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電子式スタータ内蔵セラミックメタルハライドランプ

セラミックメタルハライドランプのランプ電圧波形

図1 セラミックメタルハライドランプのランプ電圧波形

沃化ツリウム添加量と発光効率および相関色温度

図2 沃化ツリウム添加量と発光効率および相関色温度

水銀灯安定器で点灯可能なセラミックメタルハライドランプ

写真1 水銀灯安定器で点灯可能なセラミックメタルハライドランプ

[従来技術]
 商業店舗等の照明には、高効率のセラミックメタルハライドランプ(セラミックメタハラ)が、その高演色性と長寿命を特徴として急速に使用拡大されている。それらは低ワット(20~150W)が主流で、専用の安定器が必要である。
 一方工場や体育館などの高天井の施設や道路照明には、安価な水銀灯安定器で点灯できる高効率のランプが開発され実用化されてきた。これらのランプは、高圧ナトリウムランプや石英発光管のメタルハライドランプである。しかしそこには演色性の問題や寿命の課題があった。そのため高効率、高演色、長寿命のセラミックメタハラを水銀灯安定器で点灯可能にさせることが望まれていた。
[解決すべき課題]
 セラミックメタハラを水銀灯安定器で点灯可能にする為の課題は以下のとおりである。
①ランプ始動には高いパルス電圧印加が必要であるので、ランプ内にスタータを内蔵させる。
②発生パルス電圧を最大2100V(水銀安定器の耐電圧試験電圧がAC1500Vであるため,そのピーク値に相当する電圧)とする。
③ランプ電圧を120V~130V(従来品は100V程度)にする。
[課題を解決するための手段と結果]
①使用したスタータは自社開発の強誘電体セラミックコンデンサ(FECと称す)と半導体スイッチ及び抵抗素子から構成される電子スタータを用いた。
②始動電圧改善:発光管内不純ガスの低減
通常セラミックメタハラの始動に要求されるパルス電圧は1.8~3.5kV程度である。これを2.1kV(配線によるパルス減衰を考慮すると1.5kV)で始動するように、発光管構成材料に含まれる不純ガス除去条件を見出した。
③立消え性改善:発光物質
セラミックメタハラは高演色性を得るために希土類ハロゲン化物を主成分とする発光物資が添加されている。そのため点灯中のランプ電圧波形は再点弧電圧が高くなり一般の銅鉄安定器で点灯する場合には2次電圧を高く(約240V)している。あるいは電子安定器(矩形波)で点灯されている。これを水銀灯安定器で且つランプ電圧が130Vでも立ち消えしないようにするため、発光物質にアルカリ金属のハロゲン化物(例えばヨウ化ナトリウム:NaI)を加え、再点弧電圧を低くした。図1参照 またNaIを加えると相関色温度が下がるため、それを補正する目的でヨウ化ツリウムを添加し色調整と同時に高効率を実現した。図2参照
[効果]
①パルス電圧(配線長50m相当):1500V(最大2100V)を達成
②1200Vのパルス電圧で始動できる発光管が得られた
③従来タイプのランプではランプ電圧実効値102Vに対して再点弧電圧(ピーク値)が182Vすなわちランプ電圧の波高率が約1.8であったものを、ランプ電圧実効値が121Vであるにもかかわらず再点弧電圧は172V、波高率約1.4のランプが実現した。また効率はおよそ100lm/Wであり光源色は白色且つ高演色性を維持できた。
[応用]
 開発した2004年当時は7品種であったが、消費電力、演色性および高効率への拡充、点灯姿勢の拡大を含め2012年3月現在では17品種(46形式)に至り、高効率性能では最大125lm/Wのものも実現した。またFECスタータによるソフトスタートの効果や材料の進歩によりランプ寿命は開発当初の15,000時間から24,000時間まで延長されている。


 本研究の成果に対して、照明学会は、2005年、佐々木俊一(岩崎電気株式会社)、早川弘幸(同左)、吉田浩二(同左)、工藤雅直(同左)、青木繁幸(同左)、前原昭美(同左)に照明学会 照明技術開発賞を贈った。

文献

[1]T.Iida,R.Loane,「Ceramic Pulse Generating Capacitor and Built-in Starter for High Pressure Sodium Lamps」, 34th IES National Convention 1988 IES of Australia, 1988
[2]佐々木、飯田 「非線形コンデンサを内蔵したHIDランプの始動システム」、照明学会研究会資料、LS-91-20、pp24-33、1991 
[3]前原昭美、「400W用水銀灯安定器適合形セラミックメタルハライドランプ開発の技術的解説」、照明学会誌、Vol.90, No.1, pp17-23, 2006

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キーワード

光源、セラミックメタルハライドランプ、水銀灯安定器
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