JP3136293B2

JP3136293B2 - 高圧水銀ランプ、高圧放電ランプ、高圧放電ランプ用電極、高圧放電ランプ用電極の製造方法、並びに高圧放電ランプを用いた

Info

Publication number: JP3136293B2
Application number: JP2000027628A
Authority: JP
Inventors: 延吉竹内
Original assignee: 松下電子工業株式会社
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-02-19
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2000299086A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般照明や光学機
器等に用いられる高圧放電ランプ、高圧放電ランプ用電
極、高圧放電ランプ用電極の製造方法、並びに高圧放電
ランプを用いた照明光学装置及び画像表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液晶プロジェクタ等の画像表
示装置に組み込まれる照明光学装置として、光源と凹面
反射鏡とが一体化されたものが多く用いられている。そ
して、その光源としては、発光効率が良く、高輝度であ
り、放射光における赤、青、緑のバランスが良く、長寿
命である等の点から、点光源に近いショートアークの高
圧水銀ランプが用いられている。以下、高圧放電ランプ
の一例として、従来の高圧水銀ランプについて説明す
る。

【０００３】一般的に、高圧水銀ランプは、発光部と封
止部とを有する発光管を備えている。発光部は、その内
部に一対の電極を有し、また発光金属としての水銀、始
動ガスとしてのアルゴン等の希ガス、および動作時にハ
ロゲンサイクルを促進するための遊離ハロゲンが封入さ
れている。従来の高圧水銀ランプに用いられていた電極
の一例を図１５に示す。同図に示されるように、従来の
電極９０１としては、タングステンから成る電極軸９０
２の先端部分に、同じくタングステンから成るコイル９
０３を巻回したものが用いられていた。このコイル９０
３は２層密巻構造となっており、１層目９０３ａが１５
ターン、２層目９０３ｂが８ターンとなっている。

【０００４】さて、上記のような高圧水銀ランプを点灯
すると、電極先端部の温度は非常に高くなる。その結
果、従来のものでは、遊離ハロゲンを封入していたとし
ても、電極に用いられているタングステンが気化して飛
散し、これが発光管ガラスの内面で凝結して付着するこ
とにより、発光管が黒化して、ランプ寿命が短くなると
いう問題があった。

【０００５】この発光管の黒化現象を防止しようとする
技術として、米国特許第５，３５７，１６７号として開
示されたものや、特開平１０−９２３７７号公報に開示
されているものがある。図１６に、米国特許第５，３５
７，１６７号に開示された電極を示す。同図に示される
ように、電極９１１は、タングステン、モリブデンな
ど、高融点の難溶性金属から成る電極軸９１２に同じく
高融点の難溶性金属から成るスリーブ９１３を配置し、
当該電極軸９１２及びスリーブ９１３に由来する金属を
加熱溶融させることにより電極軸９１２及びスリーブ９
１３に一体結合された半球状の電極端部９１４を設けて
いる。このような構造によって、電極端部の熱容量が大
きく保たれ、電極端部の過剰な加熱を抑制してタングス
テン等の高融点金属の飛散による黒化現象を防止すると
ともに、電極軸９１２は細くすることで、電極軸９１２
の熱伝導を制御し、電極端部の温度が放電に必要とされ
る温度より下がることを防止できる旨の記載がある。

【０００６】また、特開平１０−９２３７７号公報に
は、図１７に示すような電極９２１及びその製造方法が
開示されている。具体的には、タングステンの電極軸９
２２に、当該電極軸９２２を放電側に突出させた状態で
被覆部材９２３を被せ、電極軸９２２の先端部分と、同
図には不図示の放電電極との間において、不活性ガス雰
囲気下を保って放電させる。当該放電により、電極軸９
２２の突出部分が溶融するので、その後、例えば略球形
又は水滴形状に凝固した溶融部分を研磨あるいは研削加
工することにより電極先端部９２４の形状を整形して、
図１７の電極９２１を製造している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願発
明者は鋭意検討した結果、上記各公報に開示されている
ような電極の製造方法にて実際に電極を製造した場合、
種々の問題点が発生する場合があるという知見を得、ま
た、更なる検討により、係る問題点を解決する手段とし
て本願発明に到達するに至った。以下、上記検討により
得られた知見、及び本願発明者が本願発明に到達した経
緯等について詳細に説明する。

【０００８】まず、本願発明者は、上記各公報に記載さ
れているように、電極軸をスリーブやコイルなどで被覆
し、その先端部を溶融させる方法をとった場合、凝固し
た後の電極先端部分の形状が安定せず、研磨、研削等の
機械的加工を行う必要がある場合が多いことの他、実際
の使用に際して黒化現象が十分に防止できない場合があ
ることを見出した。

【０００９】即ち、電極軸を、被覆部材としてのスリー
ブ若しくはコイルの放電側末端より大きく突出させた状
態で溶融させた場合、凝固後の電極先端部分の形状は、
そのままで実際の使用に供することができるような形状
とはならず、例えば上記特開平１０−９２３７７号公報
に記載があるように、溶融部分を凝固後に研磨あるいは
研削するといった機械的加工を行うことにより、適切な
形状に整形する必要がある場合が多い。

【００１０】一方、逆に、電極軸を被覆するコイルの方
を、電極軸の先端より突出させた状態で電極先端部分を
溶融させる場合についても検討を行ったが、この場合に
は、黒化現象が十分防止できない場合があるという知見
を得た。本願発明者は、製造後の電極を調査等すること
により、この場合には、コイル（主として溶融する。）
と、電極軸（大部分が溶融せずに残留する。）との間に
空洞が生じていることを見出した。このように電極先端
部分に空洞が生じていると、電極先端部分の熱容量が小
さくなるため、実際の使用時に電極の先端温度が過剰に
上昇し、タングステンの飛散による黒化現象の発生が防
止できないことになる。

【００１１】本発明は、以上のような知見に基づき、係
る問題を解決するためになされたもので、黒化現象を抑
制することができる高圧放電ランプ、電極先端部分の溶
融後に当該先端部分の形状の整形が不要である高圧放電
ランプ用電極、高圧放電ランプ用電極の製造方法、並び
に高圧放電ランプを用いた照明光学装置及び画像表示装
置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る高圧水銀ランプは、発光物質が封入さ
れた放電空間を有する放電管と、基端が前記放電管に支
持され、先端部同士が前記放電空間内で所定の距離を持
って対向する一対の電極とを備える高圧水銀ランプであ
って、前記各電極は、主にタングステンから成る電極軸
の先端外周部を、主にタングステンから成る被覆部材で
被覆し、当該被覆部材から、前記電極軸を他方の電極方
向に突出させたものであり、初期放電時の発熱により、
前記電極軸と前記被覆部材との放電側先端部が融着する
ように構成され、融着する前における前記電極軸の前記
被覆部材から突出させた長さをΔＬ、前記被覆部材の先
端部最大外径をＲ３とすると、前記ΔＬは、１／５０＊
Ｒ３以上、１／５＊Ｒ３以下であることを特徴としてい
る。

【００１３】この高圧水銀ランプは、最初の使用時に発
生する電極間の放電によって、電極先端部が加熱される
ことにより、電極先端部において電極軸とコイルとが溶
融一体化するものである。なお、このように電極を発光
管に封入した後に電極先端部を加熱溶融する場合、加熱
溶融による電極間のアーク長の変化が問題となるが、係
る問題点が、下記の式（１）の関係を満たすものとする
ことにより解決されることが本願発明者の検討により明
らかとなったものである。

【００１４】１／５０＊Ｒ３≦ΔＬ≦１／５＊Ｒ３ …（１）ここで、Ｒ３は、被覆部材の放電側先端部の最大外径
（ｍｍ）であり、ΔＬは、電極軸の先端を例えばコイル
等の被覆部材の放電側先端から突出させる場合の、当該
突出部の長さ（ｍｍ）である。この知見は非常に興味深
いものであり、これに基づいて、本願発明者は、前記し
た従来技術の問題点を解決することができる高圧放電ラ
ンプ用電極の発明に到達した。前記式（１）の関係を満
たす構成とすることにより、電極先端部を溶融一体化し
てもアーク長が変化しないということは、式（１）の関
係を満たす状態で高圧放電ランプ用電極の先端部を加熱
溶融した場合に、電極軸先端の形状が不安定となったり
（この場合は、主に電極軸が溶融するためアーク長が長
くなる。）、被覆部材と電極軸との間に空洞が発生しな
いこと（空洞が生じると、主に溶融するコイルが盛り上
がり、アーク長が短くなる。）を示すものだからであ
る。

【００１５】即ち、難溶性金属から成る棒状の電極軸
と、難溶性金属から成り、前記電極軸の先端外周部を被
覆し、その一端が前記電極軸の放電側先端部と溶融一体
化されるコイルとから成り、前記電極軸と前記コイルと
は、主に前記コイルが溶融し、初期的な形状を残した前
記電極軸の先端部分と密着して一体化されることを特徴
とする高圧放電ランプ用電極により、上記従来技術の問
題点は解決され、具体的には、電極先端部の溶融一体化
後、研磨、研削等の機械的加工による電極先端部の整形
を行う必要がない他、電極先端部の温度が過剰に上昇す
ることによる発光管の黒化現象を防止することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。（実施の形態１）図１は、本実施の形態に係る高圧放電
ランプの例としての高圧水銀ランプ１０の構成の一例を
示す正面図である。同図に示されるように、本実施の形
態の高圧水銀ランプ１０は、石英ガラスからなる略回転
楕円体形状の発光管１１を備えている。発光管１１は、
発光部１２と、当該発光部１２の両端部に形成された封
止部１３とを有しており、本実施の形態の発光部１２の
中央部最大内径は７．０ｍｍ、内容積は０．２４ｃ
ｍ³、肉厚は２．５ｍｍとしている。発光部１２内に
は、一対の対向した電極１４が設けられており、この一
対の電極１４の放電側先端同士の長さ（以下、「アーク
長」という。）を１．５５ｍｍとしている。また、発光
部１２内部には、発光金属として水銀が３６ｍｇ（約
０．１６ｍｇ／ｍｍ³）、ハロゲンとして臭素が９．０
×１０^-5μｍｏｌ／ｍｍ³、および始動ガスとしてアル
ゴンガスが１００ｍｂａｒの封入圧で封入されている。
なお、電極１４の放電側と逆側の端部は、封止部１３に
封止されたモリブデン等の金属箔導体１５を介して外部
リード線１６に接続されている。

【００１７】電極１４は、図２に示すように、直径（Ｒ
２）０．４ｍｍの棒状の電極軸１４１と、この電極軸１
４１の先端部に設けられた線径（Ｒ１）０．２５ｍｍの
コイル１４２とからなる。コイル１４２は、１層目１４
２ａが１５ターン、２層目１４２ｂが８ターンの２層密
巻構造となっており、本実施の形態では、電極１４の先
端部は、電極軸１４１の放電側先端が、コイル１４２の
放電側先端より０．１０ｍｍ突出（ΔＬ）するように、
通常の方法にて電極軸１４１の先端部にコイル１４２を
巻回し、その状態で、コイル１４２を抵抗溶接により電
極軸１４１に固定して構成されている。

【００１８】この電極１４は、高圧水銀ランプ１０の使
用開始時に発生する最初の放電により、電極軸１４１と
コイル１４２との放電側先端部が加熱溶融し、図３に示
すように、放電側先端部に塊状の部分１４３が形成され
る。この塊部分１４３が形成されることにより電極１４
の放電側先端部の熱容量が適切な値まで大きくなり、こ
の熱容量の上昇により放電時においても電極先端部の温
度上昇が抑制されて、それ以上の電極先端部の溶融が停
止し、以後、図３に示したような形状を有する電極１４
として機能するようになる。

【００１９】上記のように、放電時の加熱により電極先
端部を溶融させて塊部分１４３を形成した場合には、電
極先端部の変形によるアーク長の変化が問題となる。特
に、電極先端部のコイルが溶融することによりアーク長
が短くなった場合に、電極間の電圧が低下し、多くの電
流を流さなければならないこととなって黒化現象の発生
を促進する結果となるからである。しかしながら、本願
発明者の検討により、図２に示したように、電極軸１４
１の放電側先端をコイル１４２の放電側先端より少しだ
け突出させることで、一対の電極１４間のアーク長の変
化を防止できることが明らかとなった。

【００２０】以下に、電極軸１４１のコイル１４２に対
する突出部の長さ（図２におけるΔＬ）とアーク長の変
化との関係について検討を行った結果を示す。図４、図
５は、上記ΔＬの長さを種々変更した場合のアーク長の
変化（ΔＡ）、及びそれに対する評価を示す図である。
同図において一番上の欄は上記ΔＬの値（ｍｍ）を示し
ており、２段目はΔＬをコイル１４２の放電側先端部の
最大外径（図２におけるＲ３、以下、単に「先端部最大
外径」ともいう。）で割った値である。図４の例では、
電極軸１４１として外径（Ｒ２）０．４ｍｍのものを用
い、コイル１４２の線径（Ｒ１）は０．２ｍｍのものを
用いた（従って、コイル１４２の先端部最大外径Ｒ３
は、０．４＋０．２＊４＝１．２ｍｍとなる。）。そし
て３段目の欄は、初期的なアーク長を１．５ｍｍとした
場合のアーク長の変化ΔＡ（ｍｍ）であり、最下段の
「評価」としては、初期的なアーク長（１．５ｍｍ）に
対して±１０％以内の変化であった場合に「○」、それ
以外の場合を「×」として評価している。また、図５の
例は、コイル１４２の線径（Ｒ１）が０．２５ｍｍのも
のを用いた以外は、図４と同様である。

【００２１】両図に示されるように、いずれの場合も、
突出長ΔＬの値とコイル１４２の先端部最大外径Ｒ３と
の比の値が１／５０から１／５の場合にアーク長の変化
ΔＡの値が許容範囲内であることを示している。即ち、
突出部の長さΔＬの値が下記の式（１）に示される関係
を満たす場合に、放電時の加熱による電極先端部の溶融
一体化を行ってもアーク長の変化が許容範囲内であるこ
とが認められた。

【００２２】１／５０＊Ｒ３≦ΔＬ≦１／５＊Ｒ３ …（１）このように、上記式（１）の関係を満たす場合にアーク
長の変化が抑制される理由について、以下に考察する。
まず、上記ΔＬの長さがコイル１４２の先端部最大外径
（Ｒ３）の１／５０未満の場合（ΔＬ＜０の場合、即
ち、コイル１４２の放電側先端の方が、電極軸１４１の
放電側先端よりも突出している場合を含む。）、電極軸
１４１よりコイル１４２の方が先に溶融してしまう。こ
の場合、コイル１４２が電極軸１４１の外側から覆い被
さるようにして溶融するものと考えられ、従って、溶融
後に電極軸１４１とコイル１４２との間に空洞ができる
ため、コイルが電極軸１４１から盛り上がるようになっ
てアーク長が縮まることになる。一方、上記ΔＬの長さ
がコイル１４２の先端部最大外径（Ｒ３）の１／５を超
える場合には、コイル１４２はほとんど溶融せず、電極
軸１４１の方が溶融して、電極軸１４１が短くなる結
果、アーク長が長くなるのではないかと考えられる。

【００２３】以上の考察より、上記式（１）の関係を満
たす場合には、アーク長の変化が抑制できるだけでな
く、前記した従来技術の問題点も解決されるという期待
が生じる。従来技術の第１の問題点（黒化現象の発生）
は、電極軸１４１とコイル１４２の間に空洞が生じるこ
とにより、また第２の問題点（電極先端部形状の不安定
化）は、コイル１４２が溶融せずに、主に電極軸１４１
の方が溶融することにより発生するものだからである。

【００２４】実際、本願発明者は、溶融一体化した後の
電極の形状を調査することにより、アーク長の変化が許
容範囲内である場合でも、溶融するのはほとんどがコイ
ル１４２の側であり、電極軸１４１の方は、ほとんど形
状が変化せずに残留していることを確認している。即
ち、突出部の長さΔＬの値を規定することにより、溶融
するのはコイル１４２の方であっても、それが適切に電
極軸１４１と密着して溶融一体化するように制御するこ
とができ、もって空洞の発生を防止することができるの
だと考えられる。

【００２５】以上の知見からも、本実施の形態の高圧水
銀ランプ１０を用いることにより、電極軸１４１とコイ
ル１４２との間に空洞が生じることによる電極先端部の
熱容量の低下とそれに伴う黒化現象の発生が防止できる
上、電極先端部の形状の機械的加工を行う必要もなくな
ることとなる。次に、本実施の形態の電極１４につい
て、電極軸１４１の外径（Ｒ２）とコイル１４２の線径
（Ｒ１）についての一般的な関係について説明すると、
両者は、下記の式（２）の関係を満足することが好まし
い。

【００２６】１／４≦Ｒ１／Ｒ２≦３／４ …（２）この理由について、以下に説明する。１／４＞Ｒ１／Ｒ
２の関係にある場合には、電極軸１４１の外径（Ｒ２）
に対してコイル１４２の線径（Ｒ１）が細すぎる場合
と、コイル１４２の線径（Ｒ１）に対して電極軸１４１
の外径（Ｒ２）が太すぎる場合とがあるが、前者の場合
には、電極１４の放電側先端部分の熱容量が十分に大き
くならず、使用時の電極先端部の温度が過剰に上昇する
ため、黒化現象の発生を招く一方、後者の場合は、電極
軸１４１の熱伝導が大きくなりすぎるため、電極１４の
先端部温度が必要以上に低下し、熱電子を放出できなく
なり放電が維持できなくなるという問題が生じるからで
ある。

【００２７】また、３／４＜Ｒ１／Ｒ２の関係にある場
合には、電極軸１４１の外径（Ｒ２）に対してコイル１
４２の線径（Ｒ１）が太すぎる場合と、コイル１４２の
線径（Ｒ１）に対して電極軸１４１の外径（Ｒ２）が細
すぎる場合とがあるが、前者の場合には、電極軸１４１
にコイル１４２を巻回することが現実的に困難となる一
方、後者の場合は、電極軸１４１の熱伝導が小さくなり
すぎて、使用時の電極先端部の温度が過剰に上昇し、黒
化現象が生じるからである。

【００２８】なお、例えば定格電力１００Ｗから２００
Ｗの高圧放電ランプを製造する場合において、一般的に
コイル１４２の線径（Ｒ１）として最適な範囲は、０．
１５ｍｍから０．３０ｍｍ、電極軸１４１の外径（Ｒ
２）の最適範囲は、０．３ｍｍから０．５ｍｍであり、
この範囲内において上記式（２）の関係を満足するよう
に、電極軸１４１及びコイル１４２として用いる部材を
選択することが好ましい。

【００２９】また、電極軸１４１及びコイル１４２とし
ては、タングステンを主成分としたものを用いるが、タ
ングステン中の不純物を完全に除去することは困難であ
る。即ち、本実施の形態では、不純物としてのカリウ
ム、鉄、アルミニウム、カルシウム、クロム、モリブデ
ン、ニッケルおよびケイ素のそれぞれの含有量の総和が
２０ｐｐｍで、かつカリウムの含有量が５ｐｐｍ、鉄の
含有量が５ｐｐｍのものを用いているが、一般的にこれ
らの含有量は少ない程よいと言える。本発明の高圧放電
ランプにおける電極中の不純物含有量に関しては、後に
詳細に説明する。

【００３０】以上に説明したように、本実施の形態の高
圧放電ランプを用いることにより、黒化現象の発生を抑
制できる他、電極先端部の形状を機械的加工などにより
整形する必要もなくなる。（実施の形態２）第１の実施の形態では、まずコイルを
巻回した電極を発光管内に封入し、高圧水銀ランプの使
用時に発生する最初の放電により電極先端部を溶融一体
化させるようにした。しかしながら、第１の実施の形態
にて詳細に説明したように、電極軸のコイルからの突出
部の長さΔＬを制御することによってアーク長の変化を
防止することができるということは、発光管内に封入す
ることなく高圧放電ランプ用電極を製造する場合におい
ても、同様に突出長を規定することで、前記した従来技
術の問題点を解決することが可能であることを意味する
ものである。

【００３１】本実施の形態では、第１の実施の形態のよ
うに、最初に電極を発光管に封入して、発光管内におけ
る最初の放電時に電極先端部を溶融一体化させるのでは
なく、別個に電極を製造する場合について説明する。図
６は、本実施の形態における高圧水銀ランプ２０の構成
を示す正面図である。本実施の形態の高圧水銀ランプ２
０は、電極２４の形状以外は、図１に示した第１の実施
の形態のものと同様であるから、電極２４以外の各部に
ついての説明は省略する。

【００３２】本実施の形態の電極２４の構造を図７に示
す。同図に示されるように、本実施の形態の電極２４
は、第１の実施の形態において図３に示したもの、即
ち、第１の実施の形態の電極１４の先端部分が、放電に
より加熱溶融した状態と略同一であり、直径０．４ｍｍ
の棒状の電極軸２４１に、線径０．２５ｍｍのコイル２
４２を巻回した後、電極２４先端部を溶融させることに
より、塊部分２４３を設けたものである。第１の実施の
形態と同様、コイル２４２は、１層目２４２ａが１５タ
ーン、２層目２４２ｂが８ターンの２層密巻構造となっ
ている。もっとも、本実施の形態では、電極軸２４１の
放電側先端が、コイル２４２の放電側先端より上記式
（１）の関係を満たす長さだけ突出するように、通常の
方法にて電極軸２４１の先端部にコイル２４２を巻回
し、コイル２４２を抵抗溶接により電極軸２４１に固定
した後、電極軸２４１の放電側先端から約０．７３ｍｍ
までの部分と、コイル２４２の放電側先端から約０．６
３ｍｍ（２．５ターン分）までの部分とを同時に加熱溶
融することにより、発光管２１への電極２４への封入に
先立って、電極軸２４１とコイル２４２との放電側先端
部同士を溶融一体化させている。

【００３３】電極軸２４１の突出部ΔＬの長さとコイル
２４２の先端部最大外径との関係や、電極軸２４１の径
とコイル２４２の線径との関係など、いずれも第１の実
施の形態にて説明したものと同様に考えることができる
が、本実施の形態では、発光管への封入に先立って電極
２４先端部分を加熱溶融させているので、ここで、当該
先端部分において加熱溶融させる部分の長さについて説
明する。

【００３４】図８は、当該長さの好ましい範囲について
説明するための図である。コイル２４２の放電側先端か
らの溶融させる部分の長さＬ１（ｍｍ）は、コイル２４
２の線径をＲ１（ｍｍ）、コイル２４２の最上層コイル
部（本実施の形態では第２層目）の長さをＮ１（ｍｍ）
とした場合、下記の式（３）の関係を満たすことが好ま
しい。

【００３５】Ｒ１≦Ｌ１≦０．５＊Ｎ１ …（３）以下、この関係を満たすことが好ましい理由について説
明する。溶融させる部分の長さＬ１が、Ｒ１＞Ｌ１の関
係を満たす場合、即ち溶融させる部分の長さＬ１がコイ
ル２４２の線径Ｒ１より短い場合、長さＬ１の部分のみ
を溶融させることは製造上困難である他、電極２４の放
電側先端部の熱容量をあまり大きくすることができない
ため、電極２４の先端部温度は過剰に上昇してしまい、
従って黒化現象を防止できない場合が生じる。また、長
さＬ１が、Ｌ１＞０．５＊Ｎ１を満たす場合、即ちコイ
ル２４２の第２層２４２ｂの長さの半分を超えて溶融さ
せてしまうと、逆に電極２４先端部の熱容量が大きくな
りすぎて、電極２４の先端部温度が必要以上に低下し、
熱電子を放出できなくなり放電が維持できなくなるとい
う問題が生じる。

【００３６】なお、電極先端部を溶融する方法として
は、例えばレーザ若しくはプラズマを用いることがで
き、例えばアルゴンプラズマにより放電加工する場合、
アルゴンプラズマの放電間隔や放電回数を制御すること
により、電極先端から溶融させる部分の長さを制御する
ことができる。即ち、上記Ｌ１を長くする場合には放電
回数を増やし、放電間隔を短くすればよい。

【００３７】以上、本実施の形態の高圧放電ランプ用電
極２４を用いることにより、電極先端部の機械的加工等
を行う必要がなくなり、また、当該電極を用いて高圧放
電ランプを製造すれば、電極先端部への空洞の発生に起
因する黒化現象の発生を抑制することができる。（実施の形態３）次に、本発明の第３の実施の形態につ
いて説明する。本実施の形態では、タングステンを主成
分として成る電極中に含まれる不純物の含有量について
検討を行った結果について説明する。

【００３８】一般に、タングステンを主成分とする電極
においては、カリウム、鉄、アルミニウム、カルシウ
ム、クロム、モリブデン、ニッケルおよびケイ素等の不
純物の含有量は少ない程好ましいとされているが、一
方、これらの不純物を完全に除去することは、現在の精
製法では困難である。そこで、本願発明者は、上記第２
の実施の形態にて説明した高圧放電ランプ用電極２４に
ついて、電極中の不純物の含有量がどの程度の場合に、
黒化現象の発生をより効率的に抑制できるかについて検
討を行った。

【００３９】なお、不純物の存在が黒化現象の発生とど
のように関係するかについて簡単に説明すると、以下の
如くである。即ち、電極２４の材料のタングステンは、
電極２４中に含まれる不純物であるカリウム、鉄、アル
ミニウム、カルシウム、クロム、モリブデン、ニッケル
およびケイ素のそれぞれと合金をつくりやすい。その結
果、この合金の融点、すなわち電極２４の融点が低くな
って、電極２４が飛散し、発光管２１に黒化が発生しや
すくなるのである。

【００４０】まず、上記不純物の含有量の総和に対する
黒化の程度を調べたところ、図９に示すような結果が得
られた。同図は、電極２４中の不純物含有量を変化させ
て、それぞれ上記第２の実施の形態にて説明した方法に
て高圧水銀ランプを製造し、連続点灯して３時間を経過
した後、黒化の状態を目視にて確認した結果を示すもの
である。なお、「黒化の程度」としては、「◎」は黒化
無し、「○」は黒化ほぼ無し、「▲」は黒化少し有り、
「×」は黒化多しを示しており、不純物含有量は原子吸
光法により測定したものである（以後の各図についても
同様である。）。

【００４１】図９に示すとおり、上記不純物の含有量の
総和が４０ｐｐｍ以下であれば、実用上問題なく、特に
２５ｐｐｍ以下であればより好ましいことがわかった。
次に、鉄（Ｆｅ）の含有量についても検討を行った。特
に鉄については、タングステンと合金をつくりやすいと
されているからである。電極２４中の鉄の含有量を種々
変えて、黒化の程度を調べたところ、図１０に示すとお
りの結果が得られた。

【００４２】同図に示されるとおり、鉄の含有量が２０
ｐｐｍ以下であれば実用上特に問題なく使用することが
でき、特に１０ｐｐｍ以下であればより好ましいことが
わかった。さらに、カリウム（Ｋ）の含有量について検
討を行った。カリウムについては、ハロゲンサイクルを
阻害することが知られているからである。電極２４中の
カリウムの含有量を種々変えて、黒化の程度を調べたと
ころ、図１１に示すとおりの結果が得られた。

【００４３】同図に示されるように、カリウムの含有量
が１２ｐｐｍ以下であれば、実用上特に問題なく使用す
ることができ、特に１０ｐｐｍ以下であることが好まし
いことがわかった。以上に説明したように、上記各不純
物のそれぞれの含有量の総和を４０ｐｐｍ以下とし、か
つカリウムの含有量を１２ｐｐｍ以下、鉄の含有量を２
０ｐｐｍ以下と規定するのが好ましいことが明らかとな
った。なお、上記不純物はすべて少なければ少ない程よ
いことは既述の通りである。

【００４４】（実施の形態４）次に、本発明に係る高圧
放電ランプを用いた照明光学装置及び画像表示装置につ
いて説明する。図１２は、本実施の形態の高圧放電ラン
プを用いた照明光学装置４０の構成の一例を示す一部切
り欠き斜視図である。同図に示されるように、高圧水銀
ランプ３０の一方の外部リード線（図示せず）に口金３
７が接続され、同じく他方の外部リード線３６に電力供
給線３８が接続される。なお、本実施の形態における高
圧水銀ランプ３０としては、第１の実施の形態で説明し
た高圧水銀ランプ１０を用いてもよいし、第２の実施の
形態で説明した高圧放電ランプ用電極２４を用いて構成
した高圧水銀ランプ２０を用いてもよいことは言うまで
もない。

【００４５】そして、高圧水銀ランプ３０を反射鏡３９
の内側に、高圧水銀ランプ３０のアーク軸が反射鏡３９
の光軸上に位置するよう、一体化して照明光学装置４０
が構成される。なお、本実施の形態の反射鏡３９はセラ
ミック製で漏斗形状であり、その内面に酸化チタン−酸
化シリコンの蒸着膜からなる反射面３９ａを有し、反射
鏡３９の前面投光部、すなわち開口部３９ｂはその直径
が７０ｍｍ程度の大きさを有している。反射鏡３９の半
開口部側には支持筒部３９ｃを有しており、この支持筒
部３９ｃには口金３７が絶縁セメント４１によって固着
されている。また、外部リード線３６に接続された電力
供給線３８は、反射鏡３９を貫通し、反射面３９ａと反
対側に導出している。

【００４６】次に、本発明の高圧放電ランプを用いた画
像表示装置について説明する。図１３は、上記に説明し
たような、高圧水銀ランプ３０を用いる照明光学装置４
０を光源とした画像表示装置５０の概略構成について説
明するための図である。この画像表示装置５０は、上記
照明光学装置４０を含む光源部５１と、ミラー５２、光
源部５１からの白色光を青、緑、赤の三原色に分離する
ダイクロイックミラー５３、５４、分離された光をそれ
ぞれ反射するミラー５５、５６、５７、分離された三原
色について、それぞれ単色光画像を形成するための液晶
ライトバルブ５８、５９、６０、フィールドレンズ６
１、６２、６３、リレーレンズ６４、６５、液晶ライト
バルブ５８、５９、６０をそれぞれ透過した光を再度合
成するダイクロイックプリズム６６、及び投射レンズ６
７を備えており、画像表示装置５０からの画像はスクリ
ーン６８上に投影されるようになっている。同図に示さ
れるような画像表示装置５０は、光源部５１において本
発明に係る高圧放電ランプを用いていることを除いて
は、いわゆる３板型の画像表示装置として、従来からよ
く知られたものであるから、その構成についての詳細な
説明は省略する。なお、同図では、ＵＶフィルタなどの
他のいくつかの光学素子について図示を省略している。

【００４７】次に、以上のような構成を有する本発明の
画像表示装置（以下、「本発明品」という）５０と、光
源部５１に用いるランプにおける電極軸の突出長が式
（１）の関係を満たしていない点を除いて本発明品５０
と同一の構成を有する従来の画像表示装置（以下、「従
来品」という）とを比較した結果について説明する。本
発明品５０及び従来品のそれぞれにおいて、ランプの口
金と電力供給線との間に交流電源を接続し、ランプ電圧
約７５Ｖ、ランプ電流約２．３Ａ、ランプ電力１７５Ｗ
で高圧水銀ランプを点灯させ、寿命試験を行ったとこ
ろ、図１４に示すとおりの結果が得られた。

【００４８】同図に示されるように、本発明品（線ａで
示される）は、点灯開始後、３０００時間を経過した後
でも、スクリーン照度維持率が９４％であった一方、従
来品（線ｂで示される）は、３０００時間を経過した後
では、スクリーン照度維持率が６０％程度しかなく、実
用上支障をきたす結果となった。このような結果が得ら
れたのは、本発明品５０では発光管の内面に黒化現象が
発生しなかったのに対して、従来品では発光管の内面に
黒化が多く発生したためである。つまり、上記各実施の
形態において詳細に説明したように、本発明に係る高圧
放電ランプを用いることによって、発光管の内面に黒化
が発生するのを防止することができ、従って照度維持率
を向上させた寿命の長い高圧放電ランプ、照明光学装
置、及び画像表示装置を提供することができることが明
らかとなった。

【００４９】＜変形例＞以上、本発明を種々の実施の形
態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実
施の形態において詳細に説明した具体例に限定されない
ことは勿論であり、例えば、次のような変形例を考える
ことができる。即ち、上記実施の形態では、１７５Ｗの
高圧水銀ランプについて説明したが、２００Ｗ等であっ
ても、上記と同様の効果を得ることができる。

【００５０】また、本発明の高圧放電ランプは、高圧水
銀ランプに限定されないのは勿論であり、発光物質とし
ての水銀や、アルゴンガス、ハロゲンサイクル促進のた
めの臭素などに替えて、他の種々の元素を用いることも
できる。具体的には、水銀の替わりに、一般にメタルハ
ライドランプに用いられる種々の金属ハロゲン化物を用
いることができるし、アルゴンガスに替えて、キセノン
ガスやネオンガスなど、種々の希ガスを用いることがで
きる。また、臭素に替えて、塩素やヨウ素などの遊離ハ
ロゲンを封入するようにしてもよい。また、電極軸及び
コイルの材料もタングステンに限定されるわけではな
く、モリブデン等の他の難溶性金属を主成分とする材料
を用いることが可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上に詳細に説明したように、本発明に
係る高圧放電ランプによれば、黒化現象を抑制すること
ができるという効果がある。また、本発明に係る高圧放
電ランプ用電極によれば、黒化現象を抑制できる他、電
極先端部分の溶融後に当該先端部分の形状の整形が不要
になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における高圧水銀ラ
ンプ１０の正面図である。

【図２】第１の実施の形態における高圧水銀ランプ１０
に用いられる電極１４の拡大正面図である。

【図３】第１の実施の形態の高圧水銀ランプ１０におい
て、電極先端部が溶融した後の電極１４の形状の例を示
す図である。

【図４】第１の実施の形態の高圧水銀ランプ１０におい
て、突出部の長さΔＬとアーク長の変化ΔＡとの関係に
ついて検討した結果を示す図である。

【図５】第１の実施の形態の高圧水銀ランプ１０におい
て、突出部の長さΔＬとアーク長の変化ΔＡとの関係に
ついて検討した結果を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態における高圧水銀ラ
ンプ２０の正面図である。

【図７】第２の実施の形態における高圧水銀ランプ２０
に用いられる電極２４の拡大正面図である。

【図８】第２の実施の形態における高圧水銀ランプ２０
に用いられる電極２４の先端部を溶融する処理について
説明するための図である。

【図９】第３の実施の形態において、不純物含有量の総
和（ｐｐｍ）と、黒化現象の発生の程度との関係につい
て検討した結果を示す図である。

【図１０】第３の実施の形態において、Ｆｅ含有量（ｐ
ｐｍ）と、黒化現象の発生の程度との関係について検討
した結果を示す図である。

【図１１】第３の実施の形態において、Ｋ含有量（ｐｐ
ｍ）と、黒化現象の発生の程度との関係について検討し
た結果を示す図である。

【図１２】本発明の高圧水銀ランプを用いた照明光学装
置の構成の一例を示す模式図である。

【図１３】本発明の高圧水銀ランプを用いた画像表示装
置の構成の一例を示す模式図である。

【図１４】第４の実施の形態の画像表示装置における点
灯時間とスクリーン照度維持率との関係を示す図であ
る。

【図１５】従来の高圧水銀ランプに用いられていた電極
の一例を示す図である。

【図１６】米国特許第５，５３７，１６７号公報に開示
されている電極の構造を示す図である。

【図１７】特開平１０−９２３７７号公報に開示されて
いる電極の構造を示す図である。

【符号の説明】１０、２０高圧水銀ランプ１１、２１発光管１２、２２発光部１３、２３封止部１４、２４電極１５、２５金属箔導体１６、２６外部リード線１４１、２４１電極軸１４２、２４２コイル１４３、２４３塊部分３９反射鏡４０照明光学装置５０画像表示装置５８、５９、６０液晶ライトバルブ６６ダイクロイックプリズム６７投射レンズ６８スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/073 H01J 9/02 H01J 61/88

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光物質が封入された放電空間を有する
放電管と、基端が前記放電管に支持され、先端部同士が
前記放電空間内で所定の距離を持って対向する一対の電
極とを備える高圧水銀ランプであって、前記各電極は、主にタングステンから成る電極軸の先端
外周部を、主にタングステンから成る被覆部材で被覆
し、当該被覆部材から、前記電極軸を他方の電極方向に
突出させたものであり、初期放電時の発熱により、前記
電極軸と前記被覆部材との放電側先端部が融着するよう
に構成され、融着する前における前記電極軸の前記被覆部材から突出
させた長さをΔＬ、前記被覆部材の先端部最大外径をＲ
３とすると、前記ΔＬは、１／５０＊Ｒ３以上、１／５
＊Ｒ３以下であることを特徴とする高圧水銀ランプ。
【請求項２】前記被覆部材は、前記電極軸に巻回されたコイルであることを特徴とする
請求項１に記載の高圧水銀ランプ。
【請求項３】前記電極軸の外径をＲ２、前記コイルの
線径をＲ１とすると、Ｒ１／Ｒ２の値は、１／４以上、
３／４以下であることを特徴とする請求項２に記載の高
圧水銀ランプ。
【請求項４】前記電極軸及び前記被覆部材に含まれる
タングステン以外の不純物の含有量の総和は４０ｐｐｍ
以下であり、そのうちカリウムの含有量は１２ｐｐｍ以
下、鉄の含有量は２０ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る請求項１に記載の高圧水銀ランプ。
【請求項５】難溶性金属から成る棒状の電極軸と、難
溶性金属から成り、前記電極軸の先端外周部を被覆し、
その一端が前記電極軸の放電側先端部と溶融一体化され
るコイルとから成り、前記電極軸と前記コイルとは、主に前記コイルが溶融
し、初期的な形状を残した前記電極軸の先端部分と密着
して一体化されることを特徴とする高圧放電ランプ用電
極。
【請求項６】前記電極軸及び前記コイルは、主にタン
グステンからなることを特徴とする請求項５に記載の高
圧放電ランプ用電極。
【請求項７】前記電極軸及び前記コイルに含まれるタ
ングステン以外の不純物の含有量の総和は４０ｐｐｍ以
下であり、そのうちカリウムの含有量は１２ｐｐｍ以
下、鉄の含有量は２０ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る請求項６に記載の高圧放電ランプ用電極。
【請求項８】前記コイルの放電側先端からの溶融させ
る部分の長さをＬ１、前記コイルの最外層部の放電側先
端からの長さをＮ１とすると、Ｌ１は０．５＊Ｎ１以下
であることを特徴とする請求項５に記載の高圧放電ラン
プ用電極。
【請求項９】前記コイルの線径をＲ１とすると、Ｒ１
≦Ｌ１の関係を満たすことを特徴とする請求項８に記載
の高圧放電ランプ用電極。
【請求項１０】前記電極軸の先端外周部に前記コイル
を被覆したものであって、当該コイルの放電側先端部最
大外径をＲ３とした場合に、前記電極軸先端部が、前記
コイルから、１／５０＊Ｒ３≦ΔＬ≦１／５＊Ｒ３の関
係を満たす長さΔＬだけ突出するようにしたものの放電
側先端部を、レーザ若しくはプラズマを用いて融解させ
たものであることを特徴とする請求項５に記載の高圧放
電ランプ用電極。
【請求項１１】発光物質が封入された放電空間を有す
る放電管と、基端が前記放電管に支持され、先端部同士
が前記放電空間内で所定の距離を持って対向する一対の
電極とを備える高圧放電ランプであって、前記各電極は、難溶性金属から成る棒状の電極軸と、難溶性金属から成り、前記電極軸の先端外周部を被覆
し、その一端が前記電極軸の放電側先端部と溶融一体化
されるコイルとを含み、前記電極軸と前記コイルとは、主に前記コイルが溶融
し、初期的な形状を残した前記電極軸の先端部分と密着
して一体化されることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項１２】前記電極軸及び前記コイルは、主にタ
ングステンから成ることを特徴とする請求項１１に記載
の高圧放電ランプ。
【請求項１３】前記電極軸及び前記コイルに含まれる
タングステン以外の不純物の含有量の総和は４０ｐｐｍ
以下であり、そのうちカリウムの含有量は１２ｐｐｍ以
下、鉄の含有量は２０ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る請求項１２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１４】主にタングステンから成り、外径が
０．３ｍｍから０．５ｍｍである電極軸の先端外周部
に、主にタングステンから成り、線径が０．１５ｍｍか
ら０．３０ｍｍであるコイルを巻回するステップであっ
て、前記コイルが巻回された部分の先端部最大外径をＲ
３、前記電極軸の放電側先端からコイルの放電側先端ま
での長さをΔＬとした場合に、１／５０＊Ｒ３≦ΔＬ≦
１／５＊Ｒ３の関係を満足するようにコイルを巻回する
コイル巻回ステップと、コイルの一端と電極軸の放電側先端を溶融一体化する先
端部溶融ステップとを含むことを特徴とする高圧放電ラ
ンプ用電極の製造方法。
【請求項１５】前記先端部溶融ステップにおいては、
レーザ若しくはプラズマを用いて先端部の溶融一体化を
行うことを特徴とする請求項１４に記載の高圧放電ラン
プ用電極の製造方法。
【請求項１６】請求項１から４のいずれかに記載の高
圧放電ランプ、請求項５から１０のいずれかに記載の高
圧放電ランプ用電極を用いた高圧放電ランプ、請求項１
１から１３のいずれかに記載の高圧放電ランプ、請求項
１４又は１５に記載の高圧放電ランプ用電極の製造方法
により製造された高圧放電ランプ用電極を用いた高圧放
電ランプのいずれかと、当該高圧放電ランプからの光を、一定方向に照射させる
反射鏡とを含むことを特徴とする照明光学装置。
【請求項１７】前記高圧放電ランプのアーク軸は、前
記反射鏡の光軸上に位置するように、前記高圧放電ラン
プと前記反射鏡とが一体化されていることを特徴とする
請求項１６に記載の照明光学装置。
【請求項１８】請求項１から４のいずれかに記載の高
圧放電ランプ、請求項５から１０のいずれかに記載の高
圧放電ランプ用電極を用いた高圧放電ランプ、請求項１
１から１３のいずれかに記載の高圧放電ランプ、請求項
１４又は１５に記載の高圧放電ランプ用電極の製造方法
により製造された高圧放電ランプ用電極を用いた高圧放
電ランプのいずれかと、前記高圧放電ランプからの光を、一定方向に照射させる
反射鏡と、前記反射鏡からの光を集光する集光手段と、前記集光部により集光された光について画像を形成する
画像形成手段と、前記画像形成部により形成された画像を、被投射部材に
投射する投射手段とを含むことを特徴とする画像表示装
置。