(57)【要約】【課題】より低電圧で始動でき、かつ長寿命なランプを提供すること。【解決手段】発光管１０１と側管部とを有した高圧放電ランプにおいて、側管部の少なくとも１箇所に発光管とは別の密閉された空間１０６を有し、かつ、この空間１０６内に少なくとも酸素と希ガスを封入して始動補助線１０５によって空間を放電させることにより、酸素を封入しない場合と比較して始動電圧を非常に低くすることができ、さらにライフ中においても始動電圧の低下の効果が持続することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極を発光管内に含んだ高圧放電ランプにおいて、
前記発光管には側管部を有し、
前記側管部の少なくとも１箇所に前記発光管とは別の密閉された空間を有し、
前記空間内には、少なくとも酸素と希ガスを有し、
前記側管部外部には、対向した前記電極と電気的に接続された始動補助線を有している、
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記側管部に有する空間内の酸素濃度が１０〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記側管部に有する空間は、前記発光管の空間より１〜５ｍｍ離れており、
前記電極は金属箔と電気的に接続され、
前記側管部に有する前記空間と前記発光管との間に、前記金属箔が存在することを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記発光管内には水銀を有し、
前記発光管内容積あたりの封入水銀量が２００ｍｇ／ｃｃ以上であることを特徴とする請求項３記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記発光管内には希ガスを有し、
前記希ガス圧力は３００Ｋで２ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項３または４記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記発光管内には、水銀を含まない構成であることを特徴とする請求項５記載の高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に反射鏡などに組み込まれ、プロジェクタ等の光学装置の光源として使用される高圧放電ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、反射鏡などに組み込まれて、液晶プロジェクタ等に使用される高圧放電ランプは、主に超高圧水銀ランプが一般的に使用されている。近年、プロジェクタの小型化、軽量化の要求が強くなり、その傾向に沿って、ランプ点灯装置全体の小型化、軽量化が要求されている。ランプ点灯装置は、反射鏡を含むランプ、およびその点灯回路からなっている。
【０００３】
そのひとつの解決方法として、始動電圧の低いランプが検討されている。ランプの始動電圧が下がると、点灯回路のうち大きな体積を占める始動電圧発生部を小型化できるため、ランプ点灯装置全体の小型化、軽量化が出来るためである。
【０００４】
特許文献１には、封止部の一部に発光管とは別の気密な部分を備え、その間にキャビティを設け、キャビティ内には希ガスなどを封入し、キャビティ部分には外部アンテナを有する構成が記載されている。この構成によって、始動電圧が低下することが記載されている。
【０００５】
また、端部の１つに設けたイオン化領域をグロー放電させて補助スタータとする高輝度放電ランプも公開されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】国際公開第００／７７８２６パンフレット
【特許文献２】特開２０００−１７３５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された方法によって、始動電圧の低下が図れるが、始動電圧の低下をさらに小さくすることによって、さらなる点灯回路の小型化が実現できる。また、ランプ寿命についても、この種のランプの平均的な寿命は２０００時間程度であるが、長寿命化することも望まれている。
【０００７】
本発明は、より低電圧で始動でき、かつ長寿命なランプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のメタルハライドランプは、前記課題を解決するために、本願の高圧放電ランプは、１対の電極を発光管内に含み、前記発光管には側管部を有し、前記側管部の少なくとも１箇所に前記発光管とは別の密閉された空間を有し、前記空間内には、少なくとも酸素と希ガスを有し、前記側管部外部には、対向した前記電極と電気的に接続された始動補助線を有している。
【０００９】
また、前記側管部に有する空間内の酸素濃度が１０〜１０００ｐｐｍであることが好ましい。
【００１０】
ある好適な実施形態として、前記側管部に有する空間は、前記発光管の空間より１〜５ｍｍ離れており、前記電極は金属箔と電気的に接続され、前記側管部に有する前記空間と前記発光管との間に、前記金属箔が存在する。
【００１１】
ある好適な実施形態として、前記発光管内には水銀を有し、前記発光管内容積あたりの封入水銀量が２００ｍｇ／ｃｃ以上である。
【００１２】
ある好適な実施形態として、前記発光管内には希ガスを有し、前記希ガス圧力は３００Ｋで２ＭＰａ以上である。
【００１３】
ある好適な実施形態として、前記発光管内には、水銀を含まない構成である。
【発明の効果】
【００１４】
発光管と側管部とを有した高圧放電ランプにおいて、側管部の少なくとも１箇所に発光管とは別の密閉された空間を有し、かつ、この空間内に少なくとも酸素と希ガスを封入して始動補助線によって空間を放電させることにより、酸素を封入しない場合と比較して始動電圧を非常に低くすることができ、さらにライフ中においても始動電圧の低下の効果が持続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下に実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態の超高圧水銀ランプである。１０１は発光管で、たとえば石英ガラスから構成されている。発光管の中央バルブ部外径は約１０ｍｍ、内径は約５ｍｍ、バルブ部分のガラス厚（肉厚）は約３ｍｍであり、発光管内容積は約０．１ｃｃである。１０２はタングステン製の電極であり、先端間距離は約０．８〜１．２ｍｍである。また、管壁負荷は１００Ｗ／ｃｍ２以上である。電極１０２の先端には、同じくタングステン製のコイルが巻かれている。１０３はＭｏ（モリブデン）製の箔である。１０４は導電材料製のリード線である。１０５は、導電材料製のトリガー線で、材料は例えばカンタル線であり、線形０．３ｍｍである。トリガー線１０５は、電極リード線１０４と接続され、接続されたリード線とは対向側にあたる封止部の空間部１０６の周りに巻かれている。空間部１０６と、発光管１０１内とは互いに密閉されている。空間部１０６と発光管とは、約５ｍｍ離れている。
【００１７】
発光管１０１内には、主成分として希ガスが封入されている。前記希ガスのうち主成分はアルゴン（Ａｒ）であり、３００Ｋで約０．０３ＭＰａ程度封入されている。また、図には示していないが、水銀が２５ｍｇ（単位内容積あたりに換算すると２５０ｍｇ／ｃｃ）封入されている。加えて、発光管１０１内には、臭化エチレン（Ｃ２Ｈ４Ｂｒ２）が、発光管内容積あたり１×１０−３〜１μｍｏｌ／ｃｃ程度封入されている。
【００１８】
空間部１０６内には、主成分として希ガスが封入されている。前記希ガスのうち主成分は、アルゴンガス（Ａｒ）であり、３００Ｋで約０．３気圧程度封入されている。加えて空間部１０６内には、酸素が単位内容積あたり１０〜１０００ｐｐｍ程度封入されている。
【００１９】
ここで、比較のために、図２に特許文献１に記載されている高圧水銀ランプを示す。図２に示すランプは、図１のランプと同様の仕様であり、空間１０６内に、酸素を含んでいない点が、本実施の形態のランプと異なる。
【００２０】
図１に示す本発明のランプと図２に示す従来のランプと同時に始動電圧の測定を行った。
【００２１】
このランプを、始動パルスを発生できる点灯回路で点灯させ、始動電圧の測定を行った。測定に使用した始動電圧（以下、始動パルスも同意）は、図３に示すような波形であり、０−ＰＥＡＫで約１３ＫＶである。また、パルス幅はＧＮＤレベルで約２８０ｎｓｅｃである。
【００２２】
始動電圧は、以下の方法で測定した。ランプ両端に入力される始動電圧をオシロスコープでモニターしながら、ランプが点灯を開始した時のパルスのピーク値を始動電圧とした。
【００２３】
ライフ試験を行い、ライフ中の始動電圧の変化を測定した。具体的には、ランプを定格である１６０Ｗで３．５時間ＯＮ、０．５時間ＯＦＦのサイクルで点滅点灯を繰り返し、ある程度の点灯時間が経過するごとに始動電圧を測定し、始動電圧の推移を測定した。ランプは各１０本測定し、始動電圧の平均値を図４に示す。
【００２４】
図４より明らかなように、本実施の形態のランプは、従来のランプと比較して、始動電圧が非常に低くできることがわかった。また、加えて、ライフ中もすべて始動電圧の低下の効果が持続することがわかる。
【００２５】
これは、検討を加えるうちに、空間１０６に希ガスに加えて、酸素を含むことによって、始動電圧の低下の効果があることがわかった。
【００２６】
加えて、酸素濃度が、１０〜１０００ｐｐｍ程度の場合特に効果が高いことがわかった。
【００２７】
なお、本実施の形態では、発光管内に水銀を含んだ高圧放電ランプの場合について記載したが、発光管内に水銀を含まず、その代わりにＸｅ、Ａｒなどを封入したランプでも同様の効果が得られる。この構成によって、製造プロセス中に水銀にくっついて発光管内に持ち込まれる不純物がないため、より高純度のランプが得られ、不純物の影響による寿命の低下が抑制される効果が得られる。
【００２８】
前記のような無水銀ランプの場合、ＸｅやＡｒの３００Ｋ程度での封入圧力は、２０気圧以上が好ましい。なぜならば、２０気圧以上にすることによって、急激に黒化が少なくなるといった効果があることがわかった。封入圧の上限は、発光管の耐圧強度によって制限されるが、通常大きくとも５０気圧程度（点灯時に１０倍になるとして５００気圧）である。
【００２９】
また、空間１０６と発光管との距離は、１〜５ｍｍが好ましい範囲であることがわかった。なぜならば、１ｍｍ以下であれば、ライフ中に空間１０６と発光管部とがつながり気密性確保が出来なくなる場合があるからである。加えて、空間１０６と発光管部との間には箔があることが望ましい。なぜならば、空間１０６内を電極などの導電部材が貫通している場合、箔は両空間の気密を保つのに非常に有効であるからである。例えば、箔の代わり  に電極棒であった場合は、その両空間の気密を保つことが非常に難しくなる。
【００３０】
また、５ｍｍ以上になると、急激に始動電圧が上昇し、本発明の効果が少なくなるためである。
【００３１】
なお、発光管内には臭化エチレン（Ｃ２Ｈ４Ｂｒ２）が、発光管内容積あたり１×１０−３〜１μｍｏｌ／ｃｃ程度封入されている場合について記載したが、この範囲内に規定することによって、特に黒化が少ないランプを得ることが出来る。また、水銀を含んだランプに関しては、１×１０−４〜０．１μｍｏｌ／ｃｃ程度が好ましい範囲となる。
【００３２】
また、上記効果に加えて、ランプのライフ中に、発光管内と空間１０６との気密が破れてしまうものが発生した。このランプのライフ試験を継続したところ、驚くべきことに、ランプに発生していた黒化がなくなり、光束維持率が改善できることがわかった。
【００３３】
この、気密が破れるランプはすべて、共通点が２つあった。
【００３４】
１つめは、発光管内の水銀封入量を単位内容積あたり、Ａ（ｍｇ／ｃｃ）として、３００Ｋでの発光管内の希ガスの封入圧力をＢ（ＭＰａ）とすると、Ａ＋１００Ｂ＞２００を満たしていることである。
【００３５】
２つめは、空間１０６の存在する側管側の箔の発光管側の先端部から、空間１０６までの距離が５ｍ以下であることである。図５に位置関係を詳しく記す。このように、上記２条件を満たすランプは、ライフ中に光束維持率を改善できることがわかった。
【００３６】
また、図５に示す距離が長いほど、またＡ＋Ｂの値が低いほど、気密が破れるまでのライフ時間が長いことがわかった。よって、この値を調整することによって、気密が破れる時間を調節できる。
【００３７】
また、空間１０６内にある酸素量は、およそ１０〜１０００ｐｐｍのものが特に効果が大きいことがわかった。なお、１０ｐｐｍ以下でも、また、１０００ｐｐｍ以上でも効果が少なくなるだけであり、効果があることには変わりがない。
【００３８】
なお、ハロゲンサイクルを起こすために、本実施の形態のようにハロゲンを含む必要がある。ハロゲンの中でも特に、臭素（Ｂｒ）が効果的である。臭素を含む場合、本実施の形態に示す程度の臭素の元素濃度が適当である。
【００３９】
これは、空間１０６内に含まれる酸素が、発光管内に侵入したことによって、ハロゲンサイクルが活発になり、黒化を改善したものと考えられる。通常、ランプ中にごく少量の酸素があればハロゲンサイクルが活発になり、黒化を抑制できることは知られている。従来の一般的なランプの場合、ランプ製造時に発光管内に酸素を含ませておいても、ライフ中に発光管内に含まれる不純物と反応し、固定化されてしまい、ランプ点灯初期の一時的にしかハロゲンサイクルを活発化することが出来なかった。しかし、本発明のランプ構造を採用することで、ライフ途中のランプの発光管内にも酸素を供給することが出来るので、ハロゲンサイクルを長期にわたり活発な状態に維持できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる高圧放電ランプは、側管部に酸素を含んだ空間を有して放電させる構成を有し、プロジェクタ用光源等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態である高圧放電ランプの概略図
【図２】従来の高圧放電ランプの概略図
【図３】始動電圧波形を示す図
【図４】ライフ中の始動電圧の変化を示す図
【図５】空間１０６の位置関係を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１０１    発光管
１０３    Ｍｏ製の箔
１０４    リード線
１０５    トリガー線
１０６    空間部
【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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