JP2004103479A

JP2004103479A - ランプ装置

Info

Publication number: JP2004103479A
Application number: JP2002266147A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Yamamoto; 山本　智昭; Junji Taniguchi; 谷口　順治; Shiho Cho; 張　志芳; Atsuji Nakagawa; 中川　敦二; Tomihiko Ikeda; 池田　富彦
Original assignee: Sharp Corp; Phoenix Electric Co Ltd
Current assignee: Sharp Corp; Phoenix Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】プロジェクタ装置の小型化や投影画像の高輝度化要求に対し、ランプの冷却効率を更に高め、ランプの小型化や高輝度化を実現する。
【解決手段】凹面リフレクタ２の前面は透光性材料からなる前面板４で覆われ、放電ランプ１の電極封着部１_１は、該凹面リフレクタ中央部の通風間隙２ａを通して挿入され、該凹面リフレクタ２の中央後部で支持具３に接着材３ｂ_１で固定されている。放電ランプ１のシール部電極１ａの前方の前面板４に吸気口４ａを有し、該吸気口４ａより導入された外気は通風間隙２ａ、支持具３に設けられた通気口３ａを通して排出される。放電ランプ１の他方の電極封着部１_２のシール部電極１ａは、円筒放熱板１ｃを有し、この円筒放熱板１ｃ及び放電ランプ１が前記導入された外気によって冷却される。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプ装置、より詳細には、プロジェクタ等の光源として使用に好適なランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタ等に使用される光源装置には、光源ランプとして、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプといった放電ランプが使用され、ほとんどの場合冷却装置を必要とする。これは、ランプ管球の温度が均一化されないと，管内に封入されたガスがランプ内壁において蒸着し白濁や黒化が誘発され、輝度低下が発生すること、フリッカーや破裂の原因でもあること、更には、ランプ先端シール部のモリブデンが、高温で酸化しやすいこと等によるもので、これらを抑制するために冷却を行い、信頼性を保つようにしている。
【０００３】
また、このようなランプは、点灯時に、発光管内の圧力が２０〜１５０気圧程度の高圧になるが、通常使用のランプ寿命内において、発光管が劣化してランプが破裂する危険性が考えられ、万一、ランプが破裂すると、ランプを構成する石英ガラスや透光性セラミックスの破片が投映機器内で散乱する。このとき、散乱したランプの破片は極めて高温であるために、投映機器内の配線コードや可燃性部材を損傷することがあり、ランプの破裂対策として、凹面反射鏡（リフレクタ）の前面開口をガラス板で覆って凹面反射鏡内部を閉空間にし、この閉空間内にランプを配置することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
ランプの破裂対策として凹面反射鏡の前面開口をガラス板で覆い、且つ、ランプの冷却を効率的に行う方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
図３は、特許文献２に記載のランプ冷却構造に関し、プロジェクタ用ランプ周辺における冷却構造の概略を示す側断面図で、図中、１は中央部に対をなす放電電極を有し、それぞれの電極が対称の反対方向に延長するよう封入された封着部１_１，１_２を有するランプバルブ、２は凹面リフレクタ（反射鏡）、３はランプ支持具、４は前面ガラス、５はランプケース、６はランプダクトを示し、１ａは封着部１_２のシール部より延長する電極線接続部、３ａは支持具の通気口、３ｂ_１，３ｂ_２は凹面リフレクタと放電ランプの封着部１_１とを支持具３に固定するための接着材、４ａは前面ガラス４に設けられた空気取り入れ口である。図示のように、リフレクタ２の中央部の空隙２ａにランプバルブ１の電極封着部１_１を通し、該電極封止部１_１と支持具３との接触部，及びリフレクタ２との接触部とを接着材３ｂ_１，３ｂ_２で固定する。リフレクタ２の前方には、前面ガラス４を配置し、これも、外周を接着材４ｂで接着する。これらからなるものをランプユニットと称する。
【０００６】
前面ガラス４の中央には空気取り入れ口（導入部）４ａがあり、また、リフレクタ２の後方に接着した支持具３には、前記空気取り入れ口４ａを通して導入した外気を排出するための通気口３ａが数個配置されている。更に、ランプユニットの後方には、ランプユニットを冷却する吸気ファンなどを配置する。吸気ファンによる空気の流れは、図３に示すように、ランプユニットを囲んだランプケース５とランプダクト６内の空気（熱）を排出すると同時に、前面ガラス４の空気取り入れ口４ａから空気を取り入れ、シール部の電極線接続部１ａやランプバルブ１部を冷却し、リフレクタ２の中央部の空隙を通し、次いで、支持具３の通気口３ａから吸気ファンへ導かれる。このように、前面ガラス４の中央に空気取り入れ口４ａを設け，外気との最短距離でシール部のモリブデン電極１ａやランプバルブ１部を冷却することで効率よくランプバルブ１を保護し、ランプの白濁等に起因する輝度低下、フリッカー、破裂等が発生しない温度に抑制している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−７８４１号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３４３０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法は、ランプの破裂対策として凹面反射鏡の前面開口をガラス板で覆い、且つ，ランプの冷却を効率的に行う方法として多数採用されているが、プロジェクタ装置の小型化や投影画像の高輝度化要求に対し、ランプの小型化や高輝度化を実現するためには、さらに冷却効率を高める方法が要求されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような課題に対応するためになされたもので、本発明においては、凹面リフレクタと、該凹面リフレクタの前面を覆う透光性材料からなる前面板と、中央部に放電電極部を有し、かつ該中央部から対称方向に延長する電極を封止する電極封着部を有し、前記凹面リフレクタ中央部に配設された放電ランプと、前記凹面リフレクタの中央部を貫通して延長する前記放電ランプの一方の電極が封入された封着部を支持する支持部材とから成り、前記前面板は外気を導入するための吸気孔を、前記支持部材は前記導入された外気を流出させるための流出口を有し、前記吸気孔を通してと導入された外気を前記流出口を通して流出されるようにしたランプ装置において、前記封電ランプの他方の電極が封入された第２の封着部から延長するシール部電極または電極線接続部に放熱板を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１、図２は、それぞれ本発明の実施形態として、プロジェクタのランプ冷却方法を説明するための図で、図中、図３に示した従来のプロジェクタと同様の作用をする部分には同一の参照番号を付し、その説明は省略する。
図１は、本発明の第一の実施形態によるプロジェクタ用ランプの周辺構成図で、図１（Ａ）は冷却構造天面断面図、図１（Ｂ）は平板放熱板正面図で、図１において、１ｂは平板放熱板、７は吸気ファンである。
【００１１】
前述のように、プロジェクタで使用されるランプはほとんどが冷却を必要とする。それは、ランプバルブ１の温度が均一化されないと管内に封入されたガスがランプバルブ１の内壁に蒸着し、白濁や黒化が誘発され、輝度低下が発生するためである。さらに、フリッカーや破裂の原因でもあること、さらには、ランプ先端シール部のモリブデン電極１ａは、高温で酸化しやすいため、これらを抑制するために冷却を行い、信頼性を保つ必要がある。尚、電極線接続部１ａは、モリブデン電極に電極線接続部１ａを一体で成形することも可能であるが、本実施形態では、モリブデン電極にモリブデンの電極線接続部１ａを溶着し形成している。
【００１２】
ここで、第一の実施形態におけるランプ冷却方法に関し、その構造と冷却方法を説明する。凹面リフレクタ２の中央部の空隙２ａにランプバルブ１の電極封着部１_１を通し、該第１の電極封着部１_１と支持具３との接触部を接着材３ｂ_１にて、リフレクタ２との接触部と接着材３ｂ_２で固定する。
リフレクタ２の前方には、前面ガラス４を配置し、これも、外周を接着材４ｂで接着する。これらからなるものをランプユニットと称する。前面ガラス４の中央には吸気口４ａがあり、また、リフレクタ２の後方で電極封着部１_１に接着した支持具３には空気を排出する通気口３ａが数個設けられている。ランプユニットの後方には、ランプユニットを冷却する吸気ファン７が配置されている。
【００１３】
吸気ファン７による空気の流れは、図１（Ａ）に矢印にて示すように、ランプユニットを囲んだランプケース５とランプダクト６内の熱気を排出すると同時に、前面ガラス４の吸気口４ａから空気を取り入れ、シール部の電極線接続部１ａにカシメ接続された平板放熱板１ｂやランプバルブ１部を冷却しリフレクタ２の中央の空隙２ａを通し、支持具３の通気口３ａから吸気ファン７へ導かれる。このように、本発明によると、前面ガラス４中央部の空気取り入れ口４ａ側に平板放熱板１ｂを設けることで、シール部電極線接続部１ａを更に効率よく冷却することで、ランプの小型化や高輝度化にも対応して輝度低下やフリッカー発生や破裂防止等を図ることが可能となる。
【００１４】
図２は、本発明の第二の実施形態によるプロジェクタ用ランプの周辺構成図で、図２（Ａ）は冷却構造天面断面図、図２（Ｂ）は円筒形状放熱板正面図で、図２において、１ｃは本発明による円筒形状放熱板、１ｄはセラミック接着材である。
【００１５】
本発明の第二の実施形態では、第一の実施形態における平板放熱板１ｂを円筒形状放熱板１ｃに置換え、ランプバルブシール部の電極線接続部１ａとの間をセラミック接着材１ｄにより接合させ冷却効率を更に改善したものである。
放熱板１ｃが円筒形状のため、放熱板１ｃの各部が発熱部であるランプバルブシール部の電極線接続部１ａと近く、放熱性能が平板放熱板１ｂと比較して良好となっている。
【００１６】
放熱性能を比較するために平板放熱板１ｂと円筒形状放熱板１ｃのサイズを仮定する。
平板（１ｂ）：７×１０ｘ０．５、シール部モリブデン電極１ａとカシメで接合円筒（１ｃ）：φ４ｘ７　ｔ＝０．５、シール部モリブデン電極１ａとの接合は
セラミック接着材１ｄで接着
その他条件として
・シール部冷却風速　　　　　　１０［ｍ／ｓ］
とし、本条件下で熱伝達率を比較すると
平板放熱板（１ｂ）：ｈｍ≒１２２
円筒放熱板（１ｃ）：ｈｍ≒１９０
となる。
【００１７】
詳細：
平板放熱板：ｈｍ＝３．８６×（Ｖ／Ｌ）＾（１／２）　（ｈｍ：熱伝達率、
Ｖ：風速、Ｌ：代表長さ）
Ｖ＝１０［ｍ／ｓ］，　Ｌ＝１０×１０＾（−３）［ｍ］と仮定し
ｈｍ＝１２２
円筒放熱板：Ｒｅ＝ｕ・ｄ／ν　ｕ＝１０［ｍ／ｓ］，ｄ＝４×１０＾（−３）
［ｍ］，ν＝２×１０＾（−５）ｍ＾２／ｓ
Ｒｅ＝２５００，Ｎｕ＝０．３７３×Ｒｅ＾（１／２）＋０．０５７
×Ｒｅ＾（２／３）＝２９．１
Ｎｕ＝ｈｍ・ｄ／λ　→ｈｍ＝１８９．５
（Ｒｅ：レイノルズ数、ｕ：風速、ｄ：円筒直径、Ｎｕ：ヌセルト数、
ｈｍ：熱伝達率、λａｉｒ：空気の熱伝導率（２７℃）
として得られる。
【００１８】
次に、フィン効率を比較すると、
平板放熱板（１ｂ）：０．８５
円筒放熱板（１ｃ）：１．００
となる。
詳細：
平板：フィン効率η＝ｔａｎｈ（ｍｄ）／（ｍｄ）→η＝０．８５
ｍ＝（ｈｍ／λ／Ｙｂ）＾（１／２）　ｄ＝０．００５［ｍ］，　λ＝９１［Ｗ／ｍ／Ｋ］，　Ｙｂ＝０．２５×１０＾（−３）［ｍ］
円筒：放熱板各点での温度勾配がほとんど存在しないため、フィン効率１．０とした
これらをまとめると、表１となる。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１のＱより円筒放熱板１ｃは、平板放熱板１ｂよりも少ない表面積であるにもかかわらず、放出できるワット数が高いことがわかる。
【００２１】
また、平板放熱板１ｂはカシメによる接合であるため接触面積が少ないが、円筒形状放熱板１ｃでは放熱部の全面を接触面積として使用できる点も有利といえる。
放熱部−放熱板最遠点温度差を、平板放熱板、円筒形状放熱板で比較すると
平板放熱板（１ｂ）：Ｓ＝Ａ／Ｌ　　Ａ＝３．５×１０＾（−６）［ｍ＾２］，Ｌ＝５×１０＾（−３）［ｍ］より
Ｓ＝０．０００７
Ｑ＝λ・Ｓ・ΔＴとＱ＝５０／２＝２５［Ｗ］，λ＝９１［Ｗ／
ｍ／℃］（Ｎｉ）より
ΔＴ＝３９５℃
円筒放熱板（１ｃ）：便宜上、□１ｍｍ→φ１ｍｍの熱源として取り扱う。
・熱源（モリブデン）→パイプ内壁のセラミック部
Ｓ＝２πＬ／ｌｎ［ｒｏ／ｒｉ］　ｗｈｅｒｅ　ｒｏ＝１．７５
［ｍｍ］，ｒｉ＝０．５［ｍｍ］，Ｌ＝７×１０＾（−３）［ｍ］
Ｓ＝０．０３５１　　ΔＴ＝４０
・パイプ内壁→パイプ外壁
Ｓ＝２πＬ／ｌｎ［ｒｏ／ｒｉ］　ｗｈｅｒｅ　ｒｏ＝２．００
［ｍｍ］，ｒｉ＝１．７５［ｍｍ］，Ｌ＝７×１０＾（−３）［ｍ］
Ｓ＝０．３　　　　ΔＴ＝１．７
合計して　ΔＴ＝４１．７℃
【００２２】
平板放熱板１ｂの先端部では、熱源温度と比して温度低下が激しいのに対し、円筒放熱板１ｃは、その１／１０のオーダーとなっていることがわかる。この点からも円筒放熱板１ｃの方がフィン効率の面で優れていることが示される。
【００２３】
更に、放熱性能を強化する際、ランプ出射光を遮る方向に放熱板が伸びない構造のため光利用効率を犠牲にすることなく、冷却性能を改善することが可能となっている。
【００２４】
また、放熱板表面をセラミック等の皮膜で覆うことにより、より熱伝導率の高い材料を使用することも可能となる。これは平板放熱板１ｂでも同じことが言えるが、そのコーティングという面で、円筒放熱板１ｃでは容易に実施することが可能となる。
【００２５】
更に、冷却構造物がコンパクトに設計できることから、放熱板平均風速を容易に向上させることができる。平板放熱板１ｂ使用では放熱板平均風速を向上させようとすると、放熱板全体に吹付ける風の流れを綿密にコントロールする必要があったが、円筒放熱板１ｃではシール部先端のごく限られた部分に風を集中させるだけで良く、平均風速増大を容易に行うことが可能となる。
【００２６】
また、平均風速増大による乱流促進も平板放熱板１ｂ使用と比較して大きいことから、熱伝達率の増大も可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明においては、透光性部材からなる前面板を有し、該前面板の中央部に設けた吸気口から外気を導入し、該外気をランプに沿って凹面リフレクタの中央部に導き、該中央部を通して排気する冷却構造を有するランプ装置において、前面板中央部側に配置されるランプ電極部（シール部電極）または電極線接続部に放熱板を設け、該放熱板を前記前面板中央部に設けられた吸気口から導かれた外気によって冷却するようにしたので、ランプの冷却効率を格段に向上させ、プロジェクタ装置の小型化や高輝度化が可能となった。
【００２８】
また、放熱板を円筒形状放熱板とすることで、熱源であるランプ電極部または電極線接続部との接触面積を増大でき、平板放熱板による冷却よりも更に高い冷却性能を得ることが可能となった。
【００２９】
また、円筒形状放熱板は平板放熱板と比べ放熱板がコンパクトになることから、冷却風を局所的なものにでき、乱流促進による熱伝達率の向上および放熱板の平均風速向上が容易に行うことが可能となった。
【００３０】
さらに、放熱板を円筒形状としたので、ランプ出射光を遮ることがなく光利用効率を悪化させることもない。
【００３１】
また、従来、酸化等の影響で使用できなかった、例えば、Ｃｕなど、より熱伝導率の高い材料を、セラミック皮膜等で覆うことで放熱板としての使用が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態におけるランプ冷却装置の側断面構成面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態におけるランプ冷却装置の側断面構成図である。
【図３】従来技術におけるランプ冷却装置の側断面構成図である。
【符号の説明】
１…ランプバルブ、１ａ…シール部電極線接続部、１ｂ…平板放熱板、１ｃ…円筒放熱板、１ｄ…接着材、２…凹面リフレクタ、３…ランプ支持具、３ａ…通気口（排気口）、３ｂ_１，３ｂ_２…接着材、４…前面ガラス板、４ａ…吸気口、４ｂ…接着材、５…ランプケース、６…ランプダクト、７…吸気ファン。

Claims

凹面リフレクタと、該凹面リフレクタの前面を覆う透光性材料からなる前面板と、中央部に放電電極部を有し、かつ該中央部から対称方向に延長する電極を封止する電極封着部を有し、前記凹面リフレクタ中央部に配設された放電ランプと、前記凹面リフレクタの中央部を貫通して延長する前記放電ランプの一方の電極が封入された封着部を支持する支持部材とから成り、前記前面板は外気を導入するための吸気孔を、前記支持部材は前記導入された外気を流出させるための流出口を有し、前記吸気孔を通して導入された外気を前記流出口を通して流出されるようにしたランプ装置において、前記封電ランプの他方の電極が封入された第２の封着部から延長するシール部電極または電極線接続部に放熱板を設けたことを特徴とするランプ装置。
前記放熱板の表面はセラミック皮膜で覆われていることを特徴とする請求項１に記載のランプ装置。
前記放熱板は円筒型をなし、前記シール部電極または電極線接続部を包囲して設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のランプ装置。
前記円筒型放熱板と前記シール部電極は、前記円筒型放熱板円筒部とセラミック接着材にて固定されたことを特徴とする請求項３に記載のランプ装置。