(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に電極を封着し、内部に発光金属を封入してなる発光管に非線形セラミックコンデンサと第１の熱応動バイメタルスイッチとを含む始動器を並列に接続し、加えて第２の熱応動バイメタルスイッチを介して加熱可能な加熱用抵抗体を前記非線形セラミックコンデンサに並列に接続し、該抵抗体を前記非線形セラミックコンデンサに接近して配置し、前記放電灯の消灯後再点灯の際、前記始動器と直列に接続してなる第１の熱応動バイメタルスイッチの閉動作は、前記加熱用抵抗体に直列接続してなる第２の熱応動バイメタルスイッチの閉動作より、早い時間に可能となるように構成した始動器内蔵形高圧蒸気放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、始動器内蔵形高圧蒸気放電灯に関し、特に内部始動器として非線形セラミックコンデンサを用いた高圧蒸気放電灯の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧蒸気放電灯の始動器として、グローランプを用いた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、これを高圧蒸気放電灯の発光管に印加して始動させるようにするものである。
【０００３】
次に、かかる始動器を備えた高圧蒸気放電灯の構成例を図１０,図１１に基づいて説明する。
図中、１１は高圧ナトリウムランプ用発光管、１２は常閉形熱応動バイメタルスイッチ、１３は非線形セラミックコンデンサであり、１４は非線形セラミックコンデンサ１３の加熱用抵抗体であり、熱応動バイメタルスイッチ１２と非線形セラミックコンデンサ１３の直列回路と該非線形セラミックコンデンサ１３に並列接続された加熱用抵抗体１４とで始動器を構成し、発光管１１と並列に接続されて、外球１５内に収納され、高圧ナトリウムランプを構成している。
なお、１６はチョークコイル等の安定器で、１７は交流電源である。
【０００４】
次に、このように構成した高圧ナトリウムランプの動作について説明する。
電源１７が投入されると、安定器１６を通して正の半サイクルの電圧が非線形セラミックコンデンサ１３に印加され、充電電流が流れる。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１３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１６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、発光管１１に電源電圧と共に印加される。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ランプは始動し点灯される。点灯後、発光管１１の熱を受けて熱応動バイメタルスイッチ１２が開放し、始動器は回路より切り離される。
【０００５】
図１１に示す始動器を備えた高圧ナトリウムランプは、始動器を構成する非線形セラミックコンデンサ１３に、ＳＳＳ素子のような双方向性二端子半導体スイッチ１８を直列に接続したものであり、他の構成は図１０と同じである。但し、半導体スイッチ１８は外球１５内には配置されず、口金部分に配置されるようになっている。
【０００６】
この構成の高圧ナトリウムランプにおける動作は、交流電源電圧の各サイクルにおいて、半導体スイッチ１８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１３の急激な充電が行われ、直ちに飽和電圧に達して、電流を急激に遮断する。
このため、より振幅の大きいパルス電圧を発生し、高ワットのランプの始動器として適しているものである。
なお、図１０，１１に示す加熱用抵抗体１４は、ランプの不点が生じた場合にパルス電圧を一定時間終止するさせる機能を有する抵抗体で、この詳細は特開平５−２９０９８５号公報に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような加熱用抵抗体は、比較的低抵抗、すなわち３０ｋΩ〜８０ｋΩであるため、この加熱用抵抗体でパルスエネルギーが消費され、パルス電圧が低下するという問題がある。これは、通常のランプ始動においては問題とならない程度の電圧値であるが、ランプには再始動時間の規定があり、使用者からするとできるだけ短時間になることが望ましい。
しかしながら、加熱用抵抗体の挿入によるパルス電圧の低下に伴ない、再始動時間が長くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、従来の非線形セラミックコンデンサを含む始動器を内蔵した高圧蒸気放電灯における上記問題点を解決するためになされたもので、ランプ不点時にパルス電圧を短時間で終止できるようにするばかりでなく、再始動時間を早めることができるようにした始動器内蔵形高圧蒸気放電灯を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、両端に電極を封着し、内部に発光金属を封入してなる発光管に非線形セラミックコンデンサと第１の熱応動バイメタルスイッチとを含む始動器を並列に接続し、加えて第２の熱応動バイメタルスイッチを介して加熱可能な加熱用抵抗体を前記非線形セラミックコンデンサに並列に接続し、該抵抗体を前記非線形セラミックコンデンサに接近して配置し、前記放電灯の消灯後再点灯の際、前記始動器と直列に接続してなる第１の熱応動バイメタルスイッチの閉動作は、前記加熱用抵抗体に直列接続してなる第２の熱応動バイメタルスイッチの閉動作より、早い時間に可能となるように構成した始動器内蔵形高圧蒸気放電灯とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は本発明に係る始動器内蔵形高圧蒸気放電灯の一実施例の回路構成図である。この実施例は図１１に示した従来の高圧ナトリウムランプに本発明を適用したものである。
図中１は高圧ナトリウムランプ用発光管、２は常閉形の第１の熱応動バイメタルスイッチ、３は非線形セラミックコンデンサ、４は非線形セラミックコンデンサ３の加熱用抵抗体である。
そして、第１の熱応動バイメタルスイッチ２と非線形セラミックコンデンサ３の直列回路と、第２の熱応動バイメタルスイッチ５を介して加熱用抵抗体４を非線形セラミックコンデンサ３に並列に接続し、かつ非線形セラミックコンデンサ３をそのキュリー温度以上に加熱できるように接近して配置して内部始動器を構成し、発光管１と並列に接続されて外球６内に収納され、高圧ナトリウムランプを構成している。
【００１１】
このように構成した高圧ナトリウムランプに対し、安定器７を介して交流電源８を投入すると、前記始動器には安定器７の二次開放電圧（チョークの場合は電源電圧）が印加される。この印加電圧により非線形セラミックコンデンサ３に充電電流が流れ、そのスイッチング作用で高圧パルスを発生させると共に、加熱用抵抗体４に電流が流れ発熱する。この際、始動器と安定器により発生する高圧パルスによって発光管１が点灯しない場合は、この高圧パルスは発生し続けるが、同時に加熱用抵抗体４の発熱が非線形セラミックコンデンサ３の基板部分に伝えられ、この伝熱が非線形セラミックコンデンサ自身の自己発熱に加えられ、非線形セラミックコンデンサの温度をキュリー温度以上にする。これにより短時間でパルス電圧の発生を終止させることができることは、特開平５−２９０９８５号公報と同様である。
【００１２】
そして、ランプ点灯中には前記第１の熱応動バイメタルスイッチ２及び第２の熱応動バイメタルスイッチ５は共に開の状態にある。ここで、ランプを一旦消灯させ電源を再投入すると、一定の冷却時間の経過後、第１の熱応動バイメタルスイッチ２が閉となる。このとき、第２の熱応動バイメタルスイッチ５は開の状態にあり、非線形セラミックコンデンサ３より発生する高圧パルスは加熱用抵抗体４に吸収されることなしに、すべて発光管１に印加され、ランプは再始動する。
【００１３】
ここで、前記高圧ナトリウムランプにおいて、始動時に発生するパルス電圧について、後述する図２の回路構成図に基づき説明する。図３は前記した構成の始動器を備えたランプを２５０Ｗのチョーク形安定器を用いＡＣ２００Ｖの電源で動作させた場合に、始動時に発生するパルス電圧波形図である。この始動器に用いる非線形セラミックコンデンサを、高圧ナトリウムランプの外球を想定した真空容器中に保持し、同じ安定器を介してＡＣ２００Ｖの電源を印加すると時間の経過とともに図４に示すように、発生するパルス電圧のピーク値は低下する。これは非線形セラミックコンデンサに流れる電流で自己発熱し、その温度がキュリー温度ＴＣＰ（通常は約９０℃）に近づき、非線形特性が悪くなるためであり、パルス電圧が時間の経過とともに徐々に低下し、非線形セラミックコンデンサの発熱と外部への放熱が平衡すると一定温度となり、パルス電圧も約４０％低下した値で一定になる。
【００１４】
ここで、非線形セラミックコンデンサは、図５に示すような、温度に対する比誘電率特性をもち、キュリー温度を境にして低温側は強誘電性を示し非線形特性を有しており、従って、安定器のインダクタンス等と接続することによりパルス電圧を発生させる。一方、キュリー温度より高温側では常誘電性になって非線形特性が消滅し、スイッチング特性を持たないため、インダクタンスと接続してもパルス電圧は発生しない。すなわち、非線形セラミックコンデンサの温度をキュリー温度以上にすると、パルスの発生を停止させることができる。
【００１５】
そこで、本発明は、発光管に非線形セラミックコンデンサを含む始動器を並列接続してなる始動器内蔵形の高圧蒸気放電灯において、前記非線形セラミックコンデンサを含む回路に並列に接続され、始動器動作時に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を非線形セラミックコンデンサに接近し、かつ第２の熱応動バイメタルスイッチを介して接続している。
【００１６】
このように構成した高圧蒸気放電灯は、非線形セラミックコンデンサを含む始動器が動作しても発光管が点灯しない場合、始動器により高圧パルスが発生し続けることになるが、該コンデンサの自己発熱と共に該コンデンサに接近して配置された加熱用抵抗体の発熱を受け、該コンデンサの温度は短時間でキュリー温度に達する。従って、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できる。
更に、ランプか安定に点灯した後、一旦ランプを消灯し、再始動させる状態では、加熱用抵抗体に直列接続された第２の熱応動バイメタルスイッチはランプが再始動する状態にあっても、開状態が続き、その間発生するパルス電圧は加熱用抵抗体で低下することなしに、発光管に印加され、ランプの再始動時間を早めることができる。
【００１７】
図２は高圧ナトリウムランプに本発明を適用した実施例を示す回路構成図であり、図１と同一の部品は同一符号を付す。この実施例では、非線形セラミックコンデンサ３の加熱用抵抗体４と第２の熱応動バイメタルスイッチ５とを該コンデンサ３と二端子半導体スイッチ９との直列回路に並列に接続し、かつ加熱用抵抗体４は該コンデンサ３をキュリー温度まで加熱できるように接近して配置するものである。このように構成した高圧ナトリウムランプの動作は、より振幅の大きいパルス電圧を発生する以外は、図１に示した実施例と同様である。
【００１８】
次に、本発明に係る第１および第２の熱応動バイメタルスイッチについて説明する。第１のバイメタルスイッチ２及び第２のバイメタルスイッチ５の開及び閉動作を設定するに当り、ランプ点灯後、第２のバイメタルスイッチ５の開動作が第１のバイメタルスイッチ２の開動作よりも一定時間早くなるように設定する。これは、逆にランプ消灯後、第２のバイメタルスイッチ５の閉動作が第１のバイメタルスイッチ２の閉動作より一定時間遅くなることにつながる。
【００１９】
一般に、加熱用抵抗体４は特開平５−２９０９８５号公報に開示されているように、３０ｋΩ〜１００ｋΩが設定される。特に、実用上７０ｋΩが選定される。図２に示す始動回路において、２００Ｖ／５０Ｈｚの交流電圧を２５０Ｗ用水銀灯用安定器を介して印加した場合、加熱用抵抗体がない場合の発生パルス電圧は常温で２３００Ｖに対して、加熱用抵抗体７０ｋΩの場合２１００Ｖとなり、その差は２００Ｖ程度となる。
【００２０】
図６は、非線形セラミックコンデンサ３の温度と発生パルス電圧について、加熱用抵抗体４を７０ｋΩとした場合（図中、プロット点が△）と加熱用抵抗体がない場合（図中、プロット点が○）の温度特性を示す図である。図に示すように、該コンデンサ３のキュリー温度９０℃付近で零になる。
なお、ランプの再始動に必要なパルス電圧は約１７５０Ｖであり、加熱用抵抗体がない場合の温度は約７０℃で、７０ｋΩの場合の温度は約６０℃である。
【００２１】
図７は、高圧ナトリウムランプ２２０Ｗのランプ消灯後の非線形セラミックコンデンサの温度特性を示す図である。
図７より、消灯後、該コンデンサの温度が６０℃では１２分５０秒で、７０℃では１１分となる。従って、１１分以内に第２の熱応動バイメタルスイッチ５が閉状態にならなければ、再始動時間は１分５０秒短縮することができる。
そこで、第１の熱応動バイメタルスイッチ２の接点圧を５０ｇ重、第２の熱応動バイメタルスイッチ５の接点圧を３５ｇ重に設定することにより、達成できる。
【００２２】
前記高圧ナトリウムランプ２２０Ｗに２００Ｖ／５０Ｈｚの交流電圧を印加した場合、前記第１および第２のバイメタルスイッチは閉状態となり、パルス電圧２１００Ｖでランプは点灯する。その後、安定点灯した後電源を切り、直ぐに再投入する。すると、前記第１のバイメタルスイッチ２は約１１分後に閉となり、第２のバイメタルスイッチ５は開状態でパルス電圧が発生し、ランプは再点灯する。この際、始動時間は前記特開平５−２９０９８５号公報に開示されたランプに比べて、１分５０秒程度早めることができる。
【００２３】
更に、具体的な実施例について図８，９に基づき説明する。図８はその回路構成図、図９はランプ主要部の構成を示す図である。この実施例では、回路構成的には非線形セラミックコンデンサ３と二端子半導体スイッチ９との間にカレントダンパー１０ａを設け、更に該半導体スイッチ９と並列にパルス電圧の位相の安定化用抵抗体１０ｂとを設けている点が、図２に示した実施例と異なる点である。カレントダンパー１０ａは発光管１に封入されているキセノンガスが外球内にリークした場合、該コンデンサ３の電極間で放電が発生し、安定器を焼損させる場合があるが、このような電極間放電が発生した場合、溶断して安定器の焼損を防止するものである。また、位相安定化用抵抗体１０ｂは極性反転時に該コンデンサの充電電荷を放電させて、発生パルスの位相のずれを防止するものである。なお、この実施例においても図１１と同様に半導体スイッチ９のみが口金内に配置される。
【００２４】
そして、この実施例における非線形セラミックコンデンサ３として、直径１５．５ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）を主体とする強誘電セラミック基板の両面に直径１４．５ｍｍの金属電極膜を形成したもの、接点圧５０ｇ重の第１の熱応動バイメタルスイッチ２と、接点圧３５ｇ重の第２の熱応動バイメタルスイッチ５とを用い、該コンデンサの加熱用抵抗体４として、直径０．９ｍｍのチャコール線のリード付きの７０ｋΩ、１／４ＷＰ型カーボン皮膜抵抗器を用いて、該加熱用抵抗体を該コンデンサの表面との距離が３ｍｍとなるように配置している。又、位相安定化用抵抗体１０ｂとして、１００ｋΩ、１／４ＷＰ型カーボン皮膜抵抗器を用い、更に、二端子半導体スイッチ９として、ブレークオーバー電圧が２３０ＶのＳＳＳ素子を用い、発光管１として２２０Ｗの透光性アルミナ発光管を用い、高圧ナトリウムランプを構成している。
【００２５】
なお、前記実施例では高圧ナトリウムランプについて説明したが、石英製発光管の端部に少なくとも一対の主電極を封着し、内部に少なくとも金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプの内部始動器としても用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上実施例に基づいて説明したように、本発明によればランプ始動時における加熱用抵抗体が非線形セラミックコンデンサを含む始動器と並列に接続され、その加熱用抵抗体にパルスエネルギーが若干吸収されるといえ、そのパルス電圧はランプを始動させるのに、該コンデンサの温度特性より十分高く、かつランプの再始動時にはその加熱用抵抗体は切り離されているため、パルスエネルギーは吸収されることなしに発光管に印加され、その分、該コンデンサの表面温度が高くとも、ランプを始動させることができ、熱応動バイメタルスイッチの戻り時間を早めることができ、それだけ、再始動時間を短縮することができる。
このように、ランプ不点時のパルス停止機能を有するばかりでなく、ランプの再始動時間が短く、ランプ特性が優れた始動器内蔵形高圧蒸気放電灯を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る始動器内蔵形高圧蒸気放電灯の一実施例示す回路構成図である。
【図２】同じく他の実施例の回路構成図である。
【図３】図２の回路構成図において、始動時に発生するパルス電圧波形図である。
【図４】始動器を動作させたときに発生するパルス電圧ピーク値の時間変化を示す特性図である。
【図５】本発明に係る非線形セラミックコンデンサの温度と比誘電率との関係を示す特性図である。
【図６】非線形セラミックコンデンサの温度と発生パルス電圧との関係を示す特性図である。
【図７】高圧ナトリウムランプ２２０Ｗのランプ消灯後の非線形セラミックコンデンサの温度特性を示す図である。
【図８】本発明に係る具体的な実施例を示す回路構成図である。
【図９】図８のランプ主要部の構成を示す図である。
【図１０】先に提案した始動器内蔵形高圧ナトリウムランプの回路構成図である。
【図１１】同じく先に提案した始動器内蔵形高圧ナトリウムランプの回路構成図である。
【符号の説明】
１ 発光管
２ 第１の熱応動バイメタルスイッチ
３ 非線形セラミックコンデンサ
４ 加熱用抵抗体
５ 第２の熱応動バイメタルスイッチ
６ 外球
７ 安定器
８ 交流電源
９ 双方向性二端子半導体スイッチ
１０ａ カレントダンパー
１０ｂ 位相安定化用抵抗体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003668790.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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