JPH0151879B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、高圧放電ランプを高周波点灯する高
圧放電灯に関する。

（背景技術） 第１図は従来の高圧放電ランプの一例を示し、
石英ガラス等で形成された発光管１の両端には電
極２ａ，２ｂが対向して配設され、該両電極２
ａ，２ｂは封止部３ａ，３ｂに封入されたモリブ
デン箔等の金属箔４ａ，４ｂに接続されている。
金属箔４ａ，４ｂは発光管１の支持も兼ねる支持
導線５ａ，５ｂに接続されており、発光管１は固
定治具６ａ，６ｂを介して支持導線５ａ，５ｂに
固定されている。支持導線５ａ，５ｂは口金７を
介して外部回路に接続される。また、発光管１内
には希ガス及び発光物質が適量封入されており、
発光管１を被う外管８内にはガスが封入され、外
管８の内面には螢光体９が塗布されている。

かかる従来の高圧放電ランプを高周波電源で点
灯すると、発光効率が向上すると共に、点灯回路
の電子化による安定器の小型・軽量化、低損失化
が図れるという利点がある。しかし、一方では発
光管内の音速と発光管形状で決定される特定の周
波数で音響的共鳴現象が発生し、アーク柱の湾
曲、揺らぎ、立ち消え、発光管の破壊等が発生す
るといつた欠点がある。

安定に点灯するためには、高圧放電ランプが安
定に点灯する周波数域を選択して点灯すれば良い
が、安定に点灯する周波数域はランプの種類によ
つて異なり、また、同一種類のランプに対して
も、ランプ個体間にばらつきが有るため、特定の
周波数を設定するのは困難であつた。

また、100kHz以上の周波数での高周波点灯、
直流点灯、矩形波点灯等により音響的共鳴現象を
回避する方法が提案されているが、かかる点灯方
法においては、回路構成の複雑化や放射電波雑音
の発生等の問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上記欠点を除去するために成された
もので、その目的とするところは、高周波点灯時
に、音響的共鳴現象による不安定なアークが発光
管に発生しない高圧放電灯を提供するにある。

（発明の開示） まず、音響的共鳴現象について説明する。音響
的共鳴現象は、発光管形状と封入物質で決まる固
有振動数と、入力電力の時間変化による発光管内
の圧力変動とが一致した時に定在波が立つために
生じる共鳴現象である。

発光管を円筒形状と仮定し、円筒座標系（ｒ、
θ、ｚ）を考える。なお、ｒは径方向、θは周方
向、ｚは軸方向の座標を表す。かかる場合、上記
各方向に対する共鳴現象の基本周波数Fr、Fθ、
Fzは、次のようになる。

ｒ方向共鳴：Fr＝3.83C／（2πR） θ方向共鳴：Fθ＝1.84C／（2πR） ｚ方向共鳴：Fz＝Ｃ／（2L） ただし Ｌは発光管長。

Ｒは発光管の半径。

Ｃは発光管内の音速であり、管内封入物と管内
温度で決まる。

Ｃ＝√ γ＝定圧比熱／定積比熱 Ｐ＝気体定数 Ｔ＝発光管内温度 Ｍ＝封入気体の平均質量 そして、この基本周波数の整数倍の周波数で共
鳴現象が発生する。音響的共鳴現象が発生する
と、共鳴現象によつて生じた力が、アーク柱自体
が有する安定放電を持続させようとする力に打ち
勝つて、アーク柱が変形する。

一般に、高周波点灯をするときには、可聴周波
数領域を避けて点灯する。可聴周波数は約18KHz
以下であり、この周波数付近で発生する音響的共
鳴現象は周方向が主なものである。そこで、本発
明は周方向の定在音波の特徴に注目し、音響的共
鳴現象が発生していても、アークが安定であるよ
うに発光管の最大径を設定したものである。

第２図は周方向定在波のモードを表現したもの
であり、θ₁は基本モード、θ₂は第２次モード、θ₃
は第３次モード、………である。図中＋は高音圧
を、−は低音圧を表現している。境界線は音圧ゼ
ロ（zero）を表現している。しかも、この境界線
は一定平面内で任意に回転している。従つて、発
光管の中心部は常に音圧ゼロになる。

第３図はθ方向の径方向音圧分布を示す図であ
り、図中、実線は発光管管径が太い場合［以下、
Ｒ（太）という］の音圧分布であり、破線は細い
場合［以下、Ｒ（細）という］の音圧分布である。
同図より明らかなように、音圧は管壁へ近づくほ
ど高くなつており、中心はゼロである。また、ア
ーク柱自体が有する安定放電を持続させようとす
る力と、音響的共鳴により発生した音圧によりア
ークを乱そうとする力とが釣り合う音圧レベルを
閾値とする。この閾値以下の音圧ではアークは乱
れない。閾値以下の音圧領域に対応する中心から
の距離は、Ｒ（太）に対してＲ(1)、Ｒ（細）に対し
てＲ(2)となり、Ｒ(1)＞Ｒ(2)となる。

ここで、アーク柱自体の太さを考える。アーク
柱の半径をＲ（アーク）とする。もし、Ｒ（アー
ク）が［Ｒ(1)＞Ｒ（アーク）＞Ｒ(2)］なる関係を持
てば、アーク柱は、発光管管径がＲ（太）であれ
ば発光管中心付近に安定に存在し、発光管管径が
Ｒ（細）であれば存在し得ないため、高音圧によ
つてアークは乱されてしまう。何故ならば、Ｒ
（太）の場合は、閾値以下の音圧レベルの存在領
域がアーク存在領域より大きいため、アークはこ
の領域の中で安定に存在することができるが、Ｒ
（細）の場合は、閾値以下の音圧レベルの存在領
域内よりアーク存在領域の方が大きいため、アー
クはこの領域の中に入れず、閾値以上の音圧レベ
ルの領域に存在しなければならず、この音圧によ
つて乱されてしまうからである。

そこで、発光管径の異なる種々のランプを試作
し、アーク存在領域より、閾値以下の音圧レベル
存在領域の方が大きくなる管径を抽出すると、発
光管直径が18mm以上であればよいことが判明し
た。一方、周方向音響的共鳴現象が発生する周波
数は、前述のように発光管径が太くなると低くな
り、第４図に示すように発光管直径が25mm以上に
なると可聴周波数領域に入つてくる。逆に、発光
管直径が25mm以下であれば可聴周波数以上にな
る。従つて、発光管直径を18mm〜25mmの範囲にす
ると、周方向の音響的共鳴現象の発生の有無にか
かわらず、アークが安定であり、かつ、点灯周波
数を可聴周波数以上に設定することができる。

（発明の効果） 本発明は上記のように、発光管の最大直径が18
mm〜25mmの範囲にある高圧放電ランプを、約20K
Hzの高周波で点灯したことにより、音響的共鳴現
象の発生の有無にかかわらず、アークが安定な高
圧放電灯を提供することができる。従つて、本発
明によれば、アーク柱の湾曲、揺らぎ、立ち消
え、発光管の破壊等が防止でき、安定した点灯を
維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高圧放電ランプの正面図、第２
図は周方向音響的共鳴モードを表す図、第３図は
本発明の原理を説明する図、第４図は本発明の限
定条件を説明する図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発光管の最大直径が18mm〜25mmの範囲にある
   高圧放電ランプを、約20KHzの高周波で点灯した
   ことを特徴とする高圧放電灯。