HID（High-Intensity Discharge）ランプとは？
HID ランプは高輝度放電ランプとも呼ばれ、水銀蒸気・ナトリウム蒸気・メタルハライド・キセノン短アークなどの 高圧ガス放電を利用して光を得る光源です。 石英またはアルミナのアークチューブ内部に封入された気体が、 数気圧〜数十気圧という高圧・高温下でアーク（電気放電）を形成し、 可視域中心の連続スペクトルと金属蒸気特有の輝線スペクトルを放射します[1]。
1. 特徴（長所・短所・他手法との違い）
| 項目 | HID | ハロゲン | LED |
|---|---|---|---|
| 発光原理 | 高圧ガス放電 | 低圧ガス＋白熱 | 半導体発光 |
| 全光束当たり効率 | 80 – 150 lm/W | 15 – 25 lm/W | 110 – 200 lm/W |
| 初期コスト | 中 | 低 | 中-高 |
| 寿命 | 6,000-20,000 h | 1,000 h | 25,000-50,000 h |
| 点灯立ち上がり | 30-120 秒（ウォームアップ） | <1 秒 | <1 秒 |
| その他 | バラスト必須／水銀規制の影響 | 低演色／高発熱 | ドライバ回路・放熱設計が重要 |
2. 原理
2-1. アーク放電のしくみ
HID ランプではPaschen の法則に従い、圧力 p と電極間距離 d の積 pd が適切な値になると放電が開始できます。おおよその着火電圧 \(V_b\) は \[ V_b = \frac{B\,p d}{\ln(A\,p d) – \ln\!\bigl(\ln(1+\gamma^{-1})\bigr)} \] で与えられます（A, B は気体定数，γ は二次電子放出係数）。 放電開始後は電流密度が急増し、アークコア温度は数千 Kに達します。 この高温が金属塩を蒸発させ、励起原子・イオンが可視光を放出します。
2-2. 光束と効率
電気入力 P（W）に対する全光束 Φ（lm）の比 \(\eta = \dfrac{Φ}{P}\) は発光効率を示し、 メタルハライド HID では 100 lm/W を超える例もあります[1]。
3. 歴史
- 1901 年：ピーター・クーパー＝ヒューイットが低圧水銀ランプを開発。
- 1930 年代：高圧水銀ランプが実用化し、工場や街路灯で普及。
- 1962 年：GE がメタルハライドランプを試作し、高演色化に道を開く[2]。
- 1991 年：BMW が 7 シリーズでキセノン HID ヘッドライトを市販車に初搭載。
- 2000 年代：セラミックメタルハライド（CMH）がホール照明や植物育成に拡大。
4. 応用例
HID ランプは大光束が必要な場面で強みを発揮します。
- 自動車ヘッドライト（D1S/D2S 型キセノン）：LED 主流化が進むものの、2025 年時点でも大型車や高級車で採用例があります。
- 街路灯・高速道路照明：高圧ナトリウムやメタルハライドが長寿命・高効率で広範囲を照射。
- スタジアム・屋外競技場：2 kW 級メタルハライド投光器が求められる均一照度を実現。
- 映画館プロジェクタ：キセノン短アークランプは 6 kW 超の高輝度と連続スペクトルで DLP/IMAX 投写を支えます。
- 植物育成：セラミックメタルハライド（CMH）や高圧ナトリウムが光合成有効光量子束（PPF）当たりコストが低い。
5. 今後の展望
LED 置換が急速に進む中でも、超高輝度・大面積投光というニッチで HID はしばらく残ると見込まれます。ただし水銀含有製品は EU RoHS など環境規制の対象となり、 多くの高圧水銀ランプは 2027 年までに段階的廃止となる予定です[3][4]。 代替として「水銀フリー金属ハライド」や「高演色高出力 LED モジュール」の開発が活発化しています。
6. まとめ
HID ランプは高効率・高輝度という特長で 20 世紀後半の照明技術を牽引しました。 原理はシンプルなアーク放電ですが、高圧・高温ガス物理の巧みな制御が不可欠です。 LED 技術の台頭と環境規制により市場縮小は避けられませんが、 大光束が求められる舞台照明・映写・特殊産業では今後も重要な役割を担い続けるでしょう。