動的数式モデルを用いたメタルハライドランプの始動時間短縮に関する研究

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1 研究目的 高圧放電ランプの一種であるメタルハライドランプは同一電力に対して白熱球の3倍から5倍の明るさをもつ高性能点光源であり、他の高圧放電ランプに比べ光色が良いという特長を持つ。反面、電源スイッチ投入後、ランプが定格の明るさとなるまでに数分間もの時間を要するデメリットを持つため、従来、屋外照明、スタジオ用などに使用されてきた。しかし近年、数10Wクラスの小容量メタルハライドランプが開発され、オフィスや店舗等の屋内照明用としても次第に採用されるようになり、スイッチ投入と同時に明るくなることが要求されるようになった。本研究はこのランプの定常状態および過渡状態をシミュレーションする事のできる動的な数式モデルを開発し、それを用いてランプ特性並びに電子安定器の両面から検討行い、メタルハライドランプの始動時間を短縮する方法を検討することが目的である。2 研究成果 まず、混合気体の放電理論に基礎をおいてメタルハライドランプの動作過程の検討を行い、混合ガスプラズマの電気導電率を求め、回路方程式、エネルギー条件、熱平衡条件の数式化を行うことにより、状態変数方程式モデルを構築した。そしてランプの電圧、電流、電力、アーク温度、外管の管壁温度などの数値計算と実験結果とを比較検討することによりそのモデルの妥当性を立証した。この状態変数方程式モデルを用いてシミュレーションを行い、熱伝導率、封入物の気化のパターン、ランプ形状、温度の初期値などが始動時間に及ぼす影響を明らかにした。それを基にメタルハライドランプの始動時間の短縮方法の検討を行い、その条件を明らかにした。また、始動期間中にランプへ与える電力を調整することによりランプの始動時間が短くなる可能性のあることを、電子安定器により実験的に確認した。