JP3385013B2

JP3385013B2 - 高輝度放電灯および高輝度放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP3385013B2
Application number: JP2001164650A
Authority: JP
Inventors: 由利子金子; 高橋　　清; 亮南畑; 守竹田; 英明桐生; 隆幸村瀬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2002063992A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高輝度放電灯およ
び高輝度放電灯点灯装置に関する。特に、メタルハライ
ドランプや、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ等
の高輝度放電灯にトリガー線を設けたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高輝度放電灯、例えばメタル
ハライドランプは、一般照明やスポット照明などに用い
られている。最近では、ＯＨＰや液晶プロジェクタ等の
光源としても幅広く活用されている。

【０００３】メタルハライドランプは、例えば石英ガラ
スからなる発光管と、発光管内に所定の間隔をあけて配
置された一対の電極とから構成されており、発光管内に
は、発光物質として水銀および金属ハロゲン化物が封入
されている。発光管の両端は、それぞれ電極封止部によ
って封止されており、そして、電極封止部内に気密に封
止された金属箔を介して、一対の電極はそれぞれ外部リ
ード線に接続されている。外部リード線は、ランプの点
灯回路（駆動装置）に電気的に接続される。点灯回路
は、点灯動作時に所定値以上の電流が流れないようにす
る安定器を備えるとともに、ランプ始動時に、高圧パル
ス電圧を電極に印加する手段を備えている。

【０００４】メタルハライドランプの点灯動作を説明す
ると、点灯動作を開始するためには、まず、一対の電極
間に電圧を印加し、絶縁破壊を起こさせて放電を開始さ
せる必要がある。絶縁破壊を起こさせるために必要な電
圧は「ブレークダウン電圧」と呼ばれ、このブレークダ
ウン電圧は、一般に、安定点灯時におけるランプ電圧の
数百倍以上の高電圧である。

【０００５】点灯回路の小型化や低コスト化を図るため
には、できるだけ上記ブレークダウン電圧が低くなるよ
うにすることが好ましい。このブレークダウン電圧の低
下を図る技術として、発光管の外周にトリガー線（近接
導体）を巻き付けた構成のものが知られており、例え
ば、特開平８−６９７７７号公報に開示されている。こ
の構成のメタルハライドランプを図１１に示す。

【０００６】図１１に示したメタルハライドランプは、
発光管１０１と電極封止部１０２ａ、ｂを有しており、
発光管１０１の外周にトリガー線１０８がらせん状に巻
き付けられている。発光管１０１の内部には、一対の電
極１０３ａ、ｂが対向して設けられており、一対の電極
１０３ａ、ｂは、電極封止部１０２ａ、ｂ内の金属箔１
０４ａ、ｂを介して、外部リード線１０５ａ、ｂに接続
されている。外部リード１０５ｂにトリガー線１０８の
一端１０８ｂが接続されており、トリガー線１０８の他
端１０８ａは、電極封止部１０２ａの発光管１０１側の
端部（根本付近）に巻き付けられている。外部リード線
１０５ａ、ｂは、点灯回路（駆動装置）１１１に電気的
に接続されており、点灯回路１１１は、電源１０７に電
気的に接続されている。

【０００７】このメタルハライドランプには、トリガー
線１０８が設けられているので、ブレークダウン電圧を
低くすることができる。これは、次のような機構による
ものである。電源１０７に接続された点灯回路１１１か
ら高圧パルス電圧が電極１０３ａ、ｂに印加されると、
トリガー線１０８も電極１０３ｂと同じ電位になり、そ
の結果、トリガー線１０８によって発光管１０１の内部
に電位傾度の大きな電界が形成される。この電界の影響
によって、電極１０３ａ、ｂ間でのＸｅガスの絶縁破壊
が生じやすくなるため、ブレークダウン電圧を低くする
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トリガ
ー線１０８が設けられた上記従来のメタルハライドラン
プの場合、ブレークダウン電圧を低下させることはでき
るものの、ランプの点灯中に、色変化や、ランプ電圧の
上昇変化、発光管の白濁によって透明性を失う失透現象
などが生じる。また、光束維持率の低下やランプの不点
灯を生じたりして寿命が低下しがちであるという問題点
を有していた。

【０００９】本願発明者は、上記のような現象が生じる
原因を詳細に検討した結果、点灯中にトリガー線１０８
が発生している電界が影響を及ぼしていることを見出し
た。例えば、点灯中に電極１０３ａ、ｂ間に６５Ｖの駆
動電圧（ランプ電圧）が印加される場合、外部リード線
１０５ｂに接続されたトリガー線１０８と、電極１０３
ａとの間の電圧も６５Ｖになる。ここで、電極１０３
ａ、ｂ間の距離が３．７ｍｍで、トリガー線１０８の一
端１０８ａと電極１０３ａとの間の最短距離が１ｍｍと
すると、電極１０３ａ、ｂ間に形成される電界の電位傾
度は、１７．６Ｖ／ｍｍであるのに対し、電極１０３ａ
とトリガー線１０８との間に形成される電界の電位傾度
は、最も大きな箇所では、１７．６Ｖ／ｍｍよりも３倍
以上大きい６５Ｖ／ｍｍとなる。

【００１０】高圧パルス電圧が印加され、Ｘｅガスの絶
縁破壊が起こって放電が開始されたランプは、その後の
放電により、発光管１０１の内壁温度が上昇する。発光
管１０１の内壁温度が上昇すると、発光管１０１内に封
入された金属ハロゲン化物等の封入物が蒸気になり、さ
らに、イオン化する。このイオン化した発光物質は、電
極１０３ａ、ｂ間の電界よりも、トリガー線１０８と電
極１０３ａとの間の電界に大きく影響され、その結果、
トリガー線１０８に強く引き寄せられる。さらに詳しく
説明すると、印加される駆動電圧が交流の場合、トリガ
ー線１０８が負である時に、プラスイオン化したナトリ
ウムなどの発光物質がトリガー線１０８に引き寄せられ
る。そして、イオン半径が小さいナトリウムなどは、石
英ガラス中を移動して、発光管１０１の外部へ漏れ出し
てしまう。このようにして、発光管１０１内の発光物質
が減少し、光特性（色温度、ランプ電圧、光束維持率
等）の著しい変化を招くことを本願発明者が突き止め
た。また、ナトリウムなどが石英ガラス中を移動する際
に石英ガラスのアモルファス構造を破壊し、石英ガラス
の結晶化（クリストバライトへの相転移）を生じさせる
ため、石英ガラスの白濁、失透も引き起こされる。

【００１１】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、トリガー線を備えた高輝度放
電灯のランプ寿命を長くすることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による高輝度放電
灯は、管内に一対の電極が対向して設けられた発光管
と、前記発光管の外周に設けられ、導電性材料から構成
されたトリガー線とを備え、前記トリガー線の一部は、
一方の電極と電気的に接続された外部リード線に対し、
絶縁テープを介して絶縁状態で近接して配置されてお
り、始動電圧が印加されたときのみ、前記トリガー線の
前記一部と前記外部リード線とは前記絶縁テープを介し
て絶縁破壊を起こして導通状態になる。

【００１３】

【００１４】前記トリガー線の前記一部は、前記外部リ
ード線と３ｍｍ未満の距離で近接されて配置されている
ことが好ましい。

【００１５】

【００１６】

【００１７】ある実施形態において、前記発光管から延
在し、前記一対の電極の端部を封止する一対の封止部を
さらに備え、前記一対の封止部のうちの前記他方の電極
の端部を封止する封止部と前記発光管との間の領域に、
前記トリガー線は巻き付けられている。

【００１８】前記発光管は、石英ガラスから構成されて
いることが好ましい。

【００１９】ある実施形態において、前記発光管内に
は、発光物質として金属ハロゲン化物が封入されてお
り、前記金属ハロゲン化物は、アルカリ金属ハロゲン化
物を含んでいる。

【００２０】ある実施形態において、前記アルカリ金属
ハロゲン化物は、ナトリウムハロゲン化物である。

【００２１】本発明による高輝度放電灯点灯装置は、管
内に一対の電極が対向して設けられた発光管と、前記発
光管の外周に設けられ、導電性材料から構成されたトリ
ガー線とを含む高輝度放電灯と、前記高輝度放電灯を点
灯する点灯回路とを備え、前記トリガー線は、前記一対
の電極のいずれとも電気的に接続されておらず、前記点
灯回路は、前記一対の電極間で放電が開始された後にそ
の放電を維持するための駆動電圧を印加する駆動電圧印
加手段と、前記一対の電極間で放電を開始するための始
動電圧を印加する始動電圧印加手段とを含んでおり、前
記トリガー線は、前記始動電圧印加手段に電気的に接続
され、かつ、前記一対の電極のそれぞれは、前記駆動電
圧印加手段に電気的に接続されている。

【００２２】ある実施形態において、前記始動電圧印加
手段は、前記トリガー線に前記始動電圧を始動時の所定
時間のあいだ印加するように前記始動電圧印加手段を制
御するタイマーを備えている。

【００２３】ある実施形態において、前記始動電圧印加
手段は、前記一対の電極間での放電による点灯が開始さ
れたことを検知する検知手段と、前記検知手段によって
点灯の開始を検知したときに前記始動電圧の印加を停止
する制御手段とを備えている。

【００２４】ある実施形態において、前記検知手段は、
前記一対の電極間の電圧の変化を検知する電圧検知器で
ある。

【００２５】ある実施形態において、前記検知手段は、
前記一対の電極間に流れる電流の変化を検知する電流検
知器である。

【００２６】ある実施形態において、前記高輝度放電灯
は、前記発光管から延在し、前記一対の電極の端部を封
止する一対の封止部をさらに備え、前記一対の封止部の
うちの一方の封止部と前記発光管との間の領域に、前記
トリガー線は巻き付けられている。

【００２７】前記発光管は、石英ガラスから構成されて
いることが好ましい。

【００２８】ある実施形態において、前記高輝度放電灯
は、アルカリ金属ハロゲン化物を含む金属ハロゲン化物
が発光物質として前記発光管内に封入されたメタルハラ
イドランプである。

【００２９】本発明では、一対の電極間に始動電圧が印
加されたときに、一方の電極と導通状態になるようにト
リガー線が構成されているので、ブレークダウン電圧の
低下を達成できるとともに、ランプの特性変化を防止す
ることができる。その結果、トリガー線を備えた高輝度
放電灯のランプ寿命を長くすることができる。外部リー
ド線に対して絶縁状態でトリガー線の一部を近接して配
置し、始動電圧が印加されたとき、トリガー線の一部と
外部リード線とが絶縁破壊を起こすようにすると、簡便
な構成にて、本発明の効果を得ることができる。

【００３０】さらに、封止部と発光管との間の領域にト
リガー線を巻き付けた部分を設けた場合、トリガー線に
よって発生させる電界の強さを大きくすることができる
ので、比較的低い始動電圧でも、より確実に高輝度放電
灯を始動させることができる。また、発光管が石英ガラ
スから構成されている場合、石英ガラスはセラミック材
料等に比べて透光性が高いので、実質的な発光領域を小
さくする点光源化を容易に実現することができる。加え
て、発光管内に封入された金属ハロゲン化物がアルカリ
金属ハロゲン化物を含んでいる場合、高輝度で演色性に
優れた発光特性を有する高輝度放電灯（メタルハライド
ランプ）を容易に実現することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明による実施の形態を説明する。以下の図面において
は、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する
構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下
の実施形態に限定されない。（実施形態１）図１から図７を参照しながら、本発明に
よる実施形態１にかかる高輝度放電灯を説明する。図１
は、本実施形態にかかる高輝度放電灯の断面構成を模式
的に示している。図２は、図１中の線II−IIに沿った断
面図であり、図３は、図１中の線III−IIIに沿った断面
図である。

【００３２】本実施形態の高輝度放電灯１０は、発光物
質として金属ハロゲン化物を有するメタルハライドラン
プである。図１に示したメタルハライドランプ１０は、
管内に一対の電極３ａ、ｂが対向して設けられた発光管
１と、発光管１の両端を封止する電極封止部２ａ、ｂを
有している。発光管１の外周面には、導電性材料（例え
ば白金線）からなるトリガー線８がらせん状に巻き付け
られて、その一端８ａは電極３ａの近傍に位置してい
る。本実施形態における発光管１は、石英ガラスから構
成された回転楕円体形状の透明性容器であり、容器内は
放電空間となっている。発光管１の中央部の外径は６．
０ｍｍ、肉厚は１．６ｍｍ、そして、内容積は０．０２
５ｃｃである。

【００３３】発光管１内には、発光物質であるＳｃＩ₃
（ヨウ化スカンジウム）、ＮａＩ（ヨウ化ナトリウ
ム）、ＩｎＩ₃（ヨウ化インジウム）、ＴｌＩ（ヨウ化
タリウム）、および始動補助ガスとしての１．４ＭＰａ
のＸｅガスが封入されている。ただし、本実施形態の発
光管１には、図１１に示した構成と異なり、Ｈｇ（水
銀）は封入されていない。すなわち、本実施形態の高輝
度放電灯１０は、いわゆる、無水銀メタルハライドラン
プである。勿論、無水銀メタルハライドランプに限ら
ず、水銀を封入した有水銀メタルハライドランプを使用
することも可能である。なお、有水銀メタルハライドラ
ンプに比べて、無水銀メタルハライドの方が始動電圧が
高くなる傾向があるので、無水銀メタルハライドランプ
に対してトリガー線８を用いた構成を適用することがよ
り効果的である。つまり、トリガー線８による始動電圧
低下の効果をより顕著にすることができる。水銀を含ま
ないメタルハライドランプを構成する場合、金属ハロゲ
ン化物として、インジウムのハロゲン化物（例えば、Ｉ
ｎＩ₃および／またはＩｎＩ、好ましくはＩｎＩ₃）を含
めておくことが、ランプ電圧を高くし、ランプの点灯電
流を低くできるので好ましい。

【００３４】メタルハライドランプ１０は、発光管１内
の金属ハロゲン化物の発光により、可視領域の発光スペ
クトルを有する光を発する。ＮａＩのＮａは、可視領域
の発光スペクトルを達成する上で非常に好ましい発光物
質であるが、Ｎａなどのイオン半径が小さいアルカリ金
属は、トリガー線を設けた従来のメタルハライドランプ
の構成（図１１参照）では、石英ガラス中を移動して、
発光管の外部へ漏れ出してしまうものである。すなわ
ち、トリガー線を設けた従来のメタルハライドランプで
は、金属ハロゲン化物としてアルカリ金属ハロゲン化物
を用いることは、ランプ寿命の観点から困難であった。

【００３５】発光管１内に設けられた電極３ａ、ｂは、
タングステン電極である。電極３ａ、ｂの電極間距離
は、例えば３．７ｍｍとなるように設定されている。一
対の電極３ａ、ｂは、電極封止部２ａ、ｂ内に設けられ
た金属箔４ａ、ｂを介して、外部リード線５ａ、ｂに接
続されている。本実施形態では、電極封止部２ａ、ｂ
は、石英ガラスから構成されており、ピンチシール構造
を有している。その断面外形は、図３に示すように略矩
形である。なお、より高い封止耐圧を確保する場合に
は、電極封止部２ａ、ｂをシュリンクシール構造にして
もよい。その場合には、断面外形は、例えば略円形にな
る。

【００３６】一対の電極３ａ、ｂに電気的に接続された
外部リード線５ａ、ｂは、配線９ａ、ｂを介して、安定
器６を含む点灯回路（駆動装置）１１に電気的に接続さ
れている。点灯回路１１は、始動用の高圧パルス電圧
（始動電圧）、および点灯用の駆動電圧（点灯電圧）を
出力することができ、電源７に電気的に接続されてい
る。より詳細には、点灯回路１１は、ランプの始動時に
は、高圧パルス電圧を出力し、その後、点灯動作中に
は、所定値以上の電流がメタルハライドランプ１０に流
れないように電流を制御するように構成されている。本
実施形態では、ランプの始動時に、例えばタイマ（不図
示）によって設定される所定の時間だけ２０ｋＶの高圧
パルス電圧を出力する一方、点灯動作中には、周波数が
１５０Ｈｚで６５Ｖ、０．５４Ａの電圧および電流を出
力し、それにより、メタルハライドランプ１０を３５Ｗ
のランプ電力で点灯させるようにしている。

【００３７】トリガー線８は、一対の電極間３ａ、ｂに
始動電圧が印加されたときに、電極３ｂと導通状態にな
るように構成されている。言い換えると、トリガー線８
は、始動電圧が印加されたときに、電極３ｂとの関係が
絶縁状態から導通状態に変化する。本実施形態では、図
２に示すように、トリガー線８の他端８ｂは、外部リー
ド線５ｂに対して絶縁状態（空気絶縁）で近接して配置
されており、両者（８ｂ、５ｂ）の間には、絶縁体とし
ての空気２０が存在している。このような構成により、
点灯回路１１から外部リード線５ａ、ｂに所定の電圧
（高圧パルス電圧）が印加されたときに、トリガー線８
の他端８ｂと外部リード線５ｂとの間で絶縁破壊が起こ
り、他端８ｂと外部リード線５ｂとは同じ電位になる。
つまり、始動電圧が印加されたときのみ、トリガー線８
は、外部リード線５ｂを介して電極３ｂと導通状態にな
る。トリガー線８の他端８ｂと外部リード線５ｂとの間
隔ｄは、例えば３ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ程度であ
る。トリガー線８の他端８ｂと外部リード線５ｂとの間
隙を保つには、例えば絶縁性の固定部材によってトリガ
ー線８の他端８ｂと外部リード線５ｂとを固定するよう
にすればよい。

【００３８】なお、空気２０による絶縁に限らず、トリ
ガー線８の他端８ｂと外部リード線５ｂとの間隙を真空
状態にして絶縁してもよい。さらに、図４に示すよう
に、外部リード線５ｂに絶縁テープ２１を巻き付けた構
成にしてもよい。この構成では、テープ２１の巻数によ
って、間隔ｄを簡便に調整することが可能となる。ま
た、図５に示すように、外部リード線５ｂにセラミック
筒２２をかぶせ、その外周に他端８ｂを１回程度巻き付
ける構成にしてもよい。これらの場合でも、空気絶縁の
場合と同じような間隔ｄにすればよい。

【００３９】トリガー線の一端８ａは、図３に示すよう
に、発光管１と封止部２ａとの間の領域に巻き付けられ
ている。換言すると、メタルハライドランプ１０は、発
光管１側の封止部２ａの端部（根本付近）にトリガー線
８の巻付け部８ａを有している。本実施形態では、トリ
ガー線８の一端８ａと、電極封止部２ａ中に封止された
電極３ａとは、電極封止部２ａの石英ガラスを介して約
１ｍｍ（最短距離）で近接配置されている。

【００４０】次に、図６も参照しながら、本実施形態の
メタルハライドランプ１０の動作を説明する。図６
（ａ）は、トリガー線８に流れる電流波形を模式的に示
したグラフであり、図６（ｂ）は、一対の電極３ａ、ｂ
間に印加される電圧波形を模式的に示したグラフであ
る。

【００４１】まず、ランプの始動時（Ｔ₁）には、２０
ｋＶの高圧パルス電圧が点灯回路１１から出力され、図
６（ｂ）に示すように、電極３ａ、ｂ間に印加される。
外部リード線５ｂとトリガー線８の他端８ｂとの間隔ｄ
は比較的狭く（例えば１ｍｍ程度）設定されているた
め、高圧パルス電圧が印加されると、その間の絶縁が破
壊され、図６（ａ）に示すように、トリガー線８は電極
３ｂと同電位になる。これにより、トリガー線８の一端
８ａと電極３ａとの間の付近には、電極３ａ、ｂ間より
も電位傾度の大きな電界が発生する。このため、発光管
１内でＸｅガスの絶縁破壊が促進され、電極３ａ、ｂ間
の絶縁破壊も生じやすくなり、その結果、メタルハライ
ドランプ１０の点灯（放電）が確実に開始されるように
なる。

【００４２】この点灯状態は、一旦開始されると、電圧
を低下させても、安定して維持される。すなわち、図６
（ｂ）に示すように点灯回路１１からの高圧パルス電圧
の出力を停止した後、周波数が１５０Ｈｚで６５Ｖ、
０．５４Ａの電圧および電流を出力するようになっても
（Ｔ₂）、点灯状態は安定して維持される。一方、図６
（ａ）に示すように、ランプ安定点灯時（Ｔ₂）には、
トリガー線８の電位は浮遊状態になる。すなわち、ラン
プ安定点灯時（Ｔ₂）における低い電圧が点灯回路１１
から出力される状態では、トリガー線８の他端８ｂと外
部リード線５ｂとの間では絶縁破壊は生じず、それゆ
え、両者は絶縁状態になって、トリガー線８の電位は浮
遊状態となる。このため、ランプ点灯中にトリガー線８
が発光管１内の電界に影響を与えることはほとんどな
く、それゆえ、発光管１内の発光物質がトリガー線８の
方向に引き寄せられて発光管１の内部から外部に漏れ出
すことを防止することができる。

【００４３】本実施形態の構成では、トリガー線８（特
に、一端８ａ）を設けていることにより、２０ｋＶ程度
の比較的低い高圧パルス電圧でもメタルハライドランプ
１０を確実に始動させることができるので、点灯回路１
１の小型化や製造コストの低減を容易に図ることがで
き、それに加えて、トリガー線８を他端８ｂのように構
成しているので、ランプ点灯中にはトリガー線８による
電界が発生せず、それゆえ、当該電界の影響によって生
じる発光物質の漏れ出しを防止することができる。その
結果、発光物質の減少による色変化や、ランプ電圧の上
昇変化の発生を防止することができ、安定した特性で長
い寿命を有するメタルハライドランプ１０を実現するこ
とができる。

【００４４】次に、ランプを始動させるために必要な高
圧パルス電圧（ブレークダウン電圧）について説明す
る。

【００４５】トリガー線８が設けられた本実施形態１の
メタルハライドランプ１０と、トリガー線８が設けられ
ていないメタルハライドランプとのそれぞれについて、
本願発明者は、ブレークダウン電圧を測定した。トリガ
ー線８が設けられていないメタルハライドランプは、ト
リガー線８が無い点以外は、メタルハライドランプ１０
と同様の構成を有している。

【００４６】ブレークダウン電圧の測定は、次のように
して行った。メタルハライドランプに高圧パルス電圧を
印加して点灯を開始する際、電極３ａ・３ｂ間で絶縁破
壊が生じて放電が開始されると、ランプが点灯したその
瞬間に電極間電圧は急激に下がることを利用して、その
時のピーク電圧を絶縁破壊に必要なブレークダウン電圧
として測定した。なお、測定を繰り返し行う場合には、
温度の影響を排除するために、消灯後１５分以上放置し
た後、メタルハライドランプ１０が充分に冷えた状態で
再始動を行うようにした。

【００４７】ブレークダウン電圧の測定結果を下記表１
に示す。トリガー線８を設けた構成の場合、その他端８
ｂと外部リード線５ｂとの間隔ｄは１ｍｍとした。な
お、表１には、後述する実施形態２にかかるメタルハラ
イドランプについての測定結果も示してある。

【００４８】

【表１】

【００４９】表１に示すように、ブレークダウン電圧
は、トリガー線８が設けられていない場合には２０．８
ｋＶであるのに対し、トリガー線８が設けられることに
より、１２．３ｋＶと大幅に低く抑えることができる。
ブレークダウン電圧が１５ｋＶ程度以下であれば、通常
使用する条件下において、確実に始動させることができ
る。ランプや安定器の環境温度、ランプ自体の温度、発
光管内における金属ハロゲン化物の位置（濃度分布）、
および電極の状態等に応じて生じる±３０％程度の変動
を考慮しても、２０ｋＶ程度以下の高圧パルス電圧を点
灯回路１１にて印加すればよい。２０ｋＶ程度以下の高
圧パルス電圧を発生する点灯回路１１は、回路の小型化
や低コスト化を容易に図ることができ、現在の市場にお
ける実用性が大きい。

【００５０】トリガー線８が設けられていないメタルハ
ライドランプの場合、測定したブレークダウン電圧は２
０．８ｋＶであるため、２０ｋＶを超える高圧パルス電
圧を印加させる必要がある。そのような非常に高い高圧
パルス電圧を発生する点灯回路は、特別な仕様にしなけ
ればならず、かつ、高耐圧の部材を使用するため回路構
成が大型化し、そしてコストも高くなってしまう。その
ため、そのようなメタルハライドランプは、市場におけ
る実用性は小さくなる。

【００５１】次に、トリガー線８の他端８ｂと、外部リ
ード線５ｂとの間隔について説明する。本願発明者は、
本実施形態のメタルハライドランプ１０におけるトリガ
ー線８の他端８ｂと外部リード線５ｂとの間隔ｄ（最短
距離）を０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲で種々に設定し、上
記のように、１５ｋＶの高圧パルス電圧を印加して始動
するテストを行った。始動テストの結果を、下記表２に
示す。このテストは、図４に示したように絶縁テープ２
１を設けた構成で行った。

【００５２】

【表２】

【００５３】表２に示すように、トリガー線８の他端８
ｂと外部リード線５ｂとの間隔ｄが３ｍｍ未満（例え
ば、２．５ｍｍ〜０．５ｍｍ）の場合には、ランプは確
実に始動した。しかし、３ｍｍ以上の場合には、始動し
なかった。始動したかった理由は、間隔ｄが大きいと、
絶縁破壊が生じず、トリガー線８が外部リード線５ｂと
同電位にならないことによるものと考えられる。通常の
一般的なランプにおいては、間隔ｄを３ｍｍ未満に設定
することにより、始動性を良好にすることができるが、
これに限らず、間隔ｄは適宜、各種条件に応じて設定す
ればよい。例えば、トリガー線８の配置や、絶縁体の種
類、電極３ａ、ｂ間の距離、印加電圧などに応じて、高
圧パルス電圧が印加されたときにだけ絶縁破壊が生じる
ように適宜設定すればよい。

【００５４】なお、トリガー線８の他端８ｂは、外部リ
ード線５ｂに近接させるのに限らず、配線９ｂなど、始
動時の高電圧が印加される部分に近接させるようにして
もよい。また、トリガー線８の端部に限らず、それ以外
の中央部を近接させるようにしてもよい。

【００５５】次に、ランプの寿命について説明する。本
願発明者は、トリガー線８の他端８ｂが外部リード線５
ｂに近接するように配置された本実施形態のメタルハラ
イドランプ１０（図１参照）と、トリガー線１０８が一
方の外部リード線１０５ｂに接続され、ランプの点灯中
も常に一方の電極１０３ｂと同電位になるメタルハライ
ドランプ（比較例；トリガー線１０８の構成は図１１参
照）とについてランプ寿命の試験を行った。両ランプの
封入物の構成は、同じにしてある。寿命試験は、両ラン
プとも２５０時間点灯させて、トリガー線の影響を調べ
た。寿命テストの結果を下記表３に示す。表３は、それ
ぞれのランプについて１０回の寿命テストをしたうちの
代表的な例を挙げている。

【００５６】

【表３】

【００５７】表３に示すように、比較例のメタルハライ
ドランプでは、２５０時間の点灯後に、大幅な色温度の
変化（４０００Ｋ→６５００Ｋ）が見られ、そしてラン
プ電圧の上昇（６０Ｖ→１２０Ｖ）が生じた。色温度が
４０００Ｋから６５００Ｋまで大きく色変化したランプ
は、自動車の前照灯用としては使用できない不良ランプ
になる。また、発光管が白濁して透明性を失う失透現象
も観察された。さらに、光束維持率は５０％に低下し
た。

【００５８】このような大幅な性能低下が生じるのは、
比較例の構成の場合、ランプの点灯中にも、トリガー線
１０８と電極１０３ｂとが同電位になっているからであ
ると考えられる。すなわち、ランプの点灯中でも、トリ
ガー線１０８は電極１０３ｂと同電位となっているた
め、トリガー線１０８の一端１０８ａと電極１０３ａと
の間に電位傾度の大きな電界が形成される。このため、
発光管内のイオン化した発光物質がトリガー線１０８に
引き寄せられて、特にイオン半径が小さく石英ガラス中
を移動し得るナトリウムなどが発光管１０１の外部へ漏
れ出してしまう。その結果、大幅な性能低下が生じる。
また、ナトリウムなどが石英ガラス中を移動する際に石
英ガラスのアモルファス構造を破壊するため、石英ガラ
スの白濁、失透も引き起こされる。

【００５９】これに対して、本実施形態のメタルハライ
ドランプ１０では、ランプの点灯中において、トリガー
線８の電位は浮遊状態となるため、上記のような電位傾
度の大きな電界が形成されず、発光物質が漏れ出さな
い。その結果、色温度の変化や、ランプ電圧の上昇、お
よび光束維持率の低下はほとんど生じず、発光管１の失
透も生じない。したがって、長いランプ寿命を得ること
ができる。

【００６０】本実施形態では、始動電圧が印加されたと
きに、トリガー線８と電極３ｂとが絶縁状態から導通状
態になるように構成されているため、ブレークダウン電
圧の低下を達成できるとともに、ランプの特性変化を防
止することができる。その結果、ランプ寿命の長いメタ
ルハライドランプ１０を提供することができる。より詳
細に述べると、始動時には、トリガー線８が電極３ｂと
導通状態になることで、トリガー線８と電極３ａとの間
に形成される電界の影響によって、一対の電極３ａ、ｂ
間での放電が生じやすくなるため、比較的低い電圧でも
容易に始動させることができる。しかも、トリガー線８
と電極３ｂとの導通状態は、始動時のみであり、点灯中
には、トリガー線８の付近に大きな電界が生じることは
ないので、発光管１内でイオン化した封入物（例えば、
ナトリウムイオン）がトリガー線８に引き寄せられるこ
とはなく、発光管１の管壁中を移動して外に漏れ出すこ
とがない。それゆえ、長時間点灯させても、封入物の減
少やイオンが発光管の管壁中を移動する際のアモルファ
ス構造の破壊などが生じることはない。したがって、色
温度の変化や、ランプ電圧の上昇、光束維持率の低下、
発光管の失透などを招くことなく、長いランプ寿命を得
ることができる。

【００６１】また、本実施形態では、トリガー線８に外
部リード線５ｂとの近接部分（８ｂ）を設けて、始動時
に始動電圧（高圧パルス電圧）を印加すれば、絶縁破壊
によりトリガー線８に高電圧が印加されるようにしたた
め、簡便な構成にて、ブレークダウン電圧の低下および
ランプの特性変化防止の効果を得ることができる。

【００６２】なお、トリガー線８に高電圧を印加するに
は、絶縁破壊を利用した構成に限らず、例えば、バイメ
タルのようなスイッチング素子を用いた構成を採用して
も良い。つまり、スイッチング素子を用いて、始動時に
だけ、トリガー線８に高圧電源が接続されるようにする
構成などを採用しても良い。

【００６３】ただし、バイメタルを用いた場合には、ラ
ンプの再点灯の際に、点灯前のランプの温度の影響を受
けて、良好にスイッチング動作をしない可能性があるた
め、簡便な構成という利点に加えて、確実に動作させる
という観点からも、上述した絶縁破壊を利用した構成の
利点は大きいといえる。本実施形態では、始動時のトリ
ガー線８の電位は、電極３ｂと同電位となるようにした
が、これに限らず、必ずしも電極３ｂと同電位でなくて
もよい。一端８ａと電極３ａとの間に形成される電界に
よって、電極３ａ、ｂ間の放電を開始させ得る電位であ
ればよい。（実施形態２）図７および図８を参照しながら、本発明
による実施形態２を説明する。図７は、本実施形態にか
かる高輝度放電灯点灯装置の回路構成を模式的に示して
いる。

【００６４】図７に示した高輝度放電灯点灯装置は、メ
タルハライドランプ１３と、メタルハライドランプ１３
を点灯する点灯回路１２とを有している。本実施形態の
構成は、上記実施形態１の構成と同様に、ランプ１３に
巻きつけられたトリガー線８に始動時にだけ高圧パルス
電圧が印加されるものである。しかし、本実施形態で
は、始動時の高圧パルス電圧をトリガー線８だけに印加
し、ランプの一対の電極３ａ、ｂ間には始動時にも点灯
時と同じ電圧（駆動電圧）を印加するように構成してい
る点が上記実施形態１と異なる。また、高圧パルス電圧
の印加は、外部リード線５ｂとの間の絶縁破壊によって
行われるのではなく、点灯回路（駆動回路）１２の制御
によって行われる点が異なる。他の点については上記実
施形態１と同様であるので説明を省略または簡略化す
る。

【００６５】図７に示した点灯回路１２は、上記実施形
態１の点灯回路１１と比べて、ランプ点灯用の駆動電圧
と、始動用の高圧パルス電圧とが独立して出力される点
が大きく異なる。すなわち、ランプ点灯用の電圧は、電
源７から点灯回路１２の安定器６を介して出力されるよ
うになっている。一方、始動用の高圧パルス電圧は、電
源７の電圧が昇圧トランス１３０によって昇圧され、リ
レー１２０を介して出力されるようになっている。リレ
ー１２０は、タイマ回路１１０の制御によって、始動開
始後、所定の時間（例えば１秒間）だけ、オン状態にな
るようにされている。

【００６６】メタルハライドランプ１３は、上記実施形
態１のメタルハライドランプ１０と同様に、一端８ａが
電極封止部２ａの根本に巻き付けられたトリガー線８を
備えている。しかし、トリガー線８の他端８ｂは、外部
リード線５ｂに近接して設けられるのではなく、配線１
００を介して、点灯回路１２のリレー１２０に電気的に
接続されている。また、外部リード線５ａ、ｂは、それ
ぞれ、点灯回路１２の安定器６に電気的に接続されてい
る。

【００６７】次に、図８も参照しながら、本実施形態の
動作を説明する。図８（ａ）は、トリガー線８に印加さ
れる電圧波形を模式的に示したグラフであり、図８
（ｂ）は、一対の電極３ａ、ｂ間に印加される電圧波形
を模式的に示したグラフである。

【００６８】図８（ａ）および（ｂ）に示すように、ラ
ンプの始動時（Ｔ₁）には、安定器６から出力される駆
動電圧（例えば６５Ｖ）が外部リード線５ａ、ｂ間に印
加された状態で、昇圧トランス１３０から出力される高
圧パルス電圧（例えば２０ｋＶ）がトリガー線８に印加
される。これにより、発光管１の内部におけるトリガー
線８の一端８ａ付近に、電位傾度の大きな電界が発生
し、Ｘｅガスの絶縁破壊が促進されるため、より低い始
動電圧で、外部リード線５ａ、ｂ間に印加された駆動電
圧による放電が開始され、ランプが点灯する。

【００６９】始動開始後、１秒間経過すると、タイマ回
路１１０の制御によってリレー１２０がオフ状態にな
り、トリガー線８の電位は浮遊状態となる（Ｔ₂）。そ
れゆえ、上記実施形態１と同様に、点灯中にはトリガー
線８と放電電極との間に電位傾度の大きな電界は形成さ
れず、発光物質が漏れ出さない。このため、色温度の変
化や、ランプ電圧の上昇、光束維持率の低下はほとんど
生じず、加えて、発光管１の失透も生じない。したがっ
て、長いランプ寿命を得ることができる。また、本実施
形態の構成では、一対の電極３ａ、ｂ間には高圧パルス
電圧は印加されないので、始動時における電極の溶融変
形や蒸発による消耗などの損傷を防止または低減するこ
とができる。

【００７０】本実施形態のメタルハライドランプ１３に
ついても、実施形態１と同様に、ブレークダウン電圧の
測定を行ったところ、上記表１に併せて示したように、
１２．２Ｖであった。すなわち、トリガー線が設けられ
ていないメタルハライドランプに比べて、ブレークダウ
ン電圧を大幅に低下できることがわかった。また、寿命
テストを行ったところ、実施形態１のメタルハライドラ
ンプ１０と同様に、発光物質であるナトリウム等のアル
カリ金属などが発光管１の内部から外部へ漏れ出す現象
は確認されず、安定した特性で長いランプ寿命が得られ
ることがわかった。

【００７１】図７に示した構成は、図９に示す構成に改
変することも可能である。図９は、実施形態２の改変例
の回路構成を示している。

【００７２】図９に示した構成では、高圧パルス電圧を
始動時にだけ印加するためのリレー１２０の制御を、タ
イマ回路１１０に代えて、ランプの点灯が開始されたこ
とを検出する点灯検知手段１５０を用いて行うようにし
ている。点灯検知手段１５０としては、例えば、ランプ
電流を検出する電流検知器を用いることができる。具体
的な動作を説明すると、トリガー線８への高圧パルスの
印加によって放電電極間の放電が開始され、次いで、例
えば０．３Ａ以上のランプ電流が電流検知器１５０によ
って検知されると、リレー１２０をオフ状態にして、ト
リガー線８に高圧パルス電圧が印加されなくなる。

【００７３】また、図１０に示すように、点灯検知手段
として、ランプ電圧を検出する電圧検知器１５１を用
い、それによって、リレー１２０を制御するように点灯
回路１２を構成してもよい。放電電極間で放電が開始さ
れていないときは、安定器６からの出力電圧は、所定の
開放電圧（例えば３５０Ｖ）となり、放電が開始される
と、例えば６５Ｖ程度のランプ電圧になる。この電圧の
変化を利用して、点灯の有無を検出することによって、
始動時にだけトリガー線８に高圧パルス電圧を印加する
ようにすることができる。また、点灯の有無を検出する
ためには、光センサなどを用いるようにしてもよい。

【００７４】なお、上記各実施形態においては、発光管
１が石英ガラスから構成された例を示したが、これに限
らず、セラミック材料から構成されたものを用いてもよ
い。ただし、セラミック材料から構成された発光管は、
石英ガラスから構成されたものと比べると、いわゆる、
すりガラス状になっているため、点光源が得にくいとい
う問題がある。すなわち、すりガラス状のセラミック発
光管では、発光管全体が光るため、点光源を得るのが困
難であるからである。それゆえ、自動車前照灯等の点光
源が求められる用途では、石英ガラスの発光管を用いる
ことが好ましい。

【００７５】また、メタルハライドランプを例に挙げて
説明したが、これに限らず、同様の放電メカニズムを有
する種々の高輝度放電灯（例えば、高圧水銀ランプ）に
ついて適用可能である。すなわち、ナトリウム等の発光
物質の抜けを防止できるという観点からは、メタルハラ
イドランプに適用するのが効果が大きいが、高圧水銀ラ
ンプ、高圧ナトリウムランプ等の他の高輝度放電灯（Ｈ
ＩＤ）にも好適に適用可能である。

【００７６】なお、上記実施形態における、キセノンガ
ス圧、発光管１の内容積、電極間距離、スカンジウムの
沃化物やナトリウムの沃化物などの金属ハロゲン化物の
組み合わせ等は、例示である。よって、例えば、発光管
１の内容積は０．０２５ｃｃに限られることはないし、
電極間距離は３．７ｍｍに限定されず、そして、金属ハ
ロゲン化物として他の組み合わせのものを用いても良
い。始動を補助する目的でキセノンガスを発光管１内に
封入した構成としたが自動車前照灯への利用を考慮する
と希ガスはキセノンガスが好適であるだけで、希ガスは
キセノンガス以外の希ガス、例えばアルゴンガスでも良
い。同様に、ランプ電力も３５Ｗに限られることはな
い。上記実施形態の高輝度放電灯は、自動車前照灯用だ
けでなく、勿論、一般照明用を始め、他の用途にも使用
可能である。例えば、液晶やＤＭＤを用いたプロジェク
タ等のような画像投写装置用の光源としても使用でき
る。さらに、競技スタジアム用や、道路標識を照らす投
光器用としても使用することができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、一対の電極間に始動電
圧が印加されたときに、一方の電極と導通状態になるよ
うにトリガー線が構成されているので、ブレークダウン
電圧の低下を達成できるとともに、ランプの特性変化を
防止することができる。その結果、トリガー線を備えた
高輝度放電灯のランプ寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態１にかかるメタルハライ
ドランプの構成を模式的に示す断面図である。

【図２】図１中の線II−IIに沿った断面図である。

【図３】図１中の線III−IIIに沿った断面図である。

【図４】実施形態１のメタルハライドランプの改変例の
要部拡大断面図である。

【図５】実施形態１のメタルハライドランプの改変例の
要部拡大断面図である。

【図６】（ａ）は、トリガー線に流れる電流波形を模式
的に示したグラフであり、（ｂ）は、一対の電極間に印
加される電圧波形を模式的に示したグラフである

【図７】実施形態２の高輝度放電灯点灯装置の構成を模
式的に示す図である。

【図８】（ａ）は、トリガー線に印加される電圧波形を
模式的に示したグラフであり、（ｂ）は、一対の電極間
に印加される電圧波形を模式的に示したグラフである。

【図９】実施形態２の高輝度放電灯点灯装置の改変例の
構成を模式的に示す図である。

【図１０】実施形態２の高輝度放電灯点灯装置の改変例
の構成を模式的に示す図である。

【図１１】従来のメタルハライドランプの構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

１発光管２ａ、ｂ電極封止部３ａ、ｂ電極４ａ、ｂ金属箔５ａ、ｂ外部リード線６安定器７電源８トリガー線８ａトリガー線の一端８ｂトリガー線の他端９ａ、ｂ配線１０、１３メタルハライドランプ１１、１２点灯回路１１０タイマ回路１２０リレー１３０昇圧トランス１５０電流検知器（点灯検知手段）１５１電圧検知器（点灯検知手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹田守大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者桐生英明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者村瀬隆幸大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平６−84504（ＪＰ，Ａ) 特開平５−54983（ＪＰ，Ａ) 特開平６−333684（ＪＰ，Ａ) 特開平11−111230（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/231 H01J 61/54

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】管内に一対の電極が対向して設けられた
発光管と、前記発光管の外周に設けられ、導電性材料から構成され
たトリガー線とを備え、前記トリガー線の一部は、一方の電極と電気的に接続さ
れた外部リード線に対し、絶縁テープを介して絶縁状態
で近接して配置されており、始動電圧が印加されたときのみ、前記トリガー線の前記
一部と前記外部リード線とは前記絶縁テープを介して絶
縁破壊を起こして導通状態になる、高輝度放電灯。
【請求項２】前記トリガー線の前記一部は、前記外部
リード線と２．５ｍｍ以下の距離で近接されて配置され
ている、請求項１に記載の高輝度放電灯。
【請求項３】前記発光管から延在し、前記一対の電極
の端部を封止する一対の封止部をさらに備え、前記一対の封止部のうちの前記一方の電極と異なる他方
の電極の端部を封止する封止部と前記発光管との間の領
域に、前記トリガー線は巻き付けられている、請求項１
または２に記載の高輝度放電灯。
【請求項４】前記発光管は、石英ガラスから構成され
ている、請求項１から３の何れか一つに記載の高輝度放
電灯。
【請求項５】前記発光管内には、発光物質として金属
ハロゲン化物が封入されており、前記金属ハロゲン化物は、アルカリ金属ハロゲン化物を
含んでいる、請求項１から４の何れか一つに記載の高輝
度放電灯。
【請求項６】前記アルカリ金属ハロゲン化物は、ナト
リウムハロゲン化物である、請求項５に記載の高輝度放
電灯。
【請求項７】前記高輝度放電灯は、無水銀メタルハラ
イドランプである、請求項１から６の何れか一つに記載
の高輝度放電灯。