JP5018267B2

JP5018267B2 - 高圧放電ランプ装置

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Publication number: JP5018267B2
Application number: JP2007163574A
Authority: JP
Inventors: 一浩後藤; 智良有本; 宏太郎宇都; 高史山下
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: JP2008293934A

Description

本発明は、高圧放電ランプ装置に係わり、特に、水銀が０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上封入され、点灯時の圧力が２００気圧以上になる高圧放電ランプを用いた高圧放電ランプ装置に関する。

一般に、プロジェクター装置には、液晶パネルを使う方式とＤＬＰを使う方式とがある。液晶パネルを使う方式は、１枚式と３枚式があるがいずれの方式であっても、光源からの放射光を３色（ＲＧＢ）に分離して、液晶パネルにおいて画像情報に対応させた光を透過調整し、その後、液晶パネルを透過した３色を合成させてスクリーン上に投射させるものである。

一方、ＤＬＰを使う方式は、光源からの放射光を３色（ＲＧＢ）の領域が分割形成された回転フィルターを介して空間変調素子（光変調デバイスともいい、具体的にはＤＭＤ素子等をいう）等を時分割で照射し、このＤＭＤ素子で特定の光を反射させてスクリーンに照射するものである。ＤＭＤ素子とは、１画素ごとに小さな鏡を数百万個敷き詰めたものであって、１つ１つの小さな鏡の向きを制御することによって光の投射が制御されるものである。ＤＬＰ方式は、液晶方式と比較して、光学系が簡易であるとともに３枚もの液晶パネルを使う必要がないことから装置全体が小型簡易化するメリットがある。
特許第２８２９３３９号

プロジェクター装置の光源には、一般に、高い水銀蒸気圧の高圧放電ランプを凹面反射鏡に取り付けたランプユニットが使用される。水銀蒸気圧を高くすることによって、可視波長域の光を高い出力で得られるからである。また、プロジェクター装置の光源は、上記のように高い光出力が求められる一方で、映像を映す環境や状況に応じてスクリーン照度を調整する調光機能が求められている。この要求に対して、ランプユニットからの放出光を減光手段を使って調光することも可能ではあるが、プロジェクター装置の小型化の要求も考慮すると、光源自体からの放射光強度を調整することによって調光する方法が最も現実的な意味において求められている。これは、例えば、明るい部屋や大きなスクリーンに対しては、高圧放電ランプヘの投入電力を上げて高圧放電ランプの放射強度を増大させ、比較的暗い部屋や小さなスクリーンに対しては高圧放電ランプヘの投入電力を下げて使用するというものである。

また、高圧放電ランプヘの投入電力を下げることによって、高圧放電ランプの寿命が長くなる効果もあるとともに、消費電力を節約できる効用もあるので、このような投入電力を下げる点灯はエコモードと呼ばれる。このエコモードを含めて電力を低減した状態で使用するモードのことを本願においては「小電力モード」と呼ぶことにする。

さらに、近年では、プロジェクター市場から高圧放電ランプの長寿命化の要求が一層高まっており、そのため、ランプ放電空間内の材料の高純度化が要請され、ランプ電極材料に、従来よりより一層高純度の５Ｎ（９９．９９９％）タングステンを使用しなければならなくなってきている。しかし、タングステンは、使用温度の高温化や材料の高純度化に伴い、再結晶が進み、粒径が粗大化し易くなることが知られている。また同時に、結晶粒界に事前に有していた欠陥の連続性が高まり、この結晶粒界と強度は相反する関係にあるので、高純度材料は従来材料に比べて強度が弱いという問題がある。

一方、プロジェクター用の高圧放電ランプは、交流用の高圧放電ランプが主流となってきており、電極の温度が直流用の高圧放電ランプより高くなるという問題がある。交流用の高圧放電ランプの電極温度が高くなる理由は、１対の各電極は熱電子放出する陰極を兼ねる必要があるために、各電極を直流用の高圧放電ランプのように極端に大型化できないため、陽極としての動作時に耐えうる十分な熱容量を確保することができないからである。

さらに、光源のコンパクト化、光量の増大化に伴い、高圧放電ランプは大電力かつ高い動作圧力に耐えうる設計が求められ、電極頭部の熱容量の増加および封止部の電極芯棒径の縮小化が進められてきた。しかし、このことによって電極頭部と芯棒径の重量アンバランスが顕在化し、石英開口部における電極のモーメントが大きくなり、電極芯棒の石英ガラス内壁への同心円状の均等な接触が失われ、熱収縮時のタングステンと石英ガラス間のストレスが大きくなるという問題を生じている。また、プロジェクター市場では、教育用途等が増大しており、そのため光源の点滅の頻度の高い使用態様が増加し、点滅耐性の高い電極が必要となってきている。

このような交流用の高圧放電ランプを用いて、定格電力によってランプの点灯・消灯を繰り返すと、高圧放電ランプの電極軸部が折れ曲がり、その結果、放電アークの位置が凹面鏡の光軸からずれて、ランプユニットからの光出力が低下するという問題が発生じる。
図１３は、電極軸部の折れ曲がりが生じた高圧放電ランプの一部正面図である。
ここで、電極軸部の折れ曲がりとは、同図に示すように、高圧放電ランプ１００の内部に配置された１対の電極１０１、１０２が、放電空間内に露出する石英ガラスの開口部１０３、１０４付近において、電極頭部１０５、１０６の中心が、封止部１０７、１０８に埋設された電極芯棒１０９、１１０の長手方向の軸に対して離間するように折れ曲がった状態をいう。この電極軸部の折れ曲がり、つまり、電極芯棒１０７、１０８の長手方向の軸に対する電極頭部１０５、１０６の中心位置の離間距離は、例えば、電極頭部１０５、１０６の中心位置から石英ガラスの開口部１０３、１０４との距離が５ｍｍの高圧放電ランプにおいて１．５ｍｍ以上にも達し、製品の寿命故障レベルに相当する重大なものである。

本発明の目的は、高圧放電ランプの電極軸部の折れ曲がりを解決し、ランプ寿命の長い高圧放電ランプ装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と１０^−６μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲のハロゲンが封入され、一対の電極が２．０ｍｍ以下の間隔で対向配置された高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに対して交流電力を供給する給電装置とから構成される高圧放電ランプ装置において、前記高圧放電ランプの電極は、純度５Ｎ（９９．９９９％）以上の高純度タングステンからなり、前記給電装置は、前記高圧放電ランプの消灯に際し、前記高圧放電ランプを、ランプ点灯電力が定格電力の５５％以上９０％以下であり、かつ、期間が１秒以上である小電力モードによって点灯した後に消灯することにより、電極軸部の折れ曲がりの発生を防止したことを特徴とする高圧放電ランプ装置である。
第２の手段は、０．２０ｍｇ／ｍｍ ^３以上の水銀と１０ ^−６ μｍｏｌ／ｍｍ ^３〜１０ ^−２ μｍｏｌ／ｍｍ ^３の範囲のハロゲンが封入され、一対の電極が２．０ｍｍ以下の間隔で対向配置された高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに対して交流電力を供給する給電装置とから構成される高圧放電ランプ装置において、前記高圧放電ランプの電極は、純度５Ｎ（９９．９９９％）以上の高純度タングステンからなり、前記給電装置は、前記高圧放電ランプの消灯に際し、前記高圧放電ランプを、ランプ点灯電力が１秒間当たり定格電力の５５％以下の速度で減少し、かつ期間が１秒以上で定格電力の５５％以上９０％以下の範囲を経由する小電力モードによって点灯した後に消灯することにより、電極軸部の折れ曲がりの発生を防止したことを特徴とする高圧放電ランプ装置である。

本発明の高圧放電ランプ装置によれば、電極材料として純度５Ｎ（９９．９９９％）以上の高純度タングステンを用いた高圧放電ランプにおいても、少なくとも消灯する直前の一定時間、小電力モードで点灯することにより、電極軸部の折れ曲がりの発生を防止することができる。

本発明者らは、鋭意検討した結果、高圧放電ランプにおいて、電極軸部の折れ曲がりは、高圧放電ランプの消灯時における急激な電極軸部の温度変化（温度低下）に原因があることを突き止めた。この電極軸部の急激な温度変化と折れ曲がりとの関連については後述するが、ここで電極軸部の折れ曲がりの究明に至った実験結果について説明する。

電極軸部が折れ曲がり現象の原因を突き止めるために、定格２００Ｗの高圧放電ランプを次の４つ態様でそれぞれ１０灯ずつ６００時間点灯した後、電極軸部の折れ曲がりの有無を観察した。
図１から図４は、それぞれ実験に供した点灯態様Ａから点灯態様Ｄを示す図である。
図１（点灯態様Ａ）は、定格２００Ｗで２時間点灯後に３０分間消灯するサイクルを繰り返した点灯態様である。図２（点灯態様Ｂ）は、定格２００Ｗで連続点灯した点灯態様である。図３（点灯態様Ｃ）は、ランプ点灯電力が１６０Ｗの小電力で２時間点灯後に３０分間消灯のサイクルを繰り返した点灯態様である。図４（点灯態様Ｄ）は、定格２００Ｗで２時間点灯後に３０分間消灯のサイクルを繰り返し、消灯時に２秒間、ランプ点灯電力を１６０Ｗの小電力モードにて点灯後に消灯する点灯態様である。
ここで、図３（点灯態様Ｃ）の小電力（１６０Ｗ）点灯における最初の約１分間は、定格電力（２００Ｗ）で点灯されるため、点灯初期の条件は他の図１（点灯態様Ａ）、図２（点灯態様Ｂ）および図４（点灯態様Ｄ）と同じである。

上記の４つの点灯態様Ａから点灯態様Ｄについて、電極軸部の折れ曲がりについて観察した。観察の結果、図１（点灯態様Ａ）の定格点灯・消灯サイクルの点灯態様では電極軸部に折れ曲がりが見られた。また、図２（点灯態様Ｂ）の定格点灯・連続点灯の点灯態様では電極軸部に折れ曲がりは見られなかった。そこで、図１（点灯態様Ａ）と図２（点灯態様Ｂ）とを対比すると、高圧放電ランプの点滅、すなわち、始動および消灯時における過程で問題が引き起こされているといえる。また、図３（点灯態様Ｃ）の小電力点灯・消灯サイクルの点灯態様では電極軸部の折れ曲がりは見られなかった。そこで、図１（点灯態様Ａ）と図３（点灯態様Ｃ）とを対比すると、安定点灯時または消灯直前の電力が電極軸部の折れ曲がりの有無に影響を与えているといえる。また、図４（点灯態様Ｄ）の定格力点灯・消灯サイクルであって消灯直前の一定期間の小電力点灯後に消灯する点灯態様では電極軸部の折れ曲がりは見られなかった。そこで、図１（点灯態様Ａ）と図３（点灯態様Ｃ）と図４（点灯態様Ｄ）を対比すると、消灯直前の入力電力および消灯時の挙動が電極軸部の折れ曲がりの有無に影響を与えているといえる。

より詳細には、図１（点灯態様Ａ）の場合、１０灯の内５灯の高圧放電ランプに電極軸部の折れ曲がりが発生したが、図２（点灯態様Ｂ）から図４（点灯態様Ｄ）の３つの点灯態様では、電極軸郭の折れ曲がりが全く見られなかった。これらの結果から、電極軸部の折れ曲がりは、消灯の過程において発生しており、また、消灯時の条件に依存することが判明した。なぜなら、図１（点灯態様Ａ）と図２（点灯態様Ｂ）の比較では、同じ定格点灯であっても消灯過程の無い図２（点灯態様Ｂ）では電極軸部の折れ曲がりは発生せず、また図３（点灯態様Ｃ）と図４（点灯態様Ｄ）の比較から、電極軸部の折れ曲がりは、ランプ点灯電力には依らず、消灯直前の条件に依存することが分かるからである。さらに、上述したように図３（点灯態様Ｃ）も含め点灯初期の条件は４つの点灯態様とも同じであるから、始動過程における条件は電極軸部の折れ曲がりに関係していないことも分かる。

以上の実験結果から、少なくとも消灯直前の一定期間、小電力モードで点灯すれば電極軸部の折れ曲がりが発生しないことが分かる。

図５は、図４の点灯態様Ｄの条件を見極めるために行った実験の結果得られた電極軸部の折れ曲がりの発生率（％）を示す表である。なお、ここで電極軸部の折れ曲がりと判断したのは「電極頭部の中心位置から石英ガラスの開口部との距離が５ｍｍの高圧放電ランプで実験し、その電極頭部の中心位置の、電極軸部の長手方向に対する離間距離が１．５ｍｍを超えたもの」である。
同表において、左欄は消灯直前の小電力Ｗ１を定格電力Ｗ０に対する比率ｋ（％）で示したものであり、上欄は消灯直前の小電力Ｗ１から消灯するまでのシフト期間Ｔ（秒）を示している。なお、この実験に使用した定格電力２００Ｗの高圧放電ランプ数は１０本、点灯３０分・消灯３０分の繰り返し回数は２５０回であり、これらはいずれも始動から安定時までの電力負荷は同じとした。
これらの実験結果から明らかなように、消灯直前の小電力が定格電力でシフト期間０秒で点灯・消灯を繰り返した場合の電極軸部の折れ曲がりの発生率は５０％に達している。一方、消灯直前の小電力が定格電力の９０％〜５５％の範囲でシフト期間１秒以上で点灯・消灯を繰り返した場合の電極軸部の折れ曲がりの発生率は０％である。

図６は、図５に示した表を図形化したものである。
図５の表で得られた実験結果によれば、定格電力から定格電力の５５％まで電力を瞬時に低くして１秒間保持した後、高圧放電ランプを消灯することによって電極軸部の折れ曲がりの発生率が０％の効果が得られたように、図６に示すように、５５％以下／秒の速度でランプ点灯電力を減少させ、１秒以上経過後にランプ点灯電力を５５％以上９０％以下まで低くした後に消灯した場合も同等の効果が得られる。すなわち、ランプ点灯電力を、図６において定格電力９０％〜５５％および１秒以上で囲まれる範囲を経由する小電力モードにおいても、同様の効果が得られる。つまり、消灯に至るランプ点灯電力の変化は、この範囲を経由するのであれば、２段階の電力変化のみならず、３段階以上の電力変化であったり、連続的に電力変化するものであっても同様の効果が得られる。

図７は、本発明の高圧放電ランプ装置に使用される高圧放電ランプ１を示す図である。
同図に示すように、高圧放電ランプ１は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部２を有する。発光部２の中には、１対の電極４が２ｍｍ以下の間隔で対向配置している。また、発光部２の両端部には封止部３が形成される。封止部３には、モリブデンよりなる導電用金属箔５が、例えば、シュリンクシールにより気密に埋設される。金属箔５の一端には電極４の軸部４１が接合されており、また、金属箔５の他端には外部リード６が接合されて外部の不図示の給電装置から給電が行なわれる。

発光部２には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのもので、０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時２００気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することにより点灯時の水銀蒸気圧２５０気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の高圧放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現することができる。

希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。ハロゲンは、沃素、臭素、塩素等が水銀またはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０^−６μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化にあるが、この実施例の高圧放電ランプ１のように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止という作用もある。

本発明が適用される高圧放電ランプ１の数値例を示すと、例えば、発光部２の最大外径９．５ｍｍ、電極間距離１．０ｍｍ、発光管内容積７５ｍｍ^３であり、定格電圧７０Ｖ、定格電力２００Ｗで交流点灯される。また、この種の高圧放電ランプ１は、小型化するプロジェクター装置に内蔵されるものであり、全体寸法として極めて小型化が要請させる一方で高い発光光量も要求される。このため、発光部２内の熱的影響は極めて厳しいものとなる。ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ^２、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ^２となる。このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有する高圧放電ランプ１がプロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い光を発光させることができる。なお、ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ^２の範囲であれば、２００Ｗ以上、または２００Ｗ以下の高圧放電ランプを用いることもできる。

図８は図７に示した電極４の拡大図である。
同図に示すように、１対の電極４は、それぞれ塊状部４１と軸部４２から構成される。塊状部４１は、軸部４２にタングステンワイヤーをコイル状に巻きつけて溶融して形成してもよいし、塊状部４１の直径のタングステン棒を切削加工によって、塊状部４１と軸部４２とを形成してもよい。この実施例で用いられる高圧放電ランプ１においては、電極間距離が２ｍｍ以下と短く、電極先端への熱的な負荷が大きいため先端部に塊状部４１を有し、また２００気圧以上という高い圧力に耐える封止部３を形成するために軸部４２を細くする必要がある。一例を挙げると、２００Ｗランプの高圧放電ランプ１の塊状部４１の直径は１．５ｍｍ、軸部４２の直径は０．４ｍｍである。このような先端部の塊状部４１が大きく、軸部４２の細い電極４の構造も軸部４２の折れ曲がりを発生させ易い一因なっている。

図９は、先の実験において電極軸部４２の折れ曲がりが発生した高圧放電ランプ１の一部を示す図である。
同図において、７は点灯にともなって発生した堆積物である。このような堆横物７は電極軸部４２の折れ曲がりが発生しなかった高圧放電ランプ１においても同様に見られたので、堆積物７の発生だけで電極軸部４２の折れ曲がりが生じているわけではない。なお、このような堆種物７を分析した結果、珪素を含む化合物であったことから、封入されたハロゲンと放電容器との化学的な作用によって輸送・堆積したものと考えられる。電極軸部４２の折れ曲がりは、塊状部４１の先端中心から発光部２の開口部２１までの距離が約５ｍｍである。

次に、先の実験結果および堆積物等の観察結果に鑑みて、電極軸部４２の折れ曲がりの機構について考察する。
図９に示すように、堆積物７の位置（図９では電極軸部４２の上側）に対して反対方向へ（図９では下へ）電極軸部４２の折れ曲がりが発生している。このことと先の実験によって判明した電極軸部の折れ曲がりが消灯過程において発生するという事実とから、電極軸部の折れ曲がりは以下の機構によって発生するものと考えられる。

すなわち、消灯後電極４の温度が低下するのにともなって電極軸部４２は収縮するが、堆積物７のある軸側面（図９では上側）の収縮は堆積物７によって妨げられるため、収縮が妨げられない方へ（図９では下へ）折れ曲がるものと考えられる。換言すると、熱収縮の差によって、電極軸部４２が変形すると言える。ここで、高圧放電ランプ１を定格電力点灯から消灯すると、熱収縮の差による電極軸部４２の急速な変形が発生し、重い先端塊状部４１の慣性運動（図９では下への運動）を誘起して、電極軸部４２の大きな変形が発生する。この変形がタングステン材料の弾性限界を超えて塑性変形が生じることによって、消灯のたびに変形が蓄積し、電極軸部４２の折れ曲がりに至るものと考えられる。

上述のごとく、温度変化による熱収縮が、電極軸部４２のストレスとなる機構から考えると、温度の絶対値の変化をより小さくすれば、ストレスが緩和されることは自然のことであり、図５に示した実験結果の、消灯前に、ランプ点灯電力をある一定時間を小電力にすることが電極軸部の折れ曲がりの抑制効果に必要であることを考え合わせると、電極軸部の折れ曲がりを防止するためには、温度変化幅の制限と保持時間の確保の両方の要素が必要であり、かつ、温度変化／時間を緩やかにすることが効果的であるといえる。

上記の点に鑑みると、小電力点灯から消灯する場合は、点灯時における電極軸部４２の温度が比較的低く、上記の熱収縮差も比較的小さいため、電極軸部４２の折れ曲がりに至るほどの急速な変形は生じない。また、定格点灯から一定時間小電力点灯した後消灯する場合も、消灯過程における電極軸部４２の温度低下の速度の点からは小電力点灯から消灯する場合と同様であるから、電極軸部４２の折れ曲がりは同様に防止される。

上記の一定時間は、好ましくは１秒以上である。これ以下の場合は、定格点灯から小電力点灯に切り替えても、電極軸部４２の温度が十分に低下する前に消灯することになるため、電極軸部４２の折れ曲がりを防止する効果は小さい。また、上記の小電力モードにおけるランプ点灯電力は、好ましくは定格電力の５５％以上９０％以下である。９０％より大きい場合は、電極軸部４２の温度が定格電力点灯時の場合とあまり違わず、５５％より小さい場合は、電極軸部４２の温度変化が大き過ぎる問題がある。

また、これまで述べたように、消灯過程において、小電力モードに一度にランプ点灯電力を切り換えるのではなく、１秒間当たり定格電力の５５％以下の速度で緩やかに、１秒以上、定格電力の５５％以上９０％以下のランプ点灯電力まで下げた後、消灯しても同様の効果が得られる。なぜなら、このように緩やかにランプ点灯電力を低くすれば、電極軸部４２の温度はランプ点灯電力の低下に追従して低下するからである。

図１０は、高圧放電ランプ１に対して交流電力を供給する給電装置８の回路構成を示す図である。
同図に示すように、給電装置８は、直流電圧が供給される降圧チョッパー回路９と、降圧チョッパー回路９の出力側に接続され直流電圧を交流電圧に変化させて高圧放電ランプ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、高圧放電ランプ１に直列接続されたコイルＬ１、コンデンサＣ１、およびスタータ回路１１とから構成される。なお、降圧チョッパー回路９、フルブリッジ回路１０、スタータ回路１１により給電装置８が構成され、高圧放電ランプ１を含めて高圧放電ランプ装置と称される。

降圧チョッパー回路９は、不図示の直流電源Ｖ_ＤＣに接続され、スイッチング素子Ｑｘと、ダイオードＤｘと、コイルＬｘと、平滑コンデンサＣｘと、スイッチング素子Ｑｘの駆動回路Ｇｘから構成される。スイッチング素子Ｑｘは、駆動回路Ｇｘによりオン／オフ駆動される。この駆動によって、スイッチング素子Ｑｘのデューティ比が調整されて、高圧放電ランプ１に供給される電流または電力が制御される。すなわち、抵抗Ｒ１、Ｒ２で検出された電圧信号Ｓｖ、Ｒ３で検出された電流信号Ｓｉおよび外部からの電力信号Ｓｗに基づいて制御回路１２が駆動回路Ｇｘを介して、スイッチング素子Ｑｘをフィードバック制御する。これにより、高圧放電ランプ１のランプ点灯電力を一定値とする定電力制御が実施される。

フルブリッジ回路１０は、ブリッジ状に接続されたトランジスタやＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動回路Ｇ１〜Ｇ４から構成される。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、各々と並列にダイオードが逆並列に接続されることもあるが、この実施例においてはダイオードは省略している。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、不図示の制御部を介して駆動回路Ｇ１〜Ｇ４により駆動される。フルブリッジ回路１０の動作は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を交互にオン、オフを繰り返して行われる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオンするときは、降圧チョッパー回路９→スイッチング素子Ｑ１→コイルＬ１→高圧放電ランプ１→スイッチング素子Ｑ４→降圧チョッパー回路９に電流が流れる。一方、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオンするときは、降圧チョッパー回路９→スイッチング素子Ｑ３→高圧放電ランプ１→コイルＬ１→スイッチング素子Ｑ２→降圧チョッパー回路９の経路で放電ランプ１に交流矩形波電流を供給する。

スタータ回路１１は、スイッチ素子Ｑ５、駆動回路Ｇ５、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ２、トランスＴ２より構成される。高圧放電ランプ１の始動時にコンデンサＣ２に蓄積したエネルギーをスイッチ素子Ｑ５をオンすることによりトランスＴ２に印加し昇圧して高圧放電ランプ１に高電圧を印加し高圧放電ランプ１を始動させる。ここでは、高圧放電ランプ１の外表面に高電圧印加用導体を配管した、いわゆる外部トリガ方式を示す。

図１１は、図１０に示した制御回路１２の内部構成を示す図である。
図１０および図１１を用いて上記の定電力制御について説明すると、制御回路１２にランプ電圧信号Ｓｖと信号発生器１３からの電力信号Ｓｗが演算器１２１に入力されて基準電流値が算出され、この基準電流値は信号Ｓｉ-ｒｅｆとして比較器１２２に入力される。電流信号Ｓｉは比較器１２２の他方の端子に入力され、比較器１２２では基準電流信号Ｓｉ-ｒｅｆと電流信号Ｓｉを比較して、ランプ電流が基準電流値に一致するようにパルス幅制御回路（ＰＷＭ）１２３、駆動回路Ｇｘを介して、スイッチング素子Ｑｘを制御する。このようにして、高圧放電ランプ１のランプ点灯電力は電力信号Ｓｗに対応する電力に保たれる。

次に、定格２００Ｗの高圧放電ランプ１を定格２００Ｗの定電力点灯から消灯するまでの過程の動作について説明する。
高圧放電ランプ１の点灯は、給電装置８の外部から点灯信号Ｓｓが信号発生器１３に与えられると、信号発生器１３から制御回路１２へ点灯電力２００Ｗに対応する電力信号Ｓｗが入力され、高圧放電ランプ１は、定格２００Ｗの電力によって定電力点灯される。高圧放電ランプ１の消灯は、まず、給電装置８の外部から消灯信号Ｓｓが信号発生器１３に与えられると、電力信号発生器１３１により、電力信号Ｓｓが、例えば、１６０Ｗ（定格電力の８０％）に対応する値に変更され、小電力モードに対応する電力信号Ｓｗとして制御回路１２に出力される。その結果、高圧放電ランプ１は定格電力より低い電力１６０Ｗで点灯される。電力信号Ｓｓが小電力モードに対応する信号に変更されてから所定時間経過後、例えば、２秒後、消灯信号Ｓｓが信号発生器１３の遅延回路１３２によって所定時間遅らされて制御回路１２に入力される。消灯信号Ｓｓが制御回路１２に入力されると、パルス幅制御回路（ＰＷＭ）１２３は駆動回路Ｇｘを停止し、スイッチング素子Ｑｘがオフに固定されて、高圧放電ランプ１ヘの電流の供給が停止されることによって消灯する。このようにして、高圧放電ランプ１のランプ点灯電力が小電力モードに変更されてから所定時間後に、高圧放電ランプ１が消灯する。

以上の制御の態様を図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）は、ランプ点灯電力を階段状に下げる場合であり、これ代えて、図１２（ｂ）に示すように、略直線状にランプ点灯電力を下げた後に消灯するようにしてもよい。

上記の給電装置８では、外部から消灯信号Ｓｓが給電装置８に与えられる構成を示したが、電力信号Ｓｗと消灯信号Ｓｓの両方とも給電装置８の外部から、図１２（ａ）または図１２（ｂ）に示すような時間的な関係をもって与えられる構成としてもよい。その場合、信号発生器１３は省略され、電力信号Ｓｗと消灯信号Ｓｓが制御回路１２に直接入力される構成とすることができる。

高圧放電ランプ１の点灯態様Ａを示す図である。高圧放電ランプ１の点灯態様Ｂを示す図である。高圧放電ランプ１の点灯態様Ｃを示す図である。高圧放電ランプ１の点灯態様Ｄを示す図である。図４に示した点灯態様Ｄの条件を見極めるために行った実験の結果得られた電極軸部の折れ曲がりの発生率（％）を示す表である。図５に示した表を図形化した図である。本発明の高圧放電ランプ装置に使用される高圧放電ランプ１を示す図である。図７に示した電極４の拡大図である。電極軸部４２の折れ曲がりが発生した高圧放電ランプの一部を示す図である。高圧放電ランプ１に対して交流電力を供給する給電装置８の回路構成を示す図である。図１０に示した制御回路１２の内部構成を示す図である。高圧放電ランプ１の消灯時の制御態様を示す図である。電極軸部の折れ曲がりが生じた高圧放電ランプ１００の一部正面図である。

符号の説明

１高圧放電ランプ
２発光部
２１開口部
３封止部
４電極
４１塊状部
４２軸部
５導電用金属箔
６外部リード
７堆積物
８給電装置
９降圧チョッパー回路
１０フルブリッジ型インバータ回路（フルブリッジ回路）
１１スタータ回路
１２制御回路
１２１演算器
１２２比較器
１２３パルス幅制御回路（ＰＷＭ）
１３信号発生器
１３１電力信号発生器
１３２遅延回路

Claims

０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と１０^−６μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲のハロゲンが封入され、一対の電極が２．０ｍｍ以下の間隔で対向配置された高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに対して交流電力を供給する給電装置とから構成される高圧放電ランプ装置において、
前記高圧放電ランプの電極は、純度５Ｎ（９９．９９９％）以上の高純度タングステンからなり、前記給電装置は、前記高圧放電ランプの消灯に際し、前記高圧放電ランプを、ランプ点灯電力が定格電力の５５％以上９０％以下であり、かつ、期間が１秒以上である小電力モードによって点灯した後に消灯することにより、電極軸部の折れ曲がりの発生を防止したことを特徴とする高圧放電ランプ装置。
０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と１０^−６μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲のハロゲンが封入され、一対の電極が２．０ｍｍ以下の間隔で対向配置された高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに対して交流電力を供給する給電装置とから構成される高圧放電ランプ装置において、
前記高圧放電ランプの電極は、純度５Ｎ（９９．９９９％）以上の高純度タングステンからなり、前記給電装置は、前記高圧放電ランプの消灯に際し、前記高圧放電ランプを、ランプ点灯電力が１秒間当たり定格電力の５５％以下の速度で減少し、かつ期間が１秒以上で定格電力の５５％以上９０％以下の範囲を経由する小電力モードによって点灯した後に消灯することにより、電極軸部の折れ曲がりの発生を防止したことを特徴とする高圧放電ランプ装置。