JP5834996B2

JP5834996B2 - 光源装置

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Publication number: JP5834996B2
Application number: JP2012037520A
Authority: JP
Inventors: 淳史高間; 浩介阪; 俊哉鵜飼
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: JP2013175284A

Description

本発明は、プロジェクター装置や映写機の光源として用いられる光源装置に関する。特に、放電ランプを取り囲むように設けられた反射鏡を備え、放電ランプの点灯時に冷却風が流入する光源装置に関する。

液晶ディスプレイ装置や投写型プロジェクター装置などにおいては、例えば放電ランプよりなる光源と反射鏡を組み合わせて構成される光源装置が利用されている。

図６は、従来における放電ランプ１を用いた光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。特開２００１−３０７５３５号公報に記載の発明のように、この光源装置は、放電ランプ１が反射鏡２に組み込まれて構成されており、ベース部材３により放電ランプ１と反射鏡２が固定されている。反射鏡２の前面側にはキャップ２５が設けられ、このキャップ２５には冷却風を流通させるための開口２６が形成されている。反射鏡２のキャップ２５よりもさらに前面側に前面ガラス２８が配置され、この前面ガラス２８はキャップ２５により支持されている。また、ベース部材３の光出射側開口縁の一部には、周方向に沿ったベース切り欠き３５が設けられており、当該ベース切り欠き３５を塞ぐように網部材４０が設けられている。

放電ランプ１から放射される光出力を高めると、発光部１１外表面や反射鏡２内面がきわめて高温になる。このような理由から、発光部１１外表面や反射鏡２内面を効率的に冷却するために、反射鏡２内に冷却風を流す必要がある。光源装置に対して反射鏡２のキャップ２５の開口２６とベース部材３のベース切り欠き３５との２つの開口を有することにより、一方の開口から冷却風が流入し、他方の開口から冷却風が流出するように冷却風を流し、発光部１１外表面や反射鏡２内面を良好に冷やすことができる。

また、ベース部材３のベース切り欠き３５を塞ぐように網部材４０を設けていることにより、放電ランプ１の放電容器が万一割れる事態が発生しても、その破片がベース切り欠き３５から飛散排出して、プロジェクター装置の内部に飛び散るような事態を防ぐ安全策を採っている。

近年、光源装置の高効率・高輝度化のより一層の向上を実現することが求められている。そのため、放電ランプ１の発光部１１の内部に封入される発光物質としての水銀密度と、放電ランプ１に入力する電力との設計値を大きくし、光出力を向上させた放電ランプ１が用いられるようになっている。このような放電ランプ１は、点灯時の放電容器内の動作圧力が高くなるため、万一破裂した場合には衝撃波の押圧力が高まり、放電容器の破片等の飛散速度も高まり、破片による破壊力も大きくなる。

一方で、震災等の非常時の対策を強化し、予期しない事態、例えば、使用中のプロジェクターが地震振動により落下して、点灯中の放電ランプの放電容器が割れるような場合でも対応できる安全性も併せて求められている。このような状況を想定して、発明者は意図的に点灯中の放電ランプの放電容器が割れる状態を作り出し、放電容器の破片の飛散有無を確認した。いくつかの場合において、放電容器の破片がベース部材３に設けられた網部材４０に強く衝突して、網部材４０の一部が曲がり、網部材４０と反射鏡２との間に隙間が生じてしまった。網部材４０が曲がって隙間が生じた場合の光源装置の断面図を図７に模式的に示す。

図７に示すような網部材４０が曲がって隙間が生じた場合を防ぐために、発明者は図８に示すように、ベース部材３に設けられた網部材４０と反射鏡２との間に接着剤８を塗布し、網部材４０と反射鏡２とを強く結着した。しかしながら、接着剤８を多量に塗布するとベース切り欠き３５を通過する冷却風の風量が低下して冷却効果が低減してしまうため、接着剤８の量はできるだけ少なく留める必要がある。その一方で、接着剤８の塗布量が少ない箇所では、放電容器の破片がベース部材３の網部材４０に強く衝突したときに、接着剤８が弾け飛んで網部材４０を反射鏡２に結着させる力がなくなり、網部材４０の一部が曲がって、網部材４０と反射鏡２との間に隙間が生じる場合が発生した。

特開２００１−３０７５３５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、点灯中の放電ランプの放電容器が割れるような予期しない事態においても、放電容器の破片を飛散させない安全性を有する光源装置を提供することを目的とする。

本願第１の発明は、発光部の両端に封止部が形成された石英ガラスよりなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置された放電ランプと、この高圧放電ランプの一方の封止部が挿入される貫通孔を有する首部を備える反射鏡と、該反射鏡の首部の外周において放電ランプと反射鏡とを固定するベース部材と、ベース部材の開口縁の一部に形成されたベース切り欠きをベース部材の内側から塞ぐように設けられた網部材とを備え、反射鏡内に流れる冷却風をベース切り欠きに設けられた網部材を介して流通させる光源装置において、前記網部材は、ベース部材の円筒面に沿うように形成された防護部と、反射鏡の外表面に沿うように構成された押し当て部とを有し、前記押し当て部は、前記防護部から前記首部に向かって形成されると共に、前記ベース部材の開口縁にわたって形成されていることを特徴とする。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記網部材は、網状の板部材を折り曲げることにより防護部と押し当て部とが形成されていることを特徴とする。

本願第１の発明に係る光源装置によれば、網部材は、ベース部材の円筒面に沿うように形成された防護部と、反射鏡の外表面に沿うように構成された押し当て部を有し、押し当て部はベース切り欠きが設けられているベース部材の開口縁にわたって形成されていることにより、万一放電容器の破片が当たっても網部材と反射鏡との間に隙間が生じないようにすることができ、放電容器の破片を飛散させない安全性を備えることができる。

本願第２の発明に係る光源装置によれば、網状の板部材を折り曲げることにより防護部と押し当て部とを形成することにより、防護部と押し当て部との接続部分の強度を高め、防護部と押し当て部との境目から裂けて放電容器の破片が飛散する事態を防ぐことができる。

本発明の光源装置の全体断面図本発明のベース部材を円筒面の円筒中心軸に対して垂直に切断した拡大断面図本発明の網部材とベース部材との接続部分をベース部材の円筒中心軸に沿って切断した拡大断面図放電容器の破片が飛散した場合における、本発明の網部材とベース部材との接続部分の拡大断面図本発明の他の実施形態を示す網部材とベース部材との接続部分の拡大断面図従来の光源装置の全体断面図網部材が曲がって隙間が生じた場合の光源装置の全体断面図網部材と反射鏡との間に接着剤を塗布した光源装置の斜視図

図１は本発明の光源装置の全体断面図を示す。
光源装置は、放電ランプ１と、この放電ランプ１を取り囲む反射鏡２と、この反射鏡２の首部２１の外周において放電ランプと反射鏡とを固定するベース部材３とを有する。放電ランプ１は、発光部１１の両端に封止部１２が形成されており、発光部１１の内部に一対の電極１３が設けられ、封止部１２に埋設された金属箔１４に各々の電極１３が接続され、該金属箔１４に接続された外部リード１５が封止部１２から伸び出している。

放電ランプ１は、発光部１１の内部に封入される発光物質としての水銀密度と、放電ランプ１に入力する電力との設計値を大きくすることによって、光出力が向上されている。発光部１１の内部に封入される水銀密度は、２５０ｍｇ／ｍｍ^３以上であって、例えば２７０〜３３０ｍｇ／ｍｍ^３封入される。放電ランプ１の定格電力は、３００Ｗ以上であって、例えば３００〜５００Ｗである。このような水銀密度と定格電力の設計値を用いることにより、放電ランプ１の光出力を向上させて、光源装置の高効率・高輝度化を実現している。しかしながら、発光部１１の内部に封入される水銀密度と定格電力との設計値が上昇していることにより、点灯時の放電容器内の動作圧力は、高効率・高輝度化がなされていない光源装置の放電ランプに比べて、２〜３割高くなっている。

反射鏡２は、金属または耐熱性ガラスよりなり、全体が概略お椀状の楕円集光鏡であって、首部２１と反射部２２より構成されている。反射鏡２の前面側にキャップ２５が設けられ、このキャップ２５に冷却風を流入させるための開口２６が設けられている。キャップ２５に設けられた開口２６には金属板にパンチ穴が複数設けられた防護部材２７が設けられている。反射鏡２のキャップ２５よりもさらに前面側には、前面ガラス２８がキャップ２５に支持されて密着して設けられている。反射鏡２の首部２１は、反射部２２の中央底部から後方に向かって円柱状に突出するように設けられ、首部２１の内部に貫通孔２３が形成される。首部２１の一部には、首部２１の末端から反射部２２に向かってのびる切込みが形成され、首部切り欠き２４となっている。

ベース部材３は、円盤状の底面３１の端部に円筒状の円筒面３２が形成されたキャップ状の形状をしており、ステアタイトを型成形により形成される。底面３１の中央には肉厚部３３が形成され、肉厚部３３の中央に、ベース部材３の円筒中心軸に沿って放電ランプ１の封止部１２を挿通するための円筒穴３４が設けられている。ベース部材３の円筒面３２の一部には、開口縁から底面３１に向かってのびる切込みが形成され、湾曲帯状のベース切り欠き３５となっている。そして、ベース部材３の円筒面３２の内側からベース切り欠き３５を塞ぐように網部材４が設けられている。

放電ランプ１と反射鏡２は、ベース部材３に組み合わせて接着剤５、６によって固定されている。接着剤５、６は、高温にさらされても融解しない耐熱性のセラミック接着剤、例えば、シリカ・アルミナよりなる接着剤が用いられる。セラミックス接着剤は、結着力が強く、ガラス面を強固に接着できる。

反射鏡２の首部２１の末端がベース部材３の底面３１に突き当てられ、反射鏡２をベース部材３に対して周方向に回転させて、反射鏡２の首部切り欠き２４の位置とベース部材３のベース切り欠き３５の位置とが対応するように配置される。ベース部材３のベース切り欠き３５が設けられていない部分において、ベース部材３の開口縁およびベース部材３の内部と反射鏡２の外表面との隙間に接着剤５を塗布することによって、反射鏡２がベース部材３に固定されている。

ベース部材３に固定された反射鏡２について、反射鏡２の首部２１に形成された貫通孔２３に放電ランプ１の一方の封止部１２が挿通され、さらにベース部材３の円筒穴３４にまで挿通される。ベース部材３の外側から、放電ランプ１の封止部１２の外周と、ベース部材３の円筒穴３４の内周との間に、接着剤６を充填することによって、放電ランプ１がベース部材３に固定されている。

放電ランプ１と反射鏡２とがベース部材３に固定された光源装置において、反射鏡２の首部切り欠き２４の位置とベース部材３のベース切り欠き３５の位置とが対応するように配置されているので、反射鏡２のキャップ２５の開口２６から冷却風を流入させて、首部切り欠き２４を通過してベース切り欠き３５から冷却風が流出するような流れを作ることができる。これにより、発光部１１外表面や反射鏡２内面を良好に冷やすことができる。

図２は本発明のベース部材３を円筒面３２の円筒中心軸Ｏに対して垂直に切断した拡大断面図である。
ベース切り欠き３５は、開口縁から底面３１に向かう深さ方向だけでなく、ベース部材３の開口に沿った周方向にも幅を有する。ベース切り欠き３５の周方向の一端Ａと、円筒面３２の円筒中心軸Ｏと、ベース切り欠き３５の周方向の他端Ｂとを結合して仮想的に形成される扇形の中心角θは、６０°〜１８０°の範囲にある。ベース切り欠き３５と円筒面３２の中心軸Ｏとを結んでできる扇形の中心角θが小さすぎる場合は、ベース切り欠き３５から入出力する風量が小さくなり、発光部１１外表面や反射鏡２内面を十分に冷やせなくなる。一方、ベース切り欠き３５と円筒面３２の中心軸Ｏとを結んでできる扇形の中心角θが大きすぎる場合は、ベース部材３に反射鏡を固定する強度が十分に出せなくなる。

網部材４の周方向の長さは、ベース切り欠き３５の周方向の長さに対して、４〜１０ｍｍ大きくなっている。したがって、網部材４は、周方向について、ベース切り欠き３５を越えてベース部材３の円筒面３２の内面に押し当てられるようにして配置される。したがって、網部材４の周方向の両端は、ベース部材３の円筒面３２の内面に沿うように配置される。網部材４の周方向の両端について、ベース部材３の円筒面３２に重なり合う部分に接着剤７を塗布してベース部材３に固定し、網部材４がベース切り欠き３５から飛び出して外れないようにしている。

図３は本発明の網部材４とベース部材３との接続部分をベース部材３の円筒中心軸に沿って切断した拡大断面図である。
網部材４は、メッシュ粗さが５０メッシュ(線形０．１８ｍｍ、開き目０．３２８ｍｍ)で、縦１６ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの板部材よりなり、網状の板部材を折り曲げることによって防護部４１と押し当て部４２とが形成される。防護部４１は縦方向の一端から板部材が折り返られた折り返し部４３までの部分をいい、押し当て部４２は折り返し部４３から縦方向の他端までの部分をいう。折り返し部４３は、縦方向の一端から１１ｍｍのところで網状の板部材を反射鏡２の首部に向かって折り返さすことによって形成され、折り返し角度αは３０°〜６０°である。防護部４１はベース部材３の円筒面３２に沿うように形成され、防護部４１の面積は２７５ｍｍ^２である。押し当て部４２は反射鏡２の外表面に沿うように形成され、押し当て部４２の面積は１２５ｍｍ^２である。

板状の金属メッシュ部材をベース部材３の円筒面３２の曲率に合うように湾曲させて、折り返し部４３に対向する防護部４１の端辺をベース切り欠き３５の開口側端部に嵌め込むことによって網部材４が設置される。具体的には、ベース切り欠き３５の開口側端部に、円筒面３２の外周側が底面３１からの長さが長く、円筒面３２の内周側が底面３１からの長さが短い、階段状の突き当て面３６が設けられている。ベース部材３の円筒面３２の内周側の端面よりなりなる端面突き当て面３６ａに、網部材４の折り返し部４３に対向する防護部４１の端辺が突き当てられて配置される。また、ベース部材３の円筒面３２の外周側の端面と内周側の端面とをつなぐ円周に沿う側面よりなる側面突き当て面３６ｂに、湾曲板状の網部材４の防護部４１の外側面が押し当てられる。

図４は放電ランプの放電容器が割れて、放電容器の破片が飛散した場合における、本発明の網部材４とベース部材３との接続部分の拡大断面図である。
放電容器の破片が飛散して網部材４に到達すると、図４に記載するように、網部材４の防護部４１が曲がって変形する。網部材４の押し当て部４２は、反射鏡２の反射部２２の外表面に沿うようにして、首部から開口に向かう方向に滑るようにずれる。したがって、網部材４の押し当て部４２は、反射鏡２の反射部２２の外表面に当接する位置は開口側に移るが、押し当て部４２の少なくとも一部が反射鏡２の外表面に当接している状態が維持される。

また、網部材４は周方向に長さを有する板部材であり、放電容器の破片は網部材４の防護部４１の一部に塊として衝突するものとなる。放電容器の破片が衝突して網部材４が変形するのは、防護部４１の一部に限られ、放電容器の破片が網部材４の周方向に沿って一律に衝突して防護部４１の全体が反り返るように変形することは現実にはない。したがって、放電容器の破片が衝突しても、網部材４の全体としては、変形せずに破片衝突前の形状を残す部分も存在する。防護部４１に続いて形成されている押し当て部４２も、防護部４１が変形した近傍の一部が反射鏡２の反射部２２の外表面に沿って滑るようにずれるが、その他の部分は破片衝突前の位置に留まって反射鏡２の反射部２２の外表面に当接している。

上記するように、網部材４の押し当て部４２をベース切り欠き３５が設けられているベース部材３の開口縁に沿う周方向にわたって形成されていることにより、網部材４の防護部４１に放電容器の破片が当たっても、押し当て部４２の一部が反射鏡２の外表面に沿って滑るようにずれるだけであり、押し当て部４２のその他の箇所は破片衝突前の位置に留まる。また、押し当て部４２が反射鏡２の外表面に沿って滑るようにずれても、反射鏡３の外表面に当接する部分が残る。すなわち、網部材４の押し当て部４２をベース切り欠き３５が設けられているベース部材３の開口縁に沿う周方向にわたって形成することにより、放電容器の破片が当たっても網部材４と反射鏡２との間に隙間が生じないようにすることができ、放電容器の破片を飛散させない安全性を備えることができる。

なお、本発明の光源装置に用いられる放電ランプ１について、一実施例をあげると、以下のとおりである。
放電ランプ１の発光部１１の内部には、発光物質としての水銀の他に、電極１３の構成材料であるタングステン（Ｗ）が発光部１１の内壁に付着することをハロゲンサイクルにより防止するため、臭素（Ｂｒ）などのハロゲンガスが、２．０×１０^−４μｍｏｌ／ｍｍ^３〜７．０×１０^−３μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲であり、例えば、３．０×１０^−３μｍｏｌ／ｍｍ^３封入され、さらにアルゴン（Ａｒ）ガスが約１３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）封入されている。
また、放電ランプ１の発光部１１の最大外径が１２．０ｍｍ、電極間距離が１．２ｍｍ、発光部１１の内容積が１２４ｍｍ^３、管壁負荷が３．５Ｗ／ｍｍ^２、定格電圧が８５Ｖである。

続いて、本発明の網部材４の他の実施形態を説明する。図５は本発明の他の実施形態を示す網部材４とベース部材３との接続部分の拡大断面図である。
図５（ａ）は、網部材４の押し当て部４２の他の実施形態を説明するための図面である。反射鏡２の外表面に沿うように形成されている押し当て部４２を、防護部４１から反射鏡２の首部に向かう外表面だけでなく、防護部４１から反射鏡２の開口に向かう外表面にも設けている。網部材４の押し当て部４２をこのように設けることによって、押し当て部４２が反射鏡２の外表面に沿って首部から開口に向かってずれる場合だけでなく、押し当て部４２が開口から首部に向かってずれる場合にも、網部材４と反射鏡２との間に隙間が生じないようにすることができる。

例えば、網部材４を介してベース切り欠き３５から冷却風を流入させるような場合に、光源装置の外部から異物が網部材４に衝突して防護部４１を変形した際に、網部材４と反射鏡２との間に隙間が生じないようにして、異物によって放電容器が割れる事態を防ぐことができる。また、防護部４１から反射鏡２の首部に向かう外表面に押し当て部４２が形成されているので、異物によって割れた放電容器の破片を飛散させないこともできる。

図５（ｂ）は、網部材４の折り返し部４３に対向する防護部４１の端辺をベース切り欠き３５に嵌め合わせて固定する他の実施形態を説明するための図面である。網部材４の折り返し部４３に対向する防護部４１の端辺にベース切り欠き３５の突き当て面３６に沿って折り曲げた階段部４４を形成し、この階段部４４を突き当て面３６に押し当てて網部材４を指示している。

詳しくは、網部材４の防護部４１の端辺をベース部材３の内側中心方向に曲げて、ベース部材３の円筒面３２の内周側の端面よりなる端面突き当て面３６ａに沿うようにし、さらにベース部材３の内側中心方向に曲げた防護部４１の先端を、端面突き当て面３６ａの縁で曲げて、ベース部材３の円筒面３２に沿うようにして階段部４４を形成している。階段部４４の最端部はベース部材３の底面３１に突き当てられている。網部材４の防護部４１の端辺を階段部４４のような形態にすることで、網部材４のベース部材３による支持を補強し、網部材４がベース切り欠き３５から外れにくくすることができる。

図５（ｃ）は、網部材４の押し当て部４２の他の実施形態を説明するための図面である。反射鏡２の外表面に沿うように形成されている押し当て部４２の先端を、防護部４１に向かう方向に折り曲げられている。網部材４の押し当て部４２の先端をこのように折り曲げることによって、防護部４１と押し当て部４２と折り曲げられた押し当て部４２の先端とによって囲まれた部分で、放電容器の破片を捕らえることができ、放電容器の破片の飛散をより効果的に予防できる。

１放電ランプ
２反射鏡
３ベース部材
４網部材
５、６、７、８接着剤
１１発光部
１２封止部
１３電極
１４金属箔
１５外部リード
２１首部
２２反射部
２３貫通孔
２４首部切り欠き
２５キャップ
２６開口
２７防護部材
２８前面ガラス
３１底面
３２円筒面
３５ベース切り欠き
４１防護部
４２押し当て部
４３折り返し部

Claims

発光部の両端に封止部が形成された石英ガラスよりなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置された放電ランプと、この高圧放電ランプの一方の封止部が挿入される貫通孔を有する首部を備える反射鏡と、該反射鏡の首部の外周において放電ランプと反射鏡とを固定するベース部材と、ベース部材の開口縁の一部に形成されたベース切り欠きをベース部材の内側から塞ぐように設けられた網部材とを備え、反射鏡内に流れる冷却風をベース切り欠きに設けられた網部材を介して流通させる光源装置において、
前記網部材は、ベース部材の円筒面に沿うように形成された防護部と、反射鏡の外表面に沿うように構成された押し当て部とを有し、
前記押し当て部は、前記防護部から前記首部に向かって形成されると共に、前記ベース部材の開口縁にわたって形成されていることを特徴とする光源装置。
前記網部材は、網状の板部材を折り曲げることにより防護部と押し当て部とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。