JP3233278B2 - 放電ランプの点灯方法及び点灯装置 - Google Patents

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
方法及び点灯装置に関し、特に、メタルハライドランプ
において音響共鳴を利用してほぼ直線上のアーク放電を
発生させる点灯方法及び点灯装置に関する。より具体的
には、本発明は、発光管のほぼ中央部でアークを取り巻
くように帯状に集中した発光管の封入物が発光管と反応
することによって発生する発光管の透明性の劣化を防止
して、放電ランプの長寿命化を実現する、放電ランプの
点灯方法及び点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプは、高輝度、高効
率、高演色性、長寿命などの特徴から、屋外照明用光源
及び屋内照明用光源、特に店舗照明用光源として注目さ
れてきている。特に、最近では、より小型で低電力のメ
タルハライドランプが、映像機器用光源や自動車の前照
灯用光源として、注目されている。

【０００３】一般に、この種の放電ランプを水平に配置
して点灯すると、発光管内に発生する温度分布による対
流の影響で、アークが上方向に湾曲する。アークが湾曲
すると、約５０００Ｋのアークと発光管上部とが近接す
るために、発光管上部の温度が、発光管下部と比べて上
昇する。これにより、発光管上部の透明性が下部に比べ
てより早く劣化し（すなわち透明性が失われて）、放電
ランプの寿命に悪影響を与える。特に、小型で低電力の
メタルハライドランプでは、アークと発光管との間の距
離がさらに近くなるため、上記のアークの湾曲が、放電
ランプの寿命にさらに大きな影響を与える。

【０００４】さらに、アークが湾曲すると、アークの形
状が上下非対称となる。このため、メタルハライドラン
プを反射鏡と組み合わせて使用する場合に、光学設計に
際してアークの湾曲を考慮に入れる必要が生じ、光学設
計が非常に複雑で時間がかかるようになるという問題は
生じる。

【０００５】このようなアークの湾曲を除去する手法と
して、音響共鳴を利用する点灯方法が、特開平７−１４
６８４号公報において提案されている。

【０００６】具体的には、特開平７−１４６８４号公報
では、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲で発光管
内に半径方向の音響共鳴を励起する周波数及び波形を有
する交流電流を放電ランプに供給し、そのときの交流電
流の周波数Ｆ_Vと半径方向音響波の周波数Ｆ_Rとの間に、 ｎ・２Ｆ_V＝ｍ・Ｆ_R Ｆ_R＝３．８３Ｃ／（２πＲ） （但し、ｎ及びｍ：整数、Ｃ：発光管内の半径方向の音
速、及び、Ｒ：発光管の内径）という関係が成立するよ
うに、交流電流の周波数Ｆ_Vを選定することにより、対
流の影響によるアークの湾曲を除去できることが開示さ
れている。

【０００７】音響共鳴は、放電ランプの高周波点灯時
に、発光管内の封入物と発光管の形状とで決まる放電ラ
ンプ固有の周波数と、放電ランプに入力される電力の周
期的変化の周波数とがほぼ等しくなったときに、発光管
内に粗密波の定在波が生じるために発生する現象であ
り、一般には、アークの不安定化、消滅、発光管の破裂
などの原因となる。このために、従来は、音響共鳴の発
生を避ける傾向にあった。

【０００８】一般に音響共鳴には、半径方向、軸方向、
及び円周方向の３種類のモードがあり、特開平７−１４
６８４号公報による手法は、音響共鳴の中でも半径方向
の音響共鳴を利用した点灯方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願発
明者らによる検討の結果、特開平７−１４６８４号公報
に開示される音響共鳴を利用した点灯方法でも、必ずし
も常に良好な放電ランプの点灯状態が実現されるわけで
はないことが確認された。

【００１０】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、その目的は、直線状のアーク放
電を発生させながら、発光管中央部で封入物が発光管に
帯状に付着してその部分の透明性が失われることを防止
し、放電ランプの長寿命化を実現する、放電ランプの点
灯方法及び点灯装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の放電ランプの点
灯方法は、所定の周波数で変化する電力を水平配置され
た放電ランプに入力してアーク放電を発生させることに
より、該放電ランプを点灯する、放電ランプの点灯方法
であって、該所定の周波数は、音響共鳴により該アーク
放電をほぼ直線上に励起する周波数であり、該放電ラン
プに入力される電力の値を、該放電ランプに入力される
電力Ｐ（Ｗ）及び該放電ランプの発光管の内容積Ｖ（ｍ
ｍ ³ ）によって表される座標平面上でＰ＝Ｖ＝０なる原
点を通りＰ／Ｖ≦１．４（Ｗ／ｍｍ ³ ）で規定される範
囲に入るように設定し、それによって、該発光管の封入
物の該発光管の中央部近傍の管壁への帯状の付着を抑制
しており、そのことによって、上記の目的が達成され
る。

【００１２】本発明の放電ランプの点灯装置は、所定の
周波数で変化する電力を水平配置された放電ランプに入
力してアーク放電を発生させることにより、該放電ラン
プを点灯する、放電ランプの点灯装置であって、該所定
の周波数は、音響共鳴により該アーク放電をほぼ直線上
に励起する周波数であり、該放電ランプに入力される電
力の値を、該放電ランプに入力される電力Ｐ（Ｗ）及び
該放電ランプの発光管の内容積Ｖ（ｍｍ ³ ）によって表
される座標平面上でＰ＝Ｖ＝０なる原点を通りＰ／Ｖ≦
１．４（Ｗ／ｍｍ ³ ）で規定される範囲に入るように設
定し、それによって、該発光管の封入物の該発光管の中
央部近傍の管壁への帯状の付着を抑制しており、そのこ
とによって、上記の目的が達成される。

【００１３】

【００１４】前記発光管の形状は、その長軸が電極軸と
ほぼ並行である実質的に回転楕円体であり得て、該発光
管の前記封入物は少なくとも金属ハロゲン化物を含み得
る。

【００１５】上記の点灯装置は、点灯回路を更に備え得
て、該点灯回路は、直流電源回路と、該直流電源回路の
直流出力を交流出力に変換するインバータ回路と、該イ
ンバータ回路に接続されて該交流出力を受け取り且つ前
記放電ランプに供給される交流電流を制限するリアクタ
ンス素子と、該リアクタンス素子と該放電ランプの間に
接続されて該放電ランプに始動パルスを供給する高圧パ
ルス発生回路と、を含み得る。

【００１６】ある実施形態では、前記点灯回路が、前記
放電ランプの点灯中の前記封入物の前記発光管の管壁へ
の帯状付着状態を検出する検出手段を有し、該検出手段
の出力に応じて、該点灯回路が該放電ランプへの供給電
力を制御する。

【００１７】前記点灯回路は、前記放電ランプへの前記
供給電力の上限値を規定し得る。

【００１８】前記検出手段は、前記発光管の中央部近傍
の管壁周辺に配置された受光手段であり得る。

【００１９】前記発光管の前記形状は、その内径Ｄ及び
長さＬがＤ／Ｌ≦約０．５なる関係を満たし得る。

【００２０】前記発光管の内容積Ｖは、約５０ｍｍ³以
下であり得る。

【００２１】前記発光管の前記形状は、その長さＬ＝約
６ｍｍ〜約９ｍｍであり得て、その内径Ｄ＝約２ｍｍ〜
約４ｍｍであり得る。より具体的には、前記発光管の前
記形状は、その内径Ｄ＝約３ｍｍであり得て、その長さ
Ｌ＝約６ｍｍ〜約９ｍｍであり得る。或いは、前記発光
管の前記形状は、その長さＬ＝約７．５ｍｍであり得
て、その内径Ｄ＝約２ｍｍ〜約４ｍｍであり得る。

【００２２】前記所定の周波数は、約１００ｋＨｚ〜約
２００ｋＨｚの範囲内にあり得る。

【００２３】

【発明の実施の形態】まず、半径方向の音響共鳴を利用
して直線状のアーク放電を発生させる点灯方法における
課題を確認及び検討するために本願発明者らが行った点
灯実験の結果を、以下に説明する。

【００２４】図６は、内径約２．７ｍｍ及び長さ約７．
４ｍｍである実質的に回転楕円体形状の発光管２０に水
銀、キセノン、及びＳｃ−Ｎａ系のヨウ化物（金属ハロ
ゲン化物）が封入されているメタルハライドランプを水
平に配置し、約７５ｋＨｚの正弦波交流電流或いは約４
００Ｈｚの矩形波交流電流を電極３０の間に供給するこ
とによって出力約３５Ｗで点灯したときの、発生するア
ーク４０の形状と、発光管２０の内部で蒸発せずに液体
状で存在するヨウ化物５０の存在状態とを、それぞれ模
式的に示す図である。ここで、約７５ｋＨｚの正弦波に
よる点灯は、この３５Ｗメタルハライドランプでアーク
４０がほぼ直線状になる点灯方法であり、一方、約４０
０Ｈｚの矩形波による点灯は、アーク４０が湾曲する従
来の点灯方式の一例である。

【００２５】図６に模式的に示すように、本願発明者ら
による検討の結果、４００Ｈｚの矩形波による点灯時と
７５ｋＨｚの正弦波による点灯時との間では、発生する
アーク４０の形状が上述のように異なることに加えて、
発光管２０の内部で蒸発せずに液体状で存在するヨウ化
物５０の発光管２０への付着状態が異なることが確認さ
れた。

【００２６】すなわち、４００Ｈｚ矩形波による点灯で
は、ヨウ化物５０は、重力による影響で発光管２０の下
部に集まる。この場合、アーク４０は上方に湾曲してお
り、発光管２０の下部にヨウ化物５０が集中していて
も、光の利用効率の点では大きな影響はない。

【００２７】これに対して、７５ｋＨｚ正弦波による点
灯では、ヨウ化物５０が発光管２０の中央部に、アーク
４０を取り巻くようにほぼ帯状に付着する。本願発明者
らによる検討によれば、これは、半径方向の音響共鳴に
よりアーク４０が直線状になる一方で、音響共鳴の他の
モードである軸方向の音響共鳴により発光管２０の中央
部でのヨウ化物の密度が高くなり、発光管内のガスと比
べて温度の低い発光管内面表面で液体化して、結果的に
帯状に付着したものと考えられる。

【００２８】このように、ヨウ化物５０が発光管２０の
中央部にアーク４０を取り巻くように帯状に付着する
と、付着部分で発光管２０を構成する石英ガラスとヨウ
化物５０との化学反応が加速され、発光管２０の帯状部
分における透明性が失われて光束が低下し、放電ランプ
の寿命を短くする。また、通常、放電ランプは反射鏡と
組み合わせて使用されるが、発光管２０の中央部に帯状
に透明性が失われた領域が発生すると、反射鏡と組み合
わせた場合の光の利用効率が低下する。

【００２９】これに対して、本願発明者らは、上記のよ
うな発光管のほぼ中央部における封入物の帯状の付着現
象が発生しない放電ランプの点灯方法及び点灯装置を実
現した。以下では、まず、本願発明の放電ランプの点灯
方法及び点灯装置で、上記のような発光管のほぼ中央部
における封入物の帯状の付着現象が発生しない理由につ
いて、説明する。

【００３０】上述したように、封入物が発光管のほぼ中
央部で帯状に付着する原因は、軸方向の音響共鳴と考え
られる。そこで、封入物の帯状の付着を防止するには、
軸方向の音響共鳴を完全に除去するか、或いは帯状付着
が発生しない程度に十分に弱くすればよいと考えられ
る。

【００３１】軸方向の音響共鳴を完全に除去するには、
発光管形状を変更すればよい。ところが、一般にメタル
ハライドランプの発光管は、実質的に回転楕円体形状を
有しており、このような形状では、半径方向、軸方向、
及び周方向の全てのモードの音響共鳴が、ランプへの入
力電力の周波数に対して不規則に且つ広範囲に渡って観
測される。従って、軸方向の音響共鳴を除去することが
できるような発光管形状を設計することは、非常に困難
である。

【００３２】そこで、軸方向の音響共鳴を、封入物が発
光管のほぼ中央部で帯状に付着しない程度に弱くする方
法を、以下に説明する。

【００３３】音響共鳴が封入物を移動させる力は、発光
管内に発生する粗密波の強さに比例する。粗密波は、放
電ランプに入力される電力（ランプ電力）の周期的変化
によって引き起こされるアーク温度の周期的変化が、圧
力変化を生じさせることによって発生する。すなわち、
音響共鳴が封入物を移動させる力は、ランプ電力に比例
するので、音響共鳴が封入物を移動させる力を小さくす
るためには、ランプ電力を小さくすればよい。

【００３４】一方、アークを直線状にする力は半径方向
の音響共鳴によるが、ランプ電力を小さくした場合、こ
のアークを直線状にする力も小さくなる。

【００３５】ここで、ガス状のアークを直線状にする力
と、液体状の封入物を発光管の中央部に集める力とを比
較した場合、液体を移動させる後者の方が、大きい力を
必要とすると考えられる。すなわち、封入物を帯状に集
めることなくアークを直線状にできるランプ電力の最適
値が存在すると、考えられる。

【００３６】以上の考えを検証するために、表１に示す
５種類の異なった実質的に回転楕円体形状の発光管を有
するメタルハライドランプを試作して、ランプ点灯中の
封入物の状態を観測した。

【００３７】

【表１】 本実験で使用した各ランプは、何れも発光管内径Ｄと発
光管長Ｌとの比Ｄ／Ｌが約０．５以下であるような実質
的に楕円体形状の発光管を有するランプである。より具
体的には、ランプ１及び５は、ランプ３に対して発光管
内径を変化させたランプであり、ランプ２及び４は、ラ
ンプ３に対して発光管長を変化させたランプである。但
し、電極間距離は、各ランプにおいて一定である。ま
た、ランプが小型である場合の方が、発光管の内表面積
に対して封入物が広がる面積が大きくなることを考慮し
て、使用した各ランプ１〜５は、何れも発光管内容積が
５０ｍｍ³以下の小型ランプである。

【００３８】各ランプ１〜５の発光管には、水銀、キセ
ノン、及びＳｃ−Ｎａ系ヨウ化物が封入されており、各
成分の封入量は各ランプ１〜５で同量である。そして、
直線状アーク放電を発生させるような周波数を有する正
弦波状交流電流を各ランプ１〜５に印加して、各ランプ
１〜５を数種類のランプ電力で点灯させて、各々の場合
の封入物の発光管への付着状況を目視で観察した。な
お、これらの各ランプ１〜５について、ほぼ直線状のア
ーク放電を発生させる交流電力周波数は、約１００ｋＨ
ｚ〜約２００ｋＨｚの範囲に存在した。

【００３９】図１は、本実験により得られた点灯中のヨ
ウ化物の状態とランプ電力Ｐ及び発光管内容積Ｖとの関
係を示す図である。図１において、×印のプロットは、
ヨウ化物が発光管の中央部に帯状に付着した場合を示
し、○印のプロットは、そのような帯状の付着が生じな
かった場合を示す。また、図中の楕円で囲まれたプロッ
トは同一ランプに対するデータを示しており、それぞれ
表１のランプ番号に対応している。

【００４０】図１より、各ランプにおいて、ランプ電力
Ｐが小さくなればヨウ化物が帯状に集まり難く、また、
発光管内容積Ｖが大きいほどヨウ化物が帯状に集まり難
いことが分かる。さらに、発光管内容積Ｖが大きいほ
ど、より大きな電力Ｐをランプに印加してもヨウ化物が
帯状に集まり難い。以上の点を言い換えれば、発光管の
単位内容積当たりのランプ電力Ｐをある所定の値以下に
設定することによって、ヨウ化物が発光管の中央部付近
に帯状に付着することを抑制することができる。

【００４１】この関係をより具体的に表現すれば、ラン
プ電力Ｐと発光管内容積Ｖとの間の関係を図１の原点を
通る直線によって規定する場合には、Ｐ＝約１．４・Ｖ
（Ｗ／ｍｍ³）以下の範囲（図１の斜線部）であれば、
ヨウ化物が帯状に付着しないことが分かる。

【００４２】このように、発光管内容積が大きく或いは
ランプ電力Ｐが小さく、発光管の単位内容積当たりのラ
ンプ電力Ｐが所定の値以下であればヨウ化物が帯状に集
まり難い理由として、粗密波の減衰が考えられる。すな
わち、発光管内容積が大きくなると、アークと発光管と
の間の距離が大きくなる。粗密波の発生源はアークであ
るから、アークと発光管との間の距離が大きくなると、
発光管の管壁に到達する前に粗密波が減衰して、ヨウ化
物を帯状に集める力も小さくなると考えられる。

【００４３】以上の実験結果から、発光管内容積Ｖとラ
ンプ電力Ｐとの関係を最適に、具体的には、放電ランプ
の単位体積（発光管の単位内容積）あたりに供給する電
力（ランプ電力Ｐ）を、発光管の形状に依存して決定さ
れる所定の関数で規定される所定の範囲に入るように設
定することにより、直線状のアーク放電を発生させなが
ら、封入物を発光管中央部に帯状に付着させないことが
可能になる。

【００４４】なお、本願発明者らによる更なる検討の結
果によれば、上記の発光管の単位内容積あたりの供給電
力量の値が満たすべき範囲は、電極間距離には依存しな
い。更に、発光管の形状が、長さＬ＝約７．５ｍｍ且つ
内径Ｄ＝約２ｍｍ〜約４ｍｍ、或いは内径Ｄ＝約３ｍｍ
且つ長さＬ＝約６ｍｍ〜約９ｍｍであれば、上記のよう
に、発光管の単位内容積あたりの供給電力量がＰ＝約
１．４・Ｖ（Ｗ／ｍｍ³）以下の範囲（図１の斜線部）
になるような条件を設定することによって、直線状のア
ーク放電を発生させながら、封入物を発光管中央部に帯
状に付着させないことが可能になることが確認された。

【００４５】次に、上記のような本願発明者らによって
検討された原理に基づいて達成された本発明の具体的な
幾つかの実施形態を、図面を参照しながら説明する。

【００４６】（第１の実施形態）図２は、本発明の第１
の実施形態における放電ランプ点灯装置の構成を模式的
に示す図である。

【００４７】図２において、１は放電ランプであるメタ
ルハライドランプであり、２はメタルハライドランプ１
を始動点灯するための点灯回路である。

【００４８】メタルハライドランプ１の発光管は、その
内容積が約２５ｍｍ³であり、且つその長軸が電極軸と
ほぼ並行であるような実質的に回転楕円体形状を有して
いる。発光管の内部には、水銀、キセノン、及び金属ハ
ロゲン化物としてのＳｃ−Ｎａ系ヨウ化物が封入されて
いる。このメタルハライドランプ１を水平に配置して点
灯したときに、ほぼ直線状のアーク放電が発生する交流
電力周波数は、約１５０ｋＨｚである。

【００４９】点灯回路２は、商用交流電源８を整流平滑
回路９で整流平滑して交流を直流に変換する直流電源回
路３と、ＦＥＴ１０及び１１とコンデンサ１２とを含み
直流電源回路３からの出力を交流に変換するシリーズイ
ンバータ回路４と、ＦＥＴ１０及び１１を７５ｋＨｚの
周波数で交互にＯＮ／ＯＦＦする駆動回路５と、ランプ
電流を制限するリアクタンス素子であるチョークコイル
６と、メタルハライドランプ１を始動させるための高圧
パルスを発生する高圧パルス発生回路７と、を含んでお
り、メタルハライドランプ１を約３０Ｗの一定電力で点
灯する。ここで、この３０Ｗという電力値は、ランプ電
力Ｐ（Ｗ）及び発光管内容積Ｖ（ｍｍ³）に対して、図
１を参照して上記で説明したＰ≦１．４・Ｖ（Ｗ／ｍｍ
³）という関係を満たす範囲にある。

【００５０】次に、第１の実施形態の放電ランプ点灯装
置の動作を説明する。

【００５１】メタルハライドランプ１は、高圧パルス発
生回路７からの高圧パルスにより、点灯を開始する。高
圧パルス発生回路７は、メタルハライドランプ１が点灯
すると、高圧パルスの発生を停止する。

【００５２】メタルハライドランプ１が点灯すると、シ
リーズインバータ回路４からの７５ｋＨｚの矩形波交流
出力が、チョークコイル６とメタルハライドランプ１と
の直列回路に印加される。この矩形波交流電流は、チョ
ークコイル６により電流制限されて、メタルハライドラ
ンプ１は点灯を維持する。このとき、シリーズインバー
タ回路４の出力は約７５ｋＨｚの矩形波形であるが、メ
タルハライドランプ１に印加される電流波形は、チョー
クコイル６によって、図３に示すような７５ｋＨｚのほ
ぼ正弦波形となる。

【００５３】このような正弦波形のランプ電流でメタル
ハライドランプ１を点灯した場合、ランプ電力Ｐは、電
流波形の２倍の周波数、すなわち７５ｋＨｚ×２＝１５
０ｋＨｚで変化する。先述のように、図１の構成で使用
しているメタルハライドランプ１は、このような約１５
０ｋＨｚの周波数を有するランプ電力が印加されて点灯
した場合に、アークがほぼ直線状になる。一方、メタル
ハライドランプ１に供給される発光管単位内容積あたり
の電力は、３０Ｗ／２５ｍｍ³＝１．２Ｗ／ｍｍ³であ
り、図１に示した封入物の帯状付着が抑制される範囲に
入っている。

【００５４】以上のように、第１の実施形態によれば、
内容積が約２５ｍｍ³であるほぼ回転楕円体形状の発光
管に水銀、キセノン、及びＳｃ−Ｎａ系ヨウ化物が封入
されており、約１５０ｋＨｚの周波数の交流電力印加時
にアークがほぼ直線状になるようなメタルハライドラン
プ１を、約７５ｋＨｚの正弦波形の交流電流を供給して
３０Ｗ一定で点灯させる。これによって、メタルハライ
ドランプ１に供給される発光管の単位内容積あたりのラ
ンプ電力値が１．４Ｗ／ｍｍ³以下となり、ほぼ直線状
のアークを発生させながら、ヨウ化物の発光管中央部へ
の帯状の付着が抑制された状態で、メタルハライドラン
プ１を点灯できる。これによって、ヨウ化物の帯状付着
に伴う発光管中央部の帯状部分の透明性が失われること
を抑制し、放電ランプの長寿命化が達成される。

【００５５】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態における放電ランプ点灯装置の構成を模式的
に示す図である。

【００５６】図４の構成が図２に示した第１の実施形態
における装置構成と異なっているのは、直流電源回路か
らメタルハライドランプ１に供給される電力を制御する
ための降圧チョッパ回路１３が更に設けられている点、
並びに、メタルハライドランプ１の点灯中の封入物（ヨ
ウ化物）の状態を検出する検出手段として、受光手段１
４が、メタルハライドランプ１の発光管中央部の周辺近
傍に配置されている点である。図４におけるその他の構
成要素は、図２に示した構成と実質的に同様であり、対
応している構成要素には同じ参照番号を付しているの
で、ここではそれらの説明は省略する。

【００５７】降圧チョッパ回路１３は、トランジスタ１
５、チョークコイル１６、ダイオード１７、コンデンサ
１８、及び制御回路１９を含み、制御回路１９の出力信
号によってトランジスタ１５のＯＮ・ＯＦＦ動作のデュ
ーティ比を制御して、直流電源回路３の出力電圧を制御
する。これによって、メタルハライドランプ１に実際の
供給される電力を、制御する。

【００５８】受光手段１４は、メタルハライドランプ１
の発光管内部におけるヨウ化物が、発光管に帯状に付着
する部分、すなわち発光管中央部を透過してくる局所的
な光を受光するように、発光管の近傍に配置されてい
る。制御回路１９は、受光手段１４からの信号に基づい
て、メタルハライドランプ１の発光管内部におけるヨウ
化物の状態、すなわち、ヨウ化物が発光管に帯状に付着
しているか否かを検出し、ヨウ化物の帯状付着が発生し
ないようなランプ電力値（発光管の単位内容積当たりの
ランプ電力値）になるように、トランジスタ１５のＯＮ
・ＯＦＦデューティ比を決定する。

【００５９】次に、第２の実施形態における放電ランプ
点灯装置の動作を説明する。但し、シリーズインバータ
回路４、駆動回路５、チョークコイル６、及び高圧パル
ス発生回路７に関しては、第１の実施形態における点灯
装置の動作と同じであるので省略し、以下では主とし
て、降圧チョッパ回路１３及び受光手段１４の動作及び
機能について説明する。

【００６０】第１の実施形態に関連して説明したよう
に、メタルハライドランプ１を３５Ｗで点灯するように
条件を設定すれば、メタルハライドランプ１に供給され
る発光管単位内容積あたりの電力は３５Ｗ／２５ｍｍ³
＝１．４Ｗ／ｍｍ³となって、この値は図１に示した封
入物の帯状付着が抑制される範囲に入っている。従っ
て、ヨウ化物の帯状付着は発生しないはずである。しか
し、実際には、製造上の公差からメタルハライドランプ
１の発光管内容積がばらつくことがあるため、先述の数
値範囲条件が満たされずに、ヨウ化物の帯状付着が発生
する場合がある。例えば、発光管の内容積が実際には約
２３ｍｍ³であれば、メタルハライドランプ１に供給さ
れる発光管単位内容積あたりの電力は３５Ｗ／２３ｍｍ
³＝１．５Ｗ／ｍｍ³となって、ヨウ化物の帯状付着を抑
制するための図１に示した数値条件が満たされなくな
る。

【００６１】そこで、本実施形態では、上記のような場
合にヨウ化物が帯状に発光管に付着していることを検出
して、それを防止するためにランプ電力の供給値を下げ
る。

【００６２】以下では、まず、ヨウ化物の帯状付着の検
出方法を説明する。

【００６３】アークから発する光は発光管を透過してく
るが、発光管にヨウ化物が帯状に付着していると、その
付着部分でヨウ化物による光の反射及び吸収が発生し
て、光の透過分光特性が局所的に変化する。すなわち、
ある波長の光に関しては、ヨウ化物が発光管に付着して
いる箇所を透過してきた場合に、付着していない箇所を
透過してきた場合に比べて、透過光量に顕著な差が発生
する。そこで、この特定の波長の光に対する透過光量の
変化を検出できるように受光手段１４を構成すれば、ヨ
ウ化物の存在状態（発光管への付着状態）を検出でき
る。

【００６４】具体的には、図５に示すように、フォトダ
イオード１０１、フィルタ１０２、及びレンズ１０３を
用いて受光手段１４を構成する。電極３０の間でのアー
ク放電によって発生する光のうちで、発光管２０のうち
でヨウ化物５０が帯状に付着した部分を透過してきた局
所的な光をレンズ１０３で集光し、フィルタ１０２を通
してフォトダイオード１０１で受光する。ここで、本実
施形態のメタルハライドランプ１の発光管２０に封入さ
れているヨウ化物は淡黄色であり、青色の光を吸収する
性質がある。従って、発光管２０にヨウ化物が帯状に付
着していれば、その付着したヨウ化物５０を透過する光
の中で、青色光の透過光量が大幅に減少する。従って、
青色光の透過光量を計測することによって、ヨウ化物５
０が発光管２０に帯状に付着しているか否かを検出でき
る。このような原理に基づいて、図５に示す受光手段１
４では、フィルタ１０２として青色透過フィルタを使用
する。

【００６５】ヨウ化物５０が発光管２０に帯状に付着し
ている場合には、受光手段１４に入力される光には青色
の光がほとんど含まれていないため、フォトダイオード
１０１には光がほとんど入力されず、受光手段１４の出
力はほとんど０である。この結果、制御回路１９はヨウ
化物が帯状に付着していると判断し、放電ランプ１に供
給されるランプ電力値が小さくなるように、トランジス
タ１５のＯＮ・ＯＦＦデューティ比を変化させる。具体
的には、図４に示す構成に含まれるメタルハライドラン
プ１では、発光管内容積が２３ｍｍ³であることから、
発光管の単位内容積あたりのランプ電力を先述の１．４
Ｗ／ｍｍ³以下にするためには、例えば供給されるラン
プ電力値を約３２Ｗに低下させる。このような制御によ
って、一旦は発光管２０の管壁に帯状に付着したヨウ化
物５０は、管壁を離れて重力によって発光管２０の下部
に降下する。

【００６６】一方、ヨウ化物が発光管に帯状に付着して
いない場合には、受光手段１４に入力される光には青色
の光が含まれているため、フィルタ１０２を通過した光
がフォトダイオード１０１に入力されて、受光手段１４
はフォトダイオード１０１に入力される光の量に比例し
た信号を制御回路１９に出力する。制御回路１９は、受
光手段１４からの信号が所定の値以上であれば、ヨウ化
物の帯状付着が発生していないと判断して、ランプ電力
の供給量を変化させる動作を行うことなく、メタルハラ
イドランプ１の点灯状態を維持する。

【００６７】以上のように、第２の実施形態によれば、
受光手段１４でメタルハライドランプ１の点灯中のヨウ
化物の状態を検出し、発光管へのヨウ化物の帯状付着が
発生していれば、メタルハライドランプ１に供給される
電力を降圧チョッパ回路１３により小さくすることで、
ヨウ化物の帯状付着の発生を抑制してメタルハライドラ
ンプ１を点灯させることができる。これにより、メタル
ハライドランプ１の製造上の公差によるばらつきの影響
を、吸収することができる。

【００６８】上記の実施形態において、放電ランプは、
水銀、キセノン、及びＳｃ−Ｎａ系ヨウ化物が封入して
あるメタルハライドランプ１としているが、ランプ１の
点灯中に発光管内で液体状で存在する封入物が少なくと
も含まれる放電ランプであれば、上記に限られるわけで
はない。具体的には、その発光管の中に、少なくとも金
属ハロゲン化物が封入されていればよい。

【００６９】また、点灯回路２がメタルハライドランプ
１に印加する電流波形を正弦波形としているが、供給す
る電力が周期的に変化する波形であれば他の波形でもよ
く、例えば三角波形、鋸波形等でもよい。

【００７０】また、インバータ回路４を、ＦＥＴ１０及
び１１とコンデンサ１２とを含むシリーズインバータ回
路としているが、直流を交流に変換できる構成であれば
よく、例えばフルブリッジインバータ回路やハーフブリ
ッジインバータ回路等でもよい。

【００７１】また、リアクタンス素子をチョークコイル
６で構成しているが、コンデンサで構成したり、或いは
チョークコイルとコンデンサとの複合回路として構成し
てもよい。さらに、高圧パルス発生回路は、メタルハラ
イドランプ１を始動させるための高圧パルスが印加でき
る構成であればよく、例えば、トランス昇圧により高圧
パルスを発生させる構成、或いは、コンデンサとチョー
クコイルの共振回路により高圧パルスを発生させる構成
であってもよい。

【００７２】また、第１の実施形態において、商用交流
電源８と整流平滑回路９とを含む直流電源回路３を使用
しているが、直流を出力できる構成であればよく、例え
ば、バッテリーを使用した構成や、商用交流電源或いは
直流電源にスイッチング電源を組み合わせた構成のもの
でもよい。

【００７３】一方、第２の実施形態において、メタルハ
ライドランプ１の点灯中の封入物（ヨウ化物）の状態を
検出する手段をフォトダイオード１０１、フィルタ１０
２、及びレンズ１０３を含む受光手段１４として構成し
ているが、点灯中に封入物の発光管への帯状付着が発生
しているか否かを検出できる構成であればよく、例え
ば、ＣＣＤカメラなどでメタルハライドランプ１を撮像
し、画像処理により検出することも可能である。また、
フィルタ１０２は青色透過フィルタとしているが、ヨウ
化物の付着時と非付着時に透過光量に顕著な差が観察さ
れる波長の光を検出できる限りは、他の色の光を透過さ
せるフィルタであってもよい。例えば、メタルハライド
ランプ１の発光管に封入されているヨウ化物が異なれ
ば、フィルタ１０２を変更する必要があること言うまで
もない。

【００７４】上記の説明では、直流電源回路３は、商用
交流電源８、整流平滑回路９、トランジスタ１５とチョ
ークコイル１６とダイオード１７とコンデンサ１８とか
らなる降圧チョッパ回路１３、及び制御回路１９を含む
が、メタルハライドランプ１へ供給する電力を可変でき
る構成であればよく、例えば、降圧チョッパ回路１３の
部分が昇圧チョッパ回路や極性反転チョッパ回路等で置
き換えられている構成であってもよい。また、商用交流
電源８及び整流平滑回路９を含む部分は、バッテリーな
どの直流電源であってもよい。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、音響共
鳴によりアーク放電をほぼ直線上に励起する所定の周波
数で変化する電力を水平配置された放電ランプに入力し
てアーク放電を発生させることにより、放電ランプを点
灯する点灯方法及び点灯装置において、放電ランプに入
力される電力の値を、放電ランプの発光管の単位内容積
あたりの入力電力値が発光管の形状に依存して決定され
る所定の範囲に入るように設定する。それによって、ほ
ぼ直線状のアーク放電を発生させられると共に、点灯中
に発光管の封入物が発光管の中央部の管壁に帯状に付着
することを防止できる。この結果、封入物と発光管との
化学反応により発光管の帯状部分で透明性が失われるこ
とが防止され、放電ランプの長寿命化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】放電ランプの点灯時の封入ヨウ化物の存在状態
とランプ電力Ｐ及び発光管内容積Ｖとの関係を示す図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施形態における放電ランプの
点灯装置の構成を模式的に示す図である。

【図３】図２の点灯装置の構成に含まれる点灯回路が出
力する電流波形を模式的に示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態における放電ランプ点
灯装置の構成を模式的に示す図である。

【図５】図４の点灯装置の構成に含まれる受光手段の構
成を模式的に示す図である。

【図６】水平配置された発光管に約７５ｋＨｚの正弦波
交流電流或いは約４００Ｈｚの矩形波交流電流を供給し
て点灯させる場合の、発生するアークの形状と封入ヨウ
化物の存在状態とを、それぞれ模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ 放電ランプ（メタルハライドランプ） ２ 点灯回路 ３ 直流電源回路 ４ シリーズインバータ回路 ５ 駆動回路 ６ チョークコイル ７ 高圧パルス発生回路 ８ 商用交流電源 ９ 整流平滑回路 １０、１１ ＦＥＴ １２ コンデンサ １３ 降圧チョッパ回路 １４ 受光手段 １５ トランジスタ １６ チョークコイル １７ ダイオード １８ コンデンサ １９ 制御回路 ２０ 発光管 ３０ 電極 ４０ アーク ５０ ヨウ化物 １０１ フォトダイオード １０２ フィルタ １０３ レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−180835（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−195288（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−260072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−39448（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/14 - 41/29 H01J 61/30 H01J 61/88

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の周波数で変化する電力を水平配置
   された放電ランプに入力してアーク放電を発生させるこ
   とにより、該放電ランプを点灯する、放電ランプの点灯
   方法であって、 該所定の周波数は、音響共鳴により該アーク放電をほぼ
   直線上に励起する周波数であり、 該放電ランプに入力される電力の値を、該放電ランプに
   入力される電力Ｐ（Ｗ）及び該放電ランプの発光管の内
   容積Ｖ（ｍｍ ³ ）によって表される座標平面上でＰ＝Ｖ
   ＝０なる原点を通りＰ／Ｖ≦１．４（Ｗ／ｍｍ ³ ）で規
   定される範囲に入るように設定し、それによって、該発
   光管の封入物の該発光管の中央部近傍の管壁への帯状の
   付着を抑制する、放電ランプの点灯方法。
2. 【請求項２】 前記発光管の形状は、その長軸が電極軸
   とほぼ並行である実質的に回転楕円体であり、 該発光管の前記封入物は少なくとも金属ハロゲン化物を
   含む、請求項１に記載の放電ランプの点灯方法。
3. 【請求項３】 前記発光管の形状は、その内径Ｄ及び長
   さＬがＤ／Ｌ≦０．５なる関係を満たす、請求項１に記
   載の放電ランプの点灯方法。
4. 【請求項４】 前記発光管の内容積Ｖは５０ｍｍ³以下
   である、請求項１に記載の放電ランプの点灯方法。
5. 【請求項５】 前記発光管の形状は、その長さＬ＝６ｍ
   ｍ〜９ｍｍであり、その内径Ｄ＝２ｍｍ〜４ｍｍであ
   る、請求項１に記載の放電ランプの点灯方法。
6. 【請求項６】 前記発光管の前記形状は、その内径Ｄ＝
   ３ｍｍであり、その長さＬ＝６ｍｍ〜９ｍｍである、請
   求項５に記載の放電ランプの点灯方法。
7. 【請求項７】 前記発光管の前記形状は、その長さＬ＝
   ７．５ｍｍであり、その内径Ｄ＝２ｍｍ〜４ｍｍであ
   る、請求項５に記載の放電ランプの点灯方法。
8. 【請求項８】 前記所定の周波数が１００ｋＨｚ〜２０
   ０ｋＨｚの範囲内にある、請求項１に記載の放電ランプ
   の点灯方法。
9. 【請求項９】 所定の周波数で変化する電力を水平配置
   された放電ランプに入力してアーク放電を発生させるこ
   とにより、該放電ランプを点灯する、放電ランプの点灯
   装置であって、 該所定の周波数は、音響共鳴により該アーク放電をほぼ
   直線上に励起する周波数であり、 該放電ランプに入力される電力の値を、該放電ランプに
   入力される電力Ｐ（Ｗ）及び該放電ランプの発光管の内
   容積Ｖ（ｍｍ ³ ）によって表される座標平面上でＰ＝Ｖ
   ＝０なる原点を通りＰ／Ｖ≦１．４（Ｗ／ｍｍ ³ ）で規
   定される範囲に入るように設定し、それによって、該発
   光管の封入物の該発光管の中央部近傍の管壁への帯状の
   付着を抑制する、放電ランプの点灯装置。
10. 【請求項１０】 前記発光管の形状は、その長軸が電極
    軸とほぼ並行である実質的に回転楕円体であり、 該発光管の前記封入物は少なくとも金属ハロゲン化物を
    含む、請求項９に記載の放電ランプの点灯装置。
11. 【請求項１１】 点灯回路を更に備えており、 該点灯回路は、直流電源回路と、該直流電源回路の直流
    出力を交流出力に変換するインバータ回路と、該インバ
    ータ回路に接続されて該交流出力を受け取り且つ前記放
    電ランプに供給される交流電流を制限するリアクタンス
    素子と、該リアクタンス素子と該放電ランプの間に接続
    されて該放電ランプに始動パルスを供給する高圧パルス
    発生回路と、を含む、請求項９に記載の放電ランプの点
    灯装置。
12. 【請求項１２】 前記点灯回路が、前記放電ランプの点
    灯中の前記封入物の前記発光管の管壁への帯状付着状態
    を検出する検出手段を有し、 該検出手段の出力に応じて、該点灯回路が該放電ランプ
    への供給電力を制御する、請求項１１に記載の放電ラン
    プ点灯装置。
13. 【請求項１３】 前記点灯回路が前記放電ランプへの前
    記供給電力の上限値を規定する、請求項１２に記載の放
    電ランプの点灯装置。
14. 【請求項１４】 前記検出手段が、前記発光管の中央部
    近傍の管壁周辺に配置された受光手段である、請求項１
    ２に記載の放電ランプの点灯装置。
15. 【請求項１５】 前記発光管の形状は、その内径Ｄ及び
    長さＬがＤ／Ｌ≦０．５なる関係を満たす、請求項９に
    記載の放電ランプの点灯装置。
16. 【請求項１６】 前記発光管の内容積Ｖは５０ｍｍ³以
    下である、請求項９に記載の放電ランプの点灯装置。
17. 【請求項１７】 前記発光管の形状は、その長さＬ＝６
    ｍｍ〜９ｍｍであり、その内径Ｄ＝２ｍｍ〜４ｍｍであ
    る、請求項９に記載の放電ランプの点灯装置。
18. 【請求項１８】 前記発光管の前記形状は、その内径Ｄ
    ＝３ｍｍであり、その長さＬ＝６ｍｍ〜９ｍｍである、
    請求項１７に記載の放電ランプの点灯装置。
19. 【請求項１９】 前記発光管の前記形状は、その長さＬ
    ＝７．５ｍｍであり、その内径Ｄ＝２ｍｍ〜４ｍｍであ
    る、請求項１７に記載の放電ランプの点灯装置。
20. 【請求項２０】 前記所定の周波数が１００ｋＨｚ〜２
    ００ｋＨｚの範囲内にある、請求項９に記載の放電ラン
    プの点灯装置。