JP4996146B2 - 高圧放電ランプ及びリアプロジェクタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧放電ランプ及び該高圧放電ランプを用いたリアプロジェクタ装置に関するものである。

液晶プロジェクタＴＶなど表示装置は、鮮明であり、高輝度な画像を投射する事を必要とされ、搭載される超高圧放電ランプなどの照度低下が問題となる。このような照度低下は、点灯時、電極構成物質が放電管内に付着する黒化が原因となる。また、放電管内壁への電極物質の付着は、放電管内壁の失透も加速させ、放電管の透過率が低下することが原因と考えられる。このような黒化を防止する手段として、一般的には、ハロゲンサイクルを利用することで、放電管内壁へのタングステンの付着を防止している。

前記高圧放電ランプとしては、超高圧ランプの他、キセノンランプ、メタルハライドランプなどが用いられ、発光効率、演色性等の光学特性、光源サイズ、寿命、定格電力等の電気特性などの理由から、プロジェクタの設計仕様に適したランプ仕様が必要となる。

また、高圧放電ランプの電極形状に関しては、ランプ仕様に伴い、黒化抑制の為、必要な放熱量を確保し、ハロゲンサイクルを機能させる為にも、電極の形状は、必ずしも、一定である必要はなく、条件に応じて、適宜決定されている。例えば、ランプの高性能化に伴い、出力が増大し、電極温度は、より高温となる傾向にあり、電極先端の溶融蒸発を防ぐ為、電極芯棒やコイル径を大きくするなど、サイズアップの必要性も出てきている。

また、高圧放電ランプには長寿命化やランプ特性のばらつきを抑制することが求められており、その対策として高圧放電ランプの製造方法における各製造工程間において必要に応じて洗浄やガス出し還元処理などを高温下で行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３３３９５８０号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、電極の先端部が過度に高温になることを抑制しつつ、黒化現象を抑制し、さらには黒化原因による失透も回避できる高圧放電ランプを提供し、該高圧放電ランプを用いたリアプロジェクタ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、高融点金属からなる芯棒と、該芯棒の一端に被せられ高融点金属の線材を巻いたコイルと、を有する電極を２本備え、前記２本の電極が発光物質と希ガスとハロゲンが封止された放電空間内に前記コイルの先端部が対向配置されている高圧放電ランプにおいて、前記コイルは、内側コイルと外側コイルとからなる２層コイルであり、且つ、当該コイルの先端部側の一部が溶融して前記芯棒に固着されてなる溶融部と、前記放電空間の最冷点付近に配置された前記内側コイルの後端部側の根元部と、を含み、前記内側コイルは、前記外側コイルよりも巻き長さが長く、前記コイルの巻き長さ、前記溶融部の溶融長さの少なくともいずれか１つが調整されて、ランプ点灯時の前記電極の先端部温度を２６００〜２８００℃としたときに、前記電極の先端部と根元部の温度差が５００℃以下となることを特徴とする高圧放電ランプである。

また前記課題を解決するために提供する本発明は、画像光を投射する投射部と、該投射部からの投射光を反射する反射ミラーと、該反射ミラーの反射光が背面側から投影されるスクリーンとを備えたリアプロジェクタ装置において、前記投射部は、請求項１に記載の高圧放電ランプを備える液晶プロジェクタであることを特徴とするリアプロジェクタ装置である。

本発明の高圧放電ランプによれば、電極先端部が過度の高温となることもないので、放電による電極先端の消耗も抑制され、黒化現象を抑制し黒化原因による失透も回避できるので、照度低下を抑制することが可能となり、長寿命な信頼性の高い高圧放電ランプが得られる。
本発明のリアプロジェクタ装置によれば、鮮明で高輝度な画像を長時間表示することができる。

以下に、本発明に係る高圧放電ランプの構成について説明する。
図１は、本発明に係る高圧放電ランプの構成を示す概略図である。
図１に示すように、高圧放電ランプ２０は、放電管である石英バルブ２１の発光空間２２内に２本の電極１０がお互いの先端部が所定距離間隔で対向するように配置されており、電極１０の反対側の端部にはそれぞれＭｏ箔２３、リード線２４が接続され、外部電源とつながるようになっている。

発光空間２２は、気密構造となっており、その内部に発光物質である水銀、始動補助用としてのＡｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの希ガス、Ｉ，Ｂｒなどのハロゲンが封入されている。

ここで、高圧放電ランプ２０は、外部電源から一対のリード線２４、Ｍｏ箔２３を経由して２本の電極１０間に電圧を印加することにより、電極１０間にアーク放電を発生させ、その際発生する光を取り出すものである。また、この高圧放電ランプ２０の点灯時には、電極１０からその構成材料であるＷが蒸発し、石英バルブ２１の内面に付着するようになるが、発光空間２２内に封入されているハロゲンの作用により付着したＷは元の電極１０に戻されて石英バルブ２１の黒化を抑制することができる。これをハロゲンサイクルと称する。

発明者らは、従来の高圧放電ランプにおいて黒化が発生するのは、前記ハロゲンサイクルが阻害され、本来の機能は発揮されてないものと考え、黒化が発生する要因を検討したところ、電極温度が原因であることを見出した。

本発明は、この電極温度を調整して黒化を防止すべく電極の構成を鋭意検討した結果、成されたものである。詳しくは本発明の高圧放電ランプ２０は、電極１０の形状を工夫することにより、ランプ点灯時の前記電極の先端部温度を２６００〜２８００℃としたときに、前記電極の先端部と根元部の温度差が５００℃以下となるようにしたものである。

以下、本発明の高圧放電ランプ２０を構成する電極１０の詳細について説明する。
図２に電極１０の構成を示す。
電極１０は、高融点金属からなる芯棒１２の一端に高融点金属の線材を巻いたコイルが被せられ、該コイルの先端部側の一部が溶融して形成されてなるものであり、ランプ点灯時に放電する側から、釣鐘形状の溶融部１４、コイル部１５、根元部１６が順番に形成されている。

電極１０の材料としては、高圧放電ランプの電極として従来から用いられている材料でよく、例えば主成分組成のタングステン（Ｗ）に対してＡｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ，Ｔｈなどの元素の含有量を極力低減させた高純度タングステンであることが好ましい。

図３に、電極１０の製造手順の概略を示す。
まず、高融点金属の線材からなり所定の巻き長さＬ１をもつコイル１１及び高融点金属からなる芯棒１２を準備する（図３（ａ））。ここで、コイル１１は２層コイル構造であり、内径側の１層目のコイル巻き長さが外径側の２層目のコイル巻き長さよりも長くなっている。巻き長さＬ１は外径側の２層目のコイル巻き長さである。

つぎに、コイル１１のコイル内径部に芯棒１２を圧入する。このとき、コイル１１の１層目のコイルが２層目のコイルよりはみ出した部分が芯棒１２の中央部側となるように圧入する。その後、ランプ点灯時に放電する側となるコイル１１の端部にＹＡＧレーザーなどの光１３を照射して該端部を溶融させる（図３（ｂ））。

コイル１１の端部が溶融したところが溶融長さＬ２の釣鐘形状の溶融部１４となるとともに、コイル部１５及び根元部１６も芯棒１２に固着した状態で電極１０となる（図３（ｃ））。なお、電極１０の各工程間には必要に応じて高温下で部材の洗浄やガス出し還元処理などを行ってもよい。

本発明では、コイル１１と芯棒１２の合計質量すなわち電極１０の電極質量、コイル１１の巻き長さＬ１、溶融部１４の溶融長さＬ２の少なくともいずれか１つを調整することにより、ランプ点灯時の電極１０の溶融部１４の先端の部分（先端部）１４ａの温度を２６００〜２８００℃としたときに、電極１０の先端部１４ａと根元部１６の温度差が５００℃以下となるようにする。これにより、ハロゲンサイクルを適正に機能させ黒化を抑制することが可能となる。

つぎに、本発明に係るリアプロジェクタ装置について説明する。
図４は、本発明のリアプロジェクタ装置の構成を示す概略図である。
リアプロジェクタ装置１００は、画像光を投射する投射部の一態様である光源（光学エンジン）１１１と、光源１１１からの投射光（プロジェクタ光）Ｌ_Ｐを反射する反射ミラー１１２と、反射ミラー１１２の反射光Ｌ_Ｒが背面側から投影され、映像光Ｌ_ｉとして視聴者側に放射するスクリーン１１０とを備えている。

光源１１１は、前述した本発明の高圧放電ランプ２０と、それに対応した照明光学系とを備えたものであり、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三原色の各色の波長領域を含む光を用いて画像光を投射するものであることが好ましい。

反射ミラー１１２は、画像光であるプロジェクタ光Ｌ_Ｐを反射して、スクリーン１１０に投射するものであり、リアプロジェクタ装置において従来公知のものでよい。

本発明のリアプロジェクタ装置１００によれば、本発明の高圧放電ランプ２０を備えているので鮮明で高輝度な画像を長時間表示することが可能である。

以下、本発明について実施した例を説明する。
（実施例１）
ワット数１００Ｗ用の高圧放電ランプのうち、従来より使用されているもの（高圧放電ランプ８０）を比較例１とし、高圧放電ランプ８０よりもコイル１１の巻き長さＬ１を増やし、溶融部１４の溶融長さＬ２を長くして作製した高圧放電ランプ３０を実施例１とした（図５）。なお、本来高圧放電ランプにおいて電極が過熱気味となると、電極の溶融飛散により、電極の先細りや放電管内壁への黒化となる。逆に電極温度が所定まで昇温しないと、点灯時に必要な輝度を確保出来ない。比較例１の高圧放電ランプは、従来の一般的は高圧放電ランプでは電極先端部の温度が過熱気味であるため、電極のサイズアップを行い、対策を試みたものである。

試験に当っては、この高圧放電ランプ３０，８０それぞれに対して外部電源より電力を供給して１００Ｗ点灯を行い、電極各部の温度を測定した。なお、電極各部の温度測定は、図２における電極のＰ１（先端部１４ａ）、Ｐ２（溶融部１４の中央部分）、Ｐ３（コイル部１５）、Ｐ４（根元部１６）の４点それぞれの温度を放射温度計（Ｐｙｒｏ Ｍｅｔｅｒ（パイロ社製、レッドフィルター１枚使用、測定レンジ１８００〜３２００℃）を用いて測定した。

図６に、温度測定結果を示す。
実施例１では、従来の電極よりもコイル１１の巻き長さＬ１を長くし、溶融部１４の長さを長くすることで、先端部１４ａ（Ｐ１）から根元部１６（Ｐ４）にかけての電極温度を緩やかな温度勾配にすることが出来ており、電極１０の先端部１４ａの温度と根元部１６の温度差が５００℃以下となっていた。この高圧放電ランプ３０について連続点灯したところ、照度の低下も起こらず石英バルブ２１の放電空間２２の最冷点となる電極１０の根元部分付近の黒化の発生も抑制できることが判明した。
これに対して、比較例１では、先端部１４ａ（Ｐ１）から根元部１６（Ｐ４）にかけての電極温度の温度勾配は大きく、電極の先端部の温度と根元部の温度差が５００℃超となっていた。また、この高圧放電ランプ８０について連続点灯したところ、電極の先端部（Ｐ１）の温度は適正な温度となっており石英バルブの放電空間中央部分の黒化は改善されていたが、根元部分の黒化が発生した。

（実施例２）
ワット数１３０Ｗ用の高圧放電ランプのうち、従来より使用されているもの（高圧放電ランプ９０）を比較例２とし、高圧放電ランプ９０とコイル１１の巻き長さＬ１を同じとし、溶融部１４の溶融長さＬ２を長くして作製した高圧放電ランプ４０を実施例２とした（図７）。試験に当っては、この高圧放電ランプ４０，９０それぞれに対して外部電源より電力を供給して１３０Ｗ点灯を行い、電極各部の温度を測定した。

図８に、温度測定結果を示す。
実施例２では、従来の電極よりも溶融部１４の長さを長くすることで、先端部１４ａ（Ｐ１）から根元部１６（Ｐ４）にかけての電極温度を緩やかな温度勾配にすることが出来ており、電極１０の先端部１４ａの温度と根元部１６の温度差が５００℃以下となっていた。この高圧放電ランプ４０について連続点灯したところ、照度の低下も起こらず石英バルブ２１の放電空間２２の最冷点となる電極１０の根元部分付近の黒化の発生も抑制できることが判明した。
これに対して、比較例２では、先端部１４ａ（Ｐ１）から根元部１６（Ｐ４）にかけての電極温度の温度勾配は大きく、電極の先端部の温度と根元部の温度差が５００℃超となっていた。また、この高圧放電ランプ９０について連続点灯したところ、石英バルブの放電空間内で黒化が発生した。

本発明に係る高圧放電ランプの構成を示す概略図である。 本発明の高圧放電ランプに用いる電極の構成を示す概略図である。 図２の電極の製造工程図である。 本発明に係るリアプロジェクタ装置の構成を示す概略図である。 実施例１、比較例１の電極形状を示す概略図である。 実施例１の電極温度測定結果を示す図である。 実施例２、比較例２の電極形状を示す概略図である。 実施例２の電極温度測定結果を示す図である。

符号の説明

１０…電極、１１…コイル、１２…芯棒、１３…レーザー光、１４…溶融部、１４ａ…先端部、１５…コイル部、１６…根元部、２０…高圧放電ランプ、２１…石英バルブ、２２…放電空間、２３…Ｍｏ箔、２４…リード線、１００…リアプロジェクタ装置、１１０…スクリーン、１１１…光源、１１２…反射ミラー

Claims (2)

1. 高融点金属からなる芯棒と、該芯棒の一端に被せられ高融点金属の線材を巻いたコイルと、を有する電極を２本備え、前記２本の電極が発光物質と希ガスとハロゲンが封止された放電空間内に前記コイルの先端部が対向配置されている高圧放電ランプにおいて、
   前記コイルは、内側コイルと外側コイルとからなる２層コイルであり、且つ、当該コイルの先端部側の一部が溶融して前記芯棒に固着されてなる溶融部と、前記放電空間の最冷点付近に配置された前記内側コイルの後端部側の根元部と、を含み、
   前記内側コイルは、前記外側コイルよりも巻き長さが長く、
   前記コイルの巻き長さ、前記溶融部の溶融長さの少なくともいずれか１つが調整されて、ランプ点灯時の前記電極の先端部温度を２６００〜２８００℃としたときに、前記電極の先端部と根元部の温度差が５００℃以下となることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 画像光を投射する投射部と、該投射部からの投射光を反射する反射ミラーと、該反射ミラーの反射光が背面側から投影されるスクリーンとを備えたリアプロジェクタ装置において、
   前記投射部は、請求項１に記載の高圧放電ランプを備える液晶プロジェクタであることを特徴とするリアプロジェクタ装置。

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