JPH0754694B2

JPH0754694B2 - 無電極蛍光灯システム

Info

Publication number: JPH0754694B2
Application number: JP62154602A
Authority: JP
Inventors: エムハンレットジャックス
Original assignee: インテントパテントエイジイ
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPS6412457A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の分野）この発明は照明システムに関連する。この発明そのもの
は蛍光型照明システムを指向し、特に、紫外線フォトン
（光子）の蛍光被膜との衝突を用いる紫外線放射の電磁
スペクトラム可視部への変換に関する。更に具体的に言
えば、この発明は、閉磁界と、実質的に密閉されている
ボリューム内で電子を加速してガス線分原子と衝突させ
るための上記磁界と実質的に平行で同じ向きの誘導電界
とを発生させる励起機構を用いる無電極蛍光灯システム
に関する。

（先行技術）蛍光灯は照明システムの在来手法において公知である。
この様な在来手法の蛍光型照明システムは、総じて、ネ
オン，アルゴン等の希ガスの混合及び場合によっては水
銀等の２次ガスを含んでいる。この様な蛍光灯は、総じ
て、加熱によって容易に電子を放出する性質を有する材
料で被覆されたペアのフィラメント型電極を備えてい
る。在来手法のフィラメント型蛍光灯に電流を流すと上
記のフィラメントが加熱されて、フィラメントが交互に
陽極及び陰極となって電子を放射する。この様な在来型
の蛍光灯では、希ガス放電を生じさせるために電極間に
極めて高い電圧を加える必要がある。従って、この様な
在来型の蛍光灯システムは、大きい初期入力電力を必要
とすると共に、更に持続放電を生じさせるためのスター
ター（起動器）ならびにバラスト（安定器）を必要とす
る。この様なシステムの使用はシステムの複雑化を認め
ることになり、費用もかさむことになる。

在来型蛍光灯システムは、通常、総体的に直線または弧
状に延びた規定直径の円筒型の装置とならざるを得な
い。この蛍光灯の直径は作動効率によって選定される。
従って、この様な在来型の蛍光灯は設計上その作動効率
の関数として制約される。これに反して、この発明の対
象としている照明システムは、それぞれの具体的な用途
に応じて、球形，円筒形，もしくはその他の設計輪郭に
これを形成することが可能である。ここで対象としてい
るシステムは電極を必要とせず、在来型のシステムの場
合の様に管状構造の一端から他端に延びる電界に依存し
ないので、設計基準上の制約を生じない。

在来型の蛍光灯では、作動の各サイクル中は電子が単一
方向に流れて一方の電極に集まって蛍光灯管の壁面に付
着し、そこでイオンと再結合する。再結合は放射を生ず
るものとは別で、そのエネルギは壁面で失われることに
なる。従って、この様な在来型のシステムでは、管径が
あまり小さくなると紫外線放射を行うことなしに電子と
イオンの再結合を生ずる機会が増加するので、最小管径
に制約が生ずることになる。

在来型の蛍光灯システムは、また、金属ガス成分による
紫外線再吸収にもとづく作動効率の制約をも受けること
になる。紫外線放射のフォントは電子とイオンの衝突に
よって放射されるので、そのフォントが金属ガスによっ
て減衰されることになる。従って、フォトンが通過しな
ければならない距離によって制約されることになる。こ
の事は実際問題として在来型蛍光灯システムの最大直径
を制約することになる。上記の再吸収は、フォトンが通
過しなければならない距離と蛍光灯管内のガス圧力の関
数である。

これに反して、ここで対象とする照明システムでは、イ
オンと電子の衝突は密閉されたボリューム境界内で保持
されて管壁におけるイオンによる電子の再捕捉が生じな
いので、上記の制約によって限界を生ずることはない。

（発明の要約）ここで提供される無電極蛍光灯システムは次のものを発
生するための励起機構を備える：（１）閉じられている
交番磁界，（２）上記の磁界と実質的に平行で同じ向き
の誘導電界，（３）上記の閉じた磁界と実質的に直交す
る放射電界。上記の磁界及び誘導電界は実質的に同一の
周波数で加えられて電子を加速し、所定のガス成分原子
と衝突する様にこれを指向する。この無電極蛍光灯シス
テム内には静電シールド（遮蔽）部分が備えられてお
り、放射電界を照明システム内に保持させるための励起
機構を実質的に内蔵している。バルブ部分が、上記の静
電シールド部分と励起機構を内包している。上記のバル
ブ部分は、加速された電子との衝突によってイオン化さ
れるガス成分原子を含んでいるガス成分を内蔵してい
る。ガス成分のイオン化された原子は衝突に引き続いて
電磁スペクトルの紫外線帯域幅のエネルギ放射を行い、
バルブ部分の内面に形成されている蛍光材被膜に当っ
て、その紫外線エネルギは少なくとも部分的に吸収さ
れ、吸収されたエネルギを可視光の形で照明システムの
外部へ再放射する。

（好ましい実施例の説明）第１図及び第２図には、在来型の照明システムに比して
高効率長寿命の可視光放射を発生する無電極蛍光灯シス
テム10の好ましい実施例が示されている。照明システム
10の基本的な作動概念は、ガス成分原子に電子を衝突さ
せて紫外線放射を生じさせる事を指向している。この紫
外線放射は等方的に蛍光材被膜に運ばれこれに打ち当っ
て、電磁帯域幅内の可視部に紫外線放射を再放射するこ
とになる。

特に、無電極照明システム10では、以下のパラグラフで
明らかになる様に、磁界と電界の複合フィールドが発生
される。この場合磁界はそれぞれに実質的に閉じたボリ
ューム内に含まれる。磁界と電界を複合して電子を焦点
に集束させることはブラウン等多くの用途で成功裡に利
用されて来ている。この発明の概念そのものは、電子が
何れか一方のフィールドだけの効果によって運搬されて
いる場合に不規則に運動しているガス成分原子とだけ衝
突する結果生ずる衝突確率よりも大きい衝突確率を得る
ために、電子に対して誘導電界と磁界によって生ずる力
の複合を作用させることを指向している。

外囲環境における主要な電気的妨害の１つは、発生され
た磁界に由来する。この型の妨害を避けるために、以下
のパラグラフで明らかになる様に、磁界干渉は磁界を概
念的には高加速粒子装置に使用されていて、一般にマグ
ネティック・ボトルと呼ばれているもの中に磁場を閉じ
込めることによって消去される。照明システム10は、後
で示す様に、10.0MHzオーダの比較的高い周波数で作動
し、発生された磁界は、特定の範囲内に閉じ込められて
いない場合には広い範囲にわたって通信の伝送を妨害す
る可能性がある。後で判る様に、放射電界の外部作用は
照明システム10の内部に静電シールドを導入することに
よって最少化される。

在来型の蛍光灯システムでは、交互に陰極及び陽極とし
て作動する二つのフィラメントがある。半サイクルを取
って見ると、電子は一方の方向に動き、蛍光灯チューブ
の直径の関数となっている含有プラズマの紫外線放射に
関して集中フィールド効果を生じている。この様な在来
型システムでは、準安定な原子とイオンが管壁上で再結
合することが起り、放射用の再結合以外の電子捕捉が生
ずることになる。一般に、標準蛍光灯の全効率は15〜20
％である。電子の通路ならびに衝突を実質的に閉じたボ
リューム内に閉じ込めることによって、照明システム10
は標準型蛍光灯システムの場合の様に、電子を管壁すな
わちハウジング壁まで運んで作動システムの可視光効率
を低下させる恐れをなくしている。

一般的に、在来手法の蛍光灯システムの寿命に影響を及
ぼす２つの現象は、作動サイクルの間に蒸発するフィラ
メントの寿命そのものと、所定回数の点灯操作後に被膜
成分の内面に生ずる蒸着の増加に向けられている。上記
の後者の現象は、重粒子イオンないし電子による絶えざ
る衝撃の結果として生ずるガス圧の低下もその一因とな
っている。

無電極蛍光灯システム10は、永久磁界，閉じた磁界，お
よびこれと平行で交番磁界と同じ向きの誘導電界を発生
させるための励起機構12を含んでいる。交番磁界と誘導
電界は実質的に同じ周波数で加えられ、密閉輪郭のガス
・ハウジング14のガス・ハウジング・チャンバ16の中に
含まれている所定のガス成分原子と衝突させる様に電子
を加速指向する。既に述べた様に高周波数でトロイダル
・コイル18全体を流れる交番電流は、コイル18の各巻線
の間に電位傾度を作り出す。この電位傾度はそれぞれの
コイル・巻線を通る電流の増減にもとづいて発生する。
従って、この電位勾配は電界を実質的に磁界と平行にす
る。

全体的な概念では、トロイダル・コイル18を通る電流が
磁界と誘導電界の両方を発生し、ガス・ハウジング・チ
ャンバ16内に含まれているガス成分原子と所定の径路で
衝突する様に電子を加速し、その方向に指向させる。密
閉輪郭ガス・ハウジング14、特に、ガス・ハウジング・
チャンバ16内に含まれている金属ガス成分原子との電子
の衝突はトロイダル・コイル18の境界内の内側において
生ずる。

この様な衝突によって発生した紫外線放射はすべての方
向で外方に放射され、最終的には次のパラグラフで説明
する様に可視光として放射される。ガス・ハウジング・
チャンバ16内に含まれている金属ガス・イオンと電子と
の衝突は紫外線放射を生じ、この紫外線は外方へ等方的
に放射されて、バルブ・ハウジング22の内面に施されて
いる蛍光被膜20を打つ。蛍光被膜20、または同様な被膜
成分がそれに衝突する紫外線エネルギを部分的以上に吸
収し、吸収したエネルギを可視光の形で無電極照明シス
テム10の外方へ再放射する。

明らかに、ガス状プラズマは無電極照明システム10のガ
ス・ハウジング・チャンバ16の中の密閉輪郭ガス・チャ
ンバ14内に含まれている。このプラズマ内で発生された
紫外線エネルギは、紫外線を実質的に通す励起機構12を
通過して、化学的反応または構造的な劣化を起さない紫
外線放射として被膜20を打つ。前のパラグラフで述べた
ように、この事は、在来型の蛍光灯システムに比べて照
明システム10の作動寿命を増加すると共に効率を増加す
る効果を有する。

更に、第１図及び第２図に示されている照明システム10
の実施例で用いられている励起機構12は、バルブ部分チ
ェンバ24を真空とすることによりバルブ部分22から遮断
された自蔵ガス成分を備えており、励起機構12から外部
環境への熱伝達効果を最少にしている。

励起機構12の特別な構造は、発生される温度には本質的
に影響されない様にすると共にガス・ハウジング・チェ
ンバ16内のガス圧を従来手法のシステムよりも高くする
様になっている。

高圧照明システムは、街路照明その他広い面積にわたっ
て大量の光を放射する用途に対しては公知であるが、こ
の様な高圧システムでは未だ円筒管封入型で内部圧力は
数気圧で非常に高い光度を供給している。この様な高圧
照明システムで放電をスタートさせこれを保持するため
に加えられる電圧は極端に高くなる。従って、この高電
界に曝され、衝撃を受けざるを得ない電極がガス成分の
中に浸っており、この様な高圧作動照明システムの寿命
を損なう効果を生じている。

ここで対象としている無電極蛍光灯システム10において
は、励起機構12の内部には、密閉輪郭ガス・ハウジング
14の部品として構成されているガス成分または可能性の
ある金属成分以外には金属成分を含んでいない。従っ
て、これら以外には、発生される電界と接触するものは
皆無である。照明システム10では、密閉輪郭ガス・ハウ
ジング14の内側でイオン化してプラズマを形成する上記
はトロイダル・コイル18と接触することはなく、ガス・
ハウジング・チャンバ16の内面に接触するだけである。

励起機構12は交番磁界と交番電界を発生させるためのト
ロイダル・コイル18を備える。更に、実質的にドーナツ
型輪郭を有する密閉輪郭ガス・ハウジング14が、第１図
及び第２図で示されている様に、トロイダル・コイル18
の内部に設けられている。上記の図に示されているコイ
ル輪郭によって明らかな様に、電荷はヘリカルの方向に
トロイダル・コイル18を通って流れる。トロイダル・コ
イル18内の電流の交番は、電流の増加または現象に応じ
てコイル18の各巻線間に電位勾配を生ずる。この電位交
番は磁界と実質的に平行な電界を誘起する。トロイダル
・コイル18で発生された磁束は、密閉輪郭ガス・ハウジ
ング14の中に完全に含まれる。密閉輪郭ガス・ハウジン
グ14を囲んでいる磁界は、密閉輪郭ガス・ハウジング14
の内部でサイクリックに動く電子の運動を持続し、ガス
・ハウジング14の内径Ａと外径Ｂの間で環流する励起プ
ラズマを提供する。この様にして、電子とイオンは、磁
界によってガス・ハウジング16の中に閉じ込められた集
積を生ずる。

作動システムを効率的に保持するために、無電極照明シ
ステム10は、比較的高い周波数で作動し、ガス・ハウジ
ング・チャンバ16内で環流する電子運動径路の方向を維
持し、これを輪郭内に閉じ込めて置く為に必要な充分に
高い磁界の発生を可能にしている。

実験では、照明システム10は、0.1〜50.0MHzのオーダの
周波数範囲で効率良く作動し、特に効率の高かった実施
例では10.0MHzを用いて作動させた。

トロイダル・コイル18用導線の直径は比較的小さく、ト
ロイダル・コイル18の各巻線間の間隔は比較的大きく選
定され、密閉輪郭ガス・ハウジング14内で発生された紫
外線放射が、バルブ部分すなわちバルブ・ハウジング22
の内面の被膜成分20に至る紫外線放射の通路の中間にあ
るトロイダル・コイル18によって実質的に障害を受けた
り、ブロックされたりしない様になっている。トロイダ
ル・コイル18の各巻線は、直径0.5mm程度の細い導線で
巻線間隔は約20.0mmとすることができる。

ガス・ハウジング14は紫外線放射を通す成分、例えばガ
ラス成分で形成される。ガラス成分が用いられる場合に
は紫外線通過性は鉄分をふくまないガラス成分を意味し
ている。相当な放射を得るためには、それに従ってプラ
ズマの断面積を大きくしなければならない。ドーナツ型
ハウジングの内径と外径を30.0〜40.0mmの間で変えてガ
ス・ハウジング・チャンバ16の断面積を0.75〜1.0平方
インチの間で実験が行われた。

密閉輪郭ガス・ハウジング14は、或る所定圧の金属ガス
成分である所定ガス成分を内包している。所定のガス成
分は、水銀，アルゴン，ネオン，ナトリウム，その他こ
れと類似のガス成分であり、ガス・ハウジング14内の封
入圧は約3.0トルで良好な成果を得ている。

ガス・ハウジング14のドーナツ型は説明用として挙げた
に過ぎない。事実上、ガス・ハウジング14を正方形また
は矩形とすることもできるが、直径に比べて小さい内径
を有するドーナツ輪郭の製作が困難であることが見出さ
れている。対象とする照明システム10では、全体のドー
ナツ型輪郭は半分ずつ２つの部分に分けて作成すること
ができる。半円を形成する様にガラス片をモールドする
ことによってドーナツを半分づつ作り、これを溶接また
はフリット・ガラス封じと類似の方法で結合して仕上る
ことができる。

トロイダル・コイル18は、銅，銀，もしくはこれらの合
金等、実質的に高電導性を有する金属成分で形成され
る。既に述べた様に、トロイダル・コイル18は、密閉輪
郭ガス・ハウジング14のガス・ハウジング・チャンバ16
内で発生された紫外線放射を実質的に通すように所定の
巻線間の間隔を取って巻かれた複数個の巻線で形成され
る。トロイダル・コイル18から電源への特殊結合につい
ては次のパラグラフで述べる。

トロイダル・コイル18によって生ずる放射電界は外方全
方向に放射されてバルブ・メンバ22の外側の種々な伝達
システムならびに類似の電気システムに妨害的な影響を
及ぼす可能性がある。従って、無電極蛍光灯システム10
は、実質的に励起機構12を内包している静電シールド部
分26を備え、上記の放射電界を照明システム10内に保持
する様にする。静電シールド部分26は実質的にトロイダ
ル・コイル18を取り囲み放射電界が照明システム10の境
界を超えて外へ漏れることを防止する。

静電シールド部分26は、せん孔された金属性材料で、紫
外線放射のフォトンが干渉または反射を殆ど受けること
なく通過する様に形成される。静電シールド部分26は、
第１図に示されている様に、アース28に直接結合モード
またはコンデンサ直列接続方式で電気的に接続される。

バルブ部分22の外面に導電性被膜を施すことによって別
の形式の静電シールドを採用することもできる。塩化錫
または類似成分のスプレイをバルブ部分22の外側に施し
てこれを被覆することによって上記の電界を照明システ
ム10の内部に保持させることもできる。この場合、静電
シールド部分26の場合と同様に導電性被膜は直接または
コンデンサの直列接続によってアース28に結合される
（図には示されていない）。

この様にして、ガス・ハウジング・チャンバ16から放射
された紫外線エネルギは、紫外線放射を通すガス・ハウ
ジング14、トロイダル・コイル18を通り、次いで静電シ
ールド部分26を通過して、バルブ・メンバ22の内面に形
成されている蛍光被膜20に衝突して吸収され、電磁スペ
クトラムの可視帯域幅のエネルギとして再放射される。
バルブ部分チャンバ24は、既に述べた様に、高真空に保
たれており、紫外線放射の吸収、熱伝達作用、及び励起
機構12から外部環境への伝送を最少化している。

在来手法の照明システムは管内に封入されているガス成
分内に放電を生じさせるために高電圧の発生が必要であ
るのに対して、照明システム10は比較的低い電圧を用
い、ガス・ハウジング・チャンバ16内で電子とイオンの
衝突を起させ、紫外線放射を生じさせるのに充分なエネ
ルギを与えるのに必要な電界及び磁界を作るためにトロ
イダル・コイル18に電流を流す必要がある。高周波でト
ロイダル・コイル18を作動させることにより、照明シス
テム10を駆動するために用いられる電圧は最小値に保た
れ、コイル18に流れる電流は1.0〜3.0Aのオーダで良い
ことになる。トロイダル・コイル18は、誘電体の構造フ
レーム38の外面に取り付けられているリード線34,36を
介してバラスト・システム30に結合される。構造フレー
ム38は、この発明概念では問題にならない部分である。
構造フレーム38は、半径方向に向いて密閉輪郭ガス・ハ
ウジング14の内面と結合するラグ（耳）40を備えた垂直
方向の標準システムで形成され、密閉輪郭ガス・ハウジ
ング14をバルブ部分22内の定常位置に保持する。リード
線34,36は、トロイダル・コイル18の対向端とバラスト
・システム30をそれぞれに接続する。

バラスト30は、米国特許第4,414,492号「電子バラスト
・システム」、ならびに、1984年２月23日登録、米国特
許申請第580,624号「自動調整電子バラスト・システ
ム」で示されているもので良い。これらのシステムは何
れも参考文献として採用されている。

バルブ部分22は、静電シールド部分26と、励起機構12を
内包している。バルブ部分22は、その中に、具体的に
は、ガス・ハウジング・チャンバ16内に、保持されてい
る金属ガス成分を含んでいる。ガス成分原子は、励起機
構12によって提供される加速電子と衝突してイオン化さ
れ、イオン化されたガス成分原子は、それが準安定なま
たはイオン状態となって電磁スペクトラムの紫外線帯幅
のエネルギを放射する。バルブ部分22の内面には蛍光被
膜20が塗布されており、上記の紫外線エネルギを少なく
とも一部吸収し、これを可視光の形で照明システム10の
外方へ再放射する。励起機構12によって発生される放射
電界は、その放射距離を静電シールド部分26で制限さ
れ、静電シールド部分26はこの放射が照明システム10の
外へ通過することを阻止する。

第３図に示されている実施例では、無電極蛍光灯システ
ム10′は密閉チャンバ24′を規定しているバルブ部分22
を備えている。この実施例では、励起機構12′はトロイ
ダル・コイル18′だけで形成され、トロイダル・コイル
18′の包絡面内に含まれる。トロイダル・コイル18′は
磁界を作ると共に、コイル18′の巻線間の電位傾度にも
とづいて磁界と平行で向きの同じ電界を発生する。この
実施例ではトロイダル・コイル18′の包絡面内の電子が
ヘリカル・パスで駆動加速されてトロイダル・コイル1
8′の包絡面内に入っている所定のガス成分原子と衝突
する。古典電気力学理論によりトロイダル・コイル18′
によって作られる磁界はトロイダル包絡面内部に含まれ
る。従ってトロイダル・コイル18′の場合にはトロイダ
ル・コイル18′によって発生される磁束及び電子流はト
ロイダル・コイル18′の巻線そのもので拘束される。磁
界の封じ込めは顕著で磁界の放射が照明システム10′の
外へ出ることはない。

この実施例では、密閉チャンバ24′は金属ガス成分を含
んでいる。金属ガスは水銀ガスで良く、そのイオンはト
ロイダル・コイル18′内に発生する磁界に引かれる。ト
ロイダル・コイル18′によって発生された電界及び磁界
は、電子と金属ガス・イオンとの衝突確立を自由電子が
一定電界勾配で加速される場合に比して遥かに増大させ
る。これらのフィールドに充分なエネルギが与えられる
と前に照明システム10の実施例で述べた様に上記の衝突
が起こった時に電磁スペクトラムの紫外線帯域幅の放射
が起こる。トロイダル・コイル18′によって生ずる放射
電界は、前に示した静電シールド26と実質的に同じ部分
である静電シールド26′によってその放射距離が制限さ
れる。静電シールド部分26′はせん孔導電金属成分また
はスクリーン・メッシュ成分が用いられる。この場合せ
ん孔は、トロイダル・コイル18′のコア内で生ずる紫外
線放射に関して実質的な透過性を提供する。紫外線放射
を吸収しこのエネルギを可視光の形で再放射するために
バルブ部分22の内面に蛍光被膜20が施されている。

表皮効果（スキン・イフェクト）を満たすためにトロイ
ダル・コイル18′は銅、または銀線の様な高導電性金属
成分ワイヤで製作される。但し、水銀蒸気が存在する場
合にはこの様な高導電性材料は長い間に水銀原子を吸収
してガス成分中の水銀原子を減らして照明システム10′
の光出力に悪影響を及ぼす。無電極蛍光システム10の実
施例では、前に示した様に、この様なガス成分原子は密
閉輪郭ガス・ハウジング14の内部に保持されトロイダル
・コイル18とは接触しない。しかし今回の実施例ではガ
ス成分原子はトロイダル・コイル18′と接触し、従って
この様なコイル18′は、水銀原子の吸収を防止するため
に誘電体被覆を施した高導電性ワイヤで製作することが
できる。メッキまたは被覆19を第６図に示す。絶縁また
は少なくとも銅ないし銀のトロイダル・コイル成分より
も導電性の低い被覆はトロイダル・コイル18′による水
銀原子または分子の吸収を防止する。電気的には、一方
が他方の1/10程度の抵抗である場合、正味効果が実質的
に低い抵抗に等価である２個の抵抗（一方は極めて小さ
く、一方は比較的大）を並列に有する等価回路をつくる
から、トロイダル・コイル18′の高周波抵抗は伝導電性
メッキによって影響されない。従ってトロイダル・コイ
ル18′を鉄メッキ、または絶縁被膜の銀線で形成して、
照明システム10′内の水銀ガス成分の影響を実質的に回
避する事ができる。

トロイダル・コイル18′の対向端は（照明システム10に
対して示される様に）リード線34,36でバラスト30に結
合される。静電シールド部分26′は同様にバルブ部分22
の下部を通してアース28に結合される。

所定の径路で電子を加速するための励起機構12に使用を
含む照明システム10,10′から可視光を供給する方法の
説明を締めくくる。トロイダル・コイル18,18′の使用
によって実質的に閉じている輪郭包絡面内で電子を周期
的径路に加速し、これらのコイルは円形ドーナツ形の閉
径路内で電子を加速する。

上記の加速された電子は所定のガス成分の原子と衝突
し、これらの原子はイオン化して紫外線を放射する。紫
外線放射フォトンはトロイダル・コイル18,18′を通り
抜けて最終的に蛍光被膜20に衝突し、ここでの紫外線放
射は電磁スペクトルの可視領域で再放射される。蛍光剤
20は、励起機構12を内包するバルブ・ハウジング22の内
面に塗布されている。

閉じた輪郭径路内で電子を加速するステップは円形トロ
イダル・コイル18,18′の内部包絡面で定義される閉じ
たボリウム・スペース内に電子径路を保持するステップ
を含む。

電子径路を保持するステップは更に、閉じた磁界、およ
びこれを実質的に平行で同じ向きを有する電界を作るス
テップを含む。トロイダル・コイル18,18′によって作
られるドーナツ型の閉じた輪郭ボリウムを使用すること
によって、磁界は閉じたドーナツ型輪郭の内部に保持さ
れる。この様にして、トロイダル・コイル18,18′を通
して電流を流すことによって、電子は閉じたドーナツ型
輪郭ボリウム内で、周期的に駆動されて所定のガス成分
原子と衝突する。

第１図，第２図に示されている実施例では、所定のガス
成分原子は密閉輪郭ガス・ハウジング14内に形成されて
いるガス・ハウジング・チャンバ16の内部に保持され
る。トロイダル・コイル18は密閉輪郭ガス・ハウジング
14の外面に巻かれている。この実施例ではバルブ・ハウ
ジング22のバルブ部分チャンバ24は真空になる様に空気
が抽出されている。従って、ドーナツ型のガス・ハウジ
ング・チャンバ16の内部を通る加速電子はガス成分原子
と衝突してこれをイオン化し、イオン化に次いで紫外線
放射が生ずる。この紫外線放射は、溶融石英硝子等紫外
線を実質的に通る成分で形成されている密閉輪郭ガス・
ハウジング14を通過する。

この紫外線放射は、次いで、静電シールド26を通過して
蛍光材すなわち蛍光被膜20に衝突し、蛍光材20は衝突エ
ネルギを可視光として再放射する。

第３図に示す実施例では、加速電子は、トロイダル・コ
イル18′で形成されている包絡面内で実質的に円形径路
でサイクリックに駆動される。トロイダル・コイル18の
場合と同様に、トロイダル・コイル18′は比較的細いワ
イヤで形成され、それぞれの巻線部分は充分な間隔を保
ち、ガス成分原子が加速電子と衝突してイオン化しそれ
に続いて放射される紫外線放射を実質的に通す部分とな
る様に形成される。この実施例では、ガス成分原子はバ
ルブ部分チャンバ24′の中に与えられているが、衝突は
トロイダル・コイル18′で形成されているドーナツ型包
絡面内でしか起こらない。

第１図，第２図で示されている実施例及び第３図で示さ
れている実施例に何れにおいても、所定ガス成分のイオ
ン化のステップに次いで紫外線放射を等方的にバルブ部
分すなわちハウジング22の内面に形成されている蛍光材
20へ送るステップが行われる。

照明システム10の第一及び第二実施例が何れかにおいて
も、励起機構12,12′によって生ずる電界に対する静電
シールド・バリアを提供するために励起機構12,12′を
含む電気的シールド26,26′が備えられる。電気的シー
ルド部分26,26′が何れも、励起機構12,12′からバルブ
部分22の内面に形成されている蛍光被膜20へ紫外線放射
を実質的に通す様にメッシュ・スクリーンまたはせん孔
成分で形成される。

第１図，第２図及び第３図に示されている無電極照明シ
ステム10,10′とは別の無電極照明システムの実施例1
0″を、これに示している第４図，第５図を参照して説
明する。照明システム10″は、コイル18または18′の閉
じた磁界と直交する様に配置された永久磁石による一定
磁界とのベクトル和を使用とすることによって所定の磁
界強度を得るために必要な電流を削減しようと言う基本
概念にもとづくものである。

第４図，第５図に示されている実施例では、励起機構1
2″は、既に述べた交番磁界に対して実質的に直交する
一定磁界を作るための永久磁石42,44を含んでいる。こ
の様にして、永久磁界は交番磁界とベクトル的に合成さ
れて増加された磁界強度を発生する。

この様にして、照明システム10″は、トロイダル・コイ
ル18″にコイル18及び18′に流すよりも少ない電流を流
すことによって所定の磁界強度を有することになる。

説明用として、永久磁石42は磁石42の片面にＮ極、反対
面にＳ極を有する。永久磁石42は、ガス・ハウジング・
エンクロージャ14′の断面の中心線の上で、かつ形成さ
れているドーナツ型の中心開口内に位置する。

永久磁石42の磁極面はトロイド（環状面）によって形成
される平面に実質的に平行とする。永久磁石44は、ガス
・ハウジング・エンクロージャ14′の中心線の下に永久
磁石42と鏡像関係で取り付けられる。永久磁石44はその
磁極面が、磁石42の磁極面と反対になる様に向けられて
いる。

説明用として、永久磁石42はそのＳ極を永久磁石44の方
に向けられ、従って永久磁石44はＮ極を磁石42に向けら
れている。磁石42,44の上記の様に決定された向きは、
磁石42及び44の外面間の磁界を、トロイダル・コイル1
8″で形成されるトロイドまたは密閉輪郭ガス・ハウジ
ング14′の断面を、永久磁場が上記断面内に含まれてい
るフィールドに垂直になる様に通過させる。明らかに、
磁気回路は全体的トロイド輪郭の中央開口内で相互に対
向している磁石42,44の磁極間で結合されている磁界に
よって完結される。

本発明は、その特定の形式ならびに実施例に結び付けて
述べてきたが、この発明の精神または範囲を外れること
なく、上に述べた事とは異なった種々な改変が容易に可
能であることが認められるであろう。例えば、ここに示
し説明されたものを等価的なエレメントで置き換えるこ
ともできるし、特徴の中には他の特徴と切り離して使用
できるものもあり、また場合によってはエレメントの特
定位置が逆にされまた仲介されることもあり得るが、こ
れらはすべて特許請求の範囲で規定されているこの発明
の精神または範囲を外れるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、無電極照明システムを示す部分的切取りを含
んだ立面図である。第２図は、無電極照明システムの第１図のライン2-2に
沿った断面図である。第３図は、無電極照明システムの実施例の断面図であ
る。第４図は、無電極照明システムの実施例の立面図で、永
久磁石励起機構を示している。第５図は、第４図のライン5-5に沿う無電極照明システ
ムの実施例の断面図である。第６図は、被覆トロイダル（環状）・コイルの断面図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の構成を有する無電極蛍光灯システム；（ａ）（１）閉じた磁界と、（２）前記磁界と実質的に
平行で同じ向きを有する誘導電界と、（３）前記の閉じ
た磁界に直交する放射電界とを発生させるトロイダル・
コイルをふくみ、前記磁界及び誘導電界が実質的に同じ
周波数で電子を加速及び指向させて所定のガス成分の原
子と衝突させるための励起手段、（ｂ）前記励起手段を内包し、前記放射電界を前記蛍光
灯システム内に保持する静電シールド部材、（ｃ）前記励起手段及び前記静電シールド部材を内包
し、前記ガス成分をふくみ、該ガス成分の原子が前記の
加速された電子と衝突してイオン化し、該イオン化した
ガス成分原子が前記衝突により紫外線領域の電磁スペク
トルのエネルギを放射するバルブ部材、（ｄ）前記バルブ部材の内面に塗布され、前記紫外線領
域のエネルギの少なくとも一部を吸収して可視光の形で
蛍光灯システムの外に再放射する蛍光剤被膜、（ｅ）上記の閉じた磁界と実質的に直交する実質的に一
定な磁場を作るための永久磁石。
【請求項２】上記の励起手段の誘導電界が上記の電子を
加速し、上記の励起手段の上記の磁界が上記の電子を所
定のヘリカル・パスに指向させる事を特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項３】上記の永久磁石手段が、実質的に上記トロ
イダル・コイルの内方直径内に位置する１対のディスク
形磁石を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項４】前記ガス成分が、ドーナッツ型で前記トロ
イダル・コイルの中に位置する密閉輪郭ガス・ハウジン
グの中にふくまれる、特許請求の範囲第１項記載の無電
極蛍光灯システム。
【請求項５】上記の所定のガス成分が金属ガス成分を含
むことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の無電
極蛍光灯システム。
【請求項６】上記の所定のガス成分が上記の密閉輪郭ガ
ス・ハウジング内に所定圧力で保持されることを特徴と
する特許請求の範囲第５項に記載の無電極蛍光灯システ
ム。
【請求項７】上記の所定ガス成分が１種類以上の希ガス
成分を含むことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記
載の無電極蛍光灯システム。
【請求項８】上記の金属ガス成分が水銀であることを特
徴とする特許請求の範囲第７項に記載の無電極蛍光灯シ
ステム。
【請求項９】上記の密閉輪郭ガス・ハウジングが紫外線
放射を通す材質成分で形成されることを特徴とする特許
請求の範囲第４項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項１０】上記の紫外線放射を通す材質が水晶成分
であることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の
無電極蛍光灯システム。
【請求項１１】上記の密閉輪郭ガス・ハウジングが紫外
線放射を通すガラス成分で形成されることを特徴とする
特許請求の範囲第９項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項１２】上記のトロイダル・コイルが実質的に高
導電性金属成分で形成されることを特徴とする特許請求
の範囲第４項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項１３】上記のコイル金属成分が銅であることを
特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の無電極蛍光灯
システム。
【請求項１４】上記のコイル金属成分が銀であることを
特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の無電極蛍光灯
システム。
【請求項１５】上記のコイル金属成分が、銅と銀からな
るグループからの１エレメント以上で形成されることを
特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の無電極蛍光灯
システム。
【請求項１６】上記のトロイダル・コイルが複数巻線で
形成され、その巻線相互間に所定の間隔を有し、上記の
紫外線放射を実質的に通すことを特徴とする特許請求の
範囲第４項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項１７】上記の静電シールドが導電材成分で形成
されることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
無電極蛍光灯システム。
【請求項１８】上記の静電シールド部分が、紫外線放射
が通過できる様にせん孔されていることを特徴とする特
許請求の範囲第17項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項１９】上記の静電シールドが電気的にアースに
結合されていることを特徴とする特許請求の範囲第18項
に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項２０】上記の励起手段を駆動するために上記励
起手段に結合されているバラスト手段を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の無電極蛍光灯シス
テム。
【請求項２１】上記のバルブ部材が密閉チャンバを規定
し、上記の静電シールド、上記の励起手段、及び上記の
所定ガス成分が上記の密閉チャンバ内に位置しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の無電極蛍
光灯システム。
【請求項２２】上記のトロイダル・コイルが実質的に高
導電性金属成分で形成される巻線の複数個で形成される
ことを特徴とする特許請求の範囲第21項に記載の無電極
蛍光灯システム。
【請求項２３】上記のトロイダル・コイルが金属メッキ
されていることを特徴とする特許請求の範囲第21項に記
載の無電極蛍光灯システム。
【請求項２４】上記のトロイダル・コイルが銅と銀から
成るグループからの１つ以上のエレメントを含む金属成
分で形成されることを特徴とする特許請求の範囲第23項
に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項２５】上記のトロイダル・コイル金属メッキが
誘電体成分をふくむことを特徴とする特許請求の範囲第
23項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項２６】上記のトロイダル・コイルが鉄の電気メ
ッキ膜を含むことを特徴とする特許請求の範囲第23項に
記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項２７】上記のトロイダル・コイル各巻線がそれ
ぞれ次の巻線と所定の間隔を保ち、上記のトロイダル・
コイルが通過紫外線エネルギに対して実質的に通過を保
持することを特徴とする特許請求の範囲第22項に記載の
無電極蛍光灯システム。
【請求項２８】上記のトロイダル・コイルが、約0.1〜5
0.0MHzの範囲内で所定の周波数で電気的に作動すること
を特徴とする特許請求の範囲第22項に記載の無電極蛍光
灯システム。
【請求項２９】上記のトロイダル・コイルの上記の所定
作動周波数が約10.0MHzであることを特徴とする特許請
求の範囲第28項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項３０】上記の静電シールドが導電材成分で形成
されることを特徴とする特許請求の範囲第21項に記載の
無電極蛍光灯システム。
【請求項３１】上記の静電シールド導電材がせん孔され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第30項に記載の
無電極蛍光灯システム。
【請求項３２】上記の静電シールドが導電スクリーン部
分で形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
30項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項３３】上記の静電シールドが電気的にアースに
結合することを特徴とする特許請求の範囲第30項に記載
の無電極蛍光灯システム。
【請求項３４】上記の所定ガス成分が金属ガス成分であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第21項に記載の無電
極蛍光灯システム。
【請求項３５】上記の金属ガス成分が上記の密閉チャン
バ内に所定圧力で保持されることを特徴とする特許請求
の範囲第34項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項３６】上記の金属ガス成分が水銀であることを
特徴とする特許請求の範囲第34項に記載の無電極蛍光灯
システム。
【請求項３７】上記の蛍光剤が燐成分で形成されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の無電極蛍光
灯システム。
【請求項３８】上記のトロイダル・コイルを所定の周波
数で電気的に駆動するための上記トロイダル・コイルに
接続したバラスト手段を含むことを特徴とする特許請求
の範囲第37項に記載の無電極蛍光灯システム。
【請求項３９】上記の閉じた磁界の界強度を増強するた
めに、上記の励起手段の近傍に位置する永久磁石を含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の無電極
蛍光灯システム。