JPH1186786A

JPH1186786A - 高圧放電灯

Info

Publication number: JPH1186786A
Application number: JP9252755A
Authority: JP
Inventors: Atsuji Nakagawa; 敦二中川
Original assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Current assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、アークの輝度向上
及びリフレクタの利用効率の向上を図るため、点灯作動
時の圧力を高めてもランプ破裂の危険性が少なく且つ金
属ハロゲンとの反応による失透現象を起こさない長寿命
で明るい高圧放電灯、特に高圧放電灯を開発する事にあ
る。【解決手段】光透過性セラミックス管(1a)の両端
を閉塞部材(5)(10)で閉塞して構成したランプ容器(1)
と、ランプ容器(1)内に配設した電極(2)とで構成された
高圧放電灯(A)であって、水銀を封入したランプ容器(1)
の作動圧力が８０〜２５０ｋｇ/ｃｍ²であり、そのラン
プ電力が７０〜２,０００Ｗである事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高圧放電灯、特に光学機
器に用いられる高圧放電灯の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高圧放電灯（たとえば超高圧水銀灯やメ
タルハライドランプ）は、液晶プロジェクターやＯＨ
Ｐ、映写機等の光学機器に、また商業施設や一般家庭等
の一般照明等に数多く使用されている。この高圧放電灯
は、ハロゲンランプ等のフィラメントの加熱による発光
に比べてその寿命が５〜１０倍長いという非常に優れた
特性を持っている。近年このような高圧放電灯に対し
て、ユーザー、特に光学機器ユーザの要望として、エネ
ルギ効率面での改善（即ち、高圧放電灯に投入した電力
量に対してより明るいスクリーン照度）が要求されてい
る。そのため光学機器で使用するランプでは、光学機
器内での発光効率を上げるためランプに通電する電流の
ＤＣ（直流）化や、電極間距離を短くする事によって
アーク長の短縮を図り、もってアークの輝度の向上を図
る事や、アークの輝度を高める別法として作動圧力を
高める場合や、アークの輝度の向上に基づくリフレク
タの利用効率（リフレクタの利用効率に付いては後述す
る）の向上など、各種の技術が盛んに研究開発されてい
る。

【０００３】その中で、例えば超高圧水銀灯(B)のよう
にアークの輝度を高めるために前述のように作動圧力を
高めるものがあるが、作動圧力を超高圧にするこの方法
では、図４に示す現在の石英ガラス製ランプ容器(20)の
場合その耐圧性能の面で限界があり、せいぜい１２０Ｗ
迄のランプしか実現出来ない。また、実現されているラ
ンプ(B)でも石英ガラス製ランプ容器(20)の場合では、
常にランプ破裂という危険性を常に内包しており、ラン
プ容器(20)の耐圧性という面で大きな課題をはらんでい
る。

【０００４】この点を詳述すれば、従来のランプ容器(2
0)は前述のように石英ガラス製で、球形の発光部(11)の
両側に封止部(12)があり、封止部(12)内に封止用箔(13)
が埋入されている。この封止用箔(13)に電極(14)が取り
付けられており、電極(14)間でアークを発生させるよう
にしている。前記封止部(12)は、発光部(11)から突出し
ている管部を加熱し両側からピンチングして形成される
ため、封止部(12)内に埋設される封止用箔(13)の外面は
封止部(12)の内面に気密的に密着しているものの融着一
体化している訳ではない。従って、発光部(11)内の圧力
を超高圧迄高くすると電極(14)の後端の埋入部分(13a)
から封止用箔(13)に至る部分『この部分は必ずしも気密
的に密着しているわけでなく、発光部(11)内の圧力がか
かる事になる。』に圧力が加わってここから封止用箔(1
3)を境に封止部(13)を両側に引き裂くように力が加わ
る。従って、封止部(12)の融着一体化が不十分な場合或
いは封止部(12)に歪みなど弱点がある場合その弱点部分
が起点となってランプ破裂の原因となり、石英ガラスを
使用し両端をピンチ封止した従来方式での発光部(11)内
の作動圧力を高めようとしても限界があった。

【０００５】また、実現されている従来の石英ガラス利
用の高圧ランプ(B)では、前記問題点の解決方法の１つ
として、ランプ容器(20)の耐圧性向上のために非常に小
さな容器設計が施されている。処がこの場合には小型故
に発光部(11)の壁面がアークに接近し過ぎるためにアー
クによるランプ容器(20)の温度をその材質（石英ガラ
ス）の耐熱温度付近に迄上昇させる結果となり、ランプ
容器(20)の急激な劣化を招く。加えてランプ(B)の色調
改善のために金属ハロゲンを封入する事は石英ガラス製
のランプ容器(20)の失透現象を加速し明るさの減衰をも
招くことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、ア
ークの輝度向上及びリフレクタの利用効率の向上を図る
ため、点灯作動時の圧力を高めてもランプ破裂の危険性
が少なく且つ金属ハロゲンとの反応による失透現象を起
こさない長寿命で明るい高圧放電灯、特に高圧放電灯を
開発する事をその課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１は『光透過性セ
ラミックス管(1a)の両端を閉塞部材(5)(10)で閉塞して
構成したランプ容器(1)と、ランプ容器(1)内に配設した
電極(2)とで構成された高圧放電灯(A)であって、水銀を
封入したランプ容器(1)の作動圧力が８０〜２５０ｋｇ/
ｃｍ²であり、そのランプ電力が７０〜２,０００Ｗであ
る』事を特徴とする。

【０００８】（作用）これによれば、両端が閉塞され
たランプ容器(1)の主要部分がセラミックスで形成され
ており、且つその両端が閉塞部材(5)(10)で閉塞されて
いるので、従来例のように耐圧性能を損なう封止部(13)
がなくなり、耐圧性を飛躍的に向上させる事が出来る。
その結果、水銀を封入したランプ容器(1)の作動圧力が
８０〜２５０ｋｇ/ｃｍ²と非常に高くしたとしても破裂
の危険性が少なく、ランプ電力を７０〜２,０００Ｗと
従来にない高いランプ電圧に印加する事も出来る。更
に、ランプ容器(1)の主要部分がセラミックスで形成さ
れているので、金属ハロゲンを封入しても金属ハロゲン
と反応せず、石英ガラスの場合のような失透現象を起す
事がなく、長寿命を保証する事が出来る。

【０００９】光透過性セラミックス管(1a)は、光が通過
すればよく、透明又は半透明とを問わない。具体的な材
質を例示すれば、アルミナ或いはサファイア又はマグネ
シア等の混合セラミックスなどがある。

【００１０】

【実施の形態】図１は本発明に係る直流高圧放電灯の一
実施例の断面図であり、図２は交流高圧放電灯の一実施
例の断面図である。ランプ容器(1)は光透過性セラミッ
クス管(1a)「例えばアルミナ或いはサファイア又はマグ
ネシア等の混合セラミックスなど」の直管を所定寸法で
切断し、その両端が封止部(5)(10)とで封止されたもの
である。本実施例では光透過性セラミックス管(1a)とし
て直管を使用しているが、勿論これに限られず、アーク
が発生する中央部が球状或いはラグビー球（楕円球）状
に膨れているような形状でもよい。セラミックス管(1a)
は光が透過すれば足り、透明体が好ましいが必ずしも透
明体に限られるものでなく、半透明その他でも良く、ま
た有色或いは無色であってもよく要するに光が通過可能
であれば足るものである。

【００１１】電極(2)は、直流作動の場合と交流作動の
場合とで一般的には相違する。図１は直流作動の場合
で、まずこの場合から説明する。陰極(2a)は、タングス
テンの細い電極棒(2イ)と、その先端部にタングステンワ
イヤを巻着して形成（或いはスリーブ状のタングステン
を装着して形成）した太径先端部(9)と、電極棒(2イ)の
後端部に装着された太径の位置決め部(4)とで構成され
ている。

【００１２】位置決め部(4)は後述する陰極側のキャッ
プ(3)と熱膨張係数のほぼ等しい金属材料（例えばニオ
ブ、Ｃo−Ｎi系合金「例えば商品名コバール」）或いは
セラミックスなどが使用される。図１の実施例では、位
置決め部(4)と電極棒(2イ)とは別体で構成されている
が、勿論これに限られず、位置決め部(4)まで電極棒(2
イ)と同一の材質で一体的に形成してもよい。又、図１の
実線は位置決め部(4)は金属の場合であるが、セラミッ
クスの場合もあり、この場合は仮想線で示すように外部
リード棒(7)と電極棒(2イ)とを前記同様最適な接合剤で
一体的に接合し位置決め部(4)に気密的に挿通する。

【００１３】一方、陽極(2b)はタングステンの太い棒材
で構成されている。この場合、陽極(2b)全体を実施例の
ようにタングステン単体で構成してもよいが、陽極(2b)
の先端部分をタングステンとし、例えば突き合わせ溶接
やロウ付けなどの接合方法で後端部分（少なくとも封止
部(5)に挿通される部分）を位置決め部(4)と同様後述す
る封止部(5)と熱膨張係数のほぼ等しい金属材料（例え
ばニオブ、Ｃo−Ｎi系合金「例えば商品名コバール」）
で形成してもよい。

【００１４】封止部(5)は、中心に通孔(5a)が穿設され
た円板状のもので、フリットガラス或いはろうなどの接
合剤でセラミックス管(1a)の一端内面に一体化されてい
る。そして通孔(5a)には図１の場合、陽極(2b)が挿通さ
れ、同様に前記接合剤で通孔(5a)に気密的に固定されて
いる。

【００１５】封止部(10)もその中心に段付き通孔(10a)
が穿設された円板状のもので、フリットガラス或いはろ
うなどの接合剤でセラミックス管(1a)の他端内面に一体
化されている。そして段付き通孔(10a)の太径部(10b)の
段に陰極(2a)の位置決め部(4)が突き当たるように挿通
されて位置決めされ、同様に前記接合剤で通孔(10a)に
気密的に固定されている。これにより、電極間距離が一
定に保たれる。

【００１６】(6)は陽極側の保護部材で、その形状は太
径部にセラミックス管(1a)の外径にほぼ等しい取付穴(6
b)が凹設されており、取付穴(6b)にセラミック管(1a)の
一端が挿入され前記接合剤で気密的に接合されている。
保護部材(6)はセラミックスの膨張係数に近似した膨張
係数を持つ金属（例えばニオブ、Ｃo−Ｎi系合金「例え
ば商品名コバール」）或いはセラミックスで形成されて
いる。図１の実線は金属で形成された場合で、直接陽極
(2b)に接合されてその突出部分(6c)が端子として使用さ
れるが、セラミックスの場合、仮想線で示すように、中
心にリード線挿通孔(6a)が穿設されており、電極(2b)に
接合されたリード線(8)『＝仮想線で示す』がリード線
挿通孔(6a)を通って引き出されるようになっている。

【００１７】一方、セラミックス管(1a)の他端にはキャ
ップ状の陰極側の保護部材(3)がその外周に被せてあ
り、前記接合剤で気密的に接合されている。保護部材
(3)も保護部材(6)と同様セラミックスの膨張係数に近似
した膨張係数を持つ金属（例えばニオブ、Ｃo−Ｎi系合
金「例えば商品名コバール」）或いはセラミックスで形
成されている。その中央の通孔(3a)から位置決め部(4)
が突出していて端子として使用される。前記通孔(3a)と
位置決め部(4)とは接合剤で気密的に接合されている。

【００１８】図２は交流点灯型の場合で、この場合は両
電極(2)は同じ形状のもの（この場合は図１の陰極(2a)
と同じ形状のもの）が使用されている。電極(2)は、こ
の場合図１の陰極(2a)と同様のものを使用している。勿
論、異なる形状のものを使用する事も可能である。ここ
では、図１と相違する点のみの説明に止め、同一の部分
は図１の説明を援用する。図２の左側の電極構造は、図
１の場合と同じで、この場合は位置決め部(4)がセラミ
ックスの場合を描いているが、勿論金属でもよく、その
場合は図１と同じことになる。

【００１９】右側の電極(2)は、前述のように左側の電
極(2)と構造は同一であるが、保護部材(6)がセラミック
スで且つ鞘部材(11)を用いており、電極棒(2イ)と外部リ
ード棒(8)とを一体的に接合して鞘部材(11)に気密的に
挿通している。そして鞘部材(11)と閉塞部材(5)の通孔
(5a)とを接合剤で気密的に接合している。勿論、鞘部材
(11)を用いず、電極棒(2イ)と外部リード棒(8)の接続体
を通孔(5a)に挿通してもよいし、外部リード棒(8)を用
いず、電極棒(2イ)をそのまま外部に引き出してもよい。
保護部材(6)が金属の場合は外部リード棒(8)を使用せ
ず、図１と同様その突出部分(6c)が端子として使用され
る。

【００２０】電極間距離は直流の場合、交流の場合で特
に限定されるものではないが、この場合は１.５ｍｍ
（一般的には０.５〜３ｍｍ）である。本実施例ではラ
ンプ容器(1)には、所定量の水銀とアルゴンガスが封入
してあり、必要に応じて金属ハロゲンをこの封入ガスと
共に封入しても良い。

【００２１】以上のような高圧放電灯(A)において、両
電極(2)間に電圧を印加してアークを生成させ、点灯す
るのであるが、本実施例では、水銀を封入したランプ容
器(1)の作動圧力が８０〜２５０ｋｇ/ｃｍ²であり、そ
のランプ電力が７０〜２,０００Ｗの範囲で使用され
る。これにより、アークの輝度の向上とこれに基づくリ
フレクタの利用効率の向上が図られ、スクリーン照度を
向上させる事ができる。

【００２２】なお、リフレクタ(30)の利用効率に付いて
は図３に従って説明する。高圧放電灯(A)をリフレクタ
(30)の中心に立てて装着し、点灯すると電極(2)間にア
ーク(40)が発生する。前記アーク(40)は、スクリーン照
度の向上に繋がる「必要な発光(41)」とそうでない「余
分な発光(42)」とで構成される。即ち、電極(2)間にア
ーク(40)が発生すると直流を印加した場合、陰極(2a)の
近傍に極く狭い範囲（この場合は直径約０.５ｍｍ）で
強く光る輝点(41a)（図中黒丸で示す）が現れ、その周
囲に明るい発光部分（図中白抜き部で示す）が生じる。
光学機器では、例えばフィルム(31)の画面に沿って開口
し、光を有効利用する事ができる範囲（これをアパーチ
ャ(32a)といい、その開口径をアパーチャ径と言い(32)
で示す）があり、それ以外の範囲を照射してもスクリー
ン(33)の照度は上がらず、無意味であり無駄になる。図
３に示すように輝点(41a)及びその近傍から出た光は主
として前記有効利用範囲(32)内を通過して映像をスクリ
ーン(33)に映し出すので、「必要な発光(41)」という事
になり、この光(41)が照度向上の決め手になる。

【００２３】一方、輝点(41a)から外れた周囲の発光部
分(42a)から出た光の大半は前記有効利用範囲(31)を通
過せず、スクリーン照度を高めることができない。換言
すれば、輝点(41a)から外れた発光部分(42a)が如何に明
るかったとしてもスクリーン(33)の照度の向上には繋が
らないから「余分な発光(42)」という事になる。

【００２４】電極間距離を１.５ｍｍとし、アルゴンガ
スやその他不活性ガスが所定量封入されている本発明品
に２５０Ｗの電圧を電子安定器で印加して直流点灯さ
せ、その明るさと寿命とを石英ガラス使用の従来品と比
較した（従来品の電極間距離、印加電圧などテスト条件
は本実施例と同じで、直流点灯したという意味から下の
表では『従来ＤＣ』記載した）。『表１』また、耐圧性能を確認するため、油圧式耐圧試験器（ラ
ンプ容器(1)に圧油を注入して圧力を加え、ランプ容器
(1)の耐圧を調べるテスト）で、本発明にかかるランプ
容器(1)と従来品のランプ容器の耐圧性能を比較した。
『表２』

【００２５】本発明品と従来品との明るさを比較した表
を下に示す。（表１）ワーキング距離(mm) アパーチャ径(mm) 全光束(１ｍ) １従来ＤＣ４８８４４１０２従来ＤＣ４８８４５５０３従来ＤＣ４８８４３２０４従来ＤＣ４８８４２５０５従来ＤＣ４８８４５２０４４１０（平均）１本発明品４８８５９００２本発明品４８８５９２０３本発明品４８８６０３０４本発明品４８８５８８０５本発明品４８８６０５０５９５６（平均）なお、ワーキング距離とはリフレクタ(30)からアパーチ
ャ(32a)までの距離(L)である。（図３参照）これによれば、本発明品は従来ＤＣに比べて格段にその
全光束が向上しており、より明るくなっている事が分か
る。

【００２６】（寿命試験）図５は（本発明品＝２５０Ｗ
直流電圧印加、作動圧力８０〜２５０ｋｇ/ｃｍ²）と
（従来品＝２５０Ｗ直流電圧印加、作動圧力４０ｋｇ/
ｃｍ²）を比較したものである。縦軸に光束減衰率、横
軸に点灯時間を取った。光束減衰は、光束の初期値を１
００％とし、光学系を通して測定した光束の各時間にお
ける減衰率をグラフにしたものである。グラフ中、(A)
は本発明品の光束減衰曲線であり、(B)は従来例の光束
減衰曲線である。測定結果から明らかなように本発明品
(A)は光束減衰が極めて少なく且つなだらかで良好な結
果を示すのに対して、従来品(B)は点灯時から２００時
間迄の間で大きな光束減衰を示す。これは、本発明品
(A)の作動圧力が高いために、電極の消耗が抑制され
ランプ容器の黒化が生じにくい事、封入ガスとの反応
がなくランプ容器の失透がない事によると考えられるの
に対して、従来品(B)では、作動圧力が低いことによ
る電極の消耗や、封入ガスと石英ガラス製ランプ容器
との反応による失透などが原因と考えられる。

【００２７】表２は、従来例と本発明品のランプ容器
(1)の耐圧性能の比較表である。耐圧性能比較表（表２）［単位：ｋｇ/ｃｍ²］従来２５０Ｗ直流従来１００Ｗ高圧クラス本発明品１７０１２０３５０２８０１４０３６０３７０１００３７０４８０１２０３６０５７０１５０３５０平均値７４１４６３５８（従来２５０Ｗ直流）とは、石英ガラス使用で２５０Ｗ
直流電圧を印加して使用されていた耐圧性能の低いラン
プ容器の場合であり、（従来１００Ｗ高圧クラス）は石
英ガラス使用で高圧仕様に設計された高圧タイプのラン
プ容器の場合であり、（本発明品）とは本発明品に使用
されるランプ容器の場合である。本発明品の耐圧性能は
従来品に比べて極めて優れた耐圧性能を具備する。

【００２８】尚、本発明では、光透過性セラミックス管
をランプ容器として使用しているので、金属ハライドを
封入しても反応する事がなく、失透の危険性がないの
で、封入物として金属ハライドを封入する事は一向にか
まわない。点灯方式も限定されるものでなく各種の方式
を採用できる事は言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明では、光透過性
セラミックス管をランプ容器として使用したことによ
り、光束減衰の少ない、長寿命で、破裂の危険性の少な
いランプが得られた。又、光透過性セラミックス管をラ
ンプ容器として使用したことにより、点灯時の内圧（＝
作動圧力）が８０〜２５０ｋｇ/ｃｍ²となり、そのアー
クの輝点の明るさが高くなり、ミラーの利用率を高める
事ができて非常に効率よくスクリーン照度を向上させる
事ができた。更に、光透過性セラミックス管をランプ容
器として使用したことにより、点灯作動時の圧力に対し
て余裕があり、又、その使用中の耐劣化面でも優れた性
質を示し、従来技術では実現できなかった高ワット化も
実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高圧放電灯の第１実施例の断面図

【図２】本発明に係る高圧放電灯の第２実施例の断面図

【図３】本発明におけるワーキング距離の説明図

【図４】石英ガラス使用の従来例の断面図

【図５】本発明品と従来品の光束減衰率を比較したグラ
フ

【符号の説明】

(1)…ランプ容器 (1a)…光透過性セラミックス管 (2)…電極 (3)…保護部材 (4)…位置決め部 (5)…閉塞部材 (6)…保護部材 (7)…外部リード棒 (8)…外部リード棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性セラミックス管の両端を閉
塞部材で閉塞して構成したランプ容器と、ランプ容器内
に配設した電極とで構成された高圧放電灯であって、水銀を封入したランプ容器の作動圧力が８０〜２５０ｋ
ｇ/ｃｍ²であり、そのランプ電力が７０〜２,０００Ｗ
である事を特徴とする高圧放電灯。