JP4539579B2

JP4539579B2 - ランプ装置の光軸調整方法

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Publication number: JP4539579B2
Application number: JP2006035902A
Authority: JP
Inventors: 直浩神谷
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: JP2007220310A

Description

本発明は、発光源となる電極を封入した管球をハウジングに収納し、ハウジングの内面に形成した反射鏡による反射光を利用して効率的な照明を行うランプ装置における光軸調整方法に関する。本発明のランプ装置は、画像投影用のプロジェクター等の光源として、或いは、砂塵が舞う砂漠上や塩分が含まれる海上等の劣悪な環境を航行する航空機・船舶等のような劣悪な空気環境での照明に適用される。

一般に、対向電極間に放電を発生したり（放電灯）、フィラメント電極を加熱したり（白熱灯）することにより、管球内の発光領域で照明光を発生するようにしたランプが広く用いられている。
このようなランプ装置は、ガラス製の管球内部に、光を発生する電極が封入されており、電力供給用の外部配線と電極とを電気的に接続するための外部端子が、管球の端部に設けられている。

一般的なランプ装置は、発光源となる電極を封入した管球を、管球の放熱を促進するために外界に対して開放された状態でハウジングに収納して構成されている。

外界との間に空気の流通を行う場所が存在するハウジング（開放型ハウジング）のランプ装置では、放熱性に優れている反面、ランプ装置の周囲が塵埃や腐食性物質（例えば塩分）を含む雰囲気の環境である場合に、ハウジング内部が汚染、腐食されることとなり、光量が減衰したり、製品寿命が短縮されたりしてしまう問題があるので、これを解消するために、管球を完全に密閉構造化した構造のランプ装置が、例えば特許文献１や特許文献２で開示されている。
特開２００４−７９２２５号公報特開２００１−１０１９２３号公報

上記した開放型ハウジングのランプ装置では、管球が外界に対して開放されているので、ハウジングに対する管球を位置決めすることによって光軸をアライメント（調整）する作業は比較的容易である。
これに対し、特許文献１や特許文献２に記載のような完全な密閉構造としたランプ装置では、管球の一端がハウジング（リフレクタ）の支持開口部に差し込まれていて、開口部内周面と管球外周面との間隙に接着性材料（特許文献１に於ける接着部２９ａ並びに特許文献２に於けるセメント１１）を充填することにより管球の一端を支持する構造となっているため、接着性材料が硬化した後は光軸のアライメントが不可能となる。従って、接着性材料を充填硬化する前に、管球を適正位置に調整する作業を行う必要があるがその作業は容易ではない。また、精度の高い状態で光軸を調整することも大変困難であった。

そこで本発明は、ハウジング内にランプの発光領域を閉じ込めた密閉構造のランプ装置において、管球の光軸調整を容易に且つ精度よく行うことのできる光軸調整方法を提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決するために本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、本発明にかかるランプ装置の光軸調整方法は、照明光を発生する電極を管球体に封入した状態で支持するとともに電極と導通する外部端子が管球体の端部に形成されたランプ本体と、ランプ本体の発光領域からの照明光を出射する密封窓孔とランプ本体を支持する支持開口とが形成されるとともに、内面に発光領域からの照明光を反射して窓孔に導く反射面が形成されたハウジングとを備えたランプ装置の光軸調整方法であって、ランプ本体の管球体端部をハウジングの支持開口部に遊嵌状態で位置調整可能に貫通させ、ハウジング外部で管球体の露出部を仮保持する位置調整機構をハウジングに着脱可能に取り付け、ランプ本体の発光領域からの光の通過を許す位置決め用の小孔をハウジングに形成し、ランプ本体の発光領域の中心点となる理想位置と前記位置決め用小孔とを結ぶ直線の延長線上でハウジング外部にターゲットマークを配置させ、ランプ本体から小孔を通過する光束の輝点をターゲットマークに合致するように位置調整機構によってランプ本体を移動させることによりランプ本体の位置決めを行い、該位置調整機構によりランプ本体を仮保持させた状態で、ハウジングの支持開口部内周面と管球体外周面との間隙に接着性材料を充填すると共に位置決め用小孔を密封してハウジング内部を気密封止し、管球体外周面とハウジングの支持開口部内周面との間隙を埋めた接着性材料が硬化した後、位置調整機構をハウジングから取り外すようにしたものである。

ここで、ハウジングに設けられる位置決め用小孔は、これを抜けたランプ本体の光が拡散しないでターゲットマーク上に点状の輝点が形成できるような孔径とする。位置決め用小孔は対称位置に２カ所と、この２カ所の小孔を結ぶ仮想直線に対して直角な方向に１カ所の合計３カ所設けるのが好適であるが、対称位置にある小孔の何れか一方を省略して形成してもよい。また、位置決め用小孔と対をなすターゲットマークは、平坦なスクリーン上に例えば交点を有するプラス印で形成するのが好ましい。
ハウジングに形成される支持開口部の形状、個数についても特に限定されないが、支持開口部の個数は管球体の形状や支持箇所の個数に合わせて、１つ（管球体を片側支持する場合）、または２つ（管球体を両側支持する場合）とする。
管球体の露出部を仮保持する位置調整機構は、管球体を一時的に保持しながら上下、前後並びに管球体軸方向に移動調整することができる機構を備えたものであり、例えば、ランプ本体の管球体の周面に対して等分割された四方から押しつける４本の位置調整ネジと、管球体端面から管球体の軸方向に押しつける軸方向調整ネジとを備えた機構のものが好適である。
また、上記接着性材料には、熔着（溶融）ガラス、セラミックセメント等を用いることができる。

この発明によれば、ランプ本体から小孔を通過する光束の輝点をターゲットマークに合致するように位置調整機構によってランプ本体の位置決めを行うことによりランプ本体の光軸調整が容易に且つ精度よく行うことができる。また、ランプ本体の位置決めを行った後、位置調整機構によりランプ本体を仮保持させた状態で、ハウジングの支持開口部と管球体外周面との間に接着性材料を充填してこれが硬化するまでランプ本体を保持するものであるから、接着性材料による接着時にランプ本体の位置が変動することがなく確実に適正な位置に固定することができ、光学的性能を最適化した状態でランプ装置を組み立てることができるといった効果がある。

（その他の課題を解決するための手段および効果）
上記発明において、前記位置調整機構が、ランプ本体の管球体の周面に対して等分割された四方から押しつける４本の位置調整ネジと、管球体端面から管球体の軸方向に押しつける軸方向調整ネジとを備えている構成とするのがよい。
これにより、位置調整ネジによってランプ本体を上下、前後に、また軸方向調整ネジによってランプ本体を管球体の軸方向に移動させることにより、ランプ本体を理想とする最も好ましい位置に容易に正確に移動調整することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は本発明の一実施形態であるランプ装置の概略的な斜視図であって、ランプ本体の位置を調整するための位置調整機構３０がハウジング１０に取り付けられた状態を示し、図２はその一部の断面図であり、図３はランプ本体の位置調整後に支持開口部をガラス熔着した状態を示し、図４は組立完了したランプ装置の断面図である。

ランプ装置は、窓孔１１を備えたボディ１２、左右の側板１３で構成されるハウジング１０と、窓孔１１を気密に封止する透明な板ガラス１４と、左右に棒状領域を有する管球体２１および電極２２からなるランプ本体２０とにより構成される。

ハウジング１０は、それぞれアルミ合金で作られたボディ１２と左右の側板１３を、パッキン１５およびネジ１６を用いて組み立てることで、気密な箱型ブロック形状をなすようにしてある。
ハウジング１０の内部には、ランプ本体２０を収納するための空間が形成され、また、その内壁面１７が凹面反射鏡となるように鏡面仕上げしてある。

窓孔１１を封止する板ガラス１４の外側周辺には止め板１８が重ねるようにして取り付けてあり、パッキン１９並びにネジ（図示外）を用いて止め板１８をボディ１２に締結することにより、窓孔１１が気密に封止されるようにしてある。
左右の側板１３には、それぞれ支持開口部１３ａが形成してあり、管球体２１の棒状の端部が貫通されている。この支持開口部１３ａとランプ本体２０の管球体２１との間にはランプ本体２０の位置を微調整することが可能な間隙が設けられ、後述の手段により位置調整を行った後、熔着ガラス等の接着性材料Ａでその間隙が埋められてハウジング内部が密閉される。

ランプ本体２０は、一対の電極２２が直線状に並び、各電極２２の一端側が中央で対向するようにしてある。各電極２２のそれぞれの他端側が管球体２１の端部から外部に延出されて外部端子２３となるようしてある。

ハウジング１０の左右外側には管球体２１の露出部を仮保持する位置調整機構３０がハウジングに対して着脱できるように取り付けられている。この位置調整機構３０は、管球体２１を一時的に仮保持しながら上下、前後並びに管球体軸方向とに移動調整することができる機構を備えている。本実施例では、ハウジング１０にビス３１によって着脱可能に取り付けられた機枠３２に、ランプ本体の管球体２１の周面に対して等分割された四方から、即ち、図１において垂直並びに水平方向から押しつける４本の位置調整ネジ３３と、管球体２１端面から管球体の軸方向に押しつける軸方向調整ネジ３４とが設けられている。ハウジング１０に位置調整機構３０を取り付けた際、管球体２１から外部に延びる外部端子２３が邪魔にならないように、該外部端子２３がゆとりを持って貫通する孔３８が機枠３２に設けられている。

また、ハウジング１０には、ランプ本体２０の発光領域からの光の通過を許す位置決め用の微小な小孔４０が設けられている。この位置決め用小孔４０は対称位置（図１の前後側壁）に２カ所と、この２カ所の小孔を結ぶ仮想直線に対して直角な方向（図１の上壁）に１カ所の合計３カ所設けるのが好適であるが、対称位置にある小孔の何れか一方を省略して形成してもよい。更に、ランプ本体２０の発光領域の中心点となる理想位置と前記位置決め用小孔４０とを結ぶ直線の延長線上にターゲットマーク４１が夫々配置されている。このターゲットマーク４１は、本実施例では平坦なスクリーン４２上に交点を有するプラス印で形成されている。

位置決め用小孔４０は、これを抜けたランプ本体２０の光が拡散しないでターゲットマーク４２上に点状の輝点を形成するような孔径とする。孔径が大きいと輝点が大きくなって位置決め精度が悪くなるので、可能な限り孔径を小さくするのが好ましい。また位置決め用小孔４０の放射側エッジは図に示すようにラッパ状にするのがよい。

図１〜図３はランプ装置の組立過程を示す。ランプ本体２０はハウジング１０の外部に露出した管球体部分で位置調整機構３０の調整ネジ３３、３４で仮保持されている。また、ランプ本体２０の発光領域の中心点となる理想位置と前記位置決め用小孔４０とを結ぶ直線の延長線上にターゲットマーク４１が夫々配置されている。この段階で、支持開口部１３ａと管球体２１との間隙は熔着されていない。
この状態で、ランプ本体２０の夫々の外部端子２３に電源を接続してランプ本体２０を点灯し、ランプ本体２０から小孔４０を通過する光束の輝点を夫々対をなすターゲットマーク４１に合致するように、位置調整機構３０の各調整ネジ３３，３４を螺進後退させてランプ本体２０を上下、前後並びに軸方向に移動させることにより、ランプ本体２０を理想とする最も好ましい位置に正確に且つ精度よく調整することができる。
ランプ本体２０の位置を適性位置に調整したあと、その姿勢を位置調整機構３０により保持させた状態で、ハウジング１０の支持開口部１３ａと管球体２１との間隙に熔着ガラス、セラミックセメント等の接着性材料Ａを充填すると共に、位置決め用小孔４０を上記接着性材料Ａと同様な接着性材料Ｂを充填して密封することによりハウジング１０の内部を気密封止する。そして、支持開口部１３ａの間隙を埋めた接着性材料Ａが硬化した後、位置調整機構３０をハウジング１０から取り外すことにより図４に示すランプ装置が完成する。尚、支持開口部１３ａと管球体２１との間隙を接着性材料Ａで埋める際に、その作業がハウジング外部から実行できるように、位置調整機構３０の機枠３２に図１に示すような空隙が形成されていることは勿論である。

本実施例では、位置決め用小孔４０を密封するのに接着性材料Ｂを使用したが、その他の手段、例えば、図示は省略するが、盲蓋を位置決め用小孔４０の開口部に気密に接合してビスや接着剤により固定する等の手段により密封するようにしてもよい。

以上のようにして組み立てられたランプ装置は、ランプ本体２０の光軸を理想位置に設定することができ、光学的性能を最適化することができる。また、図４に示すように、ランプ本体２０の発光領域（対向電極２２の電極どうしが対向する間隙）から照射される光のうち、窓孔１１に向かう光Ｌ１は直接窓孔１１から出射し、また、内壁面１７に向かう光Ｌ２は、そこに形成された凹面反射鏡で反射して窓孔１１から出射するようになる。

尚、上記実施例では、ターゲットマーク４１はスクリーン４２上に形成したものを使用したが、望ましくはこのスクリーン４２を半透明素材とし、反対側から拡大観察したり、カメラで撮影してコンピューターで画像処理を施すことにより輝点の中心位置を計算したりするなどの補助手段を用いることにより、位置決め精度を更に向上させることができる。

また、内壁面１７に形成される反射面は楕円形状に限らず、放物線形状、平面形状、多面体形状等にしてもよい。さらに、窓板ガラス１４にレンズ機能を持たせるようにしてもよい。

上記したランプ本体２０の管球体２１は略円筒形であるのが一般的である。従って位置調整機構３０で４方から位置調整ネジ３３で管球体外周面を押しつけて保持したときに、管球体２１の自由回転を完全に防ぐことができない。そこで、この点を考慮した別の実施例を図５、図６並びに図７で示す。

この実施例では、管球体２１の端面に金属又はガラス等からなる断面方形の角柱状スリーブ３５が管球体２１の端面に熔着ガラスやその他の接着性材料３６で熔着されている。この場合図７に示すように、ランプ本体２０の理想取り付け姿勢における垂直線Ｙと、角柱状スリーブ３５の垂直な一面３５ａとが正しく平行となるようにする。また、スリーブ３５の素材がガラスの場合は、図６に示すように管球体２１の外部端子２３がスリーブ３５の孔３７を貫通して外方に延長させることが必要である。スリーブ３５の素材が金属の場合は、それ自体が導体としての外部端子を形成することができるので、図５に示すように管球体２１の外部端子２３をスリーブ３５の孔３７に埋め込んでもよい。尚、スリーブ３５が金属の場合は、管球体素材のガラスとの熔着のための熱膨張率を低く抑えたコバール金属やスーパーインバー材等が適切である。またスリーブ３５と管球体２１との熔着部位が、支持開口部１３ａと管球体２１との間隙を熔着する際の熱で外れないように、接着性材料３６を、支持開口部１３ａの接着性材料Ａの融点より高い素材で形成するのがよい。これにより、支持開口部１３ａの部位を接着性材料Ａで熔着するときにスリーブ３５と管球体２１の熔着部位が軟化して位置決めが狂うことは阻止できる。

この実施例によれば、管球体２１と一体となったスリーブ３５が４方の面で、位置調整ネジ３３で押しつけられるので、管球体２１の自由回転が確実に阻止される。また、ランプ本体２０の理想取り付け姿勢における垂直線Ｙと、角柱状スリーブ３５の垂直な一面３５ａとが正しく平行となるように取り付けられているので、位置調整ネジ３３でスリーブ３５の四面を押しつけるだけで、管球体２１の水平、垂直度が自動的に調整できる。尚、位置調整ネジ３３の先端は円弧面であるのが好ましい。

上記した実施例において、スリーブ３５が金属の場合は、管球体素材のガラスとの熔着のための熱膨張率を低く抑えたコバール金属やスーパーインバー材等が適切である。またスリーブ３５と管球体２１との熔着部位が、支持開口部１３ａと管球体２１との間隙を熔着する際の熱で外れないように、支持開口部１３ａの接着性材料Ａの融点より高い接着性材料３６で形成するのがよい。

本発明のランプ装置は照明装置等に適用される。特に、画像投影用のプロジェクター等の光源として、或いは、砂塵が舞う砂漠上や塩分が含まれる海上等の劣悪な環境を航行する航空機・船舶等のような劣悪な空気環境での照明に利用される。

本発明の一実施形態であるランプ装置の概略的な斜視図であって、ランプ本体の位置を調整するための位置調整機構がハウジングに取り付けられた状態を示す図。上記実施例におけるランプ装置の一部の断面図。上記実施例において、ランプ本体の位置調整後に支持開口部を熔着した状態を示す。組立完成したランプ装置の断面図。本発明に於ける位置調整機構の別の実施例を示す一部の斜視図。上記実施例におけるスリーブの他の例を示す斜視図。図５並びに図６で示したスリーブを位置調整ネジで保持させた状態を示す断面図。

符号の説明

１０：ハウジング
１１：窓孔
１２：ボディ
１３：側板
１３ａ：支持開口部
１４：板ガラス
２０：ランプ本体
２１：管球体
２２：電極
２３：外部端子
３０：位置調整機構
３２：位置調整ネジ
３３：軸方向調整ネジ
４０：位置決め用小孔
４１：ターゲットマーク
４２：スクリーン
Ａ：接着性材料
Ｂ：接着性材料

Claims

照明光を発生する電極を管球体に封入した状態で支持するとともに電極と導通する外部端子が管球体の端部に形成されたランプ本体と、
ランプ本体の発光領域からの照明光を出射する密封窓孔とランプ本体を支持する支持開口とが形成されるとともに、内面に発光領域からの照明光を反射して窓孔に導く反射面が形成されたハウジングとを備えたランプ装置の光軸調整方法であって、
ランプ本体の管球体端部をハウジングの支持開口部に遊嵌状態で位置調整可能に貫通させ、ハウジング外部で管球体の露出部を仮保持する位置調整機構をハウジングに着脱可能に取り付け、
ランプ本体の発光領域からの光の通過を許す位置決め用の小孔をハウジングに形成し、
ランプ本体の発光領域の中心点となる理想位置と前記位置決め用小孔とを結ぶ直線の延長線上でハウジング外方にターゲットマークを配置させ、
ランプ本体から小孔を通過する光束の輝点をターゲットマークに合致するように位置調整機構によってランプ本体を移動させることによりランプ本体の位置決めを行い、
該位置調整機構によりランプ本体を保持させた状態で、ハウジングの支持開口部内周面と管球体外周面との間隙に接着性材料を充填すると共に位置決め用小孔を密封してハウジング内部を気密封止し、
管球体とハウジングの支持開口部との間隙を埋めた接着性材料が硬化した後、位置調整機構をハウジングから取り外すようにしたことを特徴とするランプ装置の光軸調整方法。
前記位置調整機構が、ランプ本体の管球体の周面に対して等分割された四方から押しつける４本の位置調整ネジと、管球体端面から管球体の軸方向に押しつける軸方向調整ネジとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のランプ装置の光軸調整方法。