JP2002124210A - 高圧放電灯およびそのバルブの封止方法 - Google Patents
高圧放電灯およびそのバルブの封止方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長時間動作した場合でも、石英バルブの破裂
や黒化を防止でき、石英バルブ封止部でのクラックの発
生、電極抜け等、不良発生のない高圧放電灯およびその
バルブの封止技術の提供。 【解決手段】石英バルブと、一対の電極とを有し、該一
対の電極は対向配置され、かつ該石英バルブが電極の一
部とともに、該石英バルブの封止部で気密封止された高
圧放電灯において、電極の先端部分の表面粗さの最大値
が、５μｍ以下であることを特徴とする高圧放電灯、お
よび、封止部における電極と石英バルブとの接触部分の
長さが特定の範囲内にある高圧放電灯並びにそのバルブ
の封止技術。
や黒化を防止でき、石英バルブ封止部でのクラックの発
生、電極抜け等、不良発生のない高圧放電灯およびその
バルブの封止技術の提供。 【解決手段】石英バルブと、一対の電極とを有し、該一
対の電極は対向配置され、かつ該石英バルブが電極の一
部とともに、該石英バルブの封止部で気密封止された高
圧放電灯において、電極の先端部分の表面粗さの最大値
が、５μｍ以下であることを特徴とする高圧放電灯、お
よび、封止部における電極と石英バルブとの接触部分の
長さが特定の範囲内にある高圧放電灯並びにそのバルブ
の封止技術。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電灯および
そのバルブの封止技術に関し、さらに詳しくは、製造に
あたっての不良率が小さく、かつ、長時間動作した場合
でも、石英ガラス製バルブがクラックの発生により破裂
したり、石英ガラス製バルブが黒化するのを防止できる
高圧放電灯およびそのバルブの封止技術に関する。
そのバルブの封止技術に関し、さらに詳しくは、製造に
あたっての不良率が小さく、かつ、長時間動作した場合
でも、石英ガラス製バルブがクラックの発生により破裂
したり、石英ガラス製バルブが黒化するのを防止できる
高圧放電灯およびそのバルブの封止技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】キセノンランプ、高圧水銀灯、メタルハ
ライドランプなどに代表される高圧放電灯は、輝度が高
く、演色性も良いことから、一般に、複写機やプロジェ
クター等の光源として用いられている。高圧放電灯は、
例えば、発光空間膨出部と封止部とからなる管状の石英
ガラス製バルブ（以下、「石英バルブ」という。）内に
一対の電極が対向配置され、それぞれの電極が、モリブ
デン箔と溶接等の手段により接合された構造をしてい
る。また、石英バルブの封止部において、電極の一部お
よびモリブデン箔とともに気密封止されている。気密封
止された石英バルブの発光空間膨出部には、例えば水銀
および不活性ガスが封入されている。
ライドランプなどに代表される高圧放電灯は、輝度が高
く、演色性も良いことから、一般に、複写機やプロジェ
クター等の光源として用いられている。高圧放電灯は、
例えば、発光空間膨出部と封止部とからなる管状の石英
ガラス製バルブ（以下、「石英バルブ」という。）内に
一対の電極が対向配置され、それぞれの電極が、モリブ
デン箔と溶接等の手段により接合された構造をしてい
る。また、石英バルブの封止部において、電極の一部お
よびモリブデン箔とともに気密封止されている。気密封
止された石英バルブの発光空間膨出部には、例えば水銀
および不活性ガスが封入されている。
【０００３】石英バルブの気密封止を行う手法として
は、ピンチシールとシュリンクシールがある。ピンチシ
ールは、石英バルブの外周部を金型等の押し型を用いた
押圧による圧潰封止を行う手法である。しかし、このピ
ンチシールは、押圧後に残留歪みが生じ易いことに加え
て、押圧後の石英バルブと封止用金属との接触形状が均
一にはならないために応力集中が生じ易く、上述の高圧
放電灯の封止に適用した場合、石英バルブが破裂する恐
れがある。
は、ピンチシールとシュリンクシールがある。ピンチシ
ールは、石英バルブの外周部を金型等の押し型を用いた
押圧による圧潰封止を行う手法である。しかし、このピ
ンチシールは、押圧後に残留歪みが生じ易いことに加え
て、押圧後の石英バルブと封止用金属との接触形状が均
一にはならないために応力集中が生じ易く、上述の高圧
放電灯の封止に適用した場合、石英バルブが破裂する恐
れがある。
【０００４】シュリンクシールは、石英バルブの内外に
圧力差を生じさせた状態で、石英バルブの両端の外周を
加熱し、その後、石英バルブを自然収縮させて気密封止
を行う、という手法である。この方法によれば、封止時
には、石英バルブを自然収縮させるため、ピンチシール
のようにバルブに無理な圧力が加わることがなく、残留
歪みも生じにくい。また、石英バルブと封止金属箔との
接触形状もはぼ均一であるため応力集中も生じない。こ
のような理由から、このシュリンクシールを上述の高圧
放電灯の封止に用いることが多い。
圧力差を生じさせた状態で、石英バルブの両端の外周を
加熱し、その後、石英バルブを自然収縮させて気密封止
を行う、という手法である。この方法によれば、封止時
には、石英バルブを自然収縮させるため、ピンチシール
のようにバルブに無理な圧力が加わることがなく、残留
歪みも生じにくい。また、石英バルブと封止金属箔との
接触形状もはぼ均一であるため応力集中も生じない。こ
のような理由から、このシュリンクシールを上述の高圧
放電灯の封止に用いることが多い。
【０００５】上記の高圧放電灯では、石英バルブの両端
で封止されたモリブデン箔にそれぞれ外部リード線が接
合されており、これら外部リード線に所定のトリガー電
圧が印加される。トリガー電圧が印加されると、石英バ
ルブ内の不活性ガスの雰囲気下で両電極間にグロー放電
が誘発され、これにより封入された水銀が気化し、高圧
の水銀ガス中でプラズマ放電が生じる。このプラズマ放
電による発光は、輝度が高く、演色性も良い。
で封止されたモリブデン箔にそれぞれ外部リード線が接
合されており、これら外部リード線に所定のトリガー電
圧が印加される。トリガー電圧が印加されると、石英バ
ルブ内の不活性ガスの雰囲気下で両電極間にグロー放電
が誘発され、これにより封入された水銀が気化し、高圧
の水銀ガス中でプラズマ放電が生じる。このプラズマ放
電による発光は、輝度が高く、演色性も良い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかる高圧放電灯は、
動作時のスパッタリングが激しく、石英バルブの黒化が
短時間で発生するという問題を有する。また、かかる電
極スパッタリングによる黒化を防止するため、高圧放電
灯内のハロゲン含有量を多くしてハロゲンサイクル効果
を高めようとすると、電極封止部がハロゲンガスによっ
て浸食されてクラックが発生し、石英バルブが破裂する
という問題を有する。
動作時のスパッタリングが激しく、石英バルブの黒化が
短時間で発生するという問題を有する。また、かかる電
極スパッタリングによる黒化を防止するため、高圧放電
灯内のハロゲン含有量を多くしてハロゲンサイクル効果
を高めようとすると、電極封止部がハロゲンガスによっ
て浸食されてクラックが発生し、石英バルブが破裂する
という問題を有する。
【０００７】また、従来は、シュリンクシールにより高
圧放電灯のバルブ封止を行う際に、石英バルブと電極と
の熱膨張係数の違いを何等考慮していなかった。更に、
従来は、気密封止時の石英ガラスの加熱は、職人による
手作業で行われており、封止部分における電極と石英バ
ルブとの接触部分を特定の長さに、正確に形成すること
は困難であった。そのため、封止部分における電極と石
英バルブとの接触部分が長い場合は、気密封止時に、電
極と石英バルブの熱膨張係数の違いにより、封止部分
に、図８に示すようなクラックが生じていた。このよう
なクラックは、高圧放電灯を動作させて石英バルブの内
部圧力が上昇すると、亀裂となり、石英バルブが破裂す
る原因となる。なお、封止部分における電極と石英バル
ブとの接触部分の長さを短くすることによりクラックの
発生を抑制することができるが、その場合は、電極抜け
などの不良が発生する恐れがある。
圧放電灯のバルブ封止を行う際に、石英バルブと電極と
の熱膨張係数の違いを何等考慮していなかった。更に、
従来は、気密封止時の石英ガラスの加熱は、職人による
手作業で行われており、封止部分における電極と石英バ
ルブとの接触部分を特定の長さに、正確に形成すること
は困難であった。そのため、封止部分における電極と石
英バルブとの接触部分が長い場合は、気密封止時に、電
極と石英バルブの熱膨張係数の違いにより、封止部分
に、図８に示すようなクラックが生じていた。このよう
なクラックは、高圧放電灯を動作させて石英バルブの内
部圧力が上昇すると、亀裂となり、石英バルブが破裂す
る原因となる。なお、封止部分における電極と石英バル
ブとの接触部分の長さを短くすることによりクラックの
発生を抑制することができるが、その場合は、電極抜け
などの不良が発生する恐れがある。
【０００８】したがって、本発明は、長時間動作した場
合でも、石英バルブが破裂したり、石英バルブが黒化す
るのを防止でき、また、封止の際のクラックの発生を抑
制することができ、かつ、電極抜けなどの不良が発生す
ることのない、高圧放電灯およびそのバルブ封止方法を
提供することを目的とする。
合でも、石英バルブが破裂したり、石英バルブが黒化す
るのを防止でき、また、封止の際のクラックの発生を抑
制することができ、かつ、電極抜けなどの不良が発生す
ることのない、高圧放電灯およびそのバルブ封止方法を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究した結果、電極の先端部分の表面
粗さ、石英バルブの発光空間膨出部内の電極部分で先端
部分以外の部分の表面粗さ、および、封止部における電
極と石英バルブとが接触する部分の長さと該封止部にお
ける石英バルブとの接触面における表面粗さに着目し
た。そして、かかる先端部分の表面粗さ（以下「Ｒ1」
という）の最大値（以下「Ｒ1ｍａｘ」という）を特定
値以下とすれば、電極のスパッタリングを顕著に減少さ
せることができ、その結果、石英バルブの黒化を防止す
ることができること、さらに、電極の先端部分以外の部
分の表面粗さ（以下「Ｒ2」という）の最大値（以下
「Ｒ2ｍａｘ」という）を特定範囲とすれば、石英バル
ブの破裂等を防止することができることを見出し、ま
た、封止部における石英バルブと電極の熱膨張係数の違
いによるクラックの発生および電極抜けなどの不良は、
封止部分における電極と石英バルブとの接触部分の長さ
をある範囲に規定することにより抑制できることをこれ
までの実験の結果から見出し、本発明を完成した。
を達成すべく鋭意研究した結果、電極の先端部分の表面
粗さ、石英バルブの発光空間膨出部内の電極部分で先端
部分以外の部分の表面粗さ、および、封止部における電
極と石英バルブとが接触する部分の長さと該封止部にお
ける石英バルブとの接触面における表面粗さに着目し
た。そして、かかる先端部分の表面粗さ（以下「Ｒ1」
という）の最大値（以下「Ｒ1ｍａｘ」という）を特定
値以下とすれば、電極のスパッタリングを顕著に減少さ
せることができ、その結果、石英バルブの黒化を防止す
ることができること、さらに、電極の先端部分以外の部
分の表面粗さ（以下「Ｒ2」という）の最大値（以下
「Ｒ2ｍａｘ」という）を特定範囲とすれば、石英バル
ブの破裂等を防止することができることを見出し、ま
た、封止部における石英バルブと電極の熱膨張係数の違
いによるクラックの発生および電極抜けなどの不良は、
封止部分における電極と石英バルブとの接触部分の長さ
をある範囲に規定することにより抑制できることをこれ
までの実験の結果から見出し、本発明を完成した。
【００１０】すなわち、本発明における第１の発明の要
旨は、管状の石英ガラス製バルブ内に一対の電極が対向
配置され、該石英ガラス製バルブの両端部が前記一対の
電極の一部と該電極に接合されたモリブデン箔とともに
気密封止されてなる高圧放電灯において、電極の先端部
分の表面粗さの最大値が、５μｍ以下であることを特徴
とする高圧放電灯を提供するものであり、また、上記高
圧放電灯において、石英バルブの発光空間膨出部内の電
極の先端部分以外の部分の表面粗さの最大値が、５〜１
２μｍである高圧放電灯を提供するものである。なお、
表面粗さの最大値は、電極の軸中心から表面までの距離
と、その距離の平均値との差の絶対値の最大値を表す。
旨は、管状の石英ガラス製バルブ内に一対の電極が対向
配置され、該石英ガラス製バルブの両端部が前記一対の
電極の一部と該電極に接合されたモリブデン箔とともに
気密封止されてなる高圧放電灯において、電極の先端部
分の表面粗さの最大値が、５μｍ以下であることを特徴
とする高圧放電灯を提供するものであり、また、上記高
圧放電灯において、石英バルブの発光空間膨出部内の電
極の先端部分以外の部分の表面粗さの最大値が、５〜１
２μｍである高圧放電灯を提供するものである。なお、
表面粗さの最大値は、電極の軸中心から表面までの距離
と、その距離の平均値との差の絶対値の最大値を表す。
【００１１】また、本発明における第２の発明の要旨
は、管状の石英ガラス製バルブ内に一対の電極が対向配
置され、該石英バルブの両端の封止部において石英ガラ
ス製バルブが前記一対の電極の一部とともに封止されて
なる高圧放電灯において、前記一対の電極の直径をＤ、
該電極に供給される電力をＰとし、前記封止部における
電極と石英ガラス製バルブとが接触する部分の長さＬの
最大長が、 Ｌｍａｘ≦２００÷（Ｐ×Ｄ） で与えられ、最短長Ｌｍｉｎを、 Ｌｍｉｎ≧０．８÷（Ｄ2×π） および、 Ｌｍｉｎ≧０．７ のうち、長い方で与えられることを特徴とする高圧放電
灯を提供するものである。
は、管状の石英ガラス製バルブ内に一対の電極が対向配
置され、該石英バルブの両端の封止部において石英ガラ
ス製バルブが前記一対の電極の一部とともに封止されて
なる高圧放電灯において、前記一対の電極の直径をＤ、
該電極に供給される電力をＰとし、前記封止部における
電極と石英ガラス製バルブとが接触する部分の長さＬの
最大長が、 Ｌｍａｘ≦２００÷（Ｐ×Ｄ） で与えられ、最短長Ｌｍｉｎを、 Ｌｍｉｎ≧０．８÷（Ｄ2×π） および、 Ｌｍｉｎ≧０．７ のうち、長い方で与えられることを特徴とする高圧放電
灯を提供するものである。
【００１２】更に、本発明における第３の発明の要旨
は、電極を挿入するための一対の挿入口が対向位置に形
成された石英ガラス製バルブの一方の挿入口に第１の電
極を軸方向位置が規定の位置になるようにセッティング
し、前記石英ガラス製バルブの内外に所定の圧力差を生
じさせた状態で、前記石英ガラス製バルブの一方の挿入
口の所定の部分を加熱し、自然収縮させて前記第１の電
極の一部とともに石英ガラス製バルブを封止するステッ
プと、前記石英ガラス製バルブの他方の挿入口に第２の
電極を軸方向位置が規定の位置になるようにセッティン
グし、前記石英ガラス製バルブの内外に所定の圧力差を
生じさせた状態で、前記石英ガラス製バルブの他方の挿
入口の所定の部分を加熱し、自然収縮させて前記第２の
電極の一部とともに石英ガラス製バルブを封止するステ
ップとを含み、前記第１および第２の電極の直径をＤ、
該各電極に供給される電力をＰとし、前記石英バルブの
各挿入口の封止される部分における電極と石英ガラス製
バルブとが接触する部分の長さＬの最大長Ｌｍａｘが、 Ｌｍａｘ≦２００÷（Ｐ×Ｄ） で与えられ、最短長Ｌｍｉｎを、 Ｌｍｉｎ≧０．８÷（Ｄ2×π） および、 Ｌｍｉｎ≧０．７ のうち、長い方で与えられることを特徴とする高圧放電
灯のバルブ封止方法を提供するものである。
は、電極を挿入するための一対の挿入口が対向位置に形
成された石英ガラス製バルブの一方の挿入口に第１の電
極を軸方向位置が規定の位置になるようにセッティング
し、前記石英ガラス製バルブの内外に所定の圧力差を生
じさせた状態で、前記石英ガラス製バルブの一方の挿入
口の所定の部分を加熱し、自然収縮させて前記第１の電
極の一部とともに石英ガラス製バルブを封止するステッ
プと、前記石英ガラス製バルブの他方の挿入口に第２の
電極を軸方向位置が規定の位置になるようにセッティン
グし、前記石英ガラス製バルブの内外に所定の圧力差を
生じさせた状態で、前記石英ガラス製バルブの他方の挿
入口の所定の部分を加熱し、自然収縮させて前記第２の
電極の一部とともに石英ガラス製バルブを封止するステ
ップとを含み、前記第１および第２の電極の直径をＤ、
該各電極に供給される電力をＰとし、前記石英バルブの
各挿入口の封止される部分における電極と石英ガラス製
バルブとが接触する部分の長さＬの最大長Ｌｍａｘが、 Ｌｍａｘ≦２００÷（Ｐ×Ｄ） で与えられ、最短長Ｌｍｉｎを、 Ｌｍｉｎ≧０．８÷（Ｄ2×π） および、 Ｌｍｉｎ≧０．７ のうち、長い方で与えられることを特徴とする高圧放電
灯のバルブ封止方法を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】複合電解研磨法等により研磨し、
電極表面を平滑化する技術は、従来より知られていた
が、電極の先端部分のＲ1ｍａｘを、特定の値以下とす
ることによって、電極のスパッタリング発生による石英
バルブの黒化等を防止できること、また、電極の先端部
分以外の部分のＲ3ｍａｘを、特定の範囲とすることに
よって、高圧放電灯の破裂等を防止することができるこ
とは全く知られていなかった。また、熱膨張係数の違い
によるクラックの発生および電極抜けなどの不良は、封
止部分における電極と石英バルブとの接触部分の長さを
ある範囲に規定することで抑制できること、封止部分に
おける電極の石英バルブとの接触面における表面粗さ
（以下「Ｒ3」という）の最大値（以下「Ｒ3ｍａｘ」と
いう）を特定の値以下とすると、高圧放電灯で一般に要
求されている、寿命終止においての不良率を１％以下に
することを達成できることも知られていなかった。
電極表面を平滑化する技術は、従来より知られていた
が、電極の先端部分のＲ1ｍａｘを、特定の値以下とす
ることによって、電極のスパッタリング発生による石英
バルブの黒化等を防止できること、また、電極の先端部
分以外の部分のＲ3ｍａｘを、特定の範囲とすることに
よって、高圧放電灯の破裂等を防止することができるこ
とは全く知られていなかった。また、熱膨張係数の違い
によるクラックの発生および電極抜けなどの不良は、封
止部分における電極と石英バルブとの接触部分の長さを
ある範囲に規定することで抑制できること、封止部分に
おける電極の石英バルブとの接触面における表面粗さ
（以下「Ｒ3」という）の最大値（以下「Ｒ3ｍａｘ」と
いう）を特定の値以下とすると、高圧放電灯で一般に要
求されている、寿命終止においての不良率を１％以下に
することを達成できることも知られていなかった。
【００１４】次に、本発明の実施形態について図面を参
照して説明する。図１は、本発明の高圧放電灯の一実施
形態を示す概略断面説明図であり、直流電源を用いる高
圧放電灯の例である。一体成形された合成石英ガラス製
バルブ１の発光空間膨出部１１の形状は、球状、楕円球
状等いずれでもよい。陽極２および陰極３の形状は、同
一でも異なっていてもよい。両電極の間隔に特に制限は
ない。陽極２および陰極３は、モリブデン箔４、４’と
溶接等の手段で接合されている。石英バルブ１は、封止
部１２で、モリブデン箔４、４’と気密封止されてい
る。発光空間膨出部１１内には、水銀および不活性ガス
等が封入されている。
照して説明する。図１は、本発明の高圧放電灯の一実施
形態を示す概略断面説明図であり、直流電源を用いる高
圧放電灯の例である。一体成形された合成石英ガラス製
バルブ１の発光空間膨出部１１の形状は、球状、楕円球
状等いずれでもよい。陽極２および陰極３の形状は、同
一でも異なっていてもよい。両電極の間隔に特に制限は
ない。陽極２および陰極３は、モリブデン箔４、４’と
溶接等の手段で接合されている。石英バルブ１は、封止
部１２で、モリブデン箔４、４’と気密封止されてい
る。発光空間膨出部１１内には、水銀および不活性ガス
等が封入されている。
【００１５】本発明において、電極の先端とは、電極の
長さ方向の、対向する電極側の末端をいう。電極の先端
部分２１、３１とは、電極の放電に寄与する部分を意味
し、該電極の先端から、該電極の先端から長さ方向に特
定の距離までの範囲をいう。長さ方向に特定の距離は、
高圧放電灯への供給電力により変動するものであり、具
体的には、高圧放電灯に供給する電力をＰ（Ｗ）とした
とき、Ｐ／１５０〜Ｐ／１００（ｍｍ）であることが好
ましい。さらに具体的には、例えばＰ＝１２０（Ｗ）の
とき０．８〜１．２（ｍｍ）、Ｐ＝１５０（Ｗ）のとき
１．０〜１．５（ｍｍ）、Ｐ＝１８０（Ｗ）のとき１．
２〜１．８（ｍｍ）、Ｐ＝２００（Ｗ）のとき１．３３
〜２．０（ｍｍ）である。なお、陽極と陰極の形状が同
じである場合は、電極の先端部分の範囲は同じである
が、形状が異なる場合は、電極の先端部分の範囲も異な
る。
長さ方向の、対向する電極側の末端をいう。電極の先端
部分２１、３１とは、電極の放電に寄与する部分を意味
し、該電極の先端から、該電極の先端から長さ方向に特
定の距離までの範囲をいう。長さ方向に特定の距離は、
高圧放電灯への供給電力により変動するものであり、具
体的には、高圧放電灯に供給する電力をＰ（Ｗ）とした
とき、Ｐ／１５０〜Ｐ／１００（ｍｍ）であることが好
ましい。さらに具体的には、例えばＰ＝１２０（Ｗ）の
とき０．８〜１．２（ｍｍ）、Ｐ＝１５０（Ｗ）のとき
１．０〜１．５（ｍｍ）、Ｐ＝１８０（Ｗ）のとき１．
２〜１．８（ｍｍ）、Ｐ＝２００（Ｗ）のとき１．３３
〜２．０（ｍｍ）である。なお、陽極と陰極の形状が同
じである場合は、電極の先端部分の範囲は同じである
が、形状が異なる場合は、電極の先端部分の範囲も異な
る。
【００１６】本発明においては、電極の先端部分２１、
３１のＲ1ｍａｘが、５μｍ以下であることが必要であ
る。Ｒ1ｍａｘを５μｍ以下とすることにより、電極の
スパッタリングを従来より顕著に減少させることがで
き、長時間（例えば２０００時間以上）の動作でも石英
バルブの黒化等を防止することができる。本発明におい
ては、電極の先端部分のＲ1ｍａｘが小さいほど、電極
のスパッタリングの減少効果はより顕著であり、電極の
先端部分のＲ1ｍａｘが、３μｍ以下であることが好ま
しく、１μｍ以下であることがより好ましく、０．５μ
ｍ以下であることが特に好ましい。１μｍ以下であれ
ば、３０００時間以上の動作でも石英バルブの黒化等を
防止することができる。
３１のＲ1ｍａｘが、５μｍ以下であることが必要であ
る。Ｒ1ｍａｘを５μｍ以下とすることにより、電極の
スパッタリングを従来より顕著に減少させることがで
き、長時間（例えば２０００時間以上）の動作でも石英
バルブの黒化等を防止することができる。本発明におい
ては、電極の先端部分のＲ1ｍａｘが小さいほど、電極
のスパッタリングの減少効果はより顕著であり、電極の
先端部分のＲ1ｍａｘが、３μｍ以下であることが好ま
しく、１μｍ以下であることがより好ましく、０．５μ
ｍ以下であることが特に好ましい。１μｍ以下であれ
ば、３０００時間以上の動作でも石英バルブの黒化等を
防止することができる。
【００１７】本発明においては、電極の先端部分以外の
部分のＲ2ｍａｘが、５〜１２μｍであることが好まし
く、７〜９μｍであることが特に好ましい。高圧放電灯
製造の際、この石英バルブ１の封止は、シュリンクシー
ルにより行っている。すなわち、石英バルブ１の内外に
所定の圧力差を生じさせた状態で石英ガラスを加工温度
領域まで加熱した後、石英バルブ１を自然収縮させるこ
とにより石英バルブと電極の封止部近傍をシールする
が、その後石英ガラスが冷え、石英ガラスの徐冷点付近
で実質の固化が始まる。このとき、電極の先端部分以外
の部分の電極のＲ 2ｍａｘが５〜１２μｍであれば、電
極と石英バルブとが強固にシールされ、長時間（例えば
２０００時間以上）動作しても、高圧放電灯の破裂を防
止することができる。また、７〜９μｍであれば、例え
ば２５００時間以上動作しても、高圧放電灯の破裂を防
止することができる。ここで、電極の先端部分以外の部
分とは、発光空間膨出部内の電極、すなわち石英ガラス
と離れている電極部分のうち、電極の先端部分２１、３
１以外の部分をいう。
部分のＲ2ｍａｘが、５〜１２μｍであることが好まし
く、７〜９μｍであることが特に好ましい。高圧放電灯
製造の際、この石英バルブ１の封止は、シュリンクシー
ルにより行っている。すなわち、石英バルブ１の内外に
所定の圧力差を生じさせた状態で石英ガラスを加工温度
領域まで加熱した後、石英バルブ１を自然収縮させるこ
とにより石英バルブと電極の封止部近傍をシールする
が、その後石英ガラスが冷え、石英ガラスの徐冷点付近
で実質の固化が始まる。このとき、電極の先端部分以外
の部分の電極のＲ 2ｍａｘが５〜１２μｍであれば、電
極と石英バルブとが強固にシールされ、長時間（例えば
２０００時間以上）動作しても、高圧放電灯の破裂を防
止することができる。また、７〜９μｍであれば、例え
ば２５００時間以上動作しても、高圧放電灯の破裂を防
止することができる。ここで、電極の先端部分以外の部
分とは、発光空間膨出部内の電極、すなわち石英ガラス
と離れている電極部分のうち、電極の先端部分２１、３
１以外の部分をいう。
【００１８】本発明においては、発光空間膨出部１１の
内部に水銀が封入され、かつその封入量が０．１２〜
０．３ｍｇ／ｍｍ3であることが好ましく、０．１８〜
０．２４ｍｇ／ｍｍ3であることが特に好ましい。封入
量が０．１２〜０．３ｍｇ／ｍｍ3であることにより、
発光効率を高くすることができるとともに、高圧放電灯
動作時の黒化や破裂等を防止することができる。
内部に水銀が封入され、かつその封入量が０．１２〜
０．３ｍｇ／ｍｍ3であることが好ましく、０．１８〜
０．２４ｍｇ／ｍｍ3であることが特に好ましい。封入
量が０．１２〜０．３ｍｇ／ｍｍ3であることにより、
発光効率を高くすることができるとともに、高圧放電灯
動作時の黒化や破裂等を防止することができる。
【００１９】本発明においては、高圧放電灯内部にハロ
ゲンガスが封入され、かつその封入量が１０-8〜１０-2
μｍｏｌ／ｍｍ3であることが好ましく、１０-6〜１０
-4μｍｏｌ／ｍｍ3であることが特に好ましい。１０-8
〜１０-2μｍｏｌ／ｍｍ3であれば、発光効率を高くす
ることができるとともに、高圧放電灯動作時の黒化や破
裂等を防止することができる。ここで、ハロゲンガスと
しては、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガス等が挙げら
れ、これらを１種以上封入することができる。なお、２
種以上のハロゲンガスを封入する場合は、その合計封入
量が、１０-8〜１０ -2μｍｏｌ／ｍｍ3となることが好
ましい。
ゲンガスが封入され、かつその封入量が１０-8〜１０-2
μｍｏｌ／ｍｍ3であることが好ましく、１０-6〜１０
-4μｍｏｌ／ｍｍ3であることが特に好ましい。１０-8
〜１０-2μｍｏｌ／ｍｍ3であれば、発光効率を高くす
ることができるとともに、高圧放電灯動作時の黒化や破
裂等を防止することができる。ここで、ハロゲンガスと
しては、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガス等が挙げら
れ、これらを１種以上封入することができる。なお、２
種以上のハロゲンガスを封入する場合は、その合計封入
量が、１０-8〜１０ -2μｍｏｌ／ｍｍ3となることが好
ましい。
【００２０】本発明においては、発光空間膨出部１１の
内部に不活性ガスが封入され、かつその封入圧が６ｋＰ
ａ以上であることが好ましく、２０〜５０ｋＰａである
ことが特に好ましい。２０ｋＰａ以上であれば、発光効
率を高くすることができるとともに、高圧放電灯動作時
の黒化や破裂等を防止することができる。ここで、不活
性ガスとしては、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴン
ガス、クリプトンガス、キセノンガス等が挙げられ、こ
れらを１種以上封入することができる。なお、２種以上
の不活性ガスを封入する場合は、その合計封入圧が５０
ｋＰａ以下であることが好ましい。
内部に不活性ガスが封入され、かつその封入圧が６ｋＰ
ａ以上であることが好ましく、２０〜５０ｋＰａである
ことが特に好ましい。２０ｋＰａ以上であれば、発光効
率を高くすることができるとともに、高圧放電灯動作時
の黒化や破裂等を防止することができる。ここで、不活
性ガスとしては、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴン
ガス、クリプトンガス、キセノンガス等が挙げられ、こ
れらを１種以上封入することができる。なお、２種以上
の不活性ガスを封入する場合は、その合計封入圧が５０
ｋＰａ以下であることが好ましい。
【００２１】本発明においては、高圧放電灯内部の管壁
負荷が０．８Ｗ／ｍｍ2以上であることが好ましく、
１．２〜１．８Ｗ／ｍｍ2であることが特に好ましい。
０．８Ｗ／ｍｍ2以上であれば、発光効率を高くするこ
とができるとともに、高圧放電灯動作時の黒化や破裂等
を防止することができる。
負荷が０．８Ｗ／ｍｍ2以上であることが好ましく、
１．２〜１．８Ｗ／ｍｍ2であることが特に好ましい。
０．８Ｗ／ｍｍ2以上であれば、発光効率を高くするこ
とができるとともに、高圧放電灯動作時の黒化や破裂等
を防止することができる。
【００２２】本発明においては、高圧放電灯の陽極およ
び陰極の材質は、タングステン、モリブデンおよびタン
タルが好ましく、タングステンがより好ましく、酸化カ
リウムを含有するタングステンが特に好ましい。酸化カ
リウムのタングステン中の含有量は、３０ｐｐｍ以下で
あることが好ましい。酸化カリウムを含有するタングス
テンであれば、発光効率を高くすることができるととも
に、高圧放電灯動作時のリークや破裂を防止することが
できる。
び陰極の材質は、タングステン、モリブデンおよびタン
タルが好ましく、タングステンがより好ましく、酸化カ
リウムを含有するタングステンが特に好ましい。酸化カ
リウムのタングステン中の含有量は、３０ｐｐｍ以下で
あることが好ましい。酸化カリウムを含有するタングス
テンであれば、発光効率を高くすることができるととも
に、高圧放電灯動作時のリークや破裂を防止することが
できる。
【００２３】本発明において、電極の先端部分の研磨
は、Ｒ1ｍａｘを５μｍ以下とすることができる方法で
あれば特に制限はなく、電解研磨法、複合電解研磨法等
が挙げられる。このうち、精度よくかつ効率的に電極を
研磨することができるため複合電解研磨法が好ましい。
は、Ｒ1ｍａｘを５μｍ以下とすることができる方法で
あれば特に制限はなく、電解研磨法、複合電解研磨法等
が挙げられる。このうち、精度よくかつ効率的に電極を
研磨することができるため複合電解研磨法が好ましい。
【００２４】次に、本発明における第２および第３の発
明につき、説明する。熱膨張係数の違いによるクラック
の発生および電極抜けなどの不良と、封止部分における
電極と石英バルブとの接触部分の長さの関係に関する実
験の結果に基づく知見から、本発明の高圧放電ランプお
よび封止方法では、封止部分における電極と石英バルブ
との接触部分の最大長が熱膨張係数の違いによるクラッ
クが生じない長さに規定され、また、最短長が電極抜け
が生じない長さに規定される。よって、従来のようなク
ラック発生による破裂や電極抜けによる不良は生じな
い。
明につき、説明する。熱膨張係数の違いによるクラック
の発生および電極抜けなどの不良と、封止部分における
電極と石英バルブとの接触部分の長さの関係に関する実
験の結果に基づく知見から、本発明の高圧放電ランプお
よび封止方法では、封止部分における電極と石英バルブ
との接触部分の最大長が熱膨張係数の違いによるクラッ
クが生じない長さに規定され、また、最短長が電極抜け
が生じない長さに規定される。よって、従来のようなク
ラック発生による破裂や電極抜けによる不良は生じな
い。
【００２５】図２は、本発明の一実施形態である高圧放
電灯の部分断面構造図である。この高圧放電灯は、その
封止部１２における電極２ａと石英バルブ１との接触部
分の長さＬが、石英バルブと電極の熱膨張係数の違いに
よるクラックの発生を抑制する長さで、かつ、電極抜け
が生じないような長さに規定されている。
電灯の部分断面構造図である。この高圧放電灯は、その
封止部１２における電極２ａと石英バルブ１との接触部
分の長さＬが、石英バルブと電極の熱膨張係数の違いに
よるクラックの発生を抑制する長さで、かつ、電極抜け
が生じないような長さに規定されている。
【００２６】本形態の高圧放電灯において、電極２ａ、
２ｂはそれぞれモリブデン箔４、４’と接合されてお
り、電極２ａ、２ｂの一部およびモリブデン箔４、４’
が石英バルブ１の両端で封着されている。この石英バル
ブ１の封止は、シュリンクシールにより行っている。
２ｂはそれぞれモリブデン箔４、４’と接合されてお
り、電極２ａ、２ｂの一部およびモリブデン箔４、４’
が石英バルブ１の両端で封着されている。この石英バル
ブ１の封止は、シュリンクシールにより行っている。
【００２７】封止部分における電極２ａと石英バルブ１
との接触部分の長さＬは、電極２ａの直径をＤ（ｍ
ｍ）、高圧放電灯の供給電力をＰ（Ｗ）とした場合に、
以下のように規定される。 （最大長） Ｌｍａｘ(mm)≦２００÷（Ｐ×Ｄ） （最短長） Ｌｍｉｎ(mm)≧０．８÷（Ｄ2×π） および、 Ｌｍｉｎ(mm)≧０．７ のうち、いずれか長い方 電極２ｂと石英バルブ１との接触部分の長さについて
も、上記条件を満たすように規定される。
との接触部分の長さＬは、電極２ａの直径をＤ（ｍ
ｍ）、高圧放電灯の供給電力をＰ（Ｗ）とした場合に、
以下のように規定される。 （最大長） Ｌｍａｘ(mm)≦２００÷（Ｐ×Ｄ） （最短長） Ｌｍｉｎ(mm)≧０．８÷（Ｄ2×π） および、 Ｌｍｉｎ(mm)≧０．７ のうち、いずれか長い方 電極２ｂと石英バルブ１との接触部分の長さについて
も、上記条件を満たすように規定される。
【００２８】各電極２ａ、２ｂと石英バルブ１との接触
部分の長さＬが、それぞれ上記条件で規定された高圧放
電灯では、石英バルブ１と電極２ａ、２ｂの接触部が強
度的に弱くなることがなく、その接触部におけるクラッ
クの発生も抑制されるので、例えば内部気圧を８ＭＰａ
以上として動作させても石英バルブ１が破裂することは
ない。
部分の長さＬが、それぞれ上記条件で規定された高圧放
電灯では、石英バルブ１と電極２ａ、２ｂの接触部が強
度的に弱くなることがなく、その接触部におけるクラッ
クの発生も抑制されるので、例えば内部気圧を８ＭＰａ
以上として動作させても石英バルブ１が破裂することは
ない。
【００２９】次に、上記条件の導出の仕方について具体
的に説明する。以下の説明では、石英バルブ１内に、
０．１２〜０．３０ｍｇ／ｍｍ3の水銀と１０-8〜１０
-2μｍｏｌ／ｍｍ3の不活性ガスを封入したサンプルを
用いて条件の導出を行っている。
的に説明する。以下の説明では、石英バルブ１内に、
０．１２〜０．３０ｍｇ／ｍｍ3の水銀と１０-8〜１０
-2μｍｏｌ／ｍｍ3の不活性ガスを封入したサンプルを
用いて条件の導出を行っている。
【００３０】図３は、高圧放電灯の供給電力を２００Ｗ
固定として、電極径φを０．４、０．６、０．８（ｍ
ｍ）と変化させたときの、電極と石英バルブとの接触部
分の長さＬと不良率の関係を示す図である。図４は、電
極径φを０．６（ｍｍ）固定として、高圧放電灯の供給
電力を２００Ｗ、１５０Ｗ、１２０Ｗと変化させたとき
の、電極と石英バルブとの接触部分の長さＬと不良率の
関係を示す図である。ここで、不良率は、初期的および
寿命終止（ここでは、２０００時間としている）までの
動作時に発生する石英バルブの破裂、電極抜けなどの不
良、および作製不良など全ての不良を含む。
固定として、電極径φを０．４、０．６、０．８（ｍ
ｍ）と変化させたときの、電極と石英バルブとの接触部
分の長さＬと不良率の関係を示す図である。図４は、電
極径φを０．６（ｍｍ）固定として、高圧放電灯の供給
電力を２００Ｗ、１５０Ｗ、１２０Ｗと変化させたとき
の、電極と石英バルブとの接触部分の長さＬと不良率の
関係を示す図である。ここで、不良率は、初期的および
寿命終止（ここでは、２０００時間としている）までの
動作時に発生する石英バルブの破裂、電極抜けなどの不
良、および作製不良など全ての不良を含む。
【００３１】高圧放電灯は、一般に、寿命終止において
その不良率が１％であることが要求されることから、こ
こでは、図3および図4のデータに基づいて、不良率が１
％以下となる、電極と石英バルブとの接触部分の長さＬ
最大長Ｌｍａｘおよび最短長Ｌｍｉｎを求める。
その不良率が１％であることが要求されることから、こ
こでは、図3および図4のデータに基づいて、不良率が１
％以下となる、電極と石英バルブとの接触部分の長さＬ
最大長Ｌｍａｘおよび最短長Ｌｍｉｎを求める。
【００３２】電極２ａ、２ｂと石英バルブ１のとの接触
部分の長さＬが長い場合は、石英バルブの気密封止加工
時に、電極と石英バルブとの熱膨張係数の違いによるク
ラックが生じる。よって、このクラックの発生による不
良を抑制するために、電極と石英バルブとの接触部分の
長さＬの最大長を規定する必要がある。図３および図４
のデータによれば、不良率は、電極の直径および高圧放
電灯の供給電力の大きさに比例して大きくなるが、電極
と石英バルブとの接触部分の長さＬは、電極の直径およ
び高圧放電灯の供給電力が小さくなるほどその値を大き
くとることができる。すなわち、電極と石英バルブとの
接触部分の長さＬの最大長は、電極の直径Ｄおよび高圧
放電灯の供給電力の大きさＰに反比例し、その係数は図
３および図４のデータから２００と求まる。よって、電
極と石英バルブとの接触部分の長さＬの最大長Ｌｍａｘ
を以下のように規定することができる。 Ｌｍａｘ(mm)≦２００÷（Ｐ×Ｄ）
部分の長さＬが長い場合は、石英バルブの気密封止加工
時に、電極と石英バルブとの熱膨張係数の違いによるク
ラックが生じる。よって、このクラックの発生による不
良を抑制するために、電極と石英バルブとの接触部分の
長さＬの最大長を規定する必要がある。図３および図４
のデータによれば、不良率は、電極の直径および高圧放
電灯の供給電力の大きさに比例して大きくなるが、電極
と石英バルブとの接触部分の長さＬは、電極の直径およ
び高圧放電灯の供給電力が小さくなるほどその値を大き
くとることができる。すなわち、電極と石英バルブとの
接触部分の長さＬの最大長は、電極の直径Ｄおよび高圧
放電灯の供給電力の大きさＰに反比例し、その係数は図
３および図４のデータから２００と求まる。よって、電
極と石英バルブとの接触部分の長さＬの最大長Ｌｍａｘ
を以下のように規定することができる。 Ｌｍａｘ(mm)≦２００÷（Ｐ×Ｄ）
【００３３】他方、電極と石英バルブとの接触部分の長
さが短い場合は、電極を支持する部分が強度的に弱くな
り、電極抜け等の不良が発生する。この電極抜け等によ
る不良を防止するために、電極と石英バルブとの接触部
分の長さＬの最短長を規定する必要がある。電極抜け等
の不良が生じない強度を得ることのできる、電極と石英
バルブとの接触部分の長さＬの最短長は、電極の直径に
依存し、電極の断面積に反比例し、その係数は図３およ
び図４のデータから０．８と求まる。よって、電極と石
英バルブとの接触部分の長さＬの最短長Ｌｍｉｎを以下
のように規定することができる。 Ｌｍｉｎ(mm)≧０．８÷（Ｄ2×π）
さが短い場合は、電極を支持する部分が強度的に弱くな
り、電極抜け等の不良が発生する。この電極抜け等によ
る不良を防止するために、電極と石英バルブとの接触部
分の長さＬの最短長を規定する必要がある。電極抜け等
の不良が生じない強度を得ることのできる、電極と石英
バルブとの接触部分の長さＬの最短長は、電極の直径に
依存し、電極の断面積に反比例し、その係数は図３およ
び図４のデータから０．８と求まる。よって、電極と石
英バルブとの接触部分の長さＬの最短長Ｌｍｉｎを以下
のように規定することができる。 Ｌｍｉｎ(mm)≧０．８÷（Ｄ2×π）
【００３４】なお、石英バルブ製作上、電極と石英バル
ブとの接触部分は、最低０．７ｍｍの溶接しろが必要と
され、接触部分の長さをこの値以下にすると、不良率は
激増することになる。よって、電極と石英バルブとの接
触部分の長さＬの最短長Ｌｍｉｎは、上記条件で、か
つ、以下の条件を満たすことが必要となる。 Ｌｍｉｎ.(mm)≧０．７
ブとの接触部分は、最低０．７ｍｍの溶接しろが必要と
され、接触部分の長さをこの値以下にすると、不良率は
激増することになる。よって、電極と石英バルブとの接
触部分の長さＬの最短長Ｌｍｉｎは、上記条件で、か
つ、以下の条件を満たすことが必要となる。 Ｌｍｉｎ.(mm)≧０．７
【００３５】図５に、電極径Ｄが０．４〜０．８ｍｍの
範囲における最短長Ｌｍｉｎと高圧放電灯の供給電力が
２００Ｗ、１５０Ｗ、１２０Ｗのときのそれぞれの最大
長Ｌｍａｘとを示す。この図５に示した範囲内に、電極
と石英バルブとの接触部分の長さＬを規定することによ
り、電極と石英バルブとの接触部分が強度的に弱くなる
ことがなく、かつ、その接触部分におけるクラックの発
生を抑制することができる。実験的には、バルブ内部圧
を８ＭＰａ以上として動作させても石英バルブ１の破裂
が全くない結果が得られている。
範囲における最短長Ｌｍｉｎと高圧放電灯の供給電力が
２００Ｗ、１５０Ｗ、１２０Ｗのときのそれぞれの最大
長Ｌｍａｘとを示す。この図５に示した範囲内に、電極
と石英バルブとの接触部分の長さＬを規定することによ
り、電極と石英バルブとの接触部分が強度的に弱くなる
ことがなく、かつ、その接触部分におけるクラックの発
生を抑制することができる。実験的には、バルブ内部圧
を８ＭＰａ以上として動作させても石英バルブ１の破裂
が全くない結果が得られている。
【００３６】図６は、高圧放電灯の電力供給システムの
概略構成を示す図である。高圧放電灯の両封止端部に
は、モリブデン箔４、４’とそれぞれ電気的に接続され
た外部リード線５、５’が設けられており、これら外部
リード線５、５’に電源（交流）６から所定の電力が供
給される（なお、本例は交流電源の例であるが、直流電
源を用いても構わない。）。高圧放電灯を点灯する際
は、まず外部リード線５、５’にトリガー電圧を印加し
て電極２ａ、２ｂ（または２、３）の間にグロー放電を
誘発させる。これにより、石英バルブ１内に封入されて
いる水銀が気化し、高圧の水銀ガス中にプラズマ放電を
発生させることで、高い輝度で、演色性の良好な光が放
射される。高圧放電灯が安定に光を放射する状態になる
と、高圧放電灯への供給電力が一定となるように不図示
の制御部により制御される。通常、安定状態では、直流
または交流で５０〜１００Ｖ程度の電圧が外部リード線
５、５’に印加され、高圧放電灯に１２０〜２００Ｗの
電力が供給される。
概略構成を示す図である。高圧放電灯の両封止端部に
は、モリブデン箔４、４’とそれぞれ電気的に接続され
た外部リード線５、５’が設けられており、これら外部
リード線５、５’に電源（交流）６から所定の電力が供
給される（なお、本例は交流電源の例であるが、直流電
源を用いても構わない。）。高圧放電灯を点灯する際
は、まず外部リード線５、５’にトリガー電圧を印加し
て電極２ａ、２ｂ（または２、３）の間にグロー放電を
誘発させる。これにより、石英バルブ１内に封入されて
いる水銀が気化し、高圧の水銀ガス中にプラズマ放電を
発生させることで、高い輝度で、演色性の良好な光が放
射される。高圧放電灯が安定に光を放射する状態になる
と、高圧放電灯への供給電力が一定となるように不図示
の制御部により制御される。通常、安定状態では、直流
または交流で５０〜１００Ｖ程度の電圧が外部リード線
５、５’に印加され、高圧放電灯に１２０〜２００Ｗの
電力が供給される。
【００３７】封止加工による電極と石英バルブの接触は
物理的なものであり、封止時は、加熱により溶融した石
英ガラスが電極の表面の凹凸形状（表面粗さ）に沿う形
で接触して固化する。封止後、接触部分が常温に戻る
と、電極と石英ガラスの熱膨張係数の違いにより、固化
した石英ガラスの接触面の形状と電極の表面形状とが微
妙に異なってしまい、それにより封止部において応力が
発生していた。このような応力の発生もクラック発生の
原因の１つになっていた。
物理的なものであり、封止時は、加熱により溶融した石
英ガラスが電極の表面の凹凸形状（表面粗さ）に沿う形
で接触して固化する。封止後、接触部分が常温に戻る
と、電極と石英ガラスの熱膨張係数の違いにより、固化
した石英ガラスの接触面の形状と電極の表面形状とが微
妙に異なってしまい、それにより封止部において応力が
発生していた。このような応力の発生もクラック発生の
原因の１つになっていた。
【００３８】図７に、電極の石英バルブとの接触面にお
ける表面粗さＲ3と不良率の関係を示す。この図７の例
は、供給電力を２００Ｗ、電極径φを０．６ｍｍ、電極
と石英バルブの接触部の長さを１．２ｍｍとする石英バ
ルブについて、電極の石英バルブとの接触面における表
面粗さの最大値Ｒ3ｍａｘに対する不良率をとったもの
である。表面粗さの測定には、接触型の表面粗さ計を用
いており、電極の表面粗さの最大値Ｒ3ｍａｘは、石英
バルブとの接触部における電極の軸中心から表面までの
距離とその距離の平均値との差の絶対値の最大値であ
る。
ける表面粗さＲ3と不良率の関係を示す。この図７の例
は、供給電力を２００Ｗ、電極径φを０．６ｍｍ、電極
と石英バルブの接触部の長さを１．２ｍｍとする石英バ
ルブについて、電極の石英バルブとの接触面における表
面粗さの最大値Ｒ3ｍａｘに対する不良率をとったもの
である。表面粗さの測定には、接触型の表面粗さ計を用
いており、電極の表面粗さの最大値Ｒ3ｍａｘは、石英
バルブとの接触部における電極の軸中心から表面までの
距離とその距離の平均値との差の絶対値の最大値であ
る。
【００３９】図７に示す結果から、電極の接触面の表面
粗さが小さいほど不良率が低下することが分かる。先に
も述べたとおり、高圧放電灯では、寿命終止において不
良率を１％以下にすることが要求されることから、電極
の接触面の表面粗さの最大値Ｒ3ｍａｘは５μｍ以下と
することが望ましく、より好ましくは２〜３μｍであ
る。電極の表面をそのような表面粗さに形成すること
で、上述した電極の表面粗さが原因となるクラックの発
生を抑制することができる。
粗さが小さいほど不良率が低下することが分かる。先に
も述べたとおり、高圧放電灯では、寿命終止において不
良率を１％以下にすることが要求されることから、電極
の接触面の表面粗さの最大値Ｒ3ｍａｘは５μｍ以下と
することが望ましく、より好ましくは２〜３μｍであ
る。電極の表面をそのような表面粗さに形成すること
で、上述した電極の表面粗さが原因となるクラックの発
生を抑制することができる。
【００４０】本発明の高圧放電灯の特性の一例を示す
と、以下の通りである。 放電灯電力：１２０〜２００Ｗ 放電灯電圧：５０〜１００Ｖ 電極間距離：１．０〜２．０ｍｍ 発光効率：４０〜７０ｌｍ／Ｗ 管壁負荷：０．８〜１．５Ｗ／ｍｍ2 放射波長：３６０〜７００ｎｍ
と、以下の通りである。 放電灯電力：１２０〜２００Ｗ 放電灯電圧：５０〜１００Ｖ 電極間距離：１．０〜２．０ｍｍ 発光効率：４０〜７０ｌｍ／Ｗ 管壁負荷：０．８〜１．５Ｗ／ｍｍ2 放射波長：３６０〜７００ｎｍ
【００４１】次に、バルブ封止手順について具体的に説
明する。本発明で示した高圧放電灯は、電極を挿入する
ための一対の挿入口が対向位置に形成された石英バルブ
を用いており、気密封止は各電極毎に第一ステップ、第
二ステップの二段階で行う。
明する。本発明で示した高圧放電灯は、電極を挿入する
ための一対の挿入口が対向位置に形成された石英バルブ
を用いており、気密封止は各電極毎に第一ステップ、第
二ステップの二段階で行う。
【００４２】第一ステップでは、一方の挿入口に一方の
電極を軸方向位置が規定の位置になるようにセッティン
グし、酸素（Ｏ）分圧２．５×１０-3Ｐａ以下まで排気
を行う。このとき、石英バルブ内に封入圧６ｋＰａ〜６
０ｋＰａの不活性ガスを導入する場合もある。排気後、
石英バルブ内は酸素（Ｏ）分圧２．５×１０-3Ｐａ以下
の真空状態または、封入圧６ｋＰａ〜６０ｋＰａの不活
性ガスが封入されており、石英バルブ内外には、大気圧
との圧力差として、真空状態の場合で１０１ｋＰａ、不
活性ガス封入状態の場合で４１ｋＰａ〜９５ｋＰａの圧
力差が生じている。このような圧力差において、モリブ
デン箔が挿入されている部分の石英バルブ外周を加熱す
ることで、石英バルブを自然収縮させ、モリブデン箔と
石英バルブを気密封止する。
電極を軸方向位置が規定の位置になるようにセッティン
グし、酸素（Ｏ）分圧２．５×１０-3Ｐａ以下まで排気
を行う。このとき、石英バルブ内に封入圧６ｋＰａ〜６
０ｋＰａの不活性ガスを導入する場合もある。排気後、
石英バルブ内は酸素（Ｏ）分圧２．５×１０-3Ｐａ以下
の真空状態または、封入圧６ｋＰａ〜６０ｋＰａの不活
性ガスが封入されており、石英バルブ内外には、大気圧
との圧力差として、真空状態の場合で１０１ｋＰａ、不
活性ガス封入状態の場合で４１ｋＰａ〜９５ｋＰａの圧
力差が生じている。このような圧力差において、モリブ
デン箔が挿入されている部分の石英バルブ外周を加熱す
ることで、石英バルブを自然収縮させ、モリブデン箔と
石英バルブを気密封止する。
【００４３】第二ステップでは、開口している他方の挿
入口から、石英バルブ内に水銀および他方の電極を軸方
向位置が規定の位置になるようにセッティングし、酸素
（Ｏ）分圧２．５×１０-3Ｐａ以下まで排気を行う。そ
の後、石英バルブ内にハロゲンガスおよび不活性ガスを
導入する。排気後、石英バルブ内には、封入圧６ｋＰａ
〜６０ｋＰａのハロゲンガスおよび不活性ガスが封入さ
れており、石英バルブ内外には、大気圧との圧力差とし
て４１ｋＰａ〜９５ｋＰａの圧力差が生じている。この
ような圧力差において、第一ステップと同様にモリブデ
ン箔が挿入されている部分の石英バルブ外周を加熱する
ことで、石英バルブを自然収縮させ、モリブデン箔と石
英バルブを気密封止する。
入口から、石英バルブ内に水銀および他方の電極を軸方
向位置が規定の位置になるようにセッティングし、酸素
（Ｏ）分圧２．５×１０-3Ｐａ以下まで排気を行う。そ
の後、石英バルブ内にハロゲンガスおよび不活性ガスを
導入する。排気後、石英バルブ内には、封入圧６ｋＰａ
〜６０ｋＰａのハロゲンガスおよび不活性ガスが封入さ
れており、石英バルブ内外には、大気圧との圧力差とし
て４１ｋＰａ〜９５ｋＰａの圧力差が生じている。この
ような圧力差において、第一ステップと同様にモリブデ
ン箔が挿入されている部分の石英バルブ外周を加熱する
ことで、石英バルブを自然収縮させ、モリブデン箔と石
英バルブを気密封止する。
【００４４】
【実施例】次に実施例を示して本発明における第１の発
明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に
限定されるものではない。
明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に
限定されるものではない。
【００４５】実施例１〜３および比較例１ 図１に示す構造の高圧放電灯を用いて、高圧放電灯が黒
化するまでの時間（黒化により輝度が５０％まで低下す
る時間）を測定した。陽極２と陰極３は、２０ｐｐｍの
酸化カリウムを含有したタングステン製である。水銀封
入量は０．２ｍｇ／ｍｍ3であり、臭素ガスの封入量は
１×１０-4μｍｏｌ／ｍｍ3であり、アルゴンガスの封
入圧は３０ｋＰａである。高圧放電灯への供給電力は１
８０Ｗとした。電極の先端部分（先端から、電極の先端
から長さ方向に１．５（ｍｍ）までの範囲）のＲ1ｍａ
ｘを、複合電極研磨法により、実施例１の高圧放電灯は
０．５μｍ、実施例２の高圧放電灯は２μｍ、実施例３
の高圧放電灯は４μｍ、比較例１の高圧放電灯は７μｍ
に研磨した。また、電極の先端部分以外の部分のＲ2ｍ
ａｘは、いずれも８μｍとした。上記各高圧放電灯が黒
化するまでの点灯時間を測定した。
化するまでの時間（黒化により輝度が５０％まで低下す
る時間）を測定した。陽極２と陰極３は、２０ｐｐｍの
酸化カリウムを含有したタングステン製である。水銀封
入量は０．２ｍｇ／ｍｍ3であり、臭素ガスの封入量は
１×１０-4μｍｏｌ／ｍｍ3であり、アルゴンガスの封
入圧は３０ｋＰａである。高圧放電灯への供給電力は１
８０Ｗとした。電極の先端部分（先端から、電極の先端
から長さ方向に１．５（ｍｍ）までの範囲）のＲ1ｍａ
ｘを、複合電極研磨法により、実施例１の高圧放電灯は
０．５μｍ、実施例２の高圧放電灯は２μｍ、実施例３
の高圧放電灯は４μｍ、比較例１の高圧放電灯は７μｍ
に研磨した。また、電極の先端部分以外の部分のＲ2ｍ
ａｘは、いずれも８μｍとした。上記各高圧放電灯が黒
化するまでの点灯時間を測定した。
【００４６】その結果、実施例１の高圧放電灯は３００
０時間、実施例２の高圧放電灯は２６５０時間、実施例
３の高圧放電灯は２２００時間、比較例１の高圧放電灯
は１０００時間であり、電極の先端部分のＲ1ｍａｘを
５μｍ以下とすることにより、黒化までの時間を２００
０時間以上とすることができることが確認された。特
に、Ｒ1ｍａｘが０．５μｍである実施例１の高圧放電
灯が、かかる効果が最も優れていた。
０時間、実施例２の高圧放電灯は２６５０時間、実施例
３の高圧放電灯は２２００時間、比較例１の高圧放電灯
は１０００時間であり、電極の先端部分のＲ1ｍａｘを
５μｍ以下とすることにより、黒化までの時間を２００
０時間以上とすることができることが確認された。特
に、Ｒ1ｍａｘが０．５μｍである実施例１の高圧放電
灯が、かかる効果が最も優れていた。
【００４７】実施例４〜６および比較例２、３ 実施例１において、電極の先端部分以外の部分のＲ2ｍ
ａｘを、比較例２の高圧放電灯は３μｍ、実施例４の高
圧放電灯は６μｍ、実施例５の高圧放電灯は８μｍ、実
施例６の高圧放電灯は１０μｍ、比較例３の高圧放電灯
は１４μｍとした以外は実施例１と同様の条件で、各高
圧放電灯のクラック発生までの点灯時間を測定した。
ａｘを、比較例２の高圧放電灯は３μｍ、実施例４の高
圧放電灯は６μｍ、実施例５の高圧放電灯は８μｍ、実
施例６の高圧放電灯は１０μｍ、比較例３の高圧放電灯
は１４μｍとした以外は実施例１と同様の条件で、各高
圧放電灯のクラック発生までの点灯時間を測定した。
【００４８】その結果、実施例４〜６のいずれも、クラ
ック発生までの時間を２０００時間以上とすることがで
きた。そのうち、Ｒ2ｍａｘが８μｍである実施例５の
高圧放電灯が最も優れていた。これに対し、比較例２お
よび３は、クラック発生までの時間がそれぞれ１８００
時間、１５００時間であり、クラック発生の時間を延長
することができなかった。
ック発生までの時間を２０００時間以上とすることがで
きた。そのうち、Ｒ2ｍａｘが８μｍである実施例５の
高圧放電灯が最も優れていた。これに対し、比較例２お
よび３は、クラック発生までの時間がそれぞれ１８００
時間、１５００時間であり、クラック発生の時間を延長
することができなかった。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高圧放電灯を長時間動作した場合でも、石英バルブが黒
化するのを防止することができる。また、封止時のクラ
ックおよび電極抜けを抑制することができるので、不良
率を低く抑えることができ、その結果として低コスト化
を図ることができる。
高圧放電灯を長時間動作した場合でも、石英バルブが黒
化するのを防止することができる。また、封止時のクラ
ックおよび電極抜けを抑制することができるので、不良
率を低く抑えることができ、その結果として低コスト化
を図ることができる。
【図１】 本発明の高圧放電灯の一実施形態を示す概略
断面説明図である。
断面説明図である。
【図２】 本発明の一実施形態である高圧放電灯の部分
断面構造図である。
断面構造図である。
【図３】 高圧放電灯の供給電力を固定として電極径を
変化させたときの、電極と石英バルブとの接触部分の長
さと不良率の関係を示す図である。
変化させたときの、電極と石英バルブとの接触部分の長
さと不良率の関係を示す図である。
【図４】 電極径を固定として、高圧放電灯の供給電力
を変化させたときの、電極と石英バルブとの接触部分の
長さと不良率の関係を示す図である。
を変化させたときの、電極と石英バルブとの接触部分の
長さと不良率の関係を示す図である。
【図５】 電極径が０．４〜０．８ｍｍの範囲における
最短長と供給電力が２００Ｗ、１５０Ｗ、１２０Ｗのと
きのそれぞれの最大長とを示す図である。
最短長と供給電力が２００Ｗ、１５０Ｗ、１２０Ｗのと
きのそれぞれの最大長とを示す図である。
【図６】 高圧放電灯の電力供給システムの概略構成を
示す図である。
示す図である。
【図７】 電極の表面粗さと不良率の関係を示す図であ
る。
る。
【図８】 封止部分に発生するクラックの模式図であ
る。
る。
１：石英バルブ １１：発光空間膨出部 １２：封止部 ２：電極（陽極） ２１：電極の先端部分 ３：電極（陰極） ３１：電極の先端部分 ２ａ、２ｂ：電極（交流） ４、４’：モリブデン箔 ５、５’：外部リード線 ６： 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 61/36 Ｈ０１Ｊ 61/36 Ｂ 61/88 61/88 Ｃ Ｆターム(参考） 5C012 JJ03 5C015 JJ06 JJ08 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 PP07 RR04 RR05 SS03 5C039 HH02 HH04 HH05 HH06 5C043 AA06 AA14 CC02 DD03 DD12 EC20
Claims (17)
- 【請求項１】 管状の石英ガラス製バルブ内に一対の電
極が対向配置され、該石英ガラス製バルブの両端の封止
部において石英ガラス製バルブが前記一対の電極の一部
と該電極に接合されたモリブデン箔とともに気密封止さ
れてなる高圧放電灯において、 電極の先端部分の表面粗さの最大値が、５μｍ以下であ
ることを特徴とする高圧放電灯。 - 【請求項２】 電極の先端部分が、高圧放電灯への供給
電力をＰとしたとき、電極の先端から、電極の先端から
長さ方向にＰ／１５０〜Ｐ／１００（ｍｍ）までの範囲
である請求項１記載の高圧放電灯。 - 【請求項３】 電極の先端部分の表面粗さの最大値が、
３μｍ以下である請求項１または２記載の高圧放電灯。 - 【請求項４】 電極の先端部分の表面粗さの最大値が、
１μｍ以下である請求項１または２記載の高圧放電灯。 - 【請求項５】 電極の先端部分の表面粗さの最大値が、
０．５μｍ以下である請求項１または２記載の高圧放電
灯。 - 【請求項６】 石英ガラス製バルブの発光空間膨出部内
の電極のうち、先端部分以外の部分の表面粗さの最大値
が、５〜１２μｍである請求項１〜５のいずれか１項記
載の高圧放電灯。 - 【請求項７】 発光空間膨出部内の電極のうち、先端部
分以外の部分の電極の表面粗さの最大値が、７〜９μｍ
である請求項１〜５のいずれか１項記載の高圧放電灯。 - 【請求項８】 発光空間膨出部内に水銀が封入され、か
つその封入量が０．１２〜０．３ｍｇ／ｍｍ3である請
求項１〜７のいずれか１項記載の高圧放電灯。 - 【請求項９】 発光空間膨出部内にハロゲンガスが封入
され、かつその封入量が１０-8〜１０-2μｍｏｌ／ｍｍ
3である請求項１〜８のいずれか１項記載の高圧放電
灯。 - 【請求項１０】 発光空間膨出部内に不活性ガスが封入
され、かつその封入圧が６ｋＰａ以上である請求項１〜
９のいずれか１項記載の高圧放電灯。 - 【請求項１１】 電極が、酸化カリウムを含有したタン
グステンからなる請求項１〜１０のいずれか１項記載の
高圧放電灯。 - 【請求項１２】 高圧放電灯の管壁負荷が、０．８Ｗ／
ｍｍ2以上である請求項１〜１１のいずれか１項記載の
高圧放電灯。 - 【請求項１３】 電極の先端部分が、電極の表面を複合
電解研磨法により研磨したものである請求項１〜１２の
いずれか１項記載の高圧放電灯。 - 【請求項１４】 管状の石英ガラス製バルブ内に一対の
電極が対向配置され、該石英ガラス製バルブの両端の封
止部において石英ガラス製バルブが前記一対の電極の一
部とともに封止されてなる高圧放電灯において、 前記電極の直径をＤ、高圧放電灯への供給電力をＰと
し、前記封止部における電極と石英ガラス製バルブとが
接触する部分の長さＬの最大長Ｌｍａｘが、 Ｌｍａｘ≦２００÷（Ｐ×Ｄ） で与えられ、最短長Ｌｍｉｎを、 Ｌｍｉｎ≧０．８÷（Ｄ2×π） および、 Ｌｍｉｎ≧０．７ のうち、長い方で与えられることを特徴とする高圧放電
灯。 - 【請求項１５】 前記電極は、電極の軸中心から表面ま
での距離とその距離の平均値との差の絶対値で表わされ
る、前記石英ガラス製バルブとの接触面における表面粗
さの最大値が５μｍ以下である請求項１４に記載の高圧
放電灯。 - 【請求項１６】 前記ガラス製石英バルブとの接触面に
おける電極の表面粗さの最大値が２〜３μｍである請求
項１５に記載の高圧放電灯。 - 【請求項１７】 電極を挿入するための一対の挿入口が
対向位置に形成された石英ガラス製バルブの一方の挿入
口に第１の電極を軸方向位置が規定の位置になるように
セッティングし、前記石英ガラス製バルブの内外に所定
の圧力差を生じさせた状態で、前記石英ガラス製バルブ
の一方の挿入口の所定の部分を加熱し、自然収縮させて
前記第１の電極の一部とともに石英ガラス製バルブを封
止するステップと、 前記石英ガラス製バルブの他方の挿入口に第２の電極を
軸方向位置が規定の位置になるようにセッティングし、
前記石英ガラス製バルブの内外に所定の圧力差を生じさ
せた状態で、前記石英ガラス製バルブの他方の挿入口の
所定の部分を加熱し、自然収縮させて前記第２の電極の
一部とともに石英ガラス製バルブを封止するステップと
を含み、 前記第１および第２の電極の直径をＤ、該電極に供給さ
れる電力をＰとし、前記石英バルブの各挿入口の封止さ
れる部分における電極と石英ガラス製バルブとが接触す
る部分の長さＬの最大長Ｌｍａｘが、 Ｌｍａｘ≦２００÷（Ｐ×Ｄ） で与えられ、最短長Ｌｍｉｎを、 Ｌｍｉｎ≧０．８÷（Ｄ2×π） および、 Ｌｍｉｎ≧０．７ のうち、長い方で与えられることを特徴とする高圧放電
灯のバルブ封止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001044958A JP3447706B2 (ja) | 2000-03-13 | 2001-02-21 | 高圧放電灯およびそのバルブの封止方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000069172 | 2000-03-13 | ||
| JP2000-69172 | 2000-08-10 | ||
| JP2000-242998 | 2000-08-10 | ||
| JP2000242998 | 2000-08-10 | ||
| JP2001044958A JP3447706B2 (ja) | 2000-03-13 | 2001-02-21 | 高圧放電灯およびそのバルブの封止方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003063774A Division JP2003282024A (ja) | 2000-03-13 | 2003-03-10 | 高圧放電灯およびそのバルブの封止方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002124210A true JP2002124210A (ja) | 2002-04-26 |
| JP3447706B2 JP3447706B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=27342648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001044958A Expired - Lifetime JP3447706B2 (ja) | 2000-03-13 | 2001-02-21 | 高圧放電灯およびそのバルブの封止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3447706B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007157628A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Harison Toshiba Lighting Corp | メタルハライドランプ |
| JP2012043804A (ja) * | 2010-03-05 | 2012-03-01 | Panasonic Corp | 放電ランプ用電極、高圧放電ランプ、ランプユニットおよび投射型画像表示装置 |
| CN108322985A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-24 | 深圳市诚峰智造有限公司 | 一种等离子发生器 |
-
2001
- 2001-02-21 JP JP2001044958A patent/JP3447706B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007157628A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Harison Toshiba Lighting Corp | メタルハライドランプ |
| JP4708991B2 (ja) * | 2005-12-08 | 2011-06-22 | ハリソン東芝ライティング株式会社 | メタルハライドランプ |
| JP2012043804A (ja) * | 2010-03-05 | 2012-03-01 | Panasonic Corp | 放電ランプ用電極、高圧放電ランプ、ランプユニットおよび投射型画像表示装置 |
| CN108322985A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-24 | 深圳市诚峰智造有限公司 | 一种等离子发生器 |
| CN108322985B (zh) * | 2018-02-02 | 2023-09-19 | 深圳市诚峰智造有限公司 | 一种等离子发生器 |
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| JP3447706B2 (ja) | 2003-09-16 |
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