JP2003203602A

JP2003203602A - 高圧放電ランプ及び高圧放電ランプの製造方法

Info

Publication number: JP2003203602A
Application number: JP2002001796A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Kurimoto; 嘉隆栗本; Tsutomu Nagakura; 強長倉; Hirotaka Fujita; 裕貴藤田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2022-01-08
Also published as: JP3589651B2

Abstract

(57)【要約】【課題】寿命特性の維持を図りつつ、発光管封止部に
対する電極棒の封着強度をより確実に確保することが可
能な高圧放電ランプを提供する。【解決手段】タングステン電極棒１２２の放電側先端
部近傍に被覆部材（コイル１２３）を固着した電極にお
いて、前記電極棒１２２に用いられるタングステン材料
としてカリウム含有量が２０ｐｐｍを超える材料を用い
るとともに、被覆部材（コイル１２３）に用いられるタ
ングステン材料のカリウム含有量を、電極棒の材料のカ
リウム含有量よりも少なくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電ランプ及
び高圧放電ランプの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶プロジェクタ等の投射型画像
表示装置の開発が活発に行われている。投射型画像表示
装置には点光源に近い高輝度の光源が好ましく、このよ
うな光源として、一般的に、電極先端部間の距離を短く
したショートアーク型の超高圧水銀ランプやメタルハラ
イドランプなどの高圧放電ランプが用いられるようにな
っている。

【０００３】ショートアーク型の超高圧水銀ランプに
は、発光物質としての水銀と、アルゴンなどの始動補助
用希ガスの他に、臭素などのハロゲンが封入されてい
る。このハロゲンは、点灯時の高温により電極材料とし
て用いられるタングステンが蒸発して発光管管壁に付着
することにより、いわゆる発光管黒化現象が発生するこ
とを抑制するため、蒸発したタングステンを電極に戻す
ハロゲンサイクル作用を促進させるために封入されるも
のである。

【０００４】ここで、上記ハロゲンサイクルにはハロゲ
ンのほかに微量の酸素が存在したほうが好ましいことが
知られている。これは、発光管管壁に付着したタングス
テンを再蒸発させる場合には、タングステンとハロゲン
のみからなる化合物（Ｗ_nＸ_m）よりも酸素を含む化合物
（ＷＯ_nＸ_m）の方が飽和蒸気圧が高く、容易であるから
である。なお、メタルハライドランプにおいても同様の
作用をもつハロゲンが、発光物質である金属とのハライ
ド物質の形で封入されている。

【０００５】さて、高圧放電ランプの電極間距離の短縮
を図る際に考慮すべき主要な技術的課題として、寿命特
性の改善による長寿命化が挙げられる。即ち、電極間距
離を短縮した場合に固有に発生する現象として、タング
ステン電極先端部の温度の過度な上昇によるタングステ
ン物質の溶融・蒸発、及びそれに起因する電極先端部の
変形・損耗が生じ易くなるからである。係る問題点への
対応策として、電極の構成についての改良が種々検討さ
れているところである。

【０００６】例えば、特許第２８２０８６４号公報や、
特開平１０−９２３７７号公報には、タングステン電極
の先端部が略半球状の凸曲面をなすように溶融・加工さ
れた電極（以下、「改良電極」という。）が開示されて
いる。以下、係る改良電極について簡単に説明する。図
７は、上記改良電極の構成の一例について説明するため
の図である。同図に示される電極９２１は、（ａ）タン
グステン電極棒９２２に、２層巻きのタングステンコイ
ル９２３を取り付け、（ｂ）タングステン電極棒９２２
の放電側先端部及びタングステンコイル９２３の一部
を、例えばアルゴンプラズマ溶接装置による放電加工方
法により溶融・加工し、形状が略半球状の凸曲面をなす
電極先端部９２４を形成する、という二つの工程により
製造されるものである。

【０００７】このような電極９２１の特徴は、電極先端
部９２４の熱が前記コイル９２３へと速やかに伝導さ
れ、電極先端部９２４の過度な温度上昇を抑制すること
ができる点にある。これにより、電極材料として用いら
れるタングステンの溶融・蒸発、電極先端部９２４の変
形・損耗が抑制され、発光管黒化が効果的に抑制され
る。

【０００８】一方、寿命特性を改善するためのもう１つ
のアプローチとして、電極材料として用いるタングステ
ン材料の高純度化が挙げられる。例えば、特開平９−１
６５６４１号公報では、タングステン電極を構成するタ
ングステン電極棒及びタングステンコイルの材料とし
て、その副成分組成であるＡｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆ
ｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｏ、
Ｕ及びＴｈといった元素の総含有量を１０ｐｐｍ以下に
抑えた、いわゆるノンドープの高純度タングステンを用
いることが提案されている。また、特開２０００−２９
９０８６号公報では、副成分組成であるＫ、Ｆｅ、Ａ
ｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉの元素の総含有量を
４０ｐｐｍ以下に抑え、かつ、その中でもＫの含有量を
１２ｐｐｍ以下、Ｆｅの含有量を２０ｐｐｍ以下とし、
しかも可能な限り低い値に抑えることが提案されてい
る。

【０００９】このように副成分組成を低減することによ
り発光管黒化が抑制できるのは、副成分元素によりハロ
ゲンサイクルが阻害されることなく有効に作用するため
である。すなわち、電極に用いるタングステン材料中に
副成分元素が含有されていると、これがランプ点灯時の
電極の温度上昇により蒸発し、ハロゲンサイクルに必要
な発光管内の微量酸素と反応して、ハロゲンサイクル作
用が阻害されることになる。この場合、上記ショートア
ーク型高圧放電ランプの発光管容積は小さく、それだけ
存在する酸素量も少ないために、上記副成分組成が微量
存在するだけでもハロゲンサイクル作用に悪影響を及ぼ
すと考えられるのである。

【００１０】本願発明者らによる検討によると、上記副
成分のうちでも特にカリウム含有量（以下、「Ｋ含有
量」という。）の低減による発光管黒化の抑制効果が大
きいことがわかった。これは、カリウムがアルカリ金属
元素であり、特に酸素との親和力が強いからであると推
測される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本願発明者らの検討に
よると、タングステン電極棒の材料としてＫ含有量を１
２ｐｐｍ以下に低減した高純度タングステン（以下、
「ノンドープ・タングステン」という。）材料を用いる
場合、タングステン電極を石英発光管端部の封止部に封
着する工程において、封止部の温度を約１８００℃と低
温で封着することが好ましいことが明らかとなってい
る。これは、封着時の封止部温度が上昇すると、ノンド
ープ・タングステンにより構成された電極棒の封止部近
辺において、タングステンの結晶状態が、機械的強度の
大きい針状結晶から強度の小さい粒状結晶へ転移しやす
くなるからである。しかしながら、封止部の封着強度を
より確実に確保するためには、電極を封止部に封着する
際の温度はできるだけ高温とすることが望ましい。

【００１２】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたものであって、寿命特性の改善を図りながらも、
封止部の強度をより確実に確保することが可能な高圧放
電ランプを提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の高圧放電ランプは、両端が封止部にて封止
された発光空間を有する発光管を備え、前記発光空間内
で電極先端部が対向するように、前記封止部のそれぞれ
にて一対の電極が封着された高圧放電ランプにおいて、
前記一対の電極の少なくとも一方は、電極棒の放電側先
端部近傍に被覆部材が固着された構造を有し、前記電極
棒は、カリウム含有量が２０ｐｐｍを超えるタングステ
ン材料により構成されるとともに、前記被覆部材は、前
記電極棒を構成するタングステン材料よりもカリウム含
有量が少ないタングステン材料により構成されることを
特徴としている。

【００１４】この構成により、電極を封止部に封着する
際の温度を２４００℃と高温にすることができ、封止部
の強度をより確実に確保することが可能となる。本願発
明者らの検討により、電極棒のＫ含有量は２０ｐｐｍを
超えることが好ましいことが明らかとなった。なお、電
極棒を構成するタングステン材料のＫ含有量は、３０ｐ
ｐｍ以上１００ｐｐｍ以下とすることが、より好まし
い。

【００１５】また、被覆部材を構成するタングステン材
料のＫ含有量を、電極棒を構成するタングステン材料の
Ｋ含有量よりも少なくすることで、寿命特性に与える影
響の抑制を図ることが可能となっている。本願発明者ら
の検討によると、被覆部材を構成する材料のＫ含有量は
１２ｐｐｍ以下とすることが好ましい。しかし、後述す
るような、電極の放電側先端部が加熱により溶融一体化
される際のＫ含有量低減効果も考慮すると、必ずしも１
２ｐｐｍ以下に限定される趣旨ではなく、電極棒のＫ含
有量、電極棒及び被覆部材の太さや形状、電極先端部の
溶融一体化の手法等により、被覆部材中の好ましいＫ含
有量の範囲が規定される。

【００１６】もっとも、前記電極棒と前記被覆部材と
は、放電側先端部の少なくとも一部が加熱により溶融一
体化しているものとすることが好ましい。加熱による溶
融一体化に際して電極先端部のＫ含有量が減少すること
が本願発明者らの検討によって明らかとなり、電極棒材
料のＫ含有量を増加させても、寿命特性劣化の顕著な抑
制効果が奏されるからである。この際に、前記放電側先
端部は、当該放電側先端部が略半球状となるように溶融
一体化されているものとすることができ、具体的な手法
としては、放電アーク加工、レーザ照射による加工によ
ることが可能である。この場合、放電アーク加工やレー
ザ照射により、電極の放電側先端部を間欠的に加熱する
ことが、より好ましい。

【００１７】また、前記放電側先端部のカリウム含有量
が５ｐｐｍ以下であることが寿命特性の観点から好まし
い。以上のような被覆部材の一例として、前記被覆部材
は、前記電極棒の放電側先端部近傍に巻回固着されたコ
イル状の部材であるとすることができるが、これに限定
されず、筒状の部材等を用いた場合でも適用することは
可能である。

【００１８】なお、本発明に係る高圧放電ランプの製造
方法は、両端が封止部にて封止された発光空間を有する
発光管を備え、前記発光空間内で電極先端部が対向する
ように、前記封止部のそれぞれにて一対の電極が封着さ
れた高圧放電ランプの製造方法であって、カリウム含有
量が２０ｐｐｍを超えるタングステン材料により構成さ
れる電極棒の放電側先端部近傍に、前記電極棒を構成す
るタングステン材料よりもカリウム含有量が少ないタン
グステン材料により構成される被覆部材を固着する固着
ステップと、前記電極棒と前記被覆部材との放電側先端
部を、加熱することにより溶融一体化する溶融ステップ
とを含むことを特徴としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は、高圧放電ラン
プの一例としての、本実施の形態における超高圧水銀ラ
ンプの構成の一例を示す図である。同図に示されるよう
に、本実施の形態の超高圧水銀ランプ１００は、発光管
１０１内の放電空間１１１において、二本の電極１０
２、１０３が所定の電極間距離（Ｄｅ）をもって対向す
るように、それぞれが放電空間１１１両端の封止部１０
４及び１０５から放電空間１１１内へと延出した構造を
有している。電極１０２及び１０３は、いずれも図７
（ｂ）に示した電極９２１（改良電極）と同様の基本構
成、即ち、タングステン電極棒の放電側先端部近傍にタ
ングステンコイルを取り付け、放電側先端部をほぼ半球
状に溶融加工した構造を有するものであるが、電極棒及
びコイルに用いられるタングステン材料のＫ含有量を異
なるものとした点が従来とは異なるものである。当該電
極及びその製造方法については後に詳細に説明する。

【００２０】発光管１０１は、容囲器が石英で構成され
ており、ほぼ回転楕円体形状を有している。一対のタン
グステン電極１０２及び１０３は、発光管１０１の封止
部１０４及び１０５のそれぞれにおいてモリブデン箔１
０６及び１０７を介して、例えばバーナー加工により気
密封着されており、モリブデン箔１０６及び１０７は、
さらにそれぞれ外部モリブデンリード線１０８及び１０
９に接続されている。発光管１０１の全長（Ｌｏ）はラ
ンプ出力に応じて３０〜１００ｍｍ、最大外径（Ｄｏ）
は５〜２０ｍｍ、発光空間１１１の最大内径（Ｄｉ）は
２〜１４ｍｍとすることができる。

【００２１】本実施の形態の超高圧水銀ランプ１００で
は、ランプの光利用効率をより高めてスクリーン面上の
輝度向上を図るために、前記タングステン電極１０２及
び１０３の間の電極間距離（Ｄｅ）の値を１．５ｍｍ以
下、より好ましくは０．５〜１．５ｍｍの範囲に規定し
ている。もっとも、本願発明に係る電極は、電極間距離
１．５ｍｍ以下の超高圧水銀ランプに限らず、従来の各
種高圧放電ランプについても適用することができる。

【００２２】発光空間１１１内部には、発光物質である
水銀１１０、始動補助用としてのアルゴン、クリプト
ン、キセノンなどの希ガスと、併せて沃素、臭素などの
ハロゲン、及び微量の酸素が封入されている。水銀１１
０の封入量は発光空間１１１内の容積あたり１５０〜３
５０mg／cm³（ランプ定常点灯時の水銀封入圧力にして
約１５０〜３５０ｂａｒに相当する。）の範囲に規定す
ることが好ましく、希ガスのランプ冷却時の封入圧力は
０．１〜１０ｂａｒの範囲に設定することが好ましい。

【００２３】なお、前記ハロゲンとしては、例えば臭素
を用いる場合であれば、１０^-9〜１０^-5ｍｏｌ／ｃｍ³
の範囲に設定することが好ましく、これはいわゆるハロ
ゲンサイクル作用により、電極から蒸発したタングステ
ンを元の電極に戻して発光管の黒化を抑制する機能を果
たすために封入されている。ここで、例えばランプ入力
２２０Ｗタイプの超高圧水銀ランプの場合の発光管１０
１の典型的な構成例を示す。まず、発光管１０１の管中
央部の内径が６．０ｍｍ、電極間距離Ｄｅ＝１．３ｍｍ
で管内容積は０．２ｃｍ³である。この場合発光管１０
１の管壁負荷Ｗｅ（ランプ入力を発光管１０１の容囲器
全内表面積で除した値）は１４０Ｗ／ｃｍ²という比較
的高い値に設定される。

【００２４】発光空間１１１には、水銀３８ｍｇ（管内
水銀蒸気圧約１９０ｂａｒに相当する。）、臭素２×１
０^-7ｍｏｌ／ｃｍ³、及びアルゴンガス２００ｍｂａｒ
が封入される。なお、図２に示すように、完成ランプ２
００は前記発光管１０１の片方の管端部に口金１２０が
装着されて構成されており、更に当該完成ランプ２００
に反射ミラー２１０が装着されてランプユニット３００
が構成される。

【００２５】電極１０２（電極１０３も同様）の典型的
寸法としては、図３に示すように、線径０．４ｍｍ（全
長９．０ｍｍ）のタングステン電極棒１２２に線径０．
２７５ｍｍのタングステン線の２層巻コイル１２３（コ
イル巻数６ターン）を固着する（図３（ａ）参照）。次
いで前記タングステン電極棒１２２と前記２層巻コイル
１２３の先端部を、ほぼ半球状の形状をなすような電極
先端部１２４に溶融加工する（図３（ｂ）参照）という
製造プロセスで作製される。

【００２６】以下、本発明の実施の形態に係る電極１０
２の製造方法について詳細に説明する。本実施の形態で
は、タングステン電極棒１２２とタングステン２層巻コ
イル１２３の先端部に対してアルゴンプラズマ溶接装置
による溶融加工を行うことにより、図３（ｂ）に示され
るような、半球状の先端部１２４を有する電極を形成す
る。

【００２７】この際、図４に示すように、タングステン
電極棒１２２および２層巻コイル１２３の先端から、ア
ルゴンプラズマ溶接装置４００の電極（陰極）４０１の
先端までの距離（Ｄｐ）を１．０ｍｍに設定、保持し、
アーク放電を行う。この溶融加工プロセスは、複数回の
間欠的なアーク放電により行い、さらにアーク放電の合
間に冷却期間を設けるようにすることが好ましいが、１
回のアーク放電で加工するようにしても構わない。

【００２８】次に、電極１０２に用いるタングステン材
料について説明する。本実施の形態の電極１０２は、タ
ングステン電極棒１２２の材料として、Ｋ含有量が２０
ｐｐｍを超えるタングステン材料を用いる。タングステ
ン電極棒１２２には、特にＫ含有量が３０ｐｐｍ以上１
００ｐｐｍ以下のタングステン材料を用いることが好ま
しい。この電極棒１２２の材料のＫ含有量についての検
討については後述する。また、２層巻コイル１２３の材
料としては、Ｋ含有量が１２ｐｐｍ以下のノンドープ・
タングステンを用いることが好ましい。

【００２９】以下、上記の超高圧水銀ランプについて本
願発明者らが行った、エイジング試験における品質と寿
命特性、発光管１０１の耐圧強度等についての検討の結
果、得られた知見について説明する。なお、この試験に
際しては、上記に詳述したランプ入力２２０Ｗのランプ
を用いた。まず、電極棒１２２及び２層巻きコイル１２
３として、ともにＫ含有量１０ｐｐｍのタングステン材
料を用い、封止部１０４等への封着温度を１８００℃と
したランプを作製して試験を行い、電極材料として用い
られているタングステンの結晶状態についての観察を行
った。図５は、電極各部のタングステン結晶状態につい
て説明するための図である。

【００３０】上記Ｋ含有量１０ｐｐｍのタングステン材
料により構成した電極について、５００時間のエイジン
グ後においてタングステンの結晶状態を観察してみる
と、電極根元部分においても、当初は図５（ａ）に示さ
れるように機械的強度の大きい針状結晶から、エイジン
グにより図５（ｂ）に示されるような粒状結晶への転移
が進行することがわかった。なお、電極根元部分とは、
電極棒１２２において、コイル１２３の封止部側の終端
部分からガラスに封止される部分までの放電空間に露出
される部分のうち、封止部に近い部分を指す。

【００３１】エイジングの際の封止部近辺における電極
棒（根元部分）の温度は１４００〜１６００℃と比較的
低温であり、即ち、Ｋ含有量の少ないタングステン材料
を用いた場合には、比較的低温でも針状結晶から粒状結
晶への転移が進行しやすいことがわかった。上記のよう
な結果を踏まえ、寿命特性を維持しながら、封止部への
電極の封着強度をより確実に確保する構成について種々
検討を行ったところ、電極棒１２２を構成するタングス
テン材料としてＫ含有量が所定の値を超えるものを用い
るとともに、２層巻きコイル１２３の材料としてＫ含有
量の少ないものを用いること、特に電極の放電側先端部
を加熱により溶融一体化することが有効であることが明
らかとなった。

【００３２】まず、電極棒１２２に用いられるタングス
テン材料のＫ含有量について検討を行った結果について
説明する。本願発明者らは、電極棒１２２のＫ含有量を
種々変化させて電極を作製し、それぞれ発光管１０１へ
の封着温度２４００℃で封着した超高圧水銀ランプにつ
いて、２０００時間の点灯試験を行い、電極の根元部分
の浸食の有無、電極の結晶状態を調べた。その結果を以
下の（表１）に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】上記（表１）の「浸食」とは、ハロゲンが
封入された高圧放電ランプにおいて、電極の根元部分が
選択的に浸食され、寿命中に電極根元部分が徐々に細く
なる現象である。この現象は電極根元が電極全体と比べ
て比較的低い温度となり、さらに酸素が存在することに
より加速する傾向がある。ここで、電極棒１２２の材料
としてＫ含有量が２０ｐｐｍを超えるタングステン材料
を用いた場合に浸食を抑制することができるのは、カリ
ウムと酸素との親和性が高いことに起因すると思われ
る。また、上記検討から、電極棒のＫ含有量が２０ｐｐ
ｍを超える場合、特に好ましくは３０ｐｐｍ以上１００
ｐｐｍ以下の場合に、浸食が抑制できるだけでなく、２
４００℃の高温で封着を行い、２０００時間点灯させた
後も針状結晶の状態が維持されることも明らかとなっ
た。

【００３５】上記の結果より、電極棒１２２に用いるタ
ングステン材料のＫ含有量は２０ｐｐｍを超えることが
必要であり、特に好ましくは３０ｐｐｍ以上であるこ
と、また１００ｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい
ことがわかった。次に、電極先端部を加熱により溶融一
体化することによる電極先端部のＫ含有量低減について
詳細に説明する。本願発明者らは、タングステン電極棒
１２２の材料としてＫ含有量６０ｐｐｍのタングステン
材料を用い、２層巻きコイル１２３の材料としてＫ含有
量１０ｐｐｍのタングステン材料を用いて電極棒１２２
の放電側先端部近傍に固着した。

【００３６】その後、図４に示したアルゴンプラズマ溶
接装置４００を用いた放電加工方法により、電極の放電
側先端部を略半球状に溶融加工した。放電加工により溶
融一体化された電極先端部１２４のＫ含有量を原子吸光
分析により測定したところ、以下のような知見が得られ
た。即ち、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で１回の放
電による溶融加工を行うことにより、電極先端部のＫ含
有量は５ｐｐｍ以下にまで低減できることが判明した。
さらに放電回数を増加させることにより、Ｋ含有量を２
ｐｐｍ以下にまで低減することができた。

【００３７】以上のように、電極先端部のＫ含有量を低
減した電極を用いた超高圧水銀ランプの寿命試験の結果
について、図６に示す。なお、この寿命試験は、以下の
ような条件で行った。即ち、電極先端部のＫ含有量を変
化させた各試験用ランプ（ランプ入力は２２０Ｗ）の各
々を、図２に示したようなランプユニット３００に組み
立て、３．５時間点灯／０．５時間消灯サイクルのエイ
ジングにより、寿命試験を行なった。なお、ランプの寿
命中の光束維持率としては、ＡＮＳＩ規格ＩＴ７．２１
５−１９９２に基づき、ランプユニット３００によるス
クリーン面上９点の中心照度の平均値、すなわち平均照
度を測定し、これから求めた平均照度維持率（エイジン
グ時間３時間の平均照度に対する比率）でもって見積も
った。

【００３８】図６に示すように、本検討にて作製した試
験ランプの中で、電極先端部のＫ含有量を５ｐｐｍまで
低減したランプでは、電極材料の蒸発による発光管黒化
が効果的に抑制され、３０００時間のエイジング時間で
の光束維持率が５０％であった。さらに電極先端部のＫ
含有量を低減したランプは、いずれもエイジング時間３
０００時間以上でも５０％以上の光束維持率を保ち、換
言すれば、３０００時間以上の長い寿命時間をもつ。特
に電極先端部のＫ含有量を２ｐｐｍ以下とした場合には
４０００時間以上の長い寿命時間を実現できる。他方、
電極先端部のＫ含有量を７ｐｐｍとした場合には３００
０時間の寿命時間を実現できなかった。なお、電極先端
部の加工は放電加工方法だけでなくレーザ照射による加
工も可能であり、電極先端部のＫ含有量が５ｐｐｍを超
えるものについては、レーザ照射の出力を調整すること
により作製している。

【００３９】上記の試験ランプでは、前記したように電
極棒の材料としてＫ含有量６０ｐｐｍのタングステン材
料を用いているため、２４００℃の高温で封着した後、
エイジング試験を行っても、いずれも電極棒根元部分の
浸食やタングステン結晶状態の粒状結晶への転移は発生
しなかった。即ち、図５（ａ）に示すようにタングステ
ン電極棒１２２の根元部分は機械的強度の大きい針状結
晶の状態のままであった。もっとも、タングステン２層
巻きコイル１２３の部分は、図５（ｂ）のように粒状結
晶への転移が進行していた。また、図５（ｃ）に示され
るように、エイジングの後の電極先端部１２４は１００
〜３００μと成長した粒状結晶で形成されていた。これ
は電極先端部を溶融一体化させた後、エイジングを開始
する前と同様の状態である。

【００４０】エイジング前後の電極各部のＫ含有量につ
いては、以下のような知見が得られた。即ち、タングス
テン電極棒１２２の根元部分（図５（ａ）に対応）で
は、エイジングの前後において、ともに６０ｐｐｍとほ
とんど変わらなかった。タングステン２層巻きコイル１
２３（図５（ｂ）に対応）ではエイジング前１０ｐｐｍ
であったものが、エイジング後は１０ｐｐｍ弱と僅かに
減少した。これらに対して電極先端部１２４（図５
（ｃ）に対応）では、エイジング前０．８〜１０ｐｐｍ
の範囲で分布していたものがエイジング後や０．６〜７
ｐｐｍまで減少することが明らかとなった。なお、この
エイジングによる電極先端部のＫ含有量の減少の原理
は、放電加工方法等による電極先端部の溶融加工の際の
Ｋ含有量の減少の場合とは多少異なるものと考えられ
る。即ち、エイジングの際には、電極先端部の溶融によ
るＫ含有量減少も全くないわけではないと思われるが、
基本的にはＫがタングステンの結晶粒界を移動し、電極
の外に出ることでＫ含有量が減少しているものと考えら
れる。従って、エイジング後のＫ含有量は必ずしも５ｐ
ｐｍ以下となるわけではない。

【００４１】以上、ランプの寿命時間は、主としてもっ
とも高温となる電極先端部のＫ含有量にかかっており、
電極根元部分については、点灯中も低温であるため、Ｋ
含有量はほとんど変化していない。そこで、上記エイジ
ング後の発光管の耐圧強度を測定したところ、その平均
耐圧強度は２９０ｂａｒであり、かつ、測定したもの全
てにおいて規定されている最低耐圧である２５０ｂａｒ
を上回ることがわかった。即ち、平均耐圧強度は本実施
の形態の発光管の管内水銀蒸気圧１９０ｂａｒを上回
り、封止強度は充分である。また、封着温度を約２４０
０℃と高温にできることから、封止部の石英肉厚を増し
ても加工することが可能である。従って、例えば管内水
銀蒸気圧を約３５０ｂａｒとするような場合でも、封止
部の石英肉厚を増し、平均耐圧強度を４００ｂａｒ程度
とすることにより、封止強度を保つことができる。

【００４２】以上、本発明に係る高圧放電ランプにより
封止部の封着強度を確実に維持しながら寿命特性の劣化
も抑制できることが明らかとなった。なお、上記の試験
では電極棒の材料としてＫ含有量が６０ｐｐｍのものを
用いたが、これは、３０ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の
範囲内において、上記と同様の結果が得られることが確
認されている。

【００４３】なお、２層巻きコイル１２３の材料として
Ｋ含有量が１２ｐｐｍ以上のタングステン材料を用いた
場合、電極先端部の溶融一体化によって先端部のＫ含有
量を５ｐｐｍ以下に低減した場合でも、エイジング時間
５００時間での電極根元部分の浸食等は発生しなかった
ものの、発光管黒化が発生することにより３０００時間
のランプ寿命は達成できない場合があることがわかっ
た。この点より、電極の放電側先端部に固着すべき２層
巻きコイル１２３等の部材については、Ｋ含有量が１２
ｐｐｍ以下のタングステン材料を用いることが好ましい
ことが明らかとなったが、これは当該部材のＫ含有量が
１２ｐｐｍ以下であることが必須であることを意味する
わけではなく、例えば、先端部に固着される部材の形状
（１層巻きコイル、２層巻きコイル、若しくは筒状部材
等）、コイル状の部材を用いる場合であれば、当該コイ
ルの線径、巻数、層の数や巻き方、電極棒のＫ含有量、
電極棒の太さや形状、電極先端部の溶融一体化の手法
（放電加工方法、レーザ照射等）等によって、上記部材
中の好ましいＫ含有量の範囲が規定されるべきものと考
えられる。

【００４４】＜変形例＞以上、本発明を種々の実施の形
態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実
施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論で
あり、例えば、以下のような変形例を考えることができ
る。（１）即ち、上記実施の形態では、ランプ入力２２０Ｗ
のものについて特に詳細に説明したが、本発明は、他の
ランプ入力のランプに適用することも可能である。

【００４５】（２）また、上記実施の形態では、本発明
を、高圧放電ランプの一例としてショートアーク型の超
高圧水銀ランプに適用した場合について説明したが、本
発明は、よりアーク長の長い超高圧水銀ランプやメタル
ハライドランプ、その他の各種高圧放電ランプに適用す
ることが可能である。（３）上記実施の形態では、電極先端部が略半球状に形
成されたものについて説明したが、電極先端部の形状も
これに限らず、例えば台形状、円錐形状等の各種形状と
しても本発明の効果を得ることは可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る高
圧放電ランプでは、タングステン電極棒の材料として
は、Ｋ含有量が２０ｐｐｍを超えるタングステン材料を
用いるとともに、電極棒の放電側先端部に固着されるコ
イル等の被覆部材の材料としては、電極棒の材料よりも
Ｋ含有量が少ないタングステン材料を用いているので、
発光管両端の封止部の封止強度を確実に強いものにする
ことができるとともに、発光管黒化の発生を抑制し、寿
命特性の劣化防止を図ることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る超高圧水銀ランプ１
００の構成を示す図である。

【図２】ランプユニット３００の構成を示す一部切り欠
き側面図である。

【図３】（ａ）電極１０２及び１０３の製造プロセスに
ついて説明するための図である。（ｂ）電極１０２及び
１０３の製造プロセスについて説明するための一部断面
図である。

【図４】電極先端部の加工に用いたアルゴンプラズマ溶
接装置の基本構成を模式的に示す図である。

【図５】電極各部のタングステン結晶状態について説明
するための図である。

【図６】電極先端部のＫ含有量を低減した電極を用いた
超高圧水銀ランプの寿命試験の結果を示す図である。

【図７】電極棒の放電側先端部にコイルを巻回し、先端
部を溶融加工してほぼ半球状の電極先端部を形成した従
来の電極及びその製造方法について説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１００超高圧水銀ランプ１０１発光管１０２、１０３電極１０４、１０５封止部１０６、１０７モリブデン箔１０８、１０９モリブデンリード線１１０水銀１１１放電空間１２０口金１２２タングステン電極棒１２３タングステン２層巻きコイル１２４電極先端部２００完成ランプ２１０反射ミラー３００ランプユニット４００アルゴンプラズマ溶接装置４０１電極（陰極）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田裕貴大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 AA03 BB07 CC14 CC18 JJ02 JJ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端が封止部にて封止された発光空間を
有する発光管を備え、前記発光空間内で電極先端部が対
向するように、前記封止部のそれぞれにて一対の電極が
封着された高圧放電ランプにおいて、前記一対の電極の少なくとも一方は、電極棒の放電側先
端部近傍に被覆部材が固着された構造を有し、前記電極
棒は、カリウム含有量が２０ｐｐｍを超えるタングステ
ン材料により構成されるとともに、前記被覆部材は、前
記電極棒を構成するタングステン材料よりもカリウム含
有量が少ないタングステン材料により構成されることを
特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】前記電極棒を構成するタングステン材料
のカリウム含有量は、３０ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下
であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ラン
プ。
【請求項３】前記被覆部材を構成するタングステン材
料のカリウム含有量は、１２ｐｐｍ以下であることを特
徴とする請求項１又は２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】前記電極棒と前記被覆部材とは、放電側先端部の少なくとも一部が加熱により溶融一体化
していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに
記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】前記放電側先端部は、当該放電側先端部が略半球状となるように溶融一体化さ
れていることを特徴とする請求項４に記載の高圧放電ラ
ンプ。
【請求項６】前記放電側先端部のカリウム含有量が５
ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５に記
載の高圧放電ランプ。
【請求項７】前記被覆部材は、前記電極棒の放電側先端部近傍に巻回固着されたコイル
状の部材であることを特徴とする請求項１から６のいず
れかに記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】両端が封止部にて封止された発光空間を
有する発光管を備え、前記発光空間内で電極先端部が対
向するように、前記封止部のそれぞれにて一対の電極が
封着された高圧放電ランプの製造方法であって、カリウム含有量が２０ｐｐｍを超えるタングステン材料
により構成される電極棒の放電側先端部近傍に、前記電
極棒を構成するタングステン材料よりもカリウム含有量
が少ないタングステン材料により構成される被覆部材を
固着する固着ステップと、前記電極棒と前記被覆部材との放電側先端部を、加熱す
ることにより溶融一体化する溶融ステップとを含むこと
を特徴とする高圧放電ランプの製造方法。