JP2003297292A - 放電ランプおよびその製造方法、ならびにランプユニット - Google Patents
放電ランプおよびその製造方法、ならびにランプユニットInfo
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Abstract
化を抑制した放電ランプを提供すること。 【解決手段】 発光物質18が封入された管内に一対の
電極12が対向して配置された発光管10と、発光管1
0の両端に形成され、且つ、一対の電極12のそれぞれ
に電気的に接続された金属箔(13a、13b)が封止
された封止部(11a、11b)とを備えた放電ランプ
50である。封止部13bにおける金属箔13bは、そ
の中央部分に切り抜き部21を有しており、封止部13
bは、当該封止部のうち切り抜き部21が位置する部分
の周囲に、キャビティ20を有しており、そして、キャ
ビティ20の内部には、少なくとも希ガスが封入されて
いる。
Description
ランプユニット、ならびに放電ランプの製造方法に関す
る。特に、液晶プロジェクタ用光源やデジタルマイクロ
ミラーデバイス(DMD)プロジェクタなどの画像投影
装置用光源として使用される放電ランプおよびランプユ
ニットに関する。
して液晶プロジェクタやDMDプロジェクタなどの画像
投影装置が広く用いられており、このような画像投影装
置には、高い輝度を示す高圧放電ランプが一般的に広く
使用されている。画像投影装置では、液晶パネルなどの
極めて小さな領域に光を集光する必要があるため、高輝
度に加えて点光源に近いことも要求されている。このた
め、高圧放電ランプの中でも、より点光源に近く高輝度
の特長を有するショートアーク型の超高圧水銀ランプが
有望な光源として注目されている。
トアーク型の超高圧水銀ランプ1000の説明をする。
れ略球状の発光管(バルブ)100と、同じく石英ガラ
スから構成され発光管100に連結された一対の封止部
(シール部)101aおよびbを有している。発光管1
00の内部には放電空間があり、放電空間には、発光物
質として水銀(水銀封入量:例えば、発光管の内容積に
対して150〜250mg/cm3)、および希ガス
(例えば、数十kPaのアルゴン)と少量のハロゲンと
が封入されている。
(W電極)102が一定の間隔をおいて対向して配置さ
れており、電極102の先端には、コイル(不図示)が
巻かれていてもよい。W電極102は、封止部101
a、b内のモリブデン箔(Mo箔)103に溶接されて
おり、W電極102とMo箔103とは互いに電気的に
接続されている。
100から延ばされたガラス部105とMo箔103と
を有しており、ガラス部105とMo箔103とを圧着
させることによって、発光管100内の放電空間の気密
を保持している。なお、ガラス部105とMo箔103
との両者は、互いに熱膨張係数が異なるため、一体化さ
れた状態にはならないのであるが、Mo箔103が塑性
変形することによって、Mo箔103とガラス部105
との間に生じる隙間を埋めることができる。つまり、い
わゆる箔封止の技術を用いて、封止部101a、bは、
発光管100内をシールしている。
側に、モリブデンから構成された外部リード104を有
している。Mo箔103と外部リード104とは互いに
溶接されており、それにより、両者は電気的に接続され
ている。外部リード104は、ランプ1000の周辺に
配置される部材(不図示)に電気的に接続されることに
なる。
説明する。外部リード104およびMo箔103を介し
てW電極102に始動電圧が印加されると、アルゴン
(Ar)の放電が起こり、この放電によって発光管10
0の放電空間内の温度が上昇し、それによって水銀が加
熱・気化される。その後、W電極102間のアーク中心
部で水銀原子が励起されて発光する。なお、ランプ10
00の水銀蒸気圧が高いほど光出力も増加するため、水
銀蒸気圧が高いほど画像投影装置の光源として適してい
るが、発光管100の物理的耐圧強度の観点から、15
〜25MPaの範囲の水銀蒸気圧でランプ1000は使
用されている。
伴って、画像投影装置用光源の高圧放電ランプ(特に、
超高圧水銀ランプ)には、益々、優れた特性が求められ
ており、その要求に応えるべく、高圧放電ランプの開発
が盛んに行われている。
て、内部に希ガスおよび水銀蒸気を含むキャビティ(空
洞)を封止部内に設けることにより、低電圧で始動させ
ることができるランプが開発され、国際公開WO/77
826号公報に開示されている。このランプの構成を図
2および図3(a)および(b)に示す。なお、図3
(a)および(b)は、それぞれ、図2に示した構成の
平面図および側面図である。
101a、bにキャビティ150が設けられており、封
止部101bのキャビティ150の周囲に、アンテナ1
20が配置されている。アンテナ120は、リード12
1を介して、封止部101aの外部リードに接続されて
いる。なお、封止部101bと発光管100との間のネ
ック部には、第2のアンテナが配置されており、W電極
102の先端には、コイル112が巻き付けられてい
る。ここで、図1と同様の部材については、同様の符号
を付して、説明を省略する。
ャビティ150内の金属箔103とアンテナ120との
間で放電を起こし、それにより、低電圧での始動を達成
している。同公報によれば、ランプが冷えた状態からの
始動(cold始動)において、1kVの電圧でランプ
始動を行えることが述べられている。
(a)および(b)に示すように、キャビティ150内
にMo箔103のエッジが露出しているため、キャビテ
ィ150で生じる放電により、Mo箔103の劣化が生
じるという新たな課題が発生する。封止部101a、b
を有するランプ2000では、上述したように、箔封止
によって発光管100内の気密を保持しているので、ラ
ンプの使用により、Mo箔103が劣化してしまうと、
ランプの寿命が短くなってしまう。つまり、キャビティ
150を有しない図1に示したランプ1000と異な
り、封止部内にキャビティ150を有するランプ200
0の場合には、ランプの短寿命化を防止した上で、低電
圧の始動の機能を付与しなければ、実用に適した高圧放
電ランプにならない可能性が高い。
であり、その主な目的は、低電圧での始動が可能である
とともに、箔劣化を抑制して寿命が短くなることを防止
した放電ランプを提供することにある。
は、発光物質が封入された管内に一対の電極が対向して
配置された発光管と、前記発光管の両端に形成され、且
つ、前記一対の電極のそれぞれに電気的に接続された金
属箔が封止された封止部とを備え、少なくとも一方の前
記封止部における前記金属箔は、その中央部分に切り抜
き部を有しており、前記少なくとも一方の封止部は、当
該封止部のうち前記切り抜き部が位置する部分の周囲
に、キャビティを有しており、前記キャビティの内部に
は、少なくとも希ガスが封入されている。
は、前記封止部を構成するガラスによって覆われてお
り、且つ、前記キャビティに露出していないことが好ま
しい。
が有する前記切り抜き部の輪郭を規定するエッジは、前
記キャビティに露出しており、前記エッジは、当該金属
箔の外縁と接していない。
が封入された管内に一対の電極が対向して配置された発
光管と、前記発光管の両端に形成され、且つ、前記一対
の電極のそれぞれに電気的に接続された金属箔が封止さ
れた封止部とを備え、少なくとも一方の前記封止部は、
当該封止部のうち前記金属箔の中央部分の上に、キャビ
ティを有しており、前記キャビティの内部には、少なく
とも希ガスが封入されており、前記キャビティを有する
封止部において、前記金属箔の外縁は、前記封止部を構
成するガラスによって覆われており、且つ、前記キャビ
ティに露出していない。
ンプは、前記発光管の内容積に対して150mg/cm
3以上の水銀が前記発光物質として封入された高圧水銀
ランプである。
ティが位置する封止部の外周には、アンテナが設けられ
ている。
ランプと、前記放電ランプから発する光を反射する反射
鏡とを備えている。
属箔と、前記金属箔に接続された電極と、前記電極が接
続された側とは反対側の前記金属箔に接続された外部リ
ードとを有する電極組立体を用意する工程(a)と、発
光管部と、前記発光管部から延びた側管部とを有する放
電ランプ用パイプにおける前記発光管部内に前記電極の
先端が位置するように、前記パイプの前記側管部に前記
電極組立体を挿入する工程(b)と、前記工程(b)の
後、前記放電ランプ用パイプ内を減圧状態にし、前記側
管部を加熱軟化させることによって、前記側管部と前記
金属箔とを密着させる工程(c)とを包含し、前記工程
(c)は、前記側管部のうちの前記発光管部側の部分
と、前記電極側に位置する部分の前記金属箔とを密着さ
せる工程(c−1)と、前記側管部のうちの前記発光管
部側と反対側の部分と、前記外部リード側に位置する部
分の前記金属箔とを密着させる工程(c−2)と、前記
電極側に位置する部分と前記外部リード側に位置する部
分との間に位置している部分の前記金属箔の外縁と、当
該外縁に対応する部分の前記側管部とを密着させ、それ
によって、前記金属箔の中央部分にキャビティを形成す
る工程(c−3)とを含む。
3)において、前記金属箔の外縁と前記側管部とは、レ
ーザ照射によって密着される。
(c−3)は、前記工程(c−1)または前記工程(c
−2)のいずれかと同時に実行される。
(a)で用意される前記電極組立体の前記金属箔は、前
記電極側に位置する部分と前記外部リード側に位置する
部分との間に位置している部分に、切り抜き部を有して
おり、前記切り抜き部の輪郭を規定するエッジは、当該
金属箔の外縁と接していない。
の実施形態を説明する。以下の図面においては、説明の
簡潔化を図るため、実質的に同一の機能を有する構成要
素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は、以下の実
施形態に限定されない。 (実施形態1)図4を参照しながら、本発明による実施
形態1にかかる放電ランプ50を説明する。図4は、本
実施形態にかかる放電ランプ50の構成を模式的に示し
ている。
(バルブ)10と、発光管10の両端に連結された封止
部11a、bとを有している。封止部11a、bは、発
光管10の内部の気密性を保持する部位であり、放電ラ
ンプ50は、封止部を2つ備えたダブルエンド型のラン
プである。発光管10内には、発光物質18が封入され
ており、そして、一対の電極12が対向して配置されて
いる。一対の電極12のそれぞれには、金属箔(モリブ
デン箔)13aまたは13bが電気的に接続されてい
る。そして、各金属箔13a、bのうち電極12と反対
側の部分には、外部リード14が電気的に接続されてお
り、封止部11a、bの端部から露出している。外部リ
ード14は、点灯回路(不図示)に接続されることにな
る。
も一方の封止部11bにおける金属箔13bは、その中
央部分に切り抜き部(開口部)21を有している。そし
て、切り抜き部21が位置する部分の周囲には、キャビ
ティ(空洞)20が形成されている。キャビティ20の
内部には、少なくとも希ガスが封入されており、典型的
には、発光管10内と同様のガス(例えば、希ガスおよ
び水銀蒸気)が存在している。キャビティ20が位置す
る封止部11bの外周には、アンテナ30が設けられて
おり、本実施形態では、アンテナ30は、リード31を
介して、封止部11aの端部から延びて露出している外
部リード14に電気的に接続されている。なお、いわゆ
るトリガー線の役割を果たす第2のアンテナを、図2に
示した構成のように、封止部11bと発光管10との間
のネック部(おおよそ、電極12が埋め込まれている封
止部11bの外周)に配置してもよい。
封止部11bの部分拡大図であり、図5(a)は平面構
成を模式的に示し、そして、図5(b)は側面構成を模
式的に示している。
実施形態の放電ランプ50においては、封止部11bに
キャビティ20が形成されているものの、切り抜き部2
1を有する金属箔13bの外縁19は、封止部11bを
構成するガラス部15によって覆われている。それゆ
え、金属箔13bの外縁19は、キャビティ20に露出
していない。したがって、キャビティ20の周囲にアン
テナ(図4中の符号30参照)を設け、キャビティ20
内で放電を起こしても、金属箔13bの外縁19がキャ
ビティ20に露出していないので、図2および図3に示
した構成と比較して、放電による箔の劣化を抑制するこ
とができる。つまり、図2および図3に示した構成の場
合、キャビティ110内に露出している金属箔103の
外縁(エッジ)が最も放電により損傷をうけるのである
が、本実施形態の構成の場合、その損傷を受けやすい金
属箔13bの外縁19は、ガラス部15によって覆われ
ているので、放電による箔の劣化を抑制することが可能
となる。なお、本実施形態のランプ50の場合には、ア
ンテナと金属箔13bとの間で放電が生じることとなる
が、金属箔の外縁(エッジ)がキャビティ内に露出して
いる構成(図2および図3)と比較すれば、外縁(エッ
ジ)19が損傷しないので、気密が損なわれない。つま
り、箔劣化(特に、外縁の劣化)を抑制することができ
ると、ランプ寿命が短くなることを抑制することができ
る。
放電により紫外線が発生する。放電によるエネルギー
は、いわゆる光ファイバ的効果によって発光管10内へ
と流れ込み、発光管10内の物質(例えば希ガス)を光
励起させ、それにより種電子が生まれる。その結果、始
動時における電極12間の絶縁破壊をより低い電圧で行
わせることが可能となる。つまり、低電圧始動の放電ラ
ンプを実現することができる。本実施形態の放電ランプ
50の場合、ランプが冷えた状態からの始動(cold
始動)において、点灯回路(バラスト)を用いて開放電
圧940V(0−ピーク)、50kHzの正弦波をラン
プ端子(14)間に5.8kV印加したときに、2kV
以下(例えば、1〜2kV)の電圧でランプを始動させ
ることができる。これは、キャビティ20が存在しない
場合の始動電圧(例えば10〜15kV)と比較して、
非常に低い電圧でランプを始動させることができること
を意味している。2kV以下(例えば、1〜2kV)の
電圧でランプを始動できるのであれば、トランスを用い
なくても点灯回路(バラスト)を構成することができる
という別な効果も得られる。また、低電圧で始動できる
ので、始動時に生じるノイズも低減させることができ
る。
的に説明すると、次の通りである。ランプ50の発光管
10は、略球形をしており、石英ガラスから構成されて
いる。なお、長寿命等の優れた特性を発揮する高圧水銀
ランプ(特に、超高圧水銀ランプ)を実現する上では、
発光管10を構成する石英ガラスとして、アルカリ金属
不純物レベルの低い(例えば、1ppm以下)高純度の
石英ガラスを用いることが好ましい。なお、勿論、通常
のアルカリ金属不純物レベルの石英ガラスを用いること
も可能である。発光管10の外径は例えば5mm〜20
mm程度であり、発光管10のガラス厚は例えば1mm
〜5mm程度である。発光管10内の放電空間の容積
は、例えば0.01〜1cc程度(0.01〜1c
m3)である。本実施形態では、外径9mm程度、内径
4mm程度、放電空間の容量0.06cc程度の発光管
10が用いられる。
12が互いに対向して配置されている。電極12の先端
は、0.2〜5mm程度(例えば、0.6〜1.0m
m)の間隔(アーク長)Dで、発光管10内に配置され
ており、一対の電極12のそれぞれは、タングステン
(W)から構成されている。電極12の先端には、ラン
プ動作時における電極先端温度を低下させることを目的
として、コイル(例えば、タングステン製のコイル)を
巻いておくことが好ましい。
18が封入されている。超高圧水銀ランプとしてランプ
50を動作させる場合、水銀18は、例えば、発光管1
0の内容積に対して150mg/cm3程度またはそれ
以上(150〜200mg/cm3またはそれ以上)の
水銀と、5〜30kPaの希ガス(例えば、アルゴン)
と、必要に応じて、少量のハロゲンとが発光管10内に
封入されている。
ンプ動作中に電極12から蒸発したW(タングステン)
を再び電極12に戻すハロゲンサイクルの役割を担って
おり、例えば、臭素である。封入するハロゲンは、単体
の形態だけでなく、ハロゲン前駆体の形態(化合物の形
態)のものでもよく、本実施形態では、ハロゲンをCH
2Br2の形態で発光管10内に導入している。また、本
実施形態におけるCH 2Br2の封入量は、0.0017
〜0.17mg/cc程度であり、これは、ランプ動作
時のハロゲン原子密度に換算すると、0.01〜1μm
ol/cc程度に相当する。なお、ランプ50の耐圧強
度(動作圧力)は、15〜20MPaまたはそれ以上で
ある。また、管壁負荷は、例えば、60W/cm2程度
以上であり、特に上限は設定されない。例示的に示す
と、管壁負荷は、例えば、60W/cm2程度以上か
ら、300W/cm2程度の範囲(好ましくは、80〜
200W/cm2程度)のランプを実現することができ
る。冷却手段を設ければ、300W/cm2程度以上の
管壁負荷を達成することも可能である。なお、定格電力
は、例えば、150W(その場合の管壁負荷は、約13
0W/cm2に相当)である。
は、例えば0.01〜0.05ccであり、キャビティ
20には、放電可能なガスが少なくとも封入されてお
り、典型的には、発光管10内と同様のガス(希ガス、
水銀蒸気)が封入されている。発光管10内と同様のガ
スがキャビティ20内に封入されるのは、製造工程上の
特徴である。製造工程は複雑になるが、異なるガスを封
入することも可能である。また、キャビティ20内に、
酸化バリウムやトリウムタングステンのような電子を放
出しやすく、放電を容易にする物質を配置しておくこと
も可能である。このような物質をキャビティ20内に配
置しておけば、切り抜き部21を有する金属箔13bの
放電による損傷をより低減させることが可能となる。
り抜き部21のエッジを除いて、金属箔13a、bおよ
びその外縁(19)は、キャビティ20に一切露出させ
ていないが、金属箔のかなりの部分がキャビティ20内
の露出している図2に示した構成と比較すれば、本実施
形態の構成で、切り抜き部21のエッジ以外の金属箔1
3a、13bが一部露出していたとしても、他の部分は
露出していないので、箔劣化防止の効果は得られる。
は、略矩形であるが、切り抜き部21の輪郭を規定する
エッジが、金属箔13bの外縁19と接していないので
あれば、その形状は特に限定されない。すなわち、切り
抜き部21は、金属箔13bの外縁19と接してしまう
箇所を除く、金属箔13bの中央部分に形成されていれ
ばよく、その形状は、例えば、正方形、長方形、菱形、
円形、楕円形、長円形、三角形、および、五角形や六角
形の多角形であってもよい。また、本実施形態の構成で
は、切り抜き部21のエッジは、キャビティ20に露出
しているが、切り抜き部21のエッジ内またはその周囲
にキャビティ20が形成されているのであれば、切り抜
き部21のエッジの少なくとも一部がガラス部15に覆
われていても良い。
の面積は、例えば、3.0〜8.0mm2であり、その
寸法は、例えば、1.0〜1.4mm×3.0〜6.0
mmである。なお、金属箔13aおよび13bのそれぞ
れの長手方向の長さおよび幅は、15〜40mmおよび
1.5〜2.0mmである。金属箔13aおよび13b
は、いずれもモリブデンから構成されている。
に、切り抜き部21およびキャビティ20を設けたが、
それに限らず、両方の封止部11a、bに、切り抜き部
21およびキャビティ20を設けてもよい。このように
すれば、いずれの封止部11a、11bにアンテナを設
けても、低電圧で始動可能なランプを実現することがで
きる。
ら、本実施形態の放電ランプ50の製造方法を説明す
る。図7(a)から(d)は、本実施形態の製造方法を
説明するための工程図である。
ンプの発光管(10)となる発光管部110と、発光管
部110から延びた側管部111とを有する放電ランプ
用パイプ(放電ランプ用ガラス管)80を用意した後、
電極組立体90を側管部111に挿入する。電極組立体
90は、電極12と、切り抜き部21を有する金属箔1
3bと、外部リード14とから構成されている。電極1
2および外部リード14は、それぞれ、金属箔13bの
一端および他端に溶接により接続されている。なお、電
極12の先端には、コイル112が巻き付けられてい
る。
管部10内に位置するように、側管部111に挿入され
て、固定される。電極組立体90の固定は、外部リード
14の一部に設けたモリブデンテープまたはコイルを側
管部111の内壁に接触させることによって行うことが
できる。
状態にし、側管部111を加熱軟化させることによっ
て、電極組立体90の金属箔13bと、側管部111と
を密着させる。
部111のうちの発光管部110側の部分(A)と、電
極12側に位置する部分の金属箔13bとを密着させる
工程と、側管部111のうちの発光管部110側と反対
側の部分(B)と、外部リード14側に位置する部分の
金属箔13bとを密着させる工程とを実行する。それら
に加えて、電極12側に位置する部分と外部リード14
側に位置する部分との間に位置している部分(切り抜き
部21の周囲部分)の金属箔13bの外縁19と、その
部分の外縁19に対応する部分(B)の側管部111と
を密着させる工程を実行する。このようにすると、金属
箔13bの中央部分にキャビティ20が形成されること
になる。
側に位置する金属箔13bの部分とは、切り抜き部21
の電極12側のエッジよりも、電極12側に位置する部
分であり、そして、外部リード14側に位置する金属箔
13bの部分とは、切り抜き部21の外部リード14側
のエッジよりも、外部リード14側に位置する部分であ
る。
ーナで加熱し、領域Aの部分の密着が完了した後、領域
Cの部分をバーナで加熱し始める。それと同時に、レー
ザで領域Bの部分の加熱を行う。この加熱処理によっ
て、領域Bに対応する金属箔13bの外縁19は、領域
Bの側管部111によって覆われる。レーザを用いるの
は、局所的な加熱を行いやすいからである。なお、各種
条件を選択することにより、バーナで領域Bの加熱を行
っても良い。ただし、領域AやCと同様に、領域Bをバ
ーナで加熱すると、キャビティ20が無くなってしまう
程度にまで封止が完了してしまうので注意が必要であ
る。
に行うのは、封止部形成工程の時間を短縮できるからで
あり、これらの加熱処理を同一でなく、別々に行うこと
も可能である。例えば、領域Cの加熱処理の後に、領域
Bの加熱処理を行っても良い。領域AおよびCの加熱に
も、レーザを用いることができ、レーザは、例えば、C
O2可変レーザを用いることができる。
が終了すると、切り抜き部21の位置またはその周囲
に、キャビティ(20)が形成される。このようにし
て、キャビティ20を有する封止部11bが得られる。
一対の封止部の両方ともキャビティ20を形成する場合
には、同じ工程を繰り返せばよいし、一方の封止部だけ
にキャビティ20を形成する場合には、例えば、キャビ
ティ20のない封止部11aを作製した後に、図7
(a)および(b)に示すようにして、キャビティ20
を有する封止部11bを作製すればよい。
入した後に、図7(a)および(b)の工程を経て、キ
ャビティ20を形成すると、自動的にキャビティ20内
には希ガス・水銀蒸気が封入されることになる。図7に
示した工程では、発光管部110側から封止を行った
が、それと反対の側から封止を行うことも可能である。
また、最初に、キャビティ20を有する封止部11bを
作製した後、キャビティ20のない封止部11aを作製
してもよい。
明示して、本実施形態の製造方法をよりわかりやすく例
示している。
プ用パイプ80の側管部111に電極組立体90を挿入
して、図8(b)に示すように、側管部111に電極組
立体90を固定する。なお、側管部111の内径は2.
0mm程度である。
110側からバーナ95を用いて加熱し、そして、図中
の矢印方向にバーナ95を移動させていく。発光管部1
10側の封止が終わると、図8(d)に示すような状態
となる。
き部21が位置する部分の封止をレーザ96で行い、そ
して、外部リード14側の封止をバーナ95で行う。な
お、バーナ95の加熱条件および移動速度や、レーザ9
6の照射条件は、周囲の状況(湿度、温度、空気流な
ど)にあわせて適宜変化させて決定することが好まし
い。これは、同じランプを作製する場合でも、作製する
場所の状況(湿度、温度、空気流など)や各製造装置の
個体差により、好適な条件は変化し得るからである。
後、キャビティ20の周囲にアンテナ30を設ければ、
図4に示した構成が得られる。図4に示した構成では、
ループ状のアンテナ30を設けたが、図6に示すよう
に、封止部11bにらせん状にリード31を巻き付け
て、アンテナ30にしてもよい。らせん状のアンテナ3
0の場合、キャビティ20全体を覆うので、キャビティ
20内での放電をより確実に行うことができるという利
点も得られる。
金属箔13bとしたが、金属箔13bの外縁19を覆っ
た構成で、封止部11bにキャビティ20を形成するに
は、切り抜き部21のない金属箔13bでも実現可能で
ある。
の中央部分の上にキャビティ20を有する放電ランプ5
1の構成を模式的に示している。図4および図6に示し
たランプ50と同様に、キャビティ20の内部には、少
なくとも希ガスが封入されている。そして、金属箔13
bの外縁はガラス部15によって覆われており、当該外
縁は、キャビティ20に露出していない。図9に示した
ランプ51が上記ランプ50と異なる点は、封止部11
bの金属箔13bに切り抜き部21が形成されていない
点である。
プ50と同様に、封止部11bにらせん状にリード31
を巻き付けることによって、アンテナ30を設けてい
る。勿論、らせん状に巻き付けたアンテナ30でなく、
図4に示すようなループ状のアンテナを設けても良い。
bがキャビティ20に露出しているものの、金属箔13
bのエッジは露出していないので、金属箔13bの箔面
とアンテナ30とが放電し、それゆえ、箔の劣化の程度
が少ない。すなわち、金属箔のエッジがキャビティに露
出している図2に示した構成と比較して、箔劣化を抑制
することができ、ランプの短寿命化を軽減することがで
きる。
50の製造方法と同様である。以下、図10(a)から
(e)を参照しながら、ランプ51の製造方法を説明す
る。
金属箔13bを有する電極組立体90’を用意した後、
図10(a)に示すように、放電ランプ用パイプ80の
側管部111に電極組立体90’を挿入する。次いで、
図10(b)に示すように、側管部111に電極組立体
90’を固定する。
部110側からバーナ95を用いて加熱し、そして、図
中の矢印方向にバーナ95を移動させていく。発光管部
110側の封止が終わると、図10(d)に示すような
状態となる。
ビティ20を形成した箇所の封止をレーザ96で行い、
そして、外部リード14側の封止をバーナ95で行う。
ランプ50の製造方法で説明したように、キャビティ2
0を形成した箇所の封止は、側管部111が金属箔13
bの外縁を覆うまで行う。このようにして、ランプ51
が得られる。
金属箔13bの外縁と側管部111とを密着させるの
で、外縁の一部が側管部に接していないような図2に示
した構成の場合と比較して、電極位置がずれることをよ
り効果的に防止することができるという効果も得られ
る。つまり、封止部形成工程の際に、電極組立体(90
または90’)の位置がずれるのを防止することがで
き、その結果、より簡便に且つ正確にアーク長の調整を
行うことができる。今日、超高圧水銀ランプのアーク長
は、1mm程度の極めて短い間隔にまでなっているの
で、その調整は、比較的アーク長が長かった時代と比べ
ると、電極位置ずれ防止の効果はより重要な意義を有す
るようになってきている。
造方法を中心に説明したが、放電ランプ(高圧水銀ラン
プ)の全体の製造方法を簡単に説明すると、以下の通り
である。図11および図12は、本発明の実施形態にか
かる放電ランプの製造方法を説明するための工程図であ
る。
じめ電極12とモリブデン箔13aと外部リード14を
組み合わせて用意した電極組立体89を、放電ランプ用
ガラスパイプ80における側管部111の一端から内部
に挿入し、電極12先端が将来発光管10となる部位
(発光管部)110内の所定の位置にくるように、配置
する。電極組立体89の外部リード14の一端には、電
極組立体89を固定するためのモリブデンテープ17が
設けられており、これにより電極組立体89を適切な位
置に固定することができる。
1(b)に示すように、まず、ガラスパイプ80内部を
矢印78で略示するように真空排気し、次いで、矢印7
9で略示するように、大気圧以下の乾燥した不活性ガス
(例えば、アルゴンガス)を、例えば50mbr(約5
×103Pa)か200mbar(約2×104Pa)程
度導入する。
1に示すようにガラスパイプ80を回転させながら、矢
印82で略示するように、電極組立体89が位置する付
近のガラスパイプ80の部位を加熱する。この加熱は、
例えば酸素水素やプロパンなどのガスバーナーか、CO
2などのレーザーで行う。なお、この工程は、ガラスパ
イプ80を略垂直に立てた状態で行ってもよい。その場
合は、電極組立体89が将来発光部となる部位(11
0)よりも上側に配置される状態で行うのが好ましい。
に保たれるまで加熱が完了すれば、図15(d)に示す
ように、封止部11aが形成されたガラスパイプ80が
完成する。なお、主に図11(a)に示した工程を、電
極配置工程(または、電極組立体配置工程)と呼び、そ
して、主に図11(c)に示した工程を封止部形成工程
と呼ぶこととする。
スパイプ(第1電極封止されたガラスパイプ)80の開
口端から、発光物質である水銀18と、図8(a)に示
した電極組立体90とを内部に挿入する。そして、挿入
した電極組立体90の電極12の一端が、将来発光管1
0となる部位(110)内で、封止部11a側の電極1
2の先端から約1mm離れた位置には位置づけされるよ
うに、電極組立体90をガラスパイプ80内に挿入・位
置づけする。
一端にもモリブテープ17が設けられており、これによ
り、電極組立体90を所定位置に容易に固定することが
できる。ここでは、上述したように、電極組立体90に
代えて、図10に示した電極組立体90’を用いること
も可能である。
うに、ガラスパイプ80内を真空排気し、続いて、図1
6(c)の矢印79で示すように、乾燥した希ガス(例
えば、アルゴンガス)を、例えば200mbr(約2×
104Pa)導入する。このとき少量のハロゲンガス
(または、分解してハロゲンとなるハロゲン前駆体物
質)を混合させてもよい。
(d)に示すように、矢印61の方向にガラスパイプ8
0を回転させながら、矢印82で略示するように、電極
組立体90が位置する付近のガラスパイプ80の部位を
加熱する。この加熱は、例えば酸素水素やプロパンなど
のガスバーナーか、CO2などのレーザーで行う。な
お、図11(c)と同様に、この工程はガラスパイプ8
0を略垂直に立てた状態で行ってもよい。その場合は、
電極組立体90が将来発光管10となる部位(110)
よりも上側に配置される状態で行うのが好ましい。ま
た、水銀18の蒸発を防ぐために、将来発光管10とな
る部位110を、例えば液体窒素で冷やしながら、この
加熱工程を行ってもよい。この封止部形成工程は、図8
(c)から(e)に示した通りである。なお、電極組立
体90’を用いる場合には、この工程は、図10(c)
から(e)に示した通りである。
管10と封止部11a、bとが形成されたランプ50が
完成する。最後に、外部リード14が外部に露呈するよ
うに不要なガラス部およびモリブデンテープ17を切除
し、アンテナ30を設ければ、図16に示したようなラ
ンプ50が完成する。なお、電極組立体90’を用いた
場合には、図9に示したランプ51が完成する。 (実施形態2)上記実施形態の高圧放電ランプは、反射
鏡と組み合わせて、ミラー付きランプないしランプユニ
ットにすることができる。
備えたミラー付きランプ900の断面を模式的に示して
いる。なお、断面のハッチングは省略している。
と、ランプ50から発せられた光を反射する反射鏡20
0とから構成されている。そして、ランプ50のキャビ
ティ20の周囲には、アンテナ(不図示)が設けられて
いる。なお、ランプ50は例示であり、上記実施形態の
ランプ50または51のいずれであってもよい。また、
ミラー付ランプ900は、反射鏡60を保持するランプ
ハウスをさらに備えていてもよい。ここで、ランプハウ
スを備えた構成のものは、ランプユニットに包含される
ものである。
構成された耐熱性ガラスからなり、反射鏡200の一部
には、金属線204を通すための小さな穴203が設け
られており、反射鏡200の外面には、ステンレス製の
金具202が取り付けられている。この金具202に
は、反射鏡に200を貫通する小さな穴203を通っ
て、一端がランプ50の外部リード線に電気的に接続さ
れた導電性の金属線204が電気的に接続されている。
鏡200に固定されている。反射鏡200が放物面鏡の
場合には、ランプ50が発する光のうちできるだけその
多くが、反射鏡200の仮想の回転軸(光軸とも呼ぶ)
に平行な光となって開口部から出射されるように、ラン
プ50は、反射鏡200に固定される。反射鏡200が
楕円面鏡の場合、出射光が光軸上の焦点に集まるよう
に、ランプ50は、反射鏡200に固定される。具体的
な構成を述べると、反射鏡200のネック部206に、
ランプ50の第1の封止部13bを挿入し、耐熱性のセ
メント205によって、ネック部206に封止部13b
を固定する形で、ランプ50は反射鏡200に固定され
ている。反射鏡200の前面開口部には、例えば前面ガ
ラスを取り付けることができる。
止部13bは、反射鏡200の開口部側に設けている
が、封止部13bをネック部206側に設けることも可
能である。ただし、封止部13bにアンテナ(30)を
設けたときに、封止部13bをネック部206に位置づ
けると、アライニング(照度確定作業)の時に不具合
(例えば、アンテナがあるため動かせない等)が生じ得
る。したがって、アライニングのことを考慮すると、キ
ャビティ20を含む封止部13bは、反射鏡200の開
口部側に設けることが好ましい。
ば、平行光束、所定の微小領域に収束する集光光束、あ
るいは、所定の微小領域から発散したのと同等の発散光
束になるようにランプ50からの放射光を反射するよう
に構成されている。なお、最近のプロジェクタに対して
は、手軽に持ち運びができるようという要望が強くなっ
てきており、そのために、ノート型のパーソナルコンピ
ュータのように、サイズがA5サイズやB5サイズに近
い小型で、かつ薄いプロジェクタの開発・商品化が望ま
れている。そのような状況の中、反射鏡付き高圧水銀ラ
ンプに対しては、開口部の径が45mmよりも小さい、
より小型の反射鏡を使用するようになってきている。そ
れに加えて、反射鏡200のタイプも、平行光を出射す
る放物面鏡タイプから、出射光がある一点(焦点)に収
束する短焦点距離を有する楕円面鏡タイプのものが使用
されるようになってきている。これは、プロジェクタ内
の光路長が短くなって結果的にプロジェクタの小型化
に、より寄与できるという理由によるものである。
ニットは、例えば、液晶やDMDを用いたプロジェクタ
等のような画像投影装置に取り付けることができ、画像
投影装置用光源として使用される。画像投影装置として
は、例えば、DMDを用いたプロジェクタ(デジタルラ
イトプロセッシング(DLP)プロジェクタ)や、液晶
プロジェクタ(LCOS(Liquid Crystal on Silico
n)構造を採用した反射型のプロジェクタも含む。)を
挙げることができる。本実施形態のランプは、低電圧で
始動することができるので、それだけ発生するノイズも
少ない。したがって、DLPプロジェクタのようなノイ
ズに比較的弱い画像投影装置にも、好適に適用すること
ができる。
よびミラー付ランプないしランプユニットは、画像投影
装置用光源の他に、紫外線ステッパ用光源、または競技
スタジアム用光源や自動車のヘッドライト用光源、道路
標識を照らす投光器用光源などとしても使用することが
できる。 (他の実施形態)上記実施形態では、発光物質として水
銀を使用する水銀ランプを高圧放電ランプの一例として
説明したが、本発明は、封止部(シール部)によって発
光管の気密を保持する構成を有するいずれの高圧放電ラ
ンプにも適用可能である。例えば、金属ハロゲン化物を
封入したメタルハライドランプなどの高圧放電ランプに
も適用することができる。メタルハライドランプにおい
ても、低電圧で始動できることは好適だからである。ま
た、近年、水銀を封入しない無水銀メタルハライドラン
プの開発も進んでいるが、そのような無水銀メタルハラ
イドランプに本発明を適用することも可能である。
タルハライドランプとしては、図4、図6、図9などに
示した構成において、発光管10内に、水銀が実質的に
封入されてなく、かつ、少なくとも、第1のハロゲン化
物と、第2のハロゲン化物と、希ガスとが封入されてい
るものが挙げられる。このとき、第1のハロゲン化物の
金属は、発光物質であり、第2のハロゲン化物は、第1
のハロゲン化物と比較して、蒸気圧が大きく、かつ、前
記第1のハロゲン化物の金属と比較して、可視域におい
て発光しにくい金属の1種または複数種のハロゲン化物
である。例えば、第1のハロゲン化物は、ナトリウム、
スカンジウム、および希土類金属からなる群から選択さ
れた1種または複数種のハロゲン化物である。そして、
第2のハロゲン化物は、相対的に蒸気圧が大きく、か
つ、第1のハロゲン化物の金属と比較して、可視域に発
光しにくい金属の1種または複数種のハロゲン化物であ
る。具体的な第2のハロゲン化物としては、Mg、F
e、Co、Cr、Zn、Ni、Mn、Al、Sb、B
e、Re、Ga、Ti、ZrおよびHfからなる群から
選択された少なくとも一種の金属のハロゲン化物であ
る。そして、少なくともZnのハロゲン化物を含むよう
な第2のハロゲン化物がより好適である。
性の発光管(気密容器)10と、発光管10内に設けら
れた一対の電極12と、発光管10に連結された一対の
封止部(13a、b)とを備えた無水銀メタルハライド
ランプにおける発光管10内に、発光物質であるScI
3(ヨウ化スカンジウム)およびNaI(ヨウ化ナトリ
ウム)と、水銀代替物質であるInI3(ヨウ化インジ
ウム)およびTlI(ヨウ化タリウム)と、始動補助ガ
スとしての希ガス(例えば1.4MPaのXeガス)が
封入されているものである。この場合、第1のハロゲン
化物は、ScI 3(ヨウ化スカンジウム)、NaI(ヨ
ウ化ナトリウム)となり、第2のハロゲン化物は、In
I3(ヨウ化インジウム)、TlI(ヨウ化タリウム)
となる。なお、第2のハロゲン化物は、比較的蒸気圧が
高く、水銀の役割の代わりを担うものであればよいの
で、InI3(ヨウ化インジウム)等に代えて、例え
ば、Znのヨウ化物を用いても良い。
20MPa程度以上の場合(いわゆる超高圧水銀ランプ
の場合)について説明したが、水銀蒸気圧が1MPa程
度の高圧水銀ランプに適用することを排除するものでは
ない。つまり、超高圧水銀ランプおよび高圧水銀ランプ
を含む高圧放電ランプ全般に適用できるものである。ま
た、上記実施形態のランプでは、封止部をシュリンク手
法によって作製したが、ピンチング手法によって作製さ
れたものを排除するものではない。
長)は、ショートアーク型であってもよいし、それより
長い間隔であってもよい。上記実施形態のランプは、交
流点灯型および直流点灯型のいずれの点灯方式でも使用
可能である。また、上記実施形態の構成は相互に採用す
ることが可能である。
たが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の
変形が可能である。
おける金属箔がその中央部分に切り抜き部を有してお
り、切り抜き部が位置する部分の周囲にキャビティが形
成されているので、低電圧で始動をすることができると
ともに、箔劣化を抑制して寿命が短くなることを防止し
た放電ランプを提供することができる。また、封止部の
うち金属箔の中央部分の上にキャビティを形成すること
によっても、低電圧で始動をすることができるととも
に、箔劣化を抑制することができる。
000の構成を模式的に示す図である。
る。
たランプの平面図および側面図である。
0の構成を模式的に示す図である。
50の封止部11bの平面図および側面図である。
式的に示す図である。
電ランプ50の製造方法を説明するための工程図であ
る。
ンプ50の製造方法を説明するための工程図である。
式的に示す図である。
ランプ51の製造方法を説明するための工程図である。
ランプの製造方法を説明するための工程図である。
ランプの製造方法を説明するための工程図である。
(ランプユニット)900の断面を模式的に示す図であ
る。
Claims (11)
- 【請求項1】 発光物質が封入された管内に一対の電極
が対向して配置された発光管と、 前記発光管の両端に形成され、且つ、前記一対の電極の
それぞれに電気的に接続された金属箔が封止された封止
部とを備え、 少なくとも一方の前記封止部における前記金属箔は、そ
の中央部分に切り抜き部を有しており、 前記少なくとも一方の封止部は、当該封止部のうち前記
切り抜き部が位置する部分の周囲に、キャビティを有し
ており、 前記キャビティの内部には、少なくとも希ガスが封入さ
れている、放電ランプ。 - 【請求項2】 前記切り抜き部を有する前記金属箔の外
縁は、前記封止部を構成するガラスによって覆われてお
り、且つ、前記キャビティに露出していない、請求項1
に記載の放電ランプ。 - 【請求項3】 前記金属箔が有する前記切り抜き部の輪
郭を規定するエッジは、前記キャビティに露出してお
り、 前記エッジは、当該金属箔の外縁と接していない、請求
項1または2に記載の放電ランプ。 - 【請求項4】 発光物質が封入された管内に一対の電極
が対向して配置された発光管と、 前記発光管の両端に形成され、且つ、前記一対の電極の
それぞれに電気的に接続された金属箔が封止された封止
部とを備え、 少なくとも一方の前記封止部は、当該封止部のうち前記
金属箔の中央部分の上に、キャビティを有しており、 前記キャビティの内部には、少なくとも希ガスが封入さ
れており、 前記キャビティを有する封止部において、前記金属箔の
外縁は、前記封止部を構成するガラスによって覆われて
おり、且つ、前記キャビティに露出していない、放電ラ
ンプ。 - 【請求項5】 前記放電ランプは、前記発光管の内容積
に対して150mg/cm3以上の水銀が前記発光物質
として封入された高圧水銀ランプである、請求項1から
4の何れか一つに記載の放電ランプ。 - 【請求項6】 前記キャビティが位置する封止部の外周
には、アンテナが設けられている、請求項1から5の何
れか一つに記載の放電ランプ。 - 【請求項7】 請求項1から6の何れか一つに記載の放
電ランプと、前記放電ランプから発する光を反射する反
射鏡とを備えたランプユニット。 - 【請求項8】 金属箔と、前記金属箔に接続された電極
と、前記電極が接続された側とは反対側の前記金属箔に
接続された外部リードとを有する電極組立体を用意する
工程(a)と、 発光管部と、前記発光管部から延びた側管部とを有する
放電ランプ用パイプにおける前記発光管部内に前記電極
の先端が位置するように、前記パイプの前記側管部に前
記電極組立体を挿入する工程(b)と、 前記工程(b)の後、前記放電ランプ用パイプ内を減圧
状態にし、前記側管部を加熱軟化させることによって、
前記側管部と前記金属箔とを密着させる工程(c)とを
包含し、 前記工程(c)は、 前記側管部のうちの前記発光管部側の部分と、前記電極
側に位置する部分の前記金属箔とを密着させる工程(c
−1)と、 前記側管部のうちの前記発光管部側と反対側の部分と、
前記外部リード側に位置する部分の前記金属箔とを密着
させる工程(c−2)と、 前記電極側に位置する部分と前記外部リード側に位置す
る部分との間に位置している部分の前記金属箔の外縁
と、当該外縁に対応する部分の前記側管部とを密着さ
せ、それによって、前記金属箔の中央部分にキャビティ
を形成する工程(c−3)とを含む、放電ランプの製造
方法。 - 【請求項9】 前記工程(c−3)において、前記金属
箔の外縁と前記側管部とは、レーザ照射によって密着さ
れる、請求項8に記載の放電ランプの製造方法。 - 【請求項10】前記工程(c−3)は、前記工程(c−
1)または前記工程(c−2)のいずれかと同時に実行
される、請求項8または9に記載の放電ランプの製造方
法。 - 【請求項11】 前記工程(a)で用意される前記電極
組立体の前記金属箔は、前記電極側に位置する部分と前
記外部リード側に位置する部分との間に位置している部
分に、切り抜き部を有しており、 前記切り抜き部の輪郭を規定するエッジは、当該金属箔
の外縁と接していない、請求項8から10の何れか一つ
に記載の放電ランプの製造方法。
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JP2002096606A JP4009127B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 放電ランプおよびその製造方法、ならびにランプユニット |
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JP2011154863A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Ushio Inc | 高圧放電ランプ |
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- 2002-03-29 JP JP2002096606A patent/JP4009127B2/ja not_active Expired - Fee Related
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