JP2001312997A

JP2001312997A - 高圧放電ランプ、当該ランプの製造方法および当該ランプの点灯方法並びに点灯装置

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Publication number: JP2001312997A
Application number: JP2000131425A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Ono; 俊介小野; Yoshiki Kitahara; 良樹北原; Haruo Nagai; 治男永井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: DE60143497D1; EP1830389A2; EP1150336B1; JP3327895B2; CN1337734A; EP1150336A3; EP1830389A3; CN1266735C; EP1150336A2; EP1830389B1; DE60142007D1; US6545430B2; US20010038267A1

Abstract

(57)【要約】【課題】寿命が長く、アークジャンプ現象の発生しに
くいショートアーク形高圧放電ランプを提供する。【解決手段】発光管の電極管距離が０.５〜２.０ｍｍ
の範囲であり、かつ定常点灯状態にける管内水銀蒸気圧
が１５ＭＰａ〜３５ＭＰａの範囲にあるショートアーク
型の高圧放電ランプであって、その電極２が、先端部に
電極軸２１より大径であって凸曲面の形状をなすように
加工された電極部２２を有し、電極部２２の先端の中心
付近に突起部２４が形成される。これにより、放電アー
クの発生位置が突起部２４の位置に安定的に集束し、ア
ークジャンプ現象の発生を効果的に抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ショートアーク型
の高圧放電ランプ、当該ランプの製造方法および当該ラ
ンプの点灯方法並びに点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶プロジェクタ等の投射型画像
表示装置の開発・展開が活発に図られている。かかる投
射型表示装置には点光源に近い高輝度の光源が必要であ
り、一般的にショートアーク型の超高圧水銀ランプやメ
タルハライドランプなどの高圧放電ランプが用いられて
いる。

【０００３】当初、投射型表示装置用の光源として採用
されているショートアーク型の超高圧水銀ランプ及びメ
タルハライドランプでは、従来のロングアーク型の一般
照明用高圧放電ランプと同一構成のタングステン電極が
用いられてきた。図８は、当該ロングアーク型の高圧放
電ランプにおける電極５０の構成を示す図である。同図
に示すように、この電極５０は、タングステン電極軸５
１の先端部に線径の細いタングステン線からなるコイル
５２を取り付けて形成される。このコイル５２は、放熱
の作用を有し、電極の過熱防止を目的として付着される
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
電極５０を用いたショートアーク型ランプでは、電極間
距離が短いため、特に電極先端部５３がロングアーク型
のランプよりさらに高温になり、コイル５２の放熱だけ
では、タングステン電極物質の溶融・蒸発と電極先端部
の変形・損耗を避けることができず、発光管黒化による
ランプの光束劣化も増大し、ランプの長寿命化が難しい
ことが判明した。

【０００５】一方、投射型表示装置用のショートアーク
型高圧放電ランプに関する最近の動向としてスクリーン
面上の輝度向上が図られており、このために反射ミラー
系と組み合わせたときの光利用効率を高めるために、電
極間距離が従来の２.０〜５.０ｍｍの範囲から２.０ｍ
ｍ以下へと短縮された、さらにショートアーク型のラン
プの開発が進められている。このような、よりショート
アーク型のランプに新たな固有の問題として、図９に示
すように、ランプの点灯時間の経過に連れて当初電極５
０と５５の先端部の中心付近に形成されていた電極輝点
（陰極動作時に電子電流が放射される箇所）が一カ所に
安定することなく無秩序に移動するというアークジャン
プ現象がより顕著に発生することが判明した。

【０００６】このようなアークジャンプ現象が発生する
と、放電アークが反射ミラー系と組み合わされたランプ
ユニットの光軸から外れるために、かかるランプユニッ
トで照射されたスクリーン面上の輝度が大きく変動する
ことになる。市場からは、かかるアークジャンプ現象に
よるスクリーン面上の輝度変動が確実に抑制された高品
質のショートアーク型高圧放電ランプの開発が要請され
ている。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、寿命が比較的長く、かつ、アークジャンプ
の生じにくい高圧放電ランプを提供すると共に、そのよ
うな高圧放電ランプの製造方法、点灯方法および点灯装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る高圧放電ランプは、一対の電極が、その
先端部同士が発光管内で対向するように配設されてなる
高圧放電ランプであって、前記一対の電極の少なくとも
一方の電極軸の先端には、軸方向の単位長さ当たりの体
積が当該電極軸の軸部分よりも大きい電極部が形成され
ると共に、当該電極部の、相手方の電極先端部に対向す
る部分に突起部が設けられていることを特徴とする。

【０００９】このような電極部を形成することにより電
極先端部の熱容量が従来よりも大きくなるので、熱によ
る変形・消耗がしにくくなると共に、その突起部に放電
アークを安定して集束させることができ、アークジャン
プの発生を抑えることができる。ここで、上記電極部の
他の電極と対向する面は、凸曲面に形成されると共に、
前記突起部は、相手方の電極先端部に最も近接する位置
に設けられていることが望ましい。

【００１０】また、前記一対の電極間の距離が、０．５
ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であると共に、定常点灯時の管
内水銀蒸気圧が１５Ｍｐａ以上３５Ｍｐａ以下とするこ
とにより、点光源に近い高輝度の高圧放電ランプが得ら
れる。さらに、本発明は、前記発光管のハロゲン物質の
封入量が、１×１０^-9ｍｏｌ／ｃｍ^３以上１×１０^-5ｍ
ｏｌ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする。このハロゲ
ン物質は、臭素であってもよい。

【００１１】また、本発明に係る高圧放電ランプの製造
方法は、一対の電極が、その先端部同士が発光管内で対
向するように配設されてなる高圧放電ランプの製造方法
であって、一対の電極の少なくとも一方の電極軸の先端
に、軸方向の単位長さ当たりの体積が、当該電極軸の軸
部分よりも大きい電極部を形成する電極部形成工程と、
前記一対の電極を、その先端部同士が所定間隔をおいた
状態で対向するように発光管に封止する封止工程と、前
記電極部の、相手方の電極先端部に対向する部分に突起
部を形成する突起部形成工程とを含むことを特徴とす
る。これにより上記高圧放電ランプに好適な製造方法が
提供される。

【００１２】ここで、前記封止工程において、前記一対
の電極の正規の電極間距離がＤｅである場合において、
当該一対の電極を、その先端部の距離が上記ＤｅよりΔ
ｄｅだけ大きい状態で発光管に封止することが望まし
い。また、本発明は、前記突起部形成工程において、所
定時間前記一対の電極に交流を通電して点灯させること
により前記電極部に突起部を形成するようにしたことを
特徴としている。ここで、前記Δｄｅの値が、前記点灯
において前記電極部に形成される突起部により電極間距
離の短くなる大きさにほぼ等しいようにしておけば、突
起部を形成した後に、正規の電極間距離を得ることがで
き定格の出力を得ることが可能となる。

【００１３】ここで、前記点灯時に通電される交流の周
波数は、５０Ｈｚ以上７００Ｈｚ以下であることを特徴
とする。この周波数域内の点灯により効果的に突起部を
形成できる。また、本発明は、前記封止工程が、定常点
灯時における発光管内の水銀蒸気圧が１５Ｍｐａ以上３
５Ｍｐａ以下となるような量の水銀を封入する水銀封入
工程を含むことを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明は、前記封止工程が、発光
管内のハロゲン物質が１×１０^-9ｍｏｌ／ｃｍ³〜１×
１０^-5ｍｏｌ／ｃｍ³となるようにハロゲン物質を封入
するハロゲン物質封入工程を含むことを特徴とする。ま
た、本発明は、上記高圧放電ランプの点灯方法であっ
て、突起部の形成により電極間距離が正規の値より減少
した場合に、両電極間に流れる放電アーク電流を増大さ
せて点灯すると共に、前記突起部が減少して電極間距離
が正規の値より増加した場合に、放電アーク電流を減少
させて点灯するようにしたことを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、上記高圧放電ランプの交
流電源による点灯方法であって、突起部の形成により電
極間距離が正規の値より減少した場合に、両電極間に通
電する交流の周波数を第１の周波数に設定すると共に、
前記突起部が減少して電極間距離が正規の値より増加し
た場合に、両電極間に通電する交流の周波数を第２の周
波数に設定することを特徴とする。

【００１６】ここで、前記第１の周波数は、５０Ｈｚ未
満または７５０Ｈｚ以上の周波数であって、前記第２の
周波数は、５０Ｈｚ以上７００Ｈｚ以下の周波数である
ことが望ましい。また、本発明は、上記高圧放電ランプ
を点灯するためのランプ点灯装置であって、高圧放電ラ
ンプに通電する電流を生成する電流生成手段と、ランプ
電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によ
る検出結果に基づき、前記電流生成手段を制御して放電
アーク電流の大きさを変化させる制御手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１７】また、本発明は、上記高圧放電ランプを点
灯するためのランプ点灯装置であって、高圧放電ランプ
に通電する交流電流を生成する電流生成手段と、ランプ
電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によ
る検出結果に基づき、前記電流生成手段を制御して、交
流電流の周波数を変更させる制御手段とを備えることを
特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る
超高圧水銀ランプ１００の発光管構造を示す図であり、
便宜上、電極が露出する部分での断面図で示している。
同図に示すように超高圧水銀ランプ１００は、石英で形
成されたほぼ回転楕円体形状の発光管１に、一対のタン
グステン電極２及び３が発光管両端部においてそれぞれ
モリブデン箔４、５を接続された状態で気密封着され
る。モリブデン箔４、５は、その外側にそれぞれ外部モ
リブデンリード線６及び７が接続されて発光管１外部に
導出される。

【００１９】ここで、タングステン電極２及び３の先端
部同士の間隔、すなわち電極間距離Ｄｅは、従来は２.
０〜５.０ｍｍの範囲に設定されていたが、本実施の形
態ではランプの光利用効率をより高めるためにＤｅの値
は、０.５〜２.０ｍｍの範囲に設定される。なお、本明
細書において、ｎ１〜ｎ２と表記する場合は、下限ｎ１
および上限ｎ２の数値を含む範囲を示すものとする。

【００２０】発光管１内部の発光空間８内には、発光物
質である水銀９及び始動補助用としてのアルゴン、クリ
プトン、キセノンなど希ガスと、併せて沃素、臭素など
のハロゲン物質が封入されている。この場合、前記水銀
９の封入量は、発光管内容積あたり１５０〜３５０ｍｇ
／ｃｍ³（ランプ定常点灯時の水銀封入圧力にして約１
５ＭＰａ〜３５ＭＰａに相当）の範囲に、前記希ガスの
ランプ冷却時の封入圧力は、０.０１ＭＰａ〜１ＭＰａ
の範囲にそれぞれ設定されている。

【００２１】なお、前記ハロゲン物質としては、従来か
ら１×１０⁻¹⁰〜１×１０⁻⁴ｍｏｌ／ｃｍ³の範囲の臭
素が用いられており、これはいわゆるハロゲンサイクル
作用により電極から蒸発して石英発光管内面に付着した
タングステンを元の電極に戻して発光管黒化を抑制する
という機能を果たすために封入されるものである。さら
に、前記発光管１の管壁負荷Ｗe（ランプ入力を前記発
光管１の容囲器全内表面積で除した値）は、石英発光管
で得られる最高に近いランプ効率を実現するために、
０.８Ｗ／ｍｍ²以上の比較的高い範囲に設定されてい
る。つまり、高圧放電ランプのランプ効率は基本的に管
壁負荷Ｗeとともに上昇するので、ランプ効率を高める
ためにＷe値は定常点灯で石英発光管に許容できる限界
温度（約１３５０Ｋ）に相当する範囲まで高められてい
る。

【００２２】図２は、上記高圧放電ランプ１００を組み
込んだランプユニット２００の構成を示す一部切欠き斜
視図である。同図に示すように、ランプユニット２００
は、発光管１の片方の管端部に口金１０が装着され、ス
ペーサ１１を介して反射ミラー１２に、その放電アーク
の位置が反射ミラー１２の光軸と一致するように調整さ
れた状態で取り付けられて構成される。超高圧水銀ラン
プ１００の両電極には、反射ミラー１２に穿設された貫
通孔１５を通過して外側に引き出されたリード線１４お
よび端子１３を介してそれぞれ電流が供給されるように
なっている。

【００２３】図３は、電極２の先端部の形状を示す図で
ある。タングステンの電極軸２１の先端には、当該電極
軸２１より大径であって先端に向けてほぼ半球状をした
電極部２２を有し、その頂点部に突起部２４を形成され
る。これにより、ランプの長寿命化とアークジャンプの
発生防止の効果を得ることができるようになった。な
お、電極３も全く同じ形状なので、以下において電極の
形状などを説明する際には、特別の場合を除き、図３に
より電極２に付された番号のみを用いて示すことにす
る。

【００２４】次に、図３に示すような電極形状を発明す
るにいたった経過およびこのような形状によって得られ
る効果を実験結果と共に詳しく説明する。まず、本発明
者は、電極先端部の形状を除き、図１の高圧放電ランプ
１００と同じ基本的構造をもつ複数の試験ランプを用い
て、点灯時間の経過に伴って生じるアークジャンプ現象
の発生を効果的に阻止するための一連の検討を行った。

【００２５】ここで、用いた試験ランプの具体的な発光
管設計として、ランプ入力Ｗｌａは１５０Ｗに設定し、
前記発光管１の管寸法は管中央部の最大管外径Ｄo９.４
ｍｍ（最大管内径Ｄi４.４ｍｍ）、電極間距離Ｄｅ１.
１ｍｍ、管全内容積０.０６ｃｍ³、管全長Ｌo５７ｍ
ｍ、容囲器全内表面積ＳI １６０ｍｍ²に設定した。こ
の管寸法では、前記発光管１の管壁負荷Ｗeは０.９Ｗ／
ｍｍ²となる。

【００２６】また、管内には水銀１３.８ｍｇ（単位管
内容積あたり２３０ｍｇ／ｃｍ³、点灯時の水銀蒸気圧
約２３ＭＰａに相当）とアルゴン２０ｋＰａを封入し
た。また、前記ハロゲンとして、１０⁻⁶ｍｏｌ／ｃｍ
³の臭素をＣＨ₂Ｂｒ₂の組成で封入した。なお、ここで
臭素の封入組成は、ＨＢｒまたはＨｇＢｒ₂でも構わな
い。

【００２７】前記試験ランプの点灯試験は、図２に示し
た前記ランプユニット２００に組み立て、点灯装置とし
て矩形波点灯のフルブリッジ方式電子安定器を用い、発
光管１を水平位置に保って３.５時間点灯／０.５時間消
灯サイクルで行なった。この場合、前述のように、アー
クジャンプ現象の発生が、使用する電子安定器に左右さ
れることの要因を探索するために、前記矩形波点灯の周
波数を５０〜１０００Ｈｚの範囲で変化させてみた。ア
ークジャンプ現象の観測は、特定の点灯時間経過後の前
記試験ランプ（各試験ごとのランプ数５本）を２時間点
灯し、その間の現象発生の有無を調べることで行なっ
た。

【００２８】（実験１）まず、本発明者は、最初の予備
検討で、前記電極として図８に示したような従来のロン
グアーク型ランプ用の電極５０を用いた試験ランプを準
備して、点灯時間の経過に伴うアークジャンプ現象の発
生状態を調べた。この場合、線径０.４ｍｍのタングス
テン製の電極軸５１の先端部に、線径０.２ｍｍのタン
グステン線の２層巻のコイル５２（コイル巻数８ター
ン）を挿入・固定したものを用いた。前記電極軸５１及
び前記コイル５２の材料としては、副成分組成Ａｌ、Ｃ
ａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｓ
ｎ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｏ，Ｕ及びＴｈの元素の総含有量を１
０ｐｐｍ以下に抑えた高純度タングステンを用いてい
る。このような高純度タングステン材料の採用は、ラン
プ寿命中の発光管黒化を抑制して光束維持率の改善に効
果があることが知られている。この予備実験により、
次の表１に示すような結果が得られた。

【００２９】

【表１】

【００３０】本実験により次のような事実が判明した。（１）従来ロングアーク型ランプ用電極５０を用いた全
ての試験ランプにおいて、点灯時間５００時間以内にお
いてアークジャンプ現象が発生した。実験後の試験ラン
プの電極を調べると、その先端部の変形・損耗が進んで
いることが観測された。（２）アークジャンプ現象の発生状態と矩形波点灯周波
数の相関関係を観てみると、表１に示すように、アーク
ジャンプ現象が発生する点灯時間が、点灯周波数７００
Ｈｚ以下の範囲では長くなり、７００Ｈｚより高い範囲
では短くなる傾向が認められた。

【００３１】以上から、従来ロングアーク型ランプ用電
極５０を用いる限り、本発明が目的とするよりショート
アーク型でアークジャンプ現象が確実に抑制された高圧
放電ランプは得られないことが分かった。また、アーク
ジャンプ現象の発生と矩形波点灯周波数との間に何らか
の相関関係があることも判明した。（実験２）本発明者は、第２の検討としてランプの電極
先端部の変形・損耗を抑えることでアークジャンプ現象
が抑制されることを期待して、電極先端部に大径部を有
する電極を使用して実験を行った。

【００３２】図４（ｂ）は、当該電極の先端部の形状を
示す一部切欠き断面図である。電極軸２１の先端にほぼ
半球状の電極部２２が形成されている。このような形状
は、まず、図４（ａ）に示すように、タングステンの電
極軸２１の先端部にタングステン線コイル２３を取付け
て、この電極軸２１の先端部及びコイル２３の一部を溶
融・加工することにより得られる。本実験例では、具体
的に、線径０.４ｍｍのタングステン電極軸２１に線径
０.２ｍｍのタングステン線の２層巻コイル２３（コイ
ル巻数８ターン）を挿入・固定し、タングステン電極軸
２１と前記コイル２３の先端部を、アルゴンプラズマ溶
接装置を用いた放電加工方法により溶融・加工した。

【００３３】図５は、当該アルゴンプラズマ溶接装置の
構成を示す図である。同図に示すようにプラズマトーチ
４０は、ノズル４１内に陰極棒４２を遊挿して構成さ
れ、電極軸２１と陰極棒４２の高電圧を印加してアーク
放電をさせつつ、ノズル４１を介して、アルゴンを含む
作動ガスを供給することにより高温のプラズマを発生さ
せて、溶融加工するものである。この放電加工では、
（i）前記電極部２２の形状を半球状の凸曲面をなすよ
うに加工し、かつ（ii）溶融・加工された前記電極部２
２の内部に空孔などの欠陥が残存しないように、製造プ
ロセス条件として複数発の間欠的な放電アーク加工（ア
ーク電流３２Ａ×時間３０ｍｓｅｃで５〜８発）と特定
の冷却時間（１.５〜３.０ｓｅｃ）を組み合わせること
により、前記電極部２２の加工温度を適切に制御して行
った。

【００３４】このような当該電極軸２１の先端に大径部
の電極部２２を設けることにより、先端部での熱容量が
増大するためアーク放電により溶融変形しにくくなると
共に、溶融加工により、電極部２２がほぼ一体としてコ
イル２３に繋がるので、熱が速やかにコイル２３に伝導
されて電極部２２における温度が上がりにくくなり、電
極物質の溶融・蒸発による電極先端部の変形・損耗が抑
制されて、ランプの長寿命化が得られるものである。

【００３５】上記図４（ｂ）に示すような改良電極を形
成して、試験ランプを作製し、上記実験１と同様にし
て、点灯時間とアークジャンプ現象の発生の有無の関係
を調べたところ次の（表２）に示すような実験結果が得
られた。なお、この実験で用いた試験ランプの電極構成
を除く具体的ランプ及び発光管設計は、上記の実験１で
用いたものと同一である。

【００３６】

【表２】

【００３７】この表２に示すように、溶融・加工された
前記電極部を備えた電極を用いた試験ランプにおいて
は、アークジャンプ現象の発生と電子安定器の矩形波点
灯周波数の相関関係がより明確になることが分かった。
すなわち、点灯周波数が７００Ｈｚより高い範囲で点灯
された全ての試験ランプにおいて、アークジャンプ現象
が点灯時間５００時間以内で発生した。これは、実験１
におけるロングアーク型ランプ用電極を用いたランプの
結果とほぼ同様である。他方、点灯周波数が５０〜７０
０Ｈｚの範囲で点灯された前記試験ランプでは、アーク
ジャンプ現象が発生するまでの点灯時間が著しく長くな
り、実際に試験された前記試験ランプ２５個のうち２３
個においてアークジャンプ現象が点灯時間３０００時間
まで未発生であり、実験１の場合に比べてランプ寿命が
飛躍的に延びているのが分かる。

【００３８】このように７００Ｈｚの点灯周波数を境に
して実験結果に大きな隔たりが生じたのは、単に電極軸
２１の先端を大径部にしたことのみに起因するものでは
ないと考えられる。そこで、本発明者は、アーク放電に
おける電極先端部の変形の様子を詳細に観察したとこ
ろ、点灯周波数７００Ｈｚより高い範囲で点灯されて、
点灯時間５００時間以内にアークジャンプ現象が発生し
た試験ランプの電極の先端部は、変形・損耗が比較的に
進んで、当初の半球状を維持していないことが判明し
た。これに対して、点灯周波数５０〜７００Ｈｚの範囲
で点灯され、３０００時間までアークジャンプ現象が未
発生の前記試験ランプでは、半球状の電極先端部の変形
・損耗は軽微であると共に、その電極軸のほぼ延長線上
（半球状の中心部付近）に突起部が形成されているのが
観察された。

【００３９】図６は、このときの電極２、３の形状を示
す図である。それぞれの電極部２２、３２の半球部の中
心付近（相手方電極と最も近い箇所）に突起部２４．３
４が形成されており、放電アークは、両突起部２４、３
４間で安定して形成され、アークジャンプ現象が発生し
にくい状態になっている。これにより電極軸の先端部に
大径部で相手方電極方向に向けて凸曲面をなす電極部を
形成し、その先端の中心付近に突起部を形成することこ
そが、ショートアーク型でアークジャンプ現象を確実に
抑制できる効果的な構成であることが明らかとなった。

【００４０】さらに、上記突起部が前記試験ランプの点
灯試験により形成される過程を詳しく調べてみると、当
該突起部は点灯時間が１０時間以内（平均２〜３時間）
の初期の段階で形成されることが確認された。このよう
な突起部が形成される現象は、封入臭素によるハロゲン
サイクル作用により、前記電極から蒸発したタングステ
ンが特に最高温の前記電極部先端部の中心付近に戻され
て集積されることによって生じるものと考察される。

【００４１】一般に、ハロゲンサイクルの程度は、電極
部の温度と管壁温度およびハロゲン物質の量により大き
く影響される。そして、大径の電極部２２の形成により
熱容量が大きくなってその昇温がロングアーク型の電極
の場合よりも抑えられ、先端部のアーク放電の生じる高
温部位のみに集中してタングステンが集積しやすくなっ
たために、突起部が形成されるようになったと考えられ
る。

【００４２】形成された突起部に関するもうひとつの特
徴は、初期点灯による前記突起部２４の形状がその後の
点灯時間３０００時間において変化せずに保たれること
である。これは、突起部の形状がある特定の大きさ（本
実験例では、突起部の平均高さ約０.０５ｍｍ）になる
と、突起部２４におけるタングステン物質の上記ハロゲ
ンサイクル作用による集積と温度による蒸発が均衡する
からといえる。さらにこれが、点灯時間３０００時間を
通じて放電アークを前記電極先端部の中心付近に安定し
て集束させて、アークジャンプ現象の発生を抑制してい
るものといえる。

【００４３】他方、矩形波点灯周波数７００Ｈｚより高
くなると断続的にアークジャンプ現象が顕著に発生する
のは、本発明が目的とする電極管距離Ｄｅが０.５〜２.
０ｍｍというより短い範囲にあり、かつ発光管内の水銀
蒸気圧が１５ＭＰａ〜３５ＭＰａという高い範囲にある
高圧放電ランプにおいては、発光管内の音響共鳴が７０
０Ｈｚより高く１０００Ｈｚまでの低い点灯周波数領域
でも発生し易く、これが基本的に放電アークの不安定性
に繋がって電極先端部の変形・損耗を加速させて、最終
的にアークジャンプ現象の発生の引き金になっているか
らであると考えられる。

【００４４】以上の考察から、ショートアーク型の高圧
放電ランプに関して、点灯時間の経過に伴うアークジャ
ンプ現象の発生を実際上ほぼ確実に抑制するには、基本
的に凸曲面の形状をなすように加工された電極先端部の
中心付近に放電アークを安定させるための突起部を設け
ればよいことが明らかとなった。（実験３）本発明者は、前記電極部２２の中心付近に突
起部２４が形成される現象とハロゲンサイクル作用を行
う臭素の封入量の関係を明らかにするために、前記発光
管１の臭素封入量を１×１０⁻¹⁰〜１×１０⁻⁴ｍｏｌ
／ｃｍ³の範囲で変えた試験ランプを準備して、点灯周
波数１５０Ｈｚの矩形波点灯によるエイジングで前記突
起部２４が形成される現象を調べてみた。

【００４５】この場合、臭素封入量以外のランプ及び発
光管設計は、上記実験２のときと同一である。この実験
により、前記発光管１の臭素封入量が１×１０⁻⁹〜１
×１０⁻⁵ｍｏｌ／ｃｍ³の範囲であれば、放電アーク
が集束されるような形状からなる前記突起部２４が、初
期点灯１０時間以内に、前記電極部２２の中心付近に形
成されることが分かった。そして、かかるランプではア
ークジャンプ現象が点灯時間３０００時間まで実際上ほ
ぼ確実に抑制されることを確認した。

【００４６】この場合、臭素封入量が前記範囲より少な
くなるとハロゲンサイクル作用が弱すぎて放電アークが
集束されるような突起部２４は、前記電極部２２に形成
されず、従ってアークジャンプ現象を抑えることはでき
なかった。他方、前記範囲より多くなると突起部２４そ
のものは形成されるが、逆にハロゲンサイクル作用が過
剰となり突起部２４が針状の比較的大きいものとなっ
て、前記電極部２１が変形してもはや半球状の凸曲面を
なさない形状となり、電極先端部の損耗が著しく増大し
た。

【００４７】上記のように、臭素封入量を前記範囲に規
定することにより、本発明の特徴とするアークジャンプ
現象の抑制に大きい効果をもつ前記突起部２４を初期点
灯段階で比較的容易に形成できる。（実験４）本発明者は、第４の検討として、アークジャ
ンプ現象抑制に対する前記突起部２４の効果をさらに傍
証するために、半球状の凸曲面の形状をなすように加工
された電極先端部の中心付近に前もって突起部を設けた
電極を準備して、これを用いたランプを点灯周波数１５
０Ｈｚの矩形波点灯によりエイジングしたときのアーク
ジャンプ現象の発生状態を調べた。

【００４８】この場合、前記電極２及び３としては、
（i）先ず上記第２の検討に用いた先端部が凸曲面の形
状をなすように溶融・加工された電極と同じものを準備
し、（ii）次いでその凸曲面の形状をなす前記電極部２
２の中心付近に、タングステン線の小片（φ０.１５ｍ
ｍ×０.７ｍｍ）を前記アークプラズマ溶接装置により
溶融・溶着して前記突起部２４と同様のものを形成す
る、というプロセスで作製した。

【００４９】また、前記発光管１の臭素封入量は、上記
結果で初期点灯により前記突起部２４が形成されない範
囲にある０.４×１０⁻⁹mol／ｃｍ^３の値に設定した。
なお、電極及び臭素封入量以外のランプ及び発光管設計
は、上記第２の検討のときと同一である。この検討結果
からも、定常点灯時の放電アークは前記電極部２２先端
の中心付近に安定して集束されて、点灯時間３０００時
間までアークジャンプ現象が実際上ほぼ確実に抑制され
ることを確かめた。

【００５０】以上のように、本発明による半球状の凸曲
面の形状をなすように加工された電極先端部の中心付近
に突起部を形成することにより、放電アークが前記電極
先端部の中心付近に安定して集束され、これによりラン
プ寿命中のアークジャンプ現象の発生が確実に抑制され
ることが明らかとなった。さらに、前記突起部は、発光
管の臭素封入量を特定範囲に規定し、次いでランプを短
時間点灯するという簡易な方法により形成されることが
分かった。

【００５１】（実験５）最後に、本発明者は、上記初期
点灯により突起部２４を形成する方法を、実際のランプ
に応用したときに起こる問題について検討した。すなわ
ち、ハロゲンサイクルを利用して突起部を形成させてい
くと、電極間距離Ｄｅが減少した場合、ランプ電圧が比
較的大きく低下してしまい、このランプ電圧が安定器の
設計で決められた所定のランプ電圧値を下回った場合
は、ランプ入力電力が低下するために、ランプの光出
力、すなわちスクリーン面上の輝度が低下することが分
かった。

【００５２】次の（表３）は、電極先端部における突起
部の形成により生ずるランプ電圧の変動量ΔＶ１ａの値
を示す実験結果である。

【００５３】

【表３】

【００５４】同表は、上記表２の試験ランプの初期点灯
１０時間後のランプ電圧変動ΔＶｌａを測定した結果を
示す。ここで、試験ランプのランプ電圧は、周波数５０
〜７００Ｈｚの矩形波点灯で前記電極部２２先端の中心
付近に前記突起部２４が形成されたランプでは、平均し
てΔＶｌａ−６.２Vと低下し、他方７００Ｈｚより高い
周波数で点灯されて前記突起部２４が形成されないラン
プでは逆にΔＶｌａ５.７Vと上昇している。このように
小さな突起部２４の形成により比較的大きなランプ電圧
の低下が生じるのは、電極間距離Ｄｅが、２．０ｍｍ以
下のショートアーク型のランプにおいては、突起部の高
さに小さな変動Δｄｅが生じても、電極間距離Ｄｅに対
する変動割合Δｄｅ／Ｄｅの値が、比較的大きくなって
しまうことに起因するものである。

【００５５】突起部２４の形成により、せっかくショー
トアーク型ランプに固有の問題であるアークジャンプ現
象の発生を抑制できても、付随的に発生するランプ電圧
低下の問題を解決しない限り、本発明にかかる高圧放電
ランプの実用化は難しい。そこで、上述のランプ電圧低
下の問題を解決するため、予め、電極間距離を突起部の
成長分（図６におけるｄ１＋ｄ２）だけ大きく設定して
おくようにした。

【００５６】（表３）より、試験ランプの放電アークの
平均電位傾度Ｅla＝（平均初期ランプ電圧Ｖｌａ）／
（電極間距離Ｄｅ）＝６１．６／１．１＝５６V／ｍｍ
となるので、突起部の形成による平均ランプ電圧変動
（低下）ΔＶｌａ＝−６.２Vは、電極間距離Ｄｅの変動
Δｄｅとして約０.１ｍｍに相当する。そこで、初期点
灯による平均ランプ電圧変動（低下）ΔＶｌａ−６.２
V、すなわち電極間距離変動Δｄｅの約０.１ｍｍに留意
して、ランプ製造にあたり事前に電極間距離Ｄｅoを１.
2ｍｍに設定した試験ランプを製作して、突起部の形成
と１０時間エイジング点灯によるランプ電圧変動ΔＶｌ
ａを調べた結果が次の（表４）である。

【００５７】なお、以下の試験ランプの発光管設計は変
更記述がない限り上記実験２の場合と同一であり、点灯
周波数は、１５０Ｈｚである。

【００５８】

【表４】

【００５９】表４に示すように、１０時間の初期点灯に
より突起部が形成されるのが観測され、このときの平均
ランプ電圧変動ΔＶｌａは−６.２Vとなり、エイジング
点灯後の平均ランプ電圧Ｖｌａはランプ本来の定格値６
１Ｖに近い値が得られた。なお、前述のように、ここで
形成された前記突起部２４の形状は、その後の点灯時間
３０００時間を通じてあまり変化することなく保たれ
て、従ってランプ電圧Ｖｌａ値は比較的安定し、またア
ークジャンプ現象の発生も実際上ほぼ確実に抑制されて
いる。

【００６０】このように、ランプの電極間距離Ｄｅを初
期点灯によって形成される突起部による変動分Δｄｅだ
け前もって補正することにより、所期の光出力を得るこ
とができる。（実験６）次いで本発明者は、点灯条件を変化させるこ
とにより電極間距離Ｄｅを調整する方法を検討し、次の
２つの方法を考案した。第１の方法は、放電アーク電流
を強制的に増減させる方法であり、第２の方法は、点灯
周波数を変化させる方法である。以下、詳説する。

【００６１】（１）放電アーク電流の増減放電アーク電流を所定値以上に増大させると電極部の中
心付近の温度が上昇し、そこでの温度によるタングステ
ン物質の蒸発がハロゲンサイクル作用による集積に対し
て増大するために前記突起部が縮小すると考えられる。
そこで、前記放電アーク電流を平均値で２.４５Ａから
２.７２Ａに増大してランプ電圧を測定する実験を行っ
たところ次の（表５）に示すような実験結果を得ること
ができた。

【００６２】

【表５】

【００６３】（表５）に示すように、初期ランプ電圧が
平均６１．２Ｖであったが、その後１０時間点灯するこ
とにより、平均６．１Ｖ低下した。ところが、放電アー
ク電流を増大させると、ランプ電圧が上昇し、前記試験
ランプの初期ランプ電圧より平均で３．８Ｖの低下まで
に回復された。これに対応して突起部の形状も縮小して
いることが確認された。

【００６４】以上によって、ランプ電圧が正規の値より
低下した場合には、アーク放電電流を増加させることに
より突起部の長さが縮小しランプ電圧が回復できること
が実証された。逆に、ランプ電圧が正規の値より大きく
なった場合には、突起部の長さが短く成り過ぎていると
考えることができ、アーク放電電流を所定量下げること
により突起部の長さを回復させて、常にランプ電圧を最
適化した状態での点灯が可能となる。

【００６５】この点灯方法による確認実験を試みた結
果、試験ランプは、点灯時間３０００時間を通じてラン
プ電圧は比較的安定し、またアークジャンプ現象の発生
も抑制されることが確認された。これにより、本点灯方
法によればスクリーン面上の輝度変動及び低下がなく長
寿命かつ高品質の光出力を得ることができることが実証
された。

【００６６】図７は、上記点灯方法を実行するためのラ
ンプ点灯装置（安定器）３００の構成を示すブロック図
である。同図に示すように本ランプ点灯装置３００は、
ＤＣ電源３０１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣ／
ＡＣインバータ３０３、高圧発生器３０４、制御部３０
５、電流検出器３０６および電圧検出器３０７から構成
される。

【００６７】ＤＣ電源３０１は、家庭用の交流１００Ｖ
により直流電圧を生成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２
は、制御部３０５より制御されて所定の大きさの直流電
流をＤＣ／ＡＣインバータ３０３に供給する。ＤＣ／Ａ
Ｃインバータ３０３は、制御部３０５の指示を受けて所
定の周波数の交流矩形電流を生成して高圧発生器３０４
に送る。高圧発生器３０４で発生された高電圧は、超高
圧水銀ランプ１００に印加される。

【００６８】一方、超高圧水銀ランプ１００のアーク放
電電流を検出する電流検出器３０６と、超高圧水銀ラン
プ１００のランプ電圧を検出する電圧検出器３０７のそ
れぞれの検出信号が、制御部３０５に入力されており、
制御部３０５はこれらの入力信号に基づき、ＤＣ／ＤＣ
コンバータ３０２を制御して所定値の電流を生成させ
る。

【００６９】具体的には、制御部３０５の内部メモリ内
に基準電圧値および制御プログラムが格納されており、
検出されたランプ電圧と当該基準電圧値を比較して、前
者が後者より低い場合には、高めの放電アーク電流Ａ１
を流すようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０２をフィードバ
ック制御し、反対に前者が後者より高い場合には、Ａ１
より高い放電アーク電流Ａ２を流すようにＤＣ／ＤＣコ
ンバータ３０２をフィードバック制御する。基準電圧値
としては規格のランプ電圧が設定され、Ａ１、Ａ２の具
体的な値は、ランプの種類ごとに実験などにより予め求
められるものである。

【００７０】なお、検出されたランプ電圧から、ランプ
電圧変動量△Ｖｌａを求めて、当該変動量が所定値以上
になったときに始めて上記の放電アーク電流の変更を実
行するようにすれば、電流切換え制御の頻度を抑えるこ
とができる。（２）点灯周波数の変更また、実験２で説明したように矩形波点灯の周波数を７
００Ｈｚより高くしたときに突起部が形成されなかった
ことに着目し、矩形波周波数１５０Ｈｚの初期点灯によ
り突起部２４が形成された試験ランプを試みに周波数８
００Ｈｚで１０時間点灯し、そのときの突起部２４の形
状変化とランプ電圧変動ΔＶｌａの変化を調べる実験を
行ったところ、次の（表６）に示すような結果を得た。

【００７１】

【表６】

【００７２】同表に示すように突起部が形成された試験
ランプを点灯周波数１５０Ｈｚで１０時間点灯するとラ
ンプ電圧が初期ランプの状態よりも平均６．０Ｖ低下し
たが、同じ試験ランプを点灯周波数を８００Ｈｚにして
１０時間点灯すると、上記（１）の実験において突起部
の形状が縮小したのとは異なり、突起部がほとんど消散
している状態が観測された。そして、それに対応してラ
ンプ電圧変動ΔＶｌａは小さくなり、ランプ電圧Ｖｌａ
が初期点灯前の元の値にほぼ近いレベルになることが分
かった。

【００７３】このような突起部の消散は、点灯周波数を
１５０Ｈｚから８００Ｈｚに高めることにより、前記電
極部２２の先端部の温度が上昇してタングステン物質の
蒸発が増大することに起因するといえる。さらに、前記
突起部２４が消失した前記試験ランプを再度１５０Ｈｚ
で１０時間のエイジング点灯を行うと、再度前記突起部
が形成されて、ランプ電圧Ｖｌａも再度低下することを
確かめた。

【００７４】上記のように、点灯周波数により前記突起
部２４の形成と消散が繰り返されるという現象に着目し
て、ランプ点灯装置として（i）エイジング点灯中のラ
ンプ電圧の初期値に対する増減±ΔＶｌａを検出して、
（ii）ΔＶｌａ値が−２Ｖになる度毎に矩形波周波数を
１５０Ｈｚから８００Ｈｚへ切り変え、他方ΔＶｌａが
０Ｖになる度毎に逆に８００Ｈｚから１５０Ｈｚへ切り
換える、というフィードバック制御回路を装備したもの
を用いて、エイジング点灯したときの試験ランプの前記
電極部の形状変化とアークジャンプ現象の発生状態を観
測した。

【００７５】この結果、前記試験ランプに関して、点灯
時間３０００時間を通じて前記電極先端部の変形・損耗
は比較的軽微であり、一方アークジャンプ現象もほとん
ど発生しないことが分かった。なお、この場合のランプ
入力変動、すなわちスクリーン面上の輝度変動は、ラン
プ電圧変動ΔＶｌａ−２Ｖに相当して約１／３に低減さ
れたものとなり、実用上問題とならないことも判明し
た。

【００７６】このように、エイジング点灯によるランプ
電圧変動ΔＶｌａを点灯安定器の矩形波周波数を変える
ことにより比較的低い値に抑えて制御することも、問題
解決のひとつの具体的方式といえる。なお、切り換える
点灯周波数の組は、１５０Ｈｚと８００Ｈｚの場合に限
らない。突起部２４を成長させる場合には７００Ｈｚ以
下の他の適当な周波数を選択してもよい。但し、５０Ｈ
ｚ未満になると、極性が反転するまでの時間（半周期）
がそれだけ長くなり、その間、陽極となった電極の先端
部が過熱し、却って突起部が溶融してしまうおそれがあ
るので、５０Ｈｚ以上での点灯が望ましい。反対に、突
起部を減少させたい場合には、５０Ｈｚ未満か７５０Ｈ
ｚ以上の他の適当な周波数が選択される。

【００７７】このような点灯方法を実施するランプ点灯
装置は、図７で示したランプ点灯装置３００と同じ構成
となる。但し、制御部３０５における制御内容が異な
る。すなわち、電圧検出器３０７により検出されたラン
プ電圧に基づき、制御部３０５は、ランプ電圧変動ΔＶ
ｌａを求め、それが所定量より大きくなった場合に、そ
の変動量の正負に応じて、上記したように突起部が正常
な大きさとなるような周波数を選択して、ＤＣ／ＡＣイ
ンバータ３０３に当該点灯周波数の矩形波を生成するよ
うに指示するように構成されるものである。

【００７８】上記実験５．６における検討結果から、本
発明によりアークジャンプ現象の発生を抑制するために
前記電極部２２に前記突起部２４を形成するときに、付
随的に発生するランプ電圧変動（低下）によるランプ入
力電力低下という問題は、（ａ）電極間距離Ｄｅの事前
補正、（ｂ）放電アーク電流による電極間距離Ｄｅの補
正制御、（ｃ）矩形波の点灯周波数による電極間距離Ｄ
ｅの補正制御、という３つの有効な手段により解決され
ることが明らかとなった。

【００７９】以上説明してきたように、本発明により半
球状の凸局面の形状をなすように加工された電極先端部
の中心付近に突起部を形成することにより、放電アーク
を前記電極先端部の中心付近に安定して集束せしめて、
エイジングにつれてのアークジャンプ現象の発生を確実
に抑制でき、さらに付随的に発生するランプ入力電力低
下という問題も上記（ａ）〜（ｃ）の３つの有効な手段
により解決できて、目的とするよりショートアーク型で
ありながらスクリーン面上の輝度変動及び低下がない高
品質の高圧放電ランプが得られるものである。（製造方法）最後に、上記超高圧水銀ランプ１００の製
造方法について、特に初期点灯により電極２の突起部２
４を形成する場合について簡単に説明しておく。この超
高圧水銀ランプ１００の製造方法は大まかに次の３段階
に分けることができる。

【００８０】（１）電極部形成工程図４で説明したように、タングステンの電極軸２１の先
端部に二層に巻かれたタングステンコイル２３を取り付
けて（図４（ａ））、その先端部をアルゴンプラズマ溶
接機（図５参照）で溶融・加工してほぼ半球状の電極部
２２を形成する（図４（ｂ））。

【００８１】（２）電極封止工程図４（ｂ）のように形成された一対の電極のそれぞれに
モリブデン箔・外部モリブデンリード線を接続し、その
電極間間隔が、正規の出力を得るための距離ＤｅよりΔ
ｄｅだけ長い間隔で対向する状態で発光管１の両端部に
封止する。この際に、内部の空気が抜かれると共に、上
述した量の水銀およびハロゲン物質などが封入される。
なお、Δｄｅの値は、次の突起部形成工程において両電
極に形成される突起部の高さの和にほぼ等しい値であっ
て、実験などにより予め求められるものである。

【００８２】（３）突起部形成工程上記電極が封止された超高圧水銀ランプ１００を矩形波
電流により所定時間だけ点灯し、電極部２２の先端に突
起部２４を形成する。この所定時間は、突起部２４が所
定高さまで成長し、ハロゲンサイクル作用によりその高
さが安定するまでに要する時間が望ましく、各種の条件
により若干異なる。本実施の形態においてはおよそ３時
間程度に設定される。

【００８３】この際、交流の矩形波点灯が行われるが、
その周波数は５０〜７００Ｈｚの範囲内の適当な周波数
が設定される。これにより、上述したように半球状の電
極部の先端の中心部に突起部が形成される。以上によ
り、図３のような電極を備えた超高圧水銀ランプ１００
が製造される。（変形例）なお、本発明の内容は、上記実施の形態に限
定されないのは言うまでもなく、以下のような変形例を
考えることができる。

【００８４】上記実施の形態においては、電極軸先端
の電極部の形状は、ほぼ半球形状としたが、初期点灯に
より突起部が形成されるのは、最初にアーク放電が生じ
やすい位置、すなわち相手方電極に一番近接する位置で
あると考えられるから、半球形状でなくとも相手方電極
に対向する面が凸曲面であれば、当該凸曲面の頂部もし
くはその付近に突起部が安定して形成される。

【００８５】また、初期点灯におけるハロゲンサイクル
作用を使用せず、溶接などによりタングステンのチップ
を電極部先端に取り付ける方法によれば、上記のように
初期点灯において突起部の形成されやすい位置を特に考
える必要もないので、先端電極部の熱容量が電極軸の熱
容量より大きければ、その形状が凸曲面に限定される必
要はない。

【００８６】なお、このように電極先端部を凸曲面形状
に限定しない場合には、一般的に当該電極部の軸方向の
単位長さ当たりの体積が電極軸の部分より大きくなるよ
うに形成しておけば、先端電極部の熱容量（厳密には、
軸方向の単位長さ当たりの熱容量）を電極軸の部分より
大きくすることができる。上記実施の形態においては、ハロゲンサイクル作用を
起こさせるハロゲン物質として臭素を選択したが、他の
適当なハロゲン物質を使用することも可能である。

【００８７】上記実施の形態においては、ほぼ半球状
の電極部２２の中心部に突起部２４を形成する際に、５
０〜７００Ｈｚの範囲の適当な周波数の矩形波電流を通
電したが、矩形波に限定されずｓｉｎ波の交流であって
もよい。上記実施の形態においては、電極管距離Ｄｅが０.５
〜２.０ｍｍの範囲に、あり、かつ定常点灯時の管内水
銀蒸気圧が１５ＭＰａ〜３５ＭＰａの範囲にある超高圧
水銀ランプを例にして説明したが、本発明は、アークジ
ャンプ現象が問題となる他の高圧放電ランプにも適用で
きることは言うまでもない。

【００８８】また、上記実施の形態においては、交流
型の放電ランプについて説明したが、上記電極形状によ
るアークジャンプ現象防止の効果は、理論的には直流型
の放電ランプにおいても享受し得る筈である。この場合
には、少なくとも陽極の電極が、上記突起部を有する凸
曲面の先端電極部を有するようにすればよいであろう。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る高圧放
電ランプは、一対の電極が、その先端部同士が発光管内
で対向するように配設されてなる高圧放電ランプであっ
て、前記一対の電極の少なくとも一方の電極軸の先端に
は、軸方向の単位長さ当たりの体積が当該電極軸の軸部
分よりも大きい電極部が形成されると共に、当該電極部
の、相手方の電極先端部に対向する部分に突起部が設け
られているので、電極先端部の熱容量が増大して溶融・
変形しにくくなると共に、放電アークを電極先端部の前
記突起部が形成された中心付近に安定して集束させるこ
とができる。

【００９０】これにより電極間距離がより短いショート
アーク型高圧放電ランプにおける寿命を長くすることが
できると共に、アークジャンプ現象を実際上ほぼ確実に
抑制することが可能となる。また、本発明に係る高圧放
電ランプにおける製造方法は、一対の電極を、その先端
部同士が所定間隔をおいた状態で対向するように発光管
に封止する封止工程と、前記電極部の、相手方の電極先
端部に対向する部分に突起部を形成する突起部形成工程
とを含んでおり、これにより上記高性能の高圧放電ラン
プを製造することができる。特に、突起部形成工程にお
いて、所定の条件下でランプを点灯することにより当該
突起部を容易に形成することができ、生産性がよい。

【００９１】さらに封止工程は、前記一対の電極の正規
の電極間距離がＤｅである場合において、当該一対の電
極を、その先端部の距離が上記ＤｅよりΔｄｅだけ大き
い状態で発光管に封止することにより、上記突起部形成
工程により突起部が形成されて電極間距離が狭くなった
ときに丁度正規の電極間距離になるように設定でき、ラ
ンプ出力が、規格値より低下しないようにすることがで
きる。

【００９２】さらに本発明に係るランプの点灯方法によ
れば、放電アーク電流や点灯周波数を制御することによ
り常に最適な電極間距離を維持でき、長時間使用しても
スクリーン面上の輝度変動及び低下がない点灯が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る超高圧水銀ランプの
構造を示す断面図である。

【図２】上記超高圧水銀ランプを使用したランプユニッ
トの構成を示す一部切欠き斜視図である。

【図３】上記超高圧水銀ランプにおける電極の形状を示
す図である。

【図４】上記電極の製造における電極先端部の溶融・加
工の工程を説明するための図である。

【図５】上記電極先端部を溶融・加工するアルゴンプラ
ズマ溶接装置の構成を示す図である。

【図６】上記超高圧水銀ランプにおける電極間のアーク
放電の様子を示す図である。

【図７】上記超高圧水銀ランプの点灯装置の構成を示す
ブロック図である。

【図８】従来のショートアーク型高圧放電ランプ用電極
の先端形状を示す図である。

【図９】上記ショートアーク型高圧放電ランプ用電極に
おけるアークジャンプ現象の発生状態を示す図である。

【符号の説明】

１発光管２、３電極４、５モリブデン箔６、７外部モリブデンリード線８発光空間９水銀１１スペーサ１２反射ミラー２１，３１電極軸２２，３２電極部２３，３３コイル２４，３４突起部４０プラズマトーチ４２陰極棒１００超高圧水銀ランプ２００ランプユニット３００ランプ点灯装置３０１ＤＣ電源３０２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０３ＤＣ／ＡＣインバータ３０４高圧発生器３０５制御部３０６電流検出器３０７電圧検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 61/88 Ｈ０１Ｊ 61/88 ＵＨ０５Ｂ 41/16 ３４０Ｈ０５Ｂ 41/16 ３４０ (72)発明者永井治男大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 3K082 AA22 BD03 BD04 BD26 BD32 CA32 5C012 AA08 RR09 5C015 JJ02 5C039 HH02 HH04 HH15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極が、その先端部同士が発光管
内で対向するように配設されてなる高圧放電ランプであ
って、前記一対の電極の少なくとも一方の電極軸の先端には、
軸方向の単位長さ当たりの体積が当該電極軸の軸部分よ
りも大きい電極部が形成されると共に、当該電極部の、
相手方の電極先端部に対向する部分に突起部が設けられ
ていることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】前記電極部の他の電極と対向する面は、
凸曲面に形成されると共に、前記突起部は、相手方の電
極先端部に最も近接する位置に設けられていることを特
徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】前記一対の電極間の距離が、０．５ｍｍ
以上２．０ｍｍ以下であると共に、定常点灯時の管内水
銀蒸気圧が１５Ｍｐａ以上３５Ｍｐａ以下であることを
特徴とする請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】前記発光管のハロゲン物質の封入量が、
１×１０^-9ｍｏｌ／ｃｍ³以上１×１０^-5ｍｏｌ／ｃｍ³
以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか
に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】前記ハロゲン物質は、臭素であることを
特徴とする請求項４記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】一対の電極が、その先端部同士が発光管
内で対向するように配設されてなる高圧放電ランプの製
造方法であって、一対の電極の少なくとも一方の電極軸の先端に、軸方向
の単位長さ当たりの体積が、当該電極軸の軸部分よりも
大きい電極部を形成する電極部形成工程と、前記一対の電極を、その先端部同士が所定間隔をおいた
状態で対向するように発光管に封止する封止工程と、前記電極部の、相手方の電極先端部に対向する部分に突
起部を形成する突起部形成工程と、を含むことを特徴とする高圧放電ランプの製造方法。
【請求項７】前記封止工程は、前記一対の電極の正規
の電極間距離がＤｅである場合において、当該一対の電
極を、その先端部の距離が上記ＤｅよりΔｄｅだけ大き
い状態で発光管に封止することを特徴とする請求項６に
記載の高圧放電ランプの製造方法。
【請求項８】前記突起部形成工程は、所定時間前記一
対の電極に交流を通電して点灯させることにより前記電
極部に突起部を形成するようにしたことを特徴とする請
求項６または７に記載の高圧放電ランプの製造方法。
【請求項９】前記Δｄｅの値は、前記点灯において前
記電極部に形成される突起部により電極間距離の短くな
る大きさにほぼ等しいことを特徴とする請求項８に記載
の高圧放電ランプ。
【請求項１０】前記点灯時に通電される交流の周波数
は、５０Ｈｚ以上７００Ｈｚ以下であることを特徴とす
る請求項８または９に記載の高圧放電ランプの製造方
法。
【請求項１１】前記封止工程は、定常点灯時における
発光管内の水銀蒸気圧が１５Ｍｐａ以上３５Ｍｐａ以下
となるような量の水銀を封入する水銀封入工程を含むこ
とを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載の高
圧放電ランプの製造方法。
【請求項１２】前記封止工程は、発光管内のハロゲン
物質が１×１０^-9ｍｏｌ／ｃｍ³〜１×１０^-5ｍｏｌ／
ｃｍ³となるようにハロゲン物質を封入するハロゲン物
質封入工程を含むことを特徴とする請求項６から１１の
いずれかに記載の高圧放電ランプの製造方法。
【請求項１３】請求項１から５のいずれかに記載の高
圧放電ランプの点灯方法であって、突起部の形成により電極間距離が正規の値より減少した
場合に、両電極間に流れる放電アーク電流を増大させて
点灯すると共に、前記突起部が減少して電極間距離が正
規の値より増加した場合に、放電アーク電流を減少させ
て点灯するようにしたことを特徴とする高圧放電ランプ
の点灯方法。
【請求項１４】請求項１から５のいずれかに記載の高
圧放電ランプの交流電源による点灯方法であって、突起部の形成により電極間距離が正規の値より減少した
場合に、両電極間に通電する交流の周波数を第１の周波
数に設定すると共に、前記突起部が減少して電極間距離
が正規の値より増加した場合に、両電極間に通電する交
流の周波数を第２の周波数に設定することを特徴とする
高圧放電ランプの点灯方法。
【請求項１５】前記第１の周波数は、５０Ｈｚ未満ま
たは７５０Ｈｚ以上の周波数であって、前記第２の周波
数は、５０Ｈｚ以上７００Ｈｚ以下の周波数であること
を特徴とする請求項１４記載の高圧放電ランプの点灯方
法。
【請求項１６】請求項１から５のいずれかに記載の高
圧放電ランプを点灯するためのランプ点灯装置であっ
て、高圧放電ランプに通電する電流を生成する電流生成手段
と、ランプ電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段による検出結果に基づき、前記電流生
成手段を制御して放電アーク電流の大きさを変化させる
制御手段とを備えることを特徴とするランプ点灯装置。
【請求項１７】請求項１から５のいずれかに記載の高
圧放電ランプを点灯するためのランプ点灯装置であっ
て、高圧放電ランプに通電する交流電流を生成する電流生成
手段と、ランプ電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段による検出結果に基づき、前記電流生
成手段を制御して、交流電流の周波数を変更させる制御
手段とを備えることを特徴とするランプ点灯装置。