高圧放電ランプ装置、高圧放電ランプ点灯装置および照明装置
【課題】
水銀フリーの高圧放電ランプにおいて、ランプ電圧が向上して電気特性が優れた高圧放電ランプ装置、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置を提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプ装置は、内部に放電空間１ｃを有する透光性気密容器１、透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極２、２、ならびに希ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まない気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管ＩＴと、発光管の一対の電極間を結ぶ管軸に沿う磁束を含む直流磁界を発生する磁界発生手段ＭＧとを具備している。
水銀フリーの高圧放電ランプにおいて、ランプ電圧が向上して電気特性が優れた高圧放電ランプ装置、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置を提供する。
【解決手段】
高圧放電ランプ装置は、内部に放電空間１ｃを有する透光性気密容器１、透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極２、２、ならびに希ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まない気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管ＩＴと、発光管の一対の電極間を結ぶ管軸に沿う磁束を含む直流磁界を発生する磁界発生手段ＭＧとを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀フリーの高圧放電ランプを備えた高圧放電ランプ装置、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧放電ランプを水平点灯すると、一対の電極間に生じる放電アークが上方へ湾曲するために、集光効率が低下し、放電アークが発光管の上部内面に接近することで熱ロス増加による発光効率が低下し、発光管上部の失透や変形を生じて短寿命を招くという問題があり、従来これを改善する多くの提案がなされている。
【０００３】
また、高圧放電ランプには、放電媒体に水銀を含むいわゆる水銀入りの高圧放電ランプと、水銀を含まないいわゆる水銀フリーの高圧放電ランプとがあり、両者は放電の態様が相違するところがあるために、高圧放電ランプを水平点灯する際の放電アークの湾曲に伴う問題の改善に対する提案もそれぞれ別になされている場合が多い。
【０００４】
水銀入りの高圧放電ランプにおいては、水銀蒸気を主成分とする高圧気体が放電してプラズマを形成し発光する発光管内の一対の電極間に生じる放電アークの始点間を結ぶ直線にほぼ平行な磁界を一方の電極側の半分に形成することにより、磁界発生手段と発光管の位置の調整が簡単で、点灯中のプラズマ湾曲の変動が小さくなり、効率を向上した技術は既知である（特許文献１参照。）。この特許文献１における磁界発生手段は、穴あきコインのようなリング状の永久磁石を発光管の両端方向に延びる封止部に嵌め込まれている。
【０００５】
一方、水銀フリーの高圧放電ランプにおいては、電極の先端間を結ぶ直線に対してほぼ垂直な成分を含む磁界を、ほぼ鉛直方向に印加する磁界発生手段を、電極間距離、管内圧力、電力および点灯周波数が所定数式を満足するように配設することにより、無水銀高輝度放電ランプのアークのゆれを抑制してちらつきを防止した技術は既知である（特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０４０１０２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１００９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載の技術は、水銀入りの高圧放電ランプについてなされているものであり、水銀フリーの高圧放電ランプに適用できるかについては議論されていない。また、磁界発生手段にリング状の永久磁石を用いていて、永久磁石は遮光性であるため、放電部分から外部へ放射される光を遮断してしまい、利用できる光量が低減したり、配光特性が阻害されるという問題がある。
【０００８】
一方、水銀入りの高圧放電ランプでは、緩衝体としても作用する水銀の蒸気圧が高いために、所望のランプ電圧を形成することができる。
【０００９】
これに対して、水銀フリーの高圧放電ランプにおいては、水銀を用いないためにランプ電圧が水銀入りの高圧放電ランプに比較して低いという特有の問題がある。特許文献２に記載の技術は、水銀フリーの高圧放電ランプについてなされているものであるが、上述のランプ電圧低下の問題に対しては解決されていない。また、磁界発生手段としてのフェライト永久磁石を、放電空間を包囲する包囲部の下部に配置するために、フェライト永久磁石により遮断されて利用できる光量が低減したり、配光特性が阻害されたりするという問題もある。
【００１０】
本発明者は、水銀フリーの高圧放電ランプに、その管軸方向に沿った磁界を印加すると、著しくランプ電圧を上昇させることができるという事実を発見した。本発明は、この発見に基づいてなされたものである。
【００１１】
本発明は、水銀フリーの高圧放電ランプにおいて、ランプ電圧が向上して電気特性が優れた高圧放電ランプ装置、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の高圧放電ランプ装置は、内部に放電空間を有する透光性気密容器、透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極、ならびに希ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まない気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管と；発光管の一対の電極間を結ぶ管軸に沿う磁束を含む直流磁界を発生する磁界発生手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１３】
本発明は、以下の態様を含む。
【００１４】
〔発光管について〕 発光管は、透光性気密容器、一対の電極およびイオン化媒体を備えていればよく、例えば放電空間の形状、内容積は自由であり、また外管などその余の構成を備えていてもよい。透光性気密容器は、内部に放電空間を有していればよく、その構成材料および構造は問わない。一対の電極は、その構成材料および電極間距離を問わない。
【００１５】
イオン化媒体は、希ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、金属ハロゲン化物が少なくとも発光金属のハロゲン化物を含んでいて、水銀を本質的に含まないのであれば、種々の構成が許容される。なお、金属ハロゲン化物中に水銀に代わる緩衝金属のハロゲン化物、例えばヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）などを含有させることにより、水銀入りの高圧放電ランプにおけるランプ電圧にはおよばないものの、ランプ電圧を高めることができる。
【００１６】
なお、上述の水銀に代わる緩衝金属のハロゲン化物は、一般的に蒸気圧が比較的高くて可視域における発光が少ない金属のハロゲン化物からなる。また、水銀に代わる他の緩衝金属としての金属ハロゲン化物としては、インジウム（Ｉｎ）など蒸気圧が比較的高いものの、可視域において発光する金属のハロゲン化物であってもよい。
【００１７】
さらに、発光金属であるとともに、上記緩衝金属ハロゲン化物との共存下においてランプ電圧を高める作用のあるツリウム（Ｔｍ）のハロゲン化物を封入するのも効果的である。
【００１８】
なお、水銀を本質的に含まないとは、水銀を全く含まないのが環境負荷物質削減のために好ましいことであるが、不純物程度に含んでいても許容される意味である。
【００１９】
また、発光管は、透光性気密容器が一対の電極を支持し、かつ放電空間と外部との間を気密に封止し、かつ所望により磁界発生手段を配設するために、一対の細長い棒状部分を備えていることが許容される。透光性気密容器が石英ガラスからなる場合、細長い棒状部分を一対の封止部が構成する。透光性気密容器が透光性セラミックスからなり、かつ小径筒部を備える場合、一対の小径筒部が細長い棒状部分を構成する。
【００２０】
さらに、発光管は、交流および直流のいずれで点灯されるように構成してもよい。
【００２１】
〔磁界発生手段について〕 磁界発生手段は、発光管の一対の電極間を結ぶ管軸に沿う磁束を含む磁界を発生するのであれば、その余の構成を問わない。すなわち、磁界は、直流磁界および交流のいずれであってもよい。また、磁束の極性と透光性気密容器内を流れるランプ電流の極性とは同一方向および反対方向のいずれであってもよい。
【００２２】
発生する磁界が直流の場合、電磁石および永久磁石のいずれを用いて磁界を発生させてもよい。また、交流磁界の場合、電磁石を用いて磁界を発生させるのがよい。
【００２３】
磁界発生手段として電磁石を用いる場合、ソレノイドコイルで電磁石を形成することにより、磁界発生手段の直径を例えば包囲部の最大外径より小さくして、透光性気密容器の包囲部から外部へ放射される光の遮断を効果的に低減することができる。また、ソレノイドコイル用いる場合、透光性気密容器の細長い棒状部分をその外側から包囲するように配置すれば、磁界発生手段の装着や支持が容易になる。なお、ソレノイドコイルは、円筒状の巻枠の周囲にコイルを巻装したものである。
【００２４】
また、電磁石からなる磁界発生手段の場合、永久磁石におけるような温度上昇によりキュリー点に達して磁界が弱まる問題はない。
【００２５】
一方、磁界発生手段が永久磁石の場合、これを円筒形にすることにより、比較的小径にすることができる。円筒形は、円筒の直径より軸方向の長さが大きい。
【００２６】
さらに、磁界発生手段は、発光管の例えば透光性気密容器の棒状部分に、これを支持させることができる。しかし、所望により発光管とは別に支持することができる。
【００２７】
〔本発明における作用について〕 本発明においては、磁界発生手段により発光管の管軸に沿った磁束を含む磁界が発生する。この磁界が印加された状態で管軸が水平方向になっている発光管が放電して高圧放電ランプが点灯すると、放電アークが磁界中の発光管の軸方向に沿った成分によって放電アークの上方への湾曲が抑制され、その原理は不明であるが、同時にランプ電圧が著しく高くなることが確認された。
【００２８】
水銀フリーの高圧放電ランプは、水銀のように高いランプ電圧を形成する緩衝物質が存在しないためにランプ電圧が低いという問題があるが、本発明によればこの問題を軽減することができる。なお、本発明の実施に際しては、さらにヨウ化亜鉛などの蒸気圧が高くて、しかも可視光領域における発光が少ない第２のハロゲン化物を発光金属のハロゲン化物に添加する既知の技術を適用すれば、充分な程度までランプ電圧を高めることが容易になる。
【００２９】
次に、本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、前記本発明の高圧放電ランプ装置と；高圧放電ランプ装置の発光管を付勢して点灯させる点灯回路と；高圧放電ランプ装置の磁界発生手段を付勢して磁界を発生させる電源と；を具備していることを特徴としている。
【００３０】
本発明において、点灯回路は、どのような構成であってもよい。また、交流点灯および直流点灯のいずれの点灯方式であってもよい。交流点灯の場合、例えばインバータを主体とする電子化点灯回路を構成することができる。所望により、インバータの入力端子間に接続する直流電源に昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどの直流−直流間変換回路を付加することができる。直流点灯の場合、例えば上記直流−直流間変換回路を主体とする電子化点灯回路を構成することができる。
【００３１】
磁界発生手段を付勢する電源は、直流および交流のいずれであってもよい。また、点灯回路の電源と共用することもできる。
【００３２】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された本発明の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００３３】
本発明において、照明装置は、高圧放電ランプを光源とする全ての装置を含む概念である。例えば、屋外用および屋内用の各種照明器具、自動車前照灯、画像または映像投射装置、標識灯、信号灯、表示灯、化学反応装置、検査装置などである。
【００３４】
照明装置本体は、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯回路を除いた残余の部分をいう。
【００３５】
点灯回路は、照明装置本体から離間した位置に配置されるのであってもよい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、管軸に沿った磁束を含む磁界の印加によってランプ電圧が向上して電気特性が優れた水銀フリーの高圧放電ランプ装置、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置を提供することができる。
【００３７】
また、管軸に沿った磁束によって放電アークの上方への湾曲が抑制されることにより、集光効率を向上させることができるとともに、放電アークが透光性気密容器の上部に接近して温度過剰になって生じる白濁の発生が防止されることによって光束維持率や寿命特性の低減を改善する効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００３９】
図１は、本発明の高圧放電ランプ装置を実施するための一形態を示す正面図である。図において、高圧放電ランプ装置は、発光管ＩＴおよび磁界発生手段ＭＧを具備している。
【００４０】
まず、発光管ＩＴについて説明する。
【００４１】
発光管ＩＴは、透光性気密容器１、一対の電極２、２およびイオン化媒体を備えている。
【００４２】
透光性気密容器１は、内部に放電空間１ｃを有している。また、放電空間１ｃを形成するために包囲部１ａを有しているとともに、放電空間１ｃを気密に封止し、かつ電極２を支持するために一対の封止部１ｂ、１ｂを有している。
【００４３】
また、透光性気密容器１は、透光性と耐火性を備えた材料、例えば石英ガラスまたは透光性セラミックスなどにより形成されている。透光性セラミックスとしては、例えば透光性アルミナ、酸化イットリウム（ＹＯＸ）、ＹＡＧおよびアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）などの多結晶構造体および単結晶構造体を用いることができる。図示の形態において、透光性気密容器１は、石英ガラスにより形成されている。
【００４４】
図は、透光性気密容器１が石英ガラスからなる場合を示していて、包囲部１ａは、その内部の放電空間１ｃが適当な形状、例えば球状、楕円球状、ほぼ円柱状などの形状をなしていることを許容する。放電空間の容積は、高圧放電ランプの定格ランプ電力、電極間距離などに応じてさまざまな値が選択され得る。例えば、液晶プロジェクタ用ランプの場合、０．５ｃｃ以下にすることができる。自動車前照灯用ランプの場合、０．０５ｃｃ以下にすることができる。また、一般照明用ランプの場合、定格ランプ電力に応じて１ｃｃ以上および以下のいずれにすることもできる。
【００４５】
透光性気密容器１の封止部１ｂは、その内部に石英ガラスが充実し、かつ封着金属箔３が気密に埋設されている。封止部１ｂは、包囲部１ａを封止するとともに、後述する電極２の軸部がここに支持され、かつ点灯回路から電流を電極２へ気密に導入するのに寄与する手段である。封着金属箔３の放電空間１ｃ側の端部には電極２の基端が溶接され、他端には導入線４が溶接されている。
【００４６】
一方、透光性気密容器１が透光性セラミックスからなる場合の封止手段としては、例えばフリット材を透光性セラミックスと給電導体すなわち導入線の間に流し込んで封止するフリット封着、フリット材に代えて金属を用いる金属封着や透光性気密容器１または給電導体と同質材料の融着により封止する技術などを用いることができる。
【００４７】
また、透光性気密容器１の封止部１ｂを所要の比較的低い温度に保持しながら透光性気密容器１内に形成される放電空間１ｃの最冷部温度を所望の比較的高い温度に維持するために、包囲部１ａに連通する小径筒部を形成することができる。このような構造の場合、封止部１ａは小径筒部の端部部分に配設されるとともに、小径筒部内に電極軸を延在させて電極軸と小径筒部の内面との間にキャピラリーと称する僅かな隙間を小径筒部の軸方向に沿って形成するのが一般的である。なお、電極２の基端は、給電導体すなわち導入線に接続する。
【００４８】
一対の電極２、２は、透光性気密容器１に封装されて放電空間１ｃに離間して臨むように配設される。一対の電極２、２の間に形成される電極間距離は、液晶プロジェクタなどの場合、好適には２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下であり、例えば０．５ｍｍ程度であってもよい。また、前照灯用としては中心値で４．２ｍｍが規格化されている。一般照明用ランプの場合、小形で電極間距離の小さいものでは６ｍｍ以下、中形ないし大形では６ｍｍ以上に設定することができる。
【００４９】
また、電極２の構成材としては、耐火性があって、導電性の金属、例えば純タングステン（Ｗ）、ドープ剤（例えばスカンジウム（Ｓｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）およびケイ素（Ｓｉ）などのグループから選択された一種または複数種）を含有するドープドタングステン、酸化トリウムを含有するトリエーテッドタングステン、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）合金などを用いて形成することができる。
【００５０】
さらに、小形で水銀フリーの高圧放電ランプの場合、直棒状の線材や先端部に径大部を形成した線材を電極として用いることができる。中形ないし大形の電極の場合、電極軸の先端部に電極構成材製のコイルを巻回したりすることができる。なお、一対の電極２、２は、交流で作動する場合、同一構造とするが、直流で作動する場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、陰極より放熱面積の大きい、したがって主部が太いものを用いることができる。
【００５１】
イオン化媒体は、始動ガスとしての希ガスおよび主として発光に寄与するイオン化媒体としての第１のハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まないという構成であり、透光性の放電空間１ｃ内に封入されている。また、好ましくは主としてランプ電圧形成に寄与する後述する第２のハロゲン化物を含むことができる。
【００５２】
希ガスは、緩衝ガスとしても作用し、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）およびネオン（Ｎｅ）などのグループの一種を単独で、または複数種を混合して封入することができる。希ガスの封入圧力は、高圧放電ランプの用途に応じて適宜設定することができる。
【００５３】
希ガスの中でもキセノンは、その原子量が他の希ガスより大きいため、熱伝導率が相対的に小さいので、これを０．６気圧以上、好適には５気圧以上封入することにより、点灯直後のランプ電圧形成に寄与するとともに、ハロゲン化物の蒸気圧が低い段階で白色の可視光放射を行って光束立ち上がりに寄与するので、前照灯用の高圧放電ランプの場合に効果的である。この場合、キセノンの好ましい封入圧は、６気圧以上、より好適には８〜１６気圧の範囲である。このため、点灯直後からの光束立ち上がりおよび光色立ち上がりに寄与して点灯直後から自動車前照灯用のＨＩＤ光源としての白色発光の規格を満足することができる。
【００５４】
発光に寄与するイオン化媒体は、発光金属のハロゲン化物を主体とする他、所望により発光金属をそのまま封入することも許容される。発光金属は、本発明において、特段限定されないが、一好適例としてツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を主体として封入することができる。
【００５５】
ツリウムハロゲン化物は、水銀フリーランプとして好適な発光金属のハロゲン化物であり、放電により主として可視光を放射する。また、ツリウムハロゲン化物は、透光性気密容器１内に封入されるイオン化媒体中最大封入比率、好適にはこの条件に加えて４０〜９０質量％で封入することができる。そして、ツリウムハロゲン化物は、後述するランプ電圧形成用のイオン化媒体であるところの蒸気圧が高くて、かつ可視光発光の少ない金属のハロゲン化物すなわち第２のハロゲン化物との共存下において、それ自体電極２、２間の電位傾度、したがってランプ電圧を高くする作用を有している。
【００５６】
また、ツリウムハロゲン化物は、その蒸気圧が低いが、ツリウムの発光のピークが視感度曲線のピークに一致するので、発光効率を向上させるのに極めて効果的な発光金属である。ツリウムの発光強度は、高圧放電ランプの点灯中の動作温度に大きく依存しており、その最冷部温度が約８００℃となる条件下で効率が最大になる。
【００５７】
上記以外に封入することが許容されるその他の発光金属のハロゲン化物としては以下がある。
【００５８】
１．（アルカリ金属） アルカリ金属を封入する場合には、透光性気密容器内に封入されている全ての金属ハロゲン化物に対して１０質量％未満の範囲内で許容される。アルカリ金属の封入比率が１０質量％以上になると、ランプ電圧が低下しやすくなるので、ランプ電圧の形成の観点からは好ましくない。しかしながら、アルカリ金属の封入比率が１０質量％未満であれば、ランプ電圧の低下は最小限に抑制される一方、発光効率、ランプ寿命改善および光色調整、特に色偏差改善が可能になる。このような観点から、所要のランプ電圧を確保できる場合には、上記の範囲内であれば封入が許容される。なお、好ましくは２〜８質量％、より好ましくは３〜７質量％、なお一層好ましくは４〜６質量％である。また、アルカリ金属としては、主としてナトリウム（Ｎａ）、しかし所望によりまたは／およびセシウム（Ｃｓ）およびリチウム（Ｌｉ）の少なくとも一方を選択的に封入することができる。
【００５９】
ナトリウム（Ｎａ）は、主として発光効率向上に寄与する。セシウム（Ｃｓ）は、放電アーク温度の適正化による寿命特性の向上に寄与する。リチウム（Ｌｉ）は、赤色演色性の改善に寄与する。
【００６０】
２．（その他の希土類金属のハロゲン化物） ツリウムハロゲン化物に加えて以下の金属ハロゲン化物を主として発光金属のハロゲン化物として封入することができる。プラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ネオジム（Ｎｄ）およびサマリウム（Ｓｍ）からなるグループの希土類金属の一種または複数種のハロゲン化物である。
【００６１】
上記希土類金属は、ツリウムハロゲン化物に次いで発光金属として有用であり、所定量以下の封入比率で封入することが許容される。すなわち、上記希土類金属は、そのいずれも視感度特性曲線のピーク波長付近で無数の輝線スペクトルを有するため、発光効率向上に寄与することができる。
【００６２】
また、上記希土類金属のハロゲン化物を添加する場合には、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含めて全イオン化媒体に対する封入比率が５０質量％以上になるように構成するのが好ましい。
【００６３】
３．（タリウムまたは／およびインジウムのハロゲン化物） タリウム（Ｔｌ）または／およびインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物は、所望の演色性および／または色温度などを得るなどの目的で副成分として選択的に封入することが許容される。また、インジウムは、ランプ電圧形成用のイオン化媒体としても効果的である。
【００６４】
タリウム（Ｔｌ）ハロゲン化物は、波長５３５ｎｍに輝線を有するタリウムの緑色成分を発光中に加えることができる。なお、一般的に採用し得るタリウムハロゲン化物の封入比率範囲は、封入される全ての金属ハロゲン化物に対して３０質量％未満であるのが望ましい。タリウムハロゲン化物の封入比率範囲が３０質量％以上になると、発光効率の低下が顕著になる。なお、好適には１５質量％未満の範囲で封入するのがよい。
【００６５】
また、インジウム（Ｉｎ）ハロゲン化物を添加することにより、ハロゲン化物の発光中に青色成分を増加させることができるとともに、ランプ電圧形成にも寄与する。
【００６６】
以上説明した各発光金属ハロゲン化物のハロゲンとしては、適度の反応性を有していることからヨウ素が好適であるが、所望により臭素および塩素のいずれかでもよく、またヨウ素、臭素および塩素のうち所望の二種以上を用いてもよい。
【００６７】
次に、ランプ電圧形成用のイオン化媒体である第２のハロゲン化物は、水銀フリーの高圧放電ランプを得る場合には、前記のように蒸気圧が高くて、可視光発光の少ない金属のハロゲン化物を封入するのがよい。ランプ電圧形成用のイオン化媒体として封入するのが効果的な金属は、例えば次のとおりである。すなわち、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなるグループから選択された一種または複数種の金属である。上記の各金属のハロゲン化物は、蒸気圧が高く、電子との衝突断面積が大きくて、しかもイオン化ポテンシャルが大きいため、前述の透光性気密容器１との組み合わせにおいて、水銀に代わるランプ電圧形成用のイオン化媒体として好適な物質である。
【００６８】
本発明においては、以下の構成を所望により選択的に付加することができる。
【００６９】
１．（外管） 発光管を外管の内部に配設することができる。この場合、外管は、任意所望の形状および大きさにすることができる。また、外管の内部を外部に対して気密にしてもよいし、外気に連通させてもよい。前者の場合、必要に応じてアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）などの不活性ガスを封入することができる。さらに、外管は、石英ガラス、硬質ガラスや軟質ガラスなどの透光性材料を用いて形成することができる。
【００７０】
２．（反射ミラー） 気密容器を反射ミラー内の所定の位置に固定的に配設することができる。なお、反射ミラーには、内面にダイクロイックミラーを形成したガラス基体からなる構造を採用することができる。
【００７１】
次に、磁界発生手段ＭＧについて説明する。
【００７２】
磁界発生手段ＭＧは、一対のソレノイドＳ１、Ｓ２からなり、透光性気密容器１の一対の封止部１ｂ、１ｂを包囲するように封止部１ｂに装着されている。一対のソレノイドＳ１、Ｓ２は、加極性に直列接続して図示しない電源に接続する。なお、一対のソレノイドＳ１、Ｓ２は、電源に対して並列接続でもよいし、所望により別異の電源に接続してもよい。
【実施例】
【００７３】
図１に示す高圧放電ランプ装置を水平点灯する。
（発光管）
気密容器 ：最大外径６．０ｍｍ、最大内径２．４ｍｍ、包囲部長６．５ｍｍ、
電極 ：ドープドタングステン製、軸径０．３ｍｍ、全長１０ｍｍ、
電極間距離４．２ｍｍ
放電媒体 ：ＺｎＩ２−ＴｍＩ３−ＴｌＩ−ＮａＩ＝０．７ｍｇ、Ｘｅ１３気圧
（磁界発生手段）
ソレノイドコイル：磁界の強さ４０ｍＴ
（電気特性）：ランプ電圧８６．１Ｖ、ランプ電力３９Ｗ
［比較例１］
磁界を印加しない以外は実施例と同じ仕様である。
（電気特性）：ランプ電圧６４．７Ｖ、ランプ電力３９Ｗ
［比較例２］
管軸を含む水平面内で、かつ発光管の中央において管軸に対して直交する方向に磁界を印加する以外は実施例と同じ仕様である。
（電気特性）：ランプ電圧７４．９Ｖ、ランプ電力３９Ｗ
［比較例３］
管軸を含む鉛直面内で、かつ発光管の中央において管軸に対して直交する方向に磁界を印加する以外は実施例と同じ仕様である。
（電気特性）：ランプ電圧７６．９Ｖ、ランプ電力３９Ｗ
実施例に示すように本発明によれば、比較例１より３３％、比較例２より１５％、比較例３より１２％、ランプ電圧が高くなっている。
【００７４】
図２は、本発明の高圧放電ランプ装置における磁束密度とランプ電圧の関係を比較例のそれとともに示すグラフである。図において、横軸は磁束密度（ｍＴ）を、縦軸はランプ電圧（Ｖ）を、それぞれ示す。また、図中の２つの曲線は、それぞれ表示しているように本発明、比較例２のそれぞれにおいて磁束密度を変化させたときのデータである。なお、本発明の曲線は、実施例を用いて得たデータである。比較例３は電圧上昇を示したが、本発明には及ばなかった。
【００７５】
図から理解できるように、本発明においては、比較例より高いランプ電圧を得ることができる。特に磁束密度が４０ｍＴ以上において顕著なランプ電圧の向上が得られる。
【００７６】
図３は本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示す回路ブロック図である。本形態は、その点灯回路が低周波交流点灯回路方式を採用している。図において、ＤＣは直流電源、ＢＵＴは昇圧チョッパ、ＦＢＩはフルブリッジ形インバータ、ＩＧはイグナイタ、ＩＴは自動車前照灯用の高圧放電ランプ装置の発光管、ＭＧは磁界発生手段である。
【００７７】
直流電源ＤＣは、例えば自動車のバッテリーからなる。
【００７８】
昇圧チョッパＢＵＴは、その入力端が直流電源ＤＣに接続している。
【００７９】
フルブリッジ形インバータＦＢＩは、その入力端が昇圧チョッパＢＵＴの出力端に接続している。
【００８０】
イグナイタＩＧは、フルブリッジ形インバータＦＢＩの低周波交流出力を入力して高電圧始動パルスを発生し、始動時に後述する自動車前照灯用メタルハライドランプＭＨＬの一対の電極間に印加する。
【００８１】
発光管ＩＴは、図１に示す構成であり、フルブリッジ形インバータＦＢＩの出力端間に接続して低周波交流点灯する。
【００８２】
磁界発生手段ＭＧは、図１に示すように一対のソレノイドＳ１、Ｓ２が加極性に直列接続された構成であり、昇圧チョッパＢＵＴの直流出力を電源として直流で付勢される。
【００８３】
図４は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯を示す概念的側面図である。図において、１１は前照灯本体、１２は高圧放電ランプ点灯装置、１３は自動車前照灯用メタルハライドランプである。
【００８４】
前照灯本体１１は、容器状をなし、内部に反射鏡１１ａ、前面にレンズ１１ｂおよび図示を省略しているランプソケットなどを備えている。
【００８５】
高圧放電ランプ点灯装置１２は、図３に示す回路構成を備えていて、主点灯回路１２Ａおよび始動器１２Ｂを具備している。主点灯回路１２Ａは、図３の昇圧チョッパＢＵＴおよびフルブリッジ形インバータＦＢＩを主構成要素として構成されている。始動器１２Ｂは、同じくイグナイタＩＧを主構成要素として構成されている。
【００８６】
自動車前照灯用メタルハライドランプ１３は、上記ランプソケットに装着されて点灯する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の高圧放電ランプ装置を実施するための一形態を示す正面図
【図２】本発明の高圧放電ランプ装置における磁束密度とランプ電圧の関係を比較例のそれとともに示すグラフ
【図３】本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示すブロック回路図
【図４】本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯を示す概念的側面図
【符号の説明】
【００８８】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…封止部、１ｃ…放電空間、２…電極、３…封着金属箔、４…導入線、ＩＴ…発光管、ＭＧ…磁界発生手段、Ｓ１、Ｓ２…ソレノイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀フリーの高圧放電ランプを備えた高圧放電ランプ装置、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧放電ランプを水平点灯すると、一対の電極間に生じる放電アークが上方へ湾曲するために、集光効率が低下し、放電アークが発光管の上部内面に接近することで熱ロス増加による発光効率が低下し、発光管上部の失透や変形を生じて短寿命を招くという問題があり、従来これを改善する多くの提案がなされている。
【０００３】
また、高圧放電ランプには、放電媒体に水銀を含むいわゆる水銀入りの高圧放電ランプと、水銀を含まないいわゆる水銀フリーの高圧放電ランプとがあり、両者は放電の態様が相違するところがあるために、高圧放電ランプを水平点灯する際の放電アークの湾曲に伴う問題の改善に対する提案もそれぞれ別になされている場合が多い。
【０００４】
水銀入りの高圧放電ランプにおいては、水銀蒸気を主成分とする高圧気体が放電してプラズマを形成し発光する発光管内の一対の電極間に生じる放電アークの始点間を結ぶ直線にほぼ平行な磁界を一方の電極側の半分に形成することにより、磁界発生手段と発光管の位置の調整が簡単で、点灯中のプラズマ湾曲の変動が小さくなり、効率を向上した技術は既知である（特許文献１参照。）。この特許文献１における磁界発生手段は、穴あきコインのようなリング状の永久磁石を発光管の両端方向に延びる封止部に嵌め込まれている。
【０００５】
一方、水銀フリーの高圧放電ランプにおいては、電極の先端間を結ぶ直線に対してほぼ垂直な成分を含む磁界を、ほぼ鉛直方向に印加する磁界発生手段を、電極間距離、管内圧力、電力および点灯周波数が所定数式を満足するように配設することにより、無水銀高輝度放電ランプのアークのゆれを抑制してちらつきを防止した技術は既知である（特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０４０１０２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１００９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載の技術は、水銀入りの高圧放電ランプについてなされているものであり、水銀フリーの高圧放電ランプに適用できるかについては議論されていない。また、磁界発生手段にリング状の永久磁石を用いていて、永久磁石は遮光性であるため、放電部分から外部へ放射される光を遮断してしまい、利用できる光量が低減したり、配光特性が阻害されるという問題がある。
【０００８】
一方、水銀入りの高圧放電ランプでは、緩衝体としても作用する水銀の蒸気圧が高いために、所望のランプ電圧を形成することができる。
【０００９】
これに対して、水銀フリーの高圧放電ランプにおいては、水銀を用いないためにランプ電圧が水銀入りの高圧放電ランプに比較して低いという特有の問題がある。特許文献２に記載の技術は、水銀フリーの高圧放電ランプについてなされているものであるが、上述のランプ電圧低下の問題に対しては解決されていない。また、磁界発生手段としてのフェライト永久磁石を、放電空間を包囲する包囲部の下部に配置するために、フェライト永久磁石により遮断されて利用できる光量が低減したり、配光特性が阻害されたりするという問題もある。
【００１０】
本発明者は、水銀フリーの高圧放電ランプに、その管軸方向に沿った磁界を印加すると、著しくランプ電圧を上昇させることができるという事実を発見した。本発明は、この発見に基づいてなされたものである。
【００１１】
本発明は、水銀フリーの高圧放電ランプにおいて、ランプ電圧が向上して電気特性が優れた高圧放電ランプ装置、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の高圧放電ランプ装置は、内部に放電空間を有する透光性気密容器、透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極、ならびに希ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まない気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管と；発光管の一対の電極間を結ぶ管軸に沿う磁束を含む直流磁界を発生する磁界発生手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１３】
本発明は、以下の態様を含む。
【００１４】
〔発光管について〕 発光管は、透光性気密容器、一対の電極およびイオン化媒体を備えていればよく、例えば放電空間の形状、内容積は自由であり、また外管などその余の構成を備えていてもよい。透光性気密容器は、内部に放電空間を有していればよく、その構成材料および構造は問わない。一対の電極は、その構成材料および電極間距離を問わない。
【００１５】
イオン化媒体は、希ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、金属ハロゲン化物が少なくとも発光金属のハロゲン化物を含んでいて、水銀を本質的に含まないのであれば、種々の構成が許容される。なお、金属ハロゲン化物中に水銀に代わる緩衝金属のハロゲン化物、例えばヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）などを含有させることにより、水銀入りの高圧放電ランプにおけるランプ電圧にはおよばないものの、ランプ電圧を高めることができる。
【００１６】
なお、上述の水銀に代わる緩衝金属のハロゲン化物は、一般的に蒸気圧が比較的高くて可視域における発光が少ない金属のハロゲン化物からなる。また、水銀に代わる他の緩衝金属としての金属ハロゲン化物としては、インジウム（Ｉｎ）など蒸気圧が比較的高いものの、可視域において発光する金属のハロゲン化物であってもよい。
【００１７】
さらに、発光金属であるとともに、上記緩衝金属ハロゲン化物との共存下においてランプ電圧を高める作用のあるツリウム（Ｔｍ）のハロゲン化物を封入するのも効果的である。
【００１８】
なお、水銀を本質的に含まないとは、水銀を全く含まないのが環境負荷物質削減のために好ましいことであるが、不純物程度に含んでいても許容される意味である。
【００１９】
また、発光管は、透光性気密容器が一対の電極を支持し、かつ放電空間と外部との間を気密に封止し、かつ所望により磁界発生手段を配設するために、一対の細長い棒状部分を備えていることが許容される。透光性気密容器が石英ガラスからなる場合、細長い棒状部分を一対の封止部が構成する。透光性気密容器が透光性セラミックスからなり、かつ小径筒部を備える場合、一対の小径筒部が細長い棒状部分を構成する。
【００２０】
さらに、発光管は、交流および直流のいずれで点灯されるように構成してもよい。
【００２１】
〔磁界発生手段について〕 磁界発生手段は、発光管の一対の電極間を結ぶ管軸に沿う磁束を含む磁界を発生するのであれば、その余の構成を問わない。すなわち、磁界は、直流磁界および交流のいずれであってもよい。また、磁束の極性と透光性気密容器内を流れるランプ電流の極性とは同一方向および反対方向のいずれであってもよい。
【００２２】
発生する磁界が直流の場合、電磁石および永久磁石のいずれを用いて磁界を発生させてもよい。また、交流磁界の場合、電磁石を用いて磁界を発生させるのがよい。
【００２３】
磁界発生手段として電磁石を用いる場合、ソレノイドコイルで電磁石を形成することにより、磁界発生手段の直径を例えば包囲部の最大外径より小さくして、透光性気密容器の包囲部から外部へ放射される光の遮断を効果的に低減することができる。また、ソレノイドコイル用いる場合、透光性気密容器の細長い棒状部分をその外側から包囲するように配置すれば、磁界発生手段の装着や支持が容易になる。なお、ソレノイドコイルは、円筒状の巻枠の周囲にコイルを巻装したものである。
【００２４】
また、電磁石からなる磁界発生手段の場合、永久磁石におけるような温度上昇によりキュリー点に達して磁界が弱まる問題はない。
【００２５】
一方、磁界発生手段が永久磁石の場合、これを円筒形にすることにより、比較的小径にすることができる。円筒形は、円筒の直径より軸方向の長さが大きい。
【００２６】
さらに、磁界発生手段は、発光管の例えば透光性気密容器の棒状部分に、これを支持させることができる。しかし、所望により発光管とは別に支持することができる。
【００２７】
〔本発明における作用について〕 本発明においては、磁界発生手段により発光管の管軸に沿った磁束を含む磁界が発生する。この磁界が印加された状態で管軸が水平方向になっている発光管が放電して高圧放電ランプが点灯すると、放電アークが磁界中の発光管の軸方向に沿った成分によって放電アークの上方への湾曲が抑制され、その原理は不明であるが、同時にランプ電圧が著しく高くなることが確認された。
【００２８】
水銀フリーの高圧放電ランプは、水銀のように高いランプ電圧を形成する緩衝物質が存在しないためにランプ電圧が低いという問題があるが、本発明によればこの問題を軽減することができる。なお、本発明の実施に際しては、さらにヨウ化亜鉛などの蒸気圧が高くて、しかも可視光領域における発光が少ない第２のハロゲン化物を発光金属のハロゲン化物に添加する既知の技術を適用すれば、充分な程度までランプ電圧を高めることが容易になる。
【００２９】
次に、本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、前記本発明の高圧放電ランプ装置と；高圧放電ランプ装置の発光管を付勢して点灯させる点灯回路と；高圧放電ランプ装置の磁界発生手段を付勢して磁界を発生させる電源と；を具備していることを特徴としている。
【００３０】
本発明において、点灯回路は、どのような構成であってもよい。また、交流点灯および直流点灯のいずれの点灯方式であってもよい。交流点灯の場合、例えばインバータを主体とする電子化点灯回路を構成することができる。所望により、インバータの入力端子間に接続する直流電源に昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどの直流−直流間変換回路を付加することができる。直流点灯の場合、例えば上記直流−直流間変換回路を主体とする電子化点灯回路を構成することができる。
【００３１】
磁界発生手段を付勢する電源は、直流および交流のいずれであってもよい。また、点灯回路の電源と共用することもできる。
【００３２】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された本発明の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００３３】
本発明において、照明装置は、高圧放電ランプを光源とする全ての装置を含む概念である。例えば、屋外用および屋内用の各種照明器具、自動車前照灯、画像または映像投射装置、標識灯、信号灯、表示灯、化学反応装置、検査装置などである。
【００３４】
照明装置本体は、照明装置から高圧放電ランプおよび点灯回路を除いた残余の部分をいう。
【００３５】
点灯回路は、照明装置本体から離間した位置に配置されるのであってもよい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、管軸に沿った磁束を含む磁界の印加によってランプ電圧が向上して電気特性が優れた水銀フリーの高圧放電ランプ装置、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置及び照明装置を提供することができる。
【００３７】
また、管軸に沿った磁束によって放電アークの上方への湾曲が抑制されることにより、集光効率を向上させることができるとともに、放電アークが透光性気密容器の上部に接近して温度過剰になって生じる白濁の発生が防止されることによって光束維持率や寿命特性の低減を改善する効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００３９】
図１は、本発明の高圧放電ランプ装置を実施するための一形態を示す正面図である。図において、高圧放電ランプ装置は、発光管ＩＴおよび磁界発生手段ＭＧを具備している。
【００４０】
まず、発光管ＩＴについて説明する。
【００４１】
発光管ＩＴは、透光性気密容器１、一対の電極２、２およびイオン化媒体を備えている。
【００４２】
透光性気密容器１は、内部に放電空間１ｃを有している。また、放電空間１ｃを形成するために包囲部１ａを有しているとともに、放電空間１ｃを気密に封止し、かつ電極２を支持するために一対の封止部１ｂ、１ｂを有している。
【００４３】
また、透光性気密容器１は、透光性と耐火性を備えた材料、例えば石英ガラスまたは透光性セラミックスなどにより形成されている。透光性セラミックスとしては、例えば透光性アルミナ、酸化イットリウム（ＹＯＸ）、ＹＡＧおよびアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）などの多結晶構造体および単結晶構造体を用いることができる。図示の形態において、透光性気密容器１は、石英ガラスにより形成されている。
【００４４】
図は、透光性気密容器１が石英ガラスからなる場合を示していて、包囲部１ａは、その内部の放電空間１ｃが適当な形状、例えば球状、楕円球状、ほぼ円柱状などの形状をなしていることを許容する。放電空間の容積は、高圧放電ランプの定格ランプ電力、電極間距離などに応じてさまざまな値が選択され得る。例えば、液晶プロジェクタ用ランプの場合、０．５ｃｃ以下にすることができる。自動車前照灯用ランプの場合、０．０５ｃｃ以下にすることができる。また、一般照明用ランプの場合、定格ランプ電力に応じて１ｃｃ以上および以下のいずれにすることもできる。
【００４５】
透光性気密容器１の封止部１ｂは、その内部に石英ガラスが充実し、かつ封着金属箔３が気密に埋設されている。封止部１ｂは、包囲部１ａを封止するとともに、後述する電極２の軸部がここに支持され、かつ点灯回路から電流を電極２へ気密に導入するのに寄与する手段である。封着金属箔３の放電空間１ｃ側の端部には電極２の基端が溶接され、他端には導入線４が溶接されている。
【００４６】
一方、透光性気密容器１が透光性セラミックスからなる場合の封止手段としては、例えばフリット材を透光性セラミックスと給電導体すなわち導入線の間に流し込んで封止するフリット封着、フリット材に代えて金属を用いる金属封着や透光性気密容器１または給電導体と同質材料の融着により封止する技術などを用いることができる。
【００４７】
また、透光性気密容器１の封止部１ｂを所要の比較的低い温度に保持しながら透光性気密容器１内に形成される放電空間１ｃの最冷部温度を所望の比較的高い温度に維持するために、包囲部１ａに連通する小径筒部を形成することができる。このような構造の場合、封止部１ａは小径筒部の端部部分に配設されるとともに、小径筒部内に電極軸を延在させて電極軸と小径筒部の内面との間にキャピラリーと称する僅かな隙間を小径筒部の軸方向に沿って形成するのが一般的である。なお、電極２の基端は、給電導体すなわち導入線に接続する。
【００４８】
一対の電極２、２は、透光性気密容器１に封装されて放電空間１ｃに離間して臨むように配設される。一対の電極２、２の間に形成される電極間距離は、液晶プロジェクタなどの場合、好適には２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下であり、例えば０．５ｍｍ程度であってもよい。また、前照灯用としては中心値で４．２ｍｍが規格化されている。一般照明用ランプの場合、小形で電極間距離の小さいものでは６ｍｍ以下、中形ないし大形では６ｍｍ以上に設定することができる。
【００４９】
また、電極２の構成材としては、耐火性があって、導電性の金属、例えば純タングステン（Ｗ）、ドープ剤（例えばスカンジウム（Ｓｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）およびケイ素（Ｓｉ）などのグループから選択された一種または複数種）を含有するドープドタングステン、酸化トリウムを含有するトリエーテッドタングステン、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）合金などを用いて形成することができる。
【００５０】
さらに、小形で水銀フリーの高圧放電ランプの場合、直棒状の線材や先端部に径大部を形成した線材を電極として用いることができる。中形ないし大形の電極の場合、電極軸の先端部に電極構成材製のコイルを巻回したりすることができる。なお、一対の電極２、２は、交流で作動する場合、同一構造とするが、直流で作動する場合、一般に陽極は温度上昇が激しいから、陰極より放熱面積の大きい、したがって主部が太いものを用いることができる。
【００５１】
イオン化媒体は、始動ガスとしての希ガスおよび主として発光に寄与するイオン化媒体としての第１のハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まないという構成であり、透光性の放電空間１ｃ内に封入されている。また、好ましくは主としてランプ電圧形成に寄与する後述する第２のハロゲン化物を含むことができる。
【００５２】
希ガスは、緩衝ガスとしても作用し、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）およびネオン（Ｎｅ）などのグループの一種を単独で、または複数種を混合して封入することができる。希ガスの封入圧力は、高圧放電ランプの用途に応じて適宜設定することができる。
【００５３】
希ガスの中でもキセノンは、その原子量が他の希ガスより大きいため、熱伝導率が相対的に小さいので、これを０．６気圧以上、好適には５気圧以上封入することにより、点灯直後のランプ電圧形成に寄与するとともに、ハロゲン化物の蒸気圧が低い段階で白色の可視光放射を行って光束立ち上がりに寄与するので、前照灯用の高圧放電ランプの場合に効果的である。この場合、キセノンの好ましい封入圧は、６気圧以上、より好適には８〜１６気圧の範囲である。このため、点灯直後からの光束立ち上がりおよび光色立ち上がりに寄与して点灯直後から自動車前照灯用のＨＩＤ光源としての白色発光の規格を満足することができる。
【００５４】
発光に寄与するイオン化媒体は、発光金属のハロゲン化物を主体とする他、所望により発光金属をそのまま封入することも許容される。発光金属は、本発明において、特段限定されないが、一好適例としてツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を主体として封入することができる。
【００５５】
ツリウムハロゲン化物は、水銀フリーランプとして好適な発光金属のハロゲン化物であり、放電により主として可視光を放射する。また、ツリウムハロゲン化物は、透光性気密容器１内に封入されるイオン化媒体中最大封入比率、好適にはこの条件に加えて４０〜９０質量％で封入することができる。そして、ツリウムハロゲン化物は、後述するランプ電圧形成用のイオン化媒体であるところの蒸気圧が高くて、かつ可視光発光の少ない金属のハロゲン化物すなわち第２のハロゲン化物との共存下において、それ自体電極２、２間の電位傾度、したがってランプ電圧を高くする作用を有している。
【００５６】
また、ツリウムハロゲン化物は、その蒸気圧が低いが、ツリウムの発光のピークが視感度曲線のピークに一致するので、発光効率を向上させるのに極めて効果的な発光金属である。ツリウムの発光強度は、高圧放電ランプの点灯中の動作温度に大きく依存しており、その最冷部温度が約８００℃となる条件下で効率が最大になる。
【００５７】
上記以外に封入することが許容されるその他の発光金属のハロゲン化物としては以下がある。
【００５８】
１．（アルカリ金属） アルカリ金属を封入する場合には、透光性気密容器内に封入されている全ての金属ハロゲン化物に対して１０質量％未満の範囲内で許容される。アルカリ金属の封入比率が１０質量％以上になると、ランプ電圧が低下しやすくなるので、ランプ電圧の形成の観点からは好ましくない。しかしながら、アルカリ金属の封入比率が１０質量％未満であれば、ランプ電圧の低下は最小限に抑制される一方、発光効率、ランプ寿命改善および光色調整、特に色偏差改善が可能になる。このような観点から、所要のランプ電圧を確保できる場合には、上記の範囲内であれば封入が許容される。なお、好ましくは２〜８質量％、より好ましくは３〜７質量％、なお一層好ましくは４〜６質量％である。また、アルカリ金属としては、主としてナトリウム（Ｎａ）、しかし所望によりまたは／およびセシウム（Ｃｓ）およびリチウム（Ｌｉ）の少なくとも一方を選択的に封入することができる。
【００５９】
ナトリウム（Ｎａ）は、主として発光効率向上に寄与する。セシウム（Ｃｓ）は、放電アーク温度の適正化による寿命特性の向上に寄与する。リチウム（Ｌｉ）は、赤色演色性の改善に寄与する。
【００６０】
２．（その他の希土類金属のハロゲン化物） ツリウムハロゲン化物に加えて以下の金属ハロゲン化物を主として発光金属のハロゲン化物として封入することができる。プラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ネオジム（Ｎｄ）およびサマリウム（Ｓｍ）からなるグループの希土類金属の一種または複数種のハロゲン化物である。
【００６１】
上記希土類金属は、ツリウムハロゲン化物に次いで発光金属として有用であり、所定量以下の封入比率で封入することが許容される。すなわち、上記希土類金属は、そのいずれも視感度特性曲線のピーク波長付近で無数の輝線スペクトルを有するため、発光効率向上に寄与することができる。
【００６２】
また、上記希土類金属のハロゲン化物を添加する場合には、ツリウム（Ｔｍ）ハロゲン化物を含めて全イオン化媒体に対する封入比率が５０質量％以上になるように構成するのが好ましい。
【００６３】
３．（タリウムまたは／およびインジウムのハロゲン化物） タリウム（Ｔｌ）または／およびインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物は、所望の演色性および／または色温度などを得るなどの目的で副成分として選択的に封入することが許容される。また、インジウムは、ランプ電圧形成用のイオン化媒体としても効果的である。
【００６４】
タリウム（Ｔｌ）ハロゲン化物は、波長５３５ｎｍに輝線を有するタリウムの緑色成分を発光中に加えることができる。なお、一般的に採用し得るタリウムハロゲン化物の封入比率範囲は、封入される全ての金属ハロゲン化物に対して３０質量％未満であるのが望ましい。タリウムハロゲン化物の封入比率範囲が３０質量％以上になると、発光効率の低下が顕著になる。なお、好適には１５質量％未満の範囲で封入するのがよい。
【００６５】
また、インジウム（Ｉｎ）ハロゲン化物を添加することにより、ハロゲン化物の発光中に青色成分を増加させることができるとともに、ランプ電圧形成にも寄与する。
【００６６】
以上説明した各発光金属ハロゲン化物のハロゲンとしては、適度の反応性を有していることからヨウ素が好適であるが、所望により臭素および塩素のいずれかでもよく、またヨウ素、臭素および塩素のうち所望の二種以上を用いてもよい。
【００６７】
次に、ランプ電圧形成用のイオン化媒体である第２のハロゲン化物は、水銀フリーの高圧放電ランプを得る場合には、前記のように蒸気圧が高くて、可視光発光の少ない金属のハロゲン化物を封入するのがよい。ランプ電圧形成用のイオン化媒体として封入するのが効果的な金属は、例えば次のとおりである。すなわち、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなるグループから選択された一種または複数種の金属である。上記の各金属のハロゲン化物は、蒸気圧が高く、電子との衝突断面積が大きくて、しかもイオン化ポテンシャルが大きいため、前述の透光性気密容器１との組み合わせにおいて、水銀に代わるランプ電圧形成用のイオン化媒体として好適な物質である。
【００６８】
本発明においては、以下の構成を所望により選択的に付加することができる。
【００６９】
１．（外管） 発光管を外管の内部に配設することができる。この場合、外管は、任意所望の形状および大きさにすることができる。また、外管の内部を外部に対して気密にしてもよいし、外気に連通させてもよい。前者の場合、必要に応じてアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）などの不活性ガスを封入することができる。さらに、外管は、石英ガラス、硬質ガラスや軟質ガラスなどの透光性材料を用いて形成することができる。
【００７０】
２．（反射ミラー） 気密容器を反射ミラー内の所定の位置に固定的に配設することができる。なお、反射ミラーには、内面にダイクロイックミラーを形成したガラス基体からなる構造を採用することができる。
【００７１】
次に、磁界発生手段ＭＧについて説明する。
【００７２】
磁界発生手段ＭＧは、一対のソレノイドＳ１、Ｓ２からなり、透光性気密容器１の一対の封止部１ｂ、１ｂを包囲するように封止部１ｂに装着されている。一対のソレノイドＳ１、Ｓ２は、加極性に直列接続して図示しない電源に接続する。なお、一対のソレノイドＳ１、Ｓ２は、電源に対して並列接続でもよいし、所望により別異の電源に接続してもよい。
【実施例】
【００７３】
図１に示す高圧放電ランプ装置を水平点灯する。
（発光管）
気密容器 ：最大外径６．０ｍｍ、最大内径２．４ｍｍ、包囲部長６．５ｍｍ、
電極 ：ドープドタングステン製、軸径０．３ｍｍ、全長１０ｍｍ、
電極間距離４．２ｍｍ
放電媒体 ：ＺｎＩ２−ＴｍＩ３−ＴｌＩ−ＮａＩ＝０．７ｍｇ、Ｘｅ１３気圧
（磁界発生手段）
ソレノイドコイル：磁界の強さ４０ｍＴ
（電気特性）：ランプ電圧８６．１Ｖ、ランプ電力３９Ｗ
［比較例１］
磁界を印加しない以外は実施例と同じ仕様である。
（電気特性）：ランプ電圧６４．７Ｖ、ランプ電力３９Ｗ
［比較例２］
管軸を含む水平面内で、かつ発光管の中央において管軸に対して直交する方向に磁界を印加する以外は実施例と同じ仕様である。
（電気特性）：ランプ電圧７４．９Ｖ、ランプ電力３９Ｗ
［比較例３］
管軸を含む鉛直面内で、かつ発光管の中央において管軸に対して直交する方向に磁界を印加する以外は実施例と同じ仕様である。
（電気特性）：ランプ電圧７６．９Ｖ、ランプ電力３９Ｗ
実施例に示すように本発明によれば、比較例１より３３％、比較例２より１５％、比較例３より１２％、ランプ電圧が高くなっている。
【００７４】
図２は、本発明の高圧放電ランプ装置における磁束密度とランプ電圧の関係を比較例のそれとともに示すグラフである。図において、横軸は磁束密度（ｍＴ）を、縦軸はランプ電圧（Ｖ）を、それぞれ示す。また、図中の２つの曲線は、それぞれ表示しているように本発明、比較例２のそれぞれにおいて磁束密度を変化させたときのデータである。なお、本発明の曲線は、実施例を用いて得たデータである。比較例３は電圧上昇を示したが、本発明には及ばなかった。
【００７５】
図から理解できるように、本発明においては、比較例より高いランプ電圧を得ることができる。特に磁束密度が４０ｍＴ以上において顕著なランプ電圧の向上が得られる。
【００７６】
図３は本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示す回路ブロック図である。本形態は、その点灯回路が低周波交流点灯回路方式を採用している。図において、ＤＣは直流電源、ＢＵＴは昇圧チョッパ、ＦＢＩはフルブリッジ形インバータ、ＩＧはイグナイタ、ＩＴは自動車前照灯用の高圧放電ランプ装置の発光管、ＭＧは磁界発生手段である。
【００７７】
直流電源ＤＣは、例えば自動車のバッテリーからなる。
【００７８】
昇圧チョッパＢＵＴは、その入力端が直流電源ＤＣに接続している。
【００７９】
フルブリッジ形インバータＦＢＩは、その入力端が昇圧チョッパＢＵＴの出力端に接続している。
【００８０】
イグナイタＩＧは、フルブリッジ形インバータＦＢＩの低周波交流出力を入力して高電圧始動パルスを発生し、始動時に後述する自動車前照灯用メタルハライドランプＭＨＬの一対の電極間に印加する。
【００８１】
発光管ＩＴは、図１に示す構成であり、フルブリッジ形インバータＦＢＩの出力端間に接続して低周波交流点灯する。
【００８２】
磁界発生手段ＭＧは、図１に示すように一対のソレノイドＳ１、Ｓ２が加極性に直列接続された構成であり、昇圧チョッパＢＵＴの直流出力を電源として直流で付勢される。
【００８３】
図４は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯を示す概念的側面図である。図において、１１は前照灯本体、１２は高圧放電ランプ点灯装置、１３は自動車前照灯用メタルハライドランプである。
【００８４】
前照灯本体１１は、容器状をなし、内部に反射鏡１１ａ、前面にレンズ１１ｂおよび図示を省略しているランプソケットなどを備えている。
【００８５】
高圧放電ランプ点灯装置１２は、図３に示す回路構成を備えていて、主点灯回路１２Ａおよび始動器１２Ｂを具備している。主点灯回路１２Ａは、図３の昇圧チョッパＢＵＴおよびフルブリッジ形インバータＦＢＩを主構成要素として構成されている。始動器１２Ｂは、同じくイグナイタＩＧを主構成要素として構成されている。
【００８６】
自動車前照灯用メタルハライドランプ１３は、上記ランプソケットに装着されて点灯する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の高圧放電ランプ装置を実施するための一形態を示す正面図
【図２】本発明の高圧放電ランプ装置における磁束密度とランプ電圧の関係を比較例のそれとともに示すグラフ
【図３】本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示すブロック回路図
【図４】本発明の照明装置を実施するための一形態としての自動車前照灯を示す概念的側面図
【符号の説明】
【００８８】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ｂ…封止部、１ｃ…放電空間、２…電極、３…封着金属箔、４…導入線、ＩＴ…発光管、ＭＧ…磁界発生手段、Ｓ１、Ｓ２…ソレノイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間を有する透光性気密容器、透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極、ならびに希ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まない気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管と；
発光管の一対の電極間を結ぶ管軸に沿う磁束を含む磁界を発生する磁界発生手段と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ装置。
【請求項２】
磁界発生手段は、発光管の発光部を遮らないように配設されていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
磁界発生手段は、ソレノイドコイルであることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ装置と；
高圧放電ランプ装置の発光管を付勢して点灯させる点灯回路と；
高圧放電ランプ装置の磁界発生手段を付勢して磁界を発生させる電源と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項５】
照明装置本体と；
照明装置本に配設された請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
内部に放電空間を有する透光性気密容器、透光性気密容器に封装されて放電空間に臨む一対の電極、ならびに希ガスおよび金属ハロゲン化物を含み、水銀を本質的に含まない気密容器内に封入されたイオン化媒体を備えた発光管と；
発光管の一対の電極間を結ぶ管軸に沿う磁束を含む磁界を発生する磁界発生手段と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ装置。
【請求項２】
磁界発生手段は、発光管の発光部を遮らないように配設されていることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
磁界発生手段は、ソレノイドコイルであることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ装置と；
高圧放電ランプ装置の発光管を付勢して点灯させる点灯回路と；
高圧放電ランプ装置の磁界発生手段を付勢して磁界を発生させる電源と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項５】
照明装置本体と；
照明装置本に配設された請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−８７８３３（Ｐ２００７−８７８３３Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７６８８５（Ｐ２００５−２７６８８５）
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
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