JP2007265624A - ショートアーク型超高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】点灯時は始動性を高めるとともに、通常点灯時は放熱作用を十分に発揮できるショートアーク型超高圧放電ランプを提供すること。
【解決手段】石英ガラスからなる発光管１１に一対の電極１０を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管１１に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、希ガスと、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲でハロゲンが封入される。そして、一対の電極１０のうち少なくとも一方の電極は、先端塊状部２１と、その後方に間隔をもって配置する複数の襞部２２と、電極軸部２３が、一部材を切削加工することにより形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明はショートアーク型超高圧放電ランプに関する。特に、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入され点灯時の水銀蒸気圧が１１０気圧以上となる超高圧放電ランプを光源とした液晶ディスプレイ装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）などのプロジェクター装置に使われる光源用放電ランプに関する。

投射型プロジェクター装置は、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、このため、光源としては、水銀を０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入して高い水銀蒸気圧を持つランプが採用されている。

この種のランプは、例えば、石英ガラスからなる発光管に一対の電極を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲でハロゲンを封入した超高圧放電ランプが使われる。ハロゲンを封入する主目的は発光管の失透防止であるが、これにより、いわゆるハロゲンサイクルも生じる。また、電極はコイルを溶融させた、いわゆる溶融電極が使われる。

図４は、溶融電極を有するショートアーク型超高圧放電ランプの概略構成を示す。電極は、タングステン棒にコイルを巻きつけて、当該コイルの先端部分のみを溶融させることで先端部が塊形状となり、その後端にコイルが存在する形態となる。コイルは、ランプの点灯始動時においては表面の凹凸効果により始動の種（始動開始位置）として機能するとともに、点灯後においては表面の凹凸効果と熱容量により放熱の機能を有している。この種の放電ランプは、例えば、特開２００４−２４７０９２号に記載される。

上記放電ランプにおいて、始動性を高めるためには、コイルを細くすることが好ましい。一方で、放熱効果を高めるためには、コイルを電極軸に密着させる必要がある。つまり、コイルが細くなれば電極軸との接触面積も小さくなるため、これら２つの要求は矛盾することとなる。
特開２００４−２４７０９２号

この発明が解決しようとする課題は、点灯時は始動性を高めるとともに、通常点灯時は放熱作用を十分に発揮できるショートアーク型超高圧放電ランプを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係るショートアーク型超高圧放電ランプは、石英ガラスからなる発光管に一対の電極を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、希ガスと、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲でハロゲンが封入される。そして、一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、先端塊状部と、その後方に間隔をもって配置する複数の襞部と、電極軸部が、一部材を切削加工することにより形成したことを特徴とする。
また、前記襞部は、深さが電極軸部まで形成している（伸びる）ことを特徴とする。また、前記電極は、塊状部の先端に突起を有することを特徴とする。前記襞は、幅が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とする。前記襞は、隣の襞との間隔が、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする。

上記構成を有することで、幅の狭い複数の襞が、コイルの代わりに形成されるので、当該襞を起点として点灯始動することができる。また、襞は１本の棒状部材から切削加工により作るので、襞と電極軸の間でスムーズに熱の伝導が行われ、襞による放熱効果が十分に発揮される。

図１は、本発明に係るショートアーク型超高圧放電ランプ（以下、単に「放電ランプ
」ともいう）の全体構成を示す。
放電ランプ１は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１１を有し、この発光部１１には、一対の電極１０（１０ａ、１０ｂ）が互いに対向して配置する。また、発光部１１の両端部から伸びるよう封止部１２が形成され、これらの封止部１２内には、通常モリブデンよりなる導電用金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。一対の電極１０は軸部が、金属箔１３に溶接されて電気的に接続され、また、金属箔１３の他端には、外部に突出する外部リード１４（１４ａ、１４ｂ）が溶接されている。一方の外部リード１４ａと電極１０ｂの根元にトリガワイヤ１５が巻きつけられる。

発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍという放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時１５０気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧２００気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現することができる。
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入され、点灯始動性を改善するためのものである。ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀その他の金属との化合物の形態で封入され、ハロゲンの封入量は、１０^−６〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。その機能はハロゲンサイクルを利用した長寿命化も存在するが、本発明の放電ランプのように極めて小型で高い内圧を有するものは、このようなハロゲンを封入することが放電容器の失透防止を主目的としている。

放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径９．５ｍｍ、電極間距離１．５ｍｍ、発光管内容積７５ｍｍ^３、定格電圧８０Ｖ、定格電力１５０Ｗであり、交流点灯される。また、この種の放電ランプは、小型化するプロジェクター装置に内蔵されるものであり、装置の全体寸法が極めて小型化される一方で高い光量が要求されることから、発光管部内の熱的影響は極めて厳しいものとなり、ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ^２、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ^２となる。このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがプロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い放射光を提供することができる。

図２は電極１０の拡大図を示す。
電極１０は、先端塊状部２１、襞部２２、電極軸部２３から構成され、これらは、後述するが、１つのタングステン材料を切削加工して作られる。このため先端塊状部２１、襞部２２、電極軸部２３は物理的に一体物として構成される。なお、切削加工は、棒状のタングステンを用意して切削バイトで加工する。
先端塊状部２１は電極の先端に形成され、他方の電極に対向する側面が球面形状の略半球形状に構成される。塊状部２１は高温化されるため耐熱性を確保する必要があり、ある程度の容積を有する。これは、交流点灯の場合は両方の電極、直流点灯の場合は陽極側になる電極において必要となる。
襞部２２は、先端塊状部２１の後方に複数個形成され、各襞は電極軸部２３まで伸びるように深さが形成される。この襞は、従来のコイルに相当するもので、始動時は始動の種（始動開始位置）として機能するとともに、点灯後は先端塊状部２１の高熱を電極軸部２３からの伝導により受けて放熱する機能を有する。襞であるため高温化しやすいという利点がある。実施例では襞部２２は襞２２ａ、２２ｂ、２２ｃの３個から構成される。
電極軸部２３は金属箔と接合するもので塊状部２１と襞部２２を保持するだけでなく、電気的給電の役割も担う。

この電極では、はじめに、最後端の襞２２ａから電子が放出することで放電が開始する。その後、放電は襞２２ｂ、２２ｃと前方に飛び移り、最終的に先端塊状部２まで移動する。最後端の襞２２ａから電子が放出する理由は、トリガワイヤ１５が最後端の襞に最も近いため、当該襞での電界強度が高くなるからである。
なお、塊状部２の先端面には突起２１aが形成される。この突起２１ａは当初存在しない場合であってもその後の点灯に伴い生成するし、あるいは、予め成長種として切削加工により作っておくこともできる。最後端の襞２２ａから電子が放出する理由は電界が一番強いからである。

突起２１ａは点灯時間の結果と共に成長する。この成長の現象は必ずしも明らかではないが、電極を構成するタングステンが蒸発し、発光部に存在するハロゲンと結合するが、アーク中ではタングステン原子が電離して陽イオンとなって電極先端に付着するものと考えられる。
この点で予め切削加工により成長種を作っておくことは、突起の位置を規制できる利点がある。逆に言えば、突起を予め作っていない場合は、球面形状の電極先端面において不所望な位値に生成される可能性がある。

図３は本発明に係る放電ランプの電極の具体的形状を示す。（ａ）〜（ｄ）に示す実施例はいずれも1本のタングステン材料から切削加工により形成している。
（ａ）は、図２に示した形態と同じであり、先端塊状部は球面形状であり、襞部は深さが電極軸まで形成される。数値例をあげると、襞の幅は0.1ｍｍ、襞と襞の間隔は0.3ｍｍ、電極軸の外径はφ0.3ｍｍである。この構造は省電力タイプ、例えば５０〜１５０Ｗで好適に採用される。
（ｂ）は、（ａ）と比較して、襞部の深さが電極軸まで形成されていないこと、先端塊状部の軸方向が長いことが相違する。襞部の深さが電極軸まで形成されないことで、襞部が容易に破損しないという利点がある。襞部における電極軸の外径はφ0.9ｍｍである。この構造は比較的電力が大きいランプ、例えば２００Ｗ以上で好適に採用される。
（ｃ）は、（ａ）と比較して、先端部の形状が円錐状であることが相違する。この利点は突起を形成しなくても先端頂点に突起が生じることである。この構造は交流点灯、直流点灯に兼用して使うことができる。
（ｄ）は、（ｃ）と比較して、襞部の長さが先端から後端に向かうに従い順に大きくなっていることである。この利点は、後端で生じたアークが先端に容易に移ることであり、また、配向特性を考えた設計である。

なお、本発明では一つの襞の幅は0.05〜0.2mmであることが望ましい。0.05mm未満の場合は放電加工時にスパッターを起こす不具合があり、また、0.2mm以上の場合は前方への移動が困難になるからである。

さらに、本発明では隣合う襞同士の間隔は0.1〜0.5mmであることが望ましい。0.1mm未満の場合は加工が困難であり、0.5mm以上の場合は前方への移動が困難になるからである。
また、本発明では先端塊状部とその後に襞部を形成するが、襞部の後には特別な形状（例えば、後端塊状部など）は有しない。

以上説明したように、この発明に係るショートアーク型超高圧放電ランプは、石英ガラスからなる発光管に一対の電極を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、希ガスと、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲でハロゲンが封入される。そして、一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、先端塊状部と、その後方に間隔をもって配置する複数の襞部が、一部材を切削加工することにより形成したことを特徴とする。

この構成により、幅の狭い複数の襞が、コイルの代わりに形成されるので、当該襞を起点として点灯始動することができる。また、襞は１本の棒状部材から切削加工により作るので、襞と電極軸の間でスムーズに熱の伝導が行われ、襞による放熱効果が十分に発揮される。

本発明に係るショートアーク型放電ランプを示す。 本発明に係るショートアーク型放電ランプの電極の構造を示す。 本発明に係るショートアーク型放電ランプの電極の構造を示す。 従来のショートアーク型放電ランプを示す。

符号の説明

１ 電極
１０ 放電ランプ
１１ 発光部
１２ 封止部
２１ 先端塊状部
２２ 襞部
２３ 電極軸部

Claims (5)

1. 石英ガラスからなる発光管に一対の電極を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、希ガスと、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲でハロゲンを封入したショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、
   前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、先端塊状部とその後方に間隔をもって配置する複数の襞部と電極軸部が、一部材からの切削加工により形成されたことを特徴とするショートアーク型超高圧放電ランプ。
2. 前記襞部は、深さが電極軸部まで形成されることを特徴とする請求項１のショートアーク型超高圧放電ランプ。
3. 前記電極は、塊状部の先端に突起を有することを特徴とする請求項１のショートアーク型超高圧放電ランプ。
4. 前記襞は、幅が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１のショートアーク型超高圧放電ランプ。
5. 前記襞は、隣の襞との間隔が、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１のショートアーク型超高圧放電ランプ。
   

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