(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
封体によって囲まれた放電空間に陰極と陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガスと、前記放電空間の１ｍｍ３当たり０．１５ｍｇ以上の水銀が封入され、始動時、アーク放電状態からグロー放電状態を有する高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電灯用給電装置において、
前記放電灯用給電装置は、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗と、前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗のほぼ１／７の疑似グロー放電抵抗を有する試験回路を接続して、
前記擬似アーク放電抵抗に電流が流れている状態から、前記疑似グロー放電抵抗に電流が流れている状態に切り替えた場合に、
前記疑似グロー放電電流が、前記疑似アーク放電電流の３０％以下である連続した期間が１０μｓ以下であり、かつ、前記疑似アーク放電電流の少なくとも７０％に回復するまでの時間が１００μｓ以下となる特性を有することを特徴とする放電灯用給電装置。
【請求項２】
請求項１において、前記放電灯用給電装置は、ランプ電力が予め定めた定格電力値になるようにランプ電流を制御する機能と、ランプ電流が予め定めた限界電流値を超えないようにランプ電流を制御する機能とを有し、かつ、前記定格電力値になるようにランプ電流を制御する機能よりも、前記限界電流値を超えないようにランプ電流を制御する機能が優先した機能を有すると共に、前記擬似グロー放電抵抗に切り換えた時に、前記疑似アーク放電電流の少なくとも７０％に回復するように制御している期間が５０ｍｓ以上あり、かつこの期間は前記定格電力値を超えることを容認するように制御される機能を有することを特徴とする放電灯用給電装置。
【請求項３】
封体によって囲まれた放電空間に陰極と陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガスと、前記放電空間の１ｍｍ３ 当たり０．１５ｍｇ以上の水銀と１ｍｍ３ 当たり１×１０−７モルのハロゲンが封入さた高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電灯用給電装置において、当該放電灯用給電装置の出力端に、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗を接続した状態から前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗にほぼ等しい疑似グロー放電抵抗に切り換え接続可能に設け、当該放電灯用給電装置に前記疑似アーク放電抵抗を接続して疑似アーク放電電流が流れている状態から前記疑似グロー放電抵抗に切り換えた時の疑似グロー放電電流Ｉａｇ’および放電灯用給電装置の出力電圧Ｖａｇ’とする時、陰極の表面積をＳｃ（ｍｍ２ ）とすれば、（１）定常状態における疑似グロー放電電流Ｉａｇ’≧０．１４×Ｓｃ（Ａ）、（２）定常状態における出力電圧Ｖａｇ’≧１８０（Ｖ）、（３）出力電圧Ｖａｇ’が定常状態における電圧の９０％の電圧に達するのに要する時間τ≦１７０（μｓ）、となる特性を有することを特徴とする放電灯用給電装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項において、前記放電灯用給電装置は、直流電圧を入力し可変制御された出力電圧を平滑コンデンサを介して前記高圧水銀蒸気ランプに印加する出力可変直流電源を有し、前記平滑コンデンサは、グロー放電終了後のアーク放電移行時に、前記平滑コンデンサの容量を増大させるようにしたことを特徴とする放電灯用給電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯用給電装置に係わり、例えば、プロジェクタ用の光源として使用される高輝度の高圧水銀蒸気ランプを点灯させるための放電灯用給電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、メタルハライドランプや、高圧水銀蒸気ランプは高輝度の光源として使用されてきた。
【０００３】
近年、液晶等の光束制御デバイスに用いられるプロジェクタ用の光源として、所望の輝度を得るために水銀の蒸気圧を高めた高圧水銀蒸気ランプが有効であり、ランプヘの水銀封入量を増加する傾向にある。
【０００４】
ところが、ランプへの水銀封入量を増加させるに従い、ランプの始動時に、イグナイタによる始動が成功しても、その後数秒から数十秒程度の時間経過後に、ランプの立ち消えが生じてしまう問題があることが判明した。
【０００５】
発明者らは、数多くの条件下で実験観察を行った結果、この問題は、ランプ消灯中の冷却期間に、陰極上に水銀が凝結して付着することに起因することを見出した。
【０００６】
この現象を簡単に説明すると、よく知られているように、液体の水銀からは電子が放出され易く、従って、陰極上に液体水銀が存在すると、非常に低い極間電圧、例えば、１５ボルトから２０ボルト程度でアーク放電を実現することができる。
【０００７】
もし、陰極上に液体水銀が付着した状態で放電を開始した場合は、まずアーク放電が現れるが、陰極上の水銀は速やかに蒸発して行く。その際、陰極上の水銀は、陽極に対向した部分の水銀が先に蒸発して行き、放電場所が除々に陰極の根元部に向かって移動して行く。陰極の根元部にあったものも含め、水銀が陰極上から完全に蒸発した時点で、前記の低い極間電圧でのアーク放電が終了し、グロー放電に移行する。
【０００８】
この時、電極間のインピーダンスは、アーク放電の状態では低いが、グロー放電の状態では高くなるため、グロー放電を維持するには、比較的高い極間電圧を供給する必要があるが、給電装置から出力される電圧が急上昇する極間電圧に対応出来ない時は、グロー放電への移行の瞬間にランプが立ち消えてしまう。
【０００９】
従って、グロー放電が立ち消えることなく維持することができれば、陰極先端の温度が上昇して、やがて熱電子の供給が可能となり、アーク放電に移行して放電ランプの定常的な点灯状態を維持することができる。
【００１０】
従来、このランプの立ち消えの問題が顕在化することがあまりなかったのは、水銀量が少なかったために、イグナイタの動作期間内で陰極上の液体水銀を飛散させることができ、そのため低い極間電圧でのアーク放電の終了後に、イグナイタによって発生する高電圧により、強力にグロー放電を維持することができたからであった。
【００１１】
従ってイグナイタの動作により、陰極上の液体水銀を飛散させた後もイグナイタを連続的に作動させてグロー放電を維持させることも考えられるが、このような方法では、電極が消耗し発光管が黒化する等、実用的な方法ではなかった。
【００１２】
従来、高圧水銀蒸気ランプの電極への水銀の付着に起因する問題を解決するための一手段が、特開平１０−１１６５９０号公報に提案されている。
【００１３】
これは、陰極またはその付近の熱容量を高めることにより、ランプの消灯後、ランプが徐々に冷却して行く過程において陰極の冷却速度を遅くするものであり、その結果、陰極以外の場所、例えば、陽極や封体の内面から先に水銀の凝結が開始され、陰極に水銀が凝結付着することが防止されるものである。そして、次のランプの点灯始動時に、陽極に多くの液体水銀が残っていても、陰極に液体水銀が付着してさえいなければ、グロー放電に容易に移行することができるようにしたものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に提案されているような陰極付近の熱容量を高める方法では、水銀封入量を増加させた場合には、陰極上への水銀の凝結付着を防止することが困難であり、とりわけ、陰極が下、陽極が上になるように、ランプを垂直に設置したような場合には、陰極への水銀の付着を防ぐことは、全く不可能であった。即ち、この方法では、イグナイタの動作期間内で、低い極間電圧でのアーク放電を終了させることができなくなり、しかも、水銀封入量が多いため、水銀が陰極上から完全に枯渇した後のグロー放電に必要な極間電圧はますます高くなり、ランプの立ち消えの発生確率が高くなってしまう間題があった。
【００１５】
因みに、前記のランプの垂直配置は、ランプ封体に発生する可能性のある失透現象の発生場所を、光取出しにとって無害な部位に限定できる点で有利であり、また、その際、陰極が下、陽極が上になるように設置することは、フリッカを発生させない点で有利であり、ランプの使用条件によっては重要な事項である。
【００１６】
本発明が解決しようとする課題は、上記の種々の問題点に鑑みて、水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプにおいて、水銀が陰極上から完全に蒸発する時のランプの立ち消えを完全に防止することを可能にした放電灯用給電装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【００１８】
封体によって囲まれた放電空間に陰極と陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガスと、前記放電空間の１ｍｍ３当たり０．１５ｍｇ以上の水銀が封入され、始動時、アーク放電状態からグロー放電状態を有する高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電灯用給電装置において、前記放電灯用給電装置は、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗と、前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗のほぼ１／７の疑似グロー放電抵抗を有する試験回路を接続して、前記擬似アーク放電抵抗に電流が流れている状態から、前記疑似グロー放電抵抗に電流が流れている状態に切り替えた場合に、前記疑似グロー放電電流が、前記疑似アーク放電電流の３０％以下である連続した期間が１０μｓ以下であり、かつ、前記疑似アーク放電電流の少なくとも７０％に回復するまでの時間が１００μｓ以下となる特性を有することを特徴とする。
【００１９】
第２の手段は、第１の手段において、前記放電灯用給電装置は、ランプ電力が予め定めた定格電力値になるようにランプ電流を制御する機能と、ランプ電流が予め定めた限界電流値を超えないようにランプ電流を制御する機能とを有し、かつ、前記定格電力値になるようにランプ電流を制御する機能よりも、前記限界電流値を超えないようにランプ電流を制御する機能が優先した機能を有すると共に、前記擬似グロー放電抵抗に切り換えた時に、前記疑似アーク放電電流の少なくとも７０％に回復するように制御している期間が５０ｍｓ以上あり、かつこの期間は前記定格電力値を超えることを容認するように制御される機能を有することを特徴とする。
【００２０】
第３の手段は、封体によって囲まれた放電空間に陰極と陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガスと、前記放電空間の１ｍｍ３  当たり０．１５ｍｇ以上の水銀と１ｍｍ３ 当たり１×１０−７モルのハロゲンが封入さた高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電灯用給電装置において、当該放電灯用給電装置の出力端に、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗を接続した状態から前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗にほぼ等しい疑似グロー放電抵抗に切り換え接続可能に設け、当該放電灯用給電装置に前記疑似アーク放電抵抗を接続して疑似アーク放電電流が流れている状態から前記疑似グロー放電抵抗に切り換えた時の疑似グロー放電電流Ｉａｇ’および放電灯用給電装置の出力電圧Ｖａｇ’とする時、陰極の表面積をＳｃ（ｍｍ２  ）すれば、
（１）定常状態における疑似グロー放電電流Ｉａｇ’≧０．１４×Ｓｃ（Ａ）、
（２）定常状態における出力電圧Ｖａｇ’≧１８０（Ｖ）、
（３）出力電圧Ｖａｇ’が定常状態における電圧の９０％の電圧に達するのに要する時間τ≦１７０（μｓ）、
となる特性を有することを特徴とする。
【００２１】
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において
前記放電灯用給電装置は、直流電圧を入力し可変制御された出力電圧を平滑コンデンサを介して前記高圧水銀蒸気ランプに印加する出力可変直流電源を有し、前記平滑コンデンサは、グロー放電終了後のアーク放電移行時に、前記平滑コンデンサの容量を増大させるようにしたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の態様】
はじめに、本願発明の第１の実施形態を図１乃至図６を用いて説明する。
【００２３】
図１は、高圧水銀蒸気ランプの始動時のアーク放電からグロー放電、さらにはグロー放電からアーク放電への移行時の放電電流の時間的変化を示す図である。
【００２４】
はじめに、同図を用いて本発明のランプの立ち消え防止の原理について説明する。
【００２５】
水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプにおいては、陰極上に液体水銀が付着した状態で放電を開始した場合は、まずアーク放電が現れ、陰極上の水銀は速やかに蒸発して行き、同図の時点ｔｇにおいて、水銀が陰極上から完全に枯渇した時点で低い極間電圧でのアーク放電が終了し、グロー放電に移行する。しかし、時点ｔｇで電極間のインピーダンスが急激に上昇するため、ランプ電流Ｉａは急激に減少しようとし、このときランプの立ち消えが発生してしまう。
【００２６】
発明者等は、給電装置に様々な工夫改良を加えることにより、立ち消えが発生しない給電装置を作り上げることができた。
【００２７】
そして、給電装置が立ち消えを発生しないようにするためには、次に述べる試験回路で試験した結果、所定の条件を満足する必要があることを見出した。
【００２８】
まず、試験回路について説明する。図２は、高圧水銀蒸気ランプの放電空間の体積１ｍｍ３  当り０．１５ｍｇ以上の水銀が封入されたような比較的水銀封入量が多い高圧水銀蒸気ランプに用いられる放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
【００２９】
なお、本実施形態で用いられる上記の高圧水銀蒸気ランプは、アーク放電時のアーク放電抵抗は５Ω、及びグロー放電時のグロー放電抵抗は３００Ωを呈するものを用いる場合について説明する。
【００３０】
同図において、２はランプの立ち消えを有効に防止し得るか否かを評価するための評価対象となる放電灯用給電装置、５９，６０は放電灯用給電装置２の出力端に直列に接続されるそれぞれ抵抗値５Ω、３８Ωの抵抗、５７は抵抗６０を短絡、開放するＦＥＴ、５８はＦＥＴ５７をスイッチングするためのゲート駆動回路である。
【００３１】
ここで、抵抗５９は、実際の高圧水銀蒸気ランプの陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗５９に流れるように上記アーク放電時のアーク放電抵抗５Ωに略等しく設定し、抵抗５９＋抵抗６０は、上記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗３００Ωの略１／７に等しい値に設定する。ここで、抵抗５９＋抵抗６０をグロー放電抵抗の略１／７に等しい値に設定するのは、評価対象とする放電灯用給電装置が所定の条件を満足するか否かを明確に判別するためである。
【００３２】
この試験回路の動作は、最初、ＦＥＴ５７をオン状態として、抵抗５９のみが接続された状態は、高圧水銀蒸気ランプの陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電を模擬し、次に、ゲート駆動回路５８を操作して、急峻にＦＥＴ５７をオフ状態として、抵抗５９と抵抗６０が直列に接続された状態に遷移させることにより、水銀が陰極上から完全に枯渇してグロー放電に移行した状態を模擬すものである。これらの２つの状態の応答を観察することにより、実際に製作した放電灯用給電装置の性能が、本発明によって推奨される条件を満足するか否かを判定することができる。
【００３３】
次に、立ち消えが発生しない給電装置が、この試験回路で試験したときに満足すべき条件について説明する。
【００３４】
その条件は、図１において説明すると、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の３０％以下である期間Ｔｄが全く存在しないか、もしくは存在したとしても、連続して１０μｓ以下であり、かつ、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の、少なくとも７０％に回復するまでの時間Ｔｒが１００μｓ以下になるように制御することであり、給電装置がこの条件を満足するとき、ランプの立ち消えが防止できることを実験的に見出した。またこのような条件下で点灯始動する場合は、陰極が下、陽極が上になるような、ランプを垂直に設置した最悪の状態においてもランプの立ち消えを防止できることが明らかとなった。
【００３５】
これは、ランプ電流が切断もしくは減少すると、放電プラズマは減少して行き、やがて消滅してしまうが、放電プラズマの消滅前にランプ電流を所定の大きさに回復すれば、放電プラズマの消滅を免れることができるので、グロー放電への移行時にランプが立ち消えないようにするためには、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の３０％以下である期間Ｔｄが全く存在しないか、もしくは存在したとしても、連続して１０μｓ以下とすることを要する。
【００３６】
なお、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、インピーダンスの急増直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の３０％以下である期間Ｔｄが複数あっても、個々の期間が１０μｓ以下であれば、期間の総和がそれを超えても問題ではない。当然ながら、上記３０％以下である期間Ｔｄは存在しないことが理想的であるが、期間Ｔｄが８μｓ以下であれば、余裕をもって上記の課題を達成することができ、さらには、５μｓ以下であればより望ましい。
【００３７】
また、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の、少なくとも７０％に回復するまでの時間Ｔｒが１００μｓ以下になるように制御することにより、グロー放電に移行後、速やかにアーク放電に移行するための熱電子放出を早く活発化することができる。
【００３８】
また、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流は、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の少なくとも７０％に回復するまでの時間Ｔｒは、短いほど好ましいが、８０μｓ秒以下とすれば、余裕をもって上記の課題を達成することができるが、さらに６０μｓ以下であればより望ましい。また、ランプ電流の回復の程度で云えば、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増が発生する直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の、少なくとも８５％に回復すれば、余裕をもって課題が達成できる。
【００３９】
ここで、試験回路を用いて本願発明の放電灯用給電装置を特定するのは、高圧水銀蒸気ランプの立ち消えを防止するためには、放電灯用給電装置の構成する各部の要素を種々調整、変更し得るものであり、そのため、最終的に変更された放電灯用給電装置が前記の所定の条件を満足しているか否かが重要だからである。
【００４０】
図３は、図２に示す試験回路において、所定の条件を満足して立ち消えが発生しない放電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ｉａ’と疑似ランプ電圧Ｖａ’を示す図である。ここで、図３（ａ）と図３（ｂ）は同一現象を示すものであるが、時間スケールが異なる。
【００４１】
図４は、図２に示す試験回路において、所定の条件を満足せず立ち消えが発生してしまうような放電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ｉａ’と疑似ランプ電圧Ｖａ’の関係を示す図である。ここで、図４（ａ）と図４（ｂ）も同一現象を示すものであるが、時間スケールが異なる。
【００４２】
なお、図３、図４は、後述する図８、図１０のとの対比を容易にするためにオシロスコープのスムージング処理を施してある。
【００４３】
上記のごとく、図２に示すような試験回路を用いて評価対象となる放電灯用給電装置を試験することにより、図３ないし図４に示すような試験結果に基づいて、種々改良された放電灯用給電装置からランプの立ち消えの発生しない放電灯用給電装置を見出すことができる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、実際の高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗をＲａ、グロー放電時のグロー放電抵抗をＲｂとし、評価対象とする放電灯用給電装置の出力端にアーク放電抵抗Ｒａにほぼ等しい抵抗５９を接続した状態からグロー放電抵抗Ｒｂのほぼ１／７の抵抗（５９＋６０）に切り換え接続したとき、評価対象とする放電灯用給電装置に抵抗５９を接続して擬似ランプ電流Ｉａｏ’が流している状態から抵抗（５９＋６０）に切り換えた過渡状態における擬似グローランプ電流が、擬似ランプ電流Ｉａｏ’の３０％以下である連続した期間が１０μｓ以下であり、かつ、擬似ランプ電流Ｉａｏ’の少なくとも７０％に回復するまでの時間が、１００μｓ以下となるような条件を満足する放電灯用給電装置を前記高圧水銀蒸気ランプの放電灯用給電装置として用いることにより、ランプの立ち消えを有効に防止することができるものである。
【００４５】
次に、本実施形態に係る放電灯用給電装置について図５及び図６を用いて説明する。
【００４６】
図５は、放電灯用給電装置の構成の一例を示す図である。同図において、１７なＤＣ電源であり、ＤＣ電源１７からの電圧が降圧チョッパ１６に供給される。降圧チョッパ１６は、主として、スイッチ素子１１、ゲート駆動回路１２、ダイオード１３、インダクタ１４、平滑コンデンサ１５により構成される。ＤＣ電源１７は図示していないが、商用のＡＣ電源を整流ダイオードやダイオードブリッジと平滑コンデンサを用いて直流に変換するものや、高調波電流抑制機能を持った電源モジュールや、電池等が使用できる。
【００４７】
１は高圧水銀蒸気放電ランプであり、ランプ封体３の放電空間６には水銀が比較的多量に封入されると共に、陰極４と陽極５が対向して配置されている。１８は分圧抵抗等を用いて構成され、高圧水銀蒸気ランプ１に印加される印加電圧Ｖａを検出するための電圧検出器であり、１９はシャント抵抗やＣＴ等で構成され高圧水銀蒸気ランプ１に流れる電流Ｉａを検出するための電流検出器である。７は降圧チョッパ１６と高圧水銀蒸気ランプ１間に挿入され、高圧水銀蒸気ランプ１の点灯始動時に、陰極４と陽極５間で、封入ガスの放電破壊を生じせしめるためのイグナイタであり、イグナイタ７は基本的には、１次対２次の巻き数比の大きなトランス８によって構成され、数キロボルトから数十キロボルトの高電圧パルス列を発生する。９は降圧チョッパ１６と放電ランプ１間に挿入されるコイルである。２４は給電制御回路であり、イグナイタ７のゲート駆動回路１０にゲート駆動信号２３を供給すると共に、電圧検出器１８によって検出されたランプ電圧信号２０、及び電流検出器１９によって検出されたランプ電流信号２１を入力し、これらのランプ電圧信号２０及びランプ電流信号２１に基づいて、スイッチ素子１１のゲート駆動回路１２にゲート駆動信号２２を供給してスイッチ素子１１の開閉を制御する。
【００４８】
なお、同図においては、給電制御回路２４からゲート駆動回路１０にゲート駆動信号２３を供給する例を示したが、イグナイタ７の形式によってはイグナイタ制御信号２３が不要の場合もある。
【００４９】
図６は、図５に示す給電装置制御回路２４の構成の一例を示す図である。
【００５０】
同図において、検出されたランプ電流信号２１及びランプ電圧信号２０は、それらの極性を正極性と仮定し、必要に応じてそれぞれバッファ２５、バッファ３８を介して当該給電装置制御回路２４入力される。
【００５１】
ランプ電流信号２１は、抵抗２６を介して演算増幅器２７とコンデンサ３０で構成される誤差積分器３１に入力される。一方、演算増幅器２７には抵抗２８を介して負極性と仮定する限界電流値信号発生器２９よりの出力が入力されており、誤差積分器３１からランプ電流信号２１と限界電流値信号発生器２９によって規定される電流値の差がコンデンサ３０により積分されて出力する。誤差積分器３１の出力は、抵抗３２、抵抗３３、演算増幅器３４より構成される反転器８５を介して、電流超過信号３６として出力される。
【００５２】
一方、ランプ電流信号２１は、乗算器３９によってランプ電圧信号２０と掛け合わされて電力信号４０が生成され、抵抗４１を介して、演算増幅器４２とコンデンサ４５で構成される誤差積分器４６に入力される。また、演算増幅器４２には抵抗４３を介して負極性と仮定する定格電力値信号発生器４４よりの出力が入力されており、誤差積分器４６から電力信号４０と定格電力値信号発生器４４によって規定される電力値の差がコンデンサ４５により積分されて出力する。
【００５３】
誤差積分器４６の出力は、抵抗４７、抵抗４８、演算増幅器４９より構成される反転器５０を介して、電力超過信号５１として出力される。
【００５４】
電流超過信号３６、電力超過信号５１は、それぞれダイオード３７、ダイオード５２を介して、抵抗５３によってプルダウンされるので、電流超過信号３６と電力超過信号５１のうちの、いずれか高い方の信号が降圧チョッパ制御信号５４として抵抗５３に出力される。
【００５５】
電流超過信号３６は、ランプ電流信号２１が、限界電流値信号発生器２９によって規定される電流値より大きい場合に、高くなる信号であり、電力超過信号５１は、電力信号４０が、定格電力債信号発生器４４によって規定される電力値より大きい場合に、高くなる信号である。従って、電流超過信号３６と電力超過信号のうち何れかの大きい信号が、優先的に抵抗５３に現れることになる。降圧チョッパ制御信号５４は、比較器５６によって鋸歯状波発生器５５の出力信号と比較され、降圧チョッパ制御信号５４が鋸歯状波発生器５５の出力信号より小さい場合にハイレベル、降圧チョッパ制御信号５４が鋸歯状波発生器５５の出力信号より大きい場合にはローレベルの信号が、ゲート駆動信号２２として、スイッチ素子１１のゲート駆動回路１２に出力される。
【００５６】
ここで、降圧チョッパ制御信号５４が高くなるほど、ゲート駆動信号２２がハイレベルである期間は短くなるため、ゲート駆動信号２２がハイレベルのときに、スイッチ素子１１がオンになるよう、ゲート駆動回路１２の論理を設計すれば、電流超過信号３６、電力超過信号５１の何れか高い方、それが電流超過信号３６の場合は、ランプ電流信号２１が限界電流値信号発生器２９によって規定される電流値に一致するように、逆に、それが電力超過信号５１の場合は、電力信号４０が定格電力値信号発生器４４によって規定される電力値に一致するように、フイードパック制御されることになる。
【００５７】
その結果、ランプ電力Ｐａが予め定めた定格電力値Ｐａｓになるようにランプ電流Iａを制御する機能と、ランプ電流Iａが予め定めた限界電流値Iａｓをほぼ超えないようにランプ電流Ｉａを制御する機能とを有し、かつ、前記定格電力値Ｐａｓになるようにランプ電流Ｉａを制御する機能よりも、前記限界電流値Ｉａｓを超えないようにランプ電流Iａを制御する機能を優先される放電灯用給電装置２を実現することができる。
【００５８】
具体的に、本実施形態に係る発明を実現するためには、例えば、抵抗２６を小さな抵抗値、かつ／またはコンデンサ３０を小さな静電容量値に設定して、限界電流値Ｉａｓを制御するための誤差積分器３１の応答が高速になるように設計すればよい。これのみによって、十分な結果か得られない場合は、イグナイタ７のトランス８の２次側インダクタンスを大きくするか、コイル９を追加するか、あるいはそれらの両方を行えばよい。当然ながら、降圧チョッパ１６の動作周波数、即ち、鋸歯状波発生器５５の発振周波数は、限界電流値Ｉａｓについての必要な制御の高速性を支えるに足る高さが必要である。また、降圧チョッパ１６のリプルが過大にならない範囲において、平滑コンデンサ１５の静電容量は小さくすることが有利である。
【００５９】
なお、図５、図６は、本発明に係る放電灯用給電装置の基本構成を説明することを目的として記載したものであるが、実際にそれを実現するためには、必要に応じて、回路の安定動作や安全動作等のために、保護回路やノイズフィルタ等の付加部品や付加回路の追加、あるいは逆に、回路の簡素化等の工夫が必要である。とりわけ、反転器３５、５０は、説明を単純化するために敢えて追加したもので、これを省略することも可能である。
【００６０】
次に、本願発明の第２の実施形態を図５乃至図１０を用いて説明する。
【００６１】
本実施形態は、第１の実施形態において得られた放電灯用給電装置の立ち消えをより確実に防止するための機能を付加した放電灯用給電装置に関する。
【００６２】
一般に、図７に示すように、水銀蒸気ランプ用給電装置では、電極間のインピーダンスの変化に伴い、ランプ電圧Ｖａの変動が生じても、ランプ電力Ｐａは予め定められた定格電力値Ｐａｓになるようにランプ電流Ｉａを制御することが行われる。その際、ランプ電圧Ｖａが非常に低い場合、定格電力値Ｐａｓを達成するためには、非常に大きなランプ電流Ｉａを流す必要が生じるが、実際には給電装置に設けられる回路素子の破壊を防止するために、ランプ電流Ｉａが予め定められた限界電流値Ｉａｓを超えないようにランプ電流Ｉａを制御することが行われる。この制御は、定格電力値Ｐａｓになるようにランプ電流Ｉａの制御よりも優先的に行われる。また、同図に示すように、最大電圧値Ｖａｓが規定されているが、これは、無負荷開放時に、安全のために必要な最大限度の電圧を超えないための制限である。従って、以上の結果を踏まえた一般的な放電灯用給電装置の電圧電流特性は、図７に示すような双曲線Ｈを基本としたものになる。
【００６３】
８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、この間のランプ電流Ｉａ、ランプ電圧Ｖａ、ランプ電力Ｐａの時間的経過を示す図である。
【００６４】
本発明に関連する、水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプを一般的な放電灯用給電装置で点灯する場合、点灯直後の陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電の状態は、電極間のインピーダンスが十分に低いため、図７の点Ａにあると考えられる。これは、前記のランプ電流Ｉａが予め定めた限界電流値Ｉａｓを超えないように制御された状態であり、この状態は定格電力値は達成されていない。次に、水銀が陰極上から完全に蒸発してグロー放電に移行すると、電極間のインピーダンスが高くなって、ランプ電圧Ｖａが急激に上昇するため、図７の電圧電流特性曲線Ｈに沿って点Ａから点Ｂに移行しようとするが、図８（ａ）に示すように、ランプ電流Ｉａは高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増が発生する直前のランプ電流Ｉａｏより大きく低下してしまい、ランプが立ち消えてしまう可能性がある。
【００６５】
そこで、このような状態を回避するために、図７の電圧電流特性曲線Ｈに沿うのではなく、電圧電流特性曲線Ｈより上側の領域、即ち、過電力領域を通過するようにする。ここで、過電力領域の通過の仕方に関する条件については、前記と同様に、図２の試験回路、即ち、アーク放電時のランプインピーダンスに略等しい抵抗値と、グロー放電時のランプインピーダンスの略１／７に等しい抵抗値とを切り換える試験回路を用いて規定することができる。
【００６６】
図９は、本実施形態に係る発明が意図する電圧電流特性を示す図である。
【００６７】
同図の電圧電流特性に示すように、点Ａから点Ｂに移行するに際し、電圧電流特性曲線Ｈに沿うのではなく、点Ａにおける擬似ランプ電流Ｉａｏ’の少なくとも７０％の領域Ｕに、所定時間滞在した後、点Ｂに移行するようにする。
【００６８】
図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、この間の擬似ランプ電流Ｉａ’、擬似ランプ電圧Ｖａ’、擬似ランプ電力Ｐａ’の時間的経過をに示す図である。
【００６９】
本実施形態に係る放電灯用給電装置では、点Ａにおける擬似ランプ電流Ｉａｏ’の、少なくとも７０％の領域Ｕに滞在する時間を５０ｍｓ以上とする機能を付加することにより、本発明の課題をより確実に実現することができる。
【００７０】
ここで、放電を維持するためには、熱電子放出を早く活発化しなければならないが、そのためには、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスが急増する直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の、少なくとも７０％に回復するように制御する期間Ｔｕは長いほど、ランプの立ち消えを防止できる点では有利であるが、７０ｍｓ以上であれば、余裕をもって本発明の課題を達成でき、さらに、１００ｍｓ以上あればより望ましい。
【００７１】
また、点Ａにおける擬似ランプ電流Ｉａｏ’の、少なくとも７０％の領域Ｕは、過電力動作であるため、これを実現するためには給電装置が元々有する予め定めた定格電力値Ｐａｓになるように擬似ランプ電流Ｉａ’を制御する機能を、点Ａにおける擬似ランプ電流Ｉａｏ’の少なくとも７０％の領域Ｕに滞在する時間だけ制御する機能を付加すればよい。なお、この過電力動作は、本来、ランプや給電装置の安全な動作にとって不都合なものであるから、必要以上に長時間継続すべきではなく、実際は、３００ｍｓとれすば十分である。
【００７２】
具体的に、本実施形態に係る発明を実現するためには、図５及び図６に示す放電灯用給電装置を用いて、限界電流値Ｉａｓを超えないように擬似ランプ電流Ｉａ’を制御する動作状態で、高圧水銀蒸気ランプ１のインピーダンスの急増が発生した場合に、高圧水銀蒸気ランプ１のインピーダンスの急増が発生する直前の擬似ランプ電流Ｉａｏ’の、少なくとも７０％に回復するように制御している期間Ｔｕが、５０ｍｓ以上となるように、例えば、抵抗４１を大きな抵抗値、かつ／またはコンデンサ４５を大きな静電容量値に設定して、定格電力値Ｐａｓについての制御のための、誤差積分器４６の応答が低速になるように設計することによって行う。
【００７３】
次に、本願発明の第３の実施形態を図１１及び図１２を用いて説明する。
【００７４】
図１１は、高圧水銀蒸気ランプの放電空間の体積１ｍｍ３  当り０．１５ｍｇ以上の水銀および１ｍｍ３ 当たり１×１０−７モルのハロゲンが封入されたような比較的水銀封入量が多い高圧水銀蒸気ランプに用いられ、ランプ立ち消えが発生しない放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
【００７５】
本発明の発明者等は、この試験回路によって放電灯用給電装置が後述する条件を満足する時、この放電灯用給電装置がランプの立ち消えを有効に防止し得るものであることを見出した
なお、本実施形態で用いられる高圧水銀蒸気ランプも、第１の実施形態の場合と同様に、アーク放電時のアーク放電抵抗Ｒａは略５Ω、及びグロー放電時のグロー放電抵抗Ｒｂは略３００Ωを呈するものを用いることを前提として説明する。
【００７６】
同図において、７０，７１は放電灯用給電装置２の出力端に直列に接続されるそれぞれ抵抗値５Ω、３００Ωの抵抗であり、その他の構成は図２に示す同符号の構成と同一であるので説明を省略する。
【００７７】
ここで、抵抗７０は、実際の高圧水銀蒸気ランプの陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗７０に流れるようにアーク放電時のアーク放電抵抗Ｒａに略等しく設定し、抵抗７０＋抵抗７１は、高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗７０、７１に流れるようにグロー放電抵抗Ｒｂに等しい値に設定する。
【００７８】
図１２は、抵抗７０のみの状態から抵抗７０と抵抗７１の直列抵抗に接続切り換えされた時の疑似ランプ電流Ｉａ’及び疑似ランプ電圧Ｖａ’の時間的変化を示す図である。
【００７９】
本実施形態では、陰極の表面積をＳｃ（ｍｍ２  ）として、評価対象とされる放電灯用給電装置２の出力端に抵抗７０のみが接続されているときに抵抗７０に擬似アーク電流を流している状態において、
（１）抵抗７０から抵抗７０＋抵抗７１への切り換え後の定常状態における擬似グロー放電電流Ｉａｇ’≧０．１４×Ｓｃ（Ａ）、
（２）抵抗７０から抵抗７０＋抵抗７１への切り換え後の定常状態における放電灯用給電装置の出力電圧Ｖａｇ’≧１８０（Ｖ）、
（３）抵抗７０から抵抗７０＋抵抗７１への切り換え後の定常状態における出力電圧Ｖｇａ’が定常状態における電圧の９０％の電圧に達するのに要する時間τ≦１７０（μｓ）、
の各条件を満足する時、放電灯用給電装置２は上記の高圧水銀蒸気ランプを用いても立ち消えの発生を防止することを見出したものである。
【００８０】
なお、ここで陰極の表面積とは、放電空間に露出している陰極作用を有する電極全体の表面積である、
定常状態における擬似グロー放電電流Ｉａｇ’の供給能力が、陰極の表面積Ｓｃに比例して大きくなるべき理由は、アーク放電の場合と異なり、グロー放電においては、放電が陰極表面全体で生じ、このとき、陰極表面積に相応した大きさの電流を供給する能力を持たなければ、熱電子放出によるアーク放電に移行可能なように、電極表面を加熱することができないからである。擬似グロー放電電流の供給能力としては、Ｉａｇ’≧０．０１６×Ｓｃであれば、さらに望ましい。
【００８１】
このとき、定常状態における擬似グロー電圧Ｖａｇ’として１８０Ｖ以上の供給能力が必要である理由は、水銀、アルゴン等の希ガス、および臭素等のハロゲンが封入される放電灯の場合、ハロゲンの封入量が１ｍｍ３ 当たり１×１０−７モル以上であれば、陰極と陽極との極間距離、ガス圧等にはほとんどよらず、グロー放電は、１８０Ｖ以上の電圧が必要であるからである。
【００８２】
出力電圧Ｖａｇ’の供給能力としては、Ｖａｇ’≧２００Ｖであれば、さらに望ましい。
【００８３】
出力電圧Ｖａｇ’が定常状態における電圧の９０％の電圧に達するのに要する時間τが１７０μｓ以下であるべき理由は、これにより長い時間がかかる場合は、グロー放電が維持できずに放電停止が生じ、その後電圧が十分に上昇した時点では、既に電極が冷えてしまって、結局立ち消えになってしまう確率が高まる。なお、τ≦１００μｓであれば、さらに望ましい。
【００８４】
発明者等の実験では、Ｖａｇ’≒２００Ｖ、τ≒１００μｓの条件で、約２５ｍｍ２  の表面積を有する陰極を用いたランプの場合、Ｉａｇ’≒０．４Ａとすることにより、立ち消え率は完全に０％となった。
【００８５】
これを、Ｖａｇ’≒１８０Ｖ、τ≒１７０μｓ、Ｉａｇ’≒０．３５Ａ程度まで性能を低下させても、立ち消え率は１％以下であり、十分実用的であった。
【００８６】
次に、本願発明の第４の実施形態を図１３及び図１４を用いて説明する。
【００８７】
図１３は、本実施形態に係る放電灯用給電装置の構成を示す図である。
【００８８】
同図において、７２は平滑コンデンサ１５と並列に接続可能に設けられる平滑コンデンサ、７３は平滑コンデンサ７２の挿脱を切り換えるＦＥＴ、７４はＦＥＴ７３をスイッチングするためのゲート駆動回路である。なお、その他の構成は図５に示す同符号の構成と同一であるので説明を省略する。
【００８９】
図１４は、本実施形態に係る放電灯用給電装置を用いて高圧水銀蒸気ランプを始動点灯したときのランプ電圧の時間的経過を示す図である。
【００９０】
本実施形態は、図１３に示すように、ランプのグロー放電時のインピーンスが大きい期間の経過後は、平滑コンデンサ１５と並列にＦＥＴ７３をオンして平滑コンデンサ７２を挿入するようにして、平滑コンデンサの容量を増加させるものである。
【００９１】
先に図５に示す放電灯用給電装置の説明において、降圧チョッパ１５のリプルが過大とならない範囲において、平滑コンデンサ１５の静電容量を小さくすることが有利であることを説明したが、さらに、熱アーク放電に移行するまでは平滑コンデンサの容量を小さく維持することにより、グロー放電時等において瞬時的なアーク放電移行時に平滑コンデンサからランプに放出される電荷量を抑えてランプのダメージを防ぐことができる。一方、平滑コンデンサが小さいとリプルが発生し易く、それにより音響共鳴現象が発生し、ランプがチラついたり立ち消えたりする。
【００９２】
上記の問題に鑑み、本実施形態の発明では、図１４に示すように、グロー放電時のインピーンスが高い期間の経過後の熱アーク放電移行後は、ＦＥＴ７３をオンして、平滑コンデンサ１５と並列に平滑コンデンサ１６を接続して平滑コンデンサの容量を増加し、上記の音響共鳴現象等によるランプのチラツキや立ち消えを防止するものである。
【００９３】
【発明の効果】
本願請求項１に記載の発明によれば、水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプを用いる際に、ランプの点灯初期における水銀が陰極上から完全に蒸発する時のランプの立ち消えを防止することができる。
【００９４】
本願請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えてより確実にランプの立ち消えを防止することができる。
【００９５】
本願請求項３に記載の発明によれば、水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプを用いる際に、ランプの点灯初期における水銀が陰極上から完全に蒸発する時のランプの立ち消えを防止することができる。
【００９６】
本願請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項３に記載の発明の効果に加えて、ランプのインピーンスが高い期間の経過後の熱アーク放電移行後の音響共鳴現象等によるランプのチラツキや立ち消えを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧水銀蒸気ランプの始動時のアーク放電からグロー放電、グロー放電からアーク放電への移行時の放電電流の時間的変化を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプに用いられる放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
【図３】図２に示す試験回路において、所定の条件を満足して立ち消えが発生しない放電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ｉ’と疑似ランプ電圧Ｖ’を示す図である。
【図４】図２に示す試験回路において、所定の条件を満足せず立ち消えが発生する放電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ｉ’と疑似ランプ電圧Ｖ’を示す図である。
【図５】第１および第２の実施形態に係る放電灯用給電装置の構成の一例を示す図である。
【図６】図５に示す給電装置制御回路２４の構成の一例を示す図である。
【図７】高圧水銀蒸気ランプのランプ電流Ｉａ、ランプ電圧Ｖａの特性を示す図である。
【図８】高圧水銀蒸気ランプのランプ電流Ｉａ、ランプ電圧Ｖａ、ランプ電力Ｐａの時間的経過を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプの擬似ランプ電流Ｉａ’、擬似ランプ電圧Ｖａ’の特性を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプの擬似ランプ電流Ｉａ’、ランプ電圧Ｖａ’、ランプ電力Ｐａ’の時間的経過を示す図である。
【図１１】第３の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプに用いられる放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
【図１２】図１１に示す試験回路において、所定の条件を満足して立ち消えが発生しない放電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ｉａ’、疑似ランプ電圧Ｖａ’の特性を示す図である。
【図１３】第４の実施形態に係る放電灯用給電装置の構成を示す図である。
【図１４】第４の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプのランプ電圧Ｖａの時間的経緯を示す図である。
【符号の説明】
１  高圧水銀蒸気ランプ
２  放電灯用給電装置
３  封体
４  陰極
４ａ  陰極根元部
５  陽極
６  放電空間
７  イグナイタ
８  トランス
９  コイル
１０  イグナイタ駆動回路
１１  スイッチ素子
１２  ゲート駆動回路
１３  ダイオード
１４  インダクタ
１５  平滑コンデンサ
１６  降圧チョッパ
１７  ＤＣ電源
１８  電圧検出器
１９  電流検出器
２０  ランプ電圧信号
２１  ランプ電流信号
２２  ゲート駆動信号
２３  イグナイタ制御信号
２４  給電装置制御回路
２５  バッファ
２６  抵抗
２７  演算増幅器
２８  抵抗
２９  限流電流値信号発生器
３０  コンデンサ
３１  誤差積分器
３２  抵抗
３３  抵抗
３４  演算増幅器
３５  反転器
３６  電流超過信号
３７  ダイオード
３８  バッファ
３９  乗算器
４０  電力信号
４１  抵抗
４２  演算増幅器
４３  抵抗
４４  定格電力値信号発生器
４５  コンデンサ
４６  誤差積分器
４７  抵抗
４８  抵抗
４９  演算増幅器
５０  反転器
５１  電力超過信号
５２  ダイオード
５３  抵抗
５４  降圧チョッパ制御信号
５５  鋸歯状波発生器
５６  比較器
５７  ＦＥＴ
５８  ゲート駆動回路
５９  抵抗
６０  抵抗
【図１】
0003823680.tif 000002
【図２】
0003823680.tif 000003
【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】
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【図８】
0003823680.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003823680.tif 000011
【図１１】
0003823680.tif 000012
【図１２】
0003823680.tif 000013
【図１３】
0003823680.tif 000014
【図１４】
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