JP3578080B2

JP3578080B2 - 放電ランプ装置

Info

Publication number: JP3578080B2
Application number: JP2000342853A
Authority: JP
Inventors: 清幸蕪木
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002150999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ装置やファイバー照明機器などに使用される放電ランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ装置などの光源装置として、放電ランプと凹面反射鏡を組み合わせた放電ランプ装置が使用されるが、高画質な画像を得るために、放電ランプは、高輝度で演色性に優れるショートアーク型の超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどが使用される。
【０００３】
超高圧水銀ランプとメタルハライドランプは、良好な演色性を得るためには水銀やメタルの蒸気圧を制御する必要があるので、保温膜を使用したり発光管の形状を工夫して発光管内の最冷部温度を一定温度以上に保持しているが、最近では、より高輝度で演色性に優れた光を得るために、発光管をより高い温度に保持する傾向にある。
一方、キセノンランプは、発光管内の温度差が大きくなると対流によるアークの揺らぎによりフリッカーが問題となることがあるので、発光管温度はできるだけ均一化する必要がある。このため、特開平５−２８３０５１号公報や特開平６−２５２８３６号公報などに示されるように、温度上昇の著しい発光管の上部に送風パイプから冷却風を送風して冷却する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プロジェクタ装置などは小型・軽量化の要請が非常に大きく、従って、凹面反射鏡は口径が小さくても受光角度が大きくできる短い焦点を持ち、ランプ挿入穴も小さいものが使用される。このため、かかる凹面反射鏡と組み合わされる放電ランプも小型であることが必要となり、従って、発光管の管壁負荷が大きくなり、例えば超高圧水銀ランプでは５０Ｗ／ｃｃ以上の管壁負荷で点灯されるので、発光管の温度は極めて高くなる。
【０００５】
放電ランプの発光管を大きくすると管壁負荷が小さくなって発光管の温度上昇を抑制できる。しかし、発光管が大きいと、凹面反射鏡のランプ挿入穴が小さいので、ランプ挿入穴近傍の有効反射面で反射した光は再び発光管に当って一部が反射し、所定以外の方向に照射される光の「ケラレ」現象が生じる。また、発光管が大きいと、発光管の最冷部の温度確保が困難になり、輝度や演色性が損なわれる。
【０００６】
前述のとおり、液晶プロジェクタ装置などにおいては、冷却風を凹面反射鏡内に送風パイプによって送風して発光管を冷却することが行われるが、冷却風の騒音を小さくするために緩やかな送風が望まれている。また、装置の小型化のために、送風は凹面反射鏡の側面から行われることが多く、十分な冷却効果を得るのが困難になっている。
【０００７】
光源ランプとして使用される超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプは、点灯時には発光管の内圧が４ＭＰａを超す高圧動作になるので、発光管が破壊する恐れがある。このため、凹面反射鏡の開口部近傍に透明な前面ガラスを配置して略密閉構造とし、防爆・防音構造が取られることが多いが、かかる構造の場合は、送風パイプから送風された冷却風の圧力損失が大きく、良好な冷却効果は期待できない。
【０００８】
このように、液晶プロジェクタ装置の光源ランプとして使用される放電ランプは、高輝度で演色性に優れ、かつ小型化が要求されるので、その発光管は温度が極めて高くなる傾向にある。しかし、一般に石英ガラス製の発光管は、その外面が１１００℃以上になると内面が失透し、また発光管の膨れにより光量減衰が大きくなり、ランプ寿命が著しく短くなる。
【０００９】
そこで本発明は、発光管のサイズを大きくすることなく、その温度を低下させることが可能であり、発光管を構成する石英ガラスの失透を防止できてランプ寿命が長く、高輝度で演色性に優れた放電ランプ装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１の発明は、石英ガラス製の発光管とこの発光管の両側に連設された封止管部を有し、封止管部に保持された一対の電極が発光管内で対向配置された放電ランプと、放電ランプの一方の封止管部側で固定され、他方の封止管部側で開口する凹面反射鏡とからなる放電ランプ装置において、凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度外の発光管の外面に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成する。
【００１１】
ここで、石英ガラスの平均放射率をε、石英ガラスより赤外放射率の高い膜の平均放射率をε′（ε′＞ε）とするとき、輻射による冷却能力をε′／ε倍に改善できるので、発光管の表面にε′の大きな石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成することにより、小さな発光管であっても発光管の温度上昇を抑制することができてランプ寿命を長くすることができる。また、石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成する範囲は、凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度外であるので、有効に利用できる可視光が石英ガラスより赤外放射率の高い膜によって遮られることがなく、光の利用効率が低下することがない。
【００１２】
放電ランプを水平姿勢で点灯するとき、発光管の上半球がより高温になるので、請求項２の発明のように、発光管の上半球の外面であって、凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度外の発光管の外面に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成すると、少ない石英ガラスより赤外放射率の高い膜の形成面積で、効率良く発光管の温度制御を行うことができる。
【００１３】
請求項３の発明のように、凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度外の発光管の外面に可視・赤外反射膜を形成し、この可視・赤外反射膜の上に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成すると、アークや電極からの放射を受けても、発光管の熱吸収量が少なく、かつ熱放射量を大きくできる。
【００１４】
次に、放電ランプを水平姿勢で点灯するとき、請求項４の発明のように、発光管の上半球の外面であって、凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度内の発光管の外面に可視・赤外反射膜を形成し、この可視・赤外反射膜の上に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成すると、石英ガラスより赤外放射率の高い膜の形成面積が拡大されて発光管の降温させたい部分の温度を効率よく抑制することかできる。なお、光利用有効角度内の可視・赤外反射膜で反射した可視光は、下半球の発光管を透過し、凹面反射鏡の有効反射面で反射するので、光の利用効率がほとんど低下することがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を具体的に説明する。図１は請求項１の発明の実施の形態を示す。図１において、放電ランプ１０はランプ入力がＡＣ１５０Ｗの超高圧放電ランプである。石英ガラスからなる発光管１１の両端には封止管部１２が一体に連設されている。発光管１１内には一対の電極１３、１３が所定間隔で対向配置され、また、所定量の水銀が封入されている。封止管部１２内にはモリブデン箔１４が埋設されており、電極１３、１３の端部がモリブデン箔１４に溶接されている。外部リード棒１５の端部もモリブデン箔１４に溶接されて封止管部１２の端部から伸び出している。また、一方の封止管部１２には口金１６が取り付けられている。
【００１６】
この放電ランプ１０の具体的数値例を挙げると、発光管１１の外径Ｄがφ１０ｍｍ、肉厚が２．５ｍｍ、封止管部１２の外径ｄがφ６ｍｍ、長さＳＬが２５ｍｍ、水銀の封入量が０．１５ｍｇ／ｍｍ^２である。
【００１７】
凹面反射鏡２０は、結晶化ガラスで成形されたＦ６放物面鏡である。凹面反射鏡２０の背面の頂部にはランプ挿入筒部２１が形成されており、放電ランプ１０の一方の封止管部１２がランプ挿入筒部２１に挿入され、所定の位置関係で保持されている。凹面反射鏡２０の内面の放物面をなして反射光を凹面反射鏡２０の開口側に照射する面が有効反射面２２であり、その表面に可視光反射膜が形成されている。有効反射面２２前方には２個の冷却風通過孔２３が対向して設けられている。また、凹面反射鏡２０の前面開口には、防爆・防音用の前面ガラス２４が取り付けられている。
【００１８】
この凹面反射鏡２０の具体例を挙げると、肉厚が２．５ｍｍ、口径がφ４５ｍｍ、ランプ挿入筒部２１の内径がφ１１ｍｍ、冷却風通過孔２３の面積が約２００ｍｍ^２である。そして、可視光反射膜は、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の薄膜を交互に３７層積層したものでる。
【００１９】
放電ランプ１３の電極１３、１３間のアーク輝点から放射する光が凹面反射鏡２０の有効反射面２２で反射する角度、つまり、図１に示すように、有効反射面２２の開口側およびランプ挿入筒部側の端部を電極１３、１３間の中心とそれぞれ結んだ線間のなす角度が光利用有効角度であり、この例では４８〜１２９°の領域である。そして、発光管１１の光利用有効角度の外領域表面に石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０が円環状に形成されている。
石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０は、例えばＳｉＺｒＯ_４・Ｍｎ_２Ｏ_３とＦｅ_２Ｏ_３・ＣｏＯの混合微粉末を５〜２０μｍの厚さに塗布して焼き付けたものである。
【００２０】
しかして放電ランプ１０を点灯し、冷却風を凹面反射鏡２０の側面に形成された一方の冷却風通過孔２３から風速が約数ｍ／ｓで送風し、放電ランプ１０を冷却した後、他方の冷却風通過孔２３から流出させた。そして、発光管１１上部外面の温度を測定したところ１０７０℃であった。石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０を形成しない従来例においては、この温度は１１００℃あり、３０℃低下した。
その結果、点灯時間に対する発光管１１の失透速度が遅くなり、良好な光束維持率が実現できるようになった。しかし、発光管１１下部外面の温度も、従来例の８７０℃から３０℃程度低下した。つまり、発光管１１上下の温度差の割合が大きくなり、発光管１１の下部に白い「くもり」が認められた。そして、光出力は約５％低下した。
【００２１】
図２は、請求項２の発明の実施の形態を示す。放電ランプ１０および凹面反射鏡２０は図１に示したものと同一であり、放電ランプ１０は水平姿勢で点灯される。そして、図１に示したものと同一の石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０が、発光管１１の光利用有効角度の外領域の上表面にのみ形成されている。
【００２２】
放電ランプ１０を点灯し、前記と同じ冷却条件で放電ランプ１０を冷却して、発光管１１上部外面の温度を測定したところ、この例においても従来例の１０７０℃から３０℃低下した。その結果、図１の場合と同様に、点灯時間に対する発光管１１の失透速度が遅くなり、良好な光束維持率が実現できるようになった。一方、発光管１１下部外面の温度は従来例と同じく８７０℃であり、低下しなかった。つまり、発光管１１上下の温度差が小さくなり、発光管１１の下部に白い「くもり」が認められず、光出力もほとんど低下しなかった。
【００２３】
図３は、請求項３の発明の実施の形態の要部を示す。放電ランプ１０は、ランプ入力がＤＣ１５０Ｗの超高圧放電ランプであり、発光管１１内に陰極１３Ａと陽極１３Ｂが対向配置されているが、その他の仕様は図１に示した放電ランプ１０と同じである。また、図示しない凹面反射鏡も図１に示したものと同じであり、放電ランプ１０は水平姿勢で点灯される。そして、発光管１１の光利用有効角度の外領域の上表面にのみ、先ず、可視・赤外反射膜３１が形成され、この可視・赤外反射膜３１の上に、図２に示すものと同じ石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０が形成されている。
可視・赤外反射膜３１としては、「水白金」（大研化学工業株式会社製、製品名：５６１１Ｖなど）や誘電体多層膜などを使用することができる。水白金はバルサム白金やバルサム金を主成分とする液状体であり、これらを１０μｍ程度の厚さで塗布して焼き付けるが、これらの薄膜は可視・赤外光をよく反射し、かつ耐熱性が高い特性を有する。
なお、図３において、理解しやすいように可視・赤外反射膜３１が一部露出しているように図示したが、実際には可視・赤外反射膜３１は石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０で完全に覆われている。
【００２４】
前記と同じ冷却条件で冷却し、発光管１１上部外面の温度を測定したところ、前記の石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０のみを形成した場合よりも更に５℃以上低下させることができた。従って、前記の例よりも、より大きな効果を得ることができる。これは、可視・赤外反射膜３１によって、主として陽極１３Ｂから放射される波長４μｍ以下の可視・赤外光の発光管１１への入熱を減少できるためである。
【００２５】
図４は、請求項４の発明の実施の態様の要部を示す。放電ランプ１０はランプ入力がＤＣ１ｋＷのショートアーク型キセノンランプである。石英ガラスからなる発光管１１は、外径がφ３２ｍｍ、肉厚が２ｍｍの略球状体であり、発光管１１の両端に封止管部１２が一体に連設されている。発光管１１内にはキセノンガスが封入されいる。また、発光管１１内には、封止管部１２に埋設されたモリブデン箔１４に端部が溶接された陰極１３Ａと陽極１３Ｂが３ｍｍ間隔で対向配置されている。
【００２６】
この放電ランプ１０を水平姿勢で点灯したときに上面となる発光管１１の光利用有効角度内領域の表面に可視反射膜３２、可視・赤外反射膜３１、石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０をこの順序で形成した。これらを形成した部位は、陽極１３Ｂの先端上部を中心Ｃとした約φ７ｍｍ領域である。
可視反射膜３２は必ずしも必要でないが、可視・赤外反射膜３１の下に可視反射膜３２を形成することにより、可視光をより確実に反射することができて好ましい。また、図１〜図３の場合と同様に、発光管１１の光利用有効角度の外領域表面にも石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０などを形成してもよい。
【００２７】
可視反射膜３２は、例えば（ＳｉＯ_２＋Ｔａ_２Ｏ_５）の誘電体多層膜であり、可視・赤外反射膜３１は、（ＳｉＯ_２＋Ｔａ_２Ｏ_５）の誘電体多層膜＋「水白金」であり、これらを数十μｍの厚さに塗布して焼き付けたものである。石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０は、前記と同じく、ＳｉＺｒＯ_４・Ｍｎ_２Ｏ_３とＦｅ_２Ｏ_３・ＣｏＯの混合微粉末を数十μｍの厚さに塗布して焼き付けたものである。
【００２８】
この放電ランプ１０を凹面反射鏡と組み合わせることなく、開放自然空冷の状態でランプ単体で点灯し、発光管１１の上部外面の温度を測定したところ、石英ガラスより赤外放射率の高い膜３０などを形成しない従来例に比べて、約８０℃も下げることができた。従って、凹面反射鏡と組み合わせて放電ランプ装置としたときも、発光管１１の上部外面の温度を大きく低下することができる。そして、可視反射膜３２や可視・赤外反射膜３１で反射した光は、発光管１１の下部を透過して凹面反射鏡の有効反射面で反射されるので、光出力はほとんど低下することがない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３の発明は、放電ランプと凹面反射鏡とからなる放電ランプ装置において、凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度外の発光管の外面、ことに外面の上半分に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成し、更には、可視・赤外反射膜の上に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成するので、発光管を小さくすることなく、発光管の温度を低下させることが可能であり、発光管の失透を防止できてランプ寿命が長く、高輝度で演色性に優れた放電ランプ装置とすることができる。
また、請求項４の発明のように、発光管の上半球の外面であって、凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度内の発光管の外面に可視反射膜や可視・赤外反射膜を形成し、この可視・赤外反射膜の上に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成すると、更に良好な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の実施の態様の説明図である。
【図２】請求項２の実施の態様の説明図である。
【図３】請求項３の実施の態様の要部の説明図である。
【図４】請求項４の実施の態様の要部の説明図である。
【符号の説明】
１０放電ランプ
１１発光管
１２封止管部
１３電極
１３Ａ陰極
１３Ｂ陽極
１４モリブデン箔
１５外部リード棒
１６口金
２０凹面反射鏡
２１ランプ挿入筒部
２２有効反射面
２３冷却風通過孔
２４前面ガラス
３０石英ガラスより赤外放射率の高い膜
３１可視・赤外反射膜
３２可視反射膜

Claims

石英ガラス製の発光管と該発光管の両側に連設された封止管部を有し、該封止管部に保持された一対の電極が該発光管内で対向配置された放電ランプと、該放電ランプの一方の封止管部側で固定され、他方の封止管部側で開口する凹面反射鏡とからなる放電ランプ装置において、
前記凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度外の発光管の外面に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成したことを特徴とする放電ランプ装置。
前記放電ランプが水平姿勢で点灯され、該発光管の上半球の外面であって、該凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度外の発光管の外面に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ装置。
前記凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度外の発光管の外面に可視・赤外反射膜を形成し、該可視・赤外反射膜の上に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の放電ランプ装置。
石英ガラス製の発光管と該発光管の両側に連設された封止管部を有し、該封止管部に保持された一対の電極が該発光管内で対向配置された放電ランプと、該放電ランプの一方の封止管部側で固定され、他方の封止管部側で開口する凹面反射鏡とからなる放電ランプ装置において、
前記放電ランプが水平姿勢で点灯され、該発光管の上半球の外面であって、該凹面反射鏡の有効反射面へ照射する光利用有効角度内の発光管の外面に可視・赤外反射膜を形成し、該可視・赤外反射膜の上に石英ガラスより赤外放射率の高い膜を形成したことを特徴とする放電ランプ装置。