JP5280772B2 - 反射鏡付放電ランプ - Google Patents

Description

この発明は、プロジェクタ装置に使用される反射鏡付放電ランプに関する。

現状、交流タイプの反射鏡付放電ランプ（以下、ランプとも呼ぶ）は、特に楕円反射鏡との組合せの場合、光学系からの反射光により楕円反射鏡の開口部側の電極の温度が上昇し、それにより両電極間に温度差が発生し正常なハロゲンサイクルが機能しなくなる。結果として、楕円反射鏡の開口部側の電極先端が損耗し、ランプ特性が維持できなくなる場合がある。また、電極損耗により、電極形状が変化しアークスポットのずれが発生する。一般的に交流タイプの超高圧水銀ランプの場合、サイクル毎のスポットずれが、「ちらつき」となって感じられる。

この対策として、サイクル毎の電流波形に重畳パルスを加えて、電極先端の温度を高め、ハロゲンサイクルの最適化を図る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特表平１０−５０１９１９号公報

しかし、特許文献１の方法では、常に一定の電流パルスが発生しており、ハロゲンサイクルの最適化を図るどころか、逆に電極に大きなダメージを与えることになりかねない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、反射鏡の開口部側の電極の温度上昇を抑制し、電極損耗の少ない反射鏡付放電ランプを提供する。

この発明に係る反射鏡付放電ランプは、
開口部とこの開口部の反対側にネック部とを有する反射鏡と、
Ｆリード線が溶接されたＦモリブデン箔を溶接したＦ電極と、Ｒリード線が溶接されたＲモリブデン箔を溶接したＲ電極と、水銀とを封入した略球状の発光部を中央部に有する発光管とを備えた反射鏡付放電ランプであって、
前記Ｆ電極及び前記Ｒ電極は、
夫々所定の線径の芯線に、前記Ｆ電極及び前記Ｒ電極が対向する前記芯線の端部に所定線径、所定巻数のコイルを巻き、
次に、前記Ｆ電極及び前記Ｒ電極の先端を溶解して曲面形状のメルト電極を形成し、
さらに、エージングにより前記メルト電極の先端に、電極先端部を形成して構成され、
前記Ｆ電極、前記Ｒ電極の前記メルト電極を形成する前の形状が、以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）のいずれか一つ、若しくは以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）の任意の組合せを満たすことを特徴とする反射鏡付放電ランプ。
（ａ）前記Ｆ電極の前記芯線の直径をｄ１ｆ、前記Ｒ電極の前記芯線の直径をｄ１ｒとすると、
ｄ１ｆ＞１．２×ｄ１ｒ；
（ｂ）前記Ｆ電極の前記コイルの線径をｄ２ｆ、前記Ｒ電極の前記コイルの線径をｄ２ｒとすると、
ｄ２ｆ＞１．２×ｄ２ｒ；
（ｃ）前記Ｆ電極の前記コイルの巻数をｎｆ、前記Ｒ電極の前記コイルの巻数をｎｒとすると、
ｎｆ＞１．２×ｎｒ。

この発明に係る反射鏡付放電ランプは、Ｆ電極、Ｒ電極のメルト電極を形成する前の形状が、以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）のいずれか一つ、若しくは以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）の任意の組合せを満たすことにより、Ｆ電極の表面積をＲ電極の表面積よりも大きくでき、プロジェクタ装置の光学系からの反射光により反射鏡の開口部側のＦ電極の温度上昇を抑制することができる。それによりハロゲンサイクルが正常に機能し、ランプ特性を維持できる。
（ａ）Ｆ電極の芯線の直径をｄ１ｆ、Ｒ電極の芯線の直径をｄ１ｒとすると、
ｄ１ｆ＞１．２×ｄ１ｒ；
（ｂ）Ｆ電極のコイルの線径をｄ２ｆ、Ｒ電極のコイルの線径をｄ２ｒとすると、
ｄ２ｆ＞１．２×ｄ２ｒ；
（ｃ）Ｆ電極のコイルの巻数をｎｆ、Ｒ電極のコイルの巻数をｎｒとすると、
ｎｆ＞１．２×ｎｒ。

実施の形態１．
図１乃至図８は実施の形態１を示す図で、図１は反射鏡付放電ランプ１００の構成図、図２は一部を破断して断面で示す反射鏡付放電ランプ１００の構成図、図３は製造過程における初期のＦ電極１２の構成を示す図、図４はＦ電極１２の先端を溶解してメルト電極１２ｃを形成した図、図５はＦ電極１２を点灯させて電極先端部１２ｄを形成した図、図６は発光管１におけるＦ電極１２とＲ電極１３付近を示す図、図７はシミュレーションに用いたプロジェクタ装置の構成の概念図、図８は主に図７の構成において光学系から発光管１へ戻るエネルギーを求めた結果を示す図である。

本実施の形態は、発光管１の内部に配置される電極に特徴がある。従って、反射鏡付放電ランプ１００の全体構成については、簡単に説明する。

図１、図２により、反射鏡付放電ランプ１００の構成を説明する。反射鏡付放電ランプ１００は、発光管１と、この発光管１を保持するセラミックリング２と、セラミックリング２が固定される楕円反射鏡３（反射鏡の一例）と、セラミックリング２の後面に固定されるキャップ５とを備える。セラミックリング２は、発光管１のＲモリブデン箔付近（封止部）を保持する。反射鏡は、楕円反射鏡３以外に、放物型反射鏡等でもよい。

発光管１は、Ｆリード線１７が溶接されたＦモリブデン箔１５を溶接したＦ電極１２と、Ｒリード線１８が溶接されたＲモリブデン箔１６を溶接したＲ電極１３と、水銀１４とを封入した略球状の発光部１１を中央部（中央部分）に有する。

楕円反射鏡３は、回転楕円体形状の一部分の形をしている。楕円反射鏡３の材質は、ガラスである。

発光管１は、Ｆ電極１２を楕円反射鏡３の開口部３ａ側に、Ｒ電極１３をネック部３ｂ側にして配置させる。

発光管１の中心軸を、楕円反射鏡３の開口部３ａとネック部３ｂを結ぶ中心軸に一致させ、発光部１１の中心が楕円反射鏡３の焦点に一致するように発光管１を楕円反射鏡３に組み込んだ構造とする。

セラミックリング２は、外周面２ａ、内周面２ｂを有する略円筒形である。セラミックリング２は、楕円反射鏡３に固定される側の端部に、楕円反射鏡３のネック部３ｂを覆うように嵌合する嵌合部２２を備える。

また、セラミックリング２は、楕円反射鏡３に固定される側の端部に、楕円反射鏡３のネック部３ｂの軸方向端部が当接する当接部２１を備える。当接部２１は、発光管１の中心線方向に対して略直角である。

セラミックリング２は、セメント４ａにより楕円反射鏡３に固定される。セメント４ａの主成分は、シリカである。

さらに、セラミックリング２は、楕円反射鏡３に固定される側の端部に、嵌合部２２を切り欠いた切り欠き部２３を備える。切り欠き部２３は、通風口として機能する。反射鏡付放電ランプ１００において、楕円反射鏡３にセラミックリング２を固定した状態では、切り欠き部２３が開口している。発光管１が何らかの原因により破裂した場合、ガラスの破片がこの切り欠き部２３から飛び散る恐れがあるので、図１に示すように、切り欠き部２３にメッシュ７を設けている。

ここで、反射鏡付放電ランプ１００の組み立て手順を簡単に説明する。

先ず、楕円反射鏡３にセラミックリング２を固定する。楕円反射鏡３のネック部３ｂに、セラミックリング２の嵌合部２２をネック部３ｂを覆うように嵌め、ネック部３ｂの軸方向端部にセラミックリング２の当接部２１を当接させる。

その状態で、セメント４ａで、楕円反射鏡３とセラミックリング２とを接着する。セメント４ａの主成分は、シリカである。

次に、発光管１を楕円反射鏡３とセラミックリング２の内部に挿入する。そして、発光管１を点灯させながら、発光管１に３次元的な位置調整（軸調整ともいう）を行う。

これにより、発光管１の中心軸が楕円反射鏡３の開口部３ａとネック部３ｂを結ぶ中心軸に一致し、発光部１１の中心が楕円反射鏡３の焦点となる状態となる。

そして、セメント４ｂを発光管１とセラミックリング２の内周面２ｂとの隙間に注入し乾燥する（図２）。セメント４ｂは、セメント４ａと同様、主成分はシリカである。

さらに、セラミックリング２から突出している発光管１を切断する。このとき、Ｒリード線１８は切断しない。

Ｒリード線１８とトリガーワイヤ９とを、かしめ部材（図示せず、金属製）でかしめる。リング状のかしめ部材にＲリード線１８とトリガーワイヤ９とを通し、リング状のかしめ部材を潰してかしめるイメージである。

Ｒリード線１８とトリガーワイヤ９とをかしめたかしめ部材を第１の端子６に溶接する。

そして、キャップ５をセラミックリング２に被せる。このとき、キャップ５にはその側壁に切り欠き部（図示せず）があり、この切り欠き部に第１の端子６が納まる。

尚、発光管１の楕円反射鏡３の開口部３ａ側のＦリード線１７は、楕円反射鏡３の外周面に取り付けられる第２の端子３１に接続される。

第１の端子６と、第２の端子３１とが電源に接続される。

次に、Ｆ電極１２、Ｒ電極１３の構成について説明する。サイズの違いはあるが、Ｆ電極１２とＲ電極１３の基本的な構成は同じであるので、Ｆ電極１２を例に説明する。

図３に示すように、Ｆ電極１２は、先ず芯線１２ａの一方の端部（Ｒ電極１３と対向する側）にコイル１２ｂを所定線径、所定巻数で巻く。コイル１２ｂの所定線径、所定巻数は、ランプのワット数によって変わる。

図３に示すＦ電極１２は、例えば、２５０Ｗワットのランプに使用されるものである。ワット数が増えると、コイル１２ｂの所定線径、所定巻数は増加する。

芯線１２ａの材料は、タングステンである。また、芯線１２ａの直径（ｄ１ｆ）は、０．５ｍｍ程度である。

コイル１２ｂの材料も、タングステンである。また、コイル１２ｂの線径（ｄ２ｆ）は、０．２５〜０．３ｍｍ程度である。

Ｆ電極１２（Ｒ電極１３も同じ）は、図３の形状のままでは、ランプでの放電が安定しないため、Ｒ電極１３に対向する部分を滑らか曲面にする。Ｆ電極１２の先端に、曲面形状のメルト電極１２ｃを形成する。

メルト電極１２ｃは、Ｆ電極１２及びＲ電極１３にタングステンが溶解する程度の電流を流すことで形成される。タングステンの融点は、約３４０７°Ｃである。

このメルト電極１２ｃの形成は、Ｆ電極１２及びＲ電極１３を発光管１に組み込む前に行う場合と、Ｆ電極１２及びＲ電極１３を発光管１に組み込んだ後に行う場合とがある。どちらでもよい。

さらに、ランプ完成後に、エージング（ランプを点灯させる）を行うと、Ｆ電極１２（Ｒ電極１３も同じ）のメルト電極１２ｃの先端に、メルト電極１２ｃに比べると小さい電極先端部１２ｄが形成される。

電極先端部１２ｄのサイズは、例えば、軸方向長さ、最大径ともに約０．１〜０．２ｍｍ程度である。

本実施の形態のＦ電極１２、Ｒ電極１３は、メルト電極１２ｃ，１３ｃを形成する前の形状が、以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）のいずれか一つ、若しくは以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）の任意の組合せを満たすものとする。
（ａ）Ｆ電極１２の芯線１２ａの直径をｄ１ｆ、Ｒ電極１３の芯線１３ａの直径をｄ１ｒとすると、
ｄ１ｆ＞１．２×ｄ１ｒ （１）
（ｂ）Ｆ電極１２のコイル１２ｂの線径をｄ２ｆ、Ｒ電極１３のコイル１３ｂの線径をｄ２ｒとすると、
ｄ２ｆ＞１．２×ｄ２ｒ （２）
（ｃ）Ｆ電極１２のコイル１２ｂの巻数をｎｆ、Ｒ電極１３のコイル１３ｂの巻数をｎｒとすると、
ｎｆ＞１．２×ｎｒ （３）

Ｆ電極１２、Ｒ電極１３が、上記条件（ａ）〜（ｃ）のいずれか一つ、若しくは上記条件（ａ）〜（ｃ）の任意の組合せを満たす場合の、発光管１におけるＦ電極１２、Ｒ電極１３は、図６に示すように、Ｆ電極１２のサイズがＲ電極１３のサイズよりも大きくなる。そして、Ｆ電極１２の表面積がＲ電極１３の表面積よりも大きくなる。

尚、Ｆ電極１２とＲ電極１３との間の距離Ｌは、一例では、１．０ｍｍ程度である。電極先端部１２ｄのサイズは、例えば、軸方向長さ、最大径ともに約０．１〜０．２ｍｍ程度である。従って、Ｆ電極１２の電極先端部１２ｄが損耗すると、Ｆ電極１２とＲ電極１３との間の距離Ｌは、１．１〜１．２ｍｍ程度に変化する。

Ｆ電極１２の表面積がＲ電極１３の表面積よりも大きくなることにより、プロジェクタ装置の光学系からの反射光により楕円反射鏡３の開口部側のＦ電極１２の温度上昇が抑制される。それにより両電極間の温度差が、Ｆ電極１２の表面積がＲ電極１３の表面積と同じ場合に比べて小さくなり、ハロゲンサイクルが正常に機能し、Ｆ電極１２の損耗を抑制できる。

ハロゲンサイクルとは、電極から蒸発した電極材料であるタングステンが、例えばサイクル毎の電流波形により電極先端を適切な温度に高めることにより、電極先端に戻り電極形状を維持することを言う。

次に、プロジェクタ装置の光学系からのランプへ戻る反射光のエネルギーをシミュレーションにより調査した結果を示す。

図７はシミュレーションに用いたプロジェクタ装置の構成の概念図である。図７において、本実施の形態の反射鏡付放電ランプ１００は、プロジェクタ装置の前面ガラス３０を備えるホルダーに保持される。

前面ガラス３０は、反射鏡付放電ランプ１００の中心線１００ａに対する直交線に対して、角度θ１傾斜している。角度θ１は、例えば、十度以内である。前面ガラス３０では、発光管１から放射された光は、全透過する（一例）。

前面ガラス３０の前方に、紫外線と赤外線を反射するＵＶ／ＩＲフィルタ４０（紫外線／赤外線フィルタ）を設ける。ＵＶ／ＩＲフィルタ４０も、反射鏡付放電ランプ１００の中心線１００ａに対する直交線に対して、角度θ２傾斜している。角度θ２は、例えば、十数度である。

ＵＶ／ＩＲフィルタ４０を角度θ２傾斜させているのは、ＵＶ／ＩＲフィルタ４０から戻る紫外線／赤外線が反射鏡付放電ランプ１００から外れ、発光管１に戻るエネルギーが傾斜させない場合より小さくなると考えられるからである。

ＵＶ／ＩＲフィルタ４０の前方に、カラーホイール５０を設ける。カラーホイール５０からは、光が前方へ放射される。但し、カラーホイール５０から戻るエネルギーもある。

図８は主に図７の構成において光学系から発光管１へ戻るエネルギーを求めた結果を示す図であり、横軸は前面ガラス３０と発光管１の放電中心（Ｆ電極１２とＲ電極１３との間の中心）との距離、縦軸は発光管１へ戻るエネルギー（全放射エネルギーに対する比［％］）である。そして、図７の構成において、Ｆ電極１２とＲ電極１３とに戻るエネルギーを求めている。また、参考に図７の構成からＵＶ／ＩＲフィルタ４０を省いたときのＦ電極１２に戻るエネルギーも求めている。但し、このデータについては、特に以下では言及しない。

図８から解るように、プロジェクタ装置で通常採用される前面ガラス３０と発光管１の放電中心との距離において、図７の構成では、
（１）Ｆ電極１２へ戻るエネルギー（全放射エネルギーに対する比［％］）は、６．５〜８［％］程度である。
（２）Ｒ電極１３へ戻るエネルギー（全放射エネルギーに対する比［％］）は、１〜２［％］程度である。

このように、Ｒ電極１３に比べ、Ｆ電極１２へ戻るエネルギーが圧倒的に大きい。そのため、Ｆ電極１２の温度が上昇し、Ｒ電極１３との温度差が発生する場合は、Ｆ電極１２の電極先端部１２ｄが損耗し、ランプ特性が維持できなくなる場合がある。また、電極先端部１２ｄの損耗により、電極形状が変化しアークスポットのずれが発生する。交流タイプの反射鏡付放電ランプ１００の場合、サイクル毎のスポットずれが、「ちらつき」となって感じられることになる。

上記シミュレーション（図７の構成）におけるＦ電極１２とＲ電極１３の温度データの一例は、以下に示す通りである。
（１）Ｆ電極１２の温度：約２９００℃
（２）Ｒ電極１３の温度：約２８００℃
両者には、約１００℃の差があることが解る。

参考データであるが、反射鏡付放電ランプ１００をプロジェクタ装置から外に出し、自然点灯した場合のＦ電極１２とＲ電極１３の温度データの一例は、以下に示す通りである。
（１）Ｆ電極１２の温度：２８１５〜２８２０℃
（２）Ｒ電極１３の温度：２８１１〜２８１７℃
両者には、殆ど差がないことが解る。

このように、反射鏡付放電ランプ１００をプロジェクタ装置に組込むと、プロジェクタ装置の光学系からの反射光により楕円反射鏡３の開口部側のＦ電極１２の温度が上昇することが解る。それによりＦ電極１２とＲ電極１３との間に温度差が発生し正常なハロゲンサイクルが機能しなくなる。結果として、楕円反射鏡３の開口部側のＦ電極１２の電極先端部１２ｄが損耗し、ランプ特性が維持できなくなる場合がある。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｆ電極１２、Ｒ電極１３のメルト電極１２ｃ，１３ｃを形成する前の形状が、以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）のいずれか一つ、若しくは以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）の任意の組合せを満たすものとする。
（ａ）Ｆ電極１２の芯線１２ａの直径をｄ１ｆ、Ｒ電極１３の芯線１３ａの直径をｄ１ｒとすると、
ｄ１ｆ＞１．２×ｄ１ｒ （１）
（ｂ）Ｆ電極１２のコイル１２ｂの線径をｄ２ｆ、Ｒ電極１３のコイル１３ｂの線径をｄ２ｒとすると、
ｄ２ｆ＞１．２×ｄ２ｒ （２）
（ｃ）Ｆ電極１２のコイル１２ｂの巻数をｎｆ、Ｒ電極１３のコイル１３ｂの巻数をｎｒとすると、
ｎｆ＞１．２×ｎｒ （３）
以上のようにすることにより、Ｆ電極１２の表面積をＲ電極１３の表面積よりも大きくでき、プロジェクタ装置の光学系からの反射光により楕円反射鏡３の開口部側のＦ電極１２の温度上昇を抑制することができる。それによりハロゲンサイクルが正常に機能し、ランプ特性を維持できる。

実施の形態１を示す図で、反射鏡付放電ランプ１００の構成図。 実施の形態１を示す図で、一部を破断して断面で示す反射鏡付放電ランプ１００の構成図。 実施の形態１を示す図で、製造過程における初期のＦ電極１２の構成を示す図。 実施の形態１を示す図で、Ｆ電極１２の先端を溶解してメルト電極１２ｃを形成した図。 実施の形態１を示す図で、Ｆ電極１２を点灯させて電極先端部１２ｄを形成した図。 実施の形態１を示す図で、発光管１におけるＦ電極１２とＲ電極１３付近を示す図。 実施の形態１を示す図で、シミュレーションに用いたプロジェクタ装置の構成の概念図。 実施の形態１を示す図で、主に図７の構成において光学系から発光管１へ戻るエネルギーを求めた結果を示す図。

符号の説明

１ 発光管、２ セラミックリング、２ａ 外周面、２ｂ 内周面、３ 楕円反射鏡、３ａ 開口部、３ｂ ネック部、４ａ セメント、４ｂ セメント、５ キャップ、６ 第１の端子、７ メッシュ、９ トリガーワイヤ、１１ 発光部、１２ Ｆ電極、１２ａ 芯線、１２ｂ コイル、１２ｃ メルト電極、１２ｄ 電極先端部、１３ Ｒ電極、１３ａ 芯線、１３ｂ コイル、１３ｃ メルト電極、１３ｄ 電極先端部、１４ 水銀、１５ Ｆモリブデン箔、１６ Ｒモリブデン箔、１７ Ｆリード線、１８ Ｒリード線、２１ 当接部、２２ 嵌合部、２３ 切り欠き部、３０ 前面ガラス、３１ 第２の端子、４０ ＵＶ／ＩＲフィルタ、５０ カラーホイール、１００ 反射鏡付放電ランプ。

Claims (3)

1. 開口部とこの開口部の反対側にネック部とを有する反射鏡と、
   Ｆリード線が溶接されたＦモリブデン箔を溶接したＦ電極と、Ｒリード線が溶接されたＲモリブデン箔を溶接したＲ電極と、水銀とを封入した略球状の発光部を中央部に有する発光管とを備えた反射鏡付放電ランプであって、
   前記Ｆ電極及び前記Ｒ電極は、
   夫々所定の線径の芯線に、前記Ｆ電極及び前記Ｒ電極が対向する前記芯線の端部に所定線径、所定巻数のコイルを巻き、
   次に、前記Ｆ電極及び前記Ｒ電極の先端を溶解して曲面形状のメルト電極を形成し、
   さらに、エージングにより前記メルト電極の先端に、電極先端部を形成して構成され、
   前記電極先端部の芯線の軸方向の長さが０．１〜０．２ｍｍであり、
   前記電極先端部の最大径が０．１〜０．２ｍｍであり、
   前記Ｆ電極の電極先端部と前記Ｒ電極の電極先端部とのエージング後の距離をＬとすると、Ｌ＝１．０ｍｍであり、
   前記Ｆ電極、前記Ｒ電極の前記メルト電極を形成する前の形状が、以下に示す条件（ａ）又は（ｂ）を満たすこと、若しくは、以下に示す条件（ａ）と（ｂ）との組合せを満たすことを特徴とする反射鏡付放電ランプ。
   （ａ）前記Ｆ電極の前記芯線の直径をｄ１ｆ、前記Ｒ電極の前記芯線の直径をｄ１ｒとすると、
   ｄ１ｆ＞１．２×ｄ１ｒ（ここで、ｄ１ｆ＝０．５ｍｍ）；
   （ｂ）前記Ｆ電極の前記コイルの線径をｄ２ｆ、前記Ｒ電極の前記コイルの線径をｄ２ｒとすると、
   ｄ２ｆ＞１．２×ｄ２ｒ（ここで、ｄ２ｆ＝０．２５〜０．３ｍｍ）。
2. 前記Ｆ電極、前記Ｒ電極の前記メルト電極を形成する前の形状が、さらに、以下に示す条件（ｃ）を満たすことを特徴とする請求項１記載の反射鏡付放電ランプ。
   （ｃ）前記Ｆ電極の前記コイルの巻数をｎｆ、前記Ｒ電極の前記コイルの巻数をｎｒとすると、
   ｎｆ＞１．２×ｎｒ。
3. 前記反射鏡付放電ランプは、２５０ワットの放電ランプであることを特徴とする請求項１または２記載の反射鏡付放電ランプ。

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