JPH10134775A

JPH10134775A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH10134775A
Application number: JP8304127A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Narita; 光男成田; Akihiko Sugitani; 晃彦杉谷; Yoshihiro Horikawa; 好広堀川; Takashi Ito; 尚伊藤; Ryushi Igarashi; 龍志五十嵐
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22
Also published as: US5986402A; DE19747803A1; DE19747803C2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極間距離が 3.0mmより小さいランプに対し
て封止部にクラックを発生させることがなく、かつ、ラ
ンプの製造にも困難を伴わず、さらには良好な点灯を可
能にするメタルハライドランプを提供すること【解決手段】石英ガラスからなる発光管１０に電極間距
離Ｘが 2.9mm以下で陰極１１と陽極１２が配置され、こ
の発光管１０の中に水銀と金属ハロゲン化物が封入さ
れ、定格電力１００〜４００Ｗの範囲で点灯される直流
点灯型のものであって、放電空間内に突出する陰極１１
の長さＨと放電空間における電極軸方向と直交する方向
の最大内径Ｄとの比率Ｄ／Ｈが 1.9以上であることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はメタルハライドラ
ンプに関する。特に、液晶プロジェクターなどに適した
直流点灯型のショートアーク型メタルハライドランプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶プロジェクターが注目され、
その光源にはショートアーク型のメタルハライドランプ
が使われている。この光源はメタルハライドランプ（以
下、単に「ランプ」ともいう）の他に凹面反射鏡より構
成され、ランプの軸線と凹面反射鏡の光軸が一致した状
態で、当該ランプの一方の封止部を凹面反射鏡の基端開
口部に充填剤を用いて埋め込むなどして構成される。そ
して、ランプから放射された光が直接、あるいは凹面反
射鏡で反射されて集光レンズ等の光学系に照射され、こ
の光学系を通過した光が液晶パネルを照射し、液晶パネ
ルに形成された画像を投影レンズを介してスクリーンに
投射するようになっている。

【０００３】メタルハライドランプは、両端封止型（い
わゆる、ダブルエンド型）で、放電空間に陰極、陽極を
備え、水銀、始動用希ガス、および種々のハロゲン化金
属が封入される。このようなメタルハライドランプは、
ハロゲン化金属を蒸発させるので、金属単体に比べて低
い温度で十分な蒸気圧が得られ、高圧水銀ランプに比べ
て発光効率が優れ、また封入金属を適宜選択することに
より優れた演色性を得ることができる点が液晶プロジェ
クターの光源として最適とされる。

【０００４】ところで、液晶プロジェクターは小型化が
進み、また、液晶パネルも小型化することから、メタル
ハライドランプからの放射光を液晶パネルに十分に集光
させるためには、ランプの電極間距離を従来より短くす
る必要がある。具体的には、従来のメタルハライドラン
プの電極間距離は 3.0mm〜 5.0mmであったが、このよう
な小型化の要請によって、 3.0mmより小さいものが必要
とされている。

【０００５】このような電極間距離を短くしなければな
らないという要請に対して、２つの電極を単純に放電空
間内へ延ばすというだけでは以下の問題を生ずる。すな
わち、メタルハライドランプは、その点灯中においては
ハロゲン化金属が全て完全に蒸発しているわけではな
く、一部は固体、液体の状態となって放電空間に存在す
る。この固体、液体状態のハロゲン化金属は、ランプ点
灯中においては放電空間の中で最冷点位置（温度の一番
低い位置）に集まってしまう。つまり、電極を放電空間
に向けて伸ばせば、その分だけ当該電極の根元部分の温
度が低くなり最冷点となってしまう。このため当該根元
部分に固体、液体状態のハロゲン化金属が集まることに
なる。ここで、一般には陽極は陰極より温度が高いので
陰極の根元部分が最冷点となる。

【０００６】この陰極根元に集まったハロゲン化金属
は、封止部において陰極棒と石英ガラスの間に生ずる微
小な隙間に入り込んで、ランプの点灯消滅の繰り返しに
対する膨張収縮等の影響により、当該封止部にクラック
を発生させてしまう。

【０００７】また、電極間距離を短くするという要請に
対して、放電空間全体を小さくする方法（すなわち、相
似的に小型化する方法）も理論的には考えられるが、封
止部を形成するためには製造上ある程度の大きさが必要
となり、電極間距離が 3.0mmより小さい場合に相当する
封止部はかなり小型化してしまうので、その製造は従来
のランプでは考えられないほどの困難を極めることにな
る。また、ランプは点灯中において、その管壁負荷を所
定の数値範囲に維持しなければ良好な点灯ができなくな
るため、放電空間を小さくすることは管璧負荷との関係
においても問題を伴ってしまう。

【０００８】

【発明が解決する課題】この発明が解決しようとする課
題は、電極間距離が 3.0mmより小さいランプに対して、
封止部にクラックを発生させることなく、かつ、ランプ
の製造にも困難を伴わず、さらには良好な点灯を可能と
するメタルハライドランプを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明のメタルハライ
ドランプは、石英ガラスからなる発光管に電極間距離2.
9mm以下の陰極と陽極を備え、この発光管の中に水銀と
金属ハロゲン化物が封入され、定格電力１００〜４００
Ｗの範囲で点灯される直流点灯型のものであって、放電
空間における電極軸方向と直交する方向の最大内径Ｄ(m
m)と、この放電空間内に突出する陰極の長さＨ(mm)との
比率Ｄ／Ｈが 1.9以上であることを特徴とする。さら
に、放電空間は略楕円回転体形状をなし、その長径の中
心位置より陰極側に、アークの中心が位置することを特
徴とする。さらに、放電空間は略楕円回転体形状をな
し、その長径の中心位置より陰極側に、陽極の先端が位
置することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１はこの発明にかかるメタルハ
ライドランプを示す。石英ガラスからなる発光管１０の
内部には陰極１１と陽極１２が配置される。発光管１０
の放電空間は肉厚 1.5mmの石英ガラスが、内径は長径Ｍ
側（電極軸方向の最大径）で 16.0mm 、短径Ｄ側（電極
軸方向と直交する方向の最大径）で 14.5mm 、内容積
0.8ccよりなり、長軸（電極軸方向）を中心とした楕円
回転体なしている。陰極１１は外径φ 0.6、全長11.0mm
のタングステン棒より、陽極１２は外径φ0.6、全長 7.
0mmのタングステン棒の先端に電極ヘッド１２Ａが設け
ている。この電極ヘッド１２Ａは、外径φ2.2 、長さ5.
0mm の円柱体の両端を面取り加工したものである。陰極
１１と陽極１２との距離Ｘ、すなわち電極間距離（また
はアーク長）は、2.9mm以下に形成される。

【００１１】陰極１１、陽極１２は封止部１３に付着さ
れた金属箔１４に接続される。この金属箔１４はモリブ
デンよりなる。また、金属箔１４の各々は、電極と接続
される反対側の端部において、外部リード棒と接続され
る。

【００１２】放電空間には、水銀の他に、発光金属とし
て希土類金属、例えば、Ｄｙ（シ゛スフ゜ロシウム)、Ｎｄ（ネオシ゛
ウム）、Ｔｌ（タリウム）、Ｉｎ（インシ゛ウム）、Ｓｎ（スス
゛）、Ｃｓ（セシウム）などが沃化物、臭化物の形で封入さ
れる。また、始動用希ガスとしてアルゴンガスが封入さ
れる。このような封入物は、例えば、水銀 30.0mg 、沃
化ジスプロシウムを含む希土類ハロゲン化物と沃化セシ
ウムの混合物 0.2mg、沃化インジウム 0.1mg、アルゴン
が常温で 150Torrである。

【００１３】この実施例におけるメタルハライドランプ
は、例えば、定格電力２５０Ｗ、定格電流４．５Ａで点
灯される。また、この発明にかかるメタルハライドラン
プは、直流で水平方向に配置して点灯される。これは、
希土類イオン原子を陰極方向に引き付けることにより発
光管に到達する希土類イオン原子や中性原子の数を減ら
すもので、発光物質の偏り現象（カタホリシス現象）を
積極的に利用することで発光管の白濁を大きく減少でき
る点で有利である。

【００１４】ここで、この発明は陰極１１の突出長Ｈ
と、電極軸方向に直交する方向の最大内径Ｄとの比率Ｄ
／Ｈを 1.9以上にしている。ここで突出長とは、放電空
間に伸びる陰極の長さを意味しており、封止部１３内に
埋設される陰極部分は除外されたものである。この突出
長は図においてＨで示され、その長さは、例えば 4.6mm
である。すなわち、本発明では、電極間距離 2.9mm以下
の直流点灯型のメタルハライドランプにおいて、陰極の
突出長Ｈ(mm)と、電極軸方向に直交する方向の最大径Ｄ
(mm)との関係に着目して、その比率Ｄ／Ｈを 1.9以上に
すれば、陰極の封止部にクラックを発生させないことを
見い出したものである。

【００１５】この理由は必ずしも明らかではないが以下
のように考えられる。すなわち、一般的に陰極の根元に
未蒸発の金属ハロゲン化金属が付着するのは、前に説明
したように、陰極の根元が放電空間において最冷点位置
となるからである。そして、本発明では、まず、陰極の
突出長を短くすることで、最冷点位置を別の位置（好ま
しくは、発光間管壁の中央部）に移動させることとし
て、未蒸発の金属ハロゲン化物の付着位置も当該別の位
置に移動させたことによる。その一方で、陰極の突出長
を極端に短くすると陰極の根元が逆に高温化してしま
い、また、放電空間内におけるアーク形成位置が極端に
陰極根元付近であれば光学系との関係においても悪影響
を与えてしまう。さらには、陽極根元を逆に最冷点位置
としてしまい陽極側封止部にクラック発生の問題を発生
させかねなくなる。また、一般的に陰極の突出長が長い
とランプの発光は明るいということが経験的に知られて
いる。そこで、本発明者らは、このような要因を考慮し
て、鋭意検討重ねた結果、陰極突出長Ｈ(mm)と放電空間
における電極軸方向と直交する方向の最大径Ｄ(mm)との
関係に着目して、最冷点位置を陰極根元に生じさせるこ
とのない数値範囲を見い出したものである。

【００１６】図２は、陰極突出長Ｈと放電空間における
電極軸方向と直交する方向の最大径Ｄとの関係値Ｄ／Ｈ
と、陰極側封止部にクラックの発生させる割合との関係
を示したものである。図において、縦軸はクラックの発
生頻度（％）、横軸はＤ／Ｈの値を示す。クラックの発
生頻度とは、各Ｄ／Ｈの値に対してランプを５００時間
点灯したときに陰極の封止部にクラックが発生した本数
の割り合いを示すものをいう。また、ここにいうクラッ
クの発生とは、微小なクラックまで全て含むとともに、
クラックの発生によってランプ自体が破損した本数まで
含まれる。図に示す関係から、Ｄ／Ｈの値が小さいほど
クラックの発生頻度は高く、Ｄ／Ｈの値が大きくなるほ
どクラックの発生頻度が低くなることが分かる。具体的
には、Ｄ／Ｈが 1.6のときに発生頻度は 3.0％であり、
Ｄ／Ｈが 1.9のときに発生頻度は 1.0％である。そし
て、Ｄ／Ｈが 1.9を越えるとクラックの発生頻度はほぼ
０％になることが示される。前述のごとく、クラックの
発生は事実上ランプの欠陥を意味するため、発生頻度が
1.0％を越えるということは致命的なことを意味する。

【００１７】本発明にかかるメタルハライドランプの定
格電力は、１００Ｗ〜４００Ｗのものに制限される。こ
の理由は、定格電力１００Ｗ以下の条件では現実の液晶
プロジェクター用の光源としては明るさは不足してしま
い、また、定格電力４００Ｗ以上の点灯では消費電力が
多くなりすぎ液晶プロジェクターの商品化のレベルは困
難を伴う。

【００１８】さらに、本発明にかかるメタルハライドラ
ンプは、楕円回転体形状の放電空間の長径（電極軸方向
の内径）の中心位置より陰極側に、アークの中心が位置
することを特徴とする。この具体例を図３に示すが、放
電空間の長径Ｍの中心位置Ｍ１よりも陰極側にアークの
中心位置Ｘ１（すなわち、電極間距離Ｘの中心位置）が
存在する。

【００１９】さらに、本発明にかかるメタルハライドラ
ンプは、楕円回転体形状の放電空間の長径（電極軸方向
の内径）の中心位置より陰極側に、陽極の先端が位置す
ることを特徴とする。この具体例を図４に示すが、放電
空間の長径Ｍの中心位置Ｍ２よりも陰極側に陽極１２の
先端Ａが位置する。図３、図４に示す実施例は、本発明
のメタルハライドランプを実現するために形成される具
体的構成である。

【００２０】本実施例では、放電空間が楕円回転体形状
のものについて説明したが、かかる形状に制限されるこ
とはなく、必要に応じて、球形状、たまご型形状、その
他の形状の放電空間を有するランプにも適用できる。陰
極突出長Ｈは、前述のごとくＤ／Ｈが 1.9以上のもので
あれば、特に制限されるものではないが、現実には定格
電力、電極間距離との関係から 5.0mm以下のものにな
る。

【００２１】本発明にかかるメタルハライドランプの封
止部の構造は、ピンチシール構造、シュリンク構造など
その構造が制限されることはない。また、封止部の断面
形状においても、特に制限されることはなく、円形状、
偏平形状、略Ｈ型形状など種々の形状において適用する
ことができる。

【００２２】

【実施例】図５は、図２に示したもののうち具体的に５
本のランプについて、その具体的数値例とクラック発生
の有無を表す。定格電力と電極間距離は、全てのランプ
において本発明に規定する数値範囲内のもの、すなわち
定格電力は１００〜４００Ｗであり、電極間距離は 2.9
mm以下であって、Ｄ／Ｈの値が本発明に規定する 1.9以
上のものとそうでないものについて比較する形で示され
る。図より明らかなように、Ｄ／Ｈの値が 1.9を下回る
ランプ１とランプ５についてはクラックの顕著なる発生
が認められ、また、Ｄ／Ｈの値が 1.9を僅かに下回るラ
ンプ２については目視では観察できない程度の微小なク
ラックの発生が認められている。その他のランプ、すな
わちＤ／Ｈの値が 1.9を上回るランプ３、ランプ４につ
いてはクラックの発生は認められなかった。

【００２３】

【発明の効果】この発明にかかるメタルハライドランプ
によれば、電極間距離 2.9mm以下の直流点灯型におい
て、陰極の封止部にクラックを発生させることなく良好
な点灯をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のメタルハライドランプを示す。

【図２】陰極突出長Ｈと放電空間における電極軸方向と
直交する方向の最大径Ｄとの関係値Ｄ／Ｈと、陰極側封
止部にクラックの発生させる割合との関係を示す。

【図３】この発明のメタルハライドランプを一態様の部
分的に示す。

【図４】この発明のメタルハライドランプを一態様の部
分的に示す。

【図５】ランプの具体的な数値例とクラックの発生を示
す図である。

【符号の説明】

１０発光管１１陰極１２陽極１３封止部１４金属箔Ｈ陰極突出長Ｘ電極間距離Ｄ放電空間における電極軸方向と直交する方向の最大
内径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤尚兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者五十嵐龍志兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英ガラスからなる発光管に電極間距離
2.9mm以下の陰極と陽極を備え、この発光管の中に水銀
と金属ハロゲン化物が封入され、定格電力１００〜４０
０Ｗの範囲で点灯される直流点灯型のメタルハライドラ
ンプにおいて、放電空間における電極軸方向と直交する方向の最大内径
Ｄ(mm)と、この放電空間内に突出する陰極の長さＨ(mm)
との比率Ｄ／Ｈが 1.9以上であることを特徴とするメタ
ルハライドランプ。
【請求項２】前記放電空間は略楕円形状をなし、その長
径の中心位置より陰極側に、アークの中心が位置するこ
とを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドラン
プ。
【請求項３】前記放電空間は略楕円形状をなし、その長
径の中心位置より陰極側に、陽極の先端が位置すること
を特徴とする請求項２に記載のメタルハライドランプ。