JP4606281B2 - 放電ランプ装置用アークチューブ - Google Patents

Description

本発明は、ガラス管両端のピンチシール部にそれぞれ封着されて、始動用希ガスとともに発光物質等を封入したガラス管中央の密閉ガラス球内にそれぞれの先端部が突出するように対向配置された一対のタングステン製電極棒を備えた放電ランプ装置用アークチューブに係り、特に、密閉ガラス球内に環境有害物質である水銀を封入しないアークチューブ（以下、水銀フリーアークチューブという）に関する。

図９は従来の放電ランプ装置であり、アークチューブ５の前端部は絶縁性ベース１の前方に突出する一本のリードサポート２によって支持され、アークチューブ５の後端部はベース１の凹部１ａで支持され、アークチューブ５の後端部寄りが絶縁性ベース１の前面に固定された金属製支持部材Ｓによって、把持された構造となっている。

アークチューブ５から導出する前端側リード線８は、溶接によってリードサポート２に固定され、一方、後端側リード線８は、ベース１の凹部１ａ形成底面壁１ｂを貫通し、底面壁１ｂに設けられている端子３に、溶接により固定されている。符号Ｇは、アークチューブ５から発した光の中で、人体に有害な波長域の紫外線成分をカットする円筒形状の紫外線遮蔽用グローブで、アークチューブ５に溶着一体化されている。

そしてアークチューブ５は、前後一対のピンチシール部５ｂ（一次ピンチシール部５ｂ１、二次ピンチシール部５ｂ２）間に電極棒６，６を対設しかつ希ガスとともに水銀や発光物質等を封入した密閉チャンバー部（密閉ガラス球）５ａが形成された構造となっている。ピンチシール部５ｂ内には、密閉チャンバー部５ａ内に突出する電極棒６とピンチシール部５ｂから導出するリード線８とを接続するモリブデン箔７が封着されており、ピンチシール部５ｂにおける気密性が確保されている。

即ち、電極棒６としては、耐久性に優れたタングステン製が最も望ましいが、タングステンはアークチューブを構成する石英ガラスと線膨張係数が大きく異なり、石英ガラスとのなじみも悪く気密性に劣る。したがって、タングステン製電極棒６にガラスと比較的なじみの良いモリブデン箔７を接続し、モリブデン箔７をピンチシール部５ｂで封着することで、ピンチシール部５ｂにおける気密性を確保するようになっている。なお、電極棒６とモリブデン箔７とリード線８とは、電極アッシーＡ１，Ａ１’として予め一体化されている。

さらに、図１０は、下記特許文献１に開示されているアークチューブを示すもので、ピンチシール部５ｂ（５ｂ１，５ｂ２）における電極棒６の周りには、電極棒６を取り囲む残留圧縮歪層９や、残留圧縮歪層９とその外側のガラス層間の境界に沿って延びる境界クラック９ａが形成されて、ピンチシール部５ｂに点灯不良等につながる縦クラック（電極棒周辺からピンチシール部の表面に向かって延びるクラック）の発生が抑制されている。すなわち、アークチューブ点・消灯時の温度差が大きく、線膨張係数が大きく異なる電極棒６とガラス層間には、点灯時に熱応力が生じる。特に、近年のアークチューブは瞬時点灯ができるように構成されており、温度上昇率が大きく、熱応力が急激に生じる。そして、この状態が繰り返されると、電極棒６を封着しているピンチシール部（ガラス層）５ｂの電極棒６封着位置に縦クラックが発生し、密閉チャンバ部５ａの封入物質がリークし、点灯不良や寿命低下につながるおそれがあるが、電極棒６を取り囲む残留圧縮歪層９や境界クラック９ａが、温度上昇に伴ってガラス層に発生する熱応力を効率よく緩和（吸収）するので、ピンチシール部（ガラス層）５ｂには封入物質のリークにつながる縦クラックが発生しない構造となっている。
特開２００１−１５０６７号

従来のこの種のアークチューブの密閉ガラス球５ａ内には、緩衝作用（適切な管電圧を維持する作用）を営む水銀が封入されている。しかし、水銀は環境有害物質であり、地球上の環境汚染をできるだけ減らそうとする社会のニーズに対して、密閉ガラス球内に水銀を封入しない水銀フリーアークチューブの開発が現在盛んに行われている。

そして、この水銀フリーアークチューブを開発する過程で、水銀入りアークチューブでは発生しにくかったピンチシール部における縦クラックの発生という新たな問題が提起された。

発明者は、この原因を考察したところ、水銀フリーアークチューブのピンチシール部では、電極棒周りに形成されている残留圧縮歪層（境界クラック）が水銀入りアークチューブの場合に比べて大きい（残留圧縮歪層や境界クラックの半径が大きい）ため、それだけピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）外側のガラス層が薄くなって、ピンチシール部に残留圧縮歪層（境界クラック）の応力吸収限界以上の熱応力（以下、過大熱応力という）が作用した場合に、縦クラックが発生することが原因である、と考えた。

すなわち、水銀フリーアークチューブでは、水銀フリーのため低下する管電圧対策として電極棒を太くし管電流を上げることで管電力を維持するように構成されるが、ピンチシール部を成形するピンチャーの構成（ピンチシール部の横断面などの大きさ）は水銀入りアークチューブの場合と同様である。一方、ピンチシール部の内部では、電極棒が太い分、ピンチシール後の電極棒の熱収縮量が大きく、電極棒周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）も水銀入りアークチューブの場合に比べて大きい（残留圧縮歪層や境界クラックの半径が大きい）。このため、ピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）外側のガラス層が水銀入りアークチューブの場合に比べ薄くなって、ピンチシール部に過大熱応力が作用した場合に、縦クラックが発生してしまうのである。

そこで、発明者は、電極棒の径が大きい水銀フリーアークチューブの場合には、ピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）を小さくしてやれば、それだけピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）外側のガラス層が厚くなって、ピンチシール部に過大熱応力が作用したとしても縦クラックが発生しない、と考えた。

そして、発明者は、電極棒の真空熱処理温度と電極棒の表面組織との関係（図４）、真空熱処理しない電極棒の太さと残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさとの関係（図５）、真空熱処理しない電極棒の周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）と縦クラック発生率との関係（図６）、真空熱処理した電極棒の太さおよび真空熱処理温度とピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）との関係（図７（ａ））等々についての種々の実験と考察を重ねた結果、水銀フリーアークチューブの密閉ガラス球内に対向配置されるタングステン製電極棒として、真空雰囲気下１６００〜２２００℃で熱処理したトリエーテッドタングステン製電極棒を用いることが、ピンチシール部における縦クラックの発生を抑制する上で有効（図６，図７（ａ））であり、ピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）を小さくすれば、具体的には、残留圧縮歪層の大きさ（半径Ｒ）をピンチシール部の巾Ｄに対し電極棒を中心とするＤ／４以下に形成すれば、残留圧縮歪層（境界クラック）の外側のガラス層の厚さが確保され、ピンチシール部の耐熱強度が高められ（縦クラックの発生が抑制され）て、アークチューブの寿命が延びることが確認されたので、平成１６年１０月１４日に特許出願（特願２００４−２９９８１７）を行った。

その後、発明者はさらなる実験と考察を継続した結果、水銀フリーアークチューブの密閉ガラス球内に対向配置されるタングステン製電極棒として、カリウムドープタングステン製電極棒または高純度タングステン製電極棒を用いる場合は、電極棒に予め真空熱処理を施さなくても、ピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）がピンチシール部の巾Ｄに対し電極棒を中心とするＤ／４以下に形成されて、残留圧縮歪層（境界クラック）の外側のガラス層の厚さが確保され、ピンチシール部の耐熱強度が高められ（縦クラックの発生が抑制され）て、アークチューブの寿命が延びることが確認された。

さらに、カリウムドープタングステン製電極棒を真空雰囲気下１４００〜２０００℃で熱処理したものを用いたり、高純度タングステン製電極棒を真空雰囲気下１２００〜１８００℃で熱処理したものを用いた場合には、ピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）がさらに小さくなって、ピンチシール部の耐熱強度が一層高められ（縦クラックの発生が抑制され）て、アークチューブの寿命がさらに延びることが確認された。そこで、このたび、先の特許出願（特願２００４−２９９８１７）を基礎とする国内優先権の主張を伴う特許出願を行うに至ったものである。

即ち、本発明は前記した従来技術の問題点および発明者の知見に基づいてなされたもので、その目的は、点消灯時の熱応力の変化によってピンチシール部に縦クラックが生じるおそれのない（ピンチシール部の耐熱強度が高められた）放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブを提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブにおいては、ガラス管両端のピンチシール部にそれぞれ封着されて、始動用希ガスとともに発光物質等を封入したガラス管中央の密閉ガラス球内にそれぞれの先端部が突出するように対向配置された一対のタングステン製電極棒を備え、前記ピンチシール部におけるガラス層の前記電極棒との密着面に該電極棒を取り囲む残留圧縮歪層が形成された放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブであって、
前記電極棒を直径０．３ｍｍ以上の太さのもので構成し、前記残留圧縮歪層を前記ピンチシール部の巾Ｄに対し電極棒を中心とする半径Ｒ（≦Ｄ／４）の大きさに構成した。

（作用） ピンチシール直後のガラス層と電極棒間の境界には、熱応力が生じていないが、常温に戻ると、電極棒（タングステン）とガラス（石英ガラス）の境界には、両者の線膨張係数差に対応した熱応力（電極棒側には引張応力、ガラス層には圧縮応力）が作用し、ある程度の歪（電極棒には残留引張歪、ガラス層には残留圧縮歪）が生じたままの形態となる。そして、点灯時のアークチューブの温度は、ガラス管をピンチシールする時の温度以上には上昇しないので、ピンチシール部における残留圧縮歪層が広範囲にまたがって形成されている場合には、点灯によってアークチューブのピンチシール部に生じる熱応力は、電極棒の軸方向，周方向のいずれの方向においても、予め非点灯時のピンチシール部のガラス層に残留している圧縮歪を低下させるように作用する。

即ち、ピンチシール部における電極棒の周りには、予め所定厚さの残留圧縮歪層（および圧縮歪層とその外側のガラス層間に沿った境界クラック）が形成されており、この広範囲な残留圧縮歪層（および境界クラック）が、温度上昇に伴ってピンチシール部に発生する熱応力を効率よく緩和（吸収）する。換言すれば、所定の広範囲にわたって存在する残留圧縮歪層（境界クラック）によって、繰り返し発生する熱応力が分散されて、残留圧縮歪層（境界クラック）外側のガラス層側に伝達されるため、ピンチシール部において封入物質のリークにつながる縦クラックの発生が抑制されることになる。

また、水銀フリーアークチューブでは、水銀フリーのため低下する管電圧対策として電極棒を太くし管電流を上げることで管電力を維持することが望ましく、水銀入りアークチューブにおける電極棒の太さ（０．２〜０．２５ｍｍ）よりも太い（太さ０．３ｍｍ以上の）電極棒が用いられている。一方、ピンチシール部を成形するピンチャーの構成（ピンチシール部の横断面などの大きさ）は水銀入りアークチューブの場合と同様である。そして、ピンチシール部の内部では、図５に示すように、電極棒が太い分、ピンチシール後の電極棒の熱収縮量が大きく、電極棒周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）も水銀入りアークチューブの場合に比べて大きい（残留圧縮歪層や境界クラックの半径が大きい）。このため、ピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）外側のガラス層が水銀入りアークチューブの場合に比べ薄くなって、ピンチシール部に過大熱応力が作用した場合に、縦クラックが発生し易くなる。

しかし、図７（ａ）に示すように、太さ０．２５〜０．４ｍｍの電極棒（トリエーテッドタングステン製電極棒）を１６００〜２２００℃の範囲で真空熱処理すると、ピンチシール部（巾２．２ｍｍ）の残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が０．５ｍｍ以下となり、また、図６に示すように、ピンチシール部（巾２．２ｍｍ）の残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が０．５ｍｍ以下では、縦クラックの発生率が０％であることから、請求項１では、ピンチシールの際に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が例えば２．２ｍｍの巾のピンチシール部に対し半径０．５ｍｍ以下となるように、残留圧縮歪層がピンチシール部の巾Ｄに対し電極棒を中心とする半径Ｒ（≦Ｄ／４）の大きさに構成されて、ピンチシール部（２．２ｍｍ巾）における残留圧縮歪層（境界クラック）の外側に十分な厚さ（０．６ｍｍ以上の厚さ）のガラス層が形成されるように構成されている。

また、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、太さ０．２５〜０．４ｍｍのカリウムドープタングステン製電極棒または高純度タングステン製電極棒の場合は、トリエーテッドタングステン製電極棒に対して施すような真空熱処理を施さなくても、ピンチシール部（巾２．２ｍｍ）における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が０．５ｍｍ以下となるので、請求項１では、トリエーテッドタングステン製電極棒に代えて、カリウムドープタングステン製電極棒または高純度タングステン製電極棒を用いるだけで、残留圧縮歪層がピンチシール部の巾Ｄに対し電極棒を中心とする半径Ｒ（≦Ｄ／４）の大きさに構成されて、ピンチシール部（２．２ｍｍ巾）における残留圧縮歪層（境界クラック）の外側に十分な厚さ（０．６ｍｍ以上の厚さ）のガラス層が形成されるように構成されている。

このため、たとえピンチシール部に過大熱応力が作用した場合であっても、ガラス層に縦クラックが発生することはない。即ち、ピンチシール部の残留圧縮歪層（境界クラック）の外側には、ピンチシール部に作用する過大熱応力に対して十分に対抗できる強度に相当する厚さのガラス層が形成されている。つまり、ピンチシール部の耐熱強度が改善されている。

また、残留圧縮歪層をピンチシール部の巾Ｄに対し電極棒を中心とする半径Ｒ（≦Ｄ／４）の大きさに構成するためには、電極棒としてトリエーテッドタングステン製電極棒を用いる場合は、１６００〜２２００℃の範囲内の温度で電極棒を真空熱処理することが望ましいが、１６００〜２２００℃という高温で真空熱処理した電極棒では、その表面に吸着していた水分や酸化膜のみならず、電極棒内部の不純物（水分やガス）も除去されるので、光束、光色といった特性も改善できる。
また、請求項１においては、前記電極棒の表面組織を構成するタングステン結晶粒子の最大長さが５μｍ以上となるように構成した。
（作用）図４に示すように、真空熱処理温度１６００℃で処理したトリエーテッドタングステン製電極棒，真空熱処理温度１４００℃で処理したカリウムドープタングステン製電極棒および真空熱処理温度１２００℃で処理した高純度タングステン製電極棒の表面組織の最大結晶粒子長は、それぞれ５μｍで、この真空熱処理温度が高いほど最大結晶粒子長は大きくなる。また、ピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）は、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、電極棒の真空熱処理温度が高温であるほど、小さい。したがって、電極棒の表面組織を構成するタングステン結晶粒子の最大長さが５μｍ以上の場合は、トリエーテッドタングステン電極棒では１６００℃以上の温度で、カリウムドープタングステン電極棒では１４００℃以上の温度で、高純度タングステン電極棒では１２００℃以上の温度でそれぞれ真空熱処理されたもので、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）は、いずれの場合も巾２．２ｍｍのピンチシール部に対し０．５ｍｍ以下となって、ピンチシール部（２．２ｍｍ巾）における残留圧縮歪層（境界クラック）の外側には、十分な厚さ（０．６ｍｍ以上の厚さ）のガラス層が形成されて、たとえピンチシール部に過大熱応力が作用した場合であっても、ガラス層に縦クラックが発生することはない。

また、請求項１記載の電極棒としては、請求項２に示すように、真空雰囲気下１６００〜２２００℃の範囲であって、その太さに比例する所定温度で熱処理したトリエーテッドタングステン製電極棒で構成したり、請求項３に示すように、真空雰囲気下１４００〜２０００℃の範囲であって、その太さに比例する所定温度で熱処理されたカリウムドープタングステン製電極棒で構成したり、請求項４に示すように、真空雰囲気下１２００〜１８００℃の範囲であって、その太さに比例する所定温度で熱処理された高純度タングステン製電極棒で構成することが望ましい。

（作用）ピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）は、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、電極棒の真空熱処理温度が高温であるほど小さく、かつ電極棒の太さ（径）が細い（小さい）ほど小さいので、太い電極棒には高い温度で真空熱処理を行い、細い電極棒には低い温度で真空熱処理を行うことで、電極棒の太さ如何にかかわらずピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさを所定の大きさにできる。即ち、トリエーテッドタングステン製電極棒の場合は、１６００〜２２００℃の範囲で電極棒の太さに応じた真空熱処理の温度条件を選択することで、カリウムドープタングステン製電極棒の場合は、１４００〜２０００℃の範囲で電極棒の太さに応じた真空熱処理の温度条件を選択することで、高純度タングステン製電極棒の場合は、１２００〜１８００℃の範囲で電極棒の太さに応じた真空熱処理の温度条件を選択することで、それぞれ残留圧縮歪層（境界クラック）の周りに、ピンチシール部に作用する過大熱応力に対しても十分に対抗できるに足りる所定の厚さのガラス層を形成できる。

特に、カリウムドープタングステン製電極棒の場合は１４００〜２０００℃の範囲で、高純度タングステン製電極棒の場合は１２００〜１８００℃の範囲でそれぞれ真空熱処理を施すことで、１６００〜２２００℃の範囲で真空熱処理を施したトリエーテッドタングステン製電極棒の場合に比べて、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、ピンチシール部（巾２．２ｍｍ）における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）がより小さくなって、ピンチシール部（２．２ｍｍ巾）における残留圧縮歪層（境界クラック）の外側により十分な厚さのガラス層が形成される。

また、カリウムドープタングステン製電極棒や高純度タングステン製電極棒の場合においても、トリエーテッドタングステン製電極棒の場合と同様に高温で真空熱処理されることで、その表面に吸着していた水分や酸化膜のみならず、電極棒内部の不純物（水分やガス）も除去されるので、光束、光色といった特性も改善できる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブによれば、水銀入りアークチューブと比べて太い電極棒周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が小さくなる分、残留圧縮歪層（境界クラック）外側のガラス層に十分な厚さが確保されて、ピンチシール部に過大熱応力が作用しても縦クラックが発生することのない、耐熱強度が改善された放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブを提供できる。

また、水銀入りアークチューブのピンチシール部を成形するピンチャーの仕様を変更することなく、水銀フリーアークチューブのピンチシール部を成形するピンチャーとしても使用できるので、水銀フリーアークチューブの製造設備の設計がそれだけ容易となる。
また、ピンチシール部に形成された残留圧縮歪層（境界クラック）の周りには、ピンチシール部に作用する過大熱応力に対しても対抗できるに足りる十分な厚さのガラス層が形成されているので、ピンチシール部に過大熱応力が作用しても縦クラックがさらに一層発生することのない、ピンチシール部の耐熱強度に優れた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブを提供できる。

請求項２，３，４によれば、電極棒はそれぞれ予め１６００〜２２００℃，１４００〜２０００℃，１２０〜１８００℃という高温で真空熱処理されているので、密閉ガラス球内における不純物（水分やガス）の量は非常に僅かで、光束および光色特性が改善されている。

また、請求項２、３，４によれば、電極棒の真空熱処理の温度条件を電極棒の太さに応じて選択することで、例えば電極棒の太さに拘わらずピンチシール部の残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（外側のガラス層の厚さ）を一定にできるなど、ピンチシール部に過大熱応力が作用しても縦クラックが一層発生することのない、ピンチシール部の耐熱強度に優れた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブを提供できる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は本発明の一実施例である放電ランプ装置用アークチューブの縦断面図、図２は同アークチューブのピンチシール部の要部拡大断面図、図３はピンチシール部における残留圧縮歪層を含む横断面図（図１に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図）、図４は電極棒の真空熱処理温度と電極棒表面組織の最大結晶粒子長との関係を示す図、図５は真空熱処理しない電極棒の太さと残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさとの関係および残留圧縮歪層（境界クラック）のピンチシール部の巾に対する大きさの比率を示す図、図６は真空熱処理しない電極棒の周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさと縦クラックの発生率との関係を示す図、図７は真空熱処理した電極棒の太さおよび真空熱処理温度とピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさとの関係を示す図で、（ａ）はトリエーテッドタングステン製電極棒の場合、（ｂ）はカリウムドープタングステン製電極棒の場合、（ｂ）高純度タングステン製電極棒の場合である。図８は同アークチューブの製造工程説明図で、（ａ），（ｂ）は一次ピンチシール工程の説明図、（ｃ）は発光物質等の投入工程の説明図、（ｄ）チップオフ工程の説明図、（ｅ）は二次ピンチシール工程の説明図である。

これらの図において、アークチューブ１０の装着される放電ランプ装置は、図９に示す従来構造と同一であり、その説明は省略する。

アークチューブ１０は、直線状延出部ｗ₁ の長手方向途中に球状膨出部ｗ₂ が形成された円パイプ形状の石英ガラス管Ｗの球状膨出部ｗ₂ 寄りがピンチシールされて、放電空間を形成する楕円体形状の密閉ガラス球（密閉チャンバー部）１２の両端部に横断面矩形状のピンチシール部１３（一次ピンチシール部１３Ａ、二次ピンチシール部１３Ｂ）が形成された構造で、密閉ガラス球１２内には、放電電極を構成するタングステン製の電極棒６０，６０が対向配置されており、電極棒６０，６０はピンチシール部１３（一次ピンチシール部１３Ａ、二次ピンチシール部１３Ｂ）にそれぞれ封着されたモリブデン箔７，７に接続され、ピンチシール部１３（１３Ａ、１３Ｂ）の端部からはモリブデン箔７，７に接続されたモリブテン製リード線８，８がそれぞれ非ピンチシール部である円パイプ形状部１４から外部に導出している。

このアークチューブ１０の外観構造については、図１０に示す従来のアークチューブ５と一見したところ変わるものではないが、密閉ガラス球１２内には、始動用希ガス，主発光用金属ハロゲン化物および水銀に代わる補助金属ハロゲン化物等（以下、発光物質等という）が封入されている、いわゆる水銀フリーアークチューブとして構成されている。

また、タングステン製の電極棒６０の外周面には、石英ガラスとのなじみをもたせるために、強電解研磨によって微細な凹凸が形成されるとともに、ピンチシール部１３のガラス層における電極棒６０に密着する領域には、ガラス管を真空にした状態でピンチシールすることで、電極棒６０との密着度が特に高い所定の大きさの残留圧縮歪層１６が形成されている。

さらに、残留圧縮歪層１６は、図２，３に示すように、電極棒６０に沿って、しかも電極棒６０を取り囲むように延びており、その軸方向の長さＬ₁は、電極棒６０のみに密着するガラス層領域の軸方向長さＬの約３０％以上あって、電極棒６０の周方向約１８０度以上の角度範囲θ₁にわたって形成されている。

ピンチシールされた直後のガラス層１５と電極棒６０間の境界には、熱応力が生じていないが、常温に戻ると、電極棒（タングステン）６０とガラス（石英ガラス）の境界には、両者の線膨張係数差（４５×１０^-7１／℃，５×１０^-7１／℃）に対応した熱応力（電極棒側には引張応力、ガラス層には圧縮応力）が作用し、電極棒６０には残留引張歪、ガラス層には残留圧縮歪が生じた形態となっている。

そして、ガラス層における残留圧縮歪層１６が広範囲にまたがって形成されており、しかも点灯時のアークチューブ１０（ピンチシール部１３）の温度は、ピンチシール部１３をピンチシールする時の温度以上には上昇しないので、点灯によってピンチシール部１３のガラス層１５に生じる熱応力は、軸方向，周方向のいずれの方向においても、ピンチシール部１３のガラス層１５に残留している圧縮歪を低下させるように作用する。

即ち、点灯時のピンチシール部におけるガラス層１５には、この残留圧縮歪を緩和する方向の熱応力（引張熱応力）が作用する。そして、この残留圧縮歪層１６における電極棒６０の軸方向および周方向への広がりが小さい場合には、残留圧縮歪層１６に熱応力が集中し、点灯が繰り返されることで熱応力が繰り返し作用し、ガラス層１５には封止物質のリークにつながる縦クラックが発生するおそれがある。しかし、ガラス層１５の電極棒６０との密着面には、電極棒６０との密着度の特に高い残留圧縮歪層１６が、ガラス層１５の電極棒６０にのみ密着する領域の長さＬの３０％以上の長さＬ₁（≧０．３Ｌ）で、電極棒６０の周方向にθ₁（≧１８０度）という広角度範囲にわたって形成されており、この広範囲の圧縮歪層（残留圧縮歪層）１６が、温度上昇に伴ってガラス層１５に発生する熱応力を効率よく緩和（吸収）する。

換言すれば、広範囲にわたって存在する残留圧縮歪層１６によって、繰り返し発生する熱応力が分散されてガラス層１５全体に伝達されるため、ガラス層１５には封入物質のリークにつながるような縦クラックが発生しないのである。

また、残留圧縮歪層１６には、電極棒６０を取り囲み軸方向に円弧状（筒状）に延びる、肉眼でも観察できる境界クラック１７が形成されており、点灯時における電極棒６０とガラス層１５の境界に作用する熱応力は、境界クラック１７に沿って外側のガラス層１５ａと内側のガラス層１５ｂ（残留圧縮歪層１６）が相対的に滑ることで、吸収されるようになっている。

即ち、点灯時には、ピンチシール部１３におけるガラス層１５と電極棒６０間の境界に熱応力が発生するが、図２，３に拡大して示すように、電極棒６０に密着一体化した境界クラック１７内側のガラス層１５ｂが、境界クラック１７外側のガラス層１５ａに対し滑り、電極棒６０とガラス層１５の境界に作用する熱応力は、この境界クラック１７で吸収されてしまうので、封止物質のリークにつながるような縦クラックがガラス層１５に発生するおそれがない。

また、ピンチシール部１３のガラス層１５内に軸方向長さＬ₁≧０．３Ｌで、かつθ₁≧１８０度という大きさの残留圧縮歪層１６を形成するには、後述するアークチューブ製造工程において、ガラス管（被ピンチシール部）を２０００〜２３００℃、好ましくは２１００〜２２００℃の範囲でピンチシールすることが望ましい。

また、密閉チャンバ部１２に対向配置されている電極棒６０は、特許文献１に開示された水銀入りアークチューブに使用されている電極棒６（直径０．２５ｍｍ）に比べて直径０．３ｍｍ〜０．３５ｍｍと太いもので構成されて、管電圧の低下を管電流を上げることで補うことで管電力を維持するように構成されている。なお、タングステン製の電極棒６０としては、トリエーテッドタングステン（一般にはトリタンと称呼される）製電極棒，カリウムドープタングステン製電極棒または高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒という成分の異なる３種類があり、トリエーテッドタングステン製電極棒は、２重量％未満のトリア（ＴｈＯ_２）を含有し、数十ｐｐｍのカリウム（Ｋ）が添加され、０．０５重量％以下の不純物を含有するタングステンで構成され、カリウムドープタングステン製電極棒は、数十ｐｐｍのカリウム（Ｋ）が添加されたタングステン（９９．９５重量％以上のタングステン）で構成され、高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒は、９９．９９９９重量％以上のタングステンで構成されている。

そして、ピンチシール部１３を成形するピンチャーの構成（ピンチシール部１３の横断面などの大きさ）は水銀入りアークチューブの場合と同様であり、ピンチシール部１３の内部では、電極棒６０が太い分、ピンチシール後の電極棒６０の熱収縮量が大きく、電極棒６０周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）も水銀入りアークチューブの場合に比べて大きく（残留圧縮歪層や境界クラックの半径が大きく）、ピンチシール部１３における残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）外側のガラス層１５ａが水銀入りアークチューブの場合に比べ薄くなって、ピンチシール部１３に過大熱応力が作用した場合に、縦クラックが発生するおそれがある。

しかし、ピンチシールの際に形成される残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の大きさ（半径）が例えば２．２ｍｍの巾のピンチシール部に対し半径０．５ｍｍ以下となるように、電極棒６０として真空雰囲気下１６００〜２２００℃で熱処理したトリエーテッドタングステン製電極棒を用いることで、ピンチシール部１３（２．２ｍｍ巾）における残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の外側には、十分な厚さ（０．６ｍｍ以上の厚さ）のガラス層１５ａが形成されて、たとえピンチシール部１３に過大熱応力が作用した場合であっても、ガラス層１５ａに縦クラックが発生することはない。即ち、ピンチシール部１３の残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の外側には、ピンチシール部１３に作用する過大熱応力に対して十分に対抗できる強度に相当する厚さのガラス層１５ａが形成されている。

また、電極棒６０として、トリエーテッドタングステン製電極棒に代えて、カリウムドープタングステン製電極棒または高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒を用いる場合は、真空雰囲気下１４００〜２０００℃で熱処理したカリウムドープタングステン製電極棒または真空雰囲気下１２００〜１８００℃で熱処理した高純度（６Ｎ）タングステン電極棒を用いることで、ピンチシール部１３（２．２ｍｍ巾）における残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の外側には、十分な厚さ（０．７ｍｍ以上の厚さ）のガラス層１５ａが形成されて、たとえピンチシール部１３に過大熱応力が作用した場合であっても、ガラス層１５ａに縦クラックが発生することはない。

また、電極棒６０を構成するトリエーテッドタングステン製電極棒，カリウムドープタングステン電極棒または高純度（６Ｎ）タングステン電極棒は、いずれも高温で真空熱処理されることで、その表面に吸着していた水分や酸化膜のみならず、電極棒内部の不純物（水分やガス）も除去されるので、密閉ガラス球１２内に封入される不純物としての水分やガスは極めて少なく、アークチューブにおける光束や光色といった特性が改善されたものとなっている。

以下、電極棒６０の表面組織の構造と、ピンチシール部１３内部の電極棒６０を取り囲む残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の大きさ等について、詳細に説明する。

図４は電極棒の真空熱処理温度と電極棒表面組織の最大結晶粒子長との関係を示すが、トリエーテッドタングステン製電極棒については１６００℃，２０００℃，２２００℃でそれぞれ真空熱処理を施し、カリウムドープタングステン製電極棒については１４００℃，１６００℃，１８００℃，２０００℃でそれぞれ真空熱処理を施し、高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒については１２００℃，１４００℃，１６００℃，２０００℃でそれぞれ真空熱処理を施し、それぞれの電極棒の表面組織を２０００倍の電子顕微鏡で観察したところ、電極棒の表面組織を構成する結晶粒子が鱗状に変化していた。そして、トリエーテッドタングステン製電極棒については、真空熱処理温度が１６００℃の場合の最大結晶粒子長は５μｍ、真空熱処理温度が２０００℃の場合の最大結晶粒子長は１２μｍ、真空熱処理温度が２２００℃の場合の最大結晶粒子長は１５μｍであった。また、カリウムドープタングステン製電極棒については、真空熱処理温度が１４００℃の場合の最大結晶粒子長は５μｍ、真空熱処理温度が１６００℃の場合の最大結晶粒子長は９μｍ、真空熱処理温度が１８００℃の場合の最大結晶粒子長は２４μｍ、真空熱処理温度が２０００℃の場合の最大結晶粒子長は３１μｍであった。また、高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒については、真空熱処理温度が１２００℃の場合の最大結晶粒子長は５μｍ、真空熱処理温度が１４００℃の場合の最大結晶粒子長は１４μｍ、真空熱処理温度が１６００℃の場合の最大結晶粒子長は３２μｍ、真空熱処理温度が２０００℃の場合の最大結晶粒子長は５０μｍであった。そして、成分の異なる３種類のタングステン製電極棒のいずれにおいても、真空熱処理温度が高いほど鱗状の結晶粒子が成長（拡大）しており、また真空熱処理温度が高いほど電極棒表面の凹凸が少なく平坦であることが確認された。

また、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、真空熱処理した電極棒の太さおよび真空熱処理温度とピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさとの関係を示すが、成分の異なる３種類のタングステン製電極棒のいずれにおいても、電極棒の真空熱処理温度が高温であるほど、ピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）は小さいことが確認された。

これらのことから、トリエーテッドタングステン製電極棒は、１６００℃〜２２００℃の範囲で真空熱処理されるが、低い温度（１６００℃）で真空熱処理された電極棒の表面組織では、その最大結晶粒子長が小さく（鱗模様が細かく）、すなわち凹凸が多く、ガラス層（の残留圧縮歪層）との機械的接合が強いため、ピンチシール部の電極棒周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）が大きいと考えられる。一方、高い温度（２２００℃）で真空熱処理された電極棒の表面組織では、その最大結晶粒子長が大きく（鱗模様が粗く）、すなわち凹凸が少なく平坦で、ガラス層（の残留圧縮歪層）との機械的接合が弱いため、ピンチシール部の電極棒周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）が小さいと考えられる。

１４００℃〜２０００℃の範囲で真空熱処理されるカリウムドープタングステン製電極棒や１２００℃〜１８００℃の範囲で真空熱処理される高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒についても、低い温度で真空熱処理された電極棒の表面組織では、その最大結晶粒子長が小さく（鱗模様が細かく）、すなわち凹凸が多く、ガラス層（の残留圧縮歪層）との機械的接合が強いため、ピンチシール部の電極棒周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）が大きく、高い温度で真空熱処理された電極棒の表面組織では、その最大結晶粒子長が大きく（鱗模様が粗く）、すなわち凹凸が少なく平坦で、ガラス層（の残留圧縮歪層）との機械的接合が弱いため、ピンチシール部の電極棒周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）が小さいという特性が見られる。

また、カリウムドープタングステン製電極棒や高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒については、電極棒に前記したような真空熱処理を施すようになっているが、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、ピンチシール部（巾２．２ｍｍ）における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が０．５ｍｍ以下となって、ピンチシール部（２．２ｍｍ巾）における残留圧縮歪層（境界クラック）の外側に十分な厚さ（０．６ｍｍ以上の厚さ）のガラス層が形成されることがわかる。

また、カリウムドープタングステン製電極棒や高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒については、前記した温度範囲の真空熱処理を施したものを用いた場合には、特に１２００℃〜１８００℃の範囲で真空熱処理した高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒を用いた場合には、１６００℃〜２２００℃の範囲で真空熱処理したトリエーテッドタングステン製電極棒を用いた場合に比べて、ピンチシール部（巾２．２ｍｍ）における残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）がより小さく、それだけピンチシール部（２．２ｍｍ巾）における残留圧縮歪層（境界クラック）の外側により十分な厚さのガラス層が形成されていることがわかる。

また、図５は、真空熱処理しない電極棒（トリエーテッドタングステン製電極棒）の太さと残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさとの関係および残留圧縮歪層（境界クラック）のピンチシール部巾の１／２に対する大きさの比率を示すが、電極棒が太くなると、ピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）も大きくなるとともに、ピンチシール部巾の１／２に対する大きさの比率も大きくなる。即ち、電極棒が太いほど、残留圧縮歪層（境界クラック）外側のガラス層の厚さは徐々に小さくなる。

図６は、真空熱処理しない電極棒（トリエーテッドタングステン製電極棒）の周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさと縦クラックの発生率との関係を示すが、巾２．２ｍｍのピンチシール部における縦クラック発生率は、ピンチシール部に形成されている残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が０．５ｍｍ以下では０％であるのに対し、残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が０．５ｍｍを超えると、急激に上昇する。したがって、ピンチシール部（巾２．２ｍｍ）に縦クラックを発生させないためには、ピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が０．５ｍｍ以下、すなわち残留圧縮歪層（境界クラック）外側のガラス層の厚さが０．６ｍｍ以上であることが望ましい。

そして、残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）が０．５ｍｍ以下となるためには、太さ０．２５〜０．４ｍｍのトリエーテッドタングステン製電極棒では、図７（ａ）に示すように、真空雰囲気下１６００〜２２００℃で熱処理することが望ましい。また、太さ０．２５〜０．４ｍｍのカリウムドープタングステン製電極棒や高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒では、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）を０．５ｍｍ以下とする上ではわざわざ真空熱処理を施さなくてもよいが、表面に吸着していた水分や酸化膜のみならず、電極棒内部の不純物（水分やガス）も除去して、光束や光色といった特性を改善する上では、カリウムドープタングステン製電極棒では真空雰囲気下１４００℃〜２０００℃で、高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒では真空雰囲気下１２００℃〜１８００℃でそれぞれ熱処理することが望ましい。

そして、本実施例では、密閉ガラス球１２内に対設される電極棒６０が、真空雰囲気下１６００〜２２００℃で熱処理した太さ０．３０〜０．３５ｍｍのトリエーテッドタングステン製電極棒，真空雰囲気下１４００〜２０００℃で熱処理した太さ０．３０〜０．３５ｍｍのカリウムドープタングステン製電極棒または真空雰囲気下１４００〜２０００℃で熱処理した太さ０．３０〜０．３５ｍｍの高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒で構成されるとともに、ピンチシール部（巾２．２ｍｍ）１３内の電極棒６０の周りに、半径０．５ｍｍ以下（ピンチシール部の巾２，２ｍｍの略１／４以下）の大きさの残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）が形成された構造で、残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の周りには、厚さ０．６ｍｍ以上（ピンチシール部の巾の略１／４以上）のガラス層５ａが形成されている。このため、ピンチシール部１３をピンチシールする時の温度以下の温度による熱応力が作用する時は、すでに説明したように、残留圧縮歪層１６や境界クラック１７において、熱応力が効率よく緩和（吸収）されることは勿論であるが、残留圧縮歪層１６や境界クラック１７で緩和（吸収）できなかった熱応力は、残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）周りの厚さ０．６ｍｍ以上（ピンチシール部の巾の略１／４以上）の厚いガラス層５ａで受け持たれて、ピンチシール部１３に縦クラックが発生することはない。

次に、図１に示す水銀フリーアークチューブ１０の製造工程を、図８に基づいて説明する。

まず、直線状延出部ｗ₁ の途中に球状膨出部ｗ₂ の形成されたガラス管Ｗを予め製造しておく。また、電極アッシーＡの電極棒６０を、その表面組織の最大結晶粒子長が５μｍ以上となるように１６００℃以上の温度で真空熱処理した太さ０．３〜０．３５ｍｍのタングステン製電極棒で構成しておく。そして、図８（ａ）に示されるように、ガラス管Ｗを垂直に保持し、ガラス管Ｗの下方の開口端側から、電極アッシーＡを挿入して所定位置に保持するとともに、ガラス管Ｗの上方開口端に不活性ガス（アルゴンガスまたは窒素ガス）供給ノズル４０を差し込む。さらに、ガラス管Ｗの下端部を不活性ガス（アルゴンガスまたは窒素ガス）供給パイプ５０内に挿入する。

ノズル４０から供給される不活性ガスは、ピンチシール時の電極アッシーＡが酸化されるのを防止するためのものである。ガス供給パイプ５０から供給される不活性ガスは、ピンチシールの際、およびピンチシール後のリード線８が高温状態にある間、リード線８を不活性ガス雰囲気に保持して、リード線８の酸化を防止するものである。なお図８（ａ）における符号４２，５２は不活性ガスの充填されたガスボンベ、符号４４，５４はガス圧調整器、符号２２はガラス管把持部材である。

そして、図８（ａ）に示されるように、ノズル４０から不活性ガスをガラス管Ｗ内に供給しつつ、さらに、パイプ５０から不活性ガスをガラス管Ｗの下端部に供給しつつ、直線状延出部ｗ₁ における球状膨出部ｗ₂ の近傍位置（モリブデン箔を含む位置）をバーナ２４ａで２１００℃に加熱し、ピンチャー２６ａでモリブデン箔７のリード線８接続側を仮ピンチシールする。

次に、仮ピンチシールが終わると、図８（ｂ）に示されるように、真空ポンプ（図示せず）によって、ガラス管Ｗ内を真空（４００Ｔｏｒｒ以下の圧力）に保持し、バーナ２４ｂで２１００℃に加熱し、ピンチャー２６ｂでモリブデン箔７を含む未ピンチシール部を本ピンチシールする。なお、ガラス管Ｗ内に作用させる真空度は、４００Ｔｏｒｒ〜４×１０^-3Ｔｏｒｒが望ましい。

これにより、一次ピンチシール部１３Ａでは、ガラス層１５が電極アッシーＡを構成する電極棒６０とモリブデン箔７とリード線８に密着した状態となる。特に、本ピンチシールされた部位では、ガラス層１５が電極棒６０とモリブデン箔７に隙間なく密着して十分に馴染むため、ガラス層１５とモリブデン箔７（電極棒６０）間が強固に接合された形態となる。そして、この一次ピンチシール部１３Ａが冷えると、所定の大きさの残留圧縮歪層１６が形成され、この残留圧縮歪層１６の外周には、境界クラック１７が形成される。残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の大きさは、２．２ｍｍの巾のピンチシール部１３Ａに対し半径０．５ｍｍ以下の大きさに形成され、残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の外側には、０．６ｍｍ以上の厚さのガラス層が形成される。

なお、この本ピンチシール工程においても、ガラス管Ｗの下方開口部を不活性ガス（アルゴンガスまたは窒素ガス）雰囲気に保持することで、リード線８の酸化を防ぐことができる。

次に、図８（ｃ）に示されるように、ガラス管Ｗの上方の開口端側から、球状膨出部ｗ₂ に発光物質Ｐ等を投入し、電極棒６０とモリブデン箔７とリード線８が接続一体化された他の電極アッシーＡ’を挿入して所定位置に保持する。電極アッシーＡ’の電極棒６０も、電極アッシーＡの電極棒６０と同様、その表面組織の最大結晶粒子長が５μｍ以上となるように１６００℃以上の温度で真空熱処理した太さ０．３〜０．３５ｍｍのタングステン製電極棒で構成しておく。リード線８には、長手方向途中にガラス管Ｗの内径寸法より大きいＷ字形状の屈曲部８ｂが設けられており、この屈曲部８ｂがガラス管Ｗの内周面に圧接された形態となって、直線状延出部ｗ₁の長手方向所定位置に電極アッシーＡ’を位置決め保持することができる。

そしてガラス管Ｗ内を排気した後、図８（ｄ）に示されるように、ガラス管Ｗ内にキセノンガスを供給しつつ、ガラス管Ｗの上方所定部位をチップオフすることで、ガラス管Ｗ内にリードワイヤ付電極アッシーＡ’を仮止めし、かつ発光物質等を封止する。符号Ｗ₃は、チップオフ部を示す。

その後、図８（ｅ）に示すように、発光物質Ｐ等が気化しないように球状膨出部ｗ₂ を液体窒素（ＬＮ₂ ）で冷却しながら、直線状延出部ｗ₁ における球状膨出部ｗ₂ の近傍位置（モリブデン箔を含む位置）をバーナー２４で２１００℃に加熱し、ピンチャー２６ｃで二次ピンチシールして、球状膨出部ｗ₂ を密封することで、電極６，６が対設され発光物質Ｐ等が封止された密閉ガラス球１２をもつ水銀フリーアークチューブができ上がる。

なお、二次ピンチシール工程では、一次ピンチシール工程の本ピンチシールのように、真空ポンプでガラス管Ｗ内を負圧にするまでもなく、ガラス管Ｗ内に封止されているキセノンガスを液化させることによりガラス管Ｗ内は負圧に保持されるので、二次ピンチシール１３Ｂ部におけるガラス層の電極アッシーＡ’（電極棒６０，モリブデン箔７，リード線８）への密着度は優れたものとなっている。

即ち、一次ピンチシール工程における本ピンチシールの場合と同様、加熱されて軟化したガラス層には、ピンチャー２６ｃの押圧力に加えて負圧も作用するため、ガラス層が電極棒６０，モリブデン箔７，リード線８に隙間なく密着して馴染み、ガラス層と電極棒６０，モリブデン箔７，リード線８間は強固に接合された形態となる。このため、この二次ピンチシール部１３Ｂが冷えると、一次ピンチシール部１３Ａに形成されたと同様の残留圧縮歪層１６や境界クラック１７が形成される。残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の大きさは、２．２ｍｍの巾のピンチシール部１３Ａに対し半径０．５ｍｍ以下の大きさに形成され、残留圧縮歪層１６（境界クラック１７）の外側には、０．６ｍｍ以上の厚さのガラス層が形成される。

そして最後に、アークチューブの端部を所定の長さだけ切断することにより、図１に示すアークチューブ１０が得られる。そして、製造されたアークチューブのピンチシール部に設けられた残留圧縮歪層１６の大きさを歪計（図示せず）で測定し、圧縮残留歪層１６（境界クラック１７）が所定の大きさ（例えば、０．５ｍｍ）以下（圧縮残留歪層１６の外側のガラス層が所定の厚さ（例えば、０．６ｍｍ）以上）であれば、合格となり、圧縮残留歪層１６（境界クラック１７）が所定の大きさ（例えば、０．５ｍｍ）以上（圧縮残留歪層１６の外側のガラス層が所定の厚さ（例えば、０．６ｍｍ）以下）であれば、不合格となる。

なお、前記実施例では、前後端側の両方のピンチシール部１３（１３Ａ，１３Ｂ）におけるガラス層１５の電極棒６０に密着する側に所定の大きさの残留圧縮歪層１６が形成され、さらに残留圧縮歪層１６の外周には境界クラック１７が形成された構造となっているが、残留圧縮歪層１６の外周に境界クラック１７が形成されていない構造であってもよい。

また、前記実施例では、ピンチシール部１３におけるガラス層１５の電極棒６０に密着する側に形成された残留圧縮歪層１６は、軸方向に所定の長さＬ₁をもち、かつ周方向にも所定の角度θ₁をもつ、として説明したが、軸方向にのみ所定の長さＬ₁をもつ場合や、周方向にのみ所定の角度θ₁をもつ場合であってもよい。

また、前記実施例では、密閉ガラス球１２に対向配置されているタングステン製電極棒６０として、１６００〜２２００℃で熱処理したトリエーテッドタングステン製電極棒、１４００〜２０００℃の範囲で真空熱処理したトリエーテッドタングステン製電極棒または１２００〜１８００℃の範囲で真空熱処理した高純度タングステン製電極棒のいずれかを用いた場合について説明したが、カリウムドープタングステン製電極棒または高純度（６Ｎ）タングステン製電極棒を用いる場合は、ピンチシール部における残留圧縮歪層（境界クラック）の外側に十分な厚さのガラス層が形成されることだけを考えるのであれば、真空熱処理を施さないものを用いてもよい。

本発明の一実施例である放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの縦断面図である。 同アークチューブのピンチシール部の要部拡大断面図である。 ピンチシール部における残留圧縮歪層を含む横断面図（図１に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図）である。 電極棒の真空熱処理温度と電極棒表面組織の最大結晶粒子長との関係を示す図である。 真空熱処理しない電極棒の太さと残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）との関係および残留圧縮歪層（境界クラック）のピンチシール部巾の１／２に対する大きさの比率を示すである。 真空熱処理しない電極棒の周りに形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）と縦クラック発生率との関係を示す図である。 真空熱処理した電極棒の太さおよび真空熱処理温度とピンチシール部に形成される残留圧縮歪層（境界クラック）の大きさ（半径）との関係を示す図で、（ａ）はトリエーテッドタングステン製電極棒の場合、（ｂ）はカリウムドープタングステン製電極棒の場合、（ｂ）高純度タングステン製電極棒の場合である。 同アークチューブの製造工程の説明図で、（ａ），（ｂ）は一次ピンチシール工程の説明図、（ｃ）は発光物質等の投入工程の説明図、（ｄ）チップオフ工程の説明図、（ｅ）は二次ピンチシール工程の説明図である。 従来の放電ランプ装置の縦断面図である。 従来のアークチューブの縦断面図である。

符号の説明

６０ 電極棒
７ モリブデン箔
８ リード線
１０ アークチューブ
１２ 密閉ガラス球
１３（１３Ａ，１３Ｂ） ピンチシール部
Ｄ ピンチシール部の巾
１５ ピンチシール部におけるガラス層
１５ａ 残留圧縮歪層外側のガラス層
１６ 残留圧縮歪層
１７ 境界クラック
Ａ，Ａ’ 電極アッシー
Ｌ 電極棒のみに密着するガラス層領域の軸方向長さ
Ｌ₁ 残留圧縮歪層の電極棒に沿った軸方向長さ
Ｗ アークチューブ用ガラス管
ｗ₁ ガラス管の直線状延出部
ｗ₂ ガラス管の球状膨出部
θ₁ 残留圧縮歪層の電極棒周りの周方向角度

Claims (4)

1. ガラス管両端のピンチシール部にそれぞれ封着されて、始動用希ガスとともに発光物質等を封入したガラス管中央の密閉ガラス球内にそれぞれの先端部が突出するように対向配置された一対のタングステン製電極棒を備え、前記ピンチシール部におけるガラス層の前記電極棒との密着面に該電極棒を取り囲む残留圧縮歪層が形成された放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブであって、
   前記電極棒は、直径０．３ｍｍ以上の太さに構成され、前記残留圧縮歪層は、前記ピンチシール部の巾Ｄに対し電極棒を中心とする半径Ｒ（≦Ｄ／４）の大きさに形成され、前記電極棒の表面組織を構成するタングステン結晶粒子の最大長さが５μｍ以上であることを特徴とする放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
2. 前記電極棒は、真空雰囲気下１６００〜２２００℃の範囲であって、その太さに比例する所定温度で熱処理されたトリエーテッドタングステン製電極棒で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
3. 前記電極棒は、真空雰囲気下１４００〜２０００℃の範囲であって、その太さに比例する所定温度で熱処理されたカリウムドープタングステン製電極棒で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
4. 前記電極棒は、真空雰囲気下１２００〜１８００℃の範囲であって、その太さに比例する所定温度で熱処理された高純度タングステン製電極棒で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。

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