JPH06314555A - 高圧放電灯およびこれを用いた投光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】封止部の絶縁破壊を防止し、寿命特性が向上
し、信頼性が増す高圧放電灯およびこれを用いた投光装
置を提供する。 【構成】石英ガラスからなる発光管２０の両端に電極２
２、２３を封装し、電極軸２２１の基端を上記封止部２
１に封着し、この発光管の外部にかつ上記封止部の近傍
に位置して始動用補助電極２８を設けた放電灯におい
て、ランプ点灯時のランプ電圧をＶL （ボルト）、上記
封止部における電極軸と封止部表面との間の最短距離を
ｔ（mm）とした場合、１０≦ＶL ／ｔ≦１５０（ボルト
／mm）としたことを特徴とする。 【作用】外部の補助電極と封止部の電極軸との間の電界
はランプ電圧に依存するため、このランプ電圧に対して
封止部の肉厚を適切に選択すれば、封止部の絶縁破壊を
防止することができ、上記の条件を満足すればそれを達
成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、短アークメタルハライ
ドランプなどのような高圧放電灯、およびこの放電灯を
光源とし、この光源から放射される光をリフレクタによ
り反射して投光するようにした投光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶プロジェクタの光源としてア
ーク長の短いメタルハライドランプが使用されている。
カラー液晶プロジェクタは、光源と、この光源から放射
された光を反射するリフレクタと、この反射光を集光す
る集光レンズとを備えており、集光レンズからでた光は
液晶パネルを照射し、この液晶パネルの画像を投影レン
ズを介してスクリーンに投影するようになっている。

【０００３】このようなカラー液晶プロジェクタの光源
としては、点光源の形状に近く、しかも低電力の割りに
は大光量が得られ、赤、青、緑の成分を効率よく放射
し、ミラーやレンズ等の光学系と組合わせて用いた場合
に必要なエリアに豊富な光の３原色を送りこむことがで
き、しかも熱の発生が少ない等の条件を満足し得るラン
プが必要であり、このような条件を満たすランプとし
て、短アークメタルハライドランプが用いられている。

【０００４】この種の短アークメタルハライドランプ
は、両端に封止部を形成した石英ガラスからなる発光管
に一対の電極を封装し、この発光管に、緩衝金属として
の水銀と、発光金属として金属ハロゲン化物、およびア
ルゴン等の希ガスが封入されている。そして、このよう
なランプは管壁負荷（入力電力Ｗを発光管の内表面積
（cm² ）で除した値）が２０〜１００Ｗ／cm² となるよ
うな大きな負荷条件で使用される。

【０００５】このようなランプは、リフレクタに取り付
けられており、ランプから出た光をリフレクタの反射面
で反射し、集光レンズに向かわせるようになっている。
ところで、この種の放電灯においては、始動性を高める
ために補助電極を設けることがある。すなわち、この種
の始動用補助電極は、基端が一方の極性であるところの
一方の封止部から導出された外部導入線と接続されてお
り、他端は発光管の外面に沿って他端に向かって延長さ
れ、その先端を一方の極性であるところの封止部や電極
近傍に配置してある。そして、ランプの始動時には、こ
の先端と、上記対向極性となる他方の電極との間で始動
放電を誘起し、この始動放電を主電極間の主放電に移行
させることで始動性を容易にならしめるようになってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな始動用の外部補助電極を備えたランプは、この外部
補助電極の先端に接近する封止部で絶縁破壊が生じるこ
とが心配される。つまり、上記補助電極は、ランプの点
灯中にも電位がかかっており、この補助電極先端とこれ
に近接した封止部に封着して挿通されている対向極性の
電極軸との間で電界が発生する。このような電界は、ラ
ンプの点灯中、ずうと続いて発生している。上記封止部
に封着されている電極軸と、外部に位置する補助電極先
端部との間には石英ガラスの封止部が存在しているの
で、この封止部のガラス層が絶縁を保っている。しかし
ながら、上記のような電界がランプの点灯中に継続して
発生すると、絶縁の信頼性が次第に低下し、ついには絶
縁不能な状態に陥ることが心配される。

【０００７】本発明はこのような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、封止部の絶縁破壊
を防止し、寿命特性が向上し、信頼性が増す高圧放電灯
およびこれを用いた投光装置を提供しようとするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、両端
に封止部を形成し内部に発光媒体を封入した石英ガラス
からなる発光管と、電極軸の基端が上記封止部に封着さ
れて上記発光管の両端にそれぞれ設けられた電極と、先
端が一方の封止部の近傍に配置され基端が他方の封止部
から導出された外部導入線と接続された始動補助用の外
部補助電極と、を備え、管壁負荷が２０〜１００Ｗ／cm
² の範囲で使用される高圧放電灯において、ランプ点灯
時のランプ電圧をＶL （ボルト）、上記封止部における
電極軸と封止部表面との間の最短距離をｔ（mm）とした
場合、 １０≦ＶL ／ｔ≦１５０（ボルト／mm） としたことを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、上記高圧放電灯は、発
光管内に金属ハロゲン化物と水銀および希ガスを封入し
たメタルハライドランプであることを特徴とする請求項
３の発明は、上記外部補助電極の先端は、上記一方の封
止部に封装された電極の封止部から放電空間側に伸びる
先端との間に配置されていることを特徴とする。

【００１０】請求項３の発明は、上記請求項１ないし請
求項３のいずれかに記載の放電灯と、 この放電灯を収
容し、この放電灯から放出された光を反射するリフレク
タと、を備えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】一般に、ランプ点灯中の電界強度はランプ電圧
に依存する。したがって、外部に位置する補助電極の先
端部と封止部に封着されている電極軸との間の電界強度
はランプ電圧に依存する。よって、このような電界強度
に対して適切な絶縁保護層の肉厚を選択すれば、封止部
の絶縁破壊を防止することができると考えられる。

【００１２】そこで、本発明者らは、種々の研究、実験
の結果、ランプ点灯時のランプ電圧をＶL （ボルト）、
封止部における電極軸と封止部表面との間の最短距離を
ｔ（mm）とした場合、１０≦ＶL ／ｔ≦１５０（ボルト
／mm）を満足すれば、封止部の絶縁破壊を防止すること
ができることを確認した。

【００１３】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。まず、カラー液晶プロジェクタの基
本的原理を図４にもとづき説明すると、カラー液晶プロ
ジェクタは、光源１と、この光源から放射された光を反
射するリフレクタ２とからなる投光装置６０を有し、リ
フレクタ２で反射された反射光を集光する集光レンズ３
を備えている。上記集光レンズ３から前方に照射された
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他のダイ
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に投影させる。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
ちの赤色光は他の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、この赤色画像を上記ダイクロイック
ミラー７で反射し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に投影する。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に投影する。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の前面には
３色の画像が重ねて投影され、カラーの画像が映し出さ
れることになる。

【００１４】このようなカラー液晶プロジェクタの投光
装置６０は、先に説明した通り、光源１と、この光源か
ら放射された光を反射するリフレクタ２とで構成されて
おり、その一実施例の詳細を図１に示す。光源１は、例
えば定格入力が２５０Ｗの短ア−クメタルハライドラン
プを用いており、この短ア−クメタルハライドランプ１
について、図１ないし図３にもとづき説明する。

【００１５】図において２０は石英ガラスからなる発光
管であり、この発光管２０の発光部は肉厚１．４mmの石
英ガラスからなり、長径がほぼ１５mm、短径がほぼ１０
mmとなるような楕円回転体をなしており、結果として内
表面積がほぼ４．７cm² 、内容積がほぼ０．９ＣＣとな
っている。この発光管２０の両端にはそれぞれ封止部２
１、２１が形成されている。封止部２１、２１はそれぞ
れ圧潰封止されて、後述するが、図２に示すように偏平
形状をなしている。発光管２０の両端には、上記封止部
２１、２１により陽極２２および陰極２３が封装されて
いる。すなわち、本実施例のメタルハライドランプ１は
直流点灯式であり、後で説明する直流電源５０に接続さ
れている。

【００１６】陽極２２はタングステンからなる線径０．
７mmの電極軸２２１の先端に、これよりも太い電極ヘッ
ド２２２を一体成形して構成してある。陰極２３はトリ
ウム−タングステン合金からなる太さ０．７mmの電極軸
を真っ直ぐにして構成されている。なお、これら陽極２
２と陰極２３の電極間距離Ｌは６mmとされている。

【００１７】これら陽極２２および陰極２３はそれぞれ
上記封止部２１、２１に封着された金属箔導体２４、２
４に接続されている。金属箔導体２４、２４は、Ｍｏ箔
であり、巾３mm、厚さ３０μm とされている。上記陽極
２２に接続された一方の金属箔導体２４は図２に示す外
部リ−ド線２５を介して端部に被着された口金２６に電
気的に接続されており、また、上記陰極２３に接続され
た他方の金属箔導体２４は外部リ−ド線２７に接続され
ている。外部リード線２７は、０．８mm直径のＭｏ金属
棒からなる。

【００１８】このような発光管２０内には、緩衝金属と
して水銀が、例えば２２mg封入されているとともに、発
光金属として希土類金属、例えばＤｙ，Ｎｄ，Ｔｌ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｃｓ等のヨウ化物ならびに臭化物が２．０mg
封入されており、さらに希ガスとしてアルゴンガスが３
００Torr封入されている。

【００１９】また、上記発光管２０には始動用の外部補
助電極２８が付設されている。外部補助電極２８はモリ
ブデンなどのような導電ワイヤからなり、一端は上記他
方の封止部２１から導かれた外部リ−ド線２７に接続さ
れている。つまり、外部補助電極２８は陰極２３と同一
極性となるように電気的に接続されている。この外部補
助電極２８の他端は、発光管２０の外面に沿って陽極２
２側に導かれており、先端にリング形のトリガーリング
２９を形成している。この先端部、つまりトリガーリン
グ２９は、他方の封止部２１の付け根部分を包囲しても
よいが、本実施例の場合は陽極２２が封止部２１から放
電空間に向かって伸びている領域、すなわち封止部２１
と、陽極２２先端との間のｍの領域に位置するように配
置されており、実質的に発光管２０の外から陽極２２を
包囲するようになっている。

【００２０】そして、封止部２１は、図３に示すよう
に、断面が偏平となる形に押しつぶされており、この略
中心部に上記電極軸２２１が封着されている。この場
合、電極軸２２１と、封止部２１の外表面との間で肉厚
が最も薄い箇所の肉厚をｔmmとした場合、ランプ電圧Ｖ
L との関係を １０≦ＶL ／ｔ≦１５０（ボルト／mm） …（１） としてある。

【００２１】実質的に本実施例のランプは、ランプ電圧
を８５Ｖとし、上記最小肉厚ｔを１．５mmとしてある
（ＶL ／ｔ＝７１）。このようなランプ１は、リフレク
タ２に取り付けられている。リフレクタ２はガラスまた
は金属からなり、回転曲面の内面に反射特性に優れたＴ
ｉＯ₂ −ＳｉＯ₂ などの蒸着膜からなる反射面３１を有
している。このリフレクタ２の前面投光部、つまり開口
部は開口径が９０〜１３０mm程度に形成されており、背
部の頂部には支持筒部３２が形成されている。この支持
筒部３２に上記ランプ１の口金２６部分が、絶縁セメン
ト等の接着剤３３により固着されている。これにより、
ランプ１のランプ軸Ｏ₁ −Ｏ₁ が、リフレクタ２の中心
軸、つまり光軸Ｏ₂ −Ｏ₂ と略一致するようにしてラン
プ１がリフレクタ２に取着されている。

【００２２】この場合、ランプ１は、陰極２３がリフレ
クタ２の前面開口部側に位置し、陽極２２が支持筒部３
２側に位置してリフレクタ２に支持されている。なお、
リフレクタ２には貫通孔３４が形成されており、この貫
通孔３４に前記ランプ１の外部リ−ド線２７が貫通して
背面側に導かれている。

【００２３】上記のようにしてリフレクタ２に固定され
た短ア−クメタルハライドランプ１は、上記口金２６と
外部リード線２７が直流電源５０に接続されて点灯され
る。直流電源５０は、ランプ１に対し、例えば無負荷電
圧が約２８０Ｖとなる電圧を印加するようになってい
る。このような電圧の印加により、ランプは直流点灯さ
れ、ランプ電流が２．９Ａとなり、ランプ電圧は８５
Ｖ、ランプ電力は２５０Ｗで点灯される。

【００２４】このような構成の投光光源装置６０の作用
について説明する。上記投光装置６０は、図１に示すよ
うにリフレクタ２がその光軸Ｏ₂ −Ｏ₂ を略水平に向け
た姿勢で使用され、短ア−クメタルハライドランプ１は
水平点灯される。そして、この短ア−クメタルハライド
ランプ１は、直流電源５０に接続されて直流点灯され
る。ランプを始動する場合は、陽極２２と陰極２３の間
に電源電圧が印加されるとともに、始動用の外部補助電
極２８にも陰極２３と同電位が印加され、よってトリガ
ーリング２９と陽極２２との間に大きな電界が発生し、
これら陽極２２とトリガーリング２８との間で始動放電
が開始される。この始動放電は、陽極２２と陰極２３と
の間の主放電に移行し、これによりランプは正規な放電
を発生する。よって、発光管２０内のハロゲン金属が発
光し、この光はリフレクタ２の反射面３１で反射され、
前方に向かって投光される。

【００２５】このようなランプにおいては、電極軸２２
１と封止部２１の外表面との間の最小肉厚ｔmmを、ラン
プ電圧ＶL との関係で １０≦ＶL ／ｔ≦１５０（ボルト／mm） …（１） としてあるから、封止部２１の絶縁破壊が防止される。
すなわち、封止部２１の肉厚を従来に比べて実質的に厚
くしたから、石英ガラスの絶縁厚みが増し、よって、封
止部の絶縁破壊を防止することができる。

【００２６】上記（１）式の数値限定は、本発明者らの
実験により裏付けられたものであり、その実験について
説明する。この種ランプはランプ電圧が８０〜９０ボル
トの領域で使用される。この領域において電極軸２２１
と封止部２１の外表面との間の最小肉厚ｔmmを種々変
え、ＶL ／ｔの値が異なる多数のランプを製作し、これ
らランプを点灯して封止部２１の絶縁状態を調べた。下
記表１は、点灯５０００時間後の封止部の状況を調べた
結果を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】上記表１から、ＶL ／ｔの値は１５０（ボ
ルト／mm）以下であれば封止部の絶縁破壊が見られない
が、ＶL ／ｔの値が２００（ボルト／mm）以上であると
封止部に穴があき、有効寿命中に絶縁が維持できなくな
る。

【００２９】よって、ＶL ／ｔの値は１５０（ボルト／
mm）以下であることが要求される。なお、電極軸２２１
と封止部２１表面との間の最小肉厚ｔは、大きければ大
きい程絶縁性が良好になりからＶL ／ｔの値は小さい程
好ましいが、この肉厚ｔを大きくし過ぎると、封止部２
１を通じて発光管２０の熱が逃げるようになり、発光管
２０の温度が低下するため発光効率が大幅に悪化する。
このことから、ＶL ／ｔの値は１０（ボルト／mm）以上
でなければならないことを、経験的に確認している。

【００３０】また、上記実施例の場合、始動用補助電極
２８の先端部、つまりトリガーリング２９は、封止部２
１を包囲する箇所を避けて、陽極２２が封止部２１から
放電空間に向かって伸びている領域、すなわち封止部２
１と陽極２２先端との間のｍの領域に配置してあるの
で、封止部２１からの距離が離れ、このため封止部２１
の周囲の電界強度を低くすることができる。よって、始
動用補助電極２８の先端部に起因する封止部２１の絶縁
破壊を防止する上で有効となっている。

【００３１】しかも、トリガーリング２９は、封止部２
１と陽極２２先端との間のｍの領域に配置してあるの
で、陽極２２に接近することになり、始動放電を誘発し
易くなり、始動性を向上させることができる。

【００３２】なお、上記実施例では、メタルハライドラ
ンプを用いた場合を説明したが、本発明はこれに限ら
ず、ショートアークキセノンランプなどであってもよ
い。また、電極の構造は、電極軸に電極コイルを巻回し
たものであってもよい。さらに、始動用補助電極２８
は、先端にトリガーリング２９を有することには限ら
ず、リング２９がなくてもよい。また、始動用補助電極
２８は陽極と同電位であって陰極の近傍にトリガーリン
グを形成したものであってもよく、さらには、陰極と同
電位の始動用補助電極と、陽極と同電位の始動用補助電
極を同時に用いた場合であっても実施可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、発光
管の封止部では電極軸を覆う石英ガラスの肉厚が、ラン
プ電圧との関係で適正に設定されるようになるから、始
動用補助電極に存在が原因して発生する電界に対する絶
縁性が増し、長期に亘り絶縁破壊を生じることが防止さ
れる。このため、封止部の信頼性が増し、ランプの寿命
特性が向上するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、短アークメタルハラ
イドランプをレフレクタに組み込んでなる投光装置の断
面図。

【図２】上記短アークメタルハライドランプの斜視図。

【図３】図１の III−III 線に沿う封止部の断面図。

【図４】カラー液晶プロジェクタに適用する例を示す説
明図。

【符号の説明】

１…短アークメタルハライドランプ ２…リフ
レクタ ２０…発光管 ２１…封止部 ２２…陽極 ２３…陰極 ２４…金
属箔導体 ２８…始動用外部補助電極 ２９…ト
リガーリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に封止部を形成し内部に発光媒体を
   封入した石英ガラスからなる発光管と、 電極軸の基端が上記封止部に封着されて上記発光管の両
   端にそれぞれ設けられた電極と、 先端が一方の封止部の近傍に配置され基端が他方の封止
   部から導出された外部導入線と接続された始動補助用の
   外部補助電極と、 を備えた管壁負荷が２０〜１００Ｗ／cm² の範囲で使用
   される高圧放電灯において、 ランプ点灯時のランプ電圧をＶL （ボルト）、上記封止
   部における電極軸と封止部表面との間の最短肉厚をｔ
   （mm）とした場合、 １０≦ＶL ／ｔ≦１５０（ボルト／mm） としたことを特徴とする高圧放電灯。
2. 【請求項２】 上記高圧放電灯は、発光管内に金属ハロ
   ゲン化物と水銀および希ガスを封入したメタルハライド
   ランプであることを特徴とする請求項１に記載の高圧放
   電灯。
3. 【請求項３】 上記外部補助電極の先端は、上記一方の
   封止部に封装された電極の封止部から放電空間側に伸び
   る先端との間に配置されていることを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載の高圧放電灯。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の放電灯と、 この放電灯を収容し、この放電灯から放出された光を反
   射するリフレクタと、を備えたことを特徴とする投光装
   置。