JP2008287931A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】点灯・消灯の繰り返しに伴う発光管の膨張・収縮の繰り返しに起因する、発光管の外表面に対する始動補助導体の密着度の低下を抑制して、近接導体としての機能を長期に亘って維持する。
【解決手段】発光管１と、発光管の両端内部に各々支持され電極棒２５及びその先端部に巻回されたコイル２６を有する一対の電極２７と、発光管の一対の電極に並列に接続された始動装置と、発光管の外表面に沿ってその軸方向に延在させて配置された線材からなる始動補助導体３１と、発光管、始動装置及び始動補助導体を収容しその一端がガラスステム１７により封止された外管ガラスバルブ１６とを備え、始動補助導体は、少なくとも一方の端部において発光管に巻回されて閉ループ３２を形成し、閉ループの部分では、始動補助導体の一部と発光管の外表面との間に始動補助導体の他の部分が挟み込まれた交差部３３が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧放電ランプにおける、点灯を容易にするための始動補助導体の構成に関するものである。

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。

ところで、このような高圧放電ランプを点灯するには、通常、始動装置が必要である。始動装置は、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。

特許文献１に記載された従来例の始動装置内蔵形の高圧放電ランプについて、図５及び図６を参照して説明する。図５は、この高圧ナトリウムランプに内蔵された始動装置の基本的な回路構成を示す。図６は、この高圧ナトリウムランプの全体構造を示す正面図である。高圧ナトリウムランプ１５を構成する発光管１は、その容器が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。

高圧ナトリウムランプ１５が備える始動装置は、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と、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）とからなる直列回路を含む。この直列回路は、発光管１に並列に接続されている。

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１０の両端が接続され、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が、パルス停止用熱応動スイッチ９の近傍に配置され、パルス停止用熱応動スイッチ９、ＮＣＣ素子２、および半導体スイッチング素子３と並列に接続されている。また、タングステン電極１２が、リーク用フィラメントコイル１１の近傍に設けられている。タングステン電極１２の端部は、発光管１の一端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。更に、発光管１の外表面に沿って、モリブデン線からなる始動補助導体５が付着して設けられている。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いる。パルス停止用熱応動スイッチ９は、加熱用抵抗８の発熱によりＯＦＦ動作するバイメタル素子からなる。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が用いられる。

この始動回路の始動動作は次のとおりである。電源電圧１３（２００Ｖ／２２０Ｖ）が印加されると、ＮＣＣ素子２は、その非線形特性に基づく電流遮断によりいわゆる電流スイッチング動作を行う。それにより、リアクタンス安定器１４には、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、その電圧により発光管１が始動する。制御抵抗４は、始動パルス電圧の発振位相を安定制御するために用いられている。この動作において、半導体スイッチング素子３は、ＮＣＣ素子２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する。また、始動補助導体５により、比較的低い始動パルス電圧値で安定した発光管始動を得るための始動補助効果が得られる。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する。

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となり、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。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。

図５に示す回路構成によれば、ランプ不点灯に応じて始動パルス電圧発振を停止させる安全機能を備えながらも、十分な始動機能を維持可能である。すなわち、ランプ不点灯時には、パルス停止用熱応動スイッチ９が加熱用抵抗８の発熱によりＯＦＦ動作することにより、ＮＣＣ素子２にかかる電圧が低下して、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が停止する。この構成によれば、ランプの始動開始遅れ時間が長いときでも、ＮＣＣ素子２の温度を上昇させることがないので、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。したがって、ランプの発光管１はより確実に始動される。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。

パルス停止用熱応動スイッチ９は、ランプ再始動における動作に関連して、始動回路開放用熱応動スイッチ７よりも早く復帰してＯＮ動作する必要がある。始動回路開放用熱応動スイッチ７が早く復帰してＯＮ動作すると、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、ＮＣＣ素子２は動作不能で、ランプ再始動が不可能となるからである。

また、ランプ定常点灯時において、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の、焦電流によるＮＣＣ素子２の特性劣化を防ぐために、ＮＣＣ素子保護用のバイパス抵抗１０がパルス停止用熱応動スイッチ９と並列に接続されている。なお、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、バイパス抵抗１０とともに、ＮＣＣ素子２に残留する電荷を放電する機能を兼ね備える。

図５に示す回路構成はまた、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を有する。この機能は、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とによって得られる。この動作によれば、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、長くても２０秒以下まで短縮される。

図６は、この従来例の高圧ナトリウムランプ１５の完成品としての全体構成を示す。真空排気された外管ガラスバルブ１６の中に、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、発光管１とが組立配備されている。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。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。

始動補助導体５は、発光管１に螺旋状に巻回されて、その外表面に沿って軸方向に延在している。始動補助導体５の両端は、発光管１の近傍の支持部２３、２４に固定され、支持されている。また、発光管１の両端内部に配置された電極棒２５及びその先端部に巻回されたコイル２６を有する電極２７との位置関係について、始動補助導体５は、始動補助が十分に得られるように発光管１の外表面に対して近接または接触するように設定されている。
特開２００２−８３５７２号公報

上記構成を有する高圧ナトリウムランプにおいて、稀であるが初期の段階から始動しないものが見られた。また、初期の段階では問題なかったが、点灯時間の経過に伴って始動しなくなるものも見られた。その原因を調べてみると、始動補助導体５による始動補助効果、すなわち比較的低い始動パルス電圧値で安定した発光管始動を得る効果が十分に得られていないことがわかった。さらにその原因を調べてみると、発光管１の外表面に対する始動補助導体５の密着度が低下していることが判明した。

なお、ここで言う「密着」とは、接触状態はもちろんのこと、近接状態も含むものとする。

そのような密着度の低下の原因の一つは、始動補助導体５であるモリブデン線の、発光管１の外表面に沿って螺旋状に巻回された状態においてスプリングバックが生じるためであると考えられる。また、別の原因として、点灯・消灯の繰り返しに伴い、発光管１が膨張・収縮を繰り返すことにその密着度が低下したと考えられる。このように始動補助導体５が発光管１の外表面に十分に接触または近接していない状態が発生すると、近接導体としての機能が阻害される。

本発明は、発光管の外表面に対する始動補助導体の密着度の低下を抑制して、近接導体としての機能を長期に亘って維持可能な構造を有する高圧放電ランプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の高圧放電ランプは、発光管と、前記発光管の両端内部に各々支持され、電極棒及びその先端部に巻回されたコイルを有する一対の電極と、前記発光管の一対の電極に並列に接続された始動装置と、前記発光管の外表面に沿ってその軸方向に延在させて配置された線材からなる始動補助導体と、前記発光管、前記始動装置及び前記始動補助導体を収容し、その一端がガラスステムにより封止された外管ガラスバルブとを備え、前記始動補助導体は、少なくとも一方の端部において前記発光管に巻回されて閉ループを形成し、前記閉ループの部分では、前記始動補助導体の一部と前記発光管の外表面との間に前記始動補助導体の他の部分が挟み込まれた交差部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、始動補助導体の端部に形成された閉ループの部分に、始動補助導体の一部と発光管の外表面の間に始動補助導体の他の部分が挟み込まれた交差部が形成されていることにより、始動補助導体を発光管に対して締め付ける作用が得られる。その結果、スプリングバック等に抗することができ、発光管の外表面に対する始動補助導体の密着度の低下を抑制することができる。

本発明の高圧放電ランプは上記構成を基本として、以下のような種々の態様をとることができる。

すなわち、前記発光管の軸方向における前記始動補助導体の交差部の位置が、前記電極のコイルと重なるか、またはその近傍となるように設定されていることが好ましい。それにより、始動補助効果が最も有効に発揮される。

前記始動補助導体は、前記交差部から他端に向かう部分が前記発光管に螺旋状に巻回されている構成とすることができる。

また、前記閉ループを形成している部分における前記始動補助導体は、前記交差部において上側となった部分の近傍を除き、前記発光管の外表面との間の間隙が０．３ｍｍ以内に調整されていることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態における高圧放電ランプについて、図面を参照してより具体的に説明する。

図１〜図４は、本発明の一実施の形態における始動装置内蔵型の高圧ナトリウムランプ３０の構成を示す。図１は、本実施形態における高圧ナトリウムランプ３０の全体構造を示す正面図である。始動装置の回路構成及びその動作は、図５を参照して説明した従来例と同様であり、説明の繰り返しを省略する。また、図１における全体構造のうち、図６に示した従来例の全体構造と同様の要素・構成については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを一部省略する。本実施形態における高圧ナトリウムランプ３０が図６に示した従来例のランプ１５と実質的に相違する部分は、始動補助導体３１の構造である。

図１において、高圧ナトリウムランプ３０を構成する発光管１は、その容器が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。真空排気された外管ガラスバルブ１６の中に、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、発光管１とが組立配備されている。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。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。始動装置用部品が装着された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との中間に配置されている。

始動補助導体３１は、発光管１に螺旋状に巻回されて、その外表面に沿って軸方向に延在している。始動補助導体３１の両端は、発光管１の近傍の支持部２３、２４に固定され、支持されている。その際、始動補助導体３１は、絶縁体を介して固定、支持されているので、電気的につながっていない。始動補助導体３１は、ガラスステム１７により気密封止された側の端部で発光管１に巻回されて閉ループ３２を形成している。

閉ループ３２の部分の形状について、図２を参照してより詳細に説明する。図２は、図１に示した高圧ナトリウムランプ３０のガラスステム１７側端部の要部を背面から見た状態を、拡大して示した背面図である。閉ループ３２の部分では、始動補助導体３１における、反対側の端部から延在してきた部分と支持部２４に向かって延在する部分が、交差部３３を形成している。交差部３３では、始動補助導体３１の一部と発光管１の外表面の間に、支持部２４に向かって延在する始動補助導体３１の他の部分が挟み込まれている。

このように交差部３３が形成されていることにより、始動補助導体３１を発光管１に対して締め付ける作用が得られる。その結果、始動補助導体３１を発光管１に巻回した際に発生するスプリングバックや、点灯・消灯の繰り返しに伴う発光管１の膨張・収縮の繰り返しに起因する始動補助導体３１の巻き付けの緩みに抗することができ、発光管１の外表面に対する始動補助導体３１の密着度の低下を抑制することができる。

発光管１の軸方向における始動補助導体３１の交差部３３の位置は、望ましくは、電極２７のコイル２６と重なるように設定される。それにより、始動補助効果が最も有効に発揮される。ただし、始動補助効果が実用上十分に得られる範囲で、交差部３３の位置がコイル２６の位置からずれて、コイル２６の近傍に位置するように設定されていてもよい。

始動補助導体３１の交差部３３は、ガラスステム１７により封止された側の端部に限らず、他方の端部に設けられても、相当の効果を得ることは可能である。

始動補助導体３１は、発光管１の外表面に密着していることが望ましいが、発光管１の外表面との間の間隙が０．３ｍｍ以内に調整されていれば、実用上十分な始動補助効果を得ることが可能である。ただし、閉ループ３２の交差部３３において上側となる部分については、発光管１の外表面との間の間隙は０．３ｍｍを超えてもよい。

図１に示されたように、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とともに、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１の発熱から遮蔽する機能を有する。

図３及び図４は、本実施形態における始動装置用部品の組立構成図を示す。図４は、図３の背面から見た図である。実質的に発光管１から遮蔽される、セラミック基板２２のガラスステム１７側には、図４に示すように、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、半導体スイッチング素子３が配置されている。セラミック基板２２の発光管１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。

この構成により、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はランプ再始動時により速やかにＯＮ動作される。すなわち、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設置されており、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ためである。

本発明によれば、始動装置内蔵型の高圧放電ランプにおける始動補助導体の機能を長期に亘って維持することができ、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に有用である。

本発明の一実施の形態における高圧ナトリウムランプの全体構成を示す正面図 同高圧ナトリウムランプの要部の拡大背面図 同高圧ナトリウムランプの始動装置用部品の組立構成を示す図 同部品を図３に示した面の背面から見た図 従来の高圧ナトリウムランプの始動装置を示す回路図 同高圧ナトリウムランプの全体構成を示す正面図

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、３１ 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、３０ 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
２３、２４ 支持部
２５ 電極棒
２６ コイル
２７ 電極
３２ 閉ループ
３３ 交差部

Claims (4)

1. 発光管と、
   前記発光管の両端内部に各々支持され、電極棒及びその先端部に巻回されたコイルを有する一対の電極と、
   前記発光管の一対の電極に並列に接続された始動装置と、
   前記発光管の外表面に沿ってその軸方向に延在させて配置された線材からなる始動補助導体と、
   前記発光管、前記始動装置及び前記始動補助導体を収容し、その一端がガラスステムにより封止された外管ガラスバルブとを備えた高圧放電ランプにおいて、
   前記始動補助導体は、少なくとも一方の端部において前記発光管に巻回されて閉ループを形成し、
   前記閉ループの部分では、前記始動補助導体の一部と前記発光管の外表面との間に前記始動補助導体の他の部分が挟み込まれた交差部が形成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記発光管の軸方向における前記始動補助導体の交差部の位置が、前記電極のコイルと重なるか、またはその近傍となるように設定されている請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 前記始動補助導体は、前記交差部から他端に向かう部分が前記発光管に螺旋状に巻回されている請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
4. 前記閉ループを形成している部分における前記始動補助導体は、前記交差部において上側となった部分の近傍を除き、前記発光管の外表面との間の間隙が０．３ｍｍ以内に調整されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。

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