JPH02215090A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は１例えば水銀ランプ、ナトリウムランプ、メ
タルハライドランプ等のように金属蒸気を封入した放電
灯の点灯装置に関し、特に１点灯開始時から放電安定状
態に至るまでの電流制御技術に関する。

【従来技術〕

従来の放電灯点灯装置としては１例えば、「照明ハンド
ブック、第１版第１刷、昭和５８年５月２０日、オーム
社発行、ｐＰ１９８〜２０１」や「電気工学ハンドブッ
ク、第１版、昭和５３年４月ｉｏ日、電気学会発行、Ｐ
Ｐ１５３９〜１５４１Ｊに記載されているものがある。

第５図は上記のごとき従来の放電灯点灯装置の一例図で
ある。

第５図において、１はエネルギー供給源となる交流電源
、２は全波整流器、３はインバータ回路、４はコイルＬ
とコンデンサＣとのＬＣ直列共振回路、５は放電灯であ
る。

上記の装置において、点灯開始時には、例えばインバー
タ回路３から周波数１００ｋｉｌｚ程度の電圧をＬＣ直
列共振回路４に印加すると、放電灯５の両端には１０ｋ
Ｖ程度の高電圧が印加され、放電灯５内の封入ガスに絶
縁破壊を生じる。それと同時に周波数を１０ｋＨｚ程度
にすると、このときガス温度は低いので抵抗値が小さく
、ＩＡ程度の電流が流れる、その後、ガス温度の上昇と
共に抵抗値が上昇するので、電流値は次第に低下し、ガ
ス温度が安定状態に達したときには電流は０．４〜０．
５Ａ程度で飽和状態となり、所望の光量が得られる。

上記のごとき放電灯は、車両用の前照灯として使用した
場合、小型、軽量、高効率などの点で、現在のフィラメ
ントタイプのバルブよりも有利な点が多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のごとき点灯過程において、放電安定状態になった
ときに放電灯の光量が所望の値になるように印加電圧お
よび周波数を設定すると、所望の光量に達するまでに時
間が長くかかり、また、上記の時間を短縮するために、
放電安定状態に達する前、すなわち点灯過渡状態の途中
で所定の光景に達するように電圧および周波数を設定す
ると、放電安定状態では光量がオーバースペックになり
、かつ放電灯の寿命が短くなってしまう。したがって、
点灯時に直ちに所望の光量に達することが要求され、か
つ、耐久性が必要とされる車両の前照灯等の用途には使
用困難である、という問題があった・ 本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決するため
になされたものであり１発生光量の立上りが速く、かつ
、放電安定状態で所望の光量を得ることの出来る放電灯
点灯装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、特許請
求の範囲に記載するように構成している。

すなわち、本発明においては、点灯開始時から放電安定
状態に移行するまでの間、放電灯に流れる放電電流を、
最初の値から時間分割で段階的に順次低下させ、かつ、
その変化幅を点灯開始時から所定時間までとそれ以後と
で異なった値とするように制御する制御手段を備えたも
のである。

〔作　用〕

以下、まず、放電灯の光量変化特性について説明する。

なお、放電灯には高圧水銀灯、高圧ナトリウム灯、メタ
ルハライドランプ等があるが、ここではメタルハライド
ランプを例として説明する。

メタルハライドランプ（以下、バルブと記す）は、バル
ブ内に各種の混合ガスが封入され、かつギャップを隔て
て対向した一対の電極を備えている。

上記の電極間に高電圧を印加し、バルブ内の封入ガスに
絶縁破壊を生じさせると、バルブ内のインピーダンスは
絶縁状態時の無限大から数１０オームに低下し、上記電
極間に電流が流れる。これが放電電流である。

この放電電流によってギャップ周辺の温度が上昇し、各
種混合ガスが発光を開始する。そして。

バルブ内の温度が上昇するに従ってバルブ内のインピー
ダンスが高くなり１次第に放電電流が減少して端子電圧
は上昇するという負特性を示す。

第４図は上記の状態における放電灯に流れる放電電流、
放電灯の端子電圧、放電灯内部のガス温度および光量の
関係を示す特性図である。

第４図に示すごとく、光量とガス温度とは同じ特性で変
化し、また、光量と放電電流は反比例の傾向、光量と端
子電圧は比例傾向を示し、それぞれ点灯開始時から数秒
間に急激な変化をし、数秒後に飽和して放電安定状態に
達する。

そして、第１１図に示すように、上記の放電電流を大き
な値（例えば２Ａ）にするように制御すれば、早く必要
な光量に達するが、放電安定状態になった場合に光量が
オーバースペックになり、かつ放電灯の寿命が短くなる
。また、放電電流を最初から放電安定状態に応じた小さ
な値（例えば０．５Ａ）にするように制御すれば、必要
な光量に達するまでの時間が長くなる。

そのため本発明においては、点灯開始時（始動時）から
放電安定状態に達するまでの間、放電灯に流れる放電電
流を、最初の値から時間分割で段階的に順次低下させ、
かつ、その変化幅を点灯開始時から所定時間までとそれ
以後とで異なった値とするように制御することにより、
必要な光量に達する時間を短縮し、かつ寿命低下等の問
題を生じないようにしたものである。

なお、変化幅を所定時間内とその後とで変えているのは
、温度の低い初期に電流値を大幅に変化させると光量が
段階的に急変して違和感を与えるので、それを防止する
ためである。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例図である。

第１図において、１はエネルギー供給源となる交流電源
、２は余波整流器である。なお、車両のように車載のバ
ッテリを電源とする場合は、交流電源１と全波整流器２
との代わりに、車載のバッテリの１２Ｖを所定電圧（例
えば３００Ｖ程度）に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータを
用いることが出来る。また、３は上記の直流電力を所定
周波数の交流電力に変換するインバータ回路、４はチョ
ークコイルＬとコンデンサＣ１、Ｃ２との直列共振回路
、５は放電灯である。また、６は制御手段であり、イン
バータ回路３を制御する信号Ｓ、を出力する。この制御
手段６は専用のアナログ若しくはディジタル回路、また
はマイクロコンピュータ等で構成される。なお、コンデ
ンサＣ１とＣ２の直列回路は、放電灯５の端子電圧を電
圧値Ｖｃとして検出するためのものであり、また、放電
灯５に直列に接続された抵抗Ｒは、放電灯５を流れる放
電電流を電圧値ＶＲとして検出するためのものである。

次に、第２図は第１図の実施例の制御過程を示すフロー
チャートである。

以下、第２図を用いて第１図の実施例の作用を説明する
。

放電灯の点滅を操作するライトスイッチ（図示せず）が
ＯＮにされると、まず、制御手段６は、信号Ｓ１の周波
数を１００に−に設定する。それによってインバータ回
路３は１００ｋＨｚの交流電力を発生し、それをＬＣ直
列共振回路４に印加することにより、放電灯５の両端に
は１０ｋＶ程度の高電圧が印加される。

次に、制御手段６は、コンデンサＣ□と０２の接続点の
電圧値Ｖｃ、または抵抗Ｒの電圧値ＶＲから放電灯５で
絶縁破壊が生じたか否かを判定する。

なお、Ｖｃの値は、放電灯５の封入ガスが絶縁状態であ
る場合は高い値を示し、絶縁が破壊されると低い値にな
り、ＶＲの値は絶縁中はＯで、絶縁破壊後は大きくなる
から、ＶｃまたはｖＩ′Ｉの値を所定値ｖｌｌと比較す
ることによって絶縁破壊が生じたか否かを判別すること
が出来る。

次に、絶縁破壊が生じた場合には、信号Ｓ、の周波数を
低い値の初期値１例えば４ｋｌｌｚに設定する。

第１図に示すごときＬＣ直列回路においては、ＬＣ直列
回路に印加する電圧を一定にしておいても、その周波数
を変化させると、放電灯に流れる放電電流が変化する。

すなわち、周波数が大きくなるとＬ分によって電流の積
分値が小さくなるので、放電灯に流れる電流が減少する
。したがって、信号Ｓ８の周波数を低い値４ｋｌｌｚに
設定してやれば、放電電流を大きな値にすることが出来
る。

次に゛、１００ｍ５が経過したか否かを判定し、Ｌｏｏ
ｍｓ経過する毎に信号Ｓｉの周波数を５０＃ｈづつ増加
させる。

次に、信号Ｓ１の周波数が６ｋｌｋに達したか否かを判
定し、６ｋＨｚに達すると１００ｍｇ毎に加算する周波
数を１００１ｆｚにする。そして信号Ｓ□の周波数が１
０ｋｌｌｚに達すると、その値に固定する。

すなわち、Ｍ縁破壊直後は周波数４ｋＨｚの交流を印加
して大電流を流し、その後４秒間（６ｋＨｚに達するま
で）は小幅に周波数を増加させ、その後は大幅に周波数
を増加させるように制御する。

次に、上記のように点灯開始後所定時間内とその後とで
周波数の変化幅を変える理由について説明する。

前記のごとく、点灯開始時には比較的低い周波数の電圧
を印加して大電流を流し、その後、周波数を高い値に変
化させれば、光量の立上りを速くし、かつ、放電安定状
態では放電灯に流れる電流を制限して所望の光量を得る
ことが出来る。

しかし、光量の変化は放電灯的温度および電流によって
変化し、かつ、温度は電流変化によって変化するので、
電流を段階的に大幅に変化させると、変化時点で光量が
段階的に変化する０例えば。

第３図（ａ）は、最初の周波数を４ｋＨｚとし、２秒ご
とに１ｋＨｚづつ増加させ、１０ｋＨｚで放電安定状態
に達するように制御した場合における光量の変化を示す
図であるが、図示のごとく、放電初期において周波数変
化時の光量の変化が大きくなる。

この理由は、ガスの低温時には一定の電流変化によるガ
ス温度の変化割合が大きく、高温時には変化割合が小さ
くなるためである０例えば、ガス温度が２０℃のときに
電流変化によって４０℃まで変化した場合には、２０℃
の変化による変化割合は１００％であるのに対し、８０
０℃のときに８２０℃まで変化した場合は、同じ２０℃
の変化による変化割合は２．５％にしかならない。

上記のように周波数変化時の段階的な光量変化が大きい
と、車両用の前照灯として用いた場合には、通行人や他
車の運転手を眩惑するおそれがあるので好ましくない。

そのため、本実施例においては、放電初期とそれ以後と
で周波数の変化幅を変え、放電初期には変化幅を小さく
することにより、周波数変化時の段階的な光量の変化を
小さくするように構成している。

例えば、第２図に示したように、最初の周波数を４ｋＨ
ｚとし、放電開始から４秒間は１００ｍｇ毎に５０＆ず
つ加算し、それ以後は、１００ｍｇ毎に１００１１ｚず
つ加算して１０ｋＨｚ（放電安定状態時における値）に
なるまで行なった場合の光量変化は、第３図（ｂ）に示
すようになる。このように。

時間分割を細かくシ、さらに放電開始直後の電流変化に
対する光量変化の大きい時には１周波数の増加幅を小さ
くすることにより、放電灯内温度を単調増加にすること
が出来るので１図示のごとく、人の目には、光量の変化
が滑らかに見え、眩惑を与えることがない程度の変化幅
に制御することが出来る。なお、光量の変化は、電流よ
りも放電灯内温度（ただし温度は電流変化によって変化
する）による所が大きいが、上記のように１００ｍｇ毎
に５０Ｈｚ〜１００１ｈ程度の変化であれば、電流変化
量が充分小さいため温度変化も小さい。また、温度の変
化は応答性が遅いため、光量変化は滑らかな単調増加と
なる。

なお、第１図の実施例は、ＬＣ直列共振回路４で絶縁破
壊用の高電圧を発生する点灯装置に本発明を適用した場
合を例示したが、ＬＣ直列共振回ｒＩＩ４の代わりに、
絶縁破壊用の高電圧を発生するイグナイタ回路のごとき
他の高圧発生手段を備えた放電灯点灯装置にも本発明を
適用することが出来る。

次に、第６図は１本発明の第２の実施例図である。この
実施例は、ホット・リスタート時の瞬時点灯技術に関す
るものである。

従来の放電灯点灯装置における放電灯は、二つの電極間
の距離に応じて光量が決まるので、希望する光量を得る
ためには電極間距離を成る程度大きくしなければならず
、そのため必要な印加電圧が高くなる。例えば、電極間
の距離を４〜５１ＩＩＩとした場合には、放電灯内封入
ガスの絶縁破壊のために両電極間に１ＯｋＶ程度の高電
圧を印加する必要がある。

さらに、第９図に示すように、絶縁破壊電圧はガス温度
に対応して上昇する性質があるので、最初点灯する場合
（コールドスタート時）は、封入ガスが冷えているため
、上記の程度の印加電圧で済むが、ホット・リスタート
（点灯後短時間消灯して再点灯すること）時には、ガス
が温まっているため絶縁度が高くなり、より高電圧（１
５ｋＶ程度）が必要となる。

しかし、ホット・リスタート時を考慮して高電圧を発生
する大型の電源を用いると、ガスが冷えているときには
過剰電圧となるので、無駄な消費電力が多くなるという
問題があり、また、上記の問題を生じないように、印加
電圧を低めに押さえると、瞬時点灯が出来ず、さらには
点灯に失敗して立ち消えが生じることがある等の問題が
あるので、安全性の点で車両のヘッドライト等には使用
出来ない。

本実施例は、上記の問題を解決するため、放電灯内に温
度センサを設けてガス温度を検出し、放電開始時に放電
灯に印加する絶縁破壊電圧を放電灯内のガス温度に応じ
て制御するように構成したものである。

以下、第６図に基づいて説明する。

第６図において、７は温度センサとなる熱電対を備えた
放電灯、８は制御手段であり、その他、第１図と同符号
は同一物を示す。

また、第７図は上記の放電灯７の一例の断面図であり、
１０は管体、１１および１２は電極。

１３は熱電対である。

次に、第８図は、第６図の実施例における制御過程を示
すフローチャートである。

第８図において、制御手段８は１図示しないライトスイ
ッチがＯＮにされると、熱電対１３で検出した放電灯内
のガス温度を判定し、その温度が２００℃以上の場合は
ホット・リスタート時であると判断して印加電圧を高い
値１５ｋＶにするように信号Ｓ工の周波数を制御する。

また、上記ガス温度が２００℃より低い場合は、コール
ドスタート時であると判断して印加電圧を低い値１０ｋ
Ｖになるように制御する。なお、放電安定状態における
ガス温度は８００℃程度に達するので、点灯後直ちに再
点灯した場合のガス温度はかなり高い値となる。

上記のようにして絶縁破壊を行なった後は、前記第２図
と同様に電流値を次第に低減するように制御する。

上記のように制御することにより、コールドスタート時
、ホット・リスタート時に拘りなく、確実に点灯するこ
とが出来、かつ無４駄な消費電力を低減することが出来
る。

なお、第６図の実施例は、第１図の実施例にガス温度に
よる電圧制御を付加した場合を例示したが、ＬＣ直列共
振回１ｌＩ４の代わりに、絶縁破壊用の高電圧を発生す
るイグナイタ回路のごとき他の高圧発生手段を備えた放
電灯点灯装置にも本発明を適用することが出来る。

次に、第１０図は１本発明の第３の実施例のフローチャ
ートである。

この実施例は、前記第６図に示したごとき温度センサを
備えた放電灯を用いた装置において１点灯後の立ち消え
（放電停止）や光景の変動を防止するように構成したも
のである。

前記のごとく１点灯開始時の絶縁破壊後、大電流を流し
て急速に光量を増大させ、その後、次第に電流を減少さ
せて放電安定状態に達した後においても、車載の場合に
は、車両振動による放電のゆらぎや外気が放電灯に当た
る等の理由により、管内温度が変動して結果的に光量が
変動する。さらに変動が大きい時には、立消え（放電停
止）に至る場合がある。

本実施例は、上記のような光量の変動や立ち消えを防止
するものである。すなわち１点灯後に、放電灯内に設け
た温度センサによって温度を検知し、設定値（例えば、
中心値８００℃の場合で±５０℃程度）以上の変動があ
った場合は、電流を一時的に増加（実際には、例えば周
波数を低い値にする）させ、強制的に過渡状態まで戻し
てやる。

なお１通常の場合は、ガス温度が変動しても自然に安定
方向に向かうが、自然に任せていた場合は安定するまで
の時間が長くなり、また、万一立消えに至っては手遅れ
となるため、上記のように強制的に制御する。

例えば、第１２図に示すように、安定状態における温度
が８００℃の場合に、ガス温度が７５０℃になったら電
流を０．７Ａにするように制御してぬ度Ｃ上昇させる。

〔効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、点灯開始
時から放電安定状態に移行するまでの間、放電灯に流れ
る放電電流を、最初の値から時間分割で段階的に順次低
下させ、かつ、その変化幅を点灯開始時から所定時間ま
でとそれ以後とで異なった値とするように制御する制御
手段を偏えたことにより、発生光量の立上りが速く、か
つ、放電安定状態で所望の光量を得ることの出来、しか
も光量の変化が滑らかで、放電開始から放電安定まで違
和感のない変化とすることが出来る。そのため、車両用
の前照灯として使用しても、通行人や他車のドライバを
眩惑することがない、という効果が得られる。

また、第２の実施例においては、コールドスタート、ホ
ット・リスタートに拘らず確実に瞬時点灯が可能である
と共に無駄な消費電力を低減することが出来、また、第
３の実施例においては、点灯後の光量変動や立ち消えを
防止することが出来る。という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例図、第２図は第１図の実
施例の制御過程を示すフローチャート、第３図は放電灯
内のガス温度の時間変化を示す特性図、第４図は端子電
圧、放電電流、温度および光量の変化を示す特性図、第
５図は従来装置の一例図、第６図は本発明の第２の実施
例図、第７図は温度センサを備えた放電灯の一例の断面
図、第８図は第６図の実施例の制御過程を示すフローチ
ャート、第９図は絶縁破壊電圧とガス温度との関係を示
す特性図、第１０図は本発明の第３の実施例の制御過程
を示すフローチャート、第１１図は光量の時間変化を示
す特性図、第１２図は第１０図の実施例における温度の
変動を示す図である。 く符号の説明〉 １・・・交流電源 ２・・・余波整流器 ３・・・インバータ回路 ４・・・ＬＣ直列共振回路 ５・・・放電灯 ６・・・制御手段 ７・・・温度センサを備えた放電灯 ８・・・制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放電灯と、該放電灯を点灯駆動制御する手段とを備えた
   放電灯点灯装置において、点灯開始時から放電安定状態
   に移行するまでの間、放電灯に流れる放電電流を、最初
   の値から時間分割で段階的に順次低下させ、かつ、その
   変化幅を点灯開始時から所定時間までとそれ以後とで異
   なった値とするように制御する制御手段を備えたことを
   特徴とする放電灯点灯装置。