JP2011034759A

JP2011034759A - 高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP2011034759A
Application number: JP2009178935A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Sugihara; 伸彦杉原; Takuya Tsukamoto; 卓也塚本; Hirohisa Iwabayashi; 弘久岩林
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17

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のうち、一部の溝は、他の溝と比較して、山部からの同一深さでの幅が広く形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

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、特表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６（Ａ）は上記従来例にかかるランプの概略構成図であり、図６（Ｂ）は、電極の拡大図である。
図６（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たものである。こうすることにより、ガラスと電極軸の接触面積を減らし、封止作業時に加熱されて電極軸に溶着されたガラスが冷却時には剥離するものであって、これにより、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。

ところで、上記の高圧放電ランプを交流点灯させると、電極軸２１が点灯周波数に共鳴して振動することがある。この振動現象の要因は以下のように考えられている。つまり、交流点灯により、対向する一対の電極は、陽極動作と陰極動作を繰り返すので、その間に加熱と冷却が繰り返される。それに伴って電極は膨張と収縮が繰り返され、その結果、振動を起こすものである。

その点灯中の振動音は、特に、プロジェクター装置の光源に使用される高圧放電ランプおいては、使用者に違和感や不快感を与えて耳障りとなる。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り、更には、電極軸が金属箔側の端部を基点にして折れ曲り、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用の高圧放電ランプにおいては、電極軸の直径が数ミリ以下となることために、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。

特表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のうちの一部の溝が、溝頂部からの同一距離での溝幅が他の溝の溝幅より広く形成されていることを特徴とするものである。

また、前記幅の広い溝が、電極軸の横断面において金属箔の平坦面が延びる方向の位置に形成されている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のうちの一部の溝の溝幅を他の溝よりも広く形成したことにより、封止作業時に封止部を加熱した際に、該溝幅の広い溝にはより深い位置まで封止部を形成する石英ガラスが侵入するので、冷却されて両者間に間隙が形成された後も、電極軸の円周方向への動きが該溝部分で的確に規制されるため、電極軸の振動を抑制することができるという効果を奏するものである。更には、幅広の溝を、電極軸の金属箔が延びる方向の位置に形成することにより、電極軸の、金属箔と直交方向への振動を効果的に抑制できる。

本発明に係る高圧放電ランプの部分斜視図。図１のＡ１−Ａ１断面図。図２のＢ部の電極軸のみを示す拡大断面図。図２のＢ部の電極軸と封止部（ガラス）を示す拡大説明図。図１のＡ２−Ａ２断面図。従来の高圧放電ランプの断面図。

図１は、本発明の高圧放電ランプの電極と金属箔を示す部分斜視図であり、図において、電極２の電極軸２１には軸方向の複数の溝５が形成されている。該溝５が形成された電極軸２１は、図２に示すように、石英ガラスからなる封止部３で封止される。
図３は、図２のＢ部における電極軸２１のみを示す断面図で、同図に示すように、上記溝５は適宜のピッチＰ１で電極軸２１の外周面に形成されているが、そのうちの一部の溝５２は、他の溝５１と比較して幅広に形成されている。すなわち、溝５、５を形成する山部６、６の頂部から等しい距離Ｄの位置で、一部の溝５２の幅Ｗ２が一方の溝５１の幅Ｗ１よりも広く形成されている。

上記のように、山部６の頂部から同一距離Ｄの位置での幅５１、５２を変えるためには、各溝５１、５２のピッチ、すなわち各山６、６のピッチＰ１、Ｐ２が等しい場合には、溝の深さを変えればよい。つまり、溝５２の幅Ｗ２を他の溝５１の幅Ｗ１より広くするためには、溝５１の深さを深くすればよい。図３はこの例を示している。
一方、図示しないが、溝の深さを同一にするときは、ピッチＰ１、Ｐ２を変えることによって溝幅Ｗ１、Ｗ２を変えることができることは容易に推考できる。

しかしながら、上述したように、電極軸２１に溝５を形成する目的が、電極軸２１と封止部３のガラスとの接触面積を減らすことであってみれば、上記の二通りの方法のうち、前者、即ち図３に示すような、溝５１、５２のピッチＰ１、Ｐ２を等しくして、深さを深くすることによって溝５２の幅Ｗ２を広くするほうがより好ましい。

このような溝５が形成された電極軸２１に封止部３を封止するために封止部３を加熱すると、溶融したガラスは各溝５の同じ幅領域まで侵入するので、溝５２に侵入するガラスは、溝５１に侵入するガラスよりの深くまで侵入することになる。
図４は、封止作業後に冷却した状態を示し、封止部（ガラス）３は電極軸２１から剥離し、僅かな隙間Ｓを形成する。
この状態で、溝５２での山部６の頂部からのガラスの侵入距離Ｄ２は、溝５１での侵入距離Ｄ１よりも大きく、溝内の深くまで侵入している。

その結果、溝５２の部分では、深く侵入したガラスにより、電極軸２１の円周方向および左右方向での動きがより確実に規制されることになり、電極軸２１の振動を確実に防止できる。

また、図１のＡ２−Ａ２断面図である図５の例では、幅広の溝５２は、電極軸２１の断面における金属箔４が延びる方向の位置Ｃ、Ｃに形成されている。
電極軸２１の振動は、金属箔４の平坦面４ａが延在する面内では該金属箔４により抑止されるが、その直交方向には抑制力が働かない。このためには、位置Ｃ、Ｃに幅広溝５２を形成すれば、この方向への振動を抑制できるものである。

上記のように、本発明では、幅の狭い溝５１に幅の広い溝５２を一部だけ混ぜ合わせるものであるが、振動抑止効果のみを目的とすれば、すべての溝５を幅広に形成すればよいが、こうすると、封止時に封止部（石英ガラス）３と電極軸２１との溶着面積が大きくなってしまい、冷却時に両者の剥離が達成できなくなってしまうので好ましくない。
幅狭の溝５１で電極軸２１とガラス３との全体としての剥離を確実なものとし、かつ、一部の幅広の溝５２で電極軸２１の振動抑制効果を達成できるものである。

なお、溝５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１．８５ｋＷ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、送り速度１００ｍｍ／Ｓで走査することにより溝５を形成する。隣接する溝を形成する際のビームの中心軸距離は２５μｍである。
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。
なお、溝の幅を広くするためには、出力を大きくすることで達成されるが、同一出力であっても走査の送り速度を遅くすることでも達成できる。
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のうち、一部の溝の幅を他の溝より大きく形成することによって、封止作業後の冷却時の電極軸と封止部ガラスとの剥離を十分に担保しつつ、電極軸の振動を抑制することができるものである。

１：高圧放電ランプ２：電極２１：電極軸３：封止部４：金属箔５：溝５１：幅狭の溝５２：溝広の溝６：山部Ｓ：隙間

Claims

放電空間内に対向配置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、前記複数の溝のうちの一部の溝は、溝頂部からの同一距離での溝幅が他の溝の溝幅より広く形成されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
前記幅の広い溝が、電極軸の横断面において金属箔の平坦面が延びる方向の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。