JP2004087473A - 高圧水銀ランプおよびランプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】点灯動作圧が極めて高い高圧水銀ランプの黒化の発生を抑制すること
【解決手段】管内に少なくとも水銀６が封入された発光管１と、発光管１の気密性を保持する封止部２を一対備え、水銀６の封入量は、発光管１の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、発光管１および一対の封止部２のうちの少なくとも一部には、発光管１を加熱する加熱手段１０が設けられている、高圧水銀ランプである。
【選択図】　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧水銀ランプおよびランプユニットに関する。特に、プロジェクタなどの光源として使用される高圧水銀ランプのうち、水銀の封入量が比較的多いものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大画面映像を実現するシステムとして、液晶プロジェクタやＤＭＤプロジェクタなどの画像投射装置が広く使用されている。このような画像投射装置には、特許文献１に開示されているような高圧水銀ランプが一般的に広く用いられている。
【０００３】
図１は、特許文献１に開示された高圧水銀ランプの構造を示している。図１に示したランプ１０００は、石英を主成分とする発光管１と、その両側に延在する一対の側管部（封止部）２から構成されている。側管部２には、金属製の電極構造体が埋設されており、外部から発光管内に電力を供給できるようになっている。電極構造体は、タングステン（Ｗ）製の電極３、モリブデン（Ｍｏ）箔４、外部リード線５を順に電気的に接続した構成をとる。なお、電極３の先端には、コイル１２が巻き付けられている。発光管１内には、発光種である水銀（Ｈｇ）、アルゴン（Ａｒ）および少量のハロゲンガス（図示しない）が封入されている。
【０００４】
ランプ１０００の動作原理を簡単に説明する。一対の外部リード線５の両端に始動電圧を印加すると、Ａｒの放電が起こり発光管１内の温度が上昇する。この温度上昇によって、Ｈｇ原子は蒸発して、発光管１内に気体として充満する。このＨｇは両電極３の間で、一方の電極３から放出される電子によって励起されて発光する。したがって、発光種であるＨｇの蒸気圧が大きいほど高輝度の光が放出されるということになる。また、Ｈｇの蒸気圧が大きいほど両電極間の電位差（電圧）は大きくなるため、同じ定格電力で点灯する場合、電流を小さくすることできる。これは電極３への負担を小さくできるということであり、ランプの長寿命化につながる。このため、Ｈｇ蒸気圧を大きくするほど、輝度、寿命の特性が優れたランプにすることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−１４８５６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、物理的耐圧強度の観点から、従来の高圧水銀ランプは実用的には１５〜２０ＭＰａ（１５０〜２００気圧）程度のＨｇ蒸気圧で使用されている。特許文献１には、Ｈｇ蒸気圧が２００バールから３５０バール（約２０ＭＰａ〜約３５ＭＰａに相当）の超高圧水銀ランプが開示されているが、信頼性や寿命等を考慮した現実的な使用においては、１５〜２０ＭＰａ（１５０〜２００気圧）程度のＨｇ蒸気圧で使用される。
【０００７】
今日、耐圧強度を高める研究・開発が行われているものの、実用的な使用に耐えられるような、Ｈｇ蒸気圧が２０ＭＰａを超えた高耐圧の高圧水銀ランプはまだ報告されていないのが現状である。そのような中、本願発明者は、約３０〜４０ＭＰａまたはそれ以上（約３００〜４００気圧またはそれ以上）の高耐圧の高圧水銀ランプを完成させることに成功し、特願２００１−２６７４８７号、および、特願２００１−３７１３６５号に開示した。
【０００８】
この極めて高い耐圧を有する高圧水銀ランプは、従来技術では到達できていなかった水銀蒸気圧で動作させるものであるがゆえ、その特性および挙動がどのようになるか予測がつかない。本願発明者が当該高圧水銀ランプの点灯試験を行ったところ、動作圧が従来の２０ＭＰａを超えると、特におおむね３０ＭＰａ以上になるとランプが黒化することがわかった。
【０００９】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、動作圧が２０ＭＰａを超える（例えば２３ＭＰａ以上、特に２５ＭＰａ又は３０ＭＰａ以上）動作圧であっても黒化を抑制できる高圧水銀ランプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備え、前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、電熱線が設けられている。
【００１１】
前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。
【００１２】
ある好適な実施形態において、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、前記発光管には、ハロゲンが封入されており、前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ^２以上であり、前記電熱線は、前記発光管を加熱する手段である。
【００１３】
前記電熱線は、前記封止部の少なくとも一方に巻き付けられていればよい。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記一対の封止部のそれぞれの端部からは、外部リードが延びており、前記外部リードの少なくとも一方には、前記電熱線の一端が電気的に接続されている。
【００１５】
前記電熱線の一部には、前記外部リード線と電気的な接続をオン・オフするスイッチが設けられており、前記電熱線は、点灯前には前記外部リード線に電気的に接続されており、そして、点灯後には、前記外部リード線との電気的な接続が切断されて、前記電熱線に通電する電源に電気的に接続される。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記電熱線は、前記電熱線の一部には、前記外部リード線と電気的な接続を切断するスイッチが設けられている。
【００１７】
ある好適な実施形態において、前記発光管内には、一対の電極棒が互いに対向して配置されており、前記一対の電極棒のうちの少なくとも一方の電極棒は、金属箔に接続されており、前記金属箔は、前記封止部内に設けられており、かつ、当該金属箔の少なくとも一部は、前記第２のガラス部内に位置している。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記少なくとも一方の封止部内に埋め込まれた部分における前記電極棒の少なくとも一部には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を少なくとも表面に有するコイルが巻かれている。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記封止部内には、前記第２のガラス部と接する金属部であって、電力を供給するための金属部が設けられており、前記圧縮応力は、前記封止部の少なくとも長手方向に印加されており、前記第１のガラス部は、ＳｉＯ_２を９９重量％以上含み、前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ_２Ｏ_３および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ_２とを含む。
【００２０】
本発明の他の高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入され、一対の電極棒が対向して配置された発光管と、前記発光管から延在する封止部を一対備え、少なくとも一方の前記封止部内に埋め込まれた部分における前記電極棒の少なくとも一部には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を少なくとも表面に有するコイルが巻かれており、さらに、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、電熱線が設けられている。
【００２１】
本発明の更に他の高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備え、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、前記発光管を加熱する加熱手段が設けられている。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記加熱手段は、電熱線であり、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、前記発光管には、ハロゲンが封入されており、前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ^２以上である。
【００２３】
前記発光管の温度を測定する手段をさらに備えていてもよい。
【００２４】
ある好適な実施形態において、前記温度を測定する手段は、熱電対である。
【００２５】
前記加熱手段は、点灯と同時または点灯後に前記発光管を加熱する構成を有している。
【００２６】
ある実施形態における高圧水銀ランプは、管内に一対の電極が対向して配置された発光管と、前記発光管から延在し、前記電極の一部を内部に有する封止部とを備え、前記封止部内に位置する部分の前記電極の少なくとも一部の表面には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属から構成された金属膜が形成されている。
【００２７】
ある実施形態において、前記電極は、前記封止部内に設けられた金属箔に溶接により接続されており、前記金属膜は、前記金属箔との接続箇所には形成されておらず、前記封止部内に埋め込まれている前記電極の表面に形成されている。前記金属膜を構成している前記金属の一部が、前記発光管内に存在してもよい。前記金属膜は、下層がＡｕ層、上層がＰｔ層からなる多層構造を有していることが好ましい。
【００２８】
ある実施形態における高圧水銀ランプは、管内に一対の電極が対向して配置された発光管と、前記発光管から延在し、前記電極の一部を内部に有する封止部とを備え、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を表面に有するコイルが、前記封止部内に位置する部分の前記電極に巻き付けられている。ある実施形態において、前記封止部内には、前記金属箔および前記電極の一部が埋め込まれており、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を表面に有するコイルが、前記封止部内に埋め込まれている前記電極に巻き付けられている。前記コイルは、その表面に、下層がＡｕ層、上層がＰｔ層からなる多層構造の金属膜を有していることが好ましい。
【００２９】
ある実施形態における高圧水銀ランプは、管内に発光物質が封入される発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部とを備え、前記封止部は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、前記封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、前記圧縮応力が印加されている部位は、前記第２のガラス部、前記第２のガラス部と前記第１ガラス部との境界部、前記第２ガラス部のうちの前記第１のガラス部側の部分、および、前記第１ガラス部のうちの前記第２のガラス部側の部分からなる群から選択される。ある実施形態において、前記第１のガラス部と前記第２のガラス部との境界周辺には、両者の圧縮応力の差によって生じた、歪み境界領域が存在している。前記封止部内には、前記第２のガラス部と接する金属部であって、電力を供給するための金属部が設けられていることが好ましい。前記圧縮応力は、前記封止部の少なくとも長手方向に印加されていればよい。
【００３０】
ある実施形態において、前記第１のガラス部は、ＳｉＯ_２を９９重量％以上含み、前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ_２Ｏ_３および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ_２とを含み、前記第２のガラス部の軟化点は、第１のガラス部の軟化点温度よりも低い。前記第２のガラス部は、ガラス管から形成されたガラス部であることが好ましい。また、前記第２のガラス部は、ガラス粉末を圧縮形成して焼結してなるガラス部ではないことが好ましい。ある実施形態において、前記圧縮応力が印加されている部位における前記圧縮応力は、約１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上約５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下である。あるいは、前記圧縮応力の差は、約１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上約５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下である。
【００３１】
ある実施形態において、前記発光管内には、一対の電極棒が互いに対向して配置されており、前記一対の電極棒のうちの少なくとも一方の電極棒は、金属箔に接続されており、前記金属箔は、前記封止部内に設けられており、かつ、当該金属箔の少なくとも一部は、前記第２のガラス部内に位置しており、前記発光物質として、少なくとも水銀が前記発光管内に封入されており、前記水銀の封入量は、３００ｍｇ／ｃｃ以上であり、前記高圧水銀ランプの平均演色評価数Ｒａは、６５を超える。前記高圧水銀ランプの色温度は、８０００Ｋ以上であることが好ましい。
【００３２】
本発明のランプユニットは、高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備え、前記高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対有しており、前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、電熱線が設けられている。
【００３３】
本発明の他のランプユニットは、高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備え、前記高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対有しており、前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、前記反射鏡の少なくとも一部には、電熱線が設けられている。
【００３４】
前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。
【００３５】
本発明の更に他のランプユニットは、高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備え、　前記高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対有しており、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、前記発光管を加熱する加熱手段が設けられている。
【００３６】
ある好適な実施形態において、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、前記発光管には、ハロゲンが封入されており、前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ^２以上である。
【００３７】
ある好適な実施形態においては、さらに、前記発光管の温度を測定する手段を備えている。
【００３８】
ある好適な実施形態において、前記温度を測定する手段は、熱電対であり、前記熱電対は、前記高圧水銀ランプの一部、前記反射鏡の一部、および、前記反射鏡が組み込まれることになるランプシステムの一部からなる群から選択された少なくとも１つに設けられている。
【００３９】
ある好適な実施形態において、前記加熱手段は、電熱線であり、前記電熱線は、トリガー線として機能する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態を説明する前に、点灯動作圧が約３０〜４０ＭＰａまたはそれ以上（約３００〜４００気圧またはそれ以上）である極めて高耐圧を示す高圧水銀ランプについて説明する。なお、これらの高圧水銀ランプの詳細は、特願２００１−２６７４８７号、および、特願２００１−３７１３６５号に開示されている。ここでは、これらの特許出願を本願明細書に参考のため援用することとする。
【００４１】
動作圧が約３０ＭＰａ以上であるにもかかわらず、実用的に耐えることができる高圧水銀ランプの開発は困難を極めたが、例えば、図２に示すような構成にすることによって、極めて高耐圧のランプを完成することに成功した。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のｂ−ｂ線に沿った断面図である。
【００４２】
図２に示した高圧水銀ランプ１１００は、特願２００１−３７１３６５号に開示したものであり、発光管１と、発光管１の気密性を保持する封止部２を一対備えており、封止部２の少なくとも一方は、発光管１から延在した第１のガラス部８と、第１のガラス部８の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部７とを有しており、かつ、当該一方の封止部２は、圧縮応力が印加されている部位（２０）を有している。
【００４３】
封止部２における第１のガラス部８は、ＳｉＯ_２を９９重量％以上含むものであり、例えば、石英ガラスから構成されている。一方、第２のガラス部７は、１５重量％以下のＡｌ_２Ｏ_３および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ_２とを含むものであり、例えば、バイコールガラスから構成されている。ＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３やＢを添加すると、ガラスの軟化点は下げるため、第２のガラス部７の軟化点は、第１のガラス部８の軟化点温度よりも低い。なお、バイコールガラス（Ｖｙｃｏｒ　ｇｌａｓｓ；商品名）とは、石英ガラスに添加物を混入させて軟化点を下げて、石英ガラスよりも加工性を向上させたガラスであり、その組成は、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）９６．５重量％、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）０．５重量％、ホウ素（Ｂ）３重量％である。本実施形態では、バイコールガラス製のガラス管から、第２のガラス部７は形成されている。なお、バイコール製のガラス管の代わりに、ＳｉＯ_２：６２重量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１３．８重量％、ＣｕＯ：２３．７重量％を成分とするガラス管を用いても良い。
【００４４】
封止部２の一部に印加されている圧縮応力は、実質的にゼロ（すなわち、０ｋｇｆ／ｃｍ^２）を超えたものであればよい。この圧縮応力の存在により、従来の構造よりも耐圧強度を向上させることができる。この圧縮応力は、約１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上（約９．８×１０^５Ｎ／ｍ^２以上）であることが好ましく、そして、約５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下（約４．９×１０^６Ｎ／ｍ^２以下）であることが好ましい。１０ｋｇｆ／ｃｍ^２未満であると、圧縮歪みが弱く、ランプの耐圧強度を十分に上げられない場合が生じ得るからである。そして、約５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下であることが好ましいのは、５０ｋｇｆ／ｃｍ^２を超えるような構成にするには、それを実現させるのに、実用的なガラス材料が存在しないからである。ただし、１０ｋｇｆ／ｃｍ^２未満であっても、実質的に０の値を超えれば、従来の構造よりも耐圧を上げることができ、また、５０ｋｇｆ／ｃｍ^２を超えるような構成を実現できる実用的な材料が開発されたならば、５０ｋｇｆ／ｃｍ^２を超える圧縮応力を第２のガラス部７が有していてもよい。
【００４５】
放電空間内に一端が位置する電極棒３は、封止部２内に設けられた金属箔４に溶接により接続されており、金属箔４の少なくとも一部は、第２のガラス部７内に位置している。図２に示した構成では、電極棒３と金属箔４との接続部を含む箇所を、第２のガラス部７が覆うような構成にしている。図２に示した構成における第２のガラス部７の寸法を例示すると、封止部２の長手方向の長さで、約２〜２０ｍｍ（例えば、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ）であり、第１のガラス部８と金属箔４との間に挟まっている第２のガラス部７の厚さは、約０．０１〜２ｍｍ（例えば、０．１ｍｍ）である。第２のガラス部７の発光管１側の端面から、発光管１の放電空間までの距離Ｈは、例えば、０ｍｍ〜約３ｍｍであり、そして、金属箔４の発光管１側の端面から、発光管１の放電空間までの距離Ｂ（言い換えると、電極棒３だけで封止部２内に埋まっている長さ）は、例えば、約３ｍｍである。
【００４６】
図２に示したランプ１１００は、図３に示すように、改変することも可能である。図３に示した高圧水銀ランプ１２００は、封止部２内に位置する部分の電極３に、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を表面に有するコイル４０が巻き付けられた構造を有している。ここで、コイル４０は、典型的には、その表面に、下層がＡｕ層、上層がＰｔ層からなる多層構造の金属膜を有している。なお、大量生産する場合に若干製造プロセス上のデメリットがあるが、図４に示した高圧水銀ランプ１３００のように、封止部２内に位置する部分の電極３の少なくとも一部の表面に、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属から構成された金属膜３０を、コイル４０に代えて形成してもよい。図２から図４に示した構成と比較すると、耐圧が低下するものの、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第２のガラス部７を用いずに、コイル４０や金属膜３０を用いた構成を有する高圧水銀ランプ１４００、１５００でも、実用的に使用可能なレベルで、３０ＭＰａ以上の動作圧を実現することができる。
【００４７】
図２に示したような、点灯中のＨｇ蒸気圧が３０ＭＰａ（３００気圧）を越えるランプを試作し、本願発明者が点灯試験を行ったところ、動作圧がおおむね３０ＭＰａ以上になるとランプが黒化することがわかった。黒化は、点灯中にＷ電極３の温度が上昇し、Ｗ電極から蒸発したＷ（タングステン）が発光管の内壁に付着して起こる現象であり、このまま点灯を続けると破裂にいたる。
【００４８】
ここで、従来の１５〜２０ＭＰａ（１５０〜２００気圧）程度での点灯であれば、発光管内に封入したハロゲンガスが、発光管内壁に付着したタングステンと反応して、ハロゲン化タングステンとなる。ハロゲン化タングステンは発光管内を浮遊して、温度の高いＷ電極の先端に達すると、もとのハロゲンとタングステンに解離するため、タングステンは電極の先端に戻ることになる。これをハロゲンサイクルというが、従来ランプのＨｇ蒸気圧では、このサイクルのためにランプは黒化することなく、点灯することが可能であった。しかしながら、３０ＭＰａ（３００気圧）以上にすると、このサイクルがうまく機能しないことが本願発明者の実験によりわかった。なお、３０ＭＰａ以上の場合に黒化が顕著になるとしても、現実の使用としての信頼度を高めるためには、３０ＭＰａ以上に限らず、２０ＭＰａを超えるレベル（例えば、２３ＭＰａ以上のレベル、または２５ＭＰａ以上のレベル）で、黒化の問題に対策を講じる必要がでてくる。
【００４９】
本願発明者は、発光管１の温度を制御することにより、その黒化の問題を解決できることを突き止め、本発明を完成させるに至った。以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００５０】
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図６（ａ）は、水銀６の封入量が２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上である高圧水銀ランプ１００を示している。高圧水銀ランプ１００は、典型的には、図２から図５（ａ）および（ｂ）に示した高圧水銀ランプ１１００〜１５００である。
【００５１】
図２等に示した構造と同様に、図６（ａ）に示した高圧水銀ランプ１００は、管内に少なくとも水銀６が封入された発光管１と、発光管１の気密性を保持する封止部２を一対備えている。水銀６の封入量は、発光管１の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上（例えば、２５０ｍｇ／ｃｍ^３以上、または３００ｍｇ／ｃｍ^３以上。場合によっては、３５０ｍｇ／ｃｍ^３を超えるものや、３５０〜４００ｍｇ／ｃｍ^３またはそれ以上である。）である。
【００５２】
発光管１内には、一対の電極（または電極棒）３が互いに対向して配置されており、電極３は、金属箔４に溶接にて接続されている。金属箔４は、典型的にはモリブデン箔であり、封止部２内に設けられている。高圧水銀ランプ１００が図２に示したランプ１１００の場合には、金属箔４の少なくとも一部は、第２のガラス部７内に位置することになる。
【００５３】
図６（ｂ）は、本実施形態の高圧水銀ランプ２００の構成を示している。図６（ｂ）に示すように、高圧水銀ランプ２００は、図６（ａ）に示したランプ１００に、発光管１を加熱する加熱手段１０が設けられている。ここで、加熱手段１０は電熱線であり、発光管１および一対の封止部２のうちの少なくとも一部に巻き付けられている。本実施形態では、封止部２に電熱線１０を巻き付けている。より具体的には、電熱線１０は、一方の封止部２から巻き、そして、発光管１を跨ぐようにして、もう一方の封止部２に巻き付けてある。巻数は、それぞれ３０回転程度である。本実施形態では、電熱線１０として、酸化しにくいカンタル線を用いている。
【００５４】
ランプ１００および２００の構成をより詳細に説明する。ランプ１００（または２００）は、石英を主成分とする発光管１と、その両側に延在する一対の封止部（側管部）２から構成されており、封止部２を２つ備えたダブルエンド型のランプである。発光管１は略球形をしており、外径が例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、ガラス厚は例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。また、発光管１内の放電空間の容積は例えば０．０１ｃｃ〜１ｃｃ（０．０１ｃｍ^３〜１ｃｍ^３）程度である。本実施形態では、外径１０ｍｍ程度、ガラス厚３ｍｍ程度、放電空間の容積０．０６ｃｃ程度の発光管１を用いている。
【００５５】
発光管１内には、一対の電極棒３が互いに対向して設置されている。電極棒３の先端は、０．２〜５ｍｍ程度の間隔（アーク長）で、発光管内に設置されている。本実施形態では、アーク長を０．５〜１．８ｍｍとした。なお、本実施形態のランプは、交流点灯させるものである。そして、封止部２は、シュリンク手法によって作製されたシュリンク構造を有するものである。また、発光管１内には、発光種である水銀６が３００ｍｇ／ｃｃ以上封入されている。本実施形態では、４００ｍｇ／ｃｃ封入している。また、５〜４０ｋＰａの希ガス（例えばＡｒ）と、必要に応じて、少量のハロゲンが封入されている。本実施形態では、２０ｋＰａのＡｒを封入し、ハロゲンをＣＨ_２Ｂｒ_２の形態で発光管内に導入している。ＣＨ_２Ｂｒ_２の封入量は、０．００１７〜０．１７ｍｇ／ｃｃ程度であり、これは、ランプ動作時のハロゲン原子密度に換算すると、０．０１〜１μｍｏｌ／ｃｃ程度に相当する。なお、本実施形態では、約０．１μｍｏｌ／ｃｃ程度であった。また、点灯中に発光管内壁にかかる管壁負荷は、例えば６０Ｗ／ｃｍ^２以上である。本実施形態では、１２０Ｗで点灯し、その管壁負荷は１５０Ｗ／ｃｍ^２程度であった。
【００５６】
次に、ランプ２００の動作および黒化抑制効果について説明する。
【００５７】
まず、図７に示すように、ランプ２００を点灯回路（バラスト）３２に電気的に接続するとともに、電熱線１０を電源ユニット２２に電気的に接続する。より詳細に述べると、電熱線１０の両端１１を電源ユニット２２に接続し、そして、外部リード線５の両端を点灯回路（バラスト）３２に接続する。
【００５８】
次に、点灯回路３２のスイッチを入れて、ランプ２００を点灯する。その数秒後に、電源ユニット２２を動作させて、ランプ２００を加熱する。電源ユニット２２を動作させるのは、点灯回路３２を動作させるのと同時でも良いし、数分以内の時間であっても良い。また、電熱線１０を熱するのに要する電力は、１０〜５０Ｗ程度が適当である。本実施形態では、１０Ｗの電力を供給した。
【００５９】
電熱線１０の無いランプ１００と、本実施形態のランプ２００を各１０本、数時間点灯した。なお、水銀封入量は全２０本とも３５０ｍｇ／ｃｃとし、電熱線１０の無いランプ１００は、図２に示したランプ１１００であり、ランプ２００は、そのランプ１１００に電熱線１０を巻いた構成のものである。
【００６０】
ここで、ランプ１００は、点灯回路３２だけを外部リード線５の両端に接続して点灯させた。一方、ランプ２００は点灯回路３２を両端に接続し、ランプを点灯させた後に、電熱線１０の両端１１に接続した電源ユニット２２によって、電熱線１０に通電し発光管１の温度を上昇させた。その結果、ランプ１００は、数時間点灯後、全数黒化した。一方、ランプ２００は全く黒化することなく点灯しつづけた。これは、ランプの温度（特に、発光管内の温度）を変化させたことにより、ハロゲンサイクルをうまく機能させることができたものと思われる。この点の詳細については後述する。
【００６１】
さらに、本願発明者は、ランプ１００および２００の構成のランプで、水銀６の封入量を、２５０、３００、３５０ｍｇ／ｃｃにしたものを各３本づつ用意した。これらのランプを上記実験と同じように数時間点灯した。
【００６２】
ランプ１００については、３００ｍｇ／ｃｃ以上のランプはすべて黒化し破裂した。ただし、２５０ｍｇ／ｃｃの水銀封入量であるランプでは、黒化は確認されなかった。一方、ランプ２００の構成にすると、どのランプも黒化することなく点灯することが可能となった。
【００６３】
３０ＭＰａ以上の点灯動作圧で、ランプが黒化してしまうことは、本願発明者が初めて見出したことである。これは、実用的なレベルで使用可能な、点灯動作圧が３０ＭＰａ以上のランプが従来存在しなかったことに専ら起因している。
【００６４】
点灯動作圧が３０ＭＰａ以上のランプが黒化してしまう明確な理由は現時点では明らかでない。その明確な理由が分からなかったため、実際、本願発明者は黒化を防止するために様々な対策および工夫を試してみた。例えば、点灯動作圧が３０ＭＰａ以上のランプは、１５ＭＰａ〜２０ＭＰａのランプと比較すると、ランプ（特に、発光管）の温度が一層高くなることが確認されたので、この発光管の温度の上昇が黒化の原因ではないかと思い、ランプ点灯時に発光管を冷却させて発光管の温度を下げるようにしてみたものの、それによっては、黒化を防止することはできなかった。他にも色々試みてみたが、うまく黒化を防止することはできなかった。実験の中で、発光管を逆に加熱してみたらどうかというアイデアに基づいて、発光管の温度を上昇させてみたら、なんと黒化を防止することに成功した。この成功例から推論すると、次のような理由により黒化が防止されているのではないかと思われる。
【００６５】
点灯動作圧が３０ＭＰａ以上のランプでは、通常よりも発光種であるＨｇが多く封入されている。そのため、電極から放出される電子とＨｇ原子との衝突回数は、点灯動作圧が２０ＭＰａのランプと比較して大きくなり、Ｈｇの励起頻度も多くなる。また、電子移動度は減少するため、２０ＭＰａのランプよりもアークは細くなる。その結果、アークの単位体積当たりのエネルギーは大きくなって、より高輝度で温度の高いアークが形成される。したがって、電極の先端の温度は高くなり、２０ＭＰａのランプよりもタングステンの蒸発が多くなる。また、陰極に引き寄せられて、電極をスパッタリングするＨｇイオンも多く存在するため、この効果によってもタングステンの蒸発量が多くなっている。つまり、２０ＭＰａのランプと比較して、アーク温度が高く、浮遊しているＨｇおよびタングステンが多くなっているため、２０ＭＰａのランプより発光管内に起こる対流も大きくなり、より多くのタングステンが発光管内壁に運ばれていることになる。
【００６６】
さらに、３０ＭＰａ以上の点灯動作圧のランプでは、２０ＭＰａの点灯動作圧のランプに比べてアークから放出される放射熱が大きくなり、２０ＭＰａのランプでは保たれていた発光管の熱バランスが崩されてしまう。以下、図８および図９を参照しながら、この熱バランスの崩れついて説明する。
【００６７】
図８は、点灯動作圧が２０ＭＰａおよび４０ＭＰａのランプの分光スペクトルを示している。図８に示されているように、点灯動作圧を大きくすると、赤外域の発光が増加する。したがって、アークからの放射熱は、点灯動作圧が大きい場合の方が大きくなる。これは、アークからの放射熱の影響を受けやすい領域（図９中の（ａ））と放射熱の影響を受けにくい領域（図９中の（ｂ））との間で、より大きな放射熱による温度格差を広げることになる。その結果、２０ＭＰａのランプでは保たれていた発光管内の温度バランスが、３０ＭＰａのランプでは崩ずれてしまう。また、発光管内の対流が大きくなっており、熱が発光管下部から上部へ運ばれているため、上部および下部でも温度バランスも崩れる。
【００６８】
以上のような状態が３０ＭＰａのランプで生じてその熱バランスが崩ずれてしまうので、３０ＭＰａのランプでは、発光管内壁に付着したタングステンをハロゲンサイクルで電極へ戻すことができず、黒化が生じると推論される。
【００６９】
本願発明者は、発光管１の温度を積極的にコントロールすることで、黒化を抑制できることを突き止め、ランプに加熱手段（１０）を設けることにした。加熱手段（１０）により発光管１の温度を積極的にコントロールすることによって、発光管内壁におけるＷ＋Ｂｒ_２→ＷＢｒ_２という反応を温度上昇により促進させることができ、その結果、発光管内壁に付着していたＷを電極に戻すことができたと思われる。
【００７０】
なお、本実験では３０ＭＰａ以上のランプで黒化が確認されたが、３０ＭＰａ以下のランプであっても２０ＭＰａを超えるもの（すなわち、従来の１５ＭＰａ〜２０ＭＰａのランプを超える点灯動作圧を有するランプ。例えば、２３ＭＰａ以上または２５ＭＰａ以上のランプ）について、黒化が発生しないことを、より長い時間にわたって保証するには、加熱手段（電熱線）１０を設けて、発光管１の温度を積極的にコントロールして黒化を抑制するようにすることが現実には望ましい。つまり、ランプを大量生産する場合には、ランプの特性にどうしてもばらつきが生じ得るため、点灯動作圧が２３ＭＰａ程度のランプであっても、黒化が生じるランプが１本や数本発生しないとも限らず、それゆえ、確実に黒化発生防止を担保するためには、従来の１５ＭＰａ〜２０ＭＰａを超えるランプについて加熱手段（電熱線）１０を設けておくことが好ましい。もちろん、点灯動作圧がより高くなるにつれ、言い換えると、３０ＭＰａよりも４０ＭＰａの方が黒化の影響は大きくなるので、加熱手段（電熱線）１０による黒化抑制の技術的意義が大きくなることは言うまでもない。
【００７１】
次に、放射温度計を用いて、ランプ１００およびランプ２００の温度を測定した結果を述べる。ランプ１００の温度測定をした後、そのランプ１００の封止部２に電熱線１０を巻き付けて、ランプ２００を作製し、図７に示すようにしてランプ２００を点灯した。つまり、ランプ２００とランプ１００とは、電熱線１０の有無だけが異なる、同一のランプである。
【００７２】
ランプ１００とランプ２００の温度測定は、点灯後３０分後に行い、それぞれのランプについて、発光管部外表面上部（図７中の「Ａ」）、下部（図７中の「Ｂ」）、および、側部（図７中の「Ｃ」）の３点を測定した。
【００７３】
図１０に、その測定結果を示す。ランプ１００の場合、上部Ａが９２０℃、下部Ｂが７８０℃、側部Ｃが７００℃であったものが、ランプ２００の場合には、上部Ａが９３０℃、下部Ｂが８２０℃、側部Ｃが８４０℃であった。電熱線１０によってランプを加熱することにより、発光管上部が１０℃、下部が４０℃、側部が１４０℃上昇したことになる。このように、ランプを加熱する手段を有する構成にすることで、発光管の温度分布を変化させて、黒化が起こらない温度条件を意図的に作り出すことができた。
【００７４】
また、上記ランプの点灯開始後の電力および電流を測定した。その電力および電流の経時変化をそれぞれ、図１１および図１２に示す。
【００７５】
図１１の縦軸は電力を示しており、１目盛りが１００Ｗを表している。横軸は時間を示しており、１目盛り２０秒を表している。図１１からわかるように、点灯開始直後から電力が徐々に大きくなり、ある時間に電力は点灯電力１２０Ｗに達して一定になる。その時間は、ランプ１００が１１５秒、ランプ２００が８３秒であった。つまり、発光管を加熱することで、点灯電力に達する時間が約３０秒以上も早くなっている。電力の大きさは光束にも反映され、光束が立ち上がる時間も同様に約３０秒早くなっており、ランプ２００の構成は、立ち上がりを早くすることにも効果がある。
【００７６】
また、図１２の縦軸は電流を示しており、１目盛りが１Ａを表している。横軸は時間を示しており、１目盛り２０秒を表している。点灯開始直後はＨｇの蒸発が少ないため、図１２に示すように、電圧は非常に小さい。そのため、大きな電流が流れることになるが、電極への負担を減らすために、この初期に流れる電流値を点灯回路で制限している。これを制限電流と言う。
【００７７】
点灯開始後、しばらく制限電流が流れて、十分にＨｇが蒸発すると電圧が大きくなって、ある時間になると電流値も小さくなり始める。制限電流が流れる時間が短いほど、電極への負担は小さくなり、長寿命のランプを提供できる。電流値の測定を行ったところ、制限電流が流れる時間は、ランプ１００では１１５秒、ランプ２００では８３秒であった。ランプ２００の方が約３０秒短くてすむことになる。これは、本実施形態のランプ２００が、電極への負担も小さく、長寿命化にも効果的な構成であることを意味している。
【００７８】
本実施形態の高圧水銀ランプによれば、発光管１を加熱する加熱手段（電熱線）１０が設けられているので、封入水銀量を２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上（例えば３００ｍｇ／ｃｍ^３以上）しても、黒化を抑制することができる。
【００７９】
なお、本実施形態の構成では、発光管１を跨いで両側の封止部２に電熱線１０を巻いたが、図１３に示すように、電熱線１０は一対の封止部２のそれぞれに巻いてもよい。あるいは、いずれか一方の封止部２だけに巻いてもよい。いずれか一方の封止部２に電熱線１０を巻いた場合、他方の封止部２に保温膜を設けて温度の調整を図ることも可能である。また、発光管１の一部にかかるようにして電熱線１０を巻いてもよい。
【００８０】
さらに、本実施形態のランプは、電熱線として酸化しにくいカンタル線を用いたが、ニクロム線等の他の電熱線でも良い。また、加熱する手段としても、全て電熱線で説明したが、これに限るものではなく、ハロゲンヒーターや高周波誘導加熱装置等の他の加熱手段でも良い。また、加熱する個所は、典型的には、図６（ｂ）に示すような、封止部２のうち電極３が埋め込まれている部分の外周を含む位置（封止部２の発光管１側の位置）であるが、発光管１の温度をコントロールして黒化を抑制できる位置であれば、その位置に限定されない。例えば、図１４に示すように、封止部２のうち外部リード線５が埋め込まれている部分の外周を含む位置（封止部２の外部リード線５側の位置）位置でも良い。あるいは、高圧水銀ランプ２００がミラー（反射鏡）５００と組み合わされて、ランプユニット（または、ミラー付きランプ）として構成されている場合には、図１５のように、ミラーに、電熱線（加熱手段）１０を巻き付けてもよい。また、加熱手段１０は、ランプまたはランプユニットが組み込まれるランプシステムの一部に配置されていても構わない。つまり、発光管１の温度を意図的に変化させて黒化を防止することを達成可能であれば、当業者は、適宜、その加熱手段や、加熱個所を設定することができる。高圧水銀ランプ２００の万が一の破裂に備えて、図１５および図１６に示すように、ランプユニットのミラー５００は、その前面開口部に前面ガラス５１０を設けて、密閉型にすることが好ましいが、安全性の対策が取られているのであれば、非密閉型のミラーであってもよい。装置の小型化を図るため、電源ユニット２２と点灯回路３２とを一体型にすることも可能である。
【００８１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。本実施形態の構成は、上記実施形態１の構成に、温度管理機能をさらに追加したものである。
【００８２】
例えば、図１７に示すように、ランプ２００の「ａ」の部位に熱電対４０を取り付ければ、温度を制御する機能を追加することができる。このように温度測定手段（４０）を設ければ、より正確に温度をコントロールすることができる。
【００８３】
本実施形態では、温度を測定する測定系が電源ユニット２２に組み込まれており、測定した温度が規定温度よりも低いときには、スイッチ５０をＯＮにして電熱線１０へ通電し、規定温度よりも高いときには、スイッチ５０をＯＦＦするよう制御することができる構成となっている。スイッチがＯＦＦのときには、電熱線１０は放熱線として機能するため、温度を下げる効果がある。したがって、温度調整は円滑に行われる。
【００８４】
なお、温度測定は熱電対に限らず、赤外放射を測定するようにしても良い。測定個所として、図１７中の「ａ」の部位に限らず、ランプの封止部（例えば図１７の「ｂ」）や、ミラーの一部（例えば図１６の「ｃ」）でも良いし、またランプないしランプユニットが組み込まれるランプシステムの一部に配置されていても良い。つまり、温度を測定して、発光管の温度を一定に制御できる構成となっていれば、その温度測定手段および測定箇所は、適宜で好適なものを決定すればよい。
【００８５】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施形態３を説明する。本実施形態の構成は、上記実施形態１の構成に、始動補助機能付をさらに追加したものである。
【００８６】
例えば、図１８に示すように、ランプ２００の電熱線１０から延びた端部１１を、点灯回路３２に電気的に接続された導線６１から枝分かれした導線６０にも、スイッチ５０を介して、接続できるようにすることにより、ランプ２００の始動電圧を低くすることができる。
【００８７】
次に、このランプ２００の動作原理について説明する。まず、ランプ２００の点灯前に、スイッチ５０を端子５１側に接続させておく。ランプ２００を点灯開始した後、スイッチ５０の接続を端子５２側に切り替え、ランプ２００の加熱を始める。このような順序で、ランプ２００を点灯してやると、従来のランプで５〜１０ｋＶであった始動電圧が、本実施形態のランプ２００では、約１ｋＶ以下になった。
【００８８】
始動電圧が下げることができる理由を説明すると、次の通りである。ランプ２００を点灯開始させるときに、点灯回路３２から高圧パルスが印加される。この高圧パルスは、導線６１を通じて電熱線１０にも印加されることになる。つまり、電熱線１０が始動補助線（トリガー線）の役割を果たして、ランプ２００の始動電圧を下げることができるのである。
【００８９】
なお、上記実施形態１〜３は、相互に適用可能である。言い換えると、例えば、上記実施形態２の構成と実施形態３の構成とを組み合わせることも可能であるし、上記実施形態１の改変例と、実施形態２および／または３の構成とを組み合わせることも可能である。また、高圧水銀ランプの黒化は、点灯動作圧が１５ＭＰａ〜２０ＭＰａの従来のランプを超える点灯動作圧を有するランプであれば回避しなければならない問題であるので、ランプ２００は、図２〜図５に示したランプ１１００〜１５００に限らず、他の優れた高耐圧特性を有する、２０ＭＰａを超えるランプ（例えば、２３ＭＰａ以上、特に３０ＭＰａ以上のランプ）であればよい。
【００９０】
また、上記実施形態１から３における黒化に対しては、ハロゲン密度と発光管温度との関係も影響するので、例えば封入するハロゲンとしてＣＨ_２Ｂｒ_２を選択した場合、発光管内容積あたり０．００１７〜０．１７ｍｇ／ｃｃ程度封入することが好ましい。ハロゲン原子密度に換算して示すと、０．０１〜１μｍｏｌ／ｃｃ程度にすることが好ましい。なぜならば、０．０１μｍｏｌ／ｃｃ未満であれば、大部分のハロゲンがランプ中の不純物と反応してしまう結果、ハロゲンサイクルを実質作用させないためである。また、１μｍｏｌ／ｃｃを超えると、始動時に必要なパルス電圧が高くなり実用的ではなくなるからである。ただし、高圧を印加できる点灯回路を用いる場合は、この制限は適用されない。０．１〜０．２μｍｏｌ／ｃｃであれば、製造時の諸事情による封入量バラツキが多少発生した場合でも、ハロゲンサイクルがうまく機能する範囲に収めることができるので、さらに好ましい。
【００９１】
なお、上記実施形態１から３のランプにおいて、管壁負荷が８０Ｗ／ｃｍ^２以上となると、発光管の管壁温度が十分に上昇し、封入している水銀がすべて蒸発するため、発光管内容積あたりの水銀量：４００ｍｇ／ｃｃ＝点灯時動作圧：４０ＭＰａとなる近似式が成り立つ。ここで、水銀量が３００ｍｇ／ｃｃであれば、点灯時動作圧は３０ＭＰａとなる。逆に、管壁負荷が８０Ｗ／ｃｍ^２未満になると、発光管温度が水銀を蒸発させる温度まで上昇させることができないことが生じるため、近似式が成り立たないことが起こる。８０Ｗ／ｃｍ^２未満の場合には、所望の動作圧力が得られないことが多く、また、特に赤領域の発光が少なくなりプロジェクタ用の光源としては適さないことが多い。
【００９２】
上述した実施形態の高圧水銀ランプないしランプユニット（反射鏡付きランプ）と、画像素子（ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）パネルや液晶パネルなど）を含む光学系とを組み合わせて、画像投影装置を構成することができる。例えば、ＤＭＤを用いたプロジェクタ（デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクタ）や、液晶プロジェクタ（ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）構造を採用した反射型のプロジェクタも含む。）を提供することができる。さらに、本実施形態のランプは、画像投影装置用の光源として好適に使用することができるだけでなく、他の用途にも使用可能である。例えば、紫外線ステッパ用光源、または、競技スタジアム用光源や、自動車のヘッドライト用光源、道路標識を照らす投光器などとしても使用することが可能である。
【００９３】
また、上述の実施形態では、発光物質として水銀を使用する水銀ランプを高圧放電ランプの一例として説明したが、本発明は、封止部（シール部）によって発光管の気密を保持する構成を有するメタルハライドランプにも適用することが可能である。メタルハライドランプとは、金属ハロゲン化物が封入された高圧水銀（放電）ランプである。メタルハライドランプにおいても、耐圧を向上させた構造にすることが信頼性の面を含めて好ましいこと、および、加熱手段（１０）にて発光管（１）の温度を制御することによって、金属ハロゲン化物の蒸発量を変化させ、発光効率や分光スペクトルをコントロールすることができるからである。近年、水銀を封入しない無水銀メタルハライドランプの開発も進んでいるが、そのような無水銀メタルハライドランプについても、このことは同様に言える。
【００９４】
無水銀メタルハライドランプとしては、図６（ｂ）等に示した構成において、発光管１内に、水銀が実質的に封入されてなく、かつ、少なくとも、第１のハロゲン化物と、第２のハロゲン化物と、希ガスとが封入されているものが挙げられる。このとき、第１のハロゲン化物の金属は、発光物質であり、第２のハロゲン化物は、第１のハロゲン化物と比較して、蒸気圧が大きく、かつ、前記第１のハロゲン化物の金属と比較して、可視域において発光しにくい金属の１種または複数種のハロゲン化物である。例えば、第１のハロゲン化物は、ナトリウム、スカンジウム、および希土類金属からなる群から選択された１種または複数種のハロゲン化物である。そして、第２のハロゲン化物は、相対的に蒸気圧が大きく、かつ、第１のハロゲン化物の金属と比較して、可視域に発光しにくい金属の１種または複数種のハロゲン化物である。具体的な第２のハロゲン化物としては、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｒｅ、Ｇａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択された少なくとも一種の金属のハロゲン化物である。そして、少なくともＺｎのハロゲン化物を含むような第２のハロゲン化物がより好適である。
【００９５】
また、他の組み合わせ例を挙げると、透光性の発光管（気密容器）１と、発光管１内に設けられた一対の電極３と、発光管１に連結された一対の封止部２とを備えた無水銀メタルハライドランプにおける発光管１内に、発光物質であるＳｃＩ_３（ヨウ化スカンジウム）およびＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）と、水銀代替物質であるＩｎＩ_３（ヨウ化インジウム）およびＴｌＩ（ヨウ化タリウム）と、始動補助ガスとしての希ガス（例えば１．４ＭＰａのＸｅガス）が封入されているものである。この場合、第１のハロゲン化物は、ＳｃＩ_３（ヨウ化スカンジウム）、ＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）となり、第２のハロゲン化物は、ＩｎＩ_３（ヨウ化インジウム）、ＴｌＩ（ヨウ化タリウム）となる。なお、第２のハロゲン化物は、比較的蒸気圧が高く、水銀の役割の代わりを担うものであればよいので、ＩｎＩ_３（ヨウ化インジウム）等に代えて、例えば、Ｚｎのヨウ化物を用いても良い。
【００９６】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
【００９７】
なお、本発明の実施形態のランプとはその構成は異なるものの、発光管を加熱する手段を利用した従来技術としては、特開２００１−２６６７９７号公報に開示されたランプも挙げることができる。
【００９８】
同公報に開示されたランプは、始動時に発生するグロー放電を防止するために、点灯前にランプを加熱する工夫がなされた直流点灯式のランプである。このランプにおいては、点灯前にランプを加熱することを目的としており、点灯後には加熱を停止することが明記されている。加えて、このランプは、点灯中に発光管の温度をコントロールするものではない。実際、点灯後に電熱線を全く通電しないと、３０ＭＰａ以上の点灯動作圧のランプは、電熱線を巻いた部分から側管部が折れてしまった。　これは、電熱線が常時放熱線として作用し、その部分の応力のバランスが崩れ、亀裂が生じたためと思われる。つまり、点灯中ガラスは温度上昇にともない膨張しようとするが、外部から強制的に冷却してやると、それに反発する収縮しようという力が外表面から働く。このため、ガラスが破裂に至るものと推論される。特に３０ＭＰａ以上の点灯動作圧では、発光管にかかる応力も大きく、この効果が顕著に現れたのであろう。
【００９９】
なお、特許文献１に開示されたランプ（図１参照）は、同公報において、そのＨｇ蒸気圧が２００バールから３５０バール（約２０ＭＰａ〜約３５ＭＰａに相当）であることが示されているが、このランプを３０ＭＰａ以上の動作圧で点灯すると、初期６時間の点灯中に数割以上の確率で破損することが本願発明者による検討から明らかになっている。実用レベルに要求される２０００時間という点灯ではもっと多くのランプが破裂しまうことが予想され、図１に示した構成のランプにおいて、３０ＭＰａ以上の動作圧を実用レベルで達成することは現実には困難である。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、点灯動作圧が２０ＭＰａを超える高圧水銀ランプ（例えば２３ＭＰａ以上、特に２５ＭＰａ又は３０ＭＰａ以上）であっても、黒化の発生を抑制して点灯させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の高圧水銀ランプ１０００の構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、高圧水銀ランプ１１００の構成を示す模式図である。
【図３】高圧水銀ランプ１２００の構成を示す模式図である。
【図４】高圧水銀ランプ１３００の構成を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、高圧水銀ランプ１４００の構成を示す模式図であり、（ｂ）は、高圧水銀ランプ１５００の構成を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、高圧水銀ランプ１００の構成を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態にかかる高圧水銀ランプ２００の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態にかかるランプ２００を点灯システムの構成を示す模式図である。
【図８】点灯動作圧が２０ＭＰａおよび４０ＭＰａのランプの分光スペクトルを示すグラフである。
【図９】点灯中の発光管の温度分布を説明するためのランプの模式図である。
【図１０】ランプ１００および２００の温度測定結果を示すグラフである。
【図１１】ランプ１００および２００の点灯電力の経時変化を示すグラフである。
【図１２】ランプ１００および２００の点灯電流の経時変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態にかかるランプ２００の改変例である。
【図１４】本発明の実施形態にかかるランプ２００の改変例である。
【図１５】ランプ２００をミラーに組み込んだランプユニットの構成を示す模式図である。
【図１６】ランプ２００をミラーに組み込んだランプユニットの構成を示す模式図である。
【図１７】ランプ２００の温度測定手段を持つ点灯システムの構成を示す模式図である。
【図１８】ランプ２００の始動補助機能を持つ点灯システムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１　発光管
２　封止部（側管部）
３　電極（電極棒）
４　金属箔
５　外部リード線
６　発光種（水銀）
７　第２のガラス部
８　第１のガラス部
１０　電熱線
１１　電熱線端部
１２　コイル（電極先端）
２０　圧縮応力が印加されている部位（残存歪み部ないし歪み境界部）
２２　電源ユニット
３０　金属層（金属メッキ）
３２　点灯回路（バラスト）
４０　コイル
４２　熱電対
５０　スイッチ
５１、５２　スイッチ端子
６０、６１　導線
１００、２００　高圧水銀ランプ
５００　ミラー
５１０　前面ガラス
１０００　高圧水銀ランプ
１１００、１２００、１３００、１４００、１５００　高圧水銀ランプ

Claims (22)

1. 管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備えた、高圧水銀ランプであって、
   前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、
   前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、電熱線が設けられている、高圧水銀ランプ。
2. 前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上である、請求項１に記載の高圧水銀ランプ。
3. 前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、
   前記発光管には、ハロゲンが封入されており、
   前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ^２以上であり、
   前記電熱線は、前記発光管を加熱する手段である、請求項１に記載の高圧水銀ランプ。
4. 前記電熱線は、前記封止部の少なくとも一方に巻き付けられている、請求項１から３の何れか一つに記載の高圧水銀ランプ。
5. 前記一対の封止部のそれぞれの端部からは、外部リードが延びており、
   前記外部リードの少なくとも一方には、前記電熱線の一端が電気的に接続されている、請求項１から４の何れか一つに記載の高圧水銀ランプ。
6. 前記電熱線の一部には、前記外部リード線と電気的な接続をオン・オフするスイッチが設けられており、
   前記電熱線は、点灯前には前記外部リード線に電気的に接続されており、そして、点灯後には、前記外部リード線との電気的な接続が切断されて、前記電熱線に通電する電源に電気的に接続される、請求項５に記載の高圧水銀ランプ。
7. 前記発光管内には、一対の電極棒が互いに対向して配置されており、
   前記一対の電極棒のうちの少なくとも一方の電極棒は、金属箔に接続されており、
   前記金属箔は、前記封止部内に設けられており、かつ、当該金属箔の少なくとも一部は、前記第２のガラス部内に位置している、請求項１から６の何れか一つに記載の高圧水銀ランプ。
8. 前記少なくとも一方の封止部内に埋め込まれた部分における前記電極棒の少なくとも一部には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を少なくとも表面に有するコイルが巻かれている、請求項７に記載の高圧水銀ランプ。
9. 前記封止部内には、前記第２のガラス部と接する金属部であって、電力を供給するための金属部が設けられており、
   前記圧縮応力は、前記封止部の少なくとも長手方向に印加されており、
   前記第１のガラス部は、ＳｉＯ_２を９９重量％以上含み、
   前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ_２Ｏ_３および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ_２とを含む、請求項１から６の何れか一つに記載の高圧水銀ランプ。
10. 管内に少なくとも水銀が封入され、一対の電極棒が対向して配置された発光管と、前記発光管から延在する封止部を一対備えた、高圧水銀ランプであって、
    少なくとも一方の前記封止部内に埋め込まれた部分における前記電極棒の少なくとも一部には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を少なくとも表面に有するコイルが巻かれており、さらに、
    前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、電熱線が設けられている、高圧水銀ランプ。
11. 管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備えた、高圧水銀ランプであって、
    前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、
    前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、前記発光管を加熱する加熱手段が設けられている、高圧水銀ランプ。
12. 前記加熱手段は、電熱線であり、
    前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、
    前記発光管には、ハロゲンが封入されており、
    前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ^２以上である、請求項１１に記載の高圧水銀ランプ。
13. さらに、前記発光管の温度を測定する手段を備えた、請求項１から１２の何れか一つに記載の高圧水銀ランプ。
14. 前記温度を測定する手段は、熱電対である、請求項１３に記載の高圧水銀ランプ。
15. 前記加熱手段は、点灯と同時または点灯後に前記発光管を加熱する構成を有している、請求項１１に記載の高圧水銀ランプ。
16. 高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備えたランプユニットであって、
    前記高圧水銀ランプは、
    管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対有しており、
    前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、
    前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、電熱線が設けられている、ランプユニット。
17. 高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備えたランプユニットであって、
    前記高圧水銀ランプは、
    管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対有しており、
    前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、
    前記反射鏡の少なくとも一部には、電熱線が設けられている、ランプユニット。
18. 前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上である、請求項１６または１７に記載のランプユニット。
19. 高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備えたランプユニットであって、
    前記高圧水銀ランプは、
    管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対有しており、
    前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、
    前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、前記発光管を加熱する加熱手段が設けられている、ランプユニット。
20. 前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ^３以上であり、
    前記発光管には、ハロゲンが封入されており、
    前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ^２以上である、請求項１６から１８の何れかに記載のランプユニット。
21. さらに、前記発光管の温度を測定する手段を備えた、請求項１６から２０の何れか一つに記載のランプユニット。
22. 前記加熱手段は、電熱線であり、
    前記電熱線は、トリガー線として機能する、請求項１９に記載のランプユニット。

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