JP3330591B2 - ショートアーク型水銀ランプおよびランプユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ショートアーク型
水銀ランプおよびランプユニットに関する。特に、液晶
プロジェクタ用光源やデジタルマイクロミラーデバイス
（ＤＭＤ）プロジェクタなどの画像投影装置用光源とし
て使用されるショートアーク型水銀ランプおよびランプ
ユニットに関する。

【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を用いたプロジェクタな
どの画像投影装置が広く用いられており、このような画
像投影装置には、高い輝度を示す高圧放電ランプが一般
的に広く使用されている。画像投影装置では、液晶パネ
ルなどの極めて小さな領域に光を集光する必要があるた
め、高輝度に加えて点光源に近いことも要求されてい
る。

【０００３】このような要求を満たす高圧放電ランプと
して、当初、メタルハライドランプの研究・開発が先行
していた。しかし、点光源に近づけ且つ高輝度にするた
めにアーク長を短くしていくと、メタルハライドランプ
の場合、アーク幅が広がるという現象が生じることがわ
かり、今日では、より点光源に近く高輝度の特長を有す
るショートアーク型の超高圧水銀ランプが有望な光源と
して注目されている。超高圧水銀ランプでは、全光束の
９０％が有効領域で発光するのに対し、アーク幅が広が
るメタルハライドランプでは全光束の５０％だけしか有
効発光領域で発光しない。これは、メタルハライドラン
プの場合、封入される金属の平均励起ポテンシャルが４
〜５ｅＶと比較的低いためにアークの周辺領域で発光し
てアーク幅が広くなるに対し、超高圧水銀ランプの場合
には、メタルハライドランプのときに封入する金属より
も水銀の方が平均励起ポテンシャルが高い（７．８ｅ
Ｖ）ので、アークの中心領域で発光してアーク幅が狭く
なるからである。したがって、メタルハライドランプよ
りも超高圧水銀ランプの方がアークの平均輝度を高くす
ることができる。

【０００４】図１２（ａ）および（ｂ）を参照しなが
ら、従来におけるショートアーク型の超高圧水銀ランプ
１０００の説明をする。

【０００５】図１２（ａ）は、超高圧水銀ランプ１００
０を模式的に示している。ランプ１０００は、石英ガラ
スから構成され略球状の発光管（バルブ）１１０と、同
じく石英ガラスから構成され発光管１１０に連結された
一対の封止部（シール部）１２０および１２０’とを有
している。発光管１１０の内部には放電空間１１５があ
り、放電空間１１５には、発光物質として水銀１１８
（水銀封入量：例えば、１５０〜２５０ｍｇ／ｃｍ³）
と、希ガス（例えば、数十ｋＰａのアルゴン）と少量の
ハロゲンとが封入されている。

【０００６】放電空間１１５には、一対のタングステン
電極（Ｗ電極）１１２および１１２’が一定の間隔Ｄ
（例えば、約１．５ｍｍ）をおいて互いに対向して配置
されている。Ｗ電極１１２および１１２’は、それぞ
れ、電極軸（Ｗ棒）１１６と、電極軸１１６の先端領域
に巻かれたコイル１１４とを有しており、コイル１１４
は、電極先端温度を低下させる機能を有している。Ｗ電
極１１２および１１２’のそれぞれの電極軸１１６は、
光学的対称性を維持するために互いに同一軸となるよう
に軸合わせされており、それゆえ、Ｗ電極１１２と１１
２’との電極中心軸１１９は互いに一致している。

【０００７】Ｗ電極１１２の電極軸１１６は、封止部１
２０内のモリブデン箔（Ｍｏ箔）１２４に溶接されてお
り、両者が溶接された溶接部１１７によって、Ｗ電極１
１２とＭｏ箔１２４とは電気的に接続されている。封止
部１２０は、発光管１１０から延ばされたガラス部１２
２とＭｏ箔１２４とを有しており、ガラス部１２２とＭ
ｏ箔１２４とを圧着させることによって、発光管１１０
内の放電空間１１５の気密を保持している。すなわち、
Ｍｏ箔１２４とガラス部１２２との圧着による箔封止に
よって、封止部１２０のシールは行われている。封止部
１２０の断面形状はいずれも円形であり、封止部１２０
内部の中心に矩形のＭｏ箔１２４が配置されている。封
止部１２０内のＭｏ箔１２４は、溶接部１１７側と反対
の側に、モリブデンから構成された外部リード（Ｍｏ
棒）１３０を有している。Ｍｏ箔１２４と外部リード１
３０とは互いに溶接されており、溶接部１３２で両者は
電気的に接続されている。なお、Ｗ電極１１２’および
封止部１２０’の構成については、Ｗ電極１１２および
封止部１２０と同様であるので説明を省略する。

【０００８】図１２（ｂ）に示すように、ランプ１００
０は、点灯の際には点灯回路１２００に電気的に接続さ
れる。外部リード１３０を点灯回路１２００に接続した
状態で点灯回路１２００を作動させると、ランプ１００
０の点灯が行われることになる。

【０００９】次に、ランプ１０００の動作原理を簡単に
説明する。点灯回路１２００から外部リード１３０およ
びＭｏ箔１２４を介してＷ電極１１２および１１２’に
始動電圧が印加されると、アルゴン（Ａｒ）の放電が起
こり、この放電によって発光管１１０の放電空間１１５
内の温度が上昇し、それによって水銀１１８が加熱・気
化される。その後、Ｗ電極１１２および１１２’間のア
ーク中心部で水銀原子が励起されて発光する。ランプ１
０００の水銀蒸気圧が高いほど発光効率も増加するた
め、水銀蒸気圧が高いほど画像投影装置の光源として適
しているが、発光管１１０の物理的耐圧強度の観点か
ら、１５〜２５ＭＰａの範囲の水銀蒸気圧でランプ１０
００は使用されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のランプ１０００
には、正常な使用をしているにもかかわらず、ランプの
消灯後に再び点灯する際に、ランプが点灯しないという
問題が発生することがあった。ランプが点灯しない原因
は従来不明であったが、本願発明者が鋭意研究した結
果、図１３に示すように、Ｗ電極１１２と１１２’との
間に水銀１１８の橋かけ（水銀ブリッジ）１４０が起こ
って、Ｗ電極１１２と１１２’との間が短絡（ショー
ト）してしまうことが原因であることがわかった。

【００１１】水銀ブリッジ１４０によるショートが起こ
っている状態でランプ１０００に始動電圧を印加する
と、ランプ１０００に極めて大量の電流が流れるため、
点灯回路１２００は動作異常を感知してランプの点灯開
始を自動的に停止する。ランプの点灯開始を停止した後
も水銀ブリッジ１４０は形成されたままであるので、点
灯回路１２００が再び点灯の開始をしても、ランプ１０
００の点灯は行われないことになる。

【００１２】水銀ブリッジ１４０は次のようにして形成
されると考えられる。ランプ１０００の点灯時におい
て、放電を行っているＷ電極１１２および１１２’は約
３０００℃の温度になり、Ｗ電極の周囲に位置する発光
管１１０は約１０００℃の温度になる。ランプ１０００
の点灯を停止すると、ガラスからなる発光管１１０より
も金属からなるＷ電極１１２の方が速く冷却されるの
で、放電空間１１５内の水銀蒸気は、発光管１１０の内
壁よりもＷ電極１１２の方に凝縮して、Ｗ電極１１２に
水銀玉（Ｈｇ玉）として析出する傾向が強い。

【００１３】Ｗ電極１１２が冷えていき、水銀蒸気の凝
縮が進むと、図１４（ａ）に示すように、Ｗ電極１１２
の先端１１１から対向するＷ電極の先端に向かってＨｇ
玉１１８が同心円状に成長していく。Ｈｇ玉１１８には
表面張力が加わるため、Ｈｇ玉１１８の成長方向は、電
極中心軸１１９方向と同じ方向となる。Ｗ電極１１２の
Ｈｇ玉１１８ａの成長が進み、Ｗ電極１１２’から成長
してきたＨｇ玉１１８ｂと接触すると、表面張力によっ
て２つのＨｇ玉は一体化して、図１４（ｂ）に示すよう
に、水銀ブリッジ１４０が形成されることになる。水銀
ブリッジ１４０が一旦形成されてしまうと、Ｗ電極１１
２および１１２’間がショートし、ランプ１０００に正
常に始動電圧が印加されなくなってしまうので、ランプ
１０００は動作しなくなる。

【００１４】Ｗ電極１１２と１１２’との間隔（電極配
置間隔）Ｄが比較的長い（例えば１ｃｍ程度）ランプと
比較して、間隔Ｄが２ｍｍ程度またはそれ未満のショー
トアーク型のランプ１０００の場合、ショートアーク化
に伴う電流増加を抑制するために放電空間１１５内に封
入する水銀量を増加させる。従って、ショートアーク型
ランプの場合、間隔Ｄが短くなっていることに加えて、
Ｗ電極１１２に凝縮する水銀の量が多くなるので、間隔
Ｄが比較的長いランプと比較して、水銀ブリッジ１４０
がより形成されやすくなる。より高輝度でより点光源に
近いランプの要求に伴って間隔Ｄはより短くなる傾向に
あり、それゆえ、水銀ブリッジの問題はより顕在化して
いくと思われる。

【００１５】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、水銀ブリッジの形成を防止・
抑制して、ランプ動作の信頼性を向上させたショートア
ーク型水銀ランプを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によるショートア
ーク型水銀ランプは、発光物質として少なくとも水銀が
封入される管内に一対の電極が対向して配置された発光
管と、前記一対の電極のそれぞれに電気的に接続された
一対の金属箔のそれぞれを封止する一対の封止部とを備
え、前記一対の電極のうちの一方の電極の電極中心軸
と、他方の電極の電極中心軸とは互いにずれており、か
つ、前記一対の電極のうちの一方の電極と他方の電極と
の配置間隔Ｄが２ｍｍ以下であり、前記水銀の封入総質
量が１５０ｍｇ／ｃｍ ³ 以上であり、かつ、前記一方の
電極の先端と前記他方の電極の先端との最短距離ｄ（ｃ
ｍ）は、前記水銀の封入総質量がＭ（ｇ）のときに、
（６Ｍ／１３．６π）^1/3の数値よりも大きい。

【００１７】本発明による他のショートアーク型水銀ラ
ンプは、発光物質として少なくとも水銀が封入される管
内に一対の電極が対向して配置された発光管と、前記一
対の電極のそれぞれに電気的に接続された一対の金属箔
のそれぞれを封止する一対の封止部とを備え、前記一対
の電極のうちの一方の電極の電極中心軸と他方の電極の
電極中心軸とは、共通の同一軸上に位置しておらず、且
つ、前記一方の電極の電極中心軸方向に沿って前記一方
の電極の先端面を投影した投影面は、前記他方の電極の
先端面と接した状態または少なくとも一部が重なった状
態であって、前記一対の電極のうちの一方の電極と他方
の電極との配置間隔Ｄが２ｍｍ以下であり、前記水銀の
封入総質量が１５０ｍｇ／ｃｍ ³ 以上であり、かつ、前
記一方の電極の先端と前記他方の電極の先端との最短距
離ｄ（ｃｍ）は、前記水銀の封入総質量がＭ（ｇ）のと
きに、（６Ｍ／１３．６π） ^1/3 の数値よりも大きいこ
とを特徴とする。

【００１８】本発明による更に他のショートアーク型水
銀ランプは、発光物質として少なくとも水銀が封入され
る管内に一対の電極が対向して配置された発光管と、前
記一対の電極のそれぞれに電気的に接続された一対の金
属箔のそれぞれを封止する一対の封止部とを備え、前記
一対の電極のうちの一方の電極と他方の電極との配置間
隔Ｄよりも、前記一方の電極の先端と前記他方の電極の
先端との最短距離ｄの方が長く、前記配置間隔Ｄが２ｍ
ｍ以下であり、前記水銀の封入総質量が１５０ｍｇ／ｃ
ｍ ³ 以上であり、かつ、前記最短距離ｄ（ｃｍ）は、前
記水銀の封入総質量がＭ（ｇ）のときに、（６Ｍ／１
３．６π） ^1/3 の数値よりも大きいことを特徴とする。

【００１９】前記一方の電極の先端と前記他方の電極の
先端との最短距離ｄ（ｃｍ）は、前記水銀の封入総質量
がＭ（ｇ）のときに、（６Ｍ／１３．６π）^1/3の数値
よりも大きいことが好ましい。

【００２０】ある実施形態では、点灯形式は交流点灯型
である。

【００２１】本発明によるランプユニットは、上記ショ
ートアーク型水銀ランプと、前記水銀ランプから発する
光を反射する反射鏡とを備えている。

【００２２】本発明による高圧水銀ランプは、発光物質
として少なくとも水銀が封入される管内に一対の電極が
対向して配置された発光管と、前記一対の電極のそれぞ
れに電気的に接続された一対の金属箔のそれぞれを封止
する一対の封止部とを備え、前記一対の電極のうちの一
方の電極の電極中心軸と、他方の電極の電極中心軸とは
互いにずれており、かつ、前記一方の電極の先端と前記
他方の電極の先端との最短距離ｄ（ｃｍ）は、前記水銀
の封入総質量がＭ（ｇ）のときに、（６Ｍ／１３．６
π）^1/3の数値よりも大きい。

【００２３】

【００２４】本発明のショートアーク型水銀ランプによ
ると、一方の電極の電極中心軸と他方の電極の電極中心
軸とが互いにずれているので、発光管内に封入される水
銀が凝縮して一方の電極の先端から成長していっても、
従来技術と比較して、他方の電極の電極中心軸に沿って
他方の電極から成長してくる水銀と接触しないようにす
ることができる。その結果、一対の電極間に水銀ブリッ
ジが生じることを防止・抑制することができる。また、
電極中心軸が互いにずれているので、たとえ水銀ブリッ
ジが形成されたとしても、形成された水銀ブリッジに対
して表面張力が対称に加わらないため、水銀ブリッジは
電極の先端間に安定して維持しつづけることができず、
形成されたとしても水銀ブリッジが取れやすくなる。こ
のため、ランプ動作の信頼性を向上させることができ
る。

【００２５】また、本発明の他のショートアーク型水銀
ランプでは、共通の同一軸上に一対の電極のそれぞれの
電極中心軸に位置していないことから、水銀ブリッジの
形成を防止・抑制することができることに加えて、一方
の電極の投影面と他方の電極の先端面とが接した状態ま
たは少なくとも一部が重なった状態にされているので、
少なくとも放電の安定性に関しては電極が同一軸となる
ように軸合わせされた場合と実質的に差がない。

【００２６】さらに、本発明による更に他のショートア
ーク型水銀ランプによると、一方の電極と他方の電極と
の配置間隔Ｄよりも、一方の電極の先端と他方の電極の
先端との最短距離ｄの方が長いので、従来技術の配置間
隔Ｄと同じ場合でも、従来技術よりも、それぞれの電極
の先端から成長してくる水銀同士が接触しないようにす
ることができる。その結果、水銀ブリッジの形成を防止
・抑制することができるので、ランプ動作の信頼性を向
上させることができる。また、配置間隔Ｄが同じなの
で、水銀ランプと反射鏡（ミラー）と組み合わせた構成
の場合において、従来の構成と同じ集光効率が得られる
ことになる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。以下の図面においては、説明を
簡明にするために、実質的に同一の機能を有する構成要
素を同一の参照符号で示す。 （実施形態１）まず、図１を参照する。図１は、本実施
形態にかかる水銀ランプ１００の構成を模式的に示して
いる。

【００２８】実施形態１の水銀ランプ１００は、発光管
（バルブ）１０と、発光管１０に連結された一対の封止
部２０および２０’とを有している。発光管１０の管内
には、発光物質１８が封入される放電空間１５があり、
放電空間１５には、一対の電極１２および１２’が対向
して配置されている。発光管１０は、石英ガラスから構
成されており、略球形をしている。発光管１０の外径は
例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、発光管１０のガラ
ス厚は例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。発光管１０内
の放電空間１５の容積は、例えば０．０１〜１．０ｃｃ
程度である。本実施形態では、外径１３ｍｍ程度、ガラ
ス厚３ｍｍ程度、放電空間１５の容量０．３ｃｃ程度の
発光管１０が用いられ、発光物質１８として水銀を使用
し、例えば１５０〜２００ｍｇ／ｃｍ³程度の水銀と、
５〜２０ｋＰａの希ガス（例えば、アルゴン）と、少量
のハロゲンとが放電空間１５に封入されている。なお、
図１では、発光管１０の内壁に付着している状態の水銀
１８を模式的に示している。

【００２９】放電空間１５内の一対の電極１２および１
２’は、ショートアーク型を構成するように、例えば２
ｍｍ以下程度の電極配置間隔Ｄで配置されている。電極
１２および１２’としては、例えば、タングステン電極
（Ｗ電極）が使用される。本実施形態では、１．５ｍｍ
程度の間隔ＤでＷ電極１２および１２’が配置されてい
る。電極１２および１２’の先端には、それぞれコイル
１４が巻かれており、コイル１４は、電極先端温度を低
下させる機能を有している。電極１２の電極軸（Ｗ棒）
１６は、封止部２０内の金属箔２４に電気的に接続され
ている。同様に、電極１２’の電極軸１６は、封止部２
０’内の金属箔２４’に電気的に接続されている。

【００３０】封止部２０は、電極１２に電気的に接続さ
れた金属箔２４と、発光管１０から延ばされたガラス部
２２とを有しており、金属箔２４とガラス部２２との箔
封止によって発光管１０の放電空間１５の気密を保持し
ている。金属箔２４は、例えばモリブデン箔（Ｍｏ箔）
であり、例えば矩形の形状を有している。ガラス部２２
は、例えば石英ガラスから構成されている。封止部２０
内の金属箔２４は、電極１２と溶接によって接合されて
おり、金属箔２４は、電極１２が接合された側の反対側
に外部リード３０を有している。外部リード３０は、例
えばモリブデンから構成されている。なお、これらの封
止部２０の構成は、封止部２０’についても同様である
ので説明を省略する。

【００３１】本実施形態におけるランプ１００では、水
銀ブリッジの形成を防止・抑制するために、電極１２の
電極中心軸１９と、電極１２’の電極中心軸１９’とが
互いにずれるように構成されている。すなわち、電極１
２の電極中心軸１９と、電極１２’の電極中心軸１９’
とが同一軸とならないように構成されている。電極中心
軸１９と１９’とが同一軸とならないようにすると、図
２に拡大して示すように、電極１２の先端１１ａおよび
電極１２’の先端１１ｂのそれぞれから電極中心軸１９
および１９’に沿って水銀玉１８ａおよび１８ｂが凝縮
して成長していっても、電極中心軸１９と１９’とが同
一軸にされている場合よりも、水銀玉１８ａおよび１８
ｂが互いに接触しにくくなる。換言すると、一対の電極
１２と１２’とが同一軸でないため、電極１２と１２’
の電極配置間隔Ｄよりも、電極１２の先端１１ａと電極
１２’の先端１１ｂとの最短距離ｄの方を長くすること
ができ、水銀ブリッジの形成を防止・抑制することがで
きる。

【００３２】従来技術においては、一対の電極が同軸上
に配置されていたために電極配置間隔Ｄと電極先端間距
離ｄとは同じであったが、本実施形態のランプ１００で
は、電極配置間隔Ｄを一定にしたまま電極先端間距離ｄ
だけを長くすることができる。このため、発光管１０の
寸法やランプ１００全体の寸法を大きくして電極配置間
隔Ｄを長くしなくとも、先端１１ａおよび先端１１ｂの
それぞれから成長してくる水銀１８ａおよび１８ｂを接
触し難くすることができる。なお、電極配置間隔Ｄは、
例えば発光管１０の寸法やランプ１００全体の寸法など
にしたがって決定され、本実施形態においては電極配置
間隔Ｄは、電極中心軸１９’方向成分における一対の電
極の先端間の長さのことを表している。

【００３３】本実施形態におけるランプ１００の一対の
電極１２および１２’の構成をより詳細に説明するため
に、一対の電極１２および１２’の周辺拡大図を図３に
示す。なお、図３において、説明の簡略化のために、電
極１２および１２’の先端に巻かれているコイル１４は
省略している。

【００３４】図３に示すように、一対の電極のうちの一
方の電極１２は、電極１２と金属箔２４との接合部（溶
接点）１７を中心にして、互いの電極中心軸が一致する
場合の仮想的な位置１３から、電極中心軸１９と１９’
のなす角がθとなる位置までずらされている。なお、本
実施形態のランプ１００においては、一対の電極のうち
の他方の電極１２’の位置は移動させていないので、電
極１２’の電極中心軸１９’は、互いの電極中心軸が一
致する場合の仮想的な電極中心軸と一致している。

【００３５】本実施形態では、電極１２および１２’の
両方とも、長さＬが１０ｍｍで外径φが１．４ｍｍの電
極棒１６を用いており、電極中心軸１９’方向に投影し
た電極１２’の先端１１ｂの投影面１１ｃの外縁と電極
１２の先端１１ａの外縁とが接する位置１１ｐまで、電
極１２の電極中心軸１９はずらされている。この場合、
電極中心軸１９’からのずれ量Ｚ（すなわち、電極中心
軸１９上に位置する電極先端１１ａと電極中心軸１９’
との距離）は、電極棒１６の外径φとほぼ等しくなるの
で、この場合のずれ量Ｚは、ほぼ１．４ｍｍとなる。し
たがって、投影面１１ｃの外縁と電極１２の先端１１ａ
の外縁とが接する位置１１ｐまで電極１２の電極中心軸
１９をずらした場合の電極中心軸１９と１９’とがなす
角θは、下式(Ｉ)から算出することができ、 tanθ＝ずれ量Ｚ／電極棒長Ｌ＝１．４ｍｍ／１０ｍｍ ・・・式（Ｉ） この場合、角度θは約８度となる。

【００３６】ずれ量Ｚは、ゼロを越える値であり、例え
ば、電極配置間隔Ｄ（またはアーク長）の１０％以上
（電極配置間隔Ｄが１．５ｍｍの場合、ずれ量Ｚは０．
１５ｍｍ以上）となるように構成される。具体的なずれ
量Ｚの値はランプ１００の特性に応じて適宜決定すれば
よい。ランプ１００における一対の電極１２および１
２’間の放電は電極先端面１１ａおよび１１ｂの全体で
生じるため、本実施形態のように、電極１２’の投影面
１１ｃと電極１２の先端面１１ａとの互いの外縁が少な
くとも接するようにすることによって、すなわち、投影
面１１ｃの外縁と先端面１１ａの外縁とが外れないよう
にすることによって、電極が同一軸に軸合わせさせられ
た場合と差異がない放電安定性が得られ、その結果、放
電特性に与える影響を少なくしながら、水銀ブリッジの
形成を防止・抑制することができる。なお、図１２で示
した従来のランプ１０００においては、一対の電極１１
２および１１２’の電極中心軸１１９は同一軸となるよ
うに構成されているため、電極１１２の電極中心軸１１
９と電極１１２’の電極中心軸１１９とは一致してお
り、仮に物理的な意味において完全に一致していないと
きでも、例えば電極配置間隔の１０％未満の範囲におけ
る電極中心軸１１９の同一軸性は確保されるように構成
されている。

【００３７】電極１２の先端１１ａに同心円状に形成さ
れる水銀玉１８ａの形状が球形（水銀玉の半径ｒ）とな
るので、水銀玉１８ａの体積が（４／３）πｒ³になる
ことからわかるように、水銀玉の半径ｒの３乗が体積に
比例するため、電極先端距離ｄが少しでも長くすること
ができれば、水銀ブリッジの形成を効果的に防止・抑制
することが可能となる。また、水銀ブリッジの形成を防
止しながら、より多くの水銀１８を発光管１０内に封入
することができるので、発光効率の向上が得られる。

【００３８】本実施形態のランプ１００の場合、電極配
置間隔Ｄを１．５ｍｍとし、ずれ量Ｚを１．４ｍｍ（電
極棒の外径φと同じずれ量）としているので、電極先端
距離ｄは、下式（II）より、２．０５ｍｍとなる。

【００３９】 ｄ＝（Ｄ²＋φ²）^1/2＝（1.5²＋1.4²）^1/2＝2.05 ・・・式（II） 図４および図５は、それぞれ、図２で示した構成（角度
θ＝約８°）のランプ１００に水銀ブリッジ４０が形成
された状態と、図４の角度θがゼロの構成（同一軸）の
ランプに水銀ブリッジ４０が形成された状態とを模式的
に示している。水銀玉の半径ｒの３乗が体積に比例する
ので、図４に示した水銀玉４０の体積（Ｖ₁）と、図５
に示した水銀玉４０の体積（Ｖ₀）との比は、下式（II
I）より、２．５５：１となる。

【００４０】 Ｖ₁：Ｖ₀＝（ｄ／２）³：（Ｄ／２)³ ＝ｄ³：Ｄ³＝8.62：3.38 ＝2.55:1 ・・・式（III） すなわち、図５に示した構成よりも、図４に示した構成
の方が、２．５５倍も水銀を許容することができること
が理解できる。また、仮に水銀ブリッジが形成された場
合でも、図５の構成では水銀玉４０に対して表面張力が
対称に加わるため水銀玉４０が一対の電極間に維持され
やすいのに対して、図４の構成では、表面張力が対称に
加わらない構成であるため、水銀玉４０は一対の電極間
に維持されずに落ちやすくなっている。このように表面
張力の加わり方の差異によっても水銀ブリッジ４０の形
成が防止されている。

【００４１】なお、従来の水銀ランプにおいて単に電極
配置間隔Ｄを長くすることによっても勿論水銀ブリッジ
の形成を抑制することも可能である。しかし、このよう
にした場合には、水銀ランプと反射鏡（ミラー）とを組
み合わせると、集光効率（ミラーから出てくる光の利用
効率）が著しく低下する。これに対して、本実施形態の
水銀ランプの構成によれば、集光効率を低下させること
なく、上述のように効果的に水銀ブリッジの形成を抑制
することができる。

【００４２】なお、電極先端距離ｄは、発光管１０内に
封入される水銀１８の封入量（ｇ）からおおよそ計算す
ることが可能であり、電極先端間に形成される水銀ブリ
ッジの形状は球形（半径ｒ）であるので、電極先端距離
ｄが２ｒより長くするようにすればよい。具体的には、
発光管１０内に封入する水銀１８の総質量がＭ（ｇ）の
とき、（４／３）πｒ³×１３．６[g/cm³]＝Ｍの関係が
成り立つので、水銀ブリッジの２ｒ[ｃｍ]は、（６Ｍ／
１３．６π）^1/3となる。従って、（６Ｍ／１３．６
π）^1/3の値よりも大きな電極先端距離ｄにすれば、水
銀ブリッジ４０の形成を効果的に防止することができ
る。

【００４３】また、図６（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、一対の電極１２および１２’を段違いの平行となる
ように配置して、電極中心軸１９および１９’が同一軸
にならないようにしてもよい。図６（ａ）は、一対の電
極１２および１２’の配置を模式的に示しており、図６
（ｂ）は、電極中心軸１９’に沿ってみた電極先端１１
ａおよび１１ｂの断面を模式的に示している。このよう
な構成にしても、電極配置間隔Ｄよりも電極先端距離ｄ
を長くすることが可能であるため、水銀ブリッジの形成
を防止・抑制することができる。この例では、ずれ量Ｚ
を電極１２の外径φと同じにして、電極中心軸１９’方
向に沿って電極１２’の先端面１１ｂを投影した投影面
の外縁と、電極１２の先端面１１ａの外縁が接するよう
に構成されている。

【００４４】勿論、図７（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、ずれ量Ｚを例えば電極１２の外径φの半分にして、
電極１２’の先端面１１ｂを投影した投影面と、電極１
２の先端面１１ａとが少なくとも一部重なるように構成
してもよい。さらに、図８に示すように、電極１２の先
端部分を曲げて、電極配置間隔Ｄよりも電極先端距離ｄ
を長くするような構成にすることも可能である。図８に
示した構成の場合、電極１２の先端における電極中心軸
１９を基準にして、その電極中心軸１９と電極中心軸１
９’とが同一軸でないように構成すればよい。

【００４５】なお、上記実施形態では、一対の電極のう
ちの一方の電極１２の電極中心軸１９だけをずらした構
成を示しているが、一方の電極１２の電極中心軸１９と
共に、電極１２’の電極中心軸１９’をずらした構成に
することも可能である。その場合、両方の電極中心軸を
移動させることによって仮想的な同一軸を設定すること
が困難となるときには、仮想的な同一軸に代えてランプ
の長さ方向を基準にしてもよい。また、上記実施形態で
は、一対の電極１２および１２’のそれぞれに同一長さ
Ｌで同一外径φの電極棒１６を用いているが、これに限
定されず、異なる長さのものや異なる外径のものを用い
ることも可能である。さらに、一対の電極間でコイル１
４の巻き数やコイル１４の直径を異なるように構成して
いもよい。

【００４６】次に、水銀ランプ１００の製造方法を例示
的に説明する。まず、発光管１０となる部分と封止部の
ガラス部２２となる部分とを有する放電ランプ用ガラス
パイプ内に、電極１２と外部リード３０とを有する金属
箔（Ｍｏ箔）２４を挿入した後、ガラスパイプ内を減圧
状態（例えば、１気圧未満）にした上で、ガラス管を例
えばバーナーで加熱し軟化させると、ガラス管２２と金
属箔２４との両者が密着して封止部２０が形成される。
同様にして、他方の封止部２０’も形成されると、水銀
ランプが製造されることになる。この封止部の形成の際
に、一方の電極１２の電極中心軸１９が仮想的な同一軸
１９’（電極中心軸１９’）からずれるようにして封止
部２０の形成を行うと、一対の電極１２および１２’が
同一軸でないランプ１００を作製することができる。

【００４７】以下、図９を参照しながら、さらに具体的
な例を挙げて説明する。図９は、水銀ランプ１００の製
造工程断面図を示している。

【００４８】まず、発光管１０となる部分と封止部のガ
ラス部２２となる部分とを有する放電ランプ用ガラスパ
イプ４５を鉛直方向に配置した後、矢印４１および４２
の方向に回転可能にするためにチャック４３を用いてガ
ラスパイプ４５を支持する。次に、電極１２と外部リー
ド３０とを有する金属箔２４（電極組立体）をガラスパ
イプ４５内に挿入した後、ガラスパイプ４５内を密閉し
て減圧可能な状態にする。なお、同図ではガラスパイプ
４５の両端を封止してガラスパイプ４５内を密閉してい
るが、この構成に限らず、ガラスパイプ４５内を減圧で
きる構成にすればよい。

【００４９】次に、ガラスパイプ内を減圧状態（例え
ば、２０ｋＰａ）にすると共にガラスパイプ４５を矢印
４１および４２の方向に回転させた後、例えばバーナー
５０によってガラス管２２の一部を加熱し軟化させる。
この際、ガラスパイプ４５の下部をチャック４３で支持
せずにガラスパイプ４５の上部だけを支持して、ガラス
パイプの下端をフリーにした状態でガラスパイプ４５を
回転させると、慣性によってガラスパイプ４５の下端が
周回運動をするようになる。そのような状態でガラス管
２２と金属箔２４との両者を密着させると、電極１２の
電極中心軸１９が仮想的な同一軸１９’から所定角度θ
ずれた構成の封止部２０を形成することができる。より
強制的にガラスパイプ４５の下端の周回運動を制御した
い場合には、ガラスパイプ４５の下部に例えば円錐状の
部材を配置して、円錐状の部材の側面を沿わせるように
ガラスパイプ４５を回転させるようにすればよい。

【００５０】なお、ガラスパイプ４５の下端に周回運動
をさせる手法ではなく、一方の金属箔２４（電極組立
体）と他方の金属箔２４’（電極組立体）とを予め所定
量ずらしてガラスパイプ４５内に挿入して封止する手法
によって、それぞれが同一軸とならない一対の電極１２
および１２’を形成することも可能である。さらに、ガ
ラスパイプ４５の回転速度を制御しながら、ガラス管
（ガラス部）２２の一部の箇所だけをバーナ５０で加熱
することによって、電極１２の電極中心軸１９を仮想的
な同一軸１９’からずらすことも可能である。すなわ
ち、ガラス管２２を均一に加熱せずに、局所的に加熱し
て所定箇所だけのガラス部を溶かすことによって金属箔
２４（電極組立体）を中心位置からずらし、それによっ
て電極１２の電極中心軸１９をずらすことができる。

【００５１】また、図１０に示すように、例えば他方の
電極中心軸１９’（または仮想的な同一軸１９’）に対
して所定の角度αだけ傾けて金属箔２４に接続した電極
１２と金属箔２４とをガラス部２２で封止することによ
って、一対の電極が同一軸上にないランプを作製するこ
ともできる。電極１２を予め傾けたものだけでなく、平
行にずらしたものや電極の先端部分が曲がったものを封
止することによって、一対の電極１２および１２’が同
一軸上に位置しないようにすることができる。 （実施形態２）上記実施形態１の水銀ランプは、反射鏡
と組み合わせてランプユニットにすることができる。図
１１は、上記実施形態１の水銀ランプ１００を備えたラ
ンプユニット５００の断面を模式的に示している。

【００５２】ランプユニット５００は、略球形の発光部
１０と一対の封止部２０とを有する水銀ランプ１００
と、水銀ランプ１００から発せられた光を反射する反射
鏡６０とを備えている。なお、水銀ランプ１００は例示
であり、上記実施形態の水銀ランプのいずれであっても
よい。

【００５３】反射鏡６０は、例えば、平行光束、所定の
微小領域に収束する集光光束、または、所定の微小領域
から発散したのと同等の発散光束になるように水銀ラン
プ１００からの放射光を反射するように構成されてい
る。反射鏡６０としては、例えば、放物面鏡や楕円面鏡
を用いることができる。

【００５４】本実施形態では、水銀ランプ１００の一方
の封止部２０に口金５５が取り付けられており、封止部
２０から延びた外部リード３０と口金５５とは電気的に
接続されている。口金５５が取り付けられた側の封止部
２０と反射鏡６０とは、例えば無機系接着剤（例えばセ
メントなど）で固着されて一体化されている。反射鏡６
０の前面開口部６０ａ側に位置する封止部２０の外部リ
ード３０には、リード線６５が電気的に接続されてお
り、リード線６５は、外部リード３０から、反射鏡６０
のリード線用開口部６２を通して反射鏡６０の外にまで
延ばされている。反射鏡６０の前面開口部６０ａには、
例えば前面ガラスを取り付けることができる。

【００５５】このようなランプユニットは、例えば、液
晶やＤＭＤを用いたプロジェクタ等のような画像投影装
置に取り付けることができ、画像投影装置用光源として
使用される。上記実施形態の水銀ランプおよびランプユ
ニットは、画像投影装置用光源の他に、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
ライト用光源などとしても使用することができる。ま
た、道路標識を照らす投光器としても使用することがで
きる。

【００５６】なお、上記実施形態の水銀ランプでは、交
流点灯型の点灯形式のものを使用しているが、交流点灯
型および直流点灯型のいずれの点灯方式でも使用可能で
ある。また、上記実施形態では、ショートアーク型の水
銀ランプについて説明したが、本発明は、ショートアー
ク型に限らず、比較的アーク長が長い水銀ランプでも、
水銀封入量が多い水銀ランプには好適に適用することが
できる。高出力・高電力の高圧水銀ランプの場合、電流
の増大に伴って電極の蒸発が早くなることを抑制するた
めに、通常よりも封入水銀量が増加されるが、近年、よ
り高出力・高電力の高圧水銀ランプが開発されつつある
ため、ショートアーク型の水銀ランプでなくても、水銀
ブリッジの問題が顕在化する可能性があるからである。
上記実施形態では、封入水銀量１５０〜２５０ｍｇ／ｃ
ｍ³の水銀ランプを例示したが、封入水銀量は、２５０
ｍｇ／ｃｍ³以上であってもよい。

【００５７】さらに、上記実施形態では、水銀蒸気圧が
２０ＭＰａ程度の場合（いわゆる超高圧水銀ランプの場
合）について説明したが、水銀蒸気圧が１ＭＰａ程度の
高圧水銀ランプにも適応可能である。本明細書では、水
銀蒸気圧が１ＭＰａ程度以上のものを高圧水銀ランプと
呼び、高圧水銀ランプは、超高圧水銀ランプを含むもの
とする。なお、水銀蒸気圧が高いほど発光スペクトルが
画像投影装置用の光源として好ましいものとなるので、
発光管の物理的耐圧強度を確保できる場合には、２０Ｍ
Ｐａ程度以上の水銀蒸気圧にしてもよい。

【００５８】

【発明の効果】本発明の水銀ランプによれば、水銀ブリ
ッジの形成を防止・抑制することができるため、ランプ
動作の信頼性を向上させることができる。また、水銀ブ
リッジの形成が防止・抑制される結果、水銀封入量を増
加させることが可能となるため、水銀ランプの性能を向
上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１にかかる水銀ランプ１００の構成を
模式的に示す図である。

【図２】水銀玉１８が成長している状態における一対の
電極１２および１２’の拡大図である。

【図３】一対の電極１２および１２’の構成を模式的に
示す拡大図である。

【図４】水銀ブリッジ４０が形成された状態の一対の電
極１２および１２’の拡大図である。

【図５】水銀ブリッジ４０が形成された状態の一対の電
極１２および１２’の拡大図である。

【図６】（ａ）は、一対の電極１２および１２’の構成
を模式的に示す図であり、（ｂ）は、電極中心軸１９’
に沿ってみた電極先端１１ａおよび１１ｂを模式的に示
す断面図である。

【図７】（ａ）は、一対の電極１２および１２’の構成
を模式的に示す図であり、（ｂ）は、電極中心軸１９’
に沿ってみた電極先端１１ａおよび１１ｂを模式的に示
す断面図である。

【図８】本実施形態における改変例の構成を示す図であ
る。

【図９】本実施形態における水銀ランプ１００の製造方
法を説明するための工程断面図である。

【図１０】本実施形態における改変例を説明するための
図である。

【図１１】実施形態２にかかるランプユニット５００の
構成を模式的に示す断面図である。

【図１２】（ａ）は、従来の水銀ランプ１０００の構成
を模式的に示す図であり、（ｂ）は、点灯回路１２００
に接続された水銀ランプ１０００の構成を模式的に示す
図である。

【図１３】従来の水銀ランプ１０００の課題を説明する
ための図である。

【図１４】（ａ）および（ｂ）は、従来の水銀ランプ１
０００の課題を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 発光管 １１ 電極の先端 １２、１２’ 電極（Ｗ電極） １４ コイル １５ 放電空間（管内） １６ 電極棒 １７ 溶接部 １８ 水銀（水銀玉） １９ 電極中心軸 ２０、２０’ 封止部 ２２ ガラス部 ２４ 金属箔（Ｍｏ箔） ３０ 外部リード ３２ 溶接部 ４０ 水銀ブリッジ ４３ チャック ４５ 放電ランプ用ガラスパイプ ５０ バーナー ５５ 口金 ６０ 反射鏡 ６２ リード線用開口部 ６５ リード線 １００、２００、３００ 水銀ランプ ５００ ランプユニット １１０ 発光管 １１１ 電極の先端 １１２、１１２’ Ｗ電極 １１４ コイル １１５ 放電空間（管内） １１６ 電極棒 １１８ 水銀（水銀玉） １１９ 電極中心軸 １２０、１２０’ 封止部 １２２ ガラス部 １２４ Ｍｏ箔 １３０ 外部リード １４０ 水銀ブリッジ １０００ 超高圧水銀ランプ １２００ 点灯回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 守 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 山本 真一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 佐々木 健一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 審査官 村田 尚英 (56)参考文献 特開 平９−17388（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−283576（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−31972（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−31383（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−68849（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−210747（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−201359（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/88 H01J 61/20

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光物質として少なくとも水銀が封入さ
   れる管内に一対の電極が対向して配置された発光管と、 前記一対の電極のそれぞれに電気的に接続された一対の
   金属箔のそれぞれを封止する一対の封止部とを備え、 前記一対の電極のうちの一方の電極の電極中心軸と、他
   方の電極の電極中心軸とは互いにずれており、かつ、前記一対の電極のうちの一方の電極と他方の電極との配
   置間隔Ｄが２ｍｍ以下であり、前記水銀の封入総質量が
   １５０ｍｇ／ｃｍ ³ 以上であり、かつ、 前記一方の電極の先端と前記他方の電極の先端との最短
   距離ｄ（ｃｍ）は、前記水銀の封入総質量がＭ（ｇ）の
   ときに、（６Ｍ／１３．６π）^1/3の数値よりも大き
   い、ショートアーク型水銀ランプ。
2. 【請求項２】 発光物質として少なくとも水銀が封入さ
   れる管内に一対の電極が対向して配置された発光管と、 前記一対の電極のそれぞれに電気的に接続された一対の
   金属箔のそれぞれを封止する一対の封止部とを備え、 前記一対の電極のうちの一方の電極の電極中心軸と他方
   の電極の電極中心軸とは、共通の同一軸上に位置してお
   らず、且つ、前記一方の電極の電極中心軸方向に沿って
   前記一方の電極の先端面を投影した投影面は、前記他方
   の電極の先端面と接した状態または少なくとも一部が重
   なった状態であって、前記一対の電極のうちの一方の電極と他方の電極との配
   置間隔Ｄが２ｍｍ以下であり、前記水銀の封入総質量が
   １５０ｍｇ／ｃｍ ³ 以上であり、かつ、 前記一方の電極の先端と前記他方の電極の先端との最短
   距離ｄ（ｃｍ）は、前記水銀の封入総質量がＭ（ｇ）の
   ときに、（６Ｍ／１３．６π） ^1/3 の数値よりも大き
   い、 ショートアーク型水銀ランプ。
3. 【請求項３】 発光物質として少なくとも水銀が封入さ
   れる管内に一対の電極が対向して配置された発光管と、 前記一対の電極のそれぞれに電気的に接続された一対の
   金属箔のそれぞれを封止する一対の封止部とを備え、 前記一対の電極のうちの一方の電極と他方の電極との配
   置間隔Ｄよりも、前記一方の電極の先端と前記他方の電
   極の先端との最短距離ｄの方が長く、 前記配置間隔Ｄが２ｍｍ以下であり、前記水銀の封入総
   質量が１５０ｍｇ／ｃｍ ³ 以上であり、かつ、 前記最短距離ｄ（ｃｍ）は、前記水銀の封入総質量がＭ
   （ｇ）のときに、（６Ｍ／１３．６π） ^1/3 の数値より
   も大きい、 ショートアーク型水銀ランプ。
4. 【請求項４】 点灯形式が交流点灯型である、請求項１
   から３の何れか一つに記載のショートアーク型水銀ラン
   プ。
5. 【請求項５】 請求項１から４の何れか一つに記載のシ
   ョートアーク型水銀ランプと、前記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。