JP2002270133A - 超高圧放電灯用電極と該電極を使用した超高圧放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タングステン電極の導通部分と特に封止
部分の基部との接触部分における微細クラック発生をな
くすことであり、これによって超高圧放電灯において、
その耐圧性能にばらつきが殆どなくしかも極めて高い耐
圧性能を実現すること。 【解決手段】 石英封体容器(2)に設けた発光管部(3)に
対向して配設され、その導通部分(4)が石英封体容器(2)
の封止部分(5)に埋設される超高圧放電灯用電極(1)にお
いて、少なくとも前記封止部分(5)に接触する導通部分
(4)をレニウムにて構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超高圧放電灯の耐
圧を飛躍的に向上させることができる超高圧放電灯用電
極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、車両の前照灯、液晶プロジェクタ
ー装置の画像投影用の光源に超高圧放電灯が用いられる
場合が多い。特に、液晶プロジェクター装置用の光源と
して使用される超高圧放電灯は、より鮮明で明るい映像
を長期間にわたって確保するために、現在のものに比べ
てより小さい点光源、より高い輝度、より長い寿命が要
求されており、ランプメーカーはこの要求に応えるべく
しのぎを削っており、封体容器の発光管部の内容積は次
第に小さくなり、要求される点灯時の発光管部内の内圧
も封体容器の材質が持つ強度の極限に近くなっているの
が現状である。

【０００３】このような高圧が要求される最近の超高圧
放電灯にあっては、製造時のわずかな欠陥が起点となっ
て点灯時のランプ破裂を引き起こす。従来のランプでは
発光管部内に必要ガスや必要充填物を供給するための所
謂チップ管の「封切跡」と電極の導通部分を埋設する
「封止部分」とが欠陥となって、この部分からランプ破
裂の大半が発生していた。その後、後述するような製造
方法を採用することになり、前記「封切跡」のないチッ
プレスランプが製造されるようになり、ランプ耐圧の阻
害要因は「封止部分」のみとなった。

【０００４】従って、現在、前記ランプ破裂の原因の大
半は電極の導通部分が埋設されている「封止部分」にお
いて発生する。この封止部分の欠陥は電極の導通部分が
埋設されている部分に発生するごくわずかなクラックが
起点となっていることが多い。この封止部分のわずかな
クラックの発生は封止部分の加熱条件のばらつき、原料
となる石英管の品質のばらつき、挿入される電極の導通
部分の表面の状態のばらつき、その他の目に見えないフ
ァクターにより起こり、現状の製造方法では制御不可能
であって現在の所その耐圧は後述するように平均２４メ
ガパスカル程度に留まっている。

【０００５】前記クラック発生部分となる封止部分(25)
を、その部分の拡大写真である図６およびその部分の模
式的拡大図である図７に従って仔細に観察すると、封止
後、冷却したタングステン電極(21)の導通部分(24)の表
面には石英ガラス(K)の薄膜(K1)が付着しており且つ封
止部分(25)の石英ガラス(K)の内周面には微細クラック
(c)が発生していることがある。

【０００６】これは、封止部分(25)を2,000℃以上に加
熱して封止した後、冷却する時のタングステン電極(21)
の導通部分(24)の軸方向および径方向熱収縮によって熱
膨張収縮を殆ど起こすことがない石英ガラス(K)の、導
通部分(24)との接触面(25a)が強く引っ張られてストレ
スを生じ、これが原因となって石英ガラス(K)の前記導
通部分(24)との接触面(25a)に微細クラック(c)が発生し
たものと考えられている。換言すれば、タングステン電
極(21)を使用する以上、前記微細クラック(c)の発生は
避け得ないものであった。

【０００７】この関係は後述するマウント(m)形成時の
石英ガラス棒(28)にタングステン電極(21)の導通部分(2
4)を埋設する場合も同じで、石英ガラス棒(28)の前記導
通部分(24)との接触部分に微細クラック(c)が発生す
る。ただ、耐圧の面では発光管部(23)により近い封止部
分(25)の基部(29)の方が石英ガラス棒(28)の微細クラッ
ク(c)より影響が大きい。なお、石英ガラス棒(28)を使
用せず前記導通部分(24)を直接封止部分(25)内に埋設す
る場合も同様である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来例に
鑑みてなされたものであり、本発明の解決課題は、タン
グステン電極の導通部分と特に封止部分の基部との接触
部分における微細クラック発生をなくすことであり、こ
れによって超高圧放電灯において、その耐圧性能にばら
つきが殆どなくしかも極めて高い耐圧性能を実現するこ
とをその究極の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】「請求項１」は、本発明
にかかる超高圧放電灯用電極(1)の基本理念で「石英封
体容器(2)に設けた発光管部(3)に対向して配設され、そ
の導通部分(4)が石英封体容器(2)の封止部分(5)に埋設
される超高圧放電灯用電極(1)において、少なくとも前
記封止部分(5)に接触する導通部分(4)をレニウムにて構
成した」ことを特徴とする。

【００１０】レニウムと石英ガラスとはタングステンと
異なり、2,000℃以上で加熱し、この状態から冷却して
も図１および図面代用写真１(図５)に示すようにレニウ
ムに接触している石英ガラス(K)の表面には些かのクラ
ックも生じない。従って、今まで克服不可能と考えられ
ていた封止部分(5)における欠陥を無くすることがで
き、その結果耐圧を石英ガラス(K)の材料強度限界近く
まで高めることが出来るだけでなく、耐圧のばらつきを
大幅に抑えることができ、超高圧放電灯(A)の信頼性を
大幅に高めることができた。

【００１１】「請求項２」から「請求項６」は請求項１
の超高圧放電灯用電極(1)におけるレニウムの存在状態
に関し、請求項２は「電極全体がレニウムで構成されて
いる」ことを特徴とし、「請求項３」は「電極頭部(7)
をタングステンとし、導通部分(4)をレニウムとし、電
極頭部(7)に導通部分(4)を突合せ溶接した」ことを特徴
とし、「請求項４」は「電極頭部(7)から導通部分(4)を
一体的に引き出し、導通部分の外周面をレニウムで被覆
した」ことを特徴とし、「請求項５」は「導通部分(4)
の外周面を被覆するレニウムが鞘(8)である」ことを特
徴とし、「請求項６」は「導通部分(4)の外周面を被覆
するレニウムがコイル(9)である」ことを特徴とする。
前記において、タングステンとレニウムとでは、タング
ステンの方がレニウムに比べて融点が若干(数１００℃)
高い。従って、電極頭部(7)をタングステンとし、導通
部分(4)をレニウムとするのが最も好ましい。

【００１２】本発明のポイントは、電極(1)の封止部分
(5)において少なくとも石英ガラス(K)と接触する部分
(4)をレニウムにしたということである。それ故、電極
全体をレニウムで構成してもよいが、封止部分(5)の石
英ガラス(K)と接触しない電極頭部(7)はタングステンと
し、石英ガラス(K)と接触する導通部分(4)のみをレニウ
ム棒材としたり、レニウムの鞘(8)を被せたり、或いは
レニウムのコイル(9)を巻きつけたりして石英ガラス(K)
がタングステンに直接接触するのを防ぎ、冷却時におけ
る石英ガラス(K)の微細クラックの発生を防止している
ものである。

【００１３】「請求項７」は、本発明にかかる超高圧放
電灯用電極(1)が使用される超高圧放電灯(A)の内圧に関
し「点灯時の発光管部(3)の内圧が１５メガパスカル以
上である」ことを特徴とする。前記封止部分(5)の微細
クラックは１５メガパスカル以上の超高圧放電灯(A)に
おいて致命的な欠陥となる。この意味から、電極材料の
一部または全部としてレニウムを使用することは、１５
メガパスカル以上の場合において特に有効に働く。勿
論、このことは１５メガパスカル以下の放電灯において
無効である事を意味するものではない。

【００１４】「請求項８」は前記超高圧放電灯用電極
(1)を使用した超高圧放電灯(A)に関し「内部に水銀と必
要充填物とが封入され、点灯時の内圧が１５メガパスカ
ル以上となる発光管部(3)に一体的に封止部分(5)が形成
されている石英封体容器(2)と、その電極頭部(7)が発光
管部(3)内に配設され、その導通部分(4)が前記封止部分
(5)内に埋設された請求項１から６のいずれかに記載の
一対の電極(1)とで構成されでいる」ことを特徴とす
る。なお、本発明の電極(1)は「シングルエンドタイ
プ」および「ダブルエンドタイプ」の放電灯(A)のいず
れにも使用することができるものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を好適な実施例を用
いて説明する。図１は本発明にかかるダブルエンド型の
超高圧放電灯(A)の断面図である。勿論、シングルエン
ド型の超高圧放電灯についても適用可能であるが、ここ
ではダブルエンド型の超高圧放電灯(A)その代表例とし
て説明する。封体容器(2)は熱膨張収縮がほとんど起こ
らない石英ガラスで構成されており、加工前の封体容器
(図示せず)は球体状の発光管部とその両端からストレー
トに伸びた円筒状の封止部分とで構成されている。この
石英ガラスの軟化点は1,650℃近辺であり加工温度は2,0
00℃以上である。経験上、1,200℃以上で変形が生じ
る。その耐圧強度は肉厚やそのばらつき或いは表面精度
によって異なるが発光管部(3)の肉厚が２.４ｍｍ程度、
内容積が１ｃｃ程度或いはそれ以下であれば現時点での
耐圧測定装置の限界により大略３５メガパスカルといわ
れている。封体容器(2)の発光管部(3)の肉厚が更に大き
くなれば、そして耐圧測定装置の性能が向上すれば前記
限界耐圧は更に向上する可能性があるが、現時点では前
記３５メガパスカルがこの種の超高圧放電灯の当面の耐
圧目標値である。

【００１６】超高圧放電灯用電極(1)の形状は、特に図
の形状に限られるものでないが、図示した超高圧放電灯
用電極(1)に従って説明すると、算盤玉状の電極頭部(7)
と、電極頭部(7)から一体となって導出されている導通
部分(4)とで構成されている。電極全体をレニウムで構
成してもよいが、封体容器(2)の封止部分(5)に接触する
導通部分(4)だけをレニウム棒材とし、タングステン製
の電極頭部(7)に突合せ溶接をして両者を一体化し電極
としてもよい。また、レニウムで細い鞘(8)を作り、タ
ングステンの電極頭部(7)から一体的に導出した細いタ
ングステンの導通部分(7a)を挿入してレニウムの細い鞘
(8)を圧締し、タングステンの導通部分(7a)とこれに被
せたレニウム鞘(8)とを一体化してもよい。その他の方
法として、前記タングステンの導通部分(7a)にレニウム
ワイヤ(9)を巻き付け、コイル状のレニウムワイヤ(9)を
前記レニウム鞘(8)の代用としてもよい。本実施例では
電極全体がレニウムで形成されている場合をその代表例
として説明する。レニウムの純度はランプ性能の面から
いえば高いほど好ましく、通常はスリー９からファイブ
９程度のものが使用される。

【００１７】前記電極(1)の導通部分(4)の先端はモリブ
デン金属箔(11)の一端に溶接されており、モリブデン金
属箔(11)の他端には外部リード棒(12)が溶接されてい
る。これら電極(1)の導通部分(4)の基部、モリブデン金
属箔(11)の全体及び外部リード棒(12)の溶接部分とその
近傍部分は石英棒(10)中に埋設されており、一個のマウ
ント(M)を構成している。前記石英棒(10)の先端は、円
錐台状に削り取られており、円錐台状部分(10a)の頂点
から前記電極(1)の導通部分(4)が導出している。前記マ
ウント(M)は、図示しない石英筒体の中に予め形成され
ている前記電極(1)、金属箔(11)及び外部リード棒(12)
の溶接体を挿入し、石英筒体を2,000℃以上の高熱で加
熱収縮させ、前述のように電極(1)の導通部分(4)の基
部、モリブデン金属箔(11)の全体及び外部リード棒(12)
の溶接部分とその近傍部分を収縮した石英ガラス棒(10)
内に埋設して形成される。

【００１８】このようにして予め形成された一方のマウ
ント(M)を封体容器(2)の加工前の一方の筒状の封止部分
(図示せず)内に挿入し、マウント(M)から引き出された
外部リード棒(12)の屈曲部分(図示せず)の弾発力にて封
体容器(2)にマウント(M)を所定位置に仮止めし、然る
後、当該封止部分(5)を加熱収縮させて当該マウント(M)
の電極頭部(7)を発光管部(3)内の所定の位置に残した状
態で埋設する。続いて、発光管部(3)内に水銀や、ガス
を含む必要充填物を封入し、然る後、他のマウント(M)
を残りの加工前の筒状の封止部分(図示せず)内に挿入
し、すでに固定されているマウント(M)の電極頭部(7)と
新たに挿入して仮固定したマウント(M)の電極頭部(7)と
の電極間距離(１から１.２ｍｍ)を正確に設定する。前
記マウント(M)の仮固定はマウント(M)から引き出された
外部リード棒(12)の屈曲部分(図示せず)の弾発力にて行
う。

【００１９】この状態で新たに挿入したマウント(M)側
の封止部分の先端部分を加熱封止し(図示せず)、続いて
発光管部(3)を液体窒素で冷却しつつ新たに挿入したマ
ウント側の封止部分(5)全体を加熱収縮させ、電極頭部
(7)を発光管部(3)内に残した状態で新たに挿入したマウ
ント(M)を封止部分(5)に気密的に埋設する。これにより
前記電極頭部(7)同士は正確に所定の距離を保って対向
状態にて配置されることになる。

【００２０】このようにして形成される超高圧放電灯
(A)において、最も問題となるのは従来例で述べたよう
にマウント(M)を封止部分(5)に封入する際に、封止部分
(5)の、タングステン電極(21)の導通部分(24)に接触す
る部分(29)に微細クラック(c)が発生することである。
しかしながら、本発明のように少なくとも導通部分(4)
をレニウムにすることで、その理由は不詳であるが、こ
のような微細クラック(c)の発生が解消される。なお、
以上の場合では石英ガラス棒(10)内にモリブデン金属(1
1)などを予備的に埋設してマウント(M)を形成する場合
を示したが、石英ガラス棒(10)を使用せず、前記レニウ
ム電極(1)、モリブデン金属箔(11)および内部リード棒
(12)の溶接体を直接封止部分(5)に埋設する場合も当然
含まれる。以下、その実験例を示す。

【００２１】「実験例」図３はレニウム電極とタングス
テン電極を用いた１５０Ｗの超高圧放電灯の開発試験結
果である。実験総数は４０本であり、タングステン電極
を用いた超高圧放電灯の耐圧の平均は２３.８メガパス
カルであった。その中で最小耐圧２０メガパスカルを示
したものは４本、最大耐圧２８メガパスカルを示したの
ものは２本であった。これに対して、レニウム電極を用
いた超高圧放電灯の耐圧の平均は２９メガパスカルで最
小耐圧２８メガパスカルを示したものわずかに１本、最
大耐圧３０メガパスカルを示したものは２本であり、大
半のものが３０から２８メガパスカルの斜線部分で示す
狭いレンジの中に収まっており、非常に少ないばらつき
で且つ高い耐圧を示している。タングステン電極を使用
したものの導通部分と接触する石英ガラスの接触内周面
に微細クラックを生じていたものが観察されたのに対
し、レニウム電極を使用したものは微細クラックを全く
観察することができなかった。

【００２２】図４はレニウム電極とタングステン電極を
用いた２７０Ｗの超高圧放電灯の開発試験結果である。
実験総数は同じく４０本であり、タングステン電極を用
いた超高圧放電灯の耐圧の平均は２３.８メガパスカル
であった。その中で最小耐圧１９メガパスカルを示した
ものは２本、最大耐圧２９メガパスカルを示したのもの
は２本であり、やはり広いばらつきを示すと共に平均耐
圧も要求される耐圧に達していない。これに対して、レ
ニウム電極を用いた超高圧放電灯の耐圧の平均は２８.
７メガパスカルで最小耐圧２８メガパスカルを示したも
のはわずかに１本、最大耐圧３０メガパスカルを示した
ものは１本であり、やはり大半のものがこの斜線部分で
示す狭いレンジの中に収まっており、非常に少ないばら
つきで且つ高い耐圧を示している。タングステン電極を
使用したものの導通部分と接触する石英ガラスの接触内
周面に微細クラックを生じていたものが観察されたのに
対し、レニウム電極を使用したものは微細クラックを全
く観察することができなかった。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかる超高
圧放電灯用電極の少なくとも封体容器の封止部分に接触
する導通部分をレニウムにて構成しているので、タング
ステンを電極材料として使用した場合と異なり、2,000
℃以上で加熱し、この状態から冷却してレニウム導通部
分に接触している石英ガラスの表面には些かのクラック
も生じず、封体容器の耐圧を石英ガラスの材料強度限界
近くまで高めることが出来、加えて耐圧のばらつきを大
幅に抑えることができ、これによって超高圧放電灯の信
頼性を大幅に高めることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超高圧放電灯の断面図。

【図２】図1に使用される電極の各実施例を示した図。

【図３】１５０Wランプにおける本発明と従来例との耐
圧比較試験結果のグラフ。

【図４】２７０Wランプにおける本発明と従来例との耐
圧比較試験結果のグラフ。

【図５】本発明のレニウム電極を使用した場合の封止部
分基部の図面代用拡大写真図。

【図６】従来のタングステン電極を使用した場合の封止
部分基部の図面代用拡大写真図。

【図７】従来のタングステン電極を使用した超高圧放電
灯の断面図。

【符号の説明】

(1) 超高圧放電灯用電極 (2) 石英封体容器 (3) 発光管部 (4) 導通部分 (5) 封止部分

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英封体容器に設けた発光管部に対
   向して配設され、その導通部分が石英封体容器の封止部
   分に埋設される超高圧放電灯用電極において、少なくと
   も前記封止部分に接触する導通部分をレニウムにて構成
   したことを特徴とする超高圧放電灯用電極。
2. 【請求項２】 全体がレニウムで構成されているこ
   とを特徴とする超高圧放電灯用電極。
3. 【請求項３】 電極頭部をタングステンとし、導通
   部分をレニウムとし、電極頭部に導通部分を突合せ溶接
   したことを特徴とする請求項１に記載の超高圧放電灯用
   電極。
4. 【請求項４】 電極頭部から導通部分を一体的に引
   き出し、導通部分の外周面をレニウムで被覆したことを
   特徴とする請求項１に記載の超高圧放電灯用電極。
5. 【請求項５】 導通部分の外周面を被覆するレニウ
   ムが鞘であることを特徴とする請求項４に記載の超高圧
   放電灯用電極。
6. 【請求項６】 導通部分の外周面を被覆するレニウ
   ムがコイルであることを特徴とする請求項４に記載の超
   高圧放電灯用電極。
7. 【請求項７】 点灯時の発光管部の内圧が１５メガ
   パスカル以上であることを特徴とする請求項１から６の
   いずれかに記載の超高圧放電灯用電極。
8. 【請求項８】 内部に水銀と必要充填物とが封入さ
   れ、点灯時の内圧が１５メガパスカル以上となる発光管
   部に一体的に封止部分が形成されている石英封体容器
   と、その電極部分が発光管部内に配設され、その導通部
   分が前記封止部分内に埋設された請求項１から６のいず
   れかに記載の一対の電極とで構成されでいることを特徴
   とする超高圧放電灯。