JPH0245315B2 - Hodentotentosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はチタン酸バリウムを主成分とする多結
晶体磁器組成物にジルコニアを副成分として添加
含有させた非線形コンデンサを用いた電子回路方
式により、放電灯（主として螢光灯）の瞬時点灯
を行うことを目的とした放電灯点灯装置に関する
ものである。 螢光灯は白熱電球と比較して同等の照度を得る
には極めて省エネルギーであり、家庭用、工業用
に広く利用されているが、従来はグローランプに
よる点灯方式のため、点灯までに数秒以上必要と
し、またグローランプの疲労による定期的な取替
が必要であつた。 近年グローランプに代り電子回路による点灯装
置が実用化されるに至り、グローランプの欠点の
改善が行なわれているが、螢光灯を点灯するため
には、螢光灯のフイラメントの予熱および放電開
始のための高電圧が必要なため電子回路が複雑化
し、装置のコストアツプになつていた。 また省エネランプの実用化にともない点灯不良
も発生し未だ充分に工業的に寄与し得ない面を内
在している。 電子回路による点灯方式の内で非線形コンデン
サを用いる点灯装置は、回路も簡略でありコスト
的にも優れたものがあり、特公昭48−19181号公
報および特公昭48−28726号公報で示され第１図
のようにして工業化されているが、これらは非線
形コンデンサの性能を充分に発揮したものではな
く、低温（−５〜−10℃）での点灯性が悪くまた
高温（60〜70℃）での再起動性が悪かつた。 すなわち、従来例である第１図について説明す
ると、第１図において半導体スイツチ３は第２図
に示すように電圧V₁にてターンオンして導通状
態に入り、フイラメント１ａ，１ｂを予熱する。
この電圧V₁は抵抗器６との分圧により非線形コ
ンデンサ４に印加され、逆電荷がチヤージされ
る。安定器２により遅れ電流が半導体スイツチ３
の保持電流以下となつたときターンオフし、この
ときV₂に相応する電圧が非線形コンデンサ４に
印加され非線形コンデンサ４の急激な電流遮断作
用により安定器２により逆起電力V₃が誘起され、
フイラメントが充分予熱されたとき、電圧V₃に
より放電灯は放電を開始する。 しかし従来例において非線形コンデンサは、特
開昭55−56621号公報に示されるようなBa
（TiSn）O₃を主成分としたものであり、第３図に
示すように30〜35℃近傍にてパルス電圧は急激に
低下する。また非線形コンデンサ４に直列に抵抗
器６が入つているため、低温におけるパルス電圧
の低下の原因となつており、低温および高温側電
圧での点灯不良の要因となつていた。 本発明は従来例の第１図の抵抗器の代りに半導
体スイツチを入れ、かつ高温特性の良好なBa
（TiZr）O₃系の磁器よりなる非線形コンデンサを
用いたことを特徴としたものであり、低温でのパ
ルス電圧の低下を防止するにとどまらず、従来30
〜35℃でパルス電圧が低下したものを65〜70℃ま
で高いパルス電圧の得られる範囲を拡大し、さら
に抵抗器６があるために点灯後も発生する小パル
スを消去し、かつ非線形コンデンサの交番電圧印
加により発生するうなり音をも消す付随的効果を
見出したものである。 以下、本発明に用いる非線形コンデンサを実施
例により詳細に説明する。 実施例 １ 出発原料としてBaCO₃、TiO₂、ZrO₂を第１表
に示す組成に計量し、水、メノウの玉石と共にポ
リエチレンポツトで約16時間湿式混合し、過、
乾燥して調整原料を得た。これを1120℃にて２時
間仮焼し、さらに水、メノウの玉石と共にポリエ
チレンポツトにて約16時間紛砕し、過、乾燥し
た原料に有機結合剤を約3.0％添加して顆粒状と
し、1ton／cm²の圧力にて直径13.8mmφ、厚み0.55
mmの円板状に成形する。次いで1400℃にて約２時
間焼成して得られた磁器に12.0mmφの銀電極を塗
布し、800℃にて30分間焼付して非線形セラミツ
クコンデンサ用の素子を得、誘電率、tanδ、絶縁
抵抗（IR）、パルス電圧の各電気特性を測定し、
その結果を第１表に示した。

【表】 第１表において試料番号２〜６が本発明に係る
ものであり、試料番号１、７は参考のために示し
た特性例で本発明の範囲外である。 実施例 ２ 出発原料としてBaCO₃、TiO₂、ZrO₂、MnOを
第２表に示すような組成に計量した。 第２表に示したＡ／ＢはBaA（Ti_1-xZrx）BO₃
とした時の組成比率を示したものである。 これら計量した出発原料を水、メノウの玉石と
共にポリエチレンポツトで約16時間湿式混合し、
過、乾燥して調整原料を得た。 以下は実施例１と同様の方法を用いた。

【表】 第２表において試料番号２〜６、９〜11は本発
明品、試料番号１、７、８、12は参考のために示
した本発明の範囲外品である。 なお、第１表および第２表に示した電気特性は
容量（誘電率）、tanδは1kHz、1Vrmsにて測定
し、絶縁抵抗は100VDCを30秒間印加後の値であ
る。このように放電灯の点灯装置に用いる非線形
コンデンサ用の材料としては、誘電率の大きい、
抗電界の小さい強誘電体が望ましいが、これらの
条件を満たすものとしてペロブスカイト型構造を
有するBaTiO₃が現在では最適であるが、120℃
にキユーリ点を、５℃近傍に結晶変態点を有して
おり、点灯時に必要な高パルス電圧にも温度依存
性を有している。 第３図は上述の実施例により得られた第１表の
試料番号４の非線形コンデンサであり、第１図の
抵抗器６の抵抗値ＲがA₀はＲ＝０Ω、A₀₅はＲ＝
500Ω、A₁はＲ＝1kΩ、A₂、B₂はＲ＝2kΩ、A₄
はＲ＝4kΩ、B₂はBa（TiSn）O₃系非線形コンデ
ンサでＲ＝2kΩのときの非線形コンデンサに発
生するパルス電圧の温度依存性を示したものであ
る。また第４図は同上の非線形コンデンサのＰ−
Ｅヒステリシスより求めた抗電界Ecの温度依存
性を示したものである。 第３図に示したように非線形コンデンサのパル
ス電圧はBaTiO₃にZrを添加することにより大幅
に高温側の特性が改善できることを見出したもの
で、第３図はBaTiO₃のTiに対しての８モル％Zr
を置換した組成系における特性例を示したもので
ある。 パルス電圧の急変点は第３図では65〜70℃にあ
り、Zr添加量により変えられる。Zrの添加量を
減らすと急変点は低温側に移行し、量を増すとキ
ユーリ点が低温側に移動してくるため、65〜70℃
以上にすることは困難であつた。また低温側は非
線形コンデンサの抗電圧Ecが第４図の○イに示す
ように、大きな温度依存性を有するため回路定数
特に第１図の抵抗器６によりパルス電圧特性を改
善できることを見出した。なお、○ロは参考のため
Ba（TiSn）O₃系非線形コンデンサである。 すなわち、電流飽和点Es近傍では第５図より
求めた過渡的静電容量は2.7〜3.0μFに相応するも
のであり、この時のインピーダンスは1kΩ前後
となり、第１図の回路の直列抵抗器６は、分圧抵
抗器として極めて大きな負荷となる可能性を有し
ている。第２図の半導体スイツチがターンオンす
る時の電圧V₁は非線形コンデンサ４と抵抗器６
に印加されるものであり、抵抗器６のＲ＝1kΩ
のとき非線形コンデンサ４にかかる電圧はV₁／２と 近似される。放電灯の点灯装置として第１図にお
いて通常電圧V₁は電源波高値より低く、放電灯
の放電時の管電圧より高く設定する必要があり、
例えば30Wの螢光灯の場合100V前後に設定し第
１図の抵抗器６は２〜3kΩに設定する。第６図
に示すように第１図の回路においてV₂のパルス
により放電灯は放電を開始し点灯するに至る。 また点灯後も第１図のダイオード５および抵抗
器６を通して正逆方向に電流が流れるため、V₃
のパルスを発生させ非線形コンデンサ４よりうな
り音を発する原因となつているが、第１図の抵抗
器６が小さい場合、第６図におけるａ−ｂに至る
間に非線形コンデンサに流れる電流を制限しない
ため第７図の点線に示すように小パルスを発生
し、b′において第１図の半導体スイツチ３をター
ンオンさせ、第６図の上半分は放電せず下半波の
みの放電となる。 このため非線形コンデンサ４に流れる電流を制
御するため第１図においては２〜3kΩの直列抵
抗が必要となり、第３図に示すようにパルス電圧
の温度依存性は低温部において極めて大きなもの
となる。この低温部でのパルス電圧の低下は、例
えば抵抗器６が1kΩのとき上述のように非線形
コンデンサ４にかかる電圧はV₁／２となる。非線形 コンデンサに印加される電圧をＶとすると、第８
図の実線のようなＰ−Ｅヒステリシスとなり、残
留分極量はPr′となる。 第４図より非線形コンデンサのヒステリシス特
性は20℃では第８図のようになり、−20℃近傍で
は第９図のようになるものと推測され残留分極量
はPr″となる。 第１図の抵抗が大きくなるに従い、第４図より
常温近傍の残留分極量Pr′は小さくなるためパル
ス電圧は低下する。このことは第３図の結果より
明らかである。さらに−20℃になるとEcが第４
図に示すように増加するため、自発分極量Pr″は
著しく小さくなり、パルス電圧の低下は著しい。 この低温側での非線形コンデンサの抗電圧の増
加を見掛上低くするため、非線形コンデンサ素子
の厚みを薄くすることが考えられるが、素子の厚
みを薄くした場合、発生する負方向のパルス電圧
により、非線形素子自体が絶縁破壊を生じるおそ
れがあり好ましくない。 本考案は第１図の抵抗器６の代りに半導体スイ
ツチに置き換えることにより、パルス電圧の温度
依存性を改良し、点灯後のパルスも消去し得るも
のである。その実施例を第１０図に示す。 第１０図においてSCR７のターンオン電圧を
放電灯の放電時の管電圧より高く、放電前に分圧
抵抗R₁＋R₂に印加される電圧より低くなるよう
V₁に設定する。例えば30W螢光灯の場合には約
90〜100Vになるようにする。また半導体スイツ
チ３₁は電源電圧より高いVBOを有するSCRまた
はトライアツクを選定する。第１１図において
V₁に達したとき、SCR７はターンオンして非線
形コンデンサ４にV₁の電圧が印加され、このた
めパルス電圧は安定器２により誘起されるが、こ
のパルス電圧がVBOとなつたとき、半導体スイ
ツチ３₁がターンオンして導通状態となり放電灯
のフイラメント１ａ，１ｂを加熱する。安定器２
より遅れ電流がこの半導体スイツチ３₁の保持電
流より小さくなつた時点でターンオフする。この
とき非線形コンデンサ４にはV₂の電圧が急激に
印加され、V₃のパルス電圧が発生する。 V₄のパルス電圧により放電を開始した放電灯
の管電圧は、SCR７のターンオン電圧より低い
ためSCRはターンオンせず、放電開始後には非
線形コンデンサには逆電荷が充電されないため
に、第６図に示すようなV₃に相応するパルス電
圧は発生しない。またパルス電圧の温度特性にお
いてもSCR７のV₁は非線形コンデンサ４のEcの
電圧に比較して大きいため、ちなみに第４図より
−20℃においてEcは58Vを示すが、30Wの螢光灯
の場合、V₁は90〜100Vに設定するため、残留分
極量は第９図のPrにほぼ等しい値となり、低温
部でのパルス温度依存性は第３図のA₀特性に極
めて近い特性を示し、低温においてもパルス電圧
の低下はみられない。 このように本発明にかかる放電灯点灯装置は、
非線形コンデンサの組成物としてBa（TiZr）O₃
系を主成分とすることにより、高温側を著しく改
善するにとどまらず、非線形コンデンサに第１０
図に示すように半導体スイツチング素子を直列的
に接続することにより、低温側の温度特性の改良
を行い、また点灯時に発生していたうなり音をも
消去し得るという顕著な効果を示すものであり、
常温付近で1000Vのパルス電圧が容易に得られる
ことにより、螢光灯は１秒以内で充分点灯し、従
来のグロー球に比較すると、ほぼ瞬時に近い状態
で−20℃〜＋80℃の範囲で点灯可能とし得るもの
である。 非線形コンデンサ４の主成分であるBa（TiZr）
O₃系組成物において、Baの代りにCa、Sr、Pbな
ど、またTi、Zrの一部をSnなどに少量の範囲に
おいて置換しても同等の効果が期待できることは
充分に推測し得るものである。 本発明は以上のように非線形コンデンサの性能
を充分に生かし、その効果を発揮できることは工
業的にも大きな価値を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放電灯回路図、第２図および第
６図、第７図は第１図の回路例での非線形コンデ
ンサにかかる電圧波形図、第３図は第１図の放電
灯点灯回路の抵抗値を変えた場合の発生パルス電
圧−温度特性図、第４図は非線形コンデンサの抗
電圧−温度特性図、第５図は非線形コンデンサの
ヒステリシス特性図、第８図および第９図は従来
の放電灯点灯回路での非線形コンデンサのヒステ
リシス特性図、第１０図は本発明の放電灯点灯回
路図、第１１図は第１０図の放電灯点灯回路の非
線形コンデンサにかかる電圧波形図を示す。 １：放電灯、２：誘導性安定器、３：半導体ス
イツチ、４：非線形コンデンサ、５：ダイオー
ド、６：抵抗器、７：SCR。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放電灯と直列的に接続された誘導性安定器お
   よび該放電灯と並列的に接続された半導体スイツ
   チを有し、さらにチタン酸バリウムを主成分とす
   る多結晶体磁器組成物にジルコニウムを副成分と
   して添加含有させた非線形コンデンサとダイオー
   ドなどの整流機能を有する半導体素子を直列的に
   接続し、該放電灯に対して並列的に接続され、か
   つ該半導体素子と並列的に非線形コンデンサと直
   列的に接続し、該半導体素子と逆方向に半導性の
   あるスイツチング機能を有する半導体素子を接続
   することを特徴とする放電灯点灯装置。 ２ チタン酸バリウムを主成分とする多結晶体磁
   器組成物に１〜14モル％のジルコニウムを副成分
   として添加含有させた非線形コンデンサを接続し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   放電灯点灯装置。