JP2008258015A - 放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電ランプ装置において、該封止部が直接反射鏡の後部に露出した構造をとった場合に、封止部端面から封止部を構成するガラス内部を透過してきた指向性の強い赤外光がランプ装置後方に配置される部材の昇温を抑制し、加えてランプ封止部の昇温も抑制し、ランプ寿命の長い放電ランプ装置を提供すること。
【解決手段】 その中央底部に筒状の頸部を有する凹面反射鏡と、少なくとも一端に封止部を有し、当該封止部が前記凹面反射鏡の頸部内に挿入されて配置された放電ランプとからなり、該封止部の端部が直接前記凹面反射鏡の外部に露出してなる放電ランプ装置において、該封止部端面から離間して遮光板を配設したことを特徴とする放電ランプ装置とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、凹面反射鏡と放電ランプとからなる放電ランプ装置に関する。

プレゼンテーション用途などに使用されるプロジェクタ装置には、液晶プロジェクタ装置やＤＬＰ（テキサスインスツルメンツ社商標）プロジェクタ装置があり、それらプロジェクタ装置用の投射用光源として使用される放電ランプは、高い光出力や照度維持率が要求される反面、プロジェクタ装置の小型化に伴い、反射鏡や放電ランプも小型化が要求されている。

そこで、近時では、放電ランプ装置は、特許文献１にも例示されるが、当該装置全体を小型化するために、凹面反射鏡の後部に形成された取り付け構造に着目し、図４にあるように、放電ランプ１´の封止部１１ａ´に口金を具えず、該封止部が凹面反射鏡２´の頸部２１´に直接接着剤６´で固定され、該封止部が直接反射鏡の後部に露出した構造をとる場合が増加してきている。
プロジェクタ装置用の投射用光源として使用される放電ランプとしては、水銀を発光物質とし点灯時の水銀蒸気圧が１５０気圧以上にも達するように多量の水銀が封入された超高圧水銀ランプが知られている。

この超高圧水銀ランプは、紫外域、可視域、赤外域の広い波長範囲で光を放射する。
反射鏡は可視域・紫外域の光を前面に反射し、赤外域の光を背面から透過させる。この反射鏡の背面を透過する赤外光がプロジェクタ装置内部のランプ装置後方のプラスチック等の素材の部材の昇温と熱劣化を引き起こすことが問題視され、特許文献２にあるように、反射鏡の直線透過率を小さくして赤外光を拡散させることが考えられている。

加えて、放電ランプ装置の小型化により、該封止部が直接反射鏡の後部に露出した構造をとるに至り、封止部端面から封止部を構成するガラス内部を透過してきた指向性の強い赤外光が問題となっている。図４に放電ランプ１´の封止部１１ａ´が直接反射鏡の後部に露出した放電ランプ装置１００´の構造を示す。凹面反射鏡２´は中央底部に筒状の頸部21´を有し、その筒状の頸部２１´内に、放電ランプ１´が一方の封止部１１ａ´が挿入され、封止部１１ａ´の端部１3´が直接、前記凹面反射鏡２´の外部に露出して配置されている。凹面反射鏡2´は概略お椀形状であり、頸部21´と開口部22´を備える。凹面反射鏡２´の頸部２１´の開口に放電ランプ１´の一方の封止部１１ａ´が挿通されその端面を露出させ、円筒部材50´を介して封止部１１ａ´の側面域が接着剤6´で固定される。

特許文献３においては、封止部端面にフロスト加工を施し、封止部端面からの指向性の強い赤外光を拡散光にし、ランプ装置後方の部材の昇温を抑制する技術が提案されている。特許文献４においては、封止部端面を、遮光性を有する接着剤で被覆するという技術が開示されている。

ところで、ランプ封止部は、減圧溶融、いわゆるシュリンクシールされて封止されているが、モリブデン製の外部リードと石英ガラス製の封止部ガラスは材料の膨張係数の相違により互いに気密には密着せず、モリブデン金属箔と外部リードの接点までが大気に触れた状態となっており、ランプ封止部の温度が上昇した場合、外部リードの酸化が進行し該接点に至り、ランプ封止部が破損する事故が生じる恐れがある。

前述の封止部端面にフロスト加工を施したものは、ランプ装置後方の部材の昇温を抑制できても、封止部の冷却効果がなく、封止部の十分な冷却は望めない。また、前述の封止部端面を遮光性接着剤で被覆したものであっても、モリブデン金属箔と外部リードの接点に到るまでに大気が入り込んでおり、酸化雰囲気にあるといえる。そして、構造上、封止部端面付近に冷却風が直接当たらない。また、接着剤の熱伝導率は一般的に低い為、接着剤の外側に冷却風を当てたとしても、同様にして封止部の十分な冷却は望めない。
特開２００４−３２７２０７号公報 特開２００１−１６０３０３号公報 特開２００６−２５３０４８号公報 特開２００５−２５９６７８号公報

そこで、本発明の目的は、放電ランプ装置において、該封止部が直接反射鏡の後部に露出した構造をとった場合に、封止部端面から封止部を構成するガラス内部を透過してきた指向性の強い赤外光がランプ装置後方に配置される部材の昇温を抑制し、加えてランプ封止部の昇温も抑制し、ランプ寿命の長い放電ランプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、その中央底部に筒状の頸部を有する凹面反射鏡と、少なくとも一端に封止部を有し、当該封止部が前記凹面反射鏡の頸部内に挿入されて配置された放電ランプとからなり、該封止部の端部が直接前記凹面反射鏡の外部に露出してなる放電ランプ装置において、該封止部端面から離間して遮光板を配設したことを特徴とする放電ランプ装置とするものである。

請求項２の発明は、該遮光板は、該封止部から突出した外部リードに固定されていることを特徴とする放電ランプ装置とするものである。

請求項３の発明は、前記遮光板の封止部端面側の面を光拡散面または光吸収面としたことを特徴とする請求項1または請求項２のいずれかに記載の放電ランプ装置とするものである。

請求項４の発明は、前記遮光板の封止部端面側の面を前記放電ランプの光軸から傾けたことを特徴とする請求項1乃至請求項３のいずれかに記載の放電ランプ装置とするものである。

請求項５の発明は、前記遮光板の封止部端面側の面の裏面に放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項４のいずれかに記載の放電ランプ装置とするものである。

本発明によれば、反射鏡の後部に露出したランプ封止部端面からの指向性の強い漏れ光を低減し、ランプ後方に位置するプロジェクタ内部品の温度上昇を抑え、プロジェクタ内部品の早期劣化を低減する。

また、遮光板は外部リードに固定されているので、遮光板と外部リードを経由する熱伝導と遮光板面からの熱放散によりランプ封止部および外部リードの温度を低下させ、外部リードとモリブデン箔の酸化等から引き起こされる外部リードと箔の接点部の断線・封止部の破裂等に起因するランプの寿命低下を低減する。

さらに、遮光板の封止部端面側の面を光拡散面または光吸収面としたことにより反射鏡の後部に露出した封止部端面への遮光板からの反射光の入射を抑制する。

加えて、遮光板の封止部端面側の面を前記放電ランプの光軸から傾けたことにより反射鏡の後部に露出した封止部端面への遮光板からの反射光の入射をさらに抑制する。

さらに、遮光板の封止部端面側の面の裏面に放熱フィンを設けたことにより冷却効果により、ランプ封止部および外部リードの温度を低下させ、外部リード・モリブデン箔の酸化等から引き起こされる外部リードと箔の接点部の断線・封止部の破裂等に起因するランプの寿命低下を抑制する。

図１に本発明の放電ランプ装置100の概略断面図を示す。凹面反射鏡２は中央底部に筒状の頸部21を有し、その筒状の頸部２１内に、放電ランプ１の一方の封止部１１ａが挿入され、封止部１１ａの端部１3が直接、前記凹面反射鏡２の外部に露出して配置されている。

遮光板３０は封止部１１ａの端部１3から離間しており、図１（ａ）では遮光板３０は外部リード５ａが隙間を持って貫通する穴３０ａが開いており、図のように、例えば円筒部材５０に支持固定されている。

図１（ｂ）では、封止部１１ａの端部１3から出た外部リード５ａが直ぐ曲折され、その曲折部の近くに、遮光板３０は封止部１１ａの端部１3から離間して、図のように、例えば円筒部材５０に支持固定されている。図１（ｃ）では、遮光板３０は外部リード５ａに直接固定されている。なお、図1（ｂ）、図１（ｃ）は凹面反射鏡前面開口側とランプの反射鏡開口側を省略した部分的な断面図として示してある。

本発明の放電ランプ装置100に使用される放電ランプ１の一例としては、石英ガラスからなる放電容器によって形成された大略球形の発光部10を有し、この発光部10内には、一対の電極が互いに対向するよう配置している。また、発光部10の両端部から伸びるよう各々封止部１１ａ、１１ｂが形成され、これらの封止部には、通常モリブデンよりなる金属箔４ａ、４ｂ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４ａ、４ｂの一端には電極８ａ、８ｂが接合しており、金属箔４ａ、４ｂの他端は外部リード５ａ，５ｂが接合している。発光部10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、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されている。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。

このような放電ランプ１の数値例を示すと、例えば、発光部１０の外径はφ６．０〜１５．０ｍｍ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、発光部内容積は４０〜３００ｍｍ^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。また、この放電ランプは、小型化するプロジェクタ装置などに内蔵されるものであり、全体構造が極めて小型化される一方で高い光量が要求される。したがって、発光部内の熱的条件は極めて厳しいものとなり、管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ²、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ²というものである。

図中、本発明とは直接関係がない、始動のためのトリガー線は省略してある。外部リード５ａはこの実施形態では直接に給電用支持部材60に固定されているが、封止部端部から外部リードが突出したあと、フレキシブルな給電線に接続し、その給電線を給電用支持部材60に固定することもできる。

凹面反射鏡2は概略お椀形状であり、頸部21と開口部22を備える。凹面反射鏡２の頸部２１の開口に放電ランプ１の一方の封止部１１ａが挿通されその端面を露出させ、円筒部材50を介して封止部１１ａの側面域が接着剤6で固定される。反射鏡材質は、例えば硼珪酸ガラスが採用されている。

＜凹面反射鏡の背面にあるプロジェクタ装置の部材の温度確認実験＞
図４に示した遮光板のない従来の放電ランプ装置１００´と、遮光板30を具えた図１（ａ）の本発明の放電ランプ装置１００のそれぞれにおいて、凹面反射鏡2の背面にあるプロジェクタ装置の部材の温度を測定した。具体的には、ランプの端面から通常のプロジェクタ装置の部材位置である１５ｍｍ離した位置に厚さ３ｍｍの樹脂板を設置し、２７５Ｗの電力でランプを点灯させ、点灯２０分後のランプ封止部の軸線後方に位置する樹脂板表面の温度を熱電対で測定した。

測定の結果、遮光板のない従来の放電ランプ装置では樹脂板表面の温度は１１２．４℃まで昇温したが、遮光板のある本発明の放電ランプ装置では樹脂板表面の温度は４８．１℃であり、遮光板による昇温抑制の効果として６４．３ｄｅｇという温度差が確認できた。

＜封止部温度低下の確認実験＞
図４に示した遮光板のない従来の放電ランプ装置１００´と、遮光板30を具えた図１（ｃ）、図２の本発明の放電ランプ装置１００のそれぞれにおいて、冷却風が、凹面反射鏡後端部に、ランプ軸にほぼ垂直方向に当たる配置とし、放電ランプ装置を電力２７５Ｗで点灯し、凹面反射鏡後端側のモリブデン箔および外部リード線の溶接部温度を測定し、比較実験を行った。

封止部温度の確認実験を行った実施例１の構造としては、図１（ｃ）に示したランプ装置の遮光板を備えた構成であり、遮光板３０は例えばφ３０、厚み１．２ｍｍのアルミニウム製であり、外部リード上の、ランプ封止部端面１３から０．５ｍｍ離間した位置に嵌合固定した。記号３３は固定部である。遮光板３０の固定は、外部リード５ａ上への溶接に限らず、例えばカシメによって固定することも可能である。

なお、ランプ封止部端面１３から遮光板３０を離間させることにより冷却風が直接に封止部端面１３に沿って流れる。遮光板３０を封止部端面から離間させる距離は、狭すぎると冷却風が遮光板３０とランプ封止端面１３の間を通過できず、十分な冷却が得られない。また、広すぎると外部リード５ａから遮光板３０への熱伝導が減少するため、リード線溶接部の温度が十分に下がらない。以上の理由から0.2mm〜5mmにするのが好ましい。ただし、ランプ封止部端面１３は製造上形状がいびつになる場合も有り、また、遮光板３０を傾斜配置させた場合など、部分的に接触する場合もある。

リード線溶接部の温度は封止部側面にモリブデン箔および外部リード線の溶接部に到る孔を開け、熱電対を挿入して溶接部近傍に到達させ、放電ランプを点灯して、点灯後20分後に温度を測定した。その結果、実施例１の構造の場合、溶接部温度は２６６．８℃となり、従来例の構造の場合の２７４．３℃に比べ、７．５degの温度低下が確認された。

また、封止部温度の確認実験を行った別の実施例である実施例２の構造としては、図２に示したように、遮光板の面を光軸から２０°傾けて配置した構造であり、溶接部温度は２６３．７℃となり、図４に示した、従来例の構造の場合に比べ１０．６deg、実施例１と比較して３．１ｄｅｇの温度低下が確認された。この傾斜角２０°は一例であって、傾斜していれば傾斜のないときに比べて、反射鏡の後部に露出した封止部端面への遮光板からの反射光の入射を抑制する。

遮光板の封止部端面側の面を光拡散面または光吸収面とすると、反射鏡の後部に露出した封止部端面への遮光板からの反射光の入射を抑制する。 図３（ａ）において、遮光板の材質がアルミニウムの場合、遮光板の封止部端面側の面に表面処理として、白色アルマイト処理を施し、ランプからの光を拡散させたり、黒色アルマイト処理を施し、ランプからの光を吸収したりすることで、反射鏡の後部に露出した封止部端面への遮光板からの反射光の入射を抑制する。

また、図３（ａ）において、遮光板の材質が鉄の場合、遮光板の封止部端面側の面に表面処理として、四三酸化鉄皮膜を施してもよい。さらには、遮光板の材質がステンレスなどのときには、遮光板の封止部端面側の面に変性シリコン樹脂系塗料などの耐熱性の塗装を施しランプからの光を吸収したり、ブラストやヘアライン加工等表面処理により、ランプからの光を拡散させたりして、反射鏡の後部に露出した封止部端面への遮光板からの反射光の入射を抑制する。

ヘアライン加工は、金属の表面仕上げ方法のひとつで、髪の毛状の細かい傷を連続してつけた仕上げであり、ブラストは投射材と呼ばれる粒体を加工物に衝突させ、加工等を行う手法である。この手法は主にワークのバリの除去、表面研削、梨地加工のような模様付けなど広い意味での研削に用いられているが、本出願においては、材料表面を梨地加工し、拡散面とすることを目的としている。

図３（ｂ）には遮光板３０の封止部端面側の面の裏面に放熱フィン３２を設けた例を示したが、ランプ封止部１１ａおよび外部リード5aの温度を低下させ、外部リード・モリブデン箔の酸化等から引き起こされる外部リードと箔の接点部の断線・封止部の破裂等の寿命低下を一層抑制する。
なお、本発明は放電ランプの直流タイプ、交流タイプを問わず適用される。

本発明の放電ランプ装置を示す。 本発明における遮光板を傾けて配置した図を示す。 本発明における遮光板の変形例を示す。 従来の放電ランプ装置を示す。

符号の説明

１、１´ 放電ランプ
２、２´ 凹面反射鏡
４ａ、４ｂ、４ａ´、４ｂ´ 金属箔
５ａ、５ｂ、５ａ´、５ｂ´ 外部リード
６、６´ 接着剤
８ａ、８ｂ 電極
１０、１０´ 発光部
１１ａ、１１ｂ、１１ａ´、１１ｂ´ 封止部
２１、２１´ 頸部
２２、２２´ 開口部
３０ 遮光板
３０ａ 穴
３１ 表面処理面
３２ 放熱フィン
３３ 固定部
５０、５０´円筒部材
６０、６０´ 支持部材
１００、１００´ 放電ランプ装置

Claims (5)

1. その中央底部に筒状の頸部を有する凹面反射鏡と、
   少なくとも一端に封止部を有し、当該封止部が前記凹面反射鏡の頸部内に挿入されて配置された放電ランプとからなり、該封止部の端部が直接前記凹面反射鏡の外部に露出してなる放電ランプ装置において、
   該封止部端面から離間して遮光板を配設したことを特徴とする放電ランプ装置。
2. 該遮光板は、該封止部から突出した外部リードに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ装置。
3. 前記遮光板の封止部端面側の面を光拡散面または光吸収面としたことを特徴とする請求項1または請求項２のいずれかに記載の放電ランプ装置。
4. 前記遮光板の封止部端面側の面を前記放電ランプの光軸から傾けたことを特徴とする請求項1乃至請求項３のいずれかに記載の放電ランプ装置。
5. 前記遮光板の封止部端面側の面の裏面に放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項４のいずれかに記載の放電ランプ装置。

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