JPH0266894A - 低圧水銀蒸気放電灯の点灯方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は予熱始動形低圧水銀蒸気放電灯の点灯方法およ
びその装置の改良に関し、特に不適正な予熱に伴なうフ
ィラメント電極の無用の消耗を防止して長寿命にしたも
のである。

（従来の技術） 予熱始動形の蛍光ランプを点灯する場合、商用周波、高
周波のいずれの点灯方式においても、フィラメント電極
に予熱電流を通流し、フィラメントの温度が適度に高く
なった時点て始動電圧を印加することが一般に行なわれ
ている。これはフィラメント温度を高くして熱電子放出
を多くし、始動後におけるアーク放電への移行時間を短
くすることで、黒化などの不都合を軽減させるために必
要である。

一般に広く用いられている点灯管方式では、バイメタル
電極が閉じている時間フィラメント電極が予熱され、開
いた瞬間にチョークコイルに自己誘導されるキック電圧
でランプを点灯する。また、近年広く実用化されている
高周波点灯方式では、適当な回路素子と回路構成により
予熱時間を設け、その後始動電圧を印加するソフトスタ
ート方式を採用している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来技術において、予熱の必
要性は述べられているか、どの程度の予熱を行なえば良
いかという定量的な検討はなされていなかった。たとえ
ば、特開昭５５−９３６９７号公報には高周波点灯方式
において、予め設定した時間だけ予熱を行なうことと、
このための回路例が示されているものの、具体的な予熱
条件については何も示されていない。また、特開昭５５
−１２６９９９号公報には、たんに予熱を１〜３秒間行
なうことが実施例中に記載されているだけで、その根拠
を明かにしていない。その他にも予熱の必要性を述べた
例は多いが、定量的検討がなされたものはなかった。た
とえば、特開昭５５−１３７６９号公報、特開昭５６−
７３８８号公報、特開昭５６−７３９１号公報、実開昭
５３９１２７］号公報、実開昭５５−７９０９９号公報
、実開昭５５１４１．４９７号公報などはいずれもこの
例にもれない。

そこで、本発明の課題は予熱始動形低圧水銀蒸気放電灯
において、予熱を必要な範囲内にすることによって始動
が確実でしかもフィラメント電極の予熱が過不足なく行
なわれる点灯方法およびその装置を提供することである
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は予熱始動形低圧水銀蒸気放電灯の点灯＝３ 方法およびその装置に関し、請求項の第１はフィラメン
ト電極の冷抵抗をＲ０オーム、予熱による動抵抗をＲオ
ームとしたとき、Ｒ／Ｒｏが４．０以上５．５以下の条
件を満たしたとき、両フィラメント電極間に始動電圧を
印加して点灯させるので、両フィラメント電極が必要に
して充分な温度に達したとき始動することができ、点灯
が確実でしかもフィラメント加熱過多や不足による電極
の無用の損耗が防止できた。また、請求項の第２は始動
電圧を印加するとき、Ｒ／Ｒ，が非定常状態にあるよう
にして、予熱時間を短縮した。さらに、請求項の第３は
フィラメント電極の予熱中の動抵抗Ｒを検知する検知装
置と、動抵抗Ｒとフィラメント電極の冷抵抗Ｒ，との比
を算出する演算回路と、得られた比Ｒ／Ｒ１が所望の値
に達したとき信号を発する比較回路と、この比較回路の
信号に応じて両フィラメント電極間に始動電圧を印加さ
せるゲート回路とを設けたので、請求項の１および２の
発明方法を容易に実施できる。さらに、請求項の第４は
上記請求項３の点灯装置にＲ／Ｒｏの変化率が減小傾向
にあるときフィラメント電極の予熱電力を増大する回路
を付設したので、請求項第１および第２の発明の始動電
圧を確実に印加できさらに請求項２の発明も確実に実施
できる。

（作　用） 予熱始動形低圧水銀蒸気放電灯のフィラメント電極はタ
ングステン、モリブデンあるいはそれらの合金などから
なるコイルフィラメントを１対の内導線間に装架してエ
ミッタを被着してなるもので、このようなフィラメント
材料は電気抵抗の温度係数が大きいので、予熱電流を通
流してフィラメントの温度が上昇するに従ってフィラメ
ントの電気抵抗すなわち動抵抗Ｒは急激に上昇し、これ
に応して予熱電流が急激に低下する。そこで、動抵抗Ｒ
と冷抵抗Ｒ０との比を測定すればそのときの平均フィラ
メント温度を間接的に検知できる。しかして、始動電圧
を印加したとき、フィラメント電極の温度が低すぎると
熱電子放射が不充分なため始動できず、反対に、フィラ
メント電極の温度が不必要に高すぎると、エミッタの蒸
発が激しく、管壁が早期に黒化し短寿命である。このよ
うな理由によって、点灯時、始動電圧を印加するときの
フィラメント電極の温度を適正な範囲に管理することが
、放電灯の長寿命化に不可欠である。しかし、ユーザの
立場で、短時間で急速に変化するフィラメント電極の温
度を観測して始動電圧を印加する時期を決定することは
不可能に近い。そこで、本発明においては、比較的検知
が容易なフィラメント電極の動抵抗Ｒを検知し、Ｒ／Ｒ
８の値が適正範囲にあるとき始動電圧を印加するように
して所期の目的を達成した。

（実施例） 本発明の詳細を図示の実施例によって説明する前述した
とおり、低圧水銀蒸気放電灯のフィラメント電極はタン
グステン、モリブデンまたはそれらの合金からなるコイ
ルフィラメントを１対の内導線間に装架し、このフィラ
メントにエミッタを被着してなるもので、このような高
融点のフィラメント材料は一般に電気抵抗の温度係数が
異状に大きいのが特徴である。そこで、このようなフィ
ラメント電極に予熱電流を通流した場合のフィラメント
両端間の電圧、電流および抵抗を調査した。

この結果を第１図に示す。図は横軸に予熱時間を取り、
縦軸に電流をＡ、電圧をＶ、抵抗ＲをΩのｍ位でそれぞ
れ示す。この図から予熱直前までは冷抵抗Ｒ１であり、
この状態で予熱電流を通流すればしゅん間約に冷電流１
゜、冷電圧Ｖ。の電流が流れる。そうして、予熱の進行
とともにフィラメント温度が上昇し、これに従って動抵
抗Ｒ１動電圧Ｖ、動電流■が図のように変化する。換言
すれば、動電流Ｉと動電圧Ｖを知れば動抵抗Ｒおよび動
抵抗比Ｒ／Ｒｏを計算によって求めることができ、フィ
ラメント電極の平均温度を間接的に検知することができ
る。

つぎに、点灯装置の一実施例を第２図に示す。

（１）、（１）は商用電源、（２）はこの商用電源（１
）、（Ｌ）に接続した安定器などの点灯回路、（３）は
この点灯回路（２）に両フィラメント電極（３１）、　
（３１）を接続した蛍光ランプなどの低圧水銀蒸気放電
灯、（４）はこの低圧水銀蒸気放電灯（３）の両フィラ
メント一 電極（３］、）、（３１）に予熱電流を通流する点灯管
などの予熱回路、（５）はこの予熱回路（４）に付設さ
れてフィラメント電極（３１）の動電流Ｉと動電圧■と
を検知するたとえばＣＴとＰＴとからなる■・Ｖ検知装
置、（６）はこの■・Ｖ検知装置の出力を演算して動抵
抗Ｒを求めるＲ演算回路、（７）はこのＲ演算回路（６
）から供給される動抵抗Ｒと別に設けられてＲ８保持回
路（８）から供給されるフィラメント電極（３１）の冷
抵抗Ｒ６とから演算してＲ／Ｒ，を算出するＲ　／　Ｒ
ｏ演算回路、（９）はこのＲ／Ｒｏ演算回路（７）の出
力を別に設けた基準保持回路（１０）から供給される所
望の基準値たとえば４．０と比較してこれを上廻ったと
きに信号を発しる比較回路、（１１）はこの比較回路（
９）の信号に応じてたとえば予熱回路（４）に遮断する
などして両フィラメン１へ電極（３］、）、（３１）間
に始動電圧を印加させる１−リガ回路である。

しかして、低圧水銀蒸気放電灯（３）において、フィラ
メント電極（３Ｉ）の予熱時の温度上昇速度、換言すれ
ばＲ／Ｒ，の」１昇速度は電極に投入される電力が一定
であればほぼ電極（３１）の熱容量によって定まる。そ
こで、フィラメント電極（３１）の熱容量が異なる各種
の低圧水銀蒸気放電灯（３）を用い、予熱時の電力を変
えてＲ／Ｒｏの上昇速度を調査した。

この結果を第３図に示す。すなわち、熱容量が大きいか
予熱時の電力が小さいとＲ／Ｒｏの上昇速度が遅く、し
かもＲ／Ｒｏ＝　４をわずかに」二回ったところで定常
状態になる。また、予熱時の電力が大きいと熱容量が中
程度でもＲ／Ｒｏの上昇速度がやや速く、かつＲ／Ｒ，
＝　５をわずかに」二回ったところで定常状態になる。

さらに、熱容量が小さいとき、Ｒ／Ｒｏの上昇速度が速
く、短時間で定常状態に達するのが多くなる。さらに、
Ｒｏを特小にすると、Ｒ／Ｒｏが急速に大きくなり、エ
ミッタが急速に蒸発し、フィラメントが溶断するおそれ
すらある。

つぎに、この低圧水銀蒸気放電灯（３）において、始動
電圧を印加するに最も適した時点を求めて次の実験を行
なった。すなわち、熱容量が一定の低圧水銀蒸気放電灯
（３）を選定し、基準保持回路（１０）の基準値を種々
に変化させ、５秒点灯５秒消灯の点滅試験を反覆してフ
ィラメント電極（３１）近傍の管壁がリング状の黒化で
覆われるまでの点滅回数を調査した。この結果を第４図
に示す。この第４図からＲ／　Ｒｏが４．０以上で５．
５以下の範囲にあるとき点滅による黒化が著しく少ない
ことがわかった。

これに対し、Ｒ／Ｒｏが４．０未満のときは予熱不充分
となり、正常なアーク放電に移行するまで陰極降下電圧
が高く、これによるスパッタのため、放電灯（３）が早
期に黒化する。また、Ｒ／Ｒ，が５．５より大きいとフ
ィラメント電極の温度が高すぎ、エミッタの蒸発も多く
、管壁黒化が急速に進行するので、やはり早期黒化する
。ちなみに上述のＲ／Ｒ，をフィラメント電極（３１）
の平均温度に換算するとＲ／隅＝４．０の場合６５０℃
であり、Ｒ／Ｒｏ＝　５．５の場合９５０℃である。そ
うして、フィラメント電極（３１）の熱容量が種々変化
しても上述の第４図の実験結果は変らなかった。そこで
、本発明において、始動電圧を印加する時点をＲ／Ｒｏ
が４．０以上、５．５以下の範囲内のいずれかの値にな
ったときとした。また、このようなＲ／　Ｒｏの値を実
際に指定するには第２図に示した点灯装置において、基
準保持回路（１０）の基準値を−に連の４．０ないし５
．５の範囲内のいずれかの値にすればよく、Ｒ／Ｒｏが
この指定された値に達したとき比較回路（９）が作用し
てゲート回路（１１）を動作させて始動電圧が印加され
る。

つぎに、第３図で示した熱容量によるＲ／Ｒｏの上昇速
度と始動電圧を印加すべき時点との関係を調査した。調
査は基準保持回路（１０）の基準値を５．０に固定し、
フィラメント電極（３１）に逆流する予熱電流の電圧を
調整して、第３図の熱容量小および熱容量特小と同じＲ
／Ｒ８上昇速度を得た。そうして、５秒点灯し５秒消灯
する点滅試験を繰返し、電極近傍の管壁の黒化の程度と
点滅回数との関係を調査し、これを第５図に示した。図
は横軸に点滅回数をとり、縦軸に黒化程度を後述する基
準でとったもので曲線大、曲線中、小はいずれも第３図
の熱容量大、熱溶量中および熱容量小と同じＲ／Ｒ，の
上昇速度を得るようにした場合の相関を示す。この図に
おいて黒化程度は次のとおり。

１０；黒化なし。

８；見てわかる程度の点状黒化あり。

６；電極部がリング状の黒化で覆われる。

２．４；６がさらに進んだ状態である。

０；不点灯またはグロー放電のみ。

この試験結果から、始動電圧を印加する時点においてＲ
／Ｒｏがほぼ定常状態にある場合は黒化が若干激しく、
始動電圧を印加する時点においてＲ／Ｒ。

が上昇中、換言すれば非定常状態にある場合、黒化が極
めて少ないことがわかる。この理由はＲ／Ｒ０が定常状
態に近ずくと上昇速度が遅くなるので、予熱時間が長く
なり、エミッタの蒸発が若干多くなるためである。これ
に対し、非定常状態にある間に始動電圧を印加すれば、
予熱時間が極めて短かく、これに上述のＲ／Ｒｏが４．
０ないし５．５のとき始動電圧を印加する効果も加わっ
て、エミッタの蒸発がさらに少ないのである。

なお、本発明において、前述の第２図に示した点灯回路
に動抵抗Ｒと冷抵抗Ｒ８との比Ｒ／Ｒｏの時間変化の変
化率を算出するＲ／Ｒ，変化率演算回路（１２）および
このＲ／Ｒｏ変化率演算回路（１２）で得られたＲ／Ｒ
，変化率が減少傾向にあるときはフイラメン１〜電極（
３１）の予熱電力を増加させ、反対にＲ／Ｒｏ変化率が
増加傾向にある場合はフィラメント電極（３１）の予熱
電流を減少させる予熱電力調整回路（１３）からなる直
列回路をＲ／Ｒ演算回路（７）と予熱回路（４）との間
に介挿して第６図のように構成してもよく、この場合、
Ｒ／Ｒｏが点灯時期を定めた所定の値に達する前に定常
状態に達することを防止し、さらに始動電圧を印加する
とき必ずＲ／Ｒ，が非定常状態にあることを保証し、さ
らに、フィラメント電極温度の」１昇速度が過度になる
ことを防止してフィラメントの断線やエミッタの不所望
な消耗を防止できる。なお、本変形例において予熱電力
を減少させることは必ずしも必要ない。

なお、上述の点灯装置において、■とＶを検知する手段
は上述の例に限らず、要はフィラメント電極の動抵抗Ｒ
が検知できればよい。また、フィラメント電極の冷抵抗
は予め測定して記憶させておいてもよく、あるいは始動
の最初の瞬間に工・Ｖ検知装置で１゜とＶ。とを測定し
演算してＲ８を算出して記憶させてもよい。さらに、両
フィラメント電極間に始動電圧を導入する手段は前述の
例に限らず、要は比較回路からの信号に応じて始動電圧
を導入できればよい。そうして、始動電圧を発生する手
段はどのようなものでもよく、たとえば高周波発振器ま
たはパルス発振器を別に設けて、この高周波や高圧のパ
ルスをトリガ回路によって両フィラメント電極間に印加
してもよい。また、本発明は予熱始動形の高周波点灯方
式にも適用できる。

なお、本発明は殺菌灯など他の予熱始動形低圧水銀蒸気
放電灯にも適用できるものである。

〔発明の効果〕

このように、本発明は低圧水銀蒸気放電灯の点灯に際し
、フィラメント電極の無用な消耗とこれによる早期の管
壁黒化を防止し、しかも確実に点灯できる点灯方法とそ
の装置を提供するもので、請求項の第１はフィラメント
電極の冷抵抗をＲ８、予熱時の動抵抗をＲとしてとき、
４．０≦Ｒ／ＲＯ≦５．５を満足する条件でフィラメン
ト電極間に始動電圧を印加して点灯するようにしたので
、」１記目的を達成できる。また、請求項の第２は請求
項の第１の条件に加えて、さらに始動電圧を印加すると
きＲ／Ｒｏが非定常状態にあるようにしたので、フィシ
メン１−電極の消耗と管壁黒化をさらに減少できる。

さらに、請求項の第３は動抵抗Ｒを検知する検知装置と
、Ｒ／Ｒｏを算出する演算回路と、Ｒ／Ｒｏが所望の値
に達したとき信号を発しる比較回路と、比較回路の信号
に応じてフィラメント電極間に始動電圧を印加するゲー
ト回路とを設けたので、請求項第１および第２の発明を
容易に実施できる点灯装置を提供できる。さらに、請求
項の第４はＲ／Ｒｏの変化率が減少傾向にあるときフィ
ラメント電極の予熱電力を増大させる回路を設けたので
、請求項第１および第２の発明を容易にかつ確実に実施
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明点灯方法におけるフィラメント電極の予
熱による電流、電圧および電気抵抗の変化を示すグラフ
、第２図は本発明点灯方法を実施する点灯装置の一例の
ブロック図、第３図は予熱中のＲ／Ｈの変化を示すグラ
フ、第４図は始動電圧を印加すべきＲ／Ｒｏの適当範囲
を示すグラフ、第５図はＲ／Ｒ，が非定常状態にあると
き始動電圧を印加することの利点を説明するグラフ、第
６図は点灯装置の他の例のブロック図である。。 （１）・・・電源　　　　　　　　　（２）・点灯回路
（３）・・低圧水銀蒸気放電灯　　（３１）　　フィラ
メント電極（４）・予熱回路　　　　　　　（５）・−
１・Ｖ検知装置（６）・Ｒ演算装置　　　　　　（７）
　−Ｒ／Ｒ，演算装置（８）・・・Ｒ，保持回路　　　
　　　（９）・比較回路（１０）・・・基準保持回路　
　　　　（１］）−１−リガ回路代理人　弁理士　大　
胡　典　夫 第　　１ 因 く　釣　４ ♂ Ｏ 鴇Ｖ（響都 Ｉで） 婆 呼 Φ 〈ご 斗 従と 瞠壁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）冷抵抗がＲ＿０オームであるフィラメント電極を
   両端に封装してなる低圧水銀蒸気放電灯の上記フィラメ
   ント電極に予熱電流を通流し、予熱中の上記フィラメン
   ト電極の動抵抗をＲオームとしたとき、 ４．０≦Ｒ／Ｒ＿０≦５．５ なる関係が満足されるときに上記両フィラメント電極間
   に始動電圧を印加して点灯させることを特徴とする低圧
   水銀蒸気放電灯の点灯方法。 （２）始動電圧を印加するときＲ／Ｒ＿０がが非定常状
   態にあることを特徴とする請求項の１記載の低圧水銀蒸
   気放電灯の点灯方法。 （３）低圧水銀蒸気放電灯のフィラメント電極の予熱中
   の動抵抗Ｒを検知する検知装置と、この動抵抗Ｒと上記
   フィラメント電極の冷抵抗Ｒ＿０との比を算出する演算
   回路と、得られた比Ｒ／Ｒ＿０が所望の値に達したとき
   信号を発しる比較回路と、この比較回路の信号に応じて
   上記フィラメント電極間に始動電圧を印加させるゲート
   回路とを具備したことを特徴とする低圧水銀蒸気放電灯
   の点灯装置。 （４）演算回路と予熱回路との間にフィラメント電極の
   動抵抗と冷抵抗との比Ｒ／Ｒ＿０の時間変化の変化率を
   算出する演算回路と得られた変化率が減小傾向にあると
   き予熱電力を増加させる調整回路との直列回路を介挿し
   たことを特徴とする請求項の３記載の低圧水銀蒸気放電
   灯の点灯装置。