JP2007280823A

JP2007280823A - ショートアーク型超高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP2007280823A
Application number: JP2006107124A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Kanzaki; 義隆神崎
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】作業性がよく簡単な方法により、確実に金属箔のバリを取り除くことができ、点灯中に、封止部に埋設された金属箔が溶断することがなく、しかも点灯中、封止部が破損することないショートアーク型超高圧放電ランプを提供することにある。
【解決手段】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した発光部２とその両側に延在する封止部３とからなるガラスバルブ１内に、一端に金属箔６が接続された一対の電極４，５が対向配置され、金属箔６および電極４，５の一部が封止部３で封止されており、金属箔３は機械研磨によりバリ取りされている。さらには、金属箔６は狭い小幅部６ａと幅広部６ｂを有し、電極４，５は金属箔６の小幅部６ａにおいてのみ接合されており、金属箔６の小幅部６ａの電極と接続されていない部分の幅方向の縁辺６ａ１が、機械研磨によりバリ取りされていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、点灯時の水銀蒸気圧が１５０気圧以上となるショートアーク型超高圧放電ランプに関し、特に、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のバックライトとして使うショートアーク型超高圧放電ランプに関する。

投射型の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、水銀や金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプが使われている。また、このようなメタルハライドランプも、最近では、より一層の小型化、点光源化が進み、また電極間距離の極めて小さいものが実用化されている。

このような背景のもと、最近では、メタルハライドランプに代わって、今までにない高い水銀蒸気圧、例えば１５０気圧以上を持つランプが提案されている。これは、水銀蒸気圧をより高くすることで、アークの広がりを抑える（絞り込む）とともに、より一層の光出力の向上を図るというものである。

ところで、このような放電ランプは、発光管内の圧力が点灯時に極めて高くなるので発光部の両側に延在する封止部においては、当該封止部を構成する石英ガラス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る。密着性が悪いと封入ガスが抜けたり、あるいはクラック発生の原因になるからである。
このため、封止部の封止工程では、例えば、２０００℃もの高温で石英ガラスを加熱して、その状態において、厚肉の石英ガラスを徐々に収縮させて封止部の密着性を上げていた。

封止部に埋設される金属箔は、モリブデン製の金属箔であって、その形状は一例を挙げると、幅１．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚み２０μｍである。
そして、この金属箔は、リボン状の長い一枚ものの金属箔を軸に巻きつけ、この１枚ものの金属箔を引き出しながら、封止部に埋設される形状の長さ、例えば金属箔の長さが１０ｍｍになるように、切断して加工するものである。
この切断工程おいて、金属箔には刃物によって切断されるのでバリが形成され、このバリがある状態で、厚肉の石英ガラスを徐々に収縮させて封止部を構成している石英ガラスと金属箔が密着した場合に、石英ガラスに微小なクラックが発生し、このクラックは、ごく小さいものではあるが、ランプ点灯中において点灯時の超高圧状態ではクラックの成長を招き、これが原因となり放電ランプの破損を導くものであった。

このようなクラックの発生を防止するために、切断加工された際にできる金属箔のバリを取り除くために、硫酸、燐酸、過酸化水素水などを用て金属箔を電解研磨する方法が知られている。
このような技術は、特開２０４−２２７９７０号に記載されている。
特開２０４−２２７９７０号

しかしながら、金属箔を電解研磨すると以下のような問題があった。
（１）
金属箔のバリは、切断された金属箔の端部に発生し、金属箔の端部を電解研磨すると、この電解研磨による浸食部分が過剰に浸食される場合があり、金属箔の厚みが薄くなりすぎてしまい、この浸食部分の電気抵抗値が大きくなる。
この場合、ランプ点灯中に、金属箔の浸食部分の温度が異常に高くなり、金属箔が溶断してしまいランプが不点灯になるという問題があった。

（２）
電解研磨では、電解研磨された金属箔を、そのままランプの封止部に用いることができず、金属箔の表面に付着した電解研磨液を中和処理する工程、この工程に続き、洗浄・乾燥工程が必要となり、作業性がよくないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、作業性がよく簡単な方法により、確実に金属箔のバリを取り除くことができ、点灯中に、封止部に埋設された金属箔が溶断することがなく、しかも、極めて高い水銀蒸気圧で点灯しても封止部が破損することない構造を提供することにある。

請求項１に記載のショートアーク型超高圧放電ランプは、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した発光部とその両側に延在する封止部とからなるガラスバルブ内に、一端に金属箔が接続された一対の電極が対向配置され、前記金属箔および電極の一部が封止部で封止されたショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、前記金属箔は、機械研磨によりバリ取りされていることを特徴とするショートアーク型超高圧放電ランプ。

請求項２に記載のショートアーク型超高圧放電ランプは、請求項１に記載のショートアーク型超高圧放電ランプであって、特に、前記金属箔は、前記電極と接続されていない部分の縁辺が、機械研磨によりバリ取りされていることを特徴とする。

請求項３に記載のショートアーク型超高圧放電ランプは、請求項１に記載のショートアーク型超高圧放電ランプであって、特に、前記金属箔は、前記電極側が金属箔の幅が狭い小幅部と、当該小幅部に続く金属箔の幅が広い幅広部を有し、前記電極は前記金属箔の小幅部においてのみ接合されており、前記金属箔の小幅部の電極と接続されていない部分の幅方向の縁辺が、機械研磨によりバリ取りされていることを特徴とする。

本発明のショートアーク型超高圧放電ランプによれば、封止部に埋設される金属箔のバリ取りに、機械研磨を採用することにより、作業性を向上させることができる。
また、機械研磨によって金属箔のバリを取り除いても、金属箔が過剰に薄くならないので、点灯中に、封止部に埋設された金属箔が溶断することがない。
さらには、金属箔は、電極と接続されていない部分の縁辺が、機械研磨によりバリ取りされているので、金属箔と封止部を構成するガラスが密着しても、ガラスにクラックが発生することを防止でき、極めて高い水銀蒸気圧で点灯しても封止部が破損することないものである。

本発明のショートアーク型超高圧放電ランプを、図１を用いて説明する。
図１は、本発明のショートアーク型高圧放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう）の全体構成を示す。
放電ランプは、大略球形の発光部２と、この発光部２の両側に延在するように封止部３を有するガラスバルブ１内に、陰極４と陽極５が互いに対向するよう配置している。また、封止部３には、モリブデンよりなる金属箔６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。金属箔６の一端は陰極４あるいは陽極５が接続されており、金属箔６の他端は外部リード７が接続されている。
なお、陰極４、陽極５は、金属箔６と接合する棒状部分と区別して表現する場合もあるが、本発明では、特段のことわりがない限り、棒状部分まで含めて称することとする。

発光部２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。
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する。ハロゲンの封入量は、例えば、１０^−６〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択できるものであって、その機能はハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、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は放電容器の破損、失透の防止という作用があると考えられる。

このような放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の外径は直径６．０〜１５．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば９．５ｍｍ、電極間距離は０．５〜２．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば１．５ｍｍ、発光管内容積は４０〜２００ｍｍ^３の範囲から選ばれて例えば７５ｍｍ^３である。
点灯条件は、例えば、管壁負荷１．５Ｗ／ｍｍ^２、定格電圧８０Ｖ、定格電力１５０Ｗである。
そして、放電ランプは、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、演色性の良い放射光を提供する。

図２は、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの封止部に埋設される金属箔の説明図である。
（ａ）は電極５と金属箔６を接合する前の両者の形態を示し、（ｂ）は電極５と金属箔６を接合した後の状態を示す。（ｃ）は（ｂ）におけるＡ−Ａの断面図を示すものであり、金属箔６の縁辺６１が位置するところの断面図である。なお、電極５は陽極であっても陰極であってもかまわない。

図２（ａ）に示すように、金属箔６は、モリブデン製であり、金属箔の全長は８．０〜３０．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば１０．０ｍｍであり、幅方向は１．０〜４．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば１．５ｍｍである。金属箔の厚みは、１０〜４０μｍの範囲から選ばれて例えば２０μｍである。
また、電極５は、電極径は外径０．３〜１．０ｍｍの範囲から選ばれ、例えば０．５ｍｍである。

この金属箔６は、リボン状の長い一枚ものの金属箔を軸に巻きつけ、この１枚ものの金属箔を引き出しながら、封止部に埋設される形状の長さ、具体的には金属箔の長さが１０ｍｍになるように切断して加工するものである。
そして、切断加工した状態では、金属箔６の長さ方向の縁辺６１、６２にバリが発生するものであるが、この金属箔６を一枚づつ図３に示す表面にダイヤモンドコーティングしたバリ取りローラ１００の間に挿入することにより、金属箔６の長さ方向の縁辺６１、６２のバリが取り除かれるものである。
図３では、金属箔の縁辺６１、６２にバリを誇張拡大して模式的に示している。
なお、金属箔の幅方向の縁辺６３、６４は、もともとバリは存在せず、金属箔の切断工程においても、刃物によって切断される辺ではないので、切断工程後も縁辺６３、６４にはバリが存在しないものである。

そして、図２（ｂ）に示すように、電極５は、長さＬで示す１．５ｍｍ金属箔６に接触した状態でスポット溶接等によって、金属箔６に接続されており、金属箔６の縁辺６１と電極５が交差した状態で、図２（ｃ）に示すように、封止部３を構成する厚肉の石英ガラス３０を徐々に収縮させて金属箔６及び電極５を封止するものである。

図２（ｃ）に示すように、電極５と接続されていない部分の金属箔６の縁辺６１１は、機械研磨によりバリ取りされているため、縁辺６１１と石英ガラス３０が十分かつ強固に密着し、しかも、縁辺６１１近傍の石英ガラス３０にクラックが発生することがない。
一方、電極５と接続されている部分の金属箔６の縁辺６１２も、機械研磨によりバリ取りされているが、封止工程終了後、電極５が冷却していく過程で電極５と石英ガラス３０との膨張係数の違いにより、縁辺６１２と石英ガラス３０との間に微小な隙間が必然的に発生するものであり、電極５と接続されている部分の金属箔６の縁辺６１２は、必ずしもバリ取りする必要はない。
つまり、電極５の周辺、および、電極５と接続されている部分の金属箔６の縁辺６１２の周辺には石英ガラス３０との間で微小な隙間が形成され密着されていないが、電極５と接続されていない部分の金属箔６の縁辺６１１は、石英ガラス３０と十分かつ強固に密着し、しかも、縁辺６１１にはバリが存在していないので、縁辺６１１近傍の石英ガラス３０にはクラックが発生せず、発光部内が極めて高い水銀蒸気圧となっても封止部が破損することがないものである。

さらに、機械研磨によって、金属箔のバリを取り除くことができ、電解研磨で発生していた浸食部分の金属箔が薄くなり電気抵抗値が変わるという問題が発生せず、金属箔の厚みを均一にでき、ランプ点灯中に、金属箔が溶断することがない。

また、金属箔を機械研磨するだけでよく、従来、電解研磨工程では、電解研磨工程後に中和処理する工程や洗浄・乾燥工程が必要であったが、これらの工程が不要になり、極めて作業性が向上するものである。

図４は、本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの封止部に埋設される他の金属箔の説明図である。
（ａ）は電極５と金属箔６を接合する前の両者の形態を示し、（ｂ）は電極５と金属箔６を接合した後の状態を示す。（ｃ）は（ｂ）におけるＡ−Ａの断面図を示すものであり、金属箔６の縁辺６１が位置するところの断面図である。（ｄ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂの断面図を示すものであり、電極が接続されていない部分の断面図である。なお、電極５は陽極であっても陰極であってもかまわない。

金属箔６は、モリブデン製であり、金属箔の幅が狭い小幅部６ａと、金属箔の幅が広い幅広部６ｂを有し、小幅部６ａは幅が広がりながら幅広部６ｂにつながっている。
この金属箔６は、金属箔の全長は８．０〜３０．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば１０．０ｍｍであり、幅方向は１．０〜４．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば１．５ｍｍである。金属箔の厚みは、１０〜４０μｍの範囲から選ばれて例えば２０μｍである。
小幅部の幅Ｌ１は、０．３〜１．０ｍｍの範囲から選ばれて、例えば０．５ｍｍであり、長さＬ２は１．０〜３．５ｍｍの範囲から選ばれて、例えば３．０ｍｍである。
また、電極５は、電極径は外径０．３〜１．０ｍｍの範囲から選ばれ、例えば０．５ｍｍである。
なお、金属箔６は、図中点線で示す部分で折り曲げられており、断面形状がΩ状になっている。

この金属箔６は、図５に示すように、リボン状の長い一枚ものの金属箔を軸に巻きつけ、この１枚ものの金属箔を引き出しながら、図５中（ａ）で示す箔形状整形工程において、一定幅例えば１．５ｍｍを有する金属箔の一部を切断して小幅６ａを整形する。
この時、図中点線で示すＸ部分の切断辺にバリが生じるものである。

次に、箔形状整形工程を終えて流れてきた１枚ものの箔を図５中（ｂ）で示すバリ取り工程において、図３で示したバリ取りローラ間に挿入することにより、図中Ｘ部分の切断辺のバリを機械研磨によって取り除くものである。

さらに、バリ取り工程を終えて流れてきた１枚ものの箔を図５中（ｃ）で示す箔切断工程において、１つの箔になるように切断するものである。

つまり、図４に戻り説明すると、切断加工した状態では、金属箔６の長さ方向の縁辺６１、６２の一部にバリが存在するものである。
しかしながら、図４中、金属箔６の小幅部６ａの幅方向の縁辺６ａ１は、機械研磨されてバリが存在しない状態になっている。
なお、金属箔の幅広部の幅方向の縁辺６３、６４は、もともとバリは存在せず、金属箔の切断工程においても、刃物によって切断される辺ではないので、切断工程後も縁辺６３、６４にはバリが存在しないものである。

そして、図４（ｂ）に示すように、電極５は、長さＬで示す１．５ｍｍ金属箔６の小幅部６ａにおいてのみ接触した状態でスポット溶接等によって接続されており、金属箔６の縁辺６１と電極５が交差した状態で、図４（ｃ）に示すように、封止部３を構成する厚肉の石英ガラス３０を徐々に収縮させて金属箔６及び電極５を封止するものである。

図４（ｃ）に示すように、電極５と接続されている部分の金属箔６の縁辺６１はバリが存在するが、封止工程終了後、電極５が冷却していく過程で電極５と石英ガラス３０との膨張係数の違いにより、縁辺６１と石英ガラス３０との間に微小な隙間が必然的に発生するものであり、縁辺６１にバリが存在しても、封止構造に悪影響を及ぼすものではない。
なお、電極５と接続される金属箔６の小幅部６ａは、電極５の外周に沿うように湾曲した状態になっている。

図４（ｄ）に示すように、電極５と接続されていない金属箔６の小幅部６ａの幅方向の縁辺６ａ１は、機械研磨によりバリ取りされているため、縁辺６ａ１と石英ガラス３０が十分かつ強固に密着し、しかも、縁辺６ａ１近傍の石英ガラス３０にクラックが発生することがない。
つまり、電極５の周辺、および、電極５と接続されている部分の金属箔６の縁辺６１の周辺には石英ガラス３０との間で微小な隙間が形成され密着されていないが、電極５と接続されていない部分の金属箔６の小幅部６ａの幅方向の縁辺６ａ１は、石英ガラス３０と十分かつ強固に密着し、しかも、縁辺６ａ１にはバリが存在していないので、縁辺６ａ１近傍の石英ガラス３０にはクラックが発生せず、発光部内が極めて高い水銀蒸気圧となっても封止部が破損することがないものである。

なお、金属箔の長さ方向の縁辺６２の一部にもバリが存在するものであるが、縁辺６２には発光部とは反対側に位置しているために、この縁辺６２近傍の石英ガラスにクラックが発生しても、封止部が破損する要因にはならないものである。

なお、本実施例では、金属箔のバリを取るために、バリ取りローラを用いたが、バリ取りローラ以外に、圧縮ローラでバリを圧縮させてもよく、ハンマーでバリを叩いて圧縮させてもよい。
また、バリ取りローラを用いた場合は、金属箔上にヤスリ傷や、引掻き傷が発生し、バリ取りローラを用いたことがわかる。
さらに、圧縮ローラやハンマーを用いた場合は、圧縮した痕跡が金属箔上に発生し、圧縮ローラやハンマーを用いたことがわかる。

本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの説明図である。本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの金属箔と電極を示す。バリ取りローラの説明図である。本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの他の構造の金属箔と電極を示す。図４に示す金属箔の製造工程説明図である。

符号の説明

１ガラスバルブ
２発光部
３封止部
４陰極
５陽極
６金属箔
６１縁辺
６２縁辺
６３縁辺
６４縁辺
６ａ小幅部
６ｂ幅広部
６ａ１小幅部の幅方向の縁辺

Claims

０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した発光部とその両側に延在する封止部とからなるガラスバルブ内に、一端に金属箔が接続された一対の電極が対向配置され、前記金属箔および電極の一部が封止部で封止されたショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、
前記金属箔は、機械研磨によりバリ取りされていることを特徴とするショートアーク型超高圧放電ランプ。
前記金属箔は、前記電極と接続されていない部分の縁辺が、機械研磨によりバリ取りされていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型超高圧放電ランプ。
前記金属箔は、前記電極側が金属箔の幅が狭い小幅部と、当該小幅部に続く金属箔の幅が広い幅広部を有し、
前記電極は前記金属箔の小幅部においてのみ接合されており、
前記金属箔の小幅部の電極と接続されていない部分の幅方向の縁辺が、機械研磨によりバリ取りされていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型超高圧放電ランプ。