JP2005026128A - Ultra-high pressure discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高圧放電ランプに関し、例えば液晶ディスプレイ装置などの光源として好適に用いられる超高圧放電ランプに関する。
【0002】
【従来の技術】
投射型のプロジェクタ装置は、矩形状のスクリーンに対して、均一に、しかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求される。このため、光源としては、水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタルハライドランプ、キセノンランプ或は水銀ランプなどのショートアーク型放電ランプが使われている。
【0003】
上記技術分野に係る液晶プロジェクタは、各会議室へ据え付けられるほど普及していないことから、持ち運びされることが多く、小形軽量化が重要な課題となっている。このために、液晶プロジェクタ用の液晶パネルは年々小形化されてきており、これに伴って小形化された液晶パネルに効率よく集光させるためにも、光源のいっそうの小形化が要求されている。光源の小形化を達成するためには、アーク長を短くするのが光学的に一番効果的な手段であるが、従来の仕様のまま単にアーク長を短縮するだけでは、ランプ電圧が低下してしまう。これを補って所定のランプ電力を投入しようとすると、ランプ電流を増大しなければならない。ところが、ランプ電流を増大させるために点灯装置が大形化してしまうので、液晶プロジェクタ装置を小形化するというコンセプトから外れることになり、結局アーク長を短くする手段を採用することはできない。
【0004】
そこで、ランプ電圧を低下させないでアーク長を短くするために、アークのインピーダンスを高くすること、換言すれば、点灯中の放電媒体の圧力を上昇させる手段が採用されてきている。これによれば照度維持率の向上を図りながら演色性の向上を図ることができるといわれ、近時においては動作時の圧力が10MPa以上となるように、多量の水銀を封入した高圧放電ランプが好適に利用されてきている(特許文献1,2参照)。
【0005】
ところで、上述の高圧放電ランプは発光管内の圧力が点灯時に極めて高くなるので、発光管部の両側に延在する側管部においては当該側管部を構成する石英ガラス層と電極および給電用の金属箔を十分かつ強固に密着させる必要があり、上記のようにランプ点灯中の圧力が極めて高くなるようなランプでは、電極の先端部を有する内部リード棒と、該リード棒の後端部が接続された金属箔と、該金属箔の該端部に接続され側管部端部から導出される外部リード棒とが、シュリンクシール方式により側管部に埋設されてなる封止構造が、好適に採用されている(特許文献3参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平2−148561号
【特許文献2】
特開平6−52830号
【特許文献3】
特開2003−109504号
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記ランプでは、金属箔と側管部を構成するガラスとの間の結合が切断されて当該金属箔が側管部内部において浮いた状態(以下「箔浮き」という。)になると側管部における耐圧強度が低下して、ランプの側管部が破損することがある。このため、更なる高輝度化、つまりランプ動作圧力の増大が要望されるが、これを実現することができないという問題がある。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、ランプ点灯中の箔浮き現象を抑制できてランプ動作圧力の増大を図ることが可能であって、高輝度化を実現でき、長い使用寿命が得られる超高圧水銀ランプを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超高圧放電ランプは、石英ガラスからなり発光管部に略円柱状の側管部が連設された発光管と、前記発光管部の内部にその先端が突出する内部リード棒と、前記側管部に気密に埋設され前記内部リード棒の後端部が接続された金属箔と、前記発光管の内部に封入された0.15mg/mm3以上の水銀と、を備えた超高圧放電ランプにおいて、ランプ点灯中、前記側管部のガラスに掛かる半径方向の応力を、引張り方向を正としたとき、前記内部リード棒後端から軸方向外方に2mmの範囲において、応力が負となる領域の応力を積算した値をA(MPa・mm)、応力が正となる領域の応力を積算した値をB(MPa・mm)とすると、下記の関係式を満たすAとBの絶対値の和D(MPa・mm)が−60≦D≦30(MPa・mm)を満足することを特徴とする。
(式)|A|>|B|のときD=−(|A|+|B|)、|A|≦|B|のときD=|A|+|B|
【0009】
又、石英ガラスからなり発光管部に略円柱状の側管部が連設された発光管と、前記発光管部の内部にその先端が突出する内部リード棒と、前記側管部に気密に埋設され前記内部リード棒の後端部が接続された金属箔と、前記発光管の内部に封入された0.15mg/mm3以上の水銀と、を備えた超高圧放電ランプにおいて、前記内部リード棒には後端部に多数の空隙が形成されていることを特徴とする。
【0010】
石英ガラスからなり発光管部に略円柱状の側管部が連設された発光管と、前記発光管部の内部にその先端が突出する内部リード棒と、前記側管部に気密に埋設され前記内部リード棒の後端部が接続された金属箔と、前記発光管の内部に封入された0.15mg/mm3以上の水銀と、を備えた超高圧放電ランプにおいて、前記内部リード棒には後端に開口を有する穴が形成されていることを特徴とする。
【0011】
【作用】
ランプを点灯すると内部リード棒は熱で膨張する。側管部のガラスは、内部リード棒の後端部を囲繞するため、内部リード棒により半径方向に押し広げられるようになる。このため、金属箔を埋設するガラスがこれに引っ張られるように半径方向外方に応力を受けることとなる。この半径方向の引張り応力が大きく、側管部のガラスと金属箔とが引き剥がされると箔浮きが生じると考えられる。
本発明者らは、ランプ点灯中における側管部ガラスと金属箔界面の応力分布状態を調査した。
ランプ点灯時、内部リード棒後端部からランプの軸方向外方に向かう2mmの領域の応力状態を、引張り方向及び圧縮方向の両方の応力を一定レベル以下に抑えることにより、シリカガラスが金属箔から剥がれることが抑制され、両者の密着状態を保持でき、箔浮きを起こさず、側管部の耐圧強度を高く維持することができるようになる。更に、本発明においては、引張り方向の応力のみならず、圧縮方向の応力も低減させておく必要がある。これは、ガラスに、半径方向に圧縮する応力が掛かっていると、反力としてランプ軸方向に引張り応力が働いてランプの軸方向にガラスの密度が疎となり、ガラスに含まれるアルカリ金属(主としてナトリウム)の移動度が高くなって、側管部の高温の部分、即ち、内部リード棒と金属箔との接合部近傍に集結し易くなり、金属箔とガラスとの結合が切断されるようになる。
本願請求項1記載の発明によれば、ガラスと金属箔との密着強度を高く維持でき、シリカガラスと金属箔との結合が切断されることを長期間にわたり維持できるので、箔浮き現象を生じることなく側管部近傍に生じる破損を回避することができる。
又、上記請求項2記載の発明によれば内部リード棒には後端部に多数の空隙が形成されているので熱膨張の程度が小さくてガラスに掛かる応力を小さくでき、金属箔とガラスとを引き剥がす応力を小さくできる。
又、上記請求項3記載の発明によれば、内部リード棒には後端に開口を有する穴が形成されているので当該箇所が熱膨張しても半径方向打内方に潰れるので、ガラスが応力を受けることなく、金属箔とガラスとを引き剥がす応力を小さくできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る超高圧水銀ランプの構成の一例を示す説明用断面図であり、金属箔の面方向に切断した断面で示す図である。図2は図1中の一方の側管部を拡大して示す拡大断面図である。尚、図2では図1のランプに対して管軸を90°回転した断面で示している。
図1において、超高圧水銀ランプの発光管10は石英ガラスからなり、大略楕円球形をなし主放電空間を形成する発光管部11を有し、この発光管部11内には陰極側電極20及び陽極側電極20’が互いに対向するよう配置されている。又、発光管部11の両端部から伸びるように側管部12,12’が形成されており、これら側管部12,12’内には、通常モリブデンよりなる金属箔30,30’が気密に埋設されている。
陰極側電極20および陽極側電極20’には各々内部リード棒21,21’が連設されており、内部リード棒21,21’の後端部21A,21A’が金属箔30,30’の端部に溶接され、金属箔30,30’の他端にはそれぞれ外部に突出する外部リード棒22,22’が接続されている。この内部リード棒21,21’の後端部21A,21A’には応力緩衝部B,B’が形成されている。
又、発光管部10内には0.15mg/mm3以上の水銀と、所定の希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。
【0013】
この応力緩衝部Bは、ランプ点灯中に側管部12,12’のガラスに掛かる半径方向の応力を緩衝するものであり、以下これについて説明する。
図2に示す拡大図において、ランプ点灯中に側管部12のガラスに半径方向に掛かる応力について、引張り方向の応力を正(プラス:+)と定義したとき、内部リード棒21の後端21aから軸方向外方の2mmの領域Sにおいて、負(マイナス:−)の応力を積算した値をA(MPa・mm)、正の応力を積算した値をB(MPa・mm)とすると、|A|>|B|のときD=−(|A|+|B|)を満足し、|A|≦|B|のときD=|A|+|B|を満足するような、AとBの絶対値の和D(MPa・mm)が、−60≦D≦30(MPa・mm)の範囲とされる。
【0014】
内部リード棒21の後端21aから軸方向外方に2mmの領域Sにおいて、上記A,Bの関係が|A|>|B|のとき、つまり圧縮応力の成分が引張り応力の成分よりも多いとき、D=−(|A|+|B|)を満足するDが、−60MPa・mm以上であることにより、アルカリ金属が当該箇所に集結することが抑制され、金属箔30,30’とガラスとの密着強度低下が抑止される。Dが、−60MPa・mm未満になると、ガラスの密度が低くてアルカリ金属が集結し易くなる。このため、アルカリ金属が側管部12に移動した場合には金属箔30とガラスとの結合が切断されてしまい、箔浮きを生じ易くなる。
一方、内部リード棒21の後端21aから軸方向外方に2mmの領域Sにおいて、上記A,Bの関係が|A|≦|B|のとき、つまり引張り応力の成分が圧縮方向の応力成分より多いとき、D=|A|+|B|を満足するDが、30MPa・mm以下であることにより、ガラスと金属箔30との密着強度がガラスを金属箔30から引き剥がそうとする力よりも大きく、箔浮きの発生を好適に防止することができる。
【0015】
ここで、上記応力緩衝部について、図3(a),(b)を参照しての実施形態を説明する。図3(a),(b)は図1,2中の陰極側電極(20)側内部リード棒(21)のみ拡大して示す斜視図である。
〔1〕
図3(a)は、請求項2記載の発明の実施形態を説明する図である。同図において応力緩衝部Bは例えば金属の粉末を圧縮成形して焼結した焼結体からなり、その内部には多数の空隙が形成されている。本実施形態においては、応力緩衝部Bは、例えば理論密度が55〜65%の焼結体からなるのが好ましく、内部リード棒21の外径がφ0.7mmである場合には応力緩衝部Bは1.0mm以上の長さ形成されているのが好ましい。
この焼結体からなる応力緩衝部Bは、例えば、タングステンの粉末を、内部リード棒(21)の本体部分を構成するタングステン棒と同径の略円柱形状に圧縮して粉末の成形体を製作し、これをタングステン棒の後端面に接続して焼結することにより、タングステン棒と一体に製作することができる。焼結条件の一例を挙げると、例えば真空雰囲気中で、約1200℃、約0.5時間加熱し、更に温度を上げて1700℃、約0.5時間加熱して行う。
この請求項3記載の発明によれば、応力緩衝部Bの内部に多数の空隙を形成することができるので、熱膨張の程度を小さくできて、金属箔を埋設する側管部のガラスへの応力を小さくすることができる。その結果、側管部のガラスを金属箔から引き剥がす方向の力が低減され、両者の結合が切断され難く、箔浮きを防止できて、ランプの側管部の耐性を高く維持することができるようになる。
〔2〕
図3(b)は、請求項3記載の発明の実施形態を説明する図である。同図に示すように請求項3記載の発明は、応力緩衝部Bを内部リード棒21の後端面21aから軸方向に有底の穴210を形成して設けた例である。穴210は1つでも多数設けても構わない。尚、この穴210は例えばランプの管軸方向に0.7〜1.0mm形成されているのが好ましい。
この請求項3記載の発明によれば、内部リード棒21の温度が上昇し、熱膨張したとしても、応力緩衝部Bはガラスを押圧する際、その反力で半径方向内方に潰れてしまうので、ガラスに掛かる応力が小さくなり、側管部のガラスを金属箔から引き剥がす方向に掛かる力が低減されるようになる。その結果、ガラスと金属箔との結合が切断され難く、箔浮きを防止できてランプの側管部の耐性を高く維持することができるようになる。
無論、従来の内部リード棒と比較してガラスへの応力を小さくできる形態であれば上記実施形態にとどまらず、どのような形態であってもよい。
【0016】
〔実験例〕
下記の手順に従い、本発明に係るランプを製作した。
まず、本発明の実施例に係るランプを製作した。ここでは、図3(a)で示した〔1〕の手段によって、内部リード棒に応力緩衝部が設けられたランプを9本製作した。仕様については下記の通りである。ここで、実施例に係るランプをランプNo.1〜9と称する。
〔発光管(10)〕材質:シリカガラス、発光部(11)内容積:75mm2、発光部(11)最大外径:φ10.0mm、側管部(12,12’)外径:φ6.0mm、側管部(12,12’)長さ:16.0mm
〔封入物〕水銀0.22mg/mm3、ハロゲン(臭素)3.0×10‐4μmol/mm3
〔電極(20,20’)〕材質:タングステン(純タングステン)
〔内部リード棒(21,21’)〕材質:タングステン、外径:φ0.7mm、全長:8.5mm、応力緩衝部(B,B’)の長さ:1.0mm
〔金属箔(30,30’)〕材質:モリブデン、厚さ:20μm、軸方向長さ:11.0mm、幅:1.5mm
【0017】
次に、本発明の従来技術に相当する比較例に係るランプ、即ち、上記実施例のランプとは、内部リード棒が1体のタングステン棒で構成されて後端部に応力緩衝部が形成されていないランプを12本製作した。尚、内部リード棒を除く、他の仕様は上記と同様とした。ここで、これら比較例に係るランプをランプNo.10〜21と称す。
【0018】
<応力測定>
上記実施例及び比較例に係るランプNo.1〜21についてランプ点灯中の側管部の応力を測定した。
▲1▼ 装置
応力の測定には複屈折測定装置(溝尻光学工業所、ELP−150ART型、光源:He−Neレーザ光、波長633nm)を用いた。
▲2▼ 原理
図4は、複屈折測定装置全体を側面方向からみた構成図である。He−Neレーザ装置51からのレーザ光は集光レンズを通し、直径0.05mmのスポット光として試料に入射する。先ず、He−Neレーザ光は偏光子52を通過させて光路に対して方位45°の直線偏光とし、1/4波長板53を通して左回り円偏光にしてから、ランプ点灯灯具54内部にセットした試料に入射する。試料のガラスを通過した光の位相差、即ちΔ(deg)、R(nm)及び楕円偏光の方位角(軸の傾き)φ(deg)から偏光状態を調べ、歪量を測定する。測定した歪の大きさを評価することによりガラスに掛かる応力を見積もる。
【0019】
本実験においては試料とするランプLをランプ点灯灯具54内で点灯し、ランプ点灯灯具54ごとステッピングモーター55を駆動させてランプを上下左右方向に移動し、所定の領域の偏光状態を測定した。尚、本実験ではランプLからの光が検出器56に入射することを防止するため、灯具54と検出器56の間に前に633nmバンドパスフィルタ57(半値幅:約1.5nm)を設置した。
【0020】
<手順>
▲1▼ ランプの加工
試料用ランプについて、レーザ光がランプ側管部表面で乱反射することを避けるために研磨機で側管部の加工を行った。
ここでの加工は、図5の試料用ランプの説明用斜視図に示すように、入射光が箔厚さ方向(Y方向)に対して垂直な方向(Z方向)に入るようにX−Y平面の面出しを行うものである。歪の測定領域は、内部リード棒21の後端部21A及び金属箔30を含み、側管部の研磨面においてランプ管軸方向(X方向)の長さが10.0mm、金属箔30の厚さ方向(Y方向)の長さが2.5mmの略矩形部分とした。
【0021】
▲2▼ 歪測定
図6は上記複屈折測定装置におけるランプ点灯灯具(54)の詳細図である。全体が概略矩形の箱体であり、レーザ光の通過部には石英ガラス製の窓部材541,541を設置した。又、同図に示すランプからの直接光を遮断するためシャッタSを設けた。これらシャッタS及び点灯用灯具54の表面にはランプ光の反射を防止するため黒色の耐熱塗料を全体に塗布しておいた。
ランプLを点灯用灯具54に設置し、レーザ光が石英ガラス窓541,541のみ通過する位置へ移動してランプLを点灯させた。ランプLが安定状態となってから(例えば、点灯後約5分後)、1/4波長板を補正した。これにより石英ガラス窓541,541の熱歪がキャンセルされて点灯時のランプ側管部のガラスの歪量を正確に測定することができる。
しかる後、上述したランプ側管部における歪測定領域を0.1mm間隔でレーザを入射させて歪を点で測定し、マッピングを行った。
【0022】
▲3▼ データ評価
以上の手順により、ランプ側管部ガラスの歪による偏光状態(Δ、R、φ)を測定した。これをもとに、位相差R値[nm]を次式で応力値[MPa]に変換した。
(式)F[MPa]=R/C・L*0.098
但し、C:光弾性常数[(nm・cm−1)/(kg・cm−2)]、L:光路長(箔幅)(mm)=1.5である。
本実験においては、試料がシリカガラスであるため光弾性常数Cを3.5とした。測定値はガラスの厚さ方向全体の積算であるが、光路長Lは応力が発生するのが金属箔の幅の部分と考えられるため、光路長=箔幅(1.5mm)として計算した。
【0023】
図7は、実施例のランプNo.1の歪を解析した結果の一例を示す応力分布図である。なお、理解容易のため、ランプの内部リード棒後端部(21A)近傍の拡大図と共に示している。同図において縦軸は引っ張り方向を正として示す側管部(12)の半径方向の応力(MPa)、横軸は内部リード棒(21)の後端(21a)からの距離である。
ここで、内部リード棒の後端(21a)からの距離2mmの間において、圧縮応力の領域aにおける応力の積算値A(MPa・mm)は−12であり、引張り応力が働く領域bにおける応力の積算値B(MPa・mm)は10であった。即ちこのランプにおいては、|A|>|B|であるので、Dは−22MPa・mmである。
【0024】
その他の実施例及び比較例に係るランプについても同様に、側管部ガラスの応力の積算値A,B及びD(MPa)を測定した。
【0025】
〔側管部の観察〕
上記応力測定後のランプをランプ点灯灯具から取出し、定格電力で点灯させて側管部内部の金属箔の状態を観察した。ランプ点灯後、金属箔と側管部の間の密着状態が壊れ、間隙があると認められたものについて箔浮き有りと判定し、両者の密着状態が良好で、間隙などが形成されなかったものについて箔浮き無しと判定した。
【0026】
更に、金属箔とガラスとの界面に間隙が認められ「箔浮き有り」と判定されたランプについて、箔とガラスの間に生じた間隙の軸方向の長さを測定した。尚ここでは、金属箔と内部リード棒の重ね代部分を除いて、内部リード棒後端から軸方向の最大長さを測定した。以下、この間隙の長さを簡単に「箔浮き距離」という。
【0027】
以上のランプNo.1〜21について、応力及び箔浮き状態を観察した結果を、図8に表にしてまとめて示す。
この結果、応力緩衝部を設けた実施例に係るランプ(ランプNo.1〜No.9)はいずれも、内部リード棒後端から2mm間の応力の積算値D (MPa・mm)が、−60≦D≦30を満足するものであった。そして、実施例に係るランプ(ランプNo.1〜No.9)はいずれも、箔浮きが認められなかった。
同図の右欄の括弧内の数値は、箔浮き「有り」と認められたランプ(即ち、ランプNo.10〜No.21)の箔浮き距離(mm)である。
同図から明らかなように、何れのランプも箔浮きは内部リード棒後端から2mm以内の範囲において発生し、2mmを超えて生じていないことが判明した。この結果から、側管部の応力を内部リード棒後端から2mm以内の範囲で所定に抑えることにより、箔浮きを効果的に抑止することができるとわかった。
【0028】
以上において本実験例においては図3(a)に示した内部リード棒の構成のものでランプを製作したが、本発明者らは図3(b)で示した内部リード棒を用いて製作したランプでも、上記と同様に良好な結果が得られることを確認した。
無論、内部リード棒に設ける応力緩衝部は上記実施形態のものに限定されず、種々の方法で形成することが可能である。要は、側管部に働く応力即ち、内部リード棒後端から2mm間の応力の積算値D(MPa・mm)を−60≦D≦30とすることで、側管部における金属箔とガラスとの密着状態を良好に維持でき、側管部の破損を好適に回避できるランプとすることができるようになる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本願請求項1記載の発明によれば、ランプ点灯中の箔浮き現象を抑制できてランプ動作圧力の増大を図ることが可能で、高輝度化を実現でき、長い使用寿命が得られる超高圧水銀ランプを提供することができるようになる。
又、本願請求項2及び請求項3記載の発明によれば、内部リード棒後端から軸方向外方の2mmの領域において、ランプ点灯中に側管部を構成するガラスに掛かる応力を所期に制御することができ、ランプ点灯中の箔浮き現象を抑制できるようになる。その結果、ランプ動作圧力の増大を図ることが可能で、高輝度化を実現でき、長い使用寿命が得られる超高圧水銀ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超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中の一方の側管部を拡大して示す拡大断面図である。
【図3】応力緩衝部を説明するための図1,2中の陰極側電極側内部リード棒を拡大して示す斜視図である。
【図4】複屈折測定装置全体を側面方向からみた構成図である。
【図5】試料用ランプの説明用斜視図である。
【図6】ランプ点灯灯具の詳細図である。
【図7】実施例のランプNo.1の歪を解析した結果の一例を示す応力分布図である。
【図8】No.1〜21について応力及び箔浮き状態を観察した結果を示す図表である。
【符号の説明】
10 発光管
11 発光部
12,12’ 側管部
20 陰極側電極
20’ 陽極側電極
21,21’ 内部リード棒
21A,21A’ 後端部
21a,21a’ 後端
B 応力緩衝部
210 穴
22,22’ 外部リード棒
30,30’ 金属箔
51 He−Neレーザ装置
52 偏光子
53 1/4波長板
54 ランプ点灯灯具
55 ステッピングモーター
56 検出器
57 633nmバンドパスフィルタ
L ランプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultra high pressure discharge lamp, and more particularly to an ultra high pressure discharge lamp suitably used as a light source for a liquid crystal display device or the like.
[0002]
[Prior art]
A projection-type projector device is required to illuminate an image uniformly and with sufficient color rendering on a rectangular screen. For this reason, a short arc type discharge lamp such as a metal halide lamp, xenon lamp or mercury lamp in which mercury or a metal halide is enclosed is used as the light source.
[0003]
Since the liquid crystal projector according to the above technical field is not widespread so as to be installed in each conference room, it is often carried around, and the reduction in size and weight is an important issue. For this reason, liquid crystal panels for liquid crystal projectors have been miniaturized year by year, and in order to efficiently collect light on the miniaturized liquid crystal panels, further miniaturization of the light source is required. . In order to achieve miniaturization of the light source, shortening the arc length is the optically most effective means. However, if the arc length is simply shortened with the conventional specifications, the lamp voltage is lowered. End up. In order to make up for this and to input a predetermined lamp power, the lamp current must be increased. However, since the lighting device is increased in size to increase the lamp current, the concept of downsizing the liquid crystal projector device is deviated, and eventually, means for shortening the arc length cannot be employed.
[0004]
Therefore, in order to shorten the arc length without reducing the lamp voltage, means for increasing the arc impedance, in other words, increasing the pressure of the discharge medium during lighting, has been adopted. According to this, it is said that the color rendering property can be improved while improving the illuminance maintenance factor. Recently, a high-pressure discharge lamp in which a large amount of mercury is enclosed so that the operating pressure becomes 10 MPa or more. It has been suitably used (see
[0005]
By the way, in the above-mentioned high-pressure discharge lamp, the pressure in the arc tube becomes extremely high when the lamp is turned on. Therefore, in the side tube portion extending on both sides of the arc tube portion, the quartz glass layer and electrodes constituting the side tube portion, In a lamp in which the metal foil needs to be sufficiently and firmly adhered, and the pressure during lamp operation is extremely high as described above, the internal lead bar having the tip of the electrode and the rear end of the lead bar A sealing structure in which the connected metal foil and the external lead rod connected to the end of the metal foil and led out from the end of the side tube are embedded in the side tube by a shrink seal method is preferable. (See Patent Document 3).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-148561 [Patent Document 2]
JP-A-6-52830 [Patent Document 3]
JP 2003-109504 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above lamp, when the connection between the metal foil and the glass constituting the side tube portion is cut and the metal foil floats inside the side tube portion (hereinafter referred to as “foil floating”), the side tube portion. As a result, the pressure strength of the lamp may be reduced, and the side tube portion of the lamp may be damaged. For this reason, it is desired to further increase the brightness, that is, increase the lamp operating pressure, but there is a problem that this cannot be realized.
The present invention has been made based on the circumstances as described above, and the object thereof is to suppress the foil floating phenomenon during lamp lighting and to increase the lamp operating pressure, and to increase the brightness. It is an object of the present invention to provide an ultra-high pressure mercury lamp that can realize a long service life.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An ultra-high pressure discharge lamp according to the present invention comprises an arc tube made of quartz glass and having a substantially cylindrical side tube portion connected to the arc tube portion, an internal lead bar whose tip protrudes into the arc tube portion, and A metal foil hermetically embedded in the side tube portion and connected to the rear end portion of the internal lead rod, and 0.15 mg / mm 3 or more of mercury enclosed in the arc tube. In the high pressure discharge lamp, when the radial stress applied to the glass of the side tube portion during lamp lighting is positive in the tensile direction, the stress is in the range of 2 mm outward from the rear end of the internal lead rod in the axial direction. A and B satisfying the following relational expression, assuming that the value obtained by integrating the stress in the negative region is A (MPa · mm) and the value obtained by integrating the stress in the positive region is B (MPa · mm). The sum D (MPa · mm) of absolute values is −60 ≦ D ≦ 30 (MP a · mm).
(Expression) When | A |> | B |, D = − (| A | + | B |), and when | A | ≦ | B |, D = | A | + | B |
[0009]
An arc tube made of quartz glass with a substantially cylindrical side tube portion connected to the arc tube portion, an internal lead bar whose tip protrudes into the arc tube portion, and an air tight seal on the side tube portion An ultra-high pressure discharge lamp comprising: a metal foil embedded and connected to a rear end portion of the internal lead rod; and mercury of 0.15 mg / mm 3 or more enclosed in the arc tube. The bar is characterized in that a large number of voids are formed at the rear end.
[0010]
An arc tube made of quartz glass with a substantially cylindrical side tube portion connected to the arc tube portion, an internal lead bar with a tip projecting inside the arc tube portion, and an airtightly embedded in the side tube portion In an ultrahigh pressure discharge lamp comprising a metal foil to which a rear end portion of the internal lead bar is connected and 0.15 mg / mm 3 or more of mercury enclosed in the arc tube, the internal lead bar has Is characterized in that a hole having an opening at the rear end is formed.
[0011]
[Action]
When the lamp is turned on, the internal lead bar expands with heat. Since the glass of the side tube portion surrounds the rear end portion of the internal lead rod, the glass is pushed and spread in the radial direction by the internal lead rod. For this reason, the glass in which the metal foil is embedded is subjected to stress outward in the radial direction so as to be pulled by the glass. It is considered that when the tensile stress in the radial direction is large and the glass and the metal foil of the side tube portion are peeled off, the foil floats.
The inventors investigated the state of stress distribution at the interface between the side tube glass and the metal foil during lamp operation.
When the lamp is lit, the silica glass becomes a metal foil by suppressing the stress state in the 2 mm region from the rear end of the internal lead bar to the outside in the axial direction of the lamp to keep both the tensile and compressive stresses below a certain level. Is prevented from being peeled off, the contact state between the two can be maintained, the foil does not float, and the pressure resistance of the side tube portion can be maintained high. Furthermore, in the present invention, it is necessary to reduce not only the tensile stress but also the compressive stress. This is because when glass is subjected to a compressive stress in the radial direction, tensile stress acts in the lamp axial direction as a reaction force, and the density of the glass becomes sparse in the axial direction of the lamp. (Sodium) mobility is increased, and it is easy to gather in the high temperature part of the side tube part, that is, in the vicinity of the joint part between the internal lead bar and the metal foil, so that the bond between the metal foil and the glass is broken. Become.
According to the first aspect of the present invention, the adhesion strength between the glass and the metal foil can be maintained high, and the bond between the silica glass and the metal foil can be maintained for a long period of time, resulting in a foil floating phenomenon. It is possible to avoid breakage that occurs in the vicinity of the side tube portion without any problems.
According to the second aspect of the present invention, since the internal lead bar has a large number of voids at the rear end, the degree of thermal expansion is small and the stress applied to the glass can be reduced. The stress that peels off can be reduced.
According to the invention described in
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing an example of the configuration of an ultrahigh pressure mercury lamp according to the present invention, and is a view showing a cross section cut in the plane direction of a metal foil. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing one side tube portion in FIG. 1 in an enlarged manner. In FIG. 2, the tube shaft is shown as a section rotated by 90 ° with respect to the lamp of FIG.
In FIG. 1, an
Internal lead bars 21 and 21 'are connected to the
The
[0013]
The stress buffer B buffers the radial stress applied to the glass of the
In the enlarged view shown in FIG. 2, when the stress applied in the radial direction to the glass of the
[0014]
In the region S of 2 mm outward in the axial direction from the
On the other hand, in the region S 2 mm axially outward from the
[0015]
Here, an embodiment of the stress buffer portion will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIGS. 3A and 3B are perspective views showing only the cathode side electrode (20) side internal lead rod (21) in FIGS.
[1]
FIG. 3A is a view for explaining an embodiment of the invention as set forth in
The stress buffer B made of this sintered body, for example, compresses tungsten powder into a substantially cylindrical shape having the same diameter as the tungsten rod constituting the main body portion of the internal lead rod (21) to produce a powder compact. By connecting this to the rear end face of the tungsten rod and sintering, it can be manufactured integrally with the tungsten rod. An example of the sintering conditions is, for example, heating in a vacuum atmosphere at about 1200 ° C. for about 0.5 hours, further increasing the temperature and heating at 1700 ° C. for about 0.5 hours.
According to the third aspect of the present invention, since a large number of voids can be formed inside the stress buffer portion B, the degree of thermal expansion can be reduced, and the side tube portion in which the metal foil is embedded can be applied to the glass. Stress can be reduced. As a result, the force in the direction of peeling the glass of the side tube portion from the metal foil is reduced, the connection between the two is difficult to cut, the foil floating can be prevented, and the resistance of the side tube portion of the lamp can be kept high. It becomes like this.
[2]
FIG. 3B is a view for explaining an embodiment of the invention as set forth in
According to the third aspect of the present invention, even if the temperature of the
Of course, as long as the stress to the glass can be reduced as compared with the conventional internal lead rod, the present invention is not limited to the above embodiment, and any form may be used.
[0016]
[Experimental example]
A lamp according to the present invention was manufactured according to the following procedure.
First, a lamp according to an embodiment of the present invention was manufactured. Here, nine lamps in which the internal lead bar is provided with a stress buffering portion were manufactured by means of [1] shown in FIG. The specifications are as follows. Here, the lamp according to the embodiment is referred to as the lamp No. Called 1-9.
[Luminescent tube (10)] Material: silica glass, light emitting portion (11) inner volume: 75 mm 2 , light emitting portion (11) maximum outer diameter: φ10.0 mm, side tube portion (12, 12 ′) outer diameter: φ6. 0mm, side tube (12,12 ') length: 16.0mm
[Encapsulated matter] Mercury 0.22 mg / mm 3 , halogen (bromine) 3.0 × 10 −4 μmol / mm 3
[Electrodes (20, 20 ')] Material: Tungsten (pure tungsten)
[Internal lead bar (21, 21 ′)] Material: Tungsten, outer diameter: φ0.7 mm, total length: 8.5 mm, length of stress buffer (B, B ′): 1.0 mm
[Metal foil (30, 30 ')] Material: Molybdenum, Thickness: 20 μm, Axial length: 11.0 mm, Width: 1.5 mm
[0017]
Next, in the lamp according to the comparative example corresponding to the prior art of the present invention, that is, the lamp of the above-described embodiment, the internal lead bar is composed of one tungsten bar and the stress buffering part is formed at the rear end. Twelve lamps that were not used were made. Except for the internal lead rod, the other specifications were the same as above. Here, the lamps according to these comparative examples are referred to as lamp Nos. 10-21.
[0018]
<Stress measurement>
Lamp No. according to the above examples and comparative examples. About 1-21, the stress of the side pipe part during lamp lighting was measured.
{Circle around (1)} A birefringence measuring device (Mizojiri Optical Industry, ELP-150ART type, light source: He—Ne laser light, wavelength 633 nm) was used for measuring the device stress.
{Circle over (2)} Principle FIG. 4 is a configuration diagram of the entire birefringence measuring apparatus as viewed from the side. Laser light from the He-
[0019]
In this experiment, the lamp L as a sample was lit in the
[0020]
<Procedure>
(1) Processing of the lamp With respect to the sample lamp, the side tube portion was processed with a polishing machine in order to avoid laser light from being irregularly reflected on the surface of the lamp side tube portion.
In this processing, as shown in the perspective view for explanation of the sample lamp in FIG. 5, the incident light enters the direction (Z direction) perpendicular to the foil thickness direction (Y direction). A flat surface is obtained. The strain measurement region includes the
[0021]
(2) Strain measurement FIG. 6 is a detailed view of the lamp lighting fixture (54) in the birefringence measuring apparatus. The whole is a substantially rectangular box, and quartz glass window members 541 and 541 are installed in a laser beam passage portion. Further, a shutter S is provided to block direct light from the lamp shown in FIG. A black heat-resistant paint was applied to the entire surfaces of the shutter S and the
The lamp L was installed in the
Thereafter, the strain measurement region in the above-mentioned lamp side tube portion was irradiated with a laser at an interval of 0.1 mm, and the strain was measured at a point to perform mapping.
[0022]
(3) Data evaluation The polarization state (Δ, R, φ) due to the distortion of the lamp side tube glass was measured by the above procedure. Based on this, the phase difference R value [nm] was converted to the stress value [MPa] by the following equation.
(Formula) F [MPa] = R / C · L * 0.098
However, C: Photoelastic constant [(nm · cm −1 ) / (kg · cm −2 )], L: Optical path length (foil width) (mm) = 1.5.
In this experiment, since the sample was silica glass, the photoelastic constant C was set to 3.5. The measured value is an integration of the entire glass in the thickness direction, but the optical path length L was calculated as optical path length = foil width (1.5 mm) because stress is considered to occur in the width portion of the metal foil.
[0023]
7 shows the lamp No. of the example. It is a stress distribution figure which shows an example of the result of having analyzed 1 distortion. For easy understanding, an enlarged view of the vicinity of the rear end portion (21A) of the internal lead rod of the lamp is shown. In the figure, the vertical axis represents the stress (MPa) in the radial direction of the side tube portion (12) with the pulling direction as positive, and the horizontal axis represents the distance from the rear end (21a) of the internal lead rod (21).
Here, within a distance of 2 mm from the rear end (21a) of the internal lead bar, the integrated value A (MPa · mm) of the stress in the compressive stress region a is −12, and the stress in the region b where the tensile stress is applied. The integrated value B (MPa · mm) of was 10. That is, in this lamp, since | A |> | B |, D is −22 MPa · mm.
[0024]
Similarly, the integrated values A, B, and D (MPa) of the stress of the side tube glass were measured for the lamps according to other examples and comparative examples.
[0025]
[Observation of side tube]
The lamp after the stress measurement was taken out from the lamp lighting fixture, lit at the rated power, and the state of the metal foil inside the side tube portion was observed. After the lamp is lit, the contact state between the metal foil and the side tube part is broken and it is determined that there is a gap between the metal foil and the side tube. It was determined that the foil did not float.
[0026]
Furthermore, the axial length of the gap formed between the foil and the glass was measured for a lamp in which a gap was recognized at the interface between the metal foil and the glass and it was determined that “the foil floated”. Here, the maximum length in the axial direction was measured from the rear end of the internal lead bar, excluding the overlapping portion of the metal foil and the internal lead bar. Hereinafter, the length of the gap is simply referred to as “foil floating distance”.
[0027]
The above lamp No. The result of having observed the stress and the foil floating state about 1-21 is summarized and shown in a table in FIG.
As a result, all of the lamps (lamps No. 1 to No. 9) according to the examples provided with the stress buffer portion have an integrated value D (MPa · mm) of stress between 2 mm from the rear end of the internal lead bar, − 60 ≦ D ≦ 30 was satisfied. And as for the lamp | ramp (Lamp No.1-No.9) which concerns on an Example, foil floating was not recognized.
The numerical value in the parenthesis in the right column of the figure is the foil lifting distance (mm) of the lamps recognized as “present” (that is, lamps No. 10 to No. 21).
As is clear from the figure, it was found that the foil floating occurred in any lamp within a range of 2 mm from the rear end of the internal lead rod and did not occur beyond 2 mm. From this result, it was found that the foil floating can be effectively suppressed by suppressing the stress of the side tube portion within a range of 2 mm from the rear end of the internal lead bar.
[0028]
As described above, in this experimental example, the lamp was manufactured with the configuration of the internal lead rod shown in FIG. 3A, but the present inventors manufactured using the internal lead rod shown in FIG. 3B. It was confirmed that good results were obtained with the lamp as well.
Of course, the stress buffering portion provided on the internal lead rod is not limited to that of the above embodiment, and can be formed by various methods. The point is that the integrated value D (MPa · mm) of the stress acting on the side tube portion, that is, the stress between 2 mm from the rear end of the internal lead rod is set to −60 ≦ D ≦ 30. It is possible to obtain a lamp that can maintain a good contact state with the side tube and can suitably avoid breakage of the side tube portion.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the foil floating phenomenon during lamp lighting can be suppressed, the lamp operating pressure can be increased, high brightness can be realized, and a long service life can be realized. Can be provided.
Further, according to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing an example of the configuration of an extra-high pressure mercury lamp according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing one side tube portion in FIG. 1 in an enlarged manner.
3 is an enlarged perspective view showing a cathode side electrode side internal lead rod in FIGS. 1 and 2 for explaining a stress buffering portion. FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram of the entire birefringence measuring apparatus as viewed from the side.
FIG. 5 is a perspective view for explaining a sample lamp.
FIG. 6 is a detailed view of a lamp lighting lamp.
7 is a lamp No. in the example. It is a stress distribution figure which shows an example of the result of having analyzed 1 distortion.
FIG. It is a graph which shows the result of having observed the stress and the foil floating state about 1-21.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
ランプ点灯中、前記側管部のガラスに掛かる半径方向の応力を、引張り方向を正としたとき、
前記内部リード棒後端から軸方向外方に2mmの範囲において、応力が負となる領域の応力を積算した値をA(MPa・mm)、応力が正となる領域の応力を積算した値をB(MPa・mm)とすると、
下記の関係式を満たすAとBの絶対値の和D(MPa・mm)が−60≦D≦30(MPa・mm)を満足することを特徴とする超高圧放電ランプ。
|A|>|B|のときD=−(|A|+|B|)、|A|≦|B|のときD=|A|+|B|An arc tube made of quartz glass with a substantially cylindrical side tube portion connected to the arc tube portion, an internal lead bar with a tip projecting inside the arc tube portion, and an airtightly embedded in the side tube portion In an ultrahigh pressure discharge lamp comprising a metal foil to which a rear end portion of the internal lead rod is connected, and 0.15 mg / mm 3 or more of mercury enclosed in the arc tube,
When the lamp is lit, the stress in the radial direction applied to the glass of the side tube part, when the tensile direction is positive,
In the range of 2 mm axially outward from the rear end of the inner lead rod, A (MPa · mm) is a value obtained by accumulating stress in a region where stress is negative, and a value obtained by accumulating stress in a region where stress is positive. If B (MPa · mm),
An ultrahigh pressure discharge lamp characterized in that a sum D (MPa · mm) of absolute values of A and B satisfying the following relational expression satisfies −60 ≦ D ≦ 30 (MPa · mm).
When | A |> | B |, D = − (| A | + | B |), and when | A | ≦ | B |, D = | A | + | B |
前記内部リード棒には後端部に多数の空隙が形成されていることを特徴とする超高圧放電ランプ。An arc tube made of quartz glass and having a substantially cylindrical side tube portion connected to the arc tube portion, an internal lead bar whose tip projects into the inside of the arc tube portion, and an airtightly embedded in the side tube portion In an ultrahigh pressure discharge lamp comprising a metal foil to which a rear end portion of the internal lead rod is connected, and 0.15 mg / mm 3 or more of mercury enclosed in the arc tube,
The ultra high pressure discharge lamp characterized in that a large number of gaps are formed in the rear end portion of the internal lead bar.
前記内部リード棒には後端に開口を有する穴が形成されていることを特徴とする超高圧放電ランプ。An arc tube made of quartz glass and having a substantially cylindrical side tube portion connected to the arc tube portion, an internal lead bar whose tip projects into the inside of the arc tube portion, and an airtightly embedded in the side tube portion In an ultrahigh pressure discharge lamp comprising a metal foil to which a rear end portion of the internal lead rod is connected, and 0.15 mg / mm 3 or more of mercury enclosed in the arc tube,
An ultrahigh pressure discharge lamp characterized in that a hole having an opening at the rear end is formed in the internal lead bar.
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JP2010503949A (en) * | 2006-09-12 | 2010-02-04 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Lamp with conductor embedded in the envelope of the quartz glass of the lamp |
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