JP2001102002A - ショートアーク放電ランプの点灯装置 - Google Patents

ショートアーク放電ランプの点灯装置

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JP2001102002A JP27849299A JP27849299A JP2001102002A JP 2001102002 A JP2001102002 A JP 2001102002A JP 27849299 A JP27849299 A JP 27849299A JP 27849299 A JP27849299 A JP 27849299A JP 2001102002 A JP2001102002 A JP 2001102002A
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亮 大河原
Shiyouji Yamamoto
将二 山本
Kyoichi Sakugi
教一 柵木
Hidemi Orito
日出海 折戸
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浩一 松尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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得る
ことを課題とする。 【解決手段】 発光管の両端にエミッターとしての電子
放射物質を塗布しない電極を封止し、外管を用いずに発
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。そして同放電ランプのランプ電力をP
L(W)、電極間のアーク長I(mm)、ランプの安定
時電流をIL(A)、同初期電流をIP(A)とした場
合、1/PL≦1.5×10-2のランプを始動するに当
たり、先ず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するように構成してある。

Description

【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φ4
5mm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φ
9.4mm、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2
0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φ0.3
mm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OF
F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2
7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
L(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≦I
P/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
P/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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柵木 教一 埼玉県行田市壱里山町1−1 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内 (72)発明者 折戸 日出海 埼玉県行田市壱里山町1−1 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内 (72)発明者 松尾 浩一 埼玉県行田市壱里山町1−1 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内 (72)発明者 小久保 哲夫 埼玉県行田市壱里山町1−1 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内 (72)発明者 菊池 誠次 埼玉県行田市壱里山町1−1 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内 Fターム(参考) 5C039 HH05

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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I
    L(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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005056692A (ja) * 2003-08-05 2005-03-03 Ushio Inc ショートアーク型水銀蒸気放電ランプ

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