JPH0416898B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の技術分野＞ 本発明は高強度放電（HID）ランプ、特に始
動に高電圧を必要としかつアーク管壁を通りナト
リウムイオンの移動が起りがちな高強度放電ラン
プに関する。

＜従来技術の説明＞ タイプの異なる高強度放電ランプの設計を共通
にすることが望まれている。過去においては、こ
れらの基準は各特定のランプのタイプについて場
合に応じて決められていた。通常は各高強度放電
（HID）ランプは始動手段と、ランプの始動開始
後の正常動作期間中に始動動作に対して有害な影
響が与えられるのを防ぐための手段と、アーク管
を経て行われるナトリウムの移動を制御するため
の手段とを具える必要がある。

従来は種々のタイプのランプに対し上述したよ
うな要請に適うようにするための下記のような数
数の装置を利用していた。例えば、米国特許第
3872340号には高圧ナトリウムランプの始動を促
進するために点火コイルを使用することが開示さ
れている。この点火コイルは二個の個別のバイメ
タル片で形成されていて、これらはランプを加熱
すると、これらバイメタル片自体がその構造及び
幾何的形状及び配置の結果としてアーク管の附近
から物理的に除外されるようになつている。

また、米国特許第3900753号にはペニングガス
混合体を含有するアーク管及びこのアーク管の外
側を包む点火コイルから成る高圧ナトリウムラン
プが開示されている。この場合には、点火コイル
は、ランプの加熱後熱スイツチによつて主電極電
圧源から、電気的に除去されるように構成されて
いる。

また、米国特許第4037129号には、アーク管長
の10％以上にわたり多数巻回点火コイルを設けた
高圧ナトリウムランプが開示されている。この点
火コイルはランプの加熱後熱スイツチによつて主
電源電圧源から電気的に除去されるように構成さ
れている。

さらに、米国特許第4117371号にはアーク管長
の10％以下にわたつて多数巻回点火コイルを設け
た高圧ナトリウムランプが開示されている。この
点火コイルはランプの加熱後温度依存抵抗によつ
て主電極電圧源から電気的に除去されるように構
成されている。

さらに、米国特許第4179640号には、主アーク
放電の開始後、高インピーダンスコンデンサ又は
抵抗によつて主電極電圧源から電気的に除去され
る点火コイルを使用する高圧ナトリウムランプが
開示されている。

さらに、米国特許第3619711号には、メタルハ
ライドランプに使用される主電極電圧源間に整流
ダイオード及び限流抵抗を電気的に接続させた補
助電極を使用することが開示されている。始動開
始後、ランプの正常動作期間中における補助電極
の有害な影響を、この補助電極に接続されたAC
制限DC波コンデンサによつて、防いでいる。

さらに、米国特許第3900762号、3982154号、第
4007397号及び第4097777号には始動開始（Start
−up）及び補助電極電圧の整流の手助けを行つ
て始動開始後の正常動作期間中ランプの劣下を防
ぐようにするため電圧二倍回路として二重の機能
を達成する整流ダイオード及び補助電極を含むメ
タルハライドランプの変形例が示されている。

＜発明の要約＞ 本発明の目的はランプを流れる電流で制限して
このランプをその公称ワツト数付近で正常に動作
せしめる安定器と一緒に所定の公称ワツト数入力
で動作するようにした高圧ナトリウムランプを提
供するにある。このランプは所定の寸法及びデザ
インの、封鎖された細長い耐火性アーク管と、こ
の管の端部近くに有効的に位置決めされている閉
鎖電極とを具えている。

第一対の引込導体をアーク管を通してその端部
近くに封鎖する。この第一対の一方の導体を一方
の電極に接続し、第一対の他方の導体を他方の電
極に接続する。外側の透光性容器中にアーク管を
収納し、この容器を真空に引いて好適な動作環境
を形成し、外部電気接触手段を外側容器に定着さ
せてランプへの電気接続部を形成し、第二対の引
込導体をこの外側容器を通じて封鎖して外部電気
接触手段に接続する。金属支持フレームを外側容
器内に保持しこのフレームでアーク管を所定位置
に支持する。第一対の引込導体を第二対の引込導
体の導体に夫々電気的に接続する。

本発明の構成によれば、ランプ始動及びナトリ
ウム移動禁止（抑制）手段は細長の、耐火性金属
スパイラル部を具えていて、この手段を、アーク
管の円周の少なくとも一部分及びこの管の軸長の
少なくとも一部分を取り巻くように、このアーク
管の外側表面に位置決めする。この金属スパイラ
ル部は、これに各交流サイクル中正電位を与える
電圧整流手段を経て、主電極の一方又は双方と電
気的に接続されている。各交流サイクルの少なく
とも半サイクルの期間中、金属スパイラル部に印
加される整流電圧は正電圧であつて一方の主電極
の電圧とは反対の電圧である。金属スパイラル部
が反対電極電位で主電極に物理的に接近している
ので、局部イオン化及び初期放電が誘発される。
この初期放電による電子はアーク管中で電界によ
つて加速されて主放電を発生せしめる。金属スパ
イラル部はランプ始動開始後その電位源から物理
的に除去されないし電気的には接続を解かれな
い。また印加される正電圧はアーク管壁を経て通
常他の手段によつて誘発されるナトリウム移動を
禁止（抑制）するように作用する。

＜実施例の説明＞ 図は本発明の種々の形態及び適用例を示し、第
１図は典型的なHID高圧ナトリウムランプを示
し、このランプは放射透過アーク管１２を具え、
この管はその内部に電極１４及び１６を有してい
てこれら電極をこの管の端部近くに有効に動作す
るように支持しかつこれら電極間に細長のアーク
放電を維持出来るようにする。このアーク管を単
結晶又は多結晶アルミナのような耐火性材料で組
立て、その端部をキヤツプのような蓋体１８で封
鎖する。通常のランプベース２８に接続するため
通常のステムプレス構体２２を経て封鎖された一
方の引込導体２０を下側のランプ電極１４に接続
する。このアーク管１２を所定の動作環境好まし
くは真空とされる保護用外側容器２４中で、他方
の引込導体３０に接続した支持フレーム２６によ
つて、適当に支持する。上側電極１６への接続を
フレーム２６及び可撓性組み編み接続具３２を経
て行つてアーク管１２の圧縮及び収縮を一層容易
にするようになす。前記一方の引込導体２０と、
他方の引込導体３０、支持フレーム２６及び接続
具３２は、前記主電極１４及び１６に動作電位を
供給する一対の導体手段をなす。フレーム２６を
適当な金属離間部材３４によつてバルブ内の位置
に維持させる。これら部材は外側容器２４のドー
ム状部分の内面に接触する。放電維持充填物とし
て、アーク管は微小量の、電荷が制御されたナト
リウム又はナトリウム−水銀アマルガムと、20ト
ルのネオン／アルゴン又はキセノンのような低圧
力のイオン化し得る低圧力の始動用ガスとを含ん
でいる。

アーク管１２の外側表面の周囲に、細長の耐火
性金属部材３６から成る金属スパイラル部を設
け、このスパイラル部でアーク管１２の周囲の少
なくとも一部分であつてかつこの管の軸長の少な
くとも一部分を取り巻くようにする。この金属部
材が巻装される管長の一部分及びコイル巻回数の
多少は、充填ガス成分、充填ガス圧、ランプワツ
ト数及びランプ動作環境、例えば、周囲を取り巻
く始動温度を考慮して予め定める。細長の耐火性
金属部材を好ましくは直径0.25mmのタンタル、ニ
オブ又はタングステンワイヤで形成しかつ、例え
ば、この金属部材を10巻回で巻装する。

この金属部材３６を、金属スパイラル部に正の
電位のみを供給するような方向で、ダイオード３
８に接続する。このダイオードを支持フレーム２
６に接続しこの支持フレームから主電極電圧源が
延在している。

高圧ナトリウムアーク管の直径が小さいので、
一般には水銀又はメタルハライドランプに対する
始動電圧が高い。さらに、高圧ナトリウムランプ
のアーク管端部が封鎖構造となつているので、始
動電圧を低減せしめるため、水銀又はメタルハラ
イドランプの場合のように、アーク管内に補助始
動電極を組み込むことは容易ではない。これがた
め、高圧ナトリウムランプの場合には、安定器中
に、接続時間が数マイクロ秒でかつランプの点弧
までは2000V以上のピークを有する、周期的な高
電圧始動パルスを発生する回路を利用することが
普通となつてきている。その場合、パルス発生器
の附勢は解除され、ランプは安定器電圧から動作
する。この方式ではさらに、関連する点灯構成成
分がランプの故障後交換されるまでの長時間にわ
たり高パルス電圧に耐えることが出来る必要があ
る。

第１図に示す本発明の高強度放電ランプにおい
ては、ダイオード３８はスイツチとして動作し、
このスイツチはフレーム２６が正電位にある時は
閉成すなわち短絡位置にあり及びフレームが負電
位にある時は開放位置にある。

金属スパイラル部及び主電極間の電位差と、こ
れらが物理的に接近していることにより、不活性
始動ガスの領域において局部的にイオン化が生
じ、容量性結合に起因して、金属スパイラル部３
６にすぐ隣接しているアーク管１２の内壁部分と
主電極との間に初期放電を発生せしめる。この初
期放電からの電子はアーク管中の電界によつて加
速され主電極１４及び１６間で主放電を形成せし
める。

この原理を用いてネオン／アルゴンのペニング
混合体が充填されている高圧ナトリウムランプ
を、高電圧始動パルスを利用していない水銀ラン
プ安定器で、確実に動作させることが出来た。ペ
ニング混合体充填ガス（例えばキセノン）が入れ
られていない高圧ナトリウムランプは通常の高圧
ナトリウムランプ安定器で始動出来る。

点火コイルを用いる他の方法は非整流電圧を適
用するので、負の半サイクル時にコイルがN⁺イ
オンを電気的に吸引するのを防ぎよつてナトリウ
ムの移動を防ぐようにするため、コイルから印加
電圧を除去するための機械的又は電気的手段が必
要となる。

AC電源による電気的吸引はアーク管を通じる
ナトリウムの移動の唯一の原因ではない。他の重
要な機構は管壁に対するナトリウムのイオンポン
ピング（ion pumping）である。ナトリウムイオ
ンが両極性拡散によつて壁に拡散する。すなわ
ち、局部的に電荷がほぼ正確に中性となることが
要請される結果、荷電粒子がプラズマ中を移動す
る。原子はアーク管の中心近くでイオン化されて
両極性拡散によつて多結晶アルミナ壁へポンピン
グされる。この場合、中性原子への回復は可成ゆ
つくりとしたプロセスで行われる。従つて、ナト
リウムは化学的不純物との反応によつて多結晶ア
ルミニウムアーク管壁を通つて又は粒界に沿う通
路を通つて移動する。このナトリウム損失プロセ
スを補償するため、ナトリウム蒸気ランプを過剰
のナトリウム−水銀アマルガムで動作させる。こ
れがため、アーク管中でのナトリウム及び水銀の
分圧は過剰アマルガムが凝縮する最も冷たい点の
温度に依存する。アーク管の暗黒化、アーク管中
での温度及び圧力の増大及び安定器のワツト数制
御を困難にするアークでの電圧降下の変化は結果
として生ずる問題である。

ランプ動作期間中、常に金属スパイラル部に正
電位を印加することにより、Na⁺イオンをはね返
して管壁を通り移動しないようにする。

第２図は第１図のランプに用いられる上述した
ような金属スパイラル部に正の半波整流を与える
整流装置の電気回路図である。図示のHID調整
電源８２はライン電圧源と、関連する電子回路を
有するランプ安定器とから成つている。電源８２
をアーク管８６を通る引込導体を経てランプ電極
８４及び８５に電気的に接続する。第一ダイオー
ド８８を金属スパイラル部９０と電源８２の第一
電極側との間に電気的に接続する。この電源８２
の第一電極は第一電極８４と電気的に並列接続の
関係になる。

第３図は金属スパイラル部９０に正の全波整流
を与えるための別の整流手段を示す電気回路図で
ある。第２図の構成成分に加えて、この手段は金
属スパイラル部９０と、第二電極８５に対し電気
的に並列接続にある電源８２の第二電極側との間
に電気的に接続された第二ダイオード９２を具え
ている。このように、スパイラル部９０は、ラン
プ動作期間中、AC源８２の最大電圧値を継続し
て有する。このことは両極性拡散の問題を解決す
る際に著しく有効である。

第４図は金属スパイラル部９０に実質的に正の
電位を与えるための別の整流手段を示す電気回路
図である。第２図に説明した構成成分に加えて、
この場合にはこの金属スパイラル部９０と、第二
電極８５に対し電気的に並列接続の関係にある電
源８２の第二電極側との間に抵抗９４を電気的に
接続して有している。この抵抗９４の値をダイオ
ード８８の逆抵抗よりも小さくして半サイクル中
に第二電極８５が正となつた時正の電位を金属ス
パイラル部に供給するようにする必要がある。こ
の抵抗値の典型例として、これを40.000Ωとす
る。この整流手段によれば、金属スパイラル部を
第二電極８５よりも数ボルト負にし得るが、放電
中の任意の点に対しては正である。

第５図は金属スパイラル部９０に正の電位を与
えるためのダイオードクランプ回路を利用する別
の整流手段を示す電気回路図である。第２図に示
す構成成分に加えて、この手段はコンデンサ９６
を具えていて、このコンデンサを金属スパイラル
９０と、第二電極８５に対し並列的に電気接続さ
れた電源８２の第二電極側との間に電気的に接続
する。ダイオード８８を第一電極８４に接続しか
つ金属スパイラル９０及びコンデンサ９６をダイ
オードのカソードに接続することにより、金属ス
パイラル部がこれに隣接する放電に対して常に正
の電位にあるようにすることが出来る。第一電極
８４が正の電位にある場合には、ダイオードは短
絡回路となり、金属スパイラル部の電位は正の電
極の電位となる。この半サイクルの期間に、コン
デンサは充電して全ランプ電圧になる。電位が半
転すると、ダイオードは高インピーダンスを与
え、コンデンサは半サイクルのほとんどの期間を
放電のために必要とし、金属スパイラル部は第二
電極８５の電位以下にはならない。典型的なコン
デンサの容量値は200pFである。

【図面の簡単な説明】

第１図は電圧整流手段として金属スパイラル部
と主電極との間に一個のダイオードを用いてい
る、本発明により構成された高圧ナトリウム蒸気
ランプを一部分を断面として示す正面図、第２図
は半波整流を与えるように構成した第１図のラン
プに用いられる整流手段を示す線図、第３図は全
波整流を与えるように金属スパイラル部と夫々の
主電極との間に一個ずつ合計二個のダイオードを
使用する他の整流手段を示す線図、第４図は一個
のダイオードと、一個の抵抗とを使用し、このダ
イオードを一方の主電極及び金属スパイラル部間
に接続し及び抵抗を他方の主電極及び金属スパイ
ラル部間に接続させた他の整流手段を示す線図、
第５図は一個のダイオードと、一個のコンデンサ
とを使用し、このダイオードを一方の主電極及び
金属スパイラル部間に接続し、コンデンサを他方
の主電極及び金属スパイラル部間に接続させた他
の整流手段を示す線図である。 １２，８６……アーク管、１４，１６……電
極、１８……蓋体、２０，３０……引込導体、２
２……ステムプレス構体、２４……外側容器、２
６……支持フレーム、２８……ランプベース、３
２……接続具、３４……離間部材、３６……細長
の耐火性金属部材、３８……ダイオード、８２…
…電源、８４，８５……ランプ電極、８８……第
一ダイオード、９０……金属スパイラル部、９２
……第二ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ナトリウムおよびナトリウム水銀アマルガム
   の一種から成る、イオン化し得る媒体を含む透光
   性アーク管と、 該アーク管が内部に配設される透光性外被と、 該アーク管中の、該アーク間の端部近くに位置
   決めされた一対の主電極と、前記各主電極の一つ
   に夫々接続されてこれら電極間に動作電位を印加
   するための一対の導体手段と、 前記アーク管の外表面の回りにおいて該アーク
   管の円周部の少なくとも一部分であつて該アーク
   管の軸長の少なくとも一部分にわたつて取り巻く
   金属スパイラル部と、 前記一対の導体手段の少なくとも一方と前記金
   属スパイラル部とを電気的に接続し、前記金属ス
   パイラル部に対し、ランプ始動の促進を行い、ラ
   ンプの動作期間中接続の解除を必要とせずしかも
   ランプの動作期間中前記アーク管の壁を通るナト
   リウムの移動を抑制するところの正電位を印加す
   るための整流手段とを具えることを特徴とする高
   強度放電ランプ。 ２ 前記一対の主電極のうちの一方の主電極と前
   記金属スパイラル部との間の直列接続回路中に、
   第一ダイオードによつて該金属スパイラル部に正
   電位が供給されるような方向に設けられた当該第
   一ダイオードを以つて前記整流手段を構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１記載の高強度放
   電ランプ。 ３ 前記金属スパイラル部と前記一対の主電極の
   うちの他方の主電極との間の直列接続回路中に、
   第二ダイオードによつて前記金属スパイラル部に
   正電位が供給されるような方向に設けられた当該
   第二ダイオードを具えることを特徴とする特許請
   求の範囲２記載の高強度放電ランプ。 ４ 前記金属スパイラル部と他方の前記主電極と
   の間の直列接続回路中に抵抗を具えることを特徴
   とする特許請求の範囲２記載の高強度放電ラン
   プ。 ５ 金属スパイラル状コイルと他方の前記主電極
   との間の直列接続回路中にコンデンサを具えるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲２記載の高強度放
   電ランプ。