(57)【要約】【課題】  放電ランプ（ＨＩＤランプ）の光度および消費電力の調整ができるとともに、安定した点灯が可能な放電ランプの点灯装置を提供する。【解決手段】  所定のガスとともに放電管内に封止された一対の電極を有する放電ランプと、この放電ランプの一対の電極に接続されて所定レベルの電力を与える電源部と、  前記放電ランプの一対の電極と並列に点灯用昇圧トランスを介して接続されて、前記電源部が出力した電力を蓄える点灯コンデンサと、所定周期のパルス信号を生成して出力する発振器と、この発振器が出力するパルス信号を受けて、該パルス信号の周期で前記電極に高電圧パルスを印加して予備放電を生起させて前記点灯コンデンサに蓄えられた電力により前記電極間に主放電を誘起して点灯させるランプ予備点灯回路とを備える。【選択図】  図１
2007048505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のガスとともに放電管内に封止された一対の電極を有する放電ランプと、
この放電ランプの一対の電極に接続されて所定レベルの電力を与える電源部と、
前記放電ランプの一対の電極と並列に点灯用昇圧トランスを介して接続されて、前記電源部が出力した電力を蓄える点灯コンデンサと、
所定周期のパルス信号を生成して出力する発振器と、
この発振器が出力するパルス信号を受けて、該パルス信号の周期で前記電極に高電圧パルスを印加して予備放電を生起させて前記点灯コンデンサに蓄えられた電力により前記電極間に主放電を誘起して点灯させるランプ予備点灯回路と
を備えることを特徴とする放電ランプの点灯装置。
【請求項２】
前記発振器は、任意に前記パルス信号の周期を調整できるものである請求項１に記載の放電ランプの点灯装置。
【請求項３】
前記ランプ予備点灯回路は、前記電源部が出力する電力を蓄える予備点灯コンデンサと、
この予備点灯コンデンサと前記発振器が出力したパルス信号を受けてオン・オフするスイッチング素子とが直列に接続された一次巻線およびこの一次巻線に印加された電圧を昇圧して前記電極間に予備放電を生起させる二次巻線を有する変圧器と
を備え、
前記発振器が出力したパルス信号によりオンしたスイッチング素子を介して前記予備点灯コンデンサに蓄えられた電力を放出する際、前記変圧器の一次巻線に生じた誘起電圧が前記二次巻線により昇圧されて前記電極に与えられるものである請求項１に記載の放電ランプの点灯装置。
【請求項４】
前記電源部は、低電圧の直流を所定電圧値に昇圧して出力するものである請求項１に記載の放電ランプの点灯装置。
【請求項５】
前記電源部は、低電圧の直流を所定電圧値の交流に昇圧して出力する変換回路と、
この変換回路が出力した交流を整流して直流に変換する整流回路と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の放電ランプの点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電ランプの点灯装置に係り、特に車両の前照灯として好適な放電ランプの点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両の前照灯（ヘッドライト）には、フィラメントに電流を流したときに生じる温度放射を利用した光源である白熱電球が多年に亘り用いられてきた。また発光効率の高い前照灯の要望から車両の前照灯（ヘッドライト）にはハロゲンランプも適用されている。ハロゲンランプは、通常の白熱電球より２００度程度高い温度でフィラメントを点灯しており、白熱電球に比べて発光効率が約１０％高く、寿命も約２倍長いという特徴がある。
【０００３】
近時、従来の温度放射を利用した光源より更に高輝度で、かつ発光効率の高いヘッドライトがユーザから求められており、例えば高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）を車両に搭載することが試みられている（例えば、特許文献１を参照）。このＨＩＤランプは、発光管内にガスとともに封止した一対の電極間に生じる放電を利用したものであり、具体的には高圧水銀ランプ、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプなどがある。これらのＨＩＤランプは、白熱電球よりも発光効率が高く、また寿命が長いという特徴がある。
【０００４】
ＨＩＤランプを車両の前照灯に適用する場合、一般には車載されているバッテリからとりだせる直流を昇圧装置（例えばインバータ）で一端、高電圧の交流または直流に変換した後、ＨＩＤランプに与えている。
ちなみにＨＩＤランプは、放電電弧が何らかの影響によって消弧した場合、ＨＩＤランプが再始動するまで時間が掛かる。そのため、安全上の配慮から再点灯するまでの間、別に用意したランプで照明を代替させる車両のヘッドライト装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２２９５８号公報
【特許文献２】特開平７−９９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したＨＩＤランプは、放電を利用した光源（ランプ）であり点灯中は、電極間に生じる放電によって発光管内が加熱されてガス蒸気圧が高くなった状態で最高光度に達するようになっている。またこの種の放電を利用したランプは、点灯中に例えば点灯装置の劣化や過度な衝撃が与えられたとき等などの要因によってランプの放電電弧が異常消弧する懸念がある。そして放電電弧が消弧したＨＩＤランプを再点灯させるには点灯中のランプ電圧より高いパルス状の電圧を与えるか、発光管内の温度が低下して再点灯電圧が低下するまで待つ必要がある。
【０００６】
したがって、この種のＨＩＤランプを自動車の前照灯に適用するには、ＨＩＤランプの放電電弧が切れた際、速やかに高電圧パルスをＨＩＤランプに与えて再点灯させなければならない。それ故、ＨＩＤランプの電源ユニットは、高電圧パルスを生成できるだけの十分な電源容量と耐電圧を備える必要があり、回路構成が大規模なものとなりコストが高くなるという問題があった。
【０００７】
また、ＨＩＤランプは、上述したように再点灯まで時間が掛かるため、前述した特許文献２に記載されているように消灯したＨＩＤランプ以外の別のランプを点灯させることが考えられるものの、ランプを二系統用意しなければならず、複雑な装置構成になるためコストが高くなるとともにメンテナンス性が悪くなるという問題もある。
一方、白熱電球等の温度放射を利用した光源は、ルミネセンスを利用した光源に比べて発光効率が悪く、エネルギー消費が大きくなり燃費も悪化するという問題もあった。
【０００８】
他方、ＨＩＤランプのような電極間の放電を利用したランプは、放電電圧がある一定の値をとるという特性がある。このためＨＩＤランプは、白熱電球のような電圧デューティ比を可変しての光度や消費電力の調整が困難であるという問題がある。もちろん放電／消灯を瞬時に繰り返せば光度や消費電力の調整を行うことが可能であるものの、電源部に従来のような変換装置（例えば、インバータ）を用いた場合、この電源部に余力をもたせる必要があり、回路規模が大きくなるとともに、低コスト化が困難である。
【０００９】
本発明は、このような従来の事情を考慮してなされたもので、その目的は放電ランプ（ＨＩＤランプ）の光度および消費電力の調整ができるとともに、安定した点灯が可能な放電ランプの点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成すべく本発明に係る放電ランプの点灯装置は、所定のガスとともに放電管内に封止された一対の電極を有する放電ランプと、この放電ランプの一対の電極に接続されて所定レベルの電力を与える電源部と、前記放電ランプの一対の電極と並列に点灯用昇圧トランスを介して接続されて、前記電源部が出力した電力を蓄える点灯コンデンサと、所定周期のパルス信号を生成して出力する発振器と、この発振器が出力するパルス信号を受けて、該パルス信号の周期で前記電極に高電圧パルスを印加して予備放電を生起させて前記点灯コンデンサに蓄えられた電力により前記電極間に主放電を誘起して点灯させるランプ予備点灯回路とを備えることを特徴としている。
【００１１】
上述の放電ランプの点灯装置は、電極に所定周期で高電圧パルスを印加したときに生起される予備放電が放電ランプの一対の電極間の主放電に移行して点灯する。
好ましくは前記発振器は、任意に前記パルス信号の周期を調整できることが望ましい。
上述の放電ランプの点灯装置は、発振器が出力するパルス信号の周期が可変調整することによって予備放電の周期が変化し、それ故、ランプの点灯周期が変化する。したがって上述の放電ランプの点灯装置は、ランプ光度、消費電力を調整できる。
【００１２】
また前記ランプ予備点灯回路は、前記電源部が出力する電力を蓄える予備点灯コンデンサと、この予備点灯コンデンサと前記発振器が出力したパルス信号を受けてオン・オフするスイッチング素子とが直列に接続された一次巻線およびこの一次巻線に印加された電圧を昇圧して前記電極に出力する二次巻線を有する変圧器とを備え、
前記発振器が出力したパルス信号によりオンしたスイッチング素子を介して前記予備点灯コンデンサに蓄えられた電力を放出する際、前記変圧器の一次巻線に生じた誘起電圧が前記二次巻線により昇圧されて前記電極に与えられるものとして構成される。
【００１３】
上述の放電ランプの点灯装置は、短時間の間に点灯コンデンサに蓄えられた電力（静電エネルギー）が変圧器の一次巻線を介して極めて短い時間で放電される。このとき変圧器の二次巻線には、パルス状の電圧の高い（２００００Ｖ〜３００００Ｖ程度）の電圧が生じる。この高電圧は、電極に印加されているので放電ランプで予備放電が生起され、やがて電極間の主放電に移行して放電ランプが点灯する。
【００１４】
好ましくは、前記電源部は、低電圧の直流を所定電圧値の交流に昇圧して出力する変換回路（インバータ）と、この変換回路（インバータ）が出力した交流を整流して直流に変換する整流回路とを備えることが望ましい。
上述の放電ランプの点灯装置は、ランプを再点灯させるための複雑な回路が不要で放電ランプを点灯させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の放電ランプの点灯装置は、短い周期（おおむね１５ｍｓ以下）で出力する発振器のパルス信号に従って電極に高電圧を印加し、電極間で起こる予備放電が電極間の主放電に移行することにより放電ランプを点灯させている。このため、本発明の放電ランプの点灯装置は、発振器（オシレータ）が出力するパルス信号の周期を可変調整することで、予備放電の周期を変化させることができ、引いては、放電ランプの点灯周期を調整することができ、放電ランプの光度および消費電力を調整することが可能となる。
【００１６】
また本発明の放電ランプの点灯装置は、発振器が出力するパルス信号の周期を可変調整することができるので予備放電の周期を変化させることができ、それ故、ランプの点灯周期を調整することが可能となり、ランプ光度および消費電力を調整することができる。
一方、本発明の放電ランプの点灯装置におけるランプ予備点灯回路は、予備点灯コンデンサ、スイッチング素子および変圧器を有する簡易な回路で構成することができる。このため、複雑な回路が不要であり、部品種類の削減からも効果的である。
【００１７】
特に本発明の放電ランプの点灯装置は、電源部が出力した電力を点灯コンデンサに一旦蓄え、この点灯コンデンサに蓄えられた電力を用いて放電ランプを点灯させているので、放電ランプ用電源として必要な連続負荷耐性を持たせる必要がなく、簡易な構成の電源で実現することができる等の実用上多大なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る放電ランプの点灯装置について図面を参照しながら説明する。尚、図１は、本発明を実施する形態の一例であって、この図によって本発明が限定されるものではない。
この図において１は、一対の電極を備えた放電ランプである。この放電ランプ１は、具体的にはＨＩＤ（high intensity discharge）ランプであり、例えば高圧水銀ランプ、メタルハライドランプや高圧ナトリウム等である。この放電ランプ１は、例えば車載されたバッテリ（図１には図示せず）から供給される直流（たとえば１２Ｖ）を受けて、所定の電圧（例えば１００Ｖ）の交流に変換して出力するインバータ（電源部）２によって駆動される。このインバータ２の出力は、一対の出力端から出力される。この出力端の一方は接地され、他方は、アノードが接地されたダイオードＤ１とこのダイオードＤ１のカソードと接続されるダイオードＤ２のアノードと間に、電流制限コンデンサＣ１（詳細は後述）が直列に介挿されて接続される。この二つのダイオードＤ１，Ｄ２で構成される整流回路の直流出力端となるダイオードＤ２のカソードは、一端が接地された点灯コンデンサＣ２の他端を点灯用昇圧トランスＴの２次側を介して放電ランプ１が備える一方の電極１ａに接続される。ちなみに放電ランプ１が備える他方の電極１ｂは、接地され放電ランプ１の一対の電極１ａ，１ｂと点灯用昇圧トランスＴの２次側を介し並列に点灯コンデンサＣ２が接続されるようになっている。
【００１９】
またインバータ２と電流制限コンデンサＣ１との接続点からは、アノードが接地されたダイオードＤ３とこのダイオードＤ３のカソードと接続されるダイオードＤ４のアノードと間に、別の電流制限コンデンサＣ３が直列に介挿されて接続される。この二つのダイオードＤ３，Ｄ４で構成される別の整流回路の直流出力端となるダイオードＤ４のカソードは、カソードが接地されたスイッチング素子（サイリスタ）Ｔｈのアノードおよび予備点灯コンデンサＣ４の一端が接続される。この予備点灯コンデンサＣ４の他端は、一端が接地された変圧器（点灯用昇圧トランス）Ｔの一次巻線（低圧側）の他端に接続される。この点灯用昇圧トランスＴの二次巻線は、一端が接地された点灯コンデンサＣ２の他端に接続される一方、他端は放電ランプ１の一方の電極１ａに接続される。
【００２０】
またサイリスタＴｈのゲートには、例えば車載されたバッテリ（図１には図示せず）から供給される直流（たとえば１２Ｖ）を受け電源として所定周期のパルス信号を出力する発振器（オシレータ）１１の出力が接続されている。このオシレータ１１は、図示しない車載されたＥＣＵ（制御装置）の指令を受けてパルス信号の出力周期が可変できるようになっている。
【００２１】
さて、概略的には上述したように構成された本発明の放電ランプの点灯装置が特徴とするところは、放電ランプ１の一方の電極１ａにオシレータ１１の出力周期で予備放電を生起させる一方、この予備放電を予め点灯コンデンサＣ２に蓄えられた電力を用いて電極１ａ，１ｂ間の主放電に移行させて放電ランプ１を点灯させる点にある。つまり、本発明の放電ランプの点灯装置は、点灯コンデンサＣ２の放電／充電によって放電ランプ１を点灯／消灯している。
【００２２】
このような特徴ある本発明の放電ランプの点灯装置の作動について図２に示すフローチャートを参照しながらより詳細に説明する。
例えば放電ランプ１の定格電圧が１００Ｖである場合、電源部（インバータ）２は、入力された例えば車載バッテリから供給される直流１２Ｖの電源から所定の電圧（１００Ｖ）の交流に変換して出力する。この交流出力は、電流制限コンデンサＣ１を介して二つのダイオードＤ１，Ｄ２によって再び直流に変換された後、点灯コンデンサＣ２にて充電されるとともに、電流制限コンデンサＣ３を介して二つのダイオードＤ３，Ｄ４によって直流に変換された後、予備点灯コンデンサＣ４に充電される［ステップＳ１］。
【００２３】
上述した点灯コンデンサＣ２および予備点灯コンデンサＣ４の充電は、所定時間行われる［ステップＳ２］。この充電時間は、図示しないＥＣＵ（制御装置）からオシレータ１１に与えられるパルス出力周期指令によって設定可能である。
尚、電流制限コンデンサＣ１は、点灯コンデンサＣ２の電荷が零の場合、ステップＳ１で点灯コンデンサＣ２を充電する際、インバータに過負荷が掛かることを防止するために設けられている。
【００２４】
そしてオシレータ１１は、ＥＣＵから予め指令されたパルス出力周期（所定時間経過）になると、パルス信号を生成してサイリスタＴｈのゲートに与える［ステップＳ３］。サイリスタＴｈは、オシレータ１１から出力されたパルス信号によってターンオンし、予備点灯コンデンサＣ４に蓄えられた電荷は、点灯用昇圧トランスＴの一次側巻線を介して放電される［ステップＳ４］。電流制限コンデンサＣ３は、このステップＳ４でサイリスタＴｈがターンオンするとインバータ２に過大な負荷が掛かることを防止すると共に、予備点灯コンデンサＣ４放電後サイリスタＴｈをターンオフさせる目的で設けられている。
【００２５】
そしてステップＳ４で予備点灯コンデンサＣ４に蓄えられた電荷Ｑは、極めて短時間で放電されることになるので点灯用昇圧トランスＴの一次巻線の電流変化（ｄＱ／ｄｔ）が急峻となり、点灯用昇圧トランスＴの二次巻線にパルス状の２００００Ｖ〜３００００Ｖ程度の高電圧が生起される［ステップＳ５］。この高電圧は、放電ランプ１の一方の電極１ａに与えられるので、電極１ａ，１ｂとの間で予備放電が起こり、瞬時に電極１ａ，１ｂ間の主放電に移行して放電ランプ１が（一定時間）点灯する［ステップＳ６］。このステップＳ６の電極１ａ，１ｂ間の主放電は、点灯コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が放出されることによって行われる。そして点灯コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が放出されると一旦消灯して再びステップＳ１に戻り、上述した処理を繰り返す。したがって、放電ランプ１は、短い周期で点灯／消灯を繰り返すことになる。
【００２６】
つまり上述の処理中、オシレータ１１のパルス出力周期を変化させると、その変化に応じて放電ランプ１の点灯／消灯比率（デューティ）が変化する。したがって、放電ランプ１の光度および消費電力を調整することができる。尚、オシレータ１１のパルス出力周期が長くなるとランプがちらついたり点滅したりするので、好ましくは数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度（おおむね１５ｍｓ以下）のパルス出力周期とすることが望ましい。
【００２７】
かくして、上述したように構成された本発明の放電ランプの点灯装置は、おおむね１５ｍｓ以下の短い周期で出力するオシレータ１１のパルス信号に従って電極１ａ，１ｂ間で生起される予備放電が瞬時に主放電に移行することによって放電ランプ１を点灯させている。このため、本発明の放電ランプ１の点灯装置は、オシレータ１１が出力するパルス信号の周期を可変調整することで、予備放電の周期を変化させることができ、引いては、放電ランプ１の点灯開始周期を調整することが可能となり、放電ランプ１の光度および消費電力を調整することが可能となる。
【００２８】
勿論、本発明の放電ランプの点灯装置は、何らかの要因により放電ランプ１の放電電弧が消弧したとしても、上述したフローチャートに示したように短い周期で繰り返し主放電を誘起させているので、確実に再始動することができる。
また本発明の放電ランプの点灯装置におけるランプ点灯回路は、点灯コンデンサ、スイッチング素子および点灯用昇圧トランスを組み合わせた簡易な回路で構成することができる。このため、複雑な回路が不要であり、部品品種削減の観点からも効果的である。
【００２９】
また本発明の放電ランプの点灯装置は、電源部が出力した直流電力を点灯コンデンサに一旦蓄え、この点灯コンデンサに蓄えられた直流電力を用いて放電ランプを点灯させているので、放電ランプ用電源として必要な連続負荷耐性をもたせる必要がなく、簡易な構成の電源で実現することができる等の実用上多大なる効果を奏する。
尚、本発明の放電ランプの点灯装置は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更して実施することができる。
【００３０】
例えば車両に限定せず、一般照明器具の放電ランプに活用し光度および消費電力を調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る放電ランプの点灯装置の回路構成を示す図。
【図２】図１に示す放電ランプの点灯装置の作動工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３２】
１    放電ランプ
１ａ，１ｂ    電極
２    インバータ
１１    オシレータ
Ｃ１，Ｃ３    電流制限コンデンサ
Ｃ２    点灯コンデンサ
Ｃ４    予備点灯コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４    ダイオード
Ｔ    点灯用昇圧トランス
Ｔｈ    サイリスタ
【図１】
2007048505.tif 000003
【図２】
2007048505.tif 000004