JPS5926112B2 - 高圧放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ
などのように発光管に水銀の他に発光金属元素を封入し
てなる高圧放電灯に関し、特に水銀ランプ用誘導性安定
器でそのまま点灯できるように外球内に始動回路を内蔵
した高圧放電灯に関するものである。

メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプは発光管
内に水銀、希ガスの他にハロゲン化金属ｊ または金属
ナトリウムを封入した高圧放電灯であり、演色性、発光
効率の点において従来の水銀ランプより優れている。

しかし、このような高圧放電灯は水銀ランプに比較して
始動電圧がかなり高くなる。従つて、このような高圧放
電灯を水銀ランプと単純に置換しただけでは点灯させる
ことができない。そこで、このような問題を解消するた
めに、放電灯の外球内に始動回路を内蔵した高圧放電灯
が提案されている（特開昭５２−６７１７４号、特開昭
５３−１６４７５号など）。

この種の放電灯は始動回路としてバイメタルスイッチと
フィラメントとの直列回路を用い、この始動回路は発光
管に並列に接続されている。このような放電灯は従来の
水銀ランプの点灯回路、すなわち、水銀ランプ用誘導性
安定器を介して商用交流電源に接続される点灯回路、を
そのまま使用して点灯することができる。この始動回路
の動作は次の如くである。電源電圧が印加されると水銀
ランプ用誘導性安定器およびバイメタルスイッチとフィ
ラメントからなる始動回路に電流が流れ、フィラメント
を赤熱する。このフィラメントの熱でバイメタルスイッ
チが開く時、水銀ランプ用誘導性安定器の自己誘導によ
り電源電圧に重畳した高電圧のパルスを発生し、このパ
ルスが発光管に印加されて放電を開始するようになる。
ところで、現在、従来の水銀ランプ用誘導性安定器を用
いてそのまま点灯できる高圧ナトリウムランプ（メタル
ハライドランプ）は２２０（２５０）Ｗ、２７０（３０
０）Ｗｌ３６Ｏ（４００）Ｗｌ６６Ｏ（７００）Ｗｌ９
４Ｏ（１０００）Ｗの５種類があり、これらは各々出力
が２５０Ｗ１３００Ｗ１４００Ｗ１７００Ｗ１１０００
Ｗの水銀ランプ用誘導性安定器を用いて点灯される。

しかし、最近の急激な省エネルギ―指向、用途の屋内指
向などの見地から省エネルギー光源であるメタルハライ
ドランプや高圧ナトリウムランプの小形化、つまり出力
のより小さなメタルハライドランプや高圧ナトリウムラ
ンプの開発が強く望まれている。このような要求に対処
するため、２００Ｗ以下の水銀ランプ用誘導性安定器を
用いて点灯するのに適した発光管を設計．製作し、上述
した始動回路を内蔵させたメタルハライドランプおよび
高圧ナトリウムランプをそれぞれ製作した。そして、こ
れらのランプを水銀ランプと置換して起動特性をテスト
したところ、次のような問題点があることがわかつた。
すなわち、電源電圧を印加すると、上述した動作によつ
て始動回路が働いて一旦ランプは点灯するのであるが、
点灯して間もなくランプは立消え現象を起し、正常な点
灯が持続されないという問題である。このことは小出力
形のメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプの実
用化上の大きな問題点であり何らかの対応策を講じる必
要に迫られている。したがつて、本発明の目的は上述し
た立消え現象を解消して水銀ランプ用誘導性安定器を用
いて確実に点灯持続できる始動回路を内蔵した小出力形
の高圧放電灯を提供することにある。上記目的を達成す
るために本発明においては、このような構成の高圧放電
灯において起動時に始動回路に流れる電流をｉ１（Ａ）
、起動直後に発光管に流れる電流をＩ２（Ａ）、水銀ラ
ンプ用誘導性安定器の出力をｘ（Ｗ）とした時、ｉ１／
１２≦０．６９Ｘ１０−３ｘ＋０．２４、ただし、Ｘ≦
２００、としたことを特徴としている。

かかる本発明の特徴的な構成により点灯直後の立消え現
象を全くなくすることが可能となり、確実に点灯を持続
し得る高圧放電灯を提供できるようになつた。

その結果、小出力形の水銀ランプを高演色性で、かつ、
高発光効率の小出力形のメタルハライドランプや高圧ナ
トリウムランプによつてそのまま置き換えることが可能
となり、省エネルギー上、大きなメリツトが得られるよ
うになつた。以下、本発明を図面を用いて詳細に述べる
。

第１図は本発明による高圧放電灯の基本的な構成を示し
たものである。同図において、商用交流電源１に水銀ラ
ンプ用誘導性安定器２を介して発光管３が直列に接続さ
れ、これによつて放電灯の主点灯回路が構成されている
。発光管３は気密に封止した管両端に一対の主電極４，
５を備え、管内には水銀、希ガスが封入され所望により
所要の発光元素が添加される。例えは、高圧ナトリウム
ランプにおいては所要の元素として適量のナトリウムが
封入される。そして、両端に電極４，５を備えた発光管
３にはタングステンフイラメントのような抵抗体６と熱
応動スイツチ、例えばバイメタルスイツチ７とを直列に
接続した始動回路が並列に接続される。抵抗体６とバイ
メタルスイツチ７とからなる始動回路は発光管３と共に
外球８内に収容され、これによつて放電灯が構成される
。なお、外球８内に収容されたバイメタルスイツチ７は
放電灯の始動前はその接点を閉じている。このような状
態で放電灯を点灯するため商用交流電源１が投入される
と、接点が閉じているバイメタルスイツチ７と抵抗体６
とからなる始動回路に水銀ランプ用誘導性安定器２を経
由して電流１１が流れる。商用交流電源１を投入後、抵
抗体６から放射される熱エネルギーによつてバイメタル
スイツチ７が加熱されると所定温度でバイメタルスイツ
チ７はその接点を開き、始動回路に流れている電流１１
を遮断する。その結果、水銀ランプ用誘導性安定器２に
高電圧のパルスを誘起する。バイメタルスイツチ７の接
点は開いているので水銀ランプ用誘導性安定器２に誘起
された高電圧パルスは発光管３の両主電極４，４間に印
加される。そして、発光管３の両主電極４，５間で放電
が開始されて放電灯が点灯する。ここで、放電灯が２０
０Ｗ以下の水銀ランプ用誘導性安定器を用いて点灯する
小出力形の時に発生する立消え現象についてその原因を
種々の角度から実験検討したところ、次のようであるこ
とが判明した。

つまり、ランプ出力が小さくなるに従つて放電灯が起動
した直後におけるランプ電流１２が小さくなるため、ラ
ンプ出力が小さい高圧放電灯では放電灯の点灯初期にバ
イメタルスイツチ７は放電を開始した発光管３から放射
される熱エネルギーによつて接点を開状態に持続するこ
とができないものと考えられる。その結果、バイメタル
スイツチ７は再び閉じて始動回路に電流（再動作時のラ
ンプ電圧を始動回路の抵抗値で除した電流１）が流れる
。この時に、放電灯の立消え現象があられれる。この原
因は放電灯の点灯直後、発光管３には水銀ランプ用誘導
性安定器２の二次側短絡電流にほぼ等しいランプ電流１
２が流れるが、放電灯の出力が小さくなるほど（換言す
れは、水銀ランプ用誘導性安定器の出力が小さくなるほ
ど）このランプ電流１２が小さくなり、バイメタルスイ
ツチ７が閉じて始動回路に再び電流が流れるとこの始動
回路に流れる電流の分だけランプ電流１２が少なくなり
、そのために、発光管３は放電を維持することが不可能
となり、立消えに至るものと考えられる。従つて、この
立消え現象を防止するためには点灯直後にバイメタルス
イツチ７が再び閉じて始動回路に電流１が流れても、発
光管３が放電を維持するのに最小限必要なランプ電流１
２が保証されていれば良いことになる。

つまり、換言すれば、起動時に始動回路に流れる電流１
１を制限することによつて立消え現象を防止することが
できるということである。そこで、高圧ナトリウムラン
プ（メタルハライドランプ）の出力が３６（４０）Ｗｌ
７Ｏ（８０）Ｗｌ８５（１００）Ｗｌｌ８Ｏ（２００）
Ｗの４種類のランプについて、起動時に始動回路に流れ
る電流１１、起動直後に発光管３に流れる電流１２（こ
の電流は定常状態におけるランプ電流と異なり、かなり
大きな電流値である）、水銀ランプ用誘導性安定器の出
力Ｘの関係を実験により求めてみた。これらのランプは
出力が各々４０Ｗ１８０Ｗ１１００Ｗ１２００Ｗの水銀
ランプ用誘導性安定器を用いて点灯される。第．２図は
この時の実験回路の基本構成を示したものである。実験
方法は発光管３の両主電極４，５間に放電を発生させた
後、発光管３と並列に設けた可変抵抗器９の抵抗値を変
えて、スイツチ１２をオンさせる。そうすると、発光管
３には起動直後・に水銀ランプ用誘導性安定器２の二次
短絡電流にほぼ等しいランプ電流１２が流れるが、発光
管３と並列に設けた可変抵抗器９にも電流が流れる。こ
こで、スイツチ１２をオンした時に立消えがおこらない
抵抗値を求める。そして電源電圧（２００Ｖ）をこの抵
抗値で割つた値は使用可能な限界の始動回路に流れる電
流１１に等しいから、この電流１１の水銀ランプ用誘導
性安定器２の二次短絡電流（すなわち、起動直後のラン
プ電流）１２に対する割合１１／Ｉ２を求める。

そうすると、始動回路に流れる電流１１／起動直後のラ
ンプ電流１２が上記割合以下とすることによつて、立消
え現象を完全に防止することができる。例えば、ランプ
出力が８５Ｗの高圧ナトリウムランプを水銀ランプ１０
０Ｗ用誘導性安定器で点灯した場合、ランプ起動直後の
ランプ電流１２は１．６Ａと水銀ランプ１００Ｗ用誘導
性安定器の二次短絡電流に等しい。このランプの起動直
後において、ランプと並列に抵抗器を入れて、ランプの
消える現象の有無を確認したところ、その抵抗値が４０
０Ω以上になると立消え現象が現われないことを確認し
た。したがつて、起動時、抵抗値が４００Ωの場合に始
動回路に流れる電流１１は０，５Ａであるから、起動時
に始動回路に流れる電流１１の水銀ランプ１００Ｗ用誘
導性安定器二次短絡電流１２に対する割合１１／Ｉ２は
０．３１となる。つまり、この電流比１１／Ｉ２が０．
３１以下となるように始動回路に流れる電流を制御する
ことによつて立消えを防止することができる。同様にし
て、他のランプについての実験を行つたところ、第３図
に示したような結果が得られた。第３図は縦軸に上述し
た電流比１２／Ｉ２をとり、横軸に水銀ランプ用誘導性
安定器の出力ｘ（Ｗ）をとつた座標面において、出力Ｘ
を４０〜２００まで変化させた時の電流比１１／Ｉ２の
変化を示したものであり、この変化の様子を直線１０で
近似して示している。ただし、各々のランプ出力の高圧
ナトリウムランプを点灯する時は上述したように各々の
ランプ出力に相当する水銀ランプ用の誘導性安定器を用
いるものとする。第３図に示した直線１０において、電
流比１１／Ｉ２を水銀ランプ用誘導性安定器の出力Ｘの
関数として近似すると、その近似式は次のようになる。
１１／Ｉ２二０．６９Ｘ１０−３ｘ＋０．２４そして、
水銀ランプ用誘導性安定器の出力Ｘが２００Ｗ以下の時
に発生する立消え現象を防止するためには直線１０で示
した電流比１１／Ｉ２以下の範囲で始動回路を製作すれ
はよい。

すなわち、１１／Ｉ２≦０．６９Ｘ１０−３ｘ＋０．２
４、ただし、ｘ≦２００１なる条件を満足するように高
圧ナトリウムランプを設計することによつて立消え現象
を全く生じない小出力タイプのランプを得ることができ
る。すなわち、起動時に始動回路に流れる電流１の大き
さを、起動直後に発光管に流れる電流１の大きさとラン
プ出力に相当した水銀ランプ用誘導性安定器の出力ｘと
に応じて制限することによつて立消えの生じやすい２０
０Ｗ以下のランプを安定に点灯させることができるよう
になる。実際には始動回路の全抵抗値を調整することに
よつて電流１１を制御する。このためには始動回路の抵
抗成分のほとんどを占めるフイラメントの抵抗値を調整
する。ここで、水銀ランプ用誘導性安定器の出力Ｘを２
００Ｗ以下に限定した理由は水銀ランプ用誘導性安定器
の出力が２００Ｗを超える安定器を使用するランプ（こ
れまでに、実際に製品化されている高圧ナトリウムラン
プは２２０Ｗ以上である）においては起動直後における
ランプ電流が十分に大きいためバイメタルスイツチは発
光管が放射する熱エネルギーによつて開状態を持続でき
る。また、万一、バイメタルスイツチが閉じても始動回
路に流れる電流に比べて起動直後におけるランプ電流が
非常に大きいために前述したような立消え現象が発生し
ないことによる。これに対して、２００Ｗ以下の放電ラ
ンプではそのランプ出力が小さくなる程ランプの再点弧
電圧が高くなる傾向にあり、その上に、起動直後におけ
るバイメタルスイツチの復帰による始動回路への分流に
よるランプ電流の減少と相まつて立消え現象が非常に発
生しやすくなるため、起動時に始動回路に流れる電流１
の大きさを起動直後に発光管に流れる電流１の大きさお
よび安定器の出力Ｘに応じて制御することは２００Ｗ以
下のランプを安定に点灯させる上で必須の条件となる。
第４図は本発明によるもう１つの実施例の基本構成を示
したものである。第１図に示した実施例との相違点は始
動回路にある。すなわち、第１図に示した始動回路はバ
イメタルスイッチ７とタングステンフイラメントのよう
な抵抗体６とから構成されている。これに対して、本実
施例による始動回路はバイメタルスイツチ７、抵抗体６
、および固定抵抗器１１から構成されている。これは始
動回路に流れる電流１１を容易に制御できるようにする
ために固定抵抗器１１をさらに付加したものである。こ
のような構成とすることによつてフイラメント６の抵抗
値を固定させても始動回路に流れる電流１，の調整は固
定抵抗器１１を換えることによつて行うことができるの
で、その調整は極めて簡単にできるというメリツトが得
られる。第５図は本発明によるさらにもう１つの実施例
を示したものである。第４図に示した実施例との相違点
は始動回路にあり、さらに特にそのバイメタルスイツチ
の違いにある。つまり、第４図に示したバイメタルスイ
ツチ７は閉状態から開状態になるためにはフイラメント
６による熱エネルギーを受ける必要がある。これに対し
て、第５図に示したバイメタルスイツチ７′はこのよう
なフイラメントが不必要な自己加熱型のバイメタルスイ
ツチである。この始動回路における電流１１の制御には
固定抵抗器１１の抵抗値を調整することによつて行なう
ことは上述した実施例と同じである。なお、上述した３
つの実施例において、始動回路に流れる電流１，の実用
上の下限値は０．１Ａである。なぜならは、ランプ始動
に際して水銀ランプ用誘導性安定器に誘起されるパルス
の大きさは始動回路に流れる電流１１の関係として定め
られるからである。従つて、この電流１１の振幅が０．
１Ａ以下ではランプを始動させるに十分な高圧パルスは
得られない。さらに、高圧ナトリウムランプの始動に際
してはその始動を容易にするために始動補助回路として
通常、近接導体が用いられており、上述した各実施例に
おいても図示していないが近接導体を使用している。

また、上述した実施例では高圧放電灯として高圧ナトリ
ウムランプを例にあげて説明したが、小出力タイプのメ
タルハライドランプにおいてもその事情は全く同様であ
り、本発明をそのまま適用できることはいうまでもない
。

以上述べた如く本発明によつて、ランプ出力が２００Ｗ
以下の始動回路を内蔵した高圧ナトリウムランプ、メタ
ルハライドランプ等の高圧放電灯を従来の水銀ランプ用
誘導性安定器を用いて確実に点灯することが可能となつ
た．その結果、水銀ランプよりも演色性、発光効率の点
で優れているこれらの高圧放電灯を水銀ランプと交換す
ることによつてそのまま点灯することができ、省エネル
キーの効果は極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高圧放電灯の基本構成図、第２図
は本発明を説明するための実験的な構成図、第３図は第
２図に示した実験から得られたデータをもとに作成した
グラフ、第４，５図は各々本発明の他の実施例を示す基
本構成図である。 １・・・商用交流電源、２・・・水銀ランプ用誘導性安
定器、３・・・発光管、４，５・・・主電極、６・・・
抵抗体、７，７′・・・バイメタルスイツチ、８・・・
外球、９・・・可変抵抗器、１１・・・固定抵抗器、１
２・・・スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱応動スイッチと抵抗体とを直列接続した始動回路
   を発光管に対して並列に接続し、上記発光管と直列に接
   続した水銀ランプ用誘導性安定器を介して電源に接続し
   て点灯するように構成した放電灯において、起動時に上
   記始動回路に流れる電流をｉ＿１（Ａ）、起動直後に上
   記発光管に流れる電流をｉ＿２（Ａ）、上記安定器の出
   力をｘ（Ｗ）したとき、ｉ＿１／ｉ＿２≦０．６９×１
   ０＾−＾３ｘ＋０．２４、ただし、Ｘ≦２００）とした
   ことを特徴とする高圧放電灯。 ２ 上記始動回路がバイメタルスイッチとフィラメント
   との直列回路であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の高圧放電灯。 ３ 上記始動回路がバイメタルスイッチとフィラメント
   と固定抵抗器との直列回路であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の高圧放電灯。 ４ 上記始動回路が自己加熱形のバイメタルスイッチと
   固定抵抗器との直列回路であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の高圧放電灯。 ５ 上記発光管が水銀、希ガスの他に発光用金属または
   ハロゲン化金属が封入された発光管であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の高圧放電灯。