(57)【要約】【課題】紫外線を含む光を発光するランプであって、しかも高い耐久性を有するガラスバルブを有する発光ランプを提供すること。【解決手段】本発明の発光ランプは、石英ガラスよりなるガラスバルブを備え、紫外線を含む光を発光する発光ランプであって、ガラスバルブは、内部空間に露出する最内表面を構成する第１の石英ガラスにより形成された内面側ガラス層と、第２の石英ガラスにより形成された外面側ガラス層とよりなり、第１の石英ガラスは、その紫外線の吸収率が第２の石英ガラスより低いものであることを特徴とする。ここで、第１の石英ガラスは、フッ素がドープされた石英ガラスであることが好ましい。また、第１の石英ガラスは、第２の石英ガラスよりヒドロキシ基濃度が低い石英ガラスであることが好ましい。更には、閃光放電ランプとして構成されていることが好ましい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスよりなるガラスバルブを備え、紫外線を含む光を発光する発光ランプであって、
ガラスバルブは、発光空間である内部空間に露出する最内表面を構成する第１の石英ガラスにより形成された内面側ガラス層と、この内面側ガラス層より外側に位置された、第２の石英ガラスにより形成された外面側ガラス層とよりなり、
第１の石英ガラスは、その紫外線の吸収率が第２の石英ガラスより低いものであることを特徴とする発光ランプ。
【請求項２】
前記内面側ガラス層を形成する第１の石英ガラスは、フッ素がドープされた石英ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の発光ランプ。
【請求項３】
前記内面側ガラス層を形成する第１の石英ガラスは、外面側ガラス層を形成する第２の石英ガラスよりヒドロキシ基濃度が低い石英ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の発光ランプ。
【請求項４】
閃光放電ランプとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラスよりなるガラスバルブを備えてなる発光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば閃光放電ランプなどの発光ランプは、その内部に発光空間を気密に区画する放電容器を構成するガラスバルブを備えており、このガラスバルブは、通常、石英ガラスにより形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
而して、ガラスバルブを構成する石英ガラスにおいては、割れが生じてしまうために使用寿命が短い、という問題があり、この問題は、紫外線の放射量が多い高出力型の発光ランプにおいて特に顕著である。
【０００４】
このような問題を解決するために、ガラスバルブを、高い紫外線透過性を有し、従って、紫外線の吸収率が低い石英ガラスにより形成することにより、割れの発生を抑制することも考えられるが、この場合には、当該発光ランプより多量の紫外線が放射されてしまう、という問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１８５０８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らが、上記の問題について鋭意研究を重ねた結果、以下のような理由により、ガラスバルブに割れが生じてしまうことが判明した。
図４は、ガラスバルブを形成する石英ガラスが紫外線に照射される状況を、管軸に垂直な断面で示す説明用模式図、図５は、図４に示すガラスバルブの一部を拡大して示す説明用模式図である。
ガラスバルブ２０を形成する石英ガラスは、紫外線ＵＶを含む光が発光空間Ｒにおいて放射された場合には、当該紫外線の一部または全部を吸収するが、これによりアモルファス構造に変化が生じて、収縮現象が発生する。
【０００７】
そして、発光空間Ｒに露出するために紫外線の吸収量が最も多い最内表面部２２は、図５に示すように、例えばその面方向に収縮現象が生じることにより、当該方向において収縮しようとする力ＦＣが作用する。一方、この最内表面部２２は、紫外線ＵＶの吸収が少なくて、収縮力が殆ど生じていない主体部２１と一体の構成とされているため、この収縮力ＦＣに比例する大きさの引っ張り応力ＦＥが、当該面方向において生ずる結果となる。
【０００８】
然るに、石英ガラスは、収縮力に対する耐久性は大きいが、引っ張り応力に対する耐久性がきわめて小さいものであるため、最内表面部２２に引っ張り応力ＦＥが生ずることにより微細な亀裂が形成され、最終的にガラスバルブ２０に割れが生じてしまう。
【０００９】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、紫外線を含む光を発光するランプであって、しかも高い耐久性を有するガラスバルブを有する発光ランプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ランプは、石英ガラスよりなるガラスバルブを備え、紫外線を含む光を発光する発光ランプであって、ガラスバルブは、発光空間である内部空間に露出する最内表面を構成する第１の石英ガラスにより形成された内面側ガラス層と、この内面側ガラス層より外側に位置された、第２の石英ガラスにより形成された外面側ガラス層とよりなり、第１の石英ガラスは、その紫外線の吸収率が第２の石英ガラスより低いものであることを特徴とする。ここで、前記内面側ガラス層を形成する第１の石英ガラスは、フッ素がドープされた石英ガラス、または、外面側ガラス層を形成する第２の石英ガラスよりヒドロキシ基濃度が低い石英ガラスであることが好ましい。また、発光ランプが、閃光放電ランプとして構成されていることが好ましい。
【００１１】
【作用】
以上のような発光ランプによれば、ガラスバルブの最内表面は、紫外線の吸収率が低くて紫外線透過性の高い第１の石英ガラスよりなる内面側ガラス層により構成されていることにより、発光される光に含まれる紫外線は主として外面側ガラス層によって吸収されるため、当該内面側ガラス層を形成する石英ガラスに生ずる収縮が小さく、その結果、当該ガラスバルブの最内表面においては紫外線の吸収に起因した収縮力、従って引っ張り応力が発生したとしても小さいものであるため、ガラスバルブにおいて割れが発生することが十分に抑制される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る閃光放電ランプの構成について、放電容器の管軸に沿った断面を一部を省略して示す説明用断面端面図、図２は、図１の閃光放電ランプの構成について、管軸に垂直な断面を一部を省略して示す説明用断面図である。
【００１３】
この閃光放電ランプ１０は、その両端部において気密に封止されて、その内部に発光空間である放電空間を区画する放電容器を構成する直管状のガラスバルブ１１と、このガラスバルブ１１の管軸上において互いに対向して設けられた、例えばタングステンよりなる一対の放電電極１４と、この放電電極１４の各々から外部へ伸びる電極棒１５とにより構成されている。１６は、電極棒１５の給電端子部である。
ここで前記放電容器内には、例えばキセノンガスよりなる希ガスが４０〜２００ｋＰａ、好ましくは４０〜１００ｋＰａの封入圧で封入されている。
ここで、放電容器内に封入される希ガスとしては、クリプトン、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスを用いることができる。
【００１４】
ガラスバルブ１１は、その放電空間に露出する最内表面を構成する、内面側ガラス層１３と、この内面側ガラス層１３より外側の位置であって、その外面に積層されて、当該放電空間に露出しないよう設けられた外面側ガラス層１２とにより構成されている。
【００１５】
内面側ガラス層１３は、紫外線の吸収率が低い第１の石英ガラスよりなるものである。
ここで、内面側ガラス層１３は、０．５〜１００μｍの厚さを有していることが好ましく、特に５〜５０μｍの厚さを有していることが好ましく、更には１５〜２５μｍであることが好ましい。
【００１６】
内面側ガラス層１３を形成する第１の石英ガラスは、外面側ガラス層１２を形成する第２の石英ガラスより紫外線の吸収率が低いものであり、その材質としては、紫外線の吸収率が前記第２の石英ガラスより低いものであれば特に限定されるものではなく、例えば、第２の石英ガラスが溶融ガラスである場合には、フッ素をドープした石英ガラス、合成石英ガラス、当該第２の石英ガラスよりヒドロキシ基濃度が低い石英ガラスなどを挙げることができ、特にフッ素をドープした石英ガラス、第２の石英ガラスよりヒドロキシ基濃度が低い石英ガラスを好ましく用いることができる。
【００１７】
第１の石英ガラスとしては、厚さ１ｍｍにおける紫外線の吸収端（以下、単に「特定の紫外線吸収端」ともいう。）が２２０ｎｍ以下、特に２００ｎｍ以下であることが好ましく、更には、厚さ１ｍｍ換算の紫外線の吸収率（以下、単に「特定の吸収率」ともいう。）（単位％）の、波長１００〜４００ｎｍの範囲における積算値（以下、単に「特定の積算値」ともいう。）（単位％・ｎｍ）が、外面側ガラス層１２を形成する第２の石英ガラスに係る当該特定の積算値より、５％以上低いことが好ましく、特に２０％以上低いことが好ましい。
そして、以上のような紫外線の吸収特性を有する第１の石英ガラスとしては、例えば、フッ素が１０〜５００００ｐｐｍ、特に好ましくは１００〜１００００ｐｐｍの割合でドープされた石英ガラス、また、そのヒドロキシ基濃度が、当該第２の石英ガラスにおけるヒドロキシ基濃度より１０ｐｐｍ以上、特に好ましくは１００ｐｐｍ以上低いものを好適に用いることができる。
【００１８】
外面側ガラス層１２は、紫外線の吸収率が高い第２の石英ガラスよりなるものである。
この外面側ガラス層１２を形成する第２の石英ガラスは、内面側ガラス層１３を形成する第１の石英ガラスより紫外線の吸収率が高いものであり、例えば特定の紫外線吸収端が２２５ｎｍであり、更に、例えば波長１８０〜２４０ｎｍの紫外線の特定の吸収率が４０〜１００％であるものを好ましく用いることができる。
このような第２の石英ガラスの材質としては、例えば、第１の石英ガラスが合成石英ガラスである場合には、溶融石英ガラス、例えば「パイレックス（登録商標）ガラス」などのナトリウムを４〜６％含有するホウケイ酸ガラス、ホウ素（Ｂ）をドープした石英ガラス、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）などの希土類元素をドープした石英ガラス、チタニウム（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）などの遷移金属をドープした石英ガラスなどを挙げることができ、特にホウ素（Ｂ）をドープした石英ガラスを好ましく用いることができる。
【００１９】
以上において、ガラスバルブ１１は、その内径が例えば５〜２０ｍｍであることが好ましく、その外径が、例えば７〜２２ｍｍであることが好ましく、例えばその内径が８ｍｍであり外径が１０ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
上記の閃光放電ランプ１０においては、給電用外部電源から電力が供給されることにより、紫外線を含む光が発光空間である放電空間から放射されることとなるが、この発光空間に露出した最内表面を構成する内面側ガラス層１３は、外面側ガラス層１２を形成する第２の石英ガラスより紫外線の吸収率が低い第１の石英ガラスにより形成されているため、放射された紫外線は、この内面側ガラス層１３により吸収されずに透過し、外面側ガラス層１２によって吸収されることとなる。
【００２１】
その結果、内面側ガラス層１３においては紫外線の吸収量が抑制されるため、当該石英ガラスにおける収縮、およびこの収縮に伴う収縮力の発生が抑制される。その結果、当該最内表面において過大な引っ張り応力が作用することがなく、割れが生じることが抑制される。
【００２２】
しかも、外面側ガラス層１２が紫外線を吸収することにより収縮し、この収縮に伴う収縮力が外面側ガラス層と内面側ガラス層１３との界面において生じた場合であっても、当該収縮力に対して作用される引っ張り応力は、一体的に構成された内面側ガラス層１３によって緩和されるため、当該界面においても割れが生じることが抑制され、その結果、ガラスバルブ１１全体として、紫外線の吸収に対して優れた耐久性を有するものとなる。
【００２３】
閃光放電ランプ１０のガラスバルブ１１を構成する、内面側ガラス層１３を有するランプ用ガラスバルブ材料の製造方法を説明する。
ガラスバルブ材料は、例えば溶融石英ガラスにより形成された、外面側ガラス層１２とされる直管状のガラスバルブ基材の内表面に、内面側ガラス層１３を例えばゾル−ゲル法により形成することにより得られる。
【００２４】
すなわち、例えば溶融石英ガラスにより形成された外面側ガラス層１２となるガラスバルブ基材の内表面に、ケイ素含有アルコキシド化合物と、アルコールと、ｐＨ調整剤とよりなるコーティング溶液を適宜の手法により塗布してコーティング膜を形成し、更にこのコーティング膜を乾燥させた後、加熱炉で一次焼成を行う。そして、同一のガラスバルブ基材について、このコーティング膜を形成する工程、コーティング膜を乾燥させる工程および、一次焼成を行う工程を所定の回数繰り返すことにより必要とされる厚さを有する材料層を形成し、この材料層を、例えば硫化フッ素（ＳＦ６  ）を含有するヘリウム気流中で、または真空雰囲気で二次焼成することにより、フッ素がドープされた石英ガラス、または外面側ガラス層１２を形成する第２の石英ガラスよりヒドロキシ基濃度が低い石英ガラスにより形成された内面側ガラス層１３を有するガラスバルブ材料を製造する。
【００２５】
以上、本発明の具体的な形態に基づいて説明したが、本発明は、上述の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、発光ランプは、いわゆる一端封止型のものであってもよい。
また、発光ランプは、連続点灯型のものであってもよい。
【００２６】
また、図３に示すように、内面側ガラス層１３ａと外面側ガラス層１２ａとの間に、中間層１７が設けられた構成とすることができる。この例においては、中間層１７と外面側ガラス層１２ａとのどちらか一方を、前記第２の石英ガラスにより形成して、その紫外線の吸収率が内面側ガラス層１３ａを形成する第１の石英ガラスより高い構成とすればよい。そして、例えば中間層１７を第２の石英ガラスにより形成した場合には、外面側ガラス層１２ａを形成する材質は、特に制限されることがない。
ここで、中間層１７は、例えば０．５μｍ以上、特に１〜１００μｍの厚さを有するものであることが好ましい。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
＜実施例１＞
テトラエトキシシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２  Ｈ５  ）４  ）にエチルアルコール（Ｃ２  Ｈ５  ＯＨ）とアンモニア水を添加して、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液に、外径が１０ｍｍ、内径が８ｍｍであって、特定の紫外線吸収端が１５２ｎｍ、波長１８０ｎｍの紫外線の特定の吸収率が５０％であるガラスバルブ基材を浸漬して、その内表面にコーティング膜を形成すると共に、このコーティング膜を、１時間乾燥させた後、４００℃で１５分間一次焼成した。
【００２８】
そして、同一のガラスバルブ基材について、上記のコーティング膜を形成する工程、コーティング膜を乾燥させる工程および、一次焼成する工程を所定の回数繰り返すことによりガラスバルブ基材の内面に厚さ５μｍの厚さを有する材料層を形成し、その後、当該ガラスバルブ基体を、加熱炉において硫化フッ素ＳＦ６  （５％）を含むヘリウムガス気流中で、１４００℃で４５分間加熱することによりフッ素が２０００ｐｐｍの割合でドープされ、ガラスバルブ基材のシリカガラスに比較して紫外線の吸収率が低い内面側ガラス層を有するガラスバルブ材料を得た。なお、内面側ガラス層は、特定の積算値がガラスバルブ基材に係る当該特定の積算値に比較して、２０％低いものであった。
このようにして内面側ガラス層が形成されたガラスバルブ材料を用いてガラスバルブを形成し、その内部空間に、タングステンよりなる一対の電極を配設すると共に、キセノンを６０ｋＰａの圧力で封入して、軸方向の発光長さが１４０ｍｍである閃光放電ランプを製造した。
【００２９】
＜実施例２＞
チタンを、酸化チタン（ＴｉＯ２  ）換算で３質量％含有するアセチルアセトンチタン錯体化合物に、エチルアルコール（Ｃ２  Ｈ５  ＯＨ）を添加してコーティング溶液を調製した。このコーティング溶液に、外径が１０ｍｍ、内径が８ｍｍのガラスバルブ基材を浸漬して、その内表面にコーティング膜を形成すると共に、このコーティング膜を、１時間乾燥させた後、４００℃で１５分間一次焼成した。
【００３０】
そして、同一のガラスバルブ基材について上記のコーティング膜を形成する工程、コーティング膜を乾燥させる工程および、一次焼成する工程を繰り返すことにより、ガラスバルブ基材の内面に厚さ５μｍの厚さを有する材料層を形成し、その後、酸水素バーナーを利用して当該材料層を加熱して焼きこむことにより中間層が形成されたガラスバルブ中間体を得た。
【００３１】
そして、テトラエトキシシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２  Ｈ５  ）４  ）にエチルアルコール（Ｃ２  Ｈ５  ＯＨ）を添加してコーティング溶液を調製した。このコーティング溶液に、前記ガラスバルブ中間体を浸漬して、その内表面にコーティング膜を形成すると共に、このコーティング膜を、１時間乾燥させた後、４００℃で１５分間一次焼成した。
【００３２】
そして、同一のガラスバルブ中間体について上記のコーティング膜を形成する工程、コーティング膜を乾燥させる工程および、一次焼成する工程を繰り返すことにより、ガラスバルブ中間体の内面であって、中間層の内面に厚さ５μｍの厚さを有する材料層を形成し、その後、酸水素バーナーを利用して当該材料層を加熱して焼きこむことにより、特定の吸収端が２２０ｎｍ、波長２４０ｎｍの紫外線の特定の吸収率が５０％である中間層および、特定の積算値が中間層を形成するシリカガラスに比較して６０％低い内面側ガラス層が形成されたガラスバルブ材料を得た。
このようにして中間層および内面側ガラス層が形成されたガラスバルブ材料を用いてガラスバルブを形成し、その内部空間に、タングステンよりなる一対の電極を配設すると共に、キセノンを６０ｋＰａの圧力で封入して、軸方向の発光長さが１４０ｍｍである閃光放電ランプを製造した。
【００３３】
＜実施例３＞
テトラエトキシシリケート（Ｓｉ（ＯＣ２  Ｈ５  ）４  ）にエチルアルコール（Ｃ２  Ｈ５  ＯＨ）とアンモニア水を添加して、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液に、外径が１０ｍｍ、内径が８ｍｍであって、紫外線の特定の吸収端が、１６５ｎｍ、波長１７２ｎｍの紫外線の特定の吸収率が５０％、ヒドロキシ基濃度が８００ｐｐｍのガラスバルブ基材を浸漬して、その内表面にコーティング膜を形成すると共に、このコーティング膜を、１時間乾燥させた後、４００℃で１５分間一次焼成した。
【００３４】
そして、同一のガラスバルブ基材について、上記のコーティング膜を形成する工程、コーティング膜を乾燥させる工程および、一次焼成する工程を所定の回数繰り返すことによりガラスバルブ基材の内面に厚さ５μｍの厚さを有する材料層を形成し、その後、当該ガラスバルブ基体を１０−４Ｐａの真空雰囲気において１４００℃で１時間加熱することにより、ヒドロキシ基濃度が１００ｐｐｍであり、特定の積算値が前記ガラスバルブ基材に係る当該特定の積算値に比較して５％低い内面側ガラス層を有するガラスバルブ材料を得た。
このようにして内面側ガラス層が形成されたガラスバルブ材料を用いてガラスバルブを形成し、その内部空間に、タングステンよりなる一対の電極を配設すると共に、キセノンを６０ｋＰａの圧力で封入して、軸方向の発光長さが１４０ｍｍである閃光放電ランプを製造した。
【００３５】
＜比較例１＞
実施例１において用いたものと同一のガラスバルブ基体を用いて、内面側ガラス層を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、閃光放電ランプを製造した。
【００３６】
＜実験例＞
実施例１乃至実施例３および比較例１による閃光放電ランプの各１０本について、それぞれをパルス幅７０μｓ、入力エネルギー７００Ｊの点灯条件で、３０秒間に１回フラッシュするよう繰り返し点灯し、点灯回数が１００００回に達した後にガラスバルブに割れが生じている閃光放電ランプの数を目視にて確認した。
結果を下記表１に示す。
【００３７】
【表１】
2004227973.tif 000003
【００３８】
実施例１乃至実施例３に係る閃光放電ランプは、いずれも、そのガラスバルブが高い耐久性を有するものであることが、表１の結果から確認された。
【００３９】
【発明の効果】
以上のような発光ランプによれば、ガラスバルブの最内表面は、紫外線の吸収率が低くて紫外線透過性の高い第１の石英ガラスよりなる内面側ガラス層により構成されていることにより、発光される光に含まれる紫外線は主として外面側ガラス層によって吸収されるため、当該内面側ガラス層を形成する石英ガラスに生ずる収縮が小さく、その結果、当該ガラスバルブの最内表面においては紫外線の吸収に起因した収縮力、従って引っ張り応力が発生したとしても小さいものであるため、ガラスバルブにおいて割れが発生することが十分に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る閃光放電ランプの構成について、放電容器の軸に沿った断面を一部を省略して示す説明用断面端面図である。
【図２】図１の閃光放電ランプの構成について、管軸に垂直な断面を一部を省略して示す説明用断面図である。
【図３】図１の閃光放電ランプにおいて、導電性接着剤を用いてリード線を接続した例を示す拡大説明用断面図である。
【図４】ガラスバルブを形成する石英ガラスが紫外線に照射される状況を、管軸に垂直な断面で示す説明用模式図である。
【図５】図４に示すガラスバルブの一部を拡大して示す説明用模式図である。
【符号の説明】
１０  閃光放電ランプ
１１  ガラスバルブ
１２、１２ａ  外面側ガラス層
１３、１３ａ  内面側ガラス層
１４  放電電極
１５  電極棒
１６  給電端子部
１７  中間層
２０  ガラスバルブ
２１  主体部
２２  最内表面部
【図１】
2004227973.tif 000004
【図２】
2004227973.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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