JP4417165B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

この発明は、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ等の高圧放電灯の外管内放電を回避する安全な高圧放電灯点灯装置に関する。

一般に水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ等の高圧放電灯は、寿命末期になると放電が不安定になり光束が低下し、更には、立ち消え等の問題が発生する。従来の高圧放電灯は、図１１に示すように、点灯制御されて点灯中の放電灯が立ち消えした場合、直後もしくは短時間後、再始動モードに移行してパルスを印加していたため、発光管（内管）では放電できず、外管内での放電の可能性が高くなっていた。外管内のリード線間で放電が起こると大電流が流れ、外管が割れたり、インバーターが破壊する恐れがある。

高圧放電灯は、安定点灯している状態から消灯すると、消灯直後において高圧放電灯の発光管が非常に高温、高圧となっているため、絶縁破壊電圧が安定点灯時の電圧から短時間で急激に上昇し、その後、時間と共に高圧放電灯の発光管温度が低下し、絶縁破壊電圧も低下することが知られている。

このように、高圧放電灯は、始動の際、数ｋｖ乃至数十ｋｖの高電圧を印加する必要があり、そして、始動失敗の際、始動を繰り返すように構成されているので、放電灯の故障、寿命などにより始動困難なときは、長時間高電圧が繰り返し発生して点灯装置に損傷を与えたり、感電させたりする恐れがある。

そこで、点灯装置等に損傷を与えたり、感電させたりする恐れの少ない放電灯を提供することを目的として、図１２に示すように、放電灯１０３に電力を供給する給電部１０１と、放電灯１０３に始動用高電圧を供給する始動用高電圧発生手段１０２と、放電灯１０３に供給される電流を検出する電流検出手段１０４と、放電灯１０３の状態を監視して給電部１０１と始動用高電圧発生手段１０２を制御する監視制御部１０５とを備え、監視制御部１０５は、始動の際、先ず始動用高電圧発生手段１０２を駆動し、始動状態を電流検出手段１０４の出力により監視し、始動失敗の場合、再度始動用高電圧発生手段１０２を駆動し始動状態を電流検出手段１０４の出力により監視するというシーケンスを所定回数まで繰り返し、なおかつ、始動失敗のときは始動用高電圧発生手段１０２の駆動を停止すると共に給電部１０１による給電を停止する放電灯点灯装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特許第２７７８２５７号公報

従来の放電灯点灯装置は、監視制御部１０５は、始動の際、先ず始動用高電圧発生手段１０２を駆動し、始動状態を電流検出手段１０４の出力により監視し、始動失敗の場合、再度始動用高電圧発生手段１０２を駆動し始動状態を電流検出手段１０４の出力により監視するというシーケンスを所定回数まで繰り返し、なおかつ、始動失敗のときは始動用高電圧発生手段１０２の駆動を停止すると共に給電部１０１による給電を停止するようにしているが、内管が高温・高圧のときに回数は少ないが高電圧パルスを印加するため、内管が放電せずに外管内放電を引き起こす恐れがある。
また、高電圧パルスの印加を、外管放電が起こっても持続させないように通常の始動時より短い間隔で印加、停止を行うことは想定していない。
さらに、通常の始動時より短い間隔での高電圧パルスの印加では、始動性の悪いランプの場合点灯できない問題を回避するために、点灯しないランプは安全上問題ない時間高電圧パルスを連続して印加することは想定していない。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、高圧放電灯の外管放電を回避できると共に、通常の始動時より短い間隔での高電圧パルスの印加では、始動性の悪いランプの場合点灯できない問題を回避できる高圧放電灯点灯装置を得ることを目的とする。

この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、発光管とこの発光管を保持・保護する外管とを有する高圧放電灯と、この高圧放電灯に電力を供給する給電部と、高圧放電灯に始動用高電圧を供給する始動パルス発生回路と、給電部及び始動パルス発生回路を制御する制御回路とを備えた高圧放電灯点灯装置において、制御回路は、高圧放電灯が点灯中に立ち消えした場合、始動パルス発生回路が発光管が放電可能となる所定の停止期間後にパルスを連続して印加する放電検知試験を行い、放電を検知した場合はパルス印加を開始し、このパルス印加は通常の始動時より短い間隔で印加、停止を行うように制御し、放電を検知しない場合はパルスの連続印加時間が安全上問題ない所定時間を超えた時点で故障と判断することを特徴とする。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、パルス印加は、所定の短い間隔の印加、停止の繰り返し回数毎に、所定の休止期間を設けたことを特徴とする。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯が点灯中に立ち消えし、所定の停止期間後にパルス印加を開始する再始動パルス印加途中に、高圧放電灯内の不連続なアーク放電が起こった場合にそれを検知し、パルス印加を停止することを特徴とする。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯が点灯中に立ち消えし、所定の停止期間後にパルス印加を開始する再始動パルス印加途中に、高圧放電灯内の不連続なアーク放電を検知した場合、所定回数再始動モードを試行し、なおかつ不連続なアーク放電を検知した場合はパルス印加を停止することを特徴とする。

この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、制御回路は、高圧放電灯が点灯中に立ち消えした場合、始動パルス発生回路が発光管が放電可能となる所定の停止期間後にパルスを連続して印加する放電検知試験を行い、放電を検知した場合はパルス印加を開始し、このパルス印加は通常の始動時より短い間隔で印加、停止を行うように制御し、放電を検知しない場合はパルスの連続印加時間が安全上問題ない所定時間を超えた時点で故障と判断することにより、高圧放電灯の外管放電を回避できると共に、通常の始動時より短い間隔での高電圧パルスの印加では、始動性の悪いランプの場合点灯できない問題を回避できる。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、パルス印加は、所定の短い間隔の印加、停止の繰り返し回数毎に、所定の休止期間を設けたことにより、発光管でのグロー放電による加熱を抑え、スムーズに始動させることができる。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯が点灯中に立ち消えし、所定の停止期間後にパルス印加を開始する再始動パルス印加途中に、高圧放電灯の外管内アーク放電が起こった場合にそれを検知し、パルス印加を停止することにより、高圧放電灯内の異常放電を回避できる。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯が点灯中に立ち消えし、所定の停止期間後にパルス印加を開始する再始動パルス印加途中に、高圧放電灯内の不連続なアーク放電を検知した場合、所定回数再始動モードを試行し、なおかつ不連続なアーク放電を検知した場合はパルス印加を停止することにより、異常判別を確実にし、誤動作を防ぐことができる。

実施の形態１．
図１乃至１０は実施の形態１を示す図で、図１は高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図、図２は高圧放電灯の一例を示す構成図、図３は制御のフローチャート図、図４は放電検知試験において印加するパルス波形を示す図、図５は通常始動制御時に印加するパルス波形を示す図、図６は再始動時の始動制御時に印加するパルス波形を示す図、図７は消灯後の内管の放電可能電圧の変化を示す図、図８は消灯後の高圧放電灯（密閉相当器具使用）の消灯後の外管中心部の温度の変化を示す図、図９は高圧放電灯（１００Ｗ、裸点灯）の発光管最高温度部と外管中心部の温度特性を示す図、図１０は再始動時始動制御において正常に点灯しない場合の不連続なアーク放電を示す図である。

図１に示すように、高圧放電灯点灯装置は、交流電源１が投入されると、制御電源回路１０が制御電源を生成して、制御回路９（マイクロコンピューター）が動作し、昇圧インバーター３、降圧インバーター４、矩形波回路６、始動パルス発生回路７に制御信号を送り、それぞれが動作を開始する。昇圧インバーター３は、整流回路２で整流された出力を規定の電圧に昇圧し、降圧インバーター４は高圧放電灯８に流れる電流が規定の電流になるように出力を調整する。矩形波回路６は、高圧放電灯８に規定の周波数の交流矩形波電圧を出力する。始動パルス発生回路７は、高圧パルスを発生させて高圧放電灯８を始動させる。また、電流検出抵抗５のより高圧放電灯８の電流を検出し、点灯判別を行う。
高圧放電灯８に電力を供給する給電部は、交流電源１、整流回路２、昇圧インバーター３、降圧インバーター４、矩形波回路６で構成される。

図２は高圧放電灯の一例のメタルハライドランプの構成を示す図である。図に示すように、高圧放電灯８は、発光管１１（内管）にセラミック又は石英ガラスが使用されており、内部に一対の電極が封着されている。また、発光管１１内を高真空にした後、アルゴンガス又はキセノンガス等の始動用ガスとともに、水銀・ナトリウム・金属ハロゲン化合物等の発光用の金属物質（添加物）が封入されている。

外管１２は、例えば硬質ガラスが使用されており（石英ガラスも使用される）、内部は高真空又は高真空後に窒素ガス等の不活性ガスが封入されている。外管１２の役割は下記の通りである。
（１）発光管１１の保持（保護）
（２）発光管１１の保温
（３）リード線１３ａ，９ｂ等の酸化防止
（４）紫外線のカット

Ｅ２６口金１４は、高圧放電灯８を器具内に保持し、点灯装置との電気的接続を行っている。図２のメタルハライドランプは、片口金である。

Ｅ２６口金１４から外管１２内に、発光管１１の一方の電極に接続するリード線１３ａ、発光管１１の他方の電極に接続するリード線１３ｂが設けられ、リード線１３ｂには外管１２内の不純ガスを吸収するゲッター１５が取り付けられる。

本実施の形態は、制御回路９の始動パルス発生回路７の制御に特徴があり、以下に説明する方法により、高圧放電灯８が立ち消えした場合の再始動時始動制御を行うものである。以下、高圧放電灯８が立ち消えした場合の再始動時始動制御方法を、図３のフローチャートにより説明する。

ステップＳ１において、点灯スイッチ（図示せず）をオンにして電源を投入する。始動パルス発生回路７による始動制御では、始動パルス発生回路７は、例えば図５に示すような、３０秒駆動、３０秒停止のパルス状の高電圧を発生して高圧放電灯８の封入ガスの絶縁破壊を行い（ステップＳ２）、降圧インバーター４からの交流電力により高圧放電灯８は点灯されて点灯制御される（ステップＳ３）。

点灯中の高圧放電灯８の立ち消えを監視し（ステップＳ４）、高圧放電灯８が立ち消えした場合は、統計的に発光管が再始動しやすくなる時間（１５０Ｗ以下の低電力高圧放電灯では、例えば５分程度点灯を停止する（ステップＳ５）。

以下、高圧放電灯８が立ち消えしてから、例えば５分程度点灯を停止する理由、効果について説明する。
図７は消灯後の内管の放電可能電圧の変化を示す図で、高圧放電灯８は、安定点灯している状態から消灯すると、消灯直後において高圧放電灯８の発光管１１が非常に高温、高圧となっているため、内管の放電可能電圧が安定点灯時の電圧から短時間で急激に上昇し、その後、時間と共に高圧放電灯８の発光管温度が低下して、内管の放電可能電圧も低下する。消灯後５分で、内管の放電可能電圧は４ｋｖ程度となる。

消灯後の高圧放電灯８の内管の放電可能電圧は、発光管温度が関係するが、図８は消灯後の高圧放電灯（１００Ｗ、密閉相当器具使用）の消灯後の外管中心部の温度の変化の一例を示す図であり、１００Ｗのランプを１時間連続点灯後消灯したときの外管中心部表面温度の変化を測定したものである。ランプを１時間連続点灯した時の外管表面温度は３３８℃で、５分冷却（停止）した時の外管表面温度は１９３℃であり、５分間の冷却で、約５７％温度が下がる。

また、図９は高圧放電灯（１００Ｗ、裸点灯）の発光管最高温度部と外管中心部の温度特性の一例を示す図で、周囲温度２６℃において、エージング１５分後の冷却特性を測定したものである。点灯後１０分で、発光管１１、外管１２とも安定温度近くになる。点灯後１５分の発光管表面温度は９００℃以上、外管中心部表面温度は２００℃以上になる。消灯５分後の再始動時は、発光管表面温度は２８０℃、外管中心部表面温度は１００℃である。

ところで、高圧放電灯８は図２に示す構造であり、外管内のリード線１３ａとリード線１３ｂの絶縁距離と、Ｅ２６口金１４の異極間の沿面距離の制約から、高圧放電灯８に印加する高電圧は、５ｋｖ以下にする必要がある。

また、発光管１１が始動できる最低電圧は３ｋｖである。

従って、高圧放電灯８の消灯後、内管の放電可能電圧が５ｋｖを下回った時点からは何時でも、３〜５ｋｖの高圧パルスを高圧放電灯８に印加すれば、外管内で放電が起こることなく、発光管１１が放電し正常点灯させることができる。

しかし、製品としては、消灯後の停止期間はできるだけ短くしたい。そこで、内管の放電可能電圧が５ｋｖを下回ったら、直ちに再始動させることが望ましい。停止期間は、図７より、内管の放電可能電圧が約４ｋｖとなる５分程度が適していると言える。

高圧放電灯８が立ち消えしてから、例えば５分程度点灯を停止することにより、製品の価値を下げることなく、かつ外管内での放電を抑え、発光管１１が放電し正常点灯させることができる。

図３に戻り、発光管が再始動しやすくなる時間点灯を停止するステップＳ５に続いて、ステップＳ６〜Ｓ８において放電検知試験を行う。これは、後述する再始動時始動制御における通常より短い間隔のパルスでは始動性の悪いランプは点灯できない可能性があるので、安全上問題ない時間連続してパルスを印加してみる。

ステップＳ６〜Ｓ８が放電検知試験である。ステップＳ６において、図４に示すパルスを連続して印加する。ステップＳ７において、ランプ電流による放電検知を行い放電を検知した場合は、ステップＳ９以降の再始動始動制御に移行する。ステップＳ７で放電を検知しない場合は、ステップＳ８でパルスの連続印加時間を判定し、２０分未満の場合はステップＳ６に戻る。ステップＳ８でパルスの連続印加時間が２０分以上の場合は、ランプは故障と判断し、ステップＳ１４で保護停止となる。

再始動時始動制御に入る前に放電検知試験を行うことにより、再始動時始動制御における通常より短い間隔のパルスでは始動性の悪いランプは点灯できない問題を回避することができる。

始動パルス発生回路７による再始動時始動制御では、先ずカウントがリセットされ（ステップＳ９）、そして１だけカウントアップするとともに再始動時始動制御を行う（ステップＳ１０）。この再始動時始動制御は、図６に示すように、仮に外管放電が起こっても持続させないように、ステップＳ２の通常の始動制御よりも短い間隔の、例えば１０秒駆動、１０秒停止のパルス状の高電圧を発生して高圧放電灯８の封入ガスの絶縁破壊を行う。そして、６０秒間のパルス印加の後に、例えば６０秒間の休止期間を設ける。これにより、発光管１１グロー放電での加熱を抑え、スムーズに始動させることができる。

ステップＳ１１で、高圧放電灯８の点灯判別を行い、正常に点灯している場合は、ステップＳ３に戻る。正常に点灯していない場合は、ステップＳ１２で不連続なアーク放電（図１０参照）が、例えば１０２４回を超えたかを判定し、超えない場合はステップＳ１１に戻る。不連続なアーク放電が、例えば１０２４回を超えた場合はステップＳ１３でカウント数ｋが３であるかどうかを判断し、今はカウント数が１であるからステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１０で、１だけカウントアップし（カウント数は２となる）、再び再始動時始動制御を行う（ステップＳ１０）。点灯判別を行い（ステップＳ１１）、正常に点灯している場合は、ステップＳ３に戻る。正常に点灯していない場合は、ステップＳ１２で不連続なアーク放電が、例えば１０２４回を超えたかを判定し、超えない場合はステップＳ１１に戻る。不連続なアーク放電が１０２４回を超えた場合はステップＳ１３でカウント数ｋが３であるかどうかを判断し、今はカウント数が２であるから再度ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１０で、１だけカウントアップし（カウント数は３となる）、再び再始動時始動制御を行う（ステップＳ１０）。点灯判別を行い（ステップＳ１１）、正常に点灯している場合は、ステップＳ３に戻る。正常に点灯していない場合は、ステップＳ１２で不連続なアーク放電が、例えば１０２４回を超えたかを判定し、超えない場合はステップＳ１１に戻る。超えた場合はステップＳ１３でカウント数ｋが３であるかどうかを判断し、今はカウント数が３であるから、ステップＳ１４で点灯装置は保護停止となる。

上記のように、不連続なアーク放電を検出した場合に直ちに停止せず、３回再始動モードを試行し、異常判別を確実にし、誤動作を防ぐことができる。

実施の形態１を示す図で、高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１を示す図で、高圧放電灯の一例を示す構成図である。 実施の形態１を示す図で、制御のフローチャート図である。 実施の形態１を示す図で、放電検知試験において印加するパルス波形を示す図である。 実施の形態１を示す図で、通常始動制御時に印加するパルス波形を示す図である。 実施の形態１を示す図で、再始動時の始動制御時に印加するパルス波形を示す図である。 実施の形態１を示す図で、消灯後の内管の放電可能電圧の変化を示す図である。 実施の形態１を示す図で、消灯後の高圧放電灯（密閉相当器具使用）の消灯後の外管中心部の温度の変化を示す図である。 実施の形態１を示す図で、高圧放電灯（１００Ｗ、裸点灯）の発光管最高温度部と外管中心部の温度特性を示す図である。 実施の形態１を示す図で、再始動時始動制御において正常に点灯しない場合の不連続なアーク放電を示す図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の制御のフローチャート図である。 従来の高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 交流電源、２ 整流回路、３ 昇圧インバーター、４ 降圧インバーター、５ 電流検出抵抗、６ 矩形波回路、７ 始動パルス発生回路、８ 高圧放電灯、９ 制御回路、１０ 制御電源回路、１１ 発光管、１２ 外管、１３ａ，１３ｂ リード線、１４ Ｅ２６口金、１５ ゲッター。

Claims (4)

1. 発光管とこの発光管を保持・保護する外管とを有する高圧放電灯と、この高圧放電灯に電力を供給する給電部と、前記高圧放電灯に始動用高電圧を供給する始動パルス発生回路と、前記給電部及び前記始動パルス発生回路を制御する制御回路とを備えた高圧放電灯点灯装置において、
   前記制御回路は、前記高圧放電灯が点灯中に立ち消えした場合、前記始動パルス発生回路が前記発光管が放電可能となる所定の停止期間後にパルスを連続して印加する放電検知試験を行い、放電を検知した場合はパルス印加を開始し、このパルス印加は通常の始動時より短い間隔で印加、停止を行うように制御し、放電を検知しない場合はパルスの連続印加時間が安全上問題ない所定時間を超えた時点で故障と判断することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 前記パルス印加は、所定の前記短い間隔の印加、停止の繰り返し回数毎に、所定の休止期間を設けたことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
3. 前記高圧放電灯が点灯中に立ち消えし、所定の停止期間後にパルス印加を開始する再始動パルス印加途中に、前記高圧放電灯内の不連続なアーク放電が起こった場合にそれを検知し、パルス印加を停止することを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
4. 前記高圧放電灯が点灯中に立ち消えし、所定の停止期間後にパルス印加を開始する再始動パルス印加途中に、前記高圧放電灯の不連続なアーク放電を検知した場合、所定回数再始動モードを試行し、なおかつ不連続なアーク放電を検知した場合はパルス印加を停止することを特徴とする請求項３記載の高圧放電灯点灯装置。

Images