JP4924664B2 - High pressure discharge lamp - Google Patents
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Description
この発明はプロジェクタ用光源として広く利用されている高圧放電ランプに関する。特に、発光管内に対向配置されている電極に連接する電極芯線の形状に特徴をもつ高圧放電ランプに関する。 The present invention relates to a high-pressure discharge lamp that is widely used as a light source for a projector. In particular, the present invention relates to a high-pressure discharge lamp characterized by the shape of an electrode core wire connected to electrodes opposed to each other in an arc tube.
従来から、プロジェクタ等の画像投影装置に用いられる画像投影装置用光源としては、発光管内部に希ガスと水銀を封入した高圧放電ランプが広く利用されている。該高圧放電ランプは、例えば、水銀を発光管内部に0.15mg/mm3以上封入し、点灯中の高い圧力を利用して、可視光域全域に亘って、効率良く光を放射する、といった特性を有している。 Conventionally, as a light source for an image projection apparatus used in an image projection apparatus such as a projector, a high-pressure discharge lamp in which a rare gas and mercury are sealed inside an arc tube has been widely used. The high-pressure discharge lamp, for example, encloses 0.15 mg / mm 3 or more of mercury in the arc tube, and efficiently emits light over the entire visible light range using a high pressure during lighting. It has characteristics.
該高圧放電ランプ101は、図9に示すように、石英ガラス製の発光管102と、該発光管102の両端に突出するシール部103と、から構成されている。また、該発光管102内部には、対向配置された一対の電極105と、該電極105に連接する電極芯線106と、が配置され、該シール部103には、該電極芯線106に連接する金属箔107と、該金属箔107に溶接され外部からの電力供給を行う外部リード108とが、該シール部103を構成する石英ガラス内に埋設されている。また、該発光管102内には、例えば、0.15mg/mm3以上の水銀と、希ガスと、例えば、1×10−6〜1×10−2μmol/mm3のハロゲンと、が封入されている。
As shown in FIG. 9, the high-
このような構成の該高圧放電ランプ101は、点灯時に、例えば、150気圧以上の高い圧力で点灯されると共に、高融点材料であるタングステンから成る該電極105の先端が溶融する程度の高温となり、該電極105と、該電極芯線106とは、ランプ軸方向に熱膨張する。一方、該電極芯線106が埋設されている該シール部103は熱膨張率が非常に小さい石英ガラスで構成されている。該高圧放電ランプ101が点灯消灯を繰り返すことにより、該電極芯線106と該シール部103の熱膨張率差から、該電極芯線106と該シール部103の間で大きな応力が発生し、該高圧放電ランプ101自身が破裂してしまう、といった問題が従来から知られていた。
The high-
該高圧放電ランプ101に発生する該シール部103の大きな応力に起因する破裂を解決するために、種々の方策が採られている。該応力を緩和する技術としては、例えば、特表2008−529252号公報等が知られている。該公報によれば、図10に示したように、電極110に連接する電極芯線116の主要部であって、シール部(不図示)の石英ガラスと接触する部分に実質的に長手方向の溝114を設けることが記載されている。この溝114は、シール部(不図示)において、石英ガラスと該電極芯線116とが密着する面積を実質的に減少させ、該シール部(不図示)に発生する応力を緩和するといった効果を持つものである。
In order to solve the burst caused by the large stress of the
しかし、図9に示した該高圧放電ランプ101において、該電極芯線106に、図10に示した溝114を設けた場合であっても、該シール部103と該電極芯線106との間に発生する応力によって、クラックを生じ、ランプ自身が破裂に至る場合があり、単に溝114を設けるだけでは該高圧放電ランプ101の破裂を充分に防止できない、といった問題があった。
However, in the high-
この発明が解決しようとする課題は、高い圧力で駆動される高圧放電ランプにおいて、シール部近傍でクラック等を生じることなく、シール部近傍の応力集中に起因する破裂がない、長寿命の高圧放電ランプを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is that, in a high-pressure discharge lamp driven at a high pressure, there is no crack in the vicinity of the seal part, and there is no burst due to stress concentration in the vicinity of the seal part, and a long-life high-pressure discharge. To provide a lamp.
この発明に記載の高圧放電ランプは、石英ガラス製の発光管と該発光管の両端に突出するシール部とから成り、該発光管内部には、希ガスと、0.15mg/mm3以上の水銀と、1×10 −6 〜1×10 −2 μmol/mm 3 のハロゲンと、が封入され、対向配置された一対の電極であって同一材料から切削により削り出された電極を具備し、該切削により削り出された電極に連接する電極芯線が金属箔と溶接され、該電極芯線の一部と該金属箔を該シール部内に埋設した高圧放電ランプにおいて、該電極芯線には該電極芯線の長手方向であって、該長手方向に直交する断面の周縁全体に亘って溝が形成され、該溝のシール部側端部が該金属箔と該電極芯線とが重なっている範囲に設けられ、該溝のシール部側端部と、該電極芯線の端との間に溝を持たない部分が設けられており、前記溝は、該溝の放電空間側端部が該シール部のガラス材に埋設された部分に配置されていることを特徴とする。
The high-pressure discharge lamp described in the present invention comprises a quartz glass arc tube and seal portions protruding at both ends of the arc tube. Inside the arc tube, noble gas and 0.15 mg / mm 3 or more are contained. Mercury and 1 × 10 −6 to 1 × 10 −2 μmol / mm 3 of halogen are enclosed, and a pair of electrodes arranged opposite to each other and cut from the same material by cutting are provided. In the high-pressure discharge lamp in which the electrode core wire connected to the electrode cut out by the cutting is welded to the metal foil, and a part of the electrode core wire and the metal foil are embedded in the seal portion, the electrode core wire includes the electrode core wire. A groove is formed over the entire periphery of the cross section perpendicular to the longitudinal direction, and the end of the groove on the seal portion side is provided in a range where the metal foil and the electrode core wire overlap each other. , The end of the groove on the seal portion side, and the end of the electrode core wire A portion not having a groove is provided between the two, and the groove is disposed at a portion where the end portion on the discharge space side of the groove is embedded in the glass material of the seal portion .
本発明の高圧放電ランプは、電極芯線の長手方向であって、該長手方向に直交する断面の周縁全体に亘って該電極芯線の表面に溝が設けられ、該溝のシール部側端部が、該金属箔と該電極芯線が重なっている範囲に設けられているため、該シール部で該電極芯線とガラス材とが適度に密着することにより、点灯消灯により発生する該電極芯線と該ガラス材との熱膨張差が生じても、該シール部に大きな応力が蓄積することが無く、クラック等の発生を抑制できる、といった利点がある。 In the high-pressure discharge lamp of the present invention, a groove is provided on the surface of the electrode core wire over the entire periphery of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the electrode core wire. Since the metal foil and the electrode core wire are provided in an overlapping range, the electrode core wire and the glass generated by turning on and off when the electrode core wire and the glass material are in close contact with each other at the seal portion. Even if there is a difference in thermal expansion from the material, there is an advantage that large stress does not accumulate in the seal portion and the occurrence of cracks and the like can be suppressed.
また、該溝のシール部側端部と、該電極芯線の端との間に溝を持たない部分が形成されていることで、該シール部に発生する応力を低減でき、該シール部に発生するクラック等を更に抑制できる、といった効果がある。これは、以下のような理由によると考えられる。該電極芯線の端にはシール時にガラス材が入り込まないことで形成される微小空間が存在する。該微小空間には、該発光管内に封入された水銀が、該高圧放電ランプの消灯直後に該溝を伝わって多量に輸送される。この輸送された水銀が該高圧放電ランプを再点灯する際に、急激に蒸発することで、該微小空間内の圧力が上昇する。該圧力が該電極芯線とガラス材との熱膨張差に加えて、更に該電極芯線を放電空間側に移動させようとして、付加的な応力が加えられる。この付加的な応力が、該溝を持たない部分を形成することで減少され、該溝を介して輸送される水銀の輸送量を抑制し、結果としてクラックの発生を抑制すると考えられる。 In addition, since a portion having no groove is formed between the end portion of the groove on the seal portion side and the end of the electrode core wire, the stress generated in the seal portion can be reduced, and the portion generated in the seal portion is generated. There is an effect that cracks and the like can be further suppressed. This is considered due to the following reasons. At the end of the electrode core wire, there is a minute space formed by the glass material not entering during sealing. A very large amount of mercury enclosed in the arc tube is transported to the minute space along the groove immediately after the high-pressure discharge lamp is extinguished. When the transported mercury re-lights the high-pressure discharge lamp, it rapidly evaporates, thereby increasing the pressure in the minute space. In addition to the difference in thermal expansion between the electrode core wire and the glass material, an additional stress is applied as the pressure further moves the electrode core wire toward the discharge space. It is considered that this additional stress is reduced by forming a portion having no groove, thereby suppressing the amount of mercury transported through the groove and consequently suppressing the occurrence of cracks.
更には、該溝を持たない部分を利用して、該電極芯線と該金属箔とを溶接する際に該溝が無いために確実な溶接ができ、溶接強度を高め、該金属箔から該電極芯線が外れるといった不具合を抑制することができる、といった付加的な効果もある。 Further, when the electrode core wire and the metal foil are welded using the portion having no groove, the groove is not present, so that reliable welding can be performed, the welding strength is increased, and the electrode is removed from the metal foil. There is also an additional effect that an inconvenience such as disconnection of the core wire can be suppressed.
更には、該溝の放電空間側端部が、該シール部を構成するガラス材に埋設された部分に配置されていることで、クラックの発生を更に抑制することができる。これは、ランプ始動時に不安定なアーク放電が該電極芯線の根元付近(該電極芯線の該ガラス材に埋設された部分から放電空間側に向かう領域)に固定されることが無く、該根元付近のガラス材が過度に加熱され、局所的な熱膨張率差が発生し、クラック等が発生することが無いためである。 Furthermore, the discharge space side end portion of the groove is disposed in a portion embedded in the glass material constituting the seal portion, so that generation of cracks can be further suppressed. This is because the unstable arc discharge at the time of starting the lamp is not fixed near the base of the electrode core wire (the region extending from the portion embedded in the glass material of the electrode core wire toward the discharge space), and near the base This is because the glass material is excessively heated, a local difference in thermal expansion coefficient is generated, and cracks and the like are not generated.
本発明の高圧放電ランプは、電極に連接する電極芯線に溝を形成し、該溝を設ける範囲を該高圧放電ランプの発光管の両端に突出するシール部のガラス材に埋設する範囲であって、且つ、該溝の一方の端が該電極芯線と金属箔とが重なっている範囲に形成されていることを特徴とするものである。このような構成にすることにより、該シール部に発生する応力を抑制し、クラック等が発生することがない長寿命の高圧放電ランプを提供することができるといった効果を持つものである。 The high-pressure discharge lamp of the present invention is a range in which a groove is formed in the electrode core wire connected to the electrode, and the range in which the groove is provided is embedded in the glass material of the seal portion protruding from both ends of the arc tube of the high-pressure discharge lamp. And one end of this groove | channel is formed in the range with which this electrode core wire and metal foil have overlapped, It is characterized by the above-mentioned. With such a configuration, it is possible to provide a long-life high-pressure discharge lamp in which stress generated in the seal portion is suppressed and cracks and the like are not generated.
本発明の高圧放電ランプ1の概略を図1に示す。該高圧放電ランプ1は、発光管2と、該発光管2の両端に突出するシール部3とから構成されている。また、該発光管2の内部には、対向配置された一対の電極5を具備し、該シール部3には、該電極5に連接する電極芯線6と、該電極芯線6の一方の端に溶接された金属箔7と、該金属箔7の他方の端に溶接された外部リード棒8と、を具備している。また、該電極芯線6には、該電極芯線6の長軸方向に平行な溝4が、該電極芯線6の外周表面に設けられている。該溝4は、該電極芯線6と該シール部3のガラス材との密着を適度に緩和し、該シール部3に該電極芯線6が強く密着した場合に該シール部3と該電極芯線6との熱膨張率差による応力から生じるクラックの発生を抑制することができる。
An outline of the high-pressure discharge lamp 1 of the present invention is shown in FIG. The high-pressure discharge lamp 1 includes an
図2には、該高圧放電ランプ1に配置された電極5、及び、電極芯線6の拡大図を示す。本実施例の場合、該電極5と該電極芯線6とは、同一材料から切削により削り出されたものである。該発光管2内で対向する該電極5の先端側には、微小突起11が形成されており、該電極5の本体外径は、該電極5に連接する該電極芯線6よりも太く成っている。また、該電極芯線6には、該電極芯線6の長軸方向に沿って形成された溝4が表面に形成されている。また、本実施例では、該電極芯線6の一方の端部12には、該溝4が形成されていない部分が設けられている。また、同図2の該電極芯線6に示した矢印A−Aにおいて、該電極芯線6の長手方向の軸に直交する断面で切断した断面図を図3に示す。
FIG. 2 shows an enlarged view of the
図3は、図2におけるA−A断面を示している。図3a)は、該電極芯線6の軸方向断面の外周縁全体を示した断面図である。該電極芯線6の外周縁全体に亘って該溝4が形成されている。また、図3b)は、図3a)の拡大図である。該溝4は微小な山部15の間に形成された微小な谷部16によって形成されている。該山部15の形成されているピッチPと、該谷部16の深さDは、例えば、ピッチP=40μmで、深さD=6μmである。該溝4は、このような微細なピッチと深さで形成されているので、図1で示した該シール部3のガラス材と該電極芯線6とが強く密着することがなく、適度な強度で保持されているので、クラック等の発生を抑制することができる、といった効果がある。
FIG. 3 shows an AA cross section in FIG. FIG. 3 a) is a cross-sectional view showing the entire outer peripheral edge of the axial cross section of the
図4は本発明の高圧放電ランプ1における一方の電極側のみを示した一部断面図である。図4に示した該高圧放電ランプ1の該シール部3には、該シール部3を形成するガラス材(石英ガラス)によって封止されている金属箔7と、該金属箔7に溶接された該電極芯線6とが配置されている。また、該電極芯線6に連接する電極5は、該シール部3に続く発光管2の内部に配置されている。また、該電極芯線6には、長軸方向に沿った該溝4が形成されている。該溝4の形成された範囲について以下に述べる。該溝4の一方の端21は、該電極芯線6と該金属箔7とが重なっている部分Bの範囲に形成されている。また、該溝4の他方の端22は、該シール部3と該発光管2との境から該金属箔7側の部分Cの範囲に形成され、該端22が該発光管2の内部に突出しないように配置されている。該溝4の端21、22が、この範囲に形成されているので、該電極芯線6が該シール部3のガラス材との間で熱膨張差による応力によりクラックが発生することが無く、長寿命の高圧放電ランプを提供できるといった利点がある。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing only one electrode side in the high-pressure discharge lamp 1 of the present invention. A
図5は、該溝4の形成する範囲を検討するために行った実験のサンプル形状を示している。図5のa)〜f)までは、図4に示した該高圧放電ランプ1の一部断面図であって、該溝4の形成されている範囲が、それぞれ異なっているものである。
a)における該溝4の発光管2側の端22は、該シール部3側のガラス材で埋設された位置に設けられている。また、該金属箔7側の端21は、該金属箔7と該電極芯線6とが重なる範囲外(発光管2側)に設けられている。
次にb)は、該発光管2側の端22に関しては前述のa)と同様であるが、該金属箔7側の端21の位置が異なっている。該端21は、該金属箔7と該金属芯線6とが重なっている範囲に設けられ、該電極芯線6の端部12に該溝4が形成されていない部分がある。
c)は、該溝4の発光管2側の端22はa)、b)、と同様である。該金属箔7側の端21は、該電極芯線6の端部12まで設けられている。
d)は、該溝4の発光管2側の端22が、該発光管2内部にまで入り込んでいる点が異なっている場合であって、該金属箔7側の端21は、前記のa)の場合と同様である。
e)は、d)と同様に該溝4の発光管2側の端22が、該発光管2内部にまで入り込んでいる点が異なっている場合であって、該金属箔7側の端21が、前記のb)と同様の場合である。
f)は、d)、e)と同様に該溝4の発光管2側の端22が、該発光管2内部にまで入り込んでいる点が異なっている場合であって、該金属箔7側の端21は、前記のc)と同様の場合である。
FIG. 5 shows a sample shape of an experiment conducted for examining the range in which the
The
Next, b) is the same as the above-described a) with respect to the
In c), the
d) is a case where the
e) is the same as d) except that the
f) is similar to d) and e) except that the
図6は、図5に示した各サンプル形状において、該溝4の形成される範囲を検討した結果を示す表である。図5に示した各サンプル形状の該高圧放電ランプ1を各10本作製し、点灯試験を行った。尚、使用した該高圧放電ランプ1はランプ電圧65V、ランプ電流3.5Aの230Wタイプで、定格入力で交流点灯させたものである。また、該高圧放電ランプ1の始動には、高圧の交流を発生する点灯装置を使用した。同試験の点灯消灯試験としては、45分on、30分offの条件で、1000時間点灯後の該シール部3に発生するクラックを観察した。また、該クラックの観察には、光学顕微鏡を用い、約5倍の倍率で該シール部3近傍を拡大して観察した。同観察でクラックが観察された場合は、判定を不可とし×で示した。また、該クラックが観察されない場合は、良とし○、または、◎で示した。尚、該クラックの一例としては、例えば図8に示すように該発光管2の続く該シール部3において、ガラス材に埋設された該金属箔7と該電極芯線6とが溶接された部分の近傍に微小なクラック85が多数発生する。
FIG. 6 is a table showing the results of examining the range in which the
図5a)に示したサンプル(サンプルa)は、該電極芯線6に形成された該溝4の範囲が、該発光管2側の端22は、該シール部3側のガラス材で埋設され、
該金属箔7側の端21は、該金属箔7と該電極芯線6とが重なる範囲外(発光管2側)に設けられている。このように、該金属箔7と該電極芯線6とが重なる範囲には該溝が形成されていないので、ガラス材との熱膨張差を適度に吸収する空間が形成されずクラックが発生した。そこで、判定としては、不可となり図6には×で示している。
In the sample (sample a) shown in FIG. 5a), the range of the
The
図5b)に示したサンプル(サンプルb)は、本発明の形状であって、該電極芯線6に形成された該溝4が、該金属箔7と該電極芯線6とが重なる該電極芯線6の接続部まで形成されている。同サンプルでは、該サンプルaで観察されたクラックの発生は無かった。そこで、判定としては、最も良い結果となり図6には◎で示している。
The sample (sample b) shown in FIG. 5b) has the shape of the present invention, and the
図5c)に示したサンプル(サンプルc)は、該電極芯線6に形成された該溝4が、該電極芯線6の端部12まで形成された場合である。該溝部4によって、該シール部3を形成するガラス材との間に適度な空間が形成され、該ガラス材と該電極芯線6との熱膨張差を適度に吸収することが可能となり、クラックが形成されることが無い。しかしながら、該溝4が該電極芯線6の端部まで形成されているため、該電極芯線6の端部に形成される微小な空間に発光管2内部の水銀の一部が凝集し、該高圧放電ランプ1自身の発光が不安定になるといった不具合を生じる場合があった。また、この凝集した水銀が該高圧放電ランプ1を再点灯する場合に、余分な応力を発生させる場合もあった。そこで、判定としては、良となり図6には○で示している。
The sample (sample c) shown in FIG. 5 c) is a case where the
図5d)からf)までに示したサンプル(サンプルd、サンプルe、サンプルf)は、該金属箔7側の構成は、おのおの前述のa)、b)c)の場合と同じであるが、該発光管2側の該溝4の端22が、該発光管2の内部に突出して形成されている点が異なっている。これらの各サンプルに対して点灯試験を行うと、点灯時に該発光管2側に突出した該電極芯線6の該溝4の端部22に局所的なアーク放電が固定され、該端部22付近のガラス材が局所的に加熱される等により、いずれの場合もクラックが発生した。そこで、判定としては、不可となり図6には×で示している。
In the samples (sample d, sample e, sample f) shown in FIGS. 5d) to f), the structure on the
図7は、本発明の高圧放電ランプ1に関する、他の実施例である。該高圧放電ランプ1は、図1と同様に、発光管2と、該発光管2の両端に突出するシール部3とから構成されている。また、その他の構成も基本的には同様であるが、該発光管2の内部に対向配置された一対の電極55は、該電極芯線6の先端にコイル56を配置し、該先端部分を溶融した溶融電極と成っている点が異なっている。該電極芯線6には、図1の場合と同様に該溝4が形成されており、該シール部3と該電極芯線6との熱膨張率差による応力から生じるクラックの発生を抑制することができる、といった同様の効果がある。尚、本実施例では該電極55に溶融電極を示し、図1では切削電極を示したが、該電極の形状は該電極芯線と一体的に構成されていても、別部材として構成されていても良く、種々の形態が取れることは言うまでも無い。
FIG. 7 shows another embodiment relating to the high-pressure discharge lamp 1 of the present invention. As in FIG. 1, the high-pressure discharge lamp 1 includes an
1 高圧放電ランプ
2 発光管
3 シール部
4 溝
5 電極
6 電極芯線
7 金属箔
8 外部リード棒
11 微小突起
12 端部
15 山部
16 谷部
21 端
22 端
55 電極
56 コイル
85 クラック
101 高圧放電ランプ
102 発光管
103 シール部
105 電極
106 電極芯線
107 金属箔
108 外部リード
110 電極
114 溝
116 電極芯線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High
Claims (1)
該電極芯線には該電極芯線の長手方向であって、該長手方向に直交する断面の周縁全体に亘って溝が形成され、該溝のシール部側端部が該金属箔と該電極芯線とが重なっている範囲に設けられ、且つ、シール部側端部と、該電極芯線の端との間に溝を持たない部分が形成されており、前記溝は、該溝の放電空間側端部が該シール部のガラス材に埋設された部分に配置されていることを特徴とする高圧放電ランプ。 It consists of an arc tube made of quartz glass and seal portions projecting at both ends of the arc tube. Inside the arc tube, a rare gas, 0.15 mg / mm 3 or more of mercury, 1 × 10 −6 to 1 and halogen × 10 -2 μmol / mm 3, is enclosed, a pair of electrodes facing each comprising an electrode carved by a cutting of the same material, connected to the electrode carved by the cutting In the high pressure discharge lamp in which the electrode core wire is welded to the metal foil, and a part of the electrode core wire and the metal foil are embedded in the seal portion,
A groove is formed in the electrode core wire over the entire periphery of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the electrode core wire, and the seal portion side end of the groove is the metal foil and the electrode core wire. Is formed in a range where the two portions overlap each other, and a portion having no groove is formed between the end portion on the seal portion side and the end of the electrode core wire, and the groove is an end portion on the discharge space side of the groove. Is disposed in a portion embedded in the glass material of the seal portion .
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