(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器内に、円錐台状の先端部を有する陰極と円錐台状の先端部を有する陽極とが互いに対向配置されると共にキセノンガスが封入されてなり、当該陰極および陽極の中心軸の各々が水平に位置される姿勢で点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、
定格電力が０．５〜５ｋＷ、
キセノンガスの封入圧が１．５ＭＰａ以上であり、
陰極は、その中心軸が陽極の中心軸より下方に変位した状態で配置されており、当該陰極の変位量が、軸方向における陰極および陽極の両者の離間距離の１０〜１５％の大きさであることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
【請求項２】
放電容器の少なくとも一方の端部には、口金が設けられており、当該口金は、点灯姿勢を規制するための点灯姿勢規制手段を有することを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショートアーク型放電ランプに関し、詳しくは、例えば、光変調素子に光を照射してその反射光を利用することによって映像を映し出す投影装置において、光源として好適に用いられるショートアーク型放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、プロジェクターなどの投影装置の光源としては、幅広い波長領域の光を放射し、しかも放射光が太陽光に近いスペクトルを有することから、ショートアーク型放電ランプが広く利用されており、このようなショートアーク型放電ランプは、例えば、石英ガラスよりなる放電容器内に、陰極および陽極が対向して配置されると共に、キセノンガスが封入されて構成されている。
【０００３】
このようなショートアーク型放電ランプにおいては、周りが暗い映画館で利用される投影装置の光源として用いられる場合には、一定以上のスクリーン照度が得られる程度の輝度を有するものであれば十分であった。
【０００４】
しかしながら、近年では、周りが明るい各種イベント会場、特に、日中の屋外で映像を映し出す用途が広まってきており、従来におけるショートアーク型放電ランプでは、それ自体が高い輝度を有するものではないので、周りが明るい状況において使用される場合には、十分なスクリーン照度を得ることができず、映像を観客が認識できる程度に映し出すことができない。
そこで、電極間距離を小さくすることにより陰極および陽極の両者の間に形成されるアークを収斂させ、反射鏡による集光性を向上させることによって、輝度を向上させることが行われている。この場合には、電極間距離は例えば７ｍｍ以下とすることが必要とされる。
【０００５】
しかしながら、電極間距離を単に小さくするだけでは、陽極の先端部がアークの中で最も高温となっているアーク輝点に近づくため、陽極に対するアークからの熱的影響が大きくなり、陽極の温度が上昇することになる。
【０００６】
しかも、投影装置に組み込まれるショートアーク型放電ランプにおいては、陽極の温度が高くなる傾向にあるため、陽極は耐熱温度に近い温度状態になってしまう。
この理由は、投影装置の光源として十分に高い輝度を得るためには、ショートアーク型放電ランプの定格電力を大きくする必要があるが、電源の容量や必要な絶縁性を確保する観点から制約を受けるので、電圧値を大幅に増大させることは難しく、従って、電流値を大きくして放電ランプの定格電力を大きくすることが要請され、例えば７０Ａ以上の大電流で点灯させる必要があるからである。
【０００７】
一方、ショートアーク型放電ランプは、通常、光源装置の小型化あるいは光学設計の観点から、水平点灯する姿勢、すなわち水平方向に伸びる反射鏡の光軸とショートアーク型放電ランプにおけるアーク方向とが一致する状態で光源装置内に組み込まれている。
そして、陰極および陽極の両者の間に形成されるアークを安定化するために、陽極の先端面が平坦とされており、これにより、アークが、その裾野が陽極の先端面の直径と大略同じ大きさとなって、陽極の先端面の全面に被さるように形成され、アークが一定位置において強固に保持される。
【０００８】
一方、ショートアーク型放電ランプが水平点灯される場合には、放電容器内における封入ガスの対流の影響を受けて、アークが上方に浮き上がる現象（以下、「アーク浮き現象」という。）が生ずることが知られている。
前述したように、ショートアーク型放電ランプにおいては、放電ランプそれ自体を十分に高い輝度を有するものとするために、電極間距離が極めて小さい状態とされており、これにより、陽極が耐熱温度に近い温度状態となっているため、アーク浮き現象が生ずると、図６に示すように、陰極６１および陽極６２の両者の間に形成されるアークＡが、陽極６２の先端面におけるエッジ部分Ｅに集中する、あるいはアークＡの裾野が陽極６２の先端面に被さる領域が狭くなり、その結果、陽極６２が局所的に使用限界温度を超えた温度状態となり、陽極６２が極めて短時間のうちに変形あるいは消耗して使用に耐えられなくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、陽極の変形や消耗を実質的に伴うことなしに、十分に高い輝度を有するショートアーク型放電ランプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のショートアーク型放電ランプは、放電容器内に、円錐台状の先端部を有する陰極と円錐台状の先端部を有する陽極とが互いに対向配置されると共にキセノンガスが封入されてなり、当該陰極および陽極の中心軸の各々が水平に位置される姿勢で点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、
定格電力が０．５〜５ｋＷ、
キセノンガスの封入圧が１．５ＭＰａ以上であり、
陰極は、その中心軸が陽極の中心軸より下方に変位した状態で配置されており、当該陰極の変位量が、軸方向における陰極および陽極の両者の離間距離の１０〜１５％の大きさであることを特徴とする。
【００１１】
本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、放電容器の少なくとも一方の端部には、口金が設けられており、当該口金は、点灯姿勢を規制するための点灯姿勢規制手段を有する構成とすることができる。
【００１２】
【作用】
上記の構成によれば、高い輝度の光を放射する、水平点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、アークが陽極の先端面における中央部で確実に保持されて安定して形成されるので、陽極が局所的にも変形あるいは消耗することがなく、従って、長期にわたって安定した動作特性が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明のショートアーク型放電ランプの一例における構成の概略を示す説明図である。
このショートアーク型放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう。）１０は、例えば石英ガラスよりなる放電容器１１を備えており、この放電容器１１は、発光管部１２と、この発光管部１２の両端から外方に伸びるよう連設されたロッド状の封止部１３、１４とにより構成されている。
放電容器１１における発光管部１２は、陰極２０が位置されている一方の部分（図において右方の部分）の領域において、発光管部１２の管壁の内表面および外表面が球面とされていると共に、陽極２５が位置されている他方の部分（図において左方の部分）の領域において、封止部１３、１４の管軸方向（図において左右方向）に細長く伸びる形態、例えば紡錘形とされている。
【００１４】
発光管部１２内には、陰極２０および陽極２５が互いに対向するよう配置されている。
陰極２０は、例えばタングステンよりなるロッド状のものであって、その先端部分が先端に向かうに従ってその外径が小さくなるよう円錐台状に形成されており、一方の封止部１３内を当該封止部１３の管軸に沿って伸び、その後端が当該封止部１３より突出した状態で配置されている。
陽極２５は、例えばタングステンよりなり、先端に向かうに従ってその外径が小さくなるよう円錐台状に形成された先端部２５Ａが電極棒（以下、「陽極棒」ともいう。）２６の先端に固定保持されて構成されており、陽極棒２６は、他方の封止部１４内を当該封止部１４の管軸に沿って伸び、その後端が当該封止部１４より突出した状態で配置されている。
【００１５】
軸方向における陰極２０および陽極２５の両者の離間距離は、例えば７．０ｍｍ以下とされており、実際上の離間距離は３．０〜５．０ｍｍであることが好ましい。
また、陽極２５の先端面の直径は、例えば軸方向における陰極２０および陽極２５の両者の離間距離の０．８〜１．２倍の大きさとされている。
【００１６】
放電容器１１における一方の封止部１３においては、当該封止部１３と陰極２０の後端側部分が溶着されて気密シール部が形成されている。
また、放電容器１１における他方の封止部１４についても、同様の構成とされており、当該封止部１４と陽極棒２６とが溶着されて気密シール部が形成されている。
【００１７】
発光管部１２内には、キセノンガスが１．５ＭＰａ以上の封入圧（点灯時におけるキセノンガスの動作圧力が６〜１０ＭＰａ）で封入されており、実際上、キセノンガスの封入圧は２〜３ＭＰａであることが好ましい。
また、図示の例のようなロッドシール構造のものでは、キセノンガスの封入圧が２ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１８】
この放電ランプ１０は、陰極２０の中心軸および陽極２５の中心軸の各々が水平方向に伸びるよう位置される姿勢となる水平点灯方式で点灯されるものであって、図２に示すように、陰極２０の中心軸Ｃ１が陽極２５の中心軸Ｃ２に対して相対的に下方に変位した状態とされている。
【００１９】
陽極２５に対する陰極２０の変位量ｄは、軸方向における陰極２０および陽極２５両者の離間距離Ｌの１０〜１５％の大きさとされ、これにより、アーク浮き現象が生じている状況にあっても、陰極２０および陽極２５の両者の間に形成されるアークＡを、その裾野が陽極２５の先端面の全面に被さるよう、陽極２５の先端面の全面において確実に保持させることができるので、陽極２５の先端部２５Ａがその耐熱温度に近い温度状態であっても、アークＡが先端部２５Ａに対して局所的に集中して耐熱温度を超える温度状態になることがなく、従って、陽極２５が局所的にも変形または損傷することがなく、長期にわたって安定した動作特性が発揮される。
【００２０】
放電容器１１における各々の封止部１３、１４の端部には、口金３０、３１が例えば接着剤により固着されて設けられており、他方の封止部１４における口金３０が、投影装置におけるランプホルダー（図示せず）に装着されて保持される構成とされている。
【００２１】
図３にも示すように、陽極２０に係る他方の封止部１４における口金３０は、円板状の鍔部分３２を備えたパイプ状のものであって、この鍔部分３２には、点灯姿勢規制手段としての上下方向に伸びる平坦な切欠き面３２Ａが形成されており、さらに、その外端部（図１において左端部）に、鍔部分３２を介して基端部分３３に連続する被装着部分３４が形成されており、この被装着部分３４の外端部に給電部材３５が設けられて構成されている。
【００２２】
口金３０の鍔部分３２における切欠き面３２Ａは、陰極２０の中心軸Ｃ１および陽極２５の中心軸Ｃ２の両軸を含む平面と特定の角度関係、例えば平行となる状態とされている。
従って、放電ランプ１０を保持するランプホルダーとして、当該口金３０の少なくとも一部に適合するものを用いることにより、口金３０における鍔部分３２によって、放電ランプ１０の姿勢を適正な点灯状態に規制する点灯姿勢規制機能が発揮される。
このようなランプホルダーの一構成例を図４に示す。
【００２３】
このランプホルダー４０は、ブロック状のものであって、その上方中央部には、口金３０の鍔部分３２が係合されるランプ装着用凹部４１が形成されており、このランプ装着用凹部４１を区画する壁面の少なくとも一部には、口金３０の鍔部分３２における切欠き面３２Ａが当接されるべき平坦面４１Ａが形成されている。
そして、ランプ装着用凹部４１には、口金３０における被装着部分３４が挿入されるべき、一面から他面（紙面に対して垂直な方向）に伸びる円形の貫通孔４２が形成されており、この貫通孔４２の内径の大きさは、口金３０における被装着部分３４の外径と適合する大きさとされている。
【００２４】
従って、他方の封止部１４に設けられた口金３０によって、放電ランプ１０は、陰極２０が陽極２５に対して相対的に下方に位置する姿勢に規制される。
【００２５】
以上において、本発明のショートアーク型放電ランプ１０は、定格電力が０．５〜５ｋＷとなる状態で点灯される。
【００２６】
上記のショートアーク型放電ランプ１０によれば、水平点灯される場合において、陰極２０および陽極２５の間に形成されるアークＡを、陽極２５の先端面の全面で確実に保持して安定化させることができるので、陽極２５が局所的にも変形あるいは消耗することがなく、長期にわたって安定した動作特性を得ることができる。
【００２７】
従って、従来のショートアーク型放電ランプであれば、水平点灯される場合において不可避的に生ずるアーク浮き現象に起因して、陽極が極めて短時間のうちに変形あるいは消耗してしまうために実現することが困難であった構成、すなわち、（１）電極間距離Ｌを７．０ｍｍ以下とすること、（２）キセノンガスの封入圧を１．５ＭＰａ以上とすること、（３）定格電力を０．５〜５ｋＷすることを実現することができ、これにより、十分に高い輝度を得ることができる。
その結果、周りが暗い映画館で利用される投影装置の光源としてだけでなく、例えば日中の屋外で利用される、例えばＤＬＰ技術（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を利用した投影装置（ＤＬＰ  Ｃｉｎｅｍａプロジェクター）の光源として好適に用いることができる。
【００２８】
本発明のショートアーク型放電ランプ１０は、通常、例えば反射鏡と組み合わされて光源装置を構成した状態において投影装置に組み込まれて使用されるが、放電容器１１の他方の封止部１４に設けられた、陽極２５に係る口金３０の一部に平坦な切欠き面３２Ａが形成されていることにより、当該口金３０それ自体が点灯姿勢規制手段として機能するので、放電ランプ１０を、陰極２０が陽極２５に対して相対的に下方に位置する点灯姿勢で確実に投影装置に組み込むことができる。
【００２９】
図５は、本発明のショートアーク型放電ランプが組み込まれた光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
この光源装置５０は、既述のショートアーク型放電ランプ１０が、陰極２０が陽極２５より前方（図において右方）に位置する姿勢で、例えば楕円球面状の反射面を有する凹面反射鏡５１内に組み込まれて構成されている。
具体的には、ショートアーク型放電ランプ１０は、その他方の封止部１４が凹面反射鏡５１の後縁開口５２に挿通されて前方に伸びるよう配置されており、当該ショートアーク型放電ランプ１０におけるアーク方向が、凹面反射鏡５１の水平な光軸に一致すると共に、アーク輝点が凹面反射鏡５１の第１焦点に一致する状態とされている。
【００３０】
このような光源装置５０においては、ショートアーク型放電ランプ１０それ自体が高い輝度を有するものであるので、当該ショートアーク型放電ランプ１０より放射される光を凹面反射鏡５１によって集光して照射することにより、十分に高い照度を得ることができ、従って、例えばＤＬＰ投影装置の光源として用いた場合であっても、スクリーンに映し出される映像を、観客が十分に認識できる照度で映し出すことができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の態様に限定されるものではなく、各部の具体的な構成については、以下に示すような種々の変形を加えることができる。
（１）実際のショートアーク型放電ランプにおいて、軸方向における両電極の離間距離、キセノンガスの封入圧、定格電力およびその他の構成は、適宜変更することが可能である。
また、上記の例においては、陰極が陽極に対して下方に変位された状態とされているが、陽極を陰極に対して上方に変位させることにより、陰極が陽極に対して相対的に下方に位置する状態とされていてもよい。
【００３２】
（２）放電容器の他方の封止部に設けられる口金において、点灯姿勢規制手段としての切欠き面が形成される位置は、特に制限されるものではなく、放電ランプの点灯姿勢を、陰極が陽極に対して下方に位置するよう両者が上下方向に並ぶよう規制することが可能であれば、いずれの個所に形成されていてもよい。
また、例えば、口金の鍔部分の少なくとも一部に、半径方向外方に突出する位置規制部材が設けられた構成、あるいは位置規制用溝が形成された構成とすることにより、放電ランプの点灯姿勢を規制することができ、この場合には、投影装置におけるランプホルダーにも、これらに適合する形状を有するランプ装着用凹部を形成すればよい。
【００３３】
（３）放電ランプにおける封止構造は、特に制限されるものではなく、例えば封入ガスの封入圧などの条件に応じて適宜変更することができる。
例えば、傾斜機能材料よりなるロッド状の封止部材と、各々、基端部が封止部材に一体に固着された、封止部材の内端から内方へ伸びる内部リード棒および封止部材の外端から外方へ伸びる外部リード棒とにより構成された給電用封止体を構成し、これを放電容器の封止部に挿入した状態で封止部と給電用封止体とを溶着することにより気密シール構造が形成された構成とすることができる。
また、陰極または陽極を構成する内部リード棒の各々を、封止部に気密に埋設された金属箔を介して外部リード棒に電気的に接続されて気密シール構造が形成された構成とすることもできる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明のショートアーク型放電ランプの実験例について具体的に説明するが、本発明がこれによって制限されるものではない。
【００３５】
＜放電ランプ１群＞
図１に示す構成に従って、軸方向における陰極（２０）および陽極（２５）の両者の離間距離（Ｌ）が４ｍｍ、定格電流が７５Ａ、定格電圧が２６．７Ｖ、定格電力が２．０ｋＷ、キセノンガスの封入圧が２ＭＰａであり、下記表１に従って、陽極（２５）に対する陰極（２０）の変位量（ｄ）が変更された複数のショートアーク型放電ランプ（１０）を製造した。これを、「放電ランプ１群」とする。
ここに、放電容器（１１）は、石英ガラスよりなり、全長が１８０ｍｍ、発光管部（１２）の最大外径が４２ｍｍ、発光管部（１２）の最大内径３６ｍｍ、封止部（１３、１４）の長さが６０ｍｍ、封止部（１３、１４）の外径が２２ｍｍのものである。また、陽極（２５）の先端面の直径は５ｍｍである。
【００３６】
＜放電ランプ２群＞
図１に示す構成に従って、軸方向における両電極の離間距離（Ｌ）を５ｍｍ、定格電流を１００Ａ、定格電圧を３０Ｖ、定格電力を３ｋＷ、キセノンガスの封入圧が２ＭＰａであり、下記表１に従って、陽極（２５）に対する陰極（２０）の変位量（ｄ）が変更された複数のショートアーク型放電ランプ（１０）を製造した。これを、「放電ランプ２群」とする。なお、放電容器（１１）の構成は、いずれのものも、放電ランプ１群のものと同様である。
【００３７】
＜放電ランプ３群＞
図１に示す構成に従って、軸方向における両電極の離間距離（Ｌ）を７ｍｍ、定格電流を１５０Ａ、定格電圧を３３Ｖ、定格電力を５．０ｋＷ、キセノンガスの封入圧が２ＭＰａであり、下記表１に従って、陽極（２５）に対する陰極（２０）の変位量（ｄ）が変更された複数のショートアーク型放電ランプ（１０）を製造した。これを、「放電ランプ３群」とする。なお、放電容器（１１）の構成は、いずれのものも、放電ランプ１群のものと同様である。
【００３８】
＜放電ランプ４群＞
図１に示す構成に従って、軸方向における両電極の離間距離（Ｌ）を３．５ｍｍ、定格電流を６５Ａ、定格電圧を３０Ｖ、定格電力を２ｋＷ、キセノンガスの封入圧が３ＭＰａであり、下記表１に従って、陽極（２５）に対する陰極（２０）の変位量（ｄ）が変更された複数のショートアーク型放電ランプ（１０）を製造した。これを、「放電ランプ４群」とする。なお、放電容器（１１）の構成は、いずれのものも、放電ランプ１群のものと同様である。
【００３９】
このようにして製造された放電ランプの各々について点灯実験を行い、陽極（２５）の先端面におけるアーク（Ａ）の裾野の位置を観察した。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
0003669292.tif 000002
【００４１】
表１に示すように、放電ランプ１群〜４群の各々において、陽極（２５）に対する陰極（２０）の変位量（ｄ）が、軸方向における両電極の離間距離（Ｌ）の１０〜１５％の大きさである本発明の放電ランプについては、いずれも、アーク（Ａ）が、その裾野が陽極（２５）の先端面の直径と大略同じ大きさで、これにちょうど重なるように、陽極（２５）の先端面の全面で保持されることが確認された（図２参照）。
【００４２】
これに対して、陽極（２５）に対する陰極（２０）の変位量（ｄ）が、軸方向における両電極の離間距離（Ｌ）の１０％の大きさより小さい場合には、アーク（Ａ）の裾野が陽極（２５）の先端面における上方位置に偏って被さり、また、陽極（２５）に対する陰極（２０）の変位量（ｄ）が離間距離（Ｌ）の１５％の大きさより大きい場合には、アーク（Ａ）の裾野が陽極（２５）の先端面における下方位置に偏って被さっており、結局、いずれの場合においても、陽極（２５）の先端面において、アーク（Ａ）の裾野が局所的に集中して被さることが確認された。そして、これらの放電ランプについては、陽極（２５）が短時間のうちに変形して、アーク（Ａ）を安定して形成することができなくなり、使用に耐えられるものではなかった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のショートアーク型放電ランプによれば、高い輝度の光を放射する、水平点灯されるショートアーク型放電ランプにおいて、アークが陽極の先端面における中央部で確実に保持されて安定して形成されるので、陽極が局所的にも変形あるいは消耗することがなく、長期にわたって安定した動作特性が得られる。
従って、例えばＤＬＰ技術（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を利用した投影装置（ＤＬＰ  Ｃｉｎｅｍａプロジェクター）の光源として好適に用いることができる。
【００４４】
また、放電容器の封止部に点灯姿勢制御手段を有する口金が設けられていることにより、放電ランプを、陰極が陽極に対して相対的に下方に位置するよう両者が上下方向に並ぶ点灯姿勢となるよう確実に規制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のショートアーク型放電ランプの一例における構成の概略を示す説明図である。
【図２】図１のショートアーク型放電ランプにおける陰極および陽極の位置関係を示す説明図である。
【図３】図１のショートアーク型放電ランプにおける口金の構成を示す正面図である。
【図４】本発明のショートアーク型放電ランプが保持されるランプホルダーの一例における構成の概略を示す説明図である。
【図５】本発明のショートアーク型放電ランプが組み込まれた光源装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図６】従来のショートアーク型放電ランプにおける陰極および陽極の位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  ショートアーク型放電ランプ
１１  放電容器
１２  発光管部
１３、１４  封止部
２０  陰極
２５  陽極
２５Ａ  先端部
２６  電極棒（陽極棒）
３０、３１  口金
３２  鍔部分
３２Ａ  切欠き面
３３  基端部分
３４  被装着部分
３５  給電部材
４０  ランプホルダー
４１  ランプ装着用凹部
４１Ａ  平坦面
４２  貫通孔
５０  光源装置
５１  凹面反射鏡
５２  後縁開口
６１  陰極
６２  陽極
Ｃ１、Ｃ２  中心軸
Ａ  アーク
Ｅ  エッジ部分
【図１】
0003669292.tif 000003
【図２】
0003669292.tif 000004
【図３】
0003669292.tif 000005
【図４】
0003669292.tif 000006
【図５】
0003669292.tif 000007
【図６】
0003669292.tif 000008