JP2006179366A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプにおける熱応力の増大および集中を抑制する。
【解決手段】放電ランプは、ガスが封入された放電部１ａを有するガラスバルブ１と、一端が放電部１ａ内に突出し他端がガラスバルブ１内に封入された金属電極２と、ガラスバルブ１内に封入され金属電極２に電気的に接続する金属箔３とを備える。金属箔３は、その主面の平面視で、一定の幅を有する曲折形状である。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばプロジェクタなどに使用される放電ランプに関するものであり、特に、配線として箔形状を使用した放電ランプの構造に関するものである。

従来、プロジェクタなどに使用される高圧放電ランプでは、ガスが封入された発光部を有するガラスバルブの内部に、当該発光部に突出した丸棒状の金属電極と、当該金属電極に電気的に接続した長方形状の金属箔の配線とが埋め込まれた構造を有している。そのような放電ランプでは、金属電極（例えばタングステン）および金属箔（例えばモリブデン）とガラスバルブ（例えば石英ガラス）とは線膨張係数が異なっているので、ランプ点灯時の温度上昇により、ガラスバルブと金属箔および金属電極との界面に熱応力が発生し、それがランプ破裂の一因となっている。特に、金属箔における発光部に近い側（金属電極と接続する側）の角部には応力が集中しやすく、その部分がランプ破裂の起点となることが多い。

この金属箔の角部への応力集中を低減するため、例えば下記特許文献１では金属箔を、金属電極に向けてなだらかに幅狭にしたり、角部の形状を丸くしたりしている。

特開平１０−２５５７２０号公報

特許文献１の金属箔においては、幅狭な端部で電気抵抗率が高くなるので電流による発熱量が増してしまう。その結果、ランプ点灯時の上昇温度が大きくなり、発生する熱応力が増大してしまうことが懸念される。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、ガラスバルブに封入された金属箔の配線を有する放電ランプにおいて、熱応力の増大および集中を抑制することでガラスバルブの破損を防止できる放電ランプを提供することを目的とする。

本発明に係る放電ランプは、ガスが封入された放電部を有するガラスバルブと、一端が前記放電部内に突出し他端が前記ガラスバルブ内に封入された電極と、前記ガラスバルブ内に封入され前記電極に電気的に接続する金属箔とを備え、前記金属箔が、その主面の平面視で、一定幅の曲折形状であるものである。

本発明によれば、金属箔３主面の平面視で曲折形状であるので、金属箔とガラスバルブとの界面に生じる応力は金属箔の全体に分散して吸収される。よって、金属箔の特定個所（角部）を起点としたガラスバルブの破裂の発生を防止することができる。また、金属箔の経路が長くなるので、放電部の密封性を向上させる効果もある。なお且つ、金属箔の幅が一定であることで、電気抵抗の増加が抑えられている。従って、ランプ発光時における金属箔の電気抵抗による発熱が抑え、熱応力の増大を抑制し、ガラスバルブの破裂を防止に寄与できる。

図１は本発明の実施の形態に係る放電ランプの断面図である。同図の如く、当該放電ランプは、ガラスバルブ１と、それに封入されたそれぞれ一対の金属電極２、金属箔３およびリード線４とにより構成されている。

ガラスバルブ１は、石英ガラスで形成されており、その中央部には、希ガス、ハロゲンガス、水銀等が高圧状態で封入された放電部１ａを有している。なお、金属電極２、金属箔３およびリード線４は、ガラスバルブ１と密着している。特に、金属箔３は、ガラスバルブ１との密着性が高く、放電部１ａ内のガスが外部に漏れるのを防止している。

金属電極２は、タングステンで形成されており、その一方の端部は放電部１ａ内に突出し、他方の端部はガラスバルブ１内に封入されている。金属箔３は、薄い（０．０２ｍｍ程度）モリブデン箔であり、ガラスバルブ１内に封入されている。金属箔３の一方の端部は金属電極２のガラスバルブ１内に封入された側の端部に、他方の端部はリード線４に、それぞれ電気的に接続する。リード線４は外部との電気的接続を行うためものであり、タングステンで形成されている。

図２は、図１の放電ランプにおける右側部分の拡大図である（当該放電ランプは左右同じ構造を有しているので、左側部分の図示は省略する）。図２において、図１と同じ要素には同一符号を付してある。

本実施の形態に係る放電ランプの金属箔３は、その主面の平面視で、一定幅を有する曲折形状である。図２に示した例では、金属箔３の曲折形状は、長さ方向に対して左右に１回ずつうねる波形状にしている。

ランプ点灯時では放電部１ａはプラズマ状態になるため非常に高温となり、その周囲のガラスバルブ１や金属電極２、金属箔３が高温に曝される。さらに、金属箔３や金属電極２には放電に起因する電流が流れるため、電気抵抗による発熱も生じる。例えば金属箔３の放電部１ａに近い側の近傍では、６００℃〜８００℃の温度上昇が生じる。この温度上昇により、金属電極２および金属箔３とガラスバルブ１との界面に熱応力が生じる。

上述したように、従来の長方形の金属箔の場合には、特に放電部に近い側の角部（図２の角部３ａに相当）に高い応力集中が生じていた。それに対し、本実施の形態に係る曲折形状の金属箔３は、長方形のものよりも長さ方向の剛性が低いので、金属箔３とガラスバルブ１との界面に生じる応力を金属箔３の全体に分散して吸収するため、角部３ａへの応力集中が抑制される。従って、金属箔３の角部３ａを起点としたガラスバルブ１の破裂の発生を防止することができる。

また、本実施の形態の金属箔３は、その主面の平面視で一定幅である。即ち、上記特許文献１の金属箔のように幅狭部分を有しておらず、電気抵抗の増加が抑えられている。従って、ランプ発光時における金属箔３の電気抵抗による発熱は抑えられるので、温度上昇に伴う熱応力の増大を抑制し、ガラスバルブ１の破裂を防止に寄与できる。

次に、放電ランプの製造方法を説明する。

まず、金属電極２、金属箔３およびリード線４を形成し、金属電極２とリード線４との間に金属箔３を接合する。金属電極２およびリード線４は丸棒状のタングステンを適当な長さに切断して形成する。曲折形状の金属箔３は、モリブデン泊のうち抜きにより形成する。一般に金属箔３は非常に薄い（０．０２ｍｍ程度）ため、曲折形状の打ち抜き型を用いて容易に形成可能である。金属電極２およびリード線４への金属箔３の接合方法としては、抵抗溶接による圧着が考えられる。

接合された金属電極２、金属箔３およびリード線４は、石英ガラスで形成された中空円筒形のガラス管の中に入れられる。そして当該ガラス管の外側から金属電極２、金属箔３およびリード線４のある部分に対し例えばガスバーナー等で局所的に熱を加えて当該ガラス管を溶融させ、ガラスバルブ１を形成すると共に、ガラスバルブ１内部に金属電極２、金属箔３およびリード線４を封入する。このとき、溶融したガラスは金属電極２、金属箔３およびリード線４に溶着する。

その後、ガラスバルブ１の放電部１ａに高圧ガス（希ガス、ハロゲンガス、水銀等）を封入し、上記と同様の作業を放電部１ａを挟んで反対側の金属電極２、金属箔３およびリード線４に対しても実施し、ガラスバルブ１の内部に金属箔３および金属電極２を封入する。ガラスバルブ１が一対の金属電極２および金属箔３に溶着してそれらを封入しているため、放電部１ａの密閉性は保たれる。

そして最後に、形成した放電ランプを高温炉に入れてアニールを行ない、製造過程で発生した残留応力を除去すれば完成となる。

ここで、金属箔３のより具体的な形状について説明する。図３は、本実施の形態における金属箔３の形状を説明するための図であり、図２と同じ放電ランプを図示している（便宜上、図３ではハッチングは省略している）。

図３のように、金属箔３の幅をＷ１、金属箔３の曲折形状における振れ幅（全体の幅）をＷ２、ガラスバルブ１の直径をＤとすると、振れ幅Ｗ２の値は、Ｄ−１．５ｍｍを超えない範囲（即ち、ガラスバルブ１における外側表面と金属箔３との間の厚みｔが、０．７５ｍｍ以上になる範囲）で、なるべく大きい値であることが望ましい。例えば、振れ幅Ｗ２がＤ−１．５ｍｍより大きくなり、厚みｔが０．７５ｍｍよりも小さくなると、ガラスバルブ１の強度が低下して応力による破損の恐れが増してしまう。逆に、振れ幅Ｗ２が小さすぎると、応力分散の効果が薄れてしまう。

また、本発明の応力分散の効果を高めるためには、金属箔３の曲折形状の曲率が大きい方が望ましい。例えば金属箔３の曲折形状として円弧を用るとよい。円弧を複数個繋いだ形状を用いるとさらに応力分散の効果は大きくなる（図２並びに図３の金属箔３は円弧を２つ繋いだ形状である）。金属箔３の曲折形状としては円弧の他に、楕円の一部、放物線およびそれらを複数個繋いだ形状や、正弦曲線などでもよい。

ここで、１００Ｗ用の放熱ランプを想定する。１００Ｗ用の放熱ランプでは、金属箔３の幅Ｗ１は１．５ｍｍ程度、ガラスバルブ１の直径Ｄは６ｍｍ程度、金属箔３の長さ（金属電極２からリード線４へ向かう方向の直線的な長さ）Ｌ１は１３ｍｍ程度とするのが代表的な寸法である。また、金属電極２の直径は約０．３ｍｍ、長さは約４．５ｍｍ、ランプ全長は約６０ｍｍである。

例えば図３において、金属箔３の幅Ｗ１を１．５ｍｍ、ガラスバルブ１の直径Ｄを６ｍｍとし、金属箔３のマージンを除いた長さＬ２（ここでは、金属箔３の中心線Ａが金属電極２およびリード線４と交差する点間の距離）を１３ｍｍとする。また金属箔３の曲折形状は、図３の如く半径ｒの円弧を２つ繋げた形状であるとする。即ち、中心線Ａは、弦の長さが６．５ｍｍの円弧を２つ繋げた形状である。このケースにおいて、振れ幅Ｗ２を４．５ｍｍ（＝Ｄ−１．５ｍｍ）とし、且つ、長さＬ２を１３ｍｍにするためには、金属箔３の曲折形状を、その中心線Ａが半径ｒ＝４．３ｍｍの円弧を２つ繋げた形状であるようにすればよい。

なお、図２および図３においては、金属箔３を、長さ方向に対して左右に１回ずつうねる曲折形状にした例を示したが、金属箔３の形状はそれに限定されるものではなく、例えば長さ方向に対して左右に２回以上ずつうねる形状や、左あるいは右に１回のみうねる形状であってもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、金属箔３が主面の平面視で曲折形状であるので、金属箔３とガラスバルブ１との界面に生じる応力は金属箔３の全体に分散して吸収され、金属箔３の角部３ａへの応力集中が抑制される。よって、金属箔３の角部３ａを起点としたガラスバルブ１の破裂の発生を防止することができる。なお且つ、金属箔３の幅が一定であることで、電気抵抗の増加が抑えられている。従って、ランプ発光時における金属箔３の電気抵抗による発熱が抑え、熱応力の増大を抑制し、ガラスバルブ１の破裂を防止に寄与できる。

また、金属箔３はガラスバルブ１に密着して封入されることで、放電部１ａ内に封入された高圧ガスが外部に漏れないようにする働きがある。本実施の形態によれば、金属箔３が曲折形状であるので、金属箔３の経路が長くなり、放電部１ａの密封性を向上させる効果もある。

なお、金属箔３が主面の平面視で曲折形状でなく、側面視で曲折形状（即ち、主面に対して垂直方向に波打つ形状）であっても、上記と同様の効果が得られると考えられる。しかしその場合、金属箔３をガラスバルブ１に封入する際に、その波打った主面全体にガラスを密着させて形成することは比較的困難である。金属箔３とガラスバルブ１との間に隙間が存在すると、放電部１ａの密封性が低下するという問題が生じてしまう。つまり、本実施の形態には金属箔３をガラスバルブ１に密着させて封入することが容易に行えるという利点もある。

本実施の形態では、ガラスバルブ１を石英ガラス、金属電極２およびリード線４をタングステン、金属箔３をモリブデンという一般的な材料を例示したが、それらは一例に過ぎず、本発明は、他のあらゆる材料を用いた放電ランプに対しても適用可能である。

本発明の実施の形態に係る放電ランプの断面図である。 本発明の実施の形態に係る放電ランプのの拡大図である。 本発明の実施の形態における金属箔の具体的な形状を説明するための図である。

符号の説明

１ ガラスバルブ、１ａ 放電部、２ 金属電極、３ 金属箔、４ リード線４。

Claims (4)

1. ガスが封入された放電部を有するガラスバルブと、
   一端が前記放電部内に突出し他端が前記ガラスバルブ内に封入された電極と、
   前記ガラスバルブ内に封入され前記電極に電気的に接続する金属箔とを備え、
   前記金属箔は、その主面の平面視で、一定幅の曲折形状である
   ことを特徴とする放電ランプ。
2. 前記曲折形状は、前記金属箔の長さ方向に対して左および右にそれぞれ１回以上うねる形状である
   ことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
3. 前記曲折形状は、複数個の円弧を繋いだ形状である
   ことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
4. 前記ガラスバルブにおける外側表面と前記金属箔との間の厚みが、０．７５ｍｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の放電ランプ。
   

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