JPS6314476B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高圧放電灯照明装置において、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ことができるように
した高圧放電灯照明装置に関する。

一般に、高圧水銀ランプ、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お
いては、ランプ点灯中の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つた。

このように、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、２〜15分間の再始
動時間が必要である。

このように、長い再始動時間を要する高圧放電
灯であつては、非常に使い勝手の悪いものであつ
た。この長い再始動時間を短縮して、瞬時に再始
動させるためには、従来、10KV〜35KVの高電
圧を電極間に印加して、強制的に再始動させる方
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た
り、その取り扱いに大きな制約があつた。

ここで、従来の高圧放電灯照明装置について概
述する。第１図はその概略回路図である。この第
１図において、１は400W高圧水銀ランプの石英
製発光管であり、その両端に主電極２，３が設け
られている。主電極２に隣接して補助電極４が設
けられている。

主電極２，３は各リード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
と数10KΩ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を内蔵した透光性の
外管を示す。

このように構成された高圧放電灯を第１図に示
すごとく、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によつて制御される。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。

このようにして、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つて、たとえ
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
ら再び放電を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、それにしたがつて、水銀蒸気圧が低下し、発
光管温度が点灯中の約600℃から約150℃に低下し
てはじめて再始動が可能になる。このときの発光
管内の水銀蒸気圧は約3Torr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
３図のような特性を示す。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8KVを越える高
電圧になる。つまり、この状態で放電を開始させ
るためには、8KV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（たとえば、200V）で放電開始可能になり、
ランプは再始動する。したがつて、消灯から任意
の経過時間において、ランプを再始動させるため
には、点灯装置に8KV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（ワツト）に
よつて異なり、実用的には10KV〜35KV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４図の関係を得
た。水銀蒸気圧の圧力が約10^-1Torr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、放電開始電圧はゆるやか
に上昇し、10¹Torrを越えると、上昇が大きくな
り、さらに、約10²Torr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
銀蒸気圧の圧力は約10^-3Torr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。

したがつて、消灯後は、発光管の温度が徐々に
低下し、約150℃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
を待たねばならない。

発光管内の水銀蒸気圧が数Torr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させるに
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100Torr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100Torr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せる方法につい
て種々検討した結果、発光管内にフイラメントを
設け、それに通電し、加熱した状態で上記電極間
に印加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。

この発明は、上記の点にかんがみなされたもの
で、発光管内に通電することにより、昇温する抵
抗体を設置し、100Torr以上の高い水銀蒸気圧下
での再始動に際して、この抵抗体に通電する期間
と、通電を休止あるいは通電する電流を減少させ
た期間とを交互に繰り返すように通電を制御し、
この状態で上記電極間に所定の電圧を印加するこ
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
低下させることのできる高圧放電灯照明装置を提
供することを目的とする。

以下、この発明の高圧放電灯照明装置の実施例
について図面に基づき説明する。第２図はその一
実施例の構成を示す概略回路図である。この第２
図において、１は400W高圧水銀ランプの石英製
の発光管であり、その内部には所定量の水銀と始
動補助用ガスであるアルゴンが適量封入されてい
る。発光管１の両端には、主電極２，３が配設さ
れている。主電極２にタングステンからなるフイ
ラメント５の一端が接続されている。フイラメン
ト５の他端はリード１０を介して、また、主電極
２はリード８を介して、それぞれ点灯装置１２に
接続されている。また、主電極３はリード９を介
して点灯装置１２に接続されている。点灯装置１
２は電源１３に接続されている。なお、１１は発
光管１を内蔵した透光性の外管であり、この外管
１１を含む高圧放電灯と点灯装置１２により高圧
放電灯照明装置が構成される。

次に、以上のように構成されたこの発明の高圧
放電灯照明装置の動作について説明する。点灯装
置１２を介して電源１３の電圧を発光管１に印加
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約５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。発光管１が一旦消灯した後の再
始動に際しては、まず、フイラメント５にリード
１０と８により点灯装置１２から電流を流し、フ
イラメント５を加熱した状態にしておいて、主電
極２，３間にリード８と９により点灯装置１２か
らの電圧を印加して放電を開始させる。この際の
フイラメントの温度は放電開始電圧に大きな影響
を与える。

第３図に示すように、発光管１の再始動に当た
つて、消灯後約１分経過後の放電開始電圧が最も
高くなり、したがつて、消灯から任意の経過時間
において、ランプを始動させるためには、この最
高放電開始電圧より高い電圧を発生する装置を備
えた点灯装置を必要とする。

第５図は第２図に示すこの発明の高圧放電灯照
明装置において、消灯後１分間経過したときの放
電開始電圧とフイラメント温度との関係を示すも
のである。主電極２に設けたフイラメント５の温
度を電流により任意に変えて、高い水銀蒸気圧下
での再始動のための放電開始電圧を測定すると、
第５図に示すように、フイラメント５の温度が
500℃以上になると、放電開始電圧は急激に低下
し、600℃以上では、フイラメント温度の上昇に
ともない、放電開始電圧はゆるやかに低下して行
く。

従来においては、再始動時間を短縮するかまた
は消灯後直ちに再始動するために、10KV以上の
高電圧を印加していたが、この発明においては、
フイラメントを設けてそれを加熱することによ
り、フイラメント５の温度が上昇し、電極（フイ
ラメントも含む）からの電子放出が容易に行われ
る状態を作つておいて、両電極間に電圧を印加し
て再始動させるために、放電の開始がきわめて容
易になり、再始動時の100Torr以上の水銀蒸気下
においても、放電開始電圧が約2000V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、比較的小
型かつ安価なものでよく、しかも、発生電圧が低
いために、点灯装置の設置にともなう配線上の制
約も従来ほど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、この発明においては、消灯した後、次に
通電したとき発光管が始動するまでは、フイラメ
ントの通電を断続するようにしてある。すなわ
ち、この実施例では、点灯装置によつて制御され
るフイラメントの通電を１秒オン、７秒オフを繰
り返すように点灯装置を設定してある。

これは、発光管１の点灯条件や封入物質の位置
などの状態によつては、消灯後すぐ通電せず、１
分から２分後に通電した場合、発光管１が始動し
ない場合がある。この場合、フイラメントに通電
し続けると、フイラメント５が発生する熱によつ
て発光管１全体が加熱されることになり、発光管
１の温度が下がらず、いつになつても始動しない
ことがある。実際４分程度始動しないこともあつ
た。この原因は、消灯後すぐ通電せずフイラメン
ト５にも電流を流さないでおくと約１分でフイラ
メント５に封入物質が付着し始め、その後フイラ
メント５に通電した場合、封入物質が蒸発して発
光管１内の一部分でその蒸発した封入物質が高密
度になつて放電開始電圧が低下しなくなる。又、
１〜３秒程度でフイラメント５に付着した封入物
質が蒸発してなくなるが、次に発光管１内に付着
した封入物質が徐々にフイラメント５で加熱され
て蒸発し始め、同様に発光管１内の一部分でその
蒸発し始めた封入物質が高密度になり、放電開始
高圧が高いままになつてしまうと推定される。

これに対し、この発明のように、フイラメント
を加熱しない期間を設けた場合、フイラメント５
に最初に通電するまでの間に浮入物質が付着して
も１回あるいは２回の通電によつて封入物質は蒸
発してしまい、その後通電しない期間があつても
数十秒は付着しないうえ通電しない期間があるた
めに発光管１はあまり加熱されず、しかも加熱が
断続的であるために通電直後は熱容量の大きな発
光管１は温度が上がらず、フイラメント５はすぐ
に温度上昇する。従つて、最初の１回あるいは２
回程度のフイラメントの通電では再始動しなくて
もその後の通電で再始動する。このようにして、
再始動に長い時間を要することもなくなる。この
実施例では、どのように、発光管１の点灯条件や
再度通電する時間を変えても、最悪で通電後15秒
で再始動した。

このように、断続的に繰り返すことによつて、
発光管１が一時的に非常に再始動しにくい状態に
なつてもすぐに冷却され、状態が変化するので、
どのような場合でも、短時間で再始動するように
なる。

また、この通電時間は１秒としたが、これはフ
イラメントが所定の温度になるまでの時間で短い
方が冷却効果はある。また、通電している時間と
通電していない時間の比は通電していない時間が
長い程冷却効果があるのは勿論であるが、この比
が５倍程度以上だと、特に、効果は顕著に現われ
る。さらに、全く、通電しない時間を設けなくて
も、電流を小さくする期間を交互に設けても、効
率的とは云えないが、効果はある。

この発明の高圧放電灯は、再始動電圧の低減を
第１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、フイラ
メント５の加熱なしに放電開始可能であるが、再
始動時と同様にフイラメントを加熱して始動させ
てもよい。

電極の加熱は片側の電極だけでなく、発光管両
端部に配設された両方の電極を加熱してもよい。
このようにすると、片側のみの電極だけを加熱す
る場合よりもさらに放電開始電圧を低下させるこ
とができる。

加熱時のフイラメントの温度の上限は2300℃で
あり、2300℃を越えると、フイラメントの断線が
発生し易くなる。

この発明において、使用可能なフイラメント材
料はタングステンが最も望ましいが、モリブデ
ン、タンタルなどの耐熱金属材料であればよい。

この発明の目的をさらに効果的に達成するため
には、上記電極の加熱手段として、フイラメント
を設けた場合において、電流によるフイラメント
加熱時のフイラメント両端間の電圧降下が11V以
上になるように設定すればよい。

加熱時のフイラメント両端間の電圧降下が11V
以上になると、このフイラメント両端間で放電
（発光管端部でのみ発生する放電）が起こり、フ
イラメントが所定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およびエレクトロンが
発光管内の放電空間に拡散されるので、主電極
２，３間の放電の開始が一層容易になり、水銀の
高蒸気圧下での再始動がさらに容易になる。

上記実施例では、主電極に加熱用フイラメント
を接続した構成のものを用いたが、フイラメント
の配置方法はこれに限らず、主電極とは物理的に
は直接々触していないが、電気的に接続すると云
つた方法でもよく、また、フイラメント部分を電
気的に独立した形態をとり、このフイラメントを
加熱する電気回路をランプ電流制御回路と独立し
て用いてもよい。

さらに、ランプ電流の比較的小さい小形の高圧
放電灯においては、主電極とフイラメントを個々
に形成せずに、フイラメントが主電極の働きも兼
ねる構成にしてもよく、この場合においても、こ
の発明の目的は充分に達成できる。

また、上記実施例では、発光管が放電していな
いときのみ、フイラメントに通電したが、発光管
が放電しているときにも、フイラメントに断続的
な通電をそのままし続けてもよい。と云うのは、
断続的な通電のため、前記実施例でも、平均する
と、10W以下の電力消費であるし、また、発光管
の発光に比較して、フイラメントの発光は小さい
ので、フイラメントに通電されているときと、通
電されていないときの発光の違いは目ではわから
ないからである。

さらに、上記実施例では、400W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
（ランプ電力）の高圧水銀ランプのみでなく、発
光管内の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。

以上詳述したように、この発明の高圧放電灯照
明装置によれば、発光管内に通電することにより
昇温する抵抗体を設置し、100Torr以上の水銀蒸
気圧下での再始動に際して、この抵抗体に通電す
る期間と通電を休止あるいは通電する電流を減少
させた期間とを交互に繰り返すように通電を制御
し、この状態で上記電極間に所定の電圧を印加す
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させ、従来のような大
形、高価な点灯装置を使用しなくても、比較的小
形、安価な点灯装置で高圧放電灯を再始動させる
ことが可能であり、実用上考えられるランプの点
灯条件によらず、常に再始動が可能であり、実用
的価値が高く、実用的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高圧放電灯照明装置の概略回路
図、第２図はこの発明の高圧放電灯照明装置の一
実施例の概略回路図、第３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４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５図はこの発明の
高圧放電灯の加熱用フイ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。 １……発光管、２，３……主電極、５……フイ
ラメント、１１……外管、１２……点灯装置、１
３……電源。なお、図中同一符号は同一または相
当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に少なくとも水銀を封入し、両端に電極
   を備えてなる発光管を有する高圧放電灯におい
   て、上記発光管内に配置され通電されて発熱し上
   記電極を昇温させる抵抗体と、上記水銀の蒸気圧
   が100Torr以上の圧力で始動する際上記抵抗体に
   通電する期間と通電を休止あるいは通電する電流
   を減少させた期間とを交互に繰り返すように通電
   を制御しかつこの状態で上記電極間に始動用高電
   圧を印加する点灯装置を備えたことを特徴とする
   高圧放電灯照明装置。 ２ 加熱時における抵抗体の温度を500℃以上と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の高圧放電灯照明装置。 ３ 抵抗体を耐熱性金属からなるフイラメントで
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の高圧放電灯照明装置。 ４ 抵抗体を発光管内電極近傍に設けるととも
   に、その加熱時において抵抗体両端間または抵抗
   体とその近傍にある電極との間で放電するように
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   〜第３項のいずれかに記載の高圧放電灯照明装
   置。