特許 6775415 ショートアーク型放電ランプを備えた光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6775415

(24)【登録日】2020年10月8日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】ショートアーク型放電ランプを備えた光源装置

(51)【国際特許分類】

   F21V 19/00 20060101AFI20201019BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20201019BHJP

   F21Y 101/00 20160101ALN20201019BHJP

【ＦＩ】

   F21V19/00 130

   F21S2/00 312

   F21Y101:00 300

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-254861(P2016-254861)

(22)【出願日】2016年12月28日

(65)【公開番号】特開2018-107061(P2018-107061A)

(43)【公開日】2018年7月5日

【審査請求日】2019年11月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000128496

【氏名又は名称】株式会社オーク製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100090169

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100124497

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】藤原 和正

(72)【発明者】

【氏名】太田 一秀

【審査官】 田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０５９６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０６２５８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｖ １９／００

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｙ １０１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光管の両端に一対の封止部を設けたショートアーク型放電ランプと、
一方の封止部が挿入される筒状首部を設けた凹面反射鏡と、
前記首部内において、前記一方の封止部が挿通される複数の環状部とを備え、
前記一方の封止部が、前記首部内の接着剤によって、前記首部内面と接着固定されており、
前記複数の環状部が、少なくとも発光管側端部に最も近い第１環状部とそれに隣り合う第２環状部との間に接着剤が介在するように、光軸方向に沿って配置されていることを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記第１環状部と前記第２環状部との間において、接着剤が、前記首部内面から前記一方の封止部まで封止部径方向に介在していることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記第１環状部と前記第２環状部との間に介在する前記接着剤の光軸方向長さが、前記第１環状部の光軸方向長さの１／２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記複数の環状部は３つ以上の環状部で構成され、互いに隣り合う環状部との間に接着剤が介在するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。

【請求項5】

前記複数の環状部が、同一形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置。

【請求項6】

径方向に溝部を形成して前記第１環状部と前記第２環状部とを設けたマルチリング部材が、配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置。

【請求項7】

接着剤が、無機接着剤であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。

【請求項8】

反射鏡の首部を鉛直方向に向けた状態で、第１環状部を前記首部内に挿入し、前記首部の当てつけ部に接した状態で配置し、
接着剤を、前記第１環状部が埋まるようになるまで注入し、
第２環状部を前記首部内に挿入し、
前記接着剤を、前記第２環状部が埋まるようになるまで、さらに注入することを特徴とする光源装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ショートアーク型放電ランプを備えた光源装置に関し、ランプへの保持構造に関する。

【背景技術】

【0002】

露光装置、プロジェクターなどで使用される光源装置では、ショートアーク型放電ランプは凹面反射鏡の中心軸に沿って固定されている。放電ランプの発光管両端には、一対の封止管が一体的に形成されており、一方の封止管を反射鏡の中空状（円筒状）首部に挿通させ、封止管と反射鏡首部との間に接着剤を充填することによって、放電ランプを反射鏡に保持（固定）させる。放電ランプはランプ点灯によって高温になるため、耐熱性のある接着剤（無機接着剤など）が使用される。

【0003】

放電ランプを接着剤で反射鏡に保持させる工程で接着剤が発光管側へ漏れだし、接着剤が発光管へ付着すると、ランプ点灯時に発光管が破損してしまう。これを防ぐため、放電ランプを挿通させた接着剤流出防止用リング（ワッシャ）を、反射鏡首部の発光管側端部に配置することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１８６０５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

封止管と反射鏡首部との間に充填した接着剤は、固化するときに内部に空隙が生じる場合があり、接着剤を充填させたスペースが大きいほど空隙が生じやすい。このような空隙には放電ランプの製造過程や運搬過程でランプ外部から水分が入り込みやすい。この入り込んだ水分には不純物（例えば、接着剤成分のアルカリ金属イオンなど）が溶解するため、ランプ点灯によって接着剤が加熱されると、不純物を含んだガス（例えば、不純物を含んだ水蒸気）が接着剤内部の空隙より接着剤外部に出ていく（たとえば噴出する、滲出する）。

【0006】

特に、接着剤流出防止用リング傍の接着剤領域は、放電ランプの発光管に近く、ランプ点灯時において、より高温状態となる。そのため、この部分に空隙があると、不純物が接着剤流出防止用リングと封止管との間を通じて発光管側に出ていく。その結果、不純物が発光管に付着し、発光管が失透するなどの不具合が生じる。

【0007】

したがって、放電ランプの強固な保持を維持しながら、不純物が発光管側へ出ていくことを防ぐことが求められる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の光源装置は、発光管の両端に一対の封止部を設けたショートアーク型放電ランプと一方の封止部が挿入される筒状首部を設けた凹面反射鏡とを備える。それとともに、首部内において、一方の封止部が挿通される複数の環状部とを備える。一方の封止部が、首部内の接着剤によって、首部内面と接着固定されている。例えば接着剤は、無機接着剤で構成される。

【0009】

本発明では、複数の環状部が、少なくとも発光管側端部に最も近い第１環状部とそれに隣り合う第２環状部との間に接着剤が介在するように、光軸方向に沿って配置されている。接着剤が２つの環状部間に介在することで第１環状部傍の接着剤領域のスペースが制限されることになり、不純物が含まれやすい空隙が生じるのを抑制する。

【0010】

一方、第１環状部と第２環状部との間において、接着剤が、首部内面から一方の封止部まで封止部径方向に介在するようにすることで、放電ランプの保持を確実なものにすることができる。

【0011】

不純物が発光管側に出ていくことの抑制と堅固なランプ保持とを満たすことを考慮すれば、第１環状部と第２環状部との間に介在する接着剤の光軸方向長さを、第１環状部の光軸方向長さの１／２以下にすることが望ましい。

【0012】

例えば、複数の環状部は３つ以上の環状部で構成することが可能であり、互いに隣り合う環状部との間に接着剤が介在するように配置すればよい。また、複数の環状部は、同一形状で構成することが可能である。

【0013】

複数の環状部については、それぞれ１つの環状部をもつ複数のリング状部材を配置することが可能である。あるいは、径方向に溝部を形成して第１環状部と第２環状部とを設けたマルチリング部材が、配置されるようにすることも可能である。

【0014】

本発明の他の態様における光源装置の製造方法は、反射鏡の首部を鉛直方向に向けた状態で、第１環状部を首部内に挿入し、首部の当てつけ部に接した状態で配置し、接着剤を、第１環状部が埋まるようになるまで注入し、第２環状部を首部内に挿入し、接着剤を、第２環状部が埋まるようになるまで、さらに注入する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ショートアーク型放電ランプを備えた光源装置において、放電ランプを強固に保持する一方で、点灯時の接着剤によるランプの不具合を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的な部分断面図である。

【図2】図１の貫通孔付近を拡大した概略的断面図である。

【図3】図１の貫通孔付近を拡大した概略的断面図である。

【図4】放電ランプの反射鏡への接着固定の工程を示した図である。

【図5】第２の実施形態である放電ランプの貫通孔付近を拡大した概略的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

【0018】

図１は、第１の実施形態である光源装置の一部を概略的に示した断面図である。

【0019】

光源装置１００は、ショートアーク型放電ランプ１０と反射鏡５０とを備え、プロジェクター、露光装置などに使用可能である。

【0020】

ショートアーク型放電ランプ１０は、透明な石英ガラス製の球状発光管１２を備え、発光管１２内には一対の電極２０、３０が所定の距離間隔で対向配置される。発光管１２の両側には、石英ガラス製の封止管（封止部）１４Ａ、１４Ｂが、それぞれ発光管１２と一体的に連設される。発光管１２内の放電空間１０Ｓには、水銀とハロゲンと希ガス（例えば、アルゴンガス）が封入されている。

【0021】

封止管１４Ｂには、電極３０を支持する電極支持棒１７Ｂ、外部電源と接続されるリード棒１９Ｂ、電極支持棒１７Ｂとリード棒１９Ｂとを電気的に接続させる金属箔（図示せず）などが封入されている。反対側の封止管１４Ａも、同様の構成になっている。そして、封止管１４Ｂのランプ外側端部は、口金１１Ｂ内に配置される。

【0022】

放電ランプ１０は、ここでは所定の定格電力（例えば１００〜５００Ｗ）が供給される交流点灯ランプであり、交流電圧が一対の電極２０、３０に印加されることで極性（陰極、陽極）が交互に入れ替わる。電圧が一対の電極２０、３０に印加されると、電極２０、３０の間でアーク放電が発生し、発光管１２の外部に向けて光が放射される。発光管１２から放射された光は、反射鏡５０によって所定方向へ導かれる。

【0023】

反射鏡５０は、凹面側に反射面７０Ｓを有する反射部（リフレクター）７０と円筒状の首部６０とを備えた楕円反射鏡である。首部６０は、反射部７０の中央底部から反射面７０Ｓの反対側に向けて突出するように設けられ、首部６０の内部には貫通孔６２が反射鏡５０の光軸（回転軸）に沿って形成される。貫通孔６２は、反射面７０Ｓ側に小径部６４を有し、小径部６４よりも径の大きい大径部６１が、小径部６４との境界部分から首部後端面５０Ｅまで形成される。

【0024】

放電ランプ１０は、ランプ点灯時にアークが反射鏡５０の焦点位置となるように反射鏡５０内に反射鏡５０と同軸状に配置され、一方の封止管１４Ｂが首部６０の貫通孔６２に挿通された状態で反射鏡５０に保持される。具体的には、貫通孔６２内の接着剤８０によって、封止管１４Ｂは貫通孔６２の内面に接着固定（固着）される。

【0025】

本実施形態では、首部６０の貫通孔６２内に、複数のリング（環状部）９０が封止管１４Ｂを囲むように所定の場所に配置される。複数のリング９０は、ランプ製造工程時に接着剤８０が反射部７０側（発光管１２側）に漏出するのを防ぐとともに、ランプ点灯中に接着剤８０の内部から不純物が発光管側に出ていくことを防ぐ。以下、図２および図３を用いてこれについて説明する。

【0026】

図２および図３は、図１の貫通孔６２付近を拡大した断面図である。

【0027】

複数のリング９０は、３つのリング（環状部）から構成されており、ここでは発光管１２側から首部後端面５０Ｅに向けて、第１リング（第１環状部）９０Ａ、第２リング（第２環状部）９０Ｂ、第３リング（第３環状部）９０Ｃと呼ぶ。第１リング９０Ａ、第２リング９０Ｂ、第３リング９０Ｃは同一形状であり、外径および内径、並びに軸方向の長さ（厚さ）がいずれも等しい。また、いずれのリングも耐熱性のある素材（例えばセラミック材）によって形成されている。

【0028】

各リングの内径は、封止管１４Ｂが挿通できるように、封止管１４Ｂの外径より大きい。一方、各リングの外径は、貫通孔６２の大径部６１の径より小さく、小径部６４の径より大きい。第１リング９０Ａは、小径部６４と大径部６１との境界部分に当たる光軸（ランプ軸）方向Ｘに垂直な突き当て面６３と接触している。

【0029】

第１リング９０Ａ、第２リング９０Ｂ、第３リング９０Ｃは、ランプ軸方向に沿って所定の間隔で並んで配置される。さらに、第２リング９０Ｂと第３リング９０Ｃは接着剤８０に埋設されている。つまり、第１リング９０Ａと第２リング９０Ｂとの間には接着剤８０が介在し、第２リング９０Ｂと第３リング９０Ｃとの間にも接着剤が介在する。

【0030】

さらに、第１リング９０Ａ、第２リング９０Ｂ、第３リング９０Ｃと、貫通孔６２の内面との間にも接着剤８０が介在する。第２リング９０Ｂおよび第３リング９０Ｃと封止管１４Ｂとの間には接着剤８０が介在し、第１リング９０Ａと封止管１４Ｂとの間にも部分的に接着剤８０が介在する。したがって、隣り合うリング間に介在する接着剤８０は、貫通孔内面から封止管１４Ｂに渡って介在し、第１リング９０Ａから第３リング９０Ｃの周囲は接着剤８０によって充填されている。

【0031】

接着剤８０は、ここでは、耐熱性があって強固に接着固定させることが可能な無機接着剤が適用されており、例えば、アルカリ金属ケイ酸塩を含む水溶液に対してアルミナ、シリカなどの無機粉末を加えて混練したものが使用可能である。接着剤８０は、首部６０の貫通孔６２内に充填されており、第１リング９０Ａ、第２リング９０Ｂ、第３リング９０Ｃは接着剤８０によってそれぞれ所定の場所に固定される。

【0032】

このように首部６０の貫通孔６２内に配置された第１リング９０Ａ、第２リング９０Ｂ、第３リング９０Ｃは、発光管側への接着剤８０の漏出、およびランプ点灯中に接着剤８０から不純物が出ていくことを防止する。以下、図３を用いて説明する。

【0033】

まず、第１リング９０Ａは、後述する接着固定の工程において、接着剤８０が発光管側に漏れ出すことを防止する。

【0034】

第２リング９０Ｂは、第１リング９０Ａのランプ軸方向外側に所定の長さＤ２だけ離れて配置される。これにより第１リング９０Ａのランプ軸方向外側に隣接する接着剤範囲Ｓのランプ軸方向長さをＤ２にすることができる。接着剤が固化するときに生じる空隙は、接着剤が充填される領域が大きいほど生じやすく、領域が小さいほど生じ難い。そのため、接着剤範囲Ｓに空隙が生じることを抑制することを考慮すれば、接着剤範囲Ｓのランプ軸方向長さＤ２は、できる限り小さくすることが望ましく、１ｍｍ以下がよい。また、接着剤範囲Ｓのランプ軸方向長さＤ２は、第１リング９０Ａの軸方向長さＤ１の１／２以下であることが望ましい。

【0035】

ランプ軸方向長さＤ２を１ｍｍ以下にしても、第１リング９０Ａの軸方向長さＤ１が軸方向長さＤ２に対して十分に大きくないと、接着剤範囲Ｓの接着剤８０の固化による膨張を第１リング９０Ａと封止管１４Ｂとの隙間で抑制できなくなる。つまり、接着剤範囲Ｓの接着剤８０の固化にともなって、接着剤８０が第１リング９０Ａと封止管１４Ｂとの隙間から傍出してしまうため、接着剤範囲Ｓに空隙が生じやすくなってしまう。

【0036】

そのため、接着剤８０の軸方向長さＤ２を、第１リング９０Ａの軸方向長さＤ１の１／２以下にするのがよく、このような構造にすることで、ランプ点灯中に不純物が第１リング９０Ａと封止管１４Ｂの隙間から出ていくことを防ぐことができる。

【0037】

一方、第２リング９０Ｂの径方向には、貫通孔６２との間に接着剤８０が介在し、また、第２リング９０Ｂと封止管１４Ｂとの間にも接着剤８０が介在する。そのため、径方向およびランプ軸方向Ｘに沿った接着剤８０による保持力は、第２リング９０Ｂの配置に関わらず、低下しない。

【0038】

さらに第３リング９０Ｃは、第３リング９０Ｃよりも首部後端面５０Ｅ側（封止管端面側）に生じた空隙に含まれる不純物が発光管側、すなわち接着剤範囲Ｓに移動することを防止する。第３リング９０Ｃよりも首部後端面５０Ｅ側の接着剤８０の充填領域を大きくすることで、より強固に反射鏡５０に放電ランプ１０を保持させることができるが、充填領域が大きいことで空隙が生じやすい。しかし、第３リング９０Ｃを配置することで、第３リング９０Ｃのランプ軸方向両側の接着剤８０を連結する経路が小さくなり、第３リング９０Ｃよりも首部後端面５０Ｅ側の空隙の不純物が第３リング９０Ｃよりも発光管側に移動することを防止できる。また、第２リング９０Ｂ同様、大径部６１との間および封止管１４Ｂとの間に接着剤８０が介在するため、接着剤８０による保持力を強固に維持することができる。

【0039】

さらに、第２リング９０Ｂと第３リング９０Ｃとの間のランプ軸方向長さＤ４も、接着剤範囲Ｓのランプ軸方向長さをＤ２と同様に定めることで、第２リング９０Ｂと第３リング９０Ｃとの間に空隙が生じることを抑制できる。

【0040】

また、ランプ点灯による第１リング９０Ａ、第２リング９０Ｂ、第３リング９０Ｃの熱膨張によって、封止管１４Ｂにはランプ径方向の応力が加わるが、第１リング９０Ａ、第２リング９０Ｂ、第３リング９０Ｃが同一形状であるため、封止管１４Ｂに加わる応力に極端な差が生じず、応力差によるクラック発生などを防ぐことができる。

【0041】

第１リング９０Ａと封止管１４Ｂの径方向距離間隔Ｄ３は、不純物が封止管１４Ｂ付近を伝って発光管側へ出ていくのを防ぐことを考慮すれば、できる限り小さくすることが望ましい。しかしながら、上記熱膨張による応力が封止管１４Ｂに過度にかかることを抑える必要もある。したがって、径方向距離間隔Ｄ３は、第１リング９０Ａの径方向厚さＤ５の２０％以上７０％以下にするのが望ましい。第２リング９０Ｂ、第３リング９０Ｃについても同様に定めることができる。

【0042】

このように、複数のリング９０を配置することによって、第１リング９０Ａのランプ軸方向外側に隣接する接着剤範囲Ｓに空隙が生じることを防止するともに、首部後端面５０Ｅ側の接着剤８０に生じた空隙から、不純物が接着剤範囲Ｓに移動することを防止しでき、反射鏡の放電ランプへの強固な保持を維持しつつ、より確実に接着剤８０から不純物が発光管側へ出ていくことを防止することができる。

【0043】

次に放電ランプ１０の反射鏡５０への接着固定の工程について説明する。

【0044】

図４は、放電ランプ１０の反射鏡５０への接着固定の工程を示した図である。

【0045】

反射鏡５０を、首部後端面５０Ｅが鉛直上方になるように配置する。反射鏡５０の凹面側より放電ランプ１０の封止管１４Ｂを首部６０の貫通孔６２に挿入し、反射鏡５０に対して放電ランプが所定の位置関係となるように位置調整を行なう。位置調整の後、第１リング９０Ａを鉛直上方側から封止管１４Ｂに通し、貫通孔６２内に配置する。上述したように、第１リング９０Ａの外径は小径部６４の径よりも大きいため、第１リング９０Ａは封止管１４Ｂを通って突き当て面６３と接触して止まる。第１リング９０Ａ配置後、接着剤８０を貫通孔６２内に注入する。このとき、第１リング９０Ａが所定の深さで埋まるように接着剤８０を注入する（図４（Ａ）参照）。

【0046】

次に、第２リング９０Ｂを第１リング９０Ａと同様に鉛直上方側から封止管１４Ｂに通す。接着剤８０は粘性があるため、最初に注入した接着剤表面８０Ｋ付近で静止する。これにより、第２リング９０Ｂは第１リング９０Ａとは接触せず、接着剤８０を介して所定の間隔で離間した状態となる。第２リング９０Ｂを挿入した後、第２リング９０Ｂが所定の深さで埋まるように接着剤８０を注入する（図４（Ｂ）参照）。

【0047】

そして、第３リング９０Ｃを第２リング９０Ｂと同様に鉛直上方側から封止管１４Ｂに通し、接着剤８０を注入することで、第２リング９０Ｂと同様に、第３リング９０Ｃは第２リング９０Ｂとは接触せず、接着剤８０を介して所定の間隔で離間した状態となる。（図４（Ｃ）参照）。さらに、接着剤８０の硬化（固化）前に口金１１Ｂを封止管１４Ｂに装着させ、その一部が接着剤８０に浸るようにする（図４（Ｄ））。このような接着工程によって、放電ランプ１０が反射鏡５０に接着固定される。

【0048】

第１の実施形態では、３つのリングによって３つの環状部を配置しているが、４つ以上のリングによって４つ以上の環状部を配置してもよい。

【0049】

次に、図５を用いて、第２の実施形態である光源装置について説明する。第２の実施形態では、複数の環状部をもつリングが適用される。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。

【0050】

図５は、第２の実施形態におけるリングを拡大して示した概略的部分断面図である。

【0051】

複数のリング１９０は、マルチリング１９１と、リング（環状部）１９２とを備えている。マルチリング１９１は、２つの環状部１９１Ａ、１９１Ｂを有し、その間には、ランプ径方向に沿った溝部１９１Ｃを形成し、２つの環状部１９１Ａ、１９１Ｂが一部分で連結している。溝部１９１Ｃには、接着剤８０が充填され、環状部１９１Ａと１９１Ｂのランプ軸方向の間には接着剤８０が介在する。また、マルチリング１９１とリング１９２とのランプ軸方向の間にも接着剤８０が介在する。これにより、接着固定の工程における接着剤８０の注入に関わらず、容易に環状部１９１Ａと１９１Ｂとの間のランプ軸方向長さ距離間隔を定めることができる。

【0052】

このような構成によっても、同様の強度を維持し、不純物が発光管側へ出ていくことを抑えることができる。なお、溝は径方向外側から光軸方向に向けて形成してもよい。また、周方向の一部に沿って形成してもよい。

【0053】

第２の実施形態では、２つの環状部を有する１つのマルチリングと１つのリングによって３つの環状部を配置しているが、３つの環状部を有する１つのマルチリングだけにしてもよい。さらに、複数のマルチリンクを用いてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１０ 放電ランプ
１４Ｂ 封止管（封止部）
２０、３０ 電極
５０ 反射鏡
６０ 首部
８０ 接着剤
９０ 複数のリング（複数の環状部）
９０Ａ 第１リング（第１環状部）
９０Ｂ 第２リング（第２環状部）
９０Ｃ 第３リング（第３環状部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】