JP2008077907A - ショートアーク形放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ショートアーク形放電ランプに対する制限点灯回数を設定してこれを超えないように管理しやすくしたショートアーク形放電ランプ点灯装置およびこれを備えた照明装置を提供する。
【解決手段】
ショートアーク形放電ランプ点灯装置は、ショートアーク形放電ランプＳＨＬと、ショートアーク形放電ランプを点灯する点灯回路ＯＣと、ショートアーク形放電ランプの点灯回数を計数し、かつ記憶する点灯回数計数手段、ショートアーク形放電ランプの制限点灯回数を予め設定する制限点灯回数設定手段および点灯回数が制限点灯回数に到達したときにショートアーク形放電ランプの始動を禁止する始動禁止手段を含み、点灯回路を制御する制御回路ＣＣとを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ショートアーク形放電ランプ点灯装置およびこれを備えた照明装置に関する。

液晶プロジェクタ、半導体などの露光装置および自動車用前照灯などの光源として超高圧放電ランプ、例えば高圧水銀ランプや高圧無水銀ランプなどのショートアーク形放電ランプが用いられている。これらのショートアーク形放電ランプに高電圧始動パルスを印加することで即時始動することができる。この場合、始動のリトライ機能を備えたり、加えてショートアーク形放電ランプにトリガーワイヤを付加したりして、点灯に失敗しても再始動を行うように構成することが知られている。

また、半導体露光装置において、ショートアーク形水銀ランプの紫外線照度を高めることにより、露光時間の短縮化および高効率化を目的として、ショートアーク形水銀ランプを連続点灯状態下で定格ランプ電力以下にして待機し、定格ランプ電力以上で露光を行うパルス点灯方式も知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開昭６０−０５９７３３号公報

ところが、ショートアーク形水銀ランプなどのショートアーク形放電ランプは、所定点滅回数を超えて使用するとランプ破裂が発生しやすくなる。このため、点滅回数やこれに加えてリトライ回数が所定回数を超えないように注意して使用しなければならない。

本発明は、ショートアーク形放電ランプに対する制限点灯回数を設定してこれを超えないように管理しやすくしたショートアーク形放電ランプ点灯装置およびこれを備えた照明装置を提供することを目的とする。

本発明のショートアーク形放電ランプ点灯装置は、ショートアーク形放電ランプと；ショートアーク形放電ランプを点灯する点灯回路と；ショートアーク形放電ランプの点灯回数を計数し、かつ記憶する点灯回数計数手段、ショートアーク形放電ランプの制限点灯回数を予め設定する制限点灯回数設定手段および点灯回数が制限点灯回数に到達したときにショートアーク形放電ランプの始動を禁止する始動禁止手段を含み、点灯回路を制御する制御回路と；を具備していることを特徴としている。

本発明によれば、ショートアーク形放電ランプに対する制限点灯回数を設定して点灯回数がこれに到達したときに始動を禁止するようにしているので、安全で、しかも点灯回数管理が極めて容易なショートアーク形放電ランプ点灯装置およびこれを備えた照明装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１および図２は、本発明のショートアーク形放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示し、図１は回路ブロック図、図２はショートアーク形放電ランプの正面図である。

本発明のショートアーク形放電ランプ点灯装置は、図１に示すようにショートアーク形放電ランプＳＨＬ、点灯回路ＯＣおよび制御回路ＣＣを具備している。また、本形態においては、制御回路ＣＣが上位装置の制御回路ＵＣＣによって制御されるように構成されている。

〔ショートアーク形放電ランプＳＨＬについて〕 ショートアーク形放電ランプＳＨＬは、図２に示すように、透光性気密容器１、一対の電極２Ｋ、２Ａ、放電媒体および外部リード構体３、４を備えている。なお、図２に示すショートアーク形放電ランプＳＨＬは、紫外線照射装置用に設計されているものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、自動車前照灯用や液晶プロジェクタ用などとして設計されたものであってもよい。以下、主として図２に示すショートアーク形放電ランプＳＨＬの構造について説明する。

透光性気密容器１は、耐火性を有する石英ガラスなどから形成され、例えば包囲部１ａおよび一対の封止部１ｂ、１ｂを備えている。包囲部１ａの内部には放電空間１ｃが形成されている。封止部１ｂは、透光性気密容器１を気密に封止するとともに、後述する一対の電極２Ｋ、２Ａを放電空間１ｃ内に封装している。

さらに詳述すれば、透光性気密容器１が石英ガラスからなる場合、封止部１ｂは、その内部に例えば封着金属箔（図示しない。）が気密に埋設されている。なお、封着金属箔は、例えばモリブデン箔からなり、所要の電流容量を得るために、１枚または互いに離間した並列状態で複数枚が用いられる。

一対の電極２Ｋ、２Ａは、耐火性で導電性の金属、例えばタングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）またはタングステン−レニウム合金など、からなる。そして、直流点灯の場合、陰極２Ｋと陽極２Ａで構成される。しかし、本発明は、点灯の態様が直流に限定されない。交流点灯の場合、一対の電極を同一構造とするのが一般的である。また、一対の電極２Ｋ、２Ａは、相対的に短い電極間距離、例えば２．８ｍｍとなるようにそれぞれ先端が離間対向して配置されている。

なお、電極間距離は、自動車前照灯用のショートアーク形放電ランプの場合、中心値４．２ｍｍとして規格化されている。また、液晶プロジェクタ用のショートアーク形放電ランプの場合、２ｍｍ以下である。以上を総括すれば、本発明において、ショートアーク形放電ランプの電極間距離は、用途や定格消費電力によって異なるが、一般的に８ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下である。

放電媒体は、水銀蒸気放電を生起させる場合には水銀および希ガスを主体として構成されている。なお、水銀は、点灯時に蒸発して例えば超高圧水銀蒸気状態を呈する。希ガスは、例えばアルゴンガスなどからなり、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用する。

これに対して、水銀レスの放電媒体を用いる場合には、水銀に代わるランプ電圧形成用の媒体として蒸気圧の比較的高い金属のハロゲン化物を用いるのが好ましい。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スズ（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）からなるグループから選択された少なくとも一種の金属のハロゲン化物である。

また、発光物質は、既知の発光金属のハロゲン化物を所望により適宜選択して採用することができる。しかし、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属のグループから選択された少なくとも１種の金属のハロゲン化物を用いるのが好ましい。

さらに、希ガスとしてキセノン、アルゴンまたはクリプトンを一種または複数種を混合して用いることができる。また、希ガスの封入圧力を１気圧以上にすると、ショートアーク形放電ランプの光束立ち上がり特性を向上させることができる。光束立ち上がり特性が良好であることは、自動車などの移動体の前照灯において極めて重要である。なお、自動車用の場合、好適には１〜１５気圧である。

外部リード構体３、４は、一対の電極２Ｋ、２Ａを点灯回路ＯＣに接続してランプ電流を受電するための手段である。また、ショートアーク形放電ランプＳＨＬを紫外線照射装置などの照明装置の内部に装着する際に、取付手段として外部リード構体３、４を利用することができる。この場合、外部リード構体３、４は、例えば図２に示すような適当な口金構造を採用することができる。

本形態においては、外部リード構体３の口金部分３ａから図２において右側へ突出しているボルト部分３ｂを、図示しないナットを用いて支持することによって、ショートアーク形放電ランプＳＨＬを紫外線照射装置の内部に装着することができる。また、同時に点灯回路の出力端の負極側に接続するように構成されている。

他方、外部リード構体４は、口金部分４ａから外部へ延在する可とう性の被覆導体４ｂを備えている。なお、被覆導体４ｂの先端には、接続端子４ｃが配設されている。

さらに、外部リード構体３、４は、図示しないが、それらの一端が封止部１ｂ、１ｂ内に延在して封着金属箔に溶接されている。

そうして、ショートアーク形放電ランプＳＨＬは、点灯されると透光性気密容器１の内部に発光金属の高圧金属蒸気放電が生起して可視光や紫外光を発生する。

ショートアーク形放電ランプＳＨＬは、上述した基幹的な構造に加えて、所望により以下の構成を付加することが許容される。

１．（陰極保温膜５について） 陰極保温膜５は、陰極２Ｋに水銀が付着するのを防止するために陰極２Ｋを保温するための手段である。そして、例えば主として陰極２Ｋ側の封止部の外面に形成された白金などの蒸着膜からなる。なお、陰極２Ｋに水銀が付着すると、始動電圧過昇や点灯不良を生じやすくなる。

２．（陽極保温膜６について） 陽極保温膜６は、気密容器１の温度上昇を早めるための手段である。そして、例えば陽極２Ａの主として基端部分に対向する気密容器１の外面に形成された白金などの蒸着膜からなる。なお、気密容器１の温度上昇を早めることで光束立ち上がりが速くなる。

３．（トリガーワイヤ７について） トリガーワイヤ７は、始動時に電極近傍の電位傾度を大きくしてショートアーク形水銀ランプＳＨＬの始動性を良好にするための手段である。そして、例えば基端が陰極２Ｋ側の外部リード構体３に接続し、中間が包囲部１ａの外面に近接して延在し、先端が陽極２Ａ側の封止部１ｂの包囲部１ａに隣接する部位に巻き付けられている。

〔点灯回路ＯＣについて〕 点灯回路ＯＣは、交流電源ＡＣから供給される交流電圧をショートアーク形放電ランプＳＨＬの点灯形式に応じて所望電圧の直流電圧または交流電圧に変換してショートアーク形放電ランプＳＨＬに給電して、これを始動し点灯を維持するための回路手段である。点灯回路ＯＣの出力電圧は、外部リード構体３、４を経由してショートアーク形放電ランプＳＨＬの一対の電極２Ｋ、２Ａ間に印加される。

また、点灯回路ＯＣは、始動のためのイグナイター、再始動のためのリトライ回路および点灯維持のための限流インピーダンスを含む点灯主回路などを備えて構成されている。

交流点灯の場合、交流出力電圧を得るために、例えばフルブリッジ形インバータを用いて所要電圧の直流電圧を所望周波数の交流電圧に変換することができる。これに対して、直流点灯の場合、チョッパ、例えば昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどを用いて所望電圧の直流を発生させることができる。

また、所望によりショートアーク形放電ランプＳＨＬに投入するランプ電力を間欠的に変化させることができる。上記間欠動作は、例えば定電流制御の下で相対的大電力を供給する第１の期間と、相対的小電力を供給する第２の期間を交互に繰り返すことにより行われる。なお、第２の期間においては、定電流制御でもよいし、定電力制御回路であってもよい。

〔制御回路ＣＣについて〕 制御回路ＣＣは、点灯回数係数手段、制限点灯回数設定手段および始動禁止手段を含み、点灯回路ＯＣを制御する。また、所望により点灯回数計数リセット手段を含むことができる。

点灯回数係数手段は、ショートアーク形放電ランプＳＨＬの点灯回数を直接または間接的に計数することができれば、どのような構成であってもよい。例えば、ショートアーク形放電ランプＳＨＬのランプ電流の立ち上がりを点灯回路ＯＣから検出して点灯回路ＯＣから出力された点灯信号を制御回路ＣＣに制御入力させて点灯回数を計数する。なお、点灯信号は、ランプ電流の立ち上がりをパルス電圧に変換することによって形成することができる。また、始動信号を点灯信号として計数して点灯回数とすることもできる。所望によりリトライ回数を点灯回数の計数に加入するように構成することができる。

また、点灯回数計数手段は、点灯信号のカウント値を記憶装置に記憶させておき、次回の点灯のときに発生する点灯信号を、記憶しておいた前回のカウント値に加算することでショートアーク形放電ランプＳＨＬの点灯回数を計数していくことができる。

制限点灯回数設定手段は、使用するショートアーク形放電ランプＳＨＬの最大許容点灯回数などの点灯回数を制限点灯回数として予め設定するための手段である。そして、制限点灯回数データを記憶装置に記憶させておくことで、都度計数して得た点灯回数と比較する際に記憶装置から読み出すことができる。

始動禁止手段は、点灯回数と制限点灯回数とを比較してその差が０になったときに点灯回数が制限点灯回数に到達したと判定し、以後新たな始動を禁止する。

また、制御回路ＣＣは、点灯回路ＯＣを制御するために、点灯制御手段を備えている。点灯制御手段は、点灯回路ＯＣをオン、オフさせるＯＮ／ＯＦＦ信号を形成してショートアーク形放電ランプＳＨＬを点滅制御するように構成される。また、点灯回路ＯＣ内に配設されたチョッパなどの直流電圧調整回路のスイッチング素子に供給するドライブ信号などを可制御に発生させることもできる。

さらに、制御回路ＣＣに点灯回数計数手段のカウント値をリセットするリセット手段を配設する場合、当該リセット手段は、ショートアーク形放電ランプＳＨＬを新品に交換したときに手動または自動的に点灯回数計数手段のカウント値をリセットするように構成することができる。これにより、ランプ交換を行ったときに点灯回数の計数を初期値に戻すことができるので、常に正しい点灯回数を計数できるようになる。

さらにまた、制御回路ＣＣは、所望によりエラー信号を発生するように構成することができる。このエラー信号は、ショートアーク形放電ランプ点灯装置において、音、光または文字などの手段を用いて表示するように構成することができる。また、後述するように上位機器の制御回路ＵＣＣを配設する場合、当該制御回路ＵＣＣに向けてエラー信号を送出するように構成することができる。

〔上位機器の制御回路ＵＣＣについて〕 上位機器の制御回路ＵＣＣは、本発明のショートアーク形放電ランプ点灯装置の制御回路ＣＣを外部から制御するための手段であり、所望により配設される。なお、上位装置とは、光照射処理システムを統括する制御装置などであり、ショートアーク形放電ランプ点灯装置に対して制御の上位に位置する。

したがって、上位機器の制御回路ＵＣＣを配設することにより、上位装置からショートアーク形放電ランプ点灯装置のＯＮ／ＯＦＦ信号を送出して遠隔的にショートアーク形放電ランプ点灯装置を点滅制御することができる。

また、ショートアーク形放電ランプ点灯装置の制御回路ＣＣから発生したエラー信号を上位機器の制御回路ＵＣＣで受信することで上位装置において前述のようなエラー表示を行うことができる。

〔ショートアーク形水銀ランプ点灯装置の点灯回数制御動作について〕 ショートアーク形放電ランプＳＨＬが例えばショートアーク形水銀ランプであって、その許容点灯回数が数十回程度である場合、制限点灯回数設定手段の制限点灯回数を最大にするときには、点灯に先立ち予め当該許容点灯回数を設定する。しかし、安全係数をより大きく確保するために、制限点灯回数設定手段の制限点灯回数を当該許容点灯回数より少ない回数に設定することもできる。

そうして、上位装置の制御回路ＵＣＣから制御回路ＣＣを経由してショートアーク形放電ランプＳＨＬのＯＮ信号が点灯回路ＯＣに到来すると、点灯回路ＯＣがオンして作動を開始する。これによりイグナイターが動作して高電圧パルスをショートアーク形放電ランプＳＨＬに印加するので、ショートアーク形放電ランプＳＨＬが始動し点灯する。点灯すると、点灯回路ＯＣから点灯信号が制御回路ＣＣへ送出される。

制御回路ＣＣの内部において、点灯回数計数手段が点灯信号を計数し、記憶装置から読み出された前回までの点灯回数のカウント値に１を加算すると、今回の点灯回数が計数される。そして、そのカウント値は記憶装置に記憶されると並行して、記憶装置から制限点灯回数データが読み出され、今回のカウント値との比較が行われる。その結果、点灯回数が制限点灯回数より少ない場合には、始動禁止手段は、次回の始動を禁止することはない。

しかし、点灯回数が制限点灯回数に達した場合には、始動禁止手段が以後の始動を禁止する。したがって、たとえ上位装置の制御回路ＵＣＣまたは制御回路ＣＣからショートアーク形放電ランプＳＨＬのＯＮ信号を送出しようとしても、ＯＮ信号を点灯回路ＯＣに送出することができない。

図３は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての紫外線照射装置を示す正面断面図である。なお、図において、図２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

本形態において、照明装置すなわち紫外線照射装置は、照明装置本体１１すなわち紫外線照射装置本体、ショートアーク形放電ランプ点灯装置１２とを具備している。

照明装置本体１１は、照明装置からショートアーク形放電ランプ点灯装置１２を除外した残余の部分からなる。本形態において、照明装置本体１１すなわち紫外線照射装置本体は、光学系１１ａ、調光機構１１ｂ、光学シャッター１１ｃ、冷却機構１１ｄ、照射口１１ｅおよびケーシング１１ｆなどを備えて構成されている。

光学系１１ａは、ショートアーク形放電ランプＳＨＬから放射した紫外線を下向きに集光し、照射口１１ｅから導出するための光学手段からなる。そして、楕円反射鏡１１ａ１、第１のミラー１１ａ２、導光体１１ａ３および第２のミラー１１ａ４からなる。楕円反射鏡１１ａ１は、ショートアーク形放電ランプＳＨＬから放射された紫外線をその反射面で反射させて下向きに集光する。第１のミラー１１ａ２は、集光された紫外線を反射して９０°屈曲させ、水平方向へ進行させる。導光体１１ａ３は、上記の水平方向へ進行した紫外線が後述する調光機構１１ｂおよび光学シャッター１１ｃを通過した後、紫外線をケーシング１１ｆの外部へ導光する。第２のミラー１１ａ４は、導光体１１ａ３の他端から導出された紫外線を反射して下向きに９０°屈曲させる。下向きに屈曲した紫外線は、上述の照射口１１ａ１から導出されて図示しないワークを照射する。

調光機構１１ｂは、照射口１１ｅから導出されて図示しないワークを照射する際の紫外線照度を所望に調節する。また、調光機構１１ｂは、開口面積の異なる多数の開口を同心円状に形成した回転円盤からなり、回転円盤を回転させて開口の開口面積を所望のものに選択することで、調光を行う。

光学シャッター１１ｃは、調光機構１１ｂを通過した紫外線を通過（開）させ、導光体１１ａ３に入射させたり、遮断（閉）して導光体１１ａ３に入射しないようにしたりする。したがって、ワークに紫外線を照射する際に開とし、ワークに照射しないときには閉としておく。

冷却機構１１ｄは、ケーシング１１ｆの内部を排気して冷却するとともに、紫外線照射装置の内部から塵埃などが外部へ放出されて雰囲気を汚染しないようにケーシングの内部を排気して図８に示すダクト１３へ排出する。また、図示を省略しているが、所望によりショートアーク形水銀ランプＳＨＬの好適には陽極近傍位置の透光性気密容器の外面に空気を吹き付けて、ショートアーク形水銀ランプＳＨＬを冷却する機構を付加することができる。

ケーシング１１ｆは、以上の各手段およびショートアーク形放電ランプ点灯装置１２を内部の所定位置に収納している。

ショートアーク形放電ランプ点灯装置１２は、図１に示す一形態を用いることができる。ショートアーク形放電ランプＳＨＬは、ケーシング１１ｆの内部上部位置に管軸が垂直に吊り下げられている。なお、管軸の位置を調整して光軸を調整する機構１１ｇが配設されている。

次に、上述の照明装置すなわち紫外線照射装置の動作態様の一例について説明する。すなわち、本態様においては、ショートアーク形放電ランプＳＨＬが第１の期間になると、光学シャッター１１ｃが同期して開となるので、照射口１ａ１から紫外線が図示しないワークに照射される。第１の期間に照射口１１ａ１から照射される紫外線は、既述のようにショートアーク形放電ランプＳＨＬを定電流制御することにより、ショートアーク形放電ランプＳＨＬの寿命中を通じて紫外線照度の低下が抑制されるので、紫外線照射時間を変化させるなどの面倒な制御が不要になるか、または所望により制御を行う場合であってもその制御が容易となる。また、紫外線照射により処理のばらつきが小さくなり、良好な紫外線照射効果を得ることができる。

本発明のショートアーク形放電ランプ点灯装置を実施するための一形態を示す回路ブロック図 同じくショートアーク形放電ランプの正面図 本発明の照明装置を実施するための一形態としての紫外線照射装置を示す正面断面図

符号の説明

ＡＣ…交流電源、ＣＣ…制御手段、ＯＣ…点灯回路、ＳＨＬ…ショートアーク形放電ランプ、ＵＣＣ…上位装置の制御回路

Claims (3)

1. ショートアーク形放電ランプと；
   ショートアーク形放電ランプを点灯する点灯回路と；
   ショートアーク形放電ランプの点灯回数を計数し、かつ記憶する点灯回数計数手段、ショートアーク形放電ランプの制限点灯回数を予め設定する制限点灯回数設定手段および点灯回数が制限点灯回数に到達したときにショートアーク形放電ランプの始動を禁止する始動禁止手段を含み、点灯回路を制御する制御回路と；
   を具備していることを特徴とするショートアーク形放電ランプ点灯装置。
2. 制御回路は、点灯回数が制限点灯回数に到達したときにエラー信号を発生することを特徴とする請求項１記載のショートアーク形放電ランプ点灯装置。
3. 照明装置本体と；
   照明装置本体に配設された請求項１または２記載のショートアーク形放電ランプ点灯装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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