JPH0470740B2

JPH0470740B2 -

Info

Publication number: JPH0470740B2
Application number: JP59125319A
Authority: JP
Inventors: Akira Ito; Juji Danno; Kozo Kawashima
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1984-06-20
Filing date: 1984-06-20
Publication date: 1992-11-11
Also published as: JPS617560A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕本発明はヒユーズを内蔵した高圧金属蒸気放電
灯に関する。〔発明の技術的背景とその問題点〕一般に高圧金属蒸気放電灯は発光管自体で電流
を制限する機能をもたないので、限流器として安
定器と組み合わせて使用される。安定器は鉄心の
上に絶縁被覆を施した金属線を多層に巻回したチ
ヨークコイルが多用され、その他コンデンサを並
用したもの等が使用されている。ところで安定器の寿命は通常８〜10年とされて
おり、寿命原因の多くは絶縁物の劣化による限流
機能の低下である。たとえば始動装置内蔵型高圧
ナトリウムランプは始動電圧が高いので安定器ま
たはランプの外管内に収容したパルス発生器から
始動用高圧パルスを印加して起動させるようにな
つており、この高圧パルスのために安定器の絶縁
物の劣化を早める傾向があり、かつ劣化をはじめ
た安定器を高圧パルスによつて強制的に絶縁破壊
させることがある。特に、始動装置内蔵型高圧ナ
トリウムランプは、通常水銀灯安定器にとりつけ
られることが多く、その場合、水銀灯安定器は使
用電源電圧以上の電圧に対する耐圧を考慮にいれ
ていないため、始動装置作動時に発生する高圧パ
ルスにより寿命末期安定器巻線間の絶縁が破れる
ことがあつた。安定器が寿命末期あるいは他の原因で限流機能
を失うとランプには多大な電流が流れ、この結
果、発光管に投入されるランプ入力が急増して発
光管内の封入物の圧力が急速に高まるため発光管
が破壊し、さらに外管までも破損させてこれらの
破片が落下するに至ることも希れにある。このため、発光管の破壊を防止する手段とし
て、たとえば特開昭57−138767号公報、実開昭58
−146353号公報などは発光管への給電回路の途中
にヒユーズを挿入して過大電流突入時にこのヒユ
ーズが発光管が破壊するよりも先に溶断するよう
にした方法が提案されている。ヒユーズはこれ等公報にも示されているように
内部が不活性ガス雰囲気または真空となつている
外管内に収納した方が口金内に収納するよりも変
質することが少なく、さらに組立作業も容易で、
動作の確実性において優れている。しかしながら、このようにヒユーズを発光管の
点灯回路に対して直列に接続し、かつ同一の外管
内に収納したものにおいても、次のような不都合
を生じることが本発明等の試験の結果判明した。
すなわち、上記特開昭57−138767号公報所載のヒ
ユーズの溶断電流を(A)、溶断時間をｔ（秒）と
したとき、 0.33logT≦−log＋1.85 ……(1) （ただし0.05秒≦Ｔ≦３秒）なる溶断特性を有するヒユーズを使用することを
特徴とするものである。上記公報には660Wの高
圧ナトリウムランプに関する実施例が記載されて
いるが、本発明者等の試験結果によれば、180W
〜360W級の比較的発光管の内径が小さく、肉厚
の薄い小形ランプにおいては、上記(1)式で示され
る範囲内にヒユーズの溶断特性が存在したとして
も、その範囲の上限値0.33logT＝−log＋1.85
に近い場合には発光管の破壊を完全に防止するこ
とはできず、上限値よりもかなり速い溶断特性を
もつたヒユーズを必要とし、したがつて(1)式をそ
のまま適用することはできない。一方、940W級のように上記小形ランプよりも
発光管の内径や肉厚が大きいランプにあつては、
(1)式で示される時間より遅い時間で反抗管が破壊
したり、逆に(1)式の範囲内にあつても、その上限
値からかけ離れたかなり速い溶断特性をもつたヒ
ユーズを使用した場合には、通常使用時における
ヒユーズのへたりや劣化つまり材料金属の再結晶
化による粒界破断が生じやすく、過電流が流れな
くてもヒユーズが破断することがあり、結局はラ
ンプが短寿命となる。さらに、過大な電流が流れてから発光管破壊に
至るまでの時間はランプの点灯状態つまりランプ
始動直後かあるいはランプ定常点灯中であるかに
よつて相違するから、条件によつては上記(1)式よ
りも溶断時間の長いヒユーズを使用することがで
きる。このことはヒユーズの寿命に対する信頼性
向上に関し非常に重要である。〔発明の目的〕本発明は上記事情に対処してなされたもので、
始動装置を内蔵した高圧金属蒸気放電灯におい
て、発光管に過大な電流が流れるような事態が生
じても、発光管の破壊を完全に防止して寿命末期
に至るまで安全に使用することが可能な高圧金属
蒸気放電灯を提供することを目的とする。〔発明の概要〕本発明は外管内に始動装置および透光性セラミ
クスからなる発光管を収納し、発光管の給電回路
に直列に過電流によつて溶断するヒユーズを介在
させ、上記ヒユーズの溶断電流を(A)、溶断所要
時間をT₁（秒）、発光管の内径をＤ（mm）、肉厚を
ｔ（mm）としたとき、 logT₁＜Alog＋ＢＡ＝−4.4×10^-3（D²ｔ）−2.46 Ｂ＝1.25×10^-2（D²ｔ）＋5.01 を満足し、かつ、上記ヒユーズの定格点灯時にお
ける電流密度を24.8A／mm²以下としたことを特徴
とする高圧金属蒸気放電灯である。以下、本発明の詳細を実施例および実施例を参
照して説明する。（実験１）まず始めにランプの点灯状態による発光管破裂
所要時間の相違について調べた。透光性アルミナ
セラミクスからなる発光管を備えた660W高圧ナ
トリウムランプを２つのグループに分け、一方の
グループについてはランプ始動直後に30A〜
150Aの過電流を流し、他方のグループについて
はランプ安定点灯時に同じく30A〜150Aの過電
流を流して、発光管が破壊するに至るまでの所要
時間を調べた。この結果を第６図に示す。第６図
において横軸には過電流値(A)、縦軸には発光管破
壊所要時間（秒）をとり、▽印はランプ始動直後
を、▲印はランプ安定点灯時のものをそれぞれ示
す。この図よりランプ始動直後の方がランプ安定
点灯時に較べ、同一過電流に対し発光管破壊所要
時間は数倍長くかかることが判る。ところで、始動装置を内蔵したランプに組合わ
された安定器においては、先に述べた様にランプ
始動時に電源電圧よりも数倍ないし10数倍も高い
パルス電圧が印加されるため、安定器の寿命末期
に起きる現象の多くは、パルスによる絶縁破壊と
考えられる。したがつて、ヒユーズはランプ始動
時に生じる安定器の絶縁破壊に起因する過電流に
よる発光管破壊を防止できる溶断特性を有するも
のを使用すれば良いことになる。（実験２）ここでは各種入力の始動装置内蔵形高圧ナトリ
ウムランプの各発光管について、発光管の内径お
よび肉厚とランプ始動直後における過電流による
発光管の破壊所要時間との関係を調べた結果を第
７図に示す。なお、下記第１表は本実験に供した
各ランプの入力（Ｗ）および発光管の内径、肉厚
を示すものである。

【表】実験は第１表に示す各ランプを適合する水銀灯
安定器にて点灯し、その始動直後に安定器の巻線
の一部を短絡することによつて発光管に種々の大
きさの過電流を流し、それぞれの過電流によつて
発光管が破壊するまでに要する時間を計つたもの
で、第７図において180Wは○印、360Wは□印、
660Wは▽印、940Wは×印で示す。なお、180Wは25A以下、360Wは30A以下、
660Wは37A以下、940Wは48A以下の電流値では
立ち消えを生じた。第７図から同一過電流に対して管内径、肉厚が
小さく、かつ管入力も小さい発光管ほど速い時間
で発光管が破壊することが判る。しかしながらこ
の結果だけでは発光管寸法と管入力とのどちらの
影響力が大きいのか不明なので、この点を明確に
するため次の実験を行なつた。（実験３）ここでは管入力を一定にし、発光管寸法を種々
変化させた実験を行なつた。透光性アルミナセラミクス発光管の内径を5.5
mm〜12mm、同肉厚を0.5mm〜１mmの間で種々変化
させ、その管壁負荷は全て18W／cm²に保つととも
に全ての発光管が入力360Wで一定になるように
発光管の長さを調節した各種ランプを製作し、こ
れら各ランプについて上記（実験２）の場合と同
様にランプ始動直後に過電流を流し、各発光管が
破壊するに至るまでの所要時間と過電流の大きさ
との関係を調べた。第８図はその結果を示すもので、各発光管が
種々の大きさの過電流によつて破壊するまでの所
要時間が最も短かい２点間を結んだ線で示し、線
ａは（発光管内径Ｄ×肉厚ｔ）が（5.5mm×0.5
mm）、線ｂは（7.25mm×0.75mm）、線ｃは（10mm×
1.0mm）、線ｄは（12mm×1.0mm）の発光管をそれ
ぞれ示す。第８図の結果は管壁負荷、管入力を一
定にしたにもかかわらず、管内径Ｄおよび肉厚ｔ
の小さい発光管ほど破裂しやすいことを示してい
る。つまり過電流による発光管の破壊には管内径
Ｄと肉厚ｔとが大きく影響していることが判る。すなわち、発光管の破壊は過電流によつて管内
封入物の蒸気圧が過大に上昇するためであつて、
したがつて肉厚が薄いほど破壊しやすく、さらに
内径が小さいほど発光管内に生じる高圧のアーク
柱と管壁との距離が短かくなるため管壁温度がよ
り高温となつて破壊しやすくなるものと考えられ
る。上記線ａ〜ｄは過電流を(A)、発光管の破壊所
要時間をＴ（秒）とすると次の各式で示される。

【表】上記式の右辺の各定数部分つまり第１項のlog
の係数をＡ、第２項をＢとおけば、 logT
＝Alog＋Ｂ ……(6) となる。しかも、発光管破壊に至る所要時間Ｔが
過電流の値(A)と発光管の内径Ｄおよび肉厚ｔと
に関連するとすれば、上記各定数ＡおよびＢは
D²ｔの関数とみなせる。すなわち、発光管管壁
の熱の影響の受け方は、アーク中心から管壁内面
までの距離の２乗つまりD²と関係づけられ、発
光管の強度は肉厚ｔで決まるからである。第９図はD²ｔと上記(2)〜５式の各定数Ａとの
関係を、また第１０図はD²ｔと同じく各定数Ｂ
との関係をそれぞれ示すもので、各図から、Ａ＝−4.4×10^-2（D²ｔ）−2.46 ……(7) Ｂ＝1.25×10^-2（D²ｔ）＋5.01 ……(8) の関係式が得られることを見い出した。したがつて、(6)〜(8)式から過電流と始動直後の
発光管破壊との関係は、 logT＝Alog＋ＢＡ＝−4.4×10^-2（D²ｔ）−2.46 Ｂ＝1.25×10^-2（D²ｔ）＋5.01 であることが判る。ところで、発光管の給電回路に直列に組込むヒ
ユーズは過電流が流れた場合、発光管の破壊より
も前に溶断させなければならないから、ヒユーズ
の溶断所要時間をT₁（秒）とすれば、 logT₁＜Alog＋Ｂ ……(9) （但しＡ，Ｂは上記(7)，(8)式を満足する値。）の溶断特性を有するヒユーズを使用すれば良いわ
けである。（実験４）次に上記(7)，(8)および(9)式を満足する範囲内に
あるが、個々には溶断特性が異なる３種類のヒユ
ーズをそれぞれ組込んだ180W〜940Wの各始動装
置内蔵形高圧ナトリウムランプを製作し、長期寿
命試験を行なつた。下記第２表はこの実験に供した各入力ランプと
溶断特性つまり径の異なる３種類のヒユーズ２１
との組合せを示すものである。

【表】各級の発光管内径Ｄ、肉厚ｔは実験２および実
験３で使用したものと同じであり、各級のランプ
は各ヒユーズ径毎にそれぞれ10個づつとり、適合
する200V用水銀灯安定期を介し5.5時間点灯−0.5
時間消灯の長期点滅試験にかけた。なお、点灯中
の定格電流は180W級で1.9A，360W級で3.3A，
660W級で5.9A，940W級で8.3Aである。第１１図は上記(2)式に基づく180W級の発光管
の破壊特性を破線で、また各種ヒユーズの溶断特
性を各実線で示す。同様に第１２図は上記(3)式に
基づく360W級の発光管の破壊特性と各ヒユーズ
の溶断特性を、第１３図は上記(4)式に基づく
660W級の発光管の破壊特性と各ヒユーズの溶断
特性を、第１４図は上記(5)式に基づく940W級の
発光管の破壊特性と各ヒユーズの溶断特性をそれ
ぞれ示すものである。各図よりいずれの場合も、
ヒユーズは過電流が流れた場合には発光管の破壊
前に溶断して発光管の破壊を防止できることが判
る。しかしながら、このように発光管の破壊を防止
できる溶断特性を有するヒユーズでも、その溶断
特性があまりにも発光管の破壊特性からかけ離れ
すぎると、つまりヒユーズ径が小さすぎると、過
電流が流れない通常の点灯状態においても、ラン
プの定格寿命約12000時間内にヒユーズが破断し
てランプが不点となることがある。下記第３表は各種ランプの長期点滅試験におけ
る各ヒユーズの破断発生率を示す。

〔実施例１〕

第１図は本発明に係る660Wの始動装置を内蔵
した高圧ナトリウムランプを示し、１は外管でそ
のネツク部２をステム３で閉封し、口金４を嵌着
してある。５は内径Ｄが10mm、肉厚1.0mmの透光
性セラミクス管からなる発光管で、その両端部に
は電極６ａ，６ｂを対設し、内部には所定量の始
動用希ガス、水銀およびナトリウムが封入されて
いる。発光管５の両端はホルダ７ａ，７ｂによつ
て支持され、一方のホルダ７ａは電極６ａと電気
的に接続され、他方のホルダ７ｂは絶縁物８を介
して支持している。また、ホルダ７ａ，７ｂは給
電線兼用のサポート９に接続され、このサポート
９はステム３に封着したウエルズ１０に接続され
ている。なお、ステム３に封着した他方のウエル
ズ１１には給電線１２を介して電極６ｂが接続さ
れている。１３は発光管５の管長方向に沿わせて設けた近
接導体で、その一端はホルダ７ａに遊動自在に支
持され、他端はバイメタル片１４を介してサポー
ト９に支持され、ランプ始動前は発光管５の外面
に接触もしくは近接して電極６ｂとの電位傾度を
大とし、ランプ始動後には発光管５の発熱による
バイメタル片１４の熱変形により発光管５の外面
から離間する。また、外管１内には始動装置２２としてフイラ
メント１５と常閉形バイメタルスイツチ１６が収
容され、絶縁基台１７に支持されたフイラメント
１５に対面してバイメタルスイツチ１６が配設さ
れている。フイラメント１５の一端は接続線１８
を介して給電線１２に接続され、他端はバイメタ
ルスイツチ１６の一端に接続され、さらにバイメ
タルスイツチ１６の他端は接続線１９を介してサ
ポート９に接続されている。したがつて、フイラ
メント１５とバイメタルスイツチ１６とは直列回
路を構成し、しかもこの直列回路は発光管５に対
し並列に接続されている。さらに、上記発光管５への給電線１２には耐熱
性電気絶縁物たとえば硬質ガラスからなる絶縁被
覆管２０で囲われた径0.9mm、長さ20mmのニツケ
ル線からなるヒユーズ２１が介在されている。な
お本ヒユーズ２１の定格点灯時における電流密度
は9.28A／mm²である。このような構成のランプは200V用水銀灯安定
器を介して電源に接続し使用される。第２図は本実施例における発光管５の破壊特性
とヒユーズ２１の溶断特性との関係を示す図であ
る。実線はヒユーズ２１の溶断特性を、また破線
は発光管５の始動直後における破壊特性を上記(4)
式に基づく計算結果により示したものである。第２図から明らかな通り、本ヒユーズ２１は破
線で示す発光管５の破壊特性よりも各過電流値に
おいて速く溶断するので、発光管５の破壊を防止
できることが判る。実際に本実施例ランプ30個に
つき、ランプ始動直後に40A〜150Aの過電流を
流したところ、全数が発光管５の破壊よりも前に
ヒユーズ２１が溶断し、その結果が顕著であるこ
とを確認できた。さらに、12000時間の定格点灯
の長期寿命試験においても、ヒユーズ２１が破断
して不点となつたものは１個も生じなかつた。（実施例２）本実施例は180Wの始動装置内蔵形高圧ナトリ
ウムランプであり、ランプ構造は下記の点を除き
第１図に示す（実施例１）のものと同様なのでそ
の説明は省略する。本実施例における透光性アル
ミナセラミクス発光管５は内径Ｄが5.5mm、肉厚
0.5mmで、ヒユーズ２１は径0.6mm、長さは20mmの
ニツケル線からなり、ヒユーズの定格点灯時にお
ける電流密度は6.72A／mm²である。第３図は本実施例における発光管５の破壊特性
とヒユーズ２１の溶断特性との関係を示す図であ
る。実線はヒユーズ２１の溶断特性を、また破線
は上記発光管５の始動直後における破壊特性を上
記(2)式に基づく計算結果により示したものであ
る。本実施例においても上記（実施例１）の場合と
全く同様に、過電流が流れてもヒユーズ２１は発
光管５の破壊前に全て溶断し、発光管５の破壊を
生じたものはなく、さらに定格点灯の長期寿命試
験においてもヒユーズ２１の破断によるランプ不
点は全く生じなかつた。（実施例３）本実施例は360Wの始動装置内蔵形高圧ナトリ
ウムランプであり、ランプ構造は下記の点を除き
第１図に示す（実施例１）のものと同様なのでそ
の説明は省略する。本実施例における透光性アル
ミナセラミクス発光管５は内径Ｄが7.25mm、肉厚
0.75mmで、ヒユーズ２１は径0.75mm、長さ20mmの
ニツケル線からなり、ヒユーズの定格点灯時にお
ける電流密度は7.47A／mm²である。第４図は本実施例における発光管５の破壊特性
とヒユーズ２１の溶断特性との関係を示す図であ
る。実線はヒユーズ２１の溶断特性を、また破線
は上記発光管５の始動直後における破壊特性を上
記(3)式に基づく計算結果により示している。本実施例においても上記（実施例１）の場合と
全く同様に、過電流が流れた際の発光管破壊防止
および定格点灯の長期寿命試験におけるヒユーズ
２１の破断防止等の効果が得られた。（実施例４）本実施例は940Wの始動装置内蔵形高圧ナトリ
ウムランプであり、ランプ構造は下記の点を除き
第１図に示す（実施例１）のものと同様なのでそ
の説明は省略する。本実施例における透光性アルミナセラミクス発
光管５は内径Ｄが12mm、肉厚1.0mmで、ヒユーズ
２１は径1.0mm、長さ20mmのニツケル線からなり、
ヒユーズの定格点灯時における電流密度は
10.6A／mm²である。第５図は本実施例における発光管５の破壊特性
とヒユーズ２１の溶断特性との関係を示す図であ
る。実線はヒユーズ２１の溶断特性を、また破線
は上記発光管５の始動直後における破壊特性を上
記(5)式に基づく計算結果により示している。本実施例もまた上記（実施例１）の場合と全く
同様に、過電流が流れた際の発光管破壊防止およ
び定格点灯の長期寿命試験におけるヒユーズ２１
の破断防止等の効果が得られた。なお、本発明は上記各実施例に限られるもので
はなく、透光性アルミナセラミクスのような透光
性セラミクス管を発光管とするたとえばメタルハ
ライドランプ等の他の高圧金属蒸気放電灯にも適
用できるものである。〔発明の効果〕以上詳述したように本発明は透光性セラミクス
からなる発光管とともに始動装置を内蔵した高圧
金属蒸気放電灯において、発光管の給電回路に介
在させるヒユーズの溶断特性と発光管の破壊特
性、とくにその管内径と肉厚とを関連づけ、さら
にはランプの定格点灯中に流れる電流密度が
24.8A／mm²以下のヒユーズを使用するようにした
ので、ランプ入力に関係なしにその全寿命中を通
じてランプ始動直後に過電流が流れた場合の発光
管の破壊を完全に防止し、しかも定格点灯時にお
けるヒユーズ破断に基づく短寿命化をも回避する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である始動装置を内
蔵した高圧ナトリウムランプの正面図、第２図は
660W、第３図は180W、第４図は360W、第５図
は940Wの各実施例における発光管の破壊特性と
ヒユーズの溶断特性との比較図をそれぞれ示すも
のである。第６図以降は実験結果を示す図で、第
６図は高圧ナトリウムランプの始動直後と安定点
灯時とにおける発光管の過電流値と破壊所要時間
との関係をそれぞれ示す散布図、第７図は発光管
内径Ｄおよび肉厚ｔとランプ始動直後における過
電流による発光管の破壊所要時間との関係を示す
散布図、第８図は発光管入力を一定とし、管内径
および肉厚の異なる各種発光管の過電流と破壊所
要時間との関係を示す直線図、第９図および第１
０図は第８図に示す各直線の計算式の各定数Ａお
よびＢと発光管寸法D²ｔとの関係をそれぞれ示
す直線図、第１１図は180W高圧ナトリウムラン
プ発光管の破壊特性と各種ヒユーズの溶断特性と
の比較図、第１２図〜第１４図は同じく360W〜
940Wの各ランプの発光管破壊特性と各種ヒユー
ズの溶断特性との比較図をそれぞれ示す。１……外管、５……発光管、６ａ，６ｂ……電
極、７ａ，７ｂ……ホルダ、９……給電線兼用サ
ポート、１２……給電線、１５……フイラメン
ト、１６……バイメタルスイツチ、２０……絶縁
被覆管、２１……ヒユーズ、２２……始動装置。

Claims

【特許請求の範囲】１外管内に始動装置とともに透光性セラミクス
からなる発光管を収納し、発光管の給電回路に直
列に過電流によつて溶断するヒユーズを介在した
高圧金属蒸気放電灯において、上記ヒユーズの溶
断電流を(A)、溶断所要時間をT₁（秒）、発光管
の内径をＤ（mm）、肉厚をｔ（mm）としたとき、 logT₁＜Alog＋ＢＡ＝−4.4×10^-3（D²ｔ）−2.46 Ｂ＝1.25×10^-2（D²ｔ）＋5.01 を満足し、かつ、上記ヒユーズの定格点灯時にお
ける電流密度が24.8A／mm²以下であることを特徴
とする高圧金属蒸気放電灯。