JPS5935354A - 高圧金属蒸気放電灯 - 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】 本発明は、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムラン
プ等の高圧金属蒸気放電灯の改良に関し、特に始動を容
易にするための始動回路を内蔵した高圧金属蒸気放電灯
の改良に関する。

メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ等の高圧
金属蒸気放電灯は一般的に始動電圧が高く、通常の商用
電源電圧にて始動させることは困難である。そこで、最
近はランプに組み込んだ始動回路によって高電圧パルス
を発生させ、それを電源電圧とともに発光管に印加して
始動を容易にする手段が屡々採用されている。かかる放
電灯は外部に別置型の始動装置を接続して使用［７々〈
て済むため極めて便利であることから需要が急速に増大
している。

上記のような始動回路内蔵型の放電灯として現在のとこ
ろ最も普及しているものは、第１図に示すように発光管
１と並列に、常閉型の熱応動開閉器２と抵抗体３とを直
列に接続してなる始動回路を接続し、これらを外球４に
収納しかつ誘導性の安定器５を介して交流電源６に接続
するように構成したものである。この構成において交流
電源６を投入すると始動回路に電流が流れ抵抗体３の発
熱により熱応動開閉器２が開閉動作し、それに伴う始動
回路電流の断続により安定器５に高電圧パルスが発生す
る。この高音、圧パルスは電源電圧とともに発光管１に
印加されるため放電灯は直ちに始動する。

放電灯が始動した後は発光管１の発熱で熱応動開閉器２
が開放状態に保たれるので高電圧パルスの発生が停止す
る。ところが、かかる構成には次のような欠点がある。

第一に熱応動開閉器２には通常バイメタルスイッチが用
いられるので、ある程度の開閉動作のムラやバラツキを
避は得す、その結果始動特性が不安定になる。第二に始
動特性が不安定であることに起因して異常に高い電圧パ
ルスが発生することがあるため、その吸収装置等を設け
る必要がある。第三に始動回路を構成する抵抗体には通
常タングステンフィラメントが用いられるので放電灯へ
の組み込みに工夫を要する、等の諸欠点である。

これらの欠点を除去するために、始動回路の構成素子を
できるだけ半導体化あるいは電子部品化する試みがなさ
れているが、これらを放電灯に紹み込もうとすると、耐
熱性および寸法の面゛において極めて厳しい条件を満足
しなければならないため、現在までのところ実用化され
ていない。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、始
動特性が安定しており、異常パルス吸収装置等も必要と
せず、小形コンパクトで耐熱性も高い等の長所を有する
始動回路を内蔵した高圧金属蒸気放電灯を提供せんとす
るものである。

第２図は本発明を実施した高圧金属蒸気放電灯の基本的
回路構成を示す。同図において１は少なくとも一対の主
電極２ａ・２ｂを有する石英ガラス製の発光管であって
、この発光管１の内部には水銀及び始動ガスのほかに適
当な種類の発光全屈、例えばナトリウム、スカンジウム
、トリウム等並にハロゲン、例えば沃素、臭素、塩素等
、又はこれらの化合物が封入しである、すなわち、一般
にメタルハライドランプと称される放電灯の発光管であ
る。この発光管１と並列に常閉型バイメタルスイッチの
ごとき熱応動開閉器３と要すればインビーグンス素子４
を介して、シリコン・シンメトリカル・スイッチ（ＳＳ
Ｓ）のごとき半導体スイッチング素子５とダイオード６
の並列回路と強請％：性セラミックコンデンサー７とを
直列に接続して々る始動回路８が接続しである。寸た前
記発光管１の一方の主電極２ｂに近接して補助電極９が
設けてあシ、とり、らの間に前記始動回路８を構成する
半導体スイッチング素子５とダイオード６の並列回路と
強誘電性セラミックコンデンサー７との直列回路が接続
されている。そしてこれらは前記発光１ｆ１とともに外
球１ｏおよび／または同外球１０の一端に固定された口
金１１の内部に収納されている。口金１１は安定器１２
を介して交流電源１３に接続される。始動回路８を構成
する半導体スイッチング素子５はシリコン系のＩ）　Ｎ
　Ｐ　Ｎジャンクションをもち、そのエレメント部をガ
ラスパッシベーションをしたうえ外装もガラスモールド
で仕上げたものを用いる。かがるシリコンのジャンクシ
ョン部は酸化さえしなければ４００’Ｃ〜５００℃の温
度に耐え得ることが確認されており、放電灯に組み込ん
で使用しても伺ら問題はない。またダイオード６も前記
半導体スイッチング素子５と同様の仕上げのものが既に
ＶＯ６Ｇという型式で市販されているから、それを使用
すればよい。ただこの場合注意すべきは、リード線とし
て銅に半田メッキをしたものが使用されているが、半田
メッキは高温で蒸発するので予め取り除いておが々けれ
ばならない。

これらの半導体スイッチング素子５及びダイオード６は
外球１０および７寸たは同外球１０に固定された口金１
１に収納されるが、外球１０の内部は通常真空かまたは
不活性ガスが充填されているので、この中に収納してお
けば、万一、半導体素子のガラスパッシベーションが動
作中にリークしてもシリコン部は酸化されないという利
点がある。

また、強誘電性セラミックコンデンザ−７は、チタン酸
バリウム（Ｂ　ａ　’１’　ｉ　０．　）を主体とした
もので、放電灯が通常始動するようシ雰囲気温度−３０
℃〜＋６０℃において比誘電率ε８が５，０００〜２０
，０００となるようにキューリ一点を移動させるため、
シフターとしてチタン酸ストロンチウム（Ｓ　ｒ　１．
”　ＩＯｓ　）および／またはジルコニウム酸バリウム
（Ｂ　ａ　Ｚ　ｒ　Ｏ３）等を１０〜３　Ｑ　ｒｎｏ７
％添加する。捷たキューリ一点付近の比誘電率ε８が急
激に変化しないようにデイフレッサーとしてチタン酸カ
ルシウム（ＣａＴｉＯ，）等を数ｍａｉ１％添加する。

そしてこれらの混合体を基材とし一般的な粉末プレス成
形法により薄板状に成形したうえ、空気中で１３００℃
〜１４００’Ｃの最高温度で２時間程度焼成する。次に
焼成した薄板に７００℃〜８００℃で銀膜電極を焼付け
、これに銀ロウ等でリード線を取り付ける。そして最後
に全体を低融点ガラスでオーバーコートする。このオー
バーコートは外球１０の内部が真空または不活性ガス雰
囲気であるため、チタン酸バリウム中の酸素が動作中の
温度で解離してチタン酸バリウムが半導体化して耐電圧
特性が悪くなるのを防止し、かつ銀膜電極の昇華を防止
するのに役立つ。

なお、熱応動開閉器３及びインピーダンス素子４は耐熱
性だけを考慮すれば通常のものを使用することができる
。

次に上記放電灯の動作について説明する。先ず、商用の
交流電源１３として２００Ｖ　〜２４０Ｖ、５０）１ｚ
／６０Ｈ２を安定器１２を介して印加する。この電圧は
常温でＯＮの状態にある熱応動開閉器３及びインピーダ
ンス素子４を介して半導体スイッチング素子５とダイオ
ード６の並列回路に印加される。

この電圧によシ交流電源電圧の半サイクルにおいて強誘
電性セラミックコンデンサー７が充電される。そして次
の半サイクルでは前記コンデンサー７の充電電、荷が電
源電圧に重畳されるため半導体スイッチング素子５とダ
イオード６の並列回路の両端ａ−ｂ間には第３図に示す
ような電圧が発生する。この電圧のピーク値は電源電圧
Ｅ　Ｉｎが２００■のときはａ点を基準にすると電源電
圧のｐＨ倍の５６４Ｖと々る。そこで、予め半導体スイ
ッチング素子５のブレークオーバー電圧を４８０　Ｖ程
度に設定しておけば、電源電圧がこの値以上になった時
点で半導体スイッチング素子５がＯＮになシ、コンデン
サー７の電荷が放電し、この回路に急激な電流が流れる
ためｖ（＝放電灯外部の安定器１２のインダクタンスＫ
　、１：　！０弛張発振が起こり、第４図のような冒霜
、圧パルスが発生する。この電圧は発光管１の主電極２
ａと補助電極９の間、及び両生電極２ａ・２ｂ間に同時
に印加され、これにより放電灯は始動する。この場合、
インピーダンス素子４は半導体スイツチン・グ累子５が
ＯＮするのに十分な電流が流れ唇ように、そして発生ず
る高電圧パルスが両生電極２ａ・２ｂ間にアーク放電を
発生させかつ主電極２ｂとこれに近接する補助電極９と
の間にアーク放電を発生させないように適当なインピー
ダンス値に選定しておく。かくして、放電灯が始動する
と、発光管１からの熱放射が増大するため熱応動開閉器
３がＯＦＦの状態となり、始動回路８を電源１３から切
り離す。

このような構成にすると次のような利点がある。

第一に、熱応動開閉器の開閉動作に伴う高電圧パルスの
発生を利用していないので、高電圧パルスの波高値、発
生間隔等が極めて安定しており、その結果安定した始動
特性が得られる。

第二に、異常に高い市、圧パルスが発生し々いので、異
常パルス吸収装置等を組み込む必要がないので組立作業
が複雑となることもなく、経済的でもある。第三に、始
動回路を構成するインピーダンス素子にタングステンフ
ィラメントを使用しなくてよいので、放電灯への組み込
みが簡単でかつ耐振性も秀れている。第四に、始動回路
のコンデンーナーに強誘電性セラミックコンデンサーを
使用したので、その圧電効果に伴う弛張発振によシ放電
灯の始動に必要にして十分な高電圧パルスが得られる。

第五に、始動回路の構成素子を放電灯の外球および／″
！たは同外球に固定された口金に収納するようにしたの
で全体がコンパクトとなり取扱も容易である。ガお、こ
のように始動回路の構成素子の全てを放電灯に組み込む
ためには、強誘電性セラミックコンデンサーを半導体ス
イッチング素子及びダイオードの並列回路と直列に接続
しておかなければならない。同コンデンサーを直接に発
光管と並列に接続すると、商用電源周波数のもとて良好
な結合効率を得るためには円板の直径を計算上５０〜６
０％としなければならず、種々の工夫を施してもかなり
大形とカシ、放電灯への組み込みは不可能となる。

第５図及び第６図は本発明の他の実施例を示すものであ
る。第５図は主電極２ｂとこれに近接する補助電極９の
間に始動抵抗１４を介して半導体スイッチング素子５並
にダイオード６の並列回路と強誘電性セラミックコンデ
ンサー７との直列回路が接続してあシ、第２図の回路と
ほぼ同じ動作をする。

第６図は、本発明を高圧す）　ＩＪウムランプに適用し
た例を示す。発光管１は透光性セラミックをもって構成
されており、同発光管１の内部には、ナトリウムのごと
きアルカリ金属とキセノンのどと岩、始動ガスと水銀の
ごとき緩衝ガス源とが封入されている。また、発光管１
の外壁には始動補助導体１６が付設しである。この始動
補助導体１６は一方の電極２ｂと同電位となるように接
続されておシ、他方の電極２ａに対して対向電極電位を
印加するように構成しである。この回路では、ダイオー
ド６と直列に抵抗体１５を挿入し１、コンデンサ−７へ
の充電に時間を持たせ、交流電鍵の２〜４サイクル毎に
一発の高電圧パルスを発生させるようにする。このよう
にするとピーク値の高い電圧パルスが得られ、高圧す）
　ＩＪウムランプの始動に適する。抵抗体１５はかかる
適当な時定数を得るように適当な値に選択される。

最後に本発明の実施例について説明する。第２図に示す
ような回路構成のものを定格電力４００Ｗのメタルハラ
イドランプにおいて実施した例である。発光管１は内径
２０ｍｍ、電極間距離４６順、内容積１６ＣＣで、内部
にナトリウム、スカンジウム及びトリウムの各ハロゲン
化物とアルゴンガス２０　ｔｏｒｒ　　を封入したもの
を使用した。寸だ半導体スイッチング素子５には’ｐ　
Ｎ　Ｉ）　Ｎ　　ジャンクションをガラスパッシベーシ
ョンし外装もガラスモールドしたシリコン・シンメトリ
カル−スイッチ（ＳＳＳ）を使用した１、このブレーク
オーバー電圧は４８０Ｖ、動作特電流は実効値でＩＡで
ある。

さらに、ダイオード６には、シリコンｌ）　Ｎジャンク
ションをガラスパッシベーションシ外装もガラスモール
ドしたものを使用した。この逆耐電圧は６００Ｖ、順方
向電流は１．ＩＡである。

また、強誘電性セラミックコンデンサー７は次のものを
使用した。すなわち、チタン酸バリウム（１３ａＴｉＯ
ｓ）とチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉ０３）とジル
コニウム酸バリウム（ＢａＺｒＯ３）とチタン酸カルシ
ウム（ＣａＴｉ０３）の各粉末の混合体を直径；３０調
、厚み０．５　ｔａｎの円板状にプレス成形し、１４０
０℃で２時間焼成した。焼成後の直径は２５．５制とな
シ、これに直径２３祁の銀膜［極を７５０℃で焼き付け
たうえ、該電極にリード線をロウ付けした。そのうえで
全体を熱膨張係数９０　Ｘ　１０−’／℃のガラス粉末
でオーバーコートし焼成をした。使用したコンデンサー
の静電容量は０．１２μＦである。上記のような回路構
成素子を第２図に示すように結線したうえ外球１０の内
部に収納し、同外球１０の内部に窒累ガスを常温で３５
　Ｑ　ｔｏｒｒ　　の圧力となるように封入した。かか
る放電灯を４００Ｗ用のチョークコイルと力率改善用の
コンデンサとを備えた高力率型安定器にて点灯したとこ
ろ、電源電圧１８０ｖで直ちに始動し、始動後３分以内
で熱応動開閉器が動作して始動回路が切シ離さ灯のサイ
クルでｉ　ｏ、ｏ　ｏ　ｏ時間経過したが全く異常は認
められなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の高圧金属蒸気放電灯の回路図第２図、
第５図及び第６図は本発明に係る高圧金属蒸気放電灯の
回路図、第３図および第４図は同放電灯の回路の一部の
電圧波形図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一対の主電極（２ａ）・（２ｂ）を有す
   る発光管（１）と並列に、熱応動開閉器（３）と要すれ
   ばインピーダンス素子（４）を介して半導体スイッチン
   グ素子（５）とダイオード（６）の並列回路と強誘電性
   セラミックコンデンサー（７）とを直列に接続してなる
   始動回路（８）を接続し、この始動回路（８）を前記発
   光管（１）を収納する外球（ＩＩおよび／または同外球
   ａ１の一端罠固定した口金（１υの内部に収納したこと
   を特徴とする高圧金属蒸気放電灯。 ２、始動回路（８）を構成する強誘電性セラミックコン
   デンサー（力は、チタン酸バリウム（Ｂ　ａ　Ｔ　ｒ　
   Ｏｓ　）を主体としこれに適量のジルコニウム酸バリウ
   ム（ＢａＺｒＯ８）および／またはチタン酸ストロンヂ
   ウム（ＳｒＴｉＯ，）を混合したものを基材としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高圧金属蒸気
   放電灯。 ３、発光管（１）は石英ガラスをもって構成されており
   、該発光管（１）の内部には水銀および始動ガスのほか
   に適当な種類の発光金属およびハロゲンまたはこれらの
   化合物が封入されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の高圧金属蒸気放電灯。 ４、発光管（１）の一方の主電極（２ｂ）とこれに近接
   させて設置した補助電極（９）との間に始動抵抗側を介
   してまたはこれを介さずに始動回路（８）を構成する半
   導体スイッチング素子（５）とダイオード（６）の並列
   回路と強訴電性セラミックコンデンザー（７）との直列
   回路を電気的に接続したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の高圧金属蒸気放電灯。 ５、発光管（１）は透光性セラミックをもって構成され
   ており、該発光管（１１の内部にはアルカリ金属および
   ／またはその他の発光金属と始動ガスと緩衝ガス源とが
   封入されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の高圧金属蒸気放電灯。 ６、発光管（１）の外壁に始動補助導体（１６）を付設
   し、該始動補助導体（１６）を一方の電極（２ｂ）と同
   電位にして他方の電極（２ａ）に対向電接電位を印加す
   るように構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の高圧金属蒸気放電灯。 ７、　始動回路（８）を構成する半導体スイッチング素
   子（５）とダイオード（６）の並列回路の前記ダイオー
   ド（６）と直列に５（ＫΩ〕〜６０〔ＫΩ〕　の抵抗体
   （１５）を接続したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の高圧金属蒸気放電灯。