JP4013849B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶プロジェクタ装置や、ＤＬＰプロジェクター装置などの大画面投影装置用の光源に使用される光源装置に関する。特に、超高圧水銀ランプが組み込まれ、ランプ点灯時に外部リードが高温となる構造の光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型プロジェクタ装置は、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る。このため、光源としては、水銀を発光物質とする水銀ランプ、金属ハロゲン化物を発光物質とするメタルハライドランプ、キセノンガスを発光物質とするキセノンランプなどのショートアーク型高圧放電ランプが用いられている。
【０００３】
近年、投射型プロジェクタ装置用の光源として、極めて高い水銀蒸気圧、例えば、２×１０７Ｐａ（１９７気圧）以上をもつ超高圧水銀ランプが提案されている。このランプは、水銀蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを抑えるとともに、より一層の光出力の向上を図るというものであり、例えば、特開平２−１４８５６１号、特開平６−５２８３０号に開示されている。
【０００４】
一方、プロジェクタ装置は、ＤＭＤ（マイクロミラーデバイス）を用いたＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）方式が採用されたことにより、液晶パネルを使う必要がなくなり、一層小型化が注目されつつある。そして、このような投射型プロジェクタ装置においては、光源として用いられる超高圧水銀ランプの一層の小型化および高出力化が求められるとともに、ランプとランプが組み込まれた反射鏡とからなる光源装置自体の小型化も求められている。
【０００５】
図９は、投射型プロジェクタ装置に搭載される従来の光源装置を説明するための断面図である。
図９に示すように、光源装置１００に組み込まれた超高圧水銀ランプ９０は、発光部９１とその両端に連続して形成された封止部９２とを有し石英ガラスからなる放電容器９３と、封止部９２に埋設された金属箔９４の一端に接続された一対の電極（陽極９５、陰極９６）と、金属箔９４の他端に接続された一対の外部リード９７とから構成される。
光源装置１００は、超高圧水銀ランプ９０の一方の封止部９２が反射鏡１０１の開口部１０２側（出射方向１０３側）に配置される。他方の封止部９２は、反射鏡１０１の頂部１０４（中心孔）から突出して、接着剤を介して反射鏡１０１に支持されている。また、他方の封止部９２の端部には口金１０５が取り付けられている。開口部１０２には、前面ガラス１０６が取り付けられることによって、反射鏡１０１と前面ガラス１０６との間に密閉空間１０７が形成される。封止部９２に埋設された金属箔９４に接続され当該封止部９２から外方に突出している外部リード９７と給電線１０８とは、スリーブ部材１０９に接続されることによって電気的に接続されている。この給電線１０８は、反射鏡１０１の給電線用開口部１１０を通って、反射鏡１０１の外部に伸ばされ、不図示の外部回路に電気的に接続される。
【０００６】
しかしながら、図９に示すような従来の光源装置によると、反射鏡に組み込まれた超高圧水銀ランプ自体が非常に小型で熱的条件の厳しいものであり、さらに、ランプが点灯時に万一破損した場合にガラス破片が飛散してプロジェクター機器の内部を損傷することを防止するためランプ四方を反射鏡と前面ガラスとで囲まれた密閉構造であるため、ランプ点灯時におけるランプ各部は高温に達する。特に、反射鏡からの照り返しを受ける前面ガラス側封止部から突出する外部リードの温度は５００℃以上もの高温に達する傾向にあり、このような過酷な温度条件下では、外部リードを構成するモリブデンあるいはタングステンが早期に酸化することにより蒸発してやせ細り、遂には断線してランプが不点灯になるため、光源装置として所望の使用寿命が得られないという問題が発生した。
【０００７】
このような問題を解決するため、従来は封止部から突出する外部リードの酸化防止を目的として、例えば特開平２−１６０３５８号公報に開示されるように封止部から突出する外部リードの表面を耐熱セメントにより被覆する方法や、特開２００２−３７３６２０号公報に開示されるように外部リードの表面を低融点ガラス中に当該低融点ガラスより高い軟化点を有する粉末状の無機骨材を分散させた耐熱性被覆層により被覆する方法が知られている。
【０００８】
しかしながら、外部リードを耐熱性セメントで被覆する方法によると、耐熱性セメントが、ランプの点灯消灯の繰り返しによりひび割れが生じて外部リード表面から剥離するため十分な耐熱効果が得られないため上記問題を解決できない上に、被覆部分の容量が大きくなるため照度が低下したり被照射面に照度むら等の光学上の問題が発生するため、好ましくない。また、外部リードの表面を低融点ガラス中に当該低融点ガラスより高い軟化点を有する粉末状の無機骨材を分散させた耐熱性被覆層により被覆する方法は、低融点ガラスがランプ点灯時に外部リードから滑り落ちてしまい、外部リードの酸化を防止する機能が損なわれるため上記問題を解決できないことが判明した。
すなわち、図６に示す光源装置のような構造においては、ランプ点灯時に外部リードが非常に高温となるため、従来技術を適用するのみでは解決不可能な問題点が存在する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２−１４８５６１号
【特許文献２】
特開平６−５２８３０号
【特許文献３】
特開平２−１６０３５８号
【特許文献４】
特開２００２−３７３６２０号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ランプ点灯時における封止部から突出する外部リードの温度を低下させ外部リードの断線を防止することにより、所望の使用寿命を有する光源装置を提供することを目的とする。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の光源装置は、発光部とその両端に連続して形成された封止部とを有し、石英ガラスからなる放電容器と、封止部に埋設された金属箔に接続され当該封止部から外方に突出する外部リードとからなる超高圧水銀ランプと、この超高圧水銀ランプを取り囲むように配置された、光出射方向に前面ガラスを有する反射鏡とからなり、
前記外部リードは、前記前面ガラス側に位置する封止部から外方に突出している部分に対し、金属からなる放熱部材が少なくとも１箇所で接続されていると共に、当該外方に突出している部分を取り囲むように低融点ガラスからなる被覆層が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の光源装置は、前記放熱部材がコイル状に形成されたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の光源装置は、前記低融点ガラスが酸化ホウ素、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ケイ素、酸化リン、酸化カルシウムのうち１種類以上を含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明の光源装置によると、光源装置に組み込まれた超高圧水銀ランプの封止部に埋設された外部リードは、前面ガラス側の封止部から外方に突出している部分を取り囲むように金属からなる放熱部材および低融点ガラスからなる被覆層が設けられ、さらに、放熱部材と低融点ガラスのいずれか一方あるいはその両方と当接する構造である。これにより、放熱部材による放熱効果により外部リードの温度が下がるので外部リードを構成する物質が酸化して蒸発することを防止できる。さらに、低融点ガラスからなる被覆層は、放熱部材により保持されているためランプ点灯中に滑り落ちることを抑制できる。さらに、被覆層を構成する低融点ガラスがランプ点灯時に適度の粘性を持つことにより外部リード表面が十分に被覆されるので、外部リード表面が酸化環境に暴露されることがない。したがって、所望の使用寿命を有する光源装置を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明の光源装置について説明する。図１は、本発明の光源装置に組み込まれた超高圧水銀ランプを説明するための断面図である。図２は、本発明の光源装置を説明するための断面図である。図３は、図２に示す点線部分Ａの拡大断面図である。図４は、図３の外部リード表面構造の形成方法について説明する正面図である。図５は、図３における他の実施形態を説明するための断面図である。
【００１６】
図１に示すように、超高圧水銀ランプ１０は、発光部１１とその両端に連続して形成された封止部１２とを有し石英ガラスからなる放電容器１３と、封止部１２に埋設された金属箔１４の一端に接続された一対の電極（陽極１５、陰極１６）と、金属箔１４の他端に接続された一対の外部リード１７とから構成される。放電容器内に形成された放電空間１８内には、発光物質として水銀が所望の封入圧となるように封入されるとともに、アルゴンが１．３×１０４Ｐａ封入される。
【００１７】
図２に示すように、光源装置２０は、放電ランプ１０の一方の封止部１２が前面ガラス２６側（光出射方向２３側）に配置される。他方の封止部１２は、反射鏡２１の頂部２４（中心孔）から突出して、接着剤を介して反射鏡２１に支持されている。また、封止部１２の端部には口金２５が取り付けられている。開口部２２には、前面ガラス２６が取り付けられることによって、反射鏡２１と前面ガラス２６との間に密閉空間２７が形成される。
また、一方の（前面ガラス２６側の）封止部１２から外方に突出する外部リード１７は、給電線２８が接続されたスリーブ部材２９と電気的に接続され、給電線２８は反射鏡２１に設けられた給電線用開口部３０を通って反射鏡２１の外部に伸ばされ、不図示の外部回路に接続される。
【００１８】
図３に示すように、外部リード１７は、前面ガラス２６側の封止部１２から外方に突出している部分の表面に、高融点金属からなりコイル形状を有する放熱部材３１が設けられるとともに、放熱部材３１の上を覆うように低融点ガラスからなる被覆層３２が設けられている。
尚、図３においては、スリーブ部材２９は、その表面が放熱部材３１によって覆われていないが、その表面を覆うように放熱部材３１を設けても良い。
【００１９】
図４を参照して、外部リード１７の表面構造の形成方法について以下に説明する。図４（ａ）に示すように、放熱部材３１となるべき金属からなる線状部材３１０を周回部３１１を複数有するコイル形状に形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、コイル形状に形成された線状部材３１０を封止部１２から突出する外部リード１７の表面に当接するように取り付け、線状部材３１０を外部リード１７に対して溶接することにより放熱部３１を形成する。その後、図４（ｃ）に示すように、放熱部３１の表面にハケ等を用いて低融点ガラスを塗布し、この部分をバーナー等であぶることによって低融点ガラスを加熱溶融させた後、自然冷却されると被覆層３２が形成される。尚、加熱溶融させる方法として、電気炉による加熱方法や、被覆層３２となるべき低融点ガラスが塗布された外部リード１７を有するランプを点灯させることによる加熱方法を用いても良い。
【００２０】
このような被覆層３２は、放熱部材３１がコイル形状であることにより、図４（ｃ）において外部リード１７表面に設けられた放熱部材３１表面に低融点ガラスを塗布しバーナー等の加熱により溶融した際に、各々の周回部３１１間に存在する隙間に低融点ガラスが入り込み、その状態で自然冷却されると放熱部材３１に保持されるように形成されるため、容易に放熱部材３１から剥離することがない。
【００２１】
放熱部材３１を構成する金属は、外部リード１７を構成するモリブデン若しくはタングステンと同等若しくは同等以上の耐熱性のある金属であることが好ましい。具体的には、外部リード１７がモリブデンからなる場合は、例えば、鉄とニッケルからなる合金、クロムとニッケルからなる合金、ニッケル、カンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル鍍金を施した銅のいずれかであることが好ましい。
【００２２】
放熱部３１となるべきコイル形状を有する金属製の線状部材３１０は、外部リード１７の全表面を覆うように設けることが好ましいが、これに限るものではなく光源装置の仕様に応じて適宜変更可能である。例えば、図３において放熱部材３１は、外部リード１７の根元部１７ａが高温となる場合は少なくとも根元部１７ａ周辺に設け、外部リード１７の先端部１７ｂが高温となる場合は少なくとも先端部１７ｂ周辺に設ければ良い。尚、線状部材３１０の数値例を挙げると、線径が０．３ｍｍ、全長が３ｍｍである。
【００２３】
被覆層３２を構成する低融点ガラスは、放電容器１３を構成する石英ガラスよりも軟化点の低いものが好ましい。具体的には、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）のうち１種類以上を含んでいることが好ましい。
図３に示す被覆層３２を構成する低融点ガラスは、例えば、酸化ホウ素と酸化ビスマスと酸化亜鉛を含むもの、酸化スズと酸化亜鉛と酸化リンを含むもの、酸化ケイ素と酸化ホウ素と酸化カルシウム（ＣａＯ）を含むものを用いることができる。尚、被覆層３２の数値例を挙げると、その厚みが１ｍｍである。
【００２４】
このような被覆層３２は、ランプ点灯時に放熱部材３１あるいは外部リード１７表面から剥離することを防止するため、軟化点が４００〜７５０℃の範囲にあることが好ましい。
【００２５】
上記数値範囲の軟化点を有する低融点ガラスからなる被覆層３２は、図２に示す光源装置２０において、ランプ点灯時における外部リード１７の温度が４００℃以上もの高温になった場合に適度の粘性を有することにより、放熱部材３１または外部リード１７に効果的に付着し剥離することがない。
一方、低融点ガラスは、その軟化点が７５０℃を超えると粘性を持たないためランプ点灯時にひび割れを起こしたり、放熱部材３１または外部リード１７から剥離したりする怖れがあり、軟化点が４００℃未満であるとランプ点灯時に低融点ガラスが溶融して放熱部材３１または外部リード１７から流失してしまうため好ましくない。
【００２６】
被覆層３２は、放熱部材３１の全表面および放熱部材３１が設けられていない外部リード１７の表面を全て覆うように設けることが好ましいが、光源装置の仕様に応じて適宜変更が可能であり、要は外部リード１７が酸化しないように設ければ良い。
【００２７】
以上のような、本発明の光源装置によると、外部リードは、その表面が金属からなる放熱部材によって覆われているので、その表面積を大きくすることによる放熱効果により外部リードを構成する物質が酸化して蒸発することを防止できる。さらに、放熱部材は、低融点ガラスからなる被覆層を保持する機能も有しているため、ランプ点灯時に被覆層が滑り落ちることを効果的に防止できる。さらに、被覆層を構成する低融点ガラスがランプ点灯時に適度の粘性を持つことにより外部リード表面が十分に被覆されるので、外部リード表面が酸化環境に暴露されることがない。したがって、外部リードが断線することがないので、所望の使用寿命を有する光源装置を提供することができる。
【００２８】
ここで、本発明は、図５に示すように、外部リード１７と放熱部材３１との間に被覆層３２が設けられた構造であっても良い。具体的には、図５（ａ）に示すように外部リード１７の表面に低融点ガラスからなる被覆層３２を設け、この上を覆うように放熱部材３１を設けた構造にしても良い。この場合には、外部リード１７から効果的に放熱させるためコイル状の放熱部材３１は、外部リード１７と少なくとも１箇所で接続されている必要がある。
図５（ａ）に示す構造によると、ランプ点灯時に外部リード１７にて発生した熱は、外部リード１７に接続された箇所を通じて放熱部材３１全体に伝達され大気中に放出される。また、被覆層３２が被覆層３２の上に設けられた放熱部材３１による締め付けの力によって外部リードに１７に固定されるので、ランプ点灯中に滑り落ちることを抑制できる。
【００２９】
また、図５（ｂ）に示すように放熱部３１を金属線同士の間に隙間を有するコイル状のものから形成し、金属線同士の間の隙間に低融点ガラスが入り込むように被覆層３２を形成することにより、外部リード１７が放熱部材３１と被覆層３２との両方に当接する構造にしても良い。この場合には、放熱部材３１の間に入り込む低融点ガラスの量が多くなるので、放熱部材３１が被覆層３２を保持する力が一層向上する。尚、図５に示す形態のいずれの場合にも、放熱部３１および被覆層３２は前述の００２２、００２６に記載のようにして設けても良い。
【００３０】
ここで、本発明の光源装置の他の実施形態について以下に説明する。図６は、本発明の光源装置における外部リードの表面構造の他の実施形態を説明するための上方から見た図である。外部リードの表面構造を除く全体構成は、図２と同様であり、図３と同一符号は同一部分を示すので説明は省略する。
【００３１】
図６（ａ）に示すように、外部リード１７は、封止部１２から外方に突出している部分の表面に平板状の放熱部材６１が溶接等により接続されており、放熱部材６１の表面および放熱部材６１が設けられていない外部リード１７の表面を覆うように低融点ガラスからなる被覆層３２が設けられている。放熱部材６１は、長手方向１００の最大長Ｌ１００が１０ｍｍ、長手方向１００との直交方向１０１における最大長Ｌ１０１が４０ｍｍ、最大厚みが１ｍｍである。尚、図６（ａ）においては、放熱部材６１は、長手方向１００と直交するように配置されているが、長手方向１００に対して沿うように、若しくは斜めになるように配置しても良い。
図６（ａ）においては、図５に示す構造を参考にして外部リード１７と放熱部材６１との間に被覆層３２を設けても良い。この場合には、平板状の放熱部材６１と外部リード１７とは少なくとも１箇所にて接続されている必要がある。いずれの場合にも放熱部材６１、被覆層３２は、それぞれ、００２２、００２６のようにして設けても良い。
【００３２】
図６（ｂ）に示すように、外部リード１７は、封止部１２から外方に突出している部分の表面に箔状の放熱部材６２が溶接等により接続されており、放熱部材６２の表面および放熱部材６２の設けられていない外部リード１７の表面を覆うように低融点ガラスからなる被覆層３２が設けられている。放熱部材６２は、全長３ｍｍ、厚み１ｍｍである。
図６（ｂ）においては、図５に示す構造を参考にして外部リード１７と放熱部材６２との間に被覆層３２を設けても良い。この場合には、箔状の放熱部材６２と外部リード１７とは少なくとも１箇所にて接続されている必要がある。いずれの場合にも放熱部材６２、被覆層３２は、それぞれ、００２２、００２６のようにして設けても良い。
【００３３】
図６（ｃ）に示すように、外部リード１７は、封止部１２から外方に突出している部分の表面に円筒状の放熱部材６３が溶接等により接続されており、放熱部材６３の表面および放熱部材６３の設けられていない外部リード１７の表面を覆うように低融点ガラスからなる被覆層３２が設けられている。放熱部材６３は、全長３ｍｍ、厚み１ｍｍである。
図６（ｃ）においては、図５に示す構造を参考にして外部リード１７と放熱部材６３との間に被覆層３２を設けても良い。この場合には、円筒状の放熱部材６３と外部リード１７とは少なくとも１箇所にて接続されている必要がある。いずれの場合にも放熱部材６２、被覆層３２は、それぞれ、００２２、００２６のようにして設けても良い。
【００３４】
ここで、本発明の作用効果を確認するための第１の実験を行うために製作したランプについて、以下に説明する。
＜実施例１＞
図１、３、５の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分を取り囲むようにコイル状の放熱部材と被覆層とが設けられた構造の実験用ランプを２２本製作した（個々の実験用ランプの詳細は、後述の図７の実験用ランプ１〜８を参照）。尚、図７でコイルの外＋外部リードとは図３に示す構造をいい、コイルの内＋外部リードとは図５（ａ）に示す構造をいう。
＜実施例２＞
図１、６（ａ）の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分に溶接された平板状の放熱部材とその上を覆うように被覆層とが設けられた構造の実験用ランプを９本製作した（個々の実験用ランプの詳細は、後述の図７の実験用ランプ９〜１３を参照）。尚、図７で平板の全体＋外部リードとは図６（ａ）に示す構造をいい、平板の一部＋外部リードとは平板の表面の一部と外部リード表面のうち平板が設けられていない部分とをいい、外部リードとは外部リード表面のうち平板が設けられていない部分をいう。
＜実施例３＞
図１、６（ｂ）の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分を取り囲むように箔状の放熱部材と被覆層とが設けられた構造の実験用ランプを６本製作した（個々の実験用ランプの詳細は、後述の図７の実験用ランプ１４、１５を参照）。尚、図７で箔の外＋外部リードとは図６（ｂ）に示す構造をいい、箔の内＋外部リードとは００３２の後段に述べたような構造をいう。
＜実施例４＞
図１、６（ｃ）の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分を取り囲むように円筒状の放熱部材と被覆層とが設けられた構造の実験用ランプを６本製作した（個々の実験用ランプの詳細は、後述の図７の実験用ランプ１６、１７を参照）。尚、図７で円筒の外＋外部リードとは図６（ｃ）に示す構造をいい、円筒の内＋外部リードとは００３３の後段に述べたような構造をいう。
＜比較例１＞
図１の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から突出している部分の表面に、放熱部材と被覆層のいずれもが設けられていない構造の比較用ランプを１０本製作した。（個々の比較用ランプの詳細は、後述の図７の比較用ランプ１、２を参照）
＜比較例２＞
図１の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から突出している部分の表面に、被覆層のみが設けられた構造の比較用ランプを１７本製作した。（個々の比較用ランプの詳細は、後述の図７の比較用ランプ３を参照）
＜ランプの寸法＞
発光部の最大外径、内容積 ：１１．３ｍｍ、１４０ｍｍ３
封止部の長さ、最大外径 ：２０ｍｍ、６ｍｍ
外部リードの長さ、外径 ：２０ｍｍ、０．５ｍｍ
封止部から突出した外部リードの長さ：５ｍｍ
金属箔の長さ、幅 ：１４ｍｍ、１．５ｍｍ
【００３５】
上記実施例１〜４および比較例１、２のランプを用いた第１の実験について説明する。実験は、各々のランプを電気炉内に配置し、電気炉内の温度を６００℃で一定に保った状態で連続運転を行い、これらのランプを２４時間毎に取り出して外部リードが断線するまでの時間を測定した。
【００３６】
図７は、第１の実験にて得られた平均寿命データを示す。
比較例１に係る実験用ランプ、すなわち、外部リードの封止部から突出した部分に放熱部材および被覆層が設けられていない構造のランプは、平均寿命時間がわずか９０時間であることから、比較例１に係るランプを組み込んだ光源装置では十分な使用寿命が得られないと考えられる。そして、比較例２に係る実験用ランプ、すなわち、外部リードの封止部から突出した部分に被覆層のみが設けられた構造のランプは、平均寿命が１４０時間であり、比較例１に係る実験用ランプよりはわずかに平均寿命時間が延びているものの、比較例２に係るランプを組み込んだ光源装置も十分な使用寿命を得ることができないと考えられる。
これに対し、実施例１〜４に係る実験用ランプ、すなわち、外部リードの封止部から突出した部分に放熱部材および被覆層を設けた構造のランプは、全て４００時間以上の平均寿命時間を有し、最大で１２５０時間もの平均寿命時間を得ることができた。この結果から、本発明の構造を有するランプを組み込んだ光源装置は、ランプ点灯時における外部リードの温度が６００℃もの高温に達する使用環境下において、従来構造のランプを組み込んだ光源装置と比較して、その使用寿命を大幅に延長できることが判明した。
【００３７】
ここで、本発明の作用効果を確認する第２の実験を行うために製作した実験用放電ランプについて以下に説明する。
＜実施例＞
図１、６（ａ）の構成と以下の寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分を取り囲むように平板状の放熱部材と被覆層とが設けられた構造の実験用放電ランプを４本製作した。尚、図８で外部リードとは外部リード表面のうち平板が設けられていない部分をいう。
＜比較例＞
図１、６（ａ）の構成と以下の寸法に従い、外部リードの封止部から突出している部分の表面に、放熱部材と被覆層のいずれもが設けられていない構造の比較用放電ランプを３本製作した。
＜放電ランプの寸法＞
発光部の最大外径、内容積 ：１１．３ｍｍ、１４０ｍｍ３
封止部の長さ、最大外径 ：２０ｍｍ、６ｍｍ
外部リードの長さ、外径 ：１０ｍｍ、０．５ｍｍ
封止部から突出した外部リードの長さ：５ｍｍ
金属箔の長さ、幅 ：１４ｍｍ、１．５ｍｍ
封入水銀量 ：２５ｍｇ
【００３８】
上記実施例および比較例に係る放電ランプを用いた第２の実験について説明する。実施例および比較例に係る放電ランプを図２の構成に従い反射鏡に組み込んで製作した光源装置をアルミ製の灯具内に配置して、入力電力１６０Ｗまたは１８０Ｗにて、１６５分間点灯させた後１５分間消灯させるという試行を繰り返し行った。ランプを入力電力１６０Ｗにて点灯させた場合には外部リードの温度は４８０℃であり、入力電力１８０Ｗにて点灯させた場合には外部リードの温度は５２０℃であった。
【００３９】
図８は、第２の実験にて得られた寿命データを示す。
比較用放電ランプ１、２、３を組み込んだ光源装置においては、入力電力１８０Ｗで点灯させた場合に、それぞれ、１２０時間、１２０時間、３２０時間で外部リードが断線し十分な使用寿命を得ることができなかった。
これに対し、実験用放電ランプ１、２、３、４を組み込んだ光源装置においては、点灯電力１８０Ｗにて点灯させた場合に、それぞれ、１３７０時間、１６００時間経過後も外部リードの断線は見られず、点灯電力１６０Ｗにて点灯させた場合にいずれも１８００時間経過後も外部リードの断線はみられなかったことから、実験を終了した。この結果から、本発明の構造を有するランプを組み込んだ光源装置は、ランプ点灯時における外部リードの温度が５００℃以上の高温に達する使用環境下において、従来構造のランプを組み込んだ光源装置と比較して、その使用寿命を大幅に延長できることが判明した。
【００４０】
尚、本発明の光源装置に組み込むランプは、照度や低融点ガラスからなる被覆層を設ける際の作業性等に悪影響を及ぼさないのであれば、その前面ガラス側の封止部から突出する外部リードの表面に、２種類以上の放熱部材を設ける構造を採用することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の光源装置によれば、外部リードは、前面ガラス側に位置する封止部から外方に突出している部分が、その周囲を取り囲むように設けられた金属からなる放熱部材および低融点ガラスからなる被覆層のいずれか一方あるいはその両方と当接する構造である。これにより、外部リードの表面積が増大することによる放熱効果により外部リードを構成する物質が酸化して蒸発することを防止できる。さらに、放熱部材は、低融点ガラスからなる被覆層を保持する機能も有しているため、ランプ点灯時に被覆層が滑り落ちることを効果的に防止できる。したがって、ランプ点灯時に外部リードが断線することがなく、所望の使用寿命を有する光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光源装置に組み込まれた超高圧水銀ランプを説明するための断面図である。
【図２】本発明の光源装置を説明するための断面図である。
【図３】図２に示す点線部分Ａの拡大断面図である。
【図４】図３の外部リード表面構造の形成方法について説明する正面図である。
【図５】図３における他の実施形態を説明するための断面図である。
【図６】本発明の光源装置における外部リードの表面構造の他の実施形態を説明するための上方から見た図である。
【図７】第１の実験にて得た平均寿命データを示す。
【図８】第２の実験にて得られた寿命データを示す。
【図９】投射型プロジェクタ装置に搭載される従来の光源装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０ 超高圧水銀ランプ
１１ 発光部
１２ 封止部
１３ 放電容器
１４ 金属箔
１５ 陽極
１６ 陰極
１７ 外部リード
１８ 放電空間
２０ 光源装置
２１ 反射鏡
２２ 開口部
２３ 出射方向
２４ 頂部
２５ 口金
２６ 前面ガラス
２７ 密閉空間
２８ 給電線
２９ スリーブ部材
３０ 給電線用開口部
３１ 放熱部材
３２ 被覆層
６１ 放熱部材
６２ 放熱部材
６３ 放熱部材
９０ 超高圧水銀ランプ
９１ 発光部
９２ 封止部
９３ 放電容器
９４ 金属箔
９５ 陽極
９６ 陰極
９７ 外部リード
１００ 光源装置
１０１ 反射鏡
１０２ 開口部
１０３ 出射方向
１０４ 頂部
１０５ 口金
１０６ 前面ガラス
１０７ 密閉空間
１０８ 給電線
１０９ スリーブ部材
１１０ 給電線用開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶プロジェクタ装置や、ＤＬＰプロジェクター装置などの大画面投影装置用の光源に使用される光源装置に関する。特に、超高圧水銀ランプが組み込まれ、ランプ点灯時に外部リードが高温となる構造の光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型プロジェクタ装置は、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る。このため、光源としては、水銀を発光物質とする水銀ランプ、金属ハロゲン化物を発光物質とするメタルハライドランプ、キセノンガスを発光物質とするキセノンランプなどのショートアーク型高圧放電ランプが用いられている。
【０００３】
近年、投射型プロジェクタ装置用の光源として、極めて高い水銀蒸気圧、例えば、２×１０７Ｐａ（１９７気圧）以上をもつ超高圧水銀ランプが提案されている。このランプは、水銀蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを抑えるとともに、より一層の光出力の向上を図るというものであり、例えば、特開平２−１４８５６１号、特開平６−５２８３０号に開示されている。
【０００４】
一方、プロジェクタ装置は、ＤＭＤ（マイクロミラーデバイス）を用いたＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）方式が採用されたことにより、液晶パネルを使う必要がなくなり、一層小型化が注目されつつある。そして、このような投射型プロジェクタ装置においては、光源として用いられる超高圧水銀ランプの一層の小型化および高出力化が求められるとともに、ランプとランプが組み込まれた反射鏡とからなる光源装置自体の小型化も求められている。
【０００５】
図９は、投射型プロジェクタ装置に搭載される従来の光源装置を説明するための断面図である。
図９に示すように、光源装置１００に組み込まれた超高圧水銀ランプ９０は、発光部９１とその両端に連続して形成された封止部９２とを有し石英ガラスからなる放電容器９３と、封止部９２に埋設された金属箔９４の一端に接続された一対の電極（陽極９５、陰極９６）と、金属箔９４の他端に接続された一対の外部リード９７とから構成される。
光源装置１００は、超高圧水銀ランプ９０の一方の封止部９２が反射鏡１０１の開口部１０２側（出射方向１０３側）に配置される。他方の封止部９２は、反射鏡１０１の頂部１０４（中心孔）から突出して、接着剤を介して反射鏡１０１に支持されている。また、他方の封止部９２の端部には口金１０５が取り付けられている。開口部１０２には、前面ガラス１０６が取り付けられることによって、反射鏡１０１と前面ガラス１０６との間に密閉空間１０７が形成される。封止部９２に埋設された金属箔９４に接続され当該封止部９２から外方に突出している外部リード９７と給電線１０８とは、スリーブ部材１０９に接続されることによって電気的に接続されている。この給電線１０８は、反射鏡１０１の給電線用開口部１１０を通って、反射鏡１０１の外部に伸ばされ、不図示の外部回路に電気的に接続される。
【０００６】
しかしながら、図９に示すような従来の光源装置によると、反射鏡に組み込まれた超高圧水銀ランプ自体が非常に小型で熱的条件の厳しいものであり、さらに、ランプが点灯時に万一破損した場合にガラス破片が飛散してプロジェクター機器の内部を損傷することを防止するためランプ四方を反射鏡と前面ガラスとで囲まれた密閉構造であるため、ランプ点灯時におけるランプ各部は高温に達する。特に、反射鏡からの照り返しを受ける前面ガラス側封止部から突出する外部リードの温度は５００℃以上もの高温に達する傾向にあり、このような過酷な温度条件下では、外部リードを構成するモリブデンあるいはタングステンが早期に酸化することにより蒸発してやせ細り、遂には断線してランプが不点灯になるため、光源装置として所望の使用寿命が得られないという問題が発生した。
【０００７】
このような問題を解決するため、従来は封止部から突出する外部リードの酸化防止を目的として、例えば特開平２−１６０３５８号公報に開示されるように封止部から突出する外部リードの表面を耐熱セメントにより被覆する方法や、特開２００２−３７３６２０号公報に開示されるように外部リードの表面を低融点ガラス中に当該低融点ガラスより高い軟化点を有する粉末状の無機骨材を分散させた耐熱性被覆層により被覆する方法が知られている。
【０００８】
しかしながら、外部リードを耐熱性セメントで被覆する方法によると、耐熱性セメントが、ランプの点灯消灯の繰り返しによりひび割れが生じて外部リード表面から剥離するため十分な耐熱効果が得られないため上記問題を解決できない上に、被覆部分の容量が大きくなるため照度が低下したり被照射面に照度むら等の光学上の問題が発生するため、好ましくない。また、外部リードの表面を低融点ガラス中に当該低融点ガラスより高い軟化点を有する粉末状の無機骨材を分散させた耐熱性被覆層により被覆する方法は、低融点ガラスがランプ点灯時に外部リードから滑り落ちてしまい、外部リードの酸化を防止する機能が損なわれるため上記問題を解決できないことが判明した。
すなわち、図６に示す光源装置のような構造においては、ランプ点灯時に外部リードが非常に高温となるため、従来技術を適用するのみでは解決不可能な問題点が存在する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２−１４８５６１号
【特許文献２】
特開平６−５２８３０号
【特許文献３】
特開平２−１６０３５８号
【特許文献４】
特開２００２−３７３６２０号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ランプ点灯時における封止部から突出する外部リードの温度を低下させ外部リードの断線を防止することにより、所望の使用寿命を有する光源装置を提供することを目的とする。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の光源装置は、発光部とその両端に連続して形成された封止部とを有し、石英ガラスからなる放電容器と、封止部に埋設された金属箔に接続され当該封止部から外方に突出する外部リードとからなる超高圧水銀ランプと、この超高圧水銀ランプを取り囲むように配置された、光出射方向に前面ガラスを有する反射鏡とからなり、
前記外部リードは、前記前面ガラス側に位置する封止部から外方に突出している部分に対し、金属からなる放熱部材が少なくとも１箇所で接続されていると共に、当該外方に突出している部分を取り囲むように低融点ガラスからなる被覆層が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の光源装置は、前記放熱部材がコイル状に形成されたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の光源装置は、前記低融点ガラスが酸化ホウ素、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ケイ素、酸化リン、酸化カルシウムのうち１種類以上を含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明の光源装置によると、光源装置に組み込まれた超高圧水銀ランプの封止部に埋設された外部リードは、前面ガラス側の封止部から外方に突出している部分を取り囲むように金属からなる放熱部材および低融点ガラスからなる被覆層が設けられ、さらに、放熱部材と低融点ガラスのいずれか一方あるいはその両方と当接する構造である。これにより、放熱部材による放熱効果により外部リードの温度が下がるので外部リードを構成する物質が酸化して蒸発することを防止できる。さらに、低融点ガラスからなる被覆層は、放熱部材により保持されているためランプ点灯中に滑り落ちることを抑制できる。さらに、被覆層を構成する低融点ガラスがランプ点灯時に適度の粘性を持つことにより外部リード表面が十分に被覆されるので、外部リード表面が酸化環境に暴露されることがない。したがって、所望の使用寿命を有する光源装置を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明の光源装置について説明する。図１は、本発明の光源装置に組み込まれた超高圧水銀ランプを説明するための断面図である。図２は、本発明の光源装置を説明するための断面図である。図３は、図２に示す点線部分Ａの拡大断面図である。図４は、図３の外部リード表面構造の形成方法について説明する正面図である。図５は、図３における他の実施形態を説明するための断面図である。
【００１６】
図１に示すように、超高圧水銀ランプ１０は、発光部１１とその両端に連続して形成された封止部１２とを有し石英ガラスからなる放電容器１３と、封止部１２に埋設された金属箔１４の一端に接続された一対の電極（陽極１５、陰極１６）と、金属箔１４の他端に接続された一対の外部リード１７とから構成される。放電容器内に形成された放電空間１８内には、発光物質として水銀が所望の封入圧となるように封入されるとともに、アルゴンが１．３×１０４Ｐａ封入される。
【００１７】
図２に示すように、光源装置２０は、放電ランプ１０の一方の封止部１２が前面ガラス２６側（光出射方向２３側）に配置される。他方の封止部１２は、反射鏡２１の頂部２４（中心孔）から突出して、接着剤を介して反射鏡２１に支持されている。また、封止部１２の端部には口金２５が取り付けられている。開口部２２には、前面ガラス２６が取り付けられることによって、反射鏡２１と前面ガラス２６との間に密閉空間２７が形成される。
また、一方の（前面ガラス２６側の）封止部１２から外方に突出する外部リード１７は、給電線２８が接続されたスリーブ部材２９と電気的に接続され、給電線２８は反射鏡２１に設けられた給電線用開口部３０を通って反射鏡２１の外部に伸ばされ、不図示の外部回路に接続される。
【００１８】
図３に示すように、外部リード１７は、前面ガラス２６側の封止部１２から外方に突出している部分の表面に、高融点金属からなりコイル形状を有する放熱部材３１が設けられるとともに、放熱部材３１の上を覆うように低融点ガラスからなる被覆層３２が設けられている。
尚、図３においては、スリーブ部材２９は、その表面が放熱部材３１によって覆われていないが、その表面を覆うように放熱部材３１を設けても良い。
【００１９】
図４を参照して、外部リード１７の表面構造の形成方法について以下に説明する。図４（ａ）に示すように、放熱部材３１となるべき金属からなる線状部材３１０を周回部３１１を複数有するコイル形状に形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、コイル形状に形成された線状部材３１０を封止部１２から突出する外部リード１７の表面に当接するように取り付け、線状部材３１０を外部リード１７に対して溶接することにより放熱部３１を形成する。その後、図４（ｃ）に示すように、放熱部３１の表面にハケ等を用いて低融点ガラスを塗布し、この部分をバーナー等であぶることによって低融点ガラスを加熱溶融させた後、自然冷却されると被覆層３２が形成される。尚、加熱溶融させる方法として、電気炉による加熱方法や、被覆層３２となるべき低融点ガラスが塗布された外部リード１７を有するランプを点灯させることによる加熱方法を用いても良い。
【００２０】
このような被覆層３２は、放熱部材３１がコイル形状であることにより、図４（ｃ）において外部リード１７表面に設けられた放熱部材３１表面に低融点ガラスを塗布しバーナー等の加熱により溶融した際に、各々の周回部３１１間に存在する隙間に低融点ガラスが入り込み、その状態で自然冷却されると放熱部材３１に保持されるように形成されるため、容易に放熱部材３１から剥離することがない。
【００２１】
放熱部材３１を構成する金属は、外部リード１７を構成するモリブデン若しくはタングステンと同等若しくは同等以上の耐熱性のある金属であることが好ましい。具体的には、外部リード１７がモリブデンからなる場合は、例えば、鉄とニッケルからなる合金、クロムとニッケルからなる合金、ニッケル、カンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル鍍金を施した銅のいずれかであることが好ましい。
【００２２】
放熱部３１となるべきコイル形状を有する金属製の線状部材３１０は、外部リード１７の全表面を覆うように設けることが好ましいが、これに限るものではなく光源装置の仕様に応じて適宜変更可能である。例えば、図３において放熱部材３１は、外部リード１７の根元部１７ａが高温となる場合は少なくとも根元部１７ａ周辺に設け、外部リード１７の先端部１７ｂが高温となる場合は少なくとも先端部１７ｂ周辺に設ければ良い。尚、線状部材３１０の数値例を挙げると、線径が０．３ｍｍ、全長が３ｍｍである。
【００２３】
被覆層３２を構成する低融点ガラスは、放電容器１３を構成する石英ガラスよりも軟化点の低いものが好ましい。具体的には、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）のうち１種類以上を含んでいることが好ましい。
図３に示す被覆層３２を構成する低融点ガラスは、例えば、酸化ホウ素と酸化ビスマスと酸化亜鉛を含むもの、酸化スズと酸化亜鉛と酸化リンを含むもの、酸化ケイ素と酸化ホウ素と酸化カルシウム（ＣａＯ）を含むものを用いることができる。尚、被覆層３２の数値例を挙げると、その厚みが１ｍｍである。
【００２４】
このような被覆層３２は、ランプ点灯時に放熱部材３１あるいは外部リード１７表面から剥離することを防止するため、軟化点が４００〜７５０℃の範囲にあることが好ましい。
【００２５】
上記数値範囲の軟化点を有する低融点ガラスからなる被覆層３２は、図２に示す光源装置２０において、ランプ点灯時における外部リード１７の温度が４００℃以上もの高温になった場合に適度の粘性を有することにより、放熱部材３１または外部リード１７に効果的に付着し剥離することがない。
一方、低融点ガラスは、その軟化点が７５０℃を超えると粘性を持たないためランプ点灯時にひび割れを起こしたり、放熱部材３１または外部リード１７から剥離したりする怖れがあり、軟化点が４００℃未満であるとランプ点灯時に低融点ガラスが溶融して放熱部材３１または外部リード１７から流失してしまうため好ましくない。
【００２６】
被覆層３２は、放熱部材３１の全表面および放熱部材３１が設けられていない外部リード１７の表面を全て覆うように設けることが好ましいが、光源装置の仕様に応じて適宜変更が可能であり、要は外部リード１７が酸化しないように設ければ良い。
【００２７】
以上のような、本発明の光源装置によると、外部リードは、その表面が金属からなる放熱部材によって覆われているので、その表面積を大きくすることによる放熱効果により外部リードを構成する物質が酸化して蒸発することを防止できる。さらに、放熱部材は、低融点ガラスからなる被覆層を保持する機能も有しているため、ランプ点灯時に被覆層が滑り落ちることを効果的に防止できる。さらに、被覆層を構成する低融点ガラスがランプ点灯時に適度の粘性を持つことにより外部リード表面が十分に被覆されるので、外部リード表面が酸化環境に暴露されることがない。したがって、外部リードが断線することがないので、所望の使用寿命を有する光源装置を提供することができる。
【００２８】
ここで、本発明は、図５に示すように、外部リード１７と放熱部材３１との間に被覆層３２が設けられた構造であっても良い。具体的には、図５（ａ）に示すように外部リード１７の表面に低融点ガラスからなる被覆層３２を設け、この上を覆うように放熱部材３１を設けた構造にしても良い。この場合には、外部リード１７から効果的に放熱させるためコイル状の放熱部材３１は、外部リード１７と少なくとも１箇所で接続されている必要がある。
図５（ａ）に示す構造によると、ランプ点灯時に外部リード１７にて発生した熱は、外部リード１７に接続された箇所を通じて放熱部材３１全体に伝達され大気中に放出される。また、被覆層３２が被覆層３２の上に設けられた放熱部材３１による締め付けの力によって外部リードに１７に固定されるので、ランプ点灯中に滑り落ちることを抑制できる。
【００２９】
また、図５（ｂ）に示すように放熱部３１を金属線同士の間に隙間を有するコイル状のものから形成し、金属線同士の間の隙間に低融点ガラスが入り込むように被覆層３２を形成することにより、外部リード１７が放熱部材３１と被覆層３２との両方に当接する構造にしても良い。この場合には、放熱部材３１の間に入り込む低融点ガラスの量が多くなるので、放熱部材３１が被覆層３２を保持する力が一層向上する。尚、図５に示す形態のいずれの場合にも、放熱部３１および被覆層３２は前述の００２２、００２６に記載のようにして設けても良い。
【００３０】
ここで、本発明の光源装置の他の実施形態について以下に説明する。図６は、本発明の光源装置における外部リードの表面構造の他の実施形態を説明するための上方から見た図である。外部リードの表面構造を除く全体構成は、図２と同様であり、図３と同一符号は同一部分を示すので説明は省略する。
【００３１】
図６（ａ）に示すように、外部リード１７は、封止部１２から外方に突出している部分の表面に平板状の放熱部材６１が溶接等により接続されており、放熱部材６１の表面および放熱部材６１が設けられていない外部リード１７の表面を覆うように低融点ガラスからなる被覆層３２が設けられている。放熱部材６１は、長手方向１００の最大長Ｌ１００が１０ｍｍ、長手方向１００との直交方向１０１における最大長Ｌ１０１が４０ｍｍ、最大厚みが１ｍｍである。尚、図６（ａ）においては、放熱部材６１は、長手方向１００と直交するように配置されているが、長手方向１００に対して沿うように、若しくは斜めになるように配置しても良い。
図６（ａ）においては、図５に示す構造を参考にして外部リード１７と放熱部材６１との間に被覆層３２を設けても良い。この場合には、平板状の放熱部材６１と外部リード１７とは少なくとも１箇所にて接続されている必要がある。いずれの場合にも放熱部材６１、被覆層３２は、それぞれ、００２２、００２６のようにして設けても良い。
【００３２】
図６（ｂ）に示すように、外部リード１７は、封止部１２から外方に突出している部分の表面に箔状の放熱部材６２が溶接等により接続されており、放熱部材６２の表面および放熱部材６２の設けられていない外部リード１７の表面を覆うように低融点ガラスからなる被覆層３２が設けられている。放熱部材６２は、全長３ｍｍ、厚み１ｍｍである。
図６（ｂ）においては、図５に示す構造を参考にして外部リード１７と放熱部材６２との間に被覆層３２を設けても良い。この場合には、箔状の放熱部材６２と外部リード１７とは少なくとも１箇所にて接続されている必要がある。いずれの場合にも放熱部材６２、被覆層３２は、それぞれ、００２２、００２６のようにして設けても良い。
【００３３】
図６（ｃ）に示すように、外部リード１７は、封止部１２から外方に突出している部分の表面に円筒状の放熱部材６３が溶接等により接続されており、放熱部材６３の表面および放熱部材６３の設けられていない外部リード１７の表面を覆うように低融点ガラスからなる被覆層３２が設けられている。放熱部材６３は、全長３ｍｍ、厚み１ｍｍである。
図６（ｃ）においては、図５に示す構造を参考にして外部リード１７と放熱部材６３との間に被覆層３２を設けても良い。この場合には、円筒状の放熱部材６３と外部リード１７とは少なくとも１箇所にて接続されている必要がある。いずれの場合にも放熱部材６２、被覆層３２は、それぞれ、００２２、００２６のようにして設けても良い。
【００３４】
ここで、本発明の作用効果を確認するための第１の実験を行うために製作したランプについて、以下に説明する。
＜実施例１＞
図１、３、５の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分を取り囲むようにコイル状の放熱部材と被覆層とが設けられた構造の実験用ランプを２２本製作した（個々の実験用ランプの詳細は、後述の図７の実験用ランプ１〜８を参照）。尚、図７でコイルの外＋外部リードとは図３に示す構造をいい、コイルの内＋外部リードとは図５（ａ）に示す構造をいう。
＜実施例２＞
図１、６（ａ）の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分に溶接された平板状の放熱部材とその上を覆うように被覆層とが設けられた構造の実験用ランプを９本製作した（個々の実験用ランプの詳細は、後述の図７の実験用ランプ９〜１３を参照）。尚、図７で平板の全体＋外部リードとは図６（ａ）に示す構造をいい、平板の一部＋外部リードとは平板の表面の一部と外部リード表面のうち平板が設けられていない部分とをいい、外部リードとは外部リード表面のうち平板が設けられていない部分をいう。
＜実施例３＞
図１、６（ｂ）の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分を取り囲むように箔状の放熱部材と被覆層とが設けられた構造の実験用ランプを６本製作した（個々の実験用ランプの詳細は、後述の図７の実験用ランプ１４、１５を参照）。尚、図７で箔の外＋外部リードとは図６（ｂ）に示す構造をいい、箔の内＋外部リードとは００３２の後段に述べたような構造をいう。
＜実施例４＞
図１、６（ｃ）の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分を取り囲むように円筒状の放熱部材と被覆層とが設けられた構造の実験用ランプを６本製作した（個々の実験用ランプの詳細は、後述の図７の実験用ランプ１６、１７を参照）。尚、図７で円筒の外＋外部リードとは図６（ｃ）に示す構造をいい、円筒の内＋外部リードとは００３３の後段に述べたような構造をいう。
＜比較例１＞
図１の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から突出している部分の表面に、放熱部材と被覆層のいずれもが設けられていない構造の比較用ランプを１０本製作した。（個々の比較用ランプの詳細は、後述の図７の比較用ランプ１、２を参照）
＜比較例２＞
図１の構成と以下に示す寸法に従い、外部リードの封止部から突出している部分の表面に、被覆層のみが設けられた構造の比較用ランプを１７本製作した。（個々の比較用ランプの詳細は、後述の図７の比較用ランプ３を参照）
＜ランプの寸法＞
発光部の最大外径、内容積 ：１１．３ｍｍ、１４０ｍｍ３
封止部の長さ、最大外径 ：２０ｍｍ、６ｍｍ
外部リードの長さ、外径 ：２０ｍｍ、０．５ｍｍ
封止部から突出した外部リードの長さ：５ｍｍ
金属箔の長さ、幅 ：１４ｍｍ、１．５ｍｍ
【００３５】
上記実施例１〜４および比較例１、２のランプを用いた第１の実験について説明する。実験は、各々のランプを電気炉内に配置し、電気炉内の温度を６００℃で一定に保った状態で連続運転を行い、これらのランプを２４時間毎に取り出して外部リードが断線するまでの時間を測定した。
【００３６】
図７は、第１の実験にて得られた平均寿命データを示す。
比較例１に係る実験用ランプ、すなわち、外部リードの封止部から突出した部分に放熱部材および被覆層が設けられていない構造のランプは、平均寿命時間がわずか９０時間であることから、比較例１に係るランプを組み込んだ光源装置では十分な使用寿命が得られないと考えられる。そして、比較例２に係る実験用ランプ、すなわち、外部リードの封止部から突出した部分に被覆層のみが設けられた構造のランプは、平均寿命が１４０時間であり、比較例１に係る実験用ランプよりはわずかに平均寿命時間が延びているものの、比較例２に係るランプを組み込んだ光源装置も十分な使用寿命を得ることができないと考えられる。
これに対し、実施例１〜４に係る実験用ランプ、すなわち、外部リードの封止部から突出した部分に放熱部材および被覆層を設けた構造のランプは、全て４００時間以上の平均寿命時間を有し、最大で１２５０時間もの平均寿命時間を得ることができた。この結果から、本発明の構造を有するランプを組み込んだ光源装置は、ランプ点灯時における外部リードの温度が６００℃もの高温に達する使用環境下において、従来構造のランプを組み込んだ光源装置と比較して、その使用寿命を大幅に延長できることが判明した。
【００３７】
ここで、本発明の作用効果を確認する第２の実験を行うために製作した実験用放電ランプについて以下に説明する。
＜実施例＞
図１、６（ａ）の構成と以下の寸法に従い、外部リードの封止部から外方に突出している部分を取り囲むように平板状の放熱部材と被覆層とが設けられた構造の実験用放電ランプを４本製作した。尚、図８で外部リードとは外部リード表面のうち平板が設けられていない部分をいう。
＜比較例＞
図１、６（ａ）の構成と以下の寸法に従い、外部リードの封止部から突出している部分の表面に、放熱部材と被覆層のいずれもが設けられていない構造の比較用放電ランプを３本製作した。
＜放電ランプの寸法＞
発光部の最大外径、内容積 ：１１．３ｍｍ、１４０ｍｍ３
封止部の長さ、最大外径 ：２０ｍｍ、６ｍｍ
外部リードの長さ、外径 ：１０ｍｍ、０．５ｍｍ
封止部から突出した外部リードの長さ：５ｍｍ
金属箔の長さ、幅 ：１４ｍｍ、１．５ｍｍ
封入水銀量 ：２５ｍｇ
【００３８】
上記実施例および比較例に係る放電ランプを用いた第２の実験について説明する。実施例および比較例に係る放電ランプを図２の構成に従い反射鏡に組み込んで製作した光源装置をアルミ製の灯具内に配置して、入力電力１６０Ｗまたは１８０Ｗにて、１６５分間点灯させた後１５分間消灯させるという試行を繰り返し行った。ランプを入力電力１６０Ｗにて点灯させた場合には外部リードの温度は４８０℃であり、入力電力１８０Ｗにて点灯させた場合には外部リードの温度は５２０℃であった。
【００３９】
図８は、第２の実験にて得られた寿命データを示す。
比較用放電ランプ１、２、３を組み込んだ光源装置においては、入力電力１８０Ｗで点灯させた場合に、それぞれ、１２０時間、１２０時間、３２０時間で外部リードが断線し十分な使用寿命を得ることができなかった。
これに対し、実験用放電ランプ１、２、３、４を組み込んだ光源装置においては、点灯電力１８０Ｗにて点灯させた場合に、それぞれ、１３７０時間、１６００時間経過後も外部リードの断線は見られず、点灯電力１６０Ｗにて点灯させた場合にいずれも１８００時間経過後も外部リードの断線はみられなかったことから、実験を終了した。この結果から、本発明の構造を有するランプを組み込んだ光源装置は、ランプ点灯時における外部リードの温度が５００℃以上の高温に達する使用環境下において、従来構造のランプを組み込んだ光源装置と比較して、その使用寿命を大幅に延長できることが判明した。
【００４０】
尚、本発明の光源装置に組み込むランプは、照度や低融点ガラスからなる被覆層を設ける際の作業性等に悪影響を及ぼさないのであれば、その前面ガラス側の封止部から突出する外部リードの表面に、２種類以上の放熱部材を設ける構造を採用することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の光源装置によれば、外部リードは、前面ガラス側に位置する封止部から外方に突出している部分が、その周囲を取り囲むように設けられた金属からなる放熱部材および低融点ガラスからなる被覆層のいずれか一方あるいはその両方と当接する構造である。これにより、外部リードの表面積が増大することによる放熱効果により外部リードを構成する物質が酸化して蒸発することを防止できる。さらに、放熱部材は、低融点ガラスからなる被覆層を保持する機能も有しているため、ランプ点灯時に被覆層が滑り落ちることを効果的に防止できる。したがって、ランプ点灯時に外部リードが断線することがなく、所望の使用寿命を有する光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光源装置に組み込まれた超高圧水銀ランプを説明するための断面図である。
【図２】本発明の光源装置を説明するための断面図である。
【図３】図２に示す点線部分Ａの拡大断面図である。
【図４】図３の外部リード表面構造の形成方法について説明する正面図である。
【図５】図３における他の実施形態を説明するための断面図である。
【図６】本発明の光源装置における外部リードの表面構造の他の実施形態を説明するための上方から見た図である。
【図７】第１の実験にて得た平均寿命データを示す。
【図８】第２の実験にて得られた寿命データを示す。
【図９】投射型プロジェクタ装置に搭載される従来の光源装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０ 超高圧水銀ランプ
１１ 発光部
１２ 封止部
１３ 放電容器
１４ 金属箔
１５ 陽極
１６ 陰極
１７ 外部リード
１８ 放電空間
２０ 光源装置
２１ 反射鏡
２２ 開口部
２３ 出射方向
２４ 頂部
２５ 口金
２６ 前面ガラス
２７ 密閉空間
２８ 給電線
２９ スリーブ部材
３０ 給電線用開口部
３１ 放熱部材
３２ 被覆層
６１ 放熱部材
６２ 放熱部材
６３ 放熱部材
９０ 超高圧水銀ランプ
９１ 発光部
９２ 封止部
９３ 放電容器
９４ 金属箔
９５ 陽極
９６ 陰極
９７ 外部リード
１００ 光源装置
１０１ 反射鏡
１０２ 開口部
１０３ 出射方向
１０４ 頂部
１０５ 口金
１０６ 前面ガラス
１０７ 密閉空間
１０８ 給電線
１０９ スリーブ部材
１１０ 給電線用開口部
Claims (3)
- 発光部とその両端に連続して形成された封止部とを有し、石英ガラスからなる放電容器と、封止部に埋設された金属箔に接続され当該封止部から外方に突出する外部リードとからなる超高圧水銀ランプと、この超高圧水銀ランプを取り囲むように配置された、光出射方向に前面ガラスを有する反射鏡とからなる光源装置において、
前記外部リードは、前記前面ガラス側に位置する封止部から外方に突出している部分に対し、金属からなる放熱部材が少なくとも１箇所で接続されていると共に、当該外方に突出している部分を取り囲むように低融点ガラスからなる被覆層が設けられていることを特徴とする光源装置。 - 前記放熱部材は、コイル状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記低融点ガラスは、酸化ホウ素、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ケイ素、酸化リン、酸化カルシウムのうち１種類以上を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
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