JP2002260586A

JP2002260586A - 高圧放電ランプおよび照明装置

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Publication number: JP2002260586A
Application number: JP2001055268A
Authority: JP
Inventors: Nanao Murase; 七生村瀬; Hiromichi Kawashima; 弘道川島; Hiroyuki Kato; 啓幸加藤
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】電極軸と封着金属箔との固着部分における封着
金属箔の側縁端からのクラックが発生しにくく、したが
って石英ガラス放電容器の破裂発生を少なくした高圧放
電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。【解決手段】包囲部１ａおよび一対の封止部１ｂ、１ｃ
を備えイオン化媒体を封入した石英ガラス放電容器１の
封止部１ｂ、１ｃの内部に一対の封着金属箔４ａ、４ｂ
を気密に埋設し、電極軸２ｂ、３ｂおよび電極軸２ｂ、
３ｂの先端部に配設された電極主部２ａ、３ａを備え、
電極軸２ｂの基端部の曲面部が弓状の周の２０〜４０％
の範囲で封着金属箔４ａに固着した状態で封止部に支持
されているとともに、電極主部２ａ、３ａが包囲部１ａ
内に臨んでいる一対の電極２、３を具備し、管壁負荷が
６０Ｗ／ｃｍ^２以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、封着金属箔を備え
ている高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、投光照明および画像表示装置など
が広く普及しているが、その光源として高圧放電ランプ
が多くの場合に採用されている。その中にあっても、特
に点光源に近く、配光制御が容易な短アーク形で、演色
性およびランプ効率が高いメタルハライド形や水銀蒸気
放電形の高圧放電ランプは、最近めざましく普及してい
る液晶プロジェクタ用の光源として多用されている。ま
た、自動車ヘッドライト用の光源にも小形のメタルハラ
イド放電ランプが普及してきている。さらに、店舗照明
などにおけるスポットライトにも小形で短アーク形のメ
タルハライド形の高圧放電ランプが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、高い
スクリーン照度を持つプロジェクタの市場要求があり、
例えば短アーク形でプロジェクタのスクリーン照度を高
くするには、高圧放電ランプの管壁負荷を高め、電極間
距離を短くする必要がある。管壁負荷を高めるには、石
英ガラス放電容器の大きさが一定であれば、ランプ電力
を大きくする必要がある。

【０００４】ところが、電極間距離を小さくすると、ラ
ンプ電圧が低くなるので、所定のランプ電力を投入しよ
うとすると、必然的にランプ電流を大きくしなければな
らない。そのため、この種の高圧放電ランプにおいて
は、封止部の温度が上昇し、石英ガラスにクラックが発
生し、やがて放電容器の破裂に至る可能性が相対的に高
くなる傾向がある。特に直流高圧放電ランプにおいて
は、その陽極側の封止部にその傾向が強い。

【０００５】管壁負荷が６０Ｗ/ｃｍ^２以上と高いラン
プは、ランプ電流が大きいので、電極軸径もランプ電流
に応じて大きくなる。

【０００６】電極軸は、円柱状であると一般に製造しや
すく安価である。高管壁負荷のランプにおいては、前述
のとおり低負荷のそれに比べてかなり径大の電極軸を使
う必要がある。こののようなに径大の電極軸を円柱状の
ものとし、これを封着金属箔に接着したうえで石英ガラ
ス管に挿入し石英ガラスを加熱し、ピンチシール方式に
て封止しようとすると、封止が微妙な作業であるため
か、クラックがよく発生した。この現象は、封止方式に
起因するものと推測されたので、減圧シール方式で封止
したところ、ピンチシール方式に比較してクラックの発
生率に改善は見られたものの、劇的な差はなかった。
ただし、発明者らは、いずれの方式もクラックの発生源
は、電極軸と封着用金属箔との接触部付近にあることを
突きとめた。

【０００７】発明者らはクラック発生の原因を次のよう
に推測した。すなわち、封着金属箔と電極軸との固着部
分は、軸と箔との熱膨張差の影響が大きく、軸と箔との
接触が大きいと軸の膨張に箔が追従してしまいクラック
が発生しやすい。

【０００８】高管壁負荷のランプでは、封着金属箔が接
着された電極軸は径大であるために、石英ガラスに対す
る軸の熱膨張の影響が大きく接着部分付近にクラックが
発生しやすい。

【０００９】ところで、特開平４−２４３４６６号公報
には、封止部の破損危険性を配慮し、電極軸の断面を基
端に向かって連続的に縮径化して、基端部を箔に接着し
た高圧放電ランプが記載されている。このものは、前記
構成によって封止部での気密な埋設・封止の信頼性を向
上させようとしている。しかしながら、このものは、
クラックの発生源が電極軸と封着用金属箔との接触部に
あることについて言及していないし、構成として電極軸
の断面を連続的に縮径化しているので、電極軸は基端部
に向かって先細りの構造となるから、封着工程時、封着
金属箔の先細りの部分に接している部分には、先細りの
電極軸からの大きな応力が集中してしまい、箔切れが生
じ易い問題がある。

【００１０】本発明は、電極軸と封着金属箔との固着部
分付近に発生する箔切れやクラックが少なく、したがっ
て点灯不良および石英ガラス放電容器の破裂発生を少な
くした高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を達成するための手段】請求項１の高圧放電ラン
プは、包囲部および包囲部の両端に連続する一対の封
止部を備えた石英ガラス放電容器と；石英ガラス放電
容器の封止部の内部に気密に埋設された一対の封着金属
箔と；略円柱状の電極軸、電極軸の基端部に切欠かれ
たように形成され電極軸の軸心に鋭角で交差する略平面
部、平面部とともに軸直交断面が弓状となる周を構成す
る曲面部および電極軸の先端部に配設された電極主部を
備え、弓状となる周の最大２０〜４０％の範囲で曲面部
が封着金属箔に固着する部分を有し、固着位置の反対側
に平面部が位置する状態で封止部に封着支持されている
とともに、電極主部が包囲部内に臨んでいる電極を含む
一対の電極と；石英ガラス放電容器内に封入されたイ
オン化媒体と；を具備し、管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以
上であることを特徴としている。

【００１２】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１３】＜石英ガラス放電容器について＞石英ガ
ラス放電容器は、包囲部およびその両端に連続した封止
部を備えている。包囲部は、中空で、放電空間を提供
し、その形状が球状、楕円球状、紡錘状などの形状であ
ることを許容する。封止部は、電極を支持し、石英ガラ
ス放電容器を封止するとともに、電極に対する給電を行
なうために寄与する。また、封止部は、所定の形状に成
形した包囲部の両端に相対的に小径の石英ガラス管すな
わちシールチューブを溶着したり、一本の石英ガラス管
の中間部を成形して形成した包囲部の両端をさらに成形
したりして形成することができる。なお、後述する電極
軸を封止部の所定位置に支持するとともに、封着金属箔
を所定位置に埋設するため、ピンチシールや減圧シール
などにより封止部を形成することにより、石英ガラス放
電容器が封止される。

【００１４】＜封着金属箔について＞封着金属箔は、
モリブデンなど熱膨張率が石英ガラスのそれとなるべく
接近している耐火性の導電性金属の箔からなり、石英ガ
ラス放電容器の封止部に気密に埋設されている。また、
封着金属箔の一端部には電極軸の基端部が後述するよう
にその曲周面部の所定範囲が接触するとともに、他端部
には外部導入導体の先端部が溶接されて接触する。

【００１５】＜イオン化媒体について＞本発明におい
て、イオン化媒体は、ハロゲン化物、水銀および希ガス
などの一種または複数種をたとえば以下の組み合わせで
用いることができる。なお、本発明において、「高圧放
電」とは、イオン化媒体の点灯中の圧力が大気圧以上に
なる放電をいい、いわゆる超高圧放電を含む概念であ
る。

【００１６】本発明の高圧放電ランプは、交流点灯形お
よび直流点灯形のいずれであってもよい。また、いずれ
の場合においても、電極は、電極軸の基端部に切欠かれ
たように形成され電極軸の軸心に鋭角で交差する略平面
部、平面部とともに軸直交断面が弓状となる周を構成す
る曲面部および電極軸の先端部に配設された電極主部を
備えている。そして、電極軸は、一方で、弓状となる
周の最大でも２０〜４０％の範囲で曲面部が封着金属箔
にブレージング材を介して間接的または直接的に溶接さ
れるなどして固着した状態で封止部に支持されている。
他方、この固着位置の反対側に平面部が位置する状態
で封止部に直接封着支持されている。

【００１７】なお、電極軸の曲面部と封着金属箔との接
触の範囲は、高圧放電ランプの封止部を封着金属箔およ
び電極軸の基端部に対向する位置で管軸に対して直角に
切断し、その切断部を１ｍｍずつ次々に切断してみて、
固着部分の最大値が電極軸周の２０〜４０％に入ってい
ることで判定するものとする。電極軸の基端部がその周
の２０〜４０％の部分にわたって封着金属箔に接触する
ように構成するには、たとえばピンチシールにおいて
は、ピンチャーのギャップやピンチャーの形状を調整し
て行なう。減圧シールにおいては、封止部の温度、加工
時間などを調整して行なう。

【００１８】また、一対の電極は、交流点灯形の高圧放
電ランプの場合、基本的に同一形状である。また、直流
点灯形の高圧放電ランプの場合、一対の電極の一方が陽
極となり、他方が陰極になる。なお、少なくとも６０Ｗ
/cm2の管壁負荷を得るためには、ランプ電流に耐え得る
ように、電極軸径は４ｍｍ以上が好適である。

【００１９】また、本発明においては、一対の電極間の
距離すなわち電極間距離は、好適にはいわゆる短アーク
形の放電が生起するような関係に封装される。その電極
間距離は、実際的には６ｍｍ以下が好適である。また最
適には１〜３ｍｍである。なお、電極間距離は、電極の
先端間で計測する。

【００２０】本発明において、管壁負荷は、６０Ｗ／ｃ
ｍ^２以上でなければならない。なぜなら、管壁負荷が６
０Ｗ／ｃｍ^２以上になると、封止部の温度が上昇し、電
極軸と封着金属箔との接合部における封着金属箔の側縁
部からクラックが発生し、やがて放電容器の破裂に至る
可能性が相対的に高くなる傾向があるからである。これ
に対して、これより小さい管壁負荷の場合には封止部の
温度上昇が相対的に少なく、したがって電極軸と封着金
属箔との固着部分付近、例えば固着部分における封着金
属箔の側縁部からクラックが発生しにくい。なお、管壁
負荷は、石英ガラス放電容器の単位内表面積当りの定格
ランプ電力である。石英ガラス放電容器の内表面積は、
内面形状が既知であれば、石英ガラス放電容器の内部に
入る水の量から体積を知り、さらに計算により、これを
求めることができる。

【００２１】さらに加えて、ランプ電流が６Ａ以上の高
圧放電ランプに対して本発明は、特に効果的である。な
ぜなら、６Ａ以上の高い電流値であれば電極軸が径大と
なるためである。

【００２２】本発明の作用を次に説明する。本発明に
おいては、電極軸基端部を切り欠いたような形状にして
封着金属箔付近の電極軸体積を減少させ、かつ封着金属
箔と電極軸曲面部との固着の範囲を最大弓状周の２０〜
４０％にしたことにより、電極軸と封着金属箔との固着
部分付近、例えば固着部分における封着金属箔の側縁端
からクラックが発生しにくくなり、これにより固着部分
付近からのクラックが発展して石英ガラス放電容器が破
裂に至る割合、すなわち破裂発生率が著しく減少する。
また、箔と電極軸とが曲面で固着するので、箔切れも生
じにくい。

【００２３】これに対して、封着金属箔と電極軸との固
着部分が電極軸の周の４０％を超えていると、電極軸の
熱膨張収縮に箔が追従してしまうためか、破裂発生率が
急激に増大する。同じく２０％未満であると、封着金属
箔と電極軸との接触が不十分となり、通電時に固着部分
が温度上昇して封着金属箔が溶断して不点に至りやすく
なるので、いずれも不可である。また、電極軸の金属側
の面を平面加工し金属箔と固着部分を平面的に固着させ
ると、固着部分が電極軸の周の２０〜４０％となるよう
にしても電極軸の熱膨張収縮に箔が追従してしまうた
め、箔の先端方向に加わる圧力が増大し破裂しやすくな
る。

【００２４】請求項２の発明の高圧放電ランプは、請求
項１記載の高圧放電ランプにおいて、封止部は、封着金
属箔および平面部に沿った外表面がピンチされているこ
とを特徴とするものである。封止部は、封着金属箔お
よび平面部に沿った外表面がピンチされているので、製
造過程において、クラックの基となる歪みが生じにくい
ものである。

【００２５】請求項３の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体に配設された請求項１または２記載
の高圧放電ランプと；を具備していることを特徴として
いる。

【００２６】本発明において、照明装置とは、高圧放電
ランプの発光を利用するあらゆる装置を含む広い概念で
あり、したがって液晶プロジェクタ、オーバーヘッドプ
ロジェクタなどの光投射装置、自動車ヘッドライト、照
明器具、表示装置などであることを許容する。もちろ
ん、照明器具は屋内用および屋外用のいずれであっても
よい。また、「照明装置本体」とは、照明装置から高圧
放電ランプを除いた残余の部分をいう。

【００２７】そうして、本発明においては、封着金属箔
の側縁端からのクラックが発生しにくく、したがって石
英ガラス放電容器の破裂発生を少なくした照明装置を得
ることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００２９】図１は、本発明の高圧放電ランプの第１の
実施形態としての直流点灯形の高圧放電ランプを示す正
面図である。

【００３０】図２は、同じく電極軸および封着金属箔の
接触状態を示す要部拡大断面図である。

【００３１】図３は、同じく電極軸および封着金属箔の
接触状態を示す要部拡大側断面図である。

【００３２】各図において、１は石英ガラス放電容器、
２は陽極、３は陰極、４ａ、４ｂは一対の封着金属箔、
５は口金、６ａ、６ｂは外部導入導体である。

【００３３】石英ガラス放電容器１は、中央の包囲部１
ａおよび両端の一対の封止部１ｂ、１ｃからなる。包囲
部１ａは、最大径が１６ｍｍのほぼ球体に近い楕円球状
をなしている。一対の封止部１ｂ、１ｃは、ピンチシー
ルチューブ接続構造により放電空間部１ａの両端に一体
に接続している。

【００３４】陽極２は、タングステンからなり、陽極主
部２ａおよび電極軸２ｂを備えてい。陽極主部２ａは、
電極軸２ｂの先端に一体に形成されている。また、陽極
２は、その電極軸２ｂの中間部を封止部１ｂに緩く挿入
して石英ガラス放電容器１に支持されている。陰極３
は、タングステンからなり、陰極主部３ａおよび電極軸
３ｂを備えている。陰極主部３ａは、電極軸３ｂの先端
を尖頭状に整形して形成されている。また、陰極３は、
陽極２と同様に封止部１ｃに支持されている。

【００３５】封着金属箔４ａは、厚さ３０μｍ、幅３ｍ
ｍのモリブデン箔からなり、その一端部に電極軸２ｂの
基端部が、他端部に外部導入導体７ａの先端部が、それ
ぞれ溶接により接触し、石英ガラス放電容器１の両端の
封止部１ｂの内部に気密に埋設されている。そして、電
極軸２ｂの基端部は鋭角に軸線となす角度が３０度にカ
ットされていて平面部Ｈを有し、曲面部Ｕとともに弓状
周Ｙを構成している。その周の角度θ１で示す範囲が封
着金属箔４ａに固着している。したがって、角度θ１
は、固着率を示していて、最も固着幅の大きい位置で弓
状周全体の２０〜４０％の範囲に設定されている。な
お、図２において、ｇは封着金属箔４ａ、電極軸３ｂお
よび封止部１ｃの石英ガラスとの間に形成された空隙を
示している。同様に封着金属箔４ｂは、厚さ３０μｍ、
幅３ｍｍで、一端部に電極軸３ｂの基端部が上記と同様
に、他端部に外部導入導体７ｂの先端部が、それぞれ接
触し、封止部１ｃ内に気密に埋設されている。

【００３６】また、イオン化媒体として、ハロゲン化ジ
スプロシウム、ハロゲン化ネオジム、アルゴンおよび水
銀が透光性放電容器１内に封入されている。ハロゲン化
ジスプロシウムとしてヨウ化ジスプロシウムおよびハロ
ゲン化ネオジムとしてヨウ化ネオジムを封入している。

【００３７】口金５は、筒体５ａおよび陽極端子５ｂを
備えている。筒体５ａは、黄銅などの金属からなり、一
端部が封止部１ｃの端部に口金セメントによって接触さ
れている。陽極端子５ｂは、周囲にねじ溝が形成され、
基端が筒体５ａに固着されて絶縁筒体５ａから外部へ突
出している。

【００３８】外部導入導体６ａは、筒体５ａ内で陽極端
子５ｂに接続している。外部導入導体６ｂは、封着金属
箔４ｂに接続して、封止部１ｃから外部へ突出してい
る。そうして、高圧放電ランプは、その石英ガラス放電
容器１の包囲部１ａの内容積が約１．４ｃｃ、電極間距
離が２．２ｍｍであり、ランプ電圧を約６０Ｖに設定し
てランプ電流を約７．３Ａ流して点灯したところ、ラン
プ電力は４４０Ｗ、管壁負荷は約７０Ｗ／ｃｍ^２であっ
た。

【００３９】図４は、本発明の高圧放電ランプの実施形
態における封止部を示す拡大断面図である。

【００４０】図において、図１および図２と同一部分に
ついては同一符号を付して説明は省略する。本実施形態
は、管壁負荷と、封着金属箔４ａ、電極軸２ｂおよび封
止部１ｂの相対的な大きさとの関係を所定範囲に規定し
ている。すなわち、管壁負荷をＦ（Ｗ／ｃｍ^２）とし、
封止部１ｂの外面と封着金属箔４ａまたは電極軸２ｂと
の間の最短距離をＬ（ｍｍ）としたとき、Ｆ／Ｌが３３
〜３８の範囲に設定されている。なお、ｐは、ピンチシ
ールにより形成された突条部である。

【００４１】図５は、本発明の高圧放電ランプの実施形
態を示す一部断面正面図である。

【００４２】本実施形態は、ミラー７を備えている点で
図１と異なる。図において、８は無機質接着剤、９は接
続導体である。

【００４３】高圧放電ランプ１１は、図１に示すのと同
一構造である。

【００４４】ミラー７は、内面が凹形をなすガラス基体
７ａ、可視光反射・赤外光透過膜７ｂおよび筒状部７ｃ
からなる。ガラス基体７ａは、内面の凹形部が回転放物
面を基本とする曲面に形成され、頂部の外側に筒部７ｃ
が一体に突出して形成されている。可視光反射・熱線透
過膜７ｂは、ダイクロイック反射膜からなる。

【００４５】石英ガラス放電容器１をミラー７に取り付
けるには、口金５を筒状部７ｃに挿入し、石英ガラス放
電容器１の発光中心をミラー７の焦点に合致させて口金
５と筒状部７ｃとの間に接着剤８を介在させて両者を固
着する。

【００４６】外部導入導体６ｂに接続導体９を溶接して
ミラー７の背面側へ導出させている。すなわち、接続導
体９は、鏡面の一部に形成した通孔（図示しない。）を
通ってミラー７の背面側へ導出されている。そうして、
石英ガラス放電容器１から発生した光線は、ミラー７の
可視光反射・赤外光反射膜７ｂに入射し、そのうち可視
光は反射して光軸と平行に出射する。これに対して、赤
外光は可視光反射・赤外光透過膜７ｂを透過し、さらに
ガラス基体７ａを透過してミラー７の背面側へ放散され
る。

【００４７】図６は、本発明の照明装置の一実施形態と
しての液晶プロジェクタの光学系を示す概念的断面図で
ある。

【００４８】図において、２１は高圧放電ランプ、２２
は光路変更用反射鏡、２３はＵＶ−ＩＲフィルタ、２
４、２５は偏光板、２６は液晶表示板、２７はフレネル
レンズ、２８は投射レンズ、２９はスクリーンである。

【００４９】高圧放電ランプ２３は、図４に示すのとほ
ぼ同様な構成のものである。

【００５０】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、包囲
部および一対の封止部を備えイオン化媒体を封入した石
英ガラス放電容器の封止部の内部に一対の封着金属箔を
気密に埋設し、基端を鋭角に切欠いたような構造をして
いる電極軸および電極軸の先端部に配設された電極主部
を備え、電極軸の曲周面が最大その周面の２０〜４０％
の範囲で封着金属箔に固着した状態で封止部に支持され
ているとともに、電極主部が包囲部内に臨んでいる一対
の電極を具備し、管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以上である
ことにより、固着部近傍からのクラックが発生しくくて
破裂および不点の発生率が低減した高圧放電ランプを提
供することができる。

【００５１】請求項３の発明によれば、請求項１および
２の効果を有する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧放電ランプの第１の実施形態とし
ての直流点灯形の高圧放電ランプを示す正面図

【図２】同じく電極軸および封着金属箔の接触状態を示
す要部拡大断面図

【図３】同じく電極軸および封着金属箔の接触状態を示
す要部拡大側断面図

【図４】本発明の高圧放電ランプの実施形態における封
止部を示す拡大断面図

【図５】本発明の高圧放電ランプの一実施形態を示す一
部断面正面図

【図６】本発明の照明装置の一実施形態としての液晶プ
ロジェクタの光学系を示す概念図

【符号の説明】

１…石英ガラス放電容器１ａ…包囲部１ｂ…封止部１ｃ…封止部２…陽極２ａ…陽極主部２ｂ…電極軸３…陰極３ａ…陰極主部３ｂ…電極軸４ａ…封着金属箔４ｂ…封着金属箔Ｈ…平面部Ｕ…曲面部Ｙ…弓状周５…口金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤啓幸愛媛県今治市旭町５丁目２番地の１ハリソン東芝ライティング株式会社内Ｆターム(参考） 3K042 AA01 AB03 AC02 AC06 BB03 CC04 CC08 5C039 HH06 5C043 AA14 BB09 CC03 CD01 DD12 DD18 DD19 EA01 EC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】包囲部および包囲部の両端に連続する一
対の封止部を備えた石英ガラス製放電容器と；この放電
容器の封止部の内部に気密に埋設された一対の封着金属
箔と；略円柱状の電極軸、電極軸の基端部に切欠かれた
ように形成され電極軸の軸心に鋭角で交差する略平面
部、この平面部とともに軸直交断面が弓状となる周を構
成する曲面部および電極軸の先端部に配設された電極主
部を備え、弓状となる周の最大２０〜４０％の範囲で曲
面部が封着金属箔に固着する部分を有し、固着位置の反
対側に上記平面部が位置する状態で封止部に封着支持さ
れているとともに、電極主部が包囲部内に臨んでいる電
極およびこの電極に対応して放電容器に配設された電極
と；石英ガラス放電容器内に封入されたイオン化媒体
と；を具備し、管壁負荷が６０Ｗ／ｃｍ^２以上であるこ
とを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】封止部は、封着金属箔および平面部に沿
った外表面がピンチされていることを特徴とする請求項
１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】照明装置本体と；照明装置本体内に配設
された請求項１または２に記載の高圧放電ランプと；を
具備していることを特徴とする照明装置。