JPH06101320B2 - Electrodeless discharge lamp device - 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。The present invention relates to an electrodeless discharge lamp device that discharges and emits light using a high-frequency electromagnetic field.

［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。[Prior Art] Recently, an electrodeless discharge lamp device has been developed in which an electrodeless discharge lamp is externally applied with an electromagnetic field or an electromagnetic wave to discharge and emit light.

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。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an electrodeless discharge lamp device in which a high-frequency electromagnetic field is generated by a coil wound around the outer periphery of an electrodeless discharge lamp to discharge and emit the lamp. In the figure, reference numeral 1 denotes a spherical electrodeless discharge lamp, which is hermetically formed of a light-transmitting material such as quartz or ceramic, and a predetermined amount of a rare gas or a substance which emits light by electric discharge is enclosed inside, The inner surface is coated with a fluorescent material as needed.
Reference numeral 2 denotes an electromagnetic field applying coil wound around the outer periphery of the electrodeless discharge lamp 1, which is connected to the high frequency power supply device 4 via the impedance matching device 3 to generate a high frequency electromagnetic field.

［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。[Problems to be Solved by the Invention] Here, let us consider the discharge mechanism (two cases of starting and stable lighting) when the electrodeless discharge lamp 1 is lit by the above-mentioned electrodeless discharge lamp device.

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。First, the starting mechanism of the electrodeless discharge lamp 1 will be considered. When high frequency power is applied from the high frequency power supply device 4 to the electromagnetic field applying coil 2 through the impedance matching device 3, an electromagnetic field is generated. The electrons in the lamp 1 arranged inside the coil 2 are accelerated by the electric field generated by the coil 2 and cause dielectric breakdown. That is, the discharge in the lamp 1 starts (starts). That is, the stronger the electric field applied to the electrons, the more energy the electrons gain, and the faster they are accelerated, and the more likely they are to start.

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。2 (a) and 2 (b) are schematic views showing a cross section of the portion of the lamp 1 and the coil 2 shown in FIG. 1, and 5 is a light emitting substance enclosed in the lamp 1. The luminescent material 5 is a solid or liquid at room temperature and is vaporized or sublimated by being heated (actually heated by the heat of discharge). For a gas at room temperature, the luminescent substance shown in FIG. 2 is emitted. It does not exist like substance 5.

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。2A shows the case where the coil 2a having a narrow coil winding interval L is used, and FIG. 2B shows the case where the coil 2b having a wide coil winding interval L is used. As described above, starting the electrodeless discharge lamp 1 is easier when the electric field strength in the lamp 1 is stronger, as shown in FIG.
Comparing (b), a coil with a narrow coil winding interval L
2a has a stronger electric field strength between coil wires for the same input and is easier to start. Therefore, it is understood that the winding interval of the coil 2 should be narrow when starting the lamp 1.

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。Next, consider the case of stable lighting. Figure 3 (a),
(B) is a schematic view without showing a cross section of the lamp 1 and the coil 2 during stable lighting, and 6 is plasma generated in the lamp 1. The light-emitting substance 5 in the lamp 1 is evaporated or sublimated by the heat from the plasma 6, and the atoms or molecules of the light-emitting substance 5 are excited in the plasma 6 (some substances are dissociated and then excited). ), Emits light.

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。In the case of this light emission mechanism, the difference in the influence of the plasma 6 on the light emitting material 5 due to the difference in the winding interval of the coil 2 will be described. In the electrodeless discharge lamp device configured as shown in FIG. 1, plasma 6 generated in the lamp 1 is mainly generated in the vicinity of the coil 2. In other words, the plasma density near the coil 2 is high.

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。FIG. 3 shows the relationship between the winding interval of the coil 2 and the plasma 6 generated in the lamp 1. FIG. 7A shows a case where the coil 2a having a narrow coil winding interval is used, and FIG. 8B is a schematic sectional view showing a case where the coil 2b having a wide coil winding interval is used.

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。As is clear from the comparison diagrams shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the coil 2b having a wider coil winding interval has a larger lamp 1
The spread of the plasma 6 inside is also wide. Further, the heat from the plasma 6 that the luminescent material 5 receives becomes naturally higher when the distance between the luminescent material 5 and the plasma 6 is narrower. Further, the amount of light emitted from the lamp 1 becomes stronger as the amount of the light emitting substance 5 present in the plasma 6 increases. The heat determines the amount of the luminescent material 5 in the plasma 6. Considering the above, in order to emit a large amount of light from the lamp 1 during stable lighting (steady lighting), it is necessary to widen the winding interval of the coil 2 and spread the plasma 6 in the lamp 1 to some extent. There is. That is, in order to obtain a large amount of light, it is understood that the winding interval of the coil 2 should be wide.

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。As described above, in the electrodeless discharge lamp device having the configuration shown in FIG. 1, it is desirable that the winding interval of the coil 2 is narrow at the time of starting the lamp 1, and the coil is required to obtain a large amount of light during stable lighting. It can be seen that a wider winding interval of 2 is desirable.

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。However, the winding interval of the coil 2 is determined by what characteristics are important in designing, and even if the winding interval is selected as an intermediate value between the optimum values at the time of starting and at the time of stable lighting, It is not possible to obtain sufficient lamp characteristics. That is, it is difficult to design the coil 2 that optimizes both the starting time and the stable lighting time.

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。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an electrodeless discharge lamp device that can be easily started and can obtain a large amount of light during stable lighting. .

［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。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention provides a light emission sealed in the lamp by applying a high frequency current to an electromagnetic field applying coil wound around the outer circumference of the electrodeless discharge lamp. In an electrodeless discharge lamp device formed by exciting and emitting a substance, the winding interval of the coil is configured to be narrow at the time of starting and wide at the time of stable lighting.

［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。[Operation] According to the present invention, since the winding interval of the coil is narrow at the time of starting, the electric field strength between the coil wires for the same input is increased, and the starting is facilitated. Further, since the winding interval of the coil becomes wide during stable lighting, the plasma in the lamp spreads, the luminescent substance can be sufficiently heated, and a large amount of light can be obtained.

［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。[Embodiment] FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes a spherical electrodeless discharge lamp, which is airtightly formed by a light-transmitting material such as quartz or ceramic and has an internal structure. Is filled with a predetermined amount of rare gas or a substance that emits light by electric discharge, and a fluorescent material is applied to the inner surface as necessary. Reference numeral 2 denotes an electromagnetic field applying coil wound around the outer periphery of the electrodeless discharge lamp 1, which is connected to the high frequency power supply device 4 via the impedance matching device 3 to generate a high frequency electromagnetic field.

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。Here, the electromagnetic field applying coil 2 is formed of a shape memory alloy having a bidirectional property, and stores two states of the shape at low temperature and the shape at high temperature. In other words, regarding the shape at low temperature, the coil shape before starting without the lamp 1 being turned on, that is, the winding interval of the coil 2 is narrow, and when high-frequency power is applied, the electric field strength between the coils 2 and 2 is strong. The state (the state of the coil 2a shown in FIG. 2 (a)) is memorized. Regarding the shape at high temperature, the coil shape when the lamp 1 is stably turned on, that is, the winding interval of the coil 2 is wide, The state in which the luminescent substance can be sufficiently heated (state of the coil 2b shown in FIG. 3 (b)) is stored.

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。With respect to the setting of each of the above temperatures, the low temperature is set to a state where the lamp 1 is not turned on, that is, the room temperature or the ambient temperature of the place where the device according to the present invention is installed (in this embodiment, 25 ° C.). (Setting), high temperature lamp 1
Is set to a temperature (400 ° C. in the present embodiment) during stable lighting, but the set temperature can be changed by changing the mixing ratio of each metal forming the shape memory alloy. Needless to say. In this embodiment, 2
As the shape memory alloy having directional properties, a Na-Ti based alloy and a Cu-Zn-Al based alloy were used.

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。Next, specific shapes and dimensions and measurement results according to this example will be described.

・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。・ Diameter of electrodeless discharge lamp 1; 23mm ・ Encapsulation inside lamp 1; Xe: 100Torr NaI: 8.0mg T1I: 1.5mg InI: 0.5mg ・ Number of turns of coil 2; 3 turns ・ Coil 2 winding interval L is a coil A of L = 3 mm which is optimal at the time of starting (corresponding to FIG. 2 (a)), and a coil of L = 6 mm which is optimal at stable lighting (corresponding to FIG. 3 (b)). B, made of shape memory alloy, winding spacing at low temperature is about 3mm, winding spacing at high temperature is about 6mm
A coil C set so that

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。Regarding the electrodeless discharge lamp device using the coils A, B, C,
The table below shows the results of measuring the power required for starting and the luminous flux during stable lighting. However, the power is the output power from the high frequency power supply device 4 shown in FIG. 1, and this value includes the power consumed by the lamp 1 and the power loss in the impedance matching device 3. . At the time of stable lighting, it was lit in the state of 200 W with the electric power display described above.

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。 Further, when the luminous flux value was measured, at the same time, the temperature of the lower portion of the lamp 1 (where the luminescent material 5 was present) was also measured.
As a result, in the case of coil A, 430 ° C, and in the case of coil B, 5
It was 10 ° C. In the case of the coil C, the temperature was slightly lower than 510 ° C.

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。From this, too, by expanding the plasma region and narrowing the interval between the luminescent substance 5 and the plasma 6 as shown in FIG. 3 (b) during stable lighting, the luminescent substance 5 is heated more and evaporated more. However, as a result, it can be seen that the light amount increased.

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。Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the means for narrowing the winding interval of the coil at the start and widening it at the stable lighting is not limited to the shape memory alloy. Further, the shape of the lamp 1 is not limited to the spherical shape.

［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。[Effects of the Invention] As described above, the present invention excites the luminescent substance enclosed in the lamp to emit light by energizing the electromagnetic field applying coil wound around the outer circumference of the electrodeless discharge lamp with a high-frequency current. In the electrodeless discharge lamp device according to the present invention, the winding interval of the coil is narrowed at the time of starting and widened at the time of stable lighting, so that respective characteristics can be maximized at the time of lamp starting and stable lighting. That is, it is possible to provide an electrodeless discharge lamp device that can be easily started and can obtain a large amount of light when it is stably lit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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。FIG. 1 is a schematic view showing an example of an electrodeless discharge lamp device, and FIGS. 2 and 3 are schematic views showing cross sections of a lamp part and a coil part, respectively. 1 ... Electrodeless discharge lamp, 2 ... Electromagnetic field applying coil, 3 ...
Impedance matching device, 4 ... High frequency power supply device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。1. An electrodeless discharge lamp device comprising a coil for applying an electromagnetic field wound around the outer circumference of an electrodeless discharge lamp, wherein a high-frequency current is applied to excite and emit a luminescent substance enclosed in the lamp. An electrodeless discharge lamp device characterized in that a winding interval of the coil is narrow at the time of starting and wide at the time of stable lighting.