JP5152127B2 - 超高圧水銀ランプ - Google Patents

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本発明は、例えば液晶プロジェクタ装置や、DLPプロジェクター装置などの大画面投影装置用の光源に使用される超高圧水銀ランプに関する。特に、点灯時の水銀蒸気圧が150気圧以上に達する超高圧水銀ランプに関する。
液晶プロジェクタ装置は、矩形状のスクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求される。このため、光源としては、水銀を発光物質とする水銀ランプ、金属ハロゲン化物を発光物質とするメタルハライドランプ、キセノンガスを発光物質とするキセノンランプなどのショートアーク型高圧放電ランプが用いられている。
近年、このような液晶プロジェクタ装置は、容易に持ち運びができるように小型軽量化の要求が高まっていることから、液晶プロジェクタ用の液晶パネルは年々小型化されてきている。したがって、小型化された液晶パネルに効率良く集光させるために光源の一層の小型化、高輝度化が要求されている。このため、近年では光源として、前述の水銀ランプのうち、電極間距離が短くさらに点灯時の水銀蒸気圧が150気圧以上に達するように多量の水銀が封入された超高圧水銀ランプが用いられている。
さらに、液晶プロジェクタ装置を小型化させるために、光源だけでなく点灯装置の小型化も求められている。点灯装置の大きさは、点灯装置に配設されたイグナイタの大きさで決まると言っても過言ではない。イグナイタの大きさはランプに印加する電圧値の大きさに依存し、印加電圧値が小さいほどイグナイタを小型化することが出来る。すなわち、ランプに印加する電圧値を小さくすることが出来れば、イグナイタを小型化でき、更には点灯装置も小型化することができる。
従来、液晶プロジェクタ用の光源として用いられる超高圧水銀ランプにおいては、ランプ始動時における絶縁破壊電圧値を下げることを目的として、放電容器の外表面にトリガーワイヤーが設けられた構造が採用されてきた。例えば、特開平09−097591号公報にその構造が開示されている。
図5は、従来の超高圧水銀ランプを説明するための図を示す。
超高圧水銀ランプ50は、発光部51とその両端に連続して形成された封止部52とを有する放電容器53と、封止部52に埋設された金属箔54の一端に接続された、発光部51内で対向する一対の電極(陽極55、陰極56)と、金属箔54の他端に接続された、封止部52から外方に突出する一対の外部リード57と、放電容器53の外表面に設けられたトリガーワイヤー58とからなる。
トリガーワイヤー58は、一方の封止部52の外表面に固定された環状部581と、環状部581の下端部581aに繋がり他方の封止部52から外方に突出する外部リード57に接続された張渡部582とを有する。
図6は、従来の超高圧水銀ランプの封止部へのトリガーワイヤーの取り付け方法について説明するための図である。
まず、図6(a)に示すように、トリガーワイヤー58となるべき1本の線状部材580の一端580a側を屈曲させることにより、封止部の径よりも大径の環状部581を形成する。次に、図6(b)に示すように、一方の封止部52の外表面に環状部581を配置した後、例えばペンチなどの工具を用いて線状部材580の一端580aを線状部材580に対して捻り込むことによって、環状部581を封止部52に固定する。最後に、図6(c)に示すように、線状部材580の他端580bを、他方の封止部52から外方に突出している外部リード57に巻き回すことによって、張渡部582が形成される。
図5に示す超高圧水銀ランプ50においては、トリガーワイヤー58に不図示の外部回路に配設されたイグナイタにて、例えば、10kV程度の高電圧を印加することにより保持部581と陽極55との間で火種となる電離が起こり、この電離を起点に陽極55と陰極56との間で絶縁破壊が生じる。火種となる電離が起こることでランプ始動時における絶縁破壊電圧を大幅に下げることができるので、ランプを容易に点灯させることができる。
しかしながら、図5に示す環状部581は、切れ目なく繋がった状態で封止部52の外表面に強固に固定されているので、その下端部581aに対して張渡部582による引張りの力510が伝達されると、封止部52のうち環状部581が当接する部分を構成する石英ガラスに圧縮応力を加える。環状部581は、ランプ点灯時には径方向に膨張するものの、ランプを消灯して封止部52が自然冷却されて環状部581の温度が下がると径方向に収縮して封止部52に圧縮応力を加える。とりわけ、点灯時における封止部の温度が900℃以上にも達するような超高圧水銀ランプにおいては、環状部581が収縮する際に封止部52に大きな圧縮応力が加わる。
すなわち、ランプの点灯、消灯を繰り返す毎に封止部52に対して環状部581による過大な圧縮応力が加わるため、繰り返し回数が増すと封止部52にクラックが生じ、このクラックが成長することにより遂には封止部52が破損するという問題が発生する。
このような問題を解決するために、環状部581が封止部52に加える圧縮応力を緩和させるために、図6(b)に示す環状部581を封止部52に固定する際の捻り込みを加減することにより封止部52に対して環状部581を強く固定しない方法が提案された。
しかしながらこの方法によると、環状部581は、封止部52に対して強く固定されていないので、封止部52に対して環状部581の位置が決まりにくい。また、図7に示すように時間の経過とともに下端部581aが張渡部582による引張りの力510によって発光部51側へ徐々にずれていくのに対し、上端部581bには引張りの力510がかからないため発光部51と逆側に徐々にずれていく。そして、環状部581が放電容器53の管軸500に対して傾斜して固定された状態で、ランプの点灯、消灯を繰り返すと前述のように封止部52に圧縮応力が加わるので、封止部52にクラックを生じてしまい、前述の問題を解決することができない。
さらに、前述の捻り込み作業は、作業者の手作業によって行われるため、捻り込みの度合いにばらつきを生じる。具体的に説明すると、過剰に捻り込むと早期に封止部52にクラックが生じ、捻り込みが不十分であると環状部581が管軸500に沿って移動しやすい状態となる。製造段階において、トリガーワイヤー58は環状部581と陽極55との距離が一定となるように配置されるが、上記の捻り込みが不十分であるとランプ輸送時の振動や取り扱いによって環状部581がずれていくなどの理由により、必ずしも環状部581と陽極55との距離を一定に維持することができない。
環状部581と陽極55との距離が一定に維持されないと、ランプの絶縁破壊電圧値にばらつきが生じたり、イグナイタによる電圧印加から絶縁破壊するまでの時間(始動遅れ)にばらつきが生じる。特に点灯装置を小型化するためにイグナイタ印加電圧を、例えば、5KV程度と低くした場合には絶縁破壊せずにランプが点灯しないケースも発生した。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、ランプの点灯消灯を繰り返した場合に封止部にクラックが生じることがなく、さらに、作業者毎に封止部に対するトリガーワイヤーの位置のばらつきが生じることを防止してトリガーワイヤーと陽極との距離を常に一定に維持することにより、低いイグナイタ印加電圧でも確実に点灯させることが可能な超高圧水銀ランプを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の超高圧水銀ランプは、発光部とその両端に連続して形成された封止部とを有する放電容器と、封止部に埋設された金属箔の一端に接続された発光部内で対向する一対の電極と、金属箔の他端に接続された封止部から外方に突出する一対の外部リードと、放電容器の外表面に設けられたトリガーワイヤーとからなり、
前記トリガーワイヤーは、その一端を一方の封止部の外表面に配置して当該封止部から外方に突出する外部リード側に向かって周回するように形成したコイル状の保持部と、その他端を他方の封止部から突出する外部リードに複数回巻き回して接続形成された前記放電容器の管軸に沿って伸びる張渡部とを有し、
前記保持部は、前記張渡部による引張りの力によって弾性的に変形し前記発光部に押し付けられるよう当接することで、前記封止部に固定されることを特徴とする。

本発明の超高圧水銀ランプによれば、トリガーワイヤーの保持部は、自在に伸縮可能な構造であり、さらに、張渡部による引張りの力が伝達されて弾性的に変形して発光部に押し付けられることにより封止部に固定されるので、作業者毎に封止部に対する保持部の位置にばらつきを生じることもない。
これにより、ランプの点灯消灯を繰り返しても封止部に加わる圧縮応力を緩和することができるので、封止部にクラックが生じることがない。さらに、保持部と電極との距離を常に一定に維持することができるので、絶縁破壊電圧やイグナイタによる電圧印加から絶縁破壊するまでの時間(始動遅れ)にばらつきを生じることがなく、イグナイタ印加電圧を5KV程度の低電圧にした場合でも確実に点灯可能なランプを提供することができる。
本発明の超高圧水銀ランプを説明するための図である。 本発明の超高圧水銀ランプの封止部にトリガーワイヤーを取り付ける方法について説明するための図である。 トリガーワイヤーの保持部の機能について説明するための図である。 図3に示す斜線部分Aにおける拡大断面図である。 従来の超高圧水銀ランプを説明するための図である。 従来の超高圧水銀ランプの封止部にトリガーワイヤーを取り付ける方法について説明するための図である。 トリガーワイヤーの環状部が放電容器の管軸に対して傾斜することを説明するための図である。
図1は、本発明の超高圧水銀ランプを説明するための図を示す。
超高圧水銀ランプ10は、発光部11とその両端に連続して形成された封止部12とを有する放電容器13と、封止部12に埋設された金属箔14の一端に接続された発光部11内で対向する一対の電極(陽極15、陰極16)と、金属箔14の他端に接続された封止部12から外方に突出する一対の外部リード17と、放電容器13の外表面に設けられたトリガーワイヤー18とからなる。放電容器13の内側に形成された放電空間19には、発光物質として水銀が封入され、始動用の希ガスとしてアルゴンが封入される。
トリガーワイヤー18は、その一端18aが一方の封止部12の外表面に配置されて当該封止部12から外方に突出する外部リード17側に向かって周回する保持部181と、その他端18bが他方の封止部12から外方に突出する外部リード17に接続されることによって形成され、放電容器13の管軸100に沿って伸びる張渡部182とから構成される。
図2は、本発明の超高圧水銀ランプの封止部にトリガーワイヤーを取り付ける方法について説明するための図である。
まず、図2(a)に示すように、トリガーワイヤー18となるべき線状部材180の一端180a側は、あらかじめ周回部183が形成されてコイル状に形成される。次に、図2(b)に示すように、線状部材180の一端180aが発光部11側に配置されるように、周回部183に一方の封止部12を挿通させることにより、一方の封止部12の外表面には保持部181が形成される。その後、図2(c)に示すように、線状部材180の他端180bを他方の封止部12から外方に突出する外部リード17に複数回(図2(c)では3回)巻き回すことによって、管軸方向100に沿って伸びる張渡部182を形成する。
保持部181は、必ずしもあらかじめコイル状に形成されている必要はなく、例えば、線状部材180の一端180aを封止部12の外表面に配置し、当該封止部12から外方に突出する外部リード17方向に線状部材180を巻き回すことによって保持部181を形成しても良い。
図1に示す超高圧水銀ランプ10は、トリガーワイヤー18の他端18bが巻き回された外部リード17と電気的に接続された陰極16に高電圧が印加され、封止部12に固定された保持部181と陽極15との間で火種となる電離が起こり、この電離を起点に陽極15と陰極16との間で絶縁破壊し、ランプが点灯するものである。
図3は、トリガーワイヤーの保持部の機能について説明するための図である。図4は、図3に示す点線部分Aにおける拡大断面図である。
保持部181を構成するトリガーワイヤー18の一端18aは自由端であるため、保持部181は、従来の超高圧水銀ランプ50における環状部581のように切れ目なく繋がった構造とは異なり自在に伸縮可能な構造である。
さらに、保持部181は、その引出し部181aに張渡部182による引張りの力110が伝達され保持部181の発光部11側の端面が発光部11の根元部11aに当接することにより、保持部181を圧縮する力120が生じる。この圧縮する力120により保持部181は弾性的に変形し、発光部11に押し付けられるようにして封止部12に固定されるため容易に動くことがない上、作業者毎に封止部12に対する保持部181の位置にばらつきを生じることもない。
以上のような本発明の超高圧水銀ランプ10によれば、保持部181は、自在に伸縮可能なため、ランプ点灯時に径方向に膨張した保持部181がランプ消灯後に自然冷却されて収縮する際に封止部12に加える圧縮応力を緩和することができる。すなわち、ランプの点灯消灯を繰り返しても封止部12にクラックが生じないので、封止部12が破損することがない。
さらに保持部181は弾性的に変形し、発光部11に押し付けられるようにして封止部12に固定されて容易に動くことがないので、図4に示すように、保持部181と陽極15との放電空間19を介した最短距離Lを常に一定に保つことができる。したがって、保持部181と陽極15との間の絶縁破壊電圧値やイグナイタによる電圧印加から絶縁破壊するまでの時間(始動遅れ)にばらつきが生じることがなく、イグナイタ印加電圧を5KV程度の低電圧にした場合にも確実にランプを点灯させることができる。
ここで、本発明の超高圧水銀ランプ10の数値例を以下に示す。
陽極15の最大外径、全長 :1.8mm、13mm
陰極16の最大外径、全長 :0.8mm、10mm
電極間距離 :1.1mm
金属箔14の幅、全長 :1.5mm、14mm
封止部12の最大外径、長さ :6mm、21mm
放電容器13の全長、最大外径、内容積 :50mm、10mm、67mm
トリガーワイヤー18の全長 :40mm
封入水銀密度 :0.25mg/mm
定格点灯電圧 :80V
定格点灯電力 :200W
希ガス :アルゴン 13.3KPa
トリガーワイヤー18は、その直径が0.3mmの1本の鉄とクロムの合金からなる線状部材により構成される。トリガーワイヤー18の直径は、作業の容易性と高温部でも張渡部182で断線しないためには0.2mm〜0.6mmであることが好ましい。0.6mmを超えると張渡部182を形成する作業上、他方の封止部12から外方に突出する外部リード17に複数回巻き回すことが困難であり、0.2mm未満であると点灯時に高温に晒された際に断線するケースがあるため好ましくない。
トリガーワイヤー18を構成するその他の材料としては、ランプ点灯時において、封止部12の外表面の温度は900℃以上にも達するため、高い耐熱性を有するものが好ましく、例えば、ニッケルとクロムの合金または鉄とクロムの合金などが好ましい。
図2(a)では、線状部材180の一端180a側において周回部183が1個のみ設けられているが、これに限るものではなく複数個設ける方が望ましい。
保持部181は弾性的に変形し、発光部11に押し付けられるようにして封止部12に固定される。周回部183を複数個設けることで弾性力を大きくすることが出来るので発光部11から容易に動くことがなく、一定の位置に固定しやすい。
尚、本発明の超高圧水銀ランプにおいては、トリガーワイヤーの保持部が陽極側の封止部に固定された構造についてのみ説明したが、保持部が陰極側に固定された構造であっても良い。この場合には、保持部に繋がるトリガーワイヤーを陽極側の封止部から突出する外部リードに巻き回すことによって張渡部を形成すれば良い。
また、本発明の超高圧水銀ランプにおいては、直流点灯型について説明したが、点灯方式に依らず、即ち交流点灯型の超高圧水銀ランプにおいても同様の効果がある。
10 超高圧水銀ランプ
11 発光部
11a 発光部11の根元部
12 封止部
13 放電容器
14 金属箔
15 陽極
16 陰極
17 外部リード
18 トリガーワイヤー
18a トリガーワイヤー18の一端
18b トリガーワイヤー18の他端
50 超高圧水銀ランプ
51 発光部
52 封止部
53 放電容器
54 金属箔
55 陽極
56 陰極
57 外部リード
58 トリガーワイヤー
100 管軸
110 引張りの力
120 圧縮の力
180 線状部材
180a 線状部材180の一端
180b 線状部材180の他端
181 保持部
181a 保持部181の下端部
182 張渡部
183 周回部
500 管軸
510 引張りの力
580 線状部材
581 環状部
581a 環状部581の下端部
581b 環状部581の上端部
582 張渡部

Claims (1)

  1. 発光部とその両端に連続して形成された封止部とを有する放電容器と、封止部に埋設された金属箔の一端に接続された発光部内で対向する一対の電極と、金属箔の他端に接続された封止部から外方に突出する一対の外部リードと、放電容器の外表面に設けられたトリガーワイヤーとからなる超高圧水銀ランプにおいて、
    前記トリガーワイヤーは、その一端を一方の封止部の外表面に配置して当該封止部から外方に突出する外部リード側に向かって周回するように形成したコイル状の保持部と、その他端を他方の封止部から突出する外部リードに複数回巻き回して接続形成された前記放電容器の管軸に沿って伸びる張渡部とを有し、
    前記保持部は、前記張渡部による引張りの力によって弾性的に変形し前記発光部に押し付けられるよう当接することで、前記封止部に固定されることを特徴とする超高圧水銀ランプ。
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