JP3638719B2 - セラミックス放電ランプ,ランプ装置,点灯装置および液晶プロジェクター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は直流点灯式でショートアーク型等のメタルハライドランプ等のセラミックス放電ランプと、このランプを光源とするランプ装置,点灯装置および液晶プロジェクターに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の直流点灯式でショートアーク型メタルハライドランプでは、スカンジウム(Sc)やジスプロシウム(Dy)等の金属ハロゲン化物を封入する気密容器であるバルブを、石英ガラスにより構成する石英メタルハライドランプが知られている。
【0003】
そして、この石英バルブを、石英よりも耐熱性が高く、かつ封入物との反応も少ないセラミックスにより構成することにより、高効率と長寿命とを図ることが期待されている。
【0004】
そこで、高圧ナトリウムランプでは従来より石英バルブに代えてセラミックスバルブが採用されている。しかし、これではニオブ(Nb)金属やアルミナ・カルシアを主体としたフリットにより封止部を封着しているために、このフリットが封入薬品と直ちに反応し、Na消失等を発生させるという課題がある。このために、新規な端部封着構造が種々提案されている。
【0005】
その封着構造としては例えば特開昭61−245458号公報や特開平6−283141号公報等に記載された方法が提案されている。前者はNb金属に代えてアルミナ中に、タングステン(W)またはモリブデン(Mo)粉末を混合して焼結した円筒状導電性セラミックスを導電体として使用し、この導電体を封止端部に、希土類酸化物(Dy2O2等)や酸化けい素(SiO2)を主体としたフリットにより封着する方法である。
【0006】
後者は円筒状アルミナセラミックス製の基体の外表面に白金(Pt)等の貴金属ペーストを塗布して焼成したものを導電体として使用し、これを同様に希土類酸化物や酸化けい素を主体としたフリットで封着する方法である。
【0007】
また、特開平6−196131号公報には封止端部のフリットと封入薬品との反応を抑制するために、気密容器の放電空間部から外方へ突出する頸部を延長して遠くへ離し、ランプ動作中に高温に昇温する放電空間部から封止端部のフリットへ伝達される温度を低下させる方法が開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そして、直流点灯式の一重管石英メタルハライドランプでは電極の極性が一定であるために、石英製発光管の外部のセメント等や空気中のNa等の不純物が熱や紫外線等によりイオン化されると、このNaイオンが陰極(カソード)電位に吸引されて陰極側の石英ガラス自体の内部に浸透し、失透を発生させるという課題がある。
【0009】
また、失透により形成された結晶ガラスは石英ガラスの熱膨張係数と相違するので、ランプ点灯による高温昇温時には熱膨張差により封止耐圧の低下を招くという課題がある。
【0010】
そこで本発明の目的は、発光管材料として透光性セラミックスを使用することにより高効率と長寿命とを共に図ることができるうえに、封着端部の耐圧性を向上させることができるセラミックス放電ランプ,ランプ装置,点灯装置および液晶プロジェクターを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、放電空間およびこれに連通してその両側方へ延出する頸部とを透光性セラミックスにより一体に連成してなる気密容器と;この気密容器の放電空間内で対向配置されるカソードおよびアノードと;気密容器内に封入される放電媒体と;各頸部内に嵌入されて、カソードおよびアノードにそれぞれ接続された各電気導入体をそれぞれ支持すると共に、両頸部の端部で気密に封止する栓体と;カソード側頸部内にてカソード電極軸に外嵌されたコイルであって、余剰放電媒体を溜める間隙を形成する挿入体と;を具備していることを特徴とする。
【0012】
本請求項によれば、気密容器を、高耐熱性で封入薬品との反応性も低い透光性セラミックスにより構成しているので、高効率かつ長寿命を図ることができる。
【0013】
また、気密容器の放電空間の両側から外側方へ延出する頸部の端部で電気導入体を気密に封着し、その封着材を、点灯時に高温に昇温する放電空間から遠くへ離しているので、点灯時の高温による熱膨張により封止端部の気密性が低下するのを低減することができる。つまり、封止端部の気密性を高めて信頼性を向上させることができる。
【0014】
さらに、各頸部と挿入体との狭隘な間隙で余剰放電媒体を溜めるので、その溜量を減少させることができるうえに、放電空間内の放電媒体が頸部内に拡散して放電空間内に止まる放電媒体の封入量が減少するのを低減することができる。
【0015】
このために、発光効率を向上させることができるうえに、放電媒体の封入量を節約することができる。
【0016】
さらに、カソード側の頸部内に挿入体を挿入するので、このカソード側頸部と挿入体との狭隘な間隙で余剰放電媒体を溜めることができる。
【0017】
また、ランプ点灯時でもカソード側頸部の温度はアノード側頸部よりも昇温せず、低温であるので、カソード側頸部の封止部の耐圧性が低下するのを未然に防止することができる。
【0018】
そして、カソード側頸部と挿入体との狭隘な間隙を通して気密容器内を排気し、かつ放電媒体を容易に封入することができるうえに、その狭隘な間隙に封入薬品を溜めることができる。
【0019】
さらにまた、カソード側頸部内に単にモリブデン製コイルを挿入することにより、このコイル回りに、余剰放電媒体を溜める狭隘な間隙を相互に連通させた状態で容器に形成することができる。
【0020】
請求項2の発明は、請求項1記載のセラミックス放電ランプと;このセラミックス放電ランプのアノード側頸部に装着されてこのランプからの光を反射する反射鏡と;を具備していることを特徴とする。
【0021】
本請求項によれば、アノード側頸部は点灯時に高温に昇温するが、このアノード側頸部は反射鏡に装着されているので、このアノード側頸部の熱を反射鏡を通して外部に効率的に放熱することができる。
【0022】
したがって、このランプ装置を、熱に比較的弱い液晶パネルの光源として使用することができる。
【0023】
請求項3の発明は、請求項1記載のセラミックス放電ランプと;セラミックス放電ランプの一対の電極にランプ電力を給電して安定的に点灯させる点灯回路と;を具備することを特徴とする。
【0024】
請求項4の発明は、請求項3記載の点灯装置と;液晶駆動装置により駆動される液晶表示パネルと;点灯装置のセラミックス放電ランプからの光を制御して液晶表示パネルを通してスクリーンに投光する光学系と;点灯装置、液晶駆動装置,液晶表示パネルおよび光学系を収容すると共に、液晶表示パネルを透過した投光をスクリーンに投光させる開口を形成した筐体と;を具備していることを特徴とする。
【0025】
したがって、請求項3記載の点灯装置、請求項4記載の液晶プロジェクターは、請求項1記載のセラミックス放電ランプを具備しているので、これら請求項と同様の作用効果を奏することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1〜図4に基づいて説明する。なお、図1〜図4中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【0027】
図1は本発明の第1の実施形態に係るメタルハライドランプの縦断面図であり、この図において、直流点灯のショートアーク型メタルハライドランプ1は、透光性セラミックスにより楕円回転体状の本体部2aと、その長径方向両端に連通する直筒状の一対の頸部2b,2cとを一体に連成して気密容器であるバルブ2を形成している。バルブ2内には適量の水銀(Hg)、アルゴン(Ar)等の希ガス、臭化ディスプロシウム、沃化セシウム等の金属ハロゲン化物を適量封入している。
【0028】
バルブ本体部2aは、その内部に、図中左右一対のアノード3aとカソード3bとを所定の電極間距離、例えば1.5mm以下を置いて対向させて内蔵し、放電空間に形成されている。電極間距離は5mm以下ならよい。
【0029】
アノード3aは例えば直径1.8mmのタングステン(W)製であり、その電極軸4aはアルミナ等のセラミックス製柱状の長軸栓体5の貫通孔5a内に密に挿通されて水平方向外法へ若干突出し、この突出端部外面に導電性の電気端子6aを外嵌固着して電気的に接続している。
【0030】
長軸栓体5はアノード側頸部2cとほぼ同長、または若干短かく形成され、このアノード側頸部2c内に嵌入された状態でこの頸部2cと一体焼結されている。したがって長軸栓体5はアノード側頸部2cを高気密で封止している。
【0031】
一方、カソード3bは例えば直径0.6mmのトリタン製であり、例えば長軸のカソード電極軸4bに同軸状に一体に形成されている。カソード電極軸4bはカソード側頸部2b内を同心状に挿通してアルミナ等のセラミックス製柱状の短軸栓体7を軸方向に同心状かつ密に貫通して水平方向外方へ若干突出し、この突出端部外面に導電性の電気端子6bを外嵌固着して電気的に接続している。
【0032】
短軸栓体7を微少の遊びをもって嵌入させるカソード側頸部2bの嵌入孔8はその頸部2bの孔径よりも若干大径に形成され、これら両者の境界には段溝8aが形成され、この段溝8aが短軸栓体7を嵌入孔に嵌入させる際のストッパーとなっている。
【0033】
そして、カソード側頸部2b内には、カソード側電極軸4bの外面に若干の遊びをもって同心状に外嵌される、例えばモリブデン(Mo)製の挿入体であるコイル9が挿入されている。
【0034】
コイル9は所定のコイルピッチを有し、カソード側頸部2b内で余剰の発光部物を溜める微少間隙をコイル9回りに形成すると共に、軸方向に連通した毛細管路を形成している。
【0035】
したがって、このセラミックスメタルハライドランプ1を組み立てる場合は、まずアノード側頸部2c内に長軸栓体5を一体焼結し、この長軸栓体5に、アノード3aおよびその電極軸4aとアノード側の外部電気端子6aを装着する。
【0036】
この後、カソード側頸部2b内にカソード3bおよびその電気軸4bと、コイル9とを挿入し、短軸栓体7をカソード側頸部2bの嵌入孔内に嵌入し、カソード側の外部電気端子6bを装着する。
【0037】
次に、カソード側の短軸栓体7とその嵌入孔8との微少間隙の外端に図示しない排・給気装置のノズルを接続し、カソード側頸部2b内のコイル9の毛細管路を通してバルブ2内を所定圧で排気する。
【0038】
排気後は同じ排気経路を通して、今度は適量の放電媒体をバルブ2内に供給してから、例えば短軸栓体7の外周に外嵌したフリット10を加熱して、短軸栓体7を嵌入孔8内に気密に封着する。封着フリットとしては希土類酸化物、またはこれにSiO2を加えたものが望ましい。
【0039】
したがって、このセラミックスメタルハライドランプ1によれば、アノード側頸部2cに長軸栓体5を一体焼結するので、ランプ点灯時にアノード側頸部2cが高温に昇温しても、このアノード側頸部2cを高耐圧で封止することができる。その結果、高効率,長寿命を図ることができる。
【0040】
また、カソード側頸部2b内にコイル9を挿入して、その内部容積を減容させているので、このカソード側頸部2b内に溜められる放電媒体の封入量を減少させて節約することができると共に、放電空間であるバルブ本体2a内の放電媒体がカソード側頸部2b内に流入しようとするのをコイル9により邪魔して、バルブ本体2a内に止めておく量を増量させることができるので、発光効率を高めることができる。
【0041】
さらに、コイル9回りの毛細管路と、カソード側頸部2bの嵌入孔8と短軸栓体7との微少間隙と、を通してバルブ2内外を連通させているので、この連通路を通してバルブ2内の給排気を容易かつ確実に行なうことができると共に、カソード側頸部2b内に溜められている封入薬品を、コイル9回りの毛細管路を通してバルブ本体2a内の放電空間内へ補給することができる。
【0042】
また、カソード側頸部2bの長さが比較的長く、フリット10を、点灯時に高温に昇温する放電空間、つまりバルブ本体部2aから遠くに配置しているので、バルブ本体部2aからフリット10へ伝熱される温度を低下させることができる。このために、フリット10の封止部の耐圧性を高めて信頼性を向上させることができる。
【0043】
さらに、カソード側頸部2b内に溜められる放電媒体の溜量をコイル9により減少させているので、フリット10と封入薬品との反応を抑制することができる。
【0044】
そして、バルブ2がセラミックス製であるので、アノード3aとカソード3bの取付位置を予め削り出しによって位置合せを行なうことができるので、石英バルブのピンチに比して電極の位置決め精度を大きく向上させることができる。
【0045】
図2は本発明の第2の実施形態の縦断面図であり、このセラミックスメタルハライドランプ1Aは上記長軸栓体5の挿通孔5a内に連通されるアノード電極軸4aの連通部を導電路5bに置換すると共に、上記コイル9をセラミックス製柱状嵌合体7aに置換した点に特徴がある。
【0046】
導電路5bは短かいアノード電極軸4aの先端部を長軸栓体5の挿通孔5aの内端部内に密に嵌入させると共に、このアノード電極軸4aの先端部を挿入したさらなる先方の密に充填することにより構成されている。
【0047】
セラミックス製柱状嵌合体7aはカソード側頸部2b内に微少の遊びをもって挿入され、カソード3b側の短軸栓体7の内端面に、同心状かつ一体に連成されている。
【0048】
したがって、この短軸栓体7および柱状嵌合体7aの外周面とカソード側頸部2bの内周面との間には、微少で毛細管現象を生じさせる環状間隙gが形成され、バルブ本体部2a内を内外に連通させると共に、この環状間隙g内に放電媒体を溜めるようになっている。
【0049】
柱状嵌合体7aはその軸方向に貫通する挿通孔7bを軸心部に穿設しており、この挿通孔7b内に長いカソード電極軸4bを挿通させている。
【0050】
しかし、この挿通孔7b内を挿通する長いカソード電極軸4bの挿通部に代えて、上記導電路5bと同様に、白金等の導電体を充填した導電路7cに置換してもよい。
【0051】
この実施形態によっても、カソード側頸部2bの微少な環状間隙g内に余剰封入物を溜めることができ、上記第1の実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
【0052】
図3は本発明の第3の実施形態に係るランプ装置21であり、これは上記メタルハライドランプ1,1Aのうちの例えば1を椀状の反射鏡22の縮径内底部上に同心状に取り付けた、ランプ装置である。
【0053】
反射鏡22はガラスまたは金属により椀状に形成され、その焦点位置を有する回転曲面の内面に、多層干渉膜のダイクロイックミラー膜22aを形成し、赤外線を反射鏡22aの背面側へ透過させる一方、可視光を投光口22b側へ反射させるようになっている。
【0054】
反射鏡22は椀状底部のほぼ中心軸部に、取付孔22cを厚さ方向に貫通するように穿設している。この取付孔22cには上記メタルハライドランプ1のアノード側頸部2cに外嵌固着したキャップ23の縮径端部23aを嵌入させて固定している。
【0055】
キャップ23は熱伝導効率の良好な素材により筒状に形成され、メタルハライドランプ1のアノード側頸部2cの端部に外嵌され、アノード側外部電気端子6a回りの空間に充填した接着材24により固着されている。
【0056】
キャップ23の先端部は反射鏡22の取付孔23a内を挿通する直径に縮径23してから、さらに、その取付孔23aより外方へ突出する外端部にはねじ山を連設したねじ部23bを形成し、さらに先端には例えば球状の電気端子25を形成している。電気端子25はリード線26を介してアノード側外部電気端子6aに電気的に接続される。
【0057】
キャップ23のねじ部23bには反射鏡22の背面側で止めナット27を固く締め付けることによりメタルハライドランプ1を反射鏡22に強く固定している。これにより、ランプ1は、そのランプ軸を反射鏡22の光軸に一致させた状態で反射鏡22に固定される。
【0058】
そして、メタルハライドランプ1のカソード3b側の外部電気端子6bに電気的に接続された一方のアウターリード線28aは反射鏡22の導入孔29を貫通して背面側に導かれ、点灯回路30の一方の出力端に接続される。この点灯回路30の他方の出力端には他のアウターリード線28bを介してメタルハライドランプ1の電気端子25に接続される。これにより、点灯回路30から所要の直流電力が一対のアウターリード線28a,28bを介してアノード3aとカソード3bとに安定的に供給され、直流点灯させるようになっている。
【0059】
このように構成されたランプ装置21によれば、5000時間における光束維持率が初期の85%以上を示し、石英チューブの60%に比して大幅に改善されている。寿命中の破裂についても石英チューブの1/10以下に改善されている。
【0060】
図4は本発明の第4の実施形態に係る液晶プロジェクター41の一例を示しており、これは例えば図3で示すランプ装置21の投光前方に例えばカラー等の液晶表示パネル42と投光レンズ43を設置し、液晶表示パネル42に表示される影像をスクリーン44上に投光するものである。また、点灯回路30を含むランプ装置21,液晶表示パネル42,この液晶表示パネル42を駆動する液晶駆動装置45は筺体46内に収容される。
【0061】
したがって、この液晶プロジェクター41も上記メタルハライドランプ1を具備しているので、このランプ1と同様の作用効果を奏することができる。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように本願の請求項1記載の発明は、気密容器を、高耐熱性で封入薬品との反応性も低い透光性セラミックスにより構成しているので、高効率かつ長寿命を図ることができる。
【0063】
また、気密容器の放電空間の両側から外側方へ延出する頸部の端部で電気導入体を気密に封着し、その封着材を、点灯時に高温に昇温する放電空間から遠くへ離しているので、点灯時の高温による熱膨張により封止端部の気密性が低下するのを低減することができる。つまり、封止端部の気密性を高めて信頼性を向上させることができる。
【0064】
さらに、各頸部と挿入体との狭隘な間隙で余剰放電媒体を溜めるので、その溜量を減少させることができるうえに、放電空間内の放電媒体が頸部内に拡散して放電空間内に止まる放電媒体の封入量が減少するのを低減することができる。
【0065】
このために、発光効率を向上させることができるうえに、放電媒体の封入量を節約することができる。
【0066】
また、カソード側の頸部内に挿入体を挿入するので、このカソード側頸部と挿入体との狭隘な間隙で余剰放電媒体を溜めることができる。
【0067】
また、ランプ点灯時でもカソード側頸部の温度はアノード側頸部よりも昇温せず、低温であるので、カソード側頸部の封止部の耐圧性が低下するのを未然に防止することができる。
【0068】
そして、カソード側頸部と挿入体との狭隘な間隙を通して気密容器内を排気し、かつ放電媒体を容易に封入することができるうえに、その狭隘な間隙に封入薬品を溜めることができる。
【0069】
さらに、カソード側頸部内に単にモリブデン製コイルを挿入することにより、このコイル回りに、余剰放電媒体を溜める狭隘な間隙を相互に連通させた状態で容器に形成することができる。
【0070】
請求項2の発明は、アノード側頸部は点灯時に高温に昇温するが、このアノード側頸部は反射鏡に装着されているので、このアノード側頸部の熱を反射鏡を通して外部に効率的に放熱することができる。
【0071】
したがって、このランプ装置を、熱に比較的弱い液晶パネルの光源として使用することができる。
【0072】
請求項3記載の点灯装置、請求項4記載の液晶プロジェクターは、請求項1記載のセラミックス放電ランプを具備しているので、これら請求項と同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係るメタルハライドランプの縦断面図。
【図2】 本発明の第2の実施形態に係るルタルハライドランプの縦断面図。
【図3】 図1で示すメタルハライドランプを具備したランプ装置の一例の縦断面図。
【図4】 図3で示すランプ装置を具備した液晶プロジェクターの構成図。
【符号の説明】
1,1A 直流点灯式のショートアーク型メタルハライドランプ
2 バルブ
2a 楕円球状のバルブ本体部
2b カソード側頸部
2c アノード側頸部
3a アノード
3b カソード
4a,4b 電極軸
5 長軸栓体
6a,6b 一対の外部電極
7 短軸栓体
7a 柱状嵌合体
8 嵌合孔
9 モリブデン製コイル(挿入体)
21 ランプ装置
22 反射鏡
23 キャップ
23a キャップの縮径部
27 止めナット
28a,28b 一対のアウターリード線
41 液晶プロジェクター
42 液晶表示パネル
45 液晶駆動装置
Claims (4)
- 放電空間およびこれに連通してその両側方へ延出する頸部とを透光性セラミックスにより一体に連成してなる気密容器と;
この気密容器の放電空間内で対向配置されるカソードおよびアノードと;気密容器内に封入される放電媒体と;
各頸部内に嵌入されて、カソードおよびアノードにそれぞれ接続された各電気導入体をそれぞれ支持すると共に、両頸部の端部で気密に封止する栓体と;
カソード側頸部内にてカソード電極軸に外嵌されたコイルであって、余剰放電媒体を溜める間隙を形成する挿入体と;
を具備していることを特徴とするセラミックス放電ランプ。 - 請求項1記載のセラミックス放電ランプと;このセラミックス放電ランプのアノード側頸部に装着されてこのランプからの光を反射する反射鏡と;を具備していることを特徴とするランプ装置。
- 請求項1記載のセラミックス放電ランプと;セラミックス放電ランプの一対の電極にランプ電力を給電して安定的に点灯させる点灯回路と;を具備することを特徴とする点灯装置。
- 請求項3記載の点灯装置と;液晶駆動装置により駆動される液晶表示パネルと;点灯装置のセラミックス放電ランプからの光を制御して液晶表示パネルを通してスクリーンに投光する光学系と;点灯装置、液晶駆動装置,液晶表示パネルおよび光学系を収容すると共に、液晶表示パネルを透過した投光をスクリーンに投光させる開口を形成した筐体と;を具備していることを特徴とする液晶プロジェクター。
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