JP2011034758A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】電極の電極軸と金属箔が接合され、封止部内で封止されており、前記電極軸の封止部内の部分の外周面に軸方向の複数の溝が形成されている高圧放電ランプにおいて、前記電極軸が点灯時に振動して、不快な振動音を発したり、振動により金属箔との接合が剥離したり、あるいは、電極軸が折れ曲り、破損したりすることがないような構造を提供することにある。
【解決手段】前記電極軸に形成する複数の溝には、溝を形成しない不連続部が残されており、溝が軸方向で不連続とされていることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

この発明は、高圧放電ランプに関するものであり、特に、プロジェクター装置用光源、露光装置用光源に利用される高圧放電ランプに係るものである。

この種の高圧放電ランプにおけるシール構造としては、電極軸の根元が封止部に埋設された金属箔と接合する、いわゆる箔シール構造が採用される。
通常、電極軸はタングステンから構成され、一方で発光管は石英ガラスから構成されているために、かかる箔シール構造においては、封止部での両者の熱膨張係数の違いにより、封止部の損傷、破損という問題がしばしば発生する。特に、プロジェクター装置に使う高圧放電ランプにおいては、発光部に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の多量の水銀が封入されており、点灯時には水銀蒸気圧が１００気圧以上の高圧になるため、この問題は一層深刻となっている。

このような問題を解決するために、例えば、特開２００８−５２９２５２号公報には、電極軸（芯棒）に軸方向に沿って伸びるように溝を形成する技術が紹介されている。
図５（Ａ）は上記従来例にかかるランプの概略構成図であり、図５（Ｂ）は、電極の拡大図である。
図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、放電ランプ１の電極２の電極軸２１には、封止部３に対向する外表面領域において、軸方向に延在する複数の溝５が形成されている。なお、電極軸２１は封止部３内で金属箔４に接続されている。
上記従来技術は、電極軸２１に複数の溝５を設けることで、円周方向の表面粗さを、長手方向の表面粗さよりも大きくして、電極軸２１の材料（タングステン）と封止部３の材料（石英ガラス）との熱膨張率の違いに起因する封止部の破損を解消しようとするものである。

この従来技術によれば、軸方向の溝５の内部に石英ガラスが入り込むために、電極軸２１の周方向に対してはこのガラスが動きを規制するが、軸方向に対しては動きが規制されない。 交流点灯方式の高圧放電ランプでは、電極軸２１が点灯周波数に共鳴して振動することがあり、その点灯中の振動音が人に違和感や不快感を与えることがあり、また、その振動により金属箔４と電極軸２１との溶接接合部が剥離してしまうという不具合があった。更には、電極軸が折れ曲り、ついには破損に至ることも少なくないという問題があった。 特に、プロジェクター装置の光源に使われる高圧放電ランプにおいては、電極軸の直径が０．１〜１．０ｍｍとなることために、電極軸の振動による折れ曲りや破損は深刻な問題となっていた。 また、連続する溝形状により、放電空間Ｓ内から金属箔４との接合部までが連通状態となり、放電空間内の高圧が接合部にまで及んで金属箔が剥離するという不具合を発生することもあった。

特開２００８−５２９２５２号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、電極軸に軸方向の複数の溝が形成された高圧放電ランプにおいて、電極軸と石英ガラスの熱膨張率の違いに起因する封止部の損傷、破損を防止するとともに、電極軸の振動による、振動音の発生、電極軸と金属箔との溶接剥離、電極軸の折れ曲がりや破損といった諸問題を解消する構造を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、この発明に係る高圧放電ランプは、電極の電極軸に軸方向に形成した複数の溝に不連続部を残して、軸方向で不連続な溝形状として、電極軸が熱膨張するときに該不連続部をガラス部に当接させてその軸方向への動きを規制し、溝内に侵入したガラスによる周方向の動きへの規制と相俟って、電極軸の振動を効果的に抑制するようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、電極軸に形成した複数の溝に不連続部を残して軸方向で不連続な形状としたことにより、点灯時に電極軸が熱膨張する際に、該不連続部がガラスに当接して電極軸の軸方向への動きが規制されるので、電極軸の振動が抑制され、信号音の発生や、気金属箔との接合剥離、電極軸の折れ曲りや破損といったことを防止できるという効果を奏する。 更には、溝が軸方向において不連続であるために放電空間内の高圧が溝を介して直接に金属箔部にまで及ぶということもない。

また、各溝の不連続部を金属箔に相当する領域に形成することにより、この不連続部を利用して金属箔との溶接接合を確実なものとすることができる。

更には、各溝の不連続部を軸方向において一致させず異なる位置としたことにより、電極軸に働く応力を同一箇所に集中させずに分散させることができ、電極軸の折れ曲がりや破損に対する耐力が損なわれることがない。

本発明に係る高圧放電ランプの断面図。 図１の直行方向の一部断面拡大図。 他の実施例。 溝の不連続部の拡大説明図。 従来の高圧放電ランプの断面図。

図１（Ａ）は、本発明の高圧放電ランプの部分断面図、（Ｂ）は、電極軸の断面図である。
図１（Ａ）には、一方の電極２や封止部３のみが図示されていて、他方は省略されている。図において、石英ガラスからなる発光部１０の中には放電空間Ｓが形成されており、該空間Ｓ内において電極２が対向配置されている。そして発光部１０の両端部には封止部３が形成され、この封止部３には、モリブデンよりなる導電用金属箔４が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設される。該金属箔４の一端には電極２の電極軸２１が溶接等の手段により接合されている。
そして、前記発光部１０の放電空間Ｓには適宜の放電ガスが充填されるが、例えばプロジェクター装置用の超高圧放電ランプでは、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、例えば０．０８〜０．２５ｍｇ／ｍｍ^３封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時８０気圧以上の高い蒸気圧となる。また、前記電極２は例えば、１〜２ｍｍの間隔で対向配置される。

図１（Ｂ）に示すように、電極２の電極軸２１にはその円周面に複数の溝６、６が形成されている。該溝６は、図１（Ａ）に示すように、電極軸２１の軸方向に延びて形成されているが、軸方向の適宜位置で溝６を形成しない不連続部７が残されていて、軸方向で不連続な溝形状とされている。

図２に示すように、各溝６の不連続部７が金属箔４に相当する領域に形成されている場合には、該不連続部７を利用すれば溶接等による金属箔４との確実な接合が得られて好適である。

また、図１、２の実施例では、各溝６、６の不連続部７、７が軸方向で同位置に形成されたものが示されているが、これに限られず、図３に示すように、軸方向で異なる位置に形成することもできる。
すなわち、各軸６の不連続部７は、軸方向で一致せず異なる位置に形成されている。

また、この実施例では、各溝６の不連続部７は全てが規則的にずれた位置に形成されたものを示したが、必ずしもそうである必要はなく、種々のパターンが可能である。例えば、１本置きか、何本か置きに同じ位置とすることもできる。
なお、これらの場合にも、いくつかの不連続部７を金属箔４に相当する個所に形成することによって、上記実施例の場合と同様に、金属箔との確実な接合が得られる。

この発明の作用について、図４を用いて説明する。
図４（Ａ）は、電極軸２１の溝６内に封止部３の石英ガラスの一部３ａが侵入した状態が示されている。
封止作業時の封止部３への加熱により石英ガラスは溝６内に侵入し、溝６を形成する山部に融着する。しかしながら、封止部３の石英ガラスと電極軸２１とは、溝６の存在によりその接触面積が小さいために、冷却されると石英ガラスは電極軸２１とは剥離して若干の間隙を形成するようになる。その状態でも封止部３の一部３ａは溝６内に収まる状態となっていて、図４（Ａ）はその状態を示している。
この状態では、電極軸２１は溝６内の石英ガラスによって周方向の動きが規制されている。

そして、図４（Ｂ）に示すように、ランプの点灯時には、熱膨張係数のより大きな電極軸２１が、矢印Ｘのように相対的に図の右方に延びて、不連続部７の肩部７ａが石英ガラス（封止部３）に当接する。
これによって、電極軸２１は軸方向や、軸方向に直交する平面内での上下左右方向への動きが規制されるようになる。

なお、上記溝６は、その軸方向の長さが短すぎる場合には、石英ガラスとの接触面積を減らすという効果が得られなくなる。そして、不連続部７の長さもあまり長いものとすると、石英ガラスとの接触面積が増大して好ましくはない。そのため、不連続部７の軸方向長さは、溝６が形成される領域全体の軸方向の長さの１０％以内であることが好ましい。
例えば、段落００１０で示した実施形態の具体例においては、不連続部７の軸方向の長さは０．０５〜２ｍｍである。

なお、溝６の形成はレーザー加工が最適である。具体的に例えば、出力３ｋＷで波長１．０６μｍのＹＡＧレーザーを、ビーム径２０〜３０μｍ程度に絞り、電極軸２１の表面に照射して走査することにより溝６を形成する。レーザーはパルスレーザーであり、パルス間隔、強度、走査速度等を調整することにより、溝の深さを調整することができる。
また、レーザー加工以外に、放電加工でも所望の溝形状を得ることができる。この場合、放電電極径を所望の寸法に設定して、軸方向に走査することで溝を形成することが出来る。

以上のように、本発明の高圧放電ランプでは、電極軸に形成した軸方向の複数の溝に不連続部を設けて、軸方向に不連続な溝形状としたことにより、点灯時に電極軸が熱膨張して該不連続部が石英ガラスに当接することにより、電極軸の振動を効果的に防止できるものである。
また、該不連続部により、放電空間と金属箔接合部とが連通状態になることがなく、金属箔部分に放電空間の高圧が直接に及ぶこともない。
更に、該不連続部を利用して電極軸と金属箔を溶接することにより、確実な接合構造が得られるものである。

１：高圧放電ランプ、 ２：電極、 ２１：電極軸、 ３：封止部、 ４：金属箔、 ６：溝、 ７：溝の不連続部、 ７ａ：溝の肩部、 １０：発光部、 Ｓ：放電空間

Claims (3)

1. 放電空間内に対向された一対の電極と、該電極の電極軸が封止部内において金属箔と接合されてなり、前記電極軸には封止部に対応する個所に軸方向の複数の溝が形成されてなる高圧放電ランプにおいて、 前記各溝は、軸方向において溝の形成されない不連続部が残されており、軸方向で不連続とされていることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記不連続部が金属箔に相当する領域に形成されており、前記電極軸は、該不連続部において金属箔と接合されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 前記溝の不連続部が軸方向で一致していない位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
   

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