JP4939883B2

JP4939883B2 - 水銀ランプユニット

Info

Publication number: JP4939883B2
Application number: JP2006262541A
Authority: JP
Inventors: 義貴藤田; 和寛白石; 祥平前田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: KR20080028805A; TWI452939B; TW200822805A; CN101154552B; KR101342811B1; CN101154552A; JP2008084667A

Description

本発明は、バルブの外表面に始動補助導体を備えた交流点灯方式の水銀ランプユニットに関するものである。

水銀ランプユニットとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがあり、このユニットでは、バルブ内に一対の電極と補助電極を設け、補助電極とこれに近い方の電極の間にパルスを付与してグロー放電を開始させ、これを前記一対の電極間のアーク放電へと移行させる。
特開昭５７−４３３５２号公報

同じ水銀ランプユニットとしては、バルブの外表面に始動補助導体を備えた交流点灯方式のものがある。

この水銀ランプユニットでは、消灯後の高いバルブ内圧に起因して、早期に再始動できない場合があり、その課題解決が求められている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バルブの外表面に始動補助導体を設けた水銀ランプユニットにおける早期の再始動を図ることにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る水銀ランプユニットは、筒状のバルブ、該バルブにそれぞれ封入された水銀、不活性ガス並びに対向する一対の電極を有する水銀ランプと、前記一方の電極に接続され、前記バルブの軸方向に沿う方向で前記バルブの外表面に配された始動補助導体と、前記電極間に交流電圧を印加する安定器と、前記交流電圧が印加されている前記電極間にパルス電圧を印加する始動電源とを備え、前記一方の電極より前記他方の電極の方が低電位であるときのみに前記パルス電圧が印加され、前記パルス電圧における第１パルスの向きが当該パルス電圧の印加時における前記交流電圧の向きに対して逆であることを特徴とする。

本発明に係る水銀ランプユニットによれば、始動補助導体に接続された電極より、始動補助導体に接続されていない電極の方が低電位であるときにパルス電圧が印加され、パルス電圧における第１パルスの向きが当該パルス電圧の印加時における交流電圧の向きに対して逆であるように構成したことで、この水銀ランプユニットでは早期の再始動が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る水銀ランプユニットの概略構成を示す図であり、図１（ｂ）は、一部の詳細構成を示す図である。

本ユニットは、交流点灯方式のものであり、水銀ランプ１と、始動補助導体２と、安定器３と、始動電源４とを備える。

水銀ランプ１は、紫外線を透過させる石英ガラスなどを材質とした筒状のバルブ１１を備え、一方端内部に電極１２ａが、他方端内部に電極１２ｂが配される。バルブ１１には、放電媒体となる水銀と不活性ガスが封入され、各電極と導通させた金属箔で端部封着がなされ、気密性が保持される。

始動補助導体２は、線状の金属、いわゆるワイヤーであり、その材質は例えばニッケルである。その始動補助導体２は、一方端が電極１２ａに接続され、バルブ１１の軸方向に沿う方向でバルブ１１の外表面に配される。図１（ａ）では、始動補助導体２とバルブ１１を離して見やすくしている。

電極１２ａは端子１３ａに、電極１２ｂは端子１３ｂにそれぞれ接続され、これらの端子により、水銀ランプ１が安定器３と始動電源４に接続される。なお、例えば、安定器３と始動電源４の間に調光用の変圧器を設けることがあるが、これは本実施の形態の作用に直接関係ないので、図示および説明を省略する。

安定器３は、その変圧器の２次巻き線に正弦波の交流電圧を継続して発生させるものあり、電極１２ａは端子１３ａを介して、２次巻き線の一方端に接続される。交流電圧の周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、交流電圧の振幅は、例えば、５００ボルト程度である。

始動電源４は、その変圧器の２次巻き線にパルス電圧を発生させるものあり、電極１２ｂは端子１３ｂを介して、２次巻き線の一方端に接続される。

そして、安定器３の２次巻き線の他方端と始動電源４の２次巻き線の他方端とが接続される。

上記接続により安定器３は、始動操作でその交流電圧を電極１２ａ、１２ｂ間に印加し、これを消灯操作により終了させる。

一方、始動電源４は、上記の接続により、電極１２ａ、１２ｂ間にパルス電圧を印加する。

図２は、始動電源４によるパルス電圧の印加の際の様子を示す波形図である。

始動電源４は、安定器３の交流電圧により電極１２ａと電極１２ｂの電位が周期的に変化する中にあって、電極１２ａより電極１２ｂの方が低電位であるとき、つまり、交流電圧において当該状態を呈する半周期が到来してから次の半周期が到来するまでの間にタイミングを図ってパルス電圧を印加する。なお、パルス電圧の印加時間は極めて短いので、図ではそれを長く誇張して示している。

また、始動電源４は、パルス電圧における第１パルスの向きが当該パルス電圧の印加時における交流電圧の向きに対して逆になるようにパルス電圧を発生させる。なお、第１パルスの電圧は、例えば６キロボルト程度である。

この第１パルスの電圧の大きさをＶ１、パルス電圧が印加されていない状態で交流電圧が最大となったときの大きさをＶｓとすると、Ｖ１＞Ｖｓつまり、Ｖ１≧Ｖｓとなっている。

さらには、第１パルスに続いて逆向きに発生する第２パルスの電圧の大きさをＶ２とすると、Ｖ２＞Ｖｓつまり、Ｖ２≧Ｖｓとなっている。

さらには、パルス電圧が９０％減衰する間の時間の長さをＳｐ、交流電圧の半周期の長さをＳｔとすると、Ｓｔ＞２×Ｓｐとなっている。

さて、かかるパルス電圧の印加の態様（パターンという）とは異なり、電極１２ａより電極１２ｂの方が「低電位」であり、かつ、第１パルスの向きが交流電圧の向きと「同じ」であるパターンを「パターン１」と称することとする。

また、電極１２ａより電極１２ｂの方が「高電位」であり、かつ、第１パルスの向きが交流電圧の向きに対して「逆」であるパターンを「パターン２」と称することとする。

また、電極１２ａより電極１２ｂの方が「高電位」であり、かつ、第１パルスの向きが交流電圧の向きと「同じ」であるパターンを「パターン３」と称することとする。

そして、本ユニットのように、電極１２ａより電極１２ｂの方が「低電位」であり、かつ、第１パルスの向きが交流電圧の向きに対して「逆」であるパターンを「パターン４」と称することとする。

図３は、パターンごとに実施した再始動試験の結果を示す図である。ここでは、再始動試験をパターンごとに実施した。

１つの試験ではランプを１２０秒点灯させた後に消灯してから、所定のタイミングでパルス電圧を半周期に１回重畳する。その２秒後の状態で点灯失敗か点灯成功かを判断した。

タイミングは、消灯から１秒後、５秒後、１０秒後、１５秒後、２０秒後、３０秒後、３５秒後、４０秒後とした。

そして、タイミングとパターンの組み合わせのそれぞれで試験を２回行った。

まず、パターン１では、３５秒以下で２回とも点灯失敗であり、４０秒後で２回とも点灯成功した。

パターン２では、３５秒以下で２回とも点灯失敗であり、４０秒後で２回とも点灯成功した。ただし、２０秒後、３０秒後、３５秒後では、バルブ内に閃光が見られた。

パターン３では、３０秒以下で２回とも点灯失敗であり、３５秒後で２回とも点灯成功した。ただし、３０秒以下では、バルブ内に閃光が見られた。なお、４０秒後の試験は、点灯成功となることが明白なので省略した。

パターン４では、１５秒以下で２回とも点灯成功した。なお、２０秒以上の試験は、点灯成功となることが明白なので省略した。

このように、再始動までに要する時間は、パターン４で最短となり、よって、パターン４が、本ユニットに採用されたのである。

次に、各パターンでの波形やバルブ１１内の様子を説明する。

図４は、パターン１での波形とバルブ１１内の様子を示した図である。

パターン１では、図４（ａ）に示すように、電極１２ａより電極１２ｂの方が「低電位」であり、かつ、第１パルスの向きが交流電圧の向きと「同じ」である。

また、図４（ｂ）に示すように、第１パルス印加時、自由電子は始動補助導体２側へ引き寄せられるが、電極１２ｂには引き寄せられないので、コロナ放電が発生しにくいと考えられる。

また、図４（ｃ）に示すように、第２パルス印加時、自由電子は、極性反転した電極１２ｂに引き寄せられるが、第２パルスの向きが交流電圧の向きに対して「逆」なので、弱電界しか生じず、そのためコロナ放電が発生しにくいと考えられる。

図５は、パターン２での波形とバルブ１１内の様子を示した図である。

パターン２では、図５（ａ）に示すように、電極１２ａより電極１２ｂの方が「高電位」であり、かつ、第１パルスの向きが交流電圧の向きに対して「逆」である。

図５（ｂ）に示すように、第１パルス印加時、自由電子は始動補助導体２側へ引き寄せられるが、電極１２ｂには引き寄せられないので、コロナ放電が発生しにくいと考えられる。

図５（ｃ）に示すように、第２パルス印加時、自由電子は、極性反転した電極１２ｂに引き寄せられるが、低電圧である第２パルスでは弱電界しか生じず、そのためコロナ放電が発生しにくいと考えられる。

図６は、パターン３での波形とバルブ１１内の様子を示した図である。

パターン３では、図６（ａ）に示すように、電極１２ａより電極１２ｂの方が「高電位」であり、かつ、第１パルスの向きが交流電圧の向きと「同じ」である。

図６（ｂ）に示すように、第１パルス印加時、自由電子は電極１２ｂへ引き寄せられ、第１パルスの向きが交流電圧の向きと「同じ」であるので、強電界が生じ、コロナ放電が発生すると考えられる。特に、自由電子が電極１２ｂへ引き寄せられることでコロナ放電の発生が助長されると考えられる。

図６（ｃ）に示すように、第２パルス印加時における電極１２ｂの極性反転で、電極１２ｂ付近の自由電子が加速し、矢印Ｙの箇所で生じたコロナ放電が、始動補助導体２側を成長すると考えられる。

しかし、第２パルスによる極性反転なので電極１２ａ、１２ｂ間の電位差は小さく、図６（ｃ）に示すように、第３パルス印加時には電極１２ａ、１２ｂ間での放電破壊は生じない、または、放電破壊が生じたとしてもそれを維持できないと考えられる。すなわち、放電を維持するエネルギーは交流電源の正弦波で作られるためであり、パルスでは放電を維持するエネルギーがないためである。

図７は、パターン４での波形とバルブ１１内の様子を示した図である。

パターン４では、図７（ａ）に示すように、電極１２ａより電極１２ｂの方が「低電位」であり、かつ、第１パルスの向きが交流電圧の向きに対して「逆」である。

また、図７（ｂ）に示すように、第１パルス印加時、自由電子は電極１２ｂへ引き寄せられ、第１パルスの向きが交流電圧の向きに対して「逆」であるが、その第１パルスは高電圧なので、強電界が生じ、コロナ放電が発生すると考えられる。特に、自由電子が電極１２ｂへ引き寄せられることでコロナ放電の発生が助長されると考えられる。

また、図７（ｃ）に示すように、第２パルス印加時における電極１２ｂの極性反転で、電極１２ｂ付近の自由電子が加速し、矢印Ｙの箇所で生じたコロナ放電が、始動補助導体２側を成長すると考えられる。また、第２パルスの向きが交流電圧の向きと「同じ」であるので、電極１２ａ、１２ｂ間での放電破壊が生じ、それが維持されると考えられる。

以上説明したように、本実施の形態に係る水銀ランプユニットによれば、始動補助導体２に接続された電極１２ａより、始動補助導体２に接続されていない電極１２ｂの方が低電位であるときにパルス電圧が印加され、パルス電圧における第１パルスの向きが当該パルス電圧の印加時における交流電圧の向きに対して逆であるように構成したことで、早期の再始動が可能になる。

なお、本発明はパターン４の駆動パルスを持つものであれば、パターン１〜３までのパルスと組み合わせて使用してもよい。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る水銀ランプユニットの概略構成を示す図であり、図１（ｂ）は、一部の詳細構成を示す図である。図１の水銀ランプユニットにおけるパルス電圧の印加の様子を示す波形図である。各パターンごとに実施した再始動試験の結果を示す図である。パターン１での波形とバルブ１１内の様子を示した図である。パターン２での波形とバルブ１１内の様子を示した図である。パターン３での波形とバルブ１１内の様子を示した図である。パターン４での波形とバルブ１１内の様子を示した図である。

符号の説明

１…水銀ランプ
２…始動補助導体
３…安定器
４…始動電源
１１…バルブ
１２ａ、１２ｂ…電極

Claims

筒状のバルブ、該バルブにそれぞれ封入された水銀、不活性ガス並びに対向する一対の電極を有する水銀ランプと、
前記一方の電極に接続され、前記バルブの軸方向に沿う方向で前記バルブの外表面に配された始動補助導体と、
前記電極間に交流電圧を印加する安定器と、
前記交流電圧が印加されている前記電極間にパルス電圧を印加する始動電源とを備え、
前記一方の電極より前記他方の電極の方が低電位であるときのみに前記パルス電圧が印加され、前記パルス電圧における第１パルスの向きが当該パルス電圧の印加時における前記交流電圧の向きに対して逆であることを特徴とする水銀ランプユニット。