JP5180393B1 - 高圧放電ランプおよび発光管 - Google Patents

Abstract

【課題】封止部における容器の破損を抑制した高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】本発明の高圧放電ランプは、ガラス製の容器１ａの内部に一対の電極棒５ａ、６ａが配置された発光管１を備える。発光管１は、内部に放電空間１１が形成されている発光部２と、発光部２に連設された封止部３、４とを有する。一対の電極棒５ａ、６ａは、基端が封止部３、４内に埋設され、先端が発光部２の放電空間１１内に突出し、基端側が封止部３、４内に配された金属箔７、８に重ねられた状態で接合されている。さらに、電極棒５ａのうち封止部３内に存在する部位には、断面Ｃ字状に形成された金属から構成される被覆箔１２が外挿されており、被覆箔１２の発光部２から遠い側の端縁１２ｂが、金属箔７の発光部から近い側の端縁７ａよりも発光部２寄りに後退する姿勢で配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光管、それを用いた高圧放電ランプの構造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、高演色な光源である高圧放電ランプとして、例えば、ショートアーク型の高圧水銀ランプ（以下、単に「高圧水銀ランプ」という）が広く用いられている。
一般に、高圧水銀ランプは、発光部と封止部とからなる発光管を備える。そして、高圧水銀ランプの１つの構成として、封止部における破損を抑制した高圧水銀ランプが提案されている（特許文献１〜５）。

図２１は、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（特許文献１）。発光管１４１は、管中央部に略回転楕円体形状の発光部１４２と、発光部１４２の両側からそれぞれ連設された略円柱体形状の封止部１４３、１４４とを有している。また、発光管１４１の容器１４１ａは、石英ガラスから構成される。発光部１４２内には、封入物として発光物質となる水銀等が封入されている。また、発光部１４２内には一対のタングステン（Ｗ）から構成される電極１４５、１４６の先端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、電極１４５、１４６の一部を構成する電極棒１４５ａ、１４６ａの基端側には、長方形の帯状に形成されたモリブデン（Ｍｏ）から構成される金属箔１４８、１４９が溶接され接合されている。なお、ここでいう「電極棒の基端」とは、電極棒の放電空間内に突出した先端と反対側の端部をいう。金属箔１４８、１４９には外部リード線１０９、１１０が接合されている。電極棒１４５ａ、１４６ａは、それぞれスリーブ状の被覆箔１５２、１５３で覆われている。

ここで、被覆箔１５２、１５３は、モリブデンから構成されている。そのため、被覆箔１５２、１５３は、タングステンから構成される電極棒１４５ａ、１４６ａと石英ガラスから構成される容器１４１ａとの間で緩衝部材として働く。その結果、電極棒１４５ａ、１４６ａと容器１４１ａとの間の熱膨張係数の差に起因する応力を緩和できる。その結果、高圧水銀ランプでは、容器１４１ａの破損を抑制できる。

また、封止部において、電極棒の基端側と金属箔との接合部およびその近傍を、スリットを有する円筒状の被覆箔、または、網目状の被覆箔で覆う構成も開示されている（特許文献２）。なお、ここでいう「電極棒の基端と金属箔との接合部」とは、電極棒の基端側のうち金属箔に乗り上げ、溶接等によって接合された部分をいう。この構成により、高温熱加工時や高圧放電ランプ動作時の熱応力を緩和することができ、クラックの発生を抑制できる旨が記載されている。

さらに、封止部において、ガラスからなる被覆箔で被覆した電極棒と、電極棒に巻き付けられたコイルとを備えた構成も開示されている（特許文献３）。この構成により、熱応力の分布が電極棒の周りにおいて均一化し、その結果、熱応力集中の発生が抑制されて、クラックの発生を抑制できる旨が記載されている。

特開２０１０−１２９４２６号公報 特開２００１−１８９１４９号公報 特開２００４−３９３４９号公報 特開２００９−４３７０１号公報 特開２００９−１５２１６５号公報

近年、高圧放電ランプには、さらなる高出力化が求められている。これに応えるため、高圧放電ランプの定格電力は大きくなっている。しかしながら、それに伴い、発光管の封止部において、新たな原因で容器が破損するおそれがあることがわかった。
本発明の目的は、封止部における容器の破損を抑制した高出力の高圧放電ランプを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る高圧放電ランプは、ガラス製の容器の内部に一対の電極棒が配置された発光管を備え、前記発光管は、内部に放電空間が形成されている発光部と、当該発光部に連設された封止部とを有し、前記一対の電極棒は、基端が前記封止部内に埋設され、先端が前記発光部の放電空間内に突出し、両電極棒の先端同士が間隙をおいて対向する姿勢で配置され、前記基端側が前記封止部内に配された金属箔に重ねられた状態で接合され、さらに、前記電極棒のうち前記封止部内に存在する部位には、断面Ｃ字状に形成された金属から構成される被覆箔が外挿されており、当該被覆箔の前記発光部から遠い側の端縁が、前記金属箔の前記発光部から近い側の端縁よりも前記発光部寄りに後退する姿勢で配置されている、ことを特徴とする。

また、上記高圧放電ランプにおいて、前記電極棒および前記被覆箔を、当該電極棒の横断面でみると、前記被覆箔のスリットの角度θ１は、５°＜θ１＜１８０°であってもよい。
また、前記電極棒および前記被覆箔を、当該電極棒の横断面でみると、前記電極棒の中心点Ｏと前記被覆箔の内周端点とを結ぶ線分を前記被覆箔の厚みだけ前記中心点Ｏから遠い側に延伸した線分と、前記金属箔における前記電極棒と接合された表面を延長した面とは、交点を持たなくてもよい。

さらに、前記電極棒の中心点Ｏと前記被覆箔の内周端点とを結ぶ線分を中心点Ｏから遠い側に延長した線と、前記金属箔における前記電極棒と接合された表面を延長した面とは、交点を持たなくてもよい。
また、上記高圧放電ランプにおいて、前記電極棒の直径Ｒが０．４５［ｍｍ］以上であってもよい。

また、上記高圧放電ランプにおいて、定格電力が３００Ｗ以上であってもよい。
また、本発明の一態様に係るランプユニットは、上記高圧放電ランプと、凹面の反射鏡を有する反射鏡と、を備え、前記反射鏡に前記高圧放電ランプが装着されて前記高圧放電ランプ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る、ことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る投射型画像表示装置は、上記ランプユニットと、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、を備える、ことを特徴とする。

この構成では、被覆箔の発光部から遠い側の端縁が、金属箔の発光部から近い側の端縁よりも発光部寄りに後退する姿勢で配置されている。電極棒と金属箔との重なり部において、これらとガラスからなる容器との間の空間が小さくなる。これにより、電極棒と金属箔と容器との密着性が強くなる。従って、封止部における容器の破損を抑制した高圧放電ランプを提供できる。

本発明の実施の形態１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 図１に示す発光管の一部拡大正面断面図 図１に示す発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の拡大斜視図 図１に示す発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の側面図 金属箔を取り除いた図３をＸ方向から見た図 （ａ）図１に示す発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の側面図、（ｂ）図１に示す発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の断面図、（ｃ）図１に示す発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の上面図 （ａ）比較例に係る発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の側面図、（ｂ）比較例に係る発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の断面図、（ｃ）比較例に係る発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の上面図 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、比較例および本発明でそれぞれ示す図 図１に示す発光管における被覆箔のスリットを設ける意義について説明する図 図１に示す発光管における被覆箔で被覆された電極棒と金属箔との接合工程を示す図 比較例に係る発光管における被覆箔のスリットの方向について説明する図 図１に示す発光管における被覆箔のスリットの方向について説明する図 図１に示す発光管における被覆箔のスリットの方向について説明する図 図１に示す発光管における被覆箔のスリットの方向について説明する図 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側面図 被覆箔の変形例を示す図であり、（ａ）発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の一部拡大正面断面図、（ｂ）発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の上面図、 図１に示す発光管における被覆箔で被覆された電極棒と金属箔との接合工程を示す図 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 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

[本発明の一態様を得るに至った経緯]
以下、実施の一態様を具体的に説明するに先立ち、実施の一態様を得るに至った経緯について説明する。
高圧放電ランプには、安全性の観点から、容器の破損の抑制が求められている。これに対して、発明者らは、様々な構成のランプを試作し、容器の破損について評価を行った。具体的には、特許文献２の構成で高圧放電ランプを試作および点灯させたところ、電極棒の基端と金属箔との接合部が破断してしまった。これは、電極の基端側と金属箔との接合部がガラスから構成される容器と密着していないため、高圧放電ランプ点灯中に接合部で発生する熱が、ガラスを介して拡散しにくいためと考えられる。すなわち、電極棒の基端側と金属箔との接合部は、熱拡散のためガラスと密着させるべきという知見を得た。また、発明者らは、特許文献３に記載の構成で高圧放電ランプを試作および点灯させたところ、電極棒とガラスから構成される管状部材との密着度が大きくなることにより、クラック発生が促進され、クラックを起点に容器が破損してしまった。また、その対策のために電極棒周りにコイルを巻きつけたとしても、当該コイル周辺に微小なクラックが発生し、容器が破損してしまった。このクラックの対策としては特許文献１、４、５がある。

ところで、近年、高圧放電ランプは、照明器具や投射型画像表示装置の光源として広く用いられ、さらなる高出力化が求められている。そして、さらなる高出力化のために、高圧放電ランプの定格電力（例えば３００Ｗ以上）が大きくなると、それに伴い電極の一部を構成する電極棒の直径が（例えば０．４５ミリメートル以上に）大きくなる。そして、発明者らは、電極棒の直径が大きくなると、ガラスから構成される容器のうち封止部における部分が破損するおそれがあることに注目し、特許文献１〜５にあるような対策を実施したが、改善はするものの、完全までは至らなかった。

そして、破損に至る要因をさらに詳しく解析した結果、この破損は、電極棒の基端側と金属箔との接合部近傍において、電極棒が被覆箔により覆われていることにより電極棒の実質的な直径が大きくなり、容器と電極棒と金属箔とに囲まれた空間が大きくなることにより生じることを見出した。具体的には、当該空間が大きくなると、金属箔と容器との密着性が小さくなる。ここで、当該空間に水銀等が入り込み、点灯に伴う高圧放電ランプの加熱により当該空間に入り込んだ水銀等が突沸すると、容器に力がかかる。当該空間が大きくなり金属箔と容器との密着性が小さくなると、容器の破損が多くなると考えられる。そして、この破損は、電極棒の実質的な直径がある程度大きくなると発生するものである。また、ここでいう「電極棒の実質的な直径」とは、電極棒が被覆箔により覆われている場合は被覆箔を含む電極棒の直径であり、そうでない場合は電極棒の直径をいう。

そこで、発明者らは、高圧放電ランプにおいて、被覆箔の発光部から遠い側の端縁が、金属箔の発光部から近い側の端縁よりも発光部寄りに後退する姿勢で配置されている構成を見出した。これにより、定格電力の増大に伴って大きな直径の電極棒を用いても、電極棒の金属箔との接合部では、被覆箔の分だけ電極棒の実質的な直径を小さくできる。これにより、封止部における容器の破損を抑制できることが明らかになった。
［実施の形態］
＜＜実施の形態１＞＞
以下、本発明を実施するための実施の形態１を、図面を参照して詳細に説明する。

発明の実施の形態で使用している、材料、数値は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施の形態との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。なお、図１、図２を含む全ての図において各部材間の縮尺は必ずしも統一されていない。また、数値範囲を示す際に用いる符号「〜」は、その両端の数値を含む。
１．全体構成
図１は、本発明の実施の形態１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である。図２は、図１に示す発光管の一部拡大正面断面図である。

図１に示すように、高圧水銀ランプにおける発光管１は、ガラスから構成される容器１ａの内部に一対の電極５、６が配置されてなる。また、発光管１は、内部に放電空間１１が形成されている発光部２と、発光部２に連設された封止部３、４とを有する。電極５、６は、一端部が金属箔７、８に重ねられた状態で接合された電極棒５ａ、６ａを有する。また、電極棒５ａ、６ａには、断面Ｃ字状に湾曲形成された金属から構成される被覆箔１２、１３が外挿されている。ここでいう、「断面Ｃ字状」とは、被覆箔１２、１３の図１における紙面に垂直な方向での断面が、Ｃ字を描くような形状であることをいう。すなわち、被覆箔１２、１３は、スリット１２ａ、１３ａを有するスリーブ状である。

発光管１について、より詳しく述べると、被覆箔１２、１３の発光部２から遠い側の端縁が、金属箔７、８の発光部２から近い側の端縁よりも、発光部２寄りに後退する姿勢で配置されている。そして、被覆箔１２、１３は、電極棒５ａ、６ａに外挿されている。さらに、金属箔７、８、被覆箔１２、１３、および電極棒５ａ、６ａは、ガラスから構成される容器１ａで覆われている。なお、高圧水銀ランプの定格電力は、例えば、３５０Ｗであり、３００Ｗ以上であればよい。以下、図１、図２の各部構成について説明する。
２．各部構成
＜発光管１、発光部２、封止部３、４＞
発光管１は、例えば、石英ガラスから構成される容器１ａの内部に一対の電極５、６が配置されてなる。また、発光管１は、管中央部の略回転楕円体形状の発光部２と、発光部２の両側からそれぞれ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。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は５．４［ｍｍ］とし、同じく外径φａｏは１１．６［ｍｍ］とする。発光部２の内容積は、０．１２［ｃｃ］とした。また、水銀の封入量は０．２［ｍｇ／ｍｍ³］以上０．３５［ｍｇ／ｍｍ³］以下の範囲内で、例えば、０．３［ｍｇ／ｍｍ³］とし、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。
＜電極５、６、放電空間１１＞
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。また、電極５、６は、例えばタングステン（Ｗ）から構成されている。一対の電極５、６間のアーク長Ｌｄは、０．５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内で、例えば、１．２［ｍｍ］とした。

電極５、６の基端は、封止部３、４内に埋設されている。また、電極５、６の基端側は、封止部３、４に配された長方形の帯状の金属箔７、８に重ねられた状態で接合される。さらに、電極５、６の基端側は、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。一方、電極５、６の先端は、放電空間１１内に突出している。
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、その基端側が金属箔７、８に、例えば、溶接によって接合され、先端が放電空間１１に位置している。電極コイル５ｂ、６ｂは、電極棒５ａ、６ａの先端に取り付けられている。なお、電極棒５ａ、６ａは、その断面が例えば略円形をした略円柱体状をしている。電極棒５ａ、６ａの直径は、例えば、０．５２５［ｍｍ］とし、電極コイル５ｂ、６ｂのコイル線径は、例えば、０．３００［ｍｍ］とした。

なお、電極棒５、６の先端とは、電極棒５ａ、６ａのうち、電極コイル５ｂ、６ｂと接している端縁およびその近傍をいう。ここで、電極棒と電極コイルとが溶融して一体となった電極を用いることも考えられる。その場合、電極棒の先端とは、電極の先端をいう。また、電極棒５、６の基端側とは、電極棒５ａ、６ａのうち図２に示す長さＬｔに亘る領域をいう。さらに、電極棒５、６の封止部３、４内に存在する部位とは、電極棒５ａ、６ａのうち図２に示す長さＬａｓに亘る領域をいう。
＜金属箔７、８＞
封止部３、４には、長方形の帯状に形成された金属箔７、８が封着されている。金属箔７、８は、例えばモリブデン（Ｍｏ）から構成され、その厚みは２０［μｍ］、幅は１．５０［ｍｍ］である。ここで、図２に示すように、電極棒５ａと金属箔７とは、溶接によって接合されている。具体的には、電極棒５ａの一端部が、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に重ねられた状態で溶接されている。なお、電極棒５ａと金属箔７とが重なっている領域は、図２に示す長さＬｔに亘る領域である。
＜外部リード線９、１０＞
図１に示すように、金属箔７、８には、外部リード線９、１０がそれぞれ接続されている。外部リード線９、１０は、例えば、タングステンから構成される。外部リード線９、１０の一端部は、金属箔７、８に接続されている。一方、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。
＜被覆箔１２、１３＞
電極棒５ａ、６ａの一部を、被覆箔１２、１３が被覆している。具体的には、電極棒５ａ、６ａのうち図２に示す長さＬａｓに亘る領域、すなわち封止部３、４内に存在する部位の少なくとも一部を被覆するように、スリーブ状の金属製の被覆箔１２、１３が外挿されている。被覆箔１２、１３は、スリット１２ａ、１３ａを有する。被覆箔１２、１３は、例えば、モリブデンから構成され、その厚みは、例えば、２０［μｍ］である。被覆箔１２、１３の長さＬｍａは、２．０［ｍｍ］である。スリット１２ａ、１３ａの角度θ１は、５°＜θ１＜１８０°の範囲内で選択でき、例えば、１０°である。
３．電極棒、金属箔、および被覆箔の接合
以下、電極棒５、金属箔７、および被覆箔１２の接合について、その構成を詳細に説明する。なお、この構成については、電極棒６、金属箔８、および被覆箔１３についても同様である。

図３は、図１に示す発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の拡大斜視図である。図４は、図１に示す発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の側面図であり、図３をＹ方向から見た図に対応する。図３および図４は、ガラスから構成される容器が取り除かれた図である。なお、図３における紙面左斜め下、および図４における紙面左側に発光部２が存在する。

図３、図４に示すように、電極棒５ａと金属箔７とは、電極棒５ａの溶接点５ａ１において溶接により接合されている。また、上述のように、被覆箔１２は、電極棒５ａのうち封止部３内に存在する部位に外挿されている。さらに、被覆箔１２の発光部２から遠い側の端縁１２ｂは、金属箔７の発光部２から近い側の端縁７ａよりも、発光部２よりに後退する姿勢で配置されている。すなわち、被覆箔１２は、電極棒の金属箔７との接合部５ａ２を被覆せずに、電極棒５ａの接合部５ａ２を除く非接合部５ａ３の少なくとも一部を被覆している。ここでいう「電極の接合部５ａ２」とは、電極棒５ａのうち金属箔７に乗り上げた部分とする。また、「電極の非接合部５ａ３」とは、電極棒５ａのうち金属箔７に乗り上げていない部分とする。

被覆箔１２のスリット１２ａは、金属箔７と被覆箔１２とが衝突して固定されるような方向、例えば、スリット１２ａと溶接点５ａ１とが電極棒の中心点５ｏを挟んで対称な位置に配されている。被覆箔１２のスリット１２ａの位置について、詳しくは後述する。
４．被覆箔におけるスリットの角度
以下、被覆箔１２のスリット１２ａの角度について説明する。なお、この構成については、被覆箔１３のスリット１３ａの角度についても同様である。図５は、金属箔７を取り除いた図３をＸ方向から見た図である。すなわち、図５は、電極棒５ａおよび被覆箔１２を、電極棒５ａの横断面で切断した断面図である。図５に示すように、スリットの角度θ１は、被覆箔１２のスリット１２ａを囲む２つの側面と被覆箔１２の内周面との２交点１２ｃ、１２ｄ、および電極棒５ａの中心５ｏで構成される角度である。また、電極棒５ａの直径Ｒと被覆箔１２のスリット１２ａを囲む２つの側面の間の距離ｄと、スリットの角度θ１とは、[数１]の関係を満たす。
[数１]
ｄ＝Ｒｓｉｎ（θ１／２）
金属箔７のスリットの角度θ１は、被覆箔１２で被覆された電極棒５ａをＸ線ＣＴ装置等で測定して求めることができる。また、電極棒５ａの直径Ｒと被覆箔１２の端部間の距離ｄとを測定し、数１をもとにスリットの角度θ１を求めることもできる。
また、スリットの角度θ１は、上述のように５°＜θ１＜１８０°の範囲内で選択できる。スリットの角度θ１の範囲は、以下の理由で定められる。スリットの角度θ１の下限は、スリットの角度θ１が５°以下であると、製造誤差によりスリットが形成されないおそれがあるため定められる。一方、スリットの角度θ１の上限は、スリットの角度θ１が１８０°以上であると、被覆箔１２が電極棒５ａを被覆することが難しくなるため定められる。
５．効果
以下、本発明の効果の概要および効果の実証実験について説明する。
＜効果の概要＞
まず、本発明の効果の概要について、図６および図７を用いて説明する。図６は図１に示す本発明の発光管に対応し、図７は比較例に係る発光管に対応する。図６および図７において、図６（ａ）および図７（ａ）は、発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の側面図であり、図６（ｂ）および図７（ｂ）は発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の断面図であり、図６（ｃ）および図７（ｃ）は発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の上面図である。図６（ａ）および図７（ａ）において、ガラスは透明であるため示しておらず、紙面左側に発光部があるものとする。図６（ｂ）および図７（ｂ）において、一点鎖線で示す内表面３ａは、封止部３におけるガラスから構成される容器１ａの内表面である。図６（ｃ）および図７（ｃ）において、紙面左側に発光部があるものとする。

図６（ａ）に示すように、本発明の発光管では、被覆箔１２の発光部２から遠い側の端縁１２ｂが、金属箔７の発光部２から近い側の端縁７ａよりも発光部２寄りに後退する姿勢で配置され、且つ、電極棒５ａに外挿されている。そのため、図６（ｂ）に示すように、空間Ｘ１は、電極棒５ａと金属箔７と容器１ａの内表面３ａとによって構成される。ここで、空間Ｘ１の体積は、電極棒５ａの実質的な直径Ｒによって決まる。なお、電極棒５ａの直径Ｒは、例えば、０．５２５［ｍｍ］である。

一方、図７（ａ）に示すように、比較例に係る発光管では、被覆箔９１２の端縁９１２ｂが、金属箔７の電極５側に位置する端縁７ａと一致するように配され、且つ、電極棒５ａに外挿されている。そのため、図７（ｂ）に示すように、空間Ｘ２は、被覆箔９１２が被覆している電極棒９０５ａと金属箔７と容器１ａの内表面３ａとによって構成される。ここで、空間Ｘ２の体積は、被覆箔９１２に被覆された電極棒９０５ａの直径Ｒ´によって決まる。なお、被覆箔９１２の厚さが２０［μｍ］であるため、Ｒ´は０．５６５［ｍｍ］である。

このとき、空間Ｘ１の体積は、空間Ｘ２の体積の、例えば、０．９倍であり、本発明の発光管における空間Ｘ１は、比較例に係る発光管における空間Ｘ２よりも小さくなっている。ここで、空間Ｘ１、Ｘ２が小さいほど、封止部における電極棒５ａと容器１ａとの密着性が強くなる。そして、当該空間が小さく密着性が大きいと、当該空間に水銀等が入り込み、点灯に伴う高圧水銀ランプの加熱により当該空間に入り込んだ水銀等が突沸しても、容器１ａが破損しにくい。

このように、本発明の発光管１では、封止部３における電極棒５ａと容器１ａの密着性が大きい。そのため、封止部３における容器１ａの破損を抑制できる、といえる。
＜効果の評価実験＞
次に、上記効果について評価するための実験とその結果について説明する。
実験は、図６に示した本発明の発光管を備えた高圧水銀ランプと、図７に示した比較例に係る発光管を備えた高圧水銀ランプとについて、それぞれ一定数のサンプルを製造して点灯させて行った。

図８は、試験結果を示す図である。具体的には、図８は、比較例および本発明で、累積点灯時間１００時間経過時点での封止部の破損確率（製造時エージング破損）、および累積点灯時間２０００時間経過時点での封止部の破損確率（寿命中における破損）をそれぞれ示す図である。比較例は、図７で示す構成であり、被覆箔の発光部から遠い側の端縁が、金属箔の発光部から近い側の端縁と一致するように配され、且つ、電極棒に外挿された構成である。本発明は、図６で示す構成であり、被覆箔の発光部から遠い側の端縁が金属箔の発光部から近い側の端縁よりも発光部寄りに後退する姿勢で配置され、且つ、電極棒に外挿された構成である。

図８に示すように、本発明の構成では、製造時エージング破損は、１．０３％から０．００％に低下した。また、スクリーニング後破損も、０．５２％から０．００％に低下した。この実験結果により、本発明の発光管１では、封止部３における容器１ａの破損を抑制できることが明らかになった。
６．スリットを設ける意義
＜概要＞
ところで、発明者らの実験の結果、特許文献４、５の構成のように、電極棒に巻き付ける被覆箔に重なり部分がある場合、重なり部分を起点にクラックが発生することが明らかになった。そこで、発明者らは、重なり部分を起点としたクラック発生のメカニズムについて考察した。以下、その考察により導かれた被覆箔１２にスリット１２ａを設ける意義について、図９を用いて説明する。
＜考察とまとめ＞
図９（ａ）は、図１に示す発光管における被覆箔のスリット近傍の拡大図であり、図９（ｂ）は比較例に係る発光管における被覆箔の重なり部分近傍の拡大図である。図９（ａ）および図９（ｂ）において、被覆箔に覆われた電極棒の周りには、図示していないが、ガラスが存在している。本発明に係る発光管における被覆箔１２はスリット１２ａを有する。一方、比較例に係る発光管における被覆箔９１２はスリットを有さず、重なり部分９１２ａを有するものとする。

一般に、金属薄膜を筒状に形成して金属棒に巻きつけたものをガラスで封着すると、主に２種類の応力が発生する。第１の応力は、金属薄膜の端部とガラスとの境界に発生する応力である。第２の応力は、金属薄膜とガラスとの境界に発生する応力である。なお、金属薄膜の端部は中央部よりも強い歪があるため、第１の応力の大きさは、第２の応力の大きさよりも大きい。

上記２つの応力について踏まえると、スリット１２ａを設けた被覆箔１２では、図９（ａ）に示すように、第１の応力Ｐ１および第２の応力Ｐ２は離間した位置で発生する。一方、スリット１２ａを設けず、重なり部分を有する被覆箔９１２では、第１の応力Ｐ１および第２の応力Ｐ２が重複した領域（領域α）を含む位置で発生する。第１の応力Ｐ１および第２の応力Ｐ２が重複すると、ガラスから構成される容器１ａにかかる力が大きくなると考えられる。

このように、被覆箔１２にスリット１２ａを設けることで、第１の応力Ｐ１および第２の応力Ｐ２が重複することを抑制できる。これにより、被覆箔１２とガラスから構成される容器１ａとの間に大きな力がかかり、ガラスから構成される容器１ａが破損することを抑制できる。
７．製造方法
ここで、本発明の発光管の製造方法における要部工程である、電極棒５ａと、金属箔７と、被覆箔１２との組み立て工程について説明する。図１０は、図１に示す発光管における被覆箔で被覆された電極棒と金属箔との接合工程を示す図である。

まず、図１０（ａ）に示すように、電極５の電極棒５ａ側から、スリーブ状の被覆箔１２を嵌め込む。これにより、図１０（ｂ）に示すように、電極棒５ａが被覆箔１２で被覆されることとなる。
次に、図１０（ｃ）に示すように、長方形状の金属箔７に、被覆箔１２で被覆された電極棒５ａを配置し、溶接する。さらに、被覆箔１２の配置を決める。この際、被覆箔１２の端縁１２ｂが金属箔７に衝突することで、電極棒５ａおよび金属箔７の配置が決まる。なお、電極棒５ａと被覆箔１２とは、例えば溶接などしてもよい。

以上の工程により、図１０（ｄ）に示すように、電極棒５ａと、金属箔７と、被覆箔１２との組み立てが完了する。
８．スリットの位置
次に、被覆箔１２に設けられるスリット１２ａの位置について、まず、具体例を図１１および図１２を用いて説明する。その後、スリットの位置の条件について説明する。
＜具体例＞
図１１は、図１に示す比較例の発光管における被覆箔のスリットの位置について説明する図である。図１１（ａ）は側面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の断面図である。図１２は、本発明に係る発光管における被覆箔のスリットの位置について説明する図である。図１２（ａ）は側面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の断面図である。図１１に示す比較例と図１２に示す本発明とでは、被覆箔におけるスリット１２ａの位置のみが異なる。

図１１（ｂ）に示すように、比較例では、スリット１２ａと溶接点５ａ１とは同じ方向に配されている。そのため、電極棒５ａと金属箔７と被覆箔１２との組み立て工程において、被覆箔１２の端縁１２ｂと金属箔７の端縁７ａとが衝突するとき、被覆箔１２のスリット１２ａを臨む側面が電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに重なることがある。ここで、スリットを有する筒状の金属薄膜を、金属膜の側面に衝突させた場合、金属薄膜のスリットを臨む側面に力が集中すると考えられる。そのため、被覆箔１２のスリット１２ａを臨む側面にかかる力により、被覆箔１２の端縁１２ｂが折れ曲がるおそれがある。そして、被覆箔１２の折れ曲がった端縁１２ｂは、電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに入り込んでしまう。なお、被覆箔１２の折れ曲がりは、被覆箔１２のスリット１２ａを臨む側面が、隙間βの少なくとも一部と重複するときに生じると考えられる。これは、被覆箔１２の厚みが２０［μｍ］と小さく、被覆箔１２の端縁１２ｂが電極棒５ａと金属箔７との隙間βに入り込みやすいためである。

隙間βに被覆箔１２が入り込むと、隙間βにおいて、モリブデンから構成される金属箔７と被覆箔１２とが重なる領域が生じる。この領域をガラスからなる容器１ａで覆うと、モリブデンとガラスとの熱膨張係数の差が顕著となり、封止部３におけるガラスから構成される容器１ａが破損するおそれがある。
一方、図１２に示すように、本発明では、スリット１２ａと溶接点５ａ１とは、電極棒の中心点５Оを挟んで対称な位置に配されている。そのため、電極棒５ａと金属箔７と被覆箔１２との組み立て工程において、被覆箔１２の端縁１２ｂと金属箔７の端縁７ａとが衝突するとき、被覆箔１２のスリット１２ａを臨む側面が電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに重ならない。その結果、被覆箔１２の端縁１２ｂが折れ曲がることはない。従って、被覆箔１２が、電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに入り込むことを抑制できる。

以下、より詳細に説明する。図１３は、電極棒５ａおよび被覆箔１２を電極棒５ａの横断面を示す図である。また、図１３は、被覆箔１２が、電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに入り込む実施例を示す。ここで、面７ｂは、金属箔７における電極棒５ａと接合された表面７ａ１を延長した面である。図１４は、同じ幅のスリットを有する被覆箔１２のスリットの方向を変化させた図である。

まず、図１３に示すように、電極棒５ａの中心点５ｏと被覆箔１２の内周端点Ａ、Ｂとを結ぶ線分を引く。当該線分を被覆箔１２の厚みｄだけ中心点５ｏから遠い側に延伸した線分と、金属箔７における電極棒５ａと接合された表面７ａ１を延長した面７ｂとが、交点Ａ´、Ｂ´を持てば、被覆箔１２が、電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに入り込んでしまう。

以下、具体例について説明する。
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）において、電極棒５ａの中心点５ｏと被覆箔１２の内周端点Ａと面７ｂとが交点を持たない。従って、被覆箔１２が、電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに入り込むことを抑制できる。一方、図１４（ｄ）、図１４（ｅ）において、電極棒５ａの中心点５ｏと被覆箔１２の内周端点Ａと面７ｂとが交点を持つ。従って、被覆箔１２が、電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに入り込むことを抑制できない。すなわち、被覆箔１２のスリットの位置は、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）であればよい。

また、電極棒５ａの中心点５ｏと被覆箔１２の内周端点Ａとを結ぶ線分を中心点５ｏから遠い側に延長した線と、面７ｂとが交点を持たないように配置すれば、金属箔７と被覆箔１２とはそもそも重なりえない。具体的には、図１４（ａ）、図１４（ｂ）において、電極棒５ａの中心点５ｏと被覆箔１２の内周端点Ａとを結ぶ線分を中心点５ｏから遠い側に延長した線と、面７ｂとが交点を持たない。そして、この場合、製造誤差によって被覆箔１２のスリット位置がずれたとしても、被覆箔１２が、電極棒５ａの金属箔７との溶接点５ａ１近傍の隙間βに入り込むことを抑制できる。すなわち、被覆箔１２のスリットの位置は、図１４（ａ）、図１４（ｂ）がより好ましいといえる。

なお、スリットの開口角θ２は、被覆箔１２の幅と電極棒５ａとの円周との比から計算によって推定することができる。また製造工程において被覆箔１２を取り付けた後は、電極棒５の中心軸に垂直方向から観測し、観測距離および被覆箔１２を取り付けた電極棒５ａおよびスリット１２ａを望む角を計測することにより、幾何学計算によって求めることもできる。さらには、封止部３によって封止された後であっても、断面研磨による観察やＸ線ＣＴ装置等によりスリット１２ａの開口角の計測が可能である。
９．変形例
以下、本発明の発光管の変形例について説明する。
＜電極棒の変形例＞
図１５は、本発明の高圧水銀ランプの発光管における、電極棒の変形例を示す側面図である。ここで、ガラスは透明であるため示していない。

図１５に示すように、電極棒１０５ａの表面は、粗くてもよい。電極棒１０５ａの表面処理は、例えば、化学的エッチングにより行う。これにより、容器１ａによる金属箔７、被覆箔１２、および電極棒５ａの封止の際に、クラックが発生しにくくなる。なお、当該クラックは、電極棒１０５ａの接合部１０５ａ２近傍で、金属箔７、被覆箔１２、および電極棒５ａ各材料の熱膨張係数の違いにより生じるものである。この構成では、電極棒１０５ａの接合部１０５ａ２において、タングステンから構成される電極棒１０５ａとガラスから構成される容器との密着性が小さくなるため、互いの熱膨張係数の違いの影響を抑制できるため効果を奏すことができる。なお、電極棒１０５ａの表面処理は、化学的エッチングに限らず、例えば、レーザー処理や切削加工等により行ってもよい。
＜金属箔の変形例＞
図１６は、被覆箔の変形例を示す図であり、図１６（ａ）は発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の一部拡大正面断面図、図１６（ｂ）は発光管における電極棒と金属箔との接合部近傍の上面図である。

図１６に示すように、金属箔１０７は、電極棒５ａ側の端部１０７ａが三角形になっている。これにより、電極棒５ａと金属箔１０７と容器の内表面とで構成される空間Ｘ３が、より小さくなる。これは、封止中に接合部近傍にガラスが入り込みやすくなるため、空間Ｘ１が小さくなるためである。
＜組み立て方法の変形例＞
上記実施の形態で示した電極棒と、金属箔と、被覆箔との組み立て工程以外にも、例えば、以下の組み立て方法が考えられる。

図１７は、図１に示す発光管における被覆箔で被覆された電極棒と金属箔との接合工程を示す図である。
まず、図１７（ａ）に示すように、電極５を電極棒５ａの端部が金属箔７と重なるように配置する。
次に、図１７（ｂ）に示すように、電極棒５ａと金属箔７とを接合する。具体的には、電極棒５ａと金属箔７とを、例えば、ポイント溶接する。

さらに、図１７（ｃ）に示すように、電極棒５ａに被覆箔１２を巻きつける。その後、電極棒５ａと被覆箔１２とを、例えば、ポイント溶接する。
以上の工程により、図１７（ｄ）に示すように、電極棒５ａと、金属箔７と、被覆箔１２との組み立てが完了する。
なお、上記実施の形態等では、被覆箔１２を湾曲形成しているが、これに限らない。例えば、引き抜き成形を用いて被覆箔１２を形成してもよい。
＜＜実施の形態２＞＞
図１８は、本発明の実施の形態２であるランプユニット２１を示す一部切欠斜視図である。図１８において、Ｙは高圧水銀ランプの長手方向の中心軸であり、Ｚは反射鏡の光軸である。

図１８に示すように、ランプユニット２１は、上記した実施の形態１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を有し、且つ基体がガラスからなる反射鏡２４とを備える。ここで、高圧水銀ランプ２２は、反射鏡２４内に、その長手方向の中心軸Ｙと反射鏡２４の光軸Ｚとが略一致するように組み込まれている。また、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は、発光管１と、発光管１の一方の封止部３に装着され電源接続用端子２５が付設され円筒形の口金２６とからなる。なお、発光管１における外部リード線９は、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における他方の外部リード線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、且つ、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の形状は、例えば、回転楕円体面や回転放物体面からなる。また、反射面２３の内面には、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の実施の形態に係るランプユニット２１の構成によれば、発光管の封止部における容器の破損をさらに抑制できる。その結果、高出力なランプユニットを実現することができる。

なお、実施の形態２として口金２６を有する構成で説明したが、口金２６のかわりにセメントを充填して固定する構成であってもよい。
＜＜実施の形態３＞＞
本発明の実施の形態３である投写型画像表示装置について、図１９および図２０を参照して説明する。

図１９は、実施の形態３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であるフロントプロジェクタ３０の構成を示す一部切欠斜視図である。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１９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等を備える。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）を備える。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、リアプロジェクタの光源としても用いることができる。図２０は、リアプロジェクタの構成を示す斜視図である。
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。リアプロジェクタ３７では、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、本発明の実施の形態３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。

１ 発光管
２ 発光部
３、４ 封止部
５、６ 電極
５ａ、６ａ 電極棒
５ａ１ 溶接点
５ａ２ 接合部
５ａ３ 非接合部
５ｂ、６ｂ 電極コイル
７、８ 金属箔
７ａ 端部
９、１０ 外部リード線
１２、１３ 被覆箔
１２ａ、１３ａ スリット
１２ｂ 端部

Claims (7)

1. ガラス製の容器の内部に一対の電極棒が配置された発光管を備え、
   前記発光管は、内部に放電空間が形成されている発光部と、当該発光部に連設された封止部とを有し、
   前記一対の電極棒は、基端が前記封止部内に埋設され、先端が前記発光部の放電空間内に突出し、両電極棒の先端同士が間隙をおいて対向する姿勢で配置され、前記基端側が前記封止部内に配された金属箔に重ねられた状態で接合され、
   さらに、前記電極棒のうち前記封止部内に存在する部位には、断面Ｃ字状に形成された金属から構成される被覆箔が外挿されており、当該被覆箔の前記発光部から遠い側の端縁が、前記金属箔の前記発光部から近い側の端縁よりも前記発光部寄りに後退する姿勢で配置され、
   前記電極棒および前記被覆箔を、当該電極棒の横断面でみると、
   前記被覆箔の外周と前記金属箔における前記電極棒と接合された表面を延長した面との二交点Ａ´、Ｂ´を有し、
   前記電極棒の周囲のうち、前記電極棒の中心点を中心点Ｏとしたとき、線分Ａ´Ｏおよび線分Ｂ´Ｏで挟まれた領域に前記被覆箔のスリットが位置せず、当該線分Ａ´Ｏおよび線分Ｂ´Ｏで挟まれた領域以外の領域に前記被覆箔のスリットが位置するように、前記被覆箔が前記電極棒に外挿されている、
   ことを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記電極棒および前記被覆箔を、当該電極棒の横断面でみると、
   前記被覆箔のスリットを構成する当該被覆箔の外周の二つの端点のうちの一つの端点および前記電極棒の中心点Ｏを結ぶ線分と、前記被覆箔のスリットを構成する当該被覆箔の外周の二つの端点のうちの残りの端点および前記電極棒の中心点Ｏとを結ぶ線分とのなす角度である当該被覆箔のスリットの角度θ１は、５°＜θ１＜１８０°である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 前記電極棒および前記被覆箔を、当該電極棒の横断面でみると、
   前記電極棒の中心点Ｏと前記被覆箔の内周端点とを結ぶ線分を中心点Ｏから遠い側に延伸した線と、前記金属箔における前記電極棒と接合された表面を延長した面とは、交点を持たない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
4. 前記電極棒の直径Ｒが０．４５［ｍｍ］以上である、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高圧放電ランプ。
5. 定格電力が３００Ｗ以上である、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高圧放電ランプ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の高圧放電ランプと、
   凹面の反射鏡を有する反射鏡と、
   を備え、
   前記反射鏡に前記高圧放電ランプが装着されて前記高圧放電ランプ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。
7. 請求項６に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、
   を備える、
   ことを特徴とする投射型画像表示装置。

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