JP2010067472A - 高圧水銀ランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】 放電容器に早期に黒化が生じることが抑制され、長時間安定した照度を維持することができる高圧水銀ランプを提供する。
【解決手段】 発光管部(12)の両端に封止部(13,14) が連接された石英ガラスよりなる放電容器(11)と、発光管部(12)内に互いに対向するよう管軸方向に沿って配置された、電極棒(21,26) の先端に電極体(22,27) が形成されてなる一方の電極(20)および他方の電極(25)とを備え、発光管部(12)内に0.16mg／mm3 以上の水銀と、１×10-6〜１×10-2μmol ／mm3 のハロゲンと、希ガスとが封入された、交流点灯型の高圧水銀ランプ(10)において、放電容器(11)には、一方の電極(20)および他方の電極(25)の各々を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材(24)および他方の保温部材(29)が設けられ、一方の保温部材(24)の熱容量は他方の保温部材(29)の熱容量の３０〜８０％である。
【選択図】 図１
【解決手段】 発光管部(12)の両端に封止部(13,14) が連接された石英ガラスよりなる放電容器(11)と、発光管部(12)内に互いに対向するよう管軸方向に沿って配置された、電極棒(21,26) の先端に電極体(22,27) が形成されてなる一方の電極(20)および他方の電極(25)とを備え、発光管部(12)内に0.16mg／mm3 以上の水銀と、１×10-6〜１×10-2μmol ／mm3 のハロゲンと、希ガスとが封入された、交流点灯型の高圧水銀ランプ(10)において、放電容器(11)には、一方の電極(20)および他方の電極(25)の各々を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材(24)および他方の保温部材(29)が設けられ、一方の保温部材(24)の熱容量は他方の保温部材(29)の熱容量の３０〜８０％である。
【選択図】 図１
Description
本発明は、例えば投射型プロジェクターの光源として好適に用いることができる交流点灯型の高圧水銀ランプに関するものである。
投射型プロジェクター装置においては、矩形のスクリーンに対して、均一にかつ十分な演色性をもって画像を映し出すことが要求され、その光源ランプについては、より一層の小型化および点光源化が求められている。このような理由から、投射型プロジェクター装置の光源ランプとしては、従来使用されていたメタルハライドランプに代わり、放電容器内に０．１６ｍｇ／ｍｍ3 以上の水銀が封入された、水銀蒸気圧が極めて高い高圧水銀ランプが提案されている（特許文献１参照。）。
このような高圧水銀ランプの一例における構成を図８に示す。この高圧水銀ランプ５０は、略球状の発光管部５２の両端に柱状の封止部５３が連接された石英ガラスよりなる放電容器５１を有し、この放電容器５１の発光管部５２内には、それぞれ電極棒５５の先端に電極体５６が形成されてなる一対の電極５４が互いに対向するよう配置されている。電極棒５５の各々の基端には、封止部５３内に気密に埋設された金属箔５７を介して、封止部５３の外端から外方に突出して伸びるよう設けられた外部リード棒５８が電気的に接続されている。そして、放電容器５１の発光管部５２内には、水銀、希ガスおよびハロゲンが封入されている。
このような高圧水銀ランプ５０においては、定常点灯されると、電極５４間に放電が生じ、放電容器５１の発光管部５２内から外部に光が放射される。このとき、放電容器５１は、放電熱の伝熱や、光の輻射熱によって高温に加熱される。特に、定常点灯時に、発光管部５２内においてガスの熱対流が生じるため、発光管部５２の上側部分は、下側部分よりも高い温度例えば１０００℃以上の温度に加熱される。
しかしながら、放電容器５１を構成する石英ガラスは、１０００℃以上の温度に加熱されると、非晶質構造から結晶構造に相転移し、当該石英ガラスにはクリストバライト相が形成されるため、放電容器５１の発光管部５２、特にその上側部分に失透が生じ、その結果、高圧水銀ランプ５０の照度が低下する、という問題がある。そのため、高圧水銀ランプ５０の点灯中には、放電容器５１を空冷することが行われている。
しかしながら、放電容器５１を構成する石英ガラスは、１０００℃以上の温度に加熱されると、非晶質構造から結晶構造に相転移し、当該石英ガラスにはクリストバライト相が形成されるため、放電容器５１の発光管部５２、特にその上側部分に失透が生じ、その結果、高圧水銀ランプ５０の照度が低下する、という問題がある。そのため、高圧水銀ランプ５０の点灯中には、放電容器５１を空冷することが行われている。
然るに、放電容器５１を空冷しながら高圧水銀ランプ５０を定常点灯させると、発光管部５２における電極５４を包囲する領域に早期に黒化が生じる、という問題がある。この発光管部５２の黒化が生じる理由は、ハロゲンサイクルが機能しないことによるものと考えられる。
具体的に説明すると、高圧水銀ランプ５０の点灯中においては、電極５４は高温に加熱され、当該電極５４を構成する物質例えばタングステンが蒸発し、封入物であるハロゲンと反応することにより、ハロゲン化タングステンが生成される。このハロゲン化タングステンは、高温の電極に接触すると、タングステンとハロゲンとに分解され、当該タングステンは電極表面に堆積する。この一連のサイクルをハロゲンサイクルという。しかしながら、放電容器５１が空冷されている場合には、蒸発したタングステンがハロゲンと反応する前に凝固して発光管部５２の内表面に付着し、これにより、発光管部５２の黒化が生じる。このような発光管部５２の黒化は、発光管部５２の下側部分や封止部５３付近においてより顕著に生ずる。これは、発光管部５２内におけるガスの熱対流により、当該発光管部５２の下側部分が上側部分より低温となるためである。
そして、ハロゲンサイクルを機能させ、発光管部に黒化が生じることを抑制するため、放電容器の封止部における外表面領域に保温部材が設けられた高圧水銀ランプが提案されている（特許文献２参照。）。
具体的に説明すると、高圧水銀ランプ５０の点灯中においては、電極５４は高温に加熱され、当該電極５４を構成する物質例えばタングステンが蒸発し、封入物であるハロゲンと反応することにより、ハロゲン化タングステンが生成される。このハロゲン化タングステンは、高温の電極に接触すると、タングステンとハロゲンとに分解され、当該タングステンは電極表面に堆積する。この一連のサイクルをハロゲンサイクルという。しかしながら、放電容器５１が空冷されている場合には、蒸発したタングステンがハロゲンと反応する前に凝固して発光管部５２の内表面に付着し、これにより、発光管部５２の黒化が生じる。このような発光管部５２の黒化は、発光管部５２の下側部分や封止部５３付近においてより顕著に生ずる。これは、発光管部５２内におけるガスの熱対流により、当該発光管部５２の下側部分が上側部分より低温となるためである。
そして、ハロゲンサイクルを機能させ、発光管部に黒化が生じることを抑制するため、放電容器の封止部における外表面領域に保温部材が設けられた高圧水銀ランプが提案されている（特許文献２参照。）。
しかしながら、交流点灯型の高圧水銀ランプにおいては、放電容器の封止部における外表面領域に保温部材が設けられていても、発光管部に黒化が早期に生じる、という問題があることが判明した。これは、以下の理由によるものと考えられる。
高圧水銀ランプを定常点灯した後に消灯すると、放電熱の伝熱や光の輻射熱がなくなるため、当該高圧水銀ランプは自然冷却される。ここで、交流点灯型の高圧水銀ランプにおいては、一対の電極の各々は略同一の大きさであるため、それぞれの電極は温度差が生じることなく冷却される。一方、放電容器の発光管部内に封入された水銀は、ランプの点灯によって蒸発し、ランプの消灯によって、冷却された電極の各々の表面に凝縮して付着する。このとき、一対の電極の各々に付着する水銀は互いに略同量である。
そして、高圧水銀ランプを再度点灯し、一方の電極と他方の電極との間にグロー放電が開始すると、一方の電極には数百ボルトの高い電圧によって加速された陽イオンが衝突するが、実際には、一方の電極には水銀が付着しているため、当該一方の電極の表面に付着した水銀に陽イオンが衝突し、これにより、水銀が蒸発する。然るに、一方の電極において水銀が付着していない部分に直接陽イオンが衝突した場合には、当該一方の電極を構成する物質例えばタングステンが蒸発することになるが、点灯直後においては、放電容器の発光管部は、放電熱の伝熱や輻射熱を受けておらず、加熱されていない状態であるため、蒸発したタングステンが凝固して発光管部の内表面に付着し、これにより、発光管部の黒化が生じる。
高圧水銀ランプを定常点灯した後に消灯すると、放電熱の伝熱や光の輻射熱がなくなるため、当該高圧水銀ランプは自然冷却される。ここで、交流点灯型の高圧水銀ランプにおいては、一対の電極の各々は略同一の大きさであるため、それぞれの電極は温度差が生じることなく冷却される。一方、放電容器の発光管部内に封入された水銀は、ランプの点灯によって蒸発し、ランプの消灯によって、冷却された電極の各々の表面に凝縮して付着する。このとき、一対の電極の各々に付着する水銀は互いに略同量である。
そして、高圧水銀ランプを再度点灯し、一方の電極と他方の電極との間にグロー放電が開始すると、一方の電極には数百ボルトの高い電圧によって加速された陽イオンが衝突するが、実際には、一方の電極には水銀が付着しているため、当該一方の電極の表面に付着した水銀に陽イオンが衝突し、これにより、水銀が蒸発する。然るに、一方の電極において水銀が付着していない部分に直接陽イオンが衝突した場合には、当該一方の電極を構成する物質例えばタングステンが蒸発することになるが、点灯直後においては、放電容器の発光管部は、放電熱の伝熱や輻射熱を受けておらず、加熱されていない状態であるため、蒸発したタングステンが凝固して発光管部の内表面に付着し、これにより、発光管部の黒化が生じる。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、放電容器に早期に黒化が生じることが抑制され、長時間安定した照度を維持することができる高圧水銀ランプを提供することにある。
本発明の高圧水銀ランプは、発光管部の両端に封止部が連接された石英ガラスよりなる放電容器と、この放電容器の発光管部内に互いに対向するよう管軸方向に沿って配置された、それぞれ電極棒の先端に電極体が形成されてなる一方の電極および他方の電極とを備えてなり、当該放電容器の発光管部内に０．１６ｍｇ／ｍｍ3 以上の水銀と、１×１０-6〜１×１０-2μｍｏｌ／ｍｍ3 のハロゲンと、希ガスとが封入された、交流点灯型の高圧水銀ランプにおいて、
前記放電容器には、前記一方の電極を包囲する外表面領域に、一方の保温部材が設けられ、前記他方の電極を包囲する外表面領域に、他方の保温部材が設けられており、
当該一方の保温部材の熱容量は、当該他方の保温部材の熱容量の３０〜８０％であることを特徴とする。
前記放電容器には、前記一方の電極を包囲する外表面領域に、一方の保温部材が設けられ、前記他方の電極を包囲する外表面領域に、他方の保温部材が設けられており、
当該一方の保温部材の熱容量は、当該他方の保温部材の熱容量の３０〜８０％であることを特徴とする。
本発明の高圧水銀ランプにおいては、一方の保温部材および他方の保温部材は、放電容器に巻き回されたコイル、金属膜、セラミックス膜または誘電体多層膜よりなることが好ましい。
また、直流電圧により一方の電極が陰極として始動され、グロー放電からアーク放電に移行した後に交流電圧により駆動されることが好ましい。
また、直流電圧により一方の電極が陰極として始動され、グロー放電からアーク放電に移行した後に交流電圧により駆動されることが好ましい。
本発明の高圧水銀ランプにおいては、放電容器には、一方の電極および他方の電極の各々の電極棒を包囲する外表面領域に、一方の保温部材および他方の保温部材が設けられていることにより、当該高圧水銀ランプの定常点灯中において、当該高圧水銀ランプが保温されて加熱状態が確実に維持されるので、蒸発した電極物質が発光管部に付着することが抑制される。
しかも、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の３０〜８０％であることにより、高圧水銀ランプを消灯したときには、他方の電極が一方の電極より保温され、従って、一方の電極が他方の電極よりも冷却されやすく、当該一方の電極には、多量の水銀が凝縮して付着するので、当該高圧水銀ランプを、一方の電極を陰極として始動したときには、陽イオンが一方の電極に直接衝突することが抑制され、これにより、一方の電極の電極物質が蒸発することが抑制される結果、当該高圧水銀ランプの始動時において、電極物質が発光管部に付着することが抑制される。
従って、本発明の高圧水銀ランプによれば、放電容器に早期に黒化が生じることが抑制され、長時間安定した照度を維持することができる。
しかも、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の３０〜８０％であることにより、高圧水銀ランプを消灯したときには、他方の電極が一方の電極より保温され、従って、一方の電極が他方の電極よりも冷却されやすく、当該一方の電極には、多量の水銀が凝縮して付着するので、当該高圧水銀ランプを、一方の電極を陰極として始動したときには、陽イオンが一方の電極に直接衝突することが抑制され、これにより、一方の電極の電極物質が蒸発することが抑制される結果、当該高圧水銀ランプの始動時において、電極物質が発光管部に付着することが抑制される。
従って、本発明の高圧水銀ランプによれば、放電容器に早期に黒化が生じることが抑制され、長時間安定した照度を維持することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る高圧水銀ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。 この高圧水銀ランプ１０は交流点灯型のものであって、略球状の発光管部１２の両端にそれぞれ柱状の一方の封止部１３および他方の封止部１４が連接された石英ガラスよりなる放電容器１１を有し、この放電容器１１の発光管部１２内には、水銀、希ガスおよびハロゲンが封入されている。
放電容器１１の発光管部１２内には、それぞれ高融点金属例えばタングステンよりなる一方の電極２０および他方の電極２５が、互いに対向するよう当該発光管部１２の管軸に沿って配置されている。一方の電極２０および他方の電極２５の各々は、電極棒２１，２６の先端に電極体２２，２７が形成されて構成されている。図示の例では、電極体２２，２７の各々は、略半球状の先端部分を有すると共に先端に突起Ｔが形成され、基端部分には金属線Ｗが巻き回されて構成されている。
図１は、本発明に係る高圧水銀ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。 この高圧水銀ランプ１０は交流点灯型のものであって、略球状の発光管部１２の両端にそれぞれ柱状の一方の封止部１３および他方の封止部１４が連接された石英ガラスよりなる放電容器１１を有し、この放電容器１１の発光管部１２内には、水銀、希ガスおよびハロゲンが封入されている。
放電容器１１の発光管部１２内には、それぞれ高融点金属例えばタングステンよりなる一方の電極２０および他方の電極２５が、互いに対向するよう当該発光管部１２の管軸に沿って配置されている。一方の電極２０および他方の電極２５の各々は、電極棒２１，２６の先端に電極体２２，２７が形成されて構成されている。図示の例では、電極体２２，２７の各々は、略半球状の先端部分を有すると共に先端に突起Ｔが形成され、基端部分には金属線Ｗが巻き回されて構成されている。
一方の電極２０における電極棒２１の基端は、一方の封止部１３内に気密に埋設された例えばモリブデンよりなる金属箔１５の一端に接続され、この金属箔１５の他端には、一方の封止部１３の外端から外方に突出して伸びるよう設けられた外部リード棒１６が接続されている。また、他方の電極２５における電極棒２６の基端は、他方の封止部１４内に気密に埋設された例えばモリブデンよりなる金属箔１７の一端に接続され、この金属箔１７の他端には、他方の封止部１４の外端から外方に突出して伸びるよう設けられた外部リード棒１８が接続されている。
放電容器１１には、一方の電極２０の電極棒２１を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材２４が設けられ、他方の電極２５の電極棒２６を包囲する外表面領域に、全周にわたって他方の保温部材２９が設けられている。
放電容器１１には、一方の電極２０の電極棒２１を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材２４が設けられ、他方の電極２５の電極棒２６を包囲する外表面領域に、全周にわたって他方の保温部材２９が設けられている。
発光管部１２内に封入される水銀の封入量は、０．１６ｍｇ／ｍｍ3 以上とされ、この封入量は、温度条件によっても異なるが点灯時に１５０気圧以上の極めて高い蒸気圧となるものであり、これにより、投射型プロジェクター装置の光源として好適な高圧水銀ランプが得られる。
発光管部１２内に封入されるハロゲンとしては、沃素、臭素、塩素などを例示することができる。
また、ハロゲンの封入量は、１×１０-6〜１×１０-2μｍｏｌ／ｍｍ3 とされる。
発光管部１２内に封入される希ガスとしては、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびこれらの混合物を例示することができる。
また、希ガスの封入圧は、例えば６．６５〜２６．６ｋＰａである。
発光管部１２内に封入されるハロゲンとしては、沃素、臭素、塩素などを例示することができる。
また、ハロゲンの封入量は、１×１０-6〜１×１０-2μｍｏｌ／ｍｍ3 とされる。
発光管部１２内に封入される希ガスとしては、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびこれらの混合物を例示することができる。
また、希ガスの封入圧は、例えば６．６５〜２６．６ｋＰａである。
そして、本発明において、一方の保温部材２４の熱容量は、他方の保温部材の熱容量の３０〜８０％とされる。一方の保温部材２４の熱容量が過小である場合には、高圧水銀ランプの定常点灯中において、当該高圧水銀ランプが十分に保温されず、蒸発した電極物質が発光管部１２に付着しやすくなり、その結果、放電容器１１に早期に黒化が生じる。一方、一方の保温部材２４の熱容量が過大である場合には、高圧水銀ランプ１０の消灯時に、一方の電極２０が冷却されにくくなり、当該一方の電極２０には、十分な量の水銀が付着されないため、高圧水銀ランプ１０の始動時において、電極物質が蒸発して発光管部に付着する結果、放電容器１１に早期に黒化が生じる。
図示の例では、一方の保温部材２４および他方の保温部材２９の各々は、放電容器１１に巻き回されたコイルによって構成されている。このような構成においては、コイルの巻き数を選択することにより、或いは、用いられるコイルの径を変更することにより一方の保温部材２４および他方の保温部材２９の熱容量を調整することができる。また、一方の保温部材２４および他方の保温部材２９を構成するコイルは、一方の封止部１３または他方の封止部１４の外表面にコイル同士を重ねずに巻き回されていても、コイル同士を重ねて巻き回されていてもよく、更に、コイル同士を重ねずに巻き回される場合には、コイル同士が接触するよう密に巻き回されていても、コイル同士が離間して疎に巻き回されていてもよい。
かかるコイルの材質としては、ニクロム線（Ｎｉ−Ｃｒ）、鉄−クロム線（Ｆｅ−Ｃｒ）、カンタル線（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ）などを例示することができる。
かかるコイルの材質としては、ニクロム線（Ｎｉ−Ｃｒ）、鉄−クロム線（Ｆｅ−Ｃｒ）、カンタル線（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ）などを例示することができる。
また、放電容器１１の外表面における一方の保温部材２４および他方の保温部材２９が設けられる領域は、電極棒２１，２６を包囲する領域とされるが、具体的には、図２に示すように、放電容器１１の外表面における位置Ｐ１から位置Ｐ２までの間の領域Ｒ１であり、好ましくは位置Ｐ１から位置Ｐ３までの間の領域Ｒ２である。ここで、位置Ｐ１は、放電容器１１における発光管部１２と一方の封止部１３（他方の封止部１４）との境界から電極棒２１（２６）の基端位置までの距離をＬ１としたとき、発光管部１２と一方の封止部１３（他方の封止部１４）との境界から２×Ｌ１の距離を離間した位置であり、位置Ｐ２は、電極体２２（２７）の先端位置である。また、位置Ｐ３は、電極体２２（２７）の突起Ｔから当該電極体２２（２７）の先端部分の球面の接線を引き、この接線と放電容器１１の外表面とが交差する位置である。
このような高圧水銀ランプ１０においては、適宜の点灯装置によって、直流電圧により一方の電極２０が陰極として始動され、一方の電極２０および他方の電極２５間のグロー放電がアーク放電に移行した後に交流電圧により駆動されることが好ましく、これにより、高圧水銀ランプ１０を始動したときには、陽イオンが一方の電極２０に必ず衝突するようになり、他方の電極２０に衝突することが回避されるので、高圧水銀ランプ１０の始動時において、他方の電極の電極物質が蒸発することを防止することができる。
上記の高圧水銀ランプ１０の動作を図３を参照しながら説明すると、一方の電極２０および他方の電極２５間には、直流電圧が印加されることにより、水銀アークが発生し、直流電圧の印加から時間ｔ１が経過すると、グロー放電が発生し、更に、グロー放電の発生から時間ｔ２が経過すると、アーク放電が発生する。そして、グロー放電がアーク放電に移行してから一定時間経過した後（直流電圧の印加から時間Ｔ１が経過した後）に交流電圧により駆動されて定常点灯され、放電容器１１の発光管部１２内から外部に光が放射される。このとき、放電容器１１は、放電熱の伝熱や、光の輻射熱によって高温に加熱されるが、適宜の冷却手段により、発光管部１２特にその上側部分が空冷される。
而して、放電容器１１には、一方の電極２０および他方の電極２５の各々の電極棒２１，２６を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材２４および他方の保温部材２９が設けられているため、高圧水銀ランプ１０の定常点灯中において、当該高圧水銀ランプ１０が保温されて加熱状態が確実に維持されるので、蒸発した電極物質が発光管部１２に付着することが抑制される。
そして、交流電圧の印加から時間Ｔ２が経過した後に高圧水銀ランプ１０が消灯されると、一方の電極２０および他方の電極２５が冷却され、発光管部１２内において蒸発した水銀が一方の電極２０および他方の電極２５の各々の表面に凝縮して付着する。然るに、一方の保温部材２４の熱容量が他方の保温部材２９の熱容量の３０〜８０％であるため、他方の電極２５が一方の電極２０より保温され、従って、一方の電極２０が他方の電極２５よりも冷却されやすく、これにより、一方の電極２０の表面には、他方の電極２５の表面よりも多量の水銀が凝縮して付着する。
而して、高圧水銀ランプ１０を、一方の電極２０を陰極として直流電圧により再度始動したときには、一方の電極２０の表面には多量の水銀が付着しているので、陽イオンが一方の電極２０に直接衝突することが抑制され、これにより、一方の電極２０の電極物質が蒸発することが抑制される結果、当該高圧水銀ランプ１０の始動時において、電極物質が発光管部１２に付着することが抑制される。
従って、上記の高圧水銀ランプ１０によれば、放電容器１１に早期に黒化が生じることが抑制され、長時間安定した照度を維持することができる
而して、放電容器１１には、一方の電極２０および他方の電極２５の各々の電極棒２１，２６を包囲する外表面領域に、全周にわたって一方の保温部材２４および他方の保温部材２９が設けられているため、高圧水銀ランプ１０の定常点灯中において、当該高圧水銀ランプ１０が保温されて加熱状態が確実に維持されるので、蒸発した電極物質が発光管部１２に付着することが抑制される。
そして、交流電圧の印加から時間Ｔ２が経過した後に高圧水銀ランプ１０が消灯されると、一方の電極２０および他方の電極２５が冷却され、発光管部１２内において蒸発した水銀が一方の電極２０および他方の電極２５の各々の表面に凝縮して付着する。然るに、一方の保温部材２４の熱容量が他方の保温部材２９の熱容量の３０〜８０％であるため、他方の電極２５が一方の電極２０より保温され、従って、一方の電極２０が他方の電極２５よりも冷却されやすく、これにより、一方の電極２０の表面には、他方の電極２５の表面よりも多量の水銀が凝縮して付着する。
而して、高圧水銀ランプ１０を、一方の電極２０を陰極として直流電圧により再度始動したときには、一方の電極２０の表面には多量の水銀が付着しているので、陽イオンが一方の電極２０に直接衝突することが抑制され、これにより、一方の電極２０の電極物質が蒸発することが抑制される結果、当該高圧水銀ランプ１０の始動時において、電極物質が発光管部１２に付着することが抑制される。
従って、上記の高圧水銀ランプ１０によれば、放電容器１１に早期に黒化が生じることが抑制され、長時間安定した照度を維持することができる
図４は、本発明に係る高圧水銀ランプを具えたランプ装置の一例における構成を示す説明用断面図である。このランプ装置は、例えば図１に示す構成の高圧水銀ランプ１０と、この高圧水銀ランプを取り囲むよう配置されたリフレクター３０とを備えてなる。
具体的に説明すると、リフレクター３０は、例えば放物面状の光反射部３１を有し、この光反射部３１の中央底部には、当該リフレクター３０の軸方向に沿って後方に伸びる筒状の頸部３２が形成されている。リフレクター３０の頸部３２の筒孔内には、高圧水銀ランプ１０の放電容器１１における他方の封止部１４が、当該リフレクター３０の軸方向に沿って挿入されて当該頸部３２の後端から突出するよう配置されている。
リフレクター３０の頸部３２の外周には、スリーブ状のリフレクターベース３５が設けられている。このリフレクターベース３５は、リフレクター３０の頸部３２の外径より大きい内径を有するリフレクター支持部３６と、高圧水銀ランプ１０の他方の封止部１４の幅より大きい内径を有するランプ支持部３７とが連続して一体に形成されている。このリフレクターベース３５のリフレクター支持部３６の筒孔内には、リフレクター３０の頸部３２が挿入され、この状態で接着材３８により固定されており、一方、リフレクターベース３５のランプ支持部３７の筒孔内には、高圧水銀ランプ１０の他方の封止部１４が挿入され、この状態で接着材３９により固定されている。
また、３４は、高圧水銀ランプ１０における一方の封止部１３に設けられた外部リード棒１６と、給電線（図示省略）とをかしめて固定する固定部材である。
具体的に説明すると、リフレクター３０は、例えば放物面状の光反射部３１を有し、この光反射部３１の中央底部には、当該リフレクター３０の軸方向に沿って後方に伸びる筒状の頸部３２が形成されている。リフレクター３０の頸部３２の筒孔内には、高圧水銀ランプ１０の放電容器１１における他方の封止部１４が、当該リフレクター３０の軸方向に沿って挿入されて当該頸部３２の後端から突出するよう配置されている。
リフレクター３０の頸部３２の外周には、スリーブ状のリフレクターベース３５が設けられている。このリフレクターベース３５は、リフレクター３０の頸部３２の外径より大きい内径を有するリフレクター支持部３６と、高圧水銀ランプ１０の他方の封止部１４の幅より大きい内径を有するランプ支持部３７とが連続して一体に形成されている。このリフレクターベース３５のリフレクター支持部３６の筒孔内には、リフレクター３０の頸部３２が挿入され、この状態で接着材３８により固定されており、一方、リフレクターベース３５のランプ支持部３７の筒孔内には、高圧水銀ランプ１０の他方の封止部１４が挿入され、この状態で接着材３９により固定されている。
また、３４は、高圧水銀ランプ１０における一方の封止部１３に設けられた外部リード棒１６と、給電線（図示省略）とをかしめて固定する固定部材である。
このようなランプ装置によれば、高圧水銀ランプ１０は、リフレクター３０の頸部３２の筒孔内に他方の封止部材１４が挿入された状態で配置されているため、当該高圧水銀ランプ１０を消灯したときには、他方の電極２５が一方の電極２０より一層保温され、一方の電極２０が他方の電極２５よりも一層冷却されやすくなるので、高圧水銀ランプ１０の始動時において、電極物質が発光管部１２に付着することが確実に抑制される。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明においては種々の変更を加えることが可能である。
例えば、一方の保温部材および他方の保温部材は、金属膜、セラミックス膜または誘電体多層膜よりなるものであってもよい。このような構成においては、膜の体積、具体的には膜の厚みや面積を変更することにより一方の保温部材および他方の保温部材の熱容量を調整することができる。このような一方の保温部材および他方の保温部材を構成する場合には、金属膜の材質としては、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）などを例示することができ、セラミックス膜の材質としては、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などを例示することができ、誘電体多層膜の材質としては、ＺｒＯ2 −ＳｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 −ＳｉＯ2 、ＨｆＯ2 −ＳｉＯ2 などを例示することができる。
また、図５に示すように、一方の電極２０（他方の電極２５）は、電極体２２（２７）の先端部にテーパ部が形成されてなるものであってもよい。このような一方の電極２０（他方の電極２５）を用いる場合には、放電容器１１の外表面において、一方の保温部材２４（他方の保温部材２９）が設けられる好ましい領域Ｒ２を決定するための位置Ｐ３は、電極体２２（２７）の先端からテーパ部の基端縁に接する直線を引き、この直線と放電容器１１の外表面とが交差する位置である。
また、図６に示すように、一方の電極２０（他方の電極２５）は、電極棒２１（２６）の先端にテーパ状の電極体２２（２７）が連続して一体に形成されてなるものであってもよい。このような一方の電極２０（他方の電極２５）を用いる場合には、放電容器１１の外表面において、一方の保温部材２４（他方の保温部材２９）が設けられる好ましい領域Ｒ２を決定するための位置Ｐ３は、電極体２２（２７）のテーパ面に沿って引いた直線と放電容器１１の外表面とが交差する位置である。
例えば、一方の保温部材および他方の保温部材は、金属膜、セラミックス膜または誘電体多層膜よりなるものであってもよい。このような構成においては、膜の体積、具体的には膜の厚みや面積を変更することにより一方の保温部材および他方の保温部材の熱容量を調整することができる。このような一方の保温部材および他方の保温部材を構成する場合には、金属膜の材質としては、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）などを例示することができ、セラミックス膜の材質としては、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などを例示することができ、誘電体多層膜の材質としては、ＺｒＯ2 −ＳｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 −ＳｉＯ2 、ＨｆＯ2 −ＳｉＯ2 などを例示することができる。
また、図５に示すように、一方の電極２０（他方の電極２５）は、電極体２２（２７）の先端部にテーパ部が形成されてなるものであってもよい。このような一方の電極２０（他方の電極２５）を用いる場合には、放電容器１１の外表面において、一方の保温部材２４（他方の保温部材２９）が設けられる好ましい領域Ｒ２を決定するための位置Ｐ３は、電極体２２（２７）の先端からテーパ部の基端縁に接する直線を引き、この直線と放電容器１１の外表面とが交差する位置である。
また、図６に示すように、一方の電極２０（他方の電極２５）は、電極棒２１（２６）の先端にテーパ状の電極体２２（２７）が連続して一体に形成されてなるものであってもよい。このような一方の電極２０（他方の電極２５）を用いる場合には、放電容器１１の外表面において、一方の保温部材２４（他方の保温部材２９）が設けられる好ましい領域Ｒ２を決定するための位置Ｐ３は、電極体２２（２７）のテーパ面に沿って引いた直線と放電容器１１の外表面とが交差する位置である。
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
〈実施例１〜１１および比較例１〜８〉
図１に示す構成に従い、下記の仕様の高圧水銀ランプ（１０）を作製した。
放電容器（１１）：石英ガラス製，全長５１ｍｍ，発光管部（１２）；長さ９ｍｍ，最大外径１０ｍｍ，発光管部（１２）内の容積６４．８ｍｍ3 ，一方の封止部（１３）；幅６ｍｍ×６ｍｍ，長さ１７ｍｍ，他方の封止部（１４）；幅６ｍｍ×６ｍｍ，長さ２５ｍｍ
一方の電極（２０）：タングステン製，全長６．６５ｍｍ，電極棒（２１）の径０．４ｍｍ，電極体（２２）の長さ２．７５ｍｍ，径１．５ｍｍ
他方の電極（２５）：タングステン製，全長６．６５ｍｍ，電極棒（２６）の径０．４ｍｍ，電極体（２７）の長さ２．７５ｍｍ，径１．５ｍｍ
金属箔（１５，１７）：モリブデン製
外部リード棒（１６，１８）：モリブデン製，全長８．５ｍｍ，外径０．５ｍｍ
一方の保温部材（２４）：線径φ０．３ｍｍの鉄クロム線を放電容器（１１）の一方の封止部（１３）に下記表１に示す回数巻き回してなるもの
他方の保温部材（２９）：線径φ０．３ｍｍの鉄クロム線を放電容器（１１）の他方の封止部（１４）に下記表１に示す回数巻き回してなるもの
封入物：水銀０．２７ｍｇ／ｍｍ3 ，ハロゲン（臭素）７×１０-4μｍｏｌ／ｍｍ3 ，アルゴンガス１３ｋＰａ
管壁負荷：２．２Ｗ／ｍｍ2
図１に示す構成に従い、下記の仕様の高圧水銀ランプ（１０）を作製した。
放電容器（１１）：石英ガラス製，全長５１ｍｍ，発光管部（１２）；長さ９ｍｍ，最大外径１０ｍｍ，発光管部（１２）内の容積６４．８ｍｍ3 ，一方の封止部（１３）；幅６ｍｍ×６ｍｍ，長さ１７ｍｍ，他方の封止部（１４）；幅６ｍｍ×６ｍｍ，長さ２５ｍｍ
一方の電極（２０）：タングステン製，全長６．６５ｍｍ，電極棒（２１）の径０．４ｍｍ，電極体（２２）の長さ２．７５ｍｍ，径１．５ｍｍ
他方の電極（２５）：タングステン製，全長６．６５ｍｍ，電極棒（２６）の径０．４ｍｍ，電極体（２７）の長さ２．７５ｍｍ，径１．５ｍｍ
金属箔（１５，１７）：モリブデン製
外部リード棒（１６，１８）：モリブデン製，全長８．５ｍｍ，外径０．５ｍｍ
一方の保温部材（２４）：線径φ０．３ｍｍの鉄クロム線を放電容器（１１）の一方の封止部（１３）に下記表１に示す回数巻き回してなるもの
他方の保温部材（２９）：線径φ０．３ｍｍの鉄クロム線を放電容器（１１）の他方の封止部（１４）に下記表１に示す回数巻き回してなるもの
封入物：水銀０．２７ｍｇ／ｍｍ3 ，ハロゲン（臭素）７×１０-4μｍｏｌ／ｍｍ3 ，アルゴンガス１３ｋＰａ
管壁負荷：２．２Ｗ／ｍｍ2
〈実験例１〉
作製した高圧水銀ランプ（１０）を水平に配置し、定格電圧８０Ｖ、定格電力２３０Ｗで５秒間直流電圧を印加し、その後、定格電圧８０Ｖ、定格電力２３０Ｗで交流電圧を印加して３．５時間定常点灯させ、その後、３０分間消灯し、この点灯・消灯のサイクルを合計で２００回繰り返して行った。ここで、最初に高圧水銀ランプ（１０）を点灯する前に、一方の電極（２０）の表面に予め水銀を付着させておいた。そして、高圧水銀ランプ（１０）を観察し、始動時における放電容器の黒化の発生の有無、および定常点灯中における放電容器の黒化の発生の有無を調べた。ここで、発光管部の両端部付近において当該発光管部付近に円形状に発生する黒化を、始動時における発生とし、発光管部の両端部付近において当該発光管部の一部または下側部分または全周にわたって発生する黒化を、定常点灯中における発生とした。以上、結果を下記表１に示す。また、表１には、他方の保温部材（２９）の熱容量Ｈ２に対する一方の保温部材（２４）の熱容量Ｈ１の比Ｈ１／Ｈ２の値を示した。
作製した高圧水銀ランプ（１０）を水平に配置し、定格電圧８０Ｖ、定格電力２３０Ｗで５秒間直流電圧を印加し、その後、定格電圧８０Ｖ、定格電力２３０Ｗで交流電圧を印加して３．５時間定常点灯させ、その後、３０分間消灯し、この点灯・消灯のサイクルを合計で２００回繰り返して行った。ここで、最初に高圧水銀ランプ（１０）を点灯する前に、一方の電極（２０）の表面に予め水銀を付着させておいた。そして、高圧水銀ランプ（１０）を観察し、始動時における放電容器の黒化の発生の有無、および定常点灯中における放電容器の黒化の発生の有無を調べた。ここで、発光管部の両端部付近において当該発光管部付近に円形状に発生する黒化を、始動時における発生とし、発光管部の両端部付近において当該発光管部の一部または下側部分または全周にわたって発生する黒化を、定常点灯中における発生とした。以上、結果を下記表１に示す。また、表１には、他方の保温部材（２９）の熱容量Ｈ２に対する一方の保温部材（２４）の熱容量Ｈ１の比Ｈ１／Ｈ２の値を示した。
表１の結果から明らかなように、実施例１〜１１に係る高圧水銀ランプによれば、放電容器に、始動時の黒化および定常点灯中の黒化のいずれについても、早期に発生することがないことが確認された。
これに対し、比較例１〜５に係る高圧水銀ランプにおいては、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の３０％未満であるため、放電容器には、定常点灯中の黒化が早期に発生し、また、比較例６〜９に係る高圧水銀ランプにおいては、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の８０％を超えるため、放電容器には、始動時の黒化が早期に発生した。
これに対し、比較例１〜５に係る高圧水銀ランプにおいては、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の３０％未満であるため、放電容器には、定常点灯中の黒化が早期に発生し、また、比較例６〜９に係る高圧水銀ランプにおいては、一方の保温部材の熱容量が他方の保温部材の熱容量の８０％を超えるため、放電容器には、始動時の黒化が早期に発生した。
〈実験例２〉
実施例６に係る高圧水銀ランプを８本（これらをランプＡ１〜Ａ８とする。）、比較例８に係る高圧水銀ランプを３本（これらをランプＢ１〜Ｂ３とする。）用意し、これらの高圧水銀ランプについて、実験例１と同様の点灯・消灯のサイクルを合計で１０００回繰り返して行い、点灯開始時における照度を１００％として、点灯時間の経過による照度の維持率の変化を測定した。以上、結果を図７に示す。
実施例６に係る高圧水銀ランプを８本（これらをランプＡ１〜Ａ８とする。）、比較例８に係る高圧水銀ランプを３本（これらをランプＢ１〜Ｂ３とする。）用意し、これらの高圧水銀ランプについて、実験例１と同様の点灯・消灯のサイクルを合計で１０００回繰り返して行い、点灯開始時における照度を１００％として、点灯時間の経過による照度の維持率の変化を測定した。以上、結果を図７に示す。
図７の結果から明らかなように、実施例６に係る高圧水銀ランプによれば、長時間安定した照度を維持することができることが確認された。
これに対し、比較例８に係る高圧水銀ランプにおいては、点灯を開始してから早期に照度が低下した。
これに対し、比較例８に係る高圧水銀ランプにおいては、点灯を開始してから早期に照度が低下した。
１０ 高圧水銀ランプ
１１ 放電容器
１２ 発光管部
１３ 一方の封止部
１４ 他方の封止部
１５ 金属箔
１６ 外部リード棒
１７ 金属箔
１８ 外部リード棒
２０ 一方の電極
２１ 電極棒
２２ 電極体
２４ 一方の保温部材
２５ 他方の電極
２６ 電極棒
２７ 電極体
２９ 他方の保温部材
３０ リフレクター
３１ 光反射部
３２ 頸部
３４ 固定部材
３５ リフレクターベース
３６ リフレクター支持部
３７ ランプ支持部
３８，３９ 接着材
５０ 高圧水銀ランプ
５１ 放電容器
５２ 発光管部
５３ 封止部
５４ 電極
５５ 電極棒
５６ 電極体
５７ 金属箔
５８ 外部リード棒
Ｔ 突起
Ｗ 金属線
１１ 放電容器
１２ 発光管部
１３ 一方の封止部
１４ 他方の封止部
１５ 金属箔
１６ 外部リード棒
１７ 金属箔
１８ 外部リード棒
２０ 一方の電極
２１ 電極棒
２２ 電極体
２４ 一方の保温部材
２５ 他方の電極
２６ 電極棒
２７ 電極体
２９ 他方の保温部材
３０ リフレクター
３１ 光反射部
３２ 頸部
３４ 固定部材
３５ リフレクターベース
３６ リフレクター支持部
３７ ランプ支持部
３８，３９ 接着材
５０ 高圧水銀ランプ
５１ 放電容器
５２ 発光管部
５３ 封止部
５４ 電極
５５ 電極棒
５６ 電極体
５７ 金属箔
５８ 外部リード棒
Ｔ 突起
Ｗ 金属線
Claims (4)
- 発光管部の両端に封止部が連接された石英ガラスよりなる放電容器と、この放電容器の発光管部内に互いに対向するよう管軸方向に沿って配置された、それぞれ電極棒の先端に電極体が形成されてなる一方の電極および他方の電極とを備えてなり、当該放電容器の発光管部内に０．１６ｍｇ／ｍｍ3 以上の水銀と、１×１０-6〜１×１０-2μｍｏｌ／ｍｍ3 のハロゲンと、希ガスとが封入された、交流点灯型の高圧水銀ランプにおいて、
前記放電容器には、前記一方の電極を包囲する外表面領域に、一方の保温部材が設けられ、前記他方の電極を包囲する外表面領域に、他方の保温部材が設けられており、
当該一方の保温部材の熱容量は、当該他方の保温部材の熱容量の３０〜８０％であることを特徴とする高圧水銀ランプ。 - 一方の保温部材および他方の保温部材は、放電容器に巻き回されたコイルよりなることを特徴とする請求項１に記載の高圧水銀ランプ。
- 一方の保温部材および他方の保温部材は、金属膜、セラミックス膜または誘電体多層膜よりなることを特徴とする請求項１に記載の高圧水銀ランプ。
- 直流電圧により一方の電極が陰極として始動され、グロー放電からアーク放電に移行した後に交流電圧により駆動されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高圧水銀ランプ。
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2008
- 2008-09-11 JP JP2008233108A patent/JP5228726B2/ja active Active
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