JP2002083572A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランプ始動機能及び安全機能を一層向上し、
一層高品質で安全性の高い始動装置内蔵型の高圧放電ラ
ンプを得る。 【解決手段】 発光管１に並列接続された非線形特性を
有するＮＣＣ素子２と半導体スイッチング素子３からな
る始動装置を備えた高圧放電ランプにおいて、始動装置
は、ランプ不点灯時において、加熱用抵抗の発熱により
ＯＦＦ動作するパルス停止用熱応動スイッチ９が、ＮＣ
Ｃ素子２と直列に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電ランプに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高圧ナトリウムランプやメタルハライド
ランプなどの高圧放電ランプは、高効率・高輝度のうえ
に、演色性も比較的優れているという特長が活かされ
て、道路、広場、スポーツ等の屋外照明や近年では商業
施設等の屋外照明にも広く用いられている。

【０００３】ところで、かかる高圧放電ランプを点灯す
るには通常いわゆる始動装置が必要である。この場合、
始動装置としては、点灯用安定器などに内蔵された外部
型とランプそのものに内蔵されたランプ内蔵型の２つに
分類される。そして、後者のランプ内蔵型は、簡易な銅
鉄リアクタンス安定器と組合せることによりランプシス
テムの総合コストが低くなることから、一般に普及して
いる。

【０００４】従来の始動装置内蔵形の高圧放電ランプと
して、非線形特性を有する強誘電体セラミックコンデン
サー素子を用いた始動装置を備えたものがある。この始
動装置は、実使用での安全性が高いという特長があり、
かつ始動性能も比較的優れていることから普及化が進ん
でいる（特公平５−８７９４０号公報、特開平５−２９
０９８５号公報）。

【０００５】図７に示すように、従来の始動装置内蔵型
の高圧ナトリウムランプは、高圧ナトリウムランプの発
光管２３に並列に接続された強誘電体セラミックコンデ
ンサー（ＮＣＣ）素子２４と双方向性半導体スイッチン
グ素子２５の直列回路から構成されている。その始動動
作は、電源１３が印加されると、ＮＣＣ素子２４の非線
形特性による電流遮断といういわゆる電流スイッチング
動作で、リアクタンス安定器１４に１５００〜２０００
Ｖの始動パルス電圧が電源電圧に重畳して半サイクル毎
に安定して誘起され、これにより発光管２３が始動され
るものである。この場合、半導体スイッチング素子２５
は、ＮＣＣ素子２４による電流スイッチング動作を、よ
り急峻にして、始動パルス電圧を一層高めるように作用
している。なお、図７に示す構成では、ＮＣＣ素子２４
及び半導体スイッチング素子２５とに直列に熱応動スイ
ッチ２６，２７を介して接続された始動補助導体２８
が、発光管２３に付着するように設けられており、その
始動補助効果により比較的低い始動パルス電圧で発光管
２３を始動することができる。そして、発光管２３の始
動後はＮＣＣ素子２４にかかる電圧は低下してその電流
スイッチング動作は不能となり始動パルス電圧発振は停
止する。次いで、始動後の発光管２３の発熱によりバイ
メタル素子からなる熱応動スイッチ２６，２７がＯＦＦ
動作して、ＮＣＣ素子２４と半導体スイッチング素子２
５からなる始動回路部が発光管点灯回路から切離された
状態で発光管２３の定常点灯が維持されることになる。

【０００６】なお、完成製品としてのランプ構成は、発
光管２３と、半導体スイッチング素子２５を除く全ての
始動装置部品とが真空排気された外管ガラスバルブ２９
内に組立て配備されている。また、半導体スイッチング
素子２５はその温度を低下させるために口金内に配備さ
れており、このために外管ガラスバルブ封止には通常の
２本リード線封止用ガラスステムに代って、図８に示す
ように、３つのリード線が封止された外管ガラスバルブ
封止用のガラスステム１７が用いられている。

【０００７】ところで、基本的にＮＣＣ素子からなる始
動装置を内蔵したランプでは、その寿命中に２つの安全
性にかかわる問題の発生が想定された。第１は、ランプ
が不点灯状態になり、始動パルス電圧が連続して発振さ
れる場合に、安定器、配線ケーブル、口金ソケットなど
の絶縁劣化が引き起こされ、更にこの照明装置に人体が
接触するような問題の発生である。第２は、ランプの寿
命末期などに発光管の内部に封入されている始動補助用
キセノンガス、ナトリウムや水銀が外管ガラスバルブ内
にリークした場合に、始動パルス電圧により外管ガラス
バルブ内のリード線間などでアーク放電が誘起され、こ
のアーク放電による過大電流が流れると、安定器焼損や
場合によっては外管ガラスバルブの破損という問題の発
生である。

【０００８】図７に示す従来技術にかかる始動装置にお
いては、基本的な発光管始動のための始動パルス電圧の
発振機能に加えて、上記２つの問題をそれぞれ解決する
ために次のような手段からなる安全機能が付加されてい
る。

【０００９】（ａ）ＮＣＣ素子２４の非線形特性を示す
強誘電体性は、いわゆるキュリー温度（通常、約９０
℃）以下の温度範囲で維持されるものであり、それ以上
の温度範囲では常誘電体性となり非線形特性は消滅し、
従って図７における始動パルス電圧発振も停止される。
このようなＮＣＣ素子２４の温度特性を応用して、上記
第１の問題を解決するための手段として、ＮＣＣ素子２
４と半導体スイッチング素子２５に並列に接続された加
熱用抵抗３０が、ＮＣＣ素子２４に近接して配置されて
いる。これにより、始動パルス電圧発振で発光管２３が
不点灯の場合でも、ＮＣＣ素子２４自体の動作による自
己発熱に加えて、加熱用抵抗３０からの発熱を吸収する
ことで、ＮＣＣ素子２４の温度はキュリー温度以上まで
速やかに上昇するので、前記始動パルス電圧発振は比較
的短時間で停止される。

【００１０】（ｂ）上記第２の問題を解決するための手
段として、まずＮＣＣ素子２４自体が、キセノンガスな
どのリーク時に始動パルス電圧が印加されると、その両
電極端子間の沿面放電などにより放電破壊され導通状態
になるという、いわゆる自壊機構を持つように設計・構
成されている。併せて、ＮＣＣ素子２４の自壊・導通で
流れる過大電流により溶断するという、いわゆるヒュー
ズ機能を有するフィラメントコイル３１がＮＣＣ素子２
４に直列に挿入・接続されている。このように、ＮＣＣ
素子２４の自壊機構とフィラメントコイル３１のヒュー
ズ機能を組合すことにより、ＮＣＣ素子２４からなる始
動装置は点灯回路から切離されて動作不能となり、始動
パルス発振は停止される。そして、始動装置は電源が再
び印加された場合でももはや動作することはない。

【００１１】なお、図７の従来技術による始動装置にお
いて、始動パルス電圧の発振位相を安定制御するために
半導体スイッチング素子２５と並列に制御抵抗３２が接
続されている。また、ＮＣＣ素子２４の使用に際して
は、発光管２３の点灯毎に強誘電体性から常誘電体性に
変位するときのいわゆる脱分極によりＮＣＣ素子２４に
流れる焦電流で、その非線形特性がランプ寿命中に劣化
するのを防止するために、焦電流を別に流すためのバイ
パス用抵抗をＮＣＣ素子２４に並列に接続しておく必要
がある。図７の回路構成では、かかるＮＣＣ素子保護用
のバイパス抵抗として、加熱用抵抗３０と制御抵抗３２
の２つが用いられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来のＮＣＣ素子から
なる始動装置を内蔵した高圧ナトリウムランプを実際に
種々の市場において使用してみると、上記の安全機能を
付加させたゆえに本来の始動機能が低下して、場合によ
ってはランプ発光管が確実に始動しないという新たな問
題が発生した。つまり、従来の高圧ナトリウムランプで
はランプ不点灯時にＮＣＣ素子温度を速やかにキュリー
温度まで高めて始動パルス電圧発振を停止させるため
に、ＮＣＣ素子に近接して加熱用抵抗が配置されてい
る。この場合、ＮＣＣ素子の温度がキュリー温度以下の
範囲においても、温度上昇につれてその電流スイッチン
グ動作が鈍くなって誘起される始動パルス電圧が低減す
るので、例えば始動パルス電圧はキュリー温度に近づく
と常温時の１／２以下の値まで低下する。一方、高圧放
電ランプの始動においては、電源印加からランプ始動ま
でのいわゆる放電開始遅れ時間が必然的に存在する。特
に、実使用において、安定器からランプ設置までの配線
距離が長くなり始動パルス電圧の減衰が大きくなるとき
は、上記の放電開始遅れ時間が長くなる。従って、かか
る長い放電遅れ時間においては、上記の加熱用抵抗の効
果によるＮＣＣ素子の速やかな温度上昇で始動パルス電
圧の低下が大きくなり過ぎて、ランプ発光管が始動でき
ないときがある。これが、第１の問題である。

【００１３】第２の問題として、ランプ寿命末期におい
て外管ガラスバルブ内でアーク放電が抑制されたとはい
え依然として発生することも判明した。これは、従来技
術によるＮＣＣ素子の沿面放電による破壊・導通からヒ
ューズ用フィラメントコイル３１の溶断までの時間が比
較的長く、かつそのランプ間でのバラツキ幅も比較的大
きいことに起因している。例えば、溶断までの時間が最
長１０数分かかるときがある。このように時間が長くか
かると、ヒューズ用フィラメントコイル３１が溶断する
まえにアーク放電が発生するときがある。

【００１４】上記２つの問題のほかに、本来高温動作や
放置を避けるべきＮＣＣ素子と半導体スイッチング素子
が高温となるランプ内に内蔵されるゆえの問題も、まだ
未解決のままに残されていることがわかった。

【００１５】ひとつは、ランプの定常点灯後の再始動に
関わる問題である。このランプ再始動時に、前記のよう
にランプ始動に十分な始動パルス電圧を誘起するには、
ＮＣＣ素子はその温度が約６５℃以下の比較的低い範囲
で動作される必要がある。しかるに、例えば高ワット３
６０Ｗタイプのランプが器具内点灯され消灯されたとき
のＮＣＣ素子温度は２４０℃以上と高くなり、これがラ
ンプ再始動に対応できる上記値まで低下するには比較的
長い時間を要する。従って、高圧ナトリウムランプの再
始動時間は通常上限値１５分とされているが、実際の高
ワットタイプランプの再始動時間はそれより長く設定せ
ざるを得ないときがある。

【００１６】もうひとつは、定常点灯での高温放置によ
る半導体スイッチング素子２５の特性劣化の問題であ
る。通常半導体スイッチング素子２５の保存（放置）時
の保証耐熱温度は１３０℃程度に規定されている。しか
るに、前記のように半導体スイッチング素子２５はその
温度低下のために口金内に配備されているとはいえ、実
使用において例えば高ワット３６０Ｗタイプが器具内点
灯されたとき、その半導体スイッチング素子２５の放置
温度は殆ど上記規定値を超えている。

【００１７】更に、前記のように半導体スイッチング素
子２５はガラスステム（図８参照）を用いて口金内に配
備されているが、この場合半導体スイッチング素子２５
に接続されるリード線と他の電源あるいは安定器に接続
されるリード線との間隔が短いゆえに、両者の接触ない
し両者間の放電が起こることがある。そして、これを防
止するためにリード線に絶縁チューブを被せる対策がな
されているが、それだけ製造コストが上昇してしまう。

【００１８】以上のように、従来技術によるＮＣＣ素子
からなる始動装置は、実使用ではそのランプ始動機能及
び安全機能がともに未だ十分適応できるものでなく、ま
たその他の諸問題も未解決のままに残されており、市場
からは両機能の一層の改善と諸問題の解決が要望されて
いる。

【００１９】本発明は、ＮＣＣ素子からなる始動装置を
内蔵した高圧放電ランプにおいて、実使用にも十分適応
できる水準までその始動装置のランプ始動機能及び安全
機能を一層向上し、一層高品質で安全性の高い始動装置
内蔵型の高圧放電ランプを提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
発光管に並列接続された非線形特性を有する強誘電体セ
ラミックコンデンサー素子と半導体スイッチング素子か
らなる始動装置を備えた高圧放電ランプにおいて、前記
始動装置は、ランプ不点灯時における加熱用抵抗の発熱
によりＯＦＦ動作するパルス停止用熱応動スイッチが、
前記強誘電体セラミックコンデンサー素子と直列に接続
された構成を有する。

【００２１】これにより、放電開始遅れ時間が長いとき
でも、始動パルス電圧は殆ど低下せずに維持されるの
で、従来技術に比べてより確実なランプ始動が得られ
る。この結果、従来のものと異なり始動機能の低下を伴
うことなく、ランプ不点灯に対する安全機能を備えるこ
とができる。

【００２２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の高
圧放電ランプにおいて、ランプ再始動時における前記パ
ルス停止用熱応動スイッチの復帰時間が、前記発光管の
点灯時に前記始動装置をＯＦＦ動作状態に保つために設
けられている始動回路開放用熱応動スイッチの復帰時間
に比べて、短い構成を有する。

【００２３】これにより、より確実にランプ再始動を行
うことができる。

【００２４】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の高圧放電ランプにおいて、前記加熱用抵抗
が前記パルス停止用熱応動スイッチと前記強誘電体セラ
ミックコンデンサー素子と並列に接続され、また前記パ
ルス停止用熱応動スイッチと並列にバイパス抵抗が接続
された構成を有する。

【００２５】これにより、パルス停止用熱応動スイッチ
がＯＦＦの場合、強誘電体セラミックコンデンサー素子
の脱分極に伴う焦電流は、加熱用抵抗とバイパス抵抗を
介して強誘電体セラミックコンデンサー素子に流れる。
そして加熱用抵抗は強誘電体セラミックコンデンサーに
残留する電荷を放電するためのバイパス抵抗と同様な機
能を兼ね備えて作用するため、それだけ始動回路の簡易
化を図ることができる。

【００２６】請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項
３のいずれかに記載の高圧放電ランプにおいて、外管ガ
ラスバルブが真空排気されており、前記外管ガラスバル
ブ内に前記強誘電体セラミックコンデンサーと直列にリ
ーク用フィラメントコイルが接続され、かつ前記リーク
用フィラメントコイルとの間でアーク放電するための電
極が前記リーク用フィラメントコイルに近接して設けら
れた構成を有する。

【００２７】これにより、寿命末期における始動補助ガ
スなどの外管ガラスバルブ内へのリーク時に、従来と比
し、より速やかに始動パルス電圧発振を停止でき、外管
ガラスバルブ内のリード線間などのアーク放電発生をよ
り確実に防止できる。

【００２８】請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項
４のいずれかに記載の高圧放電ランプにおいて、前記始
動装置は、前記発光管と前記外管ガラスバルブ封止用の
ガラスステムとの中間に、前記発光管の管軸に対してほ
ぼ垂直面をなすようにセラミック基板が配置され、前記
セラミック基板の前記ガラスステム側には前記強誘電体
セラミックコンデンサー素子、前記パルス停止用熱応動
スイッチとその前記加熱用抵抗、半導体スイッチング素
子がそれぞれ配置され、一方前記セラミック基板の前記
発光管側には前記始動回路開放用熱応動スイッチが配置
された構成を有する。

【００２９】これにより、始動装置を備えた高圧放電ラ
ンプの実使用での問題に対して、ランプ再始動の保証及
び再始動時間の短縮、ランプ定常点灯での半導体スイッ
チング素子の放置温度低下を防止することができる。

【００３０】請求項６記載の発明は、請求項５記載の高
圧放電ランプにおいて、前記パルス停止用熱応動スイッ
チが前記セラミック基板のガラスステム側の面上に組立
・配置され、前記セラミック基板の厚みが２．０ｍｍ以
下の範囲に規定された構成を有する。

【００３１】これにより、ランプ再始動における前記パ
ルス停止用熱応動スイッチの復帰時間が、始動回路開放
用熱応動スイッチの復帰時間に比べて、より短くなるよ
うに容易に設定されて、確実で正常なランプ再始動を行
うことができる。

【００３２】請求項７記載の発明は、請求項１〜請求項
６のいずれかに記載の高圧放電ランプにおいて、前記パ
ルス停止用熱応動スイッチが前記加熱用抵抗と並行して
配置され、前記加熱用抵抗の抵抗値が２０ｋΩ〜４０ｋ
Ω、かつワットが０．２５〜０．５Ｗの範囲に規定さ
れ、かつ前記パルス停止用熱応動スイッチと前記加熱用
抵抗の間隔が２．０ｍｍ以下の範囲に規定された構成を
有する。

【００３３】これにより、周囲温度が低い環境における
ランプ不点灯に対しても、前記パルス停止用熱応動スイ
ッチが確実にＯＦＦ動作し、始動パルス電圧発振を停止
できる。

【００３４】請求項８記載の発明は、請求項７記載の高
圧放電ランプにおいて、前記パルス停止用熱応動スイッ
チの先端部が、前記加熱用抵抗に接触されて配置された
構成を有する。

【００３５】これにより、周囲温度が低い環境における
ランプ不点灯に対しても、前記パルス停止用熱応動スイ
ッチが一層確実にＯＦＦ動作し、始動パルス電圧発振の
停止を行える。

【００３６】請求項９記載の発明は、請求項５記載の高
圧放電ランプにおいて、前記強誘電体セラミックコンデ
ンサーが前記セラミック基板のガラスステム側の面上に
ほぼ平行して配置され、その配置間隔が０．５ｍｍ以上
の範囲に規定された構成を有する。

【００３７】これにより、始動パルス電圧の印加によっ
て強誘電体セラミックコンデンサー素子が破壊されるの
を防止することができる。

【００３８】請求項１０記載の発明は、請求項５記載の
高圧放電ランプにおいて、前記半導体スイッチング素子
が、前記外管ガラスバルブ外で、かつ口金内に配置され
た構成を有する。

【００３９】これにより、口金内に配置された半導体ス
イッチング素子の定常点灯時の放置温度が、従来技術に
よるものに比べて、より低下でき、高ワットタイプラン
プにおいてもほぼ通常保証耐熱温度１３０℃以下に抑え
られ、ランプ寿命中におけるその特性劣化が防止でき
る。

【００４０】請求項１１記載の発明は、請求項１〜請求
項１０のいずれかに記載の高圧放電ランプにおいて、前
記口金内に配置された前記半導体スイッチング素子の一
端に接続される１つのリード線と電源に接続される２つ
のリード線とが封止されたガラスステムであって、前記
３つのリード線の封止部の横断面が三角形状を有し、前
記３つのリード線は前記三角形状の角部にそれぞれ位置
して封止された構成を有する。

【００４１】これにより、従来技術のものに比べて、前
記３本リード線のそれぞれは互いに比較的長い間隔をも
って封止されるので、絶縁チューブを被せることなく口
金内におけるリード線の接触やリード線間の放電発生を
防止することができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図６を用いて説明する。

【００４３】図１、図２、図３、図４は、本発明の第１
の実施の形態である始動装置内蔵型の高圧ナトリウムラ
ンプ１５の構成を示す。

【００４４】図１は、本実施形態の高圧ナトリウムラン
プ用の始動装置の基本的な回路構成を示す。ここで、発
光管１の容器はアルミナセラミック管からなり、その内
部にはナトリウムアマルガムと始動補助用希ガスとして
２０ｋＰａ〜３０ｋＰａのキセノンが封入されている。

【００４５】図１に示すように本実施形態の高圧ナトリ
ウムランプは始動装置を備えており、この始動装置は、
始動回路開放用熱応動スイッチ７と、リーク用フィラメ
ントコイル１１、パルス停止用熱応動スイッチ９と、強
誘電体セラミックコンデンサー（以下、ＮＣＣ素子とい
う）２と、双方向性半導体スイッチング素子３（以下、
半導体スイッチング素子という）からなる直列体を備
え、この直列体と並列に発光管１が接続されている。パ
ルス停止用熱応動スイッチ９の両端にはバイパス抵抗１
０の両端が接続されている。また半導体スイッチング素
子３と並列に制御抵抗４が接続されている。加熱用抵抗
８はパルス停止用熱応動スイッチ９の近傍に位置すると
ともに、パルス停止用熱応動スイッチ９と、ＮＣＣ素子
２と、半導体スイッチング素子３と並列に接続されてい
る。タングステン電極１２はリーク用フィラメントコイ
ル１１の近傍に設けられており、タングステン電極１２
の端部は、発光管１の一方と半導体スイッチング素子３
との接続点に接続されている。

【００４６】本始動回路の始動動作は、電源電圧１３
（２００Ｖ／２２０Ｖ）が印加されると、ＮＣＣ素子２
の電流スイッチング動作によりリアクタンス安定器１４
に１５００Ｖ〜２０００Ｖの始動パルス電圧が電源電圧
に重畳して半サイクル毎に安定して誘起され、これによ
り発光管１が始動する。この場合、ＮＣＣ素子２として
はチタン酸ジルコン酸バリウムセラミック系強誘電体か
らなる円盤状のものを用い、また始動パルス電圧の発振
位相を安定制御するために制御抵抗４が半導体スイッチ
ング素子３に並列に接続されている。ここで、半導体ス
イッチング素子３は、前記のように始動パルス電圧を一
層高めるように作用している。更に、上記値の始動パル
ス電圧でも安定した発光管始動を得るために、モリブデ
ン線からなる始動補助導体５が発光管１の外表面に付着
して設けられている。なお、始動補助導体５の一端はコ
ンデンサー６を介して発光管１の一端に接続されてお
り、ここでコンデンサー６はランプ定常点灯時に発光管
１に対して始動補助導体５をいわゆる浮遊電位に近い絶
縁状態に保つことで、発光管１内部からのナトリウム消
失を防止するよう機能している。

【００４７】発光管始動後は、発光管１にかかるいわゆ
るランプ電圧は約３０Ｖと低いので、ＮＣＣ素子２にか
かる電圧も同様に低下して、ＮＣＣ素子２における電流
スイッチング動作は不能となり、始動パルス電圧発振は
停止する。次いで、始動後の発光管１の発熱によりバイ
メタル素子からなる始動回路開放用熱応動スイッチ７が
ＯＦＦ動作して、前記始動回路部は発光管点灯回路から
切離された状態で、発光管１の定常点灯が維持されるこ
とになる。なお、定常点灯においては、発光管１の発熱
によりＮＣＣ素子２の温度はキュリー温度以上になり、
従ってＮＣＣ素子２は常誘電体性の状態を保っている。

【００４８】図１に示す回路構成は、従来技術と異なる
２つの優位性ある特徴を有する。第１の特徴は、ランプ
不点灯に対応して始動パルス電圧発振を停止させる安全
機能を備えたときでも、十分な始動機能を維持できる手
段に関するものである。つまり、ランプ不点灯時におい
て、図７に示す従来技術では加熱用抵抗３０の発熱によ
りＮＣＣ素子２４の温度を上昇せしめてその電流スイッ
チング動作を停止しており、この場合は放電開始遅れ時
間が長くなると、始動パルス電圧の低下により、発光管
２３の始動不能という新たな問題が実使用において発生
した。これに対して、本発明による回路構成では、基本
的にランプ不点灯において電源で加熱された加熱用抵抗
８の発熱によりＯＦＦ動作する新たなバイメタル素子か
らなるパルス停止用熱応動スイッチ９をＮＣＣ素子２に
直列に接続することにより、ＮＣＣ素子２にかかる電圧
を低下せしめてその電流スイッチング動作すなわち始動
パルス電圧発振を停止させている。これにより、実使用
においてランプの始動開始遅れ時間が長いときでも、パ
ルス停止用熱応動スイッチ９がＯＦＦ動作するまで始動
パルス電圧は殆ど低下せずに維持されるので、ランプの
発光管１はより確実に始動されることになる。この結
果、本発明による始動装置は、ランプ不点灯に対応した
安全機能を装備するとともに、併せて従来技術に比べて
実使用において、より確実な始動機能を維持することが
できた。

【００４９】図１に示す回路構成において、加熱用抵抗
８は、ＮＣＣ素子２とパルス停止用熱応動スイッチ９と
並列に接続されており、パルス停止用熱応動スイッチ９
と並列に接続されたバイパス抵抗１０とともに、パルス
停止用熱応動スイッチ９がＯＦＦの場合において、ＮＣ
Ｃ素子２に残留する電荷を放電するバイパス抵抗１０と
同様の機能を兼ね備えるものである。なお、ランプが正
常に始動され定常点灯状態にあるときは、パルス用熱応
動スイッチ９は発光管１の発熱によりＯＦＦ動作状態に
保たれている。

【００５０】ところで、本発明によるパルス停止用熱応
動スイッチ９のランプ再始動における動作に関しては、
ひとつの条件が遵守される必要がある。つまり、ランプ
再始動時においてパルス停止用熱応動スイッチ９は始動
回路開放用熱応動スイッチ７よりも早く復帰されてＯＮ
動作される必要がある。仮に、始動回路開放用熱応動ス
イッチ７が早く復帰されてＯＮ動作されると、加熱用抵
抗８に電流が流れてその発熱によりパルス停止用熱応動
スイッチ９のＯＦＦ動作状態がそのまま維持され、従っ
てＮＣＣ素子２は動作不能でランプ再始動は不可能とな
る。

【００５１】また、ランプ定常点灯においてパルス停止
用熱応動スイッチ９がＯＦＦ動作状態にあるときに前記
焦電流によるＮＣＣ素子２の特性劣化を防ぐために、パ
ルス停止用熱応動スイッチ９と並列にＮＣＣ素子保護用
のバイパス抵抗１０を接続することも必要である。この
場合、バイパス抵抗１０のほかに加熱用抵抗８と制御抵
抗４がＮＣＣ素子２に残留する電荷を放電する機能を兼
用しており、それだけ始動回路の簡易化が図られてい
る。

【００５２】第２の特徴は、ランプ寿命末期における発
光管内からのキセノンリークなどによる、外管内のアー
ク放電発生を防止するための安全機能に関するものであ
る。従来技術では、ＮＣＣ素子２４の自壊・導通からヒ
ューズ用フィラメントコイル３１を溶断させることによ
りアーク放電発生を抑えていたが、溶断までの時間が比
較的長くなりこれを十分防止することは困難であった。
これに対して、本発明ではＮＣＣ素子２に直列にリーク
用フィラメントコイル１１が接続され、かつリーク用フ
ィラメントコイル１１に対向させて新たに電子放射物質
が充填されたタングステンコイル電極１２が配置されて
いる。この動作は、キセノンリーク時にはリーク用フィ
ラメントコイル１１とタングステンコイル電極１２との
間に、始動パルス電圧によって速やかにアーク放電が発
生して、リーク用フィラメントコイル１１が溶断される
ことになる。これにより、リーク用フィラメントコイル
１１が溶断されるまでの時間は従来技術での最長１０数
分に比べて長くても２０秒以下まで短縮され、かつその
ランプ間のバラツキ幅も縮小されて、キセノンリーク時
などのアーク放電発生を一層確実に防止することができ
た。

【００５３】図２は、本実施形態である完成品としての
高圧ナトリウムランプ１５の全体構成を示す。真空排気
された外管ガラスバルブ１６の中に発光管１と、半導体
スイッチング素子３を除く全ての始動装置用部品とが組
立配備されており、外管ガラスバルブ１６はガラスステ
ム１７により気密封止されている。ガラスステム１７に
は、３本のリード線、すなわち発光管１の両電極部に接
続されるリード線１８，１９と半導体スイッチング素子
３の一端に接続されるリード線２０が気密封着されてい
る。そして、半導体スイッチング素子３はその特性劣化
を防止するために雰囲気温度がより低い口金２１内部に
配備されている。

【００５４】図３、図４は、本実施形態にかかる始動装
置用部品の組立構成図を示す。

【００５５】図３、図４の部品組立構成の基本的な特徴
は、アルミナなどからなるセラミック基板２２が発光管
１とガラスステム１７との中間に導入・配置されている
ことである。ここで、セラミック基板２２は、始動装置
用部品の組立に用いられるほかに、発光管１の管軸にほ
ぼ垂直面をなすように配置されることにより、特定の部
品をランプ定常点灯における発光管の発熱から遮蔽する
という主要な機能を有している。そして、基本的に発光
管１から遮蔽されるセラミック基板２２のガラスステム
側には始動装置部品のうちＮＣＣ素子２、パルス停止用
熱応動スイッチ９及びその加熱用抵抗８と半導体スイッ
チング素子３が配置され、一方その発光管側には始動回
路開放用熱応動スイッチ７が配置されている。

【００５６】これにより、次のように、上記のパルス停
止用熱応動スイッチ９のランプ再始動での動作の問題
や、併せて実使用における前記の諸問題を解決するため
の具体的手段と十分な効果が得られた。

【００５７】まず、前記のように、本発明によるパルス
停止用熱応動スイッチ９のランプ再始動における復帰時
間は始動回路開放用熱応動スイッチ７に比べてより短く
設定されて、パルス停止用熱応動スイッチ９はランプ再
始動でより速やかにＯＮ動作されることが必要である。
その具体的手段として、パルス停止用熱応動スイッチ９
はセラミック基板２２のガラスステム側の面上に組立・
配置されており、一方始動回路開放用熱応動スイッチ７
はセラミック基板２２の発光管側の発光管端部に近接し
て配置されている。更に、図３、図４に示すように、パ
ルス停止用熱応動スイッチ９をセラミック基板２２面上
にほぼ平行させて配置する場合の必要条件として、特に
セラミック基板２２の熱容量を低減するためにその基板
厚みは２．０ｍｍ以下に規定したものを用いた。これに
より、ランプ定常点灯でのパルス停止用熱応動スイッチ
９の温度は始動回路開放用熱応動スイッチ７に比べてよ
り低い値で保たれており、従ってランプ再始動ではパル
ス停止用熱応動スイッチ９が始動回路開放用熱応動スイ
ッチ７に対してより速やかに容易にＯＮ動作され、確実
で正常なランプ再始動が保証できた。なお、図３、図４
の配置において、基板厚さが２．０ｍｍ以上のセラミッ
ク基板２２を用いたときは、ランプ定常点灯中にセラミ
ック基板２２に蓄えられた比較的大きい熱量により、ラ
ンプ再始動時のパルス停止用熱応動スイッチ９の復帰時
間が始動回路開放用熱応動スイッチ７よりも長くなり、
正常なランプ再始動が得られないときがある。

【００５８】ところで、図３、図４の組立の検討過程
で、特に周囲温度が低い環境でのランプ始動に際してラ
ンプ不点灯が起こると、パルス停止用熱応動スイッチ９
が温度上昇し難いためにＯＦＦ動作されずに機能しな
い、という可能性があることがわかった。そこで、図４
のスイッチ９の配置に関するそのほかの必要条件とし
て、特に低温でのランプ始動時におけるランプ不点灯に
対してもスイッチ９の確実なＯＦＦ動作を保証するため
に、加熱用抵抗８の抵抗値とワット、及び前記スイッチ
９との配置間隔が特定範囲に規定された。つまり、加熱
用抵抗８の値が低くなると、誘起される始動パルス電圧
が低下して正常ランプが始動不能となり、一方高くなる
と、その発熱量が低減されてランプ不点灯時にスイッチ
９がＯＦＦ動作不能となるので、まず加熱用抵抗８の抵
抗値は２０ｋΩ〜４０ｋΩ、かつワットは０．２５〜
０．５Ｗの範囲に規定され、かつ加熱用抵抗８に並行し
て配置されたスイッチ９との間隔ｇは２．０ｍｍ以下の
範囲に規定された。これにより、低温のランプ不点灯に
対しても前記スイッチ９を確実にＯＦＦ動作させて、始
動パルス電圧発振を停止させることができた。更に、図
３に示すように、この場合、スイッチ９のバイメタル素
子先端部を加熱用抵抗８の端部キャップに直接接触させ
て配置することにより、スイッチ９を一層確実にＯＦＦ
動作することができた。

【００５９】次いで、従来技術によるランプ組立では、
ランプ定常点灯でのＮＣＣ素子２４温度が高くなり、例
えば高ワットタイプランプの再始動時間を通常上限値１
５分を超えて設定せざるを得ない場合があった。これに
対して、本実施形態においては、ＮＣＣ素子２はセラミ
ック基板２２のガラスステム側の面上に配置されてい
る。これにより、ランプ定常点灯でのＮＣＣ素子２の温
度上昇が低減されて、それだけランプ再始動に際してＮ
ＣＣ素子２の温度は十分な始動パルス電圧が誘起され得
る６５℃以下まで比較的速やかに低下するので、例えば
高ワット３６０Ｗタイプでもその再始動時間を通常上限
値１５分以下に容易に設定することができた。

【００６０】ところで、図４に示すように、ＮＣＣ素子
２をセラミック基板２２の面にほぼ平行させて配置した
構成において、ＮＣＣ素子２とセラミック基板２２との
配置間隔が短くなり過ぎると、約２０００Ｖの始動パル
ス電圧の印加によりＮＣＣ素子２が破壊されることがわ
かった。これは、ＮＣＣ素子２の内部電界強度分布が不
均一になり局所的強電界が発生することに起因してい
る。そこで、かかるＮＣＣ素子破壊を防止するために、
配置間隔を０．５ｍｍ以上の範囲に規定することによっ
て、ＮＣＣ素子２の破壊を確実に防止することができ
た。

【００６１】更に、従来技術によるランプ組立では、半
導体スイッチング素子２５は、より低温のランプ口金内
に配備されながら、高ワットタイプランプでは定常点灯
時のその放置温度は耐熱保証温度１３０℃を殆ど超えて
いた。これに対して、本実施形態では、半導体スイッチ
ング素子３はセラミック基板２２のガラスステム側で、
しかも口金２１内に配備されている。これにより、その
口金部分自体が前記セラミック基板２２により発光管１
の発熱から効果的に遮蔽されており、これにより高ワッ
トタイプランプでも半導体スイッチング素子３の放置温
度はほぼ上記値１３０℃以下に抑えられて、ランプ寿命
中におけるその特性劣化を防止できた。

【００６２】図５は、本発明の実施形態１である高圧ナ
トリウムランプ１５の３本のリード線１８、１９、２０
が気密封止されているガラスステム１７の構造を示す。

【００６３】従来技術による図８のガラスステム構造で
は、半導体スイッチング素子２５に接続されるリード線
１９と他のリード線２０の間隔が短すぎて両者の接触な
いし両者間の放電が起こるときがあり、これを防ぐため
に通常リード線は絶縁チューブで被われていた。これに
対して、本実施形態では、３つのリード線１８，１９，
２０の封止部の横断面形状が、図５に示すように従来の
細長の長方形状と異なり三角形状をなすように成型加工
されていることである。これにより、半導体スイッチン
グ素子３に接続されるリード線２０と電源に接続される
リード線１８，１９のそれぞれはその三角形状の角部に
互いに比較的長い間隔ｓをおいて封止されるので、絶縁
チューブを用いることなくリード線２０とリード線１
８，１９との間の接触や放電を確実に防止できた。

【００６４】上記実施形態１である高圧ナトリウムラン
プの典型的な具体的構成は、低ワット１１０Ｗから高ワ
ット３６０Ｗタイプまで共通するものであり、まず図１
の回路部品の加熱用抵抗８が３０ｋΩ、制御抵抗４が４
７ｋΩ、バイパス抵抗１０が４７ｋΩ、リーク用フィラ
メントコイル１１が一般電球１００Ｖ８０Ｗ用と同一コ
イル、タングステンコイル電極１２が高圧水銀ランプ２
００Ｗ用と同一電極、とそれぞれ設定された。また、図
２の部品組立のアルミナからなるセラミック基板２２の
寸法３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ、加熱用抵抗
８とパルス停止用熱応動スイッチ９の間隔ｇが１．０ｍ
ｍで加熱用抵抗８の端部キャップに熱応動スイッチ９の
バイメタル素子先端部が接触されること、ＮＣＣ素子２
とセラミック基板２２との配置間隔ｄが３．０ｍｍ、と
それぞれ設定された。更に、図５のガラスステム１７の
構造において、リード線２０とリード線１８，１９との
封止間隔ｓが約５ｍｍに設定された。そして、リード線
１８，１９，２０はいずれも口金２１内で絶縁チューブ
で被われていない。

【００６５】上記実施形態１の具体的構成からなる高圧
ナトリウムランプの始動特性は、まず始動パルス電圧が
１５００Ｖ〜２０００Ｖで、この値はランプ放電開始遅
れ時間が約１０秒と長いときでも低下することなく、よ
ってランプは確実に始動されることが確認された。ま
た、外管ガラスバルブ１６へのキセノンリーク時におけ
るリーク用フィラメントコイル１１の溶断時間は、ばら
つき範囲７．０〜１５．７秒で平均１０．６秒の値が得
られた。

【００６６】ランプ再始動では、パルス停止用熱応動ス
イッチ９は始動回路開放用熱応用動スイッチ７に比べて
より速やかにＯＮ動作されて、確実に正常なランプ再始
動が行なわれた。一方、ランプ再始動時間は、高ワット
３６０Ｗタイプでも通常上限値１５分以下の約１４分に
設定でき、これに関連して起こるＮＣＣ素子破壊も確実
に防止できた。

【００６７】更に、周囲温度−４０℃でのランプ不点灯
に対しても、パルス停止用熱応動スイッチ９は確実にＯ
ＦＦ動作して始動パルス電圧発振は停止された。また、
ランプ定常点灯時の口金２１内における半導体スイッチ
ング素子３の放置温度は高ワット３６０Ｗタイプでも保
証耐熱温度１３０℃以下の約１２７℃であり、そして口
金２１内においてリード線２０と他のリード線１８，１
９との間での接触や放電発生は皆無であった。

【００６８】図６に、本発明の第２の実施の形態である
アルミナセラミックメタルハライドランプに内蔵された
始動装置の回路構成を示す。

【００６９】このメタルハライドランプと上記実施形態
１の高圧ナトリウムランプの構成における唯一の基本的
相違点は、本実施形態のメタルハライドランプでは外管
ガラスバルブ１６内に窒素を主成分としたガスが３００
〜４００Ｔｏｒｒ封入されていることである。この結
果、本実施形態のメタルハライドランプでは寿命末期に
おいて仮に発光管１内からアルゴンなどの始動補助用希
ガスが外管ガラスバルブ１６内にリークしても、リード
線間でアーク放電が発生することを防止できる。

【００７０】従って、図６に示すように、図１と異なり
寿命末期におけるアーク放電防止のためのリーク用フィ
ラメントコイルとタングステンコイル電極による安全機
能は不要となる。図６におけるこのほかの始動装置の回
路構成は、図１の実施形態１のものと同一である。

【００７１】更に、第２の実施形態の始動装置の組立構
成も、上記のフィラメントコイルとバイパス抵抗を除く
以外は、図３、図４の実施形態１のものと同一である。
また、ガラスステムの構造も図５のものと同一のものを
用いた。

【００７２】これにより、第２の実施形態のメタルハラ
イドランプの始動特性は、ランプ寿命末期の安全機能を
除くことができるため、より簡易な構成で、より向上し
た結果を得ることができた。

【００７３】以上のように、上記各実施形態で示された
回路構成、部品組立からなる始動装置と改良された構造
からなるガラスステムを装備することにより、従来技術
に比べて実使用にも十分適応できる水準までランプ始動
機能と安全機能がともに一層改善され、また実使用での
前記の諸問題も解決されて、本発明が目的とするより高
品質で安全性の高い始動装置内蔵型の高圧放電ランプが
得られる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、ＮＣＣ素子からなる始
動装置を内蔵した高圧放電ランプにおいて、実使用にお
ける放電開始遅れ時間が長いときでも確実なランプ始動
が得られ、また寿命末期でのキセノンリークによる外管
ガラスバルブ内のアーク放電がより確実に防止されて、
ランプの始動機能と安全機能が一層改善される。また、
実使用での諸問題に対して、ランプ再始動時間の短縮、
低温でのランプ不点灯における始動パルス電圧の発振停
止、ランプ定常点灯での半導体スイッチング素子の放置
温度低下、ランプ口金内でのリード線間の接触や放電の
防止、という問題解決が図られて、より高品質で安全性
の高い高圧放電ランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である高圧ナトリウ
ムランプの始動装置の回路構成図

【図２】同じく高圧ナトリウムランプの全体構成図

【図３】同じく高圧ナトリウムランプの始動装置用部品
の組立構成図

【図４】同じく高圧ナトリウムランプの始動装置用部品
の組立構成図

【図５】同じく高圧ナトリウムランプのガラスステムの
構造図

【図６】本発明の第２の実施の形態であるメタルハライ
ドランプの始動装置の回路構成図

【図７】従来の高圧ナトリウムランプの始動装置の回路
構成図

【図８】従来の始動装置内臓型高圧ナトリウムランプの
ガラスステム構造図

【符号の説明】

１ 発光管 ２ 強誘電体セラミックコンデンサー（ＮＣＣ）素子 ３ 双方向性半導体スイッチング素子 ４ 制御抵抗 ５ 始動補助導体 ６ コンデンサー ７ 始動回路開放用熱応動スイッチ ８ 加熱用抵抗 ９ パルス停止用熱応動スイッチ １０ バイパス抵抗 １１ リーク用フィラメントコイル １２ タングステンコイル電極 １３ 電源 １４ リアクタンス安定器 １５ 高圧ナトリウムランプ １６ 外管ガラスバルブ １７ ガラスステム １８，１９，２０ リード線 ２１ 口金 ２２ セラミック基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 美井 明 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 3K083 AA07 AA44 AA45 BA12 BC16 BC18 BC20 BC34 BD09 BD15 BD25 BD26 CA32 CA33 CA37 EA02 5C039 BB04 BB05 BB08 BB13 BB21

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管に並列接続された非線形特性を有
   する強誘電体セラミックコンデンサー素子と半導体スイ
   ッチング素子からなる始動装置を備えた高圧放電ランプ
   において、前記始動装置は、ランプ不点灯時における加
   熱用抵抗の発熱によりＯＦＦ動作するパルス停止用熱応
   動スイッチが、前記強誘電体セラミックコンデンサー素
   子と直列に接続されていることを特徴とする高圧放電ラ
   ンプ。
2. 【請求項２】 ランプ再始動時における前記パルス停止
   用熱応動スイッチの復帰時間が、前記発光管の点灯時に
   前記始動装置をＯＦＦ動作状態に保つために設けられて
   いる始動回路開放用熱応動スイッチの復帰時間に比べ
   て、短いことを特徴とする請求項１記載の高圧放電ラン
   プ。
3. 【請求項３】 前記加熱用抵抗が前記パルス停止用熱応
   動スイッチと前記強誘電体セラミックコンデンサー素子
   と並列に接続され、また前記パルス停止用熱応動スイッ
   チと並列にバイパス抵抗が接続されていることを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の高圧放電ランプ。
4. 【請求項４】 外管ガラスバルブが真空排気されてお
   り、前記外管ガラスバルブ内に前記強誘電体セラミック
   コンデンサーと直列にリーク用フィラメントコイルが接
   続され、かつ前記リーク用フィラメントコイルとの間で
   アーク放電するための電極が前記リーク用フィラメント
   コイルに近接して設けられていることを特徴とする請求
   項１〜請求項３のいずれかに記載の高圧放電ランプ。
5. 【請求項５】 前記始動装置は、前記発光管と前記外管
   ガラスバルブ封止用のガラスステムとの中間に、前記発
   光管の管軸に対してほぼ垂直面をなすようにセラミック
   基板が配置され、前記セラミック基板の前記ガラスステ
   ム側には前記強誘電体セラミックコンデンサー素子、前
   記パルス停止用熱応動スイッチとその前記加熱用抵抗、
   半導体スイッチング素子がそれぞれ配置され、一方前記
   セラミック基板の前記発光管側には前記始動回路開放用
   熱応動スイッチが配置されていることを特徴とする請求
   項１〜請求項４のいずれかに記載の高圧放電ランプ。
6. 【請求項６】 前記パルス停止用熱応動スイッチが前記
   セラミック基板のガラスステム側の面上に組立・配置さ
   れ、前記セラミック基板の厚みが２．０ｍｍ以下の範囲
   に規定されたことを特徴とする請求項５記載の高圧放電
   ランプ。
7. 【請求項７】 前記パルス停止用熱応動スイッチが前記
   加熱用抵抗と並行して配置され、前記加熱用抵抗の抵抗
   値が２０ｋΩ〜４０ｋΩ、かつワットが０．２５〜０．
   ５Ｗの範囲に規定され、かつ前記パルス停止用熱応動ス
   イッチと前記加熱用抵抗の間隔が２．０ｍｍ以下の範囲
   に規定されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のい
   ずれかに記載の高圧放電ランプ。
8. 【請求項８】 前記パルス停止用熱応動スイッチの先端
   部が、前記加熱用抵抗に接触されて配置されたことを特
   徴とする請求項７記載の高圧放電ランプ。
9. 【請求項９】 前記強誘電体セラミックコンデンサーが
   前記セラミック基板のガラスステム側の面上にほぼ平行
   して配置され、その配置間隔が０．５ｍｍ以上の範囲に
   規定されたことを特徴とする請求項５記載の高圧放電ラ
   ンプ。
10. 【請求項１０】 前記半導体スイッチング素子が、前記
    外管ガラスバルブ外で、かつ口金内に配置されているこ
    とを特徴とする請求項５記載の高圧放電ランプ。
11. 【請求項１１】 前記口金内に配置された前記半導体ス
    イッチング素子の一端に接続される１つのリード線と電
    源に接続される２つのリード線とが封止されたガラスス
    テムであって、前記３つのリード線の封止部の横断面が
    三角形状を有し、前記３つのリード線は前記三角形状の
    角部にそれぞれ位置して封止されていることを特徴とす
    る請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の高圧放電ラ
    ンプ。