JPH1197190A

JPH1197190A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH1197190A
Application number: JP27032997A
Authority: JP
Inventors: Kenji Mimura; 健治三村; Shunichi Sasaki; 俊一佐々木
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高ワットのランプにおいても始動を確実に
し、且つランプ不点時に発生するパルス電圧を確実に停
止できるようにしたメタルハライドランプを提供する。【解決手段】石英ガラス管の両端に主電極２ａ，２ｂ
と、一方の主電極２ａに近接して補助電極３を封着し、
内部に始動補助ガスと水銀と金属ハロゲン化物を封入し
てなる発光管１と、補助電極と対向する主電極２ｂと間
に接続した、バイメタルスイッチ５と始動補助抵抗４の
直列回路と、発光管１に前記バイメタルスイッチを介し
て並列接続された、対向させて配置し且つ並列に接続し
た２個の平板状非線形セラミックコンデンサ６ａ，６ｂ
とカレントダンパー７と半導体スイッチ８の直列回路
と、前記対向配置した２個の非線形セラミックコンデン
サの間に配置された前記非線形セラミックコンデンサの
加熱用抵抗体10とでメタルハライドランプを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、メタルハライド
ランプの改良に関し、特にランプ内に内蔵する始動器と
して非線形セラミックコンデンサと半導体スイッチとを
有する始動補助回路を用いたメタルハライドランプの改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、メタルハライドランプの始動器と
して、高圧パルス発生回路を備えた始動器の動作の安定
性や寿命等の問題点を解消するため、非線形Ｖ−Ｑ特性
を有するチタン酸バリウム等を主体とする強誘電体から
なる非線形セラミックコンデンサを用いたものが、使用
されるようになってきている。これは、非線形コンデン
サの飽和特性を利用して、この非線形コンデンサに直列
に接続した安定器等のインダクタンスにより半サイクル
毎にパルス電圧を発生させ、これをメタルハライドラン
プに印加して始動させるようにするものであり、次にか
かる始動器を備えたメタルハライドランプの構成例を図
５に基づいて説明する。

【０００３】図５において、１はメタルハライドランプ
発光管で、石英ガラス管の両端に主電極２ａ，２ｂを封
着し、更に少なくとも一方の主電極２ａに近接して補助
電極３が封着されており、そして内部には始動補助ガス
と共に水銀及びスカンジウム，ナトリウム等の金属ハロ
ゲン化物が封入されている。また、補助電極３と対向す
る主電極２ｂとの間には、始動補助抵抗４とバイメタル
スイッチ５とを直列に接続した始動補助回路が設けられ
ており、且つ発光管１と並列に、非線形セラミックコン
デンサ６とカレントダンパー７とＳＳＳ素子のような双
方向性半導体スイッチ８との直列回路が、バイメタルス
イッチ５を介して接続されており、更に半導体スイッチ
８と並列に位相安定化用抵抗体９が接続されている。そ
して、以上の各構成要素が外球11内に収容され、メタル
ハライドランプを構成しており、チョークコイル等の安
定器21を介して交流電源22に接続され、点灯されるよう
になっている。

【０００４】次に、このように構成されたメタルハライ
ドランプの動作について説明する。電源22が投入される
と、安定器21を介して交流電源電圧が、非線形セラミッ
クコンデンサ６とカレントダンパー７と半導体スイッチ
８の直列回路に印加され、交流電源電圧の正の半サイク
ルにおいて半導体スイッチ８のブレークオーバ電圧を越
えた時点で、非線形セラミックコンデンサ６の急激な充
電が行われ、その充電電流は充電電荷が飽和する時点、
すなわち非線形セラミックコンデンサ６の飽和電圧に達
した時点で急激に零になる。このとき安定器21のインダ
クタンスにより大きな正のパルス電圧が発生し、電源電
圧と共に主電極２ａと補助電極３の間及び主電極２ａと
２ｂとの間に印加される。次の負の半サイクルにおいて
も同様にして負のパルス電圧が発生し、これらのパルス
電圧により、まず主電極２ａと補助電極３との間にグロ
ー放電が生じた後、主電極２ａと２ｂとの間にアーク放
電が生じる。このように、主電極２ａと補助電極３との
間の狭いギャップから放電が始まるため、比較的低いパ
ルス電圧で容易に始動することができる。

【０００５】ところで、上記のように非線形コンデンサ
を含む始動器を内蔵したメタルハライドランプにおい
て、ランプの不点が発生することがあり、ランプの不点
時には内蔵始動器によるパルスが発生し続ける。このよ
うにランプ不点時にパルスが発生し続けると、安定器の
絶縁や照明器具の絶縁の劣化を招くばかりでなく、ラン
プの口金等にパルス電圧が印加され続け、人体に危険で
ある。

【０００６】このような問題点を解消するため、図６に
示すように、発光管１に非線形セラミックコンデンサ６
を含む始動器を並列に接続してなる始動器内蔵形のメタ
ルハライドランプにおいて、前記非線形セラミックコン
デンサ６を含む直列回路に並列に接続され、前記始動器
動作時に前記非線形セラミックコンデンサ６の温度をキ
ュリー温度（通常は90℃）まで加熱可能な加熱用抵抗体
10を、前記非線形コンデンサ６に接近して配置して構成
したものが提案されている。

【０００７】このように構成したメタルハライドランプ
においては、非線形セラミックコンデンサ６を含む始動
器が動作しても発光管１が点灯しない場合、始動器によ
り高圧パルスが発生し続けることになるが、非線形コン
デンサ６の自己発熱と共に、非線形コンデンサ６に接近
して配置された加熱用抵抗体10の発熱を受け、非線形セ
ラミックコンデンサ６の温度は短時間でキュリー温度に
達し、非線形セラミックコンデンサ６は常誘電性になっ
て、非線形特性が消滅する。したがって、不点時におけ
る高圧パルスの発生を短時間で停止させることが可能と
なる。

【０００８】この加熱用抵抗体10は、上記のように高圧
パルスの発生を停止させる機能ばかりでなく、ランプ点
灯中に非線形セラミックコンデンサ６にかかる電圧を低
下させ、また該非線形セラミックコンデンサ６が約90℃
のキュリー温度を超える際に発生する焦電流を流して、
その特性劣化を防止する機能を有するものである。

【０００９】また、本件出願人は、上記非線形セラミッ
クコンデンサの加熱用抵抗体を設けたメタルハライドラ
ンプにおいて、ランプ不点時に始動器より発生するパル
ス電圧を短時間に停止させるため、非線形セラミックコ
ンデンサと加熱用抵抗体の配置位置関係を改良したもの
を、特開平９−１０２２９９号において提案しており、
また同様の目的で非線形セラミックコンデンサの体積と
加熱用抵抗体の消費電力の比を規定したものを、特願平
８−２０５４８６号において提案している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、メタルハラ
イドランプが 700Ｗ以上の高ワットになると、始動に必
要なパルス電圧が 250〜400 Ｗの中程度のワットのラン
プより、より高いパルス電圧が必要となり、通常の単一
の非線形セラミックコンデンサを用いて構成した始動器
では、高ワットのランプに対して十分な高圧パルス電圧
を印加することは、困難な場合が生じる。

【００１１】そこで、発生パルス電圧を上げるために、
非線形セラミックコンデンサの容量を大きくすることが
考えられるが、非線形セラミックコンデンサの容量は厚
さと面積に依存しているために、薄くして容量を大にし
ようとすると、該非線形セラミックコンデンサの外球内
での放電が起きやすくなり、また面積を大きくしようと
すると、重量が大となり非線形セラミックコンデンサの
端子リードの溶接取付け部分が外れて脱落してしまうお
それが生じる。

【００１２】本発明は、非線形セラミックコンデンサを
有する始動器を内蔵した高ワットのメタルハライドラン
プにおける上記問題点を解消するためになされたもの
で、始動器より発生するパルス電圧を高くして高ワット
のランプにおいても始動を確実にし、且つランプ不点時
においては始動器より発生するパルス電圧を停止させる
機能を有するメタルハライドランプ提供すことを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、石英管の端部に一対の主電
極と少なくとも一方の主電極に近接して補助電極とを封
着し、内部に始動補助ガスと共に金属ハロゲン化物を封
入してなる発光管と、少なくとも直列接続した平板状非
線形セラミックコンデンサと半導体スイッチとからな
り、前記発光管の一方の主電極と当該主電極に近接する
補助電極との間に接続した始動回路と、前記非線形セラ
ミックコンデンサの温度をキュリー温度まで加熱可能な
加熱用抵抗体とを、不活性ガスを封入し一端に口金を固
定してなる外球内に収納してなるメタルハライドランプ
において、前記非線形セラミックコンデンサを２個対向
させて配置すると共に並列に接続し、該２個の非線形セ
ラミックコンデンサの間に前記加熱用抵抗体を配置して
構成するものである。

【００１４】このように平板状の非線形セラミックコン
デンサを２個対向させて配置すると共に並列に接続し、
対向させた２個の非線形セラミックコンデンサの間に加
熱用抵抗体を配置することにより、始動器の発生パルス
電圧を容易に高めることができ、高ワットのランプの始
動効率を向上させることができる。また始動器の発生パ
ルス電圧を低下させることなく、ランプ不点時にパルス
電圧の発生を短時間で容易に停止させることできる。

【００１５】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のメタルハライドランプにおいて、前記２個の非線形
セラミックコンデンサの体積の合計と前記加熱用抵抗体
の消費電力との比を、 113〜226mm³／Ｗとなるように設
定するものである。このように設定することにより、発
生するパルス電圧を、ランプを始動させるのに十分な値
とすると共に、ランプ不点時のパルス電圧の発生を完全
に停止させることができる。

【００１６】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載のメタルハライドランプにおいて、前記２個の
非線形セラミックコンデンサの平板状基体面より垂直に
導出した端子リードと前記加熱用抵抗体の端部との距離
をそれぞれ１〜５mmとし、且つ前記非線形セラミックコ
ンデンサの端子リードの取付溶接点と前記加熱用抵抗体
のリードとの距離をそれぞれ３〜５mmに設定するもので
ある。このように設定することにより、２個の非線形セ
ラミックコンデンサを接触のおそれなく配置することが
でき、且つランプ不点時のパルス電圧の発生を短時間で
確実に停止させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係るメタルハライドランプの実施
の形態を示す回路構成図で、図５及び図６に示した従来
例と同一又は対応する構成要素には同一符号を付して示
している。また図２の（Ａ），（Ｂ）は、図１に示した
実施の形態における２個の非線形セラミックコンデンサ
と加熱用抵抗体の配置構成を示す正面図及び側面図であ
る。図において、１は1000Ｗのメタルハライドランプ発
光管で、内容積約50ccの石英ガラス管の両端に主電極２
ａ，２ｂと、一方の主電極２ａに近接して補助電極３が
封着されており、そして内部には始動補助ガスとしてア
ルゴンガスを約2000Ｐa ，水銀を約60mg，金属ハロゲン
化物としてスカンジウムとナトリウムのヨウ化物を約60
mgを封入している。補助電極３と対向する主電極２ａと
の間には、 100ｋΩの始動補助抵抗４と常閉（ランプ点
灯時開放）のバイメタルスイッチ５とを直列に接続した
始動補助回路が接続されている。また、並列に接続され
た２個の平板状非線形セラミックコンデンサ６ａ，６ｂ
と、カレントダンパー７と、ブレークオーバ電圧約170
ＶのＳＳＳ素子からなる半導体スイッチ８との直列回路
が、バイメタルスイッチ５を介して発光管１に並列に接
続されており、更にこれらの２個の非線形セラミックコ
ンデンサ６ａ，６ｂとカレントダンパー７と半導体スイ
ッチ８の直列回路に並列に、15ｋΩ（１／４Ｗ規格）の
加熱用抵抗体10が接続されており、また半導体スイッチ
８と並列に55ｋΩの位相安定化抵抗体９が接続されてい
る。

【００１８】上記２個の非線形セラミックコンデンサ６
ａ，６ｂとしては、直径18mm，厚さ1.0mmのチタン酸バ
リウムを主体とする強誘電体セラミック基板の両面に直
径16mmの金属電極膜を形成し、基板の両面中央部にピン
状の端子リード６ａ−１，６ｂ−１を溶接して突出形成
したものを用い、図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように、
互いに対向するように配設し、その間に加熱用抵抗体10
を配置するように構成する。そして、その際、非線形セ
ラミックコンデンサ６ａ，６ｂの端子リード６ａ−１，
６ｂ−１と前記加熱用抵抗体10の端部との距離Ｌを３mm
とし、また前記端子リード６ａ−１，６ｂ−１の溶接点
と前記加熱用抵抗体10のリード10−１との距離Ｄを４mm
に設定して配置している。そして、以上の各構成要素を
従来のものと同様に外球内に収容し、メタルハライドラ
ンプを構成する。

【００１９】このように構成したメタルハライドランプ
を1000Ｗの水銀灯用安定器21を介して、 200Ｖ，50Ｈz
の交流電源22を投入して点灯を行ったところ、始動点灯
が容易に行われた。なお、本実施の形態においては、２
個の非線形セラミックコンデンサ６ａ，６ｂの体積の合
計と、加熱用抵抗体10の消費電力との比は、 188mm³/Ｗ
となっている。

【００２０】本発明は、２個の非線形セラミックコンデ
ンサを対向して配設し、その間に加熱用抵抗体を配置す
る態様を採用するものであるが、次にこのような配置態
様を採用するに当たって行った実験について説明する。

【００２１】この実験においては、上記実施の形態で示
した構成のメタルハライドランプの他に、図３及び図４
の回路構成図に示すような構成の1000Ｗのメタルハライ
ドランプ（実験例１，実験例２）、並びに図６に示した
従来例の構成の1000Ｗのメタルハライドランプを、それ
ぞれ10本試作して実験を行った。なお図３及び図４で
は、各構成要素の電気的な接続構成ばかりでなく、２個
の非線形セラミックコンデンサ６ａ，６ｂ及び加熱用抵
抗体10，10ａ，10ｂについては、それらの配置態様も概
念的に示している。すなわち、図３に示すメタルハライ
ドランプは、２個の非線形セラミックコンデンサ６ａ，
６ｂを単に並列に接続し、加熱用抵抗体10を一方の非線
形セラミックコンデンサ６ｂに接近して配置して構成し
たものであり、また図４に示すメタルハライドランプ
は、２個の非線形セラミックコンデンサ６ａ，６ｂに、
それぞれ加熱用抵抗体10ａ，10ｂを接近して配置して構
成したものである。

【００２２】このように構成した実験用ランプ及び従来
例のランプ、並びに図１及び図２に示した本発明の実施
の形態と同様の構成のランプを、1000Ｗの水銀灯用安定
器を用いて、 200Ｖ，50Ｈz の交流電圧を印加して、ラ
ンプの始動試験を行った結果を表１に示す。また同様
に、図１及び図２に示した本発明の実施の形態、図３及
び図４に示した実験用のメタルハライドランプ並びに図
６に示した従来例の構成の1000Ｗのメタルハライドラン
プにおける始動器のみ、すなわち、非線形セラミックコ
ンデンサ、カレントダンパ、半導体スイッチ、位相安定
化抵抗体及び加熱用抵抗体からなる始動器部分を、外球
内を想定した窒素ガス雰囲気中の容器内に保持し、1000
Ｗの水銀灯用安定器を介して、 200Ｖ，50Ｈz の交流電
圧を印加した場合のパルス発生の停止の有無の実験を行
った結果を、合わせて表１に示す。

【００２３】なお、図３及び図４に示した実験用メタル
ハライドランプ及び図６に示した従来例のものにおいて
用いる非線形セラミックコンデンサ及び加熱用抵抗体
は、図１に示した本発明の実施の形態で用いているもの
と同規格のものであり、また、非線形セラミックコンデ
ンサの端子リードと加熱用抵抗体端部との距離も３mmと
し、端子リードの溶接点と加熱用抵抗体のリードとの距
離も４mmに設定している。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、始動に関して
は、非線形セラミックコンデンサを２個並列に接続した
ランプの方が、従来例のように１個用いたランプの場合
に比べて発生パルス電圧が高くなり、始動の確率はよい
ことがわかる。但し、図４に示した実験例２のランプの
ように、２個並列に接続した非線形セラミックコンデン
サにそれぞれ加熱用抵抗体を配置した場合には、発生パ
ルス電圧が低下し、始動の確率は低下する。一方、パル
ス停止に関しては、図３に示した実験例１のランプでは
完全に停止しないことが判明した。

【００２６】以上実験結果より、本発明の実施の形態の
ような構成とすることにより、ランプの始動が確実にな
り、非線形セラミックコンデンサを用いた始動器を内蔵
するメタルハライドランプが不点の際に発生するパルス
電圧を、短時間に停止することが確認され、よって、本
発明は、非線形セラミックコンデンサを２個対向させて
配置すると共に並列に接続し、該２個の非線形セラミッ
クコンデンサの間に加熱用抵抗体を配置する構成を採用
するものである。

【００２７】本発明は、上記のように２個の対向させた
非線形セラミックコンデンサの間に加熱用抵抗体を介在
させた構成の始動器において、更に前記２個の非線形セ
ラミックコンデンサの体積の合計と前記加熱用抵抗体の
消費電力の比を、 113〜226mm³/Ｗとなるように設定す
るものであるが、次に、このように設定するに当たって
行った実験について説明する。

【００２８】非線形セラミックコンデンサとしては、直
径15.5mm，電極膜直径13.5mm，厚さ1.2mmで体積が226mm
³のもの（ＦＥＣ１）と、直径18mm，電極膜直径16mm，
厚さ1.0mmで体積が254mm³のもの（ＦＥＣ２）とを組み
合わせて用い、一方加熱用抵抗体としては、抵抗値が30
ｋΩ，20ｋΩ，15ｋΩ，10ｋΩ，５ｋΩの１／４Ｗ規格
のカーボン皮膜抵抗体を用い、図１に示した本発明の実
施の形態と同様の構成のランプを作成し、Ａ＝（非線形
セラミックコンデンサの体積の合計）／（加熱用抵抗体
の消費電力）〔mm³/Ｗ〕と、Ｂ＝加熱用抵抗体の消費電
力〔Ｗ〕＝Ｖ²/Ｒ（Ｖ：安定器の２次開放電圧 200Ｖ，
Ｒ：加熱用抵抗体の抵抗値）の値を変えて、前記の実験
と同様に始動とパルス停止の評価を行った結果を、表２
に示す。なお、表２の評価において、○印はパルス停止
あり、×印はパルス停止なし、△印はパルスの停止は行
われるが発生パルス電圧が低く、ランプが全数始動しな
いことを意味している。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２から、Ａの値すなわち２個の非線形セ
ラミックコンデンサの体積の合計と加熱用抵抗体の消費
電力の比が 226mm³/Ｗ以下であると、不点時のパルス電
圧の発生を完全に停止できることがわかる。またＡの値
が、 113mm³/Ｗ未満であると、加熱用抵抗体の抵抗値が
小さくなり、発生するパルス電圧が低下し、通常の始動
が困難になることがわかる。したがって、始動を確実に
し且つ不点時のパルス電圧の発生を完全に停止させるた
めには、Ａの値を 113〜226 mm³/Ｗに規定する必要があ
り、本発明は、このように設定するものである。

【００３１】また、本発明は図２の（Ａ），（Ｂ）に示
すように、２個の対向させた非線形セラミックコンデン
サの間に加熱用抵抗体を介在させるものであるが、それ
らの相互位置関係については、２個の非線形セラミック
コンデンサの各端子リードと加熱用抵抗体の端部との距
離Ｌに関しては、Ｌが１mm未満では非線形セラミックコ
ンデンサの端子リードを加熱用抵抗体のリードに溶接す
るのが困難になり、非線形セラミックコンデンサを破損
する恐れがあり、またＬが５mmを超えると、両者が離れ
すぎパルス停止までの時間が室温（25℃）において５分
を超えてしまう。したがってＬの値は１〜５mmに規定す
るものである。

【００３２】また、前記２個の非線形セラミックコンデ
ンサの各端子リードと前記加熱用抵抗体のリードとの距
離Ｄの値に関しては、Ｄが３mm未満では対向して配設す
る２個の非線形セラミックコンデンサが接触する恐れが
あり、またＤが５mmを超えるとパルス停止までの時間が
室温（25℃）において５分を超えてしまう。よってＤの
値は３〜５mmに規定するものである。

【００３３】なお、上記実施の形態においては、1000Ｗ
のランプについて説明を行ったが、本発明は 700Ｗ以上
の高ワットのランプに適用することにより、同等の効果
が得られることが確認された。

【００３４】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、高ワットのランプにおいても、始
動が確実で、且つランプ不点時に発生するパルス電圧を
短時間で停止させることが可能なメタルハライドランプ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメタルハライドランプの実施の形
態を示す回路構成図である。

【図２】図１に示した実施の形態における２個の非線形
セラミックコンデンサと加熱用抵抗体の配置態様を示す
正面図及び側面図である。

【図３】本発明に係るメタルハライドランプの構成を決
定するに際して行った実験例１に係るメタルハライドラ
ンプの構成を示す回路構成図である。

【図４】同じく実験例２に係るメタルハライドランプの
構成を示す回路構成図である。

【図５】従来の非線形セラミックコンデンサを有する始
動器を内蔵したメタルハライドランプの構成例を示す回
路構成図である。

【図６】図５に示した従来例を改良した従来のメタルハ
ライドランプを示す回路構成図である。

【符号の説明】

１発光管２ａ，２ｂ主電極３補助電極４始動補助抵抗５バイメタルスイッチ６，６ａ，６ｂ非線形セラミックコンデンサ７カレントダンパー８半導体スイッチ９位相安定化用抵抗体 10，10ａ，10ｂ加熱用抵抗体 11 外球 21 安定器 22 交流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英管の端部に一対の主電極と少なくと
も一方の主電極に近接して補助電極とを封着し、内部に
始動補助ガスと共に金属ハロゲン化物を封入してなる発
光管と、少なくとも直列接続した平板状非線形セラミッ
クコンデンサと半導体スイッチとからなり、前記発光管
の一方の主電極と当該主電極に近接する補助電極との間
に接続した始動回路と、前記非線形セラミックコンデン
サの温度をキュリー温度まで加熱可能な加熱用抵抗体と
を、不活性ガスを封入し一端に口金を固定してなる外球
内に収納してなるメタルハライドランプにおいて、前記
非線形セラミックコンデンサを２個対向させて配置する
と共に並列に接続し、該２個の非線形セラミックコンデ
ンサの間に前記加熱用抵抗体を配置したことを特徴とす
るメタルハライドランプ。
【請求項２】前記２個の非線形セラミックコンデンサ
の体積の合計と前記加熱用抵抗体の消費電力との比が、
113〜226mm³／Ｗとなるように設定されていることを特
徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】前記２個の非線形セラミックコンデンサ
の平板状基体面より垂直に導出した端子リードと前記加
熱用抵抗体の端部との距離をそれぞれ１〜５mmとし、且
つ前記非線形セラミックコンデンサの端子リードの取付
溶接点と前記加熱用抵抗体のリードとの距離をそれぞれ
３〜５mmに設定したことを特徴とする請求項１又は２記
載のメタルハライドランプ。