CN1171270C - 高压水银放电灯及具有该高压水银放电灯的灯单元 - Google Patents

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Abstract

一种高压水银放电灯(100)，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，实质上由石英玻璃形成的发光管(10)；配置在发光管(10)内，且实质上由钨形成的电极(12)，其中上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，其卤素的摩尔数，大于具有与卤素结合的性质且存在于发光管(10)内的金属元素(但是，除钨及水银外)的合计摩尔数，与在点灯时从电极(12)蒸发出而存在于发光管内的钨的摩尔数之和。

Description

高压水银放电灯及具有该高压水银放电灯的灯单元
技术领域
本发明涉及一种高压水银放电灯、灯单元及高压水银放电灯的制造方法及灯泡。特别涉及一般照明、及与反射镜组合起来而应用于液晶投影器及投射型液晶电视的高压水银放电灯(以下也称高压放电灯)。
背景技术
已往的高压放电灯，举例来说，有特开平2-18561号公报、专利2980882号公报提示的高压水银蒸气放电灯。图13所示的模式图，显示了这些公报的高压放电灯的结构。以下，参照图13，说明已往的高压放电灯1000。
灯1000，其包括：石英玻璃构成的发光管(灯泡)110、及一对与发光灯110两端连接的密封部120。发光管110的内部(放电空间)，有一对钨制的钨电极(W电极)112，以一定的间隔相对配置，而该钨电极112的一端，与密封部120内的钼箔124焊接，W电极112及Mo箔124则电气连接。而Mo箔124的一端，与钼制的外部引线(Mo棒)130连接。
在上述特开平2-18561号公报中公开了，在与图13所示的结构相同的结构下，将稀有气体、200mg/cc以上的水银118以及10-3～10-1μmol/cc的范围内的卤素封入在发光管110内，形成以100W/cm2以上的管壁负荷来动作的高压放电灯。
在特开平2-18561号公报内记载着，如果将管壁负荷提高到100W/cm2以上，就能提高最冷点温度(最低温度)，因此在将200mg/cc以上的水银封入时，发光管110内的压力会增高，特别是红色领域的连续光谱会增加，可改善显色性。另外，还记载着，之所以封入卤素，是因为防止发光管110的黑化，至于为何将卤素的封入量规定在10-3～10-1μmol/cc，则没有记载明确的理由。
另一方面，在专利2980882号公报中公开了，在与图13所示的结构相同的结构下，将稀有气体、160mg/cc以上的水银118以及2×10-1～7μmol/cc的范围内的卤素，封入在发光管110内，以80W/cm2以上的管壁负荷来动作的高压放电灯。
在专利2980882号公报中，推论了：在以80W/cm2以上的管壁负荷来动作时，由于发光管110的温度升高，石英玻璃的吸收波长带会向长波长方向偏移，因此波长185nm的水银-稀有气体激光(Excimer：封入160mg/cc以上的水银118时，在高压水银蒸气与稀有气体的混合气体中放电而产生的光线)容易被吸收，而导致石英玻璃急剧地白浊，失去透明性。并且还有以下的记载：吸收短波长紫外线的石英玻璃会释出Si或SiO，附着在电极112的前端，使钨的融点下降，由此造成电极112的变形和钨的管壁黑化。
在专利2980882号公报中提到：对于上述的课题，封入2×10-1μmol/cc以上的卤素，利用该卤素来吸收激光，由此防止石英玻璃的白浊和失去透明性。并且也提到：因为防止电极112的变形，所以限制封入量在7μmol/cc以内。还提到：为了抑制白浊的成长，提出石英玻璃的内表面(深度在0.2mm的范围内)的平均OH浓度，必须在20ppm以下。
另外在该公报中提到：点亮的发光管110内面附着的碳元素，会吸收紫外线，结果将促进石英玻璃的白浊、失去透明性。因此在将卤素封入在发光管110内时，不是用卤素的含有碳元素的化合物(如CH2Br2等)的形态，而是用例如溴化氢(HBr)的形态。还提到：石英玻璃中的铝及碱性金属(钠、钙、锂)的比率愈高，玻璃的黏度会愈高，因此白浊失去透明(SiO2的结晶成长)速度也会降低。该公报中指出，由于上述的规格，能实现其寿命具有液晶投影器必需的2000小时左右的高压放电灯。
已往的高压放电灯1000，如上述公报所述，以卤素来防止发光管110的黑化及白浊、失去透明性。
本案发明人，根据上述公报所示的技术及规格，对各种含有卤素的高压放电灯进行多次的试作，并且将试作的灯具与反射镜组装进行寿命试验，由此对液晶投影器等的屏幕照度变化进行了调查。调查显示，在经过几十个小时到几百个小时左右的点灯时间后，屏幕照度有了明显地降低。特别是特开平2-18561号公报的实施形态中没提到的50W以上的高输出灯，照度降低程度相当严重。另外，该调查还显示：这些已往的灯，随着点灯时间增长放电起始电压也随之提高，故愈来愈难以点灯。
本案发明人，进行详细观察这些灯泡后，得到了以下的见解：在点灯开始不久的阶段，发光管110的内面就附着电极112的钨变黑(黑化)了，接着该黑化现象快速地发展，使得发光管110的透光率明显地下降，因此造成发光管110内发出的光量下降。这项观察的结果，意味着即使将发光管110封入卤素，仅靠上述公报提示的技术及规格，也不能完全防止发光管110的黑化及白浊、失去透明。因此，如采用上述公报提示的已往的灯泡1000，在点亮后，其光输出将会很快地下降。
对放大投射个人电脑的画面等用的液晶投影器(所谓数据投影器dataprojector)而言，采用这类已往的灯泡1000，一般认为该灯泡的短寿命，并不会造成太大的问题。其理由为：在这类用途绝大部份是应用在公司、学校等的会议中，向不特定的多数人进行短时间的使用，因此实际上很少需要频繁地更换电泡，对使用者不会造成负担。
但是，如果将已往的灯泡1000应用于一般家庭用电视(投影电视)的话，已往的灯泡1000的短寿命，将会造成相当大的问题。也就是说，如以数据广播为代表，目前一般家庭已经可以收视几十个频道，对包括：在大画面电视上的多分割画面的收视、及除画面以外的字幕资讯显示等的需求愈来愈高。为了满足这些需求，虽然已经展开正式开发可容易显示大画面的数据投影器应用于一般家庭用的电视(数据投影器)，可是在这种用途中，一天的电视开机时间达到几小时，必然会比数据投影器用途的点灯时间长。还有，灯泡更换动作必须得根本不需要，或尽量少。为了答应这些要求，该灯泡的使用寿命应该至少从5000小时到10000小时以上。但是，如果采用已往的灯泡1000，根本无法达成投影型液晶电视等所要求的5000小时到10000小时以上的灯泡寿命。
发明内容
本发明是鉴于所述诸问题而产生的，其主要目的在于提供一种长寿命的高压放电灯。
本发明的第1种高压放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且实质上由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且实质上由钨形成的电极；其中：上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，上述卤素的摩尔数，大于具有与上述卤素结合的性质且存在于上述发光管内的各种金属元素(但是，除钨及水银外)的合计摩尔数，与点灯时从上述电极蒸发出而存在于上述发光管内的上述钨的摩尔数之和。
当上述各种金属元素(但是，除钨及水银外)设为Mi、该金属元素Mi的摩尔数为mi、及上述金属元素Mi的化学反应计量系数为ni时，上述卤素的上述摩尔数，大于上述各金属元素Mi的上述摩尔数mi与上述化学反应计量系数ni之乘积之总和(∑(mi×ni))、和上述钨的上述摩尔数之和。
本发明的第2种高压放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且实质上由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且实质上由钨形成的电极；其中：上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，在将被封在上述发光管内的卤素设为X、上述卤素X的摩尔数为N、具有与上述卤素X结合的性质而存在于该发光管内的各种金属元素设为Mi、该金属元素Mi的摩尔数为mi、上述金属元素Mi的化学反应计量学系数为ni、以及钨设为W的情况下，当下式(I)的化学反应的平衡常数为Ki(Mi+niX→MiXni  式(I))时，当下式(II)的化学反应的平衡常数为Kw( 式(II))时，被封在上述发光管内的卤素X的摩尔数N，大于以下两者的总和：具有平衡常数在Kw以上的平衡常数Ki的各金属元素Mi的合计摩尔数、和在点灯时从上述电极蒸发而存在于该发光管内的W摩尔数。
最好上述卤素X的上述摩尔数N，大于以下两者的总和：上述平衡常数Ki在上述平衡常数Kw以上的上述各金属元素Mi的摩尔数mi与上述化学反应计量系数ni的乘积之总和(∑(mi×ni))；和上述钨的上述摩尔数。
在一个实施方式中，上述金属元素至少是从钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铯(Cs)、铷(Rb)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(In)中自由选择出来的一种。
最好上述发光管内所含的氢(H)的含量(体积百分比)在0.15以下。
最好上述发光管外侧的拉伸应力在100psi以下，上述发光管内侧的压缩应力在100psi以下。
本发明的第3种高压放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且实质上由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且实质上由钨形成的电极；其中：上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，封入在上述发光管内的卤素的摩尔数，大于以下两者的总和：存在于上述发光管内的钠(Na)、钾(K)及锂(Li)的合计摩尔数；和在点灯时从上述电极蒸发而存在于上述发光管内的上述钨的摩尔数。
最好上述卤素的摩尔数大于以下两者的总和：存在于上述发光管内的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、铯(Cs)及铷(Rb)的合计摩尔数和上述钨的摩尔数。
本发明的第4种高压放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素有水银，并且实质上由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且实质上由钨形成的电极，其中：上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，封入在上述卤素的摩尔数大于以下两者的总和：存在于该发光管内且形成一价卤化合物的金属元素的合计摩尔数和在点灯时从上述电极蒸发出而存在于该发光管内的上述钨的摩尔数。
本发明的第5种高压放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体及卤素，并且实质上由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且实质上由钨形成的电极，其中：上述电极所含的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的含量都分别在1ppm以下。
最好上述发光管中的上述石英玻璃所含的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的含量都分别在1ppm以下。
最好封入在上述发光管内的卤素的摩尔数，大于上述电极所含的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的合计摩尔数。
最好封入在上述发光管内的卤素摩尔数为，上述电极所含的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的上述合计摩尔数的5倍以上。
最好上述电极所含的铬(Cr)、铁(Fe)、及镍(Ni)的含量在3ppm以下。
最好封入在上述发光管内的卤素的摩尔数大于上述电极所含的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)的合计摩尔数。
最好封入在上述发光管内的卤素的摩尔数为，上述电极所含的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)的上述合计摩尔数的5倍以上。
本发明的第6种高压放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体及卤素，并且实质上由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且实质上由钨形成的电极，其中：上述发光管的上述石英玻璃所含的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的含量分别在1ppm以下。
最好上述发光管内的氢(H)的含量(体积百分比)在0.15以下。
最好上述发光管的外侧的拉伸应力在100psi以下，上述发光管的内侧的压缩应力在100psi以下。
最好上述发光管中的上述石英玻璃的氢氧基(OH)含量在5ppm以下。
最好封入在上述发光管内的卤素量在100μmol/cm3以下。
在一个实施方式中，封入在上述发光管内的卤素至少是溴(Br)或碘(I)中的一种。
最好上述的发光管的管壁负荷在80W/cm2以上。
在一个实施方式中，上述发光管内又封入了水银(Hg)。
最好封入在上述发光管内的上述水银(Hg)量，在150mg/cm3到300mg/cm3的范围内，而点灯时的水银蒸气压，在15Mpa到30Mpa的范围内。
本发明的灯单元，包括：上述放电灯，和反射从上述放电灯发出的光的反射镜。
本发明的高压放电灯的制造方法，是包括：其管内至少封入了稀有气体及卤素，并实质上由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且实质上由钨形成的电极的的高压放电灯的制造方法，其中：包括；制成高压放电灯的形状而得到灯状成品，然后消除该灯形状制成品的残余应变的工序。
在一个实施方式中，上述消除残余应变的工序，包括：在1000℃到1100℃的高温条件下将上述灯状成品保持一个小时以上。
最好上述在高温条件下保持的工序，进行100个小时以上。
本发明的电灯泡，包括：其管内至少封入了稀有气体及卤素的灯泡；连接了配置在上述灯泡内的一对内部导线，并且实质上由钨形成的灯丝，其中：上述卤素的摩尔数大于以下两者之和：具有与上述卤素结合性质而存在于该灯泡内的金属元素(但是，钨及水银元素除外)的合计摩尔数；和上述灯丝在点灯时蒸发出而存在于该发光管内的上述钨之摩尔数。
依照本发明，卤素的摩尔数大于存在于发光管内的金属元素(但是，除了钨及水银元素以外)的合计摩尔数、和灯工作时从电极蒸发出而存在于发光管内的钨的摩尔数的两者之和，故能防止发光管黑化。结果，能提供一种寿命很长的高压放电灯。故能提供一种即使在已往技术的放电灯寿命早已结束这样的输出力很高的条件下，也能使用的寿命很长(例如，5000个小时到10000个小时以上)的高压放电灯。
附图说明
下面简要说明附图。
图1模式化地显示本发明的实施方式有关的高压放电灯100的结构的剖面图。
图2用以显示各种金属元素与卤素之间的化学反应的自由能变化(ΔG)与温度(K)之间的关系的表。
图3A到图3C是显示灯100的发光光谱(放射强度)的表。
图4A到图4C，是已往的灯1000的发光光谱(放射强度)的表。
图5是发光管10的周围的放大图。
图6是显示本发明的实施方式所涉及的灯的寿命特性的表。
图7是用以说明本发明的实施方式所涉及的制造方法的流程图。
图8是用以说明灯的制造工序的工序剖面图。
图9是显示热处理时间(小时)及氢含量(任意刻度)之间的关系的表。
图10模式化地显示灯单元500的结构的剖面图。
图11模式化地显示电灯泡200的结构的剖面图。
图12模式化地显示电灯泡300的结构的剖面图。
图13是模式化地显示已往的高压放电灯1000的结构的剖面图。
图14A及图14B是模式化地显示点灯时的发光管的放大图。
实施本发明的最佳方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
在说明本发明的实施方式之前，首先说明高压放电灯的发光管黑化的机构。关于封入卤素的高压放电灯产生黑化的机构，目前为止还没能完全解释清楚，而经过种种试验、根据化学反应计量系数的解析，本申请发明人推论出了如下的黑化之机构。
图14模式化地显示点灯时的发光管的放大图。如图14A所示，在灯工作时，从处在接近融点的高温状态的电极112的前端部分(该前端接触着数千度以上的高温电弧)，有钨(W)蒸发。蒸发了的钨，沿着图中的箭头方向，通过高温放电电弧的周围，向一般处在数百℃到千数百℃温度状态的发光管110的内壁移动。在此移动的过程中，如果蒸发的钨(W)与卤素(X)结合而成为卤化钨(WX)，便不会附着在点灯时温度达到几百℃以上的高温的发光管110的内壁上：这是因为该卤化钨，在点灯温度下非常容易蒸发，即使卤化钨附着在发光管110内侧，也很容易地能发光管110内侧蒸离。
但是，如图14B所示，如果除了蒸发的钨(W)以外，在发光管内110还存在其他金属元素(M)，卤素(X)就会在与钨(W)结合之前，先与该金属元素(M)结合，形成该金属元素的卤化物(MX)。这是因为除了水银之外的几乎所有的金属元素与卤素的化学反应平衡常数，在发光管110内的温度范围(特别是从电弧周围的二千～三千℃，直到发光管110内的数百℃之温度范围)内，比钨与卤素间的化学反应平衡常数大。这意味着，在钨(W)、金属元素(M)及卤素(X)混合在一起的情况下，金属元素(M)及卤素(X)先会起反应。因此，封入发光管110的卤素当中，对金属元素与卤素反应不需要而剩下来的卤素，才会与钨进行反应。因此，当发光管110内存在的金属元素数量大于卤素的数量时，就没有能与蒸发的钨进行反应的游离卤素，因此钨会直接以蒸发的形态，直接移动到发光管110的内壁而附着，结果便导致了该部位的黑化。
由以上可得知，在由于某种原因致使金属元素(M)混入发光管110内时，即使封入上述公报所述的卤素量，也不能完全防止发光管110的黑化。因此，为了解决这个问题，本发明使发光管内封入的卤素(X)的摩尔数，大于金属元素(M)的合计摩尔数、和点灯时蒸发的钨(W)的两者摩尔数之和。由此一来，从电极蒸发的钨(W)，能够完全与卤素(X)结合，形成卤化钨(WX)，结果便可防止钨(W)附着于发光管内壁。有鉴于此，本发明能够防止高压放电灯的发光管黑化，因此可提供其寿命比已往技术的更长的高压放电灯。
以下根据图示，具体对本发明的形态进行说明。另外，以下的实施形态都属于范例，并非是本发明在实施上的限制。
(第1实施方式)
以下将参照图1到图7，说明本发明的第1实施方式。
首先，图1模式化地显示本实施方式所涉及的高压放电灯100的结构。放电灯100，包括：发光管10，其实质上由石英玻璃制造；及电极12，被配置在发光管10内，实质上由钨制造。在发光管10内，至少封入了稀有气体及卤素，而封入发光管10内的卤素摩尔数，大于包括：具有与前述卤素结合的性质而存在于该发光管10内的金属元素(但是，钨及水银元素除外)的合计摩尔数、在点灯时从上述电极12蒸发出而存在于该发光管10内的钨两者摩尔数之和。
在本实施方式中，在灯100的发光管10的两端，连接有一对密封部20，用以保持发光管10内部(放电空间)的气密。发光管10内的一对电极(W电极)12，以一定的间隔相对配置：举例来说，发光管12的前端间隔距离(电极间距离)配置成1.5mm左右。另外，还可以使电极12前端成为线圈状结构，以便下降灯工作时的电极前端的温度。
发光管10的内容积(放电空间的容量)，约为0.2cc(约0.2cm3)，发光管10的内部则封入了包括：约30mg的水银18(单位发光管内容积的水银量：约150mg/cc)、在室温下约20KPa的氩气(未示)及约60Pa的CH2Br2(未示)。另外，发光管10的外径约为13mm，发光管10的玻璃厚度约为3mm。
配置在发光管10内的电极12的一端，与密封部20内的金属箔(例如：钼箔)24焊接在一起，由此使电极12及金属箔24相互电气连接。金属箔24的一端，则与由钼制的外部引线(Mo棒)30做电气连接。
本实施方式的高压放电灯100，封入的卤素摩尔数大于包括：除了钨及水银以外的金属元素的合计摩尔数、及点灯时从电极12蒸发的钨的两者摩尔数之和。以下说明为何上述结构的防止发光管10黑化的效果，能够优于已往技术。
水银(Hg)以外的几乎所有金属元素，其与卤素之间的化学反应平衡常数，都大于钨与卤素的化学反应平衡常数，因此比钨与卤素的化学反应，金属元素(Hg除外)与卤素之间的化学反应更容易发生。图2是以温度函数来显示各种金属元素与卤素之间的化学反应平衡常数K的表。在图2中，显示以包括：钨(W)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)及水银(Hg)为对象，这些元素与卤素的溴(Br)进行反应时的化学反应平衡常数K，与温度之间的关系。
补充一下，在图2中，为了便于理解平衡常数K，在制图时将与平衡常数K呈对数关系的吉布斯(Gibbs)自由能变化(ΔG＝-RTln(K))为纵轴，温度T(绝对温度)为横轴。其中，ΔG＝-RTln(K)公式中的R，代表气体常数。另外，温度T的范围，与发光管10内的温度相对应。图2所示的平衡常数，根据美国的National Technical Information Service出版的《Thermodynamic Properties of Elements and Oxides》及《Thermodynamic Properties of Halides》所记载的热力学资料，计算出来的结果。
从图2可知，除水银(Hg)之外，锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)，分别与卤素的溴(Br)进行反应时的自由能变化(ΔG)，在从发光管10内的电弧周边部位的2000～3000℃，到发光管内面附近的数百℃的范围内，比钨与溴反应时的反应化学自由能变化(ΔG)小。自由能变化(ΔG)值愈小(负值的数字愈大，即愈在纵轴下方)，代表该反应愈容易发生，因此可以看到比钨与溴的反应，水银以外的金属元素，更容易与溴发生反应。另一方面，对于水银与溴的反应，其自由能变化(ΔG＝-RTln(K))比较大，故水银与溴之间的反应不容易发生。并且，这样的倾向，同样可由自由能变化(ΔG＝-RTln(K))求出平衡常数时，水银以外的金属元素(例如：锂(Li))与溴的化学反应平衡常数，比钨与溴反应时的化学段应平衡常数大而得知。
由以上可知，在灯工作时，如果除了电极的前端(其前端接触到数千度以上的高温电弧)因为处在接近融点的高温状态下而蒸发出来的钨以外，还有其他金属元素(但，除水银以外)，经过2000℃～3000℃的放电电弧的周围，卤素向发光管(一般该部分处于数百℃到千数百℃的温度下)的内壁移动时，它在与钨结合之前，先会与该金属元素结合。
但是，使水银以外而存在于发光管内的金属元素量(当然，也不包括配置在发光管10内的固体电极的钨)比封入的卤素量还少，由此能够不断地确保与从电极12蒸发出来的钨进行反应。
根据化学平衡理论的一般说法，假设封入发光管10内的卤素为X，该卤素X的摩尔数为N，而具有与卤素X结合的性质且存在于发光管内的各种金属元素为Mi(例如：Li、Na、K等)，该金属元素Mi的摩尔数为mi、化学反应计量系数为ni(如为Li、Na、K时为“1”)，并且钨为W的情况下，
当下式(I)化学反应的平衡常数为Ki时，
                  式(I)
当下式(II)的化学反应之平衡常数为Kw时，
                        式(II)
当包括：具有平衡常数Ki在平衡常数Kw以上的各金属元素Mi(此外，不包含平衡常数Kw＝平衡常数Ki的钨元素)的合计摩尔数、及在点灯时从电极12蒸发而存在于该发光管10内的钨的两者摩尔数的和，低于从发光管10内封入了的卤素X的摩尔数N时，将可不断地确保与从电极12蒸发的钨W反应的卤素。另外，即使所具有的平衡常数Ki低于上式(I)及(II)中的平衡常数Kw的金属元素Mi(例如：水银)存在于发光管10内，也明显不会对钨与卤素之间的反应造成实际上的阻碍(参照图2)，因此对于平衡常数Ki低于平衡常数Kw的金属元素Mi，实际上可以忽视其存在。
补充一下，在卤素与金属元素结合而产生金属卤化物时，例如：如在下式(III)所示的Fe与Br结合时那样，有时会有1个Fe元素与2个Br元素，形成2价的卤化物的情况(相当于式(I)中的ni为2时)。
(“2”为化学反应计量系数)    式(III)在此情况下，例如有1摩尔的Fe存在于发光管内时，为了确保电极蒸发出来的钨能与卤素结合，封入的卤素量，最好为Fe的摩尔数乘上其卤化物的价数的数量(化学反应计量系数)、即2价以上。根据化学平衡的一般说法，最好对于具有平衡常数Ki大于平衡常数Kw的各金属元素Mi，其摩尔数mi与化学反应计量系数ni的乘积之总和(该总和表示∑(mi×ni))，与钨的摩尔数的总和，低于封入的卤素X摩尔数N。即，在封入卤素时，最好满足N＞(∑(mi×ni)+蒸发钨的摩尔数)的关系。
但是，通过试验，本申请发明人确认了：与产生1价卤化物的碱金属(Li、Na、K等)相比，由于产生2价及3价的卤化物之金属(如Fe等)，有必要同时与多个卤素结合，因此即使其产生卤化物的化学反应平衡常数Ki，大于钨与卤素之间化学反应的平衡常数Kw，产生2价或3价卤化物的反应比产生1价卤化物的反应难以发生。因此，卤素的封入量，也可以仅需大于各金属的总摩尔数(∑(mi))与蒸发钨的摩尔数之和。
另外，产生1价卤化物的金属元素(例如：Li、Na、K等的碱性金属)，在与卤素反应时，仅会与1个卤素进行反应，形成稳定的1价卤化物。为此，能够产生1价卤化物的金属元素，与其他金属相比，非常容易与卤素反应，它是最能阻碍钨，且与卤素反应的金属。因此，如果能将比包括：能产生1价卤化物的金属元素的合计摩尔数与蒸发了的钨的摩尔数的两者摩尔数之和，更多摩尔的卤素封入发光管10内，实际上在点灯时便能够确保由电极12蒸发出来的钨，会与卤素结合，由此可以防止钨附着在发光管10内壁上。
具体而言，发光管10内封入的卤素摩尔数，能够多于以下金属元素的合计摩尔数和蒸发钨的摩尔数的两者之和就可以了：即除了钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、铯(Cs)、铷(Rb)等的碱金属外，最好再加上铟(In)、铊(Tl)、镓(Ga)、银(Ag)会产生一价卤化物的金属元素。
补充一下，在工作时的钨电极的最高温度(前端部)，通常约在3000℃～约3400℃之间，相对于该温度的钨饱和蒸气压，大约在10-3Pa～1Pa左右，因此可以推论由电极12蒸发出来的钨，在发光管10内漂移的预估摩尔数，极为少量。因此，相对于卤素及金属元素的量，蒸发而存在于发光管10内的钨量(蒸发钨的摩尔数)，多半可以加以忽视。
再参照图1。本实施方式的放电灯100中，已尽力减少存在于发光管10内的金属元素量，以便使封入发光管10内的卤素摩尔数，能够大于包括：存在于发光管10内的金属元素(但是，除了钨元素及水银元素外)的合计摩尔数及蒸发钨的摩尔数的两者之和。具体而言，与已往的高压放电灯1000的结构相比，本实施方式的放电灯100中，其中构成发光管10的石英玻璃所含的杂质量，及电极12所含的杂质量都抑制到极少。
下表1中，对本实施方式的高压放电灯100的石英玻璃所含的杂质量(ppm)、及已往的高压放电灯1000的石英玻璃所含的杂质量(ppm)，进行比较。下表2中，则比较两者钨电极本所含的杂质量(ppm)。另外，表中的杂质量(ppm)，所示的是重量百万分率(重量ppm)。
                            表1                                                   单位：ppm
    Al   Li   Ca   K   Na   Cr   Fe   Ni
灯100的石英玻璃灯1000的石英玻璃     514   0.031.2   0.60.6   0.140.8   0.322.6   --   0.20.25   --
                            表2                                                                单位：ppm
  Al     Li     Ca     K     Na     Cr     Fe     Ni
  灯100的钨灯1000的钨   ＜0.1＜0.1     0.10.1     0.30.3     0.75.5     0.20.4     0.22.4     0.96.5     0.10.5
从上述表1及表2得知，在本实施方式的高压放电灯100的石英玻璃及钨电极中，所含有的杂质量都比已往的高压放电灯1000少。另外，在表3～表6中显示其他金属含量(含有率)的分析结果，用以显示在本实施方式的高压放电灯100及已往的高压放电灯1000的石英玻璃及钨电极中分别含有的杂质量(ppm)。
                                                (以下余白)
                                表3
            灯100石英玻璃的金属含有量的分析结果                                单位：ppm
 Li    Na    K   Li+Na+K  Cr     Fe    Ni   Cr+Fe+Ni     Al
样品1样品2样品3样品4样品5样品6样品7样品8  0.03  0.27  0.170.06  0.55  0.190.03  0.32  0.140.19  0.17  0.080.19  0.16  0.070.18  0.12  0.090.04  0.52  0.010.04  0.66  0.08     0.470.800.490.440.420.390.570.78  0.02   0.57  0.020.07   0.35  0.11＜0.01 0.20  ＜0.01＜0.01 0.20  ＜0.01＜0.01 0.18  ＜0.010.02   0.21  ＜0.010.41  0.010.01   0.16  ＜0.01     0.610.530.200.200.180.230.420.17     51076.66.38.75.14.7
最高最小  0.19  0.66  0.190.03  0.12  0.01     0.800.39  0.07   0.57  0.110.01   0.16  0.01     0.610.17     104.7
平均  0.10  0.35  0.10     0.55  0.03   0.29  0.05     0.32     6.68
                            表4
        灯100钨电极的金属含有量的分析结果                        单位：ppm
    Li     Na      K   Li+Na+K     Cr     Fe    Ni  Cr+Fe+Ni
样品9样品10样品11样品12样品13样品14          ＜0.2  ＜0.2＜0.2  ＜0.20.2  ＜0.2＜0.2  ＜0.20.2    0.3＜0.2    0.5    0.2 0.20.50.7     0.4    1.7  ＜0.20.5    2.5    0.20.2    1.3    0.2＜0.2    1.6  ＜0.2＜0.2    1.0  ＜0.2     2.13.21.71.61.0
最高最小     0.0    0.5    0.30.0    0.2    0.2     0.70.2     0.5    2.5    0.20.2    1.0    0.2     3.21.0
平均            0.3    0.3     0.5     0.4    1.6    0.2     1.9
                                表5
            灯1000石英玻璃的金属含有量的分析结果                单位：ppm
Li    Na    K   Li+Na+K   Cr   Fe     Ni   Cr+Fe+Ni     Al
样品15样品16样品17样品18样品19样品20 0.17  0.99  0.620.18  0.85  0.510.33  0.65  0.820.17  0.59  0.750.42  0.62  0.360.46  0.58  0.79     1.781.541.801.511.401.83  0.02  0.42   0.060.01  0.42   0.040.02  0.34   0.030.02  0.34   0.010.08 ＜0.010.01  0.13 ＜0.01     0.500.470.390.370.080.14     151618121513
最高最小 0.46  0.99  0.820.17  0.58  0.36     1.831.40  0.02  0.42   0.060.01  0.08   0.01     0.500.08     1812
平均 0.29  0.71  0.64     1.64  0.02  0.29   0.04     0.33     14.83
                                        表6
                灯100钨电极的金属含有量的分析结果                    单位：ppm
  Li     Na     K   Li+Na+K     Cr     Fe     Ni  Cr+Fe+Ni
样品9 ＜0.2    0.4    4.5     4.9     2.4    6.5    0.5     9.4
平均          0.4    4.5     4.9     2.4    6.5    0.5     9.4
从上述表3～表6得知，本实施方式的高压放电灯100的结构为：它的石英玻璃及钨电极中的杂质量都比已往的高压放电灯1000的少。
令人惊讶的是，尽可抑制发光管内的杂质(例如碱金属)含量的本实施方式的灯100，它即使在额定电力150W(相当于管壁负荷约85W/cm2)的高电力下点灯，在5000小时乃至于8000小时的极长的时间内，管壁并未发生黑化。如果将灯100的石英玻璃及钨电极所含的杂质量，调整成已往的灯1000的杂质量后，在额定电力150W进行点灯，结果仅仅1个小时，管壁便产生黑化。本实施方式的灯100，由于在极长的时间内不会产生管壁黑化，因此即使超过约8000小时后，仍不会未显示任何实质上的变化，并且具有已往技术还没能达成的极长使用寿命。
本实施形态的灯100，结构上包括了其杂质量比已往的灯1000较低的石英玻璃及钨电极，由此使封入发光管10内的溴(Br)摩尔数，大于包括：存在于发光管10内的杂质(例如：碱金属)的合计摩尔数、与从电极12蒸发了的钨的摩尔数两者之和。结果，使电极12蒸发出来的钨再度回到电极12的进行卤素输送循环的溴元素Br，在灯工作时与石英玻璃及钨电极释出的杂质结合的机会变少，因此过很长时间管壁也不会黑化。
另一方面，在以往的灯1000中的发光管内，除了钨以外，还含有过量的能与溴Br结合的金属元素，这些金属将会夺走钨与溴结合的机会。因此，蒸发了的钨不能全部经由卤素输送循环而回到电极，因此会有附着在管壁上的卤素。结果，过较短时间，便会产生管壁黑化的现象。
作为会与溴结合的杂质，特别是包括：钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)。其理由在于，在产生黑化的灯(已往的灯1000)中，经常可以观察到由钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)产生的相对较强的发光(参照后述的图4)，并且在变黑的发光管附着物中，检测出了钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)或镍(Ni)。在图3A到图3C中，显示本实施方式的灯100的发光光谱(放射强度)，在图4A到4C中，显示已往的灯1000的发光光谱(放射强度)。从图3及图4得知，在灯100中，没有实际观察到钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的发光，可是在已往的灯1000中，则可观察到钠(Na)、锂(Li)、及钾(K)产生的相对较强的发光。
因此，也可以说，本实施形态的灯100由其含有的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)的含量在一定水准以下的石英玻璃及钨电极构成。
具体而言，在构成发光管10(及密封部20)的石英玻璃中，其所含的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)的合计量，在已往的灯1000的石英玻璃所含有的水平以下(参照表1及表5)，举例来说约在2ppm以下。更具体来说，由于典型的石英玻璃的铬(Ca)、铁(Fe)及镍(Ni)含量(含有率)相当小，因此本实施形态的灯100中，只要其构成发光管10的石英玻璃所含的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、及钙(Ca)的合计量约在2ppm以下即可。
另外，由钨制造的电极12所含的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)的合计量，在已往的灯1000的水平(参照表2及表6)以下，即约在15ppm以下。
补充一下，在本实施方式的灯100中，构成发光管10(及密封部20)的石英玻璃中，其所含的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的合计量，最好在约2ppm(该值相当于已往的灯1000的石英玻璃中的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的合计量)以下，约在1ppm以下更好。其理由在于：钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)具有在可见光波长域内有发光光谱(参照图4)，因此这些杂质(碱金属)，不仅与卤素结合，破坏钨的卤素输送循环的完整性，而且还会对放电灯的发光色带来不良的影响。
更详细地说，例如，钠(Na)具有在波长589nm附近的发光特性，会使放电灯的发色呈黄色。并且，很遗憾的是，如图4A～图4C所示那样，即使仅有几ppm的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)在石英玻璃中存在，其激励能级仅为2～3eV，很低，所以会产生较强的发光。如果将钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的量抑制在1ppm以下，便能够使其发光强度较低，也能够使它们几乎不会对灯色造成影响(参照图3)。
由于与石英玻璃相同的理由，在本实施形态的灯100中，形成电极12的钨所含的钠(Na)、钾(K)、及锂(Li)的合计量，最好约在5ppm以下，在1ppm以下更好。
另外，在本实施形态的灯100中，形成电极12的钨所含的铬(Cr)、铁(Fe)、及镍(Ni)的合计量，最好约在10ppm以下，在3ppm以下更好。其理由在于：铬(Cr)、铁(Fe)、及镍(Ni)的卤化物非常难以蒸发，假如在灯工作中，与发光管10内释出的溴(卤素)结合，它立刻会附着在管壁，并且不会再蒸发。也就是说，铬(Cr)、铁(Fe)、及镍(Ni)的释出，立刻会产生管壁黑化，在极短的时间内耗尽放电灯的使用寿命。基于这个观点，铬(Cr)、铁(Fe)、及镍(Ni)的容许上限值，愈小愈好。但是，基于实用的观点，经过本申请发明人的试验确认，上述上限值约在3ppm就可以了。
基于实用的观点，以下说明认定3ppm左右的上限值便足够的理由。电力达到数百瓦为止的高压放电灯的电极12，其重量约在数十毫克到百数十毫克的程度，因此当铬(Cr)、铁(Fe)、及镍(Ni)的合计量约3ppm时，其总摩尔数大约10-4到10-3μmol的程度。其值比封入卤素溴(Br)的总摩尔数(约3×10-2μmol)少了几十倍以上，因此以实用的观点来说3ppm左右的上限值就足够了。
换句话说，在本实施方式的灯100中，封入在发光管10内的溴(Br)的量，最好在电极12所含的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)的总摩尔数的10倍以上。当封入该总摩尔数10倍以上的溴时，即使这些由电极12释出的杂质与溴(Br)结合，在发光管10中，仍存在有充分的足以使钨回到电极12的溴(Br)。
石英玻璃也包括钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、及钙(Ca)等杂质，从放电灯工作时的温度来看，钨电极12远远大于石英玻璃，因此在石英玻璃及钨电极12分别释出杂质时，其释出杂质以钨电极12为主进行。因此，封入发光管10内的溴(Br)量，只要如上述那样考虑电极12所含的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)的总摩尔数而进行封入在发光管10内，就足以满足要求。
还有，在本实施方式的灯100中，封入发光管10内的溴(Br)量，不仅大于电极12与石英玻璃所含的钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)的合计摩尔数，而且最好大于以钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、钙(Ca)、铬(Cr)、铁(Fe)及镍(Ni)为代表的金属元素(即，能够与卤素结合，并且妨碍钨与溴结合的金属元素)、并且存在于发光管10内的金属元素的水银以外的合计摩尔数。
还有，最好溴(Br)的摩尔数，比该合计摩尔数与工作中从钨电极12蒸发出来、并且在发光管1内漂移的钨的摩尔数(灯工作中的电极12，典型的最高温度约在3000℃～约3400℃之间，相对于该温度的钨饱和蒸气压，大约在10-3Pa～10-1Pa左右。因此，存在于发光管10内的钨摩尔数为10-9微摩尔(micro mole)～10-6微摩尔，与典型电极12及石英玻璃所含的不纯物相比，非常的少。)的总和大，大于10倍或100倍以上更好。
由于在发光管10内封入这样数量的溴，可确保从电极12蒸发了的钨不断地能与卤素反应，因此从电极12蒸发了的钨，总是容易地与溴结合。在封入10倍至100倍以上的溴量的场合，即使灯工作中会有电极及玻璃的吸附所导致的溴量的减少，对可实际和钨结合的溴量来说，其减少量可以忽视。这意味着，可确保卤素输送循环的完整性，且能够在非常长的时间内，实际地预防发光管10的黑化。
但是，当溴(Br)元素有过多的场合，放电灯的放电开始电压就会上升，很难点灯。其理由如下：溴等的卤素，由于其阴电性相当大，容易捕捉电气，因此当存在大量的溴时，会破坏电极的绝缘间隙(间隙的气体)，而引起放电。为此，在点灯时，由于不容易发生电极间的“电子雪崩”，而难以点亮。本实施形态中，溴的封入量设定在100μmol/cc以下。补充以下，如果需要以超过此量的Br进行点灯的话，施加20kV以上的高压脉冲即可。在将超过20kV以上的电压应用于电视等的民间电子机器等时，由于安全的理由，最好加长绝缘距离，或在该高压发生部施以绝缘盖及绝缘薄膜等的处理。
另外，在本实施形态的灯100的结构中，石英玻璃含有的铝(Al)量，例如设定在10ppm以下、最好设定在约5ppm以下时，能够得到其他效果，即抑制发光管10的失去透明。如果铝(Al)含量设定在此范围内，能够使灯工作时释放的高温所产生的氧化铝(Al2O3)减少到非常少，结果可保持透明的发光管10。生成氧化铝会降低玻璃强度，所以将石英玻璃含有的铝(Al)量例如降低到10ppm以下、最好在约5ppm以下时，还能够得到其他效果，即大幅降低放电灯在使用寿命中的破裂率。由于相同的理由，石英玻璃所含的OH基(水酸基)的量，最好设定在5ppm以下。
另外，本申请发明人在试验中发现了，高压放电灯的发光管10内的氢(H)含量愈低，发光管10愈不易黑化。如下表7所示，发光管内的氢含量(体积％)与黑化之间的关系。黑化的判定为：在点灯1小时后，对放电灯进行目视检查。表中的「○ 」代表没有黑化，而「×」代表有黑化。
                    表7
发光管内的氢量Vol％ 黑化判断
  样品1样品2样品3样品4样品5样品6样品7样品8样品9样品10      0.040.070.090.140.150.180.210.30.51.4 ○○○○○×○×××
从表7得知，当发光管内的氢含量(体积百分比)在某一值以上时，便会产生黑化。因此，从防止黑化的观点来说，发光管内所含的氢量，最好体积百分比在0.15以下。在表7中，由杂质含量很低的石英玻璃及钨电极12的灯100为对象的结果，但是在由已往的杂质水平的石英玻璃及钨电极12的灯为对象时，也显示同样倾向的结果。虽然并没有找出氢含量低的灯不易产生黑化的正确原因，可是有包含以HBr(溴化氢)为代表的H与Br的稳定化合物存在，如因此推测与Na及Li等的金属元素相同，H2(气体元素)也具有易与Br结合的性质，属于会阻碍W与Br反应的物质之一。
还有，本申请发明人又发现了，如果将高压放电灯的发光管10的残余应变抑制到所定值以下的话，便可延长灯的寿命。图5所示的是，灯100的发光管10的周围结构的放大图。另外，在图5中，显示了在电极12的前端部分缠上线圈14的结构。
对于图5所示的残余应变较少的发光管10，发光管10的外面10a的拉伸应力仅在100psi以下，发光管10的内面10b的压缩应力则仅约100psi以下。另一方面，残余应变较多的已往的灯1000中，发光管10的外面10a的拉伸应力在700～2300psi(2300psi＝156.5atm)，发光管10的内面10b的压缩应力则在700～2300psi。另外，在外面10a会有拉伸应力，而在内面10b会有压缩应力，来源于发光管10的成型方法。即，发光管10的成型方法，典型的方式为：在玻璃管处在加热软化的状态下，一面对管内进行加压，一面将玻璃管压在模具上，由此使玻璃管膨胀成型，因此接触到模具的玻璃管外侧(外面)的温度先会下降，结果在外面10a上产生拉伸应力，而在内面10b产生了压缩应力。
在本实施方式的残余应变较少的发光管10中，其灯的特性(灯寿命)如下表8所示，已往的残余应变较多的发光管，其灯特性(灯寿命)如表9所示。该灯特性的试验结果为：以15分钟的点灯及15分钟的熄灯为一循环，反覆进行点灯及熄灯，由此调查出在多少循环后才会因为破裂等原因而不能点灯的结果。
                                            (以下余白)
                表8
      无残余应变的灯
  样品1样品2样品3样品4样品5样品6样品7样品8样品9样品10   直到1500次循环，仍正常点灯同上同上同上同上同上同上同上同上同上
            表9
   有残余应变的灯
  样品1样品2样品3样品4样品5样品6样品7样品8样品9样品10样品11样品12样品13样品14     1循环便破裂2循环便破裂5循环便破裂6循环便破裂2循环便破裂12循环便破裂4循环便破裂2循环便破裂1循环便破裂15循环便破裂7循环便破裂6循环便破裂12循环便破裂9循环便破裂
如表8所示，本实施方式的残余应变较少的发光管的灯，1号灯～10号灯都直到1500循环，仍能正常点灯，由此可知该灯具有优良的特性。另一方面，如表9所示，在已往的残余应变形较多的发光管的灯中，有许多灯仅在几个循环便破裂，最多也在15循环灯便破裂，而不能点灯。也就是说，没有任何一个已往的灯能够维持1500循环的正常点灯，相较之下，可以看出本实施方式的残余应变较少的发光管的灯特性，远远优于已往的灯。
图6显示本实施方式的灯的寿命特性，图6中的线A～线C，代表将本实施方式的灯装入反射镜内的结构下的屏幕明亮度的维持率(％)。图6中的线A所代表的灯，包括：高纯度石英玻璃(很少有杂质的石英玻璃)及高纯度钨电极(很少有杂质的钨电极)，线B所代表的灯，包括：已往的石英玻璃(不纯物为已往水平的石英玻璃)及高纯度钨电极(很少有杂质的钨电极)，而线C所代表的灯，包括：高纯度石英玻璃(很少有杂质的石英玻璃)及已往的钨电极(杂质为已往水平的钨电极)。至于线D所代表的灯，包括：已往的石英玻璃(杂质为已往水平的石英玻璃)及已往的钨电极(杂质为已往水平的钨电极)。不论是线A到线D所采用的灯，其发光管内的氢含量很少，且其残余应变很低。
如图6所示，本实施方式的灯(线A到线C)，即使长时间点灯也都能维持相当高的明亮度维持率(％)，由此可知本实施方式的灯的寿命特性相当优良。本实施方式的灯(线A到线C)，即使在点灯时间超过4000小时，仍能确保80％以上的明亮度维持率，而线A的灯，即使在5000小时，实际上仍确保相当于开始点灯时的明亮度。另一方面，对照例的灯(线D)，在点灯开始不久的阶段，其明亮度维持率便开始下滑，并且到了2000小时，便下降至50％左右的明亮度维持率。与对照例相比，可以很清楚地看出，本实施方式的灯(线A至线C)的寿命特性非常优良。
(第2实施方式)
以下参照图7到图9说明本发明的实施方式2。在本实施方式中，以与已往技术比较的方式，对降低发光管的残余应变的高压放电灯的制造方法进行说明。
本实施方式中的高压放电灯的制造方法包括：先制成高压放电灯的形状，得到灯形的成品，然后进行去除灯形成品残余应变的工序。该去除残余应变工序，是指热处理工序(退火工序annealing)，是通过既有的灯制造工序得到灯形制成品后，对该灯形制成品进行的。
在已往的高压放电灯制造方法中，在经由灯制造工序而得到灯形成品之后，直接将该灯形成品应用在高压放电灯上，并没有对该灯形成品施以特别的热处理。其理由如下：如果对灯形成品追加其他的工序，高压放电灯的生产能力会下降，故造成灯的生产效率会降低。但是，如上所述，本申请发明人发现了，已知具有残余应变量低的发光管的高压放电灯，具有优越的灯特性(灯寿命)，于是，为了得到具有这项优越特性的高压放电灯，对灯形成品追加热处理工序，由此实现了可得到高压放电灯的高压放电灯制造方法。
参照图7，对本实施方式中的高压放电灯的制造方法进行说明。图7是用以说明本实施形态的制造方法的流程图。
首先，准备用以制造高压放电灯的石英玻璃管(S100)。在制造具有上述第1实施方式说明的低杂质发光管的灯100时，准备由纯度高的石英玻璃制造的玻璃管。
接下来，实施已往的灯制造工序，得到灯形成品(S200)。具体而言，依照图8进行就可以了。首先，如图8A所示，将含有电极12及外部引线30的金属箔(钼箔)24(电极插入工序S210)插入在含有发光管10及侧管部22的放电灯用玻璃管50内。接下来，如图8B所示，使玻璃管50内部处在减压状态(例如：1气压以下)，以燃烧器54对玻璃管50的侧管部22进行加热软化，由此使侧管部22与金属箔24两者紧密结合，而形成密封部20(密封部形成工序S220)。然后，将稀有气体、卤素及水银封入在发光管10内，接着对另一端的侧管部22进行电极插入工序S210及密封部形成工序S220，以一对密封部20将发光管10加以密封，得到如图8(c)所示的灯形成品90。
对该灯形成品90进行残余应变去除工序S300，便可得到去除残余应变的高压放电灯。残余变形的去除工序S300，举例来说，如下的方式进行。
首先，将经由灯制造工序S200所得到的灯形成品90，放入炉内，在比玻璃软化点温度(1500℃～1670℃左右)还低的高温条件下，最好在1000℃～1100℃左右的高温条件下进行加热。炉内的环境例如设定为：非活性气体(氩、氮)环境、大气环境或真空环境。例如约一小时以上(视情况，也可以1小时以内)在上述条件下保持该灯形成品90，然后例如以整晚的时间，降温到室温后，便可去除灯形成品90的整体残余应变，得到具有灯寿命特性优良的高压放电灯。
补充一下，在高于1100℃的高温条件下，就能够在更短的高温保持时间内(例如：在退火点annealing point的12 15℃温度时，仅需15分钟)去除残余应变。但是，在高于1100℃的高温下(有时比1150℃高的高温下)，由于发光管10内蒸发的水银蒸气，发光管内压变较高，故在热处理的过程中，该灯在炉内破裂、或因为玻璃发生结晶化而白浊、失去透明的可能性变高。另外，在低于1000℃的温度下，则需要相当长的时间才能去除应变。
另外，本申请发明人发现了：令人惊讶的是，在去除残留应变工序S300中，如果将灯形成品90置于高温条件下100小时以上，发光管10内的氢含量会减少。如上所述，如果减少发光管内的氢含量，将可得到具有优良特性的高压放电灯。但是，由于氢(H)存在于包括石英玻璃及周围环境等的所有地方，因此很难有效地减少氢量。而本申请发明人，将置于灯形成品90的高温条件设定为100小时以上(例如：100小时到200小时)，由此实现了减少发光管10内的氢含量。
图9所示的是，残余应变去除工序S300中的热处理时间(小时)与氢含量(任意刻度)之间的关系。由于氢量的测定上含有误差，很难准确地说明热处理时间与氢量之间的关系如何，可是根据本申请发明人的测定结果，经过100小时以上(例如：200小时)的处理时间，就没有检测出氢的存在。图9所示的测定结果是，在1080℃的真空环境下所得到的资料，而在大气及氩气环境下，也得到了同样的测定结果。
(第3实施方式)
上述第1实施方式的高压放电灯100，可以与反射镜的组合起来，构成灯单元。图10所示的是灯单元500的剖面模式图，而该灯单元500，是用上述第1实施的灯100的。
灯单元500，包括：具有近似球形的发光部10及一对密封部20的放电灯100、及用以反射放电灯发光的反射镜60。
反射镜60，用以反射从放电灯100发来的光线，反射成例如包括：平行光束、收集成指定微小范围的集光光束、或相当于从指定的微小领域发散的发散光束。作为反射镜60，例如可以采用：抛物线面镜或椭圆面镜。
在本实施方式中，灯100的一端的密封部20上配置了灯座55，由密封部20延伸过来的外部引线与灯座电气连接。设置灯座55的那一侧的密封部20与反射镜60，以例如无机类粘着剂(例如：水泥)来黏固而成为一体。位于反射镜60前开口部侧的密封部20的外部引线30，与引线65做电气连接，而该引线65，从外部引线30，经由反射镜60的引线用开口部62，延伸到反射镜60的外侧。反射镜60的前面开口部，例如可以加装前面玻璃。
如上所述那样的灯单元，例如可以做为包括：投影电视、液晶投影机及采用DMD的投影机等的光源。上述实施方式的高压放电灯及灯单元，除了这些用途以外，还包括：一般照明、紫外线步进用光源、竞技体育场用光源、及汽车的车头灯用光源。
(其他实施方式)
上述实施形态中，以封入150mg/cc的水银为例加以说明，可是并不限定该水银量，比该水银量多少都可以。也就是说，在上述实施方式中，以水银蒸气压为20MPa左右的情况(即所谓的超高压水银灯)来加以说明，也可适用于水银蒸气压在1MPa左右的高压水银灯。而且，一对电极12间的间隔(电弧长度)，可采用短电弧型或更长的间隔。上述实施方式的高压放电灯的点灯方式，可以采用交流点灯型或直流点灯型的任何一种。
另外，也可以金属卤化物来取代水银，或与水银一起封入。也就是说，在上述实施方式中，以水银为发光物质，以水银灯做为高压放电灯的一个例子来加以说明，也可适用于封入金属卤化物的金属卤素灯等的高压放电灯。但是，在上述实施方式的高压放电灯的结构下，其中的水银封入量，最好约在200mg/cc以下。其理由为：如果水银封入量超过此值，工作中的发光管10的内压会过高，使得密封部20的钼箔24部分不能保持气密，故导致灯破损的机率变高。另外，如果能够保持气密性，水银的封入量可以超过200mg/cc。当水银封入量超过200mg/cc时，发光管10内的气体的热传导性变高。因此，放电电浆的热会很容易传导到电极12及发光管10(石英玻璃)，其电极和玻璃呈更高温的状态，造成玻璃及电极更激烈地释出杂质。因此，如果封入超过200mg/cc的水银，由高纯度的材料所构成的上述实施方式的灯100，能发挥更好的效果。
另外，在上述的实施方式中，对管壁负荷约80W/cm2的情况加以说明，但是管壁负荷并不限定上述的值，其值可小可大。如果采用更高负荷的话，由于在更高温度状态下工作，而造成玻璃及电极更激烈地释出杂质，因此，由高纯度的材料所构成的上述实施形态的灯100，能发挥更好的效果。但是，在上述实施方式的高压放电灯的结构下，管壁负荷最好设定约在100W/cm2以下。其理由为：如果负荷超过此值，发光管10的温度会过高，容易会发生因热而产生的变形或老化的问题。在此情况下，如果能附加冷却发光管10的手段来回避上述的问题，管壁负荷可以超过100W/cm2。
还有，在上述的实施形态中，以额定电力150W为例加以说明，可是并不限定上述额定电力，大于或小于150W都可以。可是，上述实施方式的高压放电灯的结构，特别适于50W以上的比较大电力的灯。由于电力很大的灯在更高温度的状态下工作，而造成玻璃及电极更激烈地释出杂质，因此，由高纯度的材料所构成的上述实施形态的灯100，将能发挥更好的效果。
补充一下，在上述实施方式的高压放电灯中，以卤素为溴(Br)的灯为例来加以说明，可是该卤素也可以是氯(Cl)或碘(I)。
另外，在上述实施形态中，以相对配置在发光管内的一对电极，由其间的放电而放射光线的放电灯为例来加以说明，可是不仅是放电灯，同样也适用于如图11及图12所示的电灯泡。
图11所示的是电灯泡200的结构模式图，用以显示在上述实施方式的高压放电灯100的结构中，将其一对钨制电极12间，以钨制的线圈16连接而成的灯泡。电灯泡200方面，除了其成对的电极12间以钨制线圈15连接、及其发光管(灯泡)10内未封入水银以外，其结构实际上与上述第1实施方式的灯100相同。由于由杂质量很少的高纯度钨构成钨制线圈16，因此最好石英玻璃也以高纯度石英玻璃构成。如此组成的电灯泡200，与上述实施方式的灯100一样，具有非常长的使用寿命。当然，最好减低发光管10的残余应变量，这样做就能使灯破裂的机会减低。
另外，在图12中所示长寿命电灯泡的其他结构。图12示意地显示电灯泡(灯)300的结构，该电灯泡300具有近似在一般家庭使用的白热灯泡的结构。电灯泡300，除了采用上述高纯度钨做为钨制灯丝16、及采用卤素、氩(Ar)及氙(Xe)做为封入灯泡10内的气体以外，其他结构与熟知的白热灯泡相同。当然包括：固定器17、内部引入线19a、封纤部引入线19b及外部引入线19c等，也可改采高纯度等制造钨的结构。
以上对根据本发明的理想的例子来加以说明，可是上述记载内容，并非是限制事项，当然可衍生出各种变形形态。
产业上的利用可能性
依照本发明，能提供一种即使在已往技术的放电灯寿命早已结束这样的输出力很高的条件下，还能使用的长寿命(例如，5000个小时到10000个小时以上)的高压放电灯。本发明的高压放电灯，例如与灯单元组合起来，可以做为包括：投影电视、液晶投影机及采用DMD的投影机灯的光源。除了这些用途以外，还包括：一般照明、紫外线步进机用光源、竞技体育场用光源、及汽车的车头灯用光源。

Claims (31)

1.一种高压水银放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且由钨形成的电极；其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，
上述卤素的摩尔数，大于以下两者的总和：具有与上述卤素结合且存在于上述发光管内的各种金属元素的、除钨及水银外的合计摩尔数，与点灯时从上述电极蒸发出而存在于上述发光管内的上述钨的摩尔数。
2.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：
当上述除钨及水银外的各种金属元素设为Mi、上述金属元素Mi的摩尔数为mi、及上述金属元素Mi的化学反应计量系数为ni时，上述卤素的上述摩尔数，大于以下两者的总和：上述各金属元素Mi的上述摩尔数mi与上述化学反应计量系数ni之乘积之总和∑(mi×ni)；和上述钨的上述摩尔数。
3.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：
上述金属元素，至少是从钠、钾、锂、铬、铁及镍中自由选择出来的一种。
4.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：
上述发光管内氢的体积百分比含量在0.15以下。
5.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：上述发光管外侧的拉伸应力在100psi以下，上述发光管内侧的压缩应力在100psi以下。
6.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的氢氧基含量在5ppm以下。
7.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：
封入在上述发光管内的卤素量在100μmol/cm3以下。
8.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：
封入在上述发光管内的卤素，至少是溴或碘中的一种。
9.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：
上述的发光管的管壁负荷在80W/cm2以上。
10.根据权利要求第1项所述的高压水银放电灯，其中：
封入在上述发光管内的上述水银量，在150mg/cm3到300mg/cm3的范围内，而点灯时的水银蒸气压，在15Mpa到30Mpa的范围内。
11.一种高压水银放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且由钨形成的电极；其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，
在将被封在上述发光管内的卤素设为X、上述卤素X的摩尔数为N、具有与上述卤素X结合的性质而存在于该发光管内的各种金属元素设为Mi、该金属元素Mi的摩尔数为mi、该金属元素Mi的化学反应计量学系数为ni、以及钨设为W的情况下，
当下式(I)的化学反应的平衡常数为Ki时，
            式(I)
当下式(II)的化学反应的平衡常数为Kw时，
                  式(II)
被封在上述发光管内的卤素X的摩尔数N，大于以下两者的总和：具有平衡常数在Kw以上的平衡常数Ki的各金属元素Mi的合计摩尔数；和在点灯时从上述电极蒸发而存在于该发光管内的W摩尔数。
12.根据权利要求第11项所述的高压水银放电灯，其中：
上述卤素X的上述摩尔数N，大于以下两者的总和：上述平衡常数Ki在上述平衡常数Kw以上的上述各金属元素Mi的摩尔数mi与上述化学反应计量系数ni的乘积之总和∑(mi×ni)；和上述钨的上述摩尔数。
13.根据权利要求11所述的高压水银放电灯，其中：
上述金属元素，至少是从钠、钾、锂、铬、铁及镍中自由选择出来的一种。
14.根据权利要求11所述的高压水银放电灯，其中：
上述发光管内氢的体积百分比含量在0.15以下。
15.根据权利要求11所述的高压水银放电灯，其中：
上述发光管外侧的拉伸应力在100psi以下，上述发光管内侧的压缩应力在100psi以下。
16.根据权利要求11所述的高压水银放电灯，其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的氢氧基含量在5ppm以下。
17.根据权利要求11所述的高压水银放电灯，其中：
封入在上述发光管内的卤素量在100μmol/cm3以下。
18.根据权利要求11所述的高压水银放电灯，其中：
封入在上述发光管内的卤素，至少是溴或碘中的一种。
19.根据权利要求11所述的高压水银放电灯，其中：
上述的发光管的管壁负荷在80W/cm2以上。
20.一种高压水银放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且由钨形成的电极；其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，
封入在上述发光管内的卤素的摩尔数，大于以下两者的总和：存在于上述发光管内的钠、钾及锂的合计摩尔数；和在点灯时从上述电极蒸发而存在于上述发光管内的上述钨的摩尔数。
21.根据权利要求第20项所述的高压水银放电灯，其中：
上述卤素的摩尔数大于以下两者的总和：存在于上述发光管内的钠、钾、锂、铯及铷的合计摩尔数和上述钨的摩尔数。
22.根据权利要求20所述的高压水银放电灯，其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的氢氧基含量在5ppm以下。
23.根据权利要求20所述的高压水银放电灯，其中：
封入在上述发光管内的卤素量在100μmol/cm3以下。
24.根据权利要求20所述的高压水银放电灯，其中：
封入在上述发光管内的卤素，至少是溴或碘中的一种。
25.根据权利要求11所述的高压水银放电灯，其中：
上述的发光管的管壁负荷在80W/cm2以上。
26.根据权利要求第20项所述的高压水银放电灯，其中：
上述发光管内的氢的体积百分比含量在0.15以下。
27.根据权利要求第20项所述的高压水银放电灯，其中：
上述发光管的外侧的拉伸应力在100psi以下，上述发光管的内侧的压缩应力在100psi以下。
28.一种高压水银放电灯，包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且由钨形成的电极，其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，
封入在上述卤素的摩尔数大于以下两者的总和：存在于该发光管内且形成一价卤化合物的金属元素的合计摩尔数和在点灯时从上述电极蒸发出而存在于该发光管内的上述钨的摩尔数。
29.一种灯单元，包括：高压水银放电灯和反射从上述高压水银放电灯发出的光的反射镜，其中所述高压水银放电灯包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且由钨形成的电极；其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，
上述卤素的摩尔数，大于以下两者的总和：具有与上述卤素结合的性质且存在于上述发光管内的各种金属元素的，除钨及水银外的合计摩尔数，与点灯时从上述电极蒸发出而存在于上述发光管内的上述钨的摩尔数。
30.一种灯单元，包括：高压水银放电灯和反射从上述高压水银放电灯发出的光的反射镜，其中所述高压水银放电灯包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且由钨形成的电极；其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，
在将被封在上述发光管内的卤素设为X、上述卤素X的摩尔数为N、具有与上述卤素X结合的性质而存在于该发光管内的各种金属元素设为Mi、该金属元素Mi的摩尔数为mi、该金属元素Mi的化学反应计量学系数为ni、以及钨设为W的情况下，
当下式(I)的化学反应的平衡常数为Ki时，
           式(I)
当下式(II)的化学反应的平衡常数为Kw时，
                 式(II)
被封在上述发光管内的卤素X的摩尔数N，大于以下两者的总和：具有平衡常数在Kw以上的平衡常数Ki的各金属元素Mi的合计摩尔数；和在点灯时从上述电极蒸发而存在于该发光管内的W摩尔数。
31.一种灯单元，包括：高压水银放电灯和反射从上述高压水银放电灯发出的光的反射镜，其中所述高压水银放电灯包括：其管内至少封入了稀有气体、卤素及水银，并且由石英玻璃形成的发光管；配置在上述发光管内，并且由钨形成的电极；其中：
上述发光管中的上述石英玻璃的铝含量在10ppm以下，封入在上述发光管内的卤素的摩尔数，大于以下两者的总和：存在于上述发光管内的钠、钾及锂的合计摩尔数；和在点灯时从上述电极蒸发而存在于上述发光管内的上述钨的摩尔数。
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