JPH0213422B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は短絡電流が0.9〜1.7アンペアの高圧水
銀用安定器と組合せて使用される70〜90W級の高
圧ナトリウムランプに係り、特にその始動性の改
良に関する。 高圧ナトリウムランプは、高圧水銀灯やメタル
ハライドランプ等に比べて高効率（ｌｍ／Ｗ）で
あるが、始動電圧が高いために始動や安定点灯に
は専用の安定器が必要であり、この専用安定器が
高価になるので普及の妨げとなつていた。 しかしながら、近時において、外管内に発光管
とともに、フイラメント発熱体および熱応動スイ
ツチからなる始動装置を収容し、これを高圧水銀
灯用安定器を用いて始動、安定点灯させるように
した高圧ナトリウムランプが開発された。このも
のは、始動時にフイラメント発熱体によつて熱応
動スイツチを作動させ、この熱応動スイツチのキ
ツク電圧を安定器のチヨークコイルの誘導により
高電圧パルスとし、この高電圧パルスを発光管の
電極に印加させてランプを始動させるものであ
る。 したがつてこのものは外部に格別な高電圧パル
ス発生手段を必要としないから、従来の高圧水銀
灯用安定器が施設されている照明設備に、高圧水
銀灯と交換して使用することができ、高圧水銀灯
に比べて約２倍の照度が得られるという利点があ
る。 しかしながら、上記のごとき始動装置を外管内
に収容した高圧ナトリウムランプは、始動時に熱
応動スイツチが動作することにより4000V以上も
のパルス電圧が発生する。このような高電圧パル
スが発生されると、安定器のチヨークコイル間、
ソケツトと口金との間、その他各種配線間で絶縁
破壊を生ずる危険性があり、特に手数を経て絶縁
性の劣化した高圧水銀灯用照明回路ではこの危険
性が大である。 殊に安定器として80W形高圧水銀灯用安定器な
どのごとく短絡電流が0.9〜1.7アンペアのものを
使用して70〜90W程度の高圧ナトリウムランプを
点灯使用させるものにおいては、口金としてE26
ないしE27程度の小形口金を使用するため、始動
時の高圧パルスによつてこの口金とソケツトと嵌
合部分で絶縁破壊を招く割合がきわめて高いもの
であつた。 そこで始動時におけるパルス電圧の引き下げが
要求されることになるが、パルス電圧を引き下げ
るとランプが円滑に始動できなくなり当初のラン
プを得ることができないものである。 本発明はこのような事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、パルス発生始動
装置として点灯管を用い、この点灯管の特性を変
更してパルス電圧を引き下げるとともに、このよ
うに引き下げられたパルス電圧であつても発光管
が始動するように、この発光管内の封入ガスの種
類およびガス圧を上記点灯管の特性との関連で規
制し、絶縁破壊を生じることがなく、かつ始動が
円滑に行える高圧ナトリウムランプを提供しよう
とするものである。 以下本発明の一実施例を図面にもとづき説明す
る。 図中１は外管であり、この外管１の一端にはス
テム２が封着されておりかつE26またはE27のご
とき口金３が被着されている。 上記外管１内には、発光管４と、始動用近接導
体５およびパルス発生始動装置６が収容されてい
る。 上記発光管４は第２図に示される通り、透光性
セラミツクチユーブからなるバルブ７の両端を、
たとえばセラミツクからなる閉塞体８，８で閉封
し、これら閉塞体８，８に排気管兼用の電極支持
導体９，９を気密に貫通させてあり、これら電極
支持導体９，９の内端に電極１０，１０を接続し
て構成してある。電極１０，１０は、タングステ
ンなどからなる電極軸１１に、二重コイルからな
る電極コイル部１２を嵌挿したものである。なお
このコイル部１２には詳図しないが、酸化バリウ
ム、酸化カルシウム、酸化イツトリウムの少なく
とも１種からなる電子放射性物質が付着されてい
る。 上記発光管４内には所定量の水銀と、ナトリウ
ムと始動用希ガスとしてキセノンガスが封入され
ている。キセノンガスの封入圧P_iは40〜200Torr
の範囲で封入されているものである。 しかしてこのような発光管４は第１図のよう
に、上記電極支持導体９，９の外端部を導電性ホ
ルダー１５，１６に支持され、これらホルダー１
５，１６を導電性サポート１７，１８によつて電
気的および機械的に接続支持している。そしてこ
れらサポート１７，１８はそれぞれステム２に封
着したリード線１９ａ，１９ｂを介して口金３お
よびこの口金３のアイレツト端子３ａに接続され
ている。 始動用近接導体５はタングステンもしくはモリ
ブデンからなり、本実施例は発光管４に沿つて並
列に設けられている。この近接導体５の一端はバ
イメタル片２０を介してサポート１７に支持され
ており、他端はホルダー１５に回動自在に保持さ
れている。この近接導体５はランプの消灯時には
発光管バルブ７の外面に密接しているが、点灯後
において発光管４からの熱を受けるとバイメタル
片２０が彎曲されるので発光管バルブ７から離間
される。 またパルス発生装置６は以下のごとき構成をな
している。すなわち２１は点灯管であり、この点
灯管２１は保護用常閉形バイメタルスイツチ２２
と直列回路を構成するように接続されている。そ
してこの直列回路はサポート１７，１８間に接続
され、発光管４に対して並列となるように接続さ
れている。なお、２３は絶縁支持体である。 点灯管２１は第３図に示される通り、外囲器２
５内に導電保持体２６，２６を介して一対のバイ
メタル片２７，２７を互に対向して保持し、これ
らバイメタル片２７，２７の対向面に各々タング
ステン棒などからなる接点２８，２８を溶接して
対向させてある。そしてこれら接点２８，２８の
間隔は2.5mm以下に期制されている。また点灯管
外囲器２５内にはアルゴンガスが封入されてい
る。アルゴンガスの封入圧P_gは7Torr以上であ
り、かつ前記発光管４のキセノンガス圧P_iに対し
て P_g≦５／160P_i＋19.25 の範囲に規制されている。 このようなランプは、口金３を図示しないソケ
ツトに螺合して第１図のように安定器３０を介し
て電源３１に接続される。安定器３０は高圧水銀
灯用単チヨーク形安定器であり、その短絡電流が
0.9〜1.7アンペアの範囲のものである。 上記のごとき構成のランプは、電源３１を接続
すると常閉バイメタルスイツチ２２が閉止してい
るので点灯管２１には、安定器３０の２次無負荷
電圧が印加されて点灯管２１が作動する。また近
接導体５にあつてはバイメタル片２０が非彎曲状
態であるため発光管４の外表面に密接している。
この状態で上記点灯管２１の接点２８，２８の離
間によつてパルス電圧が発生すると、このパルス
電圧は安定器３０の二次電圧に重畳されて発光管
４に印加される。このため発光管４内では上記パ
ルス電圧によつて、近接導体５の誘電作用によつ
て、一方の電極１０の表面の一部分と、上記近接
導体５の密接している発光管内面と、対向電極１
０の表面の一部分との間に微弱放電路が形成され
る。このような微弱放電路は電子やイオンを加速
し、衝突電離等によつて発光管４内に拡がり、よ
つてアーク放電へ移行するものである。 このようにして発光管４が始動し、これが安定
点灯に移行するに応じて発光管４の温度が上昇す
る。この温度上昇はバイメタル片２０を加熱して
彎曲させ、近接導体５を発光管４から遠ざけて、
光の遮断を防止しかつナトリウムイオンの発光管
管壁への吸着を防止してナトリウムの消失を防止
する。また一方、常閉形バイメタルスイツチ２２
も発光管４によつて加熱されるのでこのスイツチ
２２は開放され、よつて点灯管２１への通電回路
を開く。これにより点灯管２１は非作動状態に保
たれるものである。 しかして点灯管２１においては、そのパルス波
高値が封入ガスの種類、ガス圧および接点２８，
２８間の寸法によつて影響を受ける。封入ガスと
してはアルゴンArが一般的に使用されているの
でアルゴンガスを使用するものとする。短絡電流
が1.3アンペアの安定器を用いて、ガス圧および
接点間距離を変更した場合のパルス波高値を調べ
てみると下記第１表のごとき結果を得た。

【表】 前述したように絶縁破壊対策の点でパルス電圧
は3000V以下が望まれる。すなわち、パルス波高
値が3000V以下であれば、点灯管の作動にも拘ら
ず万一発光管が始動しない場合であつても絶縁破
壊の心配がないことは確められている。したがつ
て表１からパルス波高値が3000V以下の範囲を規
制すると、接点間距離が2.5mm以下でありかつア
ルゴンガス圧P_gが7Torr以上であれば良いことが
理解される。 なお、接点間距離が0.8mmであつてアルゴンガ
ス圧P_gが5Torr以上の場合、および接点間距離が
3.5mmであつてアルゴンガス圧P_gが10Torr以上の
場合でも、パルス波高値を3000V以下に抑止する
ことができる。しかしながら以下の理由で好まし
くない、すなわち、点灯管に電圧を印加して接点
間のグロー放電が開始され、この接点が接触する
までのグロー放電時間（TGと称す）は封入ガス
圧の低いほど長くなり、また長時間使用するとガ
ス圧の低いほどガス劣化が著しくて長くなる。表
１で用いたと同一仕様の点灯管について調べたと
ころ、TGが初期においては１〜２秒であつたも
のが、６、７時間の連続動作後には表２のような
TGを要することが判つた。

【表】 すなわち、アルゴンガス圧P_gが5Torrのもの、
および接点間距離が3.5mmのものはTGが極端に増
大し、かつそのばらつきも大きいので点灯管とし
て好ましくないことが判る。なおTG＝６、７時
間というのは、ランプを１回点灯させるのに点灯
管は10秒間グロー放電を行うものと想定し、ラン
プの１回の点灯を５時間としてランプ寿命12000
時間と想定した場合のグロー放電時間の合計に相
当するものである。 なお、上記表１および表２は、安定器の短絡電
流が1.3アンペアの場合の結果であるが、安定器
の短絡電流が0.9〜1.7アンペアの範囲においては
上記と同様に接点間距離を2.5mm以下としかつア
ルゴンガス圧P_gを7Torr以上とすれば、3000V以
下のパルス波高値に規制できることが判つてい
る。 つぎに、上記表１から判るように、点灯管の接
点間距離を2.5mm以下かつアルゴンガス圧P_gを
7Torr以上に規制しても、この規制範囲において
パルス波高値は大きなばらつきをなしている。し
たがつてこのようなパルス波高値の変動に対して
も発光管４が確実に始動されることを必要とす
る。 そこで本発明は発光管４内に封入されるキセノ
ンガスのガス圧P_iについて着目した。上記のよう
な点灯管２１をパルス発生始動装置として使用す
る高圧ナトリウムランプにおいてランプ始動の難
易を調べたところ、次のようなことが判つた。す
なわち、上記のごとき点灯管を使用することによ
り比較的低電圧のパルスが多数発生している状態
にあつては、ランプの始動は２段階で評価する必
要がある。第１段階は、発光管４内においてパル
ス電圧の印加にもとづき一方の電極１０と、近接
導体５に近い管壁内面および対向電極１０との間
に微弱放電路が非持続的に形成されている段階で
あり、第２段階は微弱放電が電子やイオンのよう
な荷電粒子を加速させて衝突電離等によつて放電
路を拡大し、ついには電極１０，１０間のアーク
放電へと移行する段階である。 したがつてまずは近接導体５の作用にもとづく
微弱放電路が確実に形成、維持されることが必要
となり、表１で使用した点灯管を用いて第１段階
の微弱放電路の形成具合を、10秒以内に発生する
確率について調べてみた結果を表３に示す。

【表】 表３から判るように、発光管内のキセノンガス
圧が200Torrを越えると微弱放電路の発生率がが
低下し、よつて始動が確実に行えないことが判
る。 なお、発光管内のキセノンガス圧は、一般に高
圧封入すると再点弧電圧が下がつて立消え電圧が
低くなるので長時間点灯中にランプが立消えを生
ずるまでの時間が長くなるので長寿命化できると
ともに、光効率（ｌｍ／Ｗ）も向上することが知
られている。しかしながらこの封入圧が高くなる
と始動性が悪くなる。表３は点灯管との組合せの
点で始動性が悪くなることを立証しているといえ
る。なお表３に使用した発光管は、内径4.0mmの
アルミナ管で、電極間距離は29mm、安定器は短絡
電流1.3アンペア、２次無負荷電圧220Vのもので
ある。 つぎに上記のような規制によつて微弱放電路が
確実に形成された場合であつても第２段階におい
て確実なアーク放電に移らないことがある。すな
わち、上記微弱放電路が形成されたときには、点
灯管の接点間でもグロー放電が生じているもので
あり、いわば安定器の２次電圧が上記微弱放電路
と点灯管のグロー放電とに分流された形となる。
この際、点灯管内のアルゴンガス圧を高めると、
点灯管内に流れる電流が増して発光管内の荷電粒
子の数が少くなり、微弱放電路の充分な広がりが
得られない。一方、発光管内のキセノンガスが高
い場合には荷電粒子が衝突電離等を起すのに充分
なエネルギーが得られずに放電が休止してしまう
ものである。 そこで、表１における接点間隔が0.8mmの点灯
管を用いてそのアルゴンガス圧の変化と、発光管
内のキセノンガス圧の変化とによつて10秒以内に
ランプがアーク放電を確実に発生するか否かを調
べた結果を第４図に示す。第４図中、曲線Ａより
も左下の部分が、確実な放電を発生させる範囲で
あり、近似的にP_g≦−５／160P_i＋19.25の範囲と規 制することができる。点灯管の接点間隔を1.3mm、
2.5mmとしたものについて各々同様な試験をした
ところ、曲線Ａは相似形で上方に移行する傾向
（A′およびA″）を示すが、少なくとも曲線Ａ以下
を満足すれば確実な始動が得られる。 発光管に封入するキセノンガス圧P_iは40Torr
以上を必要とする。すなわち点灯管を始動装置と
して用いる場合、始動の都度多数のパルスが発光
管に印加されるので発光管においては電極物質の
飛散による端部黒化が生じる可能性があり、これ
はキセノンガス圧が低い程著しい。端部黒化は光
束維持率の低下を招くものであり、たとえば接点
間隔1.3mm、アルゴンガス圧10Torrの点灯管（パ
ルス波高値1900V）を用いて内径4.0mm、電極間
距離29mmの発光管を、短絡電流1.3アンペアの安
定器と組合せて試験してみた。15分間点灯、20分
間消灯の点滅試験を行つて、発光管内の封入ガス
圧の異なるものについての各光束維持率は第５図
のごとき結果であつた。 第５図から判る通り、キセノンガス圧が
40Torr未満の場合には光束維持率の低下が著し
いので好ましくない。 したがつて第４図に示された斜線範囲の通り、
発光管内のキセノンガス圧P_iは、 40≦P_i≦200（Torr） および点灯管のアルゴンガス圧P_gは P_g≦５／160P_i＋19.25 の範囲に規制されなければならず、かつ点灯管の
アルゴンガス圧P_gは表１から P_g≧７（Torr） であることを要し、かつ点灯管の接点間隔は2.5
mm以下であることが規制される。 なお点灯管の接点間隔は、接点の溶着などの不
具合を考慮しかつ製造ばらつきを配慮すれば0.8
mm以上であることが望まれる。 また、点灯管に封入されるアルゴンガスは、
100％アルゴンには限らず、たとえばネオンやヘ
リウムガスを30％程度まで混入したものであつて
も実施可能である。ネオンやヘリウムはアルゴン
よりも質量が軽いので拡散熱伝導損失が増してパ
ルス波高値が高くなるが、30％程度の混入であれ
ばアルゴン100％の場合に比べてパルス波高値は
10％程度上昇する。しかしながら接点間隔を2.5
mm以下封入ガス圧が7Torr以上であればパルス波
高値は3000Vに届かないので実施可能である。 一方、発光管に封入されるキセノンガスについ
ても100％キセノンには限らず、クリプトンやア
ルゴンを30％程度まで混入しても不具合はない。 なお本発明に係る具体的高圧ナトリウムランプ
について説明しておく。 発光管として内径4.0mmの透光性アルミナチユ
ーブを用い、２重コイルを有する電極を、電極間
距離が29mmとなるようにして対向させた。なお電
極には酸化バリウム、酸化カルシウム、酸化イツ
トリウムのエミツターを塗布してある。上記発光
管内にはナトリウム３mg、水銀17mgおよびキセノ
ンガス70Torrを封入した。発光管の外周には0.3
mm径のモリブデン線を近接導体として第１図のよ
うに配置した。点灯管は接点間隔1.3mm、アルゴ
ンガス12Torr封入してある。なお、接点は1.0mm
の径を有するタングステン棒を各々長さ10mm、幅
２mm、厚さ0.15mmをなしかつ彎曲係数12×10^-6／
℃、弾性係数175000Kg／mm²のバイメタル片に溶接
したものである。このような点灯管は常閉形バイ
メタルスイツチと直列に接続して第１図のごとき
構造に組立てられる。そして外管にはE26形口金
を被着し、この口金をソケツトに嵌合して短絡電
流1.3アンペアの安定器と組合せて使用した。こ
のランプは安定点灯時のランプ電圧が100〜
120V、ランプ電流0.75〜0.95アンペアであり、点
灯管が作動したときのパルス波高値は1700Vが得
られ、ランプは５秒以内に確実に始動する。 以上詳述した通り本発明によれば、短絡電流が
0.9〜1.7アンペアの安定器を用いて点灯使用され
る高圧ナトリウムランプにおいて、パルス発生始
動手段として接点間隔が2.5mm以下でアルゴンを
主体としたガス圧が7Torr以上とした点灯管を使
用するようにしたから、この点灯管によつて発生
されるパルス電圧は3000V以下となり、よつて口
金部分やその他電気部品の絶縁破壊を生ずる虞れ
はない。そしてこのような3000V以下のパルス電
圧にも拘らず、発光管におけるキセノンを主体と
した封入ガス圧を40〜200Torrの範囲とし、かつ
この封入ガス圧P_iに対して点灯管のガス圧P_gを P_g≦−５／160P_i＋19.25 の範囲に規制したので、上記低いパルスであつて
も発光管は確実に始動することになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は高圧
ナトリウムランプの構成図、第２図は発光管の断
面図、第３図は点灯管の斜視図、第４図は点灯管
のガス圧と発光管のガス圧との関係において始動
特性を示す特性図、第５図は発光管の封入ガス圧
の光束維持率に対する影響を示す特性図である。 １……外管、４……発光管、５……近接導体、
６……パルス発生始動装置、２１……点灯管、２
８，２８……点灯管の接点、３０……安定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外管内に、発光管とともに始動時に高電圧パ
   ルスを発生させて上記発光管に印加するための少
   なくとも点灯管を有するパルス発生始動装置およ
   び始動時に上記発光管の外面に密接する始動用近
   接導体を収容し、短絡電流が0.9〜1.7アンペアの
   外部安定器に接続される高圧ナトリウムランプに
   おいて、上記発光管内に封入される始動用希ガス
   はキセノンガスを主体とし、かつ上記点灯管に封
   入される希ガスはアルゴンガスを主体とし、上記
   発光管内のキセノンガス主体のガス圧をPi
   （Torr）、点灯管内のアルゴンガス主体のガス圧
   をPg（Torr）としたとき、 40≦Pi≦200 ７≦Pg Pg≦−（５／160）Pi＋19.25 とし、かつ点灯管内の接点間隔を2.5mm以下とし
   たことを特徴とする高圧ナトリウムランプ。