とは、表皮厚さ、結合効
率、およびコイル長である。高温コイル16の比抵抗が高
いと表皮厚さが増大し、したがってコイルの抵抗は小さ
くなる。この高温コイルによって達成され得る小さめの
直径により、結合効率が高まり、したがってコイル電流
とコイル損失が低下し得る。この低下した直径によっ
て、コイル長が短くなり、したがってコイルの抵抗が小
さくなる。
関連する適切な例における表皮厚さ、結合効率およびコ
イル長の効果は、たとえば、第1図に示した励起コイル
6を第2図に示したランプの高温励起コイル16と比較す
ることによって示すこともできる。どちらの場合も、OD
が20mmで高さが17mmのアーク管中で励起周波数を13.56M
Hz、電力を120ワット(5Aで24V)としてコイルを作動さ
せると有効直径が12mmのアーク放電が生起する。このコ
イルと高温コイルはいずれも5巻きであり、各巻き毎の
有効幅は(コイルの軸方向に沿って測定して)2mmであ
る。本発明の高温コイルの隣接する巻き間の間隔は約0.
5mmである。第1図のコイルは有効直径が38mmであり、
一方、高温コイルは直径が20mmで、比抵抗が第1図のコ
イルのおよそ19倍である。
ある導体における表皮厚さは比抵抗の平方根に比例す
る。したがって、高温コイル16の表皮厚さは第1図のコ
イル6より 大きく、高温コイルの抵抗は同じ倍率で小さくなる。
所要のコイル電流は、放電電圧を持続するのに充分なだ
けの誘導電圧をプラズマにもたらす必要性によって決定
される。これには、所与の周波数で一定の大きさの磁場
を必要とする。この一定の磁場を生起させるのに必要と
されるコイル電流は有効なコイル直径に比例する。コイ
ルでの抵抗電力損は、その電流の平方、すなわちコイル
の直径の平方に比例する。したがって、高温コイルの電
力損は、この高温コイルのコイル結合の方が良好である
ため、第1図のコイルの電力損より(38/20)=3.6倍
小さい。コイルの抵抗はコイルの直径に直接比例するの
で、高温コイルのコイル抵抗もまたその直径が小さいた
めに(38/20)=1.9倍小さくなる。
上で決定した倍率を組合せると、高温コイルでの抵抗電
力消失の、第1図のコイルでの抵抗電力消失に対する比
は、(比抵抗の比)/(電力損の比)(表皮厚さの比)
(抵抗の比)、すなわち19/(3.6)(4.3)(1.9)=0.
63に等しい。この抵抗電力消失比は、本発明の高温励起
コイルで消失される抵抗電力が第1図の励起コイルより
37%少ないことを示している。
第2図に示した高温励起コイル16は、第1図の励起コイ
ルと比べて電流が小さいばかりでなく、同時にコイル電
流とコイルインダクタンスがより低いために電圧要件が
ずっと低くなってもいる。これらの効果によって、ラン
プ電源のコストおよび電力消失ならびに放射される電磁
ノイズが大幅に低下する。
以上、ランプのガラス製外囲器内に位置しており、しか
も過大なコイル抵抗電力損を伴うことなくかつコイルを
特別に冷却する必要なくアーク管を高い温度で作動させ
ることができる励起コイルを有する無電極HIDランプに
ついて説明した。これにより、外側のガラス製外囲器内
のコイルおよびランプを、ベースとの通常の電流接続手
段と組合せた一体型のランプ設計が容易になる。このラ
ンプはその電源から必要とする電流と電圧が最小限です
む。
本発明のいくつかの好ましい特徴だけを例示して説明し
て来たが、多くの修正と変更が当業者には自明であろ
う。したがって、本発明の真の思想内に入るような修正
と変更はすべて特許請求の範囲に包含されるものと考え
られたい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、外側の鼓形励起コイルをもった無電極HIDラ
ンプの具体例の側面断面図である。 第2図は、ランプのアーク管に直接巻付けられた高温励
起コイルを有する本発明の新規で改良された無電極HID
ランプの断面図である。 2……アーク管、4……放電アークプラズマ、6……励
起コイル、8……外囲器、10……絶縁層、12……円筒状
アーク管、14……リング状のプラズマアーク放電、16…
…ガスコア誘導コイル、18……ガラス製外囲器、20……
熱シールド、22……リード線。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外側の透明な外囲器、 該外囲器内に位置しそれから離隔している光透過性のア
    ーク管、 該外囲器内に位置し該アーク管を包囲し、かつ該アーク
    管に直接巻付けられ、1000℃を越える融点と1000℃で10
    -8トル未満の蒸気圧を示す高温金属からなる励起コイル
    を有している無電極高光度放電ランプであって、該励起
    コイルは第1端および第2端を有し、かつ該アーク管の
    頂部から発する光が遮られるのを回避するように該アー
    ク管の側面の回りに巻付けられていて、更に 該アーク管に封入されており、該コイルの所定の励起の
    際に略トロイダル状発光プラズマアーク放電を生成する
    ことができる充填物質、および 該外囲器の外部から該励起コイルの第1端および第2端
    へ電気的接続をする導電手段 を有する無電極高光度放電ランプ。
  2. 【請求項2】該コイルがリボン状の導体で巻付けられて
    いる、請求項1記載の無電極高光度放電ランプ。
  3. 【請求項3】該金属がタングステンおよびモリブデンよ
    り成る群の中の1種からなる、請求項1記載の無電極高
    光度放電ランプ。
  4. 【請求項4】該ランプが、さらに、該アーク管の底部に
    位置する熱シールド手段を含んでいる、請求項2記載の
    無電極高光度放電ランプ。
  5. 【請求項5】該コイルがリボン状の導体で巻付けられて
    いる、請求項3記載の無電極高光度放電ランプ。
  6. 【請求項6】該金属が1000℃の温度で50×10-6Ωcm未満
    の比抵抗を示す、請求項5記載の無電極高光度放電ラン
    プ。
JP1058038A 1988-03-14 1989-03-13 無電極高光度放電ランプ Expired - Lifetime JPH0675395B2 (ja)

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JPH01315941A JPH01315941A (ja) 1989-12-20
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FR (1) FR2631486A1 (ja)
GB (1) GB2216715B (ja)
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