JP2001325918A

JP2001325918A - 高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP2001325918A
Application number: JP2000140903A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Kitahara; 良樹北原; Yasushi Tsutaya; 恭蔦谷; Toshiyuki Shimizu; 敏行清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: US20030020394A1; JP3327896B2; EP1154463B1; DE60126704T2; CN1201372C; CN1342993A; US6593692B2; EP1154463A1; DE60126704D1

Abstract

(57)【要約】【課題】電極間距離（Ｄｅ）を１．５ｍｍ以下とし
た、従来よりアーク長の短いショートアーク型の高圧放
電ランプでありながら、３０００時間以上の長寿命を実
現し、かつ、アークジャンプ現象を抑制できる高圧放電
ランプを提供する。【解決手段】電極先端部１２４を、電極軸１２２と、
当該電極軸１２２の先端部周囲に巻回されたコイル１２
３とを溶融、加工することにより凸曲面形状をなすよう
に形成するとともに、当該凸曲面形状部分の厚み（ｄ
ｅ）及び径（φｅ）が、ランプ入力（Ｗ）に対応してそ
れぞれ所定の範囲内となるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電ランプに
関し、特に、電極間距離を従来より短くしたショートア
ーク型の高圧放電ランプに用いる電極の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶プロジェクタ等の投射型画像
表示装置の開発、展開が活発に図られている。係る投射
型画像表示装置には点光源に近い高輝度の光源が必要で
あり、一般的にショートアーク型の超高圧水銀ランプや
メタルハライドランプなどの高圧放電ランプが用いられ
ている。

【０００３】従来より、投射型画像表示装置用の光源と
して採用されていたショートアーク型の超高圧水銀ラン
プやメタルハライドランプでは、ロングアーク型の一般
照明用高圧放電ランプと同一構成のタングステン電極が
用いられてきた。係る従来の電極の一例を図７に示す。
同図に示される電極９０１は、通常タングステンから成
る電極棒９０２と、線径の細いタングステン線のコイル
９０３とから構成されている。

【０００４】ところが、このような電極９０１を用いた
ショートアーク型高圧放電ランプでは、発光時に電極９
０１の先端部が過度に加熱することによるタングステン
の溶融、蒸発とそれによる発光管内部の黒化の発生、電
極先端部の変形、損耗などが避けられず、ランプの長寿
命化が難しいことがわかってきたため、これを解決する
ための電極の改良が種々検討された。

【０００５】高圧放電ランプの長寿命化を図るための改
良技術として、電極先端部を半球状の凸曲面をなすよう
な形状に溶融加工した電極（以下、このように先端部が
凸曲面形状を有する電極を「改良電極」という。）が提
案されており、例えば、特許第２８２０８６４号公報や
特開平１０―９２３７７号公報に係る改良電極に関する
技術が開示されている。図８は係る従来の改良電極につ
いて説明するための図である。同図に示される電極９１
１は、図８（ａ）に示されるように、まずタングステン
電極棒９１２にタングステン線コイル９１３を装着し、
次いで電極棒９１２の先端部及びコイル９１３の一部
を、放電加工の方法により溶融加工して、同図８（ｂ）
に示されるように、形状がほぼ半球状の凸曲面をなす電
極先端部９１４を形成する、というプロセスにより製造
されるものである。

【０００６】この電極９１１の特徴は、前記コイル９１
３の一部が溶融加工されて電極先端部９１４を形成して
いることにより、発光時の前記電極先端部９１４の熱が
前記コイル９１３へと速やかに伝導されて、前記電極先
端部９１４の温度が低下するところにあり、これによ
り、タングステンの溶融、蒸発とそれによる発光管内部
の黒化の発生、電極先端部の変形、損耗などを抑制し、
ランプの長寿命化を図っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】投射型画像表示装置に
用いるショートアーク型高圧放電ランプの最近の開発に
おいては、（１）スクリーン面上の輝度向上、（２）標
準的に用いるべきスクリーンの面積が種々異なる多様な
投射型画像表示装置の展開に対応するための、ランプ入
力が５０Ｗから４００Ｗ程度までの間でのランプ品種の
拡充、という二つの目標がある。上記（１）の目標を達
成するための一つのアプローチとして、特に反射ミラー
系と組み合わせたときの光利用効率を高めるために、電
極間距離（Ｄｅ）を、従来の１．５ｍｍを超えて２．５
ｍｍ以下の範囲から、１．５ｍｍ以下へと短縮した、従
来より電極間距離の短いショートアーク型高圧放電ラン
プの開発が進められているが、このように電極間距離を
短くした高圧放電ランプには大きく二つの問題点があ
る。ひとつは、前記した電極先端部の変形、損耗が一層
増大して発光管内部の黒化が促進され、その結果、ラン
プの寿命が短くなることであり、更に、もう一つの固有
の問題として、アークジャンプ現象が、より顕著に発生
することが明らかとなってきた。

【０００８】ここでアークジャンプ現象について説明す
る。図９はアークジャンプ現象について説明するための
図である。アークジャンプ現象とは、同図に示すよう
に、当初は定常点灯時において電極先端の中心付近に形
成されていた電極輝点（陰極動作時に電子電流が放射さ
れる箇所）が、ランプのエージングについて一ヶ所に安
定しなくなり、無秩序に動き回る現象をいい、このアー
クジャンプ現象が発生すると、放電アークが、反射ミラ
ー系と組み合わされたランプユニットの光軸から外れる
ために、係るランプユニットで照射されたスクリーン面
上の輝度が大きく変動するという問題を誘発するもので
ある。

【０００９】以上に説明したように、従来より電極間距
離を短くしたショートアーク型の高圧放電ランプの開発
においては、特に（１）３０００時間以上の長寿命、
（２）アークジャンプ現象の発生によるスクリーン面上
の輝度変動が抑制された高品質のランプ特性という二つ
の技術的課題を解決することが要請されている。本発明
は、以上のような技術的課題を解決するために成された
ものであって、電極間距離（Ｄｅ）を１．５ｍｍ以下と
した、従来より電極間距離の短いショートアーク型高圧
放電ランプにおいて、３０００時間以上の長寿命を実現
し、かつ、スクリーン面上の輝度変動を抑制した高品質
のショートアーク型高圧放電ランプを提供することを目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下、本願発明者らが本
願発明に到達した経緯等について説明する。まず、本願
発明者らは、電極間距離（Ｄｅ）を１．５ｍｍ以下と従
来よりも短くしたショートアーク型の高圧放電ランプで
あって、ランプ入力を５０Ｗから４００Ｗの範囲とした
高圧放電ランプの品種の拡充を図るにあたり、上記二つ
の技術的課題を解決する手段について種々検討した。最
初に、例えば図７に示したような従来の電極を用いて、
電極設計や封入物組成を変えるなどの種々の検討を行っ
たが、発光時間が長くなるにつれての電極先端部の変
形、損耗が激しく、ランプの長寿命化とアークジャンプ
現象の抑制という二つの技術的課題を併せて解決できる
有効な手段は見出せなかった。

【００１１】次に、図８（ｂ）に示したような改良電極
を用いて、ランプの寿命を改善し、併せてアークジャン
プ現象の発生を抑制できる有効な手段を探索した。とこ
ろが、ランプ品種ごとに上記二つの技術的課題であるラ
ンプの寿命の改善とアークジャンプ現象の抑制に共に適
応できる前記改良電極の最適構成を規定することは極め
て困難であった。上記二つの課題のうちいずれか一方に
適応した電極構成は、必ずしも他方の課題には適応しな
いことが判明したからである。

【００１２】しかしながら、本願発明者らは、さらに前
記改良電極を用いて上記二つの技術的課題を解決する手
段を探索し、その結果として、ランプの寿命を改善し、
併せてアークジャンプ現象の発生を抑制できる電極の最
適構成を規定する本願発明に到達したものである。即
ち、上記目的を達成するために、本発明に係る高圧放電
ランプは、両端部に封止部を有する発光管の発光空間内
に、二本の電極が所定の電極間距離（Ｄｅ）を隔てて対
向するように前記封止部からそれぞれ延出されてなる高
圧放電ランプにおいて、前記電極間距離（Ｄｅ）は０．
５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、前記発光空間内の水
銀蒸気圧が、定常点灯状態において１５ＭＰａ以上３５
ＭＰａ以下となるように封入する水銀の量が規定されて
おり、前記電極の先端部は、電極軸と、当該電極軸の先
端部周囲に巻回されたコイルとを溶融加工することによ
り凸曲面形状をなすようにされているとともに、当該凸
曲面形状部分の厚み（ｄｅ）及び径（φｅ）が、ランプ
入力（Ｗ）に対応してそれぞれ所定の範囲内となるよう
に規定されていることを特徴としている。

【００１３】上記所定の範囲はランプ入力（Ｗ）によっ
て異なるが、電極先端部の凸曲面形状部分の厚み（ｄ
ｅ）及び径（φｅ）が、本願発明者らが規定した範囲内
となるようにすることで、種々のランプ入力に対応して
ランプの寿命の改善を図るとともに、アークジャンプ現
象の発生を抑制し、もってスクリーン上の輝度変動を抑
制することが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高圧放電ラン
プの実施の形態について、図面を参照しながら説明す
る。図１は、本発明の実施の形態に係る超高圧水銀ラン
プの構成を示す図である。同図に示されるように、本実
施の形態の超高圧水銀ランプは、発光管１０１内の放電
空間１１１において、二本の電極１０２、１０３が所定
の電極間距離（Ｄｅ）をもって対向するように、それぞ
れが放電空間１１１両端の封止部１０４及び１０５から
放電空間１１１内へと延出した構造を有している。電極
１０２及び１０３は、いずれも前記した改良電極と同様
の基本構成を有するものであり、ランプの長寿命化とア
ークジャンプ現象の発生を抑制すべく、ランプ入力
（Ｗ）に対応して最適な構成に規定されたものが用いら
れる。当該最適構成の規定の詳細については、本願発明
の骨子を成すものであるので、後に詳細に説明する。

【００１５】発光管１０１は、容囲器が石英で構成され
ており、ほぼ回転楕円体形状を有している。一対のタン
グステン電極１０２及び１０３は、発光管１０１の封止
部１０４及び１０５のそれぞれにおいてモリブデン箔１
０６及び１０７を介して気密封着されており、モリブデ
ン箔１０６及び１０７は、さらにそれぞれ外部モリブデ
ンリード線１０８及び１０９に接続されている。本実施
の形態では、発光管１０１の全長（Ｌ₀）は３０〜１０
０ｍｍ、最大外径（Ｄ₀）は５〜２０ｍｍ、発光空間１
１１の最大内径Ｄｉは２〜１４ｍｍである。

【００１６】ここで、前記タングステン電極１０２及び
１０３の間の電極間距離（Ｄｅ）は、従来は１．５ｍｍ
を超えて２．５ｍｍまでの範囲に設定されていたもので
あるが、本願発明の高圧放電ランプでは、ランプの光利
用効率をより高めてスクリーン面上の輝度向上を図るた
めに、前記電極間距離（Ｄｅ）の値を０．５ｍｍから
１．５ｍｍの範囲に規定している。

【００１７】発光空間１１１内部には、発光物質である
水銀１１０、及び始動補助用としてのアルゴン、クリプ
トン、キセノンなど希ガスと、併せて沃素、臭素などの
ハロゲンが封入されている。本実施の形態では、水銀１
１０の封入量は発光空間１１１内の容積あたり１５０〜
３５０mg／cm^３（ランプ定常点灯時の水銀封入圧力にし
て約１５〜３５ＭＰａに相当する。）の範囲に規定さ
れ、希ガスのランプ冷却時の封入圧力は１０〜１０００
ＫＰａの範囲に設定されている。

【００１８】なお、前記ハロゲンとしては通常１０^−９
〜１０^−５ｍｏｌ／ｃｍ^３の範囲の臭素が用いられてお
り、これはいわゆるハロゲンサイクル作用により、電極
から蒸発して発光管１０１内面に付着したタングステン
を元の電極に戻して発光管の黒化を抑制する機能を果た
すために封入されている。更に、前記発光管１０１の管
壁負荷Ｗｅ（ランプ入力を前記発光管１０１の容囲器全
内表面積で除した値）は、石英発光管で得られる最高に
近いランプ効率を実現するために、０．８Ｗ／ｍｍ^２以
上の比較的高い範囲に設定されている。つまり、高圧放
電ランプのランプ効率は基本的に管壁負荷Ｗｅと共に上
昇するので、ランプ効率を高めるためにＷｅ値は、定常
点灯で石英発光管に許容できる限界温度（約１３５０
Ｋ）に相当する範囲まで高められている。

【００１９】一方、図２に示すように、完成ランプ２０
０は前記発光管１０１の片方の管端部に口金１２０が装
着されて構成されており、更に当該完成ランプ２００に
反射ミラー２１０が装着されてランプユニット３００が
構成される。前記したように、本願発明者らは、図１に
示した基本的構造をもつ発光管１０１を用いて、ランプ
入力５０Ｗ〜４００Ｗの範囲で、従来より電極間距離
（Ｄｅ）を短くした高圧放電ランプの品種の拡充を図る
ための開発に取組んだのであるが、開発にあたり、ラン
プの長寿命の実現とアークジャンプ現象の抑制という二
つの技術的課題を併せて解決する手段を見い出すため
に、まず上記二つの問題の発生状態と前記電極１０２及
び１０３の構成との相関関係について検討した。

【００２０】まず、本検討において用いた電極１０２及
び１０３の基本構成及び製造方法について説明する。電
極１０２及び１０３は、図８（ｂ）に示した改良電極と
同じ基本構成を有するものであり、図３に示すように
（１）タングステンから成る電極軸１２２にタングステ
ン線の２層巻コイル１２３を装着、固定し（図３（ａ）
参照）、（２）次いで前記電極軸１２２と前記タングス
テン２層巻コイル１２３の先端部を、アルゴンプラズマ
溶接装置を用いた放電加工方法により、半球状の凸曲面
の形状をなす電極先端部１２４に溶融、加工する（図３
（ｂ）参照）、という製造プロセスで製作したものであ
る。

【００２１】図４は、本実施の形態において前記放電加
工方法に用いたアルゴンプラズマ溶接装置の基本構成を
模式的に示す図である。同図に示されるように、アルゴ
ンプラズマ溶接装置４００には、陰極４０１が設けられ
ており、電極１０２及び１０３の溶融加工を行うに際し
ては、線径０．２ｍｍのタングステン２層巻コイル（コ
イル巻数８ターン）１２３を装着した線径０．４ｍｍの
タングステンの電極軸１２２が、所定の距離をおいて前
記陰極４０１に対向するようにして設置される。以下、
電極製造プロセスについて、より詳細に説明する。

【００２２】本実施の形態の電極製造プロセスでは、電
極軸１２２及びコイル１２３の先端から、アルゴンプラ
ズマ溶接装置４００の陰極４０１の先端までの距離を
１．０ｍｍに設定、保持してアーク放電による溶融、加
工を行う。この溶融、加工プロセスは複数回の間欠的な
アーク放電により行い、アーク放電の合間に少なくとも
１回の冷却期間を設ける。例えば複数回のアーク放電に
よる溶融加工プロセスを、各溶融加工プロセスの間に冷
却時間を設けつつ間欠的に行う。

【００２３】本実施の形態で用いた間欠的溶融加工プロ
セスの詳細は、例えば以下の通りである。即ち、１回目
の溶融加工プロセスは、所定のアーク電流（例えば２６
Ａ）による所定時間（例えば５０ｍ秒間）のアーク放電
を、所定の時間間隔（例えば０．４秒）をおいて所定回
数（例えば３回）連続して行うことによってなされる。
この３回のアーク放電により電極軸１２２及びコイル１
２３の先端部はほぼ半球状に成形されるが、完全な半球
状ではない。

【００２４】その後、約３秒間の冷却時間をおくことに
より、電極軸１２２及びコイル１２３の先端は、アーク
放電により赤熱された状態から、金属色を呈する状態へ
と戻る。なお、この冷却とは、何らかの手段を用いた強
制冷却でもよいし、自然冷却としてもよいが、本実施の
形態では自然冷却としている。その後、２回目の溶融加
工を行う。この２回目の溶融加工のアーク電流、アーク
放電の時間、時間間隔及び放電回数については、１回目
と同様に行ってもよいし、回数のみ変更して行うように
してもよい。本実施の形態では、放電回数のみ２回に変
更した。これにより電極軸１２２及びコイル１２３の先
端は、再度赤熱されて溶融し、完全な半球状にさらに近
づく。

【００２５】そして再度３秒間の冷却期間をおいた後、
３回目の放電加工を行う。本実施の形態では、３回目の
放電加工では放電回数を１回とした。さらに１．５秒間
の冷却期間をおいた後、これまでと同様に２６Ａのアー
ク電流による５０ｍ秒間のアーク放電を１回行うことに
より、４回目の溶融加工を行う。以上、４回の溶融加工
により、電極軸１２２及びコイル１２３の先端部は、ほ
ぼ完全な半球状に形成される。

【００２６】このように、１回ないし複数回のアーク放
電による溶融加工を、冷却時間をおきながら間欠的に行
うことにより、電極軸１２２及びコイル１２３の先端部
の温度上昇が全体的に一様となり、加工温度の制御が容
易となり、これにより、空孔や未溶融部分などの欠陥が
存在しない理想的な半球状の電極先端部１２４を安定し
て形成することができる。

【００２７】なお、電極軸１２２及びコイル１２３の材
料としては、その副成分組成Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、
Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｍ
ｏ、Ｕ及びＴｈの各元素の総含有量を１０ｐｐｍ以下に
抑えた、いわゆるノンドープの高純度タングステンを用
いた。このような高純度タングステン材料の採用によ
り、ランプの発光管黒化が抑制されて光束維持率などの
寿命特性が改善されることが知られているからである。

【００２８】以上のような電極１０２及び１０３を用い
て、本願発明者らは、まずランプ入力が１５０（Ｗ）の
高圧放電ランプについて、上記した二つの技術的課題、
即ち、ランプの高寿命化とアークジャンプ現象の抑制と
について検討を行った。ここで、本実施の形態の高圧放
電ランプの具体的設計について、より詳細に説明する。
ランプ入力１５０（Ｗ）のランプにおいては、電極間距
離（Ｄｅ）を１．１ｍｍに設定した。また、発光管１０
１内の定常点灯状態における水銀蒸気圧は２３ＭＰａ、
ランプ冷却時のアルゴン圧力を２０ＫＰａ、臭素封入量
を３×１０^−７ｍｏｌ／ｃｍ^３にそれぞれ設定した。な
お本実施の形態では、臭素はＣＨ_２Ｂｒ _２の組成で、臭
素分子（Ｂｒ₂）の封入量が上記した量となるように調
整して封入した。

【００２９】次に、ランプの寿命とアークジャンプ現象
の発生についての試験方法について説明する。本実施の
形態の検討では、発光管１０１からなる完成ランプ２０
０のエージング点灯を行い、エージング時間の経過につ
れてのランプの光束維持率（エージング時間１時間の時
点における光束値に対する比率）を測定してランプの寿
命を調べ、併せてアークジャンプ現象の発生状態を観測
した。前記完成ランプ２００のエージング点灯は、図２
に示したようなランプユニット３００に組み立てた状態
で、周波数１５０Ｈｚの矩形波点灯のフルブリッジ方式
電子安定器を用い、発光管１０１が略水平となるような
設置位置を保って、３．５時間点灯／０．５時間消灯の
サイクルで行った。

【００３０】なお、前記完成ランプ２００の光束維持率
はランプユニット３００により照射されたスクリーンの
面上における９点の平均照度で見積もり、ランプの光束
維持率が５０％まで低下したエージング時間をランプの
寿命とした。また、アークジャンプ現象の観測は、特定
のエージング時間（１００時間）経過後の前記完成ラン
プ２００を２時間点灯し、その間のアークジャンプ現象
の発生の有無を目視にて調べることで行なった。

【００３１】さて、本願発明者らは、ランプ入力１５０
（Ｗ）の前記完成ランプ２００に関して、電極１０２及
び１０３の構成と、ランプ寿命及びアークジャンプ現象
の発生状態との間の相関関係について詳細に検討した。
この検討においては、前記電極１０２及び１０３とし
て、図３（ｂ）に示すように、（１）電極軸１２２の線
径φｒ、（２）コイル１２３に用いたタングステン素線
の線径φｃ、（３）コイル１２３のターン数ｔｃ、
（４）溶融、加工により成形される前記電極先端部１２
４の寸法（厚み（ｄｅ）及び径（φｅ））の、４種類の
構成パラメータを種々変更したものを製作し、これらを
用いた試験ランプを用意した。

【００３２】なお、電極先端部１２４の厚み（ｄｅ）
は、上記溶融加工プロセスにおいて、アーク放電の放電
時間及びアーク電流を制御することにより変更すること
ができ、具体的には放電時間を長くし、アーク電流を大
きくすることにより上記厚み（ｄｅ）の値を大きくする
ことができる。また、電極先端部１２４の径（φｅ）
は、電極軸１２２の線径φｒ及びコイル１２３に用いる
タングステン素線の線径φｃを選択することにより変更
することができる。

【００３３】本実施の形態では、まず前記構成パラメー
タをそれぞれ、φｒ０．３６ｍｍ〜０．４４ｍｍ、φｃ
０．１８ｍｍ〜０．２２ｍｍ、ｔｃ６〜１０ターン、φ
ｅ０．８ｍｍ〜１．６ｍｍ×ｄｅ０．３ｍｍ〜１．２ｍ
ｍの範囲で種々変化させて検討を行ったところ、以下に
示すような知見が得られた。（１）ランプの光束維持率、すなわち寿命と、アークジ
ャンプ現象の発生状態は、前記四種類の構成パラメータ
のうち、主として電極先端部１２４の寸法（ｄｅ×φ
ｅ）に依存していることがわかった。つまり、前記電極
１０２及び１０３の電極としての機能は、基本的には電
極先端部１２４が果たしているといえる。

【００３４】（２）前記電極先端部１２４の寸法（ｄｅ
×φｅ）が増大するにつれて、前記した電極先端部１２
４の寸法の範囲においては、原則としてランプの光束維
持率は改善され、他方アークジャンプ現象は逆に発生し
易くなることがわかった。電極先端部１２４の寸法の増
大につれて基本的に前記電極先端部１２４の温度（Ｔ
ｅ）は低くなるので、光束維持率を改善する面からは前
記温度（Ｔｅ）はある特定値（Ｔｅ・ｍａｘ）以下に抑
え、他方アークジャンプ現象の抑制の面からは前記温度
（Ｔｅ）はある特定値（Ｔｅ・ｍｉｎ）以上に保つ必要
があるといえる。

【００３５】電極先端部１２４の温度が前記Ｔｅ・ｍａ
ｘの値より高くなると、電極先端部ｌ２４からのタング
ステン物質の蒸発が多くなり発光管の黒化が増大するた
めに、光束維持率が低下する。他方、電極先端部１２４
の温度が前記Ｔｅ・ｍｉｎの値より低くなると、放電ア
ークが前記電極先端部１２４の中心付近に安定して集束
できなくなるために、アークジャンプ現象が発生すると
考えられるからである。

【００３６】以上の検討より、本発明が目的とする、従
来よりアーク長を短くしたショートアーク型の高圧放電
ランプにおけるランプの寿命の改善と、併せてアークジ
ャンプ現象の抑制を実現するには、基本的に前記電極先
端部１２４の温度ＴｅをＴｅ・ｍｉｎ〜Ｔｅ・ｍａｘの
範囲に保つことが必要であるといえる。（３）本発明が目的とするランプ寿命は３０００時間以
上であり、併せてアークジャンプ現象の発生を実際上ほ
ぼ確実に抑制したランプを実現するには、具体的には、
前記電極先端部１２４の寸法を（φｅ１．０ｍｍ〜１．
３ｍｍ×ｄｅ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ）の範囲で規定す
ればよいことが本願発明者らの検討により明らかとなっ
た。この寿命に関する検討の結果を図５に示す。同図に
示されるようにφｅが０．９ｍｍ、ｄｅが０．４ｍｍの
場合には、累積点灯時間２０００時間で光束維持率が５
０％となり、本発明の目的である３０００時間の寿命を
実現できない。一方、φｅが１．３ｍｍを超え、またｄ
ｅが１．０ｍｍを超えるとアークジャンプ現象が発生す
ることが判明した。以上より、φｅ１．０ｍｍ〜１．３
ｍｍ×ｄｅ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が、前記電極
先端部１２４の温度範囲Ｔｅ・ｍｉｎ〜Ｔｅ・ｍａｘに
相当すると考えられる。

【００３７】以上に詳細に説明したように、本願発明者
らの検討により、本発明が目的とするショートアーク型
のランプに関しての二つの技術的課題であるランプ寿命
の改善及びアークジャンプ現象の抑制という問題を解決
する具体的な電極先端部１２４の構成パラメータ範囲を
規定することができた。なお、本願発明者らは、ランプ
入力１５０Ｗ以外の種々の場合について、電極先端部１
２４の最適構成を規定し、種々のランプ入力（Ｗ）の高
圧放電ランプの品種の拡充を検討するため、上記ランプ
入力が１５０Ｗのランプの場合と同様に、１５０Ｗ以外
の各ランプ入力の試験ランプを作製し、前記電極１０２
及び１０３に関して、ランプ寿命時間３０００時間でア
ークジャンプ現象を実際上ほぼ確実に抑制できる前記電
極先端部１２４の寸法（φｅ×ｄｅ）の範囲を規定する
ための検討を行った。検討の結果を、表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】電極間距離（Ｄｅ）は、最低ランプ入力５
０Ｗの場合の０．５ｍｍから、最高ランプ入力４００Ｗ
の場合の１．５ｍｍの範囲に設定した。ランプ入力１５
０（Ｗ）の場合と同様、ｄｅ及びφｅの最小値はランプ
寿命３０００時間を達成できる範囲から求め、最大値は
アークジャンプ現象が発生しない範囲から求めた。以上
の検討の結果、ランプ入力（Ｗ）ごとに、電極先端部１
２４の最適な寸法を規定することができた。図６は、表
１の結果をグラフにしたものである。同図に示されるよ
うに、ランプ入力（Ｗ）が大きくなるほどｄｅ、φｅの
最大値及び最小値はいずれも単調に増加していくという
傾向を示しており、同図６の斜線で示す範囲であれば、
今回検討したランプ入力（Ｗ）以外のランプについて
も、上記二つの技術的課題を解決することは可能であろ
うと考えられる。

【００４０】なお、上記表１では、ランプ入力５０Ｗの
場合に電極間距離（Ｄｅ）を０．５ｍｍとし、ランプ入
力が大きくなるに従って、電極間距離（Ｄｅ）も大きく
し、ランプ入力３００Ｗ以上の場合に電極間距離（Ｄ
ｅ）を１．５ｍｍとした場合について示している。この
ような電極間距離（Ｄｅ）としているのは、ランプ入力
（Ｗ）が小さい場合には一般的にはランプ形状も小さい
ものとなるところ、リフレクタと組合せて用いる場合に
はランプが小さくなるほど当該リフレクタも小さくなる
のが通常であるから、焦点位置を適切に合わせるために
は、ランプ入力（Ｗ）が小さいほど電極間距離（Ｄｅ）
を短くするのが好ましいからである。

【００４１】しかしながら、上記表１に示されたφｅ
（ｍｍ）及びｄｅ（ｍｍ）の値の範囲については、表１
に示される電極間距離（Ｄｅ）とした場合だけでなく、
いずれのランプ入力（Ｗ）の場合においても、電極間距
離（Ｄｅ）が０．５ｍｍから１．５ｍｍの範囲において
妥当するものである。即ち、例えばランプ入力５０Ｗの
場合で、電極間距離（Ｄｅ）を１．５ｍｍとしたような
場合でも、電極先端部の形状を、上記表１に示されたφ
ｅ（ｍｍ）及びｄｅ（ｍｍ）の範囲に規定することによ
り、本願発明の効果であるランプの長寿命化とアークジ
ャンプ現象の抑制を実現することができる。

【００４２】以上のように、本発明による半球状の凸曲
面の形状をなすように加工された電極先端部１２４の寸
法（φｅ×ｄｅ）をランプ入力（Ｗ）ごとに所定の範囲
に規定することにより、ランプの寿命が改善され、併せ
てエージングにつれてのアークジャンプ現象の発生も実
際上ほぼ確実に抑制されて、目的とするように、従来よ
りもアーク長の短いショートアーク型でありながら、寿
命時間３０００時間以上でスクリーン面上の輝度変動が
ない高品質の高圧放電ランプの品種拡充を行うことが可
能であることが明らかとなった。なお、本実施の形態で
は、電極先端部１２４の溶融加工にアルゴンプラズマ放
電装置を用いたが、他の方法、例えばレーザを用いた溶
融加工をすることもできる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る高圧放電ラ
ンプによれば、前記電極間距離（Ｄｅ）を０．５ｍｍ以
上１．５ｍｍ以下とし、発光空間１１１内の水銀蒸気圧
が、定常点灯状態において１５ＭＰａ以上３５ＭＰａ以
下となるように封入する水銀の量が規定した上、電極の
先端部は、電極軸と、当該電極軸の先端部周囲に巻回さ
れたコイルとを溶融加工することにより凸曲面形状をな
すようにされているとともに、当該凸曲面形状部分の厚
み（ｄｅ）及び径（φｅ）が、ランプ入力（Ｗ）に対応
してそれぞれ所定の範囲内となるように規定されている
ので、従来よりも電極間距離の短いショートアーク型の
高圧放電ランプにおいて、ランプ入力（Ｗ）ごとに、そ
れぞれ長寿命を実現するとともに、アークジャンプ現象
が抑制できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る超高圧水銀ランプの
構成を示す図である。

【図２】ランプユニット３００の構成を示す図である。

【図３】本実施の形態において用いた電極１０２及び１
０３の基本構成について説明するための図である。

【図４】本発明の実施の形態において電極先端部の放電
加工に用いたアルゴンプラズマ溶接装置の基本構成を模
式的に示す図である。

【図５】ランプ入力１５０Ｗの場合に、ｄｅ及びφｅの
値を変化させて、寿命に関する検討を行った結果を示す
図である。

【図６】種々のランプ入力（Ｗ）のランプについて、最
適なｄｅ及びφｅの値の範囲を規定した結果をグラフに
表した図である。

【図７】従来のロングアーク型の一般照明用高圧放電ラ
ンプと同一構成のタングステン電極の一例を示す図であ
る。

【図８】従来の改良電極について説明するための図であ
る。

【図９】アークジャンプ現象について説明するための図
である。

【符号の説明】

１０１発光管１０２、１０３電極１０４、１０５封止部１０６、１０７モリブデン箔１０８、１０９モリブデンリード線１１０水銀１１１放電空間１２０口金１２２電極軸１２３コイル１２４電極先端部２００完成ランプ２１０反射ミラー３００ランプユニット４００アルゴンプラズマ放電装置４０１陰極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水敏行大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 JJ01 JJ06 5C039 HH02 HH04 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端部に封止部を有する発光管の発光空
間内に、二本の電極が所定の電極間距離（Ｄｅ）を隔て
て対向するように前記封止部からそれぞれ延出されてな
る高圧放電ランプにおいて、前記電極間距離（Ｄｅ）は０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以
下であり、前記発光空間内の水銀蒸気圧が、定常点灯状態において
１５ＭＰａ以上３５ＭＰａ以下となるように封入する水
銀の量が規定されており、前記電極の先端部は、電極軸と、当該電極軸の先端部周
囲に巻回されたコイルとを溶融加工することにより凸曲
面形状をなすようにされているとともに、当該凸曲面形
状部分の厚み（ｄｅ）及び径（φｅ）が、ランプ入力
（Ｗ）に対応してそれぞれ所定の範囲内となるように規
定されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】ランプ入力はほぼ１５０Ｗであり、電極の前記厚み（ｄｅ）は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以
下であり、前記径（φｅ）は１．０ｍｍ以上１．３ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】ランプ入力はほぼ５０Ｗであり、電極の前記厚み（ｄｅ）は０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以
下であり、前記径（φｅ）は０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】ランプ入力はほぼ１００Ｗであり、電極の前記厚み（ｄｅ）は０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以
下であり、前記径（φｅ）は０．７５ｍｍ以上１．１ｍｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】ランプ入力はほぼ２２０Ｗであり、電極の前記厚み（ｄｅ）は０．７５ｍｍ以上１．３ｍｍ
以下であり、前記径（φｅ）は１．３ｍｍ以上１．６ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】ランプ入力はほぼ３００Ｗであり、電極の前記厚み（ｄｅ）は０．９ｍｍ以上１．５ｍｍ以
下であり、前記径（φｅ）は１．４５ｍｍ以上１．８ｍｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】ランプ入力はほぼ４００Ｗであり、電極の前記厚み（ｄｅ）は１．１ｍｍ以上１．７５ｍｍ
以下であり、前記径（φｅ）は１．７ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。