JPS6029189B2 - 高圧放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高圧放電灯において、高圧水銀蒸気圧下での
始動電圧を低下させることにより、再始動時間を短縮す
るものである。

一般に、高圧水銀ランプ、メタルハラィドランプなどの
高圧放電灯においては、ランプ点灯中に発光管内の水銀
蒸気の圧力が数気圧にも達しているために、電源電圧の
一時的な降下などにより、ランプが一旦消えると、電源
電圧が正常に復帰しても、ランプは直ちに始動できず、
発光管の温度が低下して、発光管内の水銀蒸気の圧力が
、放電開始可能な状態に低下するまで点灯不可能なもの
であった。

この様にランプが一旦消えて、次に放電が開始できるま
での時間は再始動時間と呼ばれ、高圧水銀ランプにおい
ては３〜５分間、メタルハラィドランプにおいては８〜
ＩＢ分間の再始動時間が必要である。この様に長い再始
動時間を要する高圧放電灯にあっては、非常に使い勝手
の悪し、ものであった。この長い再始動時間を短縮して
、瞬時に再始動せしめるためには、従来１０ＫＶ〜３弦
Ｖの高電圧を電極間に印加して強制的に再始動せしめる
方法が用いられていた。

ところがこの方法は印加電圧が極めて高いために、ラン
プ、点灯装置ともに特別の専用のものが必要であり、高
価である上に大形となり、かつ、高電圧のために点灯装
置の設置に当り、その取り扱いに大きな制数があった。
この発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、２
個の主電極を発光管の同じ側の織部に封止し、発光管内
に対向して設け、さらに一方の主電極のみと接続してフ
ィラメントを設け、このフィラメントと接続されていな
い主電極とフィラメントの最短距離を、この発光管が点
灯しているときにできるアークスポット間の距離８０〔
％〕以下にし、１００〔Ｔｏｍ〕以上の高い水銀蒸気圧
での再始動に際して、フィラメントに通電し、加熱した
状態で、上言己電極間に所要な電圧を印加し、フィラメ
ントに接続されていない主電極とフィラメントの間で放
電を起した後、両主電極間に放電が移るようにして始動
させることにより、放電の開始を著しく容易にして、再
始動時間を短縮し、かつ、再始動に必要な電圧を著しく
低下せしめた新規な高圧放電灯を提供するものである。
以下にこの発明の一実施例を図示に基づいて説明する。
第１図は従来の高圧放電灯の概略回路図を示し、第２図
はこの発明の高圧放電灯の概略回路図を示し、第３図は
この発明の高圧放電灯の一部分である発光管部分を示す
。第１図において、両端に主電極２，３を設け、主電極
２に隣接して補助電極４を設けた高圧水銀ランプの製発
光管１の内部には所要量の水銀と始動補助用ガスである
アルゴンが適量封入されている。

主電極２，３は各々リード８，９を介して点灯装置１２
に接続されている。補助電極４はＩＪ−ド７および数１
０〔ＫＱ〕の始動抵抗６を介してリード９に接続されて
いる。１１は発光管１を内蔵した透光性外管を示す。

この様に構成された高圧水銀ランプを第１図に示すごと
く、安定器１２を介して電源１３に接続し、電圧を印加
すると、まず、主電極２と補助電極４の間でグロー放電
が発生し、始動抵抗６により制御された電流が流れ、こ
の放電の助成効果により、主電極２，３間の放電が速や
かに開始する。主電極２，３の電流（ランプ電流）は、
安定器１２によって制御される。そして放電開始後約５
分で安定点灯状態になる。点灯中の発光管１内の水銀蒸
気の圧力は約５気圧に達し、主電極２，３間の高圧水銀
放電が安定に維持される。この様にして高圧水銀ランプ
が安定点灯状態になるが、この安定点灯状態にあって、
例えば電源電圧の一時的な降下などにより、ランプが一
旦消灯してしまうと、電源電圧が正常に復帰しても発光
管１の水銀蒸気の圧力が数気圧にも達しているために、
直ちにこの高圧水銀ランプは放電を開始することはでき
ない。

一般に高圧水銀ランプの場合は、消灯してから再び放電
が開始するまでの再始動時間は３〜５分間を必要とし、
この間に発光管の温度が下がり、それに従って水銀蒸気
圧が低下し、発光温度が点灯中の約６００ｏＣから約１
５００Ｃに低下してはじめて再始動が可能になる。

この時の発光管内の水銀蒸気圧は約３ 〔Ｔｏｎ〕である。

安定点灯中の高圧水銀ランプを消灯してからの経過時間
と放電開始電圧の関係を測定すると第４図に示すような
特性を示す。

消灯直後から時間の経過につれて放電開始電圧は上昇し
、約１分後に最大値に達し、放電開始電圧は８〔ＫＶ〕
を越える高電圧になる。つまり、この状態で放電を開始
せしめるためには８〔ＫＶ〕を越える高電圧を印加する
必要がある。

さらに時間が経過すると、今度は放電開始電圧は徐々に
低下し、約４分以上経過すると通常の電圧（例えば２０
０Ｖ）で放電開始可能になり、ランプは再始動する。従
って、消灯から任意の経過時間においてランプを再始動
せしめるためには、点灯装置に８〔ＫＶ〕を越える電圧
を発生する装備を備えておかなければならない。

この所要印加電圧はランプの種類および大きさ（ワット
）によって異なり、実用的には１０〔ＫＶ〕〜３５〔Ｋ
Ｖ〕の高電圧が必要である。発明者らは、この高い再始
動電圧の原因である発光管内の水銀蒸気圧とランプの放
電開始電圧の関係を詳細に検討した結果第５図の関係を
得た。

水銀蒸気の圧力が約１び〔Ｔｏｍ〕以下、つまり発光管
の温度が約１８０〔℃〕以下の場合は、水銀蒸気圧の上
昇につれて放電開始電圧は緩やかに上昇し１び〔Ｔｏｎ
〕を越えると上昇が大きくなり、更に、約１ぴ〔Ｔｏｎ
〕以上つまり、発光管温度が約２６０ＣＯ〕以上になる
と急激に上昇し、通常の電圧では放電の開始が不可能に
なる。常温におけるランプの始動の際の発光管内の水銀
蒸気の圧力は約１０‐３〔Ｔｏｎ〕であり、この水銀蒸
気圧の範囲ではランプの放電開始電圧は低いので、通常
の電圧でランプは放電を開始する。

しかし、再始動に際しては、安定点灯中の発光管内の水
銀蒸気圧は数気圧〜十数気圧に達していて、放電開始電
圧が極めて高いために、通常の電圧では放電を開始しな
い。従って、消灯後の発光管の温度が徐々に低下し、約
１５０ｏ０以下つまり、水銀蒸気圧が数Ｔｏｒｒ以下に
低下し、放電の開始が可能になるのを待たなければなら
ない。発光管内の水銀蒸気圧が数Ｔｏｎ以下に低下する
のを待たずに、再始動時間の短縮を図るために水銀の高
い蒸気圧下で放電を開始せしめるには、著しく高い電圧
をランプに印加しなければならない。

特に、水銀の蒸気が１００〔Ｔｏｒｒ〕以上の場合は急
激に放電開始電圧が上昇して、通常の電圧で放電を開始
することはできない。

発明者らは１００〔Ｔｏｎ〕以上の高い水銀蒸気圧下の
放電開始を比較的低い電圧で行わしめる方法について種
々検討した結果、２個の主電極を発光管の同じ側の端部
に封止し、かつ、一方の主電極のみと接続したフィラメ
ントを設け、このフィラメントに接続されていない主電
極とフィラメントの最短距離をこの発光管が点灯してい
るときにできるァ−クスポット間の距離の８０〔％〕以
下にして近づけておくことにより、再始動に際してまず
、フィラメントに通電加熱し、その結果フィラメントと
フィラメントに接続されていない主電極とフィラメント
の間で放電が起り、その放電が両王電極間に移るように
して始動させる方法が極めて有効であることを発見した
。

この発明の一実施例を示す第２図、第３図において、石
英製発光管１は内部に２個の主電極２，３がその中心軸
がほぼ平行になるように設置され、主電極２にはタング
ステン線から成るフィラメント５が接続され、このフィ
ラメント５はその発光管中央方向の先端が上記主電極２
，３の該方向先端より端都側に位置している。

さらに、フィラメント５のもう一方の端と上記両主電極
２，３はそれぞれモリブデン箔１４，１５，１６に接続
され、この部分で一緒に上記発光管１に封止されている
。この発光管１の内部には所要量の水銀と始動補助用ガ
スであるアルゴンが適量封入されている。上記フィラメ
ント５の一方の端と上記両王電極２，３はそれぞれモリ
ブデン箔１４，１５，１６とりード１０，８，９を介し
て点灯装置１２に接続されている。１１は上記発光管１
を内蔵した透光性外管を示す。

なお、上記両王電極２，３のＡ点とＢ点との距離は１．
１〔肌〕、上記フィラメント５と上記主電極３の最短距
離６は３〔肋〕に構成されている。このように構成され
たこの発明の高圧水銀ランプを第２図に示すごとく、安
定器１２を介して電源１３に接続し、電圧を印加すると
、直ちに主電極２，３間の放電が開始し、点灯装置１２
で制御された電流が主電極２，３間を流れる。

そして放電開始後約５分で安定点灯状態になる。この安
定点灯状態では第３図に示すＡ点とＢ点が放電の起点で
あるアークスポットになっている。これは、アークが管
壁近傍では冷却されるため管壁から離れようとして、そ
のため管壁から離れている主電極の先端であるＡ点とＢ
点にア−クスポットができる。点灯中発光管１内の水銀
蒸気の圧力は約７気圧に達し、主電極２，３間の高圧水
銀放電が安定して維持される。

上記の構成を有するこの発明の高圧水銀ランプが一旦消
灯した後の再始動に際しては、先ずフィラメント５にリ
ード１０と８により点灯装置１２から電流を流し、フィ
ラメントを加熱し、熱電子が放出するような状態にして
おいて、主電極２，３間に電圧を印加せしめると、一方
の主電極２に接続されているフィラメント５ともう一方
の主電極３の間（図に６で示す）で補助放電が起り、そ
の補助放電が発光管１から離れるように発光管１中心に
向って動き、フィラメント５の主電極３に一番近い部分
にあったアークスポットもフィラメント５にそって発光
管１中心に移動し、やがて主電極２の先端Ａ部分まで移
動し安定する。そして、さらに数分経過して完全な安定
点灯状態になる。この実施例においてはフィラメント５
と主電極３の間の距離６を３〔側〕、フィラメント５と
通電時のフィラメント５の温度を約１９００〔℃〕とし
てあり消灯後いつ通電しても主電極間にかかる電圧が電
源電圧である２００〔Ｖ〕以下で補助放電を開始した。

またこの実施例では主電極間距離に相当する安定点灯時
にアークスポット間距離（図のＡＢ間距離）が１．１〔
肌〕であったが、補助放電は速やかに主放電へと移行し
、やがて所定の放電電圧になって安定点灯状態となった
。このようにして２００〔Ｖ〕以下で再始動すると、特
別な高電圧を発生するための回路が不要なばかりでなく
、誤った取り扱いをした場合の感電の被害を小さくする
効果や、引火性雰囲気でのスパークによる爆発の危検を
４・さくする効果があり、安全上も好ましい。また、フ
ィラメント５を主電極２の後ろ側に置いたり、フィラメ
ント５と主電極３との距離を両王電極にできるアークス
ポット間の距離の８０〔％〕より大きくしたランプも試
作したが、フィラメント５と対向主電極３との距離が大
きいため、上記実施例のような低電圧では再始動しなか
った。

また、主電極間の距離を小さくしてフィラメント５と主
電極との距離を８０〔％〕に保つたまま短か〈したラン
プを作ったが、それでも上記実施例ほどの効果がなかっ
た。これはフィラメント近傍に主電極があると熱電子放
出がじやまされるものと思われる。しかし、そもそも主
電極間距離を小さくすると、安定点灯状態での放電電圧
が低下してしまい好ましくないし、効率や寿命への悪影
響もある。またフィラメントの温度も熱電子の放出量に
関係するのでこの再始動特性に影響が大きい。例えばフ
ィラメントに電流を流さなかった場合、フィラメントと
対向主電極３の間の距離６を１〔肋〕まで近づけたラン
プでも消灯後約１分で補助放電を開始させるのに１００
０〔Ｖ〕必要であった。さらに６を小さくする方法もあ
るが、例えばこの８＝１〔職〕の例では補助放電が開始
しても主電極間に放電が移りにくく、一般に６が小さい
ほど、主電極間に放電が移りにくい頃向がみられたので
、８をあまり小さくできない。そして、６＝３〔肌〕で
あった上記実施例ではフィラメントに電流を流した効果
は温度を上げるほど現われ、約１９００〔℃〕では２０
０〔Ｖ〕以下でいつでも再始動が可能であった。しかし
、フィラメントの温度を２２００〔℃〕以下にするとタ
ングステンの飛散が多くなり光東劣化が著しくなるとと
もに断線する場合があった。このように、発熱するフィ
ラメントを、フィラメントと主電極３との距離を両王電
極にできるアークスポット間距離の８０〔％〕以下にし
て電界強度を大きくすることと、フィラメントを発熱し
、熱電子を発生させることによってフィラメントと主電
極３の間の放電開始電圧を著しく低下ごせることができ
ることがわかった。また、フィラメントと主電極２とが
接続されていることによってスムーズに補助放電から主
電極間の放電に移行することもわかった。このようにフ
ィラメントと主電極３の間で起った放電が、より距離の
大きな主電極間に移る理由は次のとおりである。

即ちフィラメントにできるアークスポツトの位置が主電
極などを封止している端部に近いためフィラメント近傍
のアークは冷却され、冷却効果の４・さし、管中央部へ
移動する。このためアークスポツトもフィラメントに沿
って管中央部則ち主電極２の側に移ってゆき、結局、最
も管中央部よりである主電極先端Ａにアークスポツトが
できる。従って、フィラメントから主電極２にアークス
ポットがスムーズに移動するためにはフィラメントと主
電極２とは直接接続されていること、フィラメントが主
電極の先端よりも管端部側に位置していることである。

この発明の実施例においてはフィラメントははタングス
テンを用いたが、これは他の材質たとえばモリブデンな
どでもかまわない。

またトリアやトリウムを含むタングステンを使用したり
、酸化金属などの仕事関数が小さいものをタングステン
線に付けたりして電子放出性を良くするとさらに効果的
でより低い同種度の効果があった。また上記実施例では
、主電極にフィラメントを接続しているが、主電極自身
がフィラメントであっても良く、この場合、安定時のア
ークスポットの位置が所定の放電電圧を保てるほど十分
の距離を持ち、フィラメントから対向する主電極までの
最短距離を十分に小さくするとよく、この発明はそのま
ま適用される。またこの発明の実施例は１５０〔Ｗ〕の
高圧水銀ランプであったが、１５０〔Ｗ〕のメタルハラ
イドランプに適用しても同様な効果が見られ、さらに各
種の大きさ（ランプ電力）やその他の高圧放電灯でも同
様な効果が得られる。

なお本発明の実施例では、点灯装置を補助放電が起りし
だい、フィラメントの電流を切るようにしてあったが、
これはフィラメントに必要以上の電流が流れて切れるこ
とを防ぐためであった。

これは電流を制御できれば別にすぐ切る必要はない。ま
た上記実施例ではフィラメントに電流を流すためにリー
ド１０を介して点灯装置に接続していたが、ランプの外
管内に熱応動スイッチやヒータを組み合わせた回路を設
け、それによってフィラメントの電流を制御してもよい
。そうした場合、従釆の安定器を点灯装置としてそのま
ま使用できるとともにランプの口金が２極となり照明器
具も従来の簡単なものをそのまま使用できる。上記実施
例では、両主電極に電圧を印加するのとフィラメントに
電流を流すのを同時に開始していたが、これはフィラメ
ントが十分昇温してから主電極間に電圧を印加してもよ
いし、その場合主電極間に電圧を印加する前にフィラメ
ントの電流を切っても良く、要するにフィラメントが所
定温度まで上昇したときに電圧が印加されさえすればよ
い。また上記実施例の点灯装置では両主電極に２００〔
Ｖ〕しか出力しなかったが、メタルハライドランプ等に
適用する場合などさらに高い電圧を発生するようにして
も良い。

この発明は以上述べたように、２個の主電極を発光管の
同じ側の端部に封止し、発光管内に対向して設け、さら
に一方の端部のみがいずれか一方の主電極と直接接続さ
れその発光管中央方向の先端か上記２個の主電極の該方
向の先端より端部側に位置し、かつ電流を流すことによ
って発熱するフィラメントを発光管内に設けたこのフィ
ラメントに接続されていない主電極とこのフィラメント
との最短距離をこの発光管が安定点灯しているとき両王
電極にできるアークスポット間の距離の８０〔％〕以下
にし、上記水銀の蒸気圧が１００〔Ｔｏｍ〕以上の圧力
で始動する際、上記フィラメントに通電し、加熱した状
態で上記主電極間に電圧を印加することによりフィラメ
ントに接続されていない主電極と、フィラメントの間で
放電が起り、その後両主電極間に移って始動するように
することにより、高圧の水銀蒸気下においても、放電の
開始を著しく容易にし、再始動時間を短縮し、かつ、消
灯後任意の経過時間における再始動に必要な電圧を著し
く低下せしめ、従釆のような大形、高価な点灯装置を使
用せずとも、比較的小形、安価な点灯装置で高圧放電灯
を再始動せしめることを可能にしたものであり、実用的
価値が高く、かつ効果の大きい高圧放電灯を提供するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高圧放電灯の概略回路図、第２図はこの
発明の一実施例を示す概略回路図、第３図はこの発明の
一実施例の一部分である発光管を示す構成図、第４図は
高圧放電灯の消灯後における経過時間と放電開始電圧の
関係を示す特性図、第５図は発光管内の水銀蒸気圧と放
電開始電圧の関係を示す特性図である。 図において、１は発光管、２，３は主電極、４は補助電
極、５はフィラメント、１川ま外管、１２は点灯装置、
１３は電源である。 なお各図中同一符号は同一または相当部分を示す。第１
図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発光管内部に少なくとも水銀を封入するとともに対
   向した２個の主電極を同一端部に封止して設けた高圧放
   電灯において、上記主電極間に位置し一端のみが上記主
   電極の何れか一方と直接接続され、他方の主電極との最
   短距離を上記発光管が安定点灯しているとき上記両主電
   極にできるアークスポツト間の距離８０〔％〕以下にな
   り、さらにその発光管中央方向の先端が上記２個の主電
   極の該方向の先端より端部側に位置するように配置され
   、かつ電流を流すことによつて発熱するフイラメントを
   上記発光管内に設け、上記水銀の蒸気圧が１００〔Ｔｏ
   ｒｒ〕以上の圧力で始動する際、このフイラメントに通
   電し、加熱した状態で上記両主電極間に電圧を印加して
   上記他方の主電極と上記フイラメントの間で放電を生じ
   させ、その後上記両主電極間に放電が移り、始動するこ
   とを特徴とする高圧放電灯。