(57)【要約】【課題】始動性が良好で発光管の損傷の恐れが無く、発光管からの放射光を損なうことにないショートアーク放電ランプを提供すること。【解決手段】放電空間内に一対の対向電極を有するショートアーク放電ランプにおいて、該放電空間内に該電極のほかに、導電部材を少なくとも１本有し、該導電部材が高電圧印加側の電極と同電位になっており、該導電部材の先端は、高電圧印加側電極と対向電極との間の距離より、該対向電極から離れていることを特徴とするショートアーク放電ランプとする。【選択図】図２
2004055416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間内に一対の対向電極を有するショートアーク放電ランプにおいて、該放電空間内に該電極のほかに、導電部材を少なくとも１本有し、該導電部材が高電圧印加側の電極と同電位になっており、該導電部材の先端は、高電圧印加側電極と対向電極との間の距離より、該対向電極から離れていることを特徴とするショートアーク放電ランプ。
【請求項２】
該導電部材の先端は、発光管内壁に接するか近接していることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク放電ランプ。
【請求項３】
該導電部材はアーク中心から電極軸周りの光有効利用角の範囲の外側に配設されることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載のショートアーク放電ランプ。
【請求項４】
凹面反射ミラーを有し、該凹面反射ミラーの首部に請求項１乃至請求項３の何れかに記載のショートアーク放電ランプの一方の封止部を挿通してなることを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はショートアーク放電ランプおよび当該ランプを使用した光源装置に関し、特にそのショートアーク放電ランプの始動性改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ショートアーク放電ランプには一般に図１の概略図に示すように、発光管１０の外面にトリガーワイヤー５を２つの封止部に亘って渡し、封止部６に巻きつけてあり、このトリガーワイヤー５はランプ始動時の絶縁破壊電圧を下げる働きがある。図中Ｈ．Ｖは高圧パルス発生器である。ＤＬＰＴＭ（テキサスインスツルメンツ社商標）プロジェクタ用に供されるショートアーク放電ランプとしては高圧希ガス放電ランプが使用される。高圧希ガス放電ランプは希ガスの封入圧が高く、小さな要因で破裂する可能性が高くなるため、発光管１０の外面に異物を接触させることは望ましくない。しかしながら、封入ガス圧が高くなるにしたがって絶縁破壊電圧も上昇するので、易始動性のためにはトリガー機構は不可欠であり、トリガーワイヤー５を前述のごとく取り付けている。
【０００３】
ところが、上記従来技術においては次の問題点が有る。すなわち、発光管１０の外面にトリガーワイヤー５を前述のごとく取り付けていることで発光管に傷がついたり、点灯に伴い発光管１０の外面にトリガーワイヤー５の接触部分で結晶化が起こり失透することがある。また、発光管１０の外面に沿って配線されたトリガーワイヤー５が存在する部分において発光管１０から放射される放射光が遮られる。
【０００４】
また、点灯時に発光管１０が高温になることでトリガーワイヤー５が酸化し劣化するため、点灯回数の増加に伴って始動性が悪くなる。
【０００５】
さらに、発光管の外面にトリガーワイヤーがあると、ショートアーク放電ランプを凹面反射ミラーと組合わせた光源装置とした場合、ミラー面を発光管に近づけると高電圧がリークして危険であるため、集光範囲を高くすることが難しかった。
【０００６】
【発明の解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は始動性が良好で発光管の損傷の恐れが無く、発光管からの放射光を損なうことのないショートアーク放電ランプおよび該放電ランプを使用し集光範囲を高めた光源装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、放電空間内に一対の対向電極を有するショートアーク放電ランプにおいて、該放電空間内に該電極のほかに、導電部材を少なくとも１本有し、該導電部材が高電圧印加側の電極と同電位になっており、該前記導電部材の先端は、高電圧印加側電極と対向電極との間の距離より、該対向電極から離れていることを特徴とするショートアーク放電ランプとする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、該導電部材の先端は、発光管内壁に接するか近接していることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク放電ランプとする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、該導電部材はアーク中心から電極軸周りの光有効利用角の範囲の外側に配設されることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載のショートアーク放電ランプとする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、凹面反射ミラーを有し、該凹面反射ミラーの首部に請求項１乃至請求項３の何れかに記載のショートアーク放電ランプの一方の封止部を挿通してなることを特徴とする光源装置とする。
【００１１】
本発明でいうショートアーク放電ランプとは、封入ガスとしてＸｅ・Ｋｒ・Ａｒやそれらの混合ガスのいずれかを選択した放電ランプ又はそれらのガスをバッファーガスとし、水銀・ハロゲン化金属のいずれか又はその複数を封入した放電ランプのことを言う。電極間距離は例えば数ｍｍ程度から１０数ｍｍ程度までである。
【００１２】
また、光有効利用角の範囲とは、いわゆる配光角であって、図１３には電極軸を通る断面で示したが、アーク中心からみた角度αの範囲である光有効利用角の範囲とは、正確にはこのαの角度で電極軸の全周に亘る範囲である。
【００１３】
【作用】
放電空間内に配設された電極以外の導電部材は高電圧印加側の電極と同電位になっており、前述の導電部材に高電圧が印加され、その導電部材の先端の電界が局所的に強くなり、その局所のガスが放電破壊電圧に達して電離が起こり、コロナ放電（局所放電）が生じる。本発明のランプにおいては、前述のコロナ放電により発せられる電磁波により陰電極又は陽電極から光電効果により電子放出を誘発させ、主電極間の絶縁破壊電圧を低下させ、主放電が起こるものと推測される。主放電が始まると、導電部材の先端が高電圧印加側電極と対向電極との間の距離より、対向電極より離れている本発明の構成によって、始動時に数１０ｋＶ印加されていた電極間の電位差は数十Ｖに下がるので、電離開始の電界強度に達しなくなり、コロナ放電は停止する。
【００１４】
なお、キセノンショートアーク放電ランプに代表される高圧希ガス放電ランプでは、封入圧が高いために導電部材の先端にコロナ放電が限定され易く、特に本発明の好適な例となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図２に本発明のランプの概略図を示す。放電空間２０内に一対の対向電極２，３を有する高圧放電ランプにおいて、放電空間２０内に陽極２、陰極３の他に先端が鋭利な導電部材１５を有しており、該導電部材１５が高圧パルス発生器Ｈ．Ｖからの高電圧印加側の電極（この場合３）と同電位になっている。そして、導電部材１５の先端は、高電圧印加側電極（この場合３）と対向電極（この場合２）との間の距離Ｌ１より離れたＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）の距離の間隔を持って対向している。また、導電部材１５はその根元が電極芯棒１１に固定されている。
【００１６】
なお、図３（ａ）、（ｂ）にあるように、導電部材１５の接続の仕方としては、高電圧印加側（Ｈ．Ｖ側）の電極２（または３）に巻き回し接続する方法、図４（ａ）、（ｂ）にあるように高電圧印加側の電極２（または３）に連なる電極芯棒１１（または１２）に接続する方法、図５（ａ）、（ｂ）にあるように封止箔１３（または１４）と接続する方法、図６に示すようにランプ外部で高電圧印加側電極の給電線１６に接続する方法などがある。
【００１７】
導電部材の材質としてはＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ等の高融点金属を基体金属として、同部材の少なくとも先端部にＴｈ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｂａなどの仕事関数の低い物質を含有させると、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ等の高融点金属のみの場合よりも低い電圧で放電を開始することができる。
【００１８】
導電部材の形状としては図７に示したように発光管内の２つの電極より細い径で、その先端が、導電部材に近い位置にある電極の先端のコーン部（円錐状部）の角度θより小さい先端角θ１である（θ＞θ１）ことが好ましい。これは角度が小さいほうがより電界が集中し電界が強められるからである。または図８に示したように先端径（φ１、φ２）が導電部材に近い位置にある電極の先端の径（φ）より小径（φ＞φ１、＞φ２）ことが好ましい。これも先端径が小さいほうが電界集中するからである。導電部材はここでは棒状であって先端の尖った針状であるが必ずしも先端が鋭利である必要はなく、図８に示したように導電部材自体が細ければ、先端は丸くても角張っていてもよい。また、導電部材の先端以外の部分は板状でもいい。さらに、導電部材は複数本設けると夫々の導電部材先端からコロナ放電が開始される。
【００１９】
図９にセラミック製ミラー一体型のキセノンショートアーク放電ランプの概略断面図を示す。このランプでの導電部材は陰極３の支持柱２２に金属ワイヤー２３を巻きつけたものであり、その金属ワイヤー２３の先端は陰極３と平行に陽極２に向けて配置している。あるいは、図９中にあるように導電部材は陰極３の支持柱２２を変形して鋭角な突起部２３’としたものであってもよい。あるい、不図示だが、導電部材は陰極３に直接取り付けてもいい。記号２５はサファイア製の前面透光板、記号２９は反射ミラー面である。
【００２０】
図１１は従来のショートアーク放電ランプ光源装置を示し、図１２は本発明のショートアーク放電ランプを示す。図１１の従来の光源装置９０では封止部６´に巻かれた外部トリガーワイヤー５と、凹面反射ミラー３０の首部にある穴３１、との距離が近いと電極間の絶縁破壊電圧よりもワイヤーとミラー間の絶縁破壊電圧の方が低くなり先に放電が起こってしまうから高電圧のリークの恐れがある。それで従来は首部の穴３１の開口径を大きくしていたが、一方で、本発明の光源装置１００ではリークの心配が無く、従来の光源装置と比べて首部の穴４１の開口径を小さくでき、凹面反射ミラー４０の小型化となり、凹面反射ミラー４０の前面開口径を小さくでき、その結果、集光効率が上がる。
【００２１】
図１３は導電部材の配置に対する１つの好適例を示す。導電部材はアーク中心から電極軸周りの光有効利用角の範囲、すなわち、図中、主電極に放射が妨げられない、角度αの範囲の外側に配置されるとランプからの光の利用効率の点から良好である。
【００２２】
次に、具体的な事例として、出力２ｋＷ、キセノン封入圧２ＭＰａ、電極間距離５ｍｍのＤＬＰプロジェクタ用高圧キセノンランプに本発明に係る発光管内導電部材を配置した。ランプ構成部品のφ０．２のガラス管止めＭｏ（モリブデン）線２７を発光管内に延在させて導電部材とした。電極芯棒２８に巻きつけてあるガラス管止めＭｏ線２７を引き伸ばし、その先端が高電圧印加側電極と対向電極との間の距離よりも該対向電極から離れた距離になりように設置した。そして、Ｍｏ線２７の先端が尖るように斜めに切断した。この場合、Ｍｏ線２７は電極芯棒２８に巻きつけてあるため、電極芯棒２８と導通している。次の三態様で始動性の確認実験を行った。
【００２３】
＜始動性の確認実験＞
図１０（ａ）に示すように、Ｍｏ線２７を陰極３と平行で、その先端が陰極のコーン部の傾斜が開始する位置近傍に来るように設置した。
図１０（ｂ）に示すように、Ｍｏ線２７の先端が発光管１０内壁と接触するように設置した。
図１０（ｂ）に近い態様だが、Ｍｏ線２７の先端が発光管１０に非接触で１ｍｍ以内の近接距離に位置するように配置した。
【００２４】
従来の発光管の外部にトリガーワイヤーを配設した場合と、この３態様で各２本づつのランプを製作し、絶縁破壊電圧を検証した。
【００２５】
点灯始動時の絶縁破壊電圧を測定した結果、次のようになった。従来のように発光管の外部にトリガーワイヤーを巻いた場合、そのランプの絶縁破壊電圧は３０〜３３ｋＶであった。それに対して、本発明の態様である▲１▼の場合は２５〜２７ｋＶ、▲２▼または▲３▼の場合は２２〜２４ｋＶと絶縁破壊電圧は大きく低下した。
【００２６】
▲１▼、▲２▼、▲３▼の本発明の態様の場合、導電部材がランプ内部に配設されていることから導電部材の酸化劣化がなく、ランプの寿命末期まで始動性の低下がない。発光管内に生じた現象としては、▲１▼の場合は、高電圧を印加すると導電部材のＭｏ線２７先端で放電が花火のように生じた。また、▲２▼、▲３▼の場合は、放電がバルブ内壁に導電部材先端から蜘蛛の巣状に拡がった。これは、コロナ放電がガラス内面に沿う沿面放電に放電形態を移行させたものであろうと推定される。
【００２７】
上記の結果から、次のことが推察される。主電極間の絶縁破壊電圧よりも低い電圧（約１０ｋＶ）で、Ｍｏ線の先端からコロナ放電が起こる。この放電によりより発せられる電磁波により陰電極又は陽電極から光電効果により電子放出を誘発させ主電極間の絶縁破壊電圧を低下させることができるものと思われる。主放電が始まると、始動時に数１０ｋＶ印加されていた電極間の電位差は数十Ｖに下がるので、電離開始の電界強度に達しなくなり、コロナ放電は停止し、主放電だけが継続する。
【００２８】
なお、以上の説明においては直流型ランプを例示したが、交流型ランプにおいてもランプに高電圧を印加して始動させるという方法である限り直流、交流に関係なく内部の導電部材は有効に働き、本発明の効果は当然に達成されることが考えられる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１に記載の発明によれば、放電空間内に一対の対向電極を有するショートアーク放電ランプにおいて、該放電空間内に該電極のほかに、導電部材を少なくとも１本有し、該導電部材が高電圧印加側の電極と同電位とし、該導電部材の先端を高電圧印加側電極と対向電極との間の距離より該対向電極から離すことで、始動性が良好で発光管外部のトリガーワイヤーによる発光管の損傷の恐れが無いショートアーク放電ランプとすることができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明によれば、導電部材の先端を、発光管内壁に接するか近接させることで始動性がさらに良好なショートアーク放電ランプとすることができる。
【００３１】
請求項３に記載の発明によれば、導電部材をアーク中心から電極軸周りの光有効利用角範囲の外側に配設することで発光管からの放射光を損なうことのない光利用効率のよいショートアーク放電ランプとすることができる。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、凹面反射ミラーを有し、該凹面反射ミラーの首部に請求項１乃至請求項３の何れかに記載のショートアーク放電ランプの一方の封止部を挿通した光源装置とすることで、ミラーの開口径を小型にでき、発光管からの放射光を損なうことなく、集光範囲を高めたショートアーク放電ランプを備えた光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の高圧放電ランプの概略図を示す。
【図２】本発明の高圧放電ランプ概略図を示す。
【図３】本発明に係る導電部材の取付例を示す。
【図４】本発明に係る導電部材の取付例を示す。
【図５】本発明に係る導電部材の取付例を示す。
【図６】本発明に係る導電部材の取付例を示す。
【図７】本発明に係る導電部材の先端形状の例を示す。
【図８】本発明に係る導電部材の先端形状の例を示す。
【図９】本発明の高圧放電ランプの一実施例を示す。
【図１０】本発明の効果を確認する実験例の態様を示す。
【図１１】従来型の光源装置を示す。
【図１２】本発明の光源装置を示す。
【図１３】光有効利用角の説明図を示す。
【符号の説明】
１　ショートアーク放電ランプ
２　陽極
３　陰極
４，４´　口金
５　トリガーワイヤー
６，６´　封止部
１０　発光管
１１，１２　電極芯棒
１３，１４　封止箔
１５　導電部材
１６　給電線
２０　放電空間
２２　支持柱
２３　金属ワイヤー
２３´突起部
２４　封止箔
２５　前面透光板
２６　ガラス管
２７　ガラス管止めＭｏ線
２８　電極芯棒
２９　反射ミラー面
３０　凹面反射ミラー
３１　首部の穴
４０　凹面反射ミラー
４１　首部の穴
９０　光源装置
１００　光源装置
Ｈ．Ｖ　高圧パルス発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004055416.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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