JP2014157670A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】始動補助光源からの紫外線が発光管に生じた黒化によって減衰することがない高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】高圧放電ランプは、主電極と補助電極を有する発光管と、始動補助光源と、前記発光管及び前記始動補助光源を収納する外バルブとを有する。発光管は、円筒状の放電容器と、該放電容器の両端に延びる板状の封止部とを有し、該封止部によって、前記放電容器の両端は密封されており、前記放電容器と前記封止部は石英ガラスによって一体的に形成されている。始動補助光源は、補助電極が設けられた側の封止部の側に設けられており、気密容器と、内部電極と、外部電極とを有し、前記気密容器の中心軸線は、前記発光管の封止部の端面の長手方向に直交するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧放電ランプに関し、特に、高圧放電ランプに用いる始動補助光源に関する。

メタルハライドランプは、高演色と高効率を達成することができる特徴を有するが、始動性が悪いという不利な点がある。そのため、メタルハライドランプでは、始動性を向上させるために様々な工夫がされている。例えば、発光管の内部に金属ハロゲン化物以外に放射性物質を封入する例が知られている。しかしながら、近年、放射性物質に対して厳しい規制が設けられ、その取り扱いが困難となっている。

特開２０１１−４９０９３号公報、及び、特開２０１１−２３１４３号公報に記載された高圧放電ランプでは、始動性を向上させるために、発光管の外部に始動補助光源を設ける。始動補助光源は、始動時に高周波パルスを印加することにより紫外線を発生させ、それを発光管の電極近傍に照射する。それによって電極から光電子が放出され、高圧放電ランプが始動する。発光管内にアークが発生すると、始動補助光源には高電圧が印加されなくなる。始動補助光源として、ＵＶエンハンサ（紫外線放射放電管）、グロー放電点灯管等が知られている。

特開２０１１−４９０９３号公報には、プロジェクタ用光源装置の放電ランプに装着されたＵＶエンハンサの例が記載されている。ＵＶエンハンサから放射された紫外線は、放電ランプの電極封着部内を透過、及び、伝播して、放電容器の内部に放射される。

特開２０１１−４９０９３号公報 特開２０１１−２３１４３号公報

高圧放電ランプでは、発光管の内面に金属が付着する黒化が問題となる。黒化が進行すると、始動補助光源からの紫外線が発光管の内部に照射される量が少なくなり、始動性が低下する。

またエンハンサが給電金属線のみで保持されていると、ランプの衝撃によって金属線がたわみ、位置ずれを生じる。別の固定金具を利用するとコストアップになる。

そこで、本発明の目的は、始動補助光源からの紫外線が発光管に生じた黒化によって減衰することがなく、且つ、ランプが衝撃を受けてもエンハンサの固定位置ずれがおきにくい高圧放電ランプを提供することにある。

本発明によると、高圧放電ランプは、１対の主電極と補助電極を有する発光管と、該発光管の外部に配置された始動補助用の紫外線を発生する始動補助光源と、前記発光管及び前記始動補助光源を収納する外バルブとを有する高圧放電ランプにおいて、
前記発光管は、放電容器と、該放電容器の両端に延びる板状の封止部とを有し、該封止部によって、前記放電容器の両端は密封されており、前記放電容器と前記封止部は石英ガラスによって一体的に形成されており、
前記始動補助光源は、希ガスを封入した細長い形状の気密容器と、該気密容器の内部に配置された内部電極と、該気密容器の周囲に配置された外部電極とを有し、
前記始動補助光源は、前記発光管の両端の封止部のうち、前記補助電極が設けられた側の封止部の側に設けられており、
前記始動補助光源の前記気密容器の中心軸線は、前記発光管の封止部の端面の長手方向に直交するように配置されている。

本発明の実施形態によると、前記始動補助光源は、前記主電極に接続された主極用電極リードと前記補助電極に接続された補極用電極リードの間に配置されてよい。

本発明の実施形態によると、前記発光管の電極のうち、前記外部電極の電位極性と反対の電位極性を有する電極に接続されたリードの間の最短距離をＨとするとき、該最短距離Ｈは、始動用電圧パルスの最高電圧が２ｋＶである場合には２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってよい。

本発明の実施形態によると、前記始動補助光源の気密容器は、前記発光管の封止部の端面に接触するように配置されてよい。

本発明の実施形態によると、前記始動補助光源の外部電極は、前記気密容器を囲むように構成された半円筒状部材を有し、該半円筒状部材の開口部は前記発光管の封止部の端面に向いてよい。

本発明の実施形態によると、前記始動補助光源の外部電極は、前記気密容器を囲むように構成された円筒状部材を有し、該円筒状部材は開口部を有し、該開口部は前記発光管の封止部の端面の側に形成されてよい。

本発明の実施形態によると、前記始動補助光源の外部電極は、前記気密容器を囲むように構成された螺旋状の線材によって形成されてよい。

本発明の実施形態によると、前記始動補助光源の外部電極は、前記気密容器を囲むように構成された１又は複数の線状又は帯状部材によって形成されてよい。

本発明によれば、始動補助光源からの紫外線が発光管に生じた黒化によって減衰することがなく、且つ、ランプが衝撃を受けてもエンハンサの固定位置ずれがおきにくい高圧放電ランプを提供することができる。

図１は、本発明に係る高圧放電ランプの例を説明する図である。 図２は、本実施の形態による高圧放電ランプの始動補助光源の位置を説明する図である。 図３Ａは、本実施の形態による高圧放電ランプの発光管の封止部の端面付近に配置された始動補助光源の例を説明する図である。 図３Ｂは、本実施の形態による高圧放電ランプの発光管の封止部の端面付近に配置された始動補助光源の例を説明する図である。 図４は、発光管に対する紫外線の透過率を測定した実験の結果を示す図である。

以下、本発明に係る高圧放電ランプの実施の形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

図１を参照して、本発明による高圧放電ランプの例を説明する。本例の高圧放電ランプは、発光管５と、発光管５を支持する支柱となる線径約０．５〜１．０ｍｍのモリブデン線又はニッケル系合金線からなる給電ワイヤ１１、１２と、始動補助用の紫外線を発生するＵＶエンハンサ２０と、を有する。これらは、図示しない硬質ガラス製外バルブ内に封入されている。ここでは、始動補助光源として、ＵＶエンハンサ２０を用いる場合を説明する。

発光管５は、円筒状の放電容器７Ａと、その両端に延びる板状のピンチシール部、即ち、封止部７Ｂ、７Ｃとを有し、高純度の石英ガラスによって一体的に形成されている。封止部７Ｂ、７Ｃによって、放電容器７Ａの両端は密封されている。放電容器７Ａの内部には、発光物質である水銀及び金属ハロゲン化物と始動用ガスとが封入されている。

発光管５には一対の主電極６Ａ、６Ｂと補助電極６Ｃが設けられている。電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃには、それぞれ、線径約０．３〜０．７ｍｍのニオブ線又はモリブデン線からなる電極リード９Ａ、９Ｂ、９Ｃが接続されている。

主極用電極リード９Ａは、発光管５の封止部７Ｂから突出して延びており、導体１０を介して給電ワイヤ１２に接続されている。主極用電極リード９Ｂ、及び、補極用電極リード９Ｃは、発光管５の封止部７Ｃから突出して延びており、主極用電極リード９Ｂは、給電ワイヤ１１に接続されている。

発光管５の両側の封止部のうち、補助電極６Ｃが設けられた側の封止部７ＣにＵＶエンハンサ２０が設けられている。ＵＶエンハンサ２０は、封止部７Ｃの端面に近接して又は接触して設けられている。ＵＶエンハンサ２０は、主極用電極リード９Ｂと補極用電極リード９Ｃとの間に配置されている。ＵＶエンハンサ２０の位置については後に詳細に説明する。

ＵＶエンハンサ２０は希ガスを封入した気密容器２１と、気密容器２１の内部に配置された内部電極２２と、気密容器２１の周囲に配置された外部電極２３とを有する。外部電極２３は気密容器２１を囲むコイル状部材によって形成されているが、外部電極２３の形状は特に限定されない。

内部電極２２は、給電用金属線２２Ａを介して、給電ワイヤ１１に接続されている。外部電極２３の端部は、給電用金属線２３Ａを介して、給電ワイヤ１２に接続されている。電極リード９Ｃと給電ワイヤ１２の間に、抵抗２５とバイメタルスイッチ２６が直列に接続されている。バイメタルスイッチ２６は始動時の低温状態では閉じ、ランプが点灯した高温状態では開く。抵抗２５は、補極６Ｃに流れる電流を制限すると共に、バイメタルスイッチ２６に流れる短絡電流を制限する電流制限機能を有する。

高圧放電ランプを点灯始動させると、点灯回路（図示せず）からＵＶエンハンサ２０の内部電極２２と外部電極２３との間に始動用電圧パルスが印加され、気密容器２１内に封入された希ガスを励起する放電が生じて紫外線が発生する。紫外線は、発光管５内に封入した始動用ガスを励起する。それによって、主電極６Ａ、６Ｂと補助電極６Ｃが放電開始に必要な初期電子を放出して高圧放電ランプの始動が促進される。先ず、主電極６Ｂと補極６Ｃの間で放電が起き、次に、主電極６Ａ、６Ｂの間で放電が起きる。こうして、高圧放電ランプ１が始動されると、バイメタルスイッチ２６が開き、補極６Ｃに流れる電流は停止される。

上述の例では、ＵＶエンハンサ２０の内部電極２２は、給電用金属線２２Ａ、及び、給電ワイヤ１１を介して、発光管５の口金側の主極用電極リード９Ｂに接続されているが、内部電極２２を口金側の主極用電極リード９Ｂに直接接続してもよい。ＵＶエンハンサ２０の外部電極２３は、給電用金属線２３Ａ、給電ワイヤ１２、及び、導体１０を介して、発光管５のトップ側の主極用電極リード９Ａに接続されているが、外部電極２３をトップ側の補極用電極リード９Ｃに直接接続してもよい。外部電極２３の電位の極性は、口金側の主極用電極リード９Ｂの電位の極性とは逆であるが、補極用電極リード９Ｃの電位の極性とは同じである。

ＵＶエンハンサ２０の内部電極２２と外部電極２３は、発光管５の主極用電極リード９Ａ、９Ｂのどちらに接続してもよい。例えば、ＵＶエンハンサ２０の内部電極２２を、給電ワイヤ１２、及び、導体１０を介して、又は、直接に、発光管５のトップ側の主極用電極リード９Ａに接続し、ＵＶエンハンサ２０の外部電極２３を、給電ワイヤ１１を介して、又は、直接に、発光管５の口金側の主極用電極リード９Ｂに接続してもよい。この場合には、外部電極２３の電位の極性は、口金側の主極用電極リード９Ｂの電位の極性と同じであるが、補極用電極リード９Ｃの電位の極性とは逆になる。

図２を参照して、本発明の実施の形態による高圧放電ランプの始動補助光源の位置を説明する。ここでは、始動補助光源として、ＵＶエンハンサ２０を用いた場合を説明する。発光管５は、円筒状の放電容器７Ａと、その両端に延びる板状のピンチシール部、即ち、封止部７Ｂ、７Ｃとを有し、高純度の石英ガラスによって一体的に形成されている。封止部７Ｂ、７Ｃによって、放電容器７Ａの両端は密封されている。放電容器７Ａの内部には、発光物質である水銀及び金属ハロゲン化物と始動用ガスとが封入されている。通常、放電容器７Ａの内面に黒化が生じるが、封止部７Ｂ、７Ｃには黒化が生じない。

封止部７Ｂ、７Ｃは、発光管支持板８Ａ、８Ｂによって支持されている。発光管支持板８Ａ、８Ｂは給電ワイヤ１１、及び、フレーム１３によって支持されている。

ＵＶエンハンサ２０は、気密容器２１と、気密容器２１の内部に配置された内部電極２２と、気密容器２１の周囲に配置された外部電極２３とを有する。ここでは、外部電極２３は気密容器２１を囲むコイル状部材によって形成されているが、外部電極２３の形状は特に限定されない。

上述のように、ＵＶエンハンサ２０は、発光管５の２つの封止部７Ｂ、７Ｃのうちの補助電極６Ｃが設けられた封止部７Ｃの側に設けられている。ＵＶエンハンサ２０は、主極用電極リード９Ｂと補極用電極リード９Ｃの間に配置されている。封止部７Ｃの端面は、細長い形状を有する。ＵＶエンハンサ２０の中心軸線は封止部７Ｃの端面の長手方向に直交する方向に沿って配置されている。即ち、気密容器２１の中心軸線は、封止部７Ｃの端面の長手方向に直交している。ＵＶエンハンサ２０は、封止部７Ｃの端面に近接し、又は、接触して配置されている。即ち、気密容器２１は、封止部７Ｃの端面に近接し、又は、接触して配置されている。

封止部７Ｃの端面は、黒化の影響を受けない。従って、内部電極２２と外部電極２３の間の放電によって生じる紫外線は、封止部７Ｃの端面を経由して、発光管５の封止部７Ｃを構成する石英ガラスを伝播し、放電容器７Ａの内部に放射される。従って、ＵＶエンハンサ２０によって発生した紫外線の経路に黒化は存在しない。ＵＶエンハンサ２０によって発生した紫外線は黒化によって遮断されない。

電極リード９Ｃと給電ワイヤ１２の間に、抵抗２５とバイメタルスイッチ２６が直列に接続されている。内部電極２２は、給電用金属線２２Ａを介して給電ワイヤ１１に接続され、外部電極２３は、給電用金属線２３Ａを介して給電ワイヤ１２に接続されている。ＵＶエンハンサ２０は、内部電極２２と外部電極２３に接続された給電用金属線２２Ａ、２３Ａによって保持されている。そのため、本実施形態ではＵＶエンハンサ２０は、ランプの衝撃変位に対して直接的に影響を受けることがない。即ち、ＵＶエンハンサ２０は、衝撃に対して変位が少なく、位置ずれしにくい。

尚、内部電極２２を口金用の主極用電極リード９Ｂに直接接続し、外部電極２３を補極用電極リード９Ｃに直接接続してもよい。

ＵＶエンハンサ２０は、封止部７Ｃの端面の長手方向に直交するように、且つ、封止部７Ｃの端面から突出した主極用電極リード９Ｂと補極用電極リード９Ｃとの間に配置されているため、内部電極２２と外部電極２３に接続された給電用金属線２２Ａ、２３Ａの長さを比較的短くすることができる。そのため、本実施形態ではＵＶエンハンサ２０は、給電ワイヤ１１、１２に確実に且つ安定的に支持される。即ち、ＵＶエンハンサ２０は、衝撃に対して変位が少なく、位置ずれしにくい。

図３Ａ及び図３Ｂを参照して、発光管５の封止部７Ｃの端面付近に配置された始動補助光源の例及び位置を説明する。ここでは、始動補助光源として、ＵＶエンハンサ２０を用いた場合を説明する。ＵＶエンハンサ２０は、気密容器２１と、気密容器２１の内部に配置された内部電極２２と、気密容器２１の周囲に配置された外部電極２３とを有する。ＵＶエンハンサ２０は、主極用電極リード９Ｂと補極用電極リード９Ｃとの間に配置されている。

ＵＶエンハンサ２０の内部電極２２と主極用電極リード９Ｂの電位は同極性であるが、外部電極２３と主極用電極リード９Ｂの電位は逆極性である。即ち、外部電極２３と主極用電極リード９Ｂの電位は逆極性である。外部電極２３と主極用電極リード９Ｂの間の最短距離をＨとする。本実施形態では、両者の間の最短距離Ｈは、始動パルスの最高電圧が２ｋＶである場合には２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とする。

ＵＶエンハンサ２０の内部電極２２と外部電極２３は、発光管５の主極用電極リード９Ａ、９Ｂのどちらに接続してもよい。例えば、ＵＶエンハンサ２０の内部電極２２を、発光管５のトップ側の主極用電極リード９Ａに接続し、ＵＶエンハンサ２０の外部電極２３を、発光管５の口金側の主極用電極リード９Ｂに接続してもよい。この場合には、外部電極２３の電位の極性と口金側の主極用電極リード９Ｂの電位の極性は同じになるが、補極用電極リード９Ｃの電位の極性とは逆になる。従って、この場合には、外部電極２３と補極用電極リード９Ｃとの間の最短距離をＨとする。

図３Ａの例では、外部電極２３は半円筒状部材によって形成されている。外部電極２３は、気密容器２１の周囲を囲むように配置されている。しかしながら、外部電極２３は、封止部７Ｃの端面と気密容器２１の間ではなく、封止部７Ｃの端面と反対側に配置されている。そのため、外部電極２３は、紫外線が封止部７Ｃの端面に入射されることを妨害しない。紫外線の一部は、直接的に封止部７Ｃの端面に入射されるが、紫外線の一部は、外部電極２３を反射してから封止部７Ｃの端面に入射される。半円筒状部材は、紫外線を反射させる反射鏡としても機能する。

半円筒状部材は、円筒状部材を切断することによって形成してもよいが、帯状部材を折り曲げることによって形成してもよい。本例では、気密容器２１を封止部７Ｃの端面に密着させるように配置してよい。

外部電極２３は半円筒状部材によって形成されているから、特別な保持手段を用いることなしに、気密容器２１の周囲に保持されることができる。しかしながら、外部電極２３を気密容器２１の周囲に保持するための保持手段を用いてもよい。例えば、外部電極２３の端部に、気密容器２１を支持するための帯状部材を形成してもよい。

外部電極２３は、紫外線が封止部７Ｃの端面に入射されることを妨害しない限り、様々な形状が可能である。例えば、外部電極２３を円筒状部材によって形成してよい。この場合には、封止部７Ｃの端面の側に、紫外線が通るための開口又は窓を形成する必要がある。

外部電極２３を１つ又は複数の帯状部材によって形成してもよい。この場合には、帯状部材を、気密容器２１の周囲に設けるが、紫外線が封止部７Ｃの端面に入射されることを妨害しないように配置する。

図３Ｂの例では、外部電極２３はコイル状部材からなる。紫外線は、コイル部材の間から封止部７Ｃの端面に入射する。本例では、気密容器２１を封止部７Ｃの端面に密着させることはできないが、近接して配置することができる。尚、気密容器２１の周囲に、封止部７Ｃの端面と反対側に、紫外線が反射するための反射部材を設けてもよい。

図４は、本願の発明者が実施した発光管の黒化による電磁波の透過率の減衰を測定した実験の結果を示す。縦軸は、発光管に対する電磁波の透過率（％）、横軸は電磁波の波長（ｎｍ）である。曲線４０１は石英ガラスの透過率、曲線４０２は黒化がある発光管に対する電磁波の透過率、曲線４０３は黒化が比較的多い発光管に対する電磁波の透過率である。図示のように、黒化を生じていると、紫外線の透過率は１０％程度まで低下する。

本発明によると、始動補助光源によって発生した紫外線は、発光管５の封止部７Ｃの端面を経由して発光管５の内部に放射されるから、紫外線の経路に黒化は存在しない。そのため、紫外線が黒化によって減衰又は遮断されることはない。

上述の実施の形態では、始動補助光源としてＵＶエンハンサ２０を例として説明した。しかしながら、始動補助光源は、発光管の外部に配置され且つ紫外線を発生するものであれば、ＵＶエンハンサに限定されるものではなく、例えばグロー放電管であってもよい。

以上、本実施形態に係る高圧放電ランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。

５…発光管、 ６Ａ、６Ｂ…主電極、 ６Ｃ…補助電極、 ７Ａ…放電容器、 ７Ｂ、７Ｃ…封止部、 ８Ａ、８Ｂ…発光管支持板、 ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ…電極リード、 １０…導体、 １１、１２…給電ワイヤ、 １３…フレーム、 ２０…ＵＶエンハンサ、 ２１…気密容器、 ２２…内部電極、 ２２Ａ…給電用金属線、 ２３…外部電極、 ２３Ａ…給電用金属線、 ２５…抵抗、 ２６…バイメタルスイッチ

Claims (8)

1. １対の主電極と補助電極を有する発光管と、該発光管の外部に配置された始動補助用の紫外線を発生する始動補助光源と、前記発光管及び前記始動補助光源を収納する外バルブとを有する高圧放電ランプにおいて、
   前記発光管は、放電容器と、該放電容器の両端に延びる板状の封止部とを有し、該封止部によって、前記放電容器の両端は密封されており、前記放電容器と前記封止部は石英ガラスによって一体的に形成されており、
   前記始動補助光源は、希ガスを封入した細長い形状の気密容器と、該気密容器の内部に配置された内部電極と、該気密容器の周囲に配置された外部電極とを有し、
   前記始動補助光源は、前記発光管の両端の封止部のうち、前記補助電極が設けられた側の封止部の側に設けられており、
   前記始動補助光源の前記気密容器の中心軸線は、前記発光管の封止部の端面の長手方向に直交するように配置されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 請求項１記載の高圧放電ランプにおいて、
   前記始動補助光源は、前記主電極に接続された主極用電極リードと前記補助電極に接続された補極用電極リードの間に配置されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
3. 請求項１又は２記載の高圧放電ランプにおいて、
   前記外部電極と、前記発光管の電極のうち、前記外部電極の電位極性と反対の電位極性を有する電極に接続されたリードの間の最短距離をＨとするとき、該最短距離Ｈは、始動用電圧パルスの最高電圧が２ｋＶである場合には２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする高圧放電ランプ。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の高圧放電ランプにおいて、
   前記始動補助光源の気密容器は、前記発光管の封止部の端面に接触するように配置されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の高圧放電ランプにおいて、
   前記始動補助光源の外部電極は、前記気密容器を囲むように構成された半円筒状部材を有し、該半円筒状部材の開口部は前記発光管の封止部の端面に向いていることを特徴とする高圧放電ランプ。
6. 請求項１から４のいずれか１項記載の高圧放電ランプにおいて、
   前記始動補助光源の外部電極は、前記気密容器を囲むように構成された円筒状部材を有し、該円筒状部材は開口部を有し、該開口部は前記発光管の封止部の端面の側に形成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
7. 請求項１から４のいずれか１項記載の高圧放電ランプにおいて、
   前記始動補助光源の外部電極は、前記気密容器を囲むように構成された螺旋状の線材によって形成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
8. 請求項１から４のいずれか１項記載の高圧放電ランプにおいて、
   前記始動補助光源の外部電極は、前記気密容器を囲むように構成された１又は複数の線状又は帯状部材によって形成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。

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