(57)【要約】【課題】  バルブが失透することが抑制され、従って、高い照度維持率が得られると共に気密シール部に対する高い信頼性が得られ、長い使用寿命を有する超高圧水銀ランプ装置および超高圧水銀ランプ点灯装置を提供する。【解決手段】  発光管部の両端に連続する側管部とを有するバルブを備え、側管部の各々に金属箔が気密に埋設されて気密シール部が形成され、発光管部内には、一対の電極が対向して配置されると共に、ハロゲンガスまたはハロゲン化物、並びに、０．１５ｍｇ／ｍｍ3 以上の水銀が封入されてなる交流点灯型の超高圧水銀ランプと、超高圧水銀ランプにおける両方の側管部の外周に設けられた導電部材と、導電部材の電位が電極の平均電位より低い電位状態に維持されるよう制御された大きさの電圧を印加する直流電源を具備し、マイナス側の配線が導電部材に接続されると共にプラス側の配線が一方の外部リード棒に接続されてなる電圧印加手段とを具備する。【選択図】  図４
2006318920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなり、発光管部と当該発光管部の両端に連続する側管部とを有するバルブを備え、当該側管部の各々に金属箔が気密に埋設されて気密シール部が形成されており、当該発光管部内には、一対の電極が互いに対向して配置されると共に、ハロゲンガスまたはハロゲン化物、並びに、０．１５ｍｇ／ｍｍ3 以上の水銀が封入されてなる交流点灯型の超高圧水銀ランプと、当該超高圧水銀ランプにおける両方の側管部の外周の、発光管部に近接する領域に設けられた導電部材と、
当該導電部材に、当該導電部材の電位が電極の平均電位より低い電位状態に維持されるよう制御された大きさの電圧を印加する直流電源を具備し、マイナス側の配線が当該導電部材に接続されると共にプラス側の配線が一方の外部リード棒に接続されてなる電圧印加手段と
を具備してなることを特徴とする超高圧水銀ランプ装置。
【請求項２】
電圧印加手段は、導電部材に印加される電圧の大きさが一定となるよう制御する制御回路を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の超高圧水銀ランプ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超高圧水銀ランプ装置と、
超高圧水銀ランプを点灯させるためのランプ点灯用電源とを具備してなる超高圧水銀ランプ点灯装置であって、
超高圧水銀ランプ点灯装置における電圧印加手段は、ランプ点灯用電源が駆動されるのと同時に、導電部材に対する電圧印加を開始することを特徴とする超高圧水銀ランプ点灯装置。
【請求項４】
電圧印加手段は、ランプ点灯用電源が停止されて超高圧水銀ランプが消灯された後においても、導電部材に対する電圧印加を継続して行うことを特徴とする請求項３に記載の超高圧水銀ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水銀ランプ装置および超高圧水銀ランプ点灯装置に関し、例えば、液晶ディスプレイ装置などの光源として好適に用いられるショートアーク型の超高圧水銀ランプを備えた超高圧水銀ランプ装置および超高圧水銀ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、投写型プロジェクター装置の光源としては、例えば、水銀や金属ハロゲン化物が石英ガラスよりなるバルブ内に封入されてなるメタルハライドランプ等の放電ランプが使われている。
このような放電ランプにおいては、長期間の使用により、バルブの失透が生じ、その結果、ランプの照度が低下するばかりか、気密漏洩、更には破裂に到ることがあることが知られている。この理由は、バルブを構成する石英ガラスが、アルカリ金属イオンと反応して結晶化するためである。
【０００３】
このような問題に対して、例えば特許文献１の特開平０９−２３１９４５号公報には、石英ガラスからなる気密容器（バルブ）の陰極の位置外周に導電体を配置して、導電体と陰極とを導通させると共に、該導電体に流れる電流を規制することにより、導電体を陰極と同電位にして、陽イオンを誘引させて陽イオンが気密容器に誘引されるのを抑制して石英ガラスの反応を軽減する、という技術が開示されている。この技術によれば、大気中に存在する陽イオン、例えば、放電ランプに口金や反射板を固定するためのセラミック接着剤に含まれるナトリウムなどの陽イオンが導電体に誘引されて、気密容器を構成する石英ガラスに付着しにくくなるため、石英ガラスと陽イオンとの反応を軽減させることができ、その結果、バルブの失透や破損等の発生を抑制できるようになる、とされている。
【０００４】
しかしながら、上記特開平０９−２３１９４５号公報に開示されている技術では、陽イオン（アルカリ金属イオン）が金属箔の周囲に局在することを抑制しようとしているが十分ではないので、バルブの結晶化現象を完全に防止することができない。即ち、バルブを構成する石英ガラスに不可避的に含まれる僅少のアルカリ金属イオンを核とし、石英ガラスが結晶化するという現象を防止することが困難である。
特に、直流点灯型の放電ランプにおいては、アルカリ金属イオンはマイナスの電位側に誘引されるため、陰極側の側管部にアルカリ金属イオンが高濃度で存在する部分が形成されて、酸素を介した石英ガラスと金属箔（例えばモリブデン）との結合が切れ、これにより、側管部の耐圧強度を低下させ、気密漏洩、バルブの破損が発生することがある、という問題がある。
【０００５】
近時、例えば、プロジェクター装置における光源用のランプにおいては、より一層の小型化、点光源化が進められ、電極間距離も極めて小さいものが実用化されてきており、最近では、メタルハライドランプに代わって、極めて高い水銀蒸気圧、例えば２００バール（約２０ＭＰａ）以上の圧力をもつランプが利用されるようになってきた（例えば特許文献２、特許文献３等参照。）。
一方、最近は、ＤＭＤ（マイクロミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）方式が採用された、一層小型のプロジェクター装置が注目されてきている。つまり、プロジェクター装置における光源用の放電ランプとしては、高い光出力を有するものであることや高い照度維持率を有するものであることが要求される反面、プロジェクター装置それ自体の小型化に伴って、放電ランプも小型なものであることが求められ、その点灯条件は厳しいものとなってきている。
【０００６】
例えば、プロジェクター装置における光源用のランプにおいては、バルブの内容積（放電空間の容積）が極めて小さいものであって、バルブ内の封入水銀量が０．１５ｍｇ／ｍｍ3 以上である放電ランプが用いられており、このような放電ランプは、その点灯時には１５ＭＰａ以上もの極めて高圧な状態となり、一般の高圧水銀ランプからは比較できないほど異質な点灯状態を有するものである。
このような過酷な点灯条件を強いられるランプでは、アルカリ金属の介在に由来して石英ガラスと金属箔との結合が切れると、気密漏洩、破裂等の原因となってしまうことから、アルカリ金属の誘引を確実に防止することが必要とされる。
【０００７】
以上のような問題に対して、バルブを構成する石英ガラスそのものの純度を高くすればよいが、実際上、石英ガラスから不純物を完全に除去することは困難である。
また、電極材料であるタングステンに含まれるアルカリ金属の存在により、例えば電極が蒸発して発光管内壁に付着することによって石英ガラスが結晶化して、これにより、発光管が早期に失透することがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平０９−２３１９４５号公報
【特許文献２】特許２８２９３３９号公報
【特許文献３】特許３３９００４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、バルブを構成する石英ガラスが結晶化する現象を確実に防止することができ、従って、高い照度が長期にわたって維持されると共に、石英ガラスと金属箔との結合が切断されることを抑制することができて、バルブの破損等が生ずることが確実に防止され、高い信頼性を有し、長い使用寿命を有する超高圧水銀ランプ装置、およびこのような超高圧水銀ランプ装置を利用した超高圧水銀ランプ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超高圧水銀ランプ装置は、石英ガラスからなり、発光管部と当該発光管部の両端に連続する側管部とを有するバルブを備え、当該側管部の各々に金属箔が気密に埋設されて気密シール部が形成されており、当該発光管部内には、一対の電極が互いに対向して配置されると共に、ハロゲンガスまたはハロゲン化物、並びに、０．１５ｍｇ／ｍｍ3 以上の水銀が封入されてなる交流点灯型の超高圧水銀ランプと、当該超高圧水銀ランプにおける両方の側管部の外周の、発光管部に近接する領域に設けられた導電部材と、
当該導電部材に、当該導電部材の電位が電極の平均電位より低い電位状態に維持されるよう制御された大きさの電圧を印加する直流電源を具備し、マイナス側の配線が当該導電部材に接続されると共にプラス側の配線が一方の外部リード棒に接続されてなる電圧印加手段と
を具備してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の超高圧水銀ランプ装置においては、電圧印加手段は、導電部材に印加される電圧の大きさが一定となるよう制御する制御回路を備えてなることが好ましい。
【００１２】
本発明の超高圧水銀ランプ点灯装置は、上記に記載の超高圧水銀ランプ装置と、超高圧水銀ランプを点灯させるためのランプ点灯用電源とを具備してなる超高圧水銀ランプ点灯装置であって、超高圧水銀ランプ点灯装置における電圧印加手段は、ランプ点灯用電源が駆動されるのと同時に、導電部材に対する電圧印加を開始することを特徴とする。
【００１３】
本発明の超高圧水銀ランプ点灯装置においては、電圧印加手段は、ランプ点灯用電源が停止されて超高圧水銀ランプが消灯された後においても、導電部材に対する電圧印加を継続して行うものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超高圧水銀ランプ点灯装置によれば、超高圧水銀ランプの点灯時においては、適正な大きさに制御された電圧が電圧印加手段により導電部材に印加されて当該導電部材の電位が電極の平均電位より低い電位状態に維持されることにより、基本的には、大気中に存在する陽イオンは当該導電部材に誘引されるので、当該陽イオンのバルブへの付着が抑制され、しかも、石英ガラスそれ自体に含まれるアルカリ金属イオン、およびランプ点灯により電極が蒸発することにより発光管内に放出されるアルカリ金属イオンは、最も電位の低い導電部材が位置される側管部の表面側に移動されて、バルブにおける高温となる個所のアルカリ金属のイオン濃度が低減されるので、実際上、アルカリ金属イオンと石英ガラスとが反応して結晶化することがなく、従って、バルブの失透が生ずることが確実に防止される。
しかも、両方の電極の気密シール部においては、石英ガラス中に含まれるアルカリ金属イオンが電極の平均電位よりも常に低い電位状態に維持される側管部の表面側に移動されるので、石英ガラスと金属箔との結合が切断されることが抑制される結果、側管部を所期の耐圧強度を有する状態に長期にわたって維持することができ、従って、ランプの気密漏洩、バルブの破損が生ずることが確実に防止され、石英ガラスが結晶化することが抑制される結果、高い照度維持率が得られると共に高い信頼性が得られ、超高圧水銀ランプ装置を長い使用寿命を有するものとして構成することができる。
【００１５】
また、超高圧水銀ランプ装置への点灯電力の供給が停止された後においても、導電部材への電圧印加が、所定時間の間、継続して行われること、すなわち、ランプ点灯用電源が停止されてランプが消灯されるのと時間差をもって導電部材への電圧印加が停止されることにより、バルブの温度が所定温度以上の高温の状態のままであれば、電圧の印加を停止させることによって拡散されるアルカリ金属イオンがバルブに付着して石英ガラスが結晶化する、という問題が生ずることが確実に抑制され、超高圧水銀ランプ装置を長期にわたって安定した点灯状態で駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の参考例＞
図１は、超高圧水銀ランプ装置の参考の一例における構成の概略を示す縦断断面図である。
この超高圧水銀ランプ装置１０は、以下に詳述する超高圧水銀ランプを備えてなる。
超高圧水銀ランプは、石英ガラスからなるバルブ１１を備えており、このバルブ１１は、大略楕円球形状の放電空間を形成する発光管部１２と、この発光管部１２の両端に連続して外方に伸びるロッド状の側管部１３Ａ、１３Ｂとを有する。
【００１７】
バルブ１１の発光管部１２内には、陽極１４および陰極１５が互いに対向して配置されており、各々、陽極１４または陰極１５が先端に形成された、例えばタングステンからなる内部リード棒１６Ａ、１６Ｂが、それぞれ、各々の側管部１３Ａ、１３Ｂ内に気密に埋設された、例えばモリブデンよりなる金属箔１７Ａ、１７Ｂを介して、外部リード棒１８Ａ、１８Ｂに接続され、これにより、気密シール部が形成されている。図１において、１９Ａ、１９Ｂは、内部リード棒１６Ａ、１６Ｂに巻回された金属コイルである。
【００１８】
バルブ１１の発光管部１２内には、水銀、およびハロゲンガスまたはハロゲン化物が封入されており、希ガスが必要に応じて適宜に封入される。
水銀の封入量は、０．１５ｍｇ／ｍｍ3 以上とされており、より好ましくは０．２５ｍｇ／ｍｍ3 以上とされる。これにより、必要な可視光波長、例えば波長３６０〜８３０ｎｍの光が得られると共に、温度条件によっても異なるが、点灯時の水銀蒸気圧を極めて高い状態、例えば１０ＭＰａ以上とすることができる。また、水銀をより多く封入することにより、点灯時の水銀蒸気圧を２０ＭＰａ以上、あるいは３０ＭＰａ以上という高い水銀蒸気圧の高圧水銀ランプを得ることができ、より一層、プロジェクター装置に適した光源を実現することができる。
【００１９】
発光管部１２内に封入されるハロゲンガスまたはハロゲン化物としては、例えば沃素ガス、臭素ガス、塩素ガス等を例示することができる。
ハロゲンガスまたはハロゲン化物の封入量は、例えば１０-7〜１０-2μｍｏｌ／ｍｍ3 の範囲内から選択することができる。ハロゲンガスまたはハロゲン化物が所定の封入量で発光管部１２内に封入されることにより、ハロゲンサイクルを利用したタングステン製電極の長寿命化を図ることができる。
【００２０】
発光管部１２内に封入される希ガスとしては、例えばアルゴン、クリプトン、キセノンおよびこれらの混合物を例示することができ、例えばアルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。希ガスが所定の封入量で発光管部１２内に封入されることにより、点灯始動性を向上させることができる。
【００２１】
バルブ１１における各々の側管部１３Ａ、１３Ｂの端部には、口金（図示せず）が例えばセラミック接着剤によって固着されて設けられており、例えば、陽極側の側管部１３Ａにおける口金が、投影装置等におけるランプホルダーに装着されて保持される。
【００２２】
上記の超高圧水銀ランプにおいては、陰極側の側管部１３Ｂの外周には、例えば、内部リード棒１６Ｂと金属箔１７Ｂとの接続部を含む発光管部１２に近接する領域に対応する位置に、例えば金属からなるワイヤー（線材）がコイル状に巻回されてなる導電部材２０が設けられている。
【００２３】
導電部材２０は、陰極側の内部リード棒１６Ｂと金属箔１７Ｂとの接続部に対応する側管部１３Ｂの表面位置を基準位置として、少なくとも当該基準位置から発光管部１２の陰極側の端縁位置までの領域に配設されていることが好ましく、当該領域に加えて当該基準位置から５ｍｍ外方側の位置まで配設されていることがより好ましい。
【００２４】
導電部材２０には、例えば直流電源からなるバイアス電源２５が接続されている。
具体的には、バイアス電源２５におけるマイナス側の配線２６が導電部材２０に接続されると共にプラス側の配線２７が陰極１５側の外部リード棒１８Ｂに接続されており、ランプ点灯時において、導電部材２０の電位が陰極１５の電位よりも低い電位状態に維持されるよう適正な大きさに制御されたバイアス電圧がバイアス電源２５によって導電部材２０に印加される。ここに、ランプ点灯時における導電部材２０の電位は、内部リード棒１６Ｂおよび金属箔１７Ｂの電位より低い。
このようなバイアス電源２５は、例えば交流を整流した安定化電源、電池などによって構成することができる。また例えば、熱起電力や光電効果を利用した電位差の発生手段によってバイアス電圧を印加してもよい。
超高圧水銀ランプ点灯時における導電部材２０と陰極１５との電位差は、例えば５〜１００Ｖであることが好ましい。
【００２５】
上記の超高圧水銀ランプの一数値例を示すと、例えば発光管部１２の最大外径が１１．３ｍｍ、発光管部１２の内容積が１１６ｍｍ3 、側管部１３Ａ、１３Ｂの最大外径が６ｍｍ、側管部１３Ａ、１３Ｂの長さが１８ｍｍ、バルブ１１の肉厚が４．９ｍｍ、電極間距離が１．２ｍｍ、導電部材２０の配設領域の大きさが１０ｍｍ、管壁負荷が１．５Ｗ／ｍｍ3 、定格電圧が８０Ｖ、定格電力が２００Ｗ、バイアス電圧が１０Ｖである。
【００２６】
上記構成の超高圧水銀ランプ装置１０は、例えば直流電源よりなるランプ点灯用電源３０に接続され、ランプ点灯用電源３０によって適正な大きさに制御された点灯電力が供給されて超高圧水銀ランプが点灯されると共に、適正な大きさに制御されたバイアス電圧がバイアス電源２５によって導電部材２０に印加されて、導電部材２０の電位が陰極１５の電位より低い電位状態に維持される。
【００２７】
而して、上記構成の超高圧水銀ランプ装置１０においては、超高圧水銀ランプの点灯時において、バルブ１１が高温、例えば３００℃以上になると、バルブ１１を構成する石英ガラスの肉厚中に含まれるアルカリ金属イオンは、マイナスの電位側、すなわち陰極１５が位置される方向に移動するため、陰極側の側管部１３Ｂを構成する石英ガラス中のアルカリ金属のイオン濃度は、他の部位に比較して高くなる傾向にある。
【００２８】
然るに、上記構成の超高圧水銀ランプ装置１０によれば、陰極側の側管部１３Ｂの外周に導電部材２０が設けられると共に、超高圧水銀ランプの点灯時において、当該導電部材２０の電位が陰極１５の電位より低い電位状態に維持されることにより、基本的には、大気中に存在する陽イオン、例えば口金を接合するに際して用いられる接着剤に含まれるナトリウムイオン等は導電部材２０に誘引されるので、当該陽イオンがバルブ１１に付着することが抑制され、しかも、バルブ１１を構成する石英ガラスそれ自体に含まれるアルカリ金属イオン、およびランプ点灯により電極が蒸発することにより発光管内に放出されるアルカリ金属イオンは、最も電位の低い導電部材２０が位置される側管部１３Ｂの表面側に移動されるので、発光管部１２におけるアルカリ金属イオン濃度が低減されて、陰極側の側管部１３Ｂの表面において、アルカリ金属イオンが高濃度で存在する部分が形成されることになるが、側管部１３Ｂの温度は発光管部１２の内部の温度に比較して格段に低いため、実際上、アルカリ金属イオンと石英ガラスとが反応して結晶化することがなく、従って、バルブ１１の失透が生ずることが確実に防止される。
【００２９】
しかも、陰極側の気密シール部においては、石英ガラスに含まれるアルカリ金属イオンが内部リード棒１６Ｂおよび金属箔１７Ｂより電位が低い側管部１３Ｂの表面側に移動されるので、石英ガラスと金属箔１７Ｂとの結合が切断されることが抑制される結果、側管部１３Ｂを長期にわたって所期の耐圧強度を有する状態に維持することができ、従って、ランプの気密漏洩、バルブ１１の破損が生ずることが確実に防止され、高い照度維持率が得られると共に高い信頼性が得られ、超高圧水銀ランプ装置１０を長い使用寿命を有するものとして構成することができる。
【００３０】
＜第２の参考例＞
図２は、超高圧水銀ランプ装置の他の参考例における構成の概略を示す縦断断面図である。
この超高圧水銀ランプ装置１０は、バルブ１１における両方の側管部１３Ａ、１３Ｂの外周面に導電部材４０、２０が設けられていることの他は第１の参考例における超高圧水銀ランプ装置と同様の構成を有するものである。
【００３１】
具体的には、陽極側の側管部１３Ａの表面に、例えば金属からなるワイヤー  （線材）を巻回してなる導電部材４０が設けられており、陰極側の導電部材２０および陽極側の導電部材４０が導電線４１によって互いに電気的に接続されている。
そして、バイアス電源２５におけるマイナス側の配線２６が導電部材２０に接続されると共にプラス側の配線２７が陰極側の外部リード棒１８Ｂに接続されており、ランプ点灯時においては、適正な大きさに制御されたバイアス電圧がバイアス電源２５によって導電部材２０および導電部材４０の各々に印加され、導電部材２０の電位および導電部材４０の電位が、いずれも、陰極１５の電位よりも低い電位状態に維持される。
【００３２】
上記構成の超高圧水銀ランプ装置１０によれば、バルブ１１における両方の側管部１３Ａ、１３Ｂの外周に導電部材４０、２０が配設されると共に、ランプ点灯時において、当該導電部材４０、２０の各々が、陰極１５より低い電位状態に維持されることにより、バルブ１１を構成する石英ガラスの肉厚中並びに放電空間内に存在するアルカリ金属イオンが陰極側の導電部材２０および陽極側の導電部材４０のうちの近接する導電部材に誘引されるので、アルカリ金属イオンの移動距離が小さくなり、石英ガラスの結晶化が生じやすい発光管部１２におけるアルカリ金属イオン濃度を一層効果的に低減させること、換言すれば、アルカリ金属イオンを、ランプ点灯時において比較的低温である側管部の表面側に確実に局在させることができ、従って、バルブ１１の失透が生ずることを確実に防止することができる。
また、陰極側の導電部材２０および陽極側の導電部材４０の各々に、共通のバイアス電源２５によってバイアス電圧が印加される構成とされていることにより、超高圧水銀ランプ装置１０が大型化することを回避することができる。
【００３３】
＜第３の参考例＞
図３は、超高圧水銀ランプ装置の更に他の参考例における構成の概略を示す縦断断面図である。
この超高圧水銀ランプ装置１０は、ランプ始動用電極が設けられていることの他は第１の参考例に係るものと同様の構成を有するものである。
【００３４】
具体的には、例えば、金属ワイヤー（線材）よりなる導電部材５０がバルブ１１における陽極側の側管部１３Ａの外周面に巻回されて設けられており、この導電部材５０は、金属よりなる導電線５１を介して陰極側の側管部１３Ｂに設けられた導電部材２０に接続されている。
導電線５１は、例えば発光管部１２の表面に沿うように近接して配置されており、この導電線５１には、図示しないランプ点灯用回路から出力される無負荷開放電圧が印加され、これにより、導電線５１がランプ始動用電極（トリガーワイヤー）として機能する。
ここに、図示した例の超高圧水銀ランプ装置１０においては、金属ワイヤーが陽極側の側管部１３Ａの外周面に１回のみ巻回された構成とされているが、金属ワイヤーが多数回巻回されていてもよい。
【００３５】
上記構成の超高圧水銀ランプ装置１０によれば、基本的には、第１の参考例における超高圧水銀ランプ装置と同様に、バルブ１１を構成する石英ガラス中のアルカリ金属イオン、およびランプ点灯により電極が蒸発することにより発光管内に放出されるアルカリ金属イオンが陰極側の側管部１３Ｂに設けられた導電部材２０に静電的に誘引されるので、当該アルカリ金属イオンと石英ガラスとが反応して結晶化することが抑制され、バルブ１１の失透が生ずることが確実に防止されると共に、陰極側の気密シール部において、アルカリ金属イオンに起因する石英ガラスの結晶化による、金属箔１７Ｂと石英ガラスとの酸素を介した結合が切れることが抑制されるので、ランプの気密漏洩、バルブ１１の破損が生ずることが確実に防止される。
しかも、陽極側の側管部１３Ａに設けられた導電部材５０と、陰極側の側管部１３Ｂに設けられた導電部材２０とを接続する導電線５１が、発光管部１２の表面に沿うように近接して配置されていることにより、当該導電線５１がトリガワイヤーとして機能して点灯始動性を向上させることができる結果、ランプの点灯始動を容易に行うことができると共に、このような導電線（トリガワイヤ）５１を有さない構成のものに比して、より低い高圧パルスによって電極間の絶縁破壊を生じさせることができる。
【００３６】
＜本発明の実施形態＞
図４は、本発明に係る超高圧水銀ランプ装置の一例における構成の概略を示す縦断断面図である。
この超高圧水銀ランプ装置１０は、交流点灯型の超高圧水銀ランプを備えており、超高圧水銀ランプが、バルブ１１における両方の側管部１３Ａ、１３Ｂの外周に導電部材４０Ａ、２０Ａが配設されてなるものである。
【００３７】
具体的には、超高圧水銀ランプは、一方の側管部１３Ａの表面に、例えば金属からなるワイヤー（線材）を巻回してなる第１の導電部材４０Ａが設けられていると共に、他方の側管部１３Ｂの外周面に、第１の導電部材４０Ａと同様の構成を有する第２の導電部材２０Ａが設けられており、第１の導電部材４０Ａおよび第２の導電部材２０Ａが導電線４１によって互いに電気的に接続されている。
そして、バイアス電源２５におけるマイナス側の配線２６が第２の導電部材２０Ａに接続されると共にプラス側の配線２７が例えば他方の外部リード棒１８Ｂに接続されており、ランプ点灯時においては、適正な大きさに制御されたバイアス電圧がバイアス電源２５によって第１の導電部材４０Ａおよび第２の導電部材２０Ａの各々に印加されて、第１の導電部材４０Ａの電位および第２の導電部材２０Ａの電位が、いずれも、電極１４Ａ、１５Ａの平均電位より常に低い電位状態に維持される。ここに、電極１４Ａの平均電位および電極１５Ａの平均電位は、例えば、交流一周期分の電位の平均値である。
【００３８】
以上の超高圧水銀ランプ装置１０においては、バイアス電源２５におけるプラス側の配線２７は、電極１４Ａ、１５Ａが陰極動作および陽極動作を交互に繰り返すので、いずれか一方の外部リード棒に接続すればよい。
【００３９】
この超高圧水銀ランプ装置１０は、例えば交流電源よりなるランプ点灯用電源３０Ａに接続されており、ランプ点灯用電源３０Ａによって適正な大きさに制御された点灯電力が供給されて超高圧水銀ランプが点灯されると共に、適正な大きさに制御されたバイアス電圧がバイアス電源２５によって第１の導電部材４０Ａおよび第２の導電部材２０Ａに印加されて、第１の導電部材４０Ａの電位および第２の導電部材２０Ａの電位は、電極１４Ａ、１５Ａの平均電位より常に低い電位状態に維持される。
【００４０】
上記構成の超高圧水銀ランプ装置１０によれば、バルブ１１における一方の側管部１３Ａの表面に第１の導電部材４０Ａが設けられ、他方の側管部１３Ｂの表面に第２の導電部材２０Ａが設けられると共に、超高圧水銀ランプの点灯時において、第１の導電部材４０Ａの電位および第２の導電部材２０Ａの電位が電極１４Ａ、１５Ａの平均電位より低い電位状態に維持されることにより、基本的には、大気中に存在する陽イオンが第１の導電部材４０Ａおよび第２の導電部材２０Ａに誘引されるので、当該陽イオンがバルブ１１に付着することが抑制され、しかも、バルブ１１を構成する石英ガラスそれ自体に含まれるアルカリ金属イオン、およびランプ点灯により電極が蒸発することにより発光管内に放出されるアルカリ金属イオンが、比較的温度が低い側管部１３Ａ、１３Ｂの表面側に移動されて蓄積されるので、実際上、当該アルカリ金属イオンと石英ガラスとが反応して結晶化することがなく、従って、バルブ１１の失透が生ずることを確実に防止することができる。
【００４１】
しかも、各々の側管部１３Ａ、１３Ｂにおける気密シール部においては、石英ガラス中に含まれるアルカリ金属イオンが側管部１３Ａ、１３Ｂの表面側に移動されるので、石英ガラスの結晶化による金属箔と石英ガラスとの結合が切れることが抑制される結果、側管部１３Ａ、１３Ｂを長期にわたって所期の耐圧強度を有する状態に維持することができ、従って、ランプの気密漏洩、バルブ１０の破損が生ずることが確実に防止され、高い照度維持率が得られると共に高い信頼性が得られ、超高圧水銀ランプ装置１０を長い使用寿命を有するものとして構成することができる。
【００４２】
以上のように、本発明に係る超高圧水銀ランプ装置によれば、ランプ点灯時において、大気中に存在するアルカリ金属イオン（陽イオン）、並びに、バルブ１１を構成する石英ガラス中に不可避的に存在するアルカリ金属イオンが、比較的温度が低い側管部の外周面に設けられた導電部材に誘引され、ランプ点灯時に高温となる例えば発光管部およびその近傍においてアルカリ金属イオンが長時間の間滞留することが確実に防止されるので、バルブ１１全体において石英ガラスが結晶化することが抑制される。
従って、バルブ１１を構成する石英ガラスとして純度の高いものを用いる必要がなく、材料の選択の自由度を大きくすることができ、所期の機能を有する超高圧水銀ランプ装置１０を有利に製造することができる。
【００４３】
また、ランプ点灯時において、バルブ１１内における水銀蒸気圧が例えば２０Ｍｐａ以上という極めて高く、バルブ１１の上部温度が１０００℃近くにもなるような厳しい点灯条件が要求された場合であっても、バルブ１１の失透による気密漏洩、バルブ１１の破損が生ずることが確実に防止されるので、小型のプロジェクター装置における光源用ランプとして好適に使用することができる。
【００４４】
以下に、以上のような超高圧水銀ランプ装置１０を駆動させるために好適に用いられるランプ点灯装置について説明する。
【００４５】
図５は、参考例に係る超高圧水銀ランプ点灯装置における回路の一構成例を示すブロック図、図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図５に示すランプ点灯装置の、（ａ）ランプ電力ＷＬと時間ｔとの関係を示す特性図、（ｂ）発光管外表面温度Ｔと時間ｔとの関係を示す特性図、（ｃ）導電部材電位Ｅと時間ｔとの関係を示す特性図を示す。
この超高圧水銀ランプ点灯装置は、上述した特定の超高圧水銀ランプ装置１０と、ランプ点灯用電源６０に接続されたランプ点灯用回路６１と、このランプ点灯用回路６１に接続されたバイアス電圧印加用回路６２とを備えている。
【００４６】
ランプ点灯用回路６１は、例えば交流電源よりなるランプ点灯用電源６０からの交流出力を直流出力に変換して、所定の大きさに制御された点灯電力を超高圧水銀ランプ装置１０に供給すると共に当該直流出力から必要な大きさに分圧された電力をバイアス電源２５に供給する機能を有する。
【００４７】
バイアス電圧印加用回路６２は、ランプ点灯用回路６１に接続されたバイアス電源６３と、超高圧水銀ランプ装置１０における導電部材２０に印加すべきバイアス電圧の大きさを制御するバイアス制御回路６４とを備えており、バイアス制御回路６４は、例えば、超高圧水銀ランプの発光管部１２に近接して設けられた温度検知手段６５によって検知される発光管部１２の外表面の温度に基づいて導電部材２０へのバイアス電圧印加を停止させる機能を有する。
【００４８】
この超高圧水銀ランプ点灯装置においては、図６に示されているように、ランプ点灯用電源６０が駆動されると（ｔ０）、ランプ点灯用回路６１により点灯電力が超高圧水銀ランプ装置１０に供給されて超高圧水銀ランプが点灯されると共に所定の大きさに分圧された電力がバイアス電源６３に供給されて、バイアス制御回路６４により一定の大きさに制御されたバイアス電圧Ｅｂ０がバイアス電源６３によって導電部材２０に印加される（図６（ｃ）参照。）。これにより、ランプ電力が時間経過と共に上昇して一定の大きさＷＬ０で安定した点灯状態に至る（図６（ａ）参照。）。また、発光管部１２の外表面の温度についても、時間経過と共に上昇して一定の大きさＴ０で安定した状態となる（図６（ｂ）参照。）。
【００４９】
また、超高圧水銀ランプを消灯させるに際しては、ランプ点灯用電源６０を停止させて超高圧水銀ランプ装置１０への点灯電力の供給を停止させた後においても、バイアス電圧を、所定時間の間、継続して導電部材２０に印加し続けて、導電部材２０が所定の電位状態に維持される、換言すれば、ランプ点灯用電源６０の駆動停止時（ｔ１）と時間差をもってバイアス電源６３の駆動が停止される（ｔ２）。
具体的には、例えば、温度検知手段６５によって検知される発光管部１２の外表面の温度が、設定された基準温度Ｔ１より低下したことが検知されたときに、バイアス制御回路６４により停止信号がバイアス電源６３に出力されて導電部材２０へのバイアス電圧の印加が停止される。
基準温度Ｔ１は、例えば３００℃に設定される。この理由は、例えばナトリウムイオンの移動度は、３００℃以上で始まり、温度上昇と共に正の増加率で急激に大きくなる傾向にあり、上記温度に設定することによりアルカリ金属イオンの移動が抑制されて側管部１３Ｂの表面側に蓄積されたアルカリ金属イオンがバルブ１１の肉厚中に再び拡散することを確実に防止することができるからである。
【００５０】
上記構成の超高圧水銀ランプ点灯装置によれば、超高圧水銀ランプの点灯時においては、適正な大きさに制御されたバイアス電圧がバイアス電源６３により導電部材２０に印加されて当該導電部材２０の電位が陰極１５の電位より低い電位状態に維持されるので、バルブ１１を構成する石英ガラス中に不可避的に含まれるアルカリ金属イオン、およびランプ点灯により電極が蒸発することにより発光管内に放出されるアルカリ金属イオンが導電部材２０に静電的に誘引されて、大気中に存在する陽イオン、石英ガラスに含まれるアルカリ金属イオン、およびランプ点灯により電極が蒸発することにより発光管内に放出されるアルカリ金属イオンと、石英ガラスとが反応して結晶化することが抑制される結果、ランプの気密漏洩、バルブの破損が生ずることが確実に防止され、超高圧水銀ランプ装置１０を長期にわたって安定した点灯状態で駆動させることができる。
【００５１】
また、ランプ点灯用電源６０が停止されて超高圧水銀ランプ装置１０への点灯電力の供給が停止された後においても、バイアス電源６３によって、導電部材２０へのバイアス電圧の印加が、所定時間の間、継続して行われることにより、バルブ１１の温度が所定温度以上の高温の状態のままであれば、バイアス電圧の印加を停止させることによって拡散されるアルカリ金属イオンが石英ガラスと反応して結晶化する、という問題が生ずることが確実に抑制され、その結果、ランプの気密漏洩、バルブ１１の破損が生ずることが確実に防止され、超高圧水銀ランプ装置１０を長期にわたって安定して点灯状態で駆動させることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の態様に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、導電部材は金属ワイヤーが巻回されてなるものに限定されず、例えばスリーブ状のものであってもよい。
また、側管部の表面の全周にわたって設けられている必要はないが、アルカリ金属イオンを高い効率で誘引するという観点から、側管部の表面の全周にわたって設けられていることが好ましい。
【００５３】
また、上述した例のランプ点灯装置においては、温度検知手段によって検知される発光管部の外表面の温度に基づいて、導電部材へのバイアス電圧の印加が停止されるよう制御された構成とされているが、超高圧水銀ランプ装置の仕様および冷却条件などによっても異なるが、例えば、超高圧水銀ランプ装置への点灯電力の供給を停止させた時点からの経過時間に基づいて、導電部材へのバイアス電圧の印加が停止されるよう制御された構成とされていてもよい。この場合には、超高圧水銀ランプ装置への点灯電力の供給を停止させた時点から所定時間が経過した後、ランプ点灯用回路よりランプ消灯信号がバイアス電源に出力される。
【００５４】
例えば、発光管部の最大外径が１１．３ｍｍの超高圧水銀ランプ（定格電力が２００Ｗ）を備えた超高圧水銀ランプ装置を無風状態の環境（温度２５℃）下にて単独で点灯させた場合（点灯時におけるバルブの最高温度が１１５０℃程度）において、点灯電力の供給を停止させた時点から、バルブの温度が３００℃にまで低下するのに要する時間は約１００秒程度である。
また、発光管部の最大外径が１１．３ｍｍの超高圧水銀ランプ（定格電力が２００Ｗ）を備えた超高圧水銀ランプ装置をリフレクターに組み込み、例えば２５℃の冷却風を１５リットル／ｍｉｎの送風量で供給しながら点灯させた場合（点灯時におけるバルブの最高温度が９６０℃程度）において、点灯電力の供給を停止させた時点から、バルブの温度が３００℃にまで低下するのに要する時間は約７０秒程度である。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明に係る超高圧水銀ランプ装置およびランプ点灯装置の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５６】
＜参考例１＞
図３の構成に従い、超高圧水銀ランプ装置を作製した。以下に、超高圧水銀ランプ装置の仕様と点灯条件を示す。
バルブ（１１）；材質：石英ガラス、発光管部の最大外径：９．４ｍｍ、側管部の外径：６ｍｍ、側管部の長さ：１８ｍｍ、発光管部の内容積：７５ｍｍ3 、  陰極（１４）；材質：タングステン、
陽極（１５）；材質：タングステン、
電極間距離：１．３ｍｍ、
金属箔（１７Ａ、１７Ｂ）；材質：モリブデン、長さ１１ｍｍ、幅１．５ｍｍ、厚み２０μｍ、
封入物；水銀：０．２５ｍｇ／ｍｍ3 、臭素ガス（ハロゲンガス）：１０-4μｍｏｌ／ｍｍ3 、
導電部材（２０）；鉄クロム合金からなる、線径が０．３ｍｍのワイヤーをコイル状に巻回、長さ；８ｍｍ、配設位置；一端が内部リード棒と金属箔との接続個所に対応する位置より４ｍｍ内方側に位置される状態で配設、
導電部材（５０）；鉄クロム合金からなる、線径が０．３ｍｍのワイヤーを１回巻回、  導電線（５１）；材質：鉄クロム合金、バルブとの最接近距離：１ｍｍ、
管壁負荷：１．５Ｗ／ｍｍ2 、定格電圧：７９Ｖ、定格電力：１５０Ｗ
【００５７】
このような超高圧水銀ランプ装置５個について、各々の超高圧水銀ランプ装置をリフレクタに組み込んで光照射装置を構成し、図５に示す構成を有するランプ点灯装置によって、以下のように制御して５００時間連続して点灯し、下記に示す方法による照度測定を行い、ランプ点灯初期の光の照度を１００％とした場合の時間経過に伴う照度維持率の変化を調べた。結果を図７に示す。
また、上記のような超高圧水銀ランプ装置１０個について、超高圧水銀ランプの点灯開始から１００時間経過した時点、および３００時間経過した時点において超高圧水銀ランプを消灯させて、バルブの失透の発生有無、並びに、陰極側の気密シール部における箔浮きの発生有無を顕微鏡によって観察し、下記評価基準に基づいて評価を行った。バルブの失透についての評価結果を下記表１に、箔浮きについての評価結果を下記表２に示す。
【００５８】
超高圧水銀ランプを点灯させるに際しては、超高圧水銀ランプへの点灯電力の供給の開始と同時に、導電部材へのバイアス電圧の印加を開始し、ランプ点灯時において、導電部材を陰極より１０Ｖ低い電位状態とした。
また、超高圧水銀ランプを消灯させるに際しては、超高圧水銀ランプへの点灯電力の供給を停止した後、バルブの温度が３００℃以下に低下したことが検知されたときに、導電部材へのバイアス電圧の印加を停止した。
【００５９】
〔照度測定〕
照度測定は、リフレクタに組み込まれた超高圧水銀ランプ装置を所定の光学系にセットし、結像レンズを介してスクリーン上に、８１２０×６１００ｍｍの四角形に投影された像における任意に選ばれた９個所の照度を測定し、これらの平均照度を求めた。
【００６０】
〔評価基準〕
（イ）バルブの失透；
バルブの失透については、バルブの失透が生じていない場合を「○」、バルブの失透が軽微に生じている場合を「△」、バルブの失透が顕著に生じている場合を「×」とした。（ロ）箔浮き；
箔浮きについては、箔浮きが全く生じていない場合を「○」、箔浮きが軽微に生じている場合を「△」、箔浮きが顕著に生じている場合を「×」とした。
【００６１】
＜参照例１＞
バイアス電源が具備されていないことの他は、参考例１において作製したものと同様の構成を有する参照用の超高圧水銀ランプ装置を作製した。
このような参照用の超高圧水銀ランプ装置５個について、図８に示す構成を有するランプ点灯装置によって、以下のように制御して５００時間連続して点灯し、ランプ点灯時における照度測定を行うと共に、超高圧水銀ランプ装置１０個について、超高圧水銀ランプの点灯開始から１００時間経過した時点、および３００時間経過した時点において超高圧水銀ランプを消灯させ、バルブの失透の発生有無、並びに、陰極側の気密シール部における箔浮きの発生有無を顕微鏡によって観察した。
照度測定の結果を図７に、バルブの失透についての評価結果を下記表１に、箔浮きについての評価結果を下記表２に、それぞれ、示す。
【００６２】
超高圧水銀ランプを点灯させるに際しては、超高圧水銀ランプへの点灯電力の供給の開始と同時に、導電部材へのバイアス電圧の印加を開始し、ランプ点灯時において、導電部材を陰極と同一の電位状態とした。
また、超高圧水銀ランプを消灯させるに際しては、超高圧水銀ランプへの点灯電力の供給の停止と同時に、導電部材へのバイアス電圧の印加を停止した。
【００６３】
【表１】
2006318920.tif 000003
【００６４】
【表２】
2006318920.tif 000004
【００６５】
以上の結果から明らかなように、参考例に係る超高圧水銀ランプ装置によれば、いずれのものも、バルブ全体にわたって失透現象が発生することが抑制され、長期にわたって高い照度を維持することができ、しかも、箔浮き現象に伴うランプの気密漏洩、およびバルブの破損が生ずることがなく、十分に高い信頼性が得られ、長い使用寿命を有することが確認された。
また、ランプ点灯初期において、アーク中心付近の分光スペクトルにナトリウム（Ｎａ）の発光、およびリチウム（Ｌｉ）の発光が観測され、このナトリウム（Ｎａ）の発光およびリチウム（Ｌｉ）の発光は時間経過と共に徐々に減少し、点灯後数十分間が経過すると観測されなくなった。この理由は、バルブを構成する石英ガラス中に不可避的に存在していた、ナトリウムやリチウムなどのアルカリ金属が放電空間内に取り込まれ、イオン化したアルカリ金属が導電部材に誘引されて放電空間を泳動し、側管部の表面側に移動したものと推察される。
一方、参照用の超高圧水銀ランプについては、いずれのものも、バルブの失透が時間経過に伴って顕著に生じるようになり、長期にわたって安定した点灯状態を維持することができず、しかも、気密シール部における箔浮き現象に起因してバルブが破損するものがあることが確認された。
【００６６】
また、図４に示す構成に従って、本発明に係る交流点灯型の超高圧水銀ランプを備えた超高圧水銀ランプ装置を作製し、点灯電力の供給開始と同時に、バイアス電圧を導電部材に印加して電極の平均電位より低い電位状態に維持した状態としたことの他は参考例１と同様の点灯実験を行ったところ、バルブ全体にわたって失透現象が発生することが抑制され、長期にわたって高い照度を維持することができ、しかも、箔浮き現象に伴うランプの気密漏洩、およびバルブの破損が生ずることがなく、十分に高い信頼性が得られ、長い使用寿命を有することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】超高圧水銀ランプ装置の参考の一例における構成の概略を示す縦断断面図である。
【図２】超高圧水銀ランプ装置の他の参考例における構成の概略を示す縦断断面図である。
【図３】超高圧水銀ランプ装置の更に他の参考例における構成の概略を示す縦断断面図である。
【図４】本発明に係る超高圧水銀ランプ装置の一例における構成の概略を示す縦断断面図である。
【図５】参考例に係る超高圧水銀ランプ点灯装置における回路の一構成例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）図５に示すランプ点灯装置におけるランプ電力と時間との関係を示す特性図、（ｂ）図５に示すランプ点灯装置における発光管外表面温度と時間との関係を示す特性図、（ｃ）図５に示すランプ点灯装置における導電部材電位と時間との関係を示す特性図である。
【図７】ランプ点灯初期の光の照度を１００％とした場合の、時間経過に伴う照度維持率の変化を示すグラフである。
【図８】参照用の超高圧水銀ランプ装置の点灯装置の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  超高圧水銀ランプ装置
１１  バルブ
１２  発光管部
１３Ａ、１３Ｂ  側管部
１４  陽極
１５  陰極
１４Ａ、１５Ａ  電極
１６Ａ、１６Ｂ  内部リード棒
１７Ａ、１７Ｂ  金属箔
１８Ａ、１８Ｂ  外部リード棒
１９Ａ、１９Ｂ  金属コイル
２０  導電部材
２０Ａ  第２の導電部材
２５  バイアス電源
２６  マイナス側の配線
２７  プラス側の配線
３０  ランプ点灯用光源
３０Ａ  ランプ点灯用光源
４０  導電部材
４０Ａ  第１の導電部材
４１  導電線
５０  導電部材
５１  導電線
６０  ランプ点灯用電源
６１  ランプ点灯用回路
６２  バイアス電圧印加用回路
６３  バイアス電源
６４  バイアス制御回路
６５  温度検知手段
【図１】
2006318920.tif 000005
【図２】
2006318920.tif 000006
【図３】
2006318920.tif 000007
【図４】
2006318920.tif 000008
【図５】
2006318920.tif 000009
【図６】
2006318920.tif 000010
【図７】
2006318920.tif 000011
【図８】
2006318920.tif 000012