JP4214826B2

JP4214826B2 - ショートアーク型超高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP4214826B2
Application number: JP2003117228A
Authority: JP
Inventors: 哲治平尾
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: US20040256992A1; JP2004327128A; US7170229B2

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、点灯時の水銀蒸気圧が１５０気圧以上となるショートアーク型超高圧放電ランプに関し、特に、液晶ディスプレイ装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）などのプロジェクター装置のバックライトとして使うショートアーク型超高圧放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型プロジェクター装置は、矩形状のスクリーンに対して均一に、しかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求される。このため、光源は水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタルハライドランプが使われていた。また、より一層の小型化、点光源化が進められ、電極間距離も極めて小さいものが実用化されてきている。
【０００３】
このような背景のもと、メタルハライドランプに代わって、極めて高い水銀蒸気圧、例えば、２００バール（約１９７気圧）以上を持つランプが提案されている。このランプは、水銀蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを抑えると共に、より一層の光出力の向上を図るというものであり、例えば、特開平２−１４８５６１号（米国特許第５，１０９，１８１）、特開平６−５２８３０号（米国特許第５，４９７，０４９）に開示されている。
【０００４】
その一方で、プロジェクター装置は、ＤＭＤ（マイクロミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）方式が採用されたことにより、液晶パネルを使う必要がなくなり、これにより、より一層小型化が注目されつつある。
つまり、プロジェクター装置の投射用光源となる放電ランプは、高い光出力や照度維持率が要求される反面、プロジェクター装置の対応してより小型化が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決する課題は、極めて高い水銀蒸気圧で点灯する超高圧水銀ランプにおいて、十分に高い耐圧力性を有する構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明のショートアーク型高圧放電ランプは、内部に一対の電極が対向配置され、かつ、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した発光部と、この発光部の両側に延在する封止部からなるショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、前記電極のうち少なくとも一方の電極は、前記封止部の内部において外径が小さくなって形成される段差を有するとともに、当該封止部における電極の周囲に隙間を介してコイルが巻きつけられ、かつ、当該コイルは電極の段差部分にも設けられたことを特徴とする。
【０００７】
さらに、前記ショートアーク型超高圧放電ランプは直流点灯型放電ランプであって、陽極が発光部における太径のまま封止部まで伸びるとともに、この封止部において太径部の周囲に隙間を介してコイルが巻きつけられたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のショートアーク型高圧放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう）の全体構成を示す。
放電ランプ１は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された大略球形の発光部１０を有し、この発光部１０内には、陽極２と陰極３が互いに対向するよう配置している。また、発光部１０の両端部から伸びるよう各々封止部１１が形成され、これらの封止部１１には、通常モリブデンよりなる導電用金属箔４が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。金属箔４の一端は陽極２あるいは陰極３が接合しており、金属箔４の他端は外部リード５が接合している。陽極２にはコイル２０が隙間を持って巻きつけられているが、この点については後述する。
【０００９】
発光部１０には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。
水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍという放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時１５０気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧２００気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現することができる。
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入され、点灯始動性を改善する。
ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀その他の金属との化合物の形態で封入する。ハロゲンの封入量は、例えば、１０^−６〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択できるものであって、その機能はハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の放電ランプのように極めて小型で高い内圧を有するものは、このようなハロゲンを封入することは放電容器の破損、失透の防止という作用があると考えられる。
【００１０】
このような放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の外径はφ６．０〜１５．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば９．５ｍｍ、電極間距離は０．５〜２．０ｍｍの範囲から選ばれて例えば１．５ｍｍ、発光管内容積は４０〜３００ｍｍ^３の範囲から選ばれて例えば７５ｍｍ^３である。点灯条件は、例えば、管壁負荷０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ²範囲から選ばれて例えば１．５Ｗ／ｍｍ²というものであり、定格電圧８０Ｖ、定格電力１５０Ｗである。
また、この放電ランプは、小型化するプロジェクター装置などに内蔵されるものであり、全体構造が極めて小型化される一方で高い光量が要求される。したがって、発光部内の熱的条件は極めて厳しいものとなる。
そして、放電ランプは、プロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載され、演色性の良い放射光を提供する。
【００１１】
図２は陽極の説明用拡大図を示す。
（ａ）は図１に示す陽極構造の拡大図であり、陽極２は、先端部２１、太径部２２、中間部２３、小径部２４より構成される。太径部２２の外周には隙間Ｓを介してコイル２０が巻きつけられている。
（ｂ）は陽極の他の形態を示し、コイル２０が太径部２２のみではなく中間部２３にも巻きつけられる点で（ａ）の構造と相違している。
（ｃ）は陽極の他の形態を示し、先端部２１が伸びており太径部２２との間で段差を生じている点で（ａ）の構造と相違している。
【００１２】
そして、本発明の放電ランプは、陽極が太径のまま封止部まで伸びることを特徴としている。前記のように熱的条件が極めて厳しいものであり、また、発光部を小型にしなければならない要請に答えるためであって、陽極に熱容量を確保するために封止部まで太径のまま伸びる構造を採用している。つまり、通常の放電ランプが、発光部のみ太径であって封止部では細径となる点で異なっている
【００１３】
また、本発明の放電ランプは、封止部の内部まで陽極２が太径のまま伸びるとともに、当該封止部における太径部２２の周囲に隙間Ｓを介してコイル２０が巻きつけられたことを特徴とする。
この理由は、ランプ点灯時に封止部を構成する石英ガラスと陽極を構成するタングステンが接触すると熱膨張係数の違いから放電ランプを消灯させたときに石英ガラスにクラックが生じ、次に、放電ランプを点灯させると、このクラックが成長する可能性があるからである。
ここで、陽極と石英ガラスの間に隙間を設けることで、両者を接触させない構成とすることもできる。しかし、本発明は陽極が太径のまま封止部まで伸びる構造であるため、陽極自身の自重や製造上のバラツキにより、要求される隙間を完全に維持することは困難となる。
そして、本発明は、太径部２２の周囲に隙間Ｓを介してコイル２０を設けるという構成を採用することで、室温において要求される隙間が確保されているので、万一、コイルと電極が接触したとしても一部分が接触するだけであり、全周に渡って接触することは無く、問題が発生する程のクラックとはならない。また、コイルは、陽極と直接接触しているわけではないので陽極ほど高温にならない。従って、コイルの温度が低いので石英ガラスの接触においても問題となる程のクラックには至らない。
【００１４】
コイルは、陽極と同一の高融点金属材料によって構成することが望ましく、陽極がタングステンからなる場合はコイルもタングステンとすることが好ましい。
隙間Ｓは、上記００１０に記載の数値例を範囲における放電ランプにおいて、０．０３〜０．３（ｍｍ）とすることが好ましい。隙間Ｓを０．０３以上とする理由は、陽極の熱膨張を考慮しても陽極とコイルの接触を防止できるからである。例えば、点灯時の隙間に位置する陽極胴部の温度は１８００K程度であり、陽極の材質を例えばタングステンとしたとき、その熱膨張係数は３８×１０^−７／K程度であり、実質的に使用される陽極胴部径φ４（ｍｍ）程度において、陽極とコイルの直接の接触は完全に防止できる。
また、隙間Ｓを０．３以下とする理由は、隙間Ｓが大きくなると発光部から当該隙間に水銀が入り込み、発光部において適度な量の水銀発光が得られないからである。
【００１５】
陽極２は発光部から同一径で伸びる必要はなく、図（ｃ）に示すように、封止部において多少小径化していてもかまわない。ただし、封止部における陽極の太径部２２の外径は、発光部における陽極先端部の最大径の７０％以上、望ましくは８０％以上でなければならない。太径部２２における熱容量を十分に確保するためである。
【００１６】
コイルは純度４Ｎ（９９．９９％）以上の高純度タングステン材料から構成される。コイルに不純物が含まれると、失透のもと（種）になりやすいからである。特に、本発明の放電ランプは、陽極とコイルの間に隙間が介在するため、石英ガラスが陽極からの輻射熱の影響を受けるために高温になりやすく、不純物が含まれると失透がより短時間で発生する可能性が高い。純度は４Ｎ（９９．９９％）以上であるが、５Ｎ（９９．９９９％）以上がより好ましい。
【００１７】
陽極２は金属箔との接合において小径化している。気密性を高めるために、金属箔との接合において両者の間に生じる隙間を小さくするためである。具体的には、図２において小径部２４は大径部２２の４分の１程度に小径化されている。
中間部２３は、太径部２２と小径部２４の間に位置して、太径部２２における熱容量の確保という理由による太径と、小径部２４における金属箔との接合という理由により小径の急激な太さの変化を和らげる部分である。（ｂ）に示すように中間部２３にコイル２０を配置させてもよい。
【００１８】
図２（ｃ）の構造について数値例をあげると、太径部２１の外径はφ０．８〜４ｍｍの範囲から選ばれて、例えば１．８ｍｍ、中間部２２の外径はφ０．６〜３．６ｍｍの範囲から選ばれて、例えば１．５ｍｍ、小径部２４の外径はφ０．３〜１．０ｍｍの範囲から選ばれて、例えば０．５ｍｍである。また、太径部２１の長さは２〜７ｍｍの範囲から選ばれて、例えば３ｍｍ、中間部２２の長さは３〜１０ｍｍの範囲から選ばれて、例えば５ｍｍ、小径部２４の長さは０．８〜５ｍｍの範囲から選ばれて、例えば３ｍｍである。コイル２０の外径がφ０．９〜４ｍｍの範囲から選ばれて、例えば１．８ｍｍであり、太径部２２の長さ５ｍｍにわたり存在する。これらは放電ランプの設計により変化するものであるが、上記００１０の数値例において採用させるものである。
【００１９】
図３は陽極の封止工程を説明するための簡略化した図面である。
封止部となるべき石英ガラス管１１’の中に陽極組立体２’を吊り下がるように配置されている。陽極組立体２’は太径部２２と中間部２３にコイル２０が挿入された状態で金属箔４と小径部２４が溶接などで接合されている。太径部２２において、コイル２０の内径は太径部２２の外径よりも０．０３〜０．３ｍｍ大きくなっており、コイル２０は太径部２２と中間部２３の段差で保持されるだけであり、可動自在の状態になっている。
この状態から図示Ｘの方向から石英ガラス管１１’を加熱するとともに、絞込み加工をすることで封止部を形成することができる。これがいわゆるシュリンク加工である。
この封止工程により、陽極とコイル３０の間に隙間を設ける封止構造を作ることができる。
【００２０】
図２（ｂ）に示すようにコイル２０が太径部２２と中間部２３に対応して外径が変化する構造であれば、太径部２２と中間部２３の段差において両者を保持することができるので製造作業が容易であるという利点を有する。
図２（ａ）（ｃ）に示すようにコイル２０が太径部２２にのみ対応する構造の場合は、コイル２０を仮止めする工夫が必要となる。
【００２１】
上記の実施例では陽極について説明したが、陰極に隙間とともにコイルを設けることもできる。
さらに、本発明の構造は、直流点灯型、交流点灯型のいずれの放電ランプに対しても適用することができる。
【００２２】
以上説明したように、本発明のショートアーク型放電ランプは、少なくとも一方の電極が封止部の内部にまで太径のまま伸びるとともに、この封止部における太径部の周囲に隙間を介してコイルが巻きつけられた構成とすることで、電極に熱容量を持たせることができるとともに、電極と石英ガラスの接触を避けることでクラックの発生を良好に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの全体図を示す。
【図２】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの陽極の拡大図を示す。
【図３】本発明の封止部の製造工程を示す。
【符号の説明】
１放電ランプ
２陽極
３陰極
４金属箔
５外部リード
１０発光部
１１封止部
２０コイル
２１先端部
２２太径部
２３中間部
２４小径部

Claims

内部に一対の電極が対向配置され、かつ、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した発光部と、この発光部の両側に延在する封止部からなるショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、
前記電極のうち少なくとも一方の電極は、前記封止部の内部において外径が小さくなって形成される段差を有するとともに、当該封止部における電極の周囲に隙間を介してコイルが巻きつけられ、
かつ、当該コイルは電極の段差部分にも設けられたことを特徴とするショートアーク型超高圧放電ランプ。
前記ショートアーク型超高圧放電ランプは直流点灯型放電ランプであって、前記少なくとも一方の電極は陽極であることを特徴とする請求項１のショートアーク型超高圧放電ランプ。
前記隙間は、０．０３〜０．３（ｍｍ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２のショートアーク型超高圧放電ランプ。
前記陽極の封止部内部における外径は、発光部における陽極先端部の最大径の７０％以上であることを特徴とする請求項２のショートアーク型超高圧放電ランプ。
前記コイルは純度４Ｎ以上のタングステンよりなることを特徴とする請求項１又は請求項２のショートアーク型超高圧放電ランプ。