JP2007335270A

JP2007335270A - 反射鏡付きランプ

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Publication number: JP2007335270A
Application number: JP2006166781A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Sakugi; 木教一柵
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP4613885B2

Abstract

【課題】凹面反射鏡と一体的に取り付けた高圧放電ランプの発光管に、その発光部から放射される光を発光部側へ戻すように反射させる副反射鏡を装着させることによって、副反射鏡と対向する発光部の外表面が局部的に過熱され、その発光部に膨れ、破裂が生ずることを防止する。
【解決手段】副反射鏡１１が、筒型のボトム部１６を発光管５の一方の封止部７Ｒに外嵌して装着されると共に、そのボトム部１６側に、副反射鏡１１の正面側から背面側へ通ずる空隙１８dが形成されることにより、副反射鏡１１と発光管５の発光部６との間の隙間に、その隙間から高温の熱気を逃散させる気流が流通せられるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧放電ランプが凹面反射鏡と一体的に取り付けられた反射鏡付きランプに係り、特に、高圧放電ランプの発光管に、その発光部から凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させてランプの光利用効率を高める副反射鏡が装着された反射鏡付きランプに関する。

液晶プロジェクター用光源やプロジェクションＴＶ用光源として使用される反射鏡付きランプは、図８の如く、電極軸３の先端側にコイル４を巻装した一対のタングステン電極２Ｒ、２Ｌが石英ガラス管で成る発光管５の発光部６内に互いに対向して配置され、その発光部６の両側に各電極２Ｒ、２Ｌの電極軸３を固着する一対の封止部７Ｒ、７Ｌが形成された高圧放電ランプ１が、一方の封止部７Ｒを凹面反射鏡８の開口部９側に配し、他方の封止部７Ｌを凹面反射鏡８のボトム部１０側に配して、凹面反射鏡８と一体的に取り付けられている。そして、この種の反射鏡付きランプには、高圧放電ランプ１の光利用効率を高めるために、該ランプ１の発光管５に、その発光部６から凹面反射鏡８の開口部９側へ放射される光を発光部６側へ反射させる副反射鏡１１が装着されたものや、発光部の外表面に反射膜が設けられたものがある（特許文献１、２、３及び４参照）。
特開２００５−３０９３７２号公報特許第３１８４４０４号公報特許第３２０４７３３号公報特表２００５−５０５９０９号公報

また、高圧放電ランプ１としては、発光管５の発光部６内に、一対のタングステン電極２Ｒ、２Ｌが互いに対向して配置される共に、水銀と、臭素や沃素などのハロゲンと、アルゴンガスなどの始動用希ガスとが封入されて、ランプ点灯時に電極２Ｒ、２Ｌから蒸発して発光部６の内面に付着したタングステンを再蒸発させて電極２Ｒ、２Ｌへ戻すタングステン−ハロゲンサイクル作用により、ランプ寿命を損なう発光部６の早期黒化を防止すると共に、電極２Ｒ、２Ｌ間の距離を狭くしてアーク長を短くし、且つ発光部６の単位容積当りの水銀封入量を多くしてランプ点灯時における発光部６内の水銀蒸気圧を高めることにより、小型で点光源に近い高輝度発光が得られるようにしたショートアークタイプの高圧水銀蒸気放電ランプが一般的に用いられている（特許文献５参照）。
特開２００５−５６６４６号公報

なお、高圧放電ランプ１の電極２Ｒ、２Ｌは、電極軸３の先端とその先端側にタングステンワイヤを上下２層に密巻きして巻装されたコイル４の一部とを溶融一体化させることによって、球状もしくは凸曲面形状の電極先端部１３が形成されると共に、電極軸３の後端が、各々封止部７Ｒ、７Ｌに封着されたモリブデン箔１４の片端に溶接され、該モリブデン箔１４の他端に溶接されたリード棒１５に結線する電力供給用リード線（図示せず）を介してランプ電力が供給されるようになっている。

高圧放電ランプ１の発光管５に設ける副反射鏡１１は、発光管５の発光部６から凹面反射鏡８の開口部９側へ放射される光を発光部６側へ反射させて、主反射鏡である凹面反射鏡８の反射面へと導き、該反射面で被照射物の方向へ反射させてランプの光利用効率を高めるもので、本願出願人の製品に係る反射鏡付きランプの副反射鏡１１は、図８の如く筒型に形成されたボトム部１６を発光管５の封止部７Ｒに外嵌して、その封止部７Ｒ側から発光部６と一定の間隔を保って対向するように装着され、封止部７Ｒに外嵌したボトム部１６がその内周面と封止部７Ｒの外周面との間に充填した無機質セメント等の固着材１２によって封止部７Ｒに固着されている。

しかし、副反射鏡１１が高圧放電ランプ１の発光部６と対向して封止部７Ｒに装着されていると、反射鏡付きランプに装備された冷却ファン等の空冷手段によって発光部６の封止部７Ｒ側の部位を十分に冷却することができず、発光部６と副反射鏡１１との間の隙間に高温の熱気が滞留して、発光部６の封止部７Ｒ側の部位が過熱され、その部位が膨れを生じたり、発光部６の破裂を惹き起こすおそれがあった。殊に、主反射鏡となる凹面反射鏡８の開口部９に前面ガラスが装着された反射鏡付きランプは、副反射鏡１１と対向する発光部６の外表面温度が著しく上昇するため、発光部６が破裂する危険性が高かった。

なお、発光部６の局部的な過熱を防止するために、発光部６の封止部７Ｒ側の部位の管壁負荷を小さくしてその部分の管壁温度を下げようとする試みもなされているが、発光部６に封入した水銀の蒸発が阻害されず、また、光学特性が損なわれないように、発光部６の管壁負荷を局部的に小さく設計・加工することは非常に困難であった。

本発明は、高圧放電ランプの発光管の封止部に装着された副反射鏡と発光管の発光部との間の隙間に高温の熱気を滞留させないようにして、発光部の過熱による膨れや破裂が生ずることを防止することを技術的課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、発光管の発光部内に一対の電極が対向して配置され、その発光部の両側に各電極の電極軸を固着する一対の封止部が形成された高圧放電ランプが、一方の封止部を凹面反射鏡の開口部側に配し、他方の封止部を凹面反射鏡のボトム部側に配するようにして該反射鏡と一体的に取り付けられると共に、前記一方の封止部に、前記発光部から前記凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる副反射鏡が装着された反射鏡付きランプにおいて、前記副反射鏡が、そのボトム部を前記一方の封止部に外嵌して該封止部に装着され、そのボトム部側に、副反射鏡の正面側から背面側へ通ずる空隙が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る反射鏡付きランプは、高圧放電ランプの発光管の封止部に装着された副反射鏡のボトム部側に、その副反射鏡の正面側から背面側へ通ずる空隙が形成されているので、ランプの点灯時に空気が熱せられて生ずる対流や冷却ファンで送給される冷却エアの気流の一部が、副反射鏡と発光管の発光部との間の隙間に流通せられて、その隙間に高温の熱気が滞留することが防止され、発光部の過熱による膨れや破裂が防止される。

本発明に係る反射鏡付きランプの最良の実施形態は、石英ガラス管で成る発光管の発光部内に、タングステン棒で成る電極軸の先端側に高純度タングステンワイヤを上下２層に密巻きして成るコイルを巻装した一対のタングステン電極が約１ｍｍ前後の狭い電極間距離を保って互いに対向して配置されると共に、水銀と、臭素や沃素などのハロゲンと、アルゴンガスなどの始動用希ガスとが封入され、その発光部の両側に各電極の電極軸を固着する一対の封止部が形成されたショートアークタイプの高圧水銀蒸気放電ランプが、一方の封止部を凹面反射鏡の開口部側に配し、他方の封止部を凹面反射鏡のボトム部側に配するようにして該反射鏡と一体的に取り付けられている。

また、高圧水銀蒸気放電ランプの発光管には、その発光部から凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる副反射鏡が、ボトム部を凹面反射鏡の開口部側に配された発光管の封止部に外嵌して該封止部に装着されると共に、そのボトム部側に、副反射鏡の正面側から背面側へ通ずる空隙が形成されている。

副反射鏡のボトム部は、筒型に形成されて、その筒型ボトム部の内周面に副反射鏡の正面側から背面側へ延びる複数条のリブが互いに間隔をあけて形成され、それら各リブが発光管の封止部の外周面に当接することによって、副反射鏡がその封止部に対して同軸的に装着されると共に、その封止部の外周面と筒型ボトム部の内周面との間に、副反射鏡の正面側から背面側へ通ずる複数の空隙が形成され、その一部空隙に、筒型ボトム部を封止部に固着させる無機質セメント等の固着材が充填されることにより、副反射鏡が発光管の発光部と適正な距離を保って対向する位置に固定されている。

また、副反射鏡のボトム部は、副反射鏡の背面側に向かって流れる空気流を集めてそのボトム部側に形成された空隙内に導入させるためと、空隙内に導入される空気流の流速を速めて該空気流によるボトム部や発光管封止部の冷却効果を高めるために、そのボトム部の端縁に沿って該ボトム部の径方向に突出する環状突片が形成されるか、もしくはそのボトム部が副反射鏡の正面側から背面側にかけて拡径したラッパ形状乃至漏斗形状に成形されている。

図１は本発明に係る反射鏡付きランプの第一実施例を示す要部の縦断面図、図２（ａ）及び（ｂ）は副反射鏡の正面図及び背面図である。また、図３（ａ）及び（ｂ）は高圧放電ランプの発光管に装着した副反射鏡の背面図であって、同図（ａ）は副反射鏡のボトム部を発光管の封止部に外嵌した状態を示す図、同図（ｂ）はそのボトム部を固着材によって発光管の封止部に固着させた状態を示す図である。なお、図８に示す従来の反射鏡付きランプと共通する部分については、同図を参酌して説明する。

本例の反射鏡付きランプに用いる高圧放電ランプ１は、例えば定格ランプ電力１５０Ｗの高圧水銀蒸気放電ランプであって、０．３ｍｍ径の高純度タンクステン棒で成る電極軸３の先端側に約０．２２ｍｍ径の高純度タングステンワイヤＷを上下２層に密巻きして成るコイル４を巻装した一対のタングステン電極２Ｒ、２Ｌが、石英ガラス管で成る発光管５の発光部６内に、約１．１ｍｍの電極間距離を保って互いに対向するように配置され、各々の電極軸３が、発光部６の両側に形成された一対の封止部７Ｒ、７Ｌに固着されている。また、発光部６は、最大外径約１０ｍｍ、平均肉厚２．３ｍｍ、内容積約８５ｍｍ^３の回転楕円体に成形されて、その内部には、水銀が約０．２４ｍｇ／ｍｍ^３、臭素が約１．９×１０^−４μｍｏｌ／ｍｍ^３、アルゴンガスが約２×１０^４Ｐａ封入されている。

また、高圧放電ランプ１は、図８の如く、一方の封止部７Ｒを凹面反射鏡８の開口部９側に配し、他方の封止部７Ｌを凹面反射鏡８のボトム部１０側に配するようにして該反射鏡８と一体的に取り付けられている。そして、凹面反射鏡８の開口部９側に配した封止部７Ｒには、図２に示す副反射鏡１１が円筒形に成形された筒型ボトム部１６を図１及び図３の如く発光管５の封止部７Ｒに外嵌して装着されている。

副反射鏡１１は、鋳込み成形した反射鏡基体の正面側に反射面を成す誘電体スパッタ膜が形成された反射有効径１４ｍｍの石英製反射鏡で成り、発光管５の封止部７Ｒに外嵌するボトム部１６の内周面には、副反射鏡の正面側から背面側へ延びるリブ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄが９０°間隔で等角的に形成され、それら各リブ１７ａ〜１７ｄが封止部７Ｒの外周面に当接することによって、副反射鏡１１が封止部７Ｒに対して同軸的に装着されると同時に、封止部７Ｒの外周面とボトム部１６の内周面との間の隙間がリブ１７ａ〜１７ｄで四分割するように仕切られて、図３（ａ）の如く副反射鏡１１の正面側から背面側へ通ずる空隙１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄが形成されるようになっている。

すなわち、副反射鏡１１のボトム部１６の内周面に形成されたリブ１７ａ〜１７ｄは、
そのボトム部１６側に、副反射鏡１１の正面側から背面側へ通ずる複数の空隙１８ａ〜１８ｄを形成すると同時に、副反射鏡１１と発光管５の光軸を一致させる位置決め用のスペーサとしての機能を有している。また、発光管５の発光部６と副反射鏡１１との間に生ずる熱気の温度を低下させるために、副反射鏡１１の背面側に、その前端からボトム部１６の後端にまで達する複数の放熱フィン２０、２０…が例えば４５°間隔で等角的に形成されている。

そして、図３（ａ）の如く発光管５の封止部７Ｒにボトム部１６を外嵌させた副反射鏡１１は、発光管５の発光部６から放射される光を発光部６の中心に向かって反射させ得るようにその発光部６との間の間隔を適正に調整してから、ボトム部１６側に形成された一部空隙１８ａ及び１８ｃ内に、図３（ｂ）の如く無機質セメント等の固着材１２を充填して、そのボトム部１６が封止部７Ｒの外周面に固着されている。

以上の如く構成された反射鏡付きランプは、ランプ点灯時に空気が熱せられて生ずる対流や冷却ファンで送給される冷却エアの気流の一部が、副反射鏡１１のボトム部１６側に形成された空隙１８ｂ及び１８ｄを通じて、副反射鏡１１と発光管５の発光部６との間の隙間に流通する。これにより、その隙間に生じた高温の熱気が気流に運ばれて隙間外へ逃散することとなるので、その隙間に高温の熱気が滞留して副反射鏡１１と対向する発光部６の外表面が過熱されることが防止され、発光部の過熱による膨れや破裂を生ずるおそれが解消される。

図４は本発明に係る反射鏡付きランプの第二実施例を示す要部の縦断面図、図５（ａ）は高圧放電ランプの発光管の封止部にボトム部を外嵌した副反射鏡の背面図、図５（ｂ）はそのボトム部側に形成された一部空隙に固着材を充填して該ボトム部を発光管の封止部に固定した副反射鏡の背面図であって、本例の反射鏡付きランプは、副反射鏡１１のボトム部１６の端縁に沿って、副反射鏡１１の背面側に向かって流れる空気流を集めてボトム部１６側に形成された空隙１８ｂ及び１８ｄ内に導入させるための環状突片１９がボトム部１６の径方向に突出して形成されている点に特徴があり、その他の構成は、第一実施例の反射鏡付きランプと共通している。

本例の反射鏡付きランプは、副反射鏡１１の正面側に向かって流れる空気流Ｆ_１が、副反射鏡１１で集められて、該反射鏡のボトム部１６側に形成された空隙１８ｂ、１８ｄ内に導入され、また、副反射鏡１１の背面側に向かって流れる空気流Ｆ_２が、ボトム部１６の端縁に形成された環状突片１９で集められて、空隙１８ｂ、１８ｄ内に導入されるので、該ランプに装備する冷却手段（図示せず）が、冷却エアを副反射鏡１１の正面側又は背面側の何れの側から送給するものであっても、該冷却エアの一部を副反射鏡１１と発光管５の発光部６との間の隙間に流通させて、その隙間に高温の熱気が滞留することを確実に防止することができると同時に、冷却エアによって副反射鏡１１と対峙した発光部６の表面を冷却することができる。また、ボトム部１６に形成された環状突片１９は、副反射鏡１１の温度を低下させる放熱フィンとしても機能する。

更に、副反射鏡１１や環状突片１９で集められた空気流Ｆ_１、Ｆ_２が、副反射鏡１１や環状突片１９より小径の狭い空隙１８ｂ、１８ｄ内に導入されると、その空隙１８ｂ、１８ｄ内を通る空気流の流速が速まって、副反射鏡１１のボトム部１６や発光管５の封止部７Ｒが効果的に冷却される。また、副反射鏡１１で集められた空気流Ｆ_１が、狭い空隙１８ｂ、１８ｄ内に導入されると、その空気流の周りに陰圧が生じて周囲の空気を引き込むベンチュリー効果によって、副反射鏡１１と発光管５の発光部６との間の隙間に存在する高温の熱気が空隙１８ｂ、１８ｄの内部に吸い込まれ、その内部を通って副反射鏡１１の背面側に速やかに排出されるので、発光部６の過熱による膨れや破裂が確実に防止される。

なお、副反射鏡１１のボトム部１６に形成する環状突片１９は、主反射鏡である凹面反射鏡８の反射面で反射されて副反射鏡１１の外側を通過して被照射物に照射される光を遮らないようにするため、主反射鏡の凹面反射鏡８が楕円面型反射鏡であるときは、副反射鏡１１の最大径部と凹面反射鏡８の二次焦点とを結ぶ線から突出しない程度の外径に形成され、また、凹面反射鏡８が放物面型反射鏡であるときは、副反射鏡１１の最大径部と同等以下の外径に形成される。

図６は本発明に係る反射鏡付きランプの第三実施例を示す要部の縦断面図、図７（ａ）は高圧放電ランプの発光管の封止部にボトム部を外嵌した副反射鏡の背面図、図７（ｂ）はそのボトム部側に形成された一部空隙に固着材を充填して該ボトム部を発光管の封止部に固定した副反射鏡の背面図であって、本例の反射鏡付きランプは、副反射鏡１１のボトム部１６が、副反射鏡１１の正面側から背面側にかけて拡径したラッパ形状乃至漏斗形状に成形されている点に特徴がある。なお、該ボトム部１６の最大径は、副反射鏡１１の外側を通過して被照射物に照射される光を遮らない程度の大きさに選定されている。

このように副反射鏡１１のボトム部１６が副反射鏡１１の正面側から背面側にかけて拡径した形状に成形されていれば、副反射鏡１１の背面側に向かって流れる空気流Ｆ_２をボトム部１６側に形成された空隙１８ｂ、１８ｄ内により多く導入することができ、また、空隙１８ｂ、１８ｄ内の圧損が小さくなって副反射鏡１１の正面側及び背面側の何れの側からも空気が流入出しやすくなるので、第二実施例よりも空隙１８ｂ、１８ｄを通る空気流の流速が速まると同時に、ベンチュリー効果も高まって、副反射鏡１１と発光管５の発光部６との間の隙間に高温の熱気が淀んで滞留することをより確実に防止することができ、発光部６の外表面を冷却してその表面温度を低下させる効果も高まる。

なお、副反射鏡１１は、石英製の反射鏡に限るものではなく、石英よりも放熱性に優れた金属製の反射鏡であっても良い。また、副反射鏡１１のボトム部１６を発光管５の封止部７Ｒに固着する固着材１２として、熱伝導性に優れた窒化アルミニウムを含む無機質セメントを用いれば、発光部６の過熱をより確実に防止することができる。また、実施例では、副反射鏡１１のボトム部１６の内周面に四つのリブ１７ａ〜１７ｄが９０°間隔で形成されているが、例えばリブを１２０°間隔で形成して、該リブによって形成される各空隙のサイズを大きくすると、その通気性が向上する。また、第二及び第三実施例に係る副反射鏡１１にも第一実施例に示すような放熱フィン２０を形成することができる。

本発明は、液晶プロジェクターやプロジェクションＴＶ等の光源として使用される反射鏡付きランプの品質向上と信頼性向上に資するものである。

本発明に係る反射鏡付きランプの第一実施例を示す要部の縦断面図図１のランプに用いる副反射鏡の正面図及び背面図図１のランプに用いる副反射鏡の装着状態を示す背面図本発明に係る反射鏡付きランプの第二実施例を示す要部の縦断面図図４のランプに用いる副反射鏡の装着状態を示す背面図本発明に係る反射鏡付きランプの第三実施例を示す要部の縦断面図図６のランプに用いる副反射鏡の装着状態を示す背面図従来の反射鏡付きランプを示す縦断面図

符号の説明

１・・・・・・・高圧放電ランプ
２Ｒ・・・・・・電極
２Ｌ・・・・・・電極
３・・・・・・・電極軸
５・・・・・・・発光管
６・・・・・・・発光部
７Ｒ・・・・・・封止部
７Ｌ・・・・・・封止部
８・・・・・・・凹面反射鏡（主反射鏡）
９・・・・・・・凹面反射鏡の開口部
１０・・・・・・・凹面反射鏡のボトム部
１１・・・・・・・副反射鏡
１２・・・・・・・固着材
１６・・・・・・・副反射鏡のボトム部
１７ａ〜１７ｄ・・リブ
１８ａ〜１８ｄ・・空隙
１９・・・・・・・環状突片
２０・・・・・・・放熱フィン

Claims

発光管の発光部内に一対の電極が対向して配置され、その発光部の両側に各電極の電極軸を固着する一対の封止部が形成された高圧放電ランプが、一方の封止部を凹面反射鏡の開口部側に配し、他方の封止部を凹面反射鏡のボトム部側に配するようにして該反射鏡と一体的に取り付けられると共に、前記一方の封止部に、前記発光部から前記凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる副反射鏡が装着された反射鏡付きランプにおいて、前記副反射鏡が、そのボトム部を前記一方の封止部に外嵌して該封止部に装着され、そのボトム部側に、副反射鏡の正面側から背面側へ通ずる空隙が形成されていることを特徴とする反射鏡付きランプ。
前記副反射鏡のボトム部が筒型に形成されると共に、その筒型ボトム部の内周面に副反射鏡の正面側から背面側へ延びる複数条のリブが互いに間隔をあけて形成され、それら各リブが前記一方の封止部の外周面に当接して、副反射鏡がその封止部に対して同軸的に装着されると共に、その封止部の外周面と筒型ボトム部の内周面との間に、副反射鏡の正面側から背面側へ通ずる複数の空隙が形成され、その一部空隙に、筒型ボトム部を封止部に固着させる固着材が充填されている請求項１記載の反射鏡付きランプ。
前記筒型ボトム部の端縁に沿って該ボトム部の径方向に突出する環状突片が形成されている請求項２記載の反射鏡付きランプ。
前記筒型ボトム部が、副反射鏡の正面側から背面側にかけて拡径した形状に成形されている請求項２記載の反射鏡付きランプ。