JPS5845157B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧金属蒸気放電灯、特に、メタルハライドラ
ンプを点灯するための改良された点灯装置に関するもの
である。

メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプの始動電
圧は従来の水銀ランプに比べてせの電圧が高いために水
銀ランプ用の安定器を用いて商用２００Ｖ電源で点灯す
ることができなか′つた。

そこで、ランプ自身あるいは点灯装置に種々のＴ人をこ
らし、水銀ランプ用の安定器でも点灯ができる低電圧始
動形の高圧金属蒸気放電灯が実用化されてきている。

第１図は従来の水銀ランプ用安定器を使用して商用２０
０Ｖで高圧金属蒸気放電灯を点灯可能にした点灯装置の
１つの例を示す。

図から明らかなように、この点灯装置は常温において閉
じていて高温になると開く非スナツプ性の熱応動スイッ
チ４と熱応動スイッチ４を開くための発熱素子５と発熱
素子５に流れる電流を制御する抵抗器６とを直列に接続
してなる始動補助回路１２を発光管３に並列に接続し、
水銀ランプ用の誘導性安定器２を介して商用２００ｖの
電源１に接続するものである。

そして、始動補助回路１２と発光管３とは列前１内に設
置されている。

電源１を投入すると始動補助回路１２に電流が流れて発
熱素子５は発熱する。

発熱素子５によって加熱さ和た熱応動スイッチ４は開き
、発熱素子５に流れる電流は遮断される。

従って、熱応動スイッチ４は冷却されて再び閉じようと
する。

この熱応動スイッチ４が開く時はよく知られて（１）る
ように誘導性安定器２の両端間に単一の高圧パルスが発
生ずる。

しかし、この単一の高圧パルスでは高圧金属蒸気放電灯
、特にメタルハライドランプはなかなか点灯し得ない。

ところが、熱応動スイッチ５が冷却されて閉じる際に、
熱応動スイッチ４のチャタリング現象により第３図に示
す如く電源電圧の半サイクル毎に多数の高周波パルスが
重畳し、この状態がかなりの時間接続する。

第３図に示す時間ｔはこの高周波パルスの持続時間であ
り、通常０．０１〜数秒のオーダーである。

この高周波パルスの持続によりメタルハライドランプは
比較的に低いパルス電圧（Ｖｐ）で始動が可能となる。

第２図ａ、ｂは第１図における熱応動スイッチ４の構成
の一具体例を示したものである。

第２図ａはその正面図であり、第２図すはその側面図で
ある。

熱応動スイッチ４は難溶性金属棒からなる接点棒８，８
′、バイメタル板９、支持金具１０゜１０′、支持金具
１０．１０’を固定する絶縁体１１から構成されている
。

接点棒８，８′は純タングステン棒が使用されている。

支持金具１０．１０’と絶縁体１１は例えばＭ。

線とＭ。ガラスとの組合せあるいはコバールとコバーフ
レガラスとの組合せ等からなる。

さて、この点灯装置の性能として最も重要なことは高周
波パルスの持続時間ｔ（第３図参照）と高周波パルスの
振幅Ｖ （第３図参照）とであり、これらの値によって
ランプの始動の信頼性が左右さ和る。

すなわち、接続時間ｔが長い程、また、高周波パルスの
振幅Ｖ が大きい程点灯装置の始動性能の信頼性は向上
する。

たたし、高周波パルスの振幅Ｖ、力状きくなり過ぎると
安定器、口金等配線器具の耐絶縁性能の低下を早める欠
点があるのでその値は５ＫＶ以下位に抑える必要がある
。

それゆえに、始動性を良くするためにはもっばら高周波
パルスの持続時間ｔを確実に長くすることができる伺ら
かの対策が望まれてきた。

したがって、本発明の目的は上述した点灯装置の始動性
能の信頼性を高めるため高周波パルスの持続時間を確実
に長くできる新規な点灯装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明においては上述した点
灯装置における熱応動スイッチの接点棒を難溶性でかつ
、仕事関数が３．５ｅＶを超えない金属材料によって構
成したことを特徴としている。

本発明は次のような知見にもとづいてなされたものであ
る。

すなわち、熱応動スイッチが開き、次に冷却されるため
接点棒が閉じようとする。

この時、つまり、接点棒が近づいて来て接点棒間の距離
が極めて小さくなってくると接点棒間の電界強度が非常
に大きくなる。

接点棒の材質によって決まる仕事関数の小さいものほど
この大きな電界により電子が引きだされ易くなり、接点
棒同志が接触する前に接点棒間で放電が起る。

この放電によりバイメタル板が加熱され接点棒間が引き
離されて０）＜と放電がとまり、また接点棒が近づく。

極めて狭い接点棒間でこの現象が繰返されるために高周
波の放電を繰返すことになる。

これが高周波パルスの継続時間を長くする推測理由であ
る。

もちろん、高周波パルスを継続的に発生させるためには
接点棒同志が放電により溶着しないことが必要で、その
ため、タングステンのような難溶性を示す接点材料であ
ることが必須である。

これに対して、仕事関数の大きな材料で接点棒を構成し
た場合は接点棒が近づいても電子の放出がほとんどない
ために接点棒同志は完全に接触する。

その時、電流により接点面間で溶着が起り、その後バイ
メタル板が加熱されることによるエネルギーで一瞬の間
に離れる。

この時に単一のパルスを発生し、次にまた冷却されるた
め接点棒が近づくことを繰返すのみである。

つまり、単一パルスしか発生し得ないのでパルスの継続
時間が極めて短時間となる。

かかる本発明の特徴的な構成によれば、高圧金属蒸気放
電灯の始動に必要な高周波パルスの持続時間が確保され
るために点灯装置の始動性能の信頼性を大幅に向上する
ことができた。

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第４図は横軸に高周波パルスの継続時間（秒）を対数目
盛でとり、縦軸に相対発生割合（係）をとった座標上に
おける各接点棒の金属材料の種類による分布図を示した
ものである。

相対発生割合は次のように定義する。

同一試料について各２００回（全試験回数）の点灯試験
を行ない、それぞれの時の高周波パルス継続時間を継続
時間が１秒以上の場合は１秒毎に、０．１秒以上１秒未
満の場合は０．１秒毎に、０．１秒未満の場合は０．０
１秒毎に区切った時にそれぞれの持続時間に該当する回
数を求め、この回数の全試験回数に対する百分率によっ
て表わしたものである。

各分布はこのようにして求めた百分率を示す棒グラフの
先端を結んだものである。

点灯試験に使用した点灯装置は第２図に示した熱応動ス
イッチ４を有する第１図に示した装置である。

これらの図において、抵抗器６の抵抗値は３００Ｑ、商
用電源１の電圧は２００■、接点棒８，８′の直径１ｍ
ｍとし、メタルハライドランプを点灯するものである。

さて、第４図において、曲線１３は接点棒８゜８′の材
料として純タングステン棒（仕事関数：４．５ｅＶ）を
用いた場合の分布を示したものであり、そのパルス継続
時間は長くてもｏ、ｉ秒程度であり、しかもその発生割
合は極めて低い。

そして、最も発生割合の高いパルス継続時間はｏ、ｏｉ
秒付近である。

曲線１６は接点棒８，８′の材料としてモリブデン棒（
仕事関数： ４．３７ ｅＶ）を用いた場合の分布を示
したものであり、そのパルス継続時間の分布曲線は曲線
１３で示した純タングステンの場合のそれと比べて継続
時間が僅かに長くなる。

これに対して、曲線１８は接点棒８，８′の材料として
ハフニウム棒（仕事関数： ３．５ ｅＶ）を用いた場
合の分布を示したものである。

そのパルス継続時間は長い時で約２秒に亘り、最も発生
割合の高いパルス継続時間は０．１秒付近である。

この値は曲線１３．１６で示した純タングステンの場合
のそれの約１０倍である。

次に、曲線１４は接点棒の材料として酸化ジルコニウム
を１重量多含有したタングステン棒（仕事関数：３．１
４ｅＶ）を用いた場合の分布を示したものである。

そのパルス継続時間は長い時で約３秒に亘り、最も発生
割合の高いパルス継続時間は０．２秒付近である。

この値は曲線１３．１６で示した純タングステン、モリ
ブチ゛ンの場合のそれの約２０倍であり、曲線１８で示
したハフニウムの場合のそれの約２倍である。

曲線１５は酸化トリウムを２重量多含有したタングステ
ン棒（仕事関数：２．６ｅＶ）を用（・）た場合の分布
を示したものである。

そのパルス継続時間は長い時で約６秒に亘り、最も発生
割合の高いパルス継続時間は０．４秒付近である。

この値は曲線１８で示したハフニウムの場合のそれの約
４倍であり、曲線１４で示した酸化ジルコニウム含有タ
ングステンの場合のそれの約２倍であり、そして、曲線
１３゜１６で示した純タングステン、モリブデンの場合
のそれの実に約４０倍である。

次に、ハフニウム棒の場合、接点棒の直径を変化させた
場合の実験を行ない、直径が１ｍｍの他に、０．８ｍｍ
、１．２ｍｍ、１．４ｍｍ の３種類についても同様の
実験を行った。

その結果、第４図の曲線１８で示した直径１ｍｍの場合
と全く変らないことがわかった。

酸化トリウム含有のタングステン棒の場合はさらに次の
２つの実験も行なった。

そのうちの１つは酸化トリウムの含有量を４重量饅と増
加させた場合の実験である。

もう１つの実験は接点棒の直径を変化させた場合の実験
であり、直径が１ｍｍの他に、０．８ ｍｍ ｍ １．
２ ｍｍ ＊ １．４ｍｍの３種類についても実験を行
なった。

この２つの実験結果を第４図のような座標面上にそれぞ
れについて描いたところ、曲線１５で示した直径１ｍｍ
、２重量多含有の場合と全く変らないことがわかった。

また、酸化ジルコニウム含有のタングステン棒の場合も
さらに次の２つの実験を行なった。

そのうちの１つは酸化ジルコニウムの含有量を２重量係
と増加させた場合の実験である。

もう１つの実験は接点棒の直径を変化させた場合の実験
であり、直径がｌｒｎｍの他に、０．８ｍｍ、１．２ｍ
ｍ、１．４ｍｍの３種類についても実験を行なった。

この２つの実験結果を第４図のような座標面上にそれぞ
れについ−Ｃ描（１）たところ、曲線１４で示した直径
１ ｒｎｍ 。

１重量饅含有の場合と全く変らないことが確認された。

なお、上述した酸化トリウムあるいは酸化ジルコニウム
含有タングステン棒において酸化トリウムあるいは酸化
ジルコニウムの含有量が各２種類と少ない理由は含有量
をさらに高めると含有タングステン棒の加工性が極めて
悪くなり、実用的でなくなることと、上述のように含有
量を倍にしても継続時間が全く変らな０）ということは
僅かな含有量でもって継続時間が決ってしまう（つまり
、僅かな含有量でもってその材料の仕事関数が決定して
しまい、この仕事関数は含有量の大小に影響されないと
推測される）ことによる。

また、接点棒の直径を変化させてもパルス継続時間に影
響を与えないことは少々の熱容量の変化（接点棒の長さ
は熱応動スイッチによりほぼ一義的に定まり、これを変
化させることは実際的でない。

）があってもパルス継続時間の長・短には無関係である
ことを示して０）る。

ところで、高圧金属蒸気放電灯、とくにメタルハライド
ランプの場合はパルス継続時間が０．１秒未満になると
その始動性は急激に悪くなり、パルスの振幅を大きくし
てもよくならないことが過去における種々の実験から判
明している。

従って、パルスの継続時間は０．１秒以上であることが
必要である。

このような観点から第４図を見た場合、曲線１３．１６
で示した純タングステン、モリブデンの場合はメタルハ
ライドランプを点灯できる確率は非常に小さいことがわ
かる。

第５図は横軸に接点棒材料の仕事関数（ｅＶ）を、そし
て縦軸に高周波パルスの単純平均の継続（秒）の対数目
盛をそれぞれとったのグラフを示す。

ここで、単純平均の継続時間は第４図の曲線１３−１６
．１８においても最も発生割合の高いパルス継続時間、
すなわち、各曲線のピーク時にパルス継続時間に相当す
るものである。

すなわち第４図の各曲線から明らかなように、パルスの
相対発生割合は、そのピーク値の左右にほぼ対称に分布
しているので、前記した単純平均の継続時間はこのピー
ク値に対応するパルス継続時間と略一致している。

この結果、第５図の曲線１７は接点棒の材料の仕事関数
とパルスの継続時間にの間に非常に密接な関係があるこ
とを示している。

そして、曲線１７はまたメタルハライドランプを点灯す
るのに必要ｒ、、ｌ：０．１秒以上のパルス秒読上間を
得るために仕事関数が３．５ｅＶ以下の接点材料を用い
ることが必要であることを示している。

なお、上述した接点棒は接点棒同志間のチャタリング現
象において互に溶着しｆｌ（１）こと、つまり、難溶性
を有することが絶対に必要であることは言うまでもない
。

さらに、上記実験例では最適な接点材料としてハフニウ
ム、酸化トリウム含有のタングステンと酸化ジルコニウ
ム含有のタングステンとの３つをあげたがこれらは単な
る例示であって、要は第５図に示した如く、その仕事函
数が３．５ｅＶ以下であり、かつ、タングステンのよう
に難溶性を示す金属材料であれば他のものでもよいこと
はもちろんである。

以上述べた如く本発明による接点材料からなる接点棒を
有する点灯装置はパルス継続時間を確実に長くすること
が可能となり、点灯装置の始動性能の信頼性を大幅に向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用した点灯装置の回路図、第２図は
第１図において使用した熱応動スイッチの構成図、第３
図は第１図の回路が発光管に印加するパルス電圧波形図
、第４図は接点材料によるパルス継続時間の違いを示す
分布図、第５図は接点材料の仕事関数とパルス継続時間
との関係を示すグラフである。 １・・・・・・２００ｖ商用電源、２・・・・・・２０
０Ｖ水銀ランプ用安定器、３・・・・・・発光管、４・
・・・・・熱応動スイッチ、５・・・・・・発熱送子、
６・・・・・・抵抗器、８，８′・・・・・・接点棒、
９・・・・・・バイメタル板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 常温において閉じて高温において開き、かつ、接点
   棒を有する熱応動スイッチと上記熱応動スイッチの開閉
   を制御するための発熱素子と上記発熱素子にＵする電流
   を制御するための抵抗器とを直列に接続した始動補助回
   路を発光管に対して並列に接続してなる放電灯を誘電性
   安定器を介して電源に接続する放電灯点灯装置において
   、 上記熱応動スイッチの上記接点棒が難溶性であり、かつ
   、仕事関数が３．５ｅＶを超えない金属材料からなるも
   のであることを特徴とする放電灯点灯装置。 ２ 上記金属材料が酸化トリウム含有のタングステンで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放電
   灯点灯装置。 ３ 上記金属材料が酸化ジルコニウム含有のタングステ
   ンであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   放電灯点灯装置。