JP3041298B2

JP3041298B2 - 高圧放電ランプ

Info

Publication number: JP3041298B2
Application number: JP11123877A
Authority: JP
Inventors: 光男成田
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-05-15
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: JP2000036287A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流点灯型の高圧
放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば紫外線照射工程の光源に使用する
高圧放電ランプとして、図１に示すような高圧放電ラン
プ、すなわち、発光管部９１Ｃの両端に封止部９１Ａ，
９１Ｂが連設された石英ガラス製の放電容器９１と、放
電容器９１の封止部９１Ａ内に埋設された金属箔９２Ａ
と、封止部９１Ａにより固定され、その基端が金属箔９
２Ａに接続されているとともに、その先端が発光管部９
１Ｃ内に突出する陽極棒９３Ａと、封止部９１Ａにより
固定され、その内端が金属箔９２Ａに接続されていると
ともに、その外端が当該放電容器９１の外方に突出する
給電リード９４Ａと、放電容器９１の封止部９１Ｂ内に
埋設された金属箔９２Ｂと、封止部９１Ｂにより固定さ
れ、その基端が金属箔９２Ｂに接続されているととも
に、その先端が発光管部９１Ｃ内に突出する陰極棒９３
Ｂと、封止部９１Ｂにより固定され、その内端が金属箔
９２Ｂに接続されているとともに、その外端が当該放電
容器９１の外方に突出する給電リード９４Ｂとを備えて
なる直流点灯型の高圧放電ランプは公知である。

【０００３】また、上記のような直流点灯型の高圧放電
ランプにおいて、陰極側の封止部（９１Ｂ）と金属箔
（９２Ｂ）との間の気密性を保持するための手段とし
て、陰極側の封止部の外表面であって金属箔を包囲する
領域に導電性部材を設け、この導電性部材と金属箔とを
電気的に接続する技術が、本願の出願人により開示され
ている（特開昭６１−２６３０４０号公報参照）。この
ような技術によれば、ランプ点灯時において、当該導電
性部材の電位と、前記金属箔の電位とが等しくなり、当
該金属箔と封止部における石英ガラスとの気密な結合が
保持される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載のものを含めて、従来公知の高圧放電ランプに
おいては、放電容器を構成する石英ガラスのうち、陰極
棒と接触している部分（陰極棒との接触面およびその近
傍）の強度が、ランプ点灯を継続している間に経時的に
劣化し、当該部分からの破損が発生しやすいという問題
がある。このため、陰極棒と接触している部分からの破
損を防止して、高圧放電ランプの長寿命化を図ることが
望まれている。

【０００５】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、本発明の目的は、放電容器を構成
する石英ガラスにおいて、陰極棒と接触している部分か
らの破損を生じさせない高圧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】本発明者らが鋭意研究を
重ねたところ、放電容器を構成する石英ガラスのうち、
陰極棒との接触部分からの破損は、次のようなメカニズ
ムにより発生するものであることが判明した。すなわ
ち、ランプの点灯時において、石英ガラス中に不純物と
して存在する陽イオンが、陰極棒に吸引されて移動し、
当該陰極棒との接触部分に達する。この陽イオンは、陰
極棒との接触部分において不可避的に形成されているマ
イクロクラックを成長させ、当該接触部分における石英
ガラスを劣化（強度低下）させ、これが陰極棒との接触
部分からの破損の主な要因となる。そして、陰極側の封
止部の外表面であって陰極棒を包囲する領域のすべて
に、完全に密着させない状態（微小なガラス露出面が存
在する状態）で、導電性部材を設けることにより、封止
部における石英ガラス中の陽イオンが、陰極棒との接触
部分に移動することを抑制・防止できることを見出し、
かかる知見に基いて本発明を完成した。

【０００７】すなわち、本発明の高圧放電ランプは、発
光管部（１Ｃ）の両端に封止部（１Ａ，１Ｂ）が連設さ
れている石英ガラス製の放電容器（１）と、この放電容
器（１）の一端側の封止部（１Ａ）内に埋設された金属
箔（２Ａ）と、前記一端側の封止部（１Ａ）によって固
定され、その基端が前記金属箔（２Ａ）に接続されてい
るとともに、その先端が前記発光管部（１Ｃ）内に突出
する陽極棒（３Ａ）と、前記一端側の封止部（１Ａ）に
よって固定され、その内端が前記金属箔（２Ａ）に接続
されているとともに、その外端が当該放電容器（１）の
外方に突出する給電リード（４Ａ）と、前記放電容器
（１）の他端側の封止部（１Ｂ）内に埋設された金属箔
（２Ｂ）と、前記他端側の封止部（１Ｂ）によって固定
され、その基端が前記金属箔（２Ｂ）に接続されている
とともに、その先端が前記発光管部（１Ｃ）内に突出す
る陰極棒（３Ｂ）と、前記他端側の封止部（１Ｂ）によ
って固定され、その内端が前記金属箔（２Ｂ）に接続さ
れているとともに、その外端が当該放電容器（１）の外
方に突出する給電リード（４Ｂ）とを備えてなる直流点
灯型の高圧放電ランプにおいて、前記他端側の封止部
（１Ｂ）の外表面であって前記陰極棒（３Ｂ）を包囲す
る領域（Ｘ）のすべてに導電性部材（８）が設けられ、
この導電性部材（８）が設けられている外表面領域にお
いて、当該導電性部材（８）が接触していない微小ガラ
ス露出面が存在していることを特徴とする。

【０００８】本発明の高圧放電ランプにおいては、前記
導電性部材が、他端側の封止部に巻回された金属線から
構成されていることが好ましい。また、本発明の高圧放
電ランプにおいては、０．１３ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀
と、希ガスと、ハロゲンとが発光管部内に封入され、管
壁負荷が０．８Ｗ／ｍｍ ²以上であることが好ましい。

【０００９】

【作用】放電容器の封止部の外表面であって陰極棒を包
囲する領域（発光管部に近接した領域）に設けられた導
電性部材には、発光管部からの紫外線が照射される。そ
して、紫外線が照射された導電性部材からは光電子が放
出され、この光電子は、導電性部材が接触していない微
小ガラス露出面に保持され、これにより、導電性部材が
設けられている封止部の外表面領域（陰極棒を包囲する
領域）はマイナスにチャージされる。この結果、石英ガ
ラス中の陽イオンが、陰極棒との接触部分に吸引されて
移動することが抑制・防止され、当該接触部分に存在す
るマイクロクラックを成長させる（石英ガラスを劣化さ
せる）ことはない。しかも、紫外線照射により導電性部
材から放出される光電子を利用して、封止部の外表面を
マイナスにチャージさせるので、当該導電性部材と陰極
棒とを電気的に接続させなくても、陰極棒との接触部分
への陽イオンの移動を抑制する効果を奏することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。図２は、本発明の高圧放電ランプの一例を示す説
明用断面図である。同図において、１は石英ガラス製の
放電容器であり、この放電容器１は、発光管部１Ｃと、
この発光管部１Ｃに連設されている円柱状の封止部１Ａ
（陽極側）および封止部１Ｂ（陰極側）とからなる。な
お、本発明において「陰極側の封止部（１Ｂ）」とは、
放電容器を構成する石英ガラスと陰極棒とが接触してい
る最も内側（中心側）の位置から、放電容器の外端まで
の部分をいうものとする。

【００１１】陽極側の封止部１Ａには金属箔２Ａが埋設
され、この金属箔２Ａには、陽極棒３Ａの基端および給
電リード４Ａの内端が、それぞれ電気的に接続されてい
る。陰極側の封止部１Ｂには金属箔２Ｂが埋設され、こ
の金属箔２Ｂには、陰極棒３Ｂの基端および給電リード
４Ｂの内端が、それぞれ電気的に接続されている。陽極
棒３Ａの先端および陰極棒３Ｂの先端は、発光管部１Ｃ
内において対向配置され、給電リード４Ａの外端および
給電リード４Ｂの外端は、それぞれ、放電容器１の外方
に突出している。金属箔２Ａ，２Ｂは例えばモリブデン
からなり、陽極棒３Ａおよび陰極棒３Ｂは、例えばタン
グステンからなり、給電リード４Ａ，４Ｂは、例えばモ
リブデンからなる。５Ａおよび５Ｂは口金であり、口金
５Ａおよび口金５Ｂは、接着剤６によって封止部１Ａお
よび封止部１Ｂの外表面に固定され、装着用ネジ部７Ａ
および装着用ネジ部７Ｂを介して、給電リード４Ａおよ
び給電リード４Ｂに電気的に接続されている。

【００１２】ここに、放電容器１の長さは９〜１５ｍ
ｍ、発光管部１Ｃの外径は９〜１５ｍｍ、発光管部１Ｃ
の内容積は０．０５〜１．０ｃｍ³、封止部１Ａ，１Ｂ
の外径は６〜１０ｍｍ、封止部１Ａ，１Ｂの長さは２０
〜４０ｍｍとされる。また、金属箔２Ａ，２Ｂの長さは
１０〜３０ｍｍ、陽極棒３Ａの直径は０．４〜３．０ｍ
ｍ、陽極棒３Ａの長さは８〜２２ｍｍ、陰極棒３Ｂの直
径は０．３〜１．２ｍｍ、陰極棒３Ｂの長さは７〜１５
ｍｍ、陽極棒３Ａと陰極棒３Ｂとの離間距離（電極間距
離）は０．８〜２．０ｍｍ、給電リード４Ａ，４Ｂの直
径は０．５〜１．０ｍｍとされる。さらに、封止部１Ａ
において陽極棒３Ａを包囲する外表面領域の長さは３〜
８ｍｍ、封止部１Ｂにおいて陰極棒３Ｂを包囲する外表
面領域（Ｘ）の長さは３〜８ｍｍとされる。

【００１３】８は封止部１Ｂの外表面に設けられた導電
性部材であり、この導電性部材８は、封止部１Ｂに巻回
された金属線から構成されている。導電性部材８を構成
する金属線としては、Ｆｅ−Ｎｉ線、Ｆｅ−Ｃｒ線など
の耐熱性を有するものを例示することができ、当該金属
線の線径は、例えば０．１〜０．５ｍｍとされ、封止部
１Ｂを巻回するために必要な金属線の長さは０．５〜２
ｍとされる。本発明においては、導電性部材が設けられ
ている封止部の外表面領域に微小ガラス露出面（後述す
る光電子の保持面）が存在していることが必要である。
そして、封止部１Ｂを巻回する金属線から構成されてい
る導電性部材８によれば、金属被覆膜（導電性金属薄
膜）などから構成される密着タイプの導電性部材と異な
り、微小ガラス露出面が必然的に形成される。

【００１４】導電性部材８は、封止部１Ｂの外表面のう
ち、陰極棒３Ｂを包囲する外表面領域（Ｘ）の全域、お
よび金属箔２Ｂを包囲する外表面領域の一部（例えば、
金属箔２Ｂを包囲する外表面領域の５〜５０％）に設け
られている。そして、後述する実施例の結果からも明ら
かなように、陰極棒３Ｂを包囲する外表面領域（Ｘ）の
全域に導電性部材８を設けることによりはじめて、陰極
棒３Ｂとの接触部分からの破損を有効に防止することが
できる。

【００１５】放電容器１の発光管部１Ｃ内には、水銀
と、希ガスと、ハロゲンとが封入されている。ここに、
水銀の封入量は０．１３ｍｇ／ｍｍ³以上であること
が、照射装置を構成するものとして十分に有効なアーク
部での放射輝度を確保する観点から好ましい。すなわ
ち、水銀の封入量を０．１３ｍｇ／ｍｍ³以上とするこ
とにより、水銀の圧力が高くなるために可視光領域、特
に赤色領域の連続スペクトルを増加させることができて
演色性を改善することができる。また、発光管部１Ｃの
動作圧力は１００ａｔｍ以上とされる。この高圧放電ラ
ンプの定格電力は８０〜２５０Ｗとされ、管壁負荷は
０．８Ｗ／ｍｍ²以上であることが、水銀の十分な蒸発
を確保する観点から好ましい。特に、水銀の圧力を高く
するためには最冷部の温度を高くする必要があることか
ら、管壁負荷を０．８Ｗ／ｍｍ²以上とすることが好ま
しい。

【００１６】以上のような構成の高圧放電ランプによれ
ば、放電容器１を構成する石英ガラスにおいて、陰極棒
３Ｂとの接触部分からの破損を防止することができ、長
期にわたる使用に耐えることができる。このように、陰
極棒３Ｂとの接触部分からの破損を防止することができ
る理由について、図面を用いて説明する。

【００１７】図３は、図２に示した高圧放電ランプにお
ける陰極側の封止部を模式的に示す説明図である。同図
において、８１は、導電性部材８を構成する金属線、１
１は、封止部１Ｂの外表面において、金属線８１により
囲まれた（金属線８１と接触していない）微小ガラス露
出面である。

【００１８】ランプ点灯時において、導電性部材８を構
成する金属線８１に、発光管部からの紫外線（ＵＶ）が
照射され、これにより、金属線８１から光電子（ｅ）が
放出される。この光電子（ｅ）は、微小ガラス露出面１
１に保持され、これにより、導電性部材８が設けられて
いる封止部１Ｂの外表面がマイナスにチャージされる。
この結果、封止部１Ｂを構成する石英ガラス中の陽イオ
ン（図示省略）が、外表面側に吸引され、マイクロクラ
ックが存在する陰極棒３Ｂとの接触部分に移動すること
が抑制・防止される。従って、陰極棒との接触部分にお
ける石英ガラスが劣化（マイクロクラックが成長）する
ことはなく、当該接触部分からの破損を確実に防止する
ことができる。しかも、紫外線が照射される領域（発光
管部に近接した外表面領域）に導電性部材８（金属線８
１）を設けることにより、当該金属線８１から放出され
る光電子（ｅ）を利用して、封止部１Ｂの外表面をマイ
ナスにチャージさせるので、当該金属線８１からなる導
電性部材８と、陰極棒３Ｂとを電気的に接続させる必要
はなく、放電ランプとしての構成も簡単なものになる。

【００１９】以上、本発明の高圧放電ランプの一例につ
いて説明したが、本発明は、これらに限定されるもので
はなく、例えば下記のような変更が可能である。（１）封止部の外表面領域に設けられる導電性部材が、
金属箔や金属板から構成されていてもよい。但し、その
ような導電性部材が設けられている領域においても微小
ガラス露出面が存在することが必要であり、このため、
当該導電性部材の一部を前記外表面領域から浮かせるよ
うに、緩く巻き付けることが必要となる。

【００２０】（２）本発明の高圧放電ランプによれば、
導電性部材と陰極棒とを電気的に接続させなくても、当
該陰極棒との接触部分における石英ガラスの劣化を防止
することができるが、導電性部材と陰極棒とを電気的に
接続させてもよく、これにより、前述の特開昭６１−２
６３０４０号公報に記載の技術と同等以上の効果が奏さ
れるとともに、本願発明の狙いが妨げられることもな
い。

【００２１】

【実施例】＜実施例１＞図２に示したような構成を有
し、下記の仕様を有する直流点灯型の超高圧水銀ランプ
（本発明の高圧放電ランプ）を２０本製造した。

【００２２】・放電容器（１）の長さ：１１ｍｍ・発光管部（１Ｃ）の外径：１１ｍｍ・発光管部（１Ｃ）の内容積：０．１ｃｍ³ ・封止部（１Ａ，１Ｂ）の外径：６ｍｍ・封止部（１Ａ，１Ｂ）の長さ：３０ｍｍ・金属箔（２Ａ，２Ｂ）の長さ：２５ｍｍ・陽極棒（３Ａ）の直径：０．８ｍｍ・陽極棒（３Ａ）の長さ：１１ｍｍ・陰極棒（３Ｂ）の直径：０．８ｍｍ・陰極棒（３Ｂ）の長さ：１０ｍｍ・電極間距離（アーク長）：１．５ｍｍ・給電リード（４Ａ，４Ｂ）の直径：０．８ｍｍ・陰極棒（３Ｂ）を包囲する外表面領域（Ｘ）の長さ：
５ｍｍ・導電性部材（８）を構成する金属線の種類：Ｆｅ−Ｃ
ｒ・導電性部材（８）を構成する金属線の線径：０．３
ｍｍ・導電性部材（８）の厚さ（金属線の積層厚）：１．０
ｍｍ・定格電力：１５０Ｗ・水銀封入量：１６０ｍｇ／ｍｍ³ ・管壁負荷：１．２Ｗ／ｍｍ² ・導電性部材（８）の敷設範囲：陰極棒（３Ｂ）を包囲
する外表面領域（Ｘ）の全域（５ｍｍ）、および金属箔
（２Ｂ）を包囲する外表面領域の一部（５ｍｍ）

【００２３】＜実施例２＞導電性部材（８）と陰極棒
（３Ｂ）とを電気的に接続させたこと以外は実施例１と
同様にして、直流点灯型の超高圧水銀ランプ（本発明の
高圧放電ランプ）を２０本製造した。

【００２４】＜比較例１＞封止部（１Ｂ）の外表面領域
に導電性部材を設けなかったこと以外は実施例１と同様
にして、直流点灯型の超高圧水銀ランプ（比較用の高圧
放電ランプ）を２０本製造した。

【００２５】＜比較例２＞金属線から構成される導電性
部材（８）に代えて、導電性金属薄膜（材質：白金，厚
さ：数μｍ）を被覆形成したこと以外は実施例１と同様
にして、直流点灯型の超高圧水銀ランプ（比較用の高圧
放電ランプ）を２０本製造した。

【００２６】＜比較例３＞導電性金属薄膜と陰極棒（３
Ｂ）とを電気的に接続させたこと以外は比較例２と同様
にして、直流点灯型の超高圧水銀ランプ（比較用の高圧
放電ランプ）を２０本製造した。

【００２７】＜比較例４＞導電性部材（８）の敷設範囲
を、陰極棒（３Ｂ）を包囲する外表面領域（Ｘ）の一部
（２ｍｍ）、および金属箔（２Ｂ）を包囲する外表面領
域の全域（２５ｍｍ）に変更したこと以外は実施例１と
同様にして、直流点灯型の超高圧水銀ランプ（比較用の
高圧放電ランプ）を２０本製造した。

【００２８】＜ランプの評価＞実施例１〜２および比較
例１〜３により得られた超高圧水銀ランプ（５×２０＝
１００本）の各々について、ランプ電力を定格電力（１
５０Ｗ）に対して１５％アップの過入力とし、点灯（５
分間）・消灯（５分間）の点滅点灯サイクルを１００回
繰り返す耐久テストを実施し、テスト中に破損したラン
プの本数を測定した。結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１に示す結果から、実施例１〜２に係る
超高圧水銀ランプは、長期にわたる使用に耐えることが
できる信頼性の高いランプであることが理解される。こ
れに対して、導電性部材を設けていない比較例１に係る
超高圧水銀ランプ、および、導電性金属薄膜からなる導
電性部材（密着タイプ）を設けた比較例２に係る超高圧
水銀ランプでは、９０％以上のランプが破損してしま
い、それぞれ、長期にわたる使用に耐えるものではない
ことが理解される。また、陰極棒と電気的に接続された
導電性金属薄膜からなる導電性部材を設けた比較例３に
係る超高圧水銀ランプも長期にわたる使用に耐えるもの
ではない。さらに、陰極棒を包囲する外表面領域の全域
に導電性部材が設けられていない比較例４に係る超高圧
水銀ランプも十分に高い信頼性を有するものではない
（比較例４に係る３本のランプは、何れも、陰極棒との
接触部分における石英ガラスから破損していた。）。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、陰極棒との接触部分に
おける石英ガラスの破損を確実に防止することができ、
使用寿命が長くて信頼性の高い高圧放電ランプを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の高圧放電ランプを示す説明用断面図であ
る。

【図２】本発明の高圧放電ランプの一例を示す説明用断
面図である。

【図３】本発明の高圧放電ランプにおける陰極側の封止
部を模式的に示す説明図である。

【符号の説明】

１放電容器１Ａ陽極側の封止部１Ｂ陰極側の封止部１Ｃ発光管部１１微小ガラス露出面２Ａ，２Ｂ金属箔３Ａ陽極棒３Ｂ陰極棒４Ａ，４Ｂ給電リード５Ａ，５Ｂ口金６接着剤７Ａ，７Ｂ装着用ネジ部８導電性部材８１金属線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管部（１Ｃ）の両端に封止部（１
Ａ，１Ｂ）が連設されている石英ガラス製の放電容器
（１）と、この放電容器（１）の一端側の封止部（１
Ａ）内に埋設された金属箔（２Ａ）と、前記一端側の封
止部（１Ａ）によって固定され、その基端が前記金属箔
（２Ａ）に接続されているとともに、その先端が前記発
光管部（１Ｃ）内に突出する陽極棒（３Ａ）と、前記一
端側の封止部（１Ａ）によって固定され、その内端が前
記金属箔（２Ａ）に接続されているとともに、その外端
が当該放電容器（１）の外方に突出する給電リード（４
Ａ）と、前記放電容器（１）の他端側の封止部（１Ｂ）
内に埋設された金属箔（２Ｂ）と、前記他端側の封止部
（１Ｂ）によって固定され、その基端が前記金属箔（２
Ｂ）に接続されているとともに、その先端が前記発光管
部（１Ｃ）内に突出する陰極棒（３Ｂ）と、前記他端側
の封止部（１Ｂ）によって固定され、その内端が前記金
属箔（２Ｂ）に接続されているとともに、その外端が当
該放電容器（１）の外方に突出する給電リード（４Ｂ）
とを備えてなる直流点灯型の高圧放電ランプにおいて、前記他端側の封止部（１Ｂ）の外表面であって前記陰極
棒（３Ｂ）を包囲する領域（Ｘ）のすべてに導電性部材
（８）が設けられ、この導電性部材（８）が設けられている外表面領域にお
いて、当該導電性部材（８）が接触していない微小ガラ
ス露出面が存在していることを特徴とする高圧放電ラン
プ。
【請求項２】導電性部材が、他端側の封止部に巻回さ
れた金属線から構成されてい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】０．１３ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希
ガスと、ハロゲンとが発光管部内に封入され、管壁負荷
が０．８Ｗ／ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の高圧放電ランプ。