JP2001351576A - ショートアーク型超高圧放電ランプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分高い耐圧力性を有する封止された側管部
を形成することができ、点灯時の水銀蒸気圧がきわめて
高いショートアーク型超高圧放電ランプとその製造方法
を提供することにある。 【解決手段】 発光管部１０と側管部１１とからなるガ
ラスバルブ内に、一端に金属箔３が接続された一対の電
極２が対向配置され、金属箔３および電極２の一部が側
管部１１で封止されたショートアーク型超高圧放電ラン
プにおいて、側管部１１に封止された電極２とこの側管
部１１との間には、電極２と側管部１１との膨張係数の
差に起因して、電極２が軸方向に拘束されずに自由に伸
縮可能となる程度の微小な空隙が形成されていることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、点灯時の水銀蒸気
圧が１６０気圧以上の水銀を封入したショートアーク型
超高圧放電ランプ及びその製造方法に関し、特に、液晶
ディスプレイ装置などのバックライトとして使用される
ショートアーク型超高圧放電ランプ及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型の液晶ディスプレイ装置は、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、このため、光
源として、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われている。また、このようなメタ
ルハライドランプも、最近では、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、今までにない高い水銀蒸気
圧、例えば１６０気圧、を持つランプが提案されてい
る。これは、水銀蒸気圧をより高くすることで、アーク
の広がりを抑える(絞り込む）とともに、より一層の光
出力の向上を図るというものである。

【０００４】ところで、通常、このような超高圧放電ラ
ンプは、発光管部の両側に延在する側管部において、側
管部を構成する石英ガラスと金属箔を十分に密着させて
封止する必要があり、側管部を封止する製造工程では、
例えば２０００℃もの高温で加熱し厚肉の石英ガラスを
徐々に収縮したり、あるいは、石英ガラスをピンチシー
ルして、当該部分の密着性を上げようとしている。

【０００５】しかしながら、あまりに高温で石英ガラス
を焼き込んで収縮したり、ピンチシールすると、石英ガ
ラスと金属箔の密着性は向上できるものの、封止工程終
了後、側管部の温度が下がる段階で、電極と石英ガラス
との膨張係数の違いによって、接触部にクラックが発生
してしまい封止された側管部が破損するとい問題があっ
た。

【０００６】このような問題を解決するために、図１に
示されているように、封止された側管部１１に埋設され
る電極２にコイル部材４を巻回し、このコイル部材４を
側管部１１に埋設させて、電極２の熱膨張による石英ガ
ラスへの応力を緩和させることが提案されている。この
ような技術は、特開平１１−１７６３８５号に記載され
ている。

【０００７】しかしながら、図１に示すように、電極２
にコイル部材５を巻回して電極２の熱膨張による石英ガ
ラスへの応力を十分に緩和させても、電極２やコイル部
材５の周辺の側管部１１の内部に極微小なクラックＫが
発生していた。このクラックＫは、非常に微小なもので
あり、発光管部１０の水銀蒸気圧が１６０気圧程度であ
っても、時としてクラックＫの存在状態により、側管部
１１の破損につながる場合があり、近年、３００気圧と
いう非常に高い水銀蒸気圧が要求されており、この水銀
蒸気圧では、点灯中、クラックＫの成長が促進され、側
管部１１の破損が顕著に起こるという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な問題を解決するために成されたものであって、十分高
い耐圧力性を有する封止された側管部を形成することが
でき、点灯時の水銀蒸気圧がきわめて高いショートアー
ク型超高圧放電ランプとその製造方法を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のショー
トアーク型超高圧ランプによれば、発光管部とその両側
に延在する側管部とからなるガラスバルブ内に、一端に
金属箔が接続された一対の電極が対向配置され、前記金
属箔および電極の一部が側管部で封止されたショートア
ーク型超高圧放電ランプにおいて、前記側管部に封止さ
れた電極と当該側管部との間には、電極と側管部との膨
張係数の差に起因して、電極が軸方向に拘束されずに自
由に伸縮可能となる程度の微小な空隙が形成されている
ことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載のショートアーク型超高圧
ランプの製造方法によれば、発光管部とその両側に延在
する側管部とからなるガラスバルブ内に、一端に金属箔
が接続された一対の電極が対向配置され、前記金属箔お
よび電極の一部を側管部で封止するショートアーク型超
高圧放電ランプの製造方法において、前記電極及び金属
箔を取り囲むガラスバルブの側管部を、この側管部の軟
化点以上の温度に加熱して電極及び金属箔を側管部で封
止する封止工程と、この封止工程に続き、金属箔が側管
部で封止固定されるように側管部を冷却する冷却工程
と、この冷却工程に続き、電極が封止された部分の側管
部のみを再度加熱し、側管部が軟化して粘性流動状態で
電極と接するとともに、この粘性流動状態の側管部にお
いて電極と側管部が相対的に摺動自在な状態にする加熱
工程と、この加熱工程終了後、電極が封止された部分の
側管部の温度が、側管部の軟化点と除冷点との中間の温
度領域であって、側管部が軟化して粘性流動状態で電極
と接するとともに、この粘性流動状態の側管部において
電極と側管部が相対的に摺動自在な状態の時に、側管部
に振動を加える振動工程とを有することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】図２に本発明のショートアーク型
超高圧放電ランプを示す。放電ランプ１は、石英ガラス
よりなる中央の発光管部１０とその両端につながる封止
された側管部１１より構成されている。

【００１２】発光管部１０内には、タングステン製の一
対の電極２が２．５ｍｍ以下の間隙をもって配置され、
電極２の一端側に金属箔３が溶接されており、金属箔３
および電極２の一部が側管部１１に埋設されて封止され
ている。そして、金属箔３の他端は外部リード４が接合
されている。

【００１３】発光管部１０には、発光物質として水銀が
封入され、また、点灯始動ガスとしてアルゴン、キセノ
ン等の希ガスが封入される。水銀の封入量は、安定点灯
時の蒸気圧が３００気圧以上になる相当量が計算されて
封入されている。

【００１４】図３は、発光管部１０と側管部１１との境
界部分の拡大図であり、図４は図３のＡ−Ａ断面図であ
る。なお、図３、図４に記載の空隙Ｂは、後述するよう
に極めて小さな空隙であるが、説明のために誇張して表
現しているものであり、実施には、このような大きな空
隙ではない。図３、図４に示すように、側管部１１に埋
設封止された電極２は、金属箔３との溶接部分を除いて
全ての領域、具体的には電極側面２ａと電極端面２ｂに
おいて側管部１１と溶着されておらず、電極２は側管部
１１と離間しており、電極２と側管部１１との間には、
微小な空隙Ｂが形成されている。

【００１５】次に、図５を用いて、側管部に埋設封止さ
れた電極と側管部との間に微小な空隙が存在する本発明
のショートアーク型超高圧放電ランプの製造方法につい
て説明する。 ＜封止工程＞図５（イ）に示すように、発光管１０と側
管部１１より構成された石英ガラス製のガラスバルブ内
に、金属箔３の一端に電極２が溶接され、他端に外部リ
ード棒４が溶接された電極組立体を挿入し、電極２の先
端が発光管部１０に露出し、電極２の一部と金属箔３が
側管部１１内に位置した状態で、図中Ｃで示す電極２と
金属箔３を取り囲む側管部１１を、この側管部１１の軟
化点（側管部が石英ガラスであるので軟化点は１６８０
℃）以上の２０００℃までガスバーナによって加熱す
る。

【００１６】このとき、一方の側管部１１が封止されて
おり、他端の側管部１１よりガラスバルブ内が１００Ｔ
ｏｒｒまで減圧された状態になっているので、加熱され
た側管部１１が縮径されて電極２と金属箔３が側管部１
１に封止される。なお、上述したようにガラスバルブ内
を負圧にして、側管部１１を縮径して封止する以外に、
加熱された側管部１１をピンチャーによってピンチシー
ルしても良い。

【００１７】＜冷却工程＞次に、図５（ロ）に示すよう
に、この封止工程に続き、加熱を終了させ、強制冷却や
自然冷却により、金属箔３が側管部１１に封止されて固
定される１２００℃になるまで冷却する。なお、１２０
０℃以下に冷却しても問題はない。要は、金属箔３が側
管部１１に封止されて固定される温度まで、冷却するも
のである。

【００１８】つまり、この冷却工程により、タングステ
ン製の電極２と石英ガラス製の側管部１１も一部分で溶
着した状態になる。側管部１１に埋設封止された電極２
の全表面が側管部１１と溶着しない理由は、電極２と側
管部１１をそれぞれ構成するタングステンと石英ガラス
の膨張係数が異なり、封止された側管部１１が冷却され
る際に、膨張係数の違いにより、電極２と側管部１１の
溶着された部分の一部が剥離するからである。この剥離
するときに、電極２の周辺の側管部１１の内部に極微小
なクラックが発生する。

【００１９】＜加熱工程＞次に、図５（ハ）に示すよう
に、この冷却工程に続き、図中Ｄで示す電極２が封止さ
れた部分の側管部１１のみを再度ガスバーナによって加
熱し、側管部１１に埋設封止された電極２と側管部１１
が一部分において溶着していた状態から側管部１１を構
成する石英ガラスが軟化して粘性流動状態で電極２と接
し、電極２と側管部１１が相対的に摺動自在な状態にす
る。この時、電極２が封止された部分の側管部１１のみ
を加熱するので、金属箔３が封止され既に固定されてい
る側管部１１を加熱しないので、金属箔３と側管部１１
の気密封止にはなんら影響を与えるものではない。つま
り、前述した冷却工程において、電極２と側管部１１が
一部溶着されているが、再度、加熱することにより、完
全に電極２と側管部１１が相対的に摺動自在な状態にす
るとともに、この加熱によって、前述した電極２の周辺
の側管部１１の内部に存在する極微小なクラックを取り
除くことができる。

【００２０】＜振動工程＞次に、図５（ニ）に示すよう
に、この加熱工程終了後、図中Ｄで示す電極２が封止さ
れた部分の加熱された側管部１１の温度が、軟化点（１
６８０℃）以下の温度であって、除冷点（１２１０℃）
との中間の温度領域の時、つまり、電極２が封止された
部分の側管部１１が粘性流動状態を保持しており、電極
２と側管部１１が相対的に摺動自在な状態の時に、電極
２が封止された側管部１１に振動を加える。

【００２１】この振動により、側管部１１に埋設封止さ
れた電極２と側管部１１が強制的かつ相対的にずれると
共に、既に加熱が終了しており側管部１１が強制空冷や
自然空冷によって冷却されているので、石英ガラス製の
側管部１１とタングステン製の電極２の膨張係数の違い
により、電極２が側管部１１と比べて著しく収縮すると
同時に、側管部１１の粘性流動がなくなっているので、
電極２が側管部１１と離れた状態になり、電極２と側管
部１１との間に空隙ができ、この空隙を保った状態で側
管部１１と電極２が冷却されて封止された側管部１１と
なる。この結果、図３に示すように、側管部１１に埋設
封止された電極２は、金属箔３との溶接部分を除いて全
ての領域において側管部１１と離れ、電極２と側管部１
１との間には空隙Ｂが存在する状態になる。

【００２２】つまり、この空隙Ｂは、電極２と側管部１
１との膨張係数の差に起因して、電極２が側管部１１と
離れた状態になり、電極２が軸方向に拘束されずに自由
に伸縮可能となる程度の微小な空隙である。

【００２３】なお、側管部１１に振動を加えても、加熱
された電極２が封止された部分の側管部１１の温度が、
軟化点（１６８０℃）以下の温度であるので、この部分
の側管部１１が振動によって変形することはなく、電極
軸が大きく変位することはない。

【００２４】さらに、振動を加える方法としては、図５
（ニ）の矢印で示すように、側管部１１に超音波を加え
て振動を加える方法、側管部１１に不図示のバイブレー
ターなどの振動発生部材によって管軸と直交する方向に
振動を加える方法、管軸方向に不図示の押圧部材によっ
て側管部１１に衝撃を加える方法、など、要は、側管部
１１に振動を加える方法であれば、どのような方法であ
っても良い。

【００２５】なお、他方の電極の製造工程は、上記の工
程終了後、再び他方の電極の封止工程に入る前に、発光
管部１０に必要な水銀と希ガスを封入し、これらの物質
を封入した方の側管部１１の端部を封止し、その後の工
程は上記と同じ工程であるので説明は省略する。

【００２６】図３、図４に示すように、この空隙Ｂは、
前述したタングステン製の電極２と石英ガラス製の側管
部１１の膨張係数の差によって決まるものであり、空隙
幅ｄは、６〜１６μｍの範囲のものである。

【００２７】ここで、空隙の有無を確認する方法とし
て、図２に示す発光管部１１を管軸Ｘと交差する方向で
切断し、この切断したランプを塩基性フクシンの水溶液
の中に浸けることにより、側管部に埋設された電極２の
全周域に試薬が周り込み、空隙が存在していることを確
認できるものである。

【００２８】別の確認方法としは、側管部１１を図３に
示すＡ−Ａ断面やその他の箇所で切断し、電極２と対向
している側管部１１の表面を電子顕微鏡で観察した場
合、空隙が存在する側管部１１のその表面はガラス面が
滑らかな状態になっており、空隙が存在せず電極２と側
管部１１が溶着しており切断工程において剥離した場合
は、側管部１１のその表面はガラスが剥ぎ取られたよう
に粗くなっており、この表面の違いにより、空隙の有無
を確認することもできる。

【００２９】このような方法によって、側管部１１に埋
設封止された電極２と側管部１１との間に微小な空隙Ｂ
が存在するようにショートアーク型超高圧放電ランプを
製造することにより、側管部１１にクラックが発生せ
ず、具体的には電極２が埋設封止された部分の側管部１
１にクラックが発生せず、しかも、図３に示すように、
電極２は金属箔３との溶接部分を除いて全ての領域、具
体的には電極側面２ａと電極端面２ｂが側管部１１と離
れており、この結果、電極２と側管部１１との間に微小
な空隙Ｂが形成されているので、点灯中、電極２が高温
になって側管部１１内で膨張しても、電極２の膨張をこ
の空隙Ｂによって吸収できるので、電極２が側管部１１
を内部から押し圧することがなくなり、側管部１１につ
づく発光管部１０が３００気圧という非常に高い水銀蒸
気圧になっても側管部１１が破損することがなく、十分
に高い耐圧力性を有するショートアーク型超高圧放電ラ
ンプとなる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のショート
アーク型超高圧放電ランプの製造方法によって製造され
たショートアーク型超高圧放電ランプによれば、側管部
に埋設封止された電極と側管部との間に微小な空隙が存
在し、側管部にクラックが存在せず、しかも、点灯中、
電極が膨張しても、この膨張を空隙で吸収できるので、
側管部につづく発光管部が３００気圧という非常に高い
水銀蒸気圧になっても側管部が破損することがなく、十
分に高い耐圧力性を有するショートアーク型超高圧放電
ランプとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のショートアーク型超高圧放電ランプの一
部拡大説明図である。

【図２】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの
説明図である。

【図３】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの
一部拡大説明図である。

【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。

【図５】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの
製造方法の説明図である。

【符号の説明】

１ 放電ランプ １０ 発光管部 １１ 側管部 ２ 電極 ３ 金属箔 ４ 外部リード Ｂ 空隙

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C012 AA08 JJ01 JJ10 5C043 AA14 CC05 DD11 EA19

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光管部とその両側に延在する側管部と
   からなるガラスバルブ内に、一端に金属箔が接続された
   一対の電極が対向配置され、前記金属箔および電極の一
   部が側管部で封止されたショートアーク型超高圧放電ラ
   ンプにおいて、 前記側管部に封止された電極と当該側管部との間には、
   電極と側管部との膨張係数の差に起因して、電極が軸方
   向に拘束されずに自由に伸縮可能となる程度の微小な空
   隙が形成されていることを特徴とするショートアーク型
   超高圧放電ランプ。
2. 【請求項２】 発光管部とその両側に延在する側管部と
   からなるガラスバルブ内に、一端に金属箔が接続された
   一対の電極が対向配置され、前記金属箔および電極の一
   部を側管部で封止するショートアーク型超高圧放電ラン
   プの製造方法において、 前記電極及び金属箔を取り囲むガラスバルブの側管部
   を、この側管部の軟化点以上の温度に加熱して電極及び
   金属箔を側管部で封止する封止工程と、 この封止工程に続き、金属箔が側管部で封止固定される
   ように側管部を冷却する冷却工程と、 この冷却工程に続き、電極が封止された部分の側管部の
   みを再度加熱し、側管部が軟化して粘性流動状態で電極
   と接するとともに、この粘性流動状態の側管部において
   電極と側管部が相対的に摺動自在な状態にする加熱工程
   と、 この加熱工程終了後、電極が封止された部分の側管部の
   温度が、側管部の軟化点と除冷点との中間の温度領域で
   あって、側管部が軟化して粘性流動状態で電極と接する
   とともに、この粘性流動状態の側管部において電極と側
   管部が相対的に摺動自在な状態の時に、側管部に振動を
   加える振動工程とを有することを特徴とするショートア
   ーク型超高圧放電ランプの製造方法。