(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にタングステンを主成分とする一対の電極が対向配置され、かつ、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を封入した石英ガラスよりなる発光管部と、その両側に延在して金属箔を内部に有する石英ガラスよりなる側管部からなるショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、
前記タングステンを主成分とする電極は、前記側管部と対向する部分において当該側管部を構成する石英ガラスとの間に微小空隙を形成して配置しており、かつ、当該側管部を構成する石英ガラスと対向する部分のφ０．６〜１．５ｍｍの太径部と、前記金属箔と接合する部分のφ０．１〜０．５ｍｍの小径部から構成されて、
かつ、前記微小空隙は、前記発光管部から前記電極に沿って、前記金属箔と前記電極の小径部との接合部分まで伸びるとともに、その間隙が６μ〜１６μｍであることを特徴とするショートアーク型超高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、点灯時の水銀蒸気圧が１５ＭＰａ以上となるショートアーク型超高圧放電ランプに関し、特に、液晶ディスプレイ装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）などのプロジェクター装置のバックライトとして使うショートアーク型超高圧放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型のプロジェクター装置は、矩形状のスクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求され、このため、光源としては、水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタルハライドランプが使われている。また、このようなメタルハライドランプも、最近では、より一層の小型化、点光源化が進められ、また電極間距離の極めて小さいものが実用化されている。
【０００３】
このような背景のもと、最近では、メタルハライドランプに代わって、今までにない高い水銀蒸気圧、例えば１５ＭＰａ、を持つランプが提案されている。これは、水銀蒸気圧をより高くすることで、アークの広がりを抑える（絞り込む）とともに、より一層の光出力の向上を図るというものである。
このような超高圧放電ランプは、例えば、特開平２−１４８５６１号、特開平６−５２８３０号に開示されている。
【０００４】
ところで、このような超高圧放電ランプは、発光管内の圧力が点灯時に極めて高くなるので発光管部の両側に延在する側管部においては、当該側管部を構成する石英ガラスと電極および給電用の金属箔を十分かつ強固に密着させる必要がある。特に、電極は一般に円柱形状であり金属箔は平板形状であるから、両者を接合させると石英ガラスとの境界部分に必ず微小空隙が発生してしまい、発光空間内の高いガス圧が電極軸棒の周囲の空隙を介してこの微小空間に印加して、ここからクラックの発生、成長と発展させる可能性がある。
このため、当該空隙を如何に小さくするかがクラックの発生防止に重要な課題になってくるが、電極軸の断面積を小さくすることでその周囲に生じる微小空隙を小さくしようとする試みを行われている。このような電極軸周囲に形成される空隙に関しては、例えば、特開平３−２０１３５７号を参照されたい。
【０００５】
その一方で、プロジェクター装置に使用するショートアーク型超高圧放電ランプは、発光管内容積が８０ｍｍ３程度と極めて小さいにもかかわらず、点灯時内気圧が１５ＭＰａ以上、管壁負荷値が０．８Ｗ／ｍｍ２以上というきわめて熱的条件の厳しいものであり、したがって、放電ランプの点灯中においては、失透防止のために放電容器の高温化を防止するための放熱対策を十分に講じる必要がある。
この放熱対策としては、放電容器外部から冷却風などを吹き付けることも考えられるが、それ以外の方法として電極（電極軸）の伝熱作用による放熱も重要な要素となる。
そして、放電空間内の熱を伝導放熱することだけを論じるならば、電極軸は太い方（すなわち、断面積が大きい方）が放熱効果は優れているということになる。
【０００６】
以上の内容をまとめると、放電容器内の点灯時のガス圧が極めて高く（例えば、１５ＭＰａ以上）、発光管内容積が８０ｍｍ３以下であり管壁負荷が０．８Ｗ／ｍｍ２以上という極めて熱的条件に厳しいプロジェクター用のショートアーク型超高圧水銀ランプにおいては、
第一に、点灯時における高い封入ガス圧のために側管部において、通常の放電ランプ（点灯時ガス圧が数ＭＰａ程度のもの）では生じることがないクラックが発生、成長することがあり、このため、電極軸の直径を小さくすることでクラックの発生原因をなる微小空間の小さくすることが好ましい。
第二に、点灯時の熱的条件がきわめて厳しいことから放電空間内の高温を速やかに放熱する必要があり、このために、電極軸による伝熱作用を利用することが重要であって、具体的構成としては電極軸を太くすることが好ましい。
【０００７】
このような課題を解決する手段として、例えば、特開平１０−２８９６９０号に開示するものがある。
この公開公報には、電極軸の直径が放電アークを保持している部分に比較して、ガラスと溶着されている部分が小さくなっており、放電アークを保持する部分からガラスとの溶着部分に向かうにしたがい、電極軸の直径を段階的に細くするか、あるいは、連続的に細くすることが開示されている。
【０００８】
この構造は、上記２つの課題を定性的にはともに解決できるはずであるが、この公開公報に開示される放電ランプは、内気圧が０．１ＭＰａ以上という（明細書の段落番号０００１）非常に低いところを対象にするものであり、本願発明の対象となるショートアーク型放電ランプのように、例えば、１５ＭＰａ以上という２桁も大きい内圧を有する放電ランプには必ずしも完全な課題達成を奏するものではなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、極めて高い水銀蒸気圧で点灯する超高圧水銀ランプにおいて、十分に高い耐圧力性を有する構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明のショートアーク型超高圧放電ランプは、内部にタングステンを主成分とする一対の電極が対向配置され、かつ、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を封入した石英ガラスよりなる発光管部と、その両側に延在して金属箔を内部に有する石英ガラスよりなる側管部からなるショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、前記タングステンを主成分とする電極は、前記側管部と対向する部分において当該側管部を構成する石英ガラスとの間に微小空隙を形成して配置しており、かつ、当該側管部を構成する石英ガラスと対向する部分のφ０．６〜１．５ｍｍの太径部と、前記金属箔と接合する部分のφ０．１〜０．５ｍｍの小径部から構成されて、かつ、前記発光管部から前記電極に沿って、前記金属箔と前記電極の小径部との接合部分まで伸びるとともに、その間隙が６μ〜１６μｍであることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
この発明に係るショートアーク型超高圧放電ランプは、電極は側管部と対向する部分において太径部として伸びている。これにより、当該電極（電極軸）は放電空間の高温を伝導熱として側管部まで逃がし、当該側管部において電極軸外周面から側管部の構成材料、例えば、石英ガラスを介して良好に放熱することができる。
そして、電極先端における金属箔との溶接部分においては、電極は小径であるため、電極と金属箔の溶接時に生じる不可避的な空隙を小さいものとすることができ、これにより、側管部における耐圧を向上することができる。
なお、数値で示すならば、太径部はφ０．６〜１．５ｍｍであり、小径部はφ０．１〜０．５ｍｍである。
【００１２】
さらに、電極（電極軸）が側管部と対向する部分は、電極表面と側管部を構成する材料との間に微小空隙を有している。これにより、当該側管部が封止工程において高温加熱した後に、その温度が除々に下がる段階において、電極を構成する材料と側管部を構成する材料との熱膨張率の違いによって生じる相対的な伸縮量の違いを防止することができ、結果として、それに起因する接触部分のクラックの発生を良好に抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のショートアーク型超高圧放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう）の全体構成を示す。
放電ランプ１０は、石英ガラスからなる放電容器１１によって形成された大略球形の放電空間部１２を有し、この放電空間部１２内には、陰極１３と陽極１４が互いに対向するよう配置されている。また、放電空間部１２の両端部から伸びるよう各々側管部１５が形成され、これらの側管部１５内には、通常モリブデンよりなる導電用金属箔１６が、例えばピンチシールにより気密に埋設されており、陰極１３および陽極１４の各々を先端に有する電極棒の基端部が、当該導電用金属箔１６の一端部に配置された状態で溶接されて電気的に接続されると共に、他端部には、外部に突出する外部リード棒１８が溶接されている。
なお、陰極１３、陽極１４は電極軸まで含めて「電極」と称しており、これらはタングステンを主成分として構成される。
また、後述するが、陰極１３、陽極１４は側管部１５との間に微小空隙を形成するが、図１はランプ全体の構造を示す観点からこの空隙は省略している。
【００１４】
放電空間部１２内には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍという放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時１５ＭＰａ以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで（例えば、０．２０、０．２５、０．３０ｍｇ／ｍｍ３）、点灯時の水銀蒸気圧２０ＭＰａ以上、３０ＭＰａ以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現することができる。
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入され、点灯始動性を改善するためのものである。
ハロゲンは、臭素、塩素、沃素などが水銀その他の金属との化合物の形態で封入され、ハロゲンの封入量は、例えば、１０−６〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択できるものであって、その機能は放電容器の白濁防止など目的とした長寿命化であるが、本発明の放電ランプのように極めて小型で高い内圧を有するものは、このようなハロゲンを封入することも、放電容器の破損、失透防止という現象に影響を及ぼしている。
【００１５】
なお、放電ランプの完璧負荷は０．８Ｗ／ｍｍ２以上になる。これは、放電容器内に大量の水銀が封入されており、これら水銀がランプ点灯中に十分に蒸気化するための熱的条件を達成するためのものである。
また、放電ランプは、その内容積が８０ｍｍ３以下の小さいものである。これは、液晶プロジェクター装置の小型化に対応して放電ランプ自体の可能な限り小型化することが求められるからである。
【００１６】
このような放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径９．５ｍｍ、電極間距離１．５ｍｍ、発光管内容積７５ｍｍ３、管壁負荷１．５Ｗ／ｍｍ３、定格電圧８０Ｖ、定格電力１５０Ｗである。
そして、この放電ランプは、前記したプロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載され、演色性の良い放射光を提供することができる。
【００１７】
図２（ａ）（ｂ）に陽極の拡大図を示す。電極１４は放電空間の太径部１４ａと金属箔側の小径部１４ｂから構成されている。これらは一体物から加工して形成されている。
そして、小径部１４ｂにおいて金属箔１６と接合している。
また、太径部１４ａの表面と石英ガラスからなる側管部１５の内表面と微小空隙Ａを形成している。
また、図２（ａ）は電極１４は太径部１４ａと小径部１４ｂが段階的に形成されており、（ｂ）は太径部１４ａに続く小径部１４ｂがテーパ状に順次小径されている。
数値例をあげると、太径部１４ａはφ０．６〜１．５ｍｍであり、小径部１４ｂはφ０．１〜０．５ｍｍである。
【００１８】
上記のように電極軸の大径部が、側管部の内表面と対向して伸びているため、当該電極軸は放電空間の高温を伝導熱として側管部まで逃がし、電極軸外周面から側管部の構成材料、例えば、石英ガラスを介して良好に放熱することができる。
そして、電極軸の小径部が金属箔と溶接接合しているため、電極と金属箔の溶接時に生じる不可避的な空隙を小さいものとすることができ、これにより、側管部における耐圧を向上することができる。
図３は、金属箔１６と電極軸１４ｂとの接合時に不可避的に生じる空隙Ｂを表す。図から明らかなように電極軸の外径が小さいと空隙Ｂは小さくなることがわかる。
【００１９】
図４は本発明の超高圧放電ランプの陰極の拡大図を示す。図２と異なり、金属箔や石英ガラスは省略している。
陰極１３も太径部１３ａと小径部１３ｂより構成され、太径部１３ａは発光空間部から側管部にまで伸びている。このため、発光管部における高温を伝導熱をして誘導して、側管部から放熱することができる。
また、小径部１３ｂにおいて金属箔と接合しており、陽極と同様に、接合時に生じる不可避的な空隙を小さいものとすることができる。
なお、陰極については、陽極と異なり電極と電極軸を区別しておらず、両者を一体として電極として称しているが、電極軸を区別して称することもでき、また、陽極と同じように先端に太径の電極ヘッドを設ける構造であってもよい。
なお、陰極先端に巻きつけられるコイル１３ｃは点灯始動性を改善するためのものである。
【００２０】
また、図２に戻り、本発明の超高圧水銀ランプは、電極軸と側管部内表面との間に微小空隙Ａを有する。この空隙Ａは電極の構成材料と側管部を構成する材料の膨張係数の違いによって電極が拘束されることなく自由に軸方向に伸縮できるという観点から決まるものであり、電極がタングステンよりなり側管部が石英ガラスからなる場合は、空隙Ａの幅は    ６〜１６μｍの範囲から選択され、空隙Ａの電極の長さ方向に３〜５ｍｍ存在する。
このような空隙Ａを作ることによって、電極と石英ガラスが相対的に移動することによるクラックの発生を良好に防止することができる。なお、図では、空隙Ａを誇張して大きく表現している。
なお、発明の作用効果という点では、陰極、陽極の両電極において、空隙Ａを設けることが好ましいが、いずれか一方の電極に設ける実施形態を排除するものではない。
【００２１】
最後に、本発明によるショートアーク型放電ランプの数値例を紹介する。
側管部の外径  ：  ６．０ｍｍ
ランプ全長    ：  ６５．０ｍｍ
側管の長さ    ：  ２５．０ｍｍ
発光管の内容積：  ０．０８ｃｃ
電極間距離    ：  ２．０ｍｍ
定格点灯電圧  ：  ２００ｗ
定格点灯電流  ：  ２．５Ａ
封入水銀量    ：  ０．１５ｍｇ／ｍｍ３
希ガス        ：  アルゴンを１３ｋＰａ
【００２２】
以上説明したように、本発明のショートアーク型超高圧水銀ランプは、電極が太径部と小径部を有し、太径部が側管部と対向する部分において伸びているので、放電空間の高温を伝導熱として側管部まで逃がし、当該側管部において電極軸外周面から側管部の構成材料、例えば、石英ガラスを介して良好に放熱することができる。
また、電極先端における金属箔との溶接部分においては、電極は小径であるため、電極と金属箔の溶接時に生じる不可避的な空隙を小さいものとすることができ、これにより、側管部における耐圧を向上することができる。
さらに、電極（電極軸）が側管部と対向する部分は、電極表面と側管部を構成する材料との間に微小空隙を有している。これにより、当該側管部が封止工程において高温加熱した後に、その温度が除々に下がる段階において、電極を構成する材料と側管部を構成する材料との熱膨張率の違いによって生じる相対的な伸縮量の違いを防止することができ、結果として、それに起因する接触部分のクラックの発生を良好に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの全体図である。
【図２】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの陽極の拡大図である。
【図３】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの金属箔溶接部分の拡大図である。
【図４】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの陰極の拡大図である。
【符号の説明】
１０  放電ランプ
１１  発光管部
１２  発光空間
１３  陰極
１４  陽極
１５  側管部
１６  金属箔
１７  電極軸
１８  外部リード
【図１】
0003622713.tif 000002
【図２】
0003622713.tif 000003
【図３】
0003622713.tif 000004
【図４】
0003622713.tif 000005