JP3858769B2 - 放電ランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プロジェクタ用の光源として使用される、高圧水銀放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタやＤＬＰＴＭ（テキサスインスツルメンツ社）プロジェクタ等の光学装置ための光源装置においては、高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）が使用される。しかし近年、前記光学装置を明るいものとするために、従来よりも放電ランプに封入する水銀量を多くすることが求められて来ている。この種の放電ランプにおいては、始動時にスタータを用いて高電圧を発生させ、放電空間を絶縁破壊させて放電を開始させる必要がある。
【０００３】
従来の放電ランプ光源装置の構成を図６に示す。光学装置用光源装置において、通常はスタータとして、両極の電極（Ｅ１，Ｅ２）の間に高電圧を印加する方式のスタータ（Ｕｉ）が用いられる。この方式の場合、スタータの高電圧トランス（Ｔｉ）の２次側巻線（Ｓｉ）はランプ（Ｌｉ）に直列に接続されるため、放電が開始してスタータ（Ｕｉ）の機能はもう必要ないにもかかわらず、ランプ（Ｌｉ）に供給する放電電流は、巻数の大きい高電圧トランス２次側巻線（Ｓｉ）を介して流さなければならない。このときの巻線（Ｓｉ）での発熱損失発生を抑えるためには、巻線の線径を太くする必要があり、スタータ（Ｕｉ）の大型化、重量化が避けられない問題があった。
【０００４】
この問題を解決するための方策として、フラッシュランプのトリガのために多用されている、外部トリガ方式を利用することができる。この方式は、主たる放電、すなわち始動後のアーク放電のための第１および第２の両極の電極以外に、補助電極を設け、これと前記第１または第２の電極との間に高電圧を印加して、誘電体バリア放電により放電空間にプラズマを発生させ、このプラズマを種として、第１の電極と第２の電極の間に予め印加された電圧（無負荷開放電圧）によって主たる放電を開始させるものである。
【０００５】
このような構造にすることにより、ランプの放電開始後は、スタータの高電圧トランスの１次および２次側巻線にはランプの放電電流は流れないため、スタータの高電圧トランスの１次および２次側巻線において発熱損失は発生せず、スタータの大型化、重量化を避けることができる。
【０００６】
しかし、この外部トリガ方式の場合、ランプと電気回路との間に、両極の主電極のために２本、外部トリガ用補助電極のために１本、合わせて少なくとも３本の電気配線が必要であるため、これまでは、２本の電気配線にて実現可能な内部トリガ方式が採用されていた。
また、フラッシュランプの場合と異なり、高圧水銀放電ランプの場合は、定常点灯中のランプ封体の温度が１０００℃にも達することに起因して、外部トリガ用補助電極が熱的損傷を受け易いという弱点があるため、これまでは、補助電極が不要な内部トリガ方式が採用されていた。
さらに、フラッシュランプの場合は、その封体が円筒形状で補助電極が設置し易いのに対し、高圧水銀放電ランプ場合は、その封体が球もしくは回転楕円体のような形状で中央部が膨らんだ構造であるのために、例えばワイヤを巻きつけて補助電極を形成しようとしても、その位置が定まらず固定が困難であるため、これまでは、補助電極が不要な内部トリガ方式が採用されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、プロジェクタ用光源に適した点灯方式を有する放電ランプを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明に係る放電ランプは、放電空間（１２）の容積１立方ミリメートルあたり０ . １５ｍｇ以上の水銀を含み、電極間隔が２．５ｍｍ以下である一対の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）が対向配置される放電ランプ（Ｌｄ）において、前記主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）以外の補助電極（Ｅｔ）を主たる放電のための放電空間（１２）に接しないように設けるとともに、前記補助電極（Ｅｔ）は、前記放電空間（１２）を囲む放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い第１の導体環（Ｅｔ１）を、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の一方に近い側に設置し、かつ、放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い第２の導体環（Ｅｔ２）を、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の他方に近い側に設置し、前記第１の導体環（Ｅｔ１）と前記第２の導体環（Ｅｔ２）を導体ワイヤ（Ｗ１）で結線する構成を有し、かつ、
この補助電極（Ｅｔ）は、前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）と直接電気的接 続がされておらず、スタータ（Ｕｅ）から別途に電気的接続がされることを特徴とする放電ランプ。
【０００９】
さらに、請求項２に係る発明では、前記放電ランプ（Ｌｄ）には、封止部（１３）が形成され、当該封止部（１３）の少なくとも一方に長尺な導電用金属体（２０Ａ）が配置されて、その長さ方向に離間する２個所において気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）が形成され、この２つの気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）の間に気密空間部（２５）が形成されたことを特徴とする。
さらに、請求項３に係る発明では、前記放電ランプは、直流点灯型のランプであって、前記補助電極（Ｅｔ）は、封止部（１３）の陰極側に巻かれた導体コイルからなる導体（Ｅｔ３）を有することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
このように、放電容器内に０.１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を含み、電極間隔が２.５ｍｍ以下である放電ランプにおいて、内部トリガ方式ではなく、外部トリガ方式を採用することにより、ランプの放電開始後は、スタータの高電圧トランスの１次側巻線および２次側巻線にはランプの放電電流は流れないため、スタータの高電圧トランスの１次側巻線および２次側巻線において発熱損失は発生せず、スタータの大型化、重量化を避けることができる。
【００１１】
つまり、外部トリガー方式を採用することで、内部トリガー方式に比べて、スタータの小型化、軽量化を実現することができるものである。
本発明の外部トリガー方式とは、放電容器の外表面に、一方の封止部の根元から他方の封止部に向けて伸びる導電ワイヤが配設され、この導電ワイヤは主電極と通ずる外部リードには直接接続がされておらず、起動器の二次巻線と直接に電気的接続がされるものである。つまり、主電極には起動器内の高電圧トランス二次側巻線に生じる高電圧は直接に印加されていない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の放電ランプを説明する前に、まず、本発明の放電ランプを点灯させる光源装置について説明する。
図１は、本発明の放電ランプを点灯させるための光源装置の簡略化された実施例である。
降圧チョッパ型の給電回路（Ｂｘ）は、ＰＦＣなどが接続される。給電回路（Ｂｘ）においては、ＦＥＴ等のスイッチ素子（Ｑｘ）によってＤＣ電源（Ｍｘ）よりの電流をオン・オフし、チョークコイル（Ｌｘ）を介して平滑コンデンサ（Ｃｘ）に充電が行われる。
【００１３】
ランプ（Ｌｄ）の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）間を流れる放電電流、または主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）間の電圧、あるいはこれら電流と電圧の積であるランプ電力が、その時点におけるランプ（Ｌｄ）の状態に応じた適切な値になるように、ゲート駆動回路（Ｇｘ）から適当なデューティサイクル比を有するゲート信号が、スイッチ素子（Ｑｘ）に加えられる。
【００１４】
通常は、上記ランプ電流または電圧、電力を適切に制御するために、平滑コンデンサ（Ｃｘ）の電圧、平滑コンデンサ（Ｃｘ）からランプ（Ｌｄ）に供給される電流を検出するための分圧抵抗やシャント抵抗が設けられ、ゲート駆動回路（Ｇｘ）が適切なゲート信号を発生できるようにするための制御回路が設けられるが、これらは同図においては省略されている。
【００１５】
ランプ（Ｌｄ）を点灯させる場合は、始動に先立ち、前記無負荷開放電圧をランプ（Ｌｄ）の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）間に印加する。スタータ（Ｕｅ）の入力端（Ｆ１）およびグランド端（Ｆ２）は、ランプ（Ｌｄ）に並列に接続されているから、ランプ（Ｌｄ）に印加される電圧と同じ電圧が、スタータ（Ｕｅ）にも供給される。この電圧を受けて、スタータ（Ｕｅ）では、抵抗（Ｒｅ）を介してコンデンサ（Ｃｅ）が充電される。
【００１６】
適当なタイミングでゲート駆動回路（Ｇｅ）によって、ＳＣＲサイリスタ等のスイッチ素子Ｑｅを導通させることにより、高電圧トランス（Ｔｅ）の１次側巻線（Ｐｅ）にはコンデンサ（Ｃｅ）の充電電圧が印加されるから、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）には、高電圧トランス（Ｔｅ）の構造に応じた、昇圧された電圧が発生する。この場合、１次側巻線（Ｐｅ）に印加される電圧は、コンデンサ（Ｃｅ）の放電に伴って急速に低下するから、２次側巻線（Ｓｅ）に発生する電圧も同様に急速に低下するため、２次側巻線（Ｓｅ）に発生する電圧はパルスとなる。
【００１７】
高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）の一端はランプ（Ｌｄ）一方の電極（Ｅ１）（いまの場合は陰極）に接続され、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）の他端はランプ（Ｌｄ）の放電容器（１１）の外部に設けた補助電極（Ｅｔ）に接続されているから、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）に発生した高電圧は、ランプ（Ｌｄ）一方の電極（Ｅ１）とランプ（Ｌｄ）の放電容器（１１）の内面との間で、誘電体バリア放電により放電が発生する。
【００１８】
スタータ（Ｕｅ）の設計に際しては、前記無負荷開放電圧が印加されたスタータを動作させたとき、スタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２）に発生する高電圧のピーク値が、前記したように、ランプ（Ｌｄ）が室温状態であるときに、前記主たる放電を始動させるために必要な電圧 Ｖｔｍｉｎ の２〜５倍の値になるようにする。
【００１９】
一般に、トランスの２次側電圧は、近似的に１次側電圧に１次と２次の巻数比を乗じて見積ることができるが、いまの場合は、前記したようにパルスであるため、２次側巻線（Ｓｅ）に発生する電圧波形は、高電圧トランス（Ｔｅ）の漏洩インダクタンスや寄生静電容量の影響を受ける。そのため、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）巻数については、種々の巻数のものを試作して決定するとよい。
【００２０】
なお、スタータが適正に設計されているかどうかについては、ランプ（Ｌｄ）を接続しない無負荷状態でスタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２））に発生する電圧のピーク値Ｖ１と、室温状態のランプ（Ｌｄ）を接続した状態で、スタータの電圧出力能力を制限できる状態にして、その能力を徐々に上げて行き、ランプ始動に成功する確率が概ね５０％となるときのスタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２）に発生する電圧のピーク値Ｖ２とを測定し、Ｖ１をＶ２で除算した値が２〜５になっていることにより確認することができる。
【００２１】
前記したスタータの電圧出力能力を制限できるようにする方法として、高電圧トランス（ＴｅまたはＴｋ）の１次２次巻線の巻数比を変える方法や、スタータ（Ｕｅ）への電源入力端（Ｆ１）への供給電圧を可変電圧源からのものとする方法、コンデンサ（Ｃｅ）の充電電圧をクリップするためにコンデンサ（Ｃｅ）に並列にツェナダイオードを付加する方法、スイッチ素子（Ｑｅ）を導通させるタイミングを制御してスイッチ素子（Ｑｅ）が導通する瞬間のコンデンサ（Ｃｅ）の電圧を制御し、高電圧トランスの１次側巻線（Ｐｅ）に掛かる電圧を制御する方法、あるいは、図７に記載するような、アレスタなどの放電ギャップ（Ａｋ）等が使用され、この動作電圧がスタータの電圧出力能力を規定する方式のスタータ（Ｕｋ）の場合は、前記放電ギャップ（Ａｋ）等を動作電圧が異なるものに交換する方法などの方法を使うことができる。
【００２２】
なお、図７に記載のスタータ（Ｕｋ）は、抵抗（Ｒｊ）を介してコンデンサ（Ｃｊ）の充電が開始される。サイダック等のスイッチ素子（Ｑｊ）は、コンデンサ（Ｃｊ）の電圧が所定のスレショルド電圧まで充電されると自ら導通し、トランス（Ｔｊ）の１次側巻線（Ｐｊ）にその電圧を印加し、２次側巻線（Ｓｊ）に接続されたダイオード（Ｄｊ）を介して、２次側のコンデンサ（Ｃｋ）を充電する。１次側のコンデンサ（Ｃｊ）の放電が進んで、電流が所定値以下になると、スイッチ素子（Ｑｊ）は自ら非導通に転じることにより、再度コンデンサ（Ｃｊ）の充電が開始される。コンデンサ（Ｃｊ）の充放電の度毎に、２次側のコンデンサ（Ｃｋ）の充電が累積されて、その電圧が上昇して行く。コンデンサ（Ｃｋ）の電圧が所定のスレショルド電圧まで充電されると、アレスタなどの放電ギャップ（Ａｋ）が自ら導通し、トランス（Ｔｋ）の１次側巻線（Ｐｋ）にその電圧を印加し、２次側巻線（Ｓｋ）に高電圧を発生する。
【００２３】
図１においては、スタータの高電圧を、ランプの陰極側と補助電極との間に印加するものを示したが、これをランプの陽極側と補助電極との間に印加するものとしてもよい。
【００２４】
図２は、本発明の放電ランプの実施例である。
補助電極（Ｅｔ）を、主たる放電のための放電空間（１２）に接しないように放電ランプに設けるに際しては、補助電極（Ｅｔ）を放電空間包囲部（１７）の中に埋め込む、あるいは放電空間包囲部（１７）の外面に接触させる、あるいは、放電空間包囲部（１７）の外面の近傍に配置するなどの設置方法を採用することができる。
図２（ａ）、（ｂ）は共に、放電ランプの放電空間包囲部（１７）の外面に接しせしめて補助電極（Ｅｔ、Ｅｔ１、Ｅｔ２）を設置する構造の一例をそれぞれ示すもので、放電容器（１１）によって形成された放電空間（１２）内に一対の主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）（図１参照）が対向配置されると共に、前記主たる放電のための電極以外の補助電極（Ｅｔ）を主たる放電のための放電空間（１２）内に接しないように設けた放電ランプ（Ｌｄ）であって、前記放電ランプ（Ｌｄ）の放電空間（１２）を囲む放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い導体環Ｅｔ１を、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の一方に近い側に第１の設置し、かつ放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い導体環（Ｅｔ２）を、前記放電空間包囲部１の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の他方に近い側に第２の導体環（Ｅｔ２）を設置し、前記第１の導体環Ｅｔ１と前記第２の導体環（Ｅｔ２）を導体ワイヤ（Ｗ１）で結線したものを前記補助電極（Ｅｔ）とすることを特徴とするものである。
【００２５】
前記した放電空間包囲部（１７）の中に埋め込む設置方法は、ランプ放電容器のバーナー加工による設置を要し、手間が掛かる欠点があるばかりでなく、石英ガラスなどの放電容器材料に金属などの補助電極材料を、すなわち異種材料を埋め込むことによる、熱膨張率の違いに起因する放電容器のクラック発生の危険性を生ずる欠点がある。
【００２６】
また、前記した放電空間包囲部（１７）の外面の近傍に配置する設置方法は、ランプ放電容器と補助電極との位置関係を確定させるために、堅牢な補助電極の保持構造を必要とするが、点灯状態のランプの表面温度が１０００℃程度になり、前記保持構造には特別の耐熱性と機械的精度を要求されるため、コストが高くつく欠点がある。
さらに、そのような堅牢な補助電極の保持構造をランプの近傍に設置することは、ランプ発光を遮蔽するため、ランプ発光の利用効率が低下する欠点がある。
【００２７】
一方、前記した放電空間包囲部（１７））外面に接しせしめる設置方法の、例えば放電空間包囲部（１７）の周囲に細い導体ワイヤを巻き付ける方法の場合、前記した放電空間包囲部（１７）の中に埋め込む設置方法のような手間が掛かる欠点や放電容器のクラック発生の危険性を生ずる欠点が無く、また、前記した放電空間包囲部（１７）の外面の近傍に配置する設置方法のようなコストが高くつく欠点や、ランプ発光の利用効率が低下する欠点が無い。
【００２８】
しかし、放電空間包囲部（１７）の形状が、中央部が膨らんだ構造を有するランプの場合、細い導体ワイヤを巻き付ける方式による補助電極（Ｅｔ）の設置方法では、誘電体バリア放電によってランプの主たる放電を始動させるために有効な補助電極（Ｅｔ）の設置位置である、放電空間包囲部（１７）の中央部近辺にそれを設置しようとすると重大な問題が発生する。
【００２９】
すなわち、放電空間包囲部（１７）の中央部が膨らんでいるため、この近辺に補助電極（Ｅｔ）である細い導体ワイヤを巻き付けたとしても、滑りによって巻き付けられたワイヤが前記主たる放電のための何れかの電極（Ｅ１またはＥ２）の方向へ移動してしまう問題が発生する。
【００３０】
この移動が発生すると、巻き付けられたワイヤが囲む断面積よりも小さい断面積を有する放電空間包囲部（１７）の部分や封止部（１３）へ移動することを意味するため、補助電極（Ｅｔ）と放電空間包囲部（１７）との間隙が増加し、誘電体バリア放電によるランプの主たる放電を始動させるための効果が減縮されてしまう。
【００３１】
さらに、補助電極（Ｅｔ）の前記移動が封止部１３を超えて、外部リード棒（２１Ａ，２１Ｂ）に達した場合には、これらに対して、補助電極（Ｅｔ）に印加された電圧が短絡してしまうことになるため、ランプの始動不能に陥る危険性や、給電回路Ｂｘ等の破損の危険性が生じる。
【００３２】
これに対して、前記図１の補助電極（Ｅｔ）の設置方法の場合は、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）を挟んで両方の導体環（Ｅｔ１，Ｅｔ２）が配置され、これらが導体ワイヤ（Ｗ１）で結ばれるため、これらの導体（Ｅｔ１，Ｅｔ２，Ｗ１）から構成される補助電極（Ｅｔ）が、ランプの主たる放電を始動させるための誘電体バリア放電として好適な位置から外れてしまう不都合が防止できる利点がある。
【００３３】
なお、導体ワイヤ（Ｅｔ１，Ｅｔ２，Ｗ１）から構成される補助電極（Ｅｔ）は、接続された導体ワイヤ（Ｗｅ）を介して、スタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）に接続される。
これら導体ワイヤとしては、ランプ点灯中の放電容器（１１）が高温になるため、タンクステン等の耐熱性の高い材料を使用すべきである。
【００３４】
図３は、放電ランプの他の実施例である。
図３においては、ランプ（Ｌｄ）の陰極側の外部リード棒（２１Ａ）は、スタータ（Ｕｅ）のグランド端（Ｆ２）と給電回路（Ｂｘ）のグランド出力端（Ｔ２）とに接続され、陽極側の外部リード棒（２１Ｂ）は、給電回路（Ｂｘ）のプラス出力端（Ｔ１）に接続される。
【００３５】
一方、補助電極（Ｅｔ）は、導体ワイヤ（Ｗｅ）を介してスタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）に接続されるが、封止部（１３）の陰極側の方を囲むように設置された導体（Ｅｔ３）に対しても、導体ワイヤ（Ｗ２）を介して接続される。なお、図３においては、前記封止部（１３）の陰極側の方を囲むように設置された導体（Ｅｔ３）は、前記封止部（１３）の陰極側に巻かれた導体コイルにより実現されている。
【００３６】
スタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２）とは、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）の両端に接続されているから、スタータ（Ｔｅ）が動作していない期間、とりわけランプ始動が完了した後の、点灯中においては、スタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２）との間には電圧は発生しない。
【００３７】
前記したように、陰極側の外部リード棒（２１Ａ）は、スタータ（Ｕｅ）のグランド端（Ｆ２）に接続され、封止部（１３）の陰極側の方を囲むように設置された導体（Ｅｔ３）は、導体ワイヤ（Ｗ２）、補助電極（Ｅｔ）、導体ワイヤ（Ｗｅ）を介して接続されるため、点灯中においては、陰極側の外部リード棒（２１Ａ）から給電回路（Ｂｘ）のグランド出力端（Ｔ２）に至る配線中の、スタータ（Ｕｅ）のグランド端（Ｆ２）との接続点（Ｆｚ）と、封止部（１３）の陰極側の方を囲むように設置された導体（Ｅｔ３）とは同電位状態が維持される。
【００３８】
ところで、ランプ（Ｌｄ）の点灯状態においては、陰極（１４）先端から陰極側の外部リード棒（２１Ａ）を経由して接続点（Ｆｚ）に至る経路にランプ（Ｌｄ）の主たる放電電流が流れるため、その経路の抵抗値と流れる電流値の積に比例した電圧降下が発生し、陰極（１４）先端に近づくほど電位が高くなる。
【００３９】
前記したように、接続点（Ｆｚ）と導体（Ｅｔ３）とは同電位であるため、陰極、とりわけその封止部（１３）付近の部分は、その周りを囲む導体（Ｅｔ３）より電位が高くなる。
【００４０】
このため、日本国特許庁公報特公平４−４０８２８号に記載されているように、点灯状態において高温になったランプの放電容器（１１）について、その封止部（１３）付近の部分において、放電容器（１１）の材料に含まれる不純物金属陽イオンは、陰極を構成する電極材料から離れる方向に駆動されることになり、前記電極材料表面に不純物金属陽イオンが蓄積することによる、放電容器封止部の石英等のガラス材料と前記電極材料との剥がれ現象が防止されるため、ランプを前記図３に記載の構造を有するように構成することにより、前記剥がれ現象に起因する、ランプの破損の問題を未然に防止する効果を享受することができる。
【００４１】
図４は、本発明の放電ランプの概略構成を示す。
図４のランプは、放電容器（１１）によって形成された放電空間（１２）内に一対の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）が対向配置されると共に、前記一対の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）に通電する導電用金属体（２０，２０Ａ）が配置された封止部が形成され、当該封止部の少なくとも一方に長尺な導電用金属体（２０Ａ）が配置されて、その長さ方向に離間する２個所において気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）が形成され、この２つの気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）の間に気密空間部（２５）が形成されており、前記主たる放電のための電極以外の補助電極（Ｅｔ）を、主たる放電のための放電空間（１２）に接しないように設けた放電ランプ（Ｌｄ）であって、前記気密空間部（２５）の少なくとも一部に対向させて、気密シール部（１３Ａおよび／または１３Ｂ）の外部に導体（Ｅｔ３）を設置すると共に、前記導体（Ｅｔ３）が前記補助電極（Ｅｔ）に対して電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００４２】
なお、図４においては、前記気密空間部（２５）の少なくとも一部に対向させて設置された導体（Ｅｔ３）は、前記気密シール部（１３Ａおよび／または１３Ｂ）に巻かれた導体コイルにより実現されている。また、前記気密空間部（２５）は、陰極（１４）と外部リード棒（２１Ａ）とを接続するための、モリブデン等よりなる導電用金属箔（２０Ａ）に接して形成されている。
【００４３】
日本国特許庁公報特開２０００−３４８６８０号に記載されているように、前記気密空間部（２５）を設けたことにより、封止部の２個所に形成されている気密シール部のうち、内方側のものに箔浮きが生じてその気密性が失われたときには、放電空間部（１２）内の水銀蒸気が気密空間部（２５）に流れ込んで凝縮するため、当該高圧放電ランプ内の圧力が大幅低下し、その結果、当該高圧放電ランプの放電状態が維持されなくなり、当該高圧放電ランプが破裂することがない利点を享受することができる。
【００４４】
そして、前記主たる放電のための両極の電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの前記気密空間部（２５）を設けた側の外部リード棒（２１Ａ）と前記補助電極（Ｅｔ）の間にスタータを接続することにより、本発明の図１０に記載の実施例は、以下で説明するように、さらなる利点を享受することができる。
【００４５】
すなわち、前記気密空間部（２５）と前記放電空間部（１２）とは、空間内の導体が共通に接続された導体（すなわち導電用金属箔（２０Ａ）と陰極（１４）でこれらは接続されている）であり、また、ガラスバルブ外の導体が共通に接続された導体（すなわち補助電極（Ｅｔ）と導体コイル（Ｅｔ３）でこれらは接続されている）であるため、スタータから見れば、２個の誘電体バリア放電器が並列に接続されていることになる。
【００４６】
ここで、前記気密空間部（２５）は、前記放電空間部（１２）に比して、ランプ点灯時の温度が低く保たれ、単位体積あたりの水銀封入量を少なくするか実質的に皆無にされることが可能であるため、圧力について、前記気密空間部（２５）は、前記放電空間部（１２）に比して低く、したがって、スタータが高電圧を発生した際には、前記気密空間部（２５）の方が誘電体バリア放電をはるかに発生し易い。この放電が発生すると、紫外線が発生され、発生された紫外線は、気密シール部（１３Ａ）を透過して前記放電空間部（１２）に入射し、前記放電空間部（１２）内のガスを電離することにより、前記放電空間部（１２）の誘電体バリア放電もまた発生し易くなる。すなわち、前記気密空間部（２５）は、前記放電空間部（１２）のための光励起用光源として機能するため、本発明の図４に記載の実施例は、スタータが発生すべき高電圧値を下げることができる大きな利点を享受することができる。
【００４７】
なお、図４に記載の実施例においては、前記気密空間部（２５）は、導電用金属箔（２０Ａ）に接して形成されているが、電極（１４）の延長部、または外部リード棒（２１Ａ）の延長部に接して形成されるようなものでもよい。しかし、導電用金属箔（２０Ａ）の厚さは、通常、数十ミクロン以下の程度と薄いことにより、また、そのエッジ部分には、製作過程で生ずるバリなどの不可避的に発生する突起（または意図的に形成した突起）が存在することにより、エッジ部分に電界が集中する効果があるため、前記気密空間部（２５）は、導電用金属箔（２０Ａ）に接して、とりわけそのエッジ部分に接して形成することが、前記した誘電体バリア放電をより発生し易くする観点から有利である。
【００４８】
また、図４に記載の実施例においては、前記気密空間部（２５）は、陰極側の気密シール部に形成したが、これは、前記図３に記載の実施例に関して説明した、不純物金属陽イオンに起因する、放電容器封止部の石英等のガラス材料と前記電極材料との剥がれ現象の防止の観点から好適だからである。もし、この剥がれ現象が無視できる場合、あるいは他の手段でこれを防止できる場合は、前記気密空間部（２５）は、陽極側の気密シール部に形成してもよい。
【００４９】
さらに、前記した前記気密空間部（２５）が有する、前記放電空間部（１２）のための光励起用光源としてはたらく機能は、主たる放電のために印加する電圧が、直流であるか交流であるかには無関係に、また、スタータが、高電圧パルスを発生させるものであるか、比較的ゆっくりと電圧が上昇する高電圧を発生させるものであるかにも無関係に良好に発揮される。
【００５０】
図５は、本発明の放電ランプを使ったランプハウスの概略構成を示す。
この図においては、ランプ（Ｌｄ）と前記スタータの高電圧トランス回路部（Ｕｂ）とが一体化され、ランプハウス（Ｌｙ）として構成される様子が示されている。ランプハウス（Ｌｙ）は、ランプからの発光を特定の方向に向けて出力するための反射鏡（Ｙ１）、反射鏡（Ｙ１）の前面を覆う光出力窓（Ｙ２）、給電回路部（Ｂｙ）とランプハウス（Ｌｙ）とを電気的に接続するためのコネクタ（Ｃｎ）もまた一体化されて構成される場合が示されている。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、外部トリガー方式を採用することで、内部トリガー方式に比べて、スタータの小型化、軽量化を実現することができるとともに、電極間距離が短い放電ランプにおいて採用することで従来、外部トリガー方式において問題とされていたアーク起点の移動という問題の発生を良好に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直流点灯方式で高電圧パルススタータを用いた、本願発明に係る放電ランプの光源装置の実施例である。
【図２】本発明に係る放電ランプの実施例で、（ａ）は一例、（ｂ）は他の一例である。
【図３】本発明に係る放電ランプの実施例で、（ａ）は外観、（ｂ）は断面の一部を示すものである
【図４】本発明に係る放電ランプの実施例で、（ａ）は外観、（ｂ）は断面を示すものである。
【図５】本発明に放電ランプを使ったランプハウスの実施例である。
【図６】従来の放電ランプ光源装置の構成図である。
【図７】アレスタなどの放電ギャップを使用したスタータ図である。
【符号の説明】
Ｍｘ ＤＣ電源
Ｂｘ 給電回路
Ｑｘ スイッチ素子
Ｇｘ ゲート駆動回路
Ｄｘ ダイオード
Ｌｘ チョークコイル
Ｃｘ 平滑コンデンサ
Ｔ１ プラス出力端
Ｔ２ グランド出力端
Ｖｐ 可変電圧源
Ｕｅ スタータ
Ｕｅ’ スタータ
Ｒｅ 抵抗
Ｑｅ スイッチ素子
Ｇｅ ゲート駆動回路
Ｃｅ コンデンサ
Ｔｅ 高電圧トランス
Ｐｅ １次側巻線
Ｓｅ ２次側巻線
Ｆ１ スタータ入力端
Ｆ２ スタータグランド端
Ｆ２’ スタータグランド端
Ｆ２” スタータグランド端
Ｆ３ スタータ出力端
Ｆ３’ スタータ出力端
Ｆ４ 高電圧トランス回路部入力端
Ｆｈ ランプハウス入力端
Ｆｐ ランプハウス高電圧トランス入力端
Ｆｇ ランプハウスグランド端
Ｆｚ 接続点
Ｌｄ 放電ランプ
Ｅ１ 主たる放電のための電極
Ｅ２ 主たる放電のための電極
Ｅｔ 補助電極
Ｕｆ ＤＣスタータ
Ｒｆ 抵抗
Ｃｆ１ コンデンサ
Ｑｆ スイッチ素子
Ｔｆ 高電圧トランス
Ｐｆ １次側巻線
Ｓｆ ２次側巻線
Ｄｆ ダイオード
Ｃｆ２ コンデンサ
Ｑ１ スイッチ素子
Ｑ２ スイッチ素子
Ｑ３ スイッチ素子
Ｑ４ スイッチ素子
Ｇ１ ゲート駆動回路
Ｇ２ ゲート駆動回路
Ｇ３ ゲート駆動回路
Ｇ４ ゲート駆動回路
Ｈｃ フルブリッジインバータ制御回路
Ｌｄ’ 放電ランプ
Ｅ１’ 主たる放電のための電極
Ｅ２’ 主たる放電のための電極
Ｂｙ 給電回路部
Ｌｙ ランプハウス
Ｕａ スタータトランス駆動回路部
Ｕｂ 高電圧トランス回路部
Ｗｅ 導体ワイヤ
Ｗ１ 導体ワイヤ
Ｗ２ 導体ワイヤ
Ｅｔ１ 導体環
Ｅｔ２ 導体環
Ｅｔ３ 導体
Ｃｎ コネクタ
Ｙ１ 反射鏡
Ｙ２ 光出力窓
１１ 放電容器
１２ 放電空間部
１３ 封止部
１３Ａ 気密シール部
１３Ｂ 気密シール部
１４ 陰極
１５ 陽極
１７ 放電空間包囲部
２０ 導電用金属箔
２０Ａ 導電用金属箔
２１ 外部リード棒
２１Ａ 外部リード棒
２１Ｂ 外部リード棒
２５ 気密空間部
９０ 放電空間包囲部の外形の最も太い部分
Ｎｉ 給電装置
Ｕｉ スタータ
Ｒｉ 抵抗
Ｑｉ スイッチ素子
Ｇｉ ゲート駆動回路
Ｃｉ コンデンサ
Ｔｉ 高電圧トランス
Ｐｉ １次側巻線
Ｓｉ ２次側巻線
Ｋ１ 給電線
Ｋ２ 給電線
Ｌｉ 放電ランプ
Ｒｊ 抵抗
Ｑｊ サイダック等のスイッチ素子
Ｃｊ コンデンサ
Ｔｊ トランス
Ｐｊ １次側巻線
Ｓｊ ２次側巻線
Ｄｊ ダイオード
Ｃｋ コンデンサ
Ａｋ アレスタ等の放電ギャップ
Ｔｋ 高電圧トランス
Ｐｋ １次側巻線
Ｓｋ ２次側巻線
移動という問題の発生を良好に抑えることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プロジェクタ用の光源として使用される、高圧水銀放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタやＤＬＰＴＭ（テキサスインスツルメンツ社）プロジェクタ等の光学装置ための光源装置においては、高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）が使用される。しかし近年、前記光学装置を明るいものとするために、従来よりも放電ランプに封入する水銀量を多くすることが求められて来ている。この種の放電ランプにおいては、始動時にスタータを用いて高電圧を発生させ、放電空間を絶縁破壊させて放電を開始させる必要がある。
【０００３】
従来の放電ランプ光源装置の構成を図６に示す。光学装置用光源装置において、通常はスタータとして、両極の電極（Ｅ１，Ｅ２）の間に高電圧を印加する方式のスタータ（Ｕｉ）が用いられる。この方式の場合、スタータの高電圧トランス（Ｔｉ）の２次側巻線（Ｓｉ）はランプ（Ｌｉ）に直列に接続されるため、放電が開始してスタータ（Ｕｉ）の機能はもう必要ないにもかかわらず、ランプ（Ｌｉ）に供給する放電電流は、巻数の大きい高電圧トランス２次側巻線（Ｓｉ）を介して流さなければならない。このときの巻線（Ｓｉ）での発熱損失発生を抑えるためには、巻線の線径を太くする必要があり、スタータ（Ｕｉ）の大型化、重量化が避けられない問題があった。
【０００４】
この問題を解決するための方策として、フラッシュランプのトリガのために多用されている、外部トリガ方式を利用することができる。この方式は、主たる放電、すなわち始動後のアーク放電のための第１および第２の両極の電極以外に、補助電極を設け、これと前記第１または第２の電極との間に高電圧を印加して、誘電体バリア放電により放電空間にプラズマを発生させ、このプラズマを種として、第１の電極と第２の電極の間に予め印加された電圧（無負荷開放電圧）によって主たる放電を開始させるものである。
【０００５】
このような構造にすることにより、ランプの放電開始後は、スタータの高電圧トランスの１次および２次側巻線にはランプの放電電流は流れないため、スタータの高電圧トランスの１次および２次側巻線において発熱損失は発生せず、スタータの大型化、重量化を避けることができる。
【０００６】
しかし、この外部トリガ方式の場合、ランプと電気回路との間に、両極の主電極のために２本、外部トリガ用補助電極のために１本、合わせて少なくとも３本の電気配線が必要であるため、これまでは、２本の電気配線にて実現可能な内部トリガ方式が採用されていた。
また、フラッシュランプの場合と異なり、高圧水銀放電ランプの場合は、定常点灯中のランプ封体の温度が１０００℃にも達することに起因して、外部トリガ用補助電極が熱的損傷を受け易いという弱点があるため、これまでは、補助電極が不要な内部トリガ方式が採用されていた。
さらに、フラッシュランプの場合は、その封体が円筒形状で補助電極が設置し易いのに対し、高圧水銀放電ランプ場合は、その封体が球もしくは回転楕円体のような形状で中央部が膨らんだ構造であるのために、例えばワイヤを巻きつけて補助電極を形成しようとしても、その位置が定まらず固定が困難であるため、これまでは、補助電極が不要な内部トリガ方式が採用されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、プロジェクタ用光源に適した点灯方式を有する放電ランプを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明に係る放電ランプは、放電空間（１２）の容積１立方ミリメートルあたり０ . １５ｍｇ以上の水銀を含み、電極間隔が２．５ｍｍ以下である一対の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）が対向配置される放電ランプ（Ｌｄ）において、前記主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）以外の補助電極（Ｅｔ）を主たる放電のための放電空間（１２）に接しないように設けるとともに、前記補助電極（Ｅｔ）は、前記放電空間（１２）を囲む放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い第１の導体環（Ｅｔ１）を、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の一方に近い側に設置し、かつ、放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い第２の導体環（Ｅｔ２）を、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の他方に近い側に設置し、前記第１の導体環（Ｅｔ１）と前記第２の導体環（Ｅｔ２）を導体ワイヤ（Ｗ１）で結線する構成を有し、かつ、
この補助電極（Ｅｔ）は、前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）と直接電気的接 続がされておらず、スタータ（Ｕｅ）から別途に電気的接続がされることを特徴とする放電ランプ。
【０００９】
さらに、請求項２に係る発明では、前記放電ランプ（Ｌｄ）には、封止部（１３）が形成され、当該封止部（１３）の少なくとも一方に長尺な導電用金属体（２０Ａ）が配置されて、その長さ方向に離間する２個所において気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）が形成され、この２つの気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）の間に気密空間部（２５）が形成されたことを特徴とする。
さらに、請求項３に係る発明では、前記放電ランプは、直流点灯型のランプであって、前記補助電極（Ｅｔ）は、封止部（１３）の陰極側に巻かれた導体コイルからなる導体（Ｅｔ３）を有することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
このように、放電容器内に０.１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を含み、電極間隔が２.５ｍｍ以下である放電ランプにおいて、内部トリガ方式ではなく、外部トリガ方式を採用することにより、ランプの放電開始後は、スタータの高電圧トランスの１次側巻線および２次側巻線にはランプの放電電流は流れないため、スタータの高電圧トランスの１次側巻線および２次側巻線において発熱損失は発生せず、スタータの大型化、重量化を避けることができる。
【００１１】
つまり、外部トリガー方式を採用することで、内部トリガー方式に比べて、スタータの小型化、軽量化を実現することができるものである。
本発明の外部トリガー方式とは、放電容器の外表面に、一方の封止部の根元から他方の封止部に向けて伸びる導電ワイヤが配設され、この導電ワイヤは主電極と通ずる外部リードには直接接続がされておらず、起動器の二次巻線と直接に電気的接続がされるものである。つまり、主電極には起動器内の高電圧トランス二次側巻線に生じる高電圧は直接に印加されていない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の放電ランプを説明する前に、まず、本発明の放電ランプを点灯させる光源装置について説明する。
図１は、本発明の放電ランプを点灯させるための光源装置の簡略化された実施例である。
降圧チョッパ型の給電回路（Ｂｘ）は、ＰＦＣなどが接続される。給電回路（Ｂｘ）においては、ＦＥＴ等のスイッチ素子（Ｑｘ）によってＤＣ電源（Ｍｘ）よりの電流をオン・オフし、チョークコイル（Ｌｘ）を介して平滑コンデンサ（Ｃｘ）に充電が行われる。
【００１３】
ランプ（Ｌｄ）の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）間を流れる放電電流、または主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）間の電圧、あるいはこれら電流と電圧の積であるランプ電力が、その時点におけるランプ（Ｌｄ）の状態に応じた適切な値になるように、ゲート駆動回路（Ｇｘ）から適当なデューティサイクル比を有するゲート信号が、スイッチ素子（Ｑｘ）に加えられる。
【００１４】
通常は、上記ランプ電流または電圧、電力を適切に制御するために、平滑コンデンサ（Ｃｘ）の電圧、平滑コンデンサ（Ｃｘ）からランプ（Ｌｄ）に供給される電流を検出するための分圧抵抗やシャント抵抗が設けられ、ゲート駆動回路（Ｇｘ）が適切なゲート信号を発生できるようにするための制御回路が設けられるが、これらは同図においては省略されている。
【００１５】
ランプ（Ｌｄ）を点灯させる場合は、始動に先立ち、前記無負荷開放電圧をランプ（Ｌｄ）の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）間に印加する。スタータ（Ｕｅ）の入力端（Ｆ１）およびグランド端（Ｆ２）は、ランプ（Ｌｄ）に並列に接続されているから、ランプ（Ｌｄ）に印加される電圧と同じ電圧が、スタータ（Ｕｅ）にも供給される。この電圧を受けて、スタータ（Ｕｅ）では、抵抗（Ｒｅ）を介してコンデンサ（Ｃｅ）が充電される。
【００１６】
適当なタイミングでゲート駆動回路（Ｇｅ）によって、ＳＣＲサイリスタ等のスイッチ素子Ｑｅを導通させることにより、高電圧トランス（Ｔｅ）の１次側巻線（Ｐｅ）にはコンデンサ（Ｃｅ）の充電電圧が印加されるから、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）には、高電圧トランス（Ｔｅ）の構造に応じた、昇圧された電圧が発生する。この場合、１次側巻線（Ｐｅ）に印加される電圧は、コンデンサ（Ｃｅ）の放電に伴って急速に低下するから、２次側巻線（Ｓｅ）に発生する電圧も同様に急速に低下するため、２次側巻線（Ｓｅ）に発生する電圧はパルスとなる。
【００１７】
高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）の一端はランプ（Ｌｄ）一方の電極（Ｅ１）（いまの場合は陰極）に接続され、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）の他端はランプ（Ｌｄ）の放電容器（１１）の外部に設けた補助電極（Ｅｔ）に接続されているから、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）に発生した高電圧は、ランプ（Ｌｄ）一方の電極（Ｅ１）とランプ（Ｌｄ）の放電容器（１１）の内面との間で、誘電体バリア放電により放電が発生する。
【００１８】
スタータ（Ｕｅ）の設計に際しては、前記無負荷開放電圧が印加されたスタータを動作させたとき、スタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２）に発生する高電圧のピーク値が、前記したように、ランプ（Ｌｄ）が室温状態であるときに、前記主たる放電を始動させるために必要な電圧 Ｖｔｍｉｎ の２〜５倍の値になるようにする。
【００１９】
一般に、トランスの２次側電圧は、近似的に１次側電圧に１次と２次の巻数比を乗じて見積ることができるが、いまの場合は、前記したようにパルスであるため、２次側巻線（Ｓｅ）に発生する電圧波形は、高電圧トランス（Ｔｅ）の漏洩インダクタンスや寄生静電容量の影響を受ける。そのため、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）巻数については、種々の巻数のものを試作して決定するとよい。
【００２０】
なお、スタータが適正に設計されているかどうかについては、ランプ（Ｌｄ）を接続しない無負荷状態でスタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２））に発生する電圧のピーク値Ｖ１と、室温状態のランプ（Ｌｄ）を接続した状態で、スタータの電圧出力能力を制限できる状態にして、その能力を徐々に上げて行き、ランプ始動に成功する確率が概ね５０％となるときのスタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２）に発生する電圧のピーク値Ｖ２とを測定し、Ｖ１をＶ２で除算した値が２〜５になっていることにより確認することができる。
【００２１】
前記したスタータの電圧出力能力を制限できるようにする方法として、高電圧トランス（ＴｅまたはＴｋ）の１次２次巻線の巻数比を変える方法や、スタータ（Ｕｅ）への電源入力端（Ｆ１）への供給電圧を可変電圧源からのものとする方法、コンデンサ（Ｃｅ）の充電電圧をクリップするためにコンデンサ（Ｃｅ）に並列にツェナダイオードを付加する方法、スイッチ素子（Ｑｅ）を導通させるタイミングを制御してスイッチ素子（Ｑｅ）が導通する瞬間のコンデンサ（Ｃｅ）の電圧を制御し、高電圧トランスの１次側巻線（Ｐｅ）に掛かる電圧を制御する方法、あるいは、図７に記載するような、アレスタなどの放電ギャップ（Ａｋ）等が使用され、この動作電圧がスタータの電圧出力能力を規定する方式のスタータ（Ｕｋ）の場合は、前記放電ギャップ（Ａｋ）等を動作電圧が異なるものに交換する方法などの方法を使うことができる。
【００２２】
なお、図７に記載のスタータ（Ｕｋ）は、抵抗（Ｒｊ）を介してコンデンサ（Ｃｊ）の充電が開始される。サイダック等のスイッチ素子（Ｑｊ）は、コンデンサ（Ｃｊ）の電圧が所定のスレショルド電圧まで充電されると自ら導通し、トランス（Ｔｊ）の１次側巻線（Ｐｊ）にその電圧を印加し、２次側巻線（Ｓｊ）に接続されたダイオード（Ｄｊ）を介して、２次側のコンデンサ（Ｃｋ）を充電する。１次側のコンデンサ（Ｃｊ）の放電が進んで、電流が所定値以下になると、スイッチ素子（Ｑｊ）は自ら非導通に転じることにより、再度コンデンサ（Ｃｊ）の充電が開始される。コンデンサ（Ｃｊ）の充放電の度毎に、２次側のコンデンサ（Ｃｋ）の充電が累積されて、その電圧が上昇して行く。コンデンサ（Ｃｋ）の電圧が所定のスレショルド電圧まで充電されると、アレスタなどの放電ギャップ（Ａｋ）が自ら導通し、トランス（Ｔｋ）の１次側巻線（Ｐｋ）にその電圧を印加し、２次側巻線（Ｓｋ）に高電圧を発生する。
【００２３】
図１においては、スタータの高電圧を、ランプの陰極側と補助電極との間に印加するものを示したが、これをランプの陽極側と補助電極との間に印加するものとしてもよい。
【００２４】
図２は、本発明の放電ランプの実施例である。
補助電極（Ｅｔ）を、主たる放電のための放電空間（１２）に接しないように放電ランプに設けるに際しては、補助電極（Ｅｔ）を放電空間包囲部（１７）の中に埋め込む、あるいは放電空間包囲部（１７）の外面に接触させる、あるいは、放電空間包囲部（１７）の外面の近傍に配置するなどの設置方法を採用することができる。
図２（ａ）、（ｂ）は共に、放電ランプの放電空間包囲部（１７）の外面に接しせしめて補助電極（Ｅｔ、Ｅｔ１、Ｅｔ２）を設置する構造の一例をそれぞれ示すもので、放電容器（１１）によって形成された放電空間（１２）内に一対の主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）（図１参照）が対向配置されると共に、前記主たる放電のための電極以外の補助電極（Ｅｔ）を主たる放電のための放電空間（１２）内に接しないように設けた放電ランプ（Ｌｄ）であって、前記放電ランプ（Ｌｄ）の放電空間（１２）を囲む放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い導体環Ｅｔ１を、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の一方に近い側に第１の設置し、かつ放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い導体環（Ｅｔ２）を、前記放電空間包囲部１の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の他方に近い側に第２の導体環（Ｅｔ２）を設置し、前記第１の導体環Ｅｔ１と前記第２の導体環（Ｅｔ２）を導体ワイヤ（Ｗ１）で結線したものを前記補助電極（Ｅｔ）とすることを特徴とするものである。
【００２５】
前記した放電空間包囲部（１７）の中に埋め込む設置方法は、ランプ放電容器のバーナー加工による設置を要し、手間が掛かる欠点があるばかりでなく、石英ガラスなどの放電容器材料に金属などの補助電極材料を、すなわち異種材料を埋め込むことによる、熱膨張率の違いに起因する放電容器のクラック発生の危険性を生ずる欠点がある。
【００２６】
また、前記した放電空間包囲部（１７）の外面の近傍に配置する設置方法は、ランプ放電容器と補助電極との位置関係を確定させるために、堅牢な補助電極の保持構造を必要とするが、点灯状態のランプの表面温度が１０００℃程度になり、前記保持構造には特別の耐熱性と機械的精度を要求されるため、コストが高くつく欠点がある。
さらに、そのような堅牢な補助電極の保持構造をランプの近傍に設置することは、ランプ発光を遮蔽するため、ランプ発光の利用効率が低下する欠点がある。
【００２７】
一方、前記した放電空間包囲部（１７））外面に接しせしめる設置方法の、例えば放電空間包囲部（１７）の周囲に細い導体ワイヤを巻き付ける方法の場合、前記した放電空間包囲部（１７）の中に埋め込む設置方法のような手間が掛かる欠点や放電容器のクラック発生の危険性を生ずる欠点が無く、また、前記した放電空間包囲部（１７）の外面の近傍に配置する設置方法のようなコストが高くつく欠点や、ランプ発光の利用効率が低下する欠点が無い。
【００２８】
しかし、放電空間包囲部（１７）の形状が、中央部が膨らんだ構造を有するランプの場合、細い導体ワイヤを巻き付ける方式による補助電極（Ｅｔ）の設置方法では、誘電体バリア放電によってランプの主たる放電を始動させるために有効な補助電極（Ｅｔ）の設置位置である、放電空間包囲部（１７）の中央部近辺にそれを設置しようとすると重大な問題が発生する。
【００２９】
すなわち、放電空間包囲部（１７）の中央部が膨らんでいるため、この近辺に補助電極（Ｅｔ）である細い導体ワイヤを巻き付けたとしても、滑りによって巻き付けられたワイヤが前記主たる放電のための何れかの電極（Ｅ１またはＥ２）の方向へ移動してしまう問題が発生する。
【００３０】
この移動が発生すると、巻き付けられたワイヤが囲む断面積よりも小さい断面積を有する放電空間包囲部（１７）の部分や封止部（１３）へ移動することを意味するため、補助電極（Ｅｔ）と放電空間包囲部（１７）との間隙が増加し、誘電体バリア放電によるランプの主たる放電を始動させるための効果が減縮されてしまう。
【００３１】
さらに、補助電極（Ｅｔ）の前記移動が封止部１３を超えて、外部リード棒（２１Ａ，２１Ｂ）に達した場合には、これらに対して、補助電極（Ｅｔ）に印加された電圧が短絡してしまうことになるため、ランプの始動不能に陥る危険性や、給電回路Ｂｘ等の破損の危険性が生じる。
【００３２】
これに対して、前記図１の補助電極（Ｅｔ）の設置方法の場合は、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）を挟んで両方の導体環（Ｅｔ１，Ｅｔ２）が配置され、これらが導体ワイヤ（Ｗ１）で結ばれるため、これらの導体（Ｅｔ１，Ｅｔ２，Ｗ１）から構成される補助電極（Ｅｔ）が、ランプの主たる放電を始動させるための誘電体バリア放電として好適な位置から外れてしまう不都合が防止できる利点がある。
【００３３】
なお、導体ワイヤ（Ｅｔ１，Ｅｔ２，Ｗ１）から構成される補助電極（Ｅｔ）は、接続された導体ワイヤ（Ｗｅ）を介して、スタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）に接続される。
これら導体ワイヤとしては、ランプ点灯中の放電容器（１１）が高温になるため、タンクステン等の耐熱性の高い材料を使用すべきである。
【００３４】
図３は、放電ランプの他の実施例である。
図３においては、ランプ（Ｌｄ）の陰極側の外部リード棒（２１Ａ）は、スタータ（Ｕｅ）のグランド端（Ｆ２）と給電回路（Ｂｘ）のグランド出力端（Ｔ２）とに接続され、陽極側の外部リード棒（２１Ｂ）は、給電回路（Ｂｘ）のプラス出力端（Ｔ１）に接続される。
【００３５】
一方、補助電極（Ｅｔ）は、導体ワイヤ（Ｗｅ）を介してスタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）に接続されるが、封止部（１３）の陰極側の方を囲むように設置された導体（Ｅｔ３）に対しても、導体ワイヤ（Ｗ２）を介して接続される。なお、図３においては、前記封止部（１３）の陰極側の方を囲むように設置された導体（Ｅｔ３）は、前記封止部（１３）の陰極側に巻かれた導体コイルにより実現されている。
【００３６】
スタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２）とは、高電圧トランス（Ｔｅ）の２次側巻線（Ｓｅ）の両端に接続されているから、スタータ（Ｔｅ）が動作していない期間、とりわけランプ始動が完了した後の、点灯中においては、スタータ（Ｕｅ）の出力端（Ｆ３）とグランド端（Ｆ２）との間には電圧は発生しない。
【００３７】
前記したように、陰極側の外部リード棒（２１Ａ）は、スタータ（Ｕｅ）のグランド端（Ｆ２）に接続され、封止部（１３）の陰極側の方を囲むように設置された導体（Ｅｔ３）は、導体ワイヤ（Ｗ２）、補助電極（Ｅｔ）、導体ワイヤ（Ｗｅ）を介して接続されるため、点灯中においては、陰極側の外部リード棒（２１Ａ）から給電回路（Ｂｘ）のグランド出力端（Ｔ２）に至る配線中の、スタータ（Ｕｅ）のグランド端（Ｆ２）との接続点（Ｆｚ）と、封止部（１３）の陰極側の方を囲むように設置された導体（Ｅｔ３）とは同電位状態が維持される。
【００３８】
ところで、ランプ（Ｌｄ）の点灯状態においては、陰極（１４）先端から陰極側の外部リード棒（２１Ａ）を経由して接続点（Ｆｚ）に至る経路にランプ（Ｌｄ）の主たる放電電流が流れるため、その経路の抵抗値と流れる電流値の積に比例した電圧降下が発生し、陰極（１４）先端に近づくほど電位が高くなる。
【００３９】
前記したように、接続点（Ｆｚ）と導体（Ｅｔ３）とは同電位であるため、陰極、とりわけその封止部（１３）付近の部分は、その周りを囲む導体（Ｅｔ３）より電位が高くなる。
【００４０】
このため、日本国特許庁公報特公平４−４０８２８号に記載されているように、点灯状態において高温になったランプの放電容器（１１）について、その封止部（１３）付近の部分において、放電容器（１１）の材料に含まれる不純物金属陽イオンは、陰極を構成する電極材料から離れる方向に駆動されることになり、前記電極材料表面に不純物金属陽イオンが蓄積することによる、放電容器封止部の石英等のガラス材料と前記電極材料との剥がれ現象が防止されるため、ランプを前記図３に記載の構造を有するように構成することにより、前記剥がれ現象に起因する、ランプの破損の問題を未然に防止する効果を享受することができる。
【００４１】
図４は、本発明の放電ランプの概略構成を示す。
図４のランプは、放電容器（１１）によって形成された放電空間（１２）内に一対の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）が対向配置されると共に、前記一対の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）に通電する導電用金属体（２０，２０Ａ）が配置された封止部が形成され、当該封止部の少なくとも一方に長尺な導電用金属体（２０Ａ）が配置されて、その長さ方向に離間する２個所において気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）が形成され、この２つの気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）の間に気密空間部（２５）が形成されており、前記主たる放電のための電極以外の補助電極（Ｅｔ）を、主たる放電のための放電空間（１２）に接しないように設けた放電ランプ（Ｌｄ）であって、前記気密空間部（２５）の少なくとも一部に対向させて、気密シール部（１３Ａおよび／または１３Ｂ）の外部に導体（Ｅｔ３）を設置すると共に、前記導体（Ｅｔ３）が前記補助電極（Ｅｔ）に対して電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００４２】
なお、図４においては、前記気密空間部（２５）の少なくとも一部に対向させて設置された導体（Ｅｔ３）は、前記気密シール部（１３Ａおよび／または１３Ｂ）に巻かれた導体コイルにより実現されている。また、前記気密空間部（２５）は、陰極（１４）と外部リード棒（２１Ａ）とを接続するための、モリブデン等よりなる導電用金属箔（２０Ａ）に接して形成されている。
【００４３】
日本国特許庁公報特開２０００−３４８６８０号に記載されているように、前記気密空間部（２５）を設けたことにより、封止部の２個所に形成されている気密シール部のうち、内方側のものに箔浮きが生じてその気密性が失われたときには、放電空間部（１２）内の水銀蒸気が気密空間部（２５）に流れ込んで凝縮するため、当該高圧放電ランプ内の圧力が大幅低下し、その結果、当該高圧放電ランプの放電状態が維持されなくなり、当該高圧放電ランプが破裂することがない利点を享受することができる。
【００４４】
そして、前記主たる放電のための両極の電極（Ｅ１，Ｅ２）のうちの前記気密空間部（２５）を設けた側の外部リード棒（２１Ａ）と前記補助電極（Ｅｔ）の間にスタータを接続することにより、本発明の図１０に記載の実施例は、以下で説明するように、さらなる利点を享受することができる。
【００４５】
すなわち、前記気密空間部（２５）と前記放電空間部（１２）とは、空間内の導体が共通に接続された導体（すなわち導電用金属箔（２０Ａ）と陰極（１４）でこれらは接続されている）であり、また、ガラスバルブ外の導体が共通に接続された導体（すなわち補助電極（Ｅｔ）と導体コイル（Ｅｔ３）でこれらは接続されている）であるため、スタータから見れば、２個の誘電体バリア放電器が並列に接続されていることになる。
【００４６】
ここで、前記気密空間部（２５）は、前記放電空間部（１２）に比して、ランプ点灯時の温度が低く保たれ、単位体積あたりの水銀封入量を少なくするか実質的に皆無にされることが可能であるため、圧力について、前記気密空間部（２５）は、前記放電空間部（１２）に比して低く、したがって、スタータが高電圧を発生した際には、前記気密空間部（２５）の方が誘電体バリア放電をはるかに発生し易い。この放電が発生すると、紫外線が発生され、発生された紫外線は、気密シール部（１３Ａ）を透過して前記放電空間部（１２）に入射し、前記放電空間部（１２）内のガスを電離することにより、前記放電空間部（１２）の誘電体バリア放電もまた発生し易くなる。すなわち、前記気密空間部（２５）は、前記放電空間部（１２）のための光励起用光源として機能するため、本発明の図４に記載の実施例は、スタータが発生すべき高電圧値を下げることができる大きな利点を享受することができる。
【００４７】
なお、図４に記載の実施例においては、前記気密空間部（２５）は、導電用金属箔（２０Ａ）に接して形成されているが、電極（１４）の延長部、または外部リード棒（２１Ａ）の延長部に接して形成されるようなものでもよい。しかし、導電用金属箔（２０Ａ）の厚さは、通常、数十ミクロン以下の程度と薄いことにより、また、そのエッジ部分には、製作過程で生ずるバリなどの不可避的に発生する突起（または意図的に形成した突起）が存在することにより、エッジ部分に電界が集中する効果があるため、前記気密空間部（２５）は、導電用金属箔（２０Ａ）に接して、とりわけそのエッジ部分に接して形成することが、前記した誘電体バリア放電をより発生し易くする観点から有利である。
【００４８】
また、図４に記載の実施例においては、前記気密空間部（２５）は、陰極側の気密シール部に形成したが、これは、前記図３に記載の実施例に関して説明した、不純物金属陽イオンに起因する、放電容器封止部の石英等のガラス材料と前記電極材料との剥がれ現象の防止の観点から好適だからである。もし、この剥がれ現象が無視できる場合、あるいは他の手段でこれを防止できる場合は、前記気密空間部（２５）は、陽極側の気密シール部に形成してもよい。
【００４９】
さらに、前記した前記気密空間部（２５）が有する、前記放電空間部（１２）のための光励起用光源としてはたらく機能は、主たる放電のために印加する電圧が、直流であるか交流であるかには無関係に、また、スタータが、高電圧パルスを発生させるものであるか、比較的ゆっくりと電圧が上昇する高電圧を発生させるものであるかにも無関係に良好に発揮される。
【００５０】
図５は、本発明の放電ランプを使ったランプハウスの概略構成を示す。
この図においては、ランプ（Ｌｄ）と前記スタータの高電圧トランス回路部（Ｕｂ）とが一体化され、ランプハウス（Ｌｙ）として構成される様子が示されている。ランプハウス（Ｌｙ）は、ランプからの発光を特定の方向に向けて出力するための反射鏡（Ｙ１）、反射鏡（Ｙ１）の前面を覆う光出力窓（Ｙ２）、給電回路部（Ｂｙ）とランプハウス（Ｌｙ）とを電気的に接続するためのコネクタ（Ｃｎ）もまた一体化されて構成される場合が示されている。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、外部トリガー方式を採用することで、内部トリガー方式に比べて、スタータの小型化、軽量化を実現することができるとともに、電極間距離が短い放電ランプにおいて採用することで従来、外部トリガー方式において問題とされていたアーク起点の移動という問題の発生を良好に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直流点灯方式で高電圧パルススタータを用いた、本願発明に係る放電ランプの光源装置の実施例である。
【図２】本発明に係る放電ランプの実施例で、（ａ）は一例、（ｂ）は他の一例である。
【図３】本発明に係る放電ランプの実施例で、（ａ）は外観、（ｂ）は断面の一部を示すものである
【図４】本発明に係る放電ランプの実施例で、（ａ）は外観、（ｂ）は断面を示すものである。
【図５】本発明に放電ランプを使ったランプハウスの実施例である。
【図６】従来の放電ランプ光源装置の構成図である。
【図７】アレスタなどの放電ギャップを使用したスタータ図である。
【符号の説明】
Ｍｘ ＤＣ電源
Ｂｘ 給電回路
Ｑｘ スイッチ素子
Ｇｘ ゲート駆動回路
Ｄｘ ダイオード
Ｌｘ チョークコイル
Ｃｘ 平滑コンデンサ
Ｔ１ プラス出力端
Ｔ２ グランド出力端
Ｖｐ 可変電圧源
Ｕｅ スタータ
Ｕｅ’ スタータ
Ｒｅ 抵抗
Ｑｅ スイッチ素子
Ｇｅ ゲート駆動回路
Ｃｅ コンデンサ
Ｔｅ 高電圧トランス
Ｐｅ １次側巻線
Ｓｅ ２次側巻線
Ｆ１ スタータ入力端
Ｆ２ スタータグランド端
Ｆ２’ スタータグランド端
Ｆ２” スタータグランド端
Ｆ３ スタータ出力端
Ｆ３’ スタータ出力端
Ｆ４ 高電圧トランス回路部入力端
Ｆｈ ランプハウス入力端
Ｆｐ ランプハウス高電圧トランス入力端
Ｆｇ ランプハウスグランド端
Ｆｚ 接続点
Ｌｄ 放電ランプ
Ｅ１ 主たる放電のための電極
Ｅ２ 主たる放電のための電極
Ｅｔ 補助電極
Ｕｆ ＤＣスタータ
Ｒｆ 抵抗
Ｃｆ１ コンデンサ
Ｑｆ スイッチ素子
Ｔｆ 高電圧トランス
Ｐｆ １次側巻線
Ｓｆ ２次側巻線
Ｄｆ ダイオード
Ｃｆ２ コンデンサ
Ｑ１ スイッチ素子
Ｑ２ スイッチ素子
Ｑ３ スイッチ素子
Ｑ４ スイッチ素子
Ｇ１ ゲート駆動回路
Ｇ２ ゲート駆動回路
Ｇ３ ゲート駆動回路
Ｇ４ ゲート駆動回路
Ｈｃ フルブリッジインバータ制御回路
Ｌｄ’ 放電ランプ
Ｅ１’ 主たる放電のための電極
Ｅ２’ 主たる放電のための電極
Ｂｙ 給電回路部
Ｌｙ ランプハウス
Ｕａ スタータトランス駆動回路部
Ｕｂ 高電圧トランス回路部
Ｗｅ 導体ワイヤ
Ｗ１ 導体ワイヤ
Ｗ２ 導体ワイヤ
Ｅｔ１ 導体環
Ｅｔ２ 導体環
Ｅｔ３ 導体
Ｃｎ コネクタ
Ｙ１ 反射鏡
Ｙ２ 光出力窓
１１ 放電容器
１２ 放電空間部
１３ 封止部
１３Ａ 気密シール部
１３Ｂ 気密シール部
１４ 陰極
１５ 陽極
１７ 放電空間包囲部
２０ 導電用金属箔
２０Ａ 導電用金属箔
２１ 外部リード棒
２１Ａ 外部リード棒
２１Ｂ 外部リード棒
２５ 気密空間部
９０ 放電空間包囲部の外形の最も太い部分
Ｎｉ 給電装置
Ｕｉ スタータ
Ｒｉ 抵抗
Ｑｉ スイッチ素子
Ｇｉ ゲート駆動回路
Ｃｉ コンデンサ
Ｔｉ 高電圧トランス
Ｐｉ １次側巻線
Ｓｉ ２次側巻線
Ｋ１ 給電線
Ｋ２ 給電線
Ｌｉ 放電ランプ
Ｒｊ 抵抗
Ｑｊ サイダック等のスイッチ素子
Ｃｊ コンデンサ
Ｔｊ トランス
Ｐｊ １次側巻線
Ｓｊ ２次側巻線
Ｄｊ ダイオード
Ｃｋ コンデンサ
Ａｋ アレスタ等の放電ギャップ
Ｔｋ 高電圧トランス
Ｐｋ １次側巻線
Ｓｋ ２次側巻線
移動という問題の発生を良好に抑えることができる。
Claims (3)
- 放電空間（１２）の容積１立方ミリメートルあたり０ . １５ｍｇ以上の水銀を含み、電極間隔が２．５ｍｍ以下である一対の主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）が対向配置される放電ランプ（Ｌｄ）において、
前記主たる放電のための電極（Ｅ１，Ｅ２）以外の補助電極（Ｅｔ）を主たる放電のための放電空間（１２）に接しないように設けるとともに、
前記補助電極（Ｅｔ）は、
前記放電空間（１２）を囲む放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い第１の導体環（Ｅｔ１）を、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の一方に近い側に設置し、
かつ、放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）の周囲長よりも周囲長が短い第２の導体環（Ｅｔ２）を、前記放電空間包囲部（１７）の外形の最も太い部分（９０）よりも前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）の他方に近い側に設置し、
前記第１の導体環（Ｅｔ１）と前記第２の導体環（Ｅｔ２）を導体ワイヤ（Ｗ１）で結線する構成を有し、かつ、
この補助電極（Ｅｔ）は、前記主たる放電のための電極（Ｅ１、Ｅ２）と直接電気的接続がされておらず、スタータ（Ｕｅ）から別途に電気的接続がされることを特徴とする放電ランプ。 - 前記放電ランプ（Ｌｄ）には、封止部（１３）が形成され、
当該封止部（１３）の少なくとも一方に長尺な導電用金属体（２０Ａ）が配置されて、その長さ方向に離間する２個所において気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）が形成され、この２つの気密シール部（１３Ａ，１３Ｂ）の間に気密空間部（２５）が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。 - 前記放電ランプは、直流点灯型のランプであって、
前記補助電極（Ｅｔ）は、封止部（１３）の陰極側に巻かれた導体コイルからなる導体（Ｅｔ３）を有することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
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