(57)【要約】    【課題】  封止部の耐圧が高くて、しかもその信頼性が高いとともに、発光効率および光の利用効率を確保できる画像を拡大投影する装置用として好適な高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。    【解決手段】  高圧放電ランプは、内部に放電空間１ａ１が形成されている包囲部１ａおよびその両端から延在する外径Ｄの一対の封止部１ｂ、１ｃを備えた耐火性で透光性の気密容器１と、気密容器１内に封装された電極軸１ａ径ｄの一対の電極２、２と、水銀、ハロゲンおよび希ガスを含んで気密容器１の放電空間１ａ１内に封入されるとともに、点灯時の水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上になる放電媒体とを具備し、０．０６０＜ｄ／Ｄ＜０．０８５を満足する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間が形成されている包囲部およびその両端から延在する外径Ｄの一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；
気密容器内に封装された電極軸径ｄが０．２５〜０．５ｍｍの一対の電極と；
水銀、ハロゲンおよび希ガスを含んで気密容器の放電空間内に封入されるとともに、点灯時の水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上になる放電媒体と；
を具備し、０．０６０＜ｄ／Ｄ＜０．０８５を満足することを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水銀蒸気放電により可視光が発生する高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタなどのような画像を拡大投影する装置においては、その光源として高圧放電ランプが採用されている。これらの装置の中でも特に液晶プロジェクタは、静止画はもちろんのこと動画においても投影することができる装置である。そして、ビデオ信号またはパソコンの画像信号を入力することにより、様々な画像を投影することができることから、プレゼンテーションのツール用、シアター用または大画面テレビ用などとして様々な分野で使用されている。
【０００３】
このような装置において、光源は、点光源に近いこと、および寿命が長いことが要求される。この要求に対して、超高圧水銀蒸気放電により可視光が発生する高圧放電ランプが貢献するとして多用されている。この高圧放電ランプとして、水銀の蒸気圧を２００ｂａｒ（約２００気圧）と超高圧にし、かつ、ハロゲンを封入した高圧放電ランプが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この高圧放電ランプは、封入したハロゲンによって、点灯時の電極温度により電極を形成しているタングステンが蒸発し、透光性放電容器の内壁面で凝固することによって生じる黒化を抑制することができる旨記載されている。さらに加えて、点灯スペクトルが５８０〜７８０ｎｍの波長範囲にあるハロゲン化金属を封入することにより、赤色成分が増加して演色性に優れた発光が得られることも特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、上述した超高圧水銀蒸気放電により可視光が発生する高圧放電ランプの寿命改善に関しては、ハロゲン量を適量封入することによって、スクリーン照度の照度維持率が優れることなどが知られている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、封入するハロゲン化物については、ＣＨ２Ｂｒ２ガスによる封入が知られている（特許文献３参照。）。
【０００５】
さらに、この種の高圧放電ランプは、気密容器が石英ガラスで形成され、その両端に一対の封止部を備えている。封止部の内部には、封着金属箔が気密に埋設され、この封着金属箔を介して電極と外部の導入導体とが接続されるようになっている。そして、封止部は、減圧封止により形成することで、その耐圧を高めるように構成されている。
【特許文献１】特許第２８２９３３９号公報
【特許文献２】特開平０６−０５２８３０号公報
【特許文献３】特開平０８−２４５８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この種の高圧放電ランプは、より一層封止部の耐圧が高く、しかもその信頼性が高いとともに、発光効率および光の利用効率を確保できることが要求されている。
【０００７】
ところが、従来のこの種の高圧放電ランプは、上記要求を十分に満足することができないものであった。
【０００８】
本発明は、封止部の耐圧が高くて、しかもその信頼性が高いとともに、発光効率および光の利用効率を確保できる画像を拡大投影する装置用として好適な高圧放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の高圧放電ランプは、内部に放電空間が形成されている包囲部およびその両端から延在する外径Ｄの一対の封止部を備えた耐火性で透光性の気密容器と；気密容器内に封装された電極軸径ｄが０．２５〜０．５ｍｍの一対の電極と；水銀、ハロゲンおよび希ガスを含んで気密容器の放電空間内に封入されるとともに、点灯時の水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上になる放電媒体と；を具備し、０．０６０＜ｄ／Ｄ＜０．０８５を満足することを特徴としている。
【００１０】
本発明の高圧放電ランプは、上記の構成を具備していることにより、発光部の最冷部温度の低下を抑制して真空容器内の超高圧化における包囲部の物理的強度が保たれた状態で発光させることができる。このため、封止部の耐圧が高くなり、しかもその信頼性が高くなって、気密容器の破損発生率が著しく小さくなるとともに、高い発光効率が得られる。加えて、本発明の上記範囲内であれば、封止部の外径が必要以上に大きくならないので、高圧放電ランプを反射鏡と組み合わせて集光するような場合に有利である。すなわち、放電によって生じて反射鏡へ入射すべき光が封止部によって蹴られて遮光される程度が少なくなるので、所要の光の利用効率を確保することができる。
【００１１】
なお、電極軸径ｄの外径Ｄの封止部の外径Ｄに対する比ｄ／Ｄが０．０８５以下であれば、気密容器の破損発生率が顕著に小さくなる。また、比ｄ／Ｄが０．０６０未満であると耐圧は良好であるが、電極軸の位置ずれが大きくなり、その結果スクリーン照度が低下しすぎる。これに対して、比ｄ／Ｄが０．０８５を超えると破損発生率が顕著に増加しだす。したがって、０．０６０＜ｄ／Ｄ＜０．０８５の条件をその他の条件とともに満足することにより、本発明の目的を達成することができる。
【００１２】
また、電極軸径ｄを０．２５〜０．５ｍｍに限定したのは、本発明の上記目的を達成するためには、電極軸径を必要以上には大きくできないし、細すぎると電極軸の加工上の問題も発生するためである。
【００１３】
さらに、点灯時の水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上になる点は、この種の高圧放電ランプとしての前提条件である。
【００１４】
請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、高圧放電ランプが封止部の耐圧が高くて、しかもその信頼性が高くなるとともに、高い発光効率および所要の光の利用効率を確保することができるので、これを備えた照明装置においても同様の効果を得ることができる。なお、照明装置とは、高圧放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を含む広い概念であり、したがって液晶プロジェクタ、オーバーヘッドプロジェクタなどの光投射装置、自動車用前照灯、照明器具、表示装置および光ファイバー照明装置などであることを許容する。もちろん、照明器具は屋内用および屋外用のいずれであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、封止部の耐圧が高くて、しかもその信頼性が高くなるとともに、高い発光効率および所要の光の利用効率を確保する高圧放電ランプを提供することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果を有する特に液晶プロジェクタなどの投光装置に好適な照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示す正面図である。各図において、１は気密容器、２、２は一対の電極、３は封着金属箔、４は導入導体、５は口金、６は接続導体である。気密容器１の内部には、放電媒体が封入されている。なお、本発明において、高圧放電ランプの安定点灯時のランプ電力は、３０〜２００Ｗの範囲内に設定することができる。また、各種の照明装置用としての好適な高圧放電ランプは、安定点灯時のランプ電力が上記の範囲内であればよい。しかし、本発明の高圧放電ランプは、液晶プロジェクタなどの画像を拡大投影する画像表示装置用として特に好適であるが、この場合には８０〜１８０Ｗの範囲内が好適である。
【００２０】
＜気密容器１＞    気密容器１は、耐火性で透光性であり、例えば石英ガラスからなり、中央の包囲部１ａおよび両端の第１および第２の封止部１ｂ、１ｃからなる。包囲部１ａは、外形が例えばほぼ球体に近い回転楕円体形状をなしているが、内部が球形や楕円球形などをなしていて、例えば管軸方向に長い細長い回転楕円体形状をなしている放電空間１ａ１が形成されている。
【００２１】
第１および第２の封止部１ｂ、１ｃは、その外径がＤ（ｍｍ）であり、包囲部１ａの両端に減圧封止構造により一体に接続して形成されている。なお、外径Ｄは封止部の外径の平均値である。そして、封止部の外径Ｄ（ｍｍ）は、後述する比ｄ／Ｄにおいてその大きさが規定される。
【００２２】
＜電極２＞    電極２は、その直径がｄ（ｍｍ）が０．２５〜０．５ｍｍである。一般的な構成として電極軸２ａ、電極主部２ｂおよびくわえ込みコイル２ｃを備えていることを許容する。この構成の場合、電極２の直径は、電極軸２ａの平均値である。電極軸２ａは、好ましくは純タングステン棒からなり、そして、基端が後述する封着金属箔３に溶接され、中間部が第１および第２の封止部１ｂ、１ｃに緩く支持され、かつ、先端部が気密容器１の包囲部１ａの内部に突出している。電極主部２ｂは、純タングステン線を電極軸２ａの先端に数回密巻により２重に巻装することによって形成されている。くわえ込みコイル２ｃは、本発明において所望により配設されるもので、純タングステン細線を電極軸の中間部の少なくとも第１および第２の封止部１ｂ、１ｃの石英ガラスによるくわえ込み部分に対向する部位に適当なピッチで巻装されている。
【００２３】
＜封着金属箔３＞    封着金属箔３は、気密容器１が石英ガラス製の場合に電極２に対して電流を外部から導入するとともに、気密容器１を気密に封止するのに好適な手段として用いられ、モリブデン箔からなる。そして、封着金属箔３は、その先端部に電極軸２ａの基端を、基端部に導入導体４の先端を、それぞれ溶接して電極マウントを形成した状態で、気密容器１の両端の第１および第２の封止部１ｂ、１ｃの内部に気密に埋設されている。
【００２４】
＜放電媒体＞    放電媒体は、水銀、希ガスおよびハロゲンからなる。
【００２５】
水銀は、その蒸気が放電により発光して可視光を放射するいわゆる発光金属として作用し、安定点灯時に水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上、好ましくは１５ＭＰａ以上になるように所要量が封入される。具体的には気密容器１の単位内容積（１ｍｍ３）当たり０．２〜０．３０ｍｇ程度を封入することができる。水銀の封入量が上記の範囲内であれば、発光中の赤色成分が増加して演色性が向上する。また、併せて気密容器１の点灯中の破裂を抑制することができる。
【００２６】
希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）などの一種を単独でまたは複数種を混合して封入することができる。
【００２７】
ハロゲンは、一般的には気密容器１の放電空間１ａ１の単位内容積当たり１．０×１０−４〜５．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内で封入することができ、好適には２．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３前後である。また、ハロゲンは、ヨウ素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）および塩素（Ｃｌ）のいずれか一種または複数種のハロゲン化物、例えばＣＨ２Ｂｒ２などまたはハロゲン単体からなる。そうして、封入されたハロゲンは、気密容器１内でハロゲンサイクル作用を呈し、その結果、電極の損傷および電極物質としてのタングステンの飛散による黒化が抑制され、高圧放電ランプが長寿命になる。
【００２８】
＜導入導体４＞    導入導体４は、モリブデン（Ｍｏ）線からなり、封着金属箔３の基端に先端が溶接し、基端が第１の封止部１ｂから外部に露出している。なお、導入導体４は、図において左右対称構造であるが、右側の導入導体は後述する口金５内に位置しているため外部から見えない。
【００２９】
＜口金５＞    口金５は、筒状の口金本体５ａおよびねじ端子５ｂを備えている。口金本体５ａは、黄銅などの金属からなり、その一端部が第１の封止部１ｂの端部に口金セメントすなわち無機質接着剤によって固着されている。ねじ端子５ｂは、外囲にねじ溝が形成され、口金本体５ａと一体に形成されて口金本体５ａの中心部から管軸に沿って外方へ突出しているとともに、その中心部に形成された貫通孔に導入導体を挿通し、かつ、溶接することによって導入導体と接続している。そして、ねじ端子５ｂは、そこに図示していないランププラグがねじ込まれて高圧放電ランプを所定の位置に固定するとともに、点灯回路の一方の出力端子に接続することによって給電を行うのに寄与することができる。
【００３０】
＜接続導体６＞    接続導体６は、その先端が第２の封止部１ｃから外部へ突出している導入導体４に先端が溶接している。そして、点灯回路の他方の出力端子が接続導体６を経由して接続することによって給電を行うのに寄与することができる。
【実施例】
【００３１】
放電容器１    ：石英ガラス製、最大外径９．０ｍｍ、最大内径４．０ｍｍ、
内容積５０ｍｍ３、第１および第２の封止部の直径５．６ｍｍ、
長さ２１ｍｍ、封着金属の封止長１７ｍｍ
電極１ｂ    ：直径０．４ｍｍの純タングステン線、電極主部のコイル線径
０．１５ｍｍ、電極間距離１．３ｍｍ、くわえ込みコイルの線径
０．０７５ｍｍ、ピッチ１５０％
放電媒体
水銀        ：１１．５ｍｇ
ハロゲン    ：１．０μｇ
希ガス      ：Ａｒ０．１５気圧
ランプ電圧    ：８０Ｖ
ランプ電力    ：１００Ｗ
次に、図２および図３を参照して、図１に示す構成の高圧放電ランプにおいて、比ｄ／Ｄと気密容器の破裂発生率の関係および比ｄ／Ｄとスクリーン照度の関係についての試験結果を説明する。
【００３２】
図２は、比ｄ／Ｄを変えた以外は図１に示す形態と同じ高圧放電ランプをそれぞれ１００灯製造して、それらについて比ｄ／Ｄと点灯１００時間以内での破裂発生率（％）の関係を示したグラフである。図２から理解できるように、比ｄ／Ｄが０．０８５以下であれば、破裂発生率が１％以下であり、実用上問題ない。しかし、比ｄ／Ｄが０．０８５を超えると、破損発生率が急激に上昇しだす。そして、比ｄ／Ｄが０．０９以上になると、破損発生率が５％以上に急増する。
【００３３】
図３は、比ｄ／Ｄを変えた以外は図１に示す形態と同じ高圧放電ランプを図２におけると同様に製造して、それらについて比ｄ／Ｄとスクリーン照度相対値の関係を示したグラフである。図３から理解できるように、比ｄ／Ｄとスクリーン照度は、ほぼ比例関係に近い正の相関を有しているが、比ｄ／Ｄが０．０６未満になるとスクリーン照度が低すぎて実用上問題がある。しかし、比ｄ／Ｄが０．０６以上であれば、スクリーン照度相対値が０．９５以上の特性が得られ、大きな照度の低下がないことから、
実用上問題ないことが分かる。
【００３４】
以上、図２および図３を総合して理解できるように、比ｄ／Ｄが０．０６〜０．０８５の範囲内であれば、気密容器の破損発生率が低くて、しかもスクリーン照度の高い高圧放電ランプが得られることが分かる。
【００３５】
図４は、本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態を示す一部断面正面図である。本形態は、凹形反射鏡を一体に備えている点において異なる。なお、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。図において、１１は高圧放電ランプ、１２は凹形反射鏡、１３は無機質接着剤、１４は中継端子、１５はワイヤハーネス、１６は前面カバーである。
【００３６】
高圧放電ランプ１１は、図１に示すのと同一構造である。
【００３７】
凹形反射鏡１２は、内面が凹形をなすガラス基体１２ａ、可視光反射・熱線透過膜１２ｂおよび筒状部１２ｃからなる。ガラス基体１２ａは、内面の凹形部が回転放物面を基本とする曲面に形成され、頂部の外側に筒部１２ｃが一体に突出して形成されている。可視光反射・熱線透過膜１２ｂは、ダイクロイック反射膜からなる。
【００３８】
高圧放電ランプ１１を凹形反射鏡１２に取り付けるには、口金５を筒状部１２ｃに挿入し、高圧放電ランプ１１の発光中心を凹形反射鏡１２の焦点に合致させて口金５と筒状部１２ｃとの間に無機質接着剤１３を介在させて両者を固着する。
【００３９】
高圧放電ランプ１１の一方の電極２側の導入導体４に接続導体６を溶接して凹形反射鏡１２の背面側へ導出させている。すなわち、接続導体６は、鏡面の一部に形成した通孔１２ｄを通って凹形反射鏡１２の背面側へ導出されている。
【００４０】
中継端子１４は、凹形反射鏡１２の外面において通孔１２ｄの近傍に固着されている。そして、高圧放電ランプ１１に接続している接続導体６とワイヤハーネス１５との接続を中継している。
【００４１】
ワイヤハーネス１５は、コネクタ１５ａおよび一対の絶縁被覆導線１５ｂ、１５ｃからなる。コネクタ１５は、図示を省略している点灯装置の出力端のコネクタに着脱可能に結合して接続するとともに、絶縁被覆導線１５ｂ、１５ｃの一端に接続している。絶縁被覆導線１５ｂは、その他端が中継端子１４に接続している。絶縁被覆導線１５ｃは、その他端が口金５のねじ端子５ｂにローレット付きナット５ｃによって締め付けられて接続している。
【００４２】
前面カバー１６は、透明ガラス板からなり、凹形反射鏡１２の前面開口端に接着されている。
【００４３】
そうして、ワイヤハーネス１５のコネクタ１５ａを点灯装置に接続して、高圧放電ランプ１１を点灯すると、高圧放電ランプ１１から発生した光線は、凹形反射鏡１２の可視光反射・熱線反射膜１２ｂに入射し、そのうち可視光は反射して光軸と平行に出射し、前面カバー１６を通過して照明に利用される。これに対して、熱線は可視光反射・熱線透過膜１２ｂを透過し、さらにガラス基体１２ａを透過して凹形反射鏡１２の背面側へ放散されるので、液晶表示体などの温度上昇を抑制することができる。
【００４４】
図５は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての液晶プロジェクタを示す概念的断面図である。図において、２１は高圧放電ランプ、２２は液晶表示手段、２３は画像制御手段、２４は光学系、２５は高圧放電ランプ点灯装置、２６は本体ケース、２７はスクリーンである。
【００４５】
高圧放電ランプ２１は、図４に示す本発明を実施するための第２の形態のものと同一である。
【００４６】
液晶表示手段２２は、投射すべき画像を液晶によって表示するもので、その背面から高圧放電ランプ装置２１によって照明される。
【００４７】
画像制御手段２３は、液晶表示手段２２を駆動および制御するもので、要すればテレビジョン受信機能をも備えることができる。
【００４８】
光学系２４は、液晶表示手段２２を通過した光をスクリーン２７に投射する。
【００４９】
高圧放電ランプ点灯装置２５は、高圧放電ランプ２１を点灯する。
【００５０】
本体ケース２６は、以上の各要素２１〜２６を収納する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の高圧放電ランプを実施するための第１の形態を示す正面図
【図２】比ｄ／Ｄを変えた以外は図１に示す形態と同じ高圧放電ランプをそれぞれ１００灯製造して、それらについて比ｄ／Ｄと点灯１００時間以内での破裂発生率（％）の関係を示したグラフ
【図３】比ｄ／Ｄを変えた以外は図１に示す形態と同じ高圧放電ランプを図２におけると同様に製造して、それらについて比ｄ／Ｄとスクリーン照度相対値の関係を示したグラフ
【図４】本発明の高圧放電ランプを実施するための第２の形態を示す一部断面正面図
【図５】本発明の照明装置を実施するための一形態としての液晶表示装置を示す概念的断面図
【符号の説明】
【００５２】
１…気密容器、１ａ…包囲部、１ａ１…放電空間、１ｂ…第１の封止部、１ｃ…第２の封止部、２…電極、２ａ…電極軸、２ｂ…電極主部、３…封着金属箔、４…導入導体、５…口金、５ａ…口金本体、５ｂ…ねじ端子、６…接続導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005190794.tif 000007