JPH1196969A - 直流点灯放電灯と該放電灯をリフレクタに装着した光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、ランプ容器の構造
を工夫する事により、ランプ寿命を延ばす事にある。 【解決手段】 陽極(2b)と陰極(2a)とが収納されて
いる球体部(1a)と、前記両電極(2a)(2b)に給電するため
の給電部材(3)が挿通されている封止部(4)(5)と、陽極
側封止部(5)と球体部(1a)との間に設けられ、球体部(1
a)と陽極側封止部(5)とを結ぶ管部(6)とで構成されてい
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】本発明は直流点灯放電灯、特に光
学機器に用いられる直流点灯放電灯並びに該放電灯をリ
フレクタに装着した光源の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放電灯（例えば、超高圧水銀灯やメタル
ハライドランプ）は、液晶プロジェクタやＯＨＰ、映写
機等の光学機器に、或いは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エネルギ効率が３〜５
倍と高く、また寿命も５〜１０倍長いという非常に優れ
た特性を持っている。

【０００３】近年、この放電灯に対してユーザー、特に
光学機器ユーザーから更なる要望として、ランプの長
寿命化、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を
得る事）、後述するようなスクリーン上の輝度の均一
性が要求されている。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。

【０００４】図４は従来の放電灯(B)の断面図である。
この放電灯(B)では、前記ＤＣ化による直流点灯によ
り陰極(12a)に比べて高温に加熱される陽極(12b)の損耗
が激しく点灯初期から顕著な光束減衰を示し、ランプ寿
命に影響を与えている事（図５参照）、ランプ(B)の
球体部(21)に設けられた封切管(27)は、球体部(21a)か
ら出る光の進路を邪魔し１０〜２０％のロスを招いてい
る事（表１参照）、スクリーンにはこの封切管(27)に
由来する影が発生し、スクリーン（図示せず）上の輝度
むらの原因となっていた（表２参照）。

【０００５】この問題の内でを解決するために、近
年、封止管を用いず、従って封止部(27)が発生しないチ
ップレス化が研究され、低ワットの製品においてはこれ
が実現されつつある。しかしこの技術にも多くの問題が
残されている。チップレス化技術では第１には加工上、
高ワット化が出来ないこと、具体的に言えば、高ワット
ランプの製造のためには厚肉で太いガラス管を使用しな
ければならないが、そうすると封止が困難になるためで
ある。第２に低ワットにおいても加工時にガラス管から
不純物が発生するが、高ワットランプになるとガラス管
が大きくなり、不純物の発生が多くなってランプ内部に
多くの不純物が残留し、ランプの不良現象を引き起こす
という問題が生じる。第３に製造コストが高く、プロジ
ェクタ等光学機器のコスト高の原因となり、該光学機器
の普及を妨げとなっている。しかもの問題は未だ解決
されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では第１
にランプ容器の構造を工夫する事により、ランプ寿命
を延ばす事、第２に封切管を設ける位置を工夫すること
により、エネルギ効率面での改善と、スクリーン上
の輝度の均一性の向上を図り、更にこれによる高ワット
化や製造コストの引き下げを可能に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の直流点灯放電
灯(A1)は、『陽極(2b)と陰極(2a)とが収納されている球
体部(1a)と、前記両電極(2a)(2b)に給電するための給電
部材(3)が挿通されている封止部(4)(5)と、陽極側封止
部(5)と球体部(1a)との間に設けられ、球体部(1a)と陽
極側封止部(5)とを結ぶ管部(6)とで構成されている』事
を特徴とする。

【０００８】直流点灯がなされると、電極(2a)(2b)間で
アークが生じ、陰極(2a)から陽極(2b)に向かって電子が
飛ぶ。その結果陽極(2b)の温度が高温に達し陽極(2b)が
損耗して陽極構成物質が球体部(1a)中に揮散して球体部
(1a)の黒化を招いている。しかし、本発明では管部(6)
が設けられているので、陽極(2b)の基部(2c)側の空間が
それだけ拡張され、陽極(2b)の熱が発散され易くなる。
その結果、直流点灯の場合でも陽極(2b)からの陽極構成
物質の揮散が抑制され、球体部(1a)の黒化が抑制され、
光束減衰が抑制されることになってランプ寿命の向上を
図る事が出来る。

【０００９】請求項２は、請求項１の改良で『陽極(2b)
が球体部(1a)から管部(6)内にかけて配置されている』
事を特徴とする。このようにすることで、陽極(2b)の全
長を従来例に比べて長くする事が出来、請求項１の作用
に加えて陽極(2b)の熱容量を大きくすると同時に熱放散
を容易にし、陽極(2b)の過度な昇温を抑制する事が出
来、前述同様ランプ寿命の向上を図る事が出来る。

【００１０】請求項３の直流点灯放電灯(A2)は更にその
改良例で『陽極(2b)と陰極(2a)とが収納されている球体
部(1a)と、前記両電極(2a)(2b)に給電するための給電部
材(3)が挿通されている封止部(4)(5)と、陽極側封止部
(5)と球体部(1a)との間に設けられ、球体部(1a)と陽極
側封止部(5)とを結ぶ管部(6)とで構成されている直流点
灯放電灯(A2)において、封入物充填に用いられた封切部
(7)が該管部(6)に形成されている』事を特徴とする。

【００１１】これによれば、封切部(7)が管部(6)に設け
られているので、陰極(2a)の先端近傍に発生した輝点(1
1)及びその極く近傍の光は球体部(1a)を通って外部に放
出されるが、球体部(1a)に封切部(7)がないので、この
場合、前記光は従来例と違って封切部(7)に阻害される
事なく外部に放出される。従って、この光を利用した場
合、スクリーン(10)に封切部(7)に起因するような影が
発生せず、スクリーン(10)上の輝度は従来例に比べて均
一輝度となる。

【００１２】請求項４は、請求項３に記載の直流点灯放
電灯(A2)をリフレクタ(8)に装着して使用する場合で、
『直流点灯放電灯(A2)を陽極側封止部(5)をリフレクタ
(8)の中央取付孔(8a)に装着してなる』事を特徴とす
る。これによれば、封切部(7)がリフレクタ(8)の中央取
付孔(8a)の近傍に位置する事になり、たとえ封切部(7)
を通って影を作る原因となる光がリフレクタ(8)にて反
射されたとしても、スクリーン(10)を照射する光の通過
を限定する光学機器のＬＣＤパネルの液晶部分(9)或い
はアパーチャを通過するような光とならず、スクリーン
(10)に影を生じさせるような事がない。

【００１３】

【実施の形態】図１は本発明に係るダブルエンド型の直
流点灯放電灯(A)の第１実施例(A1)の断面図であり、こ
れを代表例として説明する。ランプ容器(1)には石英ガ
ラスが用いられており、球状に形成された球体部(1a)の
一方の側面からは矩形の封止部(4)が延出されており、
他方の側面から管部(6)が延出され、更にこの管部(6)か
ら封止部(5)が延出されている。球体部(1a)は本実施例
では球形であるが、勿論これに限られず、ラグビー球
状、或いは長楕円状などの形を取る事が出来る。また、
球体部(1a)には、仮想線で示すように球体部(1a)に連通
せる細い封切管(7a)が取り付けられている。図１は、本
発明にかかる直流点灯放電灯(A1)の完成断面図であるの
で、封切管(7a)は前述のように仮想線で記載されてお
り、その封切跡である封切部(7)が実線で記載されてい
る。

【００１４】管部(6)は球体部(1a)の最大径よりも細径
のもので、陽極(2b)の外径より大きい内径をもつ直管状
のものである。封止部(4)(5)は、公知のピンチシールに
よって形成される矩形板状の部分で、該封止部(4)(5)内
に電極(2a)(2b)から導出された給電部材(3)が気密的に
挿通されている。

【００１５】前記給電部材(3)は、電極(2a)(2b)から一
体的或いは溶接によって一体化されて導出された内部リ
ード棒(3a)と、封止部(4)(5)から導出される外部リード
棒(3c)及び封止部(4)(5)内に埋入されているモリブデン
製の封止用箔(3b)とで構成されており、この封止用箔(3
b)に内部リード棒(3a)及び外部リード棒(3c)の端部が溶
接されている。

【００１６】本発明に供されるランプ(A)は、実施例
１、２共に直流点灯されるので、陰極(2a)は内部リード
棒(3a)である細いタングステン棒が使用され、その先端
にタングステンコイル或いはタングステンスリーブで形
成された太径部(14)が一般的には装着されている。一
方、陽極(2b)は陰極(2a)より太径のタングステン棒で形
成され、一般的には先端が円錐台状に形成されている。
電極(2a)(2b)は球体部(1a)内に突出し、所定の電極間距
離を隔てて対向している。両電極(2a)(2b)の対向間隙
は、球体部(1a)の中央に位置する。電極間距離は特に限
定されるものではないが、この場合は１.５〜２ｍｍ
《一般的には０.５〜３ｍｍ》である。

【００１７】ここで、従来例と比べて特徴的なのは、前
記対向間隙が球体部(1a)の中央に位置する処から管部
(6)を設ける事により、管部(6)まで入り込ませる事が出
来るので、陽極(2b)の長さを長くする事が出来る点であ
る。陽極(2b)の外径に対して管部(6)の内径はやや大き
く、スペースをもって陽極(2b)の基部(2c)を収納する事
が出来る。これにより陽極(2b)の熱容量を従来の陽極(1
2b)に比べて大きくすると同時に管部(6)内を熱放散用の
スペースとする。（勿論、陽極(2b)の大きさを従来例と
同じにして管部(6)の部分を陽極(2b)の背後に存在する
熱放散用の空間としてもよい。）

【００１８】球体部(1a)内には所定量の水銀とアルゴン
ガスを始め必要充填ガスや金属ハロゲン化物が封入され
ている。これら充填物は、球体部(1a)に取り付けられた
封切管(7a)を通じて行われ、充填が完了すると封切管(7
a)はその根元で加熱して封切され、その跡に突起状の封
切部(7)が形成される。

【００１９】このように形成された図１の直流点灯放電
灯(A1)を直流点灯すると、電極(2a)(2b)間でアークが生
じ、陰極(2a)から陽極(2b)に向かって電子が飛ぶ。その
結果陽極(2b)が加熱されるが、本実施例では管部(6)が
設けられているので、陽極(2b)の基部(2c)側の空間がそ
れだけ拡張され、陽極(2b)の熱が発散され易くなる。そ
の結果、直流点灯の場合でも陽極(2b)からの陽極構成物
質の揮散が抑制され、球体部(1a)の黒化が抑制され光束
減衰が抑制されることになってランプ寿命の向上を図る
事が出来る。この点に関する実証は後述する図５に従っ
て説明する。なお、勿論図示していないが、陽極(2b)を
従来と同じように短くし、陽極(2b)から導出された内部
リード棒(3a)が管部(6)内を通過するようにしてもよ
い。この場合でも陽極(2b)側の空間が広くなる分だけ熱
の放散がしやすくなり、陽極(2b)の損耗を抑制できる。

【００２０】次に、本発明の第２実施例を図２に従って
説明する。第１実施例での説明と一致する部分は説明を
省略し、相違点を中心に詳述する。この場合は、封切部
(7)の位置が、図１に示す第１実施例と相違する。即
ち、封入物充填に用いられた封切部(7)が管部(6)に形成
されているのである。この場合は、第１実施例の作用効
果に加えて、次のような作用効果を奏する。即ち、封切
部(7)が管部(6)に設けられているので、陰極(2a)の先端
近傍に発生した輝点(11)及びその極く近傍の光は球体部
(1a)を通って外部に放出されるが、球体部(1a)に封切部
(7)がないので、この場合、前記光は従来例と違って封
切部(7)に阻害される事なく外部に放出される。従っ
て、この光を利用した場合、スクリーン(10)に封切部
(7)に起因するような影が発生せず、スクリーン(10)上
の輝度は均一輝度となる。

【００２１】以上のように形成された直流点灯放電灯
(A)は、一般照明用として使用してもよいが、光学機器
に組み込まれて使用される場合には、一般的にリフレク
タ(8)に装着して使用される。この場合、前述したよう
に封切部(7)がスクリーン(10)の輝度の均一性を落とす
原因となるし、影を形成する原因となる。図１の直流点
灯放電灯(A1)は、封切部(7)が球体部(1a)にあるので、
これが邪魔をしてスクリーン(10)の輝度の均一性の改善
や影をなくすという事は出来ないが、図２に示す直流点
灯放電灯(A2)ではこれが可能となる。この点をリフレク
タ(8)と共に説明する。

【００２２】図２に示す直流点灯放電灯(A2)は、直流電
流を印加するとその電極(2a)(2b)間アーク(12)が発生す
る。アーク(12)は、陰極(2a)の近傍に現れる輝点(11)と
その周囲に発生する明るい発光部(13)とで構成される。
この直流点灯放電灯(A2)をリフレクタ(8)に装着して使
用する場合、前記輝点(11)の発生部分がリフレクタ(8)
の焦点に一致するように、陽極側封止部(5)がリフレク
タ(8)の筒部(8a)に挿入され、接合剤で接着或いは金属
部材でメカニカルに固定され使用される。

【００２３】このように形成されたリフレクタ(8)付き
の直流点灯放電灯(A2)はある種の光学機器に装着して使
用されるのである。この種類の光学機器ではＬＣＤパネ
ルが装着され、その背後にリフレクタ(8)付きの直流点
灯放電灯(A2)が配置されて光源として使用され、前記Ｌ
ＣＤパネルの液晶部分(9)又はアパーチャを通って液晶
部分(9)又はアパーチャの画像がスクリーン(10)に映し
出される。従って直流点灯放電灯(A)から出た光の内、
光を有効利用する事ができる範囲は液晶部分(9)或いは
アパーチャを通過するものだけであり、それ以外の範囲
を照射してもスクリーン(10)に到達しない。

【００２４】今、封切部(7)が球体部(1a)に設けられて
いる直流点灯放電灯(B)と、封切部(7)が管部(6)に設け
られている直流点灯放電灯(A2)とを比較してみると、前
者では輝点(11)とその極く近傍の光の一部が封切部(7)
を通過し、更に液晶部分(9)或いはアパーチャを通過
し、スクリーン(10)に投影される。この時、封切部(7)
を通過した光は封切部(7)に起因した影をスクリーン(1
0)に形成する。

【００２５】一方、管部(6)に封切部(7)が設けられてい
る場合には、球体部(1a)を通過する光はすべて封切部
(7)を通過しない歪みのない光であり、そして、その光
の内の一部がアパーチャ(9)を通過してスクリーン(10)
に投影されるので、スクリーン(10)に封切部(7)の影を
生じるような事がない。

【００２６】（実施例１）次に、従来ランプ(B)と本発
明ランプ(A)《(A1)(A2)》との寿命を比較した。図５の
縦軸には光束減衰率％を取り、横軸に時間をとった。曲
線(A)は本発明ランプ(A2)の光束減衰率を示し、曲線(B)
は従来ランプ(B)の光束減衰率を示す。グラフから分か
るように従来ランプ(B)の光束減衰率は点灯初期に大き
く下がり、その後なだらかに減衰していくのに対して、
本発明ランプ(A1)(A2)では、点灯初期の急激な減衰が見
られず、全体になだらかな減衰しており、従来ランプ
(B)に比べて寿命の大幅改善がなされている事が分か
る。

【００２７】（実施例２）図２に示す直流点灯放電灯(A
2)に所定量の水銀と金属ハロゲン若しくはハロゲン化水
銀を封入し、アルゴンガスやその他の不活性ガスが所定
量封入されている。電極間距離は、１.５ｍｍである。
この直流点灯放電灯(A2)を２５０Ｗの電子安定器で直流
点灯させ、その明るさとスクリーン(10)上での輝度ムラ
及び寿命の面で従来の直流点灯放電灯(B)と比較した。
点灯条件は従来の放電灯(B)も同じである。 （表 １）スクリーンでの明るさの比較 ワーキング距離(mm) アパーチャ直径(mm) 全光束(1m) １従来ランプ ４８ ８ ４４１０ ２従来ランプ ４８ ８ ４５５０ ３従来ランプ ４８ ８ ４３２０ ４従来ランプ ４８ ８ ４２５０ ５従来ランプ ４８ ８ ４５２０ 平 均 ４４１０ １本発明ランプ ４８ ８ ５２００ ２本発明ランプ ４８ ８ ５１５０ ３本発明ランプ ４８ ８ ５３００ ４本発明ランプ ４８ ８ ５５００ ５本発明ランプ ４８ ８ ５４００ 平 均 ５４１０ 表１から、本発明ランプ(A2)は、封止部(7)を管部(6)に
移動させた事により、全光束が増し、明るさが格段に増
した事が分かる。なお、ワーキング距離とは、リフレク
タ(8)の開口部からアパーチャ(9)迄の距離(L)である。

【００２８】次に、従来ランプ(B)と本発明ランブ(A2)
との輝度ムラの範囲と輝度ムラ％の比較を４０インチス
クリーンにて行った。輝度ムラ％は、認識出来る輝度ム
ラの最低照度（ｘ）と最高照度（ｙ）を測定しその比率
を計算したものである。（ｘ／ｙ＊１００％） （表 ２）輝度ムラ試験 目視評価 輝度ムラ範囲(mm) 輝度ムラ％ １従来ランプ 認識出来る ７０ ７５ ２従来ランプ 認識出来る ７０ ７０ ３従来ランプ 認識出来る ５０ ８０ ４従来ランプ 認識出来る ７０ ７０ ５従来ランプ 認識出来る ８０ ６０ 平 均 ６８ ７１ １本発明ランプ 認識不可 ０ ０ ２本発明ランプ 認識不可 ０ ０ ３本発明ランプ 認識不可 ０ ０ ４本発明ランプ 認識不可 ０ ０ ５本発明ランプ 認識不可 ０ ０ 平 均 ０ ０ 表によれば、リフレクタ(8)付きの本発明ランプ(A2)
は、アパーチャ(9)が通過する光が封切部(7)を通過しな
いので、目視検査による影の発生は認められず、輝度ム
ラの範囲も０であるし輝度ムラ％も０であるという優れ
た性能を呈するようになった。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明ランプでは、
球体部と陽極側封止部との間に管部が形成されているの
で、直流点灯時の陽極の温度上昇が抑制され、ランプ寿
命の向上を図る事が出来る。また、陽極を球体部から管
部内にかけて配置するようにすることによって、陽極全
長を従来例に比べて長くする事が出来、熱容量を大きく
すると同時に熱放散を容易にし、これによりランプ寿命
の向上を図る事が出来る。 更に、封切部を管部に形成する事により、球体部を通
って外部に放出される光が封切部に阻害されず、スクリ
ーンに封切部に起因するような影が発生せず、スクリー
ン上の輝度が均一となる。 また、管部に封止部を設けた直流点灯放電灯をリフレ
クタに装着した場合、封切部がリフレクタの中央取付孔
の近傍に位置する事になり、たとえ封切部を通った光が
リフレクタにて反射されたとしても、スクリーンを照射
する光の通過を限定するアパーチャを通過するような光
とならず、スクリーンに影を生じさせるような事がな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の直流点灯放電灯の断
面図

【図２】本発明に係る第２実施例の直流点灯放電灯の断
面図

【図３】本発明に係る直流点灯放電灯をリフレクタに装
着して点灯した場合の説明用断面図

【図４】従来の直流点灯放電灯の点灯部分の断面図

【図５】本発明ランプと従来ランプとの光束減衰率−時
間との比較グラフ

【符号の説明】

(1)…ランプ容器 (1a)…球体部 (2a)…陰極 (2b)…陽極 (3)…給電部材 (4)…陰極側封止部 (5)…陽極側封止部 (6)…管部 (7)…封切部 (8)…リフレクタ (9)…アパーチャ (10)…スクリーン (11)…輝点 (12)…アーク (13)…発光部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極と陰極とが収納されている球体部
   と、前記両電極に給電するための給電部材が挿通されて
   いる封止部と、陽極側封止部と球体部との間に設けら
   れ、球体部と陽極側封止部とを結ぶ管部とで構成されて
   いる事を特徴とする直流点灯放電灯。
2. 【請求項２】 陽極が球体部から管部内にかけて配置
   されている事を特徴とする請求項１に記載の直流点灯放
   電灯。
3. 【請求項３】 陽極と陰極とが収納されている球体部
   と、前記両電極に給電するための給電部材が挿通されて
   いる封止部と、陽極側封止部と球体部との間に設けら
   れ、球体部と陽極側封止部とを結ぶ管部とで構成されて
   いる直流点灯放電灯において、 封入物充填に用いられた封切部が該管部に形成されてい
   る事を特徴とする直流点灯放電灯。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の直流点灯放電灯の陽
   極側封止部をリフレクタの中央取付孔に装着してなる事
   を特徴とする直流点灯放電灯をリフレクタに装着した光
   源。