JP2002373622A - ショートアーク型超高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】極めて高い水銀蒸気圧で点灯する超高圧水銀ラ
ンプにおいて、十分に高い耐圧力性を有する構造を提供
することである。 【解決手段】内部に一対の電極が対向配置され、かつ
０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した発光管部
と、その両側に延在して電極の一部を封止する側管部か
らなり、前記電極のうち前記側管部に位置する部分の外
表面と、当該側管部を構成する石英ガラスとの間には微
小空隙が形成されるとともに、この電極部分には凹凸が
形成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、点灯時の水銀蒸気
圧が１５０気圧以上となるショートアーク型超高圧放電
ランプに関し、特に、液晶ディスプレイ装置やＤＭＤ
（デジタルミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタル
ライトプロセッサ）などのプロジェクター装置のバック
ライトとして使うショートアーク型超高圧放電ランプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型のプロジェクター装置は、矩形状
のスクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をも
って画像を照明させることが要求され、このため、光源
としては、水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタル
ハライドランプが使われている。また、このようなメタ
ルハライドランプも、最近では、より一層の小型化、点
光源化が進められ、また電極間距離の極めて小さいもの
が実用化されている。

【０００３】このような背景のもと、最近では、メタル
ハライドランプに代わって、今までにない高い水銀蒸気
圧、例えば１５０気圧、を持つランプが提案されてい
る。これは、水銀蒸気圧をより高くすることで、アーク
の広がりを抑える(絞り込む）とともに、より一層の光
出力の向上を図るというものである。このような超高圧
放電ランプは、例えば、特開平２−１４８５６１号、特
開平６−５２８３０号に開示されている。

【０００４】ところで、このような超高圧放電ランプ
は、発光管内の圧力が点灯時に極めて高くなるので発光
管部の両側に延在する側管部においては、当該側管部を
構成する石英ガラスと電極および給電用の金属箔を十分
かつ強固に密着させる必要がある。密着性が悪いと封入
ガスが抜けたり、あるいはクラック発生の原因になるか
らである。このため、側管部の封止工程では、例えば、
２０００℃もの高温で石英ガラスを加熱して、その状態
において、厚肉の石英ガラスを徐々に収縮したり、ある
いは、石英ガラスをピンチシールすることで側管部の密
着性を上げている。

【０００５】しかしながら、あまりに高温で石英ガラス
を焼き込むと、石英ガラスと、電極あるいは金属箔との
密着性は向上するものの、放電ランプ完成後に側管部が
破損し易くなるという問題が発生した。この問題は、加
熱処理後の側管部の温度が徐々に下がる段階において、
電極を構成する材料（タングステン）と側管部を構成す
る材料（石英ガラス）との膨張係数の違いによって相対
的な伸縮量が異なり、これが原因して両者の接触部分に
クラックが発生するものとと考えられる。このクラック
は、ごく小さいものではあるが、ランプ点灯中の超高圧
状態とも相俟ってクラックの成長を導き、これが原因と
なり放電ランプの破損を導くものと考えられる。

【０００６】このような問題を解決するために図６に示
す構造が提案されている。この図は放電ランプの一部を
拡大したものであって、発光管部１０に側管部１１が繋
がり、電極２は側管部１１の中で金属箔３と接合され
る。そして、側管部１１に埋設される電極２にはコイル
部材５が巻回されている。この構造は電極２に巻回させ
たコイル部材５によって、電極２の熱膨張に起因する石
英ガラスへの応力を緩和させるものであり、例えば、特
開平１１−１７６３８５号に記載されている。

【０００７】しかしながら、このような構造により電極
２の熱膨張を緩和させたとしても、現実には、電極２や
コイル部材５の周辺にクラックＫが残るものであった。
このクラックＫは、非常に微小なものではあるが、発光
管部１０の水銀蒸気圧が１５０気圧程度というような場
合には、時として、側管部１１の破損につながる場合が
ある。また、近年、２００気圧、さらには３００気圧と
いう非常に高い水銀蒸気圧が要求されており、このよう
な高い水銀蒸気圧においては、ランプ点灯中に、クラッ
クＫの成長が促進され、結果として、側管部１１の破損
が顕著に起こるという問題があった。つまり、クラック
Ｋの存在が最初は微少なものであったとしても、高い水
銀蒸気圧におけるランプの点灯において次第に大きく成
長してしまうということである。これは５０〜１００気
圧程度の点灯時蒸気圧を有する水銀ランプにおいては決
して存在しない新規な技術的課題であるといえる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するためになされたものであって、極めて高
い水銀蒸気圧で点灯する超高圧水銀ランプにおいて、十
分に高い耐圧力性を有する構造を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、内
部に一対の電極が対向配置され、かつ０．１５ｍｇ／ｍ
ｍ^３以上の水銀を封入した発光管部と、その両側に延在
して電極の一部を封止する側管部からなり、前記電極は
その側面及び端面が前記側管部内において、当該側管部
の構成材料である石英ガラスとの間に微少空隙を形成し
て配置しており、この電極部分には凹凸が形成されるこ
とを特徴とする。さらに、前記微少空間は、前記電極を
構成する材料と前記側管部を構成する材料の膨張係数の
差に起因して、当該電極が軸方向に拘束されずに自由に
伸縮可能となる程度のものであることを特徴とする。さ
らに、前記凹凸は、その深さが１．０〜１００μｍであ
ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】この発明のショートアーク型超高圧放電ランプ
は、上記構成により、電極と側管部を構成する石英ガラ
スとの封止工程において、微少クラックの発生を完全、
あるいはほぼ完全に抑えることができた。この理由は、
側管部に位置する電極（電極棒とも称する）は、その表
面において空隙を有しており石英ガラスとの境界も密着
していないからであり、電極の表面には石英ガラスが存
在しないことから当然にクラックの発生もありえないと
いうものである。

【００１１】ここで、本出願人は、先に特願２０００−
１６８７９８号において、図７に示すような電極の外表
面に空隙を設ける側管部の構造を提案している。しかし
ながら、この出願に開示される空隙構造は、図に示すよ
うな空隙構造が完全正確に形成することができれば何ら
問題はないが、現実にはこのような完全正確な空隙の形
成は困難であることが判明した。具体的に説明すると、
空隙の形成は、側管部の製造工程において電極に振動を
加えることで形成することが開示されているが、現実に
は振動だけでは十分に空隙の形成ができないというのが
実情である。そして、本発明はこのような空隙の形成を
より簡易かつ、確実に形成するための構成として、電極
の表面に凹凸を設けることを発明したものである。

【００１２】このように凹凸形状を形成することが空隙
の確実な形成につながるという技術的説明は必ずしも明
らかではないが、本出願人は鋭意検討を重ねた結果、以
下のように考えている。すなわち、前記先願明細書にも
開示されるように、空隙を形成するための製造方法は、
封止工程の最終段において電極に対して衝撃を加えるこ
とである。そして、衝撃を加える際に凹凸が形成されて
いた方が、凹部に存在する溶融状態の石英ガラスが、衝
撃とともに外部に飛び出すことになり、この飛び出しに
よって空隙が確実に形成できるものと推測している。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のショートアーク型超高圧
放電ランプについて説明するが、まず、図１を使って、
放電ランプの全体構造について説明する。放電ランプ１
は、石英ガラスよりなる発光管部１０をほぼ中央に有
し、その両端に側管部１１を有する。側管部１１は石英
ガラスにより気密に封止されている。

【００１４】発光管部１０内には、タングステン製の一
対の電極２が、例えば、２．５ｍｍ以下の間隙をもって
配置される。電極２の一端側は金属箔３が溶接されてお
り、金属箔３および電極２の一部が側管部１１に埋設さ
れて封止されている。そして、金属箔３の他端は外部リ
ード４が接合されている。

【００１５】発光管部１０には、発光物質として水銀が
封入され、また、点灯始動ガスとしてアルゴン、キセノ
ン等の希ガスが封入される。水銀の封入量は、安定点灯
時の蒸気圧が１５０気圧以上、好ましくは２００気圧以
上、より好ましくは３００気圧以上になる相当量が、そ
れぞれ計算されて封入されている。例えば，水銀蒸気圧
が１５０気圧以上になる場合は、水銀封入量は、０．１
５ｍｇ／ｍｍ^３以上となる。

【００１６】図２は、発光管部１０と側管部１１との境
界部分の拡大図を示し、図３は図２のＡ−Ａ’断面図を
示す。なお、図２、図３の空隙Ｂ、凹凸２０は実際には
極めて小さいものであるが、図面においては説明の便宜
上、誇張して表現している。側管部１１内において、電
極２は、金属箔３と溶着されており、それ以外の領域は
側管部１１を構成する石英ガラスとの間に空隙Ｂを有し
ている。具体的には、電極２の側面２ａと封止側端面２
ｂでは、側管部１１（石英ガラス）とは接触していな
い。なお、電極２の先端にはコイル２１が巻回されてい
るが、これは点灯始動性を改善するものであり、タング
ステンが４〜５回巻き付けられている。

【００１７】ここで、空隙Ｂは、電極の構成材料と側管
部を構成する材料の膨張係数の違いによって、電極が軸
方向に拘束されることなく自由に相対的な伸縮できると
いう観点から決まるものであり、電極がタングステンよ
りなり側管部が石英ガラスからなる場合は、空隙の幅Ｂ
は６〜１６μｍの範囲から選択され、空隙Ｂの電極の長
さ方向には２〜５ｍｍ存在する。また、電極の側管部に
おける外径は、例えば、０．３〜１．５ｍｍΦである。

【００１８】図４は電極の具体的構造を示す。（ａ）に
示すように同じ外径で先端まで伸びているものや、
（ｂ）に示すように封止される部分に対して発光空間に
露出する部分が太く形成されるものがあり、また、その
他の形状の電極も採用することができる。さらに、電極
の発光空間側の先端は（ａ）に示すように平面であって
も、（ｂ）に示すように曲面状であってもよく、また円
錐状などその他の形態であってもかまわない。電極２に
は側管部に相当する位置に凹凸２０が形成される。凹凸
２０は幅Ｗと深さｄからなり、同図に示すようにギザギ
ザ状のものであっても、図２に示すような方形状のもの
であってもよく、さらには、その他の形状、例えば曲面
状、波状のものであってもよい。凹凸２０の深さ（ｄ）
は、例えば、１〜１００μｍであり、なお、この凹凸２
０は、旋盤加工、円筒研削などにより形成することがで
きる。

【００１９】次に、本発明のショートアーク型超高圧放
電ランプの製造方法について説明する。図５（イ）〜
（ニ）は一連の製造工程を示し、（イ）は封止工程、
（ロ）は冷却工程、（ハ）は加熱工程、（ニ）は振動工
程を表す。なお、電極２には前記したように凹凸が形成
されているが、この図面では製造工程を説明するという
便宜上凹凸は省略している。

【００２０】まず、図５（イ）の封止工程について説明
する。発光管部１０と側管部１１が形として形成された
ガラスバルブの一方の側管部１１ａの中に、電極２、金
属箔３、外部リード棒４が一体に形成された電極組立体
を挿入して、電極２の先端が発光管部１０に露出すると
ともに、電極２の根元と金属箔３が側管部１１に位置す
るように配置させる。そして、図中Ｃで示すように、電
極２と金属箔３を取り囲む側管部１１ａを、この側管部
１１ａの軟化点以上の温度で加熱する。具体的には、側
管部が石英ガラスよりなる場合の軟化点温度は１６８０
℃であり、２０００℃程度でガスバーナによって加熱す
る。

【００２１】この封止工程においては、側管部１１ａの
端部が既に閉じられているので、他方の側管部１１ｂの
開口端を介してガラスバルブ内は、例えば、１００Ｔｏ
ｒｒまで減圧される。このため、側管部１１ａが加熱さ
れると、当該部分は縮径されて、これにより電極２と金
属箔３が封止されることになる。なお、このようなガラ
スバルブ内を負圧にする方法以外に、側管部１１を加熱
した後、ピンチャーによって封止することもできる。

【００２２】次に、図５（ロ）の冷却工程について説明
する。前記封止工程に続き側管部１１ａを冷却する。こ
の冷却は、強制冷却や自然冷却により行い、例えば、１
２００℃になるまで冷却する。

【００２３】この冷却工程により、電極２と側管部１１
ａは一部において溶着する状態になるが、電極２の全表
面において側管部を構成する材料と溶着しているわけで
はない。これは、電極を構成する材料、例えば、タング
ステンと、側管部を形成する材料、例えば、石英ガラス
の膨張係数が異なるので、電極２と側管部１１の溶着部
分（封止工程で溶着した部分）の一部が剥離するからで
ある。このような剥離が発生するときに、上記極微小な
クラックＫが発生する。

【００２４】次に、図５（ハ）の加熱工程について説明
する。上記冷却工程に続き、図中Ｄで示す部分を再度加
熱する。この加熱は、例えば、ガスバーナによって、側
管部１１を構成する材料、例えば、石英ガラスが粘性流
動状態となって電極２と再び接するまで行い、電極２と
側管部１１を構成する材料が、相対的に動くことができ
る状態とする。ここで、この加熱工程は、側管部１１ａ
のうち図中Ｄで示す領域のみを再加熱するものであるた
め、金属箔３がすでに封止固定されている領域までも加
熱するものではない。このため、金属箔３と側管部１１
の気密封止には何ら影響を与えるものではない。このよ
うな再加熱を行うことで、電極２の周辺に存在していた
極微少クラックを消滅させることができる。

【００２５】次に、図５（ニ）の振動工程について説明
する。上記加熱工程終了後、側管部１１ａの領域Ｄの温
度が、側管部構成材料の軟化点以下の温度であって除冷
点以上の温度の状態において、当該側管部１１ａに対し
て振動を加える。この振動は図において矢印で示す方向
に起こす。これは、側管部１１の領域Ｄが粘性流動状態
であり、電極２と石英ガラス１１が相対的に動くことが
できる状態だからである。振動は、例えば、１〜１０回
行われ、これにより０．１〜１．０ｍｍの移動が行われ
る。なお、最後の振動では電極間距離を適正にしなけれ
ばならず、別途、手動や画像処理装置を用いて±０．０
５ｍｍの精度により行われる。

【００２６】この振動は、側管部１１を掴んだ保持部材
１３がモータなどの振動手段に接続され、このモータの
駆動に従い、矢印方向の振動が発生する。この振動によ
り、電極２と側管部１１が強制的かつ相対的にずれて両
者の間に良好に空隙が発生する。この空隙の形成には、
図示略の凹凸２０の凹部に位置する溶融した石英ガラス
が振動の影響を受けて、良好に飛び出すという作用も影
響している。

【００２７】なお、側管部１１ｂにおける電極の製造に
ついては、上記の工程終了後、発光管部１０に必要な水
銀と希ガスを封入した後に、同様の、封止、冷却、加
熱、振動工程を行うことになる。

【００２８】ここで、振動の回数は電極に形成された凹
凸の深さが影響している。本発明者らは、数々の実験を
積み重ねた結果、凹凸の深さが３５〜１００μｍのとき
振動は１〜２回（１回で側管部は図５（ニ）に示す矢印
方向の移動を１往復する）、凹凸の深さが１２〜２５μ
ｍのとき振動は３〜４回、凹凸の深さが１．０〜６．５
μｍのとき振動は５〜１０回必要であることを確認して
いる。この結果は凹凸の深さが大きいほど振動回数が少
なくて足りることを意味しており、凹凸による空隙形成
作用の影響を裏付ける理由にもなっている。なお、振動
回数が多くなると金属箔に悪影響を及ぼしかねない。本
発明者らは、振動回数は１０回以下、好ましくは５回以
下が金属箔への影響という意味において有効であること
を確認している。

【００２９】なお、電極に形成する凹凸は、前記実施例
のように電極が伸びる方向に凹部と凸部が連続して並ぶ
構造に限定されるものではない。すなわち、電極の円周
方向に凹部と凸部が連続して並ぶ構造であってもよい。
この場合に振動を加える方向は、前記製造工程で説明し
たような側管部の端部から加えるのではなく、側管部の
側面から加えることとなる。そして、電極の円周方向に
形成される凹凸は円周方向のすべてに形成されるのでは
なく、振動を加える方向との関係で一部分に形成するこ
ともできる。

【００３０】次に、本発明によるショートアーク型放電
ランプの数値例を紹介する。 陰極の外径 ： ０．８ｍｍ 陽極の外径 ： １．８ｍｍ 側管部の外径 ： ６．０ｍｍ ランプ全長 ： ６５．０ｍｍ 側管の長さ ： ２５．０ｍｍ 発光管の内容積： ０．０８ｃｃ 電極間距離 ： ２．０ｍｍ 定格点灯電圧 ： ２００ｗ 定格点灯電流 ： ２．５Ａ 封入水銀量 ： ０．１５ｍｇ／ｍｍ^３ 希ガス ： アルゴンを１００Ｔｏｒｒ

【００３１】以上説明しましたように、この発明のショ
ートアーク型超高圧放電ランプは、電極の側面と端面に
おいて微小空隙を有しているため、当該部分における微
少クラックの発生を完全、あるいはほぼ完全に抑えるこ
とができ、また、電極に凹凸を設けることで放電ランプ
の製造工程において、確実、正確に微小空間を形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ショートアーク型超高圧放電ランプの全体図で
ある。

【図２】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの
部分図である。

【図３】図３におけるＡ−Ａ断面図である。

【図４】本発明の電極の構造を示す図である。

【図５】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの
製造方法の説明図である。

【図６】従来のショートアーク型超高圧放電ランプの部
分図を示す。

【図７】本発明を説明するためのショートアーク型超高
圧水銀ランプの部分図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C012 LL01 5C015 JJ01 JJ08 5C043 AA14 AA20 BB09 CC02 CD01 DD12 DD19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に一対の電極が対向配置され、かつ、
   ０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入した発光管部
   と、その両側に延在して電極の一部を封止する側管部か
   らなるショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、 前記電極は、その側面及び端面が前記側管部内において
   当該側管部の構成材料である石英ガラスとの間に微少空
   隙を形成して配置しており、 この電極部分には凹凸が形成されることを特徴とするシ
   ョートアーク型超高圧放電ランプ。
2. 【請求項２】前記微少空間は、前記電極を構成する材料
   と前記側管部を構成する材料の膨張係数の差に起因し
   て、当該電極が軸方向に拘束されずに自由に伸縮可能と
   なる程度のものであることを特徴とする請求項１のショ
   ートアーク型超高圧放電ランプ。
3. 【請求項３】前記凹凸は、深さが１．０〜１００μｍで
   あることを特徴とする請求項１のショートアーク型超高
   圧放電ランプ。