JP2004013014A - 高圧放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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、複雑なヒータ用電源回路を設けるまでもなく、極めて簡単な回路構成でヒータに確実に通電することができ、短時間で所定の明るさに立ち上げることができるようにする。
【解決手段】発光管（２）を加熱するヒータ（４）が、ランプ点灯装置（８）からランプ（１）に電力を供給する回路（９）にランプ（１）と直列に接続されると共に、ヒータ端子（４ａ、４ｂ）間に、該ヒータ（４）への通電量を制御するバイパス回路（１２）を設けてヒータ（４）の発熱量を制御できるようにした。
【選択図】図１

Description

【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加熱するヒータが設けられた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、効率及び演色性をも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、発光管内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、発光管の単位容積当り０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入して安定点灯時の水銀蒸気圧が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って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】このように肉厚の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、ランプ始動時にその発光部の内表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、その蒸気圧が上昇して光出力が立ち上がるまでに時間を要し、例えば１５０Ｗ程度のランプでは、実に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する液晶プロジェクタや投射型液晶ディスプレイ装置は、立ち上がりが遅く、それら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のに十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】これを改善するために、本出願人は、ランプ点灯始動時に発光管をその外表面から加熱して内部の液状水銀の蒸発を促進させ、光出力の立ち上がり時間を短縮できるようにした高圧放電ランプ装置を試作した。
【０００８】図４はこのような高圧放電ランプ装置を示し、超高圧水銀ランプ４１の発光管４２に、その発光部４３を加熱する電熱線で成るヒータ４４が、一方のシール部４５ａから発光部４３を跨いで他方のシール部４５ｂへ至るように発光管４２の外表面にスパイラル上に巻装されている。
【０００９】そして、ランプ４１の電極端子４６ａ及び４６ｂと、ランプ電源４７の間には、ランプの始動に必要な電気的条件を与える始動装置４８や、ランプ電流を規定値に制御する安定器４９を備えたランプ点灯装置５０が接続されている。
そして、安定器４９には、始動直後は定電流出力制御を行い、電圧が上昇して安定点灯時のランプ電圧近傍まで達したときに定電力制御となるように電流を規制する電力調整器５１と、低周波交流矩形波電圧を出力するインバータ５２を備え、ランプ電源４７にはヒータ用電源回路５３が接続されている。
【００１０】これによれば、ランプ４１を点灯始動する際に、ランプ電源４７の出力電力がヒータ用電源回路５３を介してヒータ４４に供給されるので、発光管２２の発光部４３が加熱されて液状水銀の蒸発が促進され、光出力の立ち上がり時間が短縮される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合、ランプ点灯装置５０にヒータ用電源回路５３を組み込まなければ成らず、しかも、このヒータ用電源回路５３は、ランプ４１を始動させてから安定点灯状態に達するまでヒータ４４に通電させるためのタイミング制御回路や電力制御回路を組み込む必要があるため回路構成が複雑になるだけでなく、点灯装置５０が全体として大型化してしまい、製造コストが嵩むという問題を生じた。
【００１２】また、液晶プロジェクタや投射型液晶ディスプレイ装置などにこのような高圧放電ランプ４１を用いる場合に、ヒータ用電源回路５３を接続することからランプ電源４７として大容量のものが必要となり、やはり、コストアップの要因となる。
【００１３】そこで本発明は、複雑なヒータ用電源回路を設けるまでもなく、極めて簡単な回路構成でヒータに確実に通電することができ、短時間で所定の明るさに立ち上げることが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】
この課題を解決するために、請求項１の発明は、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、前記ヒータが、ランプ点灯装置からランプに電力を供給する回路に、該ランプと直列に接続されていることを特徴とする。
【００１５】請求項１の発明によれば、発光管を加熱するヒータが、ランプ点灯装置からランプに電力を供給する回路に、ランプと直列に接続されており、ランプに電力を供給すればヒータ及びランプに等しい電流が流れる。
したがって、ヒータ用の電源回路を別途設けるまでもなく、ランプを点灯始動させる際にヒータが発熱し、周囲とほぼ同じ温度であった発光管が加熱され、発光管内部の液状水銀の蒸発が促進されるので、その結果、主電極間に印加される電圧の上昇が早まり、所定の明るさに達するまでの立ち上がり時間が格段に短縮される。
【００１６】ここで、請求項２のように、ヒータのヒータ端子間に、該ヒータへの通電量を制御するバイパス回路を設けておけば、このバイパス回路を流れる通電量を制御することにより、ヒータへの通電量を変化させることができ、これにより、ヒータの発熱量を制御できる。
【００１７】具体的には、請求項３のように、バイパス回路を開閉するスイッチ手段を設け、供給電圧が低い高圧放電ランプの始動直後はスイッチ手段によりバイパス回路を遮断させ、電圧又は電力が予め設定された値に達した時点で、スイッチ手段によりバイパス回路を閉じるように操作する。
【００１８】これにより、始動直後は、ランプ点灯装置から出力された電流が直列に接続されたランプとヒータに流れるのでヒータが加熱され、液状水銀の蒸発が促進されて、蒸気圧の上昇が早まり、短時間で安定点灯時のランプ電圧に達するので、光出力の立ち上がり時間が早くなる。
次いで、ランプ点灯装置から出力される電圧又は電力が予め設定された値に達し、ランプが安定点灯されるようになった時点でスイッチ手段によりバイパス回路を閉じて導通させれば、ヒータ端子間が短絡されてヒータに電流が流れなくなるので、ヒータの発熱が中止される。
【００１９】このように、発光管の温度がある程度高くなって、これ以上液状水銀の蒸発を促進させる必要がなくなった時点で、ヒータへ通電されなくなるのでランプの過熱が防止されてランプ寿命が長くなるだけでなく、無駄な電力消費が抑えられる。
【００２０】また、バイパス回路に、サイリスタや可変抵抗器などの電流制御手段を設けておけば、バイパス回路を流れる電流量を連続的に変えることができ、これによってヒータを流れる電流量も連続的に可変できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る高圧放電ランプ装置を示すブロック図、図２は回路構成を示す回路図、図３は電圧−電流−電力の時間変化を示すグラフである。
【００２２】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を加熱するヒータ４が設けられている。なお、発光部３は、約６０ｍｍ^３程度の容積を有し、その内部には、発光部３の両端を封止するシール部５ａ、５ｂ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。
【００２３】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５ａから発光部３を跨いで他方のシール部５ｂへ至るように発光管２の外表面にスパイラル上に巻装させると共に、シール部５ａ、５ｂの発光部３に近い側を夫々密巻きにして、該電熱線に２．５Ａの電流を流したときに４０Ｗの出力が得られるように設計されている。
【００２４】そして、ランプ１の電極端子６ａ、６ｂと、ランプ電源７の間にはランプ点灯装置８が接続され、前記ヒータ４が、点灯装置８からランプ１に電力を供給する電力供給回路９に、ランプ１と直列に接続されている。
【００２５】ランプ点灯装置８は、ランプ１の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が前記電力供給回路９に接続されると共に、前記ヒータ４のヒータ端子４ａ、４ｂ間に接続されるバイパス回路１２を備えている。
【００２６】このバイパス回路１２は、ヒータ４への通電量を制御するためのもので、該回路１２を開閉するスイッチ手段もしくは該回路１２の電流量を調整するするサイリスタ等の半導体素子を用いた電流制御手段が設けられている。
本例では、電力供給回路９を通じてランプ１に対して出力される出力電圧を検出する電圧計１３の検出電圧が予め設定された値に達したときに閉じるリレースイッチ（スイッチ手段）１４が設けられている。
そして、このリレースイッチ１４によりバイパス回路１２が閉じて導通されると、ヒータ４のヒータ端子４ａ、４ｂ間が短絡し、ヒータ４への通電が停止されるようになっている。
なお、電圧計１３としては後述する電力調整器１５で電力制御を行うためにもともと設けられているものを用いればよい。
【００２７】なお、安定器１１は、始動直後は定電流出力制御を行い、電圧が上昇して安定点灯時のランプ電圧近傍まで達したときに定電力制御となるように、ランプ電源７から供給された電力の電流を制限する電力調整器１５と、得られた直流調整電圧を所定時間ごとに極性反転させて低周波交流矩形波電圧に変換するインバータ１６を備えている。
【００２８】電力調整器１５は、トランジスタ１７の導通／非導通のデューティ比をＰＷＭ制御することによりランプ電源７から出力された直流定電圧を所定幅の直流パルス電圧に変換するチョッパー回路１５ａと、その直流パルス電圧を平滑化するダイオード１８、チョークコイル１９、コンデンサ２０により構成される平滑回路１５ｂとを備えている。
【００２９】インバータ１６は、トランジスタ２１ａ〜２１ｄがフルブリッジ接続されて成り、対角に位置するトランジスタ２１ａ及び２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄを二個一対として、各対ごとにオン−オフを切り換えることにより、電力調整器１５から出力された直流電圧の極性が所定時間間隔で交互に反転されて、電力供給回路９を通じて高圧放電ランプ１に低周波交流矩形波電圧を印加するようになされている。
【００３０】始動装置１０は、インバータ１６の一方の出力端子１６ａにトランス２２が接続されて構成され、ランプの放電を開始させるために始動時に高電圧パルス波を発生させるものである。
【００３１】以上が本発明の一構成例であって、次にその作用を説明する。
ランプ点灯装置８の始動スイッチ（図示せず）をオンすると、始動装置１０から高圧放電ランプ１に対して数ｋＶの高電圧の始動電圧が瞬間的に印加されて放電が開始され、次いで、安定器１１から電力が供給される。
【００３２】図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は１５０Ｗのランプ１が放電開始されてから安定点灯されるまで、点灯装置８、ランプ１、ヒータ４の電圧、電流及び電力の変化を示すグラフである。
【００３３】まず、ランプ１が放電開始されると、ランプ点灯装置８から、２．５Ａの定電流が出力されると共に、ヒータ４で生ずる電圧降下の電位量Ｖ_Ｈに相当する電圧Ｖ（＝１６Ｖ）が出力され、以後、その電圧Ｖが電力調整器１５により徐々に上昇されていく。
【００３４】この時点では、リレースイッチ１４が開いてバイパス回路１２が遮断されているので、ランプ点灯装置８から出力された定電流Ｉ（＝２．５Ａ）がそのままランプ１及びヒータ４を流れる。
したがって、ヒータ４では電位量Ｖ_Ｈ（＝１６Ｖ）の電圧降下を生じ、電力Ｗ_Ｈ（＝４０Ｗ）が消費されて発熱し、これにより発光管２の発光部７が加熱されて内部の液状水銀の蒸発が促進される。
【００３５】また、ランプ点灯装置８からの出力電圧Ｖの上昇に伴ってその電力Ｗも上昇するが、ヒータ４で消費される電力Ｗ_Ｈは一定であるため、ランプ１で消費される電力Ｗ_Ｌが上昇していく。
【００３６】そして、ランプ点灯装置８の出力電圧Ｖ又は出力電力Ｗが予め設定された値（本例では夫々６０Ｖ又は１５０Ｗ）に達すると、定電流制御から定電力制御に移行すると共に、電圧計１３からの検出信号によりリレースイッチ１４が閉じてバイパス回路１２が導通し、ヒータ端子４ａ、４ｂ間が短絡される。
これにより、電流はヒータ４に流れずにこれと並列に形成されたバイパス回路１２を流れるので、ヒータ４に流れる電流Ｉ_Ｈ＝０、ヒータ４で生ずる電圧降下の電位量Ｖ_Ｈ＝０、ヒータ４で消費される電力Ｗ_Ｈ＝０となり、ヒータ４による加熱が停止される。
【００３７】また、定電力制御に移行した後、ランプ１にはランプ点灯装置８から安定点灯時のランプ電圧Ｖｓ（＝５０Ｖ）以上の電圧Ｖが印加されると共に、ランプを流れる電流が制御されて、ランプ１で消費される電力Ｗ_Ｌがランプ１の定格電力Ｗｓに維持され、これによりランプ１は、放電開始から３０秒足らずで安定点灯状態となる。
【００３８】このように、上述した実施形態では、ランプ点灯装置８からランプ１に電力を供給する電力供給回路９に、ランプと前記ヒータが直列に接続されているので、ヒータ４に電力を供給するために複雑なヒータ用電源回路、その電圧制御回路、さらには、オンオフのタイミング制御を行う制御回路などを設けなくても、ランプの点灯始動時にヒータ４に通電することができ、しかも、ランプに流れる電流が変化することもない。
そして、これによりランプ１の発光管２の発光部７が確実に加熱され、液状水銀の蒸発が促進され、ランプ１の光出力の立ち上がり時間が短縮される。
【００３９】また、ヒータ４のヒータ端子４ａ、４ｂ間にバイパス回路１２が設けられ、ある程度、液状水銀が蒸発した後や安定点灯状態に達した後にバイパス回路１２を流れる電流量を調整することにより、ヒータ４へ流れる電流量が変化するのでその発熱量を制御できる。
【００４０】これにより、発光管２が過熱されてランプ寿命が短くなったり、無駄なエネルギーを浪費することを防止でき、さらに、バイパス回路１２はその回路構成が極めて単純であることからランプ点灯装置８が大型化することもない。
【００４１】なお、上述の説明では、インバータ１６により生成した低周波交流矩形波電圧によりランプ１を点灯させる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、インバータ１６のないランプ点灯装置を用いて直流電力により高圧放電ランプ１を点灯させる場合にも適用し得る。
【００４２】また、バイパス回路１２はリレースイッチ１４により開閉する場合に限らず、電圧計１３からの検出信号に応じて電流量の調整が可能なサイリスタ等の電流制御手段を設けることにより、バイパス回路１２を流れる電流量を段階的又は連続的に変化させる場合でも良い。
さらに、バイパス回路１２にスイッチ手段と電流制御手段を直列に接続して、スイッチ手段によりバイパス回路１２の開閉を行なわせると共に、電流制御手段によりその電流量を連続的に変化させるようにしてもよい。
【００４３】さらに、ヒータ４への通電量は、ランプ点灯装置８からランプ１に供給される電圧に応じて制御する場合に限らず、点灯装置８から出力される電流及び電圧に基づいて電力を検出し、その検出電力や積算電力量に基づいて制御したり、タイマーなどを用いてスイッチ手段の開閉タイミングを制御するものであってもよい。
この場合も、電圧計及び電流計は電力調整器１５で電力制御を行うためにもともと設けられているものを用いればよい。
【００４４】さらにまた、ランプ１が安定点灯した後もバイパス回路１２を所定の抵抗値に維持するようにすれば、ヒータ４に低電流を流すことができ、これにより、安定点灯中も温度が低くなり易い発光管２のシール部５ａ、５ｂの発光部３に近い側を水銀が凝集しない程度の適度な温度に維持することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複雑なヒータ用電源回路や制御回路を別途設けるまでもなく、極めて簡単な回路構成でヒータに確実に通電することができるので、高圧放電ランプ装置の光出力の立ち上がり時間を短縮させることができるという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧放電ランプ装置を示すブロック図。
【図２】その回路構成を示す回路図。
【図３】電圧−電流−電力の時間変化を示すグラフ。
【図４】従来装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１………超高圧水銀ランプ（高圧放電ランプ）
２………発光管
４………ヒータ
４ａ、４ｂ……ヒータ端子
６ａ、６ｂ……電極端子
８………ランプ点灯装置
９………電力供給回路
１２………バイパス回路
１３………電圧計
１４………リレースイッチ（スイッチ手段）

Claims (3)

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、前記ヒータが、ランプ点灯装置からランプに電力を供給する回路に、該ランプと直列に接続されていることを特徴とする高圧放電ランプ装置。
2. 前記ヒータのヒータ端子間に、該ヒータへの通電量を制御するバイパス回路が設けられている請求項１記載の高圧放電ランプ装置。
3. 前記バイパス回路に、該回路を開閉するスイッチ手段もしくは該回路の電流量を調整する電流制御手段が設けられている請求項２記載の高圧放電ランプ装置。

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