JPH10247476A

JPH10247476A - 管球、光源装置、投光装置ならびにプロジェクタ装置

Info

Publication number: JPH10247476A
Application number: JP4672097A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kawashima; 弘道川島
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】封止部２２のクラック発生を防止し、かつ小形
でコストの低い管球およびこれらを用いた光源装置、投
光装置ならびにプロジェクタ装置を提供する。【解決手段】管球の電極２１ｂの軸部６２の端部の少な
くとも縁部の部分を丸めて丸み部７０ｂを形成し、この
丸め部７０ｂの曲率Ｒを軸部６２の直径Ｄの０．１Ｄ以
上とし、この封止部２２のガラス材料中に生じる応力集
中や内部応力等を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管球、およびこれ
を用いた光源装置、投光装置ならびにプロジェクタ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】管球の一種であるショートア−クメタル
ハライドランプは、各種の光源、例えばカラー液晶プロ
ジェクタ装置における投光装置用の光源として使用され
ている。このカラー液晶プロジェクタ装置の構成を例示
すれば、光源であるランプとこのランプから放射された
光を反射するリフレクタとで投光装置を構成しており、
この投光装置から投射された光を液晶表示パネルに照射
し、この液晶表示パネルを透過した光を光学系により制
御してスクリーンに投影する。

【０００３】この場合、液晶表示パネルは各画素に対応
してＲＧＢの各色のカラーフィルタを備えており、液晶
表示パネルを透過する光はこのカラーフィルタによりＲ
ＧＢのいずれかに着色され、これらＲＧＢのカラー光線
がスクリーンに投射されることにより、スクリーン上に
は上記の液晶表示パネルで制御された画像のカラー映像
が写し出される。

【０００４】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、光学系における制御の容易さから点光源
に近いことが望まれ、しかも低電力の割りには大光量が
得られて豊富な光を放出し、かつ赤、青、緑の成分を効
率よく放射し、さらには熱の発生が少ない等の条件を満
足し得る管球が必要である。このような条件を満たす管
球として、ショートアークメタルハライドランプが好適
する。

【０００５】ショートアークメタルハライドランプは、
石英ガラスからなる発光管の両端に電極を設けるととも
に、この発光管の内部に、発光金属として金属ハロゲン
化物と、緩衝金属としての水銀およびアルゴン等の希ガ
スを封入してある。このようなランプは、電極間距離Ｌ
が１０mm以下、好ましくは２〜４mmとされており、これ
ら電極間に発生するアーク放電が短いことからショート
アークタイプと称されており、点灯中は１００Ｗ〜４０
０Ｗの電力により管壁負荷（入力電力Ｗを発光管の内表
面積で除した値）が３０〜１００Ｗ／cm² 程度の大きな
負荷条件で使用される。このようなメタルハライドラン
プは、アークが短いことから点光源に近い特性を有し、
しかも低電力の割りには大光量を得ることができる。

【０００６】また、この種のショートアークメタルハラ
イドランプに封入される金属ハロゲン化物は、ジスプロ
シウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、ホルミウムＨｏ、ツリウ
ムＴｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属の
ハロゲン化物と、インジウムＩｎ、タリウムＴｌ、ガリ
ウムＧａ、亜鉛Ｚｎ、カドミウムＣｄから選ばれた少な
くとも１種のハロゲン化物とを選択して使用している。

【０００７】ところで、点光源に近い管球たとえば上記
のようなショートアークメタルハライドランプは、高負
荷で点灯されるので、点灯中に発光管の球体部や封止部
に多大な応力が発生する。特に、封止部は金属材料から
なる軸部や金属箔導体が封入された複雑な構造であるた
め、応力集中が生じてクラック等が発生しやすい傾向が
ある。

【０００８】このため、この封止部に封入される軸部の
端部をテーパ状に形成し、この軸部の端部の断面積を軸
方向に順次減少させ、この封止部に発生する応力を軽減
させる封止部構造が採用されることもある。しかし、こ
のようなものは、たとえばタングステンからなる軸部の
端部をテーパ状に加工するため、そのコストが高く、ま
たコストの割りにはクラック発生防止の効果が小さい。

【０００９】上述のように、管球においては、電極や封
止部の構造を改善してクラック等の発生を防止する必要
があり、これにより、たとえば小形で点光源に近い管球
が提供でき、これにより高い精度の投光装置が実現でき
る等の効果が得られる。したがって、管球の封止部にお
けるクラック発生をより確実に防止する技術が要望され
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の事情に
基づいてなされたもので、封止部のクラック等の発生を
防止することができ、しかもコストが低い管球，および
この管球を用いた光源装置、投光装置ならびにプロジェ
クタ装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、軸
部、この軸部の一端に電極主体部およびこの軸部の他端
に軸部の直径をＤとしたとき、０．１Ｄ以上の曲率の丸
め部を有する電極と；上記の軸部の端部に電気的に接続
された金属箔導体と；ガラスチューブを圧潰して形成さ
れ上記の電極の軸部の端部および上記の金属箔導体を封
入した封止部と；を具備したことを特徴とする管球であ
る。

【００１２】なお、本明細書において上記の丸め部と
は、軸部の端部の縁部を丸みを帯びた形状に成形した部
分を示し、この丸め部の断面形状は円形には限定され
ず、円形に近似した形状の場合を含むものとする。

【００１３】また、本明細書において上記の丸め部の曲
率とは、この丸み部の円形の断面形状の半径、またはこ
の丸み部の断面形状を円形に近似させた場合のこの円形
の半径を示すものとする。

【００１４】この管球は、封止部のガラス材料の内面、
つまり電極の軸部の端部の外周面に密着するガラス材料
の内面の形状が上記の丸め部に対応して滑らかな形状と
なり、応力の集中を防止し、クラックを確実に防止でき
る。

【００１５】また、この電極は、軸部の端部の縁部を
０．１Ｄ以上の半径で丸めたものであるため、その加工
量が小さくてすみ、コストが低減され、しかも上記のよ
うに、クラック防止の効果を確実に達成することができ
る。

【００１６】さらに、封止部におけるガラスの流動が円
滑になるため、ガラスチューブを圧潰して封止部を形成
する際に、この封止部の圧潰速度を速くすることが可能
となる。よって、このガラス材料と圧潰金型との接触時
間が短くなり、この封止部の表面部の圧潰金型への伝達
による局部的な温度低下が緩和され、内部応力の発生を
減少させ、クラック発生の効果をさらに向上させること
ができる。

【００１７】この管球は、封止部のクラック発生を効果
的に防止できるため、より小形でより高負荷で点灯可能
であるとともに、より寿命が長く、また信頼性の高い管
球が提供できる。

【００１８】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の管球と；上記の管球に電流を供給する電源手段と；を
具備したことを特徴とする光源装置である。よって、よ
り点光源に近く、光学的な特性に優れ、また信頼性の高
い光源装置を提供できる。

【００１９】また、請求項３の発明は、請求項２に記載
された光源装置と；この光源装置から放射される光を反
射するリフレクタと；を具備したことを特徴とする投光
装置である。よって、光学的な特性に優れ、また信頼性
の高い投光装置を提供することができる。

【００２０】また、請求項４の発明は、請求項３に記載
の投光装置と；この投光装置から照射される光で投影さ
れる表示装置と；を具備したことを特徴とするプロジェ
クタ装置である。よって、光学的な特性に優れ、また信
頼性の高いプロジェクタ装置を提供することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明について、図面に示す
実施形態にもとづき説明する。図１ないし図４には、第
１の実施形態の管球およびこの管球を使用した光源装
置、ならびに投光装置を示す。図１に示すように、この
実施形態では、この管球はショートアークメタルハライ
ドランプ１であり、直流電源４０等とともに光源装置を
構成し、この光源装置とリフレクタ３とを組み合わせて
投光装置５０が構成されているものである。

【００２２】上記ショートアークメタルハライドランプ
１は定格入力２５０Ｗであり、石英ガラスからなる気密
容器、つまり発光管２０を備えており、この発光管２０
は後述するような電極および封止構造を有している。こ
の発光管２０は肉厚が１．２mm、長径がほぼ１４mm、短
軸がほぼ１１mm程度の楕円形の放電空間を有し、内容積
が約０．８〜１ccとなっている。

【００２３】この放電空間には一対の電極２１ａ、２１
ｂが設けられている。これら電極２１ａ、２１ｂはそれ
ぞれ陽極２１ａおよび陰極２１ｂであり、陽極２１ａは
先端部の外径が２．４mm、陰極２１ｂは線径０．７mmの
タングステンからなり、電極間距離Ｌが１０mm以下、例
えば３．０mmに設定されている。

【００２４】これら電極２１ａ，２１ｂは発光管２０の
両端部に形成された封止部２２、２２に封着された金属
箔導体２３、２３に電気的に接続されている。これらの
金属箔導体２３、２３は厚さ３０μｍ、幅３mm程度のモ
リブデン箔からなり、一方の金属箔導体２３は図示しな
い外部リ−ド線を介して端部に被着された口金２４に電
気的に接続されており、他方の金属箔導体２３は外部リ
−ド線２５に接続されている。

【００２５】上記発光管２０には、発光金属として金属
ハロゲン化物が封入されているとともに、緩衝金属とし
ての水銀が封入されており、かつアルゴン等の希ガスが
封入されている。上記金属ハロゲン化物は、ジスプロシ
ウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、ホルミウムＨｏ、ツリウム
Ｔｍ等の中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属の
ハロゲン化物と、少なくともインジウムＩｎを含み、そ
の他タリウムＴｌ、ガリウムＧａ、亜鉛Ｚｎ、カドミウ
ムＣｄの中から選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物
と、セシウムＣｓのハロゲン化物とを含んでいる。

【００２６】また、発光管２０の球体部のうち、上記の
陰極２１ｂが封止されている側の端部の部分には、反射
膜２７が塗布されている。この反射膜２７が塗布されて
いる範囲は、この球体部の陰極側端部から陰極２１ｂの
先端部の近傍までの範囲である。この反射膜２７は、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ の塗布膜が使用されるが、Ｐｔ膜の
ように光を反射するものであっても良い。

【００２７】上記のランプ１は、口金２４と外部リード
線２５が直流電源４０に接続され、この直流電源４０か
ら給電される直流電流により点灯され、この直流電源４
０はランプ１に１００Ｗ〜４００Ｗの直流電力を投入す
る。

【００２８】上記の管球すなわちショートアークメタル
ハライドランプ１、およびその封止構造や電極は、図２
ないし図４に示すように構成されている。図２はこのラ
ンプ１の平面図で、その発光管２０は前述のように石英
ガラス材料から形成され、略回転楕円形をなす球体部６
１と、その両端部に一体に形成された封止部２２を備え
ている。なお、この発光管２０は石英ガラス材料からな
るガラスチューブから製造されたもので、上記の球体部
６１を形成した後に、電極２１ａ，２１ｂ、モリブデン
箔等からなる金属箔導体２３等を装入し、このガラスチ
ューブの端部を加熱軟化させた後に金型で圧潰し、上記
の電極２１ａ，２１ｂの軸部６２，６４および金属箔導
体２３、外部リード線２５等を封入して封止部２２を形
成したものである。

【００２９】次に、上記の封止部の構成を、陰極２１ｂ
を例示して説明する。なお、陽極２１ａおよびその封止
部も、同様の構成である。図３は、図２の３−３線に沿
う拡大した縦断面図である。上記の陰極２１ｂは、前述
のようにタングステンからなる軸部６２とその端部の電
極主体部を備え、この軸部６２の直径Ｄは前記のように
０．７mmである。そして、この軸部６２の端部には、丸
め部７０ａが形成されている。なお、この実施形態の場
合には、この丸め部７０ａは、この軸部６２の端部の端
面と周面との縁部を含んだ端面部全体を略半球状に丸め
たもので、その曲率Ｒは略０．５Ｄ、すなわちこの軸部
６２の半径と略等しい。

【００３０】そして、この軸部６２の端部は、金属箔導
体２３に溶接等により電気的に接続され、この軸部６２
の端部および金属箔導体２３は圧潰成形された封止部２
２のガラス材料中に封入されている。したがって、この
封止部２２のガラス材料の内面、すなわち上記の軸部６
２の外表面に接触している内面は、この軸部６２の外形
形状と略対応した形状であり、上記の丸め部７０ａに対
応した内面もこの形状に対応した丸みを帯びた滑らかな
形状をなしている。

【００３１】また、このような封止部２２の形状たとえ
ば断面形状は、図４に示すような形状、寸法に設定され
ている。図４は図３の４−４線に沿う断面図で、この図
に示すように、この封止部２２の外形断面形状は一般的
に矩形をなしている。

【００３２】そして、この封止部２２の幅Ｗと高さＨと
の比率、Ｈ／Ｗは、０．２〜１．０の範囲に設定されて
いる。また、上記の幅Ｗは軸部６２の直径Ｄに対してＷ
＝５〜１０Ｄ、また高さＨは２〜１０Ｄの範囲に設定さ
れている。これらの寸法の関係を上記のような範囲に設
定することにより、クラック防止の効果を高めることが
できる。

【００３３】また、上記のような丸め部７０ａは、この
軸部６２の端部にレーザー光を照射し、この端部を局部
的に溶解し、この溶解した材料の表面張力により、この
端部に上記のような丸め部７０ａを形成したものであ
る。したがって、このような方法により製造した場合に
は、この丸め部７０ａは正確な半球状、つまり断面形状
の輪郭が正確な円弧状にはならないが、円に近似した形
状となる。もちろん、このような丸め部７０ａは、上記
のような方法には限定されず、機械加工、その他の方法
によって形成しても良いことはもちろんである。

【００３４】また、上記の封止部２２を圧潰成形する場
合に、圧潰金型の圧潰速度は従来より速くなるように設
定されており、したがってこの封止部２２のガラス材料
がこの圧潰金型の内面に接触する時間が従来より短くな
るように設定されている。これにより、このガラス材料
の圧潰金型と接触する表面部分の局部的な内部応力の発
生を低減し、クラック防止の効果を高めることができ
る。なお、このように圧潰速度を早めることは、上記の
丸め部７０ａの部分におけるガラス材料の流動が円滑化
することによって達成できるものである。

【００３５】また、図５には、本発明の第２の実施形態
を示す。この実施形態では、上記の軸部６２の端部の端
面と周面との間の縁部の部分に丸め部７０ｂを形成した
もので、この丸め部７０ｂの曲率Ｒは０．１Ｄ以上とな
っている。

【００３６】この実施形態のものは、上記の第１の実施
形態と同様な方法によって製造され、また上記の点以以
外は前記の第１の実施形態のものと同様である。この実
施形態のものは、縁部の部分のみに丸め部７０ｂが形成
されているので、この丸め部７０ｃの形成が容易でコス
トが低く、またクラック防止の効果は上記の第１の実施
形態のものと遜色がない。

【００３７】また、図６には本発明の第３の実施形態を
示す。このものは、軸部６２の端部をテーパ状に加工し
てテーパ部７１を形成し、このテーパ部７１の先端部に
丸め部７０ｃを形成したもので、この丸め部７０ｃの曲
率Ｒは０．１Ｄ以上となっている。この実施形態のもの
も、クラック防止の効果は他の実施形態のものと比較し
て遜色がない。

【００３８】また、図７には本発明の第４の実施形態を
示す。このものは、軸部６２の端部を段状に切削加工し
て段部７２を形成し、この段部７２の先端部に丸め部７
０ｄを形成したもので、この丸め部７０ｄの曲率Ｒは
０．１Ｄ以上となっている。この実施形態のものも、ク
ラック防止の効果は他の実施形態のものと比較して遜色
がない。

【００３９】次に、上記のような丸め部の曲率Ｒとクラ
ック防止の効果について実験した結果を表１に示す。こ
の実験は、軸部の端部に曲率Ｒが相違する各種の丸め部
を形成した各種の電極を封止部に封止して管球を形成
し、これを高負荷で点灯して封止部に発生するクラック
発生率を測定したものである。なお、この実験では軸部
の直径が１．０mmのものを使用した。

【００４０】

【表１】

【００４１】この結果から明らかなように、曲率Ｒを
０．１Ｄ以上とすることにより、封止部のクラックを確
実に防止することができる。また、図８には、第５の実
施形態として、上記のような投光装置５０を用いたカラ
ープロジェクタ装置を示す。

【００４２】図８の８１はこのカラープロジェクタ装置
の本体となるハウジングであり、このハウジング８１内
には、上記の投光装置５０と、液晶表示パネル８２と、
レンズなどの光学系８３が設けられているとともに、上
記の直流電源４０および液晶駆動装置８４が設けられて
いる。上記の直流電源４０および液晶駆動装置８４は商
用電源８５に接続されている。

【００４３】直流電源４０からの電源供給によりランプ
１が点灯すると、ランプ１から出た光はリフレクタ３に
より反射されて液晶表示パネル８２を照射する。液晶表
示パネル８２には各画素に対応して図示しないＲＧＢの
カラーフィルタを備えており、このカラーフィルタが上
記液晶駆動装置８４により制御されるようになってい
る。液晶表示パネル８２を透過した光はこのカラーフィ
ルタによりＲＧＢのいずれかに着色され、この着色光が
レンズなどの光学系８３で集光されてスクリーン８６に
投影されるようになっている。したがって、スクリーン
８６上には液晶表示パネル８２で制御された画像のカラ
ー映像が投影される。なお、本発明は上記の実施形態に
は限定されず、管球の種類、電極の構造等を問わず、一
般的に適用可能なものである。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、封止部のガラス材料の内面、つまり電極の軸部
の端部の外周面に密着するガラス材料の内面の形状が上
記の丸め部に対応して滑らかな形状となり、またその加
工量が小さくてすみ、この封止部のクラックが防止さ
れ、小形で点光源により近く、寿命が長いとともにコス
トの低い管球を提供することができる。提供できる。

【００４５】また、請求項２の発明によれば、より点光
源に近く、光学的な特性に優れ、また信頼性の高い光源
装置を提供できる。また、請求項３の発明によれば、光
学的な特性に優れ、また信頼性の高い投光装置を提供す
ることができる。また、請求項４の発明によれば、光学
的な特性に優れ、また信頼性の高いプロジェクタ装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の管球を用いた投光装
置の縦断面図。

【図２】図１のランプの平面図。

【図３】図２の３−３線に沿う封止部の縦断面図。

【図４】図３の４−４線に沿う封止部の横断面図。

【図５】第２の実施形態の封止部の縦断面図。

【図６】第３の実施形態の封止部の縦断面図。

【図７】第４の実施形態の封止部の縦断面図。

【図８】第５の実施形態のプロジェクタ装置の縦断面
図。

【符号の説明】

１メタルハライドランプ３リフレクタ２０発光管２１ａ，２１ｂ電極２２封止部２３金属箔導体５０投光装置６２，６４軸部７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ丸め部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸部、この軸部の一端に電極主体部およ
びこの軸部の他端に軸部の直径をＤとしたとき、０．１
Ｄ以上の曲率の丸め部を有する電極と；上記の軸部の端
部に電気的に接続された金属箔導体と；ガラスチューブ
を圧潰して形成され上記の電極の軸部の端部および上記
の金属箔導体を封入した封止部と；を具備したことを特
徴とする管球。
【請求項２】請求項１に記載の管球と；上記の管球に
電流を供給する電源手段と；を具備したことを特徴とす
る光源装置。
【請求項３】請求項２に記載された光源装置と；この
光源装置から放射される光を反射するリフレクタと；を
具備したことを特徴とする投光装置。
【請求項４】請求項３に記載の投光装置と；この投光
装置から照射される光で投影される表示装置と；を具備
したことを特徴とするプロジェクタ装置。