JP4572643B2 - セラミックメタルハライドランプの点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックメタルハライドランプの点灯装置及びこれを用いた照明装置に関するものである。

近年、発光管材料として透光性を持つ多結晶アルミナセラミック管を用いたセラミックメタルハライドランプの研究開発が盛んに進められている。従来のメタルハライドランプに用いられていた石英製の発光管に比べ、セラミック製の発光管は耐熱温度が高いため、発光管の管壁負荷を高く設定することが可能となり、効率や光色を改善することができる。このため、２０〜１５０ワット程度の比較的低ワットのセラミックメタルハライドランプは店舗などの商業施設を中心とした一般屋内照明として、また、２００ワット以上の高ワットのセラミックメタルハライドランプは高天井や街路灯などの一般屋外照明として多く用いられ始めている。これら一般照明用途のセラミックメタルハライドランプの管壁負荷は２０〜３０（ワット／平方ｃｍ）前後に設定されることが多いようである。

一般にメタルハライドランプの光束劣化は、電極材料であるタングステンの飛散・蒸発などに起因する発光管管壁の悪化や、発光物質と発光管管壁との反応による発光管透過率の低下や発光物質の減少などにより生じる。セラミックメタルハライドランプのセラミック発光管は発光物質との反応性が低いため、光束の劣化は発光管管壁にタングステンが付着し黒化することによる透過率の低下が大きい。

なお、特許文献１には、メタルハライドランプが消灯後に再点灯したときの配光を定常点灯時の配光と同じにするために、消灯後２５秒以内に再点灯するときに、ランプ起動後の経過時間が２００ｍｓから５００ｍｓまでの期間は、平均ランプ電力を定格ランプ電力の１．２倍以上かつ２．５倍以下とするように制御することが提案されているが、セラミックメタルハライドランプの寿命改善に関する技術ではない。
特開平５−８２２７１号公報

近年はセラミックメタルハライドランプの寿命の改善も進み、９０００〜１２０００時間を定格寿命としているものが多く、定格寿命時の光束維持率も７０〜８５％程度が得られている。しかし、市場からは更なる長寿命化が強く望まれている。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、セラミックメタルハライドランプの光束維持率を改善することによりセラミックメタルハライドランプの長寿命化を実現できるセラミックメタルハライドランプの点灯装置及び照明装置を提供することを目的とする。

照明の分野において『ハロゲンサイクル』はよく知られた作用である。「点灯中に蒸発したタングステンがハロゲン原子あるいは分子と結合してハロゲン化タングステンとなる。管壁温度は２５０℃以上になるよう設計されていて、ハロゲン化タングステンは管壁に付着せずに、拡散または対流作用により再び高温のフィラメント付近でタングステンとハロゲンに解離し、タングステンはフィラメントに戻る。この循環作用をハロゲンサイクルと呼び、ハロゲン電球の黒化防止に効果をもたらしている（社団法人照明学会編 照明工学）。

この文献では作用が最もよく知られたハロゲン電球でハロゲンサイクルを説明しているが、セラミックメタルハライドランプにおいても同様にハロゲンサイクルが作用する。ハロゲン電球のフィラメントがセラミックメタルハライドランプにおける電極に相当し、ハロゲンは発光物質として封入されたハロゲン化金属が放電空間中で解離することにより供給される。ハロゲンサイクルは化学反応であり、発光管管壁から離れるハロゲン化タングステンの量は発光管管壁の温度に依存する。

定格点灯時のセラミックメタルハライドランプでは、定格点灯時の発光管管壁温度により発光管管壁から離れるハロゲン化タングステンの量が決定される。発光管管壁から離れるタングステンの量よりも電極の蒸発・飛散などで発光管管壁に付着するタングステンの量が上回ると発光管管壁へのタングステン付着量が増加する。すなわち、発光管の黒化が進み、発光管の透過率が低下し、その結果、光束維持率が低下する。一般のセラミックメタルハライドランプでは点灯時間が増加するに従い発光管管壁の黒化が進行することから、ハロゲンサイクルにより発光管管壁から離れるタングステンの量よりも電極の蒸発・飛散などで発光管管壁に付着するタングステンの量が上回っていると考えられる。

セラミックメタルハライドランプの寿命を延ばす方策は様々考えられるが、本発明者等は電極材料であるタングステンが発光管管壁に付着し、発光管が黒化することにより引き起こされる透過率の低下がセラミックメタルハライドランプの寿命に大きく影響していることに着目した。発光管管壁へのタングステンの付着を減少させる、もしくは、付着したタングステンをより多く取り除くことができれば、透過率の低下が軽減され、光束維持率が改善され、セラミックメタルハライドランプの寿命を延ばすことが可能となる。

そこで、本発明者等は様々なアプローチで発光管管壁へのタングステンの付着を減少させる、もしくは、付着したタングステンを取り除く検討を行った。その結果、セラミックメタルハライドランプを定格ランプ電力よりも大きなランプ電力で点灯させることにより発光管管壁へのタングステンの付着を減少させる、もしくは、付着したタングステンを取り除くことができ、発光管の黒化を抑制する効果があることを発見した。

セラミックメタルハライドランプを定格ランプ電力よりも大きなランプ電力で点灯させる、すなわち過負荷点灯を行うことによりランプに投入されるエネルギー量が増加し、発光管管壁の温度が上昇する。発光管管壁の温度が上昇すると定格点灯時よりもハロゲンサイクルが促進され、タングステンの付着を減少させる、もしくは、付着したタングステンを取り除く効果が高まり、その結果、発光管の黒化が抑制された。

一方、過負荷点灯が度を越すと電極の損傷が激しくなり、始動不良や立ち消え、電極先端でのアーク発生点の移動によるちらつきが発生するなどの不具合が生じることも判明した。

以上に述べたように、過負荷点灯を行うことにより発光管の黒化を抑制し、光束維持率を向上させることが可能であることを発見した。また、過負荷点灯には最適な範囲があることも発見した。

本発明は上記発見に基いてなされたもので、透光性を持つセラミック製の発光管を備え、発光管内部に発光物質としてのハロゲン化金属とバッファーガスとしての水銀と希ガスが封入されたセラミックメタルハライドランプを点灯させるための点灯装置において、略定格点灯しているランプに対して所定の時間、定格ランプ電力の１．１５〜１．２５倍のランプ電力での過負荷点灯を、ランプが始動する毎に少なくとも１回以上行う制御手段を備え、前記制御手段は、発光管の透過率の低下（もしくは発光管の光束劣化）を検知して過負荷点灯を行うことを特徴とする。

本発明によれば、過負荷点灯により発光管管壁の温度が上昇し、定格点灯時よりもハロゲンサイクルが促進されることにより発光管の黒化が抑制され、良好な光束維持率を得ることができる。その結果、寿命の長いセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。
請求項５、６の発明によれば、ランプ電力を連続的に繰り返し変動させることにより、使用者が照度の変動を感じにくくなり、違和感が少ない空間を提供することができる。

以下、本発明の前提となる構成と共に本発明の構成を説明するが、請求項１、２に対応する実施例は、後述するその他の実施例ａ、ｂである。
（実施例１）
図３は本発明の点灯装置の回路構成を示している。直流電源４１をＤＣ−ＤＣ変換手段４２により所望の直流電圧に変換し、ＤＣ−ＡＣ変換手段４３により低周波の矩形波電圧に変換してセラミックメタルハライドランプＤＬに供給している。

直流電源４１は、交流電源Ｖｓと、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４からなるダイオードブリッジＤＢと、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ５、電解コンデンサＣ１とからなる昇圧チョッパ回路とからなっている。

ＤＣ／ＤＣ変換手段４２は、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ６とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とからなる降圧チョッパ回路であり、ランプ電流を検出するための抵抗Ｒ０が降圧チョッパ回路の出力端のグランド側に直列に挿入されている。スイッチング素子Ｑ２のオン・オフを調整することで後段のＤＣ／ＡＣ変換手段４３によってランプＤＬに供給されるランプ電力の値を制御することができる。

ＤＣ／ＡＣ変換手段４３は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の直列回路と、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の直列回路が並列的に接続され、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点とスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の接続点との間には高圧放電灯ＤＬの始動を行うためのイグナイタＩＧとランプＤＬの直列回路が接続され、いわゆるフルブリッジ型のインバータで構成されている。

制御部５０は、昇圧チョッパ回路の制御手段として、コンデンサＣ１の電圧を検出してスイッチング素子Ｑ１のオン・オフを行う制御回路５１と、ＤＣ／ＤＣ変換手段４２の制御を行う制御回路５２と、ＤＣ／ＡＣ変換手段４３の制御を行う制御回路５３とからなっている。制御回路５３は、低周波発振器ＬＦから駆動回路Ｂを通じて出力される信号で、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をオン・オフし、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６がオン、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５がオフの状態と、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６がオフ、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５がオンの状態とが、数１００Ｈｚ程度の周波数で交互に繰り返されることになる。このため、ランプＤＬに流れる電流Ｉ_DLは数１００Ｈｚ程度の矩形波となる。

制御回路５２は、電子安定器４０から放電灯電圧Ｖｌａと放電灯電流Ｉｌａを検出して乗算し、放電灯電力Ｗｌａを算出する乗算器を備え、この乗算器の出力Ｗｌａを抵抗Ｒ１を介してオペアンプＯＰ１のマイナス側端子に入力し、オペアンプＯＰ１のマイナス側端子と出力端子の間には抵抗Ｒ２を接続し、電力の指令値Ｖｄをプラス側端子に印加し、オペアンプＯＰ１の出力が駆動回路Ａに入力されることによって、駆動回路Ａでスイッチング素子Ｑ２のオン・オフを行う。オペアンプＯＰ１はランプ電力が指令値Ｗｌａ＊に一致するようにフィードバック動作を行うものである。なお、このとき、スイッチング素子Ｑ２のデューティ、周波数のうち、いずれを変化させても良く、あるいは両方を変化させても良い。

このように、図３の点灯装置では、ランプ電圧Ｖｌａの検出値とランプ電流Ｉｌａの検出値からランプ電力を算出し、定格ランプ電力でランプＤＬを点灯させる制御回路５２を備えている。この制御回路５２は、ＤＣ−ＤＣ変換手段４２のスイッチング素子Ｑ２のパルス幅などを可変とすることにより、ランプＤＬに供給する電力を制御することができ、この制御回路５２を用いて適切なタイミングで過負荷点灯を行うことができる。具体的には、電力の指令値Ｖｄを図１に示すような出力電力となるように可変制御すれば良い。この電力の指令値Ｖｄの可変制御はマイコンなどの制御手段を用いて容易に実現できる。

負荷として用いたランプＤＬは、店舗照明に多く用いられている１５０ワットのセラミックメタルハライドランプで、セラミック製の発光管内部に発光物質であるディスプロシウム（Ｄｙ）とホルミウム（Ｈｏ）とツリウム（Ｔｍ）とナトリウム（Ｎａ）とタリウム（Ｔｌ）のヨウ化物に加え、水銀とアルゴンが封入されている。定格ランプ電力は１５０ワット、管壁負荷は２７ワット／平方ｃｍで、定格光束は１３５００ルーメン、定格寿命は９０００時間という性能を持つセラミックメタルハライドランプである。

このセラミックメタルハライドランプを複数本、定格ランプ電力である１５０ワットで長期点灯試験を行い、光束維持率を求めた。矩形波点灯の周波数は約１２０Ｈｚとした。長期点灯試験は「５．５時間点灯−０．５時間消灯」の計６時間のサイクルを繰り返し行うもので、セラミックメタルハライドランプの一般的な試験条件である（図２参照）。「５．５時間点灯−０．５時間消灯」のサイクルは試験架台に設けたタイマーにより別途制御される。その結果、点灯時間が長くなるにつれて光束は徐々に低下し、定格寿命である９０００時間の時点では平均値で約７３％という光束維持率が得られた。これを比較例１とする。

次に、実施例１の試験条件について説明する。実施例１においても矩形波点灯の周波数は約１２０Ｈｚとした。比較例１と異なるのは、ランプが始動したことを検知した制御手段は第一の設定時間が来ると所定のランプ電力まで出力を上昇させて、ランプを過負荷点灯させ、その後、第２の設定時間が来ると制御手段は再び定格ランプ電力に出力を戻し、点灯を継続させることである。

比較例１ではセラミックメタルハライドランプへのランプ電力は常に定格電力である１５０ワットが入力されていた。対して、本実施例１では、「５．５時間点灯−０．５時間消灯」を繰り返し行う長期点灯試験において、先の点灯装置を用い、５．５時間の点灯中に１回の過負荷点灯が行われる試験を実施した（図１参照）。また、第一の設定時間を１０分、第二の設定時間を３０分とすることにより「点灯後１０分間は定格点灯、続く２０分間は過負荷点灯、続く５時間は定格点灯、３０分間消灯」という動作を繰り返す。定格点灯から過負荷点灯、および、過負荷点灯から定格点灯への移行時間はそれぞれ５分に設定した。

試験結果の一例を示す。過負荷点灯時のランプ電力が異なるランプ１〜５について長期点灯試験を行った結果を表１に示す。また、定格寿命までの光束維持率特性を図４に示す。

表１は、比較例１と実施例１の試験条件と定格寿命時の光束維持率（１５０ワット）である。比較例１である定格点灯のみを行ったランプの光束維持率が約７３％であったのに対し、ランプ１〜５の過負荷点灯を実施したランプはいずれのランプにおいても光束維持率の改善が見られた。特に定格電力である１５０ワットの１．１５倍に相当する１７３ワット以上の過負荷点灯を行ったランプにおいて比較例１の光束維持率に対して約６％以上という顕著な改善が見られた。

同様の試験を定格ランプ電力が７０ワットであるセラミックメタルハライドランプと定格ランプ電力が４００ワットであるセラミックメタルハライドランプについても実施した。点灯装置の時間設定も同様とした。その結果を表２および表３に示す。

表２は、比較例２と実施例１の試験条件と定格寿命時の光束維持率（７０ワット）である。表３は、比較例３と実施例１の試験条件と定格寿命時の光束維持率（４００ワット）である。ランプ６〜１０およびランプ１１〜１４においても、１５０ワットの試験と同様に過負荷点灯を行うことにより光束維持率の改善が見られた。

但し、定格ランプ電力が４００ワットであるセラミックメタルハライドランプでは、定格電力である４００ワットの１．３０倍に相当する５２０ワットの過負荷点灯を行ったランプ１５の光束維持率は比較例３よりも劣化した。また、始動電圧にも上昇が見られ、不点となるランプも現れた。これらのランプの分析を行った結果、電極に大きな変形が生じていることが判明した。過負荷点灯により電極の温度が過剰に上がり、損傷を受けたものと考えられる。更には、管壁負荷も４０ワット／平方ｃｍ前後となり、過負荷が行われる時間を制限しても発光管にクラックが発生するなどのランプが損傷する不具合も考えられる。

また、定格ランプ電力が１５０ワットであるセラミックメタルハライドランプにおいても定格電力である１５０ワットの１．３０倍に相当する１９５ワットの過負荷点灯を行ったランプ５の電極にはランプ１５と同程度の電極損傷があることが分かった。ランプ５の光束維持率は比較例１を大幅に上回っており、光束維持率の改善効果は大きいが、ランプ１５と同様に始動不良や発光管損傷などの異常が発生する可能性が高い。

これらより、定格ランプ電力の１．３０倍以上の過負荷点灯を行うことはセラミックメタルハライドランプの点灯条件としては不適とした。

また、長期点灯試験の条件を、例えば米国で一般的な「１１時間点灯−１時間消灯」に変えて同様の試験を行ったが、７０ワット、１５０ワット、４００ワットのランプ全てで先の結果と同様に光束維持率の改善効果を得ることができた。

なお、定格点灯から過負荷点灯への移行や過負荷点灯から定格点灯への移行は１分以上の時間をかけながら変化させることが望ましい。１分以内で変化させた場合、発生の割合は大変に少ないが、発光管にクラックの発生するランプが認められた。また、電力の移行に時間をかけると、時間当たりの照度の変化割合が小さくなるため、空間の雰囲気への違和感を大幅に低下できる効果も得られる。

以上より、定格ランプ電力で点灯しているセラミックメタルハライドランプに定格ランプ電力の１．１５〜１．２５倍の過負荷点灯動作を加えることにより光束維持率を改善することができ、その結果、寿命が長いセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。

（実施例２）
次に、過負荷点灯を行う時間の長さによる光束維持率への影響を求めるために、点灯装置の第二の設定時間を様々に変えて試験を行った。実施例２としてその一例を示す。ランプは実施例１で用いた１５０ワットのセラミックメタルハライドランプ、過負荷ランプ電力は１８０ワットとし、過負荷点灯時間が表４に示す時間となるように点灯装置の第二の設定時間を設定した。それ以外は実施例１と同様である。その結果を表４に示した。

表４は、比較例１と実施例２の試験条件と定格寿命時の光束維持率（１５０ワット）である。比較例１である定格点灯のみのランプの光束維持率が約７３％であったのに対し、過負荷点灯を１０分以上実施することにより光束維持率の改善が見られた（ランプ１７〜２０）。特に過負荷点灯を２０分間行ったランプ１８は高い光束維持率が得られている。過負荷点灯時間が更に増えても良好な光束維持率を保っているが、過負荷点灯時間が３０分を超えると実施例１でも見られた電極の損傷が促進されることが分かった。つまり、光束維持率は確保できるが、始動不良や立ち消えの可能性が生じた。一方、５分の過負荷点灯を行ったランプ１６は比較例１と同程度の光束維持率しか得られず、効果を確認できなかった。

この他、他の定格ランプ電力のランプの場合や、過負荷点灯のランプ電圧を変えた場合、第一の設定時間を変えた場合なども実験を行ったが、本実施例と同様に光束維持率を改善できる過負荷点灯時間は１０分から３０分の範囲がふさわしいという結果が得られた。

このように、過負荷点灯時間は１０分から３０分の範囲に設定することにより電極に損傷を与えずに光束維持率を改善することができ、その結果、寿命が長く安定した点灯が行われるセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。

（実施例３）
次に、ランプの始動直後から過負荷点灯が始まるように第一の設定時間を設定した場合について検討を行ったが、過負荷点灯時間などその他の設定が実施例１で良好な光束維持率が得られた同じ条件に設定しても電極が激しく損傷し始動不良を引き起こすことが判った。また、光束維持率も比較例１よりも約１０％悪化した。始動直後の電極はまだ十分に暖まっていないため、放電を維持するのに必要な熱電子を放出する能力が低い。このような電極温度が低い状態で過負荷点灯を行うと、熱電子放出能力の不足を補うために陰極降下電圧が上昇し、スパッタなどの電極飛散要因が増加する。その結果、電極損傷が引き起こされたものである。

セラミックメタルハライドランプの電極は通常定格点灯時に最適温度になるように熱設計がされている。過負荷点灯を行うことにより電極の損傷を大きく増加させず光束維持率を改善するためには、放電に適するよう熱設計されている定格点灯時の電極温度が下限としてふさわしい。しかし、電極はセラミック発光管や外管などランプ構成部材に囲まれているため、点灯装置により電極温度を直接検知することは困難である。

そこで、電極温度の代替特性としてランプ電力を選択し、検討を行った。ランプが始動すると発光管の温度上昇に伴いメタルハライドと水銀の蒸気圧が上昇し、抵抗成分が増えてランプ電圧が上昇する。ランプ電力はランプに加えられるエネルギーであり、点灯装置では図３に示すように、ランプ電圧とランプ電流を検出することによりランプ電力を算出することができる。

実施例１では第一の設定時間を１０分に設定したが、本実施例では第一の設定時間を時間で設定するのではなく、ランプ電力が略定格ランプ電力となったことを検知して過負荷点灯を開始させるように設定し、長期点灯試験を行った。その他の条件は実施例１と同様とした。その結果、実施例１と同等の光束維持率の改善効果を得ることができた。また、ランプ電力の代わりにランプ電圧が定格ランプ電圧に達したことを検知して過負荷点灯を開始させても、ランプ電力の代わりにランプ電流が定格ランプ電流に達したことを検知して過負荷点灯を開始させても同様に光束維持率の改善効果が認められた。

このように、本実施例によれば、ランプの放電が開始された後、ランプ電圧またはランプ電流またはランプ電力が略定格値に達したことを検知してから過負荷点灯を行うことにより、電極温度が低い状態での過負荷点灯が防止できる。その結果、電極に損傷を与えずに光束維持率を改善することができ、寿命が長く安定した点灯が行われるセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。

（実施例４）
また、光束維持率を改善するために過負荷点灯を行うと当然ながら光束値が増加する。その後、定格点灯に戻すと光束値は減少する（定格光束値に戻る）。つまり過負荷点灯を行うことにより、照明されている場所の照度が上下する。過負荷点灯により定格ランプ電力の最大１．２５倍がランプに投入されるため、ランプ１本当たりの光束値が大きい４００ワットクラスのセラミックメタルハライドランプになると光束が数千ルーメン程度変動する。このため、過負荷点灯が行われる前後では空間雰囲気に大きな違和感が感じられる場合がある。一般屋外用途などでこれらの照度変化が許容される場合もまれにはあるが、店舗などの商業向け照明ではほとんど受け入れらない。

また、セラミック発光管は熱衝撃に弱いため、発光管管壁の温度の急激な変化により破損する可能性が高くなる。更には、ランプ電力が低下しても水銀や発光物質の蒸気圧はすぐに追従できないため、放電が不安定になり、立ち消えを起こす可能性も高くなる。

本実施例では定格ランプ電力から過負荷点灯のランプ電力への移行、および、過負荷点灯のランプ電力から定格ランプ電力への移行を階段的（ステップ状）に行うのではなく、図５に示す正弦波のように滑らかに変化させ、連続的に繰り返した場合の光束維持率の改善効果と違和感の有無、立ち消えの有無などについて検討を行った。その結果の一例を説明する。

ランプは比較例３でも用いた定格ランプ電力が４００ワットのセラミックメタルハライドランプを用いた。４００ワットのセラミックメタルハライドランプを選択した理由は、低いワットのランプよりも過負荷点灯によるランプ電力や光束の変動量が大きいため、空間雰囲気の変化が認知しやすく、違和感や発光管クラック、立ち消えの有無をより正確に判断できるためである。

ランプ電力は１周期が１０分の正弦波状で、定格ランプ電力である４００ワットから表５に示した過負荷点灯時のランプ電力まで滑らかに変化するように制御手段により点灯装置の出力電力を制御した。これらのランプで「５．５時間点灯−０．５時間消灯」を繰り返す長期点灯試験を行った結果を表５に示す。

表５は比較例３と実施例４の試験条件と定格寿命時の光束維持率（４００ワット）である。比較例３である定格点灯のみのランプの光束維持率が約５８％であったのに対し、１．１５〜１．２５倍の過負荷点灯を行ったランプはいずれも光束維持率に改善が見られたが、１．１０倍および１．３０倍の過負荷点灯を行ったランプでは光束維持率が逆に低下した。

空間雰囲気に対する違和感は１．２５倍以上の過負荷点灯を行ったランプにおいて評価者１０人中１名が少し感じる程度に収まった。立ち消えは１．３０倍以上の過負荷点灯を行ったランプの寿命道程中において過負荷点灯から定格点灯ヘランプ電力が下がる過程で十数回発生した。また、電極の損傷具合は１．１５倍以上の過負荷点灯を行ったランプにおいて比較例３のランプよりも損傷が大きくなった。中でも１．３０倍の過負荷点灯を行ったランプの電極は大きく損傷しており、点灯中にアークスポットが電極上を動き回る現象が観察された。このスポットの不安定さが立ち消えが生じやすかった原因と考えられる。立ち消えの発生は照明装置としては致命的な欠陥である。

同様の試験を定格ランプ電力が１５０ワットであるセラミックメタルハライドランプについても実施した。その結果、４００ワットのランプの場合と同様に、１．３０倍の過負荷点灯を行ったランプの電極損傷が他のランプと比較して大きく、立ち消えが観測された。

これらより、定格ランプ電力の１．３０倍以上の過負荷点灯を行うことはセラミックメタルハライドランプの点灯条件としては不適と考える。

本実施例では定格ランプ電力と過負荷ランプ電力の移行を正弦波状に変化させた場合の試験結果を示したが、この他にも例えば図６に示すような略三角波状に変化させた場合など、条件を変えて検討を行ったが、本実施例と同様の結果が得られた。

以上より、過負荷点灯のランプ電力の上限を１．１５〜１．２５倍のランプ電力とし、定格ランプ電力から過負荷点灯のランプ電力ヘの移行、および、過負荷点灯のランプ電力から定格ランプ電力ヘの移行を階段的に行うのではなく、正弦波のように滑らかに変化させ連続的に繰り返すことにより、寿命末期まで立ち消えすることなく光束維持率も改善することができ、その結果、寿命が長いセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。

また、本実施例では、ランプ電力の変動の下限値を定格ランプ電力にすることにより、必要な照度を常に得ながら光束維持率も改善することができる。

（実施例５）
実施例４では、定格ランプ電力と過負荷点灯のランプ電力を正弦波のように滑らかに変化させ、連続的に繰り返すことにより光束維持率を改善できることを示した。しかし、その光束維持率の改善度合いは実施例１のランプ１２〜１４と比較しても少ない。ランプ１２〜１４とランプ２２〜２４の発光管の透過率を比較すると、ランプ２２〜２４はランプ１２〜１４よりも透過率が低いことがわかった。電極の損傷具合もランプ２２〜２４の方がランプ１２〜１４よりも大きい。

比較例３と対比すると光束維持率の改善効果が得られていることから、「過負荷点灯を加え発光管管壁の温度を上昇させることによってハロゲンサイクルを活性化し、発光管管壁へのタングステンの付着を減少させ、もしくは付着したタングステンを除去し、黒化を抑制する」という効果は確認された。しかし、実施例４ではランプ電力の下限を定格ランプ電力、上限を最大１．２５倍としたため、入力ランプ電力の平均値としては定格ランプ電力を大きく上回った結果、電極の損傷が大きくなってしまった。電極の損傷は放電の不安定を引き起こすため、可能な限り少なくしなければならない。

そこで、本実施例では変動するランプ電力の平均が定格ランプ電力となるようにランプ電力の上下限を設定し、実施例４と同様の試験を行った。その結果を表６に示す。

表６は、比較例３と実施例５の試験条件と定格寿命時の光束維持率（４００ワット）である。比較例３である定格点灯のみのランプの光束維持率と比較して、定格ランプ電力±１０％〜±２０％の範囲でランプ電力を変動させながら点灯する設定を行ったランプにおいて光束維持率に改善が見られた。次に、ランプ電力の上下限の差が同じランプ同士の電極の損傷具合を比較する。例えばランプ電力の上下限の差が８０ワットであるランプ２３とランプ２７では、ランプ２３に比べてランプ２７は電極損傷が小さい。同様に、ランプ２５とランプ２８を比較してもランプ２８の電極損傷が小さい。このように、ランプ電力の上下限の差が同じでもランプ電力の平均を定格ランプ電力にすることにより電極損傷を少なくすることができる。

以上より、変動するランプ電力の平均が定格ランプ電力となるようにランプ電力の上下限を設定することにより、ランプへ供給されるエネルギー量を定格点灯とほぼ同等にすることができる。これによりランプへのストレスを軽減し、また、光束維持率を改善することができ、その結果、寿命が長く安定した点灯が行われるセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。

（実施例６）
セラミックメタルハライドランプは様々な形態で使用される。日々点灯−消灯を繰り返す使用形態もあれば、一度点灯させると数百〜数千時間も連続して点灯させる使用形態もある。後者のような場合、例えばランプが始動したことを検和して過負荷点灯を行う点灯装置では定格点灯に対する過負荷点灯させる割合が少なく、光束改善効果が十分に得られない。

そこで、点灯装置の制御手段に第三の設定時間を設け、ランプの点灯積算時間の増加がこの第三の設定時間に達する毎に過負荷点灯を行わせた。比較例４は定格寿命である９０００時間まで連続点灯するランプである。対して本実施例は、第三の設定時間を５００時間とし、比較例４と同様に９０００時間まで連続点灯するが、点灯積算時間が５００，１０００，１５００，…，８５００時間と５００時間毎に過負荷点灯を行ったランプ３１である。

表７は比較例４と実施例６の試験条件と定格寿命時の光束維持率（１５０ワット）である。比較例４の光束維持率が約８１％であったのに対し、ランプ３１では約８８％と光束維持率を改善することができ、寿命を改善することができた。比較例４の光束維持率が比較例１よりも向上したのは、定格寿命まで連続点灯を行ったため、始動時のストレスによる光束維持率の低下が取り除かれたためである。

このように、本実施例では、ランプの点灯時間が一定時間を経過する毎に過負荷点灯を行うことにより、定期的に発光管管壁の黒化を減少させることができる。その結果、寿命の長いセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。

（その他の実施例）
また別の実施例として、点灯装置の制御手段に過負荷点灯を行うためのスイッチを組込み、そのスイッチを操作することにより任意の時に過負荷点灯が行えるようにしても良い。この場合、上述のランプ３１のように定期的に黒化の除去がなされるわけではないが、明るさが必要なときに、任意に過負荷点灯を行わせることにより、黒化を除去しながら明るさを回復できるため、使い勝手が向上すると共に過負荷点灯を行わない場合と比較して光束維持率を改善することができ、寿命の長いセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。
これらは例えば２４時間稼動の工場のように消灯されること無く定格寿命まで点灯され続けるような使用形態において特に有用である。

更には、点灯装置に照度検知機能を組込み、設定した照度にまでランプの光束が低下すると過負荷点灯を行う点灯装置とすることにより、光束低下が常に点灯装置にフィードバックされ、過負荷点灯が行われるため、光束維持率を改善することができる（請求項２に対応する実施例ｂ）。

あるいは、制御手段に発光管の透過率検知機能を付加して、発光管の透過率が設定した値よりも低下すると過負荷点灯を行うことによっても光束維持率を改善することができる。発光管の透過率の検知には、例えば発光管を挟んだ両側にＬＥＤと光センサを対向させ、ランプの消灯時にＬＥＤから放出され、発光管を透過してきた光量を光センサで測定するなどの手段により実現できる（請求項１に対応する実施例ａ）。

また、これらの点灯装置と人感センサーを組合せ、人が不在であることを検知して過負荷点灯を行う照明器具とすると、過負荷点灯時の照度の変動による違和感を感じる機会を減らすことができ、かつ、寿命の長いセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。

以上、説明した構成とすることにより本発明は、セラミックメタルハライドランプの光束維持率を改善することができ、その結果、寿命が長いセラミックメタルハライドランプの点灯装置を提供することができる。

この点灯装置を組み込んだ照明装置によれば、安定した光束を長期間維持できる照明装置とすることができる。また、この照明装置を複数用いて、店舗や工場の照明システムを構築することで、安定した光束を長期間維持できる照明システムを実現できる。

本発明の実施例１の長期点灯試験の説明図である。 本発明に対する比較例１の長期点灯試験の説明図である。 本発明のセラミックメタルハライドランプの点灯装置の回路図である。 本発明の点灯装置によるセラミックメタルハライドランプの光束維持率を示す特性図である。 本発明の点灯装置からセラミックメタルハライドランプに供給されるランプ電力を説明する概念図である。 本発明の点灯装置からセラミックメタルハライドランプに供給されるランプ電力を説明する概念図である。 本発明の点灯装置からセラミックメタルハライドランプに供給されるランプ電力を説明する概念図である。

符号の説明

４０ 電子安定器
５２ 制御回路
ＤＬ セラミックメタルハライドランプ

Claims (9)

1. 透光性を持つセラミック製の発光管を備え、発光管内部に発光物質としてのハロゲン化金属とバッファーガスとしての水銀と希ガスが封入されたセラミックメタルハライドランプを点灯させるための点灯装置において、略定格点灯しているランプに対して所定の時間、定格ランプ電力の１．１５〜１．２５倍のランプ電力での過負荷点灯を、ランプが始動する毎に少なくとも１回以上行う制御手段を備え、前記制御手段は、発光管の透過率の低下を検知して過負荷点灯を行うことを特徴とするセラミックメタルハライドランプの点灯装置。
2. 透光性を持つセラミック製の発光管を備え、発光管内部に発光物質としてのハロゲン化金属とバッファーガスとしての水銀と希ガスが封入されたセラミックメタルハライドランプを点灯させるための点灯装置において、略定格点灯しているランプに対して所定の時間、定格ランプ電力の１．１５〜１．２５倍のランプ電力での過負荷点灯を、ランプが始動する毎に少なくとも１回以上行う制御手段を備え、前記制御手段は、発光管の光束劣化を検知して過負荷点灯を行うことを特徴とするセラミックメタルハライドランプの点灯装置。
3. ランプを過負荷点灯させる時間が１０〜３０分の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載のセラミックメタルハライドランプの点灯装置。
4. 前記制御手段は、ランプの放電が開始された後、ランプ電力またはランプ電圧またはランプ電流が略定格値に達したことを検知して過負荷点灯を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックメタルハライドランプの点灯装置。
5. 透光性を持つセラミック製の発光管を備え、発光管内部に発光物質としてのハロゲン化金属とバッファーガスとしての水銀と希ガスが封入されたセラミックメタルハライドランプを点灯させるための点灯装置において、ランプ電力を連続的に繰り返し変動させる制御手段を備え、かつ、変動の上限値が定格ランプ電力の１．１５〜１．２５倍のランプ電力での過負荷点灯であり、前記制御手段は、発光管の透過率の低下を検知して過負荷点灯を行うことを特徴とするセラミックメタルハライドランプの点灯装置。
6. 透光性を持つセラミック製の発光管を備え、発光管内部に発光物質としてのハロゲン化金属とバッファーガスとしての水銀と希ガスが封入されたセラミックメタルハライドランプを点灯させるための点灯装置において、ランプ電力を連続的に繰り返し変動させる制御手段を備え、かつ、変動の上限値が定格ランプ電力の１．１５〜１．２５倍のランプ電力での過負荷点灯であり、前記制御手段は、発光管の光束劣化を検知して過負荷点灯を行うことを特徴とするセラミックメタルハライドランプの点灯装置。
7. ランプ電力の変動の下限値が定格ランプ電力であることを特徴とする請求項５または６記載のセラミックメタルハライドランプの点灯装置。
8. ランプ電力の変動の平均値が定格ランプ電力であることを特徴とする請求項５または６記載のセラミックメタルハライドランプの点灯装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のセラミックメタルハライドランプの点灯装置を具備していることを特徴とする照明装置。

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