JP4013135B2 - 放電灯 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にプロジェクタ装置のバックライトとして用いられる放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、反射鏡と組み合わされるショートアーク放電ランプからなる光源装置は、プロジェクタ装置や映写機等の光源として多く用いられている。
一般にプロジェクタ装置は、スクリーン上で十分な明るさを要求され、そのため点光源に近い光源が必要であり、ランプはメタルハライドランプや水銀灯が使用され、更なる短アークのものが望まれる。しかしながら、ランプは、短アークにすることにより、ランプ電圧の低下、ランプ電流の増大を招く事等により電極の消耗が著しくなる。
【０００３】
従来の電極例を図３に示す。同図に示す電極は通常、タングステンからなる電極芯棒１７とタングステンからなるコイル１８で構成されており、コイルを電極芯棒に巻き付ける関係上、電極芯棒とコイルの太さの関係はある範囲で制限されてしまい、電極芯棒に対して極端に太いコイルは巻けない。したがって、電極芯棒１７の先端側にコイル１８を１重巻きした図３のような電極では、ランプ点灯中に電極先端が過度に加熱することにより、早期に溶融してしまい、明るさの低下を招いてしまう。
【０００４】
また、電極先端の過熱による溶融を防止するために電極全体を大きくする等の対策が考えられるが、電極が大きければ大きいほど、点灯中、電極材質であるタングステンと放電容器材質である石英等との熱膨張率の差により、放電容器にクラックが発生しやすく、また、該放電容器内の点灯中の圧力が高いため破裂に到る。そのため、図４に示すように電極の先端１９を溶融し、先端の熱容量を大きくすることにより消耗を遅くする等の改良が考えられるが（例えば、特許文献１、２および３参照。）、この方法により電極の消耗を遅くすることは可能であるが、１重巻きコイルの放熱効果が小さいため、電極を大きくする必要があり、前述の問題が発生してしまう。
【０００５】
そこで図５に示すようにコイル２０を２重巻きにし、電極芯棒２１を細く、電極コイル部を大きくして放熱効果を高めると共に、大きくした電極コイル部の先端側と電極芯棒２１の先端とを溶融させて、電極先端の溶融部を大きくする手段も考えられるが、その溶融部が大きすぎると寿命中のアークの移動量が大きくなりすぎて、スクリーン上に色ムラ等の不具合が発生し、小さ過ぎると前述の問題が発生する。また、電極芯棒に巻かれたコイルは、その端部からアーク放電が発生しやすいため（例えば、特許文献５参照）、コイル２０の端部が電極コイル部の後端側に位置していると（特許文献４の図１（ｄ）参照）、その端部から生ずるアーク放電により電極コイル部の後端側が過熱されて該コイル部の放熱効果が損なわれるおそれがある。
【０００６】
そこで図６のようにタングステンの棒より、機械的な切削加工等により、擬似的な電極コイル部２２を作製し（例えば、特許文献４参照）、電極先端部２３を細く、点灯中に温度が低い電極コイル部２２を後端部に向かって太くすることにより十分な冷却効果が得られるため点灯中の消耗は少なく、また、電極芯棒の部分を細くすることにより、点灯中、電極材質であるタングステンと放電容器材質である石英等との熱膨張率の差により放電容器にクラックが発生して点灯中の圧力が高いため破裂に至る確率も低い、問題のない電極を作製することは可能ではあるが、価格が高く、また、太いタングステンから切り出すため、タングステンの性質上、機械的に脆く、取り扱いにくい電極となってしまう。
【０００７】
【特許文献１】
特許３３２７８９５号公報（請求項１、及び第１３頁の第図４）
【特許文献２】
特許３３２７８９６号公報（第８頁の第図３）
【特許文献３】
特開平１０−９２３７７号公報（第６頁の第図１）
【特許文献４】
特開平１０−９２３７７号公報（第６頁の第図４）
【特許文献５】
特開平１１−２０４０８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ランプ点灯早期の電極消耗による照度低下、点灯中の破裂、寿命中の大きなアーク移動による色ムラ等を抑え、機械的強度が強くて取り扱いやすい安価な電極を用いることにより、高品質なランプを安価に提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、放電容器内に一対の電極を備えた放電灯において、前記放電容器内に、０．１〜０．３ｍｇ／ｍｍ３の水銀とハロゲン及び希ガスが封入され、前記一対の電極は、その電極間距離が２．０ｍｍ以下に選定され、前記電極の電極芯棒に、１本のタングステン線で成るコイルをその巻き始めと巻き終わりが主たるアーク放電が起きる側に位置し、且つその巻き始めが巻き終わりよりも前記電極芯棒の先端寄りに位置するように２重巻きして成る電極コイル部が設けられると共に、前記コイルの巻き始め部分と前記電極芯棒の先端部とを溶融して前記電極コイル部の最大径より小径の溶融部が形成されていることを特徴とする放電灯とした。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、電極芯棒に、１本のタングステン線で成るコイルをその巻き始めと巻き終わりが主たるアーク放電が起きる側に位置し、且つその巻き始めが巻き終わりよりも前記電極芯棒の先端寄りに位置するように２重巻きして成る電極コイル部が設けられると共に、前記コイルの巻き始め部分と前記電極芯棒の先端部とを溶融して前記電極コイル部の最大径より小径の溶融部が形成されていることを特徴とする放電灯用電極とした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１および図２は、夫々本発明に係る放電灯に用いる電極の一例を示す図、図７は本発明に係る放電灯の一例を示す図である。
【００１７】
図２の電極は、電極芯棒１５に、１本のタングステン線で成るコイル１６をその巻き始め１６ａと巻き終わり１６ｂが主たるアーク放電が起きる側に位置するように２重巻きして成る電極コイル部１３が設けられている。一方、図１の電極は、図２の電極に加工を施したもので、図２に示す電極の電極芯棒１５の先端部１５ａとコイル１６ａの一部（内側の巻き始め１６ａの部分）とをアーク放電法あるいはレーザー照射法により溶融させて、電極コイル部１３の最大径Ｂより小径の溶融部１４が形成されている。
【００１８】
そして、本発明の放電灯は、放電容器内に、図１もしくは図２に示す電極を一対備えると共に、その放電容器内に、例えば０．１〜０．３ｍｇ／ｍｍ^３の水銀とハロゲン及び希ガスが封入され、一対の電極は、その電極間距離が２．０ｍｍ以下に選定されている。
【００１９】
本発明に係る図２の電極は、図示のとおり、コイル１６が、その巻き始め１６ａが巻き終わり１６ｂよりも電極芯棒１５の先端部１５ａ寄りに位置するように２重巻きされることによって、図６の如く機械的な切削加工により電極先端部２３を細くし、擬似的な電極コイル部２２を後端部に向かって太くした電極と同じように、電極先端部が細く、電極コイル部１３が電極先端部側から動作温度の低い電極芯棒１５の後端部１５ｂ側に向かって太くなっている。また、電極芯棒１５の先端部１５ａとその先端寄りに位置するコイル１６の巻き始め１６ａとを溶融させることにより、溶融部１４の最大径Ａを電極コイル部１３の最大径Ｂより小さくした図１の電極も、電極先端部が細く、電極コイル部１３が太くなっている。したがって、溶融部１４の早期消耗によるランプとしての早期照度低下が抑えられ、また、溶融部１４の最大径Ａを電極コイル部１３の最大径Ｂより小さくすることで従来の形状図５に比べ、寿命中のアーク移動量による色ムラは抑えられ、芯棒を細く抑えられることにより、ランプ破裂の可能性は低く、更に、図６の電極に比べ、機械的強度は強く扱いやすく、かつ機械的な加工等を行っていないため安価な電極である。この電極を用いることにより、高品質なランプを安価に提供することが出来た。また、図１及び図２の電極は、電極コイル部１３を形成する１本のコイル１６が、その両端となる巻き始め１６ａと巻き終わり１６ｂが主たるアーク放電が起きる側に位置するように２重巻きされているので、電極コイル部１３の後端側からアーク放電を生じて該コイル部１３の放熱効果が損なわれるおそれもない。
【００２０】
図７は、図１の電極を用いた高圧水銀蒸気放電灯の一例として、定格２２０Ｗのショ−トアーク放電ランプを示し、該ランプは、石英製の放電容器１を有し、その内部にはアルゴンガス、ハロゲン、そして０．２ｍｇ／ｍｍ^３の密度で水銀が封入されており、タングステンからなる一対の電極２ａ、２ｂが１．３ｍｍの距離で配置され、モリブデンからなる金属箔３を介して、放電容器１より外部に伸びる導線４に接続されている。
【００２１】
図１に示す本発明による電極と図５に示す従来の電極を用いた電極以外の仕様を同一とした放電灯５を図８に示すように同仕様の反射鏡６に組み込み、それぞれ６本寿命試験を行い、図９に示すレンズ９ａ〜９ｆおよび液晶１０の光学系にて評価を行ったところ、スクリーン１１上の色ムラの原因となる左右の照度バランスが、図１０における本発明品を用いたもので初期の左右の照度バランスを１００とした場合にその変動が１０％以下であるのに対し、図１１に示す従来品では、同変動が１０％を超えるものが存在するという結果が得られた。また、図７のランプにディスプロシウム（Ｄｙ）−ネオジウム（Ｎｄ）−セシウム（Ｃｓ）を主成分とする金属ハロゲン化物を封入したものでも同様の結果が得られた。以上のように明らかに本発明の高圧水銀蒸気放電灯の特性の方が良いことが判った。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電極を用いた高圧水銀蒸気放電灯は、寿命中のアーク移動量による色ムラが抑えられ、電極芯棒を細く抑えられることにより、ランプ破裂の可能性は低く、機械的強度は強く扱いやすく、かつ機械的な加工等を行っていないため安価な電極となり、この電極を用いることにより、高品質なランプを安価に提供することが出来た。
【００２３】
また同様に、金属蒸気放電灯においても、本発明の電極を用いることにより、高品質なランプを安価に提供することが出来た。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いた電極の例を示した平面図である。
【図２】本発明の一実施例に用いた電極の溶融前の例を示した平面図である。
【図３】従来の電極の例を示した平面図である。
【図４】従来の電極の例を示した平面図である。
【図５】従来の電極の例を示した平面図である。
【図６】従来の電極の例を示した平面図である。
【図７】本発明の一実施例の電極を用いた発光管の概略図である。
【図８】本発明の発光管を反射鏡に組み込んだものについて評価を行った形態の概略図である。
【図９】本発明のランプについて評価を行った光学系の概略図である。
【図１０】本発明の一効果を示す放電ランプの照度バランスを示した実験結果である。
【図１１】従来品の放電ランプにおける同実験結果である。
【符号の説明】
１ 放電容器
２ 電極
３ 金属箔
４ 外部導線
５ ショートアーク放電ランプ
６ 反射鏡
７ カバーガラス
８ 本発明の一実施例
９ レンズ
１０ 液晶
１１ スクリーン
１３ 電極コイル部
１４ 溶融部
１５ 電極芯棒
１６ コイル
１６ａ コイルの巻き始め
１６ｂ コイルの巻き終わり
１７ 電極芯棒
１８ コイル
１９ 先端部
２０ コイル
２１ 電極芯棒
２２ 擬似的な電極コイル部
２３ 先端部

Claims (2)

1. 放電容器内に一対の電極を備えた放電灯において、前記放電容器内に、０．１〜０．３ｍｇ／ｍｍ３の水銀とハロゲン及び希ガスが封入され、前記一対の電極は、その電極間距離が２．０ｍｍ以下に選定され、前記電極の電極芯棒に、１本のタングステン線で成るコイルをその巻き始めと巻き終わりが主たるアーク放電が起きる側に位置し、且つその巻き始めが巻き終わりよりも前記電極芯棒の先端寄りに位置するように２重巻きして成る電極コイル部が設けられると共に、前記コイルの巻き始め部分と前記電極芯棒の先端部とを溶融して前記電極コイル部の最大径より小径の溶融部が形成されていることを特徴とする放電灯。
2. 電極芯棒に、１本のタングステン線で成るコイルをその巻き始めと巻き終わりが主たるアーク放電が起きる側に位置し、且つその巻き始めが巻き終わりよりも前記電極芯棒の先端寄りに位置するように２重巻きして成る電極コイル部が設けられると共に、前記コイルの巻き始め部分と前記電極芯棒の先端部とを溶融して前記電極コイル部の最大径より小径の溶融部が形成されていることを特徴とする放電灯用電極。

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