JP2003346720A

JP2003346720A - 高圧放電ランプおよび光源ユニット

Info

Publication number: JP2003346720A
Application number: JP2002148563A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Nakayama; 勝之中山
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成でありながら封止部の過熱
を防止できると共に、所望の連続発光スペクトルが得ら
れる高圧放電ランプを提供すること。さらに、略密閉状
態でありながら金属箔の酸化を回避できて長寿命の光源
ユニットを提供すること。【解決手段】発光管内に水銀が封入され、シュリンク
シールにより封止部が形成された高圧放電ランプにおい
て、封止部の表面に軸方向に連続する溝を、内部リード
棒の基端部よりも後方であって外部リードの内端部より
も前方の位置から、当該封止部の外端にわたって形成す
る。さらに、光源ユニットにおいては、前記高圧放電ラ
ンプと、前方に開口する光放射口が形成され前記ランプ
の光軸とその光軸が略一致するよう該ランプを囲むよう
に配置された凹面反射鏡と、光透過性を具備し前記光放
射口の全部を塞ぐように取付けられて前記ランプからの
放射光を外部に放出する前面ガラスと、を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
ーなどの光源として使用される高圧放電ランプおよび光
源ユニットに関し、特に動作時の放電容器の内圧が１５
ＭＰａ以上になる高圧放電ランプの封止部構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近時、液晶プロジェクターの光源などと
して用いられている放電ランプとしては、発光物質とし
て水銀が封入されており、点灯時における動作圧が、例
えば１５〜２０ＭＰａと、他の種類の放電ランプに比較
して極めて高いものとなるいわゆる超高圧水銀ランプな
どの高圧放電ランプが好適に用いられている。このよう
な高圧放電ランプにおいては、例えばタングステンより
なる放電電極が対向して配置された放電空間を形成する
放電容器内に、不活性ガス、ハロゲン、更に発光物質と
して水銀が封入されている。

【０００３】上記高圧放電ランプにおいては、当該放電
ランプの点灯時における放電容器の内部の圧力を高め
る、具体的には１５ＭＰａ以上の高圧にするために、水
銀の封入量は１５０ｍｇ／ｃｃ以上となるよう設計され
ている。このように、放電容器内部の圧力が高いと、ア
ークの広がりを抑えられ、より一層の点光源化を達成で
きると共に、光出力の向上を図ることが可能になる。

【０００４】上記高圧放電ランプにおける気密封止構造
を形成する手法としては、例えば放電容器とされるシリ
カガラスの管に、電極、内部リード棒、金属箔、該金属
箔の他端が接続された外部リード棒等、が電気的に接続
された電極組立体を挿入し、シリカガラス管の内部を減
圧された状態とし、この状態の当該シリカガラス管の外
周を水素−酸素バーナーなどで加熱し、当該シリカガラ
ス管の管壁を構成するシリカガラスを軟化させて縮径さ
せることによって、前記電極組立体の一部が気密に埋設
された気密封止部を形成するいわゆるシュリンクシール
方式が好適に採用されている。

【０００５】図６に、上述のシュリンクシール方式にて
気密封止構造が形成された高圧放電ランプの封止部を示
す。同図に示すように、放電空間に露出してなる電極
と、該電極をその先端２１ａに有する内部リード棒２１
と、該内部リード棒２１の基端部２１ｂがその一端に接
続された金属箔２２と、該金属箔２２の他端に接続され
て封止部１２の外端面１２２から突出してなる外部リー
ド棒等により構成される。このようなシュリンクシール
によって形成された封止部１２は略円柱状に形成され
て、内部リード棒２１と金属箔２２との接合部分Ａにお
ける封止部１２石英ガラスの肉厚が、内部リード棒２１
に対して均等かつ十分な厚みで形成されるようになり、
ランプ点灯時における放電空間が極めて高い圧力になっ
ても十分な耐性を有するものとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
高圧放電ランプは、動作時アーク近傍の温度が例えば１
０００℃という高温に達するものであり、そのため、ラ
ンプにおける封止部１２も発光管部１１からの熱をうけ
て、該封止部１２に埋設されている金属箔２２が過熱し
て外部リード棒２３との接合部Ｂの近傍において金属箔
２２が酸化することがある。金属箔２２の材質としては
モリブデンが好ましく採用されており、モリブデン箔の
酸化を防止するためには接合部Ｂ近傍の温度を３５０℃
以下に保持しておくのが望ましい。上記に鑑み、冷却フ
ァンなどを用いてランプを冷却することが考えられる。
しかしながら、発光管部が過剰に冷却されると封入物で
ある水銀が凝集して未蒸発状態になり、放電空間内圧が
低下して、結果、放電が不安定になったり所望の放射輝
度が得られなくなったりする。したがって、高圧放電ラ
ンプにおいては、封止部における外部リード棒と金属箔
との接合部分近傍を十分に冷却するとともに、一方で、
発光管部における温度を封入された水銀の全量を蒸発さ
せるために、比較的高温に保持しておく必要がある。こ
のような配熱分布を生じさせるために、例えばファン等
により冷却風をランプの封止部に向けて流す方法など種
々考えることができるが、その場合は部品点数が増し構
造が複雑になる。

【０００７】また、上記高圧放電ランプと、当該ランプ
の光を反射する凹面状の反射鏡とを備え、前方に光を放
射する液晶プロジェクター用の光源ユニットにおいて
は、装置がいっそう小型化してきている。一方で、ラン
プの動作圧力がいっそう高くなってきていることから、
ランプの万一の破裂に備えて凹面反射鏡の前方の開口を
塞いで略密閉状態とした光源ユニットが採用されてきて
いる。このような略密閉型の光源ユニットでは、従来の
ファン等に依存した冷却を採用できないため、金属箔の
酸化の問題はいっそう深刻な問題である。

【０００８】上記の問題に対する解決策として、例えば
米国特許第４，６７７，３３８号に記載の技術がある。
この公報に係る技術は、要は、ランプ封止部において軸
方向に多数のくびれを設けることにより該封止部に進入
した光を外方に発散させて当該封止部の温度上昇を回避
するというものである。然るに、この発明に係る構造の
高圧放電ランプはくびれ部分が折れ易くて信頼性が低
い、という問題がある。そこで、本願発明が解決しよう
とする課題は、比較的簡単な構成でありながら封止部の
過熱を防止して金属箔の酸化を防止できると共に、発光
管内部に封入された水銀が未蒸発になることがなく、所
望の連続発光スペクトルが得られる高圧放電ランプを提
供することにある。さらに、略密閉状態でありながら金
属箔の酸化を回避できて長寿命の光源ユニットを提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発光管部の両端にシュリ
ンクシールされた封止部が連設されている放電容器と、
この放電容器の少なくとも一方の封止部内に埋設された
金属箔と、前記一端側の封止部によって固定され、その
基端部が前記金属箔に接続されているとともに、その先
端が前記発光管部内に突出する内部リード棒と、前記金
属箔にその内端が接続されてその外端が該封止部の外端
より突出する外部リード棒と、を有してなる高圧放電ラ
ンプにおいて、前記封止部の表面には、軸方向に連続す
る溝が形成されており、前記溝は、前記内部リード棒の
基端部よりも後方であって前記外部リードの内端部より
も前方の位置から、当該封止部の外端にわたって形成さ
れていることを特徴とする。そして、光源ユニットにお
いては、上記高圧放電ランプと、前方に開口する光放射
口が形成され前記ランプの光軸とその光軸が略一致する
よう該ランプを囲むように配置された凹面反射鏡と、光
透過性を具備し前記光放射口の全部を塞ぐように取付け
られて前記ランプからの放射光を外部に放出する前面ガ
ラスと、を備えてなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本願請求項１の構成に係る高圧放電ランプによ
れば、一方の外端においては当該封止部に埋設された金
属箔が酸化しないように３５０℃以下の温度にとするこ
とができ、封止部における発光管側においては発光管内
に封入された水銀が未蒸発とならないよう比較的高い温
度を保持でき、封止部の軸方向で理想的な配熱分布を得
ることができる。又、本願請求項２の発明によれば、高
圧放電ランプが密閉された状態であるにもかかわらず、
使用寿命が長い光源ユニットを提供できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。図１、２は本発明を説明する高圧放電ランプの説
明用図で図１は管軸方向断面図、図２図１で示した線分
Ｓ−Ｓ’で切断した断面図である。放電容器１は石英ガ
ラスからなり、発光管部１１とこの発光管部１１に連設
されている略円柱状の封止部１２とからなる。封止部１
２は内部リード棒が２１放電容器１を構成する石英ガラ
スがと接触している最内端１２１から、放電容器１の外
端１２２までの部分をいうものとする。封止部１２には
金属箔２２が埋設され、この金属箔２２には内部リード
棒２１の基端部２１ｂおよび外部リード棒内端２３ａが
電気的に接続されている。発光管部１１内に露出した内
部リード棒２１の先端２１ａには電極２０が形成されて
いる。また、内部リード棒２１は例えばタングステン、
金属箔２２は例えばモリブデン、外部リード棒２３は例
えばモリブデンから、それぞれ構成されてなる。

【００１２】図１において、封止部１２の表面には内部
リード棒２１の基端部２１ｂよりも外方（外部リード
側）において、当該封止部１２の表面に、軸方向に連続
して伸びる溝３が、例えば６本設けられている。このよ
うに溝３が形成されていることにより、封止部１２の過
熱が抑えられてモリブデン箔の酸化温度に至らないよう
になる。

【００１３】本願発明によれば、封止部の外部リードの
内端よりも前方の位置から該封止部の外端に至るまで溝
が形成されて熱を効率よく放出することができるので、
大気にさらされる可能性が高い封止管外端側において
も、金属箔が過熱して酸化するという事態を回避でき
る。さらにこの溝が内部リード棒の基端部よりも後方に
おいて形成されているので、管軸に垂直方向断面の面積
は減少しているために発光管部から封止部端に輸送され
る熱が少なくなる。したがって、内部リード棒の基端部
よりも後方側においては、封止部の断面積が小さい分、
熱が伝達されにくくなるので封止部の内部リード棒の基
端部よりも前方側、つまり発光管の近傍においては熱が
蓄積され易くなり、結果、発光部内の水銀を完全に蒸発
させることが可能となる。更にはこのような溝が封止部
の軸方向に連続して形成されていることにより、封止部
の曲げ方向に対する強度を低下させるというような問題
も生じない。

【００１４】なお、シュリンクシール方式にて気密封止
された封止部に上記溝を設ける場合は、当該封止部の石
英ガラスをグラインダ、ドリル、ミルなどを用いた切削
加工や、レーザ装置、超音波振動器などを用いた研磨加
工により形成する。無論、これらの加工法を適宜に組み
合せてもよい。

【００１５】又、更に、封止部における溝領域に、赤外
線反射膜を形成することにより、封止部端近傍の温度を
いっそう低下させることができる。図３はこの赤外線反
射膜４が形成された高圧放電ランプの図である。ここ
で、赤外線反射膜とは、発光管の構成材料に比較して赤
外線反射率の高い材料からなる膜であり、例えば石英ガ
ラス製発光管に対して赤外線反射膜を形成する場合は、
材質としてはＳｉＯＺｒＯ_４やＣｒＯ_３などが好適であ
る。係る赤外線反射膜は、例えば、材質としてＳｉＯＺ
ｒＯ_４からなる膜を設ける場合は、ＳｉＯＺｒＯ_４を希
釈液であるエチルアルコールに溶解し、撹拌して均一な
分散液とし、ハケなどで溝に塗布、乾燥することによ
り、形成される。膜厚は例えば１５μｍである。

【００１６】なお、本願発明に係る高圧放電ランプの具
体的数値例を、図１を参照して説明すると、放電容器１
の長さａは５０〜１００ｍｍ、発光管部１１の最大外径
部は９〜１５ｍｍ、発光管部１１の内容積は０．０５〜
１．０ｃｍ^３、封止部１２の外径は６〜１０ｍｍ、封止
部１２の長さｂは２０〜４０ｍｍとされる。また、電極
間距離は０．８〜２．０ｍｍ、内部リード棒２１の長さ
は８〜２２ｍｍ、金属箔２２の長さｃは１０〜３０ｍｍ
とされる。また、内部リード棒２１の直径は０．４〜
３．０ｍｍ、外部リード棒２３の直径は０．５〜１．０
ｍｍとされる。また、内部リード棒２１の基端部２１ｂ
から封止部外端１２２までの長さｄは、１０〜３０ｍｍ
であり、外部リード棒２３の内端２３ａから封止部外端
１２２までの長さは４〜５ｍｍとされる。

【００１７】図４は管軸に垂直方向に封止部を切断した
断面図であり、溝の断面形状の例である。同図のように
溝３の断面形状としては適宜変更が可能であり、例えば
金属箔に対して非対称に設けても良い。要は、封止部１
２において、溝３が形成された個所では発光管部側にお
いて溝が形成されていない個所に比較して、断面積が減
少し、かつ、表面積が増大していればよい。このような
封止部１２においては、溝３部分の表面積が、該溝が形
成されていない個所の表面積の１２０％以上となってい
るのが好ましい。係る場合には放熱作用による効果が絶
大なものとなる。

【００１８】図５は、上記高圧放電ランプを備えた光源
ユニットの側断面図である。同図において、図１〜４で
説明した高圧放電ランプの構成を同様の構成について
は、同じ符号で示し説明は省略する。図５において、凹
面反射鏡５の頚部５１にはランプの一方の封止部１２が
貫通しており、接着剤６で固定されている。本実施形態
においては、凹面反射鏡５の反射面５２は楕円球面から
なる。ここで、仮に高圧放電ランプの放熱効果をあげる
ために、フィンを封止部に設けた構造にすると、係るフ
ィンなどは封止部よりも突出するために光の進行が妨げ
られ、結果、光の利用効率が低下してしまうが、本願発
明によれば、高圧放電ランプの封止部１２を切削して溝
３を設けているので、ランプから出射した光が反射面で
反射されて焦点Ｏに集光する際も、光の進行を妨げるこ
とがなくて光の利用効率を低下させることがない。

【００１９】（実施例）以下本発明の具体的な実施例に
ついて説明する。図３に示す形態の定格消費電力２００
Ｗの高圧放電ランプを、下記の寸法にて製作し、溝の寸
法、本数を変えて実施例に係る高圧放電ランプを製作し
た。発光管部：外径１２ｍｍ発光管部内容積：２００ｃｍ^３封止部外径：６ｍｍ封止部長さ：３０ｍｍ金属箔長さ：１５ｍｍ内部リード棒長さ：５ｍｍ封止部外端から内部リード棒基端部までの長さ：１５ｍ
ｍ封止部外端から外部リード棒内端までの長さ：４ｍｍ電極間距離：２ｍｍ外部リード棒直径：０.８ｍｍ封入ガス：アルゴン等、不活性ガス

【００２０】上記構成に係る高圧放電ランプの封止部
に、グラインダにより幅：１ｍｍ、深さ１ｍｍの溝を設
け、実施例に係る高圧放電ランプを製作した。なお、溝
が形成された個所においては溝が形成されていない個所
に比較して、封止部の表面積が１３３％以上であった。
溝の長さは封止部の外端より８ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍ
ｍであった。このようにして作製された放電ランプ６本
について、定格条件に従って連続点灯させて、金属箔の
外端と外部リード棒との接合部における外部リード棒の
温度を測定したところ、いずれのものも３５０℃以下と
なり、数１００時間を超えても封止部に異常はみられな
かった。

【００２１】更に、上記実施例とした高圧放電ランプは
いずれも、発光管部内に封入された水銀が未蒸発の状態
となることがなく、所望の連続発光スペクトルが得られ
ることが確認された。

【００２２】（比較例１）上記実施例と、溝を設けてい
ないことを除いて上述の実施例と同様の手法により、定
格消費電力２００Ｗの高圧放電ランプを製作した。この
ような放電ランプ６本について、定格条件に従って連続
点灯させて、金属箔の外端と外部リード棒との接合部に
おける外部リード棒の温度を測定したところ４２０℃と
なり、５０時間を超えると金属箔が酸化した。

【００２３】（比較例２）上記実施例と、溝の長さを変
更したことを除いて上述の実施例と同様の手法により、
定格消費電力２００の高圧放電ランプを製作した。比較
例に係る高圧放電ランプの溝の長さは３ｍｍ、５ｍｍ、
３０ｍｍであった。このようにして作製された放電ラン
プ６本について、定格条件に従って連続点灯させて、金
属箔の外端と外部リード棒との接合部における外部リー
ド棒の温度を測定した。溝の長さが３ｍｍと５ｍｍの比
較例に係るランプ、すなわち溝が外部リード棒の内端よ
りも後方から封止部端に至るまで形成されたものは、金
属箔と外部リード棒の接合部近傍における外部リード棒
の温度が３８０℃以上となり、金属箔が酸化した。一
方、溝の長さが３０ｍｍの比較例に係るランプ、すなわ
ち、溝が内部リード棒の基端部よりも前方から封止部端
に至るまで形成されたものは、数１００時間を超えても
封止部に異常はみられなかったが、発光管内の水銀が未
蒸発の状態となって所望の連続発光スペクトルが得られ
なかった。

【００２４】以上の結果から、（１）溝を内部リード棒
の基端部よりも後方から封止部の外端にわたり形成すれ
ば水銀の未蒸発を防止できて所望の連続発光スペクトル
が得られ、（２）外部リードの内端部よりも前方の位置
から封止部の外端にわたり形成すれば金属箔の酸化を防
止できて長寿命のランプが得られることが確認された。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれば
極めて簡単な構成で、封止部端における放熱を促進さ
せ、封止部に埋設された過金属箔熱を防止しての酸化を
防止できると共に、発光管部内部に封入された水銀の未
蒸発を防止できて所望の連続発光スペクトルが得られる
高圧放電ランプを提供することが可能になる。また、本
願請求項２に記載の発明によれば、ランプが密閉状態と
される光源ユニットであっても、金属箔の酸化を好適に
回避することができ、使用寿命を長くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る高圧放電ランプ説明図で管軸方
向断面図。

【図２】本願発明に係る高圧放電ランプ説明図で図１中
の線分Ｓ−Ｓ’で切断した断面図。

【図３】本願発明に係る高圧放電ランプの全体を示す説
明図。

【図４】溝の断面形状の例を示す図。

【図５】本願発明に係る光源ユニットの側断面図。

【図６】従来の高圧放電ランプの封止部を説明する図。

【符号の説明】

１放電容器１１発光管部１２封止部２０電極２１内部リード棒２２金属箔２３外部リード棒３溝４赤外線反射膜５凹面反射鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管部の両端にシュリンクシールされ
た封止部が連設されている放電容器と、この放電容器の
少なくとも一方の封止部内に埋設された金属箔と、前記
一端側の封止部によって固定され、その基端部が前記金
属箔に接続されているとともに、その先端が前記発光管
部内に突出する内部リード棒と、前記金属箔にその内端
が接続されてその外端が該封止部の外端より突出する外
部リード棒と、を有してなる高圧放電ランプにおいて、前記封止部の表面には、軸方向に連続する溝が形成され
ており、前記溝は、前記内部リード棒の基端部よりも後方であっ
て前記外部リードの内端部よりも前方の位置から、当該
封止部の外端にわたって形成されていることを特徴とす
る高圧放電ランプ。
【請求項２】請求項１に記載の高圧放電ランプと、前
方に開口する光放射口が形成され前記ランプの光軸とそ
の光軸が略一致するよう該ランプを囲むように配置され
た凹面反射鏡と、光透過性を具備し前記光放射口の全部
を塞ぐように取付けられて前記ランプからの放射光を外
部に放出する前面ガラスと、を備えてなることを特徴と
する光源ユニット。