JP5263065B2 - 超高圧水銀ランプ - Google Patents

Description

本発明は、ショートアーク型の超高圧水銀ランプに関し、更に詳しくは例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：登録商標）を使用したＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング：登録商標）などの投射型プロジェクタ装置のバックライトとして好適な超高圧水銀ランプに関する。

例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：登録商標）を使用したＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング：登録商標）などの投射型プロジェクタ装置においては、矩形状のスクリーンに対して、均一でかつ十分な演色性をもった画像を投影させることが要求されており、このため、光源としては、点灯時の水銀蒸気圧が例えば１５０気圧以上となるショートアーク型の超高圧水銀ランプが採用されている。また、紫外線露光用途や光学機器の照明用途のランプとしては、点灯時の水銀蒸気圧が例えば１００気圧以上となるショートアーク型の超高圧水銀ランプが採用されている。
この超高圧水銀ランプは、例えば石英ガラスからなる発光管内に、一対の電極が例えば２ｍｍ以下の間隔で離間して互いに対向するよう配置されると共に、当該発光管内に水銀およびハロゲンが封入されて構成されている。ここで、発光管内にハロゲンが封入される主たる目的は、発光管内においてハロゲンサイクルを形成すると共に、これにより、電極物質であるタングステンが発光管の内壁に付着することを抑制するためである。このような超高圧水銀ランプは、例えば、下記特許文献１乃至下記特許文献３等に記載されている。

図１２は、従来の超高圧水銀ランプの一例における要部の構成を示す説明用断面図である。この超高圧水銀ランプ８０は、交流電圧を印加することによって点灯駆動される交流点灯方式によるものであって、発光部１０１の両端にロッド状の封止部１０２が形成された、石英ガラスよりなる発光管１００を有する。
この発光管１００における発光部１０１内には、それぞれタングステンからなる一対の電極９０が互いに対向するよう配置されている。この電極９０の各々は、基端部分が発光管１００の封止部１０２に埋設されて保持された棒状の軸部９１を有し、この軸部９１の先端には、略円柱状の胴部９３を介して略円錐状の頭部９２が一体に形成されており、この頭部９２の先端には突起部９２Ａが形成されている。電極９０の軸部９１の基端には、発光管１００の封止部１０２に埋設された導電性金属箔（図示省略）が溶接されて接続され、この導電性金属箔には、発光管１００の封止部１０２の外端から突出する外部リード棒（図示省略）が接続されている。
また、図示の例では、胴部９３の周囲には、当該胴部９３にコイルが巻き付けられた状態で溶融されることによって一体的に形成されたコイル部９４が設けられている。このコイル部９４は、主としてランプの始動時におけるグロー放電期間中に電極９０を加熱し、当該電極９０の温度上昇を促すことにより、グロー放電からアーク放電への移行を容易にするためものである。

特開２００５−０６３８１７号公報 特開２００６―０７９９８６号公報 特開２０００−２３１９０３号公報

しかしながら、上記の超高圧水銀ランプ８０においては、以下のような問題がある。
超高圧水銀ランプ８０の点灯中においては、一方の電極９０に向かって他方の電極９０から電子が放出されるが、一方の電極９０においては、他方の電極９０から放出される電子の衝突を受けることによって頭部９２の先端が損耗する。そして、ランプの点灯時間が経過するに連れて、図１３（１）〜（３）に示すように、電極９０における頭部９２の先端位置が次第に後退することにより、一対の電極９０間における電極間距離が拡大するため、一対の電極９０間に形成されるアークが管軸方向に膨張する結果、ランプの照度維持率が低下する、という問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、長期間点灯させた場合であっても、電極の先端位置が後退することが抑制され、高い照度維持率が得られる超高圧水銀ランプを提供することにある。

本発明の超高圧水銀ランプは、発光部および当該発光部の両端に連設された封止部を有する発光管内に、それぞれ基端部分が前記封止部に埋設されて保持された棒状の軸部を有する一対の電極が互いに対向するよう配置されてなる超高圧水銀ランプにおいて、
少なくとも一方の電極は、前記軸部より大きい径を有する頭部と、この頭部の後端面から続いて一体に突出して伸び、前記軸部から離間して設けられた電極物質補給部とを有することを特徴とする。

本発明の超高圧水銀ランプにおいては、前記一対の電極間に交流電圧を印加することによって点灯駆動される交流点灯方式である場合には、前記頭部の体積をＶ１（ｍｍ³ ）とし、供給される電力をＷ（Ｗ）としたとき、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。
式（１） ０．０２×Ｗ−２．０＞Ｖ１＞０．０１×Ｗ−２．２

また、本発明の超高圧水銀ランプにおいては、前記一対の電極間に直流電圧を印加することによって点灯駆動される直流点灯方式である場合には、前記少なくとも一方の電極が陽極として動作する電極であり、前記頭部の体積をＶ１（ｍｍ³ ）とし、供給される電力をＷ（Ｗ）としたとき、下記式（２）の関係を満たすことが好ましい。
式（２） ０．０４×Ｗ−４．０＞Ｖ１＞０．０２×Ｗ−４．４

また、本発明の超高圧水銀ランプにおいては、前記頭部と前記電極物質補給部との境界部分に発生する重力による曲げ応力が２８９０Ｐａ以下であることが好ましい。

本発明の超高圧水銀ランプによれば、電極には、頭部の後端面から一体に連続して発光管の軸方向に突出して伸びる電極物質補給部が形成されているため、電子の衝突によって電極の頭部が損耗しても、電極物質補給部から頭部に電極物質が補給される結果、電極の先端位置が後退することが抑制され、これにより、電極間に形成されるアークが管軸方向に膨張することが抑制されるので、長期間点灯させた場合であっても、高い照度維持率が得られる。

本発明の超高圧水銀ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。 図１に示す超高圧水銀ランプにおける電極の側面図である。 図２に示す電極の側面断面図である。 図２に示す電極を線分Ｐ−Ｐで切断して示す断面図である。 本発明の超高圧水銀ランプの点灯中における電極の形状の変化を示す説明用断面図である。 超高圧水銀ランプの点灯時間と電極間距離および照度維持率との関係を示す図である。 本発明の超高圧水銀ランプにおける電極の変形例を示す説明図である。 本発明の超高圧水銀ランプにおける電極の他の変形例を示す説明図である。 本発明の超高圧水銀ランプにおける電極の更に他の変形例を示す説明図である。 実験例１に係る超高圧水銀ランプにおける入力電力と電極の頭部の体積との関係を示す図である。 （１）は、実験例３に係る超高圧水銀ランプにおける点灯時間と電極の頭部の先端位置変位量との関係を示す図であり、（２）は、実験例３に係る超高圧水銀ランプにおける点灯時間と電極の電極物質補給部の後端位置変位量との関係を示す図である。 従来の超高圧水銀ランプの一例における要部の構成を示す説明用断面図である。 従来の超高圧水銀ランプの点灯中における電極の形状の変化を示す説明用断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の超高圧水銀ランプの一例における構成を示す説明用断面図であり、図２は、図１に示す超高圧水銀ランプにおける電極の側面図、図３は、図２に示す電極の側面断面図、図４は、図２に示す電極を線分Ｐ−Ｐで切断して示す断面図である。
この超高圧水銀ランプ１の発光管１０は、内部に放電空間Ｓを形成する外形が略球状の発光部１１と、この発光部１１の両端の各々に一体に連設された、管軸に沿って外方に伸びるロッド状の封止部１２とを有する。この発光管１０における発光部１１内には、それぞれ基端部分が封止部１２に埋設されて保持された棒状の軸部２３を有する全体がタングステンよりなる一対の電極２０が互いに対向するよう配置されている。
発光管１０における封止部１２の各々の内部には、モリブデンよりなる金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。金属箔１３の各々の一端には、一対の電極２０における軸部２３の基端２３Ｋが溶接されて電気的に接続されている。一方、金属箔１３の各々の他端には、封止部１２の外端から外方に突出する外部リード１４が溶接されて電気的に接続されている。
この例における超高圧水銀ランプ１は、一対の電極２０間に交流電圧を印加することによって点灯駆動される交流点灯方式によるものであり、電極２０の各々は、定常点灯時における熱的設計を容易にするため、互いに同一の構成のものとされている。

発光管１０は石英ガラスより構成され、この発光管１０の発光部１１内には、例えば、水銀、希ガスおよびハロゲンガスが封入されている。
発光部１１内に封入される水銀は、必要な可視光波長、例えば波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのものであり、点灯時に例えば１５０気圧以上の高い水銀蒸気圧を確保するために、その封入量が０．１０ｍｇ／ｍｍ³ 以上、好ましくは０．１５ｍｇ／ｍｍ³ 以上とされている。この水銀の封入量を増加することにより、点灯時に２００気圧以上、または３００気圧以上の高い水銀蒸気圧を得ることができ、プロジェクタ装置に適した光源を実現することができる。
発光部１１内に封入される希ガスは、点灯始動性を改善するためのものであり、その封入圧は、静圧で例えば１０〜２６ｋＰａである。また、希ガスとしては、アルゴンガスを好適に用いることができる。
発光部１１内に封入されるハロゲンは、発光部１１内においてハロゲンサイクルを形成すると共に、これにより、電極物質であるタングステンが発光部１１の内壁に付着することを抑制するためのものであり、水銀その他の金属との化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、例えば１×１０^-6〜１×１０^-2μｍｏｌ／ｍｍ³ である。また、ハロゲンとしては、沃素、臭素、塩素などを用いることができる。
また、発光部１１内には、更に他の放電媒体としてハロゲン化金属を封入することもできる。

電極２０においては、軸部２３が小径部分２３Ａの先端に大径部分２３Ｂが一体に形成されてなり、この軸部２３の大径部分２３Ｂの先端に頭部２１が一体に形成されている。この頭部２１は、先端に向かって小径となる略円錐台状の基台部分２１Ｂと、この基台部分２１Ｂの先端に一体に形成された、先端に向かって小径となる略円錐台状の突起部分２１Ａとにより構成されている。頭部２１の基台部分２１Ｂの後端は軸部２３の大径部分２３Ｂの先端の径より大きい径を有するものとされ、頭部２１の突起部分２１Ａの後端は基台部分２１Ｂの先端の径より小さい径を有するものとされている。頭部２１の基台部分２１Ｂの後端面には、当該基台部分２１Ｂの基端の径と実質的に同一の外径を有する円筒状の電極物質補給部２２が、軸部２３から離間した状態で、基台部分２１Ｂの後端面から続いて一体に発光管１０の軸方向に突出して伸びるよう形成されている。
電極２０を形成するタングステンとしては、その純度が４Ｎ以上のものを用いることが好ましい。電極物質として純度が４Ｎ以上のタングステンを用いることにより、電極２０における頭部２１や軸部２３から放電空間Ｓ内に放出される不純物の量を低減することができる。
また、電極２０は、例えば一本のタングステンよりなる棒材からレーザ加工、放電加工などによって切削する方法、電極の各部を別個に形成した後に、これらを溶接する方法によって形成することができる。

頭部２１の体積は、０．５〜４．１ｍｍ³ であることが好ましい。頭部２１の体積が過小である場合には、熱容量が小さいため、アークによる熱的負荷によって電極物質の溶融または蒸発が生じやすくなる。一方、頭部２１の体積が過大である場合には、頭部２１によって遮られる光の量が大きいため、光を高い効率で外部に放射することか困難となることがある。
また、頭部２１の後端の径（図示の例では基台部分２１Ｂの後端の径）は、例えば１．０〜３．０ｍｍである。

頭部２１と電極物質補給部２２との境界部分に発生する重力による曲げ応力σ（以下、単に「曲げ応力σ」ともいう。）は、２８９０Ｐａ以下であることが好ましい。この曲げ応力σが２８９０Ｐａを超える場合には、ランプの点灯中に電極物質補給部２２が傾斜したり脱落したりしやすくなる。
ここで、曲げ応力σは、頭部と電極物質補給部との境界部分に発生する当該電極物質補給部の重力による曲げモーメントをＭ、頭部と電極物質補給部との境界部分の断面係数をＺとしたとき、曲げ応力σ＝Ｍ／Ｚによって算出することができる。

軸部２３の径（図示の例では大径部分２３Ｂの先端の径）は、ランプの定格消費電力や、電極２０を形成する電極物質と封止部１２を形成する石英ガラスとの熱膨張差などを勘案して設定されるが、頭部２１の後端の径の２０〜７０％であることが好ましい。軸部２３の径がこの範囲にあれば、頭部２１から軸部２３への熱伝達が小さく、軸部２３の温度上昇を抑制することができる。
また、図示の例では、軸部２３の先端側が大径部分２３Ｂとされているが、このような構成によれば、一本の棒材からレーザ加工、放電加工などによって切削する方法によって電極２０を製造する場合において、当該棒材から切り出されて除去される部分が少ないため、電極２０の製造が容易となる、という利点がある。

電極２０における電極物質補給部２２と軸部２３（図示の例では大径部分２３Ｂ）との離間距離ｋは、１０μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。この離間距離ｋが１０μｍ以上であれば、超高圧水銀ランプ１の始動時に電極物質補給部２２が加熱されて高温状態となった場合でも、その熱が軸部２３に伝達されにくいため、軸部２３の温度上昇を抑制することができる。

このような交流点灯方式による超高圧水銀ランプ１においては、頭部２１の体積をＶ１（ｍｍ³ ）とし、超高圧水銀ランプ１に供給される電力をＷ（Ｗ）としたとき、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。
式（１） ０．０２×Ｗ−２．０＞Ｖ１＞０．０１×Ｗ−２．２
供給される電力との関係で頭部２１の体積が過大である場合には、頭部２１の熱容量が大きいため、点灯中に電極物質補給部２２が十分に加熱されず、電極物質補給部２２から頭部２１に電極物質を確実に補給することが困難となることがある。一方、供給される電力との関係で頭部２１の体積が過小である場合には、頭部２１の熱容量が小さいため、点灯中に電極物質補給部２２が加熱され過ぎて、電極物質補給部２２が傾いたり脱落したりして故障が生ずることがある。

上記の超高圧水銀ランプ１は、電極２０間に交流電圧を印加することによって点灯駆動される。当該超高圧水銀ランプ１の点灯中においては、陰極動作する電極２０から陽極動作する電極２０に向かって電子が放出され、これにより、電極２０においては、図５（１）および（２）に示すように、電子の衝突を受けることによって頭部２１の先端が損耗する。然るに、電極２０には、頭部２１の後端面から発光管１０の軸方向に突出して伸びる電極物質補給部２２が一体に連続して形成されており、この電極物質補給部２２は加熱されていわば半溶融状態にあるため、電子の衝突によって電極２０の頭部２１が損耗しても、図５（３）および（４）に示すように、電極物質補給部２２から頭部２１に電極物質が補給される結果、電極２０の先端位置が後退することが抑制される。これにより、電極２０間に形成されるアークが発光管１０の管軸方向に膨張することが抑制される。このとき、電極物質補給部２２は、電極物質が頭部２１に供給されることによって収縮し、当該電極物質補給部２２の後端位置が前進する。
上記の事象を、電極間距離および照度維持率との関係で示すと、図６（１）および（２）の通りである。すなわち、点灯初期の期間Ｔ１においては、点灯時間が経過するに連れて電極２０の頭部２１の先端が損耗することにより、電極間距離が拡大する結果、照度維持率は低下する。その後の期間Ｔ２においては、点灯時間が経過するに連れて電極２０の頭部２１の先端が損耗しても、電極物質補給部２２から頭部２１に電極物質が補給されることにより、電極間距離の拡大が抑制される結果、照度維持率の低下が抑制される。そして、電極物質補給部２２から頭部２１への電極物質の補給が完了した後（期間Ｔ２が経過した後）においては、点灯時間が経過するに連れて電極２０の頭部２１の先端が損耗することにより、電極間距離が拡大する結果、照度維持率は低下する。
これに対し、図１２に示す超高圧水銀ランプ８０においては、図６（３）および（４）に示すように、点灯中の全期間において、点灯時間が経過するに連れて電極９０の頭部９２の先端が損耗することにより、電極間距離が拡大する結果、照度維持率は低下する。 従って、上記の超高圧水銀ランプ１によれば、長期間点灯させた場合であっても、高い照度維持率が得られ、これにより、長い使用寿命が得られる。

上記の超高圧水銀ランプ１について具体的な仕様を示すと、発光管１０においては、発光部１１の最大外径が１２ｍｍ、発光部１１の内容積が１２０ｍｍ³ であり、電極２０においては、軸部２３の小径部分の径ａ１が０．４ｍｍ、大径部分の径ａ２が１．０ｍｍ、軸部２３の全長ｂが５ｍｍ、頭部２１の後端（図示の例では基台部分２１Ｂの後端）の径ｃが２ｍｍ、頭部２１の全長ｄが１．５ｍｍ、電極物質補給部２２の外径ｅが２ｍｍ、電極物質補給部２２の内径ｆが１．２ｍｍ、電極物質補給部２２の全長ｇが１ｍｍである。また、電極間距離が１．２ｍｍ、定格電圧８５Ｖ、定格電力３００Ｗである。
また、このような超高圧水銀ランプ１においては、その点灯中に発光管１０における発光部１１内の水銀蒸気圧が例えば１５０気圧以上となる。そして、この超高圧水銀ランプ１は、例えばプロジェクタ装置に内蔵されるものであり、プロジェクタ装置においては、装置全体の小型化が図られる一方、高い光量が要求されることから、発光管１０における発光部１１内の熱的条件は極めて厳しいものであり、例えばランプの管壁負荷値は０．８〜３．０Ｗ／ｍｍ² 、より具体的には２．１Ｗ／ｍｍ² である。
このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することにより、プロジェクタ装置の光源として用いられる場合に演色性の良好な放射光を得ることができる。

本発明は、発光管内に０．１０ｍｇ／ｍｍ³ 以上の水銀が封入されたショートアーク型の超高圧水銀ランプに適用されることにより、投射型プロジェクタ装置の光源の他、紫外線露光用途や光学機器の照明用途のランプとして、極めて有用である。

本発明の超高圧水銀ランプにおいては、上記の実施の形態に限られず、種々の変更を加えることが可能である。
（１）本発明の超高圧水銀ランプは、一対の電極間に直流電圧を印加することによって点灯駆動される直流点灯方式によるものであってもよい。
このような直流点灯方式による超高圧水銀ランプにおいては、陽極として動作する一方の電極のみが電子の衝突を受けることになるため、陰極として動作する他方の電極としては、図２〜図４に示す電極以外の適宜のものを用いることができる。
また、直流点灯方式による超高圧水銀ランプの点灯中において、陽極として動作する一方の電極が、他方の電極から放出される電子の衝突を受ける時間は、理論上、交流点灯方式による超高圧水銀ランプにおける電極が電子の衝突を受ける時間の２倍である。従って、直流点灯方式による超高圧水銀ランプにおいては、頭部２１の体積をＶ１（ｍｍ³ ）とし、超高圧水銀ランプ１に供給される電力をＷ（Ｗ）としたとき、下記式（２）の関係を満たすことが好ましい。
式（２） ０．０４×Ｗ−４．０＞Ｖ１＞０．０２×Ｗ−４．４

（２）電極２０は、図２〜図４に示す構成のものに限定されない。
例えば、図７に示すように、電極２０は、円柱状の基台部分２１Ｂ上に、先端に向かって小径となる円錐状の突起部分２１Ａが一体に形成されてなる頭部２１を有し、複数（図示の例では４つ）の円柱状の電極物質補給部２２が、軸部２３に離間した状態で、頭部２１の後端面から続いて一体に突出して伸びるよう形成された構成であってもよい。
また、図８に示すように、電極２０は、頭部２１が軸部２３の先端に略矩形の柱状の支持部２４を介して一体に形成され、複数（図示の例では２つ）の断面が部分円の柱状の電極物質補給部２２が、支持部２４に離間した状態で、頭部２１の後端面から続いて一体に突出して伸びるよう形成された構成であってもよい。
また、図９に示すように、電極２０は、コイル状の電極物質補給部２２が、軸部２３を包囲するよう当該軸部２３に離間した状態で、頭部２１の後端面から続いて一体に突出して伸びるよう形成された構成であってもよい。
また、電極２０における軸部２３は、径が一様な棒状のものであってもよい。

〈実験例１〉
図１〜図４に示す構成に従い、下記の仕様を有する交流点灯方式のランプ（Ａ１）〜ランプ（Ａ２）、ランプ（Ｂ１）〜ランプ（Ｂ３）、ランプ（Ｃ１）〜ランプ（Ｃ３）、ランプ（Ｄ１）〜ランプ（Ｄ５）、ランプ（Ｅ１）〜ランプ（Ｅ６）、ランプ（Ｆ１）〜ランプ（Ｆ６）、ランプ（Ｇ１）〜ランプ（Ｇ５）およびランプ（Ｈ１）〜ランプ（Ｈ５）を作製した。また、以下の仕様において、発光管、電極間距離、水銀封入量および電極の材質は、全てのランプに共通の仕様である。
・発光管は、石英ガラス製で、発光部の内容積が０．１７４ｃｍ³ である。
・電極間距離は１．２ｍｍである。
・水銀封入量は２９０ｍｇ／ｍｍ³ である。
・電極は、純度が５Ｎのタングステン製で、その他の仕様は下記表１に示す通りである。（但し、表２において、曲げ応力σは、頭部と電極物質補給部との境界部分に発生する重力による曲げ応力を示す。）
・入力電力は下記表２に示す通りである。

各ランプをそれぞれ表２に示す入力電力で１５００時間連続点灯させ、ランプ点灯中において電極物質補給部の変形状態を目視で観察し、点灯時間が２００時間に達するまでに電極物質補給部の収縮が開始したものを◎、点灯時間が２００時間を超えてから１０００時間に達するまでに電極物質補給部の収縮が開始したものを○、点灯時間が１０００時間を超えてから電極物質補給部の収縮が開始したものを△、電極物質補給部が収縮しなかったものを×、点灯初期に電極物質補給部が傾いたり脱落したりしたものを××として評価した。結果を表２に示す。
また、各ランプについて、電極の頭部の体積Ｖ１（ｍｍ³ ）と入力電力（Ｗ）との関係を図１０に示す。この図において、直線Ｌ１は、一次関数Ｖ１＝０．０２×Ｗ−２．０を示す直線であり、直線Ｌ２は、一次関数Ｖ１＝０．０１×Ｗ−２．２を示す直線である。また、図１０中、□は上記の評価が◎であること、○は上記の評価が○であること、△は上記の評価が△であること、×は、上記の評価が×であること、＊は上記の評価が××であることを示す。

表２に示す結果から明らかなように、電極の頭部の体積Ｖ１（ｍｍ³ ）が、入力電力Ｗ（Ｗ）との関係で下記式（１−Ａ）を満たす場合（図１０において直線Ｌ１より下方に位置する場合）には、ランプの点灯中において電極物質補給部が見かけ上収縮することから、電極物質補給部から頭部に電極物質が補給されていることが理解される。
式（１−Ａ） ０．０２×Ｗ−２．０＞Ｖ１
一方、電極の頭部の体積Ｖ１（ｍｍ³ ）が、入力電力Ｗ（Ｗ）との関係で下記式（１−Ｂ）を満たす場合（図１０において直線Ｌ２より上方に位置する場合）には、電極物質補給部に故障が生じないことが理解される。
式（１−Ｂ） ０．０１×Ｗ−２．２＜Ｖ１
従って、電極の頭部の体積Ｖ１（ｍｍ³ ）が、入力電力Ｗ（Ｗ）との関係で下記式（１）を満たす場合には、超高圧水銀ランプの点灯中において、電極物質補給部に故障が生じることなく、電極物質補給部から頭部に電極物質が補給されることが確認された。
式（１） ０．０２×Ｗ−２．０＞Ｖ１＞０．０１×Ｗ−２．２

〈実験例２〉
図１〜図４に示す構成に従い、下記の仕様を有する交流点灯方式のランプ（Ｈ）〜ランプ（Ｎ）を作製した。また、以下の仕様において、発光管、電極間距離、水銀封入量および入力電力は、全てのランプに共通の仕様である。
・発光管は、石英ガラス製で、発光部の内容積が０．０８３ｃｍ³ である。
・電極間距離は１．１ｍｍである。
・水銀封入量：２９０ｍｇ／ｍｍ³
・電極は、純度が５Ｎのタングステン製で、その他の仕様は下記表３に示す通りである（但し、表３において、曲げ応力σは、頭部と電極物質補給部との境界部分に発生する重力による曲げ応力を示す。）。
・入力電力は２７５Ｗである。

各ランプを２７５Ｗの入力電力で３００時間連続点灯させ、ランプ点灯中において電極物質補給部の状態を目視で観察し、電極物質補給部が傾斜したり脱落したりしなかったものを○、電極物質補給部が傾いたり脱落したりして軸部に接触したものを×として評価した。結果を表３に示す。

表３に示す結果から明らかなように、頭部と電極物質補給部との境界部分に発生する重力による曲げ応力が２８９０Ｐａ以下であれば、電極物質補給部が傾斜したり脱落したりすることなく、頭部に安定に保持されることが確認された。

〈実験例３〉
図１〜図４に示す構成に従い、下記の仕様を有する交流点灯方式のランプを作製した。・発光管は、石英ガラス製で、発光部の内容積；０．１６５ｃｍ³ である。
・電極間距離は１．１ｍｍである。
・封入水銀量は２９０ｍｇ／ｍｍ³ である。
・電極は、純度が５Ｎのタングステン製で、軸部の小径部分の径が０．５ｍｍ、軸部の大径部分の径が１．０ｍｍ、頭部の後端の径が１．８ｍｍ、頭部の全長が１．５ｍｍ、頭部の体積Ｖ１が２．２７ｍｍ³ 、電極物質供給部の外径が１．８ｍｍ、電極物質供給部の内径が１．４ｍｍ、電極物質供給部の全長が０．９４ｍｍ、頭部と電極物質補給部との境界部分に発生する重力による曲げ応力が２０９Ｐａである。
・入力電力は３８０Ｗである。

このランプを３８０Ｗの入力電力で１５００時間連続点灯させ、ランプ点灯中において、電極の頭部の先端位置の変位量（先端位置が後退した長さ）、および電極物質補給部の後端位置の変位量（後端位置が前進した長さ）を測定した。結果を表４および図１１に示す。

表４および図１１に示す結果から明らかなように、電極物質補給部の後端位置の前進に伴い、頭部の先端位置の後退が抑制されており、電極物質補給部から頭部に電極物質が補給されていることが理解される。

１ 超高圧水銀ランプ
１０ 発光管
１１ 発光部
１２ 封止部
１３ 金属箔
１４ 外部リード
２０ 電極
２１ 頭部
２１Ａ 突起部分
２１Ｂ 基台部分
２２ 電極物質補給部
２３ 軸部
２３Ａ 小径部分
２３Ｂ 大径部分
２３Ｋ 基端
２４ 支持部
８０ 超高圧水銀ランプ
９０ 電極
９１ 軸部
９２ 頭部
９２Ａ 突起部
９３ 胴部
９４ コイル部
１００ 発光管
１０１ 発光部
１０２ 封止部
Ｓ 放電空間
Ｅ 開口縁

Claims (4)

1. 発光部および当該発光部の両端に連設された封止部を有する発光管内に、それぞれ基端部分が前記封止部に埋設されて保持された棒状の軸部を有する一対の電極が互いに対向するよう配置されてなる超高圧水銀ランプにおいて、
   少なくとも一方の電極は、前記軸部より大きい径を有する頭部と、この頭部の後端面から続いて一体に突出して伸び、前記軸部から離間して設けられた電極物質補給部とを有することを特徴とする超高圧水銀ランプ。
2. 前記一対の電極間に交流電圧を印加することによって点灯駆動される交流点灯方式であり、
   前記頭部の体積をＶ１（ｍｍ³ ）とし、供給される電力をＷ（Ｗ）としたとき、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の超高圧水銀ランプ。
   式（１） ０．０２×Ｗ−２．０＞Ｖ１＞０．０１×Ｗ−２．２
3. 前記一対の電極間に直流電圧を印加することによって点灯駆動される直流点灯方式であり、
   前記少なくとも一方の電極が陽極として動作する電極であり、
   前記頭部の体積をＶ１（ｍｍ³ ）とし、供給される電力をＷ（Ｗ）としたとき、下記式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の超高圧水銀ランプ。
   式（２） ０．０４×Ｗ−４．０＞Ｖ１＞０．０２×Ｗ−４．４
   
4. 前記頭部と前記電極物質補給部との境界部分に発生する重力による曲げ応力が２８９０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超高圧水銀ランプ。

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