JP2001236926A

JP2001236926A - 放電ランプ

Info

Publication number: JP2001236926A
Application number: JP2000043225A
Authority: JP
Inventors: Koji Tagawa; 幸治田川; Mitsuru Ikeuchi; 満池内; Toyohiko Kumada; 豊彦熊田; Katsumi Sugaya; 勝美菅谷
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】放電容器の封止部を形成する石英ガラスとモ
リブデン箔との溶着部分に十分に大きな耐圧強度が得ら
れて、その破壊を防止することができ、高いランプの動
作圧力が得られる放電ランプを提供すること。【解決手段】本発明の放電ランプは、発光管部と当該
発光管部に連設された封止部とを有する、石英ガラスよ
りなる放電容器を備え、前記発光管部内に配置された電
極を先端に有する電極棒が一端に接合されると共に他端
に外部リード棒が接合されたモリブデン箔が、前記放電
容器の封止部に封止されてなる放電ランプであって、前
記モリブデン箔の表面は、酸化物被覆層が介在された状
態で、封止部を形成する石英ガラスに溶着されているこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電ランプに関し、
詳しくは液晶プロジェクター用光源などとして好適に用
いられる放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば液晶プロジェクターなど
の光学装置用の光源ランプとして、小型で発光効率が高
く、演色性の良好なショートアーク型のメタルハライド
ランプや超高圧水銀ランプが好適に使用されている。な
かでも超高圧水銀ランプは演色性に優れており、最近で
はこの超高圧水銀ランプが液晶プロジェクターなどの光
学装置用ランプとして主流を占めつつある。しかし、こ
の超高圧水銀ランプは、ランプ点灯時の動作圧力が非常
に大きいものであるため、その気密シール部の耐圧強度
は、従来のメタルハライドランプのそれより大きいこと
が要求されている。

【０００３】通常、超高圧水銀ランプにおいては、例え
ば、球形または楕円球形の発光管部と、この両端に連設
された封止部とを有する、石英ガラスよりなる放電容器
において、当該発光管部内に対向配置された電極を先端
に有する電極棒の基端部分と接合されたモリブデン箔
が、当該封止部を形成する石英ガラスと直接溶着される
ことにより、気密シール部が形成された構造とされてい
る。そして、当該モリブデン箔にイットリウム酸化物
（Ｙ₂Ｏ₃）をドープさせて耐圧強度を向上させるなど
の工夫がなされている。

【０００４】しかしながら、このような超高圧水銀ラン
プにおいては、そのランプ動作時において、放電容器内
の非常に高い圧力によって、モリブデン箔とこれに溶着
されている石英ガラスとの界面に大きな圧力が作用する
こととなり、その結果、モリブデン箔と石英ガラスとの
界面が剥がれる、いわゆる箔浮き現象が発生し、結果と
して、当該ランプの気密シール部が破壊されてしまう、
という問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
事情に基づいてなされたものであって、その目的は、放
電容器の封止部を形成する石英ガラスとモリブデン箔と
の溶着部分に十分に大きな耐圧強度が得られて、その破
壊を防止することができ、高いランプの動作圧力が得ら
れる放電ランプを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の放電ランプは、
発光管部と当該発光管部に連設された封止部とを有す
る、石英ガラスよりなる放電容器を備え、前記発光管部
内に配置された電極を先端に有する電極棒が一端に接合
されると共に他端に外部リード棒が接合されたモリブデ
ン箔が、前記放電容器の封止部に封止されてなる放電ラ
ンプであって、前記モリブデン箔の表面は、酸化物被覆
層が介在された状態で、封止部を形成する石英ガラスに
溶着されていることを特徴とする。

【０００７】本発明の放電ランプにおいては、酸化物被
覆層は、シリコン酸化物と、元素周期律表の第３族、第
１３族および第１４族から選択される、炭素を除く少な
くとも一種の元素の酸化物との複合酸化物からなること
が好ましい。

【０００８】上記の放電ランプにおいて、複合酸化物
が、更に、元素周期律表の第１族および第２族から選択
される少なくとも一種の元素の酸化物を含有することが
好ましく、または、酸化物被覆層は、シリコン酸化物と
アルミニウム酸化物とを含有する複合酸化物からなり、
シリコン酸化物の含有割合が５０〜９５モル％であり、
アルミニウム酸化物の含有割合が５〜５０モル％である
ことが好ましい。

【０００９】本発明の放電ランプにおいては、酸化物被
覆層を形成する複合酸化物は、放電容器を形成する石英
ガラスの熱膨張率をＥ［Ｋ^-1］とするとき、Ｅ±１×１
０^-6［Ｋ^-1］の範囲内の熱膨張率を有することが好まし
い。

【００１０】

【作用】本発明の放電ランプによれば、モリブデン箔の
表面と封止部との間には、例えばシリコン酸化物と、元
素周期律表の第３族、第１３族および第１４族から選択
される、炭素を除く少なくとも一種の元素の酸化物との
複合酸化物からなる酸化物被覆層が介在されているの
で、気密封止構造の形成時において、当該酸化物被覆層
を形成する複合酸化物は粘性の低いものとなり、これに
より、モリブデン箔との濡れ性が向上することとなり、
当該ランプの動作圧力が大きいものであっても、十分に
大きい耐圧強度を有するものとなり、これにより、気密
封止構造が破壊されることを防止することができる。ま
た、酸化物被覆層を形成する複合酸化物は、封止部を形
成する石英ガラスと同質のシリコン酸化物を含有してな
るので、当該複合酸化物は、石英ガラスと良好に接合す
ることができる。

【００１１】酸化物被覆層を形成する複合酸化物は、放
電容器を形成する石英ガラスの熱膨張率をＥ［Ｋ^-1］と
するとき、Ｅ±１×１０^-6［Ｋ^-1］の範囲内の熱膨張率
を有することにより、酸化物被覆層と放電容器との熱膨
張率の違いによるクラックの発生を防止することがで
き、これにより、信頼性の高い気密封止構造が形成され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
放電ランプについて詳細に説明する。図１は、本発明の
放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図であ
り、また、図２において、（イ）は、図１における放電
ランプのモリブデン箔を拡大して示す説明図であり、
（ロ）は、図２におけるモリブデン箔の説明用断面図で
ある。この例の放電ランプを構成する放電容器１０は、
楕円球形の発光管部１１と、この発光管部１１の両端か
ら外方に伸びるよう連設された封止部１２とを有してな
り、石英ガラスにより形成されている。

【００１３】放電容器１０の発光管部１１内には、当該
放電容器１０の管軸上において、一対の放電電極１３が
対向配置されており、この放電電極１３を先端に有する
電極棒１４が一端に接合されると共に、他端に外部リー
ド棒１６が接合されたモリブデン箔１５が、封止部１２
において封止されている。そして、発光管部１１内に
は、水銀および例えばアルゴンなどの希ガスよりなる封
入ガスが封入されている。これにより、例えば波長３８
０〜７８０ｎｍの可視光の連続スペクトルを放射するこ
とができ、例えば液晶プロジェクターの光源として好適
に用いることができる。

【００１４】モリブデン箔１５は、図２（ロ）に示すよ
うに、その表面、すなわち当該モリブデン箔１５の上面
に位置する電極棒１４および外部リード棒１６の部分を
含む表面に酸化物被覆層１７が形成されている。

【００１５】そして、モリブデン箔１５は、その表面に
形成された酸化物被覆層１７を介して、封止部１２を形
成する石英ガラスと溶着接合されることにより、当該酸
化物被覆層１７が介在された状態で気密に封止され、こ
れにより気密シール部Ｈが形成されている。

【００１６】酸化物被覆層１７は、例えば、放電容器１
０を構成する封止部１２を形成する石英ガラスと同質の
シリコン酸化物を必須成分とし、これと、周期律表第３
族、第１３族および第１４族から選択される、炭素を除
く少なくとも一種の元素の酸化物（以下、「粘性低下促
進酸化物」ともいう。）とからなる複合酸化物よりなる
ものとされる。このような粘性低下促進酸化物として
は、例えば、アルミニウム酸化物、イットリウム酸化
物、ホウ素酸化物、スカンジウム酸化物、ガリウム酸化
物、ゲルマニウム酸化物などを好適に用いることがで
き、特にアルミニウム酸化物を用いることが好ましい。

【００１７】また、この粘性低下促進酸化物には、必要
に応じて、周期律表第１族および第２族から選択される
少なくとも一種の元素の酸化物（以下、「補助成分」と
もいう。）を含有させることもできる。このような補助
成分としては、例えば、ナトリウム酸化物、カリウム酸
化物、マグネシウム酸化物、カルシウム酸化物などを好
適に用いることができる。

【００１８】以上のような酸化物被覆層１７を形成する
複合酸化物において、シリコン酸化物の含有割合は、例
えば５０〜９５モル％、好ましくは７０〜９０モル％で
あり、粘性低下促進酸化物の含有割合は、例えば５〜５
０モル％、好ましくは１０〜３０モル％であり、また、
当該複合酸化物の接合時における熱膨張率は、放電容器
１０を形成する石英ガラスの熱膨張率をＥ［Ｋ^-1］とす
るとき、Ｅ±１×１０ ^-6［Ｋ^-1］の範囲内の大きさであ
ることが必要である。特に、粘性低下促進酸化物がアル
ミニウム酸化物よりなる場合には、複合酸化物は、シリ
コン酸化物の含有割合が例えば５０〜９５モル％、好ま
しくは７０〜９５モル％であり、アルミニウム酸化物の
含有割合が例えば５〜５０モル％、好ましくは５〜２０
モル％である。

【００１９】この粘性低下促進酸化物の含有割合が過小
である場合には、相対的にシリコン酸化物の含有割合が
高くなることにより、酸化物被覆層が粘性の高いものと
なり、そのため、当該酸化物被覆層とモリブデン箔との
濡れ性が十分に大きいものとならず、結果として、当該
酸化物被覆層とモリブデン箔とが十分な強度を有して接
合されない。一方、この粘性低下促進酸化物の含有割合
が過大である場合には、相対的にシリコン酸化物の含有
割合が低くなることにより、放電容器を構成する封止部
を形成する石英ガラスとの密着性が良好なものとならな
い。

【００２０】そして、上述のように、酸化物被覆層１７
を形成する複合酸化物は、放電容器１０を形成する石英
ガラスの熱膨張率をＥ［Ｋ^-1］とするとき、Ｅ±１×１
０^-6［Ｋ^-1］の範囲内の熱膨張率を有することが好まし
い。この複合酸化物の熱膨張率が、上記の範囲を逸脱す
る場合には、気密シール部にクラックが生ずることとな
り好ましくない。

【００２１】以上のような酸化物被覆層１７は、例え
ば、次のような工程によりモリブデン箔１５の表面上に
形成される。（１）例えばポリビニルピロリドンなどの高分子材料を
バインダーとし、例えばエチルアルコールなどの有機溶
剤を溶媒として、複合酸化物となるべきシリコン酸化物
および粘性低下促進酸化物を含有するスラリーを調製す
る。（２）このスラリーを、モリブデン箔１５の表面、すな
わち当該モリブデン箔１５の上面に位置する電極棒１４
および外部リード棒１６の部分を含む表面に塗布する。（３）スラリーが塗布されたモリブデン箔１５、電極棒
１４および外部リード棒１６を水素雰囲気中に投入し、
この雰囲気中の温度を約１時間要して約９００〜１００
０℃まで昇温させ、この温度下において約１０〜３０分
間加熱処理する。これにより、当該スラリーが複合酸化
物となって酸化物被覆層１７が形成される。

【００２２】以上のような構成の放電ランプによれば、
モリブデン箔１５の表面と封止部１２との間には、例え
ばシリコン酸化物と特定の粘性低下促進酸化物との複合
酸化物からなる酸化物被覆層１７が介在されているの
で、当該酸化物被覆層１７は、気密シール部Ｈの形成時
において、その複合酸化物が粘性の低いものとなり、こ
れにより、モリブデン箔１５との濡れ性が向上すること
となり、その結果、当該ランプの動作圧力が大きいもの
であっても、十分に大きい耐圧強度を有するものとなっ
て気密シール部Ｈが破壊されることを防止することがで
きる。また、酸化物被覆層１７を形成する複合酸化物
は、封止部１２を形成する石英ガラスと同質のシリコン
酸化物を含有してなるので、当該複合酸化物は、石英ガ
ラスと良好に接合することができる。

【００２３】更に、酸化物被覆層１７を形成する複合酸
化物の粘性低下促進酸化物がアルミニウム酸化物よりな
る場合には、当該複合酸化物は、シリコン酸化物の含有
割合が例えば５０〜９５モル％であり、アルミニウム酸
化物の含有割合が例えば５〜５０モル％であることによ
り、その熱膨張率を、放電容器１０を形成する石英ガラ
スの熱膨張率をＥ［Ｋ^-1］とするとき、Ｅ±１×１０^-6
［Ｋ^-1］の範囲内にすることができる。そして、酸化物
被覆層１７を形成する複合酸化物の熱膨張率が上記の範
囲内にあることにより、当該複合酸化物と封止部１２
（放電容器１０）を形成する石英ガラスとの熱膨張率の
違いによるクラックの発生を防止することができ、これ
により、信頼性の高い気密シール部Ｈが得られる。

【００２４】以上のような放電ランプは、既述のよう
に、十分に大きい耐圧強度を有するものであるので、例
えばランプ動作時の圧力が１０ＭＰａ以上の超高圧ラン
プとして用いることができる。

【００２５】以上、本発明の好ましい実施の形態につい
て説明したが、本発明においては、種々の変更を加える
ことができる。すなわち、発光管部内には、例えば金属
ハロゲン化物などのハロゲン含有物質を封入することが
でき、これにより、本発明の放電ランプをメタルハライ
ドランプとすることもできる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の放電ランプの具体的な実施例
について説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。＜実施例１〜実施例７＞下記の表１に示される組成の複
合酸化物の各々を、バインダーであるポリビニルピロリ
ドンおよび溶媒であるエチルアルコールと共に、約１時
間ボールミルにより混合させることによりスラリーを調
製し、このスラリーを、モリブデン箔（１５）におけ
る、その上面に位置する電極棒（１４）および外部リー
ド棒（１６）の部分を含む表面に塗布した。電極棒（１
４）および外部リード棒（１６）に接合されたモリブデ
ン箔（１５）を水素雰囲気中に投入し、この雰囲気中の
温度を約１時間要して約９５０℃まで昇温させ、この温
度下において約２０分間加熱処理を施すことにより、複
合酸化物を得、これにより、酸化物被覆層（１７）を形
成した。形成された各酸化物被覆層（１７）は、その粘
度が約２０［ＣＰ］であり、その厚みは約１０μｍであ
った。そして、この酸化物被覆層（１７）が形成された
モリブデン箔（１５）を、封止部（１２）となるべき、
内径２．５ｍｍ、外径７ｍｍの石英ガラス製の管に入れ
て、アルゴンガスを１０ＭＰａ導入して排気し、バーナ
ーにより加熱して気密シール部（Ｈ）を形成することに
より、下記の仕様を有する放電ランプを製造した。

【００２７】・放電容器（１０）：長さ７０ｍｍ・発光管部（１１）：成分石英ガラス外径１３ｍｍ内径７ｍｍ・封止部（１２）：成分石英ガラス長さ２８ｍｍ外径５．２ｍｍ・電極棒（１４）：長さ１０ｍｍ（タングステン）外径０．５ｍｍ・モリブデン箔（１５）：幅２．０ｍｍ・外部リード棒（１６）：外径０．５ｍｍ・定格電力：１５０ｗ・封入物：アルゴンガス，水銀

【００２８】＜比較例１＞モリブデン箔にイットリウム
酸化物（Ｙ₂Ｏ₃）をドープさせ、酸化物被覆層を形成
しなかったこと以外は、上記の実施例と同様のランプ仕
様を有する放電ランプを製造した。このときのイットリ
ウム酸化物のドープした量の割合は０．６質量％であっ
た。

【００２９】＜耐圧強度の評価＞図３に示すように、管
状の石英ガラス製容器２０に、実施例１〜７および比較
例１に準じたモリブデン箔２１を気密封止し、各実施例
および比較例の放電ランプにおける気密シール部と同様
の気密シール部２２を形成した。そして、この石英ガラ
ス製容器２０の開口部分２３にステンレス製管３０の一
端を挿入し、当該ステンレス製管３０の外周部分にエポ
キシ系接着剤３１を充填することにより、放電ランプの
発光管部に対応する気密空間部２４を形成し、これによ
り、耐圧試験容器Ｔを作製した。なお、この図におい
て、２５および２６は、それぞれ放電ランプの電極棒お
よび外部リード棒に対応したタングステン棒である。ま
た、３２はアルコールタンク、３３は加圧ポンプ、３４
は圧力計、３５はロータリーポンプ、３６は接続ジョイ
ントである。

【００３０】そして、このステンレス製管３０の他端よ
り、アルコールタンク３２より供給されたアルコール蒸
気を注入し、約０．２ＭＰａ／ｓｅｃの速度で気密空間
部２４内の圧力を徐々に上昇させて、石英ガラス製容器
２０が破壊されたときの圧力（以下、「耐圧強度」とい
う。）を圧力計３４により測定した。下記の表１におい
て、各耐圧強度を併せて示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】以上、表１の結果から明らかなように、酸
化物被覆層が介在された状態で、モリブデン箔の表面が
封止部を形成する石英ガラスに溶着されてなる気密シー
ル部によれば、１１．３〜２０ＭＰａ以上の耐圧強度が
得られた。従って、比較例１の放電ランプにおける気密
シール部に比して耐圧強度が１１３％〜２００％も向上
したことが明らかである。

【００３３】また、実施例１に係る放電ランプの気密シ
ール部（Ｈ）の元素構成を電子プローブ微量分析（ＥＰ
ＭＡ分析）した結果を図４に示す。この図において、Ｘ
は封止部（１２）を示し、Ｙはモリブデン箔（１５）を
示す。また、図中のａはアルミニウム、ｂはシリコン、
ｃはモリブデンを示す。なお、各元素の表示フルスケー
ルは、モリブデンが２００００ｃｐｓ、シリコンが１６
０００ｃｐｓ、アルミニウムが１０００ｃｐｓである。

【００３４】図４から明らかなように、封止部（１２）
とモリブデン箔（１５）との間には、アルミニウムが最
も多く存在することが分かる。これにより、モリブデン
箔（１５）の表面が、酸化物被覆層（１７）が介在され
た状態で、封止部（１２）を形成する石英ガラスと溶着
されることにより気密シール部（Ｈ）が形成されている
ことが理解される。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放電ラン
プによれば、モリブデン箔の表面と封止部との間には、
例えばシリコン酸化物と、元素周期律表の第３族、第１
３族および第１４族から選択される、炭素を除く少なく
とも一種の元素の酸化物（粘性低下促進酸化物）との複
合酸化物からなる酸化物被覆層が介在されているので、
気密封止構造の形成時において、当該酸化物被覆層を形
成する複合酸化物は粘性の低いものとなり、これによ
り、モリブデン箔との濡れ性が向上することとなり、当
該ランプの動作圧力が大きいものであっても、十分に大
きい耐圧強度を有するものとなり、これにより、気密封
止構造が破壊されることを防止することができる。さら
に、元素周期律表の第１族および第２族から選択される
少なくとも一種の元素の酸化物を含有する粘性低下促進
酸化物を用いても、同様な効果を得ることができる。ま
た、酸化物被覆層を形成する複合酸化物は、封止部を形
成する石英ガラスと同質のシリコン酸化物を含有してな
るので、当該複合酸化物は、石英ガラスと良好に接合す
ることができる。

【００３６】更に、酸化物被覆層を形成する複合酸化物
は、放電容器を形成する石英ガラスの熱膨張率をＥ［Ｋ
^-1］とするとき、Ｅ±１×１０^-6［Ｋ^-1］の範囲内の熱
膨張率を有することにより、酸化物被覆層と放電容器と
の熱膨張率の違いによるクラックの発生を防止すること
ができ、これにより、信頼性の高い気密封止構造が形成
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電ランプの一例における構成を示す
説明用断面図である。

【図２】（イ）は、図１における放電ランプのモリブデ
ン箔を拡大して示す説明図であり、（ロ）は、（イ）に
おけるモリブデン箔の説明用断面図である。

【図３】本発明の放電ランプの実施例および比較例の耐
圧強度の測定方法を示す説明図である。

【図４】本発明の放電ランプの気密シール部における元
素構成を示すために、電子プローブ微量分析を行った結
果を示す図である。

【符号の説明】

１０放電容器１１発光管部１２封止部１３放電電極１４電極棒１５モリブデン箔１６外部リード棒１７酸化物被覆層Ｈ気密シール部２０石英ガラス製容器２１モリブデン箔２２気密シール部２３開口部分２４気密空間部２５，２６タングステン棒Ｔ耐圧試験容器３０ステンレス製管３１エポキシ系接着剤３２アルコールタンク３３加圧ポンプ３４圧力計３５ロータリーポンプ３６接続ジョイント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊田豊彦兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内 (72)発明者菅谷勝美兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内Ｆターム(参考） 5C043 AA14 BB04 CC02 CD01 DD11 EA11 EB18 EC10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管部と当該発光管部に連設された封
止部とを有する、石英ガラスよりなる放電容器を備え、
前記発光管部内に配置された電極を先端に有する電極棒
が一端に接合されると共に他端に外部リード棒が接合さ
れたモリブデン箔が、前記放電容器の封止部に封止され
てなる放電ランプにおいて、前記モリブデン箔の表面は、酸化物被覆層が介在された
状態で、封止部を形成する石英ガラスに溶着されている
ことを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】酸化物被覆層は、シリコン酸化物と、元
素周期律表の第３族、第１３族および第１４族から選択
される、炭素を除く少なくとも一種の元素の酸化物との
複合酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の
放電ランプ。
【請求項３】複合酸化物が、更に、元素周期律表の第
１族および第２族から選択される少なくとも一種の元素
の酸化物を含有することを特徴とする請求項２に記載の
放電ランプ。
【請求項４】酸化物被覆層は、シリコン酸化物とアル
ミニウム酸化物とを含有する複合酸化物からなり、シリ
コン酸化物の含有割合が５０〜９５モル％であり、アル
ミニウム酸化物の含有割合が５〜５０モル％であること
を特徴とする請求項２に記載の放電ランプ。
【請求項５】酸化物被覆層を形成する複合酸化物は、
放電容器を形成する石英ガラスの熱膨張率をＥ［Ｋ^-1］
とするとき、Ｅ±１×１０^-6［Ｋ^-1］の範囲内の熱膨張
率を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいず
れかに記載の放電ランプ。