JP2010129426A - 高圧放電ランプ、この高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびこのランプユニットを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】特に電極ピンと金属箔との接続部が異常に高温となるのを抑制し、点灯、消灯の繰り返しによるヒートサイクルにおいても、かかる接続部の近傍において外囲器の構成材料中にクラックが発生するのを抑制する。
【解決手段】電極ピン５ｂのうち、封止部４に位置する部分の少なくとも一部には、筒状に形成された箔状の被覆部材９が密接して覆われている。被覆部材９には、電極ピン５ｂの長手方向の中心線と平行であって、金属箔７と電極ピン５ｂとの接続部１０を通過する仮想線Ｌの一部を含む開口面１１が形成されている。被覆部材９のうち、開口面１１を含む領域を、仮想線Ｌに対して垂直に交わる面で切った断面において、開口部分の円弧の中心角をａ［°］とした場合、５≦ａ＜１８０なる関係式を満たし、かつ前記断面において、前記円弧の中点が仮想線Ｌ上に略位置している。そして、電極ピン５ｂは開口面１１を介して外囲器２の構成材料に接している。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧放電ランプ、この高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびこのランプユニットを用いたプロジェクタに関するものである。

近年、プレゼンテーションツール、または大画面のホームシアターとして、プロジェクタが一般的に利用されている。このプロジェクタの光源としては、高圧放電ランプが利用されているが、その中でもプロジェクタに対する照度の向上の要望を受けて高輝度という観点から高圧水銀ランプが主流となっている。

この種の高圧水銀ランプは、外囲器が石英ガラスからなる発光管を備えている。この発光管は、一対の高融点金属製の電極が互いに略対向して配置された発光部と、この発光部の内部を気密状態とする目的で発光部の両端部に形成された封止部とを有する外囲器を含んでいる。高圧水銀ランプは、上記電極間によって放電空間が形成され、高輝度の光が放射されることにより点灯する。

ところで、放電によって形成されるアークの温度は６０００℃以上にもなるため、高圧水銀ランプを点灯させていると、発光部が変形、破壊して、ランプ寿命が短くなるという問題がある。そこで、高圧水銀ランプの寿命を確保するという観点から、発光部の温度に留意しながら発光管が適切に設計される。また、発光管の設計時には、発光部を形成する石英ガラスが非常に高温下でも変形、破壊させないように、また発光部が適度に冷却されるように留意する必要がある。

さらに、発光管を設計する際には、発光部の温度に留意することに加えて、封止部の温度にも留意する必要がある。この封止部にいわゆるクラックが発生するからである。その理由は以下のとおりである。

すなわち、従来、かかる封止部は、電極の一部と金属箔とが外囲器を構成する石英ガラス内に封止込まれた構成を有する。ここで、その封止工程において、高温溶融させた石英ガラスを電極（金属）に密着させて封着させることになるが、その後の冷却過程において石英ガラスと金属との熱膨張率がそれぞれ異なるために、石英ガラスおよび金属の双方にストレスがかかり、このストレスに起因して石英ガラスにクラックが発生する場合がある。また、このようなストレスおよびクラックは、高圧水銀ランプの点灯時、消灯時にも起きる。そして、このような石英ガラスに発生したクラックは発光管の破損を引き起こす原因となる。

特に、このようなクラックは、電極の表面のうち、金属箔と接続されている側とは反対側の表面に多く発生しやすく、とりわけ、電極と石英ガラスとが接触し始める部分、および電極の端面付近には大きなクラックが発生しやすい。

ところで、この種の高圧水銀ランプに対しては、より一層の高輝度化が期待されている。そのため、発光物質である水銀の封入量のさらなる増加、または発光管の内容積のさらなる縮小を行うことにより、点灯中における発光管内の水銀蒸気圧を上げて高輝度化を図ることが試みられている。

そして、高輝度化のために発光部内の水銀蒸気圧を上げるには、かかるクラックによる破損の対策が不可欠であり、様々な手段が提案されている。

例えば、電極のうち、封止部に位置する部分に金属箔板を当該電極と隙間をあけるようにして緩く巻回した手段が提案されている（例えば、特許文献１等）。

なお、これ以外にも、例えば、電極のうち、封止部に位置する部分にコイルを巻き付けた手段も提案されている（例えば、特許文献２〜４参照）。

また、レニウム鞘を圧縮して電極と一体化する手段も提案されている（例えば、特許文献５参照）。

さらに、電極に接続されて電流導入の役割を果たす金属箔に形状的な特徴を具備させ、前記クラックを防止する手段が提案されている（例えば、特許文献６〜８参照）。かかる手段では、金属箔の幅を細くして電極棒に巻きつけたり、細くせずに巻きつけたりして前記クラックの発生を防止している。
特開平１−１５１１４９号公報 特開平１１−１７６３８５号公報 特開２００１−１６０３７４号公報 特開２００３−３３１７８９号公報 特開２００２−２７０１３３号公報 特開２００４−２６５７５３号公報 特開２００４−２９６１７８号公報 特開２００３−１２３６９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手段であっても微小なクラックは依然として発生してしまう。一方、かかる手段の場合、電極と金属箔との間に積極的に隙間を設けるために、当該隙間に水銀が侵入する。そうすると、高圧水銀ランプの点滅によるヒートサイクルにより、上記隙間に侵入した水銀の膨張収縮が繰り返され、前記微小クラックが成長し、発光管の破損に至るという問題が起り得る。しかも、高圧水銀ランプの場合、侵入するのは水銀だけでなく、ハロゲン物質も侵入することになる。侵入したハロゲン物質は、点灯中に高温となる金属箔と化学的に反応を起こし、金属箔を腐食させてしまうおそれがある。その結果、封止部における気密性が低下するおそれが生じる。さらに、かかる手段では、封止部において石英ガラスと電極とが直接的に接触していないので、点灯中、高温となった電極先端部の熱が石英ガラスに伝導しにくい。そうすると、電極と金属箔との接続部の温度が過剰に高温となるので、前記微小クラックの発生を促進させることになり、発光管の破損確率が増すという問題が起こり得る。

なお、特許文献２〜４に開示された手段も微小なクラックは依然として発生すると同時に、コイルの各ターン間の溝部分に石英ガラスが流れ込まず、隙間が形成されてしまう。その結果、上記と同様の問題が起り得る。

また、特許文献５に開示された手段も、ランプの点灯、消灯の繰り返しによるヒートサイクルにより、レニウム鞘と電極との間に隙間が形成されてしまうために、上記と同様の問題が起こり得る。

さらに、特許文献６〜８に開示された手段のうち、金属箔の幅を細くして電極棒に巻きつける構成では、封止時およびランプ寿命中の点滅等の膨張、収縮のストレスが原因となり、金属箔の細幅部分で破断の発生確率が増すという問題が起こり得る。一方、細くせずに巻きつける構成では、もともと平面状の金属箔を無理やり電極に丸く円筒状に巻きつけるために、金属箔のうち、平面部分から円筒部分へ移行する部分を高温封止するときに、当該部分にストレスがかかり、金属箔のエッジ部分の近傍の石英ガラス中に微小クラックが発生するという問題が起こり得る。また同時に、金属箔において、前記平面部分から円筒部分へ移行する部分には凹部が形成されてしまい、かかる凹部には石英ガラスが流れ込まず、空間ができやすく、この空間によって微小クラックが誘発されるという問題が起こり得る。さらに、特に、クラックが発生しやすい電極の表面のうち、金属箔と接続されている側とは反対側の表面が金属箔によって覆われていないので、前記クラックの発生を十分に抑制することができないという問題が起こり得る。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、封止部における電極の近傍において石英ガラス中にクラックが発生するのを抑制することができるものであるが、特に電極ピンと金属箔との接続部が異常に高温となるのを抑制することができ、点灯、消灯の繰り返しによるヒートサイクルにおいても、かかる接続部の近傍において外囲器の構成材料中にクラックが発生するのを抑制することができる高圧放電ランプ、この高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびこのランプユニットを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明の高圧放電ランプは、内部に放電空間を有し、かつ発光物質が封入された発光部と、前記発光部の両端部に形成された封止部とを有する外囲器と、一端部が前記発光部内に位置し、かつ他端部が前記封止部内まで延在しつつ、前記封止部に封着された金属箔に接続されている棒状の電極ピンを含む電極とを備え、前記電極ピンのうち、前記封止部に位置する部分の少なくとも一部には、筒状に形成された箔状の被覆部材が密接して覆われており、前記被覆部材には、前記電極ピンの長手方向の中心線と平行であって、前記金属箔と前記電極ピンとの接続部を通過する仮想線Ｌの一部を含む開口面が形成され、前記被覆部材のうち、前記開口面を含む領域を、前記仮想線Ｌに対して垂直に交わる面で切った断面において、開口部分の円弧の中心角をａ［°］とした場合、５≦ａ＜１８０なる関係式を満たし、かつ前記断面において、前記円弧の中点が前記仮想線Ｌ上に略位置しており、前記電極ピンは前記開口面を介して前記外囲器の構成材料に接していることを特徴とする。

なお、前記円弧の中点が前記仮想線Ｌ上に「略位置」しているとは、円弧の中点が仮想線Ｌ上に完全に位置している場合はもちろんのこと、製造上のばらつきによってその位置関係がわずかにずれる場合を含むことを意味している。

かかる高圧放電ランプにおいて、特に、前記仮想線Ｌ上における前記接続部の長さをＣ［ｍｍ］、前記封止部に封止されている前記電極ピン棒の長さをＧ［ｍｍ］、前記発光部と前記封止部との境界から前記被覆部材の前記発光部側の端までの長さをＱ［ｍｍ］、前記被覆部材の長手方向の長さをＪ［ｍｍ］とした場合、０．３≦Ｑ≦１．０、かつＧ−Ｑ−Ｃ／２≦Ｊ≦Ｇ−Ｑなる関係式を満たすことが好ましい。

また、前記被覆部材は、前記発光部側の端を含んで開口面が形成されており、前記仮想線Ｌ上における前記接続部の長さをＣ［ｍｍ］、前記封止部に封止されている前記電極ピンの長さをＧ［ｍｍ］、前記発光部と前記封止部との境界から前記被覆部材の前記発光部側の端までの長さをＱ［ｍｍ］、前記開口面の前記長手方向における長さをＨ［ｍｍ］とした場合、０．３≦Ｈ≦（Ｇ−Ｃ−Ｑ）／２なる関係式を満たすことが好ましい。

なお、「前記発光部と前記封止部との境界」とは、電極ピンが外囲器の構成材料である石英ガラスが接触し始める位置を示す。そして、電極ピンのうち、封止部に封止されている部分とは、この石英ガラスが接触し始める位置から電極ピンの他端までをいう。

また、本発明のランプユニットは、凹面の反射面を有する反射鏡と、前記反射鏡の内部に組み込まれた、上記した高圧放電ランプとを備え、前記高圧放電ランプからの射出光が前記反射面によって反射されるように構成されたことを特徴とする。

さらに、本発明のプロジェクタは、上記したランプユニットを備えたことを特徴とする。

本発明は、封止部における電極の近傍において石英ガラス中にクラックが発生するのを抑制することができるものであるが、特に電極ピンと金属箔との接続部が異常に高温となるのを抑制することができ、点灯、消灯の繰り返しによるヒートサイクルにおいても、かかる接続部の近傍において外囲器の構成材料中にクラックが発生するのを抑制することができる高圧放電ランプ、この高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびこのランプユニットを用いたプロジェクタを提供することができるものである。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いてその詳細を説明する。

［第１の実施形態］
図１に、本発明の第１の実施形態である定格電力２２０［Ｗ］の高圧水銀ランプの発光管１の構成を示す。

発光管１は、その外囲器２の構成材料が例えば石英ガラスからなり、管中央部に発光部３を有し、この発光部３の両端部に封止部４が公知のシュリンク封止によって形成されている。

発光部３内には、例えばタングステンからなる高融点金属製の一対の電極５が設けられ、放電空間６が形成されている。一対の電極５は、発光部３内においてそれぞれの一端部側が互いに略対向しており、それぞれの長手方向の中心線Ｘ（発光管１の長手方向の中心線に略一致）が略同一軸上に位置するように配置されている。電極５間の距離は、０．５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内で例えば１．０［ｍｍ］に設定されている。電極５の他端部は、封止部４に封着された例えばモリブデン製の金属箔７を介して外部リード線８に電気的に接続されている。外部リード線８の一部は、外囲器２の外部に導出しており、口金または電力供給線等（図示せず）に接続される。このように発光管１に対して口金等の付属部品が取り付けられて高圧水銀ランプを構成することになるが、その仕様に応じて口金等の付属部品を取り付けない場合もあり、この場合は発光管１と高圧水銀ランプとが実質的に同一構成となる。

電極５は、タングステン製の電極ピン５ｂと、この電極ピン５ｂの一端部に取り付けられたタングステン製の電極コイル５ａとからなる。具体的に、電極コイル５ａを含む電極ピン５ｂの一端部が発光部３内に位置し、かつ電極ピン５ｂの他端部が封止部４内まで延在しつつ、金属箔７に例えば抵抗溶接等による溶接によって接続されている。

また、この発光部３内には、発光物質である水銀（Ｈｇ）と、始動補助用の希ガスとして例えばアルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）、あるいはキセノンガス（Ｘｅ）またはそれら２種以上の混合ガスと、ハロゲンサイクル作用のためのヨウ素（Ｉ）、塩素（Ｃｌ）あるいは臭素（Ｂｒ）、またはそれらの混合物とがそれぞれ所定量封入されている。一例として、水銀の封入量は、高輝度化という観点から０．１５［ｍｇ／ｍｍ^３］以上０．４０［ｍｇ／ｍｍ^３］の範囲内であることが好ましく、例えば０．２［ｍｇ／ｍｍ^３］に、アルゴンガスの封入量（２５℃）は０．０１［ＭＰａ］以上１［ＭＰａ］以下の範囲内で例えば０．０３［ＭＰａ］に、臭素の封入量は１×１０^−７［μｍｏｌ／ｍｍ^３］以上１×１０^−１［μｍｏｌ／ｍｍ^３］以下の範囲内で、好ましくは１×１０^−６［μｍｏｌ／ｍｍ^３］以上１×１０^−２［μｍｏｌ／ｍｍ^３］以下の範囲内で例えば０．５×１０^−５［μｍｏｌ／ｍｍ^３］にそれぞれ設定されている。特に、ハロゲンサイクル作用を十分に発揮させ、発光管１の内面に黒化が発生するのを防止するために、臭素の封入量は１×１０^−６［μｍｏｌ／ｍｍ^３］以上に規定することが好ましい。

ここで、電極ピン５ｂのうち、封止部４に位置する部分の少なくとも一部には、筒状に形成された箔状の被覆部材９が密接して覆われている。もっとも、この被覆部材９には、図２に示すように、電極ピン５ｂの長手方向の中心線Ｘと平行であって、電極ピン５ｂと金属箔７との接続部１０を通過する仮想線Ｌの一部を含む開口面１１が形成されている。そして、電極ピン５ｂは、この開口面１１を介して外囲器２の構成材料に接している。

図２に示す例の被覆部材９に形成された開口面１１は、その長手方向に沿って一方の端から他方の端まで形成されたスリット状である。したがって、この開口面１１と電極ピン５ｂと金属箔７との接続部１０との位置は一致している。つまり、接続部１０は、被覆部材９で覆われていない。

また、被覆部材９は構成上、次のような特徴を有している。

なお、図３は、図２においてＡ−Ａ線の断面図であって、電極ピン５ｂおよび被覆部材９のみを示す。また、図４は、図２においてＢ−Ｂ線の断面図であって、電極ピン５ｂ、金属箔７および被覆部材９のみを示す。

図３に示すように、被覆部材９のうち、開口面１１を含む領域を、仮想線Ｌに対して垂直に交わる面で切った断面において、開口部分の円弧Ｍの中心角をａ［°］とした場合、５［°］≦ａ＜１８０［°］なる関係式を満たし、かつ当該断面において、当該円弧Ｍの中点が前記仮想線Ｌ上に略位置している。

また、被覆部材９の構成材料としては、耐熱性の観点から、モリブデン、レニウムあるいはタングステンからなる、またはこれらのうちの１種を含む合金であることが好ましい。

また、被覆部材９の厚みは、十分な耐圧性を確保するという観点から、１０［μｍ］以上２０［μｍ］以下の範囲内であることが好ましい。その厚みが１０［μｍ］未満の場合では、電極ピン５ｂとの溶接時等に箔破れを起こしやすくなる。一方、その厚みが２０［μｍ］を超える場合では、金属箔７のエッジ部分においてその近傍の石英ガラス中にクラックが生じやすくなり、十分な耐圧性を確保することができないおそれがある。

さらに、被覆部材９の構成において、図２に示すように、仮想線Ｌ上における接続部１０の長さをＣ［ｍｍ］、封止部４に封止されている電極ピン５ｂの長さをＧ［ｍｍ］、発光部３と封止部４との境界から被覆部材９の発光部３側の端までの長さをＱ［ｍｍ］、被覆部材９の長手方向の長さをＪ［ｍｍ］とした場合、後述する理由により、０．３≦Ｑ≦１．０、かつＧ−Ｑ−Ｃ／２≦Ｊ≦Ｇ−Ｑなる関係式を満たすことが好ましい。

ただし、「発光部３と封止部４との境界」とは、電極ピン５ｂが外囲器２の構成材料である石英ガラスが接触し始める位置を示す。そして、電極５ｂのうち、封止部４に封止されている部分とは、この石英ガラスが接触し始める位置から電極ピン５ｂの他端までをいう。ここで、接続部１０の長さＣは、電極ピン５ｂと金属箔７との溶接強度の適正化という観点から、０．７［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内であることが好ましい。

以上のように本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプにかかる構成によれば、被覆部材９が電極ピン５ｂを一定の面積で覆っているので、緩衝材として機能し、外囲器２の構成材料と電極ピン５ｂの構成材料の熱膨張率の差によって双方の部材に発生するストレスを緩和することができ、電極ピン５ｂの近傍の石英ガラス中にクラックが生じるのを抑制することができる。特に、当該クラックは、電極ピン５ｂの表面のうち、金属箔７と接続されている側とは反対側の表面に多く発生することがわかっているが、その表面を確実に被覆部材９によって覆っているので、当該クラックの発生を十分に抑制することができる。一方、点灯中における電極５の熱を開口面１１を介して一定の面積で接している外囲器２へ適度に伝導、すなわち放熱させることができる。特に、電極ピン５ｂと金属箔７との接続部１０は、固定部分であるために、ランプの点灯、消灯の繰り返しによるヒートサイクルによって膨張、収縮が繰り返され、大きな機械的ストレスが生じ、外囲器２におけるクラックの発生を誘発する。ところが、上記した放熱作用により、この接続部１０の温度を抑えることができ、その結果、そこに発生する機械的ストレスを緩和させることができ、クラックの発生を確実に抑制することができる。

なお、かかる中心角ａが５［°］未満の場合、電極ピン５ａと外囲器２との接触面積が小さすぎ、外囲器２におけるクラックの発生は十分に防止することができるものの、上記した放熱性を十分に確保することができなくなるおそれがある。一方、中心角ａが１８０［°］以上の場合、当該放熱性を確保することはできるものの、外囲器２におけるクラックの発生を十分に抑制することができなくなるおそれがある。

ここで、０．３≦Ｑ≦１．０、かつＧ−Ｑ−Ｃ／２≦Ｊ≦Ｇ−Ｑなる関係式を満たす場合、電極ピン５ｂのうち、封止部４に封止されている部分に対して被覆部材９で覆われた領域を大きく取ることができるので、封止部４に封止された電極ピン５ｂの近傍の石英ガラス中にクラックが生じるのを一層確実に抑制することができる。また、被覆部材９と放電空間６との間の距離を一定以上確保することができるので、特に被覆部材９の発光部３側の端部が異常に高温となり、封入物と反応するのを防止することができる。一方、Ｑ＞１．０となる場合、電極ピン５ｂにおける被覆部材９で覆われた領域が小さくなり、前記クラックの発生を十分に防止できなくなるおそれがある。また、Ｑ＜０．３となる場合、被覆部材９が放電空間６に近づきすぎ、点灯中、特にその発光部３側の端部が異常に高温となり、封入物と反応するおそれが生じる。

なお、電極ピン５ｂの近傍の石英ガラス中、大きなクラックが生じやすいのは、接続部１０の中心（Ｃ／２）から発光部３側の領域であることがわかった。したがって、大きくクラックが生じるのを確実に防止する観点から、Ｇ−Ｑ−Ｃ／２≦Ｊと規定している。

以下、本実施形態の高圧水銀ランプ（以下、「本発明品１」という）にかかる構成による作用効果を確認するために、種々の実験を行った。

［実験１］
まず、本発明品１の構成を基本とし、一方にのみ封止部４を形成したサンプルを作製した。そして、封止部４を形成していない方から高圧の空気を破損するまで圧入し、破損した時点の封入圧力を記録して耐圧値［ＭＰａ］として評価した。

比較のために、被覆部材９を有していない点を除いては本発明の第１の実施形態である定格電力２２０［Ｗ］の高圧水銀ランプと同じ構成を有している高圧水銀ランプ（以下、「比較品１」という）を作製し、本発明品１と同じ評価を行った。また、開口面がない点を除いては被覆部材９を同じ構成を有する開口面無し被覆部材を作製した。そして、開口面１１を有する被覆部材９に代えて、開口面無し被覆部材を用いた点を除いては本発明の第１の実施形態である定格電力２２０［Ｗ］の高圧水銀ランプと同じ構成を有している高圧水銀ランプ（以下、「比較品２」という）を作製し、本発明品１と同じ評価を行った。

なお、本発明品１、比較品１および比較品２において、電極ピン５ｂの径を０．４５[ｍｍ]、金属箔７の幅を１．５[ｍｍ]、その厚さを１５[μｍ]とした。また、Ｃ＝１．０[ｍｍ]、Ｇ＝２．５[ｍｍ]、被覆部材９の長さＪを２．５[ｍｍ]、その厚さを１０μｍ、中心角ａを１００［°］とした。

その結果、本発明品１における耐圧値は３０．５［ＭＰａ］であるのに対して、比較品１における耐圧値は１９．５［ＭＰａ］、比較品２における耐圧値は３０．０［ＭＰａ］であり、本発明品１の耐圧性は比較品１の耐圧性に比して約１．６倍向上し、比較品２の耐圧性とほぼ同等であることが確認された。

そして、耐圧性は、石英ガラス中に発生するクラックの量および大きさに依存していると考えられる。つまり、クラックの量が多いほど、その大きさが大きいほど耐圧性は低いと言える。したがって、本発明品１および比較品２では、被覆部材が緩衝材として機能し、石英ガラス中のクラックの発生が抑制されていると考えられる。実際に、目視においても本発明品１および比較品２ではほとんどクラックが観察されなかった。

［実験２］
実験２では、実験１とは異なり、ランプ完成品として本発明品１、比較品１および比較品２をそれぞれ１５本ずつ作製した。作製した各々のランプを後述する反射鏡に組み込んでランプユニットとし、次のような評価を行った。すなわち、作製したランプユニットを定格電力にて点灯させ、１５分点灯、１５分消灯を１サイクルとする点滅を繰り返す点灯試験（短期点滅テスト）を行った。そして、累積点灯時間１００時間までにおいて各々の発光管の破損数を調べた。

なお、本発明品１、比較品１および比較品２において、水銀の封入量を０．３０［ｍｇ／ｍｍ^３］、アルゴンガスに封入量を０．０３［ＭＰａ］、臭素の封入量を０．５×１０^−５［μｍｏｌ／ｍｍ^３］とした。また、使用した反射鏡は、開口径が１９［インチ］、ｆ_１＝７．９［ｍｍ］、ｆ_２＝６２．１［ｍｍ］である。

その結果、本発明品１では発光管１の破損数がサンプル１５本中、０本であったのに対して、比較品１では発光管の破損数がサンプル１５本中、１０本であり、比較品２では発光管の破損数がサンプル１５本中、６本であった。

ここで、上記した実験１の結果より、本発明品１と比較品２とではその耐圧性がほぼ同等であったにもかかわらず、一定時間点灯させることにより、耐圧性が低下し、すなわちクラックの発生によって発光管の破損確率に差が出ることを確認した。その理由については以下のとおりと考えられる。

比較品２では、封止部４に封止されている電極ピン５ｂが開口面の無い被覆部材によって覆われているために、点灯中、電極コイル５ａの熱が電極ピン５ｂを経由して電極ピン５ｂと金属箔７との接続部１０に直接的に伝導し、接続部１０が異常に高温となりやすい。したがって、この接続部１０には、点灯、消灯の繰り返しによるヒートサイクルに対して大きなストレスがかかり、この接続部１０の近傍の石英ガラス中のクラックが発生し、これに起因して発光管が破損したと考えられる。

一方、本発明品１では、封止部４に封止されている電極ピン５ｂが開口面１１を有する被覆部材９によって覆われているために、点灯中、電極コイル５ａの熱が電極ピン５ｂを経由して電極ピン５ｂと金属箔７との接続部１０に伝導する際、その一部が開口面１１を介して接触している石英ガラスへ伝導し、接続部１０への伝導量を抑えることができる。したがって、点灯、消灯の繰り返しによるヒートサイクルに対しても接続部１０には大きなストレスがかかることがなく、このストレスに起因する発光管１の破損の発生を防止することができたと考えられる。

［実験３］
実験３では、中心角ａの有効範囲を確認するための実験を行った。具体的には、中心角ａを１８０［°］、１００［°］、４５［°］、５［°］、４［°］とした５種類の被覆部材９を作製した。続いて、これら各種の被覆部材９を用いた点を除いては本発明品１と同じ構成を有しているものを作製した。そして、作製したものにおいて上記した実験１および実験２と同じ評価を行った。

ただし、中心角ａが５［°］および４［°］のものは、接続部１０を覆わないようにするため、接続部１０に相当する部分のみ、中心角ａが４５［°］となるように異形の被覆部材９を用いている。

なお、中心角ａが１８０［°］のもにを比較品３、同じく１００［°］のものを本発明品２、同じく４５［°］のものを本発明品３、同じく５［°］のものを本発明品４、同じく４［°］のものを比較品４とした。

その結果、本発明品２では、耐圧値が３０．５［ＭＰａ］、破損数が１５本中、０本であった。また、本発明品３では、耐圧値が３１．０［ＭＰａ］、破損数が１５本中、０本であった。さらに、本発明品４では、耐圧値が３１．０［ＭＰａ］、破損数が１５本中、０本であった。一方、比較品３では、耐圧値が２７．０［ＭＰａ］、破損数が１５本中、１本であった。また、比較品４では、耐圧値が３０．０［ＭＰａ］、破損数が１５本中、１本であった。

以上の結果から、十分な耐圧性を確保し、発光管１が破損するのを防止するためには、被覆部材９のうち、開口面１１を含む領域を、仮想線Ｌに対して垂直に交わる面で切った断面において、開口部分の円弧Ｍの中心角をａ［°］とした場合、５［°］≦ａ＜１８０［°］なる関係式を満たし、かつ当該断面において、当該円弧Ｍの中点が前記仮想線Ｌ上に略位置するように規定すべきことを確認した。

［変形例１］
以下、変形例について説明する。

なお、図６は、図５においてＥ−Ｅ線の断面図であって、電極ピン５ｂおよび被覆部材１２のみを示す。

被覆部材にはその長手方向に対して一端から他端まで開口面１１を形成されている必要は必ずしもなく、図５に示すように、被覆部材１２における発光部３側の端部、具体的に被覆部材１２の発光部３側の端から一定の長さＨまでの範囲においては、電極ピン５ｂの全周が被覆部材１２の一部で覆われており、その残部においては上記した被覆部材９と同じような開口面１３が形成されていてもよい。

かかる構成によれば、被覆部材１２による電極ピン５ｂを覆う面積を拡大させることができ、上記したようなクラックの発生をより一層を防止することができる。

特に、仮想線Ｌ上における接続部１０の長さをＣ［ｍｍ］、封止部４に封止されている電極ピン５ｂの長さをＧ［ｍｍ］、発光部３と封止部４との境界から被覆部材１２の発光部３側の端までの長さをＱ［ｍｍ］、開口面１３の長手方向における長さをＨ［ｍｍ］とした場合、０．３≦Ｈ≦（Ｇ−Ｃ−Ｑ）／２なる関係式を満たすことが好ましい。

これにより、被覆部材１２による電極ピン５ｂを覆う面積を拡大させることができ、上記したようなクラックの発生をより一層を防止することができるとともに、点灯中における電極５の熱の外囲器２への放熱性を一定以上に確保することができる。その結果、この接続部１０の温度を抑えることができ、そこに発生する機械的ストレスを緩和させることができ、クラックの発生をより確実に抑制することができる。

なお、上記した実施形態では、定格電力２２０［Ｗ］の高圧水銀ランプを例示して説明したが、これに限らず定格電力が例えば１００［Ｗ］以上４００［Ｗ］以下の範囲内の高圧水銀ランプを適用した場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記した実施形態では、本発明を高圧水銀ランプに適用した場合について説明したが、これに限らず、一般照明用の高圧水銀ランプまたはメタルハライドランプ等の高圧放電ランプにも適用することができる。

［第２の実施形態］
図７に本発明の第２の実施形態であるランプユニット１４の構成を示す。

図７に示すように、ランプユニット１４は、上記した発光管１と、内面が凹面の反射面１５を有する基体がガラスからなる反射鏡１６とを備えており、この反射鏡１６内に発光管１がその長手方向の中心軸Ｙと反射鏡１６の光軸Ｚとが略一致するように組み込まれ、発光管１からの射出光が反射面１５によって反射されるように構成されている。その際、発光管１は、その一方の封止部４が反射鏡１６のネック部１７内に挿入され、その状態で接着剤１８によって固着されている。

なお、反射面１５は、例えば回転楕円体面や回転放物体面からなり、多層干渉膜等が蒸着されている。発光管１は、例えば反射鏡１６の前面の開口部（図示せず）から送り込まれた冷却風によって、特に導風板等（図示せず）を使って冷却される。

以上のような本発明の第２の実施形態であるランプユニット１４にかかる構成によれば、上記した本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプ（変形例等を含む）を用いたランプユニットを採用しているために、発光管１の破損が少ない品質に優れたランプユニットを実現することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施の形態であるプロジェクタについて、図８および図９を参照して説明する。

図８は、第２の実施形態であるランプユニット１４が用いられたプロジェクタの一例として、フロントプロジェクタ１９の概略構成を示す。フロントプロジェクタ１９は、その前方に設置したスクリーン（図示せず）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。

なお、図８は、後述する筐体２０の天板を取り除いた状態を示している。

フロントプロジェクタ１９は、筐体２０に収納された、光源であるランプユニット１４、光学ユニット２１、制御ユニット２２、投射レンズ２３、および電源ユニット２４等から構成されている。光学ユニット２１は、画像形成ユニットからの出射光を合成する光合成ユニット、入射光を偏光させて画像を形成する画像形成ユニット、およびランプユニット１４からの照明光をその画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも図示せず）を有している。照明ユニットは、３色のカラーフィルタ等（図示せず）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。３原色に分解された光を光合成ユニットで合成することにより、フルカラーの画像を得られる。制御ユニット２２は、画像形成ユニット等を駆動制御する。投射レンズ２３は、光合成ユニットにより合成された光学像を拡大投射する。電源ユニット２４は、商用電源から供給される電力を制御ユニット２２やランプユニット１４に適した電力に変換してそれぞれ供給する。

また、第２の実施形態であるランプユニット１４は、図９に示すプロジェクタの一例であるリアプロジェクタ２５の光源としても用いることができる。リアプロジェクタ２５は、ランプユニット１４、光学ユニット、投射レンズ、およびミラー（いずれも図示せず）等が筐体２６内に収納された構成を有している。投射レンズから投射されミラーで反射された画像が、透過式スクリーン２７の裏側から投影されて画像表示される。

本発明は、特に電極ピンと金属箔との接続部が異常に高温となるのを抑制することができ、点灯、消灯の繰り返しによるヒートサイクルにおいても、かかる接続部の近傍において外囲器の構成材料中にクラックが発生するのを抑制することが必要な用途にも適用することができる。

本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプの発光管の構成を示す平面図 同じく発光管の封止部の要部拡大正面図 図１のＡ−Ａ線の断面図 図１のＢ−Ｂ線の断面図 同じく発光管の変形例の構成を示す正面図 図５のＥ−Ｅ線の断面図 本発明の第２の実施形態であるランプユニットを示す一部切欠正面断面図 本発明の第３の実施形態であるプロジェクタとして、フロントプロジェクタの構成を示す一部切欠斜視図 同じくプロジェクタとして、リアプロジェクタの構成を示す斜視図

符号の説明

１ 発光管
２ 外囲器
３ 発光部
４ 封止部
５ 電極
５ａ 電極コイル
５ｂ 電極ピン
６ 放電空間
７ 金属箔
８ 外部リード線
９，１２ 被覆部材
１０ 接続部
１１，１３ 開口面
１４ ランプユニット
１９，２５ プロジェクタ

Claims (5)

1. 内部に放電空間を有し、かつ発光物質が封入された発光部と、前記発光部の両端部に形成された封止部とを有する外囲器と、
   一端部が前記発光部内に位置し、かつ他端部が前記封止部内まで延在しつつ、前記封止部に封着された金属箔に接続されている棒状の電極ピンを含む電極とを備え、
   前記電極ピンのうち、前記封止部に位置する部分の少なくとも一部には、筒状に形成された箔状の被覆部材が密接して覆われており、
   前記被覆部材には、前記電極ピンの長手方向の中心線と平行であって、前記金属箔と前記電極ピンとの接続部を通過する仮想線Ｌの一部を含む開口面が形成され、
   前記被覆部材のうち、前記開口面を含む領域を、前記仮想線Ｌに対して垂直に交わる面で切った断面において、開口部分の円弧の中心角をａ［°］とした場合、５≦ａ＜１８０なる関係式を満たし、かつ前記断面において、前記円弧の中点が前記仮想線Ｌ上に略位置しており、
   前記電極ピンは前記開口面を介して前記外囲器の構成材料に接している
   ことを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記仮想線Ｌ上における前記接続部の長さをＣ［ｍｍ］、前記封止部に封止されている前記電極ピンの長さをＧ［ｍｍ］、前記発光部と前記封止部との境界から前記被覆部材の前記発光部側の端までの長さをＱ［ｍｍ］、前記被覆部材の長手方向の長さをＪ［ｍｍ］とした場合、０．３≦Ｑ≦１．０、かつＧ−Ｑ−Ｃ／２≦Ｊ≦Ｇ−Ｑなる関係式を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 前記被覆部材は、前記発光部側の端を含んで開口面が形成されており、
   前記仮想線Ｌ上における前記接続部の長さをＣ［ｍｍ］、前記封止部に封止されている前記電極ピンの長さをＧ［ｍｍ］、前記発光部と前記封止部との境界から前記被覆部材の前記発光部側の端までの長さをＱ［ｍｍ］、前記開口面の前記長手方向における長さをＨ［ｍｍ］とした場合、０．３≦Ｈ≦（Ｇ−Ｃ−Ｑ）／２なる関係式を満たす
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高圧放電ランプ。
4. 凹面の反射面を有する反射鏡と、
   前記反射鏡の内部に組み込まれた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧放電ランプとを備え、
   前記高圧放電ランプからの射出光が前記反射面によって反射されるように構成された
   ことを特徴とするランプユニット。
5. 請求項４記載のランプユニットを備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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