JP4701901B2

JP4701901B2 - 反射鏡製造方法

Info

Publication number: JP4701901B2
Application number: JP2005218669A
Authority: JP
Inventors: 木教一柵
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: JP2007031224A

Description

本発明は、高圧放電ランプ等の光源用の反射鏡製造方法と光源ユニット及び光源装置に関し、特に液晶プロジェクタのバックライト光源装置に内蔵される光源ユニット等に用いられる超高圧放電ランプの反射鏡を製造する場合に好適である。

近年、パーソナルコンピュータの著しい普及に伴い、ＯＨＰ（オーバヘッドプロジェクタ）や液晶プロジェクタなどの投射型ディスプレイ装置は、パーソナルコンピュータと組合せてプレゼンテーションツールとして利用されるようになってきている。
これらの投射型ディスプレイ装置の光源装置には、発光効率に優れ、点光源に近く利用し易いショートアーク型超高圧水銀ランプを反射鏡内に配した光源ユニットが用いられている。

そして、ディスプレイ装置の小型化軽量化という要請に応じるため、光源ユニット自体も小型化が迫られ、一般的な大きさの反射鏡よりも比較的小型のガラス反射鏡と組み合わせたものが用いられるようになってきており、特にウルトラモバイル系などに見られる小型高電力ランプを用いた光源ユニットの更なる小型化に伴って、反射鏡の耐熱性の確保が重要課題となっている。

一方、小型の高圧水銀放電ランプに高電力（定格１５０Ｗ）を供給して高圧動作させると演色性向上や光効率の上昇が望めるため、ランプの発光管の耐圧近くで動作させる例が増えている。
そのため、ランプ破裂に備え、反射鏡前面を透明なガラス板で塞ぎ、ランプ構成材の飛散を抑える手段が講じられているが、そのガラス板を設けたために反射鏡内に熱がこもり易く、ランプの発光管を構成する石英自体が過熱され、その熱負荷の影響で、発光管が破裂したり、失透現象を生じたりして、却って早期に寿命を迎えてしまうという問題があった。

さらに、小型にして且つ光学効率を良好とするために、反射鏡の反射面と焦点との距離は小さな値にすることが好ましく、その結果、反射面と発光管との距離は数ミリメートル未満としなければならいことから、約１０００℃となるランプ表面の熱に耐え得る耐熱性が要求されると共に、排熱効率の向上が望まれている。

このため、反射鏡を耐熱性の高い石英製とすると共に、内部に熱がこもらないようにその先端側の側面を一部を切り欠いて冷却用切欠部を形成し、その切欠部に金網を取り付けてランプを空冷可能にすると共に、ランプが破裂してもその構成材が飛散しないようにしたものが提案されている。
特開平１０−２５４０６１

しかし、石英反射鏡に切欠部を形成する場合、焼結用石英ガラス材料で予めそのような切欠部を有する形状に成形して焼結させると、焼結時に大きな歪みや撓みが発生して型崩れし、設計反射面から大きく逸脱して所望の反射面が得られないという問題を生じた。特に、反射鏡を薄肉にして軽量化を図る場合は、焼結時の型崩れが著しい。
そのために従来は切欠部のない反射鏡を焼結成形した後、砥石等で切削加工することにより切り欠き部を形成しており、作業に手間及び時間がかかるだけでなく、製造コストが嵩むという問題があった。

そこで本発明は、石英製反射鏡に後加工で冷却用切欠部を形成する手間がなく、焼結時に型崩れを起こすことなく、設計反射面通りの反射面を有する石英反射鏡を製造できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、焼結用ガラス材料を反射鏡成形用金型に充填してプレス圧力を加えることにより、先端にフランジ及び冷却用切欠部を有する反射鏡型の焼結用成形体を成形し、前記反射鏡成形用金型を型バラシした後、前記焼結用成形体を加熱焼結して反射鏡基材を形成し、得られた反射鏡基材を用いて反射鏡を製造する反射鏡製造方法であって、冷却用切欠部に嵌め合わせた状態で先端がフランジと面一になる入れ子を焼結時の熱収縮率が前記焼結用ガラス材料と実質的に等しい材料で形成しておき、前記入れ子を前記焼結用成形体の冷却用切欠部に嵌め合せて当該焼結用成形体を加熱焼結し、焼結により得られた反射鏡基材から入れ子を取り外すことを特徴としている。

本発明によれば、反射鏡型の焼結用成形体の冷却用切欠部に入れ子が嵌め合わされるので、加熱焼結時に冷却用切欠部の歪みや撓みが拘束され、焼結用成形体は冷却用切欠部が形成されていない場合と同様の挙動で焼結され、得られた反射鏡基材には歪みや撓みのない設計反射面通りの反射面が形成される。
このとき、冷却用切欠部と入れ子は、もともと別部材で形成されており、嵌め付けた状態で両者間に空気層が形成されるから、焼結しても互いに癒着することはなく、反射鏡基材から入れ子を簡単に外して金属メッシュなどを取り付けることができる。
このように、石英製反射鏡に冷却用切欠部を後加工で形成する必要がないので、その手間及び時間を軽減し、製造コストも低減させることができ、さらに、焼結時に型崩れを起こさないので、設計反射面通りの反射面を有する石英反射鏡を製造することができる。

本例では、石英製反射鏡に後加工で冷却用切欠部を形成する手間がなく、焼結時に型崩れを起こすことなく、設計反射面通りの反射面を有する石英反射鏡を製造するという目的を達成するために、反射鏡型の焼結用成形体の冷却用切欠部に入れ子を嵌め合わせた状態でて焼結させることとした。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る反射鏡製造方法の一例を示す説明図、図２は焼結用ガラス材料の例を示す拡大模式図、図３は焼結用ガラス材料の製造方法を示す説明図、図４は焼結用成形体の成形法の一例を示す説明図である。

本例で製造しようとする石英反射鏡１は、図１（ｃ）に示すように、フランジ２が形成された先端側の側面に冷却用切欠部３が形成され、その切欠部３に金属メッシュ４が取り付けられてなる。フランジ２は反射光照射開口部５の外周の四箇所に形成されると共に、冷却用切欠部３が前記各フランジ２間に形成されている。
そして、この反射鏡１に例えばショートアーク型超高圧水銀ランプＬを組み込み、先端面をガラス板６で塞いで光源ユニットＵが形成されている。

この反射鏡１を製造するには、焼結用ガラス材料Ｇを反射鏡成形用金型（図示せず）に充填して、冷却用切欠部３を有する反射鏡型の焼結用成形体Ｆ_１を成形する。
焼結用ガラス材料Ｇは、成形用金型に充填して乾式プレス成形することにより焼結用成形体を形成した後、この成形体を加熱焼結して反射鏡を製造するためのものであって、図２に示すように、パラフィン系バインダ及びステアリン酸系バインダの一方又は双方を含むバインダＢがシリカを主成分とするコアＣの表面に隙間なくコーティングされて成るガラス原料粉末Ｐを集合させて顆粒状に形成されたものを用いた。

バインダＢは、ファインセラミックの成形助剤となるパラフィン系バインダを１.０重量％（融点＝５５℃）及びステアリン酸系バインダを１.０重量％（融点＝１００℃）、その他ＰＶＡやレジンを加え、その総量をコアＣの約３.４重量％としている。
コアＣは外径０.３〜１.５μｍの球状シリカを用いている。

そして、バインダＢをコアＣの表面に隙間なくコーティングして成るガラス原料粉末Ｐを集合させた顆粒状の焼結用ガラス材料Ｇは以下の手順で製造する。
まず、コアＣとなる球状シリカに前記バインダＢを約３.４重量％混合し、粘性値１０〜２０ｍＰａ・ｓとなるように純水を加え、水分率６０％に調整した後、メッシュの個々の開口が縦横３８μｍに設計されたフィルタにより異物を除去してスラリ（懸濁液）を得る。
コアＣは、不純物となるアルミ成分がシリカに対して７０ｐｐｍ以下にコントロールされている。

次いで、このスラリから顆粒を作成するために噴霧乾燥機を用いる。
図３はこのような噴霧乾燥機１１を示し、下端部に顆粒回収口１２が形成された直径１.５ｍ程度のホッパ型チャンバ１３の天井部中央に、スラリを噴霧する回転霧化ディスク１４ａを備えたアトマイザ１４が配されている。
また、チャンバ１３の上端側周壁面に水平接線方向から熱風を流入させる給気ダクト１５が接続されると共に、チャンバ１３内には前記顆粒回収口１２に対向して開口する排気ダクト１６が配されている。

そして、熱風発生装置１７から給気ダクト１５を介して流入熱風温度が２２０℃となる熱風を供給し、排気熱風温度が１３０℃に達するまでチャンバ１３を加熱したところで、アトマイザ１４の霧化ディスク１４ａの回転数を１２０００ｒｐｍとし、スラリを１００ｍｌ／ｍｉｎで供給して霧化させる。
給気ダクト１５からチャンバ１３に流入した熱風は、チャンバ１３の周壁に沿って回転しながら螺旋状に流下していく。

このとき、流入熱風温度及び排気熱風温度がいずれもバインダＢの融点より高く、したがって、チャンバ１３内の温度がバインダＢの融点よりも高く維持されるので、バインダとコアＣを含むスラリを霧化したときに、バインダＢが溶けてコアＣの表面に付着する。
また、コアＣの表面温度もバインダＢの融点より高くなっているので、バインダＢはコアＣの表面を流れて、均一で薄膜状のコーティング層が隙間なく形成されたガラス原料粉末Ｐが形成される。
そして、多数のガラス原料粉末Ｐがチャンバ１３の熱風に乗って乾燥される過程で、その表面にコーティングされたバインダＢを介在して溶着され、直径５０μｍ程度の顆粒状の焼結用ガラス材料Ｇが生成される。

チャンバ１３は、断面積が徐々に低下するホッパ状の部分を熱風が流下することにより、ホッパ下端の顆粒回収口１２近傍の内圧が高くなるので、熱風は顆粒回収口１２に対向して開口している排気ダクト１６から排出される。
その際に、螺旋状に流下してきた熱風により運ばれてきた顆粒状の焼結用ガラス材料Ｇは、熱風の流れが上向に反転されるときに熱風から分離されて顆粒回収口１２に落下して回収される。
図２はこのように製造した焼結用ガラス材料Ｇの顆粒の模式図であって、表面にバインダＢが隙間なくコーティングされたガラス原料粉末Ｐが稠密に集合されている様子がわかる。

このように形成された焼結用ガラス材料Ｇを用いて、反射鏡１を製造する方法を示す説明図である。
まず、顆粒状の焼結用ガラス材料Ｇを成形用金型２１の胴型２２に入れた後（図４(ａ)）、プランジャ２３を降下させ、その挿通孔２４に胴型２２の中心ロッド２５を挿入させながらプレス圧力を加えると焼結用成形体Ｆ_１が成形される（図４（ｂ））。
その後、プランジャ２３を引き上げて、胴型２２の底枠２６を外枠２７から外して型バラシし（図４（ｃ））、底枠２６から焼結用成形体Ｆ_１を抜き出す（図４（ｄ））。

そして、焼結用成形体Ｆ_１を成形すると共に、焼結時の熱収縮率が焼結用ガラス材料Ｇと実質的に等しい材料を用いて、前記冷却用切欠部３に嵌め合わせた状態でフランジ２と面一になる入れ子７を成形しておく。本例では、焼結用ガラス材料Ｇを用いて焼結用成形体Ｆ_１と同様乾式プレス成型により成形した。
ここで、「熱収縮率が焼結用ガラス材料Ｇと実質的に等しい」とは入れ子７を冷却用切欠部３に嵌め合わせて焼結用成形体Ｆ_１を焼結したときに、入れ子７を嵌め合わせないで焼結した場合に比して歪みや撓みが小さい反射鏡基材Ｆ_２が得られる程度をいい、好ましくは、冷却用切欠部３が形成されていない焼結用成形体を焼結した場合と同等の反射鏡基材Ｆ_２が得られる程度をいう。
なお、冷却用切欠部３の端面には溝３ａが形成されると共に、入れ子７の端面には前記溝３ａと係合する平ほぞ７ａが形成され、互いに本ざね継ぎにより係合されるようになっている。

そして、図１（ａ）に示すように焼結用成形体Ｆ_１の冷却用切欠部３に入れ子７を嵌め合わせて、図１（ｂ）に示すように焼結用成形体Ｆ_１を焼成炉８内に伏せた状態で所定の温度で加熱焼結する。
このとき、入れ子７の先端はフランジ２と面一であるから、焼結用成形体Ｆ_１を伏せて置いたときに入れ子７を介して余分な応力が作用することがない。
また、冷却用切欠部３は入れ子７によって支持されるので、重力方向の歪み・撓みが生じ難いだけでなく、冷却用切欠部３と入れ子７の接触端面同士が互いに係合する溝３ａと平ほぞ７ａにより拘束されているので、水平方向の歪み・撓みも生じにくい。

このようにして、焼結用成形体Ｆ_１の焼結が終了すると、焼結用ガラス材料Ｇが緻密で良好なガラス体となって、石英製の反射鏡基材Ｆ_２が得られる。
このとき、冷却用切欠部３に嵌め合わされた入れ子７もガラス体となるが、もともと別部材で形成されており、嵌め付けた状態で両者間に空気層が形成されるから、焼結しても互いに癒着することはなく、入れ子７を簡単に外すことができる。
そして、入れ子７を外した反射鏡基材Ｆ_２の内面に多層膜のコールドミラーを施した後、図１（ｃ）に示すように、冷却用切欠部３に金属メッシュ４を取り付けて、反射鏡１が完成する。

これにより、焼結時に大きな歪みや撓みが発生して型崩れしたり、設計反射面から大きく逸脱して所望の反射面が得られないということがなく、冷却用切欠部の形成されていない反射鏡と同程度の精度の反射面を得ることができる。

上述した実施例の説明では、焼結用ガラス材料Ｇを顆粒状に成形し、乾燥プレス成形法により焼結用成形体Ｆ_１及び入れ子７を成形する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、焼結用ガラス材料として、バインダを添加した球状シリカを分散させた泥漿を用い、この泥漿を石膏、繊維質材、多孔質材などで形成した型に流し込む鋳込み成形法により焼結用成形体Ｆ_１及び入れ子７を成形する場合であっても同様である。

そして、このように製造された反射鏡１にショートアーク型超高圧水銀ランプＬを組み込み、反射光照射開口部５をガラス板６で塞げば光源ユニットＵが完成する。
さらに、この光源ユニットＵを、点灯回路（図示せず）備えたケーシングに実装し、その点灯回路に接続することにより光源装置（図示せず）が完成する。

以上述べたように、本発明によれば、冷却用切欠部が形成された反射鏡を製造する用途に適用できる。

本発明に係る反射鏡製造方法の一例を示す説明図。焼結用ガラス材料の例を示す拡大模式図。焼結用ガラス材料の製造方法を示す説明図。焼結用成形体の成形法の一例を示す説明図。

符号の説明

１反射鏡
２フランジ
３冷却用切欠部
Ｕ光源ユニット
Ｇ焼結用ガラス材料
Ｆ_１焼結用成形体
７入れ子

Claims

焼結用ガラス材料を反射鏡成形用金型に充填してプレス圧力を加えることにより、先端にフランジ及び冷却用切欠部を有する反射鏡型の焼結用成形体を成形し、前記反射鏡成形用金型を型バラシした後、前記焼結用成形体を加熱焼結して反射鏡基材を形成し、得られた反射鏡基材を用いて反射鏡を製造する反射鏡製造方法であって、
冷却用切欠部に嵌め合わせた状態で先端がフランジと面一になる入れ子を焼結時の熱収縮率が前記焼結用ガラス材料と実質的に等しい材料で形成しておき、
前記入れ子を前記焼結用成形体の冷却用切欠部に嵌め合せて当該焼結用成形体を加熱焼結し、
焼結により得られた反射鏡基材から入れ子を取り外すことを特徴とする反射鏡製造方法。
前記入れ子が前記焼結用ガラス材料を金型に充填して成形されて成る請求項１記載の反射鏡製造方法。
前記冷却用切欠部の端面に形成されたほぞ又は溝に、入れ子の端面に形成したほぞ又は溝を係合させて、入れ子を冷却用切欠部に嵌め合わせる請求項１記載の反射鏡製造方法。
前記焼結用成形体を焼成炉内に伏せた状態で加熱焼結する請求項１記載の反射鏡製造方法。
前記焼結用ガラス材料が、球状シリカにバインダを添加した後、これを顆粒状に造粒して成り、この焼結用ガラス材料を用いて乾式プレス法により焼結用成形体を成形する請求項１記載の反射鏡製造方法。
前記焼結用ガラス材料が、バインダを添加した球状シリカを分散させた泥漿からなり、この泥漿を型に流し込む鋳込み成形法により焼結用成形体を成形する請求項１記載の反射鏡製造方法。