JPS5939863B2 - 無電極放電によつて光を発生する方法並びに放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明（１無電極放電、更（こ具体的１こ云えば、無
電極放電による電力から光への変換効率を改善すること
１こ関する。

白熱灯（１家庭用並びに営業用の主な照明源である。

然し、その光放出フィラメントは使っている内ｌこ蒸発
して細くなり、この為壊れ易く或いはその支持体から離
れ易くなる。

この為、白熱灯の寿命は短くて予測出来ない。

更ｌこ重要なことは、電力を光ｌこ変換する際の白熱灯
の効率ｌＪ非常に低く、例えば電力１ワツトあたりの光
は約１５ルーメンである。

一般ｆこ螢光灯は白熱灯より一層効率がよいと共ｌこ耐
久性があるわ然し、従来の螢光灯は安定器電源及び特別
の器具を必要とし、螢光灯を使う前１こ（Ｊｌ これ
らを設置しなければならない。

更ｌこ、電極は成る期間にわたって崩解する。

従来、主権がない照明装置となる別の考えがある。

然し、こう云う装置はこれ迄の処、商業的１こ利用し得
るものではない。

この１種類の装置が米国特許第３５００１１８号及び同
第３５２１１２０号ｆこ記載されている。

これは空心の高周波変圧器が、無電極アーク放電電に電
力を伝達する為に使われた時、放電に対するエネルギの
結合効率が悪く、その結果放射となって電力損失が起る
が、これはそれ自体として好ましくないと共ｌこ危険で
もある。

この点ｆこついて（」、こう云う装置が成る程度の効率
で有用な期間ｌこわたってうまく動作させられたことは
決してないと述べられている。

この為、無電極アーク１こ対する電力の結合効率をよく
する為１こは、誘導コイルの内部１こフェライト鉄心を
用いることが必要であると主張されている。

フェライト材料は、この様な用途ｆこ用いた時、かなり
効率の悪さを招く。

最初、この材料（」適切な高い周波数での動作が不可能
ｆこなる程、誘導コイルのインダクタンスを増加する。

この為、フェライト鉄心を持つ装置は本質的ｌこ低周波
数の装置であり、その動作１こは誘導磁場の強さを極め
て高くすることが必要である。

第２１こ、フェライト鉄心のヒステリシス損失１こより
、フェライト材料の加熱が進み、フェライト鉄心に巻装
されたコイル内の循環電流（こよっても、鉄心の伝導に
よる加熱が起り、放電によって放出された光学的な放射
が直接的並びに間接的Ｉこ鉄心又は介在する材料に入射
すること、並びｆこ鉄心中Ｉこ存在するオーミック効果
によっても同様のことが生ずる。

普通１００乃至１５０℃の近辺であるキューり塩度では
、大抵の普通のフェライトの透磁率は非常（こ低い値ま
で不連続ｆこ下がることがよく知られている。

装置の動作中１ここう云う鉄心温度ｌこなると、誘導コ
イルはそのインダクタンスが太幅（こ減少することによ
って実効的ｌこ負荷がなくなり、誘導磁場の大きさが太
幅ｌこ減少し、放電が消滅し、この時負荷がなくなるト
ランジスタは熱的暴走状態の為ｆこすぐに故障する。

またこの様な装置の適当なフェライト鉄心の費用は、こ
の放電ｆこ給電する電子装置の他の部分の全体の費用と
同じ程度である。

この為、この様な鉄心は装置の効率を悪化させると共（
こその動作の信頼性を低下させるだけでなく、電子装置
の費用をも太幅（こ上昇させる。

上（こ挙げた従来技術では、補助放電起動回路が電球１
こ電場を印加して、初期の電離を行なわせる。

この後、フェライト鉄心の交番磁場により、放電（こ対
してエネルギが結合される。

フェライト変圧器の５ターンの１次巻線ｆこ対する入力
端子及び電流は、５０キロヘルツの周波数では５０ボル
ト並びｌこ０．６アンペアであり、誘起電圧並びに電流
（」犬ｒ＊ｔｏボルト及び３アンペアと云われ、鉄心損
失は約３ワツトである。

この装置の発光効率は４０ルーメン／ワツトと云われる
が、実質的な回路損失はこの数字１こは入ってない。

実１験室での研究ｆこよると、交流１１０ボルトの線路
から整流してこの回路ｌこ加える入力電圧は１５５ボル
トである。

フェライト変圧器（こ対する５０ボルトの入力ＬｔＡ級
状前状態１こしか遠度出来ず、その場合、３０ワツトの
高周波数出力を碍るｆこ（」、回路の入力電力は６０ワ
ツト以上が必要である。

この為、この装置の回路全体の発光効率は２０ルーメン
／ワツト以下であり、これは従来の白熱灯の発光効率よ
り僅かによい微光ｆこすぎない。

この発明で（４、特定の圧力の特定のガス組成物で構成
される電離し得る媒質中に無電極放電を開始した後、平
均として、自由電子が磁場の周波数の正弦周期の１７４
．１と大体等しい時間内に、その平均自由行路に等しい
距離で電離速度まで加速される様な周波数並び１こ大き
さを持つ無線周波数の誘導磁場を媒質ｌこ結合すること
ｌこより、この放電が維持される。

こうすることｌこより、放電１こよる無線周波数の電力
から光への変換効率が最適（こなる。

一般（こ、従来の電子部品は、効率よく発生し得る無線
周波数の誘導磁場の周波数並びｌこ／又は大きさに制約
を加える。

この為、この発明の１面として、所定の周波数、ガス圧
力並びにガス組成１こ対する誘導磁場の大きさを、無線
周波数電力から光への変換効率を最大ｌこする様（こ選
ぶ。

この発明の別の面として、所定の磁場の大きさ、ガス圧
力並びにガスの粗度（こ対する誘導磁場の周波数を、無
線周波数電力から光への変換効率を最大にする様に選ぶ
。

（一般に、変換効率をよくするｌこは、周波数（コ３乃
至３００メガヘルツの範囲内（こあることが好ましい）
この結果、無線周波数を発生する電子部品の性能、特性
によって、誘導磁場の周波数並びｌこ／又は大きさの値
ｌこ加えられる制約を守ることにより、直流電力から無
線周波数電力への変換効率も最適ｆこすることが出来る
。

要約すれば、平均自由行路は特定のガスの組成並びに特
定の圧力Ｆこ関係するから、電離し得る媒質の圧力、電
離し碍る媒質のガスの組成、誘導磁場の周波数及び誘導
磁場の大きさが、媒質に結合された無線周波数電力を光
に変換する際の効率を決める、互いに関係を持つ４つの
変数である。

これらの任意の１つの変数の関係としての変換効率は、
他の３つが一定である場合、この１つの変数の特定の値
で最適の値を持つ。

この発明の好ましい実施例では、白熱灯の管球と同じ形
の密封外被ｆこ水銀蒸気とアルゴンの様な不活性起動ガ
スとを装入する。

螢光放出発光体の層を外被の内面上に配置し、外被内を
通抜ける開放した円筒形空洞内に誘導コ１ルを配置して
、その誘導磁場の大部分が装入物を通過する様ｆこする
。

コンデンサと直列のコイルを含む同調回路を持つ無線周
波数発振器を、普通の白熱灯用ソケット１こねじ込まれ
る口金の内部ｆこ収容する。

発振器が４メガヘルツの無線周波数で電気エネルギを発
生し、それがコイルに印加されて場を発生する。

コイルの両端の電場が外被内にある水銀蒸気の電離を開
始し、誘導磁場がこの電離を維持し、発光体を励振して
白色光を放出させる紫外線を放出する様ｆこする。

外被の内、円筒形の空洞を限定する部分の内面の上には
、発光体の下側に電気絶縁性の紫外線反射層を設け、こ
の部分を介して紫外線が失われるのを防止することが出
来る。

この発明を実施す碌良の態様と考えられる例を次に図面
ｆこついて説明する。

従来の結合方式とは対照的ｌこ、放電装置を以下説明す
る方法によって設計し、放電自体を電子装置の共振回路
の損失部分ｌこすると、放電にエネルギを効率よく結合
することは例等問題ではないことが判った。

即ち、実用的な限界内で、無電極アーク放電、特に螢光
灯照明ｔこ適した無電極アーク放電を発生する際ｌこ、
誘導装置の設計には、結合に原因する目立った拘束は何
も認められない。

即ち、放電容器の形を地球から長い円筒ｆこ変えた場合
、普通の高周波数共振ソレノイド、１ターンのループ、
及びバイファイラ回路の様な延長構造の内部並びに外部
の両方で、首尾よく無電極アーク放電が発生された。

無電極螢光灯を効率よく励振するのに、簡単な共振ルー
プ、又（」シートの等角写像ｌこよって得られる任意の
誘導子の形を使うことが出来ることが判った。

この為、短絡高周波電流通電バイファイラ回路を長い円
筒形空洞内の長さに沿って密し接近して配置するだけの
こと１こより、誘起電流を螢光灯の片側に沿ってその長
さｌこわたって通し、その後、螢光灯の反対側に沿って
帰る様ｌこすることも完全１こ可能である。

この様な回路（」、例えば既ｌこフィラメントが断線し
た棄てられた普通の螢光灯に首尾よく給電することが出
来た。

この発明（Ｊ商業的な用途で（」フェライト並び１こ鉄
心材料を排除する。

その理由は上１と述べた所から明らかである。

空心コイルから放電に対して高周波数エネルギを結合す
るこ、ｕｌ−Ｊ、この明細書で述べる様ｌこ適当な放電
パラメータを選びさえすれば、当業者ｔことって何等重
犬な問題と（」ならない。

事実、誘導コイル及びプラズマが同調回路の共振性誘導
素子を形成出来る様にする時、放電に対するエネルギ伝
達効率が最大Ｉコなる。

共振状態では、誘導コイル並びにそのプラズマのインダ
クタンスが適当な共振コンデンサと共（こ、高周波数の
源に対して呈するインピーダンスは、定義ｆこよって純
粋な抵抗である。

従来は、補助放電起動手段を設ける必要があることが云
われており、螢光灯の管球の著しい加熱による容量性放
電方法から、中性ガスに過電圧を加える為の逓昇変圧器
を周うまでの方法が文献（こ記載されている。

こういう手段は、適当な放電パラメータの選択１こ、こ
５で述べる方法を用いる時（」、不必要であることが判
った。

更ｌこ、補助放電起動手段は装置の費用を増やすと共に
装置の信頼性を低下させ、従って、商業的な無電極アー
ク照明装置の設計で（Ｊ排除すべきである。

無電極螢光灯の商業性を判断する基準として、動作効率
、装置の信頼性並びに部品の費用が主な因子であること
を知らなければならない。

これらの因子の組合せＩこよって、商業的（こみたこの
発明の真価が判る。

こ＼では、標準型のエンジン形口金を用いる家庭用器具
と両立し得る無電極値光灯装置の設計に用いた時、普通
の螢光灯の効率に近い効率を生ずる低圧無電極アーク放
電を最適にする方法を説明する。

装置の信頼性がこ＼に説明する最適化の方法に従って適
正に設計することｔこよって高められ、またこの方法を
守ることによって不必要となる部品を除去することｌこ
より、更ｆこ高められる。

即ち、フェライト鉄ｔＬｚ 多重巻線、補助起動回路、
外部反射器及び同様な部品は装置の信頼性１ことって有
害であることが判ったので、実際の装置の設計からはこ
とごとく追放される。

この様ｌこ追放することにより、装置の費用が目立って
低減すると共ｆこ、その信頼性が高まり、これは生産を
大規模（こし、その使用を普及させ様とする製品にとっ
て不可欠であることが判った。

第１図及び第２図では、密封透光性硝子外被１０には、
水銀蒸気とアルゴンの様な不活性ガスとの混合物から成
る電離し得るガス状媒質が装入される。

外被１０（」白熱灯の管球の形であるが、球形の様な任
意の密封外被で十分である。

典型的Ｅこは、アルゴンの分圧は１乃至５トル程度であ
る。

アルゴンの目的は、後で説明する周知のペニング効果に
より、外被１０内での水銀の放電の開始を容易にするこ
とである。

開放円筒形空洞１１が外被１０の中心を通る。

外被１０の内面の内、空洞１１を限定する部分は、酸化
マグネシウム又は酸化ジルコニウムの様な電気絶縁性で
紫外線及び白色光を反射する材料の層１２で被覆されて
おり、効率を高める為（こ標準型の発光体で更にその上
を被覆することが出来る。

標準型のハロ燐酸塩又は］四四項燐酸の様′な発光体の
層１３が、外被１０の内、空洞１１を限定する部分の上
で層１２に重ねられる。

残りの外被１０の内面が発光体の層１４で被覆される。

非導電性で非磁性の任意の材料で作りれた円筒形のコイ
ル巻型又は心棒１８が、空洞１１１こはまる寸法になっ
ている。

心棒１８の１端が口金１９ｆこ取寸けられる。

この口金が普通の白熱灯用ソケットにねじ込まれる。

口金１９の内部ｔこ無線周波数発振器が収容され、この
発振器は、心棒１８の面上ｆこ巻装した誘導コイル２０
を含む同調回路を有する。

心棒１８の唯一の目的は、コイル２０を支持することで
あり、この為、これは任意の適当な低廉な材料で作るこ
とが出来る。

口金１９とは反対側のコイル２０の端は、心棒１８の中
空の中心部を通る遮蔽導線によって無線周波数発振器Ｉ
コ接続することが出来る。

口金１９に接点２１．２２があり、これを介して標準的
な１２０ボルト、６０サイクルの交流電力を無線周波数
発振器ｌこ供給することが出来る。

第２図に示す様に外被１０及び口金１９を組立てた時、
コイル２０ｔこよって発生される場が外被１０内の電離
し得る媒質に密１こ接近しており、この為、発振器から
の無線周波数電力を物理的１こみでも媒質ｌこ効率よく
結合することが出来る。

外被１０の内、口金１９ｔこ接触する部分は、口金１こ
接着して螢光灯が遇発的（こ分解するのを防止してもよ
いし、或いは調節自在の締金或いはねじによって機械的
に拘束して、必要な場合、電球を取替えられる様１こし
てもよい。

これから第３図１こついて説明する様ｌこして、無線周
波数発振器が、螢光灯を最初ｔこオンに転じた時、コイ
ル２０の両端に十分高い電圧が誘起される様に設計され
、こうして、その結果中じた電場が水銀蒸気を絶縁破壊
させ、即ち電離し、外部起動回路を使わすｌこアーク放
電を形成する様になっている。

放電が設定された後、発振器からの無線周波数電力がコ
イル２０の誘導磁場を介して放電ｌこ結合される。

電離した水銀蒸気は主に２５３．７ナノメータの波長を
持つ紫外線を放出する。

この紫外線の一部分が外向きｌこ層１４へ通過し、そこ
で発光体によって吸収されて発光体を励起し、この発光
体が照明に適した白色光を放出する。

残りの紫外線は内向きに空洞ＩＨと向い、層１３によっ
て吸収されるか或いは層１２によって反射されて外被１
０の内部に向うが、その硝子壁を通過しない。

層１３によって放出された白色光も層１２ｆこよって外
被１０の内部に向う様ｆこ反射される。

この白色光は層１４及び外被１０を通過し、この螢光灯
の全体的な照明ｔこ寄与する。

層１２がある為、紫外線又は白色光が、外被１０の内、
空洞１１を限定する部分を通じて失われることが避けら
れ、層１２の位置が外被１０の内側である為、外被１０
の硝子壁を通る無用の透過（こよる紫外線の減衰が避け
られる。

動作周波数並びｌこ誘導磁場の強さが選ぶ方法は、無電
極アーク自体の動作条件を考えると一番判り易い。

放電を維持する誘起された電圧は、放電通路にわたる磁
束の時間的な変化速度ｆこよって決定される。

放電区域（コ普通／ｌ」放電灯の幾伺学的な条件（こよ
って決まるから、誘起電圧を適正なレベルｆこ調節する
（こは、磁気誘導Ｂ及びこの磁場のラジアン周波数ωの
積の値を調節するしかない。

低圧無電極アークでは、誘導場の周波数は、対象とする
動作圧力ｆこ於て、使う特定の放電形成ガス又（」蒸気
に、対する最適の絶縁破壊基準に部分的（こ基づいて選
ばなければならない。

これは主に、維持用の誘起電圧の循環的なピークの合間
ｌこ放電形成ガス又は蒸気を反復的ｌこ電離することｌ
こ伴っで、不必要な且つ大幅の損失があるからである。

最初の絶縁破壊の前に、誘導体が螢光灯又はその内容と
相互作用しないことを認識しなければならない。

この為、この絶縁破壊の場は電気的なもので、然も放電
を開示するのｌこ十分な強さでなければならない。

この場は、この発明の誘導コイルの軸方向の電場によっ
て発生するのが便利であり、コイルの単位長あたりＬ
ｄ ｔの値を持つ。

こＮでｔ ＩＪコイルの自由空間１こ於けるインダクタンス、ｄｉ
／ｄＮｊ誘導コイル電流の時間的な変化速度で、ωｉで
大きさが表わされる。

この為、この発明で（１、起動電場の大きさが誘導コイ
ルを駆動する周波数並びに誘導コイル電流Ｅこ正比例す
る。

これらのパラメータを適当ｆこ選べば、この発明では外
部起動手段を必要としない。

そこで、大抵の純粋な放電を形成する低圧ガス用の最適
な磁場周波数を決定するための条件としては、放電のた
めの典型的な電子は、絶縁破壊電場、即ち電離し得る媒
質の電離を開始する電場の正弦状周期の１／４ｆこ大体
等しい時間内ｌこその平均自由行路（行程）Ｆこ等しい
距離で電離速度まで加速されるものでなければならない
。

最適な磁場周波数より高い周波数であると、最大電離速
度以下の速度をもたらすことｔこなるので、特定の距離
速度で電離速度まで加速される典型的な電子ｌこ対して
は、上記条件が必要となる。

これ（Ｊ典型的な電離電子は、与えられた電場と位相が
逆であること、この電子（」平均自由行路の特定の距離
内では電離速度を達成することができず、それよりもい
くらか大きい距離で達成できることによる。

即ち、そうでなければ、電場が反転し、典型的な放電電
子を減速させ、これｌこより、放電電子が最大電離速度
以下の速度となり電離衝突を行なわず、熱的な特性Ｅこ
影響を与える程度の衝突となる。

従って、最適な磁場周波数以下の周波数は最大電離速度
以下の速度をもたらすというのは、平均自由行路の端で
の典型的な放電電子の速度は電離ｌこ必要な速度以下と
なるからである。

さらに、磁場周波数が最適な磁場周波数以下か以上か１
とかかわらず、放電維持のための適切な電離を確保する
ｆこは、誘導磁場の大きさを、最適値より小さい電離の
速度を保証するのｆこ必要な最少値から増加する他（」
ない。

放電【こ必要な電力は誘導磁場並び（こその微係数の大
きさの自乗ｆこ比例するから、場の周波数の選択が正し
くないと、かなりの不必要な電力損失を伴う。

低圧無電極アーク放電の大抵の場合、上ｌこ述べた判断
基準１こ基づいて決定された誘導場の周波数は数乃至数
百メガヘルツであり、好ましく（」３乃至３００メガヘ
ルツであって、普通の低圧ガス内での典型的な放電ｆこ
は誘導場１こ数ガウスを必要とし、放電電力レベルは１
０分の数ワット程度である。

無電極アーク放電内のペニング効果を利用する為に放電
形成ガス及び／又は蒸気の成る混合物を使う時、重要な
場合がある。

ペニング効果を利用する（こ（コ、放電形成ガスの混合
物が存在し、その内の多数種目が、少数種目の電離エネ
ルギより大きなエネルギを持つ少なくとも１つの準安定
状態を持つことが必要である。

公知の様ｆこ、選択側の拘束ｔコより、準安定状態の放
射性の脱励起は非常（こ確率が小さく、その為、こう云
う状態は１０乃至１００ミリ秒にわたる例外的に長い寿
命を持つこトラ特徴とし、この状態のポピユレーション
の減少（１主に衝突過程ｌこよるものである。

ペニング混合物で（」、多数種目の準安定エネルギが少
数種目の電離エネルギを越えているので、準安定状態に
励起された多数種目の衝突ｆこよるポピユレーション減
少の結果、少数種目の電離が起る。

この為、ことごとくこの様な衝突が電離形の衝突である
為、この過程は電離を促進する効率が非常によい。

螢光灯の技術分野で（」、便利なプラズマ形成用ペニン
グ混合物は、背景としてのアルゴン中の少量の水銀蒸気
で構成される。

低圧に於ける水銀の放電（コ、通常発光体の励起ｆこ使
われる２５３．７ナノメータの紫外線放射の効率のよい
源である。

原子１個あたり１０．４電子ボルトを必要とする水銀の
絶縁破壊が、１１．４９及び１１．６６電子ボルトｆこ
準安定状態を持つアルゴンの存在ｒこよって容易１こさ
れる。

この混合物でｌ」、水銀の初期絶縁破壊の基準（コ、準
安定状態に励起されたアルゴンの寿命が比較的長い為、
かなり緩くなる。

この為、ペニング混合物内での放電で（Ｊ、純粋な水銀
中の放電の場合より、誘導場の動作周波数を低くするこ
とが出来る。

一般に、放電形成ガスがヘリウム、ネオン又（コアルボ
ンと水銀のペニング混合物であり、動作状態１こ於ける
全圧が１乃至数トルである螢光灯照明に関連した用途で
は、無電極値光灯動作に低い値のメガサイクル範囲の周
波数で十分である。

上ｌこ述べた様（こして決定された周波数ｆこ於ける放
電の維持ｆこ必要な誘導場の大きさが、この時維持電圧
条件から直接的ｆこ得られる。

大抵は放電通路１吋あたり１乃至２ボルトである。

要約すると、誘導磁場の大きさ並び１こ周波数、媒質の
ガス組成並びにガス圧力は全て互いに関連していて、平
均として、媒質中の自由電子が磁場の周波数の正弦状周
期の１／４Ｉこ大体等しい時間内にその平均自由行路ｆ
こ等しい距離で電離速度まで加速される様【こなってい
る。

こうすると、無線周波数電力から光への変換効率が最適
になる。

変換効率は誘導磁場の大きさ、誘導磁場の周波数、使う
ガス又（」ガス混合物の組成、及び使うガスの圧力又は
ガス混合物の分圧ｌこ関係するから、これらの内の他の
３つのパラメータが一定の状態でｔｄ、これらの内の１
つのパラメータの関数としての変換効率は、この１つの
パラメータの所定の値で最適の値を持つ。

従って、他の点で３つのパラメータ、普通はガスの組成
、圧力及び誘導磁場の周波数或い（１大きさの成る値が
決まる時、残りのパラゲータ、即ち誘導磁場の大きさ又
（１周波数を変えて、最適の変換効率を得ることが出来
る。

第５図（１、電離し得る媒質に与えられた無線周波数の
エネルギの、放射される放射エネルギへの変換効率を示
す三次元グラフであり、最適の変換効率を得るパラメー
タが誘導磁場の大きさＢと周波数ｆの１つに依存するこ
とを示しでいる。

第５図から明らかなようｔこ、磁場周波数ｆｏの固定値
（１最犬変換効率を碍るところの誘導磁場の大きさＢｏ
の値に対応している。

また、固定された磁場の大きさＢｏ（ｊ最大変換効率を
与える磁場周波数ｆｏｇこ対応している。

上記ｆｏとＢｏの合点の平面座標（コ、変換座標上のピ
ーク値であり、変換座標のピーク値と変換効率のピーク
値（４磁場周波数ｆｏの範囲、即ち３ ＭＨｚ 〜３０
０ＭＨｚ内ｆコする。

従ってＢｏの値（４磁場周波数ｆｏの値（こ依存する。

第６図は誘導磁場の周波数ｆと゛、特定の電離可能な媒
質ｆこ対するガス圧Ｐの逆数とに依存している誘導磁場
の大きさＢを示す三次元グラフであり、磁場周波数ｆと
ガス圧Ｐとが変化するときの磁場の大きさＢ］こついて
の効果を示している。

電子部品の現状で（１、得られる螢光灯が白熱灯と競争
力を持つ様なコストのま＼で、直流電力からの変換効率
ｔこ目立った損失を伴わすｌこ発生し得る無線周波数電
力の周波数（こは制約がある。

次（こ第３図（こついて、適度の価格の部品を用いて低
いメガヘルツ数の周波数を発生する、口金１９内（こ収
容された無線周波数発振器の実施例を説明する。

これは電気エネルギを光に効率よく変換するの（こ、フ
ェライト鉄心を必要としない点で特に重要である。

接点２Ｌ２２に印加された１２０ボルト、６０サイクル
の交流エネルギが整流器２６によって、約１７０ボルト
の直流（こ変換される。

整流器２６の出力（こ接続された平滑コンデンサ２７が
この直流を濾波する。

整流器２６の一方の端子は接地されている。

整流器２６の他方の端子（コバイアス抵抗２Ｂを介して
トランジスタ２９のベースｆこ接続されると共ｆこ、無
線周波数チョーク、コイル３０を介してトランジスタ２
９のコレクタに接続されている。

コンデンサ３１及び誘導コイル２０がトランジスタ２９
のコレクタとベースとの間に直列（こ接続されている。

コンデンサ３２がトランジスタ２９のコレクタと大地と
の間１こ接続され、コンデンサ３３がトランジスタ２９
のベースと大地との間１こ接続されている。

トランジスタ２９のエミッタはバイアス抵抗３４及びコ
ンデンサ３５を介して大地ｆこ接続される。

回路（４コルピット形発振器として動作するが、コンデ
ンサ３１がコイル２０と直列（こあること１こよって変
更されており、クラップ形発振器きなる。

この発振器の周波数（」、コイル２０と、直列のコンデ
ンサ３１．３２．３３の実効静電容量並び）とトランジ
スタ２９の電極間静電容量で構成された並列共振回路に
よって決定される。

（放電の絶縁破壊の後、そのリアクタンス３６（破線で
示す）が発振器の周波数ｆこ若干の影響を与える。

）コイル３０は無線周波数電流が同調回路から抵抗２８
１こ伝達されるのを阻止し、この様な電流（４コンデン
サ２７「こよって大地（こ短絡される。

コンデンサ３１（４コンデンサ３２．３３に較べて小さ
い。

この為、コンデンサ３１及びコイル２０で構成される直
列共振回路は発振器周波数で共振状態１こ近い。

絶縁破壊の前ｆこ（」、コンデンサ３１及びコイル２０
で構成されろ直列共振回路の損失は殆んどない。

即ち、電力の消費又（」実効抵抗（コ殆んどなく、従っ
てそのＱが高い。

この結果、コンデンサ３１及びコイル２０の直列回路は
絶縁破壊の前（こコイル２０の両端ｌこ印加された利用
し得る電圧を何倍かに増倍する。

この結果コイル２０によって発生される縦方向の強い電
場が、アルゴン、ガスの助け１こより、水銀蒸気を絶縁
破壊させて、外部起動回路を用いず１こ放電を誘起する
のｔこ十分である。

外部起動回路を除いた結果、費用が大幅（こ節約される
と共ｆこ設計が簡単１こなる。

この放電が設定された後、消費電力が増加し、同調回路
のＱが減少する。

この為、コイル２０の両端に印加される、利用し鍔る電
圧の増倍もかなり減少する。

第３図の回路の部品の値又（」形式は次の通りである。

トランジスタ２９（４モークローラ形２Ｎ６４９８、ト
ランジスタ２９のコレクク、エミツク間静電容量は約１
００ピコフアラド、トランジスタ２９のベース、エミッ
タ間静電容量は約４００ピコフアラド、コンデンサ３１
６ｊ ２００ピコフアラド、コンデンサ３２６−Ａ３６
０ピコフアラド、コンデンサ３３Ｌ１３９００ピコフア
ラド、コンデンサ３５Ｌ１２０００ピコフアラド、コン
デンサ２７は１５０マイクロフアラド、抵抗２８（４３
９０００オーム、抵抗３４Ｌｔ２０オーム、コイル３０
＃ｔ４０マイクロヘンＩＪ−１誘４コイル２０Ｌ１１３
．７マイクロヘンリーである。

この発振器（１無負荷状、態、即ち水銀蒸気の絶縁破壊
の前ｌこ（４，３，６メガヘルツで共振する。

絶縁破壊の後、放電のインダクタンスが同調回路１こ反
映することｌこより、同調回路の会計実効インダクタン
スが減少する。

同様（こ、電極が接近している為ｆこ誘導コイルの実効
静電容量が若干増加し、放電ｆこよって吸収される電力
が同調回路の実効直列抵抗をかなり増加させる。

その結果、費振器の負荷状態ｌこ於ける周波数が約４メ
ガヘルツに増加する。

１２０ボルトＲＭｓの６０サイクルの入力電圧を用いる
場合、回路（１壁掛は形交流電力計で測定して２５ワツ
トを消費する。

発振器（こ対する対応する直流入力電力ｌ−４２３，８
ワツトであり、出力の合計の白色光は８４０ルーメンで
ある。

トランジスタ２９として用いた２Ｎ６４９８１−Ｊカッ
トオフ周波数が５メガヘルツであり、蓄積時間が１．４
マイクロ秒であり、前述の回路では測定値４４％のコレ
クタ効率でＡ級状態で動作する。

この為、この装置の全体的な発光効率？ｊ ８４０ルー
メン／２５ワツト、即ち３３．６ルーメン／ワツトであ
る。

直流発光効率？ｊ ８４０／２３．８即ち３５．３ルー
メン／ワツトである。

無線周波発光効率１；１８４０１０．４４Ｘ２３．８即
ち８０．２ルーメン／ワツトである。

これから当然考えられる改良として、更に高周波数用の
トランジスタを用いてＣ級動作が出来る様にすれば、こ
の場合はコレクタ効率は７０％が普通であるから、装置
全体の発光効率は交流入力電力１ワツトあたり５３．５
ルーメンｌこなる。

第４図ｆこは、第３図の発振器よりも使う部品の数が少
ない変形の発振器が示されている。

同じ部品１こ（」第３図及び第４図で同じ参照数字を用
いている。

第４図で用いるトランジスタ３８は、外部のコンデンサ
を使わずｆこ、同調回路（こついて上ｌこ挙げた静電容
量が得られる様な電極間静電容量を持つ様ｌこ作られて
いる。

この為、トランジスタ３８のコレクタ、エミッタ間静電
容量３９はコンデンサ３２の静電容量及び第３図のトラ
ンジスタ２９のコレクク、ベース間静電容量に等しく、
トランジスタ３８のエミソク、ベース間静電容量４０は
コンデンサ３３の静電容量及び第３図のトランジスタ２
９のエミツク、ベース間静電容量ｆこ等しい。

更（こ、整流器２６の非接地側出力を、無線周波数電位
がゼロ（こなる様な誘導コイル２０上の中間点１こ接続
すること１こより、部品が更ｆこ少なくなっている。

この結果、コイル３０及びコンデンサ２７を設けて無線
周波数電流が抵抗２８を通らない様にする必要（」ない
。

電離し得る媒質（こ結分される磁場を発生する為の装置
を、心棒上１こ支持された多数の巻線を持つ誘導コイル
として示したが、誘導磁場を発生するその他の形式を用
いてもよい。

この事実は、商業的１こ入手し得る現存の管状帯光灯の
フィラメント又は電極が消耗した後に、それを動作させ
る点で実用的な重要な用途がある。

この場合、消耗した螢光灯の外被全体の周りにワイヤの
コイルを巻はけ、上に述べた様ｌこして無線周波数発振
器によって寸勢することが出来る。

こういう動作ｌこより、螢光灯の有効寿命を何倍かｆこ
延ばすことが出来る。

この発明の前述の実施例は、この発明の好ましい形を例
示するものと考えられるべきであって、この発明の範囲
がこの実施例に制限されるものと考えてはならない。

当業者であれば、この発明の範囲内で、この他の種々の
構成が考えられよう。

例えば、４メガヘルツより高い無線周波数ｌこすれば、
効率が更に高くなり、従つつこの様な高い無線周波数を
妥当な価格で効率よく発生し得る電子回路部品が現在で
も利用出来れば、こういう周波数にするのが望ましい。

以上説明した通り、この発明においては、電離し得る媒
質の電離を開始させるに十分な大きさの電場を前記電離
し得る媒体１こ結合させるため、非導電性で非磁性のコ
アｆこ誘導コイルを巻装し、これを、電離し得る媒質を
封入した密封外被内に装着し、前記誘導コイルを３〜３
００ＭＨｚの周波数で励磁するようにしたものであるか
ら、従来技術、例えば前掲の米国特許第３５２１１２０
号のように電離始動のための二次巻線を必要とせず、媒
質の電離開始と維持を行うための単一の誘導コイルで良
い。

即ち、ヘエライト鉄心、多重巻線、補助起動回路、外部
反射器などね装置の信頼性を損う部品が不要となり、こ
れに伴い放を灯（７）コストの低減が可能になるはカー
無線周波数電力を光ｌこ変換する際の効率も高め得るな
ど優れた発明効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は無電極放電灯の一部分を断面で示した側面図で
、外被（１０金から離しである。 第２図（１第１図の螢光灯の側面断面図で、外被を口金
ｆこ装着した状態を示す。 第３図は第１図及び第２図１と示す螢光灯の口金の中に
収容した無線周波数発振器の簡略回路図、第４図は第３
図１こ示した無線周波数発振器の変形の回路図、第５図
は第１図及び第２図に示した螢光灯の変換効率を誘導磁
場の周波数並びに大きさの関係として示す３次元のグラ
フ、第６図は放電パラメータとして、圧力、誘導磁場の
周波数及び誘導磁場の大きさの関係を表わす３次元のグ
ラフである。 主な符号の説明、１０：外被、２０：誘導コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無電極放電灯ｌこおいて、密封外被と、顔外被内ｆ
   こあって無線周波数の電場ｌこさらされた時、放射エネ
   ルギーを放出し得る所定圧力の少なくとも１種類の特定
   の電離し得るガスを含む電離し得る媒質と、外被内の電
   離し得る媒質（こ対して物理的に密に近接して配置され
   た非導電性で非磁性の鉄心に巻装された誘導コイルを含
   んでいて、該誘導コイルで前記電離し得る媒質の電離を
   開始するｆこ十分な大きさを持つ電場を媒質に結合しか
   つそれと同時ｆこ前記電離を維持する無線周波数の誘導
   磁場を外被内の前記電離し得る媒質１こ結合する手段を
   有し、前記電場を生じさせる誘導磁場のピーク大きさ並
   びｌこ周波数を、前記電離し得る媒質が電離を開始し、
   かつ維持できる状態Ｉこ選定したことを特徴とする無電
   極放電灯。 ２、特許請求の範囲１に記載した無電極放電灯において
   、前記誘導磁場のピーク大きさ並びに周波数は、平均と
   して、前記電離し得る媒質の自由電子が、前記誘導磁場
   の周期の１／４に大体等しい時間内ｆこその平均自由行
   路に等しい距離で電離速度まで加速される値になってい
   る無電極放電灯。 ３ 特許請求の範囲１１こ記載した無電極放電灯におい
   て、結合手段が、誘導コイル並びｆこ該誘導コイルと直
   列のコンデンサからなる周波数決定共振回路を持つ無線
   周波数発振器を有し、前記コンデンサ及び誘導コイルは
   前記無線周波数発振器と共働して前記誘導コイルｆこ、
   外被内の電離し得る媒質の電離を開始して放射放出用放
   電を形成する１こ十分な大きさを持つ前記電場を発生さ
   せる様にした無電極放電灯。 ４ 特許請求の範囲３に記載した無電極放電灯（こおい
   て、外被内の電離し得る媒質の初期電離時（４共振回路
   のＱを大きくして強い電場が誘導コイルｆこよって形成
   されるようにし、かつ電離し得る媒質の電離が開始され
   た後（４共振回路のＱを減少させるようにした無電極放
   電灯。 ５ 特許請求の範囲３Ｉこ記載した無電極放電灯ｆコお
   いて、無線周波数発振器の前記周波数が３ＭＨｚと３０
   ０ ＭＨｚとの間ｒこある無電極放電灯。