JP3464994B2 - 高圧放電ランプおよびその製造方法 - 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、高圧放電ランプお
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクター用光源などのミラー
と組み合わせて用いる高圧放電ランプは、システムの小
型化に伴い、よりコンパクトで明るいランプが望まれて
いる。

【０００３】コンパクトで明るいランプを実現するに
は、アーク長をより短く設計することが必要である。し
かしながら、アーク長を短くしたときに従来と同等以上
の明るさの光源を得るには、ランプ電流が電極の制限を
受けるので、ランプ内の封入物の圧力を上げる必要があ
る。すなわち、高耐圧動作に耐えうるランプが望まれて
いる。特に、３０ＭＰａ以上の超高圧動作は、従来に比
べて飛躍的な特性向上があると期待されている。

【０００４】また、動作圧は３０ＭＰａ未満のランプで
あっても、寿命末期にランプが破裂するなどの不具合が
発生するという課題は、まだまだ解決されていないの
で、動作圧の高低にかかわらず、ランプの安全性を向上
するために、従来にない高耐圧構造のランプが必要であ
る。

【０００５】従来の高圧放電ランプの構成の一例を図２
１（ａ）に示す。図２１（ａ）における高圧放電ランプ
は、石英ガラスを主たる材料とする発光部１から延在し
た側管部２からなる容器（以降、単に「管」と称する）
を有する。電極棒３の一部と電極棒３に電気的に接続さ
れた金属箔４と金属箔４の他端に電気的に接続された外
部リード線５の一部とが側管部２に埋設されている。発
光部１には、水銀７と、図示しないが希ガスが封入され
ている。

【０００６】電極棒３は、タングステンを主たる材料と
しており、側管部２は石英ガラスを主たる材料としてい
る。この２種類の材料の封着は、熱膨張係数の違いによ
り非常に困難である。

【０００７】さらに、従来のランプは、ランプ点灯中に
発光部１側の金属箔４の端部を起点として、ガラスに亀
裂が入りやすいという課題があった。亀裂が発生する原
因は、電極棒３と側管部２はあたかも封着されているよ
うに見えるが、実はごくわずかな間隙８があるためであ
る。例えばシュリンク封止をした場合、電極棒３と側管
部２との間隙８のＢ−Ｂの断面は、図２１（ｂ）のよう
に略円形の間隙８ａであり、特に応力が集中する形状で
はない。一方、金属箔４と電極棒３との接合部との間隙
８のＣ−Ｃの断面は、断面図２１（ｃ）のように金属箔
４のエッジ部に沿って、鋭い切り欠け形状の間隙８ｂと
なっている。この間隙８ｂには応力が集中し、ガラスに
亀裂が発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】高耐圧構造をもつラン
プとして、特開２００１−１１８５４２号公報に開示さ
れたランプがある。このランプは、石英ガラスからなる
封止管部に挿通された石英ガラスからなる補助ガラスに
コイル材が配置されており、そのコイル材により、電極
棒が保持されているショートアーク型高圧水銀ランプで
ある。この構成によると、コイル材と電極棒との間に隙
間が空いており、それにより、ランプ点灯サイクルによ
る電極棒の収縮によって発生する封止管部のクラックを
防止して、最終的に耐圧を向上させることができる。

【０００９】しかしながら、特開２００１−１１８５４
２号公報に開示されたランプは、点灯サイクルに対する
耐圧は上がるものの、コイル材と封止管部との接着部は
熱膨張係数の違うために、その接着力は十分ではなかっ
た。

【００１０】また、本出願人は、電極棒３と金属箔４と
の間に発生する間隙８ｂを無くす手段を、特願２０００
−２１４０７０号明細書に開示したが、確実に３０ＭＰ
ａ以上の高耐圧構造をもつランプを実現するには、さら
なる改良が必要であった。

【００１１】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、高耐圧構造を実現した高圧放
電ランプおよびその製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の高圧放電ランプ
は、発光部と、前記発光部の両側から延在した側管部と
から構成され、石英を主成分とする容器と、前記発光部
に封入された水銀と、前記側管部のそれぞれに埋設され
た金属箔と、一端が前記金属箔に接続され且つ他端が前
記発光部に延出してなる電極棒とを備え、前記電極棒
は、前記側管部に埋設された部分の少なくとも一部に、
表面積を増加させる表面積増加構造を有しており、前記
金属箔の少なくとも一部と、前記金属箔と前記電極棒と
の接合部と、前記表面積増加構造の一部とを含む前記側
管部の部分には、６２重量％のＳｉＯ ₂ と１３．８重量
％のＡｌ ₂ Ｏ ₃ と２３．７重量％のＣｕＯとが添加された
封着部ガラスが設けられている。

【００１３】ある実施形態において、前記水銀の封入量
は、前記発光部内の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃ
ｍ³以上である。

【００１４】ある実施形態において、安定点灯時の前記
発光部の内圧は２３ＭＰａ以上である。

【００１５】安定点灯時の前記発光部の内圧は３０ＭＰ
ａ以上であることが好ましい。

【００１６】前記封着部ガラスは、安定点灯時に前記水
銀が凝集しない温度以上、かつ、前記封着部ガラスが軟
化しない温度以下の位置に配置されていることが好まし
い。

【００１７】ある実施形態において、前記封着部ガラス
における前記金属は、銅、アルミニウム、鉄、ナトリウ
ムおよびホウ素からなる群から選択される。

【００１８】ある実施形態において、前記表面積増加構
造はコイル構造である。

【００１９】ある実施形態において、前記表面積増加構
造は、ネジ山構造であり、前記表面積増加構造の設けら
れた前記電極棒の部分の最も細い部分の外径を１とした
ときに、最も突出した部分の外径が１．１から２．０ま
での範囲にある。

【００２０】

【００２１】本発明による高圧放電ランプの製造方法
は、発光部と前記発光部の両側から延在した管状の側管
部とを備え、石英を主成分とする容器と；金属箔と、前
記金属箔の一端に接続され且つ表面積を増加させる表面
積増加構造を有する電極棒とを少なくとも備えた電極組
立構造物と；を用意する工程と、金属または当該金属の
酸化物の少なくとも１種の金属材料が石英に添加された
封着部ガラスによって、前記電極組立構造物のうちの、
前記金属箔の少なくとも一部と、前記金属箔と前記電極
棒との接合部と、前記表面積増加構造の一部とを含む部
位を覆う工程と、前記電極組立構造物の前記封着部ガラ
スによって覆われた部分が前記側管部の内部に位置する
ように、前記電極組立構造物を前記容器に挿入する工程
と、前記発光部と前記側管部との境界から前記封着部ガ
ラスの手前までの前記側管部をシュリンクさせた後に、
前記側管部を冷却させ、その後に前記封着部ガラスの前
記発光部の側の端部から前記金属箔の側の前記側管部を
シュリンクさせて前記電極組立構造物を封止する工程と
を包含する。

【００２２】ある実施形態において、前記側管部を加熱
することにより、前記電極組立構造物を封止する工程
は、前記発光部と前記側管部との境界から前記封着部ガ
ラスの手前までの前記側管部をシュリンクさせる工程
と、前記封着部ガラスの前記発光部の側の端部から前記
金属箔の側の前記側管部をシュリンクさせる工程とを含
む。

【００２３】ある実施形態において、前記側管部を加熱
することにより、前記電極組立構造物を封止する工程
は、前記発光部と前記側管部との境界から前記封着部ガ
ラスの手前までの前記側管部をシュリンクさせ、前記封
着部ガラスの前記発光部の側の端部から前記金属箔の側
の前記側管部をシュリンクさせる工程を含む。

【００２４】ある実施形態において、前記側管部を加熱
することにより、前記電極組立構造物を封止する工程
は、前記発光部と前記側管部との境界から前記封着部ガ
ラスの手前までの前記側管部をシュリンクさせ、前記側
管部を冷却し、そして、前記封着部ガラスの前記発光部
の側の端部から前記金属箔の側の前記側管部をシュリン
クさせる工程を含む。

【００２５】前記発光部と前記側管部との境界から前記
封着部ガラスの手前までの前記側管部をシュリンクさせ
るときに、前記発光部と前記側管部との境界から前記封
着部ガラスへの方向へ前記側管部をシュリンクさせてい
くことが好ましい。

【００２６】ある実施形態において、前記封着部ガラス
は筒形構造物である。

【００２７】ある実施形態において、前記電極組立構造
物に前記封着部ガラスを挿入する工程と、前記封着部ガ
ラスを前記電極組立構造物に焼き付ける工程とを更に含
む。

【００２８】ある実施形態において、前記封着部ガラス
は、粉末材料を塗布し焼き付けて形成されたものであ
る。

【００２９】ある実施形態において、前記表面積増加構
造はコイル構造である。

【００３０】ある実施形態において、前記表面積増加構
造はネジ山構造であり、前記表面積増加構造の設けられ
た前記電極棒の部分の最も細い部分の外径を１としたと
きに、最も突出した部分の外径が１．１から２．０まで
の範囲にある。

【００３１】ある実施形態において、前記封着部ガラス
の軟化点は５００℃から１７５０℃までの範囲にある。

【００３２】ある実施形態において、前記封着部ガラス
における前記金属は、銅、アルミニウム、鉄、ナトリウ
ムおよびホウ素からなる群から選択された少なくとも一
種である。

【００３３】本発明によると、金属箔の一部と、金属箔
と電極棒との接合部と、表面積増加構造の一部とを含む
側管部の部分に、金属もしくは前記金属の酸化物の少な
くとも１種類の金属材料を石英に付与した封着部ガラス
を設けることによって、金属箔と電極棒との接合部に発
生する間隙に封着部ガラスが溶け込んで間隙をなくすと
ともに、前記表面積増加構造に封着部ガラスが溶け込ん
で電極棒と側管部との接着力を強固にでき、金属箔と電
極棒との接合部に発生する亀裂を防止するとともに、ラ
ンプの耐圧を向上できる。また、たとえ表面積増加構造
と封着部ガラスとにランプ点灯中に間隙が発生したとし
ても、金属箔と電極棒との接合部に発生する間隙を封着
部ガラスによってなくしているので、接合部に生じる応
力による亀裂も同時に抑制できており、寿命に対するさ
らに信頼性の高い高耐圧構造を実現することができる。

【００３４】前記封着部ガラスが、安定点灯時に前記水
銀が凝集しない温度以上、かつ、前記封着部ガラスが軟
化しない温度以下の位置に配置されている場合、ランプ
の発光特性が低下することを抑制でき、また、点灯中に
封着部ガラスが溶け出して発光部の内部に付着すること
を防止できる。

【００３５】さらに、前記封着部ガラスにおける前記金
属は、銅、アルミニウム、鉄、ナトリウム、ホウ素の中
から選択されたものであり、この構成により、封着部ガ
ラスの熱膨張係数を、側管部と表面積増加構造との熱膨
張係数の中間値に設定でき、点灯サイクル時に起こる熱
負荷による歪み（応力）を吸収でき、亀裂の発生を抑制
できる。

【００３６】前記表面積増加構造はコイル構造とするこ
とができ、表面積増加構造をコイルとすることにより、
容易に表面積増加構造を設けることができる。また、前
記表面積増加構造はネジ山構造とすることができる。こ
の場合、前記表面積増加構造の設けられた前記電極棒の
部分の最も細い部分の外径を１としたときに、最も突出
した部分の外径が１．１から２．０までであることが好
ましく、この構成により、耐圧を向上させつつ、側管部
に発生するクラックを抑制できる。

【００３７】本発明の高圧放電ランプの製造方法による
と、金属箔と電極棒との接合部と側管部との間に間隙が
なく、かつ、電極棒と側管部との接着力を向上でき、ラ
ンプの耐圧を向上できる高圧放電ランプを製造すること
ができる。

【００３８】また、前記側管部を加熱（加熱崩壊）させ
て、前記電極組立構造物を封止する際において、前記発
光部と前記側管部との境界から前記封着部ガラスの手前
までの前記側管部をシュリンクさせる工程と、前記封着
部ガラスの前記発光部側の端部から前記金属箔の側の前
記側管部をシュリンクさせる工程とを実行することがで
きる。さらに、前記側管部を加熱して前記電極組立構造
物を封止する際において、前記発光部と前記側管部との
境界から前記封着部ガラスの手前までの前記側管部をシ
ュリンクさせ、前記封着部ガラスの前記発光部側の端部
から前記金属箔の側の前記側管部をシュリンクさせる場
合、封着部ガラスから発生する不純ガスが発光部に入り
込むことを抑制でき、その結果、ランプ特性を向上でき
る。

【００３９】加えて、前記発光部と前記側管部との境界
から前記封着部ガラスの手前までの前記側管部をシュリ
ンクさせた後に、前記側管部を冷却し、前記封着部ガラ
スの前記発光部側の端部から前記金属箔の側の前記側管
部をシュリンクさせた場合、封着部ガラスから発生する
不純ガスが発光部に入り込むことをさらに抑制でき、そ
の結果、ランプ特性を向上できる。そして、前記発光部
と前記側管部との境界から前記封着部ガラスの手前まで
の前記側管部をシュリンクさせる際に、前記発光部と前
記側管部との境界から前記封着部ガラスへの方向へ前記
側管部をシュリンクさせていくと、封着部ガラスから発
生する不純ガスが発光部へ入り込むことを格段に抑制で
き、ランプ特性を向上できる。

【００４０】前記封着部ガラスが筒形構造物である場
合、前記電極組立構造物に筒形構造物の前記封着部ガラ
スを挿入して、筒形の前記封着部ガラスを前記電極組立
構造物に焼き付けると、封着部ガラスを電極組立構造物
に焼き付けることにより、電極組立構造物を容器に挿入
する際の金属箔の曲がりを抑制することができる。ま
た、前記封着部ガラスが粉末材料を塗布し焼き付けて形
成されたものである場合、電極組立構造物を覆う封着部
ガラスを粉末材料から形成することにより、工程を簡略
化することができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】本願発明者は、電極棒の表面積を
増加させるためのコイルと、コイルと側管部との熱膨張
係数の中間値をもつガラスとを組み合わせた側管部を有
する高圧放電ランプを試作し、そして、従来に知られて
いなかった接着力を向上させる効果を見出し、高耐圧構
造のランプを実現することに成功した。

【００４２】以下、図面を参照しながら、本発明による
実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の
簡潔化のため、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。なお、本発明は以下の実施形態
に限定されない。

【００４３】（実施の形態１）図１は、本発明による実
施の形態１に係る高圧放電ランプの構成を模式的に示し
ている。なお、高圧放電ランプとは、点灯時の内圧が１
気圧以上になる放電ランプである。高圧放電ランプとし
て、典型的には、ＨＩＤランプ（高輝度ランプ）と呼ば
れる、高圧水銀ランプやメタルハライドランプを挙げる
ことができる。

【００４４】図１に示した高圧放電ランプは、発光部１
と、発光部１の両側から延在した側管部２とから構成さ
れた容器（以下、「管」と呼ぶ場合もある。）から構成
されている。容器を構成する材料は、石英（より具体的
には、石英ガラス）を主成分としている。発光部１に
は、少なくとも水銀７が封入されている。なお、図１に
示した高圧放電ランプの側管部２は、発光部１の内部の
気密性を保持する部位（封止部）であり、本実施形態の
高圧放電ランプは、側管部２を２つ備えたダブルエンド
型のランプである。

【００４５】側管部２には、金属箔（モリブデン箔）４
が埋設されている。金属箔４には、電極棒３の一端が接
続されており、電極棒３の他端は、発光部１に延出して
いる。電極棒３は、側管部２に埋設された部分の少なく
とも一部に、表面積を増加させる表面積増加構造（６）
を有している。そして、金属箔４の少なくとも一部と、
金属箔４と電極棒３との接合部と、表面積増加構造
（６）の一部とを含む側管部２の部分には、封着部ガラ
ス９が設けられている。封着部ガラス９は、金属または
当該金属の酸化物の少なくとも１種の金属材料（ここで
は、金属材料として、金属酸化物材料も含む。）が添加
されたガラスであり、封着部ガラス９における金属は、
銅、アルミニウム、鉄、ナトリウムおよびホウ素からな
る群から選択される。なお、封着部ガラスは、コイル６
と側管部（石英ガラス）２との熱膨張係数の中間値を持
つものである。

【００４６】図１に示した高圧放電ランプが高圧水銀ラ
ンプである場合、水銀７の封入量は、発光部１内の容積
を基準にして、例えば、１５０ｍｇから２００ｍｇ／ｃ
ｍ³以上である。そして、２３０ｍｇ／ｃｍ³以上である
ことが好ましく、３００ｍｇ／ｃｍ³以上であることが
更に好ましい。なお、水銀７の封入量が約２３０ｍｇ／
ｃｍ³の場合、安定点灯時の発光部１の内圧は、ほぼ２
３ＭＰａとなり、水銀７の封入量が約３００ｍｇ／ｃｍ
³の場合、安定点灯時の発光部１の内圧は、ほぼ３０Ｍ
Ｐａとなる。

【００４７】封着部ガラス９は、安定点灯時に水銀７が
凝集しない温度以上、かつ、封着部ガラス９が軟化しな
い温度以下の位置に配置されていることが好ましい。安
定点灯時に水銀７が凝集しない温度以上の位置に配置す
るのは、点灯中に側管部２と電極棒３とのわずかな間隙
に水銀が溜まってランプの発光特性が低下することを抑
制できるからであり、そして、封着部ガラス９が軟化し
ない温度以下の位置に配置するのは、点灯中に封着部ガ
ラス９が溶け出して発光部１の内部に付着することを防
止できるからである。なお、封着部ガラス９の軟化点
は、例えば、５００℃から１７５０℃である。

【００４８】以下、本実施形態の高圧放電ランプが水銀
ランプ（高圧水銀ランプ）である場合における説明を詳
述する。

【００４９】図１に示した水銀ランプは、石英ガラスを
主なる材料とした内容積が約０．０２５ｃｃである発光
部１から石英ガラスを主なる材料とする側管部２が延在
している容器（以降、「管」と称する）を有している。
側管部２には、棒直径約０．２５ｍｍのタングステンを
主なる材料とする電極棒３の一部と、電極棒３に電気的
に接続されたモリブデンを主なる材料とする金属箔４、
そして更に金属箔４の他端に電気的に接続されている外
部リード線５の一部が埋設されている。また、側管部２
に位置する電極棒３のまわりには、電極棒３の表面積を
増加させる表面積増加構造の一例である断面直径６０μ
ｍのタングステンコイル６が巻かれており、タングステ
ンコイル６は、金属箔４と電極棒３との溶接部を除く場
所に配されている。発光部１には、発光種である水銀７
が７．５ｍｇと、図示しないがアルゴンガスが２００ｍ
ｂaｒ（２５℃時）封入されている。また、電極棒３と
側管部２との間と、タングステンコイル６と側管部２と
の間には、熱膨張係数の違いにより、電極の封止工程で
自然と発生するごくわずかな間隙８がある。図１には分
かりやすくするために大きく間隙８を図示しているが、
実際には目視で観察できないほど狭い隙間である。な
お、上述のタングステンコイル６は、アーク放電を維持
する電極棒３先端に巻かれるコイル（以下、「電極用コ
イル」と称す）のことではない。

【００５０】また、金属箔４と電極棒３との接合部と、
タングステンコイル６が巻かれた電極棒３の一部と、金
属箔４の一部とを含む部分と、側管部２との境界部分に
は、封着部ガラス９が存在している。封着部ガラス９
は、石英ＳｉＯ₂に、銅Ｃｕおよび／または酸化銅Ｃｕ
Ｏ、アルミナＡｌ₂Ｏ₃が含有しているガラスである。こ
の封着部ガラス９と電極棒３の周りに巻かれたタングス
テン６、または、封着部ガラス９と金属箔４との間に
は、間隙８がない。なお、封着部ガラス９は、金属箔４
の一部だけでなく、全部にあってもよい。

【００５１】なお、封着部ガラス９としては、例えば、
ＳｉＯ₂：６２重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１３．８重量％、Ｃ
ｕＯ：２３．７重量％を成分とするガラス（商品名；Ｓ
ＣＹ２、ＳＥＭＣＯＭ社製。歪点；５２０℃）を用いる
ことができる。なお、添加物として酸化銅を用いたガラ
ス（商品名；ＳＣＹ２）を用いた場合において、その酸
化銅が混入された封着部ガラス（石英ガラス層）９の組
成分析をしたところ、封着部ガラス９中では、酸化銅の
形態で存在しているというより、ほとんど銅の形態で存
在していることが確認された。なぜ、銅の形態で存在す
るのかその理由はよく分からないが、おそらく、酸化銅
の酸素が何らかの理由により石英ガラス（シリカ）の方
に取られて、銅の形態で存在しているのではないかと推
測される。

【００５２】目視できないほど狭い間隙８の有無は、イ
ンクの注入により判明する。判定方法の概略図を図２に
示す。インクを発光管内に注入するために、発光管端部
を切断して一方の側管部２を取り去り、その切断口より
インク（ニューコクシン・食用赤色１０２号）を注入す
る。残ったインクが側管部２に浸透するように側管部２
を下に向ける。狭い間隙８にもインクが進入するよう、
側管部２の外側を水中に浸けた状態で超音波振動を与
え、数時間放置した。

【００５３】その結果、本実施形態のランプは、間隙８
の部分にはインクの進入が観察できたが、封着部ガラス
９に封着されている電極棒３のタングステンコイル６部
分、金属箔４の周りにはインクの進入は観察できなかっ
た。ここで述べている間隙８とは、発光部１と連続的に
つながる隙間のことである。例えば、不連続に存在する
隙間には、インクは進入しない。つまり、電極棒３と金
属箔４との接合部の付近の隙間は、封着部ガラス９とタ
ングステンコイル６とが密着しているため、インクによ
る進入試験では確認できない。そこで、電極棒３と金属
箔４との接合部の付近の断面を出して、拡大して確認し
たところ、隙間はなかった。

【００５４】つづいて、比較例としての従来ランプにお
けるインクの進入試験の結果を示す。用いた従来ランプ
の一例を図２１（ａ）示す。図２１（ａ）において、図
１と同一部位は、同等号を付して説明を省略する。図１
と異なる点は、封着部ガラス９とタングステンコイル６
とがないことである。本実施形態のランプと同様なイン
ク試験したところ、図２２のように電極棒３と側管部２
との間隙８にインクの進入が観察され、電極棒３と金属
箔４との溶接部のまわりの間隙８ｂにもインクの進入が
観察された。

【００５５】以上のことから、本実施形態における図１
に示した構成のランプは、封着部ガラス９があることで
電極棒３と金属箔４との接合部と側管部２との間の間隙
８ｂがなくなるだけでなく、封着部ガラス９とタングス
テンコイル６の間にも間隙８がなくなり、従来のランプ
に比べて、電極棒３と封着部ガラス９、金属箔４と封着
部ガラス９との密着性が向上していることが分かる。な
お、側管部にタングステンコイルが設けられたランプが
特開２００１−１１８５４２号公報に開示されている
が、それは、側管部２と電極棒３とに間隙８をつくるた
めに設けられており、本発明のように積極的に密着性向
上を果たすものではない。

【００５６】なお、このような密着性が向上する効果
は、封着部ガラス９を、銅Ｃｕ、アルミナＡｌ₂Ｏ₃、石
英ＳｉＯ₂が混在したガラスに変更しても、同様の効果
を得ることができる。また、同様に鉄Ｆｅ、酸化鉄Ｆｅ
₂Ｏ₃が混在したガラスに変更しても、また、アルミナＡ
ｌ₂Ｏ₃が混在したガラスに変更しても、また、酸化銅Ｃ
ｕＯ、銅Ｃｕ、アルミナＡｌ₂Ｏ₃、炭酸ナトリウムＮａ
₂ＣＯ₃、ナトリウムＮａ、酸化ボロンＢ₂Ｏ₃が混在した
ガラスに変更しても、同様の効果を得ることができる。
これらのものが同様の効果を示すことができるという確
認は、ガラスについての情報システム（システム名；Ｉ
ＮＴＥＲＧＬＡＤ Ｖｅｒ．５）によるシミュレーショ
ンを用いて、その物性を予測することにより行った。

【００５７】次に、図１に示した構成の側管部２を有す
るランプが示す耐圧の測定について説明する。

【００５８】測定用には、図３に示すようなランプを用
いた。図３において、図１と同一部位は、同等号を付し
て説明を省略する。一方側の閉塞側管部１０は、図１構
成の側管部１２と同様の構成であり、電極棒３、金属箔
４、および外部リード線５は閉塞側管部１０に封止され
ている。他方の開口側管部１１は封止せずに、開放して
いる。この開口側管部１１から高圧水を導入し、破壊す
る圧力を測定する。その時のランプの破壊圧力を、ラン
プの初期耐圧とした。

【００５９】同様に、比較例として他の構成のランプで
も測定を行った。比較例のランプ１は、図２１（ａ）の
ランプの片側のみの側管部２を図３と同様に開放したも
の、比較例のランプ２は図２３のランプ（特願２０００
−２１４０７０号）の片側のみの側管部２を図３と同様
に開放したものである。なお、特願２０００−２１４０
７０号およびその対応米国出願０９／９０３，８５２号
を、本願明細書に参考のため援用する。図２３におい
て、図１と同一部位は、同等号を付して説明を省略す
る。図２３に示したランプと本発明の図１のランプとの
違いは、電極棒３の周りに巻かれたタングステンコイル
６がないだけである。

【００６０】なお、図２３のランプにおいて図２と同様
なインク進入試験を行ったが、間隙８へのインクの進入
は確認できたが、封着部ガラス９に覆われている電極棒
３と金属箔４とへのインクの進入は確認できなかった。

【００６１】本発明の実施形態のランプ（本発明のラン
プ）と比較例のランプとの耐圧測定の結果を図４に示
す。この耐圧測定により、本発明のランプ（図１）にお
ける閉塞側管部１０の耐圧は３０〜４０ＭＰａであっ
た。それに対して、図２１（ａ）の比較例のランプ１の
側管部２の耐圧は１５〜２０ＭＰａであり、図２３の比
較例のランプ２の側管部２の耐圧は２０〜２５ＭＰａで
あった。すなわち、本発明の図１に示した構成のランプ
にすることにより、ランプの耐圧も向上できることが分
かった。

【００６２】なお、比較例のランプ２では、タングステ
ンコイル６の有無にかかわらず、密着性と耐圧が向上す
ることがわかる。すなわち、封着部ガラス９は密着性を
向上する、言い換えるならば、封着部ガラス９は接着力
を向上させてランプの耐圧を向上させることが分かる。
しかし、タングステンコイル６をさらに設けることによ
り、ランプの耐圧がさらに向上することが分かった。こ
れはタングステンコイル６を電極棒３に巻き付けること
で、封着部ガラス９と電極棒３の接着面積が広がり、よ
り強固に電極棒３と封着部ガラス９とが接着したためと
考えられる。すなわち、電極棒３と封着部ガラス９との
接触面積を増加させることにより、ランプの耐圧を上昇
させることが可能となった。

【００６３】ここで、驚くべきことは、次のことであ
る。側管部２内に位置する電極棒３の周りに巻かれたタ
ングステンコイル６は、側管部２と電極棒３との間に間
隙をあけることで側管部２に発生する亀裂を抑制すると
考えられていた。しかし、このタングステンコイル６と
側管部２との間にタングステンコイル６と側管部２との
熱膨張係数の中間的なガラス（本発明では「封着部ガラ
ス」に対応）を設けることにより、タングステンコイル
６と側管部２との接着力をより強固にでき、ランプの耐
圧を向上させることができることである。

【００６４】続いて、タングステンコイル６ではなく、
図５に示すような、表面に凹凸形状をつけた凹凸電極棒
３ａを用いて検討した。凹凸形状は、断面が３角形のネ
ジ山構造とし、凹凸電極棒３ａの最も細い部分の外径
を、０．２５０ｍｍとし、最も太い部分の外径を０．２
７５ｍｍとした。３角形の頂点と頂点の間隔は６０μｍ
である。この凹凸電極棒３ａを用いて図３に示した側管
部２の構成で封止したところ、耐圧は３０〜４０ＭＰａ
であった。つまり、図１のタングステンコイルによら
ず、凹凸電極棒３ａの表面形状を凹凸形状にすること
で、耐圧向上の効果を得られることが分かった。

【００６５】また、凹凸電極棒３ａの最も太い部分の外
径を、０．３０ｍｍ（電極棒３ａの最も細い部分の外径
０．２５ｍｍを１としたとき、最も太い部分の外径比
は、１．２）０．４０ｍｍ（比は１．６）、０．５０ｍ
ｍ（比は２．０）、０．６０ｍｍ（比は２．４）とし
て、それぞれ図３のような構成で耐圧試験とインクによ
る進入試験を実施した。その結果、最も太い部分の外径
を０．６０ｍｍまで太くすると、密着性が低下し、ラン
プの耐圧も２５ＭＰａと低下した。すなわち、凹凸電極
棒３ａの凹凸形状は、最も細い部分の外径を１．０とし
た場合、最も太い部分の外径は２．０以下にするのが望
ましい。

【００６６】さらに、最も細い部分の外径を０．２５ｍ
ｍとし、最も太い部分の外径を０．２６ｍｍ（比は１．
０４）にした場合は、ランプの耐圧が２５〜３０ＭＰａ
と、若干の耐圧向上は見られるものの、顕著な差はなか
った。これは、凹凸形状がなだらかで、凹凸電極棒３ａ
の接着面積は、耐圧向上に効くほど大きくならなかった
ためと考える。すなわち、凹凸電極棒３ａの凹凸形状
は、最も細い部分の外径を１とした場合、最も太い外径
は１．１以上にするのが好ましい。

【００６７】なお、凹凸電極棒３ａの凹凸形状のネジ山
構造の断面を、上の例では３角形にしたが、台形状にし
ても、４角形状にしても、その形状にかかわらず効果を
得ることができる。

【００６８】なお、凹凸電極棒３ａの凹凸形状について
は、側管部２に覆われている電極棒３の部分で最も太い
外径と最も細い外径とを規定しているのであって、耐圧
に関係しない電極用コイルの部分の外径を規定している
ものではない。

【００６９】なお、耐圧が向上する効果は、封着部ガラ
ス９を、銅Ｃｕ、アルミナＡｌ₂Ｏ₃、シリカＳｉＯ₂が
混在したガラスに変更しても、同様の効果を得ることが
できる。また、同様に鉄Ｆｅ、酸化鉄Ｆｅ₂Ｏ₃が混在し
たガラスに変更しても、また、アルミナＡｌ₂Ｏ₃が混在
したガラスに変更しても、また、酸化銅ＣｕＯ、銅Ｃ
ｕ、アルミナＡｌ₂Ｏ₃、炭酸ナトリウムＮａ₂ＣＯ₃、ナ
トリウムＮａ、酸化ボロンＢ₂Ｏ₃が混在したガラスに変
更しても、同様の効果を得ることができる。

【００７０】以上のことから、本実施形態のランプの耐
圧は、３０ＭＰａ以上を達成できることがわかるが、耐
圧が３０ＭＰａ以上になる利点を説明する。

【００７１】液晶プロジェクター用光源などのミラーと
組み合わせて用いるランプは、光利用率向上のため、よ
り点光源に近づける工夫がなされている。点光源に近づ
ける具体的な手段は電極間距離を短くすることである
が、その際電極間距離が短くなるためにランプ電圧が所
定の値まで上がらないという課題が発生する。ランプ電
圧が低くなると、光束を得るためにランプ電流を多く流
す必要がある。しかし、適正なランプ電流は電極棒３の
径等で決まり、それ以上に電流を流すと電極棒３の温度
が過度に上昇し、電極材料が飛散して発光管１は黒化
し、ランプ寿命を低下させる原因となる。そこで、電極
棒３を大きくして電流を多く流そうとすれば、アークが
太って点光源化に反する。さらに極端な電極棒３の太化
は、輝点移動等によりアークが不安定動作になりやす
い。また、電流をより多く流そうとすれば、安定器は大
きく、高価になるため、システムの小型化、安価化に合
わない。

【００７２】このような理由により、ランプ電流を上昇
させずに光束を上昇させるためには、ランプ電圧が上昇
させることが不可欠である。すなわち、ランプを点光源
化するためには、耐圧の高いランプを実現する必要があ
る。なお、耐圧向上により、例えば１０ＭＰａの動作圧
のランプに対しても、その安全性がより向上するという
大きな利点があることはいうまでもない。つまり、３０
ＭＰａ以上のランプだけでなく、３０ＭＰａ未満のラン
プであっても、安全性または信頼性の向上の観点からみ
れば、本発明によって得られる利点は大きい。特に、２
０ＭＰａを超えるレベルのランプ（すなわち、今日の１
５ＭＰａ〜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
以上のランプ）について、その安全性および信頼性を確
保できる意義は非常に大きい。また、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、マージンを考えた上で耐圧を確保する必要があ
るので、３０ＭＰａ以上の耐圧を達成できる技術は、３
０ＭＰａ未満のランプについても、実際に製品を供給で
きるという観点からの利点は大きい。

【００７３】つづいて、ランプの点灯試験を行った。そ
の際のランプ構成を図６に示す。図１と同一部位は同一
等号を付して説明を省略する。ここで、発光部１と側管
部２の境から約２０ｍｍの位置に、封着部ガラス９の発
光管側の端部を配置している。点灯中、封着部ガラス９
の発光管１側端部の温度が約１００℃となり、間隙８の
封着部ガラス９側端部に水銀が潜り込み、放電に寄与す
る水銀が減ってランプ電圧が低下し、光束が低下した。
つまり、著しく水銀が凝固してしまう位置に封着部ガラ
ス９を配置することは、ランプの特性を悪化する可能性
がある。すなわち、ランプ点灯中、水銀の凝縮しない位
置に封着部ガラス９の発光管側の端部を配するのが好ま
しい。

【００７４】また、図７に示すように、発光管１と側管
部２の境部分に封着部ガラス９の発光管１側の端部を配
置した場合、封着部ガラス９の発光管１側の端部の温度
が、約６５０℃になった。すると、封着部ガラス９が溶
け出し、発光管１内に付着するという問題点が発生し
た。ここで、封着部ガラス９の軟化点を調べてみると、
５７０℃であった。そこで、封着部ガラス９のランプ点
灯中発光管側側管部の温度を５００℃になるよう配置し
たところ、封着部ガラス９の溶け出しは発生しなかっ
た。つまり、ランプ点灯中、封着部ガラス９の軟化点よ
りも低い温度である側管部２の位置に封着部ガラス９を
配するのが好ましい。また、封着部ガラス９が発光管１
の放電空間に直接露出している場合も、プラズマのスパ
ッタリングによる封着部ガラス９の飛散などにより好ま
しくない。すなわち、封着部ガラス９と放電空間との間
には、発光管１あるいは側管部２が存在していることが
好ましい。なお、スパッタリングなどにより発光管１内
に飛散しない封着部ガラス９を用いるならば、封着部ガ
ラス９と放電空間との間には、発光管１あるいは側管部
２が必ずしも存在させなくてもよい。

【００７５】なお、本発明の実施形態を説明する際に使
用した図面では、封着部ガラス９と側管部２との界面と
がはっきりするように記載したが、封着部ガラス９と側
管部２との界面は必ずしもはっきりしている必要はな
い。

【００７６】また、タングステンコイル６の部分のみに
封着部ガラス９を設けたとしても、電極棒３と金属箔４
との接合部の間隙８ｂは残るものの、電極棒３と側管部
２との密着性が向上するため、ランプの耐圧は向上す
る。

【００７７】本実施形態の高圧放電ランプによると、金
属箔４の少なくとも一部と、金属箔４と電極棒３との接
合部と、電極棒３に設けられた表面積増加構造６の一部
とを含む側管部２の部分に、金属もしくは前記金属の酸
化物の少なくとも１種類の金属材料を石英に付与した封
着部ガラス９を設けることによってことにより、金属箔
４と電極棒３との接合部に発生する間隙に封着部ガラス
９が溶け込んで間隙をなくすとともに、前記表面積増加
構造６に封着部ガラスが溶け込んで電極棒３と側管部２
との接着力を強固にできる。その結果、金属箔４と電極
棒３との接合部に発生する亀裂を防止するとともに、ラ
ンプの耐圧を向上することができる。

【００７８】（実施の形態２）次に、図面を参照しなが
ら、上記実施の形態１のランプの製造方法について説明
する。

【００７９】図８は、電極棒３に溶接するタングステン
コイル６を示している。本実施形態におけるタングステ
ンの径は約６０μｍで、ターンの内径が約０．２５ｍｍ
に巻いてある。タングステンコイル６の全長は約３ｍｍ
である。

【００８０】このタングステンコイル６を、電極棒３に
挿入し、溶接する。図９は、溶接後のタングステンコイ
ル６付き電極棒１００を示している。本実施形態におけ
る電極棒３の外径は約０．２５ｍｍで、長さは約９ｍｍ
である。タングステンコイル６は、金属箔４と電極棒３
との溶接部となる端部から約１ｍｍの部分を空けて、電
極棒３に配されている。

【００８１】図１０は、ランプに使用する電極組立構造
物１０１を示している。金属箔４は、例えばモリブデン
からなる箔であり、金属箔４の幅は約１．０ｍｍで、長
さは約６ｍｍである。金属箔４の一端には電極棒１００
が溶接されている。また、金属箔４の他端には、例えば
モリブテンからなる外部リード線５が溶接されている。
その外部リード線５の他端には、例えばモリブテンから
なる金属バネ１２が溶接されている。金属バネ１２は、
製造中に電極組立構造物１０１を側管部２中に保持する
ことができる。

【００８２】図１１は、別の工程で準備した管１０２を
示している。管１０２は、石英ガラスを加熱し膨張させ
て、所定の形状に形成された中空の略球状の発光部１
と、発光部１の両端から延在する石英ガラス管の側管部
２ａ、２ｂとから構成されている。側管部２ａ、２ｂの
径は、外径約４ｍｍ、内径約２ｍｍである。側管部２ａ
は開いており、側管部２ｂは閉じている。

【００８３】図１２は、筒状の封着部ガラス１０３を示
している。この筒状の封着部ガラス１０３の外径は１．
８ｍｍ（±０．１ｍｍ）、内径は１．２ｍｍ（±０．１
ｍｍ）である。長さは約６ｍｍである。

【００８４】まず、電極組立構造物１０１を封着部ガラ
ス１０３に通す。このとき、図１３（ａ）に示すよう
に、タングステンコイル６の付いた電極棒３においてタ
ングステンコイル６を含んだ部分を約２ｍｍと、電極棒
３と金属箔４との溶接部を含んだ金属箔４の端部から約
４ｍｍの部分とが、封着部ガラス１０３で覆われるよう
に配置する。

【００８５】封着部ガラス１０３と電極棒３、あるい
は、封着部ガラス１０３と金属箔４との固定は、例え
ば、図１３（ｂ）に示すような、金属箔４と外部リード
線５との溶接部にバネをさらに溶接し、このバネにより
封着部ガラス１０３を固定する方法がある。

【００８６】また、図１３（ｃ）に示すような、あらか
じめ所定の位置に封着部ガラス１０３を配した電極組立
構造物１０１を、電極酸化防止雰囲気（例えば真空中）
で加熱して、電極棒３と金属箔４とに封着部ガラス１０
３を焼き付けておく方法もある。この場合、封着部ガラ
ス１０３が焼き付けられている金属箔４は、曲がりやふ
らつきがなくなり、取り扱いが簡便になる。さらに、電
極間距離の精度も向上するという効果が得られる。

【００８７】なお、上述以外の方法で封着部ガラス１０
３と電極棒３あるいは金属箔４とを固定しても、封着部
ガラス１０３と電極組立構造物１０１の密着度の向上や
ランプの高耐圧化という本発明と同様な効果が得られ
る。

【００８８】次に、図１４に示すように、管１０２の側
管部２ａより封着部ガラス１０３が取り付けられた電極
組立構造物１０１を挿入する。電極組立構造物１０１
は、側管部２ａ内径よりも充分細い挿入棒１０４により
押し入れる。この時、金属バネ１２と側管部２ａの内面
が接することで、電極組立構造物１０１は固定される。
電極組立構造物１０１を挿入する様子は例えばＣＣＤカ
メラにより観察し、電極組立構造物１０１を所定の位置
に配置する。なお、封着部ガラス１０３をあらかじめ側
管部２ａに挿入し、側管部２ａの所定の位置に封着部ガ
ラス１０３を溶着させた後に電極組立構造物１０１を挿
入しても良い。

【００８９】この状態で管１０２内を排気する。図１５
にその様子を示す。図１５には示さいが回転可能なチャ
ックにて管１０２を保持し、矢印Ａで示すように管１０
２を回転させる。そして、管１０２内を排気しながら、
端部が封止されていない側管部２ａの端付近１３ａを加
熱し封止する。

【００９０】続いて回転可能なチャックにて管１０２を
保持した状態で、図１６に示すように、矢印Ｂが示すよ
うに管１０２を回転させ、発光部１と側管部２ａの境部
分から封着部ガラス１０３の位置する手前までを加熱し
てシュリンクさせる。この工程で封止した部分を「第１
の封止部」と称す。

【００９１】その後、加熱をやめ、第１の封止部が冷却
された後、図１７に示すように、封着部ガラス１０３の
位置する側管部２ａ付近から外部リード線５の位置する
側管部２ａまで、矢印Ｂの示すように管１０２を回転さ
せながら、矢印Ｃが示すように順々に加熱してシュリン
クさせて封止する。この工程で封止した部分を「第２の
封止部」と称す。第１の封止部が十分冷えてから第２の
封止部を封じすることで、第２の封止部の工程中に封着
部ガラス１０３内から発生する不純ガスが、冷えた第１
の封止部に阻まれ、発光管１内への進入を防ぐことがで
きる。

【００９２】第１の封止部と第２の封止部とは、全封止
工程が終了した後に、その境界に隙間が残らぬように充
分溶融するのが好ましい。加熱が充分ではなく、隙間が
できてしまったランプの一例を図１８に示す。このよう
に切り欠け部のあるようなランプでは、その隙間に応力
の集中が発生し、ランプの耐圧は低下する。図１８のラ
ンプでは約２５ＭＰａであった。

【００９３】一方、切り欠け部をなくすためには、第１
の封止部と第２の封止部との境を充分に加熱するように
すればよい。しかし、切り欠け部を加熱するということ
は、不純ガスのトラップとして有用であった第１の封着
部ガラスが昇温され、充分に不純ガスがトラップされな
い場合がある。そこで、第１の封止部の長さは、長いほ
うがより好ましい。つまり、第１の封止部と第２の封止
部との境を充分に加熱しても、第１の封止部が長けれ
ば、第１の封止部に不純ガスのトラップをするに充分な
温度分布を持つことができるからである。具体的には、
第１の封止部は、１ｍｍ以上あるのが好ましい。また、
第１の封止部は長くなれば長くなるほど、不純ガスが発
光管に進入するのを防ぐ効果が発揮される。

【００９４】さらに、第1の封止部を長くすることで、
より耐圧が向上するという利点もある。そこで、第１の
封止部の長さ毎に実施の形態１の耐圧試験で調べた耐圧
の結果を図１９に示す。第１の封止部の長さが１ｍｍ以
上あれば動作圧３０ＭＰａ以上に耐えられる。動作圧３
５ＭＰａ程度のランプを実現するには、第１の封止部の
長さは３ｍｍ以上であるのが好ましい。また、動作圧４
０ＭＰａ程度のランプを実現するには、第１の封止部の
長さは６ｍｍ以上であるのが好ましい。

【００９５】また、第１封止部の形成の後に、第１封止
部の温度を下げずに第２の封止部を形成した。この方法
においても、耐圧を向上するランプを作製することがで
きた。この方法は、工程が、より短縮化するという有用
な利点がある。特に、８０Ｗ以上の比較的高電力タイプ
のランプの場合、発光管１の内容積が大きくなるので、
不純ガスによるランプ特性の変化が少ない。すなわち、
この第１の封止部の形成の後に第２の封止部を途切れる
ことなく形成する工程は、５０Ｗ以上のランプで行うこ
とが好ましい。

【００９６】また、発光管１の成形時において、この発
光部１と側管部２との境部に絞り加工するという（リー
リングと称す）方法がある。しかし、この方法では、発
光管１の成形時に加工する絞り加工の工程の後に電極組
立構造物１０１を挿入するので、電極用コイル等が挿入
できる絞りの内径を考慮しておく必要がある。このた
め、不純ガスをトラップできるような細い内径の絞りを
加工することは困難である。さらに、電極組立構造物１
０１を挿入するためには、その絞りはまっすぐに成形し
なくてはならない。しかし、発光管１の成形時に加工す
る絞り加工では、一般的に型を発光部１と側管部２との
境の外側に押し当てるので、その絞りの形状をコントロ
ールすることは困難である。その絞り加工を長さ１ｍｍ
以上に制御することは、さらに困難である。

【００９７】また、第１の封止部にある電極棒３周り
に、ガラスのクラックが入らないように留意する必要が
ある。電極棒３周りのクラックは、そのクラックを起点
として発光管１の破損が発生するからである。本実施形
態においては、電極棒３周りのクラックを防止するため
に、タングステンコイル６を封着部ガラス１０３のない
部分にも配置して側管部２とタングステンコイル６とに
隙間が空きやすくし、さらに、加熱の状態をコントロー
ルすることで、電極棒３の周りのクラックを防止してい
る。

【００９８】また、その他に、発光管１内の希ガス圧力
を大気圧未満、１００ｍｂａｒｒ以上（約０．１ＭＰａ
以上）にすることで、封止の加熱時、必要以上に側管部
２ａがシュリンクしないようにコントロールする方法も
ある。希ガス圧力を大気圧未満にしたのは、大気圧以上
封入すると加熱しても側管部２ａはシュリンクすること
なく、逆に膨張するからである。１００ｍｍｂａｒｒ以
上にしたのは、１００ｍｍｂａｒｒ未満では、加熱時に
側管部２ａのシュリンクが大きく、封止工程後クラック
が発生するからである。もちろん、側管部２ａの容積
や、サイズ、また、加熱のエネルギーの多少により、そ
の最適条件を求めることが望ましい。なお、白金Ｐｔな
どの金属膜を形成した電極棒３を使用すると、白金と石
英ガラスを主成分とする側管部２とが濡れ性が悪いため
に、側管部２と電極棒３との熱膨張係数の違いによる側
管部３のクラックが発生しにくくなる。このときは、特
にタングステンコイル６を使用しなくても、封着部ガラ
ス９と金属膜とを組み合わせることによって、側管部２
にクラックが発生しにくく、かつ、電極棒３と金属箔４
との接合部と側管部２との密着性が向上したランプを製
造することができ、ランプの耐圧を向上させることがで
きる。

【００９９】また、更に、第１の封止部長さは、不純ガ
スの進入防止の点からは、長い方がいいものの、封着部
ガラス１０３が発光部１より遠くなりすぎると、ランプ
点灯中水銀７が側管部３ａへ潜り込み、所定の光出力を
だすことが困難になることから、第１の封止部の長さ
は、ランプが点灯中に水銀７の凝縮が著しく発生しない
位置に封着部ガラス１０３の発光管側端部が位置するよ
うに注意しなくてはならない。例えば、本実施形態にお
いては、第１の封止長さが３０ｍｍのとき、水銀７が側
管部３ａに著しく潜り込み、所定の光出力を得ることが
困難になった。

【０１００】また、封着部ガラス１０３の溶融は、発光
管１側から、その反対側へと順に溶融することで、封着
部ガラス１０３から発生する不純ガスが発光部１へ進入
することを防ぐことができる。なお、加熱の手順として
は、上述のように加熱することが好ましいが、側管部２
ａを一度に加熱体で加熱しても、また、発光部１端部の
側管部２ａ側から外部リード線５の位置する側管部２ａ
側までの範囲を加熱体が行ったりきたりしつつ加熱する
方法であっても、ランプの耐圧向上等の特性に変わりは
ない。ここで、加熱体とは、例えば、ガスバーナー、Ｃ
Ｏ₂レーザー、カーボンヒーターなどである。

【０１０１】また、金属箔４のある側管部２ａの部分に
おいては、封止時の加熱により、側管部２ａがシュリン
クした後に、型押し封止を行っても良い。金属箔４のあ
る側管部２ａの部分を型押し封止することで、金属箔４
と側管部２ａとの密着性がより向上するという有用な利
点がある。

【０１０２】このようにして、封着部ガラス１０３も、
側管部２ａの石英ガラス材料と同様に溶融し、電極棒３
のタングステンコイル６が巻かれた部分と金属箔４とに
密着する。加熱をやめ、自然冷却する時、収縮量の違い
により、側管部２ａと電極棒３との密着は剥がれ、ごく
わずかに間隙８ができる。しかし、電極棒３のタングス
テンコイル６が巻かれた部分と封着部ガラス１０３とが
密着している部分は、隙間はできない。以上の工程にお
いて、発光管中に電極が１本封止された。

【０１０３】つづいて、ランプには電極が一対必要であ
るから、他端の電極を挿入するため、閉じてあった側管
部２ｂの端部をカッターにより切断する。その開口部よ
り、ランプの発光材料である水銀を封入する。この状態
で側管部２ａのときと同様に電極組立構造物１０１を挿
入する。

【０１０４】次に、図２０に示すように、管１０２内を
排気する。７は発光部内に封入した水銀である。図には
示していないが、回転可能なチャックで管１０２を保持
し、矢印Ｄで示すように、管１０２を回転させる。そし
て管１０２内を真空排気して、乾燥した所定量のアルゴ
ンガスを導入し、側管部２ｂの端付近１３ｂを加熱して
封止する。

【０１０５】その後、図１６、１７に示した側管部２ａ
を気密封着する工程と同じ手順で、側管部２ｂに対して
電極を封止する。ただし、発光部１には水銀や、希ガス
が封入されているので、例えば水冷などによる冷却を行
ないながら、気密封着する。そして、図１と同じ形のラ
ンプを得るために、両側管端部２ａ、２ｂの端部をカッ
ターにより切断し、外部リード線５を露呈せしめる。こ
の時点で、両電極端にある金属バネ１２は、除去してお
いても良い。

【０１０６】なお、上述のガラススリーブ１０３のガラ
スは、以下のような組成のガラスを用いる。例えば、酸
化銅ＣｕＯと、アルミナＡｌ₂Ｏ₃と、石英ＳｉＯ₂との
粉末を混在させ、溶融してガラス化させる。この時、１
８００℃以上の温度で溶融することは技術的には可能で
あるが、炉のヒーターが非常に高価である。また、溶融
るつぼの素材は白金が一般的であるが、１７５０℃以上
での溶融はガラス内に白金の成分が溶け出し、さらにる
つぼに穴が空くなどのトラブルが発生する。また、高温
に耐えるるつぼもあるものの、非常に高価で、生産コス
トを上げる要因となる。そこで、封着部ガラス１０３の
軟化点は、１７５０℃以下であるのが好ましい。また、
封着部ガラス１０３の軟化点が低すぎると、ランプ点灯
中に側管部２の封着部ガラス１０３が溶け出してしま
う。一般に、発光管１端側の金属箔４端部の温度は、５
００℃以下である。そこで、封着部ガラス１０３の軟化
点は５００℃以上にするのが好ましい。しかし、発光管
１端側の金属箔４端部の温度は、個々のランプの温度設
計により変化するものであるから、例えば、発光管１端
側の金属箔４端部の温度が４００℃であれば、４００℃
以上の軟化点をもつ封着部ガラス１０３であれば使用す
ることができる。

【０１０７】また、ＳｉＯ₂を含む２成分以上のガラス
を作製する時、その比率は非常に難しい。比率を間違え
ると、ガラス化せずに結晶化してしまう。しかし、結晶
化したもの、セラミックスなどを用いて封止しても、実
施形態１のような特性を得ることは困難である。

【０１０８】さらに、ＳｉＯ₂を含む２成分以上のガラ
スを作製する時、その比率により任意に熱膨張係数を変
化させることができる。封止時の各材料の収縮量の違い
を緩和させるために、封着部ガラス１０３の熱膨張係数
は、側管部２ａ、２ｂの材料である石英ガラスの熱膨張
係数と、電極棒３や電極棒３に巻きつけられたタングス
テンコイル６の材料であるタングステンの熱膨張係数の
間になるよう作製する方が好ましい。さらに、石英ガラ
スの熱膨張係数と、タングステンの熱膨張係数の間にな
るような、熱膨張係数のガラスを用いることで、側管部
２ａ、２ｂと封着部ガラス１０３との間、封着部ガラス
１０３と電極棒３との間に発生しがちな微少クラックを
防止する有用な点がある。

【０１０９】また、封着部ガラス１０３の代わりに、封
着部ガラス１０３を形成したガラス材料を粉末化し、こ
のガラス粉末を例えば水で溶いて、電極棒３と金属箔４
との接合部が埋まるように塗布し、真空炉で加熱、焼き
付け行う方法も検討した。その結果、封着部ガラス１０
３を用いた封止のランプと同様、電極棒３と側管部２
ａ、２ｂとの密着性の向上と、ランプの高耐圧化という
効果を得ることができた。なお、ガラス粉末の塗布方法
は、静電気を用いても良いし、型を用いて、型に電極と
ガラス粉末を充填して、加熱焼き固めてもよい。ガラス
粉末を用いることで、封着部ガラス１０３を作製する工
程を省くことができ、工程の簡素化が可能となる有用な
利点がある。さらに、封着部ガラス１０３を使用した場
合、側管部２ａ、２ｂは、封着部ガラス１０３を挿入す
るために外径が大きくなる傾向があった。しかし、ガラ
ス粉末を用いることで、より細い側管部を得ることがで
き、小さなミラーと組み合わせて用いることができるよ
うになるという有用な利点がある。

【０１１０】以上、本発明は好ましい実施の形態につい
て説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、
種々の変形が可能であることは勿論である。

【０１１１】本発明の実施形態に係る高圧放電ランプ
は、次のように表現することも可能である。すなわち、
本発明の実施形態に係る高圧放電ランプは、管内に一対
の電極棒（３，３）が配置された発光管（バルブ）１
と、発光管１から延在し、発光管１内の気密性を保持す
る一対の封止部（２，２）とを備えており、そして、一
対の電極棒（３，３）のそれぞれの電極棒３の一部は、
一対の封止部（２、２）のそれぞれの内に埋め込まれて
おり、電極棒３の一端は、発光管１の内部に露出してお
り、且つ、電極棒３の他端は、封止部２内に設けられた
金属箔４に接合されており、電極棒３のうち、封止部２
に埋め込まれた部位の少なくとも一部には、コイル６が
巻かれているか、あるいは、ねじ山部（図５を参照のこ
と。）が形成されている。封止部２は、発光管１から延
在した第１のガラス部と、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９とを有してお
り、第２のガラス９は、銅、アルミニウム、鉄、ナトリ
ウムおよびホウ素からなる群から選択される少なくとも
一種の金属およびその金属酸化物の少なくとも一方が添
加されたガラスである。封止部２のうちの、金属箔４の
一部と、金属箔４と電極棒３との接合部と、コイル６ま
たはねじ山部が位置する部分の電極棒３とを含む領域
に、第２のガラス９は存在している。

【０１１２】なお、上記実施形態に係る高圧放電ランプ
は、少なくとも一方の側管部（封止部）２に、封着部ガ
ラス（第２のガラス）９および表面積増加構造６が形成
されていれば、従来の構成よりも密着性の向上および高
耐圧化を図ることができる。もちろん、封着部ガラス
（第２のガラス）９および表面積増加構造６は、両方の
側管部２に形成されていることが好ましい。また、表面
積増加構造６は、一方の側管部においてはコイル構造と
し、他方の側管部においてはねじ山構造としてもよい。

【０１１３】また、上記実施形態のランプにおいて、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／ｃ
ｍ²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。したがって、プロジェ
クタ用の光源としては、管壁負荷は８０Ｗ／ｃｍ²以上
にすることが好ましい。

【０１１４】上述した実施形態の高圧放電ランプ（高圧
水銀ランプ）は、反射鏡と組み合わせて、ランプユニッ
ト（反射鏡付きランプ）とすることができ、そして、こ
のランプユニットと、画像素子（ＤＭＤ（Digital Micr
omirro 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 Silico
n）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。

【０１１５】上記実施形態では、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、側管部（シール部）によって発光部
の気密を保持する構成を有するいずれの高圧放電ランプ
にも適用可能である。例えば、金属ハロゲン化物を封入
したメタルハライドランプやキセノンなどの高圧放電ラ
ンプにも適用することができる。メタルハライドランプ
等においても、耐圧が向上すればするほど好ましいから
である。つまり、リーク防止やクラック防止を図ること
により、高信頼性で長寿命のランプを実現することがで
きるからである。 また、水銀だけでなく金属ハロゲン
化物も封入されているメタルハライドランプに、上記実
施形態の構成を適用する場合には、次のような効果も得
られる。すなわち、封着部ガラス（第２のガラス）９お
よび表面積増加構造６による密着性の向上によって、金
属箔４と金属ハロゲン化物（または、ハロゲンおよびア
ルカリ金属）との反応を抑制することが可能となり、そ
の結果、封止部の構造の信頼性を向上させることができ
る。つまり、金属棒３と封止部２のガラスの間にある僅
かな隙間から侵入して金属箔４に反応して箔の脆化をも
たらす金属ハロゲン化物のその侵入を封着部ガラス９に
よって効果的に軽減させることが可能となる。このよう
に、上記実施形態の構成は、メタルハライドランプに好
適に適用可能である。

【０１１６】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、上記実施形態の技術を適用する
ことは特に好ましい。つまり、無水銀メタルハライドラ
ンプの場合、水銀を封入しない関係上、有水銀のメタル
ハライドランプよりも、ハロゲンを多く封入する必要が
ある。したがって、電極棒３付近の隙間を通って金属箔
４まで達するハロゲンの量も多くなり、ハロゲンが金属
箔４と反応する結果、封止部構造が弱くなり、リークが
生じやすくなる。ここで、本発明の実施形態の技術を用
いれば、封着部ガラス（第２のガラス）９および表面積
増加構造６による密着性向上によって、そのような問題
を解決することができる。

【０１１７】上記実施形態の技術が適用された無水銀メ
タルハライドランプとしては、例えば図１に示した構成
において、発光部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、Ｃ
ｒ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｒｅ、Ｇ
ａ、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。

【０１１８】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。

【０１１９】

【発明の効果】本発明の高圧放電ランプによれば、電極
棒は、側管部に埋設された部分の少なくとも一部に、表
面積を増加させる表面積増加構造を有しており、そし
て、金属箔の少なくとも一部と、金属箔と電極棒との接
合部と、表面積増加構造の一部とを含む前記側管部の部
分に、金属または当該金属の酸化物の少なくとも１種の
金属材料が添加された封着部ガラスが設けられているの
で、更に高耐圧の構造を実現した高圧放電ランプおよび
その製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における、ランプの構成
を示す模式図

【図２】本発明の実施の形態１における、ランプのイン
ク挿入の様子を示す図

【図３】本発明の実施の形態１における、ランプの耐圧
試験の構成を示す図

【図４】本発明の実施の形態１におけるランプと従来の
ランプとの耐圧を比較したグラフ

【図５】本発明の実施の形態１における、表面積増加構
造の一例の断面を示す図

【図６】本発明の実施の形態１における、発光管と側管
部との界面から封着部ガラスの発光管側の端部までの距
離を２０ｍｍにした場合のランプを示す図

【図７】本発明の実施の形態１における、発光管と側管
部との界面に封着部ガラスの発光管側の端部を配置した
場合のランプを示す図

【図８】本発明の実施の形態２における、タングステン
コイルを示す図

【図９】本発明の実施の形態２における、タングステン
コイル付き電極棒を示す図

【図１０】本発明の実施の形態２における、電極組立構
造物を示す図

【図１１】本発明の実施の形態２における、管を示す図

【図１２】本発明の実施の形態２における、封着部ガラ
スを示す図

【図１３】（ａ）本発明の実施の形態２における、封着
部ガラスを取り付けた電極組立構造物を示す図 （ｂ）本発明の実施の形態２における、封着部ガラスを
電極組立構造物に止める構造の一例を示す図 （ｃ）本発明の実施の形態２における、封着部ガラスを
電極組立構造物に止める構造の一例を示す図

【図１４】本発明の実施の形態２における、封着部ガラ
スが取り付けられた電極組立構造物を管に挿入した構造
を示す図

【図１５】本発明の実施の形態２における、側管部を仮
封止した構造を示す図

【図１６】本発明の実施の形態２における、一端の側管
部に第１の封止部を設けた構造を示す図

【図１７】本発明の実施の形態２における、一端の側管
部に第２の封止部を設けた構造を示す図

【図１８】本発明の実施の形態２おける、第１の封止部
と第２の封止部との間できた切り欠け部の隙間を示す図

【図１９】本発明の実施の形態２における、第１の封止
部の長さと耐圧との関係を示したグラフ

【図２０】本発明の実施の形態２における、他の側管部
の仮封止の構造を示す図

【図２１】（ａ）従来の封止の構造を備えた高圧放電ラ
ンプの構成を示す図 （ｂ）Ｂ−Ｂ線の側管部の断面図 （ｃ）Ｃ−Ｃ線の側管部の断面図

【図２２】従来のランプにおける、インクの挿入の様子
を示す図

【図２３】比較例としての高圧放電ランプの構成を示す
図

【符号の説明】

１ 発光部 ２，２ａ，２ｂ 側管部 ３，３ａ 電極棒 ４ 金属箔 ５ 外部リード線 ６ タングステンコイル ７ 水銀 ８ 間隙 ９ 封着部ガラス １０ 閉塞側管部 １１ 開口側管部 １２ 金属バネ １３ａ，ｂ 端付近 １０１ 電極組立構造物 １０２ 管 １０３ 封着部ガラス １０４ 挿入棒

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 61/30 Ｈ０１Ｊ 61/30 Ｃ (72)発明者 関 智行 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 一番ヶ瀬 剛 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 甲斐 誠 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 畑岡 真一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−223781（ＪＰ，Ａ) 特開2001−118542（ＪＰ，Ａ) 特開2001−102005（ＪＰ，Ａ) 特開2001−189149（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−208831（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/36 H01J 9/28 H01J 9/32 H01J 61/12 H01J 61/20 H01J 61/30

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光部と、前記発光部の両側から延在し
   た側管部とから構成され、石英を主成分とする容器と、 前記発光部に封入された水銀と、 前記側管部のそれぞれに埋設された金属箔と、 一端が前記金属箔に接続され且つ他端が前記発光部に延
   出してなる電極棒とを備え、 前記電極棒は、前記側管部に埋設された部分の少なくと
   も一部に、表面積を増加させる表面積増加構造を有して
   おり、 前記金属箔の少なくとも一部と、前記金属箔と前記電極
   棒との接合部と、前記表面積増加構造の一部とを含む前
   記側管部の部分には、６２重量％のＳｉＯ ₂ と１３．８
   重量％のＡｌ ₂ Ｏ ₃ と２３．７重量％のＣｕＯとが添加さ
   れた封着部ガラスが設けられている、高圧放電ランプ。
2. 【請求項２】 前記水銀の封入量は、前記発光部内の容
   積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ³以上である、請求
   項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 【請求項３】 安定点灯時の前記発光部の内圧が２３Ｍ
   Ｐａ以上である、請求項１に記載の高圧放電ランプ。
4. 【請求項４】 安定点灯時の前記発光部の内圧が３０Ｍ
   Ｐａ以上である、請求項３に記載の高圧放電ランプ。
5. 【請求項５】 前記封着部ガラスは、安定点灯時に前記
   水銀が凝集しない温度以上、かつ、前記封着部ガラスが
   軟化しない温度以下の位置に配置されている、請求項１
   から４の何れか一つに記載の高圧放電ランプ。
6. 【請求項６】 前記表面積増加構造がコイル構造であ
   る、請求項１から５の何れか一つに記載の高圧放電ラン
   プ。
7. 【請求項７】 前記表面積増加構造は、ネジ山構造であ
   り、 前記表面積増加構造の設けられた前記電極棒の部分の最
   も細い部分の外径を１としたときに、最も突出した部分
   の外径が１．１から２．０までの範囲にある、請求項１
   から５の何れか一つに記載の高圧放電ランプ。
8. 【請求項８】 発光部と前記発光部の両側から延在した
   管状の側管部とを備え、石英を主成分とする容器と；金
   属箔と、前記金属箔の一端に接続され且つ表面積を増加
   させる表面積増加構造を有する電極棒とを少なくとも備
   えた電極組立構造物と；を用意する工程と、 金属または当該金属の酸化物の少なくとも１種の金属材
   料が石英に添加された封着部ガラスによって、前記電極
   組立構造物のうちの、前記金属箔の少なくとも一部と、
   前記金属箔と前記電極棒との接合部と、前記表面積増加
   構造の一部とを含む部位を覆う工程と、 前記電極組立構造物の前記封着部ガラスによって覆われ
   た部分が前記側管部の内部に位置するように、前記電極
   組立構造物を前記容器に挿入する工程と、前記発光部と前記側管部との境界から前記封着部ガラス
   の手前までの前記側管部をシュリンクさせた後に、前記
   側管部を冷却させ、その後に前記封着部ガラスの前記発
   光部の側の端部から前記金属箔の側の前記側管部をシュ
   リンクさせて 前記電極組立構造物を封止する工程とを包
   含する、高圧放電ランプの製造方法。
9. 【請求項９】 前記発光部と前記側管部との境界から前
   記封着部ガラスの手前までの前記側管部をシュリンクさ
   せるときに、前記発光部と前記側管部との境界から前記
   封着部ガラスへの方向へ前記側管部をシュリンクさせて
   いく、請求項８に記載の高圧放電ランプの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記封着部ガラスは筒形構造物であ
    る、請求項８または９に記載の高圧放電ランプの製造方
    法。
11. 【請求項１１】 前記電極組立構造物に前記封着部ガラ
    スを挿入する工程と、 前記封着部ガラスを前記電極組立構造物に焼き付ける工
    程とを更に含む、請求項１０に記載の高圧放電ランプの
    製造方法。
12. 【請求項１２】 前記封着部ガラスは、粉末材料を塗布
    し焼き付けて形成されたものである、請求項８または９
    に記載の高圧放電ランプの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記表面積増加構造はコイル構造であ
    る、請求項８から１２の何れか一つに記載の高圧放電ラ
    ンプの製造方法。
14. 【請求項１４】 前記表面積増加構造がネジ山構造であ
    り、前記表面積増加構造の設けられた前記電極棒の部分
    の最も細い部分の外径を１としたときに、最も突出した
    部分の外径が１．１から２．０までの範囲にある、請求
    項８から１２の何れか一つに記載の高圧放電ランプの製
    造方法。
15. 【請求項１５】 前記封着部ガラスの軟化点が５００℃
    から１７５０℃までの範囲にある、請求項８から１２の
    何れか一つに記載の高圧放電ランプの製造方法。
16. 【請求項１６】 前記封着部ガラスにおける前記金属
    は、銅、アルミニウム、鉄、ナトリウムおよびホウ素か
    らなる群から選択された少なくとも一種である、請求項
    ８から１５までの何れか一つに記載の高圧放電ランプの
    製造方法。