(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の両端にエミッターとしての電子放電物質を塗布しない電極を封止し、外管を用いず発光管のみで用いるショートアーク放電ランプの点灯装置において、該放電ランプのランプ電力をＰL(Ｗ)、前記電極間のアーク長l（ｍｍ）、ランプの安定時電流をＩL(Ａ)、同初期電流ＩP(Ａ)とした場合、l／ＰL≦１．５×１０-2のランプを始動させるに当たり、まず、ＩP≧1.4ＩLと規定する直流電流を流し、次に、続いて流す電流をＩｓ(Ａ)とした場合、Ｉｓ<ＩL、且つＩｓ≦ＩP／２と規定する電流を３秒間以上流し、その後安定点灯に移行させることを特徴とするショートアーク放電ランプの点灯装置。
【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の点灯装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクタ用光源装置の点灯光源や半導体製造に用いるステッパ用光源等は、ランプ電力に対するアーク長の比率が小さくランプ電圧が小さい。従って、電流を大きく採用したり、ランプ電圧を大きくし電流を小さくして電極負担を小さくするために、封入する水銀量を増やすことが行われている。
【０００３】
例えば、大容量ランプのステッパ用光源としてのランプは、アーク長約３ｍｍ、２０００Ｗ、内容積１６ｍl、点灯時の平均ガス温度を２０００℃として、動作圧力は２．５気圧程度であり、電極としての陰極であっても、φ１２ｍｍの心棒を用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記した条件のランプによると、ランプ製造後初めて点灯する場合、数多くのランプの中には点灯後直ぐに破裂するものがあり、そのため出荷前に５分点灯し、さらに５分消灯する動作を２０回程度繰り返す等、スクリーニングを行っていた。
【０００５】
破裂するランプを観察すると、ランプのシール部に埋設された陰極根元から放電を開始し、１０秒以上その場所から放電し、放電が安定してしまうため、ランプのシール部において、石英ガラスが長時間陰極根元による放電により、熱応力を受けて破裂することが判明した。
【０００６】
一方、比較的小形のランプであり、バラストも小さくして、モバイル系のプロジェクタ光源として用いるランプは、アーク長約１ｍｍ、１２０Ｗ、内容積０．０５ｍl、点灯時の平均ガス温度を２０００℃として、計算した場合、動作は約１８０気圧程度となるように水銀を封入し、安定時のランプ電圧が８０ボルト程度となるように構成してある。従って安定時の電流は１．５Ａ程度である。
【０００７】
この種のランプでも、ステッパ用光源と同様に、数１００本に１本は製造後の初点灯で破裂するものが発生した。原因としては、シール部に埋設された電極根元から放電を開始し、長時間持続（１０秒〜数１０秒間）するものがあり、両電極の先端へ移行しないで、陰極となる側のシール部石英へ熱応力を掛け続けるため破裂するものである。
【０００８】
ランプの電圧や電力を決める上で、大容量のランプは主として産業用であり、紫外線を利用するためステッパ用光源のような値となり、小容量のランプはプロジェクタ等において装置を軽くするためにバラストを小形軽量とすることを目的としている。
【０００９】
従って、ランプ電圧を高く電力は小さく、発光効率は変えずに光学的利用率を上げるためにアーク長は短くせざるを得ない。
【００１０】
一般照明用のランプでは、アーク長を管径の約２倍とし、全光束が最大となるように構成してある。同ランプは、放電を開始すると直ちに電極先端間同士にアークが移行し、ステッパ用光源やプロジェクタ用光源に見られるような現象は見受けられないことが確認されている。
【００１１】
それは放射性物質を電極に施したものであり、シール部根元より電子が出難いことや、放電路で初期から電力消費をするため、電極先端温度が上昇しやすいためである。
【００１２】
本発明は上記の諸点に鑑み発明したものであって、産業用光源としてのステッパ用光源や、プロジェクタ用ランプが製造直後の初点灯である程度破裂する現象を、始動時に流す電流を制御することで防止し、信頼性の高いショートアーク放電ランプの点灯装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した課題を解決するために次の構成とする。つまり発光管の両端にエミッターとしての電子放電物質を塗布しない電極を封止し、外管を用いず発光管のみで用いるショートアーク放電ランプの点灯装置に関する。
また同放電ランプのランプ電力をＰL(Ｗ)、前記電極間のアーク長l（ｍｍ）、ランプの安定時電流をＩL(Ａ)、同初期電流ＩP(Ａ)とした場合、l／ＰL≦１．５×１０-2のランプを始動させるに当たり、まず、ＩP≧1.4ＩLと規定する直流電流を流し、次に、続いて流す電流をＩｓ(Ａ)とした場合、Ｉｓ<ＩL、且つＩｓ≦ＩP／２と規定する電流を３秒間以上流し、その後安定点灯に移行させるように構成してある。
【００１４】
請求項１に記載のショートアーク放電ランプの点灯装置によると、ランプを点灯するに際して、始動直後に始動時電流より小さな電流とした時間帯を設けることによって、初期のランプの破裂を防止し信頼性の高いランプを得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図１乃至図３について説明する。図１において、１は半導体製造に用いるステッパ用の１５００Ｗの光源（発光管）であって、中央部に膨部２があり、最大外径φ５０ｍｍ、最大内径φ４５ｍｍとして構成してある。３は光源の一端のシール部４に封止した陽極であって、タングステンからなり、中央に向かってテーパ状に細く構成してある。また同陽極３は最大径φ１８ｍｍ部分の長さは２０ｍｍであり、放電容器としての石英材に挿入するため、シール部４に埋設させる部分は、φ８ｍｍに削り加工して構成してある。また石英に埋設された際に、石英にクラックが発生しないように、陽極の埋設部に０．１ｍｍ厚のモリブデン箔５を巻いて構成し、数枚のナイフエッジを設けたモリブデンリボンを介して、モリブデンリードと外部へ電気的に接続するように構成してある。同構成においてアーク長は３ｍｍである。
【００１６】
他方光源１の他端のシール部１０には陰極１１が挿入してあり、光源の中央に向かって、約３０度となるような角度で絞り加工が施され、φ８ｍｍの部分の先端から長さ１０ｍｍ程離れた位置よりφ１．２ｍｍのタングステンワイヤを密着して５ターン巻いてある。放電容器内容積約６２ｍｌの中に始動補助ガスとしてのキセノンを約１気圧と、安定時のランプ電圧が２５Ｖとなるようにバッファガスとして水銀を封入してある。
【００１７】
同ランプを点灯する際に初期電流（一次電流）を、安定時電流の約１．５倍の直流電流を５秒間流し、その後安定時電流の約７０％の直流電流を５秒間流した後、略安定時電流に等しい直流電流を流すと、シール部に埋設された陰極部分から例え放電開始をしたとしても始動時電流は最大５秒しか流れず、その後約１．４倍の電流となり、１．４倍となった直後に電極先端同士にアークが発生し、シール部石英に熱応力が掛かり難い。そのため同様のランプと同バラストの組合わせにて３０セットを１０分間ＯＮ、１０分間ＯＦＦの点滅サイクルにて、１０００回の試験をおこなったが何ら異常は認められず良好な特性であった。
【００１８】
次に上記したランプの具体例は、例えばランプ電力ＰLは１５００Ｗ、初期電流ＩPは９０Ａ、始動後に流す電流Ｉｓは４０Ａ、安定時電流ＩLは６０Ａとして構成する。
【００１９】
次にプロジェクタ用光源装置を図２について説明する。図２に示すランプ２０（発光管）は、定格１２０Ｗのランプであって、ランプ中央部に最大外径φ９．４ｍｍ、最大内径φ５．０ｍｍの放電空間、内容積が約０．０５ｍｌとしてあり、アルゴンガス１０4Ｐａと、平均ガス温度を２０００℃として、安定時の内圧が２３０気圧となるように水銀を約１５ｍｇ封入し、さらに寿命中に黒化進行することを防止するため微量の臭化物を封入して構成してある。
【００２０】
また図２において、２１，２２はランプ２０のシール部２３に埋設してなる電極であって、同じ大きさに構成してある。また両電極２１，２２は対向して配置され、電極間距離は１．０ｍｍとして構成してある。また両電極はタングステンからなる芯棒径φ０．３ｍｍに、タングステンからなるφ０．２２ｍｍのコイル２４を二重巻きとし４ターン巻付けて構成してある。また電極全長は９ｍｍであり、シール部に埋設して構成してある長さは約４ｍｍであり、溶接シロを約１．５ｍｍとし、幅１．５ｍｍ、長さ１９ｍｍのナイフエッジ付のモリブデン箔２５（厚さ２０μｍ）と接続あり、さらにモリブデン箔２５の他端は、２ｍｍの溶接シロをとって、φ０．５ｍｍのモリブデンリード２６に接続し、さらに口金や金属端子へと接続して構成してある。このように構成したランプは電子安定器に接続し点灯することができる。
【００２１】
上記のように構成した超高圧水銀ランプの、定格ランプ電力は１２０Ｗ、安定時のランプ電圧は約８０Ｖに構成してある。また同ランプを始動時の初期電流３Ａの直流電流として３秒流し、その後１Ａ，５秒間矩形波４００ＨＺの電流とし、その後３Ａの同周波数の矩形波電流を流し、ランプ電圧の上昇に従って電流を減少させ、安定時に１．５アンペアになるように構成し、同装置１００セットを１５分間ＯＮ、１５分間ＯＦＦの点滅サイクルで４０００回試験したところ何等異常は見られず、良好な寿命特性を示した。また図２に示す上記した光源２０は図３に示すように、ガラスミラー２７に固着して構成してある。
【００２２】
また上記したショートアーク放電ランプは、ランプを始動させる場合の条件として、ランプ電力ＰL(Ｗ)とアーク長l（ｍｍ）の関係をl／ＰL≦１．５×１０-2とする。
また直流電流を流す条件して、ランプ安定時電流をＩL(Ａ)、初期突入時の電流ＩP(Ａ)としたとき、ＩP≧1.4ＩLとする。
さらに続いて流す電流をＩｓ(Ａ)（二次電流）としたとき、Ｉｓ<ＩL且つ、Ｉｓ≦ＩP／２を３秒間以上流す。
【００２３】
このように始動直後に初期電流より小さな電流とした時間帯を設けると、初期のランプの破裂が発生することがない。
これが、例えば点灯初期に始動時電流を流した直後に、安定時電流と略同じ電流を流した場合は、シール部から放電するものもあり破裂の発生原因となることが確認されている。また初期電流ＩPが安定時電流ＩLの１．４倍未満の電流値であると、ランプは始動しない現象がおこり実施できない。また続いて流す電流Ｉｓが安定時電流ＩLより大きく、且つ初期電流のＩP／２の電流値を超えると、アークが電極先端に移行しないだけでなく、初期スパッタが発生する。さらにその電流を流す時間が３秒未満であると、その後電極の先端へアークが移行せず、陰極コイルから放電してスパッタが発生し、早期に黒化するものが発生することが確認されている。なお、この時間は３秒乃至１０秒であるのが実用的である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は上記したように、始動直後に初期電流より小さな電流とした時間帯を設けることによって、初期のランプの破裂を防止し信頼性の高いランプを得ることができ、産業用光源としてのステッパ用光源や、プロジェクタ用ランプとして利用価値が大きい特別な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るショートアーク放電ランプの点灯装置に用いるランプの側面図。
【図２】本発明に係るショートアーク放電ランプの点灯装置に用いる他のランプの側面図。
【図３】図２のショートアーク放電ランプをミラーに固着したときの側面図。
【符号の説明】
【発明の実施の形態】
１  光源
２  膨部
３  陽極
４  シール部
５  モリブデン箔
１０  シール部
１１  陰極
２０ランプ
２１，２２  電極
２３  シール部
２４  コイル
２５  モリブデン箔
２６  モリブデンリード
２７  ガラスミラー
【図１】
0003738880.tif 000002
【図２】
0003738880.tif 000003
【図３】
0003738880.tif 000004