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JPH10261384A - Metal halide lamp - Google Patents

Metal halide lamp

Info

Publication number
JPH10261384A
JPH10261384A JP9062660A JP6266097A JPH10261384A JP H10261384 A JPH10261384 A JP H10261384A JP 9062660 A JP9062660 A JP 9062660A JP 6266097 A JP6266097 A JP 6266097A JP H10261384 A JPH10261384 A JP H10261384A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lamp
electrode
metal halide
sectional area
lighting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9062660A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Kai
誠 甲斐
Mamoru Takeda
守 竹田
Yuriko Kaneko
由利子 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP9062660A priority Critical patent/JPH10261384A/en
Priority to US08/923,421 priority patent/US6084351A/en
Priority to EP97115385A priority patent/EP0828285B1/en
Priority to DE69729992T priority patent/DE69729992T2/en
Priority to EP00115279A priority patent/EP1037260A3/en
Priority to MYPI97004113A priority patent/MY132627A/en
Priority to TW086112831A priority patent/TW373416B/en
Priority to CN97120595A priority patent/CN1103178C/en
Priority to CNB02106976XA priority patent/CN1276685C/en
Publication of JPH10261384A publication Critical patent/JPH10261384A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Discharge Lamp (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal halide lamp with the best lamp characteristic which suppresses the drop of the lumen maintenance factor. SOLUTION: A lamp is formed by using an electrode the tip section of which is represented by S to be lit by satisfying an expression 70.0<=E.J<=150.0 [V.A/mm<2> ] (E: lamp electric field E=V/d [V/mm], and j: current density j=I/S [A/mm<2> ]), where the distance between the electrodes = d (mm), the section of the electrode tip = S (mm<2> ), the lamp voltage when stable lighting = V [V] and the lamp current = I [A]. Then a lamp voltage rise and color temperature variation are suppressed and the long life of the lamp is realized by suppressing the tube wall blackening in an initial stage of lighting.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高圧放電ランプ、特
に点灯時の所定条件を満たすメタルハライドランプに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-pressure discharge lamp, and more particularly, to a metal halide lamp which satisfies predetermined conditions at the time of lighting.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、メタルハライドランプの設計は、
必要な光量を確保するためと点灯回路設計側からの制限
事項となるランプ電力や、特にプロジェクタ用光源とし
て用いる場合、光学設計側からの要望として、発光アー
ク部の輝度増加のために電極間距離(アーク長)などが
制限される中で行われている。また一方でメタルハライ
ドランプの設計において重要であるのが電極設計であ
り、電極設計の良否がランプ特性(光束維持率など)に
大きな影響を与えていることもよく知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, the design of a metal halide lamp is as follows.
Lamp power, which is a restriction from the lighting circuit design side to ensure the required light quantity, and especially when used as a light source for projectors, a request from the optical design side is to increase the brightness of the light-emitting arc part by increasing the distance between the electrodes. (Arc length) is limited. On the other hand, it is well known that electrode design is important in the design of metal halide lamps, and that the quality of the electrode design has a large effect on lamp characteristics (such as the luminous flux maintenance factor).

【0003】しかしランプ電力、電極間距離などの設計
上の制限事項に対し、ランプ特性が最良になる(光束維
持率の良い)電極設計の確固たる指針はなく、未だ経験
的に取り組まれている部分が多い。
[0003] However, there is no firm guideline for designing an electrode with the best lamp characteristics (good luminous flux maintenance ratio) for design restrictions such as lamp power and distance between electrodes, and the empirical portion is still being worked on. There are many.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ラン
プ電力、電極間距離などの設計上の制限事項に対し、ラ
ンプ特性が最良になる(光束維持率の良い、放電アーク
部の輝度が高い)電極設計の指針を見い出す必要があ
る。
As described above, the lamp characteristics become the best with respect to the design restrictions such as the lamp power and the distance between the electrodes (the luminous flux maintenance ratio is good, and the brightness of the discharge arc portion is high). ) It is necessary to find guidelines for electrode design.

【0005】本発明はランプ電力、電極間距離などが設
計上制限される中において、電極間距離および電極形状
にそれぞれ関わるランプ電界と電流密度との積が、光束
維持率および電極先端部平均温度と相関があることを見
い出したことにより、放電アーク部の輝度が高く光束維
持率の低下を抑制する電極設計手法を考案し、それに基
づくランプを提供することを目的とする。
According to the present invention, the product of the lamp electric field and the current density relating to the distance between the electrodes and the shape of the electrodes is defined as the luminous flux maintenance factor and the average temperature of the electrode tip, while the lamp power and the distance between the electrodes are limited in design. It is an object of the present invention to devise an electrode design technique that suppresses a decrease in the luminous flux maintenance rate by increasing the brightness of the discharge arc part by finding out that there is a correlation with the above, and to provide a lamp based thereon.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、次に示す手段を用いる。
To achieve the above object, the following means are used.

【0007】(1)電極間距離d[mm]、電極先端部
断面積S[mm2]、安定点灯時のランプ電圧V
[V]、ランプ電流I[A]なる場合、70.0≦E・
j≦150.0[V・A/mm3](E:ランプ電界
E=V/d[V/mm]、j:電流密度 j=I/S
[A/mm2])を満たして点灯するように電極先端部
の断面積がSなる電極を用いてランプを構成する。
(1) Distance d [mm] between electrodes, cross-sectional area S [mm 2 ] of electrode tip, lamp voltage V during stable lighting
[V] and the lamp current I [A], 70.0 ≦ E ·
j ≦ 150.0 [V · A / mm 3 ] (E: lamp electric field
E = V / d [V / mm], j: current density j = I / S
[A / mm 2 ]), the lamp is constituted by using an electrode having a cross section of S at the tip of the electrode so that the lamp is lit when satisfying [A / mm 2 ]).

【0008】(2)電極間距離d[mm]、電極先端部
断面積S[mm2]、電極先端部平均温度T[K]、安
定点灯時のランプ電圧V[V]、ランプ電流I[A]な
る場合、70.0≦E・j≦150.0[V・A/mm
3](E:ランプ電界 E=V/d[V/mm]、j:
電流密度 j=I/S[A/mm2])を満たして点灯
するように電極先端部の断面積がSなる電極を用い、か
つ、2300≦T≦2700[K]を満たして点灯する
ように電極の各部断面積が、先端部から発光管封止部ま
での間に先端部と異なる部分を有している電極を用いて
ランプを構成する。
(2) Electrode distance d [mm], electrode tip cross-sectional area S [mm 2 ], electrode tip average temperature T [K], lamp voltage V [V] during stable lighting, lamp current I [ A], 70.0 ≦ E · j ≦ 150.0 [V · A / mm
3 ] (E: lamp electric field E = V / d [V / mm], j:
An electrode having a cross-sectional area of S at the tip of the electrode is used so as to emit light while satisfying current density j = I / S [A / mm 2 ]), and is emitted while satisfying 2300 ≦ T ≦ 2700 [K]. A lamp is formed by using an electrode having a portion in which the cross-sectional area of each part of the electrode is different from the tip portion between the tip portion and the arc tube sealing portion.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明のメタルハライドランプの
実施の形態について図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a metal halide lamp according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0010】(発明の実施の形態1)本発明のメタルハ
ライドランプの発明の実施の形態の様子を図1に示す。
これは発光管2内に対向して設置された放電電極1の間
に放電アーク3が発生し安定点灯している様子である。
放電電極1間にはランプ電圧Vが印加されており、ラン
プ電流Iが流れている。電極間距離はdである。放電ア
ーク3を支える放電電極1の先端部断面積をSとする。
発光管内には水銀金属と少なくとも1種以上のハロゲン
化金属が封入されている。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a metal halide lamp according to an embodiment of the present invention.
This is a state in which a discharge arc 3 is generated between the discharge electrodes 1 disposed opposite to each other in the arc tube 2 and stable lighting is performed.
A lamp voltage V is applied between the discharge electrodes 1, and a lamp current I flows. The distance between the electrodes is d. The cross-sectional area of the tip of the discharge electrode 1 supporting the discharge arc 3 is represented by S.
A mercury metal and at least one metal halide are sealed in the arc tube.

【0011】いま、電極間距離d=1.8〜13mm、
電極先端部断面積S=0.169〜1.327mm
2(電極先端部は円形平面、直径φ=0.5〜1.3m
m)の間で任意の組み合わせとし、封入ハロゲン金属お
よびランプ電力の異なる様々なメタルハライドランプに
おいて、点灯開始100時間後の点灯開始0時間に対す
る光束維持率の様子を測定した。
The distance d between the electrodes is 1.8 to 13 mm,
Electrode tip cross section S = 0.169-1.327 mm
2 (Electrode tip is a circular flat surface, diameter φ = 0.5 ~ 1.3m
m), an arbitrary combination was used, and the state of the luminous flux maintenance ratio with respect to 0 hours after the start of lighting for 100 hours after the start of lighting was measured in various metal halide lamps having different enclosed metal halides and different lamp powers.

【0012】図2は横軸に点灯開始0時間におけるラン
プ電界E(=ランプ電圧V/電極間距離d[V/m
m])と電流密度j(=ランプ電流I/電極先端部断面
積S[A/mm2])の積をとり、縦軸に光束維持率を
示している。
In FIG. 2, the horizontal axis represents the lamp electric field E (= lamp voltage V / interelectrode distance d [V / m) at 0 hours after the start of lighting.
m]) and the current density j (= lamp current I / electrode tip cross-sectional area S [A / mm 2 ]), and the ordinate indicates the luminous flux maintenance factor.

【0013】点灯開始100時間における光束維持率を
取り上げる理由は、点灯開始100時間程度における光
束維持率低下の主たる原因が、発光管内壁の黒化(電極
材料が点灯中に蒸発・飛散し、発光管内壁に付着するこ
と)によって光透過率が減衰することによって生じ、こ
の黒化の進行程度が電極形状と関わりがあるためであ
る。
The reason why the luminous flux maintenance factor at the start of lighting 100 hours is taken up is that the main cause of the decrease of the luminous flux maintenance at about 100 hours after lighting is blackening of the inner wall of the arc tube (the electrode material evaporates and scatters during lighting and emits light. This is because the light transmittance is attenuated by adhering to the inner wall of the tube, and the degree of progress of the blackening is related to the electrode shape.

【0014】図2は、封入ハロゲン金属及びランプ電力
の違いから3つの条件で分類している。丸(○)印はイ
ンジウム−ホルミウムで、ランプ電力200W、菱形
(◇)印はインジウム−ツリウムでランプ電力200W
でこれら2種類は開発試作品、黒菱形(◆)印はディス
プロシウム−タリウム−ナトリウム−ホルミウム−ツリ
ウムでランプ電力150W、これは市販商品(松下電器
製)である。これらそれぞれの電極間距離dおよび電極
先端部断面積Sを先に述べた範囲内で任意に組み合わせ
た条件で測定した。
FIG. 2 shows a classification based on three conditions based on the difference between the enclosed halogen metal and the lamp power. The circle (○) indicates indium-holmium, lamp power 200 W, and the diamond (◇) indicates indium-thulium, lamp power 200 W.
These two types are development prototypes, and the black diamonds (◆) are dysprosium-thallium-sodium-holmium-thulium with a lamp power of 150 W, which is a commercial product (Matsushita Electric). The distance d between the electrodes and the cross-sectional area S of the tip of the electrode were measured under the conditions arbitrarily combined within the range described above.

【0015】横軸にとったE・jは、単位が[V・A/
mm3]即ち[W/mm/mm2]であり、これは電極先
端部前面がその単位面積当たりに受け取る、放電アーク
の単位長さ当たりのエネルギー密度である。図2の結果
より、E・jが大きくなるほど光束維持率が悪くなるこ
とがわかる。
The unit of E · j on the horizontal axis is [VA · /
mm 3 ] or [W / mm / mm 2 ], which is the energy density per unit length of the discharge arc received by the front surface of the electrode tip per unit area. From the results shown in FIG. 2, it can be seen that the luminous flux maintenance factor becomes worse as E · j increases.

【0016】これはエネルギー密度E・jが大きくなる
と、特に電極先端部前面において放電アークから放電電
極へのエネルギーの移動が大きくなり、そのため電極先
端部の温度上昇が発生し電極材料が蒸発する、あるいは
高エネルギー密度の粒子が電極先端に衝突することによ
る電極材料の飛散が発生して発光管管壁の黒化が進行
し、光束維持率を悪くしているのである。なお中央の直
線は回帰直線である。
This is because, when the energy density E · j increases, the energy transfer from the discharge arc to the discharge electrode increases particularly in front of the electrode tip, so that the temperature at the electrode tip rises and the electrode material evaporates. Alternatively, the electrode material is scattered due to the collision of the particles with a high energy density against the tip of the electrode, and the blackening of the arc tube wall progresses, thereby deteriorating the luminous flux maintenance factor. The central straight line is a regression line.

【0017】図3は点灯開始0時間におけるE・jの値
に対する電極先端部平均温度の関係を表したグラフであ
る。対象としたランプは図2と同じものである。この図
からE・jが大きくなるほど、電極先端温度が上昇する
ことが確認される。なお、電極先端部平均温度の測定方
法は付記で述べる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the value of E · j and the average temperature of the electrode tip at 0 hours from the start of lighting. The target lamp is the same as in FIG. From this figure, it is confirmed that the electrode tip temperature increases as E · j increases. The method for measuring the electrode tip average temperature will be described in Appendix.

【0018】図4は代表的なメタルハライドランプの点
灯時間の増加にともなう光束維持率の変化の様子を表し
たものである。Aは点灯開始後100時間で光束維持率
80%のランプのものである。この場合光束半減寿命と
して約5000時間が得られている。この5000時間
という数字は電極間距離が一般的に10mm以上である
一般照明用メタルハライドランプで平均的な数字であ
り、プロジェクタなどに組み込まれる電極間距離が3m
m程度のメタルハライドランプでは最高水準の数字であ
る。
FIG. 4 shows how the luminous flux maintenance ratio changes as the lighting time of a typical metal halide lamp increases. A is a lamp having a luminous flux maintenance rate of 80% for 100 hours after the start of lighting. In this case, about 5000 hours are obtained as the luminous flux half life. This number of 5000 hours is an average number for a metal halide lamp for general lighting in which the distance between the electrodes is generally 10 mm or more, and the distance between the electrodes incorporated in a projector or the like is 3 m.
This is the highest level for a metal halide lamp of about m.

【0019】これをふまえ、図2において点灯開始10
0時間において必要な光束維持率を80%と設定した場
合、その際に満たすべきE・jの値は150V・A/m
3以下であることがわかる。
Based on this, the lighting start 10 in FIG.
When the necessary luminous flux maintenance factor at time 0 is set to 80%, the value of E · j to be satisfied at that time is 150 V · A / m.
m 3 it can be seen that the less.

【0020】電極間距離が一般的に10mm以上である
一般照明用メタルハライドランプと呼ばれるもの(松下
電器製)では、図2中の黒菱形(◆)印のランプをはじ
め、ランプ電力70〜1000W、電極間距離10〜8
0mmにおいて、E・jの値は69〜12[V・A/m
3]で動作しており、点灯開始後100時間における
光束維持率も90%以上が確認されている。図2中、左
上方にプロットされることになる。
A metal halide lamp for general lighting (manufactured by Matsushita Electric Co., Ltd.) having a distance between the electrodes of generally 10 mm or longer (manufactured by Matsushita Electric Co., Ltd.) includes a lamp marked with a black diamond (◆) in FIG. Distance between electrodes 10-8
At 0 mm, the value of E · j is 69 to 12 [V · A / m
m 3 ], and a luminous flux maintenance ratio of 90% or more at 100 hours after the start of lighting is confirmed. In FIG. 2, it is plotted at the upper left.

【0021】しかしこのような電極間距離が10mm以
上である一般照明用メタルハライドランプは発光部アー
クの輝度が低いため、プロジェクタ用光源として用いる
場合など投射光学系に組み込んで使用することができな
い。図5は放電アーク部の輝度と相関がある値としてラ
ンプ光束/電極間距離[lm/mm]を、横軸E・jの
値にして示したものである。
However, such a metal halide lamp for general lighting, in which the distance between the electrodes is 10 mm or more, has a low luminance of the light emitting portion arc, and therefore cannot be used in a projection optical system when used as a light source for a projector. FIG. 5 shows the lamp luminous flux / electrode distance [lm / mm] as a value correlated with the luminance of the discharge arc portion, as a value on the horizontal axis E · j.

【0022】先に述べたランプ電力70〜1000W、
電極間距離10〜80mm、E・jの値69〜12[V
・A/mm3]で動作しているランプの光束/電極間距
離の値は420〜1060[lm/mm]であり、図5
中、黒菱形(◆)印を含んで左下方にプロットされる。
E・jの値が小さくなるとランプ光束/電極間距離も減
少する。40インチクラスのプロジェクタに必要なスク
リーン照度を確保するためにはランプ光束/電極間距離
は少なくとも4000[lm/mm]必要であるため、
図5より、その際に満たすべきE・jの値は70V・A
/mm3以上であることがわかる。図5中の直線は回帰
直線である。
The aforementioned lamp power of 70 to 1000 W,
The distance between the electrodes is 10 to 80 mm, and the value of E · j is 69 to 12 [V
The value of the luminous flux / electrode distance of the lamp operating at [A / mm 3 ] is 420 to 1060 [lm / mm].
It is plotted in the lower left, including the middle and black diamonds (◆).
As the value of E · j decreases, the lamp luminous flux / electrode distance also decreases. The lamp luminous flux / electrode distance must be at least 4000 [lm / mm] in order to secure the required screen illuminance for a 40-inch class projector.
According to FIG. 5, the value of E · j to be satisfied at that time is 70 V · A
/ Mm 3 or more. The straight line in FIG. 5 is a regression line.

【0023】尚、図5において丸(○)印と菱形(◇)
印のランプが回帰直線の上下にばらついている理由は次
のようである。回帰直線の上部に急傾斜で右上がりの特
性を表す一連のランプは電極先端部断面積Sを同一と
し、電極間距離dが異なるサンプル群の結果であり、回
帰直線の下部に緩やかな傾斜で右上がりの特性を表す一
連のランプは電極間距離dを同一とし、電極先端部断面
積Sが異なるサンプル群の結果である。
In FIG. 5, a circle (○) and a diamond (◇)
The reasons why the marked ramps fluctuate above and below the regression line are as follows. A series of lamps showing the characteristics of a steep slope and rising to the right above the regression line have the same electrode tip cross-sectional area S and are the results of a sample group with different interelectrode distances d. A series of lamps exhibiting the upward-sloping characteristics are the results of a sample group in which the distance d between the electrodes is the same and the sectional area S of the electrode tip is different.

【0024】いずれの場合もランプ光束/電極間距離4
000[lm/mm]を得るにはE・jの値は70V・
A/mm3以上必要となるので変わりはないが、電極間
距離dおよび電極先端部断面積Sのランプ光束/電極間
距離への影響の程度が異なることは興味深い。
In each case, the lamp luminous flux / interelectrode distance 4
To obtain 000 [lm / mm], the value of E · j is 70 V ·
A / mm 3 or more is required, so there is no change. However, it is interesting that the degree of the influence of the distance d between the electrodes and the sectional area S of the electrode tip on the lamp luminous flux / the distance between the electrodes is different.

【0025】図2および図5より、点灯開始後100時
間における光束維持率が80%以上を満たし、かつラン
プ光束/電極間距離の値が4000[lm/mm]を満
たすランプに有効なE・jの値は70.0≦E・j≦1
50.0[V・A/mm3]といえる。図6中、網掛け
で示した部分である。
From FIGS. 2 and 5, E.E. is effective for a lamp in which the luminous flux maintenance rate at 100 hours after the start of lighting satisfies 80% or more and the value of lamp luminous flux / interelectrode distance satisfies 4000 [lm / mm]. The value of j is 70.0 ≦ E · j ≦ 1
It can be said that it is 50.0 [V · A / mm 3 ]. In FIG. 6, it is a shaded portion.

【0026】結果として70.0≦E・j≦150.0
[V・A/mm3]という点灯動作域は既存のメタルハ
ライドランプの点灯動作域と重複しない。これは光束維
持率が良いというのに加えて、ランプ光束/電極間距離
(≒発光アーク部の輝度)も高いという二つの要求を満
たそうというランプがこれまで存在していなかったとい
うことである。近年プロジェクタをはじめとするディス
プレイ機器の基幹部品として光源が用いられるようにな
ってきており、高輝度で光束維持率の優れた光源は今後
ますます重要となる。
As a result, 70.0 ≦ E · j ≦ 150.0
The lighting operation range of [VA · mm 3 ] does not overlap with the lighting operation range of existing metal halide lamps. This means that there has not been a lamp that satisfies the two requirements of a high luminous flux maintenance ratio and a high lamp luminous flux / electrode distance (≒ luminance of the light emitting arc portion) in addition to a good luminous flux maintenance ratio. . In recent years, light sources have been used as key components of display devices such as projectors, and light sources with high luminance and excellent luminous flux maintenance ratio will become increasingly important in the future.

【0027】(発明の実施の形態2)さて、発明の実施
の形態1の項で述べたように、図2および図6にしたが
ってE・jの値を小さくしていく場合、光束維持率の低
下は抑制され、ランプの光束半減寿命は伸びるわけであ
るが、ランプ設計上実現しにくい場合が存在する。それ
はプロジェクター等に組み込まれる電極間距離が3mm
以下(1.5mm〜3mm)のメタルハライドランプで
ある。E・jの値はランプ電力(=V×I)、電極間距
離d、電極先端部断面積Sによって決定されるが、必要
な光量を確保するためと点灯回路設計側からランプ電力
が制限され、光学設計側からの要望としての電極間距離
dが制限されると、設計上のパラメータは電極先端部断
面積Sのみとなる。
(Second Embodiment of the Invention) As described in the first embodiment of the present invention, when the value of E · j is reduced in accordance with FIGS. Although the reduction is suppressed and the luminous flux half-life of the lamp is extended, there are cases where it is difficult to realize the lamp design. That is, the distance between the electrodes incorporated in the projector etc. is 3mm
The following (1.5 mm to 3 mm) metal halide lamp. The value of E · j is determined by the lamp power (= V × I), the distance d between the electrodes, and the cross-sectional area S of the electrode tip. However, the lamp power is limited by the lighting circuit design side in order to secure a necessary light amount. When the distance d between the electrodes as a request from the optical design side is limited, the design parameter is only the electrode tip section cross-sectional area S.

【0028】E・jの値を小さくしていくにはSを大き
くすればよいのであるが、電極先端部断面積Sも次の理
由から上限が定まってしまう。それは放電アークの太さ
と光学設計との兼ね合いの観点である。一般に、放電を
支持する電極先端部断面積Sが太くなるにつれて、電極
間の放電アークも太くなる傾向がある。ランプを集光投
射系のような光学系に組み込んで使用する場合、放電ア
ークが太くなると放電アークの輝度が低下し、最終的に
光学系から取り出せる光量が減少してしまう。したがっ
てある程度先端断面積の小さな電極を使用せざるを得な
い場合が発生するのである。
The value of E · j can be reduced by increasing S. However, the upper limit of the sectional area S of the electrode tip is also determined for the following reason. It is a viewpoint of the balance between the thickness of the discharge arc and the optical design. Generally, as the cross-sectional area S of the electrode tip supporting the discharge increases, the discharge arc between the electrodes also tends to increase. When a lamp is used by being incorporated into an optical system such as a condensing projection system, if the discharge arc becomes thicker, the brightness of the discharge arc decreases, and finally the amount of light that can be extracted from the optical system decreases. Therefore, a case may occur in which an electrode having a small tip cross-sectional area must be used to some extent.

【0029】電極先端断面積Sを固定のまま、すなわち
E・jの値固定のまま光束維持率の低下をさらに向上さ
せる方法がある。電極先端部の温度をコントロールすれ
ばよい。
There is a method of further improving the reduction of the luminous flux maintenance rate while keeping the electrode tip sectional area S fixed, that is, the value of E · j fixed. What is necessary is just to control the temperature of the electrode front-end | tip part.

【0030】図7は、点灯開始0時間における電極先端
部平均温度に対する点灯開始100時間での光束維持率
を表したものである。対象としたランプは図2、図3と
同様である。図7より、発明の実施の形態1の項で述べ
た光束維持率80%以上を実現するためには電極先端部
平均温度が3000K以上では困難であることがわか
る。また、特に光束維持率85%以上を実現するために
は、この図から電極先端部平均温度が2300〜270
0Kであればよいことがわかる。この85%という数字
は図4で説明される。点灯開始100時間における光束
維持率が85%以上を実現することにより、図4のBに
示すように光束半減寿命はAに比較してさらに2000
時間近く伸びた7000時間が実現するのである。
FIG. 7 shows the luminous flux maintenance ratio at 100 hours from the start of lighting to the average temperature at the tip of the electrode at 0 hours from the start of lighting. The target lamp is the same as in FIGS. FIG. 7 shows that it is difficult to achieve the luminous flux maintenance ratio of 80% or more described in the first embodiment of the present invention if the average temperature at the electrode tip is 3000 K or more. In particular, in order to realize a luminous flux maintenance rate of 85% or more, the average temperature at the electrode tip is 2300 to 270 from this figure.
It can be seen that 0K is sufficient. This figure of 85% is illustrated in FIG. By realizing a luminous flux maintenance rate of 85% or more at 100 hours from the start of lighting, the luminous flux half-life is further increased by 2000 as compared with A as shown in FIG.
7000 hours, which is nearly an hour, will be realized.

【0031】つまり、図3において同じE・jの値でも
電極先端部平均温度に差が生じており、これが図2にお
いて同じE・jの値にもかかわらず光束維持率に差が生
じている原因である。図8に本項で訴求するE・jの値
に対する電極先端部平均温度の範囲を示す。図8中の網
掛けの部分である。この範囲内で動作するメタルハライ
ドランプは点灯開始100時間において光束維持率85
%以上が実現し、光束半減寿命7000時間が得られ
る。
That is, there is a difference in the average temperature at the tip of the electrode even at the same value of E · j in FIG. 3, and this results in a difference in the luminous flux maintenance factor despite the same value of E · j in FIG. Responsible. FIG. 8 shows the range of the electrode tip average temperature with respect to the value of E · j appealed in this section. This is a shaded portion in FIG. The metal halide lamp operating within this range has a luminous flux maintenance ratio of 85 at 100 hours from the start of lighting.
% Or more, and a luminous flux half-life of 7000 hours can be obtained.

【0032】E・jの値固定のまま、すなわちランプ電
力(=V×I)、電極間距離d、電極先端部断面積S固
定のまま光束維持率の低下を抑制するため、電極先端部
平均温度を所用の値に設定する方法として、放電電極の
各部断面積が先端部から発光管封止部までの間に先端部
と異なる部分を具備させる方法を用いる。図9はその一
例である。電極軸5となる円柱状の途中部分に電極コイ
ル6を溶接する。
In order to suppress the reduction of the luminous flux maintenance rate while keeping the value of E · j fixed, that is, the lamp power (= V × I), the distance d between the electrodes, and the sectional area S at the electrode tip, the average of the electrode tip is reduced. As a method for setting the temperature to a required value, a method is used in which a cross-sectional area of each part of the discharge electrode is different from the tip part between the tip part and the arc tube sealing part. FIG. 9 shows an example. The electrode coil 6 is welded to a columnar intermediate portion serving as the electrode shaft 5.

【0033】このようにすることで電極先端部断面積は
Aに対して、発光管封止部4(図1)までの間にSB
る断面積をもつ部分が存在する。図9中、電極先端から
電極コイル6までの長さを突出長と呼ぶ。図10はラン
プ電力、電極間距離d、電極先端部断面積Sが等しいE
・jの値が100〜120V・A/mm3までの範囲の
ランプにおいて、突出長に対する電極先端部平均温度の
様子である。
In this manner, there is a portion having a sectional area of S B between the electrode tip section S A and the arc tube sealing section 4 (FIG. 1) with respect to S A. In FIG. 9, the length from the electrode tip to the electrode coil 6 is called a protruding length. FIG. 10 shows E in which the lamp power, the interelectrode distance d, and the cross-sectional area S of the electrode tip are equal.
In the lamp in which the value of j is in the range of 100 to 120 V · A / mm 3 , it is a state of the average temperature of the electrode tip portion with respect to the protruding length.

【0034】この場合、突出長を短くしていくことによ
り、電極先端部平均温度の低下が確認される。すなわち
電極先端部から発光管封止部までの間に先端部と異なる
断面積の部分を具備させ、その位置を適切に選択するこ
とにより、E・jの値固定のまま電極先端部平均温度を
所用の値に設定でき、光束維持率の低下を抑制すること
ができるのである。
In this case, it is confirmed that the average temperature at the tip end of the electrode is reduced by reducing the protrusion length. That is, by providing a portion having a cross-sectional area different from that of the tip portion from the electrode tip portion to the arc tube sealing portion, and appropriately selecting the position, the electrode tip portion average temperature can be maintained while the value of E · j is fixed. The required value can be set, and the decrease in the luminous flux maintenance ratio can be suppressed.

【0035】なお、放電を支持する電極先端部断面積S
[mm2]が、曲面を含んで形成されていても構わな
い。この様子を電極先端部が球状の場合である図11で
説明する。この場合の電極先端部断面積Sは電極先端部
が放電アークを支持している部分の、放電アーク軸7に
対する鉛直方向の断面積8とする。放電を支持する部分
が曲面を含む場合、その部分のアーク軸に対する鉛直方
向の断面積8が放電を支持する最も最小面積となる。こ
の時、計算値としてのE・jの値は最も大きくなり、光
束維持率は図2より最も不利な条件となる。
The sectional area S of the tip of the electrode supporting the discharge
[Mm 2 ] may be formed including a curved surface. This situation will be described with reference to FIG. 11 in which the electrode tip is spherical. In this case, the sectional area S of the electrode tip is the vertical sectional area 8 with respect to the discharge arc axis 7 of the portion where the electrode tip supports the discharge arc. When the portion supporting the discharge includes a curved surface, the cross-sectional area 8 of the portion in the vertical direction with respect to the arc axis is the minimum area supporting the discharge. At this time, the value of E · j as the calculated value becomes the largest, and the luminous flux maintenance ratio is the most disadvantageous condition as compared with FIG.

【0036】曲面を含んでおれば、実際の表面積9は少
なくとも鉛直方向の断面積8より大きくなり、光束維持
率も向上する方向に変化する。以上の理由により放電ア
ーク軸に対する鉛直方向の断面積を利用する。
If a curved surface is included, the actual surface area 9 becomes larger than at least the vertical cross-sectional area 8 and changes in the direction in which the luminous flux maintenance rate is improved. For the above reasons, the cross-sectional area in the vertical direction with respect to the discharge arc axis is used.

【0037】なお放電電極の各部断面積が、先端部から
発光管封止部までの間に先端部と異なる部分を具備させ
るには、図9のような電極コイル6を用いる方法の他
に、図12のような単一材料から成り、各部断面積の凹
凸は全て一体切削加工により形成されている電極でも良
い。
In order to provide a portion where the sectional area of each part of the discharge electrode is different from the tip portion from the tip portion to the arc tube sealing portion, in addition to the method using the electrode coil 6 as shown in FIG. An electrode made of a single material as shown in FIG. 12 and having all the concavities and convexities in the sectional area of each part may be formed by integral cutting.

【0038】(付記)電極先端部平均温度の測定方法 本測定方法は、特開平8ー152360号公報(特願平
6−295247号)「放射温度測定装置」および甲斐
と竹田による「メタルハライドランプの電極温度測定検
討」(1996年照明学会全国大会)で説明された方法
で、物体から発せられる任意の異なる二つの単色波長の
分光放射輝度比が物体の温度の関数になるという二色式
放射温度測定法の原理に基づいている。
(Supplementary Note) Method for Measuring Average Temperature of Electrode Tip Part This measuring method is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-152360 (Japanese Patent Application No. 6-295247), "Radiation Temperature Measuring Apparatus" and "Metal halide lamp by Kai and Takeda. In the method described in "Electrode Temperature Measurement Study" (1996 Annual Meeting of the Illuminating Engineering Institute of Japan), the two-color radiation temperature is obtained in which the spectral radiance ratio of any two different monochromatic wavelengths emitted from an object is a function of the temperature of the object. It is based on the principle of the measuring method.

【0039】しかし点灯中の電極はアーク放電の鞘の中
に埋もれた状態であるため、熱放射検出時にアーク放電
からの放射が混在し、パイロメータなど従来の方法では
正しく放射輝度を検出することが困難であった。そこで
電極からの熱放射をアーク放電からの放射と混在させな
いで検出するために、電極近傍部位の分光分布を高分解
能分光器(分解能0.01nm)を用いて測定すること
で、アーク放電からの放射が極めて少ない狭帯域な単色
二波長を見い出し、電極からの熱放射輝度をこの二波長
で測定した上でその輝度比から温度を求めた。
However, since the lit electrode is buried in the sheath of the arc discharge, radiation from the arc discharge is mixed when detecting thermal radiation, and the conventional method such as pyrometer can correctly detect radiance. It was difficult. Therefore, in order to detect the heat radiation from the electrode without mixing it with the radiation from the arc discharge, the spectral distribution in the vicinity of the electrode is measured using a high-resolution spectrometer (resolution 0.01 nm). The inventors found a narrow band monochromatic dual wavelength with very little radiation, measured the thermal radiation luminance from the electrodes at these two wavelengths, and determined the temperature from the luminance ratio.

【0040】発明の実施の形態の項で利用した電極先端
部平均温度は、上述した方法に基づき、電極からの熱放
射輝度を検出する手段として二次元受光器(CCDカメ
ラ)を用いて測定し、先端部の平均温度を算出したもの
である。
The average temperature at the tip of the electrode used in the embodiment of the present invention is measured by using a two-dimensional photodetector (CCD camera) as a means for detecting the thermal radiance from the electrode based on the method described above. , The average temperature at the tip.

【0041】[0041]

【発明の効果】発光管管壁の黒化は光束低下のみなら
ず、点灯中のランプ電圧の上昇や色温度変化等ランプ特
性を悪くする要因と相関があることも経験的に指摘され
ている。本発明により、点灯初期の管壁黒化が抑制され
ればランプ電圧の上昇や色温度変化を抑制することが可
能となり、ランプ長寿命化が実現する。
Empirically, it has been pointed out that the blackening of the arc tube wall is associated with not only a decrease in luminous flux but also a factor that deteriorates lamp characteristics such as an increase in lamp voltage and a change in color temperature during operation. . According to the present invention, if blackening of the tube wall at the beginning of lighting is suppressed, it is possible to suppress an increase in lamp voltage and a change in color temperature, thereby realizing a longer lamp life.

【0042】また本発明は、封入ハロゲン金属、および
ランプ電力の異なるランプに幅広く適用することが可能
であり、設計の自由度および開発効率を著しく増加させ
ることができる。
Further, the present invention can be widely applied to lamps having different enclosed halogen metals and lamp powers, and the degree of freedom of design and development efficiency can be significantly increased.

【0043】近年プロジェクタをはじめとするディスプ
レイ機器の基幹部品として光源が用いられるようになっ
てきており、本発明による高輝度で光束維持率の優れた
光源が搭載されることにより、その付加価値が大きく向
上する。
In recent years, a light source has been used as a main component of a display device such as a projector, and the added value of the light source having a high luminance and an excellent luminous flux maintenance ratio according to the present invention is added. Greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の発明の実施の形態におけるメタ
ルハライドランプの模式図
FIG. 1 is a schematic view of a metal halide lamp according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明に利用するE・jと光束維持率(点灯開
始100時間)との関係を表すグラフ
FIG. 2 is a graph showing a relationship between E · j used in the present invention and a luminous flux maintenance ratio (lighting start time of 100 hours).

【図3】本発明に利用するE・jと電極先端部平均温度
との関係を表すグラフ
FIG. 3 is a graph showing the relationship between E · j used in the present invention and the average temperature of the electrode tip.

【図4】本発明に利用する点灯時間と光束維持率との関
係を表すグラフ
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a lighting time and a luminous flux maintenance factor used in the present invention.

【図5】本発明に利用するE・jとランプ光束/電極間
距離との関係を表すグラフ
FIG. 5 is a graph showing the relationship between E · j and lamp luminous flux / distance between electrodes used in the present invention.

【図6】本発明に利用するE・jと光束維持率(点灯開
始100時間)およびランプ光束/電極間距離との関係
を表すグラフ
FIG. 6 is a graph showing the relationship between E · j used in the present invention, the luminous flux maintenance ratio (100 hours from the start of lighting), and the luminous flux / distance between electrodes.

【図7】本発明に利用する電極部平均温度と光束維持率
との関係を表すグラフ
FIG. 7 is a graph showing a relationship between an average temperature of an electrode portion used in the present invention and a luminous flux maintenance factor.

【図8】本発明に利用するE・jと電極先端部平均温度
との関係を表すグラフ
FIG. 8 is a graph showing the relationship between E · j used in the present invention and the average temperature of the electrode tip.

【図9】本発明の第2の発明の実施の形態におけるメタ
ルハライドランプ用放電電極の構造図
FIG. 9 is a structural view of a discharge electrode for a metal halide lamp according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明に利用する突出長と電極先端部平均温
度との関係を表すグラフ
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the protrusion length used in the present invention and the average temperature of the electrode tip.

【図11】本発明の第2の発明の実施の形態におけるメ
タルハライドランプ用放電電極の構造図
FIG. 11 is a structural diagram of a discharge electrode for a metal halide lamp according to a second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の発明の実施の形態におけるメ
タルハライドランプ用放電電極の構造図
FIG. 12 is a structural diagram of a discharge electrode for a metal halide lamp according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 放電電極 2 発光管 3 放電アーク 4 発光管封止部 5 電極軸 6 電極コイル 7 放電アーク軸 8 鉛直方向の断面積 9 表面積 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge electrode 2 Arc tube 3 Discharge arc 4 Arc tube sealing part 5 Electrode axis 6 Electrode coil 7 Discharge arc axis 8 Vertical cross-sectional area 9 Surface area

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発光管の内部に一対の放電電極を有し、水
銀と少なくとも1種以上のハロゲン化金属が封入された
メタルハライドランプであって、電極間距離d[m
m]、電極先端部断面積S[mm2]、安定点灯時のラ
ンプ電圧V[V]、ランプ電流I[A]なる場合、点灯
時、 70.0≦E・j≦150.0[V・A/mm3] (E:ランプ電界 E=V/d[V/mm]、 j:電流密度 j=I/S[A/mm2]) を満たしていることを特徴とするメタルハライドラン
プ。
1. A metal halide lamp having a pair of discharge electrodes inside an arc tube and in which mercury and at least one or more metal halides are enclosed, wherein a distance d [m
m], electrode tip cross-sectional area S [mm 2 ], lamp voltage V [V] during stable lighting, lamp current I [A], when lighting, 70.0 ≦ E · j ≦ 150.0 [V A / mm 3 ] (E: lamp electric field E = V / d [V / mm], j: current density j = I / S [A / mm 2 ]).
【請求項2】発光管の内部に一対の放電電極を有し、水
銀と少なくとも1種以上のハロゲン化金属が封入されて
いるメタルハライドランプであって、電極間距離d[m
m]、電極先端部断面積S[mm2]、電極先端部平均
温度T[K]、安定点灯時のランプ電圧V[V]、ラン
プ電流I[A]なる場合、点灯時、 70.0≦E・j≦150.0[V・A/mm3] (E:ランプ電界 E=V/d[V/mm] j:電流密度 j=I/S[A/mm2]) を満たし、かつ2300≦T≦2700[K]を満たし
ていることを特徴とするメタルハライドランプ。
2. A metal halide lamp which has a pair of discharge electrodes inside an arc tube and in which mercury and at least one or more metal halides are sealed, wherein a distance between the electrodes is d [m
m], electrode tip cross-sectional area S [mm 2 ], electrode tip average temperature T [K], lamp voltage V [V] during stable lighting, lamp current I [A], when lighting, 70.0 ≦ E · j ≦ 150.0 [VA / mm 3 ] (E: lamp electric field E = V / d [V / mm] j: current density j = I / S [A / mm 2 ]) And a metal halide lamp satisfying 2300 ≦ T ≦ 2700 [K].
【請求項3】放電電極の各部断面積が、先端部から発光
管封止部までの間に先端部と異なる部分を有しているこ
とを特徴とする請求項2記載のメタルハライドランプ。
3. The metal halide lamp according to claim 2, wherein the cross-sectional area of each part of the discharge electrode has a portion different from the tip portion between the tip portion and the arc tube sealing portion.
【請求項4】放電を支持する電極先端部断面積S[mm
2]が、曲面を含んで形成されていることを特徴とする
請求項2記載のメタルハライドランプ。
4. A sectional area S [mm
The metal halide lamp according to claim 2, wherein [ 2 ] is formed including a curved surface.
【請求項5】放電電極が単一材料から成り、各部断面積
の凹凸は全て一体切削加工により形成されていることを
特徴とする請求項3記載のメタルハライドランプ。
5. The metal halide lamp according to claim 3, wherein the discharge electrode is made of a single material, and all the irregularities in the sectional area of each part are formed by integral cutting.
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DE69729992T DE69729992T2 (en) 1996-09-06 1997-09-05 Metal halide lamp and device for controlling the temperature thereof
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7242144B2 (en) 2001-09-27 2007-07-10 Harison Toshiba Lighting Corp. High-pressure discharge lamp, high-pressure discharge lamp lighting device and automotive headlamp apparatus

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