JP4613877B2

JP4613877B2 - 反射鏡付きランプ

Info

Publication number: JP4613877B2
Application number: JP2006140139A
Authority: JP
Inventors: 木教一柵
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: JP2007311231A

Description

本発明は、高圧放電ランプが凹面反射鏡と一体的に取り付けられた反射鏡付きランプに係り、特に、高圧放電ランプの発光管に、その発光部から凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させてランプの光利用効率を高める副反射鏡もしくは反射膜が設けられた反射鏡付きランプに関する。

液晶プロジェクター用光源やプロジェクションＴＶ用光源として使用される反射鏡付きランプは、図２の如く、電極軸３の先端側にコイル４を巻装した一対のタングステン電極２Ｒ、２Ｌが石英ガラス管で成る発光管５の発光部６内に互いに対向して配置され、その発光部６の両側に各電極２Ｒ、２Ｌの電極軸３を固着する一対の封止部７Ｒ、７Ｌが形成された高圧放電ランプ１が、一方の封止部７Ｒを凹面反射鏡８の開口部９側に配し、他方の封止部７Ｌを凹面反射鏡８のボトム部１０側に配して、凹面反射鏡８と一体的に取り付けられている。そして、この種の反射鏡付きランプには、高圧放電ランプ１の光利用効率を高めるために、該ランプ１の発光管５に、その発光部６から凹面反射鏡８の開口部９側へ放射される光を発光部６側へ反射させる副反射鏡１１もしくは破線図示の反射膜１２が設けられたものがある（特許文献１、２、３及び４参照）。
特開２００５−３０９３７２号公報特許第３１８４４０４号公報特許第３２０４７３３号公報特表２００５−５０５９０９号公報

また、高圧放電ランプ１としては、発光管５の発光部６内に、一対のタングステン電極２Ｒ、２Ｌが互いに対向して配置される共に、水銀と、臭素や沃素などのハロゲンと、アルゴンガスなどの始動用希ガスとが封入されて、ランプ点灯時に電極２Ｒ、２Ｌから蒸発して発光部６の内面に付着したタングステンを再蒸発させて電極２Ｒ、２Ｌへ戻すタングステン−ハロゲンサイクルにより、ランプ寿命を損なう発光部６の早期黒化を防止すると共に、電極２Ｒ、２Ｌ間の距離を狭くしてアーク長を短くし、且つ発光部６の単位容積当りの水銀封入量を多くしてランプ点灯時における発光部６内の水銀蒸気圧を高めることにより、小型で点光源に近い高輝度発光が得られるようにしたショートアークタイプの高圧水銀蒸気放電ランプが一般的に用いられている（特許文献５参照）。
特開２００５−５６６４６号公報

高圧放電ランプ１の電極２Ｒ、２Ｌは、電極軸３の先端とその先端側にタングステンワイヤを上下２層に密巻きして巻装されたコイル４の一部とを溶融一体化させることによって、球状もしくは凸曲面形状の電極先端部１３が形成されると共に、電極軸３の後端が、各々封止部７Ｒ、７Ｌに封着されたモリブデン箔１４の片端に溶接され、該モリブデン箔１４の他端に溶接されたリード棒１５に結線する電力供給用リード線（図示せず）を介してランプ電力が供給されるようになっている。

また、高圧放電ランプ１の発光管５に設ける副反射鏡１１もしくは反射膜１２は、発光管５の発光部６から凹面反射鏡８の開口部９側へ放射される光を発光部６側へ反射させて、主反射鏡である凹面反射鏡８の反射面へと導き、該反射面で被照射物の方向へ反射させてランプの光利用効率を高めるもので、副反射鏡１１は、発光部６の封止部７Ｒ側の外表面と対向して封止部７Ｒに固定され、反射膜１２は、発光部６の封止部７Ｒ側の外表面に被着される。

しかし、高圧放電ランプ１の発光管５に副反射鏡１１や反射膜１２を設けると、反射鏡付きランプに装備された冷却ファン等の空冷手段によって発光部６の封止部７Ｒ側の部位を十分に冷却することができず、その部位が過熱されて膨れを生じたり、発光部６の破裂を惹き起こすおそれがあった。

また、副反射鏡１１や反射膜１２は、赤外線透過性材料で製作されているものの、発光部６から放射される赤外光の一部を発光部６内へ反射させてしまうため、発光部６の封止部７Ｒ側の部位が過熱されるのみならず、その封止部７Ｒに電極軸３を固着して発光部６内に配置された電極２Ｒも過熱されるので、該電極２Ｒの電極先端部１３からの不純物の蒸発量が多くなって発光部６の早期黒化を生ずるおそれがあると同時に、ランプ点灯時に最も高温となり且つ熱容量が大きい球状もしくは凸曲面形状の電極先端部１３とコイル４が設けられた電極２Ｒの先端部側から放射される熱や電極軸３を介して伝播される熱により発光部６の封止部７Ｒ側の内表面温度が著しく上昇して、発光部６の膨れや破裂を生ずる危険性が増すという問題があった。

なお、発光部６の過熱を防止するために、発光部６の封止部７Ｒ側の管壁負荷を小さくしてその部分の管壁温度を下げようとする試みもなされているが、発光部６に封入した水銀の蒸発が阻害されず、また、光学特性が損なわれないように、発光部６の管壁負荷を局部的に小さく設計・加工することは非常に困難であった。

本発明は、高圧放電ランプの発光管に設けた副反射鏡や反射膜の近くに配置される電極が過熱されて、該電極から発光部の早期黒化を惹き起こす原因物質が多量に蒸発したり、該電極から伝播・放射される熱で発光部の温度が局部的に著しく上昇して発光部の膨れや破裂が生ずることを防止することを技術的課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、電極軸の先端側にコイルを巻装した一対の電極が発光管の発光部内に互いに対向して配置され、該発光部の両側に前記各電極の電極軸を固着する一対の封止部が形成された高圧放電ランプが、一方の封止部を凹面反射鏡の開口部側に配し、他方の封止部を凹面反射鏡のボトム部側に配するようにして該反射鏡と一体的に取り付けられる共に、前記発光管に、その発光部から前記凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる副反射鏡もしくは反射膜が設けられた反射鏡付きランプにおいて、前記一方の封止部に固着する電極軸の先端側に巻装するコイルの巻き幅を、前記他方の封止部に固着する電極軸の先端側に巻装するコイルの巻き幅よりも小さくして、前者のコイルと該コイルを巻装した電極軸が固着される封止部側の発光部内表面との間の距離を、後者のコイルと該コイルを巻装した電極軸が固着される封止部側の発光部内表面との間の距離よりも大きくしていることを特徴とする。

本発明に係る反射鏡付きランプは、高圧放電ランプの発光管に、その発光部から凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる副反射鏡もしくは反射膜が設けられているため、凹面反射鏡の開口部側に配した封止部に電極軸を固着する一方の電極が、凹面反射鏡のボトム部側に配した封止部に電極軸を固着する他方の電極よりも高温に熱せられるが、一方の電極は、電極軸の先端側に巻装するコイルの巻き幅を他方の電極よりも小さくして、そのコイルと該コイルを巻装した電極軸が固着される封止部側の発光部内表面との間の距離を大きくすることにより、コイルの熱容量を小さくし、且つそのコイルを副反射鏡・反射膜や発光部内表面から遠ざけているので、副反射鏡・反射膜から反射する光によりコイルを巻装した電極の先端部側が過熱されて不純物の蒸発量が増大することが防止されると同時に、電極の先端部側から伝播・放射される熱により発光部内表面が過熱されて発光部の膨れや破裂を生ずることが防止される。

本発明に係る反射鏡付きランプの最良の実施形態は、石英ガラス管で成る発光管の発光部内に、タングステン棒で成る電極軸の先端側に高純度タングステンワイヤを上下２層に密巻きして成るコイルを巻装した一対のタングステン電極が約１ｍｍ前後の狭い電極間距離を保って互いに対向して配置されると共に、水銀と、臭素や沃素などのハロゲンと、アルゴンガスなどの始動用希ガスとが封入され、その発光部の両側に各電極の電極軸を固着する一対の封止部が形成されたショートアークタイプの高圧水銀蒸気放電ランプが、一方の封止部を凹面反射鏡の開口部側に配し、他方の封止部を凹面反射鏡のボトム部側に配するようにして該反射鏡と一体的に取り付けられている。

そして、高圧水銀蒸気放電ランプの発光管には、その発光部から凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる副反射鏡が、凹面反射鏡の開口部側に配した一方の封止部に固定して設けられるか、もしくは、発光部から凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる耐熱誘電体膜等で成る反射膜が、発光部の外表面に被着して設けられている。

高圧水銀蒸気放電ランプに設ける一対の電極は、各々の電極軸を固着する封止部から発光部内へ略均等な長さ突出せられて、外郭形状が均整な球形もしくは楕円球形を成す発光部の中心位置で互いに対向するように配置されると共に、凹面反射鏡の開口部側に配した一方の封止部に電極軸を固着する一方の電極は、凹面反射鏡のボトム部側に配した他方の封止部に電極軸を固着する他方の電極よりも、電極軸の先端側に巻装するコイルの巻き数を少なくすることにより巻き幅を小さくして、そのコイルと電極軸を固着する封止部側の発光部内表面との間の距離を大きくしている。

すなわち、凹面反射鏡の開口部側に配した一方の封止部に電極軸を固着する一方の電極は、発光管の発光部から凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる副反射鏡・反射膜によって、他方の電極よりも高温に熱せられるが、電極軸の先端側に巻装するコイルの巻き幅を小さくすることによって、そのコイル全体の熱容量が低減されると共に、そのコイルが副反射鏡・反射膜や発光部内表面から遠ざけられているので、電極先端部の過熱による発光部の早期黒化が防止されると同時に、電極先端部側から電極軸を固着する封止部側の発光部内表面へ伝播・放射される熱量が低減されてその発光部内表面の過熱による発光部の膨れや破裂も防止される。なお、両電極は、各々の電極軸を固着する封止部から発光部内へ略均等な長さ突出せられて、発光部の中心位置で互いに対向するように配置されるので、ランプの光学特性が損なわれることもない。

図１は本発明に係る反射鏡付きランプの一例を示す要部の拡大図である。なお、図２に示す従来の反射鏡付きランプと基本構成が共通する部分については、同図を参酌して説明する。

本例の反射鏡付きランプを構成する高圧放電ランプ１は、例えば定格ランプ電力１５０Ｗの交流水平点灯型高圧水銀蒸気放電ランプであって、０．３ｍｍ径の高純度タンクステン棒で成る電極軸３の先端側に約０．２２ｍｍ径の高純度タングステンワイヤＷを上下２層に密巻きして成るコイル４を巻装した一対のタングステン電極２Ｒ、２Ｌが、石英ガラス管で成る発光管５の発光部６内に、約１．１ｍｍの電極間距離を保って互いに対向するように配置され、各々の電極軸３が、発光部６の両側に形成された一対の封止部７Ｒ、７Ｌに固着されている。また、発光部６は、最大外径約１０ｍｍ、平均肉厚２．３ｍｍ、内容積約８５ｍｍ^３の回転楕円体に成形されて、その内部には、水銀が約０．２４ｍｇ／ｍｍ^３、臭素が約１．９×１０^−４ μｍｏｌ／ｍｍ ^３、アルゴンガスが約２×１０^４Ｐａ封入されている。

また、高圧放電ランプ１は、図２の如く、一方の封止部７Ｒを凹面反射鏡８の開口部９側に配し、他方の封止部７Ｌを凹面反射鏡８のボトム部１０側に配するようにして該反射鏡８と一体的に取り付けられる共に、発光管５の発光部６から凹面反射鏡８の開口部９側へ放射される光を発光部６側へ反射させる反射有効径１４ｍｍの誘電体スパッタ膜を形成した石英製の副反射鏡１１が、凹面反射鏡８の開口部９側から発光部６と対向させるようにしてその開口部９側に配された封止部７Ｒの外周にセメント１６で固定して設けられている。

そして、高圧放電ランプ１の電極２Ｒ、２Ｌは、各々の電極軸３を固着する各封止部７Ｒ、７Ｌから発光部６内へ略均等な長さ突出せられて、発光部６の中心位置で互いに対向するように配置されると共に、凹面反射鏡８の開口部９側に配した封止部７Ｒに電極軸３を固着する一方の電極２Ｒは、その電極軸３の先端側に巻装するコイル４の巻き幅Ｘ_１を、他方の電極２Ｌの電極軸３の先端側に巻装するコイル４の巻き幅Ｘ_２よりも小さくして、その電極２Ｒのコイル４と該電極の電極軸３を固着する封止部７Ｒ側の発光部内表面との間の距離Ｙ_１を、他方の電極２Ｌのコイル４と該電極の電極軸３を固着する封止部７Ｌ側の発光部内表面との間の距離Ｙ_２よりも大きくしている。

なお、電極２Ｒ、２Ｌのコイル４は、いずれも電極軸３の先端側に線径約０．２２ｍｍのタングステンワイヤＷを上下２層に密巻きして成るものであるが、電極２Ｒの電極軸３に巻装するコイル４の巻き数を、電極２Ｌの電極軸３に巻装するコイル４の巻き数よりも少なくすることによって、その電極２Ｒのコイル４の巻き幅Ｘ_１を電極２Ｌのコイル４の巻き幅Ｘ_２よりも小さくしている。つまり、電極２Ｒのコイル４の巻き数は、上下２層共に、電極２Ｌのコイル４の巻き数よりも例えば約３ターン程度少なくすることによって、その電極２Ｒのコイル４の巻き幅Ｘ_１を、電極２Ｌのコイル４の巻き幅Ｘ_２よりも約０．６ｍｍ程度小さくしている。

そして、両電極２Ｒ、２Ｌは、各々電極軸３の先端とその先端側に巻装されたコイル４の一部とを溶融一体化させることにより、互いに同程度の大きさを有する球状もしくは凸曲面形状の電極先端部１３が形成されて、コイル４の巻き幅Ｘ_２が大きい方の電極２Ｌは、その電極先端部１３の突端からコイル４の後端までの長さが約２．３ｍｍに形成され、コイル４の巻き幅Ｘ_１が小さい方の電極２Ｒは、その電極先端部１３の突端からコイル４の後端までの長さが電極２Ｌよりも約０．６ｍｍ短い約１．７ｍｍに形成されている。

これにより、電極２Ｒは、ランプ点灯時に最も高温となる電極先端部１３と一体化されたコイル４の熱容量・質量が、電極２Ｌのコイル４よりも小さく、また、その電極２Ｒのコイル４と電極軸３を固着する封止部７Ｒ側の発光部内表面との間の距離Ｙ_１が、電極２Ｌのコイル４と電極軸３を固着する封止部７Ｌ側の発光部内表面との間の距離Ｙ_２よりも大きくなっているので、副反射鏡１１で反射される光で電極２Ｌよりも高温に熱せられても、電極先端部１３からの不純物の蒸発量が著しく増大する程度まで過熱されることを回避することができ、また、電極先端部１３側から電極軸３を固着する封止部７Ｒ側へ伝播あるいは放射される熱でその封止部７Ｒ側の発光部内表面が発光部６の膨れや破裂を生ずる程度まで過熱されることも回避することができる。

本発明は、液晶プロジェクターやプロジェクションＴＶ等の光源として使用される反射鏡付きランプの品質向上と信頼性向上に資するものである。

本発明に係る反射鏡付きランプの一例を示す要部の拡大図従来の反射鏡付きランプを示す全体図

符号の説明

１・・・・・・高圧放電ランプ
２Ｒ・・・・・電極
２Ｌ・・・・・電極
３・・・・・・電極軸
４・・・・・・コイル
５・・・・・・発光管
６・・・・・・発光部
７Ｒ・・・・・封止部
７Ｌ・・・・・封止部
８・・・・・・凹面反射鏡
９・・・・・・凹面反射鏡の開口部
１０・・・・・・凹面反射鏡のボトム部
１１・・・・・・副反射鏡
１２・・・・・・反射膜
１３・・・・・・電極先端部

Claims

電極軸の先端側にコイルを巻装した一対の電極が発光管の発光部内に互いに対向して配置され、該発光部の両側に前記各電極の電極軸を固着する一対の封止部が形成された高圧放電ランプが、一方の封止部を凹面反射鏡の開口部側に配し、他方の封止部を凹面反射鏡のボトム部側に配するようにして該反射鏡と一体的に取り付けられる共に、前記発光管に、その発光部から前記凹面反射鏡の開口部側へ放射される光を発光部側へ反射させる副反射鏡もしくは反射膜が設けられた反射鏡付きランプにおいて、前記一方の封止部に固着する電極軸の先端側に巻装するコイルの巻き幅を、前記他方の封止部に固着する電極軸の先端側に巻装するコイルの巻き幅よりも小さくして、前者のコイルと該コイルを巻装した電極軸が固着される封止部側の発光部内表面との間の距離を、後者のコイルと該コイルを巻装した電極軸が固着される封止部側の発光部内表面との間の距離よりも大きくしていることを特徴とする反射鏡付きランプ。
前記一方の封止部に固着する電極軸の先端側と、前記他方の封止部に固着する電極軸の先端側に、夫々一定線径のタングステンワイヤを上下２層に密巻きして成るコイルを巻装すると共に、前者の電極軸に巻装するコイルの巻き数を、後者の電極軸に巻装するコイルの巻き数よりも少なくすることによって、前者のコイルの巻き幅を後者のコイルの巻き幅よりも小さくしている請求項１記載の反射鏡付きランプ。