JPS5932864B2 - 高圧放電灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は再始動させるための印加電圧を低下させ、再
始動時間を短縮する高圧放電灯に関するものである。

一般に、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプおよび
高圧ナトリウム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散気圧にも達
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圧の圧力が、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、メタルハライドランプにおいては８〜
１５分間、また高圧ナトリウムランプにおいては２〜１
５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いものであった。

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、従来１０〜３５〔ＫＶ〕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法が用いられていたが
、この場合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
る上に大形であり、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、大きな制約があった。

第１図により、さらに従来装置について詳しく説明する
。

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４００（Ｗ）高圧水銀ランプの石英製発光
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はリード７および数１０〔ＫΩ〕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を内蔵した透光管１を内蔵した透光性外
管、１３は電源を示す。

この様に構成された高圧水銀ランプを点灯装置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間の電流（ランプ電流）は点灯装置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数気圧に達し、
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、発光管温度が点灯中の約６００（’Ｃ１：
］から約１５０〔℃〕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 （Ｔｏｒｒ ）
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２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
０（Ｖ）で放電開始可能になり、ラングは再始動する。

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
圧を発生する装置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くワット
）によって異なり実用的には１０〜３５（ＫＶ）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３図の関係を得た。

水銀蒸気の圧力が約１０’ （Ｔｏｒｒ）以下、つまり
発光管の温度が約１８０〔°Ｃ〕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１０
１（Ｔｏｒｒ）を越えると上昇が大きくなり、更に約１
０２（Ｔｏｒｒ）以上、つまり発光管温度が約２６０（
℃）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 ”（Ｔｏｒｒ ）であり、この水銀蒸気
圧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〜士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、消灯後は発光管の温度が除徐に低下し、約１５
０〔℃〕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（Ｔｏｒｒ）１１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、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、水銀の蒸気圧が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 （Ｔｏｒｒ）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、発光管の両端に設けられた電極の
うち、少なくとも一方の電極芯線の先端部を１０〜６０
°折り曲げ、かつこの折り曲げた電極芯線にフィラメン
トを巻回し、このフィラメントを電極先端側から発光管
端部に向けて延長させ、′−このフィラメントを電流に
より加熱した状態で、上記電極間に電圧を印加して始動
せしめる方法を極めて有効であることを見い出した。

この発明は上記知見に基づきなされたものであり、１０
０（Ｔｏｒｒ）以上の高い水銀蒸気圧下での再始動に際
して、発光管の両端に設けられた電極のうち、少なくと
も一方の電極芯線の先端部をｌＯ〜６０°折り曲げ、か
つこの折り曲げた電極芯線にフィラメントを巻回しこの
フィラメントを電極先端側から発光管端部に向けて延長
させ、このフィラメントを電流により加熱した状態で上
記電極間に所要な電圧を印加することにより、放電の開
始を著しく容易にし、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面に基づいて説明する。

第４図はこの発明の高圧放電灯の概略回路図を示し、第
５図は電極部分の拡大図を示す。

これらの図において、両端に主電極２，３を配置し、一
方の主電極２の芯線１４の先端部を１０〜６０°折り曲
げ、この折り曲げた主電極芯線１４にフィラメント５を
巻回し、このフィラメント５を主電極先端側から発光管
端部に向けて延長し、フィラメント５の先端部を補助極
芯線１５に巻回した４ ００ （Ｗ）高圧水銀ランプの
石英製発光管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。

主電極芯線１４の中心軸と、折り曲げた先端部の中心軸
とのなす角度をθとすると、このθを１０〜６０’の範
囲にする必要がある。

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。

主電極２に接続されている上記フィラメント５は、リー
ド１０を介して点灯装置１２に接続されている。

１１は発光管１を内蔵した透光性外管、１３は電源を示
す。

この様に構成された高圧水銀ランプに電源１３から点灯
装置１２を介して電圧印加すると、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。

点灯中の発光管１内の水銀蒸気の圧力は数気圧に達し、
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に組込まれた予熱回路から電流を
流し、フィラメント５を加熱した状態にしておいて、主
電極２，３間にり−ド８，９により点灯装置１２からの
電圧を印加して放電を開始せしめる。

この際のフィラメント５の温度は放電開始電圧に大きな
影響を与える。

第６図はこの高圧水銀ランプにおいて消灯後１分間経過
した時の放電開始電圧とフィラメント温度との関係を示
すものであり、主電極２に設けたフィラメント５の温度
を電流により任意に変えて、消灯後１分経過時の水銀蒸
気圧下における再始動のための放電開始電圧を測定した
ものである。

この図から明らかなように、フィラメント５の温度が５
００［：’Ｃ，１以上になると、放電開始電圧は急激に
低下し、６００（°Ｃ）以上では、フィラメント温度の
上昇に伴い、放電開始電圧は緩やかに低下していく。

従来においては、再始動時間を短縮する、または消灯後
直ちに再始動するためには１０〔Ｋｖ〕以上の高電圧を
印加していたが、この発明の方法においては、電極芯線
の先端部を１０〜６０″折り曲げ、かつこの折り曲げた
電極芯線にフィラメントを巻回し、このフィラメントを
電極先端側から発光管端部に向けて延長し、これを加熱
することにより、フィラメントからの電子放出が容易に
行われる状態を作っておいて、両電極間に電圧を印加し
て再始動せしめるため、放電の開始が極めて容易になり
、再始動時の１００ （Ｔｏｒｒ ’：１以上の水銀蒸
気下においても、放電開始電圧が約３．０００（Ｖ）以
下になり著しく低下する。

このため、再始動に必要な高電圧発生装置は、従来のよ
うに大形、高価なものではなく、比較的・」−形安価な
ものでよく、かつ発生電圧が低いために点灯装置の設置
に伴う配線上の制約も従来程、厳しいものは必要とせず
通常の高圧放電灯の場合と同様な程度の制約により使用
可能である。

また、この構成の電極の採用により、発光管端部の限ら
れた・」１さい空間内にフィラメントを容易に設置する
ことが可能になり、かつ芯線先端部が折り曲げられてい
るために、始動時にフィラメント上に形成されるアーク
スポットが速やかに芯線先端に移動するために安定点灯
中のランプの諸特性を犠牲にすることなく、再始動を容
易にすることができる。

さらにまた、電極芯線の先端部の折り曲げ角度θが１０
〜６０°の範囲外であると、十分な効果が得られず、ア
ークスポットは長時間にわたってフィラメント上に滞留
して、芯線の先端に移動しにくくなる。

この発明の高圧放電灯は、再始動電圧の低減を第一に考
慮して設計されているので、放電開始電圧の低い常温時
からの通常の始動の際はフィラメントの加熱なしに放電
開始可能であるが、この時も再始動時と同様にフィラメ
ントを加熱して始動させてもよい。

上記実施例ではフィラメントとして、タングステン線を
２重巻きした２重コイルを用いたが、フィラメントとし
ては２重コイルに留まらず、３重コイルまたは、素線を
コイルにせずにそのまま用いてもよい。

またフィラメントは片側の電極だけに設けるのではなく
、発光管両端部に配設された両方の電極に耐熱性金属か
らなるフィラメントを設け、これら両方のフィラメント
を同時に加熱してもよい。

この様にすると、片側のみに設けられたフィラメントだ
けを加熱する場合よりも更に放電開始電圧を低下せしめ
ることができる。

加熱時フィラメント温度の上限は２３００（’Ｃ）２３
００〔℃〕を越えると電極材料の蒸発やそれに伴うフィ
ラメントの断線が発生し易くなる。

この発明の目的を更に効果的に達成するためには、電流
によるフィラメント加熱時におけるフィラメント両端間
の電圧降下が１１ （Ｖ）以上にダるように設定すれば
よい。

加熱時のフィラメント両端間の電圧降下が１１ （Ｖ）
以上になると、このフィラメント両端間で放電（発光管
端部でのみ発生する放電）が起り、電極が所要温度に加
熱されている上に、この放電により豊富なイオン及びエ
レクトロンが発光管内の放電空間に拡散されるので、主
電極間の放電の開始が一層容易になり、水銀の高蒸気圧
力下での再始動がさらに容易になる。

上記実施例では４００（Ｗ）高圧水銀ランプについて述
べたが、この発明は、各種の大きさくランプ電力）の高
圧水銀ランプのみでなく、発光管内の水銀蒸気圧が高い
ために、再始動時間の長いメタルハライドランプ、高圧
ナトリウムランプなどの高圧放電灯に適用しても同様な
効果が得られる。

この発明は以上に述べたように、１００（Ｔｏｒｒ）以
上（つまり、発光管温度が約２６０〔℃〕以上）の水銀
蒸気圧下での再始動に際して、発光管の両端に設けられ
た電極のうち、少なくとも一方の電極芯線の先端部を１
０〜６０°折り曲げ、かつこの折り曲げた電極芯線にフ
ィラメントを巻回し、このフィラメントを電極先端側か
ら発光管端部に向けて延長させ、このフィラメントを電
流により加熱した状態で、上記電極間に所要な電圧を印
加することにより、高圧の水銀蒸気圧下においても、放
電の開始を著しく容易にし再始動時間を短縮し、かつ、
消灯後任量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、従来のような大形・高価な点灯装置を
使用せずとも、比較的・ト形、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３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、第４図はこの発明の高圧放
電灯の一実施例を示す概略回路図、第５図は第４図の電
極部分の拡大図、第６図はこの発明の高圧放電灯の加熱
用フィラメントの温度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、θは折れ曲げの角度、１１は外
管、１２は点灯装置を示す。 なお図中同一符号は同一または相当部分を示すものとす
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端に電極を有し、内部に水銀を封入してなる発光
   管を備えた高圧放電灯において、上記発光管に設けられ
   た電極のうち少なくとも一方の電極芯線の先端部を１０
   〜６０°折り曲げ、かつこの折り曲げた電極芯線にフィ
   ラメントを巻回し、このフィラメントを電極先端側から
   発光管端部に向けて延長させ、上記発光管内の水銀蒸気
   圧が１００（Ｔｏｒｒ ）以上で始動するとき、上記フ
   ィラメントを電流により加熱した状態で上記両電極間に
   電圧を印加し、始動させることを特徴とする高圧放電灯
   。 ２ 加熱時における上記フィラメントの温度を５００℃
   以上にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の高圧放電灯。 ３ 上記フィラメントを加熱させると同時にその両端間
   で放電が生じるように構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第２項の倒れかに記載の高圧放電
   灯。