JP4716262B2

JP4716262B2 - 反射鏡付きランプ

Info

Publication number: JP4716262B2
Application number: JP2006227318A
Authority: JP
Inventors: 正之大野; 嗣漆原
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: JP2008053021A

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が装着さ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８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が装着されたものや、発光部の外表面に反射膜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−ハロゲンサイクル作用により、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

なお、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。

高圧放電ランプ１の発光管５に設ける副反射鏡１１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、本願出願人の製品に係る反射鏡付きランプの副反射鏡１１は、図８の如く筒型に形成されたボトム部１６を発光管５の封止部７Ｒに外嵌して、その封止部７Ｒ側から発光部６と一定の間隔を保って対向するように装着され、封止部７Ｒに外嵌したボトム部１６がその内周面と封止部７Ｒの外周面との間に充填した無機質セメント等の固着材１２によって封止部７Ｒに固着されている。

しかし、副反射鏡１１が封止部７Ｒに外嵌したボトム部１６がその内周面と封止部７Ｒの外周面との間に充填した無機質セメント等の固着材１２によって封止部７Ｒに固着されていると副反射鏡１１、封止部７Ｒおよび無機質セメント等の固着材１２の熱膨張率の違いにより、長時間の点灯中稀に副反射鏡１１にクラックが発生したり、封止部７Ｒと副反射鏡１１との間に隙間を生じて副反射鏡１１がぐらつくなどの問題が発生するおそれがあった。

本発明は、高圧放電ランプの発光管の封止部に装着された副反射鏡と発光管封止部にランプ点灯による封止部７Ｒ、副反射鏡１１と無機質セメント等の固着材１２との熱膨張率の違いによるぐらつきやクラックを防止することを技術課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、発光管の発光部内に一対の電極が対向して配置され、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と共に、前記一方の封止部に、前記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が装着された反射鏡付きランプにおいて、前記副反射鏡のボトム部は前記封止部の外径より大きな内径を有し、その反射面と反対側の端部には３箇所以上の舌片を有し、これらの舌片が加熱溶融されて変形し、前記封止部の表面に溶着され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の封止部に装着された副反射鏡のボトム部側に、その副反射鏡と封止部が溶着されているので、ランプの点灯時による熱膨張率の違いで発生するぐらつきやクラックが防止される。

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。

また、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された発光管の封止部にボトム部を外嵌して該封止部に装着されると共に、そのボトム部側に、副反射鏡が溶着されている。

図１（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る反射鏡付きランプの第一実施例を示す要部の縦断面図及び背面図、図２（ａ）及び（ｂ）は副反射鏡の正面図及び背面図である。また、図３（ａ）及び（ｂ）は高圧放電ランプの発光管に装着した副反射鏡の背面図であって、同図（ａ）は副反射鏡のボトム部を発光管の封止部に外嵌した状態を示す図、同図（ｂ）はそのボトム部を溶着によって発光管の封止部に固着させた状態を示す図である。なお、図８に示す従来の反射鏡付きランプと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に用いる高圧放電ランプ１は、例えば定格ランプ電力１５０Ｗの高圧水銀蒸気放電ランプであって、０．４ｍｍ径の高純度タング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^−４μｍｏｌ／ｍｍ^３、アルゴンガスが約２×１０４Ｐａ封入されている。

また、高圧放電ランプ１は、図８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ている。そして、凹面反射鏡８の開口部９側に配した封止部７Ｒには、図１及び図３の如く、副反射鏡１１が円筒形に成形された筒型ボトム部１６を封止部７Ｒに外嵌して装着されている。

副反射鏡１１は、正面側に反射面を成す誘電体スパッタ膜が形成された反射有効径１４ｍｍの石英製反射鏡で成り、発光管５の封止部７Ｒに外嵌するボトム部１６には、副反射鏡の背面側に３つの舌片１７が１２０°間隔で等角的に形成され、舌片１７の副反射鏡背面に近い部分は加熱溶融されて封止部に溶着されている。

本実施例の反射鏡付きランプ製造にあたっては、従来と同様に、発光管５と副反射鏡１１とを図示しないセットジグにセットし、両者の位置関係を適当な位置に決めた後、舌片１７の副反射鏡背面に近い部分にプラズマバーナーまたは酸水素バーナーなどで高温のガスを当てる。舌片１７は加熱溶融されるとともにガスの風圧に押されて変形し、封止部７Ｒに接触する。さらに舌片１７及び封止部７Ｒに高温ガスを当てつづけると、両者が溶着される。高温ガスを止め、溶着部の温度が石英ガラスの歪点以下まで下がればセットジグを外すことができる。

このような舌片付副反射鏡は、その外形寸法を従来の副反射鏡と同じ寸法にできるため、副反射鏡のセットジグ及び位置決め機構は従来の設備を流用でき、舌片に対応する位置にプラズマバーナーのノズルが入る穴を設けるだけでよいため、従来設備を改造して実施するのに適している。また固着材を乾燥させる時間が不要になるため、副反射鏡のセット作業は十数秒程度で完了でき、大幅な時間短縮が可能となる。

以上の如く構成された反射鏡付きランプは、従来品のように副反射鏡１１を固定するための固着材１２を使用せず、膨張率が同じである石英ガラス同士を直接溶着できるため、副反射鏡１１と封止部７Ｒとの間に隙間を生じて副反射鏡１１がぐらつくなどの問題が発生するおそれが解消される。
また、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、舌片を３箇所以上（図示例では６箇所）設けて溶着しない程度に変形させ、封止部７Rに舌片１７の先端部を接触させて副反射鏡１１と発光管５との軸心がずれないようにした後で舌片１７のうち少なくとも３箇所を溶着すれば、副反射鏡１１の固定位置精度をさらに高めることができる。

図４（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る反射鏡付きランプの第二実施例を示す要部の縦断面図及び背面図、図５（ａ）及び（ｂ）は副反射鏡の正面図及び背面図である。図に示すように、本実施例では封止部７Ｒの一部はランプ中心軸を中心とする円筒状に研磨加工され、副反射鏡が２分割され、そのボトム部内径が前記研磨部に外嵌することによって前記副反射鏡の光軸が前記発光管の光軸と一致するように組み合わされた状態で前記研磨部に溶着されていることに特徴があり、その他の構成は、第一実施例の反射鏡付きランプと共通している。

本実施例の反射鏡付きランプ製造にあたっては、封止部７Ｒの研磨部に２分割された副反射鏡１１を外嵌し、図示しないセットジグなどを使用して両者の位置関係を適当な位置に決めた後、図４（ａ）及び（ｂ）に示す形状となるように、図示しないプラズマバーナーや炭酸ガスレーザーなどで副反射鏡１１の分割部分を溶接し、その後、副反射鏡１１の背面側端面と封止部７Ｒの研磨部分とを溶着する。

溶封あるいはピンチシールによって形成された封止部はその表面に凹凸が形成されていることが多いが、本例のように封止部７Ｒの一部を研磨加工して円筒部を形成する場合、円筒部の表面は平滑である必要はなく、多少の凹面が残っていても良い。ただし、副反射鏡と封止部との溶着部では、封止部表面が凹面であると溶着しにくいため、研磨面の部分で溶着すべきである。

なお、図４（ｂ）では図面において上下の副反射鏡部品をそれぞれ１箇所のみの溶着部によって固定しているが、副反射鏡が大きく重い場合は２箇所の溶着部を設けるのが良い。実用の目安としては、副反射鏡部品１個（片側分）の重量が５グラム以下であれば１箇所のみの溶着で充分固定できる。

以上の如く構成された反射鏡付きランプは、副反射鏡１１を封止部７Ｒの研磨部分に外嵌するだけで副反射鏡１１の光軸が前記発光管の光軸と一致するため、副反射鏡１１のセットが容易になる。

図６（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る反射鏡付きランプの第三実施例を示す要部の縦断面図及び背面図、図７（ａ）及び（ｂ）は副反射鏡の正面図及び背面図であって、本例の反射鏡付きランプは、副反射鏡１１のボトム部１６が、封止部７Ｒの一部は図６（ｂ）に示すようにランプ中心軸と平行に２箇所面取りされ、副反射鏡１１のボトム部は図７（ａ）及び（ｂ）に示すように前記封止部の面取り部分に外嵌することによって前記副反射鏡の光軸が前記発光管の光軸と一致するような形状を有し、副反射鏡１１のボトム部１６が前記面取り部に外嵌するように組み合わされた状態で前記研磨部に溶着されている点に特徴があり、その他の構成は、第一実施例の反射鏡付きランプと共通している。

本実施例の反射鏡付きランプ製造にあたっては、まず封止部７Ｒの一部を図６（ｂ）に示すように２面だけ研磨加工し、面取り部分を形成する。

この加工により、ランプ中心軸と平行で最短間隔が一定値ａである平行面と、ランプ中心軸と平行で最短間隔が一定値ｂである平行面とができる。ａあるいはｂの寸法は封止部強度が確保できる範囲で任意に決めることができ、ａ＝ｂであっても良い。前記２枚の平行面を延長すると互いに９０度の角度をもって交差する。この角度は実用上６０〜から１６０度の範囲であれば良く、図６（ｂ）に示すように封止されているモリブデン箔１４の平面に対して角度を等分に振り分けるのが良い。このように振り分ければ、モリブデン箔１４のエッジ付近の石英ガラス肉厚が薄くならず、封止部強度が著しく低下することがない。

一方副反射鏡１１は図７（ａ）及び（ｂ）に示すように封止部７Ｒの面取り部分に外嵌することによって前記副反射鏡の光軸が前記発光管の光軸と一致するような形状を有している。このような形状は、石英ガラスの微粉末をバインダとともにプレス成形し、焼成することによって製作できる。このような形状の副反射鏡１１を封止部７Ｒの面取り部分に外嵌し、図示しないセットジグなどを使用して両者の位置関係を適当な位置に決めた後、副反射鏡１１の背面側端面と封止部７Ｒの研磨部分とを図示しないプラズマバーナーや炭酸ガスレーザーなどで図６（ａ）及び（ｂ）に示すような形状に溶着する。

溶封あるいはピンチシールによって形成された封止部はその表面に凹凸が形成されていることが多いが、本例のように封止部７Ｒの一部を研磨加工して面取り部分を形成する場合、円筒部の表面は平滑である必要はなく、多少の凹面が残っていても良い。ただし、副反射鏡と封止部との溶着部では、封止部表面が凹面であると溶着しにくいため、研磨面の部分で溶着すべきである。

以上の如く構成された反射鏡付きランプは、副反射鏡１１を封止部７Ｒの研磨部分に外嵌するだけで副反射鏡１１の光軸が前記発光管の光軸と一致するため、副反射鏡１１のセットが容易になる。また副反射鏡１１と封止部７Ｒとの溶着に当たっては、実施例２と同様レーザー溶接機が使用でき、実施例２よりも溶接箇所が少なくてすむので作業時間が短くできる。

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第一実施例を示す要部の縦断面図及び背面図図１のランプに用いる副反射鏡の正面図及び背面図図１のランプに用いる副反射鏡の装着状態を示す背面図本発明に係る反射鏡付きランプの第二実施例を示す要部の縦断面図及び背面図図４のランプに用いる副反射鏡の正面図及び背面図本発明に係る反射鏡付きランプの第三実施例を示す要部の縦断面図及び背面図図６のランプに用いる副反射鏡の正面図及び背面図従来の反射鏡付きランプを示す縦断面図本発明に係る反射鏡付きランプの第一実施例の一部変形例を示す要部の縦断面図及び背面図

符号の説明

１・・・・・・・高圧放電ランプ
２Ｒ・・・・・・電極
２Ｌ・・・・・・電極
３・・・・・・・電極軸
５・・・・・・・発光管
６・・・・・・・発光部
７Ｒ・・・・・・封止部
７Ｌ・・・・・・封止部
８・・・・・・・凹面反射鏡（主反射鏡）
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・・・・・・・固着材
１６・・・・・・・副反射鏡のボトム部
１７・・・・・・・舌片
１８・・・・・・・溶着部

Claims

発光管の発光部内に一対の電極が対向して配置され、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と共に、前記一方の封止部に、前記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が装着された反射鏡付きランプにおいて、前記副反射鏡のボトム部は前記封止部の外径より大きな内径を有し、その反射面と反対側の端部には３箇所以上の舌片を有し、これらの舌片が加熱溶融されて変形し、前記封止部の表面に溶着されていることを特徴とする反射鏡付きランプ。
前記発光管の副反射鏡取付側封止部の一部はランプ中心軸を中心とする円筒状に研磨加工され、２分割された副反射鏡が、そのボトム部内径が前記研磨部に外嵌することによって前記副反射鏡の光軸が前記発光管の光軸と一致するように組み合わされた状態で前記研磨部に溶着されている請求項１記載の反射鏡付きランプ。
前記発光管の副反射鏡取付側封止部の一部はランプ中心軸と平行に２箇所面取りされ、前記副反射鏡のボトム部は前記封止部の面取り箇所に外嵌することによって前記副反射鏡の光軸が前記発光管の光軸と一致するような形状を有し、前記副反射鏡が、そのボトム部が前記面取り部に外嵌するように組み合わされた状態で前記研磨部に溶着されている請求項１記載の反射鏡付きランプ。