JPS5821382B2

JPS5821382B2 - 熱スイツチで制御する放電↓−白熱ランプ

Info

Publication number: JPS5821382B2
Application number: JP54022593A
Authority: JP
Inventors: リチヤード・ロウエル・ハンスラー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1983-04-28
Also published as: DE2905923C2; BE874738A; BR7902052A; JPS54127167A; CA1091760A; GB2021853B; NL7901462A; GB2021853A; DE2905923A1; US4170744A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ミニチュア型アーク管と予備フィラメント、
ならびに、低温始動時の瞬時点灯および高温再始動時に
おいて許容できる短時間内で点灯を確実に行う熱スィッ
チとを結合したランプに関する。

従来から実用的であると考えられていた寸法よりも小さ
な寸法すなわち１立方センチメートル以下の放電容積を
有する有用かつ効率的な高圧放電ランプが知られている
。

有効性を最大限にする好適形式において、高出力ランプ
は一般に楕円体の壁厚の薄いアーク室を用い、また５気
圧以上で小型になるほど高圧になる蒸気圧を用いている
。

通常は用いられている高圧に関連する対流性のアーク不
安定註は回避されており、爆発に伴う災害を生ずること
はない。

実際的な設計によれば、約１００ワツトから１０ワツト
以下の定格出力あるいはランプ寸法のものが提供される
。

そして、一般的な照明用途に好適であるような演色性、
有効性、保守団および寿命持続時間等の特性を有してい
る。

高圧金属蒸気ランプは、ある種の固有の短所を有してお
り、これはミニチュアサイズのランプにも依然として存
在する。

これらの短所のうちのひとつは、点弧後に最高輝度を得
るまでの遅れがあり、外管を緩めかつ金属充填物を蒸発
させる必要性から生ずるものである。

この遅れを低温始動遅れと称する。

他のひとつは、高温再始動遅れと称されるさらに長い遅
れであって、ランプへの電力供給の一時的中断があった
場合に生ずる。

この中断は、雷によりしばしば生ずる停電によるもので
あったり、消灯後すぐに点灯しようとすることによるも
のである。

ランプは消弧され、電源を復帰させてもすぐには再点灯
されない。

したがって、捷ず第１に、ランプを冷却して金属蒸気圧
を低下させてから安定器でアークを再点弧する。

そして、アーク管を温めて最高輝度を得るにはさらに時
間を要する。

放電ランプおよび制御回路と組み合わせた別個の予備白
熱ランプを用いて、消弧時あるいは低輝度期間の間、放
電ランプからの光を補い瞬時照明を行うことは知られて
いる。

このような機器は、スイス特許３７７．９３７号（ロイ
エンベルガー、１９６４年）に開示されており、ここで
予備ランプは水銀蒸気ランプの回路から２つの反対方向
の電圧を受ける巻線を有するリレーで付勢される。

低温始動時および高温再始動時の間、この２つの電圧の
ベクトル差が大きいので、リレーを付勢して予備ランプ
をオンにする。

一方、通常動作の間、このベクトル差は小さくて予備ラ
ンプはオフのままになっている。

別の例は、スイス特許第４４４，３０５号（フォグＩＪ
、１９６７年）に記載されており、ここでは、リレーは
、電源の両端に予備ランプと直列に接続されているシリ
コン制御整流器で置きかえられている。

さらに別の例は、米国特許第３，５１７，２５４号（マ
クナマラ・ジュニア、１９７０年）に開示されており、
予備ランプと直列接続されたダイアックを用いて電流の
流れをコントロールしている。

また、米国特許第３．７３７，７２０号（ライリス、１
９７３年）は、制御機能を有する一対のリレーを用いて
いる。

これらの先行技術機器では、制御回路が比較的精巧かつ
高価である。

また、アーク管とフィラメントを封止されたガラス外管
内に設け、フィラメントをアーク管用の安定器として働
かせることが知られている。

周知例には一般の家庭用太陽ランプがあり、これは、ア
ーク管内でアーク間隙と直例接続された安定器フィラメ
ントおよびフィラメント電極と、フィラメント電極を短
絡させてランプを始動させる熱スィッチとを有している
。

別の例は、米国特許第２．８９９．５８３号（マツクソ
ード、１９５９年）に記載されており、アーク管、なら
びに封止されたガラス外管内に直列に接続された２つの
部分を含むフィラメントを備えている。

アーク管は、直列接続された両方のフィラメント部分で
始っており通常動作の間、アーク管からの熱で熱スィッ
チが閉成して、前記部分のうちのひとつを短絡する。

このような封止された外管内に安定器としてフィラメン
トを用いた先行技術ランプは比較的効果が少ない。

これらのランプでの安定器フィラメントは幾分かの光を
与えはするが、一般に低温で作動して寿命を長くしかつ
５０００時間を越えるアーク管の寿命に匹敵するように
なっている。

この結果。フィラメントは多くの光を与えるものでなく
、ランプのスイッチをオンにした際の瞬時照明、あるい
は中断時の急速な再照明を確実にするだめの予備光源の
役割を充分に果すものではなかった。

本発明の目的は、ミニチュア型高圧金属蒸気アーク管と
予備フィラメントとを封止されたガラス外管中に備えて
おり、有効性が高く低温始動時の瞬時照明が行えかつ高
温再始動での許容できる短期間後の点弧が行える安価な
構成の新規かつ改良されたランプを提供することである
。

本発明を実施する組合せランプは、１立方センチメート
ル以下の放電容積のミニチュア型金属蒸気アーク管と、
予備フィラメントと熱スィッチを封止されたガラス外管
内に備えている。

このアーク管とフィラメントは、共通のひとつの導入線
を有しても良いが、別個の外部接続を行うために、各々
は反対側に導入線を有している。

熱スィッチは、フィラメントと直列に接続されており、
通常は室温で閉成している。

これによって、低温始動時にすぐに照明が行え、瞬時動
作特性を与えている。

アーク管により放射される熱と光によってスイッチが開
成して通常作動の間、フィラメントが消勢される。

アーク管が小型であると、動的な熱バランスか良くなり
、電熱が中断した際に熱スィッチが冷却し急速に再び閉
成可能となり、したがって高温再始動時において、許容
できる短時間後に確実に点弧可能である。

以下、図面を参照して、本発明を実施例に基いて説明す
る。

本発明を実施する放電白熱組合せランプ１は、外側ガラ
ス外管すなわちジャケット２を備えており、この中には
内側ランプ外管すなわちアーク管３とタングステンフィ
ラメント４が設けられている。

外側外管は、凹状支枠６で閉じられたネック部５を含ん
でおり、３本の導入線がこの支枠６の中を気密的に延び
ている。

導入線７と８ならびにこれらの延長部は、外管の球状部
中心付近にアーク管３が垂直あるいは軸方向配置される
ように支持している。

また、フィラメント４がアーク管上方の軸方向に設けら
れており、導入線７から絶縁ガラス玉１１によって導入
線９へ固定されている支持棒１０へ延びている。

このフィラメントと導入線９との間に電気的に介在して
いる熱スィッチも同様にガラス玉で支持されている。

外側外管２の中の空間を窒素のような不活性ガスで充填
してフィラメント、あるいは、アーク管から現われる細
い導入線１３，１４の酸化を防止するようにしても良い
。

また窒素は、スイッチ接点あるいは導入線間でのアーク
を防止するのに役立つ。

この代わりとして、外側外管の内空間を必要ならば排気
してアーク管からの熱損失を低減するようにしても良い
。

アーク管３は石英あるいは溶融シリカより成り、柔軟性
を帯びるまで加熱しておき石英チューブを伸縮させるこ
とにより形成するのが好ましい。

タングステン製のピン状電極１５．１６がアーク管内に
延びており、好ましくはモリブデン製の笛部１７．１８
により細い導入線部１３．１４へ結合している。

この管部は、気密封じを確実に行うために、球状部のネ
ック部１９，２０の溶融シリカとの濡れが良いものであ
る。

アーク管３は、典形的にはミニチュア型金属ノ・ロゲン
ランプに好適な放電外管より成る。

前述のとおり、球状部の壁厚は約０．５ｍｍであり、内
径は約６ｍｍであって、アーク室容積は約ｏ、１ｉｃｃ
である。

この寸法のアーク管は約３０ワツトの定格出力を有する
ものであって、これに好適な充填物は、１００ないし１
２０Ｔｏｒｒの圧力のアルゴンと、４．３ｍｆＩの水銀
、ならびに重量比で８５％のヨウ化ナトリウム、５％の
ヨウ化スカンジウム、１０％のヨウ化トリウムより成る
２、２１１Ｉ１１の・・ロゲン塩化物を備えている。

このような量の水銀は、作動条件下で全て蒸発した際に
、ランプの作動温度において約２３気圧の圧力に相当す
る約３９〜／ｄの比重を与える。

熱スィッチ１２は、ガラス玉１１中に固定された支持ワ
イヤに取付けられている２つの金属片より成っている。

この金属片のうちの少なくともひとつ、好ましくは図示
の２１は、サーモスタット金属より成るものであり、熱
膨張係数の異なる２以上の金属層を互いに永久的に固定
した複合体である。

ニッケルー鉄合金は、通常、低膨張要素として用いられ
、ニッケルークロム鋼合金は高膨張要素として用いられ
る。

温度が上昇すると、二つの要素の相対的な長さが変化し
て材料を彎曲させる。

この金属片は、スイッチが室温状態にあると接触点２３
を形成する。

金属片は弾性を有しており、互いに力を加え合ってこの
状態では良好な接触を行って導入線９からフィラメント
４への回路を形成している。

この熱スィッチはアーク管３に沿って延びており、金属
片をアーク管の球状部に近接させることにより、アーク
管が点弧されている際に急速かつ確実に加熱されるよう
になっている。

そして加熱されると、金属片２１がアーク管の方へ曲が
り、接点２３が開成してフィラメントへの回路が遮断さ
れ、フィラメントが消勢される前述のとおり、ランプは
、ネック部の端部に固定された云わゆるスリーウェイ（
ｔｈｒｅｅ −ｗａｙ：口金２４を備えているが、他
の口金を用いることもできる。

口金は、ねじ切りされた金属殻２５を有しており、これ
にはアーク管およびフィラメント共用の導入線７が接続
されている。

また口金には、導入線８か接続される端部接点２６と、
スイッチおよびフィラメント４へ導く導入線９が接続さ
れる中間環状接点２７が設けられている。

そして、安定器の接地あるいは共通側を口金殻２５に。

安定器の２次巻線のバイ側（ｈｉｇｈ５ｉｄｅ）を
端部接点２６に、また安定器の１次巻線のバイ側を環状
接点２７へ接続することにより、ランプを従来のりアク
タンス安定器により６０ヘルツ電源で作動可能である。

しかしながら、ミニチュア型金属蒸気ランプは、極めて
急速な脱イオン化を受けて、従来の６０ヘルツ安定器か
らの高開回路電圧を要すると云う再点弧問題を生ずる。

この問題を回避するだめに、このようなランプは、２０
ないし５０キロヘルツの範囲の周波数の高周波安定器で
駆動することが望ましい。

通常そのような回路は、ランプに結合している電流制限
装置を有する電源発振器を備えており、アーク管に好適
である。

美形的な回路は、ソリッドステート制御回路およびフェ
ライトコア変成器あるいはインダクタを用いている。

これらをコンパクトに形成して、使用個所、すなわち電
気的な出口つまりソケットにおいてランプに直接取り付
けるようにしても良く、あるいは云わゆるねじ込み形装
置（ｓｃｒｅｗ −ｉｎｕｎｉｔ）を形成するた
めにランプに一体的に結合しても良い。

コンパクトな高周波安定回路の例を図示しであるが、こ
れは、ブロッキング発振器の形式をとっている。

１２０ボルト、６０ヘルツの電源端子ｔ１゜ｔ２間に
接続されている全波ブリッヂ整流器ＢＲは、インバータ
を駆動するだめの整流されたＤＣ電源を供給する。

ブリッヂの出力端子間に接続されているフィルタコンデ
ンサＣ２は、充分に平滑な動作を行なわせるので、高周
波出力の電源周波数変調による再点弧問題を回避するこ
とができる。

フェライトコア変圧器Ｔは、第２次巻線８１第２次高電
圧巻線Ｓ１およびフィードバック巻線Ｓ２を有している
。

これらの巻線すべては磁気的に結合されており、その巻
回方向は、通常のとおり、巻線の適切な端部側にドツト
を打って示した。

第１次巻線と第２次巻線との間の漏洩リアクタンスは、
コアの主軸線を横切る線で示しである。

口金殻２５への共通接続は、電源線の片側、好ましくは
端子ｔ１に続く点線で示しだ接地接続で示したロー
側（ｌｏｗ５ｉｄｅ）から行われ、まだ第２次
巻線Ｓ１の片側から行われる。

第２次巻線の他方の側は、端部接点２６に接続されてい
る。

しだがって、アーク管は、第２次巻線８１両端間に置か
れることになる。

そして、電源線の他方の側は、通常、端子ｔ２に対
応するバイ側であって、これは、型押電圧を熱スィッチ
およびフィラメント回路へ効果的に印加するだめの環状
接点２７に接続されている。

ブロッキング発振器において、第１次巻Ｍｐ。

トランジスタＱ１のコレクターエミッタ経路、およびフ
ィードバック巻線Ｓ２は、全て直列に接続されており、
主要な第１次電流経路を形成している。

この経路において、Ｒ３は電流制限抵抗であり、Ｄ２は
トランジスタＱ１に肉する逆電流からの保護を行うもの
である。

抵抗Ｒ１およびＲ２、ダイオードＤ１、ならびにコンデ
ンサＣ３は、トランジスタのベース駆動を行う。

このブロッキング発振器の動作を要約すれば次のとおり
である。

すなわち、コレクタ電流か、スイッチングトランジスタ
Ｑ１の駆動電流と利得との積より小さい場合には、トラ
ンジスタが必ず飽和し、充分に導通してスイッチの作用
を行う。

次いで、コレクタ電流が変圧器巻線ＰおよびＳ２のイン
ダクタンスによって制限される。

コレクタ電流が増大し、ベース駆動電流と利得との積に
等しい値に達すると、このトランジスタは飽和状態から
脱し始める。

すると８２間の電圧が減少し、次いでベース駆動電流が
減少し、さらに８２間の電圧の減少が起るという再生的
な動作でトランジスタＱ１が非導通状態になる。

第１次巻線Ｐでの場が消滅した後にこの再生的動作が生
ずる。

こうして回路が最初の状態に戻り、サイクルの繰返しが
可能であり、第２次巻線８１間に接続されているアーク
管３を高周波で駆動可能となる。

ここで説明を行って来た内径６ｍｍ楕円体状ランプに対
する好適な作動周波数は、約２．６キロヘルツである。

ランプ電力源を初めてスイッチオンとして、端子ｔｌ、
ｊ２を付勢した場合には、熱スィッチ１２は低温であり
閉成されており、フィラメント１２は直ちに付勢される
。

このように、白熱フィラメントおよび熱スィッチは、低
温始動時に瞬時作動特性を与えるものであり、アーク管
が暖機状態にありその出力が小さい間の照明を行う。

ミニチュア型の金属蒸気ランプは寸法が小さなだめに、
比。

較的急速に温捷り易く、熱スィッチは約３０秒以内に開
成してフィラメントを消勢する。

その後、光は全てアーク管から出力され、ランプは美形
的には１ワット当り７０ル一メン以上の高い効率で作動
する。

かなりの間だけ電流の中断が生じると、ランプは冷却さ
れ、再びスイッチを入れた際に前述の順序が単に繰返さ
れる。

しかしながら、１秒以下の一時的な電流の中断の際には
、アーク管は脱イオン化し、第２次巻線Ｓ１の開回路電
圧はアーク管・を再点弧するには不充分であって、蒸気
圧がかなり低下するまで待たなければならない。

再点弧可能になる壕での冷却期間は３０秒以上に渡る。

しかしながら、大きな外側外管内のミニチュア型アーク
管と、このアーク管の近傍に、好ましくは前述のとおり
アーク管に沿う熱スィッチとの組合せは、急速にスイッ
チを冷却可能とする動的熱バランスを有利にする。

従来の高出力金属蒸気ランプあるいは金属ハロゲン蒸気
ランプに比べて、小型寸法のアーク管は２つの理由で冷
却速度が大きい。

すなわち、第１に、熱質量（質量と熱容量の積）が小さ
いことであり、第２には、半径に逆比例する容積に対す
る表面積の比が大きいことにある。

本発明者が見出したところによれば、熱スィッチにバイ
アスを加えて、通常のランプ動作での上限温度に極めて
近い温度において開成することによって、アーク管が消
弧した後１０秒以内、一般には約５秒後に確実に閉成す
るようにすることができる。

しだがって、消弧した際に、フィラメントは約５秒後、
少なくとも１０秒以内に再びオン状態になる。

これは、停止による許容できる短期間であると云える。

これに反して、先行技術のフィラメント安定化ランプ（
ｆｉｌａｍｅｎｔｂａｌｌａｓｔｅｄｌａｍｐ）
はこのような条件下では１分以上停止するであろう。

フィラメントは作動して安定器回路で再び点弧可能とな
るまでアーク管が冷却される間、約２５秒間以上、光を
発する。

その後、アーク管が通常の作動温度に温捷る間のさらに
２５秒間はどフィラメントは作動状態を維持する。

このように、本発明は、ミニチュア型金属蒸気アーク管
と予備フィラメントと熱ン１インチを比較的大きな封止
された外側外管内で結合させることにより、低温始動時
に直ちに光を発し、また一時的な電流中断時に必要な高
温再始動の際に、１０秒以内と云う許容できる短時間経
過後に光を発する高効率の組合せを可能としている。

以下、本発明による実施態様を列記する。

（１）アーク管消弧後１０秒以内に閉成できるように、
熱スィッチのバイアスと熱バランスが関連して定められ
ており、高温再始動の際に許容できる短時間経過後に照
明を行う、特許請求の範囲第１項に記載のランプ。

（２）熱スィッチが、バイメタル部材を備えており、ア
ーク管に沿って並んで配置されており、アーク管の点弧
あるいは消弧に伴って急速加熱あるいは急速冷却を確実
に行う前記第１項に記載のランプ。

（３）電源入力端と、定電流を与える出力端とを有する
安定器と結合されるものであり、アーク管へ至るひとつ
の回路か前記出力端間に接続されており、フィラメント
へ至る他の回路か前記電源入力端間に接続されている特
許請求の範囲第１項に記載のランプ。

（４）安定器の出力端か、２０ないし５０キロヘルツの
範囲の周波数の定電流を与えるものである前記第３項に
記載のランプ−安定器の組合せ。

（５）アーク管消弧後１０秒以内に閉成できるように、
熱スィッチのバイアスと熱バランスが関連して定められ
ており、高温再始動時から１０秒以下の時間遅れの後に
フィラメントから予備照明が行われる特許請求の範囲第
２項に記載のランプ。

（６）熱スィッチがバイメタル部材を備えており、アー
ク管に沿って並んで配置されており、前記アーク管の点
弧あるいは消弧に伴って急速加熱あるいは急速冷却を確
実に行う前記第５項に記載のランプ。

（７）電源入力端と、定電流を与える出力端とを有する
安定器回路と結合させるものであり、前記出力端が口金
の共通端子と第２端子との間に接続されており、前記電
源入力端が口金の共通端子と第３端子との間に接続され
ている特許請求の範囲第２項に記載のランプ。

（８）安定器の出力端が、２０ないし７５０キロヘルツ
の範囲の周波数の定電流を与える前記第７項に記載のラ
ンプ−安定器の組合せ。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明を実施するだめの放電−白熱組合せラン
プの側面図であり、またこのランプに玖続されている高
周波安定回路を概略的に示している。１・・・・・・放電白熱組合せランプ、２・・・・・・
ガラス外管、３・・・・・・アーク１！、４、・、、
、、フィラメント、７゜８．９，１３，１４・・・・・
・導入線、１２・・・・・・熱スィッチ、１５，１６・
・・・・・電極、２１・・・・・・金属片、２３・・・
・・・接点、２５・・・・・・口金、２６・・・・・・
端部接点、２７・・・・・・中間環状接点、ＢＲ・・・
・・・全波ブリッヂ整流器、Ｐ・・・・・・第１次巻線
、Ｓｌ・・・・・・第２次巻線、Ｓ２・・・フィードバ
ック巻線、Ｑｌ・・・・・・トランジスタ、ｔｌ。ｔ２・・・・・・端子、ＣＩ、Ｃ２、Ｃ３・・・・
・・コンデンサ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・・・・抵抗、
ＤＩ、Ｄ２・・・・・・ダイオード。

Claims

【特許請求の範囲】１放電・白熱ランプの組み合わせであって、該ランプ
は小形のアーク管を備えると共に、白熱可能なフィラメ
ントならびに熱スィッチを備えて、これらはシールされ
るガラス質の外側の外管内に配置され、該アーク管は外管を備えて、該外管はシールされる１対
の電極を有し、そして該外管は１立方センチメータ以下
の放電容量を有して、室温で凝縮されると共に、動作温
度で高い圧力を発生するように蒸発可能な金属、あるい
は金属塩の充てん物を含み、点弧電圧ならびに上記アー
ク管からの光出力が、室温では比較的に低いと共に、上
記光てん物の蒸発によって増加し、上記の外側の外管ならびに、それに取り付けられる口金
内にシールされる電流の導入線は、少なくとも３つの端
子が備えられ、１つの共通な端子は、上記アーク管の１
サイドならびに上記フィラメントの１サイドへの接続を
有し、第２の端子は、上記アーク管の他のサイドへの接
続を有し、そして第３の端子は、上記熱スィッチへの接
続を有して、該熱スィッチは、上記フィラメントの他の
サイドに接続され、゛上記の熱スィッチは通常、閉成されると共に、上記ア
ーク管の近くに熱を受けるように配置され、かつ該熱ス
ィッチはバイアスされて、該アーク管が通常のその動作
温度に接近するときのみに開成され、これにより、電流
が一時的に中断して該アーク管が消弧した場合に、上記
の熱スィッチを冷却して急速に再び閉成可能にする動的
な熱バランスが、達成されるようにした放電・白熱組合
せランプ。２放電・白熱ランプの組み合わせであって、該ランプ
は小形のアーク管を備えると共に、白熱可能なフィラメ
ントならびに熱スィッチを備えて、これらはシールされ
るガラス質の外側の外管内に配置され、該アーク管は外管を備えて、該外管はシールされる１対
の電極を有し、そして該外管は１立方センチメータ以下
の放電容量を有して、室温で凝縮されると共に、動作温
度で高い圧力を発生するように蒸発可能な金属、あるい
は金属塩の充てん物を含み、点弧電圧ならびに上記アー
ク管からの光出力が、室温では比較的に低いと共に、上
記光てん物の蒸発によって増加し、上記の外側の外管ならびに、それに取り付けられる口金
内にシールされる電流の導入線は、少なくとも３つの端
子が備えられ、１つの共通な端子は、上記アーク管の１
サイドならびに上記フィラメントの１サイドへの接続を
有し、第２の端子は上記アーク管の他のサイドへの接続
を有し、そして第３の端子は、上記熱スィッチへの接続
を有して、該熱スィッチは、上記フィラメントの他のサ
イドに接続され、さらに該熱スィッチは通常、閉成され
ると共に、上記アーク管の近くに熱を受けるように配置
され、かつ安定器回路を備えて、該安定器回路はラインの入力
サイドを有すると共に、調整された電流を与える出力サ
イドを有し、該出力サイドは、上記の共通の端子と前記
口金の上記第２の端子との間を横切って接続され、上記
のラインのサイドは。上記の共通の端子と前記口金の上記第３の端子との間を
横切って接続され、かつ上記の熱スィッチはバイアスさ
れて、該アーク管が通常のその動作温度に接近するとき
のみに開成され、これにより電流が一時的に中断して該
アーク管が消弧した場合に、上記の熱スィッチを冷却し
て急速に再び閉成可能にする動的な熱バランスが、達成
されるようにした放電・白熱組合せランプ。