(57)【要約】【課題】高圧放電ランプの製造において、封止性と不純物の除去を両立する電極マウント製造方法を提供することにより、耐圧性能と信頼性に優れた発光管を備えた高圧放電ランプを提供する。【解決手段】本発明の高圧放電ランプ用電極マウントの製造方法は、（Ａ）リード線、モリブデン箔及び電極を準備する工程（Ｓ１０）と、（Ｂ）リード線を第１の温度で加熱する第１の加熱工程（Ｓ２０）と、（Ｃ）リード線、モリブデン箔及び電極を組み立てて電極マウントを作製する組立工程（Ｓ３０）と、（Ｄ）電極マウントを、第１の温度よりも低い第２の温度で加熱する第２の加熱工程（Ｓ４０）とを備える。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電ランプ用電極マウントの製造方法であって、
（Ａ）リード線、モリブデン箔及び電極を準備する工程と、
（Ｂ）前記リード線を第１の温度で加熱する第１の加熱工程と、
（Ｃ）前記リード線、前記モリブデン箔及び前記電極を組み立てて電極マウントを作製する組立工程と、
（Ｄ）前記電極マウントを、前記第１の温度よりも低い第２の温度で加熱する第２の加熱工程と
を備える製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法であって、前記モリブデン箔は構成材料に酸化イットリウムがドープされていることを含む、製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の製造方法であって、前記第２の温度は９５０℃乃至１２００℃の範囲である、製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の製造方法であって、前記リード線はモリブデン材を含む、製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法であって、前記第１の温度は１２５０℃乃至１３５０℃の範囲である、製造方法。
【請求項６】
高圧放電ランプの製造方法であって、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法で製造された一対の高圧放電ランプ用電極マウントを石英ガラス管内に対向配置し、前記モリブデン箔と前記石英ガラスを封止する、高圧放電ランプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧放電ランプ用電極マウントの製造方法及び高圧放電ランプの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧放電ランプは、発光管内に一対の電極が対向配置され、封止を行う金属箔と、電流を外部より導入するリード線を備えた電極マウントとを石英ガラスに封止することによって構成されている。この発光管の封止部には放電空間を気密に保つために十分な接合強度が要求される。そこで、このような発光管を製造するために、石英ガラスと金属箔の接合を強化するための様々な技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、金属／ガラスパッキンを有する電球の電気導体としてモリブデンに酸化イットリウムを分散させたテープ材に０．０３〜１．０重量％の酸化セリウムを含有させることが開示されている。そうすることにより、従来の材料に比べて耐食性及び耐酸化性が高まるため、電球の長期貯蔵性が向上し、同時に点灯寿命が延びるという効果が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、金属箔の表面に粒塊を形成することで、アンカー作用により、金属箔が石英ガラスから剥離することを抑制するという方法が記載されている。
【０００５】
更に、特許文献３には、特許文献１と同様に酸化イットリウムと酸化セリウムをドープしたモリブデン箔を用いた箔シールランプが開示されている。モリブデン箔の表面に存在するＹ２Ｏ３の粒子が、シール作業時に石英ガラスと接触することにより、イットリウムシリケート（Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７）が形成される。イットリウムシリケートがモリブデン箔と石英ガラスとの間でアンカーとなることにより、接合強度が向上するという原理が記載されている。
【０００６】
高圧放電ランプに用いる電極マウントには不純物が少ないことが要求される。不純物が多く存在すると、ランプ点灯時の発光管の黒化などが発生することがあるためである。そのため、高圧放電ランプの製造時には電極マウントの不純物を除去する工程が行われることが知られている。
【０００７】
例えば、特許文献４には、電極を大気雰囲気から遮断された状態のまま加熱して、表面に付着している不純物を除去する工程を実施することで、ランプ点灯時のバルブの黒化を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−５５５６６号公報
【特許文献２】特開２００３−１２３６９５号公報
【特許文献３】特許４３７０８３５号公報
【特許文献４】特開２０００−２２３０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献３に開示されているような酸化イットリウムなどがドープされたモリブデン箔を用いて高圧放電ランプを製造する際に、不純物除去のために必要な加熱工程を行うと、加熱温度によりドーピングした物質が減少し、石英ガラスとモリブデン箔との密着力が低下することがあった。
【００１０】
さらに、加熱工程の温度が高い場合には、加熱時にモリブデンの結晶成長がさらに進み、モリブデン箔の表面が平滑化するため、石英ガラスとの接触面積が減り、密着力が低下する問題がある。
【００１１】
一方、これらの密着力低下を避けるために加熱工程の温度を従来よりも低く設定すると、発光管内に除去しきれなかった不純物を持ち込むことになり、ランプ点灯時の発光管の黒化が問題となることがある。
【００１２】
そこで、本発明は、耐圧性能をさらに向上させるため、加熱工程時にドーピングした物質が減少する現象や、モリブデン箔の表面が平滑化する現象を抑制しながら、ランプ性能に影響しないように発光管内に持ち込まれる不純物を極力取り除くことで、信頼性に優れた電極マウント及び高圧放電ランプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の側面は高圧放電ランプ用電極マウントの製造方法である。その製造方法は、（Ａ）リード線、モリブデン箔及び電極を準備する工程（Ｓ１０）と、（Ｂ）リード線を第１の温度で加熱する第１の加熱工程（Ｓ２０）と、（Ｃ）リード線、モリブデン箔及び電極を組み立てて電極マウントを作製する組立工程（Ｓ３０）と、（Ｄ）電極マウントを、第１の温度よりも低い第２の温度で加熱する第２の加熱工程（Ｓ４０）とを備える。第１の加熱工程（Ｓ２０）を行うことにより、発光管の黒化の原因となるリード線の不純物を除去することができる。また、第２の加熱工程（Ｓ４０）における第２の温度を、第１の加熱工程（Ｓ２０）における第１の温度よりも低くすることにより、後述する発光管の封止工程でのモリブデン箔と、石英ガラスの密着力をさらに向上させる。
【００１４】
リード線はモリブデン箔と同様にモリブデン材料であることが好ましい。また、リード線を第１の温度で加熱する第１の加熱工程（Ｓ２０）において、第１の温度は１２５０℃乃至１３５０℃の範囲であることが好ましい。加熱温度を１２５０℃以上とすることで、ガス放出量が他の部材に比べて多いリード線において事前に不純物を十分に除去する。加えて、１３５０℃以下とすることで、モリブデンの結晶成長が抑えられリード線の機械的強度が劣化することを防止できる。
【００１５】
モリブデン箔には構成材料に酸化イットリウムがドープされていることが好ましい。モリブデン箔にドープされた酸化イットリウムの粒はモリブデン箔中に分散して配置されている。酸化イットリウムの粒は高圧放電ランプの発光管の製造時にモリブデン箔と石英ガラスを封止する際にアンカーとして働くことにより、耐圧性能を高める効果を有する。
【００１６】
電極マウントを第２の温度で加熱する第２の加熱工程（Ｓ４０）において、第２の温度は９５０℃乃至１２００℃の範囲であることが望ましい。加熱温度を９５０℃以上とすることで、電極マウントの不純物が十分に除去される。また、加熱温度を１２００℃以下とすることで、モリブデン箔にドープされた酸化イットリウムの粒が加熱時に分解されずモリブデン箔に残存するため密着力が良好となる。また、この温度はモリブデン箔の結晶成長を抑えている。そのため、モリブデン箔の表面が平滑化して密着力が低下することを抑制できる。
【００１７】
本発明の第２の側面は高圧放電ランプの製造方法である。その製造方法は、本発明の第１の側面で述べた方法で製造された一対の高圧放電ランプ用電極マウントが石英ガラス管内に対向配置し、モリブデン箔と石英ガラスを封止する工程（Ｓ５０）を備える。この製造工程により、不純物除去のための加熱工程時にドーピングした物質が減少することや、モリブデン箔の表面が平滑化する現象を抑制した、耐圧性能と信頼性に優れた高圧放電ランプを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例による高圧放電ランプの構造を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施例による高圧放電ランプの製造工程を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】本発明の従来例による高圧放電ランプの製造工程を示すフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の実施例の第２の加熱工程での発生ガスの測定結果を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の従来例の第２の加熱工程での発生ガスの測定結果を示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施例（加熱温度１１００℃）によるモリブデン箔の表面の電子顕微鏡像（倍率１０００倍）を示す写真である。
【図４Ｂ】本発明の実施例（加熱温度１１００℃）によるモリブデン箔の表面の電子顕微鏡像（倍率３０００倍）を示す写真である。
【図４Ｃ】本発明の従来例（加熱温度１３５０℃）によるモリブデン箔の表面の電子顕微鏡像（倍率１０００倍）を示す写真である。
【図４Ｄ】本発明の従来例（加熱温度１３５０℃）によるモリブデン箔の表面の電子顕微鏡像（倍率３０００倍）を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜実施例＞
図１に本発明の高圧放電ランプ１を示す。高圧放電ランプ１は石英ガラス製発光管２（以下、「発光管２」という）及びそれに含まれる一対の電極マウント８からなる。発光管２は放電空間３及びそれを挟んだ一対の封止部４からなり、各電極マウント８は互いに溶接されたタングステン電極５（以下、「電極５」という）、モリブデン箔６及びリード線７からなる。電極５の先端側が発光管２の放電空間３に露出され、電極５の根元側の一部、モリブデン箔６及びリード線７の一部が封止部４に埋設される。放電空間３には０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀、希ガス及びハロゲンガスが封入され、点灯時の水銀蒸気圧は２００気圧以上になる。なお、本明細書において、図面は寸法通りではない。
【００２０】
図２Ａは、本発明の実施例に係る電極マウント８及び高圧放電ランプ１の製造方法を示すフローチャートである。実施例（図２Ａ）の製造工程は、（Ａ）リード線、モリブデン箔及び電極を準備する工程（Ｓ１０）と、（Ｂ）リード線を第１の温度で加熱する第１の加熱工程（Ｓ２０）と、（Ｃ）リード線、モリブデン箔及び電極を組み立てて電極マウントを作製する組立工程（Ｓ３０）と、（Ｄ）電極マウントを、第１の温度よりも低い第２の温度で加熱する第２の加熱工程（Ｓ４０）と、一対の高圧放電ランプ用電極マウントを石英ガラス管内に対向配置し、モリブデン箔と石英ガラスを封止する工程（Ｓ５０）とを備える。
【００２１】
図２Ｂは、本発明の実施例と対比する従来例に係る電極マウント８及び高圧放電ランプ１の製造方法を示すフローチャートである。従来例（図２Ｂ）の製造工程は第１の加熱工程（Ｓ４５）が電極マウントを作製する組立工程（Ｓ３０）の後に行われ、第２の温度で加熱する第２の加熱工程（Ｓ４０）を含まないことが、実施例（図２Ａ）との相違点である。
【００２２】
工程（Ｓ１０）は、電極マウント８を構成するリード線７、封止に用いるモリブデン箔６及び電極５を準備する工程である。モリブデン箔６には、酸化イットリウムを含むモリブデン箔を用いることが好ましい。リード線７はモリブデン材料を用いることが好ましい。
【００２３】
工程（Ｓ１０）の前に電極５を加熱し、不純物を除去する工程を追加してもよい。電極５の加熱工程における電極５の加熱温度は第１の加熱工程（Ｓ２０）における第１の温度及び／又は第２の加熱工程（Ｓ４０）における第２の温度よりも高い温度が望ましい。例えば、１３５０℃よりも高い温度１６００℃程度で加熱処理を行ってもよい。
【００２４】
本発明の加熱工程（Ｓ２０）は、リード線７を第１の温度で加熱する第１の加熱工程である。この工程を行うことにより、事前に従来同様の温度で処理を行ないリード線７に含まれる不純物を除去することができる。第１の温度は１２５０℃乃至１３５０℃の範囲であることが好ましい。また、不純物を極力取り除くことを考慮すると、特に１３５０℃程度に設定することが好適である。
【００２５】
リード線７は不純物によるガス放出量が他の部材に比べて多い。そのため、不純物によるガス放出の観点においては、リード線７の加熱温度が高いほど好ましい。特に加熱温度を１２５０℃以上とすることで、ガス放出量が他の部材に比べて多いリード線７においても不純物が十分に除去されることが確認された。
【００２６】
しかしながら、加熱温度を高くしすぎるとモリブデン材を用いたリード線７において、モリブデンの結晶成長が加速され機械的強度が劣化することがわかっている。この機械的強度の劣化は高圧放電ランプ１の信頼性を低下させる原因となり得る。これは第１の温度を１３５０℃以上にすると特に顕著となる。そのため、第１の温度は１３５０℃以下とすることが好ましく、そうすることにより、モリブデンの結晶成長によるリード線７の機械的強度が劣化することも抑制できる。
【００２７】
加熱工程（Ｓ２０）及び後述する加熱工程（Ｓ４０）は、不純物の除去のため真空中において行われることが好ましい。また、不純物として含まれる酸素を還元して除去するために真空中での加熱工程の前に、水素雰囲気中での加熱工程を更に追加することが望ましい。ここで追加する水素雰囲気中の加熱工程は、真空中の加熱工程のそれと同一の温度でなくてもよく、例えば９００〜１０００℃で１０分間程度曝すことにより行うことができる。
【００２８】
組立工程（Ｓ３０）は、リード線７と電極５をモリブデン箔６に接続し、組み立てることで電極マウント８を作製する工程である。接続は例えば抵抗加熱溶接により実施することができる。
【００２９】
本発明の加熱工程（Ｓ４０）は、電極マウント８を第１の温度よりも低い第２の温度で加熱する第２の加熱工程である。この工程を行うことにより、電極マウント８に含まれる不純物を除去することができる。この工程で除去される不純物にはモリブデン箔６に含まれていたものの他に、組立工程（Ｓ３０）の取り扱いで吸着した不純物も含まれる。加熱工程（Ｓ４０）において電極マウント８に対する第２の加熱工程を行う第２の温度は９５０℃乃至１２００℃の範囲とすることが好ましく、特に１１００℃程度に設定することが好適である。
【００３０】
従来例に係る図２Ｂの加熱工程（Ｓ４５）において電極マウントを作製する組立工程（Ｓ３０）後に加熱温度を１３５０℃で行うことで、ランプ点灯時の黒化を防ぐため電極マウント８の不純物を十分に除去することができた。しかし、本実施例ではリード線７に含まれる不純物が加熱工程（Ｓ２０）で除去されているので、本発明に係る図２Ａの加熱工程（Ｓ４０）では従来よりも低い１１００℃程度の温度で加熱を行うことができる。
【００３１】
工程（Ｓ５０）は一対の高圧放電ランプ１用電極マウント８を石英ガラス管内に対向配置し、放電空間３に水銀、希ガス及びハロゲンガスを封入し、モリブデン箔６と封止部４の石英ガラスを封止することにより、発光管２を構成する工程である。
【００３２】
前述した実施例の製造方法や加熱温度の範囲を決定するために本願発明者が行った実験の結果を示しながら、本発明の効果及び温度範囲設定の根拠を説明する。
【００３３】
＜実験１：リード線からの発生ガス測定＞
加熱工程（Ｓ２０）によるリード線７の不純物除去の効果を確認するため、後続の第２の加熱工程（Ｓ４０）におけるリード線７からの不純物に起因するガス放出量を質量分析法により測定した。その結果、従来例の第１の加熱工程（Ｓ４５）で発生したガス放出量は１００本当たり６．０［ｔｏｒｒ・ｃｃ］であったのに対し、本発明の第２の加熱工程（Ｓ４０）では１００本あたり３．９［ｔｏｒｒ・ｃｃ］に減少した。この結果、リード線７に含まれる不純物を減少させる効果があることを確認できた。
【００３４】
＜実験２：電極マウントからの発生ガス測定＞
電極マウント８の不純物除去の効果を確認するため、本発明の加熱工程（Ｓ４０）と従来例の加熱工程（Ｓ４５）で処理を行ったマウント８についてもガス放出量の測定を行った。従来例の第１の加熱工程（Ｓ４５）で発生したガス放出量は１００本当たり１２．６［ｔｏｒｒ・ｃｃ］であったのに対し、本発明の第２の加熱工程（Ｓ４０）では１００本あたり１１．９［ｔｏｒｒ・ｃｃ］に減少した。加熱工程（Ｓ２０）による電極マウント８の不純物除去の効果を別の側面から確認した実験結果を図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ本発明の方法及び従来例の方法で作製した電極マウント８の加熱を行い、ランプ黒化の原因となる水酸（ＯＨ）基を測定し、特にガス放出量が多く高温で除去される一酸化炭素（ＣＯ）ガスの放出量を示した図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、実線はグラフ左軸のＣＯガス圧と加熱時間との関係を示し、破線はグラフ右軸の温度と加熱時間との関係を示す。本発明の方法（図３Ａ）で作製した電極マウント８の加熱によるＣＯガスの発生量は、従来例の方法（図３Ｂ）におけるそれに比べて少なくなっていることが図３Ａ及び図３Ｂより理解できる。
【００３５】
図３Ａに示した本発明の方法に係る実験結果を再び参照して、第２の温度の決定理由について説明する。図３Ａにおいて、温度が上昇するにつれて、ＣＯガス圧の上昇が確認されるが、９５０℃程度に到達すると、ＣＯガス圧は非常に小さい値となる。１３５０℃で再度ＣＯガス圧の上昇が見られるが、電極マウント８のガス放出測定結果、後述する発光管２の黒化確認から１３５０℃でのＣＯガス放出はランプ性能には影響しないことがわかる。この結果より、加熱工程（Ｓ４０）において電極マウント８に対する第２の加熱工程を行う第２の温度は９５０℃以上とすることが好ましい。
【００３６】
＜実験３：モリブデン箔の表面状態確認＞
図４Ａ及び図４Ｂは本発明の実施例による加熱工程（Ｓ４０）（加熱温度１１００℃）を実施した、酸化イットリウムをドープしたモリブデン箔６の表面状態を電子顕微鏡で観察した写真である。ここで、図４Ａは観察倍率１０００倍、図４Ｂは観察倍率３０００倍の写真である。また、図４Ｃ及び図４Ｄは従来例による加熱工程（Ｓ４５）（加熱温度１３５０℃）を実施したモリブデン箔６を撮影した電子顕微鏡像の写真である。ここで、図４Ｃは観察倍率１０００倍、図４Ｄは観察倍率３０００倍の写真である。これらの写真から、ドーピングした物質の減少が見られ、表面の起伏が少なくなっていることが確認できる。これは、１３５０℃の加熱時にドープした酸化イットリウムの粒が分解され減少していること及び、モリブデンの結晶成長がさらに進み、モリブデン箔６の表面が平滑化していることが考えられる。本発明の方法を用いれば、１１００℃の条件の表面状態となるモリブデン箔６を用いて封止部４への封止を行い、高圧放電ランプ１を製造することができる。そのため、モリブデン箔６と封止部４の石英ガラスの密着力をさらに向上させ、高圧放電ランプ１の耐圧性能や信頼性を向上することが可能となる。本願発明者の鋭意検討の結果によれば、モリブデン箔６の加熱温度を１２００℃以下とすれば酸化イットリウムの粒の減少とモリブデン箔６の表面が平滑化する現象を十分に抑制できることがわかった。従って、加熱工程（Ｓ４０）において電極マウント８に対する第２の加熱工程を行う第２の温度は、１２００℃以下とすることが好ましい。
【００３７】
＜実験４：発光管の黒化、耐圧性能の確認＞
本発明の方法で製造した発光管２を備える高圧放電ランプ１において、従来の方法と比較して不純物の十分な除去、耐圧性能の向上が達成されているかどうかを確認するため、黒化確認、アニール耐圧試験を実施した。
【００３８】
黒化確認は発光管２のランプを点灯してエージング処理を行った後、ランプ消灯後に発光管２を観察し、発光管２の内面にタングステンの付着による黒化が無いかを確認するという方法で実施した。
【００３９】
アニール耐圧試験は、発光管２内に過剰量（４６６ｍｇ／ｃｃ）の水銀を封入し、水銀蒸気圧を通常よりも高い約３５０気圧（３５ＭＰａ）になるように、高圧放電ランプ１を大気炉体に入れ、１０５０℃まで温度を上昇させたときに破裂が起こるかどうかを確認するという方法で実施した。
【００４０】
これらの試験をまとめた結果を表１に示す。
【表１】
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【００４１】
電極マウント８の加熱工程（Ｓ４０）の加熱温度を加熱工程（Ｓ２０）より低下させたにもかかわらず、黒化確認の結果は従来例と同様に良好であり、試験数は少ないが、アニール耐圧試験の結果は従来例と比べ破裂率が６７％から２２％に大幅に低減されており、耐圧性能と信頼性の向上が達成されたことがわかる。従って、本発明の製造方法によると、耐圧性能をさらに向上させるため、モリブデン箔と石英ガラスの密着力を上げ、ランプ性能に影響しないように発光管内に持ち込まれる不純物を極力取り除くことで信頼性に優れた電極マウント８及び高圧放電ランプ１の提供が可能となった。
【符号の説明】
【００４２】
１．高圧放電ランプ
２．石英ガラス製発光管
３．放電空間
４．封止部
５．電極
６．モリブデン箔
７．リード線
８．電極マウント
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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