JP2001202922A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極軸を封止管に強固に固定するとともに、電
気的特性が安定して所定の出力特性が得られる水銀封入
の高圧放電ランプを提供する。 【解決手段】高圧放電ランプ１は、電極軸３，４の基端
部の周囲に巻回された高融点金属線５，５と、電極軸
３，４の基端部の周囲に高融点金属線５，５を介して装
着された高融点金属箔６，６と、高融点金属箔６，６の
外側から電極軸３，４を抱持して収納された石英ガラス
からなる保持管７，７とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水銀封入の高圧放
電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧放電ランプ、特にショートアーク高
圧放電ランプは、光化学産業、半導体製造、映像分野な
どの多くの分野で用いられている。近年、高圧放電ラン
プが搭載される照射ユニットの小形化の要求に伴って、
高圧放電ランプも小形化、大出力化している。これによ
り、高圧放電ランプは、電極軸と外部リード線とが接続
される封止管では、熱的に強い金属箔を用いた箔封止構
造が採用されている。そして、電極軸は封止管内におい
て強固に固定する必要があり、また、石英ガラスからな
るバルブと電極が融着しないようにするため、電極軸の
基端部の回りに抱持部材を設けている。例えば、特開平
１１−９６９７２号公報に開示された高圧放電ランプ
（従来技術）がその一例であり、図３にその構造を示
す。

【０００３】図３に示す高圧放電ランプ２０は、石英ガ
ラスからなる封止管２１，２１において、電極軸２２，
２３の基端部２２ａ，２３ａの周囲に石英ガラスからな
る保持材２４，２４が配設され、この保持材２４，２４
と基端部２２ａ，２３ａ間に抱持部材としての高融点金
属箔２５，２５が装着されている。そして、封止管２
１，２１と保持材２４，２４とが焼き締めにより融着し
ても、保持材２４，２４の石英ガラスは電極軸２２，２
３に融着しないので、バルブ２６がクラックを生じた
り、破損することなく、電極軸２２，２３を封止管２
１，２１に強固に固定できるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高融点
金属箔２５，２５を電極軸２２，２３の基端部２２ａ，
２３ａの全域に亘って完全に密着させることは困難であ
り、通常、高融点金属箔２５，２５は、基端部２２ａ，
２３ａの周囲に部分的に接触して電極軸２２，２３を抱
持している。すなわち、通常、高融点金属箔２５，２５
と電極軸２２，２３の基端部２２ａ，２３ａとの間には
隙間が形成されている。この隙間にバルブ２６内に封入
された水銀が侵入し、その結果、高圧放電ランプ２０
は、電気的特性が不安定となり、所定の出力特性を維持
できないおそれがある。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
で、電極軸を封止管に強固に固定するとともに、電気的
特性が安定して所定の出力特性が得られる水銀封入の高
圧放電ランプを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の高圧放
電ランプの発明は、放電空間部を有する中間部および放
電空間部に連通して中間部の両端に一体に形成された一
対の封止管を備えた石英ガラスからなるバルブと；封止
管内に基端部が挿入され、先端が放電空間部内に離間し
て位置する一対の電極軸と；電極軸の基端部の周囲に巻
回された高融点金属線と；電極軸の基端部の周囲に高融
点金属線を介して装着された高融点金属箔と；高融点金
属箔の外側から電極軸を抱持して収納された石英ガラス
からなる保持管と；電極軸の先端に配設された一対の電
極と；バルブの両端に設けられた一対の導体と；封止管
内に封入され、電極軸と導体とを電気的に接続する金属
箔と；放電空間部内に封入された水銀を含む放電媒体
と；を具備している。

【０００７】電極軸に配設される電極は、特定の電極に
限定されるものではなく、陽極および陰極のいずれであ
ってもよい。したがって、交流点灯における電極のよう
に、陽極、陰極の区別のない電極を備えた高圧放電ラン
プであってもよい。

【０００８】高融点金属線は、タングステン、モリブデ
ン、タンタルなどの金属線であり、線径は、加工性など
により適宜定めればよいものである。

【０００９】高融点金属箔は、モリブデン、タングステ
ンなどの高融点金属の箔であり、一般的に０．０２〜
０．０３２ｍｍの厚さ（肉厚）を意味するが、厚さ（肉
厚）は、封止管内における封着が良好であれば、これに
限らない。

【００１０】保持管は、電極軸を貫通する中空を有する
もの、予め電極軸の回りに複数に分割されているものの
いずれであってもよい。

【００１１】本発明によれば、封止管と保持管とが焼き
締めにより融着しても、保持管は高融点金属線および高
融点金属箔を介在して電極軸を抱持し、電極軸に融着し
ないので、バルブにクラックや破損が生じることなく、
電極軸を強固に封止管内に固定できる。また、高融点金
属線が電極軸の基端部の周囲に巻回されているので、封
入水銀が電極軸の基端部に侵入しにくく、ランプ特性が
安定する。

【００１２】請求項２に記載の高圧放電ランプの発明
は、請求項１記載の高圧放電ランプにおいて、高融点金
属線は、螺旋状に巻回されている。

【００１３】螺旋状に巻回されるピッチは、一般的に２
〜５ｍｍであるが、ピッチが小さいほど電極軸の基端部
に侵入する水銀を阻止できるので、電極の基端部の長さ
や巻回作業などを考慮して適宜定めればよい。また、ピ
ッチは等間隔である必要はないものである。

【００１４】本発明によれば、高融点金属線は電極軸に
螺旋状に巻回されるので、一本の高融点金属線で巻回す
ることができて、巻回作業を短時間で行うことができ
る。

【００１５】請求項３に記載の高圧放電ランプの発明
は、請求項１または２記載の高圧放電ランプにおいて、
電極軸の基端部は封止管内に５〜１５ｍｍ挿入されてい
る。

【００１６】電極軸の基端部が封止管内に５ｍｍを下回
って挿入されると、電極軸を封止管内に強固に保持でき
ないおそれが生じる。特に、比較的重量のある陽極を有
する電極軸は、その電極軸を封止管内に強固に保持しな
いと、陽極が偏位して陰極に対向できないおそれが生じ
る。また、電極軸の基端部が封止管内に１５ｍｍを超え
て挿入されると、封止管の全長が比較的長くなり、高圧
放電ランプが大型化するとともに、基端部に侵入する水
銀量が多くなり、ランプ特性に影響を与えるおそれが生
じる。したがって、電極軸の基端部は封止管内に５〜１
５ｍｍ挿入される。

【００１７】本発明によれば、電極軸の基端部は封止管
内に５〜１５ｍｍ挿入されているので、電極軸を封止管
内に強固に保持できるとともに、高圧放電ランプの大型
化が防止される。また、基端部に侵入する水銀量はラン
プ特性に影響を与えない程度の微量に限られ、ランプ特
性が安定する。

【００１８】請求項４に記載の高圧放電ランプの発明
は、請求項１ないし３いずれか一記載の高圧放電ランプ
において、水銀は、１ｍｌ当たり４０〜６０ｍｇ封入さ
れている。

【００１９】水銀が１ｍｌ当たり４０ｍｇを下回って封
入されると、ランプ電圧の許容下限値を下回り、所定の
光出力が得られないおそれが生じる。特に、電極軸の基
端部に水銀が侵入すると、ランプ電圧の低下が顕著に生
じて所定の光出力が得られない。また、水銀が１ｍｌ当
たり６０ｍｇを超えて封入されると、ランプ電圧の許容
上限値を上回り、所定の光出力が得られないとともに、
水銀が完全に蒸発しない場合が生じるため、電極間にア
ークゆれが発生してランプ特性が不安定になるおそれが
ある。したがって、電極軸の基端部に水銀が侵入するこ
とを考慮して、水銀は、１ｍｌ当たり４０〜６０ｍｇ封
入される。

【００２０】本発明によれば、１ｍｌ当たり４０〜６０
ｍｇの水銀が封入されているので、電極軸の基端部に水
銀が侵入しても、放電空間部内の水銀量に大きな減少は
生じず、ランプ電圧が許容範囲内に維持されて所定の光
出力が得られるとともに、ランプ特性が安定する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図１〜図２を参照して説明する。

【００２２】図１は、本発明の実施形態を示す高圧放電
ランプの一部切り欠き断面図である。図中、１は高圧放
電ランプ、２はバルブ、３，４は電極軸、５は高融点金
属線、６は高融点金属箔、７は保持管、８，９は電極、
１０は導体、１１は金属箔、１２は水銀である。

【００２３】図１に示す高圧放電ランプ１は、１ｋＷタ
イプの直流点灯用超高圧水銀ランプである。そして、バ
ルブ２は、石英ガラスからなり、放電空間部２ａを有す
る中間部２ｂおよび放電空間部２ａに連通して中間部２
ｂの両端に一体に形成された一対の封止管２ｃ，２ｃを
備えている。中間部２ｂは、最大径３０ｍｍ、肉厚２．
７ｍｍのほぼ楕円球状を成している。また、封止管２
ｃ，２ｃの肉厚は、約２ｍｍである。

【００２４】一対の電極軸３，４は、直径５ｍｍのタン
グステン棒であり、封止管２ｃ，２ｃ内に基端部が挿入
され、先端が放電空間部２ａ内に約３ｍｍ離間して位置
している。ここで、電極軸３，４の基端部は、封止管２
ｃ，２ｃ内に５〜１５ｍｍ挿入されている。そして、電
極軸３，４は、封止管２ｃ，２ｃ内において高融点金属
線５，５、高融点金属箔６，６および保持管７，７によ
り固定（保持）されている。高融点金属線５，５は、φ
０．３ｍｍのタングステン線からなり、電極軸３，４の
基端部の周囲に巻回されている。高融点金属箔６，６
は、肉厚０．０２６ｍｍのモリブデン箔からなり、電極
軸３，４の基端部の周囲に高融点金属線５，５を介して
装着されている。そして、保持管７，７は、石英ガラス
からなり、高融点金属箔６，６の外側から電極軸３，４
を抱持して封止管２ｃ，２ｃ内に収納されている。

【００２５】そして、電極軸３，４の先端に一対の電極
８，９が配設されている。すなわち、電極軸３の先端に
は陰極８が円錐形状に形成され、電極軸４の先端にはタ
ングステンからなる陽極９が略円柱状（最大径９ｍｍ）
に形成されている。

【００２６】一対の導体１０，１０は、モリブデンから
なるアウターウェルズ１０ａ，１０ａおよび外部リード
棒１０ｂ，１０ｂからなり、封止管２ｃ，２ｃ内に封止
されてバルブ２の両端に設けられている。そして、電極
軸３，４の基端面にはタングステンからなる直径１０ｍ
ｍのディスク１３，１３が接続され、ディスク１３，１
３と略同一太さの石英ガラスからなるセパレータ１４，
１４の一端がディスク１３，１３に接して配設され、セ
パレータ１４，１４の他端にアウターウェルズ１０ａ，
１０ａが接して配設されている。そして、セパレータ１
４，１４の周囲に２枚の幅６ｍｍ、肉厚０．０２６ｍｍ
の細長いモリブレン箔からなる金属箔１１，１１がセパ
レータ１４，１４の長手方向に沿って配設されるととも
に、その一端がディスク１３，１３に、他端がアウター
ウェルズ１０ａ，１０ａにそれぞれ接続されている。そ
して、焼き締めにより、封止管２ｃ，２ｃが金属箔１
１，１１およびセパレータ１４，１４に溶着して箔シー
ル構造が形成されている。金属箔１１，１１は、封止管
２ｃ，２ｃに封入され、電極軸３，４と導体１０，１０
とを電気的に接続している。

【００２７】１５は陰極ターミナルであり、取付ボルト
１６を備え、封止管２ｃの端部に口金セメントにより装
着されている。そして、陰極ターミナル１５内におい
て、取付ボルト１６と外部リード棒１０ｂが電気的に接
続されている。また、１７は陽極ターミナルであり、外
部リード線１８および外部リード線１８の先端に接続さ
れた圧着端子１９を備え、封止管２ｃの端部に口金セメ
ントにより装着されている。そして、陽極ターミナル１
７内において、外部リード線１８と外部リード棒１０ｂ
が電気的に接続されている。

【００２８】そして、封止管２ｃ，２ｃ内は、放電空間
部２ａおよび封止管２ｃ，２ｃ内を真空または所定量の
放電媒体を封入した状態でゆっくり回転させながらバー
ナー等の加熱手段により徐々に溶融されて、気密に封止
されている。そして、封入されたバルブ２の放電空間部
２ａには、１ｍｌ当たり４０〜６０ｍｇの水銀１２およ
び約６７ＫＰａのアルゴンガスなどの放電媒体が封入さ
れている。

【００２９】次に、電極軸３，４の基端部における高圧
放電ランプ１の構成について、さらに詳細に説明する。

【００３０】図２は、電極軸４の基端部における要部拡
大図である。なお、電極軸３の基端部においても、同様
の構成，作用であるので、重複する説明は省略する。電
極軸４の基端部は、封止管２ｃに５〜１５ｍｍ挿入され
ている。この挿入範囲内において、φ０．３ｍｍのタン
グステン線からなる１本の高融点金属線５が電極軸４の
周囲に所定間隔（例えば、２ｍｍピッチ）を有して螺旋
状に巻回されている。１本の高融点金属線５で螺旋状に
巻回すると、巻回作業を短時間で行うことができる。

【００３１】そして、高融点金属線５を覆い、肉厚０．
０２６ｍｍのモリブデン箔からなる高融点金属箔６が電
極軸４の基端部の周囲に巻き付けられて装着されてい
る。そして、石英ガラスからなり、中空を有する保持管
７が高融点金属線５および高融点金属箔６とともに電極
軸４の基端部を貫通している。この結果、保持管７は、
高融点金属箔６の外側から電極軸４の基端部を抱持して
いる。保持管７は、電極軸４の基端部に高融点金属線５
を巻回し、高融点金属箔６を装着した後に、電極軸４の
基端部に貫通されて、封止管２ｃ内に収納される。な
お、保持管７は、例えば２分割され、分割体を突き合わ
せるようにして電極軸４の基端部を貫通させてもよいも
のである。また、保持管７は、電極軸４の基端部の全域
を必ずしも貫通させる必要はないが、電極軸４の固定お
よび水銀１２の侵入を考慮すると、電極軸４の基端部の
全域を貫通させるのが好ましい。

【００３２】そして、電極軸３，４の基端部に保持管
７，７が貫通された後、封止管２ｃ，２ｃはバーナー等
の加熱手段により焼き締められる。この焼き締めによ
り、石英ガラスの封止管２ｃ，２ｃと保持管７，７とは
融着し、電極軸３，４に対して保持管７，７が高融点金
属線５，５および高融点金属箔６，６を介して基端部の
周囲から押え付けるので、電極軸３，４はバルブ２およ
び封止管２ｃ，２ｃに強固に固定（保持）される。しか
し、保持管７，７と電極軸３，４との間には高融点金属
線５，５および高融点金属箔６，６が介在し、保持管
７，７と電極軸３，４とは融着していないので、バルブ
２のクラックや破損が防止される。これは、電極８，９
間に放電が形成され、高圧放電ランプ１が点灯している
ときに、電極軸３，４が高温となっている場合でも同様
である。

【００３３】また、電極軸３，４の基端部の周囲に高融
点金属線５，５が巻回され、さらに、高融点金属箔６，
６が装着されていると、保持管７，７と電極軸３，４と
の隙間が極小となるため、放電空間部２ａ内に封入され
た水銀１２が電極軸３，４の基端部に侵入しにくい。こ
れにより、放電空間部２ａ内に封入された水銀１２の大
部分が水銀蒸気となって発光に寄与するので、電気的特
性が安定するとともに、所定の光出力を得ることができ
る。

【００３４】また、電極軸３，４の基端部が封止管２
ｃ，２ｃ内に５〜１５ｍｍ挿入されると、放電空間部２
ａ内に封入された水銀１２のうち、基端部に侵入する水
銀量は微量に限られ、大部分の水銀１２が発光に寄与す
るので、高圧放電ランプ１のランプ特性が安定する。そ
して、電極軸３，４の基端部が封止管２ｃ，２ｃ内に５
ｍｍ以上に挿入されると、電極軸３，４は封止管２ｃ，
２ｃ内に強固に固定され、電極８，９を所定の位置に対
向させることができる。また、電極軸３，４の基端部が
封止管２ｃ，２ｃ内に１５ｍｍ以下に挿入されると、封
止管２ｃ，２ｃの全長を比較的短くすることができるの
で、高圧放電ランプ１の大型化が防止される。

【００３５】さらに、放電空間部２ａ内に水銀１２が１
ｍｌ当たり４０ｍｇ以上（６０ｍｇ以下）封入されてい
るので、電極軸３，４の基端部に微量の水銀１２が侵入
しても、放電空間部２ａ内における水銀量の減少は極小
であり、ランプ電圧は許容下限値以上に維持される。ま
た、水銀１２は１ｍｌ当たり６０ｍｇ以下（４０ｍｇ以
上）封入されているので、ランプ電圧は許容上限値以下
に維持されるとともに、水銀１２の過剰による電極８，
９間のアークゆれが防止されて、ランプ特性が安定す
る。すなわち、放電空間部２ａ内に水銀１２が１ｍｌ当
たり４０〜６０ｍｇ封入されているので、電極軸３，４
の基端部に微量の水銀１２が侵入しても、ランプ特性に
大きな変化は生じることはなく、高圧放電ランプ１のラ
ンプ特性は安定したものとなり、所定の光出力が得られ
る。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、保持管は高融
点金属線および高融点金属箔を介在して電極軸を抱持
し、電極軸に融着しないので、バルブにクラックや破損
が生じることなく、電極軸を強固に封止管内に固定する
とともに、高融点金属線が電極軸の基端部の周囲に巻回
されているので、封入水銀が電極軸の基端部に侵入しに
くく、ランプ特性が安定する。

【００３７】請求項２の発明によれば、高融点金属線は
電極軸に螺旋状に巻回されるので、１本の高融点金属線
で巻回することができて、巻回作業を短時間で行うこと
ができる。

【００３８】請求項３の発明によれば、電極軸の基端部
は封止管内に５〜１５ｍｍ挿入されているので、電極軸
を封止管内に強固に保持できるとともに、高圧放電ラン
プの大型化が防止され、また、基端部に侵入する水銀量
がランプ特性に影響を与えない程度の微量に限られてラ
ンプ特性が安定する。

【００３９】請求項４の発明によれば、１ｍｌ当たり４
０〜６０ｍｇの水銀が封入されているので、電極軸の基
端部に水銀が侵入しても、放電空間部内の水銀量に大き
な減少は生じず、ランプ電圧が許容範囲内に維持されて
所定の光出力が得られるとともに、ランプ特性が安定す
る高圧放電ランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す高圧放電ランプの一部
切り欠き断面図。

【図２】同じく、電極軸の基端部における要部拡大図。

【図３】従来技術の高圧放電ランプの一部切り欠き断面
図。

【符号の説明】

１……高圧放電ランプ ２……バルブ ３，４…電極軸 ５……高融点金属線 ６……高融点金属箔 ７……保持管 ８，９…電極 １０……導体 １１……金属箔 １２……放電媒体としての水銀

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光行 陽一郎 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式 会社内 Ｆターム(参考） 5C043 AA02 AA17 CC02 CD01 DD11 DD18 DD19 EB15 EC20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電空間部を有する中間部および放電空
   間部に連通して中間部の両端に一体に形成された一対の
   封止管を備えた石英ガラスからなるバルブと；封止管内
   に基端部が挿入され、先端が放電空間部内に離間して位
   置する一対の電極軸と；電極軸の基端部の周囲に巻回さ
   れた高融点金属線と；電極軸の基端部の周囲に高融点金
   属線を介して装着された高融点金属箔と；高融点金属箔
   の外側から電極軸を抱持して収納された石英ガラスから
   なる保持管と；電極軸の先端に配設された一対の電極
   と；バルブの両端に設けられた一対の導体と；封止管内
   に封入され、電極軸と導体とを電気的に接続する金属箔
   と；放電空間部内に封入された水銀を含む放電媒体と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 【請求項２】 高融点金属線は、螺旋状に巻回されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 【請求項３】 電極軸の基端部は封止管内に５〜１５ｍ
   ｍ挿入されてい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。
4. 【請求項４】 水銀は、１ｍｌ当たり４０〜６０ｍｇ封
   入されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれ
   か一記載の高圧放電ランプ。