| 【発明の名称】 |
高圧放電ランプおよびこれを用いた照明光学装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】竹内 延吉
|
| 【要約】 |
【課題】所定の形状の電極を用いることによって、長寿命な高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】発光管１１と、発光管１１の発光部１２に配置された一対の電極１３とを備える。電極１３ａおよび１３ｂは、放電部の先端の直径をＤedge（ｍｍ）、先端以外の放電部１３ｄの最大直径をＤmax（ｍｍ）とすると、０．６Ｄmax≦Ｄedge≦Ｄmaxの関係を満たす。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 発光管と前記発光管の発光部に配置された一対の電極とを備える高圧放電ランプであって、前記電極は、略円柱状の電極軸と、前記電極軸の先端に配置され前記電極軸よりも直径が大きい略円柱状の放電部とを備え、前記放電部の先端の直径Ｄedge（ｍｍ）と、前記先端を除く前記放電部の最大直径Ｄmax（ｍｍ）とが、０．６Ｄmax≦Ｄedge≦Ｄmaxの関係を満たすことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】 前記放電部の長さＬ（ｍｍ）と、前記電極軸方向における前記発光管の前記発光部の長さＭ（ｍｍ）と、前記一対の電極間の距離ＡＬ（ｍｍ）とが、(Ｍ−ＡＬ)／６≦Ｌ≦(Ｍ−ＡＬ)／２の関係を満たす請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】 前記電極がＷ（タングステン）からなり、前記電極に含まれるＫ（カリウム）の量が１２ｐｐｍ以下である請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】 前記電極がＷ（タングステン）からなり、前記電極に含まれるＦｅ（鉄）の量が２０ｐｐｍ以下である請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】 前記電極に含まれるＫ（カリウム）、Ｆｅ（鉄）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｉ（ニッケル）およびＳｉ（ケイ素）の量の総和が４０ｐｐｍ以下である請求項３または４に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】 凹面反射鏡と前記凹面反射鏡の光軸上に配置された高圧放電ランプとを備える照明光学装置であって、前記凹面反射鏡の反射面が放物面であり、前記高圧放電ランプが、請求項１ないし５のいずれかに記載の高圧放電ランプであることを特徴とする照明光学装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電ランプおよびこれを用いた照明光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、データプロジェクター等の画像表示装置の光源として使用される照明光学装置では、光源としてハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、超高圧水銀灯などが使用されてきた。
【０００３】従来の照明光学装置の一例を図７に示す。図７の照明光学装置は、一体に組み合わされた高圧放電ランプ１および凹面反射鏡８を備える。高圧放電ランプ１から放射された光は凹面反射鏡８によって反射され一定の面積を有する集光レンズまたは液晶パネル（図示せず）等の画像形成部に導かれる。凹面反射鏡８より反射される光が平行光線である場合には、集光効率が高くなる。このため光源は点光源であることが望ましく、このような理由で、従来の照明光学装置では、ショートアークな超高圧水銀灯などが使用されてきた。
【０００４】以下に、従来の高圧放電ランプ１について説明する。
【０００５】図７を参照して、高圧放電ランプ１は発光部２と発光部２の両端を封止する封止部３とを有する。さらに、高圧放電ランプ１は、発光部２の両端に一対の電極４を有し、電極４は封止部３に埋設された金属箔導体５ａおよび５ｂに接続されている。金属箔導体５ａは外部リード線（図示せず）を介して高圧放電ランプ１の端部に形成された口金６に電気的に接続されており、金属箔導体５ｂは外部リード線７に接続されている。高圧放電ランプ１の発光部２には、発光金属としての水銀、およびアルゴン等の希ガスが封入されている。高圧放電ランプ１は、凹面反射鏡８の支持筒部９において凹面反射鏡８に取り付けられている。
【０００６】電極４の先端には、電極軸にコイルが巻かれた放電部が形成されている。高圧放電ランプ１が消費電力８０Ｗ〜２５０Ｗの高圧放電ランプである場合、一対の電極４間の距離は０．８ｍｍ〜２．０ｍｍであり、通常は１２５Ｈｚ〜４００Ｈｚの高周波交流電源により点灯される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記高圧放電ランプ１を点灯すると、電極４の先端温度が非常に高くなり、電極４の一部が飛散して発光部２の内壁に付着し、発光部２の黒化、すなわち発光管の黒化が発生する。そして、発光部２の黒化によって、高圧放電ランプの寿命が短くなるという大きな問題があった。
【０００８】発光部２の黒化を抑制するためには、電極４からのタングステンの蒸発を抑制することが重要なポイントであり、電極４からのタングステンの蒸発を抑制するためには、電極４の先端温度を下げること、および電極材料中の不純物を低減することが必要である。
【０００９】上記問題を解決するため、本発明は、長寿命な高圧放電ランプ、ならびにこれを用いた照明光学装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の高圧放電ランプは、発光管と前記発光管の発光部に配置された一対の電極とを備える高圧放電ランプであって、前記電極は、略円柱状の電極軸と、前記電極軸の先端に配置され前記電極軸よりも直径が大きい略円柱状の放電部とを備え、前記放電部の先端の直径Ｄedge（ｍｍ）と、前記先端を除く前記放電部の最大直径Ｄmax（ｍｍ）とが、０．６Ｄmax≦Ｄedge≦Ｄmaxの関係を満たすことを特徴とする。上記本発明の高圧放電ランプでは、電極が０．６Ｄmax≦Ｄedgeの関係を満たすため、ランプ点灯時に電極先端温度が過度に上昇することがない。したがって、本発明の高圧放電ランプによれば、発光管の黒化が生じにくく長寿命な高圧放電ランプが得られる。また、上記本発明の高圧放電ランプでは、電極がＤedge≦Ｄmaxの関係を満たすため、始動性がよい高圧放電ランプが得られる。
【００１１】上記本発明の高圧放電ランプでは、前記放電部の長さＬ（ｍｍ）と、前記電極軸方向における前記発光管の前記発光部の長さＭ（ｍｍ）と、前記一対の電極間の距離ＡＬ（ｍｍ）とが、(Ｍ−ＡＬ)／６≦Ｌ≦(Ｍ−ＡＬ)／２の関係を満たすことが好ましい。上記構成とすることによって、始動性がさらによく、また、さらに長寿命な高圧放電ランプが得られる。
【００１２】上記本発明の高圧放電ランプでは、前記電極がＷ（タングステン）からなり、前記電極に含まれるＫ（カリウム）の量が１２ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記構成とすることによって、発光管の黒化を防止できる。
【００１３】上記本発明の高圧放電ランプでは、前記電極がＷ（タングステン）からなり、前記電極に含まれるＦｅ（鉄）の量が２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記構成とすることによって、発光管の黒化を防止できる。
【００１４】上記本発明の高圧放電ランプでは、前記電極に含まれるＫ（カリウム）、Ｆｅ（鉄）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｉ（ニッケル）およびＳｉ（ケイ素）の量の総和が４０ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記構成とすることによって、発光管の黒化を特に防止できる。
【００１５】本発明の照明光学装置は、凹面反射鏡と前記凹面反射鏡の光軸上に配置された高圧放電ランプとを備える照明光学装置であって、前記凹面反射鏡の反射面が放物面であり、前記高圧放電ランプが、上記本発明の高圧放電ランプであることを特徴とする。上記本発明の照明光学装置では、本発明の高圧放電ランプを用いているため、長期にわたって照度の低下が小さい照明光学装置が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について、一例を挙げて説明する。
【００１７】（実施形態１）実施形態１では、本発明の高圧放電ランプの一例について説明する。
【００１８】図１を参照して、実施形態１の高圧放電ランプ１０は、発光管１１と、発光管１１の発光部１２に配置された一対の電極１３とを備える。
【００１９】発光管１１は、たとえば石英ガラスからなる。発光管１１の略中央部には、略回転楕円体状の空洞からなる発光部１２が形成されている。発光管１１は、発光部１２の両端に封止部１４を備え、また、封止部１４に埋設された金属箔導体１５ａおよび１５ｂを備える。また、発光管１１は、その一端に口金１６を備える。そして、金属箔導体１５ａは、外部リード線（図示せず）を介して口金１６に接続されている。
【００２０】発光部１２は、一対の電極１３間における放電によって発光する。発光部１２には、水銀または希ガスが封入される。高圧放電ランプ１０が超高圧水銀灯である場合には、発光部１２に、たとえば０．１２ｍｇ／ｍｍ3〜０．３５ｍｇ／ｍｍ3の水銀と、１０-7μｍｏｌ／ｍｍ3〜１０-2μｍｏｌ／ｍｍ3のハロゲンガス（Ｃｌ2、Ｂｒ2およびＩ2から選ばれる少なくとも一つのガスを含む）が封入される。また、高圧放電ランプ１０がキセノンランプである場合には、発光部１２に、たとえば、常温で２．０×１０6Ｐａ〜２．０×１０7ＰａのＸｅガスが封入される。
【００２１】一対の電極１３は、電極１３ａおよび１３ｂからなり、電極１３ａおよび電極１３ｂはそれぞれ金属箔導体１５ａおよび１５ｂに接続されている。電極１３ａと電極１３ｂとの間の距離（アーク長）は、たとえば２．０ｍｍ以下である。電極１３は、たとえばタングステンからなるが、電極１３には微量の不純物（意図的に混入する不純物ではない）が含まれる。不純物としては、たとえば、Ｋ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＳｉなどが挙げられる。電極１３に含まれるＫの量は、１２ｐｐｍ以下であることが好ましい。電極１３に含まれるＦｅの量は、２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。電極１３に含まれるＫ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＳｉの量の総和は、４０ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、電極１３に含まれるＷ以外の不純物の総和が４０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２２】電極１３ａの形状について、図２に示す。図２を参照して、電極１３ａは、略円柱状の電極軸１３ｃと、電極軸１３ｃの先端に配置され電極軸１３ｃよりも直径が大きい放電部１３ｄとを有する。放電部１３ｄの先端部の直径は、先端部を除く放電部１３ｄの最大直径よりも小さい。電極１３ａは、放電部１３ｄの先端部の直径をＤedge（ｍｍ）、先端部以外の放電部１３ｄの最大直径をＤmax（ｍｍ）とすると、０．６Ｄmax≦Ｄedge≦Ｄmaxの関係を満たす。また、放電部１３ｄの長さをＬ、電極１３ａと電極１３ｂとの距離をＡＬ、発光部１２の長軸方向（電極軸の方向）の長さをＭ（図１参照）とすると、電極１３ａは、（Ｍ−ＡＬ）／６≦Ｌ≦（Ｍ−ＡＬ）／２の関係を満たす。なお、電極１３ｂの形状は、電極１３ａの形状と同様である。
【００２３】電極１３ａおよび１３ｂは、それぞれ、封止部１４に埋設された金属箔導体１５ａおよび１４ｂに接続されている。そして、金属箔導体１５ａは、外部リード線（図示せず）を介して、発光管１１の端部に形成された口金１６に電気的に接続されている。
【００２４】次に、本発明の電極１３について、製造方法の一例を説明する。本発明の電極１３は、円柱状のタングステン棒を用意し、電極軸１３ｃとなる部分および放電部１３ｄの先端となる部分を研削加工することによって製造できる。また、放電部１３ｄとなる円柱状のタングステン棒を用意し、その一端を研削加工して放電部１３ｄの先端部を形成し、先端部と反対の一端に電極軸１３ｃをはめ込むための孔を形成し、その孔にタングステン棒からなる電極軸１３ｃを挿入することによっても製造できる。
【００２５】高圧放電ランプ１０において、放電部１２および電極１３を、０．６Ｄmax≦Ｄedge≦Ｄmaxの式を満たし、かつ、(Ｍ−ＡＬ)／６≦Ｌ≦(Ｍ−ＡＬ)／２の式を満たすように形成するのは以下の理由によるものである。
【００２６】まず、０．６Ｄmax＞Ｄedgeとすると、電極先端温度が過度に上昇するため、発光管１１の黒化が促進されてしまう。さらに、電極先端温度が過度に上昇すると、高圧放電ランプを長期点灯したときに電極１３の先端が変形し、ランプ特性の変化が大きくなってしまう。また、Ｄedge＞Ｄmaxとすると、電極１３の先端の熱容量が大きくなるため、ランプ始動時に電極先端温度が上昇しにくく、始動性が悪くなってしまう。従って、高圧放電ランプ１０の電極１３は、０．６Ｄmax≦Ｄedge≦Ｄmaxを満たすように形成される。
【００２７】さらに、Ｌ＞(Ｍ−ＡＬ)／２の場合、放電部１３ｄが封止部に接触あるいは埋没してしまうため、ランプ始動時に電極温度が上昇しにくく、始動性が悪くなってしまう。また、(Ｍ−ＡＬ)／６＞Ｌの場合、電極の熱容量が小さくなり、ランプ点灯時に電極１３の温度が過度に上昇するため、発光管１１の黒化が促進されてしまう。従って、高圧放電ランプ１０は、(Ｍ−ＡＬ)／６≦Ｌ≦(Ｍ−ＡＬ)／２を満たすように形成されることが好ましい。
【００２８】電極１３中の不純物について、Ｋ含有量を１２ｐｐｍ以下、Ｆｅ含有量を２０ｐｐｍ以下、Ｋ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＳｉ含有量の総和を４０ｐｐｍ以下とするのは以下の理由によるものである。電極１３中の不純物、たとえばＦｅあるいはその他金属はＷと合金を造りやすいためタングステンからなる電極１３の融点を低下させる。また、Ｋは電極１３から飛散した場合、ハロゲンサイクルを阻害することが知られている。したがって電極１３中の不純物はできるだけ少ないほうが良い。電極１３のＫ含有量と発光管１１の黒化との関係を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１から明らかなように、発光管１１の黒化を防止するためには、電極１３のＫ含有量を１２ｐｐｍ以下とすることが好ましく、Ｋ含有量を１０ｐｐｍ以下とすることが特に好ましい。
【００３１】次に、電極１３のＦｅ含有量と発光管１１の黒化との関係について表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】表２から明らかなように、発光管１１の黒化を防止するためには、電極１３のＦｅ含有量を２０ｐｐｍ以下とすることが好ましく、Ｆｅ含有量を１０ｐｐｍ以下とすることが特に好ましい。
【００３４】次に、電極１３のＫ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＳｉ含有量の総和と発光管１１の黒化との関係について表３に示す。
【００３５】
【表３】
【００３６】表３から明らかなように、電極１３のＫ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＳｉ含有量の総和を４０ｐｐｍ以下とすることが好ましく、これらの総和を２５ｐｐｍ以下とすることが特に好ましい。
【００３７】以上説明したように、本発明の高圧放電ランプ１０によれば、発光管１１の黒化を抑制できるため、長寿命な高圧放電ランプが得られる。
【００３８】（実施形態２）実施形態２では、実施形態１で説明した高圧放電ランプ１０を用いた照明光学装置２０について説明する。
【００３９】図３を参照して、照明光学装置２０は、高圧放電ランプ１０と凹面反射鏡２１とを備える。
【００４０】高圧放電ランプ１０は、実施形態１で説明したものと同様であるので重複する説明は省略する。
【００４１】凹面反射鏡２１は、たとえばガラス、金属またはセラミクスなどからなる。凹面反射鏡２１は、回転曲面の内面に、たとえばＴｉＯ2−ＳｉＯ2の蒸着膜からなる反射面を有している。凹面反射鏡２１は、その背部の頂部に支持筒部２２を有する。そして、支持筒部２２には、絶縁セメント２３によって高圧放電ランプ１０の口金１６が固定されている。このとき、高圧放電ランプ１０は、発光管１１の中心軸と凹面反射鏡２１の中心軸とがほぼ一致するように、支持筒部２２に固着されている。
【００４２】上記実施形態２の照明光学装置２０は、本発明の高圧放電ランプ１０を用いているため、長期にわたって照度の低下が小さい照明光学装置が得られる。
【００４３】
【実施例】（実施例１）実施例１では、実施形態１で説明した高圧放電ランプ１０および照明光学装置２０について製造した一例について説明する。
【００４４】実施例１の高圧放電ランプでは、発光管１１に石英ガラス（発光部１２における厚さ２．６ｍｍ）を用いた。この発光管１１の発光部１２は、短軸方向の最大内径が５．３ｍｍ、長軸方向の最大内径（Ｍ）が８．５ｍｍ、内容積が１００ｍｍ3となるように形成した。
【００４５】また、実施例１の高圧放電ランプでは、電極軸１３ｃの直径が０．４ｍｍ、放電部１３ｄの先端の直径Ｄedgeが０．６ｍｍ、先端を除く放電部１３ｄの最大直径Ｄmaxが０．８ｍｍ、放電部１３ｄの長さＬが２．８ｍｍである電極１３を用いた。また、電極１３は、タングステンからなり、不純物として存在するＫ含有量が８ｐｐｍ、Ｆｅ含有量が１２ｐｐｍ、Ｋ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＳｉ含有量の総和量が４０ｐｐｍ以下であるものを用いた。
【００４６】電極１３ａと電極１３ｂとの間の距離ＡＬは１．０ｍｍとした。発光部１２内には、１９．５ｍｇ（約０．１９５ｍｇ／ｍｍ3）の水銀と、８．５×１０-5μｍｏｌ／ｍｍ3のＢｒ2を封入した。
【００４７】上記実施例１の高圧放電ランプを用いて、実施形態２で説明した照明光学装置２０を作成した。実施例１の照明光学装置では、凹面反射鏡２１として、回転曲面の内面にＴｉＯ2−ＳｉＯ2の蒸着膜からなる反射面を有する凹面反射鏡を用いた。また、凹面反射鏡２１の開口部の径は、約６５ｍｍとした。
【００４８】さらに、上記照明光学装置を図４に示す光学系に組み込み、高圧放電ランプを定格電力（ランプ電圧約６０Ｖ、ランプ電流約２．５Ａ、ランプ電力１５０Ｗ）で交流点灯したところ、ランプ効率が６４ｌｍ／Ｗ、高圧放電ランプから放射され凹面反射鏡２１によって反射された光の色温度は約６４００Ｋとなった。なお、図４の光学系では、照明光学装置２０から発せられた光は、集光レンズ４１および投射レンズ４２を通ってスクリーン４３に到達する。
【００４９】また、従来の高圧放電ランプを用いた照明光学装置（図７参照）と本実施例の照明光学装置について、図４の光学系を用いて寿命試験を行った。
【００５０】寿命試験によって得られた点灯時間とスクリーン照度維持率との関係について図５に示す。本実施例の照明光学装置では、３０００時間点灯しても、発光管の白濁、黒化は全く起こらず、図５に示すように８５％以上のスクリーン照度維持率が得られた。これに対して、比較例である従来の高圧放電ランプを用いた照明光学装置では、スクリーン照度維持率の低下が著しかった。
【００５１】（実施例２）実施例２では、実施形態１で説明した高圧放電ランプ１０および照明光学装置２０について製造した他の一例について説明する。
【００５２】実施例２の高圧放電ランプでは、発光管１１に石英ガラス（発光部１２における厚さ２．７ｍｍ）を用いた。この発光管１１の発光部１２は、短軸方向の最大内径が６．６ｍｍ、長軸方向の最大内径（Ｍ）が１０．０ｍｍ、内容積が２００ｍｍ3となるように形成した。
【００５３】また、実施例２の高圧放電ランプでは、電極軸１３ｃの直径が０．４ｍｍ、放電部１３ｄの先端の直径Ｄedgeが０．６ｍｍ、先端を除く放電部１３ｄの最大径Ｄmaxが０．８ｍｍ、放電部１３ｄの長さＬが３．４ｍｍである電極１３を用いた。また、電極１３は、タングステンからなり、不純物として存在するＫ含有量が８ｐｐｍ、Ｆｅ含有量が１２ｐｐｍ、Ｋ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＳｉ含有量の総和量が４０ｐｐｍ以下であるものを用いた。
【００５４】電極１３ａと電極１３ｂとの間の距離ＡＬは１．４ｍｍとした。発光部１２内には、３４ｍｇ（約０．１７ｍｇ／ｍｍ3）の水銀と、８．０×１０-5μｍｏｌ／ｍｍ3のＢｒ2を封入した。
【００５５】上記実施例２の高圧放電ランプを用いて、実施形態２で説明した照明光学装置２０を作成した。実施例２の照明光学装置では、凹面反射鏡２１として、回転曲面の内面にＴｉＯ2−ＳｉＯ2の蒸着膜からなる反射面を有する凹面反射鏡を用いた。また、凹面反射鏡２１の開口部の径は、約７０ｍｍとした。
【００５６】さらに、上記照明光学装置を図４に示す光学系に組み込み、高圧放電ランプを定格電力（ランプ電圧約６５Ｖ、ランプ電流約３．１Ａ、ランプ電力２００Ｗ）で交流点灯したところ、ランプ効率が６８ｌｍ／Ｗ、高圧放電ランプから放射され凹面反射鏡２１によって反射された光の色温度は約７０００Ｋとなった。
【００５７】また、従来の高圧放電ランプを用いた照明光学装置（図７参照）と本実施例の照明光学装置について、図４の光学系を用いて寿命試験を行った。
【００５８】寿命試験によって得られた点灯時間とスクリーン照度維持率との関係について図６に示す。本実施例の照明光学装置では、３０００時間点灯しても、発光管の白濁、黒化は全く起こらず、図６に示すように８５％以上のスクリーン照度維持率が得られた。これに対して、比較例である従来の高圧放電ランプを用いた照明光学装置では、スクリーン照度維持率の低下が著しかった。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高圧放電ランプでは、電極の飛散による発光管の黒化を防止できるので、長寿命な高圧放電ランプが得られる。
【００６０】また、本発明の照明光学装置では、本発明の高圧放電ランプを用いているため、長期にわたって照度の低下が小さい照明光学装置が得られる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８４３
【氏名又は名称】松下電子工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年４月７日（１９９９．４．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５５５５
【弁理士】
【氏名又は名称】池内 寛幸 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−２９４００６（Ｐ２０００−２９４００６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−９９８１７ |
|