JPH09260071A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に高輝度放電ランプの点灯装置において、
従来、点灯初期に定格時の数倍のランプ電流を流し、定
格光出力までの立ち上がり時間を短縮していたため、点
灯初期の電極ダメージが大きく放電ランプが短寿命にな
っていた。 【解決手段】 (ａ)は、従来の点灯時の放電アーク２
を、(ｂ)はハロゲン化金属３が堆積する方向に放電アー
クを曲げる手段を付加した時の放電アーク４を観測した
図で、放電アーク２は重力誘導対流による浮力で上方向
に湾曲するのに対し、(ｂ)は放電アークを曲げる手段か
ら発する力を浮力より大きくすることで、放電アーク４
はハロゲン化金属３が堆積する方向である下方向に湾曲
するので、放電アーク４の熱で点灯初期にハロゲン化金
属３を急速に蒸発させ、大きなランプ電流を流すことな
く、定格光出力までの立ち上がり時間を短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電ランプの点灯
初期の光出力の立ち上がり時間を短縮するとともに、放
電ランプを長寿命にする、特に高輝度放電ランプに有効
な放電ランプ点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、放電ランプの中でもＨＩＤランプ
（高輝度放電ランプ）は高効率・長寿命という特徴から
屋外照明分野などに広く応用されている。特に、メタル
ハライドランプは演色性が良く、その特性をいかし屋外
照明分野のみならず、屋内照明分野にも普及しつつあ
り、さらに映像機器用の光源・車両の前照灯用光源とし
て注目されている。以下に従来の放電ランプ点灯装置に
ついて説明する。従来の放電ランプの点灯方式には、
「ＨＩＤの電子バラスト点灯システム研究調査委員会報
告書、平成６年３月、照明学会発行、ｐ１００〜ｐ１０
２」に記載されたものがある。

【０００３】図８は、従来の放電ランプ点灯装置で放電
ランプであるＨＩＤランプを点灯した時の点灯初期のラ
ンプ電流の変化と光出力の変化を示したものである。図
８において点灯初期の定格点灯に達するまでの期間、定
格時の数倍のランプ電流を流すことによって、ガラスエ
ンベロープ内に充填されたハロゲン化金属と水銀の蒸発
を加速し、定格光出力までの立ち上がり時間の短縮を図
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、点灯初期に、定格時の数倍のランプ電流
を流すため電極ダメージが大きく、放電ランプが短寿命
になるという問題点を有していた。また放電ランプの点
灯手段は、ランプ電流を所定の特性で制御する必要があ
るとともに、定格時の数倍のランプ電流に対して性能保
証する必要があるため、複雑で大型化するという問題点
を有していた。さらに近年、注目されている映像機器用
の光源・車両の前照灯用光源は点灯直後の光出力を補う
ためキセノンを高圧で封入する場合がある。高圧のキセ
ノンの存在は重力誘導対流を増大させ、放電アークの上
部への湾曲を大きくし、ガラスエンベロープ内下部に堆
積するハロゲン化金属と水銀の蒸発を速めるためには、
さらに大きなランプ電流を必要とするという問題点を有
していた。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、簡単な構成で点灯初期に大きなランプ電流を流すこ
となく、定格光出力までの立ち上がり時間を短縮し、電
極ダメージを小さくして放電ランプを長寿命にできる放
電ランプ点灯装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の放電ランプ点灯装置は、一対の電極を有し放
電空間を画定するガラスエンベロープ内に充填物として
少なくともハロゲン化金属と水銀が密封された放電ラン
プと、ハロゲン化金属が堆積する方向に放電アークを曲
げる手段と、放電ランプを始動点灯する点灯手段とを備
え、放電ランプをほぼ水平で点灯する構成を有してい
る。

【０００７】また、放電アークを曲げる手段が、放電ラ
ンプの放電電流の流れを横切るように磁界を発生する磁
界発生手段であることを特徴とするものである。また、
放電アークを曲げる手段が、ハロゲン化金属が堆積する
方向に放電アークを曲げるモードを励起する音響的共鳴
周波数の周波数成分を有する点灯波形に選定する手段で
あることを特徴とするものである。さらに、放電ランプ
の点灯初期に放電アークを曲げる手段から発する力が放
電空間内で発生する重力誘導対流による浮力より大きい
ことを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、本発明の第１の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図１はガラスエンベ
ロープ内に充填物としてハロゲン化金属と水銀が密封さ
れた放電ランプであるＨＩＤランプのアーク形状を示す
図である。

【０００９】図１において、１は一対の電極、２，４は
放電アークであり、３は堆積しているハロゲン化金属で
ある。図１（ａ）は放電アークを曲げる手段がない時の
水平点灯されたＨＩＤランプの電極１の間を流れる放電
電流によって形成される放電アーク２を観測した図であ
り、放電アーク２はガラスエンベロープ内に発生する重
力誘導対流の影響による浮力によって上方向に湾曲す
る。

【００１０】図１（ｂ）はハロゲン化金属３が堆積する
方向に放電アークを曲げる手段を付加した時の水平点灯
されたＨＩＤランプの電極１の間を流れる放電電流によ
って形成される放電アーク４を観測した図であり、放電
アークを曲げる手段から発する力をガラスエンベロープ
内に発生する重力誘導対流による浮力より大きくするこ
とによって放電アーク４は、ハロゲン化金属３の堆積す
る方向に湾曲する。

【００１１】図２は第１の実施の形態の具体的な構成を
示す図である。図２において、５は水平点灯された放電
ランプであるＨＩＤランプであり、ＨＩＤランプ５は放
電空間を画定するガラスエンベロープ内に充填物として
ハロゲン化金属と水銀が密封され、一対の電極６を有し
放電電流が一対の電極６の間を流れ放電アーク７を形成
する。８は放電アークを曲げる手段であるＨＩＤランプ
５の放電電流の流れを横切るように磁界を発生する磁界
発生手段であるチョークコイルであり、チョークコイル
８はＨＩＤランプ５の周囲である下部に設ける。放電電
流がＡの極性で流れた時、チョークコイル８からは実線
の極性の磁束が発生し、放電電流がＢの極性で流れた
時、点線の極性の磁束が発生するようにチョークコイル
８をＨＩＤランプ５に直列に接続する。９はフェライト
コアであり、チョークコイル８から発する磁束密度を増
加させるために設ける。１０はＨＩＤランプ５を始動点
灯するための点灯手段であり、点灯手段１０は一般的に
ＨＩＤランプの点灯手段として用いられている矩形波点
灯回路であり、ＨＩＤランプ５のランプ電流波形を図３
に示す。

【００１２】以上のように構成された第１の実施の形態
の動作を説明する。点灯手段１０によってＨＩＤランプ
５は点灯し、図３に示すように所定の周波数で極性が反
転する矩形の交流電流が放電電流として流れ、ＨＩＤラ
ンプ５に直列に接続されたチョークコイル８にも同様の
電流が流れる。チョークコイル８に電流が流れると流れ
る極性に応じた方向に磁束が発生し、上記に記載したご
とく放電電流の流れる方向に対して放電電流の流れを横
切るように磁界が発生する。放電電流とチョークコイル
８から発生した磁束によって、放電アーク７は放電電流
の極性に関係なく下向きの力を受ける。

【００１３】そのためＨＩＤランプ５が点灯すると、放
電アーク７は図１（ｂ）のようにＨＩＤランプ５のガラ
スエンベロープの下部に堆積している充填物であるハロ
ゲン化金属方向に放電アークが曲がる。そのためハロゲ
ン化金属３に近接して放電アーク７が存在するため、放
電アーク７の熱によりハロゲン化金属３が急速に加熱さ
れハロゲン化金属３は急速に蒸発し、定格光出力まで急
速に立ち上がる。その後、ＨＩＤランプ５の温度上昇に
伴い、フェライトコア９が加熱され、フェライトコア９
の温度上昇に伴い、チョークコイル８から発する磁束密
度が徐々に低下する。磁束密度の低下にともない放電ア
ーク７は重力誘導対流の浮力による影響が大きくなり徐
々に上方向に湾曲する。

【００１４】図４はＨＩＤランプ５の点灯直後から定格
点灯までの放電アーク７の形状の変化を示した図であ
り、図４（ａ）はチョークコイル８のない時、図４
（ｂ）がチョークコイル８のある時である。図４（ａ）
に示すようにチョークコイル８のない時は点灯直後から
重力誘導対流の影響による浮力によって上方向に湾曲し
ているのに対して、図４（ｂ）に示すようにチョークコ
イル８のある時には点灯直後は斜線部で示すハロゲン化
金属が堆積している下方向に放電アークが曲がり、点灯
時間の経過とともにフェライトコア９が温度上昇しチョ
ークコイル８から発する磁束密度の低下で放電アーク７
の下方向への湾曲が小さくなり、定格点灯時にはチョー
クコイル８のない時とほぼ同様の放電アーク形状にな
る。図５にチョークコイル８がある時とない時の光出力
の定格値までの立ち上がり時間を比較した結果を示す。
チョークコイル８を付加するだけで、定格光出力に発す
るまでの時間が約半分に短縮されている。

【００１５】以上のような構成により、チョークコイル
８とフェライトコア９を設けるだけの簡単な構成で点灯
初期に大きなランプ電流を流すことなく、定格光出力ま
での立ち上がり時間を短縮でき、大きなランプ電流を流
すことがないので電極ダメージが小さくなりＨＩＤラン
プ５を長寿命にできる。またフェライトコア９の温度特
性を利用し放電アーク７に加わる力を可変できる構成な
ので、放電アーク７の下方向へ湾曲する度合は、ランプ
の消灯時間（フェライトコア８の温度低下の時間）の長
さに比例するので、初期光出力の低い時ほど湾曲する度
合を大きくできる。また、放電アーク７の下方向へ湾曲
する度合は、光出力に反比例する構成にできるので、光
出力のオーバーシュートもなく定格値までスムーズに光
出力を立ち上げることができる。また、点灯手段１０か
ら供給するランプ電流の最大値は従来の技術と比較して
非常に小さくできるとともに、ランプ電流を所定の特性
で制御する必要がなくなるので、点灯手段１０は構成が
簡単になり、小形化・軽量化できる。

【００１６】（実施の形態２）以下、本発明の第２の実
施の形態の具体的な構成を図６に示す。図６において、
１１は水平点灯された放電ランプであるＨＩＤランプで
あり、ＨＩＤランプ１１は放電空間を画定するガラスエ
ンベロープ内に充填物としてハロゲン化金属と水銀が密
封され、一対の電極１２を有し放電電流が一対の電極１
２の間を流れ放電アーク１３を形成する。１４は放電ア
ーク１３を曲げる手段であるランプ電流供給線であり、
図６のように配置することで一対の電極１２の間を流れ
る放電電流とランプ電流供給線１４を流れる電流の方向
を逆極性にする。またランプ電流供給線は一対の電極１
２の電極軸の真上に配置する。１５はＨＩＤランプ１１
を始動点灯するための点灯手段であり、第１の実施の形
態の点灯手段１０と同様の矩形波点灯回路である。

【００１７】以上のように構成された第２の実施の形態
の動作を説明する。点灯手段１５によってＨＩＤランプ
１１は第１の実施の形態と同様に点灯し、所定の周波数
で極性が反転する矩形の交流電流が放電電流として流れ
る。この時、ランプ電流供給線１４を流れる電流は放電
電流と逆極性になるため、ランプ電流供給線１４と放電
アーク１３との間に反発力の電磁力が発生し放電アーク
１３はハロゲン化金属（図示せず）が堆積する方向であ
る下方向に曲げられる。そのため放電アーク１３は前記
ハロゲン化金属に近づき、放電アーク１３の熱により前
記ハロゲン化金属の温度上昇が加速され定格光出力まで
の到達時間が短縮できる。

【００１８】図７は、図６の構成でＨＩＤランプ１１を
点灯した時（ランプ電流供給線１４あり）とランプ電流
供給線１４を設けず、ＨＩＤランプ１１を点灯した時の
光出力の定格値までの立ち上がり時間を比較した結果を
示す。ランプ電流供給線１４を設けることで定格光出力
までの立ち上がり時間が短縮されている。

【００１９】以上のように、ランプ電流供給線１４をＨ
ＩＤランプ１１の電極軸の真上に配置するだけの簡単な
構成で定格光出力までの立ち上がり時間を短縮できる。
またランプ電流供給線１４を、よりＨＩＤランプ１１に
近づけるか、点灯初期に多少定格時より大きな電流を流
すだけで、ランプ電流供給線１４と放電アーク１３との
間に発生する反発力が増大するので、定格光出力までの
立ち上がり時間をさらに短縮することができる。また、
第１の実施の形態と同様、電極ダメージを小さくでき、
ＨＩＤランプ１１が長寿命になるとともに点灯手段１５
も小形化・軽量化できる。

【００２０】なお、以上の実施の形態において、アーク
を曲げる手段として第１の実施の形態ではチョークコイ
ル８を、第２の実施の形態ではランプ電流供給線１４を
設けたが、放電アークをハロゲン化金属が堆積する方向
に曲げることができるならば他の手段でもよく、例えば
ＨＩＤランプを高周波で点灯した時に発生する音響的共
鳴現象を利用し、点灯初期の光出力を立ち上げる期間、
放電アークをハロゲン化金属が堆積する方向に曲げるこ
とができる高周波で放電ランプを点灯させても上記の実
施の形態と同様の効果が得られるとともに、周波数を所
定の周波数に選定するだけでよく、構成がさらに簡単に
なる。

【００２１】また、アークを曲げる手段として第１の実
施の形態ではチョークコイル７から発する磁束密度を増
加させるためにフェライトコア９を設けたが、高透磁率
材料であるならば他の材料でもよいし、フェライトコア
８がない空心状態のコイルでも発生する磁束は減少する
が、光出力の立ち上がり時間を短縮する効果はある。さ
らに点灯初期に多少定格時より大きな電流を流すことに
よっても放電アーク６を下方向に曲げる力を増大させる
ことができ、放電アークを下方向に曲げた効果と放電電
流の増加効果の相乗効果で定格光出力までの立ち上がり
時間を短縮することができ、コイル形状も小さいもので
も十分な効果を発揮することができる。

【００２２】また第１の実施の形態のチョークコイル８
はＨＩＤランプ５の下部に配置したが、ＨＩＤランプ５
の放電電流の流れを横切るように磁界を印加して放電ア
ークに下方向の力を加えることができるならば、上部に
配置しても多少斜めに配置してもよい。

【００２３】また点灯手段１０、１５は矩形波点灯回路
としたが、磁気回路式安定器を用いた商用周波数点灯で
もよく、インバータ回路による高周波点灯でもよく、点
灯波形は矩形波でなくても正弦波・三角波・鋸波などで
もよい。

【００２４】また第１の実施の形態のチョークコイル８
をＨＩＤランプ５の電流制限素子として用いることで、
さらに点灯手段１０を小形化できる。

【００２５】また第２の実施の形態のランプ電流供給線
１４は、一対の電極１２の電極軸の真上に配置したが、
電極軸より上にランプ電流供給線１４を配置すれば、ハ
ロゲン化金属の堆積する方向であるガラスエンベロープ
下部方向に放電アーク１３を曲げることができるので、
光出力立ち上がり時間の短縮効果があり、さらにランプ
電流供給線１４を包囲するがごとく高透磁率材料を配置
すると反発力が増大するので、光出力立ち上がり時間を
さらに短縮することができる。

【００２６】

【発明の効果】以下のように本発明は、ハロゲン化金属
が堆積する方向に放電ランプの放電アークを曲げること
によって、ハロゲン化金属に近接して放電アークが存在
する構成にできるので、放電アークの熱により点灯初期
に、ハロゲン化金属を急速に蒸発させるので、大きなラ
ンプ電流を流すことなく、定格光出力まで急速に立ち上
がる。そのため、定格光出力までの立ち上がり時間を短
縮できるとともに、電極ダメージを小さくして放電ラン
プを長寿命にできる。また、ランプ電流を所定の特性で
制御する必要もなく点灯初期のランプ電流を小さくでき
るので、点灯手段の構成が簡単で小形化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）放電アークを曲げる手段がない時の水平
点灯されたＨＩＤランプの放電アークを観測した図 （ｂ）ハロゲン化金属が堆積する方向に放電アークを曲
げる手段を付加した時の水平点灯されたＨＩＤランプの
放電アークを観測した図

【図２】本発明の第１の実施の形態の具体的な構成を示
す図

【図３】第１の実施の形態のＨＩＤランプ５の点灯時の
ランプ電流波形図

【図４】（ａ）ＨＩＤランプ５の点灯直後から定格点灯
までのチョークコイル８のない時の放電アーク７の形状
の変化を示した図 （ｂ）同チョークコイル８のある時の放電アーク７の形
状の変化を示した図

【図５】チョークコイル８がある時とない時の光出力の
定格値までの立ち上がり時間を比較した図

【図６】本発明の第２の実施の形態の具体的な構成を示
す図

【図７】ランプ電流供給線１４がある時とない時の光出
力の定格値までの立ち上がり時間を比較した図

【図８】従来の放電ランプ点灯装置で放電ランプで点灯
した時の点灯初期のランプ電流の変化と光出力の変化を
示した図

【符号の説明】

１，６，１２ 一対の電極 ２，４，７，１３ 放電電流によって形成される放電ア
ーク ３ 堆積しているハロゲン化金属 ５，１１ ＨＩＤランプ ８ チョークコイル ９ フェライトコア １０，１５ 点灯手段 １４ ランプ電流供給線

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の電極を有し、放電空間を画定するガ
   ラスエンベロープ内に充填物として少なくともハロゲン
   化金属と水銀が密封された放電ランプと、 前記ハロゲン化金属が堆積する方向に前記放電ランプの
   放電アークを曲げる手段と、 前記放電ランプを始動点灯する点灯手段とを備え、 前記放電ランプをほぼ水平で点灯したことを特徴とする
   放電ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】放電アークを曲げる手段が、放電ランプの
   放電電流の流れを横切るように磁界を発生する磁界発生
   手段であることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ
   点灯装置。
3. 【請求項３】放電アークを曲げる手段が、ハロゲン化金
   属が堆積する方向に前記放電アークを曲げるモードを励
   起する音響的共鳴周波数の周波数成分を有する点灯波形
   に選定する手段であることを特徴とする請求項１記載の
   放電ランプ点灯装置。
4. 【請求項４】放電ランプ点灯初期の定格点灯に達するま
   での期間、放電アークを曲げる手段から発する力が放電
   空間内で発生する重力誘導対流による浮力より大きいこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ラ
   ンプ点灯装置。
5. 【請求項５】放電ランプが、磁界発生手段としてランプ
   電流供給線を有し、一対の電極間を流れる放電電流と前
   記ランプ電流供給線を流れる電流の方向が互いに逆方向
   となる構成にし、電極軸より上に前記ランプ電流供給線
   を配置したことを特徴とする請求項２記載の放電ランプ
   点灯装置。
6. 【請求項６】ランプ電流供給線を包囲するがごとく高透
   磁率材料を配置したことを特徴とする請求項５記載の放
   電ランプ点灯装置。
7. 【請求項７】磁界発生手段が、放電ランプの周囲に設け
   られ前記放電ランプに直列に接続されたチョークコイル
   である請求項２記載の放電ランプ点灯装置。
8. 【請求項８】磁界発生手段が、所定の温度以上で磁束の
   減衰特性を有することを特徴とする請求項５〜７のいず
   れかに記載の放電ランプ点灯装置。