JP2004227984A - 超高圧水銀ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】封止部の温度を低減し、高温酸化を防止した超高圧水銀ランプを提供する。
【解決手段】発光管と、連接する封止部とから構成され、シリカガラスからなる放電容器を有し、発光管内部の空間部には一対の電極が配置されており、電極棒の他端には封止部内に封止されたモリブデン箔からなる内部リード線の一端が接続しており、その他端は封止部内で外部リード線に接続され、外部リード線の他端は外部の電源に接続されている。発光管の内部の空間には水銀と封入ガスが封入されており、２つの電極間に高電圧を印加すると放電が生じ蒸発した水銀により水銀アークからの放射が行われる。第１の実施の形態においては、従来例では平坦であった放電容器におけるランプリフレクタの開口部側の封止部の外周に連続した凹凸部が設けられており、封止部の外部に向かう端面にはヒートシンクが設けられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超高圧水銀ランプに関し、特にランプリフレクタに装着して使用される超高圧水銀ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水銀蒸気中で生ずる放電を利用した電球である水銀灯は以前から照明用として広く用いられてきたが、小型の光源で効率が高い半面演色性が劣るという欠点があった。演色性を改善するため外管の内壁に蛍光物質を塗布したり、水銀蒸気圧を高めたりして連続スペクトル成分を増加させる改良が行われ、半導体ウェーハの露光用などに広く使用されてきた。
【０００３】
近年、大画面表示装置としてのプロジェクタが家庭用のテレビとして注目され、その光源として超高圧水銀ランプが注目され、実用化が進んでいる。図４は、従来例の超高圧水銀ランプの模式的断面図である。この超高圧水銀ランプは内部に断面が楕円形の空間を有し外面が球形に近い発光管４２と、発光管４２の長軸方向両側に連接するロッド状の封止部４３とから構成されていて、シリカガラスからなる放電容器４１を有する。発光管４２内部の空間部の長軸方向の両側には封止部４３に固定された電極棒４５の先端に設けられた一対の電極４４が互いに近接した状態で対向して配置されており、電極棒４５の他端には封止部４３内に封止されたモリブデン箔からなる内部リード線４６の一端が接続しており、内部リード線４６の他端は封止部４３内で外部リード線４７に接続され、外部リード線４７の他端は外部の電源に接続されている。
【０００４】
発光管４２の内部の空間には水銀と封入ガスが封入されており、２つの電極４４間に高電圧を印加すると放電が生じ蒸発した水銀により水銀アークからの放射が行われる。放射光は所定の方向に収束させる必要があるので超高圧水銀ランプ４０はランプリフレクタに装着して使用される。図５はランプリフレクタに装着された従来例の超高圧水銀ランプの模式的側面断面図である。ランプリフレクタ４８は放電容器４１の片方の封止部４３の先端を保持し、発光管４２から放射された光を他の封止部４１側に収束して外部に放射する。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６２−１２０２５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水銀蒸気圧の超高圧化とランプの小型化との要求に対応してきた結果、放射光線の集光されるランプリフレクタ４８の開口部側のモリブデン箔からなる内部リード線４６の高温酸化による、封止部４３の経時的な真空気密リークが問題となってきている。内部リード線４６の外部リード線４７側の先端の温度は電極からの熱伝導とランプリフレクタ４８の集光による加熱により３５０℃近傍まで温度が上昇する。３５０℃まで内部リード線４６が加熱されると内部リード線４６の材料であるモリブデンが酸化しその膨張により、モリブデン箔の気密シール部分にクラックを生じさせ、約２０００時間後にリークしてしまうという問題がある。
【０００７】
この対策として、内部リード線４６の温度を低減させること、および真空封止部内の内部リード線４６の高温酸化を遅らせることが重要な課題となっている。
【０００８】
この問題に対する対応として、通常は超高圧水銀ランプ４０が装着されるランプリフレクタ４８の開口側のランプの封止部４３の全長を長くすることによって、電極４４からの熱伝導距離を長くし、放熱面積を増加させて温度を低下させるという手法が採用されている。
【０００９】
また、実開昭６２−１２０２５５号公報には封止部に複数の放熱フィンが設けられた構成が開示されている。
【００１０】
しかしながら、近年の小型化、リフレクタの短焦点化に伴い、これらの手法を採用することが困難となっている。
【００１１】
本発明の主な目的の一つは封止部の温度を低減し、高温酸化を防止した超高圧水銀ランプを提供することであり。また、リーク到達までの時間を延長させるための封止手段を有する超高圧水銀ランプを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の超高圧水銀ランプは、
内部に断面が楕円形の空間を有し外面が球形に近い発光管と、その発光管の長軸方向両側に連接する封止部とから構成されていて、シリカガラスからなる放電容器を有し、発光管の内部の長軸方向の両側には封止部に固定された電極棒の先端に設けられた一対の電極が互いに近接した状態で対向して配置され、電極棒の他端には封止部内に封止されたモリブデン箔からなる内部リード線の一端が接続し、その内部リード線の他端は封止部内で外部リード線に接続され、その外部リード線の他端には外部電源の接続が可能であり、発光管の内部の空間には水銀と封入ガスとが封入されており、対向する電極からの高電圧放電により発生する水銀アークから光線が放射される超高圧水銀ランプにおいて、外部リード線の内部リード線との接続点近傍における、点灯時の経時変化による封止部のリークを抑制する封止部リーク抑制手段が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
封止部リーク抑制手段が外部リード線と内部リード線との酸化抑制手段であり、その酸化抑制手段が、外部リード線が接続される側の封止部の外周面に設けられた放熱のための連続する凹凸部であってもよく、凹凸部は、放電容器の内部の空間に全ての部品を配置して封止部の内部の空間を封止後、封止部を再加熱し、外面が溶融したとき時に型成形することによって形成されてもよく、また、その酸化抑制手段が、封止部の端面側に外部リード線の周囲に接して設けられたヒートシンクであってもよく、さらにその酸化抑制手段が、外部リード線が接続される側の封止部の外周に設けられた放熱のための連続する凹凸部と、封止部の端面側に外部リード線の周囲に接して設けられたヒートシンクであってもよい。
【００１４】
封止部リーク抑制手段が、封止部のリーク到達時間の延長手段であり、内部リード線が第１の内部リード線と第２の内部リード線とに分割され、第１の内部リード線と第２の内部リード線とは外部リード線と同種の中間リード線によって接続され、その中間リード線の第２の内部リード線との接続点近傍の封止部内に、真空あるいは不活性ガスの充填された真空封止部分が設けられ、第１のリーク段階は真空封止部で発生し、その後第２のリード線と外部リード線との接続点近傍での第２のリーク段階が進行してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の特徴は、超高圧水銀ランプをリフレクタに調整、保持したときにリフレクタ開口側の封止部内の給電用の内部リード線並びに外部リード線の酸化を防止したことにある。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態の超高圧水銀ランプの模式的断面図である。
この超高圧水銀ランプは内部に断面が楕円形の空間を有し外周面が球形に近い発光管１２と、発光管１２の長軸方向両側に連接するロッド状の封止部１３とから構成されていて、シリカガラスからなる放電容器１１を有する。発光管１２内部の空間部の長軸方向の両側には封止部１３に固定された電極棒１５の先端に設けられた一対の電極１４が互いに近接した状態で対向して配置されており、電極棒１５の他端には封止部１３内に封止されたモリブデン箔からなる内部リード線１６の一端が接続しており、内部リード線１６の他端は封止部１３内で外部リード線１７に接続され、外部リード線１７の他端は外部の電源に接続されている。
【００１７】
第１の実施の形態の超高圧水銀ランプ１０においては、従来例では平坦であった放電容器１１におけるランプリフレクタ１８の開口部側の封止部１３の外周に連続した凹凸部２１が設けられており、封止部１３の外部に向かう端面にはヒートシンク２２が設けられている。
【００１８】
発光管１２の内部の空間には水銀と封入ガスが封入されており、２つの電極１４間に高電圧を印加すると放電が生じ蒸発した水銀により水銀アークからの放射が行われる。図２はランプリフレクタに装着された超高圧水銀ランプの模式的側面断面図である。放射光は所定の方向に収束させる必要があるので超高圧水銀ランプは図２に示されるようなランプリフレクタ１８に装着して使用される。ランプリフレクタ１８は放電容器１１の片方の封止部１３の先端を保持し、発光管１２から放射された光線を他の封止部１１側に収束して外部に放射する。
【００１９】
真空気密を保持するため、封止部１３に封止された内部リード線１６と封止部１３のシリカガラスとの間にはガラス気密シールが形成されている。電極１４から内部リード線１６のモリブデン箔を経由して外部リード線１７方向に向かう熱伝導を抑制するため、この封止部１３の外周面には表面積を大きくして熱放出効率を向上するために、０．１ｍｍ以上の高さの凹凸部２１が設けられ、モリブデン箔温度、およびモリブデン箔を通じて熱伝導される外部リード線１７の温度を低下させる。
【００２０】
また、超高圧水銀ランプ１０をランプリフレクタ１８、特に楕円リフレクタに組み込んだ場合、発光管１２から放出された光（可視光）はランプリフレクタ１８で反射され、外部リード線１７の内部リード線１６側の先端部周辺に集光され、外部リード線１７はこの集光された光によっても加熱される。この集光加熱よる高温酸化を防止するため、外部リード線１７の全体、または一部にヒートシンク２２を装着させて、外部リード線１７の温度を低下させる。
【００２１】
封止部１３周辺部の凹凸部２１については内部部品を封止後、封止部１３を再加熱し、外面が溶融したとき時に型成形することによって形成させることができる。また、外部リード線１７のヒートシンク２２については外部リード線１７の溶接時にヒートシンク部品を外部リード線１７挿入後、外部リード線１７に溶接することによって形成される。ヒートシンク２２の形状は放熱フィンを有した構造であればよく、通常放射状に放熱フィンが設けられたボスが外部リード線１７に抵抗溶接またはレーザ溶接で接続される。
【００２２】
ここでは、封止部１３の外周に設けられた凹凸部２１と封止部１３の端面に接して設けられたヒートシンク２２の双方が設けられた形態で説明されているが、そのいずれか一方だけが設けられていても外部リード線１７と内部リード線１６との酸化抑制に効果がある。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図３は本発明の第２の実施の形態の超高圧水銀ランプの模式的断面図である。基本的な構造と機能は第１の実施の形態と同じなので同じ部分の説明は省略し、第１の実施の形態との相違点について説明する。
【００２４】
第１の実施の形態の特徴であった凹凸部２１とヒートシンクと２２は設けられておらず、内部リード線１６が電極２４側の長い第１の内部リード線３６ａと反対側の短い第２の内部リード線３６ｂとに分割され、第１の内部リード線３６ａと第２の内部リード線３６ｂとは外部リード線３７と同様な中間リード線３９で接続され、第２の内部リード線３６ｂの他端が外部リード線３７と接続され、中間リード線３９の外部リード線３７との接続部近傍に真空封止部分４１が設けられ、真空封止部分４１は真空、または不活性ガス充填状態となっている。
【００２５】
真空封止は基本的に内部リード線３６ａ、３６ｂのモリブデン箔の周囲のガラス封着で行われることから、これによって、給電用の外部リード端子部が第１の内部リード線３６ａの周囲と第２の内部リード線３６ｂの周囲の２段階に分けて封止され、中間リード線３９の端子部が２段階の真空、または不活性ガス充填状態になる構造となっている。
【００２６】
図３の構造では、外部リード線取り出し部の真空封止部分を第１の内部リード線３６ａを含むランプ本体の封止と、第２の内部リード線３６ｂを含む封止部３３の先端部の封止の２段階にすることによって、リークまでの時間を延長することが可能である。通常、第１の内部リード線３６ａに中間リード線３９を接続したあと、中間リード線３９の取り出し部を除いて封止部１３の内部を封止し、中間リード線３９の取り出し部にモリブデン箔からなる第２の内部リード線３６ｂを接続させ、さらに外部リード線３７を接続した後封止部１３の内部を真空状態あるいは不活性ガスを充填し封止部１３の先端部を封止することによって、リード線酸化によるリークまでの時間が延長される。
【００２７】
この第２の実施の形態の実施例では、通常のランプ同様に、外部リード線３７の先端部分が３５０℃に上昇するため、約２０００時間でリークしてしまうが、その中間リード線３９の第１の内部リード線３６ａ側の先端部が酸化を開始するため、この部分でリ−クするまでにさらに約２０００時間を有するため、高圧水銀ランプ３０がリークして不点灯になるまで、４０００時間と時間を２倍に延長する効果がある。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超高圧水銀ランプでは、電極からの熱伝導と集光加熱によってモリブデン箔の気密シール部分に発生するクラックの発生までの時間を引き延ばすことができるという効果がある。
【００２９】
通常の超高圧水銀ランプでは外部リード線先端の温度は電極からの熱伝導と集光加熱により３５０℃近傍まで温度が上昇する。３５０℃までリード線が加熱されると内部リード線材料であるモリブデンが酸化しその膨張によって、モリブデン箔の気密シール部分にクラックが生じ、約２０００時間後にリークしてしまうという問題があった。本発明の第１の実施の形態によると同一仕様のランプでもリード線先端の温度を最大５０℃低減することが可能であり、これにより、リークまでの時間を４０００時間と約２倍の時間まで延長することが可能となった。
【００３０】
第２の実施の形態の構造ではリード取り出し部の真空封止部分を２段階に分けて構成することによって高温酸化によるリーク到達時間を２倍にするという役目を果たす。いずれの方法によっても、リード線の高温酸化による真空気密リークまでの時間を大きく向上させるという効果が得られる。
【００３１】
また、本発明の超高圧水銀ランプでは、ランプ製造工程を変更することなく熱放出効率を向上させることができるので、ランプ特性になんら悪影響を及ぼすことなくリークによる信頼性を大きく向上させることが可能となるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超高圧水銀ランプの模式的断面図である。
【図２】ランプリフレクタに装着された超高圧水銀ランプの模式的側面断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の超高圧水銀ランプの模式的断面図である。
【図４】従来例の超高圧水銀ランプの模式的断面図である。
【図５】ランプリフレクタに装着された従来例の超高圧水銀ランプの模式的側面断面図である。
【符号の説明】
１０、３０、４０ 超高圧水銀ランプ
１１、３１、４１ 放電容器
１２、３２、４２ 発光管
１３、２３、４３ 封止部
１４、２４、４４ 電極
１５、２５、４５ 電極棒
１６、４６ 内部リード線
１７、３７、４７ 外部リード線
１８、４８ ランプリフレクタ
２１ 凹凸部
２２ ヒートシンク
３６ａ 第１の内部リード線
３６ｂ 第２の内部リード線

Claims (6)

1. 内部に断面が楕円形の空間を有し外面が球形に近い発光管と、該発光管の長軸方向両側に連接する封止部とから構成されていて、シリカガラスからなる放電容器を有し、前記発光管の内部の長軸方向の両側には前記封止部に固定された電極棒の先端に設けられた一対の電極が互いに近接した状態で対向して配置され、前記電極棒の他端には前記封止部内に封止されたモリブデン箔からなる内部リード線の一端が接続し、該内部リード線の他端は前記封止部内で外部リード線に接続され、該外部リード線の他端には外部電源の接続が可能であり、前記発光管の内部の空間には水銀と封入ガスとが封入されており、対向する前記電極からの高電圧放電により発生する水銀アークから光線が放射される超高圧水銀ランプにおいて、
   前記外部リード線の前記内部リード線との接続点近傍における、点灯時の経時変化による封止部のリークを抑制する封止部リーク抑制手段が設けられていることを特徴とする超高圧水銀ランプ。
2. 前記封止部リーク抑制手段が前記外部リード線と内部リード線との酸化抑制手段であり、該酸化抑制手段が、前記外部リード線が接続される側の前記封止部の外周面に設けられた放熱のための連続する凹凸部である、請求項１に記載の超高圧水銀ランプ。
3. 前記凹凸部は、前記放電容器の内部の空間に全ての部品を配置して前記封止部の内部の空間を封止後、前記封止部を再加熱し、外面が溶融したとき時に型成形することによって形成された、請求項２に記載の超高圧水銀ランプ。
4. 前記封止部リーク抑制手段が前記外部リード線と内部リード線との酸化抑制手段であり、該酸化抑制手段が、前記封止部の端面側に前記外部リード線の周囲に接して設けられたヒートシンクである、請求項１に記載の超高圧水銀ランプ。
5. 前記封止部リーク抑制手段が前記外部リード線と内部リード線との酸化抑制手段であり、該酸化抑制手段が、前記外部リード線が接続される側の前記封止部の外周に設けられた放熱のための連続する凹凸部と、前記封止部の端面側に前記外部リード線の周囲に接して設けられたヒートシンクである、請求項１に記載の超高圧水銀ランプ。
6. 前記封止部リーク抑制手段が、封止部のリーク到達時間の延長手段であり、前記内部リード線が第１の内部リード線と第２の内部リード線とに分割され、前記第１の内部リード線と前記第２の内部リード線とは前記外部リード線と同種の中間リード線によって接続され、該中間リード線の前記第２の内部リード線との接続点近傍の前記封止部内に、真空あるいは不活性ガスの充填された真空封止部分が設けられ、第１のリーク段階は前記真空封止部で発生し、その後第２のリード線と外部リード線との接続点近傍での第２のリーク段階が進行する、請求項１に記載の超高圧水銀ランプ。

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