JP4682216B2 - 高圧放電ランプ、それを用いたランプユニットおよびそのランプユニットを用いた投射型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧放電ランプ、それを用いたランプユニットおよびそのランプユニットを用いた投射型画像表示装置に関するものである。

液晶プロジェクタ等の投射型画像表示装置の光源には、点光源に近く、かつ高輝度で、高演色な光源として、例えばショートアーク型の高圧水銀ランプが広く用いられている。
図１３（ａ）は、一般的なショートアーク型の高圧水銀ランプの発光管１４１の構成を示す正面断面図である。発光管１４１は、その容器１４１ａが石英ガラスからなり、管中央部に略回転楕円体形状の発光部１４２、この両側からそれぞれ外方向に延在するように連設された略円柱体形状の封止部１４３，１４４とを有している。

発光部１４２内には、封入物として発光物質となる水銀（図示せず）等が封入され、かつ一対のタングステン製の電極１４５，１４６の一端部側が互いに対向して配置され、放電空間１４７が形成されている。

そして、この電極１４５，１４６の一部を構成する電極棒１４５ａ，１４６ａ（横断面が円形）の他端部には、長方形をした帯状のモリブデン製の金属箔１４８，１４９が溶接され接合されている。

ここで、封止部１４３，１４４には、電極棒１４５ａ，１４６ａの他端側の一部が封着され、埋め込まれている。もっとも、電極棒１４５ａ，１４６ａが埋め込まれているといっても、封止部１４３，１４４に位置する電極棒１４５ａ，１４６ａにおいて、その外周面全体が石英ガラスと密着しているわけではない。つまり、電極棒１４５ａ，１４６ａの外周面のある領域を見たときに、その外周面において一部は石英ガラスと密着しているものの、残りは不可避的に石英ガラスと密着せず、発光部１４２に封入された封入物が入り込める程度の微小な隙間が形成されてしまう。特に、図１３（ｂ）の要部拡大断面図に示すように、電極棒１４５ａ（，１４６ａ）と金属箔１４８（，１４９）とが重なった領域では前記隙間よりも少し大きな隙間Ｘが形成されてしまう。

そこで、一般的に肉厚が２０［μｍ］と肉薄化された金属箔１４８，１４９を封止部１４３，１４４に用いることにより、封止過程において、上記したような隙間を皆無にし、封止部１４３，１４４における気密性を確保している。また、肉薄化された金属箔１４８，１４９を用いることにより、封止部１４３，１４４の構成材料である石英ガラスとの熱膨張係数の差に起因する応力を緩和することができ、その領域において微小なクラックが発生するのを抑えている。

ところが、このような金属箔１４８，１４９とは異なり、電極棒１４５ａ，１４６ａや電極棒１４５ａ，１４６ａと金属箔１４８，１４９との接合部分では、封止過程において、上記したような石英ガラスとの熱膨張係数の差に起因する応力を緩和することはできず、その領域において微小なクラックが発生する。この状況だけでは単に微小なクラックが発生したに過ぎないが、特に水銀の封入量を増やし（例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上）、点灯時における蒸気圧を高めてより高輝度化等を狙った高圧水銀ランプにおいて、わずかに発生した微小クラックが起点となり、点灯時における高い蒸気圧による応力が加えられて成長していき、最終的に封止部１４３，１４４の破損に至ることがあった。

そこで、従来、この種の封止部１４３，１４４の破損を抑制するために、具体的には当該隙間Ｘを小さくする、あるいは除去するために、金属箔において、電極棒と接合される部分を小幅化し、その小幅化された金属箔の部分を電極棒の外周面に部分的に巻き付けて溶接によって接合する手段が提案されている（例えば特許文献１参照）。

さらには、電極棒のうち、封止部内であって金属箔と接合されている側の端部に金属製の円筒部材又は金属コイルを嵌め込み、電極棒と石英ガラスとの間で緩衝材として熱膨張係数の差に起因する応力を緩和させる手段も提案されている（例えば特許文献２，３）。その際、金属箔の端部のうち、電極棒と接合されている側の端部を小幅化し、この小幅化した部分とともに電極棒と金属箔との接合部分が円筒部材又は金属コイルによって覆われる。
特開２００３−２５７３７３号公報 特開２００１−１８９１４９号公報 特開２００３−１８７７４７号公報

確かに上記した従来の前者の手段によれば、封止部１４３，１４４の破損が抑制される傾向にあることは確認されたものの、確率的には１００本に数本というわずかではあるが累積点灯時間の初期段階において、例えば製造プロセスのエージング中において封止部１４３，１４４の破損が見られた。

また、後者の円筒部材又は金属コイルを嵌め込む手段においても、封止部における電極棒と金属箔との接合部分及びその周辺での破損が抑制される傾向にあることは確認されたものの、小幅化した金属箔と電極棒との接合は、実質的に線部材同士の接合となり、その作業に困難性が増すばかりではなく、円筒部材又は金属コイルの嵌め込み作業時に金属箔が変形したり、小幅化した接合部分で箔切れを起こしたりするおそれがあり、現実的ではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、封止部の破損を抑制し長寿命化を図るに当たり、特に累積点灯時間の初期段階において封止部の破損を確実に抑制することができ、しかも電極等の各部材の組み立てが容易であり、また金属箔の変形や箔切れ等の不良の発生を抑えることができる高圧放電ランプ、それを用いたランプユニット、およびそのランプユニットを用いた投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る高圧放電ランプは、ガラス製の容器の内部に電極が配置された発光管を備え、前記発光管は内部に封入物が封入され、かつ放電空間が形成されている発光部と、この発光部に連設された封止部とを有し、前記電極は、端部が金属箔に重ねられた状態で接合された電極棒を有すると共に、当該電極棒には、切欠部を有するスリーブ状の金属製の被覆箔が、前記電極棒と前記金属箔との接合部分を含むそれぞれの接触部分に前記切欠部が位置するように、前記金属箔と重ねられた部分の少なくとも一部にまで嵌め込まれ、当該被覆箔が嵌め込まれた状態で、前記被覆箔及び前記金属箔が前記封止部に封着されている。

ここで、「当該電極棒には、切欠部を有するスリーブ状の金属製の被覆箔が、前記電極棒と前記金属箔との接合部分を含むそれぞれの接触部分に前記切欠部が位置するように、前記金属箔と重ねられた部分の少なくとも一部にまで嵌め込まれ」とは、前記接触部分が切欠部にあれば良く、スリーブ状の被覆箔における金属箔側の端から電極棒が突出するように嵌め込まれていてもよいし、逆に、電極棒における金属箔側の端がスリーブ状の被覆箔内に位置するように嵌め込まれていてもよい。

また、「前記被覆箔及び前記金属箔が前記封止部に封着されている」とは、上述した電極棒の金属箔側の端がスリーブ状の金属箔から突出している場合は、当該電極棒の端も封止部に封着された構成や、電極棒の切欠部内に位置している部分（露出している部分）が封止部に封着された構成、電極棒の金属箔側の端部が例えばカバー部等で覆われている場合に電極棒の端部が封止部に封着されていない構成を含む概念である。

また、前記電極棒と前記被覆箔との間には固着部分がない。
ここで「固着部分」とは、スリーブ状の被覆箔が電極棒に嵌め込まれた状態において、電極棒とスリーブ状の被覆箔とが例えば溶接によって溶着された部分、またはその他の接合手段によって固着された部分を示す。したがって、「電極棒と被覆箔との間には固着部分がない」とは、そのような溶着（固着）された部分が存在していないことを意味する。

また、前記被覆箔の前記金属箔側の端部は、前記電極棒の前記金属箔と接合されている側の縁に係止するように曲げられ、あるいは、前記被覆箔の一部が、前記電極棒と前記金属箔とが重ねられた領域において前記電極棒と前記金属箔との間の隙間に挟み込まれている。

さらに、前記被覆箔は、モリブデン、ニオブ、レニウム、タンタルおよびタングステンのうちのいずれか１種、またはそれを主成分とする合金からなり、あるいは、前記被覆箔には、前記電極棒と前記金属箔との接合部分に対して、前記金属箔側から被覆するカバー部が形成されている。

また、前記電極棒の主形状は略円柱体状であり、前記電極棒の他端部は、前記電極棒の長手方向に対して垂直に切った断面が略半円形状を有している構成を備えている。
本発明係るランプユニットは、上記構成の高圧放電ランプと、凹面の反射面を有する反射鏡とを備え、前記反射鏡内に前記高圧放電ランプが組み込まれ、前記高圧放電ランプからの射出光が前記反射面により反射されるように構成されている。

本発明に係る投射型画像表示装置は、上記構成のランプユニットと、前記ランプユニットからの照明光が変調して光学像を形成する光学ユニットと、前記光学像を拡大投射する投射装置とを備えている。

本発明によれば、封止部の破損を抑制し長寿命化を図るに当たり、特に累積点灯時間の初期段階において封止部の破損を確実に抑制することができる。しかも電極等の各部材の組み立てが容易であり、また金属箔の変形や箔切れ等の不良の発生を抑えることができる。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面を用いてその詳細を説明する。なお、説明に使用する各図面は、構成部品及び構成部品間の縮尺は統一しておらず、また、図３〜図６、特に図４においては、スリーブ状の金属箔の端（具体的には符号「１２ｃ」である。）の位置等は、切欠部を説明するために、他の図面と異なる。

（第１の実施形態）
１．発光管の構成
図１に、本発明の第１の実施形態である定格電力３００［Ｗ］の高圧水銀ランプの発光管１の構成を示す。

この発光管１は、ガラス製(例えば石英ガラス)の容器１ａの内部に電極５，６が配置されてなり、管中央部の略回転楕円体形状の発光部２と、この両側からそれぞれ外方向に延在するように連設された略円柱体形状の封止部３，４とを有する。また、この発光管１内には、発光物質である水銀（Ｈｇ）と、始動補助用の希ガスである例えばアルゴンガス（Ａｒ）と、ハロゲンサイクル作用のための例えば臭素（Ｂｒ）とがそれぞれ所定量封入されている。封止部３，４は、公知のシュリンクシール法によって封止されている。

なお、一例として、発光部２の中央部における内径φａｉ（図１参照）を５［ｍｍ］、同じく外径φａｏ（図１参照）を１２［ｍｍ］、内容積を０．１［ｃｃ］とした。また、水銀の封入量は０．１５［ｍｇ／ｍｍ^３］以上０．３５［ｍｇ／ｍｍ^３］以下の範囲内で例えば０．３５［ｍｇ／ｍｍ^３］、アルゴンガスの封入量は３０［ｋＰａ］（２５［℃］）、臭素の封入量は０．５×１０^−３［μｍｏｌ］とした。

発光部２内には、一対の電極５，６の一端部側が互いに対向して配置され、放電空間１１が形成されている。この一対の電極５，６は、例えばタングステン（Ｗ）から構成され、電極５，６間の距離Ｌｄ（図１参照）は、０．５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内、例えば１．２［ｍｍ］とした。

電極５，６は、一端部側が放電空間１１に位置し、他端部側が封止部３，４に気密に封着された長方形の帯状の金属箔７，８を介して外部リード線９，１０の一端部に接続されている。なお、外部リード線９，１０の他端部は封止部３，４の端面から外部に突出しており、図示していない電力供給線または口金等に接続される。

電極５，６は、電極棒５ａ，６ａと電極コイル５ｂ，６ｂとを有している。電極棒５ａ，６ａは、その一端部が放電空間１１に位置し、他端部が上述の金属箔７，８に例えば溶接によって接合され、電極コイル５ｂ，６ｂは、電極棒５ａ，６ａの一端部に取り付けられている。なお、電極棒５ａ，６ａは、その横断面が例えば略円形をした略円柱体状をしている。

発光管１の片側半分の正面断面図を図２に示す。発光管１の残る半分も同じ構成を有している。
図２に示すように、電極棒５ａと金属箔７とが溶接によって接合される際、電極棒５ａの他端部が、１．０［ｍｍ］以上１．５［ｍｍ］以下の範囲内、例えば、１．２［ｍｍ］程度、金属箔７に重ねられた状態（図２中、長さＬｔに亘る領域）で溶接されている。

ここで、図１および図２に示すように、電極棒５ａ，６ａのうち、封止部３，４に埋め込まれた部分（図２中、長さＬａｓに亘る領域）の少なくとも一部にはスリーブ状の金属製の被覆箔１２，１３が嵌め込まれている。

図３の（ａ）は、被覆箔１２の切欠部１２ａがある側から当該被覆箔１２を見た図であり、（ｂ）は被覆箔１２が嵌め込まれた電極棒５ａを切欠部が形成されている側から見た拡大図である。

図４は、電極棒５ａと金属箔７との接合部分の拡大斜視図であり、図５は図４のＸ方向から見た図であり、図６は図４のＹ方向から見た図である。
なお、もう一つの電極棒６ａについても、図４から図６に示す電極棒５ａと同じ構成を有している。

図３の（ａ）に示すように、被覆箔１２（，１３）は、電極棒５ａ，６ａを被覆したときに、電極棒５ａ，６ａと金属箔７（，８）との接触部分（この接触部分には、電極棒５ａ，６ａと金属箔７，８との接合部分が含まれる。）に対応する部分（電極コイル５ｂ，６ｂと反対側の端部である。）に切欠部１２ａ（，１３ａ）が形成されている。

この被覆箔１２には、切欠部１２ａ（，１３ａ）が、電極棒５ａ（，６ａ）と金属箔７（，８）との接合部分（溶接部分）を含むそれぞれの接触部分に位置するように、被覆箔１２（，１３）が電極棒５ａ（，６ａ）に嵌め込まれている。つまり、図２及び図４に示すように、電極棒５ａ（，６ａ）における金属箔７（，８）との重なり部分にまで被覆箔１２（，１３）が嵌め込まれている。

そして、電極棒５ａ，６ａに被覆箔１２，１３が嵌め込まれた状態においては、電極棒５ａ，６ａと被覆箔１２，１３との間には例えば溶接による溶着部分等の固着部分がなく、被覆箔１２，１３は全域に亘って機械的な伸張性を有することとなる。

図２に示す場合の具体例として、Ｌａｓは２．５［ｍｍ］以上４．０［ｍｍ］以下の範囲内、例えば３．８［ｍｍ］に設定されており、そのうちの被覆箔１２，１３で覆われた領域の長さＬｍａは３．５［ｍｍ］に設定されている。被覆箔１２，１３で覆われた長さＬｍａは電極棒５ａ，６ａの他端（金属箔７，８と接合されている側の端）を起点とし、他端から一端側へ３．５［ｍｍ］離れた位置に亘る領域の長さを示している。ここでは、電極棒５ａ，６ａの他端と被覆箔１２，１３の他端とが略面一となるように、電極棒５ａ，６ａの他端部が被覆箔１２，１３によって被覆されている。

被覆箔１２，１３は、厚さが１０［μｍ］以上４０［μｍ］以下の範囲内、例えば２０［μｍ］のシート状の箔を電極棒５ａ，６ａに嵌め込めるように、例えば一重に巻いたものからなる。
２．封止部について
発光管１は、容器１ａ内に電極５，６を所定位置に配した状態で、容器１ａがシュリンクシール法により封止されてなる。具体的には、電極５，６（電極コイルと電極棒とからなる）、金属箔７，８及び外部リード線９，１０をそれぞれ接合したもの（電極構成体ともいう。）が、容器１ａの封止部３，４に相当する部分により封着される。

電極５，６の金属箔７，８への接合は、一端に電極コイル５ｂ，６ｂが取り付けられた電極棒５ａ，６ａに被覆箔１２，１３を嵌め込み、電極棒５ａ，６ａの他端部を金属箔７，８に重ねた状態で、両者を溶接することで行われる。 この溶接の際は、電極棒５ａ，６ａに嵌め込まれた被覆箔１２，１３は、金属箔７，８との溶接予定位置から離れた電極コイル５ｂ，６ｂ側に位置している。

そして、被覆箔１２，１３を、電極棒５ａ，６ａと金属箔７，８との接合部分を覆うように、電極棒５ａ，６ａ上を金属箔７，８側へと移動させる。このとき、被覆箔１２，１３に切欠部１２ａ，１３ａが形成されているので、この切欠部１２ａ，１３ａがちょうど溶接部分となるように移動させることで、容易に、電極棒５ａ，６ａの他端部及び金属箔の一端部（電極コイル５ｂ，６ｂに近い側の端部）を被覆することができる。これにより、電極５，６の金属箔７，８への接合が完了する。

最後に、外部リード線９，１０を金属箔７，８の他端部（電極棒５ａ，６ａが接合している側と反対側の端部）に溶接して電極構成体が完成する。
なお、ここでの電極構成体の組み立ては、あくまでも一例であり、例えば、電極コイルが取着されていない電極棒を金属箔に溶接し、その後、被覆箔を電極棒に嵌め込み、電極コイルと電極棒に取着してもいいし、先に、金属箔と外部リード線とを溶接した後に、被覆箔が嵌め込まれた電極棒を金属箔に溶接してもよい。

以上のように、被覆箔１２，１３は電極棒５ａ，６ａに対して嵌め込まれた状態であるので、つまり、両者が実質的に全周に亘って密着した状態であるので、それら金属面同士の摩擦抵抗によって、被覆箔１２，１３と電極棒５ａ，６ａとを接合しなくとも、電極５，６（電極構成体）が封止されるまでの工程において、被覆箔１２，１３が電極棒５ａ，６ａに対する所定位置から簡単にずれるようなことはない。このため、電極構成体の容器１ａへの封着が容易に行うことができる。

また、電極棒５ａ，６ａと金属箔７，８とを抵抗溶接等によって接合する場合、電極棒５ａ，６ａの他端部も被覆箔１２，１３によって覆われていると、この被覆箔１２，１３も一緒に電極棒５ａ，６ａや金属箔７，８と溶接されてしまい、その結果、電極棒５ａ，６ａと被覆箔１２，１３との間に溶接によって溶着された固着部分が存在してしまう。

したがって、この問題をプロセスにおいて回避するためには、従来とは異なる煩雑なプロセスを要する。
そこで、このように被覆箔１２，１３に切欠部１２ａ，１３ａを形成することにより、予め電極棒５ａ，６ａにその他端部を覆わないようにスリーブ状の被覆箔１２，１３を嵌め込んでおき、電極棒５ａ，６ａと金属箔７，８と抵抗溶接等によって接合した後に、切欠部１２ａ，１３ａが電極棒５ａ，６ａと金属箔７，８との接触部分に位置するように被覆箔１２，１３をずらすことにより、電極棒５ａ，６ａのうち、被覆箔１２，１３が嵌め込まれた領域に電極棒５ａ，６ａのうち、金属箔７，８と重ねられた領域を含む状態にすることができる。したがって、そのための煩雑なプロセスを要しない。

また、スリーブ状の被覆箔１２，１３を電極棒５ａ，６ａと金属箔７，８との重ねられた領域にまで嵌め込む際、従来の技術（特許文献２，３）のように金属箔７，８のその端部を小幅化する必要は無い。したがって、電極棒５ａ，６ａと金属箔７，８との接合作業は従来どおりであり、その困難性が増すことは無く、スリーブ状の被覆箔１２，１３を嵌め込む際に金属箔７，８が変形したり、またその接合部分で箔切れしたりするといった不良が抑えることができる。
３．被覆箔の製造について
被覆箔１２，１３は、一枚のシート状の箔を一重に巻きつけてスリーブ状に構成している。被覆箔１２，１３は、同じ製法で形成されるため、ここでは被覆箔１２についての一例を説明する。

まず、切欠部１２ａに相当する部分を予め取り除いたシート状の箔を準備する。本実施の形態では、シート状の箔の一角が予め四角形状に取り除かれている（取り除かれている面積は切欠部１２ａの面積よりも大きい）。ここで、四角形状に取り除かれた後のシート状の箔において、取り除かれた部分に対応する端を符号「１２ｅ」、「２ｆ」とする。

そして、上記シート状の箔を、その巻きつけ方向（巻きつけた後のスリーブ状の被覆箔１２の軸心と直交する方向である。）の端１２ｃ，１２ｄ同士を重ねるようにスリーブ状に巻きつける。

これにより、図３の（ａ）に示すように、巻きつけ後の被覆箔の所定部位に、箔の端１２ｄ，１２ｅ，１２ｆにより囲まれた部分に切欠部１２ａが形成される。
ここで、図３〜図６において、符号「１２ｄ」は、巻きつける前のシート状の箔において、箔をスリーブ状に巻きつける方向であって、取り除かれた部分のない側の端であり、符号「１２ｃ」は、箔をスリーブ状の巻きつける方向であって、取り除かれた部分がある側の端である。
４．効果
（１）クラック発生について
以上のように本発明の第１の実施の形態にかかる高圧水銀ランプの構成によれば、封止部３，４における石英ガラスと電極棒５ａ，６ａとの間にスリーブ状の被覆箔１２，１３を介在させることにより、被覆箔１２，１３が機械的伸張性を有する緩衝部材として機能し、封止部３，４に加えられる電極棒５ａ，６ａとの熱膨張係数の差による応力を大きく緩和（吸収）することができ、封止過程において、封止部４，５のその領域において微小クラックの発生自体を効果的に抑制することができる。とりわけ、電極棒５ａ，６ａのうち、スリーブ状の被覆箔１２，１３が嵌め込まれた領域に、金属箔７，８と重ねられている領域を含むので、上述したように隙間Ｘ（図１３参照）の領域に位置する電極棒５ａ，６ａの部分では微小クラックのうち比較的大きなものが発生しやすいが、この比較的大きな微小クラックの発生も抑制することができる。

特に、電極棒５ａ，６ａとスリーブ状の被覆箔１２，１３との間には固着部分がないために、被覆箔１２，１３全域において上記した機械的伸張性を確保することができ、微小クラックの発生を極めて顕著に抑制することができる。

その結果、特に累積点灯時間の初期段階において封止部３，４の破損を確実に抑制することができ、長寿命化を図ることができる。とりわけ、仮に水銀の封入量を増やし、点灯時における発光管１内の蒸気圧を高めたとして、これに起因する応力が発生したとしても、この応力も被覆箔１２，１３によって緩和することができ、微小クラックが発生したとしてもその成長を抑えることができ、封止部３，４が破損するのを確実に抑制することができる。

次に、本発明の第１の実施の形態にかかる高圧水銀ランプの作用効果を確認するための実験について説明する。
上記した本発明の第１の実施の形態における高圧水銀ランプ（以下、「本発明品１」という）について、後述する図８に示す完成されたランプユニットの形態で寿命試験を行い、発光管１の封止部３，４の破損の状況を観察した。

その結果として、図７に累積点灯時間１００時間時点での封止部３，４の破損確率、および累積点灯時間２０００時間での封止部３，４の破損確率をそれぞれ示す。具体的に図７には、全サンプルのうち、累積点灯時間１００時間以内に封止部３，４が破損したものの本数と、累積点灯時間２０００時間以内に封止部３，４が破損したものの本数とをそれぞれ示している。

また、比較のため、電極棒の他端部において電極棒とスリーブ状の被覆箔とが１箇所抵抗溶接によって溶接された、つまり電極棒と被覆箔との間に固着部分が１箇所存在する点を除いて本発明の第１の実施の形態における高圧水銀ランプと同じ構成を有している高圧水銀ランプ（以下、「比較品１」という）を作製し、本発明品１と同じようにランプユニットの形態で同じ条件で寿命試験を行った。その結果を同じく図７に示す。

なお、寿命試験では発光管１を水平状態で点灯させた。点灯条件は、定格電力３００Ｗで周波数１００Ｈｚの矩形波電流によって定常点灯させ、点灯３時間、消灯０．５時間を１サイクルとしてこれを繰り返す点滅サイクルで行った。また、本発明品１及び比較品１のサンプル数は１００本である。

図７から明らかなように、本発明品１では累積点灯時間１００時間以内において封止部３，４が破損したものは１００本中０本であった。一方、比較品１では累積点灯時間１００時間以内において封止部３，４が破損したものは１００本中３本であった。その後、本発明品１および比較品１ともに累積点灯時間２０００時間まで封止部３，４が破損したサンプルは無かった。

この実験結果により、本発明品１は特に累積点灯時間の初期段階において封止部３，４に加えられる電極棒５ａ，６ａの構成材料との熱膨張係数の差による応力を大きく緩和することができ、微小クラックに起因する封止部４，５の破損を防止することができることが確認された。
（２）寿命について
電極棒５ａ，６ａに嵌め込む被覆箔１２，１３をスリーブ状にすることにより、被覆箔１２，１３の内部や被覆箔１２，１３と電極棒５ａ，６ａとの間に水銀が浸入するのを少なくできる。

つまり、例えば金属コイルを利用した場合では、コイルを構成する素線間の隙間に水銀が浸入するが、スリーブ形状の被覆箔では、コイルを構成している素線間に生じるような隙間がなく、水銀の浸入を抑制（浸入量を少なく）できる。但し、スリーブ状の被覆箔と電極棒との隙間を小さくしても（例えば、スリーブ状の金属箔の内径を電極棒の外径よりも小にする。）、被覆箔に用いられている箔の厚みが薄いためにクラックの発生を抑制できる。

なお、放電空間以外の部位に水銀が浸入すると、放電空間内の水銀が減少するためランプ電流が増加し、結果的に、電極先端（例えば電極コイルである。）の消耗が激しくなり短寿命となる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態であるランプユニット２１を示す。このランプユニット２１は、上記した第１の実施形態で示した発光管１を有する高圧水銀ランプ２２と、内面が凹面の反射面２３を有する基体がガラスからなる反射鏡２４とを備えており、この反射鏡２４内に高圧水銀ランプ２２がその長手方向の中心軸Ｙ（図８参照）と反射鏡２４の光軸Ｚ（図８参照）とが略一致するように組み込まれ、高圧水銀ランプ２２からの射出光が反射面２３により反射されるように構成されている。

高圧水銀ランプ２２には、発光管１の一方の封止部３に、電源接続用端子２５が付設された円筒形の口金２６が装着されている。発光管１における外部リード線９が電源接続用端子２５に接続されている（図示せず）。一方、発光管１における残る外部リード線１０には電力供給線２７が接続されている。

そして、この高圧水銀ランプ２２は、口金２６が反射鏡２４のネック部２４ａ内に挿入され、かつ接着剤２８を介して固着されている。このとき、電力供給線２７は、反射鏡２４に設けられた貫通孔２９に挿通される。

なお、反射面２３は、例えば回転楕円体面や回転放物体面からなり、多層干渉膜等が蒸着されている。
以上のように本発明の第２の実施の形態にかかるランプユニット２１の構成によれば、特に累積点灯時間の初期段階において発光管１の封止部３，４の破損を確実に抑制することができるので、長寿命なランプユニットを実現することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施の形態である投写型画像表示装置について、図９および図１０を参照して説明する。

図９は、第２の実施形態であるランプユニット２１が用いられた投写型画像表示装置の一例として、フロントプロジェクタ３０の概略構成を示す。フロントプロジェクタ３０は、その前方に設置したスクリーン（図示せず）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。

なお、図９は、後述する筐体３１の天板を取り除いた状態を示している。
フロントプロジェクタ３０は、筐体３１に収納された、光源であるランプユニット２１、光学ユニット３２、制御ユニット３３、投写レンズ３４、冷却ファンユニット３５、および電源ユニット３６等から構成されている。光学ユニット３２は、入射光を変調して画像を形成する画像形成ユニット、およびランプユニット２１からの照明光を画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも図示せず）を有している。照明ユニットは、３色のカラーフィルタからなるカラーホイール等（図示せず）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。制御ユニット３３は、画像形成ユニット等を駆動制御する。投写レンズ３４は、画像形成ユニットにより変調されて形成された光学像を拡大透写する。電源ユニット３６は、商用電源から供給される電力を、制御ユニット３３やランプユニット２１に適した電力に変換してそれぞれ供給する。

また、ランプユニット２１は、図１０に示す投写型画像表示装置の一例であるリアプロジェクタ３７の光源としても用いることができる。リアプロジェクタ３７は、ランプユニット２１、光学ユニット、投写レンズ、ミラー（いずれも図示せず）等が筐体３８内に収納された構成を有している。投写レンズから投写されミラーで反射された画像が、透過式スクリーン３９の裏側から投影されて画像表示される。

以上のように本発明の第３の実施の形態にかかる投射型画像表示装置の構成によれば、長寿命な投射型画像表示装置を実現することができる。
（変形例）
１．電極棒と被覆箔について
第１の実施形態では、電極棒５ａ，６ａの端と被覆箔（被覆箔）１２，１３の端とが面一状（つまり、電極棒５ａ，６ａの軸心上において電極棒５ａ，６ａの端と被覆箔１２，１３の端とが略同じ位置にある。）となっているが、電極棒と封止部との熱膨張係数の違いに起因して発生する電極棒及び金属箔周辺からのクラックを抑制するという観点からは、電極棒が被覆箔から突出しないようにするのが好ましい。したがって、被覆箔の端部が、電極棒の端よりも、軸心上を外部リード線側に位置するように、被覆箔を嵌め込んでもよい。

なお、電極棒端部が０．２ｍｍ程度被覆箔から突出する程度の範囲内ならば、被覆箔がガラスと電極棒端部との接触を抑制できるため、電極棒の端部から顕著なクラックの発生は抑制され、許容範囲となる。
２．被覆箔について
（１）材料について
実施形態では、被覆箔１２，１３を構成する材料として、モリブデンを利用したが、耐熱性の観点からは、モリブデン、ニオブ、レニウム、タンタルおよびタングステンのうちのいずれか１種、またはそれを主成分とする合金を用いることが好ましい。
（２）固定について
実施形態では、被覆箔１２，１３を電極棒５ａ，６ａに固着することなく、被覆箔１２、１３と電極棒５ａ，６ａとの摩擦や、被覆箔１２，１３のスプリングバックを利用して、被覆箔１２，１３の電極棒５ａ，６ａに対するズレを防止していたが、他の方法を用いることもできる。

他の方法としては、例えば、スリーブ状の被覆箔を、電極棒のうち、その他端の一部を覆いつつ、電極棒の他端から突出する部分を電極棒の他端の縁に係止するように、例えば内向きに曲げる方法がある。この方法では、特に、電極棒および被覆箔の寸法公差により、その嵌め込み状態が弱く（遊嵌状態）ても、上記したようなずれをより確実に防止することができる。当然、電極棒の端からのクラック発生を抑制することができる。

さらに、これら以外にも、またはこれらと組み合わせて、被覆箔の一部を、電極棒と金属箔とが重なった領域において、それら電極棒と金属箔との間の隙間に挟み込ませるようにすることが好ましい。この場合、スリーブ状の被覆箔が電極棒に対する所定位置からずれるのをより確実且つ容易に防止できる。
（３）被覆箔の構造について
上記した本発明の第１の実施形態にかかる高圧水銀ランプの発光管１において、第１の実施形態で説明した以外の電極を用いることができるが、次のような電極を用いることが好ましい。以下、上述した電極５，６とは電極棒の構造が異なるので、その点を主として説明する。

図１１に示すように、電極４０の電極棒４０ａが主として略円柱体形状の場合であって、この電極棒４０ａの他端部のみを、すなわち金属箔７，８と重ねられて接合される部分のみを半割りにし、その長手方向に対して垂直に切った断面が略半円形状をなす。なお、４０ｂは電極コイルを示す。

このように電極棒５ａ，６ａとして半割にせずに略円柱体形状のものをそのまま用いて封止部３，４を形成した場合、通常、金属箔７，８が封止部３，４の長手方向の中心軸上に位置するために、必然的に電極棒５ａ，６ａの他端部は封止部３，４の長手方向の中心軸上に位置しない。しかし、その一方で、電極棒５ａ，６ａのうち、封止部３，４に埋め込まれた部分は、その封止過程において封止部３，４の長手方向の中心軸上に位置しようとする。その結果、電極棒５ａ，６ａは、その長手方向の中心軸が封止部３，４の長手方向の中心軸に対して傾いた状態で封着されるおそれがある。このように電極棒５ａ，６ａが傾くと、電極５，６間の距離Ｌｄが所望の大きさよりもずれ、高輝度化が阻害されるなどしてランプ特性が低下する。

そこで、図１１に示すような金属箔７，８と接合される部分が半割りされた電極棒４０ａを用いることにより、電極棒４０ａの長手方向の中心軸と封止部３，４の長手方向の中心軸とを略一致させることができるので、所望の電極４０間の距離Ｌｄを確保することができ、ランプ特性の低下を抑制することができる。
（４）切欠部について
第１の実施形態では、切欠部１２ａの形状は、電極棒５ａの軸心と直交する方向から被覆箔１２を見たとき（図３の（ａ）参照）に、四角形状をしていたが、他の形状、例えば、半円形状、半楕円形状、三角形状等の多角形状であってもよい。

第１の実施形態では、金属箔７，８における電極棒５ａ，６ａとの接合（溶接）部分の裏側部分（接合されている面を表面とすると、裏側部分は裏面にある。）は、被覆箔１２，１３により被覆されていないが、接合部分の裏側部分を被覆するようにしてもよい。

図１２は、被覆箔の変形例を示す図であり、（ａ）は電極棒５ａに被覆箔４２を嵌め込んだ状態を被覆箔４２の切欠部がある側から見た図であり、（ｂ）は電極棒５ａに被覆箔４２を嵌め込んだ状態を示す図であり、（ｃ）は、電極棒５ａと金属箔7との接触部分に切欠部が位置するように被覆箔４２を嵌め込んだ状態を示す図である。

ここで、図１２中の「４２ｄ」は、巻きつける前のシート状の箔において、箔をスリーブ状に巻きつける方向であって、取り除かれた部分のない側の端であり、符号「４２ｃ」は、箔をスリーブ状の巻きつける方向であって、取り除かれた部分がある側の端である。

本変形例に係る被覆箔４２は、第１の実施形態で説明した切欠部１２ａと同様の方法で形成されるが、第１の実施形態においては、シート状の箔の一角が四角形状に取り除かれていたが、本例では、その取り除く部分（面積）を小さくするとともに、取り除いた部分から他端（巻きつけ方向であって取り除かれた部分と反対側の端）４２ｄ側へ所定量移動した位置にスリット４２ａを形成することで切欠部を形成している。

従って、上記シート状の箔をスリーブ状に巻きつけた状態では、同図の（ａ）に示すように、金属箔７が挿入されるスリットが２つ形成されることになる。この２つのスリットは、箔の端４２ｄ，４２ｆ，４２ｅから構成されるスリットと、シート状の箔の状態で予め設けておいたスリット４２ａである。 そして、この２つのスリット間であって、スリットの先端（電極コイルがある側の端である。）同士を結ぶ仮想線（図１２の（ａ）において破線で示し、符号「４２ｇ」で示している。）で、２本のスリットに挟まれた部分を外側へと曲げることでカバー部４２ｂが形成される。

そして金属箔７が接合された状態では、図１２の（ｃ）に示すように、２本のスリットに金属箔７が嵌り、金属箔７における電極棒５ａと金属箔７との接合部分に対して裏側部分を、金属箔７側（金属箔７の裏面側）からカバー部４２ｂによって覆われる。これにより、金属箔７と電極棒５ａの接合部（固着部分）から発生し得るクラックを抑制することが可能となる。
（５）製造方法について
第１の実施形態では、一枚のシート状の箔を一重に巻きつけたものを利用していたが、例えば、一枚のシート状の箔を多重またはスパイラル状等に巻いて形成してもよい。また、複数のシート状の箔を多重に巻きつけてもよい。このような場合、シート状の箔において、切欠部に相当する部分を予め取り除かれていてもよいし、スリーブ状に巻きつけた後に切欠部を形成してもよい。

また、シート状の箔において予め取り除く部分は、シート状の箔の一つの角に限定するものでなく、巻き付け方向に沿った端辺の中央側に移動した部分にあってもよい。
さらに、被覆箔を最終形態としてスリーブ状に加工するに当たり、上述のようにシート状の箔を巻いてもよいし、もともと棒状のものを切削加工によってシームレスのスリーブ状に加工してもよいし、スリーブ状の太管のものを圧延加工してもよい。

被覆箔としてシート状の箔を巻いたものを用いる場合、電極棒の内径よりもわずかに小さい内径を持つように巻き、かつその巻かれた状態においてスプリング変形できるようにしたものを用いることにより、その被覆箔を電極棒に嵌め込んだ後、スプリングバックによって被覆箔の電極棒に対する密着力が増し、電極棒と被覆箔との間のずれを確実に防止することができる。

さらに、電極棒と被覆箔との間のずれを防止する方法としては次のようなものがある。
すなわち、例えば電極棒と被覆箔とが重なった領域において、その一部を外部から押圧することにより、電極棒には凹部が、被覆箔にはその凹部に対応して嵌まる凸部がそれぞれ形成されることになり、被覆箔がその凹凸によって電極棒に係止され、ずれを防止することができる。

ここで、電極棒と金属箔とがスポット溶接によって固着されている場合、電極棒にはスポット溶接による溶接痕として凹部が必然的に形成される。そこで、被覆箔のうち、この凹部に位置する部分を外部から機械的に押圧することにより、上記と同様の凹凸が形成されることになり、そのずれを防止することができる。前記外部から押圧する手段としてレーザーをスポット的に照射することにより、被覆箔に凸部を設けることもできる。

本発明の高圧放電ランプは、封止部の破損を効果的に抑制することができるので、投射型画像表示装置の光源である高圧水銀ランプとして有用である。また、高圧水銀ランプ以外の、例えばメタルハライドランプなどの高圧放電ランプにもそのまま適用でき、例えば自動車ヘッドライト用メタルハライドランプとして有用である。

本発明の第１の実施形態である高圧水銀ランプの発光管の構成を示す正面断面図 同じく発光管の構成の一部を示す正面断面図 （ａ）被覆箔の切欠部がある側から被覆箔を見た図、（ｂ）被覆箔が嵌め込まれた電極棒を切欠部が形成されている側から見た拡大図 電極棒と金属箔との接合部分の拡大斜視図 図４のＸ方向から見た図 図４のＹ方向から見た図 試験結果における、累積点灯時間１００時間時点での封止部の破損確率、および累積点灯時間２０００時間での封止部の破損確率をそれぞれ示す図 本発明の第２の実施形態であるランプユニットの構成を示す一部切欠斜視図 本発明の第３の実施形態である投射型画像表示装置として、フロントプロジェクタの構成を示す一部切欠斜視図 同じく投射型画像表示装置として、リアプロジェクタの構成を示す斜視図 本発明の高圧水銀ランプの発光管における電極の変形例を示す正面図 被覆箔の変形例を示す図であり、（ａ）は電極棒に被覆箔を嵌め込んだ状態を被覆箔の切欠部がある側から見た図、（ｂ）電極棒に被覆箔を嵌め込んだ状態を示す図、（ｃ）電極棒と金属箔とを接合した部分に切欠部が位置するように被覆箔を嵌め込んだ状態を示す図 （ａ）従来の高圧水銀ランプの発光管の構成を示す正面断面図、（ｂ）同じく発光管の構成を示す要部拡大断面図

符号の説明

１ 発光管
１ａ 容器
２ 発光部
３，４ 封止部
５，６ 電極
５ａ，６ａ 電極棒
５ｂ，６ｂ 電極コイル
７，８ 金属箔
９，１０ 外部リード線
１１ 放電空間
１２，１３ 被覆箔
１２ａ 切欠部
２１ ランプユニット
２２ 高圧水銀ランプ
２３ 反射面
２４ 反射鏡
２４ａ ネック部
２５ 電源接続用端子
２６ 口金
２７ 電力供給線
２８ 接着剤
２９ 貫通孔
３０ フロントプロジェクタ
３１，３８ 筐体
３２ 光学ユニット
３３ 制御ユニット
３４ 投写レンズ
３５ 冷却ファンユニット
３６ 電源ユニット
３７ リアプロジェクタ
３９ 透過式スクリーン
４２ 被覆箔
４２ｂ カバー部

Claims (9)

1. ガラス製の容器の内部に電極が配置された発光管を備え、
   前記発光管は内部に封入物が封入され、かつ放電空間が形成されている発光部と、この発光部に連設された封止部とを有し、
   前記電極は、端部が金属箔に重ねられた状態で接合された電極棒を有すると共に、当該電極棒には、切欠部を有するスリーブ状の金属製の被覆箔が、前記電極棒と前記金属箔との接合部分を含むそれぞれの接触部分に前記切欠部が位置するように、前記金属箔と重ねられた部分の少なくとも一部にまで嵌め込まれ、
   当該被覆箔が嵌め込まれた状態で、前記被覆箔及び前記金属箔が前記封止部に封着されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記電極棒と前記被覆箔との間には固着部分がないことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 前記被覆箔の前記金属箔側の端部は、前記電極棒の前記金属箔と接合されている側の縁に係止するように曲げられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧放電ランプ。
4. 前記被覆箔の一部が、前記電極棒と前記金属箔とが重ねられた領域において前記電極棒と前記金属箔との間の隙間に挟み込まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
5. 前記被覆箔は、モリブデン、ニオブ、レニウム、タンタルおよびタングステンのうちのいずれか１種、またはそれを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
6. 前記被覆箔には、前記電極棒と前記金属箔との接合部分に対して、前記金属箔側から被覆するカバー部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
7. 前記電極棒の主形状は略円柱体状であり、
   前記電極棒の他端部は、前記電極棒の長手方向に対して垂直に切った断面が略半円形状を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の高圧放電ランプと、凹面の反射面を有する反射鏡とを備え、
   前記反射鏡内に前記高圧放電ランプが組み込まれ、前記高圧放電ランプからの射出光が前記反射面により反射されるように構成されたことを特徴とするランプユニット。
9. 請求項８記載のランプユニットと、
   前記ランプユニットからの照明光が変調して光学像を形成する光学ユニットと、
   前記光学像を拡大投射する投射装置とを備えたことを特徴とする投射型画像表示装置。

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