JPH06283137A

JPH06283137A - パルス点灯式希ガス放電灯装置

Info

Publication number: JPH06283137A
Application number: JP6951293A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nishimura; 潔西村
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】封入ガス圧を低くしても効率の低下を抑制する
ことができ、また始動性が良好なパルス点灯式希ガス放
電灯装置を提供する。【構成】一対の電極１３を封装した発光管バルブ１０内
にキセノンガスを封入してなる希ガス放電灯１にパルス
電圧を印加して点灯するパルス点灯式希ガス放電灯装置
において、バルブの内径ｄを１５．０mm以下とし、キセ
ノンガスの封入圧Ｐを５≦Ｐ≦３０（Torr) とし、パル
ス電圧のパルス周波数をｆ₁とした場合、ｆ₁＝（０．
７５〜１．５）（０．３Ｐ＋５）１５／ｄとし、デュー
ティ比τを０．０５〜０．３５としたことを特徴とす
る。【作用】休止期間の紫外線放射を有効に利用することが
でき、従来の比べて発光効率の低下を防止することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キセノンを主体とする
希ガスを封入してなる希ガス放電灯をパルス点灯するよ
うにした希ガス放電灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】キセノンまたはキセノンを主体とした希
ガスを封入してなるキセノン希ガス放電灯は、キセノン
から放出される主として波長１４７nmの紫外線を発光管
バルブの内面に形成したけい光体被膜で可視光に変換
し、この可視光を発光管の外部へ放射するようになって
いる。この種のキセノン希ガス放電灯は、水銀を用いな
いことから、周囲温度によって蒸発の影響を受ける低圧
水銀ランプに比べて温度特性が安定しており、よって周
囲温度の変化が激しい環境で使用する場合に低圧水銀ラ
ンプよりも有利である。

【０００３】しかしながら、上記キセノン希ガス放電灯
は、通常の低圧水銀ランプ（けい光ランプ）に比べて明
るさが低い不具合がある。これを改善するための１つの
手段としてパルス点灯する方法があり、キセノン希ガス
放電灯をパルス点灯した場合、パルス休止期間にキセノ
ンイオンが再結合による放射が生じ、いわゆるアフター
グローを発生する。よって、このアフターグローによる
紫外線放射のため発光効率が高くなるものである。

【０００４】一方、従来からある考え方として、発光効
率を高くするためにはキセノンの封入ガス圧を高くすれ
ば良いと考えられていた。キセノンの封入圧を高くする
と、放電空間中のキセノンイオンが増加し、キセノンイ
オンの衝突が増すので紫外線の放射が増大すると考えら
れていた。

【０００５】このような観点から、キセノン希ガス放電
灯をパルス点灯する場合、発光効率を増すため、キセノ
ンの封入圧を高くする方向で研究、検討が進められてい
る。例えば、従来、内径１４．８mmの発光管バルブの内
面にマンガン付活アルミン酸塩けい光体ＢａＯ・６Ａｌ
₂Ｏ₃・Ｍｎからなるけい光体被膜を形成し、両端に熱
電子放出形のフィラメント電極（熱陰極）を封装し、こ
れら電極間の距離を１８０mmとした希ガス放電灯におい
て、バルブ内にキセノンＸｅガスを１００Torr程度封入
し、上記電極間にパルス電圧印加装置から周波数２０ｋ
Ｈｚ、周期５０μｓ、パルス幅２５μｓ（デューティ比
τ＝５０％）のパルス電圧を印加するようにしたパルス
点灯式の希ガス放電灯装置が提案されている。

【０００６】このようなパルス点灯式キセノン希ガス放
電灯は、パルス電圧印加装置から電極にパルス電圧を印
加すると電極間で放電が生じ、この放電によりキセノン
ガスが励起され、１４７nmの波長を主体とする紫外線を
照射する。そして、この場合、パルス休止期間にアフタ
ーグローが発生し、このアフターグローによってキセノ
ンイオンが再結合し、このパルス休止期間中にも紫外線
を照射するようになる。この結果、パルス印加中および
パルス休止中の両期間に跨がって紫外線が放出され、こ
のような紫外線はけい光体被膜で可視光に変換され、外
部に放出されるようになる。この結果として、パルス休
止期間のアフターグローにより放射される紫外線も活用
できていたので、発光効率が高くなっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなキセノン放電灯では、キセノンガスの封入圧を３０
Torr以下まで低くすると効率が低下する問題がみられ
た。この原因としては、従来の考え方は、アフターグロ
ーが生じなくなると考えられていた。

【０００８】しかし、本発明者の研究によれば原因が別
のところにあることが判った。すなわち、キセノンガス
圧を３０Torr以下まで低くすると、アフターグローの放
射強度のピークは低くなるものの、むしろ放射時間が長
くなり、放射の絶対量はあまり変わらないことが判っ
た。キセノンガス圧を低くした場合に放射時間が長くな
る理由は、キセノンの封入圧が低いと、放電空間中のキ
セノンイオンが減少し、よって衝突回数が減るからパル
ス休止期間中の再結合が短時間に終了しなくなるり、結
局放射時間が長くなる。

【０００９】しかし、従来の場合、キセノンガス圧を低
くすると上記放射時間が長くなる点を見落としていた。
このため、キセノン封入圧を低くした場合、アフターグ
ローの放射強度のピークが低くなる点のみに気を取ら
れ、放射量が減ることを心配してパルスの周波数を高く
し、パルス周期を短くしている。しかし、これはむし
ろ、アフターグローの途中で次のパルスを印加すること
になり、よってパルス休止期間に放射される紫外線を有
効に活用していないことになり、効率が低下することに
なる。

【００１０】一方、キセノンの封入圧を高くすると始動
電圧が高くなり、よって始動性が低下し、このため高い
パルスを印加しなければならなくなるから、パルス電圧
印加装置が複雑、大型化を招くなどの欠点もある。

【００１１】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、封入ガス圧が低く
ても効率の低下を抑制することができ、また始動性が良
好なパルス点灯式希ガス放電灯装置を提供しようとする
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、一対の電極を封装した発光管バルブ内にキセノンガ
スを主体とした希ガスを封入してなる希ガス放電灯と、
上記希ガス放電灯の電極間にパルス電圧を印加するパル
ス電圧印加装置と、を備えたパルス点灯式希ガス放電灯
装置において、上記バルブの内径ｄを１５．０mm以下と
し、上記キセノンガスの封入分圧Ｐを５≦Ｐ≦３０（To
rr) とし、かつ、上記パルス電圧のパルス周波数をｆ₁
とした場合、ｆ₁＝（０．７５〜１．５０）（０．３Ｐ＋５）１５／
ｄ（ｋＨｚ）であり、上記パルスのデューティ比τを０．０５〜０．
３５としたことを特徴とする。また、請求項２の発明
は、パルス周波数ｆ₁を５〜１５ｋＨｚにしたことを特
徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、パルス印加期間中にパ
ルス電圧印加装置から電極間に供給される電圧は正弦波
交流電圧であり、この正弦波交流電圧は上記パルス印加
期間中に２サイクル以上供給されることを特徴とする。
請求項４の発明は、バルブの内面にけい光体被膜を形成
したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明によれば、キセノンガスの封入圧を５〜
３０Torrの範囲に低くしてアフターグローの時間を長く
し、紫外線放射時間が長くなっても、周波数を低くして
パルス休止期間を長くしたので、休止期間の紫外線放射
を有効に利用することができ、発光効率の低下を防止す
ることができる。また、封入ガス圧が低くなるので始動
電圧を低くすることができ、始動性が向上する。

【００１５】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。図１はパルス点灯式キセノン放電灯
装置の全体の概略的な構造を示すもので、１はキセノン
希ガス放電灯、２はパルス電圧印加装置、３は電流制限
手段、４は始動回路である。上記キセノン希ガス放電灯
１は、内径ｄが１５mm以下、例えば１４．８mm、全長が
２３０mmに設定されたガラスバルブ１０の内面に、マン
ガン付活アルミン酸塩けい光体ＢａＯ・６Ａｌ₂Ｏ₃・
Ｍｎからなるけい光体被膜１１を設けてある。このバル
ブ１０の両端にフレアステム１２、１２を介して熱電子
放出形のフィラメント電極（熱陰極）１３、１３が封装
されている。この場合、電極１３、１３間の離間距離は
１８０mmとされている。このバルブ１０内にはキセノン
Ｘｅガスが５〜３０Torr、具体的に１０Torr封入されて
いる。バルブ１０の両端には口金１４、１４が被着され
ており、これら口金１４、１４にはそれぞれ電極１３、
１３と接続された口金ピン１５…が突設されている。上
記パルス電圧印加手段２は、上記口金ピン１５…を通じ
て電極１３、１３にパルス電圧を供給するようになって
いる。電流制限手段３は、上記放電灯１に流れる電流を
制限するものであり、適宜の抵抗やインピーダンス素子
を用いている。

【００１６】このような構成のパルス点灯式キセノン放
電灯装置においては、パルス電圧印加手段２から放電灯
１に供給するパルス電圧のパルス周波数ｆ₁を、発光管
バルブ１０の内径をｄ（mm）、封入キセノンのガス圧を
Ｐ（Torr）とした場合、ｆ₁＝（７５％〜１５０％）１５（０．３Ｐ＋５）／ｄ（ｋＨｚ）…（１）

【００１７】としてある。つまり、パルス電圧のパルス
周波数ｆ₁は、１５（０．３Ｐ＋５）／ｄの値の７５％
〜１５０％の範囲に規制してある。

【００１８】また、印加パルスのデューティ比τは０．
０５〜０．３５の範囲にしてある。このような数値的限
定は本発明者らの実験により得たものであり、以下実験
について説明する。まず、本発明者らは、バルブ１０に
封入するキセノンのガス圧を変えた場合のアフターグロ
ーの発生具合について調べた。実験に用いたキセノン放
電灯は、図１に示すように、内径１４．８mmの発光管バ
ルブの内面にマンガン付活アルミン酸塩けい光体ＢａＯ
・６Ａｌ₂Ｏ₃・Ｍｎからなるけい光体被膜を形成し、
両端に熱電子放出形のフィラメント電極１３、１３を封
装し、これら電極間の距離を１８０mmとした希ガス放電
灯であり、定格入力５Ｗである。

【００１９】図２は、封入ガス圧Ｐおよびパルス周波数
ｆ₁を変更した場合のアフターグローの発生具合と、発
光強度の関係を示す図である。同図において、（Ａ）図
は、本発明の適用外に該当するもので、キセノンの封入
圧を１０Torr、パルス周波数ｆ₁を２０ｋＨｚ、デュー
ティ比τを５０％とした場合である。この場合は、ガス
圧が低いので１４７nmの紫外線放射強度が比較的低い。
また、パルス周波数が高いので周期（Ｔ＝１／ｆ₁）が
短く、よって、アフターグローが消滅する前に次のパル
スが印加されるようになり、効率が低い。

【００２０】図２の（Ｂ）図も、本発明の適用外のもの
であり、キセノンの封入圧を１００Torr、パルス周波数
ｆ₁を２０ｋＨｚ、デューティ比τ５０％とした場合で
ある。この場合は、封入圧が高いので１４７nmの紫外線
放射強度は高い。しかし、キセノン封入圧が高いことか
ら、前述したように、放電空間中のキセノンイオンが増
加し、キセノンイオンの衝突回数が増すからパルス休止
期間中の再結合が短時間に終了し、キセノンイオンが短
時間に消滅し、アフターグローの時間が短くなる。よっ
て、紫外線放射強度の大きな放電がなされるが、これは
瞬間に消え、長続きせず、高い紫外線放射強度を維持し
ようとするには周期を短く、すなわち周波数を高くした
状態で放電を維持しなければならない。

【００２１】これに対し、図２の（Ｃ）図は、本発明に
該当するものであり、キセノンの封入圧を１０Torr、パ
ルス周波数ｆ₁を８ｋＨｚ、デューティ比τ２０％とし
た場合である。この場合は、封入圧が低いので１４７nm
の紫外線放射強度は比較的低いが、周波数を低くし、周
期（Ｔ＝１／ｆ₁）を長くするとともにデューティ比τ
を小さくしてあるから、パルス休止期間に生じるアフタ
ーグローの時間が長くなり、パルス印加期間の紫外線放
射、およびパルス休止期間のアフターグロー中の紫外線
放射の両方の紫外線放射を有効に活用することができ
る。このように、キセノン封入圧が低い場合は、放電空
間中のキセノンイオンが少なく、パルス休止期間中の再
結合が長時間に亘り継続するからアフターグローの時間
が長くなる。よって、紫外線放射が長く続き、このアフ
ターグロー期間中の紫外線放射を有効に利用することを
必要としている本発明の場合は、このように休止期間を
長くすればこの間の放射エネルギーを十分に利用でき、
発光効率が向上する。

【００２２】このようなアフターグローは、キセノンの
封入圧が５Torr未満では発生し難い。また、３０Torrを
越えると場合は従来の技術を利用すれば良いが、３０To
rr以下の場合に従来では効率の低下が見られるものであ
るから３０Torrであるのは本発明の前提条件である。そ
して、キセノン封入圧を３０Torr以下にすれば始動が容
易になり、始動電圧を下げることができ、始動性の改善
に有効である。よって、キセノンの封入ガス圧Ｐは５〜
３０Torrの範囲にするのがよい。

【００２３】次に、本発明者らは、キセノン封入ガス圧
Ｐを５〜３０Torrとした範囲で、その高い効率が得られ
るパルス周波数ｆの範囲を調べた。その結果を図３に示
す。図３においては、図１の構造のランプについて、デ
ューティ比τを２０％一定とし、ガス圧Ｐを変えた場合
の相対効率とパルス周波数ｆとの関係を示す。この特性
から、それぞれのランプで最高効率の得られるパルス周
波数が存在することが判る。ガス圧が異なるランプの最
高効率が得られる各ピーク周波数ｆと、封入ガス圧Ｐと
の関係を取り出すと、図４に示す特性が得られる。図４
の特性は、ピーク周波数ｆ₃＝０．３×Ｐ＋５ …（２）で示される。

【００２４】ここで、効率特性は最高効率の１０％程度
低い範囲まで許容される。しかし、封入ガス圧が３０To
rr以下の場合、図３の特性から、ピーク周波数ｆ₃より
も小さな周波数領域では効率の低下が著しく、またピー
ク周波数ｆ₃よりも大きな周波数領域では効率の低下は
緩やかである傾向が見られる。この結果、最高効率の１
０％以内の範囲は、ピーク周波数ｆ₃の７５％以上およ
び１５０％以下の範囲に設定すればよいことが判る。

【００２５】すなわち、発光効率に優れた印加パルス周
波数ｆ₄は、（２）式の７５％〜１５０％の範囲であ
り、よってランプに印加して高い効率が得られるパルス
周波数ｆ₄は、ｆ₄＝（７５％〜１５０％）×ｆ₃ ＝（７５％〜１５０％）０．３×Ｐ＋５＝（０．７５〜１．５）０．３×Ｐ＋５ …（３）となる。

【００２６】ところで、パルス放電の場合は、プラズマ
が放電空間の電極を結ぶ中心線の周囲に収斂する傾向が
ある。そしてバルブ径が小さくなると管壁への拡散が進
み、損失が増大し、ランプ電圧が上昇する。よって、バ
ルブ径が小さくなると効率が低下する傾向が生じる。こ
れを補うためにバルブ径が小さくなると、周波数を高く
する必要がある。図５は、バルブ径と効率がピークとな
る周波数との関係を示したもので、バルブ径の影響を補
正し、効率が高い範囲で発光効率に優れた印加パルス周
波数ｆ1 は、ｆ₁＝ｆ₄×１５／ｄ＝（７５％〜１５０％）×ｆ₃（１５／ｄ）＝（７５％〜１５０％）（０．３×Ｐ＋５）（１５／ｄ）＝（０．７５〜１．５）１５（０．３×Ｐ＋５）／ｄ …（１）に設定すればよいことになる。

【００２７】図６は、効率とデューティ比の関係を調べ
た特性図である。印加パルスのデューティ比τを小さく
するほど効率が向上する傾向にある。また、封入ガス圧
を１０Torr程度に低くした場合は、デューティ比が同じ
であっても、周波数を低くする方が効率は高くなる。

【００２８】しかしデューティ比τは０．０５〜０．３
５の範囲が望ましい。デューティ比τが０．０５未満で
あると瞬時に大電流を流すことになり、回路や電極に多
大な負担を強いることになり短寿命になる。またデュー
ティ比τが０．３５を越えると、休止期間が短くなり効
率が低下する。ただし、図６の特性からデューティ比は
相対的に小さいことが望ましく、デューティ比は、１０
〜２０％の範囲がよい。

【００２９】なお、本発明は上記実施例に制約されるも
のではなく、印加パルスの形態は、図７に示すように、
断続正弦波交流電圧であってもよい。断続正弦波交流電
圧とは、ある期間に正弦波交流電圧を印加し、これを矩
形パルス１回分とみなして１パルス印加期間とし、この
後所定の休止期間を設け、次に再び正弦波交流電圧を印
加するものであり、上記１パルス印加期間に２サイクル
以上の正弦波交流電圧を供給するものである。この場合
も、１パルス印加を基準とする周波数ｆ₁は、ｆ₁＝（７５％〜１５０％）１５（０．３×Ｐ＋５）／ｄ＝（０．７５〜１．５）１５（０．３×Ｐ＋５）／ｄ …（１）とし、デューティ比τは０．０５〜０．３５の範囲を満
足すれば、同様の効果が得られる。

【００３０】また、本発明は、封入する希ガスがキセノ
ンまたはキセノンを主体とした希ガスに限られるもので
はなく、クリプトン、ネオン、アルゴンなどであっても
よく、また、使用するガスに応じてランプの内面にけい
光体被膜を形成すればよい。また、本発明はランプの形
状に制約されるものではなく、直管形ランプの外に環形
けい光ランプやコンパクト形ランプ等であってもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、キ
セノンガスの封入圧を５〜３０Torrの範囲に低くしてア
フターグローの時間が長くなっても、周波数を低くして
パルス休止期間を長くしたので、休止期間の紫外線放射
を有効に利用することができ、よって従来の比べて発光
効率の低下を防止することができる。また、封入ガス圧
を低くするので始動電圧を低くすることができ、始動性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るパルス点灯式キセノン
放電灯装置の全体構造を示す構成図。

【図２】封入ガス圧とパルス周波数およびアフターグロ
ーとの関係を測定した結果を示す特性図。

【図３】封入ガス圧と発光効率およびパルス周波数との
関係を測定した結果を示す特性図。

【図４】ピーク周波数と封入ガス圧との関係を示す特性
図。

【図５】ピーク周波数と管径との関係を示す特性図。

【図６】発光効率と、デューティ比との関係を示す特性
図。

【図７】他の実施例のパルス形態を示す図。

【符号の説明】

１…キセノン放電灯２…パルシ電圧印加
装置３…ランプ電流制限手段４…始動回路１０…発光管バルブ１１…けい光体被膜１３…電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極を封装した発光管バルブ内に
キセノンガスを主体とした希ガスを封入してなる希ガス
放電灯と、上記希ガス放電灯の電極間にパルス電圧を印加するパル
ス電圧印加装置と、を備えたパルス点灯式希ガス放電灯
装置において、上記バルブの内径ｄを１５．０mm以下とし、上記キセノンガスの封入分圧Ｐを５≦Ｐ≦３０（Torr)
とし、かつ、上記パルス電圧のパルス周波数をｆ₁とした場
合、ｆ₁＝（０．７５〜１．５０）（０．３Ｐ＋５）１５／
ｄ（ｋＨｚ）であり、上記パルスのデューティ比τを０．０５〜０．３５とし
たことを特徴とするパルス点灯式希ガス放電灯装置。
【請求項２】上記パルス周波数ｆ₁は、５〜１５ｋＨ
ｚであることを特徴とする請求項１に記載のパルス点灯
式希ガス放電灯装置。
【請求項３】上記パルス印加期間中に上記パルス電圧
印加装置から電極間に供給される電圧は正弦波交流電圧
であり、この正弦波交流電圧は上記パルス印加期間中に
２サイクル以上供給されることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のパルス点灯式希ガス放電灯装置。
【請求項４】上記バルブの内面にけい光体被膜を形成
したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
かに記載のパルス点灯式希ガス放電灯装置。