JPH0630243B2 - 高圧放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、高圧放電ランプを高周波点灯する高圧放電灯
に関する。

（背景技術） 第１図は従来の高圧放電ランプの一例を示し、石英ガラ
ス等で形成された発光管１の両端には電極２ａ，２ｂが
対向して配設され、該両電極２ａ，２ｂは封止部３ａ，
３ｂに封入されたモリブデン箔等の金属箔４ａ，４ｂに
接続されている。金属箔４ａ，４ｂは発光管１の支持も
兼ねる支持導線５ａ，５ｂに接続されており、発光管１
は固定治具６ａ，６ｂを介して支持導線５ａ，５ｂに固
定されている。支持導線５ａ，５ｂは口金７を介して外
部回路に接続される。また、発光管１内には希ガス及び
発光物質が適量封入されており、発光管１を被う外管８
内にはガスが封入され、外管８の内面には螢光体９が塗
布されている。

かかる従来の高圧放電ランプを高周波電源で点灯する
と、発光効率が向上すると共に、点灯回路の電子化によ
る安定器の小型・軽量化、低損失化が図れるという利点
がある。しかし、一方では発光管内の音速と発光管形状
で決定される特定の周波数で音響的共鳴現象が発生し、
アーク柱の湾曲、揺らぎ、立ち消え、発光管の破壊等が
発生するといった欠点がある。

安定に点灯するためには、高圧放電ランプが安定に点灯
する周波数域を選択して点灯（例えば特開昭５４−９１
９７１号公報参照）すれば良いが、安定に点灯する周波
数域はランプの種類によって異なり、また、同一種類の
ランプに対しても、ランプ個体間にばらつきが有るた
め、特定の周波数を設定するのは困難であった。

また、 100ｋHz以上の周波数での高周波点灯、直流点灯
（例えば特開昭５７−６１２９５号公報参照）、矩形波
点灯（例えば特開昭５７−６１２９４号公報参照）等に
より音響的共鳴現象を回避する方法が提案されている
が、かかる点灯方法においては、回路構成の複雑化や放
射電波雑音の発生等の問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上記欠点を除去するために成されたもので、
その目的とするところは、高周波点灯時に、音響的共鳴
現象による不安定なアークが発光管に発生しない高圧放
電灯を提供するにある。

（発明の開示） 本発明は、管端部と管中央部との境界に突起を有する発
光管を持つ高圧放電ランプを、周波数変調方式で高周波
点灯することにより、点灯時に発生する音響的共鳴現象
を回避したことを特徴とする。

まず、音響的共鳴現象について説明する。音響的共鳴現
象は、発光管形状と封入物質で決まる固有振動数と、入
力電力の時間変化による発光管内の圧力変動とが一致し
た時に定在波が立つために生じる共鳴現象である。

発光管を円筒形状と仮定し、円筒座標系（ｒ，θ，ｚ）
を考える。なお、ｒは径方向、θは周方向、ｚは軸方向
の座標を表す。かかる場合、上記各方向に対する共鳴現
象の基本周波数Ｆｒ，Ｆθ，Ｆｚは、次のようになる。

ｒ方向共鳴：Ｆｒ＝3.83Ｃ／（２πＲ） θ方向共鳴：Ｆθ＝1.84Ｃ／（２πＲ） ｚ方向共鳴：Ｆｚ＝Ｃ／（２Ｌ） ただし Ｌは発光管長。

Ｒは発光管の半径。

Ｃは発光管内の音速であり、管内封入物と管内温度で決
まる。

γ＝定圧比熱／定積比熱 Ｐ＝気体定数 Ｔ＝発光管内温度 Ｍ＝封入気体の平均質量 そして、この基本周波数の整数倍の周波数で共鳴現象が
発生する。音響的共鳴現象が発生すると、共鳴現象によ
って生じた力が、アーク柱自体が有する安定放電を持続
させようとする力に打ち勝って、アーク柱が変形する。

そこで、本発明者らは種々の発光管形状を持つ高圧放電
ランプを試作し、これらのランプを種々の高周波点灯方
式で点灯することにより、音響的共鳴現象発生の有無を
検討したところ、以下のことが判明した。

一般に、高周波点灯をするときには、可聴周波数領域を
避けて点灯する。また、 100ＫHz以上の周波数で点灯す
ると放射電波雑音が発生して問題となる。そこで、点灯
方式として20KＨz以下及び 100ＫHz以上の周波数を含ま
ない領域で周波数変調方式により点灯したところ、音響
的共鳴現象の回避に有効であることが判明した。第２図
はかかる実験に用いた高圧放電灯点灯装置の一例を示す
回路図で、図中ＤＣは直流電源、ＦＭは周波数変調信号
発生装置、ＳＷはスイッチング素子、Ｚは限流要素、Ｌ
Ａは高圧放電ランプ、ＣＯはコンデンサである。

次に、種々の発光管形状を持つ 250Ｗの高圧放電ランプ
を上記点灯方式で点灯したところ、発光管の管軸方向端
部（以下、管端部という）の形状が音響的共鳴現象と大
きな関係があることが判明した。すなわち、管端部形状
が略平坦であれば、音響的共鳴現象は回避できることが
判明した（特願昭５９−２６５０５２号）。

本発明は上記発見に基づいてなされたもので、以下、本
発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。

種々の発光管形状の中で、製造上、最も容易な円筒形状
であって、管端部の形状を変化させた各種の高圧放電ラ
ンプによる実験結果を第３図および第４図(a)、(b)、
(c)に比較して示す。なお、同図において横軸は点灯周
波数の中心周波数［ＫHz］であり、縦軸は周波数変調幅
［ＫHz］である。また、×印は音響的共鳴現象が生じた
場居、○印は音響的共鳴現象が生じなかった場合を示
す。

第３図は従来例に係るもので、管端部形状が略球状で、
曲面部寸法Ｌｒ_１（第５図参照）が約１mmの場合であ
る。同図より従来例では、音響的共鳴現象を回避するこ
とは殆どできないことがわかる。第４図(a)は管端部形
状が略球状で、曲面部寸法Ｌｒ_１が従来例の略半分の６
mmであり、より平坦な形状に近づいている。この場合に
は、音響的共鳴現象を回避する領域が、従来例の略２倍
にまで広がっており、管端部形状を平坦に近づけること
の効果が現れている。

次に、第４図(b)に示すものは、管端部形状は単なる球
状ではなく、管端部と管中央部との境界に管周に沿って
突起１０（第５図(b)参照）を設けたもので、曲面部寸
法Ｌｒ_２（第５図(b)参照）は第４図(a)と同様６mmとし
たものである。この場合には、音響的共鳴現象を回避す
る領域が第４図(a)の場合よりも更に広くなる。

また、第４図(c)に示すものは、管端部と管中央部との
境界の一部に突起１１（第５図(c)参照）を設けたもの
で、曲面部寸法Ｌｒ_３（第５図(c)参照）は第４図(a)と
同様６mmとしたものである。この場合には、音響的共鳴
現象を回避する領域が更に広くなる。

なお、第５図(a)は第３図および第４図(a)で用いた発光
管の形状、寸法を示すものであり、第５図(b)は第４図
(b)で用いた発光管の形状、寸法を示すものであり、第
５図(c)は第４図(c)で用いた発光管の形状、寸法を示す
ものである。寸法はそれぞれ下記の通りである。

管内径Ｄ：１５mm 曲面部寸法Ｌｒ_１ 第３図に示すもの：１１mm 第４図(a)に示すもの：６mm 曲面部寸法Ｌｒ_２ 第４図(b)に示すもの：６mm 曲面部寸法Ｌｒ_３ 第４図(c)に示すもの：６mm 電極間距離Ｌｐ：５５mm 突起部寸法Ｌｃ 第４図(b)に示すもの：３mm 第４図(c)に示すもの：３mm なお、一般に、発光管には管内を排気し必要な封入物質
を封入するために、排気管が発光管１の中央部付近に設
けられている（第６図(a)に示す符号１２が排気管をチ
ップオフした後にできる突起である）。この排気管を管
端部と管中央部との境界に設け、排気・封入後、チップ
オフすると第６図(b)に示す突起１２ができ、前記突起
と同等の効果を奏する突起となり、前記同様音響的共鳴
現象を回避することが可能となる。

また、上記実験結果は高圧放電ランプを垂直点灯した場
合のデータであるが、一般に、水平点灯の場合には、ア
ークに働く浮力がアーク安定化の力として働くので、音
響的共鳴現象によるアークの変形は、垂直点灯の場合よ
りも発生し難く、従って、本発明は点灯方向（垂直、水
平、傾斜）に関わりなく効果がある。更に、垂直点灯の
場合には少なくとも下側の管端部が本発明に係る形状で
あればよい。

（発明の効果） 本発明は上記のように、管端部と管中央部との境界に突
起を有する発光管を持つ高圧放電ランプを、周波数変調
方式で高周波点灯することにより、音響的共鳴現象を回
避することが可能となり、アーク柱の湾曲、揺らぎ、立
ち消え、発光管の破壊等が防止でき、安定した点灯を維
持することができる高圧放電灯を提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高圧放電ランプを示す正面図、第２図は
本発明に用いる周波数変調点灯装置の一例を示す回路
図、第３図は従来例に係る実験結果を示す図、第４図
(a)〜(c)はそれぞれ本発明に係る実験結果を示す図、第
５図(a)〜(c)は上記実験に用いた発光管の形状を示す正
面図、第６図(a)は従来の発光管を示す正面図、第６図
(b)は本発明に係る異なる発光管形状を示す正面図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管端部と管中央部との境界に突起を有する
   発光管を持つ高圧放電ランプを、周波数変調方式で高周
   波点灯したことを特徴とする高圧放電灯。
2. 【請求項２】排気チップオフ部を上記突起とした特許請
   求の範囲第１項記載の高圧放電灯。