(57)【要約】【課題】高圧放電ランプの点灯始動前に発光管をヒータで予熱せずに、点灯始動時又は始動後にヒータで加熱開始して、予熱する場合と同等以上に光出力の立ち上がりを速めると共に、ヒータで加熱する発光管の温度が異常に上昇してその発光部が膨らんだり破裂することを防止する。【解決手段】ランプ１の主電極間の電圧に応じて発光管２を加熱するヒータ４への通電量を制御する通電コントローラ１３を設けることにより、例えば、ランプ１の主電極間の電圧が安定点灯時のランプ電圧より低いときに、ヒータ４への通電量を一定時間だけ大きくして発光管２の温度を素早く上昇させ、その一定時間経過後に即通電を停止するか又は通電量を低下させて、光出力の立ち上がり速度を速めると同時に、発光管２の発光部３が膨らんだり破裂することを確実に防止できるようにした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプを点灯始動させる際に発光管を加熱するヒータが設けられた高圧放電ランプ装置において、ランプの主電極間の電圧に応じて前記ヒータへの通電量を制御する通電コントローラが設けられていることを特徴とする高圧放電ランプ装置
【請求項２】
前記通電コントローラが、ランプの点灯始動時又は始動後に前記ヒータへの通電を開始させて、ランプの点灯始動初期における主電極間の電圧が安定点灯時のランプ電圧より低いときに前記ヒータへの通電量を一定時間だけ最大とした後、その通電量を低下させるか又は即通電を停止させるように構成されている請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記通電コントローラが、前記ヒータへの通電を開始及び停止させるスイッチ手段と、前記ヒータへの通電量を段階的もしくは連続的に可変する電力制御手段とを有している請求項１又は２記載の高圧放電ランプ装置。
【請求項４】
前記ヒータが、前記発光管の外表面に巻装された電熱線である請求項１、２又は３記載の高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプを点灯始動させる際に発光管をヒータで加熱する高圧放電ランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタや投射型液晶ディスプレイ装置等のバックライトは、矩形状のスクリーンに対して充分な輝度、効率及び演色性を以って均一に画像を投射することが要求されるため、その光源として、発光管の発光部に水銀や金属ハロゲン化物を封入した高圧放電ランプが用いられている。そして近時は、光源の小型化、点光源化をより一層推進することが求められている。
【０００３】これらの要求に鑑み、金属ハロゲン化物を封入した高圧放電ランプに代わって、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を封入してランプの安定点灯時における水銀蒸気圧が１００気圧を超える超高圧水銀ランプと称する高圧放電ランプが提案されている（特開平２−１４８５６１号公報、特開平６−５２８３０号公報）。
【０００４】この種のランプは、高輝度・高効率・高演色性を実現するために、安定点灯時の水銀蒸気圧を１００気圧以上に高めることにより、アークの径方向の拡がりを抑えて光出力を向上させるようにしたもので、その発光管のシール部は、耐圧性を高めるために排気用の細管を設けない所謂溶封タイプとし、また、発光部の肉厚は、自動車の前照灯等に用いる高圧放電ランプのそれに比べて約３倍の２ｍｍ前後としている。
【０００５】このように肉厚が大きい発光管の発光部は、熱容量が大きくて温まり難いので、ランプの点灯始動時に発光部の内面に液滴状となって溜まっている液状水銀が温められて水銀蒸気となり、その蒸気分圧が上昇してランプの光出力が立ち上がるまでにかなりの時間を要し、例えば１５０Ｗ程度のランプでは、実に約６０秒もの時間を要する。
【０００６】そのため、この種のランプをバックライトとして用いる液晶プロジェクタや投射型液晶ディスプレイ装置は、立ち上がりが遅いため、これら装置をプレゼンテーションなどに使用したときに、スクリーンが画像を投射するに充分な明るさに達するまでの待ち時間が長いという問題があった。
【０００７】この立ち上がりの遅さを改善するために、発光管のシール部に電熱線を巻装して成るヒータによって、ランプの点灯始動前に発光部の表面温度を予め１００℃以上に加熱する手段が提案されている（特開２００１−２６６７９７号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ランプは、いつ点灯始動されるか分からないので、点灯始動前に発光管の発光部を予熱しようとすれば、その予熱を行うヒータは、ランプを点灯させないときも常時通電状態にしておかなければならないので、電力消費量が著しく嵩むという問題がある。また、モバイル系と称される携帯型のディスプレイ装置などは、バックライトとなるランプの発光管にヒータを設けたとしても、該装置を持ち運ぶ際は、そのヒータに通電して発光管の発光部を予熱することができないため、持ち運んで直ぐ使用する場合はランプの光出力の立ち上がりが遅くなる。
【０００９】このような事情に鑑み、本発明者らは、ランプの点灯始動前に発光管の発光部をヒータで予熱せずに、そのヒータへの通電をランプの点灯始動時又は始動後に開始させて光出力の立ち上がりを速めるようにすることを企図して、ヒータへの通電量を大きくする実験を行ったところ、それによってランプ寿命が通常よりも短くなったり、発光部が早期に膨らみを生じて安定点灯時のランプ電圧が著しく低下したり、破裂を起こすものが多発した。
【００１０】そして、その原因は、ヒータの放熱とランプの放電による発熱とで発光部の表面温度が異常に上昇して、発光部の内面がクリストバーライト化して早期に失透し、その失透部分がランプの放電によって生ずる熱を遮断して発光部内に閉じ込めることにあり、それによって、発光部の表面温度がより一層上昇して発光部が膨らみを生じ、その膨らみを生じた分だけ発光部の内容積が大きくなって水銀密度の急激な減少を生ずることによりランプ電圧の大幅な低下を来すことが判った。
【００１１】そこで、ランプの点灯始動時に周囲温度と略等しい温度にある発光管の発光部を上記のような問題を生ずることなく速やかに加熱できるヒータの適正な通電量と通電時間を実験により求めたが、その通電時間によれば、点灯していたランプを消灯して直ぐ再始動させたときに、余熱によって周囲温度より高温になっている発光部が、ランプの光出力が立ち上がった後も通電量の大きいヒータで加熱されることとなるため、その表面温度が異常に上昇して直ぐに膨らんでしまったり、破裂を起こすおそれがある。
【００１２】また、ヒータへの通電量を大きくする時間が長ければ、その分だけ該ヒータの損傷も大きくなって耐久寿命が短くなるという問題がある。
【００１３】そこで本発明は、高圧放電ランプの点灯始動時又は始動後に発光管をヒータで加熱開始しても、その点灯始動前に発光管をヒータで予熱する場合と同等もしくはそれ以上に光出力の立ち上がりを速めることができるようにすると共に、ヒータで加熱される発光管の発光部が膨らみを生じて安定点灯時のランプ電圧が低下したり、ランプ寿命が短くなるなどの問題点を解消できるようにすることを技術的課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、ランプを点灯始動させる際に発光管を加熱するヒータが設けられた高圧放電ランプ装置において、ランプの主電極間の電圧に応じて前記ヒータへの通電量を制御する通電コントローラが設けられていることを特徴とする。
【００１５】本発明による高圧放電ランプ装置は、例えば、ランプの点灯始動初期における主電極間の電圧が安定点灯時のランプ電圧より低いときに、ヒータへの通電量を一定時間だけ最大にして発光管の発光部を素早く高温に加熱することにより、光出力の立ち上がり速度を速めることができると同時に、その一定時間経過後に、ヒータへの通電を即停止させるか、あるいはその通電量を低下させることにより、発光部の表面温度が異常に上昇して該発光部が膨らんだり破裂することを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面によって具体的に説明する。
図１は本発明による高圧放電ランプ装置の一例を示す図、図２はその立ちあがり特性の一例を示すグラフ、図３は通電コントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。
【００１７】本例の高圧放電ランプ装置は、例えば１５０Ｗの超高圧水銀ランプ１の発光管２に、その発光部３を加熱して光出力の立ち上がりを速めるヒータ４が設けられている。なお、発光部３は、約６０ｍｍ３程度の内容積を有し、その内部には、該発光部３の両端を封止するシール部５Ｒ、５Ｌに埋設して固定された一対の主電極が互いに対向して設けられると共に、点灯始動用補助ガスとなるアルゴンが約２０ｋＰａ（常温時）、水銀が約１２ｍｇ封入されている。
【００１８】ヒータ４は、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウムなどを主成分とする線径約０．２９ｍｍ、長さ１７０ｍｍの電熱線で成り、該電熱線を一方のシール部５Ｒから発光部３を跨いで他方のシール部５Ｌへ至るように発光管２の外表面にスパイラル状に巻装させると共に、シール部５Ｒ及び５Ｌの発光部３に近い側を夫々密巻きにして、該電熱線に１５Ｖ−３．６Ａの電力を供給すると外気中で数秒後に約１０００℃の温度に到達すべく設計された５４Ｗのヒータとなっている。
【００１９】図中７は、ランプ１の電極端子８Ｒ、８Ｌとランプ電源９との間に接続されたランプ点灯装置であって、該点灯装置７は、ランプ１の点灯始動に必要な電気的条件を与える始動装置１０や、ランプ電流を規定値に制御する安定器１１のほかに、ランプ１の主電極間の電圧を検出してその検出信号を出力する電圧検出器１２を備えている。なお、ランプ電源９は、ヒータ４の電源をも兼ねている。
【００２０】図中１３は、ランプ１の主電極間の電圧に応じてヒータ４への通電量を制御する通電コントローラであって、例えばランプ電源９の投入時に起動してヒータ４への通電を所定のタイミングで開始及び停止させるスイッチ手段１４と、ヒータ４への通電量を段階的もしくは連続的に可変する電力制御手段１５とを有し、ランプ１の点灯始動時又は始動後にヒータ４への通電を開始させて、ランプ１の点灯始動初期における主電極間の電圧が安定点灯時のランプ電圧より低いときにヒータ４への通電量を一定時間だけ最大とした後、その通電量を段階的もしくは連続的に低下させるか又は即通電を停止させるように構成されている。
【００２１】なお、図中１６は、可視光を反射して赤外光を反射しない誘電体多層膜が内面にコーティングされた硼珪酸塩から成る硬質ガラス製の反射鏡であって、その焦点近傍にランプ１の発光管２が配設されると共に、前面の開口部に無反射コーティングを施した前面ガラス１７が取り付けられている。
【００２２】以下、ランプ１の主電極間の電圧に応じてヒータ４への通電量を適正に制御した場合と、制御しない場合との違いについて説明する。
【００２３】例えば、ランプ１の点灯始動時にヒータ４へ流す電流値を設計値の３．６Ａとして、その３．６Ａの電流をランプ１が安定点灯状態となるまでヒータ４に流し続けると、発光管２の表面温度が異常に上昇して、その発光部３が膨らみを生じて安定点灯時のランプ電圧が低下するなどのおそれがある。
【００２４】これに対し、ランプ１の点灯始動初期における主電極間の電圧が、安定点灯時のランプ電圧より低いとき、すなわち該ランプ電圧の１００％に相当する電圧値に達する前に、通電コントローラ１３によってヒータ４への通電量を一定時間だけ設計値の３．６Ａとした後、即通電を停止するか又は通電量を３．６Ａ以下に低下させてから通電を停止するようにすれば、発光部３が膨らんだり破裂するおそれが少なくなる。
【００２５】また、通電コントローラ１３で制御するヒータ４への通電量は、設計値の３．６Ａを最大とする場合に限らず、その最大値は、設計値の３．６Ａを超えるものであってもよく、例えば、図２のグラフは、ランプの点灯始動初期における主電極間の電圧が安定点灯時におけるランプ電圧の５５％以内にあるときに、通電コントローラ１３の電力制御手段１５により、ヒータ４へ設計値の３．６Ａを大きく上回る７．０Ａの最大電流を３秒間だけ流した後、その通電量を設計値の３．６Ａに低下させて、電圧検出器１２で検出する主電極間の電圧が安定点灯時におけるランプ電圧の６５％に達したときに、通電コントローラ１３のスイッチ手段１４によってヒータ４への通電を停止させた場合の立ち上がり特性を示しており、このグラフによれば、主電極間の電圧がランプ電圧の１００％に達した後も、発光管２の表面温度は上昇するが、その上昇幅は比較的小さいので、発光部３が膨らんで安定点灯時のランプ電圧が低下したり、ランプ寿命が短くなるという危惧はない。
【００２６】また、ランプ１の点灯始動時にヒータ４への通電を開始してから、ランプ１の主電極間の電圧が安定点灯時のランプ電圧の６５％に達するまでの間に、ヒータ４への通電量を一定して設計値の３．６Ａとした場合と、最初の３秒間だけ設計値を上回る７．０Ａとした後、設計値の３．６Ａに低下させた場合との比較実験によれば、前者は、ランプの安定点灯時における明るさの約２分の１に相当する明るさが得られるまでの平均所要時間が約２５秒であったのに対し、後者のそれは僅か１５秒前後であり、光出力の立ち上がり速度が著しく速まることが確認された。また、ヒータ４の通電開始時に２秒間だけ８．５Ａの最大電流を流した後、設計値の３．６Ａに低下させた場合における前記平均所要時間は、１４秒前後であった。
【００２７】また、ランプ１の点灯始動初期における主電極間の電圧が安定点灯時におけるランプ電圧の１００％以内にあるときは、ヒータ４へ設計値の３．６Ａを大きく上回る７．０Ａ〜８．５Ａもの最大電流を流しても、ほんの数秒間程度なら、発光部３の過熱によってランプ寿命が損なわれるおそれは少ないし、ヒータ４の損傷も少なくて済むことが実験により確認された。
【００２８】以下、通電コントローラ１３による制御手順の一例を図３のフローチャートにより説明する。まず、ステップ▲１▼でランプ電源９が投入されたか否かを判定し、ランプ電源９が投入されると、ステップ▲２▼へ移行して、ヒータ４への通電を開始するスイッチ手段１４をオンし、ランプ１の点灯始動とほぼ同時にヒータ４へ例えば７．０Ａの最大電流を供給する。
【００２９】次いで、ステップ▲３▼へ移行して、３秒間経過したか否かを判定し、３秒間経過すると、ステップ▲４▼へ移行して、ヒータ４への通電量を可変する電力制御手段１５により、ヒータ４へ供給する電流を７．０Ａから設計値の３．６Ａにまで低下させる。
【００３０】そして、ステップ▲５▼へ移行し、電圧検出器１２で検出されるランプ１の主電極間の電圧が、安定点灯時のランプ電圧の６５％に達したか否かを判定し、６５％に達すると、ステップ▲６▼に移行して、スイッチ手段１４をオフし、ヒータ４への通電を停止させる。
【００３１】このように、ランプ１の点灯始動初期における主電極間の電圧に応じたヒータ４の通電制御を行えば、ランプ１の点灯始動前に発光管２の発光部３をヒータ４で予熱せずに、点灯始動と同時又はその始動後にヒータ４による加熱を開始しても、予熱した場合と同等もしくはそれ以上の速度で光出力を立ち上げることができると同時に、ヒータ４の熱で発光部３が膨らみを生じたり破裂を生ずるおそれも解消される。
【００３２】なお、通電コントローラ１３の動作は上記に限らず、例えば、発光管２の温度が周囲温度と略等しい状態でランプ１を点灯始動させると同時に、ヒータ４へ７．０Ａの電流を３秒間流し、その後、設計値の３．６Ａに低下させてランプ１の主電極間の電圧が安定点灯時のランプ電圧の６５％に達するまでの所要時間を実験により予め計測し、その所要時間が経過したときに計時タイマーでヒータ４への通電を停止するようにしてもよい。
【００３３】また、ランプ１の点灯始動初期における主電極間の電圧を電圧検出器１２等でリアルタイムに検出して、その主電極間の電圧が、例えば安定点灯時のランプ電圧の３０〜５５％以内にあるときに、ヒータ４への通電を開始させ、ランプ電圧の５５〜６５％を超えたときに、即通電を停止させるように制御すれば、一旦消灯したランプ１を再始動させる際に発光管２の表面温度が点灯時の余熱で周囲温度より高くなっている場合に、ヒータ４への通電量を少なくして、発光管２の発光部３が必要以上の高温に加熱されることを防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ランプの点灯始動時又は始動後に発光管の発光部をヒータで加熱開始して、ランプの光出力の立ち上がり速度を速めることができると共に、ヒータで加熱する発光部の温度が異常に上昇してその発光部が膨らみを生じたり、破裂を生じてランプ寿命が損なわれることを防止できるという効果がある。また、いつ点灯始動されるか分からないランプをその点灯始動前にヒータで予熱しておく必要がないので、ヒータの電力消費量も低減することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高圧放電ランプ装置の一例を示す図
【図２】本発明による高圧放電ランプ装置の立ち上がり特性を示すグラフ
【図３】本発明を構成する通電コントローラの制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１………………ランプ
２………………発光管
３………………発光部
４………………ヒータ
９………………ランプ電源
１２………………電圧検出器
１３………………通電コントローラ
１４………………スイッチ手段
１５………………電力制御手段
【図１】
2004014377.tif 000003
【図２】
2004014377.tif 000004
【図３】
2004014377.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月13日(2002.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記通電コントローラが、ランプの点灯始動時又は始動後に前記ヒータへの通電を開始させて、ランプの点灯始動初期における主電極間の電圧が安定点灯時のランプ電圧より低いときに前記ヒータへの通電量を一定時間だけ最大とした後、その通電量を低下させるか又は即通電を停止させるように構成されている請求項１記載の高圧放電ランプ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記ヒータが、前記発光管の外表面に巻装された電熱線である請求項１、２又は３記載の高圧放電ランプ装置。