JPS6329789B2 - - Google Patents

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JPS6329789B2
JPS6329789B2 JP11036981A JP11036981A JPS6329789B2 JP S6329789 B2 JPS6329789 B2 JP S6329789B2 JP 11036981 A JP11036981 A JP 11036981A JP 11036981 A JP11036981 A JP 11036981A JP S6329789 B2 JPS6329789 B2 JP S6329789B2
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JP
Japan
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discharge lamp
mercury vapor
low
lamp
lighting
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JP11036981A
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JPS5812251A (ja
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Toshiro Kajiwara
Yoshinori Anzai
Takeo Nishikatsu
Goroku Kobayashi
Shunichi Morimoto
Hiroyoshi Yamazaki
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to EP82901620A priority patent/EP0079969B1/en
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Publication of JPS6329789B2 publication Critical patent/JPS6329789B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/36Controlling
    • H05B41/38Controlling the intensity of light
    • H05B41/39Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
    • H05B41/3927Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by pulse width modulation

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamp (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば螢光ランプのような低圧水銀
蒸気放電灯と、この放電灯を高周波で点灯する点
灯装置とを組合せた低圧水銀蒸気放電灯装置に関
するものである。
螢光ランプを高周波で点灯するとランプ効率が
向上することは古くから知られており、最近のエ
ネルギ事情からの要請と、パワートランジスタの
性能向上と相俟つて、15KHzないし50KHz程度の
点灯周波数の高周波点灯装置が普及しはじめてい
る。40Wランプに例を取ると、これらの装置は高
周波の装置に比しランプ単独の効率向上は、良い
もので12〜13%程度、装置全体の効率向上として
は20〜25%程度のものであつた。
本発明者らは上記効率を更に向上すべく、種々
の構成のランプを用い、高周波点灯時のランプ効
率の向上の機構を究明する基礎的な実験の途上、
ランプに印加する電圧に休止期間を設けることに
より水銀の共鳴放射エネルギ効率が大巾に向上す
るという、従来知られていなかつた現象を見出し
た。
この発明は上記現象に基づいて効率の良好な低
圧水銀蒸気放電灯装置を提供することを目的とす
るものである。
先ず上記現象を発見するに至つた上記実験につ
いて説明する。
第1図はこの実験に用いた放電灯を示す断面図
で、図において1は石英ガラス製バルブ、2はス
テム3を介してバルブ1の両端に封止された予熱
形電極、aは電極2,2間に形成された放電路、
φはバルブ1の管内〓、Lはバルブ1の外端長で
定義した管長である。なおバルブ1内には水銀蒸
気発生体である液相水銀bと希ガスとが封入され
ている。
上記のような構造のもので、管長Lは1187mm,
管内〓φは主として30mmのものを用いたが、少数
のものに関しては22mmから36mmの範囲に変化させ
た。また封入希ガスは各種の単体及び混合体を用
い、それらの封入量も大巾に変化させた。なお水
銀5は25mgのほゞ一定量を封入した。
これらの試料を約6/分の流水中に置き、矩
形波出力電圧の高周波インバータで、抵抗バラス
トを用いて点灯し、その放電電流、点灯周波数、
及び流水温度を変化させて、放電の状態を観察す
るとともに、希ガス及び水銀の放射輝線強度を測
定した。その結果陽光柱に移動縞が発生すると、
陽光柱での希ガスの発光が顕著になり、一方水銀
の発光、特に253.7nmの共鳴放射強度が大きく低
下することが多くの試料について見られた。この
移動縞の発生、消滅は放電電流、点灯周波数、流
水温度等に依存するが、特に1KHz以上の点灯周
波数に関しては一般に周波数が高い程移動縞が発
生しにくい傾向にあることが判つた。しかし放電
灯の入力電力(電流実効値と電圧実効値との積)
当りの共鳴放射の相対強度は必ずしも点灯周波数
の上昇に伴つて向上するとはいえない結果が得ら
れた。
そこで第2図に示したように、放電灯の点灯時
に電極2,2間に印加される電圧に休止期間T0
を設けることによつて印加期間T1を短くすると、
上記の周波数を高めたときと同様に移動縞を抑制
することができ、また単に周波数を高めた場合よ
りも共鳴放射エネルギ効率を向上させることがで
きるのではないかと考えた。
更に文献(CarlKenty:Journal of applied
Physics 21(Dec)P1309〜1318(1950))によれ
ば、管内〓φが36mm、封入アルゴン圧3.5Torrに
なるような 件下で、商用周波数実効値0.42Aで
点灯した場合、水銀の253.7nm光量子の実効寿命
は7.6〜7.2μsとなつているので、、点灯周波数20K
Hzにおいて、電圧の休止期間T0を約7μsに設定し
て前記の実験と同様の実験をおこなつたところ、
休止期間T0がない場合に比し253.7mmの放射強度
が大巾に向上した。
以上の予備実験の後、次の実験をおこなつた。
先ず第2図に示したように電圧の印加期間T1
と休止期間T0とを有し、周波数及び期間T1,T0
のデユーテイサイクルの可変な矩形波電源を製作
し、この電源を用いて前記予備実験同様の水流中
で多種の放電灯を点灯し、種々は条件下でその放
電状態の観察及び測定をおこなつた。なお安定器
には可変抵抗を用い、放電電流はこの可変抵抗に
より変化させた。
希ガスとしてKrとArとの混合モル比が1.0:
0.2であるものを用い、見掛上の陽光柱内の希ガ
ス原子温度である水流温度Tnが40℃のとき、希
ガスのモル数Xと水銀蒸気のモル数Yとのモル比
X/Yが3.3×102になるように希ガスを封入した
放電灯についての実験結果について説明する。
なお上記モル比X/Yは希ガスの40℃における
封入圧力と、40℃における水銀蒸気圧力との比か
ら近似的に求めた量である。
第3図は上記放電灯を40℃の水流中で、電流ピ
ーク値(ほゞ矩形波)0.42A,20KHzで点灯し、
休止期間T0を変化させたときの253.7mmの水銀共
鳴放射の相対強度の変化を示したものである。こ
の図は期間T0が零のときの強度を100%としてい
るが、この値は商用電源で点灯した場合より約17
%高いものである。図に見られるように、期間
T0が7〜8×10-6秒で強度は最大となり、相対
強度の向上は35%にも達する。また期間T0が15
×10-6秒以上では強度は休止期間T0がない場合
よりも低くなる。なお期間T0が零のときには陽
光柱には相当激しい移動縞が存在するが、期間
T0が0.5〜15×10-6秒の範囲においては、電源電
圧ピーク値を一定とすると期間T0を設けること
により電流ピーク値が増加し、移動縞が消失する
か大巾に低下する。更に電流ピーク値を0.42Aの
一定値まで低下させても移動縞は期間T0が零の
場合程に増加することはない。
第4図は第3図の測定に用いた放電灯と同一の
放電灯を用いて、点灯周波数を変化させたときの
253.7nm放射の相対強度の変化を示したものであ
る。図の実線は36KHz以下の周波数においては休
止期間T0が約7×10-6一定、36KHzを越えたとき
には期間T1とT0との比を約1に設定した場合の
ものであり、一点鎖線は期間T0が零の場合のも
ので、ともに流水温度40℃、電流ピーク値0.42A
の条件下のデータである。なおこの図は商用電源
で点灯した場合の放射強度を100%として示した
ものである。図に見られるように、点灯周波数が
1KHz以上において常に休止期間T0を設けた効果
が見られ、点灯周波数が20KHz近傍でその効果が
最大である。
希ガスとしてNe,Ar,Kr,Xeの各単体、電
流実効値0.2〜2A、流水温度5〜60℃、点灯時の
モル比X/Yが0.5×102〜1.0×104の範囲の種々
な放電灯について、上記放電灯と同様に期間T0
を設ける効果が認められた。
なお、この発明でモル比X/Yを限定したの
は、希ガスの種類、点灯周波数、及び休止期間
T0を決めると、モル比X/Yと見掛上の希ガス
原子温度Tnとで定まる境界線を境にして移動縞
の発生、消滅がおこなわれることによるものであ
る。
次に実施例につき説明する。
第5図はこの発明の一実施例を示す回路図で、
図において4は低圧水銀蒸気放電灯である螢光ラ
ンプ、4aはその一対の電極、7は商用電源、8
は電源スイツチ、Aは点灯装置で、以下のように
構成されている。9は全波整流回路、10は平滑
コンデンサ、11は分圧抵抗、12は定電圧ダイ
オード、13はスイツチングレギユレータ用IC、
13aはIC13の一対の出力用トランジスタ、
14は一対の電力増巾用トランジスタで、出力ト
ランス15とともにプツシユプル回路を形成して
いる。16は分圧抵抗11、トランジスタ13a
を介して夫々のトランジスタ14のベースに電流
を供給する一対のベース抵抗、15Sはトランス
15の2次巻線、15Fは電極4aの一対の予熱
巻線、17はコンデンサ安定器である。
このような構成のものにおいて、トランジスタ
13a,13aが夫々開閉する周期を50×10-6
秒、一方のトランジスタ13aがオフしてから他
方のトランジスタ13aがオンするまでの時間8
×10-6秒に設定することにより、トランス15の
2次巻線15Sにはほゞ第2図に示したような波
形の出力電圧が得られ、その周波数は約20KHz、
期間T0は8×10-6秒、期間T1は17×10-6秒であ
つた。このような点灯装置Aを用いて、20℃にお
けるArの封入圧力2.6Torrの40Wラピツドスター
ト形螢光ランプ4を点灯すると、電極4a,4a
間に印加される電圧の波形はほぼ三角波となり、
その休止期間T0は約7.5×10-6秒であつた。雰囲
気を25±1℃、無風状態に管理した球面光束計内
で上記点灯装置Aを用いてランプ4を点灯し、ラ
ンプ4が定常状態になつた後に光束値及び電力の
測定をおこなつた。
前記Ar封入の管内〓φが30mmの40Wランプ4
を上記条件下で、電流実効値0.42Aで点灯すると
モル比X/Y(希ガス原子温度は管中央部温度、
水銀蒸気圧は最冷部温度に対応するものとして求
めた。)は0.64×103となり、商用周波で点灯した
場合に比し、ランプ単独の効率向上は約16%、装
置全体の効率向上は約30%と、従来にない高い値
が得られた。
次にバルブ寸法は上記実施例と同様のもので
KrとArとの混合モル比が1.0:0.2のランプ4を
上記と同様な 件で点灯したところ、混合希ガス
と水銀蒸気とのモル比X/Yは0.4×103となり、
ランプ単独の効率向上は約19%、装置全体の効率
向上は約32%であつた。
管内〓φが23mmで、管長Lが1187mmのKr単体
封入のランプ4を上記実施例と同様な条件で点灯
したところ、モル比X×Yは0.7×102となり、ラ
ンプ単独の効率向上は約20%であり、装置全体の
効率向上は約33%であつた。
またこのKr単体封入のランプ4を電流実効値
0.23Aで点灯したところ、モル比X/Yは0.17×
103となり、ランプ単独の効率向上は約22%装置
全体の効率向上は約34%であつた。
Ar,Kr,Neの混合モル比が7:9:4の希ガ
ス混合体を、管内〓φが36mm、管長Lが2354mmの
バルブに封入し、電流実効値0.8Aで点灯したと
ころ、モル比X/Yは0.25×103となり、ランプ
単独の効率向上は約15%であり、装置全体の効率
向上は約34%であつた。
またNe,Arの混合モル比が7:3の希ガス混
合体を、管内〓φが36mm、管長Lが2354mmのバル
ブに封入し、液相水銀bの代りに、電極、4a近
傍にIn−Hgアマルガムを配置したランプ4を電
流実効値2Aで点灯した。そのときの水銀蒸気圧
は4.5×10-3Torrで、モル比X/Yは0.56×103
なり、ランプ単独の効率向上は約14%、装置全体
の効率向上は約36%であつた。
上記実施例は比較的実用性の高いランプ4に関
するもので、この発明の効果の数例を示すに過ぎ
ないが、前記実験を勘案するとき、適正な休止期
間T0を設けてランプ効率の向上を計るというこ
とは、非常に広範囲のランプ4に対して有効であ
るといえる。
また休止期間T0を設ける回路は第5図に示し
たもの以外にも種々知られているが、移動縞の抑
制現象から考え、それらの何れもがランプ4の効
率を向上させる効果があることが推定される。
たゞし休止期間T0が0.5μs未満のものにおいては
効率の向上効果は低いし、従来の点灯装置にも微
小な休止期間T0を有するものがあるので0.5μs未
満の範囲はこの発明から除外する。
また装置によつては例えば第6図に示したよう
に、休止期間T0が不明確な場合があるが本発明
においては下記のように定義する。すなわち電極
4a,4a間に印加される電圧のヒーク値Vpの
10%値からの立下り時間t1と、Vpの10%値まで
の立上り時間t2との和(t1+t2)と、零電圧時間
t0との間に5(t1+t2)≧t0関係が成立するときは
(t0+t1+t2)を休止期間T0とし、零電圧時間t0
上記関係より長い場合は時間t0を休止期間T0とす
る。
この発明は以上説明したとおり、低圧水銀蒸気
放電灯の点灯時に電極間に印加する電圧に、0.5
×10-6秒以上、15×10-6秒以下の休止期間を設け
るとともに、25℃、無風状態の雰囲気中で上記放
電灯を1KHz以上の高周波で点灯したとき、モル
比X/Yが0.5×102以上、1.0×104以下になるよ
うに放電灯及び点灯装置を構成することにより、
放電灯の効率を向上させることができ、装置全体
の効率も向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実験に用いた放電灯の断面図、第2図
は説明図、第3図,第4図は特性図、第5図はこ
の発明の一実施例を示す回路図、第6図は説明図
である。 図において2,4aは電極、4は放電灯、Aは
点灯装置、aは放電路、bは水銀蒸気発生体であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 希ガスと水銀蒸気発生体とを封入し、電極間
    に放電路を形成する低圧水銀蒸気放電灯、及びこ
    の放電灯を1KHz以上の周波数で点灯する点灯装
    置を備えたものにおいて、上記放電灯の点灯時に
    上記電極間に印加する電圧が、0.5×10-6秒以上、
    15×10-6秒以下の休止期間を有するように上記点
    灯装置を構成するとともに、25℃、無風状態の雰
    囲気中で上記放電灯を上記点灯装置で点灯し、上
    記放電灯が定常状態になつたとき、上記放電灯内
    の水銀蒸気のモル数Yに対する上記希ガスのモル
    数Xの比X/Yが0.5×102以上、1.0×104以下に
    なるように上記放電灯及び上記点灯装置を構成し
    たことを特徴とする低圧水銀蒸気放電灯装置。 2 希ガスが、Ne,Ar,Kr,Xeの何れかの単
    体であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の低圧水銀蒸気放電灯装置。 3 希ガスが2種以上の希ガスの混合体であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の低圧
    水銀蒸気放電灯装置。 4 水銀蒸気発生体がアマルガムであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のい
    ずれかに記載の低圧水銀蒸気放電灯装置。 5 低圧水銀蒸気放電灯の放電電流実効値が
    0.2A以上、2A以下であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載
    の低圧水銀蒸気放電灯装置。
JP11036981A 1981-05-28 1981-07-15 低圧水銀蒸気放電灯装置 Granted JPS5812251A (ja)

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EP82901620A EP0079969B1 (en) 1981-05-28 1982-05-28 Low pressure mercury vapor discharge lamp unit
DE8282901620T DE3279197D1 (en) 1981-05-28 1982-05-28 Low pressure mercury vapor discharge lamp unit
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