WO2004086443A1 - 高圧放電ランプの製造方法、この製造方法を用いて製造された高圧放電ランプ、ランプユニットおよび画像表示装置 - Google Patents

高圧放電ランプの製造方法、この製造方法を用いて製造された高圧放電ランプ、ランプユニットおよび画像表示装置 Download PDF

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WO2004086443A1
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WO
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pressure discharge
discharge lamp
light emitting
electric field
lamp
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Application number
PCT/JP2004/003521
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shinichiro Hataoka
Kiyoshi Takahashi
Jun Sakaguchi
Yoshitaka Kurimoto
Shunsuke Ono
Takashi Tsutatani
Tomoyuki Seki
Makoto Horiuchi
Tsuyoshi Ichibakase
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2928—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/44—Factory adjustment of completed discharge tubes or lamps to comply with desired tolerances

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a high-pressure discharge lamp having a high luminous flux maintenance ratio and a long life, a high-pressure discharge lamp manufactured by using this method, a lamp unit, and an image display device.
  • projection-type image display devices such as liquid crystal projectors and DMD (digital micromirror device) projectors have been widely used as systems for realizing large-screen images.
  • a high-luminance high-pressure discharge lamp particularly a high-pressure mercury lamp, is widely used (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-148561).
  • FIG. 1 shows the structure of the high-pressure mercury lamp 100000 disclosed in the above publication.
  • the high-pressure mercury lamp 100 comprises a light-emitting portion 501 mainly composed of quartz and a pair of sealing portions 502 extending on both sides thereof.
  • a metal electrode structure is sealed in the sealing portion 502 so as to hermetically seal the inside of the light emitting portion 501 and supply electric power from outside to the inside of the light emitting portion.
  • the electrode structure has a configuration in which an electrode 503 made of tungsten (W), a molybdenum (Mo) foil 504, and an external lead wire 505 are electrically connected in this order.
  • a coil 5 12 is wound around the tip of the electrode 5 3.
  • the light-emitting portion 501 is filled with mercury (Hg), argon (Ar) and a small amount of hagen gas, which are light-emitting substances.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-933361 discloses a method in which a portion of an electrode rod of an electrode located at a sealing portion and a sealing portion are formed. between the quartz glass, silica (S i 0 2) to the copper oxide (C u O), thereby sealed by interposing another member with the addition of raw materials such as aluminum oxide (a 1 2 0 3)
  • the structure is disclosed, whereby the adhesion between the molybdenum foil and the quartz glass is suppressed in the interposed portion of the separate member at the time of sealing, and the translucent container is suppressed. Can be prevented from leaking.
  • an inclined function member is provided at the sealing portion.
  • the reliability of the pressure resistance is improved by sealing the electrode structure through the electrode.
  • FIG. 2 is a partially cut-away view showing the structure of the high-pressure mercury lamp disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-182566.
  • a closing member 523 which is a functionally graded member, is fixed in a side tube portion 522 extending at both ends of a quartz glass light emitting member 521, and the closing member 52 In the vicinity of the outer end of 3, the power supply body 524 is sealed.
  • the functionally graded member has a different coefficient of thermal expansion depending on its position.
  • the closing body 523 is composed of molybdenum as a conductive component and silica as a non-conductive component, and has a molybdenum-rich conductive material at the end opposite to the light emitting portion 521.
  • the silica component increases continuously or stepwise as it goes toward the light emitting portion 521, and at the end, the silica component is non-conductive.
  • the configuration in which the electrode structure is sealed through another member including copper oxide or the like or the configuration in which the electrode structure is sealed through a gradient function member certainly improves the pressure resistance of the sealing portion. While this contributes to the high brightness of high-pressure mercury lamps, it also tends to cause blackening and devitrification in the light-emitting part during operation, and has the problem of shortening the operating life of high-pressure mercury lamps.
  • the present invention has been made to solve such a problem.
  • another material is added to the functionally graded material or quartz glass inside the sealing portion.
  • the impurities mixed in the discharge space in the light-emitting part are removed by a very simple method, and blackening and devitrification in the light-emitting part are possible. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a high-pressure discharge lamp that can be suppressed in terms of pressure, a high-pressure discharge lamp manufactured by such a manufacturing method, a lamp unit, and an image display device. Disclosure of the invention
  • a method for manufacturing a high-pressure discharge lamp includes: a glass light-emitting portion in which a pair of electrodes are disposed and a light-emitting substance is sealed; A method for manufacturing a high-pressure discharge lamp having a power supply connected to the electrode in a sealed first member and a sealing portion for hermetically maintaining the inside of the light emitting section.
  • a sealing step of sealing the inside of the first member with at least a part of the second member interposed therebetween in a longitudinal direction thereof, and a step of applying an electric field to at least the light emitting unit It is characterized by including.
  • the impurities inside the light emitting portion move by receiving an electrostatic force due to an externally applied electric field, and are diffused into the glass member forming the light emitting portion.
  • the amount of impurities inside the light emitting unit can be reduced as much as possible, and devitrification and blackening are suppressed.
  • the illuminance maintenance ratio of the high-pressure discharge lamp can be improved, and the life can be extended.
  • the term “power supply body” refers to a conductor for supplying power to the electrodes, and may be of various shapes depending on the shape of the electrode structure located at the sealing portion of the lamp as well as the metal foil. However, in some cases, the electrode axis itself may be used. In addition, “around the power supply” does not necessarily need to be the entire circumference of the site.
  • the present invention is characterized in that, in the electric field applying step, an electric field is applied to the light emitting unit while at least the light emitting unit is maintained at a predetermined temperature or higher.
  • the predetermined temperature or more in the electric field application step is desirably a temperature necessary for ionizing impurities existing inside the light emitting unit.
  • the predetermined temperature or higher in the process is desirably a temperature in a range of 600 ° C. or more and 110 ° C. or less.o
  • the impurities inside the light emitting portion are easily ionized, and accordingly, the impurities are easily released from the discharge space in the light emitting portion by the action of the electric field.
  • the high-pressure discharge lamp manufactured by the above-described manufacturing method has a long life because the devitrification and blackening of the light-emitting portion are suppressed and the lamp unit is configured by combining the high-pressure discharge lamp with a concave reflecting mirror.
  • the lamp unit is configured by combining the high-pressure discharge lamp with a concave reflecting mirror.
  • Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional high-pressure mercury lamp.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional high-pressure mercury lamp having a functionally graded structure.
  • FIG. 3A is a front view of the high-pressure mercury lamp 110 according to the present embodiment
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line b_b in FIG. 3A.
  • (A) and (b) of FIG. 4 are main part enlarged views conceptually showing the distribution of compressive strain along the longitudinal direction (electrode axis direction) of the sealing portion 2.
  • FIG. 5 are schematic diagrams showing the distribution of compressive stress actually measured by using the sensitive color plate method.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of the glass pipe 80 for a discharge lamp.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the glass tube 70.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a step of fixing the glass tube 70 to the side tube portion 2 ′ of the glass pipe 80.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of the electrode structure 50. As shown in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the step of inserting the electrode structure 50.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line c-c in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a sealing portion forming step.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an electric field application step according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of the lighting device 20 in FIG. 13.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a spectral distribution of a luminous flux of a high-pressure mercury lamp in which an electric field applying step is not performed in the present embodiment, and FIG.
  • FIG. 16 (a) is a diagram showing the measurement points of the Na content in the high-pressure mercury lamp subjected to the electric field applying step according to the present embodiment
  • FIG. 16 (b) is a diagram showing a table of the measurement results.
  • FIG. 17 is a view for explaining an electric field application step according to the second embodiment.
  • FIG. 18 is a view for explaining an electric field application step according to the third embodiment.
  • FIG. 19 is a partially cutaway view showing the configuration of a lamp unit combining a mercury lamp 1100 and a concave reflecting mirror.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of the configuration of an image display device using the lamp unit of FIG.
  • FIGS. 21 (a) and (b) are diagrams showing modified examples for generating an electric field in the electric field applying step.
  • FIG. 22 are diagrams each showing another modification for generating an electric field in the electric field application step.
  • FIG. 23 is a diagram schematically showing an apparatus for performing the electric field application step according to the first modification.
  • FIG. 24 is a view for showing an effect when the electric field applying step of FIG. 23 is performed.
  • FIG. 25 is a view showing an experimental result when the voltage applied to the conductive lines 51 and 52 is changed in the electric field application step of FIG.
  • FIG. 26 is a diagram schematically showing an apparatus for performing the electric field application step according to the first modification.
  • FIG. 27 is a diagram showing an example in which the second glass part 7 is provided at another position in the sealing part 2.
  • FIG. 28 is a diagram showing an example in which the second glass part 7 is provided so as to cover the entire metal foil 4.
  • FIG. 29 is a perspective view showing an inclined material tube used as a modification of the high-pressure mercury lamp according to the present invention instead of the Vycor glass tube.
  • FIG. 30 is a schematic diagram showing a sealing structure when the inclined material pipe has two layers.
  • FIG. 31 is a sectional view of the inclined material pipe taken along line d-d in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the inventor of the present application has invented a new configuration for increasing the pressure resistance of the sealing portion in a high-pressure discharge lamp (including a high-pressure mercury lamp) when the pressure in the light-emitting portion increases, thereby improving the reliability of the pressure resistance.
  • a patent application was filed based on this (Japanese Patent Application No. 2002-351523, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-234067).
  • a manufacturing method capable of suppressing the occurrence of blackening or devitrification in the light emitting portion and achieving a long lamp life in such a high pressure discharge lamp having a high pressure resistance, particularly a high pressure mercury lamp. explain.
  • FIGS. 3A and 3B show the structure of a high-pressure mercury lamp (hereinafter simply referred to as “lamp”) 110 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 (a) is a front view showing the overall configuration of the lamp 1100
  • FIG. 3 (b) is a view of the lamp 1100 when the lamp 1100 is cut along a plane including the line bb in FIG. 3 (a). It is a figure which shows a cross-sectional view typically, respectively.
  • the electrodes and metal foils located inside the light emitting section and the sealing section should be indicated by broken lines, but the light emitting section and the sealing section themselves are transparent. Since the interior is made of transparent glass, it is shown with solid lines, with emphasis on the actual visual sense (the same applies to other similar drawings except for Fig. 18).
  • the lamp 110 is a double-end type lamp including a light-emitting portion 1 in which a light-emitting substance 6 is sealed in a tube, and two sealing portions 2 extending from both ends of the light-emitting portion 1.
  • the sealing portion 2 is a portion for maintaining the airtightness inside the light emitting portion 1, and a first glass portion (side tube portion) 8 extending from the light emitting portion 1 and The second glass part 7 is interposed at least partially inside (the center side) of the first glass part 8.
  • the cross-sectional shape of the sealing portion 2 is substantially circular.
  • a metal foil (feeder) made of molybdenum 4 are arranged.
  • the metal foil 4 is located substantially at the center of the sealing portion ; and is in contact with the second glass portion 7 around the metal foil 4.
  • the second glass part 7 is also located substantially at the center of the sealing part 2, and the outer periphery of the second glass part 7 is in close contact with the inner surface of the first glass part 8.
  • the light emitting portion 1 is substantially spherical, has an outer diameter of, for example, about 5 mm to 2 Omm, and a glass thickness of, for example, about 1 mm to 5 mm.
  • the volume of the discharge space 9 in the light emitting section 1 is, for example, 0.01 to 1. ⁇ degree (0.01 to 1 0,111 3) Ru Dea.
  • the dimensions of the light emitting section 1 are about 10 mm in outer diameter, about 5 mm in inner diameter, and about 0.06 cc in the discharge space.
  • the distance H from the end face of the second glass part 7 on the light emitting part 1 side to the discharge space 9 of the light emitting part 1 was about 1 mm. .
  • mercury 6 is sealed as a light emitting substance.
  • mercury 6 is, for example, about 20 Omg / cc or more (22 OmgZc or more or 230 mg / cc or more, or 25 Omg / cc or more), Preferably, about 300 mg / cc or more (for example, 30 Omg / cc to 50 Omg / cc) of mercury and 5 to 30 kPa of a rare gas (for example, argon), and if necessary, a small amount. Is enclosed in the light emitting section 1.
  • the halogen enclosed in the light emitting section 1 has a role of a halogen cycle in which W (tungsten) evaporated from the electrode rod 3 during the lamp operation is returned to the electrode rod 3 again.
  • W tungsten
  • bromine Br
  • halogen encapsulating not only a single form may be in the form of a halogen precursor (in the form of compounds), in the present embodiment, the light-emitting portion 1 a halogen in the form of CH 2 B r 2 Has been introduced.
  • the amount of CH 2 Br 2 encapsulated in the present embodiment is about ⁇ 0.0017 to 0.17 mg / cc, which is equivalent to the halogen atom density during lamp operation. . Equivalent to about 01 to 1 mo1 / cc.
  • the pressure resistance (operating pressure) of the lamp 110 can be set to 2 OMPa or more (for example, about 30 to 50 MPa or more).
  • the pipe wall load is, for example, about 6 OW / cm 2 or more, and no particular upper limit is set.
  • a lamp having a tube wall load ranging from about 6 OW / cm 2 or more to about 30 OW / cm 2 (preferably, about 80 to 200 W / cm 2 ). it can.
  • cooling means such as a fan device is provided, it is possible to achieve a tube wall load of about 30 OW / cm 2 or more.
  • the rated power is, for example, 150 W (the load on the tube wall in that case is equivalent to about 13 OW / cm 2 ), but is not limited to this.
  • the first glass portion 8 in the sealing portion 2 contains 99% by weight or more of SiO 2 , and is made of, for example, quartz glass.
  • the second glass portion 7 little of the 1 to 5% by weight of A 1 2 0 3 and 4 wt% or less of B With one Kutomo are those containing silica (S i 0 2), for example, and a Corning Corp. Vycor glass (registered trademark No. 1 6571 52). If S i 0 2 in the addition of A 1 2 0 3 and B, softening point of the glass order to decrease the softening point of the second glass portion 7 is lower than the softening point temperature of the first glass portion 8 .
  • the Vycor glass is a glass in which an additive is mixed into quartz glass to lower the softening point and improve workability compared to quartz glass.
  • borosilicate glass is subjected to a thermochemical treatment, It can be manufactured by approaching the characteristics of quartz.
  • the composition of the Vycor glass for example, silica (S i O 2) 96. 5 wt%, alumina (A 1 2 0 3) 0. 5 wt%, boron (B) is 3 wt%.
  • the second glass part 7 contains more impurities than the first glass.
  • the sealing portion 2 of the lamp 1 100 a part of the metal foil 4, which is the power supply, on the discharge space 9 side is sealed in the first glass portion 8 via the second glass portion 7.
  • the pressure resistance can be dramatically increased (40 MPa to 50 MPa). It is considered that this is because a compressive strain is generated in the sealing portion 2, particularly a compressive stress is generated in the longitudinal direction of the sealing portion.
  • FIG. 4 (a) and 4 (b) schematically show the distribution of compressive strain along the longitudinal direction (the direction of the electrode axis) of the sealing portion 2, and FIG.
  • FIG. 4B shows the case of the configuration of the conventional lamp 1 100 ′ without the second glass part 7 (comparative example). Is shown.
  • the distortion of the lamp 110 was quantitatively measured, and it was observed that a compressive stress was present in the second glass part 7 of the sealing part 2. Quantification of this distortion was performed using a sensitive color plate method utilizing the photoelastic effect. According to this method, the color of a portion having distortion (stress) appears to change, and the color can be compared with a distortion standard device to quantify the magnitude of the distortion. That is, the stress can be calculated by reading the optical path difference of the same color as the color of the distortion to be measured.
  • the measuring instrument used to quantify the strain was a strain tester (SVP-200, manufactured by Toshiba). Using this strain tester, the magnitude of the compressive strain in the sealing part 2 was measured. It can be obtained as the average value of the stress applied to 2.
  • FIG. 5 (a) is a schematic diagram showing the distribution of the compressive stress of the lamp 1100 measured using the sensitive color plate method utilizing the photoelastic effect
  • FIG. 5 (b) is FIG. 7 is a schematic diagram showing a distribution of compressive stress for a lamp 1100 ′ without a second glass part 7.
  • the portion of the sealing portion 2 of the lamp 1100 in the area 7a of the second glass portion 7 has a different color from the first glass portion 8 (in the figure, There is a white portion 7a), which indicates that a compressive stress (compression strain) exists in the second glass portion 7.
  • the cause of the compressive stress is thought to be the difference in the softening point and strain point between quartz glass and Vycor glass. This point is described in detail in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-234067, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the first and second glass portions are softened by heating the side tube portion. After sealing the first glass portion 8 having a high softening point, the first glass portion 8 hardens first, and the second glass portion 7 is confined within the confined space inside the hardened first glass portion 8. It is thought that compression stress is generated internally because of curing in a state where there is no degree of freedom. Therefore, in the measurement results by the sensitive color plate method shown in Fig. 5 (a), only the compressive stress in the longitudinal direction of the metal foil could be confirmed, but from the consideration of the cause of the compressive stress described above, It is presumed that the compressive stress is also generated in the radial direction of the glass part of 2.
  • the softening point of quartz glass, which is the first glass part 8 is about 650 ° C.
  • the softening point of Vycor glass, which is the second glass part 7 is about 150 ° C. Therefore, there is a difference of 100 ° C. or more.
  • the stress generated by the metal foil 4 can be suppressed by the compressive stress of the second glass part 7, and as a result, for example, cracks occur in the glass part of the sealing part 2.
  • the occurrence of leaks between the glass part and the metal foil 4 is reduced, and the strength of the sealing part 2 is improved.
  • This manufacturing method is roughly divided into a lamp forming process and an electric field marking process of applying an electric field to the formed lamp to remove impurities inside the light emitting section 1.
  • the glass pipe 80 of the present embodiment is formed by heating and expanding a central portion of a cylindrical quartz glass having an outer diameter of 6 mm and an inner diameter of 2 mm to form a substantially spherical light emitting portion.
  • a glass tube 70 to be the second glass part 7 is separately prepared.
  • the glass tube 70 of the present embodiment is a Vycor glass tube having an outer diameter (Dl) of 1.9 mm, an inner diameter (D2) of 1.7 mm, and a length (L) of 7 mm.
  • the outer diameter D 1 of the glass tube 70 is smaller than the inner diameter of the side tube 2 ′ so that it can be inserted into the side tube 2 ′ of the glass pipe 80.
  • the glass tube 70 is fixed at a predetermined position inside the side tube portion 2 ′ of the glass pipe 80. This fixation is performed by inserting the glass tube 70 into the side tube portion 2 'and then heating the side tube portion 2' with a wrench or the like to bring the two into close contact.
  • an electrode structure 50 separately prepared as shown in FIG. 9 is prepared, and inserted into the side tube portion 2 ′ to which the glass tube 70 is fixed.
  • the electrode structure 50 includes an electrode rod 3, a metal foil 4 connected to the electrode rod 3, and an external lead 5 connected to the metal foil 4.
  • the electrode rod 3 is a tungsten electrode rod, and a tungsten coil 12 is wound around its tip.
  • the coil 12 may be made of a stream of tungsten. Also, as the electrode rod, not only a tungsten rod but also a rod composed of trim-tungsten may be used.
  • a support member (metal clasp) 11 for fixing the electrode structure 50 to the inner surface of the side tube 2 ' is provided.
  • the support member 11 is a molybdenum tape (Mo tape) made of molybdenum. Alternatively, a molybdenum ring-shaped panel may be used.
  • the width a of the Mo tape 11 is slightly larger than the inner diameter 2 mm of the side tube 2 ', so that the electrode structure 50 can be fixed in the side tube 2'. Cut.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration taken along the line c_c in FIG. 10.
  • both ends of the glass pipe 80 after the electrode structure 50 has been inserted are attached to a rotatable chuck 82 while maintaining airtightness.
  • the chuck 82 is connected to a vacuum system (not shown) and can reduce the pressure inside the glass pipe 80.
  • a rare gas (Ar) of about 200 torr (about 20 kPa) is introduced.
  • the glass pipe 80 is rotated in the direction of arrow 81 around the electrode rod 3 as the rotation center axis.
  • the side tube portion 2 'and the glass tube 70 are heated and shrunk to seal the electrode structure 50. Accordingly, as shown in FIG. 12, inside the first glass part 8 which was the side tube part 2 '..
  • the sealing part 2 in which the second glass part 7 which was the glass tube 70 was provided.
  • the sealing portion 2 is formed by sequentially forming the side tube portion 2 ′ and the gas from the boundary between the light emitting portion forming portion 1 ′ and the side tube portion 2 ′ to the vicinity of the middle of the external lead 5. This is performed by heating the lath tube 70 and shrinking it.
  • a sealing portion 2 including a portion where a compressive stress is applied at least in a longitudinal direction (axial direction of the electrode rod 3) is obtained from the side tube portion 2 'and the glass tube 70. .
  • heating and shrinkage may be performed from the external lead 5 to the light emitting portion forming scheduled portion 1 ′.
  • halogen eg, CH 2 Br 2
  • the same process as above is performed on the other side tube 2 '. That is, after entering yet inserted the electrode structure 50 to the sealed side tube portion 2 is not ', the glass pipe 80 to vacuum (preferably, the pressure was reduced to about 10- 4 P a), dilute Gas is sealed, and then heat sealing is performed. At this time, it is preferable to perform the heat sealing while cooling the light emitting portion forming scheduled portion 1. In this way, after sealing both side tube portions 2 ', unnecessary portions of the side tube portions 2' are cut off to complete the structure of the lamp 110 shown in FIG.
  • the electric field applying step is a step of applying an electric field to at least the light emitting portion 1 of the lamp to remove impurities inside the light emitting portion 1.
  • the electric field is applied at the time of initial lighting (aging) after the lamp is completed. Is executed.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing an apparatus for performing the electric field application step.
  • Reference numeral 20 denotes a lamp lighting device, which includes a DC power supply 21 and a ballast 22. An AC voltage output from the ballast 22 is connected to C and D of a pair of external lead wires 5 of the lamp 1100. .
  • FIG. 14 is a block diagram showing in detail the configuration of the lighting device 20, particularly the configuration of the ballast 22.
  • the DC power supply 21 is connected to an AC power supply (100 V AC) (not shown), and supplies a predetermined DC voltage to the ballast 22.
  • the ballast 22 includes a DC ZDC converter 23 for supplying electric power required for the lamp 1100 to light, and a DC converter for converting the output of the DC / DC converter 23 into an alternating current having a predetermined frequency. / AC imputter 24 and-.
  • High-voltage generator 25 for superimposing a high-voltage pulse on lamp 1 100 at startup, current detector 26 for detecting lamp current of lamp 1 100, lamp 1 100 A DC / DC converter 23 and a control unit 28 for controlling the output of the DC / AC inverter 24.
  • the control unit 28 receives the detection signals of the current detection unit 26 and the voltage detection unit 27, and controls the DCZDC converter 23 and the DC / AC inverter 24 so that the power supplied to the lamp 110 becomes a predetermined constant value. Is controlled.
  • the device for performing the electric field application process includes a DC power supply 30 in addition to the DC power supply 21 in the lighting device 20, and an output terminal thereof.
  • A is connected to the ground output (GND) of the lighting device 21, and a predetermined negative voltage is output from the output terminal B.
  • a conductive wire 10 is wound around the pair of sealing portions 2 of the lamp 1 100 with a predetermined width from the boundary with the light emitting portion 1.
  • the conductive wire 10 is wound around one sealing portion 2 and is wound around the other sealing portion 2 so as to straddle the light emitting portion 1.
  • the number of turns is about 10 turns for each of the left and right sides.
  • the shortest distance L between the conductive wire at the part connecting both windings and the surface of the light emitting unit 1 is about 2 mm. In the present embodiment, since the outer diameter of the light emitting portion 1 is about 10 mm, the distance from the electrode rod 3 to the conductive wire 10 in this portion is about 7 mm.
  • the electrodes on the C side and the D side are alternately connected to GND during lighting, but on the C side.
  • the potential difference on the D side is equivalent to the lamp voltage, and is about 60 to 90V. Regardless of whether GND is on the C side or the D side, a potential difference of about 300 V occurs between the electrode in the light emitting section and the conductive wire 10.
  • the effect is the same, except that either the C side or the D side is fixed to GND. As a result, a strong electric field is generated from the electrode rod 3 toward the conductive wire 10, and the electric field is applied to the light emitting unit 1.
  • the hatched portion E of the light emitting portion 1 and the second glass portion 7 of the sealing portion 2 in FIG. 16 (a) are provided, respectively.
  • Atomic absorption spectrometry analysis of the content of Na in the part that was not performed (shaded part F) gave the results shown in Table 1 in Fig. 16 (b).
  • Table 1 in Fig. 16 (b) As is clear from the table, in the conventional product, the Na content of the light emitting portion 1 was 0.61 ppm, whereas in the product of the present invention, the Na content was nearly one sixth of 0.11. pm has been reduced.
  • the positive ions receive the force toward the outside of the light emitting unit 1 and diffuse into the quartz glass, and eventually the light emitting unit 1 Released to the outside.
  • hydrogen and positive ions such as alkali metals (potassium, lithium, and sodium) adversely affect blackening and devitrification, it is necessary to reduce impurities in the discharge space 9 by this electric field applying step. It is estimated that the result was obtained.
  • the amount of hydrogen (H 2 ) in the discharge space 9 has been significantly reduced by the electric field application step.
  • a process of vacuum-vacuating the entire lamp for a predetermined time at an appropriate stage after sealing the lamp both to reduce hydrogen in the discharge space 9 and to remove unnecessary distortion of the glass member forming the light emitting tube
  • the time of this vacuum backing step can be significantly reduced.
  • a voltage of 300 V was applied between the conductive wire 10 outside the light emitting section 1 and the distance of about 7 mm between the electrode rod 3 and the magnitude of the electric field was about 43 mm. It was kV / m, but it is not limited to this. In order to efficiently remove impurities, it is desirable that the pressure be 10 kV / m or more. Although there is no particular upper limit on the electric field strength, it does not make sense to make the electric field strength larger than necessary for removing impurities. The degree could be capped.
  • the lamp manufacturing method according to the present embodiment is particularly effective for a lamp whose lighting operating pressure exceeds 23.3 MPa (230 a tm. Hg amount per volume of the light emitting part: 23 Omg / cc). It is. For lamps with a lighting operating pressure of 23.3 MPa or more, the arc temperature increases and the amount of electrode evaporation increases. For this reason, even if a small amount of impurities is present, the halogen cycle does not run smoothly and blackening tends to occur. In addition, since the temperature of the light emitting part itself increases, devitrification easily occurs at an early stage.
  • impurities such as alkali metals (lithium, sodium, potassium) can be reduced far more than before, so that a lighting operating pressure of 23.3 MPa or more can be achieved. With lamps, a service life of more than 2000 h, which could not be achieved until now, can be secured.
  • FIG. 17 is a diagram showing an outline of the electric field application step in the second embodiment.
  • a conductive wire 10 is wound around the outer periphery of the sealing portion 2 of the lamp 110, as in the first embodiment.
  • the conductive wire 10 was wound from one side tube part, and was wound around the other side tube part so as to straddle the light emitting part.
  • the number of turns is about 10 turns each.
  • the distance L between the light emitting portion 1 and the conductive wire 10 was about 2 mm. Since the outer diameter of the light emitting portion 1 is about 10 mm, the distance from the electrode rod 3 to the conductive wire 10 in this portion is about 7 mm.
  • a pair of electrodes 5 is connected to the output terminal A of the DC power supply 30 similar to that shown in FIG. A voltage of 130 V was applied to the output terminal B.
  • this electric field application step was performed for several hours while heating the lamp 110 to a temperature of 110 ° C.
  • This heating was performed in an Ar atmosphere in the heating furnace so that the electrodes of the lamp 110 and the conductive wires 10 were not oxidized.
  • the heating furnace may be in an N 2 atmosphere or a vacuum.
  • each of the electrode rods 3 is GND, and the potential of the conductive wire 10 is 130 V. Since the temperature of the lamp also rises to 110 ° C., impurities in the light-emitting space or in the glass forming the light-emitting portion are de-ionized, and positive ions such as hydrogen and aluminum metal are emitted from the light-emitting portion. It will be released outside.
  • the present embodiment is characterized in that impurities are removed from a glass pipe used as a material of the light emitting section 1 and the sealing section 2 before forming the lamp.
  • FIG. 18 is a diagram showing an outline of the electric field application step in the third embodiment.
  • a glass pipe 2000 is a glass pipe for a lamp before the lamp is manufactured, and is composed of a substantially spherical hollow portion where a light-emitting portion is to be formed and a cylindrical side tube portion 2 ′.
  • a metal rod 210 was passed through the inside of the glass pipe 2000.
  • the metal rod 2100 is held by a holding member (not shown) so as to be located at a position substantially coincident with the glass pipe 2000 and the tube axis.
  • a conductive wire 10 is wound around a pair of side pipe portions 2 ′ of the glass pipe 2000. The winding conditions of the conductive wire 10 are the same as in the first and second embodiments.
  • the conductive wire 10 wound around the lamp and the metal rod 210 are connected to the output terminals B and A of the DC power supply respectively, the metal rod 210 is grounded, and the electric wire 10 300 V was applied, and in this state, the glass pipe 2000 was heated in the heating furnace.
  • heating is 110, as in the second embodiment. C for several hours. Furnace, as the metal rod 2 0 1 0 or conductive wire 1 0 is not oxidized, it was carried out under A r atmosphere, even under N 2 atmosphere, yet good a vacuum.
  • impurities in the glass pipe 2000 are ionized, and positive ions such as hydrogen and alkali metals are released to the outside of the glass pipe.
  • the second glass part 7 can be heat-treated in the same manner as described above.
  • the second glass portion 7 Baiko one Ruga Ras (silica (S i ⁇ 2) 9 6. 5 wt%, alumina (A l 2 ⁇ 3) 0. % (Boron (B) 3% by weight), the heat treatment was able to reduce hydrogen and metallurgy with little change in its composition. It was also confirmed that blackening and devitrification of lamps manufactured by performing such treatments were suppressed.
  • the lamp subjected to the electric field application step with the above configuration has the following structural difference compared to the lamp not used in the manufacturing method of the present invention.
  • the lamp according to the present invention has the Na content per unit volume of the light emitting portion 1 in the first glass portion extending from the light emitting portion. It can also be characterized as having a configuration that is smaller than the Na content per unit volume.
  • the content of Na in the light emitting portion per unit volume is at least one half or less of the content per unit volume of the sealing portion.
  • Lamp unit configuration When a lamp is used as a light source of an image display device, it is generally configured as a lamp unit combined with a concave reflecting mirror in order to improve the light collection efficiency of a light beam.
  • FIG. 19 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of a lamp unit 100 for a projector using the lamp 110 as a light source.
  • the lamp unit 100 has a concave reflecting mirror 103 in which a lamp 110 is located between the center of the distance between the electrodes of the pair of electrode rods 3 and the concave reflecting mirror 103.
  • the central axis X in the longitudinal direction of the lamp 110 and the optical axis of the concave reflecting mirror 103 in FIG. 1, the central axis X coincide with each other) so that the focal position substantially coincides with the optical axis of the lamp 110. It is arranged so that it becomes.
  • One external lead wire 5 is electrically connected to a power supply line 1 15 led out of the concave reflecting mirror 103 through a through hole 114 formed in the concave reflecting mirror 103. Have been.
  • the other external lead wire 5 (not shown in FIG. 19) has a base 1 16 fixed to the end of one of the sealing portions 2 of the lamp 110 by an adhesive (not shown). Is electrically connected to
  • the concave reflecting mirror 103 has an opening 117 at the front and a neck 118 at the back, and has an inner surface, for example, a paraboloid of revolution or a spheroid.
  • the reflective surface 1 19 is formed by evaporating metal or the like on the surface.
  • the lamp 110 and the concave reflecting mirror 103 are integrated with the base 116 fixed to the lamp 110 inserted into the neck 118 and fixed with the adhesive 120 Has been
  • the front glass is fixed to the opening 1 17 with an adhesive or the like so as to prevent dust or the like from entering the inside.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the configuration of the liquid crystal projector 150.
  • a liquid crystal projector 150 has a lamp unit 100 as a light source, a mirror 128, and a dichroic light for separating white light from the lamp unit 100 into three primary colors of blue, green and red.
  • It has an eclipse prism 142 and a projection lens 143. Then, the image from the image display device is projected on a projection surface 144 such as a screen.
  • the image display device has a known configuration except for the lamp unit 100, optical elements such as a UV filter are omitted.
  • the lamp unit 100 uses the lamp 110 manufactured by the above-described manufacturing method as a light source, the illuminance maintenance ratio can be improved, and the life can be extended. further.. In the image display device using the lamp unit 100 having such a high illuminance maintenance ratio, the lamp unit 100 does not need to be replaced frequently, so that the maintenance cost can be reduced.
  • a three-panel liquid crystal projector has been described as an example of an image display device.
  • the present invention can be applied to a single-panel liquid crystal projector, a projector using a DLP, and the like.
  • the method of applying a voltage is not limited to the above embodiments. Any method may be used as long as a potential difference is generated between the inside of the light emitting unit and the outside of the light emitting unit.
  • the conductive wire 10 is wound 10 times around the pair of sealing portions 2 respectively, but the number of turns may be more or less than this.
  • the same effect can be obtained by simply winding the conductive wires 51 and 52 one turn each.
  • a plate-shaped or rod-shaped conductive member 12 may be arranged near the light emitting portion. Further, if the lamp 110 is inserted inside the cylindrical electrode 53 'as shown in FIG. 22 (a), it will be possible to release impurities more effectively.
  • two plate-shaped conductive members 54, 55 may be arranged on both sides of the lamp to give a potential difference therebetween.
  • the positive ions are attracted to one conductive plate side and the negative ions are attracted to the other conductive plate, so that the effect of simultaneously removing the positive ion and the negative ion impurities can be obtained.
  • FIG. 23 is a diagram showing a modification of the electric field application step using the configuration of FIG. 21 (a).
  • the light-emitting portion 1 has a substantially spherical or substantially spheroidal outer shape, a maximum outer diameter of 12 mrru, and a maximum thickness of 2.7 mm to 3 mm.
  • the sealing portion 2 is a column having a diameter of 6 mm.
  • the maximum outer diameter indicates the maximum outer diameter in the minor axis direction when the outer shape of the light emitting unit 1 is substantially spheroidal.
  • the inner volume of the light emitting section 1 is, for example, 0.2 cc.
  • the tube wall load on the inner wall of the light emitting unit 1 is 6 OWZcm 2 or more, for example, 140 W / cm 2 .
  • the constituent material of the light emitting section 1 is quartz glass, the range of actual use of the tube wall load is preferably 20 OW / cm 2 or less.
  • mercury a rare gas such as, for example, argon gas or xenon gas
  • a halogen such as, for example, bromine are sealed in the light emitting portion 1.
  • the amount of mercury enclosed is preferably 0.15 mg / mm 3 or more, and the practical use range is preferably 0.35 mg gZmm 3 or less.
  • the amount of rare gas charged is about 5 kPa to 40 kPa.
  • the amount of halogen enclosed is 10 _7 ⁇ mo 1 / mm 3 to 10 _2 ⁇ mo 1 / mm 3 It is.
  • An electrode is composed of the coil 12 and the coil. Further, the tip of the electrode rod 3 is partially melted together with the coil 12 to form a substantially hemispherical mass. The distance between the electrodes is 0.2 mm to 5.0 mm.
  • impurities of the electrode rod 3 and the content thereof are as follows.
  • a cylindrical second tube made of Vycor glass is provided between the portion of the electrode rod 3 located in the sealing portion 2 and the quartz glass forming the sealing portion 2, as in the first embodiment.
  • the glass part 7 of 2 (not shown in FIG. 23; see FIG. 3) is interposed.
  • the components of the second glass part 7 are as follows.
  • an alloy of iron, chromium, and aluminum having a wire diameter of 0.2 mm to 0.5 mm, for example, 0.2 mm, The conductive wires 51 and 52 are wound one turn at a time so that they come close to or come into contact with each other.
  • the longitudinal axis of the light emitting section 1 becomes substantially perpendicular to the vertical direction.
  • the light-emitting part 1 located below should be They are arranged close to or in contact with each other along the surface shape, and are joined together at the center of the outer surface of the light emitting unit 1 located thereunder.
  • the lamp 1100 when the lamp 1100 is lit in a horizontal arrangement, to prevent the conductive wires 51 and 52 from approaching the upper outer surface where the temperature is highest among the outer surfaces of the light emitting section 1,
  • the conductive wires 51 and 52 are arranged on the outer surface of the light emitting unit 1 located below, where the temperature of the inner surface is relatively low.
  • the lamp 110 is held in a horizontal arrangement, the external lead wires 5 and 5 are connected to the ballast 22 and the conductive wires 51 and
  • the lamp 110 is a high-pressure mercury lamp with a rated power of 220 W, which is an AC lighting type
  • the DC power supply A potential of +380 V is generated at the other terminal of 21 and a potential of 150 V or less is generated at the other terminal B of another DC power supply 30. Therefore, at the time of stable lighting, if the potential of one terminal of the DC power supply 21 is set to the reference (0 V), the potential of both electrodes 5 fluctuates in the range of 0 V to 100 V, and the conductive wire 5 A voltage of 150 V or less is applied to 1, 52.
  • the lamp 110 was continuously lit using the ballast 22 in almost the same state as the actual use condition, and the voltage of the conductive wires 51 and 52 was less than 150 V. Is applied.
  • This time ⁇ is the time immediately after the application. During this time, since the lamp 110 is turned on, at least the light emitting unit 1 is kept at a predetermined temperature, for example, 800 ° C. At this time, it also serves as a normal lighting test (initial lighting).
  • the quartz glass In order to sufficiently diffuse impurities in the discharge space, particularly ionized metal, into the quartz glass, it is preferable to maintain at least the light emitting portion 1 at 600 ° C. or higher. However, when the light emitting part 1 is made of quartz glass, However, the temperature is preferably set to 110 ° C. or less so that the quartz glass is not recrystallized and devitrified.
  • the lamp 110 is cooled naturally or forcibly, and the conductive wires 51 and 52 are removed to complete the final product.
  • the present invention a concave reflecting mirror was attached to the lamp 110 to form a lamp unit (see FIG. 19) (hereinafter referred to as “the present invention”), and the operation and effect thereof were confirmed.
  • the presence or absence of blackening of the inner surface of the light emitting portion 1 after the lighting for 300 hours, and the presence or absence of devitrification after the lighting for 200 hours, and the illuminance after the lighting for 5 hours are 1
  • the illuminance maintenance rate (%) at each time of 0% was measured, the results as shown in Table 2 of FIG. 24 were obtained.
  • the applied potential of the conductive wires 51 and 52 was set to 150 V.
  • the “illuminance maintenance ratio” here is an average illuminance maintenance ratio (%) when the lamp unit is mounted on an image display device (see FIG. 20) and projected on a 40-inch screen.
  • the same manufacturing method and the same configuration as the product of the present invention were used except that only a normal lighting test was performed without applying an electric field.
  • the same measurement as that of the product of the present invention was performed for the lamp unit (hereinafter referred to as “comparative product”), and the results are also shown in Table 2.
  • the number of samples is 5 for both the product of the present invention and the comparative product.
  • the present invention product shows almost no devitrification or blackening in the light emitting part 1 even after lighting for 2000 hours, and maintains the illuminance maintenance ratio of 74%.
  • the comparative product the inner surface of the light-emitting part 1 has already been markedly devitrified and blackened after 300 hours of lighting, and the illuminance maintenance rate is 85%. Before the elapse of time, the internal temperature of all of them increased due to devitrification, and the light emitting unit 1 was swollen and deformed.
  • the electric field applying step shown in FIG. The impurities present in the space and the impurities contained in the materials used for the lamp (electrode rods 3, enclosed mercury bromide, second glass part 7, etc.), especially alkali metal, are converted into conductive wires.
  • the electric lines 51 and 52 are generated by the electric field generated between the electrode 3 and the conductive lines 51 and 52. Can be attracted toward the glass, and can be diffused into the quartz glass and emitted to the outside of the light-emitting unit 1, thereby preventing the quartz glass of the light-emitting unit 1 from being devitrified during use of the lamp. And blackening of the inner surface can be prevented.
  • At least the light-emitting portion 1 of the glass member of the entire lamp is maintained at a predetermined temperature or higher, so that the diffusion speed of the ionized metal in the quartz glass can be increased.
  • the light emitting unit 1 is maintained at a predetermined temperature or higher by turning on the lamp 110, it is possible to maintain the light emitting unit 1 at a predetermined temperature or higher without using special heating equipment. As a result, the equipment cost can be reduced, and it can also serve as a lamp lighting test usually performed in a manufacturing process, so that the impurity can be removed efficiently and in a short time.
  • the lamp 110 is placed in a horizontal arrangement, and the conductive wires 51 and 52 are arranged close to or in contact with the boundary between the light emitting portion 1 and the sealing portion 2 to apply an electric field. Therefore, even if metals, especially impurities, gather at the boundary, the temperature of that part is not as high as that of the upper part of the light-emitting part 1 when lighting in a horizontal arrangement, so that this part The quartz glass and the aluminum metal attracted to the metal are hardly chemically reacted with each other, and the risk of devitrification can be reduced.
  • the boundary part is devitrified, it is slight, and it does not lead to deformation or breakage of the quartz glass, and the devitrified part is the glass part around the base of the electrode. Therefore, the luminous flux does not decrease. Further, since the conductive wires 51 and 52 do not approach or contact the upper portion of the outer surface of the light emitting section 1, the impurities, especially alkali metal, are included in the portion located above the light emitting section 1 during use. Can be prevented from being attracted in a concentrated manner, and devitrification of the quartz glass in that portion can be suppressed.o
  • the applied voltage exceeds ⁇ 50 V, for example, at 125 V, if the lighting elapsed time is 100 hours, the illuminance maintenance rate is 71%, but the lighting elapsed time is 200 hours. By then, the light-emitting part 1 was swollen due to devitrification and deformed.
  • the voltage applied to the conductive wires 51 and 52 must be not more than 150 V based on the potential of one electrode of 0 V in order to sufficiently remove impurities, particularly alkali metals, in the manufacturing process. I found it.
  • the same effect as described above can be obtained with metal.
  • the wire diameter of the conductive wires 51 and 52 is not limited to the above-mentioned 0.2 mm to 0.5 mm, but may be other different wire diameters. The same effect as described above can be obtained.
  • the case where the lamp 1100 is continuously lit in substantially the same state as the actual use state and a potential of 150 V or less is applied to the conductive wires 51 and 52 has been described. It is not necessary to continuously turn on the light in the same state as the actual use state, and it is sufficient to turn on the light so that at least the temperature of the light emitting section 1 becomes 600 ° C. or higher.
  • the conductive wires 51 and 52 are wound around the boundary between the light emitting portion 1 and the sealing portion 2 on the assumption that the lamp 1100 is lit in a state of being horizontally arranged.
  • the conductive wires 51 and 52 are connected to the light emitting unit 1 and the sealing unit 2. The same effect as above can be obtained by wrapping around the boundary portion of.
  • the conductive wires 51 and 52 may be drawn depending on the lighting direction and the temperature environment. May be appropriately arranged.
  • FIG. 26 schematically shows an apparatus for performing the electric field application step.
  • the lamp 1100 After forming the lamp 1100 having the same specifications as in the above-described modification 1, the lamp 1100 is horizontally arranged as shown in FIG. 26 and, for example, a rectangular flat plate-shaped conductive member 54, 55 made of copper is used. Are arranged substantially parallel to each other so as to sandwich the light emitting section 1.
  • the length of the conductive members 54 and 55 in the central axis direction of the lamp 1100 is substantially the same as the dimension of the light emitting unit 1 in the same direction, and the direction orthogonal to the central axis (see FIG.
  • the width in the direction (perpendicular to) is set to be substantially the same as the diameter of the light emitting section 1.
  • Different potentials are applied to the conductive members 54 and 55, for example, a positive potential is applied to one and a negative potential is applied to the other. Between the conductive members 54 and 55 The distance may be appropriately determined in relation to the voltage applied to each of the conductive members 54 and 55 so that a desired electric field (preferably, 10 kV / m or more) is generated.
  • the external lead wires 5 and 5 of the lamp 110 are connected to the ballast 22 and the conductive members 54.5 and 55 are respectively connected to the DC power supply 30. I do.
  • the metal ions (positive ions) that are the cause of devitrification can be reduced.
  • the temperature can be induced below, which is lower than the upper side of the light emitting section 1, and as a result, the devitrification of the quartz glass portion of the light emitting section 1 can be further suppressed.
  • the impurities existing in the space in the light emitting unit 1 are used. ⁇ Impacts contained in the lamp components (electrode rods 3, enclosed mercury bromide, and second glass part 7) are attracted by the electric field to which impurities, especially Al metal, are applied. It can be diffused into the quartz glass and released to the outside of the light emitting section 1, so that it is possible to suppress the devitrification of the quartz glass part of the light emitting section 1 during use of the lamp. It is possible to prevent the inner surface of the light emitting unit 1 from being blackened.
  • At least one of the light emitting units 1 may be externally heated by a heating means such as a heater, and may be maintained at a predetermined temperature or higher.
  • the lamp 110 may be once turned on and then turned off, and thereafter, at least the light emitting portion 1 of the lamp 110 may be heated by the heating means and maintained at a predetermined temperature or higher.
  • a lamp with rated power of 220 W is shown as an example, but a high-pressure mercury lamp with rated power of 150 W or a high-pressure mercury lamp with rated power exceeding 220 W is shown as an example.
  • the present invention can be applied to a mercury lamp.
  • the electric field applying step be performed at the time of initial lighting of the lamp.
  • the process of initial lighting (aging) is always required before shipment, and by performing the electric field application process at this time, the process time can be reduced.
  • the electric field application step is performed while heating in a heating furnace or the like, it is desirable to perform the step before the initial lighting. If the initial lighting is performed first, blackening and devitrification will occur due to impurities in the discharge space.
  • the electric field needs to be applied for at least 5 minutes, and preferably for 2 hours or more.
  • the upper limit of the electric field application time is not particularly specified, but the electric field application step may be performed as long as it is necessary to suppress blackening and devitrification. It is determined naturally by the balance with the manufacturing cost depending on the sheath temperature and the heating temperature.
  • initial lighting does not necessarily have to precede the electric field application step.
  • an electric field application step was performed on a lamp that was once considered to be blackened due to impurities, Na was removed. After that, when the lamp was turned on for several hours to several tens of hours, the blackening disappeared.
  • the heating location should be at least the light emitting part, and the temperature is desirably equal to or higher than the temperature (600 ° C) necessary for ionizing most impurities in the discharge space.
  • the material of the light emitting part 1 is quartz glass. In this case, the upper limit is up to 11 oo ° c because recrystallization is not performed.
  • the impurities are ionized by raising the temperature, but other means may be used for ionization. For example, there is a method to achieve ionization of impurities by applying a very large electric field.
  • the second glass portion 7 is provided at a position surrounding the connection portion of the metal foil 4 with the electrode rod 3, but only at this portion at the placement position. Not exclusively.
  • the metal foil 4 may be provided so as to cover the end on the connection side with the external lead 5, or as shown in FIG. 28 so as to cover the entire metal foil 4. It does not matter.
  • the second The glass part 7 is desirably as small as possible, and the cracks in the sealing part 2 are more likely to occur on the side closer to the discharge space due to the influence of heat due to discharge, as shown in FIG. It may be desirable to provide only a part of the electrode so as to cover the joint with the electrode rod 3.
  • the second glass portion 7 can obtain a certain degree of compressive stress for suppressing the stress of the metal foil 4 without necessarily covering the entire periphery of the metal foil 4 in the portion where the second glass portion 7 is located.
  • another glass tube having a C-shaped cross section may be used in place of the glass tube 70 (see FIG. 7) in the lamp forming step.
  • the second glass part 7 has a softening point lower than that of the first glass part 8 as described above, thereby serving to generate a compressive stress inside the sealing part.
  • the additive for lowering the softening point of silica (S i 0 2), A 1 2 0 3 and at least one may be contained within the B.
  • Si 0 2 is 70% by weight or more and less than 99% by weight.
  • 1 2 0 3, 1 5 wt% or less, B is arbitrary desired 4% by weight or less.
  • the pressure resistance is improved by providing the second glass portion 7 made of Vycor glass in the sealing portion 2.
  • a so-called functionally graded material is used instead of Vycor glass.
  • the sealing may be performed with a member made of.
  • the glass tube 70 made of Vycor glass shown in FIG. It is inserted into the tube to form the sealing part 2.
  • the inclined material pipe 71 is formed, for example, by mixing a quartz powder and a metal powder such as molybdenum or tungsten and heat-molding the mixture so that the inner portion has a higher content of the metal powder 72. Have been.
  • the inclined material pipe 71 can have a coefficient of thermal expansion in a range larger than the first glass portion 8 and smaller than the metal foil 4, and moreover, inside the inclined material pipe 71.
  • the coefficient of thermal expansion of the part is close to the coefficient of thermal expansion of the metal foil 4, and the coefficient of thermal expansion of the outer part of the inclined material pipe 7 1 can be close to the coefficient of thermal expansion of the first glass part 8, during which time the thermal expansion gradually increases It is possible to vary the coefficients.
  • the coefficient of thermal expansion of the inclined material pipe 71 gradually changes, adjacent members in the sealing section 2 due to a rapid temperature change (thermal shock) of the light emitting section 1 when the lamp is turned on or off. Since the thermal stress generated therebetween can be reduced, cracks are less likely to occur, and the pressure resistance of the sealing portion 2 is significantly improved.
  • the place where the functionally graded member is interposed is not limited to the end including the connection position of the second metal foil 4 with the electrode bar 3 as in the case of the second glass part 7 using the pycol glass, The location shown in FIGS. 27 and 28 may be used. Further, the thermal expansion coefficient of the inclined material pipe may be different from that of the inner layer to the outer side as described above, but may be different from each other as a multilayer structure.
  • FIG. 30 shows the structure of the sealing portion 2 when the inclined material pipe has a two-layer structure as an example.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view of the inclined material pipe 73 of FIG. 30 taken along line d-d.
  • the inclined material pipe 73 has a two-layer structure of a first inclined material 74 and a second inclined material 75, and includes a metal foil 4, a first inclined material 74, and a second inclined material 75.
  • the first and second inclined materials are selected so that ⁇ 1> ⁇ 2> ⁇ 3> ⁇ 4.
  • a part or all of the metal foil 4 is sealed via the second glass part or the inclined material, but other electrode structures are used.
  • a configuration is adopted in which a part or all of the power supply existing in the sealing portion, not the metal foil, is sealed via the second glass portion or the inclined material.
  • the power supply may be the electrode axis itself.
  • a metal plating may be formed on at least a part of the surface of the buried portion in the sealing portion of the electrode. By doing so, it is possible to prevent the generation of minute cracks in the glass located around the electrode rod 3.
  • the metals in this metal plating are Pt, I It is sufficient if it is made of at least one metal selected from the group consisting of r, Rh, Ru, and Re. From the viewpoint of adhesion to the electrode rod 3, an Au layer is formed as a lower layer. It is preferable to form a Pt layer on the upper layer, for example.
  • the wettability between the quartz glass of the sealing portion 2 and the surface of the electrode rod 3 is poor. I'm familiar. In other words, the wettability between the metal and the quartz glass is worse in the case of the combination of platinum and quartz glass than in the case of the combination of tungsten and quartz glass. It becomes. Due to such poor wettability between the electrode rod 3 and the quartz glass, separation between the electrodes during cooling after heating is improved, and it is possible to prevent the occurrence of fine cracks, and to obtain higher pressure resistance. Can be. As described above, even if impurities are mixed in the light emitting portion due to the step of plating other metal on the electrode rod, it can be removed by the electric field applying step.
  • a method of manufacturing a double-ended high-pressure mercury lamp has been described.
  • a single-end type high-pressure mercury lamp may be used.
  • the manufacturing method of the present invention is generally applied to a high-pressure discharge lamp, such as a lamp or a halogen lamp, having a substantially sealed portion and having an increased internal pressure during lighting.
  • the method of removing impurities from a glass pipe before sealing as shown in Fig. 18 is not limited to the glass pipe for discharging high-pressure mercury lamps.
  • glass used for metal halides and light bulbs It may be a material, and is also applicable to a glass material used for a plasma display or a liquid crystal.
  • the manufacturing method according to the present invention is applicable to all discharge lamps that may cause blackening and devitrification caused by impurities such as hydrogen and alkali metals (potassium, lithium, and sodium) mixed in the light emitting section, It can also be applied to display panels that use effects.
  • impurities such as hydrogen and alkali metal in the discharge space and in the glass constituting the light emitting portion can be reduced, and even if the output is high, the blackening occurs.
  • it is suitable as a method for manufacturing a long-life high-pressure discharge lamp in which devitrification is suppressed.

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Description

明 細 書 高圧放電ランプの製造方法、 この製造方法を用いて製造された高圧放電 ランプ、 ランプユニッ トおよび画像表示装置 技術分野
本発明は、 光束維持率が高く長寿命な高圧放電ランプの製造方法、 こ の製造方法を用いて製造された高圧放電ランプ、 ランプュニッ トおよび画 像表示装置に関するものである。 背景技術
近年、 大画面映像を実現するシステムとして、 液晶プロジェクタや D M D (ディジタル · マイクロミラ一 ' デバイス） プロジヱクタなどの投射型 の画像表示装置が広く使用されている。 このような画像表示装置の光源と して高輝度の高圧放電ランプ、 特に高圧水銀ランプが広く用いられている (例えば、 特開平 2— 1 4 8 5 6 1号公報参照） 。
図 1に、 上記公報に開示された高圧水銀ランプ 1 0 0 0の構造を示す。 同図に示すように高圧水銀ランプ 1 0 0 0は 石英を主成分とする発光 部 5 0 1 とその両側に延在する一対の封止部 5 0 2とからなる。 封止部 5 0 2には、 金属製の電極構造体が封止され、 発光部 5 0 1内部を気密に封 止すると共に外部から発光部内に電力を供給できるようになつている。 電極構造体は、 タングステン （W) 製の電極 5 0 3、 モリブデン （M o ) 箔 5 0 4、 外部リード線 5 0 5を順に電気的に接続した構成をとる。 な お、 電極 5 0 3の先端には、 コイル 5 1 2が巻回されている。
発光部 5 0 1内には、 発光物質である水銀 （H g ) 、 アルゴン （A r ) およぴ少量のハ口ゲンガスが封入されている。
このような高圧水銀ランプ 1 0 0 0の一対の外部リード線 5 0 5の両端 に始動電圧を印加させると、 A rの放電が起こり発光部 5 0 1内の温度が 上昇する。 この温度上昇によって、 H g原子は蒸発し発光部 5 0 1内に気 体として充満する。 このとき、 H g蒸気圧は 1 5〜2 O M P aにも達する が、 封止部 5 0 2におけるモリブデン箔 5 0 4の部分で気密性を保つこと ができる構造となっている （箔シール構造） 。 . 一方、 上記構成の高圧水銀ランプ 1 0 0 0において、 長寿命化、 また高輝 度化を実現すべく、 水銀の高封入圧化が進んでいる。
しかし、 封入圧を高くすると、 点灯時間の経過と共に封止部 5 0 2にお いてモリブデン箔と石英ガラスとの熱膨張係数の差などに起因して両者の 剥離が進行し、 その結果、 発光部 5 0 1内の封入物がリークするという問 題があった。
このような不都合を解消するため、 例えば、 特開 2 0 0 2— 9 3 3 6 1 号公報には、 電極における電極棒のうち封止部に位置している部分と、 封 止部を形成する石英ガラスとの間に、 シリカ （S i 02) に酸化銅 （C u O ) 、 酸化アルミニウム (A 1 203) 等の原料を添加した別の部材を介在さ せて封止させる構成が開示されており、 これにより当該別部材の介在する 部分において、 封止時に電極構造体との密着性が向上し、 モリブデン箔と 石英ガラスとの剥離が抑制されて., 透光性容器がリークするのを防止でき るとしている。
また、 例えば、 特開 2 0 0 0— 1 8 2 5 6 6号公報ゃ特開 2 0 0 0 - 1 9 5 4 6 8号公報における高圧水銀ランプにおいては 封止部において傾 斜機能部材を介して電極構造体を封止することにより耐圧強度の信頼性の 向上を図るようにしている。
図 2は、 上記特開 2 0 0 0 - 1 8 2 5 6 6号公報に開示された高圧水銀 ランプの構造を示す一部切り欠き図である。 同図に示すように石英ガラス 製の発光官 5 2 1の両端に延在する側管部 5 2 2内に、 傾斜機能部材であ る閉塞体 5 2 3を固着し、 この閉塞体 5 2 3の外側端部付近で給電体 5 2 4が封止される。
ここで傾斜機能部材とは、 その位置によつて熱膨張係数が異なるもので あって、 図 2の例では、 閉塞体 5 2 3は、 側管部 5 2 2に近いほど、 その 熱膨張係数が石英ガラスに近く、 外側に移動するほど給電体 5 2 4に使用 された金属に熱膨張係数が近いように構成されている。 より具体的には、 閉塞体 5 2 3は、 導電性成分としてのモリブデンとおよぴ非導電成分とし てのシリカから構成されており、 発光部 5 2 1 と反対側の端部において、 モリブデン成分に富んだ導電性であり、 発光部 5 2 1側に向かうにしたが つて、 シリカ成分が連続的もしくは段階的に増大し、 その端部においては 、 シリカ成分に富んだ非導電性となっている。
これにより、 熱膨張係数の差により生じる各封止箇所における異部材間 の接触部分における熱応力の発生を低減してクラックなどが可及的に生じ ないようにして封止部の耐圧強度を向上させている。
しかしながら、 上述のように酸化銅等を含む別の部材を介して電極構造 体を封止する構成や、 傾斜機能部材を介して封止する構成は、 確かに封止 部における耐圧強度を向上させ、 高圧水銀ランプの高輝度化に貢献するも のであるが、 その一方で点灯中に発光部に黒化や失透が生じやすく高圧水 銀ランプの点灯寿命を短くするという問題を孕んでいる。
この問題は 酸化銅等を含む別の部材ゃ傾斜機能部材には それらの性 質上どうしても不純物が含まれざるを得ず、 高圧水銀ランプの製造過程や 点灯中に、 当該不純物が発光部内の放電空間内に混入することが避けられ ないことに起因するものと考えられる。
すなわち、 放電空間内に不純物があれば 特に温度が高い箇所において 放電空間内面の石英ガラスと反応して失透が生じやすく、 あるいは当該不 純物、 特にアル力リ金属がイオン化して同放電空間内に封入されているノヽ ロゲンと結合し、 ハロゲンサイクルが十分に機能しなくなり、 電極から蒸 発したタングステンが発光部の内壁に固着するため、 黒化が生じるのであ る。
このような封止部の高耐圧構造に起因して高圧水銀ランプの発光部内に 混入する不純物をなくす試みが今までなされてきたが、 決定的な抑制手段 は提案されていないのが現状である。 そして、 同じような問題は、 高圧水 銀ランプのみならず、 封止部を有する高圧放電ランプ一般に生じる。
本発明は、 このような課題を解決するためになされたものであり、 耐圧 強度を増すために封止部内部に傾斜機能材料や石英ガラスに他の物質を添 加した材料などを介在させた高圧放電ランプにおいて、 非常に簡単な方法 により、 特に、 発光部内の放電空間に混入している不純物を除去し、 発光 部における黒化および失透の発生を可及的に抑制できる高圧放電ランプの 製造方法、 そのような製造方法により製造された高圧放電ランプ、 ランプ ュニッ ト並びに画像表示装置を提供することを目的とする。 発明の開示
上記目的を達成するため、 本発明に係る高圧放電ランプの製造方法は、 内部に一対の電極が配設されると共に発光物質が封入されるガラス製の発 光部と、 前記発光部から延在した第 1の部材内に前記電極に接続された給 電体を封止して発光部内部を気密に保持する封止部とを有する高圧放電ラ ンプの製造方法であって、 前記給電体を、 少なく ともその長手方向におけ る一部の周囲に第 2の部材を介在させた状態で、 第 1の部材内に封止する 封止工程と 少なくとも前記発光部に電界を印加する電界印加工程とを含 むことを特徴とする。
上記電界印加工程の実行により、 発光部内部の不純物が、 外部から作用 する電界により静電力を受けて移動し、 発光部を形成するガラス部材内に 拡散され., あるいはさらに当該ガラス部材を透過して発光部外部に放出さ れるため、 発光部内部の不純物の量を可及的に低減でき、 失透や黒化が抑 制される。 その結果、 高圧放電ランプの照度維持率を向上させることがで き、 長寿命化を図ることができる。
ここで、 「給電体」 とは、 電極に電力を供給するための導電体をいい、 金属箔だけでなくランプの封止部に位置する電極構造体の形状によってさ まざまなものが考えられ、 場合によっては、 電極軸そのものであってもよ い。 また、 「給電体の周囲」 とは、 必ずしもその部位における全周である 必要はない。
また、 本発明は、 前記電界印加工程において、 少なくとも前記発光部を 所定以上の温度に保持しつつ、 前記発光部に電界を印加することを特徴と している。 ここで、 前記電界印加工程における所定以上の温度は、 発光部内部に存 在する不純物をイオン化させるに必要な温度であることが望ましく、 前記 発光部が石英ガラス製の場合には、 当該電界印加工程における所定以上の 温度は、 6 0 0 °C以上 1 1 0 0 °C以下の範囲の温度であることが望ましい o
これにより、 発光部内部の不純物がイオン化されやすくなり、 それだけ 電界の作用により発光部内の放電空間から放出しやすくなる。
また、 上記のような製造方法により製造された高圧放電ランプは、 発光 部の失透や黒化が抑制され長寿命であるため、 当該高圧放電ランプと凹面 反射鏡を組み合わせてランプユニッ トを構成し、 画像表示装置の光源とし て用いれば、 頻繁にランプュニッ トを交換する必要がなくなり、 メンテナ ンスコス トが低減される。 図面の筒単な説明
図 1は-. 従来の高圧水銀ランプの構成を示す模式図である。
図 2は、 従来の傾斜機能構造を有する高圧水銀ランプの構成を示す模式 図である。
図 3 ( a ) は-, 本実施の形態に係る高圧水銀ランプ 1 1 0 0の正面図で あり、 図 3 ( b ) は、 図 3 ( a ) の b _ b線における横断面図である。 図 4の （a ) および （b ) は、 封止部 2の長手方向 (電極軸方向) に沿 つた圧縮歪みの分布を概念的に示す要部拡大図である。
図 5の ( a ) および ( b ) は、 実際に鋭敏色板法を用いて測定された圧 縮応力の分布を示す模式図である。
図 6は、 放電ランプ用ガラスパイプ 8 0の構成を示す断面図である。 図 7は、 ガラス管 7 0の構成を示す断面図である。
図 8は、 ガラスパイプ 8 0の側管部 2 ' にガラス管 7 0を固定する工程 を説明するための断面図である。
図 9は、 電極構造体 5 0の構成を模式的に示す図である。
図 1 0は、 電極構造体 5 0の揷入工程を説明するための断面図である。 図 1 1は、 図 1 0における c一 c線における横断面図である。
図 1 2は、 封止部形成工程を説明するための断面図である。
図 1 3は、 本実施の形態に係る電界印加工程を説明するための図である 図 1 4は、 図 1 3における点灯装置 20の構成を示すプロック図である 図 1 5 (a) は、 本実施の形態における電界印加工程を実施しなかった 高圧水銀ランプの光束の分光分布、 （b) は、 電界印加工程を実施した高 圧水銀ランプの光束の分光分布を示す図である。
図 1 6 (a) は、 本実施の形態に係る電界印加工程を実施した高圧水銀 ランプにおける N aの含有量の測定箇所、 （b) は、 当該測定結果の表を 示す図である。
図 1 7は、 第 2の実施の形態に係る電界印加工程を説明するための図で o
図 1 8は、 第 3の実施の形態に係る電界印加工程を説明するための図で
¾)る。
図 1 9は、 水銀ランプ 1 1 00と凹面反射鏡を組み合わせたランプュニ ッ 卜の構成を示す一部切り欠き図である。
図 20は-. 図 1 9のランプュニッ トを用いた画像表示装置の構成の一例 を示す図である。
図 2 1の (a) , (b) は、 それぞれ電界印加工程において電界を発生 させるための変形例を示す図である。
図 22の (a) , (b) は、 それぞれ電界印加工程において電界を発生 させるための別の変形例を示す図である。
図 23は、 変形例 1に係る電界印加工程を実施する装置の概略を示す図 である。
図 24は、 図 23の電界印加工程を実施した場合の効果を示すための図 である。 図 25は、 図 23の電界印加工程において、 導電線 5 1 , 52に印加す る電圧を変化させた場合の実験結果を示す図である。
図 26は、 変形例 1に係る電界印加工程を実施する装置の概略を示す図 である。
図 27は、 第 2のガラス部 7を封止部 2内の別の位置に設けた例を示す 図である。
図 28は、 第 2のガラス部 7を金属箔 4全体を覆うようにして設けた例 を示す図である。
図 29は、 本発明に係る高圧水銀ランプの変形例として、 バイコールガ ラス管の代わりに使用される傾斜材料管を示す斜視図である。
図 30は、 傾斜材料管が 2層になっている場合の封止構造を示す模式図 である。
図 3 1は、 図 30における傾斜材料管の d— d線における矢視断面図で ある。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照しながら説明する。 <第 1の実施の形態 >
本願発明者は、 高圧放電ランプ (高圧水銀ランプを含む) において、 発 光部内の圧力が高くなつた場合に封止部の耐圧を上げる新たな構成を発明 し、 耐圧強度の信頼性を向上させることに成功し、 これに基づき特許出願 した (特願 2002— 35 1 523号、 特開 2003— 234067) 。 本実施の形態においては、 このような耐圧強度の高い高圧放電ランプ、 特に高圧水銀ランプにおいて、 発光部における黒化や失透の発生を抑制し て、 ランプの長寿命化を達成できる製造方法について説明する。
(1) 高圧水銀ランプの構成
図 3 (a) 、 (b) に、 本実施の形態に係る高圧水銀ランプ （以下、 単 に 「ランプ」 という。 ） 1 1 00の構造を示す。 図 3 (a) は、 ランプ 1 1 00の全体の構成を示す正面図、 図 3 (b) は、 図 3 (a) の b— b線を含む平面でランプ 1 1 00を切断したときの 横断面図を、 それぞれ模式的に示す図である。 なお、 本来であれば、 図 3 (a) において、 発光部や封止部内部に位置する電極や金属箔などは、 破 線で表示すべきであるが、 発光部、 封止部自体が透明なガラス部材からな り内部が透けて見えるので、 実際の視覚を重視して、 あえて実線で表して いる （以下、 図 1 8を除き、 他の類似の図面について同じ。 ） 。
このランプ 1 1 00は、 管内に発光物質 6が封入される発光部 1と、 当 該発光部 1の両端から延在した 2つの封止部 2とを備えたダブルェンド型 のランプである。
図 3 (a) に示すように封止部 2は、 発光部 1の内部の気密性を保持す る部位であり、 発光部 1から延在した第 1のガラス部 （側管部） 8と、 第 1のガラス部 8の内側 (中心側) の少なくとも一部に第 2のガラス部 7が 介在する。
図 3 (b) に示すように、 封止部 2の横断面形状は、 ほぼ円形であり., 封止部 2内にランプ電力を供給するため、 例えばモリブデンからなる金属 箔 （給電体） 4が配設されている。 この金属箔 4は、 封止部のほぼ中心部 に位置し- ; その周囲において第 2のガラス部 7に接している。 また , 第 2 のガラス部 7も封止部 2のほぼ中心部に位置しており、 第 2のガラス部 7 の外周は、 第 1のガラス部 8の内面に密着している。
発光部 1は、 ほぼ球状であり、 その外径は例えば 5 mm〜 2 Omm程度 であり、 ガラス厚は例えば 1 mm〜 5 mm程度である。 発光部 1内の放電 空間 9の容積は、 例えば 0. 01〜 1 。〇程度 （0. 01〜 1 01113) でぁ る。
具体的に本実施の形態では、 発光部 1の寸法は、 外径 1 0mm程度、 内 径 5mm程度、 放電空間の容量 0. 06 c c程度としている。 また、 第 2 ガラス部 7の発光部 1側の端面から発光部 1の放電空間 9までの距離 Hは 、 約 1 mmであった。 . 発光部 1内には、 発光物質として、 水銀 6が封入されている。 超高圧水 銀ランプとしてランプ 1 1 00を動作させる場合、 水銀 6は、 例えば、 2 0 Omg/c c程度またはそれ以上 （22 OmgZc c以上または 230 mg/c c以上、 あるいは 25 Omg/c c以上） 、 好ましくは、 300 mg/c c程度またはそれ以上 （例えば、 30 Omg/c c〜50 Omg /c c) の水銀と、 5〜30 kP aの希ガス （例えば、 アルゴン） と、 必 要に応じて、 少量のハロゲンとが発光部 1内に封入されている。
発光部 1内に封入されるハロゲンは、 ランプ動作中に電極棒 3から蒸発 した W (タングステン） を再び電極棒 3に戻すハロゲンサイクルの役割を 担っており、 例えば、 臭素 （B r) が用いられる。
ここで、 封入するハロゲンは、 単体の形態だけでなく、 ハロゲン前駆体 の形態 (化合物の形態) のものでもよく、 本実施の形態では、 ハロゲンを CH2B r 2の形態で発光部 1内に導入している。
また.， 本実施の形態における CH2B r 2の封入量は- 0. 001 7〜0 . 1 7 m g / c c程度であり,, これは、 ランプ動作時のハロゲン原子密度 に換算すると、 0. 01〜 1 mo 1 /c c程度に相当する。 なお、 ラン プ 1 1 00の耐圧強度 (動作圧力) は、 本実施の形態によれば、 2 OMP a以上 （例えば、 30〜50MP a程度 またはそれ以上） にすることが できる。
また、 管壁負荷は、 例えば、 6 OW/cm2程度以上であり、 特に上限は 設定されない。 例示的に示すと、 管壁負荷は、 例えば、 6 OW/cm2程度 以上から、 30 OW/cm2程度の範囲 (好ましくは、 80〜 200 W/c m2程度) のランプを実現することができる。 ファン装置などの冷却手段を 設ければ、 30 OW/cm2程度以上の管壁負荷を達成することも可能であ る。 なお、 定格電力は、 例えば、 150W (その場合の管壁負荷は、 約 1 3 OW/cm2に相当） であるが、 これに限定されない。
封止部 2における第 1のガラス部 8は、 S i 02を 99重量％以上含むも のであり、 例えば、 石英ガラスから構成されている。 一方、 第 2のガラス 部 7は、 1 5重量％以下の A 1203および 4重量％以下の Bのうちの少な くとも一方と、 シリカ （S i 02) とを含むものであり、 例えば、 コーニン グ社製のバイコールガラス （登録商標第 1 6571 52号） から構成され ている。 S i 02に A 1203や Bを添加すると、 ガラスの軟化点は下がるた め、 第 2のガラス部 7の軟化点は、 第 1のガラス部 8の軟化点温度よりも 低くなる。
ここで、 バイコールガラスとは、 石英ガラスに添加物を混入させて軟化 点を下げて、 石英ガラスよりも加工性を向上させたガラスであり、 例えば 、 ホウケィ酸ガラスを熱 ·化学処理して、 石英の特性に近づけることによ つて作製することができる。 バイコールガラスの組成は、 例えば、 シリカ (S i O2) 96. 5重量％、 アルミナ （A 1203) 0. 5重量％、 ホウ素 (B) 3重量％である。 第 2のガラス部 7は、 第 1のガラスに比較して不 純物を多く含んでいる。
(2)耐圧強度向上の原理
このようにランプ 1 1 00の封止部 2において 給電体である金属箔 4 の放電空間 9側の一部を第 2のガラス部 7を介して第 1のガラス部 8内に 封止することにより、 耐圧強度が飛躍的に増大する （40MP a〜50M P a) ことができる。 これは、 封止部 2において圧縮歪み、 特に封止部長 手方向に圧縮応力が発生しているからであると考えられる。
以下その原理について説明する。
図 4 (a) および図 4 (b) は、 封止部 2の長手方向 （電極軸方向） に 沿った圧縮歪みの分布を模式的に示しており、 図 4 (a) は、 第 2のガラ ス部 7が設けられたランプ 1 1 00の構成の場合、 一方、 図 4 (b) は、 第 2のガラス部 7のない従来のランプ 1 1 00' の構成 （比較例） の場合 を示している。
ここで、 図 4 (a) に示した封止部 2のうち、 第 2のガラス部 7に相当 する領域 （網掛け領域） に圧縮応力 （圧縮歪み） が存在するが、 第 1のガ ラス部 8の箇所 （斜線領域） における圧縮応力の大きさは、 実質的にゼロ となる。 一方、 図 4 (b) に示すように、 第 2のガラス部 7のない封止部 2の場合、 局所的に圧縮歪みが存在している箇所はなく、 第 1のガラス部 8の圧縮応力の大きさは、 実質的にゼロである。
実際にランプ 1 1 00の歪みを定量的に測定し、 封止部 2のうち第 2の ガラス部 7に圧縮応力が存在することを観測した。 この歪みの定量化は、 光弾性効果を利用した鋭敏色板法を用いて行った。 この手法によると、 歪 み （応力） のある箇所の色が変化して見え、 その色を歪み標準器と比較し て歪みの大きさを定量化することができる。 つまり、 測定したい歪みの色 と同色の光路差を読みとることで、 応力を算出することができる。 歪みの 定量化のために使用した測定器は、 歪検査器 （東芝製： SVP— 200) であり、 この歪検査器を用いると、 封止部 2の圧縮歪みの大きさを、 封止 部 2に印加されている応力の平均値として求めることができる。
図 5 (a) は、 光弾性効果を利用した鋭敏色板法を用いて測定されたラ ンプ 1 1 00についての圧縮応力の分布を示す模式図であり、 一方、 図 5 (b) は、 第 2のガラス部 7のないランプ 1 1 00' についての圧縮応力 の分布を示す模式図である。
図 5 (a) に示すように、 ランプ 1 1 00の封止部 2のうち、 第 2のガ ラス部 7の領域 7 a内の部分が、 第 1のガラス部 8と異なる色 (図では白 い部分 7 a) となっているところがあり、 第 2のガラス部 7に圧縮応力 ( 圧縮歪み) が存在していることがわかる。
一方、 図 5 (b) に示すように、 ランプ 1 1 00' の封止部 2のうち、 異なる色の領域はなく、 したがって、 封止部 2 (第 1のガラス部 8) の特 定部分に圧縮応力が存在していないことがわかる。
このように圧縮応力を生じる原因は、 石英ガラスとバイコールガラスの 軟化点および歪点の相違にあると考えられている。 この点については、 上 掲の特開 2003-234067号公報に詳しいので、 ここでの詳しい説 明は省略するが、 要するに側管部を加熱して第 1と第 2のガラス部を共に 軟化させて封止した後に、 軟化点の高い外側の第 1のガラス部 8が先に硬 化してしまい、 第 2のガラス部 7は、 硬化した第 1のガラス部 8内部の拘 束された空間内において自由度のない状態で硬化するために内部で圧縮応 力が生じると考えられる。 したがって、 図 5 ( a ) に示した鋭敏色板法による測定結果では、 金属 箔の長手方向のみの圧縮応力しか確認することができなかったが、 上記圧 縮応力の発生原因に関する考察から、 第 2のガラス部の径方向にも圧縮応 力が発生しているものと推察される。
因みに、 第 1のガラス部 8である石英ガラスの軟化点は、 約 1 6 5 0 °C であり、 第 2のガラス部 7であるバイコールガラスの軟化点は、 1 5 3 0 °Cであって両者には 1 0 0 °C以上も差がある。
そして、 このように封止部 2内部の金属箔 4の周囲に、 圧縮応力とりわ け電極棒 3の軸方向における圧縮応力を有する部位が存在することにより 耐圧強度が向上し、 最高 5 O M P aの内圧でも点灯が可能となり、 それだ け高出力化が可能になった。
このような封止部内部における圧縮応力の存在と、 耐圧強度の向上の直 接的な因果関係は、 明確に解明されているわけではないが、 第 2のガラス 部 7の長手方向に圧縮応力が加わっていると-, 金属箔 4からの応力の発生 を抑制することができるからであると推測される。
すなわち、 第 2のガラス部 7の圧縮応力によって、 金属箔 4により発生 する応力を抑制することができ、 その結果、 例えば、 封止部 2のガラス部 にクラックが生じ.. 封止部 2のガラス部と金属箔 4との間でのリークの発 生が低減して.. 封止部 2の強度が向上するのである。
( 3 ) ランプの製造方法
次に、 本実施の形態に係るランプの製造方法について説明する。
この製造方法は、 大きく分けて、 ランプの形成工程とこの形成されたラ ンプに電界を印加して発光部 1内部における不純物を除去する電界印加工 程とからなる。
以下、 図 6から図 1 2を参照しながら、 本実施の形態に係るランプ 1 1 0 0の製造方法を詳しく説明する。
( 3 - 1 ) ランプ形成工程 まず、 図 6に示すように、 ランプ 1 100の発光部 1となるべき発光部 形成予定部 Γ と、 発光部形成予定部 Γ から延在した側管部 2' とを有 する放電ランプ用ガラスパイプ 80を用意する。
本実施の形態のガラスパイプ 80は、 外径 6mm、 内径 2mmの筒状石 英ガラスの中央部を加熱し膨張させて、 ほぼ球形の発光部 Γ を形成した ものである。
また、 図 7に示すように、 別途、 第 2のガラス部 7となるガラス管 70 を用意する。 本実施の形態のガラス管 70は、 外径 （D l) 1. 9mm, 内径 （D2) 1. 7mm、 長さ （L) 7 mmのバイコール製ガラス管であ る。 ここで、 ガラス管 70の外径 D 1は、 ガラスパイプ 80の側管部 2' に挿入できるように、 側管部 2' の内径よりも小さく してある。
次に、 図 8に示すように、 ガラスパイプ 80の側管部 2' の内部の所定 位置にガラス管 70を固定する。 この固定は、 側管部 2' にガラス管 70 を挿入した後、 側管部 2' をパーナなどで加熱して両者を密着させること によりなされる。
次に、 図 9に示すような、 別途作製した電極構造体 50を用意しておき 、 ガラス管 70が固定された側管部 2' に挿入する。 電極構造体 50は、 電極棒 3と 電極棒 3に接続された金属箔 4と 金属箔 4に接続された外 部リード 5とから構成されている。 電極棒 3は、 タングステン製電極棒で あり、 その先端にはタングステン製コイル 1 2が巻きつけられている。 コ ィル 1 2は、 ト リゥム一タングステン製のものを用いてもよい。 また、 電 極棒も、 タングステン棒だけでなく、 トリゥム一タングステンから構成さ れた棒を使用してもよい。
また、 外部リード 5の一端には、 側管部 2' の内面に電極構造体 50を 固定するための支持部材 （金属製の留め金） 1 1が設けられている。 この 支持部材 1 1は、 モリブデンからなるモリブデンテープ （Moテープ） で あるが、 これに代えて、 モリブデン製のリング状のパネを用いてもよい。
Moテープ 1 1の幅 aは、 側管部 2' の内径 2 mmよりも若干大きくされ ており、 それにより、 電極構造体 50を側管部 2' 内に固定することがで ぎる。
そして、 図 1 0に示すように、 一方の側管部 2' に電極構造体 50を通 して、 電極棒 3のコイル 1 2側を発光部形成予定部 Γ 内に位置付ける。 図 1 1は、 図 1 0の c _ c線における断面構成を示す図である。
次に、 電極構造体 50揷入後のガラスパイプ 80の両端を、 気密性を保 ちながら、 回転可能なチャック 82に取り付ける。
チャック 82は、 真空系 （不図示） に接続されており、 ガラスパイプ 8 0内を減圧できる。 ガラスパイプ 80内を真空排気した後、 200 t o r r程度 （約 20 k P a) の希ガス （Ar) を導入する。 その後、 電極棒 3 を回転中心軸として、 矢印 81の方向に、 ガラスパイプ 80を回転させる 次いで、 側管部 2' およびガラス管 70を加熱 ·収縮させて、 電極構造 体 50を封止することにより、 図 1 2に示すように、 側管部 2' であった 第 1のガラス部 8の内側に.. ガラス管 70であった第 2のガラス部 7が設 けられた封止部 2を形成する。
この封止部 2の形成は、 発光部形成予定部 1 ' と側管部 2' との間の境 目部分から、 外部リード 5の中間付近まで、 順々に、 側管部 2' およびガ ラス管 70を加熱して-. シュリ ンクさせていくことにより行う。 この封止 部形成工程により、 側管部 2' およびガラス管 70から、. 少なくとも長手 方向 （電極棒 3の軸方向） に圧縮応力が印加された状態の部位を含む封止 部 2が得られる。 なお、 外部リード 5の方から、 発光部形成予定部 1 ' の 方へ、 加熱 ·収縮を行ってもよい。
この後、 開放している側管部 2' 側の端部から、 所定量の水銀 6を導入 する。 このとき、 必要に応じて、 ハロゲン (例えば、 CH2B r 2) も導入 する。
水銀 6の導入後、 他方の側管部 2' についても上記と同様の工程を実行 する。 すなわち、 まだ封止されていない側管部 2' に電極構造体 50を挿 入した後、 ガラスパイプ 80内を真空引きして （好ましくは、 10— 4P a 程度まで減圧して） 、 希ガスを封入し、 次いで、 加熱封止する。 この時の 加熱封止の際は、 水銀が蒸発するのを防ぐため、 発光部形成予定部 1を冷 却しながら行うことが好ましい。 このようにして、 両方の側管部 2' を封 止した後、 側管部 2' の不要な部分を切除することにより、 図 3に示した ランプ 1 1 00の構造が完成する。
(3-2) 電界印加工程
電界印加工程は、 ランプの少なくとも発光部 1に電界を印加することに より、 発光部 1内部の不純物を除去する工程であり、 本実施の形態では、 ランプ完成後の初期点灯 （エージング） の際に実行される。
図 1 3は、 この電界印加工程を実施する装置の概略を示す図である。
20は、 ランプの点灯装置であり、 直流電源 2 1 とバラスト 22とから なり、 バラスト 22から出力される交流電圧が、 ランプ 1 1 00の一対の 外部リード線 5の C, Dに接続される。
図 1 4は、 上記点灯装置 20の、 とりわけバラスト 22の構成を詳しく 示すブロック図である。 直流電源 2 1は、 交流電源 （AC 1 00V) (図 示せず) に接続され-, 所定の直流電圧をバラスト 22に供給する。 バラス ト 22は、 ランプ 1 1 00が点灯に必要とする電力を供給するための DC ZD Cコンバー夕 23と、 この DC/DCコンバ一夕 23の出力を所定の 周波数の交流電流に変換する D C/ACィンパータ 24と-. 始動時にラン プ 1 1 00に高圧パルスを重畳するための高圧発生器 25と、 ランプ 1 1 00のランプ電流を検知するための電流検出部 26と、 ランプ 1 1 00の ランプ電圧を検知するための電圧検出部 27と、 DC/DCコンバータ 2 3および DC /ACィンバータ 24の出力を制御する制御部 28とを備え ている。
制御部 28は、 電流検出部 26および電圧検出部 27の検出信号を受け て、 ランプ 1 1 00へ供給する電力が所定の一定の値になるように上記 D CZDCコンバータ 23および DC/ACィンバータ 24を制御するよう になっている。
図 1 3に戻り、 電界印加工程を実施する装置には、 点灯装置 20におけ る直流電源 2 1 とは別に、 直流電源 30が備えられており、 その出力端子 Aが点灯装置 21のグランド出力 （GND) に接続されると共に、 出力端 子 Bからは所定の負の電圧が出力される。
一方、 ランプ 1 1 00の一対の封止部 2には、 その発光部 1との境界部 から所定の幅で、 導電線 10が巻回されている。 この導電線 1 0は、 一方 の封止部 2から巻き、 発光部 1を跨ぐようにして、 もう一方の封止部 2に 巻き付けられており、 巻数は、 左右それぞれ 1 0回転程度である。 双方の 巻き線を繋ぐ部分の導電線と、 発光部 1の表面との最短距離 Lは、 約 2m mである。 本実施の形態においては、 発光部 1の外径が約 1 0mmである ので、 この部分における電極棒 3から導電線 1 0までの距離は、 約 7mm ということになる。
このランプに巻いた導電線 1 0を、 直流電源 30の出力端子 Bに接続し て、 これに一 300Vを印加した状態で、 点灯回路 20のスィッチを入れ てランプ 1 1 00を数時間点灯させた。
本実施の形態では、 矩形波電流により交流点灯させているため 点灯中 、 C側、 D側の電極が交互に GNDになることになるが、 C側.。 D側の電 位差は、 ランプ電圧と同等であり、 60~90V程度となる。 GNDが C 側、 D側のいずれである場合でも、 発光部内の電極と導電線 1 0の間に約 300 Vの電位差が生じる。 直流点灯形のランプの場合にも C側-, D側 いずれかが G N Dに固定されることになるだけで効果は同じである。 この結果、 電極棒 3から導電線 1 0に向かう強い電界が発生し、 発光部 1に電界を印加することになる。
このような電界印加工程による効果を確認すべく、 従来通り、 電界を印 加せずに初期点灯を行ったランプと、 電圧を印加して初期点灯を行ったラ ンプとで比較した。
具体的に、 ランプ 1 100と同じ構成で電界を印加していないランプを 1 5本用意し、 そのうち 5本を従来通りの方法で点灯させると共に、 残り の 10本には図 1 3に示す通り、 封止部 2に導電線 1 0を巻回して直流電 源 30から一 300Vの電圧を印加しながら点灯した。 双方のグループの点灯時間は、 同じ 2時間である。 すると、 従来通りの 方法では全本数のランプが薄く黒化しており、 これらのランプの光束の分 光分布を分光光度計で測定したところ、 図 1 5 (a) の分布図に示すよう に、 N a発光が観測された。
これに対して、 電圧を印加した本発明品は、 1 0本とも黒化することな く、 Na発光も観測されなかった （図 1 5 (b) ) 。
そこで、 従来品のランプと電界印加工程を行った発明品について、 それ ぞれ図 16 (a) の発光部 1の斜線 Eの部分と、 封止部 2の第 2のガラス 部 7を配設していない部分 （斜線 Fの部分） の Naの含有量を、 原子吸光 分析法で分析したところ、 図 1 6 (b) の表 1のような結果が得られた。 同表からも明らかなように、 従来品では、 発光部 1の N a含有量が、 0 . 61 p pmであるのに対し、 本発明品では、 その 6分の 1に近い 0. 1 1 p mまで低減されている。
本実施の形態の電界印加工程を実施することで-, 発光部 1内に混入した 不純物を減らし、 黒化を抑制できたことがわかる。 また、 不純物の低減に より失透も抑制されるため、 ランプ寿命も向上する。
次に、 上記のように黒化、 失透が抑制されるメカニズムについて考察す る。
ランプの安定点灯中、 電極棒 3の間ではアーク放電が起こっており、 そ の温度は最高で 6000°C以上にも達する。 そのため、 発光部 1の温度が 上昇し、 1 000°C以上になる。 このような高温下では、 放電空間 9内、 および発光部 1を形成するガラス中の不純物がイオン化すると考えられる このような状態のランプに、 外部から電界を印加すると、 イオンに静電 力が働いて移動することになる。 上記の実施の形態では、 発光部内部が G ND、 発光部外部を一 300Vにしたため、 プラスイオンは発光部 1の外 部に向かっての力を受け、 石英ガラス内部に拡散され、 やがて発光部 1外 部に放出される。 特に、 黒化、 失透に悪影響を及ぼすのは水素、 および、 アルカリ金属 （ カリウム、 リチウム、 ナトリウム） などのプラスイオンであるため、 本電 界印加工程により放電空間 9内の不純物を低減することができたものと推 測される。
実際、 Naについて、 図 1 5 (b) の分光分布および図 1 6 (b) の分 析結果から、 放電空間内および発光部のガラス内における含有量が、 従来 品よりも減っていることが確認された。
また、 電界印加工程により放電空間 9内の水素 （H2) の量も大幅に低 減していることも確認されている。 従来は、 放電空間 9内の水素低減と発 光管を形成するガラス部材の不要な歪の除去を兼ねて、 ランプ封止後の適 当な段階でランプ全体を所定時間真空べ一クする工程が必要とされていた が、 上記電界印加工程の実施により、 この真空べ一ク工程の時間を大幅に 短縮できるものである。
なお., 本実施の形態では-, 発光部 1の外部の導電線 1 0と電極棒 3の距 離約 7 mmの間に 300 Vの電圧をかけたため., 電界の大きさは、 約 43 kV/mであったが、 これに限られるものではない。 不純物を効率的に除 去するためには、 1 0 k V/m以上である方が望ましい。 この電界強度に は特に上限はないが、. 不純物の除去に必要な以上に大きく しても意味はな く、 その一方で、 電源装置が大型化してコス卜がかかるため、 500 k V ノ m程度を上限としてよいであろう。
本実施の形態に係るランプ製造方法は、 点灯動作圧が 23. 3MP a ( 230 a tm。 発光部内容積あたりの H g量： 23 Omg/c c、 ) 以上 に達するランプには、 特に効果的である。 点灯動作圧が 23. 3 MP a以 上のランプでは、 アーク温度が上昇し電極の蒸発量も大きくなる。 そのた め、 少量の不純物が存在するだけで、 ハロゲンサイクルが円滑に回らず、 黒化を起こしやすくなるからである。 また、 発光部温度自体も大きくなる ため、 早期に失透も起こしやすい。 本実施の形態の工程を実施すれば、 ァ ルカリ金属 （リチウム、 ナト リウム、 カリウム） などの不純物を従来より もはるかに減らすことができるため、 23. 3MP a以上の点灯動作圧の ランプでは、 これまで達成できなかった 2 0 0 0 h以上の寿命を確保でき る。
<第 2の実施の形態 >
次に、 本発明に係るランプ製造方法における第 2の実施の形態につい て説明する。
以下の実施の形態においては、 ランプ形成工程は第 1の実施の形態と同 じであり、 電界印加工程のみが異なるので、 この点を中心に説明する。 図 1 7は、 本第 2の実施の形態における電界印加工程の概要を示す図で ある。
ランプ 1 1 0 0完成後、 初期点灯を行う前に、 第 1の実施の形態と同様 に、 ランプ 1 1 0 0の封止部 2の外周に、 導電線 1 0を巻き付ける。 導電 線 1 0は一方の側管部から巻き、 発光部を跨ぐようにして、 もう一方の側 管部に巻き付けた。 巻数はそれぞれ 1 0回転程度である。 発光部 1 と導電 線 1 0との距離 Lは約 2 mmであった。 発光部 1の外径が約 1 0 mmであ るので この部分における電極棒 3から導電線 1 0までの距離は 約 7 m mということになる。
その後、 電気加熱炉の内部に配置して加熱処理をしながら、 図 1 3で示 したのと同様な直流電源 3 0の出力端子 Aに一対の電極 5を接続し、 導電 線 1 0には 出力端子 Bに接続して一 3 0 0 Vを印加した。
本実施の形態では、 この電界印加工程は、 ランプ 1 1 0 0を 1 1 0 0 °C の温度に加熱しつつ数時間行った。 この加熱は、 ランプ 1 1 0 0の電極お よび導電線 1 0が酸化しないように、 加熱炉内を A r雰囲気にして行った が、 N 2雰囲気であっても真空であっても良い。
本実施の形態では、 電極棒 3はいずれも G N Dになっており、 導電線 1 0は電位が一 3 0 0 Vとなっている。 ランプの温度も 1 1 0 0 °Cと高温に なるため、 発光部空間内または発光部を形成するガラス中の不純物はィォ ンィ匕し、 水素やアル力リ金属などのプラスイオンは発光部外部へ放出され ることになる。
本実施の形態においても、 有効にランプの黒化、 失透が抑制された。 <第 3の実施の形態〉
次に、 第 3の実施の形態に係る電界印加工程について説明する。
本実施の形態においては、 ランプを形成する前段階で、 発光部 1、 封止 部 2の材料となるガラスパイプから不純物を抜くようにした点に特徴があ る。
図 1 8は、 本第 3の実施の形態における電界印加工程の概要を示す図で ある。
同図において、 ガラスパイプ 2 0 0 0は、 ランプ製造前のランプ用ガラ スパイプであり、 ほぼ球状の中空の発光部形成予定部 Γ と筒状の側管部 2 ' とからなっている。 このガラスパイプ 2 0 0 0の内側に、 金属棒 2 0 1 0を揷通した。 この金属棒 2 0 1 0は、 ガラスパイプ 2 0 0 0と管軸と ほぼ一致する位置になるように不図示の保持部材により保持される。 また、 ガラスパイプ 2 0 0 0の一対の側管部 2 ' に、 導電線 1 0を巻き 付けている。 この導電線 1 0の巻回条件は-. 上記第 1 第 2の実施の形態 と同じである。
そして、 ランプに巻いた導電線 1 0および金属棒 2 0 1 0をそれぞれ直 流電源の出力端子 B、 Aに接続して、 金属棒 2 0 1 0を G N Dにして、 導 電線 1 0にー3 0 0 Vを印加し この状態でガラスパイプ 2 0 0 0を加熱 炉内で過熱した。
本実施の形態においても、 第 2の実施の形態同様、 加熱は 1 1 0 0。Cで 数時間行った。 加熱炉は、 金属棒 2 0 1 0や導電線 1 0が酸化しないよう に、 A r雰囲気下で行ったが、 N2雰囲気下であっても、 真空であっても良 い。
本実施の形態においても、 ガラスパイプ 2 0 0 0中の不純物はイオン化 し、 水素やアルカリ金属などのプラスのイオンはガラスパイプ外部へ放出 されることになる。
図 3に示した構造のランプの場合、 第 2のガラス部 7を上記と同様の方 法で熱処理することができる。 例えば、 第 2のガラス部 7がバイコ一ルガ ラス （シリカ （S i 〇2) 9 6 . 5重量％、 アルミナ （A l 2〇3) 0 . 量％、 ホウ素 （B ) 3重量％) である場合、 熱処理により、 その組成をほ とんど変えることなく、 水素およびアル力リ金属を減らすことができた。 このような処理を行って製造したランプについても、 黒化、 失透の抑制が 確認された。
なお、 以上のような構成により電界印加工程を実施したランプは、 本願 の製造方法 ¾使用しないランプと比較して構成的に次の違いがある。
( a ) 初期にランプを点灯したときの不純物による発光スぺクトルが極 端に少なくなる （図 1 5 ( b ) 参照） 。
これは電界を印加させることにより、 発光部内の放電空間中の不純物が 発光部の材料内か発光部の外に移動したことに起因する。 発光スぺク トル の差違は、 特にバイコールガラス製の第 2のガラス部や傾斜機能材料を封 止部に使用した場合には顕著に現れる。
( b ) 電界を印加することにより、 発光部やその発光部から延在した封 止部に不純物の濃度分布が生じる （図 1 6参照） 。 また、 同じ発光部であ つても外表に近い部分よりも内壁側に近い部分における不純物が少なくな つている。 そして、 導電線 1 0を巻回した部分に特に N a量の多い部分が リング状に現れる。 これらのことからも、 放電空間内のイオン化された不 純物が発光部壁面内を外部に向かって移動していることが立証される。 これらの 2つの特徴の有無がランプに存在するか否かによつて、 本願の 製造方法を適用したか確認できる。
特に、 N aの含有量の差異は顕著であり、 この点から本発明に係るラン プを発光部 1の単位体積当りの N a含有量が、 この発光部から延在した第 1のガラス部の単位体積当りの N a含有量よりも少ない構成として特徴付 けることもできる。
なお、 本発明における発光部の N aの単位体積当りの含有量は、 封止部 の単位体積当りの含有量の、 少なくとも 2分の 1以下であることが望まし い。
くランプュニッ トおよび画像表示装置 >
( 1 ) ランプュニッ 卜の構成 ランプを画像表示装置の光源として使用する場合、 光束の集光効率を向 上させるため、 一般的に凹面反射鏡と組み合わせたランプュニッ トとして 構成される。
図 1 9は、 光源として上記ランプ 1 1 0 0を使用したプロジェクタ用の ランプユニッ ト 1 0 0の構成を示すための一部切り欠き斜視図である。 同図に示すようにランプュニッ ト 1 0 0は、 凹面反射鏡 1 0 3内に、 ラン プ 1 1 0 0が、 その一対の電極棒 3の電極間距離の中心と凹面反射鏡 1 0 3 の焦点位置とがほぼ一致するように、かつランプ 1 1 0 0の長手方向の中心 軸 Xと凹面反射鏡 1 0 3の光軸 （図 1では前記中心軸 Xと一致） とがほぼ平 行になるように配置されてなる。
一方の外部リード線 5は、 凹面反射鏡 1 0 3に形成された貫通孔 1 1 4を 通って凹面反射鏡 1 0 3の外部に導出されている電力供給線 1 1 5に電気的 に接続されている。
他方の外部リード線 5 (図 1 9では図示せず) は-, ランプ 1 1 0 0の一 方の封止部 2の端部に接着剤 (図示せず) によって固着された口金 1 1 6 に電気的に接続されている。
凹面反射鏡 1 0 3は、 前方に開口部 1 1 7を、 後方にネック部 1 1 8を それぞれ有し-, かつ内面が.. 例えば回転放物面または回転楕円面等の形状 であって、 その表面に金属等が蒸着されて反射面 1 1 9が形成されている o
ランプ 1 1 0 0と凹面反射鏡 1 0 3とは、 ランプ 1 1 0 0に固着された 口金 1 1 6がネック部 1 1 8内に挿入され、 接着剤 1 2 0によって固着さ れて一体化されている。
なお、 開口部 1 1 7には、 図示はしていないが、 前面ガラスが接着剤等 によって固着され、 内部に塵埃などが混入するのを防ぐようになつている
( 2 ) 次に、 このようなランプユニッ ト 1 0 0を用いた画像表示装置 の一例として、 3板式液晶プロジヱクタについて説明する。
図 2 0は、 当該液晶プロジヱクタ 1 5 0の構成を示す概略図である。 同図に示すように液晶プロジェクタ 1 50は、 光源としてのランプュニ ッ ト 1 00と、 ミラー 1 28と、 ランプユニッ ト 1 00からの白色光を青 、 緑、 赤の三原色に分離するためのダイクロイツクミラー 1 29， 1 30 と、 分離された光をそれぞれ反射するミラ一 1 3 1 , 1 32， 1 33と、 分離された三原色について、 それぞれ単色光画像を形成するための液晶ラ イ トバルブ 1 34， 1 35, 1 36と、 フィールドレンズ 1 37， 1 38 ， 1 39と、 リ レーレンズ 1 40, 1 4 1 と、 液晶ライ トパルプ 1 34， 1 35, 1 36をそれぞれ透過した光を合成するダイクロイツクプリズム 1 42と、 投射レンズ 1 43とを備えている。 そして、 画像表示装置から の画像は、 スクリーンなどの被投射面 1 44上に投影される。
なお、 上記画像表示装置は、 ランプュニッ ト 1 00を除いては公知の構 成なので、 UVフィルタ等の光学素子については省略している。
ランプュニッ ト 1 00は、 既述の製造方法によって製造されたランプ 1 1 00を光源として用いているので、 照度維持率を向上させることができ 、 長寿命化を図ることができる。 さらに.。 このような照度維持率の高いラ ンプュニッ ト 1 00を用いた画像表示装置においては、 ランプュニッ ト 1 00を頻繁に交換する必要がないので、 そのメンテナンスコストを低減す ることができる。
ここでは、 画像表示装置の一例として 3板式液晶プロジヱクタについて 説明したが、 本発明は、 これ以外に単板式液晶プロジヱクタや D LPを用 いたプロジェクタ等にも適用することができる。
く変形例 >
なお、 本発明の技術的範囲は、 上記実施の形態に限られないことは言う までもなく、 例えば、 さらに次のような変形例を考えることができる。
(1 ) 電界印加工程における変形例
電圧を印加する方法は、 上記各実施の形態に限定されない。 発光部内部 と発光部外部に電位差が生じる方法であれば、 手段を問わない。
例えば、 上記第 1の実施の形態では、 導電線 1 0を一対の封止部 2にそ れぞれ 1 0回巻回したが、 巻回数はこれより多くても少なくてもよく、 例 えば、 図 2 1 (a) に示すように、 導電線 5 1， 52をそれぞれ一巻きさ せるだけでも同様な効果が得られる。 また、 図 2 1 (b) のように、 板状 もしくは棒状の導電部材 1 2を発光部付近に配置しても良い。 さらに、 図 2 2 (a) に示すように筒状の電極 53' の内部にランプ 1 1 0 0を挿入 すれば、 より効果的に不純物の放出が可能になるであろう。
また、 図 22 (b) のように、 2枚の板状の導電部材 54, 5 5をラン プの両側に配置し、 それらに電位差を与えるようにしてもよい。 この場合 、 一方の導電板側にプラスイオンが引き寄せられ、 他方の導電板にマイナ スイオンが引き寄せられるため、 プラスイオン、 マイナスイオンの不純物 が同時に除去されるという効果も得られる。
ここで、 上記図 2 1 (a) および図 22 (b) の例を利用して、 具体的 に電界印加工程を実施する場合の例を、 それぞれ変形例 1、 2として説明 する。
( 1 - 1 ) 変形例 1
図 23は,， 図 2 1 (a) の構成を利用した、 電界印加工程の変形例を示 す図である。
本変形例 1におけるランプ 1 1 0 0は、 発光部 1が、 外形形状がほぼ球 状またはほぼ回転楕円体状であり、 最大外径が 1 2mrru 最大肉厚が 2. 7mm〜3mmであり、 封止部 2は、 直径 6 mmの円柱状である。 ここで 、 最大外径は、 発光部 1の外形形状がほぼ回転楕円体状の場合、 短軸方向 における最大外径を示す。 発光部 1の内容積は例えば 0. 2 c cである。 点灯中、 発光部 1の内壁に係る管壁負荷は 6 OWZc m2以上、 例えば 1 40 W/cm2である。発光部 1の構成材料が石英ガラスである場合、管壁 負荷の実使用の範囲として 2 0 OW/cm2以下が好ましい。
また、 発光部 1内には、 水銀のほか、 例えばアルゴンガスやキセノンガ ス等の希ガス、 および例えば臭素等のハロゲンがそれぞれ封入される。 水 銀の封入量は 0. 1 5mg/mm3以上、 実使用の範囲としては 0. 3 5m gZmm3以下が好ましい。希ガスの封入量は 5 k P a〜40 k P a程度で ある。 ハロゲンの封入量は 1 0_7〃mo 1 /mm3〜 1 0_2〃mo 1 /mm3 である。
タングステンを主成分とし、 不純物としてアル力リ金属等が含有されて いる直径 0. 3mm〜0. 45mmの電極棒 3と、 この電極棒の一端部に 巻き付けられ、 かつ電極棒 3と同一成分のコイル 1 2とから電極が構成さ れる。 また、 電極棒 3の先端部は、 コイル 1 2と共に一部が溶融してほぼ 半球形状の塊状になっている。 電極間距離は 0. 2mm〜5. 0 mmであ る。
ここで、 電極棒 3の不純物の一例、 およびその含有量を挙げると次の通 りである。
カリウム l O p pm
ナトリウム 20 p p m
そして、 電極棒 3のうち封止部 2内に位置する部分と、 封止部 2を形成 する石英ガラスとの間には、 第 1の実施の形態と同様にバイコールガラス からなる筒状の第 2のガラス部 7 (図 23では図示せず。 図 3参照) が介 在している。
ここでの第 2のガラス部 7の成分は以下の通りである。
S i〇2： 96重量％以上
A 1203： 0. 5重量％
B203： 3. 0重量％
N a20 ： 0. 04重量％
そして、 上記ランプ 1 1 00の発光部 1と封止部 2との境界部分の外周 に、 線径が 0. 2mm〜0. 5 mm, 例えば 0. 2mmである鉄、 クロム およびアルミニウムの合金からなる線状の導電線 51 , 52が近接または 接触するように 1ターンずつそれぞれ巻き付けられている。
また、 これらの導電線 51， 52は、 発光部 1と封止部 2との境界部分 に巻き付けられた後、 発光部 1の長手方向の軸が鉛直方向に対してほぼ垂 直になるような姿勢 （以下、 この姿勢を 「水平配置」 という。 ） で点灯さ れた場合において下方に位置する発光部 1の外面を跨ぐように、 それの外 面形状に沿って近接または接触させて配置され、 その下方に位置する発光 部 1の外面の中央部で一本によりあわせられて接続されている。
つまり、 ランプ 1 1 0 0が水平配置で点灯された場合に、 発光部 1の外 面のうち、 最も温度が高くなる上方の外面に導電線 5 1 , 5 2が近づくの を避けるため、 その導電線 5 1 , 5 2を、 内面の温度が比較的低い下方に 位置する発光部 1の外面に配置させている。
電界印加工程において、 ランプ 1 1 0 0を、 水平配置となるように保持 し、 外部リード線 5， 5をバラスト 2 2に接続すると共に、 導電線 5 1，
5 2を別の直流電源 3 0の出力端子 Bに接続する。 直流電源 2 1の一方の 端子と、 直流電源 3 0の出力端子 Aとは同電位となるように接続されてい る。
例えば、 ランプ 1 1 0 0が、 交流点灯形の定格電力 2 2 0 Wの高圧水銀 ランプである場合、 直流電源 2 1の一方の端子の電位を基準 （0 V) にす ると、 直流電源 2 1の他方の端子には + 3 8 0 Vの電位を、 別の直流電源 3 0の他方の端子 Bには一 5 0 V以下の電位をそれぞれ発生させる。 したがって、 安定点灯時においては、 直流電源 2 1の一方の端子の電位 を基準 ( 0 V) にすると、 両電極 5の電位は 0 V〜 1 0 0 Vの範囲で変動 しており 導電線 5 1 , 5 2には一 5 0 V以下の電圧が印加される。 以上の準備を終えて., バラスト 2 2を用いてランプ 1 1 0 0を実使用状 態とほぼ同じ状態で連続点灯させると共に、 導電線 5 1， 5 2には一 5 0 V以下の電圧を印加する。
この状態で 5分以上、 好ましくは 1 5分以上、 さらに好ましくは 3時間 〜 1 0時間以上放置する。 この放置時 ¾は印加直後からの時間である。 この間、 ランプ 1 1 0 0は点灯されているので、 少なくとも発光部 1は 所定の温度、 例えば 8 0 0 °Cに保たれている。 また、 このとき通常の点灯 試験 （初期点灯） も兼ねている。
放電空間内にある不純物、 特にイオン化したアル力リ金属を石英ガラス 中に十分に拡散させるためには、 少なくとも発光部 1を 6 0 0 °C以上に保 つことが好ましい。 ただし、 発光部 1が石英ガラスからなる場合において 、 石英ガラスが再結晶化し、 失透しないように 1 1 0 o °c以下にすること が好ましい。
その後、 ランプ 1 1 0 0を自然冷却または強制冷却し、 導電線 5 1 , 5 2を取り外して、 最終的な製品として完成する。
次に、 ランプ 1 1 0 0に凹面反射鏡を取り付けてランプユニッ ト （図 1 9参照） を構成し （以下、 「本発明品」 という） 、 その作用効果の確認を 行った。
本発明品において、 3 0 0時間点灯経過後、 および 2 0 0 0時間点灯経 過後における発光部 1の内面の黒化の有無、 失透の有無、 および 5時間点 灯時間後の照度を 1 0 0 %とした場合の照度維持率 （％) をそれぞれ測定 したところ、 図 2 4の表 2に示す通りの結果が得られた。
なお、 このランプ 1 1 0 0の製造過程において、 導電線 5 1 , 5 2の印 加電位を一 5 0 Vとした。
また ここでの 「照度維持率」 は、 上記ランプユニッ トを画像表示装置 (図 2 0参照) に搭載して 4 0インチのスクリーンに投影した場合の平均 照度維持率 (%) である。
さらに、 比較のため、 ランプ 1 1 0 0の製造過程において、 電界を印加 させないで通常どおりの点灯試験のみを行つた点を除いて本発明品と同じ 製造方法を用い、 かつ同じ構成を有しているランプュニッ ト (以下、 「比 較品」 という） についても、 本発明品と同じ測定を行い、 その結果を表 2 に併せて示す。
なお、 サンプル数は本発明品、 比較品ともに 5本ずつである。
表 2からも明らかなように、 本発明品は、 2 0 0 0時間点灯経過後であ つても発光部 1に失透や黒化はほとんど見られず、 照度維持率も 7 4 %を 維持していた。 一方、 比較品は 3 0 0時間点灯経過後においてすでに発光 部 1の内面が著しく失透していると共に、 黒化しており、 照度維持率も 8 5 %であり、 さらに点灯時間 2 0 0 0時間を経過する前には全数が失透に より内部温度が上昇し、 発光部 1が膨れ上がり変形していた。
以上の通り図 2 3による電界印加工程を施した場合には、 発光部 1内の 空間に存在する不純物やランプに使用されている部材 （電極棒 3、 封入物 である臭化水銀、 第 2のガラス部 7等） 中に含まれている不純物、 特にァ ルカリ金属を、 導電線 5 1， 5 2に一対の電極棒 3の電位に対して負電位 が印加されることによって電極棒 3と導電線 5 1 , 5 2との間に発生する 電界によって導電線 5 1 , 5 2に向かって誘引させることができ、 石英ガ ラス中に拡散させて発光部 1の外部へ放出させることができるため、 ラン プの使用中において、 発光部 1の石英ガラスが失透するのを抑制すること ができると共に、 内面が黒化するのを防止することができる。
また、 電界印加工程においてランプ全体のガラス部材のうち少なくとも 発光部 1が所定の温度以上に保たれているので、 石英ガラス中でのイオン 化したアル力リ金属の拡散速度を速めることができる。
特に、 ランプ 1 1 0 0を点灯させることによって発光部 1を所定の温度 以上に保っているので、 特別な加熱のための設備を用いることなく、 発光 部 1を所定の温度以上に保つことができ、 その結果、 設備コストを抑える ことができると共に、 製造過程において通常行われるランプ点灯試験と兼 ねることができるため、 効率よく、 短時間で前記不純物の除去作業を行う ことができる。
また ランプ 1 1 0 0を水平配置の状態にし かつ、 導電線 5 1 , 5 2 が発光部 1 と封止部 2との境界部に近接または接触させて配置して電界を 印加するようにしているので、 その境界部に、 不純物のうち特にアル力リ 金属が集まってきても、 水平配置状態での点灯においては、 その部分の温 度は発光部 1の上部ほど高くはないため、 この部分に誘引された石英ガラ スとアル力リ金属とが化学的に反応しにく く、 失透するおそれを小さくす ることができる。
また、 仮にその境界部が失透したとしてもわずかであり、 石英ガラスが 変形や破損するまでに至ることはなく、 またその失透部分が電極の根元部 分周辺のガラス部分であるということもあって、 光束が低下することはな い。 さらに、 導電線 5 1 , 52が発光部 1の外面のうち上方に位置する部分 に近接または接触していないので、 使用時に発光部 1の上方に位置する部 分に、 前記不純物、 特にアルカリ金属が集中して誘引されないようにする ことができ、 その部分の石英ガラスが失透するのを抑制することができる o
したがって、 実際にランプが使用される場合にも、 この電界印加工程の 実施時と同様な姿勢で点灯されるように、 ランプ 1 1 0 0の封止部 2など に上下方向を示すマークなどが付けられるのが望ましいであろう。
次に、 本発明品において、 導電線 5 1 , 5 2への印加電圧を 0V、 - 2 5 V、 一 5 0、 一 1 0 0 V、 および _ 20 0 Vに変化させた場合の 1 0 0 0時間点灯経過後と 2000時間点灯経過後との照度維持率 （％) をそれ ぞれ測定したところ、 図 25の表 3に示す通りの結果が得られた。
同表 3から明らかなように、 印加電圧がー 5 0V以下、 例えば一 5 0 V , - 1 0 0 V, および— 20 0Vの場合では 20 0 0時間点灯経過後で あっても照度維持率が 60%以上あり、 発光部 1の変形等は見られなかつ た。
一方、 印加電圧がー 5 0Vを越える、 例えば一 2 5 Vの場合では点灯経 過時間が 1 00 0時間であれば照度維持率は 7 1 %あるものの、 点灯経過 時間が 20 0 0時間に至るまでに発光部 1が失透によって膨れ上がり、 変 形してしまった。
したがって、 導電線 5 1 , 52への印加電圧は、 製造工程において不純 物、 特にアルカリ金属を十分に除去するため、 一方の電極の電位 0 Vを基 準にとると、 一 50V以下の必要であることがわかった。
なお、 上記図 2 3の例では、 導電線 5 1， 5 2の材料として鉄、 クロム およびアルミニウムの合金を用いた場合について説明したが、 他に夕ング ステンゃモリブデン等の特に耐熱性の高い金属でも上記と同様の効果を得 ることができる。 また、 導電線 5 1 , 5 2の線径は、 上記 0. 2mm〜0 . 5mmのものに限らず、 それ以外の異なる線径でもよく、 また形状につ いても例えば板状であつても上記と同様の効果を得ることができる。 また、 図 23の例では、 ランプ 1 100を実使用状態とほぼ同じ状態で 連続点灯させ、 導電線 51 , 52に一 50V以下の電位を印加した場合に ついて説明したが、 特にランプ 1 1 00を実使用状態とほぼ同じ状態で連 続点灯させる必要はなく、 少なくとも発光部 1の温度が 600°C以上とな るように点灯すればよい。
さらに、 図 23の例では、 ランプ 1 100が水平配置された状態で点灯 されるこ.とを想定して、 導電線 51, 52を発光部 1と封止部 2との境界 部分に巻き付けた場合について説明したが、 ランプ 1 1 00の長手方向の 軸が鉛直方向に対して 45度以上の範囲内にある状態であれば、 導電線 5 1, 52を発光部 1と封止部 2との境界部分に巻き付けることにより、 上 記と同様の効果を得ることができる。
もちろん、 必ずしも導電線 51, 52を発光部 1と封止部 2との境界部 分に巻き付ける必要はなく、 点灯方向や温度環境によって導電線 51， 5 2を、 アル力リ金属を誘引したい場所に適宜配置すればよい。
(1 -2) 変形例 2
この変形例 2では、 図 22 (b) に示した電界印加方法を用いている。 図 26は、 電界印加工程を実施する装置の概略を示している。
上記変形例 1と同様な仕様のランプ 1 1 00を形成した後., 図 26に示 すようにランプ 1 1 00を水平配置すると共に、 例えば銅製の四角い平ら な板状の導電部材 54, 55を発光部 1を挟むようにほぼ平行に対向配置 する。
なお、 失透や黒化の発生場所が主として発光部 1であることを考慮する と、 少なく とも発光部 1全体を覆うことが好ましい。 図 26の例では、 導 電部材 54, 55のランプ 1 1 00の中心軸方向の長さを発光部 1の同方 向の寸法とほぼ同じとし、 中心軸と直交する方向 （図 26の紙面と直交す る方向） における幅は、 発光部 1における径とほぼ同じになるようにして いる。
そして導電部材 54, 55にはそれぞれ異なる電位が、 例えば一方が正 の電位、 他方が負の電位が印加されている。 この導電部材 54， 55間の 距離は、 所望の電界 （望ましくは、 1 0 k V/m以上) が発生するように 各々の導電部材 5 4 , 5 5に印加される電圧との関係で適宜決定すればよ い。
次に、 図 2 6に示すように、 このランプ 1 1 0 0の外部リード線 5 , 5 を、 バラス ト 2 2に接続すると共に、 導電部材 5 4 . 5 5をそれぞれ直流 電源 3 0に接続する。
ここで、 例えば、 下側に位置する導電部材 5 5をマイナスに、 上側に位 置する導電部材 5 4をプラスにすることにより、 失透の要因であるアル力 リ金属イオン (プラスイオン) を、 温度が発光部 1の上方よりも低い下方 に誘引させることができ、 その結果、 発光部 1の石英ガラス部分が失透す るのを一層抑制することができる。
この変形例 2に係るランプ 1 1 0 0の製造方法によっても、 上記した各 実施の形態、 変形例 1におけるランプ 1 1 0 0の製造方法と同様に、 発光 部 1内の空間に存在する不純物ゃランプに使用されている部材 (電極棒 3 、 封入物である臭化水銀、 および第 2のガラス部 7 ) 中に含まれている不 純物、 特にアル力リ金属を印加した電界によって誘引させることができ、 石英ガラス中に拡散させて発光部 1の外部へ放出させることができるため 、' ランプの使用中において- 発光部 1の石英ガラス部分が失透するのを抑 制することができると共に、 発光部 1の内面が黒化するのを防止すること ができる。
なお、 変形例 2では、 四角い平らな板状の導電部材 5 4 , 5 5を用いた 場合について説明したが、 その形状について特定されるものではく、 例え ば円板状の場合や、 また発光部 1の外面形状に沿うように湾曲している場 合であっても上記と同様の効果を得ることができる。
また、 変形例 2では、 導電部材 5 4 , 5 5を、 発光部 1の丁度上下に設 置した場合について説明したが、 図 2 6の状態を基準にして発光部 1の左 右や、 手前側と奥側とに設置した場合でも上記と同様の効果を得ることが できる。
なお、 変形例 1、 2においては、 ランプ 1 1 0 0を連続点灯させること によって発光部 1のうち少なくとも発光部 1を加熱し所定の温度以上に保 つ場合について説明したが、 点灯、 消灯を繰り返して少なくとも発光部 1 を所定の温度以上に保っても上記と同様の効果を得ることができる。 また
、 例えば、 外部からヒーター等の加熱手段によって発光部 1のうち少なく とも発光部 1を加熱し所定の温度以上に保ってもよい。 さらに、 ランプ 1 1 0 0を一旦点灯させた後に消灯し、 その後、 前記加熱手段によってラン プ 1 1 0 0の少なくとも発光部 1を加熱し所定の温度以上に保ってもよい また、 上記各変形例では、 定格電力 2 2 0 Wのランプ 1 1 0 0を一例に 示したが、 定格電力が 1 5 0 Wの高圧水銀ランプや、 定格電力が 2 2 0 W を越える 2 5 0 Wの高圧水銀ランプにも本発明を適用することができる。
( 2 ) 電界印加工程の時期等について
上述したように電界印加工程において、 ランプを点灯して発光部 1を加 熱する場合には、 当該電界印加工程は ランプの初期点灯時に行うことが 望ましい。 初期点灯 (エージング) の工程は出荷前に必ず必要であり、 こ のときに電界印加工程を合わせて行うことにより工程時間が削減できるか らである。
加熱炉などで加熱しながら電界印加工程を実行する場合には 上記初期 点灯前に実行することが望ましい。 もし、 初期点灯を先に実行すると-, 放 電空間内の不純物により黒化、 失透が生じてしまうからである。
また、 電界は、 最低でも 5分間は印加する必要があり、 望ましくは 2時 間以上印加するとよい。 電界の印加時間の上限は、 特に規定されないが、 黒化や失透を抑制するに必要な限りで電界印加工程を実施すればよいので 、 上限の時間は、 具体的には印加する電界の強さや加熱温度などによって 、 製造コストとのバランスから自ずと決定されるものである。
しかし、 必ずしも初期点灯が電界印加工程に先行してはならないという わけでもない。 実際に、 不純物が原因で一度黒化したと考えられるランプ に、 電界印加工程を実行したところ、 N aが除去された。 その後、 数時間 から数十時間、 ランプを点灯させると、 黒化は消えた。 また、 加熱箇所は少なくとも発光部であればよく、 その温度も放電空間 内のほとんどの不純物がイオン化するために必要な温度 （6 0 0 °C) 以上 が望ましく、 発光部 1の素材が石英ガラスの場合には、 再結晶化をしない ため上限は 1 1 o o °cまでとなる。
なお、 本実施の形態では、 高温にすることによって、 不純物をイオン化 したが、 イオン化する手段は、 他の手段であっても良い。 例えば、 非常に 大きな電界をかけることによって、 不純物のイオン化を実現する方法もあ る。
( 3 ) ランプ構造の変形例について
( 3— 1 ) 上記実施の形態においては、 第 2のガラス部 7は、 金属箔 4 の電極棒 3との接続部位を囲む位置に配設されていたが、 配設位置にこの 部分のみに限らない。 図 2 7に示すように金属箔 4の外部リード 5との接 続部側の端部を覆うように配設してもよいし、 図 2 8のように金属箔 4の 全体を覆うようにしても構わない。 耐圧強度をより増加させるためには、 図 2 8のような構成にする方が望ましいが、 第 2のガラス部 7の材料中に 不純物が多いことや部品コストの点を考慮すると、 第 2のガラス部 7の部 分は、 できるだけ少ない量が望ましく、 また、 封止部 2のクラックは、 放 電による熱の影響により放電空間により近い側に生じやすいことを考える ならば、 図 3に示すように電極棒 3との接合部を覆うように一部分のみに 設ける方が望ましいであろう。
また、 第 2のガラス部 7は、 その位置する部分における金属箔 4の全周 を必ずしも覆わなくても、 金属箔 4の応力を抑える圧縮応力をある程度得 ることができる。 この場合には、 ランプ形成工程においてガラス管 7 0 ( 図 7参照) の代わりに横断面が C形状の別のガラス管を用いればよい。 なお、 第 2のガラス部 7は、 上述のように第 1のガラス部 8よりも軟化 点が低くなることにより、 封止部内部に圧縮応力を生ぜしめる役目を果た す。 シリカ （S i 02) の軟化点を下げるための添加物としては、 A 1 203 および Bのうちの少なくとも一方が含まれていればよい。 しかし、 これら をあまり多く添加すると軟化点が低くなり過ぎてしまい、 適当な圧縮応力 が得られない場合があり、 また、 放電空間に混入する不純物の量も不要に 多くなつてしまうので、 S i 02は、 7 0重量％以上 9 9重量％未満が望ま しく、 添加する A 1 203は、 1 5重量％以下、 Bは、 4重量％以下が望ま しい。
( 3— 2 ) また、 上記実施の形態においては、 封止部 2にバイコールガ ラスからなる第 2のガラス部 7を設けることにより耐圧強度を向上させた が、 バイコールガラスの代わりにいわゆる傾斜機能材料からなる部材を介 在させて封止するようにしてもよい。
すなわち、 ランプ形成工程において、 バイコールガラスからなる図 7に 示すガラス管 7 0の代わりに、 これとほぼ同寸法で傾斜機能材料からなる 管 (以下、 「傾斜材料管」 という。 ) 7 1を側管内に挿入して封止部 2を 形成する。 傾斜材料管 7 1は、 例えば、 石英粉末とモリブデンやタングス テンなどの金属粉を混ぜて加熱成形してなり、 この際、 内側の部分ほど金 属粉 7 2の含有量が多くなるように形成されている。
これにより、 傾斜材料管 7 1は., 第 1のガラス部 8よりも大きくて、 金 属箔 4よりも小さい範囲の熱膨張係数を持つことが可能となり、 しかも、 傾斜材料管 7 1の内側部分の熱膨張係数は、 金属箔 4の熱膨張係数に近く , 傾斜材料管 7 1の外側部分の熱膨張係数は第 1のガラス部 8の熱膨張係 数に近くでき、 その間徐々に熱膨張係数を変化させることが可能である。 このように傾斜材料管 7 1は、 徐々に熱膨張係数が変化するため、 ラン プの点灯時もしくは消灯時における発光部 1の急激な温度変化 (熱衝撃） によって封止部 2における隣接する部材間に生じる熱応力を小さくするこ とができるので、 クラックが発生しにく くなり、 封止部 2における耐圧強 度が極めて向上する。
傾斜機能部材を介在させる箇所は、 上記パイコールガラスを利用した第 2のガラス部 7の場合と同様、 第 2金属箔 4の電極棒 3との接続位置を含 む端部だけに限らず、 図 2 7や図 2 8に示す箇所であってもよい。 また、 傾斜材料管は、 上記のように内側から外側に向けてほぼ連続して 熱膨張係数が変化するのではなく、 多層構造として各層で熱膨張係数を異 なるようにしてもよい。
図 30は、 その一例として傾斜材料管が 2層構造の場合における封止部 2の構造を示すものである。
, ここでは、 金属箔 4全体を覆うように 2層の傾斜部材管 73が配されて いる。 図 31は、 図 30の傾斜材料管 73の d— d線における矢視断面図 である。 同図に示すよう傾斜材料管 73は、 第 1の傾斜材料 74と第 2の 傾斜材料 75の 2層構造となっており、 金属箔 4、 第 1の傾斜材料 74、 第 2の傾斜材料 75、 第 1のガラス部 8の熱膨張係数を、 それぞれ K l、 Κ2、 Κ3、 Κ4とした場合に、 Κ 1〉Κ2 >Κ3>Κ4となるように第 1、 第 2の傾斜材料が選定される。 具体的な材料として、 例えば、 シリカ に混入する金属粉の量を違えた 2種類の材料を考えることができる。 なお ¾ このような多層構造の傾斜材料管の覆う箇所も 金属箔 4の長手方向の 一部分であっても構わない。
このように封止部に傾斜機能を持つ材料を使用したランプにおいても、 特にその製造工程において不純物が放電空間に混入するおそれが高く、 こ の場合でも電界印加工程を実行することにより発光部内の不純物を除去し 、 黒化や失透の抑制ができる。
(3-3) また、 上記実施の形態では、 金属箔 4の一部または全部を 第 2のガラス部もしくは傾斜材料を介して封止するようにしたが、 他の電 極構造体を使用した場合には、 金属箔ではなくその封止部分に存在する給 電体の一部もしくは全部について上記第 2のガラス部もしくは傾斜材料を 介して封止する構成になる。 この場合、 給電体は電極軸そのものである場 合もありうる。
(3-4) また、 特に図示しないが、 電極の封止部内の埋設部の少な くとも一部の表面に金属メツキを形成するようにしてもよい。 このように すれば、 電極棒 3の周囲に位置するガラスに、 微小なクラックが発生する ことを防止することができる。 この金属メツキにおける金属は、 P t、 I r、 R h、 R u、 R eからなる群から選択される少なくとも 1種の金属か ら構成されていればよく、 電極棒 3との密着性の観点から、 下層に A u層 を形成した上でその上層に例えば P t層をメツキすることが好ましい。 封止部 2内に位置する電極棒 3に金属メツキのないランプの場合、 ラン プ製造工程における封止部形成の際に、 封止部 2のガラスと電極棒 3とが 一度密着した後、 冷却時において、 両者の熱膨張係数の差違により、 両者 は離されることになる。 この時に、 電極棒 3の周囲の石英ガラスにクラッ クが生じる。 このクラックの存在により、 クラックのない理想的なランプ よりも、 耐圧強度が低下することになる。
しかし、 電極棒 3の埋設部表面に上記金属のメツキが形成されていると 、 封止部 2の石英ガラスと、 電極棒 3の表面 （例えば P t層） との間の濡 れ性が悪くなつている。 つまり、 タングステンと石英ガラスとの組み合わ せの場合よりも、 白金と石英ガラスとの組み合わせの場合の方が、 金属と 石英ガラスとの濡れ性が悪くなるため、 両者は引っ付かずに、 離れやすく なるのである。 このような電極棒 3と石英ガラスとの濡れ性の悪さにより 、 加熱後の冷却時における両者の離れがよくなり、 微細なクラックの発生 を防止することが可能となり、 さらに高い耐圧強度を得ることができる。 このように電極棒に他の金属をメツキする工程に起因して、 たとえ発光 部内への不純物が混入したとしても電界印加工程により除去可能である。
( 3 - 5 ) 上記実施の形態においては、 ダブルエンド型の高圧水銀ラン プの製造方法について説明したが、 シングルェンド型のものであっても構 わないし、 高圧水銀ランプに限らず、 例えばキセノンランプやハロゲンラ ンプなど、 およそ封止部を有して点灯時に内部圧が高くなる高圧放電ラン プ一般に、 本発明の製造方法が適用される。
特に、 図 1 8に示したような、 封止前のガラスパイプから不純物を除去 する方法の対象は、 高圧水銀ランプの放電用ガラスパイプに限定されない 、 例えば、 メタルハライ ドや電球に使用されるガラス材料であってもよい し、 また、 プラズマディスプレイや液晶で使用されるガラス材料に対して も適用可能である。 すなわち、 本発明に係る製造方法は、 水素やアルカリ金属 （カリウム、 リチウム、 ナトリウム） などの不純物が発光部内に混入することで生じる 黒化 ·失透を起こすおそれのある全ての放電ランプや、 放電効果を利用し た表示用パネルにも適用可能である。 産業上の利用可能性
本発明に係る高圧放電ランプの製造方法によれば、 放電空間内および発 光部を構成するガラス中の水素およびアルカリ金属などの不純物を低減す ることができ、 高出力であっても黒化、 失透が抑制された長寿命の高圧放 電ランプの製造方法として好適である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 内部に一対の電極が配設されると共に発光物質が封入されるガラス 製の発光部と、 前記発光部から延在した第 1の部材内に前記電極に接続さ れた給電体を封止して発光部内部を気密に保持する封止部とを有する高圧 放電ランプの製造方法であって、
前記給電体を、 少なくともその長手方向における一部の周囲に第 2の部 材を介在させた状態で、 第 1の部材内に封止する封止工程と、
少なくとも前記発光部に電界を印加する電界印加工程と、
を含むことを特徴とする高圧放電ランプの製造方法。
2. 前記電界印加工程において、 少なくとも前記発光部を所定以上の温 度に保持しつつ、 前記発光部に電界を印加することを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
3 . 前記電界印加工程における所定以上の温度は、 発光部内部に存在す る不純物をイオン化させるに必要な温度であることを特徴とする請求の範 囲第 2項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
4 . 前記発光部は石英ガラス製であつて、 前記電界印加工程における所 定以上の温度は、 6 0 0 °C以上 1 1 0 0 °C以下の範囲の温度であることを 特徴とする請求の範囲第 2項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
5 . 前記第 2の部材の軟化点温度は、 前記第 1の部材の軟化点温度より も低いことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の高圧放電ランプの製造 方法。
6. 前記第 1の部材は、 S i 02を 99重量％以上含み、 前記第 2の部材 は、 S i 02が 70重量％以上 99重量％未満であることを特徴とする請求 の範囲第 5項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
7. 前記第 2の部材は、 A 12〇3および Bのうちの少なくとも一方を含 み、 A 1203の含有量を P重量％とし、 Bの含有量を Q重量％とした場合 に、 それぞれの材料における含有量の範囲は、 0<P 1 5、 0 <Q≤4 であることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の高圧放電ランプの製造 方法。
8. 前記第 2の部材の熱膨張係数は、 前記給電体の熱膨張係数よりも小 さく、 前記第 1の部材の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求の 範囲第 1項に記載の高圧放電ランプ。
9. 前記第 2の部材は、 前記給電体側から前記第 1の部材側に移るに連 れて、 連続的あるいは段階的に熱膨張係数が小さくなることを特徴とする 請求の範囲第 8項に記載の高圧放電ランプ。
1 0. 前記発光部内に、 発光物質として少なくとも水銀が封入されてお り、 前記水銀封入量は、 23 Omg/c c以上 50 Omg/c c以下であ ることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の高圧放電ランプの製造方法
1 1. 前記電界印加工程において、 高圧放電ランプを点灯させることに より、 少なく とも発光部を所定以上の温度に保持することを特徴とする請 求の範囲第 1項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
1 2 . 前記電界印加工程において、 高圧放電ランプを加熱炉内で加熱し て、 少なくとも発光部を所定以上の温度に保持することを特徴とする請求 の範囲第 1項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
1 3 . 前記電界印加工程において、 発光部内に存在する電極、 および、 発 光部の外部に配された導電材料との間に電位差を与えることにより、 少なく とも発光部に電界を印加することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の高圧 放電ランプの製造方法。
1 4 . 前記導電材料は、 封止部の周囲に巻回された導電線であることを 特徴とする請求の範囲第 1 3項記載の高圧放電ランプの製造方法。
1 5 . 前記導電材料は、 高圧放電ランプの少なくとも発光部に対向する 位置に配された金属板であることを特徴とする請求の範囲第 1 3項記載の 高圧放電ランプの製造方法。
1 6 . 前記導電材料は 高圧放電ランプの少なくとも発光部に対向する 位置に配された金属棒であることを特徴とする請求の範囲第 1 3項記載の 高圧放電ランプの製造方法。
1 7 . 前記電界印加工程において、 発光部の外部に配された導電材料 の電位が、 電極に印加される電位よりも低いことを特徴とする請求の範囲 第 1 3に記載の高圧放電ランプの製造方法。
1 8 . 前記電界印加工程において、 2枚の金属板の間に発光部を介在さ せて、 当該 2枚の金属板の間に電位差を与えることにより少なくとも発光 部に電界を印加することを特徴とする請求の範囲第 1に記載の高圧放電ラ ンプの製造方法。
1 9 . 前記電界印加工程において、 前記少なくとも発光部に印加する電 界は、 電界強度にして 1 0 k VZm以上であることを特徴とする請求の範 囲第 2項に記載の高圧放電ランプの製造方法。
2 0 . 前記電界印加工程において、 電界を印加する時間は 5分以上であ ることを特徴とする請求の範囲第 1 9項に記載の高圧放電ランプの製造方
2 1 . 前記電界印加工程は、 初期点灯の実行前もしくは初期点灯時に実 行されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の高圧放電ランプの製 造方法。
2 2 . ガラスパイプを加工して、 内部に一対の電極が配設されると共に 発光物質が封入されるガラス製の発光部と、 前記発光部から延在した第 1 の部材内に前記電極に接続された給電体を封止して発光部内部を気密に保 持する封止部とを有する高圧放 ¾ランプを製造する方法であって、 ガラスパイプに封止部を形成する前に、 当該ガラスパイプの少なくとも 発光部形成予定部を所定以上の温度に保持しつつ、 電界を印加する電界印 加工程と、
前記給電体を、 少なくともその長手方向における一部の周囲に第 2の部 材を介在させた状態で、 第 1の部材内に封止する封止工程と、
を含むことを特徴とする高圧放電ランプの製造方法。
2 3 . 請求の範囲第 1項から第 2 2項のいずれかに記載の高圧放電ラン プの製造方法により製造された高圧放電ランプ。
2 4. 凹面反射鏡内に、 請求の範囲第 2 3,項に記載の高圧放電ランプが 、 前記一対の電極間の中心と前記反射鏡の焦点位置とがほぼ一致するよう に、 取り付けられていることを特徴とするランプユニッ ト。
2 5 . 請求の範囲第 2 4項に記載のランプュニッ トと、 前記ランプュニ ッ トから照射される光を集光する集光手段と、 前記集光手段によって集光 された光を用いて画像を形成する画像形成手段と、 前記画像形成手段によ つて形成された画像を、 被投射面に投射する投射手段とを備えていること を特徴とする画像表示装置。
2 6 . 内部に一対の電極が配設されると共に発光物質が封入されるガラ ス製の発光部と、 前記発光部から延在した第 1の部材内に前記電極に接続 された給電体を封止して発光部内部を気密に保持する封止部とを有する高 圧放電ランプであって、
前記封止部において、 前記給電体は、 少なくともその長手方向における 一部の周囲に第 2の部材を介在させた状態で第 1の部材内に封止されてお 前記発光部における N aの単位体積当りの含有量は 前記第 1の部材に おける N aの単位体積当りの含有量よりも低いことを特徴とする高圧放電 ランプ。
2 7 . 前記第 2の部材の軟化点温度は、 前記第 1の部材の軟化点温度よ りも低いことを特徴とする請求の範囲第 2 6項に記載の高圧放電ランプ。
2 8 . 前記第 2の部材の熱膨張係数は、 前記導電部材の熱膨張係数より も小さく、 前記第 1の部材の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請 求の範囲第 2 6に記載の高圧放電ランプ。
2 9 . 前記第 2の部材の、 前記導電部材側の熱膨張係数は、 前記第 1の 部材側の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第 2 6項に 記載の高圧放電ランプ。
30. 前記発光部内に、 発光物質として少なくとも水銀が封入されてお り、 前記水銀封入量は、 230mg/c c以上 500mgZc c以下であ ることを特徴とする請求の範囲第 26項に記載の高圧放電ランプ。
31. 凹面反射鏡内に、 請求の範囲第 26項から第 30項のいずれかに 記載の高圧放電ランプが、 前記一対の電極間の中心と前記反射鏡の焦点位 置とがほぼ一致するように、 取り付けられていることを特徴とするランプ ュニッ ト。
32. 請求の範囲第 3 1項に記載のランプュニッ トと、 前記ランプュニ ッ トから照射される光を集光する集光手段と、 前記集光手段によって集光 された光を用いて画像を形成する画像形成手段と、 前記画像形成手段によ つて形成された画像を、 被投射面に投射する投射手段とを備えていること を特徴とする画像表示装置。
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