(57)【要約】【課題】  その始動時および点灯時において、電極を構成するタングステンが飛散することがなく、発光管の内壁に黒化が生じることのない超高圧水銀ランプを提供すること。【解決手段】発光管内に、一対の電極が突出して対向して配置されるとともに、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入されてなる超高圧水銀ランプにおいて、一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、タングステンからなる軸部と始動補助部とからなり、軸部の一部は発光管に連設された封止部に埋設されてなり、軸部または、軸部および始動補助部は、タングステンより仕事関数が低い易電子放射物質を含有し、発光管内に突出する電極の体積をＶ１（mm3）、封止部内に埋設された電極の体積をＶ２（mm3）、軸部または軸部および始動補助部に含有される仕事関数が低い易電子放射物質の濃度をＡ（ｗｔ％）としたとき、２×１０−３≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａ≦４．８の関係を満たす超高圧水銀ランプとする。【選択図】  図１
2007123140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管内に、一対の電極が突出して対向して配置されるとともに、該発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入されてなる超高圧水銀ランプにおいて、
前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、タングステンからなる軸部と始動補助部とからなり、
前記軸部の一部は前記発光管に連設された封止部に埋設されてなり、
前記軸部、または前記軸部および前記始動補助部は、タングステンより仕事関数が低い易電子放射物質を含有し、
前記発光管内に突出する電極の体積をＶ１（mm3）、封止部内に埋設された電極の体積をＶ２（mm3）、前記軸部または、前記軸部および前記始動補助部に含有される前記仕事関数が低い易電子放射物質の濃度をＡ（ｗｔ％）としたとき、
２×１０−３≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａ≦４．８の関係を満たすことを特徴とする超高圧水銀ランプ。
【請求項２】
発光管内に、一対の電極が突出して対向して配置されるとともに、該発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入されてなる超高圧水銀ランプにおいて、
前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、タングステンからなる軸部と始動補助部とを備え、
前記軸部の一部は前記発光管に連設された封止部に埋設されてなり、
前記始動補助部のみがタングステンより仕事関数が低い易電子放射物質を含有し、
前記発光管内に突出する電極の体積をＶ１（mm3）、封止部内に埋設された電極の体積をＶ２（mm3）、前記始動補助部における易電子放射物質の濃度をＡ（ｗｔ％）としたとき、２×１０−３≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａ≦４．８の関係を満たすことを特徴とする超高圧水銀ランプ。
【請求項３】
前記始動補助部は、コイル形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超高圧水銀ランプ。
【請求項４】
前記易電子放射物質は、イットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムのうち、少なくとも一種類以上の元素を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超高圧水銀ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ装置やＤＭＤを使用したＤＬＰ（テキサスインスツルメンツ  インコーポレーテッド商標）方式などのプロジェクタ装置に使用される放電ランプに関する。特に、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、点灯時における水銀蒸気圧が１５０気圧以上になる超高圧水銀ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタや、ＤＭＤを使用したＤＬＰに代表される投射型プロジェクタ装置においては、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る。このため、光源には、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用されている。最近では、このようなメタルハライドランプもより一層の小型化、点光源化が進められ、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、点灯時において、例えば１５０気圧以上と今までにない高い水銀蒸気圧を有するランプが提案されている。水銀蒸気圧をこのように高くすることにより、アークの広がりを抑え、絞り込むとともに、より一層の光出力の向上を図ることができる。このような超高圧水銀ランプは、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平２−１４８５６１号公報
【特許文献２】特開平６−５２８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような超高圧水銀ランプは、しばしば、発光管の内壁が黒化することにより光透過率が低下することが問題となる。発光管の黒化は、電極の動作温度が高く、点灯時に電極を構成する材料が飛散しやすいことに起因して、例えば電極がタングステンからなる場合、飛散したタングステンがバルブの内壁に付着することによる。
【０００５】
このため、上記文献には、中央部に球状の発光部を有する発光管内に、所定量のハロゲンを封入して、ハロゲンサイクルを行うことにより、発光管に生ずる黒化を防止することについて記載されている。
【０００６】
その一方で、上記のような超高圧水銀ランプは、始動時において、電極を構成するタングステンが飛散する場合も多い。この原因は次のように考えられる。
超高圧水銀ランプの点灯は、点灯初期は陰極を起点とするグロー放電が生じ、グロー放電によって電極が高温状態となると、放電起点が陰極先端に移行して、熱アーク放電による定常点灯に移行するのが通常である。
【０００７】
しかし、このグロー放電時は、始動電圧、始動に必要な電圧が高いことから、電極に対し激しいイオンスパッタや熱衝撃が加えられることによって、タングステンが容易に飛散する。そして、このようなタングステンの飛散が生じた場合、始動時にはハロゲンサイクルが働かないため、発光管の黒化に直結する。従って、タングステンの飛散は、点灯時よりも始動時の方が問題となる。
【０００８】
以上から、本発明は、その始動時および点灯時において、電極を構成するタングステンが飛散することがなく、発光管の内壁に黒化が生じることを抑制し、長寿命の超高圧水銀ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、発光管内に、一対の電極が突出して対向して配置されるとともに、該発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入されてなる超高圧水銀ランプにおいて、前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、タングステンからなる軸部と始動補助部とからなり、前記軸部の一部は前記発光管に連設された封止部に埋設されてなり、前記軸部、または前記軸部および前記始動補助部は、タングステンより仕事関数が低い易電子放射物質を含有し、前記発光管内に突出する電極の体積をＶ１（mm3）、封止管部内に埋設された電極の体積をＶ２（mm3）、前記軸部または前記軸部および前記始動補助部に含有される前記仕事関数が低い易電子放射物質の濃度をＡ（ｗｔ％）としたとき、２×１０−３≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａ≦４．８の関係を満たすことを特徴とする超高圧水銀ランプとする。
【００１０】
請求項２の発明は、発光管内に、一対の電極が突出して対向して配置されるとともに、該発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入されてなる超高圧水銀ランプにおいて、前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、タングステンからなる軸部と始動補助部とを備え、前記軸部の一部は前記発光管に連設された封止部に埋設されてなり、前記始動補助部のみがタングステンより仕事関数が低い易電子放射物質を含有し、前記発光管内に突出する電極の体積をＶ１（mm3）、封止部内に埋設された電極の体積をＶ２（mm3）、前記始動補助部における易電子放射物質の濃度をＡ（ｗｔ％）としたとき、２×１０−３≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａ≦４．８の関係を満たすことを特徴とする超高圧水銀ランプとする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記始動補助部が、コイル形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超高圧水銀ランプとするものである。すなわち、グロー放電の生じている時間をさらに短縮するため、始動補助部がコイル形状を有することが望ましい。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記易電子放射物質は、イットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムのうち、少なくとも一種類以上の元素を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超高圧水銀ランプとするものである。
本発明者らが、検討を積重ねたところ、易電子放射物質が、イットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムのうち少なくとも一種類以上の元素である場合には、これらの元素とハロゲンが結合しにくいことが見出されたことにより請求項４の発明は完成した。
【００１３】
超高圧水銀ランプにおいて、始動時にタングステンの飛散を防止するには、電極に対し、電極を構成するタングステンよりも仕事関数の低い易電子放射物質を含有させて、電極の仕事関数を低下させることにより、電極から容易に電子が放出されるようにし、始動電圧を低下させることが有効である。これによれば、上記のグロー放電を生じさせるのに必要な始動電圧が低減することにより、前記のような電極に加えられるイオンスパッタや熱衝撃が抑制されるため、始動時におけるタングステンの飛散を防止できる。
【００１４】
ここで、本発明者らは、単に電極に対して電極を構成するタングステンよりも仕事関数の低い易電子放射物質を含有させることにとどまらず、検討を重ねたところ、電極が前記の易電子放射物質を含有している場合において、電極の埋設された封止部から発光管内に突出する電極の体積（Ｖ１とする）と封止部内に埋設された電極の体積（Ｖ２とする）と当該部位における易電子放射物質の濃度（Ａとする）との関係が、タングステンの飛散に大きな影響を与えることを見出したのである。
【００１５】
具体的には、封止部から発光管内に突出する電極の体積Ｖ１が大きく、封止部内に埋設された電極の体積Ｖ２が小さい場合、タングステンの飛散を防止するとともに、発光管内に易電子放射物質が過剰に放出されることがないように、易電子放射物質の濃度Ａが小さいことが望ましい。一方、封止部から発光管内に突出する電極の体積Ｖ１が小さく、封止部内に埋設された電極の体積Ｖ２が大きい場合、タングステンの飛散を防止するには、易電子放射物質の濃度Ａが高いことが望ましい。すなわち、発光管内に突出する電極の体積V１と封止部内に埋設された電極の体積V２、易電子放射物質の濃度Ａとの関係を最適に規定することにより、発光管の内壁の黒化を確実に防止できることを見出したのである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明の超高圧水銀ランプによれば、封止部から発光管内に突出する電極の体積Ｖ１、封止部内に埋設された電極の体積Ｖ２と、当該部位における易電子放射物質の濃度Ａとの関係を最適に規定することにより、タングステンの飛散を防止できるとともに、易電子放射物質が発光管内に放出されることに起因するハロゲンサイクルへの悪影響を抑制することができる。
【００１７】
請求項２の発明の超高圧水銀ランプによれば、軸部と始動補助部とからなる電極のうち、始動補助部のみが易電子放射物質を含有していることにより、始動補助部の仕事関数が他の部位の仕事関数に比して低いことから、グロー放電を始動補助部に集中させ、始動補助部の温度を速やかに上昇させることができるため、グロー放電の生じている時間を短縮することができ、速やかに熱アーク放電に移行させることができる。
しかも、万が一、タングステンが飛散した場合においても、グロー放電の起点を始動補助部とすることにより、発光管の内壁からの離間距離が大きくなることから、発光管の内壁にタングステンが付着することを抑制できる。
【００１８】
請求項３の発明の超高圧水銀ランプによれば、前記始動補助部がコイル形状を有することにより、始動補助部の熱容量が小さくなるため、始動補助部を極めて短時間で高温状態とすることができる。また、コイル形状とすることにより、軸部に対して容易に取り付けることができる。
【００１９】
請求項４の発明の超高圧水銀ランプによれば、前記発光管内に突出している電極が、イットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムのうち少なくとも一種類以上の元素からなる易電子放射物質を含有していることにより、ハロゲンサイクルに与える影響が小さいものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施形態である超高圧水銀ランプを正面断面図にて示す。
同図において、超高圧水銀ランプは、発光管１と、対向する陽極２および陰極３と、金属箔４ａ、４ｂと、外部リード５ａ、５ｂとを備えて構成され、直流点灯方式である。
【００２１】
発光管１は、例えば石英ガラスからなり、中央に位置する楕円球状の発光部１１と、発光部１１の両端に繋がる封止部１２ａ、１２ｂとを有する。発光管１内には、発光物質としての水銀と、バッファガスとしての希ガスと、ハロゲンサイクルを行なうためのハロゲンが封入されている。
水銀の封入量は、０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上であって、例えば０．２ｍｇ／ｍｍ３である。これにより、点灯時の水銀蒸気圧は、１５０気圧以上となる。希ガスは、例えばアルゴンガスであり、その封入量は、例えば１３ｋＰａである。ハロゲンは、例えば臭素であって、その封入量は、２．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３〜７．０×１０−３μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲であって、例えば３．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３である。なお、ハロゲンの封入量は前記範囲に限定されるものではない。
発光管１は、入力電力が３００Ｗの超高圧水銀ランプの場合、発光部１１の最大外径が１２ｍｍ、発光部１１の全長が１１ｍｍ、封止部１２の最大外径が７．６ｍｍ、封止部１２の全長が３０ｍｍ（１２ａの部分）と２２ｍｍ（１２ｂの部分）、全長が６３ｍｍ、内容積が１５４ｍｍ３である。
【００２２】
陽極２および陰極３は、発光管１内において、同軸上に対向して配置されている。陽極２は、その一部が封止部１２ａに埋設され、その基端部が金属箔４ａに接続されている。陰極３は、軸部３１と軸部３１の先端近傍に接続された始動補助部３２とを備える。軸部３１は、その一部が封止部１２ｂに埋設され、その基端部が金属箔４ｂに接続されている。なお、軸部３１は、軸部３１を構成するタングステンと封止部１２ｂを構成する石英ガラスとの熱膨張係数の差が大きいことを考慮して、封止部１２ｂとの間に３００μｍ以下の空隙が形成されている。本発明においては封止部から発光管内に突出する電極部分を考える場合にはこの空隙については考慮しない。始動補助部３２は、その全体が発光管１内の空間Ｓに露出している。金属箔４ａおよび４ｂは、例えばモリブデンからなり、それぞれ、封止部１２ａおよび封止部１２ｂに埋設されている。外部リード５ａおよび５ｂは、例えばモリブデンからなり、各々の先端部が金属箔４ａあるいは４ｂに接続され、各々の基端部が封止部１２ａあるいは１２ｂから外方に突出している。
【００２３】
陽極２は、タングステンから構成されている。陽極２は、全長が１３．５ｍｍ、最大外径が３．０ｍｍである。
陰極３は、タングステンから構成されるとともに、イットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムの内、少なくとも一種類以上の元素からなる易電子放射物質を含有している。
陽極２の体積が陰極３に比して大きいのは、本発明の超高圧水銀ランプは、発光管１内の熱的条件が極めて厳しいものであり、また、陽極２は、陰極３からの電子衝突を受け止める箇所だからである。
【００２４】
軸部３１は、全長が１１ｍｍ、最大外径が１．３ｍｍである。始動補助部３２は、線径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍのタングステンからなる線材を、外径が０．４ｍｍ〜５．０ｍｍ、全長が０．２ｍｍ〜５．０ｍｍのコイル形状となるように形成し、軸部３１の長手方向に沿って、軸部３１の先端部近傍に取り付けられている。
始動補助部３２をコイル形状とすることにより、軸部３１への取り付けが容易になる。さらに、コイルのピッチ同士の隙間が放電の起点となり易いこと、およびコイル状であることにより加熱され易いことから、グロー放電からアーク放電に速やかに移行させることができる。定常点灯時においては、始動補助部３２がコイル形状を有することにより、表面の凹凸効果と熱容量により放熱の機能を有している。
【００２５】
〔第１の実施形態〕
図３（ａ）および図３（ｂ）に図１の要部拡大図を示す。
第１の実施形態である図３（ａ）においては、軸部３１全体および始動補助部３２に斜線を入れて描いているが、この斜線部分にイットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムの内、少なくとも一種類以上の元素からなる易電子放射物質を含有している状態を示している。これにより、電極の突出部３４における仕事関数は、２．０ｅＶ〜３．３ｅＶとなり、電極が易電子放射物質を含有しないタングステン単体で構成された場合の仕事関数４．５ｅＶに比して、小さくなる。
【００２６】
なお、易電子放射物質は、電極の軸部３１の全体、または、発光管の発光部１１内に突出している突出軸部３３と、始動補助部３２とを足し合わせた部位である突出部３４全体に含有されている場合だけに限らず、突出部３４の一部に含有されていても良い。すなわち、易電子放射物質を含有する部位は、軸部３１の全体、または、突出軸部３３の全体、または、突出軸部３３の一部のみ、または、突出軸部３３の一部と始動補助部３２の全体、または、突出軸部３３の全体と始動補助部の一部、または、突出軸部３３の一部と始動補助部３２の一部、または、後述する始動補助部３２の全体、または、始動補助部３２の一部のみ、とすることができる。この場合、易電子放射物質を含有する部位を含む、封止部１２ｂから発光管の発光部１１内に突出する電極の体積がＶ１、封止部内に埋設された電極の体積がＶ２となり、該部位における易電子放射物質の濃度がＡとなる。
【００２７】
〔第２の実施形態〕
図３（ｂ）において、本発明の第２の実施形態に係る超高圧水銀ランプは、陰極３のうち斜線部で示した始動補助部３２のみが、イットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムの内、少なくとも一種類以上の元素からなる易電子放射物質を含有していることにより、始動補助部３２における仕事関数が軸部３１に比して小さいことを特徴とする。その他の構成は、第１の実施形態に係る超高圧水銀ランプと同じである。
【００２８】
〔第３の実施形態〕
なお、前記実施形態では、直流点灯方式の超高圧水銀ランプについて説明しているが、本発明は、交流点灯方式の超高圧水銀ランプにも適用することができる。図２は、本発明の第３の実施形態に係る交流点灯方式の超高圧水銀ランプの正面断面図を示す。図２において、図１と同一部分または対応する部分は、図１と同一の符号を付してある。
【００２９】
図４（ａ）および図４（ｂ）に図２の要部拡大図を示す。図４（ａ）が第３の実施形態である。図４（ａ）において、電極６は、軸部６４と始動補助部６３とからなり、軸部６４の先端部分には放熱のために表面積を増やした塊状部６４ａと突起部６４ｂを備え、概ね同一の形状を有する電極６が、発光部１１内において同一軸上に対向して配置されている。発光部１１内には、電極６のうち、始動補助部６３、塊状部６４ａ、突起部６４ｂが突出している。図４（ａ）においては、軸部６４全体および始動補助部６３に斜線を入れて描いているが、この斜線部分にイットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムの内、少なくとも一種類以上の元素からなる易電子放射物質を含有している状態を示している。
【００３０】
〔第４の実施形態〕
図４（ｂ）においては、本発明の第４の実施形態に係る超高圧水銀ランプであり、タングステンからなる電極のうち斜線部で示した始動補助部６３のみが、イットリウム、ランタン、セリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムの内、少なくとも一種類以上の元素からなる易電子放射物質を含有していることにより、始動補助部６３における仕事関数が軸部６４に比して小さいことを特徴とする。その他の構成は、第３の実施形態に係る超高圧水銀ランプと同じである。
突起部６４ｂは、軸部６４の先端に形成されており、軸部６４の外径に等しいか、あるいは溶融により若干大きいかあるいは小さくなっている。
塊状部６４ａは、切削加工または溶融加工によって形成される。塊状部６４ａを溶融により形成する場合は、線状のタングステンをコイル状に巻き付けた状態から溶融して形成される。塊状になることで、熱容量を大きくできる。特に、本発明の超高圧水銀ランプは、発光部１１内が極めて熱的条件の厳しいものであるため、塊状部６４ａを備えることが望ましい。
始動補助部６３は、同じく線状のタングステンをコイル状に巻き付けた状態から前方部分が溶融して軸部６４の一部となる塊状部６４ａとなり、残ったコイルの部分により形成される。始動時においては、始動補助部６３がコイル形状を有することにより、コイルのピッチ同士の隙間が放電の起点となり易いこと、およびコイル状であることにより加熱され易いことから、グロー放電からアーク放電に速やかに移行させることができる。定常点灯時においては、始動補助部６３がコイル形状を有することにより、表面の凹凸効果と熱容量により放熱の機能を有している。
【００３１】
易電子放射物質は、電極の軸部６４の全体、または、突出部６５全体に含有されている場合だけに限らず、突出部６５の一部に含有されていても良い。すなわち、易電子放射物質を含有する部位は、軸部６４の全体、または、塊状部６４ａの全体、または、塊状部６４ａの一部のみ、または、塊状部６４ａの一部と始動補助部６３の全体、または、塊状部６４ａの全体と始動補助部６３の一部、または、塊状部６４ａの一部と始動補助部６３の一部、または、始動補助部６３の全体、または、始動補助部６３の一部のみ、とすることができる。この場合、易電子放射物質を含有する部位を含む、封止部１２ｂから発光管の発光部１１内に突出する電極の体積がＶ１、封止部１２ｂ内に埋設された電極の埋設部分６６の体積がＶ２となり、該部位における易電子放射物質の濃度がＡとなる。
【００３２】
本発明の第３、第４の実施形態に係る超高圧水銀ランプにおいても、前記の第１および第２の実施形態に係る超高圧水銀ランプと同様に、前記の関係式Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａの数値が２×１０−３〜４．８の範囲内であれば、ランプ寿命を延ばすことができる。
なお、易電子放射物質を含有する部位は、第１の実施形態の如く、軸部６４の全体、または、突出部６５の全てに限らず、突出部６５の一部に含有しても良い。この場合、突出部６５のうち、易電子放射物質を含有する部位を含む、封止部から発光管内に突出する電極の体積Ｖ１と、封止部内に埋設された電極の埋設部分６６の体積Ｖ２と、当該部位における易電子放射物質の濃度Ａとの比であるＶ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａが前記の数値範囲内であれば、ランプ寿命を延ばすことができる。
【００３３】
〔実験例〕
以下、本発明の第１乃至第４の実施形態に係る超高圧水銀ランプについて、発明の効果を確認するために行なった実験について説明する。
易電子放射物質としては、イットリウムとランタンを選択して実験を行った。
図１および図２に示す構成および以下の仕様に従って、超高圧水銀ランプを１００本製作した。内訳は、一方の電極にイットリウムを含有しているものが５０本、一方の電極にランタンを含有しているものが５０本である。
【００３４】
また、点灯方式で分ければ、直流点灯方式が６０本、交流点灯方式が４０本である。
発光管１は、石英ガラスからなり、入力電力が３００Ｗのランプは、最大外径が１２ｍｍ、全長が６３ｍｍ、発光部の内容積が２１４ｍｍ３、水銀の封入量が０．２ｍｇ／ｍｍ３、アルゴンの封入量が１３ｋＰａ、臭素の封入量が３．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３である。
【００３５】
また、入力電力が１００Ｗのランプは、最大外径が９．４ｍｍ、全長が５０ｍｍ、発光部１１の内容積が８１ｍｍ３、水銀の封入量が０．１ｍｇ／ｍｍ３、アルゴンの封入量が１３ｋＰａ、臭素の封入量が２．５×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３である。
軸部および始動補助部は、タングステンに易電子放射物質としてイットリウムあるいはランタンを含有し、その仕様およびＶ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａの値は後述の図５の表に示すとおりである。
【００３６】
この１００本の超高圧水銀ランプの各々について、２０分間点灯させた後、２０分間消灯するという作業を１０００回繰り返した場合（試行１）と、１０００時間の連続点灯を行った場合（試行２）とで、照度維持率で評価した、ランプ寿命に対する影響を調べた。その結果を図５の表に示す。
【００３７】
図５の表において、「◎」、「○」、「△」、「×」は、前記の易電子放射物質を含有していない、タングステン単体からなる電極を基準とした場合の評価であり、当該電極に比して、著しく寿命が延びたものを「◎」とし、寿命が延びたものを「○」とし、寿命が同等だったものを「△」とし、寿命が短くなったものを「×」とした。
【００３８】
図５の表において、実施例１、３、４、５、６、９、１０、１３、１４、１５、１８、１９、２０、２３、２５が図１に示す直流点灯方式のランプであり、実施例２、７、８、１１，１２，１６，１７，２１，２２，２４が図２に示す交流点灯方式のランプである。またランプに対する入力電力は実施例３、６、７、１１、１３、１６、１８、２１が１００Ｗであり、実施例１、２、４、５、８、９、１０、１２、１４、１５、１７、１９、２０、２２、２３、２４、２５は３００Ｗである。
【００３９】
直流点灯方式のランプの場合、図５の表の「Ｖ１」は、図３に示すように、突出軸部３３と始動補助部３２とを合わせた突出部３４（図３参照）の体積であり、「Ｖ２」は軸部３１のうち、封止部１２ｂに埋設された埋設部分３５の体積である。交流点灯方式のランプの場合、表１の「Ｖ１」は、図４に示すように、塊状部６４ａと突起部６４ｂと始動補助部６３と軸部６４の一部を合わせた突出部６５（図４ａ参照）の体積であり、「Ｖ２」は軸部６４のうち、封止部１２ｂに埋設された埋設部分６６の体積である。
【００４０】
なお、図３と図４において、封止部１２ｂに埋設された埋設部分３５或いは６６は、前記のように封止部１２ｂを構成する石英ガラスとの間に３００μｍ以下の空隙が形成されているが、石英ガラスとの距離が３００μｍ以下の部分を、封止部内に埋設された電極体積Ｖ２とする。図５の表の「Ａ」は、図３と図４に示す斜線をつけた部位における易電子放射物質の濃度を示す。
【００４１】
図５の表に示す実験結果によれば、易電子放射物質としてイットリウムおよびランタンを用いた場合において、Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａの数値が２×１０−３〜４．８の範囲内である場合には、ランプ寿命が延びることが確認された。一方、Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａの数値が前記範囲外である場合には、ランプ寿命が延びないか、あるいは短くなることが確認された。この理由は、以下のように考えられる。
【００４２】
すなわち、陰極がタングステン単体からなる場合に比して、イットリウムあるいはランタンからなる易電子放射物質を含有することによって、陰極の仕事関数が低下することにより、グロー放電を生じさせるのに必要な始動電圧が低下するとともに、易電子放射物質を含有している部位を含む発光管内に突出する電極体積Ｖ１（mm3）、封止部内に埋設された電極体積Ｖ２（mm3）と、当該部位における易電子放射物質の濃度Ａとの関係が最適に規定されたことにより、陰極３からのタングステンの飛散が抑制された、と考えられる。
その一方で、Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａの数値が前記範囲外であった場合、陰極３からのタングステンの飛散を抑制できないことにより、ランプ寿命が延びず、あるいは短くなったものと考えられる。
【００４３】
詳細には、Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａの数値が前記範囲よりも大きい場合、封止部から発光管内に突出する電極体積Ｖ１に対して、陰極の体積、（Ｖ１＋Ｖ２）が小さくなり、発光管内に突出する電極部から封止部内に埋設された電極部への熱流入が小さくなることにより、発光管内に突出する電極部の温度は高くなり、易電子放射物質の含有量が多すぎるため、過剰に存在する易電子放射物質が発光管１内に飛散することにより、ハロゲンサイクルを阻害した、と考えられる。
【００４４】
Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）×Ａの数値が前記範囲よりも小さい場合、封止部から発光管内に突出する電極体積Ｖ１に対して、陰極の体積、（Ｖ１＋Ｖ２）が大きいため、発光管内に突出する電極部から封止部内に埋設された電極部への熱流入が大きくなることにより、発光管内に突出する電極部の温度は低くなり、易電子放射物質が発光管内に飛散することは防止できるが、易電子放射物質の含有量が少なすぎるため、グロー放電を生じさせるのに必要な始動電圧を低下させる効果が十分でなかった、と考えられる。
【００４５】
また、図５の表によれば、易電子放射物質を始動補助部にのみ含有した場合（実施例４、６、８、１０、１１、１４、１６、１８、２０、２２）は、易電子放射物質を軸部および始動補助部の両方に含有した場合（実施例３、５、７、９、１２、１３、１５、１７、１９、２１）に比して、さらにランプ寿命を延ばせることが確認された。この理由は、以下のように考えられる。
すなわち、始動補助部の仕事関数が、軸部の仕事関数に比して低下するため、グロー放電を生じさせるのに必要な始動電圧を低く抑えることができる。しかも、始動補助部をコイル形状とすることによって、始動補助部の熱容量を小さくできるとともに、コイルのピッチ同士の隙間に放電が集中し易くなるため、始動補助部の温度を速やかに上昇させることができる。これにより、グロー放電の生じている時間を大幅に短縮して、速やかに放電起点が陰極の先端に移行して、熱アーク放電に移行させることができるため、主としてグロー放電時に生じる、陰極に加えられるイオンスパッタや熱衝撃によって陰極を構成するタングステンが飛散する、という問題を良好に解決することができる。
【００４６】
さらには、グロー放電の起点が、軸部の先端近傍に設けられた始動補助部となるため、放電の起点が軸部の基端部側に近い箇所となる場合に比して、放電が発光管の内壁を舐めることに起因して発光管１の内壁に黒化が生じることもない。
【００４７】
なお、図５の表においては、易電子放射物質としてイットリウム、ランタンを使用した場合についての実験結果を示しているが、その他にも、例えばセリウム、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ジルコニウムなど、タングステンより仕事関数が低い易電子放出物質を使用した場合にも同等の結果を得ることができる。
【００４８】
〔体積および濃度の測定方法〕
以下に、本発明において規定する、突出部（３４、６５）の体積Ｖ１（ｍｍ３）、封止部内に埋設された電極の埋設部分（３５，６６）の体積Ｖ２（ｍｍ３）および、突出部（３４、６５）における易電子放射物質の濃度Ａ（ｗｔ％）の測定方法を説明する。
【００４９】
（電極体積の測定方法）
（１）  電極を目視することにより、石英ガラスとの距離が３００μｍ以下の部分を埋設部とする。目視によることが困難な場合は、投影機、光学顕微鏡、ＳＥＭなどにより、突出部と封止部に埋設している部分との境界を定める。
（２）  電極から、突出部を切り取る。
（３）  突出部と封止部に埋設している部分との境界から、寸法に基づいて発光管内に突出する電極体積Ｖ１（ｍｍ３）、封止部内に埋設された電極体積をＶ２（ｍｍ３）を算出した。
【００５０】
（濃度の測定方法）
（１）  電極から、突出部を切り取る。
（２）  不純物を取り除くため、電極表面をＨＣｌ溶液にて洗浄する。
（３）  エッチング後の突出部の重量を秤や電子天秤により測定する。
（４）  エッチングした後の突出部をＨＮＯ３＋Ｈ２Ｏ２溶液に溶解させる。誘導結合高周波プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ発光分光分析）により、この溶液中に含まれる易電子放射物質の濃度を測定し、これを基にして重量に換算する。
（５）  （４）で得た重量値を（３）で得た重量値で割ることによって、突出部における易電子放射物質の濃度（ｗｔ％）を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超高圧水銀ランプの正面断面図を示す。
【図２】本発明の第３の実施形態に係る超高圧水銀ランプの正面断面図を示す。
【図３】図１の要部拡大図を示す。
【図４】図２の要部拡大図を示す。
【図５】本発明の効果をした記載した表を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１        発光管
２        陽極
３        陰極
４ａ        金属箔
４ｂ        金属箔
５ａ      外部リード
５ｂ      外部リード
６        電極
１１      発光部
１２ａ    封止部
１２ｂ    封止部
３１      軸部
３２      始動補助部
３３      突出軸部
３４      突出部
３５      埋設部分
６３      始動補助部
６４      軸部
６４ａ    塊状部
６４ｂ    突起部
６５      突出部
６６      埋設部分
【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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