(57)【要約】【課題】発光管を反射鏡に固着するアライメント時と、口金を固着する口金付け時との二回に分けてセメントを注入することに起因する石英バルブのクラックの発生を抑制することができ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、石英バルブを用いる発光管が反射鏡のネック部に一回目のセメントの注入によって固着されるとともに、発光管のネック部端部に口金が二回目のセメントの注入によって固着される超高圧水銀ランプにおいて、注入後の一回目のセメント及び二回目のセメントの外径をａ、注入後の一回目のセメント及び二回目のセメントの合計の軸方向の深さをｂ、発光管の口金が固着される付近の石英バルブの外径をｃとするとき、  １．３＜ａ／ｃ＜２．４              （１）  ０．５＜ｂ／ｃ＜１．６              （２）の関係を満たすものである。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英バルブを用いる発光管が反射鏡のネック部に一回目のセメントの注入によって固着されるとともに、前記発光管の前記ネック部端部に口金が二回目のセメントの注入によって固着される超高圧水銀ランプにおいて、
注入後の前記一回目のセメント及び前記二回目のセメントの外径をａ、注入後の前記一回目のセメント及び前記二回目のセメントの合計の軸方向の深さをｂ、前記発光管の前記口金が固着される付近の前記石英バルブの外径をｃとするとき、
１．３＜ａ／ｃ＜２．４              （１）
０．５＜ｂ／ｃ＜１．６              （２）
の関係を満たすことを特徴とする超高圧水銀ランプ。
【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】
図８は従来の超高圧水銀ランプ２００の概念図である。従来の超高圧水銀ランプ２００は、内面に凹面反射鏡として働く面が形成された反射鏡２０３を備えている。反射鏡２０３の凹面反射鏡の底部に当たる位置の外面には、円筒状の突出部、すなわちネック部２０３ｂが形成されている。超高圧水銀ランプ２００の発光管２０２は円柱状の外形を有し、発光管２０２の一端が、反射鏡２０３の底部からネック部２０３ｂを貫通し、ネック部２０３ｂの内壁との間に封入されたセメント２１８によって、口金２１５とともに固定されている。反射鏡２０３の開口部２０３ａには、前面ガラス２１９が嵌められている（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２００４−３４９１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、超高圧水銀ランプ２００の発光管２０２は円柱状の外形を有し、発光管２０２の一端が、反射鏡２０３の底部からネック部２０３ｂを貫通し、ネック部２０３ｂの内壁との間に封入されたセメント２１８によって、口金２１５とともに固定されている。この場合、セメント２１８による発光管２０２と口金２１５の固着は、二回に分けて行われる。先ず、発光管２０２が、モリブデン箔を石英バルブで封止した後、反射鏡２０３に組み込む際に、１回目のセメント２１８による固着がなされる（アライメント時）。さらに、口金２１５を固定する際に、２回目のセメント２１８による固着がなされる（口金付け時）。
【０００５】
上述の一回目、二回目のセメント２１８は、同じ種類のものであるが、口金付け工程において二回目のセメント２１８が注入され、オーブンで乾燥される際に、均一性等（粒径、分布等）のバラツキにより線膨張係数が異なり、一回目と二回目のセメント２１８の境界近傍の石英バルブは、せん断応力を受けて石英バルブにクラックが発生するという課題があった。
【０００６】
尚、超高圧水銀ランプ２００の製造工程以外においても、例えば、点灯／消灯時に１回目と２回目のセメント２１８の境界近傍の石英バルブは、熱応力（せん断応力）を受けていると考えられる。
【０００７】
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、発光管を反射鏡に固着するアライメント時と、口金を固着する口金付け時との二回に分けてセメントを注入することに起因する石英バルブのクラックの発生を抑制することができ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】
【０００８】
この発明に係る超高圧水銀ランプは、石英バルブを用いる発光管が反射鏡のネック部に一回目のセメントの注入によって固着されるとともに、発光管のネック部端部に口金が二回目のセメントの注入によって固着される超高圧水銀ランプにおいて、
注入後の一回目のセメント及び二回目のセメントの外径をａ、注入後の一回目のセメント及び二回目のセメントの合計の軸方向の深さをｂ、発光管の口金が固着される付近の石英バルブの外径をｃとするとき、
１．３＜ａ／ｃ＜２．４              （１）
０．５＜ｂ／ｃ＜１．６              （２）
の関係を満たすものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る超高圧水銀ランプは、注入後の一回目のセメント及び二回目のセメントの外径をａ、注入後の一回目のセメント及び二回目のセメントの合計の軸方向の深さをｂ、発光管の口金が固着される付近の石英バルブの外径をｃとするとき、
１．３＜ａ／ｃ＜２．４              （１）
０．５＜ｂ／ｃ＜１．６              （２）
の関係を満たすことにより、一回目のセメントと二回目のセメントとの境界付近における石英バルブのクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１を示す図で、超高圧水銀ランプ１００において発光管２を反射鏡３にセメント１８ａを用いて固着した状態を示す概念図。
【図２】実施の形態１を示す図で、超高圧水銀ランプ１００において口金１５を発光管２にセメント１８ｂを用いて固着した状態を示す概念図。
【図３】図２のＡ部拡大図。
【図４】実施の形態１を示す図で、セメント１８ａとセメント１８ｂとの界面を示す図。
【図５】実施の形態１を示す図で、セメント１８ａとセメント１８ｂとの界面付近の石英バルブのクラックを示す図。
【図６】実施の形態１を示す図で、超高圧水銀ランプ１００の反射鏡３のネック部３ｂ付近の概念図。
【図７】実施の形態１を示す図で、石英バルブのクラックの発生の抑制に効果があるセメント容積の領域を示す図。
【図８】従来の超高圧水銀ランプ２００を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
現状、超高圧水銀ランプは、Ｍｏ（モリブデン）箔を石英バルブで封止して、アライメントの際反射鏡内に発光管並びに口金をセメントで固着する。セメントによる固着は、発光管の反射鏡への固着と、口金の固着との二回に分けて行われる。その際、一回目のセメントと二回目のセメントとの界面付近の石英バルブにクラックが発生する現象が見られる。
【００１２】
先ず、上記クラックが発生する現象について説明する。図１は実施の形態１を示す図で、超高圧水銀ランプ１００において発光管２を反射鏡３にセメント１８ａを用いて固着した状態を示す概念図である。超高圧水銀ランプ１００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１８ａにより固着される。発光管２の中心軸が、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、発光部の中心が反射鏡３の焦点となる状態で固着される。
【００１３】
発光管２については一般的な構成であるので、詳細な説明は割愛する。発光管２は、一対の電極システム（図示せず）を備える。電極システムは、電極、箔、リード線等を備える。発光管２（石英バルブ２０）内には、図示しない水銀と希ガス（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る。
【００１４】
図２は実施の形態１を示す図で、超高圧水銀ランプ１００において口金１５を発光管２にセメント１８ｂを用いて固着した状態を示す概念図である。発光管２の両端部が、石英バルブ２０を加熱・溶融することで封止られた後、口金１５が反射鏡３のネック部３ｂ側端部に、セメント１８ｂにより固着される。セメント１８ｂは、発光管２を反射鏡３のネック部３ｂに固着するセメント１８ａと同じものである。
【００１５】
図３は図２のＡ部拡大図である。口金１５の固着工程で、二回目のセメント１８ｂが注入されてオーブンで乾燥される際に、セメント１８ａとセメント１８ｂとは同じ種類のセメントではあるが均一性等のバラツキにより線膨張係数も異なり、セメント１８ａとセメント１８ｂとの境界（界面）近傍の石英バルブ２０はせん断応力を受けていると考えられる。
【００１６】
セメント１８ａ，１８ｂと石英バルブ２０との線膨張係数を比較すると、セメント１８ａ，１８ｂの方が約２０倍大きい。従って、セメント１８ａ，１８ｂの乾燥時、もしくは点灯・消灯時において、セメント１８ａ，１８ｂの体積の変化により石英バルブ２０に応力が加わる（反射鏡３のネック部３ｂの内側の容積は、線膨張係数の違いにより、セメント１８ａ，１８ｂに比べると温度による変化は少ないので、例えば、乾燥時にセメント１８ａ，１８ｂは軸方向もしくは内側に膨張する）。
【００１７】
そのため、口金１５の固着工程で、二回目のセメント１８ｂが注入されてオーブンで乾燥される際に、セメント１８ａとセメント１８ｂとは同じ種類のセメントではあるが均一性等のバラツキにより線膨張係数も異なり、セメント１８ａとセメント１８ｂとの境界（界面）近傍の石英バルブ２０はせん断応力を受けていると考えられる。
【００１８】
図３に示すように、セメント１８ａとセメント１８ｂとの境界（界面）近傍の石英バルブ２０はせん断応力を受けて、クラック３０が発生する。
【００１９】
図４、図５は実施の形態１を示す図で、図４はセメント１８ａとセメント１８ｂとの界面を示す図、図５はセメント１８ａとセメント１８ｂとの界面付近の石英バルブ２０のクラックを示す図である。実際に、製品（超高圧水銀ランプ１００）を分解して観察したところ、図４に示すセメント界面付近に、石英バルブ２０表面にクラックが発生していた（図５参照）。
【００２０】
図６、図７は実施の形態１を示す図で、図６は超高圧水銀ランプ１００の反射鏡３のネック部３ｂ付近の概念図、図７は石英バルブ２０のクラックの発生の抑制に効果があるセメント容積の領域を示す図である。
【００２１】
本実施の形態の超高圧水銀ランプ１００は、反射鏡３に注入するセメントの容積を減らすことにより、上述したセメント界面付近の石英バルブ２０表面にクラックが発生するのを抑制する。
【００２２】
既に述べたように、セメント１８ａ，１８ｂと石英バルブ２０との線膨張係数の違いにより、セメント１８ａ，１８ｂの乾燥時、もしくは点灯・消灯時において、セメント１８ａ，１８ｂの体積の変化により石英バルブ２０に応力が加わる。
【００２３】
セメント（セメント１８ａ，１８ｂ）の膨張の割合は、セメントの体積に比例するため反射鏡３の変形がないと仮定すると、熱応力もセメントの体積に比例すると考えられる。
【００２４】
発光管２が反射鏡３に対して常に軸方向の中心あるとは限らず、石英バルブ２０周りのセメント（セメント１８ａ，１８ｂ）の容積分布も偏りがあり、石英バルブ２０の受ける熱応力にも偏りが発生する場合がある。
【００２５】
これらの石英バルブ２０が受ける熱応力のバラツキにより、一部に石英バルブ２０の強度を超えるせん断応力を受けることになりクラックが発生すると考えられる。
【００２６】
又、固体の体積膨張率Ｂと物体の線膨張係数αの関係は、Ｂ＝３αであることから、反射鏡３に注入するセメント（セメント１８ａ，１８ｂ）の容積を減らすことは、石英バルブ２０の受ける熱応力の低減に効果があると考えられる。
【００２７】
図６において、セメント（セメント１８ａ，１８ｂ）及び発光管２の諸元を以下のように定義する。
（１）注入後のセメント（セメント１８ａ，１８ｂ）の外周の直径をａ［ｍｍ］（セメントの形状は円筒とする）；
（２）セメント（セメント１８ａ，１８ｂ）の深さ（軸方向の長さ）をｂ［ｍｍ］；
（３）発光管２の外径をｃ。
【００２８】
一例として、セメントの直径ａを１３ｍｍから１２ｍｍに変更し、セメントの深さｂを９．５ｍｍから８．０ｍｍに変更することで、石英バルブ２０のクラックの発生が少なくることが確認できた。ここで、石英バルブ２０の素管の外径ｃは、６ｍｍである（封止部はこれよりも小さくなる）。
【００２９】
仮に、封止部における石英バルブ２０の外径ｃを５ｍｍとし、上記の結果は、封止部における石英バルブ２０の外径ｃを基準にすると、以下のようになる。
ａ／ｃ＝１３／５＝２．６→ａ／ｃ＝１２／５＝２．４
ｂ／ｃ＝９．５／５＝１．９→ｂ／ｃ＝８．０／５＝１．６
【００３０】
即ち、ａ／ｃ＜２．４、且つｂ／ｃ＜１．６とすることで、石英バルブ２０のクラックの発生の抑制に効果がある。但し、ａ／ｃが小さすぎると、反射鏡３と発光管２との接着強度が不十分となる。反射鏡３と発光管２との接着強度の点から、１．３＜ａ／ｃを満たす必要がある。従って、石英バルブ２０のクラックの発生を抑制するために、ａ／ｃは、下記の（１）式を満たす必要がある。
１．３＜ａ／ｃ＜２．４              （１）
【００３１】
さらに、ｂ／ｃが小さすぎると、反射鏡３及び口金と発光管２との接着強度が不十分となる。反射鏡３及び口金と発光管２との接着強度の点から、０．５＜ｂ／ｃを満たす必要がある。従って、石英バルブ２０のクラックの発生を抑制するために、ａ／ｃは、下記の（２）式も満たす必要がある（ａｎｄ条件）。
０．５＜ｂ／ｃ＜１．６              （２）
【００３２】
上記（１）式と、（２）式とを満たす領域は、図７に示す「好ましい領域」となる。
【００３３】
以上のように、注入後のセメント（セメント１８ａ，１８ｂ）の外周の直径をａ［ｍｍ］、セメント（セメント１８ａ，１８ｂ）の深さ（軸方向の長さ）をｂ［ｍｍ］、発光管２の外径をｃとすると、１．３＜ａ／ｃ＜２．４、且つ０．５＜ｂ／ｃ＜１．６の関係を満たすように構成することにより、石英バルブ２０のクラックの発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３４】
２  発光管、３  反射鏡、３ａ  開口部、３ｂ  ネック部、１５  口金、１８ａ  セメント、１８ｂ  セメント、２０  石英バルブ、３０  クラック、１００  超高圧水銀ランプ、２００  超高圧水銀ランプ、２０２  発光管、２０３  反射鏡、２０３ａ  開口部、２０３ｂ  ネック部、２１５  口金、２１８  セメント、２１９  前面ガラス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図５】
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