JP3506133B2 - 高圧放電ランプ及びその結晶化・黒化抑制方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電容器としてＳiＯ2を
主体としたシリカガラス（石英ガラス）を用いた高圧放
電ランプの結晶化・黒化抑制方法とこの抑制方法を適用
した高圧放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタなどに代表される投射型デ
ィスプレイ装置では、光源に対しパラボラ・楕円状のリ
フレクター（反射鏡）を配設して平行光や集光光を形成
し、マイクロレンズアレイやロッドレンズなど数十の光
学制御用レンズ界面を通過してスクリーンに投影像を投
射結像させる方式が採られる。このため光出力の基とな
る点光源体には高い輝度性能が求められ、これまで水銀
と金属ハロゲン化物を封入した高圧放電ランプとしてメ
タルハライドランプが用いられると共に、ランプ効率の
向上やショートギャップ化など、スクリーン照度の向上
が図られてきた。

【０００３】このようなプロジェクション装置に対し、
近年顕著に用いられ始めたのが特開平６−５２８３０号
にて提案されているような高圧放電ランプである。この
ランプは１．５ｍｍ前後のショートギャップで構成され
る高圧放電ランプであり、点灯中、放電容器内部の金属
蒸気圧を１５０気圧以上という極めて高い圧力状態に維
持することによってアークの広がりを抑制し、高輝度点
光源としての高い性能を有するものである。このランプ
は、石英ガラス製放電容器中央の楕円球状の発光管内に
一対のタングステン電極が対向配置され、発光物質とし
て実質的に水銀、希ガス等が封入されている。発光管の
両端はタングステン電極と導通したモリブデン箔が配設
され、放電容器である石英ガラス部と溶融溶着させるこ
とで水銀蒸気圧の封止を行ない、ランプとしてこれまで
にない高輝度化を達成している。

【０００４】放電容器の材料としてシリカガラスは熱的
衝撃および直線透過率に優れているが、経時的に結晶化
して白濁を呈する。一般的に失透とよばれるこのシリカ
ガラス結晶化のメカニズムは、ガラス転移点温度以下の
状態における結晶核の生成（不均一核生成）と、ガラス
転移点温度以上の状態における結晶成長である。特に放
電容器内部に微量の水分が存在する場合、大半はＯＨ基
として石英ガラス表面に吸収され、自励振動である３μ
ｍ近傍の赤外線吸収を行うため結晶化を促進させる要因
となりやすい。また、１８０nm近傍の短波長紫外線成分
を吸収して、アモルファスシリカガラスの結晶化を促進
するといわれるケースもある。

【０００５】また、放電ランプ内部に不純物、特にＮ
ａ、Ｋ等のアルカリ金属類が含まれている場合などは、
ガラス転移点温度以下にてシリカガラスの結晶核を形成
しやすい。これらの不純物は、放電ランプに用いるタン
グステン電極などの構成部品の素材コンタミネーション
として持ちこまれる場合と、放電ランプ各工程の製法不
備の環境下で持ち込まれる場合に別れる。

【０００６】いずれにしても、従来にあっては放電ラン
プの閉鎖系内部に包含される不純物をできる限り排除す
るよう細心の注意を施された素材・製法で結晶核の形成
を阻み、水分など結晶化の促進因子を極力排して、放電
ランプの失透を遅らせようとする試みが続けられてい
る。

【０００７】一方で、この失透現象を高熱環境における
シリカガラスの界面反応として捉え、発光管内表面に反
応を抑制する保護膜形成をしようとする試みも従来から
行われている。このような技術としては、特公昭60-406
65号、特公昭54-14434号などが公知である。特公昭60-4
0665号では、発光管内表面に窒化珪素（Si3N4 ）膜を被
覆形成し、シリカガラス結晶化抑制の作用が提案されて
いる。また、特公昭54-14434号では、発光管内表面にマ
グネシア、アルミナ、チタニアなどを単独または複合物
として化合物層を形成する方法が提案されている。いず
れの方法も優れた結晶化抑制作用をもたらす一方で、シ
リカガラスの圧倒的な線膨張係数の小ささが保護膜界面
での剥離・亀裂をもたらし高圧放電ランプの結晶化抑制
方法としては十分な完成度が得られていない。

【０００８】一方放電ランプの黒化現象については、こ
れまで多くの研究が積み重ねられてきている。これら黒
化抑制手段の提案としては、ショートアークで点灯され
る放電ランプタングステン電極の飛散による黒化を抑制
する点灯方法（例えば特開平７−１２２２３５号）や封
入されるハロゲンの作用による黒化抑制手段（例えば特
開平７−２９６７７８号）などが公知である。また、放
電ランプのアークを直接受ける電極体についての黒化抑
制手段としては、電極体の飛散を抑制できる複合体化合
物を用いる提案（例えば特開平７−１２２２３４号）や
タングステンの結晶界面構成に着目し、黒化を抑制する
ための金属結晶粒径制御（例えば特開平１１−９６９６
４号）などが公知である。これら一連の提案は、特に電
極先端温度が高くなりすぎる電極間距離の短いショート
アークの高圧放電ランプでのタングステンを主成分とす
る電極材料の飛散と発光管内壁付着を黒化現象とし、黒
化による放電ランプの光束維持低下を抑制する技術とし
て一定の成果を挙げているものの、近年の高輝度化の中
では次第に限界が生じてきている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで発明者らは、ま
ず高圧放電ランプにおけるシリカガラスの結晶化現象を
再度材料反応としてとらまえ、種々の構造を試行錯誤
し、鋭意研究を積み重ねた結果、以下のような疑問点に
ぶつかった。すなわち、放電ランプの結晶化を可能な限
り抑制しようと、用いるすべての構成部材と製法を最大
限高純度化して結晶核の生成を阻止し、さらに結晶核を
成長させる作用を有する促進成分も現在の技術を用いて
最大限除去した上で純度的に最高レベルの放電ランプを
実験的に製作して、これを点灯試験した場合でも、やは
り放電ランプの結晶化現象は顕在化し、むしろ進行速度
が速いケースも出てくるのである。このことは従来の放
電ランプの結晶化対策に対する考え方が、必ずしも適切
でないことを間接的に示唆するものである。

【００１０】また、放電ランプの黒化現象についても発
明者らが種々の構成や材料を用いて、電極先端負荷負荷
を変えながら試験をしてみた結果、放電ランプの黒化現
象には放電ランプ内部における酸化反応プロセスが深く
影響を受けており、黒化現象は金属タングステンばかり
でなく酸化タングステンが形態として深く関与している
ことがわかっている。このことはこれまでの多くの研究
結果からも示唆・解釈できるものであり、今後さらなる
黒化抑制を実現していくためには、黒化要因物質をいか
に形成させない構成を見出すかばかりでなく、飛散した
金属タングステンもしくはその化合物をどのような技術
でもって光束低下を起こさない場所に集積するかを考え
ていく必要性が高い。

【００１１】したがって、本発明が解決しようとする課
題は、高圧放電ランプにおけるシリカガラス結晶化・ラ
ンプ黒化のメカニズム解明を行って、新しい結晶化・黒
化の抑制方法を示すことである。したがって本発明の目
的は、シリカガラスの結晶化ランプ黒化の新しい抑制方
法が放電ランプ材料反応のメカニズムの中に存在するこ
とを示した上で、結晶化・黒化を効果的に抑制して失透
・光束低下のない長寿命の高圧放電ランプを提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】酸素ポテンシャルの極め
て低い高真空開放系の高温環境を形成し、内部にシリカ
ガラス（石英ガラス）バルクの一部を長期間放置した場
合、バルク表面では金属Ｓｉのサブオキサイドを一形態
としたシリカのガス化現象（２ＳiＯ2→２ＳｉＯ＋Ｏ
２）が発生し、この還元反応は酸素ポテンシャルが低い
と加速して進行するとともに、最終的にシリカバルクは
消失する。このことから、シリカガラスが高真空中では
ハロゲン等の中間反応媒体がなくても、自身で還元反応
が進行することを示唆している。

【００１３】そこで本発明者は、上記の還元反応がタン
グステン電極などを含む放電ランプのような高真空、高
熱環境の閉鎖系では、還元反応によって生じる酸素は逆
に金属酸化物として安定化する傾向にあり、シリカガラ
スにとっては以下の還元反応が進行しやすい環境である
と考えた。 ２ＳiＯ2→２ＳｉＯ＋Ｏ２ ２ＳｉＯ→２Ｓｉ＋
Ｏ２

【００１４】そこで前述した高純度環境において酸素ポ
テンシャルのきわめて低い放電ランプを製作し、点灯試
験を施して内部に結晶化領域が形成される直前段階で内
面観察を行った結果、シリカガラスの主要元素であるSi
が金属の形態で検出されたのである。金属Ｓｉがシリカ
ガラスの表面に析出した状態でランプの点灯を続ける
と、金属ＳｉにＩＲが吸収されることにより局所的に加
熱し、金属Ｓｉとシリカガラスの接触界面でマイクロク
ラックを生じ、バルク表面が光の拡散吸収をおこなうよ
うになって結晶化が進みやすい環境が形成される。

【００１５】これら金属Ｓｉの析出は、メタルハライド
発光を用いない高圧水銀ランプについて特に顕著で、こ
のことは、金属ハロゲンを反応媒体としたシリカガラス
の挙動以外の反応プロセスが放電ランプ内部に存在して
いることを間接的に証明している。

【００１６】本発明者は、放電ランプにおける結晶化の
メカニズムが低酸素ポテンシャル領域におけるシリカガ
ラスの還元反応に起因するものであり、還元反応を制御
することで主要放電空間内壁の結晶化を抑制でき、同時
に黒化抑制の作用を呈することを見出し、これに基づい
て本発明を成したものである。

【００１７】即ち、本発明に係る高圧放電ランプは、石
英ガラス製放電容器を閉塞体によって封止し、内部に
０．１０ｍｇ/ｍｍ³以上の発光物質と、ランプ始動用の
希ガスを封入してなる高圧放電ランプであって、前記放
電容器は主要放電空間としての膨出部と閉塞管部とから
なり、ランプ消灯時の閉塞管部内表面温度は、主要放電
空間内表面温度よりも常に低い状態でランプ消灯・冷却
がなされることを特徴とする。この冷却制御により、ラ
ンプ点灯中の還元反応の進行で一定分圧に達していたＳ
ｉＯガスは、主要放電空間内壁に帰着するのではなく、
閉塞管部へ集積するようになる。これにより、主要放電
空間内壁における金属Ｓｉの析出を効果的に抑制できる
こととなり、内表面マイクロクラックに起因した放電容
器結晶化進行を効果的に抑制して、結晶化によるランプ
寿命の低下を効果的に抑制することができる。

【００１８】また、本発明に係る高圧放電ランプの閉塞
管部における閉塞体には点灯時の低温部を形成するため
の空隙が具備されていることを特徴とする。低温部を保
有した空隙の存在により、ランプ冷却にともなって閉塞
管部へ集まろうとする結晶化要因物質や黒化要因物質は
さらに確実に閉塞管空隙内部に取り込まれることとな
る。これにより、ランプ再点灯時に集積物質が再度発光
空間に放出されることを抑制できるとともに主要放電空
間に直接臨む場所における結晶化・黒化も効果的に防止
することができる。

【００１９】また、本発明に係る放電ランプの空隙部は
放電容器の軸方向放電空間の最大断面積値をＳ_Ｓ（ｍｍ
^２）、当該空隙部の一個当りの開口面積をＳ_Ｎ（ｍ
ｍ^２）としたとき、その絞り値Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓが０．００２
≦Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓ≦０．０３の条件を満たし、かつ当該空隙
部の長さをL(mm)、入力電力をＷ(ｗ)としたとき、０．
０１６≦Ｌ／Ｗ≦０．２０の条件を満たすことを特徴と
する。これにより、空隙形成によるランプ性能の低下を
発生させることなく、結晶化要因物質・黒化要因物質を
捕獲できることとなり、高い発光特性を維持した長寿命
の高圧放電ランプを提供できる。空隙部内部の発光物質
は、軸方向の温度分布に従い、各定点箇所で低温度分布
の状態方程式で支配されながら圧力分布を形成するた
め、空隙部は主要放電空間の光出力性能に影響を与える
ことなく低温度化できることとなる。このため、例え
ば、水銀の蒸発温度以下の最冷部温度を保有するランプ
であっても、主要放電空間は高圧状態を維持し、高圧放
電ランプ特有の高度に水銀が励起された発光スペクトル
を得ることができる。なお、本発明の空隙部の配設を一
個当りとしたのは、上記空隙部は少なくとも１個あれば
充分な結晶化・黒化抑制機能を呈することができる。

【００２０】また、本発明に係る放電ランプの閉塞体と
しは傾斜機能材料を用いることが望ましい。なぜならば
傾斜機能材料は、金属と放電容器と略同じ材料からなる
材料で構成されており、その材料の分布は発光空間から
離れる方向、即ち、電極固定端に向かって、金属分が比
率多くなるようになっているため、放電容器と同じ材料
のみで構成される閉塞体よりも金属熱伝導の高さを効果
的に享受できるからである。その上空隙部が配設される
傾斜機能材料の中間層部には金属が徐変特性に従って所
定量含まれる。このため、石英ガラス１００％の加工と
異なり孔の加工後の精度が非常に高く構成でき、本発明
に提示する性能に敏感な高圧放電ランプに付与する空隙
部としては好適で、精緻な空隙部構造の構成によって安
定した性能の高圧放電ランプを提供することができる。

【００２１】なお、請求項８に記載されるように結晶化
要因物質には、放電容器膨出部内表面から発生するシリ
カガラスの中間生成物（ＳｉＯ）、もしくはその還元物
である金属Ｓｉ、またはそれらのハロゲンとの化合物、
ランプ構成部材に含まれるアルカリ金属など微量のドー
プされた金属類、水もしくは水に起因して発生するシラ
ノール基が含まれ、黒化要因物質には単体の電極金属、
およびその酸化物が含まれる。従って、本発明の冷却構
造においてはランプの点灯・消灯サイクルの中で精度の
高い集積機能を呈することが可能であり、完成度の高い
結晶化・黒化抑制機能を有する高圧放電ランプを提供す
ることができる。

【００２２】また本発明に係る高圧放電ランプの不純物
集積機能は、ランプ点灯動作中でも有効である。本発明
の高圧放電ランプにおける温度分布は主要発光部内表面
の１０００℃近傍から場合によっては液相水銀も含まれ
る空隙最冷部温度までと非常にブロードな温度範囲であ
るため、連続した点灯状態であってもランプ点灯中の温
度差によって低温度域に自然蓄積していくことが可能で
ある。これにより、前述した結晶化・黒化抑制機構を点
灯中も作用させることができ、さらに完成度の高い結晶
化・黒化抑制機能を提供することができる。

【００２３】また本発明に係る高圧放電ランプにおい
て、当該空隙部８００℃以下の領域に金属酸化物を配設
し、当該部へ結晶化要因物質を加速吸収させたことを特
徴とする。

【００２４】前述の構成における放電ランプを点灯状態
にした場合、まず、放電容器であるシリカガラスから
は、ランプの温度上昇に従ってシリカガラスの中間性生
成物（SiO）と酸素が発生する。ランプの点灯中発生し
た酸素は放電によって高熱となっているＷと結合し、Ｗ
酸化物として酸化物を形成するか、あるいは低温部に配
置された金属酸化物の配位数を変えながら平衡状態を形
成することとなる。電極酸化によって生じるＷ酸化物の
配位形態は非常に多いが、従来であればＷ酸化物は黒化
要因物質として主要放電空間内壁に析出することとな
る。この酸化物の融点は７５０℃近傍にあって非常に低
く、点灯中の主要放電空間においては常に気相として存
在する。本発明の放電ランプは点灯中であっても、場合
によっては液相水銀を含むほどの低温部を有するため、
この酸化物は低温部に蓄積され、ランプの黒化を抑制す
る効果を呈することとなる。

【００２５】一方で高温領域にて安定を保っていたシリ
カガラスの中間生成物（ＳｉＯ）は低温になるに従って
その安定性を失い周囲にある酸化物から酸素を奪って安
定化しようとする。本発明の構成のように発光空間内部
に低温度分布を有している場合、当該する低温部には自
然シリカガラスの中間生成物が蓄積されることとなる。
そこに金属酸化物が配置されている場合、この中間生成
物は金属酸化物から酸素を剥奪して低温領域における安
定性を確保しようとする。一般的に金属酸化物の酸素と
の結合エネルギーは電子親和性で評価されるものである
が、金属酸化物の酸素配位数が多い場合の結合エネルギ
ーはきわめて小さく、ここに酸素の授受が成立し、シリ
カガラスの中間生成物（ＳｉＯ）は反応性の低い安定し
たＳｉＯ２となって空隙低温部に貯留され、さらに安定
した放電ランプ構成を実現することが可能となる。

【００２６】特に本発明の冷却構造でもってランプが消
灯されるプロセスの中においては、シリカガラスの中間
生成物（ＳｉＯ）は、その活動範囲の中でもっとも温度
の低いところに集積し、安定化を果たそうとする特性を
有するため、酸素需要は一気に増大する。本発明のよう
に空隙内部に事前に酸化物が配設してある場合は、この
ランプ消灯にともなうシリカガラスの中間生成物（Ｓｉ
Ｏ）の酸素需要をランプ製造後の初期状態から満足させ
ることができるため、シリカガラスの安定性を維持する
ためには非常に効果が高く、非常に安定した結晶化抑制
機能を呈した放電ランプを提供することが可能である。

【００２７】この金属酸化物は、ランプの黒化要因物質
であるＷ酸化物という形でも当該空隙部に再供給され
る。Ｗ酸化物はもともとシリカガラスの還元反応から生
じた酸素によって生成されたものであるため、シリカガ
ラスの安定化にともなって酸素は消費されるものではな
く酸素サイクルを構成していることとなる。このため、
本発明の構成に基づく冷却プロセスおよび空隙低温部構
造を用い、かつそこに金属酸化物を配設している場合、
その結晶化抑制効果は長期間失われることなく継続し、
非常に長寿命化された高圧放電ランプを提供することが
可能である。

【００２８】すなわち、従来であれば放電ランプの寿命
を左右する大要因であった黒化要因物質を、黒化現象と
して作用させず、なおかつ結晶化抑制のための酸素キャ
リアとして作用させることができるのである。このた
め、本発明の冷却構成・空隙・温度構成、金属酸化物の
配置を用いれば、黒化の抑制と結晶化抑制とが同時に実
現可能となって、非常に長寿命化された高圧放電ランプ
を提供することができるのである。

【００２９】本発明の金属酸化物の配置は、本発明の空
隙構成の中でも８００℃以下と規定していることを特徴
とする。これは８００℃以下の部分であれば配設した金
属酸化物、もしくは電極の酸化にともなって発生するＷ
酸化物が再度主要放電空間内壁に進入するのを防ぐこと
ができるためである。したがって、前述の温度範囲の中
に金属酸化物を配設することで、それ自身が発光空間に
対して悪さを発生させることなく、本発明の結晶化・黒
化抑制機能を享受することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以上、説明した本発明の構成・作
用をより一層明らかにするために、以下本発明の好適な
実施例について説明する。図１は、本発明の高圧放電ラ
ンプの説明図である。図２は、本発明の高圧放電ランプ
における詳細構造を示した実施例の説明図である。図３
は、本発明の高圧放電ランプにおける結晶化抑制効果の
第一の実験例である。図４は、本発明の高圧放電ランプ
における結晶化抑制効果の第二の実験例である。図５
は、本発明の高圧放電ランプを用いた照明装置である。

【００３１】次に、本発明の高圧放電ランプについて説
明する。図１は本発明の高圧放電ランプの説明図であ
る。まず、石英ガラス製の放電容器１１は球状や楕円球
状をしており、その内部にはタングステンからなる電極
１３が対向配置されている。また、放電容器内に形成さ
れる主要放電空間１２内には、放電用ガスとしてアルゴ
ンガスが所定圧力で封入されていると共に、発光金属と
して、水銀、及びハロゲンサイクルを廻して、容器内の
黒化を防止する目的のハロゲンが臭化水銀の形で封入さ
れている。なお、放電用ガスとしての不活性ガスとして
は、アルゴンのほかにヘリウム、クリプトン、キセノ
ン、ラドンなどの不活性ガスを１つまたは複数選択封入
してもよい。また、ハロゲンの形態としては、金属臭化
物の他、金属沃化物などの化合物や、臭化メチレンなど
と不活性ガスの混合ガスの形態で封入しても良い。ま
た、水銀量は、点灯時の水銀蒸気の圧力を高くすること
により、放射光について、可視光領域、特に、赤色領域
での連続スペクトルを増加させ、演色性を改善するため
に０．１ｍｇ／ｍｍ^３以上とし、また、管壁負荷につい
ても、高い水銀蒸気圧を得るために放電容器の壁面の温
度を高くする必要があるので、０．５W／ｍｍ^２以上と
することが必要である。

【００３２】ここで、放電容器１１の両端には閉塞体２
１が配設されている。本閉塞体２１の基体は、放電容器
と同等成分からモリブデンやタングステンなどの導通金
属へ機能傾斜した、いわゆる傾斜機能材料である。ここ
で使用する傾斜機能材料は、放電容器と同じ材質である
シリカと導電性金属のモリブデンを焼結したものであ
り、その混合比率を連続的もしくは段階的に変化させし
め、結果として主要放電空間１２側を非導電性、他方を
導電性としたものである。この傾斜機能材料からなる閉
塞体２１のシリカ側は、放電容器１１に少なくとも２mm
以上全周にわたって溶着してシール部２２が構成され、
これにより発光物質は完全な閉鎖系の中に閉じ込められ
る。さらに本閉塞体２１は、外部に臨む閉塞体２１の導
電性金属比率の高い導電性部２１bにて外部接続線１６
と電気的連接をなすが、この閉塞体２１と外部接続線１
６の間には、二重閉鎖用モリブデン箔２３が存在し、箔
シール体と閉塞体２１の外周と放電容器により囲まれた
閉鎖系Ｅを形成し、点灯動作のための電力が供給され、
放電ランプとしての基本構造を成している。尚、閉塞体
２１の孔部２１aには、電極１３が端部を閉塞体の導電
性部２１bに位置させ、コイル２４により圧入固定し、
電気導通を図っている。

【００３３】図２は、本発明の高圧放電ランプにおける
詳細構造を示した実施例の説明図である。本発明の基を
なす閉塞体２１は傾斜機能材料を用いて構成される。当
該する閉塞体２１には、空隙構成用の孔２１ａが配設さ
れ、タングステン電極固定とともに空隙部の長さを規定
し、空隙最冷部の温度を正確に規定するための金属コイ
ル２４が挿入される。本実施例における代表的な構成と
して、例えば、電極としては、φ０．５のタングステン
芯線先端部にタングステンコイルを固定し、その電極
を、傾斜機能材料からなる外径φ２．０の閉塞体に固定
している。なお、傾斜機能材料からなる閉塞体には、深
さ１８ｍｍ、内径φ０．６２の孔が配設され、末端部に
φ６０μm、７ｍｍの金属コイルを用いて、タングステ
ン電極が固定されている。このように構成された閉塞体
は、放電容器（主要放電空間内径φ４．５ｍｍ）に溶着
固定され、ギャップ長１．５ｍｍに設定した管壁負荷
２．５W/mm²の放電ランプとした。尚、放電ランプ内に
は、アルゴン２００ｔｏｒｒの始動用希ガス封入してい
る。

【００３４】請求項に記載する絞り値条件、空隙長さ比
条件であれば、本発明の高圧放電ランプは、ランプ消灯
時、他の冷却構造を用いずに閉塞管部内表面温度を、主
要放電空間内表面温度よりも常に低い状態でランプ消灯
が可能である。本発明の実施例においての閉塞体２１は
傾斜機能材料を用いたが、例えば石英ガラスや透光性セ
ラミックスなど他の放電容器と同等材料の閉塞体を用い
ても同様の効果を有する。これにより、放電ランプの点
灯により発生した結晶核生成物質、結晶化促進物質など
の結晶化要因物質を、放電ランプの消灯時、当該空隙低
温度帯にて捕獲させ、放電容器膨出部内表面への付着を
抑制することができる。また、本発明の放電ランプにお
いては、その点灯中であっても当該空隙部には非常に温
度の低い、例えば、場合によっては液相水銀が含まれる
ような低温度帯を発光空間内に有することができるた
め、連続した点灯状態を続けた場合であっても、結晶化
要因物質を低温度帯にて逐次捕獲させ、放電容器膨出部
内表面近傍におけるこれら結晶化要因物質の存在確率を
相対的に減じることが可能である。

【００３５】さらに、本発明の放電ランプにおいては空
隙部２５における８００℃以下の領域に金属酸化物２７
を配設している。この酸化物の酸素授受の作用により、
シリカガラスの中間生成物（ＳｉＯ）は主要放電空間の
発光性能とは関わりのない空隙低温部に、安定化された
状態で貯留できる構成となっている。

【００３６】図３は本発明の高圧放電ランプにおける結
晶化抑制効果の第一の実験例である。本発明における放
電ランプの空隙構造を用いた場合の結晶化抑制効果を一
層明らかにするため、試験ではランプ製法における不純
物除去の工程を一切省略するとともに、始動用希ガスで
あるＡｒも露点-55℃の悪条件で封入している。さらに
試料数は各２０本ずつとし、試料群全体の傾向で結晶化
の抑制効果を判断している。本発明の放電ランプにおけ
る空隙絞り値条件（Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓ）と空隙長さ比条件（Ｌ
／Ｗ）においては、Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓが０．００２未満かつＬ
／Ｗが０．０１６未満であれば、ランプ消灯時、主要放
電空間である放電容器膨出部の方が先に冷却される冷却
特性を有する。従って試験試料は以下の通りの構成とし
た。 ランプ構成Ａ１（150Ｗ）：Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓ＝0．002、Ｌ／
Ｗ＝0．015 ランプ構成Ｂ１（150Ｗ）：Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓ＝0．002、Ｌ／
Ｗ＝0．060 点灯方法：点灯５５分、消灯５分（計一時間）の繰り返
し点灯耐久 図より、ランプ構成Ａ１では放電容器内部環境の苛酷な
不純物環境の作用で点灯後2時間後には黒化とともに結
晶化を発生させ、10時間後には初期光束の５０％以下と
なってランプの最終モードを迎えている。本発明範囲の
放電ランプであるランプ構成Ｂ１では４０時間後に黒化
が発生するものの、50時間たっても結晶化は発生せず、
100時間後にわずかな結晶化を生じ1000時間以上初期光
束の５０％を下回らずに点灯を続けることができてい
る。ランプ構成Ｂ１に黒化・結晶化が生じたのは、不純
物環境があまりに苛酷すぎたためであり、ランプ製法に
おいて不純物除去工程を加え、封入ガスなどによる水分
封入を最大限高レベルに維持することで、従来の放電ラ
ンプと比して格段に長寿命化された放電ランプを提供す
ることができる。

【００３７】図４は、本発明の高圧放電ランプにおける
結晶化抑制効果の第二の実験例である。本実施例は図３
に開示した実施例条件とまったく同等の条件にて、当該
する空隙部温度分布８００℃以下の領域に金属酸化物を
配設したものである。実施例における選択金属はタング
ステンであり、工程内部でタングステン電極を所定量酸
化させることで構成した。 ランプ構成Ｂ１（150Ｗ）：Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓ＝0．002、Ｌ／
Ｗ＝0．060 ランプ構成Ｂ２（150Ｗ）：Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓ＝0．002、Ｌ／
Ｗ＝0．060（酸化物） 点灯方法：点灯５５分、消灯５分（計一時間）の繰り返
し点灯耐久 図より、結晶化の発生およびその進行速度に明らかな有
為差が認められることがわかる。前述の試験と同様、放
電容器内部環境は非常に苛酷な不純物環境であるにも関
わらず結晶化を抑制することに成功している。従来のラ
ンプ構成であるＡ１が2時間で結晶化を発生させている
のに対し、低温部を配して冷却バランスを閉塞管部へ移
し、さらに空隙内部に酸化物を配設したランプ構成Ｂ２
においては、結晶化開始時間が3000時間と約1500倍の結
晶化抑制効果を出した結果となっている。またこの金属
酸化物の配設によるランプ構成で特記すべきは、黒化の
抑制効果がきわめて高いという点である。これは金属酸
化物の配設が黒化要因物質であるＷ酸化物の吸収に対し
特に効果的であることを意味している。この理由として
は、配設した酸化物の融点が低い場合、配設された酸化
物が１つの溶融種となって貯留ポイントを明確にしてい
るため電極から発生するＷ酸化物が効果的に吸収されや
すいこと、配設した酸化物による空隙内部正味表面積が
増大したこと、ランプ点灯初期からこの酸化物配置によ
る結晶化・黒化抑制機能が有効であることなど複数の要
因が考えられる。

【００３８】なお、これら一連の現象は、請求項に記す
るように金属酸化物であってその酸素配位数を変える上
で、中間生成物（ＳｉＯ）が酸素を剥奪するに容易な結
合エネルギーレベルのものであればすべて同等の効果を
呈することから、酸素授受による結晶化・黒化抑制のメ
カニズムが信頼できるものであることを示唆している。
なお、本請求項に記した酸化物はシリカガラスの中間生
成物の安定化・貯留作用を促すためのものであり、他の
化合物についても同等のメカニズムが成り立つものと考
えられる。従って、結晶化・黒化の両抑制技術に関して
は、石英ガラスを用いた放電ランプ全般に対して実施可
能なものであり、金属電極を用いない放電ランプである
無電極放電ランプについても、結晶化抑制機能を作用さ
せることが可能である。また、黒化抑制に関しては、石
英ガラスを用いない、たとえばセラミックス発光管など
を用いた放電ランプにも適用可能であり、本発明に記し
たと同等の効果を享受することができる。

【００３９】図５は本発明の高圧放電ランプを用いた照
明装置の説明図である。これは上記構成の高圧放電ラン
プを反射面３１aが放物面もしくは楕円、あるいはそれ
らを構成してなる反射鏡３１に搭載した照明装置３０を
示すもので、ランプアーク軸と反射鏡光軸とを併せて口
金３２にセラミックス系接着材３３を使って一体化させ
ている。図３、図４における試験はこの反射鏡を備えた
構造にて行っている。発明者らが種々に試行錯誤を繰り
返した結果、請求項に記する冷却条件を備えた閉塞管部
は反射鏡の開口側、固定側のどちらにおいても有効であ
るが、固定側に配設した方が特に望ましい。

【００４０】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
空隙を有しランプとしては非常に低温度帯を有する放電
ランプにおいて、ランプ消灯時の閉塞管部内表面温度
を、主要放電空間内表面温度よりも常に低い状態でラン
プ消灯・冷却させることで結晶化・黒化を抑制し、非常
に長寿命化された放電ランプを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧放電ランプの説明図

【図２】本発明の高圧放電ランプにおける詳細構造を示
した実施例の説明図

【図３】本発明の高圧放電ランプにおける結晶化抑制効
果の第一の実験例

【図４】本発明の高圧放電ランプにおける結晶化抑制効
果の第二の実験例

【図５】本発明の高圧放電ランプを用いた照明装置

【符号の説明】

１１ 放電容器 １２ 主要放電空間 １３ 電極 １６ 外部接続線 ２１ 閉塞体 ２１a 孔部 ２１b 導電性部 ２２ シール部 ２３ 二重閉鎖用モリブデン箔 ２４ コイル ２５ 空隙部 ２７ 金属酸化物 ３０ 照明装置 ３１ 反射面 ３２ 口金 ３３ セラミックス系接着材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2003−132847（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−247748（ＪＰ，Ａ) 特開2000−323096（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−282719（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−94776（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−13570（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭47−31575（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許3868528（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/88 H01J 61/12

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英ガラスからなる放電容器を空隙部を
   有する閉塞体によって封止し、内部に０．１ｍｇ／ｍｍ
   ^３以上の水銀と、ハロゲンとを封入し、管壁負荷は０．
   ５Ｗ／ｍｍ^２以上であり、空隙部は放電容器の軸方向放
   電空間の最大断面積値をＳ_Ｓ（ｍｍ^２）、当該空隙部の
   電極方向に垂直な面による断面積をＳ_Ｎ（ｍｍ^２）とし
   たとき、その絞り値Ｓ_Ｎ／Ｓ_Ｓが０．００２≦Ｓ_Ｎ／Ｓ
   _Ｓ≦０．０３の条件を満たし、かつ当該空隙部の長さを
   Ｌ（ｍｍ）、入力電力をＷ（ｗ）としたとき、０．０１
   ６≦Ｌ／Ｗ≦０．２０の条件を満足する空隙で構成され
   る高圧放電ランプであって、当該空隙部の点灯時８００
   ℃以下の領域にＳｉＯに酸素を容易に剥奪される結合エ
   ネルギーをもったタングステン酸化物を配設したことを
   特徴とする高圧放電ランプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の高圧放電ランプであっ
   て、前記閉塞体は傾斜機能材料であることを特徴とする
   高圧放電ランプ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の高圧放
   電ランプにおける放電容器膨出部の結晶化・黒化抑制方
   法であって、この方法は放電ランプの点灯により発生し
   た結晶核生成物質、結晶化促進物質などの結晶化要因物
   質、放電による電極摩滅に起因する黒化要因物質を、放
   電ランプの消灯時、当該空隙低温度帯にて捕獲させ、放
   電容器膨出部内表面への付着を抑制したことを特徴とす
   る高圧放電ランプの結晶化・黒化抑制方法。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の高圧放
   電ランプにおける放電容器膨出部の結晶化・黒化抑制方
   法であって、この方法は放電ランプの点灯により発生し
   た結晶核生成物質、結晶化促進物質などの結晶化要因物
   質、放電による電極摩滅に起因する黒化要因物質を、放
   電ランプの点灯時、当該空隙低温度帯にて逐次捕獲さ
   せ、放電容器膨出部内表面近傍におけるこれら結晶化・
   黒化要因物質の存在確率を相対的に減じたことを特徴と
   する高圧放電ランプの結晶化・黒化抑制方法。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４に記載の高圧放
   電ランプにおける放電容器膨出部の結晶化・黒化抑制方
   法であって、前記結晶化要因物質には、放電容器膨出部
   内表面から発生するシリカガラスの中間生成物（Ｓｉ
   Ｏ）、もしくはその還元物である金属Ｓｉ、またはそれ
   らのハロゲンとの化合物、ランプ構成部材に含まれるア
   ルカリ金属など微量のドープされた金属類、水もしくは
   水に起因して発生するシラノール基が含まれ、前記黒化
   要因物質には単体の電極金属、およびその酸化物が含ま
   れることを特徴とする高圧放電ランプの結晶化・黒化抑
   制方法。
6. 【請求項６】 請求項３または請求項４に記載の高圧放
   電ランプの結晶化・黒化抑制方法であって、前記空隙部
   低温度帯に金属酸化物を配設し、この金属酸化物に結晶
   化要因物質・黒化要因物質を逐次捕獲させ、放電容器膨
   出部内表面近傍におけるこれら結晶化・黒化要因物質の
   存在確率を相対的に減じたことを特徴とする高圧放電ラ
   ンプの結晶化・黒化抑制方法。
7. 【請求項７】 反射面が放物面もしくは楕円、あるいは
   それらを構成してなる反射鏡と、請求項１または請求項
   ２に記載の高圧放電ランプとが、ランプアーク軸と反射
   鏡光軸を併せて一体化されていることを特徴とする照明
   装置。