JP2005116451A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ効率を向上するために側管部への熱伝導を少なくした高圧放電ランプを提供すること。
【解決手段】本発明の高圧放電ランプによれば、側管部２に０．１３３Ｐａ以下の圧力に保たれている空洞６を設けることによって発光管１から側管部２への熱伝導を抑制でき、発光管１を高温に保てるために高効率な光出力を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクターの光源などミラーに組み込んで用いられる高圧放電ランプに関するものである。

従来の高圧放電ランプ（以降、単に「ランプ」とも記す）を示すものである。ランプの発光効率は、ランプの熱バランスによって決定する。特にランプ点灯時の発光管（プラズマが存在して光が取り出される部分）から側管部（発光管から延在して電極等を封止している部分）への熱伝導は、発光効率を下げる。なぜなら、側管部への伝導される熱は発光に全く寄与せず、エネルギーロスとして消費されるからである。

そこで、側管部へ伝導される熱を減らす試みが従来なされている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載されている放電灯１０を図２に示す。放電灯１０は、発光管１１の大径部１２の熱伝導率と小径部１３の熱伝導率を変えることにより効率を向上させている。特許文献１の放電灯においては、発光管１１内最冷点部は、小径部１３にできる。この温度を上昇させて効率を向上させるために、小径部１３の熱伝導率よりも大径部１３の熱伝導率を大きくしている。
特開平１１−２５０８５７号公報（例えば、図１や段落番号００２５）

しかしながら、上記従来の構成では、発光管１３の材料に石英ガラスを利用した場合、小径部１３は熱伝導率を変えるため、石英ガラスとは異なる材料（例えば低融点ガラスであるパイレックス（登録商標）等）を用いる必要がある。そのように２種のガラスをつなぎ、発光管成形する製造方法は煩雑となり、コストがかかる。また、小径部に石英ガラスとは異なる材料を用いると、ランプ点灯中に、発光管内に不純物が多く排出され、黒化や失透などといった寿命低下の現象を招く。さらに、熱伝導率を石英ガラスより下げるような低融点ガラスでは材料にもよるが５００度以下の低温度域でしか使用できない。特に、液晶プロジェクターの光源などミラーに組み込んで用いられるランプにおいては小径部１３の温度は、ランプ点灯中５００度を超えることが一般的で、小径部にパイレックス（登録商標）のような低融点ガラスを用いることはできない。

そこで、発光管部に石英ガラスを用いたランプにおいて、側管部への熱伝導する熱量を少なくするために、側管部を短くする方法もある。しかし、その方法にも限界がある。なぜなら、ランプへ外部電力を入力するためのリード線が金属箔と電気的に接続されており、この接続部が約３５０度以上で酸化し断線してしまうからである。すなわち、発光管に接続部が近づくことによって、接続部が高温になるからです。特に、液晶プロジェクターの光源などミラーに組み込んで用いられるランプにおいては、側管部温度はより高温にさらされる。ミラーの開口部側側管部は、熱伝導だけでなく光源からの輻射熱があるからである。そこで、効果を得られるほど側管部を短くすることはできない。

つまり、石英ガラス製発光管ランプにおいて、側管部への熱伝導をさげる従来の手法は、ランプ効率を高めるほどの効果を実現できないという課題を有していた。

本発明の目的は、上記従来の課題を解決するもので、ランプ効率を向上するために側管部への熱伝導を少なくした高圧放電ランプを提供することにある。

前記従来の課題を解決するために、本発明の高圧放電ランプは、石英ガラスで作られた発光管と、前記発光管から延在する側管部と、前記発光管内に放電アークを維持するために配置された電極棒と、前記側管部に存在し、前記電極棒と電気的に接続した金属箔とを備え、前記発光管内には、少なくとも希ガスが封入されており、前記側管部には、０．１３３Ｐａ以下の圧力に保たれている空洞が備えている。

前記空洞は、前記金属箔部の一部にあることが好ましい。

本発明の高圧放電ランプによれば、側管部に０．１３３Ｐａ以下の圧力に保たれている空洞を設けることによって発光管から側管部への熱伝導を抑制でき、発光管を高温に保てるために高効率な光出力を得ることができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における高圧放電ランプの図である。

図１において、１は石英ガラスでできた発光管部（以降、単に「発光管」とも呼ぶ）で、発光管部１内には、キセノンガスが１０気圧封入されている。２は発光管１に延在する側管部２であり、３は発光管部内に放電アークを維持するために配置された電極棒、４は電極棒３に電気的に接続された金属箔、５は金属箔４に接続されて電極棒３の反対側に位置するリード線である。電極棒３と金属箔４とリード線５とは、電気的にそれぞれ接続され、一対設けられている。また、６は、側管部２に内に位置し、減圧に密封された空洞である。

図１の構成のランプにおいて、空洞６内の真空度の違うものを３種類（１３．３Ｐａ、０．１３３Ｐａ、０．０１３３Ｐａ）試作した。また、図１の構成において、空洞６を設けなかったものを従来ランプとした。

図３は、空洞６内の真空度を横軸に、ランプ効率を縦軸にプロットしたものである。なお、従来ランプの場合は空洞６が形成されていないため、真空度を０としてプロットした。０．１３３Ｐａ以上の圧力で効果的にランプ効率が上がるのが分かる。つまり、空洞６内の真空度は０．１３３Ｐａ以上であることが好ましい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態１で説明した図１のランプの製造方法について説明する。

図４は、電極棒３と金属箔４、リード線５、金属バネ７がそれぞれ直列的に溶接された電極一式８である。金属バネ７は、電極一式８を製造中に側管部内に保持するために設けている。

図５は、別の工程で準備した外管１０で、石英ガラスを加熱し、膨張させて所定の形状に形成された中空の略球状の発光管部１と、発光管部１の両端から延在する石英ガラス管の側管部２−ａ、２−ｂとから構成されている。側管部２−ｂの一端は閉じており、他端部２−ａは電極一式８が挿入できるよう開口してある。

まず、外管１０の側管部２−ａより図４の電極一式８を挿入する。電極一式８は、側管部２−ａ内径よりも十分細い挿入棒により押し入れる。電極一式８を挿入する様子はプロジェクターにより観察する。プロジェクターの投射面に電極一式８と発光管１の位置を印しておき、それにあわせて電極一式８を挿入する。

この状態で外管１０内の排気を行う。図６はにその様子を示す。図６には示していないが回転可能なチャックにて外管１０を保持し、矢印１１で示すように、外管１０を回転させる。そして外管１０内を排気する。このときの排気状態を真空計で確認し、圧力が０．１３３Ｐａ以下になるように排気行う。

続いて、図７に示すように、側管部２−ａの１２部分を加熱溶融せしめる。これは矢印１３で略示するレーザーを上下に移動して行い、側管部２−ａの１２部分を気密封止する。さらに、同様にして、側管部２−ａの１４部分を加熱溶融せしめ、気密封止する。

以上の工程において、発光管中に電極一式が１本封止され、また、０．１３３Ｐａ以下の圧力となった状態を保った空洞がひとつ形成された。ここで、注意するべきは、空洞の配置箇所である。電極一式の気密封止は、電極棒３やリード線５との溶接部を除く属箔４部でのみ可能であるので、側管部２−ａの１２部分の一部は金属箔４と電極棒３との溶接部分を除いた金属箔４部になくてはならない。また、同じように、側管部２−ａの１４部分の一部も、金属箔４とリード線５との溶接部分を除いた金属箔４部になくてはならない。

次にランプには電極が一対必要であるから、他端の電極を挿入するために、もともと閉じてあった側管部２−ｂの端部をカッターにより切断する。その開口部よりランプの発光材料である水銀、メタルハライド等を封入する。そして、上記したと同様に電極一式を挿入する。

次に図８に示すように、外管１０内の排気を再び行う。図８の１５は、発光管部１内に封入した水銀とメタルハライドである。図８に示していないが、回転可能なチャックで外管１０を保持し、矢印１６で示すように、外管１０を回転させる。そして外管１０内を真空排気した後、今度は所定量のキセノンガスを導入しする。次に、図９に示すように、発光管部１が、魔法瓶のように保冷能力のある容器へ満杯になるように入った液体窒素２３に漬かるように配置する。液体窒素により、導入されたキセノンガスは液化し、発光管部１内に溜まる。側管部２−ｂ部は、真空状態になる。そこで、側管部２−ｂ部の圧力が０．１３３Ｐａ以下なったことを真空計で確認してから、側管部２−ｂの２０部分を加熱溶融せしめる。これは矢印２１で略示するレーザーを上下に移動して行い、側管部２−ｂの２０部分を気密封止する。さらに、同様にして、側管部２−ｂの２２部分を加熱溶融せしめ、気密封止する。ここでも注意するべきは、側管部２−ｂの２０部分も２２部分も、電極棒３やリード線５と金属箔４の溶接部分を除いた金属箔４部分で気密封止することである。

そして、電極一式の外部駆動装置に接続する側の電極一式を露呈せしめるために、両側管端部のガラスをカッターにより切断する。この時点で、両電極一式端にある金属バネ７は、除去しておいてもよい。このようにして、図１のような実施の形態１と同様の高効率高圧放電ランプが得られる。

また、図１０は、空洞６がある側管部の断面である。２４は、空洞６の断面であり、その断面積をＳ１とする。また、２５は、空洞６周囲の側管部のガラス部断面であり、そのリング状の斜線部の断面積をＳ２とすると、Ｓ１に比べて、Ｓ２が小さければ小さいほうが効率向上の効果がある。すなわち、発光管からの側管部への熱伝導が少なくなる。なお、図面の簡略化のため、金属箔の断面は省略して記載している。

そこで、図１１のように、あらかじめ、空洞６を設ける部分３０だけ、側管部ガラス厚を薄くしておく手法もある。それは、図１２のように、回転可能なチャックで外管１０を両端で保持し、矢印３３で示すように、外管１０を回転させる。そして、外管１０の空洞６を設ける側管部２の場所３０を加熱する。側管部２の場所３０が加熱溶融してきたところで、矢印３２に示す方向からアルゴンガスを加圧に導入すれば、このガス圧により側管部２の場所３０のガラス厚みが薄くなる。

このようにして、Ｓ２／Ｓ１の比が７．０、５．０、３．０のランプを試作し、特性を比較した。図１３にその結果を示す。なお、空洞６の圧力は、上記で説明した方法で作成した。このときの空洞６の圧力は、０．１３３Ｐａを僅かに下回るものであった。図１３は、横軸にＳ２／Ｓ１の断面積比を、縦軸にランプの効率を示したものである。Ｓ２／Ｓ１が７よりも小さいと効率が向上する効果があるものの、その効果は少ない。したがって、Ｓ２／Ｓ１は５．０以下であることが、好ましい。なお、空洞６がない従来のランプ（構成は、空洞以外は本実施形態２のランプと同じ）のランプ効率は三角黒印で図１３に記載している。この場合は、Ｓ１がゼロとなるのでＳ２／Ｓ１は無限大となる。

以上、本発明は好ましい実施例について説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明にかかる高圧放電ランプは、側管部に真空状態の空洞を有し、液晶プロジェクター用光源等として有用である。

本発明の実施の形態１における側管部２に真空状態の空洞６を備えた高圧放電ランプの構成を示す図 従来の放電灯１０の構成を示す図 本発明の実施の形態１における側管部２にある空洞６の真空度とランプ効率を示す図 本発明の実施の形態２における電極一式８の構成を示す図 本発明の実施の形態２における外管１０の構成を示す図 本発明の実施の形態２における外管１０を真空排気する方法を示す図 本発明の実施の形態２における電極封止をし、空洞を設ける方法を示す図 本発明の実施の形態２における発光材料を封入した後に真空排気する方法を示す図 本発明の実施の形態２におけるキセノンガスを液体窒素で液化させながら、電極封止をし、空洞を設ける方法を示す図 本発明の実施の形態２における空洞部の断面を示す図 本発明の実施の形態２における空洞部を配置するガラス厚みが薄くなっている外管を示す図 本発明の実施の形態２における空洞部を配置する外管のガラス厚みを薄くする方法を示す図 本発明の実施の形態２における空洞部の面積比とランプ効率の関係を示す図

符号の説明

１ 発光管部
２，２−ａ，２−ｂ 側管部
３ 電極棒
４ 金属箔
５ リード線
６ 空洞

Claims (2)

1. 石英ガラスで作られた発光管と、
   前記発光管から延在する側管部と、
   前記発光管内に放電アークを維持するために配置された電極棒と、
   前記側管部に存在し、前記電極棒と電気的に接続した金属箔とを備え、
   前記発光管内には、少なくとも希ガスが封入されており、
   前記側管部には、０．１３３Ｐａ以下の圧力に保たれている空洞が備えていることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記空洞は、前記金属箔部の一部にあることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。

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