JP4052224B2 - リフレクタ及びリフレクタを備えた光源装置 - Google Patents

Description

この発明は、ホウケイ酸ガラス製のリフレクタ、さらには、このリフレクタに超高圧水銀ランプを備えた光源装置に関する。

液晶プロジェクター用の光源としては、希土類金属のハロゲン化物を発光物質とするメタルハライドランプ、水銀を発光物質とし点灯時の水銀蒸気圧が１５０気圧以上にも達するように多量の水銀が封入された超高圧水銀ランプが知られている。

近年、このような液晶プロジェクタ装置は、容易に持ち運びができるように小型軽量化の要求が高まっていることから、液晶プロジェクタ用の液晶パネルは年々小型化されてきている。したがって、小型化された液晶パネルに効率良く集光させるために光源の一層の小型化、高輝度化が要求されている。このため、近年では光源として、前述のランプのうち、超高圧水銀ランプが用いられている。

このような超高圧水銀ランプ（以下、単にランプとも称す）は、ランプから放射される光を一定の面積を有する被照射面に対して効率良く収束させるために、受光する立体角度の大きい略お椀型のリフレクタを備えて使用される。
従来、超高圧水銀ランプ用のリフレクタは、鏡面形状を精密に加工することができ、かつ、コスト面でも有利なホウケイ酸ガラスを材質とし、金型によるプレス成型によって製作されていた（例えば、特許文献１参照）。以下、図７を用いて、従来の超高圧水銀ランプ用のリフレクタの製造方法について説明する。

図７は、従来の超高圧水銀ランプ用のリフレクタの製造方法について説明するための図である。図７（ａ）は第一の工程を、図７（ｂ）は第二の工程について説明するための図である。
＜第一の工程＞
図７（ａ）に示すように、雌金型１は、成型するリフレクタの形状に適合した凹部を有するものであって、凹部の底にはリフレクタの首部を形成する首部用穴３を有する。この雌金型１の中に溶融したガラス４を入れて、上方から雄金型２で圧力をかけて押し込む。この雄金型２は、雌金型１の凹部よりも若干小さくなっており、押し込んだ時に生じる隙間においてリフレクタの型６´が形成される。雄金型２の押し下げは、ほとんど瞬間的に行われ、その後、雄金型２を上昇させる。尚、図７（ａ）では、便宜上、雄金型２が押し下げた状態となっている。この状態で自然冷却または強制冷却によってリフレクタの型６´を冷却させる。そして、このリフレクタの型６´は、ある程度固まった状態において、リング状金型１９によって雌金型１から取り外される。
＜第二の工程＞
第一の工程で成型したリフレクタの型６´は、所定の温度にて一定に保たれた電気炉内に配置され、一定の降温速度にてアニール処理を施すことにより、室温程度まで除冷される。その後、図７（ｂ）に示すように、リフレクタの型６´に設けられた、打ち抜き箇所５に対して、ドリル等の工具によって切削加工を施すことでランプ挿入用の後方側開口部１２が形成される。この際に、打抜き箇所５
を打抜くことにより、環状の突起部５０が形成される。
特開２０００−８２３１１号

近年、このようなリフレクタに組み込んで使用される超高圧水銀ランプは、前述したように高輝度化、小型化が強く求められているため、入力電力の増加によって、各部分が非常に高温状態となっている。さらに、ランプの小型化が求められていることから当然にリフレクタの小型化も求められ、これにより、ランプとリフレクタとが近接するので、リフレクタも高温状態となっている。
リフレクタは、高温状態になるとクラックが発生し、このようなクラックが進行すると場合によっては分離してしまい、ランプからの光を一定方向に反射するという基本的な性能が損なわれるという問題がある。

本発明者は、リフレクタが高温となった場合にクラックを生じる原因について鋭意検討した結果、前述の第二の工程において形成された突起部５０の表面に凹凸が存在していることが原因であることを突き止めた。即ち、突起部５０の表面に存在する凹凸がクラック発生の起点となっていることを見出したのである。
一般的にガラスの耐熱性は、概ね、成型後の表面状態に影響を受けると考えられるため、リフレクタ表面に微視的な傷が存在しているだけでも、その傷を起点としてクラック発生の原因となり得る。従って、突起部５０の表面に対して、バーナーによる溶融処理（ファイアーポリッシング）を施し、凹凸を消滅させることによって、リフレクタが高温状態になってもクラックが生じることを防止できると考えられる。

ところが、この方法によると、前記凹凸にバーナーでファイアーポリッシングを施す際にリフレクタの型６´の反射面９にバーナーの炎が当たることにより、反射面９に歪みが生じることが判明した。このような歪みが生じると、ランプから放射される光を所望の方向に反射させることが不可能となり、リフレクタ本来の機能を発揮することができない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、突起部とリフレクタの反射面における後方側端部との距離を最適な範囲に規定することにより、反射面に歪みを生じることなく、ランプから放射される光を確実に所望の方向に反射させることが可能なリフレクタを提供することにある。

本発明の光源装置は、略お椀型形状であって、ランプから放射された光を反射する反射面と、ランプを配置するための首部と、前方側及び後方側に形成された開口部とからなるホウケイ酸ガラス製のリフレクタと、このリフレクタの首部に固定されたリフレクタベースと、０．１５ｍｇ／ｍｍ ^３ 以上の水銀が封入された発光部の両端に連続して各封止部が形成された超高圧水銀ランプとを備え、前記リフレクタには、内部に冷却風を導入するための導入口が設けられ、前記リフレクタベースには、冷却風の排風口が設けられ、前記封止部の一方が、前記リフレクタの首部を貫通して前記リフレクタベースの内部に伸び出た状態で前記リフレクタベースに固定された光源装置において、
前記リフレクタには、前記反射面の後方側端部からリフレクタの後方側に向けて２．５ｍｍ以上離れた領域に、前記封止部の一方に向けて突出するように環状の突起部が形成されていることを特徴とする

さらに、本発明のリフレクタは、請求項１のリフレクタにおいて、前記突起部が、前記反射面の後方側端部からリフレクタの後方側に向けて５ｍｍ以内の領域に形成されたことを特徴とする。

さらに、本発明のリフレクタは、請求項１又は請求項２のリフレクタにおいて前記突起部の肉厚が１〜２．５ｍｍであることを特徴とする。

請求項１の発明に係るリフレクタは、突起部と反射面における後方側端部との距離が２．５ｍｍ以上に規定された構造であるので、リフレクタの後方側開口部に形成された突起部の表面をファイアーポリッシングする際に、反射面にバーナーの炎が触れることがない。これにより、反射面に歪みを生じることがないので、ランプから放射される光を確実に所望の方向に反射させることが可能である。

さらに、請求項２の発明に係るリフレクタは、突起部と反射面における後方側端部との距離が２．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に規定された構造であるので、リフレクタにランプを組込んだ場合には、ランプに装着した口金の径、ランプの位置調整、冷却風の通過の観点から見て十分な後方側開口部の径を確保することが可能となる。

さらに、請求項３の発明に係るリフレクタは、突起部の肉厚が１〜２．５ｍｍに規定された構造である。即ち、前述の第二の工程において、打抜き箇所の厚みが押圧部材によってランプを挿入するための後方側開口部を形成しやすいように規定されているので、後方側開口部を容易に形成することができる。さらには、
このリフレクタにランプを組み込んだ場合には、リフレクタの後方側開口部に形成された突起部の近傍で冷却風の流れが渦を巻き、ランプの封止部をムラなく均一に冷却することが可能となるので、冷却風によるランプの冷却を効率良く行うことができる。

さらに、請求項４の発明に係る光源装置は、請求項１乃至請求項３の発明に係るリフレクタが組込まれているので、ランプ点灯時にリフレクタにクラックが生じることがなく、リフレクタへのランプの組込みを容易に行うことができ、さらには、ランプの冷却を効率良く行うことが可能である。

図１は、本発明に係るリフレクタの製造方法について説明するための図である。図１に示すように、本発明に係るリフレクタは、第一の工程〜第四の工程により製作される。

＜第一の工程＞
図１（ａ）に示すように、雌金型１は、成型するリフレクタの形状に適合した凹部を有するものであって、凹部の底にはリフレクタの首部を形成する首部用穴３を有する。この雌金型１の中に溶融したホウケイ酸ガラス４を入れて、上方から雄金型２で圧力をかけて押し込む。この雄金型２は、雌金型１の凹部よりも若干小さくなっており、押し込んだ時に生じる隙間においてリフレクタの型６´が形成される。雄金型２の押し下げは、ほとんど瞬間的に行われ、その後、雄金型２を上昇させる。そして、このリフレクタの型６´は、雄金型２を上昇させた後に速やかにリング状金型１９によって雌金型１から取り外される。

＜第二の工程＞
図１（ｂ）に示すように、第一の工程で成型されたリフレクタの型６´に形成された、後の工程で後方側開口部を形成するための打抜き箇所５に押圧部材７を当接させた後、この押圧部材７を下方（図中の矢印方向）に押し下げることにより、後方開口部１２（図１（ｂ）では不図示）が形成される。第二の工程の作業は、第一の工程でリフレクタの型６´を成型後、リフレクタの型６´の温度が下がる前に速やかに行う。これにより、リフレクタの型６´の内面には環状の突起部５０が形成される。

＜第三の工程＞
図１（ｃ）に示すように、突起部５０に対してバーナー８により、例えば、
1秒間のファイアーポリッシングを施す。このような処理を行うのは、以下の理由による。第二の工程において、後方側開口部１２を形成した直後における突起部５０の表面は、多数の凹凸が存在しており微視的に粗い状態である。そして、この状態のままでランプを組み込んで点灯させると、リフレクタには高温状態になった際に、突起部５０を起点としてクラックが発生する。従って、このようなクラックの発生を防止するためには、突起部５０の表面を微視的に滑らかな状態とする必要があるからである。また、リフレクタの型６´に対して、温度が下がった状態でファイアーポリッシングを行うと、局所的な加熱によるクラックが生じるので、ファイアーポリッシングは、第二の工程終了後速やかに行う必要がある。

＜第四の工程＞
第三の工程終了後、リフレクタの型６´は、所定の温度に保たれた電気炉内に配置され一定の割合で電気炉の温度を下げることにより除冷される。このような除冷を行うのは、リフレクタを室温下に放置すると急速に冷却されることによりクラックを生じるからである。
このような第一の工程から第四の工程までの作業によって製作されたものをリフレクタという。

図２は、本発明のリフレクタを説明するための長手方向断面図である。図１と同一符号は同一部分を示す。
リフレクタ６は、その表面に形成された反射面９と、ランプを配置するための首部１０と、前方側開口部１１及びランプを挿入するための後方側開口部１２とから構成されている。尚、反射面９の表面には必要に応じて、例えば、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２とからなる可視光を反射するための多層膜を形成することも可能である。リフレクタ６の内面のうち、非反射面１３には、前述の第二の工程において、打抜き箇所５を押圧部材７で打抜く際に形成された突起部５０が形成されている。
尚、前方側とは矢印１００方向を、後方側とは矢印２００方向を示す。また、リフレクタ６の内面のうち、反射面９とは、反射面９の後方側端部１４よりも前方側の領域をいい、非反射面１３とは、反射面９の後方側端部１４よりも後方側の領域をいう。さらに、首部１０とは、リフレクタ６の根元部６０よりも後方部分をいい、後方側開口部１２とは、反射面９における後方側端部１４よりも後方に延在する開口部分全てをいう。

本発明のリフレクタは、前述の第一の工程〜第四の工程にて製作されるので、突起部５０の表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１規格）が０．１未満となる。即ち、突起部５０の表面には凹凸が殆ど存在しない状態となっているため、突起部５０を起点としたクラックの発生を防止することができる。本発明に係るリフレクタは、第三の工程において温度が十分に高い状態で突起部５０の表面にファイアーポリッシングが施されるので、全体が均熱されていることになる。一般的なガラスの性質として、局部的な加熱を施すと温度差が生じることによってクラックが生じやすいことが知られているため、本発明のリフレクタのように全体を均熱することが好ましい。

図３は、本発明のリフレクタに超高圧水銀ランプを組み込んだ光源装置を説明するための断面図である。図１と同一符号は同一部分を示す。
リフレクタ６は、万が一ランプが破裂した場合に破片が飛散することを防止するための光透過性の前面ガラス１５が前方側開口部１１に嵌め込まれるとともに、首部１０においてリフレクタベース１６が接着剤１７により固定されている。そして、発光部３１とその両端に連続して形成された封止部３２とからなる、発光部３１内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入された超高圧水銀ランプ３０（以下、単にランプ３０とも称す）が、その一方の封止部３２に装着された口金３３とリフレクタべース１６との間に接着剤１８を充填して固定されている。光源装置２０とは、リフレクタ６にリフレクタベース１６が接着されるとともに、ランプ３０が組み込まれた構成のものをいう。

このような光源装置２０は、リフレクタ６の前方側開口部１１に前面ガラス１５が嵌め込まれた構造であり、その使用時において内部が非常に高温状態になりやすい構造である。特に、ランプ３０が高温状態になった際に、封止部３２に埋設された不図示の給電線が溶断することによってランプが不点灯となる事態を回避するため、リフレクタ６にはランプ３０の冷却用の冷却風を導入するための冷却風導入口２１が、前面ガラス１５の近傍に少なくとも一箇所設けられている。冷却風導入口２１から導入された冷却風は、ランプ３０の長手方向に沿って流れ、リフレクタ６に設けられた後方側開口部１２を通過した後、レフレクタベース１６に設けられた排風口２２から排出される。

まず、請求項１の発明について以下の図４を用いて説明する。図４は、図２に示す点線部分Ａを拡大した図である。
請求項１に係る発明のリフレクタによると、反射面９の後方側端部から後方側に向けて２．５ｍｍ以上離れた領域に環状の突起部５０が形成されている。言い換えると、非反射面１３に形成された突起部５０と反射面９の後方側端部１４との距離Ｌが２．５ｍｍ以上と規定されている。この距離が２．５ｍｍ未満であると、製造段階において突起部５０表面をクラック消滅のためにファイアーポリッシュした際に、反射面９を歪ませてしまいランプ３０から放射される光を所望の方向に反射させることができないという問題が生じる可能性がある。このような事態を回避する方法として、バーナーの炎を弱く調節することにより炎が反射面に当たらないようにすることが考えられるが、これによると、突起部５０の表面に存在する凹凸を完全に消滅させるのに長時間を要するため好ましくない。
一方、請求項１に係る発明によると、突起部５０と反射面９との距離が十分にあるので反射面９に歪みを生じさせることなく、突起部５０表面に存在する凹凸を消滅させることができるので、このような問題が生じることがない。この２．５ｍｍの数値の根拠については、反射面９に歪みを生じることがない範囲を実験により突き止めたのである。
尚、突起部５０と反射面９における後方側端部１４との距離とは、突起部５０の前方側端部５１から反射面９における後方側端部１４までの最短距離のことを意味する。

次に、請求項２の発明は、前記距離Ｌが５ｍｍ以下であることが規定されておりこの理由について以下に図１（ａ）、３、５を用いて説明する。図５は、図１（ａ）に示す雄金型２の先端部近傍を拡大した図である。
図５に示す雄金型２の先端部２ａの構造は、打抜き箇所５を反射面９における後方側端部１４となるべき箇所１４´よりも後方側に形成するためのものである。そして、リフレクタの型６´を成型後速やかに上昇させることが可能なように、前方方向１００（上昇させる方向）に向けて拡径したテーパー形状を有することが必須条件である。尚、テーパー形状は、誇張して表現してある。
ここで、図３に示す光源装置２０に使用するためのリフレクタ６は、ランプ３０からの光を最大限に反射するようにランプ３０の寸法に対応して、後方側開口部１２（反射面９における後方側端部１４）の径が決められている。従って、図５において、雄金型２を、その先端部２ａが過剰に長い構造とすると、打抜き箇所５の径は必然的に小さくなり、その結果、図１（ｂ）に示す第二の工程において形成するランプを挿入するための後方側開口部１２の径が小さくならざるを得ない。

ここで、ランプを挿入するための後方側開口部１２の径は、以下の３つの要件を満たすことが必要であり、図３を用いて説明する。第１に、ランプ３０の一方の封止部３２には給電用の口金３３が装着されているため、この口金３３が通過するだけの径が必要である。第２に、ランプ３０を口金３３を介してリフレクタベース１６に固定する際に位置の微調整を行う必要があるため、封止部３２の径に加えて位置調整用の空間が必要である。第３に、本発明のリフレクタ６をランプ３０に組み込んで光源装置２０として使用した場合には、万が一ランプ３０が破裂した場合にランプ３０の破片が飛散することを防止するため、前方側開口部１１には光透過性の前面ガラス１５が嵌め込まれる。そして、光源装置２０内部を冷却する目的でリフレクタ６内に冷却風を導入する構造となっているため、冷却機能を損なうことなく冷却風が通過する必要がある。

従って、本発明の請求項２の発明に係るリフレクタを光源装置２０に採用した場合には、突起部５０と反射面９の後方側端部１４との距離Ｌが２．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に規定されているため、上記３つの要件を満たす径を有する後方側開口部１２を設けることが可能となる。その上、前述したように反射面９に歪みが生じることもないのでより好ましい。５ｍｍ以下という数値については、上記３つの要件を考慮して実験により求めたものである。

尚、請求項１に係る発明によると、ランプを挿入するための後方側開口部１２の径を小さくせざるを得ないようにも思われる。しかし、反射面９の表面積が減少しても問題ないのであれば、図１（ａ）に示す第一の工程において、前述の事情を考慮してリフレクタの型６´の打抜き箇所５の径を大きくなるように設計した雌金型１及び雄金型２を用いれば良い。

さらに、本発明の請求項３の発明は、突起部５０の厚みが１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に規定されている。これによると、図１（ｂ）に示す第二の工程において、打抜き箇所５の厚みが、押圧部材７によってランプを挿入するための後方側開口部１２を形成しやすいような厚みに規定されていることになるので、後方側開口部１２を容易に形成することができる。さらには、以下の図６に示すような効果も得られる。

図６は、図３に示す点線部分Ｂを拡大した図である。
図６に示すように、突起部５０の近傍で、図３に矢印で示す冷却風の流れが渦を巻き、ランプ３０の封止部３２をムラなく均一に冷却することが可能となる。尚、突起部５０の厚みは図６にＴで表されており、突起部５０は誇張して表現してある。さらに、上記の冷却効果を十分に得るためには、突起部５０の長さＸが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍであることが好ましい。

一方、厚みが２．５ｍｍを超えると、図１（ｂ）に示す第二の工程において、押圧部材７によりランプを挿入するための後方側開口部１２を形成する作業が困難である。具体的には、打抜き箇所５の厚みが大きすぎるため、形成された突起部５０表面にクラックが多数発生し、第三の工程でクラックを消滅させる作業に長時間を要することになったり、最悪の場合には、首部１０を破損させるおそれもある。厚みが１ｍｍ未満であると、前述の図６に示す冷却効果を十分に得ることができない。

以上のような本発明に係るリフレクタの数値例を以下に挙げる。無論、この数値例は一例であり、これに限定されるものではない。
前方側開口部の径 ：５５ｍｍ
後方側開口部の径 ：１１．２ｍｍ
突起部が存在する部分における径：９．７ｍｍ
肉厚 ：４．０ｍｍ
リフレクタ全長 ：４５．６ｍｍ
首部全長 ：６．５ｍｍ

尚、本発明に係るリフレクタは、液晶プロジェクタの光源である超高圧水銀ランプ用として説明してきたが、これに限るものではなくその他のランプに適用することが可能であり、例えば、メタルハライドランプ等にも適用することができる。

また、光源装置としては、リフレクタの前方側開口部に前面ガラスを嵌め込んだ構造に限定されるものではなく、前面ガラスを嵌め込んでいない構造とすることも可能である。さらに、必ずしもランプを冷却するための冷却風を流す構造に限定されるものではなく、冷却風を流さない構造とすることも可能である。

本発明に係るリフレクタの製造方法について説明するための図である。 本発明のリフレクタを説明するための長手方向断面図である。 本発明のリフレクタに超高圧水銀ランプを組み込んだ光源装置を説明するための断面図である。 図２に示す点線部分Ａを拡大した図である。 図１（ａ）に示す雄金型２の先端部近傍を拡大した図である。 図３に示す点線部分Ｂを拡大した図である。 従来の超高圧水銀ランプ用のリフレクタの製造方法について説明するための図である。

符号の説明

１ 雌金型
２ 雄金型
３ 首部用穴
４ ガラス
５ 打抜き箇所
６ リフレクタ
７ 押圧部材
８ バーナー
９ 反射面
１０ 首部
１１ 前方側開口部
１２ 後方側開口部
１３ 後方側開口部の表面
１４ 後方側開口端部
１５ 前面ガラス
１６ リフレクタベース
１７ 接着剤
１８ 接着剤
２０ 光源装置
２１ 冷却風導入口
２２ 排風口
３０ 超高圧水銀ランプ
３１ 発光部
３２ 封止部
３３ 口金
５０ 突起部
Ｌ 反射面９の後方側端部１４から突起部５０までの距離
Ｔ 突起部５０の厚み

Claims (3)

1. 略お椀型形状であって、ランプから放射された光を反射する反射面と、ランプを配置するための首部と、前方側及び後方側に形成された開口部とからなるホウケイ酸ガラス製のリフレクタと、このリフレクタの首部に固定されたリフレクタベースと、０．１５ｍｇ／ｍｍ ^３ 以上の水銀が封入された発光部の両端に連続して一対の封止部が形成された超高圧水銀ランプとを備え、
   前記リフレクタには、内部に冷却風を導入するための導入口が設けられ、
   前記リフレクタベースには、冷却風の排風口が設けられ、
   前記封止部の一方が、前記リフレクタの後方側開口部に挿入されるとともに前記リフレクタベースの内部に伸び出た状態で前記リフレクタベースに固定された光源装置において、
   前記リフレクタには、前記反射面の後方側端部からリフレクタの後方側に向けて２．５ｍｍ以上離れた領域に、前記封止部の一方に向けて突出するように環状の突起部が形成されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記突起部が、前記反射面の後方側端部から前記リフレクタの後方側に向けて５ｍｍ以内の領域に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記突起部の肉厚が、１〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。

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