JP3408519B2 - 高輝度放電ランプ、高輝度放電ランプの駆動装置、およびこれらを用いた高輝度放電ランプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般照明用や、反
射鏡と組み合わされてプロジェクタ用、自動車の前照灯
用などに使用される高輝度放電ランプ、高輝度放電ラン
プの駆動装置、およびこれらを用いた高輝度放電ランプ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】（第１の従来技術）近年、一般照明用
や、反射鏡と組み合わされてプロジェクタ用、自動車前
照灯用に高輝度放電ランプが使用されつつある。このよ
うな放電ランプは、ハロゲンランプに比べて高効率、低
消費電力で、明るいため、普及が期待されている。

【０００３】一般的な高輝度放電ランプを、一対の電極
間を結ぶ直線が水平になるように設置し、上記一対の電
極間に電圧を印加して点灯（以下、水平点灯と呼ぶ）す
ると、アークが上方に湾曲する。その結果、発光管上部
の温度が局所的に高くなるため、発光管上部の失透や発
光管の変形が比較的早期に始まり、ランプの寿命が短く
なるという問題を有していた。

【０００４】このような背景の中、アークの湾曲を抑制
し、ランプの寿命を改善するために数々の検討が行われ
てきた。その一例として、例えば、特開昭５５−８６０
６２号公報や特開平９−１６１７２５号公報などに開示
されているように、メタルハライドランプに磁界を作用
させて、アークの湾曲を抑制する技術が知られている。

【０００５】上記特開昭５５−８６０６２号公報に開示
されている技術は、発光管上部に強力な希土類磁石を設
置し、発光管の上方向から磁界を作用させることで、磁
石とアークの反発力を利用し、アークを押し下げ、アー
クの上方への湾曲を抑制するものである。

【０００６】（第２の従来技術）また、高輝度放電ラン
プは、専用の点灯回路が必要であり、ハロゲンランプに
比較して高価である。また、２つのフィラメントを有す
るハロゲンランプのように１灯でハイビーム用とロービ
ーム用とを兼用することが困難である。そのため、通
常、自動車前照灯には、使用頻度の高いロービーム用と
して高輝度放電ランプを２灯使用し、ハイビーム用には
ハロゲンランプを２灯使用している。この場合、反射鏡
や光軸調整をするための機構なども４組必要となり、合
計の製造コストは、やはり高くなりがちであるうえ、車
両デザインの自由度も制約される。

【０００７】そこで、単一の高輝度放電ランプでハイビ
ームとロービームとを切り替えられるようにする技術が
望まれている。そのような技術の代表的なものとして
は、例えば特開平１１−３１２４９５号公報に開示され
ているように、電磁石を用いてアークの湾曲量を変化さ
せ、光源の位置を移動させる技術が知られている。この
技術は、放電電極の軸線が水平方向になるように（水平
点灯）反射鏡内に配置された放電ランプに、電磁石によ
って、磁力線の方向が水平面内で上記軸線に垂直な磁界
を作用させるものである。すなわち、放電ランプにおけ
る発光管内の対流によって上方に湾曲するアークに上記
のような磁界を作用させると、ローレンツ力によってア
ークを下方に偏向（湾曲）させることができる。また、
上記電磁石に供給する電力を制御することによって、ロ
ーレンツ力を変化させることができるので、ハイビーム
とロービームとを切り替えることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】（第１の従来技術に対
する課題）しかし、昨今、環境問題が重要視されてお
り、一般的な高輝度放電ランプに水銀を用いないことが
要請されているが、上記公報に記載されたランプは発光
管内に水銀を封入した放電ランプである。そこで、上記
要請に対応するためには、水銀を用いない高輝度放電ラ
ンプにおいてアークの湾曲を抑制してランプ寿命を向上
させる必要がある。

【０００９】（第２の従来技術に対する課題）上記のよ
うに電磁石によってアークの偏向を制御する構成は、電
磁石に供給する電力を制御する回路をランプの点灯回路
とは別に備える必要があり、構成の複雑化や製造コスト
の増大を招くという問題点を有していた。なお、アーク
の偏向を制御するためには、電磁石に供給する電力を変
化させる他に、ランプ電流や放電電極間距離（ローレン
ツ力を受ける距離）を変化させることも考えられるが、
実際にそのような変化を制御することは困難である。

【００１０】また、本願発明者らは、本発明を完成させ
るにあたって種々実験した際に、放電ランプに磁界を作
用させると、輝度が変動するちらつきを生じるときがあ
ることに気づいた。このちらつきは、ランプ始動直後の
光束立ち上がり時に発生するものと、安定点灯中に発生
するものとの２種類がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】一群の本発明は上記の点
に鑑みなされるものであり、アークの湾曲を抑制して長
寿命化を図った、発光管内に水銀を含まない高輝度放電
ランプを提供することを目的としている。

【００１２】また、簡単かつ安価な構成で、アークの湾
曲量およびアークの見た目の幅のうちの少なくとも一方
を制御することができる高輝度放電ランプ、高輝度放電
ランプの駆動装置、およびこれらを用いた高輝度放電ラ
ンプ装置の提供を目的としている。

【００１３】なお、一群の本発明は、同一乃至類似した
着想に基づくものである。しかし、それぞれの発明は異
なる実施の形態により具現化されるものであるので、本
明細書では、これらの一群の本発明を密接に関連した発
明ごとに第Iの発明群及び第IIの発明群として区分す
る。そして、以下では、それぞれの区分（発明群）ごと
にその内容を順次説明する。

【００１４】（第Iの発明群）本願発明者らは、水銀を
用いない高輝度放電ランプの実用化を図るために数々検
討する過程において、発光管の内部に水銀を含まない高
輝度放電ランプは、発光管の内部に水銀を含んだ放電ラ
ンプに比べて、アークの湾曲度合いが大きいことに気が
付いた。

【００１５】しかし、本願発明者らは、上記アークの湾
曲度合いが大きい状態の高輝度放電ランプに、磁界を作
用させてアークの湾曲を抑制する実験を行った際に、驚
くべきことに、上記アークの湾曲をなくすための必要な
磁束密度は、発光管の内部に水銀を含んだ高輝度放電ラ
ンプよりも発光管内に水銀を含まない放電ランプの方が
小さくてすみ、強力な磁界が必要ではないことを見い出
した。そして、上記のような現象が起こる理由は、発光
管の内部に水銀を含まない高輝度放電ランプのアーク湾
曲抑制の原理と、発光管の内部に水銀を含んだ放電ラン
プのアーク湾曲抑制の原理とが異なるためではないかと
考えた。

【００１６】上記現象は、上記検討過程において、発光
管の内部に水銀を含まない高輝度放電ランプと発光管の
内部に水銀を含んだ放電ランプとに磁界を作用させ、ア
ークの湾曲度合いを調べたことから判明した。そして、
上記のような現象が見い出されたことによって、より安
価で実用的なアーク湾曲を抑制し長寿命化する技術を用
いた、発光管の内部に水銀を含まない高輝度放電ランプ
が完成された。

【００１７】すなわち、本発明は、発光管の内部に一対
の電極が互いに対向して設けられ、水銀を含まない交流
点灯される高輝度放電ランプであって、上記一対の電極
間に、上記一対の電極の先端どうしを結ぶ直線に垂直な
方向の磁力線成分を含む磁界を作用させる磁界発生手段
を備え、前記磁界発生手段が永久磁石であることを特徴
としている。

【００１８】上記構成とすることにより、発光管の内部
に水銀を含まない高輝度放電ランプは、発光管の内部に
水銀を含むランプに比較して、上記磁界発生手段により
小さな磁界をアークに作用させてアークの湾曲を抑制す
ることができるので、より安価で実用的に高輝度放電ラ
ンプの長寿命化を達成することができる。また、交流点
灯する構成とすることにより、アークに対してローレン
ツ力が一方向に作用してアークが湾曲するようなことも
ない。

【００１９】また、請求項３の発明は、請求項１の高輝
度放電ランプであって、上記一対の電極の先端どうしを
結ぶ直線が水平になるように設置され、上記磁界発生手
段は鉛直方向に磁界を作用させるように構成されている
ことを特徴としている。

【００２０】上記のように、一対の電極の先端どうしを
結ぶ直線が水平になるように設置した場合には、上向き
に湾曲したアークが形成されやすいので、上記磁界発生
手段により鉛直方向に磁界を作用させて点灯させること
により、安定確実にアーク湾曲の抑制を容易に行うこと
ができる。

【００２１】

【００２２】

【００２３】また、本発明は、発光管内には金属ハロゲ
ン化物が封入され、該金属ハロゲン化物の９００℃での
蒸気圧が１気圧以上であることを特徴としている。ま
た、上記金属ハロゲン化物は、インジウムのハロゲン化
物を含むことを特徴としている。また、上記金属ハロゲ
ン化物は、ＩｎＩまたはＩｎＩ₃を含むことを特徴とし
ている。

【００２４】上記のような金属ハロゲン化物を発光管内
に封入する構成とすることにより、発光管内における金
属ハロゲン化物の密度が高まるためにアークが細くな
り、発光管内の対流の影響を受けやすくなり、アークの
湾曲が大きくなる。このように湾曲が大きい状態のアー
クに磁界を作用させることにより、アークの湾曲が抑制
されるので、磁界を作用させる効果がより大きくなる。
また、上記金属ハロゲン化物としては、インジウムのハ
ロゲン化物が好ましく、より具体的には、ＩｎＩまたは
ＩｎＩ₃であれば、発光効率が高くなり、更に実用的で
ある。

【００２５】また、本発明は、上記磁界発生手段は、上
記発光管表面、または上記発光管の外側に装着される外
管に形成された磁性体膜であることを特徴としている。
また、上記磁界発生手段は、保持手段、より具体的に
は、上記一対の電極のうちの一方の電極と導通する配線
部材、または該配線部材を支持するための支持部材に保
持された構成であることを特徴としている。

【００２６】上記構成とすることにより、磁界発生手段
によりアーク湾曲を抑制して高輝度放電ランプの長寿命
化を達成することができる。

【００２７】（第IIの発明群）本願発明者らは、上記の
ようにアークの湾曲を抑制し高輝度放電ランプを長寿命
化する技術について数々検討を行う過程において、さら
に驚くべきことに、放電ランプに磁界を作用させた状態
でランプ電流の点灯周波数を変化させると、磁界の強さ
は一定でも、アークの湾曲量、すなわちアークの位置が
変化することを新たに見い出した。

【００２８】すなわち、一般に、磁界を作用させない
で、所定の周波数の交流電流でランプを点灯させると、
発光管の内部の対流によってアークが湾曲する。そし
て、その湾曲方向と同じ方向の磁力線を有する磁界を作
用させると、上記湾曲が抑制される力が働き、湾曲量が
減少する。ところが、さらに、交流電流の周波数を高く
すると、上記磁界による湾曲を抑制する力を打ち消す力
が大きく作用し、湾曲量が増大する。この現象は、湾曲
量の変化方向が磁力線の方向と同じであり、ローレンツ
力によって磁力線の方向と垂直な方向に湾曲量が変化す
るのとは異なる原理によるものである。

【００２９】なお、上記「アークの湾曲量」は、図１１
に示すように、高輝度放電ランプを例えば矩形波交流電
流で水平点灯させたときにおける、電極１２２・１２２
の軸線Ｐから、アーク１９１の中央部１９２までの距離
と定義する。

【００３０】さらに、本願発明者らは、上記のように、
アークの湾曲方向と同じ方向に磁界を作用させた状態
で、周波数を変化させると、アークの見た目の幅が変化
することをも新たに見い出した。すなわち、本現象は、
アークが湾曲方向に垂直な方向にローレンツ力を受け、
アークの湾曲がローレンツ力の方向に移動するため起こ
る。そして、放電ランプを交流で点灯させると、電流の
極性の反転と同時にローレンツ力は先程と逆方向に作用
し、アークはその作用方向に移動する。このため、周波
数の変化によって、一方向に流れる電流の周期が変化す
るため、ローレンツ力が一方向に作用する時間が変化す
る。例えば、点灯周波数が低くなると、アークにローレ
ンツ力が作用する時間が長くなるため、アークの移動距
離が大きくなり、見た目のアーク幅が大きくなったよう
に見えるのである。

【００３１】なお、上記「アークの見た目の幅」とは、
図１４に示すように、高輝度放電ランプを例えば矩形波
交流電流で水平点灯させ、アークを上から見たときにお
ける、アーク１９１中央部を通り、電極１２２・１２２
の先端間を結ぶ直線に垂直な直線Ｘ上の、最高輝度に対
して２０％の輝度である２点１０１・１０１を結ぶ距離
と定義する。

【００３２】上記のような現象が見い出されたことによ
って、容易にアークの湾曲量およびアークの見た目の幅
の少なくとも一方を制御し得る本発明が完成された。

【００３３】すなわち、本発明は、高輝度放電ランプの
駆動装置であって、発光管と、上記発光管の内部に互い
に対向して設けられた一対の電極と、上記一対の電極間
に、上記一対の電極の先端どうしを結ぶ直線に垂直な方
向の磁力線成分を含む磁界を作用させる磁界発生手段と
を備えた高輝度放電ランプの駆動装置であって、上記一
対の電極間に流す交流電流を供給する交流電流発生手段
と、上記交流電流の周波数を変化させるように上記交流
電流発生手段を制御する周波数制御手段とを備えたこと
を特徴としている。

【００３４】上記のように磁界発生手段によって一定の
磁界を作用させるように構成されている場合でも、ラン
プ電流の周波数を変化させることによって、アークの湾
曲量およびアークの見た目の幅の少なくとも一方を制御
することができ、電磁石と電力制御回路とを用いる場合
などに比べて、大幅な簡素化を図ることができ、磁界発
生手段として、永久磁石を用いて一層構成の簡素化を図
ることもできる。ここで、上記「高輝度放電ランプ」
は、発光管の内部に水銀を含んだ高輝度放電ランプおよ
び上記第Iの発明群で説明した発光管の内部に水銀を含
まない高輝度放電ランプを意味する。

【００３５】また、本発明の高輝度放電ランプの駆動装
置は、上記周波数制御手段は、例えば周波数変調によ
り、上記交流電流の周波数が所定の周期で変動するよう
に、上記交流電流発生手段を制御するように構成されて
いることを特徴としている。

【００３６】このように周波数を変動させることによ
り、高輝度放電ランプに磁界を作用させたときにちらつ
き（輝度の変動）が生じやすい場合でも、そのようなち
らつきを容易に抑制することができる。

【００３７】また、本発明の高輝度放電ランプの駆動装
置は、上記周波数制御手段は、ランプ電流に応じて、上
記交流電流の周波数を変化させるように、上記交流電流
発生手段を制御するように構成されていることを特徴と
している。

【００３８】また、本発明の高輝度放電ランプの駆動装
置は、さらに、ランプ電流を検知する検知手段を備える
とともに、上記周波数制御手段は、上記検知手段からの
出力に応じて、上記交流電流の周波数を変化させるよう
に、上記交流電流発生手段を制御するように構成されて
いることを特徴としている。

【００３９】また、本発明の高輝度放電ランプの駆動装
置は、上記交流電流発生手段は、上記高輝度放電ランプ
の始動時に、点灯中よりも大きな電流を流すように構成
されるとともに、さらに、上記高輝度放電ランプの始動
開始後、所定の時間が経過したことを検知するタイマを
備え、上記周波数制御手段は、上記タイマからの出力に
応じて、上記高輝度放電ランプの始動開始後、所定の時
間が経過するまで、上記交流電流の周波数が点灯中より
も高くなるように、上記交流電流発生手段を制御するよ
うに構成されていることを特徴としている。

【００４０】これらにより、特にランプ電流が大きいと
きに生じやすい前記のようなちらつきを容易、かつ確実
に抑制することができる。

【００４１】また、本発明の高輝度放電ランプの駆動装
置は、上記交流電流発生手段は、リップル率が１０％以
上のリップルを含む上記交流電流を出力するように構成
されていることを特徴としている。

【００４２】このように交流電流にリップルを含ませる
ことによっても、前記のようなちらつきを容易に抑制す
ることができる。

【００４３】また、上記高輝度放電ランプの駆動装置で
は、上記交流電流発生手段が出力する交流電流を、矩形
波電流とすることができる。

【００４４】これにより、上記のような交流電流の周波
数を容易に変化させて、アークの湾曲量制御を容易に行
うことができる。

【００４５】また、本発明の高輝度放電ランプの駆動装
置は、上記周波数制御手段は、アークの湾曲量およびア
ークの見た目の幅のうちの少なくとも一方を制御するよ
うに、上記交流電流発生手段から供給される交流電流の
周波数を変化させることを特徴としている。

【００４６】これにより、上記周波数制御手段によりラ
ンプ電流の周波数を変化させてアークの湾曲量およびア
ークの見た目の幅のうちの少なくとも一方を制御するこ
とができるので、例えば、反射鏡に上記高輝度放電ラン
プの駆動装置を備えた場合には、上記反射鏡によって反
射される反射光の配向特性を変化させることができる。

【００４７】また、本発明の高輝度放電ランプ装置は、
発光管と、上記発光管の内部に互いに対向して設けられ
た一対の電極と、上記一対の電極間に、上記一対の電極
の先端どうしを結ぶ直線に垂直な方向の磁力線成分を含
む磁界を作用させる磁界発生手段とを備えた高輝度放電
ランプと、上記高輝度放電ランプの駆動装置とを備えた
ことを特徴としている。

【００４８】また、本発明は、上記高輝度放電ランプ装
置であって、上記高輝度放電ランプは、無水銀放電ラン
プであり、上記高輝度放電ランプの駆動装置は、上記高
輝度放電ランプを交流点灯させ、上記磁界発生手段は、
永久磁石であることを特徴としている。

【００４９】

【００５０】また、上記高輝度放電ランプは、上記発光
管内に、少なくとも希ガスと、例えばインジウムのハロ
ゲン化物を含む金属ハロゲン化物とが封入された無水銀
放電ランプであることを特徴としている。

【００５１】これらにより、やはり、前記のように、磁
界の強さを変化させることなく、周波数を変化させるこ
とによって、簡素な構成で容易にアークの湾曲量を制御
することができ、磁界発生手段として、永久磁石を用い
て一層構成の簡素化を図った高輝度放電ランプ装置を得
ることができる。また、特に、発光管内の封入物として
水銀が含まれていない場合には、上記のような湾曲量の
制御がより容易になる。

【００５２】また、本発明は、上記高輝度放電ランプ装
置であって、さらに、上記高輝度放電ランプから発せら
れる光を反射する反射鏡を備え、上記周波数制御手段が
上記交流電流の周波数を変化させることによって、上記
反射鏡によって反射される反射光の配光特性を変化させ
得るように構成されていることを特徴としている。

【００５３】また、本発明は、上記高輝度放電ランプ装
置であって、上記配光特性の変化によって、上記反射鏡
によって反射される反射光の光軸の方向を調整し得るよ
うに構成されていることを特徴としている。

【００５４】また、本発明は、上記高輝度放電ランプ装
置であって、上記配光特性の変化によって、上記反射鏡
によって反射される反射光の光軸の方向が、少なくとも
２段階の方向に切り替わるように構成されていることを
特徴としている。

【００５５】これらにより、例えば光軸調整やハイビー
ムとロービームとの切り替えが必要な自動車前照灯用な
どに適用し得る、簡素な構成で安価な高輝度放電ランプ
装置を構成することができる。すなわち、機械的に光軸
調整をするための機構を必要とすることがない構成とす
ることができ、また、１灯だけで、ハイビーム用とロー
ビーム用とを兼用する構成とすることができる。なお、
１灯だけで、ハイビームとロービームなど複数のビーム
に切り替え得るようにするとともに、そのうちの何れ
か、または全てのビームについて光軸調整し得るように
しても良い。

【００５６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００５７】（第Iの発明群）以下に実施の形態１−
１、１−２に基づいて具体的に説明する。

【００５８】（実施の形態１−１）実施の形態１−１で
は、アークの湾曲抑制効果を得るための、高輝度放電ラ
ンプに作用させる磁界の大きさと方向について説明す
る。

【００５９】図１は、実施の形態１−１の高輝度放電ラ
ンプの概略側面図である。この高輝度放電ランプは、石
英から成り内容積が約０．０２５（ｃｃ）の発光管２１
内に、一対の電極（タングステン電極）２２・２２が、
先端間の距離が約４ｍｍになるように設けられるととも
に、封入物３６が封入されて構成されている。そして、
上記電極２２・２２間を結ぶ直線が水平になるように設
置されている。また、上記発光管２１の上方または下方
には、φ１０×５ｍｍの小型フェライト永久磁石２６が
配置され、該フェライト永久磁石２６により、上記電極
２２・２２間に、上記直線に垂直な方向の磁力線成分を
含む磁界を作用させる。なお、図1（ａ）は、フェライ
ト永久磁石が上向き鉛直方向に磁界を印加する場合を、
図1（ｂ）は、フェライト永久磁石が下向き鉛直方向に
磁界を印加する場合を示している。

【００６０】前記電極２２・２２は、それぞれ発光管２
１の電極封止部２８・２８内に気密に封止された金属箔
（モリブデン箔）２３・２３を介して、外部リード線
（モリブデン線）２５・２５に接続されている。また、
上記外部リード線（モリブデン線）２５・２５は交流電
流を供給するための交流電源２９に接続されており、該
交流電源２９により、交流電流が供給されてランプが点
灯する構成とされている。

【００６１】前記発光管２１内に封入される封入物３６
としては、金属ハロゲン化物、例えば、＋３価のヨウ化
インジウム（ＩｎＩ₃）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、
ヨウ化スカンジウム（ＳｃＩ₃）、およびヨウ化ナトリ
ウム（ＮａＩ）が用いられ、また、図には示さないが室
温で約１．４ＭＰａの希ガスであるキセノンガスが封入
されている。つまり、この高輝度放電ランプは発光管２
１内に水銀が封入されていない。

【００６２】これに対し、従来の高輝度放電ランプの例
として、図１に示す封入物３６だけを水銀、ＳｃＩ₃、
ＮａＩの構成に変更した高輝度放電ランプを用意した。
本実施の形態の高輝度放電ランプと従来の高輝度放電ラ
ンプは、発光管中に水銀を含んでいるか否かが大きく異
なっている。

【００６３】これらの高輝度放電ランプを周波数４００
Ｈｚの矩形波で水平点灯し、電極間を結ぶ直線の中央を
通り、かつ該直線に垂直な面内でフェライト永久磁石２
６の位置を移動させることによって、アークに作用させ
る磁界の大きさとアークに対する磁界の方向を変化させ
て、アークの湾曲を観測した。

【００６４】表１にアークの湾曲をなくすためのアーク
に作用させるべき必要な磁界の大きさとフェライト永久
磁石２６の位置関係を示す。

【００６５】表１中の磁石の設置位置がランプ上部と
は、図１（ｂ）に示すようにランプの上部にフェライト
永久磁石２６を設置することを示している。このとき、
アークに対して垂直な方向に磁界がかかる。同様に、ラ
ンプ下部とは図1（ａ）に示すようにランプ下部にフェ
ライト永久磁石２６を設置することを示している。この
ときも、アークに対して垂直な方向に磁界がかかる。

【表１】

【００６６】表１に示すように、従来の高輝度放電ラン
プ（発光管の内部に水銀を封入した）では、ランプ上部
に磁石を設置した場合にはアーク湾曲抑制の効果が得ら
れるが、ランプ下部に磁石を設置するとアーク湾曲が逆
に大きくなり、アーク湾曲抑制の効果がない。これに対
して、本実施の形態の高輝度放電ランプ（発光管の内部
に水銀を封入しない）では、驚くべきことに、ランプの
上部および下部のどちらに磁石を設置してもアークの湾
曲抑制の効果があることが見い出された。

【００６７】このような現象が起こる理由は明確ではな
く、本願発明者らは、発光管の内部に水銀を含まない高
輝度放電ランプのアーク湾曲抑制の原理と、発光管の内
部に水銀を含んだランプのアーク湾曲抑制の原理とは異
なるのではないかと考えた。なお、どちらのランプもＮ
極、Ｓ極と極性を変えたが、効果は同じであり、極性依
存はなかった。

【００６８】加えて、アークの湾曲をなくすのに必要な
磁束密度を比較すると、従来の高輝度放電ランプでは、
磁束密度が約０．０５Ｔ必要であったのに対し、驚くこ
とに、本実施の形態の高輝度放電ランプ（発光管内に水
銀を封入しない）では、約０．０１Ｔの磁束密度でアー
クの湾曲を抑制することができた。

【００６９】つまり、本実施の形態の高輝度放電ランプ
は、従来の１／５の磁界をアークに作用させるだけでア
ークの湾曲抑制の効果が得られることが判明した。従来
の高輝度放電ランプでは、アークの湾曲をなくすために
は、０．０５Ｔという比較的大きい磁束密度を必要と
し、強力な磁束密度をもった希土類磁石を用いなければ
ならない。

【００７０】これに対して、本実施の形態の高輝度放電
ランプは、従来のランプより小さい磁界でアークの湾曲
が抑制できるため、比較的安価なフェライト永久磁石で
容易に実現できる。つまり、本実施の形態の高輝度放電
ランプは、より安価で実用的にアークの湾曲を抑制でき
る方法を示したものであり、その結果、ランプの寿命を
改善することができる。この現象は、水銀を含まない高
輝度放電ランプだけに得られる効果である。

【００７１】なお、本実施の形態ではフェライト永久磁
石を用いているが、磁束密度が大きく、小型化できる希
土類磁石を使用することが可能である。また、本実施の
形態では、上記フェライト永久磁石２６を発光管２１か
ら約１０ｍｍ離して設置することによって、上記表１の
ように、アークの湾曲が抑制できた。

【００７２】また、本実施の形態では、高輝度放電ラン
プを交流点灯する構成としており、その理由について、
図２を用いて説明する。図２は、高輝度放電ランプを直
流点灯した場合と交流点灯した場合のアークの湾曲状態
について説明をするための概略図である。なお、図２で
は図示していないが、フェライト永久磁石によって、一
対の電極２２・２２の先端どうしを結ぶ直線に垂直な方
向の磁力線成分を含む磁界をアークに作用させている。

【００７３】アークに磁界を作用させた状態で高輝度放
電灯を直流点灯した場合、図２（ｃ）に示す概略上面図
（磁界を作用させる方向から見た図）のように、アーク
４０は、水平一方向に発光管２１の管壁に接するぐらい
湾曲するが、図２（ｄ）に示す概略側面図のように、ア
ーク４０は上方向（紙面上）には湾曲しない。このよう
な現象は、アーク４０に水平方向にローレンツ力が作用
し、そのローレンツ力の方向にアークの湾曲が移動する
ため起こる。

【００７４】これに対して、高輝度放電ランプを交流点
灯した場合には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、水
平方向および上方向にアーク４１は湾曲することなく安
定した状態を維持する。これは、ローレンツ力が、電流
の極性の反転のためにアークに対して水平両方向に作用
し、互いにうち消されてアークの湾曲が抑制されるため
と考えられる。

【００７５】よって、高輝度放電ランプを交流点灯する
ことにより、アークが発光管の管壁に接することはな
く、ランプ寿命を向上することが可能となる。さらに説
明すると、図３に示すように、電極２１・２１の先端間
を結ぶ軸をｘ軸、磁界を作用させる方向をｚ軸、ｘ軸と
ｚ軸に垂直な軸をy軸とすると、高輝度放電ランプに磁
界を作用させない場合は、アークは発光管２１内の対流
の影響を受け、６５に示すようにｚ軸方向に湾曲する。
ところが、ｚ軸に平行な磁界をアークに作用させると、
６６に示すようにアーク部分にかかる磁束密度の大きさ
に依存して、アークの湾曲が抑制されることになる。

【００７６】なお、ランプを直流電流で点灯し、コイル
に交流電流を流し、交番磁界を作用させるような構成と
することもできる。

【００７７】また、本実施の形態で示した磁束密度は、
ランプ条件によって変化するので、上記した値に限定さ
れるものではない。

【００７８】また、本実施の形態では、発光管の内部に
水銀を含まない高輝度放電ランプであれば、同様の効果
が得られることを確認した。よって、本実施の形態で示
した封入物に限定されない。

【００７９】ここで、発光管の内部にＳｃＩ₃とＮａＩ
だけを封入したランプ（比較ランプ）と、本実施の形態
１−１のランプとのアークの湾曲量を測定した。なお、
測定方法については後述する実施の形態２−１で述べ
る。

【００８０】表２に示すように、比較ランプのアークの
湾曲量は７（相対値）であるのに対して、実施の形態１
−１の高輝度放電ランプの湾曲量は２３（相対値）であ
った。

【表２】

【００８１】すなわち、実施の形態１のランプ内に封入
されているＩｎＩ₃やＴｌＩといった蒸気圧の高い金属
ハロゲン化物を選択することにより、ハロゲン化物の密
度が高まるため、一対の電極間で発生するアークが細く
なり、該アークが細くなることにより発光管内の対流の
影響を受け易くなり、アークの湾曲が大きくなる。この
傾向は、ハロゲンの中でもヨウ素がその効果が大きい。
よって、これらの金属ハロゲン化物を封入したランプは
アークの湾曲量が大きいので、該アークに磁界を作用さ
せて湾曲を抑制する効果が大きい。

【００８２】なお、一般的なランプ内の金属ハロゲン化
物の蒸気圧は、最冷点温度で決まり、約９００℃であ
る。また、このときの金属ハロゲン化物の蒸気圧が１気
圧を超えると上記傾向が顕著になる。９００℃で蒸気圧
が１気圧以上となる金属ハロゲン化物としては、例え
ば、ＨｆＢｒ₄、ＨｆＩ₄、ＺｒＩ₄、ＴｅＩ₄、ＧａＢｒ
₃、ＧａＩ₃、ＴｉＢｒ₄、ＴｉＩ₄、ＳｂＢｒ₃、Ｓｂ
Ｉ₃、ＡｌＢｒ₃、ＡｌＩ₃、ＡｓＩ₃、ＩｎＩ、Ｉｎ
Ｉ₃、ＩｎＢｒ、ＢｉＩ₃、ＳｎＣｌ₂、ＳｎＢｒ₂、Ｓｎ
Ｉ₄、ＳｎＩ₂、ＮｉＩ₂、ＭｇＩ₂、ＺｎＩ₂、ＴｌＣ
ｌ、ＴｌＢｒ、ＴｌＩ、ＰｂＢｒ₂、ＰｂＩ₂、ＦｅＩ₂
であり、これらを含むことで金属ハロゲン化物の密度が
高くなり、アークの湾曲（曲がり）が大きくなり、該ア
ークに磁界を作用させて湾曲を抑制する効果が大きい。

【００８３】そして、上記金属ハロゲン化物の中でもイ
ンジウムのハロゲン化物、より好ましくは、ＩｎＩ、更
に好ましくはＩｎＩ₃はランプ電圧を高くするので、少
ない電流で点灯が可能となり点灯回路を小型化でき、ま
た、発光効率が高くなるので、より実用的である。

【００８４】なお、本実施の形態では、アークに磁界を
作用させる手段として、フェライト永久磁石を用いた
が、該フェライト永久磁石は安価で一般的であるが、温
度上昇による磁力低下が大きいためランプ近傍では使用
が制限される。よって、ランプの熱の影響を受けにくい
場所に設置するのが好ましい。

【００８５】しかし、温度上昇しても磁力低下が小さい
アルニコ磁石であれば、ランプ近傍に設置することもで
きる。よって、アルニコ磁石であれば、フェライト永久
磁石に比較して小型のものを使用することができる。こ
のように、使用目的や条件によって適宜、磁石の使い分
けをすれば良い。

【００８６】（実施の形態１−２）以下に本発明の実施
の形態１−２について説明する。本実施の形態ではラン
プに磁界を作用させる磁界発生手段の設置位置について
複数の形態を示す。

【００８７】図４は、本発明の実施の形態１−２の高輝
度放電ランプの概略側面図である。図４において、２１
は上記実施の形態１−１で説明した発光管であり、詳細
な構成は図1に示す高輝度放電ランプと同様であるが、
永久磁石２６（図１中）を備えていない。また、上記発
光管２１は、透明ガラス製の外管２４によって覆われ、
該外官２４は口金２７に固定されている。また、上記発
光管２１内には一対の電極（図示せぬ）が設けられてお
り、該一対の電極は、気密に封止された金属箔（図示せ
ぬ）を介して、外部リード線（モリブデン線）２５に接
続されている。３０は、外管２４上に塗布された磁性体
膜であり、磁性体膜３０として透光性の磁性体膜を用い
るか、または適切に制御された膜厚とすることにより透
光性の膜特性を有する。

【００８８】本実施の形態のランプは、交流の矩形波で
水平点灯され、ランプ下部に設けられた磁性体膜３０に
より、アーク湾曲を抑制できる磁界をアークに作用する
ことができるようになっている。そのため、このランプ
を点灯すると、実施の形態1−１に示したランプと同様
にアーク湾曲抑制効果が得られる。

【００８９】また、上記磁性体膜３０に遮光特性をもた
せることにより、遮光と磁界の供給を兼用できることと
なる。このような構成とすることにより、特に上記ラン
プを反射鏡に組み込んで、自動車前照灯用として使用す
る場合には、反射鏡（図７参照）の下方へ向かう光を遮
光することができるので、反射鏡で反射して上方へ向か
う光が発生することはなく、従って、対向車に向かって
光が進行することを防ぐことができる。また、磁石設置
の製造工程を増やすこともなく、磁石による影でランプ
の配光特性に影響を与えることもない。具体的には、磁
性体膜３０として磁性体を含む遮光膜を用いればよい。

【００９０】図５は、本実施の形態に示す高輝度放電ラ
ンプの他の例を示す図である。図５に示す例は、３１は
磁性体を含まない遮光膜であることと、フェライト永久
磁石３２が発光管２１の外側に装着される外管２４に設
置されていること以外は、図４に示す高輝度放電ランプ
と同様の構成である。なお、フェライト永久磁石３２
は、発光管２１からの放射光が遮光膜３１で遮られる影
の部分に設置され、ランプの点灯時にアーク湾曲が抑制
できる磁界をアークに作用させることができるようにな
っている。そのため、このランプも同様に水平方向に、
交流の矩形波で点灯すると、実施の形態１−１に示した
ランプと同様にアーク湾曲抑制効果が得られる。また、
上記遮光膜３１により、フェライト永久磁石３２による
影がランプの配光特性に影響を与えることもない。

【００９１】また、他の実施の形態として、図６に示す
ような形態であってもよい。図６は、本発明の実施の形
態１−２の他の高輝度放電ランプの構成を示す概略側面
図である。図６において、フェライト永久磁石５１は、
保持手段に保持されている構成である以外は、図５に示
す実施の形態のランプと同様の構成である。

【００９２】ここで、上記保持手段としては、一対の電
極（図示せぬ）のうちの一方の電極と導通し、発光管２
１の近傍に配置された電流供給用のリード線２５または
該リード線２５を支持するための支持部材などがある。
本例では、支持部材としてセラミックパイプ５２が用い
られている。セラミックパイプ５２は、上記リード線２
５を覆って酸化防止と絶縁のために用いられており、フ
ェライト永久磁石５１はセラミックパイプ５２に固定さ
れている。これにより、セラミックパイプ５２は、上記
酸化防止用の部材と上記永久磁石５１の固定用部材を兼
ねることができる。なお、図示せぬが、上記フェライト
永久磁石５１を筒状とし、上記リード線２５に貫通させ
て固定するような構造であってもよく、これらの構成に
よって、フェライト永久磁石５１を確実に固定できる。

【００９３】また、他の実施の形態として、図７に示す
ような形態であってもよい。図７は、本発明の実施の形
態１−２の他の高輝度放電ランプの構成を示す概略側面
図である。

【００９４】図７において、高輝度放電ランプ５３は反
射鏡（光学ユニット）５４内に設置されており、フェラ
イト永久磁石５５を反射鏡５４に取り付けた構成であ
る。これにより、寿命により高輝度放電ランプ５３の交
換を行う場合、フェライト永久磁石５５の交換を行わず
に、高輝度放電ランプ５３本体だけを交換するだけで済
むので、製造コストを削減することができる効果があ
る。

【００９５】（第Iの発明群に関するその他の事項）上
記のように実施の形態１−２では、磁界発生手段の複数
の具体例と設置位置について述べたが、まとめて記載す
ると、以下のようになる。

【００９６】磁界発生手段としては、（i）〜（iii）に
示すようにすることができる。 （i）磁界発生手段を、永久磁石とする。 （ii）磁界発生手段を、上記発光管表面、または上記発
光管の外側に装着される外管に形成された磁性体膜とす
る。 （iii）磁界発生手段を、磁性体を含む遮光膜とする。
なお、アークに磁界を作用させる磁界発生手段として、
上記（i）〜（iii）に示すもの以外にも、磁性体であれ
ば同様の効果が得られることはいうまでもなく、磁性体
の替わりにコイルに電流を供給し、コイルの作る磁界を
利用してもよい。また、上記磁界発生手段の設置位置と
しては、（iv）〜（vi）に示すようにすることができ
る。 （iv）発光管の外側に装着される外管に形成された遮光
膜によって発光管からの光が遮光される位置に磁界発生
手段を配置する。 （v）磁界発生手段を、保持手段、より具体的には、上
記一対の電極のうちの一方の電極と導通する配線部材ま
たは該配線部材を支持するための支持部材に保持する。 （vi）磁界発生手段を、高輝度放電ランプを組み込んだ
反射鏡（光学ユニット）に設置する。

【００９７】（第IIの発明群）以下に、第IIの発明群の
具体的な内容を実施の形態２−１、２−２、２−３に基
づいて説明する。

【００９８】（実施の形態２−１）以下に本発明の高輝
度放電ランプ装置の好ましい実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。

【００９９】図８は、本発明の実施の形態２−１の高輝
度放電ランプ装置１１０の構成を示す概略側面図、図９
は、上記高輝度放電ランプ装置１１０を構成する高輝度
放電ランプ１１１の構成を示す概略断面図、図１６は本
発明の高輝度放電ランプ装置を自動車に組み込んだ場合
の説明図である。

【０１００】図８に示すように、本発明の実施の形態２
−１の高輝度放電ランプ装置１１０は、高輝度放電ラン
プ１１１と、反射鏡１１２と、点灯回路１１３等とを備
えている。

【０１０１】前記高輝度放電ランプ１１１は、後述する
電極１２２・１２２の軸線、すなわち電極１２２・１２
２の先端どうしを結ぶ直線が水平方向になるように（水
平点灯）、反射鏡１１２内に設置されている。また、高
輝度放電ランプ１１１は、点灯回路１１３に接続され、
例えば０．５Ａの矩形波の交流電流が供給されて３５Ｗ
の定格電力で点灯するようになっている。

【０１０２】前記点灯回路１１３は、インバータ回路１
１４と、点灯周波数制御回路１１５とが設けられて構成
されている。また、上記点灯周波数制御回路１１５に
は、任意の周波数を選択することができる点灯周波数切
替スイッチ１１６が接続されている。上記インバータ回
路１１４は、点灯周波数切替スイッチ１１６で任意に選
択した周波数の交流電流を、点灯周波数制御回路１１５
による制御に応じて出力するようになっている。このと
きの制御周波数範囲は、発光管内で気体の膨張や収縮に
より発生する疎密波による音響共鳴現象を防ぐために、
数ｋＨｚ以下の周波数範囲で点灯制御される。また、電
流波形についても、疎密波が存在しにくく、音響共鳴現
象が起こりにくい、矩形波電流を出力する。

【０１０３】高輝度放電ランプ１１１は、より詳しく
は、図９に示すように、例えば石英から成り内容積が約
０．０２５（ｃｃ）の発光管１２１内に、一対の電極
（タングステン電極）１２２・１２２が、先端間の距離
が約４ｍｍになるように設けられるとともに、封入物１
３６が封入されて構成されている。発光管１２１は、外
管１２４によって覆われ、口金１２７に固定されてい
る。前記電極１２２・１２２は、それぞれ発光管１２１
の電極封止部１２８・１２８内に気密に封止された金属
箔（モリブデン箔）１２３・１２３を介して、外部リー
ド線（モリブデン線）１２５・１２５に接続されてい
る。外部リード線１２５・１２５のうちの一方には、フ
ェライト永久磁石１２６が固定されている。このフェラ
イト永久磁石１２６により、電極１２２・１２２間のア
ーク部分に、磁力線の方向が鉛直方向の磁界が形成され
るようになっている。なお、前記フェライト永久磁石１
２６は、外部リード線１２５に固定される場合に限ら
ず、上記のような磁界が形成されるように確実に固定さ
れるようになっていればよい。なお、磁力線の向き（Ｎ
極、Ｓ極の極性）は、特に限定されない。

【０１０４】前記発光管１２１内に封入される封入物１
３６としては、例えば、＋３価のヨウ化インジウム（Ｉ
ｎＩ₃）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、ヨウ化スカンジ
ウム（ＳｃＩ₃）、およびヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）
が用いられ、また、図には示さないが室温で約１．４Ｍ
Ｐａの希ガスであるキセノンガスが封入されている。

【０１０５】上記のように構成された高輝度放電ランプ
装置１１０において、アークに印加する磁界を約８、約
５、約３、約２ｍＴの４通りに変化させ、それぞれの磁
界の場合について、点灯回路１１３から出力される矩形
波電流の周波数（点灯周波数）と、電極１２２・１２２
間のアークの湾曲量との関係を測定した。その結果を図
１０に示す。

【０１０６】ここで、上記「アークの湾曲量」は、図１
１に示すように、高輝度放電ランプ１１１を例えば矩形
波交流電流で水平点灯させたときにおける、電極１２２
・１２２の軸線Ｐから、アーク１９１の中央部１９２ま
での距離と定義する。また、アークの中央部１９２と
は、アークの電極先端間中央部で、輝度の一番高い部分
と定義する。このとき図示せぬが、上記アークをＣＣＤ
カメラで撮影し、輝度分布を測定しアークの湾曲量を測
定した。

【０１０７】図１０に示すように、例えば、磁界が約８
ｍＴの場合、点灯周波数がおよそ２８０Ｈｚ〜３６０Ｈ
ｚの範囲では、アークの湾曲量は、点灯周波数の変化に
応じて連続的に変化する。また、点灯周波数が２８０Ｈ
ｚ以下では、アークの湾曲が抑制され、湾曲量は０にな
る（湾曲しない）一方、３６０Ｈｚ以上では、アークの
湾曲量はほぼ最大値になる（アークが大きく湾曲し、管
壁に接触するようになる）。また、印加する磁界を約
８、約５、約３、約２ｍＴと変化させると、アークの湾
曲を抑制することのできる周波数が変化する。

【０１０８】それゆえ、アークに印加する磁界を一定と
した場合、点灯回路１１３から出力される矩形波電流の
周波数（点灯周波数）を制御することによって、電極１
２２・１２２間のアークの湾曲量、すなわち発光管１２
１内での光源（アーク）の位置を移動させることができ
る。

【０１０９】その結果、図１２に示すように、湾曲して
いるアーク１１７と湾曲していないアーク１１８とで
は、集光できる位置を異なるものとすることができる。
つまり、図１２（ａ）に示すように、湾曲していないア
ーク１１８を反射鏡１１２の焦点（反射鏡の軸上）と
は、ずれた位置に設置すると、該アーク１１８から発せ
られ反射鏡１１２で反射された反射光は、該反射鏡１１
２の軸上ではなく、若干ずれた位置に集光することとな
る。これに対して、図１２（ｂ）に示すように、反射鏡
１１２の焦点に、湾曲したアーク１１７を設置すると、
該アーク１１７の反射光は、反射鏡１１２の軸上に集光
する。

【０１１０】上記のような現象は、磁力線の方向と同じ
方向のアークの湾曲に対して生じるものであり、ローレ
ンツ力の作用を利用する従来の装置のように、湾曲方向
と垂直な方向の磁力線を作用させる場合とは異なるもの
である。本発明のアークの湾曲量を制御する構成と従来
のアークの湾曲量を制御する構成との主な相違点を表３
にまとめる。

【表３】

【０１１１】上記のような高輝度放電ランプ装置１１０
は、例えば、図１６に示すように、自動車前照灯用とし
て使用することができる。すなわち、高輝度放電ランプ
に印加する磁界を８ｍＴとしたとき、自動車の運転席近
傍位置に配置された点灯周波数切替スイッチ１１６を操
作して、点灯周波数を２８０Ｈｚまたは３６０Ｈｚに切
り替えることにより、アークの位置を２段階に変化させ
ることができるので、１灯だけでハイビームとロービー
ムとを兼用可能な、簡潔な構成で安価な高輝度放電ラン
プを得ることができる。

【０１１２】また、前記のように、アークに印加する磁
界が約８ｍＴのとき、点灯周波数が２８０Ｈｚから３６
０Ｈｚの範囲では、点灯周波数の変化に応じてアークの
湾曲量が連続的に変化するので、上記の範囲内で上記点
灯周波数切替スイッチ１１６によって点灯周波数を段階
的または連続的に変化させ得るようにすれば、従来のよ
うな反射鏡を変位させるなどの機械的な複雑な調整機構
を用いることなく、前照灯の光軸調整を行うことができ
る。なお、上記のようなビームの切り替えは、２段階に
限らず、さらに多くてもよいし、また、これらのビーム
のうちの何れか、または全てについて、上記のような光
軸調整を行い得るようにしてもよい。

【０１１３】次に、アークの見た目の幅の制御について
説明する。

【０１１４】本実施の形態２−１では、アークの湾曲量
を周波数を変化させることにより制御しているが、上記
アークにはアークの湾曲を抑制する力のほかにローレン
ツ力も作用しており、このローレンツ力が作用している
状態で点灯周波数を変化させると、アークの水平方向の
見た目の幅を変化させることができ、反射鏡に組み込ん
で配光を変化させることができる。

【０１１５】このとき、上記「アークの見た目の幅」と
は、図１４に示すように、高輝度放電ランプを例えば矩
形波交流電流で水平点灯させ、アークを上から見たとき
における、アーク１９１中央部を通り、電極１２２・１
２２の先端間を結ぶ直線に垂直な直線Ｘ上の、最高輝度
に対して２０％の輝度である２点１０１・１０１を結ぶ
距離と定義する。そして、上記アーク湾曲量の場合と同
様にしてこのアークをＣＣＤカメラで撮影し、輝度分布
を測定した。

【０１１６】図１３は、高輝度放電ランプを上から見た
ときの、水平面内のアークの見た目の幅と点灯周波数の
関係を示す。なお、磁界の強さは、約８ｍＴで一定（図
１０参照）とし、点灯周波数を５０、１００、１５０、
２６０、６００Ｈｚに変化させて測定を行った。また、
参考までに、図１０より点灯周波数が５０〜２６０Ｈｚ
のときはアーク湾曲がなく、点灯周波数が６００（Ｈ
ｚ）のときは、アークが湾曲している状態である。図１
３に示すように、点灯周波数によって、水平面内のアー
クの見た目の幅が変化し、周波数が約３００Ｈｚ以下で
アークの幅が変化した。

【０１１７】図１５は、図８に示した高輝度放電ランプ
および反射鏡を上から見た図である。アークの見た目の
幅を変化させることは、反射鏡内の光源の大きさを変化
させることと同じことである。

【０１１８】すなわち、図１５（ａ）に示すように、ア
ークの幅が小さいときはアーク１１９（光源）は小さ
く、反射鏡１１２からの光はスポットビームとなり、図
１５（ｂ）に示すように、アークの幅が大きいときに
は、アーク１２０（光源）は大きく、反射鏡１１２から
の光はワイドビームになる。つまり、点灯周波数切替ス
イッチ１１６を操作して、点灯周波数を１００Ｈｚと３
００Ｈｚとの２種類に切り替えられるようにすると、ア
ークの見た目の幅を変化させることができるので、図１
５に示すようにして、アークの幅を大きくしてワイドビ
ームとし、また、アークの幅を小さくしてスポットビー
ムとするような切替を行うことができる。

【０１１９】本現象は、アークが電極先端間を結ぶ直線
に垂直な方向で水平面方向にローレンツ力を受け、アー
クの湾曲がローレンツ力の方向に移動するため起こる。
そして、放電ランプを交流で点灯させると、ローレンツ
力は、電流の極性の反転と同時に水平面方向で先程と逆
方向に作用し、アークは水平面内の反対方向に移動す
る。このため、周波数の変化によって、一方向に流れる
電流の周期が変化し、アークにローレンツ力が一方向に
作用する時間が変化する。例えば、点灯周波数が低くな
ると、アークにローレンツ力が一方向に作用する時間が
長くなるため、水平面内でアークの移動距離が大きくな
り、水平面内の見た目のアーク幅が大きくなったように
見えるのである。

【０１２０】なお、上記効果は、図１３のように３００
Ｈｚ以下で現れたが、ランプの電極間距離、ランプ電流
などの要因によって効果の現れる周波数は異なるため、
３００Ｈｚ以下に制限されるものではない。

【０１２１】次に、上記のような現象を用いて、自動車
前照灯用として、アークの湾曲量およびアークの見た目
の幅を制御することにより、ハイビームのスポットビー
ム、ロービームのスポットビーム、ロービームのワイド
ビームの３種の配光パターンを切り替える構成について
説明する。

【０１２２】その設計をするための手順を以下に示す。

【０１２３】アーク湾曲がない状態でロービーム、アー
ク湾曲がある状態でハイビームとなるように設計した場
合、図１２の反射鏡の焦点には、アークの湾曲した状態
を合わせる。この場合、ビームの状態とアークの状態は
表４に示す関係となる。

【表４】

【０１２４】ロービームでスポットビームとワイドビー
ムを切り替える場合、アークの幅を変化させつつ、かつ
アークの湾曲がないことが必要である。つまり、本実施
の形態の場合、図１３より、点灯周波数がおおよそ３０
０Ｈｚ以下でアーク幅が変化するので、３００Ｈｚ以下
で、アーク湾曲がないことが必要である。

【０１２５】また、図１０より、ランプに印加する磁界
を８ｍＴとしたとき、点灯周波数が３００Ｈｚ以下の領
域でアークの湾曲に変化がないため使用できる範囲とな
る。よって、例えば、点灯周波数を８０Ｈｚとすること
によって、アーク幅の大きい、湾曲のないアークを得る
ことができ、表４より、ロービームのワイドビームを得
ることができる。また、点灯周波数を３００Ｈｚとする
ことによって、アーク幅の小さい、またアーク湾曲のほ
とんどないアークを得ることができ、表４よりロービー
ムのスポットビームを得ることができる。

【０１２６】また、図１０より、点灯周波数を、例えば
４００Ｈｚとすることによって、湾曲したアークとな
り、アーク幅も小さいままのアークを得ることができ、
ハイビームのスポットビームを得ることができる。

【０１２７】なお、上記周波数の切替は、点灯周波数切
替スイッチ１１６によって行うことができ、任意のビー
ム状態をスイッチ操作一つで、しかも1つのみのランプ
で行うことができる。

【０１２８】（実施の形態２−２）本願発明者らは、実
験を進めるうちに、アークの湾曲方向と同じ方向の成分
をもつ磁界の強さＢと、ランプ電流Ｉと、電極間距離Ｌ
と、点灯周波数ｆと、磁界を作用させた時のアーク湾曲
を抑制しようとする力の大きさＦとの間に以下の式（比
例関係）が成り立つことを見い出した。 Ｆ∝（Ｂ・Ｉ・Ｌ）／ｆ……（１）

【０１２９】そして、前記実施の形態２−１で説明した
点灯周波数とアークの湾曲量との関係は、ランプ電流に
応じて異なり、上記（１）式より、ランプ電流Ｉが大き
いほど、アークに作用する力Ｆが大きくなるので、アー
クの湾曲量が小さくなる。

【０１３０】上記のようにランプ電流Ｉが大きくなるの
は、例えばランプの始動時に、光束の立ち上がりを早く
するために大きなランプ電流を流す場合など、ランプ電
流が一定でない場合である。そこで、そのような場合で
あっても、湾曲量を適切に制御し得る高輝度放電ランプ
装置の例を説明する。なお、以下、前記実施の形態２−
１と同様の機能を有する構成要素については同一の符号
を付して説明を省略する。

【０１３１】図１７は、本発明の実施の形態２−２の高
輝度放電ランプ装置１６０の構成を示す説明図である。
この高輝度放電ランプ装置１６０には、点灯回路１６２
におけるインバータ回路１１４と高輝度放電ランプ１１
１との間に、ランプ電流検知回路１６１が設けられてい
る。また、ランプに印加される磁界は約５ｍＴである。
点灯周波数制御回路１１５は、ランプ電流検知回路１６
１によって検知されたランプ電流に応じて、例えばラン
プ電流が０．６Ａ以上のときには５００Ｈｚ、０．６Ａ
未満のときには１５０Ｈｚの点灯周波数になるように、
インバータ回路１１４を制御するようになっている。ま
た、インバータ回路１１４は、図示しないランプ電流制
御回路の制御によって、図１８に示すように、ランプの
始動直後に定格電流よりも大きなランプ電流を流すよう
になっている。

【０１３２】上記のように構成されることにより、ラン
プの始動直後には、大きなランプ電流が流れて、素早く
光束が立ち上がるとともに、その場合でも、点灯周波数
が定格電流時よりも高くなることによって、定格電流時
とほぼ同様のアークの湾曲量、すなわちアークの位置が
保たれる。

【０１３３】また、実施の形態２−１で示したように自
動車前照灯用として用い、ハイビームとロービームとに
切り替えるような場合、図１８に示すように、ランプ電
流が破線で示す定格電流より大きいときには、上記５０
０Ｈｚを基準に、これよりも高い点灯周波数（図１８中
に示す一点鎖線）に制御するなどしてもよい。また、ラ
ンプ電流が大きいとき、またはランプの始動直後などに
は、一時的に点灯周波数の切り替えを抑制するなどして
もよい。

【０１３４】なお、ランプ電流に応じた点灯周波数の制
御は、上記のように２段階に限らず、多段階や連続的に
変化させるようにして、アークの湾曲量がより一定に保
たれるようにしてもよい。

【０１３５】また、インバータ回路１１４から出力され
るランプ電流がランプの始動時など所定の時間にだけ大
きくなるように制御される場合には、上記のようにラン
プ電流検知回路１６１でランプ電流を検知して点灯周波
数を制御するのに代え、図１９に示すように、点灯回路
１８２にタイマ回路１８１を設けて、上記所定の時間に
だけ、点灯周波数が高くなるように（例えば５００Ｈ
ｚ）する一方、上記所定の時間が経過した後には定格電
流時の点灯周波数（例えば１５０Ｈｚ）になるように高
輝度放電ランプ装置１８０を構成するなどしてもよい。

【０１３６】さらに、直接ランプ電流を検知するのに代
えて、インバータ回路１１４におけるランプ電流を制御
する信号などに応じて、点灯周波数を制御するようにし
てもよい。

【０１３７】（実施の形態２−３）高輝度放電ランプ装
置に磁界を作用させる場合、光出力が変動するちらつき
が生じることがある。このちらつきは、特に、ランプの
始動時など、ランプ電流が大きいときに発生しやすい。
すなわち、上記実施の形態２−２で説明した式（１）よ
り考えると、アークの湾曲が磁界の作用により抑制され
た状態（まっすぐなアークになる状態）のＦよりもさら
に大きいＦを加えると、アークの状態が不安定となり
（暴れ出して）、ちらつきが発生する。

【０１３８】前記実施の形態２−２に示した構成は、そ
のようなちらつきを抑制するためにも有効である。すな
わち、ランプ電流が大きい場合でも、点灯周波数を高く
すれば、ちらつきが生じにくくなる。そこで、必ずしも
アークの湾曲量を制御する必要がない場合でも、実施の
形態２−２で示したように、ランプ電流が大きいときに
点灯周波数を高くすることによって、上記のようなちら
つきを抑制することができる。また、ランプ電流、点灯
周波数、および磁界の強さを最適化すれば、アークの湾
曲量を所望の大きさに制御するとともに、ちらつきを抑
制することもできる。

【０１３９】また、上記のようなちらつきの抑制は、点
灯周波数を変動させることによっても行うことができ
る。すなわち、例えば図２０に示すように、点灯周波数
を比較的短い周期でのこぎり波状に変化させると、ちら
つきが発生しにくくなる。上記点灯周波数の変化は、例
えば点灯周波数を周波数変調（ＦＭ変調）することなど
によって容易に行わせることができる。このように点灯
周波数を変化させる手法は、特にちらつきが生じやす
い、点灯周波数（の平均値）を低くしてアークを湾曲さ
せない場合や湾曲量を小さくする場合に有効であるが、
点灯周波数を高くしてアークの湾曲量を大きくする場合
でも、例えば点灯周波数を３００Ｈｚと３５０Ｈｚとの
間で変化させることなどによって、ちらつきの発生を確
実に抑えることができる。なお、同様の効果は、点灯周
波数の変化範囲（ＦＭ変調の場合には変調幅）や、変化
パターン（ＦＭ変調の場合には変調信号波形）が上記の
ものに限らず得ることができる。

【０１４０】また、さらに、次のようにしても、ちらつ
きを抑制することができる。すなわち、図２１に示すよ
うに、ランプ電流にリップルを含ませ、リップル率（図
中のＢ／Ａ）を例えば１０％程度にすることによって、
やはり、ちらつきを発生しにくすることができる。な
お、ランプ電流波形としては、一般に、同図に示すよう
に矩形波が多く用いられるが、これに限らず、正弦波な
どでも同様の効果は得られる。

【０１４１】なお、上記のような各ちらつきを抑制する
手法は、それぞれ組み合わせて用いるようにしてもよ
い。また、ランプの始動時やランプ電流が大きいときな
どにだけ機能させるようにしてもよいし、点灯中に常時
機能させるようにしてもよい。さらに、ランプ電流の変
化や、発光光量の変化などを検知して、ちらつきが発生
したときに機能させるようにしてもよい。

【０１４２】（第IIの発明群に関するその他の事項）前
記各実施の形態で示した点灯周波数や、ランプ電流の大
きさ、変化量、および磁界の強さなどは、あくまでも一
例であって、これらの種々の設定に対しても、アークの
湾曲量の制御やちらつき抑制の効果を得ることはでき
る。

【０１４３】また、上記の例では、永久磁石としてフェ
ライト永久磁石を用いたが、これに限らず、他の種類の
永久磁石や電磁石を用いてもよく、また、電磁石を用い
る場合には、磁界の大きさや磁力線の方向の制御などと
組み合わせるようにしてもよい。

【０１４４】また、高輝度放電ランプ１１１の封入物１
３６は、上記のものに限るものではない。例えば、封入
物１３６として水銀を含ませる場合には、程度は異なる
が、やはりアークの湾曲量を制御し得る効果を得ること
はできる。また、Ｉｎ（インジウム）のハロゲン化物を
含ませることは、ランプ電圧が高くなることによる点灯
回路の小型化が容易であるなどの点で好ましい。

【０１４５】また、上記のように高輝度放電ランプを水
平点灯させる場合には、上向きに湾曲したアークが形成
されやすいので、安定した確実な湾曲量制御を容易に行
うことができるが、例えば垂直点灯など水平点灯でない
場合でも、やはり同様の作用によって湾曲量を制御する
ことはできる。

【０１４６】また、上記のようにアークの湾曲量はラン
プ電流によっても変化するので、点灯周波数を変化させ
るのに代えて、ランプ電流を変化させることによって、
湾曲量を制御することもできる。

【０１４７】また、上記実施の形態で開示した磁界は、
ランプ条件によって変化するため、この値に制限される
ものではない。上記ランプ条件とは、ランプ電流、ラン
プ内に含まれるガス圧、ランプ内に含まれる金属ハロゲ
ン化物の種類および量、電極先端距離、ランプ電力等で
ある。

【０１４８】また、上記実施の形態では、自動車前照灯
に用いる場合を中心に記載したが、本発明は、例えば、
サーチライト、列車の前照灯など、反射鏡と組み合わさ
れて配光特性が変化する用途において有効であり、上記
実施の形態の分野に限定されるものではない。

【０１４９】また、上記実施の形態で説明した反射鏡の
焦点とランプとの位置関係による配光の変化は、あくま
でも一例であり、反射鏡の設計によっていかようにも変
更できる。

【０１５０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の構成に
よれば、本発明の課題を十分に達成することができる。

【０１５１】即ち、第Iの発明群の発明によれば、発光
管内に一対の電極が互いに対向して設けられ、該発光管
内には水銀を含まない高輝度放電ランプであって、上記
一対の電極間に、上記一対の電極の先端どうしを結ぶ直
線に垂直な方向の磁力線成分を含む磁界を作用させる磁
界発生手段を備えた高輝度放電ランプを構成することに
より、強力な磁界を必要とせずに、より実用的にアーク
湾曲を抑制し長寿命化を達成することができる。

【０１５２】また、第IIの発明群の発明群によれば、発
光管の内部に設けられた一対の電極間に、上記一対の電
極の先端どうしを結ぶ直線に垂直な方向の磁力線成分を
含む磁界を作用させる磁界発生手段を備えた高輝度放電
ランプを構成し、上記一対の電極間に交流電流を供給
し、上記交流電流の周波数を変化させるように上記高輝
度放電灯の駆動装置を構成することにより、簡単かつ安
価な構成で、容易にアークの湾曲量を制御することがで
きる。また、上記アークに該アークの湾曲方向と同じ方
向に磁界を作用させた状態で、周波数制御手段により周
波数を変化させると、容易にアークの見た目の幅を制御
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１−１の高輝度放電ランプ
の概略側面図である。

【図２】高輝度放電ランプを直流点灯した場合と交流点
灯した場合のアークの湾曲状態について説明をするため
の概略図である。

【図３】アークの湾曲を説明するための概略図である。

【図４】本発明の実施の形態１−２の高輝度放電ランプ
の概略側面図である。

【図５】本発明の実施の形態１−２の他の高輝度放電ラ
ンプの構成を示す概略側面図である。

【図６】本発明の実施の形態１−２の他の高輝度放電ラ
ンプの構成を示す概略側面図である。

【図７】本発明の実施の形態１−２の他の高輝度放電ラ
ンプの構成を示す概略側面図である。

【図８】本発明の実施の形態２−１の高輝度放電ランプ
装置の構成を示す概略側面図である。

【図９】本発明の実施の形態２−１の高輝度放電ランプ
装置を構成する高輝度放電ランプの構成を示す概略断面
図である。

【図１０】本発明の実施の形態２−１の高輝度放電ラン
プ装置における、点灯周波数とアークの湾曲量との関係
を示すグラフである。

【図１１】本発明の実施の形態２−１の高輝度放電ラン
プのアークの湾曲量を説明するための説明図である。

【図１２】本発明の実施の形態２−１の高輝度放電ラン
プ装置の配光（ロービームとハイビーム）を説明するた
めの概略側面図である。

【図１３】本発明の実施の形態２−１の高輝度放電ラン
プにおける、点灯周波数と水平面内のアークの見た目の
幅との関係を示すグラフである。

【図１４】本発明の実施の形態２−１の高輝度放電ラン
プのアークの見た目の幅を説明するための説明図であ
る。

【図１５】本発明の実施の形態２−１の高輝度放電ラン
プ装置の配光（スポットビームとワイドビーム）を説明
するための上面図である。

【図１６】本発明の高輝度放電ランプ装置を自動車に組
み込んだ場合の説明図である。

【図１７】本発明の実施の形態２−２の高輝度放電ラン
プ装置の構成を示す説明図である。

【図１８】本発明の実施の形態２−２の高輝度放電ラン
プ装置における、ランプ電流と点灯周波数の時間変化を
示すグラフである。

【図１９】本発明の実施の形態２−２の他の高輝度放電
ランプ装置の構成を示す説明図である。

【図２０】本発明の実施の形態２−３の高輝度放電ラン
プ装置における、点灯回路の点灯周波数の時間変化を示
すグラフである。

【図２１】本発明の実施の形態２−３の高輝度放電ラン
プ装置における、ランプ電流波形を示すグラフである。

【符号の説明】

２１ 発光管 ２２・２２ 電極（タングステン電極） ２３・２３ 金属箔（モリブデン箔） ２４ 外管 ２５ 外部リード線（モリブデン線） ２６ フェライト永久磁石 ２７ 口金 ２８・２８ 電極封止部 ２９ 交流電源 ３０ 磁性体膜 ３１ 遮光膜 ３２ フェライト永久磁石 ３６ 封入物 ４０・４１ アーク ５１ フェライト永久磁石 ５２ セラミックパイプ ５３ 高輝度放電ランプ ５４ 反射鏡（光学ユニット） ５５ フェライト永久磁石 ６５・６６ アーク １０１ アーク輝度が最高輝度に対して２０％の点 １１０ 高輝度放電ランプ装置 １１１ 高輝度放電ランプ １１２ 反射鏡 １１３ 点灯回路 １１４ インバータ回路 １１５ 点灯周波数制御回路 １１６ 点灯周波数切替スイッチ １１７ 湾曲しているアーク １１８ 湾曲していないアーク １１９ 幅の小さいアーク １２０ 幅の大きいアーク １２１ 発光管 １２２ 電極 １２３ 金属箔（モリブデン箔） １２４ 外管 １２５ 外部リード線 １２６ フェライト永久磁石 １２７ 口金 １２８ 電極封止部 １３６ 封入物 １６０ 高輝度放電ランプ装置 １６１ ランプ電流検知回路 １６２ 点灯回路 １８０ 高輝度放電ランプ装置 １８１ タイマ回路 １８２ 点灯回路 １９１ アーク １９２ アークの中央部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 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 (72)発明者 南畑 亮 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11−307048（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−215639（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−63783（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−265795（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−148285（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/50 H01J 61/20 H01J 61/35 H05B 41/231

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管と、 上記発光管の内部に互いに対向して設けられた一対の電
   極と、 上記一対の電極間に、上記一対の電極の先端どうしを結
   ぶ直線に垂直な方向の磁力線成分を含む磁界を作用させ
   る永久磁石とを備えた無水銀高輝度放電ランプの駆動装
   置であって、 上記一対の電極間に流す交流電流を供給する交流電流発
   生手段と、 上記交流電流の周波数を５０Ｈｚから６００Ｈｚの範囲
   で変化させるように上記交流電流発生手段を制御する周
   波数制御手段とを備え、周波数の変化に応じてアーク湾
   曲量とアーク幅とを連続的に制御することができること
   を特徴とする無水銀高輝度放電ランプの駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１の無水銀高輝度放電ランプの駆
   動装置であって、 上記周波数制御手段は、上記交流電流の周波数が所定の
   周期で変動するように、上記交流電流発生手段を制御す
   るように構成されていることを特徴とする無水銀高輝度
   放電ランプの駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項２の無水銀高輝度放電ランプの駆
   動装置であって、 上記交流電流発生手段は、上記周波数制御手段の制御に
   基づいて、周波数変調により、上記周波数の変動をさせ
   るように構成されていることを特徴とする無水銀高輝度
   放電ランプの駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項１の無水銀高輝度放電ランプの駆
   動装置であって、 上記周波数制御手段は、ランプ電流に応じて、上記交流
   電流の周波数を変化させるように、上記交流電流発生手
   段を制御するように構成されていることを特徴とする無
   水銀高輝度放電ランプの駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項４の無水銀高輝度放電ランプの駆
   動装置であって、 さらに、ランプ電流を検知する検知手段を備えるととも
   に、 上記周波数制御手段は、上記検知手段からの出力に応じ
   て、上記交流電流の周波数を変化させるように、上記交
   流電流発生手段を制御するように構成されていることを
   特徴とする無水銀高輝度放電ランプの駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項４の無水銀高輝度放電ランプの駆
   動装置であって、 上記交流電流発生手段は、上記無水銀高輝度放電ランプ
   の始動時に、点灯中よりも大きな電流を流すように構成
   されるとともに、 さらに、上記無水銀高輝度放電ランプの始動開始後、所
   定の時間が経過したことを検知するタイマを備え、 上記周波数制御手段は、上記タイマからの出力に応じ
   て、上記無水銀高輝度放電ランプの始動開始後、所定の
   時間が経過するまで、上記交流電流の周波数が点灯中よ
   りも高くなるように、上記交流電流発生手段を制御する
   ように構成されていることを特徴とする無水銀高輝度放
   電ランプの駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項１の無水銀高輝度放電ランプの駆
   動装置であって、 上記交流電流発生手段は、リップル率が１０％以上のリ
   ップルを含む上記交流電流を出力するように構成されて
   いることを特徴とする無水銀高輝度放電ランプの駆動装
   置。
8. 【請求項８】 発光管と、 上記発光管の内部に互いに対向して設けられた一対の電
   極と、 上記一対の電極間に、上記一対の電極の先端どうしを結
   ぶ直線に垂直な方向の磁力線成分を含む磁界を作用させ
   る永久磁石とを備えた無水銀高輝度放電ランプと、 請求項１の無水銀高輝度放電ランプの駆動装置とを備え
   たことを特徴とする無水銀高輝度放電ランプ装置。
9. 【請求項９】 請求項８の無水銀高輝度放電ランプ装置
   であって、 上記無水銀高輝度放電ランプは、上記発光管内に、少な
   くとも希ガスと、金属ハロゲン化物とが封入されたラン
   プであることを特徴とする無水銀高輝度放電ランプ装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項９の無水銀高輝度放電ランプ装
    置であって、 上記金属ハロゲン化物は、インジウムのハロゲン化物を
    含むことを特徴とする無水銀高輝度放電ランプ装置。
11. 【請求項１１】 請求項８の無水銀高輝度放電ランプ装
    置であって、 上記無水銀高輝度放電ランプは、上記磁力線成分が鉛直
    な方向になるように配置されて点灯されるように構成さ
    れていることを特徴とする無水銀高輝度放電ランプ装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項８の無水銀高輝度放電ランプ装
    置であって、 さらに、上記無水銀高輝度放電ランプから発せられる光
    を反射する反射鏡を備え、 上記周波数制御手段が上記交流電流の周波数を変化させ
    ることによって、 アーク湾曲量とアークの幅とを連続的に制御し、上記反
    射鏡によって反射される反射光の配光特性を変化させ得
    るように構成されていることを特徴とする無水銀高輝度
    放電ランプ装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２の無水銀高輝度放電ランプ
    装置であって、 上記配光特性の変化によって、上記反射鏡によって反射
    される反射光の光軸の方向を調整し得るように構成され
    ていることを特徴とする無水銀高輝度放電ランプ装置。
14. 【請求項１４】 請求項１２の無水銀高輝度放電ランプ
    装置であって、 上記配光特性の変化によって、上記反射鏡によって反射
    される反射光の光軸の方向が、少なくとも２段階の方向
    に切り替わるように構成されていることを特徴とする無
    水銀高輝度放電ランプ装置。