JPH02165553A - 高圧ナトリウムランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明は、進相形安定器を用いて点灯するようにした
始動器内蔵形の高圧ナトリウムランプに関する。

［従来の技術］ 従来、安価な水銀灯用安定器を利用して点灯できるよう
に構成した高圧ナトリウムランプが一般によく使用され
ている。この高圧ナトリウムランプにはランプの始動を
容易にするため、通常、パルスを発生する始動器が内蔵
されている。かかるランプ内蔵の始動器としては、グロ
ースイッチや、フィラメント等の熱によりバイメタルを
開かせパルスを発生するようにした真空スイッチを用い
たものが知られている。

第４図は、例えば特開昭５９−５５５５号等に示されて
いる、従来の始動器内蔵形の高圧ナトリウムランプの一
構成例を示す回路構成図である。

２１は高圧ナトリウムの発光管、２２はグロースイッチ
２３．限流抵抗２４．バイメタルスイッチ２５の直列回
路からなる始動器で、前記発光管２１に並列に接続され
ている。そして前記発光管２１と始動器２２とは外球内
に配置されて高圧ナトリウムランプ２６を構成している
。２７は漏洩変圧器、２８は直列コンデンサ、２９は電
源であり、漏洩変圧器２７と直列コンデンサ２８とで高
圧水銀ランプ用の進相形安定器を構成している。

そして、始動時にはグロースイッチ２３の開閉動作によ
り高圧パルスを発生させて発光管２１を始動させ、漏洩
変圧器２７の２次コイルのインダクタンスと直列コンデ
ンサ２８による容量性インピーダンスで電流制限を行い
点灯を継続するようになっている。

なお、上記のように一般的な高圧水銀ランプ用の進相形
安定器、例えば定電力（ＣＷ）安定器、単巻式定電力（
ＣＷＡ）安定器、ＡＮＳＩ規格のＨ２Ｓ。

Ｈ３６，Ｈ３７，Ｈ３９型安定器を用いて高圧ナトリウ
ムランプを安定に点灯させるためには、発光管に封入さ
れているＮａ　−Ｈｇ金属がほぼ完全に又は完全に蒸気
化する、いわゆる不飽和蒸気圧形の高圧ナトリウムラン
プであることが必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、グロースイッチや真空スイッチを利用した従
来の始動器を用いた場合には、発生する高圧パルスのパ
ルス電圧及びパルス幅を均一化するのが困難で、ランプ
の始動性が悪いばかりでな（、しばしばその発生する高
圧パルスにより安定器や配線回路等に損傷を与える欠点
があった。

また寿命末期において、発光管からＸｅガスがリークし
た場合、グロースイッチ等の点灯管はガラスの外球内に
配置されているため、そのグロースイッチを含む始動器
は発光管が不点の状態で動作を続行する。したがって安
定器等にその発生高圧パルスが印加されて、該安定器等
を損傷させてしまう場合がある。

更には、またグロースイッチ等の点灯管には、その点滅
時に安定器を構成する直列コンデンサ（通常、数十ｕＦ
）の放電電流と電源からの電流とが重畳されるため、チ
ョーク形安定器を用いる場合に比べ、寿命が短くなるな
どの欠点があった。

本発明は、従来の始動器内蔵形の高圧ナトリウムランプ
における上記問題点を解消するためなされたもので、ラ
ンプの始動性がよくランプ寿命末期における安定器等の
損傷の発生を防止するようにした始動器内蔵形の高圧ナ
トリウムランプを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用ゴ上記問題点を解
決するため、本発明は、ナトリウム、ｌｌ衝ガス用金属
及び始動補助用希ガスを封入し、安定点灯状態において
封入金属のほぼ全量又は全量が蒸気化する発光管と、該
発光管と並列に接続されたメタライズ電極の総面積が１
ｄ〜６ｃｄの非線形コンデンサとブレークオーバ電圧が
８０〜１７０ｖ　の半導体スイッチング素子との直列回
路よりなる始動器とを有し、前記発光管は外管内に、前
記始動器は外管又は口金内にそれぞれ組み込んで高圧ナ
トリウムランプを構成するものである。

このように構成することにより、パルス発生位相が一定
化され、且つエネルギーの大なる始動パルスが発生し、
ランプの始動が格段に向上する。

また寿命末期に発光管がリークした場合、非線形コンデ
ンサの耐圧が低下して焼損するので、パルスの発生は終
止し、安定器等への損傷は阻止される。

〔実施例〕

以下実施例について説明する。第１図は、本発明に係る
高圧ナトリウムランプの回路構成とその点灯回路を示す
図である。１は発光管で、ナトリウム、緩衝ガス用金属
及び始動補助用希ガスを封入し、封入金属の封入量は安
定点灯状態においてほぼ全量又は全量が蒸気化する程度
に設定されている。２は発光管１に並列接続された始動
器で、始動後、始動器２を発光管ｌから切り離すための
熱応動スイッチ３と、飽和Ｖ−Ｑ特性を有するチタン酸
バリウムなどの強誘電体からなる非線形コンデンサ４と
、ＳＳＳ素子のような双方向性二端子半導体スイッチン
グ素子５との直列回路で構成されている。なおＲ３は半
導体スイッチング素子５に並列に接続された抵抗で、該
素子５のスイッチング動作を一定にするためのものであ
る。Ｒｏは非線形コンデンサ４と半導体スイッチング素
子５に並列に接続された抵抗で、後述の安定器を構成す
る直列コンデンサを放電させるためのものである。そし
て前記発光管ｌと始動器２、及び抵抗Ｒｓ、Ｒｏを外球
内に収納して高圧ナトリウムランプ６を構成している。

このように構成したランプ６は、単巻漏洩変圧器７と直
列コンデンサ８からなる安定器を介して電源９に接続さ
れ、点灯されるようになっている。なお始動器２及び抵
抗Ｒｓ。

Ｒｏの全部又は一部を口金内に収納するように構成して
もよい。

次にこのように構成された高圧ナトリウムランプの始動
動作について説明する。電Ｒ９が投入されると、単巻漏
洩変圧器７と直列コンデンサ８からなる安定器を介して
始動器２に正弦波電源電圧が印加される。印加電圧が半
導体スイッチング素子５のブレークオーバ電圧■、。を
越えた時点で、非線形コンデンサ４に階段状の急峻な電
圧が印加され、それにより非線形コンデンサ４の急激な
充電が行われて直ちに飽和電圧Ｅ、に達し、電流を急激
に遮断する。このとき漏洩変圧器７のインダクタンスし
により振幅の大きいパルス電圧を、各サイクル毎に発生
し、この高電圧パルスが発光管ｌに印加されて点灯を開
始する０発光管１が点灯すると、その熱を受けて熱応動
スイッチ３が開放され、始動器２が点灯回路から分離さ
れて始動パルスの発生を停止する。

ところで、一般に放電灯には始動し易い電流位相（電流
が零の位相Ｐの少し後の位相）があり、その時点で始動
用の高圧パルスを印加してやると極めて容易に始動が行
われるものである（特開昭６２−２８３５４６号参照）
、高圧パルス発生の位相制御は、チタークコイルを用い
た遅相形安定器の場合は簡単に行うこ七ができるが、直
列コンデンサを用いた進相形安定器の場合は、第２図に
示すように、ランプ電流Ｉｔ　　は二次無負荷電圧ｖｅ
ｘに対して進み位相となり、このランプ電流１．　　が
零となる位置を少し越えた位相において、的確に高圧パ
ルスを印加させてやることは困難である。

本発明に係る構成の始動器においては、半導体スイッチ
ング素子５のブレークオーバ電圧ｖ０を低めに設定する
ことにより、始動パルス発生位相をランプ電流Ｉｔ　に
対して的確なものとすることが可能となる。すなわち、
前述のように最も少ないパルスエネルギーで放電灯を確
実に始動させるためには、ランプ電流１ノ　　のゼロク
ロスの位相Ｐの直後の位相においてランプ電流１ｉ　　
が流れる方向に始動パルスを発生させる必要があるが、
一方、本発明における始動器においては、二次無負荷電
圧■。８に応じて半導体スイッチング素子をブレークオ
ーバさせて始動パルスを発生させるようになっているの
で、二次無負荷電圧■。８の立ち上がり点Ｒより後の位
相でないとパルス電圧は発生しない。したがって放電灯
を確実に始動させるためには、パルス発生位相Ｑをでき
るだけ二次無負荷電圧■。意の立ち上がり点Ｒに近づけ
る必要があり、半導体スイッチング素子のブレークオー
バ電圧Ｖ、。

を低めに設定することによって、上記立ち上がり点Ｒに
近づけることができる。

しかしながら、半導体スイッチング素子５のブレークオ
ーバ電圧Ｖ、。を下げることは、発生パルスのピーク電
圧を下げることになり、ランプの放電破壊を生じさせる
のが困難になるばかりでなく、このブレークオーバ電圧
■、。は非線形コンデンサ４の抗電圧Ｅｃ以上に設定し
ないと高圧パルスは発生しないことになる。そこで種々
検討した結果、進相形安定器を用いて点灯させるには、
半導体スイッチング素子５のブレークオーバ電圧Ｖ、。

は、８Ｏ−１７０Ｖ　に設定すればよいことが判明した
。

また、非線形コンデンサの動作により発生するパルスに
よって発光管の放電破壊を生じさセたのち、アーク放電
を接続させるためには、非線形コンデンサの全充電量（
全分極量）をある程度以上必要となることが判明した。

これは、非線形コンデンサの一部のエネルギーが、安定
器のコイルから直列コンデンサに吸収される現象が生じ
ているためと考えられる。

非線形コンデンサの分極量を必要以上に大きくすると、
電源の投入時に過渡的に発生するパルスで、非線形コン
デンサが自壊する場合が生ずる。

そこで種々検討した結果、この分極量は最大９６μＣと
するのが望ましいことが判明した。

一般にチタン酸バリウムを主体とした非線形コンデンサ
の自発分極Ｐ３は約１６μＣ／ｃｊ（２５°Ｃ）である
、したがって前記最大分極量を非線形コンデンサの電極
の面積に換算すると６ｃｊ程度となる。

第１表に、電極面積を異ならせた非線形コンデンサと、
ブレークオーバ電圧Ｖ、。を異ならせた半導体スイッチ
ング素子を用いた始動器を使用して発光管の点灯実験を
行った結果を示す、なおこの実験には３６０Ｗのランプ
を用い、ＡＮＳＩ規格Ｈ３３／　ＣＷ　Ａ型の進相形安
定器（２０８Ｖ入力）を用いて点灯実験を行った。

第 表 ××：発光管が放電破壊を生ぜず不点 ×　：発光管は放電破壊を生ずるが、アーク放電が持続
せず不点 Ｏ：正常点灯 上記第１表からＶＩＯが７０Ｖ以下で抗電圧Ｅｃ以上の
半導体スイッチング素子を用いると、発生パルス電圧が
９００Ｖ　（なおパルス電圧は（±）であるが表中では
省略している）以下であり発光管の放電破壊を生じさせ
ることができず、また■８゜が１８０Ｖ以上のものを用
いると、高いパルス電圧が発生し発光管の放電破壊は生
ずるけれども、パルス発生位相が的確でな（、アーク放
電が持続せず、点灯しないことがわかる。

また電極面積が増加すると全分極量が増加して発生する
パルスピーク電圧も上昇することがわかる。また電極面
積０．Ｍでは、いずれの■、。の半導体スイッチング素
子を用いても点灯させることができないことがわかる。

上記第１表は３６０　Ｗのランプについて実験を行った
結果を示しているが、他のＷ数のランプ、例えば１５０
Ｗ、　２００Ｗの実験においても、第１表と同様な結果
が得られた。

次に具体例について説明する。非線形コンデンサとして
、チタン酸バリウムを主体とした、厚さ０．６５鴫、直
径１５．６鵬の焼結体に直径１４．５鵬のメタライズを
施して電極を形成し、更にオーバコートしてその電極か
ら端子を取り出したものを２個並列に接続したものを用
い、半導体スイッチング素子としてはＶ、。が１２０Ｖ
のＳＳＳ素子を用い、抵抗Ｒｓ、Ｒｅとしてそれぞれ３
０ＫΩのものを用い、発光管と組み合わせて第１図に示
した回路構成の３６０Ｗの高圧ナトリウムランプを作成
した。そして単巻式定電力型（ＣＷＡ）安定器を用いて
点灯させたところ、電源投入後、直ちに発光管が始動し
、安定な点灯状態が得られた。

なお、上記具体例では、抵抗Ｒ，，Ｒ，とじてそれぞれ
３０ＫΩΦものを用いた例を示したが、抵抗Ｒ８にはＩ
ＯＫΩ〜２００ＫΩ、抵抗Ｒ０には５ＫΩ〜１００ＫΩ
のものを用いることができる。すなわち抵抗Ｒ８におい
ては、ＩＯＫΩ未満にすると半導体スイッチング素子の
ＯＮ特性が悪くなって、パルスのピーク電圧が発光管の
放電破壊電圧以下になり、ランプは始動しなくなる。ま
た２００ＫΩを越えると非線形コンデンサの充電電圧で
次の半サイクルに半導体スイッチング素子をＯＮＬでし
まうため、電源電圧に対して位相制御が不安定になりパ
ルス発生位相がランダムになってしまう、そのため、抵
抗Ｒ８は上記の範囲が好ましい。

また抵抗Ｒ０においては、５ＫΩ未満にすると、パルス
ピーク電圧が低下しすぎてしまいランプが始動できなく
なる。また１００ＫΩを越えると、安定器を構成する直
列コンデンサの放電時間が長くなるため、−度アーク放
電の持続がミスすると、次回のパルス発生まで時間がか
かりすぎ、結果として単発的な放電が生ずるのみで点灯
状態にならない、したがって抵抗Ｒ０は上記の範囲内に
設定される必要がある。

なお上記実施例では始動器を発光管に並列に接続したも
のを示したが、本発明は、第３図に示すように、発光管
ｌの外壁に始動補助極ｌＯを備えているものにも適用で
きるものであり、その場合は、始動補助極１０の両端に
熱応動スイッチ１１．１１を配置し、その一方に同様な
構成の始動器を直列接続して、始動器内蔵形の高圧ナト
リウムランプを構成する。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、始動器による始動パルスを、放電灯の始動し易い位相
に発生させることができ、しかもパルスエネルギーも大
とすることができるためランプの始動性を格段に向上さ
せることができる。

また寿命末期において発光管がリークした場合には、非
線形コンデンサの耐圧が低下して焼損するため、パルス
発生が停止し、安定器等への障害の発生を阻止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る高圧ナトリウムランプの一実施
例の回路構成と、その点灯回路を示す図、第２図は、二
次無負荷電圧波形、ランプ電圧波形及びランプ電流波形
を示す図、第３図は、本発明の他の実施例の回路構成と
、その点灯回路を示す回、第４図は、従来の始動器内蔵
形の高圧ナトリウムランプの回路構成とその点灯回路を
示す図である。 図において、ｌは発光管、２は始動器、４は非線形コン
デンサ、５は半導体スイッチング素子、６は高圧ナトリ
ウムランプ、７は漏洩変圧器、８は直列コンデンサを示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ナトリウム、緩衝ガス用金属及び始動補助用希ガス
   を封入し、安定点灯状態において封入金属のほぼ全量又
   は全量が蒸気化する発光管と、該発光管と並列に接続さ
   れた、メタライズ電極の総面積が１ｃｍ＾２〜６ｃｍ＾
   ２の非線形コンデンサとブレークオーバ電圧が８０〜１
   ７０Ｖの半導体スイッチング素子との直列回路よりなる
   始動器とを有し、前記発光管は外管内に、前記始動器は
   外管又は口金内にそれぞれ組み込み、高圧水銀ランプ用
   進相形安定器を用いて点灯するようにしたことを特徴と
   する高圧ナトリウムランプ。 ２、前記始動器の半導体スイッチング素子に１０ＫΩ〜
   ２００ＫΩの抵抗を並列に接続し、且つ前記始動器に５
   ＫΩ〜１００ＫΩの抵抗を並列に接続したことを特徴と
   する請求項１記載の高圧ナトリウムランプ。 ３、前記始動器を、発光管の外周に設けた外部補助導体
   とその両端に接続した熱応動スイッチを介して発光管に
   並列に接続したことを特徴とする請求項１記載の高圧ナ
   トリウムランプ。