CN1469421A - 高压水银灯和灯装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了抑制点灯工作压极高的高压水银灯黑化的发生，提供一种高压水银灯，具有：在管内至少封入有水银(6)的发光管(1)；和保持发光管(1)气密性的一对密封部(2)，水银(6)的封入量，以发光管(1)的容积作基准，为230mg/cm³以上，还具有用于保温发光管的保温装置。

Description

高压水银灯和灯装置

技术领域

本发明涉及高压水银灯和灯装置。尤其是涉及作为投影仪等的光源而使用的高压水银灯之中，水银封入量较多的灯。

背景技术

近年来作为实现大画面影像的系统广泛使用液晶投影仪或DMD投影仪等的图像投射装置。在这样的图像投射装置中通常广泛应用在特开平2-148561号公报中公开的那种高压水银灯。

图1示出在特开平2-148561号公报公开的高压水银灯的构造。图1所示的灯1000由以石英作为主成分的发光管1，和在其两侧延伸的一对侧管部(密封部)2构成。在侧管部2上埋设金属制的电极构造体，应当能够从外部把电力供给发光管内。电极构造体采取顺序电连接钨(W)制电极3、钼(Mo)箔4、外部引线5的构造。在电极3的前端上缠绕线圈12。在发光管1内封入作为发光源的水银(Hg)、氩气(Ar)以及少量卤素气体(未图示)。

简单说明灯1000的工作原理。如果在一对外部引线5的两端施加启动电压，则引起Ar放电，使发光管1内温度上升。通过该温度上升，Hg原子蒸发，作为气体充满发光管1内。该Hg在两电极3之间利用从一个电极3放出的电子被激发而发光。因此作为发光源的Hg蒸气压越大，越放出高亮度的光。由于Hg蒸气压越大，则两电极间的电位差(电压)越变大，所以在相同额定功率下点灯时，可以减小电流。这认为可以减小对电极3的负担，涉及到灯的长寿命化。因此，越增高Hg蒸气压，越可以制成亮度、寿命特性优良的灯。

可是，从物理上的耐压强度观点出发，现有的高压水银灯实用上在15～20MPa(150～200大气压)左右的Hg蒸气压下使用。在特开平2-148561号公报上公开了Hg蒸气压200巴～350巴(与约20MPa～约35MPa相当)的超高压水银灯，然而，在考虑可靠性或寿命等现实的使用中，在15～20MPa(150～200大气压)左右的Hg蒸气压下使用。

目前，虽说提高耐压强度的研究、开发，但是现状是还没有实际耐用那样的、Hg蒸气压超过20MPa的高耐压的高压水银灯的报告。其中，本申请发明者成功地完成了约30～40MPa或更高(约300～400大气压或更高)的高耐压的高压水银灯，并在特愿2001-267487号以及特愿2001-371365号上公开。

具有这种极高耐压的高压水银灯由于是在按照现有技术不能达到的水银蒸气压下工作的缘故，所以不能预测其特性以及举动究竟是怎样的。在本申请发明者进行该高压水银灯的点灯试验时，如果工作压力一超过现有的20MPa，尤其是超过大约30MPa，则可以看到灯黑化。

发明内容

本发明是鉴于以上各点而作的，其主要目的是提供即使工作压强超过20MPa(例如23MPa以上，尤其是25MPa或30MPa以上)也能抑制黑化的高压水银灯。

本发明的高压水银灯具有：在管内至少封入有水银的发光管，和保持前述发光管气密性的一对密封部，在前述密封部的至少一个具有从前述发光管延伸的第一玻璃部，和在前述第一玻璃部内侧的至少一部分上设置的第二玻璃部，而且，该一个的密封部具有加压缩应力的部位，此外，在前述发光管以及前述一对密封部之中至少一部分上形成由绝热材料或保温材料构成的保温膜。

在某合适的实施方式中，前述水银的封入量，以前述发光管的容积作基准，为230mg/cm³以上。

在某合适的实施方式中，前述水银的封入量，以前述发光管的容积作基准，为300mg/cm³以上，在前述发光管内封入卤素，前述高压水银灯的管壁负荷为80W/cm²以上。

在某合适的实施方式中，前述保温膜不在前述发光管上形成，而在前述一对密封部中至少一个上形成，而且，前述保温膜的前述发光管侧的端面位于距离该至少一个密封部和前述发光管之间的边界1mm以上的位置处。

前述保温膜的前述发光管侧的端面以前述边界作基准，优选存在于10mm以内的位置上。

在某合适的实施方式中，前述保温膜由氧化铝构成。

本发明的其它高压放电灯具有：在管内至少封入有水银的发光管、和保持前述发光管气密性的一对密封部，在前述密封部的至少一个具有从前述发光管延伸的第一玻璃部，和在前述第一玻璃部的内侧的至少一部分上设置的第二玻璃部，而且，该一个密封部具有加压缩应力的部位，此外，在前述发光管的周围与前述发光管保持间距地设置有由透光性材料构成的外管。

在前述外管上，优选形成红外反射膜。

在某合适的实施方式中，在前述发光管内相互对置地配置一对电极棒，在前述一对电极棒内至少一个电极棒与金属箔连接，前述金属箔设置在前述密封部内，而且，该金属箔的至少一部分位于前述第二玻璃部内。

在某合适的实施方式中，埋入前述至少一个密封部内的部分中的、前述电极棒的至少一部分上，缠绕有至少在表面上具有从Pt、Ir、Rh、Ru、Re形成的组中选择的至少一种金属的线圈。

在某合适的实施方式中，在前述密封部内，作为与前述第二玻璃部连接的金属部，设置有用于供给电力的金属部，前述压缩应力加在前述密封部的至少纵向上，前述第一玻璃部含有99重量％以上的SiO₂，前述第二玻璃部含有15重量％以下的Al₂O₃和4重量％以下的B之中至少一种，和SiO₂。

本发明另外的高压水银灯具有：在管内至少封入水银、且对置配置一对电极棒的发光管，和从前述发光管延伸的一对密封部，埋入至少一个前述密封部内的部分中的、前述电极棒的至少一部分上，缠绕有至少在表面上具有从由Pt，Ir，Rh，Ru，Re形成的组中选择的至少一种金属的线圈，在前述发光管以及前述一对密封部之中至少一部分上形成由绝热材料或保温材料构成的保温膜。

本发明的另外的高压水银灯具有在管内至少封入水银的发光管和保持前述发光管气密性的一对密封部，前述水银的封入量以前述发光管的容积作基准，为230mg/cm³以上，还具有用于对前述发光管保温的保温装置。

在某合适的实施方式中，前述保温装置是形成在前述发光管和前述一对密封部之中至少一部分的、由绝热材料或保温材料构成的保温膜。

在某合适的实施方式中，前述保温装置是与前述发光管保持间距而在前述发光管的周围设置的、由透光材料构成的外管。

在某合适的实施方式中，前述水银的封入量以前述发光管的容积作基准，为300mg/cm³以上，在前述发光管内封入卤素，前述高压水银灯的管壁负荷为80W/cm²以上。

某实施方式的高压水银灯具有：在管内对置配置一对电极的发光管；和从前述发光管延伸的、在内部具有前述电极的一部分的密封部，在位于前述密封部内部分的前述电极的至少一部分的表面上形成有利用从由Pt，Ir，Rh，Ru，Re组成的组中选择的至少一种金属构成的金属膜。

在某实施方式中，前述电极通过熔接而与前述密封部内设置的金属箔连接，前述金属膜不在与前述金属箔连接处形成，而在前述密封部内埋入的前述电极表面上形成。构成前述金属膜的前述金属的一部分也可以在前述发光管内存在。前述金属膜优选具有下层由Au层、上层由Pt层形成的多层构造。

某实施方式的高压水银灯具有：在管内对置配置一对电极的发光管和从前述发光管延伸的、在内部具有前述电极一部分的密封部，表面具有从由Pt，Ir，Rh，Ru，Re组成的组中选择的至少一种金属的线圈缠绕在位于前述密封部内的部分的前述电极上。在某实施方式，在前述密封部内埋入前述金属箔以及前述电极的一部分，表面上具有从由Pt，Ir，Rh，Ru，Re组成的组中选择的至少一种金属的线圈缠绕在前述密封部内埋入的前述电极上。前述线圈优选具有下层由Au层、上层由Pt层构成的多层构造的金属膜。

某实施方式的高压水银灯具有：在管内封入发光物质的发光管；和保持前述发光管气密性的密封部，前述密封部具有从前述发光管延伸的第一玻璃部，和在前述第一玻璃部的内侧至少一部分上设置的第二玻璃部，而且，前述密封部具有加压缩应力的部位，加压缩应力的部位从由前述第二玻璃部、前述第二玻璃部和前述第一玻璃部之间的边界部、前述第二玻璃部内的前述第一玻璃部侧的部分以及前述第一玻璃部内的前述第二玻璃部侧的部分构成的组中选择。在某实施方式，在前述第一玻璃部和前述第二玻璃部之间的边界周边上存在由于两者压缩应力差产生的变形边界区域。在前述密封部内，作为与前述第二玻璃部连接的金属部，优选设置有用于供给电力的金属部。前述压缩应力加在前述密封部至少纵向上即可。

在某实施方式中，前述第一玻璃部含有99重量％以上SiO₂，前述第二玻璃部含有15重量％以下的Al₂O₃和4重量％以下的B中至少一种和SiO₂，前述第二玻璃部的软化点比第一玻璃部的软化点还低。优选前述第二玻璃部是从玻璃管形成的玻璃部。优选前述第二玻璃部不是压缩玻璃粉末并烧结而成的玻璃部。在某实施方式，在施加前述压缩应力部位上的前述压缩应力为约10kgf/cm²以上、约50kgf/cm²以下。或者前述压缩应力的差为约10kgf/cm²以上、约50kgf/cm²以下。

在某实施方式中，在前述发光管内一对电极棒相互对置地配置，前述一对电极棒内的至少一个电极棒与金属箔连接，前述金属箔设置在前述密封部内，而且该金属箔的至少一部分位于前述第二玻璃部内，作为前述发光物质至少在前述发光管内封入水银，前述水银的封入量为300mg/cc以上，前述高压水银灯的平均显色评价数Ra超过65。前述高压水银灯的色温度优选在8000K以上。

本发明的灯装置是包括高压水银灯，和反射从前述高压水银灯发出的光的反射镜的灯装置，前述高压水银灯具有在管内至少封入水银的发光管和保持前述发光管气密性的一对密封部，前述水银的封入量以前述发光管的容积作基准，为230mg/cm³以上，此外，具有用于对前述发光管保温的保温装置。

在某合适的实施方式中，前述保温装置是形成在前述发光管以及前述一对密封部中的至少一部分的、由绝热材料或保温材料形成的保温膜。

在某合适的实施方式中，前述反射镜是在射出方向具有前面开口部的、椭圆面或抛物面形状的反射镜，在前述前面开口部上设置有前面玻璃，前述反射镜的内部成为实质上的密闭构造，前述反射镜起着作为前述保温装置的功能。

在某合适的实施方式中，前述水银的封入量以前述发光管的容积作基准，为300mg/cm³以上，在前述发光管内封入卤素，前述高压水银灯的管壁负荷为80W/cm²以上。

在某合适的实施方式中，前述反射镜作成在前述反射镜侧面没有通风孔的构造，前述反射镜的辐射面大小为25cm²以下，前述高压水银灯的通常点灯时的瓦数为60W以上120W以下。

在某合适的实施方式中，前述反射镜作成在前述反射镜侧面没有通风孔的构造，前述反射镜的辐射面大小为40cm²以下，前述高压水银灯的通常点灯时的瓦数为121W以上200W以下。

在某合适的实施方式中，前述反射镜作成在前述反射镜侧面没有通风孔的构造，前述反射镜的辐射面大小为小于55cm²以下，前述高压水银灯的通常点灯时的瓦数为201W以上350W以下。

某实施方式的灯装置是包括高压水银灯和反射前述高压水银灯发出的光的反射镜的灯装置，前述高压水银灯具有在管内至少封入水银的发光管和保持前述发光管气密性的一对密封部，前述密封部的至少一个具有从前述发光管延伸的第一玻璃部和在前述第一玻璃部内侧的至少一部分上设置的第二玻璃部，而且，该一个密封部具有加压缩应力的部位，在前述发光管和前述一对密封部之中的至少一部分上形成由绝热材料或保温材料构成的保温膜。在某实施方式，前述水银封入量是以前述发光管的容积作基准，为大于230mg/cm³以上。

附图说明

图1是示出现有的高压水银灯1000构成的概略图。

图2(a)及(b)是示出高压水银灯1100构成的概略图。

图3是示出高压水银灯1200构成的概略图。

图4是示出高压水银灯1300构成的概略图。

图5(a)是示出高压水银灯1400构成的概略图，(b)是示出高压水银灯1500构成的概略图。

图6是示出本发明实施方式的高压水银灯100构成的概略图。

图7是示出点灯工作压力为20MPa以及40MPa的灯的光谱图。

图8是用于说明点灯中发光管温度分布的灯的概略图。

图9是垂直点灯时的高压水银灯100的改变例。

图10是示出本发明实施方式2的高压水银灯200构成的概略图。

图11是示出本发明实施方式3的带反射镜的灯300构成的概略图。

具体实施方式

首先，在说明本发明实施方式之前，对代表点灯工作压力为大约30～40MPa或更高(约大于300～400大气压)的极高压力的高压水银灯加以说明。这些高压水银灯的细节在特愿2001-267487号以及2001-371365号上公开。在这里为了在本申请说明书加以参考决定引用这些特愿。

尽管工作压力大于30MPa，可以耐实用的高压水银灯的开发却极为困难，然而例如利用图2所示的构造，成功完成极高耐压的灯。图2(b)是沿图2(a)中b-b线的截面图。

图2所示的高压水银灯1100是在特愿2001-371365号上公开的，包括：发光管1；具有保持发光管1气密性的一对密封部2，并且密封部2的至少一个具有从发光管1延伸的第一玻璃部8和设置在第一玻璃部8的内侧的至少一部分的第二玻璃部7，而且，该一个密封部8具有加压缩应力的部位(20)。

密封部2中的第一玻璃部8，含有99重量％以上SiO₂，例如由石英玻璃构成。另一方面，第二玻璃部7含有15重量％以下的Al₂O₃和4重量％以下的B中至少一种和SiO₂，例如，由维克高硼硅酸耐热玻璃构成。如果在SiO₂内添加Al₂O₃或B，则由于玻璃的软化点下降，所以第二玻璃部7的软化点比第一玻璃部8的软化点还低。所谓维克高硼硅酸耐热玻璃(Vycor glass：商品名)是在石英玻璃内混入添加物使软化点下降，加工性比石英玻璃高的玻璃，其组成例如为二氧化硅(SiO₂)96.5重量％，氧化铝(Al₂O₃)0.5重量％，硼(B)3重量％。在本实施方式由维克玻璃制的玻璃管形成第二玻璃部7。也能用以SiO₂：62重量％、Al₂O₃：13.8重量％、CuO：23.7重量％作为成分的玻璃管取代维克制的玻璃管。

在密封部2的一部分上所加的压缩应力实质上超过零(即0kgf/cm²)即可。通过该压缩应力的存在，可以使耐压强度比现有构造更高。该压缩应力优选约10kgf/cm²以上(约9.8×10⁵N/m²以上)，而且优选约50kgf/cm²以下(约4.9×10⁶N/m²以下)。如果不足10kgf/cm²，则压缩变形小，而可能发生不能充分提高灯耐压强度的情况。而且对于作成超过50kgf/cm²那样的构造，在实现这一点时，尚不存在实用的玻璃材料。但是即使不足10kgf/cm²，如果实质上超过零值，则也可以使耐压比现有的构造高，此外，如果开发可以实现超过50kgf/cm²那样构成的实用材料，则第二玻璃部7也可以有超过50kgf/cm²的压缩应力。

位于放电空间内一端的电极棒3与密封部2内设置的金属箔4通过熔接加以连接，金属箔4的至少一部分位于第二玻璃部7内。在图2所示的构造，作成第二玻璃部7覆盖包括金属棒3和金属箔4的连接部处位置的构造。如果以图2所示的结构中的第二玻璃部7的尺寸为例，则密封部2的纵向的长度为约2～20mm(例如约3mm、5mm、7mm)，在第一玻璃部8和金属箔4之间夹持的第二玻璃部7的厚度约为0.01～2mm(例如为0.1mm)。从第二玻璃部7的发光管1侧的端面到发光管1的放电空间的距离H例如为0mm～约3mm，而且，从金属箔4的发光管1侧的端面到发光管1的放电空间的距离B(换言之，只电极棒3埋入密封部3内的长度)例如为约3mm。

图2所示的灯1100，也可能改变成如图3所示。图3所示的高压水银灯1200具有如下的结构：在位于密封部2内的部分的电极3上缠绕有在表面具有从由Pt、Ir、Rh、Ru、Re形成的组中选择的至少一种金属的线圈40。在这里，线圈40典型地在其表面具有下层由Au层、上层由Pt层形成的多层构造的金属膜。在大量生产的情况下，具有若干制造工艺上的缺点，然而，如图4所示的高压水银灯1300那样，位于密封部2内的部分的电极3的至少一部分表面也可以形成利用从由Pt、Ir、Rh、Ru、Re形成的组中选择的至少一种金属而构成的金属膜30以取代线圈40。如果与图2～图4所示的构造比较，虽说耐压低下，但是如图5(a)及(b)所示那样，具有不用第二玻璃部7而用线圈40或金属膜30的结构的高压水银灯1400、1500，在实用上可使用的水平下，可以实现30MPa以上的工作压力。

本申请发明者在试制图2所示的、点灯中的Hg蒸气压超越30MPa(300大气压)的灯后，进行点灯试验时，可以看到一旦工作压力成为大约30MPa以上，则灯黑化。黑化是在点灯中W电极3的温度上升，从W电极蒸发的W(钨)附着在发光管内壁而产生的现象，如果就这样继续点灯，则会破裂。

在这里，如是在现有的15～20MPa(150～200大气压)左右下的点灯，在发光管内封入卤素气体，则与发光管内壁附着的钨反应成为卤化钨。卤化钨在发光管内悬浮，一旦到达温度高的W电极前端7，由于解离为原先的卤素和钨，所以钨返回电极的前端7。此称为卤循环，然而，在现有的灯的Hg蒸气压下，由于该卤循环，灯不黑化，可点灯。可是，根据本申请发明者的实验可以看出，如果在30MPa(300大气压)以上，则该循环没有发挥良好的功能。即使在大于30MPa的情况下黑化显著，为了提高作为实际使用的可靠度，在不限于30MPa以上、超过20MPa的水平(例如23MPa以上的水平或25MPa以上的水平)时，寻求对黑化问题的对策是必要的。

本申请发明者通过控制发光管1的温度，查明可以解决其黑化的问题，达到完成本发明。以下参照附图，对本发明的实施方式加以说明。然而本发明并不限于以下的实施方式。

(实施方式1)

以下，参照附图，对本发明的实施方式加以说明。图6示出水银6的封入量在230mg/cm³以上的本实施方式的高压水银灯100。本实施方式的灯100包括用于对发光管1保温的保温装置10，在图6示出的例中，在发光管1以及一对密封部2之中至少一部分上形成由绝热材料或保温材料构成的保温膜作为保温装置10。高压水银灯100的基本构成典型上是与由图2到图5(a)及(b)示出的高压水银灯1100～1500同样的构造。即，在那些灯里形成保温膜10。

图6所示的高压水银灯100包括在管内至少封入水银的发光管1和保持发光管1气密性的一对密封部2。水银6的封入量以发光管容积作为基准，为230mg/cm³以上(例如250mg/cm³以上，或300mg/cm³以上。看情况，超过350mg/cm³的或350～400mg/cm³，或其以上)。

在发光管1内一对电极(或电极棒)3相互对置地配置，电极3与金属箔4通过熔接加以连接。金属箔4典型地是钼箔，设置在密封部2内。高压水银灯100在图2所示的灯1100的情况下，金属箔4至少一部分位于第二玻璃部7内。

作为控制发光管1温度的保温装置的保温膜10例如由氧化铝构成。保温膜10的厚度，例如为约0.001mm～20mm。在本实施方式，保温膜10不在发光管1内形成，而在比密封部2和发光管1的边界还外部的、位于引线5侧的部分的密封部2处形成。保温膜10在发光管1侧的端面10a位于距离密封部2和发光管1之间的边界21例如1mm以上的位置。保温膜10的端面10a以边界21作为基准存在于10mm以内的位置内。换言之，保温膜10的端面10a和边界21的距离L在1mm以上10mm以内(优选距离L为5mm±2mm)。这样做的理由是：在按照覆盖发光管1而形成保温膜10的情况或取距离L为0mm的情况下，因保温膜而过度加热发光管1，发光管1膨胀、破裂的可能性变大。另一方面，一旦距离L超过10mm，例如取距离L为20mm，则保温膜对发光管1的调温功能下降。

更加详细地说明灯100的构造如下所示。灯100由以石英作为主成分的发光管1和在其两侧延伸的一对密封部(侧管部)2构成，是包括两个密封部2的双头型灯。发光管1作成大体球形，外径例如5mm～20mm左右，内径例如2～15mm左右，玻璃厚例如1mm～5mm左右。此外，发光管1内的放电空间的容积例如为0.01cc～1cc(0.01cm³～1cm³)左右。在本实施方式，用外径10mm左右，玻璃厚度3mm左右，放电空间的容积0.06cc左右的发光管1。

在发光管1内互相对置设置有一对电极棒3。在发光管内以0.2～5mm左右的间隔(电弧长)设置电极棒3的前端。在本实施方式，取电弧长为0.5～1.8mm。本实施方式的灯是交流点灯的灯。而且，密封部2具有通过收缩手法制作的收缩构造。在发光管1内封入作为发光源的水银300mg/cc以上。在本实施方式，封入400mg/cc。封入5～40kPa的稀有气体(例如Ar)和根据必要封入少量的卤素。在本实施方式封入20kPa的Ar，以CH₂Br₂的形态将卤素导入发光管内。CH₂Br₂的封入量为0.0017～0.17mg/cc的左右，如果换算为灯工作时的卤原子密度，则这相当于0.01～1μmol/cc左右。在本实施方式为约0.1μmol/cc左右。在点灯中发光管内壁上的管壁负荷例如在80W/cm²以上。在本实施方式以120W点灯，其管壁负荷为150W/cm²左右。

如果以本申请发明者试制的灯100的构造的一例举例示出，则发光管1的外径10mm，内径4mm，玻璃厚3mm，内容积0.06cc。而且，封入水银量为24mg(＝400mg/cc＝点灯工作时的压力40MPa)，电极间距为0.5mm～1.8mm，作为卤素用的CH₂Br₂为0.017mg/cc，卤素原子密度为0.1μmol/cc，作为稀有气体封入氩气20kPa(室温)。在这里，保温件10的厚度为1mm，距离L为5mm。密封部2的长度约为25mm。

为了与灯100作比较，作为比较例的灯，准备与图6的灯同样的但不形成保温件10的灯，而且是使水银量改变的灯。具体讲，在图3的灯1200，以水银量12mg(工作压力20MPa)，15mg(工作压力25MPa)，18mg(工作压力30MPa)，21mg(工作压力35MPa)，24mg(工作压力40MPa)的灯作为比较例而加以准备。

反复对这些灯以水平点灯和额定值120W点灯1小时、熄灭15分钟，完成5小时点灯。其结果，在比较例的灯中，工作压力在30MPa以上的灯已经在发光管上部观测到黑化，工作压力越高的，黑化越显著地呈现。在比较例的灯中在工作压力在25MPa以下的灯中，不发生黑化。根据该事实，可以看出，工作压力在30MPa以上的高压水银灯中产生黑化。

与此相反，通过与比较例的灯同样的点灯方法，在对具有保温膜10的本实施方式的灯100进行点灯的时候，令人惊奇的是，尽管工作压力达到40MPa也未发生黑化。因此，改变本实施方式灯100的水银量为18mg(工作压力30MPa)、21mg(工作压力35MPa)、27mg(工作压力45MPa)、30mg(工作压力50MPa)并观察，在哪个灯内也未观测到黑化。

即，在没有保温膜10的比较例的灯，如果水银工作压力变为30MPa以上，则发生发光管上部的黑化，与此相反，如本实施方式灯100的构造那样，如果设置保温膜10，则可以抑制黑化。

本申请发明者最初发现在30MPa以上的点灯工作压力，灯黑化。这起因于，在实用的水平下，可使用的、点灯工作压力在30MPa以上的灯，现有并不存在。

点灯工作压力在30MPa以上的灯黑化的明确理由现时尚不明了。由于不了解其明确的理由，所以实际上本申请发明者为了防止黑化尝试了各种对策及办法。例如工作压力在30MPa以上的灯与15MPa～20MPa的灯作比较，因为确认灯(尤其是发光管)的温度变得更高，所以考虑该发光管的温度上升是不是黑化的原因，在灯点灯时冷却发光管，使发光管的温度下降，不能防止黑化。也作了其它种种尝试，然而都不能很好地防止黑化。相反在实验中，基于所谓对发光管保温时如何的概念，通过保温膜保温，以便不使发光管温度下降，无论如何已成功地防止黑化。如果从该成功例作推论，则考虑是否因为以下的理由而能防止黑化。

在所谓的超高压水银灯的情况下，通过电弧的热辐射以及电极自身的发热，使电极材料的钨蒸发。蒸发的钨通过在管内引起的对流运送到管壁，在管壁急剧地冷却，在那里附着。其次，该附着的钨与封入发光管1内的卤素反应，以卤化钨的形式从管壁蒸发，最终返回到电极。以此称为卤循环。

在工作压力较低的灯的情况下，由于钨的蒸发量较少，蒸发量和与卤素反应蒸发量之间的平衡好。反之，工作压力一变高(增加封入水银量)，则电弧中的水银原子增加，从电极发射的电子是随着水银原子的增加而电子迁移率减少，电弧变细。其结果，在给与相同电力的情况下每单位容积电弧的能量上升，引起电弧温度上升。由于该电弧温度上升，电极温度上升，其结果，作为电极材料的钨的蒸发变得活泼。在这里，因为卤化钨的蒸发量不变，所以在管壁上继续附着钨。其结果形成黑化。因此，推论出如果设法增加卤化钨的蒸发量，就可以防止黑化。

为了增加蒸发量，使管壁的温度上升是合适的。在这里，成为要点的是减少发光管1的温度不均匀。认为如果温度不均量大，则卤循环不能很好起作用，在发光管1的哪个位置都产生黑化。对其内容以下还要详述。

发光管1的温度有两种，即：从电弧发生的热传递到发光管内的气体以及电极产生的温度，和来自电弧的红外辐射被作为发光管材料的石英吸收、发热而产生的温度。如图7所示，通过增加发光管1内的水银量，使发光光谱改变，增加红外区域的发光。

通过该红外区域辐射的增加，使发光管1的温度上升，然而，这时，如图8所示，从电弧来的辐射的发光(红外区域)直接到达发光管1的上(TOP)部和下(BOTTOM)部，使发光管温度上升，另一方面，侧(SIDE)部形成电极的盲区，使发光不能直接到达。因此，扩大了侧部温度和上部或下部温度之间的温度差。实际上测定发光管1的各部温度的结果如下表1所示。

表1

	上部	侧部	下部	温度不均量
					灯100(40MPa工作)	930℃	840℃	820℃	110℃
比较例1(40MPa工作)	920℃	700℃	780℃	230℃
					比较例2(20MPa工作)	860℃	700℃	710℃	150℃

如表1所看到的，对比较例1的灯(工作压力40MPa)的温度和比较例2的灯(工作压力20MPa)的温度加以比较，则红外区达到的上部和下部的温度上升60～70℃，而红外区未达到的侧部没有温度上升。因此，发光管最高温度和最低温度之差在比较例2的灯(工作压力20MPa)为860-700＝160℃，与此相反，在比较例1的灯(工作压力40MPa)，扩大了温度差，为920-700＝220℃。因此，认为在发光管内封入的卤素引起的卤循环没有很好起作用，发生了黑化。

与其相反，因为本实施方式的灯100形成保温膜10，所以对SIDE部的温度与比较例1的灯(工作压力40MPa)加以比较，上升了。因此，发光管的温度差成为930-820＝110℃，灯100的温度差变得比比较例1的灯(工作压力40MPa)的温度差还小。

这样，根据本实施方式的灯100，在发光管1及密封部2内至少一部分上(在距离L在10mm以内的密封部2的部位上，尤其是，距离L超过0mm的部位)，因为形成保护膜10，所以可以减少发光管1的温度不均匀，其结果，可以抑制黑化。在现有的超高压水银灯的水银量区域(工作压力20MPa)，红外区域的辐射少，因为到达不了这样的、成为引起黑化原因的发光管的温度不均匀，所以根据现有的超高压水银灯的知识，例如作为从事该职业的人想到本发明实施方式的灯100，也是困难的。即，在作成工作压力在30MPa以上的非常高压力时，与开始观测的黑化课题相反，因为发现黑化原因是由于非常大的发光管温度不均匀引起的，所以才找到其解决方法，以至于完成灯100。

本申请发明者确认使这样的温度不均匀变大的原因是工作压力在30MPa以上，然而对于即使在30MPa以下超过20MPa的(即具有超过现有灯的15MPa～20MPa的点灯工作压力的灯，例如23MPa以上或25MPa以上的灯)为了经历更长时间而保证不发生黑化，形成保温膜，没有发光管1的温度不均匀，据此，现实地希望防于未然地抑制黑化的发生。即由于在大量生产灯的情况下，灯的特性无论如何也总会产生波动，即使是点灯工作压力为23MPa左右的灯，产生黑化的灯也可能是1支或数支，因此为了确实地担保防止黑化发生，对于现有的超过15MPa～20MPa的灯优选设置保温膜(保温装置)10。当然，随着点灯工作压力进一步变高，换言之，比30MPa还高的40MPa，由于红外辐射变大，发光管1的温度不均匀变大，黑化的影响变大，所以不用说也知道通过保温膜(保温装置)10产生的黑化抑制技术的意义变大。

在本实施方式，在高压水银灯内形成保温膜10，而构成保温膜10的材料，如果是起保温功能的材料，不问其种类。作为保温膜10的材料，例如除氧化铝外，可以列举氧化锆。不限制膜形状，只要是能发挥保温效果的形态即可。如上述所示，保温膜10的发光管侧端部和边界部21之间的最短距离L优选配置在10mm以下的位置上。一超过10mm，保温效果就降低了。此外，保温膜10的厚度可以取例如约0.001～20mm，因为越厚，保温效果越高，所以是合适的。如果在图8所示的辐射不能到达的部分上适当地选择保温膜10的安装位置或大小，并有选择地形成，则因为保温膜10不遮蔽辐射光，所以是合适的。这样考虑，以便也不遮蔽从发光管1内反射、辐射的光，优选只在密封部2上形成保温膜。可是，由于这些随着灯的设计尺寸、保温膜的材料、保温膜10的大小等的变化，保温效果也各异，因此应当按照使发光管1的温度不均匀变小的方式来设计。

此外，在垂直点灯发光管时，发光管1的上部温度并不上升到那种左右的高，侧部也通过红外辐射保持在适度的温度。而且，也可以如图9所示，至少使灯的下部保温地使下侧保温。在图9所示的例子，也可以只在位于下方的密封部2形成保温膜10。即使在上述实施方式1，与没有保温膜10的构造加以比较，如果是可以得到抑制黑化效果的，则依据不同情况，也可以只在一个密封部2上形成保温膜10。也可以在一个密封部2上形成保温膜，而在另一个密封部2处配置电热线等的加热装置，以消除发光管1的温度不均匀。

(实施方式2)

其次边参照图10，边说明本发明的实施方式2。本实施方式的构造，在发光管1的周围配置由透光性材料构成的外管11，作为保温装置取代上述实施方式1的保温膜10。因为其它构成与上述实施方式1的构造是相同的，省略其说明。

图10所示的本实施方式的高压水银灯200，具有如下设计的结构：由透光性材料形成的外管11，按照与发光管1保持一定间距的方式，设置在水银封入量230mg/cm³以上的灯(例如如图2～图5所示的灯)的发光管1的周围。

本实施方式的外管11以透光性的玻璃作为主成分。外管11的外径为发光管1的外径约1.1～2倍左右。壁厚为0.3～10mm左右，而且，按照外管11和发光管1不接触的方式设置。在外管11上优选形成红外反射膜。在图10所示的例子，发光管1的外径为10mm时，外管11的外径为15mm，壁厚为1mm，而且在外管11上形成有红外反射膜。

如果利用本实施方式的灯200，则因为在发光管1的周围设置外管11，则成为引起黑化原因的发光管1的温度不均匀可以消除，其结果，可以防止黑化的发生。即，通过外管11以及在外管11上形成的红外反射膜的保温效果，发光管1的温度不均匀变小，卤素循环起着良好作用，可以防止黑化。这时，作为外管11的构造材料如果选择光透过率高的，则可以减少辐射损耗。

在本实施方式的灯200，示出在外管11上形成红外反射膜的例子，红外反射膜至少保温效果是充分的。也可以将如上述实施方式1的灯100那样在密封部2上形成保温膜的结构和外管11组合。

(实施方式3)

其次，参照图11，说明本发明的实施方式3。图11是概略示出本发明的实施方式的带反射镜的灯(或灯装置)300的构造。带反射镜的灯300是把水银封入量在230mg/cm³以上的灯100′(例如图2～图5所示的灯1100～1500)内装入反射镜500。即，灯100′只在未形成保温膜10这一点与上述实施方式1的灯100不同。反射镜500作为发光管1的保温装置发挥功能，据此，没有发光管1的温度不均匀，卤素循环起着良好作用，可以防止黑化的发生。本实施方式的反射镜50具有椭圆面或抛物面形状，而且在射出方向上有前面开口部。在该前面开口部上设置前面玻璃510，反射镜500的内部实质上成为密闭构造。

在图11所示的例中，反射镜500是抛物面镜，其辐射面(图中的斜线部)的面积为25cm²。反射镜500也可以是椭圆面镜。这里，所谓辐射面面积指的是从箭矢550方向看的反射面的面积。从箭矢550看本实施方式的反射镜500的外形是正方形，其大小为5cm×5cm。不限于正方形，也可以是圆形。

在反射镜500的前面贴有前面玻璃510，因此反射镜500是不设置通风孔的密闭型，以便在灯点灯中风不自反射镜外吹入。高压水银灯100′用粘合剂固定在反射镜50的根部，通过引出线511可以对灯通电。

图11所示的灯(水银封入量400mg/cm³)用额定值120W点灯时未观测到黑化。认为这是由于通过组装入密封型的反射镜500，使灯100′保温，发光管1的温度不均匀变少的缘故。在本实施方式通过具备前面玻璃的构造，在反射镜上不设置通风孔的构造，以便通过反射镜外的风在实质上不会冷却灯，提高了保温效果。

即使称为密闭型，实际上由于引线引出等事项有必要在反射镜500上开微细的孔。在这里，如果孔的面积总计在1cm²以下，则在实质上没有冷却效果。允许这样的孔存在，反射镜500的内部可以看作实质上是密闭的。

保温效果取决于作为发热体的灯的额定功率(W)和作为保温体的反射镜大小(辐射面积)的相关关系。即，在发热小的灯，优选灯和反射镜的距离近、与保温效果大的小反射镜组合。如果用辐射面面积表示反射镜大小，则有如下的关系。稳定点灯时灯的额定功率为60～120W的情况下，优选反射镜的辐射面积在25cm²以下，在121～200W左右的灯的情况下，优选反射镜的辐射面积在40cm²以下，在201～350W左右的灯的情况下，优选反射镜的辐射面积在55cm²以下。

也可将本实施方式的构造和上述实施方式1及/或实施方式2的构造组合。即，在灯100′的密封部2上也可以形成保温膜10，也可以配置外管50。因为高压水银灯的黑化，如果是具有点灯工作压力超过现有灯的15MPa～20MPa的工作压力的灯，则是应当回避的问题，所以灯200不限于图2～图5所示的灯1100～1500，也可以是具有其它优良高耐压特性的、超过20MPa的灯(例如23MPa以上，尤其是30MPa以上的灯)。根据本发明的实施方式，通过控制灯的温度不均匀，可以抑制黑化。可是，如果保温过度，则因为有时成为发光管隆起或失透的原因，所以优选设定在合适的范围内。

因为上述实施方式1～3的黑化也受卤素密度和发光管温度之间的关系影响，所以例如作为卤素选择CH₂Br₂时，优选单位发光管容积封入0.0017～0.17mg/cc左右。如果换算为卤素原子密度示出，则优选0.01～1μmol/cc左右。原因是如果不足0.01μmol/cc，则大部分的卤素与灯中的杂质反应，其结果实质上没有卤素循环。如果超过1μmol/cc，则启动时必要的脉冲电压变高而不实用。在采用可以加高压的点灯电路时，该限制不适用。如果是0.1～0.2μmol/cc，则即使由于制造时的诸多事项，或多或少产生封入量波动的情况下，因为可以纳入卤素循环很好发挥功能的范围内，所以优选。

在上述实施方式1～3的灯，如果管壁负荷变为80W/cm²以上，则由于发光管的管壁温度充分上升，封入的水银全部蒸发，则成为发光管内单位容积的水银量：400mg/cc＝点灯时工作压力：40MPa的近似式成立。这里，如果水银量为300mg/cc，则点灯时工作压力成为30MPa。相反，如果管壁负荷不足80W/cm²，则由于会出现发光管温度上升不到使水银蒸发的温度，所以近似式不成立。在不足80W/cm²的情况下，往往不能得到所希望的工作压力。尤其是红光区域的发光变少，往往不适合作为投影仪用的光源。

将上述实施方式的高压水银灯或灯装置(带反射镜的灯)和包括图像元件(DMD(数字微镜器件：Digital Micromirro Device)板或液晶板等)的光学系统组合，可以构成图像投影装置。可以提供例如，用DMD的投影仪(数字光处理投影仪(DLP))或液晶投影仪(也包括采用LCOS(Liquid Crystal on Silicon)构造的反射型的投影仪)。本实施方式的灯不仅可以适合作为图像投射装置的光源使用，而且在其用途也是可使用。例如也可以作为紫外线分挡器用光源，或竞技场用光源或汽车车头灯用光源，道路标识照明用投光器等使用。

以上通过合适的实施方式说明本发明，这样的记述没有限定事项，当然也可作种种改变。

其构成与本发明实施方式的灯不同的，涂布保温膜的卤化金属灯在特开平7～230791号公报上公开。在由该公报公开的灯上，通过将保温膜涂布在卤化金属灯的发光管的端部，调节发光管的最冷部温度，使金属卤化物充分蒸发，可以获得改善发光的效果。由该公报公开的灯和本发明实施方式的灯在灯种类各异的同时，其目的及效果也不同。本实施方式的高压水银灯是通过控制发光管的温度不均匀而抑制黑化，这样的内容在特开平7-230791号公报上既未记载也未暗示。

根据本发明，即使点灯工作压力超过20MPa的高压水银灯(例如23MPa以上，尤其是25MPa或30MPa以上)，也可以抑制黑化的发生而进行点灯。

Claims (23)

1.一种高压水银灯，具有在管内至少封入有水银的发光管和保持所述发光管气密性的一对密封部，其特征在于：

所述密封部至少一个具有从所述发光管伸延的第一玻璃部，和在所述第一玻璃部内侧的至少一部分处设置的第二玻璃部，而且，该一个密封部具有施加压缩应力的部位；而且，

在所述发光管以及所述一对密封部之中至少一部分上形成由绝热材料或保温材料构成的保温膜。

2.根据权利要求1所述的高压水银灯，其特征在于：

所述水银的封入量，以所述发光管的容积作基准，在230mg/cm³以上。

3.根据权利要求1所述的高压水银灯，其特征在于，

所述水银的封入量以所述发光管的容积作基准，为300mg/cm³以上；

在所述发光管封入有卤素；

所述高压水银灯的管壁负荷为80W/cm²以上。

4.根据权利要求1～3任一项所述的高压水银灯，其特征在于：

所述保温膜不在所述发光管上形成，而在所述一对密封部之中至少一个上形成；并且

所述保温膜的所述发光管侧的端面位于距离该至少一个密封部和所述发光管的边界1mm以上的位置处。

5.根据权利要求4所述的高压水银灯，其特征在于：

所述保温膜的所述发光管侧的端面以所述边界为基准，位于10mm以内的位置处。

6.根据权利要求1～5任一项所述的高压水银灯，其特征在于：

所述保温膜由氧化铝构成。

7.一种高压水银灯，具有在管内至少封入有水银的发光管和保持所述发光管气密性的一对密封部，其特征在于：

所述密封部的至少一个具有从所述发光管伸延的第一玻璃部和在所述第一玻璃部内侧至少一部分处设置的第二玻璃部，而且，该一个密封部具有施加压缩应力的部位；而且，

在所述发光管的周围与所述发光管离开一定间距设置有由透光性材料构成的外管。

8.根据权利要求7所述的高压水银灯，其特征在于：

所述外管形成有红外反射膜。

9.根据权利要求1～8任一项所述的高压水银灯，其特征在于：

在所述发光管内相互对置地配置有一对电极棒；

所述一对电极棒之中至少一个电极棒与金属箔连接；

所述金属箔设置在所述密封部内，而且该金属箔的至少一部分位于所述第二玻璃部内。

10.根据权利要求9所述的高压水银灯，其特征在于，

在埋入所述至少一个密封部内的部分中的、所述电极棒的至少一部分上，缠绕有至少在表面具有从由Pt、Ir、Rh、Ru、Re构成的组中选择的至少一种金属的线圈。

11.根据权利要求1～10任一项所述的高压水银灯，其特征在于：

在所述密封部内，作为与所述第二玻璃部相接的金属部，设置有用于供给电力的金属部；

在所述密封部的至少纵向上施加有所述压缩应力；

所述第一玻璃部含有99重量％以上的SiO₂；

所述第二玻璃部含有15重量％以下的Al₂O₃和4重量％以下的B中至少一种，和SiO₂。

12.一种高压水银灯，具有在管内至少封入有水银、并相互对置地配置有一对电极棒的发光管和从所述发光管延伸的一对密封部，其特征在于：

在埋入至少一个所述密封部内的部分中的、所述电极棒的至少一部分上，缠绕有至少在表面具有从由Pt、Ir、Rh、Ru、Re构成的组中选择的至少一种金属的线圈；

在所述发光管以及所述一对密封部之中至少一部分上形成有由绝热材料或保温材料构成的保温膜。

13.一种高压水银灯，具有在管内至少封入有水银、且相互对置地配置有一对电极棒的发光管和从所述发光管延伸的一对密封部，其特征在于：

所述水银的封入量，以所述发光管的容积作为基准，为230mg/cm³以上；

还具有用于对所述发光管保温的保温装置。

14.根据权利要求13所述的高压水银灯，其特征在于：

所述保温装置是形成在所述发光管以及所述一对密封部之中至少一部分的、由绝热材料或保温材料构成的保温膜。

15.根据权利要求13所述的高压水银灯，其特征在于：

所述保温装置，是离开所述发光管一定间距而设置在所述发光管的周围的、由透光性材料构成的外管。

16.根据权利要求10或12所述的高压放电灯，其特征在于：

所述水银封水量，以所述发光管的容积作为基准，为300mg/cm³以上；

在所述发光管内封入有卤素，

所述高压水银灯的管壁负荷为80W/cm²以上。

17.一种灯装置，包括高压水银灯和反射从所述高压水银灯发出的光的反射镜，其特征在于：

所述高压水银灯具有在管内至少封入有水银的发光管和保持所述发光管气密性的一对密封部；

所述水银的封入量，以所述发光管的容积作为基准，为230mg/cm³以上；

还包括用于保温所述发光管的保温装置。

18.根据权利要求17所述的灯装置，其特征在于：

所述保温装置是形成在所述发光管以及所述一对密封部之中至少一部分的、由绝热材料或保温材料构成的保温膜。

19.根据权利要求17所述的灯装置，其特征在于：

所述反射镜是在射出方向具有前面开口部的、椭圆面或抛物面形状的反射镜；

在所述前面开口部上设置有前面玻璃；

所述反射镜内部实质上成为密封构造；

所述反射镜作为所述保温装置发挥功能。

20.根据权利要求19所述的灯装置，其特征在于：

所述水银的封入量，以所述发光管容积作为基准，为300mg/cm³以上；

在所述发光管内封入有卤素；

所述高压水银灯的管壁负荷在80W/cm²以上。

21.根据权利要求20所述的灯装置，其特征在于：

所述反射镜是在所述反射镜侧面上没有通风孔的构造；

所述反射镜的辐射面大小为25cm²以下；

所述高压水银灯的通常点灯时的瓦数为60W以上，120W以下。

22.根据权利要求20所述的灯装置，其特征在于：

所述反射镜是在所述反射镜侧面上没有通风孔的构造；

所述反射镜的辐射面大小为40cm²以下；

所述高压水银灯的通常点灯时的瓦数为121W以上，200W以下。

23.根据权利要求20所述的灯装置，其特征在于：

所述反射镜是在所述反射镜侧面上没有通风孔的构造；

所述反射镜的辐射面大小为55cm²以下；

所述高压水银灯的通常点灯时的瓦数为201W以上，350W以下。

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