JP4598844B2

JP4598844B2 - 超高圧水銀放電灯

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Publication number: JP4598844B2
Application number: JP2008152055A
Authority: JP
Inventors: 俊光田中; 満佐藤; 直樹後藤; 伸幸今野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: JP2009301752A; US20100007276A1; DE102009023050A1; CN101604611A; CN101604611B

Description

この発明は、プロジェクター用光源に使用される超高圧水銀放電灯に関するもので、更に詳しくは発光管の箔の電極芯線との溶接部付近の形状に関する。

プロジェクター用光源に使用される超高圧水銀放電灯（以下、ランプと呼ぶ場合もある）の発光管は、石英ガラスチューブの中に電極システムを挿入し、これらを封止する。超高圧水銀放電灯の発光管の内部圧力は非常に高く、２００気圧に達する場合もある。

そのため、ランプの点灯中に発光管の石英バルブが、内圧に耐えきれずに破損することがある。特に、電極溶接部の石英ガラスチューブと箔との密着性が悪くその間に隙間が生じる。その隙間に高圧の水銀が入り込み、石英バルブが破損することがある。

図１０は従来の超高圧水銀放電灯の発光管１０２の断面図である。発光管１０２は、一対の電極システム１２４ａと電極システム１２４ｂとが石英バルブ１２０内に配置される。電極システム１２４ａは、電極１２１ａ、箔１２２ａ、リード線１２３ａを備える。同様に、電極システム１２４ｂは、電極１２１ｂ、箔１２２ｂ、リード線１２３ｂを備える。発光管１０２内には、水銀１２５と希ガスが封入される。そして、発光管１０２の両端部は、石英バルブ１２０を加熱・溶融することで封止られる。

図１１は従来の発光管１０２の封止後の溶接部１２１ａ−２，１２１ｂ−２付近における発光管１０２の中心線に直交する方向の断面図である。発光管１０２の封止工程において、溶接部１２１ａ−２，１２１ｂ−２の断面形状が、例えば、図１１に示すような円形の場合、同図に示すように、溶接部１２１ａ−２，１２１ｂ−２と箔１２２ａ，１２２ｂとの接触部付近は溶融した石英バルブ１２０が届かずに、隙間１２６ａが生ずる。この隙間１２６ａに高圧の水銀１２５が進入すると、石英バルブ１２０が破損する恐れがある。

図１２は従来の発光管１０２の封止後の溶接部１２１ｂ−２付近における発光管１０２の中心線方向の断面図である。電極１２１ｂと箔１２２ｂとは、固定強度を確保するため、箔１２２ｂと略円筒状の電極１２１ｂの端部とが重なるように溶接される。そのため、電極システム１２４ｂの封止行程において、溶接部１２１ｂ−２の端面と箔１２２ｂとの角部には、図１２に示すように、隙間１２６ｂが生ずる（電極システム１２４ａにおいても同様）。

隙間１２６ｂに高圧の水銀１２５が進入すると、石英バルブ１２０と箔１２２ｂとの剥離が生じる。この剥離がリード線１２３ｂ方向に進行して、石英バルブ１２０が破損する恐れがある。
特開平１１−０６７１５６号公報

以上のように、従来の超高圧水銀放電灯は、電極１２１ａ，１２１ｂと箔１２２ａ，１２２ｂとが、固定強度を確保するために、箔１２２ａ，１２２ｂと略円筒状の電極１２１ａ，１２１ｂの端部とが重なるように溶接される。そのため、発光管１０２の封止工程において、石英バルブ１２０と箔１２２ａ，１２２ｂ及び電極１２１ａ，１２１ｂとの間に、隙間１２６ａ，１２６ｂが生じる。隙間１２６ａ，１２６ｂに高圧の水銀１２５が進入すると、石英バルブ１２０と箔１２２ａ，１２２ｂとの剥離が生じる。この剥離がリード線１２３ａ、１２３ｂ方向に進行して、石英バルブ１２０が破損する恐れがあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、石英バルブの破損する恐れが少なく、信頼性の高い超高圧水銀放電灯を提供することを目的とする。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、石英バルブ内に一対の電極システムを封止した発光管を有する超高圧水銀放電灯において、
一対の電極システムは、夫々、溶接部を有する電極と、一端が溶接部に溶接される箔と、箔の他端に接続されるリード線とを備え、
箔の溶接部の近傍に開口部を設けたことを特徴とする。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、開口部を溶接部の端部付近に設けたことを特徴とする。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、溶接部の先端が、箔の開口部に臨むように配置することを特徴とする。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、開口部の幅Ｌ１を、箔の幅Ｌ０の７０％以下にすることを特徴とする。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、電極の溶接部の直径Ｄと、開口部の幅Ｌ１との関係を、Ｄ≦Ｌ１≦３Ｄとすることを特徴とする。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、複数の開口部を、箔の電極の溶接部の周囲に配置することを特徴とする。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、電極の溶接部を囲むような凹形状の開口部を箔に設けることを特徴とする。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、箔の溶接部の近傍に開口部を設けたことにより、開口部で封止後の石英バルブ同士が密着するため、隙間を起点とした石英バルブと箔との剥離が発生しても、箔に沿ってリード線側への剥離の進行を止めることができる。従って、点灯中の発光管の破損を防止できる。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、開口部を溶接部の端部付近に設けたことにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部の端面と箔との角部の隙間を無くすことができる。また、電極の溶接部の側部に生じる隙間は無くならないが、開口部では封止後の石英バルブ同士が密着するため、隙間を起点とした石英バルブと箔との剥離が発生しても、箔に沿ってリード線側への剥離の進行を止めることができる。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、溶接部の先端が、箔の開口部に臨むように配置することにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部の端面と箔との角部の隙間を確実に無くすことができる。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、開口部の幅Ｌ１を箔の幅Ｌ０の７０％以下にすることにより、箔の電流密度が大きくなり、箔の温度が高くなるのを抑制できる。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、電極の溶接部の直径Ｄと開口部の幅Ｌ１との関係を、Ｄ≦Ｌ１≦３Ｄとすることにより、箔の電流密度が大きくなり、箔の温度が高くなるのを抑制できる。また、従来の超高圧水銀放電灯に見られる隙間を起点とした石英バルブと箔との剥離が箔に沿ってリード線側へ進行するのを止める効果が減少するのを最小限に抑えることができる。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、複数の開口部を箔の電極の溶接部の周囲に配置することにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部の両側部の隙間と、溶接部の端面と箔との角部の隙間とが減少する。また、複数の開口部において、石英バルブ同士が密着するため、隙間を起点とした石英バルブと箔との剥離が箔に沿ってリード線側へ進行するのを抑制できる。

この発明に係る超高圧水銀放電灯は、電極の溶接部を囲むような凹形状の開口部を箔に設けることにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部の両側部の隙間と、溶接部の端面と箔との角部の隙間とが共に無くなる。また、仮に僅かな隙間が生じても、開口部において、石英バルブ同士が密着するため、隙間を起点とした石英バルブと箔との剥離が箔に沿ってリード線側へ進行するのを抑制できる。

実施の形態１．
図１乃至図９は実施の形態１を示す図で、図１は反射鏡付放電灯１００の一部を破断した側面図、図２は発光管２の断面図、図３は箔２２ｂの平面図、図４は電極システム２４ｂの部分平面図、図５は発光管２の封止後の溶接部２１ｂ−２付近における発光管２の中心線方向の断面図、図６は変形例１の箔２２ｂの平面図、図７は変形例２の箔２２ｂの平面図、図８は変形例３の箔２２ｂの平面図、図９は変形例４の箔２２ｂの平面図である。

本実施の形態は、発光管２の内部に配置される箔の電極の溶接部付近の形状に特徴がある。従って、反射鏡付放電灯１００（超高圧水銀放電灯の一例）の全体構成については、簡単に説明する。

図１に示すように、反射鏡付放電灯１００は、反射鏡３（図１の例は、放物型）の内部に発光管２が収納される。発光管２は、反射鏡３のネック部３ｂにセメント１８により固定される。発光管２の中心軸２ａが、反射鏡３の開口部３ａとネック部３ｂを結ぶ中心軸に一致し、発光部１１の中心が反射鏡３の焦点となる状態で固定される。セメント１８の主成分は、シリカである。

発光管２については後述するが、発光管２の電極システム２４ａの電極２１ａに接続するリード線２３ａが、発光管２の前面側端面（反射鏡３の開口部３ａ側）から引き出される。リード線２３ａは、第１の端子１５ａに接続する。

また、発光管２の電極システム２４ｂの電極２１ｂに接続するリード線２３ｂが、発光管２の背面側端面（反射鏡３のネック部３ｂ側）から引き出される。リード線２３ｂは、第２の端子１５ｂに接続する。

石英バルブ２０のモリブデン箔２２ａの周囲を覆う部分に、トリガーコイル１７が巻かれる。トリガーコイル１７は、第２の端子１５ｂに接続する。

反射鏡３の前面の開口部３ａに、透光性の前面ガラス１９が取り付けられる。

発光管２の発光部１１の中心が、球面、楕円面、放物面等の碗状の反射鏡３の焦点に位置する。放射された光は、反射鏡３の内面に施された反射膜によって反射され、ランプ前方に放射される。放射された光はランプ前方に設けられた光学系に入射する。

図２により、発光管２の構成を説明する。発光管２は、一対の電極システム２４ａと電極システム２４ｂとが石英バルブ２０内に配置される。電極システム２４ａは、電極２１ａ、箔２２ａ、リード線２３ａを備える。同様に、電極システム２４ｂは、電極２１ｂ、箔２２ｂ、リード線２３ｂを備える。発光管２内には、水銀２５と希ガスが封入される。そして、発光管２の両端部は、石英バルブ２０を加熱・溶融することで封止られる。

詳細は追って説明するが、箔２２ａ，２２ｂには、電極２１ａ，２１ｂの端部付近に、一例では四角形の開口部２２ａ−１，２２ｂ−１が開けられている。

図３により、箔２２ａ，２２ｂの構成を説明する。図３は箔２２ｂを示す平面図であるが、箔２２ａも箔２２ｂと対称である。

箔２２ａ，２２ｂは、材質はモリブデンであり、厚さが数十ミクロンである。箔２２ａ，２２ｂを薄くすることで石英バルブ２０との密着性が向上し、気密性が良くなる。

図３に示すように、箔２２ｂは、電極２１ｂ側の端部に開口部２２ｂ−１を備える。ここでは、電極システム２４ｂについて説明するが、電極システム２４ａについても同様である。

図３の一例では、開口部２２ｂ−１の形状は、四角形である。開口部２２ｂ−１の幅Ｌ１（長手方向に直交する方向）は、箔２２ｂの幅Ｌ０（長手方向に直交する方向）の７０％以下にしている。理由については、後述する。

図４に示すように、電極２１ｂを箔２２ｂに溶接する場合、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端が、箔２２ｂの開口部２２ｂ−１に臨むように配置する。但し、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端が、箔２２ｂの開口部２２ｂ−１の縁部に一致するように配置してもよい。さらに、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端を、箔２２ｂの開口部２２ｂ−１の縁部より電極２１ｂ側に離れるように配置してもよい。

電極２１ｂの芯線２１ｂ−４（溶接部２１ｂ−２）の直径をＤとする。開口部２２ｂ−１の幅Ｌ１は、
Ｄ≦Ｌ１≦３Ｄ（１）
の範囲が好ましい。

Ｌ１が３Ｄを超えると、箔２２ｂの電流密度が大きくなり、箔２２ｂの温度が高くなる。

開口部２２ｂ−１の幅Ｌ１（長手方向に直交する方向）を、箔２２ｂの幅Ｌ０の７０％以下にしているのも、同じ理由である。

図４の電極システム２４ｂを石英バルブ２０に挿入し、石英バルブ２０を加熱して封止する際に、箔２２ｂに開口部２２ｂ−１が開けられているため、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部１２１ｂ−２の端面と箔１２２ｂとの角部の隙間１２６ｂ（図１２参照）は無くなる。

図５に示すように、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端が、箔２２ｂの開口部２２ｂ−１に臨むように配置することにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部１２１ｂ−２の端面と箔１２２ｂとの角部の隙間１２６ｂを確実に無くすことができる。

電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の側部に生じる隙間１２６ａ（図１１参照）は無くならないが、開口部２２ｂ−１では封止後の石英バルブ２０同士が密着するため、隙間１２６ａを起点とした石英バルブ２０と箔２２ｂとの剥離が発生しても、箔２２ｂに沿ってリード線２３ｂ側への剥離の進行を止めることができる。従って、点灯中の発光管２の破損を防止できる。

（１）式において、Ｌ１がＤ未満になると、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部１２１ｂ−２の端面と箔１２２ｂとの角部の隙間１２６ｂ（図１２参照）が若干生じる。また、隙間１２６ａを起点とした石英バルブ２０と箔２２ｂとの剥離が箔２２ｂに沿ってリード線２３ｂ側へ進行するのを止める効果が減少する。

箔２２ｂの開口部２２ｂ−１の形状は、四角形以外のものでもよい。どのような形状でもよい。以下、四角形以外の例を示す。

図６は円形の開口部２２ｂ−２の例である。この場合も、電極２１ｂを箔２２ｂに溶接する場合、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端が、箔２２ｂの開口部２２ｂ−２に臨むように配置する。但し、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端が、箔２２ｂの開口部２２ｂ−２の縁部に一致するように配置してもよい。さらに、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端を、箔２２ｂの開口部２２ｂ−２の縁部より電極２１ｂ側に離れるように配置してもよい。

図７は三角形の開口部２２ｂ−３の例である。三角形の開口部２２ｂ−３の場合は、その一辺が箔２２ｂの幅方向（長手方向に直交する方向）に略平行になるように配置する。これにより、四角形の開口部２２ｂ−１の場合と略同等の効果を奏する。

三角形の開口部２２ｂ−３の場合も、電極２１ｂを箔２２ｂに溶接する場合、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端が、箔２２ｂの開口部２２ｂ−３に僅かに臨むように配置する。但し、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端が、箔２２ｂの開口部２２ｂ−３の縁部に一致するように配置してもよい。さらに、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の先端を、箔２２ｂの開口部２２ｂ−３の縁部より電極２１ｂ側に離れるように配置してもよい。

図８に示すように、複数の開口部２２ｂ−４を箔２２ｂの電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の周囲に配置するようにしてもよい。図８の例は、７個の円形の開口部２２ｂ−４が開けられている。

７個の開口部２２ｂ−４は、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の端部に１個及び両側部に３個ずつ所定の間隔で配置される。

開口部２２ｂ−４の大きさは、直径が０．１から０．５ｍｍ程度のものである。

開口部２２ｂ−４の形状は、図８の円の以外の形状、例えば、楕円、四角、三角等どのような形状でもよい。

図８に示すように、複数の開口部２２ｂ−４を箔２２ｂの電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２の周囲に配置することにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部１２１ｂ−２の両側部の隙間１２６ａと、溶接部１２１ｂ−２の端面と箔１２２ｂとの角部の隙間１２６ｂとが減少する。

また、複数の開口部２２ｂ−４において、石英バルブ２０同士が密着するため、隙間１２６ａ，１２６ｂを起点とした石英バルブ２０と箔２２ｂとの剥離が箔２２ｂに沿ってリード線２３ｂ側へ進行するのを抑制する。

図９に示すように、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２を囲むような凹形状の開口部２２ｂ−５を箔２２ｂに設けてもよい。

箔２２ｂに、電極２１ｂの溶接部２１ｂ−２を囲むような凹形状の開口部２２ｂ−５を設けることにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部１２１ｂ−２の両側部の隙間１２６ａと、溶接部１２１ｂ−２の端面と箔１２２ｂとの角部の隙間１２６ｂとが共に無くなる。

また、仮に僅かな隙間１２６ａ，１２６ｂが生じても、開口部２２ｂ−５において、石英バルブ２０同士が密着するため、隙間１２６ａ，１２６ｂを起点とした石英バルブ２０と箔２２ｂとの剥離が箔２２ｂに沿ってリード線２３ｂ側へ進行するのを抑制する。

以上のように、この実施の形態によれば、箔２２ａ，２２ｂの電極２１ａ，２１ｂの端部付近に、四角形、円形、三角形等の開口部２２ａ−１，２２ｂ−１を開けることにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部１２１ａ−１，１２１ｂ−２の端面と箔１２２ａ，１２２ｂとの角部の隙間１２６ｂを無くすことができる。

また、電極２１ａ，２１ｂの溶接部２１ａ−２，２１ｂ−２の側部に生じる隙間１２６ａ（図１１参照）は無くならないが、開口部２２ａ−１，２２ｂ−１では封止後の石英バルブ２０同士が密着するため、隙間１２６ａを起点とした石英バルブ２０と箔２２ａ，２２ｂとの剥離が発生しても、箔２２ａ，２２ｂに沿ってリード線２３ａ，２３ｂ側への剥離の進行を止めることができる。従って、点灯中の発光管２の破損を防止できる。

電極２１ａ，２１ｂの芯線２１ａ−４，２１ｂ−４の直径をＤと、開口部２２ａ−１，２２ｂ−１の幅Ｌ１との関係を、Ｄ≦Ｌ１≦３Ｄとすることにより、箔２２ａ，２２ｂの電流密度が大きくなり、箔２２ａ，２２ｂの温度が高くなるのを抑制できる。また、従来の超高圧水銀放電灯に見られる隙間１２６ａを起点とした石英バルブ２０と箔２２ｂとの剥離が箔２２ｂに沿ってリード線２３ｂ側へ進行するのを止める効果が減少するのを最小限に抑えることができる。

また、開口部２２ｂ−１の幅Ｌ１を、箔２２ｂの幅Ｌ０の７０％以下にすることにより、箔２２ａ，２２ｂの電流密度が大きくなり、箔２２ａ，２２ｂの温度が高くなるのを抑制できる。

また、直径が０．１から０．５ｍｍ程度の円形等の複数の開口部２２ａ−４，２２ｂ−４を箔２２ａ，２２ｂの電極２１ａ，２１ｂの溶接部２１ａ−２，２１ｂ−２の周囲に配置することにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部１２１ａ−２，１２１ｂ−２の両側部の隙間１２６ａと、溶接部１２１ａ−２，１２１ｂ−２の端面と箔１２２ａ，１２２ｂとの角部の隙間１２６ｂとが減少する。また、複数の開口部２２ａ−４，２２ｂ−４において、石英バルブ２０同士が密着するため、隙間１２６ａ，１２６ｂを起点とした石英バルブ２０と箔２２ａ，２２ｂとの剥離が箔２２ａ，２２ｂに沿ってリード線２３ａ，２３ｂ側へ進行するのを抑制できる。

さらに、電極２１ａ，２１ｂの溶接部２１ａ−２，２１ｂ−２を囲むような凹形状の開口部２２ａ−５，２２ｂ−５を箔２２ａ，２２ｂに設けることにより、従来の超高圧水銀放電灯に見られる溶接部１２１ａ−２，１２１ｂ−２の両側部の隙間１２６ａと、溶接部１２１ａ−２，１２１ｂ−２の端面と箔１２２ａ，１２２ｂとの角部の隙間１２６ｂとが共に無くなる。

また、仮に僅かな隙間１２６ａ，１２６ｂが生じても、開口部２２ａ−５，２２ｂ−５において、石英バルブ２０同士が密着するため、隙間１２６ａ，１２６ｂを起点とした石英バルブ２０と箔２２ａ，２２ｂとの剥離が箔２２ａ，２２ｂに沿ってリード線２３ａ，２３ｂ側へ進行するのを抑制できる。

実施の形態１を示す図で、反射鏡付放電灯１００の一部を破断した側面図。実施の形態１を示す図で、発光管２の断面図。実施の形態１を示す図で、箔２２ｂの平面図。実施の形態１を示す図で、電極システム２４ｂの部分平面図。実施の形態１を示す図で、発光管２の封止後の溶接部２１ｂ−２付近における発光管２の中心線方向の断面図。実施の形態１を示す図で、変形例１の箔２２ｂの平面図。実施の形態１を示す図で、変形例２の箔２２ｂの平面図。実施の形態１を示す図で、変形例３の箔２２ｂの平面図。実施の形態１を示す図で、変形例４の箔２２ｂの平面図。従来の超高圧水銀放電灯の発光管１０２の断面図。従来の発光管１０２の封止後の溶接部１２１ａ−２，１２１ｂ−２付近における発光管１０２の中心線に直交する方向の断面図。従来の発光管１０２の封止後の溶接部１２１ｂ−２付近における発光管１０２の中心線方向の断面図。

符号の説明

２発光管、３反射鏡、３ａ開口部、３ｂネック部、１１発光部、１５ａ第１の端子、１５ｂ第２の端子、１７トリガーコイル、１８セメント、１９前面ガラス、２０石英バルブ、２１ａ電極、２１ａ−２溶接部、２１ｂ電極、２１ｂ−１放電部、２１ｂ−２溶接部、２１ｂ−４芯線、２２ａ箔、２２ａ−１開口部、２２ａ−４開口部、２２ａ−５開口部、２２ｂ箔、２２ｂ−１開口部、２２ｂ−２開口部、２２ｂ−３開口部、２２ｂ−４開口部、２２ｂ−５開口部、２３ａリード線、２３ｂリード線、２４ａ電極システム、２４ｂ電極システム、２５水銀、１００反射鏡付放電灯、１０２発光管、１２１ａ電極、１２１ａ−２溶接部、１２１ｂ電極、１２１ｂ−２溶接部、１２２ａ箔、１２２ｂ箔、１２３ａリード線、１２３ｂリード線、１２４ａ電極システム、１２４ｂ電極システム、１２５水銀、１２６ａ隙間、１２６ｂ隙間。

Claims

石英バルブ内に一対の電極システムを封止した発光管を有する超高圧水銀放電灯において、
前記一対の電極システムは、夫々、溶接部を有する電極と、一端が前記溶接部に溶接される箔と、前記箔の他端に接続されるリード線とを備え、
前記電極の前記溶接部を囲むような凹形状の開口部を前記箔に設けることを特徴とする超高圧水銀放電灯。