JPH01251595A - 金属蒸気放電灯の点灯方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば紫外線を利用した処理装置等産業の各
分野で使用されている金属蒸気放電灯の点灯方法に関す
る。

〔従来の技術〕

水銀ランプやメタルハライドランプ等の金属蒸気放電灯
の点灯方法は、通常、定電力連続点灯であって、フラッ
シュランプのようなフラッシュ点灯はされていなかった
。これは、封入された金属が発光材料として安定的に機
能させるために、該金属を蒸気化して所定の高温高圧に
保持する必要があるためで、金属蒸気の封入されていな
いタイプのフラッシュランプのようなフラッシュ点灯を
行うことは原理的に出来なかった。

しかしながら、ある一定の電力で点灯した状態（以下、
アイドリング点灯とする。）で、所定の電力を印加する
（このような点灯方法をパルス点灯と呼ぶことにする。

）ようにすれば、金属蒸気放電灯を前述のフラッシュ点
灯のように点灯させることは可能であり、かかる観点か
ら特定の目的のため金属蒸気放電灯をパルス点灯させる
提案が僅かながらなされている（特開昭５７−１８５６
６３号参照）。

〔発明の解決しようとする技術的課題〕金属蒸気放電灯
をパルス点灯させる理由の一つは、アイドリング電力（
アイドリング点灯時の入力電力をいう。以下略）に対す
るパルス電力（パルス点灯時の人力電力をいう。以下略
）の比率に対して、それと同程度かそれ以上の比率で光
出力が得られるためである。

ここにおいて、金属蒸気放電灯をパルス点灯させるにあ
たって、アイドリング点灯時にどのような方法で入力電
力の制御を行えば良いかは、これまで特に研究されてお
らず、単にランプ定格電力を安定点灯電力と判断してア
イドリング電力としパルス点灯をさせようとしていた。

”従来のアイドリング点灯時の入力電力制御方法は、例
えば、ランプに実際入力されているランプ電力を、予め
定められた設計上の定格電圧を基準電圧としてフ、イー
ドバック制御するものである。

しかし、この場合のランプ入力電力は、ランプの設計上
の安定点灯されるであろうとして入力される電力であり
、ランプの点灯方向の違い、存在するであろうランプの
製造上のばらつきや、ランプハウスの冷却条件等の使用
環境の違いなどは考慮されていない。逆に言えば、規定
の安定電力をランプに供給しても冷却条件やランプの個
性によってはガス圧が規定の圧力まで達しない可能性が
あるものである。

この場合、パルス点灯における問題として、例えば必要
以上のアイドリング電力を供給していてエネルギーの利
用効率を低下させているのではないかということがある
。即ち、アイドリング電力は、パルス点灯の目的からし
て安定点灯状態を保持するのに必要十分な最小の電力と
すべきであるが、もともと安定点灯状態をどのような状
態量で把握するかが明確でなく、その結果必要以上の電
その目的は゛、金属蒸気放電灯の安定点灯状態を示す状
態量を提示し、該状態量によりアイドリング点灯時の入
力電力を制御することによって、高効率の金属蒸気放電
灯のパルス点灯方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

かかる目的を達成するため、本発明の金属蒸気放電灯の
点灯方法は、金属蒸気放電灯を所定の電力でアイドリン
グ点灯しておいて、さらに所定のパルス電力を印加して
パルス点灯させ、そのアイドリング点灯時の所定の電力
は、金属蒸気放電灯の発光効率の収束値に従って制御さ
れてなることを特徴とする。

〔発明の作用〕

アイドリング点灯時の入力電力が、発光効率の収束値に
従って制御されることにより、安定点灯状態を保持する
のに必要十分な電力でアイドリング点灯され、高効率の
パルス点灯となる。

〔実施例〕

以下、本発明の金属蒸気放電灯の点灯方法の実施例を図
面に従い説明する。

第１図は、金属蒸気放電灯の一種であるキセノン水銀ラ
ンプの発光効率についての実験の説明図で、横軸が入力
電力、縦軸が発光効率を示す。尚この発光効率は絶対的
な値でなくあくまで相対値である。但し、この場合の発
光効率とは、ランプへの入力電力とランプから放射され
る全光エネルギーの比率ではなく、入力電力と発光材料
としての水銀の遷移により放射される特定の波長（例え
ば２５４ｎｍ）の光の強さとの比率を問題としている。

キセノン水銀ランプ（以下ランプという。）は発光管内
に発光材料としての水銀とバッファガスとしてのキセノ
ンガスが封入されたもので、３００ｎｍ以下の遠紫外線
の発光スペクトルが豊富なことで知られている。本実験
及び実施例では、ウシオ電機株式会社製ＵＸＭＩ　ＯＯ
３ＭＤを使用し自然空冷下において点灯させた。第１図
かられかるように、人、力させる電力の増加に伴い、発
光効率は一定値に収束している。具体的には、約３５０
Ｗで収束値の約９５％の効率に達している。

これは、水銀量の数密度が一定の場合には発光効率は温
度に依存しないか又は水３Ｉ量の数密度が変化するとし
てもその変化の割合は温度変化の割合に比べて小さくな
るからであると考えられる。

また、強制空冷下で点灯させた異なる実験例でも、水銀
の動作圧力に余裕ができるため収束後も僅かながら発光
効率が上昇しているが、やはりその発光効率が頭打ちに
なる点があることが確認されている。

この発光効率が収束値に至るまでの過程は、個々のラン
プ毎や使用環境により異なるものであるが、ランプの分
光放射照度をモニタしそれを入力電力と比較することに
よって個々にモニタできるものである。尚、正確には分
光放射輝度をモニタすべきであるが、実際にはあるプロ
セスで必要な特定波長の光が照射面でどの程度出ている
かが問題となるので、実用上は問題ない。

さねに１．この収束値における発光状態は、封入金属が
発光材料として完全に機能している状態部ち安定点灯状
態として良いと考えられる。

そこで、第２図に示す点灯回路及び第３図に示す点灯制
御プログラムにより本発明の実施例として金属蒸気放電
灯の一種であるキセノン水銀ランプのパルス点灯を試み
た。

第２図は、本発明の実施例の点灯回路の概略説明図であ
り、１はランプ、２はランプ電源、３は点灯制御を行う
ＣＰＵ、４はランプ電圧測定ユニット、５はランプ電流
測定ユニット、６は光出力測定ユニット、７はＡ／Ｄコ
ンバータ、８はＤ／Ａコンバークをそれぞれ示す。

ランフ′１としては、前出のウシオ電機株式会社製ＵＸ
Ｍ−１００３ＭＤを用いた。ランプ電源２に関しては詳
細な内容は省略するが、ＣＰＵ３からの信号により制御
されるアイドリング点灯回路とパルス点灯のための電力
を印加することのできる点灯回路等からなる。ランプ電
圧測定ユニット４、ランプ電流測定ユニット５．光出力
測定ユニ６はそれぞれ絶縁型の信号変換器を有し、その
うち光出力測定ユニット６はフォトダイオード等の光電
変換素子からなる。

第３図は、第２図のＣＰＵ３における点灯制御プログラ
ムの概略説明図であり、このプログラムは３つのステッ
プからなる。ステップ■は電力投入から安定点灯までの
状態、ステップ■はアイドリング点灯時のフィードバッ
ク制御を行う状態。

ステップ■はパルス点灯制御の状態を示す。

つぎに、第２図、第３図に従って、本発明の実施例の点
灯方法について説明する。

まず、ランプ電源２をＯＮさせ、ＣＰＵ３のフログラム
をスタートさせる。この際の点灯電力はランプ設計値の
電力であり、この電力をランプに供給するようランプ電
源２にＤ／Ａコンバータ８から信号を出力する。そして
、ランプ１の絶縁破壊後、所定の電流−電圧特性に従っ
てランプ１の電流電圧が変化し、グロー放電からアーク
放電に移る。アーク放電になってから、内部の全屈蒸気
圧が低い状態では、定電流制御により定電流に制御され
ている状態で金属蓋気圧も上昇しくランプ電圧も上昇し
）、それとともに発光効率も上昇する。この状態は、ラ
ンプ電圧測定ユニット４．ランプ電流測定ユニット５．
光出力測定ユニット６によりモニタされ、これらのモニ
タ信号は、Ａ／Ｄコンバータ７を介してＣＰＵ３に送ら
れる。

づき発光効率を求める処理（処理Ａ）を行う。そして、
判断１で算出された変換効率ψを予め定められた所定の
発光効率ψ。と比較し、ψ〈ψ。ならばそのままの状態
を維持しくＤ／Ａコンバータ８の出力信号は変化せず）
、このステソブエのプログラムを繰り返す。

判断１で、ψ〉ψ。となり、発光効率がある一定以上を
越えると、ステップ■に移行し、パルス指令信号（割り
込み信号）を受は付ける状態とな。

る。ここでも、Ａ／Ｄコンバータからの各モニタ信号に
より前出の処理Ａを行い、発光効率を算出する。そして
、ψ≧ψ。の場合（発光効率が一定以上に上昇する場合
）はｌ−１−αの処理（処理Ｂ）、ψくψ。の場合（発
光効率がある一定以上以下になる場合）は、Ｉ＝Ｉ＋α
の処理（処理Ｃ）をし、その結果をＤ／Ａコンバータ８
から出力する。この状態がアイドリング点灯の状態であ
りパルス点灯指令信号が無い限りはこのステップＨのプ
ログラムを繰り返す。

そして、判断３でパルス点灯指令信号有りと判断すると
、パルス点灯のステップであるステップ■に移行する。

ステップ■では、まずパルス電流出力指令信号をＤ／Ａ
コンバータ８が出力し、うンプ電源２がパルス点灯に必
要な電流をランプ１に供給する。パルス点灯中の光出力
は同じく光出力測定ユニット６でモニタされており、こ
のパルス点灯時の光出力のモニタ信号はＡ／Ｄコンバー
タ７を介してＣＰｔＪ３に送られ、ＣＰＵ３では光出力
の測定（処理２）及びその積分値の算出（処理３）が開
始される。そして、その積分値がある値以上になるとパ
ルス点灯は終了し、再びステップ■に戻る。即ち、本実
施例のプログラムでは、パルス点灯時の光照射量を制御
するため、パルス点灯時間を制御している。

次に、第２図及び第３図に示す方法により金属蒸気放電
灯をパルス点灯させた本実施例の実施結果について説明
する。第４図は本実施例の点灯方法によるランプの電流
、電圧、光出力チャートの概略を示す図で、ＶＬがラン
プ電圧＋　　ＩＬがランプ電流、Ｈが光出力、Ｘが安定
点灯状態の部分を示す。

次に、本実施例の実測データに基づき本発明の有効性に
ついて説明する。次の表は、第４図の実測チャートを分
析した表で、状態Ｘにおいて、アイドリング点灯時を点
灯Ｉとし、パルス点灯時を点灯Ｐとして、各モード保持
時間、ランプ電圧。

ランプ電流、ランプ電力、光出力（相対値）を比較した
。

上記表から、第４図中のＸの状態での平均入力を計算す
ると、 （７９２，４ｘ０．２９＋１５９ｘｌ）÷１．　２９＝
３０１．　４　　（Ｗ）となる。この表から判るように
、 ■パルス点灯時のランプ電力に対してランプの平均入力
電力は半分以下である。

■パルス点灯指令が不規則に入力される場合、又は冷却
条件等の使用環境条件が変動した場合にも調節すること
なく安定な光出力を得ることができる。

■パルス点灯時の入力電力とアンドリング電力の比は５
：１である。

従って、結論として金属蒸気放電灯のパルス点灯方法に
おいて、実際に利用するパルス点灯時の積分光量をフィ
ードバック制御して所定量に保ちつつ、アイドリング点
灯時の点灯電力を発光効率の収束値に従って制御した場
合、かなりの高効率化を達成できることが確認された。

さらに、この分析結果から判るように、本実施例の点灯
方法では、アイドリング点灯時の平均入力電力を３００
Ｗにを押さえた場合でもパルス点灯時には約８００Ｗ入
力することが可能であり、また入力電力の増加以上にパ
ルス点灯時の光出力が増しており、パルス点灯の効果は
確実に顕れている。これらの事実も、本発明の金属蒸気
放電灯の点灯方法の有効性を示すものであるといえる。

尚、本実施例の発光効率の所定の値ψ。は、予め操業に
先立って、その使用環境におけるそのランプの収束値と
して測定しておくものであるが、ランプの経時変化等を
考慮して、収束値測定のサブプログラム・、を用意し、
随時収束値の測定を行って、前記第３図における発光効
率の所定の値ψ。

の較正を行っても良い。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明の金属蒸気放電灯の点灯方法
は、金属蒸気放電灯を所定の電力でアイドリング点灯し
ておいて、さらに所定のパルス電力を印加してパルス点
灯させる金属蒸気放電灯の点灯方法であって、アイドリ
ング点灯時の所定の電力は、金属蒸気放電灯の発光効率
の収束値に従って制御されてなることを特徴とするので
、パルス点灯のメリットをいかしつつ、高効率の点灯が
可能となり、該放電灯を利用した処理装置等に応用した
場合好適なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、金属蒸気放電灯の一種であるキセノン水銀ラ
ンプの発光効率についての説明図で横軸が入力電力、縦
軸が発光効率を示す。第２図は、つｃＰＴＪ、４はラン
プ電圧測定ユニット、５はランプ電流測定ユニット、６
は光出力測定ユニット７はＡ／Ｄコンバータ、８はＤ／
Ａコンバータをそれぞれ示す。第３図は第２図のＣＰＵ
３における点灯制御プログラムの概略説明図である。第
４図は本実施例の点灯方法によるランプの電流、電圧、
光出力チャートの概略を示す図で、ＶＬがランプ電圧、
ＩＬがランプ電流、Ｈが光出力、Ｘが安定点灯状態の部
分を示す。 図面の；争ｎ 第１図 第２図 第３図 −　　　　　　　　　　　　　　２　　；手続補正３：
（方式） ％式％ １、事件の表示　　　　昭和６３年特許願第７６３４０
号２、発明の名称　　　　金属蒸気放電灯の点灯方法３
、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　　　　東京都千代田区大手町２丁目６番１号
４、補正命令の日付（全送日） 昭和６３年６月２８日 ５、補正の対象 「図　面」 ６、補正の内容 願書に最初に添付した図面の浄書・別紙の通り補正する
。 内容に変更はないが、第４図中、図が煩雑となるため実
測チャートの図示を一部省略した。 ＜７゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属蒸気放電灯を所定の電力でアイドリング点灯してお
   いて、さらに所定のパルス電力を印加してパルス点灯さ
   せる金属蒸気放電灯の点灯方法であって、アイドリング
   点灯時の所定の電力は、金属蒸気放電灯の発光効率の収
   束値に従って制御されてなることを特徴とする金属蒸気
   放電灯の点灯方法。