超高圧水銀ランプ及び該超高圧水銀ランプの製造方法
【課題】放電ランプに供給する電力をセーブするために、定常点灯モードから低電力点灯モードに切替えたときに、放電ランプの発光部及び電極軸部を含む封止部が低温になることを抑制する。
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水銀ランプに関し、特に、液晶ディスプレイ装置、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス・登録商標）を用いたＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ・登録商標）等の投射型プロジェクタ装置のバックライトに使用する超高圧水銀ランプ及び該超高電圧放電ランプの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、プロジェクタ装置に供給する電力を必要に応じて可変することが要求されている。例えば、会議等においてスクリーンに画像を映し出すときには、プロジェクタ装置から出射する光量を高くし、スクリーンに画像を鮮明に映し出すことが必要である。一方、スクリーンに画像を映し出すことが不要なときには、プロジェクタ装置から出射する光量を低くすることが望ましい。
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。
【０００３】
特許文献１には、放電ランプに交流電圧を印加して放電ランプを駆動する方法が記載されている。この駆動方法によれば、第１動作モードと第２動作モードとを備え、第２動作モードにおいて、放電ランプに供給される電力を第１動作モードに比して小さくすることが記載されている。
【０００４】
通常、プロジェクタ装置用の光源として使用される超高圧水銀ランプは、その放射輝度を高めるために発光部内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上という高密度の水銀が封入されている。この種のランプの放射輝度は、発光部内の水銀蒸気圧に比例し、発光部内の水銀蒸気圧が低いほど低下する。発光部の水銀蒸気圧は発光部の温度に主として依存する。つまり、発光部が低温であるほど、水銀が発光空間において未蒸発の状態となって水銀蒸気圧が低下するため、次に説明するような問題が生じる。一対の電極間の抵抗値は水銀蒸気圧が低下することに伴って低下し、電極間に電流が流れ易くなる。そのため、電極に対して電子が頻繁に衝突して電極がスパッタされることにより、電極構成物質が放電空間内に飛散すると共に発光部の管壁に付着し、発光部が黒化する。
【０００５】
特許文献１に示した放電ランプの駆動方法では、第２動作モードにおいて放電ランプに供給する電力を第１動作モードに比して小さくしたときに、放電ランプの発光部が低温になるため、発光空間において水銀が未蒸発になることが避けられず、その結果として、上記の問題を引き起こす惧れがある。しかし、同文献においては、水銀が未蒸発になることが原因で発生する問題及びその解決策について何ら言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５２７８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、放電ランプに供給する電力をセーブするために、定常点灯モードから低電力点灯モードに切替えたときに、放電ランプの発光部及び電極軸部を含む封止部が低温になることを抑制することのできる超高圧水銀ランプ及び該超高電圧放電ランプの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低電力点灯モード時において、発光部及び電極軸部を含む封止部を保温して発光部及び電極軸部を含む封止部が低温になることを防止することによって、発光部の内部空間の水銀蒸気圧の低下を防止し、電極に対する負荷を軽減して発光部の管壁の黒化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る超高圧水銀ランプの構成を示す平面図である。
【図２】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。
【図３】低電力点灯モード時における図１のＡ−Ａ線で径方向に切断した断面図、及び定常点灯モードにおける図１のＡ−Ａ線で径方向に切断した断面図である。
【図４】保温部５を発光部２の一部とそれに連設された封止部３、３の外表面に亘って形成する手順の一例を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る超高圧水銀ランプの構成を示す平面図である。
【図６】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。
【図７】第１及び第２の実施形態において示した本発明に係る超高圧水銀ランプに適用される点灯装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態を図１〜図４を用いて説明する。
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。
【００１２】
封止部３は、モリブデンからなる金属箔６が埋設されることによって気密に封止されている。金属箔６は、一端が電極４に接続される電極軸部４１の端部が接続されると共に、他端が外部リード７に接続されている。外部リード７は封止部３の外方へと伸び出ている。
【００１３】
封入される水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３８０〜７８０ｎｍという放射光を得るためのものであり、０．１５ｍｇ／ｍｍ３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１５ＭＰａ以上という極めて高い蒸気圧を形成するためのものである。また、水銀をより多く封入することによって点灯時の水銀蒸気圧を２０ＭＰａ以上、更には３０ＭＰａ以上という高い水銀蒸気圧の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装置に適した光源を実現することができる。
【００１４】
希ガスは、静圧で約１０〜２６ｋＰａ封入される。具体的には、アルゴンガスであり、このように希ガスを封入するのは、点灯始動性を改善するためである。また、ハロゲンは、沃素、臭素、塩素等が封入され、ハロゲンの封入量は、１０−６〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択される。その機能は、ハロゲンサイクルを利用した長寿命化（黒化防止）にあるが、本発明の超高圧水銀ランプのように極めて小型で高い内圧を有するものの場合は、発光部２の失透を防止するためでもある。
【００１５】
本発明の超高圧水銀ランプは、超高圧水銀ランプに供給する電力をセーブするために、定常点灯モードから低電力点灯モードに切替えたときに、発光部２を保温することによって、発光部２が低温になることを回避し、ひいては、発光部２における水銀蒸気圧が低下することを防止するものである。そのために、超高圧水銀ランプの発光部２と封止部３との境界付近の外表面には、発光部２から放射される光を吸収する保温部５が形成されている。
【００１６】
保温部５は、発光部を確実に保温するために、発光部２と封止部３、３の境界付近に少なくとも設けられることが必要であり、図１に示すように、発光部２の一部とそれに連設された封止部３、３の一部の外表面に亘って形成される。ただし、保温部５は、発光部２から放射される光を邪魔することのないように形成することが好ましい。
【００１７】
保温部５は、低電力点灯モード時に発光部２を保温して発光部２が低温状態になることを避けるためのものであるが、定常点灯モードにおいては、発光部２が過剰に高温状態になることを避けるべく、発光部２を保温しないようにするために、発光部２から離間していることが好ましい。
【００１８】
このような理由から、保温部５は、定常点灯モード時では発光部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では発光部２に当接するように形成することが必要である。保温部５は、それ自体の温度の高低に応じて自在に伸縮することができるものである。つまり、保温部５は、高温状態にあるときは熱膨張することによって発光部２から離間し、発光部２との間に微小間隙が形成する。一方、保温部５は、低温状態にあるときは収縮することによって発光部２に当接し、発光部２を保温する。
【００１９】
図３（ａ）は低電力点灯モード時における、図１のＡ−Ａ線で径方向に切断した断面図、図３（ｂ）は定常点灯モードにおける、図１のＡ−Ａ線で径方向に切断した断面図である。なお、これらの図においては、電極は省略されている。
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。
【００２０】
保温部５は、発光部２の径方向において自在に伸縮するために、発光部２を構成する石英ガラス（ＳｉＯ２）よりも熱膨張率の高い物質によって構成され、例えばＡｌ２Ｏ３（アルミナ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及びシリカ（ＳｉＯ２）のうちの少なくとも一種以上によって膜状に形成される。それぞれの物質の熱膨張係数は、Ａｌ２Ｏ３が７×１０−６／Ｋ、ＭｇＯが１１×１０−６／Ｋ、ＺｒＯ２が１×１０−５／Ｋ、ＳｉＯ２が５×１０−７／Ｋである。なお、保温部５は、発光部２の石英ガラスに密着させ易くするために、所定量の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を含むことが好ましい。
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。
【００２１】
次に、保温部５を、発光部２の一部とそれに連設された封止部３、３の外表面に亘って形成する手順の一例を図４を用いて説明する、
（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。
【００２２】
なお、上記手順２においては、混濁液を使用する方法に限らず、金属アルコキシド重合体を利用するゾル−ゲル法によって、保温部形成用媒体を塗布しても良い。手順２でゾル−ゲル法を利用する場合は、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）を含む金属アルコキシドを加水分解及び縮重合させてコロイド（ゾル）溶液とし、かかる金属アルコキシド重合体を刷毛等を使用して間隙形成用媒体に塗布して加熱乾燥させゲル化する。手順２でゾル−ゲル法を利用した場合は、同手順で混濁液を利用した場合に比べて、エチルアルコールが低温で蒸散することから、手順４でアルミナ等を焼成させるために必要な温度を２００℃程度に低減することができ、保温部５を容易に作製することができる。
【００２３】
上記の手順１−４を順次に行うことにより、手順１で発光部２の所定箇所に形成された間隙形成用媒体が蒸発するので、保温部５を封止部３、３と発光部２の境界付近の外周面上に形成することができる。保温部５は、定常点灯モード時に高温状態になって発光部２の径方向外方に膨張することにより、発光部２から離間して発光部２との間に微小間隙が形成される。一方、低電力点灯モード時には低温状態になって発光部２の径方向内方に収縮して発光部２に当接する。定常点灯モード時に保温部５と発光部２との間に形成される微小間隙の大きさは、概ね０．０１〜０．５ｍｍである。
【００２４】
本発明の第２の実施形態を図５及び図６を用いて説明する。
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。
【００２５】
大径円筒部５１Ａは発光部２の外径よりも、また小径円筒部５１Ｂは封止部３の外径よりも、それぞれ若干大きい内径を有しており、それぞれ発光部２及び封止部３の外表面との間に概ね０．００１〜０．５ｍｍの微小間隙を隔てて設けられている。このような円筒状の保温部５１は、発光部２の一部及び封止部３の一部を包囲するように、封止部３の外端部から発光部２に向けて挿入される。なお、保温部５１は、前記のように挿入されるものの、封止部３の外表面には凸部３１が形成されているため、封止部３の外端部方向に脱落する惧れはない。
【００２６】
上記のごとく、第１及び第２の実施形態に示した本発明に係る超高圧水銀ランプによれば、低電力点灯モード時には、保温部５または保温部５１が低温状態になって発光部２の径方向内方に収縮することによって、発光部２の外表面に当接するため、発光部２を保温することができる。すなわち、低電力点灯モード時には、超高圧水銀ランプへの供給電力が低減されることから、発光部２が低温になり易いが、保温部５または保温部５１が発光部２に当接していることから、発光部２が低温状態になることが回避される。
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。
【００２７】
図７は、第１及び第２の実施形態に示した本発明に係る超高圧水銀ランプに適用される点灯装置の構成例を示す図である。
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。
【００２８】
制御部１３は、駆動信号発生部１３１とコントローラ１３２から構成される。駆動信号発生部１３１は、フルブリッジ回路１０のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するための駆動信号を発生する。コントローラ１３２は、超高圧水銀ランプ１の点灯動作を制御し、外部からの点灯電力指令に応じて、降圧チョッパ回路９のスイッチング素子Ｑｘを設定されたデューティで駆動する機能を備える。また、コントローラ１３２は、電流検出用の抵抗Ｒｘの両端電圧と、電圧検出用の抵抗Ｒ１、Ｒ２により検出された電圧から、ランプ電流Ｉ、ランプ電圧Ｖを求めてランプ電力を演算し、この電力が点灯電力指令により指令された電力と一致するように降圧チョッパ回路９のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御する。駆動信号発生部１３１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するための駆動信号を発生し、ドライバ１２に送信する。フルブリッジ回路１０は、ドライバ１２からのドライブ信号に応じた極性反転動作を行う。
【００２９】
次に、点灯装置１４の動作を図７を用いて説明する。
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。
【００３０】
より詳細には、点灯電力指令により定常点灯モードが指令された時は、コントローラ１３２は、降圧チョッパ回路９のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御して定格電力の７０％以上の電力が出力されるように制御し、また、点灯電力指令により低電力点灯モードが指令された時は、コントローラ１３２は、降圧チョッパ回路９のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御して定格電力の２０〜７５％の電力が出力されるように制御する。ここで、低電力点灯モードにおいて指令された電力値が定格電力の２０〜７５％の範囲とするのは、２０％以下では超高圧水銀ランプ１が不点灯となってしまい、また７５％以下とするのは、低電力点灯モード時に超高圧水銀ランプ１に供給する電力をセーブするためである。
【００３１】
次に、本発明、比較例１、及び比較例２にかかるそれぞれの超高圧水銀ランプについて行った実験１、２について説明する。
＜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。
【００３２】
表１は実験１の結果を示す表である。
【表１】
表１に示すように、本発明の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えても、発光部が黒化したものは１０本中１本も無かった。一方、比較例１の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えると、１０本中３本は発光部が黒化した。又、比較例２の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えると、１０本の全てが発光部が黒化した。
【００３３】
＜実験２＞
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。
【００３４】
表２は実験２の結果を示す表である。
【表２】
表２に示すように、本発明の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えても、発光部が黒化したものは１０本中１本も無かった。一方、比較例１の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給すると１０本中３本が発光部に黒化が生じた。これは実験１に比べ冷却風量を減らしたことから、発光部が高温に成り過ぎたことが原因と考えられる。又、比較例２の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えると、１０本中７本が発光部が黒化した。冷却風量を減らしただけでは、発光部の黒化を防止することはできないことが確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１ 超高圧水銀ランプ
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水銀ランプに関し、特に、液晶ディスプレイ装置、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス・登録商標）を用いたＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ・登録商標）等の投射型プロジェクタ装置のバックライトに使用する超高圧水銀ランプ及び該超高電圧放電ランプの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、プロジェクタ装置に供給する電力を必要に応じて可変することが要求されている。例えば、会議等においてスクリーンに画像を映し出すときには、プロジェクタ装置から出射する光量を高くし、スクリーンに画像を鮮明に映し出すことが必要である。一方、スクリーンに画像を映し出すことが不要なときには、プロジェクタ装置から出射する光量を低くすることが望ましい。
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。
【０００３】
特許文献１には、放電ランプに交流電圧を印加して放電ランプを駆動する方法が記載されている。この駆動方法によれば、第１動作モードと第２動作モードとを備え、第２動作モードにおいて、放電ランプに供給される電力を第１動作モードに比して小さくすることが記載されている。
【０００４】
通常、プロジェクタ装置用の光源として使用される超高圧水銀ランプは、その放射輝度を高めるために発光部内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上という高密度の水銀が封入されている。この種のランプの放射輝度は、発光部内の水銀蒸気圧に比例し、発光部内の水銀蒸気圧が低いほど低下する。発光部の水銀蒸気圧は発光部の温度に主として依存する。つまり、発光部が低温であるほど、水銀が発光空間において未蒸発の状態となって水銀蒸気圧が低下するため、次に説明するような問題が生じる。一対の電極間の抵抗値は水銀蒸気圧が低下することに伴って低下し、電極間に電流が流れ易くなる。そのため、電極に対して電子が頻繁に衝突して電極がスパッタされることにより、電極構成物質が放電空間内に飛散すると共に発光部の管壁に付着し、発光部が黒化する。
【０００５】
特許文献１に示した放電ランプの駆動方法では、第２動作モードにおいて放電ランプに供給する電力を第１動作モードに比して小さくしたときに、放電ランプの発光部が低温になるため、発光空間において水銀が未蒸発になることが避けられず、その結果として、上記の問題を引き起こす惧れがある。しかし、同文献においては、水銀が未蒸発になることが原因で発生する問題及びその解決策について何ら言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５２７８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、放電ランプに供給する電力をセーブするために、定常点灯モードから低電力点灯モードに切替えたときに、放電ランプの発光部及び電極軸部を含む封止部が低温になることを抑制することのできる超高圧水銀ランプ及び該超高電圧放電ランプの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低電力点灯モード時において、発光部及び電極軸部を含む封止部を保温して発光部及び電極軸部を含む封止部が低温になることを防止することによって、発光部の内部空間の水銀蒸気圧の低下を防止し、電極に対する負荷を軽減して発光部の管壁の黒化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る超高圧水銀ランプの構成を示す平面図である。
【図２】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。
【図３】低電力点灯モード時における図１のＡ−Ａ線で径方向に切断した断面図、及び定常点灯モードにおける図１のＡ−Ａ線で径方向に切断した断面図である。
【図４】保温部５を発光部２の一部とそれに連設された封止部３、３の外表面に亘って形成する手順の一例を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る超高圧水銀ランプの構成を示す平面図である。
【図６】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。
【図７】第１及び第２の実施形態において示した本発明に係る超高圧水銀ランプに適用される点灯装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態を図１〜図４を用いて説明する。
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。
【００１２】
封止部３は、モリブデンからなる金属箔６が埋設されることによって気密に封止されている。金属箔６は、一端が電極４に接続される電極軸部４１の端部が接続されると共に、他端が外部リード７に接続されている。外部リード７は封止部３の外方へと伸び出ている。
【００１３】
封入される水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３８０〜７８０ｎｍという放射光を得るためのものであり、０．１５ｍｇ／ｍｍ３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１５ＭＰａ以上という極めて高い蒸気圧を形成するためのものである。また、水銀をより多く封入することによって点灯時の水銀蒸気圧を２０ＭＰａ以上、更には３０ＭＰａ以上という高い水銀蒸気圧の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装置に適した光源を実現することができる。
【００１４】
希ガスは、静圧で約１０〜２６ｋＰａ封入される。具体的には、アルゴンガスであり、このように希ガスを封入するのは、点灯始動性を改善するためである。また、ハロゲンは、沃素、臭素、塩素等が封入され、ハロゲンの封入量は、１０−６〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択される。その機能は、ハロゲンサイクルを利用した長寿命化（黒化防止）にあるが、本発明の超高圧水銀ランプのように極めて小型で高い内圧を有するものの場合は、発光部２の失透を防止するためでもある。
【００１５】
本発明の超高圧水銀ランプは、超高圧水銀ランプに供給する電力をセーブするために、定常点灯モードから低電力点灯モードに切替えたときに、発光部２を保温することによって、発光部２が低温になることを回避し、ひいては、発光部２における水銀蒸気圧が低下することを防止するものである。そのために、超高圧水銀ランプの発光部２と封止部３との境界付近の外表面には、発光部２から放射される光を吸収する保温部５が形成されている。
【００１６】
保温部５は、発光部を確実に保温するために、発光部２と封止部３、３の境界付近に少なくとも設けられることが必要であり、図１に示すように、発光部２の一部とそれに連設された封止部３、３の一部の外表面に亘って形成される。ただし、保温部５は、発光部２から放射される光を邪魔することのないように形成することが好ましい。
【００１７】
保温部５は、低電力点灯モード時に発光部２を保温して発光部２が低温状態になることを避けるためのものであるが、定常点灯モードにおいては、発光部２が過剰に高温状態になることを避けるべく、発光部２を保温しないようにするために、発光部２から離間していることが好ましい。
【００１８】
このような理由から、保温部５は、定常点灯モード時では発光部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では発光部２に当接するように形成することが必要である。保温部５は、それ自体の温度の高低に応じて自在に伸縮することができるものである。つまり、保温部５は、高温状態にあるときは熱膨張することによって発光部２から離間し、発光部２との間に微小間隙が形成する。一方、保温部５は、低温状態にあるときは収縮することによって発光部２に当接し、発光部２を保温する。
【００１９】
図３（ａ）は低電力点灯モード時における、図１のＡ−Ａ線で径方向に切断した断面図、図３（ｂ）は定常点灯モードにおける、図１のＡ−Ａ線で径方向に切断した断面図である。なお、これらの図においては、電極は省略されている。
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。
【００２０】
保温部５は、発光部２の径方向において自在に伸縮するために、発光部２を構成する石英ガラス（ＳｉＯ２）よりも熱膨張率の高い物質によって構成され、例えばＡｌ２Ｏ３（アルミナ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及びシリカ（ＳｉＯ２）のうちの少なくとも一種以上によって膜状に形成される。それぞれの物質の熱膨張係数は、Ａｌ２Ｏ３が７×１０−６／Ｋ、ＭｇＯが１１×１０−６／Ｋ、ＺｒＯ２が１×１０−５／Ｋ、ＳｉＯ２が５×１０−７／Ｋである。なお、保温部５は、発光部２の石英ガラスに密着させ易くするために、所定量の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を含むことが好ましい。
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。
【００２１】
次に、保温部５を、発光部２の一部とそれに連設された封止部３、３の外表面に亘って形成する手順の一例を図４を用いて説明する、
（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。
【００２２】
なお、上記手順２においては、混濁液を使用する方法に限らず、金属アルコキシド重合体を利用するゾル−ゲル法によって、保温部形成用媒体を塗布しても良い。手順２でゾル−ゲル法を利用する場合は、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）を含む金属アルコキシドを加水分解及び縮重合させてコロイド（ゾル）溶液とし、かかる金属アルコキシド重合体を刷毛等を使用して間隙形成用媒体に塗布して加熱乾燥させゲル化する。手順２でゾル−ゲル法を利用した場合は、同手順で混濁液を利用した場合に比べて、エチルアルコールが低温で蒸散することから、手順４でアルミナ等を焼成させるために必要な温度を２００℃程度に低減することができ、保温部５を容易に作製することができる。
【００２３】
上記の手順１−４を順次に行うことにより、手順１で発光部２の所定箇所に形成された間隙形成用媒体が蒸発するので、保温部５を封止部３、３と発光部２の境界付近の外周面上に形成することができる。保温部５は、定常点灯モード時に高温状態になって発光部２の径方向外方に膨張することにより、発光部２から離間して発光部２との間に微小間隙が形成される。一方、低電力点灯モード時には低温状態になって発光部２の径方向内方に収縮して発光部２に当接する。定常点灯モード時に保温部５と発光部２との間に形成される微小間隙の大きさは、概ね０．０１〜０．５ｍｍである。
【００２４】
本発明の第２の実施形態を図５及び図６を用いて説明する。
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。
【００２５】
大径円筒部５１Ａは発光部２の外径よりも、また小径円筒部５１Ｂは封止部３の外径よりも、それぞれ若干大きい内径を有しており、それぞれ発光部２及び封止部３の外表面との間に概ね０．００１〜０．５ｍｍの微小間隙を隔てて設けられている。このような円筒状の保温部５１は、発光部２の一部及び封止部３の一部を包囲するように、封止部３の外端部から発光部２に向けて挿入される。なお、保温部５１は、前記のように挿入されるものの、封止部３の外表面には凸部３１が形成されているため、封止部３の外端部方向に脱落する惧れはない。
【００２６】
上記のごとく、第１及び第２の実施形態に示した本発明に係る超高圧水銀ランプによれば、低電力点灯モード時には、保温部５または保温部５１が低温状態になって発光部２の径方向内方に収縮することによって、発光部２の外表面に当接するため、発光部２を保温することができる。すなわち、低電力点灯モード時には、超高圧水銀ランプへの供給電力が低減されることから、発光部２が低温になり易いが、保温部５または保温部５１が発光部２に当接していることから、発光部２が低温状態になることが回避される。
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。
【００２７】
図７は、第１及び第２の実施形態に示した本発明に係る超高圧水銀ランプに適用される点灯装置の構成例を示す図である。
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。
【００２８】
制御部１３は、駆動信号発生部１３１とコントローラ１３２から構成される。駆動信号発生部１３１は、フルブリッジ回路１０のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するための駆動信号を発生する。コントローラ１３２は、超高圧水銀ランプ１の点灯動作を制御し、外部からの点灯電力指令に応じて、降圧チョッパ回路９のスイッチング素子Ｑｘを設定されたデューティで駆動する機能を備える。また、コントローラ１３２は、電流検出用の抵抗Ｒｘの両端電圧と、電圧検出用の抵抗Ｒ１、Ｒ２により検出された電圧から、ランプ電流Ｉ、ランプ電圧Ｖを求めてランプ電力を演算し、この電力が点灯電力指令により指令された電力と一致するように降圧チョッパ回路９のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御する。駆動信号発生部１３１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するための駆動信号を発生し、ドライバ１２に送信する。フルブリッジ回路１０は、ドライバ１２からのドライブ信号に応じた極性反転動作を行う。
【００２９】
次に、点灯装置１４の動作を図７を用いて説明する。
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。
【００３０】
より詳細には、点灯電力指令により定常点灯モードが指令された時は、コントローラ１３２は、降圧チョッパ回路９のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御して定格電力の７０％以上の電力が出力されるように制御し、また、点灯電力指令により低電力点灯モードが指令された時は、コントローラ１３２は、降圧チョッパ回路９のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御して定格電力の２０〜７５％の電力が出力されるように制御する。ここで、低電力点灯モードにおいて指令された電力値が定格電力の２０〜７５％の範囲とするのは、２０％以下では超高圧水銀ランプ１が不点灯となってしまい、また７５％以下とするのは、低電力点灯モード時に超高圧水銀ランプ１に供給する電力をセーブするためである。
【００３１】
次に、本発明、比較例１、及び比較例２にかかるそれぞれの超高圧水銀ランプについて行った実験１、２について説明する。
＜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。
【００３２】
表１は実験１の結果を示す表である。
【表１】
表１に示すように、本発明の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えても、発光部が黒化したものは１０本中１本も無かった。一方、比較例１の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えると、１０本中３本は発光部が黒化した。又、比較例２の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えると、１０本の全てが発光部が黒化した。
【００３３】
＜実験２＞
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。
【００３４】
表２は実験２の結果を示す表である。
【表２】
表２に示すように、本発明の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えても、発光部が黒化したものは１０本中１本も無かった。一方、比較例１の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給すると１０本中３本が発光部に黒化が生じた。これは実験１に比べ冷却風量を減らしたことから、発光部が高温に成り過ぎたことが原因と考えられる。又、比較例２の超高圧水銀ランプは、定格電力２３０Ｗを供給する定常点灯モードから、５７Ｗを供給する低電力点灯モードに切替えると、１０本中７本が発光部が黒化した。冷却風量を減らしただけでは、発光部の黒化を防止することはできないことが確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１ 超高圧水銀ランプ
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５３７５８（Ｐ２０１１−２５３７５８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２７８１２（Ｐ２０１０−１２７８１２）
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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