JPH0799041A - 無電極放電ランプおよびこれを含むランプ装置，照明器具，道路灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】立ち消え防止と明るさの変動を抑制する。 【構成】発光物質を封入する透光性のバルブ１４を、円
環状に形成する。このバルブ１４に、その内部と隔離し
て始動用希ガスを封入する始動用細管１６を接続する。

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無電極放電ラン
プおよびこれを含むランプ装置，照明器具，道路灯に関
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、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】そこで、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、無電極放電灯が注目され
ている。この種の従来の無電極放電灯は、図７に示すよ
うに、楕円球状の透明なバルブ１内に発光物質を封入
し、このバルブ１を取り巻くようにして高周波励起コイ
ル２を配し、バルブ１の一側には、バルブと同材料であ
ることが望ましい始動用細管３をバルブ１の内部として
隔離して接続してある。この細管３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。

【０００４】そして、これを点灯する場合は、細管３の
始動用電極４に高周波電圧を印加する。すると、始動用
電極４と、励起コイル２の高周波磁界によりバルブ１内
に発生されている高周波電界との間で電位差が発生し、
これにより細管３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１内との間で電界
勾配を発生させるので、バルブ１内にはリング状のプラ
ズマ放電５が誘起される。なお、図８（Ａ）は図７で示
すバルブ１を透光性の外管６内に内蔵した二重管型の無
電極放電灯を示しており、図８（Ｂ）は同図（Ａ）の平
面図である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の無電極放電灯では、バルブ１がほぼ球状であ
るために、バルブ１内に電力を充分に供給できない上
に、立ち消えが発生したり、明るさの変動が大きいとい
う課題がある。

【０００６】つまり、プラズマ放電５の径は、バルブ１
の温度に大きく左右され、例えば始動直後でバルブ１の
温度が低いときは、バルブ１の中心部にて小さく形成さ
れ、バルブ１の昇温に従って次第に外径方向に拡径して
拡大する。しかも、このプラズマ放電５の拡径により、
ランプ電流と電圧との位相差も変動する。

【０００７】このために、始動直後からそれ以後、電流
と電圧との設定位相からのずれが次第に増大して行くの
で、高周波コイルへ電力を供給するための共振回路のマ
ッチングが変化し、バルブ１内に充分な電力を供給でき
なくなる上に、立ち消えが発生したり、明るさの変動が
大きい。

【０００８】また、ランプ電流と電圧との位相差の変動
が大きいので、高周波発振回路のＦＥＴ等のパワー素子
に過大な逆方向電流が流れたり、電流が急激に変化する
等により、損傷を与える場合もある。

【０００９】そこで本発明はこのような事情を考慮して
なされたもので、その目的は、立ち消え防止と明るさの
変動を抑制することができる高効率の無電極放電ランプ
およびこれを含むランプ装置，照明器具，道路灯を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために次のように構成される。

【００１１】本願の請求項１に記載の発明（以下、第１
の発明という）は、発光物質を封入する透光性のバルブ
を、円環状に形成し、このバルブに、その内部と隔離し
て始動用希ガスを封入する始動用細管を接続したことを
特徴とする。

【００１２】また、本願の請求項２に記載の発明（以
下、第２の発明という）は、始動用細管は、バルブの内
壁に接続され、その先端部を、バルブの中央部へ延出さ
せてから直角方向へ起立させて外部電極を設けているこ
とを特徴とする。

【００１３】さらに、本願の請求項３に記載の発明（以
下、第３の発明という）は、請求項１または２記載のバ
ルブに、偏平状の高周波コイルを近接させて配設したこ
とを特徴とする。

【００１４】さらにまた、本願の請求項４に記載の発明
（以下、第４の発明という）は、請求項１または２記載
の始動用細管の始動用電極に始動用電圧を印加する始動
回路と、請求項３記載の高周波コイルに偏平状の高周波
電圧を印加する点灯装置を有することを特徴とする。

【００１５】また、本願の請求項５に記載の発明（以
下、第５の発明という）は、請求項１または２記載の無
電極放電ランプ、あるいは請求項３または４記載の無電
極放電ランプのいずれかを光源として器具本体に設けた
ことを特徴とする。

【００１６】さらに、本願の請求項６に記載の発明（以
下、第６の発明という）は、請求項５記載の照明器具を
道路上に立設してなることを特徴とする。

【００１７】

【作用】

〈第１〜第６の発明〉透光性のバルブを円環状に構成し
ているので、バルブ内に発生するリング状の放電プラズ
マの大きさを、このバルブにより規定することができ
る。このために、点灯直後と、それ以後とで放電プラズ
マの径変化を小さく抑制できるので、ランプ電流と電圧
の位相差の変動が小さい。その結果、バルブに電力を充
分に供給できる上に、立ち消えを防止し、明るさの変動
を小さくすることができる。

【００１８】また、ＦＥＴ等のパワー素子の破損を未然
に防止することができる。

【００１９】〈第２の発明〉始動用細管は、円環状バル
ブの中央部から外方へ起立するので、この円環状バルブ
を透光性の外管内に内蔵して、二重管に構成する場合に
は、外管と内管のバルブとを容易に同心状に設けること
ができ、二重管の構成が非常に容易になる。

【００２０】〈第４の発明〉始動用細管の始動電圧には
始動回路により始動電圧が印加され、高周波コイルには
点灯回路により高周波電圧が印加されると、始動電極と
バルブ内に発生している高周波電界との間で電位差が発
生し、このために、細管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内との間で電
界勾配を発生してバルブ内にリング状のプラズマ放電が
誘起される。このプラズマ放電がバルブ内の発光物質を
発光して点灯状態となる。

【００２１】

【実施例】以下本発明の実施例を図１〜図６に基づいて
説明する。なお、図１〜図６中、同一または相当部分に
は同一符号を付している。

【００２２】図３は本発明の一実施例の全体構成図、図
２はその要部拡大図であり、これらの図において、無電
極放電ランプ装置１１はランプ１２とこれを点灯する点
灯装置１３とを有する。

【００２３】ランプ１２はバルブ１４を、図２（Ａ），
（Ｂ）に示すように例えば合成石英等のような高融点ガ
ラスやアルミナ等のような透明セラミック材料により円
環状に構成している。このバルブ１４内には、ブラズマ
により誘起されるリング状のアーク放電１５によって発
光する発光物質、例えばハロゲン化金属、ＮａＩ−Ｃｅ
Ｉ₃ が封入されている。なお、バルブ１４内には上記発
光物質の他に、アルゴン，キセノン，クリプトン，ネオ
ン等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。

【００２４】上記バルブ１４の内周部外面には、始動用
細管１６が接続されている。この細管１６はバルブ１４
と同一材料で形成されていることが望ましく、バルブ１
４の内部に対して隔壁１７を介して隔離されている。始
動用細管１６はバルブ１４の内周部外面から一旦、バル
ブ１４の中心部に延びてから、さらに、その中心部でほ
ぼ直角状に曲がって起立しており、この細管１６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。始動用細管１６の先
端部には始動用電極１８が取着されている。本実施例の
場合、細管１６の先端部に縮小径部１９を形成し、この
縮小径部１９に割りリング形の始動用電極１８を嵌め込
んである。

【００２５】このような始動用電極１８はコンデンサ２
０ａ，２０ｂおよびインピーダンス２０ｃを含む始動回
路２０に接続されており、この始動回路２０はマッチン
グボックス２１を介して高周波発振回路２２に接続され
ている。

【００２６】上記始動回路２０にはスイッチング手段２
３が設けられている。スイッチング手段２３は、電子ス
イッチ等からなり、ランプが起動するまで始動回路２０
を間欠的に開閉する。つまり、このスイッチング手段２
３は、始動回路２０を例えば１秒間オンすると、１秒間
オフし、次に再び１秒間オンする、等のようにオンとオ
フを交互に繰り返す作用をなす。

【００２７】なお、上記スイッチング手段２３は、光セ
ンサ２４からの信号を受けた場合にオン・オフの繰り返
しを止め、オフ状態を保つように切換可能となってい
る。光センサ２４はバルブ１４の発光状態を検知するこ
とにより信号を発する。

【００２８】そして、バルブ１４の周囲には励起コイル
２５が配置される。励起コイル２５は、一端が上記マッ
チングボックス２１を介して高周波発振回路２２に接続
されていると共に、他端がアース２６に接続されてお
り、この高周波発振回路２２から供給される１３．５６
ＭＨｚ程度の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２５内には励
起コイル２５のコイル軸方向Ｏ−Ｏに沿って磁界が発生
し、これにより励起コイル２５の中心部空間に収容され
たバルブ１４内に、コイル軸Ｏ−Ｏを取り巻くようにし
てプラズマによるドーナツ形のアーク放電１５が発生す
る。このアーク放電１５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。

【００２９】上記励起コイル２５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
等の導電性に優れた上下一対の環形金属円板２５ａ，２
５ｂにより構成されている。これら一対の環形円板２５
ａ，２５ｂは、コイル軸Ｏ−Ｏ方向に対向して配置され
ており、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２５ａ，２５ｂはそれぞれ周方向に
連続するものではなく、周方向の一部で分離されてお
り、一方の環形円板２５ａの内周部と他方の環形円板２
５ｂ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。

【００３０】次に本実施例の作用を説明する。

【００３１】無電極放電ランプ１２を始動させる場合
は、高周波発振回路２２から始動用電極１８に始動電圧
を供給し、同時に励起コイル２５に高周波電流を流し、
バルブ１４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１８とバルブ１４内の電界との間で電
位差が生じ、細管１６内の希ガスがグロー放電を発生す
る。

【００３２】このため、細管１６内のグロー放電と、バ
ルブ１４内の電界との間に、電界勾配が発生してバルブ
１４内でプラズマ放電が誘起され、リング形状の放電１
２が発生する。この放電１２がバルブ１４内の発光物質
が電離および励起されて発光する。この発光を光センサ
２４が検知すると、スイッチング手段２３が作動を停止
し、以後ランプの点灯中は始動回路２０を開き放しにす
る。

【００３３】そして、本実施例ではバルブ１４を円環状
に形成しているので、このバルブ１４で発生するリング
状のプラズマ放電１２は、その始動点灯直後とそれ以後
も、その大きさがバルブ１４により殆ど規定されてしま
い、大きさの変動を殆ど抑制することができる。

【００３４】このために、プラズマ放電１２の径の変化
に伴うランプ電流と電圧の位相差の変動も抑制されるの
で、励起コイル２５へ電力を供給するためのマッチング
の変化が小さい。これにより、充分な電力をバルブ１４
内に供給して立ち消えを防止することができる上に、明
るさの変動を殆ど抑制することができる。

【００３５】また、電流と電圧との位相差の変動が小さ
いので、高周波発振回路２２のＦＥＴ等のパワー素子に
逆電圧が印加されたり、電流が急激に変化して破損する
ことも防止できる。

【００３６】さらに、ドーナツ状のプラズマ放電１２の
大きさを、円環状のバルブ１４を大きくすることにより
強制的に大きくできる一方、放電１２の内径は小さく規
制できるので、放電１２と励起コイル２５との相対距離
を小さくすることにより、励起コイル２５と放電１２と
の結合度を高めて、効率向上を図ることができる。

【００３７】図４は本発明の他の実施例の無電極放電ラ
ンプ３０を示しており、これは前記実施例の無電極放電
ランプ１２のバルブ１４を円管として、透光性の外管３
１内に内蔵して二重管に構成した点に特徴がある。

【００３８】この無電極放電ランプ１２は始動用細管１
６を、円環状のバルブ１４の中央部にて起立させている
ので、内管のバルブ１４に外管３１を容易に同心状に内
蔵することができる上に、重心も安定する。

【００３９】図５および図６は、本発明のさらに他の実
施例を示すもので、前記無電極放電ランプ装置１１を光
源とした道路灯４０を示す。

【００４０】図５において、符号４０ａは高速道路等の
道路を照明する照明装置のポールであり、上端部に照明
器具４１が設置されている。このポール４０ａの高さＨ
は、無電極放電ランプ装置１１に供給する高周波電流の
波長λに対し、λ／２またはλ／２の整数倍となるよう
に設定されている。例えば高周波発振回路２の出力周波
数が１３．５６ＭＨｚの場合、波長λは２２．１ｍであ
り、これに対しポール４０ａの高さＨはλ／２＝１１．
０５ｍに設定されている。

【００４１】ポール４０ａの先端に取着された照明器具
４１は、図８に示すように、器具本体４２の下面開口を
プリズムカバー４３により閉塞しており、この器具本体
４１内には反射鏡４４が設置されている。この反射鏡４
４内には所定の位置に、図１に示した無電極放電ランプ
装置１１が設置されている。この無電極放電ランプ装置
１１から放射された光は、反射鏡４４により反射され、
上記プリズムカバー４３により照射方向を制御されて道
路を照射するようになっている。器具本体４１内には、
無電極放電ランプ１２の点灯を維持する図１に示すよう
な高周波発振回路２２，マッチング回路２１を含む主点
灯回路がプリント回路基板４５に配線して設けられてい
ると共に、上記放電灯を始動させるための始動回路部品
４６が収容されている。

【００４２】上記放電ランプ１２を構成する高周波励起
コイル２５の一方の環形円板２５ａは、端部を一体に延
長してプリント回路基板４５に機械的および電気的に接
続されており、また、他方の環形円板２５ｂは、器具本
体４２をアースとしてアース電極２６（図３）に接続さ
れている。器具本体４２はポール４０ａを通じて地面と
同電位となっている。

【００４３】また、器具本体４２内にはファン４７が設
けられており、このファン４７はダクト４８，４９を通
じて放電ランプ１２に冷却用の送風を行なうようになっ
ている。ファン４７は、無電極放電ランプ装置１１の点
灯中に運転されるようになっており、よってこの無電極
放電ランプ装置１１は点灯中に常に上記ファン４７によ
り発生した風によりダクト４８，４９により強制冷却さ
れる。このため、管壁に沿ってリング形状に形成される
プラズマによりバルブ１４の管壁が加熱されようとして
も、管壁が強制冷却されるのでバルブ１４の変形や破
裂，封入物質の不所望な反応を防止し、かつ励起コイル
２５の温度上昇も抑えることができる。

【００４４】このことから、電界強度を強くして集中さ
せることができ始動性の向上が可能となり、またランプ
を一重管にして小形化が可能になり、かつコイルの冷却
もなされるので大電力を投入することも可能になり、発
光効率を高くすることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本願第１〜第６の発
明は、透光性のバルブを円環状に構成しているので、バ
ルブ内に発生するリング状の放電プラズマの大きさを、
このバルブにより規定することができる。このために、
点灯直後と、それ以後とで放電プラズマの径変化を小さ
く抑制できるので、ランプ電流と電圧の位相差の変動が
小さい。その結果、バルブに電力を充分に供給できる上
に、立ち消えを防止し、明るさの変動を小さくすること
ができる。

【００４６】また、ＦＥＴ等のパワー素子の破損を未然
に防止することができる。

【００４７】また、本願第２の発明は、始動用細管が、
円環状バルブの中央部から外方へ起立するので、この円
環状バルブを透光性の外管内に内蔵して、二重管に構成
する場合には、外管と内管のバルブとを容易に同心状に
設けることができ、二重管の構成が非常に容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る無電極放電ランプの一実施例の縦
断面図。

【図２】（Ａ）は図１で示すバルブの平面図、（Ｂ）は
同斜視図。

【図３】本発明に係る無電極放電ランプ装置の一実施例
の全体構成図。

【図４】本発明の他の実施例の正面図。

【図５】本発明のさらに他の実施例を示す道路灯の側面
図。

【図６】図５の要部の拡大図。

【図７】従来の無電極放電ランプの断面図。

【図８】（Ａ）は従来の二重管壁の無電極放電ランプの
正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図。

【符号の説明】

１１ 無電極放電ランプ装置 １２ 無電極放電ランプ １３ 点灯装置 １４ バルブ １５ プラズマ放電 １６ 始動用細管 １７ 隔壁 １８ 始動用電極 ２０ 始動回路 ２１ マッチングボックス ２２ 高周波発振回路 ２４ センサ ２５ａ，２５ｂ 一対の励起コイル ４０ 道路灯 ４１ 照明器具 ４２ 器具本体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光物質を封入する透光性のバルブを、
   円環状に形成し、このバルブに、その内部と隔離して始
   動用希ガスを封入する始動用細管を接続したことを特徴
   とする無電極放電ランプ。
2. 【請求項２】 始動用細管は、バルブの内壁に接続さ
   れ、その先端部を、バルブの中央部へ延出させてから直
   角方向へ起立させて外部電極を設けていることを特徴と
   する請求項１記載の無電極放電ランプ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のバルブに、偏平
   状の高周波コイルを近接させて配設したことを特徴とす
   る無電極放電ランプ装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の始動用細管の始
   動用電極に始動用電圧を印加する始動回路と、請求項３
   記載の偏平状の高周波コイルに高周波電圧を印加する点
   灯装置を有することを特徴とする無電極放電ランプ装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の無電極放電ラン
   プ、あるいは請求項３または４記載の無電極放電ランプ
   のいずれかを光源として器具本体に設けたことを特徴と
   する照明器具。
6. 【請求項６】 請求項５記載の照明器具を道路上に立設
   してなることを特徴とする道路灯。