超高圧水銀ランプ
【課題】 超高圧水銀ランプにおいて、電極が変形することを防止することにより、金属箔が溶断することを確実に防止することを目的とする。
【解決手段】 ０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入された発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続する封止部とで構成される発光管と、前記発光部内に対向して配置されると共に前記それぞれの封止部に電極軸部が保持された一対の電極と、前記封止部のそれぞれに埋設されて前記それぞれの電極軸部に電気的に接続された金属箔と、を備えるものにおいて、前記金属箔は、前記電極軸部を包み込むようにして前記電極軸部に固定された被覆部と、前記被覆部に連続して前記電極軸部に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる延在部と、前記延在部に連続する本体部と、を有することを特徴とする。
【解決手段】 ０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入された発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続する封止部とで構成される発光管と、前記発光部内に対向して配置されると共に前記それぞれの封止部に電極軸部が保持された一対の電極と、前記封止部のそれぞれに埋設されて前記それぞれの電極軸部に電気的に接続された金属箔と、を備えるものにおいて、前記金属箔は、前記電極軸部を包み込むようにして前記電極軸部に固定された被覆部と、前記被覆部に連続して前記電極軸部に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる延在部と、前記延在部に連続する本体部と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプロジェクタ等の光源として使用される超高圧水銀ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば液晶プロジェクタやＤＭＤを使用したＤＬＰ等に代表される投射型プロジェクタ装置においては、矩形状の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できることから、発光管内に水銀や金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプが光源として広く利用されてきた。
【０００３】
近年においては、このようなプロジェクタ装置用の光源に対して、一層の小型化、点光源化が要求されており、メタルハライドランプに代わって、点灯時の水銀蒸気圧が例えば１５０気圧以上になる超高圧水銀ランプを使用することが主流になっている。
このような超高圧水銀ランプを光源として使用すれば、水銀蒸気圧が極めて高いことにより、放電アークの広がりを抑えることができるので、より一層の光出力の向上を図ることができる。
【０００４】
このような超高圧水銀ランプは、例えば図１を参照して説明すると、内部に密閉空間を備える球状の発光部１２およびこの発光部１２の両端に連続してそれぞれ管軸に沿って伸びるロッド状の封止部１３よりなる、例えば石英ガラス製の発光管１１を備えてなり、発光部１２内には、一対の電極２０が対向配置され、各々の電極２０がそれぞれ各々の封止部１３内において管軸に沿って伸びるよう気密に埋設された金属箔３０を介して封止部１３の外端面より外方に突出して伸びるよう設けられた外部リード１５に電気的に接続されている。
この超高圧水銀ランプは、発光部１２内に、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入されており、点灯時における発光部１２内の水銀蒸気圧が１５０気圧以上となるものである。
【０００５】
而して、上記構成の超高圧水銀ランプにおいては、点灯時における発光部１２内の圧力が極めて高くなるために、封止部１３において、封入ガスが抜けたり、クラックが生じたりする、という不具合が生ずることがあり、このような不具合を回避するために、封止部１３を構成するガラスと、電極軸部２１及び給電用の金属箔３０とを十分にかつ強固に密着させることが必要とされている。
【０００６】
従来においては、発光管形成材料を構成する例えば石英ガラスを例えば２０００℃以上もの高温で加熱した状態において、厚肉の石英ガラスを徐々に収縮させることにより封止部１３を形成し、これにより、封止部１３において、石英ガラスと、電極軸部２１及び給電用の金属箔３０との密着性を上げることが行われている。
【０００７】
しかしながら、高温でガラスを焼き込むと、ガラスと、電極軸部２１及び金属箔３０との密着性は向上するものの、ランプ完成後に封止部１３が破損しやすくなる、という問題が生じる。
【０００８】
この理由は、加熱処理後の封止部１３の温度が徐々に下がる段階において、電極２０を構成する例えばタングステンの膨張係数が、封止部１３を構成する例えば石英ガラスの膨張係数に比して一桁以上も大きいことから、タングステンと石英ガラスとの相対的な膨張量の差によって、両者の接触部分にクラックが発生するからである。そして、ランプ製造時において生じたクラックは、初期段階では、ごく小さいものであるが、ランプ点灯時に発光部１２内が極めて高圧状態になることに伴って成長し、やがてはランプの封止部１３が破損する要因となり得る。
【０００９】
このような問題は、発光部１２内の圧力が低いランプでは決して生じることはないが、点灯時に発光部１２内が１５０気圧以上という高圧状態になるランプにおいて生じる特有の問題である。
【００１０】
本出願人は、電極軸部と金属箔との接合部近傍に不可避的に形成される空隙に対して、ランプ点灯時に発光部内の高圧が印加されることによって、クラックが発生されることおよびクラックの成長が助長されることを見出し、当該空隙を可及的に小さくすることにより上記問題を解決することができると考え、例えば図８に示す構成を有する金属箔１００が用いられて封止部が形成されてなる超高圧水銀ランプを提案している（特許文献１参照）。
【００１１】
この超高圧水銀ランプに係る金属箔１００の構成について具体的に説明すると、この金属箔１００は、帯板状の金属板（箔形成材料）における幅方向の中央位置において、円弧状に湾曲する湾曲溝部１０１が長手方向に伸びるよう形成されて、構成されており、当該湾曲溝部１０１の一方の端部が、湾曲溝部１０１の両側縁に連続して幅方向に伸びる平板状の平坦部１０５の一端縁より長手方向外方に突出する状態、換言すれば、湾曲溝部１０１の全長が平坦部１０５の全長よりも大きい状態とされている。
【００１２】
この金属箔１００においては、湾曲溝部１０１の突出部分１０２に、電極軸部２１の基端側部分が、基端面が金属箔１００における平坦部１０５の一端縁より長手方向外方側に離間して位置された状態で、接合されると共に、湾曲溝部１０１の他方の端部に外部リード１５の先端側部分が接合される。
【００１３】
そして、このような構成の金属箔１００が用いられた超高圧水銀ランプによれば、電極軸部２１と金属箔１００との間（接合部近傍位置）に不可避的に生ずる空隙を可及的に小さくすることができるため、ランプ点灯時に、発光部内の高圧が当該空隙に対して印加された場合であっても、クラックの発生を防止することができる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−２５７３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示された超高圧水銀ランプにおいては、以下に説明するように、しばしば金属箔１００が溶断することが判明した。電極軸部２１と金属箔１００との接続部付近においては、電極軸部２１と金属箔１００とがそれぞれ材質が相違することにより、電極軸部２１と金属箔１００とのそれぞれに密接する石英ガラスの貼り付きに偏りが生じる。そのため、超高圧水銀ランプの点灯時の熱膨張および熱収縮により電極軸部２１が湾曲する、といった事態が生じた。その結果、金属箔１００は、電極軸部２１との接続部分の厚みが薄くなり、当該部分において電気抵抗が高くなり、超高圧水銀ランプの点灯時において温度が局所的に上昇して溶断する、と考えられる。
【００１６】
近年では、プロジェクタ装置用の光源として、より輝度の高いものが求められているため、発光部内に封入される水銀の量が従来よりも増えている。例えば、超高圧水銀ランプへの水銀の封入量は、従来は０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上とすることが一般的であったが、近年では０．２ｍｇ／ｍｍ３以上とすることが一般的である。このような水銀封入量の増加は、金属箔の溶断をより顕著に発生させる原因となり得る。
以上より、本発明では、超高圧水銀ランプにおいて、電極が変形することを防止することにより、金属箔が溶断することを確実に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載の超高圧水銀ランプは、０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入された発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続する封止部とで構成される発光管と、前記発光部内に対向して配置されると共に前記それぞれの封止部に電極軸部が保持された一対の電極と、前記封止部のそれぞれに埋設されて前記それぞれの電極軸部に電気的に接続された金属箔と、を備えるものにおいて、前記金属箔は、前記電極軸部を包み込むようにして前記電極軸部に固定された被覆部と、前記被覆部に連続して前記電極軸部に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる延在部と、前記延在部に連続する本体部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の超高圧水銀ランプは、請求項１記載の超高圧水銀ランプにおいて、前記被覆部が筒状であることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の超高圧水銀ランプは、請求項１記載の超高圧水銀ランプにおいて、前記延在部と前記本体部との間には、前記被覆部と逆方向に向かうにつれて次第に幅が広がるように形成された漸増幅部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の超高圧水銀ランプによれば、金属箔が、電極軸部を包み込むようにして電極軸部に固定された被覆部と、被覆部に連続して電極軸部に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる延在部と、を有する。そのため、電極軸部の周囲が金属箔の被覆部によって被覆され、封止部を構成するガラスが被覆部の周囲に偏りなく密接した状態になる。したがって、超高圧水銀ランプの点灯および消灯を繰返し行っても、電極が変形して湾曲するといった事態が生じなくなるので、電極の変形に起因して金属箔が溶断することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の超高圧水銀ランプの構成の概略を示す管軸方向の断面図である。
【図２】電極の構成を示す拡大図である。
【図３】電極マウントの構成を示す斜視図である。
【図４】金属箔の構成を示す斜視図である。
【図５】金属箔の初期の構成を示す斜視図である。
【図６】電極マウントの製造方法を説明する概念図である。
【図７】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】従来の超高圧水銀ランプに係る金属箔の構成を、電極軸部および外部リードと共に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の超高圧水銀ランプの構成の概略を示す長手方向の断面図である。
この超高圧水銀ランプ１０は、略球状の発光部１２と、この発光部１２の両端のそれぞれに連続して管軸方向外方に向けて伸びる棒状の封止部１３とで構成される発光管１１を備え、発光管１１は石英ガラスで構成されている。封止部１３は、例えばシュリンクシール法によって形成され、断面が円形状とされている。
【００２３】
発光部１２の内部には、各々タングステンよりなる一対の電極２０が、例えば０．５〜２．０ｍｍの距離を隔てて対向して配置されている。各電極２０は、それぞれ、先端側の一部が発光部１２内に臨出し、根元部が各封止部１３に保持され、各封止部１３に埋設された各金属箔３０に電気的に接続されている。各金属箔３０は、例えばモリブデンによって構成されている。各金属箔３０には、それぞれ封止部の外端部より管軸方向外方に突出する各外部リード１５が電気的に接続されている。
【００２４】
発光部１２の内部には、水銀、希ガスおよびハロゲンガスが封入されている。水銀の封入量は、点灯時における発光部１２内の水銀蒸気圧が２００気圧以上となる量、例えば０．２ｍｇ／ｍｍ３以上とされている。希ガスは、点灯始動性を改善するためのものであって、例えばアルゴンガスが１３ｋＰａの量で封入されている。ハロゲンガスは、ハロゲンサイクルを利用してランプの寿命を延ばすと共に発光部１１の破損および失透を防止するためのものであって、その封入量は、例えば１０−６〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内において、ランプの仕様に応じて適宜調整される。
【００２５】
図２は、図１の超高圧水銀ランプに係る電極の拡大図を示す。超高圧水銀ランプの各電極２０は、棒状の電極軸部２１と、この電極軸部の先端に形成された電極本体部２２とで構成される。これら電極軸部２１および電極本体部２２は、例えばタングステンで構成される。電極本体部２２の周囲には、タングステンよりなる線材を巻き回すことにより、コイル部２３が形成されている。コイル部２３は、超高圧水銀ランプの始動性を高めるために設けられている。電極本体部２２の先端部には、他方の電極に向かうにつれて次第に外径が縮小する円錐台状の突起部２４が形成されている。突起部２４は、点灯時に放電アークを集中し易くするために設けられている。このような電極２０は、電極本体部２２の全体が発光部１２内の密閉空間内に臨出すると共に、電極軸部２１の中心軸Ｏが発光管の管軸Ｃに一致する状態で配置されている。
【００２６】
このような電極２０を有する超高圧水銀ランプ１０においては、一対の電極２０間に交流電力が印加されることにより、電極２０間で絶縁破壊を生じて、各電極２０の突起部２４を起点として放電アークが形成され、例えば波長３６０〜７８０ｎｍの可視光を含む光が放射される。
【００２７】
図３は、金属箔と電極とで構成される電極マウントの構成を示す斜視図である。図４は、電極軸部に接合される前の金属箔の構成を示す斜視図である。図４に示すように、金属箔３０は、電極軸部２１の形状に対応する形状を有する円筒状の被覆部３１と、電極軸部２１に接続されることなく管軸Ｃ方向の外方（図４の紙面において被覆部３１と逆方向）に向けて伸びる樋状の延在部３２と、管軸方向の外方に向けて次第に幅が広がるように形成された漸増幅部３３と、漸増幅部３３の基端側に連続する平坦な本体部３４とを有する。本体部３４の投影幅は、延在部３２の投影幅よりも大きい。被覆部３１は、電極軸部２１を包み込むようにして電極軸部２１の外側に配置され、例えばレーザー溶接或いは抵抗溶接等の手段により電極軸部２１に一体的に固定される。本体部３４の基端側には、図示は省略するが、図１に示す給電用の外部リード１５が接続される。このようにして、図３に示す電極マウント４０が完成する。
【００２８】
図５は、被覆部が形成される前の金属箔の構成を示す斜視図である。図５に示すように、金属箔３０Ａは、先端より所定距離離れた箇所に形成された小幅部３２Ａと、小幅部３２Ａを金属箔の長手方向に挟んで小幅部３２Ａの先端側および基端側のそれぞれに連続して形成される、金属箔の幅方向に広がる幅広部３１Ａおよび３４Ａとを有する。小幅部３２Ａは、金属箔３０Ａの先端から所定距離離れた位置に、それぞれ金属箔３０Ａの中心軸Ｘ方向に向けて湾曲する同一形状の一対の切り欠き部５０を形成することによって形成される。小幅部３２Ａと幅広部３４Ａとの間には、斜辺部３３Ａが形成され、斜辺部３３Ａは小幅部３２Ａに向かうにつれて次第に幅が狭くなっている。
【００２９】
図６は、図３の電極マウントの製造方法を説明する斜視図である。図６（Ａ）は、被覆部を形成する前の初期状態の金属箔を示す。図６（Ｂ）は、被覆部を形成した状態の金属箔を示す。図６（Ｃ）は、電極の根本部分を金属箔の被覆部に向けて挿入する手順を示す。図６（Ｄ）は、完成した電極マウントを示す。
【００３０】
金属箔３０は、図６（Ｂ）に示すように、図６（Ａ）に示す幅広部３１Ａを金属箔の幅方向の両側から電極軸部２１の形状に沿うように折り曲げて成形し、幅広部３１Ａの幅方向の両端部が互いに重なり合うようにすると共に、小幅部３２Ａを断面が略半円状の樋状に成形する。このように幅広部３１Ａを成形することにより、図６（Ｂ）に示すように、電極軸部２１の外径よりもやや大きめの外径を有する筒状の被覆部３１を形成する。幅広部３１Ａは、必ずしも完全な筒体を構成するように折り曲げる必要はなく、電極軸部２１を両側から挟むようにして電極軸部２１の周囲に配置されれば良い。すなわち、幅広部３１Ａの幅方向の両端部のそれぞれが若干離間した状態とされていても良い。
【００３１】
次に、図６（Ｃ）に示すように、電極軸部２１の根本部２１Ａと金属箔３０の被覆部３１とを対向するように配置して、電極軸部２１の根本部２１Ａ側から電極軸部２１を被覆部３１に向けて進出させ、電極軸部２１の根本部２１Ａを被覆部３１の内部に収容する。その後、被覆部３１の外方より被覆部３１の外周にレーザーを照射して、被覆部３１を電極軸部２１に一体的に固定する。なお、被覆部３１は、抵抗溶接することによって電極軸部２１に固定しても良い。このような一連の手順を実行することにより、図６（Ｄ）に示す電極マウント４０が得られる。
このような手順によって作製された電極マウント４０は、石英ガラスよりなる発光管構成材料の内部に収容され、シュリンクシール等の封止作業を実行することによって気密に封止されて、図１に示す封止部１３が形成される。金属箔３０は、被覆部３１、延在部３２、漸増幅部３３および本体部３４が封止部１３を構成する石英ガラスに密着している。
【００３２】
以上の本発明の超高圧水銀ランプにおいては、封止部１３に保持された電極軸部２１と金属箔３０との接続部分においては、図７の断面に示すように、電極軸部２１が被覆部３１に被覆されるので、電極軸部２１と封止部１３を構成する石英ガラスとの間に金属箔３０の被覆部３１が介在する。これにより、電極軸部２１が封止部１３を構成するガラスに完全に接触しないか、或いは、電極軸部２１がガラスに接触する部位を可及的に小さくすることができる。すなわち、電極軸部２１と金属箔３０との接続部分において、封止部１３を構成するガラスが被覆部３１の周囲に偏りなく密接させることができる。したがって、超高圧水銀ランプ１０の点灯・消灯を繰り返し行っても、各電極軸部２１が変形することがないので、金属箔の厚みが局所的に薄くなることが防止されて、金属箔３０が溶断することを確実に防止することができる。
しかも、図１および図３に示すように、本発明の超高圧水銀ランプ１０においては、被覆部３１に連続して電極軸部２１に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる樋状の延在部３２を有する金属箔３０を封止部１３に埋設しているために、金属箔３０が封止部１３を構成する石英ガラスから剥離することがなかった。この理由は、定かでないが例えば次のように考えられる。
【００３３】
超高圧水銀ランプ１０の封止部１３においては、電極軸部２１と封止部１３を構成する石英ガラスとの間に不可避的に微小空隙が形成される。この微小空隙は、電極軸部２１およびその周囲の石英ガラスの間並びに電極軸部２１の周囲を被覆する被覆部３１およびその周囲の石英ガラスの間に形成される。超高圧水銀ランプの点灯時には、この微小空隙に対し発光部１２内の高圧が印加される。以下、図３に示す構成の金属箔を備えた金属箔３０を備える超高圧水銀ランプ（実施例）と、図３において延在部３２を有しない金属箔を備える超高圧水銀ランプ（比較例）とを対比して説明する。
実施例は、被覆部３１の後端に連続する延在部３２を有し、この延在部３２が封止部１３を構成する石英ガラスに密着するように封止される。そのため、点灯時における発光部１２内の高圧が上記の微小空隙を介して本体部３４の角部３４Ｘに印加され、本体部３４に歪みを生じることがない。したがって、本体部３４と封止部１３を構成する石英ガラスとが剥離することがない。一方、比較例は、被覆部３１の後端に連続する延在部３２を有さず、被覆部３１の後端からすぐに本体部３４の幅に広がっているため、角部３４Ｘが形成され、この部分に応力が集中しやすくなる。その結果、発光部１２内の点灯時における高圧が上記の微小空隙を介して本体部３４の角部３４Ｘに印加され、歪みが生じる。これによって、本体部３４と封止部１３を構成する石英ガラスとが剥離する惧れがある。
【００３４】
さらに、本発明の超高圧水銀ランプ１０においては、図３に示すように、管軸方向外方に向かうにつれて幅が次第に広くなるように形成された漸増幅部３３が延在部３２と本体部３４との間に形成された構造を有する金属箔３０が、封止部１３に埋設されている。したがって、本体部３４の歪みがさらに抑制されるものと期待される。なお、本発明の金属箔３０においては、漸増幅部３３は必須の構成ではない。つまり、金属箔が、電極軸部２１を包み込むようにして電極軸部２１に接続される被覆部３１、これに続き電極軸部２１に接続されることなく管軸方向外方に向けて延在する樋状の延在部３２および本体部３４のみを有する構造であり、当該金属箔３０が埋設された封止部１３を有する超高圧水銀ランプであっても、前記した効果が期待される。
【００３５】
以下は、上記の本発明の効果が確認された超高圧水銀ランプの実施例である。
発光管１１：全長７０ｍｍ、外径１０ｍｍ
発光管１１の内容積：６６ｍｍ３
水銀封入量：０．３ｍｇ／ｍｍ３
金属箔３０：全長１４ｍｍ、厚み０．０２ｍｍ
延在部３２：樋形状、投影幅０．５ｍｍ、全長１．４ｍｍ
漸増幅部３３：全長０．４ｍｍ
本体部３４：幅１．５ｍｍ、全長１１ｍｍ
電極軸部２１：φ０．４ｍｍ
【００３６】
本発明の超高圧水銀ランプにおいては、上記した実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能である。例えば、金属箔３０の延在部３２は、図３および図４において樋状に示されているが、例えば平板状に形成されていても良い。また、金属箔の本体部は、図７に示すように、幅方向の中央に管軸と平行に伸びる溝部を形成することにより、全体としてΩ状に形成することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 超高圧水銀ランプ
１１ 発光管
１２ 発光部
１３ 封止部
１５ 外部リード
２０ 電極
２１ 電極軸部
２２ 電極本体部
２３ コイル部
２４ 突起部
３０ 金属箔
３１ 被覆部
３２ 延在部
３３ 漸増幅部
３４ 本体部
３４Ｘ 角部
４０ 電極マウント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプロジェクタ等の光源として使用される超高圧水銀ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば液晶プロジェクタやＤＭＤを使用したＤＬＰ等に代表される投射型プロジェクタ装置においては、矩形状の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できることから、発光管内に水銀や金属ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプが光源として広く利用されてきた。
【０００３】
近年においては、このようなプロジェクタ装置用の光源に対して、一層の小型化、点光源化が要求されており、メタルハライドランプに代わって、点灯時の水銀蒸気圧が例えば１５０気圧以上になる超高圧水銀ランプを使用することが主流になっている。
このような超高圧水銀ランプを光源として使用すれば、水銀蒸気圧が極めて高いことにより、放電アークの広がりを抑えることができるので、より一層の光出力の向上を図ることができる。
【０００４】
このような超高圧水銀ランプは、例えば図１を参照して説明すると、内部に密閉空間を備える球状の発光部１２およびこの発光部１２の両端に連続してそれぞれ管軸に沿って伸びるロッド状の封止部１３よりなる、例えば石英ガラス製の発光管１１を備えてなり、発光部１２内には、一対の電極２０が対向配置され、各々の電極２０がそれぞれ各々の封止部１３内において管軸に沿って伸びるよう気密に埋設された金属箔３０を介して封止部１３の外端面より外方に突出して伸びるよう設けられた外部リード１５に電気的に接続されている。
この超高圧水銀ランプは、発光部１２内に、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入されており、点灯時における発光部１２内の水銀蒸気圧が１５０気圧以上となるものである。
【０００５】
而して、上記構成の超高圧水銀ランプにおいては、点灯時における発光部１２内の圧力が極めて高くなるために、封止部１３において、封入ガスが抜けたり、クラックが生じたりする、という不具合が生ずることがあり、このような不具合を回避するために、封止部１３を構成するガラスと、電極軸部２１及び給電用の金属箔３０とを十分にかつ強固に密着させることが必要とされている。
【０００６】
従来においては、発光管形成材料を構成する例えば石英ガラスを例えば２０００℃以上もの高温で加熱した状態において、厚肉の石英ガラスを徐々に収縮させることにより封止部１３を形成し、これにより、封止部１３において、石英ガラスと、電極軸部２１及び給電用の金属箔３０との密着性を上げることが行われている。
【０００７】
しかしながら、高温でガラスを焼き込むと、ガラスと、電極軸部２１及び金属箔３０との密着性は向上するものの、ランプ完成後に封止部１３が破損しやすくなる、という問題が生じる。
【０００８】
この理由は、加熱処理後の封止部１３の温度が徐々に下がる段階において、電極２０を構成する例えばタングステンの膨張係数が、封止部１３を構成する例えば石英ガラスの膨張係数に比して一桁以上も大きいことから、タングステンと石英ガラスとの相対的な膨張量の差によって、両者の接触部分にクラックが発生するからである。そして、ランプ製造時において生じたクラックは、初期段階では、ごく小さいものであるが、ランプ点灯時に発光部１２内が極めて高圧状態になることに伴って成長し、やがてはランプの封止部１３が破損する要因となり得る。
【０００９】
このような問題は、発光部１２内の圧力が低いランプでは決して生じることはないが、点灯時に発光部１２内が１５０気圧以上という高圧状態になるランプにおいて生じる特有の問題である。
【００１０】
本出願人は、電極軸部と金属箔との接合部近傍に不可避的に形成される空隙に対して、ランプ点灯時に発光部内の高圧が印加されることによって、クラックが発生されることおよびクラックの成長が助長されることを見出し、当該空隙を可及的に小さくすることにより上記問題を解決することができると考え、例えば図８に示す構成を有する金属箔１００が用いられて封止部が形成されてなる超高圧水銀ランプを提案している（特許文献１参照）。
【００１１】
この超高圧水銀ランプに係る金属箔１００の構成について具体的に説明すると、この金属箔１００は、帯板状の金属板（箔形成材料）における幅方向の中央位置において、円弧状に湾曲する湾曲溝部１０１が長手方向に伸びるよう形成されて、構成されており、当該湾曲溝部１０１の一方の端部が、湾曲溝部１０１の両側縁に連続して幅方向に伸びる平板状の平坦部１０５の一端縁より長手方向外方に突出する状態、換言すれば、湾曲溝部１０１の全長が平坦部１０５の全長よりも大きい状態とされている。
【００１２】
この金属箔１００においては、湾曲溝部１０１の突出部分１０２に、電極軸部２１の基端側部分が、基端面が金属箔１００における平坦部１０５の一端縁より長手方向外方側に離間して位置された状態で、接合されると共に、湾曲溝部１０１の他方の端部に外部リード１５の先端側部分が接合される。
【００１３】
そして、このような構成の金属箔１００が用いられた超高圧水銀ランプによれば、電極軸部２１と金属箔１００との間（接合部近傍位置）に不可避的に生ずる空隙を可及的に小さくすることができるため、ランプ点灯時に、発光部内の高圧が当該空隙に対して印加された場合であっても、クラックの発生を防止することができる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−２５７３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示された超高圧水銀ランプにおいては、以下に説明するように、しばしば金属箔１００が溶断することが判明した。電極軸部２１と金属箔１００との接続部付近においては、電極軸部２１と金属箔１００とがそれぞれ材質が相違することにより、電極軸部２１と金属箔１００とのそれぞれに密接する石英ガラスの貼り付きに偏りが生じる。そのため、超高圧水銀ランプの点灯時の熱膨張および熱収縮により電極軸部２１が湾曲する、といった事態が生じた。その結果、金属箔１００は、電極軸部２１との接続部分の厚みが薄くなり、当該部分において電気抵抗が高くなり、超高圧水銀ランプの点灯時において温度が局所的に上昇して溶断する、と考えられる。
【００１６】
近年では、プロジェクタ装置用の光源として、より輝度の高いものが求められているため、発光部内に封入される水銀の量が従来よりも増えている。例えば、超高圧水銀ランプへの水銀の封入量は、従来は０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上とすることが一般的であったが、近年では０．２ｍｇ／ｍｍ３以上とすることが一般的である。このような水銀封入量の増加は、金属箔の溶断をより顕著に発生させる原因となり得る。
以上より、本発明では、超高圧水銀ランプにおいて、電極が変形することを防止することにより、金属箔が溶断することを確実に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載の超高圧水銀ランプは、０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入された発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続する封止部とで構成される発光管と、前記発光部内に対向して配置されると共に前記それぞれの封止部に電極軸部が保持された一対の電極と、前記封止部のそれぞれに埋設されて前記それぞれの電極軸部に電気的に接続された金属箔と、を備えるものにおいて、前記金属箔は、前記電極軸部を包み込むようにして前記電極軸部に固定された被覆部と、前記被覆部に連続して前記電極軸部に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる延在部と、前記延在部に連続する本体部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の超高圧水銀ランプは、請求項１記載の超高圧水銀ランプにおいて、前記被覆部が筒状であることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の超高圧水銀ランプは、請求項１記載の超高圧水銀ランプにおいて、前記延在部と前記本体部との間には、前記被覆部と逆方向に向かうにつれて次第に幅が広がるように形成された漸増幅部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の超高圧水銀ランプによれば、金属箔が、電極軸部を包み込むようにして電極軸部に固定された被覆部と、被覆部に連続して電極軸部に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる延在部と、を有する。そのため、電極軸部の周囲が金属箔の被覆部によって被覆され、封止部を構成するガラスが被覆部の周囲に偏りなく密接した状態になる。したがって、超高圧水銀ランプの点灯および消灯を繰返し行っても、電極が変形して湾曲するといった事態が生じなくなるので、電極の変形に起因して金属箔が溶断することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の超高圧水銀ランプの構成の概略を示す管軸方向の断面図である。
【図２】電極の構成を示す拡大図である。
【図３】電極マウントの構成を示す斜視図である。
【図４】金属箔の構成を示す斜視図である。
【図５】金属箔の初期の構成を示す斜視図である。
【図６】電極マウントの製造方法を説明する概念図である。
【図７】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】従来の超高圧水銀ランプに係る金属箔の構成を、電極軸部および外部リードと共に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の超高圧水銀ランプの構成の概略を示す長手方向の断面図である。
この超高圧水銀ランプ１０は、略球状の発光部１２と、この発光部１２の両端のそれぞれに連続して管軸方向外方に向けて伸びる棒状の封止部１３とで構成される発光管１１を備え、発光管１１は石英ガラスで構成されている。封止部１３は、例えばシュリンクシール法によって形成され、断面が円形状とされている。
【００２３】
発光部１２の内部には、各々タングステンよりなる一対の電極２０が、例えば０．５〜２．０ｍｍの距離を隔てて対向して配置されている。各電極２０は、それぞれ、先端側の一部が発光部１２内に臨出し、根元部が各封止部１３に保持され、各封止部１３に埋設された各金属箔３０に電気的に接続されている。各金属箔３０は、例えばモリブデンによって構成されている。各金属箔３０には、それぞれ封止部の外端部より管軸方向外方に突出する各外部リード１５が電気的に接続されている。
【００２４】
発光部１２の内部には、水銀、希ガスおよびハロゲンガスが封入されている。水銀の封入量は、点灯時における発光部１２内の水銀蒸気圧が２００気圧以上となる量、例えば０．２ｍｇ／ｍｍ３以上とされている。希ガスは、点灯始動性を改善するためのものであって、例えばアルゴンガスが１３ｋＰａの量で封入されている。ハロゲンガスは、ハロゲンサイクルを利用してランプの寿命を延ばすと共に発光部１１の破損および失透を防止するためのものであって、その封入量は、例えば１０−６〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内において、ランプの仕様に応じて適宜調整される。
【００２５】
図２は、図１の超高圧水銀ランプに係る電極の拡大図を示す。超高圧水銀ランプの各電極２０は、棒状の電極軸部２１と、この電極軸部の先端に形成された電極本体部２２とで構成される。これら電極軸部２１および電極本体部２２は、例えばタングステンで構成される。電極本体部２２の周囲には、タングステンよりなる線材を巻き回すことにより、コイル部２３が形成されている。コイル部２３は、超高圧水銀ランプの始動性を高めるために設けられている。電極本体部２２の先端部には、他方の電極に向かうにつれて次第に外径が縮小する円錐台状の突起部２４が形成されている。突起部２４は、点灯時に放電アークを集中し易くするために設けられている。このような電極２０は、電極本体部２２の全体が発光部１２内の密閉空間内に臨出すると共に、電極軸部２１の中心軸Ｏが発光管の管軸Ｃに一致する状態で配置されている。
【００２６】
このような電極２０を有する超高圧水銀ランプ１０においては、一対の電極２０間に交流電力が印加されることにより、電極２０間で絶縁破壊を生じて、各電極２０の突起部２４を起点として放電アークが形成され、例えば波長３６０〜７８０ｎｍの可視光を含む光が放射される。
【００２７】
図３は、金属箔と電極とで構成される電極マウントの構成を示す斜視図である。図４は、電極軸部に接合される前の金属箔の構成を示す斜視図である。図４に示すように、金属箔３０は、電極軸部２１の形状に対応する形状を有する円筒状の被覆部３１と、電極軸部２１に接続されることなく管軸Ｃ方向の外方（図４の紙面において被覆部３１と逆方向）に向けて伸びる樋状の延在部３２と、管軸方向の外方に向けて次第に幅が広がるように形成された漸増幅部３３と、漸増幅部３３の基端側に連続する平坦な本体部３４とを有する。本体部３４の投影幅は、延在部３２の投影幅よりも大きい。被覆部３１は、電極軸部２１を包み込むようにして電極軸部２１の外側に配置され、例えばレーザー溶接或いは抵抗溶接等の手段により電極軸部２１に一体的に固定される。本体部３４の基端側には、図示は省略するが、図１に示す給電用の外部リード１５が接続される。このようにして、図３に示す電極マウント４０が完成する。
【００２８】
図５は、被覆部が形成される前の金属箔の構成を示す斜視図である。図５に示すように、金属箔３０Ａは、先端より所定距離離れた箇所に形成された小幅部３２Ａと、小幅部３２Ａを金属箔の長手方向に挟んで小幅部３２Ａの先端側および基端側のそれぞれに連続して形成される、金属箔の幅方向に広がる幅広部３１Ａおよび３４Ａとを有する。小幅部３２Ａは、金属箔３０Ａの先端から所定距離離れた位置に、それぞれ金属箔３０Ａの中心軸Ｘ方向に向けて湾曲する同一形状の一対の切り欠き部５０を形成することによって形成される。小幅部３２Ａと幅広部３４Ａとの間には、斜辺部３３Ａが形成され、斜辺部３３Ａは小幅部３２Ａに向かうにつれて次第に幅が狭くなっている。
【００２９】
図６は、図３の電極マウントの製造方法を説明する斜視図である。図６（Ａ）は、被覆部を形成する前の初期状態の金属箔を示す。図６（Ｂ）は、被覆部を形成した状態の金属箔を示す。図６（Ｃ）は、電極の根本部分を金属箔の被覆部に向けて挿入する手順を示す。図６（Ｄ）は、完成した電極マウントを示す。
【００３０】
金属箔３０は、図６（Ｂ）に示すように、図６（Ａ）に示す幅広部３１Ａを金属箔の幅方向の両側から電極軸部２１の形状に沿うように折り曲げて成形し、幅広部３１Ａの幅方向の両端部が互いに重なり合うようにすると共に、小幅部３２Ａを断面が略半円状の樋状に成形する。このように幅広部３１Ａを成形することにより、図６（Ｂ）に示すように、電極軸部２１の外径よりもやや大きめの外径を有する筒状の被覆部３１を形成する。幅広部３１Ａは、必ずしも完全な筒体を構成するように折り曲げる必要はなく、電極軸部２１を両側から挟むようにして電極軸部２１の周囲に配置されれば良い。すなわち、幅広部３１Ａの幅方向の両端部のそれぞれが若干離間した状態とされていても良い。
【００３１】
次に、図６（Ｃ）に示すように、電極軸部２１の根本部２１Ａと金属箔３０の被覆部３１とを対向するように配置して、電極軸部２１の根本部２１Ａ側から電極軸部２１を被覆部３１に向けて進出させ、電極軸部２１の根本部２１Ａを被覆部３１の内部に収容する。その後、被覆部３１の外方より被覆部３１の外周にレーザーを照射して、被覆部３１を電極軸部２１に一体的に固定する。なお、被覆部３１は、抵抗溶接することによって電極軸部２１に固定しても良い。このような一連の手順を実行することにより、図６（Ｄ）に示す電極マウント４０が得られる。
このような手順によって作製された電極マウント４０は、石英ガラスよりなる発光管構成材料の内部に収容され、シュリンクシール等の封止作業を実行することによって気密に封止されて、図１に示す封止部１３が形成される。金属箔３０は、被覆部３１、延在部３２、漸増幅部３３および本体部３４が封止部１３を構成する石英ガラスに密着している。
【００３２】
以上の本発明の超高圧水銀ランプにおいては、封止部１３に保持された電極軸部２１と金属箔３０との接続部分においては、図７の断面に示すように、電極軸部２１が被覆部３１に被覆されるので、電極軸部２１と封止部１３を構成する石英ガラスとの間に金属箔３０の被覆部３１が介在する。これにより、電極軸部２１が封止部１３を構成するガラスに完全に接触しないか、或いは、電極軸部２１がガラスに接触する部位を可及的に小さくすることができる。すなわち、電極軸部２１と金属箔３０との接続部分において、封止部１３を構成するガラスが被覆部３１の周囲に偏りなく密接させることができる。したがって、超高圧水銀ランプ１０の点灯・消灯を繰り返し行っても、各電極軸部２１が変形することがないので、金属箔の厚みが局所的に薄くなることが防止されて、金属箔３０が溶断することを確実に防止することができる。
しかも、図１および図３に示すように、本発明の超高圧水銀ランプ１０においては、被覆部３１に連続して電極軸部２１に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる樋状の延在部３２を有する金属箔３０を封止部１３に埋設しているために、金属箔３０が封止部１３を構成する石英ガラスから剥離することがなかった。この理由は、定かでないが例えば次のように考えられる。
【００３３】
超高圧水銀ランプ１０の封止部１３においては、電極軸部２１と封止部１３を構成する石英ガラスとの間に不可避的に微小空隙が形成される。この微小空隙は、電極軸部２１およびその周囲の石英ガラスの間並びに電極軸部２１の周囲を被覆する被覆部３１およびその周囲の石英ガラスの間に形成される。超高圧水銀ランプの点灯時には、この微小空隙に対し発光部１２内の高圧が印加される。以下、図３に示す構成の金属箔を備えた金属箔３０を備える超高圧水銀ランプ（実施例）と、図３において延在部３２を有しない金属箔を備える超高圧水銀ランプ（比較例）とを対比して説明する。
実施例は、被覆部３１の後端に連続する延在部３２を有し、この延在部３２が封止部１３を構成する石英ガラスに密着するように封止される。そのため、点灯時における発光部１２内の高圧が上記の微小空隙を介して本体部３４の角部３４Ｘに印加され、本体部３４に歪みを生じることがない。したがって、本体部３４と封止部１３を構成する石英ガラスとが剥離することがない。一方、比較例は、被覆部３１の後端に連続する延在部３２を有さず、被覆部３１の後端からすぐに本体部３４の幅に広がっているため、角部３４Ｘが形成され、この部分に応力が集中しやすくなる。その結果、発光部１２内の点灯時における高圧が上記の微小空隙を介して本体部３４の角部３４Ｘに印加され、歪みが生じる。これによって、本体部３４と封止部１３を構成する石英ガラスとが剥離する惧れがある。
【００３４】
さらに、本発明の超高圧水銀ランプ１０においては、図３に示すように、管軸方向外方に向かうにつれて幅が次第に広くなるように形成された漸増幅部３３が延在部３２と本体部３４との間に形成された構造を有する金属箔３０が、封止部１３に埋設されている。したがって、本体部３４の歪みがさらに抑制されるものと期待される。なお、本発明の金属箔３０においては、漸増幅部３３は必須の構成ではない。つまり、金属箔が、電極軸部２１を包み込むようにして電極軸部２１に接続される被覆部３１、これに続き電極軸部２１に接続されることなく管軸方向外方に向けて延在する樋状の延在部３２および本体部３４のみを有する構造であり、当該金属箔３０が埋設された封止部１３を有する超高圧水銀ランプであっても、前記した効果が期待される。
【００３５】
以下は、上記の本発明の効果が確認された超高圧水銀ランプの実施例である。
発光管１１：全長７０ｍｍ、外径１０ｍｍ
発光管１１の内容積：６６ｍｍ３
水銀封入量：０．３ｍｇ／ｍｍ３
金属箔３０：全長１４ｍｍ、厚み０．０２ｍｍ
延在部３２：樋形状、投影幅０．５ｍｍ、全長１．４ｍｍ
漸増幅部３３：全長０．４ｍｍ
本体部３４：幅１．５ｍｍ、全長１１ｍｍ
電極軸部２１：φ０．４ｍｍ
【００３６】
本発明の超高圧水銀ランプにおいては、上記した実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能である。例えば、金属箔３０の延在部３２は、図３および図４において樋状に示されているが、例えば平板状に形成されていても良い。また、金属箔の本体部は、図７に示すように、幅方向の中央に管軸と平行に伸びる溝部を形成することにより、全体としてΩ状に形成することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 超高圧水銀ランプ
１１ 発光管
１２ 発光部
１３ 封止部
１５ 外部リード
２０ 電極
２１ 電極軸部
２２ 電極本体部
２３ コイル部
２４ 突起部
３０ 金属箔
３１ 被覆部
３２ 延在部
３３ 漸増幅部
３４ 本体部
３４Ｘ 角部
４０ 電極マウント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入された発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続する封止部とで構成される発光管と、前記発光部内に対向して配置されると共に前記それぞれの封止部に電極軸部が保持された一対の電極と、前記封止部のそれぞれに埋設されて前記それぞれの電極軸部に電気的に接続された金属箔と、を備える超高圧水銀ランプにおいて、
前記金属箔は、前記電極軸部を包み込むようにして前記電極軸部に固定された被覆部と、前記被覆部に連続して前記電極軸部に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる延在部と、前記延在部に連続する本体部と、を有することを特徴とする超高圧水銀ランプ。
【請求項２】
前記被覆部が筒状であることを特徴とする請求項１記載の超高圧水銀ランプ。
【請求項３】
前記延在部と前記本体部との間には、前記被覆部と逆方向に向かうにつれて次第に幅が広がるように形成された漸増幅部を有することを特徴とする請求項１記載の超高圧水銀ランプ。
【請求項１】
０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入された発光部と前記発光部の両端のそれぞれに連続する封止部とで構成される発光管と、前記発光部内に対向して配置されると共に前記それぞれの封止部に電極軸部が保持された一対の電極と、前記封止部のそれぞれに埋設されて前記それぞれの電極軸部に電気的に接続された金属箔と、を備える超高圧水銀ランプにおいて、
前記金属箔は、前記電極軸部を包み込むようにして前記電極軸部に固定された被覆部と、前記被覆部に連続して前記電極軸部に接続されることなく管軸方向外方に向けて伸びる延在部と、前記延在部に連続する本体部と、を有することを特徴とする超高圧水銀ランプ。
【請求項２】
前記被覆部が筒状であることを特徴とする請求項１記載の超高圧水銀ランプ。
【請求項３】
前記延在部と前記本体部との間には、前記被覆部と逆方向に向かうにつれて次第に幅が広がるように形成された漸増幅部を有することを特徴とする請求項１記載の超高圧水銀ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１７７０１４（Ｐ２０１０−１７７０１４Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７８７５（Ｐ２００９−１７８７５）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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