JP4407820B2

JP4407820B2 - 高圧放電ランプおよび、この高圧放電ランプにおけるタングステン電極とモリブテン箔の溶接方法

Info

Publication number: JP4407820B2
Application number: JP2004376721A
Authority: JP
Inventors: 憲政溝邊
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP2006185691A

Description

本発明は、高圧水銀ランプなどの高圧放電ランプおよびその製法に関する。

一般的な高圧放電ランプは細筒状の石英ガラス管からなり、この石英ガラス管は中空の球状発光部と、この球状発光部の両端に形成された直管部と、各直管部に一部が埋設され、球状発光部内で電極が対向する電極アセンブリとから構成されている。各電極アセンブリはモリブテン箔の一端にタングステン電極軸を溶接し、もう一端に外部リード線を溶接してなる。そして、モリブテン箔とこの両端に溶接されたタングステン電極の一部および外部リード線の一部が直管部のガラス内に封着されている（特許文献１参照）。なお、球状発光部の空間には水銀、ハロゲンガスを含有する不活性ガスが封入されている。

上記の高圧放電ランプは、リフレクタ（反射鏡）と組み合わせてランプユニットにすることができる。図８は、上記の高圧放電ランプを備えたランプユニットの断面を模式的に示している。

図８に示すランプユニット５００は、球状発光部１０と一対の直管部２０とを有する高圧放電ランプ１００と、この高圧放電ランプ１００から発せられた光を反射するリフレクタ６０とを備えている。

リフレクタ６０は、例えば、平行光束、所定の微小領域に収束する集光光束、または、所定の微小領域から発散したものと同等の発散光束になるように高圧放電ランプ１００からの放射光を反射するように構成されている。リフレクタ６０としては、例えば、放物面鏡や楕円面鏡を用いることができる。

高圧放電ランプ１００の一方の直管部２０に口金５５が取り付けられており、直管部２０から延びた不図示の外部リードと口金５５とは電気的に接続されている。口金５５が取り付けられた側の直管部２０とリフレクタ６０とは、例えばセメントなどの無機系接着剤で固定されて一体化されている。リフレクタ６０の前面開口部６０ａ側に位置する直管部２０の外部リード３０には、リード線６５が電気的に接続されており、リード線６５は、外部リード３０から、リフレクタ６０のリード線用開口部６２を通してリフレクタ６０の外にまで延ばされている。リフレクタ６０の前面開口部６０ａには、例えば前面ガラスを取り付けることができる。

このようなランプユニット５００は、例えば、液晶やＤＭＤを用いたプロジェクタ等のような画像投影装置に取り付けることができ、画像投影装置用光源として使用される。また、画像投影装置用光源の他に、紫外線ステッパ用光源、または競技スタジアム用光源や自動車のヘッドライト用光源などとしても使用することができる。また、道路標識を照らす投光器用光源としても使用することができる。
特開２００１−２３５６５号公報

従来、タングステン電極とモリブテン箔の溶接時にモリブテン箔が変形することによってタングステン電極が傾くことがあった。

プロジェクタの光源として用いられる超高圧水銀ランプ（水銀蒸気圧が２０ＭＰａ程度の水銀ランプ）においては、ランプユニットにおけるリフレクタの集光効率を上げるため、近年、ランプの電極間距離（対向する電極先端間の距離）が約１ｍｍ程度に短くなってきている。そのため、タングステン電極が傾いたまま封止された場合、向かい合ったタングステン電極の電極間距離が図９に示すように偏芯により大きく変動する可能性があり、リフレクタの光利用効率を下げる要因となる。さらには、図１０に示すようにタングステン電極と石英ガラス内壁との距離（管壁距離）が小さくなることがあり、この場合は石英ガラス内壁が黒化し品質に影響を与える可能性がある。

なお、特許文献１には、タングステン電極が傾いた状態で封止されないために、モリブテン箔をその長手方向に沿って折り曲げ、このモリブテン箔にタングステン電極を接合することが開示されているが、タングステン電極とモリブテン箔の溶接時にモリブテン箔が変形することによって生じるタングステン電極の傾きを矯正することは開示されていない。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、タングステン電極とモリブテン箔の溶接時にモリブテン箔が変形することによって生じるタングステン電極の傾きを矯正することにより、製造後においてタングステン電極が石英ガラス管の軸線に対して傾かない高圧放電ランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、放電室とこの両側に延びる直管部とからなる石英ガラス管と、前記放電室内において軸部の一端が対向するように前記放電室内に配置された一対のタングステン電極と、前記タングステン電極の前記軸部の他端と重ねて溶接されたモリブテン箔と、前記モリブテン箔の前記タングステン電極とは反対側の端部に溶接された外部リード線とを有し、前記放電室に水銀、ハロゲンガスを含有する不活性ガスが封入され、前記直管部のガラス中に前記タングステン電極の他端および前記モリブテン箔が埋め込められて前記放電室が気密封止された高圧放電ランプにおいて、
前記モリブテン箔における前記タングステン電極の他端近傍が、前記モリブテン箔の短手方向に沿って折り曲げられ、前記タングステン電極と前記モリブテン箔との接合部を含めて前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを前記石英ガラス管の軸方向と平行に矯正されていることを特徴とする高圧放電ランプを提供する。

また、本発明は、放電室とこの両側に延びる直管部とからなる石英ガラス管と、前記放電室内において軸部の一端が対向するように前記放電室内に配置された一対のタングステン電極と、前記タングステン電極の前記軸部の他端と重ねて溶接されたモリブテン箔と、前記モリブテン箔の前記タングステン電極とは反対側の端部に溶接された外部リード線とを有し、前記放電室に水銀、ハロゲンガスを含有する不活性ガスが封入され、前記直管部のガラス中に前記タングステン電極の他端および前記モリブテン箔が埋め込められて前記放電室が気密封止された高圧放電ランプにおける前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを直管部で封止する封止方法であって、
前記タングステン電極の軸部と前記モリブテン箔を密着させ、前記モリブテン箔の、前記タングステン電極の末端近傍を短手方向に沿って折り曲げ、前記モリブテン箔と前記タングステン電極の軸部との接合部分に前記モリブテン箔の側からレーザ光を照射し、前記モリブテン箔と前記タングステン電極の軸部とを溶接し、封止工程において前記接合部分を含んだ前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを前記石英ガラス管の軸方向と平行に矯正する封止方法や、
前記タングステン電極の軸部と前記モリブテン箔を密着させ、前記モリブテン箔と前記タングステン電極の軸部との接合部分に前記モリブテン箔の側からレーザ光を照射し、前記モリブテン箔と前記タングステン電極の軸部とを溶接した後、前記モリブテン箔の、前記タングステン電極の末端近傍を短手方向に沿って折り曲げて、封止工程において前記接合部分を含んだ前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを前記石英ガラス管の軸方向と平行に矯正する封止方法である。

上記のとおりに構成された発明では、タングステン電極とモリブテン箔の溶接時にモリブテン箔が変形することによって生じるタングステン電極の傾きが石英ガラス管の軸方向と平行に矯正される。

以上説明したように、本発明によれば、タングステン電極が石英ガラス管の軸線に対して傾いていない高圧放電ランプを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１において、本実施形態の超高圧水銀ランプは中央部が球状に形成された石英ガラス製の灯管１からなり、灯管１の中央の球状空間部（放電室）１ａに一対のタングステン電極２が互いに対向するように配置されている。それぞれのタングステン電極２にはモリブテン箔（Mｏ箔）３を介して、モリブテン棒を使用した外部リード線４が接続されている。このような電極アセンブリは灯管１の両端部の石英ガラスと、タングステン電極１の一部、モリブテン箔（Ｍｏ箔）３および外部リード線４の一部が封着される。このことにより、灯管１の球状空間部１ａ内が気密に封止されている。この図のランプは交流点灯用であるが、陽極となる電極を陰極側よりも大きな形状にすれば直流点灯用に使用できる。

球状空間部１ａ内には、水銀および、ハロゲンガス成分を含有する不活性ガスが封入されている。例えば、水銀は0.12〜0.30[mg/mm³]封入されている。不活性ガスはＮｅ(ネオン)またはＡr(アルコ゛ン)などの希ガスであり、ハロゲンガスとしてはCｌ(塩素),Br(臭素)，I(ヨウ素)のうち少なくとも１つが封入され、球状空間部１ａ内のハロゲンガス分圧が1×10^-8〜1×10^-6[μmol/mm³]に調整されている。さらに、球状空間部１ａ内の酸素分圧が2.5×10^-3[Pa]以下の到達真空度となるように、球状空間部１ａ内が排気されている。ここで、酸素分圧とはＯ₂,ＣＯ,ＣＯ₂,Ｈ₂Ｏなど酸素含有ガスの分圧の合計であって、作製された高圧放電ランプ内のガスを採取しガス分析することによって測定することができる。また、不活性ガスの封入量は６×１０³[Pa]〜６×１０⁴[Pa]の範囲であることが好ましい。

上記のランプに用いるタングステン電極２は、モリブデン箔３と電気的に接続された状態にあるように溶接または加圧圧着され、且つ、灯管１の両端部の封着工程でガラスと封着されるまでの間の処理工程およびハンドリング等の際にタングステン電極２とモリブテン箔３の接合部が外れないような強度をもっている。

例えばタングステン電極２とモリブテン箔３を溶接する場合、図２に示すようにタングステン電極２の軸部とモリブテン箔（箔状の金属の封止材料）３を密着させた後、モリブデン箔３側よりレーザ光を照射し、モリブデン箔３とタングステン電極２を両方とも溶融させて接合する。このレーザ光の照射には、ＹＡＧレーザのように金属溶融波長を有するレーザを用いる。

タングステン電極２にモリブデン箔３を密着させるときは図３に示すように密着角度が３０度以上の状態になるようにする。

このように、モリブテン箔３をタングステン電極２の軸に密着角３０°以上で密着させ、溶接するとき、図４に示すようにタングステン電極２がモリブテン箔３の変形により、斜めに傾きを生じる。このときの傾きは、２〜１０°である。

この傾きは、図５および図６に示すように、タングステン電極２にモリブテン箔３を介して外部リード線４を接続してなる電極アセンブリ５を石英ガラス６の管（灯管１）内に挿入し、石英ガラス６を加熱軟化させることにより、石英ガラス６にてタングステン電極１の一部、モリブテン箔３および外部リード線４の一部を封止する工程において、石英ガラス６の収縮力によって、タングステン電極２を石英ガラス６の軸方向に平行に矯正しようとしても、十分にタングステン電極２の傾きを矯正できない。

そこで、タングステン電極２とモリブテン箔３を密着させレーザ照射して溶接するにあたって、図７に示すようにモリブテン箔３に曲げ部３ａを設ける。この曲げ部３ａはモリブテン箔３の短手方向に沿って折り曲げられる。また、曲げ方向は、図４に示した溶接時の傾きを０°に矯正する方向とする。

曲げ部３ａの位置はタングステン電極２の末端から０．３〜３．０ｍｍの位置が良好であった。モリブテン箔３の曲げは、レーザ溶接のためにタングステン電極２にモリブテン箔３を密着させるのと同時に行う方法か、レーザ溶接が終了してから曲げのみを行う方法とする。

このように、電極アセンブリ５の組み立て段階においてタングステン電極２とモリブテン箔３を３０度以上の密着角度で密着させると同時か、もしくは、このように密着させてから互いをレーザ溶接で接合した後に、モリブテン箔３に図７のような曲げ部３ａを設けることにより、図４に示したようなタングステン電極２の傾きを矯正することができる。さらに、モリブテン箔３に曲げ部３ａがあることにより、図５および図６に示す封止工程における石英ガラスの収縮力によってタングステン電極２を石英ガラス６の軸方向に平行に矯正することが容易となる。

本発明の一実施形態による高圧放電ランプの断面図であり、モリブテン箔の平坦部と平行な方向から見た断面図である。本発明の一実施形態において高圧放電ランプを製造する際のモリブテン箔とタングステン電極との溶接状態を示す側面図である。本発明の一実施形態において高圧放電ランプを製造する際のタングステン電極へモリブテン箔を密着させる様子を、タングステン電極の軸方向から見た図である。図２に示した溶接の際に生じるモリブテン箔の傾きを示す側面図である。本発明の一実施形態において高圧放電ランプの製造の際に、組み立てた電極アセンブリを石英ガラス管に挿入するときの様子を示す断面図であり、モリブテン箔の平坦部と平行な方向から見た断面図である。本発明の一実施形態の高圧放電ランプの製造の際に、組み立てた電極アセンブリを挿入した石英ガラス管を加熱溶融するときの様子を示す断面図であり、モリブテン箔の平坦部と平行な方向から見た断面図である。本発明の一実施形態の高圧放電ランプにおけるモリブテン箔の曲げ部分を示す部分拡大図であり、（ａ）はモリブテン箔をその平坦部と平行な方向から見た図であり、（ｂ）はモリブテン箔の平坦部と直交する方向から見た図である。高圧放電ランプを備えたランプユニットを示す断面図である。高圧放電ランプの製造方法において発生する電極同士の偏芯の様子を示す部分断面図である。高圧放電ランプにおいて管壁距離が小さくなった様子を示す部分断面図である。

符号の説明

１灯管
１ａ球状空間部
２タングステン電極
３モリブテン箔
３ａ曲げ部
４外部リード線
５電極アセンブリ
６石英ガラス

Claims

放電室とこの両側に延びる直管部とからなる石英ガラス管と、前記放電室内において軸部の一端が対向するように前記放電室内に配置された一対のタングステン電極と、前記タングステン電極の前記軸部の他端と重ねて溶接されたモリブテン箔と、前記モリブテン箔の前記タングステン電極とは反対側の端部に溶接された外部リード線とを有し、前記放電室に水銀、ハロゲンガスを含有する不活性ガスが封入され、前記直管部のガラス中に前記タングステン電極の他端および前記モリブテン箔が埋め込められて前記放電室が気密封止された高圧放電ランプにおいて、
前記モリブテン箔における前記タングステン電極の他端近傍が、前記モリブテン箔の短手方向に沿って折り曲げられ、前記タングステン電極と前記モリブテン箔との接合部を含めて前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを前記石英ガラス管の軸方向と平行に矯正されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
放電室とこの両側に延びる直管部とからなる石英ガラス管と、前記放電室内において軸部の一端が対向するように前記放電室内に配置された一対のタングステン電極と、前記タングステン電極の前記軸部の他端と重ねて溶接されたモリブテン箔と、前記モリブテン箔の前記タングステン電極とは反対側の端部に溶接された外部リード線とを有し、前記放電室に水銀、ハロゲンガスを含有する不活性ガスが封入され、前記直管部のガラス中に前記タングステン電極の他端および前記モリブテン箔が埋め込められて前記放電室が気密封止された高圧放電ランプにおける前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを直管部で封止する封止方法であって、
前記タングステン電極の軸部と前記モリブテン箔を密着させ、前記モリブテン箔の、前記タングステン電極の末端近傍を短手方向に沿って折り曲げ、前記モリブテン箔と前記タングステン電極の軸部との接合部分に前記モリブテン箔の側からレーザ光を照射し、前記モリブテン箔と前記タングステン電極の軸部とを溶接し、封止工程において前記接合部分を含んだ前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを前記石英ガラス管の軸方向と平行に矯正する封止方法。
放電室とこの両側に延びる直管部とからなる石英ガラス管と、前記放電室内において軸部の一端が対向するように前記放電室内に配置された一対のタングステン電極と、前記タングステン電極の前記軸部の他端と重ねて溶接されたモリブテン箔と、前記モリブテン箔の前記タングステン電極とは反対側の端部に溶接された外部リード線とを有し、前記放電室に水銀、ハロゲンガスを含有する不活性ガスが封入され、前記直管部のガラス中に前記タングステン電極の他端および前記モリブテン箔が埋め込められて前記放電室が気密封止された高圧放電ランプにおける前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを直管部で封止する封止方法であって、
前記タングステン電極の軸部と前記モリブテン箔を密着させ、前記モリブテン箔と前記タングステン電極の軸部との接合部分に前記モリブテン箔の側からレーザ光を照射し、前記モリブテン箔と前記タングステン電極の軸部とを溶接した後、前記モリブテン箔の、前記タングステン電極の末端近傍を短手方向に沿って折り曲げて、封止工程において前記接合部分を含んだ前記タングステン電極と前記モリブテン箔とを前記石英ガラス管の軸方向と平行に矯正する封止方法。