JP2004079225A

JP2004079225A - ランプユニット

Info

Publication number: JP2004079225A
Application number: JP2002234504A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Umemoto; 梅本　歩; Shintaro Harite; 播手　伸太郎; Hajime Kagata; 加賀田　元; Shinji Matsubara; 松原　信次
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】防爆機能に影響を与えることなく冷却効果を高めたランプユニットを提供する。
【解決手段】ランプ２０を点灯するとランプ自体高温になるが、封止端部２４はセラミックス系などの接着部２９ａを介して、ランプ及びリフレクタからなるランプユニットの密閉系構造を維持した形で、防爆ガラス３０に接続されているので、ここに伝熱ルートが形成され、封止端部２４の熱は当該伝熱ルートを介して速やかに放熱され、封止端部２４及びランプ全体が冷却される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプと反射鏡が固着して用いられる反射鏡付き放電ランプに関するものであり、特にショートアーク型の超高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの高輝度放電ランプとリフレクタを構成要素としたランプユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種プロジェクタ装置に組み込まれるランプユニットとして、高輝度放電ランプとリフレクタからなるランプユニットが知られている。このランプユニットは図３に示すように、パラボラ・楕円形状のリフレクタ１０の後端中心部に放電ランプ２０の一端封止部を支持し、またリフレクタ１０の前端開口部に防爆ガラス３０を固着し、リフレクタ１０と防爆ガラス３０で囲まれる空間内に放電ランプ２０を収めた構造になっている。
【０００３】
このように防爆ガラスが一般化された背景には、近年のランプの高輝度化や小型化がある。プロジェクタ等の光学装置に組み込まれるランプユニットを防爆ガラスにて密閉構造化することにより、万一ランプが点灯中に破損するような事態になっても、高温の破片が周囲に飛散することが防止でき、さらには点灯中の発光物質を良好に蒸発させ、発光管の不意な温度低下によるアークの不安定化を防止するという観点からも有効なランプユニットの構造となっている。このような技術を開示したものには、例えば特開平５−２５１０５４号、特開平６−２０３８０６号がある。
【０００４】
一方で、防爆ガラスにて密閉構造化されたランプユニットでは、リフレクタ１０と防爆ガラス３０で囲まれる空間に存在する放電ランプ２０が点灯中高温になる傾向がある。そのため、特に封止部２１ａに設けられるモリブデン箔２１などが高温環境で酸化を起こし、箔ぎれ等の問題を生じてしまう。このような課題に対し、特開平１０−２９４０１３号公報には、防爆ガラス３０の中央部に開口を形成し、この開口から放電ランプ２０の他端封止部２１ａの先端を突出せしめるとともに開口部と放電ランプ２０の間に隙間２２を設けて放電ランプ２０の封止部２１ａを外気に接触させ、冷却効果を付与する技術を提案し、モリブデン箔２１による封止部２１ａの長期的信頼性を得る方法として効果的な手段となっている。（参考図：図４）
【０００５】
しかしながら、図４に示すように防爆ガラス３０の中央部に開口を形成し、この開口から放電ランプ２０の他端封止部２１ａの先端を突出せしめて、突出部２３と隙間２２を用いて外気接触をはかり、冷却効果を付与する方法では、破裂時の金属蒸気の飛散範囲がどうしてもランプユニット外にまで及ぶ上、ランプ破裂時の爆裂音は密閉構成の場合よりどうしても大きくなってしまう。また、冷却のための防爆ガラス３０からの突出部２３は、光学装置レイアウト上、小型化を制約する事項となってしまう他、搬送・組立上、ガラス製品の突出部は損傷しやすいという課題が生じてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタなど光学装置の小型化を達成するにためには、リフレクタ１０に高輝度放電ランプを組み付けたランプユニットの小型化が必須課題である。ランプユニットの小型化を達成していくためには、前述の課題、すなわち突出部を廃し、なおかつランプ封止部２１ａの長期信頼性を得ることが必要条件であって、その上で万一のランプ破裂に備えた密閉構造を堅持できることが十分条件である。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、防爆ガラス３０を有する反射鏡に放電ランプ２０を固定したランプユニットであって、前面の防爆ガラスからの突出部がなく、封止部２１ａの高熱による長期信頼性を有することのできる小型で密閉構造化を図ったランプユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく第１発明に係るランプユニットは、リフレクタ１０の後端中央部に高輝度放電ランプの一端封止管部が支持され、リフレクタの前端開口部に防爆ガラス３０が取付けられたランプユニットにおいて、前記防爆ガラス内面と前記高輝度放電ランプの他端封止管部の先端部が直接熱的に連接されたことを特徴とする。これにより、防爆ガラス３０側の放電ランプ封止端部２４には、発光管から発生した高温の熱エネルギーを伝達するルートを確保できることとなり、防爆ガラス側の放電ランプ封止端部２４を確実に降温せしめ、高温環境でのモリブデン箔２１の酸化を効果的に抑制し、封止部２１ａの長期的信頼性を得ることができる。
【０００９】
また、当該する防爆ガラス３０と前記高輝度放電ランプの他端封止管部２４の先端部との隙間Ｌが７ｍｍ以下で連接されたことにより、降温による箔酸化の端緒となる封止部２１ａのモリブデン箔２１端面から効果的に熱を防爆ガラスへ伝達せしめることができ、モリブデン箔酸化を効果的に抑制し、封止部２１ａの長期的信頼性を得ることができる。
【００１０】
さらに、本発明に関わるランプユニットでは、当該する高輝度放電ランプの他端封止管部の先端部におけるシール部に連接したモリブデン線とリード線の接続部は、連接部内に包埋した。これにより、酸化反応の進みやすい金属モリブデン導通部を接着部内に埋設し、高温環境での酸素との接触機会を最小限に留め、効果的に金属モリブデンの酸化を抑制することができる。
【００１１】
また、第２発明に係るランプユニットは、リフレクタ１０の後端中央部に高輝度放電ランプの一端封止管部が支持され、リフレクタの前端開口部に防爆ガラスが取付けられたランプユニットにおいて、前記防爆ガラスには貫通穴２５が形成され、この貫通穴２５に前記高輝度放電ランプの他端封止管部の先端部が防爆ガラス３０の厚み方向の中間位置まで挿入され、この挿入された封止管部の先端部と防爆ガラス３０とを直接熱的に連接・密閉化したことを特徴とする。前面に配設される防爆ガラス３０は、防爆性の観点から通常、２〜４ｍｍの厚みを有するものである。第２発明に関わるランプユニットの構造を採用することにより、突出部なしの条件を維持したまま、防爆ガラス３０の厚みと放電ランプの封止端部２４を寸法的に重ね合わせることが可能となり、さらにいっそうのランプユニットの小型化を実現できる上、連接部の接触面積も広く取ることができ、効果的な封止部降温効果を享受できる。
【００１２】
また、第２発明に係るランプユニットにおける貫通穴２５の内径は、高輝度放電ランプの発光管部の外径以下とした。これにより、特にパラボラ型反射鏡の平行光が開口部貫通穴部にかかって光散乱が起こることを防ぐことができ、光の利用効率を落とすことなく、封止部降温効果を享受することができる。
【００１３】
また、請求項６に記載のランプユニットにおいては、当該する放電ランプとして、放電空間に臨む側が放電ランプの放電容器と同等の非電導性材料からなり、他方が、タングステンやモリブデンなどの導電性材料からなり、非導電性部と導電性部の間が熱応力的に徐変された傾斜機能材料を用いたことを特徴とする。これにより、発光部２６の封止構造がモリブデン箔から傾斜機能材料を用いた閉塞体６０になり、発光部２６からの熱輸送力が格段に改善される。この放電ランプ２０の発光管端部を、防爆ガラス３０と接着部２９ａを介して熱的に連接することにより、発光部２６を望む冷却状態に維持調整することが可能となり、放電ランプ結晶化・黒化の要因物質である水・金属Ｓｉ・Ｓｉ系酸化物・タングステン酸化物を効果的に傾斜機能材料を用いた閉塞体６０部へ捕獲・貯留して、いっそう長寿命化されたランプユニットを提供することができる。
【００１４】
本発明における防爆ガラス３０と高輝度放電ランプの封止管部との熱的連接部は、セラミックス系接着剤によって構成した。このセラミックス系接着剤は、例えばＳｉ−Ａｌ系接着剤などの伝熱性に優れた接着剤にて構成したので、防爆ガラスが伝熱ルートとしての機能を発揮し、高輝度放電ランプから発した熱がリフレクタ内にこもることを抑制できる。
【００１５】
また、防爆ガラス３０に貫通穴２５を形成した場合でも、当該開口を前記接着剤でシールしたため、ランプが破損した場合でも、放電ランプ内の水銀蒸気などが外部に漏れることがなくなる。
【００１６】
本発明に関わるランプユニットの構造を取った場合、放電ランプの封止部２１ａにおけるモリブデンの酸化を、ランプユニットとして密閉系を維持した形で実現できることとなる。このため、自然冷却、または強制冷却のいかんに関わらず１０００℃近い高温となっている発光部を直接冷却することがないため、不意な冷却による発光部アークが不安定化することもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は　第１発明に係るランプユニットの断面図、図２は第２発明に係るランプユニットの断面図、図３は第３発明に係るランプユニットの断面図、図４は従来のランプユニットの説明図１、図５は従来のランプユニットの説明図２であり、ランプユニットはリフレクタ１０と、放電ランプ２０と防爆ガラス３０から構成される。
【００１８】
図１は、第１発明に係るランプユニットの断面図である。放電ランプ２０は、リフレクタ１０に取り付けられ、リフレクタ１０の前面開口部には防爆ガラス３０が取り付けられる。放電ランプ２０の一方の封止部２１ａは、リフレクタ１０の頂点開口部４０にて固定され、さらに放電ランプの反対側の封止部２１ａは、本発明の請求項１に記載するように防爆ガラス３０の内面と伝熱性に優れた接着剤で接着され、熱的な連接部を形成することとなる。
【００１９】
前記リフレクタ１０は金属またはガラスからなる二次曲面の回転体形状をしており、内面に多層膜反射面１１が形成されたものである。この二次曲面形状には、通常パラボラもしくは楕円形状がとられることが一般化しており、それぞれ回転軸上に理論焦点１２を有している。このリフレクタ１０の理論焦点１２上に、ショートギャップの放電ランプのアークが正確に位置したとき、リフレクタからは平行もしくは第二焦点への集光された光が得られることとなる。
【００２０】
放電ランプ２０は、ショートアーク型のメタルハライドランプもしくは水銀ランプであって、石英ガラスからなる発光管の両端に封止部２１ａが形成され、封止部２１ａには金属モリブデンを約３０μｍ程度まで箔化したモリブデン箔２１が埋設される。このモリブデン箔２１には、発光部２６に望む側にはアークを維持するためのＷ電極２７が、外に望む側には外部リード線２８が事前に溶接された形で埋設されており、放電ランプ２０の電気的導通部を形成することとなる。
【００２１】
放電ランプ２０の発光部２６内には、水銀とともに発光物質として金属ハロゲン化物が封入され、また始動用の希ガスとしてアルゴンやキセノンなどの不活性ガスが所定量封入される。ランプ構成の具体的例としては、発光物質として沃化スカンシウムと沃化ナトリウムの混合物が封入されている。発光する空間容積は３０〜１００ｍｍ３、ギャップ長は０．７ｍｍ〜２．７ｍｍ、定格動作電力は２０〜３００Ｗである。
【００２２】
リフレクタ１０の前面に配設する防爆ガラス３０は、例えば無反射コーティングなどが施された直線透過率の高いガラスなどであり、通常リフレクタと接着剤を通じて固着されている。密閉構造化を図っているランプユニットの場合、この防爆ガラスは、万一のランプの破裂に際して、高温のガラス片が周囲に飛散しないよう機能するとともに、点灯中の発光部２６が常に一定温度に保たれるように作用することとなる。
【００２３】
防爆ガラス３０と放電ランプ２０とが接着されずにランプが点灯状態にいたると、リフレクタ１０の開口側に位置する放電ランプ封止端部２４は、発光部２６の１０００℃以上の熱を空間に輻射放熱するだけに留まって、密閉構造の場合は特に４５０℃以上の高温となる。放電ランプ封止端部には埋設されたモリブデン箔２１があり、ここが３００℃以上の環境では経時的に酸化が進み、箔切れなどのランプ損傷の温床となる。
【００２４】
防爆ガラス３０と放電ランプ２０とが伝熱性のよい、例えばシリカ−アルミナ系接着材等で熱的連接部を形成している場合、リフレクタ１０の開口側に位置する封止端部２４は、接着剤の伝熱性を通じて、前面の防爆ガラスに効果的に熱伝導させることができる。防爆ガラスは通常、冷却用ファンなどを通じて外気と接触しているため、結果的に封止端部の温度は場合によっては２００℃近傍まで降温することができ、有効な冷却効果を呈する。
【００２５】
リフレクタ１０の開口側に位置する放電ランプ２０の封止端部２４に埋設されたモリブデン箔２１は、前述したようにその前後にＷ電極２７とリード線２８を事前に溶接したものである。本発明ではＷ電極２７の直径が０．５ｍｍ、リード線２８の直径は０．４ｍｍのモリブデン線を用いている。リフレクタ１０の開口側に位置する放電ランプ２０の封止端部２４からのびるリード線２８は、通常リフレクタ１０に配設された端子部５０に固定するため、その長さは７０ｍｍ近くなり、放電ランプ２０の製造工程内では、通常後から溶接延長されるケースが多い。溶接される線材としては熱的酸化に耐性のあるＮｉ系の線材を用いることが多く、モリブデン箔２１と連接されたモリブデン線はできる限り短くなるようカットされる。本発明に関わる防爆ガラス３０との接着部内部には、このモリブデン線部が完全に埋没するよう構成しており、モリブデンの酸素との接触機会を最小限にとどめている。
【００２６】
また、防爆ガラス３０との接着隙間（Ｌ）を７ｍｍ以内にすることで、放電ランプ封止端部２４を効果的に降温せしめるとともに、ランプ組立時の作業性に支障をきたすことなく安定した密閉型の冷却作用をランプユニットに対して付与することができる。
【００２７】
図２は第２発明に係るランプユニットの断面図である。防爆ガラス３０には貫通穴２５が形成され、この貫通穴２５に前記高輝度放電ランプの他端封止管部２４の先端部が防爆ガラス３０の厚み方向の中間位置まで挿入され、この挿入された封止管部２４の先端部と防爆ガラス３０とを伝熱性に優れた接着剤にて直接熱的に連接・密閉化した構成となっている。
【００２８】
防爆ガラス３０は、機能上その厚みが２〜４ｍｍで構成されるのが一般的であるが、ランプユニットの小型化を考えていく上で、放電ランプ封止端部２４を防爆ガラス３０の開口部でオーバーラップさせることは非常に有効である。本実施例においては、防爆ガラスの厚みｔは３．８ｍｍ、開口部直径Ｄは８ｍｍ、放電ランプ封止端部の外径は６ｍｍであり、防爆ガラスの厚み方向のほぼ中心位置にて約２．０ｍｍオーバーラップさせて接着剤にて密閉構造化を図っている。これにより、接着剤を介して防爆ガラス３０及び放電ランプ封止端部２４の接触面積を広く取ることができ、有効な冷却効果を呈することができる。
【００２９】
ここで、前記貫通穴２５の内径（Ｄ）は発光部２６の外径（ｄ）以下となっており、平行光の場合の損失を最小限にしている。即ち、貫通穴２５を形成した箇所は防爆ガラス３０の中心部であり、この箇所はリフレクタ１０からの反射光束が通過しない箇所であり、この箇所を非透光性部材にて閉塞しても影響は極めて小さい。
【００３０】
図３は第３発明に係るランプユニットの断面図である。本発明に関わる放電ランプは、傾斜機能材料を用いた閉塞体６０によって希ガス・ハロゲン及び発光物質として水銀やメタルハライドを機密封止した放電ランプであり、傾斜機能材料を用いた閉塞体６０は、放電空間に臨む側が放電ランプ２０の放電容器と同等の非電導性材料からなり、外部リード線２８に臨む側が、タングステンやモリブデンなどの導電性材料からなり、非導電性部と導電性部の間が熱応力的に徐変された構成となっている。
【００３１】
図３に開示する放電ランプの場合、発光部２６の封止構造がモリブデン箔から傾斜機能材料を用いた閉塞体６０になることで、発光部２６からの熱輸送力が格段に改善される。この放電ランプ２０の発光管端部を、防爆ガラス３０と接着部２９ａを介して熱的に連接することにより、発光部２６を望む冷却状態に維持調整することが可能である。
【００３２】
以上説明した伝熱ルートを形成するための接着部２９ａ・２９ｂには、セラミッックス系接着剤を利用している。本実施例ではＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系接着材を用いているが、その他、熱伝導性を高めるためには、Ａｌ２Ｏ３の配合比を２０％以上にする方法、窒化珪素やジルコニアなど他の非金属材料を配合する方法や、酸化開始温度および蒸気拡散温度が３５０℃以上の金属、例えばタングステン・タンタル・ニオブなどを意図的に配合してもよい。
【００３３】
以上において、放電ランプ２０を点灯すると放電ランプ自体高温になるが、封止端部２４は系接着部２９ａを介して防爆ガラス３０に接続されているので、ここに伝熱ルートが形成され、封止端部２４に溜まる熱エネルギーは当該伝熱ルートを介して放熱され、封止管部２４及びランプ全体が冷却されることとなる。
【００３４】
なお、実施例にあっては密閉構造化されたランプユニットについて説明したが、本発明の効果はリフレクタ１０の一部が切りかかれたり、リフレクタ１０と防爆ガラス３０が直接接着されずに、冷却風を意図的に通気させるような場合においても同等の効果を有することはいうまでもない。
【００３５】
また、実施例にあっては放電ランプ２０としてメタルハライドランプや超高圧水銀ランプの場合について説明したが、本発明はキセノンランプやナトリウムランプ等にも適用することができることはいうまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、ランプユニットの防爆機能を損なうことなく、冷却効果を高めることができる。したがって、封止部２１ａの給電部材として用いているモリブデン箔２１などが熱酸化で切れるといった不具合が発生しにくく、ランプ寿命が大幅に向上する。さらに傾斜機能材料を用いた放電ランプ２０の場合、閉塞体部６０を望む冷却状態に維持調整することが可能となり、結晶化・黒化を抑制するに好適なランプユニットを提供することができる。
このように、ランプユニットの冷却効果が高まるので、更なる小型化が可能となり、プロジェクタ装置全体のコンパクト化にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明に係るランプユニットの断面図
【図２】第２発明に係るランプユニットの断面図
【図３】第３発明に係るランプユニットの断面図
【図４】従来のランプユニットの説明図１
【図５】従来のランプユニットの説明図２
【符号の説明】
１０　　　リフレクタ
１１　　　多層膜反射面
１２　　　理論焦点
２０　　　放電ランプ
２１　　　モリブデン箔
２１ａ　　封止部
２２　　　隙間
２３　　　突出部
２４　　　封止端部
２５　　　貫通穴
２６　　　発光部
２７　　　タングステン電極
２８　　　外部リード線
２９ａ　　リフレクタ開口側接着部
２９ｂ　　リフレクタ頂点側接着部
３０　　　防爆ガラス
４０　　　頂点開口部
５０　　　端子部
６０　　　傾斜機能材料を用いた閉塞体

Claims

リフレクタの後端中央部に高輝度放電ランプの一端封止管部が支持され、リフレクタの前端開口部に防爆ガラスが取付けられたランプユニットにおいて、前記防爆ガラス内面と前記高輝度放電ランプの他端封止管部の先端部が直接熱的に連接されたことを特徴とするランプユニット。
請求項１に記載のランプユニットにおいて、前記防爆ガラスと前記高輝度放電ランプの他端封止管部の先端部との隙間Ｌが７ｍｍ以下で連接されたことを特徴とするランプユニット。
請求項１乃至請求項２に記載のランプユニットにおいて、当該する高輝度放電ランプの他端封止管部の先端部におけるシール部に連接した金属モリブデンの導通部は、前記連接部内に包埋されたことを特徴とするランプユニット。
リフレクタの後端中央部に高輝度放電ランプの一端封止管部が支持され、リフレクタの前端開口部に防爆ガラスが取付けられたランプユニットにおいて、前記防爆ガラスには貫通穴が形成され、この貫通穴に前記高輝度放電ランプの他端封止管部の先端部が防爆ガラスの厚み方向の中間位置まで挿入され、この挿入された封止管部の先端部と防爆ガラスとを直接熱的に連接・密閉化したことを特徴とするランプユニット。
請求項４に記載のランプユニットにおいて、前記開口部の径は高輝度放電ランプの発光管部の外径以下であることを特徴とするランプユニット。
請求項１乃至請求項５いずれかに記載のランプユニットにおいて、当該する放電ランプとして、放電空間に臨む側が放電ランプの放電容器と同等の非電導性材料からなり、他方が、タングステンやモリブデンなどの導電性材料からなり、非導電性部と導電性部の間が熱応力的に徐変された傾斜機能材料を用いたことを特徴とするランプユニット。
請求項１乃至請求項６いずれかに記載のランプユニットにおいて、当該する熱的連接部はセラミックス系接着剤によって構成されることを特徴とするランプユニット。