KR20030019167A - 고압방전 램프 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내압을 향상시킨 고압방전 램프를 제공하는 것이다.
발광부(1)와 측관부(2)로 구성되고, 석영을 주성분으로 하는 용기와, 발광부(1)에 봉입된 수은과, 측관부(2)에 매설된 금속박(4)과, 일단이 금속박(4)에 접속되고 또한 타단이 발광부(1)에 연출(延出)하여 이루어지는 전극봉(3)을 구비하며, 전극봉(3)은, 측관부(2)에 매설된 부분의 적어도 일부에, 표면적을 증가시키는 표면적 증가구조(6)를 가지고 있으며, 금속박(4)의 적어도 일부와, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 접합부와, 표면적 증가구조(6)의 일부를 포함하는 측관부(2)의 부분에는, 금속 또는 해당 금속 산화물의 적어도 1종의 금속재료가 첨가된 봉착부 유리(9)가 설치되어 있는, 고압방전 램프이다.
Description
본 발명은, 고압방전 램프 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정 프로젝터용 광원 등의 미러와 조합시켜 사용하는 고압방전 램프는, 시스템의 소형화에 따라, 보다 콤팩트하고 밝은 램프가 요망되고 있다.
콤팩트하고 밝은 램프를 실현하기 위해서는, 아크 길이를 보다 짧게 설계하는 것이 필요하다. 그러나, 아크 길이를 짧게 했을 때에 종래와 동등 이상의 밝기의 광원을 얻기 위해서는, 램프 전류가 전극의 제한을 받으므로, 램프내의 봉입물의 압력을 올릴 필요가 있다. 즉, 고내압 동작에 견딜 수 있는 램프가 요망되고 있다. 특히, 30MPa 이상의 초고압 동작은, 종래에 비해 비약적인 특성 향상이 있다고 기대되고 있다.
또, 동작압은 30MPa 미만의 램프라도, 수명 말기에 램프가 파열하는 등의 문제가 발생한다는 과제는, 아직 해결되고 있지 않으므로, 동작압의 고압에 상관없이, 램프의 안전성을 향상하기 위해, 종래에 없는 고내압 구조의 램프가 필요하다.
종래의 고압방전 램프 구성의 일예를 도 21의 (a)에 나타낸다. 도 21의 (a)에서의 고압방전 램프는, 석영유리를 주된 재료로 하는 발광부(1)에서 연장한 측관부(2)로 이루어지는 용기(이후, 간단하 「관」이라 칭함)를 갖는다. 전극봉(3)의 일부와 전극봉(3)에 전기적으로 접속된 금속박(4)과 금속박(4)의 타단에 전기적으로 접속된 외부 리드선(5)의 일부가 측관부(2)에 매설되어 있다. 발광부(1)에는, 수은(7)과, 도시하지 않은 희유(rare)가스가 봉입되어 있다.
전극봉(3)은, 텅스텐을 주된 재료로 하고 있고, 측관부(2)는 석영유리를 주된 재료로 하고 있다. 이 2종류 재료의 봉착은, 열팽창 계수의 차이에 의해 매우곤란하다.
또한, 종래의 램프는, 램프 점등중에 발광부(1)측의 금속박(4)의 단부를 기점으로, 유리에 균열이 생기기 쉽다는 과제가 있었다. 균열이 발생하는 원인은, 전극봉(3)과 측관부(2)는 마치 봉착되어 있는 바와 같이 보이지만, 실제는 매우 적은 간극(8)이 있기 때문이다. 예컨대 시링크 밀봉을 한 경우, 전극봉(3)과 측관부(2)와의 간극(8)의 B-B의 단면은, 도 21의 (b)와 같이 대략 원형 간격(8a)이며, 특히 응력이 집중하는 형상은 아니다. 한편, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 접합부와의 간극(8)의 C-C 단면은, 단면도 21의 (c)와 같이 금속박(4)의 에지부에 따라, 예리한 절개 형상의 간극(8)으로 되어 있다. 이 간극(8b)에는 응력이 집중하며, 유리에 균열이 발생한다.
고내압 구조를 갖는 램프로서, 일본특허공개평 2001- 118542호 공보에 개시된 램프가 있다. 이 램프는, 석영유리로 이루어지는 밀봉관부에 삽통(揷通)된 석영유리로 이루어지는 보조유리에 코일재가 배치되어 있고, 그 코일재에 의해, 전극봉이 유지되어 있는 쇼트아크형 고압수은 램프이다. 이 구성에 의하면, 코일재와 전극봉과의 사이에 간극이 비어 있고, 그것에 의해, 램프점등 사이클에 의한 전극봉의 수축에 의해 발생하는 밀봉관부의 크랙을 방지하여, 최종적으로 내압을 향상시킬 수 있다.
그렇지만, 일본특허공개평 2001-118542호 공보에 개시된 램프는, 점등 사이클에 대한 내압은 올릴 수 있어도, 코일재와 밀봉관부와의 접착부는 열팽창 계수가 다르므로, 그 접착력은 충분하지 않았다.
또, 본 출원인은, 전극봉(3)과 금속박(4)과의 사이에 발생하는 간극(8b)을 없애는 수단을, 일본특허공개평 2000-214070호 명세서에 개시했지만, 확실하게 30MPa 이상의 고내압 구조를 갖는 램프를 실현하기 위해서는, 다시 한번 개량이 필요했었다.
본 발명은 이러한 제점(諸点)을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은, 고내압 구조를 실현한 고압방전 램프 및 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에서, 램프의 구성을 나타내는 모식도.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에서, 램프의 잉크 삽입의 모양을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에서, 램프의 내압 시험의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에서의 램프와 종래의 램프와의 내압을 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에서, 표면적 증가구조의 일예의 단면을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시형태 1에서, 발광관과 측관부와의 계면에서 봉착부 유리의 발광관측의 단부까지의 거리를 20mm로 한 경우의 램프를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시형태 1에서, 발광관과 측관부와의 계면에 봉착부 유리의 발광관측의 단부를 배치한 경우의 램프를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시형태 2에서, 텅스텐 코일을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 실시형태 2에서, 텅스텐 코일부착 전극봉을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 실시형태 2에서, 전극조립 구조물을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 실시형태 2에서, 관을 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 실시형태 2에서, 봉착부 유리를 나타내는 도면.
도 13의 (a)는 본 발명의 실시형태 2에서, 봉착부 유리를 설치한 전극조립 구조물을 나타내는 도면, (b)는 본 발명의 실시형태 2에서, 봉착부 유리를 전극조립 구조물에 정지시키는 구조의 일예를 나타내는 도면, (c)는 본 발명의 실시형태 2에서, 봉착부 유리를 전극조립 구조물에 정지시키는 구조의 일예를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 실시형태 2에서, 봉착부 유리가 설치된 전극조립 구조물을 관에 삽입한 구조를 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 실시형태 2에서, 측관부를 가밀봉한 구조를 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 실시형태 2에서, 일단의 측관부에 제1 밀봉부를 설치한 구조를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 실시형태 2에서, 일단의 측관부에 제2 밀봉부를 설치한 구조를 나타내는 도면.
도 18은 본 발명의 실시형태 2에서, 제1 밀봉부와 제2 밀봉부와의 사이에 생긴 절개부의 간극을 나타내는 도면.
도 19는 본 발명의 실시형태 2에서, 제1 밀봉부의 길이와 내압과의 관계를나타낸 그래프.
도 20은 본 발명의 실시형태 2에서, 다른 측관부의 가밀봉의 구조를 나타내는 도면.
도 21의 (a)는 종래 밀봉의 구조를 구비한 고압방전 램프의 구성을 나타내는 도면, (b)는 B-B선의 측관부의 단면도, (c)는 C-C선의 측관부의 단면도.
도 22는 종래의 램프에서, 잉크삽입의 모양을 나타내는 도면.
도 23은 비교예로서의 고압방전 램프의 구성을 나타내는 도면.
[부호의 설명]
1발광부2, 2a, 2b측관부
3, 3a전극봉4금속박
5외부 리드선6텅스텐 코일
7수은8간극
9봉착부 유리10폐색측관부
11개구측관부12금속 스프링
13a, 13b단부근101전극조립 구조물
102관103봉착부 유리
104삽입봉
본 발명의 고압방전 램프는, 발광부와, 상기 발광부의 양측에서 연장한 측관부로 구성되고, 석영을 주성분으로 하는 용기와, 상기 발광부에 봉입된 수은과, 상기 측관부 각각에 매설된 금속박과, 일단이 상기 금속박에 접속되고 또한 타단이 상기 발광부에 연출(延出)하여 이루어지는 전극봉을 구비하고, 상기 전극봉은, 상기 측관부에 매설된 부분의 적어도 일부에, 표면적을 증가시키는 표면적 증가구조를 가지고 있으며, 상기 금속박의 적어도 일부와, 상기 금속박과 상기 전극봉과의 접합부와, 상기 표면적 증가구조의 일부를 포함하는 상기 측관부의 부분에는, 금속 또는 해당 금속 산화물의 적어도 1종의 금속재료가 첨가된 봉착부 유리가 설치되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 수은의 봉입량은, 상기 발광부내의 용적을 기준으로 하여, 230mg/cm3이상이다.
어느 실시형태에 있어서, 안정점등시의 상기 발광부의 내압은 23MPa 이상이다.
안정점등시의 상기 발광부의 내압은 30MPa 이상인 것이 바람직하다.
상기 봉착부 유리는, 안정점등시에 상기 수은이 응집하지 않는 온도 이상, 또한, 상기 봉착부 유리가 연화하지 않는 온도 이하의 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 봉착부 유리에서의 상기 금속은, 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택된다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 표면적 증가구조는, 코일구조이다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 표면적 증가구조는 나사산 구조이며, 상기 표면적 증가구조가 설치된 상기 전극봉 부분의 가장 가늘은 부분의 외경을 1로 했을 때에, 가장 돌출한 부분의 외경이 1.1에서 2.0까지의 범위에 있다.
본 발명의 다른 고압방전 램프는, 관내에 한쌍의 전극봉이 배치된 발광관과, 상기 발광관에서 연장하고, 상기 발광관내의 기밀성을 유지하는 한쌍의 밀봉부를 구비하고, 상기 한쌍의 전극봉 각각의 전극봉의 일부는, 상기 한쌍의 밀봉부 각각의 내에 매립되어 있으며, 상기 전극봉의 일단은, 상기 발광관의 내부에 노출해 있고, 또한, 상기 전극봉의 타단은, 상기 밀봉부내에 설치된 금속박에 접합되어 있으며, 상기 전극봉 중, 상기 밀봉부에 매립된 부위의 적어도 일부에는, 코일이 감아져 있거나, 혹은, 나사산부가 형성되어 있고, 상기 밀봉부는, 상기 발광관에서 연장한 제1 유리부와, 상기 제1 유리부 내측의 적어도 일부에 설치된 제2 유리부를가지고 있으며, 상기 제2 유리는, 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 및 그 금속 산화물의 적어도 한쪽이 첨가된 유리이며, 상기 밀봉부 중, 상기 금속박의 일부와, 상기 금속박과 상기 전극봉과의 접합부와, 상기 코일 또는 나사산부가 위치하는 부분의 상기 전극봉을 포함하는 영역에, 상기 제2 유리는 존재하고 있다.
본 발명에 의한 고압방전 램프의 제조방법은, 발광부와 상기 발광부의 양측에서 연장한 관 모양의 측관부를 구비하고, 석영을 주성분으로 하는 용기와; 금속박과, 상기 금속박의 일단에 접속되며 또한 표면적을 증가시키는 표면적 증가구조를 갖는 전극봉을 적어도 구비한 전극조립 구조물; 을 준비하는 공정과, 금속 또는 해당 금속 산화물의 적어도 1종의 금속재료가 석영에 첨가된 봉착부 유리에 의해, 상기 전극조립 구조물 중, 상기 금속박의 적어도 일부와, 상기 금속박과 상기 전극봉과의 접합부와, 상기 표면적 증가구조의 일부를 포함하는 부위를 덮는 공정과, 상기 전극조립 구조물의 상기 봉착부 유리에 의해 덮여진 부분이 상기 측관부 내부에 위치하도록, 상기 전극조립 구조물을 상기 용기에 삽입하는 공정과, 상기 측관부를 가열함으로써, 상기 전극조립 구조물을 밀봉하는 공정을 포함한다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 측관부를 가열함으로써, 상기 전극조립 구조물을 밀봉하는 공정은, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크(shrink)시키는 공정과, 상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 단부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시키는 공정을 포함한다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 측관부를 가열함으로써, 상기 전극조립 구조물을 밀봉하는 공정은, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시켜, 상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 내부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시키는 공정을 포함한다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 측관부를 가열함으로써, 상기 전극조립 구조물을 밀봉하는 공정은, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시켜, 상기 측관부를 냉각하고, 그리고, 상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 단부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시키는 공정을 포함한다.
상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시킬 때에, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리로의 방향으로 상기 측관부를 시링크시켜 가는 것이 바람직하다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 봉착부 유리는 통형 구조물이다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 전극조립 구조물에 상기 봉착부 유리를 삽입하는 공정과, 상기 봉착부 유리를 상기 전극조립 구조물에 소부(燒付)하는 공정을 더 포함한다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 봉착부 유리는, 분말재료를 도포 소부하여 형성된 것이다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 표면적 증가구조는 코일구조이다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 표면적 증가구조는 나사산 구조이며, 상기 표면적 증가구조가 설치된 상기 전극봉 부분의 가장 가늘은 부분의 외경을 1로 했을 때에, 가장 돌출한 부분의 외경이 1.1에서 2.0까지의 범위에 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 봉착부 유리의 연화점은 500℃에서 1750℃까지의 범위에 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 봉착부 유리에서의 상기 금속은, 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이다.
본 발명에 의하면, 금속박의 일부와, 금속박과 전극봉과의 접합부와, 표면적 증가구조의 일부를 포함하는 측관부의 부분에, 금속 혹은 상기 금속 산화물의 적어도 1종류의 금속재료를 석영에 부여한 봉착부 유리를 설치함으로써, 금속박과 전극봉과의 접합부에 발생하는 간극에 봉착부 유리가 용해하여 간극을 없앰과 동시에, 상기 표면적 증가구조에 봉착부 유리가 용해하여 전극봉과 측관부와의 접착력을 강고하게 할 수 있고, 금속박과 전극봉과의 접합부에 발생하는 균열을 방지함과 동시에, 램프의 내압을 향상시킬 수 있다. 또, 예컨대 표면적 증가구조와 봉착부 유리에 램프 점등중에 간극이 발생했다고 해도, 금속박과 전극봉과의 접합부에 발생하는 간극을 봉착부 유리에 의해 없애고 있으므로, 접합부에 생기는 응력에 의한 균열도 동시에 억제할 수 있고, 수명에 대해 더욱 신뢰성이 높은 고내압 구조를 실현할 수 있다.
상기 봉착부 유리가, 안정점등시에 상기 수은이 응집하지 않는 온도 이상, 또한, 상기 봉착부 유리가 연화하지 않는 온도 이하의 위치에 배치되어 있는 경우, 램프의 발광 특성이 저하하는 것을 억제할 수 있고, 또, 점등중에 봉착부 유리가용출하여 발광부의 내부에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 봉착부 유리에서의 상기 금속은, 동, 알루미늄, 철, 나트륨, 붕소 중에서 선택된 것이며, 이 구성에 의해, 봉착부 유리의 열팽창 계수를, 측관부와 표면적 증가구조와의 열팽창 계수의 중간치로 설정할 수 있고, 점등 사이클시에 발생하는 열부하에 의한 왜곡(응력)을 흡수할 수 있으며, 균열의 발생을 억제할 수 있다.
상기 표면적 증가구조는 코일구조로 할 수 있고, 표면적 증가구조를 코일로 함으로써, 용이하게 표면적 증가구조를 설치할 수 있다. 또, 상기 표면적 증가구조는 나사산 구조로 할 수 있다. 이 경우, 상기 표면적 증가구조가 설치된 상기 전극봉 부분의 가장 가늘은 부분의 외경을 1로 했을 때에, 가장 돌출한 부분의 외경이 1.1에서 2.0까지인 것이 바람직하며, 이 구성에 의해, 내압을 향상시키면서, 측관부에 발생하는 크랙을 억제할 수 있다.
본 발명의 고압방전 램프의 제조방법에 의하면, 금속박과 전극봉과의 접합부와 측관부와의 사이에 간극이 없으며, 또한, 전극봉과 측관부와의 접착력을 향상할 수 있고, 램프의 내압을 향상할 수 있는 고압방전 램프를 제조할 수 있다.
또, 상기 측관부를 가열(가열붕괴)시켜, 상기 전극조립 구조물을 밀봉할 때에 있어서, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시키는 공정과, 상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 단부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시키는 공정을 실행할 수 있다. 또한, 상기 측관부를 가열하여 상기 전극조립 구조물을 밀봉할 때에 있어서, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시켜, 상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 단부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시킬 경우, 봉착부 유리에서 발생하는 불순가스가 발광부에 들어가는 것을 억제할 수 있으며, 그 결과, 램프 특성을 향상할 수 있다.
부가하여, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시킨 후에, 상기 측관부를 냉각하고, 상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 단부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시켰을 경우, 봉착부 유리에서 발생하는 불순가스가 발광부에 들어가는 것을 더욱 억제할 수 있고, 그 결과, 램프 특성을 향상할 수 있다. 그리고, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시킬 때에, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리로의 방향으로 상기 측관부를 시링크시켜 가면, 봉착부 유리에서 발생하는 불순가스가 발광부로 들어가는 것을 현격하게 억제할 수 있어, 램프 특성을 향상할 수 있다.
상기 봉착부 유리가 통형 구조물인 경우, 상기 전극조립 구조물에 통형 구조물의 상기 봉착부 유리를 삽입하고, 통형의 상기 봉착부 유리를 상기 전극조립 구조물에 소부(燒付)하면, 봉착부 유리를 전극조립 구조물에 소부함으로써, 전극조립 구조물을 용기에 삽입할 때의 금속박의 구부러짐을 억제할 수 있다. 또, 상기 봉착부 유리가 분말재료를 도포 소부하여 형성된 경우, 전극조립 구조물을 덮는 봉착부 유리를 분말재료로 형성함으로써, 공정을 간략화 할 수 있다.
(발명의 실시형태)
본원 발명자는, 전극봉의 표면적을 증가시키기 위한 코일과, 코일과 측관부와의 열팽창 계수의 중간치를 갖는 유리를 조합시킨 측관부를 갖는 고압방전 램프를 시작(試作)하고, 그리고, 종래에 알려져 있지 않았던 접착력을 향상시키는 효과를 발견하여, 고내압 구조의 램프를 실현하는 것에 성공했다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 의한 실시형태를 설명한다. 이하의 도면에 있어서는, 설명의 간결화를 위해, 실질적으로 동일 기능을 갖는 구성요소를 동일 참조부호로 나타낸다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.
(실시형태 1)
도 1은, 본 발명에 의한 실시형태 1에 관한 고압방전 램프의 구성을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 고압방전 램프란, 점등시 내압이 1기압 이상이 되는 방전램프이다. 고압방전 램프로서, 전형적으로는, HID램프(고휘도 램프)라고 불려지는, 고압수은 램프나 메탈 할로겐 램프(metal halide lamp)를 들을 수 있다. 도 1에 나타낸 고압방전 램프는, 발광부(1)와, 발광부(1)의 양측에서 연장한 측관부(2)로 구성된 용기(이하, 「관」이라 부르는 경우도 있다.)로 구성되어 있다. 용기를 구성하는 재료는, 석영(보다 구체적으로는, 석영유리)을 주성분으로 하고 있다. 발광부(1)에는, 적어도 수은(7)이 봉입되어 있다. 또한, 도 1에 나타낸 고압방전 램프의 측관부(2)는, 발광부(1) 내부의 기밀성을 유지하는 부위(밀봉부)이고, 본 실시형태의 고압방전 램프는, 측관부(2)를 2개 구비한 더블엔드형의 램프이다.
측관부(2)에는, 금속박(몰딩박)(4)이 매설되어 있다. 금속박(4)에는, 전극봉(3)의 일단이 접속되어 있고, 전극봉(3)의 타단은, 발광부(1)에 연출(延出)하고 있다. 전극봉(3)은, 측관부(2)에 매설된 부분의 적어도 일부에, 표면적을 증가시키는 표면적 증가구조(6)를 가지고 있다. 그리고, 금속박(4)의 적어도 일부와, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 접합부와, 표면적 증가구조(6)의 일부를 포함하는 측관부(2)의 부분에는, 봉착부 유리(9)가 설치되어 있다. 봉착부 유리(9)는, 금속 또는 해당 금속 산화물의 적어도 1종의 금속재료(여기서는, 금속재료로서, 금속 산화물 재료도 포함한다.)가 첨가된 유리이며, 봉착부 유리(9)에서의 금속은 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택된다. 또한, 봉착부 유리는, 코일(6)과 측관부(석영유리)(2)와의 열팽창 계수의 중간치를 갖는 것이다.
도 1에 나타낸 고압방전 램프가 고압수은 램프인 경우, 수은(7)의 봉입량은, 발광부(1)내의 용적을 기준으로 하여, 예컨대, 150mg에서 200mg/cm3이상이다. 그리고, 230mg/cm3이상인 것이 바람직하며, 300mg/cm3이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 수은(7)의 봉입량이 약 230mg/cm3인 경우, 안정점등시의 발광부(1)의 내압은, 거의 23MPa가 되며, 수은(7)의 봉입량이 약 300mg/cm3인 경우, 안정점등시의 발광부(1)의 내압은, 거의 30MPa가 된다.
봉착부 유리(9)는, 안정점등시에 수은(7)이 응집하지 않는 온도 이상, 또한, 봉착부 유리(9)가 연화하지 않는 온도 이하의 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 안정점등시에 수은(7)이 응집하지 않는 온도 이상의 위치에 배치하는 것은, 점등중에 측관부(2)와 전극봉(3)과의 적은 간극에 수은이 쌓여 램프의 발광 특성이저하하는 것을 억제할 수 있기 때문이며, 그리고, 봉착부 유리(9)가 연화하지 않는 온도 이하의 위치에 배치하는 것은, 점등중에 봉착부 유리(9)가 용출하여 발광부(1)의 내부에 부착하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 봉착부 유리(9)의 연화점은, 예컨대, 500℃에서 1750℃이다.
이하, 본 실시형태의 고압방전 램프가 수은램프(고압수은 램프)인 경우에서의 설명을 상술한다.
도 1에 나타낸 수은램프는, 석영유리를 주된 재료로 한 내용적이 약 0.025cc인 발광부(1)에서 석영유리를 주된 재료로 하는 측관부(2)가 연장하고 있는 용기(이후, 「관」이라 칭함)를 가지고 있다. 측관부(2)에는, 봉 직경 약 0.25mm의 텅스텐을 주된 재료로 하는 전극봉(3)의 일부와, 전극봉(3)에 전기적으로 접속된 몰딩을 주된 재료로 하는 금속박(4), 그리고 또 금속박(4)의 타단에 전기적으로 접속되어 있는 외부 리드선(5)의 일부가 매설되어 있다. 또, 측관부(2)에 위치하는 전극봉(3)의 주위에는, 전극봉(3)의 표면적을 증가시키는 표면적 증가구조의 일예인 단면직경 60㎛의 텅스텐 코일(6)이 감아져 있고, 텅스텐 코일(6)은, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 용접부를 제외한 장소에 배치되어 있다. 발광부(1)에는, 발광종류인 수은(7)이 7.5mg과, 도시하지 않지만 아르곤 가스 200mbar(25℃ 시) 봉입되어 있다. 또, 전극봉(3)과 측관부(2)와의 사이와, 텅스텐 코일(6)과 측관부(2)와의 사이에는, 열팽창 계수의 차이에 의해, 전극의 밀봉 공정에서 자연으로 발생하는 매우 적은 간극(8)이 있다. 도 1에는 알기 쉽게 하기 위해 크게 간극(8)을 도시하고 있지만, 실제에는 목시로 관찰할 수 없을 만큼 좁은 간극이다. 또한, 상술의 텅스텐코일(6)은, 아크방전을 유지하는 전극봉(3) 선단에 감아지는 코일(이하, 「전극용 코일」이라 칭함)은 아니다.
또, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 접합부와, 텅스텐 코일(6)이 감긴 전극봉(3)의 일부와, 금속박(4)의 일부를 포함하는 부분과, 측관부(2)와의 경계부분에는, 봉착부 유리(9)가 존재하고 있다. 봉착부 유리(9)는, 석영 SiO2에, 동 Cu 및/또는 산화동 CuO, 산화알루미늄 Al2O3가 함유되어 있는 유리이다. 이 봉착부 유리(9)와 전극봉(3)의 주위에 감긴 텅스텐(6), 또는, 봉착부 유리(9)와 금속박(4)과의 사이에는, 간극(8)이 없다. 또한, 봉착부 유리(9)는, 금속박(4)의 일부만이 아니며, 전부이어도 된다.
또한, 봉착부 유리(9)로서는, 예컨대, SiO2: 62중량%, Al2O3: 13.8중량%, CuO : 23.7중량%를 성분으로 하는 유리(상품명 ; SCY2, SEMCOM사 제작. 왜곡점 ; 520℃)를 이용할 수 있다. 또한, 첨가물로서 산화동을 이용한 유리(상품명 ; SCY2)를 이용한 경우에 있어서, 그 산화동이 혼입된 봉착부 유리(석영유리층)(9)의 조성 분석을 한 바, 봉착부 유리(9)중에서는, 산화동의 형태로 존재하고 있다는 것으로, 거의 동의 형태로 존재하고 있는 것이 확인되었다. 왜, 동의 형태로 존재하는가 그 이유는 잘 알 수 없지만, 아마도, 산화동의 산호가 어떤 이유에 의해 석영유리(실리카) 쪽으로 취급되어, 동의 형태로 존재하고 있지 않는가로 추측된다.
목시할 수 없을 만큼 좁은 간극(8)의 유무는, 잉크의 주입에 의해 판명한다. 판정 방법의 개략도를 도 2에 나타낸다. 잉크를 발광관내에 주입하기 위해, 발광관단부를 절단하여 한쪽의 측관부(2)를 제거하고, 그 절단구로 잉크(뉴코닝 ·식용적색 102호)를 주입한다. 남겨진 잉크가 측관부(2)에 침투하도록 측관부(2)를 아래로 향하게 한다. 좁은 간극(8)에도 잉크가 진입하도록, 측관부(2)의 외측을 수중에 담군 상태에서 초음파 진동을 주어, 수시간 방치했다.
그 결과, 본 실시형태의 램프는, 간극(8)의 부분에는 잉크의 진입이 관찰되었지만, 봉착부 유리(9)에 봉착되어 있는 전극봉(3)의 텅스텐 코일(6)부분, 금속박(4)의 주위에는 잉크의 진입은 관찰할 수 없었다. 여기서 기술하고 있는 간극(8)이란, 발광부(1)와 연속적으로 연결되는 간극인 것이다. 예컨대, 불연속으로 존재하는 간극에는, 잉크는 진입하지 않는다. 즉, 전극봉(3)과 금속박(4)과의 접합부 부근의 간극은, 봉착부 유리(9)와 텅스텐 코일(6)이 밀착하고 있기 때문에, 잉크에 의한 진입 시험으로는 확인할 수 없다. 그래서, 전극봉(3)과 금속박(4)과의 접합부 부근의 단면을 내밀어, 확대하여 확인한 바, 간극은 없었다.
계속해서, 비교예로서 종래 램프에서의 잉크 진입시험의 결과를 나타낸다. 이용한 종래 램프의 일예를 도 21의 (a)에 나타낸다. 도 21의 (a)에 있어서, 도 1과 동일 부위는, 동 등호를 붙여 설명을 생략한다. 도 1과 다른 점은, 봉착부 유리(9)와 텅스텐 코일(6)이 없는 것이다. 본 실시형태의 램프와 동일한 잉크 시험한 바, 도 22와 같이 전극봉(3)과 측관부(2)와의 간극(8)에 잉크의 진입이 관찰되며, 전극봉(3)과 금속박(4)과의 용접부 주위의 간극(8b)에도 잉크의 진입이 관찰되었다.
이상의 것으로부터, 본 실시형태에서 도 1에 나타낸 구성의 램프는, 봉착부유리(9)가 있는 것으로 전극봉(3)과 금속박(4)과의 접합부와 측관부(2)와의 사이의 간극(8b)이 없어질뿐만 아니라, 봉착부 유리(9)와 텅스텐 코일(6)의 사이에도 간극(8)이 없어지며, 종래의 램프에 비해, 전극봉(3)과 봉착부 유리(9), 금속박(4)과 봉착부 유리(9)와의 밀착성이 향상하고 있는 것을 안다. 또한, 측관부에 텅스텐 코일이 설치된 램프가 일본특허공개평 2001-118542호 공보에 개시되어 있지만, 그것은, 측관부(2)와 전극봉(3)에 간극(8)을 만들기 위해 설치되어 있으며, 본 발명과 같이 적극적으로 밀착성 향상을 만족한 것은 아니다.
또한, 이와 같은 밀착성이 향상하는 효과는, 봉착부 유리(9)를, 동 Cu, 산화알루미늄 Al2O3, 석영 SiO2가 혼재한 유리로 변경해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 동일하게 철 Fe, 산화철 Fe2O3가 혼재한 유리로 변경해도, 또, 산화알루미늄 Al2O3이 혼재한 유리로 변경해도, 또, 산화동 CuO, 동 Cu, 산화알루미늄 Al2O3, 탄산나트륨 Na2CO3, 나트륨 Na, 산화붕소 B2O3가 혼재한 유리로 변경해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이들의 것이 동일한 효과를 나타낼 수 있다는 확인은, 유리에 대한 정보 시스템(시스템명 ; INTERGLAD Ver.5)에 의한 시뮬레이션을 이용하여, 그 물성을 예측하는 것에 의해 행했다.
다음에, 도 1에 나타낸 구성의 측관부(2)를 갖는 램프가 나타내는 내압의 측정에 대하여 설명한다.
측적용에는 도 3에 나타내는 바와 같은 램프를 이용했다. 도 3에 있어서, 도 1과 동일 부위는, 동 등호를 붙여 설명을 생략한다. 한쪽측의 폐색측관부(10)는,도 1 구성의 측관부(12)와 동일한 구성이며, 전극봉(3), 금속박(4) 및 외부 리드선(5)은 폐색측관부(10)에 밀봉되어 있다. 다른쪽의 개구측관부(11)는 밀봉하지 않고, 개방되어 있다. 이 개구측관부(11)에서 고압수를 도입하여, 파괴하는 압력을 측정한다. 그때의 램프의 파괴압력을, 램프의 초기내압으로 했다.
동일하게, 비교예로서 다른 구성의 램프에서도 측정을 행했다. 비교예의 램프(1)는 도 21의 (a)의 램프의 편측만의 측관부(2)를 도 3과 동일하게 개방한 것, 비교예의 램프(2)는 도 23의 램프(일본특허출원 2000-214070호)의 편측만의 측관부(2)를 도 3과 동일하게 개방한 것이다. 또한, 일본특허출원 2000-214070호 및 그 대응미국 특허출원 09/903, 852호를, 본원 명세서에 참고하기 위해 원용한다. 도 23에 있어서, 도 1과 동일 부위는, 동 등호를 붙여 설명을 생략한다. 도 23에 나타낸 램프와 본 발명의 도 1의 램프와의 차이는, 전극봉(3)의 주위에 감긴 텅스텐 코일(6)이 없을뿐이다.
또한, 도 23의 램프에 있어서 도 2와 동일한 잉크진입 시험을 행했지만, 간극(8)으로의 잉크의 진입은 확인할 수 있었지만, 봉착부 유리(9)에 덮여져 있는 전극봉(3)과 금속박(4)으로의 잉크의 진입은 확인할 수 없었다.
본 발명의 실시형태의 램프(본 발명의 램프)와 비교예의 램프와의 내압측정의 결과를 도 4에 나타낸다. 이 내압 측정에 의해, 본 발명의 램프(도 1)에서의 폐색측관부(10)의 내압은 30 ~ 40MPa였다. 그것에 비해, 도 21의 (a)의 비교예 램프(1)의 측관부(2)의 내압은 15 ~ 20MPa이며, 도 23의 비교예 램프(2)의 측관부(2)의 내압은 20 ~ 25MPa였다. 즉, 본 발명의 도 1에 나타낸 구성의 램프로함으로써, 램프의 내압도 향상할 수 있다는 것을 알았다.
또한, 비교예의 램프(2)에서는, 텅스텐 코일(6)의 유무에 상관없이, 밀착성과 내압이 향상하는 것을 안다. 즉, 봉착부 유리(9)는 밀착성을 향상하는, 바꾸어 말하면, 봉착부 유리(9)는 접착력을 향상시켜 램프의 내압을 향상시키는 것을 안다. 그러나, 텅스텐 코일(6)을 더 설치함으로써, 램프의 내압이 더욱 향상하는 것을 알았다. 이것은 텅스텐 코일(6)을 전극봉(3)에 감아 붙임으로써, 봉착부 유리(9)와 전극봉(3)의 접착면적이 넓어지며, 보다 강고하게 전극봉(3)과 봉착부 유리(9)가 접착했기 때문이라 생각된다. 즉, 전극봉(3)과 접착부 유리(9)와의 접촉면적을 증가시킴으써, 램프의 내압을 상승시키는 것이 가능하게 되었다.
여기서, 주의해야 할 것은, 다음과 같다. 측관부(2)내에 위치하는 전극봉(3)의 주위에 감긴 텅스텐 코일(6)은, 측관부(2)와 전극봉(3)과의 사이에 간극을 개방함으로써 측관부(2)에 발생하는 균열을 억제한다고 생각되고 있었다. 그러나, 이 텅스텐 코일(6)과 측관부(2)와의 사이에 텅스텐 코일(6)과 측관부(2)와의 열팽창 계수의 중간적인 유리(본 발명에서는 「봉착부 유리」에 대응)를 설치함으로써, 텅스텐 코일(6)과 측관부(2)와의 접착력을 보다 강고하게 할 수 있고, 램프의 내압을 향상시킬 수 있는 것이다.
계속해서, 텅스텐 코일(6)이 아닌, 도 5에 나타내는 바와 같은, 표면에 요철(凹凸)형상을 붙인 요철전극봉(3a)을 이용하여 검토했다. 요철형상은, 단면이 3각형의 나사산 구조로 하고, 요철전극봉(3a)의 가장 가늘은 부분의 외경을, 0.250mm로 하며, 가장 굵은 부분의 외경을 0.275mm로 했다. 3각형의 정점과 정점의간격은 60㎛이다. 이 요철전극봉(3a)을 이용하여 도 3에 나타낸 측관부(2)의 구성으로 밀봉한 바, 내압은 30 ~ 40MPa였다. 즉, 도 1의 텅스텐 코일에 의하지 않고, 요철전극봉(3a)의 표면형상을 요철형상으로 함으로써, 내압 향상의 효과가 얻어지는 것을 알았다.
또, 요철전극봉(3a)의 가장 굵은 부분의 외경을, 0.30mm(전극봉(3a)의 가장 가늘은 부분의 외경 0.25mm를 1로 했을 때, 가장 굵은 부분의 외경비는, 1.2)0.40mm(비는 1.6), 0.50mm(비는 2.0), 0.60mm(비는 2.4)로 하여, 각각 도 3과 같은 구성으로 내압 시험과 잉크에 의한 진입시험을 실시했다. 그 결과, 가장 굵은 부분의 외경을 0.60mm까지 굵게 하면, 밀착성이 저하하고, 램프의 내압도 25MPa로 저하했다. 즉, 요철전극봉(3a)의 요철형상은, 가장 가늘은 부분의 외경을 1.0으로 했을 경우, 가장 굵은 부분의 외경은 2.0 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 가장 가늘은 부분의 외경을 0.25mm로 하고, 가장 굵은 부분의 외경을 0.26mm(비는 1.04)로 한 경우는, 램프의 내압이 25 ~ 30MPa와, 약간의 내압 향상은 보여짐에도 불구하고, 현저한 차는 없었다. 이것은, 요철형상이 완만해서, 요철전극봉(3a)의 접착면적은, 내압 향상에 효과가 있는 만큼 크게 되지 않았기 때문이라 생각된다. 즉, 요철전극봉(3a)의 요철형상은, 가장 가늘은 부분의 외경을 1로 했을 경우, 가장 굵은 외경은 1.1 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 요철전극봉(3a)의 요철형상의 나사산 구조의 단면을, 앞의 예에서는 3각형으로 했지만, 대(臺) 형상으로 해도, 4각형 모양으로 해도, 그 형상에 상관없이 효과를 얻을 수 있다.
또한, 요철전극봉(3a)의 요철형상에 대해서는, 측관부(2)에 덮여져 있는 전극봉(3)의 부분에서 가장 굵은 외경과 가장 가늘은 외경을 규정하고 있으므로, 내압에 관계하지 않는 전극용 코일 부분의 외경을 규정하고 있지는 않다.
또한, 내압이 향상하는 효과는, 봉착부 유리(9)를, 동 Cu, 산화알루미늄 Al2O3, 실리카 SiO2가 혼재한 유리로 변경해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 동일하게 철 Fe, 산화철 Fe2O3가 혼재한 유리로 변경해도, 또, 산화알루미늄 Al2O3이 혼재한 유리로 변경해도, 또, 산화동 CuO, 동 Cu, 산화알루미늄 Al2O3, 탄산나트륨 Na2CO3, 나트륨 Na, 산화붕소 B2O3가 혼재한 유리로 변경해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상의 것으로부터, 본 실시형태의 램프의 내압은, 30MPa 이상을 달성할 수 있는 것을 알지만, 내압이 30MPa 이상이 되는 이점을 설명한다.
액정 프로젝터용 광원 등의 미러와 조합시켜 이용하는 램프는, 광이용률 향상을 위해, 보다 점등원에 근접한 연구가 행해지고 있다. 점광원에 근접한 구체적인 수단은 전극간 거리를 짧게 하는 것이지만, 그때 전극간 거리가 짧아지기 때문에 램프전압이 소정의 값까지 올라가지 않는다는 문제가 발생한다. 램프전압이 낮아지면, 광속을 얻기 위해 램프전류를 많이 흐르게 할 필요가 있다. 그러나, 적정한 램프전류는 전극봉(3)의 지름 등으로 정해지며, 그것 이상으로 전류를 흐르게 하면 전극봉(3)의 온도가 과도하게 상승하고, 전극재료가 비산(飛散)하여 발광관(1)은 흑화(黑化)하여, 램프 수명을 저하시키는 원인이 된다. 그래서, 전극봉(3)을 크게 하여 전류를 많이 흐르게 한다고 하면, 아크가 굵어져 점광원화에 반한다. 또한 극단적으로 전극봉(3)의 굵어짐은, 휘점이동 등에 의해 아크가 불안정 동작하게 되기 쉽다. 또, 전류를 보다 많게 흐르게 한다고 하면, 안정기는 크고, 고가로 되므로, 시스템의 소형화, 저렴화에 맞지 않는다.
이와 같은 이유에 의해, 램프 전류를 상승시키지 않고 광속을 상승시키기 위해서는, 램프전압이 상승시키는 것이 불가결하다. 즉, 램프를 점광원화하기 위해서는, 내압이 높은 램프를 실현할 필요가 있다. 또한, 내압 향상에 의해, 예컨대 10MPa의 동작압의 램프에 대해서도, 그 안정성이 보다 향상한다는 큰 이점이 있는 것은 말할 필요도 없다. 즉, 30MPa 이상의 램프만이 아닌, 30MPa 미만의 램프라도, 안정성 또는 신뢰성 향상의 관점에서 보면, 본 발명에 의해 얻어지는 이점은 크다. 특히, 20MPa를 초과하는 레벨의 램프(즉, 오늘 15MPa ~ 20MPa의 램프를 초과하는 점등 동작압을 갖는 램프. 예컨대, 23MPa 이상 또는 25MPa 이상의 램프)에 대하여, 그 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 의미는 매우 크다. 또, 램프를 대량생산 하는 경우에는, 램프의 특성에 어떻게 해서도 편차가 생길 수 있으므로, 점등 동작압이 23MPa 정도의 램프라도, 마진을 고려한 후에 내압을 확보할 필요가 있으므로, 30MPa 이상의 내압을 달성할 수 있는 기술은, 30MPa 미만의 램프에 대해서도, 실제로 제품을 공급할 수 있다는 관점에서의 이점은 크다.
계속해서, 램프의 점등 시험을 행했다. 그때의 램프구성을 도 6에 나타낸다. 도 1과 동일 부위는 동일 등호를 붙여 설명을 생략한다. 여기서, 발광부(1)와 측관부(2)의 경계에서 약 20mm의 위치에, 봉착부 유리(9)의 발광관측의 단부를 배치하고 있다. 점등중, 봉착부 유리(9)의 발광관(1)측 단부의 온도가 약 100℃로 되며, 간극(8)의 봉착부 유리(9)측 단부에 수은이 잠입하고, 방전에 기여하는 수은이 감소하여 램프전압이 저하하고, 광속이 저하했다. 즉, 현저하게 수은이 응고해 버리는 위치에 봉착부 유리(9)를 배치하는 것은, 램프의 특성을 악화하는 가능성이 있다. 즉, 램프 점등중, 수은이 응축하지 않는 위치에 봉착부 유리(9)의 발광관측의 단부를 배치하는 것이 바람직하다.
또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 발광관(1)과 측관부(2)의 경계 부분에 봉착부 유리(9)의 발광관(1)측의 단부를 배치한 경우, 봉착부 유리(9)의 발광관(1)측 단부의 온도가, 약 650℃로 되었다. 이렇게 하면, 봉착부 유리(9)가 용출하고, 발광관(1)내에 부착한다는 문제점이 발생했다. 여기서, 봉착부 유리(9)의 연화점을 조사해 보면, 570℃였다. 그래서, 봉착부 유리(9)의 램프 점등중 발광관측 측관부의 온도를 500℃가 되도록 배치한 바, 봉착부 유리(9)의 용출은 발생하지 않았다. 즉, 램프 점등중, 봉착부 유리(9)의 연화점보다도 낮은 온도인 측관부(2)의 위치에 봉착부 유리(9)를 배치하는 것이 바람직하다. 또, 봉착부 유리(9)가 발광관(1)의 방전공간에 직접 노출하고 있는 경우도, 플라즈마의 스퍼터링에 의한 봉착부 유리(9)의 비산 등에 의해 바람직하지 않다. 즉, 봉착부 유리(9)와 방전공간과의 사이에는, 발광관(1) 혹은 측관부(2)가 존재하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 스퍼터링 등에 의해 발광관(1)내에 비산하지 않는 봉착부 유리(9)를 이용하면, 봉착부 유리(9)와 방전공간과의 사이에는, 발광관(1) 혹은 측관부(2)가 반드시 존재하지 않아도 된다.
또한, 본 발명의 실시형태를 설명할 때에 사용한 도면에서는, 봉착부 유리(9)와 측관부(2)와의 계면이 명확하도록 기재했지만, 봉착부 유리(9)와 측관부(2)와의 계면은 반드시 명확히 하고 있을 필요는 없다.
또, 텅스텐 코일(6)의 부분만으로 봉착부 유리(9)를 설치했다고 해도, 전극봉(3)과 금속박(4)과의 접합부의 간극(8b)은 남지만, 전극봉(3)과 측관부(2)와의 밀착성이 향상하므로, 램프의 내압은 향상한다.
본 실시형태의 고압방전 램프에 의하면, 금속박(4)의 적어도 일부와, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 접합부와, 전극봉(3)에 설치된 표면적 증가구조(6)의 일부를 포함하는 측관부(2)의 부분에, 금속 혹은 상기 금속 산화물의 적어도 1종류의 금속재료를 석영으로 부여한 봉착부 유리(9)를 설치하는 것으로 함으로써, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 접합부에 발생하는 간극에 봉착부 유리(9)가 용해하여 간극을 없앰과 동시에, 상기 표면적 증가구조(6)에 봉착부 유리가 용해하여 전극봉(3)과 측관부(2)와의 접착력을 강고하게 할 수 있다. 그 결과, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 접합부에 발생하는 균열을 방지함과 동시에, 램프의 내압을 향상할 수 있다.
(실시형태 2)
다음에, 도면을 참조하면서, 상기 실시형태 1의 램프의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 8은, 전극봉(3)에 용접하는 텅스텐 코일(6)을 나타내고 있다. 본 실시형태에서의 텅스텐의 지름은 약 60㎛이고, 턴(turn)의 내경이 약 0.25mm로 감겨 있다. 텅스텐 코일(6)의 전체 길이는 약 3mm이다.
이 텅스텐 코일(6)을, 전극봉(3)에 삽입하고, 용접한다. 도 9는, 용접후의 텅스텐 코일(6) 부착 전극봉(100)을 나타내고 있다. 본 실시형태에서의 전극봉(3)의 외경은 약 0.25mm이고, 길이는 약 9mm이다. 텅스텐 코일(6)은, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 용접부가 되는 단부에서 약 1mm의 부분을 뚫어, 전극봉(3)에 배치되어 있다.
도 10은, 램프에 사용하는 전극조립 구조물(101)을 나타내고 있다. 금속박(4)은, 예컨대 몰리브덴으로 이루어지는 박이며, 금속박(4)의 폭은 약 1.0mm이고, 길이는 약 6mm이다. 금속박(4)의 일단에는 전극봉(100)이 용접되어 있다. 또, 금속박(4)의 타단에는, 예컨대 몰리브덴으로 이루어지는 외부 리드선(5)이 용접되어 있다. 그 외부 리드선(5)의 타단에는, 예컨대 몰리브덴으로 이루어지는 금속 스프링(12)이 용접되어 있다. 금속 스프링(12)은, 제조중에 전극조립 구조물(101)을 측관부(2)중에 유지할 수 있다.
도 11은, 다른 공정에서 준비한 관(102)을 나타내고 있다. 관(102)은, 석영유리를 가열하여 팽창시켜, 소정의 형상으로 형성된 중공의 대략 구 모양의 발광부(1)와 발광부(1)의 양단에서 연장하는 석영유리관의 측관부(2a, 2b)로 구성되어 있다. 측관부(2a, 2b)의 지름은, 외경 약 4mm, 내경 약 2mm이다. 측관부(2a)는 개방되어 있고, 측관부(2b)는 폐쇄되어 있다.
도 12는, 통 모양의 봉착부 유리(103)를 나타내고 있다. 이 통 모양의 봉착부 유리(103)의 외경은 1.8mm(±0.1mm), 내경은 1,2mm(±0.1mm)이다. 길이는 약 6mm이다.
우선, 전극조립 구조물(101)을 봉착부 유리(103)에 통과한다. 이때, 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 텅스텐 코일(6)이 붙은 전극봉(3)에서 텅스텐 코일(6)을 포함한 부분을 약 2mm와, 전극봉(3)과 금속박(4)과의 접속부를 포함한 금속박(4)의 단부에서 약 4mm의 부분이, 봉착부 유리(103)로 덮여지도록 배치한다.
봉착부 유리(103)와 전극봉(3) 혹은, 봉착부 유리(103)와 금속박(4)과의 고정은, 예컨대, 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같은, 금속박(4)과 외부 리드선(5)과의 용접부에 스프링을 또 용접하고, 이 스프링에 의해 봉착부 유리(103)를 고정하는 방법이 있다.
또, 도 13의 (c)에 나타내는 바와 같은, 미리 소정의 위치에 봉착부 유리(103)를 배치한 전극조립 구조물(101)을, 전극산화 방지 분위기(예컨대 진공중)에서 가열하여, 전극봉(3)과 금속박(4)에 봉착부 유리(103)를 소부해 놓는 방법도 있다. 이 경우, 봉착부 유리(103)가 소부되어 있는 금속박(4)은, 구부러짐이나 비틀림이 없어지고, 취급이 간편해진다. 또한, 전극간 거리의 정밀도도 향상한다는 효과가 얻어진다.
또한, 상술 이외의 방법으로 봉착부 유리(103)와 전극봉(3) 혹은 금속박(4)을 고정해도, 봉착부 유리(103)와 전극조립 구조물(101)의 밀착도의 향상이나 램프의 고내압화라는 본 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 도 14에 나타내는 바와 같이, 관(102)의 측관부(2a)에서 봉착부 유리(103)가 설치된 전극조립 구조물(101)을 삽입한다. 전극조립 구조물(101)은, 측관부(2a) 내경보다도 충분히 가늘은 삽입봉(104)에 의해 밀어 넣는다. 이때, 금속스프링(12)과 측관부(2a)의 내면이 접함으로써, 전극조립 구조물(101)은 고정된다. 전극조립 구조물(101)을 삽입하는 모양은 예컨대 CCD 카메라에 의해 관찰하고, 전극조립 구조물(101)을 소정의 위치에 배치한다. 또한, 봉착부 유리(103)를 미리 측관부(2a)에 삽입하고, 측관부(2a)의 소정의 위치에 봉착부 유리(103)를 용착시킨 후에 전극조립 구조물(101)을 삽입해도 된다.
이 상태에서 관(102)내를 배기한다. 도 15에 그 모양을 나타낸다. 도 15에는 나타나지만 회전 가능한 척으로 관(102)을 유지하고, 화살표(A)로 나타내는 바와 같이 관(102)을 회전시킨다. 그리고, 관(102)내를 배기하면서, 단부가 밀봉되어 있지 않은 측관부(2a)의 단 부근(13a)을 가열하여 밀봉한다.
계속해서 회전 가능한 척으로 관(102)을 유지한 상태에서, 도 16에 나타내는 바와 같이, 화살표(B)가 나타내는 바와 같이 관(102)을 회전시켜, 발광부(1)와 측관부(2a)의 경계 부분에서 봉착부 유리(103)가 위치하는 앞까지를 가열하여 시링크시킨다. 이 공정에서 밀봉한 부분을 「제1 밀봉부」라 칭한다.
그 후, 가열을 멈추고, 제1 밀봉부가 냉각된 후, 도 17에 나타내는 바와 같이, 밀착부 유리(103)가 위치하는 측관부(2a) 부근에서 외부 리드선(5)이 위치하는 측관부(2a)까지, 화살표(B)가 나타내는 바와 같이 관(102)을 회전시키면서, 화살표(C)가 나타내는 바와 같이 조금씩 가열하여 시링크시켜 밀봉한다. 이 공정에서 밀봉한 부분을 「제2 밀봉부」라 칭한다. 제1 밀봉부가 충분히 냉각되고 나서 제2 밀봉부를 봉함으로써, 제2 밀봉부의 공정중에 봉착부 유리(103)내에서 발생하는 불순가스가, 냉각된 제1 밀봉부로 막혀져, 발광관(1)내로의 진입을 방지할 수있다.
제1 밀봉부와 제2 밀봉부란, 전체 밀봉부 공정이 종료한 후에, 그 경계에 간극이 남겨지도록 충분히 용융하는 것이 바람직하다. 가열이 충분하지 않고, 간극이 생겨버린 램프의 일예를 도 18에 나타낸다. 이와 같이 절개부가 있는 램프에서는, 그 간극에 응력의 집중이 발생하고, 램프의 내압은 저하한다. 도 18의 램프에서는 약 25MPa였다.
한편, 절개부를 없애기 위해서는, 제1 밀봉부와 제2 밀봉부와의 경계를 충분히 가열하도록 하면 된다. 그러나, 절개부를 가열한다는 것은, 불순가스의 트랩으로서 유용했던 제1 봉착부 유리가 승온되며, 충분히 불순가스가 트랩되지 않는 경우가 있다. 그래서, 제1 밀봉부의 길이는, 긴 편이 보다 바람직하다. 즉, 제1 밀봉부와 제2 밀봉부와의 경계를 충분히 가열해도, 제1 밀봉부가 길어지면, 제1 밀봉부에 불순가스의 트랩을 하는데 충분한 온도분포를 가질 수 있기 때문이다. 구체적으로는, 제1 밀봉부는, 1mm 이상 있는 것이 바람직하다. 또, 제1 밀봉부는 길어지면 길어지는 만큼, 불순가스가 발광관으로 진입하는 것을 방지하는 효과가 발휘된다.
또한, 제1 밀봉부를 길게 함으로써, 보다 내압이 향상한다는 이점도 있다. 그래서, 제1 밀봉부의 길이마다 실시형태 1의 내압시험으로 조사한 내압의 결과를 도 19에 나타낸다. 제1 밀봉부의 길이가 1mm 이상이면 동작압 30MPa 이상에 견딜 수 있다. 동작압 35MPa 정도의 램프를 실현하기 위해서는, 제1 밀봉부의 길이는 3mm 이상인 것이 바람직하다. 또, 동작압 40MPa 정도의 램프를 실현하기 위해서는, 제1 밀봉부의 길이는 6mm 이상인 것이 바람직하다.
또, 제1 밀봉부의 형성후에, 제1 밀봉부의 온도를 낮추지 않고 제2 밀봉부를 형성했다. 이 방법에 있어서도, 내압을 향상하는 램프를 제작할 수 있었다. 이 방법은, 공정이, 보다 단축화한다는 유용한 이점이 있다. 특히, 80W 이상의 비교적 고전력 타입의 램프인 경우, 발광관(1)의 내용적이 커지므로, 불순가스에 의한 램프 특성의 변화가 적다. 즉, 이 제1 밀봉부의 형성후에 제2 밀봉부를 도중에 끊어지지 않게 형성하는 공정은, 50W 이상의 램프로 행하는 것이 바람직하다.
또, 발광관(1)의 형성시에 있어서, 이 발광부(1)와 측관부(2)와의 경계부에 릴(reel) 가공한다는(reeling이라 칭함) 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는, 발광관(1)의 형성시에 가공하는 릴 가공의 공정 후에 전극조립 구조물(101)을 삽입하므로, 전극용 코일 등이 삽입할 수 있는 릴의 내경을 고려해 놓을 필요가 있다. 이 때문에, 불순가스를 트랩할 수 있도록 가늘은 내경의 릴을 가공하는 것은 곤란하다. 또한, 전극조립 구조물(101)을 삽입하기 위해서는, 그 릴은 똑바르게 형성하지 않으면 안된다. 그러나, 발광관(1)의 형성시에 가공하는 릴 가공에서는, 일반적으로 틀을 발광부(1)와 측관부(2)와의 경계의 외측에 눌러 놓으므로, 그 릴의 형상을 컨트롤하는 것은 곤란하다. 그 릴 가공을 길이 1mm 이상으로 제어하는 것은, 더욱 곤란하다.
또, 제1 밀봉부에 있는 전극봉(3) 주위에, 유리의 크랙이 들어가지 않도록 유의할 필요가 있다. 전극봉(3) 주위의 크랙은, 그 크랙을 기점으로 발광관(1)의 파손이 발생하기 때문이다. 본 실시형태에 있어서는, 전극봉(3) 주위의 크랙을 방지하기 위해, 텅스텐 코일(6)을 봉착부 유리(103)가 없는 부분에도 배치하여 측관부(2)와 텅스텐 코일(6)에 간극을 뚫기 쉽게 하고, 또한, 가열 상태를 컨트롤함으로써, 전극봉(3) 주위의 크랙을 방지하고 있다.
또, 그밖에, 발광관(1)내의 희유가스 압력을 대기압 미만, 100mbarr 이상(약 0.1MPa 이상)으로 함으로써, 밀봉 가열시, 필요 이상으로 측관부(2a)가 시링크하지 않도록 컨트롤하는 방법도 있다. 희유가스 압력을 대기압 미만으로 한 것은, 대기압 이상 밀봉하면 가열해도 측관부(2a)는 시링크하지 않고, 반대로 팽창하기 때문이다. 100mmbarr 이상으로 한것은, 100mmbarr 미만에서는, 가열시에 측관부(2a)의 시링크가 크고, 밀봉공정후 크랙이 발생하기 때문이다. 물론, 측관부(2a)의 용적이나, 사이즈, 또는, 가열 에너지의 다소(多少)에 의해, 그 최적 조건을 구하는 것이 바람직하다. 또한, 백금 Pt 등의 금속막을 형성한 전극봉(3)을 사용하면, 백금과 석영유리를 주성분으로 하는 측관부(2)가 젖는 성질이 나쁘므로, 측관부(2)와 전극봉(3)과의 열팽창 계수의 차이에 의한 측관부(3)의 크랙이 발생하기 어렵게 된다. 이때는, 특히 텅스텐 코일(6)을 사용하지 않아도, 봉착부 유리(9)와 금속막을 조합시킴으로써, 측관부(2)에 크랙이 발생하기 어려우며, 또한, 전극봉(3)과 금속박(4)과의 접합부와 측관부(2)와의 밀착성이 향상한 램프를 제조할 수 있고, 램프의 내압을 향상시킬 수 있다.
또, 다시, 제1 밀봉부 길이는, 불순가스의 진입방지의 점에서는, 긴 편이 좋지만, 봉착부 유리(103)가 발광부(1)에서 너무 멀어지면, 램프 점등중 수은(7)이 측관부(3a)로 잠입하여, 소정의 광출력을 내는 것이 곤란해지므로, 제1 밀봉부의 길이는, 램프가 점등중에 수은(7)의 응축이 현저하게 발생하지 않는 위치에 봉착부유리(103)의 발광관측 단부가 위치하도록 주의하지 않으면 안된다. 예컨대, 본 실시형태에 있어서는, 제1 밀봉 길이가 30mm일 때, 수은(7)이 측관부(3a)에 현저하게 잠입하고, 소정의 광출력을 얻는 것이 곤란해졌었다.
또, 봉착부 유리(103)의 용융은, 발광관(1)측에서, 그 반대측으로 순서대로 용융함으로써, 봉착부 유리(103)에서 발생하는 불순가스가 발생부(1)로 진입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가열의 수순으로는, 상술한 바와 같이 가열하는 것이 바람직하지만, 측관부(2a)를 한번에 가열체로 가열해도, 또, 발광부(1) 단부의 측관부(2a)측에서 외부 리드선(5)이 위치하는 측관부(2a)측까지의 범위를 가열체가 행하거나 오거나 하면서 가열하는 방법이라도, 램프의 내압 향상 등의 특성에 변화는 없다. 여기서, 가열체란, 예컨대 가스버너, CO2레이저, 카본히터 등이다.
또, 금속박(4)이 있는 측관부(2a)의 부분에 있어서는, 밀봉시 가열에 의해, 측관부(2a)가 시링크한 후에, 형압(型押) 밀봉을 행해도 된다. 금속박(4)이 있는 측관부(2a)의 부분을 형압하여 밀봉함으로써, 금속박(4)과 측관부(2a)와의 밀착성이 보다 향상한다는 유용한 이점이 있다.
이와 같이 하여, 봉착부 유리(103)도, 측관부(2a)의 석영유리 재료와 동일하게 용융하고, 전극봉(3)의 텅스텐 코일(6)이 감긴 부분과 금속박(4)에 밀착한다. 가열을 멈추고, 자연 냉각할 때, 수축량의 차이에 의해, 측관부(2a)와 전극봉(3)과의 밀착은 벗겨져, 매우 적은 간극이 생긴다. 그러나, 전극봉(3)의 텅스텐 코일(6)이 감긴 부분과 봉착부 유리(103)가 밀착하고 있는 부분은, 간극은 생기지 않는다.이상의 공정에서, 발광관 중에 전극이 1개 밀봉되었다.
계속해서, 램프에는 전극이 한쌍 필요하므로, 타단의 전극을 삽입하기 위해, 막혀있던 측관부(2b)의 단부를 컷터에 의해 절단한다. 그 개구부에서, 램프의 발광재료인 수은을 봉입한다. 이 상태에서 측관부(2a)일 때와 동일하게 전극조립 구조물(101)을 삽입한다.
다음에, 도 20에 나타내는 바와 같이, 관(102)내를 배기한다. 7은 발광부내에 봉입한 수은이다. 도면에는 나타나 있지 않지만, 회전 가능한 척으로 관(102)을 유지하고, 화살표(D)로 나타내는 바와 같이, 관(102)을 회전시킨다. 그리고 관(102)내를 진공 배기하여, 건조한 소정량의 아르곤 가스를 도입하고, 측관부(2b)의 단부근(13b)을 가열하여 밀봉한다.
그 후, 도 16, 도 17에 나타낸 측관부(2a)를 기밀 봉착하는 공정과 동일한 수순으로, 측관부(2b)에 대하여 전극을 밀봉한다. 단, 발광부(1)에는 수은이나, 희유가스가 봉입되어 있으므로, 예컨대 수냉 등에 의한 냉각을 행하면서, 기밀 봉착한다. 그리고, 도 1과 동일한 형의 램프를 얻기 위해, 양측관 단부(2a, 2b)의 단부를 컷터에 의해 절단하고, 외부 리드선(5)을 노출시킨다. 이 시점에서, 양전극 단에 있는 금속 스프링(12)은, 제거해 놓아도 된다.
또한, 상술한 유리 슬리브(sleeve)의 유리는, 이하와 같은 조성의 유리를 이용한다. 예컨대, 산화동 CuO와, 산화알루미늄 Al2O3와, 석영 SiO2와의 분말을 혼재시켜, 용융하여 유리화시킨다. 이때, 1800℃ 이상의 온도에서 용융하는 것은 기술적으로는 가능하지만, 화로의 히터가 매우 고가이다. 또, 용융 도가니의 소재는 백금이 일반적이지만, 1750℃ 이상에서의 용융은 유리내에 백금 성분이 용출하고, 또한 도가니에 구멍이 뚫리는 등의 트러블이 발생한다. 또, 고온에 견디는 도가니도 있지만, 매우 고가이고, 생산 비용을 올리는 요인이 된다. 그래서, 봉착부 유리(103)의 연화점은, 1750℃ 이하인 것이 바람직하다. 또, 봉착부 유리(103)의 연화점이 너무 저하하면, 램프 점등중에 측관부(2)의 봉착부 유리(103)가 용출해 버린다. 일반적으로, 발광관(1) 단측의 금속박(4) 단부의 온도는, 500℃ 이하이다. 그래서, 봉착부 유리(103)의 연화점은 500℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 발광관(1) 단측의 금속박(4) 단부의 온도는, 각각의 램프의 온도 설계에 의해 변화하는 기 때문에, 예컨대, 발광관(1) 단측의 금속박(4) 단부의 온도가 400℃이면, 400℃ 이상의 연화점을 갖는 봉착부 유리(103)라면 사용할 수 있다.
또, SiO2를 포함하는 2성분 이상의 유리를 제작할 때, 그 비율은 매우 어렵다. 비율이 맞지 않으면, 유리화하지 않고 결정화해 버린다. 그러나, 결정화한 것의, 세라믹스 등을 이용하여 밀봉해도, 실시형태 1과 같은 특성을 얻는 것은 곤란하다.
또한, SiO2를 포함하는 2성분 이상의 유리를 제작할 때, 그 비율에 의해 임의로 열팽창 계수를 변화시킬 수 있다. 밀봉시 각 재료의 수축량의 차이를 완화시키기 위해, 봉착부 유리(103)의 열팽창 계수는, 측관부(2a, 2b)의 재료인 석영유리의 열팽창 계수와, 전극봉(3)이나 전극봉(3)에 감긴 텅스텐 코일(6)의 재료인 텅스텐의 열팽창 계수의 사이가 되도록 제작하는 편이 바람직하다. 또한, 석영유리의 열팽창 계수와, 텅스텐의 열팽창 계수의 사이가 되는, 열팽창 계수의 유리를 이용함으로써, 측관부(2a, 2b)와 봉착부 유리(103)와의 사이, 봉착부 유리(103)와 전극봉(3)과의 사이에 발생하는 미소 크랙을 방지하는 유용한 점이 있다.
또, 봉착부 유리(103) 대신에, 봉착부 유리(103)를 형성한 유리재료를 분말화하고, 이 유리분말을 예컨대 물로 녹여, 전극봉(3)과 금속박(4)과의 접합부가 매립하도록 도포하며, 진공로에서 가열, 소부하는 방법도 검토했다. 그 결과, 봉착부 유리(103)를 이용한 밀봉의 램프와 동일, 전극봉(3)과 측관부(2a, 2b)와의 밀착성의 향상과, 램프의 고내압화라는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 유리분말의 도포방법은, 정전기를 이용해도 되며, 틀을 이용하여, 틀에 전극과 유리분말을 충전하고, 가열하여 구워 굳혀도 된다. 유리분말을 이용함으로써 봉착부 유리(103)를 제작하는 공정을 생략할 수 있고, 공정의 간소화가 가능하게 되는 유용한 이점이 있다. 또한, 봉착부 유리(103)를 사용한 경우, 측관부(2a, 2b)는, 봉착부 유리(103)를 삽입하기 위해 외경이 커지는 경향이 있었다. 그러나, 유리분말을 이용함으로써 보다 가늘은 측관부를 얻을 수 있으며, 작은 미러와 조합시켜 이용할 수 있게 된다는 유용한 이점이 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시형태에 대하여 설명해 왔지만, 이러한 기술은 한정 사항은 아니며, 여러가지의 변형이 가능한 것은 물론이다.
본 발명의 실시형태에 관한 고압방전 램프는, 다음과 같이 표현하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 실시형태에 관한 고압방전 램프는, 관내에 한쌍의전극봉(3, 3)이 배치된 발광관(밸브)(1)과, 발광관(1)에서 연장하며, 발광관(1)내의 기밀성을 유지하는 한쌍의 밀봉부(2, 2)를 구비해 놓고, 그리고, 한쌍의 전극봉(3, 3) 각각의 전극봉(3)의 일부는, 한쌍의 밀봉부(2, 2) 각각의 내에 매립되어 있으며, 전극봉(3)의 일단은, 발광관(1)의 내부에 노출되어 있고, 또한 전극봉(3)의 타단은, 밀봉부(2)내에 설치된 금속박(4)에 접합되어 있으며, 전극봉(3) 중, 밀봉부(2)에 매립된 부위의 적어도 일부에는, 코일(6)이 감겨 있거나, 혹은, 나사산부(도 5를 참조할 것)가 형성되어 있다. 밀봉부(2)는, 발광관(1)에서 연장한 제1 유리부와, 제1 유리부 내측의 적어도 일부에 설치된 제2 유리부(9)를 가지고 있고, 제2 유리(9)는, 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 및 그 금속 산화물의 적어도 한쪽이 첨가된 유리이다. 밀봉부(2) 중, 금속박(4)의 일부와, 금속박(4)과 전극봉(3)과의 접합부와, 코일(6) 또는 나사산부가 위치하는 부분의 전극봉(3)을 포함하는 영역에, 제2 유리(9)는 존재하고 있다.
또한, 상기 실시형태에 관한 고압방전 램프는, 적어도 한쪽의 측관부(밀봉부)(2)에, 봉착부 유리(제2 유리)(9) 및 표면적 증가구조(6)가 형성되어 있으면, 종래의 구성보다도 밀착성의 향상 및 고내압화를 도모할 수 있다. 물론, 봉착부 유리(제2 유리)(9) 및 표면적 증가구조(6)는, 양쪽의 측관부(2)에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또, 표면적 증가구조(6)는, 한쪽의 측관부에서는 코일 구조로 하고, 다른쪽의 측관부에서는 나사산 구조로 해도 된다.
또, 상기 실시형태의 램프에 있어서, 관벽부하가 80W/cm2이상이 되면, 발광관의 관벽온도가 충분히 상승하고, 봉입되어 있는 수은이 모두 증발하므로, 발광관내 용적당 수은량 : 400mg/cc=점등시 동작압 : 40MPa가 되는 근사식이 성립된다. 여기서, 수은량이 300mg/cc이면, 점등시 동작압은 30MPa가 된다. 반대로, 관벽부하가 80W/cm2미만이 되면, 발광관 온도가 수은을 증발시키는 온도까지 상승시킬 수 없는 일이 생기므로, 근사식이 성립하지 않는 일이 발생한다. 80W/cm2미만인 경우에는, 소망의 동작압력이 얻어지지 않는 일이 많고, 또, 특히 적색 영역의 발광이 적어져 프로젝터용의 광원으로는 적당하지 않는 것이 많다. 따라서, 프로젝터용의 광원으로는, 관벽부하는 80W/cm2이상으로 하는 것이 바람직하다.
상술한 실시형태의 고압방전 램프(고압수은 램프)는, 반사경과 조합시켜, 램프유닛(반사경 부착램프)으로 할 수 있고, 그리고, 이 램프유닛과, 화상소자(DMD(Digital Micromirro Device) 패널이나 액정패널 등)를 포함하는 광학계를 조합시켜, 화상투영 장치를 구성할 수 있다. 예컨대, DMD를 이용한 프로젝터(디지털 라이트 프로세싱(DLP)프로젝터)나, 액정 프로젝터(LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 구조를 채용한 반사용의 프로젝터를 포함한다.)를 제공할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 램프는, 화상투영 장치용의 광원으로서 적절하게 사용할 수 있을뿐만 아니라, 다른 용도로도 사용 가능하다. 예컨대, 자외선 스텝퍼용 광원, 또는, 경기 스타디움용 광원이나, 자동차의 헤드라이트용 광원, 도로 표식을 조사하는 투광기 등으로도 사용할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 발광물질으로서 수은을 사용하는 수은램프를 고압방전 램프의 일예로서 설명했지만, 본 발명은, 측관부(실(seal)부)에 의해 발광부의 기밀을 유지하는 구성을 갖는 어느 고압방전 램프에도 적용 가능하다. 예컨대, 금속할로겐화 물질을 봉입한 메탈 할로겐 램프나 키세논 등의 고압방전 램프에도 적용할 수 있다. 메탈 할로겐 램프 등에 있어서도, 내압이 향상하면 하는 만큼 바람직하기 때문이다. 즉, 누설방지나 크랙방지를 도모함으로써, 고신뢰성이고 긴 수명의 램프를 실현할 수 있기 때문이다.
또, 수은만이 아닌 금속할로겐화 물질도 봉입되어 있는 메탈 할로겐 램프에, 상기 실시형태의 구성을 적용할 경우에는, 다음과 같은 효과도 얻을 수 있다. 즉, 봉착부 유리(제2 유리)(9) 및 표면적 증가구조(6)에 의한 밀착성의 향상에 의해, 금속박(4)과 금속할로겐화 물질(또는, 할로겐 및 알칼리 금속)과의 반응을 억제하는 것이 가능하게 되고, 그 결과, 밀봉부 구조의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 금속봉(3)과 밀봉부(2) 유리의 사이에 있는 적은 간극에서 침입하여 금속박(4)에 반응하여 박의 취화를 가져오는 금속할로겐화 물질의 그 침입을 봉착부 유리(9)에 의해 효과적으로 경감시키는 것이 가능하게 된다. 이와 같이, 상기 실시형태의 구성은, 메탈 할로겐 램프에 적절하게 적용 가능하다.
근래, 수은을 봉입하지 않은 무수은 메탈 할로겐 램프의 개발도 진행되고 있지만, 그와 같은 무수은 메탈 할로겐 램프에, 상기 실시형태의 기술을 적용하는 것은 특히 바람직하다. 즉, 무수은 메탈 할로겐 램프의 경우, 수은을 봉입하지 않는관계상, 유수은의 메탈 할로겐 램프보다도, 할로겐을 많이 봉입할 필요가 있다. 따라서, 전극봉(3) 부근의 간극을 통하여 금속박(4)까지 도달하는 할로겐의 양도 많아지며, 할로겐이 금속박(4)과 반응하는 결과, 밀봉부 구조가 약해지며, 누설이 생기기 쉬워진다. 여기서, 본 발명의 실시형태의 기술을 이용하면, 봉작부 유리(제2 유리)(9) 및 표면적 증가구조(6)에 의한 밀착성 향상에 의해, 그와 같은 문제를 해결할 수 있다.
상기 실시형태의 기술이 적용된 무수은 메탈 할로겐 램프로서는, 예컨대 도 1에 나타낸 구성에서, 발광부(1)내에, 수은이 실질적으로 봉입되지 않고, 또한, 적어도, 제1 할로겐화 물질과, 제2 할로겐화 물질과, 희유가스가 봉입되어 있는 것을 들을 수 있다. 이때, 제1 할로겐화 물질의 금속은, 발광물질이며, 제2 할로겐화 물질은, 제1 할로겐화 물질과 비교하여, 증기압이 크며, 또한, 상기 제1 할로겐화 물질의 금속과 비교하여, 가시역에서 발광하기 어려운 금속의 1종 또는 복수종의 할로겐화 물질이다. 예컨대, 제1 할로겐화 물질은, 나트륨, 스칸듐 및 희토류 금속으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 또는 복수종의 할로겐화 물질이다. 그리고, 제2 할로겐화 물질은, 상대적으로 증기압이 크며, 또한, 제1 할로겐화 물질의 금속과 비교하여, 가시역으로 발광하기 어려운 금속의 1종 또는 복수종의 할로겐화 물질이다. 구체적인 제2 할로겐화 물질로는, Mg, Fe, Co, Cr, Zn, Ni, Mn, Al, Sb, Be, Re, Ga, Ti, Zr 및 Hf로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 금속의 할로겐화 물질이다. 그리고, 적어도 Zn의 할로겐화 물질을 포함하는 제2 할로겐화 물질이 보다 적절하다.
또, 다른 조합예를 들자면, 투광성의 발광관(기밀용기)(1)과, 발광관(1)내에 설치된 한쌍의 전극(3)과, 발광관(1)에 연결된 한쌍의 밀봉부(2)를 구비한 무수은 메탈 할로겐 램프에서의 발광관(1)내에, 발광물질인 ScI3(용화 스칸듐) 및 NaI(용화 나트륨)과, 수은대체 물질인 InI3(용화 인듐) 및 TlI(용화 탈륨)과, 시동보조 가스로서의 희유가스(예컨대 1.4MPa의 Xe가스)가 봉입되어 있는 것이다. 이 경우, 제1 할로겐화 물질은, ScI3(용화 스칸듐), NaI(용화 나트륨)가 되며, 제2 할로겐화 물질은, InI3(용화 인듐), TlI(용화 탈륨)가 된다. 또한, 제2 할로겐화 물질은, 비교적 증기압이 높고, 수은 역할의 대신을 담당하는 것이면 되므로, InI3(용화 인듐) 등에 대신하여, 예컨대, Zn의 용화 물질을 이용해도 된다.
본 발명의 고압방전 램프에 의하면, 전극봉은, 측관부에 매설된 부분의 적어도 일부에, 표면적을 증가시키는 표면적 증가구조를 가지고 있고, 그리고, 금속박의 적어도 일부와, 금속박과 전극봉과의 접합부와, 표면적 증가주조의 일부를 포함하는 상기 측관부의 부분에, 금속 또는 해당 금속 산화물의 적어도 1종의 금속재료가 첨가된 봉착부 유리가 설치되어 있으므로, 또한 고내압의 구조를 실현한 고압방전 램프 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
Claims (22)
- 발광부와, 상기 발광부의 양측에서 연장한 측관부로 구성되며, 석영을 주성분으로 하는 용기와,상기 발광부에 봉입된 수은과,상기 측관부의 각각에 매설된 금속박과,일단이 상기 금속박에 연속되며 또한 타단이 상기 발광부에 연출(延出)하여 이루어지는 전극봉을 구비하고,상기 전극봉은, 상기 측관부에 매설된 부분의 적어도 일부에, 표면적을 증가시키는 표면적 증가구조를 가지고 있으며,상기 금속박의 적어도 일부와, 상기 금속박과 상기 전극봉과의 접합부와, 상기 표면적 증가구조의 일부를 포함하는 상기 측관부의 부분에는, 금속 또는 해당 금속 산화물의 적어도 1종의 금속재료가 첨가된 봉착(封着)부 유리가 설치되어 있는 고압방전 램프.
- 제 1 항에 있어서,상기 수은의 봉입량은, 상기 발광부내의 용적을 기준으로 하고, 230mg/cm3이상인 고압방전 램프.
- 제 1 항에 있어서,안정점등시의 상기 발광부의 내압이 23MPa 이상인 고압방전 램프.
- 제 3 항에 있어서,안정점등시의 상기 발광부의 내압이 30MPa 이상인 고압방전 램프.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 봉착부 유리는, 안정점등시에 상기 수은이 응집하지 않는 온도 이상, 또는, 상기 봉착부 유리가 연화하지 않는 온도 이하의 위치에 배치되어 있는 고압방전 램프.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 봉착부 유리에서의 상기 금속은, 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 고압방전 램프.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 표면적 증가구조가 코일구조인 고압방전 램프.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 표면적 증가구조는, 나사산 구조이고,상기 표면적 증가구조가 설치된 상기 전극봉 부분의 가장 가늘은 부분의 외경을 1로 했을 때에, 가장 돌출한 부분의 외경이 1.1에서 2.0까지의 범위에 있는 고압방전 램프.
- 관내에 한쌍의 전극봉이 배치된 발광관과,상기 발광관에서 연장하고, 상기 발광관내의 기밀성을 유지하는 한쌍의 밀봉부를 구비하며,상기 한쌍의 전극봉 각각의 전극봉의 일부는, 상기 한쌍의 밀봉부 각각의 내에 매립되어 있고,상기 전극봉의 일단은, 상기 발광관의 내부에 노출해 있으며, 또한, 상기 전극봉의 타단은, 상기 밀봉부내에 설치된 금속박에 접합되어 있고,상기 전극봉 중, 상기 밀봉부에 매립된 부위의 적어도 일부에는, 코일이 감아져 있거나, 혹은, 나사산부가 형성되어 있으며,상기 밀봉부는, 상기 발광관에서 연장한 제1 유리부와, 상기 제1 유리부 내측의 적어도 일부에 설치된 제2 유리부를 가지고 있고,상기 제2 유리는, 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 및 그 금속 산화물의 적어도 한쪽이 첨가된 유리이며,상기 밀봉부 중, 상기 금속박의 일부와, 상기 금속박과 상기 전극봉과의 접합부와, 상기 코일 또는 나사산부가 위치하는 부분의 상기 전극봉을 포함하는 영역에, 상기 제2 유리는 존재하고 있는 고압방전 램프.
- 발광부와 상기 발광부의 양측에서 연장한 관 모양의 측관부를 구비하고, 석영을 주성분으로 하는 용기와;금속박과, 상기 금속박의 일단에 접속되며 또한 표면적을 증가시키는 표면적 증가구조를 갖는 전극봉을 적어도 구비한 전극조립 구조물;을 준비하는 공정과,금속 또는 해당 금속 산화물의 적어도 1종의 금속재료가 석영에 첨가된 봉착부 유리에 의해, 상기 전극조립 구조물 중, 상기 금속박의 적어도 일부와, 상기 금속박과 상기 전극봉과의 접합부와, 상기 표면적 증가구조의 일부를 포함하는 부위를 덮는 공정과,상기 전극조립 구조물의 상기 봉착부 유리에 의해 덮여진 부분이 상기 측관부의 내부에 위치하도록, 상기 전극조립 구조물을 상기 용기에 삽입하는 공정과,상기 측관부를 가열함으로써, 상기 전극조립 구조물을 밀봉하는 공정을 포함하는 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 측관부를 가열함으로써, 상기 전극조립 구조물을 밀봉하는 공정은,상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크(shrink)시키는 공정과,상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 단부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시키는 공정을 포함하는 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 측관부를 가열함으로써, 상기 전극조립 구조물을 밀봉하는 공정은,상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시켜, 상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 단부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시키는 공정을 포함하는 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 측관부를 가열함으로써, 상기 전극조립 구조물을 밀봉하는 공정은,상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시켜, 상기 측관부를 냉각하고, 그리고, 상기 봉착부 유리의 상기 발광부측의 단부에서 상기 금속박측의 상기 측관부를 시링크시키는 공정을 포함하는 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리 바로 앞까지의 상기 측관부를 시링크시킬 때에, 상기 발광부와 상기 측관부와의 경계에서 상기 봉착부 유리로의 방향으로 상기 측관부를 시링크시켜 가는 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 봉착부 유리는 통형 구조물인 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 전극조립 구조물에 상기 봉착부 유리를 삽입하는 공정과,상기 봉착부 유리를 상기 전극조립 구조물에 소부하는 공정을 더 포함하는 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 봉착부 유리는, 분말재료를 도포 소부하여 형성된 것인 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 표면적 증가구조는 코일구조인 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 표면적 증가구조가 나사산 구조이며, 상기 표면적 증가구조가 설치된 상기 전극봉 부분의 가장 가늘은 부분의 외경을 1로 했을 때에, 가장 돌출한 부분의 외경이 1.1에서 2.0까지의 범위에 있는 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 봉착부 유리의 연화점이 500℃에서 1750℃까지의 범위에 있는 고압방전 램프의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 봉착부 유리에서의 상기 금속은, 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종인 고압방전 램프.
- 제 15 항에 있어서,상기 봉착부 유리에서의 상기 금속은, 동, 알루미늄, 철, 나트륨 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종인 고압방전 램프.
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