JP5010987B2 - 高圧放電ランプの点灯方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐久性に優れかつ大電流の高圧放電ランプの点灯方法に関し、より詳細には、点灯初期の破損を防止し得る、高圧放電ランプの点灯方法に関する。

高圧水銀ランプなどの高圧放電ランプは、ランプの中央に位置する陽極と陰極の間にアーク放電が形成され、そこから輝線スペクトルとよばれる、ある波長に限定された強い放射と輝線以外の連続スペクトルの放射が発生させられる。このような高圧放電ランプは、半導体集積回路（ＩＣ）、液晶表示デバイス（ＬＣＤ）、プリント基板（ＰＣＢ）等の各種電子デバイスの製造工程で必要とされる強力な紫外線を発光する放電灯として使用されている。

従来の導電箔を有する高圧放電ランプは、図１０に示すように、発光管部（１１１ａ）とその両端に円筒状に延設された封止管部（１１１ｂ）とからなる透光性封体（１１１）内に、陽電極（１２０）と陰電極（１３０）との一対の電極を含み、前記電極から延設される電極リード棒（１２１）が、導電体（１２２）を貫通され、その後端が密閉体（１２４）に挿入される構造となっている。また、密閉体（１２４）の後端には、導入線（１２６）の端部が固定された集電用ディスク（１２５）が面同士を接して配設されている。そして前記導電体（１２２）と密閉体（１２４）および集電用ディスク（１２５）の表面にはストリップ状の導電箔（１２３）が巻装され、密閉体（１２４）が封止管部（１１１ｂ）に気密に固定され、発光管部（１１１ａ）には水銀と希ガスが封入されている。

このような高圧放電ランプを点灯させるには、電極間にかかる電位差によって電極間に存在する気体に絶縁破壊を発生させ放電路を形成し、突入電流を流してアーク放電に移行させ、次いで電流供給によってアーク放電を安定して維持させる必要がある。たとえば、陰極から電子を放出させると電離と励起とを起こし電子雪崩が発生し放電が開始されるが、このような絶縁破壊に必要な電圧は電極間距離とガス圧力との積に比例するため、点灯前に水銀が固化している超高圧水銀ランプではバルブ内圧力が低く、ランプ電極間を絶縁破壊するために必要な電圧は低い。その後に突入電力を供給すると、水銀の内核電子は励起して基底状態より高いエネルギー準位に移り、ランプはアーク放電への移行を開始し、次いで、励起した水銀が基底状態に戻る際に発光し、アーク放電に移行する。アーク放電に移行した後は、ランプ電圧は急激に下がるが、アーク放電が安定に維持する領域ではランプ電流が増えてもランプ電圧は略一定となり、いわゆる規定電圧の領域となる。

電極間距離の短いショートアークランプは非常に高い放射輝度を発生するランプであり、プラズマは二つの電極に支持される。陽極は大きな電流が流れるため電流密度が大きく、電極の消耗を抑制しないと黒化や失透など透過率の低下やアークのちらつきが発生する場合があり、また、熱衝撃によって破損に至る場合がある。このような点灯時の問題を解決するため、各種の技術が開発されている。

例えば、点灯初期において、電極に付着した放電起点となる水銀粒が蒸発するより早い周期で当該電極の電気的極性を変化させ、この極性変化を電極が安定して放電するまで持続させ、その後に低周波数または直流で点灯させることを特徴とする、高圧水銀ランプの点灯方法がある（特許文献１）。水銀蒸気圧を高くしてアークの広がりを防止すると水銀量が多いためランプの点灯始動の初期段階で放電状態が不安定となり、不点灯となる場合があることに鑑みてなされたものである。水銀粒に極性を切り換えうる周期の高周波を印加して電極表面上に熱スポットを形成し、熱スポットから安定して放電させることで安定点灯を行うことができる、という。なお、当該公報で例示されるランプの定常電力は１５０Ｗである。

また、発光管内に希ガスと水銀とが封入され、アーク長が２ｍｍ以下、陰極のタングステン電極が単一心棒で構成された高圧放電ランプを４００Ｗ以下の直流のランプ電流で点灯する方法であって、ランプ始動初期の所定期間に始動初期用電流を供給し、ランプ立ち上がり期間に略定電流で制御し、ランプ安定点灯時は略定電力で制御し、前記ランプの立ち上がり期間の略定電流の電流値はランプの安定点灯時の規定最低電圧において定電力を供給できる電流値の１倍以上２倍以下であり、前記始動初期用電流の電流値は前記ランプ立ち上がり期間の電流値の０．５倍以上０．９倍以下とする高圧放電ランプの点灯方法がある（特許文献２）。直流点灯の高圧放電ランプであって、ランプ立ち上がり時に定電流を供給し、その後安定点灯時に定電力を供給すると安定するまで数分かかり、かつ始動直後の高いランプ電流によって陰極のタングステン電極が飛散し、タングステンが管壁に付着して黒化が発生する。そこで特許文献２は、単一心棒を使用することで電極溶融を抑制し、始動直後のアークスポットの位置が不安定な時期に電流を適切に低く設定して電極の飛散を抑制して電極の負担を軽減し、始動性を損なわず、かつランプ本来の長寿命を維持することができる、という。

また、一対の電極が、その先端部同士が発光管内で対向するように配設されてなる高圧放電ランプであって、前記一対の電極の少なくとも一方の電極軸の先端には、軸方向の単位長さ当りの体積が当該電極軸の軸部分より大きい電極部が形成されると共に、当該電極部の相手方の電極先端部に対向する部分に突起部が設けられている高圧放電ランプがある（特許文献３）。従来のショートアーク型の超高圧水銀ランプは従来のロングアーム型の高圧放電ランプと同一構造の先端にコイルを有するタングステン電極が用いられていたが、コイルからの放熱のみでは発光管の黒化を防止することができない。特に、電極間距離が２．０〜５．０ｍｍのショートアーク型のランプの場合、ランプ点灯時間の経過につれて電極輝点が一箇所に安定することなく無秩序に移動するアークジャンプ現象が発生し、スクリーン面上の輝度が変動する。そこで特許文献３は、電極先端部に対向する部分に突起部を設けることで、電極先端部の熱容量を従来よりも大きくし、熱による変形・消耗をしにくくすると共に、アークジャンプの発生を抑制する、というものである。

更に、ランプ起動後５秒以内の期間は直流電流を供給して始動し、続いて供給電流を交流電流に切換えて略安定電流で制御し、ランプ安定点灯時は略定電力で制御し、前記略定電流制御時の交流電流の値を安定点灯時の規定最低電圧において定電力を供給できる電流値の１倍以上２倍以下とし、ランプ起動後の直流電流値を略定電流制御時の交流電流値の０．５〜０．９倍とする、高圧放電ランプの点灯方法もある（特許文献４）。ランプの始動を高圧パルス電圧によって起動する場合、矩形波交流のランプ電流の場合、矩形波の極性が切り替わる瞬間は電流が一旦途切れ、電極温度が低いコールドスタートの始動初期は転流ミスが発生し、グローからアークへの移行が困難となり、ランプ黒化の原因となる一方、直流出力による始動は正極側となるランプ電極に大きな負担がかかり、ランプ寿命に影響する。そこで特許文献４では、始動初期の直流電流値とそれに続く略定電流で制御される交流電流値とを適切に別々に設定し、直流電流による電極の溶解を防止すると共に、十分な交流電流により早い立ち上がりを図る、というものである。

更に、発光管内部に一対の電極が対向するように設けられ、かつ水銀、希ガスおよびハロゲンが封入された高圧放電ランプの点灯方法であって、放電開始後、水銀が蒸発し終えるまでの過渡状態における所定時間内において、前記一対の電極間の放電状態がアーク放電に移行した後に、所定の電圧を超えるまでのランプ電圧の上昇が検知された場合に、ランプ電流を低減させる制御を行う、高圧放電ランプの点灯方法もある（特許文献５）。定格電力１５０Ｗタイプのショートアークの超高圧水銀ランプでは、エージング５００時間以内で異常な発光管黒化現象が発生し、電離イオンが電極根元部分を攻撃し、この衝撃により電極根元部分の材料たるタングステンが飛散し、点灯開始後、初期の間に異常な発光管黒化現象が発生することを見出し、特許文献５では、放電開始後、水銀が蒸発し終えるまでの過渡状態における所定時間内においてランプ電圧の上昇を検知した場合にランプ電流を低減している。
特開２０００−１３３２０６号公報 特開２００１−３０７８９６号公報 特開２００１−３１２９９７号公報 特開２００１−２７３９８４号公報 特開２００３−２９７５９４号公報

現在、大光量を確保するためにランプが大型化され、電力１ｋＷを超えるランプが多用され、１００Ａ以上の大電流が流されている。この大電流によって電極に大量のジュール熱が発生し、またアーク放電により発生した熱などによって、超高圧ランプが点灯中に高温に加熱され、熱破壊が発生しやすくなっている。例えば、図１０に示すように、発光管部（１１１ａ）とその両端に円筒状に延設された封止管部（１１１ｂ）とからなり、発光管部（１１１ａ）、導電体（１２２）、密閉体（１２４）を構成する石英と、モリブデンなどの導電体（１２２）とは熱膨張率が大きく異なる。このため、大電流の高圧放電ランプでは、急激な加熱によってランプの破損が生じやすく、特にこのような熱衝撃は、温度変化の激しい点灯初期で発生しやすい。また、超高圧水銀ランプは、瞬時点灯することができず、一旦点灯した後は連続して点灯されるが、消灯後に通電した場合に再点灯が困難な場合が多い。このような状況下、大電流の高圧放電ランプにおけるランプ破壊を回避しうる安定した点灯方法の開発が望まれている。

しかしながら、特許文献１記載の方法は、電極の極性を切り換えうる周期の周波数を印加するものであり、本来、１５０Ｗ程度の小型のランプでの点灯を目的とするものである。従って、直流を供給する高圧放電ランプであって、特に大型のものは、陽極のサイズが陰極より明らかに大きくなるため電極の極性を切り換えて放電することは困難であり、特許文献１の技術を応用することはできない。また、特許文献４も直流電流と交流電流とを印加する点で特許文献１と同旨であり、大型の高圧放電ランプには適用することは困難である。

また、特許文献３および特許文献５は、アークジャンプ現象の発生を防止するため、先端部に電極軸より大径であって凸曲面の形状をなす電極部を有し、この電極部の先端の中心付近に突起部が形成される電極を使用する点に特徴がある技術であり、従来の電極の構成からなり、これが大型化された高圧放電ランプに広く適用できる技術ではない。

更に、特許文献２に記載される技術は、４００Ｗ以下の高圧放電ランプに限定するものであり、出力が１ｋＷ以上の高圧放電ランプの場合に応用すると、高温のため熱衝撃によってランプ破壊が生じる場合がある。

更に、高圧放電ランプが大型化すると、ランプ入力が大きくなるにつれランプ電極間も広くなり、電極間以外でアークが安定する可能性も増加する。特に、大型の高圧放電ランプの場合は、小型のランプと相違して異常放電の状態で安定し、発光球部へ急激な熱歪が入り、ランプ破損に至る可能性が高くなるため、異常放電も効果的に防止する必要性がより高い。このように、上記特許文献１〜５は、大型の高圧放電ランプにおける破損や異常放電の問題を解決できるものではない。

そこで、本発明の目的は、ランプの大型化、大電流に対応できる放電ランプの点灯方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、電極間距離が４〜５０ｍｍの一対の電極が対向して配設され、水銀を封入した発光管を有し、直流のランプ電流により点灯する、定格出力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプの点灯方法について詳細に検討した結果、突入電流を供給して放電させ、電流降下後に、供給電流量を増加しながら初期電流および立ち上がり電流を供給すると、電圧を徐々に増加させた後に定格出力に移行させることができるため、ランプ電圧の急激な上昇およびランプ温度の上昇を抑制でき、ランプに対するヒートショックを回避できること、および、電極間距離が４〜５０ｍｍの一対の電極を使用する場合でも異常放電の検出が容易であり、異常放電に連動するランプ電圧の異常上昇を検出した場合にも、供給電流量を低減すれば、異常放電によるランプ破壊を回避しうることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、電極間距離が４〜５０ｍｍの一対の電極が対向して配設され、水銀を封入した発光管を有し、直流のランプ電流により点灯する、定格出力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプの点灯方法であって、突入電流を供給して放電させ、電流降下後に、初期電流、立ち上がり電流および安定時電流を供給するものであり、前記初期電流の供給量は、定格出力電流の７０〜９５％であり、次いで前記初期電流から定格出力電流まで電流量を増加しながら立ち上がり電流を供給し、次いで前記安定時電流として定格出力電流を供給する高圧放電ランプの点灯方法であって、前記突入電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を停止させ、次いで、所定時間経過後に突入電流を供給することを特徴とする、高圧放電ランプの点灯方法を提供するものである。

また、本発明は、前記初期電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を低減させ、次いで、定格出力電流まで増加しながら供給することを特徴とする、前記高圧放電ランプの点灯方法を提供するものである。

また、本発明は、電極間距離が４〜５０ｍｍの一対の電極が対向して配設され、水銀を封入した発光管を有し、直流のランプ電流により点灯する、定格出力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプの点灯方法であって、突入電流を供給して放電させ、電流降下後に、初期電流、立ち上がり電流および安定時電流を供給するものであり、前記初期電流の供給量は、定格出力電流の７０〜９５％であり、次いで、立ち上がり電流として、前記初期電流の６０％以上１００％未満の立ち上がり前期電流と、その後に定格出力電流まで増加する立ち上がり後期電流とを供給し、次いで前記安定時電流として定格出力電流を供給する高圧放電ランプの点灯方法であって、前記突入電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を停止させ、次いで、所定時間経過後に突入電流を供給することを特徴とする、高圧放電ランプの点灯方法を提供するものである。

また、本発明は、前記初期電流の供給時間が１〜２０分である、前記高圧放電ランプの点灯方法を提供するものである。

また、本発明は、前記立ち上がり電流供給開始から安定時電流の供給開始までが、１３〜７０分である、前記高圧放電ランプの点灯方法を提供するものである。

本発明の高圧放電ランプの点灯方法によれば、定格出力が５〜５０ｋＷの高圧放電ランプの点灯時の破損を回避することができる。

本発明の高圧放電ランプの点灯方法によれば、たとえ異常放電などが発生してもこれを容易に検出することができ、異常放電によるランプ破壊を防止することができる。

本発明の第一は、電極間距離が４〜５０ｍｍの一対の電極が対向して配設され、水銀を封入した発光管を有し、直流のランプ電流により点灯する、定格出力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプの点灯方法であって、突入電流を供給して放電させ、電流降下後に、初期電流、立ち上がり電流および安定時電流を供給するものであり、前記初期電流の供給量は、定格出力電流の７０〜９５％であり、次いで前記初期電流から定格出力電流まで電流量を増加しながら立ち上がり電流を供給し、次いで前記安定時電流として定格出力電流を供給することを特徴とする、高圧放電ランプの点灯方法である。前記初期電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を初期電流まで低減させ、次いで、定格出力電流まで増加しながら供給してもよい。

高圧放電ランプに電流を供給すると電極間に絶縁破壊が発生し、突入電流の供給によって放電し、放電後のランプ電流の降下後に電流を供給すると、最終的に定格出力に移行する。従来は、突入電流によって放電した後の電流降下後に、ただちに初期電流として定格出力電流、またはそれ以上の電流を供給することが一般的であった。このような態様の一例として、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプに、初期電流（Ｉ）として１７０Ａを供給し、立ち上がり電流（ＩＩ）として定格出力電流まで電流量を漸減させ、およそ１０分後に安定時電流（ＩＩＩ）として定格出力に移行させた場合のランプ電圧とランプ電流の経時変化を図６に示す。この点灯方法によれば、初期電流値が高いため点灯時間を短縮しうる利点があったが、熱ショックによるランプ破損を回避することができなかった。

そこで本発明では、突入電流による放電後の電流降下後に、初期電流として定格出力電流の７０〜９５％の電流を供給し、次いで定格出力電流まで増加し、次いで定格出力電流を供給して放電を安定に維持することにした。なお、前記初期電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を低減させ、次いで、定格出力電流まで増加しながら供給してもよい。これによって電極間以外で放電が安定した場合にも、異常放電を回避して安定して点灯することができる。以下、本発明を詳細に説明する。

本発明では、電極間距離が４〜５０ｍの一対の電極が対向して配設され、水銀を封入した発光管を有し、直流のランプ電流により点灯する、定格出力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプを対象とする。電極間距離は、４〜５０ｍ、より好ましくは１０〜３５ｍｍである。ランプが大型化して電極間距離が長くなると、放電後に電極間以外でも放電が維持される異常放電が発生しやすいが、本発明の点灯方法によれば、異常放電を回避し、または効率的に検出することで高圧放電ランプの破壊を回避し、安定して点灯することができる。

また本発明では、定格出力５〜５０ｋＷ、より好ましくは５〜３５ｋＷの高圧放電ランプを対象とする。また、定格出力電流は、７０〜２５０Ａ、より好ましくは１００〜２００Ａである。このような大電流を通電するランプは、発熱量が大きいため、点灯時の急激な温度変化によってランプ破壊が発生しやすいが、本発明の点灯方法によれば、このようなランプ破壊を回避して安全に点灯することができる。

上記高圧放電ランプは、発光管内に水銀が封入され、アーク放電により発光させるが、前記発光管内には水銀の他に、絶縁破壊を補助するためにキセノンやアルゴンなどの希ガスなどが封入されていてもよい。これら水銀や希ガスの封入量は、輝線スペクトルやランプの光学特性などに応じて適宜選択することができる。

本発明では、点灯時に突入電流を供給して放電させ、電流降下後に、初期電流（Ｉ）、立ち上がり電流（ＩＩ）および安定時電流（ＩＩＩ）を供給することを特徴とする。初期電流（Ｉ）とは、突入電流の供給によって放電を発生させ、その後、放電が不安定な状態で最初に供給する電流である。また、安定時電流（ＩＩＩ）とは、定格出力を出力する際の電流であり、立ち上がり電流（ＩＩ）とは初期電流（Ｉ）から安定時電流（ＩＩＩ）へ移行させるために供給する電流である。

本発明の好ましい態様の一例として、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプに、初期電流（Ｉ）として１２０Ａを供給し、次いで立ち上がり電流（ＩＩ）を定格出力電流まで４段階で増加させて、およそ５４分後に定格出力（ＩＩＩ）に移行させた場合のランプ電圧とランプ電流の経時変化を図１に示す。なお、本発明において、初期電流の供給開始時は、突入電流供給直にランプ電流が最低値を示したときとする。また、本発明における「定格出力電流」とは、ランプの安定点灯時の規定最低電圧で定電力を供給できる電流値を意味するものとする。

本発明では、初期電流として定格出力電流の７０〜９５％、より好ましくは７５〜９０％の電流を供給する。７０％を下回ると電極間以外で放電する異常放電が発生する場合が増加し、一方、９５％を超えると急激な発熱によってランプ破壊が発生する場合がある。なお、上記初期電流の供給時間は、電極サイズ、封入水銀量などによっても異なるが、一般に１〜２０分である。初期電流供給時のランプ電圧は、一般に定格出力の際の電圧の５〜３０％である。

次いで、立ち上がり電流（ＩＩ）として定格出力電流まで増加しながら電流を供給する。従来は、例えば図６に示すように、定格出力電流よりも高い初期電流を供給し、ついで初期電流の供給開始から１２分程度で定格出力に移行させていた。しかしながら、電極間距離が４〜５０ｍｍかつ定格電力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプは、発光管部の圧力が０．６５〜２気圧と低いため、アーク放電が不安定で電極間以外でも放電が安定しやすい。このような異常放電は、図７に示すように、電極の破壊のみならず、放電による発熱が発光管部に伝熱されランプ全体を熱破壊しやすい。そこで、本発明では、定格出力電流よりも低い初期電流を供給し、ついでランプ電圧を検出しながらゆっくり定格出力電流まで漸増させることにした。

本発明では、点灯時に定格出力電流を超える高い電流供給を行なわず、初期電流から定格出力電流の範囲の立ち上がり電流(ＩＩ)を供給することによって電圧を上昇させながら安定時電流（ＩＩＩ）を供給して定格出力に移行させる点に特徴がある。高圧水銀ランプの点灯初期は、ランプ内部の水銀の蒸発が行われていないため、定格出力時の電圧の５〜３０％と低値であり、初期電流（Ｉ）を供給しても電圧値の上昇は僅かである。そこで、図１に示すように、初期電流（Ｉ）の供給後に立ち上がり電流（ＩＩ）を供給して電圧および電流をともに増加させ、最終的に安定時電流（ＩＩＩ）を供給する定格出力に移行させる。なお、立ち上がり電流（ＩＩ）は必ずしも初期電流（Ｉ）を超える必要はなく、図１に示すように、初期電流（Ｉ）と同じ１２０Ａを供給し、電圧上昇を検出しながら段階的に供給電流量を上昇させることができる。

本発明では、立ち上がり電流（ＩＩ）の供給時間は、１３〜７０分であり、より好ましくは２５〜６０分、特に好ましくは４０〜６０分である。このように時間をかけて電圧を上昇させることで、急激な電圧上昇を抑制してランプの熱破壊を抑制し、かつ電圧上昇を検出することで異常放電を検出し、電流量を制御することでランプ破壊を防止することができるのである。

なお、本発明において、「増加」とは、初期電流量から定格出力電流量まで増加するものであれば、経時的に徐々に供給電流量を増加させる「漸増」型でも、段階ごとに供給量を増加する「ステップ」型でもよい。ステップ型の場合の段階数も、定格出力などに応じて適宜選択することができる。例えば、５以上２５ｋＷ以下の場合には３段階以上が好ましく、２５ｋＷを超えて５０ｋＷの場合には４段階以上とすることが好ましい。

なお、本発明では、立ち上がり電流（ＩＩ）を供給して電圧値を徐々に高めるが、電流量を増加する方法には特に限定はなく、単位時間当たりの増加量を定めて機械的に増加させたり、ランプ電圧を検知して所定電圧に達した後に電流量を増加するなど、ランプに応じて電流量を増加してもよい。また、上記ステップ型でランプ電流の供給量を増加する場合に、電流増加量や所要時間は、各ステップ毎に同じであっても異なっていてもよい。

なお、本発明では、前記初期電流（Ｉ）の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を低減させ、次いで、定格出力電流まで増加しながら供給してもよい。前記したように、電極間距離が４〜５０ｍｍ、かつ定格電力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプは電極間以外でも放電が安定しやすい。このような異常放電が発生すると、電圧が上昇して発熱量が増加するためランプが熱破壊されやすいが、ランプ電圧を検出しながら、前記した初期電流供給中に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を超えた場合の異常を検出し、ランプ電流の供給量を低減させ、次いで所定時間経過後に定格出力まで電流供給量を増加させることで、異常放電によるランプの熱破壊を回避することができる。

このような異常を検出する所定値としては、ランプの定格出力、点灯時供給電流などに基づいて予め所定の数値を定めてもよく、ランプ電圧の経時変化を観察し、単位時間の変化量を超えた場合などとして特定してもよく、その他、異常放電などと関連するいずれかの要素と関連させて設定することができる。例えば、ランプの正常点灯時の初期電流供給時の電圧(たとえば、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプの場合、通常は１５〜４０Ｖ)の２〜４倍、より好ましくは２〜３倍などと特定することができる。また、本願発明における立ち上がり電流は、電圧を高めつつ電流を段階的または漸増させるものであり、電圧を徐々に高めることで急激な熱破壊を防止する点に特徴がある。従って、ランプ電圧の所定値に代えて、例えば、電圧変動率が５Ｖ／秒以上、より好ましくは１０Ｖ／秒以上などと電圧の変動率で特定してもよい。また、ランプ電流の供給量の低減としては、ランプ電流の供給の「停止」であってもよく、この場合には、再度上記方法によって再点灯すればよい。なお、本発明は、初期電流（Ｉ）供給中に、ランプ電圧の異常を検出した場合に電流の供給を低減してランプ破壊を回避することができ、電流値の低減方法としてはランプ電圧が正常点灯した場合の初期電流供給時の電圧(たとえば、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプの場合、通常は１５〜４０Ｖ)となるまで、低減させればよい。なお、図２に、定格出力３５ｋＷのランプを初期電流１１０Ａで点灯した際に、正常に点灯した場合の初期電流供給開始後の電圧と電流の変化を示し、図３に、６５Ｖ近傍で電圧が略一定の高値を示す異常電圧の際の電流と電圧の状態を示し、図４に電圧が大きく変動する異常電圧の際の電流と電圧の状態を示す。

本発明の第二は、電極間距離が４〜５０ｍｍの一対の電極が対向して配設され、水銀を封入した発光管を有し、直流のランプ電流により点灯する、定格出力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプの点灯方法であって、突入電流を供給して放電させ、電流降下後に、初期電流、立ち上がり電流および安定時電流を供給するものであり、前記初期電流の供給量は、定格出力電流の７０〜９５％であり、次いで、立ち上がり電流として、前記初期電流の６０％以上１００％未満の立ち上がり前期電流と、その後に定格出力電流まで増加する立ち上がり後期電流とを供給し、次いで前記安定時電流として定格出力電流を供給することを特徴とする、高圧放電ランプの点灯方法である。

前記第一の発明との相違は、前記立ち上がり電流(ＩＩ)を、前期と後期とに分け、前記初期電流（Ｉ）の供給後に、立ち上がり前期電流(ＩＩ’)として、前記初期電流（Ｉ）の６０％以上１００％未満の電流を供給し、次いで立ち上がり後期電流(ＩＩ”)として定格出力電流まで漸増する点にある。このような態様の一例として、図５に、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプに、初期電流（Ｉ）として１４０Ａを１０分間供給し、次いで、立ち上がり初期電流(ＩＩ’)として１３０Ａを１０分間供給し、次いで立ち上がり後期電流(ＩＩ”)として、定格出力電流まで４段階に増加して供給し、およそ５４分後に定格出力に移行させた場合のランプ電圧とランプ電流の経時変化を示す。初期電流（Ｉ）を上記範囲に設定すると異常放電の発生を抑制しうることが判明し、次いで、立ち上がり前期電流（ＩＩ’）として初期電流（Ｉ）よりも低い電流を供給することで電圧の緩やかに電圧を上昇させることで熱の発生を抑制し、次いで、電流量を増加させつつ印加電圧を増加させて定格出力に移行させる。

第二の発明の点灯方法における初期電流（Ｉ）は、定格出力電流の７０〜９５％、より好ましくは８０〜９５％である。初期電流（Ｉ）の供給時間は、１〜２０分、好ましくは５〜１５分、より好ましくは７〜１２分である。

次いで、立ち上がり前期電流(ＩＩ’)として、前記初期電流（Ｉ）の６０％以上１００％未満、より好ましくは７０〜９０％の電流を供給し、過剰の発熱を回避する。初期電流（Ｉ）が高いため、立ち上がり前期電流(ＩＩ’)として低減した電流量を供給することでランプ破壊を抑制することができる。次いで、立ち上がり後期電流(ＩＩ”)として定格出力電流まで増加しながら電流を供給する。すなわち、立ち上がり前期電流(ＩＩ’)の供給は、３〜２０分、より好ましくは５〜１５分である。また、立ち上がり後期電流(ＩＩ”)の供給時間は１０〜５０分、より好ましくは２０〜４５分である。立ち上がり後期電流の供給によって電流量を増加するには、「漸増」型でも、段階ごとに供給量を増加する「ステップ」型でもよい。従って、立ち上がり電流の供給期間は、１３〜７０分、より好ましくは２５〜６０分、特に好ましくは４０〜６０分である。十分な時間をかけて電流量を増加することで、熱衝撃を回避することができる。経過時間後に定格出力電流を供給すれば、ランプを安定点灯することができる。

また、上記第一、第二の発明において、前記突入電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を停止させ、次いで、所定時間経過後に突入電流を供給してもよい。ランプ電流の供給量を低減するだけではランプの熱破壊を回避できない場合に、電流の供給を停止し、所定時間放置した後に再度ランプを点灯する。前記したように、電極間距離が４〜５０ｍｍ、かつ定格電力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプは電極間以外でも放電が安定しやすい。このような異常放電が発生すると、電圧が上昇して発熱量が増加するためランプが熱破壊されやすいが、ランプ電圧を検出しながら、前記した初期電流供給中に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を超えた場合の異常を検出し、ランプを消灯させ、再度ランプを点灯させる。再点灯は、上記した方法によって行う。なお、異常電圧としては、前記したように高値で一定する場合のほか電圧値が大きく変動する場合など、正常電圧と異なる場合を広く含む。

このような異常を検出するためのランプの異常電圧値は、ランプの定格出力、正常点灯時供給電流などに基づいて予め所定の数値を定めてもよく、ランプ電圧の経時変化を観察し、単位時間の変化量を超えた場合などとして特定してもよく、その他、異常放電と関連するいずれかの要素と関連させて設定することができる。例えば、突入電流供給後の最低ランプ電圧値(たとえば、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプの場合、通常は、１５〜３０ｖ)の１．５〜５倍、より好ましくは２〜３倍などと特定することができる。また、ランプの前記異常電圧値に代えて、例えば、ランプの正常点灯した場合の初期電流供給時の電圧(たとえば、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプの場合、通常は１５〜４０Ｖ)の２〜４倍、より好ましくは２〜３倍などと特定することができる。

なお、ランプ電流の供給を停止した後、再度突入電流を供給して再点灯する場合の所定時間とは、ランプが冷却するまでの所定時間とすることができる。

次に、上記点灯方法を実施する点灯回路および高圧放電ランプと点灯回路とからなる高圧放電装置について説明する。図８に、スタータ非内蔵型の高圧放電ランプの点灯回路を示す。直流の点灯電源からスタータを介して電流を供給し、ランプを始動させる。

本発明では、このような高圧放電ランプを含む高圧放電ランプ装置において、回路中にランプ電圧検出手段、ランプ電流検出手段、更に必要に応じてランプ温度検出手段などを配設し、上記条件による電流量の制御を行うことで実施することができる。電流値や電力量の制御は、例えば、立ち上がり電流をステップ型で増加させる場合には、ステップしたい数だけリレー接点を使用して並列または直列に抵抗を配設し、リレー接点のＯＮ、ＯＦＦによって抵抗を追加、もしくは削除して規定の電流値や電力値に調整することができる。

このような点灯回路を使用して、例えばステップの開始時を経過時間で規定する場合には、タイマーリレー接点を使用すればよい。

また、ランプ電圧により切り換えるには、上記点灯回路に、例えば可変抵抗などを配設して分圧し、分圧した電圧で使用するリレー接点を動作させ、リレー接点の動作圧力と設定した切換圧力とを対応させるため、可変抵抗によりリレー接点の動作電圧と分圧時の電圧とが一致するように抵抗を調整し、ランプ電圧が規定の値に到達した場合に電流量を変更すればよい。また、上記方法によって電圧を検出し、電圧が規定値に到達した場合に、定格出力を出力するように電流量を制御することもできる。

次に、本発明の点灯方法によって、上記高圧放電ランプ装置を点灯する方法について説明する。

まず、上記高圧放電ランプに電源電流から電流を供給する。高圧放電ランプに電圧を印加して電極間に絶縁破壊を発生させ、次いで突入電流の供給によって放電を開始させる。絶縁破壊および放電は、従来公知の方法によって行うことができる。

本実施では、突入電流を供給してランプ電極間で放電を開始し、次いでランプ電流が急激に低下した後に、初期電流、立ち上がり電流、安定時電流を順次供給する。

前記初期電流として、定格出力電流の７０〜９５％を１〜２０分、より好ましくは５〜１５分の範囲で供給する。次いで、電圧が規定電圧値となった時点、または経過時間に対応して、立ち上がり電流を供給する。

次いで、ランプ電圧検出手段によって電圧を検出しながら、電流供給量を増加し、２５〜６０分間で定格出力に移行させる。ステップ型で増加する場合には、前記したリレー接点のＯＮ、ＯＦＦ操作により並列または直列に配設した抵抗を増減させ電流量を調整し、最終的に定格出力とする。

一方、初期電流の供給後に電圧が所定値を越えた場合には、検出電圧に応じて供給電流量を低減し、または供給電流量を停止し、所定期間経過後に再度電流を供給して絶縁破壊、放電を起こさせ、初期電流、立ちあがり電流、安定時電流を供給してもよい。このようなシステムフローを図９に示す。図９において、初期電流供給開始時は、突入電流供給後の電流最低時である。

なお、突入電流の供給後にランプ電圧が所定値を越える場合にも、ランプ電流量を低減させ、ランプ電圧が正常点灯時のランプ電圧に低減した場合には初期電流を供給する。一方、ランプ電圧が正常点灯時のランプ電圧に低減しない場合や、電圧が上昇し、所定の異常電圧を超えた場合に出力を停止し、次いで、所定時間経過後に、突入電流を供給して絶縁破壊、放電を起こさせ、初期電流、立ちあがり電流、安定時電流を供給してもよい。このような異常電圧を検出した際の出力停止は、例えば、回路に電圧リミッタ回路を含ませることで容易に実施することができる。なお、図９では、ランプ電圧が所定値を超える場合で記載したが、ランプ電圧変動率が所定値を超える場合も同様である。

このような異常電圧としては、例えば、ランプの正常点灯した場合の初期電流供給時の電圧(たとえば、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプの場合、通常は１５〜４０Ｖ)の２〜４倍、より好ましくは２〜３倍などと特定することができる。また、ランプの前記異常電圧値に代えて、例えば、電圧変動率が５Ｖ／秒以上、より好ましくは１０Ｖ／秒以上などと電圧の変動率で特定してもよい。

次いで、ランプが十分に冷却された後に、点灯操作を再度開始する。従来の点灯方法では、高圧放電ランプの使用時間が長くなると、再点灯が困難となる場合があり、または異常放電などによってランプが熱破壊する場合があった。しかしながら、本発明の点灯方法によれば、このような再点灯においても電圧を徐々に高めて定格出力に到達させるため、熱による破壊を効率的に抑制することができる。更に、例え電圧の急上昇によって熱破壊が生じやすい状況となった場合でも、ランプ電圧の検出によって異常を早期に回避することができる。

一方、立ち上がり電流(ＩＩ)の供給時に異常電圧を検出しない場合には、電流量を少しずつ上昇して、定格出力に到達させる。これにより安定した点灯を行うことができる。

本発明の点灯方法において、初期電流（Ｉ）、立ち上がり電流（ＩＩ）、安定時電流（ＩＩＩ）を供給した場合の電流と電圧との経時変化を示す図であり、立ち上がり電流（ＩＩ）を４段階で増加させた場合の電流と電圧の推移を示す図である。 本発明の点灯方法において、たとえば、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプを初期電流１１０Ａで点灯した際に、正常に点灯した場合の電圧と電流の変化を示す図である。 たとえば、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプを初期電流１１０Ａで点灯した際に、６５Ｖ近傍で高値を示す異常電圧を示す場合の、電流と電圧の状態を示す図である。 たとえば、定格電圧２２０Ｖ、定格出力電流１５７Ａ、定格電力３５ｋＷの高圧放電ランプを初期電流１１０Ａで点灯した際に、電圧が大きく変動する、異常電圧を示す場合の、電流と電圧との経時変化を示す図である。 本発明の点灯方法において、初期電流（Ｉ）、立ち上がり電流（ＩＩ）、安定時電流（ＩＩＩ）を供給した場合の電流と電圧との経時変化を示す図であり、立ち上がり電流（ＩＩ）を立ち上がり初期電流を流した後に立ち上がり後期電流を流した場合の電流と電圧の推移を示す図である。 従来の点灯方法における電流と電圧との経時変化を示す図である。 発光管部において、陽極と陰極との間での放電状態を示す図であり、図７において、正常とは、発光管部において、陽極と陰極との間で放電が安定する状態を示す図であり、異常とは、発光管部において、陽極と陰極との間以外で放電が安定し、発光管部壁に放電が接触する状態を示す図である。 本発明の高圧放電ランプの回路の模式図である。 本発明の点灯方法において、ランプ電圧が所定値を越えた場合に電流の供給を停止し、再度点灯する場合のフロー図である。 高圧放電ランプを説明する横断面図である。

符号の説明

１０・・・放電ランプ、
１１・・・透光性封体、
１１ａ・・・発光管部、
１１ｂ・・・封止管部、
２０・・・陽電極、
３０・・・陰電極、
４０・・・密封体、
４９・・・スプリング、
５０・・・外部端子、
６０・・・電極リード棒、
６５・・・導入線、
７０・・・石英板、
７３・・・スプリング
８０・・・導電体、
８１・・・貫通孔、
８０ｃ・・・導電体筒状部
８５・・・集電用ディスク、
９０，９０‘・・・円盤状集電板、
９０ａ・・・集電板円盤部、
９０ｂ・・・集電板片部、
９０ｃ・・・集電板筒状部、
９１・・・貫通孔、
９５・・・導電箔、
１１０・・・放電ランプ、
１１１・・・透光性封体、
１１１ａ・・・発光管部、
１１１ｂ・・・封止管部、
１２０・・・陽電極、
１２１・・・電極リード棒、
１２２・・・導電体、
１２３・・・導電箔、
１２４・・・密封体、
１２５・・・集電用ディスク、
１２６・・・導入線、
１２７・・・外部端子、
１３０・・・陰電極、
ｓ・・・スペース。

Claims (5)

1. 電極間距離が４〜５０ｍｍの一対の電極が対向して配設され、水銀を封入した発光管を有し、直流のランプ電流により点灯する、定格出力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプの点灯方法であって、
   突入電流を供給して放電させ、電流降下後に、初期電流、立ち上がり電流および安定時電流を供給するものであり、
   前記初期電流の供給量は、定格出力電流の７０〜９５％であり、
   次いで前記初期電流から定格出力電流まで電流量を増加しながら立ち上がり電流を供給し、
   次いで前記安定時電流として定格出力電流を供給する高圧放電ランプの点灯方法であって、
   前記突入電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を停止させ、次いで、所定時間経過後に突入電流を供給することを特徴とする、高圧放電ランプの点灯方法。
2. 前記初期電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を低減させ、次いで、定格出力電流まで増加しながら供給することを特徴とする、請求項１記載の高圧放電ランプの点灯方法。
3. 電極間距離が４〜５０ｍｍの一対の電極が対向して配設され、水銀を封入した発光管を有し、直流のランプ電流により点灯する、定格出力５〜５０ｋＷの高圧放電ランプの点灯方法であって、
   突入電流を供給して放電させ、電流降下後に、初期電流、立ち上がり電流および安定時電流を供給するものであり、
   前記初期電流の供給量は、定格出力電流の７０〜９５％であり、
   次いで、立ち上がり電流として、前記初期電流の６０％以上１００％未満の立ち上がり前期電流と、その後に定格出力電流まで増加する立ち上がり後期電流とを供給し、
   次いで前記安定時電流として定格出力電流を供給する高圧放電ランプの点灯方法であって、
   前記突入電流の供給開始後に、ランプ電圧が所定値、または電圧変動率を越えた場合に、ランプ電流の供給量を停止させ、次いで、所定時間経過後に突入電流を供給することを特徴とする、高圧放電ランプの点灯方法。
4. 前記初期電流の供給時間が１〜２０分である、請求項１〜３のいずれかに記載の高圧放電ランプの点灯方法。
5. 前記立ち上がり電流供給開始から安定時電流の供給開始までが、１３〜７０分である、請求項１〜４のいずれかに記載の、高圧放電ランプの点灯方法。
   

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