JPH06132013A - 高圧蒸気放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高圧蒸気放電灯における発光管の放電開始動
作である始動動作を的確、かつ安定して行うと共に再始
動時に常に良好に始動器を作動させること。 【構成】 電源１０と外部補助導体１８との接続を、常
温時には閉状態で所定温度まで上昇したときには開状態
となる１個の熱応動素子２５にて行い、電源１０と始動
器１４との接続を熱応動素子２５及びこれに直列に接続
固定され弾性変形可能でかつ導電性を有する接続素子
（タングステンコイル）２７の双方にて行う。そして、
始動器１４と電源１０との間よりも外部保持導体１８と
電源１０との間の開閉制御を常により高い温度にて行う
ことができるようにしたので、高圧放電灯の点灯時だけ
でなく再始動時にも常に安定した放電開始動作を得るこ
とができ、高圧蒸気放電灯の信頼性がより向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高圧蒸気放電灯、特にそ
の始動器等と電源との電気的接続構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧ナトリウムランプなどの高圧蒸気放
電灯では、その始動時に高い放電開始電圧が必要となる
ため、従来より各種の始動器が組み込まれている。図３
及び図４は、このような始動器の設けられた高圧ナトリ
ウムランプの電気回路図である。図において、電源１０
と発光管１２とは安定器を介して直列に接続されてお
り、発光管１２と始動器１４とは並列に接続されてい
る。始動器１４は、パルス電圧発生回路１６から構成さ
れており、非線形強誘電性セラミックコンデンサ（以下
ＦＥＣと言う）２０及びこれに並列に接続された抵抗２
２を有している。ＦＥＣ２０には、さらに電源１０との
間に熱応動スイッチ２４が直列に接続されている。な
お、図３は、主に低ワットのランプに応用される回路で
ある。

【０００３】一方、図４は主に中高ワットのランプに応
用されるものであることから、図４に示した始動器１４
は、パルス電圧発生回路１６にさらに半導体スイッチ２
６及びこれに並列に接続された抵抗２８が付加されてい
る。この半導体スイッチ２６は、ＦＥＣ２０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機能を奏す
るものである。なお、外部補助導体１８は、バイメタル
１９を介して接続されており、ランプ点灯前の常温状態
ではバイメタル１９は、外部補助導体１８を発光管１２
に接触させた状態を保っている。また、熱応動スイッチ
２４も常温状態では閉状態を維持している。上記のよう
な構成の回路において、まず電源１０がオンされると熱
応動スイッチ２４が閉状態にあるので、パルス電圧発生
回路１６に電流供給がなされ、正常にパルス電圧が発生
する。ここで、パルス電圧は発光管１２内に対向設置さ
れた一対の主電極１２ａと１２ｂとの間、及び外部補助
導体１８に印加される。発光管１２内では放電が開始さ
れ、外部補助導体１８の補助機能により発光管１２が点
灯する。

【０００４】こうして発光管１２が点灯すると、その熱
によりバイメタル１９が作動し外部補助導体１８は発光
管１２から離反する。さらに、熱応動スイッチ２４も開
状態となり電源１０からの電圧は発光管１２のみに印加
されることとなる。このように高圧ナトリウムランプで
は、発光管１２が点灯しているときには、熱応動スイッ
チ２４は開状態にあり、また外部補助導体１８も発光管
１２から離反している。しかし、発光管１２を一旦消灯
し、再始動する場合には、バイメタル１９の温度が下が
り外部補助導体１８を発光管１２に接触させる動作を行
うよりも先に熱応動スイッチ２４が、その温度で閉状態
となることが考えられる。従って、電源１０をオンした
ときにパルス電圧の発生は行われるが、外部補助導体１
８が機能し得ないので発光管１２の点灯を行うことがで
きないという問題が生じる。

【０００５】このような状況から、図５に示したように
外部補助導体１８を発光管１２に常に巻き付けておく構
造が提案された。この場合、外部補助導体１８は常に発
光管１２に密着しているので、発光管１２の始動性は上
記図３及び図４に示した構成の高圧ナトリウムランプよ
りも良好である。しかしながら、このような構成とした
場合には、発光管１２の点灯中において外部補助導体１
８への電流供給を遮断する必要がある。これは、外部補
助導体１８への電流供給状態が継続すると、発光管１２
全体に常に電位がかかってしまうため、発光管１２内の
ナトリウムが発光管１２外へ透過するのを促進してしま
うからである。このことから、外部補助導体１８と電源
１０との間には、第２の熱応動スイッチ２４−２が設け
られている。なお、このような回路構成の場合、パルス
電圧発生回路１６に接続されている第１の熱応動スイッ
チ２４−１も発光管１２点灯中に開状態としておく必要
がある。これは、第１の熱応動スイッチ２４−１が閉状
態にあると、ＦＥＣ２０を劣化させてしまうからであ
る。すなわち、発光管１２の点灯中には、図６（Ａ）に
示したような波形のランプ電圧が生じているが、これに
対応して同図（Ｂ）に示したような波形の電圧が外部補
助導体１８を介してＦＥＣ２０に印加されるからであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の様に、第１及び
第２の熱応動スイッチ２４−１、２４−２は、発光管１
２の点灯中においては共に開状態である必要があるが、
このように２個の熱応動スイッチをランプ外球内に配置
し、それらの動作温度を正しく制御することは極めて困
難である。

【０００７】従って、上記図５に示したようにランプの
良好な始動性を得るために外部補助導体１８を発光管１
２に常に接触させている場合においては、ランプ点灯中
における上記問題点を解決するため、以下の４つの条件
を満足することが課題となる。 ＦＥＣ２０につながる接点、すなわち第１の熱応動ス
イッチ２４−１は、ランプ点灯中は開状態になってお
り、かつランプ再始動時にはＦＥＣ２０がランプの放電
を開始させるのに十分なパルス電圧を発生させることの
できる温度にまで下ったときに閉状態に戻ること。これ
は、ＦＥＣ２０が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、
キュリー温度を越えると常誘電体となることから、キュ
リー温度以下でなければパルス電圧を発生することがで
きないことによる。 ⌒外部補助導体１８につながる接点、すなわち第２熱
応動スイッチ２４−２は、ランプ点灯中は開の状態にあ
ること。 使用する熱応動スイッチ２４を１個にすること。これ
は、ランプの外球内に複数の熱応動スイッチを設け、こ
れを所定温度で正しく制御させることが困難であるから
である。 使用する熱応動スイッチ２４にはその破損を防止する
ため、許容応力以上の応力をかけないようにすること。 本発明は、上記課題を解決するためになされたものであ
り、その目的は発光管の放電開始動作である始動動作を
的確、かつ安定して行うことができると共に再始動時に
常に良好に始動器を作動させることのできる高圧蒸気放
電灯を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る高圧蒸気放電灯は、電源に接続された
一対の主電極を内部に有する発光管と、前記発光管に並
列の状態で前記電源に接続され、かつ前記発光管に接触
して配置された外部補助導体と、前記発光管の主電極間
及び発光管と前記外部補助導体との間にパルス電圧を印
加するパルス電圧発生回路を有する始動器と、が外球内
に設置された高圧蒸気放電灯において、前記電源と始動
器のパルス電圧発生回路との接続は、常温時には閉状態
で、所定温度まで上昇したときには開状態となる１個の
熱応動素子にて行われ、前記電源と外部補助導体との接
続は、前記熱応動素子及びこれに直列に接続固定され弾
性変形可能でかつ導電性を有する接続素子の双方を介し
て行われ、前記接続素子の前記熱応動素子への固定は熱
応動素子が前記所定温度で開状態となった後、さらに温
度上昇して所定の開き角度以上に開動作したときに開状
態となるように行われることを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、電源とパルス電圧発生回路
との接続並びに電源と外部補助導体との接続を１個の熱
応動素子を用いて開閉制御することとしている。そし
て、電源とパルス電圧発生回路の接続は熱応動素子のみ
によって行われ、他方電源と外部補助導体との接続はそ
の熱応動素子及びこれ直列に接続固定された接続素子の
双方を介して行っている。そして、接続素子は、導電性
を有するだけでなく弾性変形可能な部材にて形成されて
おり、熱応動素子が開状態となった後もさらに所定温度
上昇するまで閉状態を持続するように設置されている。
従って、電源と外部補助導体との接続状態は、所定温度
に上昇して熱応動素子が開状態となり、電源とパルス電
圧発生回路がまず開となって非接続状態となっても、さ
らに所定の温度上昇があるまで閉状態（接続された状
態）が保たれている。そして、ランプの点灯状態が安定
し、十分な温度上昇があった後、前記接続素子も開状態
となる。

【００１０】次に、ランプの電源がオフされると、上記
熱応動素子は閉状態に戻る動作を行うが、その動作段階
において、上記接続素子は、熱応動素子が閉状態となる
前段階で常に先に閉状態を構成する。そして、その後、
熱応動素子が閉状態となる動作を行うが、その間、接続
素子は弾性変形して閉状態を維持する。このように、ラ
ンプ点灯時において、常に電源とパルス電圧発生回路と
の接続状態が先に遮断され、その後電源と外部補助導体
との接続状態が遮断される。そして、ランプがオフされ
た時には、常に電源と外部補助導体との接続状態が先に
復帰し、その後電源とパルス電圧発生回路との接続状態
が復帰する。従って、電源とパルス電圧発生回路とが接
続されて（熱応動素子が閉状態となって）、再始動動作
を行うことができる状態にあるときには、常に電源と外
部補助導体との接続状態が保たれているので、外部補助
導体と発光管との間へのパルス電圧の印加が常に良好に
行われ、発光管の放電開始がスムーズに行われる。ま
た、上記のように熱応動素子は１個のみで足りるので、
その動作制御の困難性も解消される。さらに、接続素子
は、弾性変形可能な部材にて構成されているので、接続
素子が閉状態となった後にさらに熱応動素子が復帰動作
を行っても接続素子が変形するので、熱応動素子に許容
以上の応力が加えられるおそれもない。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図１は、実施例に係る高圧ナトリウ
ムランプの回路構成を示す図であり、同図（Ａ）は低ワ
ットのランプに用いられた回路、同図（Ｂ）は中高ワッ
トのランプに用いられた回路をそれぞれ示している。な
お、図３〜図４に示した従来の回路構成と同様の要素に
は同一の符号を付しその説明を省略する。始動器１４を
構成するパルス電圧発生回路１６と電源１０との接続並
びに外部補助導体１８と電源との接続を１個の熱応動素
子例えばバイメタル２５とこれに固定された接続素子で
あるタングステンコイル２７によって行っている。図２
は、バイメタル２５と接続素子であるタングステンコイ
ル２７によって構成された熱応動スイッチ２４の具体的
構成を示す説明図であり、同図（Ａ）は平面図、同図
（Ｂ）は側面図をそれぞれ示している。

【００１２】図示のように熱応動スイッチ２４は、１つ
の熱応動素子であるバイメタル２５とこれに一端側が取
り付けられたタングステンコイル２７とから構成されて
おり、バイメタル２５の固定側端部は電源１０への接続
ライン３４に接続固定されている。そして、可動側端部
には接点３２が取り付けられ、この接点３２が常温時に
パルス電圧発生回路１６への接続ライン３６に接続状態
となるように構成されている。そして、タングステンコ
イル２７は外部補助導体１８への接続ライン３８に接続
されるようにバイメタル２５に取り付けられている。そ
の取付状態は、図示のように常温時には変形した状態で
接続状態が保たれるように行われている。

【００１３】ここで、バイメタル２５の特性並びにタン
グステンコイル２７の構成について説明する。まず、バ
イメタル２５は、約７０℃で開状態、すなわち接続ライ
ン３６から離反する動作を行う。このため、常温３０℃
における接点圧力を３５±５ｇに合わせている。このよ
うに、約７０℃で動作させるようにしたのは、ＦＥＣ２
０が、バイメタル２５の部分の温度が７０℃にあるとき
に発光管１２を始動させるのに十分なパルス電圧を発生
させることのできる温度状態となる位置に配置されてい
るからである。ランプの点灯状態においてさらに温度が
上昇すると、バイメタル２５はさらに矢印１００方向に
動作する。そして、約１２０℃となったときの動作角度
にてタグステンコイル２７は接続ライン３８から離反し
開状態となる。なお、ランプ点灯時には、この熱応動ス
イッチ２４の部分は、図上３００℃以上になっているの
で、タングステンコイル２７はほぼ確実に開状態とな
り、外部補助導体１８に電位がかけられるおそれはな
い。

【００１４】次に、タングステンコイル２７は、単コイ
ルでコイル内径が０．２ｍｍφ、タングステン素線重量
が３５ｍｇ／２００ｍｍ、素線径が０．１ｍｍφ、マン
ドレル比（コイル内径／素線径）が１．９のものを用い
ている。なお、その他タングステンコイルの素線として
は、素線重量が１８ｍｇ／２００ｍｍ、素線径が０．０
８ｍｍφ、マンドレル比が２．６のものを使用すること
も可能である。しかし、それ以下の素線のコイルでは、
コイルが直線にならず垂れ下がってしまうため接点とし
て有効に用いることはできなかった。逆に、素線重量が
７０ｍｇ／２００ｍｍ、素線径が０．１５ｍｍφ、マン
ドレル比が３．３、コイル内径が０．５ｍｍφのもの、
さらに素線重量１２０ｍｇ／２００ｍｍ、素線径が０．
２０ｍｍφ、マンドレル比が４．５、コイル内径が０．
９ｍｍφの大きさのコイルも使用することが可能であっ
た。しかし、それ以上の素線重量の素線を使用するため
には、コイルのマンドレル比を４．５以上にする必要が
あり、そのためコイルの自重が重くなり過ぎて垂れ下が
ってしまい接点として用いることはできなかった。な
お、上記熱応動素子であるバイメタル２５の材料は、以
下の特性を有するものである。 湾曲定数（Ｋ）＝１．１８×１０^-5 ［℃^-1］ 弾性係数（Ｅ）＝１．７０×１０⁴ ［ｋｇ／ｍｍ² ］ 幅（ｂ）＝４．０ ［ｍｍ］、厚さ（ｔ）＝０．２５
［ｍｍ］ また、このバイメタルの室温付近での許容応力は次の通
りである。すなわち、温度２０℃での許容応力は、２０
ｋｇ／ｍｍ² で、このときのバイメタルの接点圧力は５
６ｇ、温度１００℃での許容応力は１７ｋｇ／ｍｍ²
で、このときのバイメタルの接点圧力は４７ｇである。

【００１５】上記構成の高圧ナトリウムランプによれ
ば、まずランプ点灯時においては、図２に示したように
常温の状態、すなわちバイメタル２５の接点３２が接続
ライン３６に接触し、かつタングステンコイル２７も接
続ライン３８に接触している。このとき、タングステン
コイル２７は弾性変形しているので、バイメタル２５に
支障を生じさせるような余分な応力は加えられていな
い。この状態では、パルス発生回路１６及び外部補助導
体１８に良好に電流供給がなされるので、発光管１２で
はそれらの良好な始動作用により放電が開始される。こ
れにより、温度上昇が生じ、７０℃になるとまずバイメ
タル２５の接点３２が接続ライン３６から離反して開状
態となり、パルス電圧発生回路１６への電流供給が遮断
される。次に、１２０℃まで上昇するとタングステンコ
イル２７が接続ライン３８から離反して開状態となり、
外部補助導体１８への電流供給が遮断される。これによ
り、発光管１２の放電は安定して行われると共に発光管
１２側からのＦＥＣ２０への無用な電圧の印加が回避さ
れＦＥＣ２０の劣化が有効に防止される。更に、外部補
助導体１８から発光管１２へ電位がかけられることがな
いので、発光管１２外へのナトリウムの透過の促進を防
止することができる。

【００１６】次に、ランプが一旦消灯され再度点灯され
る場合の再始動時の動作について説明する。まず、ラン
プ消灯により温度の下降が生じ、バイメタル２５は矢印
２００方向に動作を行う（図２参照）。この動作におい
ては、接点３２が接続ライン３６に接触する前に、まず
タングステンコイル２７が接続ライン３８に接触する動
作が行われる。この動作は、バイメタル２５の動作に対
応させ、タングステンコイル２７が機械的に先に接続ラ
イン３８に接触するように取り付けられていることによ
るものである。そして、さらに温度下降が進み接点３２
が接続ライン３６に接触した状態で通常状態に戻る。こ
のように、常に外部補助導体１８と電源１０とが先に接
続状態に復帰し、その後にパルス電圧発生回路１６と電
源１０との接続状態が復帰する。そして、その復帰時に
は、パルス電圧発生回路１６は良好なパルス発生動作を
行うことのできる温度に下がっているので、始動器１４
及び外部補助導体１８は確実にその始動機能を発揮する
ことが可能となる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高圧
蒸気放電灯によれば、ランプ内に１つの熱応動素子を設
け、その動作によって電源に対するパルス電圧発生回路
と外部補助導体との接続遮断制御を行うようにし、さら
に熱応動素子と電源との間よりも外部保持導体と電源と
の間の開閉制御を常により高い温度にて行うことができ
るようにしたので、高圧放電灯の点灯時だけでなく再始
動時にも常に安定した放電開始動作を得ることができ、
高圧蒸気放電灯の信頼性がより向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は実施例に係る高圧ナトリウ
ムランプの回路図であり、同図（Ａ）は低ワットのラン
プに用いた回路図、同図（Ｂ）は中高ワットのランプに
用いた回路図である。

【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の特徴的構成部分で
ある熱応動スイッチの構成を示す平面図及び側面図であ
る。

【図３】従来の高圧ナトリウムランプの低ワットランプ
用の回路図である。

【図４】従来の高圧ナトリウムランプの中高ワットラン
プ用の回路図である。

【図５】図３及び図４に示した回路構成の問題点を解決
するための従来の高圧ナトリウムランプの回路図であ
る。

【図６】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれランプ点灯時のラ
ンプ電圧波形図及び外部補助導体からＦＥＣに印加され
る電圧波形図である。

【符号の説明】

１０ 電源 １２ 発光管 １４ 始動器 １６ パルス電圧発生回路 １８ 外部補助導体 ２０ ＦＥＣ ２４ 熱応動スイッチ ２５ 熱応動素子（バイメタル） ２７ タングステンコイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 安定器を介して電源に接続された一対の
   主電極を内部に有する発光管と、 前記発光管に並列の状態で前記電源の片方の極に接続さ
   れ、かつ前記発光管に接触して配置された外部補助導体
   と、 前記発光管の主電極間及び発光管と前記外部補助導体と
   の間にパルス電圧を印加するパルス電圧発生回路を有す
   る始動器と、 が外球内に設置された高圧蒸気放電灯において、 前記電源と始動器のパルス電圧発生回路との接続は、常
   温時には閉状態で、所定温度まで上昇したときには開状
   態となる１個の熱応動素子を用いた熱応動スイッチにて
   行われ、 前記電源と外部補助導体との接続は、前記熱応動素子及
   びこれに直列に接続固定された弾性変形可能な接続素子
   の双方を介して行われ、 前記接続素子の前記熱応動素子への固定は熱応動素子が
   前記所定温度で開状態となった後、さらに温度上昇して
   所定の開き角度以上に開動作状態で開状態となるように
   行われることを特徴とする高圧蒸気放電灯。