JP4179153B2 - 高圧水銀ランプ - Google Patents

Description

本発明は高圧水銀ランプに関し、特にリフレクタに組み立てられる高圧水銀ランプの長寿命化を図った技術に関するものである。

液晶プロジェクタやＤＬＰプロジェクタ等の映像用装置の光源として、近年高圧水銀ランプ（以下、ランプと略称する）が用いられている。図３に概略構成を示すように、この種のランプ１は、発光管１０とリフレクタ２０とで構成されており、リフレクタ２０のほぼ焦点位置に発光管１０の発光点が位置されている。発光管１０の発光点から出射された光はリフレクタ２０によって照明光学系２に集光され、この照明光学系２においてコリメートされて液晶等の表示部３を照明する。照明された表示部３からの光は投射光学系４によって図外のスクリーンに投影されるように構成されている。

従来の発光管１０は、図４にＡＣ型ランプの例を示すように、外形が球状または楕円球状をした発光部１１と、この発光部１１の両端から両外側に直線的に突出された円筒状の一対の封止管部１２，１３とで全体がガラスにより構成されており、各封止管部１２，１３の内部にはそれぞれ導電ステム１４，１５が内挿され、各導電ステム１４，１５の内側端には前記発光部１１内にそれぞれ電極１６，１７が配設されている。また、各導電ステム１４，１５の両外側端は導出端１４ａ，１５ａとして構成されている。そして、前記発光管１０の一対の封止管部１２，１３のうち一方はリフレクタ２０の頂点位置に設けられた開口部２１内に挿入ないし貫通され、セメント等の固定材料２２によってリフレクタ２０に固定支持されている。また、前記リフレクタ２０に固定された側の前記封止管部１３の導出端１５Ａには口金１８が配設されている。この種のランプとしては、例えば特許文献１や特許文献２に記載の技術がある。
特開２００３−１３２８４０号公報 特開平５−２８３０４０号公報

このような従来の発光管１０とリフレクタ２０とが一体に組み立てられたランプでは、一方の封止管部１３はリフレクタに一体的に固定され、他方の封止管部１２はリフレクタの内部領域において自由状態とされている。そのため、発光部１０での発光により生じた熱は発光部１０から両側の封止管部１２，１３に伝達され、各封止管部１２，１３から放熱されることになるが、リフレクタ２０に固定されている側の封止管部１３には発光部１０での熱によって加熱されたリフレクタ２０の熱も伝達されることになるため、この封止管部１３は自由状態の封止管部１２よりも熱容量が大きくなり、両封止管部１２，１３にわたるランプの温度分布は固定側の封止管部１３の温度が自由側の封止管部１２よりも高くなり、ランプの封止管部１２，１３の延長方向を左右方向としたときに温度分布が左右非対称となる。このような水銀ランプにおいて両側の電極１６，１７（以下、左右の電極と称する）間での放電発光、つまり電子の衝突による発光が生じると、電極の材料であるタングステンがランプ内に飛び出ることがあり、この現象は高温になるほど確率が高くなるため左右の封止管部１２，１３の温度分布が異なると、これらに保持されている左右の電極１６，１７の変形量、換言すれば電極の劣化程度も異なることになり、これが原因となってランプの寿命が低下するという問題が生じる。前記特許文献１，２においても寿命を長くする技術が提案されているが、いずれも発光部の構造を変更するものであるため、製造が困難になるという問題が残されている。

本発明の目的は、左右の封止管部での加熱温度を均等にし、左右の電極の劣化を同程度にしてランプの寿命を改善することを可能にしたランプを提供するものである。

本発明は、高圧水銀発光管と、前記高圧水銀発光管を固定支持するリフレクタとを備え、前記高圧水銀発光管は、ほぼ球状をした発光部と、前記発光部の両端から両外方向に延長される一対の封止管部と、前記各封止管部を内挿されそれぞれの先端が前記発光部内で対向配置される一対の電極とを備え、前記一対の封止管部の一方が前記リフレクタに固定されている高圧水銀ランプにおいて、リフレクタに固定された一方の封止管部の熱容量を他方の封止管部の熱容量よりも小さくし、当該一方の封止管部の熱容量に前記リフレクタの熱容量を加えた熱容量が他方の封止管部の熱容量にほぼ等しくなるように構成する。

本発明によれば、一対の封止管部の実効的な熱容量が等しくなるため、ランプに内挿されている一対の電極での温度差が小さくなり、一対の電極の劣化が均等になる。これにより、電極の劣化の偏りによるランプ障害が抑制でき、ランプの長寿命化が図られる。

本発明を実施するための最良の形態としては、一方の封止管部の外径寸法を他方の封止管部の外径寸法よりも小さくする。または、一方の封止管部の肉厚寸法を他方の封止管部の肉厚寸法よりも小さくする。

次に、本発明の実施例１を図面を参照して説明する。図１は本発明をＡＣ型ランプに適用した実施例１の断面図であり、図４の従来構造のランプと等価な部分には同一符号を付してある。基本的な構成は従来のランプと同様に発光管１０とリフレクタ２０とで構成されている。前記発光管１０は、外形が球状または楕円球状をした発光部１１と、この発光部１１の両端から両外側に直線的に突出された円筒状の一対の封止管部１２Ａ，１３Ａとで全体がガラスにより構成されており、各封止管部１２Ａ，１３Ａの内部にはそれぞれ導電ステム１４，１５が内装され、各導電ステム１４，１５の内端にはそれぞれ発光部１１内に配置された電極１６，１７が接続される。また、前記各導電ステム１４，１５の両外側端部は導出端１４ａ，１４ａとして構成される。そして、前記発光管１０の一対の封止管部１２Ａ，１３Ａ、すなわちこれら封止管部の延長方向を左右方向としたときの左右の封止管部のうち同図の右側の封止管部１３Ａはリフレクタ２０の頂点位置に設けられた開口部２１内に挿入ないし貫通され、セメント等の固定材料２２によってリフレクタ２０に固定支持されている。ここで、前記発光管１０の左右の封止管部１２Ａ，１３Ａはそれぞれの外径寸法が相違されており、前記リフレクタ２０に固定される同図右側の封止管部１３Ａの外径寸法Ｒｒは、自由状態にある同図左側の封止管部１２Ａの外径寸法Ｒｌよりも小径に形成されている。また、前記右側の封止管部１２Ａの端部には前記導電ステム１５の導出端１５ａに接続される口金１８が配設されている。

このようにしてリフレクタ２０内に固定された発光管１０は、発光部１１内の電極１６，１７間の発光点は前記リフレクタ２０のほぼ焦点に位置されている。また、この実施例１では、図３に示したように、発光管１０の発光点から出射された発光光はリフレクタ２０によって照明光学系２に集光され、照明光学系２においてコリメートされて液晶等の表示部３を照明し、さらに投射光学系４によってスクリーンに映像を投射するように構成されているが、図１ではこの構成の図示は省略している。

以上の構成のランプを製造する場合、特に左右の外径が異なる封止管部１２Ａ，１３Ａを製造する場合には次の方法を採用することが可能である。第１の方法としては、発光管を製造する場合には通常、それぞれ別部材として形成されたガラス球からなる発光部と、予め電極１６，１７を有する導電ステム１４，１５を内挿してサブアッセンブリした一対のガラス管からなる封止管部とを熱溶着により接合する封止工程によって形成している。このとき、サブアッセンブリした左右の封止管部１２Ａ，１３Ａの材料となるガラス管としてそれぞれ異なる径寸法のものを用いて発光部１１に熱溶着することで、外径の異なる封止管部１２Ａ，１３Ａを製造する方法である。

第２の方法としては、左右の封止管部１２Ａ，１３Ａの材料となるガラス管には同じ径寸法のものを用いるが、封止工程においてガラス管をバーナ等によって熱溶融しながら溶着を行う際に、外径の小さい右側の封止管部１３Ａを溶着する際に、バーナの火力を左側よりも大きくして加熱温度を高め、あるいはバーナをガラス管に当てる加熱時間を左側よりも長くすることによりガラス管の熱収縮を進行させ、右側の封止管部１３Ａの径寸法を小さくする方法である。

第３の方法は第１の方法と第２の方法を併せた方法であり、異なる径寸法の封止管部１２Ａ，１３Ａを溶着する際に左右の封止管部に対してバーナを当てる時間を相違させる方法である。すなわち、右側の封止管部１３Ａを形成する際に小径のガラス管を採用するとともに、このガラス部に対して当てるバーナの温度を左側よりも高くし、あるいはバーナを当てる時間を左側の封止管部１２Ａのガラス管に対するよりも長くすることで、右側の封止管部を左側よりもりも小径に製造することが可能になる。

このように、左右の封止管部１２Ａ，１３Ａの外径寸法が相違され、その上で小径側の右側の封止管部１３Ａをリフレクタ２０に固定したランプ構造では、当該右側の小径の封止管部１３Ａは大径の左側の封止管部１２Ａよりも体積及び容積が小さくされ、熱容量が小さくされる。そのため、当該右側の封止管部１３Ａがリフレクタ２０に固定された状態で、当該封止管部１３Ａの熱容量にリフレクタ２０の熱容量が加えれたとしても、自由状態にある左側の封止管部１２Ａの熱容量に近い容量に抑えられる。すなわち、左右の各封止管部１２Ａ，１３Ａにおける実効的な熱容量はほぼ等しくされる。したがって、ランプが点灯して発光部１１での発光により生じた熱は発光部１１から両側の封止管部１２Ａ，１３Ａに伝達され、また、リフレクタ２０に固定されている右側の封止管部１３Ａには発光部１１での熱によって加熱されたリフレクタ２０の熱も伝達されるが、この右側の封止管部１３Ａは小径に形成されているので、結果として左右の封止管部１２Ａ，１３Ａの加熱による温度分布はほぼ均等なものとなる。そのため、発光部１０内に配設された左右の電極１６，１７間での電子の衝突による放電発光が生じ、電極の材料であるタングステンがランプ内に飛び出て各電極１６，１７が徐々に変形する状態が生じた場合でも、左右の各封止管部１２Ａ，１３Ａの温度分布が均等であるため、左右の電極１６，１７の変形ないし劣化に偏りが生じることはなく、ランプの寿命を改善することが可能になる。

ここで、左右の各封止管部１２Ａ，１３Ａの熱容量値Ｑｌ，Ｑｒと、リフレクタ２０による熱容量値Ｑｘを考慮した場合に、両者の実効的な熱容量がＱｌ＝Ｑｒ＋Ｑｚとなるように左右の各封止管部１２Ａ，１３Ａの外径寸法Ｒｌ，Ｒｒを設定する。一般的にはリフレクタ２０の熱容量Ｑｚは各封止管部１２Ａ，１３Ａの熱容量Ｑｌ，Ｑｒに比較して大きいため、前記比Ｒｒ／Ｒｌは可及的に大きくすることが好ましい。なお、当該リフレクタ２０による熱容量が前記比Ｒｒ／Ｒｌに対して有限値として考慮できる場合には、前記式を満たすように、左右の各封止管部１２Ａ，１３Ａの外径寸法Ｒｌ，Ｒｒを設定する。なお、図１では、封止管部１２Ａ，１３Ａの径寸法の相違に伴って両者の肉厚も相違されているが、両封止管部１２Ａ，１３Ａの肉厚を等しくした上で両者の外径寸法を相違させるように構成してもよいことは言うまでもない。

図２は本発明の実施例２の断面図である。実施例１と等価な部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。この実施例２では、発光管１０の左右の封止管部１２Ｂ，１３Ｂを構成しているガラス管は外径寸法は等しいが、両者の肉厚寸法を相違させている。すなわち、リフレクタ２０に固定している右側の封止管部１３Ｂの熱容量を自由状態の左側の封止管部１２Ｂの熱容量よりも小さくし、結果として左右の封止管部１２Ｂ，１３Ｂの熱容量を均等にすることは実施例１と同じであるが、ここでは右側の封止管部１３Ｂの肉厚を薄くし、左側の封止管部１２Ｂの肉厚をそれよりも厚く形成している。なお、この実施例２では両封止管部１２Ｂ，１３Ｂの外径寸法は等しくされているが、実施例１と同様に右側の封止管部１３Ｂの外径寸法を左側よりも小径にする構成を組み合わせてもよい。

この構成によれば、右側の封止管部１３Ｂは肉厚が薄い分だけ左側の封止管部１２Ｂよりも熱容量が小さくされるため、当該右側の封止管部１３Ｂをリフレクタ２０に固定して熱容量が増加された場合でも左右の封止管部１２Ｂ，１３Ｂにおける熱容量を均等なものにできる。これにより、左右の各封止管部１２Ｂ，１３Ｂの温度分布が均等になるため、左右の電極１６，１７の変形ないし劣化に偏りが生じることはなく、ランプの寿命を改善することが可能になる。

また、図示は省略するが、発光管の長さ寸法に制約を受けることがないランプの場合には、発光管の左右の封止管部を構成しているガラス管及びその内部に内挿される導電ステムの長さ寸法を相違させるようにしてもよい。すなわち、リフレクタに固定している右側の封止管部の熱容量を自由状態の左側の封止管部の熱容量よりも小さくするために、右側の封止管部の長さを短くし、左側の封止管部の長さをそれよりも長く形成してもよい。

このようによれば、右側の封止管部は長さが短い分だけ左側の封止管部よりも熱容量が小さくされるため、当該右側の封止管部をリフレクタに固定して熱容量が増加された場合でも左右の封止管部における熱容量を均等なものにできる。これにより、左右の各封止管部の温度分布が均等であるため、左右の電極の変形ないし劣化に偏りが生じることはなく、ランプの寿命を改善することが可能になる。

ここで本発明は前記実施例１〜３に限定されるものではなく、リフレクタに固定する側の封止管部の熱容量を反対側の封止管部の熱容量よりも小さくする構成であれば、各封止管部を構成しているガラス管に比熱や熱伝導率の異なる材料のものを選択するようにしてもよい。また、本発明はＤＣ型の高圧水銀ランプへの適用も可能である。

本発明の実施例１の断面図である。 本発明の実施例２の断面図である。 本発明のランプが適用される映像用装置の概略構成図である。 従来のランプの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 高圧水銀ランプ
２ 照明光学系
３ 表示部
４ 投射光学系
１０ 発光管
１１ 発光部
１２Ａ 外径の小さい封止管部
１３Ａ 外径の大きい封止管部
１２Ｂ 肉厚の小さい封止管部
１３Ｂ，肉厚の大きい封止管部
１４，１５ 導電ステム
１６，１７ 電極
１８ 口金
１９ インシュレータ
２０ リフレクタ
２１ 開口部
２２ セメント

Claims (3)

1. 高圧水銀発光管と、前記高圧水銀発光管を固定支持するリフレクタとを備え、前記高圧水銀発光管は、ほぼ球状をした発光部と、前記発光部の両端から両外方向に延長される一対の封止管部と、前記各封止管部を内挿されそれぞれの先端が前記発光部内で対向配置される一対の電極とを備え、前記一対の封止管部の一方が前記リフレクタに固定されている高圧水銀ランプにおいて、前記リフレクタに固定された一方の封止管部の熱容量を他方の封止管部の熱容量よりも小さくし、当該一方の封止管部の熱容量に前記リフレクタの熱容量を加えた熱容量が他方の封止管部の熱容量にほぼ等しくなるように構成したことを特徴とする高圧水銀ランプ。
2. 前記一方の封止管部の外径寸法を他方の封止管部の外径寸法よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の高圧水銀ランプ。
3. 前記一方の封止管部の肉厚寸法を他方の封止管部の肉厚寸法よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の高圧水銀ランプ。

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