JPS5927079B2 - 瞬時照明ランプの制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ミニチユア・アーク管と予備フィラメントと
を組み合わせた瞬時照明ランプに関し、とくにそうした
アーク管を安定させかつ予備フィラメントの付勢・消勢
のスイッチングを行つて瞬時照明する高周波回路に関す
る。

従来、実用的であるとされていた寸法より小さな寸法、
すなわち１立方センチメートル以下の放電容積（ｄｉｓ
ｃｈａｒｇｅｖｏｌｕｍｅ）である有用かつ効率的な高
圧放電ランプが知られている。

最大効率を得るような好適形式において、高出力ランプ
は一般に楕円状で壁厚が薄いアーク管を用い、かつ５気
圧以上の蒸気圧を与えている。そして、ランプ寸法が小
さければ小さいほど、蒸気圧を高くしている。通常、高
圧力を使用することに関連する対流性のアーク不安定性
は回避されており、爆発による災害が生じることがない
。実用上、１０ワット以下ないし約１００ワットの定格
出力あるいはランプ寸法のランプが設計されており、一
般の照明に好適な特性すなわち演色性、効率、保守性お
よび製品寿命等が与えられている。高圧金属蒸気ランプ
は、ミニチユアサイズのものにさえも現われるある種の
固有な短所を有している。

そのうちのひとつとして挙げることができるのは、点弧
後、所定の明るさに達するのに時間を要することである
。これは、外管を温め、金属充填物を蒸発させる必要性
に基づくものである。そしてこの遅れを低温始動遅れ（
ＣＯｌｄＳｔａｒｔｄｅｌａｙ）と称することができる
。また別のものとしては、高温再始動遅れ（ＨＯｔｒｅ
ｓｔａｒｔｄｅｌａｙ）と称されるより長時間にわたる
遅れがある。これは、ランプへの電力供給の中断があつ
た場合に発生する。するとランプは消勢し、電力が復旧
してもすぐには再点灯しない。そして、まず第１にラン
プを冷却し、金属蒸気圧を低下させた後に、安定器でア
ークを再び生じさせなければならない。その後ランプを
所定の明るさにするには、ランプを温めるのにさらに時
間を要する。放電ランプおよび制御回路と共に別個の予
備白熱ランプを用いて、放電ランプが消勢したり低照度
である期間、放電ランプからの光を補つて瞬時照明を行
うことが知られている。

このような装置は、スイス特許第３７７９３７号（ロイ
エンベルガ一、１９６４年）に開示されており、ここで
は、水銀蒸気ランプの回路からの２つの反対方向電圧を
受ける巻線を有するリレーで、予備ランプが付勢される
。低温始動期間および高温始動期間の間、この２つの電
圧のベクトル差が大きいので、リレーが付勢されて予備
ランプのスイツチが入いる。通常の作動状態では、この
ベクトル差が小さく、リレーは付勢されず、予備ランプ
は消弧されている。別の例としては、米国特許第３５１
７２５４号（マクナマラ・ジユニア、１９７０年）に開
示されたものがあり、ここでは、予備ランプと直列接続
されたダイアツクのような電圧降服素子（ＶＯｌｔａｇ
ｅｂｒｅａｋｄＯｗｎｄｅｖｉｃｅ）を用いて電流の流
れを制御するものであつて、ダイアツクおよび予備ラン
プは放電ランプと並列に接続されている。

また別の例である米国特許第３７３７７２０号（ウイリ
ス、１９７３年）では、低温始動時あるいは高温再始動
時に、予備白熱ランプを確実に自動的に付勢するための
一対のリレーが用いられている。本発明がとくに関係す
るミニチユア型高圧金属蒸気ランプは、極めて急速な脱
イオン化にさらされると云う特性を有する。

６０ＨＺの交流電流での作動においては、半サイクルの
間に脱イオン化がほぼ完了するので、極めて高い再点弧
電圧を安定器により供給しなければならない。

とくにハロゲン化金属ランプでのランプ暖機期間では、
再点弧電圧は、アーク点弧後の始めの数秒間、非常に高
レベルに達する。ミニチユア型金属蒸気ランプの低周波
動作に関連する脱イオン化限界（ＤｅｉＯｎｉｚａｔｉ
ＯｎＩｉｍｉｔａｔｉＯｎｓ）が存在するので、２０な
いし５０ＫＨＺの範囲にある共鳴のない高周波領域で安
定器を作動させることが多い。この領域では、ミニチユ
ア型ランプは破壊的な音響共鳴を受けず、好適な作動が
行える。しばしばインバータと称される、高周波動作に
好適なタイプの回路は、一般に、ミニチユア型ランプに
結合している電流制御装置を有する電源発振器を備えて
いる。また、関連する補助白熱ランプあるいはフイラメ
ントによつて放電ランプの瞬時点灯を行う従来周知の制
御回路は、ミニチユア型高圧金属蒸気ランプに適する高
周波安定回路に好適ではない。本発明によれば、ミニチ
ユア型高出力アーク管と予備フイラメントとを組合わせ
た瞬時照明ランプ用の作動および制御回路は、高周波電
力源とフイラメント制御回路とを備えている。

本発明の特徴のひとつにしたがうと、電力源は、放電ラ
ンプが接続している出力回路を有しかつ２０ないし５０
キロヘルツの範囲の周波数で作動する変換装置を備え、
また前記出力回路の電流を制限する装置を備えている。
フイラメント制御回路は、フイラメントを付勢する電子
スイツチング装置と、前記変換装置内にあリアータ管の
両端電圧に比例する出力を有する電圧検出装置と、検出
装置電圧が所定の下限レベルよりも低いか上限レベルよ
りも高い場合に、スイツチング装置のゲートをオンにす
る出力信号を発する電圧比較回路とを備えている。した
がつて、ランプのアーク管の低温始動時あるいは高温再
始動時に、瞬時照明を行うようにフイラメントが付勢さ
れる。プロツキング発振器が電力供給に用いられるもの
である好適実施例において、プロツキング発振器の変圧
器は、第１次巻線と、ミニチユア型アーク管あるいは放
電ランプがその両端に接続される第２次巻線と、補助フ
イードバツク巻線と、電流検出巻線とを備えている。

そして放電ランプの電流に依存して、２つのツエナダイ
オードのうちの一方あるいは他方が降服現象を起こし、
あるいはそのどちらもが降服現象を呈しないので、補助
フイラメントの付勢を制御するＳＣＲのゲートがオンあ
るいはオフされる。以下、図面を参照して、本発明を実
施例に基いて説明する。

第１図には、放電ランプと予備フイラメントを結合する
瞬時照明ランプ１が示されており、これは、本発明によ
る制御回路にとくに好適である。

ランプ１は外側ガラス外管あるいはジヤケツト２を備え
ており、その中に内側外管あるいはアーク管３とタング
ステン製フイラメント４とを有している。外管２の下端
部には円板状のガラス封止体５が設けられており、これ
を気密的に貫通して４つの導入線が延びている。導入線
６と７およびその延長部分は、アーク管３を外管のほぼ
中心において垂直あるいは軸方向配置となるように支持
している。また、導入線８と９ならびにその彎曲状延長
部は、フイラメント４をアーク管土において水平あるい
は横方向配置となるように支持している。外管２の内部
空間には、窒素のような不活性ガスを充填して、フイラ
メントあるいはアーク管３から現われる細い導線１１，
１２の酸化を防止する。この代わりとして、アーク管３
からの熱損失を軽減するために、必要ならば、外管２の
内部空間の排気を行つても良い。アーク管３は、典形的
には、ハロゲン化金属ミニチユアランプに好適な放電管
であり、石英あるいは溶融シリカ製であつて、軟化する
まで熱して石英管の膨張および収縮を好適利用して形成
する。

ネツク部１３，１４は、石英管が表面張力でくびれるこ
とを利用して形成するのが良い。本実施例では、球状部
分の壁の厚さは約０．５關であり、内径は約６ｍｍ、そ
してアーク管内容積は約０．１１ＣＣである。タングン
テン製のピン状電極１５，１６は、３ｍｍの電極間ギヤ
ツプを限定する末端部がアーク管軸上にくるように配置
される。このピンは、好ましくはモリブデン製の箔部で
導入部１１，１２と接合されるものであり、ネツク部の
溶融シリカとの濡れが良好で確実に気密封じを行えるこ
とが望ましい。一例として、定格が約３０ワツトで前述
の寸法を有するランプについて説明する。このランプに
好適な充填物は、圧力が１００ないし１２０ｔ０ｒｒの
アルゴンと、４ηの水銀と、２．２即のハロゲン塩化物
とを備えている。そして、この塩化物は、重量比で８５
％のヨウ化ナトリウムど５０％のヨウ化スカンジウムと
１０％のヨウ化トリウムとより成る。このような量の水
銀は、作動状態において全体が蒸発した場合には、ラン
プの動作温度で約２３気圧の圧力を呈することになる約
３９η／０１１の密度を与える。ミニチユア型金属蒸気
ランプがさらされる極めて急速な脱イオン化による再点
弧問題を回避するために、高周波安定器を用いてランプ
を２０ないし５０キロヘルツの範囲内の周波数において
作動させることが望ましい。

一般に、そのような回路は、ランプすなわちアーク管に
好適に結合された電流制限装置を有する電力発振器を備
えている。典形的な回路は、ソリツドステート制御装置
およびフエライトコア変圧器あるいは誘導子を用いてお
り、コンパクトル形成されているので、ランプの利用個
所すなわち電気的な出口あるいはソケツトに直接取付け
可能であり、あるいは、ランプに一体的に結合可能であ
つて云わゆるねじ込み（Ｓｃｒｅｗ−１ｎ）装置を形成
できる。このような装置は、外管内に封止されたミニチ
ユア型金属蒸気アーク管および補助フイラメント、外管
に一体的に結合しておりねじ型口金端子を有する安定器
制御装置とを備えており、通常の家庭用白熱ランプの代
わりとして、従来のエジソン型ソケツトにねじ込み可能
である。第１図には、コンパクトな高周波安定器回路の
−例が概略的に示されており、これはプロツキング発振
器の形式のインバータである。

４つのダイオードより成る全波ブリツヂ整流器ＢＲの両
端は、１２０ボルトかつ６０ヘルツの電源すなわち入力
端子Ｔｌ，ｔ２に接続されており、インバータに整流さ
れた直流電力を供給するものである。

そして、ブリツヂの出力端子の両端に接続されているフ
イルタ一・コンデンサＣ２は、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に充分なほどに平滑機
能を果たす。また、フエライトコア変圧器Ｔは、第１次
巻線Ｐ、第２次高圧巻線Ｓ１、フイードバツク巻線Ｓ２
、および検出巻線Ｓ３を備えている。図においてそれぞ
れの巻線を離隔した状態で示してあるが、全ての巻線は
、磁気的に結合しており、それぞれの巻回方向は、通常
のとおり、巻線の端部に記入したドツトで示してある。
また、第１次巻線と第２次巻線との間の漏洩リアクタン
スは、コアの軸方向に対して横断方向に向かう線により
通常のとおり示している。第１次巻線Ｐと、トランジス
タＱ，のコレクターエミツタ経路と、フイードバツク巻
線Ｓ２は全て直列に接続されており、第１次電流経路の
主要部を形成している。この経路において、Ｒ３は電流
制限抵抗であり、ダイオードＤ２はトランジスタＱ１に
対して逆電流が印加した際の保護を行うよう作用する。
そして、抵抗Ｒ１とＲ２、ダイオードＤ１およびコンデ
ンサＣ３は、このトランジスタＱ１のベースの駆動する
ものである。第２次高圧巻線は、アーク管３に至る導入
線６，７に接続されている。プロツキング発振器の動作
の概略は次のとおりである。コレクタ電流が、スイツチ
ングトランジスタＱ，の駆動電流と利得との積よりも小
さい場合には、トランジスタＱ１は飽昭状態にあり、導
通するものであつて、スイツチ作用を有する。次いで、
このコレクタ電流が、変圧器巻線ＰおよびＳ２のインダ
クタンスによつて制限される。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し、トラン
ジスタＱ１は、飽和状態から移行し始める。ついでフイ
ードバツク巻線の両端の電圧が減少し、さらにベース駆
動電圧が減少し、再生動作によつてトランジスタＱ１が
遮断状態になる。この再生動作（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉ
Ｏｎは、第１次巻線Ｐでの場が消滅した後に生ずる。こ
れにより回路が初めの状態に復帰し、サイクルの繰返し
が可能となり、第２次巻線Ｓ１の両端に接続されている
ランプを高周波駆動する。前述の内径６ｕ７Ｆ！の楕円
状ランプに対する好適な作動周波数は、約２６．５キロ
ヘルツである。この周波数は、破滅的なＡバンド（Ｃａ
ｔａｓｔｒＯｐｈｉｃＡｂａｎｄ）の上の第１の設計窓
（ＴｈｅｆｉｒｓｔｄｅｓｉｇｎｗｉｎｄＯｗ）に対応
している。導入線８，９を横切つているフイラメント４
は、シリコン制御整流器ＳＣＲの形式の電子スイツチン
グ装置に直列に接続されており、１２０ボルトで６０ヘ
ルツの電源端子Ｔｌ，ｔ２を横切つている。

ＳＣＲのゲートが０Ｎになると、サイン波状の脈動電流
が流れてフイラメントが付勢される。半サイン波電圧（
ＨａｌｆｓｉｎｅｗａｖｅｖＯｌｔａｇｅ）の有効電圧
すなわちＲｍｓ電圧は、これに対応する全波電圧の１／
！２（すなわち０．７０７）倍であるから、補助照明機
能を果たすためのフイラメントに対してよりリツプルが
大きな低電圧を用いることができる。しかしながら、上
記のものが望ましくない場合には、このＳＣＲをトライ
アツクすなわち一方向性のシリコン制御整流器で置き換
えて、フイラメントを電源電圧レベルにある交流電流で
付勢しても良い。安定器回路がまず始めに付勢されると
、アーク管の両端電圧は点弧以前には高電圧であり、点
弧と同時に急激に低下し、ついで第２図に示した曲線の
ように、作動レベルまで徐々に上昇する。

ハロゲン金属ランプからの光出力は、曲線ｂで示されて
いる。光出力はＯから始まり作動レベルまで増加する。
曲線での３つの小さなピークは、ランプ外管温度が、充
填物に含まれる幾つかのハロゲン金属の各々の沸点を経
過する間に、ハロゲン金属が蒸発するために生ずるもの
である。アーク管が暖機されている間のこのシーケンス
ならびに低光出力レベルを、低温始動遅れと称する。一
時的な電力障害がたとえ数サイクル分だけでも生じた場
合には、アーク管の脱イオン化特性によりそれが露呈し
てしまう。そして、印加電圧によつてアーク管の再点弧
が可能な値へ蒸気圧が低下するまでの３０秒間以上の間
だけアーク管が冷却される。この期間の間、アーク管の
両端には高電圧が加わるが電流は流れず、光出力は零と
なる。そして、再点弧直後は、アーク管が再び暖まるま
では、光出力は低くなる。このシーケンスを高温再点弧
遅れと称する。低温始動遅れおよび高温再点弧遅れの間
、アーク管から光出力がほとんど無いか全く無い場合に
は、アーク管の両端電圧は、第２図においてレベル２以
上かレベル以下である。そのような場合には、検出巻線
Ｓ３と関連しているフイラメント制御回路は、ＳＣＲの
ゲートを開き、予備フイラメントのスイツチを入れるよ
うに機能する。フイラメント制御回路は、２つのツエナ
ダイオードＤ３とＤ４とを備えており、このダイオード
Ｄ３，Ｄ４は、検出巻線Ｓ３の出力Ｖｓを受ける比較回
路内に接続されている。

ツエナダイオードＤ３は、降服レベルを有しているが、
検出巻線出力電圧は、アーク管の点弧以前のみ、すなわ
ち、高温再始動での冷却段階の間だけの降服レベルを越
えるものである。そして、ツエナダイオードＤ４は、よ
り小さな降服レベルを有しており、点弧以前およびアー
ク管の通常動作の間だけこの降服レベルを越え、アーク
管の暖機期間では越えないようになつている。検出巻線
Ｓ３によつて発生する電圧ｓは、通常、アーク管の両端
電圧に比例するが、リニアな比例関係を有する必要はな
い。この比較回路は、ｓが／２よりも大きいか１よりも
小さい場合に信号を供給すると云う変換特性を有する電
子増幅器であると考えることができる。ここで、Ｖ′１
と／２は、アーク管の両端電圧をＶｓとするような比率
で電圧，および２を変換した際に得る電圧である。出力
信号が存在する場合には、ＳＣＲのゲートを介して電流
が流れてフイラメントが付勢される。しかし、ｓがＣと
Ｖ′２との間に低下すると、出力信号がなくなつてフイ
ラメントが消勢される。次に動作を説明する。

検出巻線の電圧出力は、ダイオードＤ５によつて整流さ
れ、ＳＣＲのゲートを開閉するトランジスタＱ３を含む
制御回路を駆動するために供給される。アーク管におい
て降服あるいは点弧が生じる前には、検出巻線の電圧出
力Ｖｓは高電圧であり、ツエナダイオードＤ３が降服現
象を起こす。本実施例では、この電圧は２４ボルトであ
る。これによりＳＣＲのゲートへ１駆動電流が加えられ
、次いでフイラメントを付勢して高温再始動時に瞬時照
明を行うものである。ツエナダイオードＤ４は同様に降
服現象を生ずるが、この時には何らの影響をももたらさ
ない。そして、アーク管が充分に冷却された後に、点弧
が起こる。その時に、検出巻線の電圧出力８が降下して
、ツエナダイオードＤ３とＤ４の両方が非導通になる低
い値に至る。この状態において、トランジスタＱ３を導
通させるに充分な駆動電流がそのベースに加えられる。
するとＳＣＲへゲート駆動電流が供給されてフイラメン
トを付勢し、低温始動時、あるいは、高温再始動での点
弧後の暖機段階の間、瞬間照明を行うものである。アー
ク管が通常の作動温度に近づくと、Ｖｓは、ツエナダイ
オードＤ４を降服させるのに充分な点まで増加する。こ
の状態が生ずると、トランジスタＱ２のベースは、Ｄ４
，Ｒ，，Ｒ８およびＲ７を通る電流によつて、エミツタ
に対して正に保持される。次いで、トランジスタＱ２が
導通して、トランジスタＱ３のベースの電圧をエミツタ
に関して低くする。トランジスタＱ３はこうして遮断状
態に保持され、ＳＣＲへのゲート駆動電流が除かれ、ア
ーク管が通常に作動している間、フイラメントが消勢さ
れる。上記回路において、このＳＣＲを他の形式の半導
体制御整流器あるいは電子スイツチで置き換えても勿論
良い。

また、類似の変換特性を有しかつ２０ないし５０キロヘ
ルツの周波数範囲で作動可能である他の比較回路を、前
述の説明で詳しく述べたものに変えても良い。このよう
に、本発明によれば、放電ランプの以前の状態にかかわ
りなく、スイツチを入れたときに瞬時的に照明を確実に
行うための予備フイラメント用の制御回路を含む高圧金
属蒸気放電ランプを付勢するためのコンパクトな高周波
回路が提供されるものである。

以下、本発明による好適な実施態様を列記する。

（１）電圧比較回路が、検出装置電圧が下限レベルより
も低いか上限レベルよりも高い場合にはスイツチング装
置のゲートを開く出力を与え、検出装置電圧が下限レベ
ルおよび上限レベルの間にある場合には出力を発しない
変換特性を有する電子増幅器である特許請求の範囲第１
項に記載のランプ。（２）電力源が、第１次巻線と、フ
イードバツク巻線と、電流を制限するリアクタンスを含
む出力回路において両端がアーク管に接続されている第
２次巻線とを有する変圧器を含む電力発振器であり、ま
た電圧検出装置が、前記ランプの両端電圧に比例する出
力を有する変圧器における巻線である特許請求の範囲第
１項に記載のランプ。

（３）電力源が、第１次巻線と、フイードバツク巻線と
、電流を制限するリアクタンスを含む出力回路において
両端がアーク管に接続されている第２次巻線とを有する
変圧器を含む電力発振器であり、また電圧検出装置が、
前記ランプの両端電圧に比例する出力を有する変圧器に
おける巻線であり、そしてさらに、電圧比較回路が、検
出巻線電圧が下限レベルより低いか上限レベルよりも高
い場合にスイツチング装置のゲートを開く出力を与え、
検出装置電圧が下限レベルと上限レベルとの間にある場
合には何らの出力も発しない変換特性を有する電子増幅
器である特許請求の範囲第１項記載のランプ。

（４）電圧比較回路が一対のツエナダイオードを含んで
おり、そのうちの一方が他方よりも降服電圧が高いもの
であり、検出巻線の出力電圧が下限レベルよりも低い場
合にはどちらのダイオードも導通せず、前記出力電圧が
下限レベルと上限レベルとの間にある場合には、低い降
服電圧のツエナダイオードのみが導通し、そして、前記
出力電圧が上限レベルよりも高い場合に両方のツエナダ
イオードが導通するものであり、さらに、比較回路は、
両方のダイオードが導通しているか非導通の場合に、ス
イツチング装置のゲートを開く電流を供給し、低い降服
電圧のツエナダイオードのみが導通している場合にはゲ
ート電流を供給しないものである特許請求の範囲第２項
に記載の装置。

（５）電子スイツチング装置が半導体制御整流器あるい
はトライアツクである特許請求の範囲第１項に記載の装
置。

）

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例装置を示すものであり、一部
においてランプを概略斜視図で示した概略回路図である
。 第゛２図は、本発明のミニチユア型放電ランプの光出力
、電圧ならびに電流条件を時間の函数として示したグラ
フである。１・・・・・・瞬時点灯ランプ、２・・・・
・・外管、３・・・・・・アーク管、４・・・・・・フ
イラメント、５・・・・・・ガラス封止体、６〜９・・
・・・・導入線、１１，１２・・・・・・導線、１３，
１４・・・・・・ネツク部、１５，１６・・・・・・電
極、ＢＲ・・・・・・ブリツヂ整流器、Ｔ・・・・・・
変圧器、Ｐ・・・・・・第１次巻線、Ｓ１・・・・・・
第２次高圧巻線、Ｓ２・・・・・・フイードバツク巻線
、Ｓ３・・・・・・検出巻線、Ｒ３・・・・・・電流制
限抵抗、Ｑ１〜Ｑ３・・・・・・トランジスタ、ＳＣＲ
・・・・・ウリコン制御整流器、Ｄ１〜Ｄ５・・・・・
・ダイオード、Ｒ１〜Ｒ９・・・・・・抵抗、Ｃ１〜Ｃ
４・・・・・・コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ミニチユア高圧金属蒸気アーク管と白熱フィラメン
   トが密封ガラス質包体内に組合せて取付けられ、共通の
   低周波電源に接続される瞬時点灯ランプの動作制御回路
   において、両端に前記アーク管が接続される出力回路を
   もつ変圧手段と、該出力回路の電流を制限する手段とを
   有し、前記共通の電源を２０ないし５０キロヘルツの周
   波数をもつ高周波電源に変換する安定回路と、白熱フィ
   ラメントを前記の共通の電源に接続して白熱フィラメン
   トに低周波電力を供給する電子スイッチ手段と、前記ア
   ーク管両端の電圧に比例する出力をもつ前記変圧手段内
   の電圧検出手段と、前記電圧検出手段の電圧が所定の低
   い電圧より低いか所定の高い電圧より高い時に前記電子
   スイッチ手段に出力信号を送つて白熱フィラメントを前
   記低周波電力で付勢する電圧比較回路とをもつ白熱フィ
   ラメント制御回路と、を有する動作制御回路。