JP2004342599A - 反射鏡付きランプおよび画像投影装置 - 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。
【解決手段】 高圧放電ランプ１００と反射鏡５０とを備え、反射鏡５０は、第１開口部５１と第２開口部５２とを有し、ランプ１００の封止部２と第２開口部５２との間は実質的に塞がっており、封止部２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の内側に設けられた第２のガラス部７とを有しており、且つ圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、反射鏡５０の一部には、封止部２を略水平方向に配置した場合に、発光管１の上部１ａに当たって下部１ｂへ回り込む風（７１）を送り込む送風口５５が形成されている、反射鏡付きランプ５００である。
【選択図】 図６

Description

本発明は、反射鏡付きランプおよび画像投影装置に関する。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。

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。

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。

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。
特開平２−１４８５６１号公報

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。

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２００２−３５１５２３号、および、特願２００２−３５１５２４号に開示した。

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。

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以上（又は２７ＭＰａ以上、３０ＭＰａ以上））高圧水銀ランプの黒化を抑制できる反射鏡付きランプを提供することにある。

本発明の反射鏡付きランプは、管内に発光物質が封入された発光管と、前記発光管から延びた一対の封止部とを有する高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡とを備え、前記反射鏡は、出射方向前方に第１開口部を有しており、当該反射鏡には、前記一対の封止部うちの一方の封止部が挿入される第２開口部が形成されており、かつ、当該一方の封止部と当該第２開口部との間は実質的に塞がっており、前記一対のうちの少なくとも一方の封止部は、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、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、前記反射鏡の一部には、前記一対の封止部を略水平方向に配置した場合に、前記発光管の上部に当たって下部へ回り込む風を送り込む送風口が形成されている。

ある好適な実施形態において、前記高圧放電ランプは、高圧水銀ランプであり、前記発光物質として、前記発光管の容積を基準にして２３０ｍｇ／ｃｍ³以上の水銀が封入されている。

本発明の他の反射鏡付きランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管から延びた一対の封止部とを有する高圧水銀ランプと、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、前記反射鏡は、出射方向前方に第１開口部を有しており、当該反射鏡には、前記一対の封止部うちの一方の封止部が挿入される第２開口部が形成されており、かつ、当該一方の封止部と当該第２開口部との間は実質的に塞がっており、前記一対の封止部のそれぞれは、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、前記一対の封止部は両方とも、圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、前記一対の封止部を略水平方向に配置したときに、前記反射鏡のうち、当該封止部よりも下方で且つ前記発光管よりも前記出射方向前方の領域に送風口が形成されており、そして、当該封止部よりも上方で且つ前記発光管よりも前記出射方向前方の領域に通気孔が形成されており、前記送風口には、空気を通すためのダクトが連結されている。

ある好適な実施形態において、前記ダクトから前記送風口を介して送出された空気の少なくとも一部が、前記反射鏡のうち前記封止部よりも上方の領域に当たって反射し、次いで、前記発光管の上部に接触した後、当該発光管の下部に移動するように、前記ダクトおよび前記送風口は配置されている。

さらに、前記反射鏡付きランプには、前記反射鏡の前記第１開口部よりも前記出射方向前方の位置に、凹面レンズが取り付けられていることが好ましい。

ある好適な実施形態において、前記発光物質として、少なくとも水銀が封入されており、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２７０ｍｇ／ｃｍ³以上であり、前記発光管には、ハロゲンが封入されており、前記ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ²以上である。

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／ｃｍ³以上である。

ある好適な実施形態において、前記発光管内には、電極棒が対向して配置されており、前記電極棒は、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。

ある好適な実施形態において、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いる。

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、ＳｉＯ₂を９９重量％以上含み、前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ₂Ｏ₃および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ₂とを含む。

ある好適な実施形態において、前記圧縮応力は、光弾性効果を利用した鋭敏色板法を用いて前記封止部を測定した場合、前記第２のガラス部に相当する領域において、１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上５０ｋｇｆ／ｃｍ²以下である。

本発明の更に他の反射鏡付きランプは、管内に水銀が封入された発光管と、前記発光管から延びた一対の封止部とを有する高圧水銀ランプと、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、前記反射鏡は、出射方向前方に第１開口部を有しており、当該反射鏡には、前記一対の封止部うちの一方の封止部が挿入される第２開口部が形成されており、かつ、当該一方の封止部と当該第２開口部との間は実質的に塞がっており、前記高圧水銀ランプの前記発光管には、当該発光管の容積を基準にして、２７０ｍｇ／ｃｍ³以上の水銀が封入されており、前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ²以上であり、前記一対の封止部を略水平方向に配置したときに、前記反射鏡のうち、当該封止部よりも下方で且つ前記発光管よりも前記出射方向前方の領域に送風口が形成されており、そして、当該封止部よりも上方で且つ前記発光管よりも前記出射方向前方の領域に通気孔が形成されており、前記送風口には、空気を通すためのダクトが連結されている。

ある好適な実施形態において、前記ダクトから前記送風口を介して送出された空気の少なくとも一部が、前記反射鏡のうち前記封止部よりも上方の領域に当たって反射し、次いで、前記発光管の上部に接触した後、当該発光管の下部に移動するように、前記ダクトおよび前記送風口は配置されており、前記反射鏡は、楕円面鏡であり、さらに、前記反射鏡には、前記反射鏡の前記第１開口部よりも前記出射方向前方の位置に、凹面レンズが取り付けられている。

前記一対の封止部の少なくとも一方には、トリガー線が巻き付けられていることが好ましい。

本発明の画像投影装置は、上記反射鏡付きランプと、前記反射鏡付きランプを光源とする光学系とを備えている。

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。

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。

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。

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。

ある実施形態において、前記第１のガラス部は、ＳｉＯ₂を９９重量％以上含み、前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ₂Ｏ₃および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ₂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／ｃｍ²以上約５０ｋｇｆ／ｃｍ²以下である。あるいは、前記圧縮応力の差は、約１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上約５０ｋｇｆ／ｃｍ²以下である。

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。

本発明の反射鏡付きランプは、発光管の上部に当たって下部へ回り込む風を送り込む送風口を有しているので、その送風口からの風によって、高圧放電ランプの発光管の上部と下部との温度差を調整することができる。その結果、動作圧が２０ＭＰａを超える（例えば２３ＭＰａ以上、特に２５ＭＰａ以上（又は２７ＭＰａ以上、３０ＭＰａ以上））高圧放電ランプの黒化を抑制することができる。

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２００２−３５１５２３号、および、特願２００２−３５１５２４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。

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。

図２に示した高圧水銀ランプ１１００は、上記特許出願にて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８は、圧縮応力が印加されている部位（２０）を有している。

封止部２における第１のガラス部８は、ＳｉＯ₂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Ａｌ₂Ｏ₃および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ₂とを含むものであり（なお、ＳｉＯ₂の割合は９９重量％よりも小さい）、例えば、バイコールガラスから構成されている。ＳｉＯ₂にＡｌ₂Ｏ₃やＢを添加すると、ガラスの軟化点は下がるため、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（ＳｉＯ₂）９６．５重量％、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）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、ＳｉＯ₂：６２重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１３．８重量％、ＣｕＯ：２３．７重量％を成分とするガラス管を用いても良い。

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／ｃｍ²）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／ｃｍ²以上（約９．８×１０⁵Ｎ／ｍ²以上）であることが好ましく、そして、約５０ｋｇｆ／ｃｍ²以下（約４．９×１０⁶Ｎ／ｍ²以下）であることが好ましい。１０ｋｇｆ／ｃｍ²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、５０ｋｇｆ／ｃｍ²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／ｃｍ²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／ｃｍ²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／ｃｍ²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。

図１１を参照しながら、光弾性効果を利用した鋭敏色板法による歪み測定の原理を簡単に説明する。図１１（ａ）および（ｂ）は、偏光板を透過させてなる直線偏光をガラスに入射させた状態を模式的に示している。ここで、入射させた直線偏光をｕとすると、ｕは、直交する２つの直線偏光ｕ１とｕ２とが合成してできたものとみなすことができる。

図１１（ａ）に示すように、ガラスに歪みがないときは、その中をｕ１とｕ２とは同じ速さで通過するので、ガラスを透過した後ではｕ１とｕ２との間にずれは生じない。一方、図１１（ｂ）に示すように、ガラスに歪みがあり、応力Ｆが働いているときは、その中をｕ１とｕ２とは同じ速さで通過しないので、ガラスを透過した後ではｕ１とｕ２との間にずれが生じる。つまり、ｕ１とｕ２のうち一方が他方より遅れることになる。この遅れた距離を光路差という。光路差Ｒは、応力Ｆと、ガラスの通過距離Ｌとに比例するため、比例定数をＣとすると、
Ｒ ＝ Ｃ・Ｆ・Ｌ
で表すことができる。ここで、各記号の単位は、それぞれ、Ｒ（ｎｍ）、Ｆ（ｋｇｆ／ｃｍ²）、Ｌ（ｃｍ）、Ｃ（｛ｎｍ／ｃｍ｝／｛ｋｇｆ／ｃｍ²｝）である。Ｃは、ガラス等の材質により決まる定数であって、光弾性常数と呼ばれる。上記式からわかるように、Ｃが知られていれば、ＬおよびＲを測定すると、Ｆを求めることができる。

本願発明者は、封止部２における光の透過距離Ｌ、すなわち、封止部２の外径Ｌを測定し、そして、歪み標準器を用いて、測定時の封止部２の色から光路差Ｒを読みとった。また、光弾性常数Ｃは、石英ガラスの光弾性常数３．５を使用した。これらを上記式に代入し、算出された応力値の結果から金属箔４の長手方向の圧縮歪みを定量化した。

なお、本測定では、封止部２の長手方向（電極棒３の軸が延びる方向）についての応力を観察したが、このことは、他の方向において圧縮応力が存在していないことを意味するものではない。封止部２の径方向（中心軸から外周へ向かう方向、またはその逆方向）、または、封止部２の周方向（例えば、時計周り方向）について圧縮応力が存在しているかどうかを測定するには、発光管１や封止部２を切断する必要があるのであるが、そのような切断を行ったとたん、第２のガラス部７の圧縮応力が緩和されてしまう。したがって、ランプ１１００に対して切断を行わない状態で測定できるのは、封止部２の長手方向についての圧縮応力であるため、本願発明者らは、少なくとも、その方向での圧縮応力を定量化したのである。

次に、本願発明者らが推論した、ランプ完成体に対して所定の温度で所定時間以上のアニールを施すと、ランプの第２のガラス部７に圧縮応力が加わる機構について図１２を参照しながら説明する。

まず、図１２（ａ）に示すように、ランプ完成体を用意する。なお、ランプ完成体の作製方法は上記特許出願に記載した通りである。

次に、そのランプ完成体を加熱すると、図１２（ｂ）に示すように、水銀（Ｈｇ）６が蒸発を始め、その結果、発光管１内および第２のガラス部７にも圧力が加わる。図中の矢印は、水銀６の蒸気による圧力（例えば、１００気圧以上）を表している。発光管１内だけでなく、第２のガラス部７にも水銀６の蒸気圧が加わる理由は、目には見えない程度の隙間１３が電極棒３の封止部分にあるからである。

さらに加熱の温度を上げて、第２のガラス部７の歪点を越える温度（例えば、１０３０℃）で加熱を続けると、第２のガラス部７が軟らかい状態で、水銀の蒸気圧が第２のガラス部７に加わるため、第２のガラス部７において圧縮応力が発生する。圧縮応力が発生する時間は、例えば歪点で加熱したときに約４時間、徐冷点で加熱したときに約１５分であると推測される。この時間は、歪点および徐冷点の定義から導き出したものである。すなわち、歪点とは、この温度で４時間保つと内部歪が実質的に除去できる温度を意味し、徐冷点とは、この温度で１５分保つと内部応力が実質的に除去できる温度を意味するところから、上記時間は推測されている。

次に、加熱をやめて、ランプ完成体を冷却させる。加熱をやめた後も、図１２（ｃ）に示すように、水銀は蒸発したままであるので、水銀蒸気による圧力を受け続けながら第２のガラス部７は歪点より温度が低くなり、その結果、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のガラス部７に圧縮応力が金属箔の長手方向だけではなく径方向等にも残留することになる（但し、歪検査器では長手方向の圧縮応力しか確認できない）。

最後に、室温程度まで冷却が進むと、図１２（ｄ）に示すように、第２のガラス部７に圧縮応力が約１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上存在するランプ１１００が得られる。図１２（ｂ）および（ｃ）に示したように、水銀の蒸気圧は、両方の第２のガラス部７に圧力を加えるため、この手法によれば、両方の封止部２に約１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上の圧縮応力を確実に加えることができる。

この加熱プロファイルを模式的に図１４に示す。まず、加熱を始めると（時間Ｏ）、その後、第２のガラス部７の歪点（Ｔ₂）の温度に達する（時間Ａ）。次に、第２のガラス部７の歪点（Ｔ₂）と第１のガラス部８の歪点（Ｔ₁）との間の温度で、ランプを所定時間保持する。この温度領域は、基本的に、第２のガラス部７だけが変形可能な範囲とみなすことができる。この保持の間に、図１５の概略図に示すように、水銀蒸気圧（例えば、１００気圧以上）によって第２のガラス部７に圧縮応力が入る。

なお、水銀蒸気圧によって第２のガラス部７へ圧力を加えることが、アニール処理を最も効果的に利用する手法と思えるが、図１４におけるＴ₂以上Ｔ₁以下の温度範囲でランプを保持している時であれば、第２のガラス部７へ何らかの力を加えることができれば、水銀蒸気圧だけでなく、その力によって（例えば外部リード５を押すことによって）、第２のガラス部７に圧縮応力を加えることも可能であると推測する。

次に、加熱をやめると、ランプが冷却していき、時間Ｂ以降、第２のガラス部７の温度は歪点（Ｔ₂）を下回る。歪点（Ｔ₂）を下回ると、第２のガラス部７の圧縮応力は残留することになる。本実施形態では、１０３０℃で１５０時間保持した後、冷却（自然冷却）することによって、第２のガラス部７の圧縮応力を印加して残留させる。

上記のようなメカニズムで、水銀蒸気圧によって圧縮応力が発生するので、圧縮応力の大きさは、水銀蒸気圧（言い換えると、封入水銀量）に依存することになる。

一般的に、水銀量が多くなるほどランプは破裂しやすくなるところ、本実施形態の封止構造を用いると、水銀量を多くするほど圧縮応力が大きくなり、耐圧が向上する。つまり、本実施形態の構成によれば、水銀量を多くするほど高い耐圧構造を実現することができるため、現在の技術では実現できなかったような、極めて高耐圧での安定点灯を可能にする。

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。金属箔４は、少なくともその一部が第２のガラス部７に被われていればよい。つまり、本実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、封止部２の横断面（封止部２の長手方向に直交する断面）において、金属箔４の周囲全てが第２のガラス部７により被われていて、このことは言い換えると、少なくとも金属箔４の一部はその幅方向の周囲全てを第２のガラス部７により被われており、この部分では金属箔４のエッジ部が第２のガラス部７に囲まれていて、これにより気密性の確保が十分となる。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。

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。ただし、より信頼性の高い動作を得るには、例えば約１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上の圧縮応力が印加された第２のガラス部７が存在する方が好ましい（図２から図４の構成を参照）。

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。

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１２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１２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。

本願発明者は、発光管１の上部の熱を下部の方へ移動させる措置をとることによって、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、本発明の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。

（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は、本実施形態の反射鏡付きランプ５００の断面構成を示している。なお、図面の見やすさのため断面のハッチングは省略する。

図６に示した反射鏡付きランプ５００は、高圧放電ランプ１００と、ランプ１００から発する光を反射する反射鏡５０とを備えている。

反射鏡５０は、出射方向７０前方に第１開口部（広開口部）５１を有しており、この第１開口部５１から、反射鏡付きランプ５００の光は出射する。また、反射鏡５０の後方（出射方向７０の後方）で正面から見て中心には、ネック部５９がある。このネック部５９には第２開口部（狭開口部）５２が形成されており、この第２開口部５２に封止部２を挿入することによって、ランプ１００と反射鏡５０とは互いに固定されている。封止部２と第２開口部５２との間の隙間は、接着剤５３によって塞がっている。接着剤５３は、例えば、無機系接着剤（セメントなど）である。

高圧放電ランプ１００は、例えば水銀６の封入量が２３０ｍｇ／ｃｍ³以上の高圧水銀ランプ１００であり、図６では、図２に示したランプ１１００と同様の構成のものを示している。図２に示したランプ１１００は、第２のガラス部７が金属箔４の一部を覆う構成のものであったが、図６では、第２のガラス部７が金属箔４の全体を覆った構成のものを示している。なお、高圧水銀ランプ１００としては、図２から図５（ａ）および（ｂ）に示した高圧水銀ランプ１１００〜１５００を用いることができる。

図２等に示した構造と同様に、図６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、発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ³以上（例えば、２５０ｍｇ／ｃｍ³以上、２７０ｍｇ／ｃｍ³以上、または３００ｍｇ／ｃｍ³以上。場合によっては、３５０ｍｇ／ｃｍ³を超えるものや、３５０〜４００ｍｇ／ｃｍ³またはそれ以上である。）である。

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。金属箔４の一端には、外部リード５が接続されている。一方の外部リード５は、接続部材６３を介して外部リード引き出し線６１に接続され、他方の外部リード５も、接続部材６４を介して外部リード引き出し線６２に接続される。

本実施形態の反射鏡付きランプ５００では、発光管１の上部１ａに当たって下部１ｂへ回り込む風（７１）を送り込む送風口５５が、反射鏡５０の一部に形成されている。ここで、ランプ１００の封止部２，２を略水平方向に配置するようにされている。言い換えると、ランプ１００の軸（例えば、電極３と電極３との結ぶ中心線）６５が略水平となるように配置されている。

本実施形態の構成によれば、発光管１の上部１ａに当たって下部１ｂへ回り込む風（７１）を意図的に送風口５５から送り込むことができるので、発光管１の上部１ａの温度を下げるとともに、発光管１の下部１ｂの温度を上げることができ、その結果、発光管１の上部１ａと下部１ｂとの温度差を軽減することができる。送風口５５が無い構成で、発光管１における上部１ａと下部１ｂとの間に発生する温度差の問題については後述する。

さらに、本実施形態の構成について詳述する。本実施形態では、反射鏡５０のうち、封止部２よりも下方で且つ発光管１よりも出射方向７０前方の領域に、送風口（第１通気孔）５５が形成されており、そして、封止部２よりも上方で且つ発光管１よりも出射方向７０前方の領域に通気孔（第２通気孔）５６が形成されている。送風口５５には、ダクト（不図示）を連結することができ、ダクトを用いて反射鏡５０内に空気を送り込むようにすると、発光管１の上部１ａに当たって下部１ｂへ回り込む風（７１）を発生させることが容易となる。

送風口５５を介して送出された空気の少なくとも一部は、反射鏡５０のうち封止部２よりも上方の領域に当たって反射し、次いで、発光管１の上部１ａに接触した後、発光管１の下部１ｂに移動し得る（矢印７１参照）。そのような空気が発生するように、空気を送り込むダクト（不図示）および送風口５５は配置することが好ましい。

図６に示した例では、送風口５５が反射鏡を貫通する角度を鉛直方向から傾けることによって、送出する風（７１）のベクトルを調節して、反射鏡５０に反射させた後に、発光管１の上部１ａに良く当たるようにしている。なお、送風口５５の貫通角度が略鉛直（略垂直）の場合でも、ダクトの角度を調節することによって、発光管１の上部１ａに接触し次いで下部１ｂに移動する風７１を発生させることも可能である。もちろん、ダクトの角度と送風口５５の貫通角度の両方を調整する方が効果的である。

反射鏡５０の上方に形成された通気孔５６からは、反射鏡５０内の空気が排出される。つまり、ランプ点灯時には、反射鏡５０内の空気は加熱されて、対流が生じ、そして、暖かい空気は通気孔５６からは排出される（矢印７２参照）。通気孔５６から空気が排出されることによって、送風口５５からの風７１の入りが良くなるという効果が得られる。すなわち、風の入り口だけ設けても、風の出口がなければ、風の通りが悪くなるため、反射鏡５０の上部に通気孔５６を設けることが好ましい。

なお、本実施形態の反射鏡５０の第１開口部５１には、前面ガラスが取り付けられておらず、第１開口部５１を通じて空気の出入りも可能なのであるが、暖かい空気が上部から抜けるように、通気孔５６を形成しておくことが好ましい。本実施形態では、ランプ１００を略水平方向に配置したときに、送風口５５および通気孔５６は、略鉛直方向に位置する。すなわち、送風口５５および通気孔５６は、それぞれ、真下と真上の領域に形成されている。

なお、反射鏡５０は、反射面５０ａを有しており、反射面５０ａは、楕円面または放物面を有している。本実施形態の反射鏡５０は、反射面５０ａとして楕円面を有する楕円面鏡であり、楕円面５０ａの周囲には、反射鏡５０の縁部５０ｂが位置している。反射効率を低下させないためにも、風７１の発生を確保できるのであれば、送風口５５および／または通気孔５６は、縁部５０ｂに形成することが好ましい。

反射鏡５０の反射面５０ａの最大径は、例えば、４５ｍｍ以下であり、小型の要請をさらに満たす上では、４０ｍｍまたはそれ未満にすることも可能である。反射鏡５０の内容積は、例えば、２００ｃｍ³以下である。本実施形態の反射鏡５０およびその焦点の寸法を例示すると、反射面５０ａの直径φは、約４５ｍｍであり、反射鏡５０の深さＤは約３３ｍｍである。正面から見た場合の反射鏡５０の反射面５０ａの形状が円形であっても、縁部５０ｂによって、反射鏡付きランプ５００を正面形状を矩形または正方形にすることも可能である。本実施形態の反射鏡５０の容積は、約４００００ｍｍ³、つまり約４０ｃｃである。反射鏡５０が楕円面鏡タイプの場合、反射鏡５０の最深部から焦点Ｆ１、Ｆ２までの距離は、それぞれ、約８ｍｍおよび約６４ｍｍである。

風７１が良好に発生できれば、送風口５５および通気孔５６の形状および寸法は、特に限定されない。送風口５５および通気孔５６の形状は、例えば、略矩形または略円形（例えば、円形、楕円形、長円形）である。万が一の破裂の場合の飛散物拡散防止のために、送風口５５および／または通気孔５６にメッシュ等を設けておくのもよい。送風口５５および通気孔５６の面積は、例えば５０〜８００ｍｍ²程度である。

なお、反射鏡５０の第１開口部５１には前面ガラスを取り付けて、反射鏡５０内を密閉構造にすることもできる。反射鏡５０を密閉構造にした場合でも、送風口５５および通気孔５６によって反射鏡５０内に風７１を発生させることが可能である。本実施形態の構成のように、ネック部５９内の第２開口部５３とランプ１００の封止部２との隙間を埋めておくことは、風７１を良好に発生させる上で好適である。ただし、風７１の流れを乱さない程度の隙間や孔がネック部５９内に存在する程度ならば、実質的に塞がっているといえる。

図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本実施形態の反射鏡付きランプ５００の構成を示す側面断面図、正面図、裏面図である。なお、図７（ａ）は、図７（ｂ）および（ｃ）中の線VIIA−VIIA'に沿った断面図である。図７に示した例では、ランプの始動性を向上させるために、封止部２にトリガー線１５を巻き付けている。トリガー線とは、ランプの始動電圧を下げることができる始動補助線のことである。図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、反射鏡５０の一部には、外部リード引き出し線６１を反射鏡５０外へと通すための開口部５８が形成されている。

ランプ１００の構成をより詳細に説明する。ランプ１００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（０．０１ｃｍ³〜１ｃｍ³）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。

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１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、例えば２３０ｍｇ／ｃｃ以上封入されている。本実施形態では、２７０〜３００ｍｇ／ｃｃ封入している。あるいは、３００ｍｇ／ｃｃ以上封入することも可能である。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ＣＨ₂Ｂｒ₂の形態で発光管１内に導入している。ＣＨ₂Ｂｒ₂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／ｃｍ²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／ｃｍ²程度であった。

次に、極めて高い動作圧の点灯における黒化現象、および、発光管１の上部１ａと下部１ｂとの温度差について説明する。

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。

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１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１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。

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３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１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１内壁に運ばれていることになる。

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も参照しながら、この熱バランスの崩れついて説明する。

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と放射熱の影響を受けにくい領域との間で、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１内の対流が大きくなっており、熱が発光管１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。

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１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。本願発明者が実験した一例では、本実施形態の構成を採用しない場合において、発光管１の上部の温度が１０８０℃で、下部の温度が８３０℃で、両者の温度差が２５０℃にも達するものもあった。

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た。しかしながら、反射鏡付きランプ内のランプを加熱して、発光管１の上部と下部との温度差を軽減することは、現実の製品で許容されている設計変更内で実現することは困難である。そこで、本発明では、反射鏡付きランプ５００の反射鏡５０内に、発光管１の上部１ａに当たって下部１ｂへ回り込む風（７１）を意図的に送風口５５から送り込み、発光管１の上部１ａの熱を、発光管１の下部１ｂの方へ持っていくことにし、それによって黒化の発生を抑制する。本発明の実施形態の構成によれば、風７１を送り込むことによって、発光管１の上部の温度を９５０℃、下部の温度を９４０℃にまですることが可能となった。また、諸条件を調整すれば、発光管１の上部よりも下部の方が温度を高くできる（上部と下部との温度を逆転できる）ということまで判明した。

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や２７ＭＰａ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、本実施形態の構成を採用して、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は、本実施形態の構成を用いることが好ましい。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、本実施形態の技術によって黒化を抑制できることの技術的意義が大きくなることは言うまでもない。

本実施形態によれば、発光管１の上部１ａに当たって下部１ｂへ回り込む風７１を送り込む送風口５５を反射鏡５０の一部に形成し、風７１によって発光管１の上部１ａと下部１ｂとの温度差を小さくすることができる。その結果、従来の高動作圧（例えば、１５〜２０ＭＰａ）よりも更に高い動作圧（例えば、２３ＭＰａや２７ＭＰａ以上）の高圧水銀ランプ１００を動作させた場合でも、黒化の発生を抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、図９を参照しながら、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の構成を改変したものであり、風７１によって発光管１の上部１ａと下部１ｂとの温度差を低減できる機構は、上記実施形態１と同様である。

図９に示した反射鏡付きランプ６００では、内部に空気を通すことができるダクト８０が送風口５５に連結されており、そして、ダクト８０の部分も反射鏡付きランプ６００に一体として形成されている。外から空気７１’をダクト８０に送り込むと、ダクト８０内を通った空気は、送風口５５を通って、風７１となって反射鏡５０の内面（５０ａ）の方まで行き、そして、上部に位置する暖かい空気と、それよりも冷たい下部に位置する空気をうまくかき混ぜて、温度のムラをなくす。風７１の一部（また、場合によっては略全部）は、反射鏡の内面（５０ａ）に反射して（または、反射鏡５０の内面に沿って移動して）、発光管１の上部１ａに接触し、次いで、発光管１の上部１ａの熱を下部１ｂに移動させる。

また、反射鏡５０の第１開口部５１よりも前方には、前面ガラス９０が取り付けられている。前面ガラス９０は、支持部材９２によって反射鏡５０に固定されている。本実施形態では、支持部材９２の一部に、送風口５５が形成されており、そして、通気孔５６も支持部材９２の一部に形成されている。本実施形態の支持部材９２は、樹脂から構成されているので、反射鏡５０に孔を形成するよりも、成型によって送風口５５および／または通気孔５６を形成する方が製造が容易でるのでメリットは大きい。

なお、反射鏡５０に送風口５５および／または通気孔５６が形成されてなく、支持部材９２等の他の部材に送風口５５および／または通気孔５６が形成されている場合でも、便宜上、反射鏡５０の一部に、送風口５５および／または通気孔５６が形成されていると呼ぶ場合もある。つまり、上記実施形態１の縁部５０ｂが、反射面５０ａを形成する材料と同一材料で形成されていても、そうでなくても特に問題がないように、支持部材９２を含めて反射鏡５０と呼ぶ場合があり得る。

さらに、本実施形態の構成では、支持部材９２とともに、ダクト８０を構成するためのダクト用部材８１が取り付けられており、支持部材９２とダクト用部材８１とによってダクト８０が構成されている。したがって、支持部材９２およびダクト８０も同一工程で製造することができる。なお、ダクト８０と反射鏡５０と一体に形成しなくても、例えばホースのようなダクトを、送風口５５に取り付けても良い。

本実施形態では、前面ガラス９０として、凹面レンズを用いており、この凹面レンズによって、反射鏡付きランプ６００におけるランプ１００の更なる点光源化を実質的に達成している。これについてさらに詳しく述べる。凹面レンズ９０を通して反射鏡５０内のランプ１００を見ると、ランプ１００が小さく見える。これは、ランプ１００の発光点（アークが位置する発光領域）が実質的に小さくなることを意味し、すなわち、更なる点光源化を達成できたことになる。ランプ１００の点光源化が進むほど、画像投影装置における光の利用効率は向上するので好ましい。

反射鏡５０が楕円面鏡の場合における反射鏡付きランプ６００の発光機構は、図１０のようになる。すなわち、ランプ１００の発光管（発光部）１から出射された光７３は、反射鏡５０の反射面５０ａによって反射し（矢印７３’）、次いで、凹面レンズ９０の方に進み（より正確には、焦点の方に集光しながら進み）、その後、凹面レンズ９０を介して平行光７４となる。

なお、支持部材９２および前面ガラス（凹面レンズ）９０を取り付けた構成によれば、送風口５５および通気孔５６以外は、密閉構造にすることができる。密閉構造にできれば、万が一の破裂の時においても飛散物が外部にでることを防止できる。通気孔５６からも飛散物がでないようにするには、そこにメッシュ等を配置しておくのが好ましい。図９に示した構成では、送風口５５がダクト８０を介して外部とつながっており、送風口５５は直接外部と接触していないので、そこにはメッシュ等を配置しない設計を採用することも可能である。

本実施形態の構成によれば、反射鏡付きランプ６００に凹面レンズ９０が取り付けられているので、ランプの更なる点光源化を実質的に図ることができ、それゆえ、光の利用効率を向上させることが可能となる。

なお、上記実施形態１および２の構成および特徴は、相互に適宜適用可能である。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、本発明の実施形態の技術は、図２〜図５に示したランプ１１００〜１５００に限らず、ランプ１００は、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、２７ＭＰａ又は３０ＭＰａ以上のランプ）に広く適用できる。

また、上記実施形態おける黒化は、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ＣＨ2Ｂｒ2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。

なお、上記実施形態のランプ１００において、管壁負荷が８０Ｗ／ｃｍ2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／ｃｍ²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／ｃｍ²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。

上述した実施形態の反射鏡付きランプと、画像素子（ＤＭＤ（Digital Micromirro 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。

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放電ランプである。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。

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。

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ＳｃＩ₃（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ＩｎＩ₃（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、ＳｃＩ₃（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、ＩｎＩ₃（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、ＩｎＩ₃（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。

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。

なお、特開平２−１４８５６１号公報（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。

以上説明したように、本発明に係る反射鏡付きランプおよび画像投影装置は、動作圧が大きい高圧放電ランプの黒化を抑制する効果を有し、プロジェクタなどの光源等および液晶プロジェクタやＤＭＤプロジェクタ等として有用である。

従来の高圧水銀ランプ１０００の構成を示す模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、高圧放電ランプ１１００の構成を示す模式図である。 高圧放電ランプ１２００の構成を示す模式図である。 高圧放電ランプ１３００の構成を示す模式図である。 （ａ）は、高圧放電ランプ１４００の構成を示す模式図であり、 （ｂ）は、高圧放電ランプ１５００の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る反射鏡付きランプ５００の構成を模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本実施形態の反射鏡付きランプ５００の構成を示す側面断面図、正面図、背面図である。 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図である。 本発明の実施形態２に係る反射鏡付きランプ６００の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る反射鏡付きランプ６００の構成を模式的に示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、光弾性効果を利用した鋭敏色板法による歪み測定の原理を説明するための図である。 （ａ）から（ｄ）は、アニールによって圧縮応力が加わる機構を説明するための断面図である。 （ａ）は第２のガラス部に存在する長手方向の圧縮応力を模式的に示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 加熱工程（アニール工程）のプロファイルを模式的に示すグラフである。 水銀蒸気によって第２のガラス部に圧縮応力が入る機構を説明するための概略図である。

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
１２ コイル（電極先端）
１５ トリガー線
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）
３０ 金属層（金属メッキ）
４０ コイル
５０ 反射鏡
５１ 第１開口部（広開口部）
５２ 第２開口部（狭開口部）
５３ 接着剤
５５ 送風口（第１通気孔）
５６ 通気孔（第２通気孔）
５９ ネック部
６５ ランプ軸
７０ 出射方向
７１、７２ 風（空気）
６１、６２ 外部リード引き出し線
６３、６４ 接続部材
８０ ダクト
９０ 前面ガラス（凹面レンズ）
９２ 支持部材
１００ 高圧放電ランプ（高圧水銀ランプ）
５００、６００ 反射鏡付きランプ
１０００ 高圧水銀ランプ
１１００、１２００、１３００、１４００、１５００ 高圧水銀ランプ

Claims (15)

1. 管内に発光物質が封入された発光管と、前記発光管から延びた一対の封止部とを有する高圧放電ランプと、
   前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡と
   を備え、
   前記反射鏡は、出射方向前方に第１開口部を有しており、当該反射鏡には、前記一対の封止部うちの一方の封止部が挿入される第２開口部が形成されており、かつ、当該一方の封止部と当該第２開口部との間は実質的に塞がっており、
   前記一対のうちの少なくとも一方の封止部は、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、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、
   前記反射鏡の一部には、前記一対の封止部を略水平方向に配置した場合に、前記発光管の上部に当たって下部へ回り込む風を送り込む送風口が形成されている、反射鏡付きランプ。
2. 前記高圧放電ランプは、高圧水銀ランプであり、
   前記発光物質として、前記発光管の容積を基準にして２３０ｍｇ／ｃｍ³以上の水銀が封入されている、請求項１に記載の反射鏡付きランプ。
3. 管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管から延びた一対の封止部とを有する高圧水銀ランプと、
   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、
   前記反射鏡は、出射方向前方に第１開口部を有しており、当該反射鏡には、前記一対の封止部うちの一方の封止部が挿入される第２開口部が形成されており、かつ、当該一方の封止部と当該第２開口部との間は実質的に塞がっており、
   前記一対の封止部のそれぞれは、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、前記一対の封止部は両方とも、圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、
   前記一対の封止部を略水平方向に配置したときに、前記反射鏡のうち、当該封止部よりも下方で且つ前記発光管よりも前記出射方向前方の領域に送風口が形成されており、そして、当該封止部よりも上方で且つ前記発光管よりも前記出射方向前方の領域に通気孔が形成されており、
   前記送風口には、空気を通すためのダクトが連結されている、反射鏡付きランプ。
4. 前記ダクトから前記送風口を介して送出された空気の少なくとも一部が、前記反射鏡のうち前記封止部よりも上方の領域に当たって反射し、次いで、前記発光管の上部に接触した後、当該発光管の下部に移動するように、前記ダクトおよび前記送風口は配置されている、請求項３に記載の反射鏡付きランプ。
5. さらに、前記反射鏡付きランプには、前記反射鏡の前記第１開口部よりも前記出射方向前方の位置に、凹面レンズが取り付けられている、請求項１から４の何れか一つに記載の反射鏡付きランプ。
6. 前記発光物質として、少なくとも水銀が封入されており、
   前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２７０ｍｇ／ｃｍ³以上であり、
   前記発光管には、ハロゲンが封入されており、
   前記ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ²以上である、請求項１から５の何れか一つに記載の反射鏡付きランプ。
7. 前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ³以上である、請求項６に記載の反射鏡付きランプ。
8. 前記発光管内には、電極棒が対向して配置されており、
   前記電極棒は、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７の何れか一つに記載の反射鏡付きランプ。
9. 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いる、請求項８に記載の反射鏡付きランプ。
10. 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、ＳｉＯ₂を９９重量％以上含み、
    前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ₂Ｏ₃および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ₂とを含む、請求項１から７の何れか一つに記載の反射鏡付きランプ。
11. 前記圧縮応力は、光弾性効果を利用した鋭敏色板法を用いて前記封止部を測定した場合、前記第２のガラス部に相当する領域において、１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上５０ｋｇｆ／ｃｍ²以下である、請求項１から１０の何れか一つに記載の反射鏡付きランプ。
12. 管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管から延びた一対の封止部とを有する高圧水銀ランプと、
    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、
    前記反射鏡は、出射方向前方に第１開口部を有しており、当該反射鏡には、前記一対の封止部うちの一方の封止部が挿入される第２開口部が形成されており、かつ、当該一方の封止部と当該第２開口部との間は実質的に塞がっており、
    前記高圧水銀ランプの前記発光管には、当該発光管の容積を基準にして、２７０ｍｇ／ｃｍ³以上の水銀が封入されており、
    前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ²以上であり、
    前記一対の封止部を略水平方向に配置したときに、前記反射鏡のうち、当該封止部よりも下方で且つ前記発光管よりも前記出射方向前方の領域に送風口が形成されており、そして、当該封止部よりも上方で且つ前記発光管よりも前記出射方向前方の領域に通気孔が形成されており、
    前記送風口には、空気を通すためのダクトが連結されている、反射鏡付きランプ。
13. 前記ダクトから前記送風口を介して送出された空気の少なくとも一部が、前記反射鏡のうち前記封止部よりも上方の領域に当たって反射し、次いで、前記発光管の上部に接触した後、当該発光管の下部に移動するように、前記ダクトおよび前記送風口は配置されており、
    前記反射鏡は、楕円面鏡であり、さらに
    前記反射鏡には、前記反射鏡の前記第１開口部よりも前記出射方向前方の位置に、凹面レンズが取り付けられている、請求項１から４の何れか一つに記載の反射鏡付きランプ。
14. 前記一対の封止部の少なくとも一方には、トリガー線が巻き付けられている、請求項１から１３の何れか一つに記載の反射鏡付きランプ。
15. 請求項１から１４の何れか一つに記載の反射鏡付きランプと、
    前記反射鏡付きランプを光源とする光学系とを備えた、画像投影装置。
    

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