JP2005338213A

JP2005338213A - 高圧放電ランプの冷却装置及び冷却方法

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Publication number: JP2005338213A
Application number: JP2004154223A
Authority: JP
Inventors: Toru Nagase; 徹永瀬
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: JP4081684B2

Abstract

【課題】ランプとプロジェクター側の空冷構造が最適化されていなくても、ランプの片側電極に水銀が偏って付着するのを緩和した後、ランプの空冷を強化し、ランプの温度を早く下げる事によってランプの再始動性を向上できる空冷制御方法を提供する。
【解決手段】高圧放電ランプの冷却装置であって、ランプを冷却する冷却手段、及び、冷却手段の冷却能力を制御する制御手段からなり、冷却手段が、ランプ点灯中は所定の冷却能力で冷却し、ランプ消灯後の期間Ｔ１は第１の冷却能力で冷却し、期間Ｔ１終了後の期間Ｔ２は第２の冷却能力で冷却するよう制御手段によって制御され、第１の冷却能力は所定の冷却能力及び第２の冷却能力よりも低くなるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、高圧放電ランプを光源とするプロジェクター等の光源装置に係り、特に高圧放電ランプの冷却装置におけるランプ消灯後の冷却制御の改良に関するものである。

高圧放電ランプ（以下、ランプという）を光源とするプロジェクター等の光源装置（以後総じてプロジェクターという）はランプ点灯時のランプ温度上昇が大きく、プロジェクター内部の光学系装置、及び制御基板等まで高温になってしまうため、通常はランプをDCファン等で空冷しながら使用されている。

また、プロジェクターのスイッチをOFFしてランプを消灯させた後も空冷ファンは一定時間回し続け、消灯したランプの冷却が行なわれる。これはランプの温度を下げ、ランプバルブ内の圧力を下げることで、ランプが再始動可能な状態にするためである。

そのため、プロジェクターの機種やランプの種類にもよるが一般的にはランプ消灯後、３０秒から２分程度の間空冷ファンを回し続けてから停止させている。そしてその時の空冷ファンの回転数は、ランプが定常点灯している時の回転数をｆ０とすると、同じかそれ以上の回転数ｆｘ（ｆｘ≧ｆ０）となっていることが多い。これは少しでも早くランプバルブの温度を下げようとするためである。

しかしながら、近年、このランプ消灯後の空冷がランプの再始動に悪影響を及ぼす場合があることが分かってきている。以下その悪影響に関して説明をする。

一般的に高圧放電ランプを点灯させる為にはピーク電圧が１５ｋVや２０ｋVといった高電圧の始動パルスを印加し、ランプ内を絶縁破壊することによりランプを始動させていた。しかし近年光源装置の小型化や低価格化の要望も強いためランプや点灯装置も小型化され、前記始動パルスも低い仕様へと変わってきている。またランプも小型化に伴い冷却を工夫し、ランプに当たる風の流れを作るプロジェクター内の構造も機種によりさまざまとなっている。その上ランプのタイプも図３のような前面開放型のものであったり、図４のような前面がレンズにより密閉されているものであったり、３６、４６の後方口金部や３２、４２のリフレクター（ミラー）の形状にも種々あり、ランプ自身の熱容量が違ったりしている。このプロジェクター内の空冷構造とランプの種類・形状との組み合わせがよくないと、ランプバルブ３１、４１の前面先端側と後方口金側において空冷時の温度低下スピードに差がでて温度勾配が生じる。

またここで言う高圧放電ランプには水銀、もしくは水銀を主とする添加物が封入されている。この水銀はランプ点灯中には蒸発しているが、ランプが消灯し、バルブ温度の低下とともに液化する。そしてランプバルブの先端側３５、４５と後方口金側３６、４６に温度勾配が生じると、水銀は早く温度が下がった方の電極に偏って付着するという性質がある。

例えば、図３のような前面開放型のランプにおいてプロジェクターの冷却構造により、冷却風がランプ全体、もしくはランプ前面側に多く当たるような構造の場合はランプバルブの先端側３５の温度が早く下がり、電極も先端側の方が早く温度が下がるため、ランプ先端側の電極３３に水銀が偏って付着することになる。また逆に図４のような前面密閉型のランプにおいて冷却風が後方口金４６側に多く当たるような場合はバルブ４１の口金側電極４４の温度が早く下がり、結果として口金側の電極４４に水銀が偏って付着することになる。

この片側電極への偏った水銀付着が著しい場合は、片側の電極、もしくは電極芯棒が水銀に包まれたような状態となる。この様な状態となると、従来の１５ｋV〜２０ｋVの高電圧パルスであれば充分始動させることが可能であったが、近年主流となっている８ｋV程度の低パルスではランプの再始動性が著しく低下してしまい、再始動時にランプが点灯しないいわゆる再始動不良という状態になる。これが先に延べたランプの再始動に及ぼしている悪影響である。

また、電極に水銀が付着することにより発生する電極間の短絡など、他の不具合についても下記特許文献１及び特許文献２の中に記述があり、それぞれ改善策が公開されている。
例えば、特許文献１には、ランプ電流を低減してから消灯する制御を行なうことにより消灯時の電極表面への水銀凝固を極力減少させる方法が開示されている。また、特許文献２には、消灯後に再点灯動作を行なうことにより電極に付着した水銀を取り除く方法が開示されている。
特開２００２−２８９３７９特開２００３−１７２８０

ランプの空冷条件に関しては多数のパラメータが存在する。プロジェクター側においては冷却風の流れ、強さ、当てる箇所、当てている時間などで、ランプ側においてはランプのタイプ（前面開放型か、密閉型か）、形状、大きさ、口金部の熱容量等である。これらパラメータを考慮しながら設計をおこない、完璧な空冷条件を導き出し、電極への偏った水銀付着を防止し、水銀がバルブ内に略均一に付着するような状態にするというのは非常に困難である。

また、たとえ水銀がバルブ内に略均一に付着した状態であっても、バルブの温度が高く内部圧力が高いと、ランプは再始動しにくい状態である。

すなわち、プロジェクターの空冷構造が最適化されていない場合、ランプ消灯後の空冷を強化するとランプの電極への偏った水銀付着が強まる傾向となり、ランプの再始動を阻害する要因となる。逆に空冷を弱めると水銀付着の偏りは緩和されるが、バルブの温度が下がるのに時間がかかるためランプは再始動できる状態になるまで時間を要することになる。

本発明の目的は、ランプとプロジェクター側の空冷構造が最適化されていなくても、ランプの片側電極に水銀が偏って付着するのを緩和した後、ランプの空冷を強化し、ランプの温度を早く下げる事によってランプの再始動性を向上できる空冷制御方法及び空冷装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の第１の側面は、高圧放電ランプの冷却装置であって、ランプを冷却する冷却手段、及び、冷却手段の冷却能力を制御する制御手段からなり、冷却手段が、ランプ点灯中は所定の冷却能力で冷却し、ランプ消灯後の期間Ｔ１は第１の冷却能力で冷却し、期間Ｔ１終了後の期間Ｔ２は第２の冷却能力で冷却するよう制御手段によって制御され、第１の冷却能力は所定の冷却能力及び第２の冷却能力よりも低くなるようにしたものである。また、この冷却装置において、制御回路が期間Ｔ１中の所定の期間又は全期間にわたって冷却手段による冷却を停止するようにした。さらに、第２の冷却能力は前記所定の冷却能力よりも高くなるようにした。

本発明の第２の側面は、高圧放電ランプの空冷装置であって、ランプを空冷する空冷ファン、及び、空冷ファンを制御する制御手段からなり、記空冷ファンが、ランプ点灯中は回転数ｆ０で駆動され、ランプ消灯後の期間Ｔ１は回転数ｆ１で駆動され、期間Ｔ１終了後の期間Ｔ２は回転数ｆ２で駆動されるよう制御手段によって制御され、回転数ｆ１は回転数ｆ０及び回転数ｆ２よりも低くなるようにしたものである。また、この空冷装置において、制御回路が期間Ｔ１中の所定の期間又は全期間にわたって空冷ファンを停止するようにした。さらに、回転数ｆ２が回転数ｆ０よりも高くなるようにした。

また、上記第１及び第２の側面において、期間Ｔ１をランプのバルブの温度が５００℃以上６００℃以下の所定の温度に低下するまでの期間とした。また、期間Ｔ１を、２０秒≦Ｔ１≦９０秒、となるように設定するものである。さらに、３０秒≦Ｔ１≦９０秒、又は、２０秒≦Ｔ１≦５０秒、となるようにＴ１を設定するものである。またさらに、ランプの再始動が可能となった時以降にＴ２が終了するようにしたものである。

本発明の第３の側面は、高圧放電ランプ、ランプを点灯する点灯装置、及び、上記第１の側面における冷却装置又は第２の側面における空冷装置を搭載した光源装置又はプロジェクターである。

本発明の第４の側面は、高圧放電ランプの冷却方法であって、ランプ点灯中にランプを所定の冷却能力で冷却するステップ、ランプ消灯後期間Ｔ１においてはランプを第１の冷却能力で冷却するステップ、及び、期間Ｔ１終了後の期間Ｔ２においてはランプを第２の冷却能力で冷却するステップからなり、第１の冷却能力は所定の冷却能力及び第２の冷却能力よりも低くなるようにした方法である。この方法において、さらに、期間Ｔ１中の所定の期間又は全期間にわたって冷却を中断するようにした。またさらに、第２の冷却能力は所定の冷却能力よりも高くなるようにした。また、期間Ｔ１をランプのバルブの温度が５００℃以上６００℃以下の所定の温度に低下するまでの期間とし、さらに、ランプの再始動が可能となった時以降に期間Ｔ２が終了するようにしたものである。

以上に説明した高圧放電ランプ空冷装置及び空冷方法では、従来の空冷装置又は空冷方法と比較してランプ消灯後の空冷によりランプの電極に水銀が偏って付着するのを緩和することができ、またランプバルブの温度を早期に低下させることができる。そのため、電極への偏った水銀付着とランプバルブの温度が高温状態であるという二つのランプ再始動阻害要因を取り除くことが可能となり、ランプの再始動性を向上することができる。

次に実施例について図を用いて説明する。

図１はプロジェクターにおけるランプ収納部の該略図である。図１において２２はプロジェクターの光源として用いられることの多い超高圧水銀ランプであり、ランプボックス２５に収納されている。本実施例においてランプ２２は前面密閉タイプのものであり、ランプ自身がランプ前面側の通気を遮断している。また、２１は空冷用ファンでランプ側からプロジェクターの外側に空気を吸い出す方向に風を流して空冷をしている。また、２８は空冷用ファンの運転／停止及び回転数を制御する制御手段、２９はランプを点灯／消灯する点灯装置である。

この構成において、ランプ点灯時は主にランプの口金部２３を冷却するため空冷ファンは通常の回転数ｆ０にて回転し、ランプの空冷を行なっている。またファンを回転数ｆ０で駆動するための直流電圧をVｆ０とし、本実施例においてはＶｆ０＝８Ｖである。

本発明においてはランプ消灯後、空冷ファンをｆ１＜ｆ０なる回転数ｆ１に落とすため、ファン駆動電圧をＶｆ０＝８ＶからＶｆ１＝６Ｖに下げて１０秒動作させる。その後はファンを４０秒間停止する。

ここで、ｆ１の期間、又は、空冷ファンの運転を中断する場合はｆ１で運転する期間と中断期間とを合計した期間であるＴ１について説明する。Ｔ１は、ランプバルブ温度が低下していき、バルブ内で蒸発していた水銀の大部分が液化して、バルブの内壁や両電極に略均一に付着した状態になるまでの時間に設定される。この水銀の大部分が液化する期間Ｔ１というのはランプの電力やプロジェクターの冷却機構や消灯時の空冷条件により異なるがこのＴ１を導き出すべく実験を行なった。

まずランプのバルブ温度の測定手段を用意し、ランプを定格電力にて点灯させる。そして充分時間が経過した後にランプを消灯させ、その直後よりランプバルブの温度を測定しながらバルブ内に注目し、封入されている水銀が液化してバルブ内に現れる様子を観察した。この実験を何度か繰返したところ、バルブ温度が６００℃〜５００℃程度に下がった時に封入されている水銀の大部分が液化し、バルブの内壁や両電極への付着がほぼ完了するということが分かった。

次にランプを消灯してからどれくらいの時間でバルブ温度が低下するのか測定するべく、あるプロジェクター実機にランプを実装し、充分長い時間点灯させた後に消灯させた時の時間とバルブ温度について測定を行なった。実装したランプはバルブ温度の低下が早い前面開放タイプと、バルブ温度の低下が遅い前面密閉タイプであり、ランプ消灯後は空冷を行なわずに温度低下を測定した。また前面開放タイプについては、ランプ消灯後に実機にて空冷を行なった場合の測定も行なった。この測定によりバルブの温度低下が比較的早いものと、温度低下が遅いものの両方の場合について時間経過と温度の関係を調べることができる。これらの測定結果を示したのが図２である。

図２から分かるように、最も温度低下の早いのは前面開放タイプのランプを空冷した場合の曲線１１である。この仕様でバルブ温度が約６００℃に下がるまでの時間が約２０秒であった。また最も温度低下が遅いのは前面密閉タイプを空冷しない場合の曲線１３である。この時バルブ温度が約５００℃に下がるまでにかかった時間は約９０秒であった。いずれのタイプのランプであっても、ランプバルブの温度が５００℃〜６００℃の所定の温度に下がるまでの期間をＴ１に設定するのが望ましい。従って、本実施例の空冷ファンが様々なタイプのランプに用いられることを想定して、期間Ｔ１を２０秒≦Ｔ１≦９０秒とすれば、どのようなタイプのランプに用いてもランプバルブの温度が５００℃〜６００℃になったときにｆ１又は停止状態からｆ２に切り換わることになる。なお、ランプバルブ温度が５００℃となるまでの期間をＴ１として、３０秒≦Ｔ１≦９０秒と設定してもよいし、６００℃となるまでの期間をＴ１として、２０秒≦Ｔ１≦５０秒と設定してもよい。

期間Ｔ１経過後は、既に蒸発していた水銀の大部分が液化してバルブの内壁や電極に略均一に付着した状態となっている。そのため片方の電極などバルブ内の一部に水銀が新たに偏って付着することはないため、バルブ冷却のための空冷を強化しても問題はない。この強化された空冷によりランプバルブの温度を早期に低下させることが可能となり、ランプを短時間で再始動可能な状態にすることができる。

本実施例においては、期間Ｔ１は１０秒＋４０秒＝５０秒とした。このように空冷を弱めることで、従来ランプに生じていた温度勾配の発生を抑えることができ、その結果ランプの口金側電極４４への偏った水銀付着も緩和することができる。

図２によればＴ１＝５０秒の時、「ランプ前面密閉タイプ／空冷なし」のバルブ温度は６００℃となっているが、本実施例では初期に若干の空冷を行なっているため、バルブ温度はもっと低いということになり、Ｔ１＝５０秒において、バルブ内の大部分の水銀液化が完了していると言える。従ってこれより先は空冷を強化しても口金側の電極４４に水銀が偏って付着するという現象は起きないので、ランプバルブ４１を再始動可能なレベルにまで温度を下げるべく空冷を行なえばよい。

ここでＴ１＝５０秒以降は空冷ファンの回転数をｆ２＞ｆ１なる回転数ｆ２に上げて強化した空冷を行なうために、ファンの駆動電圧Ｖｆ２＝１２Ｖに上げる。そしてその状態を５０秒継続させる。これで本実施例の空冷（放置）時間の合計は５０秒＋５０秒＝１００秒であり、本実施例の空冷時間とファン駆動電圧の関係を表したのが図５である。この１００秒という時間は、プロジェクターの消灯後の空冷時間としては標準的な時間である。この空冷後にランプの温度が充分に下がらず再始動できない場合は、ファンの回転数ｆ２を少し上げるか、空冷時間をもう少し長くする等で対応すればよい。

本発明においては、期間Ｔ１以降の空冷時間及び空冷の強さはファンの使用電圧範囲内において自由に設定することができるので、ランプの温度が下がらないことによる再始動不良に関しては問題がない。そこで前述した片側電極への偏った水銀付着による再始動不良に対する効果を確認するべく、本実施例の空冷方法と従来の空冷方法にて、強制的に再始動不良を発生させる実験を実施した結果を以下に示す。

本実験においては、強制的に再始動不良を発生させるべくランプ起動用のパルスを４ｋＶの低パルスに仕様変更したバラストを用い、更にプロジェクター内部のランプ冷却機構を、ランプの口金側がより冷える構造とした。また周囲は通常室温の２５℃であり、再始動させる前のランプ点灯／消灯時間は点灯３０分／消灯６０分とした。この時間配分にした理由は、点灯後のランプ温度上昇を充分安定させることができ、消灯後のランプ温度も本実験結果がランプ温度の影響が殆どない程度にまで低下させることができるからである。
またこの６０分間放置の間はプロジェクターを動かしたり、プロジェクターに衝撃・振動を与えたりしてはならない。これはランプの電極に付着した水銀がバルブ内に落ちたり、水銀の位置が変わったりして再始動性に影響してくるためである。

ここで、本実施例と比較する従来の空冷方法は、ランプ消灯直後から空冷ファンの回転数をｆｘ≧ｆ０なる回転数ｆｘにするべくファンの駆動電圧ＶｆｘをＶｆｘ＝１０Ｖとし、１００秒間この状態を維持した後にファンを停止させるという方法とした。また実験に用いたランプは前述した図４で表される前面密閉タイプであり、５本のランプをそれぞれの空冷方法で３回ずつ実験を行ない、延べ１５回ずつ実験を行なった。

実験結果としては、従来の空冷方法においては１５回中６回の再始動不良が発生した。これに対し本発明の実施例において再始動不良の発生は１５回中０回であった。この結果から本発明が電極への水銀付着によるランプ再始動不良に対して充分な効果が得られるということが、確認できた。

また他の実施例として、本実施例におけるｆ１の駆動電圧をＶｆ１＝５Ｖにした場合や、ランプ消灯直後からファンを６０秒間停止させて、その後強化空冷のファン駆動電圧Ｖｆ２＝１３Ｖとして４０秒空冷をしてからファンを停止させる空冷制御にても実験を行なったが、最初の実施例と同様に従来の空冷方法と比較して良好な結果を得ることが出来た。

以上述べたように、本発明によればプロジェクター等の光源装置において、ランプ消灯後のランプの空冷制御方法を改良することにより、プロジェクター等の光源装置内の空冷構造とランプの種類・形状の組み合わせが最適化されていなくても、ランプの片側電極に水銀が偏って付着する現象を緩和することが可能となり、ランプの温度も早く下げることができるため、従来の空冷方法と比較してランプの再始動性を向上することができる。

なお、上記実施例においては、空冷ファンの回転数を制御して冷却を制御するものを示したが、他の方法でランプを冷却するものでもよく、例えば、空冷ファンから流れ込む空気の温度を調節するものであってもよいし、空冷ファンを使わずに熱伝導などを利用するものであってもよい。

本発明の活用は、主にプロジェクターやプロジェクションＴＶ、映写機などの光源装置に使用される。

プロジェクター内における、ランプ収納部の該略図。プロジェクター内における、ランプ消灯後のバルブ温度と時間の関係を表す図。前面開放タイプ高圧放電灯外観図（リフレクターのみ断面図）。前面密閉タイプ高圧放電灯外観図（リフレクターのみ断面図）。空冷ファン駆動電圧と時間の関係を表した図。

符号の説明

１１…前面開放タイプランプを空冷した場合の温度低下曲線、１２…前面開放タイプランプを空冷しない場合の温度低下曲線、１３…前面密閉タイプランプを空冷しない場合の温度低下曲線、２１…空冷ファン、２２…ランプ、２３…ランプ口金、２４（４８）…前面レンズ、２５…ランプボックス、２６…ランプケーブル、２７…通風用開口部、２８…制御手段、２９…点灯装置、３１（４１）…ランプバルブ、３２（４２）…リフレクター（ミラー）、３３（４３）…ランプ先端側電極、３４（４４）…ランプ口金側電極、３５（４５）…ランプ先端側封止部、３６（４６）…ランプ口金、４７…ランプ口出し線、４８…前面レンズ

Claims

高圧放電ランプの冷却装置であって、
該高圧放電ランプを冷却する冷却手段、及び、該冷却手段の冷却能力を制御する制御手段からなり、
前記冷却手段が前記高圧放電ランプ点灯中は所定の冷却能力で冷却し、前記高圧放電ランプ消灯後の期間Ｔ１は第１の冷却能力で冷却し、前記期間Ｔ１終了後の期間Ｔ２は第２の冷却能力で冷却するよう前記制御手段によって制御され、
前記第１の冷却能力は前記所定の冷却能力及び前記第２の冷却能力よりも低いことを特徴とする冷却装置。
請求項１記載の冷却装置であって、
前記制御回路が前記期間Ｔ１中の所定の期間又は全期間にわたって前記冷却手段による冷却を停止することを特徴とする冷却装置。
請求項１又は請求項２記載の冷却装置であって、
前記第２の冷却能力は前記所定の冷却能力よりも高いことを特徴とする冷却装置。
高圧放電ランプの空冷装置であって、
該高圧放電ランプを空冷する空冷ファン、及び、該空冷ファンを制御する制御手段からなり、
前記空冷ファンが、該高圧放電ランプ点灯中は回転数ｆ０で駆動され、該高圧放電ランプ消灯後の期間Ｔ１は回転数ｆ１で駆動され、前記期間Ｔ１終了後の期間Ｔ２は回転数ｆ２で駆動されるよう前記制御手段によって制御され、
前記回転数ｆ１は前記回転数ｆ０及び前記回転数ｆ２よりも低いことを特徴とする空冷装置。
請求項４記載の空冷装置であって、
前記制御回路が前記期間Ｔ１中の所定の期間又は全期間にわたって前記空冷ファンを停止することを特徴とする空冷装置。
請求項４又は請求項５記載の空冷装置であって、
前記回転数ｆ２が前記回転数ｆ０よりも高いことを特徴とする空冷装置。
請求項１から請求項６いずれか一項記載の冷却装置又は空冷装置であって、
前記期間Ｔ１を前記高圧放電ランプのバルブの温度が５００℃以上６００℃以下の所定の温度に低下するまでの期間としたことを特徴とする装置。
請求項１から請求項７いずれか一項記載の冷却装置又は空冷装置であって、
前記期間Ｔ１は、２０秒≦Ｔ１≦９０秒であることを特徴とする装置。
請求項８記載の冷却装置又は空冷装置であって、さらに
前記期間Ｔ１は、３０秒≦Ｔ１≦９０秒であることを特徴とする装置。
請求項８記載の冷却装置又は空冷装置であって、さらに
前記期間Ｔ１は、２０秒≦Ｔ１≦５０秒であることを特徴とする装置。
請求項１から請求項１０いずれか一項記載の冷却装置又は空冷装置であって、
前記高圧放電ランプの再始動が可能となった時以降に前記期間Ｔ２が終了することを特徴とする装置。
高圧放電ランプ、該高圧放電ランプを点灯する点灯装置、及び、請求項１から請求項１１いずれか一項記載の冷却装置又は空冷装置を搭載したことを特徴とする光源装置又はプロジェクター。
高圧放電ランプの冷却方法であって、
該高圧放電ランプ点灯中に該ランプを所定の冷却能力で冷却するステップ、
該高圧放電ランプ消灯後の期間Ｔ１においては該ランプを第１の冷却能力で冷却するステップ、及び、
前記期間Ｔ１終了後の期間Ｔ２においては該ランプを第２の冷却能力で冷却するステップからなり、
前記第１の冷却能力は前記所定の冷却能力及び前記第２の冷却能力よりも低いことを特徴とする冷却方法。
請求項１３記載の冷却方法であって、さらに、
前記期間Ｔ１中の所定の期間又は全期間にわたって冷却を中断するステップからなる冷却方法。
請求項１３又は請求項１４記載の冷却方法であって、
前記第２の冷却能力は前記所定の冷却能力よりも高いことを特徴とする冷却方法。
請求項１３から請求項１５いずれか一項記載の冷却方法であって、
前記期間Ｔ１を前記高圧放電ランプのバルブの温度が５００℃以上６００℃以下の所定の温度に低下するまでの期間としたことを特徴とする方法。
請求項１３から請求項１６いずれか一項記載の冷却方法であって、
前記高圧放電ランプの再始動が可能となった時以降に前記期間Ｔ２が終了することを特徴とする方法。