JP4811310B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、放電ランプに関する。

従来から放電ランプとしては種々のものが知られているが、発光管内に水銀が封入された高圧水銀ランプのうち、特にショートアーク型の高圧水銀ランプは、波長３６５ｎｍのｉ線や、波長４３５ｎｍのｇ線を放出する発光特性を有することから、例えば半導体ウェハ、液晶基板などの露光処理に用いられる露光装置用の光源として使用されている。このようなショートアーク型の高圧水銀ランプにおいては、所期の露光処理を高い処理効率で実行できるよう、高出力化が強く要求されている。

高圧水銀ランプを高出力のものとするためには、通常、定格電力を大きくすることが行われるが、この場合には、通常、定格電流も大きくなる結果、特に直流点灯される高圧水銀ランプにおける陽極は、これに衝突する電子の量が多くなるために容易に高い温度となって溶解してしまう、という問題が生じる。
また、一対の電極が垂直方向に対向する姿勢で点灯される高圧水銀ランプにおいては、発光管内の熱対流などの影響を受けることも加わり、上方に位置する電極が、アークからの熱によって高温となって溶解に至る場合もある。
そして、電極の先端部分が溶解した場合には、アークが不安定になるばかりでなく、蒸発した電極を構成する物質が発光管の内壁に付着することにより、高圧水銀ランプから放射される光量が低下する、という問題が生ずる。

以上のような問題を解決するために、高圧水銀ランプの電極の内部に形成された内部空間内に、当該電極を構成する金属より熱伝導率の高い金属、または、当該電極を構成する金属より融点の低い金属からなる伝熱体を封入した構造を有する電極が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。

図１を参照して説明すると、この放電ランプは、略球状の発光管部１１と、発光管部１１の両端に連続して形成された封止部１２とからなる発光管１０を備えており、発光管部１１内には、いずれもタングステン金属製の陽極１４および陰極１６よりなる一対の電極が互いに対向して配置されている。
そして、陽極１４は、図８に示されているように、有底円筒状の基体部１４０の内部空間内に、蓋部１５０における円柱状の嵌入部１５１が嵌入された状態で、基体部１４０の基端部に形成されたフランジ部１４１と、蓋部１５０の先端部に形成されたフランジ部１５２における、互いに当接された平坦面が周方向の全体にわたって溶接されており、これにより当該陽極１４に形成された密閉空間Ｃ内に、当該陽極を構成するタングステン金属より熱伝導率が高い金属、または、タングステン金属より融点が低い金属からなる伝熱体Ｍが封入されている。
なお、図８において、１４２は基体部１４０の内周面に形成された内方段部であって、嵌入された蓋部１５０の嵌入部１５１の先端面の外周縁部分が当接される。１５３は電極棒連結用孔である。

上記のような構成の陽極１４によれば、当該放電ランプの点灯時において、陽極１４の先端部（図８における下方の端部）の近傍に蓄積された熱が、伝熱体Ｍにより、当該先端部より低温である当該陽極１４の基端部側に向かって高い効率で輸送され、これにより、陽極１４の先端部が過熱状態となることが防止される。また、伝熱体Ｍがタングステン金属より融点が低い金属である場合には、陽極１４の密閉空間Ｃ内において対流が発生して陽極１４の先端部の熱が基端部側に向かって輸送されることにより、陽極の先端部が過熱状態となることが防止される。

特開２００４−６２４６号公報 特開２００４−２６５６６３号公報

しかしながら、上記のような構成の陽極を備える放電ランプにおいては、放電ランプの始動時に基体部と蓋部との溶接部において剥がれが発生することがあり、また溶接時に基体部のフランジ部および蓋部のフランジ部にクラック（ひび）が発生することが原因となって、放電ランプの点灯時に伝熱体が密閉空間から漏れ出す問題があることが判明した。

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、基体部と蓋部とが溶接されて構成され、内部の密閉空間に伝熱体が封入された構造を有し、点灯時に電極が破損することがなく、安定に作動する放電ランプを提供することにある。

本発明の放電ランプは、発光管内に一対の電極が対向配置されてなり、前記電極の一方は、基端側に開口する有底円筒状の金属製の基体部と、この基体部の内部空間内に嵌入される円柱状の嵌入部を有する金属製の蓋部とが嵌合されて溶接されることにより形成された密閉空間内に、前記基体部を構成する金属よりも熱伝導率が高い金属または前記基体部を構成する金属よりも融点が低い金属からなる伝熱体が封入された構成を有する放電ランプにおいて、
前記基体部は、その基端部に径方向外方に突出する基体部側フランジ部を有し、当該基体部側フランジ部は、径方向に延びる基体部側平坦面と、この基体部側平坦面の外周縁に連続し、先端方向に向かうに従って径方向内方に伸びる基体部側斜面とを有してなり、
前記蓋部は、前記基体部側フランジ部の外径と同等の外径を有する蓋部側フランジ部を有する蓋部本体と嵌入部とを有してなり、当該蓋部側フランジ部は、径方向外方に延びる蓋部側平坦面と、この蓋部側平坦面の外周縁に連続し、基端方向に向かうに従って径方向内方に伸びる蓋部側斜面とを有し、嵌入部は蓋部側平坦面から突出する状態で形成されており、
前記基体部側フランジ部と蓋部側フランジ部は、基体部側平坦面に蓋部側平坦面が当接された状態で周方向の全体にわたって溶接されることにより環状の溶接部が形成されており、
当該環状の溶接部の径方向幅が０．８〜３．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明の放電ランプにおいては、基体部側フランジ部は、軸方向断面において基体部側平坦面と基体部側斜面とがなす基体部側フランジ頂角の角度αが３０°以上の鋭角であり、蓋部側フランジ部は、軸方向断面において蓋部側平坦面と蓋部側斜面とがなす蓋部側フランジ頂角の角度βが３０°以上の鋭角であり、かつ、角度αと角度βとの合計が１６０°以下であることを特徴とする。

本発明の放電ランプにおいては、基体部の外周面には、その基端部に近接した位置において周方向に伸びる環状溝が形成されており、当該環状溝が前記基体部側斜面によって形成されていることが好ましい。

また、本発明の放電ランプにおいては、基体部側フランジ部の外径が、基体部を構成する円筒の外径と同一またはそれ以下であることが好ましい。

本発明の放電ランプは、基体部と蓋部とが嵌合され溶接されることにより形成された密閉空間内に伝熱体が封入された構成を有する電極において、環状の溶接部の径方向幅の大きさが０．８ｍｍ以上であることにより、当該放電ランプの点灯初期において、発光管部内の圧力より電極内の圧力が大きいことが原因となって当該溶接部を電極内部から引き剥がす方向に作用する力、具体的には基体部と蓋部とを離間させる方向の力に対して、十分に大きな耐久性を有するものとすることができ、その結果、当該放電ランプの点灯時に溶接部が破損することを防止することができると共に、溶接部の径方向幅が３．０ｍｍ以下であることにより、溶接に過剰なエネルギーを必要とすることがなく、短時間の溶接で所期の溶接結果を得ることができるため、基体部、蓋部および伝熱体の温度上昇を抑制することができ、伝熱体の蒸発や沸騰が生ずることがないために当該伝熱体の量が減少することにより熱輸送効果を低下させることなく、沸騰して飛散した伝熱体の一部が溶接部に進入して当該溶接部を劣化させ溶接部の強度が小さくなることを防止することができる。

また、基体部側フランジ部と蓋部側フランジ部が、基体部側平坦面に蓋部側平坦面が当接された状態で周方向の全体にわたって溶接されることにより、基体部側フランジ部と蓋部側フランジ部における各々の周縁部が溶融しやすくなる。従って、溶接に過剰なエネルギーを必要とすることがなく短時間の溶接で上記した０．８〜３．０ｍｍの径方向幅を有する溶接部を確実に形成することができる。
さらに、基体部側平坦面に蓋部側平坦面が当接されていることにより、蓋部側平坦面に密接する基体部側平坦面によって、蓋部に電極棒を圧入する際に加わる力が分散されて支持されるので、この力が溶接部に加えられることを防止することができる。従って、溶接部にクラックが生じることがなく、放電ランプの点灯時に伝熱体が放電空間内に漏出することを防止することができる。

また、基体部側フランジ部は、軸方向断面における頂角（基体部側フランジ頂角）の角度αが３０度以上の鋭角であり、蓋部側フランジ部は、軸方向断面における頂角（蓋部側フランジ頂角）の角度βが３０度以上の鋭角であると共に、角度αと角度βとの合計が１６０度以下であることにより、溶接により局部的に急激な温度上昇が生じた場合にも当該基体部側フランジ部および蓋部側フランジ部の両方においてクラックの発生を有効に防止することができると共に、溶接部の径方向幅を０．８〜３．０ｍｍに確実に形成でき、その結果、放電ランプの点灯時に伝熱体が密閉空間から漏れ出すことを防止することができる。以上の結果、本発明によれば、点灯時に電極が破損することがなく、安定に作動する放電ランプが得られる。

また、基体部の外周面には、その基端部に近接した位置において周方向に伸びる環状溝が形成されており、その環状溝が基体部側斜面によって形成され、基体部側フランジ部の外径が、基体部を構成する円筒の外径と同一またはそれ以下であることにより、放電ランプの組み立て時において、従来の発光管構成用のガラス管材料を用いることができ、コスト面で有利である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
発光管１０は石英ガラスからなり、略球状の発光管部１１の両端に封止部１２が一体に連続して形成されている。この発光管部１１内には、各々金属製の陽極１４および陰極１６よりなる一対の電極が互いに対向するよう配置されており、その各々から伸びる電極棒１７が封止部１２において保持されると共に、当該封止部１２内において気密に設けられた金属箔（図示せず）を介して外部リード棒または外部端子に接続され、これに外部電源が接続される。そして、発光管部１１内には、水銀、キセノン、アルゴンなどの発光物質や始動用ガスが所定量封入されている。

このような放電ランプにおいては、外部電源より電力が供給されることにより、陽極１４と陰極１６との間でアーク放電が生じ、これにより発光する。
なお、この例の放電ランプは、陽極１４が上、陰極１６が下となる状態、すなわち発光管部１１の管軸が、地面に対して垂直方向に支持されて点灯される、いわゆる垂直点灯型のものである。

図２は、上記の放電ランプの陽極１４の説明用拡大断面図であり、図３は、図２の陽極における基体部と蓋部との状態を示す説明用拡大図である。これらの図において、当該陽極１４は、それが陰極１６と対向する先端部１４Ａが下方に位置する状態で示されている。この陽極１４は、基体部２０と蓋部４０とが嵌合されて溶接されることにより形成された密閉空間Ｃの内部に伝熱体Ｍが気密に封入されて構成されている。

この陽極１４において、基体部２０は、基端部（当該陽極１４の先端と反対の端部）の端面に開口２１を有する内部空間２２を有する有底円筒状であって、当該基端部に径方向外方に突出する基体部側フランジ部２４が形成されている。この基体部側フランジ部２４は、径方向に延びる基体部側平坦面２３と、この基体部側平坦面２３の外周縁に連続し、先端方向（図で下方）に向かうに従って径方向内方に伸びる基体部側斜面２６とを有している。
具体的には、この基体部側フランジ部２４は、基体部２０の基端部に接近した位置に周方向に伸びる環状溝２５が形成されており、当該環状溝２５が当該基体部側斜面２６によって形成されている。そして、基体部側フランジ部２４の外径は、基体部２０の外径より小さいものとされている。これにより、基体部と蓋部の溶接後においても、基体部の外径より大径となる箇所が形成されることがなく、放電ランプの組み立て時において、従来の発光管構成用のガラス管材料を用いることができる、という利点がある。

上記陽極１４において、蓋部４０は、全体が円錐台形の蓋部本体４１と、この蓋部本体４１の底面の中央から突出するよう一体に形成された、基体部２０の開口２１に続く内部空間の内径に適合する外径を有する円柱状の嵌入部４２とよりなり、蓋部本体４１は、基体部側フランジ部２４と同一の外径を有する蓋部側フランジ部４４を有している。この蓋部側フランジ部４４は、径方向外方に延びる蓋部側平坦面４３と、この蓋部側平坦面４３の外周縁に連続し、先端方向と逆の基端方向に向かうに従って径方向内方に伸びる円環状の蓋部側斜面４６とを有する円錐台形状とされている。そして、嵌入部４２は、蓋部側平坦面４３から先端方向に突出する状態で形成されている。
この蓋部４０には、その基端側端面４７の中央に開口する電極棒が圧入される電極棒連結用孔４８が形成されている。

図３に示すように、基体部側フランジ部２４は、その軸方向断面において当該基体部側斜面２６と基体部側平坦面２３とがなす基体部側フランジ頂角の角度αが３０度以上９０度未満の鋭角とされていると共に、蓋部側フランジ部４４は、その軸方向断面において当該蓋部側斜面４６と蓋部側平坦面４３とがなす蓋部側フランジ頂角の角度βが３０度以上９０度未満の鋭角とされている。
以上において、基体部側フランジ頂角の角度αと、蓋部側フランジ頂角の角度βとの合計（α＋β）は１６０度以下であるものとされる。

そして、基体部２０の開口２１を介してその内部空間内に蓋部４０の嵌入部４２が嵌入され、基体部側フランジ部２４の基体部側平坦面２３に蓋部側フランジ部４４の蓋部側平坦面４３が当接されて密接され、その状態で、重なりあった基体部側フランジ部２４の外周縁部（軸方向断面における頂部とこれに続く部分）と、蓋部側フランジ部４４の外周縁部（軸方向断面における頂部とこれに続く部分）とが溶接されて環状の溶接部Ｗが形成され、この環状の溶接部Ｗの径方向幅ｄは、０．８〜３．０ｍｍであるものとされている。

陽極１４および陰極１６は、いずれも高融点金属からなるものとされ、具体的には、タングステン、レニウム、タンタルなどの融点が約３０００℃以上の金属が挙げられる。これらの中でもタングステンが好ましい。
一方、伝熱体Ｍとしては、電極を構成する金属に比較して、点灯時における熱伝導率が高い金属が用いられる。具体的には、例えば、電極がタングステンにより構成されている場合には、伝熱体Ｍとしては、銀、銅、金、インジウム、錫、亜鉛、鉛などが用いられ、特に銀、銅または金が良好であり、特に好ましくは銀である。

上記の陽極は下記のような方法によって製造される。すなわち、先ず、タングステンからなる円柱状部材に対し切削加工を施すことにより、基体部２０および蓋部４０を作製する。この基体部２０の内部空間内に伝熱体Ｍを充填し、蓋部４０の嵌入部４２を基体部２０の開口２１を介して内部空間に嵌入させ、これにより、基体部側平坦面２３上に蓋部側平坦面４３を当接させた状態とし、互いに隣接する基体部側フランジ部２４および蓋部側フランジ部４４の外周縁部分をその全周にわたって溶接する。そして、蓋部４０に形成されたガス導入孔（図示せず）を介して密閉空間Ｃ内に希ガスを導入し、その終了後、ガス導入孔の開口端部を加熱溶融させて封止し、蓋部４０に形成された電極棒連結用孔４８内に電極棒（図示せず）の一端部が押圧手段によって圧入する。

以上のような構成の放電ランプによれば、陽極１４がその密閉空間Ｃ内に熱輸送体である伝熱体Ｍが封入されていることにより、陽極先端部（具体的には、基体部２０の他端部）１４Ａの過熱を防止することができる。

具体的に、伝熱体Ｍによる熱輸送の作用について説明すると、タングステンの熱伝導率は、２０００Ｋ程度の高温域においては、約１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。これに対し、銀および銅は、いずれもタングステンよりも熱伝導率が高い。例えば、２０００Ｋにおける銀の熱伝導率は約２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、銅の熱伝導率は約１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。従って、陽極先端部１４Ａの近傍に蓄積された熱は、陽極先端部１４Ａより低温となっている陽極後方部１４Ｂに有効に輸送されることとなり、これにより、陽極先端部１４Ａが過熱状態となることが防止される。そして、銀、銅および金は、いずれも、タングステンと合金を形成するものではないので、安定的に熱輸送体として機能を有する。

また、陽極１４を構成する高融点金属としてレニウム（２０００Ｋにおける熱伝導率は約５２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。）を用いた場合には、伝熱体Ｍとしてタングステンを用いることができる。この構成を、ハロゲン封入の水銀ランプやメタルハイライドランプのような放電ランプに採用した場合には、陽極１４が腐食されないので、使用寿命の長い放電ランプを得ることができる。

このように、陽極１４と比較して高い熱伝導率を有する伝熱体Ｍを用いることにより、陽極先端部１４Ａが過熱状態となることを防止することができ、結果、放電ランプの電流流量の増大を図ることができるようになる。

伝熱体Ｍとしては、高い熱伝導特性を有する金属の代わりに、陽極１４を構成する金属に比較して低い融点を有する金属を用いることもできる。例えば、陽極１４をタングステンにより構成した場合には、例えば銀、銅、金、インジウム、錫、亜鉛、鉛などを伝熱体Ｍとして用いることができる。
このような陽極１４においては、放電ランプの点灯時に、伝熱体Ｍが溶融して陽極１４の密閉空間Ｃの内部において対流が発生することにより、陽極先端部１４Ａの熱が陽極後方部１４Ｂに輸送されるので、陽極先端部１４Ａの近傍に蓄積された熱が効率的に熱輸送されることにより、電極が溶融する問題を回避することができる。そして、更には、放電ランプに大きな電流を流すことが可能となり、大出力化が達成される。

密閉空間Ｃ内には、希ガスが所定の圧力となるように封入されている。詳しく説明すると、密閉空間Ｃの内容積に対して伝熱体Ｍが５０％以上封入されている場合には、希ガスが１気圧以上封入され、これにより、伝熱体Ｍと密閉空間Ｃの内表面との界面において気泡の発生が防止される。一方、密閉空間Ｃの内容積に対して伝熱体Ｍの封入量が少ない場合には、密閉空間Ｃ内を大気圧よりも低い圧力状態とすることにより、伝熱体の沸騰を促進させ、沸騰伝達による熱輸送効果が向上された状態とされている。

そして、上記の構成の陽極１４においては、基体部側フランジ部２４では、軸方向断面において当該基体部側斜面２６と基体部側平坦面２３とがなす基体部側フランジ頂角の角度αが３０度以上９０度未満の鋭角とされていると共に、蓋部側フランジ部４４では、軸方向断面において当該蓋部側斜面４６と蓋部側平坦面４３とがなす蓋部側フランジ頂角の角度βが３０度以上９０度未満の鋭角とされており、しかも、基体部側フランジ頂角の角度αと、蓋部側フランジ頂角の角度βとの合計（α＋β）は１６０度以下であるものとされている。
以上のような角度α、角度βの条件が満足されていることにより、基体部２０と蓋部４０における溶接される基体部側フランジ部２４および蓋部側フランジ部４４の部分はいずれも熱容量が小さいものとなる結果、円環状の溶接部Ｗの径方向幅ｄを確実に０．８ｍｍ以上で３．０ｍｍ以下とすることができる。

以上のように、基体部側フランジ部２４と蓋部側フランジ部４４が、基体部側平坦面２３に蓋部側平坦面４３が当接された状態で周方向の全体にわたって溶接されることにより形成された円環状の溶接部Ｗの径方向幅ｄが０．８ｍｍ以上で３．０ｍｍ以下であり、角度αおよび角度βがいずれも３０度以上の鋭角であり、角度αと角度βとの合計が１６０度以下であることにより、下記のような効果が得られる。

（１）溶接部Ｗの径方向幅ｄが０．８〜３．０ｍｍであることについて
放電ランプの始動時には、発光管部１１内において発光物質が蒸発していないために、発光管部１１の内圧は所定の圧力に達していない。しかし、陽極１４では速やかに温度上昇が生ずるためにその内部空間の圧力が上昇するところ、陽極１４内の密閉空間Ｃには伝熱体Ｍが封入されているので、陽極１４の内圧は例えば４ＭＰａ程度になる。このように発光管部１１の内圧と陽極１４の内圧との差が大きいことにより、蓋部４０と基体部２０とを離間させる方向の力が作用することとなる。
然るに、溶接部Ｗの径方向幅ｄが０．８ｍｍ以上であることにより、この力に対して十分な耐久性を得ることができ、この溶接部Ｗの径方向幅ｄが過小である場合には、放電ランプの始動時に溶接部Ｗが破損するおそれがある。

一方、溶接部Ｗの径方向幅ｄが３．０ｍｍを超えるような場合には、必要とされる溶接エネルギーが大きくなると共に溶接時間も長くなる結果、基体部２０、蓋部４０および伝熱体Ｍが極めて高い温度状態になり、そのために伝熱体Ｍの蒸発や沸騰が生じて当該伝熱体Ｍの量が減少するため、目的とする熱輸送効果を得ることができなくなるおそれがあり、また、沸騰して飛散した伝熱体Ｍの一部が溶接部Ｗに進入して当該溶接部Ｗが劣化して強度が小さくなるおそれがある。

以上のような理由から、本発明においては、溶接部Ｗの径方向幅ｄは０．８〜３．０ｍｍとされており、これにより、溶接部Ｗに必要な強度が十分得られると共に、放電ランプ始動時に破損するおそれがなく、しかも、溶接時の溶接エネルギーや溶接時間が過大になることが回避される。

（２）基体部側フランジ部２４と蓋部側フランジ部４４が、基体部側平坦面２３に蓋部側平坦面４３が当接されて密接された状態で周方向の全体にわたって溶接されていることについて
図８に示される従来の電極においては、基体部１４０の内周面に形成された内方段部１４２に、蓋部１５０における嵌入部１５１の先端面における外周縁部分を当接させ、内方段部１４２において蓋部１５０内に電極棒を圧入する際に生じる力を支える構成であったため、図９に示すように、基体部１４０と蓋部１５０とが、基体部側フランジ部１４１における基体部側平坦面１４３と蓋部側フランジ部１５２における蓋部側平坦面１５４とが密接されていない状態（すなわち、基体部側平坦面１４３と蓋部側平坦面１５４との間に微小な隙間Ｇがある状態）であった。このように、基体部側フランジ部１４１と蓋部側フランジ部１５２とを、基体部側平坦面１４３に蓋部側平坦面１５４が当接されてなく密接されていない状態で周方向の全体にわたって溶接しようとすると、基体部側フランジ部１４１と蓋部側フランジ部１５２の各々が別々に溶けて基体部側フランジ部１４１と蓋部側フランジ部１５２における各々の周縁部１４１Ａ、１５２Ａが丸くなることにより、基体部側フランジ部１４１と蓋部側フランジ部１５２との溶接が困難となる。そのため、基体部側フランジ部１４１と蓋部側フランジ部１５２との溶接部Ｗの径方向幅ｄを上記の大きさにしようとすれば、必要とされる溶接エネルギーが大きくなると共に溶接時間も長くなって伝熱体Ｍが極めて高い温度状態になる。これにより、伝熱体Ｍの蒸発や沸騰が生じて当該伝熱体Ｍの量が減少するため、目的とする熱輸送効果を得ることができなくなるばかりか、沸騰して飛散した伝熱体Ｍの一部が溶接部Ｗに進入して当該溶接部Ｗが劣化して強度が小さくなるおそれがある。
然るに、基体部側フランジ部２４と蓋部側フランジ部４４が、基体部側平坦面２３に蓋部側平坦面４３が当接されて密接された状態で周方向の全体にわたって溶接されていることにより、本発明によれば、基体部側フランジ部２４と蓋部側フランジ部４４における各々の周縁部が溶融しやすくなるため、伝熱体Ｍの蒸発、沸騰したり、溶接部Ｗの強度が低下する不具合を生じることなく、溶接部Ｗにおける径方向幅ｄを所望の大きさにすることができる。

また、図８に示される従来の電極においては、蓋部１５０の嵌入部１５１に当接する基体部１４０の内方段部１４２の接触面積が小さい場合には、蓋部１５０に電極棒を圧入する際に生じる力によって内方段部１４２が破損して蓋部１５０が内方段部１４２によって支持されなくなり、図１０に示すように、溶接部Ｗに電極棒を圧入する際に生じる力が溶接部Ｗに対して加わることによって溶接部ＷにクラックＣｒが生じ、最悪の場合には封入されている伝熱体Ｍが放電ランプの点灯時に放電空間内に漏出するおそれがあった。
然るに、基体部側フランジ部２４と蓋部側フランジ部４４が、基体部側平坦面２３に蓋部側平坦面４３が当接されて密接された状態で周方向の全体にわたって溶接されていることにより、本発明によれば、蓋部側平坦面４３に密接する基体部側平坦面２３において電極棒を圧入する際に生じる力が分散されて支持されるので、溶接部Ｗに蓋部４０に電極を圧入する際に生じる力が加えられることがない。これにより、溶接部Ｗにクラックが生じることを防止できることから、伝熱体Ｍが放電ランプの点灯時に放電空間内に漏出することを防止することができる。

（３）角度α＋角度βが１６０度以下であることについて
角度αと角度βとの合計が１６０度を超えると、基体部側フランジ部２４および蓋部側フランジ部４４の肉厚が大きくなるため、溶接時に速やかな温度上昇が生じにくくなるので、溶接エネルギーを大きくするか、または、溶接時間を長くすることが必要となる。しかし、その場合には、上記したように、伝熱体Ｍが蒸発、沸騰することにより、目的とする熱輸送効果を得ることができなくなるおそれがあり、また、沸騰して飛散した伝熱体Ｍの一部が溶接部Ｗに進入して当該溶接部Ｗが劣化して強度が小さくなるおそれがある。
然るに、角度α＋角度βが１６０度以下であることにより、本発明によれば、溶接時に速やかな温度上昇が生ずるので、溶接部Ｗの径方向幅ｄを０．８〜３．０ｍｍとすることができ、その結果、溶接部Ｗに必要な強度が十分に得られると共に、放電ランプ始動時に溶接部Ｗが破損するおそれがなく、しかも、溶接時の溶接エネルギーや溶接時間が過大になることが回避される。

（４）角度αおよび角度βが３０度以上であることについて
角度αおよび角度βの一方または両方が３０度未満の場合には、溶接開始時に基体部側フランジ部２４および蓋部側フランジ部４４の温度が局部的に急激に上昇するようになるために、基体部側フランジ部２４および蓋部側フランジ部４４にクラック（ひび）が発生するおそれがある。この現象は、特に基体部２０および蓋部４０が、脆い金属であるタングステンよりなる場合に生じやすい。クラックが浅いものである場合には、溶接時に溶かし込むことによって消滅させて修復することができる場合もあるが、角度αおよび角度βの一方または両方が３０度未満の場合にはそのような修復は困難であって溶接後にもクラックが残存することになり、その結果、封入されている伝熱体Ｍが漏出するようになるおそれがある。
然るに、本発明では、角度αおよび角度βが３０度以上であることにより、溶接によって基体部側フランジ部２４および蓋部側フランジ部４４にクラックが形成されることが防止され、また溶接後にクラックが残存することが回避される。

以上、本発明の具体的な一例について説明したが、本発明においては、種々の変更を加えることが可能である。
図４〜図７は、蓋部４０の種々の変形例を示す説明用断面図である。
図４に示されている蓋部４０は、円錐台形の蓋部本体４１の基端側端面４７の外径ｎが嵌入部４２の外径ｍより大きいものであり、図５に示されている蓋部４０は、円錐台形の蓋部本体４１の基端側端面４７の外径ｎが嵌入部４２の外径ｍより小さいものである。また、図６に示されている蓋部４０は、蓋部本体４１が円錐台形部分とその基端側に連続して円柱状部分が一体に形成されてなり、当該円柱状部分の外径ｎが嵌入部４２の外径ｍより大きいものであり、図７に示されている蓋部４０は、図６の例と同様の構成の蓋部本体４１を有し、その円柱状部分の外径ｎが嵌入部４２の外径ｍより小さいものである。

本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
〔実験例〕
基体部の円筒の外径が２９ｍｍ、基体部の高さが６０ｍｍ、基体部側フランジ部の外径が２７ｍｍ、基体部側平坦面の幅が４ｍｍ、基体部側フランジ頂角の角度αが６０°、蓋部側フランジ部の外径が２７ｍｍ、蓋部側平坦面の幅が３．８ｍｍ、蓋部側フランジ頂角の角度βが６０°であり、各々、タングステン（２０００Ｋにおける熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりなる基体部と蓋部を切削加工により作製し、この基体部と蓋部とを溶接し、密閉空間内に伝熱体Ｍとして銀（２０００Ｋにおける熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ））を封入し、環状の溶接部の径方向幅ｄを表１に示すような溶接条件の異なる各々の電極を作製した。
次に、発光管部の内容積が８５０ｃｍ³ である発光管を作製し、上記により作製された各々の電極を組み込み、発光管内に発光物質として水銀を５０ｍｇ／ｃｍ³ 封入した放電ランプを作製した。
以上により作製された各々の放電ランプを電力１２０００Ｗの点灯条件下で点灯させ、基体部と蓋部とにおける溶接部のはがれ発生の有無、並びに、電極を作製したときの溶接時の熱による伝熱体Ｍの蒸発の有無を調べた。その結果を表１に示す。

また、基体部側フランジ頂角の角度α、蓋部側フランジ頂角の角度βを表２に示すような切削条件の異なる各々の基体部と蓋部とを作製し、これらの基体部と蓋部とを溶接することにより形成された溶接部の径方向幅ｄ、溶接時の熱により基体部および蓋部に発生したクラック有無、および溶接時の熱による伝熱体Ｍの蒸発の有無を調べた。その結果を表２に示す。

環状の溶接部の径方向幅ｄは次のようにして測定した。すなわち、電極をその軸を含む平面に沿って切断して得られる断面を研磨し、溶接部の断面をエッチングすることにより、溶接部の断面における電極構造物質の結晶状態を見易い状態とし、顕微鏡で溶接部の断面における電極構成物質の結晶を観察し、溶接部の結晶状態が他の部分の組織に比して異なることを利用して、当該結晶状態が他の部分と異なる部分の長さをノギスで測定し、その測定値を溶接部の径方向幅ｄとした。

表１に示す実験結果より、溶接部の径方向幅ｄが０．８ｍｍより小さい場合には、基体部と蓋部とにおける溶接部のはがれが発生してしまい、一方、溶接部の径方向幅ｄが３．０ｍｍを超える場合には、密閉空間に封入された伝熱体Ｍが蒸発してしまうことが理解される。
また、表２の実験結果より、基体部側フランジ頂角の角度αおよび蓋部側フランジ頂角の角度βのいずれか一方が３０度より小さい鋭角である場合には、溶接時の熱によって基体部または蓋部にクラックが発生してしまうことが理解されると共に、α＋βの角度が１６０度を超える場合には、０．８ｍｍ以上溶接部の径方向幅を得ようとすると、伝熱体Ｍが蒸発してしまうことが理解される。

本発明の放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。 図１の放電ランプの陽極の説明用拡大断面図である。 図２の陽極における基体部と蓋部との状態を示す説明用拡大図である。 蓋部の形状の一例を示す説明用断面図である。 蓋部の形状の他の例を示す説明用断面図である。 蓋部の形状の更に他の例を示す説明用断面図である。 蓋部の形状の他の例を示す説明用断面図である。 従来の放電ランプの陽極の構造を示す説明用拡大断面図である。 従来の放電ランプに係る電極の作製工程において、溶接部が形成されるべき部分の、溶接時の状態を概略的に示す説明用拡大断面図である。 従来の放電ランプに係る電極の作製工程において、溶接部の、電極棒挿入時の状態を概略的に示す説明用拡大断面図である。

符号の説明

１０ 発光管
１１ 発光管部
１２ 封止部
１４ 陽極
１４Ａ 陽極先端部
１４Ｂ 陽極後方部
１６ 陰極
１７ 電極棒
２０ 基体部
２１ 開口
２２ 内部空間
２３ 基体部側平坦面
２４ 基体部側フランジ部
２５ 環状溝
２６ 基体部側斜面
４０ 蓋部
４１ 蓋部本体
４２ 嵌入部
４３ 蓋部側平坦面
４４ 蓋部側フランジ部
４６ 蓋部側斜面
４７ 基端側端面
４８ 電極棒連結用孔
１４０ 基体部
１４１ 基体部側フランジ部
１４１Ａ 周縁部
１４２ 内方段部
１４３ 基体部側平坦面
１５０ 蓋部
１５１ 嵌入部
１５２ 蓋部側フランジ部
１５２Ａ 周縁部
１５３ 電極棒連結用孔
１５４ 蓋部側平坦面
Ｃ 密閉空間
Ｍ 伝熱体
Ｗ 溶接部
ｄ 溶接部の径方向幅
α 基体部側フランジ頂角の角度
β 蓋部側フランジ頂角の角度
Ｇ 隙間
Ｃｒ クラック

Claims (4)

1. 発光管内に一対の電極が対向配置されてなり、前記電極の一方は、基端側に開口する有底円筒状の金属製の基体部と、この基体部の内部空間内に嵌入される円柱状の嵌入部を有する金属製の蓋部とが嵌合されて溶接されることにより形成された密閉空間内に、前記基体部を構成する金属よりも熱伝導率が高い金属または前記基体部を構成する金属よりも融点が低い金属からなる伝熱体が封入された構成を有する放電ランプにおいて、
   前記基体部は、その基端部に径方向外方に突出する基体部側フランジ部を有し、当該基体部側フランジ部は、径方向に延びる基体部側平坦面と、この基体部側平坦面の外周縁に連続し、先端方向に向かうに従って径方向内方に伸びる基体部側斜面とを有してなり、
   前記蓋部は、前記基体部側フランジ部の外径と同等の外径を有する蓋部側フランジ部を有する蓋部本体と嵌入部とを有してなり、当該蓋部側フランジ部は、径方向外方に延びる蓋部側平坦面と、この蓋部側平坦面の外周縁に連続し、基端方向に向かうに従って径方向内方に伸びる蓋部側斜面とを有し、嵌入部は蓋部側平坦面から突出する状態で形成されており、
   前記基体部側フランジ部と蓋部側フランジ部は、基体部側平坦面に蓋部側平坦面が当接された状態で周方向の全体にわたって溶接されることにより環状の溶接部が形成されており、
   当該環状の溶接部の径方向幅が０．８〜３．０ｍｍであることを特徴とする放電ランプ。
2. 基体部側フランジ部は、軸方向断面において基体部側平坦面と基体部側斜面とがなす基体部側フランジ頂角の角度αが３０°以上の鋭角であり、蓋部側フランジ部は、軸方向断面において蓋部側平坦面と蓋部側斜面とがなす蓋部側フランジ頂角の角度βが３０°以上の鋭角であり、かつ、角度αと角度βとの合計が１６０°以下であることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
3. 基体部の外周面には、その基端部に近接した位置において周方向に伸びる環状溝が形成されており、当該環状溝が前記基体部側斜面によって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電ランプ。
4. 基体部側フランジ部の外径が、基体部を構成する円筒の外径と同一またはそれ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の放電ランプ。

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