JP2010282749A

JP2010282749A - 超高圧水銀ランプ

Info

Publication number: JP2010282749A
Application number: JP2009133117A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Nagamachi; 信宏長町; Hirohisa Ishikawa; 博久石川; Toyohiko Kumada; 豊彦熊田
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2010-12-16
Also published as: CN101908463A

Abstract

【課題】コイル部によらずともホロー効果を生じさせて、点灯始動が容易である超高圧水銀ランプを提供すること。
【解決手段】発光管１０の内部に一対の電極１３、１３を備えるとともに０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入された超高圧水銀ランプ１において、前記電極１３は、軸部１３３と、該軸部１３３より大径の胴部１３２を備え、該胴部１３２の側周面に開口を有する最小幅ｄが１．０ｍｍ以下である孔１３０が形成され、該孔１３０は少なくとも該電極１３の中心軸を通過するように設けられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を使用した液晶プロジェクタ装置に使用される、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入され点灯時における水銀蒸気圧が１５０気圧以上になる超高圧水銀ランプに関する。

ＤＭＤを使用した液晶プロジェクタ装置においては、矩形状のスクリーンに対して、均一に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るため、光源には水銀を封入させた超高圧水銀ランプが使用されている。最近では、このような超高圧水銀ランプも、より一層の小型化、点光源化が進められ、電極間距離の極めて小さいものが実用化されている。

例えば特開２００７−１７９９６６には、液晶プロジェクタ装置の光源として用いられる超高圧水銀ランプが記載されている。図６（ａ）にその全体図、（ｂ）に電極の拡大図を示す。
図６（ａ）において、超高圧水銀ランプ８は内部に放電空間Ｓを有する発光部８１と、この発光部８１の両側に設けられた封止部８２、８２とから構成される発光管８０と、放電空間Ｓの内部で対向するように配置された電極８３、８３とを備えている。放電空間Ｓには、発光物質として水銀、その他の始動補助用希ガス等が所定量封入されている。電極８３、８３の基端部は封止部８２、８２内で金属箔８５、８５に溶接等によって接続され、金属箔８５、８５は発光管１０の外部に突出する外部リード８６、８６に溶接等によって接続されており、この外部リード８６、８６より給電される。
発光管８０の外部には、その一端が、一方の外部リード８６に巻き付けて固定されたトリガーワイヤ８７が、一方の封止部８２に沿って伸び、発光部８１を越えて他方の封止部８３に架橋され、その他端が巻き付けられて固定されている。
図６（ｂ）において、電極８３は、例えば略半球状である先端部８３１と、軸部８３３よりなり、軸部８３３に巻装されたコイル部８３０を備えている。
このコイル部８３０は、電極の側周面に凹凸を形成しているため、この凹凸の隙間によってホロー効果が生じ、点灯始動時の放電始動を誘導する。また、コイル部８３３は細線のため加熱されやすく、グロー放電からアーク放電への移行を容易にする働きがある。

特開２００７−１７９９６６

ところで、上記コイル部は、例えば製造時にコイル材をかしめることによって電極に固定され、形成される。しかし、点灯始動時にグロー放電からアーク放電への移行が遅れると、このコイルを起点とする放電を近傍の発光管壁に曝すことになり、白濁の原因となるという問題があった。
これは、コイルは軸部に確実に固定するために密着して巻かれており、コイル部で発生した熱が軸部を介して電極の基端部（根元）の方へ逃げてしまうことにより、グロー放電からアーク放電へ移行するための温度上昇が十分ではなく、アーク放電への移行が遅れることが原因であると考えられる。
しかも、コイルの端部が鋭利である場合には、ここを起点として放電してしまうため、製造時にこれを処理しておく必要があり、この工数が増加するという問題もある。その他にも、点灯中の熱によりコイルが劣化し、脱落するという問題もあった。

以上により、本発明では、コイル部によらずともホロー効果を生じさせて、点灯始動時のアーク放電への移行が円滑に行われる超高圧水銀ランプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、発光管の内部に一対の電極を備えるとともに０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入された超高圧水銀ランプにおいて、前記電極は、軸部と、該軸部より大径の胴部を備え、該胴部の側周面に開口を有する最小幅ｄが１．０ｍｍ以下である孔が形成され、該孔は少なくとも該電極の中心軸を通過するように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、電極の胴部の側周面に最小幅ｄが１．０ｍｍ以下である孔を形成することによって、その最小幅ｄである位置の２つのグローが重なり合うことにより、コイル部によらずとも点灯始動時にホロー効果を発生させることができる。
また、電極の中心軸を通過するように形成することで、軸部を介して先端から基端側へ熱が逃げることを抑制し、先端部の温度上昇を促進することによって、グロー放電からアーク放電までの移行を、より速やかに行われる。

本発明の超高圧水銀ランプの概略構成を示す全体図である。（ａ）は本発明の超高圧水銀ランプにかかる電極の拡大図であり、（ｂ）は径方向のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は軸方向に沿って切断したＢ−Ｂ’線断面図である。本発明における超高圧水銀ランプの点灯始動の様子を示す模式図であり、（ａ）はグロー放電が生じた状態を示す図、（ｂ）はアーク放電へ移行した状態を示す図である。本発明の超高圧水銀ランプの他の実施例であり、（ａ）は電極の拡大図、（ｂ）は径方向のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の超高圧水銀ランプの他の実施例であり、（ａ）は電極の拡大図、（ｂ）および（ｃ）は径方向のＡ−Ａ’線断面図、（ｄ）は軸方向に沿って切断したＢ−Ｂ’線断面図である。（ａ）は従来の超高圧水銀ランプの概略構成を示す全体図であり、（ｂ）は電極の拡大図である。

図１は本発明の超高圧水銀ランプの概略構成を示す全体図である。
超高圧水銀ランプ１は内部に放電空間Ｓを有する発光部１１と、この発光部１１の両側に設けられた封止部１２、１２とから構成される、例えば石英ガラスである発光管１０を備える。放電空間Ｓの内部には対向するように配置された電極１３、１３を備えている。電極１３、１３の基端部は封止部１２、１２内で、例えばモリブデンである金属箔１５、１５に溶接等によって接続され、金属箔１５、１５は発光管の外部に突出する外部リード１６、１６に溶接等によって接続されており、この外部リード１６、１６より給電される。
発光管１０の外部には、その一端が、一方の外部リード１６に巻き付けて固定されたトリガーワイヤ１７が、一方の封止部１２に沿って伸び、封止部１２と発光部１１の境目近傍で一旦巻き回され、さらに発光部１１を越えて伸び、他方の封止部１２に架橋され、その他端が巻き付けられて固定されている。外部リード１６への給電開始時に、外部トリガー１７に印加することで発光部１１内の放電媒体のイオン化を促進し、電極１３間の絶縁破壊を容易にすることができる。

放電空間Ｓには、点灯時における発光部１１内の水銀蒸気圧が１５０気圧以上となるように、発光物質として水銀が０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されている。その他の補助用ガスとして、始動を容易にするための希ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが５〜５０ｋＰａの範囲で封入される。また、ハロゲンサイクルを作用させるためのハロゲンガスが、例えば１０^−６〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲で適宜調整されて封入されている。

図２（ａ）は本発明の超高圧水銀ランプにかかる電極の拡大図であり、（ｂ）は径方向のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は中心軸に沿って切断したＢ−Ｂ’線断面図である。
図２（ａ）に示すように、電極１３は、例えばロッド状のタングステン材料を切削することにより形成され、電極軸部１３３と、軸部１３３に連続する、軸部１３３よりも大径の胴部１３２と、胴部１３２に連続する先端が円錐形、または図示しないが円錐台形、略半球状である先端部１３１を備えている。軸部１３３と胴部１３２と先端部１３１は、通常は中心軸が一致している。
軸部１３３の外径は、例えば０．４〜０．８ｍｍ、胴部１３２の外径は、例えば１．０ｍｍ〜３．０ｍｍである。なお、先端部１３３、胴部１３２、軸部１３３はそれぞれ別部材によって構成し、これらを溶接等によって連結してもよい。

胴部１３２の側周面には、少なくとも胴部１３２の中心軸まで達する、最小幅ｄが１．０ｍｍ以下である孔１３０が少なくとも１つ形成されている。ここで孔１３０の最小幅ｄとは、胴部１３２の側周面に形成された孔１３０による開口縁に対して、平行な２本の線を外接させたときの、２本の線間の距離ｄが最小になるときのｄの長さをいう。
図２（ｂ）に示すように、孔１３０は、例えば断面円形状である胴部１３２の内部を径方向に沿って、胴部１３２の中心軸を通るように貫通して、内部に空洞を形成している。この孔１３０の内壁１３４、１３５は、その開口縁の最小幅ｄをもって離間して対向していることにより、いわゆるホロー陰極と同様のホロー効果を得ることができる。これは、最小幅ｄが所定の数値以下であることにより、グロー放電時に２つのグローが重なることによる。この点については下記に示す。
なお、本発明においては、孔１３０は最小幅ｄが１．０ｍｍ以下であれば形状は問題とされず、その断面形状は円形、楕円形に限定されない。

ここで、超高圧水銀ランプの点灯始動とホロー効果について説明する。
孔１３０における最小幅ｄの間隔が小さくなると、孔１３０の開口においてそのｄである位置での２つのグローが重なり合う。これによって、陰極降下領域と負グローの距離がそれぞれ減少する。
通常の放電においては、その放電電圧のほとんどは陰極降下領域によって負担されるため、陰極降下領域の電圧は増加することになる。
さらに、イオン密度が大きくなるため、電極間におけるイオン電流密度が増加する。また、陰極降下領域の距離の減少により、陰極暗部内での電子の衝突回数が減少し、エネルギー損失が小さい。そのため、電子は負グローに高いエネルギーで飛び込むことになり、電離や励起が促進される。負グローからの光の強さも増加し、光の中に含まれる紫外線により、陰極からの光電子放出が促進される。
よって、グロー放電電流密度が高くなり、孔１３０の開口近傍の温度が上昇し、速やかに熱アーク放電に移行できる。
一方、孔１３０の最小幅ｄが大きすぎると、２つのグローが重ならないためにホロー効果が得られない。

図３は、本発明における超高圧水銀ランプの点灯始動の様子を示す模式図であり、（ａ）はグロー放電が生じた状態を示す図、（ｂ）はアーク放電へ移行した状態を示す図である。
超高圧水銀ランプの点灯始動時に、直流電流を流して点灯させる場合、所定の電圧を印加すると、まず絶縁破壊後、陰極として動作する一方の電極１３（以下、単に陰極１３という。）表面の水銀アークにより始動し、その陰極１３表面の水銀が完全に蒸発した後、グロー放電が行われる。グロー放電時に陰極１３が十分に加熱されると、アーク放電（図３（ｂ））へ移行する。そのため、グロー放電からアーク放電へと移行するためには先端が十分に温度上昇している必要があり、この移行が速やかに行われないときは電極の激しい損耗が生じ、延いてはランプ寿命を縮める原因となってしまう。

ここで再び図２に戻り、図２（ｃ）の電極１３を軸方向に切断した断面図を見ると、孔１３０によって空洞が形成され、電極１３が先端側と基端側に分断されている様子がわかる。
電極１３の先端部１３３、胴部１３２の熱は、軸部１３３を介してその基端部から封止部１２方向へ伝わる。すなわち、ホロー効果によって先端側で温度上昇が生じても、軸部１３３を伝って封止部１２へ熱が逃げてしまうと、グロー放電からアーク放電へと速やかに移行することができない。
しかし、孔１３０によって胴部１３２に空洞が形成され、これが先端から軸部１３３への熱伝導を阻害するために、先端部１３１の温度上昇を促進することができ、グロー放電からアーク放電へ速やかに移行することができる。

特に、孔１３０を電極１３の中心軸を通過するように形成すると、先端から軸部１３３への最短の経路であって、熱が最も伝わりやすい中心部分を空洞にすることになり、熱伝導を阻害する効果が大きい。
また、孔１３０は中心軸を通過するように形成されているが、先端を支持するための外周部分が残存しているので、電極の機械的強度を維持することができる。

以上により、電極１３の胴部１３２の側周面に、最小幅ｄが１．０ｍｍ以下である孔１３０を形成することによって、２つのグローが重なり合い、コイル部によらずとも、点灯始動時にホロー効果を発生させることができる。また、先端部の熱を逃がさず、速やかにアーク放電へ移行することができる。コイル部が存在しないので、製造時に余計な工程が増えることもなく、熱によって劣化したコイルが脱落したりすることもない。

上記の超高圧水銀ランプの電極の実施例について以下に示す。
図２の電極１３を作製した場合の寸法の一例について示すと、軸部１３３の外径は０．４ｍｍφ、胴部１３２の外径は１．６ｍｍφ、先端から軸部１３３の基端までの長さが８．０ｍｍである。
胴部１３２に形成する孔１３０の最小幅ｄは、０．２５ｍｍであり、軸方向での幅は０．６ｍｍである。
孔１３０は、電極１３の胴部１３２に、例えばレーザーを照射することによって形成できる。
レーザーは例えばパルス発振の固体（ＹＡＧ等）レーザーであり、レーザー光の径を２０μｍ以下に絞ったものである。このレーザー光を、電極１３の胴部１３２に側周面に照射する。これによって胴部１３２に孔を形成することができるので、レーザー光を走査させて照射することによって、最小幅ｄが１．０ｍｍ以下である孔１３０を形成することができる。また、レーザーのエネルギー密度、絞りを調整することによって、胴部１３２を貫通する孔を形成することもできるし、貫通させないこともできる。

図４は本発明の超高圧水銀ランプの他の実施例であり、（ａ）は電極の拡大図、（ｂ）は径方向のＡ−Ａ’線断面図である。
この図において、図２（ａ）、（ｂ）と同一の符号を付した構成については同様であるから説明を省略する。寸法などは上記実施例１と同様であるから省略する。
図４（ａ）において、複数の孔１３０が形成されている。この場合、胴部１３２を径方向に貫通する３つの孔１３０が形成され、図２（ｂ）に示すように、側周面部に最小幅ｄが１．０ｍｍ以下である６つの開口を有する空洞が形成されている。
この６つの開口は、点灯始動時にホロー効果を生じさせることができると共に、中心軸を通過するように空洞が形成されているので、軸部１３３方向への伝熱を阻害して、グロー放電を速やかにアーク放電へ導くことができる。
このように、孔１３０は複数形成してもよいし、形成する数によっては胴部１３２の空洞と残存部の断面積比率によって熱伝導を阻害する効果を調整することができる。

図５は本発明の超高圧水銀ランプの他の実施例であり、（ａ）は電極の拡大図、（ｂ）は径方向のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｃ）は中心軸に沿ったＢ−Ｂ’線断面図である。
この図において、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同一の符号を付した構成については同様であるから説明を省略する。寸法などは上記実施例１と同様であるから省略する。
図２（ａ）において、電極１３の胴部１３２の側周面部に、図示されないものも含めて３つの孔１３０が形成されている。図２（ｂ）に示すように、この３つの孔１３０は径方向に沿って伸び、中心軸近傍で連通している。
このように、孔１３０は必ずしも一方向に胴部１３２を貫通している必要はなく、少なくとも中心軸を通過するように形成されていればよい。また、図示しないが、３つの孔１３０のいずれかが中心軸を通過していればよく、すべての孔１３０が中心軸を通過する必要はない。

１超高圧水銀ランプ
１０発光管
１１発光部
１２封止部
１３電極
１３０孔
１３１先端部
１３２胴部
１３３軸部
１３４内壁面
１３５内壁面
１５金属箔
１６外部リード
１７トリガーワイヤ
８超高圧水銀ランプ
８０発光管
８１発光部
８２封止部
８３電極
８５金属箔
８６外部リード
８７トリガーワイヤ
８３０コイル部
８３１先端部
８３３軸部
ｄ最小幅
Ｓ放電空間

Claims

発光管の内部に一対の電極を備えるとともに０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入された超高圧水銀ランプにおいて、
前記電極は、軸部と、該軸部より大径の胴部を備え、該胴部の側周面に開口を有する最小幅ｄが１．０ｍｍ以下である孔が形成され、該孔は少なくとも該電極の中心軸を通過するように設けられていることを特徴とする超高圧水銀ランプ。