JP2010113979A

JP2010113979A - 高圧放電ランプの冷却装置及び冷却方法

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Publication number: JP2010113979A
Application number: JP2008286245A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nishizawa; 義男西沢; Masayuki Kobayashi; 正幸小林
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】光源装置において、ランプ点灯時及びランプ始動時のランプの空冷制御方法を改良することにより、ランプのアークスポット移動によるチラツキを抑制する。
【解決手段】高圧放電ランプの冷却装置であって、高圧放電ランプを空冷する空冷ファン、及び空冷ファンのファン出力を制御する電源からなり、高圧放電ランプが安定点灯を行っているとき、高圧放電ランプの点灯状態に関係なく、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａの期間Ｔａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの期間Ｔｂを所定周期で交互に繰り返すように電源を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧放電ランプを光源とするプロジェクタ等の光源装置に係り、特に高圧放電ランプの始動時及び点灯時の冷却制御に関するものである。

プロジェクタ等に用いるバックライト用光源としては、スクリーンに対して充分な輝度、効率及び演色性を以って均一に画像を投射することが要求されるため、図６に示すような一対の電極を対向配置した放電容器内に０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と共にＣＨ_２ＢＲ_２などのハロゲン化ガスが封入され、ランプの安定点灯状態における水銀蒸気圧が２００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。

この種のランプは、安定点灯状態における放電容器内の水銀蒸気圧を超高圧とすることにより、電極間に生ずる放電アークの径方向の広がりを抑えて光出力を向上させ、スクリーンにおける高輝度・高効率・高演色性を実現している。
更にランプの放電容器を小型化することにより効率アップを図っているが、反面、ランプ点灯時における放電容器の温度上昇が大きく、プロジェクタ内部の光学系装置、及び制御基板と共にランプ自体も通常はＤＣファン等で空冷し標準の温度に保つ必要がある。

次にランプの挙動について説明する。封入したハロゲン化ガスはランプ点灯時に標準のハロゲンサイクルを行うためのもので、これによりランプ点灯中に蒸発した電極の材料であるタングステンが発光管内壁に付着し黒化を防止することができ、更に蒸発したタングステンは電極の先端に付着し、図７Ａに示すように電極先端の突起を成長させる作用もある。

電極先端に突起が成長する現象のメカニズムは必ずしも明確ではないが下記のように推測される。電極材料であるタングステンがアークにより加熱・蒸発し、それが発光管内に存在するハロゲン化ガスと結合してタングステン化合物が形成される。このタングステン化合物は対流などによって管璧付近から電極先端付近へ拡散され、高温部でタングステン原子に分解される。そしてタングステン原子はアーク中で電離することで陽イオンとなる。交流点灯している両電極が陽極と陰極を点灯周波数ごとに繰り返すが、この陰極動作をしている時にアーク中の陽イオンは、電界によって陰極側に引き寄せられることで両電極先端に析出され、それが突起を形成するものと考えられている。

このようなランプは、所謂、音響的共鳴現象を回避するため図８に示すような通常５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの低周波の矩形波電流によって点灯される。ランプを上記のような低周波の矩形波交流電流で点灯し続けると、その点灯時間とともに電極が消耗し電極表面が荒れ、その結果、放電アークの起点が電極先端上でジャンプするいわゆるフリッカが発生してしまうことが知られている。これは図７Ｂに示すように電極先端部が荒れた結果、放電アークの起点が電極先端の複数の凸部を移動し一点に定まらなくなることによる。

このようなフリッカをランプの冷却を制御することにより抑制する対策がこれまで報告されてきた。例えば、特許文献１では、高圧放電ランプのランプ電圧が設定された閾値以上（あるいはランプ電流が閾値以下）になったらランプ冷却用のファンの回転数を下げ、ランプの電極温度が低下しすぎないようにすることによりアークジャンプによるフリッカ発生を抑制する技術が開示されている。
特開２００６−１５４００２号公報

ところが、特許文献１のようなランプ冷却をおこなった場合、確かに短時間的にはランプ電圧が上昇したランプにおいて電極突起の温度低下を低減しアークジャンプが起こり難くする効果はあるものの、ライフが進むにつれ電極表面が更に荒れ図７Ｂに示すように複数の突起が成長してしまうと、最終的には従来例と同様に放電アークの起点が電極先端の複数の凸部を移動し一点に定まり難く、根本的なフリッカ抑制対策とはならないため問題を解決するための確実かつ簡素な対策が要求されている。

また、特許文献１のような制御を行う場合、高圧放電ランプ点灯装置にランプ電圧検出手段（あるいはランプ電流検出手段）が必要となり、かつ検出したランプデータを点灯装置外部の高圧放電ランプ冷却装置に送信する手段も必要となりシステムのコストアップとなってしまう問題もある。

本発明は上記問題を解決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、高圧放電ランプを空冷する空冷ファン、及び空冷ファンのファン出力を制御する電源からなり、高圧放電ランプが安定点灯を行っているとき、高圧放電ランプの点灯状態に関係なく、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａの期間Ｔａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの期間Ｔｂを所定周期で交互に繰り返すように電源が構成された冷却装置である。

本発明の第２の側面は、空冷ファンのファン出力を制御して行う高圧放電ランプの冷却方法であって、高圧放電ランプが安定点灯を行っているとき、高圧放電ランプの点灯状態に関係なく、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａの期間Ｔａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの期間Ｔｂを所定周期で交互に繰り返すように空冷ファンを制御する冷却方法である。

上記第１及び第２の側面において、標準のファン出力Ｖ０はファン出力Ｖ０で高圧放電ランプを点灯させ続けた場合に高圧放電ランプの発光管シール部付け根の温度が７００℃〜８００℃となるファン出力である。
また、ファン出力Ｖａは、ファン出力Ｖａで点灯させ続けた場合にファン出力Ｖ０で点灯させ続けた場合よりも高圧放電ランプの発光管シール部付け根の温度が３０℃から１００℃低くなるファン出力であり、ファン出力Ｖｂは、ファン出力Ｖｂで点灯させ続けた場合にファン出力Ｖ０で点灯させ続けた場合よりも高圧放電ランプの発光管シール部付け根の温度が３０℃から１００℃高くなるファン出力である。
また、ファン出力Ｖａの期間Ｔａとファン出力Ｖｂの期間Ｔｂの間にファン出力Ｖ０の期間Ｔｃを設けてもよい。
なお、所定の周期は６０秒から３００秒とすることが望ましい。
さらに、高圧放電ランプ始動時から所定時間ｔ２はランプパラメータに関係なくファン出力Ｖａが適用されるようにしてもよい。ここで、所定時間ｔ２を９０秒から１２０秒とすることが望ましい。

本発明の第３の側面は、上記第１の側面の冷却装置、高圧放電ランプ、高圧放電ランプを点灯するための点灯装置、及びこれらを内包又は保持する筐体からなるプロジェクタである。

以上に説明したように従来の冷却装置では、ライフが進み、ランプ電圧が設定された閾値以上（あるいはランプ電流が閾値以下）になったらランプ冷却用のファンの回転数を低下させ、ランプの電極温度が低下しすぎないようにすることによりフリッカ発生を抑制する。これに対して、本発明における高圧放電ランプの冷却装置及び冷却方法では、高圧放電ランプが安定点灯を行っているとき、制御手段により高圧放電ランプのランプパラメータに関係なく、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａの期間Ｔａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの期間Ｔｂを所定時間毎に交互に繰り返すことにより、ランプ電極の温度を標準値より高くし、積極的に電極突起を溶解させる期間とランプ電極の温度を標準値より低くし、積極的に電極突起を成長させる期間を繰り返すことにより、ランプのライフが進むにつれ電極表面が荒れて複数の突起が成長してしまうことを防止することによりフリッカ抑制効果が得られる。

また、高圧放電ランプ始動時から一定時間ｔ２はランプパラメータに関係なく標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａとすることにより、積極的に電極温度を下げ定格電力点灯時より多いランプ始動時電流にて、電極突起が必要以上に溶解してしまうことが防止できる。

図９は一般的なプロジェクタ等の光源装置における冷却装置２０を説明する図である。冷却装置２０は空冷ファン２１及び空冷ファン用電源２２からなり、冷却装置２０、高圧放電ランプ３０及び高圧放電ランプ点灯装置４０を筐体（不図示）の内部に保持することによってプロジェクタ１００が構成される。なお、図中の点線の矢印は風の流れのイメージを示すものである。

図１に本発明の一実施例における冷却装置の制御を示す。図１では空冷ファン用電源２２が空冷ファン２１の冷却出力をランプパラメータに関係なく制御する。具体的には、空冷ファン用電源２２は、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａの期間Ｔａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの期間Ｔｂを所定時間毎に交互に繰り返す制御を行う。ここで、冷却出力とはファンの回転数であり、回転数は電源２２の電圧出力に対して単調増加するものとする。

ここで、標準のファン出力Ｖ０とは、ファン出力Ｖ０で点灯させ続けた場合の発光管シール部付け根１７の温度（以下、「標準温度」という）が７００℃〜８００℃となる出力である。標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａは、ファン出力Ｖａで点灯させ続けた場合に発光管シール部付け根１７の温度が標準温度よりも３０℃〜１００℃低い温度となる出力であり、標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂは、ファン出力Ｖｂで点灯させ続けた場合に発光管シール部付け根１７の温度が標準温度よりも３０℃〜１００℃高い温度となる出力である。

本制御を行うことにより、期間Ｔａでは標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａで高圧放電ランプを冷却することになるため、発光管シール部付け根１７の温度が下がり、それに伴いランプ点灯中の電極温度も低下する。これにより電極の突起の溶解と成長のバランスが崩れ、この期間は突起の溶解より成長が強まる。期間Ｔｂでは標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂで高圧放電ランプを冷却することになるため、高圧放電ランプの発光管シール部付け根１７の温度が上がり、それに伴いランプ点灯中の電極温度も上昇し、この期間は突起の成長より溶解が強まる。

上記動作にて電極先端の突起の溶解促進期間と成長促進期間を繰り返すことにより、常に突起は再生されるため、ランプのライフが進んでも電極表面は荒れ難く、図７Ｃに示すようなひとつの突起を維持することが可能となり、その結果、アークスポットが移動することによるフリッカが抑制される。

また、ランプの冷却制御についてはランプ電力、及びランプの設計によっても最適制御は異なってくるが１５０Ｗから３００Ｗの超高圧水銀ランプにおいては、標準のファン出力Ｖ０は、上述したように、ファン出力Ｖ０で点灯させ続けた場合の発光管シール部付け根１７の温度（標準温度）が７００℃〜８００℃となる出力とすることが望ましい。また、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａは、ファン出力Ｖａで点灯させ続けた場合に発光管シール部付け根１７の温度が標準温度より３０℃〜１００℃低い温度であり、標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂは、ファン出力Ｖｂで点灯させ続けた場合に発光管シール部付け根１７の温度が標準温度より３０℃〜１００℃高い温度であり、期間Ｔａ及びＴｂからなる冷却ファン出力の一周期の時間は６０秒〜３００秒であることが望ましい。

また、図４に示すように標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａの期間Ｔａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの期間の間に標準のファン出力Ｖ０の期間Ｔｃを設けても同様の効果が得られる。

図２、３は本発明の他の実施例の冷却ファンの制御方法を示す図であり、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの範囲は図１で示す値と同じであり、時間に対する制御の変化スピードのみが異なり、これらの実施例においても図１と同様の効果が得られる。

上記実施例では安定点灯中の制御について示したが、他の実施例としてランプ点灯開始後の光束立ち上がり期間の制御を示す。
図５は本実施例の空冷制御を示す図である。図５におけるランプ電流−１とランプ電力−１はランプ消灯から充分に時間が経過した状態でのランプ始動時（コールドスタート）の電気特性を時間軸に対して示したものである。これらの図に示されているように一般的な高圧放電ランプ点灯装置ではランプ始動時は定格ランプ電流より大きい電流で定電流制御を行い、ランプ電圧が上昇し定格ランプ電圧の下限に達すると定電力制御となり電流が低下する。

本実施例の制御では、高圧放電ランプ始動時から一定時間ｔ２はランプパラメータに関係なく標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａを維持することにより、定電力点灯制御時の電流より多い定電流制御時の電流の作用により、電極突起が必要以上に溶解してしまうことが防止できる。ファン出力Ｖａを維持する時間ｔ２はランプの設計によっても最適時間は異なるが１５０Ｗから３００Ｗの超高圧水銀ランプにおいてはコールドスタートのランプでも定電力制御へ移行する９０秒〜１２０秒であることが望ましい。また、発光管シール部付け根の温度の追従速度を考慮して、ｔ２は光束が安定する時間ｔ１よりも若干遅い方が好ましい。

以上述べたように、本発明によればプロジェクタ等の光源装置において、ランプ点灯時及びランプ始動時のランプの空冷制御方法を改良することにより、ランプのアークスポット移動によるチラツキを抑制する効果が得られる。

本発明の一実施例の冷却方法を示す図ある。本発明の他の実施例の冷却方法を示す図ある。本発明の他の実施例の冷却方法を示す図ある。本発明の他の実施例の冷却方法を示す図ある。本発明の他の実施例の冷却方法を示す図ある。高圧放電ランプの図である。高圧放電ランプの電極の変化を示す図である。高圧放電ランプの電極の変化を示す図である。高圧放電ランプの電極の変化を示す図である。従来の高圧放電ランプ点灯装置のランプ電流波形を示す図である。一般的なプロジェクタにおける冷却装置を説明する図である。

符号の説明

１１ランプバルブ
１２ランプ口金側電極
１３ランプ先端側電極
１４ランプ先端側シール部
１５ランプ口金
１６ランプ口出線
１７ランプ先端側シール部付け根
２０冷却装置
２１空冷ファン
２２空冷ファン用電源
３０高圧放電ランプ
４０高圧放電ランプ点灯装置
１００プロジェクタ

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空冷する空冷ファン、及び該空冷ファンのファン出力を制御する電源からなり、
該高圧放電ランプが安定点灯を行っているとき、該高圧放電ランプの点灯状態に関係なく、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａの期間Ｔａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの期間Ｔｂを所定周期で交互に繰り返すように前記電源が構成された冷却装置。
空冷ファンのファン出力を制御して行う高圧放電ランプの冷却方法であって、
該高圧放電ランプが安定点灯を行っているとき、該高圧放電ランプの点灯状態に関係なく、標準のファン出力Ｖ０より高いファン出力Ｖａの期間Ｔａと標準のファン出力Ｖ０より低いファン出力Ｖｂの期間Ｔｂを所定周期で交互に繰り返すように前記空冷ファンを制御する冷却方法。
請求項１記載の冷却装置又は請求項２記載の冷却方法において、前記標準のファン出力Ｖ０はファン出力Ｖ０で高圧放電ランプを点灯させ続けた場合に高圧放電ランプの発光管シール部付け根の温度が７００℃〜８００℃となるファン出力である冷却装置又は冷却方法。
請求項１記載の冷却装置又は請求項２記載の冷却方法において、前記ファン出力Ｖａは、ファン出力Ｖａで点灯させ続けた場合に前記ファン出力Ｖ０で点灯させ続けた場合よりも高圧放電ランプの発光管シール部付け根の温度が３０℃から１００℃低くなるファン出力であり、前記ファン出力Ｖｂは、ファン出力Ｖｂで点灯させ続けた場合に前記ファン出力Ｖ０で点灯させ続けた場合よりも高圧放電ランプの発光管シール部付け根の温度が３０℃から１００℃高くなるファン出力である冷却装置又は冷却方法。
請求項１記載の冷却装置又は請求項２記載の冷却方法において、前記ファン出力Ｖａの期間Ｔａと前記ファン出力Ｖｂの期間Ｔｂの間に前記ファン出力Ｖ０の期間Ｔｃを設けたことを特徴とする冷却装置又は冷却方法。
請求項１記載の冷却装置又は請求項２記載の冷却方法において、前記所定の周期は６０秒から３００秒である冷却装置又は冷却方法。
請求項１記載の冷却装置又は請求項２記載の冷却方法において、高圧放電ランプ始動時から所定時間ｔ２はランプパラメータに関係なく前記ファン出力Ｖａが適用される冷却装置又は冷却方法。
請求項７記載の冷却装置又は冷却方法であって、前記所定時間ｔ２が９０秒から１２０秒である冷却装置又は冷却方法。
前記請求項１記載の冷却装置、高圧放電ランプ、該高圧放電ランプを点灯するための点灯装置、並びに該冷却装置、該高圧放電ランプ及び点灯装置を内部に保持する筐体からなるプロジェクタ。