JPH0613043A

JPH0613043A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH0613043A
Application number: JP17039192A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Honda; 和雄本田; Hiromichi Kawashima; 弘道川島; Mamoru Furuya; 守古谷; Ichirou Tanaka; 以知郎田中
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】電極軸と石英との間の隙間に金属ハロゲン化物
が侵入するのを低減し、封止部の変色、変質および膨脹
を防止し、クラックの発生する。【構成】圧潰封止部３１における電極軸３３の封着箇所
の厚みをｔ（mm）、電極軸回りに発生する隙間３８の幅
方向寸法をｗ（mm）とした場合、１≦ｔ／ｗとしたことを特徴とする。【作用】電極軸回りに発生する隙間を小さくすることが
できるので、この隙間に金属ハロゲン化物が侵入するの
を規制することができ、金属ハロゲン化物と石英との反
応を防止し、封止部の変色、変質および膨脹を防止する
ことができるとともにクラック発生するのを防止するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロジェクタ装置など
のような画像投影装置の光源として有効なメタルハライ
ドランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、文字、表、図形等の画像を拡大し
て表示面に投影することにより表示する手段として、カ
ラー液晶プロジェクタ装置が開発されている。カラー液
晶プロジェクタ装置の基本的原理は、図２に示す通り、
光源１と、この光源から放射された光を反射するレフレ
クタ２と、この反射光を集光する集光レンズ３を備えて
おり、この集光レンズ３を通過して投光された光は、青
色光を反射するダイクロイックミラー（波長選択性反射
鏡）４により青色光が反射され、この青色光はミラー５
で反射されて液晶パネル（ＬＣＤ）６を照射し、この液
晶パネル６の画像を青色に着色してダイクロイックミラ
ー７、８および投影レンズ９を介してスクリーン１０に
投影される。また、上記集光レンズ３から投光された光
のうち、赤色および緑色の光は前記青色光を反射するダ
イクロイックミラー４を透過し、そのうちの赤色光はダ
イクロイックミラー１１で反射され、液晶パネル１２を
照射し、この液晶パネル１２の画像を赤色に着色し、こ
の赤色画像は上記ダイクロイックミラー７で反射されて
他のダイクロイックミラー８を透過し投影レンズ９を介
してスクリーン１０に投影される。さらに、上記赤色光
を反射するダイクロイックミラー１１を透過した緑色光
は、液晶パネル１３を照射し、この液晶パネル１３の画
像を緑色に着色し、この緑色画像をミラー１４および上
記ダイクロイックミラー８で反射して投影レンズ９を介
してスクリーン１０に投影される。したがって、３個の
液晶パネル６、１２および１３の画像をコントロールす
ることによりスクリーン１０の前面に３色の画像を重ね
て投影し、これにより色調されたカラーの画像が映し出
されることになる。

【０００３】このようなカラー液晶プロジェクタ装置の
光源としては、所定の光出力が必要であるため、光出力
が大きく、発光効率が高く、しかも演色性に優れ、かつ
寿命特性が良好なメタルハライドランプが使用されてお
り、この種のメタルハライドランプは、光源の小形化に
も大きく寄与する利点がある。

【０００４】メタルハライドランプは、図３に示す通
り、石英ガラス等からなる発光管３０の両端に圧潰封止
部３１、３１を形成してあり、これら封止部３１、３１
にそれぞれ電極３２、３２を封装してある。電極３２、
３２はそれぞれ電極軸３３に電極コイル３４を巻回して
構成されており、電極軸３３が上記圧潰封止部３１、３
１に封着された金属箔導体３５、３５に接続されてい
る。このため、電極軸３３、３３の先端は放電空間内で
相互に所定の電極間距離ｌを存して対向されている。そ
して、上記金属箔導体３５、３５は外部リ−ド線３６、
３６を介して、封止部３１、３１に被着された口金３
７、３７に接続されている。

【０００５】このような発光管３０には、緩衝金属とし
ての水銀が封入されているとともに、発光金属として金
属ハロゲン化物が封入されており、かつアルゴン等の希
ガスが封入されている。金属ハロゲン化物としては、希
土類金属ハロゲン化物が発光効率に優れ、色温度が高く
なり、例えば臭化ジスプロシウムＤｙＢｒ₃、臭化錫Ｓ
ｎＢｒ₂、よう化セシウムＣｓＩ、臭化インジウムＩｎ
Ｂｒ、臭化タリウムＴｌＢｒなどが封入されている。

【０００６】そして、このようなメタルハライドランプ
１は、レフレクタ２に取付けられている。レフレクタ２
は金属またはガラスからなる回転２次曲面の本体に、ア
ルミニユームなどからなる反射面２１を形成し、前面２
２が大きく開口されているとともに、頂部に取付け孔２
３を設けてある。この取付け孔２３には上記ランプ１の
一方の封止端部に被着した口金３７が挿入され、接着剤
２４などにより固定されている。

【０００７】この場合、通常は、ランプ１のランプ軸、
つまり対向する一対の電極１１、１１間を結ぶ線が、レ
フレクタ２の中心軸、すなわち光軸Ｏ−Ｏ上に位置する
ようにしてレフレクタ２に取付けられており、かつラン
プ１の発光中心がレフレクタ２の焦点位置に合致する
か、または若干前面開口部２２側に位置するようにして
配置されている。

【０００８】このような構成の投光光源装置において
は、ランプ１の寿命中に圧潰封止部３１、３１における
電極軸３３の根元が封着されている箇所にクラックが発
生し、ランプ寿命が短くなる場合があった。

【０００９】本発明者らはこのような短寿命ランプにつ
いて詳細に調べた結果、電極軸３３の周囲の石英は、著
しく変色し、かつ変質および膨脹していることが確認さ
れ、この部分から発光物質として封入した金属ハロゲン
化物が検出された。

【００１０】そした、電極軸３３が封着されている封止
部３１にクラックが集中して発生していること、同じく
封止部３１の上記電極軸３３の周囲の石英に強い歪みや
応力が発生していることをつきとめた。このような調査
の結果、電極軸３３の周囲の封止部３１にクラックが発
生する原因は以下の理由によるものと考えられる。

【００１１】すなわち、電極軸３３を圧潰封止部３１に
封着した場合、圧潰方向と交差する方向に沿って電極軸
３３の周囲と石英との間に図４に示すような隙間３８が
発生し、この隙間３８に金属ハロゲン化物が侵入する。
そして、この種のメタルハライドランプ１は、小形であ
るにも拘らず高出力が要求されるため、従来１０〜１５
Ｗ／cm² の管壁負荷であったものが２０〜２５Ｗ／c
m² 、またはそれ以上の高負荷となっており、発光管３
０の温度が上昇し、かつ電極軸３３を通じて封止部に伝
えられる熱が大きく、したがって電極軸３３周囲の封止
部３１の温度が高くなる。

【００１２】よって、このような高温状態にある電極軸
３３周囲の隙間３８に侵入した金属ハロゲン化物は、高
温の石英（ＳｉＯ₂）と反応して、例えばＤｙ₂Ｏ₃を
生成し、このため石英が変質したり、不所望な膨脹を発
生する。また、電極軸３３の根元部周囲の石英の温度が
高くなると封止部３１に熱歪みや熱応力を発生し、しか
も点滅によるヒートサイクルのため熱応力が増大する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
封止部３１の電極軸３３周囲に、変色、変質および膨脹
が発生し、かつクラックや強い歪みおよび応力が発生す
るのは、隙間３８に金属ハロゲン化物が侵入することが
原因であると考えられる。

【００１４】したがって、このような不具合を防止する
対策としては、上記調査結果から、電極軸３３の周囲と
石英との間の隙間３８に金属ハロゲン化物が侵入するの
を防止することが効果的であると考えられる。

【００１５】本発明は上記の事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、電極軸と石英との間の
隙間に金属ハロゲン化物が侵入するのを低減し、封止部
の変色、変質および膨脹を防止し、かつクラックや歪の
発生するのを防止して長寿命になるメタルハライドラン
プを提供しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧潰封止部に
おける電極軸の封着箇所の厚みをｔ（mm）、電極軸回り
に発生する隙間の幅方向寸法をｗ（mm）とした場合、１≦ｔ／ｗとしたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明によれば、電極軸回りに発生する隙間を
小さくすることができるので、この隙間に金属ハロゲン
化物が侵入するのを規制することができる。この場合、
数値限定の根拠は経験的数値であり、１≦ｔ／ｗの範囲
を逸脱すると、隙間が大きくなり、金属ハロゲン化物が
侵入するので初期の目的を達成するのが困難である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明について、図１に示す実施例に
もとづき説明する。

【００１９】プロジェクタ装置の全体構造は図２に示さ
れた通りであり、かつ投光光源装置のメタルハライドラ
ンプは図３に示す場合と同一の構成であってよく、よっ
て同一箇所は同一番号を付して説明を省略する。

【００２０】本実施例のメタルハライドランプ１は２５
０Ｗタイプであり、図３に示す通り、発光管３０に封装
された電極３２、３２はそれぞれ、電極軸３３と、電極
コイル部３４とで構成されており、電極軸３３は線径
０．７mmのタングステンＷによって形成されるととも
に、電極コイル部３４は線径０．６mmのタングステンＷ
にて形成され、この電極コイル部３４は上記電極軸３３
の先端部に３〜４回巻回されている。これら電極３２、
３２の先端間の離間距離、すなわち電極間距離ｌは、約
６mm程度に形成されており、したがってこのメタルハラ
イドランプは極めて小形であり、点光源に近づくように
構成されている。

【００２１】上記発光管３０内には、緩衝金属としての
所定量の水銀と、希土類金属ハロゲン化物からなる金属
ハロゲン化物、およびアルゴンなどの希ガスが封入され
ている。金属ハロゲン化物としては、上記２５０Ｗのメ
タルハライドランプの場合、発光管３０の内容積が約１
ccであるから、ＤｙＢｒ₃を１mg、ＳｎＢｒ₂を０．６
mg、およびＣｓＩを０．２mgに加えて、ＩｎＢｒを０．
２mg、およびＴｌＢｒが０．４mg封入されている。

【００２２】そして、圧潰封止部３１における断面形状
は、図１に示す通り、中央部に比べて両端部３１ａ、３
１ａの肉厚が若干大きな形状をなしている。封止部３１
の中央部では電極軸３３が封着されているため、その分
若干の盛り上がりが形成されおり、電極軸３３の回りに
幅方向に沿って隙間３８が形成されている。この場合、
圧潰封止部３１における電極軸３３の封着箇所では、電
極軸３３の径をｄ（mm）、圧潰封止部３１の厚みをｔ
（mm）、および電極軸回りに発生する隙間３８の幅方向
寸法をｗ（mm）とした場合、１≦ｔ／ｗ …（１）２．５≦ｔ／ｄ …（２）とされている。具体的には、電極軸３３の径ｄは０．７
mm、圧潰封止部３１の厚みｔは３．５mm、隙間３８の幅
方向寸法ｗは１．３mm以下に形成されている。このよう
な構成においては、電極軸回りの隙間３８の幅ｗを、
１．３mm以下に規制したから、この隙間３８に希土類金
属ハロゲン化物が侵入し難くなる。このため、点灯中に
高温状態になる石英（ＳｉＯ₂）と金属ハロゲン化物と
の反応が軽減され、石英が変色、変質したり、膨脹する
のが防止される。

【００２３】隙間３８の幅方向寸法ｗは、１≦ｔ／ｗの
条件を満足すればよいことが、発明者らの経験にもとづ
く検討結果から判り、この範囲を外れると石英の反応防
止の効果が薄くなる。

【００２４】ところで、圧潰封止部３１を成形加工する
場合は、軟化した石英を図示しない押圧具によって、図
１の矢印Ａ，Ａ方向に押し潰す方法が採用される。隙間
３８の寸法ｗを小さくしようとするには、矢印Ａ，Ａ方
向の押圧力を強くする必要がある。しかし、矢印Ａ，Ａ
方向の押圧力を強くすると、軟化した石英が幅方向に流
動し、肉厚ｔが小さくなる。

【００２５】封止部３１の肉厚ｔが小さくなり過ぎる
と、電極軸３３の根元部周囲の石英温度が高くなり、封
止部３１に熱歪みや熱応力を発生し、かつ点滅によるヒ
ートサイクルのため熱応力が増大する。この結果、クラ
ックや強い歪みが発生して、寿命が短くなる。よって、
封止部３１の肉厚ｔは、ある程度の大きさを確保しなけ
ればならない。

【００２６】上記圧潰封止部３１のピンチシール加工時
に、押圧具によって矢印Ａ，Ａ方向の押圧すると同時
に、他の図示しない押圧具により封止部を矢印Ｂ，Ｂ方
向に押圧するようにする。これにより、軟化されている
石英が幅方向に流動するのが規制され、隙間３８の寸法
ｗを小さくするとともに、封じ部の厚みを所定寸法ｔ以
上に確保することができる。なお、圧潰封止部３１の幅
方向両端に形成されている肉厚部３１ａ、３１ａは上記
矢印Ｂ，Ｂ方向に押圧したことにより生じた押圧跡であ
る。

【００２７】封止部３１の肉厚ｔは電極軸３３の径ｄに
対して、２．５≦ｔ／ｄの関係を満足すると良好な結果
が得られる。つまり、２．５＞ｔ／ｄであると、肉厚ｔ
が薄くなり過ぎて電極軸３３の根元部の石英の機械的強
度が低下するばかりでなく、上記したように点灯中に電
極軸３３の根元部周囲の石英温度が高くなり、封止部３
１に熱歪みや熱応力を発生し、クラックが生じ易くな
る。

【００２８】以上に理由により、石英と金属ハロゲン化
物との反応を防止し、石英の変色や変質、および膨脹を
防止するには、１≦ｔ／ｗ …（１）を満足して金属ハロゲン化物が隙間３８に入り込むのを
阻止すればよく、また、石英の機械的強度を高くし、点
灯中の石英温度の上昇を抑えて封止部３１に熱歪みや熱
応力が発生するのを防止し、クラックの発生を防止する
には、２．５≦ｔ／ｄ …（２）を満足して、肉厚ｔを所定厚に保つようにすればよい。
なお、金属ハロゲン化物が隙間３８に侵入するのを防止
するためには、電極軸３３の根元部の封止部３１に最冷
部が発生しないようにし、余剰の金属ハロゲン化物が電
極軸３３根元部の隙間３８に凝集しないようにすること
も有効である。このため、電極軸３３の根元部の封止部
３１温度を上げて、最冷部を電極軸３３の根元部以外の
箇所に発生させるようにすればよく、このため図３で斜
線により示すように、封止部３１および発光管３０の外
面に、アルミナなどのような耐熱性の塗布膜からなる保
温膜４０、４０を形成すると有効である。

【００２９】よって、本発明は上記保温膜４０、４０と
併用して実施すれば一層効果がある。なお、本発明は
上記実施例に制約されない。すなわち、本発明のメタル
ハライドランプはプロジェクタ装置の光源に使用される
ことに制約されるものではなく、その他映写機や幻燈機
などのような画像投影装置の光源、または他の投光装置
に適用してもよい。また、メタルハライドランプはレフ
レクタ２と組み合わせて投光光源装置として用いること
には制約されない。さらに、発光金属の封入物質として
は、ＳｃＩ₃、ＤｙＩ₃、ＨｏＩ₃、ＴｍＩ₃などであ
ってもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、電
極軸の回りの圧潰封止部に発生する隙間を小さくするこ
とができるので、この隙間に金属ハロゲン化物が侵入す
るのを規制することができ、金属ハロゲン化物と石英と
の反応を防止し、封止部の変色、変質および膨脹を防止
することができるとともにクラック発生するのを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、図３のVI−VI線に沿
うメタルハライドランプの圧潰封止部の断面図。

【図２】液晶プロジェクタ装置の原理図。

【図３】従来のレフレクタとメタルハライドランプを示
す構成図。

【図４】従来のメタルハライドランプの圧潰封止部の断
面図。

【符号の説明】

１…メタルハライドランプ、２…レフレクタ、３０…発
光管、３１…圧潰封止部、３２…電極、３３…電極軸、
３４…電極コイル、３５…金属箔導体、３６…外部リー
ド線、３８…隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中以知郎東京都港区三田一丁目４番28号東芝ライテック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管の両端に圧潰封止部を形成し、こ
れら圧潰封止部にそれぞれ金属箔導体を封着し、これら
金属箔導体に電極軸を接続し、これら電極軸を発光管内
に導き、この発光管内には、水銀と金属ハロゲン化物お
よび希ガスを封入したメタルハライドランプにおいて、上記圧潰封止部における電極軸封着箇所の厚みをｔ（m
m）、および電極軸回りに発生する隙間の幅方向寸法を
ｗ（mm）とした場合、１≦ｔ／ｗとしたことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】電極軸の径をｄ（mm）とすれば、２．５≦ｔ／ｄとしたことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライ
ドランプ。