高圧放電ランプ及びランプユニット

【課題】高ワットタイプの高圧放電ランプにおいて、電極先端の突起の維持と黒化の防止を両立する電極構造を実現する。
【解決手段】発光管内に一対の電極を備えた定格電力200W〜230Wの高圧放電ランプにおいて、電極の各々が、芯棒及び芯棒の先端部分に巻回されたコイルからなり、コイルが、電極根元側の少なくとも1ターンを残して溶融処理されて形成された電極先端側の溶融部及び電極根元側の非溶融部からなり、高圧放電ランプの定格電力をP(W)とし、溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV1、非溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV2、溶融比率をα=V1/(V1+V2)×100(%)とした場合に、200≦P≦230について、P/10+42≦αとなるように構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は高圧放電ランプ及びその高圧放電ランプを用いたランプユニットに関し、特に、高圧放電ランプの電極構成の最適化に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、プロジェクタ用等の高圧放電ランプでは、放電アークの起点が電極上を移動するいわゆるアークジャンプの発生を防止するために、ランプの電極先端に突起を形成し、この突起にアーク起点を固定させて放電を安定させる技術が知られている。
【0003】
例えば、特許文献1は、定格電力100W〜130Wの高圧放電ランプの電極を開示している。同文献の電極においては、芯棒の先端部分にコイルが巻回されて先端側が溶融処理され、電極先端に突起が形成される。そして、電極質量、コイルの巻き長さ又は溶融部の溶融長さを調整することによって点灯中の電極先端部と根元部の温度を決定し、電極におけるハロゲンサイクルを機能させて黒化を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−4435号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、定格電力が200W以上の比較的高ワットの高圧放電ランプにおいては、電極先端の突起が点灯初期の温度上昇によって消失してしまう可能性があり、必ずしも低ワットランプの設計を適用できないということが分かってきた。従って、高ワットランプについては、適切なハロゲンサイクルを確保しつつも電極先端の突起を維持するための電極設計が必要となる。
【0006】
また、最近ではランプからの光の利用効率を上げるためにリフレクタ(主鏡)の開口側の電極付近に副鏡を取り付ける構成が用いられる場合がある(図2参照)。このような副鏡が取り付けられると、副鏡側の電極が、副鏡がない場合よりも高温になり、上記の突起の消失が顕著になる。
【0007】
そこで、本発明は、定格電力200W〜230Wの高ワットランプにおいて、副鏡が取り付けられる場合であっても、電極先端の突起の維持によるアークの安定化と適切なハロゲンサイクルの確保による黒化防止を両立するための電極構造を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第1の側面は、発光管内に一対の電極を備えた定格電力200W〜230Wの高圧放電ランプであって、電極の各々が、芯棒及び芯棒の先端部分に巻回されたコイルからなり、コイルが、電極根元側の少なくとも1ターンを残して溶融処理されて形成された電極先端側の溶融部及び電極根元側の非溶融部からなり、高圧放電ランプの定格電力をP(W)とし、溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV1、非溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV2、溶融比率をα=V1/(V1+V2)×100(%)とした場合に、200≦P≦230について、P/10+42≦αとなるように構成された高圧放電ランプである。さらに、P/30+58≦αとなるように構成してもよい。
【0009】
本発明の第2の側面は、発光管内に一対の電極を備えた定格電力230Wの高圧放電ランプであって、電極の各々が、芯棒及び芯棒の先端部分に巻回されたコイルからなり、コイルが、電極根元側の少なくとも1ターンを残して溶融処理されて形成された電極先端側の溶融部及び電極根元側の非溶融部からなり、溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV1、前記非溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV2、溶融比率をα=V1/(V1+V2)×100(%)とした場合に、65≦αとなるように構成された高圧放電ランプである。さらに、66≦αとなるように構成してもよい。
【0010】
本発明の第3の側面は、発光管内に一対の電極を備えた定格電力200Wの高圧放電ランプであって、電極の各々が、芯棒及び芯棒の先端部分に巻回されたコイルからなり、コイルが、電極根元側の少なくとも1ターンを残して溶融処理されて形成された電極先端側の溶融部及び電極根元側の非溶融部からなり、溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV1、非溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV2、溶融比率をα=V1/(V1+V2)×100(%)とした場合に、62≦αとなるように構成された高圧放電ランプである。さらに、65≦αとなるように構成してもよい。
【0011】
本発明のランプユニットは、上記いずれかの高圧放電ランプ、高圧放電ランプの一方の電極側の発光管部分が取り付けられたリフレクタ、及び高圧放電ランプの他方の電極側に取り付けられた副鏡を備える。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の高圧放電ランプを示す図である。
【図2】本発明のランプユニットを示す図である。
【図3A】本発明の高圧放電ランプに用いる電極の作製過程を示す図である。
【図3B】本発明の高圧放電ランプに用いる電極を示す図である。
【図3C】本発明の高圧放電ランプに用いる電極を説明する図である。
【図3D】本発明の高圧放電ランプに用いる電極を説明する図である。
【図3E】本発明の高圧放電ランプに用いる電極を説明する図である。
【図4】本発明の高圧放電ランプを説明する図である。
【図5】本発明の高圧放電ランプを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図1に本発明の高圧放電ランプ1を示す。高圧放電ランプ1は発光管2及びそれに含まれる一対の電極マウントからなる。発光管2は放電空間3及びそれを挟んだ一対の封止部4からなり、各電極マウントは互いに溶接された電極5、金属箔6及びリード線7からなる。電極5の先端側が発光管2の放電空間3に露出され、電極5の根元側の芯棒51の一部、金属箔6及びリード線7の一部が封止部4に埋設される。放電空間3には0.15mg/mm以上の水銀、希ガスおよびハロゲンガスが封入され、点灯時の水銀蒸気圧は150気圧以上になる。
【0014】
図2に本発明の高圧放電ランプ1を搭載したランプユニットの図を示す。ランプユニットは、高圧放電ランプ1、高圧放電ランプ1の一方の電極側の発光管部分が取り付けられるリフレクタ10(以下、「主鏡10」ともいう)、及び高圧放電ランプ1の他方の電極側に取り付けられる副鏡20からなる。一対の電極について、説明の便宜上、主鏡10のネック側を電極5pとし、副鏡20側を電極5sとするが、電極5p及び5sは同じ仕様の電極である。
【0015】
電極5s及び5pの各々は、図3Aに示すように芯棒51の先端部分にコイル52が巻回され、図3Bに示すようにコイル52の先端側が溶融処理されて作製される。本実施例では、コイル52は内側コイルと外側コイルの2層巻となっている。溶融処理は、アルゴンプラズマ溶接装置により行われる。
【0016】
図3Bに示すように、電極先端部は、先端側の溶融部53及びの根元側の非溶融部54に区分される。溶融部53の先端には、ランプエージング段階で予め突起53aを形成させておく。溶融部53は点灯中の突起53a付近の熱を後方の非溶融部54に伝導させる役割を持つ。非溶融部54は電極を放熱しつつもその温度を維持する役割を持つ。従って、同じ電力のアーク放電について、突起53a付近の温度は、溶融部53の体積比が小さいと高くなり、溶融部53の体積比が大きいと低くなる。
【0017】
なお、以降の説明において、溶融部53に含まれる芯棒及びコイルの体積(溶融部体積)をV1、非溶融部54に含まれる芯棒及びコイルの体積(非溶融部体積)をV2とする。具体的には、溶融処理前に、コイル52の総体積Vcと、芯棒51の先端からコイル52の巻き終わり位置までの芯棒体積Vrを求め、VcとVrの合計である先端部総体積Vtを算出しておく。次に、コイル52の外側総ターン数から溶け残りの外側ターン数(以下、「残ターン数」という)を引いて溶融ターン数を求める。なお、外側コイルが溶融している場合はその直下の内側コイルも溶融しているものとする。また、内側コイルが外側コイルより多く巻かれている場合は、巻数に応じた溶融体積が溶融コイルの体積に含まれる。溶融コイルの体積V1c、及び溶融部53に含まれる芯棒の体積V1rを算出し、V1cとV1rを合計して溶融部体積V1を算出する。溶融比率α=V1/Vt×100(%)を適切な値とすることにより、突起53a付近を所望の温度となるようにする。なお、Vt=V1+V2である。
【0018】
表1に、定格電力230Wで溶融比率αの高圧放電ランプを図2のランプユニットを用いて点灯した場合の、3分点灯時点での電極5sの先端温度Ts、電極5sにおける突起消失の有無、及び発光管2における100時間までの黒化の有無の関係を示す。
【表1】

【0019】
なお、先端温度Tsの導出について、まず主鏡10及び副鏡20を高圧放電ランプ1に取り付けずに、図3Bに示す溶融部53の先端付近(即ち、突起53a付近)の測定点の温度T1を赤外線放射温度計で測定する。そして、副鏡20側の電極の先端温度Tsを、T1に補正係数ΔT=100℃を加算することにより算出した。即ち、Ts=T1+ΔTである。
【0020】
また、補正係数ΔTの導出について、まず、高圧放電ランプ1に主鏡10も副鏡20も取り付けない状態で、上記測定点の温度T0を赤外線放射温度計で測定した。その後、高圧放電ランプ1に副鏡20のみを取り付けて上記測定点の温度T0sを測定した。その差T0s−T0から補正係数ΔTを算出した。即ち、ΔT=T0s−T0である。なお、複数のサンプルのΔT(82℃、129℃、91℃)の平均値から、ΔT=100とした。
【0021】
表1に示すように、溶融比率αが66(%)以上で先端温度Tsが2690℃以下となり、この範囲では、突起消失も黒化もなく、良好な結果が得られた。一方、溶融比率αが60%以下(先端温度2760℃以上)では突起の消失が確認された。
【0022】
黒化を防止するためには、コイルの少なくとも最後端ターンを溶融せずに残すことが必要であることが分かっている。これは以下の理由による。ランプ始動時に電極に電圧が印加されると放電容器内にグロー放電が生じる。その際に熱容量の小さい非溶融部54側(コイル後端側)の温度が上昇し、そこを起点に局所的な電子なだれを引き起こしグロー放電からアーク放電へと速やかに移行させる。従って、始動時のグロー放電の起点は非溶融部54側に存在し、その後溶融部53を経て突起53aに移動しアーク放電へ移行する。従って、電極外周の半径方向のいずれの部分にも非溶融コイルが存在しない場合には、すみやかにグロー放電からアーク放電へと移行しないため、グロー放電により生成、加速されたイオンによる電極材の飛散が多くなり、黒化の原因となる。
【0023】
図3A及び3Bに示すような外側コイルの後端部と内側コイルの後端部が軸方向にほぼ同じ位置にある電極においては、外側コイルの後端側の少なくとも1ターンが非溶融となるようにすればよい。また、図3Cに示すように、単層コイルにおいては、後端部を含む少なくとも1ターンが非溶融となるようにすればよい。また、図3Dに示すように、2層コイルにおいて内側コイル52inの後端部が外側コイル52outの後端部よりも多く巻かれている場合は、内側コイル52inの後端部を含む少なくとも1ターンが非溶融となるようにすればよい。また逆に、図3Eに示すように、2層コイルにおいて外側コイル52outの後端部が内側コイル52inの後端部を超え芯棒に巻かれる場合は、外側コイル52outの後端部を含む少なくとも1ターンが非溶融となるようにすればよい。3層以上の多層コイルにおいても、後端部(電極根元側)にあるコイル部分を含む少なくとも1ターンが非溶融となっていればよい。即ち、いずれのタイプのコイルであっても後端部(電極根元側)の少なくとも1ターンを非溶融とすればよい。なお、図3Aでは、コイル52は内側コイルの先端部側から巻き始め、後端部で折り返してから外側コイルを巻くものとする。一方、図3D及び3Eでは、コイル52は内側コイル52inの後端側から巻き始め、先端部で折り返してから外側コイル52outを巻くものとするが、内側コイルと外側コイルを個別に巻いてもよい。
【0024】
なお、図3A及び3Bに示すような電極を有する230Wランプにおいては、コイル52の外側総ターン数を6〜8とし、残ターン数を1とすれば溶融比率αは83〜88(%)となる。表1においても、残ターン数が2の場合に黒化は発生していないことが分かる。
【0025】
定格電力230Wの高圧放電ランプにおける溶融部体積V1の内訳を表2に示す。溶融部体積V1=芯棒体積V1r+内側コイル体積V1cin+外側コイル体積V1coutである。なお、芯棒51とコイル52の合計体積である電極総体積は3.829mmであるが、本実施例の計算には用いられない。また、230Wランプにおける電極間距離(アーク長)は1.0mmである。
【表2】

【0026】
表2に、表1に、定格電力200Wで溶融比率αの高圧放電ランプを図2のランプユニットを用いて点灯した場合の、3分点灯時点での電極5sの先端温度Ts、電極5sにおける突起消失の有無、及び発光管2における100時間までの黒化の有無の関係を示す。先端温度Tsの導出は230Wランプの場合と同様である。
【表3】

【0027】
表3に示すように、溶融比率αが65(%)で先端温度Tsが2690℃以下となり、この範囲では、突起消失も黒化もなく、良好な結果が得られた。一方、溶融比率αが59(%)以下(先端温度2780℃以上)では突起の消失が確認された。
【0028】
また、図3A及び3Bに示すような電極を有する200Wランプにおいては、コイル52の外側総ターン数を7〜9とし、残ターン数を1とすれば溶融比率αは86〜89(%)となる。表3においても、残ターン数が2.5の場合に黒化は発生していないことが分かる。
【0029】
定格電力200Wの高圧放電ランプにおける溶融部体積V1の内訳を表4に示す。溶融部体積V1=芯棒体積V1r+内側コイル体積V1cin+外側コイル体積V1coutである。なお、芯棒51とコイル52の合計体積である電極総体積は2.987mmであるが、本実施例の計算には用いられない。また、200Wランプにおける電極間距離(アーク長)は1.0mmである。
【表4】

【0030】
図4に、表1及び表3のデータをプロットしたグラフを示す。横軸を溶融比率α、縦軸を先端温度Tsとして、230Wランプ及び200Wランプについての近似直線をそれぞれ求めた。上述したように、先端温度Tsの上限は約2690℃であるので、それを破線で示した。先端温度Tsがこの破線以下に含まれる温度範囲であれば、突起消失を防止できる。
【0031】
グラフのプロット点及び近似直線より、230Wランプについては、溶融比率αが65(%)以上であれば突起消失を防止できることが分かる。また、200Wランプについては、溶融比率αが62(%)以上であれば突起消失を防止できることが分かる。
【0032】
なお、上述したように、黒化発生を防止するためには電極根元側の非溶融コイルを1ターン以上とする必要がある。図3A及び3Bに示すような外側コイルの後端と内側コイルの後端部が軸方向にほぼ同じ位置にある電極においては、残ターン数を1とした場合の溶融比率が溶融比率下限(230Wランプで65%、200Wランプで62%)以上となるように外側総ターン数を設定する必要がある。
【0033】
図5に、図4のデータを基に、横軸をランプ電力P(W)、縦軸を溶融比率α(%)としてプロットしたグラフを示す。グラフより、座標(P、α)が(230、65)と(200、62)を結ぶ線以上、即ち、α≧P/10+42であれば突起消失を防止できることになる。さらに、実測データだけに基づくとすると、座標(P、α)が(230、66)と(200、65)を結ぶ線以上、即ち、P/30+58≦αであればよい。
【0034】
以上より、本発明によると、電極先端の突起の維持によるアークの安定化と適切なハロゲンサイクルの確保による黒化防止とを両立する電極構造を有する高ワットタイプの高圧放電ランプを達成することができる。特に、高圧放電ランプに副鏡が取り付けられる場合であっても上記の有利な効果を得ることができる。また、本発明の高圧放電ランプは、コイルの残ターン数を管理することにより溶融体積比及び先端温度を管理できるので、その製造が容易である。
【符号の説明】
【0035】
1.高圧放電ランプ
2.発光管
3.放電空間
4.封止部
5、5p、5s.電極
6.金属箔
7.リード線
8.電極マウント
10.リフレクタ(主鏡)
20.副鏡
51.芯棒
52.コイル
52in.内側コイル
52out.外側コイル
53.溶融部
53a.突起
54.非溶融部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光管内に一対の電極を備えた定格電力200W〜230Wの高圧放電ランプであって、
前記電極の各々が、芯棒及び該芯棒の先端部分に巻回されたコイルからなり、該コイルが、電極根元側の少なくとも1ターンを残して溶融処理されて形成された電極先端側の溶融部及び電極根元側の非溶融部からなり、
前記高圧放電ランプの定格電力をP(W)とし、前記溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV1、前記非溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV2、溶融比率をα=V1/(V1+V2)×100(%)とした場合に、200≦P≦230について、
P/10+42≦α
となるように構成された高圧放電ランプ。
【請求項2】
請求項1に記載の高圧放電ランプにおいて、さらに、P/30+58≦αとなるように構成された高圧放電ランプ。
【請求項3】
発光管内に一対の電極を備えた定格電力230Wの高圧放電ランプであって、
前記電極の各々が、芯棒及び該芯棒の先端部分に巻回されたコイルからなり、該コイルが、電極根元側の少なくとも1ターンを残して溶融処理されて形成された電極先端側の溶融部及び電極根元側の非溶融部からなり、
前記溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV1、前記非溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV2、溶融比率をα=V1/(V1+V2)×100(%)とした場合に、65≦αとなるように構成された高圧放電ランプ。
【請求項4】
請求項3の高圧放電ランプにおいて、さらに、66≦αとなるように構成された高圧放電ランプ。
【請求項5】
発光管内に一対の電極を備えた定格電力200Wの高圧放電ランプであって、
前記電極の各々が、芯棒及び該芯棒の先端部分に巻回されたコイルからなり、該コイルが、電極根元側の少なくとも1ターンを残して溶融処理されて形成された電極先端側の溶融部及び電極根元側の非溶融部からなり、
前記溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV1、前記非溶融部に含まれる芯棒及びコイルの体積をV2、溶融比率をα=V1/(V1+V2)×100(%)とした場合に、62≦αとなるように構成された高圧放電ランプ。
【請求項6】
請求項5の高圧放電ランプにおいて、さらに、65≦αとなるように構成された高圧放電ランプ。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ、該高圧放電ランプの一方の電極側の発光管部分が取り付けられたリフレクタ、及び該高圧放電ランプの他方の電極側に取り付けられた副鏡を備えたランプユニット。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3A】
image rotate

【図3B】
image rotate

【図3C】
image rotate

【図3D】
image rotate

【図3E】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate