【課題】ほぼ矩形波状の交流電流で点灯する場合、放電管の黒化ができるだけ僅かになるようにする。
【解決手段】電極（２）の直径は、点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中に予め定められた定格電力およびほぼ矩形波状の交流電流によってランプを点灯する場合電極（２）内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定される。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電管と、その中に封入された放電媒体と、この放電媒体内にガス放電を発生させるための円柱状の電極とを備えた高圧放電ランプに関する。
【０００２】本発明は、さらに、放電管と、その中に封入された放電媒体と、この放電媒体内にガス放電を発生させるための電極とを有する高圧放電ランプを、ほぼ矩形波状の交流電流によって点灯する高圧放電ランプの点灯方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】ほぼ正弦波状の系統周波数の交流電流を有するいわゆる従来形の安定器で点灯するように設計された高圧放電ランプを、約１００Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲の周波数を持つほぼ矩形波状の交流電流を有するいわゆる電子安定器で点灯することは知られている。電子安定器でこの高圧放電ランプを点灯することは従来形の安定器で点灯する場合に比べて種々の利点を有している。例えば、ランプ電圧または系統電圧の変動に対してランプ電力の調整によって良好な色一定性が保証され、フリッカをなくすことができる。
【０００４】冒頭で述べた高圧放電ランプおよび高圧放電ランプの点灯方法は例えば欧州特許出願公開第１０４５６２２号および第０９０８９２６号明細書に開示されている。前者の公開明細書には５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの周波数を持つ矩形波状の交流電流で無水銀メタルハライドランプを点灯する安定器が記載されている。後者の公開明細書にはナトリウムおよびスカンジウムをベースとする封入物が封入され２７０Ｈｚの矩形波パルスで点灯されるメタルハライドランプが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ほぼ矩形波状の交流電流で点灯する場合、放電管の黒化ができるだけ僅かになる高圧放電ランプを提供することにある。
【０００６】さらに、本発明の課題は、点灯中の放電管の黒化ができるだけ僅かになるようにほぼ矩形波状の交流電流で高圧放電ランプを点灯する高圧放電ランプの点灯方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】高圧放電ランプに関する課題は、本発明によれば、電極の直径が、点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中に予め定められた定格電力およびほぼ矩形波状の交流電流によってランプを点灯する場合電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定されていることによって解決される。
【０００８】高圧放電ランプの点灯方法に関する課題は、本発明によれば、高圧放電ランプの点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中に、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように、高圧放電ランプがほぼ矩形波状の交流電流を与えられることによって解決される。
【０００９】本発明の特に有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１０】本発明による高圧放電ランプは、放電管と、その中に封入された放電媒体と、この放電媒体内にガス放電を発生させるための円柱状の電極とを有している。電極の直径は、点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中に予め定められた定格電力およびほぼ矩形波状の交流電流によってランプを点灯する場合電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の範囲内の一定値を有するように設定される。交流電流の実効値は高圧放電ランプの定格データによって決定され、電流密度は交流電流の実効値と電極断面積との商から得られるので、上述した積の前記範囲データは本発明による高圧放電ランプの円柱状の電極の直径を設定するための指令を意味している。電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の範囲内の一定値を有する場合にのみ、矩形波状の交流電流で高圧放電ランプを点灯する場合の放電管の黒化が最小になる。ランプの電極直径が、前記積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2よりも小さい値を有するように設定される場合、電極材料の高いスパッタに起因して放電管の黒化が増大する。しかし、ランプの電極直径が、前記積が１０Ａ^4/3ｍｍ^-2よりも大きな値を有するように設定される場合、電極材料の高い蒸発に起因して放電管の黒化が増大する。
【００１１】既に上記において述べたように、本発明による高圧放電ランプの電極は円柱状に形成される。これは、少なくとも放電空間内に突入する電極部分が均一な太さつまり一様な直径を有することを意味している。電極の放電側端部はしかし丸く形成されていてもよい。このような電極は通常ピン電極または棒電極と呼ばれている。この電極の熱特性を最適化するために、電極の放電側端部は電極棒に対して同軸に配置された電極コイルを備えることができる。
【００１２】本発明の優れた実施態様によれば、高圧放電ランプの電極は高融点材料（例えばタングステン）から構成された円柱状のピンから形成されている。この場合、ピンの太さつまり直径は、点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中に定格電力およびほぼ矩形波状の交流電流によってランプを点灯する場合電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定され、これによって点灯中の放電管の黒化ができるだけ僅少になる。
【００１３】本発明の他の優れた実施態様によれば、高圧放電ランプの電極はそれぞれ円柱状の電極ピンから構成され、この電極ピンがその放電側端部に電極ピンに対して同軸に配置された電極コイルを備えている。放電管の黒化をできるだけ僅少にするために、電極ピンの直径は、点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中にほぼ矩形波状の交流電流によってランプを点灯する場合電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定される。
【００１４】放電管の黒化をできるだけ僅少にするために、本発明による高圧放電ランプの点灯方法において、電極を流れるほぼ矩形波状の交流電流は、高圧放電ランプの点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定される。前記積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2よりも小さい値を有するように、電極が低いほぼ矩形波状の交流電流を与えられる場合、電極材料のスパッタに起因して放電管の黒化が増大する。他方、前記積が１０Ａ^4/3ｍｍ^-2よりも大きい値を有するように、電極が高いほぼ矩形波状の交流電流を与えられる場合、電極材料の蒸発に起因して放電管の黒化が増大する。
【００１５】矩形波状の交流電流の周波数が５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの値であると有利である。当該範囲（５０Ｈｚ〜５００Ｈｚ）の周波数よりも高い周波数（つまり５００Ｈｚよりも高い周波数）の場合、放電媒体内に音響共振の問題が発生する。さらに、当該範囲の周波数よりも高い周波数の場合、費用のかかる電子回路が必要とされる。当該範囲の周波数よりも低い周波数（つまり５０Ｈｚよりも低い周波数）の場合、逆にランプの放電アークのフリッカが見えるようになる。
【００１６】図２には高圧放電ランプの１つの型の例として、ほぼ正弦波状の系統周波数の交流電流で点灯する場合の放電管の黒化（特性線１）と、５０Ｈｚの周波数を持つほぼ矩形波状の交流電流で点灯する場合の放電管の黒化（特性線２）との比較を示す。図２の特性図の横軸はランプの電流の実効値を相対的単位で示し、縦軸（対数尺度）は放電管の黒化を同じく相対的単位で示す。特性線１における黒化の最小値が黒化の基準値として、その時の電流の実効値が電流の実効値の基準値として用いられている。両特性線は特定の電流に対して最小の黒化挙動を示している。ランプを点灯する電流が小さすぎると、電極材料のスパッタに起因して放電管の黒化が増大する。しかし、ランプを点灯する電流が大きすぎると、電極材料の蒸発に起因して放電管の黒化が増大する。矩形波状の交流電流で高圧放電ランプを点灯する場合、矩形波状の交流電流で点灯する場合の電流の実効値が、正弦波状の系統周波数の交流電流で点灯する場合の特性線１で示された黒化最小時の電流の実効値の約５６％であると、放電管の黒化の絶対最小値が達成されることが明らかである。
【００１７】寿命期間中の光束減少が少なくなるように経験的に最適化される高圧放電ランプを正弦波状の系統周波数の交流電流で点灯する場合の放電管の黒化の最小はまさにこのランプにその定格電流を与える場合に生じることが明らかである。正弦波状の系統周波数の交流電流で点灯される公知の高圧放電ランプにおいて、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積は１０Ａ^4/3ｍｍ^-2よりも大きい値を有している。
【００１８】放電管の黒化を減少させるために、本発明によれば、電極内の電流密度は、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定される。これは、好ましくはピン電極として形成され頭部に電極コイルを備えることができる円柱状の電極を有する本発明による高圧放電ランプにおいて、電極ピン直径の適当な設定によって達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下において本発明を複数の優れた実施例に基づいて詳細に説明する。図１は高圧放電ランプの全ての実施例に当てはまる構成の概略図を示す。全ての実施例においてランプの構成はほぼ同じである。ランプはその寸法とその点灯データのみが異なるだけである。
【００２０】図１に示された高圧放電ランプは両側を密封された放電管１を有している。この放電管１は例えば石英ガラスまたは酸化アルミニウムセラミックスのような光透過性材料から構成されている。放電管１の内部にはイオン化可能な放電媒体が気密に封入されている。この放電媒体は主要成分として金属ハロゲン化物およびさらに希ガスまたは水銀を含んでいる。放電媒体内にガス放電を発生させるために、２つの同種に形成された電極２が使われ、これらの電極２は放電管１内にその軸線方向に対向して配置されている。各電極２は円柱状の電極ピン２ａから構成されており、この電極ピン２ａは放電側端部に電極ピン２ａに対して同軸に配置された電極コイル２ｂを備えている。放電管１は光透過性の外管３によって包囲されている。電極２はそれぞれ放電管端部１ａ内に気密に封着されたリード４を介してランプの電気接触片５に接続されている。
【００２１】本発明の第１実施例は７０Ｗの電力入力すなわち定格電力を有するメタルハライドランプである。このランプの電極ピン２ａは０．４１ｍｍの直径を有している。このランプは１２０Ｈｚのほぼ矩形波状の交流電流によって点灯される。ランプの点弧相の終了後、ランプがその定格電力で点灯される準安定な平衡点灯状態が達成されると、交流電流の実効値は１Ａになり、電極内の電流密度は７．６Ａ／ｍｍ²になる。力率は約１であり、ランプ電圧は７０Ｖである。従って、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積は７．６Ａ^4/3ｍｍ^-2になる。
【００２２】本発明の第２実施例は１５０Ｗの電力入力すなわち定格電力を有するメタルハライドランプである。このランプの電極ピン２ａは０．６２ｍｍの直径を有している。このランプは１２０Ｈｚのほぼ矩形波状の交流電流によって点灯される。ランプの点弧相の終了後、ランプがその定格電力で点灯される準安定な平衡点灯状態が達成されると、交流電流の実効値は１．８Ａになり、電極内の電流密度は６Ａ／ｍｍ²になる。力率は約１であり、ランプ電圧は８３．３Ｖである。電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積は従って７．３Ａ^4/3ｍｍ^-2になる。
【００２３】本発明の第３実施例は１５０Ｗの電力入力すなわち定格電力を有するメタルハライドランプである。このランプの電極ピン２ａは０．３３ｍｍの直径を有している。このランプは１２０Ｈｚのほぼ矩形波状の交流電流によって点灯される。ランプの点弧相の終了後、ランプがその定格電力で点灯される準安定な平衡点灯状態が達成されると、交流電流の実効値は０．７５Ａになり、電極内の電流密度は８．８Ａ／ｍｍ²になる。力率は約１であり、ランプ電圧は２００Ｖである。従って、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積は８．０Ａ^4/3ｍｍ^-2になる。
【００２４】本発明の第４実施例は１５０Ｗの電力入力すなわち定格電力を有する無水銀メタルハライドランプである。このランプの電極ピン２ａは０．７２ｍｍの直径を有している。このランプは１２０Ｈｚのほぼ矩形波状の交流電流によって点灯される。ランプの点弧相の終了後、ランプがその定格電力で点灯される準安定な平衡点灯状態が達成されると、交流電流の実効値は２．５Ａになり、電極内の電流密度は６．１Ａ／ｍｍ²になる。力率は約１であり、ランプ電圧は６０Ｖである。従って、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積は８．３Ａ^4/3ｍｍ^-2になる。
【００２５】本発明の第５実施例は２５０Ｗの電力入力すなわち定格電力を有するメタルハライドランプである。このランプの電極ピン２ａは０．８８ｍｍの直径を有している。このランプは１２０Ｈｚのほぼ矩形波状の交流電流によって点灯される。ランプの点弧相の終了後、ランプがその定格電力で点灯される準安定な平衡点灯状態が達成されると、交流電流の実効値は３Ａになり、電極内の電流密度は４．９Ａ／ｍｍ²になる。力率は１であり、ランプ電圧は８３．３Ｖである。従って、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積は７．１Ａ^4/3ｍｍ^-2になる。
【００２６】本発明の第６実施例は４００Ｗの電力入力すなわち定格電力を有するメタルハライドランプである。このランプの電極ピン２ａは１．１ｍｍの直径を有している。このランプは１２０Ｈｚのほぼ矩形波状の交流電流によって点灯される。ランプの点弧相の終了後、ランプがその定格電力で点灯される準安定な平衡点灯状態が達成されると、交流電流の実効値は４Ａになり、電極内の電流密度は４．２Ａ／ｍｍ²になる。力率は１であり、ランプ電圧は１００Ｖである。従って、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積は６．７Ａ^4/3ｍｍ^-2になる。
【００２７】本発明は上記において詳細に説明した実施例に限定されない。例えば、電極は高融点材料（例えばタングステン）から構成され電極コイルを備えていないピン電極として形成されていてもよい。この場合、ピンの太さつまり直径は、電極内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定される必要がある。
【００２８】さらに、本発明の適用は矩形波状の交流電流の特殊な周波数に限定されない。ほぼ矩形波状の交流電流に対して５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲の周波数が選定されると好ましい。
【００２９】さらに、本発明は、図１に概略的に示された両側を密閉された両口金形高圧放電ランプに限定されない。放電管の形状および外管の口金は本発明にとっては重要ではない。特に本発明は片側を密閉された放電管を有する高圧放電ランプおよび片口金形放電ランプにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧放電ランプの構成を示す概略図
【図２】電流の実効値−放電管の黒化特性図
【符号の説明】
１ 放電管
１ａ 放電管端部
２ 電極
２ａ 電極ピン
２ｂ 電極コイル
３ 外管
４ リード
５ 接触片

【特許請求の範囲】
【請求項１】 放電管（１）と、その中に封入された放電媒体と、この放電媒体内にガス放電を発生させるための円柱状の電極（２）とを備えた高圧放電ランプにおいて、電極（２）の直径が、点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中に予め定められた定格電力およびほぼ矩形波状の交流電流によってランプを点灯する場合電極（２）内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】 電極（２）がそれぞれ棒状の電極ピン（２ａ）から構成され、この電極ピン（２ａ）がその放電側端部に電極ピン（２ａ）に対して同軸に配置された電極コイル（２ｂ）を備え、電極ピン（２ａ）の直径が、点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中にほぼ矩形波状の交流電流によってランプを点灯する場合電極（２）内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように設定されていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】 放電管（１）と、その中に封入された放電媒体と、この放電媒体内にガス放電を発生させるための電極（２）とを有する高圧放電ランプを、ほぼ矩形波状の交流電流によって点灯する高圧放電ランプの点灯方法において、高圧放電ランプの点弧相の終了後の高圧放電ランプの安定な点灯状態中に、電極（２）内の電流密度と交流電流の実効値の三乗根との積が５Ａ^4/3ｍｍ^-2と１０Ａ^4/3ｍｍ^-2との間の一定値を有するように、高圧放電ランプがほぼ矩形波状の交流電流を与えられることを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。

【図１】


【図２】

【公開番号】特開２００３−２２７８２（Ｐ２００３−２２７８２Ａ）
【公開日】平成１５年１月２４日（２００３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−１７５２６０（Ｐ２００２−１７５２６０）
【出願日】平成１４年６月１７日（２００２．６．１７）
【出願人】（３９１０４５７９４）パテント−トロイハント−ゲゼルシヤフト フユア エレクトリツシエ グリユーランペン ミツト ベシユレンクテル ハフツング (15)
【氏名又は名称原語表記】ＰＡＴＥＮＴ−ＴＲＥＵＨＡＮＤ−ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＦＵＲ ＥＬＥＫＴＲＩＳＣＨＥ ＧＬＵＨＬＡＭＰＥＮ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ
【Ｆターム（参考）】