JP2008152998A - 反射鏡付きランプ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電ランプの発光管の封止部に副反射鏡を備えた反射鏡付きランプにおいて、黒化現象等の不具合を防止して長寿命にする。
【解決手段】高圧放電ランプの発光管５の封止部７Ｒに副反射鏡を備えた反射鏡付きランプにおいて、前記副反射鏡は、前記封止部７Ｒに固着された側の拡径部から前記発光管５の封止部７Ｒの固着側電極２Ｒ先端付近を覆う位置まで、その内面に反射膜が塗布され、その反射膜塗布境界から、前記副反射鏡の開口部に至る内面には反射膜が塗布されておらず、前記副反射鏡の開口部の端は、少なくとも前記発光管５の発光部６を全て覆う位置まで伸びていることにより、黒化現象等の不具合を防止して長寿命にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧放電ランプが凹面反射鏡とその光軸を一致させて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６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は、図６の如く発光部６の一部しか覆われていないため、点灯中非常に高温となる発光部６の温度バランスが崩れ、適正なハロゲンサイクルが維持出来なくなり、黒化現象等の不具合を招き、寿命が短くなるおそれがあった。

本発明は、高圧放電ランプの発光管の封止部に副反射鏡を備えた反射鏡付きランプにおいて、黒化現象等の不具合を防止して長寿命にすることを技術課題としている。

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、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、前記副反射鏡は、前記封止部に固着された側の拡径部から前記発光管の封止部固着側電極先端付近を覆う位置まで、その内面に反射膜が塗布され、その反射膜塗布境界から、前記副反射鏡の開口部に至る内面には反射膜が塗布されておらず、前記副反射鏡の開口部の端は、少なくとも前記発光管の発光部を全て覆う位置まで伸びている。

本発明は、高圧放電ランプの発光管の封止部に副反射鏡を備えた反射鏡付きランプにおいて、副反射鏡の一部が、前記発光管の発光部を全て覆う位置まで伸びているので、温度バランスが良くなり、正常にハロゲンサイクルが機能し黒化現象等の不具合を防止して長寿命にすることができる。

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、凹面反射鏡の開口部側に配された発光管の封止部にボトム部を外嵌して該封止部に装着されている。前記副反射鏡の一方の端部は、前記凹面反射鏡のボトム部側の、少なくとも前記発光管の発光部を全て覆う位置まで伸びている。

図１及び図２は本発明に係る反射鏡付きランプの実施例を示す縦断面図、また、図３は要部の断面図である。図６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、０．４ｍｍ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の発光管５には、その発光部６から凹面反射鏡の開口部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が、凹面反射鏡の開口部９側に配された発光管の封止部７Ｒにボトム部を外嵌して該封止部に装着されている。前記副反射鏡の一方の端部は、前記凹面反射鏡のボトム部１０側の、少なくとも前記発光管の発光部６を全て覆う位置まで伸びている。この副反射鏡は、前記封止部に固着された側の拡径部から前記発光管の封止部固着側電極先端付近を覆う位置まで、すなわち図３において点線で示されている範囲のみに反射膜を有し、その他の部分は透明になっている。

このような副反射鏡の内面の一部分のみに反射膜を形成するためには、周知の薄膜形成技術により形成することができる。例えばチタニア（ＴｉＯ_２）およびシリカ（ＳｉＯ_２）のゾル状溶液を用いたディップ法を使用する方法を、図５を参照して説明する。

まず図５(a) のように、副反射鏡のボトム部に給排気配管２１を気密接続するとともに副反射鏡を垂直に保持する。この配管は、図示しない排気装置及びガス供給装置に接続されており、吸気、排気、圧力保持をバルブ操作によって切り替え可能となっている。

この状態で図５(a) のように、チタニアのゾルを含む溶液が入った容器２２に副反射鏡を入れる。副反射鏡の下端部が溶液の液面以下にある状態で副反射鏡内部の気体を排気する。副反射鏡内部が減圧され、溶液の液面が上昇して反射膜形成部上端に到達したら、バルブを切り替え、副反射鏡内にガスを導入して図５(b) のように、溶液を排出する。このとき溶液の排出速度によって形成される薄膜の膜厚が決まるので、反射膜形成部全体に渡って均一かつ所望の膜厚が形成される速度に溶液排出速度を制御する。

溶液を全て副反射鏡内から排出した後、図５(c)に示すように、副反射鏡を炉体２３などで加熱し、薄膜を焼成する。

ゾル溶液をシリカ（ＳｉＯ_２）に代えて(a) 〜(c)の工程を行なう。これを複数回繰り返し、反射膜を形成する。

その後、図５(d) のように、フッ酸溶液が入った容器２５に副反射鏡を入れ、上記と同様に副反射鏡内部を減圧する。フッ酸溶液の液面が上昇して反射膜形成部下端に到達したら、バルブを切り替え、副反射鏡内にガスを導入して図５(b) のように、フッ酸溶液を排出する。

また反射膜を形成する他の方法として、副反射鏡を回転対称軸を含む平面で二分割した形状に成形し、反射膜を形成する部分以外をマスキングした後,イオンプレーティングで反射膜を形成し、発光管へ副反射鏡を固着してもよい。

副反射鏡透明部が円筒形の場合、その回転対称軸を通る断面形状は図３のようになる。この場合、発光部から放射された光が円筒部を通過するときの屈折により、光線は反射鏡外周方向に平行移動するので、従来副反射鏡に遮られて凹面反射鏡の第二焦点に到達しなかった光の一部が利用できるようになる。

従来技術にかかる反射鏡付きランプにおいては、凹面反射鏡の反射面のうち、図６に示すＳＨの範囲は、発光部から放射され凹面反射鏡で反射された光が副反射鏡に遮られて凹面反射鏡の第二焦点に到達しない。

しかし、請求項２に係る本発明によれば、図４に示すように、副反射鏡透明部１１の凹面反射鏡側端部のガラス管肉厚が、その反射部境界と凹面反射鏡側端面との間に最大肉厚部を有し、それぞれ反射部境界または凹面反射鏡側端面に向けて次第に肉厚が薄くなっていく形状となっており、凸レンズに近い形状になっているため、発光部から放射された光が円筒部を通過するときの屈折により、光線は反射鏡外周方向に曲げられ、従来副反射鏡に遮られて凹面反射鏡の第二焦点に到達しなかった光の一部が実施例１の場合より多く利用できるようになる。

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縦断面図及び背面図 本発明に係る反射鏡付きランプの第一実施例を示す縦断面図及び背面図 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拡大図 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拡大図 本発明に係る副反射鏡の反射膜形成方法の一例を示す説明図 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・・・・・・・副反射鏡透明部
１３・・・・・・・電極先端部
１４・・・・・・・モリブデン箔
１５・・・・・・・リード棒
１６・・・・・・・副反射鏡のボトム部
１７・・・・・・・固着材
１８・・・・・・・副反射鏡反射部
２０・・・・・・・凹面反射鏡固着材

Claims (2)

1. 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、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、前記副反射鏡は、前記封止部に固着された側の拡径部から前記発光管の封止部固着側電極先端付近を覆う位置まで、その内面に反射膜が塗布され、その反射膜塗布境界から前記副反射鏡の開口部に至る内面には反射膜が塗布されておらず、前記副反射鏡の開口部の端は、少なくとも前記発光管の発光部を全て覆う位置まで伸びている反射鏡付きランプ。
   
2. 副反射鏡透明部の凹面反射鏡側端部のガラス管肉厚が、その反射部境界と凹面反射鏡側端面との間に最大肉厚部を有し、それぞれ反射部境界または凹面反射鏡側端面に向けて次第に肉厚が薄くなっていく形状となっている請求項１に記載された反射鏡付きランプ。

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