JP2003338264A

JP2003338264A - ショートアーク型超高圧放電ランプ

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Publication number: JP2003338264A
Application number: JP2002145565A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yokota; 利夫横田
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2003-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: JP4147816B2

Abstract

(57)【要約】【課題】再点灯が容易であって、かつ、そのために必要
な構造をきわめて簡易に提供すること。【解決手段】発光部（２）に一対の電極（６，７）を有
し、０．１５ｍｇ／ｍｍ ^３以上の水銀を封入しており、
放電ランプ（１）の外表面の一部に、一対の外部電極
（４）が微小間隙を有して配置しており、この外部電極
（４）における放電は誘電体を介在させない沿面放電あ
るいは気中放電であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、点灯時の水銀蒸
気圧が１５０気圧以上となるショートアーク型超高圧放
電ランプとその光源装置に関し、特に、液晶ディスプレ
イ装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を使ったＤ
ＬＰ（デジタルライトプロセッサ）などのプロジェクタ
ー装置の光源として使うショートアーク型超高圧放電ラ
ンプとその光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型の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も
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、このようなメタ
ルハライドランプも、最近では、より一層の小型化、点
光源化が進められ、また電極間距離の極めて小さいもの
が実用化されている。

【０００３】このような背景のもと、最近では、メタル
ハライドランプに代わって、今までにない高い水銀蒸気
圧、例えば１５０気圧、を持つランプが提案されてい
る。これは、水銀蒸気圧をより高くすることで、アーク
の広がりを抑える(絞り込む）とともに、より一層の光
出力の向上を図るというものである。このような超高圧
放電ランプは、例えば、特開平２−１４８５６１号、特
開平６−５２８３０号に開示されている。

【０００４】ところで、この超高圧放電ランプの点灯装
置は、ノイズや絶縁性確保の観点から、点灯始動時に発
生する高電圧を小さくすることが求められている。しか
し、この高電圧を小さくすると、ランプを消灯させた後
であって比較的短い間隔をあけて再点灯させた場合に、
十分に点灯しないという問題があった。この問題を解決
するために、例えば、欧州特許出願ＥＰ１１０４５８２
Ａ１には封止部の中に放電機構を設ける構造が開示され
る。この構造では、放電機構により紫外線を発生させ、
この紫外線を発光部内に照射させて発光部内を予備的に
電離状態とするものである。また、特開２０００−１７
３５４９号にも放電ランプの端部に、誘電体材料を介在
させる放電機構が開示される。この構造も前記と同様に
紫外線を発生させて発光管内部に光電効果により電子を
供給するものである。その他、ＷＯ０１／５９８１１，
ＵＳ４７２１８８８，特開平８−２３６０８０号、特開
平１−１３４８４８号にも同様な放電機構を有する構造
が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術に紹介した構造、すなわち、発光部とは別に放電
機構を設ける構造では、放電ランプ全体が複雑な構造に
なってしまう。そこで、この発明が解決しようとする課
題は、ショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、再
点灯が容易であって、かつ、そのために必要な構造をき
わめて簡易に提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、
発光管内部に一対の電極を有し、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３
以上の水銀を封入しており、前記放電ランプの外表面の
一部に、一対の外部電極が微小間隙を有して配置してお
り、この外部電極における放電は誘電体を介在させない
沿面放電あるいは気中放電であることを特徴とする。

【０００７】また、この発明の光源装置は、発光間内部
に一対の電極を有し、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀
を封入したショートアーク型超高圧放電ランプと、この
放電ランプを取り囲む凹面反射鏡より構成され、この凹
面反射鏡の一部には、一対の外部電極が微小間隙を有し
て配置しており、この外部電極における放電は誘電体を
介在させない沿面放電あるいは気中放電であること特徴
とする。

【０００８】さらに、前記外部電極を放電させるための
回路は、前記発光管内部における一対の電極により形成
される主放電経路と並列に形成されており、その少なく
とも一部に限流手段が接続されることを特徴とする。ま
た、前記限流手段は、凹面反射鏡を構成する誘電体材料
を挟んで形成するコンデンサ手段であることを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係るショートアー
ク型超高圧放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」とも
いう）の全体構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は外
観図を示す。放電ランプ１は、石英ガラスからなる放電
容器によって形成された略ラグビボール状の発光部２を
有し、この発光部２内には、陰極６と陽極７が互いに対
向するよう配置されている。また、発光部２の両端部か
ら伸びるよう各々封止部３が形成され、これらの封止部
３内には、通常モリブデンよりなる導電用金属箔８が、
例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。
陰極６および陽極７の端部は金属箔８の一端部に溶接さ
れて電気的に接続される。また、金属箔８の他端には、
外部に突出する外部リード９（９ａ，９ｂ）が溶接さ
れ、外部リード９には給電線がつながっている。一方の
封止部３の端部には、キャップ状の外部電極４が装着さ
れている。この点については後述する。

【００１０】発光部２には、水銀と、希ガスと、必要に
応じてハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な
可視光、例えば、波長３８０〜７７０ｎｍという放射光
を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上、例え
ば、０．１７ｍｇ／ｍｍ^３、あるいは、０．２０ｍｇ／
ｍｍ^３、０．２５ｍｇ／ｍｍ^３、０．３０ｍｇ／ｍｍ^３
という量が封入されている。この封入量は、温度条件に
よっても異なるが、点灯時１５０気圧以上で極めて高い
蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点
灯時の水銀蒸気圧２００気圧以上、３００気圧以上とい
う高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀
蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源
を実現することができる。点灯始動のために希ガスとし
て、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入されてい
る。

【００１１】ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが封入
され、ハロゲンの封入量は、例えば、１０^−６〜１０
^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択できる。ハロゲン
の機能はハロゲンサイクルを利用した長寿命化である
が、本発明の放電ランプのように極めて小型で高い内圧
を有するものは、このようなハロゲンを封入することで
放電容器の黒化、失透を防止することもできる。

【００１２】このような放電ランプの数値例を示すと、
例えば、発光部の最大外径９．５ｍｍ、電極間距離１．
５ｍｍ、発光管内容積７５ｍｍ^３、定格電圧８０Ｖ、定
格電力１５０Ｗである。また、このショートアーク型超
高圧放電ランプは、小型化するプロジェクター装置など
に内蔵されるものであり、全体構造が極めて小型化され
る一方で高い光量が要求される。したがって、発光部内
の熱的条件は極めて厳しいものとなり、管壁負荷値は
０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ²、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ²
というものである。そして、前記したプロジェクター装
置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテ
ーション用機器に搭載され、演色性の良い放射光を提供
することができる。

【００１３】ここで、封止部３の端部には、前記のよう
にキャップ状の外部電極４が装着されている。この場
合、外部電極４と外部リード９ａが一対の電極を構成す
ることになる。図２は、この外部電極４を拡大するもの
であって、（ａ）は端部の斜視図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ方向から眺めた図である。外部電極４は、外
部リード９ａと対になって放電を発生させる。この放電
は、封止部の構成材料である石英ガラス（誘電体）を壁
として沿面放電となるか、あるいは、直接、空気中を介
して放電する、いわゆる気中放電となる。ここで、一般
的には、沿面放電の方が気中放電より低電圧で発生する
ため、通常は沿面放電となるケースが多いものである
が、両者が混在するような放電もある。いずれにしても
前記した従来技術で知られる放電とは、電極間に石英ガ
ラスのような誘電体材料を介在させていない点で大きく
相違しており、簡単な構成で放電を達成することができ
る。

【００１４】外部電極４は、例えば、真鍮又は銅からな
るキャップ状のものであって、内径が封止部の外径がほ
ぼ一致することで封止部端部に良好に適合する。このよ
うな外部電極４と外部リード９ａによる予備放電によっ
て、紫外線を発生させることができ、この紫外線が封止
部を伝達するなどの手段により発光部２内に導かれるこ
とで発光部内の封入物質を予め電離させることができ
る。このため、放電ランプの点灯始動を低い始動電圧に
より確実に達成させることができる。

【００１５】図３は上記放電ランプ１を点灯させる回路
を示す。ＤＣ駆動方式の給電装置を用いて点灯する状況
の一例を簡略化して示す図である。放電ランプ１は、前
記図１、図２に記載されたものが接続される。

【００１６】給電回路Ｕｂには、これを駆動するための
電源として、ＤＣ電源Ｕａが接続され、給電回路Ｕｂの
出力端子Ｔ１、Ｔ２に放電ランプ１が接続する。

【００１７】給電回路Ｕｂは、降圧チョッパ方式のもの
が例示してあり、ＦＥＴ等のスイッチ素子Ｑｂによって
ＤＣ電源Ｕａよりの電流をオン・オフし、スイッチ素子
Ｑｂがオン状態のときは、ＤＣ電源Ｕａからチョークコ
イルＬｂを介して、スイッチ素子Ｑｂがオフ状態のとき
は、チョークコイルＬｂの誘導作用によりダイオードＤ
ｂを介して平滑コンデンサＣｂへの充電と放電ランプ１
への電流供給が行われる。放電ランプ１の発光部内の一
対の電極間を流れる放電電流、または一対の電極間の電
圧、あるいはこれら電流と電圧の積であるランプ電力
が、その時点における放電ランプ１の状態に応じた適切
な値になるように、ゲート駆動回路Ｇｂから適当なデュ
ーティサイクル比を有するゲート信号が、スイッチ素子
Ｑｂに加えられる。

【００１８】放電ランプ１を点灯させる場合は、始動に
先立ち、無負荷開放電圧を放電ランプ１の発光部内の一
対の電極間に印加する。同時に放電ランプ１と並列に接
続されたコンデンサＣ１と外部電極４を含む回路（外部
電極を放電させるための回路）に電流が流れ、外部電極
４と外部リードの間で点灯始動に先立つ予備的な放電、
例えば、沿面放電が発生する。この予備的な放電により
発した光は、放電ランプ１の発光部内に導かれ、発光部
内の放電用媒質をイオン化することによって、発光部内
の電極間の主たる放電を低電圧で発生しやすくできる。

【００１９】また、放電ランプに対して始動用高電圧供
給手段、いわゆる起動器を設けることもでき、この場合
は起動器による始動用高電圧を低い電圧で点灯始動を可
能とできる。このような高電圧発生手段と、図示略では
あるが、導電ワイヤーを発光部の外面に配設するなどの
構成を採用することができる。コンデンサＣ１は限流手
段であり、放電の点灯後は外部電極を放電させるための
回路には電流は流れない。限流手段としては、コンデン
サに限定されるものではなく、抵抗、インダクタンス要
素など他の素子を採用することもできる。

【００２０】前記数値例を示した放電ランプにおいて、
上記予備放電の作用を十分に達成するための数値例をあ
げると、外部電極４と外部リード９ａとの距離Ｘは、
０．１〜１．０ｍｍの範囲から選択されて、例えば０．
３ｍｍ、コンデンサＣ１の容量は１〜１００ｐＦの範囲
から選択されて、例えば、２０ｐＦ、外部電極４と外部
リード９ａ間に印加される電圧は１ｋＶ以上である。

【００２１】図４は本発明に係る放電ランプを使った光
源装置を示す。光源装置１０は、放電ランプ１と放電ラ
ンプ１を取り囲む凹面反射鏡１１より構成される。凹面
反射鏡１１は前方開口と後方頂部から構成され、例え
ば、ホウケイ酸ガラスからなり、反射面には、例えば酸
化チタン（ＴｉＯ２）とシリカ（ＳｉＯ２）の誘電体多
層膜が形成されており、その焦点位置は放電ランプ１の
アーク輝点に位置している。なお、反射鏡１１と放電ラ
ンプ１の接合は、反射鏡１１の後方頂部において、接着
剤などの周知の手段が採用される。

【００２２】凹面反射鏡１１の一部には、反射鏡の構成
材料である誘電体、この実施例においてはホウケイ酸ガ
ラスを挟むように電極１２ａ、１２ｂが配置されてい
る。これら電極１２ａ、誘電体、電極１２ｂによってコ
ンデンサ要素を形成することができ、これが図３に示す
コンデンサＣ１、すなわち限流手段に相当する。このよ
うな構成によって、コンデンサという素子が不要になる
こと以外に、装置がコンハ゜クトで信頼性が高くなるという新
たな利点も有する。電極１２ａ、１２ｂには、例えば、
銅板が採用される。

【００２３】図５は、コンデンサ要素の他の実施例を示
すもので、（ａ）は凹面反射鏡１１の一部を表し、
（ｂ）は（ａ）の等価回路を表している。凹面反射鏡１
１には外面に電極１２ｃ，１２ｅが配置され、内面に電
極１２ｄが配置されている。従って、電極１２ｃ、誘電
体（反射鏡を構成する材料）、電極１２ｄにより一つの
コンデンサＣ5aを形成するとともに、電極１２ｄ、誘電
体（反射鏡を構成する材料）、電極１２ｅにより別のコ
ンデンサＣ5bを形成する。このような構成によりコンデ
ンサ要素を形成する利点は、例えば、予備放電のための
金属キャップを凹面反射鏡の頂部側に設ける場合などに
おいて、給電線を反射鏡内部に配設しなくてすむという
ことが挙げられる。

【００２４】図６は、本発明に係るショートアーク型超
高圧放電ランプにおいて外部電極の他の形態を示す。放
電ランプの一方の封止部に外部電極４ａ、４ｂが配置さ
れる。この外部電極４ａ，４ｂは導電性部材、例えば銅
板、タングステン線、板、又はニッケル線、板などから
なるもので帯状であって封止部を巻きつくように配置さ
れる。一方の電極４ａはコンデンサｃ１を介して接続点
Ｔ３において主放電経路を連結しており、他方の電極４
ｂは他方の外部リードに接続されている。外部電極４
ａ，４ｂは、例えば、０．１〜１．０ｍｍの微小間隙で
配置され、この間において予備放電、具体的には封止部
である石英ガラスを使った沿面放電によって紫外光が発
生する。そして、この紫外光により発光部２内の封入物
質が予備的に電離される。

【００２５】図７は、本発明に係る光源装置において外
部電極の他の形態を示す。凹面反射鏡１１には外部電極
４ａ，４ｂが間隙をもって埋設されている。外部電極４
ａは放電ランプ１の外部リード９ａに接続されるととも
に、外部電極４ｂはコンデンサＣ１を介して接続点Ｔ
３、すなわち他方の外部リードに接続される。この形態
の特徴は外部電極が放電ランプではなく凹面反射鏡に形
成されることにあり、外部電極間での沿面放電、紫外光
発生のメカニズムは前記した実施例と同様である。この
形態が有する特有の利点としては、放電ランプ発光部に
適する位置に外部電極を配置することができ、外部電極
から発生する紫外光をより有効に発光部内の電離に活用
できることにある。

【００２６】図８は、さらに本発明に係る光源装置にお
ける外部電極の他の形態を示す。凹面反射鏡１１にはリ
ング状の外部電極４ａ，４ｂが間隙をもって反射鏡の内
面に配設されている。外部電極４ａは放電ランプ１の外
部リード９ａに接続されるとともに、外部電極４ｂは反
射鏡を貫通してコンデンサＣ１を介して接続点Ｔ３、す
なわち他方の外部リードに接続される。この形態の特徴
も外部電極が放電ランプではなく凹面反射鏡に形成され
ることにあり、図７と比べて凹面反射鏡の内面であって
反射鏡の開口縁に相当してリング状の電極が配置される
ことである。そして、当該外部電極間での沿面放電、紫
外光発生のメカニズムは前記した実施例と同様である。
この形態が有する特有の利点としては、簡易な構成で外
部電極を広い範囲において形成できるので予備電離のた
めの紫外光を多量に生産することができ、また、図７に
示す形態と同様に放電ランプ発光部に適する位置に外部
電極を配置することができ、外部電極から発生する紫外
光をより有効に発光部内の電離に活用できることにあ
る。

【００２７】図９は、本発明に係る放電ランプの外部電
極の他の形態を示す。（ａ）は放電ランプの全体概観図
であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。放電ラ
ンプの一方の封止部に誘電体材料４０が配置され、この
誘電体の中に外部電極４ａ、４ｂが埋設される。外部電
極４ａ，４ｂの先端は各々誘電体材料４０から突出して
おり、この外部電極４ａ，４ｂの先端同士が微小間隙で
配置されることから、両者の間で放電が発生する。この
放電は放電ランプの封止部を使った沿面放電となる。こ
の形態の特徴は、放電ランプの外部に外部電極と誘電体
材料の組合体を別体として配置させたことにあり、この
構造の特有の利点は安定な予備電離による紫外光の発生
である。なお、本形態における外部電極の放電メカニズ
ムは前記の実施例と同様である。

【００２８】なお、本発明における外部電極の構成は、
図１、図６に示す放電ランプや図７、図８の示す凹面反
射鏡に限定されるものではなく、他の形態が適用できる
ことは言うまでもない。さらには、図４、図５に示すよ
うなコンデンサ要素形成手段を図７、図８に示す光源装
置に適用することもできる。また、本発明に係る放電ラ
ンプは、直流点灯のものに限定されず、交流点灯にもの
にも適用でき、いわゆる水銀ランプのみならずメタルハ
ライドランプなどにも適用できる。

【００２９】本発明の放電ランプ、および光源装置によ
れば、無負荷開放電圧を低くすることができ、また、高
電圧発生回路を設けた場合であっても発生させる高電圧
を低くさせることができる。本発明者が、実験をしてみ
たところ高電圧発生回路を使って５ＫＶの電圧を発光部
内の主電極に印加させなければできない放電ランプが、
１８００Ｖの電圧印加で放電を発生できることが確認さ
れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るショートアーク型超高圧放電ラン
プの全体構成を示す。

【図２】本発明に係るショートアーク型超高圧放電ラン
プの部分図を示す。

【図３】本発明に係るショートアーク型超高圧放電ラン
プの点灯回路を示す。

【図４】本発明に係る光源装置を示す。

【図５】本発明に係る光源装置の部分図を示す。

【図６】本発明に係るショートアーク型超高圧放電ラン
プの全体構成を示す。

【図７】本発明に係る光源装置を示す。

【図８】本発明に係る光源装置を示す。

【図9】本発明に係る光源装置を示す。

【符号の説明】

１放電ランプ２発光部３封止部４外部電極６電極７電極８金属箔９外部リード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管内部に一対の電極を有し、０．１５
ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入したショートアーク型超
高圧放電ランプにおいて、前記放電ランプの外表面の一部に、一対の外部電極が微
小間隙を有して配置しており、この外部電極における放
電は誘電体を介在させない沿面放電あるいは気中放電で
あることを特徴とするショートアーク型超高圧放電ラン
プ。
【請求項２】発光管内部に一対の電極を有し、０．１５
ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入したショートアーク型超
高圧放電ランプと、この放電ランプを取り囲む凹面反射
鏡より構成される光源装置において、前記凹面反射鏡の一部には、一対の外部電極が微小間隙
を有して配置しており、この外部電極における放電は誘
電体を介在させない沿面放電あるいは気中放電であるこ
と特徴とする光源装置。
【請求項３】前記外部電極を放電させるための回路は、
前記発光管内部における一対の電極により形成される主
放電経路と並列に形成されており、その少なくとも一部
に限流手段が接続されることを特徴とする請求項１また
は２のショートアーク型超高圧放電ランプまたは光源装
置。
【請求項４】前記限流手段は、凹面反射鏡を構成する誘
電体材料を挟んで形成するコンデンサ手段であることを
特徴とする請求項１または２のショートアーク型超高圧
放電ランプまたは光源装置。