JP5573691B2 - Xenon short arc lamp for digital projector - Google Patents

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本発明は、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス:登録商標)を使用したDLP(デジタルライトプロセッシング:登録商標)技術を利用したデジタルプロジェクターにおいて光源として用いられるデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプに関する。   The present invention relates to a xenon short arc lamp for a digital projector used as a light source in a digital projector using DLP (Digital Light Processing: registered trademark) technology using, for example, DMD (digital micromirror device: registered trademark).

従来、映画館での上映システムでは、標準的に35ミリのフィルムをアパーチャーを介して照射し、スクリーン上に投影するフィルムプロジェクターが用いられてきた。図11は、フィルム用のプロジェクターの構成を説明する図である。フィルム71は、連続した内容を表す映像フレーム(以下、単にフレームという)が一定間隔で記録されたものである。このフィルム71は、不図示の走行機構によって搬送され、ピクチャーゲート部72を上部から下部に向かって通過する。光源装置73から集光された光がピクチャーゲート部72に形成されたアパーチャーを通過し、フィルム71に記録されたフレームを照射する。
フィルム71上の1つのフレームの寸法は、例えば約24×18mm、対角約30mmという大きさである。そのため光源装置73は、フィルムの領域を効率よく照射するためにも、直径約30mmの円の大きさとなるよう、光源ランプからの光を効率よく集光できる構成を具備したものでなければならない。
Conventionally, in a movie theater screening system, a film projector that normally projects a 35 mm film through an aperture and projects it onto a screen has been used. FIG. 11 is a diagram illustrating the configuration of a film projector. The film 71 is a film in which video frames (hereinafter simply referred to as frames) representing continuous contents are recorded at regular intervals. The film 71 is transported by a traveling mechanism (not shown) and passes through the picture gate portion 72 from the upper part toward the lower part. The light condensed from the light source device 73 passes through the aperture formed in the picture gate portion 72 and irradiates the frame recorded on the film 71.
The size of one frame on the film 71 is, for example, about 24 × 18 mm and a diagonal of about 30 mm. Therefore, the light source device 73 must have a configuration capable of efficiently condensing light from the light source lamp so as to be a circle having a diameter of about 30 mm in order to efficiently irradiate the film area.

従って、光源装置73は、光源ランプとしてのキセノンショートアークランプ73a(以下、キセノンランプともいう。)と、その後部に配置された反射鏡73bとを備えて構成されている。そして、反射鏡73bは、キセノンランプ73aから放射された光を、上述した直径約30mmの円の大きさに集光する回転楕円面からなる反射面を備えて構成される。キセノンランプ73aから放射された光は、同図中に示す光線経路のように、反射鏡73bによって反射され、第二焦点(F2)に集光され、フィルム71を通過し、投影レンズ74で拡大されて、スクリーン75上へ投影される。   Therefore, the light source device 73 includes a xenon short arc lamp 73a (hereinafter also referred to as a xenon lamp) as a light source lamp, and a reflecting mirror 73b disposed in the rear part thereof. The reflecting mirror 73b is configured to include a reflecting surface composed of a spheroid that condenses the light emitted from the xenon lamp 73a into the size of the circle having a diameter of about 30 mm. The light emitted from the xenon lamp 73a is reflected by the reflecting mirror 73b, condensed at the second focal point (F2), passes through the film 71, and magnified by the projection lens 74 as shown in the ray path shown in FIG. And projected onto the screen 75.

しかしながら、同図に示す光線経路は理想系であり、実際には、キセノンランプ73aのアークは点光源ではなく、有限の大きさを持つ。このため、アークからの全ての光線が一点に集光されることはなく、第二焦点の位置においても、ある大きさの円内を照射することになる。そして、その第二焦点の位置における照射面積は、楕円鏡が同じであれば、アークの断面積(横から見たときのアークの面積)に概略比例して大きくなることが知られている。   However, the ray path shown in the figure is an ideal system, and actually, the arc of the xenon lamp 73a is not a point light source but has a finite size. For this reason, all the light rays from the arc are not collected at one point, and the inside of a circle of a certain size is irradiated even at the position of the second focal point. It is known that the irradiation area at the position of the second focal point increases in proportion to the cross-sectional area of the arc (the area of the arc when viewed from the side) if the elliptical mirror is the same.

このようなことから、フィルムプロジェクター用の光源として、直径約30mmの円内を照射するために、アーク長が約3〜7mmのキセノンランプが用いられている。なお「アーク長」は、ランプの定常点灯時における電極間距離と等しい。
更にこのようなフィルムプロジェクター用のキセノンランプの仕様について数値例を挙げると、例えば定格消費電力が、0.9〜6.0kWであり、陰極の先端径は、0.6〜1mm、封入キセノン圧力は0.6〜0.9MPa、陰極先端における電流密度は76〜110A/mmであり、管壁負荷は18〜29W/cmである。
これらの数値例に関し、定格消費電力が4kWのフィルムプロジェクター用キセノンランプを例に具体的数値を列挙すると、アーク長は6mm、陰極の先端径は0.9mm、封入キセノン圧力は0.7MPa、電流密度は108A/mmであり、管壁負荷は25W/cmである。
なお、上記において「電流密度」とは、ランプ電流を陰極先端から0.5mmの位置の断面積で除した電流密度であり、「管壁負荷」とは、ランプ電力を発光管部の内表面積で除した単位面積あたりの電力である。
For this reason, a xenon lamp having an arc length of about 3 to 7 mm is used as a light source for a film projector in order to irradiate a circle having a diameter of about 30 mm. The “arc length” is equal to the distance between the electrodes when the lamp is steadily lit.
Furthermore, when a numerical example is given about the specification of the xenon lamp for such a film projector, for example, the rated power consumption is 0.9 to 6.0 kW, the cathode tip diameter is 0.6 to 1 mm, and the enclosed xenon pressure is Is 0.6 to 0.9 MPa, the current density at the cathode tip is 76 to 110 A / mm 2 , and the tube wall load is 18 to 29 W / cm 2 .
Regarding these numerical examples, specific numerical values are enumerated taking as an example a xenon lamp for a film projector with a rated power consumption of 4 kW. The arc length is 6 mm, the cathode tip diameter is 0.9 mm, the enclosed xenon pressure is 0.7 MPa, and the current is The density is 108 A / mm 2 and the tube wall load is 25 W / cm 2 .
In the above, the “current density” is the current density obtained by dividing the lamp current by the cross-sectional area at a position of 0.5 mm from the cathode tip, and “tube wall load” is the lamp surface area and the inner surface area of the arc tube section. The power per unit area divided by.

キセノンランプは、高輝度の光を放射することから、電極先端温度が極めて高温になる。このため、電子を放射する陰極の先端においては損耗が激しい。電極先端が損耗し、陰極の先端面に凹凸が形成されると、アーク放電の起点が凸部と凸部の間で移動する現象、いわゆるフリッカーが発生する。このフリッカーが発生すると、ランプの輝度分布が変動して、スクリーン上にちらつきとなって現れる。   Since the xenon lamp emits high-luminance light, the electrode tip temperature becomes extremely high. For this reason, wear is severe at the tip of the cathode that emits electrons. When the electrode tip is worn and irregularities are formed on the tip surface of the cathode, a phenomenon in which the starting point of arc discharge moves between the convex portions, so-called flickering, occurs. When this flicker occurs, the luminance distribution of the lamp fluctuates and appears on the screen as flicker.

このようなフリッカーの発生を回避するため、すなわち、長時間にわたって安定した放射光を得るため、キセノンランプにおいては改良が重ねられてきた。
例えば、陰極は、電子放射性物質の中でも融点の高いトリア(ThO)が添加されたタングステンを用い、先端側領域を除いて炭化タングステン(WC)よりなる炭化層を、例えば8〜30μmという厚みで形成している。この炭化層を形成することで、ランプ点灯中、陰極中に添加された電子放射性物質(例えばトリア(ThO))が、炭素によって還元されてトリウム(Th)が生成し、陰極の先端面にトリウム(Th)を効率よく供給することができるようになる。
このような技術については、例えば特開平10−283921号公報等に開示されている。
In order to avoid the occurrence of such flicker, that is, in order to obtain stable radiation for a long time, the xenon lamp has been improved.
For example, the cathode uses tungsten doped with tria (ThO 2 ) having a high melting point among electron-emitting materials, and a carbide layer made of tungsten carbide (W 2 C) excluding the tip side region is, for example, 8 to 30 μm. It is formed with a thickness. By forming this carbonized layer, an electron-emitting material (for example, tria (ThO 2 )) added to the cathode is reduced by carbon during the lamp operation, and thorium (Th) is generated. Thorium (Th) can be supplied efficiently.
Such a technique is disclosed, for example, in JP-A-10-283921.

なお上記炭化層に関して陰極の先端部に形成しない理由(形成してはならない理由)は、陰極の先端部の領域が約2900℃という高温に到達するため、融点の低い炭化タングステン(WC)が存在すると、早期に溶融して、電極が損耗したり、発光管が黒化して放射光の強度が低下したりして、早期にランプの寿命が到来するからである。
上述したフィルムプロジェクター用のランプにこのような技術を採用し、最適化したキセノンランプにおいては、ランプの容積あたり炭素量が、0.5〜1.8μmol/cmという範囲である。
The reason why the carbonized layer is not formed at the tip of the cathode (the reason why it should not be formed) is that the region of the tip of the cathode reaches a high temperature of about 2900 ° C., so that tungsten carbide (W 2 C) having a low melting point is used. The reason for this is that the lamp is melted early and the electrode is worn out, or the arc tube is blackened and the intensity of the emitted light is lowered, so that the lamp life comes to an early stage.
In the xenon lamp optimized by adopting such a technique for the lamp for the film projector described above, the carbon amount per lamp volume is in the range of 0.5 to 1.8 μmol / cm 3 .

また、発光管には通常石英ガラスが使用されており、ランプの点灯に伴い、石英ガラスに含まれるOH基などをもとにランプ内に水が放出されると、始動電圧の上昇や発光管の黒化といった問題が生じることがあるため、標準的にOH基濃度の低い発光管が使用されている。このような発光管は、発光管を膨らませる成形工程において、乾燥した気体(N)を用いることにより、OH基濃度を成形前の原材料の水準に維持している。 In addition, quartz glass is usually used for the arc tube. When water is released into the lamp based on OH groups contained in the quartz glass as the lamp is turned on, the starting voltage rises and the arc tube Since a problem such as blackening may occur, an arc tube having a low OH group concentration is typically used. Such an arc tube maintains the OH group concentration at the level of the raw material before molding by using a dry gas (N 2 ) in a molding process for expanding the arc tube.

こうして改良を重ねたキセノンランプは、フリッカー寿命が3500時間程度であって、十分に長い使用寿命を実現できると共に、始動性がよく、黒化についても改善されたものとなっている。   The xenon lamp thus improved has a flicker life of about 3500 hours, can realize a sufficiently long service life, has good startability, and has improved blackening.

特開平10−283921号公報JP-A-10-283921

ところで、映画館の上映システムにおいては、近年、映像品質が向上するデジタル技術を用いた高度なCG化が可能になり、フィルム劣化が無く、フィルム作製に伴うコストを削減できる、といった利点から、デジタルシネマが普及し、これにあわせてDLP(デジタルライトプロセッシング:登録商標)技術を利用したデジタルプロジェクターへの置き換えが急速に進んでいる。   By the way, in the screening system of a movie theater, in recent years, it has become possible to perform advanced CG using digital technology that improves video quality, there is no film degradation, and the cost of film production can be reduced. Cinema has become widespread, and along with this, replacement with digital projectors using DLP (Digital Light Processing: registered trademark) technology is rapidly progressing.

このようなデジタルプロジェクター(DLP用プロジェクター)の構成例を図12に示す。このデジタルプロジェクター80においては、キセノンランプ81からの光を楕円反射面をもつ反射鏡82によって集光し、カラーフィルタ83、インテグレーターロッド84、および集光レンズ85a,85bを介してDMD(デジタルマイクロミラーデバイス:登録商標)と呼ばれる画像素子を照射する。そして、DMD86によって反射された光を投射レンズ87によってスクリーン88上に投射し、映像を映し出す。   A configuration example of such a digital projector (DLP projector) is shown in FIG. In this digital projector 80, the light from the xenon lamp 81 is collected by a reflecting mirror 82 having an elliptical reflecting surface, and DMD (digital micromirror) is passed through a color filter 83, an integrator rod 84, and collecting lenses 85a and 85b. An image element called a device (registered trademark) is irradiated. Then, the light reflected by the DMD 86 is projected onto the screen 88 by the projection lens 87 to display an image.

このようなデジタルプロジェクター80においては、キセノンランプ81からの光を、高い効率で集光してインテグレーターロッド84の端面に入射させなければならない。このように光を高効率に集光させなければならない理由は、通常インテグレーターロッド84の端面は、DMD86と同程度の寸法であり、対角で0.7〜1インチ(17.8〜25.4mm)程度と小さいため、従来のフィルム用のプロジェクターと同程度の明るさの映像をスクリーンに映し出すには、フィルム用プロジェクターの場合と比較して、面積で35〜70%という小さい範囲に集光させなければならないからである。   In such a digital projector 80, the light from the xenon lamp 81 must be collected with high efficiency and incident on the end face of the integrator rod 84. The reason why the light should be collected with high efficiency in this way is that the end face of the integrator rod 84 is usually the same size as that of the DMD 86 and is 0.7 to 1 inch diagonal (17.8 to 25. 4mm) is small, so that it is possible to display an image with the same brightness as that of a conventional film projector on the screen. It is because it must be made to do.

反射鏡82による照射面積は、アークの断面積に略比例することから、デジタルプロジェクター用のキセノンランプ81は、アーク長を短くし、かつ、アークを細くするため、封入キセノン圧力をいっそう高めたものを用いる必要がある。
この結果、キセノンランプ81のアーク長は約2〜7mmとなり、またそのキセノンガスの封入圧力は、常温換算では1MPa以上、具体的には1〜2MPaの範囲のものが要求される。
そして、ランプ点灯時の高い動作圧力に耐えるため、発光管を従来よりも小型化する必要性が生じ、結果的に、デジタルプロジェクター用のキセノンランプの管壁負荷は、30W/cm以上にまで高まり、具体的には30〜40W/cmという範囲のものが要求される。これは、従来のフィルムプロジェクター用のキセノンランプと比較しても、格段に高いものである。
Since the irradiation area by the reflecting mirror 82 is substantially proportional to the cross-sectional area of the arc, the xenon lamp 81 for the digital projector has a higher xenon pressure in order to shorten the arc length and make the arc thinner. Must be used.
As a result, the arc length of the xenon lamp 81 is about 2 to 7 mm, and the sealed pressure of the xenon gas is required to be 1 MPa or more, specifically in the range of 1 to 2 MPa in terms of normal temperature.
In order to withstand the high operating pressure when the lamp is lit, it is necessary to make the arc tube smaller than before, and as a result, the tube wall load of a xenon lamp for a digital projector reaches 30 W / cm 2 or more. More specifically, a range of 30 to 40 W / cm 2 is required. This is much higher than the conventional xenon lamp for a film projector.

なおここで、反射鏡82による照射面積を小さくするための方法として、楕円反射面の焦点間の距離(F1〜F2の距離)を短くすることも考えられる。しかしながらその場合、光軸89に対して大きな角度をもつ光線の割合が増えて、DMD素子に到達しない光線が増え、光の利用率が低下することになり、この方法を採用することができない。言い換えると、照射面積が小さくなった場合に、光学系を工夫するのみでは、集光効率を高めることは難しい。   Here, as a method for reducing the irradiation area by the reflecting mirror 82, it is conceivable to shorten the distance between the focal points of the elliptical reflecting surface (distance between F1 and F2). However, in this case, the proportion of light rays having a large angle with respect to the optical axis 89 increases, the number of light rays that do not reach the DMD element increases, and the light utilization rate decreases, and this method cannot be employed. In other words, when the irradiation area is reduced, it is difficult to increase the light collection efficiency only by devising the optical system.

また更に、デジタルプロジェクターにおけるより明るい映像への要求から、キセノンランプ81にはランプの光出力を増やす必要がある。このため、アークからの光線のうち陰極によって遮られるものを減らすという観点から、従来のものより陰極先端径が小さいものが要求され、デジタルプロジェクター用のランプにおける陰極先端径は従来のものよりも小さく、例えば0.35〜0.7mmになっている。
この結果、陰極先端における電流密度もまた高くなり、具体的には119A/mm以上、実用的な範囲では119〜210A/mmとなっている。
このような仕様に関して、定格消費電力が4kWのデジタルプロジェクター用のキセノンランプを例に具体的な数値を挙げると、アーク長は3.5mm、陰極の先端径は0.6mm、封入キセノン圧力は1.8MPa、電流密度は119A/mmであり、管壁負荷は37.5W/cmとなっている。
なお、「電流密度」とは、上述したようにランプ電流を陰極先端から0.5mmの位置の断面積で除した電流密度であり、「管壁負荷」とは、ランプ電力を発光管部の内表面積で除した単位面積あたりの電力である。
Furthermore, the xenon lamp 81 needs to increase the light output of the lamp because of the demand for a brighter image in the digital projector. For this reason, from the viewpoint of reducing the light rays from the arc that are blocked by the cathode, those having a smaller cathode tip diameter than the conventional one are required, and the cathode tip diameter in the lamp for the digital projector is smaller than the conventional one. For example, it is 0.35-0.7 mm.
As a result, the current density at the cathode tip is also increased, specifically 119 A / mm 2 or more, and 119 to 210 A / mm 2 in a practical range.
With regard to such a specification, specific examples of numerical values for a xenon lamp for a digital projector with a rated power consumption of 4 kW are given as examples. The arc length is 3.5 mm, the cathode tip diameter is 0.6 mm, and the enclosed xenon pressure is 1 0.8 MPa, the current density is 119 A / mm 2 , and the tube wall load is 37.5 W / cm 2 .
The “current density” is the current density obtained by dividing the lamp current by the cross-sectional area at a position 0.5 mm from the cathode tip as described above, and “tube wall load” is the lamp power of the arc tube section. The power per unit area divided by the inner surface area.

以上のデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプの特徴を要約すると、封入キセノンガスの圧力が高いこと、高い動作圧力に耐えるため発光管が小型化された結果、管壁負荷(ランプ電力を発光管の膨らんだ部分における内表面積で割った値)が高いこと、陰極先端径を小さくした結果、電流密度が大きくなっていることを挙げることができる。このような事項について、具体的な数値を用いて述べると、キセノンガスの封入圧力が1MPa以上、管壁負荷が30W/cm以上、陰極の先端面の電流密度が119A/mm以上という、非常に厳しいスペックが要求される。
そして、上述したような仕様を満足しようとすると、キセノンランプは陰極の先端温度が更に上昇し、陰極先端部の消耗と変形の進行が著しく速く、ランプ点灯後、短時間で陰極の先端面が大きくなって凹凸が形成され、早期にフリッカーが発生してしまう。
そして、従来公知の技術、例えば、炭化層の形成や陰極先端の形状により、キセノンランプのフリッカー寿命の改善を図ったとしても、点灯後わずか200〜350hという極めて短い期間で寿命が到来してしまう。
Summarizing the characteristics of the above xenon short arc lamps for digital projectors, the pressure of the enclosed xenon gas is high, and the arc tube has been downsized to withstand high operating pressure. The value obtained by dividing the inner surface area in the swollen portion is high, and the current density is increased as a result of reducing the cathode tip diameter. To describe such matters using specific numerical values, the enclosed pressure of xenon gas is 1 MPa or more, the tube wall load is 30 W / cm 2 or more, and the current density of the cathode end face is 119 A / mm 2 or more. Very strict specifications are required.
When trying to satisfy the specifications as described above, the tip temperature of the xenon lamp further rises, and the cathode tip wears out and deforms very rapidly. It becomes large and unevenness is formed, and flicker is generated at an early stage.
Even if the flicker life of the xenon lamp is improved by a conventionally known technique such as the formation of a carbonized layer or the shape of the tip of the cathode, the life will be reached in a very short period of only 200 to 350 hours after lighting. .

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、ランプ点灯後、長時間にわたって陰極の先端面に凹凸ができるのを防止し、フリッカー現象の発生を長時間抑制した使用寿命の長いデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプを提供することにある。   The present invention has been made to solve such a problem, and prevents the tip end surface of the cathode from being uneven for a long time after the lamp is turned on, and suppresses the occurrence of flicker phenomenon for a long time. It is to provide a xenon short arc lamp for a long-life digital projector.

上記課題を解決するため、本願発明は、下記構成を備えることを特徴とする。
(1)
陽極と、
電子放射性物質を備えたタングステンからなる陰極本体を備えた陰極と、
石英ガラス製の発光管とを具備してなるデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプであって、
前記陰極は、先端面における表層に、タングステン(W)の相中にタングステンの炭化物の縞状の相を有してなり、
前記発光管の内部に、炭素および/または炭化物を備えると共に、
前記発光管における内表面のOH基濃度が100wt−ppm以上であり、
前記発光管の内部に水素選択性を有するゲッターを備えていることを特徴とする。
(2)
また、前記水素選択性ゲッターは、水素透過性の気密容器と、該気密容器内部に封入されたゲッター材とからなることを特徴とする。
また、前記気密容器は、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、400系ステンレス、鉄・ニッケル合金、ニッケル・銅(Cu)合金のいずれかよりなることを特徴とする。
(3)
また、前記水素選択性ゲッターは、ゲッター材と、当該ゲッター材の表面を覆うめっき層とからなることを特徴とする。
(4)
また、前記ゲッター材は、ジルコニウム(Zr)、ジルコニウム合金、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、イットリウム(Y)のうち少なくとも一つからなることを特徴とする。
(5)
また、前記水素選択性ゲッターは、前記発光管における封止管部の内部に設けられることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by comprising the following configuration.
(1)
The anode,
A cathode with a cathode body made of tungsten with an electron-emitting material;
A xenon short arc lamp for a digital projector comprising an arc tube made of quartz glass,
The cathode has a striped phase of tungsten carbide in the phase of tungsten (W) on the surface layer on the tip surface,
In the arc tube, carbon and / or carbide is provided,
The OH group concentration on the inner surface of the arc tube is 100 wt-ppm or more,
The arc tube includes a getter having hydrogen selectivity inside.
(2)
The hydrogen-selective getter includes a hydrogen-permeable airtight container and a getter material enclosed in the airtight container.
The hermetic container is made of any one of palladium (Pd), nickel (Ni), iron (Fe), 400 series stainless steel, iron / nickel alloy, and nickel / copper (Cu) alloy.
(3)
The hydrogen-selective getter includes a getter material and a plating layer that covers the surface of the getter material.
(4)
The getter material may be made of at least one of zirconium (Zr), zirconium alloy, titanium (Ti), tantalum (Ta), and yttrium (Y).
(5)
The hydrogen-selective getter is provided in a sealed tube portion of the arc tube.

本願発明に係るデジタルプロジェクター用キセノンショートアークランプによれば、陰極は、先端面における表層にタングステン(W)の相中にタングステンの炭化物の縞状の相を有し、発光管の内部に、炭素および/または炭化物を備えると共に、前記発光管における内表面のOH基濃度が100wt−ppm以上であるので、陰極先端に凹凸が形成されにくく、アークのチラツキに由来して生じるフリッカー現象の発生を長時間抑制することができて、ランプの使用寿命を長くすることができ、更に、前記発光管の内部に、水素を選択的に吸収する水素選択性ゲッターを備えているので、発光管にOH基を多量に含むことに由来して生じる点灯始動性の低下を抑制することができるようになる。しかも、炭素を陰極先端に供給するための役割を担う酸素および酸化物が、ゲッターに吸蔵されて減少することがなく、炭素を円滑に陰極に供給することができるようになる。
この結果、ランプの点灯中、タングステンの炭化物が溶融して陰極先端部分のみが溶融して表面張力によって滑らかな球面を再形成することにより、先端の形状を所期の滑らかな形状に調えられ、ランプの消灯後は、陰極先端の表層に、タングステン(W)の相に、複数の線状のタングステンの炭化物が縞状の相となって現れる。このようなキセノンショートアークランプによれば、陰極先端に凹凸が形成されにくく、アークのチラツキに由来して生じるフリッカー現象の発生を長時間抑制することができ、使用寿命の長いデジタルプロジェクター用キセノンショートアークランプとすることができる。
According to the xenon short arc lamp for a digital projector according to the present invention, the cathode has a striped phase of tungsten carbide in the phase of tungsten (W) on the surface layer on the front end surface, and carbon inside the arc tube And / or carbide, and the OH group concentration on the inner surface of the arc tube is 100 wt-ppm or more, so that unevenness is not easily formed at the cathode tip, and the occurrence of flicker phenomenon caused by arc flickering is prolonged. The lamp can be suppressed for a long time, the service life of the lamp can be extended, and the arc tube has a hydrogen-selective getter that selectively absorbs hydrogen. Thus, it is possible to suppress a decrease in lighting startability caused by including a large amount of. In addition, oxygen and oxide, which play a role in supplying carbon to the tip of the cathode, are not occluded and reduced by the getter, and carbon can be smoothly supplied to the cathode.
As a result, during lamp operation, tungsten carbide melts and only the cathode tip part melts to reshape a smooth spherical surface by surface tension, so that the shape of the tip can be adjusted to the desired smooth shape, After the lamp is extinguished, a plurality of linear tungsten carbides appear in a striped phase in the tungsten (W) phase on the surface of the cathode tip. According to such a xenon short arc lamp, it is difficult for irregularities to be formed at the cathode tip, and the occurrence of flicker phenomenon caused by arc flickering can be suppressed for a long time, and the xenon short for a digital projector having a long service life. It can be an arc lamp.

本発明の実施形態を説明するデジタルプロジェクター用キセノンショートアークランプの構成を説明する、断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the xenon short arc lamp for digital projectors explaining embodiment of this invention. 本発明に係る陰極構造の先端部分の炭素の挙動を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the behavior of the carbon of the front-end | tip part of the cathode structure based on this invention. 本発明に係る陰極先端の電子顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the electron micrograph of the cathode front-end | tip which concerns on this invention. 本発明に係る水素選択性ゲッターの一例を示す、説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows an example of the hydrogen selective getter which concerns on this invention. 本発明に係る水素選択性ゲッターの他の例を示す、説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the other example of the hydrogen selective getter which concerns on this invention. 種々の物質の水素および酸素の透過率をまとめた表である。It is the table | surface which put together the permeability | transmittance of hydrogen and oxygen of various substances. 本実験例における、実施例、参照例の各ランプの仕様および各ランプのフリッカー寿命をまとめて示す表である。It is a table | surface which shows collectively the specification of each lamp | ramp of an Example and a reference example, and the flicker lifetime of each lamp | ramp in this experiment example. 参照例2にかかるランプ2の陰極先端形状の変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change of the cathode tip shape of the lamp | ramp 2 concerning the reference example 2. FIG. 参照例6にかかるランプ6の陰極先端形状の変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change of the cathode tip shape of the lamp | ramp 6 concerning the reference example 6. FIG. 参照例7にかかるランプ7の陰極先端形状の変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change of the cathode tip shape of the lamp | ramp 7 concerning the reference example 7. FIG. フィルム用プロジェクターの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the projector for films. DLP用プロジェクターの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the projector for DLP.

図1は、本発明の実施形態を説明するデジタルプロジェクター用キセノンショートアークランプ(以下、「キセノンランプ」または単に「ランプ」ともいう。)の構成を示す、説明用断面図である。
キセノンランプ10は、中央付近に設けられ膨らんだ形状のガラス管よりなる発光管部12およびその両端に連設された封止管部13を備えてなる石英ガラス製の発光管11と、発光管部12の内部において、各々先端が互いに対向するよう設けられた陰極14および陽極15により、構成されている。
陰極14における本体部分14aは、電子放射性物質を備えたタングステンからなり、陽極15における本体部分15aは、タングステンからなる。このように、電極の本体部分14a,15aを構成する材質として、主としてタングステンが採用される理由は、高融点であるという点、蒸気圧が低いという点、熱伝導率が高いという点で、本発明において優位な物質だからである。無論、ここでいう電極陰極本体14a,15aの材質については、各材質成分を100%備えたものに限定されるものではなく、不可避に混入する不純物を含有する場合を含むことはもちろん、陰極本体14aおよび/または陽極本体15aに炭化層や、その他の物質を付加的に設けるような場合をも含んでいる。
このような陰極本体14a、陽極本体15aは、発光管部12の中央に位置されるよう、それぞれ電極棒14b,15bに装着されて保持されている。
電極棒14b,15bは、各々発光管部12と封止管部13の間の絞込み部13a内に固定された肉厚円筒状の石英ガラス体16の穴に挿通されると共に、封止管部13の両端に形成された段継ぎガラス部13bにおいて気密に封着されて保持されている。この電極棒14b,15bは、発光管11の外方端部から外方に突出して伸びており、当該キセノンランプ10に電力を供給する給電用のリード部分を兼ねている。また、発光管11の内部には、発光物質としてのキセノンガスが封入されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a xenon short arc lamp for a digital projector (hereinafter also referred to as “xenon lamp” or simply “lamp”) for explaining an embodiment of the present invention.
The xenon lamp 10 includes an arc tube portion 12 made of a swelled glass tube provided near the center, and an arc tube 11 made of quartz glass having a sealing tube portion 13 connected to both ends thereof, and an arc tube Inside the portion 12, it is constituted by a cathode 14 and an anode 15 that are provided so that their tips face each other.
The main body portion 14a of the cathode 14 is made of tungsten including an electron-emitting material, and the main body portion 15a of the anode 15 is made of tungsten. As described above, tungsten is mainly used as the material constituting the main body portions 14a and 15a of the electrode because it has a high melting point, a low vapor pressure, and a high thermal conductivity. This is because the substance is superior in the invention. Of course, the material of the electrode cathode main bodies 14a and 15a mentioned here is not limited to those having 100% of each material component, and of course includes the case of containing inevitably mixed impurities. 14a and / or the anode main body 15a may be additionally provided with a carbonized layer or other substances.
The cathode body 14a and the anode body 15a are mounted and held on the electrode rods 14b and 15b, respectively, so as to be positioned at the center of the arc tube portion 12.
The electrode rods 14b and 15b are respectively inserted into holes in a thick cylindrical quartz glass body 16 fixed in a narrowed portion 13a between the arc tube portion 12 and the sealing tube portion 13, and the sealing tube portion. 13 are hermetically sealed and held at the step glass portions 13b formed at both ends of the plate. The electrode rods 14 b and 15 b extend outward from the outer end portion of the arc tube 11, and also serve as a lead portion for supplying power to supply power to the xenon lamp 10. The arc tube 11 is filled with xenon gas as a luminescent material.

このような本発明に係るデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプは、標準的に下記の仕様を満足するものである。
キセノンの封入圧力が1MPa以上、管壁負荷が30W/cm以上、陰極の先端面の電流密度が119A/mm以上である。このようなスペック上の要求は、すべてDLP用のデジタルプロジェクターに使用される光源として、DMD素子と同程度の照射エリア、具体的には対角で0.7〜1インチ(17.8〜25.4mm)程度と小さい領域に高効率に光を集光すること、および、スクリーンをいっそう明るく照らすこと、の両方を満足するために、最低限必要になる。
また、上述した大きな電流密度を実現するためにも、陰極14に含まれる電子放射性物質としてはトリア(ThO)を用いることが望ましく、陰極本体部分14aはトリエーテッドタングステンから構成されることが望ましい。
また、陽極15においても、陽極本体15aはアークを受けると共に、電子を受けとることで高温になることから、陽極本体15aの材質としては高融点のタングステンからなるのが望ましい。
Such a xenon short arc lamp for a digital projector according to the present invention typically satisfies the following specifications.
The enclosed pressure of xenon is 1 MPa or more, the tube wall load is 30 W / cm 2 or more, and the current density on the tip surface of the cathode is 119 A / mm 2 or more. All of these specifications are required as a light source used in a digital projector for DLP, an irradiation area comparable to that of a DMD element, specifically 0.7 to 1 inch (17.8 to 25 inches diagonally). It is necessary at least to satisfy both of the purpose of condensing light with high efficiency in a small area (about 4 mm) and illuminating the screen more brightly.
In order to realize the above-described large current density, it is desirable to use tria (ThO 2 ) as the electron-emitting material contained in the cathode 14, and the cathode main body portion 14 a is preferably composed of triated tungsten. .
Also in the anode 15, the anode body 15 a is subjected to an arc and becomes high temperature by receiving electrons, so that the anode body 15 a is preferably made of high melting point tungsten.

更に、本発明に係るキセノンショートアークランプ10においては、ランプの始動性を改善する目的で、発光管11の内部に、ゲッター17を備えている。この実施形態において、ゲッター17は、水素透過性を有する気密容器17Bおよびこの容器17Bの内部に封入されたゲッター材(17A)からなるものであって、例えば同図に示すように電極の芯棒15bに密着させて金属線で固定される。このゲッター17の役割については、後段で詳細に説明する。   Further, in the xenon short arc lamp 10 according to the present invention, a getter 17 is provided inside the arc tube 11 for the purpose of improving the startability of the lamp. In this embodiment, the getter 17 is composed of an airtight container 17B having hydrogen permeability and a getter material (17A) enclosed in the container 17B. For example, as shown in FIG. The metal wire is fixed in close contact with 15b. The role of the getter 17 will be described in detail later.

図2は、本発明に係る陰極構造の先端部分の1実施形態を示すものである。陰極本体14aにおける先端部分は、表面のテーパ面(稜線)を仮想的に結んだ先端のコーン角度が60°であり、先端の径が0.35〜1.0mmの範囲であって、太径部の径が4〜12mmである。陰極先端の径をこのように小さく形成することで、アークからの光線のうち陰極自身によって遮られるものを減らしてランプからの光出力を増大することができるようになる。   FIG. 2 shows an embodiment of the tip portion of the cathode structure according to the present invention. The tip portion of the cathode main body 14a has a cone angle of 60 ° virtually connecting the surface taper surface (ridge line), a tip diameter of 0.35 to 1.0 mm, and a large diameter. The diameter of the part is 4 to 12 mm. By making the diameter of the cathode tip small in this way, the light output from the lamp can be reduced by reducing the number of rays from the arc that are blocked by the cathode itself.

陰極の先端において、アークの内部に取り込まれる部分に炭素(C)を供給するため、このキセノンランプ10には、発光管11内部に炭素が具備される。その一形態として、例えば図2に示すように陰極14aにおける先端の近傍に炭化タングステン(WC)層141を設けることにより、炭素を配置することができる。
炭化タングステン層141が形成される部分は、例えば陰極14aの先端面から電極の軸Lに沿って少なくとも2mm後退した位置であり、層の厚みとしては30〜100μmである。このように陰極先端に炭化タングステン層141を形成しない(形成してはならない)理由は、融点の低い炭化タングステン(WC)を、約30μm以上という厚み範囲で形成していた場合には、陰極先端部の溶融量が過大になり、陰極先端径が短時間で大きくなって輝度が低下するという問題や、炭化タングステン(WC)の蒸発によって発光管内表面が黒化し、放射光の強度が低下することにより、早期にランプの寿命が到来するという問題が引き起こされるからである。
In order to supply carbon (C) to a portion taken into the arc at the tip of the cathode, the xenon lamp 10 is provided with carbon inside the arc tube 11. As one form thereof, for example, as shown in FIG. 2, carbon can be arranged by providing a tungsten carbide (W 2 C) layer 141 in the vicinity of the tip of the cathode 14a.
The portion where the tungsten carbide layer 141 is formed is, for example, a position that is retracted by at least 2 mm along the axis L of the electrode from the tip surface of the cathode 14a, and the thickness of the layer is 30 to 100 μm. The reason why the tungsten carbide layer 141 is not formed at the tip of the cathode in this way (cannot be formed) is that tungsten carbide (W 2 C) having a low melting point is formed in a thickness range of about 30 μm or more. The problem is that the melting point of the cathode tip becomes excessive, the cathode tip diameter increases in a short time and the brightness decreases, and the inside surface of the arc tube becomes black due to evaporation of tungsten carbide (W 2 C), and the intensity of the emitted light This is because there is a problem that the lifetime of the lamp comes early due to the decrease in.

発光管11の内部に炭素の供給源としての炭素または炭素を含む化合物を配置する手段としては、上述の形態に限定されるものではなく、発光管の内部における金属部分に取り付ける方法でありさえすればどのよう形態でもよく、例えば陽極本体15aに炭化タングステン(WC)層を設けてもよいし、電極14,15における軸部14b,15bに炭化物を配置することでも実現できる。なお、陽極本体15aに炭化層を設ける場合には、陰極本体14aに設ける場合と同様、その先端部領域を除いて配置することが望ましい。 The means for disposing carbon or a carbon-containing compound as a carbon supply source inside the arc tube 11 is not limited to the above-described form, and may be a method of attaching to a metal portion inside the arc tube. Any form may be used. For example, a tungsten carbide (W 2 C) layer may be provided on the anode main body 15 a, or it can be realized by arranging carbide on the shaft portions 14 b and 15 b of the electrodes 14 and 15. In addition, when providing a carbonized layer in the anode main body 15a, it is desirable to arrange | position except the front-end | tip part area | region similarly to the case where it provides in the cathode main body 14a.

発光管11の内部に固体状態の炭素または炭素を含む化合物を配置するのみでは、炭素を気相の状態として陰極14aの先端まで安定的に供給することを実現することは難しい。
炭素を、例えば炭酸ガスのような気相状態とする手段としては、種々の方法を検討することができ、その一例としては、発光管11内に酸素(O)を具備させることでCOを生成させることができ、炭素を確実に陰極先端面に供給することができる。
その一形態としては、発光管11を構成する石英ガラスにOH基を多量に含有させることである。その好ましい態様としては、発光管11の内表面に、OH基濃度が100wt−ppm以上である層を形成することである。この内表面層におけるOH基濃度とは、内表面から150μmまでの厚み範囲において、平均の濃度によって定義したものである。
また、更に好ましい形態としては、発光管11に含まれるOH基の量を、ランプの内容積1cmあたり、0.15μmol以上とすることである。
It is difficult to realize stable supply of carbon to the tip of the cathode 14a as a gas phase only by disposing solid state carbon or a compound containing carbon in the arc tube 11.
Various methods can be considered as means for bringing carbon into a gas phase state such as carbon dioxide gas. As an example, CO is produced by providing oxygen (O) in the arc tube 11. Thus, carbon can be reliably supplied to the cathode tip surface.
One form thereof is to contain a large amount of OH groups in the quartz glass constituting the arc tube 11. In a preferred embodiment, a layer having an OH group concentration of 100 wt-ppm or more is formed on the inner surface of the arc tube 11. The OH group concentration in the inner surface layer is defined by the average concentration in the thickness range from the inner surface to 150 μm.
Furthermore, as a more preferable form, the amount of OH groups contained in the arc tube 11 is 0.15 μmol or more per 1 cm 3 of the internal volume of the lamp.

このようなキセノンショートアークランプによれば、発光管11内表面層の石英ガラスに含まれるOH基が、ランプ点灯中に例えば水(HO)として放電空間内に放出され、発光管11の内部に具備された炭素の供給源(すなわち、炭素または炭素化合物)と反応し、一酸化炭素ガス(CO)を生成する。このCOが、発光管11内に気相状態で拡散することにより、その一部がアークの中に入る。COは、アークの中では高温のために分解されて、Cイオンを生成する。このCイオンはアーク中の電界によって陰極先端面へ運ばれ、そこで陰極14aのタングステンと反応して、WCやWCなどのタングステンの炭化物を生成する。このタングステンの炭化物は陰極14aの高温に曝され溶融するが、その溶融量はCが気相からもたらされたものであるために極めて少ない。そのため、陰極14a先端が短時間で大きくなって輝度が低下する問題や、タングステンの炭化物の蒸発によって発光管内表面が黒化するといった問題を生じることはない。 According to such a xenon short arc lamp, the OH group contained in the quartz glass of the inner surface layer of the arc tube 11 is released into the discharge space as, for example, water (H 2 O) during lamp operation, and the arc tube 11 It reacts with a carbon source (ie, carbon or carbon compound) provided therein to produce carbon monoxide gas (CO). A part of the CO enters the arc by diffusing in a gas phase state in the arc tube 11. CO is decomposed in the arc due to the high temperature, producing C + ions. The C + ions are carried to the cathode tip surface by the electric field in the arc, where they react with tungsten on the cathode 14a to produce tungsten carbides such as W 2 C and WC. The tungsten carbide melts when exposed to the high temperature of the cathode 14a, but the amount of melting is extremely small because C is derived from the gas phase. Therefore, there is no problem that the tip end of the cathode 14a becomes large in a short time and the luminance is lowered, or that the inner surface of the arc tube is blackened by evaporation of tungsten carbide.

そして、このような少量の炭素が存在すると、ランプの消灯時には、タングステンの陰極先端面に、複数の線状のタングステンの炭化物が、縞状の模様を形成して生成する。陰極先端面の微小範囲に残留する程度に生成されたタングステンの炭化物が、ランプ点灯中溶融することで、陰極の先端に凹凸が形成されたとしても、陰極の先端が表面張力によって滑らかな球面を成形し、再び滑らかな面を形成する。   When such a small amount of carbon is present, when the lamp is turned off, a plurality of linear tungsten carbides are formed in a striped pattern on the tip of the tungsten cathode. Even if the tungsten carbide generated to such an extent that it remains in the minute area of the cathode tip surface melts during lamp operation, even if irregularities are formed on the cathode tip, the tip of the cathode has a smooth spherical surface due to surface tension. Mold to form a smooth surface again.

図3に、陰極先端の表層部を拡大して示す電子顕微鏡写真を示す。ここで、同図(a)は先端部を拡大した写真であり、(b)は同図中、丸Pで囲んだ部分の拡大写真を示している。具体的には、図3に示すように、タングステンの炭化物が、本体部分の主成分であるタングステン(W)相の上に、多数の線状に並んで生成することにより、縞状の相を形成している。この縞状のタングステンの炭化物の相は、幅が約0.1〜0.5μmであり、多数の相が約0.5〜3μmの間隔で形成されている。陰極先端において炭素が占める割合は、約1wt%程度であり、炭素の割合としては陰極先端の表層が最も大きく、先端から後退した位置になるほど小さくなる。これは、陰極の先端に炭素が気相によって運ばれてきたことを裏付けるものであり、陰極先端にタングステン炭化物の縞状の相を備えていることはすなわち、ランプ点灯中、気相を介して炭素が陰極先端に運ばれてきたことと同じということが可能である。   In FIG. 3, the electron micrograph which expands and shows the surface layer part of a cathode front-end | tip is shown. Here, (a) in the figure is an enlarged photograph of the tip part, and (b) shows an enlarged photograph of a part surrounded by a circle P in the figure. Specifically, as shown in FIG. 3, the tungsten carbide is formed in a number of lines on the tungsten (W) phase, which is the main component of the main body portion, so that a striped phase is formed. Forming. The stripe tungsten carbide phase has a width of about 0.1 to 0.5 μm, and a large number of phases are formed at intervals of about 0.5 to 3 μm. The proportion of carbon at the tip of the cathode is about 1 wt%, and as the proportion of carbon, the surface layer at the tip of the cathode is the largest, and becomes smaller as the position recedes from the tip. This confirms that carbon has been carried by the gas phase at the tip of the cathode, and that the cathode tip has a striped phase of tungsten carbide through the gas phase during lamp operation. It is possible to say that carbon has been carried to the cathode tip.

気相におけるC供給を確実に実現するため、発光管の内部に備わる炭素(C)の量は、発光管の内容積に対し、2.4μmol/cm以上であることが好ましい。ランプの内容積1cmあたり、2.4μmol以上の炭素を具備させることで、陰極先端に到達する気相状態の炭素を常に供給することができるようになり、フリッカー寿命を伸ばすことができる。
なおここで言う「炭素量」とは、発光管部及び封止管部を含めた発光管の内部において、金属からなる部材に付着した全ての炭素および炭素化合物から、炭素(C)としての総量を求めてモル量に換算し、発光管の内容積で除した数値である。
In order to reliably realize C supply in the gas phase, the amount of carbon (C) provided in the arc tube is preferably 2.4 μmol / cm 3 or more with respect to the internal volume of the arc tube. By providing 2.4 μmol or more of carbon per 1 cm 3 of the internal volume of the lamp, it becomes possible to always supply the carbon in the vapor phase reaching the cathode tip, and the flicker life can be extended.
The “carbon amount” referred to here is the total amount of carbon (C) from all carbon and carbon compounds adhering to the metal member in the arc tube including the arc tube portion and the sealing tube portion. Is converted to a molar amount and divided by the inner volume of the arc tube.

上述したように、気相により炭素を陰極先端に供給することを実現するため、発光管を構成する石英ガラスにOH基を多量に含有させることが必要となる。しかしながら、発光管の内部にOH基を多量に含ませると、反応の過程でOH基に由来してHが生成し、ランプ点灯中は放電に問題を生じないが、始動時に存在するとランプ始動性を悪くしてしまう。
そこで、本発明においては、述したようにHを吸蔵するゲッター材を、水素選択透過性の気密容器内に封入した状態として発光管の内部に設けることにより、水素選択性を有するゲッターとして機能させている。
As described above, in order to supply carbon to the cathode tip by the gas phase, it is necessary to contain a large amount of OH groups in the quartz glass constituting the arc tube. However, if a large amount of OH groups are contained inside the arc tube, H 2 is generated from the OH groups in the course of the reaction, and there is no problem with discharge during lamp operation. It makes you worse.
Therefore, in the present invention, a getter material capable of absorbing and H 2 as described above above, by providing the inside of the arc tube in a state sealed in the selective hydrogen permeable in the hermetic container, a getter having a hydrogen-selective It is functioning.

図4に、本発明に水素選択性を有するゲッターの一例を示す。同図は気密容器の管の軸方向に切断した断面図である。
を吸蔵するためのゲッター材17Aとしては、水素ガスを良好に吸収、除去することができる物質であり、具体的には、ジルコニウム(Zr)、Zr−V−Feなどのジルコニウム合金、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、イットリウム(Y)などを用いることができる。このようなゲッター材料は、単一の物質で構成しても良いし複数の物質を組合わせて構成しても良い。
FIG. 4 shows an example of a getter having hydrogen selectivity in the present invention. This figure is a cross-sectional view cut in the axial direction of the tube of the airtight container.
The getter material 17A for occluding H 2 is a substance that can absorb and remove hydrogen gas satisfactorily. Specifically, zirconium alloys such as zirconium (Zr) and Zr-V-Fe, titanium (Ti), tantalum (Ta), yttrium (Y), or the like can be used. Such a getter material may be composed of a single substance or a combination of a plurality of substances.

本発明において、このようなゲッター材(17A)を気密容器の内部に封入して配置する理由は、次の通りである。すなわち、水素吸蔵特性を備えるゲッター材(17A)は、Hと同様に、COやOを吸収する特性を備えている。このため、ランプの始動特性の改善が見込める程度までゲッター材17Aの量を増やした場合には、Cを陰極先端に運ぶための酸素が減少し、陰極先端へCを供給する機能が阻害されてしまう。一方、Cを運ぶための機能を重視すると、ゲッター材17Aの絶対量が足りなくなり、始動性の低下を改善することができなくなる。 In the present invention, the reason why such a getter material (17A) is enclosed in an airtight container is as follows. That is, the getter material (17A) having the hydrogen storage property has the property of absorbing CO and O 2 in the same manner as H 2 . For this reason, when the amount of the getter material 17A is increased to such an extent that improvement of the starting characteristics of the lamp can be expected, oxygen for transporting C to the cathode tip decreases, and the function of supplying C to the cathode tip is hindered. End up. On the other hand, if importance is attached to the function for carrying C, the absolute amount of the getter material 17A becomes insufficient, and the deterioration of the startability cannot be improved.

そこで本発明においては、上述したようなゲッター材料を、Hを透過しやすいがCOやOを吸収、透過しにくい材料で構成された気密容器17Bの内部に気密に封入することにより、水素を選択的に透過する水素選択性を具備したゲッターを構成し、発光管の内部に配置する。その結果、気密容器17Bの壁がHに対して透過性を有することで、Hはこの壁を透過してゲッター17Aに吸収されるがCOやOは透過できないため、または吸収されにくいため、COやOが内部のゲッター17Aに吸収されることなく本来の炭素のキャリアーとしての機能を発揮することができる。この結果、発光管の内部にCO、Oを残存させた状態でHを選択的に除去することができ、気相を介してCを陰極先端に運ぶという機能を維持しつつ、OHを備えることで不可避に発生してしまうランプの始動特性の低下を、大いに改善することができるようになる。 Therefore, in the present invention, the getter material as described above is hermetically sealed in an airtight container 17B made of a material that easily permeates H 2 but does not easily absorb and permeate CO and O 2. A getter having hydrogen selectivity that selectively permeates is formed and disposed inside the arc tube. As a result, the wall of the hermetic container 17B is permeable to H 2 , so that H 2 passes through this wall and is absorbed by the getter 17A, but CO and O 2 cannot be transmitted or are hardly absorbed. Therefore, the original function as a carbon carrier can be exhibited without CO or O 2 being absorbed by the internal getter 17A. As a result, H 2 can be selectively removed with CO and O 2 remaining inside the arc tube, and OH can be maintained while maintaining the function of carrying C to the cathode tip via the gas phase. It is possible to greatly improve the deterioration of the starting characteristic of the lamp that is inevitably generated by the provision.

このような水素選択性を具備するゲッターとしては、図4に示すように、細長い管状の気密容器17Bと、この内部に封入されたゲッター材17とにより構成される場合、特に気密容器17Bに使用される材質には、500℃におけるHの透過率が10−5cc(N.T.P)/cm・s以上である材料からなることが好ましい。 As shown in FIG. 4, when the getter having such hydrogen selectivity is constituted by an elongated tubular airtight container 17B and a getter material 17 enclosed therein, the getter is particularly used for the airtight container 17B. The material to be formed is preferably made of a material having a H 2 transmittance of 10 −5 cc (NTP) / cm 2 · s or more at 500 ° C.

図5に、物質の水素(H)および酸素(O)の透過率をまとめたものを示す。同図で示した水素透過率および酸素透過率は、(1)「熊谷 寛夫,富永 五郎,辻 泰,堀越 源一著、「真空の物理と応用」裳華房発行、昭和55年10月25日発行」および(2)「W.H.Kohl “HANDBOOK of MATERIALS and TECHNIQUES for VACUUM DEVICES”」の記載に基いている。気体分子の透過率は、厚さ1mmの材料の両面の圧力差が1気圧のとき、1cmあたりの1秒間の透過量を標準状態(=N.T.P:1atm−0℃)における気体分子の体積(cc)で表している。図5で引用した2つの文献で同一物質の透過率が記載されている場合は両方の数値を記載した。具体的にいうと、例えばパラジウム(Pd)であるが、その水素透過率はKohlの文献によれば10−5cc(N.T.P)/cm・s、熊谷の文献によれば8.7×10−3cc(N.T.P)/cm・sであった。 FIG. 5 shows a summary of the transmittances of the substances hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ). The hydrogen permeability and oxygen permeability shown in the figure are as follows: (1) “Hiroo Kumagai, Goro Tominaga, Yasushi Sakai, Genichi Horikoshi,“ Physics and Applications of Vacuum ”published by Saika Huabo, October 25, 1980 Issued on the same day, and (2) “WH Kohl“ HANDBOOK of MATERIALS and TECHNIQUES for VACUUM DEVICES ””. The permeability of gas molecules is a gas in a standard state (= NTP: 1 atm-0 ° C.) per 1 cm 2 per 1 cm 2 when the pressure difference between both surfaces of a 1 mm thick material is 1 atm. Expressed in terms of molecular volume (cc). In the case where the transmittance of the same substance is described in the two documents cited in FIG. 5, both values are described. Specifically, palladium (Pd), for example, has a hydrogen permeability of 10 −5 cc (NTP) / cm 2 · s according to Kohl literature and 8 according to Kumagaya literature. It was 0.7 × 10 −3 cc (NTP) / cm 2 · s.

なお、上記した物質の場合、気密容器を構成する材料によって吸収されるCOやOはわずかなものである。なぜなら、一部のCOやOは容器の表面おいて原子に分解して容器の材料に溶解するものと考えられるが、これらの材料中におけるCやOの拡散係数は無視できる程度に小さい(Hの拡散係数より5桁程度小さい)ため、容器の表層に溶解した後は、それ以上には溶解しないからである。ここで、酸素(O)は、容器の材料と反応して酸化物を形成することによっても、容器に吸収されるが、上記のように酸素(O)の拡散係数が小さいため、上記の酸化物の形成が容器のごく表面層に限られる。この過程によって放電空間から失われる酸素はごく少量である。 In the case of the substances described above, CO and O 2 absorbed by the material constituting the hermetic container are very small. This is because some CO and O 2 are decomposed into atoms on the surface of the container and dissolved in the material of the container, but the diffusion coefficients of C and O in these materials are small enough to be ignored ( This is because, after being dissolved in the surface layer of the container, it is not further dissolved. Here, oxygen (O) is also absorbed into the container by reacting with the material of the container to form an oxide. However, since the diffusion coefficient of oxygen (O) is small as described above, the above oxidation is performed. The formation of objects is limited to the very surface layer of the container. Only a small amount of oxygen is lost from the discharge space by this process.

ここで、水素透過率が高い気密容器の材質として具体的なものを列挙すると、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、400系ステンレス、鉄・ニッケル合金(Fe−Ni)、ニッケル:銅(Ni−Cu)合金である。無論、ここで列挙した物質以外にも、上記したHの透過率を一つのとして水素透過性を備えた物質を用いても構わない。
パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、400系ステンレス、鉄・ニッケル合金、ニッケル・銅(Cu)合金のいずれかからなる気密容器に、ジルコニウム(Zr)、Zr−AlやZr−V−Feなどのジルコニウム合金、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、イットリウム(Y)などのゲッター材を封入することによって、水素選択性ゲッターを構成することができる。
Here, specific materials as the material of the hermetic container having a high hydrogen permeability are listed. Palladium (Pd), nickel (Ni), iron (Fe), 400 series stainless steel, iron / nickel alloy (Fe—Ni), Nickel: a copper (Ni-Cu) alloy. Of course, in addition to the substances listed here, a substance having hydrogen permeability with the above-described H 2 permeability as one may be used.
In an airtight container made of palladium (Pd), nickel (Ni), iron (Fe), 400 series stainless steel, iron-nickel alloy, nickel-copper (Cu) alloy, zirconium (Zr), Zr-Al or Zr By enclosing a getter material such as zirconium alloy such as -V-Fe, titanium (Ti), tantalum (Ta), or yttrium (Y), a hydrogen selective getter can be configured.

また、上述した水素選択性ゲッターにおいては、図6に示すようにゲッター材の表面全体にめっき層を設けて水素選択性を具備させことも可能である。このような場合、ゲッター材17の表面を被覆する物質としては、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)などを好適に使用することができる。   Further, in the hydrogen selective getter described above, as shown in FIG. 6, it is possible to provide hydrogen selectivity by providing a plating layer on the entire surface of the getter material. In such a case, nickel (Ni), palladium (Pd), or the like can be suitably used as a substance that covers the surface of the getter material 17.

前記した水素選択性を備えるゲッターは、前記ランプの点灯時に温度が500〜800℃になる位置に設けるのが好ましい。なぜなら、温度が低すぎると、水素(H)が気密容器を透過する速度が低下して、水素の除去が不十分になり、一方、温度が高すぎると、水素がゲッター材から放電空間へ放出されてしまうからである。当該ランプにおいては、封止管部の内部に水素選択性ゲッターを設けることでゲッター材の温度の条件が満たされ、効率良く所期の作用、効果が奏されるようになる。 The getter having the hydrogen selectivity described above is preferably provided at a position where the temperature is 500 to 800 ° C. when the lamp is turned on. This is because if the temperature is too low, the rate at which hydrogen (H 2 ) permeates through the hermetic vessel is reduced, resulting in insufficient hydrogen removal, while if the temperature is too high, hydrogen is transferred from the getter material to the discharge space. Because it will be released. In the lamp, by providing a hydrogen-selective getter inside the sealed tube portion, the temperature condition of the getter material is satisfied, and the expected action and effect are efficiently achieved.

以下、本発明について実験例をもとに説明する。
図1で示す基本的な構成に基づいて、それぞれ仕様が異なるキセノンショートアークランプ1〜9を作製した。ランプ1〜9の仕様については図7で示す表1にまとめて示す。
ランプ1は本発明の参照例に係るランプであり、従来のフィルム用プロジェクター用のキセノンランプであった。定格消費電力は3500W、陰極先端径は0.9mm、電流密度は104A/cm、管壁負荷は20.6A/cm、陰極先端のコーン角度は40°である。この発光管の内表面積は170cm、内容積は217cmであり、キセノンガスの封入圧力は常温(25℃)に換算して0.6MPaであった。
ランプ2〜9はいずれもDLP用デジタルプロジェクター用のキセノンランプであり、基本的な仕様は同じである。すなわち、定格消費電力は4000W、陰極先端径は0.6mm、電流密度は119A/cm、管壁負荷は37.5A/cm、陰極先端のコーン角度は60°であった。この発光管の内表面積は107cm、内容積は135cmであり、キセノンガスの封入圧力は常温(25℃)に換算して1.6MPaであった。このような仕様は、対角で0.7〜1インチ(17.8〜25.4mm)という小さい領域に光を効率よく集光することを可能とし、デジタルプロジェクター用の光源として、好適なキセノンショートアークランプを得るために必須の要件となる。
Hereinafter, the present invention will be described based on experimental examples.
Based on the basic configuration shown in FIG. 1, xenon short arc lamps 1 to 9 having different specifications were produced. The specifications of the lamps 1 to 9 are summarized in Table 1 shown in FIG.
The lamp 1 is a lamp according to a reference example of the present invention, and is a conventional xenon lamp for a film projector. The rated power consumption is 3500 W, the cathode tip diameter is 0.9 mm, the current density is 104 A / cm 2 , the tube wall load is 20.6 A / cm 2 , and the cone angle at the cathode tip is 40 °. The arc tube had an inner surface area of 170 cm 3 and an inner volume of 217 cm 3 , and the xenon gas filling pressure was 0.6 MPa in terms of normal temperature (25 ° C.).
The lamps 2 to 9 are all xenon lamps for DLP digital projectors, and the basic specifications are the same. That is, the rated power consumption was 4000 W, the cathode tip diameter was 0.6 mm, the current density was 119 A / cm 2 , the tube wall load was 37.5 A / cm 2 , and the cone angle at the cathode tip was 60 °. The arc tube had an inner surface area of 107 cm 3 and an inner volume of 135 cm 3 , and the xenon gas filling pressure was 1.6 MPa in terms of normal temperature (25 ° C.). Such a specification makes it possible to efficiently collect light in a small area of 0.7 to 1 inch (17.8 to 25.4 mm) diagonally, and is suitable as a light source for a digital projector. It is an essential requirement to obtain a short arc lamp.

また、図6の表における各項目については、下記のように定義する。
「電流密度」とは、ランプ電流を陰極先端から0.5mmの位置の断面積で除した電流密度であり、単位はA/mmである。
「管壁負荷」とは、ランプ電力を発光管の膨らんだ部分(発光管部)における内表面積で割った値の内表面積で割った値であり、単位はW/cmである。
「発光管内面OH濃度」とは、発光管内表面から150μmの厚さ範囲における平均のOH基濃度である。
また、「発光管内部のOH濃度」とは、発光管の内外表面の中央(厚みの約1/2部分)におけるOH基濃度である。
このような発光管の石英ガラスにおけるOH基濃度は、発光管の内側をフッ酸エッチングし、エッチングの深さと赤外線の吸光度との関係から算定することができる。
「OH基量/内容積」とは、発光管部(発光管における膨らんだ部分のみ)の内面(150μm)に存在するOH基量を、発光管部及び封止管部を含むランプの全内容積で除した単位体積あたりのモル数である。
また、「フリッカー寿命」は、フリッカーの発生によるランプの輝度分布の変動はランプ電圧の変動と相関があり、ランプ電圧の変動幅が1Vを超えると、スクリーン上のフリッカーとして視認されることから、一律に、ランプ電圧の変動幅が1Vに達した点灯時間として測定した。
Each item in the table of FIG. 6 is defined as follows.
The “current density” is a current density obtained by dividing the lamp current by the cross-sectional area at a position of 0.5 mm from the cathode tip, and the unit is A / mm 2 .
The “tube wall load” is a value obtained by dividing the lamp power by the inner surface area of the value obtained by dividing the lamp power by the inner surface area in the swollen portion (the arc tube portion) of the arc tube, and the unit is W / cm 2 .
“The arc tube inner surface OH concentration” is an average OH group concentration in a thickness range of 150 μm from the inner surface of the arc tube.
The “OH concentration in the arc tube” is the OH group concentration at the center (about ½ part of the thickness) of the inner and outer surfaces of the arc tube.
The OH group concentration in the quartz glass of such an arc tube can be calculated from the relationship between the etching depth and the infrared absorbance after etching the inside of the arc tube with hydrofluoric acid.
“OH group amount / internal volume” means the OH group amount existing on the inner surface (150 μm) of the arc tube portion (only the bulging portion of the arc tube), and the entire content of the lamp including the arc tube portion and the sealing tube portion. The number of moles per unit volume divided by the product.
In addition, the “flicker life” is that the fluctuation of the luminance distribution of the lamp due to the occurrence of flicker correlates with the fluctuation of the lamp voltage, and when the fluctuation width of the lamp voltage exceeds 1 V, it is visually recognized as flicker on the screen. It was uniformly measured as the lighting time when the fluctuation range of the lamp voltage reached 1V.

[参照例1]
ランプ1(参照例1)は、フィルム用プロジェクターの光源に使用されるキセノンショートアークランプである。
発光管は、成形工程において発光管を膨らませる際に乾燥した気体(N)を用いて製作した。発光管内部のOH濃度と発光管内面のOH濃度がいずれも5wt−ppmと同等であることから分かるように、発光管内表面のOH基の濃度は、成形前の原材料の水準に維持されたものであった。
また、ランプ1の陰極には、本体部分における先端を除くテーパ部分の表面に、従来知られる方法により炭化層を形成し、Hを吸蔵してランプの始動性を改善する目的で、タンタルゲッターを陰極軸部と陽極軸部の陰極本体と陽極本体15aのすぐ後ろの位置に取り付けた。なおタンタルは単体で構成したものであった。
このランプ1を点灯したところ、フリッカー寿命は3500hであり、長い使用寿命を得ることができた。
更に、ランプ1を分析したところ、発光管の内部には、陰極先端の炭化層を含め、発光管(発光管部と封止管部の両方を含める)の内容積あたり、1.8μmol/cmの炭素が存在していたことが明らかとなった。
[Reference Example 1]
The lamp 1 (Reference Example 1) is a xenon short arc lamp used as a light source of a film projector.
The arc tube was manufactured using dry gas (N 2 ) when the arc tube was expanded in the molding process. As can be seen from the fact that the OH concentration inside the arc tube and the OH concentration inside the arc tube are both equal to 5 wt-ppm, the OH group concentration on the inner surface of the arc tube is maintained at the level of the raw material before molding. Met.
In addition, a tantalum getter is formed on the cathode of the lamp 1 for the purpose of forming a carbonized layer on the surface of the tapered portion excluding the tip of the main body portion by a conventionally known method and occluding H 2 to improve the startability of the lamp. Were attached at positions immediately behind the cathode shaft portion, the cathode body of the anode shaft portion, and the anode body 15a. Tantalum was composed of a single substance.
When this lamp 1 was turned on, the flicker life was 3500 h, and a long service life could be obtained.
Furthermore, when the lamp 1 was analyzed, the inside of the arc tube included a carbonized layer at the cathode tip, and 1.8 μmol / cm per inner volume of the arc tube (including both the arc tube portion and the sealing tube portion). It was revealed that 3 carbons were present.

[参照例2]
ランプ2(参照例2)は、DLP用のデジタルプロジェクター用キセノンショートアークランプであり、高輝度ランプとするために封入圧力、陰極先端の電流密度、管壁負荷を高く設定したものであった。具体的な仕様については上述した通りである。
発光管の成形工程において、発光管を膨らませる際、上記ランプ1と同様乾燥した気体(N)を用いており、発光管内面におけるOH基の濃度は成形前の原材料の水準を維持し、5wt−ppmと低いものであった。また、ランプ1と同様にして、陰極本体のテーパ部分の表面に、従来知られる方法により炭化層を形成すると共に、タンタルゲッターを発光管内部に配置した。なおタンタルは単体で構成したものであった。
このようなランプ2を点灯したところ、フリッカー寿命は260時間になり、ランプ1と比較して、極めて短寿命であった。
更に、ランプ2を分析したところ、発光管の内部の総炭素量は発光管内容積1cmあたり2.1μmolであった。なお、ゲッターを構成するタンタルの炭素に対するモル比は31であった。
[Reference Example 2]
The lamp 2 (Reference Example 2) is a xenon short arc lamp for a digital projector for DLP, and has a high sealing pressure, a cathode tip current density, and a tube wall load in order to obtain a high-intensity lamp. Specific specifications are as described above.
In the arc tube forming process, when the arc tube is inflated, a dry gas (N 2 ) is used in the same manner as the lamp 1, and the concentration of OH groups on the inner surface of the arc tube maintains the level of the raw material before molding, It was as low as 5 wt-ppm. Similarly to the lamp 1, a carbonized layer was formed on the surface of the tapered portion of the cathode body by a conventionally known method, and a tantalum getter was disposed inside the arc tube. Tantalum was composed of a single substance.
When such a lamp 2 was turned on, the flicker life was 260 hours, which was extremely short compared to the lamp 1.
Further, when the lamp 2 was analyzed, the total amount of carbon inside the arc tube was 2.1 μmol per 1 cm 3 of the arc tube inner volume. The molar ratio of tantalum constituting the getter to carbon was 31.

図8に、ランプ2(参照例2)におけるキセノンショートアークランプのフリッカー現象を観察した陰極先端の変形の様子を模式的に示す。点灯後200hでは滑らかな状態が維持されているが、やがて陰極先端が変形して凹凸が形成されると、凸部と凸部の間を放電起点が移動(アークジャンプ)して、フリッカーが発生し始めることが確認された。
すなわち、陰極先端が消耗して先端面が大きくなっても放電は安定しているが、更に変形が進み、先端面に凹凸ができてしまうと、凸部と凸部の間で放電起点が移動してフリッカーを発生する。本参照例にかかるランプの用に高負荷の仕様のランプでは、陰極先端部の温度が高く、このような変形が速く進むため、フリッカー寿命が短いものと考えられる。
FIG. 8 schematically shows how the cathode tip is deformed by observing the flicker phenomenon of the xenon short arc lamp in the lamp 2 (Reference Example 2). A smooth state is maintained after lighting for 200 hours, but when the cathode tip is eventually deformed to form irregularities, the discharge start point moves between the convex parts (arc jump), and flicker occurs. Confirmed to start.
In other words, the discharge is stable even if the cathode tip is consumed and the tip surface becomes large, but if the deformation further progresses and the tip surface becomes uneven, the discharge starting point moves between the protrusions. Flicker. In the lamp of the high load specification for the lamp according to this reference example, the temperature at the tip of the cathode is high, and such deformation progresses quickly, so that the flicker life is considered to be short.

更に、ランプ2と同じ仕様のランプを複数本点灯し、フリッカーが発生する前のランプの陰極とフリッカー発生後のランプの陰極とをX線光電子分光装置(XPS)によって分析した。この結果、前者のフリッカーが発生する前のランプの陰極先端部にはタングステンの炭化物が存在したが、後者のフリッカー発生後のランプの陰極先端部には存在しなかった。このことから発明者らは、炭素が陰極先端部へ輸送されてタングステンの炭化物が生成すると陰極先端面に凹凸ができないが、タングステンの炭化物が生成されなくなると陰極先端面に凹凸ができて、フリッカーの発生に至る、と推察した。   Further, a plurality of lamps having the same specifications as the lamp 2 were turned on, and the cathode of the lamp before flickering and the cathode of the lamp after flickering were analyzed by an X-ray photoelectron spectrometer (XPS). As a result, tungsten carbide was present at the cathode tip of the lamp before the former flickering, but not at the cathode tip of the lamp after the latter flickering. From this, the inventors have found that when carbon is transported to the cathode tip and tungsten carbide is produced, the cathode tip surface is not uneven, but when tungsten carbide is no longer produced, the cathode tip surface is uneven and flickers. I guessed that it would occur.

つまりこのような現象についてまとめると、次のようになる。発光管内の水分と発光管内の炭素とが反応してCOが生成し、放電空間内の気相中を拡散して陰極先端部へ輸送される。更に詳細には、COが気中を拡散してアーク内に入ると、高温のために分解と電離が起こり、Cイオンがアーク中の電場によって陰極先端面へ輸送される。したがって、フリッカー寿命を改善するためには、COの生成が長時間にわたって維持されることが必要である。 In other words, this phenomenon is summarized as follows. Water in the arc tube reacts with carbon in the arc tube to generate CO, which diffuses in the gas phase in the discharge space and is transported to the cathode tip. More specifically, as CO diffuses through the air and enters the arc, decomposition and ionization occur due to the high temperature, and C + ions are transported to the cathode tip by the electric field in the arc. Therefore, in order to improve the flicker life, it is necessary to maintain the production of CO for a long time.

[参照例3]
ランプ3(参照例3)は、長時間にわたる水の供給源として、内表面層のOH基濃度を高くした発光管を用いたランプとしたものである。ランプ3は、このOH基の濃度にかかる構成を除いて、他の構成はランプ2と同様にして製作した。
[Reference Example 3]
The lamp 3 (Reference Example 3) is a lamp using an arc tube having a high OH group concentration in the inner surface layer as a water supply source for a long time. The lamp 3 was manufactured in the same manner as the lamp 2 except for the structure related to the OH group concentration.

ここで、発光管ガラス内表面にOH基濃度の高い層は、例えば以下のようにして形成することができる。すなわち、発光管を膨らませる発光管成形工程において、作業温度以上に加熱した石英ガラス管内に水蒸気を含む加圧気体を吹き入れることによって、発光管ガラス内表面にOH基濃度の高い層を形成することができる。加圧気体は、水中をくぐらせることによって水蒸気を含ませることができると共に、その水温を調節することによって加圧気体が含む水分量および発光管内表面層のOH基濃度を制御することができる。例えば、25℃の水中をくぐらせた加圧気体(窒素)を用いて、2500℃に加熱した石英ガラス管を膨らませると、約2分間で、約150μmの厚さの平均のOH基濃度を約100wt−ppmに高めた発光管内表面層を形成することができる。また、水温を80℃とすると、他の加工条件は同じ場合、約150μmの厚さの平均のOH基濃度は約350wt−ppmとなる。   Here, the layer having a high OH group concentration can be formed on the inner surface of the arc tube glass as follows, for example. That is, in the arc tube forming step for expanding the arc tube, a layer having a high OH group concentration is formed on the inner surface of the arc tube glass by blowing a pressurized gas containing water vapor into the quartz glass tube heated to a working temperature or higher. be able to. The pressurized gas can contain water vapor by passing through the water, and the water content of the pressurized gas and the OH group concentration of the inner surface layer of the arc tube can be controlled by adjusting the water temperature. For example, when a quartz glass tube heated to 2500 ° C. is expanded using pressurized gas (nitrogen) passed through water at 25 ° C., an average OH group concentration of about 150 μm in thickness is obtained in about 2 minutes. An inner surface layer of the arc tube that is increased to about 100 wt-ppm can be formed. When the water temperature is 80 ° C., the average OH group concentration with a thickness of about 150 μm is about 350 wt-ppm when other processing conditions are the same.

このような手段により、約150μmの厚さの平均のOH基濃度を発光管のOH基濃度を100wt−ppmまで高めたものを製作した。仕様について詳細を先に示した図7の表に示す。
しかしながら、このランプ3においても、フリッカー寿命の改善効果は僅かなものにとどまった。この理由は、COを生成するための水の供給は増加したものの、炭素量が不十分であったためと考えられる。
By such means, an average OH group concentration having a thickness of about 150 μm was produced by increasing the OH group concentration of the arc tube to 100 wt-ppm. Details are shown in the table of FIG.
However, in this lamp 3 as well, the effect of improving the flicker life is limited. The reason for this is thought to be that although the supply of water for generating CO increased, the amount of carbon was insufficient.

[参照例4]
そこで、発光管内の炭素の量を増やしたランプ4(参照例4)を製作した。
なお、ランプ4(参照例4)においても、長時間にわたる水の供給源として、内表面層のOH基濃度を高くした発光管を用いた点はランプ3(参照例3)と同様である。
ここで、炭素の量を増やすための方法としては種々検討されるが、本実施例では、陰極表面を炭化する面積を増やすことによった。発光管内部に存在する炭素の量、すなわち、陰極先端の炭化層陰極または陽極に配置される炭素の量は、例えば炭化層形成工程において、炭素を含む塗布剤の量、炭化層を形成する領域の面積、高温浸炭処理の温度などによって調節することができる。
このランプ4の点灯試験を実施したところ、フリッカー寿命が470hに伸び、これまでにない改善が認められた。これは、十分な炭素量と発光管内表面から放出される水分によって、COの生成と陰極先端への炭素の供給が長時間にわたって維持されるようになったためと考えられる。
更にランプ4を分析した結果、発光管内部に存在する炭素の量は、発光管の内容積1cmに対して、2.4μmolであった。
[Reference Example 4]
Therefore, a lamp 4 (Reference Example 4) with an increased amount of carbon in the arc tube was manufactured.
The lamp 4 (Reference Example 4) is the same as the lamp 3 (Reference Example 3) in that an arc tube having a high OH group concentration in the inner surface layer is used as a source of water for a long time.
Here, various methods for increasing the amount of carbon are studied. In this example, the area for carbonizing the cathode surface was increased. The amount of carbon existing inside the arc tube, that is, the amount of carbon disposed at the cathode or anode of the cathode tip is, for example, the amount of coating agent containing carbon, the region where the carbonized layer is formed in the carbonized layer forming step. It can be adjusted according to the surface area and the temperature of the high-temperature carburizing treatment.
When the lighting test of the lamp 4 was carried out, the flicker life was extended to 470 hours, and an unprecedented improvement was recognized. This is presumably because the generation of CO and the supply of carbon to the cathode tip are maintained for a long time by a sufficient amount of carbon and moisture released from the inner surface of the arc tube.
As a result of further analysis of the lamp 4, the amount of carbon present in the arc tube was 2.4 μmol with respect to the inner volume of 1 cm 3 of the arc tube.

[参照例5]
上記ランプ4(参照例4)のランプとは陰極への浸炭の量を更に増やしたことを除いて同様の構成の、ランプ5(参照例5)を、作製した。このランプ5を点灯したところ、フリッカー寿命は540hであり、更に使用寿命を伸ばすことができた。このランプ5における炭素の量を分析したところ、発光管の内容積1cmに対して、3.0μmolであった。
[Reference Example 5]
A lamp 5 (reference example 5) having the same configuration as that of the lamp 4 (reference example 4) except that the amount of carburizing to the cathode was further increased was produced. When this lamp 5 was turned on, the flicker life was 540 hours, and the service life could be further extended. When the amount of carbon in the lamp 5 was analyzed, it was 3.0 μmol with respect to the inner volume of 1 cm 3 of the arc tube.

[参照例6]
続いて、上記ランプ5(参照例5)のランプとは発光管内表面層のOH基濃度を更に増やしたことを除いて、同様の構成のランプ6(参照例6)を作製した。ランプ6の発光管内面のOH基濃度は350wt−ppmであった。図9に、ランプ6(参照例6)の陰極先端形状の変化の様子を示す。
このランプ6のフリッカー寿命は650hであり、更に使用寿命を伸ばすことができた。
このランプ6における炭素の量を分析したところ、発光管の内容積に対して0.54μmol/cmであった。
[Reference Example 6]
Subsequently, a lamp 6 (Reference Example 6) having the same configuration as that of the lamp 5 (Reference Example 5) except that the OH group concentration in the surface layer inside the arc tube was further increased. The OH group concentration on the inner surface of the arc tube of the lamp 6 was 350 wt-ppm. FIG. 9 shows how the shape of the cathode tip of the lamp 6 (Reference Example 6) changes.
The lamp 6 had a flicker life of 650 h, and the service life could be further extended.
When the amount of carbon in the lamp 6 was analyzed, it was 0.54 μmol / cm 3 with respect to the inner volume of the arc tube.

[参照例7]
上記ランプ6(参照例6)のランプとは陰極への浸炭の量を更に増やしたことを除いて、同様の構成のランプ7(参照例7)を作製した。図10に、ランプ7(参照例7)のランプにおける陰極先端形状の変化の様子を示す。
このランプ7のフリッカー寿命は910hであり、更に使用寿命を伸ばすことができた。
このランプ6における炭素の量を分析したところ、発光管の内容積に対して5.2μmol/cmであった。
[Reference Example 7]
A lamp 7 (Reference Example 7) having the same configuration as that of the lamp 6 (Reference Example 6) except that the amount of carburizing to the cathode was further increased. FIG. 10 shows a change in the shape of the cathode tip in the lamp 7 (Reference Example 7).
The lamp 7 had a flicker life of 910 hours, and the service life could be further extended.
When the amount of carbon in the lamp 6 was analyzed, it was 5.2 μmol / cm 3 with respect to the inner volume of the arc tube.

以上のランプ4〜7(参照例4、5、6、7)について検討すると、炭素の量が多くなるほど、更にOH基濃度が高くなるほど、フリッカー寿命は長くなることが分かる。また、図8,9の比較から参照されるように、炭素量の多いランプ7(参照例7)の方が、陰極先端に凹凸の発生が遅くなっていることが分かる。   Examination of the above lamps 4 to 7 (Reference Examples 4, 5, 6, and 7) shows that the flicker life becomes longer as the amount of carbon increases and the OH group concentration further increases. Further, as can be seen from the comparison between FIGS. 8 and 9, it can be seen that the lamp 7 having a larger amount of carbon (Reference Example 7) has a slower occurrence of unevenness at the cathode tip.

ところで、上記ランプ1〜ランプ7においては、標準的に、単体のタンタルからなるゲッターを備えたものであった。このタンタルゲッターは、ランプ中に水分が存在するとHが生成して、ランプの始動性が悪くなることから、これを防止するために設けられるものである。しかしながら、タンタルゲッターは水素以外にもCO、Oも吸蔵するため、陰極先端へ炭素を供給する機能をも阻害することが考えられる。
そこで、本発明者らは、タンタルのように単体でゲッターを構成するゲッター材を、水素透過率が高い気密容器内に封入して発光管内部に配置することを試みた。
By the way, in the said lamp | ramp 1-lamp 7, the getter which consists of a single-piece | unit tantalum was equipped normally. This tantalum getter is provided in order to prevent this because H 2 is generated when moisture is present in the lamp and the startability of the lamp deteriorates. However, since the tantalum getter occludes CO and O 2 in addition to hydrogen, it is considered that the function of supplying carbon to the cathode tip is also hindered.
Therefore, the present inventors tried to enclose a getter material constituting a single getter such as tantalum in an airtight container having a high hydrogen permeability and disposing it inside the arc tube.

[実施例1]
ランプ8(実施例1)は、ゲッター材としてのタンタルを気密容器に封入して構成した水素透過性を有するゲッターを発光管の内部に配置したキセノンショートアークランプである。なおゲッター以外の基本的仕様は上記ランプ6と同様であった。
本実施形態に係るゲッター17においては、気密容器17Bとして両端が封止されたニッケル(Ni)製の細長い管を用い、その内部にゲッター材としての粉末状のイットリウム(Y)を封入して構成した。この気密容器を陽極軸部に固定して封止管部内部に配置した。なお、気密容器17Bを構成するニッケル管内部に封入したタンタルの量は、炭素に対するモル比に換算して22であった。
ランプ8(実施例1)を評価したところ、フリッカー寿命を820hまでの伸ばすことができた。すなわち、ゲッターを除いてほぼ同仕様のランプ6と比較して170h長くなった。これは、ゲッター材が水素ガス(H)を吸蔵して放電空間から水素を除去するため始動性が改善すると共に、更に、ゲッター材を酸化物に対して透過性が低い気密容器に封入したことで、ゲッター材に吸蔵されるCOが減少し、陰極先端への炭素の供給が確実に行われた結果、陰極先端形状の変形を長時間にわたって抑制することができたからと考えられる。しかも、ランプ8においては絶縁破壊電圧の上昇が抑制され、ゲッター材を露出した状態で発光管内に配置したランプ6やランプ7と比較して、始動性を良好に維持することができた。
[Example 1]
The lamp 8 (Example 1) is a xenon short arc lamp in which a hydrogen-permeable getter configured by sealing tantalum as a getter material in an airtight container is disposed inside the arc tube. The basic specifications other than the getter were the same as those of the lamp 6.
In the getter 17 according to the present embodiment, a nickel (Ni) elongated tube sealed at both ends is used as the hermetic container 17B, and powdered yttrium (Y) as a getter material is enclosed therein. did. This airtight container was fixed to the anode shaft portion and disposed inside the sealed tube portion. The amount of tantalum sealed inside the nickel pipe constituting the airtight container 17B was 22 in terms of the molar ratio to carbon.
When the lamp 8 (Example 1) was evaluated, the flicker life could be extended up to 820 h. That is, it was 170 hours longer than the lamp 6 having substantially the same specifications except for the getter. This is because the getter material occludes hydrogen gas (H 2 ) and removes hydrogen from the discharge space, so that the startability is improved and the getter material is sealed in an airtight container having low permeability to oxides. As a result, the amount of CO occluded in the getter material is reduced, and carbon is reliably supplied to the cathode tip. As a result, deformation of the cathode tip shape can be suppressed for a long time. In addition, in the lamp 8, the increase of the dielectric breakdown voltage is suppressed, and the startability can be maintained well compared with the lamp 6 and the lamp 7 arranged in the arc tube with the getter material exposed.

更に、本発明者らは、上記ランプ6(参照例6)と比較して、ゲッターの構成を変更し、その他は同じ仕様のランプ9(実施例2)を製作した。
実施例2に係るゲッターにおいては、気密容器17Bとして両端が封止されたパラジウム(Pd)製の細長い管を用い、その内部にゲッター材としての粉末状のタンタルを封入して構成した。なお、気密容器17Bを構成するパラジウム管内部に封入されたタンタルの炭素に対する量はモルに換算した比率で22であった。
このランプ9(実施例2)のランプによれば、ランプ6と比較してフリッカー寿命が約130h長い780hであり、この例においても水素選択性ゲッターを用いることで寿命が改善することが確認された。さらには絶縁破壊電圧の上昇が抑制され、始動性に優れていることが確認された。
なお、このランプ9における炭素の量を分析したところ、発光管の内容積に対して3.0μmol/cmであった。
Furthermore, the inventors changed the structure of the getter as compared with the lamp 6 (Reference Example 6), and manufactured the lamp 9 (Example 2) having the same specifications as the others.
In the getter according to Example 2, an elongated tube made of palladium (Pd) sealed at both ends was used as the hermetic container 17B, and powdered tantalum serving as a getter material was enclosed therein. In addition, the quantity with respect to carbon of the tantalum enclosed with the inside of the palladium pipe | tube which comprises the airtight container 17B was 22 in the ratio converted into the mole.
According to the lamp of this lamp 9 (Example 2), the flicker life is about 780 h longer than that of the lamp 6, and it is confirmed that the life is improved by using a hydrogen selective getter in this example as well. It was. Furthermore, it was confirmed that the increase in dielectric breakdown voltage was suppressed and the startability was excellent.
When the amount of carbon in the lamp 9 was analyzed, it was 3.0 μmol / cm 3 with respect to the inner volume of the arc tube.

以上の実施例に係るランプ8、9においては、ゲッター材としてイットリウム及びタンタルを用いたが、これに限定されず、ジルコニウム(Zr)、ジルコニウム合金、チタン(Ti)など、他の物質を採用することもできる。また、気密容器としては、上述したニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)のほかにも、鉄(Fe)、400系ステンレス、鉄・ニッケル合金、ニッケル・銅(Cu)合金など、水素透過性の物質を用いることも可能である。なお、気密容器を構成する物質としては、500℃におけるHの透過率が10−5cc(N.T.P)/cm・s以上であるものが望ましい。また、ゲッター材を気密容器に封入する構成にとどまらず、ゲッター材の表面全体にめっき層を施す形態とすることができる。 In the lamps 8 and 9 according to the above-described embodiments, yttrium and tantalum are used as the getter materials. However, the present invention is not limited to this, and other materials such as zirconium (Zr), zirconium alloy, titanium (Ti), and the like are employed. You can also. In addition to the nickel (Ni) and palladium (Pd) described above, the airtight container includes iron (Fe), 400 series stainless steel, iron / nickel alloy, nickel / copper (Cu) alloy, etc. It is also possible to use substances. As the material constituting the airtight container, it shall have desirable transmittance of H 2 is 10 -5 cc (N.T.P) / cm 2 · s or more at 500 ° C.. Further, the structure is not limited to the configuration in which the getter material is sealed in the airtight container, and a plating layer can be applied to the entire surface of the getter material.

ところで、以上の参照例及び実施例にかかるランプ1〜ランプ9においては、炭素(C)の供給源として、主に陰極の表面層に炭化層を形成することにより設けた。本発明者らは更に、陽極本体、陰極軸部、陽極軸部などの電極部等のランプ内部の金属部分に炭素の供給源を配置し、フリッカー寿命を伸ばせるかどうか検証したところ、いずれも形態によっても、陰極に炭化層を設けた場合と同様の効果が得られると確認した。
そして、このような水素選択性を有するゲッターを取り付ける箇所については、図1で示した構成に限定されるものではないことは言うまでもない。本願発明にかかる水素選択性ゲッターは、これを構成する気密容器、めっき層およびゲッター材などの気体吸蔵特性と温度との関係を考慮した上で、発光管内の配置位置を適宜調節されればよいものであり、本明細書に記載した範囲にとどまるものではない。
By the way, in the lamps 1 to 9 according to the above reference examples and examples, the carbon (C) supply source was provided mainly by forming a carbonized layer on the surface layer of the cathode. The present inventors further examined whether or not a carbon supply source is disposed in a metal part inside the lamp such as an anode body, a cathode shaft portion, an electrode portion such as an anode shaft portion, etc., and the flicker life can be extended. As a result, it was confirmed that the same effect as that obtained when the carbonized layer was provided on the cathode was obtained.
And it goes without saying that the location where such a hydrogen-selective getter is attached is not limited to the configuration shown in FIG. The hydrogen-selective getter according to the present invention may be appropriately adjusted in the arrangement position in the arc tube in consideration of the relationship between the gas storage characteristics and temperature of the hermetic container, the plating layer and the getter material constituting the hydrogen-selective getter. However, it is not limited to the scope described in this specification.

10 キセノンショートアークランプ
11 発光管
12 発光管部
13a 絞り込み部
13 封止管部
13b シール部
14 陰極
14a 陰極本体
14b 陰極軸部
15 陽極
15a 陽極本体
15b 陽極軸部
16 ガラス体
17 ゲッター
17A ゲッター材
17B 気密容器
18 ゲッター
18A ゲッター材
18B メッキ層
L 電極の軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Xenon short arc lamp 11 Light emission tube 12 Light emission tube part 13a Restriction part 13 Sealing tube part 13b Sealing part 14 Cathode 14a Cathode main body 14b Cathode axial part 15 Anode 15a Anode main body 15b Anode axial part 16 Glass body 17 Getter 17A Getter material 17B Airtight container 18 Getter 18A Getter material 18B Plating layer L Electrode shaft

Claims (6)

陽極と、
電子放射性物質を備えたタングステンからなる陰極本体を備えた陰極と、
石英ガラス製の発光管とを具備してなるデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプであって、
前記陰極は、先端面における表層に、タングステン(W)の相中にタングステンの炭化物の縞状の相を有してなり、
前記発光管の内部に、炭素および/または炭化物を備えると共に、
前記発光管における内表面のOH基濃度が100wt−ppm以上であり、
前記発光管の内部に水素選択性を有するゲッターを備えている
ことを特徴とするデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプ。
The anode,
A cathode with a cathode body made of tungsten with an electron-emitting material;
A xenon short arc lamp for a digital projector comprising an arc tube made of quartz glass,
The cathode has a striped phase of tungsten carbide in the phase of tungsten (W) on the surface layer on the tip surface,
In the arc tube, carbon and / or carbide is provided,
The OH group concentration on the inner surface of the arc tube is 100 wt-ppm or more,
A xenon short arc lamp for a digital projector, comprising a getter having hydrogen selectivity inside the arc tube.
前記水素選択性ゲッターは、水素透過性を有する気密容器と、該気密容器内部に封入されたゲッター材とからなることを特徴とする請求項1記載のデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプ。
2. The xenon short arc lamp for a digital projector according to claim 1, wherein the hydrogen-selective getter comprises an air-tight container having hydrogen permeability and a getter material enclosed in the air-tight container.
前記気密容器は、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、400系ステンレス、鉄・ニッケル合金、ニッケル・銅(Cu)合金のいずれかよりなることを特徴とする請求項2に記載のデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプ。
The airtight container is made of any one of palladium (Pd), nickel (Ni), iron (Fe), 400 series stainless steel, iron-nickel alloy, and nickel-copper (Cu) alloy. Xenon short arc lamp for the digital projector described.
前記水素選択性ゲッターは、ゲッター材と、当該ゲッター材の表面を覆うめっき層とからなることを特徴とする請求項1記載のデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプ。
The xenon short arc lamp for a digital projector according to claim 1, wherein the hydrogen-selective getter comprises a getter material and a plating layer covering the surface of the getter material.
前記ゲッター材は、ジルコニウム(Zr)、ジルコニウム合金、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、イットリウム(Y)のうち少なくとも一つからなることを特徴とする
請求項1乃至4のいずれかに記載のデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプ。
The getter material is made of at least one of zirconium (Zr), zirconium alloy, titanium (Ti), tantalum (Ta), and yttrium (Y), according to any one of claims 1 to 4. Xenon short arc lamp for digital projector.
前記水素選択性ゲッターは、前記発光管における封止管部の内部に設けられることを特徴とする
請求項1乃至のいずれかに記載のデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプ。
The hydrogen-selective getter, xenon short arc lamp for a digital projector according to any one of claims 1 to 5, characterized in that provided inside the hermetically sealed tube portion of the arc tube.
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