KR100290077B1 - 방전램프의 점등 장치 - Google Patents

Abstract

방전 램프의 시동 전압을 낮은 레벨로 유지하고, 방전 램프를 낮은 전압으로 확실하고 또한 안정하게 점등시킬 수 있는,방전 램프의 소형화된 점등 장치를 제공한다.

한쌍의 전극과 내부에 봉입물을 갖는 발광관을 구비하는 방전 램프의 점등 장치가, 상기 방전 램프의 소등시에 상기 봉입물을 상기 한쌍의 전극의 한쪽에만 선택적으로 부착시키는 선택적 부착 수단과, 상기 방전 램프를 시동시키면서 그 정격점등을 유지시키는 점등 회로를 구비하고 있다. 상기 점등 회로는, 상기 방전 램프의 시동시에, 상기 부착물이 존재하는 전극으로부터 상기 부착물이 존재하지 않은 전극을 향한 전계를 발생하는 시동 펄스를 상기 방전 램프에 인가하는 시동 펄스생성 회로를 포함한다.

Description

방전램프의 점등 장치

본 발명은 방전 램프의 점등 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 방전 램프의 봉입물을 한쪽의 전극에 의도적으로 부착시키는 것으로, 방전 램프의 시동 전압을 저하시킬 수 있는 구성을 가진 점등 장치에 관한 것이다.

최근에 HID 램프는 고휘도, 고효율, 혹은 장수명 등의 특징 때문에 옥외 조명 등의 여러가지 용도에 널리 사용되어 왔다. 특히 메탈 할라이드 램프는 연색성이 좋은 것부터, 그 특징을 살려 옥내 조명의 광원, 영상 기기의 광원, 혹은 자동차의 전조등의 광원으로서, 주목 받아 왔다.

방전 램프는, 방전을 개시하기 위한 시동 펄스를 발생하고, 또한 안정하게 점등을 유지하기 위한 전력을 공급하는 점등회로를 필요로 한다.

일반적으로, 방전을 개시하기 위한 전압(이하,「시동 전압」 이라고 지칭한다)은 정격 점등시의 전압보다도 훨씬 높고, 전형적으로, 수 kV에서 수십 kV의 높은 값을 필요로 한다. 그래서, 점등 회로에는 방전 램프의 시동시에 이러한 고전압 레벨의 시동 펄스를 발생하는 시동 펄스 발생 회로가 설치되어 있다. 그러나, 시동 펄스 발생 회로는, 고전압을 발생하기 때문에 충분한 절연 대책을 필요로 한다. 이 때문에, 시동 펄스 발생 회로는, 방전 램프의 시동시에만 작동하는 회로임에도 불구하고 비교적 넓은 면적을 점유한다. 시동 펄스 발생 회로의 소형화에는 시동 전압의 저하가 필요하다.

매우 높은 시동 전압을 저하시키는 방법은, 예를 들면, 일본 특개소 제51-66174호 공보에 개시되었다. 구체적으로, 상기 공보에는 방사성 물질을 방전 램프에 봉입하여 방사성 물질로부터 발생되는 방사선에 의해서 방전 램프 내부 가스의 이온화를 조성하여 시동 전압을 저하시킨다.

한편, 일본 특원평 6-265318호(특개평 8-130096호 공보) 혹은 일본 특개평 7-146515 호 공보에는 방전 램프에 봉입되어 있는물질(이하,「봉입물」이라 지칭한다)이 전극에 부착되는 것을 방지함으로써 시동 전압을 저하시키는 방법이 개시되었다.

일반적으로, 전극에 어떤 물질이 부착하고 있는 경우에 비해 그와 같은 전극 부착물이 없는 경우가 시동 전압은 낮다. 이것은 전극에 방전 램프의 봉입물이 부착됨으로써 전극 선단부에서의 일함수가 변화하기 때문이라고 고려된다. 이하에 그점을 또한 상세히 설명한다.

전극을 구성하는 텅스텐을 주성분으로 한 금속 재료는, 발광관을 구성하는 석영 글라스보다도 열용량이 작기 때문에, 방전램프가 점등 상태로부터 소등되면, 보다 급속히 온도가 저하한다. 점등 중에는 증발하고 있는 봉입물은 온도가 층분히 저하한 곳의 표면에 안정하게 존재할 수 있게 되지만, 상기한 바와 같이 전극이 우선 온도가 저하하기 때문에 봉입물은 전극에 부착된다.

그 때문에, 다음 점등시에는 방전 램프는 전극에 봉입물이 부착한 상태로 시동되게 되어 결과적으로 시동 전압이 증가한다. 또, 이러한 봉입물의 전극에의 부착은 육안으로 쉽게 확인할 수 있다.

일본 특원평 6-265318 호(특개평 8-130096 호 공보) 혹은 일본 특개평 7-146515호 공보에는, 상기한 바와 같은 전극에의 봉입물질의 부착을 방지함으로써, 시동 전압을 저하시키는 방법이 개시되었다. 구체적으로는 일본 특원평 6-265318호(특개평 8-130096호 공보)에 의하면, 방전 램프의 소등시에 램프 전류를 시간의 경과와 함께 점진적으로 감소시키면서 소등함으로써, 전극의 온도 저하 속도를 느리게 한다. 이것에 의해서, 점등 중에는 증발하고 있는 봉입물의 전극에의 부착을 방지하고, 낮은 시동 전압을 유지한다. 또, 일본특개평 제 7-146515 호 공보에 의하면, 방전 램프의 소등시에, 램프가 소등하고 나서 소정 시간의 경과 후에 단시간의 방전을 행함으로써, 지금까지 전극에 부착하고 있는 봉입물을 비산시켜 낮은 시동 전압을 유지한다.

상술한 일본 특개소 제 51-66174 호 공보에 개시되어 있는 것 같은 방사성 물질의 방전 램프 봉입은 유해 물질인 방사성 물질이 인체라든지 환경에 미칠 수 있는 영향을 고려하면 바람직한 방법은 아니다.

또한, 일본 특원평 6-265318 호(특개평 8-130096 호 공보) 혹은 일본 특허 공개평 제 7-146515 호 공보에 개시되어 있는 방법에서는 방전 램프의 소등시에 전원(점등 회로)의 복잡한 제어가 필요하며 반드시 확실하고 안정한 제어를 실현할 수 없다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 행해진 것으로서, 그 목적은 방전 램프 봉입물의 전극에의 부착을 적절하게 또한 선택적으로 제어함으로써, 방전 램프의 시동 전압을 낮은 레벨로 유지하여 방전 램프를 낮은 전압으로 확실하고 안정하게 점등시킬 수 있는 방전 램프의 소형화된 점등 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면 방전 램프의 점등 장치가 제공된다. 상기 방전 램프는 한쌍의 전극과, 내부에 봉입물을 갖는 발광관을 구비하고 있다. 상기 점등 장치는 상기 방전 램프의 소등시에 상기 봉입물을 상기 한쌍의 전극의 한쪽에만 선택적으로 부착시키는 선택적 부착 수단과, 상기 방전 램프를 시동시키면서 그 정격 점등을 유지시키는 점등 회로를 구비하고 있다. 상기 점등 회로는, 상기 방전. 램프의 시동시에, 상기 부착물이 존재하는 전극으로부터 상기 부착물이 존재하지 않은 전극을 향한 전계를 발생하는 시동 펄스를 상기 방전 램프에 인가하는 시동 펄스 생성 회로를 포함한다. 이상의 특징에 의해서 상기의 목적이 달성된다.

어떤 실시예에서는, 상기 선택적 부착 수단을 상기 방전 램프가 구비한다.

어떤 실시예에서는, 상기 봉입물이 선택적으로 부착하는 전극은 소등시에 다른쪽의 전극보다도 온도가 빠르게 저하한다.

어떤 실시예에서는, 상기 방전 램프는 상기 한쌍의 전극의 한쪽 부근에 도포된 보온막을 구비하고 있다.

다른 실시예에서는, 상기 한쌍의 전극이 서로 다른 열용량을 갖도록 형성되어 있다.

예를 들면, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 혹은, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 체적을 갖도록 형성될 수 있다. 혹은, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 표면적을 갖도록 형성될 수 있다. 혹은, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 비열을 갖는 재료로 형성될 수 있다.

어떤 실시예에서는, 상기 선택적 부착 수단이 상기 방전 램프에 배치되어 있다.

어떤 실시예에서는, 상기 선택적 부착 수단은 상기 방전 램프의 소등시에 상기 봉입물이 선택적으로 부착하는 측의 전극의 온도를 다른쪽의 전극보다도 빠르게 저하시킨다.

예를 들면, 상기 선택적 부착 수단은 보온 부재일 수 있다. 혹은, 상기 선택적 부착 수단은 가열 수단일 수 있다. 혹은, 상기 선택적 부착 수단은 냉각 수단일 수 있다. 혹은, 상기 선택적 부착 수단은 방열 수단일 수 있다.

상기 점등 회로는, 상기 방전 램프의 정격 점등중에 적어도 직류 성분을 포함하는 전류를 상기 방전 램프에 인가하여 그것에 의해서 상기 한쌍의 전극의 한쪽의 온도를 다른쪽 보다도 높게 하고, 상기 방전 램프의 소등시에 상기 봉입물을 저온이던 전극에만 선택적으로 부착시켜도 좋다.

상기 선택적 부착 수단은, 상기 방전 램프의 소등시의 소정 기간에 상기 봉입물이 부착하는 것이 바람직하지 못한 측의 전극에 기계적인 진동을 인가하는 진동 인가 수단을 포함하고 있어도 좋다.

상기 한쌍의 전극이 중력의 작용 방향에 따라서 상대하도록 배치되어 있고, 상기 봉입물이 부착하는 측의 전극이 다른쪽 보다도 아래에 위치하고 있어도 좋다.

상기 봉입물은, 적어도 금속 할로겐 화합물을 포함할 수 있다.

제1도는 본 발명의 제 1 실시예에서 방전 램프 점등 회로의 회로 구성을 개략적으로 도시하는 도면.

제2(a)도는 본 발명의 제 1 실시예에서 방전 램프의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도.

제2(b)도는 제2(a)도의 방전 램프에 봉입물이 부착하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 단면도.

제2(c)도는 제2(a)도의 구성의 어떤 다른 실시예의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도.

제3도는 본 발명와 방전 램프에 인가되어야 할 시동 펄스의 전압 파형.

제4도는 본 발명의 제 2 실시예에서 방전 렘프 점등 회로의 회로 구성을 개략적으로 도시하는 도면.

제5도는 본 발명의 제 3 실시예에서 방전 램프 점등 회로의 회로 구성을 개략적으로 도시하는 도면.

제6(a)도 내지 제6(c)도는 전극으로의 봉입물의 다른 부착 상태를 개략적으로 도시하는 단면도.

제7도는 방전 램프에 인가되어야 할 시동 펄스의 전압 파형의 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 30, 51 : 방전 램프 2, 52 : 점등 회로

3, 53 : 직류 전원 4 : 인버터 회로

5, 54 : 시동 펄스 발생 회로 31 : 보온 부재

101, 102, 104, 105, 106, 107, 111, 112 : 전극

103 : 보온막 D : 부착물

우선, 본 발명의 방전 램프의 점등 장치에 있어서, 방전 램프의 시동 전압이 저하하는 이유를 본원 발명자가 행한 실험 결과에 근거하여 설명한다.

표 1에, 전극에의 봉입물의 부착 상태 및 시동 펄스의 인가 극성을 바꾼 경우의 시동 전압 레벨의 측정 결과를 나타낸다.

실험에서는 시작한 200 W 메탈 할라이드 램프를 사용하여 제6(a)도에 나타낸 바와 같이 양전극(A, B)에 부착물이 거의 존재하고 있지 않은 상태와, 제6(b)도에 나타낸 바와 같이 양전극(A, B)에 균등하게 부착물(D)이 존재하고 있는 상태 및 제6(c)도에 나타낸 바와 같이 한쪽의 전극(예를 들면 전극(A))에만 부착물(D)이 존재하고 있는 상태의 각각에 있어서, 전극의 한편을 접지한 상태로 제7도에 나타내는 것 같은 전압 파형을 갖는 마이너스 극성의 시동 펄스를 다른쪽의 전극에 인가하였다.

표 1의 결과에서 이하와 같은 것을 알 수 있다.

전극(A, B)의 양방에 부착물(D)이 존재하고 있는 상태(제6(b)도에 상당)에서는, 어느 전극에 시동 펄스를 인가하는 경우라도 필요한 시동 전압의 값은 약 15 V 내지 16 V가 된다. 이것은 전극(A, 5)의 양방에 부착물(D)이 존재하고 있지 않은 상태(제6(a)도에 상당)의 값(약 4.5 V)에 비하여 매우 크다.

한편, 전극의 한쪽에 부착물(D)이 존재하고 있는 경우(제6(c)도에 상당)에는 시동 펄스를 어느 쪽의 전극에 인가하는 가에 의해서 필요한 시동 전압의 값이 크게 달라진다. 구체적으로, 부착물(D)이 존재하지 않은 전극(표 1인 경우에는 전극(B))에 시동 펄스를 인가하는 쪽이 필요한 시동 전압의 값은 낮게 되고, 부착물(D)이 전혀 존재하지 않은 경우의 값과 같은 정도로 된다. 한편, 부착물(D)이 존재하는 전극(표 1인 경우에는 전극(A))에 시동 펄스를 인가하면, 필요한 시동 전압의 값은 부착물(D)이 양방의 전극에 존재하는 경우의 값과 같은 정도로 된다.

일반적으로, 방전 램프의 시동 전압은 발광관의 내부의 기체가 전계에 의해서 가속된 전자에 의해 전리되는 α작용과, α작용에 의해서 생긴 플러스 이온이 전계에 의해서 가속되어 전극에 충돌하여 전극에서 2차 전자를 충돌하는 γ 작용에 의해서 지배된다. 양방의 전극에 부착물이 존재하고 있는 상태에서는 γ 작용에 의한 2차 전자의 방출이 어렵게 되어 방전이 발생하기 어렵게 되고, 결과적으로 시동 전압이 극단적으로 높게 된다. 또한, 양방의 전극에 거의 균등하게 부착물이 존재하고 있으면 어느 전극에 시동 펄스를 인가하더라도 필요한 시동 전압값에 큰 차이는 생기지 않는다.

이것에 대하여, 한 쪽의 전극, 예를 들면 전극(A)에만 부착물이 존재하고 있는 경우에는 부착물이 존재하는 전극(A)에 제7도에 나타내는 것 같은 마이너스 극성의 시동 펄스를 인가하면 전극(B)과 비교하여 전극(A)이 상대적으로 저전위가 되기 때문에 전극(B)에서 전극(A)을 향하는 전계가 발생한다. 이 결과, α 작용에 의해서 발생한 플러스 이온은 부착물이 존재하고 있는 전극(A)을 향하여 가속된다. 그 결과, γ 작용은 부착물이 존재하고 있는 전극(A)에서 생기게 된다. 그 경우에는, 상기한 바와 같이 부착물의 영향으로 2차 전자가 방출되기 어렵기 때문에 결과적으로 높은 시동 전압값이 필요하게 된다.

반대로, 부착물이 존재하지 않은 전극(B)에 제7도에 나타내는 것 같은 마이너스 극성의 시동 펄스를 인가하면, 전극(A)과 비교하여 전극(B)이 상대적으로 저전위가 되기 대문에 전극(A)에서 전극(B)을 향하는 전계가 발생한다. 이 결과, α 작용에 의해서 발생한 플러스 이온은 부착물이 존재하지 않은 전극(B)을 향하여 가속된다. 그 결과, γ 작용은 부착물이 존재하지 않은 전극(B)에서 생기게 되고, 2차 전자가 방출되기 쉽게 되어 결과적으로 필요로 되는 시동 전압값은 낮아진다.

상기와 같은 실험 결과 및 그것에 근거하는 검토 결과에서 본원의 발명자는 종래의 방전 램프 및 그 점등 장치의 구성에서는 양방의 전극에 거의 균등하게 존재하고 있는 부착물(주로, 방전 램프의 발광관의 내부에 봉입되어 있는 물질에서 유래한다)을 의도적으로 한쪽의 전극에만 부착시키는 구성으로 한 뒤에, 부착물이 존재하는 전극에서 존재하지 않은 전극을 향하여 전계가 생기도록 시동 펄스를 선택적으로 인가함으로써, γ 작용을 부착물의 존재하지 않은 전극에서 생기게 하여, 낮은 시동 전압으로 방전 램프를 점등할 수 있는 것을 명백히 했다. 본 발명은 상기와 같은 본원 발명자에 의해서 새로 발견된 지식에 근거하여 달성된 것이다.

하기에 본 발명의 구체적인 몇 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명의 제 1 실시예에서 방전 램프의 점등 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

구체적으로, 한쌍의 전극(101, 102)을 갖는 방전 램프(예를 들면, 200 W 메탈 할라이드 램프(1))에 램프(1)의 시동 및 점등을 위한 점등 회로(2)가 접속되어 있다. 점등 회로(2)는, 직류 전원(3), 인버터 회로(4) 및 시동 펄스 발생 회로(5)를 포함하고 있다.

직류 전원(3)은, 상용의 교류 전원(6)의 출력을 정류 및 평활화하여 직류로 변환하는 정류 평활 회로(7)와, 트랜지스터(8), 다이오드(9), 초크 코일(10), 캐패시터(11), 저항(12, 13, 14) 및 제어 회로(15)로 구성되어, 정류 평활 회로(7)의 출력을 받아 램프(1)에 공급되는 전력을 소정의 값으로 제어하는 부분을 포함하고 있다. 저항(12, 13)에 의해서 직류 전원(3)의 출력 전압(램프 전압)을 검출하고, 한편, 저항(14)에 의해서 직류 전원(3)의 출력 전류(램프 전류)를 검출한다. 상기 2개의 검출 신호를 제어 회로(15)에 의해서 연산하여, 직류 전원(3)의 출력 전력(램프 전력)이 소정의 값이 되도록 제어 회로(15)의 출력 신호에 의해서 트랜지스터(8)를 ON/OFF 제어한다.

인버터 회로(4)는 트랜지스터(16, 17, 18, 19)와 제어회로(20)를 포함하며, 구동회로(20)의 출력 신호에 의해서 트랜지스터(16, 19)가 ON 하는 기간과 트랜지스터(17, 18)가 ON 하는 기간을 교대로 발생시킴으로써 직류 전원(3)의 출력을 교류로 변환하여 출력한다.

시동 펄스 발생 회로(5)는 저항(21), 캐패시터(22), 캐패시터(22)의 전압이 소정의 값에 도달하면 통전을 개시하는 2 방향 2 단자 사이리스터(23), 트랜스(24), 다이오드(25), 캐패시터(26), 캐패시터(26)의 전압이 소정의 값에 도달하면 통전을 개시하는 방전 갭(27), 펄스 트랜스(28) 및 캐패시터(29)를 포함하며, 램프(1)를 시동시키기 위한 시동 펄스를 발생한다.

200 W 메탈 할라이드 램프(1)의 구성을 제2(a)도 내지 제2(c)도를 참조하여 또한 설명한다.

제2(a)도는 본 실시예에 있어서의 램프(1)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 구체적으로, 램프는 한쌍의 전극(101, 102)을 가지고 있고, 한쪽의 전극(제2(a)도에서는 전극(101))이 위치하는 부분의 표면에는 보온막(103)이 도포되어 있다. 이 보온막(103)에 의해서 한쪽의 전극(101)을 보온함으로써, 다른 쪽 전극(102)과의 사이에 램프(1)의 소등시의 온도 저하에 차이가 생긴다. 이것에 의해서, 보온막(103)이 도포되어 있지 않고 온도가 빠르게 강하하는 전극(102)에 의도적으로 봉입물을 부착시킨다.

전극(101, 102)은 전형적으로는 텅스텐(융점 : 3400℃, 비점: 5700℃, 온도 0℃에서의 비열 : 0.133J/g·K)으로 형성된다. 램프(1)의 점등 중의 전극 온도는 일반적으로 약 3000℃이고, 텅스텐은 그와 같은 고온에 견딜 수 있는 재료로서 선택되어 있다. 혹은, 텅스텐과 다른 재료와의 혼합물 혹은 화합물을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 텅스텐과 토륨(Th)을 포함하는 토륨 텅스텐(ThW)이, 전극 재료로서 사용되는 것도 있다.

램프(1)의 발광관 안에는, 희박한 가스에 더하여, 수은(융점 : -39℃, 비점 : 357℃) 및/또는 금속 할로켄 화합물이 봉입되어 있다. 금속 할로겐 화합물로서는, 예를 들면, 옥화 나트륨(융점 : 662℃, 비점 : 1304℃), 옥화 탈륨(융점 : 442℃, 비점 : 823℃), 옥화 인듐(융점 : 359℃, 비점 : 726℃), 혹은 옥화 스칸듐(융점 : 953℃, 승화점 : 912℃) 등이 포함된다. 이것들의 봉입물은 램프(1)의 점등시에는 증발하여 발광관의 내부에 기체로서 존재하고 있지만, 소등시의 온도 저하에 따라 상술한 융점 혹은 비점을 고려하여 열적으로 충분히 안정하여 존재할 수 있는 온도 상태가 실현되면 전극 표면이라든지 발광관 내면등에 부착하게 된다. 또, 본원 명세서에서는 이렇게 하여 부착한 물질을 「부착물」 이라고 칭한다.

다음에, 본 실시예의 방전 램프의 점등 장치의 동작을 설명한다.

우선, 램프(1)를 정격으로 점등하여 그 후에 램프(1)를 소등한 경우에 있어서의 램프(1)의 상태를 설명한다.

램프(1)가 소등되면 그 온도가 저하하기 시작한다. 이 때, 주로 석영 글라스로 형성되어 있는 발광관과 텅스텐을 주성분으로 하는 금속으로 형성되어 있는 전극(101, 102)을 비교하면, 전극(101, 102)의 쪽이 열용량이 작다. 이 때문에, 전극(101, 102)의 온도는 발광관과 비교하여 급속히 저하한다.

온도의 저하에 따라, 점등 중에 증발하고 있는 발광관 내부의 봉입물은 방전램프의 내부의 어떤 장소에 부착되려 한다. 이 때, 전극(101)의 온도는 보온막(103)의 작용에 의해서 전극(102)의 온도보다도 저하되기 어렵다. 그 때문에, 봉입물은 보온막(103)이 설치되어 있는 전극(101)에는 대개 부착되지 않고, 그 대신에 다른쪽의 전극(102)에 부착된다(제2(b)도의 참조부호(D)).

다음에, 이러한 부착물(D)이 한쪽의 전극(102)에 존재하는 상태로 램프(1)를 점등하는 경우를 고려한다.

램프(1)는 시동 펄스 발생 회로(5)에서 공급되는 시동 펄스의 인가에 의해 시동하여 점등을 개시한다. 시동 펄스 발생 회로(5)의 구체적인 동작으로서는 우선 캐패시터(22)가 소정의 시정수로 충전되어 그 충전 전압이 소정의 값이 되면 2방향 2단자 사이리스터(23)가 통전을 개시한다. 이것에 의해서, 트랜스(24)가 승압되어 다이오드(25)를 통해 캐패시터(26)를 충전한다.

방전 갭(27)은 캐패시터(26)의 충전 전압이 소정의 값이 되면 통전을 개시하고, 이것에 의해서, 펄스 트랜스(28)가 시동 펄스를 발생한다. 발생한 시동 펄스는 캐패시터(29)를 통해 램프(1)에 인가된다.

이 때, 제1도의 회로구성에 있어서의 램프(1)에의 접속노드(a, b) 중의 노드(a)에 있어서의 전압 파형, 즉 시동 펄스의 전압 파형은 제3도에 나타내는 것 같은 플러스 마이너스에 진동한 파형이 된다. 이 전압의 주기적인 진동에 따라 램프(1)의 전극(101, 102) 사이에 발생하는 전계의 방향도 주기적으로 반전을 반복한다.

여기에서, 상기한 바와 같이, 부착물이 존재하는 전극에서 존재하지 않은 전극을 향하여 전계가 발생할 때, 즉, 제2(b)도에서는 전극(102)에서 전극(101)을 향하여 전계가 발생하고 있을 때에는 램프(1)의 시동 전압이 낮게 시동되기 쉽다. 따라서, 인가되는 시동 펄스가 마이너스 극성인 때에는 전계가 전극(101)에서 전극(102)을 향하여 발생하고, 램프(1)는 시동하지 않고, 한편, 인가되는 시동 펄스가 플러스 극성일 때에는, 전계가 전극(102)에서 전극(101)을 향하여 발생하여 램프(1)는 시동한다.

램프(1)의 점등후에는 캐패시터(22)의 전압이 2방향 2단자 사이리스터(23)의 도통 개시전압에 도달하지 않기 때문에, 시동 펄스 발생 회로(5)는 시동 펄스의 발생을 정지한다.

램프(1)의 시동후에는, 직류 전원(3)의 저항(12, 13)으로 검출하는 램프전압에 비례한 신호와 저항(14)으로 검출하는 램프 전류에 비례한 신호를 제어회로(15)로 연산하여, 램프(1)에 공급되는 전력이 소정의 값의 램프 전력이 되도록 트랜지스터(8)가 ON/OFF 제어된다.

직류 전원(3)에서의 출력은, 인버터 회로(4)에 의해서 교류로 변환되어 램프(1)에 공급된다. 이와 같이 인버터 회로(4)에서 공급되는 교류전력에 의해서 램프(1)는 점등을 유지한다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에서는, 200W 메탈 할라이드 램프의 한쌍의 전극(101, 102) 한쪽에만 봉입물을 의도적으로 부착시키는 수단으로서, 전극(101)의 부근에 보온막(103)을 도포하고 있다. 이것에 의해서, 전극(101)의 소등시의 온도 저하 속도를 느리게 하고, 다른쪽의 전극(102)에만 봉입물을 부착시킬 수 있다. 이와 같이 부착물이 치우쳐 존재하고 있는 상태로 부착물이 존재하고 있는 전극(102)에서 존재하고 있지 않은 전극(101)을 향하는 전계를 발생시키는 것 같은 시동 펄스를 시동 펄스 발생 회로(5)에서 발생시켜, 램프(1)에 인가한다. 이것에 의해서, γ 작용을 부착물의 존재하지 않은 전극에서 발생시켜, 낮은 시동 전압값으로 200W 메탈 할라이드 램프(1)의 점등을 개시할 수 있다.

상기한 바와 같은 봉입물의 선택적인 부착을 실현하기 위해서는 먼저 서술한 봉입물(수은 및/혹은 각종의 금속 할로겐 화합물)의 열특성(융점 및 비점)을 고려하여, 한쪽의 전극에서는 부착물이 열적으로 안정하여 존재할 수 있는 온도 상태를 실현하고, 다른쪽의 전극에서는 부착물이 열적으로 안정하게 존재할 수 없는 온도 상태가 실현되도록 적절한 온도차를 양전극 사이에 설치하면 좋다.

예를 들면, 상기한 바와 같은 보온막(103)의 도포를 대신하여 한쌍의 전극형상(체적 및/또는 표면적)을 서로 다르게 함으로써, 전극의 열용량에 차이가 생기게 하는 구성으로도 할 수 있다. 예를 들면, 제2(c)도에 나타낸 바와 같이, 전극(104)을 전극(105)보다도 크게 형성하는 것으로 전극(104)의 열용량을 크게 하면, 전극(105)이 전극(104)보다도 온도 저하하여 봉입물이 전극(105)에만 부착하는 구성이 된다.

혹은, 한쌍의 전극을 비열이 다른 재료로 구성하여 온도 저하 속도에 차가 생기게 하여도 좋다.

[실시예 2]

제4도는 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 방전 램프의 점등 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

구체적으로, 한쌍의 전극(106, 107)을 갖는 방전 램프(예를 들면, 200W 메탈 할라이드 램프; 30)에, 램프(1)의 시동및 점등을 위한 점등 회로(2)가 접속되어 있다. 제4도의 구성에서, 제1도와 같은 구성 요소에는 같은 참조번호를 붙이고 있고, 그 설명은 여기에서는 생략한다.

본 실시예에서는, 한쪽의 전극에만 봉입물을 부착시키기 위해서, 제 1 실시예에 있어서의 램프(1)의 표면에 도포된 보온막을 대신하여, 램프(30)의 전극(106) 부근에 배치된 보온 부재(31)를 사용하고 있다. 보온 부재(31)는 보온막보다 큰 보온효과가 있기 때문에, 램프(1)의 소등시에 전극(106, 107) 사이의 온도 저하속도의 차가 또한 커지고, 봉입물이 전극(107)에 또한 쉽게 부착할 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에서는, 보온 부재(31)의 사용에 의해서 전극(106, 107) 사이의 온도차를 또한 크게 하여 부착물의 존재량의 차를 크게하는 것으로 시동 전압값을 보다 작게 할 수 있다.

또한, 램프(30)의 점등시에 부착물이 존재하고 있는 전극(107)에서 존재하고 있지 않은 전극(106)을 향하는 전계를 형성하는 것이 바람직한 것 및 그 때문에 바람직한 시동 펄스의 바람직한 인가수법은 제 1 실시예와 같다.

상기한 바와 같은 보온 부재(31)를 대신하여 한쪽의 전극(106)을 적극적으로 가열하는 가열 수단을 설치하는 것도 가능하다. 구체적으로, 히터의 설치에 의한 가열이라든지, 빛이라든지 적외선의 조사에 의한 가열등을 행할 수 있다. 혹은, 반사경을 한쪽 전극의 주위에 배치하여, 램프로 발광하는 빛을 반사하여 전극을 조사하고, 그 온도를 상승시키거나, 혹은 온도의 저하를 방해하는 것도 가능하다.

혹은, 보온 부재라든지 가열 수단을 대신하여, 한쪽의 전극을 적극적으로 냉각하는 수단을 설치할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 펠티에 효과를 이용한 냉각 수단, 통풍기등의 공기 냉각 수단, 혹은 물 냉각 수단을 설치하여도 좋다. 또한, 전극의 일부를 공기 냉각용에 발광관의 외부에 노출시키기도 하고, 방열핀등의 방열부재를 설치하여도 좋다. 단지, 상기한 바와 같은 냉각 수단(방열 수단)을 한쪽의 전극에 설치하면, 그것들을 설치한 측의 전극의 온도가 보다 빠르게 강하하기 때문에, 그쪽의 전극에 부착물이 선택적으로 존재하게 된다.

[실시예 3]

제5도는 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 방전 램프의 점등 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

구체적으로, 한쌍의 전극(111, 112)을 갖는 방전 램프(예를 들면, 200 W 메탈 할라이드 램프; 51)에 램프(51)의 시동 및 점등을 위한 점등 회로(52)가 접속되어 있다. 점등 회로(52)는 직류 전원(53) 및 시동 펄스 발생 회로(54)를 포함하고 있다.

직류 전원(53)은 상용의 교류 전원(55)의 출력을 정류 또한 평활화하여 직류로 변환하는 정류 평활 회로(56)와, 트랜지스터(57), 다이오드(58), 초크 코일(59), 캐패시터(60), 저항(61, 62, 63) 및 제어회로(64)로 구성되고, 정류 평활 회로(56)의 출력을 받아 램프(51)에 공급되는 전력을 소정의 값에 제어하는 부분을 포함하고 있다. 저항(61, 62)에 의해서 직류 전원(53)의 출력 전압(램프 전압)을 검출하고, 한편, 저항(63)에 의해서 직류 전원(53)의 출력 전류(램프 전류)를 검출한다. 상기 2개의 검출신호를 제어회로(64)에 의해서 연산하여, 직류 전원(53)의 출력전력(램프전력)이 소정의 값이 되도록 제어회로(64)의 출력신호에 의해서 트랜지스터(57)를 ON/OFF 제어한다.

시동 펄스 발생 회로(54)는 저항(65), 캐패시터(66), 캐패시터(66)의 전압이 소정의 값에 도달하면 통전을 개시하는 2방향 2단자 사이리스터(67), 트랜스(68), 다이오드(69), 캐패시터(70), 캐패시터(70)의 전압이 소정의 값에 도달하면 통전을 개시하는 방전 갭(71), 펄스 트랜스(72) 및 캐패시터(73)를 포함하며, 램프(51)를 시동시키기 위한 시동 펄스를 발생한다.

다음에, 본 실시예의 방전 램프의 점등 장치의 동작을 설명한다.

램프(51)가 정격으로 점등하고 있을 때에는 저항(61, 62)에 의해서 검출된 직류 전원(53)의 출력 전압(램프 전압) 및 저항(63)에 의해서 검출된 직류 전원(53)의 출력 전류(램프 전류)의 2개의 검출 신호를 제어회로(64)에 의해서 연산하여, 직류 전원(53)의 출력전력(램프전력)이 소정의 값이 되도록, 제어회로(64)의 출력신호에 의해서 트랜지스터(57)를 ON/OFF 제어한다. 이 때, 직류점등이기 때문에, 양극측에 접속되어 있는 전극(111)의 쪽이, 음극측에 접속되어 있는 전극(112) 보다도 고온으로 된다.

다음에, 램프(51)를 정격으로 점등하여, 그 후에 램프(51)를 소등한 경우에 있어서 램프(51)의 상태를 설명한다.

램프(51)가 소등되면 그 온도가 저하하기 시작한다. 이 때, 지금까지의 각 실시예의 경우와 같이, 발광관보다도 전극(111, 112)의 쪽이 온도가 급속히 저하한다. 또한, 직류 점등이기 때문에, 양극측의 전극(111)의 쪽이 고온으로 되어 있기 때문에, 전극(111, 112)의 온도가 같은 속도로 저하하여 가더라도, 결과적으로는 음극측의 전극(112)의 쪽이 빠르게 저온상태가 된다. 이 결과, 봉입물은 보다 빠르게 저온상태가 되는 음극측의 전극(112)에 부착하여, 양극측의 전극(111)에는 대개 부착하지 않는다. 이렇게 하여, 지금까지의 실시예와 같이, 한쪽의 전극에만 선택적으로 부착물이 존재하는 상태가 실현된다.

이와 같이 부착물이 한쪽의 전극(112)에만 존재하는 상태로, 부착물이 존재하고 있는 전극(112)에서 존재하고 있지 않은 전극(111)을 향하는 전계가 형성되도록, 시동 펄스를 램프(51)에 인가한다. 이것에 의해서, γ 작용을 부착물이 존재하지 않은 전극(111)에서 발생시켜, 낮은 시동 전압으로 200 W 메탈 할라이드 램프(51)의 점등을 개시할 수 있다.

또한, 시동 펄스 발생 회로(54)는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 있어서와 같이 작동시킨다. 구체적으로, 제5도의 회로 구성에 있어서의 램프(51)에의 접속 노드(c, d) 중의 노드(c)에서의 전압 파형이 제3도에 나타낸 것이 되도록 작동시킨다(여기에서는 그 설명은 생략한다).

상기한 바와 같이, 본 실시예에서는 200 W 메탈 할라이드 램프(51)의 한쌍의 전극(111, 112)의 한쪽에 봉입물을 선택적으로 부착시키기 위해서, 램프(51)를 직류 점등시킨다. 이것에 의해서, 양극측의 전극(111)이 음극측의 전극(112)보다도 고온이 된다. 소등시에는 온도가 낮던 전극(112) 쪽이 보다 빠르게 낮은 온도 레벨에 도달한다. 따라서, 소등시에는 봉입물의 대개는 전극(112)에 부착한다. 이와 같이 부착물이 한쪽 전극(112)에만 존재하는 상태로 부착물이 존재하고 있는 전극(112)에서 존재하고 있지 않은 전극(111)을 향하는 전계가 형성되도록, 시동 펄스를 램프(51)에 인가한다. 이것에 의해서, γ 작용을 부착물이 존재하지 않은 전극(111)에서 발생시켜, 제 1 및 제 2 실시예에 있어서의 보온막이라든지 보온 부재(혹은 가열 수단이라든지 냉각 수단)를 사용하지 않고, 간단한 구성으로 낮은 시동 전압으로 200 W 메탈 할라이드 램프(51)의 점등을 개시할 수 있다.

점등을 유지시키기 위해서 램프(51)에 공급하는 직류 전류는, 완전한 직류일 필요는 없고, 직류 성분을 포함하는 전류 파형이면 좋다. 즉, 시간 평균값이 0이 아니고, 플러스 혹은 마이너스의 어느 한쪽으로 치우쳐 있는 파형이면, 위에서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, PWM 변조를 받은 펄스형상의 정현파형을 갖는 전류라도 좋다.

이상의 각 실시예의 설명에서는 방전 램프로서 200 W 메탈 할라이드 램프를 사용하고 있다. 혹은, 고압 나트륨 램프 등의 다른 램프를 사용할 수 있다. 또한, 와트 수도 상술한 값(200 W)에 한정되는 것은 아니다.

단지, 메탈 할라이드 램프의 봉입물인 금속 할로겐 화합물은 전기 음성도가 높고, 이러한 금속 할로겐 화합물이 메탈 할라이드 램프의 전극에 부착하면, 다른 HID 램프와 비교하여 현저하게 시동 전압 레벨이 증가한다. 이 때문에, 본 발명의 효과는 메탈 할라이드 램프에 있어서 특히 현저하게 달성된다.

상기한 구성에 포함되는 직류 전원은 직류 출력의 제어가 가능한 구성이면 특정한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 교류 전원과 정류 장치와의 조합과 같은 다른 구성이라도 된다. 또한, 인버터 회로도 직류 전원(혹은 그 등가구성 요소)에서의 출력을 교류로 변환할 수 있는 구성이면 특정한 구성에 한정되는 것은 아니고, 다른 구성이라도 좋다. 또한, 시동 펄스 발생 회로의 구체적인 회로 구성도, 상술한 바와 같이, 부착물이 존재하고 있는 전극에서 존재하고 있지 않은 전극으로 향해 전계를 발생시키는 것 같은 시동 펄스를 인가할 수 있는 구성이면, 특정한 구성에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상술한 제 1 실시예 내지 제 3 실시예의 각각인 경우에 있어서, 램프는 그 한쌍의 전극이 수평 방향에서 대향하고 있어도 수직 방향에서 대향하고 있어도, 어느 쪽이든 좋다. 단, 전극이 수직으로 대향하도록(즉, 한쪽의 전극이 다른쪽의 전극상에 위치하도록) 램프를 배치하는 경우, 봉입물을 선택적으로 부착시키는 측의 전극을 아래에 위치시키는 것이 바람직하다. 이러한 배치에 의해서 제 1 실시예에는 중력의 영향으로, 제 2 실시예에는 발광관의 내부에서의 열대류의 발생에 의해서 상측 전극 부근의 온도의 저하가 또한 방해됨으로써, 봉입물의 하측 전극에의 부착이 보다 촉진된다.

또한, 봉입물을 부착시키지 않은 전극의 부근에, 소등시에 기계적인 미소한 진동을 발생시키는 부재를 배치하여, 봉입물의 부착을 기계적인 미소한 진동에 의해 물리적으로 저지하는 구성으로서도 좋다. 이 경우, 봉입물의 전극에의 부착은 일반적으로 소등의 수십초 후에 시작되기 때문에, 소등의 수초 후부터 적당한 크기의 미소한 진동을 한쪽의 전극에 인가하면 된다. 구체적으로는, 예를 들면 전압 소자를 사용한 진동의 인가를 행할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 한쌍의 전극을 갖는 방전 램프의 점등장치에 있어서, 램프의 소등시에 한쪽의 전극에만 선택적으로 봉입물을 부착시킨다. 또한, 그 후의 램프의 재점등시에는 부착물이 존재하고 있는 측의 전극에서 존재하고 있지 않은 측의 전극을 향하여 전계가 발생하도록 시동 펄스를 인가한다. 이것에 의해서, 방전개시 시의 γ 작용을 부착물이 존재하고 있지 않은 전극으로 발생시켜, γ 작용에 의한 2차 전자의 방출 효율을 향상시키고, 시동 전압 레벨을 낮게 억제할 수 있다.

시동 전압 레벨의 감소가 실현되는 것으로, 시동 펄스 발생 회로의 소형화를 달성할 수 있다. 구체적으로는, 시동 펄스 발생 회로의 구성 부품의 소형화, 특히, 구성 부품 중에서도 가장 큰 부품의 하나인 펄스 트랜스의 소형화가 실현되기 때문에, 전체 구성도 작게 할 수 있다. 또한, 충분한 절연을 확보하기 위한 사이즈에 있어서의 요구도 경감된다.

또한, 시동 펄스의 저전압화에 의한 전압에의 데미지의 경감에 의해, 방전 램프의 장기 수명화도 실현된다.

Claims (19)

1. 방전 램프의 점등 장치에 있어서, 상기 방전 램프는 한쌍의 전극과 내부에 봉입물을 갖는 발광관을 구비하며, 상기 점등 장치는 상기 방전 램프의 소등시에 상기 봉입물을 상기 한쌍의 전극 중 한쪽에만 선택적으로 부착시키는 선택적 부착 수단과, 상기 방전 램프를 시동시키면서 그 정격 점등을 유지시키는 점등 회로를 구비하며, 상기 점등 회로는 상기 방전 램프의 시동시에 상기 부착물이 존재하는 전극으로부터 상기 부착물이 존재하지 않은 전극을 향한 전계를 발생하는 시동 펄스를 상기 방전 램프에 인가하는 시동 펄스 생성 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 선택적 부착 수단을 상기 방전 램프가 구비하는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 봉입물이 선택적으로 부착되는 전극은 소등시에 다른쪽의 전극보다 온도가 빠르게 저하하는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 방전 램프는 상기 한쌍의 전극의 한쪽 부근에 도포된 보온막을 구비하는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 열용량을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 체적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 표면적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
9. 제5항에 있어서, 상기 한쌍의 전극은 서로 다른 비열을 갖는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 선택적 부착 수단이 상기 방전 램프에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 선택적 부착 수단은 상기 방전 램프의 소등시에 상기 봉입물이 선택적으로 부착되는 측의 전극의 온도를 다른쪽의 전극보다 빠르게 저하시키는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 선택적 부착 수단은 보온 부재인 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 선택적 부착 수단은 가열 수단인 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 선택적 부착 수단은 냉각 수단인 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
15. 제11항에 있어서, 상기 선택적 부착 수단은 방열 수단인 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 점등 회로는 상기 방전 램프의 정격 점등 중에 적어도 직류 성분을 포함하는 전류를 상기 방전 램프에 인가하여, 그것에 의하여 상기 한쌍의 전극의 한쪽의 온도를 다른쪽 보다도 높게 하여, 상기 방전 램프의 소등시 상기 봉입물을 저온이던 전극에만 선택적으로 부착시키는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 선택적 부착 수단은 상기 방전 램프의 소등시의 소정 기간에, 상기 봉입물이 부착되는 것이 바람직하지 못한 측의 전극에 기계적인 진동을 인가하는 진동 인가 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등장치.
18. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 전극이 중력의 작용 방향에 따라서 상대하도록 배치되어 있고, 상기 봉입물이 부착하는 측의 전극이 다른쪽 보다도 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.
19. 제1항에 있어서, 상기 봉입물은 적어도 금속 할로겐 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 점등 장치.

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