(57)【要約】【課題】点灯動作圧が極めて高い高圧水銀ランプの黒化の発生を抑制すること【解決手段】管内に少なくとも水銀６が封入された発光管１と、発光管１の気密性を保持する封止部２を一対備え、水銀６の封入量は、発光管１の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、さらに、発光管１を保温するため保温手段（１０）を備えた、高圧水銀ランプである。【選択図】　図６
2004031153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備えた、高圧水銀ランプであって、
前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、
前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、断熱材または保温材からなる保温膜が形成されている、高圧水銀ランプ。
【請求項２】
前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上である、請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ３以上であり、
前記発光管には、ハロゲンが封入されており、
前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ２以上である、請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記保温膜は、前記発光管には形成されておらずに、前記一対の封止部のうちの少なくとも一方に形成されており、かつ、
前記保温膜の前記発光管側の端面は、当該少なくとも一方の封止部と前記発光管との境界よりも１ｍｍ以上離れた位置に存在している、請求項１から３の何れか一つに記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記保温膜の前記発光管側の端面は、前記境界を基準にして１０ｍｍ以内の位置に存在している、請求項４に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記保温膜は、アルミナから構成されている、請求項１から５の何れか一つに記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備えた、高圧水銀ランプであって、
前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、
前記発光管の周囲には、透光性材料からなる外管が前記発光管と離間して設けられている、高圧水銀ランプ。
【請求項８】
前記外管には、赤外反射膜が形成されている、請求項７に記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
前記発光管内には、一対の電極棒が互いに対向して配置されており、
前記一対の電極棒のうちの少なくとも一方の電極棒は、金属箔に接続されており、
前記金属箔は、前記封止部内に設けられており、かつ、当該金属箔の少なくとも一部は、前記第２のガラス部内に位置している、請求項１から８の何れか一つに記載の高圧水銀ランプ。
【請求項１０】
前記少なくとも一方の封止部内に埋め込まれた部分における前記電極棒の少なくとも一部には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を少なくとも表面に有するコイルが巻かれている、請求項９に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
前記封止部内には、前記第２のガラス部と接する金属部であって、電力を供給するための金属部が設けられており、
前記圧縮応力は、前記封止部の少なくとも長手方向に印加されており、
前記第１のガラス部は、ＳｉＯ２を９９重量％以上含み、
前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ２Ｏ３および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ２とを含む、請求項１から１０の何れか一つに記載の高圧水銀ランプ。
【請求項１２】
管内に少なくとも水銀が封入され、一対の電極棒が対向して配置された発光管と、前記発光管から延在する封止部を一対備えた、高圧水銀ランプであって、
少なくとも一方の前記封止部内に埋め込まれた部分における前記電極棒の少なくとも一部には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を少なくとも表面に有するコイルが巻かれており、
前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、断熱材または保温材からなる保温膜が形成されている、高圧水銀ランプ。
【請求項１３】
管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備えた、高圧水銀ランプであって、
前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、
さらに、前記発光管を保温するため保温手段を備えた、高圧水銀ランプ。
【請求項１４】
前記保温手段は、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部に形成され、断熱材または保温材からなる保温膜である、請求項１３に記載の高圧水銀ランプ。
【請求項１５】
前記保温手段は、前記発光管と離間して前記発光管の周囲に設けられ、透光性材料からなる外管である、請求項１３に記載の高圧水銀ランプ。
【請求項１６】
前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ３以上であり、
前記発光管には、ハロゲンが封入されており、
前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ２以上である、請求項１０または１２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１７】
高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備えたランプユニットであって、
前記高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備え、
前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、
さらに、前記発光管を保温するため保温手段を備えている、ランプユニット。
【請求項１８】
前記保温手段は、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部に形成され、断熱材または保温材からなる保温膜である、請求項１７に記載のランプユニット。
【請求項１９】
前記反射鏡は、出射方向に前面開口部を有する、楕円面または放物面形状の反射鏡であり、
前記前面開口部には、前面ガラスが設けられており、
前記反射鏡の内部は、実質的に密閉構造となっており、
前記反射鏡が前記保温手段として機能する、請求項１７に記載のランプユニット。
【請求項２０】
前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ３以上であり、
前記発光管には、ハロゲンが封入されており、
前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ２以上である、請求項１９に記載のランプユニット。
【請求項２１】
前記反射鏡は、前記反射鏡側面に通風孔を持たない構成をしており、
前記反射鏡の放射面の大きさが２５ｃｍ２以下であり、
前記高圧水銀ランプの定常点灯時のワット数が６０Ｗ以上１２０Ｗ以下である、請求項２０に記載のランプユニット。
【請求項２２】
前記反射鏡は、前記反射鏡側面に通風孔を持たない構成をしており、
前記反射鏡の放射面の大きさは４０ｃｍ２以下であり、
前記高圧水銀ランプの定常点灯時のワット数が１２１Ｗ以上２００Ｗ以下である、請求項２０に記載のランプユニット。
【請求項２３】
前記反射鏡は、前記反射鏡側面に通風孔を持たない構成をしており、
前記反射鏡の放射面の大きさが５５ｃｍ２以下であり、
前記高圧水銀ランプの定常点灯時のワット数が２０１Ｗ以上３５０Ｗ以下である、請求項２０に記載のランプユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧水銀ランプおよびランプユニットに関する。特に、プロジェクタなどの光源として使用される高圧水銀ランプのうち、水銀の封入量が比較的多いものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ＤＭＤプロジェクタなどの画像投射装置が広く使用されている。このような画像投射装置には、特開平２−１４８５６１号公報に開示されているような高圧水銀ランプが一般的に広く用いられている。
【０００３】
図１は、特開平２−１４８５６１号公報に開示された高圧水銀ランプの構造を示している。図１に示したランプ１０００は、石英を主成分とする発光管１と、その両側に延在する一対の側管部（封止部）２から構成されている。側管部２には、金属製の電極構造体が埋設されており、外部から発光管内に電力を供給できるようになっている。電極構造体は、タングステン（Ｗ）製の電極３、モリブデン（Ｍｏ）箔４、外部リード線５を順に電気的に接続した構成をとる。なお、電極３の先端には、コイル１２が巻き付けられている。発光管１内には、発光種である水銀（Ｈｇ）、アルゴン（Ａｒ）および少量のハロゲンガス（図示しない）が封入されている。
【０００４】
ランプ１０００の動作原理を簡単に説明する。一対の外部リード線５の両端に始動電圧を印可すると、Ａｒの放電が起こり発光管１内の温度が上昇する。この温度上昇によって、Ｈｇ原子は蒸発して、発光管１内に気体として充満する。このＨｇは両電極３の間で、一方の電極３から放出される電子によって励起されて発光する。したがって、発光種であるＨｇの蒸気圧が大きいほど高輝度の光が放出されるということになる。また、Ｈｇの蒸気が大きいほど両電極間の電位差（電圧）は大きくなるため、同じ定格電力で点灯する場合、電流を小さくすることできる。これは電極３への負担を小さくできるということであり、ランプの長寿命化につながる。このため、Ｈｇ蒸気圧を大きくするほど、輝度、寿命の特性が優れたランプにすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、物理的耐圧強度の観点から、従来の高圧水銀ランプは実用的には１５〜２０ＭＰａ（１５０〜２００気圧）程度のＨｇ蒸気圧で使用されている。特開平２−１４８５６１号公報には、Ｈｇ蒸気圧が２００バールから３５０バール（約２０ＭＰａ〜約３５ＭＰａに相当）の超高圧水銀ランプが開示されているが、信頼性や寿命等を考慮した現実的な使用においては、１５〜２０ＭＰａ（１５０〜２００気圧）程度のＨｇ蒸気圧で使用される。
【０００６】
今日、耐圧強度を高める研究・開発が行われているものの、実用的な使用に耐えられるような、Ｈｇ蒸気圧が２０ＭＰａを超えた高耐圧の高圧水銀ランプはまだ報告されていないのが現状である。そのような中、本願発明者は、約３０〜４０ＭＰａまたはそれ以上（約３００〜４００気圧またはそれ以上）の高耐圧の高圧水銀ランプを完成させることに成功し、特願２００１−２６７４８７号、および、特願２００１−３７１３６５号に開示した。
【０００７】
この極めて高い耐圧を有する高圧水銀ランプは、従来技術では到達できていなかった水銀蒸気圧で動作させるものであるがゆえ、その特性および挙動がどのようになるか予測がつかない。本願発明者が当該高圧水銀ランプの点灯試験を行ったところ、動作圧が従来の２０ＭＰａを超えると、特におおむね３０ＭＰａ以上になるとランプが黒化することがわかった。
【０００８】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、動作圧が２０ＭＰａを超える（例えば２３ＭＰａ以上、特に２５ＭＰａ又は３０ＭＰａ以上）動作圧であっても黒化を抑制できる高圧水銀ランプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備え、前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、断熱材または保温材からなる保温膜が形成されている。
【００１０】
ある好適な実施形態において、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上である。
【００１１】
ある好適な実施形態において、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ３以上であり、前記発光管には、ハロゲンが封入されており、前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ２以上である。
【００１２】
ある好適な実施形態において、前記保温膜は、前記発光管には形成されておらずに、前記一対の封止部のうちの少なくとも一方に形成されており、かつ、前記保温膜の前記発光管側の端面は、当該少なくとも一方の封止部と前記発光管との境界よりも１ｍｍ以上離れた位置に存在している。
【００１３】
前記保温膜の前記発光管側の端面は、前記境界を基準にして１０ｍｍ以内の位置に存在していることが好ましい。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記保温膜は、アルミナから構成されている。
【００１５】
本発明の他の高圧放電ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備え、前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、さらに、前記発光管の周囲には、透光性材料からなる外管が前記発光管と離間して設けられている。
【００１６】
前記外管には、赤外反射膜が形成されていることが好ましい。
【００１７】
ある好適な実施形態において、前記発光管内には、一対の電極棒が互いに対向して配置されており、前記一対の電極棒のうちの少なくとも一方の電極棒は、金属箔に接続されており、前記金属箔は、前記封止部内に設けられており、かつ、当該金属箔の少なくとも一部は、前記第２のガラス部内に位置している。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記少なくとも一方の封止部内に埋め込まれた部分における前記電極棒の少なくとも一部には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を少なくとも表面に有するコイルが巻かれている。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記封止部内には、前記第２のガラス部と接する金属部であって、電力を供給するための金属部が設けられており、前記圧縮応力は、前記封止部の少なくとも長手方向に印加されており、前記第１のガラス部は、ＳｉＯ２を９９重量％以上含み、前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ２Ｏ３および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ２とを含む。
【００２０】
本発明の別の高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入され、一対の電極棒が対向して配置された発光管と、前記発光管から延在する封止部を一対備え、少なくとも一方の前記封止部内に埋め込まれた部分における前記電極棒の少なくとも一部には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を少なくとも表面に有するコイルが巻かれており、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、断熱材または保温材からなる保温膜が形成されている。
【００２１】
本発明の更に他の高圧放電ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備え、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、さらに、前記発光管を保温するため保温手段を備えている。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記保温手段は、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部に形成され、断熱材または保温材からなる保温膜である。
【００２３】
ある好適な実施形態において、前記保温手段は、前記発光管と離間して前記発光管の周囲に設けられ、透光性材料からなる外管である。
【００２４】
ある好適な実施形態において、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ３以上であり、前記発光管には、ハロゲンが封入されており、前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ２以上である。
【００２５】
ある実施形態における高圧水銀ランプは、管内に一対の電極が対向して配置された発光管と、前記発光管から延在し、前記電極の一部を内部に有する封止部とを備え、前記封止部内に位置する部分の前記電極の少なくとも一部の表面には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ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た金属膜が形成されている。
【００２６】
ある実施形態において、前記電極は、前記封止部内に設けられた金属箔に溶接により接続されており、前記金属膜は、前記金属箔との接続箇所には形成されておらず、前記封止部内に埋め込まれている前記電極の表面に形成されている。前記金属膜を構成している前記金属の一部が、前記発光管内に存在してもよい。前記金属膜は、下層がＡｕ層、上層がＰｔ層からなる多層構造を有していることが好ましい。
【００２７】
ある実施形態における高圧水銀ランプは、管内に一対の電極が対向して配置された発光管と、前記発光管から延在し、前記電極の一部を内部に有する封止部とを備え、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を表面に有するコイルが、前記封止部内に位置する部分の前記電極に巻き付けられている。ある実施形態において、前記封止部内には、前記金属箔および前記電極の一部が埋め込まれており、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を表面に有するコイルが、前記封止部内に埋め込まれている前記電極に巻き付けられている。前記コイルは、その表面に、下層がＡｕ層、上層がＰｔ層からなる多層構造の金属膜を有していることが好ましい。
【００２８】
ある実施形態における高圧水銀ランプは、管内に発光物質が封入される発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部とを備え、前記封止部は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、前記封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、前記圧縮応力が印加されている部位は、前記第２のガラス部、前記第２のガラス部と前記第１ガラス部との境界部、前記第２ガラス部のうちの前記第１のガラス部側の部分、および、前記第１ガラス部のうちの前記第２のガラス部側の部分からなる群から選択される。ある実施形態において、前記第１のガラス部と前記第２のガラス部との境界周辺には、両者の圧縮応力の差によって生じた、歪み境界領域が存在している。前記封止部内には、前記第２のガラス部と接する金属部であって、電力を供給するための金属部が設けられていることが好ましい。前記圧縮応力は、前記封止部の少なくとも長手方向に印加されていればよい。
【００２９】
ある実施形態において、前記第１のガラス部は、ＳｉＯ２を９９重量％以上含み、前記第２のガラス部は、１５重量％以下のＡｌ２Ｏ３および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ２とを含み、前記第２のガラス部の軟化点は、第１のガラス部の軟化点温度よりも低い。前記第２のガラス部は、ガラス管から形成されたガラス部であることが好ましい。また、前記第２のガラス部は、ガラス粉末を圧縮形成して焼結してなるガラス部ではないことが好ましい。ある実施形態において、前記圧縮応力が印加されている部位における前記圧縮応力は、約１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上約５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下である。あるいは、前記圧縮応力の差は、約１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上約５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下である。
【００３０】
ある実施形態において、前記発光管内には、一対の電極棒が互いに対向して配置されており、前記一対の電極棒のうちの少なくとも一方の電極棒は、金属箔に接続されており、前記金属箔は、前記封止部内に設けられており、かつ、当該金属箔の少なくとも一部は、前記第２のガラス部内に位置しており、前記発光物質として、少なくとも水銀が前記発光管内に封入されており、前記水銀の封入量は、３００ｍｇ／ｃｃ以上であり、前記高圧水銀ランプの平均演色評価数Ｒａは、６５を超える。前記高圧水銀ランプの色温度は、８０００Ｋ以上であることが好ましい。
【００３１】
本発明のランプユニットは、高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備えたランプユニットであり、前記高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対備え、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、さらに、前記発光管を保温するため保温手段を備えている。
【００３２】
ある好適な実施形態において、前記保温手段は、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部に形成され、断熱材または保温材からなる保温膜である。
【００３３】
ある好適な実施形態において、前記反射鏡は、出射方向に前面開口部を有する、楕円面または放物面形状の反射鏡であり、前記前面開口部には、前面ガラスが設けられており、前記反射鏡の内部は、実質的に密閉構造となっており、前記反射鏡が前記保温手段として機能する。
【００３４】
ある好適な実施形態において、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、３００ｍｇ／ｃｍ３以上であり、前記発光管には、ハロゲンが封入されており、前記高圧水銀ランプの管壁負荷は、８０Ｗ／ｃｍ２以上である。
【００３５】
ある好適な実施形態において、前記反射鏡は、前記反射鏡側面に通風孔を持たない構成をしており、前記反射鏡の放射面の大きさが２５ｃｍ２以下であり、前記高圧水銀ランプの定常点灯時のワット数が６０Ｗ以上１２０Ｗ以下である。
【００３６】
ある好適な実施形態において、前記反射鏡は、前記反射鏡側面に通風孔を持たない構成をしており、前記反射鏡の放射面の大きさは４０ｃｍ２以下であり、前記高圧水銀ランプの定常点灯時のワット数が１２１Ｗ以上２００Ｗ以下である。
【００３７】
ある好適な実施形態において、前記反射鏡は、前記反射鏡側面に通風孔を持たない構成をしており、前記反射鏡の放射面の大きさが５５ｃｍ２以下であり、前記高圧水銀ランプの定常点灯時のワット数が２０１Ｗ以上３５０Ｗ以下である。
【００３８】
ある実施形態におけるランプユニットは、高圧水銀ランプと、前記高圧水銀ランプから発する光を反射する反射鏡とを備えたランプユニットであり、前記高圧水銀ランプは、管内に少なくとも水銀が封入された発光管と、前記発光管の気密性を保持する封止部を一対有しており、前記封止部の少なくとも一方は、前記発光管から延在した第１のガラス部と、前記第１のガラス部の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部とを有しており、かつ、当該一方の封止部は、圧縮応力が印加されている部位を有しており、前記発光管および前記一対の封止部のうちの少なくとも一部には、断熱材または保温材からなる保温膜が形成されている。ある実施形態において、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態を説明する前に、点灯動作圧が約３０〜４０ＭＰａまたはそれ以上（約３００〜４００気圧またはそれ以上）である極めて高耐圧を示す高圧水銀ランプについて説明する。なお、これらの高圧水銀ランプの詳細は、特願２００１−２６７４８７号、および、特願２００１−３７１３６５号に開示されている。ここでは、これらの特許出願を本願明細書に参考のため援用することとする。
【００４０】
動作圧が約３０ＭＰａ以上であるにもかかわらず、実用的に耐えることができる高圧水銀ランプの開発は困難を極めたが、例えば、図２に示すような構成にすることによって、極めて高耐圧のランプを完成することに成功した。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のｂ−ｂ線に沿った断面図である。
【００４１】
図２に示した高圧水銀ランプ１１００は、特願２００１−３７１３６５号に開示したものであり、発光管１と、発光管１の気密性を保持する封止部２を一対備えており、封止部２の少なくとも一方は、発光管１から延在した第１のガラス部８と、第１のガラス部８の内側の少なくとも一部に設けられた第２のガラス部７とを有しており、かつ、当該一方の封止部８は、圧縮応力が印加されている部位（２０）を有している。
【００４２】
封止部２における第１のガラス部８は、ＳｉＯ２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、１５重量％以下のＡｌ２Ｏ３および４重量％以下のＢのうちの少なくとも一方と、ＳｉＯ２とを含むものであり、例えば、バイコールガラスから構成されている。ＳｉＯ２にＡｌ２Ｏ３やＢを添加すると、ガラスの軟化点は下げるため、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い。なお、バイコールガラス（Ｖｙｃｏｒ　ｇｌａｓｓ；商品名）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、その組成は、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）９６．５重量％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）０．５重量％、ホウ素（Ｂ）３重量％である。本実施形態では、バイコールガラス製のガラス管から、第２のガラス部７は形成されている。なお、バイコール製のガラス管の代わりに、ＳｉＯ２：６２重量％、Ａｌ２Ｏ３：１３．８重量％、ＣｕＯ：２３．７重量％を成分とするガラス管を用いても良い。
【００４３】
封止部２の一部に印加されている圧縮応力は、実質的にゼロ（すなわち、０ｋｇｆ／ｃｍ２）を超えたものであればよい。この圧縮応力の存在により、従来の構造よりも耐圧強度を向上させることができる。この圧縮応力は、約１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上（約９．８×１０５Ｎ／ｍ２以上）であることが好ましく、そして、約５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下（約４．９×１０６Ｎ／ｍ２以下）であることが好ましい。１０ｋｇｆ／ｃｍ２未満であると、圧縮歪みが弱く、ランプの耐圧強度を十分に上げられない場合が生じ得るからである。そして、５０ｋｇｆ／ｃｍ２を超えるような構成にするには、それを実現させるのに、実用的なガラス材料が存在しないからである。ただし、１０ｋｇｆ／ｃｍ２未満であっても、実質的に０の値を超えれば、従来の構造よりも耐圧を上げることができ、また、５０ｋｇｆ／ｃｍ２を超えるような構成を実現できる実用的な材料が開発されたならば、５０ｋｇｆ／ｃｍ２を超える圧縮応力を第２のガラス部７が有していてもよい。
【００４４】
放電空間内に一端が位置する電極棒３は、封止部２内に設けられた金属箔４に溶接により接続されており、金属箔４の少なくとも一部は、第２のガラス部７内に位置している。図２に示した構成では、電極棒３と金属箔４との接続部を含む箇所を、第２のガラス部７が覆うような構成にしている。図２に示した構成における第２のガラス部７の寸法を例示すると、封止部２の長手方向の長さで、約２〜２０ｍｍ（例えば、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ）であり、第１のガラス部８と金属箔４との間に挟まっている第２のガラス部７の厚さは、約０．０１〜２ｍｍ（例えば、０．１ｍｍ）である。第２のガラス部７の発光管１側の端面から、発光管１の放電空間までの距離Ｈは、例えば、０ｍｍ〜約３ｍｍであり、そして、金属箔４の発光管１側の端面から、発光管１の放電空間までの距離Ｂ（言い換えると、電極棒３だけで封止部３内に埋まっている長さ）は、例えば、約３ｍｍである。
【００４５】
図２に示したランプ１１００は、図３に示すように、改変することも可能である。図３に示した高圧水銀ランプ１２００は、封止部２内に位置する部分の電極３に、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択される少なくとも１種の金属を表面に有するコイル４０が巻き付けられた構造を有している。ここで、コイル４０は、典型的には、その表面に、下層がＡｕ層、上層がＰｔ層からなる多層構造の金属膜を有している。なお、大量生産する場合に若干製造プロセス上のデメリットがあるが、図４に示した高圧水銀ランプ１３００のように、封止部２内に位置する部分の電極３の少なくとも一部の表面に、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ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た金属膜３０を、コイル４０に代えて形成してもよい。図２から図４に示した構成と比較すると、耐圧が低下するものの、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第２のガラス部７を用いずに、コイル４０や金属膜３０を用いた構成を有する高圧水銀ランプ１４００、１５００でも、実用的に使用可能なレベルで、３０ＭＰａ以上の動作圧を実現することができる。
【００４６】
図２に示したような、点灯中のＨｇ蒸気圧が３０ＭＰａ（３００気圧）を越えるランプを試作し、本願発明者が点灯試験を行ったところ、動作圧がおおむね３０ＭＰａ以上になるとランプが黒化することがわかった。黒化は、点灯中にＷ電極３の温度が上昇し、Ｗ電極から蒸発したＷ（タングステン）が発光管の内壁に付着して起こる現象であり、このまま点灯を続けると破裂にいたる。
【００４７】
ここで、従来の１５〜２０ＭＰａ（１５０〜２００気圧）程度での点灯であれば、発光管内に封入したハロゲンガスが、発光管内壁に付着したタングステンと反応して、ハロゲン化タングステンとなる。ハロゲン化タングステンは発光管内を浮遊して、温度の高いＷ電極の先端７に達すると、もとのハロゲンとタングステンに解離するため、タングステンは電極の先端７に戻ることになる。これをハロゲンサイクルというが、従来ランプのＨｇ蒸気圧では、このサイクルのためにランプは黒化することなく、点灯することが可能であった。しかしながら、３０ＭＰａ（３００気圧）以上にすると、このサイクルがうまく機能しないことが本願発明者の実験によりわかった。なお、３０ＭＰａ以上の場合に黒化が顕著になるとしても、現実の使用としての信頼度を高めるためには、３０ＭＰａ以上に限らず、２０ＭＰａを超えるレベル（例えば、２３ＭＰａ以上のレベル、または２５ＭＰａ以上のレベル）で、黒化の問題に対策を講じる必要がでてくる。
【００４８】
本願発明者は、発光管１の温度を制御することにより、その黒化の問題を解決できることを突き止め、本発明を完成させるに至った。以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図６は、水銀６の封入量が２３０ｍｇ／ｃｍ３以上である本実施形態の高圧水銀ランプ１００を示している。本実施形態のランプ１００は、発光管１を保温するため保温手段１０を備えており、図６に示した例では、発光管１および一対の封止部２のうちの少なくとも一部に、断熱材または保温材からなる保温膜が保温手段１０として形成されている。高圧水銀ランプ１００の基本的な構成は、典型的には、図２から図５（ａ）および（ｂ）に示した高圧水銀ランプ１１００〜１５００と同様の構成である。つまり、それらのランプに、保温膜１０が形成されたものである。
【００４９】
図６に示した高圧水銀ランプ１００は、管内に少なくとも水銀６が封入された発光管１と、発光管１の気密性を保持する封止部２を一対備えている。水銀６の封入量は、発光管の容積を基準にして、２３０ｍｇ／ｃｍ３以上（例えば、２５０ｍｇ／ｃｍ３以上、または３００ｍｇ／ｃｍ３以上。場合によっては、３５０ｍｇ／ｃｍ３を超えるものや、３５０〜４００ｍｇ／ｃｍ３またはそれ以上である。）である。
【００５０】
発光管１内には、一対の電極（または電極棒）３が互いに対向して配置されており、電極３は、金属箔４に溶接にて接続されている。金属箔４は、典型的にはモリブデン箔であり、封止部２内に設けられている。高圧水銀ランプ１００が図２に示したランプ１１００の場合には、金属箔４の少なくとも一部は、第２のガラス部７内に位置することになる。
【００５１】
発光管１の温度を制御する保温手段としての保温膜１０は、例えば、アルミナから構成されている。保温膜１０の厚さは、例えば、約０．００１ｍｍ〜２０ｍｍである。本実施形態では、保温膜１０は、発光管１には形成されておらずに、封止部２と発光管１との境界２１よりも、外部リード５側に位置する部分の封止部２に形成されている。保温膜１０の発光管１側の端面１０ａは、封止部２と発光管１との境界２１よりも例えば１ｍｍ以上離れた位置に存在している。また、保温膜１０の端面１０ａは、境界２１を基準にして１０ｍｍ以内の位置に存在している。言い換えると、保温膜１０の端面１０ａと境界２１との距離Ｌは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以内である（好ましくは、距離Ｌは、５ｍｍ±２ｍｍである）。そのようにした理由は、保温膜１０が発光管１を覆うように形成した場合や、距離Ｌを０ｍｍにした場合には、保温膜１０によって、発光管１を加熱しすぎてしまい、発光管１が膨張・破裂する可能性が高くなるからである。一方、距離Ｌを１０ｍｍを超えるようにすると、例えば距離Ｌを２０ｍｍにすると、保温膜１０による発光管１の温度調整機能の能力が低下してしまうからである。
【００５２】
ランプ１００の構成をより詳細に説明すると次の通りである。ランプ１００は、石英を主成分とする発光管１と、その両側に延在する一対の封止部（側管部）２から構成されており、封止部２を２つ備えたダブルエンド型のランプである。発光管１は略球形をしており、外径が例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、内径は例えば２〜１５ｍｍ程度であり、ガラス厚は例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。また、発光管１内の放電空間の容積は例えば０．０１ｃｃ〜１ｃｃ（０．０１ｃｍ３〜１ｃｍ３）程度である。本実施形態では、外径１０ｍｍ程度、ガラス厚３ｍｍ程度、放電空間の容積０．０６ｃｃ程度の発光管１を用いている。
【００５３】
発光管１内には、一対の電極棒３が互いに対向して設置されている。電極棒３の先端は、０．２〜５ｍｍ程度の間隔（アーク長）で、発光管内に設置されている。本実施形態では、アーク長を０．５〜１．８ｍｍとした。なお、本実施形態のランプは、交流点灯させるものである。そして、封止部２は、シュリンク手法によって作製されたシュリンク構造を有するものである。また、発光管１内には、発光種である水銀６が３００ｍｇ／ｃｃ以上封入されている。本実施形態では、４００ｍｇ／ｃｃ封入している。また、５〜４０ｋＰａの希ガス（例えばＡｒ）と、必要に応じて、少量のハロゲンが封入されている。本実施形態では、２０ｋＰａのＡｒを封入し、ハロゲンをＣＨ２Ｂｒ２の形態で発光管内に導入している。ＣＨ２Ｂｒ２の封入量は、０．００１７〜０．１７ｍｇ／ｃｃ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、０．０１〜１μｍｏｌ／ｃｃ程度に相当する。なお、本実施形態では、約０．１μｍｏｌ／ｃｃ程度であった。また、点灯中に発光管内壁にかかる管壁負荷は、例えば８０Ｗ／ｃｍ２以上である。本実施形態では、１２０Ｗで点灯し、その管壁負荷は１５０Ｗ／ｃｍ２程度であった。
【００５４】
本願発明者が試作したランプ１００の構成の一例を例示的に示すと、発光管１の外径１０ｍｍ、内径４ｍｍ、ガラス厚３ｍｍ、内容積０．０６ｃｃである。そして、封入水銀量２４ｍｇ（＝４００ｍｇ／ｃｃ＝点灯動作時圧力４０ＭＰａ）であり、電極間距離が０．５ｍｍ〜１．８ｍｍ、ハロゲンとしてＣＨ２Ｂｒ２で０．０１７ｍｇ／ｃｃ、ハロゲン原子密度０．１μｍｏｌ／ｃｃ、希ガスとしてアルゴンを２０ｋＰａ（室温）が封入されている。ここで、保温材１０の厚みは１ｍｍであり、距離Ｌは５ｍｍである。なお、封止部２の長さは約２５ｍｍである。
【００５５】
ランプ１００と比較するために、比較例のランプとして、図６のランプと同様のランプで保温材１０が形成されていないもので、かつ水銀量を変化させたランプを用意した。
具体的には、図３のランプ１２００で、水銀量１２ｍｇ（動作圧２０ＭＰａ）、１５ｍｇ（動作圧２５ＭＰａ）、１８ｍｇ（動作圧３０ＭＰａ）、２１ｍｇ（動作圧３５ＭＰａ）、２４ｍｇ（動作圧４０ＭＰａ）のランプを比較例として用意した。
【００５６】
これらのランプを水平点灯で定格１２０Ｗで１時間点灯、１５分消灯を繰り返しながら、５時間点灯した。その結果、比較例のランプのうち、動作圧が３０ＭＰａ以上のランプはすべて発光管上部に黒化が観測され、動作圧が高いものほど黒化が顕著に表れた。また、比較例のランプのうち動作圧が２５ＭＰａ以下のランプにおいては、黒化は発生しなかった。この事実より、動作圧が３０ＭＰａ以上の高圧水銀ランプには黒化が生じることがわかった。
【００５７】
これに対し、比較例のランプと同様の点灯方法で、保温膜１０を有する本実施形態のランプ１００を点灯したところ、驚くべきことに、動作圧が４０ＭＰａであるにもかかわらず黒化は発生しなかった。そこで、本実施形態のランプ１００の水銀量を、１８ｍｇ（動作圧３０ＭＰａ）、２１ｍｇ（動作圧３５ＭＰａ）、２７ｍｇ（動作圧４５ＭＰａ）、３０ｍｇ（動作圧５０ＭＰａ）と変化させてみたが、どのランプにも黒化が観測されなかった。
【００５８】
つまり、保温膜１０のない比較例のランプにおいては、水銀動作圧が３０ＭＰａ以上になると、発光管上部の黒化が発生していたのに対し、本実施形態のランプ１００の構成のように、保温膜１０を設けると、黒化を抑制することができた。
【００５９】
３０ＭＰａ以上の点灯動作圧で、ランプが黒化してしまうことは、本願発明者が初めて見出したことである。これは、実用的なレベルで使用可能な、点灯動作圧が３０ＭＰａ以上のランプが従来存在しなかったことに専ら起因している。
【００６０】
点灯動作圧が３０ＭＰａ以上のランプが黒化してしまう明確な理由は現時点では明らかでない。その明確な理由が分からなかったため、実際、本願発明者は黒化を防止するために様々な対策および工夫を試してみた。例えば、点灯動作圧が３０ＭＰａ以上のランプは、１５ＭＰａ〜２０ＭＰａのランプと比較すると、ランプ（特に、発光管）の温度が一層高くなることが確認されたので、この発光管の温度の上昇が黒化の原因ではないかと思い、ランプ点灯時に発光管を冷却させて発光管の温度を下げるようにしてみたものの、それによっては、黒化を防止することはできなかった。他にも色々試みてみたが、うまく黒化を防止することはできなかった。実験の中で、発光管を逆に保温してみたらどうかというアイデアに基づいて、発光管の温度が下がらないように保温膜により保温してみたら、なんと黒化を防止することに成功した。この成功例から推論すると、次のような理由により黒化が防止されているのではないかと思われる。
【００６１】
いわゆる超高圧水銀ランプの場合、アークの熱放射および電極自身の発熱によって、電極材料のタングステンは蒸発する。蒸発したタングステンは管内で起こっている対流によって管壁まで運ばれ、管壁で急激に冷やされ、そこに付着する。次に、この付着したタングステンは発光管１内に封入されているハロゲンと反応し、ハロゲン化タングステンの形で管壁から蒸発し、最終的に電極に戻される。これをハロゲンサイクルという。
【００６２】
動作圧が比較的低いランプの場合は、タングステンの蒸発量が比較的少ないため、蒸発量とハロゲンと反応し蒸発する量とのバランスがうまくとれていた。これに対し、動作圧が高くなる（封入水銀量を増加させる）と、アーク中の水銀原子が増加し、電極から放出された電子は、水銀原子の増加に伴い電子の移動度が減少し、アークが細くなる、その結果、同じ電力を与えた場合、アーク単位体積あたりのエネルギーが上昇し、アーク温度の上昇が起こる。このアーク温度上昇のため、電極の温度が上昇し、その結果、電極材料であるタングステンの蒸発が活発となる。ここで、ハロゲン化タングステンの蒸発量は変わらないので、管壁にタングステンが付着しつづけ、その結果、黒化となる。そこで、何とかして、ハロゲン化タングステンの蒸発量を増加させれば、黒化を防止できるであろうという推論が働く。
【００６３】
蒸発量を増加させるためには、管壁の温度を上昇させることが適切である。ここで、ポイントとなるのは、発光管１の温度ムラを少なくすることであろう。温度ムラが大きいとハロゲンサイクルはうまく働かなくなり、発光管１内のどこかの箇所で黒化が生じてしてしまうと思われるからである。この内容について以下にさらに詳述する。
【００６４】
発光管１の温度は、アークから発せられる熱が発光管内のガスおよび電極を伝わるものと、アークからの赤外放射を発光管材料である石英が吸収し発熱するものと２種類がある。図７に示すように、発光管１内の水銀量を増加させることによって、発光スペクトルが変化し、赤外域の発光が増加する。
【００６５】
この赤外域放射の増加によって、発光管１の温度が上昇するのであるが、このとき、図８に示すように、アークからの放射は、発光管１のＴＯＰ部とＢＯＴＴＯＭ部には、発光（赤外域）が直接到達し、発光管温度を上昇させる一方で、ＳＩＤＥ部は電極の影になって発光が直接届かない。そのため、ＳＩＤＥ部温度とＴＯＰまたはＢＯＴＴＯＭ部温度の温度差が拡大する。実際、発光管１の各部の温度を測定した結果を、下記の表１に示す。
【００６６】
【表１】
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【００６７】
表１から分かるように、比較例１のランプ（動作圧４０ＭＰａ）の温度を、比較例２のランプ（動作圧２０ＭＰａ）の温度と比べると、赤外域が到達するＴＯＰ部とＢＯＴＴＯＭ部は温度が６０〜７０℃上昇しているが、赤外域が到達しないＳＩＤＥ部は温度上昇していない。そのため、発光管の最高温度と最低温度の差は、比較例２のランプ（動作圧２０ＭＰａ）では、８６０−７００＝１６０℃であるのに対し、比較例１のランプ（動作圧４０ＭＰａ）では、９２０−７００＝２２０℃と温度差が拡大している。このため、発光管内に封入されたハロゲンが引き起こすハロゲンサイクルがうまく働かなくなり、黒化が発生したものと思われる。
【００６８】
これに対し、本実施形態のランプ１００は、保温膜１０を形成しているので、ＳＩＤＥ部の温度が、比較例１のランプ（動作圧４０ＭＰａ）比較して、上昇している。このため、発光管の温度差は、９３０−８２０＝１１０℃となり、ランプ１００の温度差は、比較例１のランプ（動作圧４０ＭＰａ）の温度差よりも小さくなっている。
【００６９】
このように、本実施形態のランプ１００によれば、発光管１および封止部２のうちの少なくとも一部に（距離Ｌが１０ｍｍ以内の封止部２の部位に、特に、距離Ｌが０ｍｍを超える部位に）、保温膜１０が形成されているので、発光管１の温度ムラを小さくすることができ、その結果、黒化を抑制することができる。なお、従来の超高圧水銀ランプにおける水銀量の領域（動作圧２０ＭＰａ）では、赤外域の放射が少なく、このような、黒化を引き起こす原因となる発光管の温度ムラにまで達しないので、従来の超高圧水銀ランプの知見に基づいて、本発明の実施形態のランプ１００に想到することはたとえ当業者であっても困難である。つまり、動作圧３０ＭＰａ以上といった非常に高い圧力にしたときに初めて観測される黒化の課題に対し、黒化の原因が非常に大きな発光管の温度ムラによるものであることを発見し、その解決方法を見出したからこそ、ランプ１００を完成させるに至ったものであるからである。
【００７０】
なお、このような温度ムラが大きくなるのは動作圧３０ＭＰａ以上であることを本願発明者は実験的に確認しているが、３０ＭＰａ以下のランプであっても２０ＭＰａを超えるもの（すなわち、従来の１５ＭＰａ〜２０ＭＰａのランプを超える点灯動作圧を有するランプ。例えば、２３ＭＰａ以上または２５ＭＰａ以上のランプ）について、黒化が発生しないことを、より長い時間にわたって保証するには、保温膜１０を形成して、発光管１の温度ムラを無くして、それにより、黒化の発生を未然に抑制するようにすることが現実には望ましい。つまり、ランプを大量生産する場合には、ランプの特性にどうしてもばらつきが生じ得るため、点灯動作圧が２３ＭＰａ程度のランプであっても、黒化が生じるランプが１本や数本発生しないとも限らず、それゆえ、確実に黒化発生防止を担保するためには、従来の１５ＭＰａ〜２０ＭＰａを超えるランプについて、保温膜（保温手段）１０を設けておくことが好ましい。もちろん、点灯動作圧がより高くなるにつれ、言い換えると、３０ＭＰａよりも４０ＭＰａの方が、赤外放射は大きくなるため発光管１の温度ムラは大きくなり、黒化の影響は大きくなるので、保温膜（保温手段）１０による黒化抑制の技術的意義が大きくなることは言うまでもない。
【００７１】
なお、本実施形態では、高圧水銀ランプに保温膜１０を形成したが、保温膜１０を構成する材料は、保温する機能を果たす材料であればその種類は問わない。保温膜１０の材料としては、例えば、アルミナの他、ジルコニアを挙げることができる。また、膜状に限らず、保温効果を発揮できる形態であれば良い。また、上述したように、保温膜１０の発光管側端部と境界部２１との最短距離Ｌは、１０ｍｍ以下の位置に配置することが好ましい。１０ｍｍを超えると保温の効果が低くなるためである。さらに、保温膜１０の厚みは、例えば、約０．００１〜２０ｍｍにすることができるが、厚いほうが保温効果が高くなるので好適である。図８に示した放射が到達しない部分に、保温膜１０の取り付け位置や、大きさを適宜選択しながら選択的に形成すれば、保温膜１０が放射光を遮らないようにすることができるので好適である。発光管１内から反射して放射される光も遮らないように配慮して、封止部２のみに保温膜１０を形成するのがさらに好ましい。ただし、これらは、ランプの設計寸法、保温膜１０の材料、保温膜１０の大きさなどによって、保温効果が異なるために、発光管１の温度ムラが小さくなるように設計されるべきである。
【００７２】
さらに加えて、発光管１を垂直点灯した場合は、発光管１のＴＯＰ部はそれほど温度上昇せず、ＳＩＤＥ部も赤外放射によって適度な温度に保たれる。そこで、図９に示すように少なくともランプの下部を保温するように下側だけ保温すれば良い。図９に示した例では、下方に位置する封止部２のみに、保温膜１０を形成すればよい。なお、上記実施形態１の構成でも、保温膜１０の無い構成と比較して黒化抑制の効果を得ることができるのであれば、場合によっては、一方の封止部２のみに保温膜１０を形成してよい。また、一方の封止部２に保温膜１０を形成して、他方の封止部２に、電熱線等の加熱手段を配置して、発光管１の温度ムラを解消するようにしてもよい。
（実施の形態２）
次に、図１０を参照しながら、本発明の実施形態２を説明する。本実施形態の構成は、上記実施形態１の保温膜１０に代えて、保温手段として、透光性材料からなる外管が発光管１の周囲に配置されたものである。他の構成は、上記実施形態１の構成と同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
図１０に示した本実施形態の高圧水銀ランプ２００は、水銀封入量が２３０ｍｇ／ｃｍ３以上のランプ（例えば図２〜図５に示したランプ）のに発光管１の周囲に、透光性材料からなる外管１０が発光管１と離間するように設けられた構成を有している。
【００７４】
本実施形態の外管１１は、透光性のガラスを主成分としている。外管１０の外径は、発光管１の外径の約１．１〜２倍程度であり、肉厚は約０．３〜１０ｍｍ程度であり、そして、外管１０と発光管１とは接触しないように設置してある。外管１１には、赤外反射膜が形成されていることが好ましい。図１０に示した例では、発光管１の外径が１０ｍｍの場合に、外管１０の外径が１５ｍｍでり、肉厚が１ｍｍであり、そして、外管１０には赤外反射膜が形成されている。
【００７５】
本実施形態のランプ２００によると、発光管１の周囲に外管１０が設けられているので、黒化を引き起こす原因となる発光管１の温度ムラを解消することができ、その結果、黒化の発生を防止することができる。つまり、外管１および外管１に形成されている赤外反射膜の保温効果により、発光管１の温度ムラが少なくなり、ハロゲンサイクルがうまく作用させて、黒化の発生を防止することができる。このとき、外管１の構成材料として光透過率が高いものを選択すれば、放射ロスを少なくすることができる。
【００７６】
なお、本実施形態のランプ２００では、外管１０に赤外反射膜が形成された例を示したが、赤外反射膜がなくとも保温の効果は十分である。また、上記実施形態１のランプ１００のように、封止部２に保温膜１０を形成したものと、外管１０と組み合わせても良い。
（実施の形態３）
次に、図６を参照しながら、本発明の実施形態３を説明する。図６は、本発明の実施形態にかかる反射鏡付きランプ（または、ランプユニット）３００の構成を模式的に示している。反射鏡付きランプ３００は、水銀封入量が２３０ｍｇ／ｃｍ３以上のランプ１００’（例えば図２〜図５に示したランプ１１００〜１５００）を反射鏡５００に組み込んだものである。つまり、ランプ１００’は、保温膜１０が形成されていない点が上記実施形態１のランプ１００と異なる。反射鏡５００は、発光管１の保温手段として機能し、これにより、発光管１の温度ムラをなくして、ハロゲンサイクルがうまく作用させて、黒化の発生を防止することができる。本実施形態の反射鏡５０は、楕円面または放物面形状を有しており、そして、出射方向には前面開口部が存在している。この前面開口部には、前面ガラス５１０が設けられており、反射鏡５００の内部は、実質的に密閉構造となっている。
【００７７】
図１１に示した例では、反射鏡５００は、放物面鏡であり、その放射面（図中の斜線部）の面積は２５ｃｍ２である。なお、反射鏡５００は、楕円面鏡であってもよい。ここで、放射面の面積とは、矢印５５０の方向から見た反射面の面積である。本実施形態の反射鏡５００を矢印５５０から見た外形は、正方形であり、その大きさは、５ｃｍ×５ｃｍである。なお、正方形に限らず、円形であってもよい。
【００７８】
反射鏡５００の前面には、前面ガラス６０３が貼られており、そして、反射鏡５００は、ランプ点灯中に反射鏡外から風が入ってこないように、通風孔が設けられていない密閉型である。また、高圧水銀ランプ１００’は、反射鏡５０の根元にセメントで固定されており、引き出し線５１１を通して、ランプに通電できるようになっている。
【００７９】
図１１に示したランプ（水銀封入量４００ｍｇ／ｃｍ３）を、定格１２０Ｗで点灯したところ、黒化は観測されなかった。これは、密閉型の反射鏡５００に組み込むことによって、ランプ１００’が保温され、発光管１の温度ムラが少なくなるためと考えられる。本実施形態では、反射鏡外からの風によって実質的にランプが冷却されないように、前面ガラスを具備している構造、反射鏡に通風孔を設けない構造にしていることによって、保温効果を高めている。
【００８０】
なお、密閉型といっても、実際には、リード線取出しなどの諸事情で反射鏡５００に微細な穴をあける必要がある。ここでは、穴の面積が合計１ｃｍ２以下であれば、実質的に冷却効果はなく、そのような穴の存在は許容され、反射鏡５００の内部は、実質的に密閉であるとみなせる。
【００８１】
また、保温効果は、発熱体であるランプの定格電力（Ｗ）と保温体である反射鏡の大きさ（放射面積）の相関関係で決定される。つまり、発熱が小さいランプには、ランプと反射鏡の距離が近くなり、保温効果の大きくなる小さな反射鏡との組み合わせが好ましい。反射鏡の大きさを放射面の面積で表すと、次のような関係がある。安定点灯時のランプ定格電力が、６０〜１２０Ｗ程度である場合、反射鏡の放射面積が２５ｃｍ２以下であることが好ましいし、１２１〜２００Ｗ程度のランプの場合、反射鏡の放射面積が４０ｃｍ２以下であることが好ましいし、２０１〜３５０Ｗ程度のランプの場合、反射鏡の放射面積が５５ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００８２】
なお、本実施形態の構成と、上記実施形態１および／または実施形態２の構成とを組み合わせることも可能である。すなわち、ランプ１００’の封止部２に保温膜１０を形成してもよいし、外管５０を配置してもよい。また、高圧水銀ランプの黒化は、点灯動作圧が１５ＭＰａ〜２０ＭＰａの従来のランプを超える点灯動作圧を有するランプであれば回避しなければならない問題であるので、ランプ２００は、図２〜図５に示したランプ１１００〜１５００に限らず、他の優れた高耐圧特性を有する、２０ＭＰａを超えるランプ（例えば、２３ＭＰａ以上、特に３０ＭＰａ以上のランプ）であってもよい。本発明の実施形態によれば、ランプの温度ムラをコントロールすることにより黒化を抑制することができる。ただし、保温は、過度に行うと発光管のふくれ、もしくは失透の原因となることも有るので、適切な範囲内に設定されることが好ましい。
【００８３】
上記実施形態１から３における黒化は、ハロゲン密度と発光管温度との関係も影響するので、例えば封入するハロゲンとしてＣＨ２Ｂｒ２を選択した場合、発光管内容積あたり０．００１７〜０．１７ｍｇ／ｃｃ程度封入することが好ましい。ハロゲン原子密度に換算して示すと、０．０１〜１μｍｏｌ／ｃｃ程度にすることが好ましい。なぜならば、０．０１μｍｏｌ／ｃｃ未満であれば、大部分のハロゲンがランプ中の不純物と反応してしまう結果、ハロゲンサイクルを実質作用させないためである。また、１μｍｏｌ／ｃｃを超えると、始動時に必要なパルス電圧が高くなり実用的ではなくなるからである。ただし、高圧を印加できる点灯回路を用いる場合は、この制限は適用されない。０．１〜０．２μｍｏｌ／ｃｃであれば、製造時の諸事情による封入量バラツキが多少発生した場合でも、ハロゲンサイクルがうまく機能する範囲に収めることができるので、さらに好ましい。
【００８４】
なお、上記実施形態１から３のランプにおいて、管壁負荷が８０Ｗ／ｃｍ２以上となると、発光管の管壁温度が十分に上昇し、封入している水銀がすべて蒸発するため、発光管内容積あたりの水銀量：４００ｍｇ／ｃｃ＝点灯時動作圧：４０ＭＰａとなる近似式が成り立つ。ここで、水銀量が３００ｍｇ／ｃｃであれば、点灯時動作圧は３０ＭＰａとなる。逆に、管壁負荷が８０Ｗ／ｃｍ２未満になると、発光管温度が水銀を蒸発させる温度まで上昇させることができないことが生じるため、近似式が成り立たないことが起こる。８０Ｗ／ｃｍ２未満の場合には、所望の動作圧力が得られないことが多く、また、特に赤領域の発光が少なくなりプロジェクタ用の光源としては適さないことが多い。
【００８５】
上述した実施形態の高圧水銀ランプないしランプユニット（反射鏡付きランプ）と、画像素子（ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏ　Ｄｅｖｉｃｅ）パネルや液晶パネルなど）を含む光学系とを組み合わせて、画像投影装置を構成することができる。例えば、ＤＭＤを用いたプロジェクタ（デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクタ）や、液晶プロジェクタ（ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）構造を採用した反射型のプロジェクタも含む。）を提供することができる。さらに、本実施形態のランプは、画像投影装置用の光源として好適に使用することができるだけでなく、他の用途にも使用可能である。例えば、紫外線ステッパ用光源、または、競技スタジアム用光源や、自動車のヘッドライト用光源、道路標識を照らす投光器などとしても使用することが可能である。
【００８６】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
【００８７】
なお、本発明の実施形態のランプとはその構成は異なるものの、保温膜が塗布されたメタルハライドランプが、特開平７−２３０７９１号公報に開示されている。同公報に開示されたランプでは、メタルハライドランプの発光管の端部に、保温膜を塗布することにより、発光管の最冷部の温度を調節し、メタルハライドが十分に蒸発して、発光が改善されるという効果を得るものである。同公報に開示されたランプと、本発明の実施形態にかかるランプとでは、ランプの種類が異なるとともに、その目的および効果も相違する。本実施形態の高圧水銀ランプは、発光管の温度ムラをコントロールすることにより黒化を抑制するものであり、そのような内容は特開平７−２３０７９１号公報に記載も示唆もされていない。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、点灯動作圧が２０ＭＰａを超える高圧水銀ランプ（例えば２３ＭＰａ以上、特に２５ＭＰａ又は３０ＭＰａ以上）であっても、黒化の発生を抑制して点灯させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の高圧水銀ランプ１０００の構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、高圧水銀ランプ１１００の構成を示す模式図である。
【図３】高圧水銀ランプ１２００の構成を示す模式図である。
【図４】高圧水銀ランプ１３００の構成を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、高圧水銀ランプ１４００の構成を示す模式図であり、（ｂ）は、高圧水銀ランプ１５００の構成を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施形態にかかる高圧水銀ランプ１００の構成を示す模式図である。
【図７】点灯動作圧が２０ＭＰａおよび４０ＭＰａのランプの分光スペクトルを示すグラフである。
【図８】点灯中の発光管の温度分布を説明するためのランプの模式図である。
【図９】垂直点灯させる場合における高圧水銀ランプ１００の改変例である。
【図１０】本発明の実施形態２にかかる高圧水銀ランプ２００の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施形態３にかかる反射鏡付きランプ３００の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１　発光管
２　封止部（側管部）
３　電極（電極棒）
４　金属箔
５　外部リード線
６　発光種（水銀）
７　第２のガラス部
８　第１のガラス部
１０　保温膜（保温手段）
１１　外管
１２　コイル（電極先端）
２０　圧縮応力が印加されている部位（残存歪み部ないし歪み境界部）
２２　電源ユニット
３０　金属層（金属メッキ）
４０　コイル
１００、２００　高圧水銀ランプ
３００　反射鏡付きランプ（ランプユニット）
５００　ミラー
５１０　前面ガラス
１０００　高圧水銀ランプ
１１００、１２００、１３００、１４００、１５００　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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