JP4182443B2 - 高圧放電ランプ、高圧放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、透光性セラミックス放電容器を備えた高圧放電ランプ、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。

近年、光ファイバー用光源やハロゲン電球代替光源として、ランプ電力が１０〜３０Ｗ程度の小形のメタルハライドランプおよびこれと小形の点灯回路手段とを一体に結合して口金を装着した小形の高圧放電ランプ装置すなわち電球形高圧放電ランプが本発明者らによって開発された。この電球形高圧放電ランプは、ランプ効率がハロゲン電球に比較して約３〜４倍であるとともに、電球形蛍光ランプに比べて著しく小さいので、点光源として扱える。

しかし、高圧放電ランプであるから、始動時に比較的高いパルス電圧を発生するためのイグナイタを組み込んだ安定器すなわち点灯回路手段またはイグナイタを組み込んでいない点灯回路手段およびこれと別設のイグナイタを用いる必要がある。このような事情から、折角小形の高圧放電ランプを開発しても、光源、安定器すなわち点灯回路手段および照明器具をシステムとして捉えたときには、結局大きなものになってしまう。一方、コンパクトに形成された蛍光ランプと、その点灯回路手段とを一体化して口金を装着してなる電球形蛍光ランプが白熱電球代替の光源として従来から用いられている。この電球形蛍光ランプもまた放電ランプなので、点灯回路手段を必要とするが、高圧放電ランプ用の点灯回路手段に比較すると、電球形蛍光ランプのそれは、圧倒的に小さい。

そこで、本発明者らは、この問題を回避するべく研究の結果、小形の高圧放電ランプの点灯回路手段として、電球形蛍光ランプに用いられているような小形の高周波インバータを主体とする点灯回路手段を使用することに成功した。このような点灯回路手段は、一般に回路構成が簡単で、しかも高周波で動作するために、小形であることに加えて軽量で、かつ安価なので、高圧放電ランプ点灯装置の小形化、軽量化およびコストダウンを図ることができる。

しかし、高圧放電ランプの始動電圧をさらに低くすることができれば、点灯回路手段の一層の小形化、延いては軽量化およびコストダウンを図ることが可能になる。

一般に、放電ランプの始動電圧は、電極および放電媒体などの条件が一定の場合、電極間距離と放電媒体の圧力との関数、すなわちパッシェンの法則にしたがう。

したがって、始動電圧を低くするには、放電媒体の圧力を低下させ、電極間距離を短縮するのが一般的である。これにより、確かに始動電圧は低下するが、電極を構成しているタングステンのスパッタや蒸発が増大し、透光性セラミックス放電容器が黒化して、光束維持率が低下したり、発光効率が低下したりするなどの問題を生じる。

一方、始動電圧を低下させる手段の一つに近接導体を配設することがある。この種の従来技術として、透光性セラミックス放電容器に備えられた一対の小径筒部のそれぞれに、包囲部との境界に近接した位置において、１本の導線の端部を２〜３ターン巻回し、導線の中間部を包囲部に近接して延在させた構成が知られている。なお、この導線は電極に対して導電的には接続していないで、浮いた状態になっている。

また、他の従来技術として、透光性石英放電容器に備えられた一対の細長い棒状の封止部の一方において、その長手方向の中間部に導線の一端部を２〜３ターン巻回し、中間部を包囲部に間隔をおいて沿わせ、他端部を他方の封止部側の外部導入線に接続した構造である。

ところが、近接導体を備えた上述の従来技術は、そのいずれも必ずしも効果が十分でないことが分かった。

本発明は、低い始動電圧を示す高圧放電ランプ、これを用いた高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の高圧放電ランプは、放電空間を包囲する包囲部、包囲部の両端に連通して配置され包囲部より内径が小さい一対の小径筒部を有する透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間にわずかな隙間を形成しながら小径筒部内に挿通されている細長い第１および第２の電極、ならびに透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えた発光管と；第１の電極が挿通している一方の小径筒部の外面に密接するように４ターン以上巻回されるとともに、一端が第２の電極と同電位になるように接続されている第１の金属製コイルと；第２の電極が挿通している他方の小径筒部の外面に密接するように４ターン以上巻回されるとともに、一端が第１の電極と同電位になるように接続されている第２の金属製コイルと；発光管、ならびに第１および第２の金属製コイルを気密に収納した外管と；第１および第２の電極に接続するとともに外管から外部へ気密に導出された一対の外部接続端子と；を具備しており、一対の外部接続端子間の静電容量が１．２〜４ｐＦであることを特徴とする。

請求項２の発明の高圧放電ランプは、放電空間を包囲する包囲部、包囲部の両端に連通して配置され包囲部より内径が小さい一対の小径筒部を有する透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間にわずかな隙間を形成しながら小径筒部内に挿通されている細長い第１および第２の電極、ならびに透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えた発光管と；第１の電極が挿通している一方の小径筒部の外周に４ターン以上巻装されるとともに、一端が第２の電極と同電位になるように接続されている第１の金属製コイルと；第２の電極が挿通している他方の小径筒部の外周に４ターン以上巻装されるとともに、一端が第１の電極と同電位になるように接続されている第２の金属製コイルと；発光管、ならびに第１および第２の金属製コイルを気密に収納した外管と；第１および第２の電極に接続するとともに外管から外部へ気密に導出された一対の外部接続端子と；を具備しており、始動時のグロー放電に小径筒部のわずかな隙間内に滞留している放電媒体が一時的に蒸発することを特徴とする。

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。以下、発光管についてその構成要素ごとに説明する。

〔発光管について〕 発光管は、少なくとも透光性セラミックス放電容器、一対の電極および放電媒体を備えている。

＜透光性セラミックス放電容器について＞ 「透光性」とは、放電によって発生した光を透過して外部に導出できる程度に光透過性であることをいい、透明ばかりでなく、光拡散性であってもよい。透光性セラミックス放電容器が小径筒部を有している場合、少なくとも包囲部が利用しようとする放射に対して透光性を有していればよく、要すれば小径筒部など放電による放射を主としては導出しない部分は、遮光性であってもよい。

したがって、「透光性セラミックス放電容器」とは、少なくとも包囲部が単結晶の金属酸化物たとえばサファイヤと、多結晶の金属酸化物たとえば半透明の気密性アルミニウム酸化物（アルミナセラミックス）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）と、多結晶非酸化物たとえばアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような光透過性および耐熱性を備えた材料からなる放電容器を意味する。

また、透光性セラミックス放電容器を製作するには、中央の包囲部と、包囲部の両端または一端の小径筒部とを最初から一体に形成することができる。しかし、たとえば包囲部を形成する中空の球形部と、この球形部の両端に接続して小径筒部を形成する小径筒体とを、それぞれ別に仮焼結してから所要に接合させて、全体を焼結することにより、一体の透光性セラミックス放電容器を形成することもできる。さらに、たとえば包囲部を形成する円筒と、円筒の両端面に嵌合して閉鎖する一対の端板と、端板の中心孔に嵌合して小径筒部を形成する小径筒体とを、それぞれ別に仮焼結して所要に嵌合させて、全体を焼結することにより、一体の放電容器を形成することもできる。

さらに、本発明において、透光性セラミックス放電容器の内容積は制限されるものではないが、小形の高圧放電ランプを得るためには、透光性セラミックス放電容器を０．０５ｃｃ以下、好適には０．０４ｃｃ以下にするとよい。この場合、透光性セラミックス放電容器は、その全長が３５ｍｍ以下、好適には１０〜３０ｍｍである。

＜第１および第２の電極について＞ 第１および第２の電極は、透光性セラミックス放電容器に封装されていて、材料にタングステンまたはドープドタングステンを用いている。なお、電極は、透光性セラミックス放電容器の小径筒部内に挿通し、さらに先端が包囲部内に位置しているか、あるいは先端も小径筒部内に位置しているが、包囲部を望む位置にあって包囲部内に放電を形成するように配設されていてもよい。

また、第１および第２の電極は、そのいずれも細長くて、しかもそれぞれ小径筒部内に挿通された状態で、小径筒部の内面との間にいわゆるキャピラリーと称されるわずかな隙間を形成している。この場合、電極の中間部は、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間になるべく均一なわずかな隙間を形成するために、一定の太さであることが望ましい。

さらに、第１および第２の電極の先端部は、表面積を大きくして放熱を良好にするために、必要に応じてタングステンのコイルを巻装することができる。

さらにまた、第１および第２の電極の基端部は、透光性セラミックス放電容器に対して所要の位置に固定するとともに、外部から電流を導入するために機能する。

さらにまた、第１および第２の電極の基端部は、溶接などによって給電導体の先端に固着されることで電気的および機械的に支持し得る。この場合、要すれば給電導体は、電極の基端部の固着に際して電極の基端との間に介在するモリブデン、サーメットなどの部材を耐火性部分として付設していることが許容される。

＜放電媒体について＞ 放電媒体は、少なくとも始動ガスおよび緩衝ガスとして希ガスを含むものとし、点灯中約１気圧以上の圧力を呈するように透光性セラミックス放電容器内に封入される。

また、放電媒体は、発光物質またはその化合物たとえば金属ハロゲン化物やアマルガムなどを含む。

さらに、放電媒体は、バッファ蒸気として水銀を含むことができる。

一方、希ガスは、本質的に特定のガスに限定されないが、正規グロー放電から異常グロー放電に遷移する際のグロー電流を小さくしたり、放電開始電圧を低下させたりしたい場合などの所要時に、ネオンおよびアルゴンを混合して封入することができる。なお、この場合、アルゴンは、ネオンに対して分圧で０．１〜１５％、好適には１０％までの範囲で混合することができる。また、ネオンおよびアルゴンは、一般的に８０〜５００Torr、好適には１００〜２００Torrの封入圧で用いることができる。なお、封入圧が８０Torr未満であると、グロー・アーク転移時間が長くなって、電極物質のタングステンのスパッタや蒸発による黒化が多くなる。一方、封入圧が５００Torrを超えると、高圧放電ランプの始動電圧が高くなり、グロー電力が増加する。

さらに、ネオンやアルゴンに加えて、必要に応じてその他の希ガスを封入することができる。

高圧放電ランプがメタルハライドランプの場合において、放電媒体に発光金属の金属ハロゲン化物を用いるときに、金属ハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、よう素、臭素、塩素またはフッ素のいずれか一種または複数種を用いることができる。

発光金属の金属ハロゲン化物は、発光色、平均演色評価数Ｒａおよび発光効率などについて所望の発光特性を備えた放射を得るため、さらには透光性セラミックス放電容器のサイズおよびランプ電力に応じて、既知の金属ハロゲン化物の中から任意所望に選択することができる。たとえば、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、スカンジウムＳｃおよび希土類金属からなるグループの中から選択された一種または複数種のハロゲン化物を用いることができる。

また、バッファ蒸気として適量の水銀に代えて蒸気圧が比較的高くて可視光領域における発光が少ないか、発光しない金属たとえばアルミニウムなどのハロゲン化物を封入することもできる。

＜発光管のその他の構成について＞

１．給電導体について：電極を支持し、かつ電極に対して給電するとともに、透光性セラミックス放電容器を封止してするのに好適な構成は、以下に示す給電導体を用いることである。

すなわち、給電導体は、電極を支持し、電極間に電圧を印加し、電極に放電電流を供給し、かつ透光性セラミックス放電容器を封止するために機能する導体で、先端が直接または後述する付設された耐火性部分を介して電極の基端部に接続し、基端が透光性放電容器の外部に導出されている。なお、「透光性放電容器の外部に導出されている」とは、透光性放電容器から外部へ突出していてもよいし、また突出していなくてもよいが、接続導体を介して外部から給電できる程度に外部に臨んでいることを意味する。

また、給電導体は、これを支持することにより、高圧放電ランプ全体を支持するのに利用してもよい。

さらに、給電導体は、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびバナジウムなどの封着性金属を用いることができる。透光性セラミックス放電容器の材料にアルミナセラミックスを用いる場合、ニオブおよびタンタルは、平均熱膨張係数がアルミナセラミックスとほぼ同一であるから、給電導体に好適である。また、イットリウム酸化物およびＹＡＧの場合も差が少ない。窒化アルミニウムを透光性セラミックス放電容器に用いる場合には、給電導体にジルコニウムを用いるのがよい。

さらにまた、給電導体は、上記金属の棒状体、パイプ状体やコイル状体などによって構成することができる。この場合、ニオブなどは酸化性金属なので、高圧放電ランプを大気に通じた状態で点灯する場合には、耐酸化性の外部リード線を給電導体にさらに接続するとともに、給電導体が大気に接触しないようにたとえばシールなどによって全体を被覆する必要がある。

さらにまた、前述のように給電導体の先端に耐火性金属からなる耐火性部分を付加することができる。この耐火性部分には、モリブデン、タングステンまたはサーメットなどを用いることができる。しかし、要すれば、電極の基端を直接給電導体の封着性部分の先端に接続してもよい。このことは、給電導体に付加する耐火性部分の少なくとも先端部分をタングステンで構成すれば、耐火性部分を電極として用いることができることを意味する。また、反対に電極の基端部を耐火性部分として用いることができることにもなり、実質的に両者は同じである。

２．ランプ電力について：高圧放電ランプのランプ電力は、特段制限されないが、５０Ｗ以下までの小電力であれば、点灯回路手段の小形化が容易である。なお、「ランプ電力」とは、高圧放電ランプを点灯回路手段に接続した場合に、高圧放電ランプが安定に点灯している状態で高圧放電ランプの部分で消費される電力をいう。

〔第１および第２の金属製コイルについて〕 第１の金属製コイルは、第１の電極が挿通している透光性セラミックス放電容器における一方の小径筒部の外周に巻装される。また、第１の金属製コイルは、その一端が第２の電極と同電位になるように接続されている。

同様に第２の金属製コイルは、第２の電極が挿通している透光性セラミックス放電容器における他方の小径筒部の外周に巻装される。また、第２の金属製コイルは、その一端が第１の電極と同電位になるように接続されている。

したがって、第１および第２の金属製コイルと、これに対向する第１および第２の電極との間に始動時に高い電圧がそれぞれ印加される。なお、第１および第２の金属製コイルの一端が第１および第２の電極と同電位になるように接続されているというのは、上記金属製コイルが小径筒部を介して対向している電極を一方の電極としたときに、他方の電極に接続している給電導体またはこれに接続している接続導体などに上記金属製コイルの一端が接続していることを意味する。

また、第１および第２の金属製コイルは、それぞれがなるべく小径筒部の外面に密接するように巻回されていることが好ましい。

さらに、第１および第２の金属製コイルは、モリブデン、ニオブなどの耐熱性の導電性金属を用いることができる。したがって、発光管に給電するために接続導体を用いる場合に、上記金属製コイルと接続導体とに同一の金属を用いることができるが、異種の金属であってもよい。

そして、本発明は、金属製コイルの効果的なターン数を規定している。すなわち、金属製コイルの作用は、そのターン数によって影響される。ターン数が４ターン未満であると、始動電圧低下の十分な作用が得られない。その理由は必ずしも詳らかでないが、静電容量が関係していると推定される。その意味でも、金属製コイルは、なるべく小径筒部の表面に隙間が少なくなるように巻回するのが望ましい。

一方、金属製コイルのターン数の上限は、透光性セラミックス放電容器の軸方向のサイズによって決定される。

したがって、金属製コイルの適切なターン数は、小径筒部の外周に巻回可能な範囲内で所望の始動電圧が得られるように設定することができる。また、始動時のグロー・アーク転移時間を所望の範囲に入るように調整することを主な狙いとする場合にも、本発明は有効である。

〔外管について〕 外管は、その内部に発光管を気密に収納するための手段である。本発明の高圧放電ランプは、保温や大気との間の遮断のために、透光性セラミックス放電容器を外管内に気密に収納している。これを実現するために、外管内は、排気されて真空ないし低圧または不活性ガスたとえば希ガスや窒素を封入することができる。

また、外管は、適当な透光性、気密性、耐熱性および加工性を備えた材料によって形成されているものとする。たとえば、硬質ガラス、半硬質ガラスまたは石英ガラスなどを用いるのが実際的であるが、要すれば透光性セラミックスや結晶性ガラスなどを用いることができる。

さらに、外管は、片封止および両端封止のいずれの構造をも所望により採用することができる。しかし、外管が片封止構造であると、反射鏡を用いる場合に、その光軸に高圧放電ランプの軸を一致させるのに好適である。

さらにまた、外管の封止には、ピンチシール、フレアシール、ビードシール、釦ステムシールなどの既知のシール構造を採用することができる。

〔一対の外部接続端子について〕 一対の外部接続端子は、外管内に収納されている発光管の一対の電極に接続するとともに、外管から外部へ導出されて、外部の点灯回路手段から電気エネルギーを導入する際の接続手段として、また所要により高圧放電ランプを支持する手段として機能する。

また、発光管に給電するために、接続導体を用いる場合、外部接続端子を接続導体と一体に形成することができる。しかし、これらは、互いに別体に形成したものを外管の封止部内で封着金属を介して溶接などの固着手段によって接続してもよい。

さらに、一対の外部接続端子を外管の片側の封止部に集合して外側へ延在させることができる。これにより、点灯回路手段の高周波出力端への接続が容易になる。しかし、所要により外管の両端から一対の外部接続端子を分離して導出することができる。

さらにまた、外部接続端子は、外管から外方へ突出していてもよいし、外管の周囲に添接していてもよい。外管から外方へ突出する態様においては、突出部がそのまま接続ピンを構成してもよいし、口金への接続線として機能する構成であってもよい。これに対して、外管の周囲に添接する態様においては、その添接する外管の部位をピンチシール部にすれば、いわゆる無口金構造になる。

さらにまた、一対の外部接続端子は、点灯回路手段の高周波出力端との接続に適した構造および材質を備えていることができる。このため、外管の封止部を貫通する部分には少なくとも封着性金属を用いるにしても、点灯回路手段に接続する部分には接触抵抗が小さくて、機械的強度に問題のない黄銅、銅などからなる接触片を用いることができる。

〔その他の構成について〕

１．接続導体について：発光管に始動電圧を印加するとともに、放電電流を供給するために、外管内において発光管の第１および第２の電極および外部接続端子の間に介在する接続導体を用いることができる。

また、接続導体としてはモリブデン、ニオブなどの耐熱性にして導電性の金属を用いることができる。

２．発光管の支持について：以下の態様のいずれかによって発光管を外管内の所定の位置に支持することができる。
（１）接続導体のみで発光管を支持する。
（２）発光管を支持する接続導体に外管の内壁に当接する支持枠を付設する。
（３）接続導体を湾曲させて外管の内壁に当接させる。
（４）外管のチップオフ部の内面に発光管に接続した接続導体を直接または他の部材を介して間接的に係止させる。
（５）接続導体に代えて、発光管の透光性セラミックス放電容器をたとえば弾性を備えた支持バンドなどによって直接支持する。

３．受電手段について：高圧放電ランプを点灯回路手段に接続するために、外管に受電手段を配設することができる。受電手段としては、各種ランプに用いられている口金、天井照明器具への給電に用いられている引っ掛けシーリングローゼットのキャップ、点灯回路手段の高周波出力端を直接接続するための絶縁被覆電線などの手段を適宜選択して採用することができる。

受電手段として口金を採用する場合、既知の各種口金を適宜選択して用いることができる。しかし、既存の白熱電球や電球形蛍光ランプとの代替性を重視するなら、これらと同一仕様の口金を用いるのがよい。

口金は、ねじ口金、ピン口金、バヨネット口金など既存の口金形式のあらゆるものを任意所望に採用することができる。しかし、ランプ電力５０Ｗ以下の小形の高圧放電ランプは、ハロゲン電球との代替可能に構成できるので、要すれば商用電源電圧用のハロゲン電球と同じＥ１１形ねじ口金を採用することができる。

そうして、外管の一端に口金を配設していることにより、ランプソケットに装着することによって、簡単、かつ容易に高圧放電ランプを装脱できる。したがって、ハロゲン電球との代替が可能になる。

４．ゲッタについて：外管内の不純ガスを吸着するために、一般に行われるように、ゲッタを外管内に配設することができる。この場合、ゲッタを透光性セラミックス放電容器または接続導体などの適当な部材に支持させることができる。

〔本発明の作用について〕 本発明においては、第１および第２の金属製コイルが透光性セラミックス放電容器の一方および他方の小径筒部の外周にそれぞれ４ターン以上巻装されているので、始動時には、第１および第２の電極とこれに対向する一対の小径筒部の外周に巻回されている第１および第２の金属製コイルとの間に始動時の相対的に高い電圧がそれぞれ印加されるので、それらの間に小径筒部のセラミックスを介して微小放電が生起して始動を補助する。その結果、始動電圧が著しく低下する。なお、さらに放電媒体の界面近傍に第１および第２の金属製コイルが対向していることで、始動時に放電媒体の蒸発が促進される。

以上の結果、本発明によれば、一方の電極にのみ対向して金属製コイルが巻装されている構成に比較して、始動電圧がさらに低下する。

また、第１および第２の金属製コイルが配設されていることにより、微小放電による電気エネルギーのバイパスが生じるために、第１および第２の金属製コイルに対向している第１および第２の電極におけるグロー・アーク転移時間が、金属製コイルがないときに比較して、延伸される傾向にあり、そのためグロー・アーク転移時間を最適化することに対して効果的であり、これによって始動時の黒化を抑制することもできる。加えて、第１および第２の電極に対して、第１および第２の金属製コイルがそれぞれの対応において巻装されていることにより、各電極のグロー・アーク転移時間をバランスよく最適化することに対して効果的である。このため、各電極のグロー・アーク転移時間が揃いやすくなり、始動時の黒化が一層抑制され得る。

また、請求項１の発明の高圧放電ランプは、一対の外部接続端子間の静電容量が１．２〜４ｐＦであり、始動電圧が低下するのに好適な一対の外部接続端子間の静電容量を規定している。一対の外部接続端子間の静電容量は、高圧放電ランプが外管および金属製コイルを備えるとともに、口金などを除去した態様において、周波数４０ｋＨｚにおいて測定するものとする。なお、外管の内部は１０−４Torr程度の低真空状態であることを許容する。

そうして、本発明においては、金属製コイルを備えていることで、一対の外部接続端子間の静電容量が増加することにより、始動時に小径筒部のセラミックスを介して電極とこれに対向する金属製コイルとの間に微小放電が生じて始動が促進される。これによって始動電圧が著しく低下する。

また、始動時に静電容量を通じて電気エネルギーがバイパスされ、その分電極に投入されなくなるため、グロー・アーク転移時間を適度に延伸させて所要範囲内に入れることができ、これによって始動時の黒化を有効に抑制することができる。

さらに、金属製コイルが他方の電極に接続していない場合であっても、外部接続端子間の静電容量は増加する。

また、請求項２の発明の高圧放電ランプは、一対の小径筒部の内部にわずかな隙間を介して第１および第２の電極が挿通しており、さらにわずかな隙間の内部には安定点灯時に放電媒体が液相で滞留し、その滞留している放電媒体の表面すなわち界面の温度が高圧放電ランプの最冷部温度になり、放電媒体の蒸気圧を決定する。これに対して、始動時のグロー放電においては、わずかな隙間内に滞留している放電媒体は、一時的に蒸発する。そして、始動時には放電媒体の蒸発が適切な時間内に行われることが望ましい。さらに放電媒体の界面近傍に第１および第２の金属製コイルが対向していることで、始動時に放電媒体の蒸発が促進され、始動性が向上する。

請求項３の発明の高圧放電ランプは、請求項１または２記載の高圧放電ランプにおいて、金属製コイルは、一端が透光性セラミックス放電容器の包囲部との境界近傍に位置していることを特徴としている。

本発明は、金属製コイルの好適な配設位置を規定している。すなわち、金属製コイルの一端が包囲部との境界近傍に位置していることにより、金属製コイルの位置決めが容易になるとともに、金属製コイルを定置しやすくなる。また、放電媒体の界面が金属製コイルに対向するように高圧放電ランプを設計することも可能である。

請求項４の発明の高圧放電ランプは、請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプにおいて、金属製コイルは、その直径に対する隣接する一対のターンの中心間の距離の比率を巻きピッチとしたときに、その巻きピッチが１００〜５００％であることを特徴としている。

本発明は、金属製コイルの好適な巻きピッチを規定している。「巻きピッチ」とは、金属線の直径に対するコイルの隣接する一対のターンの中心間における距離の比率を％で表わした数値をいう。したがって、巻きピッチ１００％の場合、コイルは密接巻きである。また、巻きピッチ５００％の場合、ターン間にはコイルを形成する金属線の直径の４倍に等しい隙間が形成される。

本発明においては、巻きピッチが５００％を超えると、小径筒部の外面に対してなるべく隙間なく、しかも巻き戻りなくコイルを巻回するのが多少困難になる。また、巻きピッチが１００％であって、隣接ターン間で接触しても、特に問題はない。

そうして、本発明においては、金属製コイルの巻回が容易であるとともに、始動電圧の低下も効果的になる。

請求項５の発明の高圧放電ランプは、請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプにおいて、金属製コイルは、その長さをＬ１とし、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の長さをＬ２としたときに、Ｌ１／Ｌ２が０．３〜１．０であることを特徴としている。

本発明は、小径筒部の長手方向の長さＬ２に対する金属製コイルの軸方向の好適な長さＬ１を規定している。すなわち、金属製コイルは、小径筒部の全長にわたって巻回することができる。また、最短の場合、小径筒部の０．３倍の長さであればよい。

請求項６の発明の高圧放電ランプは、請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプにおいて、金属製コイルは、透光性セラミックス放電容器の包囲部とは反対側に位置する端部が反対側の電極と同電位になるように接続されていることを特徴としている。

本発明は、金属製コイルの電極に接続する方の端部の好適な選択を規定している。すなわち、包囲部とは反対側に位置する端部を電極に接続することにより、金属製コイルの接続部分が高圧放電ランプの配光に与える影響を少なくすることができる。また、金属製コイルを電極に接続する際に、透光性セラミックス放電容器の包囲部が邪魔になりにくいので、接続の作業性が良好である。

請求項７の発明の高圧放電ランプは、請求項１ないし６のいずれか一記載の高圧放電ランプにおいて、電極は、少なくとも一部が金属製コイルに対向している位置においてその軸部に巻装された金属コイル体を具備していることを特徴としている。

金属コイル体は、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内部に配設し得ることを前提として、線径、ターン数および巻きピッチが制限されない。また、金属コイル体から小径筒部の端部にかけて形成されるわずかな隙間に対して、放電媒体は、金属コイル体と小径筒部との間に形成される隙間を通じて出入し、点灯中にはわずかな隙間内に液相で滞留する。

そうして、本発明においては、金属コイル体を電極の軸部に配設することにより、始動電圧がさらに低下する。

また、グロー・アーク転移時間を所望に制御たとえば長くすることもできる。上記のような効果を奏する理由は詳らかでないが、小径筒部の外側に位置する金属製コイルとの間の対向面積が増加するとともに、両者間の空隙長が短縮するので、両者間の静電容量が増大するからであると推定される。

さらに、本発明は、電極の軸部の直径が小径筒部の内径に対して小さくて、わずかな隙間が大きい場合に効果的である。

請求項８の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし７のいずれか一記載の高圧放電ランプと；インバータを主体として構成されて高圧放電ランプをグロー・アーク転移時間が０．５〜３．０秒となるように高周波点灯する点灯回路手段と；を具備していることを特徴としている。

〔高圧放電ランプと点灯回路手段の配置について〕 本発明において、高圧放電ランプと点灯回路手段とは、電気回路の上で接続されればよく、したがって両者は空間的に離間して配置されていてもよいし、互いに機械的に結合した状態で点灯されるように配置されていてもよい。たとえば、前者の配置の例は、高圧放電ランプは照明器具に装着されるが、点灯回路手段は天井裏など照明器具から離間して配置される態様である。また、後者の配置の例は、後述する電球形高圧放電ランプを構成している態様である。

〔点灯回路手段について〕 本発明において、「高周波」とは、周波数５ｋＨｚ以上をいう。点灯回路手段を小形化するために、蛍光ランプ用の点灯回路手段を用いることができる。蛍光ランプ用の点灯回路手段は、２次開放電圧から２次短絡電流まで連続的な負荷特性を有している。

本発明においては、蛍光ランプ用に製造された点灯回路手段を流用することができる。しかし、高圧放電ランプ用として上記のような負荷特性を満足するように設計され、製造された点灯回路手段を用いることができるのはいうまでもない。

また、本発明においては、点灯回路手段の２次開放電圧Ｖ２０を比較的自由度が大きい範囲で設定することができる。すなわち、一般的には高圧放電ランプの放電開始電圧Ｖｓに対する点灯回路手段の２次開放電圧Ｖ２０の比率Ｖ２０／Ｖｓ（％）を以下の範囲で設定することができる。

１１０≦Ｖ２０／Ｖｓ≦３００

なお、高圧放電ランプの放電開始電圧Ｖｓは、統計的にばらつきがあるので、その特定については、十分に留意する必要がある。

ところで、点灯回路手段の基本的回路構成は、上述のような負荷特性を備えていれば、どのようなものであってもよい。

点灯回路手段の動作周波数を５〜２００ｋＨｚの範囲にすることができる。

ＬＣ共振回路を備えた高周波インバータを主体とする点灯回路手段を用いることができる。

以上の各条件を満足するインバータとしては、ハーフブリッジ形インバータ、一石式インバータたとえばブロッキング発振形インバータ、並列インバータなどを用いて構成することができる。また、インバータの発振制御は、自励および他励のいずれでもよい。また、インバータの発振周波数は、一定でもよいし、可変であってもよい。

ＬＣ共振回路の共振周波数に対するインバータの動作周波数を状況に応じて変化させる態様の場合、インバータの動作周波数を変化させることによって、点灯回路手段の出力電圧を制御することができる。すなわち、始動時には動作周波数をＬＣ共振回路の共振周波数に接近させれば、出力電圧が高くなって、２次開放電圧を高圧放電ランプの放電開始電圧に接近させることができる。そして、点灯後には反対に動作周波数を共振周波数から離せば、出力電圧が低下する。したがって、点灯回路手段の負荷特性を、２次開放電圧が高圧放電ランプの放電開始電圧に接近していて、２次開放電圧から２次短絡電流まで連続的にすることができる。

また、動作周波数が一定の態様の場合、ＬＣ共振回路の共振周波数が状況に応じて変化するように構成することによって、点灯回路手段の出力電圧を制御することができる。すなわち、無負荷時にＬＣ共振回路のインダクタＬが飽和してそのインダクタンスが小さくなり、共振周波数が高くなって動作周波数に接近するために、点灯回路手段の出力電圧が高くなる。また、負荷時には、ランプ電流に応じてＬＣ共振回路のインダクタの飽和がなくなって、共振周波数が動作周波数から離れていき、これに伴って出力電圧が低減する。

そうして、ＬＣ共振回路を備えたインバータを用いることにより、点灯回路手段の回路構成が簡単になり、一層小形で、安価な高圧放電ランプ点灯装置を得ることができる。また、点灯回路手段がＬＣ共振回路を備えていることにより、出力電圧の波形を正弦波にすることができる。

〔グロー・アーク転移時間について〕 高圧放電ランプのグロー・アーク転移時間が０．５〜３．０秒、好適には１．０〜２．５秒の範囲に入るように構成することによって、小形の点灯回路手段を用いて点灯する際に、始動時の黒化を著しく低減することができる。

グロー・アーク転移時間は、オシロスコープによりランプ電圧波形の降下点を測定し、測定回数５回の平均値により求めるものとする。なお、ランプ電圧波形の降下点は、両方の電極がグロー・アーク転移するときの降下点でなければならない。したがって、一対の電極が同時にグロー・アーク転移するばかりでなく、時間的にずれがあるときには、後にグロー・アーク転移する電極についての降下点である。

ところで、グロー・アーク転移時間が０．５秒未満であると、グロー・アーク転移電力が短時間で多く投入されることになって、電極の過大な加熱が行われ、このために電極の蒸発が過剰に行われ、このため黒化が促進されて光束維持率が低下しすぎるので、不可である。

また、グロー・アーク転移時間が３．０秒を超えると、グロー・アーク転移時間が長くなることにより、かえって電極のスパッタリングが顕著になり、始動時の黒化を促進して、光束維持率が低下するので、不可である。

そうして、グロー・アーク転移時間が０．５〜３．０秒の範囲内にあれば、点灯３０００時間で８０％以上の光束維持率を確保することが可能になる。なお、上記点灯時間は、高圧放電ランプを１６５分間点灯、１５分間消灯の点滅サイクル試験を実施した時間である。

さらに、グロー・アーク転移時間は、高圧放電ランプの仕様およびまたは点灯回路手段とのマッチングを適宜設定することによって、上記範囲内になるように構成することができる。

請求項９の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設される請求項８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している。

本発明において、照明装置は、高圧放電ランプの発光を何らかの目的で用いるあらゆる装置を含む広い概念である。たとえば、電球形高圧放電ランプ、照明器具、移動体用前照灯、光ファイバー用光源装置、画像投射装置、光化学装置、指紋判別装置などに適用することができる。

「照明装置本体」とは、上記照明装置から高圧放電ランプを除いた残余の部分をいう。また、「電球形高圧放電ランプ」とは、高圧放電ランプと、その点灯回路手段とを一体化し、さらに受電用の口金を付設してなり、口金に適応するランプソケットに装着することにより、白熱電球を点灯するような感覚で使用することができるように構成した照明装置を意味する。さらに、高圧放電ランプ点灯装置の点灯回路手段は、照明装置本体に配置してもよいし、これとは離間した位置たとえば天井裏などに配置してもよい。

次に、電球形高圧放電ランプを構成する場合、高圧放電ランプの発光を所望の配光特性が得られるように、集光するための反射鏡を備えることができる。また、高圧放電ランプの高い輝度を低減するために、反射鏡に代えて、またはこれに加えて適度の光拡散作用を有するグローブまたはカバーを備えることができる。さらに、口金は、所望の仕様のものを用いることができる。したがって、在来の光源ランプとの代替を図る目的の場合には、在来の光源ランプの口金と同じ口金を採用すればよい。

ところで、照明装置が照明器具である場合においては、その照明装置本体に点灯回路手段およびランプソケットを備えていて、そのランプソケットに高圧放電ランプを装着するようにした構成にすることができる。しかし、点灯回路手段を備えてなくて、電球形高圧放電ランプを光源としてランプソケットに装着するようにした構成であってもよい。

請求項１ないし８の各発明によれば、透光性セラミックス放電容器、第１および第２の電極および放電媒体を備えた発光管と、透光性セラミックス放電容器の一対の小径筒部の外周に４ターン以上巻装され、かつ一端を反対側の電極と同電位になるように接続されている第１および第２の金属製コイルと、これらを気密に収納する外管と、発光管の電極などに接続するとともに外管から外部へ気密に導出された一対の外部接続端子とを具備していることにより、始動電圧がより一層十分に低くなって点灯回路手段の小形化が可能であるとともに、グロー・アーク転移時間の延伸に効果がある高圧放電ランプを提供することができる。

請求項１の発明によれば、加えて一対の外部接続端子間の静電容量が１．２〜４．０ｐＦであることにより、始動電圧が低下するとともに、グロー・アーク転移時間の延伸に効果的な高圧放電ランプを提供することができる。

請求項２の発明によれば、加えて始動時のグロー放電によって小径筒部内のわずかな隙間内に滞留している放電媒体が一時的に蒸発することで始動性を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、加えて金属製コイルの一端が透光性セラミックス放電容器の包囲部との境界近傍に位置していることにより、金属製コイルの位置決めが容易であるとともに、定置しやすい高圧放電ランプを提供することができる。

請求項４の発明によれば、加えて金属製コイルの巻きピッチが１００〜５００％であることにより、巻回が容易であるとともに、始動電圧の低下に対しても効果的な高圧放電ランプを提供することができる。

請求項５の発明によれば、加えて小径筒部の長さＬ２に対する金属製コイルの全長Ｌ１の比Ｌ１／Ｌ２が０．３〜１．０であることにより、金属製コイルが好適な長さを備えている高圧放電ランプを提供することができる。

請求項６の発明によれば、加えて金属製コイルの包囲部とは反対側の端部が他方の電極側に接続していることにより、配光の乱れが少なくて、しかも金属製コイルの接続が容易な高圧放電ランプを提供することができる。

請求項７の発明によれば、加えて少なくとも一部が金属製コイルに対向している位置においてその軸部に巻装された金属コイル体を電極が具備していることにより、始動電圧が低下するとともに、グロー・アーク転移時間を制御可能な高圧放電ランプを提供することができる。

請求項８の発明によれば、請求項１ないし７の効果を有する高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。

請求項９の発明によれば、請求項１ないし８の効果を有する照明装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の高圧放電ランプにおける第１の実施形態を示す一部断面正面図である。

図２は、同じく拡大要部断面正面図である。

図３は、同じく口金を装着する前のワイヤバルブ状態を示す一部断面正面図である。各図において、高圧放電ランプは、発光管ＩＢ、第１の接続導体ＣＣ１、第２の接続導体ＣＣ２、第１および第２の金属製コイルＣＯ１、ＣＯ２、外管ＯＢ、一対の外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２、ゲッタＧＴおよび口金Ｂからなる。

＜発光管ＩＢについて＞ 発光管ＩＢは、透光性セラミックス放電容器１、第１および第２の電極２Ａ、２Ｂ、導入導体３、シール４および滞留状態の放電媒体５を備えており、上下対称構造である。

透光性セラミックス放電容器１は、包囲部１ａおよび一対の小径筒部１ｂ、１ｂを備えている。包囲部１ａは、両端が連続的な曲面によって絞られていて、ほぼ球状をなしている。小径筒部１ｂは、包囲部１ａと連続した曲面によってつながり一体成形によって透光性セラミックス放電容器１を形成している。

第１および第２の電極２Ａ、２Ｂは、そのいずれもドープドタングステンからなり、棒状をなしている軸部２ａおよびコイル部２ｂを備えている。軸部２ａは、先端が包囲部１ａ内に突出して小径筒部１ｂ内に挿通され、小径筒部１ｂと、第１および第２の電極２Ａ、２Ｂとの間にわずかな隙間ｇが、それぞれ形成されている。コイル部２ｂは、軸部２ａの先端に装着されている。

導入導体３は、ニオブからなり、棒状をなしていて、先端が電極２Ａ、２Ｂの基端部に突合せて放電溶接され、基端が透光性セラミックス放電容器１の外部に突出している。

シール４は、図２に示すように、セラミックス封止用コンパウンドを溶融し、固化することにより、透光性セラミックス放電容器１の小径筒部１ｂと、導入導体３の先端部および各電極２Ａ、２Ｂの軸部２ａの基端部との間に介在して透光性セラミックス放電容器１を気密に封止するとともに、導入導体３が透光性セラミックス放電容器１の内部に露出しないように被覆している。また、この封止により、電極２Ａ、２Ｂを所定の位置に固定している。

シール４を形成するには、透光性セラミックス放電容器１を縦位置にセットしてセラミックス封止用コンパウンドを小径筒部１ｂの端面において、導入導体３の外部に突出している部分の周りに施与し、加熱溶融させて導入導体３と小径筒部１ｂの内面との間の隙間に進入させて、小径筒部１ｂ内に挿入されている導入導体３の全体を被覆するとともに、さらに電極２の基端部をも被覆し、冷却により固化させる。

放電媒体は、ネオンおよびアルゴンを含む始動ガスおよびバッファガス、発光金属としての金属ハロゲン化物、ならびにバッファ蒸気としての水銀からなり、透光性セラミックス放電容器１内に封入されている。また、金属ハロゲン化物および水銀は蒸発する分より過剰に封入されているので、図２に示すように、その一部５が安定点灯時にわずかな隙間ｇ内に液相状態で滞留している。そして、放電媒体５の界面は、最冷部を形成している。

＜第１および第２の接続導体ＣＣ１、ＣＣ２について＞ 第１の接続導体ＣＣ１は、モリブデン線からなり、その先端が電極２Ａ側の給電導体３に接続し、中間が透光性セラミックス放電容器１の軸方向に対してほぼ平行に、かつ離間して延在している。

第２の接続導体ＣＣ２は、図３に示すように、モリブデンからなり、その先端が電極２Ｂ側の給電導体３に接続している。

＜第１および第２の金属製コイルＣＯ１、ＣＯ２について＞ 第１の金属製コイルＣＯ１は、第１の電極２Ａが内部に挿通している方の小径筒部１ｂの外周に巻装されているとともに、給電導体３側のコイル終端が透光性セラミックス放電容器１の軸方向に離間して延在して、第２の電極２Ｂ側の給電導体３に接続している。

第２の金属製コイルＣＯ２は、第２の電極２Ｂが内部に挿通している方の小径筒部１ｂの外周に巻装されているとともに、給電導体３側の終端が第１の接続導体ＣＣ１に接続している。

＜外管ＯＢについて＞ 外管ＯＢは、硬質ガラス製のＴ形バルブからなり、基端にピンチシール部ｐｓが、先端に排気チップオフ部ｔが、それぞれ形成され、内部が排気されて１０−４Torr程度の低真空状態になっている。ピンチシール部ｐｓは、Ｔ形バルブの開口端を加熱して軟化状態のときにピンチして形成する。排気チップオフ部ｔは、外管ＯＢを封止した後に外管ＯＢの内部を排気して排気管（図示しない。）を封じ切った跡である。

＜一対の外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２について＞ 一対の外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２は、図３に示すように、第１および第２の接続導体ＣＣ１、ＣＣ２を延長してこれらと一体に形成され、受電手段である口金Ｂを装着する以前は外管ＯＢから外方へそのまま突出している。

＜ゲッタＧＴについて＞ ゲッタＧＴは、ＺｒＡｌ合金からなり、第１の接続導体ＣＣ１に溶接により支持されている。

＜口金Ｂについて＞ 口金ｂは、Ｅ１１形ねじ口金からなり、一対の外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２を所要に接続して、外管ＯＢのピンチシール部ｐｓに無機質接着剤（図示しない。）によって固着されている。

図１ないし図３に示す高圧放電ランプであって、以下の仕様である。

＜発光管＞

透光性セラミックス放電容器：透光性アルミナセラミックス製で、全長２３ｍｍ、包囲部１ａの外径が６ｍｍ、内径５ｍｍ（肉厚０．５ｍｍ）、小径筒部１ｂが外径１．７ｍｍ、内径０．７ｍｍ（肉厚０．５ｍｍ）、長さＬ２が８ｍｍ

電極：軸部およびコイル部が直径０．２ｍｍのタングステン

導入導体：ニオブ、直径０．６４ｍｍ

わずかな隙間ｇ：０．２５ｍｍ

放電媒体：始動ガスおよびバッファガスとしてＮｅ３％＋Ａｒが２００Torr、他に適量の水銀および発光金属のハロゲン化物（発光金属のハロゲン化物は、点灯中にその全てが蒸発しないで、余剰分がわずかな隙間内に滞留する程度の量封入している。）

第１および第２の金属製コイル：直径０．３ｍｍのモリブデン線を巻きピッチ２００％で７ターン、包囲部に隣接する位置から小径筒部の外周に密接して巻装していて、全長Ｌ１は約５ｍｍ、（Ｌ１／Ｌ２）≒０．６３

一対の外部接続端子間の静電容量：２．３ｐＦ

始動電圧：０．７ｋＶp-p（なお、第１および第２の金属製コイルを備えていない他は、本実施例と同一仕様の比較例の場合、始動電圧は３．０ｋＶp-pであった。）

グロー・アーク転移時間：第１の電極が１．４秒、第２の電極が１．６秒

図４は、本発明の高圧放電ランプに関連する第１の変形例を示す一部断面正面図である。図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本変形例は、第１の金属製コイルＣＯ１が第２の電極２Ｂに接続されていない点で異なる。すなわち、第１の金属製コイルＣＯ１は、導電的に浮いた状態になっている。

そうして、始動電圧は、１．０ｋＶp-pであった。また、第１の電極２Ａのグロー・アーク転移時間は０．７秒、第２の電極２Ｂのグロー・アーク転移時間は１．５秒であった。さらに、外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２間の静電容量は、概ね１．８〜２．０ｐＦ程度になる。

図５は、本発明の高圧放電ランプに関連する第２変形例を示す一部断面正面図である。図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本変形例は、第２の金属製コイルＣＯ２のみが巻装されている点で異なる。

そうして、始動電圧は１．１ｋＶp-pであった。また、第１の電極２Ａのグロー・アーク転移時間は０．６秒、第２の電極のグロー・アーク転移時間は１．４秒であった。

さらに、外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２間の静電容量は、概ね１．３〜１．８ｐＦ程度になる。

図６は、本発明の高圧放電ランプにおける第２の実施形態を示す拡大要部断面正面図である。図において、図２と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、電極２Ａ、２Ｂの軸部２ａの金属製コイルＣＯ１、ＣＯ２に対向する部分において、電極２Ａ、２Ｂの軸部２ａに巻装された金属コイル体ＭＣ１、ＭＣ２を具備している。すなわち、金属コイル体ＭＣ１、ＭＣ２は、直径０．２ｍｍのタングステン線を軸部２ａに８ターン巻装することによって形成している。したがって、金属コイル体ＣＯ１、ＣＯ２と小径筒部１ｂの内面との間に０．０５ｍｍの隙間が形成されているとともに、金属コイル体ＣＯ１、ＣＯ２のターン間にスパイラルな隙間も形成されている。

図７は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置における一実施形態の点灯回路手段を示す回路図である。図において、ＡＳは低周波交流電源、ｆは過電流ヒューズ、ＮＦはノイズフィルタ、ＲＤは整流化直流電源、Ｑ１は第１のスイッチング手段、Ｑ２は第２のスイッチング手段、ＧＤはゲートドライブ回路、ＳＴは始動回路、ＧＰはゲート保護回路、ＬＣは負荷回路であり、ｃ、ｄは高圧放電ランプＨＰＬを接続する受金の挿入位置を示す。

低周波交流電源ＡＳは、１００Ｖ商用電源である。

過電流ヒューズｆは、配線基板に一体に形成したパターンヒューズであり、過電流が流れた際に溶断して回路が焼損しないように保護する。

ノイズフィルタＮＦは、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１からなり、高周波インバータの動作に伴って発生する高周波を電源側に流出しないように除去する。

整流化直流電源ＲＤは、ブリッジ形整流回路ＢＲおよび平滑コンデンサＣ２からなり、ブリッジ形整流回路ＢＲの交流入力端がノイズフィルタＮＦおよび過電流ヒューズｆを介して低周波交流電源ＡＳに接続し、また直流出力端が平滑コンデンサＣ２の両端に接続していて、平滑化直流を供給する。

第１のスイッチング手段Ｑ１は、Ｎチャンネル形MOSFETからなり、そのドレインが平滑コンデンサＣ２のプラス側に接続している。

第２のスイッチング手段Ｑ２は、Ｐチャンネル形MOSFETからなり、そのソースが第１のスイッチング手段Ｑ１のソースに接続し、ドレインが平滑コンデンサＣ２のマイナス側に接続している。したがって、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２は、順方向に直列接続されて、その両端が整流化直流電源ＲＤの出力端間に接続していることになる。

ゲートドライブ回路ＧＤは、帰還回路ＦＢＣ、直列共振回路ＳＯＣおよびゲート電圧出力回路ＧＯからなる。帰還手段ＦＢＣは、後述する限流インダクタＬ２に磁気結合している補助巻線からなる。直列共振回路ＳＯＣは、インダクタＬ３およびコンデンサＣ３の直列回路からなり、その両端は帰還手段ＦＢＣに接続している。ゲート電圧出力手段ＧＯは、直列共振回路ＳＯＣのコンデンサＣ３の両端に現れる共振電圧がコンデンサＣ４を介して取り出されるように構成されている。そして、コンデンサＣ４の一端はコンデンサＣ３とインダクタＬ３との接続点に接続し、コンデンサＣ４の他端は第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのゲートに接続している。さらに、コンデンサＣ３の他端が第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のソースに接続している。その結果、コンデンサＣ３の両端に現れた共振電圧は、ゲート電圧出力回路ＧＯを介して第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のゲート・ソース間に印加される。

始動回路ＳＴは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３からなる。抵抗器Ｒ１は、その一端が平滑コンデンサＣ２のプラス側に接続し、他端が第１のスイッチング手段Ｑ１のゲートに接続しているとともに、抵抗器Ｒ２の一端およびゲートドライブ回路ＧＤにおけるゲート電圧出力回路ＧＯのゲート側の出力端すなわちコンデンサＣ４の他端に接続している。抵抗器Ｒ２の他端は、直列共振回路ＳＯＣのインダクタＬ３および帰還回路ＦＢＣの接続点に接続している。抵抗器Ｒ３は、その一端が第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２の接続点すなわちそれぞれのソースおよびゲート電圧出力回路ＧＯのソース側に接続し、他端が平滑コンデンサＣ２のマイナス側に接続している。

ゲート保護回路ＧＰは、一対のツェナーダイオードを逆直列接続してなり、ゲート電圧出力回路ＧＯおよび直列共振回路ＳＯＣのコンデンサＣ３の直列部分に並列接続している。

負荷回路ＬＣは、高圧放電ランプＨＰＬ、限流インダクタＬ２および直流カットコンデンサＣ５の直列回路と、高圧放電ランプＨＰＬに並列接続した共振コンデンサＣ６とからなり、一端が高周波出力端ｃに、他端が高周波出力端ｄに、それぞれ接続している。高周波出力端ｃ、ｄには、図示していないランプソケットが介挿され、これを介して高圧放電ランプＨＬＰが点灯回路手段に接続される。

高圧放電ランプＨＰＬは、図１ないし図３に示す構成を備えている。

限流インダクタＬ２と共振コンデンサＣ６とは、直列共振回路を形成する。なお、直流カットコンデンサＣ５は、容量が大きいので、直列共振に大きくは影響しない。

第２のスイッチング手段Ｑ２のドレイン・ソース間に接続されたコンデンサＣ７は、第２のスイッチング手段Ｑ２のスイッチング中における負荷を軽減する。

次に、回路動作について説明する。交流電源ＡＳを投入すると、整流化直流電源ＲＤにより平滑化された直流電圧が平滑コンデンサＣ２の両端に現れる。そして、直列接続された第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２の両ドレイン間に直流電圧が印加される。しかし、両スイッチング手段Ｑ１、Ｑ２は、ゲート電圧が印加されてないので、オフしている。

上記直流電圧は、同時に始動回路ＳＴにも印加されるので、抵抗器Ｒ２の両端には主として抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗値の案分比に応じた電圧が現れる。そして、抵抗器Ｒ２の端子電圧は、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のゲート・ソース間に正極性の電圧として印加される。

その結果、第１のスイッチング手段Ｑ１は、スレッシュホールド電圧を超えるように設定されているため、オンする。これに対して、第２のスイッチング手段Ｑ２のゲート・ソース間に印加される電圧は、所要のゲート電圧とは逆極性であるため、オフ状態のままである。

第１のスイッチング手段Ｑ１がオンすると、整流化直流電源ＲＤから第１のスイッチング手段Ｑ１を介して負荷回路ＬＣに電流が流れる。これにより限流インダクタＬ２および共振コンデンサＣ６の直列共振回路が共振して共振コンデンサＣ６の端子間に高い共振電圧が現れ、高圧放電ランプＨＰＬに印加される。

一方、限流インダクタＬ２に電流が流れたことにより、磁気結合している帰還回路ＦＢＣに電圧が誘起される。これにより直列共振回路ＳＯＣが直列共振して、コンデンサＣ３には昇圧された負電圧が発生するので、ゲート保護回路ＧＰにより一定電圧にクリップされ、ゲート電圧出力回路ＧＯを介して第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２のゲート・ソース間に印加される。これにより、第２のスイッチング手段Ｑ２はスレッシュホールド電圧を超えるため、オンする。これに対して、今までオンしていた第１のスイッチング手段Ｑ１は、ゲート電圧が逆極性になるので、オフする。

第２のスイッチング手段Ｑ２がオンすると、負荷回路ＬＣの限流インダクタＬ２に蓄積されている電磁エネルギーおよびコンデンサＣ６の電荷が放出されて、限流インダクタＬ２から第２のスイッチング手段Ｑ２を介して負荷回路ＬＣ内を逆方向に電流が流れ、コンデンサＣ６の両端には極性が反転した共振による高い電圧が現れ、高圧放電ランプＨＰＬに印加される。以後、以上説明した動作を繰り返す。

ところで、高圧放電ランプＨＰＬが始動する以前は、発振周波数が限流インダクタＬ２およびコンデンサＣ６が形成する直列共振回路の共振周波数に相対的に接近した周波数でハーフブリッジ形高周波インバータが作動するため、その２次開放電圧は約５００Ｖ（実効値）すなわち約１．０ｋＶp-pで、高圧放電ランプＨＰＬの始動電圧より高い値に設定されている。また、２次短絡電流は約５５０ｍＡである。

したがって、パルス電圧を発生するイグナイタを用いなくても、やがて高圧放電ランプＨＰＬは、始動し、約１．４秒間でグロー・アーク転移が行われ、負荷特性曲線上の定格ランプ電流値の位置が動作点となって安定に点灯する。なお、高圧放電ランプは、上記グロー・アーク転移時間内に転移が行われることにより、始動時に黒化は殆ど生じない。なお、点灯時の動作周波数は４７ｋＨｚである。

図８は、本発明の照明装置における第１の実施形態としてのスポットライトを示す一部中央断面側面図である。図において、１１はスポットライト本体、１２は高圧放電ランプである。

スポットライト本体１１は、主として天井取付部１１ａ、アーム１１ｂ、本体ケース１１ｃ、ランプソケット１１ｄ、反射鏡１１ｅ、遮光筒１１ｆおよび前面ガラス１１ｇを備えている。天井取付部１１ａは、天井に取り付けられてスポットライトを吊持するとともに、天井裏に配設される点灯回路手段（図示しない。）に接続して、ここから受電する。アーム１１ｂは、基端が天井取付部１１ａに固定されている。本体ケース１１ｃは、前面が開口した容器状をなし、アーム１１ｂの先端に垂直面内において俯仰自在に枢着されている。なお、図中の２点鎖線は、本体ケース１１ｃを基準にしたときのアーム１１ｂの俯仰調節可能な範囲を説明している。ランプソケット１１ｄは、Ｅ１１形口金用に適合するもので、本体ケース１１ｃ内に配設されている。反射鏡１１ｅは、ランプソケット１１ｄの前方に位置して本体ケース１１ｃに配設されている。遮光筒１１ｆは、反射鏡１１ｅの開口端の中央部に配設されている。前面ガラス１１ｇは、本体ケース１１ｃの開口端に配設されている。

高圧放電ランプ１２は、図１ないし図３に示すのと同一仕様であり、これらの図面と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。そして、高圧放電ランプ１２は、その口金Ｂをランプソケット１１ｄに装着することにより、スポットライト本体１１に取り付けられている。また、高圧放電ランプ１２が取り付けられている状態で遮光筒１１ｆが外管ＯＢ先端からの光を遮光して、グレアを防止する。

図９は、本発明の照明装置における第２の実施形態としての電球形高圧放電ランプを示す要部断面正面図である。図において、電球形高圧放電ランプは、高圧放電ランプ１２、台座１３、反射鏡１４、点灯回路手段１５、基体１６および口金１７を備えている。以下、構成要素別に説明する。

〔高圧放電ランプ１２について〕 高圧放電ランプ１２は、口金部分を除いて図５に示すのと同一仕様であり、外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２が外管ＯＢのピンチシール部ｐｓから図において上方へ突出している。なお、図５と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

〔台座１３について〕 台座１３は、耐熱性合成樹脂を成形して形成され、中心部に装着孔１３ａ、図において上部外周縁に取付部１３ｂ、また下部外周縁に中空の図において倒立コップ状のスカート部１３ｃを備えている。装着孔１３ａは、高圧放電ランプ１２および反射鏡１４を装着するためのもので、そこに挿入された高圧放電ランプ１２のピンチシール部ｐｓおよび後述する反射鏡１４の縁部１４ａを同心にして無機質接着剤ＢＣを介して固定している。取付部１３ｂは、後述する基体１６の開口端に固着される。スカート部１３ｃは、反射鏡１４の周囲を包囲して保護するとともに、外観を整えている。

〔反射鏡１４について〕 反射鏡１４は、高圧放電ランプ１２の周囲に配設されているとともに、高圧放電ランプ１２の少なくとも発光部すなわち包囲部１ａを包囲している。そして、反射鏡１４は、台座１３に固定されている。本実施形態においては、前記したように、高圧放電ランプ１２と一緒に固定されている。また、反射鏡１４は、ガラス成形により臥せ椀状に成形され、同時に頂部の円筒状の縁部１４ａを一体に形成しているとともに、内面にアルミニウム蒸着膜からなる反射面１４ｂを形成している。なお、この縁部１４ａは、台座１３の装着孔１３ａに挿入され、無機接着剤ＢＣで台座１３に固定されている。さらに、反射鏡１４の開口部には、前面ガラス１４ｃが配設されている。すなわち、前面ガラス１４ｃは、透明ガラスを成形して製作され、低融点フリットガラス１８で反射鏡１４の開口部に気密に封着されている。さらにまた、反射鏡１４および前面ガラス１４ｂにより形成されている内部空間には、不活性ガスとして窒素が封入されている。

〔点灯回路手段１５について〕 点灯回路手段１５は、配線基板１５ａの図において主として上側に実装され、また配線基板１５ａの下面から高圧放電ランプ１２の外部接続端子ＯＣＴ１、ＯＣＴ２を受け入れて、配線基板１５ａと所要に接続している。また、点灯回路手段１５は、図７と同一の回路構成である。

〔基体１６について〕 基体１６は、図において倒立杯状をなしていて、その基部に後述する口金１７が装着され、また開口縁に周段部１６ａが形成されている。また、基体１６の内部には、点灯回路手段１５が収納されている。さらに、開口縁の周段部１６ａに台座１３の取付部１３ｂを嵌合して、接着剤によって固着している。なお、基体１６の適所または台座との嵌合部に空気抜きや放熱のための孔隙を必要に応じて形成する。

〔口金１７について〕

口金１７は、Ｅ２６形の口金からなり、基体１６の基部に装着されている。

本発明の高圧放電ランプにおける第１の実施形態を示す一部断面正面図 同じく拡大要部断面正面図 同じく口金を装着する前のワイヤバルブ状態を示す一部断面正面図 本発明の高圧放電ランプの第１変形例を示す一部断面正面図 本発明の高圧放電ランプの第２変形例を示す一部断面正面図 本発明の高圧放電ランプにおける第２の実施形態を示す拡大要部断面正面図 本発明の高圧放電ランプ装置における一実施形態の点灯回路手段を示す回路図 本発明の照明装置における第１の実施形態としてのスポットライトを示す一部中央断面側面図 本発明の照明装置における第２の実施形態としての電球形高圧放電ランプを示す要部断面正面図

符号の説明

ＩＢ…発光管
１…透光性セラミックス放電容器
１ａ…包囲部
１ｂ…小径筒部
３…給電導体
４…シール
ＣＯ２…第１の金属製コイル
ＣＯ１…第２の金属製コイル
ＯＢ…外管
ｐｓ…ピンチシール部
ｔ…排気チップオフ部
ＣＣ１…第１の接続導体
ＧＴ…ゲッタ
Ｂ…口金

Claims (9)

1. 放電空間を包囲する包囲部、包囲部の両端に連通して配置され包囲部より内径が小さい一対の小径筒部を有する透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間にわずかな隙間を形成しながら小径筒部内に挿通されている細長い第１および第２の電極、ならびに透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えた発光管と；
   第１の電極が挿通している一方の小径筒部の外面に密接するように４ターン以上巻回されるとともに、一端が第２の電極と同電位になるように接続されている第１の金属製コイルと；
   第２の電極が挿通している他方の小径筒部の外面に密接するように４ターン以上巻回されるとともに、一端が第１の電極と同電位になるように接続されている第２の金属製コイルと；
   発光管、ならびに第１および第２の金属製コイルを気密に収納した外管と；
   第１および第２の電極に接続するとともに外管から外部へ気密に導出された一対の外部接続端子と；
   を具備しており、一対の外部接続端子間の静電容量が１．２〜４ｐＦであることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 放電空間を包囲する包囲部、包囲部の両端に連通して配置され包囲部より内径が小さい一対の小径筒部を有する透光性セラミックス放電容器、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の内面との間にわずかな隙間を形成しながら小径筒部内に挿通されている細長い第１および第２の電極、ならびに透光性セラミックス放電容器内に封入された放電媒体を備えた発光管と；
   第１の電極が挿通している一方の小径筒部の外周に４ターン以上巻装されるとともに、一端が第２の電極と同電位になるように接続されている第１の金属製コイルと；
   第２の電極が挿通している他方の小径筒部の外周に４ターン以上巻装されるとともに、一端が第１の電極と同電位になるように接続されている第２の金属製コイルと；
   発光管、ならびに第１および第２の金属製コイルを気密に収納した外管と；
   第１および第２の電極に接続するとともに外管から外部へ気密に導出された一対の外部接続端子と；
   を具備しており、始動時のグロー放電に小径筒部のわずかな隙間内に滞留している放電媒体が一時的に蒸発することを特徴とする高圧放電ランプ。
3. 金属製コイルは、一端が透光性セラミックス放電容器の包囲部との境界近傍に位置してい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。
4. 金属製コイルは、その直径に対する隣接する一対のターンの中心間の距離の比率を巻きピッチとしたときに、その巻きピッチが１００〜５００％であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
5. 金属製コイルは、その長さをＬ１とし、透光性セラミックス放電容器の小径筒部の長さをＬ２としたときに、Ｌ１／Ｌ２が０．３〜１．０であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
6. 金属製コイルは、透光性セラミックス放電容器の包囲部とは反対側に位置する端部が反対側の電極と同電位になるように接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
7. 電極は、少なくとも一部が金属製コイルに対向している位置においてその軸部に巻装された金属コイル体を具備していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の高圧放電ランプ。
8. 請求項１ないし７のいずれか一記載の高圧放電ランプと；
   インバータを主体として構成されて高圧放電ランプをグロー・アーク転移時間が０．５〜３．０秒となるように高周波点灯する点灯回路手段と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
9. 照明装置本体と；
   照明装置本体に配設される請求項８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。

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