JPH0151853B2 - - 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
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、２〜15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
せしめるためには、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約があつた。

この発明は上記した点に鑑みてなされたもので
あり、消灯直後の再始動に際して、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
の少なくとも一部分を加熱し加熱時における電極
部分の温度を500〜2300〔℃〕とした状態で、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は連結管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、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つて、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３
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200V）で放電開始可能になり、ラン
プは再始動する。

従つて、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（ワツト）により異なり、実
用的には10〔KV〕〜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４図の関係を得た。
水銀蒸気の圧力が約10¹〔Torr〕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10¹〔Torr〕を越えると上昇が大きくなり、更
に、約10²〔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^-3〔Torr）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
になるのを待たなければならない。

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
水銀の高に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。

発明者らは消灯直後の再点灯の一例として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の少なくとも一部分を
加熱した状態が、上記電極間に電圧を印加して始
動せしめ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図において、両
端に主電極２，３を配置し、主電極２にタングス
テンから成るフイラメント５を接続して設けた
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。

点灯装置１２は主電極２，３への高電圧印加用
の高電圧電源１５、フイラメント５を加熱する加
熱体用電源１４ランプ電流制御回路１６とから構
成されている。

主電極２に接続されているフイラメント５は、
リード１０を介して点灯装置１２内に組込まれた
予熱回路としての加熱体用電源１４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に組込ま
れた電流制御回路１６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。

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
イラメント５にリード１０と８により点灯装置１
２内の予熱回路としての加熱体用電源１４からの
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に組込れた高電圧電源１５からの電
圧を印加して放電を開始せしめる。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図に示す如く、再始動に当つて、消灯後約
１分間経過後の放電開始電圧が最も高くなり、従
つて、消灯から任意の経過時間においてランプを
始動せしめるためには、この最高放電開始電圧よ
り高い頂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、フイラメントを設けてそれを加熱するこ
とにより、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せしめるために、
放電の開始が極めて容易になり、再始動時の、特
に100〔Torr〕以上の水銀蒸気下においても放電
開始電圧が約2000〔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つ
まり、高電圧電源１５は、従来のように大形・高
価なものではなく、比較的小形、安価なものでよ
く、かつ発生電極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。

ここで第２図に示したものの回路構成について
更に第６図を用いて具体的に説明する。

第６図において、１５は高圧ナトリウムランプ
用安定器などに用いられている高圧パルス発生回
路、すなわち高電圧電源である。

この回路は交流電源１３に接続され、発光管１
に電流が流れていないときは常に約2.5KVのパル
スが発生するので再始動時にも主電極２，３間に
このパルスを印加することになる。１６はチヨー
クからなる電流制御回路である。このチヨークを
１次巻き線とし、２９の２次巻き線とでトランス
３０を構成しリレーのコイル２６に接続されてい
る。２７はこのリレーの接点である。

さらにこのリレーの接点２７と、このリレーに
よつて通電が制御されるトランス２８とで加熱体
用電源１４を構成している。この点灯装置は次の
ように動作する。消灯直後、電源１３に接続する
と、高電圧電源１５から高電圧（約2.5KV）のパ
ルスが発生するが高さが十分でないため、主電極
２，３間では放電が開始しない。従つて電流制御
回路１６すなわちトランス３０の１次巻き線には
電流が流れず、リレー２６にも電流が流れない。
そのためリレーの接点は閉じたままでトランス２
８を介して加熱体としてのフイラメント５に電流
が流れる。この加熱体つまりフイラメント５の熱
で電極２の温度が上昇してゆき、放電開始電圧が
低下し、前記のパルス電圧（約2.5KV）以下にな
つて放電開始する。

放電開始すると電流制御回路１６に電流が流
れ、トランス３０を介して、リレーのコイル２６
に電流が流れ、接点２７を開き、加熱体５への電
流を止め、再始動が完了するようになつている。
なお、このような再始動時に加熱体であるフイラ
メント５に電流を流す方法、および主電極２，３
間に高電圧を印加する構成としてはこの第６図に
示す構成以外種々の例が可能である。

すなわち、消灯後いつでも再始動させるために
は、少なくとも放電開始電圧の最大値より高い電
圧を印加させる必要がある。第５図に示したよう
にこの放電開始電圧の最大値を低下させるために
は、フイラメント５を含む電極２の最大温度を
500℃以上にすると効果が見られた。また上記実
施例においてもフイラメント５の加熱時、フイラ
メントを含む電極２の最大温度は約850℃であつ
た。さらにフイラメント５の電力を低下させ約
500℃にした場合は消灯後いつでも再始動を可能
とするためには約5500V必要であつた。この電圧
はフイラメント５によつて電極２を加熱しなかつ
た場合と比較し十分低く、フイラメント５を含む
電極２の温度は少なくとも500℃以上であれば常
に再始動を可能にするために必要な印加電圧を低
下するのに効果があることが分る。一方フイラメ
ント５を含む電極２の温度をさらに500℃から低
下させる必要な印加電圧は上昇してゆき、効果が
見られなくなつてゆく。

なお第３図において消灯後１分以内において
は、逆に放電開始電圧が低くなるがこの理由のひ
とつは電極２の温度がまだ点灯時の予熱で高いた
めと考えられる。消灯後約３秒は電極の温度は
500℃以上となつており、フイラメントによつて
加熱することによつて昇温させた場合と同程度の
低い印加電圧で再始動する。その後電極の温度は
急激に低下してゆき、放電開始電圧も急速に上昇
してゆく。すなわち、少なくともフイラメントに
よつて加熱する必要があるのは実施例においては
消灯後約３秒後の放電開始電圧が急激に上昇して
から再度十分低下する約２分後までの間であつ
て、消灯直後とはその間をさす。また消灯後、任
意の時間、いつでも点灯できるようにする必要が
あり、少なくとも、この消灯直後、再始動させる
際は常にフイラメントによつて加熱するような構
成が必要である。

上記実施例では電極を加熱する手段として、電
流より直接加熱するタングステンフイラメントを
主電極に接続して用いたが、電極の加熱は傍熱形
で行つてもよく、また発光管の外部から加熱して
もよいものである。

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。
この様にすると、片側のみの電極だけを加熱する
場合よりも更に放電開始電圧を低下せしめること
が出来る。

加熱時の電極（フイラメントも含む）温度の上
限は2300℃であり、2300℃を越えると電極材料の
蒸発やそれに伴う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。

この発明の目的を更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11〔Ｖ〕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11
〔Ｖ〕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、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、この方法に留まらず、主電極とは
物理的には直接接触していないが、電気的に接続
するといつた方法でもよい。

更に、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。

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。

なお、主電極に予熱用フイラメントを設け通常
の始動を改善した高圧放電灯が従来より公知であ
るが、このものは、消灯直後に再始動しようとし
てもバイメタルが復帰しておらず予熱用フイラメ
ントは動作しないので、再始動時間を短縮するこ
とはできなかつた。

この発明は以上に述べたように、消灯直後の再
始動に際して、発光管の両端に設けられた電極加
熱時における電極部分の温度を500〜2300〔℃〕と
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、従来のような大形・
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、第６図は第２図に示したものの具体的回路構
成を示す図である。 図において、１は発光管、２，３は主電極、４
は補助電極、５はフイラメント、１１は外管、１
２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。

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、一対の電極
   を備えてなる発光管を有する高圧放電灯におい
   て、上記電極のうち少なくとも一方の電極を加熱
   する加熱体と、通常の始動時は上記加熱体を加熱
   せず、消灯直後に再始動する際、上記加熱体によ
   り上記電極を加熱し、加熱時における電極部分の
   温度を500〜2300〔℃〕とした状態で上記電極間に
   電圧を印加し、再始動させる点灯装置とを具備し
   たことを特徴とする高圧放電灯。 ２ 点灯装置は消灯直後の再始動の際に加熱体を
   発熱させる加熱体用電源と、電極間に高電圧を印
   加する高電圧電源とを具備することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の高圧放電灯。