JP3480454B2 - ショートアーク型超高圧放電ランプ - Google Patents
ショートアーク型超高圧放電ランプInfo
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Description
圧が150気圧以上となるショートアーク型超高圧放電
ランプに関し、特に、液晶ディスプレイ装置やDMD
(デジタルミラーデバイス)を使ったDLP(デジタル
ライトプロセッサ)などのプロジェクター装置のバック
ライトとして使うショートアーク型超高圧放電ランプに
関する。
のスクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をも
って画像を照明させることが要求され、このため、光源
としては、水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタル
ハライドランプが使われている。また、このようなメタ
ルハライドランプも、最近では、より一層の小型化、点
光源化が進められ、また電極間距離の極めて小さいもの
が実用化されている。
ハライドランプに代わって、今までにない高い水銀蒸気
圧、例えば150気圧、を持つランプが提案されてい
る。これは、水銀蒸気圧をより高くすることで、アーク
の広がりを抑える(絞り込む)とともに、より一層の光
出力の向上を図るというものである。このような超高圧
放電ランプは、例えば、特開平2−148561号、特
開平6−52830号に開示されている。
は、発光管内の圧力が点灯時に極めて高くなるので発光
管部の両側に延在する側管部においては、当該側管部を
構成する石英ガラスと電極および給電用金属箔を十分か
つ強固に密着させる必要がある。密着性が悪いと封入ガ
スが抜けたり、あるいはクラック発生の原因になるから
である。このため、側管部の封止工程では、例えば、2
000℃もの高温で石英ガラスを加熱して、その状態に
おいて、厚肉の石英ガラスを徐々に収縮したり、あるい
は、石英ガラスをピンチシールすることで側管部の密着
性を上げている。
を焼き込むと、石英ガラスと、電極あるいは金属箔との
密着性は向上するものの、それでもなお、放電ランプ完
成後に側管部が破損し易くなるという問題が発生した。
この問題は、加熱処理後に側管部の温度が徐々に下がる
段階において、電極を構成する材料(タングステン)と
側管部を構成する材料(石英ガラス)との膨張係数の違
いによって相対的な伸縮量が異なり、これが原因して両
者の接触部分にクラックが発生するものとと考えられ
る。このクラックは当初はごく小さいものではあるが、
ランプ点灯中の超高圧状態とも相俟ってクラックの成長
を導き、これが原因となって放電ランプの破損を導くも
のと考えられる。
示す構造が提案されている。この図は放電ランプの一部
を拡大したものであって、発光管部10に側管部11が
繋がり、電極2は側管部11の中で金属箔3と接合され
る。そして、側管部11に埋設される電極2にはコイル
部材5が巻回されている。この構造は電極2に巻回させ
たコイル部材5によって、電極2の熱膨張に起因する石
英ガラスへの応力を緩和させるものであり、例えば、特
開平11−176385号に記載されている。
2の熱膨張を緩和させたとしても、現実には、電極2や
コイル部材5の周辺にクラックKが残るものであった。
このクラックKは、非常に微小なものではあるが、発光
管部10の水銀蒸気圧が150気圧程度というような場
合には、時として、側管部11の破損につながる場合が
ある。また、近年、200気圧、さらには300気圧と
いう非常に高い水銀蒸気圧が要求されており、このよう
な高い水銀蒸気圧においては、ランプ点灯中に、クラッ
クKの成長が促進され、結果として、側管部11の破損
が顕著に起こるという問題があった。つまり、クラック
Kの存在が最初は微少なものであったとしても、高い水
銀蒸気圧におけるランプの点灯において次第に大きく成
長してしまうということである。これは50〜100気
圧程度の点灯時蒸気圧を有する水銀ランプにおいては決
して存在しない新規な技術的課題であるといえる。
問題を解決するためになされたものであって、極めて高
い水銀蒸気圧で点灯する超高圧放電ランプにおいて、十
分に高い耐圧力性を有する構造を提供することである。
にこの発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、内
部に一対の電極が対向配置され、かつ、0.15mg/
mm3以上の水銀を封入した発光管部と、その両側に延
在して電極に接続された金属箔を封止する側管部からな
るショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、前記電
極の側面及び端面は、前記側管部内において当該側管部
の構成材料である石英ガラスとの間に微小空隙を形成し
て配置しており、 この電極の端面と前記金属箔によっ
て鋭角構造が形成されるとともに、この鋭角構造の中に
も石英ガラスが配置していることを特徴とする。また、
前記鋭角構造は70°以下の角度であることを特徴とす
る。
アーク型超高圧放電ランプは、側管部に発生する微少ク
ラックを完全あるいはほぼ完全に抑えることができる。
これは側管部に位置する電極(電極棒)は、その表面
(端面も含む)において、石英ガラスとの間に空隙を有
しているため、石英ガラスと電極の境界は密着していな
いからである。そして、このような構造であれば、電極
の表面が石英ガラスと接触していないので、電極が石英
ガラスと相対的に移動しても、両者の間にこの移動によ
るクラックは当然に発生しないということになる。
168798号において、図7に示すような電極の表面
に空隙を設ける側管部の構造を提案している。図におい
て、10は発光管部、11は側管部であり、電極2は側
管部11の中で金属箔3と接合されている。電極2は、
その側面2aと端面2bにおいて微少な空隙Bを介して
石英ガラスと離れて配置している。しかしながら、この
出願に開示される構造は、電極2と石英ガラスの間のク
ラック発生を良好に防止するという意味において効果的
な構造ではあるが、このような構造により新たな問題を
発生させた。
す。図8(a)は図7のA部分の拡大図を示し、(b)
は(a)のC−C’断面を上方(D側)から見た断面図
を示し、(c)は(a)のD−D’断面を左側(C側)
から見た断面図を示す。図に示すように、空隙Bは、電
極2の側面2aおよび端面2bまで存在している。とこ
ろが、このような空隙Bを形成させると、電極2の端面
2bにおいて、石英ガラス、金属箔3で囲まれる領域
に、楔型の空隙Xが不所望に発生してしまう。
は、空隙Bを介して発光管部10と直接繋がっているた
め、発光管部10内で生じる高い気圧(150気圧以
上)が、同じように加わることになる。この高気圧は、
楔型空隙Xにおいて図示矢印方向P3、P4に強く加わ
ることになり、これが原因して石英ガラスと金属箔3を
引き剥がすように作用してしまう。このような現象は、
石英ガラスと金属箔の剥がれを最終的に導くことにな
り、結果として、放電ランプの破損を導いてしまうこと
になる。また、このような現象は、発光管部と電極端面
が空隙により連結した構造を有するとともに、本発明の
ように内圧が100気圧以上、より高くは150、20
0、さらには300気圧以上という極めて高圧な放電ラ
ンプにおいて生じる特有の技術的課題であるといえる。
を設けること、さらに、発光部の内圧が150気圧以上
というきわめて高い放電ランプの特有の技術的課題を解
決することを目的として、発明者らが鋭意検討した結
果、電極の端面の形状を工夫したものである。
水銀ランプについて説明するが、まず、図1を使って、
放電ランプの全体構造について説明する。放電ランプ1
は、石英ガラスよりなる発光管部10をほぼ中央に有
し、その両端に側管部11を有する。側管部11は石英
ガラスにより気密に封止されている。
対の電極2が、例えば、2.5mm以下の間隙をもって
配置される。電極2の一端側は金属箔3が溶接されてお
り、金属箔3および電極2の一部が側管部11に埋設さ
れて封止されている。そして、金属箔3の他端は外部リ
ード4が接合されている。なお、電極2の先端にはコイ
ル21が巻回されているが、これは点灯始動性を改善す
るものであり、タングステンが4〜5回巻き付けられて
いる。
封入され、また、点灯始動ガスとしてアルゴン、キセノ
ン等の希ガスが封入される。水銀の封入量は、安定点灯
時の蒸気圧が150気圧以上、好ましくは200気圧以
上、より好ましくは300気圧以上になる相当量が、そ
れぞれ計算されて封入されている。例えば,水銀蒸気圧
が150気圧以上になる場合は、水銀封入量は、0.1
5mg/mm3以上となる。
界部分の拡大図を示すもので、図7や図10に対応する
ものである。図に示すように、側管部11内において、
電極2は、金属箔3との溶接部分において溶着されてお
り、それ以外の領域は側管部11を構成する石英ガラス
との間に空隙Bを有している。具体的には、電極2は、
その側面2aと封止側端面2bでは、側管部11の材料
である石英ガラスとは接触していない。なお、金属箔3
や空隙Bなどは、現実にはきわめて小さく、あるいは薄
いものではあるが、図においては発明を説明するという
理由から誇張して表現している。また、図3は、同じく
電極の端部2bを示すもので、図8に対応したものであ
る。(a)は電極端部の拡大図、(b)は(a)のC−
C’断面を上方(D側)から見た断面図を示し、(c)
は(a)のD−D’断面を左側(C側)から見た断面図
を示す。
部を構成する材料の膨張係数の違いによって電極が拘束
されることなく自由に軸方向に伸縮できるという観点か
ら決まるものであり、電極がタングステンよりなり側管
部が石英ガラスからなる場合は、空隙の幅Bは6〜16
μmの範囲から選択され、空隙Bの電極の長さ方向には
3〜5mm存在する。因みに、電極の外径は、例えば、
0.4〜1.3mmΦである。このような空隙Bを作る
ことによって、電極と石英ガラスが相対的に移動するこ
とによるクラックの発生を良好に防止することができ
る。また、本願発明は、さらに、電極2の外方側の端面
における形状が図7に示すような平端ではなく、電極の
端面と金属箔で鋭角構造を形成するようになっており、
このような構造により、空隙Bを設けることにより生ず
る前記技術的問題、すなわち楔型の不所望な空隙Xの発
生とその成長を良好に防止することができる。
すように電極端部は平端面(電極の長手方向に垂直な平
面)ではなく球面状、あるいは曲面状になっており、こ
れにより、電極周囲に形成される空隙Bもほぼ同様な形
状として形成される。そして、電極端部と金属箔2は鋭
角構造を形成するとともに、この鋭角構造の中にも、図
示11aのように石英ガラスが入り込んでいる。ここ
で、「鋭角構造」とは空隙Bの電極端面と金属箔3で形
成される図示Θを意味する。そして、石英ガラス11a
に対して、空隙Bからの高い圧力Pが図示矢印方向に加
わり、この圧力Pは、角度Θによって分力P1と分力P
2に分かれ、分力P2が石英ガラス11aと金属箔3を
密着させるように作用する。この作用により当該部分か
らの剥離を発生させるという問題を良好に解決すること
ができる。つまり、本願発明では、電極2の端面構造を
工夫することで前記した楔型の不所望な空隙を発生させ
ておらず、したがって、楔型空隙から生じる金属箔の引
き剥がしの問題を良好に解決することが可能となる。ま
た、仮に、楔型空隙Xが製造段階において発生したとし
ても石英ガラスと金属箔を引き剥がす力P3よりも、両
者を密着させる力P2の方が強く作用するため問題の発
生を抑えることができる。
より鋭角構造については、図4に示すものに限定されな
い。図5に他の鋭角構造を表す。(a)(b)は電極の
端部を円錐形状にしたものであり、金属箔との接点にお
ける鋭角は、(a)はポイント51の鋭角Θが45°、
(b)はポイント52の鋭角Θは30°で形成されてい
る。また、(c)のように円柱状電極を斜めに切断した
形状であってもよく、ポイント53の鋭角Θは45°で
形成されている。なお、電極端部に形成される鋭角構造
は、このような実施例のものに限定されるものではな
く、その他の構造を採用することが可能である。また、
鋭角構造で形成される角度についても種々の角度を採用
することができる。
面と金属箔で形成する鋭角構造において鋭角Θと分力と
の関係を検討した。この構造は、下記段落0025に記
載する構造を有する放電ランプでの関係を示す。図6に
おいて、横軸は角度Θを示し、20°〜90°の範囲で
データを採取している。縦軸は楔型空隙に発生する不所
望な分力、すなわち、図4、図9におけるP3を示す。
なお、角度Θが90°とは、図8に示す従来の電極端面
構造を意味するものである。図6に示す関係から、角度
Θが70°を下回ったときに、楔型空隙に発生する不所
望な分力がマイナスになっていることが分かる。このこ
とは角度Θで定義される鋭角構造において、角度Θが7
0°を下回ると、金属箔と石英ガラスを引き離す応力P
3に対して両者を密着させる応力P2が上回ることを意
味するものである。そして、角度Θが小さくなるほど、
応力P3が小さくなることが明確に示されている。すな
わち、角度Θが70°を下回ると、本発明の効果を顕著
に発生させるとともに、55°、40°、20°と小さ
くなるに従い、より効果が大きくなることも分かる。ま
た、角度Θが70°より大きい場合であっても、応力P
3を応力P2より小さくすることはできないものの、角
度Θが90°の場合よりは、その差を減少させることが
できる。
れば空隙Bの大きさ、電極端面の面積、放電空間の内圧
などの条件により異なるものであり、上記角度Θが70
°という数値についてもこれらの条件を考慮する必要が
あるが、本発明者らは種々の実験などから、水銀蒸気圧
が150気圧以上であり、空隙Bが6〜16μmのもの
であれば、角度Θが70°であれば、ほぼ同様の効果を
有することを確認している。本発明の放電ランプの製造
方法については、本出願人の先の出願である特願200
0−168798号を参照にされたい。特に、電極2の
側面、および端面に空隙Bを形成する方法について説明
されている。
ランプの陽極、陰極のどちらにも好適に採用することが
でき、好ましくは両方の電極に採用することである。
ランプの数値例を紹介する。 陰極の外径 : 0.8mm 陽極の外径 : 1.8mm 側管部の外径 : 6.0mm ランプ全長 : 65.0mm 側管の長さ : 25.0mm 発光管の内容積: 0.08cc 電極間距離 : 2.0mm 定格点灯電圧 : 200w 定格点灯電流 : 2.5A 封入水銀量 : 0.15mg/mm3 希ガス : アルゴンを100Torr
ーク型超高圧放電ランプは、電極と側管部を構成する石
英ガラスとの間に微小空隙を設けることで、この部分に
おけるクラックの発生を良好に防止することができる。
また、電極端面と金属箔との間に鋭角構造を形成するよ
うにしたので、当該部分における楔型空隙の発生と成長
を良好に抑えることができる。
ある。
部分図である。
部分図である。
部分図である。
他の実施例を示す。
圧放電ランプの部分図を示す。
圧水銀ランプの部分図を示す。
圧放電ランプの部分図を示す。
超高圧水銀ランプの部分図を示す。
示す。
Claims (2)
- 【請求項1】内部に一対の電極が対向配置され、かつ、
0.15mg/mm3以上の水銀を封入した発光管部
と、その両側に延在して電極に接続された金属箔を封止
する側管部からなるショートアーク型超高圧放電ランプ
において、 前記電極は、その側面及び端面において前記側管部の構
成材料である石英ガラスとの間に微小空隙を形成して配
置され、 この電極の端面と前記金属箔によって鋭角構造が形成さ
れるとともに、この鋭角構造の中にも石英ガラスが配置
していることを特徴とするショートアーク型超高圧放電
ランプ。 - 【請求項2】前記鋭角構造は70°以下の角度で形成さ
れることを特徴とする請求項1のショートアーク型超高
圧放電ランプ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001178301A JP3480454B2 (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | ショートアーク型超高圧放電ランプ |
EP02012823.7A EP1271595B1 (en) | 2001-06-13 | 2002-06-10 | Super-high pressure discharge lamp of the short arc type |
US10/167,572 US6762557B2 (en) | 2001-06-13 | 2002-06-13 | Super-high pressure discharge lamp of the short arc type |
CNB021230145A CN100416745C (zh) | 2001-06-13 | 2002-06-13 | 短弧型超高压放电灯 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001178301A JP3480454B2 (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | ショートアーク型超高圧放電ランプ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002373623A JP2002373623A (ja) | 2002-12-26 |
JP3480454B2 true JP3480454B2 (ja) | 2003-12-22 |
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ID=19019023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001178301A Expired - Lifetime JP3480454B2 (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | ショートアーク型超高圧放電ランプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3480454B2 (ja) |
-
2001
- 2001-06-13 JP JP2001178301A patent/JP3480454B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2002373623A (ja) | 2002-12-26 |
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