JP2001338569A - 高圧放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非線形コンデンサＦを用いた始動器において、
非線形コンデンサＦの電歪現象による機械的振動を抑制
することなく保持し、製造工程における組み立てを簡便
にする。 【解決手段】枠状基板５に一対のＶ字バネ５１を固定さ
せ、Ｖ字バネの応力によって非線形コンデンサＦの両面
の電極Ｆ2を保持し、枠状基板５上面には、始動回路部
品を配置させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、始動器を内蔵した
高圧放電ランプおよびこのランプを用いた照明装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、安価な水銀灯用安定器を利用して
点灯できるように構成した高圧放電ランプには、ランプ
の始動を容易にするため通常、パルスを発生する始動器
が内蔵されている。このような始動器として、グローラ
ンプを用いたものまたは、フィラメントなどの熱により
熱応動スイッチを動作させるものなどが知られている。
しかしながらこのような始動器では発生するパルス電圧
の波高値および幅などを均一とするのが困難であるた
め、ランプの確実な始動が困難であるばかりでなく、し
ばしばその発生する高圧パルスにより安定器および配線
回路などに損害を与えることがあった。

【０００３】そのため、特開平２−１６５５５３号公報
には、非線形コンデンサとＳＳＳ素子のような双方向性
二端子半導体スイッチング素子の直列回路からなる始動
器を外管および口金内に組み込んで構成する始動器を外
管に内蔵した高圧ナトリウムランプ（従来例１）が記載
されている。これは、非線形コンデンサの飽和特性を利
用して、直列に接続した安定器のインダクタンスにより
半サイクル毎に高圧パルスを発生させこれを高圧放電ラ
ンプに印加して始動させるものである。また、半導体ス
イッチはパルス発生位相を一定化し、且つエネルギーの
大なる高圧パルスを発生させるために用いられているも
のである。

【０００４】ところで、このような構成の始動器を用い
た高圧ナトリウムランプを安定器とともに用いて高圧パ
ルスを発生させた場合、発生した高圧パルスにより非線
形コンデンサには電歪現象により機械的振動が生じる。
この機械的振動を抑制するように非線形コンデンサを固
定すると、良好な電圧電荷ヒステリシス特性が得られな
くなるため、発生するパルスの波高値が低減する。この
ような問題を解決するため、特公平５−４４７７５号公
報には、非線形コンデンサは、誘電体基板の両面に電極
膜を設けるとともにこれらの電極膜にそれぞれリード線
を電気的に接続させ、これらのリード線の片側を非線形
コンデンサの電歪による振動を妨げないようにコイル状
の導体を用いるようにした始動器を内蔵した金属蒸気放
電灯（従来例２）が記載されている。

【０００５】また、特開昭６３−１３６６１２号公報に
は、非線形コンデンサの電歪現象による機械的振動のス
トレスによる非線形コンデンサの破損する問題を解決す
るため、電極膜の外表面を覆う無機質ガラスの上に導電
性接着剤にてリード端子を固定し、導電性接着剤と電極
膜を導電性膜にて電気的に接続する高電圧パルス発生コ
ンデンサ（従来例３）が記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
３のように構成された非線形コンデンサでは、製造工程
および輸送中にリード線端子が外れるなどの不具合が発
生するおそれがある。このため導電性接着剤の材質を低
融点ガラス粉末と銀粉末の混合ペーストにより構成する
などしているが、製造が煩雑になりやすく、また、高価
な材質であるため、コストアップにつながっていた。

【０００７】本発明の目的は、このような不具合を解消
するため、非線形コンデンサのリード線端子を用いるこ
となく、また、電歪現象による機械的振動も許容できる
ように外管内に収納することのできる始動器を内蔵した
高圧放電ランプおよび照明装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の高圧放電ラン
プは、透光性放電容器少なくとも一対の電極を封装し内
部に希ガスを含む放電媒体を封入してなる発光管と；発
光管を収納する外管と；外管に固定され発光管に電気を
供給する口金と；外管または口金内に収納され、板状の
強誘電体セラミック基板両面に電極膜を形成した非線形
コンデンサと、非線形コンデンサの両面の電極膜に電気
的に接触可能に取り付けられる少なくとも１つの弾性導
電体と、弾性導電体を固定可能な基板を含む始動器と；
を具備している。

【０００９】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１０】高圧放電ランプとは、気体、金属蒸気など
の放電によって発光するランプであり、本発明では、メ
タルハライドランプ、高圧ナトリウムランプまたは、セ
ラミックメタルハライドランプを許容する。また、発光
管とは、高圧放電ランプの発光を行なう部分であり、透
光性気密容器に少なくとも一対の電極を有し、内部には
キセノン、アルゴンなどの希ガスおよび水銀、ハロゲン
化金属などを所望に応じて、一種または数種組み合せ放
電媒体として封入することもできる。また、発光管の近
傍には外部補助導体を設置してもかまわない。この外部
補助導体は、発光管の近傍に設置する他、外周に巻きつ
けるなどしても、また他端が開放されていても接続され
ていてもかまわない。

【００１１】非線形コンデンサとは、板状の強誘電体セ
ラミック基板の両端に電極膜を形成したコンデンサであ
り、強誘電体セラミック基板は、チタン酸バリウムを主
体としたものを許容する。また、電極膜の表面の通電部
を除いて強誘電性結晶化ガラスなどの無機材質で被覆し
電極膜の沿面放電を抑止するなどしてもよい。

【００１２】弾性導電体は、Ｖ字ばね、コイルバネなど
の形状を許容する。弾性導体と非線形コンデンサの電極
膜は、弾性導体によって圧接するまたは弾性導体の一点
と電極膜を低融点ガラスと銀の混合ペーストなどで接着
させるなども許容する。

【００１３】基板は、絶縁体で形成されるのが好まし
い。外管内に始動器を収納する場合には、外管の雰囲気
および温度の影響を考慮してセラミック基板、ガラス基
板が好ましい。また、基板を枠状に形成し非線形コンデ
ンサを収納可能にすることも許容する。また、この基板
には弾性導電体が固定される。

【００１４】始動器は、非線形コンデンサを発光管と並
列的関係に接続されるものであり、他、発光管が点灯後
速やかに始動器を電気的に切り離す熱応動スイッチなど
の切り離し手段および、発光管が点灯しないときに所定
時間内に始動器を遮断する遮断手段など必要に応じて含
むことを許容する。また、非線形コンデンサと直列にト
リガ素子を設けていても良い。なお、トリガ素子として
サイダックのような半導体素子を用いる場合、半導体素
子を発光管の熱から保護するため、口金のような場所に
収納することも許容する。また、始動器全体を口金に収
納することも許容する。

【００１５】また、始動器を外管内に収納し外管内を真
空に保持するものである場合は、始動器に溶断性金属を
含み、寿命末期などのように発光管がリークしたときに
は、外管内に漏洩した希ガスによって近接する電位差の
ある導体と放電現象を起こさせ溶断させることによっ
て、始動器を遮断する保護回路を設けることも許容す
る。溶断性金属体とは、ニッケルなどの低融点金属、ま
たは線状、コイルフィラメント状に形成されたタングス
テンなどからなるものを許容する。また、溶断性金属ま
たは、それに近接した導体に電子放射物質、例えばアル
カリ土類金属および希土類金属などの酸化物およびそれ
らの混合物を塗布したのち焼成するまたは、含有するな
どによって形成し、速やかに始動器を遮断することがで
きるようにしても構わない。

【００１６】外管とは、発光管を収納する機密性の透過
性容器であり、発光管および始動器が収納される。外管
内部は、真空または窒素のような不活性ガスを封入して
もよい。希ガスを封入する場合には、発光管の点灯時に
は約大気と同等の圧力になるように封入量を設定するの
が好ましい。また、外管の形状は自由であり、たとえば
Ｔ形、ＥＤ形およびＢＴ形などを採用することができ
る。また、Ｔ型であって両端封止構造を採用することも
できる。さらに、外管の材質は自由であり、たとえば硬
質ガラスを用いることを許容する。

【００１７】また、外管に口金が接続される。口金は、
発光管および始動器に電力を供給するものであれば、ス
クリューベースタイプ、ピンタイプ、両口金タイプなど
の種類のどのタイプでも構わない。

【００１８】本発明によれば、枠状基板に固定した弾性
導電体のよって非線形コンデンサが保持されるので、非
線形コンデンサにリード線導体を接続する必要がなくな
る。このため、非線形コンデンサの製造工程が簡便にな
りまた、コストを低減することができる。また、非線形
コンデンサは弾性導電体によって保持されているので、
強誘電体セラミック基板の電歪による振動を妨げられな
いので良好な電圧電荷ヒステリシス特性が得られ高い電
圧のパルスを発生することができる。このため、高圧放
電ランプの始動特性が改善される。またこの振動によっ
て生じる振動音は弾性導電体によって吸収されるため、
生じる騒音を低減することができる。

【００１９】請求項２の発明の高圧放電ランプは、透光
性放電容器の両端に少なくとも一対の電極を封着し内部
に希ガスを含む放電媒体を封入してなる発光管と；発光
管を収納する外管と；外管に固定され発光管に電気を供
給する口金と；外管または口金内に収納され、板状の強
誘電体セラミック基板両面に電極膜を形成した非線形コ
ンデンサと、非線形コンデンサの両面の電極膜に電気的
に接触可能に取り付けられる少なくとも１つの弾性導電
体と、弾性導電体を固定可能な枠状基板と、枠状基板の
少なくとも片面にパルス停止回路を含む始動回路を配置
可能にした基板にて構成される始動器と；を具備してい
る。

【００２０】基板とは、セラミック、ガラス、耐熱性プ
ラスチックの板状のものからなり、前述した始動器を支
持、絶縁などを行う。この基板上に、始動器の部品を印
刷、埋め込むなどしてもかまわない。また部品間の配線
を基板上に設置する、基板上に印刷する、または、基板
内に内蔵などしてもかまわない。なお、非線形コンデン
サを保持する枠状基板と始動器を配置する基板を一体に
形成することも許容する。

【００２１】本発明によれば、請求項１の発明の効果に
加えて、基板に非線形コンデンサおよび始動器を配置す
ることによってユニット化することができ、部品配置を
コンパクトにできる。また、外管内に始動器など収納す
る組み込み工程で製造上作業効率の向上ができる。

【００２２】請求項３の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体に支持された請求項１または２記載
の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを安定的に点灯さ
せる点灯装置と；を具備している。

【００２３】本発明において、照明装置とは、高圧放電
ランプの発光を利用するあらゆる装置を意味しており、
たとえば照明器具、液晶などのバックライト、自動車用
ヘッドライトなどを含む。また、点灯装置とは、高圧放
電ランプを安定に点灯させるものであって、本発明にお
いては汎用されている安価な水銀灯用安定器を用いるこ
とをができる。このため、安価な照明装置を提供でき
る。

【００２４】

【発明の実施形態】本発明の高圧放電ランプの第１の実
施形態を図１から３を参照して説明する。

【００２５】図１は、発光管に高圧ナトリウムランプを
用いた高圧放電ランプの構成図、図２は同放電ランプの
正面図、図３は、同高圧放電ランプに組み込まれる始動
器の断面図、図4は始動器の斜視図である。各図におい
て、１は商用交流電源、２は安定器であり、安価で汎用
されている水銀灯用安定器を用いている。３は高圧放電
ランプの外管であり、内部はほぼ真空に保たれ、外部リ
ード線により外部と通電される。外部リード線は口金４
と接続され水銀灯用安定器２を介して電源が供給され
る。ＤＬは高圧ナトリウムランプ発光管であって、透光
性アルミナからなる発光管の両端に電極が封着され、内
部には少なくともナトリウム、希ガスなどが封入されて
いる。

【００２６】また、発光管ＤＬの近傍には外部補助導体
ＳＡが設置されている。この外部補助導体ＳＡは、発光
管ＤＬが点灯前の低温時は発光管ＤＬに接触する様に設
置されており、発光管ＤＬが点灯し高温となったとき
は、発光管ＤＬから離れるよう設置されている。

【００２７】発光管ＤＬが点灯後、始動器ＳＴを切り離
す目的の第１の熱応動スイッチＢ１が発光管の熱を受け
やすい近傍に配置され、始動器ＳＴと直列に接続されて
いる。

【００２８】始動器ＳＴは、溶断性金属体であるコイル
フィラメントＣＦと第２の熱応動スイッチＢ２と飽和特
性を有するチタン酸バリウムなどの強誘電体からなる非
線形コンデンサ Fとトリガ用抵抗Ｒ３が直列回路およ
び第２の熱応動スイッチＢ２の加熱抵抗Ｒ１が第２の熱
応動スイッチＢ２と非線形コンデンサ Fとトリガ用抵
抗Ｒ３と並列に接続されている。また、第２の熱応動ス
イッチＢ２と並列に焦電流バイパス抵抗Ｒ２が接続され
て構成されている。

【００２９】コイルフィラメントＣＦは、タングステン
の細線をコイル状に形成したものに、電子放射性物質で
ある酸化バリウムを塗布したのち焼成したものを用い
た。

【００３０】これら始動器ＳＴの構成部品をセラミック
からなる基板５に配置している。基板５は発光管ＤＬと
垂直となる様に外管３内に収納した。基板５上の発光管
ＤＬ側には、コイルフィラメンとＣＦ、第２の熱応動ス
イッチＢ２、加熱抵抗Ｒ１、焦電流バイパス抵抗Ｒ２、
トリガ用抵抗Ｒ３が配置され、発光管ＤＬとの対面側は
基板５は枠形を形成しているおり、非線形コンデンサ
Ｆは、Ｖ字バネ５１によって両端から保持されている。
なお、半導体スイッチＳＳＳは、図示しないが口金４の
内部に配置されている。非線形コンデンサ Ｆは、強誘
電体セラミックＦ１の両面に電極Ｆ２が形成され電極の
略中央部の一部を残して、無機質ガラスＦ３によって被
覆されている。V字バネ５１は、両端が基板に固定さ
れ、接点部が非線形コンデンサＦの電極Ｆ２と接触しバ
ネの応力によって非線形コンデンサ Ｆを保持してい
る。

【００３１】また、発光管ＤＬと始動器ＳＴは，外管３
内に収容されており、外部リード線を介して口金４およ
び水銀灯用安定器２を介して交流電源１に接続される。

【００３２】次にこのように構成された高圧放電ランプ
の動作の各モードについて説明する。

【００３３】始めに、通常に点灯する場合について説明
する。

【００３４】交流電源１を投入すると、安定器２の出力
端から２００Ｖの電圧が発光管ＤＬに印加される。そし
て、この電圧は、第１の熱応動スイッチＢ１を介して始
動器ＳＴに印加される。

【００３５】始動器ＳＴにおいては、溶断性金属である
コイルフィラメントＣＦを介して、正弦波電圧が印加さ
れる。印加電圧が半導体スイッチＳＳＳのブレークオー
バー電圧を越えた時点で、非線形コンデンサ Ｆに急激
な電圧が印加され、それにより、非線形コンデンサ Ｆ
に急激な充電電流が流れ、電荷が蓄えられただちに飽和
電圧に達し電流を急激に遮断する。このときのスイッチ
ング作用により非線形コンデンサ Ｆに蓄えられた電荷
が放出し、高圧パルスを発生させ発光管ＤＬに印加され
点灯を行う。このとき、非線形コンデンサ Ｆは電歪の
ため機械的振動するが、Ｖ字バネ５１の応力によって非
線形コンデンサ Ｆは保持され,かつ機械的振動を妨げ
る事がないため、良好な電圧電荷ヒステリシス特性が得
られ、高い電圧のパルスを発生することができる。この
高圧パルスによって発光管ＤＬの放電破壊がなされ、発
光管ＤＬが点灯する。

【００３６】発光管ＤＬが点灯すると発光管ＤＬの熱を
受けて第１の熱応動スイッチＢ１が開放され、始動器Ｓ
Ｔに電力の供給が断たれパルスの発生を停止する。

【００３７】発光管ＤＬが高温状態であるなどの理由に
より発光管ＤＬが上記の動作によっても点灯しない場合
には、始動器ＳＴが動作してパルス電圧が安定器２から
発生して発光管ＤＬに印加されるが、発光管ＤＬが始動
しないので、同時に加熱抵抗Ｒ１に継続的に通電する結
果、加熱抵抗Ｒ１が発熱して第２の熱応動スイッチＢ２
を加熱する。そのため、やがて第２の熱応動スイッチＢ
２は開放される。これにより非線形コンデンサ Ｆの電
流供給が断たれ、パルス電圧は停止する。この状態は、
交流電源１が投入されている間継続する。

【００３８】また、第２の熱応動スイッチが開放された
状態で、非線形コンデンサ Ｆのキューリー点（約９０
℃）に達した時、非線形コンデンサ Fには、大電流で
ある焦電流が生じる虞があるが、焦電流バイパス抵抗Ｒ
２、加熱抵抗Ｒ１およびトリガ用抵抗Ｒ３を介して焦電
流をバイパスし非線形コンデンサ Ｆを保護する。

【００３９】寿命末期などに、発光管ＤＬに封入されて
いた希ガスが外管３内部に漏洩した場合に、希ガスが漏
洩した発光管が点灯してしまうとランプ電圧が維持でき
ずに低下するため、大電流が流れ安定器が破損する虞が
あった。このため発光管ＤＬに電源投入されるとともに
始動器ＳＴを動作不能状態にしなければならない。

【００４０】このような場合に、外管内に希ガスが漏洩
したときには、外管内が放電しやすい雰囲気となるた
め、交流電源１が投入されると、電子放射性物質を塗布
したコイルフィラメントＣＦは、近傍のコイルフィラメ
ントＣＦどうしによって電子放射が起こりやすくスパー
クを起こす。このスパークの熱によりコイルフィラメン
トＣＦが溶断され、恒久的に非線形コンデンサ Ｆへの
電力の供給が断たれ、始動パルスの発生を禁止すること
ができ、発光管ＤＬの点灯を防止できる。

【００４１】次に、本発明の高圧放電ランプの第２の実
施形態を図５から７を参照して説明する。本実施形態
は、始動器ＳＴを口金に収納した高圧ナトリウムランプ
の例である

【００４２】図５は、発光管に高圧ナトリウムランプを
用いた高圧放電ランプの構成図、図６は同放電ランプの
正面一部断面図、図７は、同高圧放電ランプに組み込ま
れる始動器の断面図である。なお、各図において、図１
から４までと同一部分については同一符号を付して詳細
の説明を省略する。

【００４３】始動器ＳＴの基板５をランプの口金４内部
に収納している。始動器ＳＴの基板５の上側基板には、
第２の熱応動スイッチＢ２、加熱抵抗Ｒ１、焦電流バイ
パス抵抗Ｒ２、トリガ用抵抗Ｒ３および半導体スイッチ
ＳＳＳが配置されている。第一の熱応動スイッチＢ１お
よびコイルフィラメントＣＦは外管３内部の発光管ＤＬ
の近傍に配置してある。

【００４４】基板５の下側の枠状基板には非線形コンデ
ンサＦが、Ｖ字バネによって保持されている。本実施形
態では、Ｖ字バネと電極Ｆ２が接触する部分の片側を低
融点ガラスと銀粉末のペーストＦ４で固定する。

【００４５】このように保持することで、非線形コンデ
ンサＦの電歪による機械的振動を抑止することなく、ま
た、輸送中などに、非線形コンデンサＦが脱落すること
なく保持することができる。

【００４６】始動回路ＳＴを口金４内部に収納すること
によって、始動回路ＳＴに発光管ＤＬの熱が伝わりにく
くなるため、始動回路ＳＴおよび基板５の材質の選択の
幅が拡大される。また、始動回路ＳＴの不純ガスの除去
などの工程が不要となる。

【００４７】図８は第２の実施形態の高圧ナトリウムラ
ンプを装着した照明装置７を示している。

【００４８】照明装置７は、反射笠７１、ソケット７２
及び安定器７３などから構成されている。高圧ナトリウ
ムランプの口金４は照明装置のソケット７２に装着され
て使用される。安定器７３は、安価で汎用されている水
銀灯用安定器を用いている。ソケット７２には安定器７
３の二次出力端が接続され高圧ナトリウムランプＤＬに
電力の供給を行なっている。照明装置７は天井面７０に
よって支持される。

【００４９】このように構成された照明装置では、使用
される安定器が安価で汎用されている水銀灯用安定器を
用いているため、安価な照明装置を提供することができ
る。

【００５０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、枠状の基板内
に非線形コンデンサを収納し、非線形コンデンサの両側
の電極と枠状の基板に固定された弾性導電体の動力によ
って保持している。このため、非線形コンデンサの電歪
現象による機械的振動を抑制することなく保持すること
ができるため、良好な電圧電荷ヒステリシス特性が得ら
れ高い電圧のパルスを発生することができる。また、機
械的振動に基づく振動音も弾性導電体によって吸収され
るため騒音を低減することができる。

【００５１】請求項２の発明によれば、請求項１の効果
に加えて、始動器の回路部品を同一基板に配置すること
によって、ユニット化することができ、部品配置をコン
パクトにできる。このことにより、製造上の作業効率が
向上する。

【００５２】請求項３の発明によれば、安価で、安全性
も向上することのできる照明装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の高圧放電ランプの構
成図

【図２】同じく高圧放電ランプの正面図

【図３】同じく高圧放電ランプの始動器の一部断面図

【図４】同じく高圧放電ランプの始動器の斜視図

【図５】本発明の第２の実施形態の高圧放電ランプの構
成図

【図６】同じく高圧放電ランプの正面図

【図７】同じく高圧放電ランプの始動器の一部断面図

【図８】同じく高圧放電ランプの始動器の斜視図

【図９】本発明の高圧放電ランプを用いた照明装置の断
面図

【符号の説明】

ＤＬ・・高圧放電ランプ発光管 １…商用交流電源 ２…水銀灯安定器 ３…放電ランプ外管 ４…口金 ５…セラミック基板 ５１…Ｖ字バネ Ｆ…非線形コンデンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性放電容器に少なくとも一対の電極を
   封装し内部に希ガスを含む放電媒体を封入してなる発光
   管と；発光管を収納する外管と；外管に固定された発光
   管に電気を供給する口金と；外管または口金内に収納さ
   れ、板状の強誘電体セラミック基板両面に電極膜を形成
   した非線形コンデンサと、非線形コンデンサの両面の電
   極膜に電気的に接触可能に取り付けられる少なくとも１
   つの弾性導電体と、弾性導電体を固定可能な基板を含む
   始動器と；を具備していることを特徴とする高圧放電ラ
   ンプ。
2. 【請求項２】透光性放電容器の両端に少なくとも一対の
   電極を封着し内部に希ガスを含む放電媒体を封入してな
   る発光管と；発光管を収納する外管と；外管に固定され
   発光管に電気を供給する口金と；外管または口金内に収
   納され、板状の強誘電体セラミック基板両面に電極膜を
   形成した非線形コンデンサと、非線形コンデンサの両面
   の電極膜に電気的に接触可能に取り付けられる少なくと
   も１つの弾性導電体と、弾性導電体を固定可能な枠状基
   板と、枠状基板の少なくとも片面にパルス停止回路を含
   む始動回路を配置可能にした基板にて構成される始動器
   と；を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
3. 【請求項３】照明装置本体と；照明装置本体に支持され
   た請求項１または２記載の高圧放電ランプと；高圧放電
   ランプを安定的に点灯させる点灯装置と；を具備してい
   ることを特徴とする照明装置。