JP2009158324A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電灯の寿命末期までちらつきのない質の高い発光を維持できる放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】水銀を使用しない放電灯６を点灯する放電灯点灯装置であって、直流電源１の出力電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を矩形波の交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ４と、ＤＣ／ＡＣインバータの出力に高電圧パルスを重畳して放電灯に供給するイグナイタ５と、計測によって得られた放電灯の電圧と予め定められた所定電圧とを比較し、予め設定した条件に従って、放電灯を点灯させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣインバータを制御する制御部９を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、水銀を使用しない放電灯を点灯させるのに好適な放電灯点灯装置に関し、特に放電灯のちらつきを減少させる技術に関する。

近年の車両においては、明るい視界が得られる高輝度光源としての放電灯を組み込んだヘッドランプが普及してきている。このような放電灯が組み込まれたヘッドランプを点灯させるための放電灯点灯装置は、小型化、高効率化および低廉化が常に要求されるとともに、近年の環境保護意識の高まりから、環境負荷物質である水銀を放電灯構成物質から排除することが望まれている。

ヨウ化ナトリウムまたはヨウ化スカンジウムといったヨウ化金属（メタルハライド）に加えて水銀が内部に封入された従来の放電灯（以下、「従来バルブ」という）は、定常点灯時の放電灯の電圧（定格電圧）が８５Ｖ、電流（定格電流）が０．４１Ａである。したがって、放電灯の電極として、比較的細い電極を使用できるので、電極の先端温度を適切な温度に保ちやすく、アーク放電を維持しやすい。

これに対し、定格電圧が４２Ｖ、定格電流が０．８３Ａである水銀を使用しない放電灯（以下、「Ｈｇフリーバルブ」という）では、通電電流が増加しても損失が増加しないように抵抗を小さくする必要から直径の太い電極が使用されている。そのため、電極先端の電子が放射または着地するアーク放電との接点部の温度がガラス球に伝わりやすく（冷えやすく）、接点部の温度を安定に保つこと、すなわちアーク放電を安定に維持することは、従来バルブに対し不得手である。

したがって、矩形波交流によって点灯されるＨｇフリーバルブは、従来バルブに較べて、構造的に、電流極性の切り換え時に電流が途絶えやすく、この現象に起因するちらつきが発生しやすい。特に寿命末期に近いＨｇフリーバルブを点灯させると、ちらつきの発生が顕著である、このような電流極性の切り換え時に電流が途絶えることに起因するちらつきは、頻度が少ないながら従来バルブにおいても発生し得る現象である。このようなちらつきを減少させる技術が以下に示す文献に開示されている。

例えば、特許文献１は、矩形波の極性切り換えの電流ゼロクロス時に発生しやすい電流が途絶える現象に起因する立消えを防止するために、極性切り換えの電流ゼロクロス点を通過後２０〜５０μｓ後に６０％または５０〜１００μｓ後に８０％の電力を投入する放電灯点灯装置を開示している。この放電灯点灯装置によれば、電流極性の切り換え直後に電流が途絶える期間を短くすることができ、そのタイミングを起点にして発生するちらつきを防止し、放電灯の交換を要するまでの時間を延伸することができる。また、真新しい放電灯では発生頻度が低く、寿命の末期に近づくにしたがって発生頻度の高まる、電流が途絶える現象を検出してから、上記電力を供給するように構成すれば、真新しい放電灯に過剰な電力を供給することなく、寿命末期に近い放電灯には高めの電力が供給されてちらつきの防止効果が発揮されるため、新品の放電灯を過剰電力によって劣化させることなく寿命の延命化を図ることができる。

また、特許文献２は、プロジェクタに使用される放電灯のちらつき（フリッカ）を回避する放電灯点灯装置を開示している。車載ヘッドランプ用のＨｇフリーバルブの点灯においては明るさが変化する上述した特許文献１に開示された放電灯点灯装置が回避しようとするちらつきは明確に視認され光源としての質を低下させるため、その発生を抑制することが必要となる。しかしながら、この特許文献２に開示された放電灯点灯装置が回避しようとするフリッカ（ちらつき）は発光する輝点が電極の先端上を移動するだけで、大きな明るさの変化を伴わないためヘッドランプの照らし出す視界においては認識されないため問題にならない。特許文献２に開示された放電灯点灯装置のちらつき（フリッカ）を回避する手段は、この発明に係る放電灯点灯装置とは全く異なることを前置きして、参考例として以下に説明する。

特許文献１に開示された放電灯点灯装置が回避しようとするちらつきが放電灯の矩形波交流点灯において電流の極性切り換え直後の電流途絶えによる短時間の消灯に起因するちらつきであるのに対し、特許文献２に開示された放電灯点灯装置は、回避しようとするちらつき（フリッカ）は電極のアーク放電の起点（詳細には電子が放射または着地する電極の位置）が移動することによる発光（輝）点の移動によるちらつきであって、両者の回避しようとするちらつきは発生メカニズムが全く異なるものである。

特許文献２に開示された放電灯点灯装置は、矩形波交流によって放電灯を点灯する放電灯点灯装置において、矩形波の極性切り換えの電流ゼロクロス時に発生しやすいアークの移動によるフリッカ（ちらつき）を防止するために、同じ定格であっても電圧が高めの放電灯を点灯するとき、または、周囲温度が低いときに電力が高めになる変形矩形波を放電灯に出力して、放電灯の温度を適切に保つように構成されている。

なお、放電灯内のアーク放電は電極表面の小さな突起を起点にしており、この突起は適切な温度で点灯されている放電灯内部に生じるハロゲンサイクルによって生成されるものである。換言すれば、放電灯を適切な温度に保って点灯すれば、電極の先端表面にアーク放電の起点となる突起が生成される。したがって、特許文献２に開示された放電灯点灯装置は、アーク放電の起点を生成して固定し、フリッカが発生しないように、敢えて定格電力を超える電力で点灯する。

この特許文献２に開示された放電灯点灯装置が回避しようとするフリッカ（ちらつき）は、上述した特許文献１に開示された放電灯点灯装置が対応しようとする電流の極性切り換え直後の電流途絶えをなくすという点は改善されておらず、放電灯への供給電力を増加して、放電灯の温度を適切に保つことによって改善されるものであり、周囲温度が低いとき、または、放電電圧が高めの放電灯には定格電力を超える電力を供給して対応している。

特開２００５−１０１０１６号公報 特開２００６−１２０６５４号公報

上述した特許文献１に開示された放電灯点灯装置は、従来バルブを点灯するために考案されたものであり、電流極性が切り換わるときにだけ電力を増加するように構成されているので、径が太く、先端の温度がガラス球に伝わって冷えやすい電極を有するＨｇフリーバルブの電極を適切な温度に保ってアーク放電を安定させるには限界があり、矩形波点灯による電流極性の切り換わり時に電流が途絶えることに起因するちらつきを減少させるには不充分である。

ところで、アーク放電は、熱電子がマイナス電極から放射してプラス電極に着地する放電であり、熱電子は電極の温度が高いほど放射されやすいため、電極温度が高いほど安定なアーク放電が行われる。逆に、電極温度が低ければ熱電子を放射できずに、放電を開始する（電子を放射する）ためには高い電圧（ブレークダウン電圧）が必要になる。したがって、電流極性の切り換わり時の電流ゼロクロス点を経由してもアーク放電を（高い電圧を印加することなく）継続するためには、電極間の電圧が低くても熱電子が放射される高い温度に電極を維持する必要がある。

しかしながら、上述したように、Ｈｇフリーバルブの電極の径は、従来バルブに比べて太く、電極の先端の温度が周囲のガラスに伝わりやすいので電極が冷えやすい。先端部分の飛散が進行した寿命の末期の電極は短くなっており、電極の先端とガラスが接近し、さらに電極の温度が冷えやすいため、電流がゼロになる（電流極性が切り換わる）タイミングで放電が途絶えやすい。その結果、従来バルブに比べ、Ｈｇフリーバルブは矩形波点灯の電流極性の切り換わり時に電流が途絶えること、さらに、電流の途絶えに起因するちらつきの発生に関しては劣性であることは否めない。

以上のように、特に寿命末期に近づいたＨｇフリーバルブは、その電極径の太さゆえに、ちらつきの抑制に関しては特許文献１に開示された放電灯点灯装置で提案されているような電力の増加では不充分であり、電流極性の切り換わり時に電流が途絶えにくい、換言すれば、アーク放電が途絶えにくい方策を講じることが望まれている。

なお、放電灯が新しい時には定格電力によって点灯すれば、電極の温度は熱電子を放射するのに充分な高温に保たれるため、特別の点灯電力制御を必要としない。点灯電力を増加して電極温度を維持する必要が生じるのは、寿命をある程度経過した放電灯を点灯させるときである。

この発明は、上述した要請に応えるためになされたものであり、その課題は、放電灯の寿命末期までちらつきのない質の高い発光を維持できる放電灯点灯装置を提供することにある。

この発明に係る放電灯点灯装置は、上記課題を解決するために、水銀を使用しない放電灯を点灯する放電灯点灯装置であって、直流電源の出力電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を矩形波の交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、ＤＣ／ＡＣインバータの出力に高電圧パルスを重畳して放電灯に供給するイグナイタと、計測によって得られた前記放電灯の電圧と予め定められた所定電圧とを比較し、予め設定した条件に従って、前記放電灯を点灯させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣインバータを制御する制御部を備えている。

この発明に係る放電灯点灯装置によれば、放電灯の定格電力と電圧とから求められる電流が所定値以下になった場合は、一定値に制限した電流と放電灯の電圧とから求められる電力を出力して放電灯を点灯させるように構成したので、放電灯が寿命末期になって、その電圧が大きくなっても、ちらつきのない質の高い発光を維持できる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。この放電灯点灯装置は、直流電源１、電源スイッチ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ／ＡＣインバータ４、イグナイタ５、放電灯６、電圧検出器７、電流検出器８および制御部９を備えている。

直流電源１としては、例えば車両に搭載されているバッテリを使用することができる。この直流電源１の出力は、電源スイッチ２が閉成されることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、制御部９から送られてくる制御信号に応じてスイッチング動作を行うことにより、直流電源１から供給される直流電圧を所定の直流電圧Ｖ１に変換（例えば昇圧）する。このＤＣ／ＤＣコンバータ３から出力される直流電圧Ｖ１は、ＤＣ／ＡＣインバータ４に供給される。

ＤＣ／ＡＣインバータ４は、４個のスイッチング素子をＨ形に配置したＨブリッジ回路から構成されている。このＤＣ／ＡＣインバータ４は、制御部９から送られてくる制御信号に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から送られてくる直流電圧Ｖ１を矩形波の交流電圧Ｖ２に変換する。このＤＣ／ＡＣインバータ４から出力される交流電圧Ｖ２は、イグナイタ５に供給される。

イグナイタ５は、起動回路として機能する。このイグナイタ５は、起動時は、ＤＣ／ＡＣインバータ４から送られてくる交流電圧Ｖ２に、自己の内部で発生した始動用の高電圧パルスＶ３を重畳して放電灯６に供給し、放電灯６が点灯された後は、ＤＣ／ＡＣインバータ４から送られてくる交流電圧Ｖ２を放電灯６に供給する。

放電灯６は、例えば定格電力が３５Ｗであり、定格電圧が４２ＶのＨｇフリーバルブから構成されている。この放電灯６は、イグナイタ５から、高電圧パルスＶ３が重畳された交流電圧Ｖ２が印加されることにより、その電極間に絶縁破壊を発生して放電を開始する。この放電が開始されることより、放電灯６に電流が流れて発光が開始される。

電圧検出器７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を検出する。この電圧検出器７で検出された電圧は、検出電圧値として制御部９に送られる。電流検出器８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流を検出する。この電流検出器８で検出された電流は、検出電流値として制御部９に送られる。

制御部９は、例えばマイクロコンピュータから構成されており、電圧検出器７から送られてくる検出電圧値および電流検出器８から送られてくる検出電流値に基づき制御信号を生成してＤＣ／ＤＣコンバータ３およびＤＣ／ＡＣインバータ４に送る。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から出力される直流電圧Ｖ１およびＤＣ／ＡＣインバータ４から出力される交流電圧Ｖ２が制御され、以て、放電灯６に供給される点灯電力が制御される。この制御部９で行われる処理の詳細は後述する。

次に、上記のように構成される、この発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の動作を、図２に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。このタイミングチャートは、放電灯６の電圧（安定点灯時の電圧）、この放電灯６の電圧と目標とする点灯電力（定格電力）とから求められる放電灯６の電流（安定点灯時の出力電流）、ならびに、これら電圧および電流によって点灯される放電灯６の点灯電力の累積点灯時間に対する変化（寿命的な推移）を表している。

この放電灯点灯装置は、放電灯６のアーク放電を安定に維持するために必要な電流が、例えば０．６４Ａであれば、寿命末期に近づいて上昇する放電灯６の安定点灯時の電圧が５５Ｖを超えても出力電流が０．６４Ａ以下にならないように制限し、放電灯６の電圧に一定の電流値である０．６４Ａを乗じた電力、つまり定格電力を増加した点灯電力で放電灯６を点灯させる。

以下、具体的に説明する。まず、点灯操作が行われてから放電灯６が点灯されるまでの動作を説明する。電源スイッチ２が閉成されると、直流電源１から直流電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ３に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、制御部９からの制御信号によってスイッチング制御され、直流電源１から供給される直流電圧を直流電圧Ｖ１に変換し、ＤＣ／ＡＣインバータ４に供給する。ＤＣ／ＡＣインバータ４は、制御部９からの制御信号に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から供給される直流電圧Ｖ１を矩形波の交流電圧Ｖ２に変換し、イグナイタ５に送る。

イグナイタ５は、起動時は、ＤＣ／ＡＣインバータ４から供給される交流電圧Ｖ２に、自己の内部で発生した高電圧パルスＶ３を重畳して、放電灯６に供給する。この高電圧パルスＶ３が印加されることにより、放電灯６は、その電極間に絶縁破壊が発生して放電を開始する。放電が開始されると、放電灯６には電流が流れ、イグナイタ５から適切な電力が供給されることにより放電灯６は発光を開始する。放電灯６に供給される電力は、点灯直後は、放電灯６の定格電力（例えば３５Ｗ）より大きい点灯電力（例えば７５Ｗ）であり、その後、定格電力まで順次に減少され、定格電力に至ると、放電灯６は定電力で安定点灯する。

この安定点灯に至った放電灯６の電圧および電流の寿命的な推移を、図２に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。真新しい放電灯６の安定点灯時の電圧は低く、定電力で安定点灯するための電流は大きい。点灯および消灯が繰り返され、累積点灯時間が大きくなった放電灯６は、内部の電極、ガラス球および内包物質などの劣化によって次第に安定点灯時の電圧が上昇し、定電力で安定点灯するための電流は小さくなる。

寿命末期に近づいた電極は、その先端が飛散して短くなり、電極先端のアーク放電と接する部分がガラス球に接近するので、Ｈｇフリーバルブに特有の太い電極が災いして、電極先端の温度が低下しやすい。したがって、真新しい放電灯６を点灯する時の定格電力を寿命末期に近づいた放電灯６に投入しても、電極先端の温度を、アーク放電を安定に持続できる温度に保つことはできない。そのため、寿命末期に近づいたＨｇフリーバルブにおいては、電流極性の切り換え時にアーク放電が消滅する、換言すれば、電流が途絶える現象が生じやすい。さらに、アーク放電の一時的な消滅、つまり電流の途絶えに起因する立ち消えも発生しやすい。

電流の途絶え、つまりアーク放電の途絶えをなくすためには、アーク放電を維持できる電極先端の温度を確保する必要がある。このため、定格電力を超える電力を放電灯６に供給することになるが、この実施の形態１に係る放電灯点灯装置では、電極先端の温度を維持できる電流を確保することにより対応している。

電極先端の温度を維持するために最低限必要な電流は、放電灯６の電圧にかかわらず一定の電流であり、定電力による安定点灯を行わせる場合は、経時変化によって上昇する放電灯６の安定点灯時の電圧に応じて電流を低下させるところを、電極先端の温度を維持できる電流を確保するために、一定の電流以下に低下しないように出力電流の制限が行われる。したがって、放電灯６の安定点灯時の電圧、または、出力電流が所定の値に達した時点から、定電力による点灯から、定電流による点灯制御に切り換えて点灯電力制御が行われる。

次に、図２に示した制御を実現するための放電灯点灯装置の動作を、制御部９で行われる放電灯点灯処理を中心に、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

この放電灯点灯処理では、電源スイッチ２が投入されると、まず、点灯直後の電力が演算され出力される（ステップＳＴ１１）。すなわち、点灯直後にすばやく放電灯６を加熱して所望の明るさを得るために、制御部９は、７５Ｗの点灯電力が放電灯６に供給されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３およびＤＣ−ＡＣインバータ４を制御する。なお、以下では、説明が煩雑になるのを避けるために、放電灯６に供給する点灯電力の増減がＤＣ／ＤＣコンバータ３およびＤＣ−ＡＣインバータを制御することにより行われる旨の記述は省略する。以後、順次に点灯電力を減ずるように演算し（ステップＳＴ１１）、最終的に定格電力の３５Ｗによって安定点灯を維持するように制御される。

次いで、放電灯６の電圧が計測される（ステップＳＴ１２）。次いで、放電灯６の電圧は５５Ｖ以上であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１３）。すなわち、制御部９は、ステップＳＴ１２で計測された電圧が、放電灯６の寿命末期の目安となる電圧である５５Ｖ以上であるかどうかを調べる。なお、放電灯６の電圧は、一般に、累積点灯時間が２０００時間（定格は１５００時間）程度になると、５５Ｖ以上に上昇する。このステップＳＴ１３において、放電灯６の電圧が５５Ｖ以上でないことが判断されると、放電灯６は未だ寿命末期でない旨が認識され、次いで、定格電力である３５Ｗに到達したかどうかが調べられる（ステップＳＴ１４）。

このステップＳＴ１４において、３５Ｗに到達していないことが判断された場合は、シーケンスはステップＳＴ１１に戻って点灯電力を低下させ、以下、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１４において、３５Ｗに到達したことが判断されると、３５Ｗの定格電力による点灯が行われる（ステップＳＴ１５）。その後、シーケンスはステップＳＴ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。以上の処理により、放電灯６が寿命末期に至っていない場合は、７５Ｗの点灯電力による点灯から順次に点灯電力を減じ、最終的に定格電力の３５Ｗによる安定点灯に至る機能が実現されている。

上記ステップＳＴ１３において、放電灯６の電圧が５５Ｖ以上であることが判断されると、放電灯６は寿命末期である旨が認識され、放電灯６の電圧とは無関係に、出力電流を０．６４Ａに制限する処理が行われる（ステップＳＴ１６）。したがって、以降は、「放電灯６の電圧×０．６４Ａ」の電力（以下、「補正後電力」という）が、点灯電力として放電灯６に供給される。これにより、補正後電力は、図２に示すように、放電灯６の劣化が進んで、その電圧が上昇するに連れて、定格電力を超えて増加する。

次いで、補正後電力に到達したかどうかが調べられる（ステップＳＴ１７）。このステップＳＴ１７において、補正後電力に到達していないことが判断された場合は、シーケンスはステップＳＴ１１に戻って点灯電力を低下させ、以下、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１７において、補正後電力に到達したことが判断されると、補正後電力による点灯が行われる（ステップＳＴ１８）。その後、シーケンスはステップＳＴ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。以上の処理により、放電灯６が寿命末期に至った場合は、７５Ｗの点灯電力による点灯から順次に点灯電力を減じ、最終的に補正後電力による安定点灯に至る機能が実現されている。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置によれば、放電灯６が寿命末期に近づくことにより、該放電灯６の安定点灯時の電圧が所定の電圧を超えたときから、放電灯６の電圧に応じて下降する出力電流の降下を制限し、これにより放電灯６に供給する電力を増加し、以て、アーク放電が安定するのに必要な電極の先端温度を維持するように構成したので、電流極性の切り換え時の電流途絶えによるちらつき、および、電流途絶えに起因する立消えの発生がなくなり、寿命末期まで質の高い点灯を維持できる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置は、放電灯の電圧の他に、累積点灯時間および累積点灯回数を考慮して放電灯６の寿命が末期であるかどうかを判断するようにしたものである。

図４は、この発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。この放電灯点灯装置は、実施の形態１に係る放電灯点灯装置の制御部９に、累積点灯時間記憶部９ａおよび累積点灯回数記憶部９ｂが追加されて構成されている。

累積点灯時間記憶部９ａは、例えばＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）のような不揮発性メモリから構成されており、累積点灯時間を記憶する。制御部９は、電源スイッチ２が投入されてから遮断されるまでの時間を、図示しないタイマにより計測し、この計測した時間を累積点灯時間記憶部９ａに累積加算する。累積点灯回数記憶部９ｂは、例えばＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリから構成されており、累積点灯回数を記憶する。制御部９は、点灯が行われる毎に、累積点灯回数記憶部９ｂの内容をインクリメントする。

次に、上記のように構成される、この発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の動作を、図５に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。このタイミングチャートは、放電灯６の電圧（安定点灯時の電圧）、この放電灯６の電圧と目標とする点灯電力（定格電力）とから求められる放電灯６の電流（安定点灯時の出力電流）、ならびに、累積点灯回数の累積点灯時間に対する変化（寿命的な推移）を表している。

この実施の形態２に係る放電灯点灯装置は、放電灯６の安定点灯時の電圧が所定の電圧（５５Ｖ）を上回り、つまり放電灯６の定電力点灯のために要求される電流が所定の電流（０．６４Ａ）を下回り、かつ累積点灯回数が所定の回数（例えば１万回）に到達し、かつ累積点灯時間が所定の時間（例えば２０００時間）に到達したときに、放電灯６の寿命が末期に近づいたと判断して放電灯６の定格電力による点灯から定電流による点灯制御へ移行し、出力電流の低下を制限する。図５においては、このイメージがＡＮＤゲートで表されている。

この実施の形態２に係る放電灯点灯装置の動作は、放電灯６の寿命が末期に近づいたか否かを判断する条件として、放電灯６の安定点灯時の電圧が所定の電圧を上回ったか否かという条件に、累積点灯回数が所定の回数に達したか否か、および、累積点灯時間が所定の時間に達したか否かという条件が追加されていることを除けば、図２に示すタイミングチャートを参照して説明した実施の形態１に係る放電灯点灯装置の動作と同じである。

実施の形態２に係る放電灯点灯装置では、放電灯６の安定点灯時の電圧が所定の電圧を上回り、かつ累積点灯回数が所定の回数に達し、かつ累積点灯時間が所定の時間に達した場合に、放電灯６の寿命が末期に近づいたと判断されるので、出力電流の制限を開始するタイミングの検出精度が高くなり、過度の電力を放電灯６に供給することによって該放電灯６の余命が短縮されるといった逆効果を招くことなく、寿命末期に近づいた放電灯６に適切なタイミングで増加した電力を供給することができる。

また、放電灯６の寿命が末期に近づいたか否かの判断に、放電灯６の累積点灯回数と累積点灯時間の情報を加えたことにより、放電灯６の電圧が、突発的な現象により、本来の寿命を経過する前に上昇した場合であっても、過度の電力を放電灯６に供給する危険性がなくなる。その結果、放電灯６の異常な短命化が防止され、より安全な点灯制御を実施できる。

次に、図５に示した制御を実現するための放電灯点灯装置の動作を、制御部９で行われる放電灯点灯処理を中心に、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下では、実施の形態１に係る放電灯点灯装置と同様の処理を行うステップには、実施の形態１で使用した符号を付して説明を簡略化する。

この放電灯点灯処理では、電源スイッチ２が投入されると、まず、点灯直後の電力が演算され出力される（ステップＳＴ１１）。次いで、放電灯６の電圧が計測される（ステップＳＴ１２）。次いで、放電灯６の電圧は５５Ｖ以上であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１３）。このステップＳＴ１３において、放電灯６の電圧が５５Ｖ以上でないことが判断されると、放電灯６は未だ寿命末期でない旨が認識され、次いで、定格電力である３５Ｗに到達したかどうかが調べられる（ステップＳＴ１４）。

このステップＳＴ１４において、３５Ｗに到達していないことが判断された場合は、シーケンスはステップＳＴ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１４において、３５Ｗに到達したことが判断されると、３５Ｗの定格電力による点灯が行われる（ステップＳＴ１５）。その後、シーケンスはステップＳＴ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。以上の処理により、放電灯６が寿命末期に至っていない場合は、７５Ｗの点灯電力による点灯から順次に点灯電力を減ずるように演算し、最終的に定格電力の３５Ｗによる安定点灯に至る機能が実現されている。

上記ステップＳＴ１３において、放電灯６の電圧が５５Ｖ以上であることが判断されると、次いで、累積点灯時間は２０００時間以上であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ２１）。すなわち、制御部９は、累積点灯時間記憶部９ａから累積点灯時間を読み出し、２０００時間以上であるかどうかを調べる。このステップＳＴ２１において、累積点灯時間は２０００時間以上でないことが判断されると、放電灯６は寿命末期でない旨が認識され、シーケンスはステップＳＴ１４に進み、以下、上述した処理が繰り返される。

一方、ステップＳＴ２１において、累積点灯時間は２０００時間以上であることが判断されると、次いで、累積点灯回数は１万回以上であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ２２）。すなわち、制御部９は、累積点灯回数記憶部９ｂから累積点灯回数を読み出し、１万回以上であるかどうかを調べる。このステップＳＴ２２において、累積点灯回数は１万回以上でないことが判断されると、放電灯６は寿命末期でない旨が認識され、シーケンスはステップＳＴ１４に進み、上述した処理が繰り返される。

上記ステップＳＴ２２において、累積点灯回数は１万回以上であることが判断されると、放電灯６は寿命末期である旨が認識され、放電灯６の電圧とは無関係に、出力電流を０．６４Ａに制限する処理が行われる（ステップＳＴ１６）。次いで、補正後電力に到達したかどうかが調べられる（ステップＳＴ１７）。このステップＳＴ１７において、補正後電力に到達していないことが判断された場合は、シーケンスはステップＳＴ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１７において、補正後電力に到達したことが判断されると、補正後電力による点灯が行われる（ステップＳＴ１８）。その後、シーケンスはステップＳＴ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。以上の処理により、放電灯６が寿命末期に至った場合は、７５Ｗの点灯電力による点灯から順次に点灯電力を減じ、最終的に補正後電力による安定点灯に至る機能が実現されている。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置によれば、放電灯６の安定点灯時の電圧が所定の電圧を超え、かつ累積点灯回数が所定の回数を超え、かつ累積点灯時間が所定の時間を超えた場合に放電灯６の寿命末期に近づいた旨を判断し、その時点から、放電灯６の電圧に応じて下降する出力電流の降下を制限するように構成したので、適切な精度の高いタイミングで点灯電力を増加させることができる。その結果、過度の電力を放電灯６に供給することによって該放電灯６の寿命が短縮されるという逆効果を招くことなく、アーク放電が安定するのに必要な電極の先端温度を維持することができ、電流の極性切り換え時の電流途絶えによるちらつき、および、電流途絶えに起因する立消えの発生がなくなり、寿命末期まで質の高い点灯を維持できる。

なお、上述した実施の形態２に係る放電灯点灯装置では、放電灯６の寿命末期に近づいたか否かを判断する条件として、放電灯６の安定点灯時の電圧の他に、累積点灯回数および累積点灯時間の双方を用いているが、累積点灯回数または累積点灯時間のいずれか１つのみを用いるように構成することもできる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る放電灯点灯装置は、放電灯の電圧の他に、累積点灯時間および放電灯の電圧の変化量を考慮して放電灯６の寿命が末期であるかどうかを判断するようにしたものである。この実施の形態３に係る放電灯点灯装置は、図示は省略するが、図４に示した実施の形態２に係る放電灯点灯装置の制御部９から累積点灯回数記憶部９ｂが除去されて構成されている。

次に、上記のように構成される、この発明の実施の形態３に係る放電灯点灯装置の動作を、図７に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。このタイミングチャートは、放電灯６の電圧（安定点灯時の電圧）、この放電灯６の電圧と目標とする点灯電力（定格電力）とから求められる放電灯６の電流（安定点灯時の出力電流）、ならびに、放電灯６の電圧の変化量の累積点灯時間に対する変化（寿命的な推移）を表している。

この実施の形態３に係る放電灯点灯装置は、放電灯６の安定点灯時の電圧が所定の電圧（５５Ｖ）を上回り、つまり放電灯６の定電力点灯のために要求される電流が所定の電流（０．６４Ａ）を下回り、かつ累積点灯時間が所定の時間（例えば２０００時間）に到達し、かつ放電灯６の電圧の変化量が所定の変化量を下回ったときに、放電灯６の寿命が末期に近づいたと判断して放電灯６の定格電力による点灯を停止し、出力電流の低下を制限する。図７においては、このイメージがＡＮＤゲートで表されている。

この実施の形態３に係る放電灯点灯装置の動作は、放電灯６の寿命が末期に近づいたか否かを判断する条件として、累積点灯時間が所定の時間に達したか否かという条件が、放電灯６の電圧の変化量が所定の変化量を下回ったか否かという条件に置き換えられていることを除けば、図５に示すタイミングチャートを参照して説明した実施の形態２に係る放電灯点灯装置の動作と同じである。

実施の形態３に係る放電灯点灯装置では、放電灯６の安定点灯時の電圧が所定の電圧を上回り、かつ累積点灯時間が所定の時間に達し、かつ放電灯６の安定点灯時の電圧の変化が殆どなくなった、または負の変化量になった場合に、放電灯６の寿命が末期に近づいたと判断されるので、出力電流の制限を開始するタイミングの検出精度が高くなり、過度の電力を放電灯６に供給することによって該放電灯６の余命が短縮されるといった逆効果を招くことなく、寿命末期に近づいた放電灯６に適切なタイミングで増加した電力を供給することができる。

また、放電灯６の寿命が末期に近づいたか否かの判断に、放電灯６の電圧の変化量および累積点灯時間の情報を加えたことにより、放電灯６の電圧が、突発的な現象により、本来の寿命を経過する前に上昇した場合であっても、過度の電力を放電灯６に供給する危険性がなくなる。その結果、放電灯６の異常な短命化が防止され、より安全な点灯制御を実施できる。

次に、図７に示した制御を実現するための放電灯点灯装置の動作を、制御部９で行われる放電灯点灯処理を中心に、図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下では、実施の形態２に係る放電灯点灯装置と同様の処理を行うステップには、実施の形態２で使用した符号を付して説明を簡略化する。

この放電灯点灯処理では、電源スイッチ２が投入されると、まず、点灯直後の電力が演算され出力される（ステップＳＴ１１）。次いで、放電灯６の電圧が計測される（ステップＳＴ１２）。次いで、放電灯６の電圧は５５Ｖ以上であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１３）。このステップＳＴ１３において、放電灯６の電圧が５５Ｖ以上でないことが判断されると、放電灯６は未だ寿命末期でない旨が認識され、次いで、定格電力である３５Ｗに到達したかどうかが調べられる（ステップＳＴ１４）。

このステップＳＴ１４において、３５Ｗに到達していないことが判断された場合は、シーケンスはステップＳＴ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１４において、３５Ｗに到達したことが判断されると、３５Ｗの定格電力による点灯が行われる（ステップＳＴ１５）。その後、シーケンスはステップＳＴ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。以上の処理により、放電灯６が寿命末期に至っていない場合は、７５Ｗの点灯電力による点灯から順次に点灯電力を減ずるように演算し、最終的に定格電力の３５Ｗによる安定点灯に至る機能が実現されている。

上記ステップＳＴ１３において、放電灯６の電圧が５５Ｖ以上であることが判断されると、次いで、累積点灯時間は２０００時間以上であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ２１）。このステップＳＴ２１において、累積点灯時間は２０００時間以上でないことが判断されると、シーケンスはステップＳＴ１４に進み、上述した処理が繰り返される。

一方、ステップＳＴ２１において、累積点灯時間は２０００時間以上であることが判断されると、次いで、放電灯６の電圧の変化は、１Ｖ／５０時間以下であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ３１）。すなわち、制御部９は、５０時間前に測定して図示しない記憶部に記憶した放電灯６の電圧と、ステップＳＴ１２で測定した放電灯６の電圧との差が１Ｖ以下であるかどうか、換言すれば、放電灯６の電圧の経時的な変化が殆ど発生しないかどうかを調べる。このステップＳＴ３１において、放電灯６の電圧の変化は、１Ｖ／５０時間以下でないことが判断されると、放電灯６は寿命末期でない旨が認識され、シーケンスはステップＳＴ１４に進み、上述した処理が繰り返される。

上記ステップＳＴ２２において、放電灯６の電圧の変化は、１Ｖ／５０時間以下であることが判断されると、放電灯６は寿命末期である旨が認識され、放電灯６の電圧とは無関係に、出力電流を０．６４Ａに制限する処理が行われる（ステップＳＴ１６）。次いで、補正後電力に到達したかどうかが調べられる（ステップＳＴ１７）。このステップＳＴ１７において、補正後電力に到達していないことが判断された場合は、シーケンスはステップＳＴ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１７において、補正後電力に到達したことが判断されると、補正後電力による点灯が行われる（ステップＳＴ１８）。その後、シーケンスはステップＳＴ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。以上の処理により、放電灯６が寿命末期に至った場合は、７５Ｗの点灯電力による点灯から順次に点灯電力を減じ、最終的に補正後電力による安定点灯に至る機能が実現されている。

以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る放電灯点灯装置によれば、放電灯６の安定点灯時の電圧が所定の電圧を超え、かつ累積点灯時間が所定の時間を超え、かつ放電灯６の安定点灯時の電圧の経時的な変化が殆ど発生しなくなった場合に放電灯６の寿命末期に近づいた旨を判断し、その時点から、放電灯６の電圧に応じて下降する出力電流の降下を制限するように構成したので、適切な精度の高いタイミングで点灯電力を増加させることができる。その結果、過度の電力を放電灯６に供給することによって該放電灯６の寿命が短縮されるという逆効果を招くことなく、アーク放電が安定するのに必要な電極の先端温度を維持することができ、電流の極性切り換え時の電流途絶えによるちらつき、および、電流途絶えに起因する立消えの発生がなくなり、寿命末期まで質の高い点灯を維持できる。

なお、上述した実施の形態３に係る放電灯点灯装置では、放電灯６の寿命末期に近づいたか否かを判断する条件として、放電灯６の安定点灯時の電圧の他に、累積点灯時間および放電灯６の電圧の変化量の双方を用いているが、累積点灯回数または放電灯６の電圧の変化量のいずれか１つのみを用いるように構成することもできる。また、実施の形態２に係る放電灯点灯装置のように、放電灯６の寿命末期に近づいたか否かを判断する条件として、実施の形態２で説明した累積点灯回数をさらに追加するように構成することもできる。

また、上述した実施の形態１〜実施の形態３の説明において、理解を容易にするために、いくつかの具体的な値を用いたが、この発明は、説明に使用した値に制限されるものではなく、放電灯６などの種類に応じて、種々の値を用いることができる。また、制御部９は、マイクロコンピュータを用いたデジタル回路によって構成したが、アナログ回路によって構成することもできる。

この発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る放電灯点灯装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態３に係る放電灯点灯装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 直流電源、２ 電源スイッチ、３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４ ＤＣ／ＡＣインバータ、５ イグナイタ、６ 放電灯、７ 電圧検出器、８ 電流検出器、９ 制御部、９ａ 累積点灯時間記憶部、９ｂ 累積点灯回数記憶部。

Claims (5)

1. 水銀を使用しない放電灯を点灯する放電灯点灯装置であって、
   直流電源の出力電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を矩形波の交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力に高電圧パルスを重畳して前記放電灯に供給するイグナイタと、
   計測によって得られた前記放電灯の電圧と予め定められた所定電圧とを比較し、予め設定した条件に従って、前記放電灯を点灯させるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣインバータを制御する制御部と
   を備えた放電灯点灯装置。
2. 水銀を使用しない放電灯を点灯する放電灯点灯装置であって、
   直流電源の出力電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を矩形波の交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力に高電圧パルスを重畳して前記放電灯に供給するイグナイタと、
   前記放電灯の定格電力と計測によって得られた前記放電灯の電圧が所定値より大きい場合は定電力を出力して前記放電灯を点灯させ、該電圧が所定値以下になった場合は、一定値に制限した電流と前記放電灯の電圧とから求められる電力を出力して前記放電灯を点灯させるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣインバータを制御する制御部と
   を備えた放電灯点灯装置。
3. 放電灯の累積点灯時間を記憶する累積点灯時間記憶部を備え、
   制御部は、前記放電灯の定格電力と計測によって得られた前記放電灯の電圧が所定値より大きい場合は定電力を出力して前記放電灯を点灯させ、該電圧が所定値以下になった場合は、前記累積点灯時間記憶部に記憶されている累積点灯時間が所定時間以上である場合に、一定値に制限した電流と前記放電灯の電圧とから求められる電力を出力して前記放電灯を点灯させるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣインバータを制御する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
4. 放電灯の累積点灯回数を記憶する累積点灯回数記憶部を備え、
   制御部は、前記放電灯の定格電力と計測によって得られた前記放電灯の電圧が所定値以下になった場合は、さらに、前記累積点灯回数記憶部に記憶されている累積点灯回数が所定回数以上である場合に、一定値に制限した電流と前記放電灯の電圧とから求められる電力を出力して前記放電灯を点灯させるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣインバータを制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
5. 制御部は、前記放電灯の定格電力と計測によって得られた前記放電灯の電圧が所定値以下になった場合は、さらに、所定時間における前記放電灯の電圧の変化量が所定値以下である場合に、一定値に制限した電流と前記放電灯の電圧とから求められる電力を出力して前記放電灯を点灯させるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣインバータを制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の放電灯点灯装置。

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