(57)【要約】【課題】電極の消耗を効果的に抑制できる高圧放電灯を提供する。【解決手段】電極２４中の酸素量を１５ｐｐｍ以下にしているので、電極材料であるタングステンの低融点化を防止でき、電極２４の蒸発による消耗を抑制できる。しかも、発光管１２に封入されるハロゲン量を１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲に設定しているので、ハロゲン再生サイクルによるタングステンの消耗防止効果を有効に発揮させることができ、また、急激な電極腐蝕を防止して電極の寿命を延ばすことができる。したがって、黒化やフリッカの発生を防止でき、高圧放電灯１０の長寿命化を達成できる。【選択図】              図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管内に一対のタングステン電極が配置されるとともにハロゲンが封入された高圧放電灯であって、
前記タングステン電極中の酸素量が１５ｐｐｍ以下であり、かつ、前記発光管内に封入されたハロゲン量が１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内である、高圧放電灯。
【請求項２】
前記タングステン電極の電極間距離が１．３ｍｍ以下である、請求項１に記載の高圧放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶プロジェクタ装置等のような光学機器の光源に用いられる高圧放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光源には、超高圧水銀放電灯やメタルハライドランプ等のような高圧放電灯が用いられており、近年では、輝度や光利用効率の向上等のために電極間距離（アーク長）の短い高圧放電灯が種々開発されている。
【０００３】
しかし、このような短アーク型の高圧放電灯では、電極の先端が高温に加熱されて蒸発するため、長時間にわたって連続点灯する場合には、電極が変形してアークジャンプ（電極輝点が変動する現象）が生じやすくなり、このアークジャンプがフリッカ（ちらつき）の原因となっていた。
【０００４】
また、蒸発した電極材料が発光管の内面に付着することによって発光管の黒化を生じたり、電極の変形によりアークが発光管の管壁に近づくことによって発光管の異常な温度上昇を招いたりするおそれがあった。
【０００５】
このような問題を解決する一手段として、特開平１１−１４９８９９号（特許文献１）には、発光管内の水銀封入量とハロゲンガス濃度の最適化を図るとともに、タングステン電極に含まれる酸化カリウムＫ２Ｏの量を１２ｐｐｍ以下にすることによって、高圧放電灯の寿命を延ばすようにした技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１４９８９９号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術（特許文献１）では、酸化カリウムＫ２Ｏの含有量を１２ｐｐｍ以下にすることによって、発光管の黒化を防止するようにしているが、酸化カリウムＫ２Ｏの含有量を少なくしても電極の変形を十分に抑制することはできず、アークジャンプや発光管の黒化等を有効に防止することはできなかった。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、電極の消耗による変形をより効果的に抑制できる、高圧放電灯を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明は、「発光管１２内に一対のタングステン電極２４が配置されるとともにハロゲンが封入された高圧放電灯１０であって、タングステン電極２４中の酸素量が１５ｐｐｍ以下であり、かつ、発光管１２内に封入されたハロゲン量が１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内である、高圧放電灯１０」である。
【００１０】
この発明では、タングステン電極２４中の酸素量を１５ｐｐｍ以下にしたことによってタングステンの低融点化を防止できるので、タングステンの蒸発による電極２４の消耗を抑制できる。また、ハロゲン量を１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内にしているので、ハロゲン再生サイクルによるタングステンの消耗を抑制でき、また、急激な電極腐蝕による電極寿命の短縮化を防止できる。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、「タングステン電極２４の電極間距離が１．３ｍｍ以下である」ことを特徴とする。
【００１２】
この発明では、電極間距離を１．３ｍｍ以下と短くしているので、液晶プロジェクタ装置等のような光学機器に適した点光源を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用された高圧放電灯１０を示す断面図である。なお、図１に示した高圧放電灯１０は、ダブルエンド型で直流点灯式の超高圧水銀放電灯であるが、本発明は、交流点灯式の超高圧水銀放電灯，シングルエンド型の超高圧水銀放電灯またはメタルハライドランプ等にも適用可能である。
【００１４】
高圧放電灯１０（図１）は、球体状の発光管１２とその両端からストレートに延びた円筒状の封止部１４とを有する封体容器１６を備えている。そして、封体容器１６における各封止部１４の内部には、一端が発光管１２の内部空間へ突出した電極棒１８と、一端が外部へ突出したリード棒２０と、電極棒１８の他端とリード棒２０の他端とを電気的に接続するモリブデン箔２２とが配設されており、各電極棒１８の一端には、一対のタングステン電極（以下、単に「電極」という。）２４を構成する陽極２４ａおよび陰極２４ｂが接続されている。そして、発光管１２の内部には、水銀、アルゴン等の希ガス、およびＩ（ヨウ素），Ｂｒ（臭素），Ｃｌ（塩素），Ｆ（弗素）等のうち少なくとも１つのハロゲン（金属ハロゲン化物またはハロゲンガス等）が封入されている。
【００１５】
発光管１２に封入されるハロゲン量は、１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内に設定されている。ハロゲン量を１×１０−７μｍｏｌ／ｍｍ３以上としたのは、これよりも少なければ、ハロゲンの絶対量不足によりハロゲン再生サイクルが機能せず、早期に黒化が生じて発光管１２が破裂する恐れがあるからである。一方、ハロゲン量を１×１０−２以下としたのは、これよりも多ければ、ハロゲンによる急激な電極腐蝕が生じて電極２４の寿命低下を招くからである。
【００１６】
ここで、「ハロゲン再生サイクル」とは、「電極から蒸発したタングステン原子がハロゲンと反応することによってハロゲン化タングステンとなり、このハロゲン化タングステンが電極で加熱されることによってハロゲンとタングステンとに分解され、分解後のタングステンが電極に付着することによって電極が再生される現象」をいう。
【００１７】
なお、「ハロゲン量の適正値が、１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内であること」は、後述する［実験２］の結果から発明者が見出した事項である。
【００１８】
また、電極２４については、陽極２４ａの体積が大きくされており、陰極２４ｂの体積は先端を尖らせることによって小さくされている（図１）。また、陽極２４ａと陰極２４ｂとの電極間距離は、液晶プロジェクタ装置等のような光学機器に適した点光源を得るために、１．３ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下（０．８ｍｍ以上）に設定されている。
【００１９】
さらに、電極２４（陽極２４ａおよび陰極２４ｂ）中の酸素量は、熱による消耗や変形を防止するために、１５ｐｐｍ以下に設定されている。なお、「電極２４中の酸素量が１５ｍｍｐ以下のときに、電極２４の消耗を有効に防止できること」は、発明者が実験により見出した事項である。
【００２０】
すなわち、「タングステンの融点は、純度が高いほど高く（３４００℃以上）なり、不純物が多くなるにつれて低くなる」ということは周知事項であるが、「タングステンを低融点化させやすい不純物が何であるか」や、「その不純物の含有量をどの程度に抑えれば電極２４の消耗を有効に防止できるか」については不明であった。
【００２１】
そこで、発明者は、このテーマについて研究を重ね、タングステンの化学的性質等に基づいて、その不純物が酸素であることを突き止めた。つまり、酸素含有量が多ければ、５００℃以上で急速な酸化反応が起こって多くの酸化タングステンが生成され、これが飛散していくことによって電極２４が消耗していくことを見出した。また、発明者は、数多くの実験によって、酸素含有量が１５ｍｍｐ以下のときに、電極２４の消耗を有効に防止できることを見出した。
【００２２】
以下には、電極２４の適正酸素含有量を調べる［実験１］と、ハロゲン量の適正値を調べる［実験２］とについて説明する。
【００２３】
［実験１］
（１）試料
酸素含有量の異なる１２種類の電極２４を準備し、これらを試料１〜１２とした。各試料中の酸素量は、高周波加熱方式による酸素分析により確認した。
【００２４】
つまり、るつぼ内に各試料の材料となるタングステンを収容し、このタングステンを高周波加熱炉によって昇温加熱し、タングステン中に含まれる酸素を一酸化炭素として抽出した。そして、抽出した一酸化炭素量を測定した後、その測定結果に基づいて酸素量を算出した。
【００２５】
各試料の酸素含有量は以下の通りである。試料１…３０ｐｐｍ，試料２…２４ｐｐｍ，試料３…２２ｐｐｍ，試料４…２０ｐｐｍ，試料５…１８ｐｐｍ，試料６…１７ｐｐｍ，試料７…１５ｐｐｍ，試料８…９ｐｐｍ，試料９…６ｐｐｍ，試料１０…５ｐｐｍ，試料１１…５ｐｐｍ未満（測定不可能），試料１２…５ｐｐｍ未満（測定不可能）
【００２６】
（２）実験方法
各試料を電極として高圧放電灯１０を製造し、高圧放電灯１０を点灯させたときの電極形状の変化，黒化の有無およびフリッカの有無を、０ｈ，１０００ｈ，２０００ｈ，３０００ｈの各経過時点において調べた（図２，図３）。また、各高圧放電灯１０について、照度維持率の経時的な変化を調べた（図４）。
【００２７】
本実験で用いた高圧放電灯１０の構成は以下の通りである。消費電力…２７０Ｗ，封入水銀量…０．２ｍｇ／ｍｍ３，電極間距離…１．３ｍｍ，ハロゲン…Ｂｒ（１．１×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３）
（３）実験結果
実験結果を図２〜図４に示す。図２および図３は、試料１〜１２についての点灯時間と電極形状等との関係を示す表であり、図４は、試料１〜１２についての点灯時間と照度維持率との関係を示すグラフである。
【００２８】
図２および図３に示した表より、電極２４の酸素含有量が１５ｐｐｍ以下のときに、電極２４の経時的な消耗が少なくなり、黒化やフリッカが発生しなくなることがわかる。また、図４に示したグラフより、電極２４中の酸素量が１５ｐｐｍ以下になったときに、照度維持率が大幅に上昇することがわかる。
【００２９】
［実験２］
（１）試料
電極２４の酸素含有量が同じ（１５ｐｐｍ）であり、かつ、発光管１２に封入されたハロゲン量の異なる６種類の高圧放電灯１０を準備し、これらを試料１〜６とした。
【００３０】
各試料のハロゲン量は以下の通りである。試料１…１×１０−８μｍｏｌ／ｍｍ３，試料２…５×１０−８μｍｏｌ／ｍｍ３，試料３…１×１０−７μｍｏｌ／ｍｍ３，試料４…１×１０−３μｍｏｌ／ｍｍ３，試料５…１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３，試料６…５×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３
各試料の他の構成は以下の通りである。消費電力…２７０Ｗ，封入水銀量…０．２ｍｇ／ｍｍ３，電極間距離…１．３ｍｍ，ハロゲン…Ｂｒ
【００３１】
（２）実験方法
各試料（高圧放電灯）を点灯させたときの電極形状の変化，黒化の有無およびフリッカの有無を、０ｈ，１０００ｈ，２０００ｈ，３０００ｈの各経過時点において調べた（図５）。また、照度維持率の経時的な変化を調べた（図６）。
【００３２】
（３）実験結果
実験結果を図５および図６に示す。図５は、試料１〜６についての点灯時間と電極形状等との関係を示す表であり、図６は、試料１〜６についての点灯時間と照度維持率との関係を示すグラフである。
【００３３】
図５に示した表より、ハロゲン量が１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内であるときに、黒化やフリッカが発生しなくなることがわかる。また、図６に示したグラフより、ハロゲン量が１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内であるときに、照度を高く維持できることがわかる。
【００３４】
これらの［実験１］および［実験２］の結果より、ハロゲン量が１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲内であり、かつ、電極２４中の酸素量が１５ｐｐｍ以下のときに、電極２４の消耗を防止でき、黒化やフリッカの発生を防止しつつ、高い照度維持率を確保できることがわかる。
【００３５】
なお、上述の実施例では、各電極棒１８の一端に接続された電極２４について、酸素の含有量を１５ｐｐｍ以下にしているが、電極棒１８における発光管１２の内部に突出された部分についても、酸素の含有量を１５ｐｐｍ以下にしてもよい。つまり、本発明では、少なくとも電極棒１８の先端部に存する電極２４について酸素の含有量を１５ｐｐｍ以下にすればよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１および２に記載した発明によれば、タングステン電極中の酸素量を１５ｐｐｍ以下にしたことによってタングステンの低融点化を防止できるので、電極の蒸発による消耗を抑制できる。しかも、ハロゲン量を１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲に設定しているので、ハロゲン再生サイクルによるタングステンの消耗防止効果を有効に発揮させることができ、また、急激な電極腐蝕を防止して電極の寿命を延ばすことができる。したがって、黒化やフリッカの発生を防止でき、高圧放電灯の長寿命化を達成できる。さらに、照度維持率を大幅に高めることができる。
【００３７】
請求項２に記載した発明によれば、電極間距離を１．３ｍｍ以下と短くしているので、光学機器に適した点光源を得ることができ、また、輝度や光利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧放電灯を示す断面図。
【図２】実験１における試料１〜６についての点灯時間と電極形状等との関係を示す表である。
【図３】実験１における試料７〜１２についての点灯時間と電極形状等との関係を示す表である。
【図４】実験１における試料１〜１２についての点灯時間と照度維持率との関係を示すグラフである。
【図５】実験２における試料１〜６についての点灯時間と電極形状等との関係を示す表である。
【図６】実験２における試料１〜６についての点灯時間と照度維持率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…  高圧放電灯
１２…  発光管
１４…  封止部
１６…  封体容器
１８…  電極棒
２０…  リード棒
２２…  モリブデン箔
２４…  電極
２４ａ…  陽極
２４ｂ…  陰極
【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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