(57)【要約】【課題】交流点灯時に、電極先端の偏った成長が起きない長寿命で、始動性の良好な超高圧水銀ランプおよび超高圧水銀ランプ装置を提供すること。【解決手段】石英ガラス１ａからなる発光管に一対の電極Ｅ１，Ｅ２を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３　以上の水銀と、希ガスと２×１０−４〜７×１０−３μｍｏｌ／ｍｍ３　の範囲でハロゲンを封入した超高圧水銀ランプにおいて、その発光管１ａの外表面もしくはその近傍に、電極Ｅ１，Ｅ２に電気的に結線されていない導体である線材２を配設し、その両端を封止管１ｂ，１ｃに巻回する。そして、上記ランプ１に、インバータ回路１０ａと高電圧パルス発生部１０ｂを備えた点灯装置１０から交流電圧を印加して、上記ランプ１を点灯させる。線材２はランプ１の電極に電気的に接続されていないので、電極先端の突起部を偏りなく成長させることができる。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなる発光管に一対の電極を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３　以上の水銀と、希ガスと１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３　の範囲でハロゲンを封入した超高圧水銀ランプにおいて、
前記電極に電気的に結線されていない導体が、該発光管の外表面上または近傍に配設され、
上記放電ランプが交流点灯される
ことを特徴とする超高圧水銀ランプ。
【請求項２】
前記発光管には封止管が連設されており、前記導体が線材であって、該導体の両端が前記封止管に巻回保持されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超高圧水銀ランプ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超高圧水銀ランプと点灯装置からなり、
上記超高圧水銀ランプの電極と該点灯装置内の高電圧パルス発生部が直列に接続され、該超高圧水銀ランプに交流電圧を印加する
ことを特徴とする超高圧水銀ランプ装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の超高圧水銀ランプと点灯装置からなり、
上記超高圧水銀ランプの近傍に配設された導体と上記点灯装置内の高電圧パルス発生部の一端が接続され、該高電圧パルス発生部の他端を該超高圧水銀ランプと並列に接続した２つのコンデンサの中間につなぎ、該超高圧水銀ランプに交流電圧を印加する
ことを特徴とする超高圧水銀ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は交流点灯型の超高圧水銀ランプ、および、該超高圧水銀ランプと点灯装置からなる超高圧水銀ランプ装置に関する。特に、本発明は、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３　以上の水銀が封入され点灯時の水銀蒸気圧が１１０気圧以上の超高圧水銀ランプであって、投射型プロジェクター装置などの投射用光源として使用するに好適な超高圧水銀ランプ、および、該超高圧水銀ランプと点灯装置からなる超高圧水銀ランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投射型プロジェクター装置は、矩形状のスクリーンに対して均一に、しかも十分な演色性を追って画像を照明させることが要求され、このため、光源としては水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタルハライドランプが使われている。また、最近では、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いる。
このような背景のもと、近時、メタルハライドランプに代わり、極めて高い水銀蒸気圧、例えば、２００バール（約１９７気圧）以上をもつ高圧水銀ランプが使用されている。これは、水銀蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを絞り込むとともに、一層の光出力の向上を図ったランプである。
最近は、より一層小型のプロジェクター装置が注目されつつある。
上記プロジェクター装置用の放電ランプは、高い光出力や照度維持率が要求される反面、プロジェクター装置の小型化に伴い放電ランプもより小型が求められ、装置の小型化、電源の小型化が進み、始動時の電圧を小さくすること、換言すれば易始動性が望まれている。
【０００３】
上記ランプとしては、例えば、石英ガラスからなる発光管に一対の電極を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３　以上の水銀と、希ガスと１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３　の範囲でハロゲンを封入した超高圧水銀ランプが使用される。
この種の放電ランプにおいて、始動時のブレークダウン電圧を小さくし、易始動性を図るため放電ランプの外周にトリガーワイヤーを設けたものが知られている。
ＷＯ００／７７８２６号公報には、プロジェクター等に使用される交流型の高圧放電ランプにおいて、トリガーワイヤーをリード線に接続した構造が開示されている。上記公報に記載されるものは、放電ランプの片側のリード線からトリガーワイヤーを延ばし、反対側の封止部に巻きまわして固定したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記超高圧水銀ランプ（以下では放電ランプという）においては、発光管内において対向するタングステン製電極の先端に点灯時間の経過に伴い、突起部が成長するという現象が起こる。
この電極突起部は、両電極で偏りなく成長することが望ましいが、前記公報に記載のトリガーワイヤーの結線、すなわち、放電ランプの片側のリード線からトリガーワイヤーを延ばし、反対側の封止部に巻きまわして固定する結線を行なった状態で交流点灯を行なうと、対向する電極先端の突起部の成長に偏りを生じることが見いだされた。
すなわち、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように放電ランプ１にトリガーワイヤー２ａを取り付けると、放電ランプ１の点灯にともなって電極先端に形成される突起は、トリガーワイヤーを巻きつけたシール部側（図６の左側）　電極の方が、反対側よりも太径になることが見出された。
【０００５】
電極先端に突起が形成される現象は以下のような理由により生ずるものと推定される。
この種の放電ランプにおいては、発光管内にハロゲンガスが封入されている。主目的は発光管の失透防止であるが、これにより、いわゆるハロゲンサイクルが生じる。
ランプ点灯中に電極先端付近の高温部から蒸発したタングステンは、発光管内に存在するハロゲンや残留酸素と結合して、例えばハロゲンがＢｒならＷＢｒ、ＷＢｒ２　、ＷＯ、ＷＯ２　、ＷＯ２　Ｂｒ、ＷＯ２　Ｂｒ２　などのタングステン化合物として存在する。そして、それらの化合物は電極先端付近の気相中の高温部においては分解してタングステン原子または陽イオンとなる。
温度拡散（気相中の高温部＝アーク中心から、低温部＝電極先端近傍に向かうタングステン原子の拡散）、および、アーク中でタングステン原子が電離して陽イオンになり、陰極動作しているとき電界によって陰極方向へ引き寄せられる（＝ドリフト）　ことによって、電極先端付近における気相中のタングステン蒸気密度が高くなり、電極先端に析出し、突起を形成するものと考えられる。
【０００６】
したがって、形成される突起の径は、電極先端付近の気相の温度分布に依存することになる。すなわち、電極とアークの接する面積が広いほど、電極先端付近の気相の温度分布が広がるため、形成される突起の径は大きくなるものと考えられる。
ここで、図６（ａ）および図６（ｂ）のようにトリガーワイヤー２ａを取り付けた場合、シール部にワイヤーを巻いた方（左側）の電極が陽極動作をしているとき、図６（ａ）に示すように、トリガーワイヤー２ａはアークに対して負電位になるため、アーク中の陽イオン（主に水銀イオン）　は、トリガーワイヤーの方向に向かって、斜め外側に引き寄せられることになる。
このことは、アークは左ほど広がることを意昧する。一方、反対の極性、すなわち、トリガーワイヤー２ａがアークに対して正電位であるときは、アークは収縮することになるが、交流点灯の１周期における平均的な気相の温度分布は、左側の電極先端付近の方が、右側よりも広がるものと考えられる。
このようにして発生する電極先端付近の気相の温度分布の非対称性に起因して、トリガーワイヤー２ａをシール部に巻きつけた方の電極先端に形成される突起の径は、他方のそれより太くなるものと考えられる。
【０００７】
上記のように電極先端に非対称な突起が形成されると、径の太い突起において陰極輝点が移動することによって、アークの不安定という不具合が生じ、プロジェクターランプとしては致命的なフリッカー現象を生じる原因となる。
また、太い方の突起は他方に比べて高さが低いために、ランプの点灯にともなって光学的な中心がずれるといった不具合が生じる。
しかし、易始動性のためにはこの種のランプにおいては、トリガーワイヤーは簡便且つ効果的な構造であり、トリガーワイヤーを取り除くと始動性が悪くなる。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、交流点灯時に、電極先端の偏った成長が起きない、長寿命で始動性の良好な超高圧水銀ランプおよび超高圧水銀ランプ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を次のようにして解決する。
（１）石英ガラスからなる発光管に一対の電極を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３　以上の水銀と、希ガスと１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３　の範囲でハロゲンを封入した、電極間距離が短く、いわゆるハロゲンサイクルが生じる超高圧水銀ランプにおいて、上記電極に電気的に結線されていない導体を、該発光管の外表面上または近傍に配設し、該ランプを交流点灯させる。
（２）上記（１）において、前記導体を線材とし、該導体の両端を、発光管に連設された封止管に巻回保持する。
（３）上記（１）または（２）の超高圧水銀ランプと点灯装置からなる超高圧水銀ランプ装置において、超高圧水銀ランプの電極と該点灯装置内の高電圧パルス発生部とを直列に接続し、該超高圧水銀ランプに交流電圧を印加する。
（４）上記（１）または（２）の超高圧水銀ランプと点灯装置からなる超高圧水銀ランプ装置において、超高圧水銀ランプの導体と上記点灯装置内の高電圧パルス発生部の一端を接続し、該高電圧パルス発生部の他端を該超高圧水銀ランプと並列に接続した２つのコンデンサーの中間につなぎ、該超高圧水銀ランプに交流電圧を印加する。
本発明においては、上記（１）〜（４）の構成としたので、易始動性を確保しつつ、放電ランプの電極先端を偏りなく成長させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例の超高圧水銀ランプと、該ランプを点灯させる点灯装置の概念図である。
同図において、１は超高圧水銀ランプ（以下放電ランプという）であり、放電ランプ１は、前記したように、石英ガラスからなる発光管１ａに一対の電極Ｅ１，Ｅ２を２ｍｍ以下（好ましくは１．５ｍｍ以下）の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３　以上の水銀と、希ガスと１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３　の範囲でハロゲンを封入したものである。
上記放電ランプ１の発光管１ａの外表面もしくはその近傍には、導体である線材（以下ではワイヤー２ｂという）が配設され、その両端は、発光管１ａに連接された封止管１ｂ，１ｃに巻回されており、上記ワイヤー２ｂは、電極Ｅ１，Ｅ２には、電気的に結線されていない。
上記放電ランプ１の電極Ｅ１，Ｅ２はリード線を介して点灯装置１０に接続される。点灯装置１０は、例えば矩形波交流電圧を発生するインバータ回路１０ａと、上記放電ランプ１の始動時に高電圧パルスを発生する高電圧パルス発生部１０ｂを備え、上記インバータ回路１０ａの出力端に高電圧パルス発生部１０ｂと放電ランプ１が直列に接続されている。
上記放電ランプ１を点灯させるには、インバータ回路１０ａから交流矩形波を出力し、この交流矩形波に高電圧パルス発生部１０ｂが発生する高電圧パルスを重畳して放電ランプ１に印加する。これにより、放電ランプ１が放電を開始すると、以降、インバータ回路１０ａが出力する交流矩形波を放電ランプ１に印加して、放電ランプ１を点灯させる。
【００１０】
図１に示すように、本実施例の放電ランプ１においては、電極Ｅ１，Ｅ２に電気的に結線されていないワイヤーを発光管１ａの外表面もしくはその近傍に配設した。
前述した図６のようにトリガーワイヤー２ａを取り付けた場合、対向する電極先端の突起部の成長に偏りを生じるが、本実施例のようにワイヤー２ｂを電気的に電極Ｅ１，Ｅ２から切り離すことにより、電極先端の突起部を偏りなく成長させることができた。
すなわち、（１）　前記図６に示したようトリガーワイヤー２ａを一方の電極に接続した場合と、（２）　図１のようにワイヤー２ｂを電気的に電極Ｅ１，Ｅ２から切り離した場合、および、（３）　ワイヤーがない場合、のそれぞれについて突起の形成を観察したところ、（１）　の場合には、図２（ａ）に示すように、トリガーワイヤー２ａを巻きつけた封止管側の電極が太くなったが、（２）　（３）　の場合には、図２（ｂ）に示すように、いずれの場合にも、両電極Ｅ１，Ｅ２でほぼ対称な突起が形成された。
【００１１】
ところで、ワイヤーを設けない場合や、図１のようにワイヤーを電気的にランプから切り離す場合に、ランプの始動性に問題が生じることが懸念された。
そこで、（１）　従来のようにトリガーワイヤーを設けた場合（前記図６）、（２）　ワイヤーを電気的にランプから切り離した場合（図１）および、（３）　ワイヤーを設けない場合について、ランプを５分間点灯−５分間消灯の点滅を１００回繰り返したときの始動回数を比較することによって、始動性を比較した。　ここで、上記の点滅サイクルを用いたのは、ランプ消灯５分後は、ランプ内にまだ水銀蒸気やハロゲン化水銀蒸気が残っており、再始動が困難な状態にランプがあるため、始動性の差異がより明瞭に現れるからである。
なお、上記実験は、図１に示す回路を用い、無負荷時（放電開始前）は１５０Ｈｚ−３４０Ｖの矩形波電圧に、ピ一ク電圧１５ｋＶの高電圧パルスを１０Ｈｚの頻度で最大３秒間重畳して印加した。そして、この始動動作開始から放電ランプ１が３秒以内に放電を開始すると、高電圧パルスの印加を停止し、１５０Ｈｚの矩形波による２００Ｗの定電力動作に移行させた。
上記結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
表１に示すように、（１）　の従来型と（２）　の本実施例の場合では、ともに、１００回中始動した回数は１００回であるのに対し、ワイヤーがない場合には、１００回中始動した回数は３４回であった。
表１から明らかなように、本実施例のようにワイヤーを設置した場合でも、図６に示した従来と変わらない始動性が確保できることが判明した。
【００１４】
上記実施例では、発光管の近傍に電極から切り離されたワイヤーを取り付けたが、導電性被膜を発光管の外表面に形成しても、同様の効果が得られるものと考えられる。
また、ワイヤーを取り付けたり、導電性被膜を形成する代わりに、図３（ａ）（ｂ）に示すように、発光管の近傍に導体を設けても同様な効果が得られる。
図３（ａ）（ｂ）において、１は前記した超高圧放電ランプ、３は上記ワイヤーに相当する導体であり、前記図１と同様、放電ランプ１の電極とは電気的に切り離されている。１ｄは放電ランプ１の口金、４は放電ランプ１から放射される光を反射するリフレクター、４ａは放電ランプ１の一方の電極に接続されたリード線５を引き出すための穴部、６はリフレクター４に放電ランプを固定するための無機系接着剤、７は前面ガラスである。
図３（ａ）は、リフレクター４の好ましくは非反射面に取り付けたリベット８に上記導体３を支持するための導体支持手段９を取り付けて、導体３を放電ランプ１の発光管１ａの近傍に配設したものである。
また、図３（ｂ）は、同図の（ｃ）に示すように、導体支持手段９に上記導体３を取り付け、導体支持手段９をリフレクター４の放電ランプ１の封止管が貫通している穴部４ｂに取り付けて、導体３を放電ランプ１の発光管１ａの近傍
に配設したものである。
上記構成にしても、前記したように易始動性を確保しつつ、電極先端の突起部を偏りなく成長させることができる。
【００１５】
図１では、高電圧パルス発生部１０ｂと放電ランプ１が直列に接続されている場合について説明したが、放電ランプ始動のための高電圧パルス発生部の高電圧発生トランスに二次側コイルに放電ランプを点灯するための交流電流が流れないようにした回路方式（この回路方式をここでは並列方式と呼ぶ）に適用することもできる。
図４は本発明を上記並列方式に適用した場合の回路構成を示す図である。
同図に示すように、放電ランプ１に並列に２つのコンデンサＣ１，Ｃ２を接続し、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点に高電圧パルス発生部１０ｂの一方の端子を接続し、高電圧パルス発生部１０ｂの他方の端子を放電ランプ１に取り付けたワイヤー２ｂに接続する。
【００１６】
これによって、定常点灯時には、ワイヤー２ｂは放電ランプ１のアークの中点と同電位に保たれるので、図１に示した場合と同様、放電ランプ１の両電極の先端に形成される突起はほぼ同じ形状になる。
なお、上記コンデンサＣ１，Ｃ２を設けず、図５に示すように、高電圧パルス発生部１０ａの一方の端子を、放電ランプ１の電極に接続されたリード線１１の一方に接続した場合には、定常点灯時、トリガーワイヤー２ａは高電圧発生部１０ｂの２次側コイルを介して放電ランプ１の一方の電極と同電位になるため、他方の電極先端に形成される突起がより太径になり、本発明の効果を得ることができない。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、交流点灯される超高圧水銀ランプにおいて、その電極に電気的に結線されていない導体を、該発光管の外表面上または近傍に配設したので、易始動性を確保しつつ、放電ランプの電極先端を偏りなく成長させることができる。このため、アークの不安定という不具合が生じることがなく、フリッカー現象を生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の超高圧水銀ランプと該ランプの点灯させる点灯装置の概念図である。
【図２】本実施例と従来例の超高圧水銀ランプにおける電極の突起の形成を説明する図
【図３】ワイヤーを設ける代わりに、発光管の近傍に導体を設けた実施例を示す図である。
【図４】本発明のランプを並列方式に適用した場合の回路構成を示す図である。
【図５】コンデンサＣ１，Ｃ２を用いない従来の並列方式の回路構成を示す図である。
【図６】電極にトリガーワイヤーを接続した場合における、電極に印加される電圧の極性とアークの形状の関係を説明する図である。
【符号の説明】
１　　　　　超高圧水銀ランプ（放電ランプ）
１ａ　　　　発光管
１ｂ，１ｃ　封止管
２ａ　　　　トリガーワイヤー
２ｂ　　　　ワイヤー
３　　　　　導体
４　　　　　リフレクター
５　　　　　リード線
６　　　　　無機系接着剤
７　　　　　前面ガラス
８　　　　　リベット
９　　　　　導体支持手段
１０　　　　点灯装置
１０ａ　　　インバータ回路
１０ｂ　　　高電圧パルス発生回路
【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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