JP2011253758A - 超高圧水銀ランプ及び該超高圧水銀ランプの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】封入量0.15mg/mm3以上の水銀が封入された発光部2と、発光部2に連設された封止部3とを備え、定常点灯モードと、定格消費電力に対して20〜75%の範囲内の電力値でランプを駆動する低電力点灯モードとを切り替え可能に駆動される超高圧水銀ランプ1であって、発光部2と封止部3との境界付近の外周方向に、発光部2から放射される光を吸収して発光部2を保温する保温部5を設け、保温部5は、発光部2を構成する物質よりも熱膨張係数が高い物質からなり、定常点灯モード時においては、発光部2から離間して発光部2との間に微小間隙を形成すると共に、低電力点灯モード時においては、発光部2に当接することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
例えば、会議等においては、参加者同士でディスカッションを行うときに、スクリーンに対する画像の投影を一時中断することがあり、中断時には消費電力をセーブするためにプロジェクタ装置の光量を落とすことが好ましい。この場合に、プロジェクタ装置に内蔵された光源に給電する電力を零にし、光源を消灯することは好ましくない。この種の光源は一旦消灯すると、再点灯するために要する時間が長いためである。したがって、プロジェクタ装置においては、定常点灯モード(定格電力での点灯)と低電力点灯モード(定格電力よりも低い電力で点灯)とを必要に応じて切り換えることが望ましい。
第1の手段は、封入量0.15mg/mm3以上の水銀が封入された発光部と、該発光部に連設された封止部とを備え、定常点灯モードと、定格消費電力に対して20〜75%の範囲内の電力値でランプを駆動する低電力点灯モードとを切り替え可能に駆動される超高圧水銀ランプであって、前記発光部と前記封止部との境界付近の外周方向に、前記発光部から放射される光を吸収して前記発光部を保温する保温部を設け、前記保温部は、前記発光部を構成する物質よりも熱膨張係数が高い物質からなり、前記定常点灯モード時においては、前記発光部から離間して前記発光部との間に微小間隙を形成すると共に、前記低電力点灯モード時においては、前記発光部に当接することを特徴とする超高圧水銀ランプである。
第2の手段は、第1の手段において、前記保温部は、0.2〜1mmの厚みを有する膜であることを特徴とする超高圧水銀ランプである。
第3の手段は、第1の手段において、前記保温部は、筒状であることを特徴とする超高圧水銀ランプである。
第4の手段は、第1の手段において、前記保温部の熱膨張係数が1×10−6/K以上であることを特徴とする超高圧水銀ランプである。
第5の手段は、封入量0.15mg/mm3以上の水銀が封入された発光部と、該発光部に連設された封止部と、前記発光部と前記封止部との境界付近の外周方向に形成され、前記発光部から放射される光を吸収して発光部を保温する保温部とを備える超高圧水銀ランプの製造方法であって、間隙形成用媒体を、前記発光部と前記封止部との境界付近に塗布して乾燥させる手順と、保温部形成用媒体を前記間隙形成用媒体の上に塗布して乾燥させる手順と、前記間隙形成用媒体及び前記保温部形成用媒体とを一次乾燥させ、前記間隙形成用媒体及び前記保温部形成用媒体に含まれる溶媒を除去する手順と、前記間隙形成用媒体及び前記保温部形成用媒体とを二次乾燥させ、前記間隙形成用媒体を除去すると共に前記保温部を形成する手順と、を含むことを特徴とする超高圧水銀ランプの製造方法である。
第6の手段は、第5の手段において、前記間隙形成用媒体は、グラファイト粉末にC17H35COOH(ステアリン酸)を混合したゲル状物であることを特徴とする超高圧水銀ランプの製造方法である。
第7の手段は、第5の手段において、前記保温部形成用媒体は、Al2O3(アルミナ)、MgO(酸化マグネシウム)、SiO2(シリカ)及び酸化ナトリウム(Na2O)の粉末を水に混合した縣濁液であることを特徴とする超高圧水銀ランプの製造方法である。
第8の手段は、第5の手段において、前記保温部形成用媒体は、Al2O3(アルミナ)、MgO(酸化マグネシウム)、SiO2(シリカ)及び酸化ナトリウム(Na2O)の金属アルコキシド重合体であることを特徴とする超高圧水銀ランプの製造方法である。
図1は、本実施形態に係る超高圧水銀ランプの構成を示す平面図、図2は定常点灯モード時における図1に示した超高電圧放電ランプの発光部の一部と一方の封止部を拡大して示した断面図である。
これらの図に示すように、超高圧水銀ランプ1は、球状の発光部2と、その両端に連設された一対の封止部3、3とで構成される石英ガラス製の発光管を備えている。発光部2の内部空間には、それぞれの先端が向き合うように一対のタングステン製の電極4、4が配置されている。また、発光部2の内部空間には、定常点灯モードで点灯したときの水銀蒸気圧が150気圧以上となるように水銀が0.15mg/mm3以上封入されると共に、所定量の希ガスが封入されている。封止部3、3の発光部2側の一部及び封止部3、3から連接された発光部2の一部にかかる領域(以下、封止部と発光部の境界付近)の外周面上に、超高圧水銀ランプ1の発光部2から放射される光を吸収することによって、発光部2及び電極軸部41を保温するための保温部5、5が形成される。超高電圧放電ランプ1は点灯装置8によって点灯される。
つまり、図3(a)は低電力点灯モード時において発光部2が低温状態にある時の保温部5の様子を示し、図3(b)は定常点灯モード時において発光部2が高温状態にある時の保温部5の様子を示している。
図3(a)に示すように、低電力点灯モード時においては、保温部5が低温状態にあるために、保温部5が発光部2の外表面21に当接することによって、発光部2は保温される。一方、図3(b)に示すように、定常点灯モード時においては、保温部5が高温状態にあるために、保温部5は発光部2の外表面21から離間することによって、保温部5と発光部2の外表面21との間に微小間隙22が形成され、発光部2が高温になり過ぎることを防止している。
保温部5の膜厚は0.2〜1mmである。保温部5の厚みをこの範囲にすることによって、保温部5が伸縮し易くなり、定常点灯モード時に保温部5が膨張することによって発光部2から離間して微小間隙を形成し易くなると共に、低電力点灯モード時に保温部5が収縮することによって発光部2に当接することになる。
(1)手順1(間隙形成用媒体の作製・塗布・乾燥)
グラファイト粉末にC17H35COOH(ステアリン酸)を混合してゲル状の間隙形成用媒体を作製する。作製した間隙形成用媒体を、封止部3、3と発光部2の境界付近の外周面に刷毛等を使用して塗布し、十分に乾燥させる。間隙形成用媒体の前記境界付近の外周面への塗布は、吹き付け、ディッピング等により行うことができる。
(2)手順2(保温部形成用媒体の作製・塗布・乾燥)
手順1で間隙形成用媒体を塗布・乾燥させた後に、Al2O3(アルミナ)を主成分とし、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)及びシリカ(SiO2)を少量含む粉末を水に混合して混濁液を作製する。作製した混濁液を前記間隙形成用媒体の上に刷毛等を使用して塗布し、十分に乾燥させ、保温部形成用媒体を形成する。保温部形成用媒体の発光部2への塗布は、吹き付け、ディッピング等により行うことができる。
(3)手順3(一次乾燥)
間隙形成用媒体上に保温部形成用媒体形成が形成された発光部2を有する発光管1を電気炉に入れて100℃に加熱し、間隙形成用媒体に含まれるステアリン酸を蒸発させる。
(4)手順4(二次乾燥)
一次乾燥を終えた発光管1を電気炉に入れて1000℃で30分間の加熱を行い、塗布したアルミナ等を焼成する。このとき、手順1で塗布したグラファイトは、CO若しくはCO2として燃焼され、保温部5と発光部2との間には間隙形成用媒体の厚みと同程度の隙間が形成される。
図5は、本実施形態に係る超高圧水銀ランプの構成を示す平面図、図6は定常点灯モード時における図5に示した超高電圧放電ランプの発光部の一部と一方の封止部を拡大して示した断面図である。なお、本実施形態においては、保温部以外、第1の実施形態における図1及び図2に示した構成とほぼ同様に構成されるので、その他の構成の説明は省略する。
これらの図に示すように、超高電圧放電ランプの発光部と封止部の境界付近の外周面に形成される保温部は、図1に示したような膜状の保温部に限定されない。つまり、図5に示すように、保温部51、51は、例えばアルミナのように発光部2の石英ガラスよりも熱膨張率の高い物質によって、互いに異なる内径を有する円筒状に形成され、発光部2の端部領域の外周を包囲する大径円筒部51Aと、大径円筒部51Aに連設され封止部3の端部領域を包囲する小径円筒部51Bとを備えるものである。このような保温部51は、例えばアルミナ粉末を互いに内径の異なる円筒形状に成型した後に、かかるアルミナの成型円筒を所定温度かつ所定時間で焼結することによって形成することができる。
したがって、本発明の超高圧水銀ランプは、低電力点灯モード時であっても、未蒸発となる水銀量が低減され、発光部2ないし封止部3内の水銀蒸気圧が十分に高いものとなるため、発光部2内に対向して配置された一対の電極4、4間の抵抗が低くなることに伴い一対の電極4、4に大電流が流れることがなく、それぞれの電極4、4への熱的負荷が軽減されるために、電極構成物質が蒸発して電極4、4表面から飛散することが防止され、その結果として、発光部2の黒化を確実に防止することができる。
同図に示すように、この点灯装置8は、直流電圧が供給される降圧チョッパ回路9と、降圧チョッパ回路9の出力側に接続され、直流電圧を交流電圧に変換して超高圧水銀ランプ1に供給するフルブリッジ型インバータ回路10(以下、フルブリッジ回路ともいう。)と、超高圧水銀ランプ1に直列接続されたコイルL1、コンデンサC1、及びスタータ回路11と、フルブリッジ回路10のスイッチング素子Q1〜Q4を駆動するドライバ12と、制御部13とから構成される。制御部13は、例えば、マイクロプロセッサ等の処理装置で構成される。
まず、コントローラ132に点灯指令が与えられると、超高圧水銀ランプ1への給電が開始されると共に、コントローラ132は、始動回路駆動信号を発生し、スタータ回路11をトリガして超高圧水銀ランプ1を点灯させる。次に、超高圧水銀ランプ1が点灯すると、コントローラ132は、分圧抵抗R1、R2により検出される電圧値Vと、抵抗Rxにより検出される電流値Iにより点灯電力を演算する。次に、コントローラ132は、点灯電力指令信号により指令された電力値と、上記演算された電力値に基き、降圧チョッパ回路9のスイッチング素子Qxを制御して、点灯電力を制御する。すなわち、降圧チョッパ回路9のスイッチング素子Qxは、ゲート信号Gxのデューティに応じて変化し、外部から点灯電力指令に応じて、電力アップならスイッチング素子Qxのデューティを上げ、電力ダウンならスイッチング素子Qxのデューティを下げて、入力された点灯電力指令に合致する電力値になるようにゲート信号Gxの制御を行う。
<実験1>
実験1は、図1に示す構成に従う、本発明、比較例1、及び比較例2に係るそれぞれの超高圧水銀ランプを10本ずつ作製した。本発明、比較例1、及び比較例2にかかる超高圧水銀ランプは、それぞれ保温部の構成のみが相違し、その他については共通する。詳細は以下のとおりである。
(1)本発明:上記手順1−4に従って、Al2O3を主成分とし、MgO、SiO2、Na2Oを含む、組成比(Al2O3:MgO:SiO2:Na2O=70:10:5:15)の保温部をを作製した。膜厚は約1mmである。
(2)比較例1:保温部は、SiO2のみからなり、膜厚は約1mmである。
(3)比較例2:保温部は設けられていない。
〔実験条件〕
(1)超高圧水銀ランプの定格電力:230W
(2)超高圧水銀ランプへの供給電力と冷却風の風量の関係は以下のとおりである。
条件1、供給電力230Wの場合の冷却風量=100(相対値)
条件2、供給電力115Wの場合の冷却風量=70(相対値)
条件3、供給電力57Wの場合の冷却風量=50(相対値)
(3)本発明、比較例1、及び比較例2に係る超高圧水銀ランプを、それぞれ10本ずつ3時間点灯させた後、発光部の黒化の有無を目視で確認した。
実験2は、図1の構成に従い、実験1と同様に、本発明、比較例1、及び比較例2に係るそれぞれの超高圧水銀ランプを10本ずつ作製し、超高圧水銀ランプへの供給電力と冷却風量との関係のみを以下の条件に変更して実験を行った。
〔実験条件〕
(1)超高圧水銀ランプの定格電力:230W
(2)超高圧水銀ランプへの供給電力と冷却風の風量の関係は以下のとおりである。
条件1、供給電力230Wの場合の冷却風量=70(相対値)
条件2、供給電力115Wの場合の冷却風量=50(相対値)
条件3、供給電力57Wの場合の冷却風量=30(相対値)
(3)本発明、比較例1、及び比較例2に係る超高圧水銀ランプを、それぞれ10本ずつ3時間点灯させた後、発光部の黒化の有無を目視で確認した。
2 発光部
3 封止部
4 電極
41 電極軸部
5、51 保温部
51A 大径円筒部
51B 小径円筒部
6 金属箔
7 外部リード
8 点灯装置
9 降圧チョッパ回路
10 フルブリッジ回路
11 スタータ回路
12 ドライバ
13 制御部
131 駆動信号発生部
132 コントローラ
Claims (8)
- 封入量0.15mg/mm3以上の水銀が封入された発光部と、該発光部に連設された封止部とを備え、定常点灯モードと、定格消費電力に対して20〜75%の範囲内の電力値でランプを駆動する低電力点灯モードとを切り替え可能に駆動される超高圧水銀ランプであって、
前記発光部と前記封止部との境界付近の外周方向に、前記発光部から放射される光を吸収して前記発光部を保温する保温部を設け、
前記保温部は、前記発光部を構成する物質よりも熱膨張係数が高い物質からなり、前記定常点灯モード時においては、前記発光部から離間して前記発光部との間に微小間隙を形成すると共に、前記低電力点灯モード時においては、前記発光部に当接することを特徴とする超高圧水銀ランプ。 - 前記保温部は、0.2〜1mmの厚みを有する膜であることを特徴とする請求項1記載の超高圧水銀ランプ。
- 前記保温部は、筒状であることを特徴とする請求項1記載の超高圧水銀ランプ。
- 前記保温部の熱膨張係数が1×10−6/K以上であることを特徴とする請求項1記載の超高圧水銀ランプ
- 封入量0.15mg/mm3以上の水銀が封入された発光部と、該発光部に連設された封止部と、前記発光部と前記封止部との境界付近の外周方向に形成され、前記発光部から放射される光を吸収して発光部を保温する保温部とを備える超高圧水銀ランプの製造方法であって、
間隙形成用媒体を、前記発光部と前記封止部との境界付近に塗布して乾燥させる手順と、
保温部形成用媒体を前記間隙形成用媒体の上に塗布して乾燥させる手順と、
前記間隙形成用媒体及び前記保温部形成用媒体とを一次乾燥させ、前記間隙形成用媒体及び前記保温部形成用媒体に含まれる溶媒を除去する手順と、
前記間隙形成用媒体及び前記保温部形成用媒体とを二次乾燥させ、前記間隙形成用媒体を除去すると共に前記保温部を形成する手順と、を含むことを特徴とする超高圧水銀ランプの製造方法。 - 前記間隙形成用媒体は、グラファイト粉末にC17H35COOH(ステアリン酸)を混合したゲル状物であることを特徴とする請求項5記載の超高圧水銀ランプの製造方法。
- 前記保温部形成用媒体は、Al2O3(アルミナ)、MgO(酸化マグネシウム)、SiO2(シリカ)及び酸化ナトリウム(Na2O)の粉末を水に混合した縣濁液であることを特徴とする請求項5記載の超高圧水銀ランプの製造方法。
- 前記保温部形成用媒体は、Al2O3(アルミナ)、MgO(酸化マグネシウム)、SiO2(シリカ)及び酸化ナトリウム(Na2O)の金属アルコキシド重合体であることを特徴とする請求項5記載の超高圧水銀ランプの製造方法。
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