JP2009043701A - 高圧放電ランプ、それを用いたランプユニット、およびそのランプユニットを用いた投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ寿命時間に亘って超高圧の管内蒸気圧による発光管の封止部破損を確実に抑制し、発光管内の蒸気圧を３０ＭＰａ以上まで上昇させた高効率で高品質のショートアーク型高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】内部に水銀が封入され、かつ一対の電極が互いに対向するように配置された発光部２と、この発光部に連接された封止部３とを有する石英ガラス製の発光管１を備える。一対の電極は電極棒５ａを有し、電極棒の一端部が発光部の内部空間に位置し、電極棒の他端部が封止部に埋め込まれつつ、封止部に封着された導電用金属箔７に接合されており、電極棒のうち、封止部に埋め込まれた部分の少なくとも一部において、その外周面全体がスリーブ状金属箔７ａによって密に覆われている。
【選択図】図３

Description

本発明は、高圧放電ランプ、特に発光管の封止部構成に関するものである。また、本発明は、その高圧放電ランプを用いたランプユニット、およびそのランプユニットを用いた投射型画像表示装置に関するものである。

液晶プロジェクター等の投射型画像表示装置の光源には、点光源に近く、高輝度で高演色性を有する光源、例えば高圧水銀ランプが広く用いられている。

図１４（ａ）は、一般的なショートアーク型の高圧水銀ランプの発光管の構成を示す正面断面図である。発光管１０１の容囲器は、材質が石英ガラスであり、管中央部に略回転楕円形状の発光部１０２と、この両側から外方向に延在するように連接された略円柱形状の封止部１０３，１０４とを有している。発光部１０２内には、一対のタングステン（Ｗ）製の電極１０５，１０６が互いに対向して配置されている。電極１０５，１０６の一部を構成する電極棒１０５ａ，１０６ａ（断面が円形）の後端部には、長方形をした帯状のモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔１０７，１０８が溶接され接合されている。

ここで、封止部１０３，１０４には、電極棒１０５ａ，、１０６ａの後端側の一部が埋め込まれている。もっとも、電極棒１０５ａ，１０６ａが埋め込まれているといっても、封止部１０３，１０４に位置する電極棒１０５ａ，１０６ａにおいて、その外周面全体が石英ガラスと密着しているわけではない。つまり、電極棒１０５ａ，１０６ａの外周面のある領域を見たときに、その外周面において一部は石英ガラスと密着しているものの、残りは不可避的に石英ガラスと密着せず、発光部１０２に封入されたガス等が入り込める程度の微小な隙間が形成されてしまう。特に、図１４（ｂ）の要部拡大断面図に示すように、電極棒１０５ａ（１０６ａ）と金属箔１０７（１０８）とが重なった領域では前記隙間よりも少し大きな隙間Ｘが形成されてしまう。

そこで、一般的に肉厚が２０μｍと肉薄化された金属箔１０７，１０８を封止部１０３，１０４に用いることにより、封止過程において、上記したような隙間を皆無にし封止部１０３，１０４における気密性を確保している。また、肉薄化された金属箔１０７，１０８を用いることにより、封止部１０３，１０４の構成材料である石英ガラスとの熱膨張係数の差に起因する応力を緩和することができ、その領域において微小なクラックが発生するのを抑えている。

ところが、金属箔１０７，１０８と異なり電極棒１０５ａ，１０６ａでは、封止過程において、上記したような石英ガラスとの熱膨張係数の差に起因する応力を緩和することはできず、その領域において微小なクラックが発生する。この状況だけでは単に微小なクラックが発生したに過ぎないが、特に水銀の封入量を増やし（例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ³以上）、点灯時における蒸気圧を高めてより高輝度化等を狙った高圧放電ランプにおいて、わずかに発生した微小クラックが起点となり、点灯時における高い蒸気圧による応力が加えられて成長していき、最終的に封止部１０３，１０４の破損に至ることがあった（例えば、特許文献１参照）。

特に、電極棒１０５ａ，１０６ａと金属箔１０７，１０８とが重なった隙間Ｘが形成されている領域では、原因は不明なものの、点灯する前から電極棒１０５ａ，１０６ａが埋め込まれた他の領域で発生する微小なクラックよりも大きな（例えば２倍〜３倍）クラックが発生することがあった。

そこで、従来からこの種の封止部１０３，１０４の破損を抑制するために種々の技術手段が開示されている。例えば、図１５に示す発光管２０１の場合、封止部１０３，１０４において、電極棒１０５ａ，１０６ａの埋め込み部に１層巻のコイル部材２０２，２０３が巻き付けられ埋設されている。これにより、電極棒１０５ａ，１０６ａとの熱膨張差によって封止部１０３，１０４に加えられる応力を緩和しようとするものである（特許文献２参照）。

また、図１４（ｂ）に拡大して示した隙間Ｘによる微小クラックの発生及び成長を抑制するために、電極棒１０５ａと接合される金属箔１０７の形状を改良することで当該隙間Ｘを小さくするか、あるいは除去しようとする技術も開示されている。例えば、（１）金属箔１０７において、電極棒１０５ａとの接合される部分を小幅化する、（２）当該小幅化された金属箔１０７を電極棒１０５ａの外周面に部分的に巻き付ける、などの手段が知られている（例えば、特許文献１及び３〜５参照）。
特許第３５７０４１４号公報 特開平１１−１７６３８５号公報 特許第３５１８５３３号公報 特開２００４−２６５７５３号公報 特開２００４−２９６１７８号公報

ところで、近時、投射型画像表示装置に搭載される高圧放電ランプに対して一層の高輝度及び高い演色性が求められており、これに応じるべく発光管内の水銀蒸気圧を高めようと水銀の封入量を増やす傾向にある。

そこで、本発明者らは、定格電力３００Ｗの高圧放電ランプにおいて水銀の封入量を０．３５ｍｇ／ｍｍ³とし、定格寿命時間２０００時間を目標に検討を行った。その際、封止部の破損の発生を懸念して、これを防止するための前記従来技術を全て適用してみた。ところが、前記従来技術を適用したいずれの試作ロットランプにおいても、目標の定格寿命時間２０００時間までに２０％〜５０％という割合で封止部が破損した。

本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、封止部の破損を一層抑制することができる高圧放電ランプを提供することを目的とする。

本発明の高圧放電ランプは、内部に水銀が封入され、かつ一対の電極が互いに対向するように配置された発光部と、この発光部に連接された封止部とを有する石英ガラス製の発光管とを備え、前記一対の電極は電極棒を有し、前記電極棒の一端部が前記発光部の内部空間に位置し、前記電極棒の他端部が前記封止部に埋め込まれつつ、前記封止部に封着された導電用金属箔に接合されており、前記電極棒のうち、前記封止部に埋め込まれた部分の少なくとも一部において、その外周面全体がスリーブ状金属箔によって密に覆われている。

また、本発明の他の構成の高圧放電ランプは、内部に水銀が封入され、かつ一対の電極が互いに対向するように配置された発光部と、この発光部に連接された封止部とを有する石英ガラス製の発光管を備え、前記一対の電極は電極棒を有し、前記電極棒の一端部が前記発光部の内部空間に位置し、前記電極棒の他端部が前記封止部に埋め込まれつつ、前記封止部に封着された導電用金属箔に接合されており、前記導電用金属箔の端部に他の部分よりも幅狭な幅狭箔片部が形成され、前記電極棒のうち、前記封止部に埋め込まれた部分の少なくとも一部において、その外周面の周方向における一部が前記幅狭箔片部によって密に覆われており、前記幅狭箔片部および前記電極棒の前記幅狭箔片部に対応する領域の外周面全体がスリーブ状金属箔によって覆われている。

ここで、「一対の電極が互いに対向するように配置された」とは、各々の電極の長手方向の軸が完全に一致している場合はもちろんのこと、プロセス上のばらつき等によってずれる場合も含むものである。

「電極棒のうち、封止部に埋め込まれた部分」とは、電極棒のうち、封止部の構成材料である石英ガラスと接触し始める位置から接合された金属箔側の端までの部分をいう。

「密に覆われている」とは、電極棒に対して実質的に隙間がないようにスリーブ状金属箔を覆うことを意図し、例えば電極棒にスリーブ状金属箔を挿入する場合、電極棒の直径とスリーブ状金属箔の内径が等しいことに相当するものであるが、実際にはそのプロセス上のばらつきを考慮するため、例えばスリーブ状金属箔の内径を電極棒の直径よりもわずかに大きくするので、部分的に隙間が形成されるがこの場合も含むものである。

また、「覆われている」とは、電極棒に、予めスリーブ状に形成された金属箔を挿入することによって覆う場合や、電極棒に、シート状の金属箔を巻き付けて覆う場合等を含むものである。もっとも、この「スリーブ状金属箔」は、後述するように機械的伸縮性を有する緩衝部材として機能させる別部材からなり、電極棒に例えば所望の材料によるめっきを施したり、電極棒の表面を改質したりした電極棒そのものを加工したものは本質的に性質が異なるのでここでは含まない。

本発明によれば、電極棒と石英ガラスとの熱膨張係数の差に起因して封止部に加えられる応力を十分に緩和することができ、その結果、封止部における微小クラックの発生を確実に抑制することができ、封止部の破損を効果的に抑制することができる。

本発明の高圧放電ランプは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。

すなわち、前記電極棒のうち、前記スリーブ状金属箔によって覆われた領域は、前記電極棒のうち、少なくとも前記導電用金属箔と重なっている部分を含むことができる。

また、前記導電用金属箔の端部に金属箔切片部が設けられ、前記金属箔切片部が前記電極棒に巻き付けられて前記スリーブ状金属箔を形成している構成とすることができる。

また、前記金属箔切片部はその少なくとも１箇所で前記電極棒に対して溶接により固定されており、前記金属箔切片部の前記溶接により固定された箇所は、前記金属箔切片部の他の部分により覆われている構成とすることができる。

また、前記電極棒がタングステン製の場合であって、前記スリーブ状金属箔は、モリブデン、ニオブ、レニウム、タングステン及びタンタルのうちのいずれか１種、又はそれを主成分とする合金からなる構成とすることができる。

また、本発明のランプユニットは、上記いずれかの構成の高圧放電ランプと、凹面の反射面を有する反射鏡とを備え、前記反射鏡に前記高圧放電ランプが装着されて、前記高圧放電ランプの射出光が前記反射面により反射されるように構成される。

また、本発明の投写型画像表示装置は、上記いずれかの構成のランプユニットと、前記ランプユニットからの照明光を変調して光学像を形成する光学ユニットと、前記光学像を拡大投射する投射装置とを備える。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における、定格電力が３００Ｗの高圧水銀ランプの発光管の構成を示す。この発光管の基本的な構成は上記従来例の発光管と同様であり、封止部に改良された構成を有する。

発光管１の容囲器は、材質が石英ガラスであり、管中央部の略回転楕円形状の発光部２と、この両側から外方向に延在するように連接された略円柱形状の封止部３，４とから構成されている。発光部２内には、一対のタングステン（Ｗ）製の電極５，６が互いに対向して配置されている。そして、封止部３，４には、後述する本実施の形態の特徴である構成を用いて、電極５，６の一部を構成する電極棒５ａ，６ａ（横断面が円形）の埋め込み部が、いわゆる絞り封止加工により封止されている。併せて、電極棒５ａ，６ａの後端部が溶接され接合されたモリブデン（Ｍｏ）製の導電用金属箔７，８も気密に封着されている。導電用金属箔７，８において、電極棒５ａ，６ａとの接合部との反対側の端部には、モリブデン（Ｍｏ）製の外部リード線９，１０が接合され、発光管１の外部へと引き出されている。

発光管１の管内には、発光物質である水銀（Ｈｇ）１１及び始動補助用希ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）１２と、更にハロゲンとして臭素（Ｂｒ）１３がそれぞれ所定量封入されている。

発光管１の具体構成について詳しく説明する。

発光部２は、略回転楕円形状であって、その中央部内径φａｉを５．０ｍｍ、外径φａｏを１２．０ｍｍ、管内軸長Ｌａｏを８．０ｍｍ、内容積Ｖａｉを０．１ｃｃとした。封止部３，４は、略円柱形状であって、その外径φｓｏを５．８ｍｍ、全長Ｌｓを３０ｍｍとした。なお、発光管１の全長Ｌｏは６８ｍｍとなる。また、電極５，６間、すなわち電極間距離Ｌｄは１．２ｍｍに設定した。さらに、水銀１１の封入量は総量で３５ｍｇ（０．３５ｍｇ／ｍｍ³）、アルゴン１１の封入量は３０ｋＰａ（室温時）、臭素１２は総量で０．５×１０^-3μｍｏｌとした。

電極５（電極６も同じ）の形状は、図２（ａ）に拡大して示すように、その先端部５ｃが例えば略半球形状をなすように形成されている。これは、従来技術に準じたものであり、このような形状は、例えば図２（ｂ）に示すように、まず電極棒５ａ（断面が円形で棒径０．５０ｍｍ）の先端部に２層巻のタングステン（Ｗ）製のコイル５ｂ（Ｗ線径０．３０ｍｍ、コイル巻数７回）を取付け、次いで電極棒５ａとコイル５ｂの先端部を例えばＹＡＧレーザ等によって溶融することにより製作される。

図１に示すように、この電極５において、この溶融部５ｃを含む電極棒５ａの一端部が発光部２の内部空間に位置し、その他端部（後端部）が封止部３に埋め込まれている。

なお、電極５の寸法は、例えば全長Ｌｅが７．５ｍｍ、電極棒５ａにおける封止部３に埋め込まれた埋め込み部の長さＬａｓ（図１参照）が３．８ｍｍにそれぞれ設定されている。もっとも、Ｌａｓ値は、２．５〜４．０ｍｍの範囲から選択できる。

次に、電極５（電極６も同じ）の埋め込み部の構成について詳細に説明する。図３に拡大して示すように、封止部３に埋め込まれている電極棒５ａの一部において、その外周面全体が例えば肉厚２０μｍの肉薄のモリブデン（Ｍｏ）製のスリーブ状（円筒形状）金属箔７ａで密に覆われている。

次に、このような本実施の形態における発光管１の封止部３（封止部４も同じ）に封止される部材とその組立工程を図４Ａ〜４Ｃにそれぞれ示す。

まず図４Ａに示すように、長方形の帯状をした導電用金属箔７と、これとは分離した、比較的容易に円筒形状に形成し得るような矩形状の金属箔切片７ｂを製作する。次いで図４Ｂの（ａ）に示すように、金属箔切片７ｂをスリーブ状金属箔７ａに成形加工する。次に（ｂ）に示すように、そのスリーブ状金属箔７ａ内に電極棒５ａを、導電用金属箔７との溶接部分５ａｅとなる後端側から挿入する。その際、溶接部分５ａｅの後端がスリーブ状金属箔７ａの後端と一致するように挿入する。そして、スリーブ状金属箔７ａを電極棒５ａに、抵抗溶接等によって固定する。

そして、図４Ｃに示すように、電極棒５ａ及びスリーブ状金属箔７ａのそれぞれにおいて金属箔との溶接部分５ａｅ及び７ａｅを同時に、導電用金属箔７の先端溶接部７ｔに、抵抗溶接等によって接合する。最後に、導電用金属箔７の後端溶接部７ｅに、外部リード線９を接合する。

なお、導電用金属箔７の寸法は、全体長Ｌｍを１８ｍｍ、幅Ｗｍを１．５ｍｍ、肉厚ｔｍを２０μｍにそれぞれ設定した。矩形状の金属箔切片７ｂの寸法は、長さＬｍａを３．０ｍｍ、幅Ｗｍａを２．０ｍｍ、肉厚ｔｍを２０μｍにそれぞれ設定した。スリーブ状金属箔７ａの寸法は、長さＬｍａを３．０ｍｍ、筒内径φｓｉを０．５１ｍｍにそれぞれ設定した。電極棒５ａ及び金属箔スリーブ７ａのそれぞれの後端の溶接部分５ａｅ及び７ａｅの長さＬａｅを０．６ｍｍに設定した。

なお、図４Ａ及び４Ｂにおいて、矩形状の金属箔切片７ｂをスリーブ状金属箔７ａへ成形加工する代りに、最初からシームレスのスリーブ状金属箔７ａを用いてもよい。

以上のように本発明の実施の形態１にかかる高圧水銀ランプの構成によれば、封止部３，４における石英ガラスと電極棒５ａ，６ａとの間にスリーブ状金属箔７ａ，８ａを介在させることにより、スリーブ状金属箔７ａ，８ａが機械的伸張性を有する緩衝部材として機能し、封止部３，４に加えられる電極棒５ａ，６ａとの熱膨張係数の差による応力を大きく緩和（吸収）することができ、封止過程において、封止部３，４のその領域において微小クラックの発生自体を効果的に抑制することができる。しかも、仮に水銀の封入量を増やし、点灯時における発光管１内の蒸気圧を高めたとして、これに起因する応力が発生したとしても、この応力もスリーブ状金属箔７ａ，８ａによって緩和することができ、微小クラックが発生したとしてもその成長を抑えることができ、封止部３，４が破損するのを確実に抑制することができる。

ここで、上述したように隙間Ｘの領域に位置する電極棒５ａ，６ａの部分では比較的大きな微小なクラックを発生するおそれがあるために、特に電極棒５ａ，６ａのうち、スリーブ状金属箔７ａ，８ａによって覆われた領域は電極棒５ａ，６ａのうち、少なくとも導電用金属箔７，８と重なっている部分を実質的に含むことが好ましい。

また、スリーブ状金属箔７ａ，８ａは、モリブデンを含め、ニオブ（Ｎｂ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）及びタンタル（Ｔａ）のうちのいずれか１種、又はそれを主成分とする合金からなることが好ましい。これにより、スリーブ状金属箔７ａ，８ａの耐熱性を十分に確保することができる。

また、この金属箔７ａ，８ａの肉厚は、最大値として４０μｍ以下に設定されることが好ましい。最小値は実用上、１０μｍ以上であることが好ましい。

次に、本発明の実施の形態にかかる高圧水銀ランプの作用効果を確認するために行った実験について説明する。

上記した本発明の実施の形態１における高圧水銀ランプの発光管１（２０灯）について、後述する図１１に示す実施の形態７における完成されたランプユニット２３の形態で寿命試験を行い、発光管１の封止部３，４の破損の状況を観測した。寿命試験でのランプユニット２３は、発光管１が水平状態で点灯させた。そして、発光管１の点灯は、周波数１００Ｈｚの矩形波電流により、定格電力３００Ｗで点灯３時間、消灯０．５時間を１サイクルとしてこれを繰り返す点滅サイクルで行った。

また、比較のため、図１４及び図１５に示した従来技術の封止部の構成からなる２種類の比較用発光管１０１及び２０１も試作、準備して、本実施の形態における発光管１と同様に、寿命試験における封止部の破損の状況を観測した。

具体的に、比較用発光管１０１の構成（図１４）は、図３に示した本実施形態の発光管１の封止部構成において、電極棒５ａ，６ａに被覆されたスリーブ状金属箔７ａ，８ａを取り除いた点を除いてはその他の構成において発光管１と全て同じ設定にした。また、比較用発光管２０１の構成（図１５）は、図３に示す本実施形態の発光管１の封止部構成におけるスリーブ状金属箔７ａ，８ａに代えて、１層巻きのモリブデン（Ｍｏ）製のコイル部材２０３、２０３（線径０．１ｍｍ、コイル巻数３０回）を電極棒１０５ａ，１０６ａにそれぞれ巻き付け埋設したものであり、その他の構成において発光管１と全て同じ設定にした。

なお、比較用発光管１０１、２０１を装備したランプ及びランプユニットの構成も、実施の形態７におけるランプ２０及びランプユニット２３と全て同じに設定した。

表１は、本実施形態の発光管１、及び比較用発光管１０１、２０１の定格寿命時間２０００時間までにおいて各累積点灯時間時までの封止部の破損の発生状況を示す。

表１から明らかなように、比較用発光管１０１の場合、封止部の破損が累積点灯時間僅か１時間時から発生し始めて、２０００時間時において２０灯のうちの１４灯で発生した。また、比較用発光管２０１も、封止部の破損が累積点灯時間１００時間時から発生し始めて、２０００時間時において２０灯のうちの１０灯で発生した。

これに対して、実施の形態１の発光管は、定格寿命時間２０００時間に亘って封止部３，４に破損が全く発生しなかった。また、発光管１の封止部３，４を目視検査したところ、電極棒５ａ，６ａ埋め込み部において微小クラックは見られなかった。

この実験結果により、電極棒５ａ，６ａに密に覆われたスリーブ状金属箔７ａ，８ａによって封止部３，４に加えられる熱膨張係数差による応力を大きく緩和することができることが確認され、スリーブ状金属箔７ａ，８ａが機械的伸縮性の高い緩衝部材として有効に機能したことが実証された。

（実施の形態２）
図５Ａ〜５Ｃ及び図６を参照して、本発明の実施形態２における発光管について説明する。本実施の形態２の発光管は、実施の形態１の発光管１とは異なる封止部構成を有するが、封止部以外の構成は全て同じある。従って、以降の記載では図１〜図４、図１１も参照し、実施の形態１と同一の各要素については、実施の形態１と同一の参照符号を付して説明する。実施の形態１と異なる要素は、導電用金属箔７、８、スリーブ状金属箔７ａ，８ａ、及び金属箔切片７ｂに関係する部分である。それらに対応する要素は、図５Ａ〜５Ｃ及び図６では、導電用金属箔１４、スリーブ状金属箔１４ａ、及び金属箔切片１４ｂ等として示される。

図５Ａ〜５Ｃは、発光管の封止部３（４も同じ）に封止される部材とその組立工程を示す。本実施の形態の発光管は、実施の形態１における金属箔切片７ｂに代えて、導電用金属箔１４の端部に金属箔切片部１４ｂを設ける。すなわち、図５Ａに示すように、導電用金属箔１４の先端部の先端溶接部１４ｔにおける、対峙する両側縁部に切り込み１４ｃ、１４ｄを入れる。これにより、比較的容易に円筒形状に形成し得る矩形状の金属箔切片部１４ｂが形成される。

次いで図５Ｂに示すように、電極棒５ａの後端溶接部５ａｅを、先端溶接部１４ｔに対して抵抗溶接等によって接合する。次に図５Ｃに示すように、電極棒５ａの埋め込み部のうちの特定部分に、その外周面全体に亘って金属箔切片部１４ｂをスリーブ状金属箔１４ａの形態になるように巻き付け、密に被覆する。最後に、スリーブ状金属箔１４ａを抵抗溶接等によって溶接し、固定する。

なお、導電用金属箔１４の寸法は、全長Ｌｍを１８ｍｍ、幅Ｗｍを１．８ｍｍ、肉厚ｔｍを２０μｍにそれぞれ設定した。矩形状の金属箔切片部１４ｂの長さＬｍａを２．７ｍｍに設定した。スリーブ状金属箔部１４ａの寸法は、長さＬｍａを２．７ｍｍ、筒内径φｓｉを０．５１ｍｍにそれぞれ設定した。導電用金属箔１４の先端溶接部１４ｔに接合される電極棒５ａの後端溶接部５ａｅの長さＬａｅは０．６ｍｍに設定し、この後端溶接部５ａｅにはスリーブ状金属箔１４ａの巻き付け、被覆がされない。さらに、導電用金属箔１４の後端溶接部１４ｅには、外部リード線９が抵抗溶接等によって接合される。

図６は、電極棒５ａ、導電用金属箔１４とその金属箔切片部１４ｂ、及び外部リード線９から組み立てられた部材が、一方の封止部３（４も同じ）に封止された状態を示す。ここで、電極棒５ａにおける埋め込み部の長さＬａｓは３．８ｍｍ、金属箔スリーブ１４ａの長さＬｍａは２．７ｍｍである。

このような本発明の実施の形態２の高圧水銀ランプの発光管（２０灯）についても、寿命試験を完成されたランプユニットの形態で行って、発光管の封止部３，４の破損の発生状況を観測した。その際、寿命試験の条件は、上記実施の形態１の発光管１の寿命試験の条件と同様に設定した。実験の結果、表１に併せて示すように、本発明の実施の形態２の発光管においても、実施形態１の発光管１と同様に、定格寿命時間２０００時間に亘って封止部３，４の破損が全く発生しておらず、目視検査による微小クラックの発生も見られなかった。

以上のように本発明の実施の形態２にかかる構成によれば、実施の形態１にかかる高圧水銀ランプの構成と同様に、封止部３（以下、封止部４についても同様）における石英ガラスと電極棒５ａとの間にスリーブ状金属箔１４ａを介在させることにより、スリーブ状金属箔１４ａが機械的伸張性を有する緩衝部材として機能する。そのため、封止部３に加えられる電極棒５ａとの熱膨張係数の差による応力を大きく緩和（吸収）することができ、封止過程において、封止部３のその領域において微小クラックの発生自体を効果的に抑制することができる。しかも、仮に水銀の封入量を増やし、点灯時における発光管１内の蒸気圧を高めたとして、これに起因する応力が発生したとしても、この応力もスリーブ状金属箔１４ａによって緩和することができ、微小クラックが発生したとしてもその成長を抑えることができ、封止部３が破損するのを確実に抑制することができる。

（実施の形態３）
図７Ａ〜７Ｃを参照して、本発明の実施形態３における発光管について説明する。本実施の形態の発光管は、実施の形態２の発光管の封止部の構成を変形したものである。封止部以外の構成は全て同じある。従って、以降の記載では、実施の形態２と同一の各要素については、実施の形態２と同一の参照符号を付して説明する。図７Ａ〜図７Ｃは、発光管の封止部３（図６参照、封止部４も同じ）に封止される部材とその組立工程を示す。

まず図７Ａに示すように、実施の形態２の図５Ａに示したものと同様、導電用金属箔１４の端部に金属箔切片部１４ｂを形成する。

次に図７Ｂ（ａ）、（ｂ）に示すように、電極棒５ａを、導電用金属箔１４の長手方向中心線に沿って、金属箔切片部１４ｂ上に戴置する。さらに、金属箔切片部１４ｂの切り込み１４ｄ側の一方の側片部を電極棒５ａに巻きつける。図７Ｂ（ｂ）は、図７Ｂ（ａ）における金属箔切片部１４ｂの部分の横断面を拡大して示す。この状態で、金属箔切片部１４ｂを、溶接箇所Ｗｅの位置で、電極１６を用いた抵抗溶接等によって接合する。

更に図７Ｃに示すように、金属箔切片部１４ｂの切り込み１４ｃ側の他方の側片部を電極棒５ａに巻付ける。これにより、金属箔切片部１４ｂは、電極棒５ａの外周面全体に亘ってスリーブ状金属箔１４ａの形態になるように巻き付けられる。この状態で、金属箔切片部１４ｂの切り込み１４ｃ側の他方の側片部が、溶接箇所Ｗｅを覆う範囲まで巻付くように、金属箔切片部１４ｂの形状、寸法と、溶接位置Ｗｅの関係が設定される。

このように、金属箔切片部１４ｂの溶接箇所Ｗｅが、金属箔切片部１４ｂの他の部分により覆われるようにすれば、スリーブ状金属箔１４ａによる、封止部における微小クラックの発生を抑制する効果を向上させることができる。すなわち、溶接箇所Ｗｅが露出して封止ガラスが接触すると、その領域では、スリーブ状金属箔１４ａの緩衝部材としての機能が制限され、熱膨張係数の差に起因する応力を緩和する効果が弱まるが、溶接箇所Ｗｅを金属箔切片部１４ｂの他の部分で覆うことにより、そのような状況の発生を回避できるからである。

（実施の形態４）
図８Ａ〜図８Ｃを参照して、本発明の実施形態４における発光管について説明する。本実施の形態は、実施の形態３の発光管の封止部の製造方法の他の例である。従って、以降の記載では、実施の形態３と同一の各要素については、実施の形態３と同一の参照符号を付して説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、発光管の封止部３（図６参照、封止部４も同じ）に封止される部材とその組立工程を示す。

まず、図示しないが、実施の形態３の図７Ａに示したものと同様、導電用金属箔１４の端部に金属箔切片部１４ｂを形成する。

次に図８Ａ（ａ）、（ｂ）に示すように、電極棒５ａを、金属箔切片部１４ｂの切り込み１４ｄ側の一方の側片の端部に偏らせて戴置する。図８Ａ（ｂ）は、図８Ａ（ａ）における金属箔切片部１４ｂの部分の横断面を拡大して示す。この状態で、金属箔切片部１４ｂを溶接箇所Ｗｅの位置で抵抗溶接等によって接合する。

次に図８Ｂに示すように、金属箔切片部１４ｂを巻付けながら、電極棒５ａを金属箔切片部１４ｂの中心線に沿った位置まで回転させる。

更に図８Ｃに示すように、金属箔切片部１４ｂの切り込み１４ｃ側の他方の側片部を電極棒５ａに巻付ける。これにより、金属箔切片部１４ｂは、電極棒５ａの外周面全体に亘ってスリーブ状金属箔１４ａの形態になるように巻き付けられる。この状態で、金属箔切片部１４ｂの切り込み１４ｃ側の他方の側片部が、溶接箇所Ｗｅを覆う範囲まで巻付けられる。

このようにして、実施の形態３と同様、スリーブ状金属箔１４ａによる、封止部における微小クラックの発生を抑制する効果を向上させることができる。

（実施の形態５）
図９Ａ〜図９Ｄを参照して、本発明の実施形態５における発光管について説明する。本実施の形態の発光管は、実施の形態２の発光管の封止部の構成を変形したものである。封止部以外の構成は全て同じある。従って、以降の記載では、実施の形態２と同一の各要素については、実施の形態２と同一の参照符号を付して説明する。図９Ａ〜図９Ｄは、発光管の封止部３（図６参照、封止部４も同じ）に封止される部材とその組立工程を示す。

まず図９Ａに示すように、導電用金属箔１４の端部に金属箔切片部１４ｆを形成する。金属箔切片部１４ｆは、実施の形態２の金属箔切片部１４ｂと形状が異なる。すなわち、切り込み１４ｇ、１４ｈにより矩形状に形成された金属箔切片部１４ｆは、導電用金属箔１４の長手方向の中心線に対して、図における上方にずれた配置となる。すなわち、金属箔切片部１４ｆにおける、導電用金属箔１４の中心線から上側（大幅部）の幅は、下側（小幅部）の幅よりも大きい。大幅部と小幅部の幅の配分は、以下に説明する構成を得ることが可能なように設定される。なお、図９Ａの金属箔切片部１４ｆにおける小幅部には×印で溶接箇所Ｗｅが示されが、これは、以降の溶接工程で溶接が施されるべき箇所を示す。

次に図７Ｂ（ａ）、（ｂ）に示すように、電極棒５ａを、溶接箇所Ｗｅに重なるように、金属箔切片部１４ｆの小幅部側に偏らせて戴置する。図９Ｂ（ｂ）は、図９Ｂ（ａ）におけるＸ１−Ｘ１断面を拡大して示す。この状態で、金属箔切片部１４ｆを溶接箇所Ｗｅの位置で抵抗溶接等によって接合する。

次に図９Ｃ（ａ）、（ｂ）に示すように、金属箔切片部１４ｆを巻付けながら、電極棒５ａを金属箔切片部１４ｆの中心線Ｃに沿った位置まで回転させる。図９Ｃ（ｂ）は、図９Ｃ（ａ）におけるＸ２−Ｘ２断面を拡大して示す。

更に図９Ｄ（ａ）、（ｂ）に示すように、金属箔切片部１４ｆの大幅部を電極棒５ａに巻付ける。図９Ｄ（ｂ）は、図９Ｄ（ａ）におけるＸ３−Ｘ３断面を拡大して示す。これにより、金属箔切片部１４ｆは、電極棒５ａの外周面全体に亘ってスリーブ状金属箔１４ｉの形態になるように巻き付けられる。この状態で、金属箔切片部１４ｆの大幅部が溶接箇所Ｗｅを覆う範囲まで巻付くように、金属箔切片部１４ｆの形状、寸法と、溶接位置Ｗｅの関係が設定される。

このように、金属箔切片部１４ｆの溶接箇所Ｗｅが、金属箔切片部１４ｆの他の部分により覆われるようにすれば、実施の形態３と同様、スリーブ状金属箔１４ｉによる、封止部における微小クラックの発生を抑制する効果を向上させることができる。

（実施の形態６）
図１０Ａ〜図１０Ｄを参照して、本発明の実施形態４における発光管について説明する。本実施の形態の発光管は、実施の形態１の発光管１の封止部の構成を変形したものである。封止部以外の構成は全て同じある。従って、以降の記載では、実施の形態１と同一の各要素については、実施の形態１と同一の参照符号を付して説明する。図１０Ａ〜図１０Ｄは、発光管の封止部３（封止部４も同じ）に封止される部材とその組立工程を示す。

図１０Ａ（ａ）は、本実施の形態おいて、電極棒５ａ、導電用金属箔１５、スリーブ状金属箔１６ａ、及び外部Ｍｏリード線９が組立られた状態を示す。導電用金属箔１５は、幅広部１５ａと、幅広部１５ａよりも幅の狭い幅狭箔片部１５ｂ（図１０Ｂ（ｂ）参照）とを有する。スリーブ状金属箔１６ａは、実施の形態１におけるスリーブ状金属箔７ａと同様の要素であり、幅狭箔片部１５ｂは、スリーブ状金属箔１６ａにより覆われている。

図１０Ａ（ｂ）の幅広部１５ａにおけるＹ−Ｙ断面を、図１０Ａ（ｃ）に拡大して示す。幅広部１５ａには、長手方向中心線に沿った円弧溝１５ｃが形成されている。円弧溝１５ｃは、幅広部１５ａだけでなく幅狭箔片部１５ｂにも亘って形成されている。幅狭箔片部１５ｂは全体が円弧状に形成される。電極棒５ａ、及び外部Ｍｏリード線９は、幅狭箔片部１５ｂ及び幅広部１５の円弧溝１５ｃ内に装着されている。

図１０Ａ（ｂ）の幅広部１５ａにおけるＺ−Ｚ断面を、図１０Ａ（ｄ）に拡大して示す。この図に示されるように、電極棒５ａは、その外周面の周方向における一部（図では約半周）に巻付けられた幅狭箔片部１５ｂによって密に覆われている。更に、幅狭箔片部１５ｂが巻付けられた領域における電極棒５ａ及び幅狭箔片部１５ｂの外周面全体がスリーブ状金属箔１６ａによって覆われている。

以上のような封止部の構成を製造する工程について、以下に説明する。但し、外部Ｍｏリード線９については、図示及び説明を省略する。まず、図１０Ｂに示すように、電極棒５ａ、導電用金属箔１５、及び金属箔切片１６ｂを用意する。導電用金属箔１５は、幅広部１５ａの先端に幅狭箔片部１５ｂが形成された形状に作製する。なお、便宜上、幅広部１５ａ及び幅狭箔片部１５ｂについては、円弧溝１５ｃを形成する加工前後において、同一の参照符号を用いて説明する。

次に、図１０Ｃ（ａ）に示すように、導電用金属箔１５に、幅広部１５ａと幅狭箔片部１５ｂに亘る円弧溝１５ｃを形成する。一方、金属箔切片１６ｂをスリーブ状金属箔１６ａに成形加工し、そのスリーブ状金属箔１６ａ内に電極棒５ａを挿入して、図１０Ｃ（ｂ）に示す状態にする。この状態では、電極棒５ａの先端部がスリーブ状金属箔１６ａから十分な長さで突出しているようにする。

次に、図１０Ｄに示すように、スリーブ状金属箔１６ａから突出した電極棒５ａの先端部を、導電用金属箔１５の円弧溝１５ｃに対して、幅狭箔片部１５ｂから若干、幅広部１５の端部にも亘るように装着する。この状態で、幅狭箔片部１５ｂを電極棒５ａに溶接する。さらに、スリーブ状金属箔１６ａを矢印で示すように移動させて、電極棒５ａ及び幅狭箔片部１５ｂの外周面を覆うように配置する。これにより、図１０Ａに示したような組立体が作製される。

本実施の形態のように、電極棒５ａ及び幅狭箔片部１５ｂの外周面が、スリーブ状金属箔１６ａにより覆われることにより、封止部における微小クラックの発生を抑制することができる。すなわち、スリーブ状金属箔１６ａで覆うことにより、緩衝部材としての機能が得られ、その領域では熱膨張係数の差に起因する応力を緩和できるからである。

（実施の形態７）
図１１は、本発明の実施の形態７におけるランプユニット２３を示す。このランプユニット２３は、上記実施の形態の構成を有する発光管１からなる高圧放電ランプ２０を装備したものである。

高圧放電ランプ２０は、上記発光管１の一方の封止部３に電源接続端子２１付の円筒形口金２２が装着された状態に構成されている。ここで、発光管１の一方の封止部３の外部Ｍｏリード線９は、電源接続端子２１に接続されている（図示せず）。ランプユニット２３としては、高圧放電ランプ２０の口金２２が反射ミラー２４に装着・保持された構成を有する。また、高圧放電ランプ２０の他方の封止部４の外部Ｍｏリード線１０に接続されたリード線２５が、反射ミラー２４に設けられた貫通孔２６を通じて外部に引き出されている。

反射ミラー２４としては、例えば回転楕円面鏡、回転放物面鏡、凹面（球面）鏡等を用いることができる。鏡面は、例えば、硬質ガラス製基体の回転楕円面に形成された凹面部分に、多層干渉膜からなる反射膜が蒸着された構成を有する。

（実施の形態８）
本発明の実施の形態８における投写型画像表示装置について、図１２及び図１３を参照して説明する。

図１２は、実施の形態７のランプユニット２３が用いられた投写型画像表示装置の一例として、フロントプロジェクタ３０の概略構成を示す。図１２は、筐体３１の天板を取り除いた状態を表している。フロントプロジェクタ３０は、その前方に設置したスクリーン（不図示）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。

フロントプロジェクタ３０は、筐体３１に収納された、光源であるランプユニット２３、光学ユニット３２、制御ユニット３３、投写レンズ３４、冷却ファンユニット３５、および電源ユニット３６等から構成されている。

光学ユニット３２は、入射光を変調して画像を形成する画像形成ユニット、及びランプユニット２３からの照明光を画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも不図示）を有する。照明ユニットは、３色のカラーフィルタからなるカラーホイール等（不図示）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。

制御ユニット３３は、画像形成ユニット等を駆動制御する。投写レンズ３４は、画像形成ユニットにより変調されて形成された光学像を拡大透写する。電源ユニット３６は、商用電源から供給される電力を、制御ユニット３３やランプユニット２３に適した電力に変換してそれぞれ供給する。

また、ランプユニット２３は、図１３に示す投写型画像表示装置の一例であるリアプロジェクタ４０の光源としても用いることができる。リアプロジェクタ４０は、ランプユニット２３、光学ユニット、投写レンズ、ミラー（いずれも不図示）等が筐体４１内に収納された構成を有する。投写レンズから投写されミラーで反射された画像が、透過式スクリーン４２の裏側から投影されて画像表示される。

本発明高圧放電ランプは、封止部における微小クラックの発生が確実に抑制され、封止部の破損を効果的に抑制することができるので、投射型画像表示装置の光源である高圧水銀ランプとして有用である。また、高圧水銀ランプ以外の、例えばメタルハライドランプなどの高圧放電ランプにもそのまま適用でき、例えば自動車ヘッドライト用メタルハライドランプとして有用である。

本発明の実施の形態１における高圧水銀ランプの発光管の構成を示す断面図 同発光管に用いられる電極の構成を示す正面図 同発光管の封止部の構成を示す要部断面図 同発光管の封止部の部材とその組立工程を示す平面図 図４Ａの次の工程を示す平面図 図４Ｂの次の工程を示す平面図 本発明の実施の形態２における高圧水銀ランプの発光管の封止部の部材とその組立工程を示す平面図 図５Ａの次の工程を示す平面図 図５Ｂの次の工程を示す平面図 同発光管の封止部の構成を示す要部断面図 本発明の実施の形態４における高圧水銀ランプの発光管の封止部の部材とその組立工程を示す平面図 図７Ａの次の工程を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大横断面図 図７Ｂの次の工程を示す拡大横断面図 本発明の実施の形態５における高圧水銀ランプの発光管の封止部の部材とその組立工程を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大横断面図 図８Ａの次の工程を示す拡大横断面図 図８Ｂの次の工程を示す拡大横断面図 本発明の実施の形態３における高圧水銀ランプの発光管の封止部の部材とその組立工程を示す平面図 図９Ａの次の工程を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大横断面図 図９Ｂの次の工程を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大横断面図 図９Ｃの次の工程を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大横断面図 本発明の実施の形態６における高圧水銀ランプの発光管の封止部の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）及び（ｄ）は拡大横断面図 同封止部の部材とその組立工程を示す平面図 図１０Ｂの次の工程を示す平面図 図１０Ｃの次の工程を示す平面図 本発明の実施の形態７におけるランプユニットを示す一部断面斜視図 本発明の実施の形態８におけるフロントプロジェクタを示す斜視図 同実施の形態におけるリアプロジェクタを示す斜視図 （ａ）は従来例の高圧水銀ランプの発光管の構成を示す断面図、（ｂ）はその要部拡大断面図 従来例の封止部破損の抑制手段を有する高圧水銀ランプの発光管の構成を示す断面図

符号の説明

１ 発光管
２ 発光管の発光部
３、４ 発光管の封止部
５、６ 電極
５ａ、６ａ 電極棒
５ａｅ、７ａｅ、 溶接部分
５ｂ コイル
５ｃ 溶融部
７、８、１４、１５ 導電用金属箔
７ａ、８ａ、１４ａ、１４ｉ、１６ａ スリーブ状金属箔
７ｂ、１６ｂ 金属箔切片
７ｅ、１４ｅ 後端溶接部
７ｔ、１４ｔ 先端溶接部
９、１０ 外部Ｍｏリード線
１１ 水銀
１２ アルゴン
１３ 臭素
１４ｂ 金属箔切片部
１４ｃ、１４ｄ 切り込み
１５ａ 幅広部
１５ｂ 幅狭箔片部
１６ 電極
２０ 高圧水銀ランプ
２１ 電源接続端子
２２ 円筒形口金
２３ ランプユニット
２４ 反射ミラー
２５ リード線
２６ 貫通孔
３０ フロントプロジェクタ
３１ 筐体
３２ 光学ユニット
３３ 制御ユニット
３４ 投写レンズ
３５ 冷却ファンユニット
３６ 電源ユニット
４０ リアプロジェクタ
４１ 筐体
４２ 透過式スクリーン

Claims (8)

1. 内部に水銀が封入され、かつ一対の電極が互いに対向するように配置された発光部と、この発光部に連接された封止部とを有する石英ガラス製の発光管とを備え、
   前記一対の電極は電極棒を有し、前記電極棒の一端部が前記発光部の内部空間に位置し、前記電極棒の他端部が前記封止部に埋め込まれつつ、前記封止部に封着された導電用金属箔に接合されており、
   前記電極棒のうち、前記封止部に埋め込まれた部分の少なくとも一部において、その外周面全体がスリーブ状金属箔によって密に覆われていることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記電極棒のうち、前記スリーブ状金属箔によって覆われた領域は、前記電極棒のうち、少なくとも前記導電用金属箔と重なっている部分を含むことを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 前記導電用金属箔の端部に金属箔切片部が設けられ、前記金属箔切片部が前記電極棒に巻き付けられて前記スリーブ状金属箔を形成している請求項１記載の高圧放電ランプ。
4. 前記金属箔切片部はその少なくとも１箇所で前記電極棒に対して溶接により固定されており、前記金属箔切片部の前記溶接により固定された箇所は、前記金属箔切片部の他の部分により覆われている請求項３記載の高圧放電ランプ。
5. 内部に水銀が封入され、かつ一対の電極が互いに対向するように配置された発光部と、この発光部に連接された封止部とを有する石英ガラス製の発光管を備え、
   前記一対の電極は電極棒を有し、前記電極棒の一端部が前記発光部の内部空間に位置し、前記電極棒の他端部が前記封止部に埋め込まれつつ、前記封止部に封着された導電用金属箔に接合されており、
   前記導電用金属箔の端部に他の部分よりも幅狭な幅狭箔片部が形成され、
   前記電極棒のうち、前記封止部に埋め込まれた部分の少なくとも一部において、その外周面の周方向における一部が前記幅狭箔片部によって密に覆われており、
   前記幅狭箔片部および前記電極棒のうち、前記幅狭箔片部が位置する領域の外周面全体がスリーブ状金属箔によって覆われていることを特徴とする高圧放電ランプ。
6. 前記スリーブ状金属箔は、モリブデン、ニオブ、レニウム、タングステン及びタンタルのうちのいずれか１種、又はそれを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の高圧放電ランプと、
   凹面の反射面を有する反射鏡とを備え、
   前記反射鏡に前記高圧放電ランプが装着されて、前記高圧放電ランプの射出光が前記反射面により反射されるように構成されたことを特徴とするランプユニット。
8. 請求項７記載のランプユニットと、
   前記ランプユニットからの照明光が変調して光学像を形成する光学ユニットと、
   前記光学像を拡大投射する投射装置とを備えたことを特徴とする投射型画像表示装置。

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