JP2012114007A

JP2012114007A - 放電ランプ装置

Info

Publication number: JP2012114007A
Application number: JP2010263085A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kitatochi; 直樹北栃; Toshiya Ukai; 俊哉鵜飼; Toshiyuki Okamoto; 敏之岡本; Takashi Yamashita; 高史山下
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-14
Also published as: NL2007588A; US20120133304A1; NL2007588C2; CN102479666A

Abstract

【課題】一対の主電極を放電空間内に有する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプの点灯始動時のみ当該放電空間に向けて紫外光を放射する始動補助光源（ＵＶセル）と、この高圧放電ランプおよびＵＶセルを点灯させるための給電装置とよりなる放電ランプ装置において、低電圧でも安定して放電ランプを点灯始動させることができるような構造を提供することにある。
【解決手段】前記給電装置は、前記高圧放電ランプの点灯始動時に始動用高電圧を発生させて、その後に定常点灯用電圧に移行させるものであって、前記ＵＶセルは、前記始動用高電圧では発光するが、定常点灯用電圧では発光しないものであって、かつ、該ＵＶセルには、少なくとも始動用希ガスと、発光物質として一酸化炭素（ＣＯ）を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクター装置や映写機の光源として用いられる放電ランプ装置に関するものであり、特に、高圧放電ランプの始動を補助するＵＶセルを備えた放電ランプ装置に係わるものである。

従来、プロジェクター装置や映写機に利用されている放電ランプ装置は、発光源となる高圧放電ランプと、この放電ランプを囲むように配置された反射鏡とを備えたものが知られており、さらに、高圧放電ランプの始動性を高めるために始動補助光源（以下、「ＵＶセル」ということもある）を備えたものが採用されている。
特開２００９−１１７２８４号公報（特許文献１）には、上記ＵＶセルを放電ランプの一部もしくは凹面反射鏡の一部に取り付ける構成が開示されている。

このＵＶセルは、放電容器の内部に例えば水銀を含むものであり、放電容器の外側に設けた外部電極によって、いわゆる誘電体バリア放電を利用して紫外光を放射するものである。
ＵＶセルから放射された紫外光は、高圧放電ランプの放電空間に照射されることで、当該放電空間を絶縁破壊しやすい状況にするものであり、すなわち、高圧放電ランプの点灯始動を容易にする効果を有する。従って、ＵＶセルは、放電ランプの始動時のみ発光すればよいのであって、放電ランプの始動時には、放電空間に向けて紫外光（ＵＶ）を放射するとともに、始動した後は、当該放電ランプからの放射光を遮光しない位置に取り付けなければならない。

一方、近年は省エネの観点から、より低い電圧で放電ランプを点灯始動させることが要求されている。一例をあげると、従来３ｋＶの始動電圧を供給していたところ、その半分以下の１〜１．５ｋＶで点灯始動することが要求されてきている。この要求に応えるためには、ＵＶセルの放射光量を増大することが重要になる。

特開２００９−１１７２８４号公報

この発明が解決しようとする課題は、一対の主電極を放電空間内に有する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプの点灯始動時のみ当該放電空間に向けて紫外光を放射する始動補助光源（ＵＶセル）と、この高圧放電ランプおよび始動補助光源を点灯させるための給電装置とよりなる放電ランプ装置において、低電圧でも安定して放電ランプを点灯始動させることができるような構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明に係る放電ランプ装置は、前記給電装置は、前記高圧放電ランプの点灯始動時に始動用高電圧を発生させて、その後に定常点灯用電圧に移行させるものであって、前記始動補助光源（ＵＶセル）は、前記始動用高電圧では発光するが、定常点灯用電圧では発光しないものであって、かつ、該始動補助光源には、少なくとも始動用希ガスと、発光物質として一酸化炭素（ＣＯ）を含むことを特徴とする。

この発明の放電ランプ装置によれば、ＵＶセルは点灯始動時にのみ発光し、高圧放電ランプの定常点灯時には発光することがないので、該ＵＶセルの点灯時間の総和は、放電ランプの点灯時間に比べて圧倒的に短く、ＣＯによるＵＶセルの黒化という問題も全く実用上の弊害とはならず、そのため、該ＵＶセルの放射光量を増大させて放電ランプの低電圧での始動を可能にするという利点のみを活用できるという効果を奏するものである。

本発明の放電ランプ装置の全体断面図。本発明のＵＶセルの概略図。本発明に係る給電装置の一例。

前述したように、ＵＶセルを備えた放電ランプ装置を低電圧で点灯始動するという社会的要請に応えるべく、先ず、本発明者らは、ＵＶセルの発光物質としてＣＯ（一酸化炭素）を封入することで、Ｈｇ（水銀）を封入したＵＶセルに比べて、放電ランプの始動時の絶縁破壊に寄与する波長の放射光量が際立って大きいことに着目した。
ところで、ＣＯを封入させたランプ自体は、従来から文献レベルでは種々提案されている（例えば、特開２００２−３５８９２４号公報）。しかしながら、発光管内にＣＯを含むと、放電ランプ自体がきわめて早期に黒化してしまい、寿命の観点から実用上は採用されていないというのが現状であった。

そこで、本発明者らは、主点灯する放電ランプではなく、始動時のみ発光すればよいＵＶセルであるならば、ＣＯを封入したとしても、黒化を事実上問題ないレベルに抑えることができ、かつ、放電ランプの始動性を高めることができることを見出した。
そして、本発明者らは鋭意検討の結果、ＵＶセルが放電ランプの定常点灯時には絶対に発光することのない構造を採用し、さらに、ＵＶセルに適したＣＯの封入量を見出したものである。

図１は本発明の放電ランプ装置を示す。放電ランプ装置は、放電ランプ１と、この放電ランプ１を取り囲む凹面反射鏡２と、この反射鏡２の首部２１に固定されたベース３と、ベース３内に配置された始動補助光源（ＵＶセル）４とを有し、放電ランプ１の一方の封止部が反射鏡２の首部２１に形成された貫通口２０に挿通されて接着剤によってベース３に固定されており、該ベース３には、第１給電端子５と第２給電端子６が固定されている。放電ランプ１は、発光管の両端に封止部が形成されており、それぞれの封止部から電極に電気的に接続された外部リード１１、１２が伸び出していて、給電線７、８によって、前記第１給電端子５、第２給電端子６にそれぞれ接続されている。放電ランプ１について、一実施例をあげると、以下のとおりである。放電ランプ１の発光管の内部には、発光物質としての水銀が、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上であって、例えば０．２５ｍｇ／ｍｍ^３封入される他、ハロゲンサイクルにより電極の構成材料であるタングステンが発光管の内壁に付着することを防止するため、臭素などのハロゲンガスが、２．０×１０^−４μｍｏｌ／ｍｍ^３〜７．０×１０^−３μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲であり、例えば、３．０×１０^−４μｍｏｌ／ｍｍ^３封入され、さらにアルゴンガスが約１３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）封入されている。また、放電ランプ１の発光管の最大外径が１２．０ｍｍ、電極間距離が１．２ｍｍ、発光管の内容積が１２４ｍｍ^３、管壁負荷が３．５Ｗ／ｍｍ^２、定格電圧が８５Ｖ、定格電力が３３０Ｗである。

図２は本発明のＵＶセルを示す。ＵＶセル４は、石英ガラスからなる放電容器４０と、この放電容器４０の両端の外表面に配設された第１外部電極４１と第２外部電極４２とから構成され、放電容器４０の内部には、発光物質として、一酸化炭素（ＣＯ）が封入されている。
この一酸化炭素（ＣＯ）はＣＯそのものを封入する場合だけでなく、炭素や酸素、あるいは炭素化合物や酸素化合物を別々に封入して、放電容器の中で一酸化炭素を生成する場合もある。
さらに、アルゴン、キセノン、ネオンなどの希ガスや、窒素またはヘリウム等の気体が封入されてもよい。
一酸化炭素（ＣＯ）の封入量は０．１〜５．０Ｔｏｒｒであり、０．１Ｔｏｒｒ未満では十分な紫外線を得ることができず、また、５．０Ｔｏｒｒ以上の場合はＵＶセル自体が発光しないからである。希ガスの封入量は１０〜３０Ｔｏｒｒ程度が望ましい。
なお、一酸化炭素の封入量を測定する方法は、例えば、アルゴンなどの希ガスの分光ピーク強度で標準化した方法による分光分析による非破壊評価が望ましい。

前記第１外部電極４１、第２外部電極４２は、耐熱性・耐熱衝撃性に優れたステンレス、カンタル（鉄クロム合金）からなる線材を放電容器４０の長手方向に巻回することによって形成されている。なお、第１外部電極４１、第２外部電極４２として、あらかじめコイル状に形成された線材を放電容器４０に取付けるようにしても良い。放電容器４０は、例えば、全長が約１５ｍｍ、外径が約２．８ｍｍ、肉厚が約０．７ｍｍである。第１外部電極４１、第２外部電極４２は、例えば、直径０．３ｍｍの線材によって、全長（放電容器４０の長手方向）が約４ｍｍ、外径が約３ｍｍのコイル状に形成され、電極間距離が約６ｍｍである。放電容器４０内には、例えば、アルゴンガスと、一酸化炭素（ＣＯ）が封入されている。

また、前記ＵＶセル４は、第１外部電極４１に第１補助光源給電線４１ａが接続されており、第２外部電極４２に第２補助光源給電線４２ａが接続されており、放電ランプ１の始動時に、この第１補助光源給電線４１ａと第２補助光源給電線４２ａを通って、第１外部電極４１、第２外部電極４２に電圧が印加されて、ＵＶセル４内の発光物質が発光し、紫外線が放射される。さらに、放電容器４０の内部にはＵＶセル４の放電を助けるために、例えば棒状の金属部材が封入されてもよい。この金属部材は例えばモリブデンもしくはタングステンである。
ここで、ＵＶセル４は、高圧放電ランプ１の点灯始動時に供給される高電圧では発光するが、定常点灯時に供給される電圧では絶対に発光できないように、ガス種、ガス圧、電極構成などを設計しなければならない。

図３は本発明に係る給電装置の一例を示す。主点灯回路１５に高圧放電ランプ１とＵＶセル４が並列に配置される。また、高圧放電ランプ１には始動用トリガ回路１６が直列に接続される。
該トリガ回路１６は、ランプ始動時に、例えば１〜１．５ｋＶの高電圧を発生させる。この高電圧は放電ランプ１の電極間に印加されるとともに、ランプ１と並列に接続されているＵＶセル４にも同様に印加される。ＵＶセル４は１〜１．５ｋＶの高電圧により発光する構成を採用しており、すなわち、トリガ回路１６の駆動によって、ＵＶセル４から紫外光が放射される。
放電ランプ１が絶縁破壊すると、トリガ回路１６はオフして、主点灯回路１５から所望の電力（例えば３３０Ｗ）が供給される。これにより放電ランプ１は安定点灯に移行する。一方、ＵＶセル４は、この所望の電力では絶対に発光しない構成を採用しているので、トリガ回路１６が駆動停止すると、同時に発光停止することになる。

次に、本発明の効果を示す実験例について説明する。ＵＶセル４に封入したＣＯ量を変化させて、ＵＶセル４自体の発光と、放電ランプ１の発光について観察した。
具体的には、ＣＯを封入したランプ１〜ランプ８と、比較例として、ＣＯを封入しないランプ９につて、それぞれ印加電圧を高周波（４０ｋＨｚ）にて１．６ｋＶ、２．２ｋＶ、２．８ＫＶ、３．４ｋＶ、４．０ｋＶと変化させた。
ＵＶセル４はランプ１から５０ｍｍの位置に設定している。ＵＶセル４の発光は電圧印加とともにほぼ瞬間的に発光したものを◎、瞬時ではないが発光したものを〇、発光しないものを×とした。なお発光の有無は可視発光を目視で行なっている。本来、必要なのは可視発光ではなく、紫外発光であるが、可視光が発光しているということは紫外光も発光していることなので便宜的に可視光の発光をもって判断している。ランプの発光は電圧印加１秒以内に絶縁破壊したものを◎、２秒以内のものを〇、３秒以内のものを△、絶縁破壊しなかったものを×とした。
この実験では、ＵＶセル４と放電ランプ１は、上記実施例に記載したものを使用した。

より具体的には、ＵＶセル４のＣＯ封入量は、それぞれのランプにおいて以下の通り。
ランプ１はＣＯが０．１Ｔｏｒｒ、水銀はゼロ、
ランプ２はＣＯが０．４Ｔｏｒｒ、水銀はゼロ、
ランプ３はＣＯが１．０Ｔｏｒｒ、水銀はゼロ、
ランプ４はＣＯが１．０Ｔｏｒｒ、水銀は０．６ｍｇ、
ランプ５はＣＯが２．０Ｔｏｒｒ、水銀はゼロ、
ランプ６はＣＯが４．０Ｔｏｒｒ、水銀はゼロ、
ランプ７はＣＯが５．０Ｔｏｒｒ、水銀はゼロ、
ランプ８はＣＯが６．０Ｔｏｒｒ、水銀はゼロ、
ランプ９はＣＯがゼロ、水銀を０．６ｍｇ封入した。

実験の結果は表１に示すとおりである。
＜表１＞

上記表１で分かるように、従来の印加電圧３ｋＶ以上であれば全てのランプは点灯する。これ以下の電圧２．２ｋＶや１．６ｋＶで点灯するものが良好であり、ＣＯ封入量は、０．１〜５．０Ｔｏｒｒのものが良好である。

次いで、ＵＶセルへのＣＯの封入方法について説明する。
＜加熱によるＣＯの封入方法＞
石英管からなる放電容器の片端を封止し、該放電容器の内部に、例えばモリブデンなどの棒状金属部材を挿入する。またこのとき、放電容器に例えば０．５〜１ｍｇ程度の水銀を入れても良い。
次に、排気装置にて真空に排気（例えば５×１０^−４Ｔｏｒｒ）し、その後、アルゴンガスを例えば２０Ｔｏｒｒ封入し、放電容器の他端を封止する。放電容器の両端部を封止したら、当該放電容器を例えば１１５０℃で２０分間大気中において加熱する。この加熱により、放電容器を構成する石英ガラスから、炭素及び酸素、または、炭素化合物及び／又は酸素化合物が放電空間に染み出し、ＵＶセル発光時にこれらが反応して一酸化炭素が生成される。
この一酸化炭素の生成量は、この加熱工程における加熱温度と加熱時間の調整により達成できる。その後、放電容器の外表面に電極を装着する。

＜エタノールによる封入方法＞
放電容器の片端を封止し、該放電容器の内部に、例えばモリブデンなどの棒状金属部材を挿入する。またこのとき、放電容器に例えば０．５〜１ｍｇ程度の水銀を入れても良い。
次に、エタノールを例えば５〜２０μＬ程度の微量封入し、その後、排気装置にて真空に排気（例えば５×１０^−４Ｔｏｒｒ）し、さらに、アルゴンガスを例えば２０Ｔｏｒｒ封入して放電容器を封止する。排気の際にはエタノールも排気されるが放電容器の内壁にも残る。このエタノールがＵＶセル発光時に放電により分離してＣとＯ_２が生成され、これらが反応してＣＯが生成される。

＜ＣＯガスを直接封入する方法＞
放電容器の片端を封止し、該放電容器の内部に、例えばモリブデンなどの棒状金属部材を挿入する。またこのとき、放電容器に例えば０．５〜１ｍｇ程度の水銀を入れても良い。
次に、排気装置にて真空に排気（例えば５×１０^−４Ｔｏｒｒ）し、その後、アルゴンガスと一酸化炭素（ＣＯ：５％）の混合ガスを例えば２０Ｔｏｒｒ封入し、放電容器を封止する。

＜金属部材に炭素を含有させる封入方法＞
放電容器の片端を封止し、該放電容器の内部に、例えばモリブデンなどの棒状金属部材を挿入する。この金属部材に炭素を蒸着させておく。ただし、金属部材の全表面に炭素をコーティングなどしてしまうと絶縁性を有して放電補助の機能を果たさなくなってしまう。このため、金属部材の外表面の一部に炭素を含有させる。またこのとき、放電容器に例えば０．５〜１ｍｇ程度の水銀を入れても良い。
次に、排気装置にて真空に排気（例えば５×１０^−４Ｔｏｒｒ）し、その後、アルゴンガスを、例えば２０Ｔｏｒｒ封入し、放電容器を封止する。
上記構成において、ＵＶセル中に存在するＨ_２Ｏが、放電により分離してＨ_２およびＯ_２となり、このＯ_２が金属部材に蒸着されているＣと反応してＣＯが生成されるものである。

以上のように、本発明においては、高圧放電ランプおよび始動補助光源（ＵＶセル）を点灯させる給電装置が、前記ランプの点灯始動時に始動用高電圧を発生させて、その後に定常点灯用電圧に移行させるものであって、前記ＵＶセルは、前記始動用高電圧では発光するが、定常点灯用電圧では発光しないものであるとともに、前記ＵＶセルには、少なくとも始動用希ガスと、発光物質として一酸化炭素（ＣＯ）を含ませたので、ＣＯによるＵＶセルの黒化という問題が実用上の弊害とはならずに、該ＣＯによってＵＶセルの放射光量を増大させて、放電ランプの低電圧での始動を可能にするという利点のみを活用できるものである。

１放電ランプ
２凹面反射鏡
３ベース
４始動補助光源（ＵＶセル）
４０放電容器
４１第１外部電極
４２第２外部電極
５第１給電端子
６第２給電端子
１５主点灯回路
１６トリガ回路

Claims

一対の主電極を放電空間内に有する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプの点灯始動時のみ当該放電空間に向けて紫外光を放射する始動補助光源と、この高圧放電ランプおよび始動補助光源を点灯させるための給電装置とよりなる放電ランプ装置において、
前記給電装置は、前記高圧放電ランプの点灯始動時に始動用高電圧を発生させて、その後に定常点灯用電圧に移行させるものであって、
前記始動補助光源は、前記始動用高電圧では発光するが、定常点灯用電圧では発光しないものであって、
かつ、前記始動補助光源には、少なくとも始動用希ガスと、発光物質として一酸化炭素（ＣＯ）を含むことを特徴とする放電ランプ装置。
前記始動補助光源には、０．１〜５．０Ｔｏｒｒから選択された一酸化炭素（ＣＯ）が封入されていることを特徴とする請求項１の放電ランプ装置。
前記始動補助光源は石英ガラスを容器とするものであり、製造時の加熱時間により一酸化炭素（ＣＯ）の生成量を調整していることを特徴とする請求項１の放電ランプ装置。
前記始動補助光源には、炭素化合物と酸素化合物が含まれており、放電により一酸化炭素（ＣＯ）の発光を得ることを特徴とする請求項１の放電ランプ装置。