JPH03285291A - 高圧蒸気放電灯 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高圧蒸気放電灯、特にその始動回路の改良に関
する。

［従来の技術］ 高圧ナトリウムランプ等の高圧蒸気放電灯は、その始動
時に高い放電開始電圧が必要となるため、従来より各種
の放電灯始動装置か用いられている。

第９図に従来装置の回路構成の一例を示す。

まず、電源１０と直列的に発光管１２が接続され、該発
光管１２と並列的にサーマルスイッチ１４と非線形セラ
ミックコンデンサ（以下、ｒＦＥＣ」という）１６の直
列回路が接続されており、前記発光管１２．サーマルス
イッチ１４及びＦＥＣ１６は外球２０内に内蔵されてい
る。前記サーマルスイッチ１４は常温閉であり、高温に
なるとＯＦＦ作動するものである。

ランプを点灯する際（始動時）は、電源１０より電流が
供給され、常温閉であるサーマルスイッチ１４を介し、
ＦＥＣ１６へ電荷が蓄積され、該ＦＥＣ１６はパルス電
圧を発生し、発光管１２内での放電を開始させる。

そして、発光管１２が点灯して高温となり、サーマルス
イッチ１４がＯＦＦ作動すると、ＦＥＣ１６の発振も停
止し、ＦＥＣ１６への負荷を軽減させる。

次に、第１０図に他の従来例を示す。この従来例では、
前記第９図におけるサーマルスイッチ１４とＦＥＣ１６
の直列回路に、さらに半導体スイッチ１８を直列接続し
たものである。該半導体スイッチ１８はＦＥＣ１６の発
振するパルスをより効率的にランプの始動に生かすだめ
のものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、第９図及び第１０図に示す従来例には以下に
述べる欠点があった。

ＦＥＣ１６は強誘電体セラミックコンデンサであり、そ
のキュリー温度以下の温度では強誘電性を示し、キュリ
ー温度以上では常誘電体となる。

ランプの始動時はＦＥＣ１６は常温状態、すなわちキュ
リー温度以下なので強誘電体であるため、パルス電圧を
発生させることができるが、該電圧の印加時に、ＦＥＣ
１６は分極作用（ｐｏｌｉｎｇ）を受ける。

第１１図は、ＦＥＣの比誘電率特性を示す。同図より明
らかなように、キュリー温度（約９０℃）以下では強誘
電体であるため、ランプ始動時のパルス発生電圧と共に
分極作用を受けるのである。

一方、ランプの安定点灯中は、ＦＥＣ１６は発光管１２
の熱によりキュリー温度以上の高温状態となるので常誘
電体となる。

そして、−度分極作用を受けた強誘電体が（この場合温
度上昇によって）常誘電体に変わる時、脱分極作用（Ｄ
ｅｐｏｌ　ｉｎｇ）が生じる。この原流れる電流は焦電
流と呼ばれており、該焦電流は、キュリー温度より若干
低い温度で最大となり、ＦＥＣは脱分極を受ける（「セ
ラミック誘電体光学」岡崎清著　第１３頁）。

第９図及び第１０図に示す回路で、ランプを安定点灯し
て、サーマルスイッチ１４がＦＥＣ１６のキュリー温度
以下（この場合第１１図より理解されるように９０℃）
でＯＦＦ作動すると、ＦＥＣ１６の脱分極作用は該ＦＥ
Ｃ１６のセラミックの粒界を伝わってなされるか、ある
いはＦＥＣＩ６の両電極間の表面放電（コロナ）によっ
てなされる。

従って、ランプの点灯／消灯の度に、この分極／脱分極
のプロセスが繰り返されることになる。

特に高圧蒸気放電灯の場合、外球内が高真空であるため
、粒界による脱分極が大きく、その粒界の固有抵抗が低
下しｔａｎδが上昇して、第１２図に示すＰ（分極）−
Ｅ（電界）ヒステリシス特性の、カーブの閉じている口
先部分Ｑか徐々に広がって、良好なヒステリシス特性を
得ることかできなくなり、ＦＥＣ１６のスイッチング特
性が劣化してパルス電圧の低下を招いていた。この状態
は、最終的にはランプの始動不能ひいてはランプの短寿
命化につながることもあった。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑み為されたものであ
り、その目的は分極／脱分極作用時に流れる焦電流によ
るＦＥＣの早期劣化を防止可能な、長寿命の高圧蒸気放
電灯を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために本発明にかかる高圧蒸気放電
灯は、電源に発光管が接続され、前記発光管と並列に、
サーマルスイッチと非線形セラミックコンデンサとの直
列回路が接続され、さらに前記非線形セラミックコンデ
ンサに対して並列に焦電流バイパス用抵抗が接続された
ランプ始動用回路をランプ外球内に内蔵することを特徴
とする。

［作用］ 本発明にかかる高圧蒸気放電灯は、前述した手段を有す
るので、ランプの点灯／消灯時に起こるＦＥＣの分極／
脱分極作用に伴う焦電流をＦＥＣと並列に接続した焦電
流バイパス用抵抗によりバイパスさせるので、ＦＥＣの
良好なスイッチング特性を維持可能であり、ランプの長
寿命化を実現できる。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

ｔＬｉＪ！−例 第１図に本発明の第一実施例の回路構成を示す。

なお、前記従来技術と対応する部分には符号１００を加
えて示し、その説明を省略する。

本実施例にかかる高圧蒸気放電灯は、発光管１１２と並
列に、始動器としてサーマルスイッチ１１４、ＦＥＣ１
１６の直列回路を接続し、前記ＦＥＣ１１６と並列に焦
電流バイパス用抵抗Ｒｃ１２２を接続している。そして
、前記各素子は外球１２０内に内蔵されている。

本実施例では、ＦＥＣ１１６として、チタン酸バリウム
（Ｂ　ａＴ　ｉｏ　ｉ）を主成分とし、前記ＢａＴｉ０
ｇのバリウム（Ｂ　ａ）をストロンチウム（Ｓ　ｒ）で
置換し、チタン（Ｔｉ）の一部をジルコニウム（Ｚｒ）
とハフニウム（Ｈｆ）で置換し、かつマンガン（Ｍｎ）
とクロム（Ｃｒ）の鉱化剤を加えた粉末をプレス成形・
焼成した直径１５．５ｍｍ、厚さ０６５ｍｍの基板を用
いた。そして、該基板に直径１４　、５ｍｍの銀のメタ
ライズを両面に与え、電極としてガラスのオーバーコー
ト（取出し端子部分を除いて）を施し、リート端子を設
けている（米国特許４，８０７．０８５号参照）。

また、発光管１１２として１１．０Ｗの高圧ナトリウム
ランプを使用している。

サーマルスイッチ１１４は、以下に述べる理由から約６
０℃でＯＦＦ作動するように設定した。

すなわち、ランプの点灯中、キュリー温度を越えてさら
にＦＥＣ１１６に電界が印加されると、ＦＥＣ１１６の
損失（ｔａｎδ）が増加し、ＦＥＣ１１６の劣化を招き
パルス電圧が低下するので、ランプの始動不良を起こす
場合があるからである。

ランプ始動時、サーマルスイッチ１１４はＯＮ作動して
いるのでＦＥＣ１１６に電圧が印加され該ＦＥＣ１１６
はパルスを発生する。そして、ＦＥＣ１１６が分極を受
けた後で、前述したごとく６０Ｖ程度になると、サーマ
ルスイッチ１１４がＯＦＦ作動する。さらに温度が上昇
すると、最大となる焦電流は焦電流バイパス用抵抗Ｒ，
１２２を介してバイパスされ、ＦＥＣ１１６は完全に脱
分極作用を受ける。

次に、焦電流バイパス用抵抗Ｒ，１２２の抵抗値につい
て詳述する。

第２図はＦＥＣ（メタライズ径１４．５ｍｍ、厚さ０．
６５ｍｍ）　１個と焦電流バイパス用抵抗Ｒｃ１２２の
抵抗値を変えた時の発生パルス電圧の関係図である。こ
こで用いた安定器はＩＥＣ規格の水銀ランプ用１２５Ｗ
−５０Ｈｚであり、２２０ｖの電源電圧で測定した。こ
の条件においてランプが安定点灯するためには、発生パ
ルス電圧Ｖ、は５５０ｖ以上必要であるので、同図より
抵抗値は５０にΩ以上が望ましいことが理解される。

また、第３図は焦電流バイパス用抵抗Ｒｃ１２２を変え
て点灯／消灯サイクルによる発生パルス電圧の変化を示
す。ランプは１２５Ｗ水銀ランプ安定器用１１０Ｗの高
圧ナトリウムランプである。

この場合の測定は上記第２図で用いた安定器と組み合わ
せは同様であるが、データへのノイズ混入を防止するた
めランプか始動しない範囲でパルス電圧を測定すること
とし、第４図に示す回路構成で電源電圧は１００Ｖてパ
ルス電圧を測定した。

同図におイテ、交流電源（１００Ｖ、　　５０Ｈｚ）　
ｌ：対し、チョークコイル（ＭＶＬ１２５Ｗ）を介して
ＦＥＣ及び焦電流バイパス用抵抗Ｒ，の並列回路を接続
し、抵抗Ｒ３の両側でパルス電圧ｖ２を測定している。

この条件では、ランプが安定点灯するためには、発生パ
ルス電圧Ｖ、が５５０ｖ以上必要であるので、同図より
抵抗値は５０にΩ〜ＩＯＭΩに選定するのか望ましいこ
とが理解される。

また、焦電流バイパス用抵抗Ｒｅ１２２は、ＦＥＣ１１
６の固有抵抗の１７１０００以下にすることが望ましい
。これ以上であると、粒界による脱分極の割合が大きく
なり、ＦＥＣ１１６の劣化が増大する。また、焦電流バ
イパス用抵抗Ｒｅ１２２の抵抗値か小さいはと焦電流か
早く流れ、ＦＥＣ１１６の劣化か少なくなるか、発生す
るパルス電圧に対してシャント抵抗になるため、パルス
電圧が低下し不都合が生じる。

従って、第２図、第３図及びランプの始動電圧の関係を
考慮すると、焦電流バイパス用抵抗Ｒ。

１２２の抵抗値は５０にΩからＩＯＭΩの範囲に設定す
ることが好適であると言える。

以上のように構成された、ＦＥＣのセラミックの粒界の
抵抗値よりもはるかに低いＲ，１２２によって、ＦＥＣ
１１６が分極／脱分極作用を受ける時に、常に放電され
るので、ＦＥＣ１１６の劣化を防ぐことができる。

実際に焦電流バイパス用抵抗Ｒｃ１２２としてＩＭΩの
ものを使用し、本実施例装置を１２５Ｗの水銀ランプ用
安定器で１時間点灯／１時間消灯のサイクルを１万回繰
り返したところ、ＦＥＣ１１６の劣化は見られなかった
。

なお、前記ＦＥＣ１１６に直列に半導体スイッチを設け
、該半導体スイッチによりＦＥＣ１１６の発振するパル
スをより効率的に利用することも好適である。

東二人施胴 第５図に第二実施例の回路構成を示す。なお、前記従来
技術と対応する部分には符号２００を加えて示し、その
説明を省略する。

同図では、サーマルスイッチ２１４とＦＥＣ２１６の直
列回路に、さらに半導体スイッチ２１８を直列に接続し
、ＦＥＣ２１６と並列に焦電流バイパス用抵抗Ｒｃ２２
２を、半導体スイッチ２１８と並列に抵抗Ｒ，２２４を
それぞれ接続したものである。

焦電流バイパス用抵抗Ｒｃ２２２は前記第一実施例の場
合と同様の機能を有し、抵抗Ｒ，２２４は半導体スイッ
チ２１８のブレークオーバーの位相を安定化させるため
の抵抗である。

本実施例では、ランプは３６０Ｗの高圧ナトリウムラン
プ、焦電流バイパス用抵抗Ｒｃ２２２はＩＭΩ、抵抗Ｒ
，２２４は１００にΩ、ＦＥＣ２１６は前記第一実施例
と同一のものを外球２２０内に設置した。そして、ブレ
ークオーバー電圧２２０Ｖの半導体スイッチ２１８を口
金内に設置した。

本実施例装置を４００Ｗの水銀ランプ用安定器で１時間
点灯／７１時間消灯のサイクルを１万回繰り返したが、
ＦＥＣ２１６の劣化は見られなかった。

第１１１１例 第６図に本発明の第三実施例の回路構成を示す。

なお、前記従来技術と対応する部分には符号３００を加
えて示し、その説明を省略する。

本実施例では、前記第一実施例における焦電流バイパス
用抵抗Ｒ６の目的と進相型安定器３２６の直列コンデン
サ３２８の放電抵抗の目的を果す抵抗Ｒ８３３０が設け
られている。そして、該抵抗Ｒ６３３０はＦＥＣ３１６
と半導体スイッチ３１８の直列回路と並列に接続されて
いる。

一般にＲ８の３３０の抵抗値は、第二実施例におけるＲ
ｃの抵抗値とＲ１の抵抗値の和よりも小さいものが要求
される。これは、進相用コンデンサ３２８の放電を早め
、始動器の復帰を短時間にしてランプ始動時により多く
のパルスを供給し、ランプを始動しやすいようにするた
めである（コンデンサ３２８に充電されると、その充電
電圧かＦＥＣ３１６の飽和電圧Ｅ、を越えてＦＥＣ３１
６のバイ°アス電圧となるため、ＦＥＣ３１６がスイッ
チング不能となる）。

以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲
内で種々の改変か可能である。

例えば、前述した各実施例では高圧ナトリウムランプを
使用したが、メタルハライドランプ、低温用水銀ランプ
のような他のＨＩＤランプに用いることも好適である。

また、第７図に示すように前記第一実施例装置の始動器
内に外部補助導体４３２をＦＥＣ４１６と直列に接続し
たものに用いることも好適である。

さらに、第８図に示すように前記第二実施例装置に外部
補助導体５３２を組み合わせることも好適である。これ
らの外部補助導体４３２，５３２はランプ始動時に発光
管４１２，５１２内の放電を補助し、ランプの始動を確
実にするためのものである。両図に示す装置においても
、前記各実施例と同等の効果を得ることができた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明にかかる高圧蒸気放電灯に
よれば、ランプの点灯／消灯時におけるＦＥＣの分極／
脱分極作用に伴って流れる焦電流をバイパスさせる焦電
流バイパス用抵抗をＦＥＣと並列に接続しているので、
ＦＥＣの分極−電界ヒステリシスの劣化を防止し、安定
した高いパルス電圧を与えることができるので、ランプ
の長寿命化が実現できる。

第９図は、第一の従来例の回路構成図、第１０図は、第
二の従来例の回路構成図、第１１図は、ＦＥＣの、温度
変化による比誘電率特性を示す説明図、 第１２図は、ＦＥＣの分極−電界ヒステリシス特性を示
す説明図である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一実施例の回路構成図、第２図は
、ＦＥＣ１個と焦電流バイパス用抵抗Ｒ６の抵抗値を変
えた時の発生パルス電圧の関係図、 第３図は、焦電流バイパス用抵抗Ｒｃを変えて点灯／消
灯サイクルによる発生パルス電圧の変化を示す説明図、 第４図は、第３図に示す実験の回路構成図、第５図は、
本発明の第二実施例の回路構成図、第６図は、本発明の
第三実施例の回路構成図、第７図、第８図は、それぞれ
本発明の他の実施例の回路構成図、 １０．１１０，２１０，３１０，４１０，５１０・・・
電源、 １２．１１２，２１２，３１２，４１２，５１２・・・
発光管、 １４．１１４，２１４，３１４，４１４，５１４・・・
サーマルスイッチ、 １６．１１６，２ｉ６，３１６，４１６，５１６・・・
ＦＥＣ。 ２０．１２０，２２０，３２０，４２０，５２０・・・
外球、 １２２．２２２，３３０，４２２，５２２・・・焦電流
バイパス用抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電源に発光管が接続され、 前記発光管と並列に、サーマルスイッチと非線形セラミ
   ックコンデンサとの直列回路が接続され、さらに前記非
   線形セラミックコンデンサに対して並列に焦電流バイパ
   ス用抵抗が接続されたランプ始動用回路をランプ外球内
   に内蔵することを特徴とする高圧蒸気放電灯。