(57)【要約】【課題】従来のファン電圧より５０％以上低い値でファンを駆動してランプを冷却しても、従来と同等の特性（寿命及び明るさ）を有する超高圧水銀ランプを提供する。【解決手段】この発明に係る超高圧水銀ランプは、石英バルブ内に一対の電極システムを封止した発光管が反射鏡の内部に収納されるとともに、発光管の発光部の中心が反射鏡の焦点に略一致するように固定される超高圧水銀ランプにおいて、超高圧水銀ランプの出力は３００Ｗ以上であり、石英バルブは、発光部付近の石英バルブ肉厚が３．５ｍｍ程度、且つ発光部中心付近の内径が５．２ｍｍ程度であり、電極システムを構成するコイルは、コイル径が１．７５ｍｍ程度であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英バルブ内に一対の電極システムを封止した発光管が反射鏡の内部に収納されるとともに、前記発光管の発光部の中心が前記反射鏡の焦点に略一致するように固定され、プロジェクタ装置に組み込まれてファンにて冷却される超高圧水銀ランプにおいて、
当該超高圧水銀ランプの出力は３００Ｗ以上であり、
前記石英バルブは、
前記発光部付近の石英バルブ肉厚が３．５ｍｍ程度、且つ前記発光部中心付近の内径が５．２ｍｍ程度であり、
前記電極システムを構成するコイルは、
コイル径が１．７５ｍｍ程度であることを特徴とする超高圧水銀ランプ。
【請求項２】
当該超高圧水銀ランプの出力は３３０Ｗであることを特徴とする請求項１記載の超高圧水銀ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プロジェクタ装置の光源に使用される超高圧水銀ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現状、超高圧水銀ランプ（以下、ランプとも呼ぶ）はプロジェクタ装置に使用される場合、ファンによりランプが冷却される。特に出力の高い高ワットタイプ（３００Ｗ以上）では、ランプを冷却するために、例えば、１台又は複数台のファンを使用して、点灯中のランプを所定の温度で動作させている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７２１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ファン騒音やエコブームの関係上、ファンを駆動する電圧を極力低い値で使用したいという強い要望がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来のファン電圧より５０％以上低い値でファンを駆動してランプを冷却しても、従来と同等の特性（寿命及び明るさ）を有する超高圧水銀ランプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る超高圧水銀ランプは、石英バルブ内に一対の電極システムを封止した発光管が反射鏡の内部に収納されるとともに、発光管の発光部の中心が反射鏡の焦点に略一致するように固定される超高圧水銀ランプにおいて、
超高圧水銀ランプの出力は３００Ｗ以上であり、
石英バルブは、
発光部付近の石英バルブ肉厚が３．５ｍｍ程度、且つ発光部中心付近の内径が５．２  ｍｍ程度であり、
電極システムを構成するコイルは、
コイル径が１．７５ｍｍ程度であることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る超高圧水銀ランプは、出力が３３０Ｗであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る超高圧水銀ランプは、超高圧水銀ランプの出力は３００Ｗ以上であり、石英バルブは、発光部付近の石英バルブ肉厚が３．５ｍｍ程度、且つ発光部中心付近の内径が５．２ｍｍ程度であり、電極システムを構成するコイルは、コイル径が１．７５ｍｍ程度という構成にしたので、従来のファン電圧より５０％以上低い値でファンを駆動してランプを冷却しても、従来と同等の特性（寿命及び明るさ）を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１を示す図で、超高圧水銀ランプ１００の一部を破断した側面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、発光管２の断面図。
【図３】図２のＡ部拡大図。
【図４】実施の形態１を示す図で、電極システム２４ａの構成図。
【図５】実施の形態１を示す図で、電極システム２４ｂの構成図。
【図６】実施の形態１を示す図で、製造過程における初期の電極２１ａの構成を示す図。
【図７】実施の形態１を示す図で、電極２１ａの先端を溶解してメルト電極２１ａ−３を形成した図。
【図８】実施の形態１を示す図で、ランプを点灯させて電極２１ａに電極先端部１２ｄを形成した図。
【図９】実施の形態１を示す図で、実施例と比較例との石英バルブ肉厚及びコイル径の測定結果を示す図。
【図１０】実施の形態１を示す図で、実施例と比較例とのファン電圧６Ｖでの石英バルブ上部温度の測定結果を示す図。
【図１１】実施の形態１を示す図で、ファン電圧を変化したときの実施例と比較例との石英バルブ上部温度の測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本実施の形態は、発光管２に特徴があるが、先ず超高圧水銀ランプ１００（以下、ランプと呼ぶ場合もある）の全体構成について説明する。
【００１１】
図１乃至図８は実施の形態１を示す図で、図１は超高圧水銀ランプ１００の一部を破断した側面図、図２は発光管２の断面図、図３は図２のＡ部拡大図、図４は電極システム２４ａの構成図、図５は電極システム２４ｂの構成図、図６は製造過程における初期の電極２１ａの構成を示す図、図７は電極２１ａの先端を溶解してメルト電極２１ａ−３を形成した図、図８はランプを点灯させて電極２１ａに電極先端部１２ｄを形成した図である。
【００１２】
図１に示すように、超高圧水銀ランプ１００（以下、単にランプと呼ぶ場合もある）は、反射鏡３（図１の例は、放物型）の内部に発光管２が収納される。発光管２は、反射鏡３のネック部３ｂにセメント１８により固定される。発光管２の中心軸２ａが、反射鏡３の開口部３ａとネック部３ｂを結ぶ中心軸に一致し、発光部１１の中心が反射鏡３の焦点となる状態で固定される。
【００１３】
発光管２については後述するが、発光管２は、一対の電極システム２４ａ，２４ｂを備える。ここでは、電極システム２４ａが反射鏡３の開口部３ａ側に設けられ、電極システム２４ｂが反射鏡３のネック部３ｂ側に設けられる。
【００１４】
電極システム２４ａの電極２１ａに接続するリード線２３ａが、発光管２の前面側端面（反射鏡３の開口部３ａ側）から引き出される。リード線２３ａは、反射鏡３の外周面に固定された第１の端子１５ａに接続される。
【００１５】
また、発光管２の電極システム２４ｂの電極２１ｂに接続するリード線２３ｂが、発光管２の背面側端面（反射鏡３のネック部３ｂ側）から引き出される。リード線２３ｂは、反射鏡３の外周面に固定された第２の端子１５ｂに接続される。
【００１６】
石英バルブ２０のモリブデン箔２２ａの周囲を覆う部分に、トリガーコイル１７が巻かれる。トリガーコイル１７は、第２の端子１５ｂに接続する。
【００１７】
反射鏡３の前面の開口部３ａに、透光性の前面ガラス１９が取り付けられる。
【００１８】
発光管２の発光部１１の中心が、球面、楕円面、放物面等の碗状の反射鏡３の焦点に位置する。放射された光は、反射鏡３の内面に施された反射膜によって反射され、ランプ前方に放射される。放射された光はランプ前方に設けられ光学系に入射する。
【００１９】
図２により、発光管２の構成を説明する。発光管２は、一対の電極システム２４ａと電極システム２４ｂとが石英バルブ２０内に配置される。
【００２０】
電極システム２４ａは、電極２１ａ、箔２２ａ、リード線２３ａを備える（図４も参照）。同様に、電極システム２４ｂは、電極２１ｂ、箔２２ｂ、リード線２３ｂを備える（図５も参照）。発光管２内には、水銀４０と希ガス（例えば、アルゴン）が封入される。そして、発光管２の両端部は、石英バルブ２０を加熱・溶融することで封止られ、封止部２５ａ、封止部２５ｂが形成される。
【００２１】
点灯中の発光管２は、発光部１１の温度が他の部分よりも最も高温になる。例えば、発光部１１の石英バルブ２０の外表面の頂部２０ａにおける温度は、例えばファン冷却によって９００〜９５０℃になる。この頂部２０ａから、石英バルブ２０端部に向かって徐々に温度が低下する。
【００２２】
プロジェクタ装置において、従来のファン電圧より５０％以上低い値でファンを駆動してランプを冷却しても、従来と同等の特性（寿命及び明るさ）を有する超高圧水銀ランプを提供することが、本発明の目的である。そのためには、点灯中の発光管２において、他の部分よりも最も高温になる発光部１１の温度を従来よりも下げることが要求される。
【００２３】
ここでは、一例として、出力が３３０Ｗ（ワット）の超高圧水銀ランプ１００について、石英バルブ肉厚Ｔ（図３参照）とコイル径Ｄ（図８参照）に着目し、これらと発光部１１の温度（頂部２０ａにおける温度で代用する）との関係について調査した。
【００２４】
図３に示すように、石英バルブ２０（頂部２０ａ付近、発光部１１の中心付近）の石英バルブ肉厚をＴとする。
【００２５】
電極２１ａ、電極２１ｂの構成について説明する。電極２１ａ、電極２１ｂの基本的な構成は同じであるので、電極２１ａを例に説明する。
【００２６】
図６に示すように、電極２１ａは、先ず芯線２１ａ−１の一方の端部（電極２１ｂと対向する側）にコイル２１ａ−２を所定線径、所定巻数で巻く。コイル２１ａ−２の所定線径、所定巻数は、ランプのワット数によって変わる。
【００２７】
図６に示す電極２１ａは、例えば、３３０Ｗワットのランプに使用されるものである。ワット数が増えると、コイル２１ａ−２の所定線径、所定巻数は増加する。
【００２８】
芯線２１ａ−１の材料は、タングステンである。また、芯線２１ａ−１の直径（ｄ１ｆ）は、０．５ｍｍ程度である。
【００２９】
コイル２１ａ−２の材料も、タングステンである。また、コイル２１ａ−２の線径（ｄ２ｆ）は、０．２５〜０．３ｍｍ程度である。
【００３０】
電極２１ａ（電極２１ｂも同じ）は、図６の形状のままでは、ランプでの放電が安定しないため、電極２１ｂに対向する部分を滑らか曲面にする。電極２１ａの先端に、曲面形状のメルト電極２１ａ−３を形成する（図７参照）。
【００３１】
メルト電極２１ａ−３は、電極２１ａにタングステンが溶解する程度の電流を流すことで形成される。タングステンの融点は、約３４０７℃である。
【００３２】
このメルト電極２１ａ−３の形成は、電極２１ａを発光管２に組み込む前に行う場合と、電極２１ａを発光管２に組み込んだ後に行う場合とがある。どちらでもよい。
【００３３】
さらに、ランプ完成後に、エージング（ランプを点灯させる）を行うと、電極２１ａ（電極２１ｂも同じ）のメルト電極２１ａ−３の先端に、メルト電極２１ａ−３に比べると小さい電極先端部２１ａ−４が形成される（図８参照）。
【００３４】
電極先端部２１ａ−４のサイズは、例えば、軸方向長さ、最大径ともに約０．１〜０．２ｍｍ程度である。
【００３５】
図８に示すように、コイル２１ａ−２のコイル径（外径）をＤとする。
【００３６】
試験に用いた３３０Ｗのランプの実施例と比較例の仕様（設計値）は、以下のとおりである。尚、実施例と比較例の石英バルブ２０の内径（発光部１１の略中心における内径）は、同一とした。一例では、石英バルブ２０の内径（発光部１１の略中心における内径）は、５．２ｍｍである。
（１）実施例：コイル径Ｄ＝１．７５ｍｍ、石英バルブ肉厚Ｔ＝３．５ｍｍ；
（２）比較例：コイル径Ｄ＝１．９ｍｍ、石英バルブ肉厚Ｔ＝３．０ｍｍ。
【００３７】
上記の仕様の実施例と比較例の３３０Ｗのランプを試作して、夫々のコイル径Ｄと、石英バルブ肉厚Ｔとを実測したところ、図９に示すような結果が得られた。
【００３８】
図９は実施の形態１を示す図で、実施例と比較例との石英バルブ肉厚及びコイル径の測定結果を示す図である。図９に示すように、実施例と比較例との石英バルブ肉厚及びコイル径は、バラツキがあり、夫々以下に示す範囲にあった。
（１）実施例：コイル径Ｄ＝１．７〜１．８２ｍｍ（設計値１．７５ｍｍ）、石英バルブ肉厚Ｔ＝３．４〜３．６ｍｍ（設計値３．５ｍｍ）；
（２）比較例：コイル径Ｄ＝１．８〜１．９２ｍｍ（設計値１．９ｍｍ）、石英バルブ肉厚Ｔ＝２．８５〜３．１４ｍｍ（設計値３．０ｍｍ）。
【００３９】
実施例と比較例の３３０Ｗのランプを、プロジェクタ装置に組み込み、夫々の発光管２の石英バルブ上部（石英バルブ２０の外表面の頂部２０ａ付近）の温度（点灯中）を、非接触温度センサ（赤外線温度センサ）を用いて測定した。その結果を図１０に示す。
【００４０】
図１０は実施の形態１を示す図で、実施例と比較例とのファン電圧６Ｖでの石英バルブ上部温度の測定結果を示す図である。実施例と比較例とも、プロジェクタ装置におけるランプ冷却用のファンのファン電圧は６Ｖ（ボルト）とした。
【００４１】
図１０に示すように、比較例の石英バルブ上部温度は９４０℃弱、実施例の石英バルブ上部温度は約８５０℃であり、約９０℃、実施例は比較例よりも石英バルブ上部温度が低下した。
【００４２】
このように、比較例に対して実施例の石英バルブ上部温度が低下した要因は、以下にように考えられる。
（１）実施例の石英バルブ肉厚Ｔ（３．５ｍｍ）が、比較例の石英バルブ肉厚Ｔ（３．０ｍｍ）より厚い。石英バルブ２０の内径（発光部１１の略中心における内径）は同じであるから、実施例は比較例よりも石英バルブ２０の外径が大きく、実施例の外表面の面積は、比較例のそれよりも大きい。従って、実施例の方が比較例よりも、放熱面積が大きい。
（２）実施例のコイル径Ｄ（１．７５ｍｍ）が、比較例のコイル径Ｄ（１．９ｍｍ）より小さい。石英バルブ２０の内径（発光部１１の略中心における内径）は同じであるから、実施例のコイル（コイル２１ａ−２，２１ｂ−２（図示せず））と石英バルブ２０との距離は、比較例のコイルと石英バルブとの距離との距離より長くなる。
【００４３】
図１１は実施の形態１を示す図で、ファン電圧を変化したときの実施例と比較例との石英バルブ上部温度の測定結果を示す図である。プロジェクタ装置におけるランプ冷却用のファンのファン電圧を変化させると、図１１に示すように、実施例と比較例との石英バルブ上部温度は、ファン電圧の低下とともに略直線的に上昇する。実施例の石英バルブ上部温度は、ファン電圧が６Ｖの１／２の３Ｖになっても、約９００℃であり、比較例のファン電圧６Ｖの石英バルブ上部温度（９４０℃弱）よりも未だ低い。このように、実施例のランプは、比較例のランプに対して、５０％以上低いファン電圧で冷却しても、石英バルブ上部温度が比較例のそれよりも低いので、比較例と同等以上の特性（明るさ及び寿命）が得られる。
【００４４】
石英バルブ２０は、高温（例えば、９５０℃）になると、石英が再結晶して、「失透現象」が起こる。失透現象とは石英バルブ２０が透明性を失い白濁化する事で、劣化し破損の原因となる。
【００４５】
また、石英バルブ２０は、低温（例えば、７５０℃）になると、ハロゲンサイクルが機能しなくなり、黒化等の異常が起こる。
【００４６】
タングステン（電極）は、通電されると高温になり、タングステンが昇華する。昇華したタングステンは、比較的に低温部である石英バルブの内壁面領域に移動し、ハロゲンと化合し、ハロゲン化タングステンを形成する。ハロゲン化タングステンの蒸気圧は比較的高いことから、ガスの状態で再び電極部付近に戻る。電極近傍で高温に加熱されると、ハロゲン化タングステンはハロゲンとタングステンに分離し、タングステンは電極に戻り、自由になったハロゲンは再び同じ反応を繰り返す。これをハロゲンサイクルと呼ぶ。
【００４７】
従って、石英バルブ２０の温度は、「失透現象」が起こることなく、且つハロゲンサイクルが機能する温度帯で使用するのが好ましい。
【００４８】
以上のように、本実施の形態の超高圧水銀ランプ１００は、以下に示す構成により、プロジェクタ装置において、従来のファン電圧より５０％以上低い値でファンを駆動してランプを冷却しても、従来と同等の特性（寿命及び明るさ）を有する超高圧水銀ランプ１００を提供することができる。
（１）３００Ｗ以上の超高圧水銀ランプ１００であり、一例では、３３０Ｗである；
（２）発光管２を構成する石英バルブ２０の石英バルブ肉厚Ｔを３．５ｍｍ程度とする（但し、石英バルブ２０の内径（発光部１１の略中心における内径）は、５．２ｍｍ）；
（３）発光管２を構成する電極２１ａ、２１ｂのコイル径Ｄを１．７５ｍｍ程度とする。
【符号の説明】
【００４９】
２  発光管、２ａ  中心軸、３  反射鏡、３ａ  開口部、３ｂ  ネック部、１１  発光部、１５ａ  第１の端子、１５ｂ  第２の端子、１７  トリガーコイル、１８  セメント、１９  前面ガラス、２０  石英バルブ、２１ａ  電極、２１ａ−１  芯線、２１ａ−２  コイル、２１ａ−３  メルト電極、２１ａ−４  電極先端部、２１ｂ  電極、２１ｂ−２  コイル、２２ａ  箔、２２ｂ  箔、２３ａ  リード線、２３ｂ  リード線、２４ａ  電極システム、２４ｂ  電極システム、２５ａ  封止部、２５ｂ  封止部、４０  水銀、１００  超高圧水銀ランプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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