JPH06132014A - 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
動時に良好に始動気を作動させること。 【構成】 電源１０と外部補助導体１８及び始動器１４
（パルス電圧発生回路１６）との接続部分における外部
補助導体への接続ライン３６には弾性変形可能な接続素
子２７を設け、電源への接続ライン３４には１個の熱応
動素子２５を設けた。そして、熱応動素子２５は、常温
時には前記接続素子を押し曲げた状態で前記始動器１４
への接続ライン３８と電気的接続状態にあり、第一の設
定温度まで温度上昇したときには前記接続素子２７の押
し曲げ状態を緩和しつつ前記始動器１４との接続状態を
解除し、更により高温の第二の設定温度まで温度上昇し
たときに前記接続素子から離反するような動作特性及び
取付けとした。これにより、点灯時だけでなく再始動時
にも安定した放電開始動作を確保できる。

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４
及び図５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４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５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５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を介して接続設置されており、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、さらに外
部補助導体１８と発光管１２との間に印加される。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。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。

【０００４】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１８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。このような状況から、図６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
は常に発光管に密着しているので、発光管１２の始動性
は上記図４及び図５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１８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。

【０００５】このことから、外部補助導体１８と電源１
０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７（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。従って、上記図６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１２
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。

【０００７】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、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、前記電源と外部補助導体及び始動器のパルス
電圧発生回路との接続部分における、前記外部補助導体
への接続ライン端には弾性変形可能な接続素子が設けら
れ、前記電源への接続ライン端には１個の熱応動素子が
設けられ、前記熱応動素子は、常温時には前記接続素子
を押し曲げた状態で前記始動器のパルス電圧発生回路へ
の接続ラインと電気的接続状態にあり、第一の設定温度
まで温度上昇したときには前記接続素子の押し曲げ状態
を緩和しつつ前記パルス電圧発生回路との接続状態を解
除し、更により高温の第二の設定温度まで温度上昇した
ときに前記接続素子から離反するような動作特性及び取
付けがなされたことを特徴とする。

【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、外部補助導体
と電源との接続関係を始動器のパルス電圧発生回路と電
源との接続関係よりも高い温度で動作させるようにして
いる。すなわち、電源ラインに設けられた熱応動素子が
外部補助導体ラインに設けられた接続素子に接触して両
ラインが接続される。また、熱応動素子は常温時には、
弾性変形可能な上記接続素子を押し曲げた状態としてお
り、その状態で上記始動器のパルス電圧発生回路の接続
ラインに対しても電気的接続状態が保たれている。した
がって、常温時は、外部補助導体及び始動器のパルス電
圧発生回路は共に電源に接続されている。

【００１０】次に、ランプが点灯されて温度が上昇する
と熱応動素子が湾曲動作する。これにより、上記熱応動
素子は接続素子の押し曲げ動作は緩和しつつ、始動器の
パルス電圧発生回路との電気的接続状態の解除を行って
いく。そして、ランプの点灯が更に継続すると温度は更
に上昇し、熱応動素子もさらに湾曲する。この動作によ
り、熱応動素子は接続素子からも離反する。従って、良
好に点灯がなされたときには、外部補助導体及び始動器
のパルス電圧発生回路への電源からの電力供給はなされ
ず、上述のようなＦＥＣの劣化や発光管からのナトリウ
ムの透過を有効に防止することができる。なお、接続素
子は、弾性変形可能な性質を有しているので、押し曲げ
られた状態でも熱応動素子に過剰な応力を加えるおそれ
がない。

【００１１】次に、ランプの電源がオフされると、上記
熱応動素子は通常態に戻る動作を行うが、その動作段階
において、まず上記接続素子に接触し、次に接続素子の
押し曲げ動作を行いつつ始動器のパルス電圧発生回路の
ラインとの電気的接続状態を確保する。このように、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
状態も保たれているので、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。

【００１２】

【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る。なお、図４〜図６
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２５と接続素
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、熱応動素子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の常
温時における具体的構成を示す説明図であり、同図
（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は平面図、同図（Ｃ）は側
面図をそれぞれ示している。図示のように熱応動スイッ
チ２４は、電源１０への接続ライン３４に取り付けられ
た１つの熱応動素子であるバイメタル２５と外部補助導
体１８への接続ライン３６取り付けられたタングステン
コイル２７とから構成されている。そして、常温時には
図示のように、バイメタル２５がタングステンコイル２
７に接触するとともにこれを押し曲げ、タングステンコ
イル２７の先端２７ａをパルス電圧発生回路１６への接
続ランイ３８に接触させている。なお、各接続ライン３
４、３６、３８は、アルミナ基板３３にピン等で固定さ
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３８からタングステンコイル２７の先端２７ａを離反
させる動作を行う。このため、常温２５℃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、ＦＥＣ２０が、バイメ
タル２５の部分の温度が７０℃以下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バイメタル
２５はタグステンコイル２７から離反し完全に開状態と
なる。なお、ランプ点灯時には、この熱応動スイッチ２
４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。

【００１５】なお、上記熱応動素子であるバイメタル２
５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。

【００１６】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がタングステンコ
イル２７を押し、かつタングステンコイル２７の先端２
７ａを接続ライン３８に接触させている。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が動作し、タングステンコイル２７の
先端２７ａが接続ライン３８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℃まで上昇するとバイメタル２５はタ
ングステンコイル２７から離反し、接続ライン３６に対
しても開状態となり、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の点灯は安定して
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。さらに、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。

【００１７】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、タングステンコイル２７の先端２７ａが接続ライ
ン３８に接触する前に、まずバイメタル２５がタングス
テンコイル２７（接続ライン３６）に接触する動作が行
われる。この動作は、バイメタル２５の戻り動作過程に
タングステンコイル２７が伸長するように取付けられて
いるので、機械的且つ必然的に生じる。そして、さらに
温度下降が進みバイメタル２５がタングステンコイル２
７を押し曲げ、その先端２７ａが接続ライン３８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。

【００１８】なお、上記実施例では、常温時においてバ
イメタル２５は、接続ライン３８に直接接触せず、弾力
性のあるタングステンコイル２７を介して接続状態を得
ているので、常温時にバイメタル２５に加えられる応力
は特に少ないという特徴を有している。図３（Ａ）及び
（Ｂ）は、他の実施例に係る熱応動スイッチ３０の具体
的構成を示す説明図である。なお、図２に示した要素と
同一の要素には、同一の符号を付している。同図
（Ａ）、（Ｂ）に示した構成の特徴は、常温時において
バイメタル２５が直接、接続ライン３８に接触している
ことである。従って、接続ライン３８は、図２に示した
構成のように屈曲させる構成にする必要はなく、直線状
に伸長させておけばよい。なお、図（Ａ）の構成は、接
続ライン３８と接続ライン３４との間にタングステンコ
イル２７を設けた接続ライン３６を設置したもの、図
（Ｂ）の構成は、接続ライン３６を最も外側に配置した
例が示されている。これらの作用については、上記図２
に示した熱応動スイッチと同様である。

【００１９】

【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】実施例に係る高圧ナトリウムランプの回路図で
ある。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）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正面図、平面
図及び側面図である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は他の実施例にかかる熱応動
スイッチの構成を示す説明図である。

【図４】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５】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６】図４及び図５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７】（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 ３４、３６、３８ 接続ライン

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、 前記電源と外部補助導体及び始動器のパルス電圧発生回
   路との接続部分における、前記外部補助導体への接続ラ
   イン端には弾性変形可能な接続素子が設けられ、前記電
   源への接続ライン端には１個の熱応動素子が設けられ、 前記熱応動素子は、 常温時には前記接続素子を押し曲げた状態で前記始動器
   のパルス電圧発生回路への接続ラインと電気的接続状態
   にあり、第一の設定温度まで温度上昇したときには前記
   接続素子の押し曲げ状態を緩和しつつ前記パルス電圧発
   生回路との接続状態を解除し、更により高温の第二の設
   定温度まで温度上昇したときに前記接続素子から離反す
   るような動作特性及び取付けがなされたことを特徴とす
   る高圧蒸気放電灯。