JP2010287359A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】この発明の課題は、高い圧力で駆動される高圧放電ランプにおいて、シール部近傍でクラック等を生じることなく、シール部近傍の応力集中に起因する破裂がない、長寿命の高圧放電ランプを提供することにある。
【解決手段】石英ガラス製の発光管と該発光管の両端に突出するシール部とから成り、該発光管内部には、希ガスと、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３のハロゲンと、が封入され、対向配置された一対の電極を具備し、該電極に連接する電極芯線が金属箔と溶接され、該電極芯線の一部と該金属箔を該シール部内に埋設した高圧放電ランプにおいて、該電極芯線には該電極芯線の長手方向であって、該長手方向に直交する断面の周縁全体に亘って溝が形成され、該溝のシール側端部が該金属箔と該電極芯線とが重なっている範囲に設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明はプロジェクタ用光源として広く利用されている高圧放電ランプに関する。特に、発光管内に対向配置されている電極に連接する電極芯線の形状に特徴をもつ高圧放電ランプに関する。

従来から、プロジェクタ等の画像投影装置に用いられる画像投影装置用光源としては、発光管内部に希ガスと水銀を封入した高圧放電ランプが広く利用されている。該高圧放電ランプは、例えば、水銀を発光管内部に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入し、点灯中の高い圧力を利用して、可視光域全域に亘って、効率良く光を放射する、といった特性を有している。

該高圧放電ランプ１０１は、図９に示すように、石英ガラス製の発光管１０２と、該発光管１０２の両端に突出するシール部１０３と、から構成されている。また、該発光管１０２内部には、対向配置された一対の電極１０５と、該電極１０５に連接する電極芯線１０６と、が配置され、該シール部１０３には、該電極芯線１０６に連接する金属箔１０７と、該金属箔１０７に溶接され外部からの電力供給を行う外部リード１０８とが、該シール部１０３を構成する石英ガラス内に埋設されている。また、該発光管１０２内には、例えば、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、希ガスと、例えば、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３のハロゲンと、が封入されている。

このような構成の該高圧放電ランプ１０１は、点灯時に、例えば、１５０気圧以上の高い圧力で点灯されると共に、高融点材料であるタングステンから成る該電極１０５の先端が溶融する程度の高温となり、該電極１０５と、該電極芯線１０６とは、ランプ軸方向に熱膨張する。一方、該電極芯線１０６が埋設されている該シール部１０３は熱膨張率が非常に小さい石英ガラスで構成されている。該高圧放電ランプ１０１が点灯消灯を繰り返すことにより、該電極芯線１０６と該シール部１０３の熱膨張率差から、該電極芯線１０６と該シール部１０３の間で大きな応力が発生し、該高圧放電ランプ１０１自身が破裂してしまう、といった問題が従来から知られていた。

該高圧放電ランプ１０１に発生する該シール部１０３の大きな応力に起因する破裂を解決するために、種々の方策が採られている。該応力を緩和する技術としては、例えば、特表２００８−５２９２５２号公報等が知られている。該公報によれば、図１０に示したように、電極１１０に連接する電極芯線１１６の主要部であって、シール部（不図示）の石英ガラスと接触する部分に実質的に長手方向の溝１１４を設けることが記載されている。この溝１１４は、シール部（不図示）において、石英ガラスと該電極芯線１１６とが密着する面積を実質的に減少させ、該シール部（不図示）に発生する応力を緩和するといった効果を持つものである。

しかし、図９に示した該高圧放電ランプ１０１において、該電極芯線１０６に、図１０に示した溝１１４を設けた場合であっても、該シール部１０３と該電極芯線１０６との間に発生する応力によって、クラックを生じ、ランプ自身が破裂に至る場合があり、単に溝１１４を設けるだけでは該高圧放電ランプ１０１の破裂を充分に防止できない、といった問題があった。

特表２００８−５２９２５２号公報

この発明が解決しようとする課題は、高い圧力で駆動される高圧放電ランプにおいて、シール部近傍でクラック等を生じることなく、シール部近傍の応力集中に起因する破裂がない、長寿命の高圧放電ランプを提供することにある。

この発明に記載の高圧放電ランプは、石英ガラス製の発光管と該発光管の両端に突出するシール部とから成り、該発光管内部には、希ガスと、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３のハロゲンと、が封入され、対向配置された一対の電極を具備し、該電極に連接する電極芯線が金属箔と溶接され、該電極芯線の一部と該金属箔を該シール部内に埋設した高圧放電ランプにおいて、該電極芯線には該電極芯線の長手方向であって、該長手方向に直交する断面の周縁全体に亘って溝が形成され、該溝のシール側端部が該金属箔と該電極芯線とが重なっている範囲に設けられていることを特徴とする。

また、この発明に記載の高圧放電ランプは、前記構成に加えて、該溝のシール部側端部と、該電極芯線の端との間に溝を持たない部分が設けられていることを特徴とする。

更には、この発明に記載の高圧放電ランプは、前記構成に加えて、該溝の放電空間側端部が該シール部のガラス材に埋設された部分に配置されていることを特徴とする。

本発明の高圧放電ランプは、電極芯線の長手方向であって、該長手方向に直交する断面の周縁全体に亘って該電極芯線の表面に溝が設けられ、該溝のシール部側端部が、該金属箔と該電極芯線が重なっている範囲に設けられているため、該シール部で該電極芯線とガラス材とが適度に密着することにより、点灯消灯により発生する該電極芯線と該ガラス材との熱膨張差が生じても、該シール部に大きな応力が蓄積することが無く、クラック等の発生を抑制できる、といった利点がある。

また、該溝のシール部側端部と、該電極芯線の端との間に溝を持たない部分が形成されていることで、該シール部に発生する応力を低減でき、該シール部に発生するクラック等を更に抑制できる、といった効果がある。これは、以下のような理由によると考えられる。該電極芯線の端にはシール時にガラス材が入り込まないことで形成される微小空間が存在する。該微小空間には、該発光管内に封入された水銀が、該高圧放電ランプの消灯直後に該溝を伝わって多量に輸送される。この輸送された水銀が該高圧放電ランプを再点灯する際に、急激に蒸発することで、該微小空間内の圧力が上昇する。該圧力が該電極芯線とガラス材との熱膨張差に加えて、更に該電極芯線を放電空間側に移動させようとして、付加的な応力が加えられる。この付加的な応力が、該溝を持たない部分を形成することで減少され、該溝を介して輸送される水銀の輸送量を抑制し、結果としてクラックの発生を抑制すると考えられる。

更には、該溝を持たない部分を利用して、該電極芯線と該金属箔とを溶接する際に該溝が無いために確実な溶接ができ、溶接強度を高め、該金属箔から該電極芯線が外れるといった不具合を抑制することができる、といった付加的な効果もある。

更には、該溝の放電空間側端部が、該シール部を構成するガラス材に埋設された部分に配置されていることで、クラックの発生を更に抑制することができる。これは、ランプ始動時に不安定なアーク放電が該電極芯線の根元付近（該電極芯線の該ガラス材に埋設された部分から放電空間側に向かう領域）に固定されることが無く、該根元付近のガラス材が過度に加熱され、局所的な熱膨張率差が発生し、クラック等が発生することが無いためである。

本発明の高圧放電ランプの概要を示す概略断面図。 本発明の高圧放電ランプに配置された電極と電極芯線の詳細を示す拡大図。 本発明における電極芯線を長軸方向に対して直交する方向に切断した断面図。 本発明における電極芯線に形成された溝の形成範囲を示す詳細図。 本発明の高圧放電ランプにおける溝の形成範囲を確認したサンプルの形状を示す概略断面図。 本発明の高圧放電ランプの溝形成位置の効果を示す表。 本発明のその他の実施例を示す概略断面図。 従来の高圧放電ランプに発生するクラックを示す説明用概略図。 従来の高圧放電ランプの概要を示す概略断面図。 公知文献に示された従来の電極と電極芯線を示す図。

本発明の高圧放電ランプは、電極に連接する電極芯線に溝を形成し、該溝を設ける範囲を該高圧放電ランプの発光管の両端に突出するシール部のガラス材に埋設する範囲であって、且つ、該溝の一方の端が該電極芯線と金属箔とが重なっている範囲に形成されていることを特徴とするものである。このような構成にすることにより、該シール部に発生する応力を抑制し、クラック等が発生することがない長寿命の高圧放電ランプを提供することができるといった効果を持つものである。

本発明の高圧放電ランプ１の概略を図１に示す。該高圧放電ランプ１は、発光管２と、該発光管２の両端に突出するシール部３とから構成されている。また、該発光管２の内部には、対向配置された一対の電極５を具備し、該シール部３には、該電極５に連接する電極芯線６と、該電極芯線６の一方の端に溶接された金属箔７と、該金属箔７の他方の端に溶接された外部リード棒８と、を具備している。また、該電極芯線６には、該電極芯線６の長軸方向に平行な溝４が、該電極芯線６の外周表面に設けられている。該溝４は、該電極芯線６と該シール部３のガラス材との密着を適度に緩和し、該シール部３に該電極芯線６が強く密着した場合に該シール部３と該電極芯線６との熱膨張率差による応力から生じるクラックの発生を抑制することができる。

図２には、該高圧放電ランプ１に配置された電極５、及び、電極芯線６の拡大図を示す。本実施例の場合、該電極５と該電極芯線６とは、同一材料から切削により削り出されたものである。該発光管２内で対向する該電極５の先端側には、微小突起１１が形成されており、該電極５の本体外径は、該電極５に連接する該電極芯線６よりも太く成っている。また、該電極芯線６には、該電極芯線６の長軸方向に沿って形成された溝４が表面に形成されている。また、本実施例では、該電極芯線６の一方の端部１２には、該溝４が形成されていない部分が設けられている。また、同図２の該電極芯線６に示した矢印Ａ−Ａにおいて、該電極芯線６の長手方向の軸に直交する断面で切断した断面図を図３に示す。

図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示している。図３ａ）は、該電極芯線６の軸方向断面の外周縁全体を示した断面図である。該電極芯線６の外周縁全体に亘って該溝４が形成されている。また、図３ｂ）は、図３ａ）の拡大図である。該溝４は微小な山部１５の間に形成された微小な谷部１６によって形成されている。該山部１５の形成されているピッチＰと、該谷部１６の深さＤは、例えば、ピッチＰ＝４０μｍで、深さＤ＝６μｍである。該溝４は、このような微細なピッチと深さで形成されているので、図１で示した該シール部３のガラス材と該電極芯線６とが強く密着することがなく、適度な強度で保持されているので、クラック等の発生を抑制することができる、といった効果がある。

図４は本発明の高圧放電ランプ１における一方の電極側のみを示した一部断面図である。図４に示した該高圧放電ランプ１の該シール部３には、該シール部３を形成するガラス材（石英ガラス）によって封止されている金属箔７と、該金属箔７に溶接された該電極芯線６とが配置されている。また、該電極芯線６に連接する電極５は、該シール部３に続く発光管２の内部に配置されている。また、該電極芯線６には、長軸方向に沿った該溝４が形成されている。該溝４の形成された範囲について以下に述べる。該溝４の一方の端２１は、該電極芯線６と該金属箔７とが重なっている部分Ｂの範囲に形成されている。また、該溝４の他方の端２２は、該シール部３と該発光管２との境から該金属箔７側の部分Ｃの範囲に形成され、該端２２が該発光管２の内部に突出しないように配置されている。該溝４の端２１、２２が、この範囲に形成されているので、該電極芯線６が該シール部３のガラス材との間で熱膨張差による応力によりクラックが発生することが無く、長寿命の高圧放電ランプを提供できるといった利点がある。

図５は、該溝４の形成する範囲を検討するために行った実験のサンプル形状を示している。図５のａ）〜ｆ）までは、図４に示した該高圧放電ランプ１の一部断面図であって、該溝４の形成されている範囲が、それぞれ異なっているものである。
ａ）における該溝４の発光管２側の端２２は、該シール部３側のガラス材で埋設された位置に設けられている。また、該金属箔７側の端２１は、該金属箔７と該電極芯線６とが重なる範囲外（発光管２側）に設けられている。
次にｂ）は、該発光管２側の端２２に関しては前述のａ）と同様であるが、該金属箔７側の端２１の位置が異なっている。該端２１は、該金属箔７と該金属芯線６とが重なっている範囲に設けられ、該電極芯線６の端部１２に該溝４が形成されていない部分がある。
ｃ）は、該溝４の発光管２側の端２２はａ）、ｂ）、と同様である。該金属箔７側の端２１は、該電極芯線６の端部１２まで設けられている。
ｄ）は、該溝４の発光管２側の端２２が、該発光管２内部にまで入り込んでいる点が異なっている場合であって、該金属箔７側の端２１は、前記のａ）の場合と同様である。
ｅ）は、ｄ）と同様に該溝４の発光管２側の端２２が、該発光管２内部にまで入り込んでいる点が異なっている場合であって、該金属箔７側の端２１が、前記のｂ）と同様の場合である。
ｆ）は、ｄ）、ｅ）と同様に該溝４の発光管２側の端２２が、該発光管２内部にまで入り込んでいる点が異なっている場合であって、該金属箔７側の端２１は、前記のｃ）と同様の場合である。

図６は、図５に示した各サンプル形状において、該溝４の形成される範囲を検討した結果を示す表である。図５に示した各サンプル形状の該高圧放電ランプ１を各１０本作製し、点灯試験を行った。尚、使用した該高圧放電ランプ１はランプ電圧６５Ｖ、ランプ電流３．５Ａの２３０Ｗタイプで、定格入力で交流点灯させたものである。また、該高圧放電ランプ１の始動には、高圧の交流を発生する点灯装置を使用した。同試験の点灯消灯試験としては、４５分ｏｎ、３０分ｏｆｆの条件で、１０００時間点灯後の該シール部３に発生するクラックを観察した。また、該クラックの観察には、光学顕微鏡を用い、約５倍の倍率で該シール部３近傍を拡大して観察した。同観察でクラックが観察された場合は、判定を不可とし×で示した。また、該クラックが観察されない場合は、良とし○、または、◎で示した。尚、該クラックの一例としては、例えば図８に示すように該発光管２の続く該シール部３において、ガラス材に埋設された該金属箔７と該電極芯線６とが溶接された部分の近傍に微小なクラック８５が多数発生する。

図５ａ)に示したサンプル（サンプルａ）は、該電極芯線６に形成された該溝４の範囲が、該発光管２側の端２２は、該シール部３側のガラス材で埋設され、
該金属箔７側の端２１は、該金属箔７と該電極芯線６とが重なる範囲外（発光管２側）に設けられている。このように、該金属箔７と該電極芯線６とが重なる範囲には該溝が形成されていないので、ガラス材との熱膨張差を適度に吸収する空間が形成されずクラックが発生した。そこで、判定としては、不可となり図６には×で示している。

図５ｂ)に示したサンプル（サンプルｂ）は、本発明の形状であって、該電極芯線６に形成された該溝４が、該金属箔７と該電極芯線６とが重なる該電極芯線６の接続部まで形成されている。同サンプルでは、該サンプルａで観察されたクラックの発生は無かった。そこで、判定としては、最も良い結果となり図６には◎で示している。

図５ｃ)に示したサンプル（サンプルｃ）は、該電極芯線６に形成された該溝４が、該電極芯線６の端部１２まで形成された場合である。該溝部４によって、該シール部３を形成するガラス材との間に適度な空間が形成され、該ガラス材と該電極芯線６との熱膨張差を適度に吸収することが可能となり、クラックが形成されることが無い。しかしながら、該溝４が該電極芯線６の端部まで形成されているため、該電極芯線６の端部に形成される微小な空間に発光管２内部の水銀の一部が凝集し、該高圧放電ランプ１自身の発光が不安定になるといった不具合を生じる場合があった。また、この凝集した水銀が該高圧放電ランプ１を再点灯する場合に、余分な応力を発生させる場合もあった。そこで、判定としては、良となり図６には○で示している。

図５ｄ）からｆ）までに示したサンプル（サンプルｄ、サンプルｅ、サンプルｆ）は、該金属箔７側の構成は、おのおの前述のａ）、ｂ）ｃ）の場合と同じであるが、該発光管２側の該溝４の端２２が、該発光管２の内部に突出して形成されている点が異なっている。これらの各サンプルに対して点灯試験を行うと、点灯時に該発光管２側に突出した該電極芯線６の該溝４の端部２２に局所的なアーク放電が固定され、該端部２２付近のガラス材が局所的に加熱される等により、いずれの場合もクラックが発生した。そこで、判定としては、不可となり図６には×で示している。

図７は、本発明の高圧放電ランプ１に関する、他の実施例である。該高圧放電ランプ１は、図１と同様に、発光管２と、該発光管２の両端に突出するシール部３とから構成されている。また、その他の構成も基本的には同様であるが、該発光管２の内部に対向配置された一対の電極５５は、該電極芯線６の先端にコイル５６を配置し、該先端部分を溶融した溶融電極と成っている点が異なっている。該電極芯線６には、図１の場合と同様に該溝４が形成されており、該シール部３と該電極芯線６との熱膨張率差による応力から生じるクラックの発生を抑制することができる、といった同様の効果がある。尚、本実施例では該電極５５に溶融電極を示し、図１では切削電極を示したが、該電極の形状は該電極芯線と一体的に構成されていても、別部材として構成されていても良く、種々の形態が取れることは言うまでも無い。

１ 高圧放電ランプ
２ 発光管
３ シール部
４ 溝
５ 電極
６ 電極芯線
７ 金属箔
８ 外部リード棒
１１ 微小突起
１２ 端部
１５ 山部
１６ 谷部
２１ 端
２２ 端
５５ 電極
５６ コイル
８５ クラック
１０１ 高圧放電ランプ
１０２ 発光管
１０３ シール部
１０５ 電極
１０６ 電極芯線
１０７ 金属箔
１０８ 外部リード
１１０ 電極
１１４ 溝
１１６ 電極芯線

Claims (3)

1. 石英ガラス製の発光管と該発光管の両端に突出するシール部とから成り、該発光管内部には、希ガスと、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３のハロゲンと、が封入され、対向配置された一対の電極を具備し、該電極に連接する電極芯線が金属箔と溶接され、該電極芯線の一部と該金属箔を該シール部内に埋設した高圧放電ランプにおいて、
   該電極芯線には該電極芯線の長手方向であって、該長手方向に直交する断面の周縁全体に亘って溝が形成され、該溝のシール側端部が該金属箔と該電極芯線とが重なっている範囲に設けられていることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記溝は、該溝のシール部側端部と、該電極芯線の端との間に溝を持たない部分が形成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
3. 前記溝は、該溝の放電空間側端部が該シール部のガラス材に埋設された部分に配置されていることを特徴とする高圧放電ランプ。

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