JP5379516B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、発光管両端に連設される封止管内に電極保持構造を設けた放電ランプに関し、特に、放電ランプの封止構造に関する。

ショートアーク型等の放電ランプでは、電極を封じた発光管の両端にガラス製の封止管が一体的に形成されており、封止管内では、電極を支持する電極支持棒が筒状ガラス管によって保持される。金属箔による封止構造では、封止管を熱によって縮径させ、封止管をガラス管と溶着させる。これにより、金属箔が封着され、発光管内が気密状態になる。

半導体、液晶製造分野では、生産効率を向上させるため、ショートアーク型放電ランプの大電力化が進んでいる。そのため、定格電力の大きな放電ランプでは、電極支持棒に金属リングなどの環状部材を固定させ、複数の金属箔を環状部材に溶着させる。これにより、金属箔、環状部材、電極支持棒を介して電力供給される（例えば、特許文献１参照）。

金属リングなどの環状部材の熱膨張率は、ガラス管と異なる。そのため、封止工程でガラス管に封止管を溶着させると、環状部材とガラス管の接触面付近に歪みが生じ、この歪みがランプ破裂の原因となる。このような歪みの発生を防ぐため、環状部材の両面に同じ寸法同サイズの金属製円板箔を配置させ、ガラス部材と環状部材との溶着を防ぐ（特許文献２、３参照）。

一方、封止管の強度を上げるため、例えば、電極支持棒の径（ｄ）と封止管の外径（Ｄ）との比を所定値より大きく設定する方法が知られている（特許文献２参照）。そこでは、一枚の円板状金属箔を電極支持棒に接続させるランプの封止構造に対し、電極支持棒の径と封止管の外径との比（Ｄ／ｄ）を調整し、点灯時における封止管の破損を防ぐ。

特開２００７−１１５４１４号公報 特開平８−３１５７８０号公報 特開２０００−５８０００号公報 実開平１−１０６０６３号公報

円板箔を環状部材に隣接配置させる場合、ガラス管と環状部材が溶着するのを出来る限り防ぐため、金属箔が環状部材の側面を完全に覆うことが要求される。しかしながら、円板箔の径サイズが環状部材の径サイズと同じ、あるいは加工精度誤差を含めて実質的に径サイズが同じ場合、封止管溶着後の円板箔の外周縁部が、環状部材の外周面より部分的に径方向に関して突出し、封止管に対して楔状に入り込む。このような状態では、封止管の円板箔付近でクラックが生じ、ランプ破裂の恐れがある。

特に、溶着後の環状部材の外周面付近では、封止管の内径が微妙に変化する。そのため、円板箔の径の僅かな相違が、ランプ破裂に大きく影響する。

本発明の放電ランプは、封止管にクラックを生じさせない放電ランプであり、発光管内の電極を支持する電極支持棒と、前記電極支持棒が挿通され、封止管と溶着するガラス管と、前記電極支持棒が接続され、軸方向に沿って配設された金属箔と前記電極支持棒とを電気的に接続させる導電性円板部材と、前記電極支持棒が挿通され、前記円板部材と前記ガラス管との間に接触配置される円板箔とを備える。例えば、放電ランプはショートアーク型放電ランプとして構成される。また、円板箔は、薄い金属箔によって構成すればよい。円板部材は、ここでは穴のない板上部材および穴のある環状部材を含み、例えば環状部材を電極支持棒に挿通させる。

円板箔の外径Ｄ２が円板部材の外径Ｄ１と実質的同一であると、円板部材、円板箔を電極支持棒に挿通させたとき、円板箔の構造等の理由によって円板箔の周縁部が円板部材の外周面よりも突出してしまう。例えば、ガラス管と導電性環状部材を同軸配置するために電極支持棒周りに金属箔などを巻く場合、電極支持棒が嵌挿される円板箔の内周縁と電極支持棒との間に隙間が生じやすい。さらに、封止行程では、ガラス管が封止管とともに溶融、熱膨張あるいは熱収縮するため、溶着のとき円板箔周縁部の径方向位置ずれが生じる。この位置ずれは、円板箔の加工精度誤差等よりも比較的大きな位置ずれとなり、封止管にクラックを発生させる原因となる。さらに、円板箔の加工精度誤差によっても、円板箔の周縁部の径方向位置が環状部材の外周面の径方向位置より突き出てしまう。

また、環状部材とガラス管の材質の違いにより、溶着工程において封止管の円板箔付近における内径が微妙に変化する。これによっても円板箔が封止管に突き出る恐れがある。しかしながら、環状部材の外周縁部と円板箔の外周縁部の径方向位置を高精度で溶着時に一致させることは難しく、円板箔の周縁部位置を環状部材に合わせて調整するには困難な作業を伴う。一方、円板箔の外径を環状部材より単に短くするだけでは、ガラス管の周縁部と環状部材の周縁部が接触してしまい、ガラス管に歪みが発生する。

本発明では、ガラス管と円板部材の溶着を必要最小限に留め、かつ円板箔による封止管のクラック発生を防止するため、円板箔の外径Ｄ２は、円板部材の外径Ｄ１よりも短くなるように定められる。そして、その外径Ｄ２は、円板部材の外径Ｄ１の大きさに依存するものであり、以下の式を満たすように外径Ｄ２が規定される。

０＜Ｌ≦０．１０×Ｄ１

ただし、Ｌ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２ ・・・・（１）

本発明では、溶着防止用の円板箔の径の大きさが封止管の耐破裂性能に影響していることを新たに見出し、円板箔の外径Ｄ２を適切な範囲に定めることにより、円板箔による封止管のクラック発生、およびガラス管と円板部材の接触によるガラス管のクラック発生が防止される。

円板部材が封止管に接触するのを防ぐため、円板部材を覆う巻き箔を設けるのがよい。この場合、発光管内の圧力が電極支持棒とガラス管の隙間を通じて円板箔まで到達するため、巻き箔の放電空間側端部が、前記円板部材の外周面の軸方向範囲内にあるのが望ましい。巻き箔の一端が円板部材を超えて放電空間側に位置していないため、発光管内の圧力が円板箔とガラス管との隙間を通じて巻き箔の放電空間側端部に伝わることがなく、封止管と巻き箔端部との接触付近でクラックが発生するのを防ぐ。

点灯中の最冷点温度を高く維持するため、少なくとも封止管外表面に（例えば導電性の）保温膜を形成するのがよい。保温膜の上に点灯始動補助のためトリガー線が巻かれた場合、仮に円板箔の外径が円板部材よりも大きいと、円板箔の周縁部に電界が集中し、直流電界による金属陽イオンの移動によって、失透が生じる恐れがある。本発明では円板箔の外径Ｄ１が適切な値に定められるため、失透の恐れがない。

金属リングなどの環状部材を設けたランプの封止構造では、封止工程のとき、環状部材とガラス管の接触面付近に微小な隙間が生じる。微小な隙間は、電極支持棒とガラス管との隙間を通じて放電空間と連通している。そのため、ランプ点灯時には放電空間内の高い圧力と大気との圧力差により、環状部材とガラス管を引き離そうとする応力が生じる。この応力によって、クラックが接触面に沿って径方向外側に進行し、封止管外面まで到達する。

また、円板部材は、ランプ点灯時に電極からの熱によって高温化し、熱膨張する。この熱膨張の影響によって、円板部材周囲の封止管にかかる応力は増大する。ランプの大電力化に伴って、金属箔の枚数増加、円板部材の大型化が進むと、封止管の受ける応力がより一層増加し、封止管が破裂する恐れがある。

しかしながら、特許文献４のように封止管の径を相対的に厚くするだけでは、円板部材を用いた封止構造の強度を適切なものとすることはできない。円板部材周囲の封止管の肉厚を必要以上に厚くすると、クラックの進行方向が拡散し、接触面付近に生じたクラックがガラス管内部、あるいは封止管壁面を伝って発光管まで進行してしまう。これによって発光管自身が破裂し、ランプだけでなく光源装置全体の破損を招き、被害が増大する。

このように、ランプの大電力化に伴って円板部材のサイズが大型化する場合、従来ランプとは異なる封止管内の応力に対応しなければならず、十分な耐圧性をもち、ランプ破損を招くことのない信頼性ある強度を封止構造に持たせる必要がある。

したがって、以下の式を満たすように、円板部材の外径Ｄ１（ｍｍ）、および円板部材と円板箔との接触面付近における封止管の肉厚Ｔ（ｍｍ）が定められる。ただし、発光管内の点灯時圧力をＰ（ＭＰａ）とする。

（Ｐ−２．２）／２００＜（Ｔ／Ｄ１²） ・・・・・（２）

円板部材を用いた封止構造においては、円板部材とガラス管との接触面にかかる応力は、その円板部材の軸方向を向く表面の面積、すなわち内側ガラス管２４との接触面の大きさに比例するとみなせる。よって、封止管内に生じる応力は、円板部材の径Ｄの二乗に比例すると考えられる。逆に言えば、円板部材の径Ｄ１を小さくすると、その二乗効果で応力は小さくなる。一方、応力に対する封止管の耐圧性は、肉厚Ｔに比例して増加するものと考えられる。

したがって、封止管の肉厚Ｔと円板部材の面積Ｄ２との比Ｔ／Ｄ１²は、円板部材を用いた封止構造、特に大電力の放電ランプの封止構造に関し、点灯中封止管内で生じる応力に対する耐圧性能を表す有効な指標となり得る。実際、封止管にクラックが生じた時（破壊時）の放電空間内の圧力とＴ／Ｄ１²との関係を調べると、比例関係にあることが明らかになった。

点灯時の放電空間内圧力は破壊圧力より小さく設定する必要があるため、その比例式から放電空間内の許容圧力範囲を示す不等式が導かれる。よって、点灯時の発光管内の圧力をＰとすることで、Ｔ／Ｄ１²の値の範囲を規定する上記式が導かれる。このように肉厚Ｔと円板部材の外径Ｄ１を一定の範囲に定め、上述した円板箔の外径Ｄ２の条件と組み合わせることにより、点灯時において封止管、ガラス管にクラックが発生することを防ぐことができる。

上述したように、円板部材の径を小さくすると、その二乗に比例して封止管内の応力も減少する。よって、円板部材の径の大きさをわずかに抑えることによって、肉厚Ｔをそれほど変えずに封止構造の強度を維持することができる。すなわち、円板部材のサイズの大型化に伴って必要以上に封止管の肉厚を大きくしなくて済む。

特に、大電力の放電ランプの場合、円板部材の径Ｄ１が２０ｍｍ以上になる。一方、封止管の厚さＴには上限があり、また、必要以上に肉厚Ｔを大きくすることによって発光管の破損を招く恐れがある。本発明では、封止管の肉厚Ｔと円板部材の径Ｄ１とのバランスを上記式に基づいて調整することが可能であり、適切な強度をもつ封止構造を実現することが可能となる。

封止管の肉厚Ｔは、様々な事情により制限を受ける。封止管の肉厚が薄すぎると、封止管を均一に収縮させることが難しく、封止加工が煩雑となる。したがって、その肉厚の下限を１．５ｍｍとするのがよい。一方、封止管が厚すぎると、クラックが発光管まで進行する恐れがある。例えば、肉厚の上限を１１ｍｍとするのが望ましい。

一方、円板部材の径Ｄ１については、大電力の放電ランプを考慮してその範囲を定めるのがよい。例えば、円板部材の径Ｄ１の下限を、大電力放電ランプ実現のために２０ｍｍと定める。一方、封止管の厚さＴを１１ｍｍ以下にするため、上記式から円板部材の径Ｄ１の上限を４１ｍｍに定める。ただし、発光管内の耐圧（破壊圧力）Ｐを、３．５ＭＰａとする。

本発明の他の特徴である放電ランプは、大電力化を図るため、安定点灯時の電力が８ｋＷ以上に定められる。そして、円板部材の外径をＤ１（ｍｍ）、円板部材と円板箔との接触面付近における封止管の肉厚をＴ（ｍｍ）としたとき、以下の式が満たされることを特徴とする。ただし、点灯時の放電空間圧力が２．５ＭＰａになることを考慮し、高い安全性を確保するため、放電空間、すなわち発光管内の耐圧（破壊圧力）Ｐを３．５ＭＰａとして上記式に代入することによって得られる。

０．００６５≦Ｔ／Ｄ１² ・・・・（３）

本発明の他の特徴である放電ランプは、発光管内の電極を支持する電極支持棒を保持し、封止管と溶着したガラス管と、ガラス管に面し、軸方向に沿って配設された金属箔と電極支持棒とを電気的に接続させる導電性円板部材とを備え、発光管内の点灯時圧力をＰ（ＭＰａ）、円板部材の外径をＤ１（ｍｍ）、円板部材とガラス管との接触面付近における封止管の肉厚をＴ（ｍｍ）としたとき、以下の式が満たされるように、円板部材の外径Ｄ１、封止管の肉厚Ｔが定められることを特徴とする。

ｋ×（Ｐ−Ｐｃ）＜Ｔ／Ｄ１² ・・・・（４）

ただし、ｋは、封止管の破壊圧力とＴ／Ｄ１²との比例関係から求められる係数を表す。また、Ｐｃは、放電ランプの安定点灯時における電力に基づいた発光管内の限度圧力を表す。

本発明によれば、点灯中、封止管においてクラックが発生するのを防ぎ、信頼性の高い封止構造をもった放電ランプを得ることができる。

本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的断面図である。 陽極側封止管の概略的断面図である。 図２の金属リング付近を拡大して示した断面図である。 図３におけるIV−IVに沿った封止管の径方向断面図である。 第２実施形態におけるショートアーク型放電ランプの封止管断面図である。 破壊圧力とＴ／Ｄ²との関係を示したグラフである。 破壊圧力に対する内側金属リングの外径Ｄと封止管の厚さＴとの関係を示したグラフである。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的断面図である。図２は、陽極側封止管の概略的断面図である。

ショートアーク型放電ランプ１０は、石英ガラスから成る球状発光管１２内に陽極１４、陰極１６を対向配置させたランプであり、発光管１２の両端には、石英ガラスの封止管２０、６０が対向するように連設されている。封止管２０、６０の両端は、口金８０Ａ、８０Ｂで塞がれている。

封止管２０、６０の内部には、陽極１４、陰極１６を支持するとともに、発光管１２内の放電空間１１を封止するパーツ（以下、マウント部品という）１８Ａ、１８Ｂがそれぞれ封入されている。また、放電空間１１には、水銀および希ガスが封入されている。

図２に示すように、封止管２０内部には、陽極１４を支持する電極支持棒２２が設けられ、軸方向に沿って配設されている。電極支持棒２２は、円筒状の肉厚ガラス管（以下、電極側ガラス管という）２４に形成された軸穴２４Ａに挿通され、電極側ガラス管２４によって保持される。電極側ガラス管２４の発光管側端部には、封止管２０との溶着を確実にするため、円筒状の凹部２４Ｂが形成されている。

電極支持棒２２は、封止管２０の端部まで延びておらず、所定間隔を置いて金属製のリード棒２８が同軸的に対向配置されている。電極支持棒２２、リード棒２８は、円柱状のガラス部材３４の両端に設けた挿入穴に軸挿され、ガラス部材３４は電極支持棒２２、リード棒２８を保持する。リード棒２８は、電源部（図示せず）と繋がった外部のリード線（図示せず）に接続されている。

ガラス部材３４の両端には、金属リング２６、３２がそれぞれ密着配置され、電極支持棒２２、リード棒２８は金属リング２６、３２の軸穴２６Ａ、３２Ａに溶接されている。発光管１２に近い金属リング（以下、内側金属リングという）２６は、電極側ガラス管２４と当接し、他方の金属リング（以下、外側金属リングという）３２は、リード棒２８を軸通させて保持する環状固定ガラス管２９と当接する。

内側金属リング２６、外側金属リング３２の間には、軸方向に沿って複数の帯状金属箔３６がガラス部材３４の外表面に沿って軸方向に延び、その両端は、内側金属リング２６、外側金属リング３２の円周面に溶接されている。外側金属リング３２は、リード棒２８と金属箔３６とを電気的に接続させ、内側金属リング２６は、帯状金属箔３６と電極支持棒２２とを電気的に接続させることにより、電源部と接続するリード棒２８から陽極１４へ電力が供給される。

内側金属リング２６の両面には、ディスク状の円板箔４２、４４が配置され、電極支持棒２２が円板箔４２、４４に挿通される。円板箔４２は金属リング２６の封止管端部側表面と圧接し、円板箔４４は金属リング２６の発光管側表面と圧接している。

内側金属リング２６の外周面上には、外側巻き箔４６が筒状に巻かれており、金属箔３６の上に巻かれている。一方、電極側ガラス管２４の軸穴２４Ａと電極支持棒２２との間には、内側巻き箔が巻かれており（ここでは図示せず）、電極支持棒２２と電極側ガラス管２４を同軸にするように巻き数が調整されている。

封止管２０は、封止工程時にガスバーナーなどで熱せられることによって縮径し、電極側ガラス管２４、ガラス部材３４、固定ガラス管２９と溶着している。これにより、封止管２０内部が封止され、電極側ガラス管２４、内側金属リング２６、外側金属リング３２、ガラス部材３４、そして固定ガラス管２９を含むマウント部品１８Ａが、軸方向に動かないように固定される。なお、陰極側封止管６０も同様に構成されている。

図３は、図２の金属リング付近を拡大して示した断面図である。図４は、図３のIV−IVに沿った径方向断面図である。

外側巻き箔４６は、その一端４６Ｓが金属箔３６の表面を覆う一方、他方の電極側端部４６Ｔは金属箔３６の端部を軸方向に超え、内側金属リング２６の外周面と接する。外側巻き箔４６の電極側端部４６Ｔは、金属リング２６の外周面の軸方向範囲ＬＬ内に位置し、範囲ＬＬを超えて発光管側まで延びていない。なお、図１、図２では、金属箔３６、外側巻き箔４６、円板箔４２、４４についてその厚さ、形状、位置関係を模式的に図示している。また、図４では、金属箔３６、外側巻き箔４６を図示していない。

円板箔４２、４４の内径は電極支持棒２２の径よりも大きく定められている。そのため、電極支持棒２２と円板箔４２、４４との間に径方向のわずかな隙間Ｍが生じている（図４参照）。また、溶着工程において封止管２０が電極側ガラス管２４、外側巻き箔４６に溶着するとき、内側金属リング２６の外周面付近、とくに内側金属リング２６の発光管側表面２６Ｎ付近において、僅かながら封止管２０の内径がテーパー状、あるいは段差状に変化している。

本実施形態では、円板箔４２、４４の外径Ｄ２が、内側金属リング２６の外径Ｄ１よりも短い。外径Ｄ２は、以下の式を満たす範囲に定められている。

０＜Ｌ≦０．１０×Ｄ１

ただし、Ｌ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２ ・・・・（５）

（５）式から明らかなように、円板箔４２、４４の外径Ｄ２は、内側金属リング２６の外径Ｄ１未満であって、０．９倍以上の大きさに定められている。溶着工程では、ガラス管２４と封止管２０が溶融し、熱膨張、熱収縮が生じる。これに伴って、円板箔４２、４４が径方向外側、すなわち封止管側へ引き込まれ、あるいは、電極支持棒側へずれたりする、しかしながら、（５）式を満たすように円板箔４２、４４の外径Ｄ２が定められているため、円板箔４２、４４が径方向に位置ずれしても、あるいは封止管２０の内径が変化しても、円板箔４２、４４の周縁部が内側金属リング２６の外周面よりも径方向に突出しない。すなわち、封止管２０に対して楔状に突き出る状態で円板箔４２、４４は圧接されず、封止管２０にクラックが発生することを防ぐことができる。なお、円板箔４２、４４の外径Ｄ２については、内側金属リング２６の外径Ｄ１の０．９〜０．９５倍の範囲の大きさに定めてもよい。

また、円板箔４２、４４の外径Ｄ２と内側金属リング２６の外径Ｄ１との差は、必要最小限に抑えられており、内側金属リング２６の外径Ｄ１よりも適切な長さ分だけ外径Ｄ２が短く設定されている。そのため、電極側ガラス管２４と金属リング２６との接触部分がほとんどなく、電極側ガラス管２４と金属リング２６の溶着によって電極側ガラス管２４に亀裂が生じることを防止する。

また、発光管内の圧力が電極支持棒２２と電極側ガラス管２４との隙間を通じて円板箔４４まで到達しているが、外側巻き箔４６の発光管側端部４６Ｔが金属リング２６の外周面の軸方向範囲ＬＬ内に位置するため、外側巻き箔４６の発光管側端部４６Ｔまで圧力が伝わらず、クラックが生じない。

点灯時の最冷点温度を高く維持するため、封止管２０の外表面には、発光管１２の軸方向端部ら封止管２０に渡って導電性の保温膜Ｋが形成されている（図３参照）。点灯始動補助のためにトリガー線（図示せず）を巻いても、円板箔４４が封止管２０に突き出ていないため、金属リング２６の外周面付近で陽イオンの移動が発生せず、失透が生じることを防ぐ。

このように本実施形態によれば、発光管１２内の電極３０を支持する電極支持棒２２を封止管２０内に封止するショートアーク型放電ランプにおいて、電極支持棒２２と接続する内側金属リング２６の両面に金属性の円板箔４２、４４を隣接させ、電極側ガラス管２４、ガラス部材３４と内側金属リング２６との間に設置する。そして、（５）式を満たすように円板箔４２、４４の外径Ｄ２が定められる。

円板箔４４については、金属以外の導電性部材でもよく、また、金属リング以外の導電性環状部材であって導電性の円板部材を電極支持棒に接続させてもよい。電極側ガラス管と内側金属リングとの間に配置する円板箔に対してのみ、外径を定めるように構成してもよい。

次に、図５を用いて、第２の実施形態であるショートアーク型放電ランプについて説明する。第２の実施形態では、封止管の一部がテーパー状に形成され、外側巻き箔は設けられていない。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。

図５は、第２実施形態におけるショートアーク型放電ランプの封止管断面図である。電極支持棒２２が挿通されるガラス部材３４は、内側金属リング１２６に向けてテーパー状に形成されており、封止管２０もガラス部材３４と溶着することによってテーパー状に形成される。内側金属リング１２６は内側周縁部にフランジ部１２６Ｓを有し、フランジ部１２６Ｓは、ガラス部材１３４と電極支持棒２２との間に嵌挿されている。金属箔１３６は内側金属リング１２６その先端部分が折り曲げられており、折り曲げられた部分と円板箔４４が溶接により接続される。

次に、図４、図６、図７を用いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、封止管の厚さと金属リングの外径の条件を定める。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。

放電ランプ１０は、大電力（例えば８ｋＷ）によって点灯可能であり、内側金属リング２６、外側金属リング３２は、大電力化に伴い、その径が２０ｍｍ以上のサイズに定められている。

図４に示すように、内側金属リング２６の外径をＤ１、封止管２０の外径をＤ０と表すと、封止管２０の肉厚（厚さ）Ｔは、Ｄ１とＤ０との差に基づいて算出される（＝（Ｄ０−Ｄ１）／２）。そして、内側金属リング２６の外径Ｄ１と封止管２０の肉厚Ｔとの比（Ｔ／Ｄ²）が以下の式を満たすように、内側金属リング２６の外径Ｄ１（ｍｍ）および封止管２０の肉厚Ｔ（ｍｍ）が定められる。

（Ｐ−２．２）／２００＜Ｔ／Ｄ１² ・・・・（６）

ただし、Ｐは、安定点灯時における発光管１２内の圧力を示す。また、金属箔３６の厚さは内側金属リング２６、封止管２０に比べて薄厚であり、ここでは無視する。

電力８ｋＷの場合、発光管１２内の圧力は約２．５ＭＰａになる。しかし、より十分な耐圧性を持たせるため、発光管１２内の耐圧を３．５ＭＰａと定める。この場合、次式を満たすように、内側金属リング２６の外径Ｄ１および封止管２０の肉厚Ｔが定められる。

０．００６５≦Ｔ／Ｄ１² ・・・・（７）

以下、図６、図７を用いて、内側金属リング２６の外径Ｄおよび封止管２０の肉厚Ｔが上記（１）式に基づいて定められる理由を説明する。

まず、肉厚の異なる封止管を用意し、上述した封止構造をもつ放電ランプを上述した封止方法によって作製する。ここでは、定格ランプ電力１２ｋＷ、ランプ電流１０３Ａ、内側金属リングの径２０ｍｍおよび２５ｍｍ、幅１０ｍｍの金属箔を５枚使用するタイプの放電ランプと、定格ランプ電力７．５ｋＷ、ランプ電流１８３Ａ、内側金属リングの径２７ｍｍ、幅１２ｍｍの金属箔を６枚使用するタイプの放電ランプをそれぞれ用意する。

次に、各放電ランプに対して静水圧実験を行う。静水圧実験は、発光管１２内に水を満たし、加圧ポンプによって水圧を加えながら封止管の破壊を観察する。水圧の昇圧速度は、６ＭＰａ／５ｍｉｎとする。水圧を徐々に上げ、内側金属リングとガラス管との接触面を基点としてクラックが生じたときの圧力を、破壊圧力Ｐ₀とする。

図６は、破壊圧力Ｐ₀とＴ／Ｄ１²との関係を示したグラフである。金属リングの外径Ｄ１が２０ｍｍであって封止管の肉厚Ｔがそれぞれ異なる８個の放電ランプと、金属リングの外径Ｄ１が２５ｍｍであって封止管の肉厚Ｔがそれぞれ異なる１６個の放電ランプと、金属リングの外径Ｄ１が２７ｍｍであって封止管の肉厚Ｔがそれぞれ異なる３個の放電ランプに対し、静水圧実験を行い、計測された破壊圧力Ｐ₀が図４にプロットされている。

図６から明らかなように、破壊圧力Ｐ₀とＴ／Ｄ１²との間には、ある範囲において比例関係が成り立つ。すなわち、図４に示すように、破壊圧力Ｐ₀とＴ／Ｄ１²との関係を直線によって示すことができる。

図６に示す直線を式で表すと、比例係数は２００、直線を延ばしたときの切片の値が２．２となり、以下の式が求められる。

Ｐ₀＝２００×（Ｔ／Ｄ１²）＋２．２ ・・・・・（８）

ただし、（８）式は、Ｔ／Ｄ１²の値が所定範囲（ここでは０．００４〜０．０１６）において成り立ち、発光管内の限度圧力（ここでは２．２ＭＰａ）以上において成り立つ。

（８）式は、Ｔ／Ｄ１²の値が大きくなるにつれて破壊圧力Ｐ₀が大きくなっていくことを表している。すなわち、Ｔを厚くするとともに金属リング２６の面積を小さくすることによって、破壊圧力Ｐ₀が上がる。ところで、破壊圧力Ｐ₀は、封止管の内側金属リング周辺でクラックが生じるときの発光管内圧力であり、この圧力は封止構造の耐え得る限界応力に相当する。よって、Ｔ／Ｄ１²は、放電ランプの封止管破壊に対する耐性、すなわち接触面付近で発生する応力に対する耐性を表す変数とみなすことができる。以下、Ｔ／Ｄ１²を破壊耐性変数Ａとする。

放電ランプ点灯時の圧力Ｐは、封止管の破壊を防止するため、破壊圧力Ｐ₀より小さくなければならない。したがって、以下の式を満たす必要がある。

Ｐ＜２００×（Ｔ／Ｄ１²）＋２．２ ・・・・・（９）

よって、（９）式に基づいて（６）式を得ることができる。

例えば、電力８ｋＷの放電ランプ点灯中、発光管内の圧力はおよそ約２．５ＭＰａになる。しかしながら十分耐久性をもたせるため、破壊圧力Ｐ₀は３．５ＭＰａ（＝Ｐ₁）に設定される。よって、（４）式から、破壊耐性変数Ａ（＝Ｔ／Ｄ１²）は以下の式を満たす必要がある。

０．００６５≦Ａ ・・・・（１０）

すなわち、破壊耐性変数Ａは０．００６５（＝Ａ１）より大きな値にならなければならない。

図７は、破壊圧力に対する内側金属リングの外径Ｄ１と封止管の厚さＴとの関係を示したグラフである。破壊圧力Ｐ₀を２．５、３．０、３．５、４．０（ＭＰａ）とした時のＤ１とＴの関係を表す。図７から、最も効果的なＤ，Ｔの範囲が求められる。

封止管の肉厚が薄すぎると、封止管を均一に収縮させることが難しく、封止加工が煩雑となる。その肉厚の下限を、ここでは１．５ｍｍとする。一方、封止管が厚すぎると、封止管が破断するときにクラックが発光管まで進行し、ランプ自身が破損する恐れがある。そのため、肉厚の上限をここでは１１ｍｍとする。

肉厚Ｔが１．５≦Ｔ≦１１の範囲にあるとき、上記式を満たすように内側金属リングの径Ｄ１を定めればよいが、大電力の放電ランプを実現するため、内側金属リングの最小径は２０ｍｍに定められる。一方、封止管の厚さＴの上限が１１ｍｍであることから、（４）式を満たすＤの上限は、４１ｍｍに定められる。

このように第３の実施形態によれば、大電力によって点灯可能な放電ランプ１０において、電極側ガラス管２４に面する内側金属リング２６が封止管２０内に配設され、複数の金属箔３６が内側金属リング２６に溶着される。そして、封止管２０の肉厚Ｔ（ｍｍ）と、内側金属リング２６の径Ｄ（ｍｍ）とが、（６）式を満たすように定められる。

封止管の肉厚Ｔと内側金属リングの径Ｄ１との比ではなく、肉厚Ｔと径Ｄの二乗、すなわち面積との比を調整することによって、十分耐圧性のある封止構造を実現することができる。封止管の肉厚だけでなく、内側金属リングの面積に応じて封止構造の耐圧性が変化することを見出したことにより、大電力の放電ランプにおいても、適切な封止管の厚さ、内側金属リングを定めることができる。特に、第１の実施形態の円板箔の外径Ｄ２の範囲設定による相乗効果によって、封止管の金属リング外周面付近でクラック発生を防ぐことができる。

特に、内側金属リングのサイズが大型化する一方で封止管の肉厚が制限される場合、内側金属リングの径Ｄをわずかに抑えるだけで耐圧性が向上し、封止管の肉厚Ｔを必要以上に大きくしなくて済む。

なお、（８）式については、放電ランプのサイズ（封止管サイズ）などによって比例係数等が変化する場合、そのランプ構造に合わせて比例係数等ｋを定めればよい。また、（６）、（９）式においても、発光管内の限度圧力を２．２ＭＰａ以外に設定してもよい。

１０ 放電ランプ
１１ 放電空間
１２ 発光管
２０ 封止管
２２ 電極支持棒
２４ 電極側ガラス管（ガラス管）
２６、１２６ 内側金属リング（環状部材）
２８ リード棒
３２ 外側金属リング
３４ ガラス部材
３６ 金属箔
４２、４４ 円板箔
４６ 外側巻き箔（巻き箔）
４８ 内側巻き箔
Ｔ 封止管の肉厚
Ｄ１ 内側金属リングの外径
Ｄ２ 円板箔の外径
Ｐ₀ 破壊圧力

Claims (7)

1. 発光管内の電極を支持する電極支持棒と、
   前記電極支持棒が挿通され、封止管と溶着するガラス管と、
   前記電極支持棒が接続され、軸方向に沿って配設された金属箔と前記電極支持棒とを電気的に接続させる導電性円板部材と、
   前記電極支持棒が挿通され、前記円板部材と前記ガラス管との間に接触配置される円板箔とを備え、
   前記円板箔の外径Ｄ２が、前記円板部材の外径Ｄ１よりも短く、以下の式を満たすことを特徴とする放電ランプ。
   
   ０＜Ｌ≦０．１０×Ｄ１
   
   ただし、Ｌ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２
   
2. 前記円板部材の外周面を覆う巻き箔をさらに有し、
   前記巻き箔の放電空間側端部が、前記円板部材の外周面の軸方向範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
3. 少なくとも前記封止管外表面に保温膜が形成されることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の放電ランプ。
4. 前記発光管内の点灯時圧力をＰ（ＭＰａ）、前記円板部材の外径をＤ１（ｍｍ）、前記円板部材と前記円板箔との接触面付近における前記封止管の肉厚をＴ（ｍｍ）としたとき、Ｔ／Ｄ１^２が０．００４〜０．０１６の範囲にあり、以下の式が満たされるように、前記円板部材の外径Ｄ１と、前記封止管の肉厚Ｔが定められることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電ランプ。
   
   （Ｐ−２．２）／２００＜Ｔ／Ｄ１²
   
5. 前記円板部材の外径Ｄ１（ｍｍ）、および前記封止管の肉厚Ｔ（ｍｍ）が、それぞれ以下の範囲にあることを特徴とする請求項４に記載の放電ランプ。
   
   １．５≦Ｔ≦１１、２０≦Ｄ１≦４１
   
6. 安定点灯時の電力が８ｋＷ以上であって、
   前記円板部材の外径をＤ１（ｍｍ）、前記円板箔の外径をＤ２（ｍｍ）、前記円板部材と前記円板箔との接触面付近における前記封止管の肉厚をＴ（ｍｍ）としたとき、Ｔ／Ｄ１^２が０．００４〜０．０１６の範囲にあり、以下の式が満たされるように、前記円板部材の外径Ｄ１と、前記封止管の肉厚Ｔが定められることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電ランプ。
   
   ０．００６５≦Ｔ／Ｄ１²
   
7. 前記発光管内の点灯時圧力をＰ（ＭＰａ）、前記円板部材の外径をＤ１（ｍｍ）、前記円板部材と前記円板箔との接触面付近における前記封止管の肉厚をＴ（ｍｍ）としたとき、破壊の生じる圧力Ｐ０とＴ／Ｄ１^２との関係を示した横軸Ｔ／Ｄ１^２、縦軸Ｐ０のグラフにおいてＰ０とＴ／Ｄ１^２が比例関係を表す範囲における比例係数をｋ、切片を前記発光管内の限界圧力Ｐｃとしたとき、Ｐ０とＴ／Ｄ１^２とが比例関係にある範囲において、以下の式が満たされるように、前記円板部材の外径Ｄ１と、前記封止管の肉厚Ｔが定められることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに放電ランプ。
   
   （Ｐ−Ｐｃ）×（１／ｋ）＜Ｔ／Ｄ１²

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