JP2003331789A - ショートアーク型高圧水銀ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 封止管部の石英ガラスに歪が入ることを防止
することによって、十分な耐圧力性を有するショートア
ーク型高圧水銀ランプを提供すること。 【解決手段】 石英ガラスからなり、発光管部と当該発
光管部の両端に連設された封止管部とを有する放電容器
と、前記発光管部内において対向配置された一対の電極
と、前記封止管部内に埋設された金属箔と、を備え、前
記電極に続く電極棒が前記封止管部内に挿入されると共
にその外端において前記金属箔が接続されたショートア
ーク型高圧水銀ランプにおいて、電極棒の外端部近傍に
該電極棒の軸部より縮径された係合部を形成し、電極棒
の外周と当該封止管部の内周の間に該電極棒に嵌合する
コイル材を挿入して係合部に係合させることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】例えば、液晶プロジェクタの
光源として用いられるショートアーク型高圧水銀ランプ
に関する。 【０００２】 【従来の技術】例えば投射型の液晶ディスプレイ装置な
どの光源として、電極間距離が２．５ｍｍ以下で点灯時
の水銀蒸気圧が８ＭＰａ以上の水銀が封入されたショー
トアーク型の高圧水銀ランプが好適に使用されている。
特許第３，２０４，１８９号公報に記載の発明は、上記
したショートアーク型高圧水銀ランプに関するものであ
り、これによれば、電極のうち放電容器の封止管部に埋
設された部分に、コイルを巻きつけることで、電極と石
英ガラスの間のクラックを発生させることなく十分な熱
加工ができて金属箔と石英ガラスの密着性を良くするこ
とができ、更に、コイルを発光管部内に露出させないこ
とで、電極距離が極小であっても点灯開始直後の不所望
な放電を防止でき、その結果、高い耐圧力性を有するシ
ョートアーク型の高圧水銀ランプが提供できる。 【０００３】ところで、高い耐圧力性が必要なランプで
は、気密シール部がシュリンクシール方式により形成さ
れていることが多い。 【０００４】図１は、一般的なシュリンクシール方式に
よる気密封止工程を説明する図である。なおここではラ
ンプの一方の封止管部についてのみ示している。 （１）先端に電極８１が形成された電極棒８２の後端よ
りコイル材８３を挿通する。 （２）電極８１に対してコイル材８３を位置決めし、コ
イル材中央８３ａ近傍においてカシメ若しくは溶接して
固定する（図１（ａ））。 （３）電極棒の外端部に金属８４の一端部を接続し、こ
の金属箔８４の他端部に外部リード棒８５を接続する。
これにより、同図（ｂ）に示す電極８１、電極棒８２、
コイル材８３、金属箔８４、及び、外部リード棒８５が
一体に構成された電極マウントが得られる。なお、同図
は金属箔８４を正面方向から見た図である。 （４）中央部に発光管部となる膨出部８６が形成された
放電容器構成用のガラス管の封止用管部８７の内部に上
記電極マウントを挿入し、ガラス管の外周を加熱して封
止用管部８７のガラスを軟化、溶融して気密シールする
（図１（ｃ））。なお、同図中の８８は、封止時にガラ
ス管を垂直支持したときに電極マウントを保持するため
の保持用地具である。ここで、図１に示したショートア
ーク型高圧水銀ランプについて、具体的数値の一例を述
べると以下のようになる。放電容器構成用ガラス管は、
石英ガラスからなり、膨出部は、最大外径１１ｍｍ、最
大内径５ｍｍであり、また、封止用管用部は、外径６ｍ
ｍ、内径２ｍｍである。また、金属箔はモリブデンから
なり、長さ１４ｍｍ、幅１．５ｍｍ、厚み２０μｍであ
る。電極棒はタングステンからなり、外径０．６５ｍ
ｍ、長さ９．５ｍｍである。コイル材は、タングステン
からなり、外径０．９ｍｍ、内径０．７ｍｍであり、コ
イル材を構成する素線の線径１００μｍである。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】近時、液晶プロジェク
タの光源としてのショートアーク型高圧水銀ランプは、
より一層の小型化、点光源化が要求されており、このた
め水銀の封入量は益々増してきている。最近では、水銀
の封入量が０．２５ｍｇ／ｍｍ^３以上となるようなショ
ートアーク型高圧水銀ランプが開発されてきており、中
にはランプ点灯時における動作圧力が１５ＭＰａ以上に
なるランプがあり、封止管部に割れが発生することがあ
る。その結果、ガスがリークしたり、ランプが破損した
りする可能性が生じる。 【０００６】上記問題に鑑み、本発明者らが封止管部に
ついて調査をおこなったところ、封止管部ガラスに歪が
発生していることが確認され、封止管部がコイル材に接
触している内周面近傍において、強い応力がかかってい
ることがわかった。上述のような歪が発生するとランプ
の耐圧強度が低下するため、ランプが破裂する可能性が
高くなる。そこで、この発明が解決しようとする課題
は、封止管部の石英ガラスに歪が入ることを防止して、
高い耐圧力性を有する信頼性の高い、長寿命のショート
アーク型高圧水銀ランプを提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本願発明は、石英ガラスからなり、発光管部と当該発
光管部の両端に連設された封止管部とを有する放電容器
と、前記発光管部内において対向配置された一対の電極
と、前記封止管部内に埋設された金属箔と、を備え、前
記電極に続く電極棒が前記封止管部内に挿入されると共
にその外端において前記金属箔が接続されたショートア
ーク型高圧水銀ランプにおいて、前記放電容器の少なく
とも一方の封止管部において、前記電極棒の外端部近傍
に該電極棒の軸部より縮径された係合部を形成し、前記
電極棒の外周と当該封止管部の内周の間に該電極棒に嵌
合するコイル材を挿入し、当該コイル部の端部において
前記係合部に係合させたことを特徴とする。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、本発明のショートアーク型
高圧水銀ランプについて、図面を参照して詳細に説明す
る。図１は、本発明に係るショートアーク型高圧水銀ラ
ンプの構成の一例を示す説明用断面図である。このショ
ートアーク型高圧水銀ランプは、直流点灯型のものであ
り、その放電容器１０は、石英ガラスにより形成され、
楕円球形の発光管部１１と、この発光管部１１の両端か
ら外方に伸びるよう連設されたロッド状の封止管部１
２、１３とを有する。 【０００９】発光管部１１内には、放電容器１０の管軸
上において、電極間距離が例えば３．０ｍｍ以下となる
状態で陰極１４と陽極１５とが互いに対向配置されてお
り、陰極１４を先端に有する電極棒１６（以下「陰極
棒」という。）が一方の封止管部１２内を伸び、当該封
止管部１２の外端部において気密に埋設された金属箔１
８を介して外部リード棒１９に接続されて気密シールが
形成されている。陽極１５についても、同様の構成とさ
れている。図において、１７は陽極棒である。（後段に
おいて、陰極棒（１６）及び陽極棒（１７）をまとめて
「電極棒」ともいう。） そして、発光管部１１内には、例えば０．２５ｍｇ／ｍ
ｍ^３以上の水銀、および例えばアルゴンなどの希ガスよ
りなる封入ガスが封入されている。これにより、波長３
８０〜７８０ｎｍの可視光の連続スペクトルを放射する
ことができ、例えば液晶プロジェクタの光源として好適
に用いることができる。 【００１０】封止管部１２、１３内においては、コイル
材２０，２１が、電極棒１６、１７の、各々外端側部分
１６Ａ、１７Ａが挿通された状態で配置されており、こ
のコイル材２０、２１の外周面は、封止管部１２、１３
の内周面に一体に溶着されている。 【００１１】以下、図２に示す陰極側の拡大図を参照し
て、本願発明を説明する。図２に拡大して示すように、
封止管部１２の内周面には、発光管部１１内に露出した
部分を除いてコイル材２０が固着され、陰極棒１６がこ
のコイル材２０に挿通されることにより封止管部１２に
より軸断面方向の移動に対して固定的にかつ軸方向の移
動に対して略移動可能な状態に保持されている。従って
陰極を所期の位置に高い位置精度で配置できると共に、
ランプ動作時において高温に熱せられて熱膨張したとき
も自由に伸縮することができる。このコイル材２０は、
コイル用の金属線が巻回されて構成されており、その材
質としては、例えばタングステン、モリブデン、タンタ
ルおよびこれらの合金などが用いられる。 【００１２】陰極棒１６は、材質としては例えばタング
ステンやモリブデンなどの高融点金属が使用される。陰
極棒１６は、先端部において発光管部１１内に露出する
軸部１６ａと、この軸部１６ａが縮径され封止管部１２
に埋設される係合部１６ｂとが具備されてなり、この係
合部１６ｂにおける後端部には金属箔１８の一端部が接
続されている。陰極棒１６は、例えば、軸部１６ａにお
ける外径がφ０．８ｍｍであり、係合部１６ｂにおける
外径がφ０．４ｍｍである。 【００１３】コイル材２０は、陰極棒１６における軸部
１６ａにそって比較的大径に巻回された大径部２０ａ及
び係合部１６ｂに沿って比較的小径に巻回された小径部
２０ｂとを有してなり、大径部２０ａは陰極棒１６に緩
く嵌合し、一方、小径部２０ｂにおいては係合部１６ｂ
が挿入されて両者が周方向に略密接した状態となってい
る。従って、コイル材２０は当初の形状を残存した状態
で、カシメ或は溶接等の機械的な結合状態を得ることな
く、陰極棒１６と係合した状態で、封止管部１２内に埋
設されている。なお、コイル材２０は、コイル素線の端
部が発光管部１１内部に露出することなく当該コイル材
２０の先端面２０ｃが発光管部１１内部に露出した状態
とされている。 【００１４】図３は、図２中のコイル材をとり出して示
す側面図及び外端面の正面図である。このようにコイル
材２０の小径部２０ｂにおいては縮径されており、コイ
ル材に電極棒を挿通すると、自ずと電極に対するコイル
材の位置の位置決めが行われて、軸方向の移動が規制さ
れるようになる。ここで、コイル材２０の大径部におけ
る軸方向の長さは２．０〜２．３ｍｍ（２０〜３０ター
ン分）であり、小径部における軸方向の長さは０．１〜
０．４ｍｍ（１〜４ターン分）である。 【００１５】本願発明によれば、コイル材を、当初の形
態のまま何の加工も施すことなく封止管部内に埋設して
いるので、最終形状の放電ランプとしたときに、該封止
管部を構成する石英ガラスに、歪が入ることを防止でき
るようになる。従来技術に係る放電ランプにおいては、
コイル材を陰極棒に固定する際に、そのコイル材の側面
部分において、カシメ加工若しくは溶接加工等により固
着していたので、係る固着部分において凹凸が形成され
てガラスに歪が発生していたものと推察される。つま
り、抗溶接によりコイル材と陰極棒とを接続するような
場合は、コイル材に陰極棒を挿通し、その中腹において
コイル材の両側面を挟圧した状態で、陰極棒の軸に垂直
方向に電流を流し、コイル材を溶融させ陰極棒に固着し
ており、このために、コイル材自身が大きく変形すると
共に、その表面にコイル材の溶融と凝固に伴って鋭い凹
凸が形成されてしまう。係るコイル材自身の変形部部位
及び表面の凹凸部分においては、ガラスが引っ掛かっ
て、加熱、冷却の温度変化に伴いコイル材とガラスの間
で圧縮と引張り応力が発生し、ガラスに歪が蓄積されて
しまう。これに対して本願発明は、上述したようにコイ
ル材は単に陰極棒に挿通されているのみであって機械加
工を施していなので、コイルの表面が滑らかであり、ガ
ラスが引っ張られるようなことがなく、封止部近傍にお
ける歪の発生を好適に回避することが可能になる。 【００１６】ところで、ランプの製造工程において陰極
棒をコイル材に挿通するのみでは、コイル材が陰極棒の
軸方向に移動してしまう。例えば、封止管部を気密シー
ルする工程においては、水銀が多量に封入されているた
めに、放電容器用の石英ガラス管を、軸が略垂直になる
よう支持し、封止する側の封止管部を垂直上側に保持し
て行っているため、コイル材を陰極棒に固定しなければ
コイル材が自重で下方に移動してしまう可能性がある。
然るに、本発明によれば、コイル材の小径部が電極棒の
係合部と係合しているので、封止管部の気密シール工程
においても、コイル材が電極棒からずれることがなく、
確実にシールすることができるようになる。また、さら
に本願発明によれば、コイル材を固定する際の煩雑な工
程を省略できるので、生産性が格段に向上するようにな
る。 【００１７】以上において、本発明のショートアーク型
高圧水銀ランプにおける寸法例の一例を挙げると、以下
のとおりである。発光管部１１の最大外径は１０〜１３
ｍｍ、内容積は１５０〜３００ｍｍ^３とされる。また、
封止管部１２、１３の外径は６〜１０ｍｍ、内径は２〜
５ｍｍ、長さは１０〜６０ｍｍとされる。陰極１３の最
大外径は１．０〜ｍｍ、１．８陰極棒１６の外径は０．
８〜１．３ｍｍである。コイル材２０の全長は２．０〜
７．０ｍｍ、コイル材２０を構成する金属線径は０．１
〜０．３ｍｍである。また、大径部におけるコイル材内
径は１．０〜１．８ｍｍ、最大外径は１．０〜１．５ｍ
ｍで、小径部におけるコイル材最小内径は０．３〜０．
６ｍｍである。 【００１８】以上のショートアーク型高圧水銀ランプに
よれば、ランプの点灯時に発光管部の内部の圧力が高く
なっても、封止管部の石英ガラスに入る歪を小さく抑え
ることができるので、クラックや割れの発生率が極めて
小さい、十分な耐圧力性を有するショートアーク型超高
圧水銀ランプが得られる。 【００１９】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明においては、種々の変形を加えることがで
きる。上記において、直流型の放電ランプにおいてのみ
説明したが、交流型の放電ランプに採用することももち
ろん可能である。放電ランプにおける一方の封止管部に
おいてのみ本願発明に係る構成としてもよい。両方の電
極の封止管部において、本願発明に係る構成を採用する
と、更に絶大な効果を得ることができるようになる。 【００２０】 【実施例】以下、本発明のショートアーク型高圧水銀ラ
ンプの実施例について具体的に説明するが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。 ＜実施例１＞図１に示す構成に従って、下記の仕様によ
る本発明のショートアーク型高圧水銀ランプを作製し
た。 放電容器（１０）： 材質；石英ガラス、寸法；放電容器（１０）の全長４３
ｍｍ、発光管部（１１）の外径１２．６ｍｍ、発光管部
（１１）の内径７．４ｍｍ、封止管部（１２）の長さ４
７ｍｍ、封止管部（１２）の外径７．３ｍｍ、金属箔
（１８）の長さ３６ｍｍ、金属箔（１８）の幅１．５ｍ
ｍ、金属箔（１８）の厚み２０μｍ、 陰極（１４）： 材質；タングステン、寸法；陰極（１５）の最大外径３
ｍｍ、陰極（１５）の長さ６．５ｍｍ、陰極棒（１６）
の長さ７．９ｍｍ、陰極棒（１６）の外径０．６５ｍ
ｍ、係合部の長さ３．０ｍｍ、係合部の外径０．７ｍ
ｍ、 陽極（１４）と陰極（１５）との離間距離：１．５ｍ
ｍ、 コイル材（２０）： 材質；タングステン、寸法；コイル材（２０）の長さ
４．２ｍｍ、コイル材（２０）を構成する金属線径０．
１ｍｍ、軸部内径０．７２ｍｍ、最小内径０．５２ｍ
ｍ、 定格電力：２００Ｗ、 定格電圧：８２Ｖ、 封入物：アルゴンガス（封入時圧力１３ｋＰａ），水銀
０．２５ｍｇ／ｍｍ^３ 、管壁負荷：１Ｗ／ｍｍ２ 【００２１】このようにして作製された放電ランプ３０
本について、陰極が陽極の上方に位置される姿勢の垂直
点灯方式により、定格条件に従って連続点灯させた。い
ずれのものも、点灯時間が１０００時間を超えても破裂
することなく、点灯時に比較して光束維持率が８５％以
上であり、所望の連続発光スペクトルが得られた。ま
た、封止管部に異常は見られなかった。 【００２２】＜比較例１＞電極棒に係合部を形成せず、
コイル材を抵抗溶接で固着させたことの他は、実施例１
と同様の仕様により、比較用のショートアーク型放電ラ
ンプを作製し、実施例１と同様の実験を行ったところ、
点灯時間が３００時間経過した時点で、封止管部の外端
にクラックが生じて放電容器が破裂し、十分な信頼性が
得られなかった。 【００２３】以上の結果から、実施例に係るショートア
ーク型高圧水銀ランプは、発光管内部が極めて高い圧力
になったときも十分耐えることができる信頼性の高いラ
ンプであることが理解される。これに対して、コイル材
を機械加工で電極棒に固着した比較例に係るランプは、
十分に高い信頼性を有するものではない。 【００２４】 【発明の効果】本発明によれば、封止管部の石英ガラス
に歪が入ることを低減でき、十分な耐圧力性を有する信
頼性の高いショートアーク型高圧水銀ランプを提供する
ことができる。 【００２５】なお、本願に係る高圧水銀ランプの製造工
程においては、コイル材の小径部が電極棒の係合部と係
合しているので、封止管部の気密シール工程でコイル材
が下方に移動したり落ちたりすることがなくて、電極に
対して確実にコイル材を保持することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態に係るショートアーク型高圧
水銀ランプの構成の一例を示す説明用断面図である。 【図２】図１に示すショートアーク型高圧水銀ランプの
一方の封止管部の拡大断面図である。 【図３】コイル材の構成を示す図。 【図４】従来のショートアーク型高圧水銀ランプの封止
工程を示す一方の封止管部の拡大断面図である。 【符号の説明】 １０ 放電容器 １１ 発光管部 １２、１３ 封止管部 １４ 陽極 １５ 陰極 １６ 電極棒（陰極棒） １７ 陽極棒 １８ 金属箔 １９ 外部リード棒 ２０、２１ コイル材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C043 AA14 AA20 BB09 CC02 CD01 DD12 DD17 DD19 EA03 EA07

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 石英ガラスからなり、発光管部と当該発
   光管部の両端に連設された封止管部とを有する放電容器
   と、前記発光管部内において対向配置された一対の電極
   と、前記封止管部内に埋設された金属箔と、を備え、前
   記電極に続く電極棒が前記封止管部内に挿入されると共
   にその外端において前記金属箔が接続されたショートア
   ーク型高圧水銀ランプにおいて、 前記放電容器の少なくとも一方の封止管部において、前
   記電極棒の外端部近傍に該電極棒の軸部より縮径された
   係合部を形成し、前記電極棒の外周と当該封止管部の内
   周の間に該電極棒に嵌合するコイル材を挿入し、当該コ
   イル部の端部において前記係合部に係合させたことを特
   徴とするショートアーク型高圧水銀ランプ。