JP4022559B2 - 高圧放電ランプ、高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びにランプユニット、画像表示装置、ヘッドライト装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプ、高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びにランプユニット、画像表示装置、ヘッドライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高圧放電ランプを放電開始させるためには、電極間に２０ｋＶ以上の高圧パルスを印加する必要がある。
そして、このような高圧パルスを発生させるためには、点灯装置に大型のトランスや高耐圧の電子部品等を用いる必要があり、その結果、点灯装置の小型化、および低価格化の弊害となっていた。また、上記高圧パルスの発生時に生じるノイズが、点灯装置または周囲の電子回路の誤動作や故障を引き起こす要因にもなっていた。
【０００３】
そこで従来、例えば特許文献１において示されている高圧水銀ランプのように、近接導体をランプのバルブ外周に配設することで、ランプのブレークダウン電圧を下げ、点灯装置が発生させる高圧パルスの高さを低減することが提案されている。
図１０は、当該従来技術における高圧水銀ランプ５００の構成を示す図である。
同図に示すように従来の高圧水銀ランプ５００は、内部に一対の電極５０４、５０５が所定の間隔をあけて配設され、かつ放電空間５１２が形成されている発光部５０１と、この発光部５０１の両端部にそれぞれ設けられた封止部５０２、５０３とを有するバルブ５５０と、近接導体の巻き付け部５２１およびリード線部５２２とを備えている。
【０００４】
電極５０４、５０５は、それぞれ封止部５０２、５０３に封止されたモリブデン箔５０６、５０７を介して外部リード線５０８、５０９に電気的に接続され、これらモリブデン箔５０６、５０７および外部リード線５０８、５０９を通じて外部から電力の供給を受けるように構成されている。
なお、発光部５０１内には水銀や希ガス等がそれぞれ所定量封入されている。
【０００５】
近接導体の巻き付け部５２１は、発光部５０１と封止部５０２との境界付近を囲むように配設された１ターンの閉ループからなる。また、近接導体の巻き付け部５２１はリード線部５２２を介して他方の封止部５０３の端部から延出されている外部リード線５０９に電気的に接続されている。
このような構成において、電極５０４、５０５に放電開始前印加電圧として、例えば３５０Ｖの直流電圧もしくは５０Ｈｚ未満の交流電圧を印加した後に、当該放電開始前印加電圧よりもかなり高い高圧パルスを重畳して印加し、放電を開始させている。
【０００６】
当該従来技術における高圧水銀ランプでは、電極５０４と、電極５０５との間に高圧パルスを印加することにより、電極５０４に対して、電極５０５、近接導体の巻き付け部５２１、およびリード線部５２２との間に電界が発生し、電極５０４付近に強い電界が集中する。この集中電界により、比較的低い高圧パルスで放電を開始させることができる。
【特許文献１】
特開２００１−４３８３１号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法でも、高圧パルスの高さをせいぜい１５ｋＶ〜２０ｋＶ程度に低減することができるにすぎず、依然としてある程度の大きさのトランスや高耐圧の電子部品等が必要であり、上述した点灯装置の小型化、および低価格化の要請に応えるものではない。また、高圧パルスの発生時に生じるノイズも、それほど低減されていない。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、点灯装置が発生させる高圧パルスの高さを十分に低減させて、点灯装置の小型化、低価格化、および低ノイズ化を図ることができる高圧放電ランプ、高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びにランプユニット、画像表示装置、ヘッドライト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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る高圧放電ランプは、内部に一対の電極が配設され、かつ放電空間が形成されている発光部とこの発光部の両端部にそれぞれ設けられた第１の封止部および第２の封止部とからなるバルブと、少なくとも前記発光部または前記第１の封止部の外周を囲むように巻回された巻回部と当該巻回部から前記発光部の外面に近接または接触するように前記発光部を渡って前記第２の封止部側に延びるリード線部とからなる近接導体とを備え、前記近接導体は、そのリード線部が前記第２の封止部側の前記電極と電気的に接続されており、前記巻回部は、前記第１の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含み、かつ前記バルブの長手方向に対して垂直な平面を第１の基準面とし、第１の基準面より第１の封止部に沿って５ｍｍ離れた位置であって当該第１の基準面に平行な平面を第２の基準面、前記第１の基準面に平行であって第２の封止部側の電極の先端部を通る平面を第３の基準面とした場合に、前記第２の基準面から前記第３の基準面までの範囲に、前記近接導体の巻回部の少なくとも一部が略らせん状に０．５ターン以上巻き付けられ、かつ、その範囲内に前記発光部または前記第１の封止部を囲む閉ループが含まれていないことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る高圧放電ランプは、内部に一対の電極が配設され、かつ放電空間が形成されている発光部とこの発光部の両端部にそれぞれ設けられた第１の封止部および第２の封止部とからなるバルブと、前記発光部または前記第１の封止部の外周を囲むように巻回された巻回部と当該巻回部から前記発光部の外面に近接または接触するように前記発光部を渡って前記第２の封止部側に延びるリード線部とからなる近接導体とを備え、前記近接導体は、そのリード線部が前記第２の封止部側の前記電極と電気的に接続されており、巻回部には、前記発光部または前記第１の封止部を囲む閉ループが含まれておらず、前記第１の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含み、かつ前記バルブの長手方向に対して垂直な面を第１の基準面とし、第１の基準面より第１の封止部に沿って２０ｍｍ離れた位置であって当該第１の基準面に平行な平面を第２の基準面、前記第１の基準面に平行であって第２の封止部側の電極の先端部を通る平面を第３の基準面とした場合に、前記第２の基準面から前記第３の基準面までの範囲に前記近接導体の巻回部の少なくとも一部が略らせん状に０．５ターン以上巻き付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のような構成の高圧放電ランプによれば、当該高圧パルスを低く抑えることができる。その結果、点灯装置に搭載するトランスを小さくすることができるとともに、その他の電子部品等の耐圧を低くすることができ、小型化、軽量化、および低コスト化が可能となる。また、従来の高圧パルスの発生時に生じていたノイズも低減され、周囲の電子回路が当該ノイズの影響で誤動作するようなことがなくなる。
【００１２】
なお、本発明で言う「電極の根元部分に位置する放電空間の端」とは、当該電極の根元部分における発光部の内面のうち曲率が最大となる部分を示す。
また、本発明で言う「高周波電圧」とは、交流電圧の基本波が高周波である場合のみならず、当該基本波が所定の周波数に達していなくても、その高調波成分が所定の周波数以上の高周波である電圧をいうものとする。
【００１３】
ここで、前記第１の基準面と、前記第２の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含みかつ前記第１の基準面に平行な第４の基準面とに挟まれた範囲において、前記近接導体のリード線部と前記発光部の内面との最小距離が１０ｍｍ以下であることが望ましい。
また、前記第２と第３の基準面で挟まれた範囲において、前記近接導体の巻回部における略らせん状に巻き付けられた部分のピッチ間隔が、１．５ｍｍ以上であることが望ましい。
【００１４】
なお、このピッチ間隔は、近接導体の任意の位置から一周(３６０度)移動した位置(１ターン位置)の間の距離とする。
また、本発明は、上記高圧放電ランプの点灯方法であって、前記一対の電極に高周波電圧を印加した後に、前記高圧放電ランプの放電を開始させることを特徴としている。
このようにすれば、上記構成の高圧放電ランプの放電空間内に高周波電界を発生させることができ、放電空間内の初期電子を増加させて、かなり低い高圧パルスで効果的に点灯させることができる。
【００１５】
ここで、前記高周波の周波数は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
また、前記高周波の振幅は、４００Ｖ以上であることが望ましい。
また、本発明は、上記高圧放電ランプを点灯させる点灯装置であって、 前記一対の電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段を備えることを特徴としている。
これにより上記高圧放電ランプの効果的な点灯方法を実現する装置を提供できる。
【００１６】
ここで、前記高周波の周波数は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
また、前記高周波の振幅は、４００Ｖ以上であることが望ましい。
また、本発明に係る高圧放電ランプ装置は、上記高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを点灯させる上記点灯装置とを備えていることを特徴とする。
また、さらに本発明に係るランプユニットは、凹面状の反射ミラー内に、上記高圧放電ランプが組み込まれていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る画像表示装置は、上記高圧放電ランプ装置が用いられていることを特徴とする。
さらに、本発明に係るヘッドライト装置は、上記高圧放電ランプ装置を用いていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る高圧放電ランプおよび点灯装置等を、高圧水銀ランプを例にして説明する。
（１）高圧水銀ランプ１００の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る高圧水銀ランプ１００の構成を示す図である。
同図に示すように高圧水銀ランプ１００は、内部に放電空間１２が形成されたほぼ球形状またはほぼ回転楕円体形状の発光部１と、この発光部１の両端部にそれぞれ設けられた第１の封止部２および第２の封止部３とを有する石英ガラス製のバルブ１４と、電極４、５、モリブデン箔６、７、および外部リード８、９がそれぞれ順次接続された電極構造体１０、１１と、第１の封止部２の外周に巻き付けられ、かつ発光部１の外面に近接または接触するように発光部１を渡って第２の封止部３側に延びるとともに、一端が外部リード９、つまり電極５に電気的に接続された近接導体１１０とを備えている。
【００１９】
電極４、５は、タングステン製であって、電極軸４１、５１の先端部には、それぞれ電極コイル４２、５２が固着されている。また、電極４、５は発光部１内において互いに略対向するように配設されている。
外部リード線８、９は、モリブデン製であって、各封止部２、３の端面から外部に導出されている。
【００２０】
発光部１内には、発光物質である水銀１３、始動補助用としてアルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス、および沃素、臭素などのハロゲン物質がそれぞれ封入されている。
このハロゲン物質は、いわゆるハロゲンサイクル作用により、電極４、５から蒸発したタングステンを発光部１の内面に付着させることなく元の電極４、５に戻して、発光部１の内面が黒化するのを抑制するために封入されている。
【００２１】
また、水銀１３の封入量は発光部１の内容積あたり１５０ｍｇ／ｃｍ3〜３５０ｍｇ／ｃｍ3、例えば２００ｍｇ／ｃｍ3であり、また希ガスのランプ冷却時の封入圧力は１００ｍｂ〜４００ｍｂの範囲に設定されている。
なお、本発明において数値範囲を「ａ〜ｂ」と規定する場合には、下限ａおよび上限ｂの値をも含む範囲を示すものとする。
【００２２】
近接導体１１０は、鉄とクロムとの合金からなる導線であり、第１の封止部２にコイル状に巻回されたコイル形状部（巻回部）１０１と、このコイル形状部１０１の発光部１側の端部から発光部１に近接または接触するように発光部１を渡って第２の封止部３側に延び、外部リード線９に電気的に接続されるリード線部１０２とからなる。
図１に示すように、第１の封止部２側の電極４の根元部分に位置する放電空間１２の端を含み、かつバルブ１４の長手方向（管軸方向）に対して垂直な平面を基準面Ｘ1（第１の基準面）とした場合に、この基準面Ｘ1に平行であって、第１の封止部２に沿って５ｍｍ離れた位置にある平面を基準面Ｙ（第２の基準面）とし、基準面Ｘ1に平行であって第２の封止部３側の電極５の先端部（本実施の形態では、基準面Ｘ1から５ｍｍ）を通る平面を基準面Ｚ（第３の基準面）とした場合に、当該基準面ＹとＺで挟まれた範囲において、近接導体１１０のコイル形状部１０１の少なくとも一部が、発光部１または第１の封止部２の外周に略らせん状に０．５ターン以上巻き付けられ、かつ発光部１または第１の封止部２を囲む閉ループを形成しないようになっている。詳しくは後述する。
【００２３】
本実施の形態では、具体例として、近接導体１１０のコイル形状部１０１は、第１の封止部２の発光部１側端部の外周に略らせん状になるように約４ターンだけ巻き付けられており、そのうち基準面Ｙと基準面Ｘ1との間に約２ターン含まれるようにしている。
また、この近接導体１１０に使用する導線の線径は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲であることが望ましい。線径が０．１ｍｍより細いと、ランプ点灯中に発光部１で発生する熱で焼き切れる可能性があり、他方、線径が１ｍｍを超えると加工がしにくく、また発光部１を横切る部分で光束を少なからず遮蔽して発光効率を低下させるからである。
【００２４】
さらに、この近接導体１１０のピッチ間隔は、１．５ｍｍ以上であることが望ましい。ピッチ間隔が１．５ｍｍ未満では、熱による経時変化等によって寿命中に閉ループを形成してしまうおそれがあるからである。ここで、「ピッチ間隔」は、近接導体の任意の位置から一周(３６０度)移動した位置(１ターン位置)の間のバルブ長手方向の距離とする。
なお、近接導体１１０の巻き数は、図１のように４ターンに限らず、０．５ターン以上であれば、何ターンでもよい。但し、隣接するターン同士が接触しないようにするのが望ましく、またその巻き付ける位置も、第１の封止部２のうち、発光部１に近い位置が望ましい。
【００２５】
また、リード線部１０２は、後述する放電空間１２内の初期電子を活性させるという観点からは、発光部１の外表にできるだけ接触するように配されることが望ましいが、高圧水銀ランプ１００がほぼ水平な状態（バルブ１４の長手方向がほぼ水平な状態）で点灯される場合に、発光部１のうち、一対の電極４，５間のアークが発生する部分の真上の部分が一番温度が高くなり、この部分の外表にリード線部１０２が接触していると当該リード線部１０２の接触箇所が溶融もしくは変質するおそれがあるので、このようなことにならないように、少なくとも当該部分（発光部１の管軸方向における中央部）においては、発光部１の外表に接触させない方がよい。
【００２６】
（２）高圧水銀ランプ１００の点灯方法
上述のように高圧水銀ランプ１００を構成し、電極４、５間に、所定の高周波電圧を印加した後に高圧パルスを印加すると、かなり低い高圧パルスでも放電を開始することができる。
図２は、上記高周波電圧と高圧パルスの印加状態を示す波形の概略図である。前記高周波電圧の振幅はＶａであって、約３０ｍｓ間、電極４、５間に印加されたのち、振幅Ｖｂの高圧パルスが印加される。
【００２７】
ここで、当該高周波の周波数は１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであることが望ましく、また、振幅Ｖａは４００Ｖ以上であることが望ましい。
このように高周波電圧を所定時間（本例では約３０ｍｓだが、この値に限定されない。）印加した後、高圧パルスを印加する処理を１回から数回繰り返すと、電極４、５間で放電が開始されるが、このときのブレークダウン電圧の値は、上記特許文献１に開示されているものに比べ、十分に低く抑えることが可能となった。
【００２８】
以下に、高周波電圧の周波数およびその振幅とブレークダウン電圧の低減の関係を実験により示す。
（実験１）
まず、ブレークダウン電圧を効果的に低減させるために最適な高周波電圧の周波数の範囲について実験を行った。次の図３は、その実験結果を示すものである。
【００２９】
本実験は、図１の構成を有する１５０Ｗタイプの高圧水銀ランプ１００について、希ガスとしてアルゴンを使用し、その封入ガス圧を１００ｍｂ、２００ｍｂ、３００ｍｂ、４００ｍｂとする４種類の試作ランプを各５０本製作し、これらの試作ランプに印加する高周波電圧の周波数を変化させて放電開始させたときのブレークダウン電圧を計測したものである。１５０Ｗタイプの高圧水銀ランプ１００として、放電空間１２を形成する発光部１のガラス外径１０ｍｍ、ガラスの平均肉厚２ｍｍを使用した。また近接導体１１０のコイル形状部１０１の内径(以下、「コイル内径」という。)を６ｍｍとした。なお、図３における各ブレークダウン電圧の値は、それぞれの条件における複数の試験ランプのブレークダウン電圧のうち、最大の値が記載されている。
【００３０】
近接導体１１０の第１の封止部２への巻き数も図１に示したのと同様、４ターンとした。
ここで、高周波電圧の振幅は１ｋＶに設定した。
なお、本実験で封入ガス圧を１００ｍｂから４００ｍｂに設定したのは、１００ｍｂより封入ガス圧が低くなるとランプの寿命特性が悪くなることが事前の実験から分かっており、また４００ｍｂより高く発光管内に封入することは製造上困難であったからである。
【００３１】
このような条件の下で上記実験を行ったところ、図３に示すように、少なくとも０．５ｋＨｚ以上の高周波電圧を放電開始前印加電圧として印加することにより、封入ガス圧が一番高い４００ｍｂのものでもブレークダウン電圧を従来の１５ｋＶ〜２０ｋＶより低い１３．０ｋＶ以下に抑えることができ、特に周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲では、ブレークダウン電圧を８．０ｋＶ以下に抑えることができることが実証された。
【００３２】
このように高周波電圧の周波数を所定範囲にすることによって、ブレークダウン電圧をより低く抑えることできたのは、次のような原理によるものと考えられる。
図４は、当該原理を説明するための模式図であり、便宜上、近接導体１１０のコイル形状部１０１分は、その断面のみで示している。
同図において、
（ａ）電極軸４１およびモリブデン箔６と、近接導体１１０との間には浮遊容量Ｃが存在し、近接導体１１０と、電極軸４１およびモリブデン箔６との間に高周波電圧が印加されることにより、コイル状の近接導体１１０に高周波電流が流れる。
【００３３】
（ｂ）この高周波電流により、電極軸４１の長手方向に対して反転する高周波磁界Ａが発生する。
（ｃ）この高周波磁界Ａによる電磁誘導により高周波電界が発生し、これが放電空間１２内の初期電子に作用して激しく振動させる。
もちろん、電極４、５間に高周波電圧を印加することにより、電極軸方向にも高周波電界が発生するが、さらに近接導体のリード線部１０２に高周波電流が流れることにより生じる高周波磁界Ｂが作り出す高周波電界の効果が加わると、放電空間１２内の電子の運動がより活発になることになる。
【００３４】
（ｄ）この活発になった電子が希ガス（本例ではＡｒ）の粒子に衝突し、Ａｒがさらに、蒸気化している水銀の粒子に衝突することにより、水銀から電子が放出されて放電空間１２内の初期電子の量が増す。
これにより放電空間１２内の初期電子が飛躍的に増すため、かなり低い高圧パルスでも放電開始できるものと考えられる。
【００３５】
したがって、高周波電圧の周波数が一定限度より低いと、高周波磁界を十分に発生することができず、また、反対にあまり高すぎると、電子の振動の周期が速くなりすぎて十分な移動距離がとれず、却ってその動きが拘束されて他の物質に衝突する確率が低くなるから、初期電子の増加にあまり貢献しない。
以上のように、ブレークダウン電圧を低下させるためには、高周波電圧の周波数を０．５ｋＨｚ以上とすることで一定の効果があり、さらに当該周波数を１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲とすることにより特に優れた効果が得られる。
【００３６】
なお、この周波数範囲は、近接導体１１０の巻き数を、０．５ターンから１０ターンまで変化させてもほぼ同様であった。
図４で説明した本発明の原理からすると、巻き数が１１ターン以上となってブレークダウン電圧低減の効果が減少するとは考えられないから、結局、近接導体１１０の巻き数は、０．５ターン以上あればよいことになる。
【００３７】
（実験２）
上述のように一定以上の強さの高周波磁界の発生により、放電空間１２内の電子の運動がより活性になりブレ−クダウン電圧を低減できるとすれば、当該高周波磁界の大きさに寄与する高周波電圧の大きさにも望ましい範囲があると考えられる。
そこで、次に、当該高周波電圧の大きさ（振幅）とブレークダウン電圧との関係を調べるための実験を行った。
【００３８】
次の図５は、その実験結果を示すものである。同図における各ブレークダウン電圧の値は、それぞれの条件における複数の試験ランプのブレークダウン電圧のうち、最大の値が記載されている。
なお、本実験では、図３の実験の場合と同じ１５０Ｗタイプの高圧水銀ランプで、封入ガス圧を４００ｍｂに設定したものを使用した。
【００３９】
また、高周波電圧の周波数は１００ｋＨｚに設定している。
図５の実験結果からも分かるように、高周波電圧の振幅が４００Ｖ以上あれば、ブレークダウン電圧を８．０ｋＶ以下に抑えることができる。
したがって、高周波電圧の振幅は、４００Ｖ以上であることが望ましい。この実験結果は、近接導体１１０の巻き数を、０．５ターンから１０ターンまで変化させてもほぼ同様であり、上述したのと同じ理由から、近接導体１１０の巻き数は、０．５ターン以上であればよいと言える。
【００４０】
図５の実験結果に示された高周波電圧の振幅とブレークダウン電圧の関係から振幅が増加するとブレークダウン電圧が低下する。高周波電圧の振幅５ｋＶでブレークダウン電圧は５ｋＶ以下になり、高周波電圧の振幅８ｋＶでブレークダウン電圧は４ｋＶ以下となると推定される。高周波電圧の振幅はピーク〜ピークで示されているから、この場合の端子間電圧は８ｋＶの半分の４ｋＶである。
【００４１】
すなわち、高周波電圧の振幅が８ｋＶで特別な高圧始動回路を使用しなくとも高周波電圧の振幅でブレークダウンが可能となる。これが本発明で目標とする高周波電圧の振幅の上限値である。すなわち高周波電圧の振幅は８ｋＶ以下で十分である。
上記実験１、２と同様な実験を、１３０Ｗ、２００Ｗ、２７０Ｗタイプの高圧水銀ランプについても行ったところ、同様な実験結果を得ることができた。
【００４２】
なお、本発明によれば、近接導体１１０の略らせん状に巻きつけたコイル形状部１０１の内径(直径)とリード線部１０２の発光部１からの距離は、後述する所定の範囲内において任意に設定できる。このため大きさ、形状が異なるランプであっても、その基本構成が同じであれば、前述の原理に従って同じ作用をする。
よって、高周波電圧の周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであって、その振幅４００Ｖ以上であれば、高圧水銀ランプの大きさにはかかわりなく、ブレークダウン電圧を十分に低下できる。
【００４３】
なお、上述したように高周波磁界による高周波電界の発生という本発明の原理からすれば、高周波電圧の基本波自身が上記条件（周波数；１ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、振幅；４００Ｖ以上）を満たさなくても、当該基本波に含まれる高調波成分が上記条件を満たしておれば、同様の効果を得られるものである。
（３）近接導体のコイル形状部の取り付け位置及びコイル内径等
（３−１）近接導体のコイル形状部の取り付け位置と閉ループの有無
上述したように本発明の構成により、ブレークダウン電圧を大幅に小さくできたのは、近接導体１１０の封止部に位置する部分をコイル状にして封止部に巻回したため、一対の電極に高周波電圧を印加することにより、電極４１およびモリブデン箔６と、近接導体１１０との間に介在する浮遊容量Ｃを介して、コイル状の近接導体１１０に高周波電流が流れ、これにより高周波磁界Ａが発生し（図４参照）、この高周波磁界Ａによる電磁誘導により高周波電界が発生し、これが放電空間１２内の初期電子に作用して激しく振動させ、初期電子の量を増大させたからである。
【００４４】
そのためには、近接導体のコイル状部分は、できるだけ基準面Ｘ1に近い方が望ましいことはいうまでもない。
そこで、基準面Ｘ1からどれだけ離してもブレークダウン電圧低下の効果が得られるかの実験を行った。この際の試験ランプは、実験１と全く同じ構成の封入ガス圧４００ｍｂの条件で、ただ近接導体のコイル形状部１０１の位置のみを変化させ、ブレークダウン電圧を測定した。なお、この際の高周波電圧の周波数は、１００ｋＨｚでその振幅を１ｋＶとし、コイル形状部は、らせん状に４ターン巻きつけた。
【００４５】
コイル形状部に、封止部を取り囲む閉ループが存在しない場合の例として、基準面Ｘ1から１８ｍｍの位置を起点とし、終点が基準面Ｘ1から２０ｍｍとなる０．５ターンのコイル形状部１０１が存在する条件での実験では、ブレークダウン電圧も８．０ｋＶであった。このように図１０に示した従来の場合に比べて満足のいく結果が得られた。ただし、ピッチ間隔が狭くなって隣接するターン同士が接触するなどしてコイル形状部１０１にひとつでも閉ループが形成されると、期待するほどブレークダウン電圧が低下しなかった。実際に基準面Ｘ1から１５ｍｍの位置を起点とし、４ターンを巻き付けたコイル形状部において基準面Ｘ1から２１ｍｍで隣接するターン同士を接触させた実験では、ブレークダウン電圧が１２．０ｋＶであった。
【００４６】
これは、高周波磁界の発生している場に、導体の閉ループが存在すると、当該導体に上記高周波磁界を打ち消す方向に磁界が生じるためであると考えられる。したがって、コイル形状部１０１に閉ループが存在しない場合には、基準面Ｘ1から管軸方向に２０ｍｍの位置までにおいて、少なくとも近接導体のコイル形状部が０．５ターン存在すれば、好ましいブレークダウン電圧低下の効果が得られる。
【００４７】
なお、近接導体１１０のコイル形状部１０１が最も基準面Ｘ1から離れた位置（２０ｍｍ）にあり、コイル形状部１０１における巻き数が多ければ、当該コイル形状部１０１の端と、ランプの封止部２端部から導出されている外部リード線８もしくは外部リード線８に接続された導体との距離も小さくなるが、この距離があまり小さくなり過ぎると、高圧パルス印加時に両者間に放電が生じて点灯不良になるので、両者間の距離は、最低５ｍｍは必要であり、さらには１０ｍｍ以上の距離がある方が望ましい。
【００４８】
封止部２にコイル形状部１０１を設ける位置を上記基準面Ｘ1に近付けていくと、高周波電圧の印加によりコイル形状部１０１に発生した高周波磁界の放電空間へ影響力が徐々に強くなり、基準面Ｘ1と、この基準面Ｘ1から５ｍｍ離れた基準面Ｙ（図１参照）との間に０．５ターンが含まれるようになったときには、ブレークダウン電圧を６．０ｋＶにできた。
【００４９】
コイル形状部１０１を設ける位置で最も第２の封止部３に近い位置は、電極５の先端を通過する基準面Ｚまでである。これ以上第２の封止部３側にコイル形状部を設けても、対応する電極５やモリブデン箔７の電位と同じになるので、この部分で高周波磁界が発生せず、意味がないからである。実際に、基準面Ｘ1から第２の封止部３方向にほぼ５ｍｍの位置を基準面Ｚとして、この位置までに０．５ターンのコイル形状部１０１が位置しても効果上問題はなかった。この位置にあっても電極４との間に高周波磁界が形成され得るからである。
【００５０】
なお、このとき試験的に、コイル形状部の隣接する１組のターンを接触させて閉ループを形成したが、基準面Ｘ1から５ｍｍより離れた位置（基準面Ｙより外側）に閉ループを形成した場合には、それほどブレークダウン電圧低下の効果が損なわれることはなかったが、閉ループの位置が基準面Ｙから基準面Ｚの間にあるときは、満足のいくブレークダウン電圧の低下を得られなかった（１１．５ｋｖ）。
【００５１】
すなわち、上述したように高周波磁界を効果的に形成する上でコイル形状部１０１には閉ループが形成されていない方が望ましいが、コイル形状部１０１の位置が、放電空間１２に近付くほど、当該コイル形状部１０１により形成される高周波磁界の影響力が大きくなり、閉ループがひとつぐらいあっても十分ブレークダウン電圧低減の効果が得られるようになったものと考えられる。しかし、二つの基準面Ｙ、Ｚで挟まれた範囲に、コイル形状部１０１の一部に閉ループが形成されていると、この閉ループにより生じる前記高周波磁界を打ち消す方向の磁界の影響が直接放電空間１２に及び、ブレークダウン電圧の低減効果の発生を阻害してしまうものと考えられる。その境界点が、上記基準面Ｘ1から５ｍｍ離れた基準面Ｙとなるのである。
【００５２】
逆にいうと、上記基準面Ｙと基準面Ｚに挟まれた範囲内に、０，５ターン以上のらせん状のコイル形状部１０１があれば、十分な高周波磁界を放電空間１２に及ぼすことができ、例え、この範囲外に閉ループが形成されていても、所期するブレークダウン電圧低減の効果が得られるのである。
以上をまとめると、（ａ）コイル形状部１０１に閉ループが形成されていない場合には、基準面Ｘ1から第１の封止部２方向に２０ｍｍ離れた位置までに、０．５ターン以上のらせん部が形成されておればよく、また、（ｂ）たとえ、コイル形状部１０１の一部に閉ループが形成されたとしても、基準面ＹとＺとの間に当該閉ループが含まれず、かつ、０．５ターン以上のらせん部があれば、良好なブレークダウン電圧の低下の効果が得られるものである。
【００５３】
なお、ここで論じている「閉ループ」は、コイル形状部１０１による高周波磁界の発生を妨害する電流を発生する閉ループであるから、発光部１または第１の封止部２を囲む閉ループである。発光部１、第１の封止部２を囲まない閉ループについては、どの部分に形成されていても、本発明の効果には影響を生じない。
（３−２）コイル形状部の直径の範囲
近接導体１１０のコイル形状部１０１の最小の内径は高圧水銀ランプ１００の構造による制約から封止部２、３の外径までである。
【００５４】
そこで、次にコイル形状部１０１の許容される最大内径について実験を行った。
実験条件は、上記図１に示す高圧放電ランプ１００において前記基準面Ｘ1から２０ｍｍの位置における発光部１側に０．５ターンのコイル形状部１０１を、ランプの管軸とほぼ同心円状に配置しつつ、コイル内径を徐々に大きくして、ブレークダウン電圧を測定する実験を行った。ここで、ガス封入圧は４００ｍｂとし、高周波電圧の振幅を１ｋＶに固定しつつ、周波数を、１．０ｋＨｚから１．０ＭＨｚまでの適当な値に変化させながら繰り返し実験を行った。
【００５５】
するとコイル内径を、ほぼ１５ｍｍまでに大きくしても、ブレークダウン電圧を８ｋＶ程度に抑えることができた。
一般にターン数の少ないコイルについては、その中心付近に発生する磁界の強度は、コイルの半径に反比例するが、本願発明の原理は、上述したように電極軸４１およびモリブデン箔６との間に浮遊容量Ｃが存在し（図４参照）、この容量Ｃとコイル形状部１０１のインダクタンスとの間には、共振回路が形成されて放電空間内に強い高周波電界が生成され、ブレークダウン電圧の低下の効果が得られるものであり、しかも、この共振回路は複数で相互に複雑に影響し合っているものと考えられる。
【００５６】
そして、コイル内径の増大に伴って浮遊容量Ｃの大きさも変化し共振点も変動するが、適当な範囲の周波数での共振が存在する以上、高周波電界を生成することができブレークダウン電圧の低下に効果的に作用する。しかし、コイル内径がある一定以上に大きくなると、放電空間１２の初期電子に作用する磁界強度そのものが小さくなる上、コイル内径の増大に伴ってコイル形状部１０１と、モリブデン箔６もしくは電極４１間の容量が低下して、コイル形状部１０１に電流が流れにくくなり、これらが総合的に作用してブレークダウン電圧の低下における効果が得られなくなったからであると考えられる。
【００５７】
なお、実験では、コイル内径の最大が上記１５ｍｍで所期の効果が得られたが、始動動作が若干不安定になる傾向があり、実際に安定して効果を得るためには、コイル形状部１０１の最大内径が１０ｍｍ以下であることが望ましい。
また、コイル形状部１０１により発せられる高周波磁界が、発光部内の放電空間に作用することが重要なのであるから、コイル形状部１０１の径を大きくとる場合でもせいぜい発光部の最大外径（本実施の形態では１０ｍｍ）までで十分であり、それ以上大きくする必要性はないであろう。
【００５８】
（３−３）リード線部と発光部との距離
また、図４でも説明したように磁界Ａと磁界Ｂが相互に作用して本発明の効果を出していると考えられるため、近接導体のリード線部１０２は、発光部１の外面に近接または接触させてできるだけ放電空間１２に近づける方が望ましく、上記基準面Ｘ1と、第２の封止部３側の電極５の根元部分に位置する放電空間１２の端を含み、かつバルブ１４の長手方向に対して垂直な別の基準面Ｘ2（第４の基準面）とに挟まれた領域において、近接導体のリード線部１０２と発光部１の内面との最小距離が１０ｍｍ以下である場合に特に優れた効果が得られることが実験により確認されている。
【００５９】
（４）点灯装置
図６は、上記高圧水銀ランプ１００を点灯させるための点灯装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように本点灯装置は、ＤＣ電源回路２５０と電子安定器３００とからなり、電子安定器３００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、ＤＣ／ＡＣインバータ３０２、高圧パルス発生回路３０３、制御回路３０４、管電流検出回路３０５および管電圧検出回路３０６とから構成される。
【００６０】
ＤＣ電源回路２５０は、家庭用の交流１００Ｖにより直流電圧を生成し、電子安定器３００に給電する。電子安定器３００のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は、ＤＣ電源回路２５０から供給された直流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換し、ＤＣ／ＡＣインバータ３０２に供給する。
ＤＣ／ＡＣインバータ３０２は、所定の周波数の交流矩形電流を生成して高圧水銀ランプ１００に印加する。高圧水銀ランプ１００を放電開始させるために必要となる高圧パルス発生回路３０３は、例えばトランスを含んでおり、ここで発生された高圧パルスを高圧水銀ランプ１００に印加することで、放電を開始させている。
【００６１】
一方、管電流検出回路３０５、管電圧検出回路３０６がそれぞれＤＣ／ＡＣインバータ３０２の入力側に接続されており、間接的に高圧水銀ランプ１００のランプ電流、ランプ電圧をそれぞれ検出し、その検出信号を制御回路３０４に送出する。
制御回路３０４は、これらの検出信号と内部メモリに格納されたプログラムに基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１やＤＣ／ＡＣインバータ３０２を制御して、上述の点灯方法により高圧水銀ランプ１００を点灯させる。
【００６２】
図７は、上記制御回路３０４で実行される、１５０Ｗタイプの高圧水銀ランプ１００の点灯制御内容を示すフローチャートである。
点灯スイッチ（不図示）が、ＯＮされると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、ＤＣ／ＡＣインバータ３０２を制御して、上述した条件を満たす所定の高周波電圧を発生させ、高圧水銀ランプ１００に印加し（ステップＳ２）、その印加時間が３０ｍｓになると、高圧パルス発生回路３０３により、例えば８ｋＶの高圧パルスを発生させて、高圧水銀ランプ１００に印加する（ステップＳ３：Ｙｅｓ、ステップＳ４）。
【００６３】
そして、高圧水銀ランプ１００がブレークダウンしたか否かを判断する（ステップＳ５）。高圧水銀ランプ１００がブレークダウンして放電が開始されると、ランプ電圧が一定の値より低下するので、制御回路３０４は管電圧検出回路３０６からの検出信号をモニターすることにより、ブレークダウンの可否を判断できる。
もし、高圧水銀ランプ１００がブレークダウンしていなければ（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ９に移行して、点灯制御開始後２秒経過したか否かを判断し、経過していなければ再びステップＳ２に戻ってそれ以降のステップを繰り返し、再びステップＳ５に至り、高圧水銀ランプ１００がブレークダウンしたと判断された場合はステップＳ６に移り、ランプ電圧が５０Ｖ以下か否かを判断する。
【００６４】
ランプ電圧が５０Ｖ以下ならば（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ７の定電流制御に移行する。この定電流制御は、管電流検出回路３０５の検出信号に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１を制御してランプ電流が一定の電流値、３Ａになるように制御する。
ランプ電圧が５０Ｖを超えていれば（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ８の定電力制御に移行する。この定電力制御は、制御回路３０４で管電流検出回路３０５、管電圧検出回路３０６の検出信号に基づきランプ電流とランプ電圧をモニターし、その積のランプ電力が常に１５０Ｗとなるように、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ３０１から出力される電流値をフィードバック制御することにより実行される。また、上記ステップＳ６〜ステップＳ８は、ランプ点灯中（ステップＳ１１：Ｎｏ）は常時繰り返されており、点灯スイッチがＯＦＦにされると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、処理を終了する。なお、定電流制御および定電力制御時に高圧水銀ランプ１００に印加される電圧は約１７０Ｈｚの交流電圧である。
【００６５】
一方、ステップＳ９において、点灯制御の開始後２秒経過したと判断された場合には、高圧水銀ランプ１００に何らかの異常があると判断し、ステップＳ１０に移って高圧水銀ランプ１００に対する出力を停止した後、点灯制御を終了する。
（５）高圧水銀ランプ１００の利用分野
（５−１）ランプユニットおよび液晶プロジェクタ
高圧水銀ランプ１００は、小型でありながら高輝度であるので、液晶プロジェクタなどの光源としてよく利用されており、この場合には、通常反射ミラーと組み合わせてランプユニットとして出荷される。
【００６６】
図８は、上記高圧水銀ランプ１００を組み込んだランプユニット２００の構成を示す一部切欠き斜視図である。同図に示すように、ランプユニット２００は、封止部３の端部に口金２０が装着され、スペーサ２１を介して、内面が凹面鏡となっている反射ミラー２２にセメントなどで固着される。この際、反射ミラー２２による集光効率を向上させるため、電極４、５間の放電アークの位置が反射ミラー２２の光軸とほぼ一致するように調整された状態で取り付けられるようになっている。
【００６７】
高圧水銀ランプ１００の外部リード線８および９（図１参照）には、反射ミラー２２に穿設された貫通孔２５を通過して外側に引き出されたリード線２４、および端子２３を介してそれぞれ電力が供給される。
近接導体１１０は、口金２０が固着される第２の封止部３と反対の第１の封止部２に巻き付けられている。
【００６８】
図９は、上述のランプユニット２００と図６に示す点灯装置を使用した液晶プロジェクタ４００の構成を示す概略図である。
同図に示すようにこの液晶プロジェクタ４００は、内部に上記電子安定器３００を含む電源ユニット４０１と、制御ユニット４０２と集光レンズ４０３と、透過型のカラー液晶表示板４０４と駆動モータが内蔵されたレンズユニット４０５および冷却用のファン装置４０６とからなる。
【００６９】
電源ユニット４０１は、家庭用ＡＣ１００Ｖの電源を所定の直流電圧に変換して、上記電子安定器３００や制御ユニット４０２などに供給する。制御ユニット４０２は、外部から入力された画像信号に基づき、カラー液晶表示板４０４を駆動してカラー画像を表示させる。また、レンズユニット４０５内の駆動モータを制御してフォーカシング動作やズーム動作を実行させる。
【００７０】
ランプユニット２００から射出された光線は、集光レンズ４０３で集光され、光路途中に配されたカラー液晶表示板４０４を透過し、レンズユニット４０５を介して当該液晶表示板４０４に形成された画像を図外のスクリーン上に投影させる。
このような液晶プロジェクタは、最近では家庭への普及がめざましく、より小型化、軽量化、および低価格化が技術目標とされていたところ、本発明に係る高圧水銀ランプと点灯装置からなる光源装置（以下、「高圧放電ランプ装置」という。）を使用することにより、上記技術目標の達成に十分寄与することができる。
【００７１】
また、点灯装置が発生する高圧パルスを低減することにより、その発生時に生じる電気的ノイズも小さくなり、制御ユニット４０２の電子回路などに悪影響を及ぼさなくなるという効果も得られる。これにより、液晶プロジェクタ内部の部品配置の自由度が増し、より小型化が可能となる。
また、本発明に係る高圧放電ランプ装置は、液晶プロジェクタ以外の他の投射型画像表示装置にも適用できることは言うまでもない。
【００７２】
（５−２）ヘッドライト装置
本発明に係る高圧放電ランプ装置は、自動車などのヘッドライト装置などに用いられてもよい。ヘッドライト自体の構成は周知であり、特に図示はしないが、その光源として高圧水銀ランプ１００を用い、その点灯装置として電子安定器３００を備えるようにすれば、必要な収納スペースを少なくでき、またバッテリーの消耗も少なくできる。
【００７３】
特に、最近の高技術化・多機能化に伴って自動車に多くの電子回路が搭載される一方で、車内空間を少しでも広くするため、エンジンや電子部品の収納スペースが狭くなって各部品の小型化が望まれる今日の状況において、本発明のような小型で軽量かつ低ノイズの高圧放電ランプ装置をヘッドライト装置に採用することにより得られる効果は大きい。
（変形例）
なお、本発明の内容は、上記実施の形態に限定されないのは言うまでもなく、以下のような変形例を考えることができる。
【００７４】
（１）近接導体１１０の巻き付け形状について
近接導体１１０は、略らせん状であればよく、バルブの長手方向から見たときに近接導体１１０の巻き方が必ずしも第１の封止部２に沿った円形である必要はなく、三角形や四角形などの角形などであっても構わない。
（２）近接導体１１０の材質について
上記実施の形態では、近接導体１１０の材質として鉄とクロムとの合金を使用した。この合金は、耐熱性を有するとともに高温でも酸化しにくく、比較的安価であるからである。しかし、酸化しにくい導体であれば、他の材質、例えば白金やカーボンなどでも使用可能である。
【００７５】
（３）高圧パルスの印加について
上記実施の形態では、高圧パルスを印加することにより放電を開始させた。しかし、高周波電圧だけでランプが放電開始できる場合は、必ずしも高圧パルスを印加する必要はない。この場合には、点灯回路の構成がより簡易なり、製造コストをますます低減することができる。
【００７６】
（４）他のランプへの適用について
上記実施の形態では、高圧水銀ランプについて説明したが、他のキセノンランプなどの高圧放電ランプであっても、点灯の原理が同じである以上、本発明の適用が可能である。また、石英製のバルブを用い、金属箔（モリブデン箔）の部分で封着するいわゆる箔シール構造ではなく、放電容器として透光性セラミック管を用いたメタハライドランプや高圧ナトリウムランプにおいても、上述のような範囲内に０．５ターン以上の近接導体を形成し、印加する高周波電圧の周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであって、かつ、その振幅が４００Ｖ以上であれば、同様なブレークダウン電圧の低下の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る高圧放電ランプは、ブレークダウン電圧を低く抑えることができるので、その点灯装置の小型化、軽量化、および低価格化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係る高圧水銀ランプの構成を示す図である。
【図２】上記高圧水銀ランプの始動時に電極に印加される高周波電圧および高圧パルスの波形を示す図である。
【図３】高周波電圧周波数とブレークダウン電圧との関係を示す表である。
【図４】本発明により、高周波電圧印加時に高圧水銀ランプの放電空間内の初期電子が増加する様子を示す模式図である。
【図５】高周波電圧の振幅とブレークダウン電圧との関係を示す表である。
【図６】本発明に係る点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図７】上記点灯装置における制御回路により実行される点灯制御の内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係るランプユニットの構成を示す一部切欠き斜視図である。
【図９】本発明に係る高圧放電ランプ装置を使用した液晶プロジェクタの構成を示す図である。
【図１０】従来の高圧水銀ランプの構成を示す図である。
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプ、高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びにランプユニット、画像表示装置、ヘッドライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高圧放電ランプを放電開始させるためには、電極間に２０ｋＶ以上の高圧パルスを印加する必要がある。
そして、このような高圧パルスを発生させるためには、点灯装置に大型のトランスや高耐圧の電子部品等を用いる必要があり、その結果、点灯装置の小型化、および低価格化の弊害となっていた。また、上記高圧パルスの発生時に生じるノイズが、点灯装置または周囲の電子回路の誤動作や故障を引き起こす要因にもなっていた。
【０００３】
そこで従来、例えば特許文献１において示されている高圧水銀ランプのように、近接導体をランプのバルブ外周に配設することで、ランプのブレークダウン電圧を下げ、点灯装置が発生させる高圧パルスの高さを低減することが提案されている。
図１０は、当該従来技術における高圧水銀ランプ５００の構成を示す図である。
同図に示すように従来の高圧水銀ランプ５００は、内部に一対の電極５０４、５０５が所定の間隔をあけて配設され、かつ放電空間５１２が形成されている発光部５０１と、この発光部５０１の両端部にそれぞれ設けられた封止部５０２、５０３とを有するバルブ５５０と、近接導体の巻き付け部５２１およびリード線部５２２とを備えている。
【０００４】
電極５０４、５０５は、それぞれ封止部５０２、５０３に封止されたモリブデン箔５０６、５０７を介して外部リード線５０８、５０９に電気的に接続され、これらモリブデン箔５０６、５０７および外部リード線５０８、５０９を通じて外部から電力の供給を受けるように構成されている。
なお、発光部５０１内には水銀や希ガス等がそれぞれ所定量封入されている。
【０００５】
近接導体の巻き付け部５２１は、発光部５０１と封止部５０２との境界付近を囲むように配設された１ターンの閉ループからなる。また、近接導体の巻き付け部５２１はリード線部５２２を介して他方の封止部５０３の端部から延出されている外部リード線５０９に電気的に接続されている。
このような構成において、電極５０４、５０５に放電開始前印加電圧として、例えば３５０Ｖの直流電圧もしくは５０Ｈｚ未満の交流電圧を印加した後に、当該放電開始前印加電圧よりもかなり高い高圧パルスを重畳して印加し、放電を開始させている。
【０００６】
当該従来技術における高圧水銀ランプでは、電極５０４と、電極５０５との間に高圧パルスを印加することにより、電極５０４に対して、電極５０５、近接導体の巻き付け部５２１、およびリード線部５２２との間に電界が発生し、電極５０４付近に強い電界が集中する。この集中電界により、比較的低い高圧パルスで放電を開始させることができる。
【特許文献１】
特開２００１−４３８３１号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法でも、高圧パルスの高さをせいぜい１５ｋＶ〜２０ｋＶ程度に低減することができるにすぎず、依然としてある程度の大きさのトランスや高耐圧の電子部品等が必要であり、上述した点灯装置の小型化、および低価格化の要請に応えるものではない。また、高圧パルスの発生時に生じるノイズも、それほど低減されていない。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、点灯装置が発生させる高圧パルスの高さを十分に低減させて、点灯装置の小型化、低価格化、および低ノイズ化を図ることができる高圧放電ランプ、高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びにランプユニット、画像表示装置、ヘッドライト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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る高圧放電ランプは、内部に一対の電極が配設され、かつ放電空間が形成されている発光部とこの発光部の両端部にそれぞれ設けられた第１の封止部および第２の封止部とからなるバルブと、少なくとも前記発光部または前記第１の封止部の外周を囲むように巻回された巻回部と当該巻回部から前記発光部の外面に近接または接触するように前記発光部を渡って前記第２の封止部側に延びるリード線部とからなる近接導体とを備え、前記近接導体は、そのリード線部が前記第２の封止部側の前記電極と電気的に接続されており、前記巻回部は、前記第１の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含み、かつ前記バルブの長手方向に対して垂直な平面を第１の基準面とし、第１の基準面より第１の封止部に沿って５ｍｍ離れた位置であって当該第１の基準面に平行な平面を第２の基準面、前記第１の基準面に平行であって第２の封止部側の電極の先端部を通る平面を第３の基準面とした場合に、前記第２の基準面から前記第３の基準面までの範囲に、前記近接導体の巻回部の少なくとも一部が略らせん状に０．５ターン以上巻き付けられ、かつ、その範囲内に前記発光部または前記第１の封止部を囲む閉ループが含まれていないことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る高圧放電ランプは、内部に一対の電極が配設され、かつ放電空間が形成されている発光部とこの発光部の両端部にそれぞれ設けられた第１の封止部および第２の封止部とからなるバルブと、前記発光部または前記第１の封止部の外周を囲むように巻回された巻回部と当該巻回部から前記発光部の外面に近接または接触するように前記発光部を渡って前記第２の封止部側に延びるリード線部とからなる近接導体とを備え、前記近接導体は、そのリード線部が前記第２の封止部側の前記電極と電気的に接続されており、巻回部には、前記発光部または前記第１の封止部を囲む閉ループが含まれておらず、前記第１の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含み、かつ前記バルブの長手方向に対して垂直な面を第１の基準面とし、第１の基準面より第１の封止部に沿って２０ｍｍ離れた位置であって当該第１の基準面に平行な平面を第２の基準面、前記第１の基準面に平行であって第２の封止部側の電極の先端部を通る平面を第３の基準面とした場合に、前記第２の基準面から前記第３の基準面までの範囲に前記近接導体の巻回部の少なくとも一部が略らせん状に０．５ターン以上巻き付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のような構成の高圧放電ランプによれば、当該高圧パルスを低く抑えることができる。その結果、点灯装置に搭載するトランスを小さくすることができるとともに、その他の電子部品等の耐圧を低くすることができ、小型化、軽量化、および低コスト化が可能となる。また、従来の高圧パルスの発生時に生じていたノイズも低減され、周囲の電子回路が当該ノイズの影響で誤動作するようなことがなくなる。
【００１２】
なお、本発明で言う「電極の根元部分に位置する放電空間の端」とは、当該電極の根元部分における発光部の内面のうち曲率が最大となる部分を示す。
また、本発明で言う「高周波電圧」とは、交流電圧の基本波が高周波である場合のみならず、当該基本波が所定の周波数に達していなくても、その高調波成分が所定の周波数以上の高周波である電圧をいうものとする。
【００１３】
ここで、前記第１の基準面と、前記第２の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含みかつ前記第１の基準面に平行な第４の基準面とに挟まれた範囲において、前記近接導体のリード線部と前記発光部の内面との最小距離が１０ｍｍ以下であることが望ましい。
また、前記第２と第３の基準面で挟まれた範囲において、前記近接導体の巻回部における略らせん状に巻き付けられた部分のピッチ間隔が、１．５ｍｍ以上であることが望ましい。
【００１４】
なお、このピッチ間隔は、近接導体の任意の位置から一周(３６０度)移動した位置(１ターン位置)の間の距離とする。
また、本発明は、上記高圧放電ランプの点灯方法であって、前記一対の電極に高周波電圧を印加した後に、前記高圧放電ランプの放電を開始させることを特徴としている。
このようにすれば、上記構成の高圧放電ランプの放電空間内に高周波電界を発生させることができ、放電空間内の初期電子を増加させて、かなり低い高圧パルスで効果的に点灯させることができる。
【００１５】
ここで、前記高周波の周波数は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
また、前記高周波の振幅は、４００Ｖ以上であることが望ましい。
また、本発明は、上記高圧放電ランプを点灯させる点灯装置であって、 前記一対の電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段を備えることを特徴としている。
これにより上記高圧放電ランプの効果的な点灯方法を実現する装置を提供できる。
【００１６】
ここで、前記高周波の周波数は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであることが望ましい。
また、前記高周波の振幅は、４００Ｖ以上であることが望ましい。
また、本発明に係る高圧放電ランプ装置は、上記高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを点灯させる上記点灯装置とを備えていることを特徴とする。
また、さらに本発明に係るランプユニットは、凹面状の反射ミラー内に、上記高圧放電ランプが組み込まれていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る画像表示装置は、上記高圧放電ランプ装置が用いられていることを特徴とする。
さらに、本発明に係るヘッドライト装置は、上記高圧放電ランプ装置を用いていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る高圧放電ランプおよび点灯装置等を、高圧水銀ランプを例にして説明する。
（１）高圧水銀ランプ１００の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る高圧水銀ランプ１００の構成を示す図である。
同図に示すように高圧水銀ランプ１００は、内部に放電空間１２が形成されたほぼ球形状またはほぼ回転楕円体形状の発光部１と、この発光部１の両端部にそれぞれ設けられた第１の封止部２および第２の封止部３とを有する石英ガラス製のバルブ１４と、電極４、５、モリブデン箔６、７、および外部リード８、９がそれぞれ順次接続された電極構造体１０、１１と、第１の封止部２の外周に巻き付けられ、かつ発光部１の外面に近接または接触するように発光部１を渡って第２の封止部３側に延びるとともに、一端が外部リード９、つまり電極５に電気的に接続された近接導体１１０とを備えている。
【００１９】
電極４、５は、タングステン製であって、電極軸４１、５１の先端部には、それぞれ電極コイル４２、５２が固着されている。また、電極４、５は発光部１内において互いに略対向するように配設されている。
外部リード線８、９は、モリブデン製であって、各封止部２、３の端面から外部に導出されている。
【００２０】
発光部１内には、発光物質である水銀１３、始動補助用としてアルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス、および沃素、臭素などのハロゲン物質がそれぞれ封入されている。
このハロゲン物質は、いわゆるハロゲンサイクル作用により、電極４、５から蒸発したタングステンを発光部１の内面に付着させることなく元の電極４、５に戻して、発光部１の内面が黒化するのを抑制するために封入されている。
【００２１】
また、水銀１３の封入量は発光部１の内容積あたり１５０ｍｇ／ｃｍ3〜３５０ｍｇ／ｃｍ3、例えば２００ｍｇ／ｃｍ3であり、また希ガスのランプ冷却時の封入圧力は１００ｍｂ〜４００ｍｂの範囲に設定されている。
なお、本発明において数値範囲を「ａ〜ｂ」と規定する場合には、下限ａおよび上限ｂの値をも含む範囲を示すものとする。
【００２２】
近接導体１１０は、鉄とクロムとの合金からなる導線であり、第１の封止部２にコイル状に巻回されたコイル形状部（巻回部）１０１と、このコイル形状部１０１の発光部１側の端部から発光部１に近接または接触するように発光部１を渡って第２の封止部３側に延び、外部リード線９に電気的に接続されるリード線部１０２とからなる。
図１に示すように、第１の封止部２側の電極４の根元部分に位置する放電空間１２の端を含み、かつバルブ１４の長手方向（管軸方向）に対して垂直な平面を基準面Ｘ1（第１の基準面）とした場合に、この基準面Ｘ1に平行であって、第１の封止部２に沿って５ｍｍ離れた位置にある平面を基準面Ｙ（第２の基準面）とし、基準面Ｘ1に平行であって第２の封止部３側の電極５の先端部（本実施の形態では、基準面Ｘ1から５ｍｍ）を通る平面を基準面Ｚ（第３の基準面）とした場合に、当該基準面ＹとＺで挟まれた範囲において、近接導体１１０のコイル形状部１０１の少なくとも一部が、発光部１または第１の封止部２の外周に略らせん状に０．５ターン以上巻き付けられ、かつ発光部１または第１の封止部２を囲む閉ループを形成しないようになっている。詳しくは後述する。
【００２３】
本実施の形態では、具体例として、近接導体１１０のコイル形状部１０１は、第１の封止部２の発光部１側端部の外周に略らせん状になるように約４ターンだけ巻き付けられており、そのうち基準面Ｙと基準面Ｘ1との間に約２ターン含まれるようにしている。
また、この近接導体１１０に使用する導線の線径は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲であることが望ましい。線径が０．１ｍｍより細いと、ランプ点灯中に発光部１で発生する熱で焼き切れる可能性があり、他方、線径が１ｍｍを超えると加工がしにくく、また発光部１を横切る部分で光束を少なからず遮蔽して発光効率を低下させるからである。
【００２４】
さらに、この近接導体１１０のピッチ間隔は、１．５ｍｍ以上であることが望ましい。ピッチ間隔が１．５ｍｍ未満では、熱による経時変化等によって寿命中に閉ループを形成してしまうおそれがあるからである。ここで、「ピッチ間隔」は、近接導体の任意の位置から一周(３６０度)移動した位置(１ターン位置)の間のバルブ長手方向の距離とする。
なお、近接導体１１０の巻き数は、図１のように４ターンに限らず、０．５ターン以上であれば、何ターンでもよい。但し、隣接するターン同士が接触しないようにするのが望ましく、またその巻き付ける位置も、第１の封止部２のうち、発光部１に近い位置が望ましい。
【００２５】
また、リード線部１０２は、後述する放電空間１２内の初期電子を活性させるという観点からは、発光部１の外表にできるだけ接触するように配されることが望ましいが、高圧水銀ランプ１００がほぼ水平な状態（バルブ１４の長手方向がほぼ水平な状態）で点灯される場合に、発光部１のうち、一対の電極４，５間のアークが発生する部分の真上の部分が一番温度が高くなり、この部分の外表にリード線部１０２が接触していると当該リード線部１０２の接触箇所が溶融もしくは変質するおそれがあるので、このようなことにならないように、少なくとも当該部分（発光部１の管軸方向における中央部）においては、発光部１の外表に接触させない方がよい。
【００２６】
（２）高圧水銀ランプ１００の点灯方法
上述のように高圧水銀ランプ１００を構成し、電極４、５間に、所定の高周波電圧を印加した後に高圧パルスを印加すると、かなり低い高圧パルスでも放電を開始することができる。
図２は、上記高周波電圧と高圧パルスの印加状態を示す波形の概略図である。前記高周波電圧の振幅はＶａであって、約３０ｍｓ間、電極４、５間に印加されたのち、振幅Ｖｂの高圧パルスが印加される。
【００２７】
ここで、当該高周波の周波数は１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであることが望ましく、また、振幅Ｖａは４００Ｖ以上であることが望ましい。
このように高周波電圧を所定時間（本例では約３０ｍｓだが、この値に限定されない。）印加した後、高圧パルスを印加する処理を１回から数回繰り返すと、電極４、５間で放電が開始されるが、このときのブレークダウン電圧の値は、上記特許文献１に開示されているものに比べ、十分に低く抑えることが可能となった。
【００２８】
以下に、高周波電圧の周波数およびその振幅とブレークダウン電圧の低減の関係を実験により示す。
（実験１）
まず、ブレークダウン電圧を効果的に低減させるために最適な高周波電圧の周波数の範囲について実験を行った。次の図３は、その実験結果を示すものである。
【００２９】
本実験は、図１の構成を有する１５０Ｗタイプの高圧水銀ランプ１００について、希ガスとしてアルゴンを使用し、その封入ガス圧を１００ｍｂ、２００ｍｂ、３００ｍｂ、４００ｍｂとする４種類の試作ランプを各５０本製作し、これらの試作ランプに印加する高周波電圧の周波数を変化させて放電開始させたときのブレークダウン電圧を計測したものである。１５０Ｗタイプの高圧水銀ランプ１００として、放電空間１２を形成する発光部１のガラス外径１０ｍｍ、ガラスの平均肉厚２ｍｍを使用した。また近接導体１１０のコイル形状部１０１の内径(以下、「コイル内径」という。)を６ｍｍとした。なお、図３における各ブレークダウン電圧の値は、それぞれの条件における複数の試験ランプのブレークダウン電圧のうち、最大の値が記載されている。
【００３０】
近接導体１１０の第１の封止部２への巻き数も図１に示したのと同様、４ターンとした。
ここで、高周波電圧の振幅は１ｋＶに設定した。
なお、本実験で封入ガス圧を１００ｍｂから４００ｍｂに設定したのは、１００ｍｂより封入ガス圧が低くなるとランプの寿命特性が悪くなることが事前の実験から分かっており、また４００ｍｂより高く発光管内に封入することは製造上困難であったからである。
【００３１】
このような条件の下で上記実験を行ったところ、図３に示すように、少なくとも０．５ｋＨｚ以上の高周波電圧を放電開始前印加電圧として印加することにより、封入ガス圧が一番高い４００ｍｂのものでもブレークダウン電圧を従来の１５ｋＶ〜２０ｋＶより低い１３．０ｋＶ以下に抑えることができ、特に周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲では、ブレークダウン電圧を８．０ｋＶ以下に抑えることができることが実証された。
【００３２】
このように高周波電圧の周波数を所定範囲にすることによって、ブレークダウン電圧をより低く抑えることできたのは、次のような原理によるものと考えられる。
図４は、当該原理を説明するための模式図であり、便宜上、近接導体１１０のコイル形状部１０１分は、その断面のみで示している。
同図において、
（ａ）電極軸４１およびモリブデン箔６と、近接導体１１０との間には浮遊容量Ｃが存在し、近接導体１１０と、電極軸４１およびモリブデン箔６との間に高周波電圧が印加されることにより、コイル状の近接導体１１０に高周波電流が流れる。
【００３３】
（ｂ）この高周波電流により、電極軸４１の長手方向に対して反転する高周波磁界Ａが発生する。
（ｃ）この高周波磁界Ａによる電磁誘導により高周波電界が発生し、これが放電空間１２内の初期電子に作用して激しく振動させる。
もちろん、電極４、５間に高周波電圧を印加することにより、電極軸方向にも高周波電界が発生するが、さらに近接導体のリード線部１０２に高周波電流が流れることにより生じる高周波磁界Ｂが作り出す高周波電界の効果が加わると、放電空間１２内の電子の運動がより活発になることになる。
【００３４】
（ｄ）この活発になった電子が希ガス（本例ではＡｒ）の粒子に衝突し、Ａｒがさらに、蒸気化している水銀の粒子に衝突することにより、水銀から電子が放出されて放電空間１２内の初期電子の量が増す。
これにより放電空間１２内の初期電子が飛躍的に増すため、かなり低い高圧パルスでも放電開始できるものと考えられる。
【００３５】
したがって、高周波電圧の周波数が一定限度より低いと、高周波磁界を十分に発生することができず、また、反対にあまり高すぎると、電子の振動の周期が速くなりすぎて十分な移動距離がとれず、却ってその動きが拘束されて他の物質に衝突する確率が低くなるから、初期電子の増加にあまり貢献しない。
以上のように、ブレークダウン電圧を低下させるためには、高周波電圧の周波数を０．５ｋＨｚ以上とすることで一定の効果があり、さらに当該周波数を１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲とすることにより特に優れた効果が得られる。
【００３６】
なお、この周波数範囲は、近接導体１１０の巻き数を、０．５ターンから１０ターンまで変化させてもほぼ同様であった。
図４で説明した本発明の原理からすると、巻き数が１１ターン以上となってブレークダウン電圧低減の効果が減少するとは考えられないから、結局、近接導体１１０の巻き数は、０．５ターン以上あればよいことになる。
【００３７】
（実験２）
上述のように一定以上の強さの高周波磁界の発生により、放電空間１２内の電子の運動がより活性になりブレ−クダウン電圧を低減できるとすれば、当該高周波磁界の大きさに寄与する高周波電圧の大きさにも望ましい範囲があると考えられる。
そこで、次に、当該高周波電圧の大きさ（振幅）とブレークダウン電圧との関係を調べるための実験を行った。
【００３８】
次の図５は、その実験結果を示すものである。同図における各ブレークダウン電圧の値は、それぞれの条件における複数の試験ランプのブレークダウン電圧のうち、最大の値が記載されている。
なお、本実験では、図３の実験の場合と同じ１５０Ｗタイプの高圧水銀ランプで、封入ガス圧を４００ｍｂに設定したものを使用した。
【００３９】
また、高周波電圧の周波数は１００ｋＨｚに設定している。
図５の実験結果からも分かるように、高周波電圧の振幅が４００Ｖ以上あれば、ブレークダウン電圧を８．０ｋＶ以下に抑えることができる。
したがって、高周波電圧の振幅は、４００Ｖ以上であることが望ましい。この実験結果は、近接導体１１０の巻き数を、０．５ターンから１０ターンまで変化させてもほぼ同様であり、上述したのと同じ理由から、近接導体１１０の巻き数は、０．５ターン以上であればよいと言える。
【００４０】
図５の実験結果に示された高周波電圧の振幅とブレークダウン電圧の関係から振幅が増加するとブレークダウン電圧が低下する。高周波電圧の振幅５ｋＶでブレークダウン電圧は５ｋＶ以下になり、高周波電圧の振幅８ｋＶでブレークダウン電圧は４ｋＶ以下となると推定される。高周波電圧の振幅はピーク〜ピークで示されているから、この場合の端子間電圧は８ｋＶの半分の４ｋＶである。
【００４１】
すなわち、高周波電圧の振幅が８ｋＶで特別な高圧始動回路を使用しなくとも高周波電圧の振幅でブレークダウンが可能となる。これが本発明で目標とする高周波電圧の振幅の上限値である。すなわち高周波電圧の振幅は８ｋＶ以下で十分である。
上記実験１、２と同様な実験を、１３０Ｗ、２００Ｗ、２７０Ｗタイプの高圧水銀ランプについても行ったところ、同様な実験結果を得ることができた。
【００４２】
なお、本発明によれば、近接導体１１０の略らせん状に巻きつけたコイル形状部１０１の内径(直径)とリード線部１０２の発光部１からの距離は、後述する所定の範囲内において任意に設定できる。このため大きさ、形状が異なるランプであっても、その基本構成が同じであれば、前述の原理に従って同じ作用をする。
よって、高周波電圧の周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであって、その振幅４００Ｖ以上であれば、高圧水銀ランプの大きさにはかかわりなく、ブレークダウン電圧を十分に低下できる。
【００４３】
なお、上述したように高周波磁界による高周波電界の発生という本発明の原理からすれば、高周波電圧の基本波自身が上記条件（周波数；１ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、振幅；４００Ｖ以上）を満たさなくても、当該基本波に含まれる高調波成分が上記条件を満たしておれば、同様の効果を得られるものである。
（３）近接導体のコイル形状部の取り付け位置及びコイル内径等
（３−１）近接導体のコイル形状部の取り付け位置と閉ループの有無
上述したように本発明の構成により、ブレークダウン電圧を大幅に小さくできたのは、近接導体１１０の封止部に位置する部分をコイル状にして封止部に巻回したため、一対の電極に高周波電圧を印加することにより、電極４１およびモリブデン箔６と、近接導体１１０との間に介在する浮遊容量Ｃを介して、コイル状の近接導体１１０に高周波電流が流れ、これにより高周波磁界Ａが発生し（図４参照）、この高周波磁界Ａによる電磁誘導により高周波電界が発生し、これが放電空間１２内の初期電子に作用して激しく振動させ、初期電子の量を増大させたからである。
【００４４】
そのためには、近接導体のコイル状部分は、できるだけ基準面Ｘ1に近い方が望ましいことはいうまでもない。
そこで、基準面Ｘ1からどれだけ離してもブレークダウン電圧低下の効果が得られるかの実験を行った。この際の試験ランプは、実験１と全く同じ構成の封入ガス圧４００ｍｂの条件で、ただ近接導体のコイル形状部１０１の位置のみを変化させ、ブレークダウン電圧を測定した。なお、この際の高周波電圧の周波数は、１００ｋＨｚでその振幅を１ｋＶとし、コイル形状部は、らせん状に４ターン巻きつけた。
【００４５】
コイル形状部に、封止部を取り囲む閉ループが存在しない場合の例として、基準面Ｘ1から１８ｍｍの位置を起点とし、終点が基準面Ｘ1から２０ｍｍとなる０．５ターンのコイル形状部１０１が存在する条件での実験では、ブレークダウン電圧も８．０ｋＶであった。このように図１０に示した従来の場合に比べて満足のいく結果が得られた。ただし、ピッチ間隔が狭くなって隣接するターン同士が接触するなどしてコイル形状部１０１にひとつでも閉ループが形成されると、期待するほどブレークダウン電圧が低下しなかった。実際に基準面Ｘ1から１５ｍｍの位置を起点とし、４ターンを巻き付けたコイル形状部において基準面Ｘ1から２１ｍｍで隣接するターン同士を接触させた実験では、ブレークダウン電圧が１２．０ｋＶであった。
【００４６】
これは、高周波磁界の発生している場に、導体の閉ループが存在すると、当該導体に上記高周波磁界を打ち消す方向に磁界が生じるためであると考えられる。したがって、コイル形状部１０１に閉ループが存在しない場合には、基準面Ｘ1から管軸方向に２０ｍｍの位置までにおいて、少なくとも近接導体のコイル形状部が０．５ターン存在すれば、好ましいブレークダウン電圧低下の効果が得られる。
【００４７】
なお、近接導体１１０のコイル形状部１０１が最も基準面Ｘ1から離れた位置（２０ｍｍ）にあり、コイル形状部１０１における巻き数が多ければ、当該コイル形状部１０１の端と、ランプの封止部２端部から導出されている外部リード線８もしくは外部リード線８に接続された導体との距離も小さくなるが、この距離があまり小さくなり過ぎると、高圧パルス印加時に両者間に放電が生じて点灯不良になるので、両者間の距離は、最低５ｍｍは必要であり、さらには１０ｍｍ以上の距離がある方が望ましい。
【００４８】
封止部２にコイル形状部１０１を設ける位置を上記基準面Ｘ1に近付けていくと、高周波電圧の印加によりコイル形状部１０１に発生した高周波磁界の放電空間へ影響力が徐々に強くなり、基準面Ｘ1と、この基準面Ｘ1から５ｍｍ離れた基準面Ｙ（図１参照）との間に０．５ターンが含まれるようになったときには、ブレークダウン電圧を６．０ｋＶにできた。
【００４９】
コイル形状部１０１を設ける位置で最も第２の封止部３に近い位置は、電極５の先端を通過する基準面Ｚまでである。これ以上第２の封止部３側にコイル形状部を設けても、対応する電極５やモリブデン箔７の電位と同じになるので、この部分で高周波磁界が発生せず、意味がないからである。実際に、基準面Ｘ1から第２の封止部３方向にほぼ５ｍｍの位置を基準面Ｚとして、この位置までに０．５ターンのコイル形状部１０１が位置しても効果上問題はなかった。この位置にあっても電極４との間に高周波磁界が形成され得るからである。
【００５０】
なお、このとき試験的に、コイル形状部の隣接する１組のターンを接触させて閉ループを形成したが、基準面Ｘ1から５ｍｍより離れた位置（基準面Ｙより外側）に閉ループを形成した場合には、それほどブレークダウン電圧低下の効果が損なわれることはなかったが、閉ループの位置が基準面Ｙから基準面Ｚの間にあるときは、満足のいくブレークダウン電圧の低下を得られなかった（１１．５ｋｖ）。
【００５１】
すなわち、上述したように高周波磁界を効果的に形成する上でコイル形状部１０１には閉ループが形成されていない方が望ましいが、コイル形状部１０１の位置が、放電空間１２に近付くほど、当該コイル形状部１０１により形成される高周波磁界の影響力が大きくなり、閉ループがひとつぐらいあっても十分ブレークダウン電圧低減の効果が得られるようになったものと考えられる。しかし、二つの基準面Ｙ、Ｚで挟まれた範囲に、コイル形状部１０１の一部に閉ループが形成されていると、この閉ループにより生じる前記高周波磁界を打ち消す方向の磁界の影響が直接放電空間１２に及び、ブレークダウン電圧の低減効果の発生を阻害してしまうものと考えられる。その境界点が、上記基準面Ｘ1から５ｍｍ離れた基準面Ｙとなるのである。
【００５２】
逆にいうと、上記基準面Ｙと基準面Ｚに挟まれた範囲内に、０，５ターン以上のらせん状のコイル形状部１０１があれば、十分な高周波磁界を放電空間１２に及ぼすことができ、例え、この範囲外に閉ループが形成されていても、所期するブレークダウン電圧低減の効果が得られるのである。
以上をまとめると、（ａ）コイル形状部１０１に閉ループが形成されていない場合には、基準面Ｘ1から第１の封止部２方向に２０ｍｍ離れた位置までに、０．５ターン以上のらせん部が形成されておればよく、また、（ｂ）たとえ、コイル形状部１０１の一部に閉ループが形成されたとしても、基準面ＹとＺとの間に当該閉ループが含まれず、かつ、０．５ターン以上のらせん部があれば、良好なブレークダウン電圧の低下の効果が得られるものである。
【００５３】
なお、ここで論じている「閉ループ」は、コイル形状部１０１による高周波磁界の発生を妨害する電流を発生する閉ループであるから、発光部１または第１の封止部２を囲む閉ループである。発光部１、第１の封止部２を囲まない閉ループについては、どの部分に形成されていても、本発明の効果には影響を生じない。
（３−２）コイル形状部の直径の範囲
近接導体１１０のコイル形状部１０１の最小の内径は高圧水銀ランプ１００の構造による制約から封止部２、３の外径までである。
【００５４】
そこで、次にコイル形状部１０１の許容される最大内径について実験を行った。
実験条件は、上記図１に示す高圧放電ランプ１００において前記基準面Ｘ1から２０ｍｍの位置における発光部１側に０．５ターンのコイル形状部１０１を、ランプの管軸とほぼ同心円状に配置しつつ、コイル内径を徐々に大きくして、ブレークダウン電圧を測定する実験を行った。ここで、ガス封入圧は４００ｍｂとし、高周波電圧の振幅を１ｋＶに固定しつつ、周波数を、１．０ｋＨｚから１．０ＭＨｚまでの適当な値に変化させながら繰り返し実験を行った。
【００５５】
するとコイル内径を、ほぼ１５ｍｍまでに大きくしても、ブレークダウン電圧を８ｋＶ程度に抑えることができた。
一般にターン数の少ないコイルについては、その中心付近に発生する磁界の強度は、コイルの半径に反比例するが、本願発明の原理は、上述したように電極軸４１およびモリブデン箔６との間に浮遊容量Ｃが存在し（図４参照）、この容量Ｃとコイル形状部１０１のインダクタンスとの間には、共振回路が形成されて放電空間内に強い高周波電界が生成され、ブレークダウン電圧の低下の効果が得られるものであり、しかも、この共振回路は複数で相互に複雑に影響し合っているものと考えられる。
【００５６】
そして、コイル内径の増大に伴って浮遊容量Ｃの大きさも変化し共振点も変動するが、適当な範囲の周波数での共振が存在する以上、高周波電界を生成することができブレークダウン電圧の低下に効果的に作用する。しかし、コイル内径がある一定以上に大きくなると、放電空間１２の初期電子に作用する磁界強度そのものが小さくなる上、コイル内径の増大に伴ってコイル形状部１０１と、モリブデン箔６もしくは電極４１間の容量が低下して、コイル形状部１０１に電流が流れにくくなり、これらが総合的に作用してブレークダウン電圧の低下における効果が得られなくなったからであると考えられる。
【００５７】
なお、実験では、コイル内径の最大が上記１５ｍｍで所期の効果が得られたが、始動動作が若干不安定になる傾向があり、実際に安定して効果を得るためには、コイル形状部１０１の最大内径が１０ｍｍ以下であることが望ましい。
また、コイル形状部１０１により発せられる高周波磁界が、発光部内の放電空間に作用することが重要なのであるから、コイル形状部１０１の径を大きくとる場合でもせいぜい発光部の最大外径（本実施の形態では１０ｍｍ）までで十分であり、それ以上大きくする必要性はないであろう。
【００５８】
（３−３）リード線部と発光部との距離
また、図４でも説明したように磁界Ａと磁界Ｂが相互に作用して本発明の効果を出していると考えられるため、近接導体のリード線部１０２は、発光部１の外面に近接または接触させてできるだけ放電空間１２に近づける方が望ましく、上記基準面Ｘ1と、第２の封止部３側の電極５の根元部分に位置する放電空間１２の端を含み、かつバルブ１４の長手方向に対して垂直な別の基準面Ｘ2（第４の基準面）とに挟まれた領域において、近接導体のリード線部１０２と発光部１の内面との最小距離が１０ｍｍ以下である場合に特に優れた効果が得られることが実験により確認されている。
【００５９】
（４）点灯装置
図６は、上記高圧水銀ランプ１００を点灯させるための点灯装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように本点灯装置は、ＤＣ電源回路２５０と電子安定器３００とからなり、電子安定器３００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、ＤＣ／ＡＣインバータ３０２、高圧パルス発生回路３０３、制御回路３０４、管電流検出回路３０５および管電圧検出回路３０６とから構成される。
【００６０】
ＤＣ電源回路２５０は、家庭用の交流１００Ｖにより直流電圧を生成し、電子安定器３００に給電する。電子安定器３００のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は、ＤＣ電源回路２５０から供給された直流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換し、ＤＣ／ＡＣインバータ３０２に供給する。
ＤＣ／ＡＣインバータ３０２は、所定の周波数の交流矩形電流を生成して高圧水銀ランプ１００に印加する。高圧水銀ランプ１００を放電開始させるために必要となる高圧パルス発生回路３０３は、例えばトランスを含んでおり、ここで発生された高圧パルスを高圧水銀ランプ１００に印加することで、放電を開始させている。
【００６１】
一方、管電流検出回路３０５、管電圧検出回路３０６がそれぞれＤＣ／ＡＣインバータ３０２の入力側に接続されており、間接的に高圧水銀ランプ１００のランプ電流、ランプ電圧をそれぞれ検出し、その検出信号を制御回路３０４に送出する。
制御回路３０４は、これらの検出信号と内部メモリに格納されたプログラムに基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１やＤＣ／ＡＣインバータ３０２を制御して、上述の点灯方法により高圧水銀ランプ１００を点灯させる。
【００６２】
図７は、上記制御回路３０４で実行される、１５０Ｗタイプの高圧水銀ランプ１００の点灯制御内容を示すフローチャートである。
点灯スイッチ（不図示）が、ＯＮされると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、ＤＣ／ＡＣインバータ３０２を制御して、上述した条件を満たす所定の高周波電圧を発生させ、高圧水銀ランプ１００に印加し（ステップＳ２）、その印加時間が３０ｍｓになると、高圧パルス発生回路３０３により、例えば８ｋＶの高圧パルスを発生させて、高圧水銀ランプ１００に印加する（ステップＳ３：Ｙｅｓ、ステップＳ４）。
【００６３】
そして、高圧水銀ランプ１００がブレークダウンしたか否かを判断する（ステップＳ５）。高圧水銀ランプ１００がブレークダウンして放電が開始されると、ランプ電圧が一定の値より低下するので、制御回路３０４は管電圧検出回路３０６からの検出信号をモニターすることにより、ブレークダウンの可否を判断できる。
もし、高圧水銀ランプ１００がブレークダウンしていなければ（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ９に移行して、点灯制御開始後２秒経過したか否かを判断し、経過していなければ再びステップＳ２に戻ってそれ以降のステップを繰り返し、再びステップＳ５に至り、高圧水銀ランプ１００がブレークダウンしたと判断された場合はステップＳ６に移り、ランプ電圧が５０Ｖ以下か否かを判断する。
【００６４】
ランプ電圧が５０Ｖ以下ならば（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ７の定電流制御に移行する。この定電流制御は、管電流検出回路３０５の検出信号に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１を制御してランプ電流が一定の電流値、３Ａになるように制御する。
ランプ電圧が５０Ｖを超えていれば（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ８の定電力制御に移行する。この定電力制御は、制御回路３０４で管電流検出回路３０５、管電圧検出回路３０６の検出信号に基づきランプ電流とランプ電圧をモニターし、その積のランプ電力が常に１５０Ｗとなるように、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ３０１から出力される電流値をフィードバック制御することにより実行される。また、上記ステップＳ６〜ステップＳ８は、ランプ点灯中（ステップＳ１１：Ｎｏ）は常時繰り返されており、点灯スイッチがＯＦＦにされると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、処理を終了する。なお、定電流制御および定電力制御時に高圧水銀ランプ１００に印加される電圧は約１７０Ｈｚの交流電圧である。
【００６５】
一方、ステップＳ９において、点灯制御の開始後２秒経過したと判断された場合には、高圧水銀ランプ１００に何らかの異常があると判断し、ステップＳ１０に移って高圧水銀ランプ１００に対する出力を停止した後、点灯制御を終了する。
（５）高圧水銀ランプ１００の利用分野
（５−１）ランプユニットおよび液晶プロジェクタ
高圧水銀ランプ１００は、小型でありながら高輝度であるので、液晶プロジェクタなどの光源としてよく利用されており、この場合には、通常反射ミラーと組み合わせてランプユニットとして出荷される。
【００６６】
図８は、上記高圧水銀ランプ１００を組み込んだランプユニット２００の構成を示す一部切欠き斜視図である。同図に示すように、ランプユニット２００は、封止部３の端部に口金２０が装着され、スペーサ２１を介して、内面が凹面鏡となっている反射ミラー２２にセメントなどで固着される。この際、反射ミラー２２による集光効率を向上させるため、電極４、５間の放電アークの位置が反射ミラー２２の光軸とほぼ一致するように調整された状態で取り付けられるようになっている。
【００６７】
高圧水銀ランプ１００の外部リード線８および９（図１参照）には、反射ミラー２２に穿設された貫通孔２５を通過して外側に引き出されたリード線２４、および端子２３を介してそれぞれ電力が供給される。
近接導体１１０は、口金２０が固着される第２の封止部３と反対の第１の封止部２に巻き付けられている。
【００６８】
図９は、上述のランプユニット２００と図６に示す点灯装置を使用した液晶プロジェクタ４００の構成を示す概略図である。
同図に示すようにこの液晶プロジェクタ４００は、内部に上記電子安定器３００を含む電源ユニット４０１と、制御ユニット４０２と集光レンズ４０３と、透過型のカラー液晶表示板４０４と駆動モータが内蔵されたレンズユニット４０５および冷却用のファン装置４０６とからなる。
【００６９】
電源ユニット４０１は、家庭用ＡＣ１００Ｖの電源を所定の直流電圧に変換して、上記電子安定器３００や制御ユニット４０２などに供給する。制御ユニット４０２は、外部から入力された画像信号に基づき、カラー液晶表示板４０４を駆動してカラー画像を表示させる。また、レンズユニット４０５内の駆動モータを制御してフォーカシング動作やズーム動作を実行させる。
【００７０】
ランプユニット２００から射出された光線は、集光レンズ４０３で集光され、光路途中に配されたカラー液晶表示板４０４を透過し、レンズユニット４０５を介して当該液晶表示板４０４に形成された画像を図外のスクリーン上に投影させる。
このような液晶プロジェクタは、最近では家庭への普及がめざましく、より小型化、軽量化、および低価格化が技術目標とされていたところ、本発明に係る高圧水銀ランプと点灯装置からなる光源装置（以下、「高圧放電ランプ装置」という。）を使用することにより、上記技術目標の達成に十分寄与することができる。
【００７１】
また、点灯装置が発生する高圧パルスを低減することにより、その発生時に生じる電気的ノイズも小さくなり、制御ユニット４０２の電子回路などに悪影響を及ぼさなくなるという効果も得られる。これにより、液晶プロジェクタ内部の部品配置の自由度が増し、より小型化が可能となる。
また、本発明に係る高圧放電ランプ装置は、液晶プロジェクタ以外の他の投射型画像表示装置にも適用できることは言うまでもない。
【００７２】
（５−２）ヘッドライト装置
本発明に係る高圧放電ランプ装置は、自動車などのヘッドライト装置などに用いられてもよい。ヘッドライト自体の構成は周知であり、特に図示はしないが、その光源として高圧水銀ランプ１００を用い、その点灯装置として電子安定器３００を備えるようにすれば、必要な収納スペースを少なくでき、またバッテリーの消耗も少なくできる。
【００７３】
特に、最近の高技術化・多機能化に伴って自動車に多くの電子回路が搭載される一方で、車内空間を少しでも広くするため、エンジンや電子部品の収納スペースが狭くなって各部品の小型化が望まれる今日の状況において、本発明のような小型で軽量かつ低ノイズの高圧放電ランプ装置をヘッドライト装置に採用することにより得られる効果は大きい。
（変形例）
なお、本発明の内容は、上記実施の形態に限定されないのは言うまでもなく、以下のような変形例を考えることができる。
【００７４】
（１）近接導体１１０の巻き付け形状について
近接導体１１０は、略らせん状であればよく、バルブの長手方向から見たときに近接導体１１０の巻き方が必ずしも第１の封止部２に沿った円形である必要はなく、三角形や四角形などの角形などであっても構わない。
（２）近接導体１１０の材質について
上記実施の形態では、近接導体１１０の材質として鉄とクロムとの合金を使用した。この合金は、耐熱性を有するとともに高温でも酸化しにくく、比較的安価であるからである。しかし、酸化しにくい導体であれば、他の材質、例えば白金やカーボンなどでも使用可能である。
【００７５】
（３）高圧パルスの印加について
上記実施の形態では、高圧パルスを印加することにより放電を開始させた。しかし、高周波電圧だけでランプが放電開始できる場合は、必ずしも高圧パルスを印加する必要はない。この場合には、点灯回路の構成がより簡易なり、製造コストをますます低減することができる。
【００７６】
（４）他のランプへの適用について
上記実施の形態では、高圧水銀ランプについて説明したが、他のキセノンランプなどの高圧放電ランプであっても、点灯の原理が同じである以上、本発明の適用が可能である。また、石英製のバルブを用い、金属箔（モリブデン箔）の部分で封着するいわゆる箔シール構造ではなく、放電容器として透光性セラミック管を用いたメタハライドランプや高圧ナトリウムランプにおいても、上述のような範囲内に０．５ターン以上の近接導体を形成し、印加する高周波電圧の周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであって、かつ、その振幅が４００Ｖ以上であれば、同様なブレークダウン電圧の低下の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る高圧放電ランプは、ブレークダウン電圧を低く抑えることができるので、その点灯装置の小型化、軽量化、および低価格化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係る高圧水銀ランプの構成を示す図である。
【図２】上記高圧水銀ランプの始動時に電極に印加される高周波電圧および高圧パルスの波形を示す図である。
【図３】高周波電圧周波数とブレークダウン電圧との関係を示す表である。
【図４】本発明により、高周波電圧印加時に高圧水銀ランプの放電空間内の初期電子が増加する様子を示す模式図である。
【図５】高周波電圧の振幅とブレークダウン電圧との関係を示す表である。
【図６】本発明に係る点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図７】上記点灯装置における制御回路により実行される点灯制御の内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係るランプユニットの構成を示す一部切欠き斜視図である。
【図９】本発明に係る高圧放電ランプ装置を使用した液晶プロジェクタの構成を示す図である。
【図１０】従来の高圧水銀ランプの構成を示す図である。
Claims (11)
- 内部に一対の電極が配設され、かつ放電空間が形成されている発光部とこの発光部の両端部にそれぞれ設けられた第１の封止部および第２の封止部とからなるバルブと、
少なくとも前記発光部または前記第１の封止部の外周を囲むように巻回された巻回部と当該巻回部から前記発光部の外面に近接または接触するように前記発光部を渡って前記第２の封止部側に延びるリード線部とからなる近接導体と、
を備え、
前記近接導体は、
そのリード線部が前記第２の封止部側の前記電極と電気的に接続されており、
前記巻回部は、前記第１の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含み、かつ前記バルブの長手方向に対して垂直な平面を第１の基準面とし、第１の基準面より第１の封止部に沿って５ｍｍ離れた位置であって当該第１の基準面に平行な平面を第２の基準面、前記第１の基準面に平行であって第２の封止部側の電極の先端部を通る平面を第３の基準面とした場合に、前記第２の基準面から前記第３の基準面までの範囲に、前記近接導体の巻回部の少なくとも一部が略らせん状に０．５ターン以上巻き付けられ、かつ、その範囲内に前記発光部または前記第１の封止部を囲む閉ループが含まれていないこと
を特徴とする高圧放電ランプ。 - 内部に一対の電極が配設され、かつ放電空間が形成されている発光部とこの発光部の両端部にそれぞれ設けられた第１の封止部および第２の封止部とからなるバルブと、
前記発光部または前記第１の封止部の外周を囲むように巻回された巻回部と当該巻回部から前記発光部の外面に近接または接触するように前記発光部を渡って前記第２の封止部側に延びるリード線部とからなる近接導体と、
を備え、
前記近接導体は、
そのリード線部が前記第２の封止部側の前記電極と電気的に接続されており、
巻回部には、前記発光部または前記第１の封止部を囲む閉ループが含まれておらず、前記第１の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含み、かつ前記バルブの長手方向に対して垂直な面を第１の基準面とし、第１の基準面より第１の封止部に沿って２０ｍｍ離れた位置であって当該第１の基準面に平行な平面を第２の基準面、前記第１の基準面に平行であって第２の封止部側の電極の先端部を通る平面を第３の基準面とした場合に、前記第２の基準面から前記第３の基準面までの範囲に前記近接導体の巻回部の少なくとも一部が略らせん状に０．５ターン以上巻き付けられていること
を特徴とする高圧放電ランプ。 - 前記第１の基準面と、前記第２の封止部側の前記電極の根元部分に位置する前記放電空間の端を含み、かつ前記第１の基準面に平行な第４の基準面とに挟まれた範囲において、前記近接導体のリード線部と前記発光部の内面との最小距離が１０ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。 - 前記第２と第３の基準面で挟まれた範囲において、前記近接導体の巻回部における略らせん状に巻き付けられた部分のピッチ間隔が、１．５ｍｍ以上であること
を特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。 - 請求項１記載の高圧放電ランプの点灯方法であって、
前記一対の電極に高周波電圧を印加した後に、前記高圧放電ランプの放電を開始させること
を特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。 - 前記高周波の周波数は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであること
を特徴とする請求項５記載の高圧放電ランプの点灯方法。 - 前記高周波の振幅は、４００Ｖ以上であること
を特徴とする請求項５記載の高圧放電ランプの点灯方法。 - 請求項１記載の高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを点灯させる点灯装置であって前記一対の電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段を備える点灯装置と、を備えていること
を特徴とする高圧放電ランプ装置。 - 凹面状の反射ミラー内に、請求項１記載の高圧放電ランプが組み込まれていること
を特徴とするランプユニット。 - 請求項８記載の高圧放電ランプ装置が用いられていること
を特徴とする画像表示装置。 - 請求項８記載の高圧放電ランプ装置が用いられていること
を特徴とするヘッドライト装置。
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