(57)【要約】  【課題】電極の損傷がなく点消灯時の熱応力の変化によって封着部にクラックが生じるおそれもない放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの提供。  【解決手段】両端開口部が封着され、ＮａおよびＳｃのハロゲン化物が希ガスとともに封入されかつ電極棒１４が対設された内容積５０μｌ以下の密閉チャンバー部を備えた水銀フリーアークチューブで、電極棒１４を、密閉チャンバー部１２内に突出する先端側１５とピンチシール部１３に封着された基端側１６の横断面積Ａ１，Ａ２の比Ａ１／Ａ２が１．１〜７．３の範囲の段付き形状に構成した。密閉チャンバー１２内の電極棒先端側１５は、横断面積が大きく熱容量が大きいので、管電流が増加する仕様であっても電極の消耗や黒化等の損傷が少ない。封着部１３内の電極棒基端側１６は、その横断面積が小さく、封着部１３の石英ガラス層の電極棒表面に沿って広範囲に形成された残留圧縮歪層１９が、アークチューブの点消灯で電極棒１４と石英ガラス層の界面に発生する熱応力を吸収し、封着部１３でのクラックの発生を抑制する。  【選択図】  図１
2005183164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端開口部が封着され、ＮａおよびＳｃのハロゲン化物が希ガスとともに封入されかつ電極棒が対設された内容積５０μｌ以下の密閉チャンバーを備えた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブにおいて、
前記電極棒は、前記密閉チャンバー内に突出する先端側領域の横断面積Ａ１と前記封着部に封着された基端側領域の横断面積Ａ２の比（Ａ１／Ａ２）が１．１〜７．３の範囲の段付き形状に構成された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。
【請求項２】
前記電極棒の先端側領域の長さが１．０〜２．０mmの範囲に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。
【請求項３】
前記電極棒は、先端側領域の外径ｄ１と基端側領域の外径ｄ２の比（ｄ１/ｄ２）が１．２〜２．７の範囲となる段付き同芯円柱形状に構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
【請求項４】
前記アークチューブは石英ガラス製で、前記封着部はピンチシール部で構成され、前記密閉チャンバーは密閉ガラス球で構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
【請求項５】
前記ピンチシール部には、一端側を前記電極棒の基端側領域に、他端側を該ピンチシール部から導出するリード線にそれぞれ接続したモリブデン箔が封着されたことを特徴とする請求項４に記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
【請求項６】
前記アークチューブは透光性セラミックス製で、前記密閉チャンバーは密閉セラミックス管円筒部で構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両端開口部が封着され、ＮａおよびＳｃのハロゲン化物が希ガスとともに封入されかつ電極棒が対設された内容積５０μｌ以下の密閉チャンバー部を備えた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は従来の放電ランプ装置であり、石英ガラス製アークチューブ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４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ガラス製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。
【０００３】
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，５ｂ間に、電極棒６，６を対設し発光物質（ＮａやＳｃのハロゲン化物やＨｇ）を希ガスとともに封入した密閉ガラス球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、密閉ガラス球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、ピンチシール部５ｂにおける気密性が確保されている。
【０００４】
即ち、電極棒６としては、耐熱性および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、伸縮性および柔軟性に優れ、石英ガラスと比較的なじみのよいモリブデン箔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。
【０００５】
しかし、アークチューブの点灯時と消灯時でピンチシール部５ｂにおける温度差が大きく、線膨張係数が大きく異なる電極棒と石英ガラス層間には、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を封着するピンチシール部（石英ガラス層）５ｂにクラックが発生し、封入物質がリークし、点灯不良や寿命の低下につながるという問題があった。
【０００６】
この問題に対しては、アークチューブの製造過程においてピンチシール部５ｂに生じた残留圧縮歪が所定の領域にわたって残っている場合の方が、アークチューブの点灯に伴う温度上昇に伴ってピンチシール部の石英ガラス層に生じる熱応力が分散されるので、それだけピンチシール部の石英ガラス層にクラックが生じにくく、アークチューブの寿命が延びる、という考えの基に、下記特許文献１（特開２００１−１５０６７）が提案された。
【０００７】
即ち、特開２００１−１５０６７は、図１２に示すように、ピンチシール部５ｂにおける石英ガラス層の電極棒６との密着面に、広範な所定範囲にわたって残留圧縮歪層９が形成された構造で、アークチューブの点灯時に電極棒６と石英ガラス層の界面に発生する熱応力が残留圧縮歪層９によって吸収分散されて石英ガラス層側に伝達されるため、ピンチシール部５ｂの石英ガラス層には封入物質のリークにつながるクラックが発生しないというものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１５０６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
また、密閉ガラス球５ａ内に封入されているＨｇは、所定の管電圧を維持し、電極への電子の衝突量を減少させて電極の損傷を緩和する非常に有用な物質であるが、環境有害物質であることから、最近では、環境有害物質であるＨｇを封入しない、いわゆる水銀フリーアークチューブの開発が進められている。
【００１０】
そして、水銀フリーにした場合には、管電圧が下がり、放電に必要な管電力が得られないため、管電力を上げるべくアークチューブに供給する電流（管電流）を増加させる必要があり、それだけ電極の負荷が増加し、電極が損傷（消耗や黒化）し、発光効率の低下やアークの立ち消えにつながるという問題が発生した。これに対しては、電極棒６の径を太くすることで対応できるが、電極６が太すぎると、ピンチシール後にピンチシール部が冷える過程で、電極棒と石英ガラス層との熱収縮量の差が大きく顕在化し、石英ガラス層の電極棒との界面が剥離してしまって、ピンチシール部５ｂにおける石英ガラス層の電極棒６の周りに、アークチューブ点灯時に発生する熱応力を吸収緩和できる十分な大きさの残留圧縮歪層９を形成することができず、アークチューブの点消灯によってピンチシール部５ｂには封入物質のリークにつながるクラックが発生してしまうという新たな問題が生じた。
【００１１】
そこで、発明者は、密閉ガラス球５ａ内に配置される電極棒６先端側領域の外径を太くするとともに、ピンチシール部５ｂに封着される電極棒６基端側領域の外径を細くすればよいと考えて、先端側領域と基端側領域で外径の異なる種々の段付き電極棒を試作して、電極の損傷（電極の消耗や黒化）の発生率とピンチシール部におけるクラックの発生率について実験を重ね考察したところ、電極棒の形状をこのような段付き形状とすることで、前記した電極の損傷とクラックの発生という相反する問題点を解決できることが確かめられたので、本発明を提案するに至ったものである。
【００１２】
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、電極が損傷せず点消灯時の熱応力の変化によって封着部にクラックが生じない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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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アークチューブにおいては、両端開口部が封着され、ＮａおよびＳｃのハロゲン化物が希ガスとともに封入されかつ電極棒が対設された内容積５０μｌ以下の密閉チャンバーを備えた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブにおいて、
前記電極棒を、前記密閉チャンバー内に突出する先端側領域の横断面積Ａ１と前記封着部に封着された基端側領域の横断面積Ａ２の比（Ａ１／Ａ２）が１．１〜７．３の範囲の段付き形状に構成するようにした。
【００１４】
ここで、「段付き形状」とは、先端側領域と基端側領域間の段差部が実施例に示すような直角形状に形成されているものに限らず、段差が徐変するテーパ形状やスロープ形状といった形状も含む。
【００１５】
なお、アークチューブとしては、請求項４に示すように、石英ガラス製のアークチューブであって、前記封着部がピンチシール部で構成され、前記密閉チャンバーが密閉ガラス球で構成された構造と、請求項６に示すように、透光性セラミックス製のアークチューブであって、前記封着部が、例えば、前記電極棒の基端側領域外周に溶接一体化したモリブデンパイプと、モリブデンパイプ外周面とセラミックス管内周面間に装填されたメタライズ層で構成された構造とがある。
【００１６】
（作用）密閉チャンバー内の電極（電極棒先端側領域）は、その横断面積が大きいほど、電極の熱容量が大きく、それだけ電極が消耗したり黒化するといった電極の損傷が少ない。したがって、水銀フリーアークチューブ仕様（管電圧の低下を補うべく管電流を増加させるように構成した仕様）に対し、十分に対応できる。しかし、その横断面積が大きすぎると、電極の熱容量が大きすぎて、電極先端部での熱エネルギーの消費が増え、光エネルギーとしての消費、即ち、エネルギー効率が低下するので、単純に大きければよいという訳ではない。したがって、電極棒先端側領域の横断面積の上限は、例えば、この種のアークチューブ用の電極の外径寸法規格の上限０．４ｍｍ相当の面積（０．０４πｍｍ２）となる。
【００１７】
一方、例えば石英ガラス製アークチューブの封着部であるピンチシール部におけるクラックの発生防止という点では、電極棒基端側領域の横断面積は小さいほうが望ましい。
【００１８】
即ち、電極棒基端側領域の横断面積は、ピンチシール部内の電極棒基端側領域の周りへの残留圧縮歪層（クラック発生につながる熱応力を緩和（吸収）するに有効な残留歪層）の形成に影響し、横断面積が大きいとその形成は不十分で、横断面積が小さい方がその形成が確実である。以下、これについて説明する。
【００１９】
ピンチシール直後の石英ガラス層と電極棒間の境界には、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応力（電極棒側には引張応力、石英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、石英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、ピンチシール部をピンチシールする時の温度以上には上昇しないので、石英ガラス層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石英ガラス層に生じる熱応力は、軸方向，周方向のいずれの方向においても、予め非点灯時のピンチシール部の石英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。
【００２０】
このように、点灯時のピンチシール部における石英ガラス層には、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。このため、この残留圧縮歪層が電極棒の周りに広範囲に形成されていると、この残留圧縮歪層が、アークチューブの点灯による温度上昇に伴って石英ガラス層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によって、繰り返し発生する熱応力が吸収分散されて石英ガラス層側に伝達されるため、石英ガラス層には封入物質のリークにつながるクラックが発生しないのである。
【００２１】
したがって、電極棒基端側領域の周りには、広範囲の残留圧縮歪層が形成されていることが望ましいが、電極棒基端側領域の横断面積が大きすぎると、ピンチシール後にピンチシール部が冷える過程で、電極棒と石英ガラス層との熱収縮量の差が大きく顕在化し、石英ガラス層の電極棒との界面が剥離してしまって、残留圧縮歪層が広範囲に形成されず、アークチューブの点灯により電極棒と石英ガラス層の界面に発生する熱応力を十分に吸収できない。このため、電極棒基端側領域の横断面積は小さいほうが、残留圧縮歪層が確実に形成されて、クラックの発生を防ぐ上で、望ましい。
【００２２】
また、電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の横断面積Ａ１，Ａ２の面積比Ａ１/Ａ２とクラック発生率および電極折れ発生率には、図６（ａ），（ｂ）に示すような相関関係がある。即ち、Ａ１／Ａ２が大きくなると電極折れ発生率が増加し、Ａ１／Ａ２が小さくなるとクラック発生率が増加するので、Ａ１／Ａ２は、クラック発生率および電極折れ発生率０．５％未満を満足する、１．１〜７．３の範囲に構成することが望ましい。
【００２３】
また、セラミックス製アークチューブでは、図１０に示すように電極棒１４Ｄを溶接一体化したモリブデンパイプ２４がセラミックス管２２内に挿通され、モリブデンパイプ２４とセラミックス管２２間に装填したメタライズ層２５によって、セラミックス管２２の開口部が封着されている。
【００２４】
そして、電極棒基端側領域は、その横断面積が大きいほど、点灯時の熱膨張量が大きく、封着部であるモリブデンパイプ２４，溶接部２６およびメタライズ層２５を介してセラミックス管２２に作用する熱応力も大きく、それだけセラミックス管２２にはクラックが発生し易い。
【００２５】
したがって、セラミックス製アークチューブにおいても、電極棒基端側領域の横断面積は小さい方が望ましく、石英ガラス製アークチューブと同様の条件式（Ａ１／Ａ２が１．１〜７．３の範囲）が有効である。
【００２６】
また、請求項２においては、請求項１に記載の放電ランプ装置用アークチューブにおいて、前記先端側領域の長さを１．０〜２．０mmの範囲に構成するようにした。
【００２７】
（作用）図４に示すように、電極棒先端側領域Ｌの長さが２．０mmを超えると、電極の熱容量が大きくなって、それだけ電極先端部での熱エネルギーの消費が増え、光エネルギーとしての消費、即ち、エネルギー効率（ルーメン/ワット）が急激に低下する。一方、電極棒先端側領域Ｌの長さが１．０mm未満では、電極の熱容量が小さい分、電極の温度が上がりすぎて、電極が激しく消耗したり段差部での折れが発生する。したがって、電極棒先端側領域の長さは、最大効率に近い約９０ルーメン/ワット以上のエネルギー効率が確保でき、かつ電極が損傷しない１〜２mmの範囲が望ましい。
【００２８】
また、請求項３においては、請求項１または２に記載の放電ランプ装置用アークチューブにおいて、前記電極棒を、前記先端側領域の外径ｄ１と前記基端側領域の外径ｄ２の比（ｄ１/ｄ２）が１．１〜２．７の範囲となる段付き同芯円柱形状に構成するようにした。
【００２９】
（作用）先端側領域の外径ｄ１と前記基端側領域の外径ｄ２の比ｄ１/ｄ２も、電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の横断面積Ａ１，Ａ２の面積比Ａ１/Ａ２と同様、クラック発生率および電極折れ発生率と相関関係がある（図３（ａ），（ｂ）参照）。即ち、ｄ１/ｄ２が大きくなると電極折れ発生率が増加し、ｄ１/ｄ２が小さくなるとクラック発生率が増加するので、ｄ１/ｄ２は、クラック発生率および電極折れ発生率０．５％未満を満足する、１．１〜２．７の範囲に構成することが望ましい。
【００３０】
また、電極棒が段付き同芯円柱形状であることから、電極棒の形状設計が容易である。
【００３１】
また、請求項５においては、請求項１〜４のいずれかに記載の放電ランプ装置用アークチューブにおいて、前記ピンチシール部には、一端側を前記電極棒の基端側領域に、他端側を該ピンチシール部から導出するリード線にそれぞれ接続したモリブデン箔を封着するように構成した。
【００３２】
（作用）石英ガラス製アークチューブのピンチシール部では、伸縮性および柔軟性に優れ、石英ガラスと比較的なじみのよいモリブデン箔が電極棒に接続されて、ピンチシール部内のリード線から電極棒への給電路において気密性が確保されるとともに、ピンチシール部でのクラックの発生が防止される。
【発明の効果】
【００３３】
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、電極が消耗したり黒化するといった電極の損傷がなく、また、封着部でのクラックの発生もないので、長寿命な放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブが提供される。
【００３４】
請求項２によれば、高効率で、耐久性に優れた放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブが提供される。
【００３５】
請求項３によれば、石英ガラス製アークチューブの場合には、電極棒とモリブデン箔を接合する際に、モリブデン箔に対する電極棒の周方向の位置決めが不要で、それだけ電極棒とモリブデン箔との接合工程が容易となる。
【００３６】
また、セラミックス製アークチューブの場合には、電極棒が係合できるモリブデンパイプの製造（加工）は容易で、アークチューブの製造が簡単となる。
【００３７】
請求項５によれば、石英ガラス製水銀フリーアークチューブにおいて、ピンチシール部でのクラックの発生が確実に防止されるので、更なる長寿命化が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００３９】
図１〜図４は本発明の第１の実施例を示すもので、図１は本発明の第１の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（ａ）は同アークチューブを構成する電極棒の拡大側面斜視図、図２（ｂ）は同電極棒の横断面図、図３（ａ）は電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の外径比に対するピンチシール部のクラック発生率および電極折れ発生率の関係を示す図、図３（ｂ）は電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の外径比に対する電極棒不良率の関係を示す図、図４は電極棒先端側領域の長さとアークチューブの効率の関係を示す図である。
【００４０】
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、３５Ｗの定格電力で動作する水銀フリーの放電ランプ装置である点を除いて、その構造は、図１１に示す従来構造と略同一であり、その説明は省略する。
【００４１】
アークチューブ１０は、直線状延出部の長手方向途中に球状膨出部が形成された円パイプ形状の石英ガラス管の球状膨出部寄りがピンチシールされて、内容積５０μｌ以下の放電空間を形成する楕円体形状又は円筒形状のチップレス密閉ガラス球１２の両端部に横断面矩形状のピンチシール部１３，１３が形成された非常にコンパクトな構造で、密閉ガラス球１２内には、発光物質である（ＮａＩ，ＳｃＩ３）および水銀に代わるＴｈＩ４等の緩衝用金属ハロゲン化物が始動用希ガス（例えば、Ｘｅガス）とともに封入されている。
【００４２】
また密閉ガラス球１２内には、放電電極を構成するタングステン製の電極棒１４，１４が対向配置されており、電極棒１４，１４はピンチシール部１３に封着されたモリブデン箔１７に接続され、ピンチシール部１３，１３の端部からはモリブデン箔１７，１７に接続されたモリブテン製リード線１８，１８が導出している。
【００４３】
また、従来のアークチューブ（図１２参照）では、電極棒が均一の太さに形成されているのに対し、本実施例のアークチューブでは、密閉ガラス球１２内に突出する外径ｄ１の円柱状先端側領域１５とピンチシール部１３に封着された外径ｄ２（＜ｄ１）の円柱状基端側領域１６とが同芯状に連続する段付き円柱型に形成されている。
【００４４】
詳しくは、密閉ガラス球１２内の電極棒先端側領域１５は、その外径ｄ１が大きいほど、電極の熱容量が大きく、それだけ電極が消耗したり黒化するといった電極の損傷が少ないので、外径ｄ１は、この種のアークチューブ用円柱形状電極としての外径寸法規格値の上限０．４mmを超えない範囲で、できるだけ大きい寸法（例えば０．３〜０．４mm）が望ましい。なお、外径ｄ１が大きすぎると、電極の熱容量が大きすぎて、電極先端部での熱エネルギーの消費が増え、光エネルギーとしての消費、即ち、エネルギー効率が低下するが、アークチューブ用タングステン電極としての規格値上限０．４mmを超えなければ問題はない。
【００４５】
一方、ピンチシール部１３に封着された電極棒基端側領域１６の外径ｄ２は、アークチューブの点灯に伴ってピンチシール部１３の石英ガラス層に発生する熱応力を緩和（吸収）する残留圧縮歪層１９が電極棒基端側領域１６の周りに広範囲に形成されるように、できるだけ小さい寸法（例えば、０．１〜０．３mm）が望ましい。
【００４６】
即ち、ピンチシール直後のガラス層と電極棒間の境界には、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応力（電極棒側には引張応力、石英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、石英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、ピンチシール部をピンチシールする時の温度以上には上昇しないので、石英ガラス層に残留圧縮歪層１９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石英ガラス層に生じる熱応力は、軸方向，周方向のいずれの方向においても、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。
【００４７】
したがって、点灯時のピンチシール部における石英ガラス層には、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。このため、この残留圧縮歪層１９が電極棒１４の周りに広範囲に形成されていると、この残留圧縮歪層１９が、アークチューブの点灯による温度上昇に伴って石英ガラス層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１９によって、繰り返し発生する熱応力が吸収分散されて石英ガラス層側に伝達されるため、石英ガラス層には封入物質のリークにつながるクラックが発生しないのである。
【００４８】
このため、電極棒基端側領域１６の周りに広範囲に残留圧縮歪層１９が形成されていることが望ましいが、電極棒基端側領域１６の外径ｄ２が大きすぎると、ピンチシール後にピンチシール部が冷える過程で、電極棒と石英ガラス層との熱収縮量の差が大きいため、石英ガラス層の電極棒との界面が剥離してしまって、残留圧縮歪層１９が広範囲に形成されず、アークチューブの点灯により電極棒１６と石英ガラス層の界面に発生する熱応力を十分に吸収できない。
【００４９】
以上の理由から、本実施例では、電極棒基端側領域１６の外径ｄ２が電極棒先端側領域１５の外径ｄ１（例えば、０．３〜０．４mm）よりも小さく（例えば、０．１〜０．３mm）形成することで、ピンチシール部１３の電極棒基端側領域１６の周りに広範囲に残留圧縮歪層１９が形成された構造となっており、これによって、アークチューブの点灯に伴ってピンチシール部１３の石英ガラス層に発生する熱応力が残留圧縮歪層１９により確実に緩和（吸収）されて、ピンチシール部１３の石英ガラス層にクラックが発生しないようになっている。
【００５０】
また、電極棒先端側領域１５と電極棒基端側領域１６の外径ｄ１，ｄ２の寸法比ｄ１/ｄ２とクラック発生率および電極折れ発生率には、図３（ａ），（ｂ）に示すような相関関係がある。即ち、ｄ１/ｄ２が大きくなると電極折れ発生率が増加し、ｄ１/ｄ２が小さくなるとクラック発生率が増加するので、不良品発生率を低く抑える（クラック発生率および電極折れ発生率が例えば０．５％未満となる）ためには、ｄ１/ｄ２は、１．２〜２．７の範囲であることが望ましい。
【００５１】
したがって、本実施例では、電極棒先端側領域１５と電極棒基端側領域１６の外径ｄ１，ｄ２の寸法比ｄ１/ｄ２が１．２〜２．７の範囲に設定されて、密閉ガラス球１２内の電極１４（１５）の損傷とピンチシール部１３におけるクラックの発生とが抑制されるようになっている。
【００５２】
また、密閉ガラス球１２内に突出する電極棒先端側領域１５の長さＬは、１．０〜２．０mmの範囲に構成されて、電極が損傷せず、かつエネルギー効率（ルーメン/ワット）の改善が図られている。
【００５３】
即ち、図４に示すように、電極棒先端側領域１５の長さＬが２．０mmを超えると、電極の熱容量が大きくなって、それだけ電極先端部での熱エネルギーの消費が増え、光エネルギーとしての消費、即ち、エネルギー効率（ルーメン/ワット）が低下する。一方、電極棒先端側領域１５の長さＬが１．０mm未満では、電極の熱容量が小さい分、電極の温度が上がりすぎて、電極が激しく消耗したり電極棒の段差部で折れが発生する。したがって、本実施例では、電極棒先端側領域１５の長さＬは、約９０ルーメン/ワット以上のエネルギー効率が確保でき、かつ電極が損傷しない、１〜２mmの範囲に設定されている。
【００５４】
また、電極棒１４を前記した所定の段付き形状に加工する方法としては、均一な外径ｄ１をもつ円柱形状の電極棒の一端側（基端側領域１６）を、切削またはエッチングによって、径ｄ２の円柱形状に形成する方法と、予め別体の外径ｄ１の先端側領域１５を外径ｄ２の基端側領域１６とを溶接によって接合一体化する方法が考えられる。
【００５５】
また、アークチューブ１０を製造する方法としては、電極棒１４，モリブデン箔１７およびリード線１８を直線状に接続一体化した電極アッシーを予め作っておき、ガラス球の成形されたガラス管の開口端部にこの電極アッシーを挿通保持し、ガラス管の開口端部をピンチシールすることで、密閉ガラス球内にＮａ，Ｓｃのハロゲン化物，水銀に代わるＴｈＩ４などの緩衝用金属ハロゲン化物等を希ガス（Ｘｅガス）とともに封止する。なお、アークチューブ１０の具体的な製造方法については、特開２００１−１５０６７に開示されており、製造されたアークチューブ１０のピンチシール部１３における電極棒１４の石英ガラス層との界面には、アークチューブの点灯に伴ってピンチシール部１３の石英ガラス層に発生する熱応力を緩和（吸収）する残留圧縮歪層１９が広範囲にわたって形成された構造となっている。
【００５６】
図５および図６は、本発明の第２の実施例を示し、図５（ａ），（ｂ）は放電ランプ装置用アークチューブの要部である電極棒の拡大側面斜視図および同電極棒の横断面図、図６（ａ）は電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の横断面の面積比に対するピンチシール部クラック発生率および電極折れ発生率の関係を示す図、図６（ｂ）は電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の横断面の面積比に対する電極棒不良率の関係を示す図である。
【００５７】
前記した第１の実施例では、電極棒１４が、先端側領域１５の外径ｄ１が大きく基端側領域１６の外径ｄ２が小さい同芯状の段付き円柱形状に構成されていたが、この第２の実施例では、電極棒１４の先端側領域１５の形状は、第１の実施例における先端側領域の形状と同一であるが、電極棒１４の基端側領域１６Ａの形状が、円柱の側面をそれぞれ同量だけ平行に切削した一対の対向側面１６ｘ１，１６ｘ２を有する形状に構成されている。
【００５８】
また、基端側領域１６Ａの横断面は、第１の実施例のような円ではなく、対向する一対の弦で円を切り取った矩形に近い異形断面で、第１の実施例のように、外径寸法で特定することができないため、図３に示す相関関係を利用できない。しかし、電極棒先端側領域１５と電極棒基端側領域１６Ａの横断面の面積比Ａ１／Ａ２に対するピンチシール部クラック発生率および電極折れ発生率には、図６（ａ），（ｂ）に示す相関関係があることが確認されたので、この図６（ａ），（ｂ）に示す相関関係にもとづいて、電極棒先端側領域１５と電極棒基端側領域１６Ａの横断面の面積比Ａ１/Ａ２が設定されている。
【００５９】
即ち、Ａ１/Ａ２が大きくなると電極折れ発生率が増加し、Ａ１/Ａ２が小さくなるとクラック発生率が増加するので、不良品発生率を低く抑える（クラック発生率および電極折れ発生率を例えば０．５％未満となるようにする）ためには、Ａ１/Ａ２は、１．１〜７．３の範囲であることが望ましいことから、本実際例では、電極棒先端側領域１５と電極棒基端側領域１６Ａの横断面の面積比Ａ１／Ａ２が１．１〜７．３の範囲（図ではＡ１/Ａ２＝１．８）に設定されている。
【００６０】
その他は、前記した第１の実施例と同様であり、同一の符号を付すことで，その重複した説明は省略する。
【００６１】
また、前記した第２の実施例では、電極棒基端側領域１６Ａの横断面が異形断面形状の一例を示したが、電極棒基端側領域１６Ａの横断面が異形断面である他の実施例としては、図７や図８に示すような円の一部の場合が考えられる。
【００６２】
図７に示す第３の実施例の電極棒基端側領域１６Ｂでは、円柱のちょうど軸心位置まで切削されたような形状で、Ａ１/Ａ２＝２となっている。また、図８に示す第４の実施例の電極棒基端側領域１６Ｃでは、円柱の軸心位置を超えた位置まで切削されたような形状で、Ａ１/Ａ２＝４．５となっている。なお、図７，８における符号１６ｘ３，１６ｘ４は切削面を示す。
【００６３】
図９は本発明の第５実施例である放電ランプ装置用アークチューブの要部である電極棒の拡大側面図である。
【００６４】
この第５の実施例の電極棒１４Ｄは、外径ｄ２のタングステン製電極棒本体の先端側領域にタングステン製コイルＣが嵌合一体化された構造で、電極棒先端側領域１５Ａ（コイルＣ）の外径ｄ１と電極棒基端側領域１６の外径ｄ２の比ｄ１／ｄ２が１．２〜２．７の範囲に設定されている。
【００６５】
図１０は本発明の第６実施例である放電ランプ装置用アークチューブの要部縦断面図である。
【００６６】
アークチューブ２０の前後端部からは、密閉チャンパーである密閉空間Ｓ内に突出する電極棒１４Ｅと電気的に接続さているリード線１８が導出し、リード線１８に紫外線遮蔽用のシュラウドガラス３０がシール（封着）されることで、両者（アークチューブ２０とシュラウドガラス３０）が一体化されている。
【００６７】
アークチューブ２０は、直円筒体形状の透光性セラミックス管２２の両端部が封着されて、セラミックス管２２の内部に電極１４Ｅ，１４Ｅが対設されかつ発光物質（ＮａＩ，ＳｃＩ３）と水銀に代わるＴｈＩ４等の緩衝用金属ハロゲン化物が始動用希ガス（Ｘｅガス）とともに封入された密閉空間Ｓが設けられた構造で、セラミックス管２２の前後の封着部２３にリード線１８がそれぞれ接合されて、同軸状に延びている。
【００６８】
符号２４は、アークチューブ２０（セラミックス管２２）の両端開口部を封着するとともに、電極棒１４Ｅを固定保持するために用いられているモリブデンパイプ、符号２５は、セラミックス管２２内周面とモリブデンパイプ２５の外周面間に装填され、セラミックス管２２とモリブデンパイプ２５とを接合してセラミックス管２２の両端開口部を封止するメタライズ層である。
【００６９】
電極棒１４Ｅは、先端側のタングステン部分１６ａと、基端側のモリブデン部分１６ｂとが溶接により同軸状に接合一体化されており、このモリブデン部分１６ｂがモリブデンパイプ２４に溶接されることで、電極１４Ｅがモリブデンパイプ２４を介してセラミックス管２２に固定されている。符号２６はレーザ溶接部である。そして、セラミックス管２２の前後端に突出するモリブデンパイプ２４には、モリブデン製リード線１８の先端屈曲部１８ａが溶接により固定されて、リード線１８と電極棒１４Ｅとが同一軸上に配置されている。
【００７０】
即ち、セラミックス管２２の両端部には、メタライズ接合によりモリブデンパイプ２４が接合固定されるとともに、このパイプ２４に電極棒１４Ｅのモリブデン部分１６ｂが溶接されて、セラミックス管２２の封着部２３が構成されている。したがって、セラミックス管２２の封着部２３とは、モリブデンパイプ２４を介して封止されたセラミックス管２２の端部をいい、詳しくは、モリブデンパイプ２４，レーザ溶接部２６およびメタライズ層２５をいう。そして、電極棒１４Ｅにおける密閉空間Ｓ内への突出部は、耐熱性に優れたタングステンで構成され、電極棒１４Ｅにおけるモリブデンパイプ２４との接合部は、モリブデンと馴染みがよいモリブデンで構成されて、電極棒１４Ｅにおける放電発光部における耐熱性とセラミックス管２２の封着部における気密性の双方を満足している。
【００７１】
また、電極棒１４Ｅは、第１の実施例の電極棒１４と同様、電極棒先端側領域１５と電極棒基端側領域１６の外径ｄ１，ｄ２の寸法比ｄ１/ｄ２が１．２〜２．７の範囲に設定された段付き円柱形状に構成されて、セラミックス管２２内の電極棒１４Ｅ（電極棒基端側領域１５）の損傷とセラミックス管２２端部でのクラックの発生とが抑制されるようになっている。
【００７２】
さらに、セラミックス管２２は、外径２．０〜４．０ｍｍ、長さ８．０〜１２．０ｍｍで、封着部２３，２３で挟まれた密閉空間Ｓの内容積が５０μｌ以下の非常にコンパクトに構成されて、耐熱性および耐久性が確保されるとともに、アークチューブ２０（セラミックス管２２）全体がほぼ均一に発光するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施例である放電ランプ装置用アークチューブの要部縦断面図である。
【図２】（ａ）同アークチューブを構成する電極棒の拡大側面斜視図である。              （ｂ）同電極棒の横断面図である。
【図３】（ａ）電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の外径比に対するピンチシール部のクラック発生率および電極折れ発生率の関係を示す図である。                        （ｂ）電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の外径比に対する電極棒不良率の関係を示す図である。
【図４】電極棒先端側領域の長さとアークチューブの効率の関係を示す図である。
【図５】（ａ）本発明の第２の実施例である放電ランプ装置用アークチューブの要部である電極棒の拡大側面斜視図である。                                                （ｂ）同電極棒の横断面図である。
【図６】（ａ）電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の横断面の面積比に対するピンチシール部クラック発生率および電極折れ発生率の関係を示す図である。                  （ｂ）電極棒先端側領域と電極棒基端側領域の横断面の面積比に対する電極棒不良率の関係を示す図である。
【図７】（ａ）本発明の第３実施例である放電ランプ装置用アークチューブの要部である電極棒の拡大側面斜視図である。                                                  （ｂ）同電極棒の横断面図である。
【図８】（ａ）本発明の第４実施例である放電ランプ装置用アークチューブの要部である電極棒の拡大側面斜視図である。                                                  （ｂ）同電極棒の横断面図である。
【図９】本発明の第５実施例である放電ランプ装置用アークチューブの要部である電極棒の拡大側面図である。
【図１０】本発明の第６実施例である放電ランプ装置用アークチューブの要部縦断面図である。
【図１１】従来の放電ランプ装置の縦断面図である。
【図１２】特許文献１の要部を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  石英ガラス製アークチューブ
１２  密閉チャンバーである密閉ガラス球
１３  封着部であるピンチシール部
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ  電極棒
１５，１５Ａ  電極棒先端側領域
ｄ１  電極棒先端側領域の外径
Ａ１  電極棒先端側領域の横断面積
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  電極棒基端側領域
ｄ２  電極棒基端側領域の外径
Ａ２  電極棒基端側領域の横断面積
１７  モリブデン箔
１８  リード線
１９  残留圧縮歪層
２０  セラミックス製アークチューブ
２２  セラミックス管  
２３  封着部  
２４  封着部を構成するモリブデンパイプ
２５  封着部を構成するメタライズ層
２６  封着部を構成するレーザ溶接部
【図１】
2005183164.tif 000003
【図２】
2005183164.tif 000004
【図３】
2005183164.tif 000005
【図４】
2005183164.tif 000006
【図５】
2005183164.tif 000007
【図６】
2005183164.tif 000008
【図７】
2005183164.tif 000009
【図８】
2005183164.tif 000010
【図９】
2005183164.tif 000011
【図１０】
2005183164.tif 000012
【図１１】
2005183164.tif 000013
【図１２】
2005183164.tif 000014