(57)【要約】【課題】本発明の目的は、封止管部のうち絞り込み部にクラックが発生することを防止し、安定した品質の放電ランプを提供することにある。【解決手段】本発明の放電ランプは、発光管部とその両端に連続して形成された封止管部とを有し透光性材料からなる放電容器と、封止管部内に支持された保持用筒体に挿通された電極芯棒と、この電極芯棒の先端に接続された陽極あるいは陰極と、からなる放電ランプにおいて、前記モリブデン箔の前記封止管部側の表面には、ロジウムよりも原子半径の大きい高融点材料からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるロジウムからなる第２の層とが形成されたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管部とその両端に連続して形成された封止管部とを有し透光性材料からなる放電容器と、発光管部内に対向配置された陽極および陰極と、先端部に陽極あるいは陰極が接続されて封止管部内に支持された保持用筒体に挿通された電極芯棒と、保持用筒体と封止管部との間に配置されたモリブデン箔と、からなる放電ランプにおいて、
前記モリブデン箔の前記封止管部側の表面には、ロジウムよりも原子半径の大きい高融点材料からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるロジウムからなる第２の層とが形成されたことを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記保持用筒体と前記モリブデン箔との間には、高融点材料からなる緩衝膜が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクター用、半導体露光用、紫外線硬化用の光源などに利用される放電ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放電ランプは、プロジェクターなどの投影機器の光源装置用光源として用いられている。
【０００３】
図９は、従来の放電ランプ９０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図１０は、図９において破線で囲まれた部分Ａを拡大した図である。図１１は、図９におけるＢ−Ｂ´断面図である。
放電ランプ９０は、略球状あるいは略楕円球状の発光管部９１とその両端に延在する封止管部９２からなる放電容器９３を有する。放電容器９３内には、放電用ガスとして、例えばキセノンが封入されている。封止管部９２は、発光管部９１に続く部分に絞り込み部９４が形成されている。発光管部９１内において、電極芯棒９７に接続された陽極９５と陰極９６が対向配置されている。電極芯棒９７は、絞り込み部９４に一部が溶着された石英ガラス製の保持用筒体９８に挿通され、後端部が封止管部９２から外方に伸びている。この電極芯棒９７が、封止管部９２の後端部に溶着されることにより、気密シール部９９が形成されている。電極芯棒９７は、保持用筒体９８と封止管部９２の後端部とによって保持されている。
【０００４】
図１０に示されるように、封止管部９２の絞り込み部９４を形成する際には、保持用筒体９８の発光管部９１側の端面の近傍に、絞り込み部９４の一部に垂れ下がり部１００が形成される。この垂れ下がり部１００と保持用筒体９８の発光管９１側の端面との間には、断面形状が楔状の楔状間隙１０１が形成されている。ここで、封止管部９２の絞り込み部９４は、発光管９１内を例えば６．７Ｋ〜４６．６ＫＰａに減圧させた状態で封止管部９２の一部の外周面を加熱することにより、封止管部９２が縮径されて形成される。
【０００５】
近年、このような放電ランプは、高出力化が求められていることから、放電容器９３内に封入される封入ガスの量が増大しており、点灯時においては、放電容器９３内の封入ガスの圧力が８．１ＭＰａ以上もの高圧になる。さらに、絞り込み部９４と保持用筒体９８とが一部で溶着されているため、楔状空隙１０１に応力が集中する。これにより、絞り込み部９４にクラックが発生し、このようなクラックが進行すると遂には絞り込み部９４を破損させる、という問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するために、絞り込み部９４と保持用筒体９８との間にモリブデン箔を配置することによって、絞り込み部９４と保持用筒体９８とが一部で溶着することを防止する構成が提案された。しかしながら、モリブデン箔は、その表面に存在するモリブデン酸化物が、絞り込み部９４を構成する石英ガラスに対する親和性が高いので、絞り込み部９４の加工作業の際に石英ガラスと溶着する部分が生じる。そして、溶着部分の石英ガラスは、加工作業終了後に自然冷却されると局部歪が残存しているので、ランプ点灯および消灯動作を繰り返すと、絞り込み部９４にクラックが発生するという問題がある。
【０００７】
この問題を解決するため、特開２０００−３０６５４９号においては、保持用筒体９８と絞り込み部９４との間に、耐酸化性を有する高融点材料によって表面処理されたモリブデン箔を配置する技術が開示されている。この技術によると、モリブデン箔が耐酸化性を有する高融点材料によって表面処理されているので、モリブデン箔の表面にはモリブデン酸化物が形成されることがないので、モリブデン酸化物と絞り込み部９４を構成する石英ガラスとが溶着することを防止できる、というものである。
【０００８】
しかしながら、このような技術によっても、上記の問題を完全に解決することはできないため、絞り込み部に局部歪が残存することにより、ランプ点灯および消灯動作を繰り返すと、絞り込み部９４にクラックが発生する場合があることが判明した。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３０６５４９号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、封止管部のうち絞り込み部にクラックが発生することを防止し、安定した品質の放電ランプを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の放電ランプは、発光管部とその両端に連続して形成された封止管部とを有し透光性材料からなる放電容器と、発光管部内に対向配置された陽極および陰極と、先端部に陽極あるいは陰極が接続されて封止管部内に支持された保持用筒体に挿通された電極芯棒と、保持用筒体と封止管部との間に配置されたモリブデン箔とからなり、前記モリブデン箔の前記封止管部側の表面には、ロジウムよりも原子半径の大きい高融点材料からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるロジウムからなる第２の層とが形成されたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記保持用筒体と前記モリブデン箔との間には、高融点材料からなる緩衝膜が配置されたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明者らは、特開２０００−３０６５４９号公報に示されるように、絞り込み部と保持用筒体との間に配置されたモリブデン箔に高融点材料による表面処理を行っても、絞り込み部にクラックが発生する原因について鋭意検討した結果、以下の結論に達した。
【００１４】
モリブデンと高融点材料とは、絞り込み部の加工作業時に生じる熱によって化学反応が起こり、モリブデン原子が高融点材料からなる薄膜中に熱拡散することにより、モリブデンと高融点材料との合金が形成される。このような熱拡散は、モリブデンと高融点材料との原子半径が近いと容易に行われる。そして、この合金中のモリブデン原子と絞り込み部を構成する石英ガラスとが溶着してしまい、絞り込み部が加工作業後に自然冷却されると、溶着部分に局部歪が残存するようになって、ランプの点灯および消灯を繰り返すとクラックが発生すると考えられる。
【００１５】
そこで、請求項１の発明に係る放電ランプにおいては、上記の熱拡散が行われないようにすることを目的として、絞り込み部と保持用筒体との間に配置されたモリブデン箔の絞り込み部側の表面に、ロジウムよりも原子半径の大きい高融点材料からなる第１の層と、この第１の層の上に重なるロジウムからなる第２の層とが形成されている。
このような構成によれば、第１の層によって上記熱拡散を抑制させることにより、モリブデン原子と第１の層を構成する高融点材料とが、さらに、モリブデン原子と第２の層を構成するロジウムとが結合して合金を形成しない。また、絞り込み部と当接する第２の金属層がロジウムから構成されているので、ロジウムと絞り込み部を構成する石英ガラスとは親和性が低いことにより離れ易く、両者が密着することがない。
これにより、絞り込み部の加工作業終了後に絞り込み部が自然冷却されることにより収縮しても、絞り込み部に局部歪が残存することがないので、ランプの点灯および消灯動作を繰り返し行っても絞り込み部にクラックが生じることがない。
【００１６】
請求項２の発明に係る放電ランプによると、保持用筒体とモリブデン箔との間に、高融点材料からなる緩衝膜が配置された構造である。
このような構造によると、絞り込み部の加工作業に起因する応力を緩和させることができるので、封止管部にクラックが発生することを一層効果的に防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１の発明である放電ランプ１０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図２は、図１において破線で囲まれた部分Ａを拡大した図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ´断面図である。
図１に示すように、放電ランプ１０は、略球状あるいは楕円球状の発光管部１１とその両端に延在する封止管部１２からなる放電容器１３を有する。封止管部１２は、発光管部１１に続く部分に絞り込み部１４が形成されている。
【００１８】
発光管部１１内において、陽極１５と陰極１６が互いに対向配置されており、その各々は、例えばタングステンからなる電極芯棒１７の先端に固定されて保持されている。電極芯棒１７は、封止管部１２の管軸に沿って伸び、その後端が封止管部１２から外方に伸び出ている。封止管部１２の外端部において、封止管部１２と電極芯棒１７とが溶着されて気密シール部１９が形成されている。
【００１９】
放電容器１３内には、キセノン、アルゴン、クリプトン等の希ガス、もしくはこれらの混合物からなる封入ガス、あるいは必要に応じて用いられる水銀などの金属が封入されている。点灯時における封入ガスの圧力は、例えば８．１ＭＰａ〜１０ＭＰａになる。
【００２０】
絞り込み部１４内においては、電極芯棒１７の外径に適合する貫通穴を有する石英ガラスからなる保持用筒体１８が、電極芯棒１７が挿通された状態で配置されている。この保持用筒体１８は、図２に示すように、保持用筒体１８を保持するために絞り込み部１４の一部に形成された垂れ下がり部１４１が後述の第２の層２４に当接することによって支持されている。また、垂れ下がり部１４１が形成されることにより、絞り込み部１４内には楔状間隙２０が形成される。
【００２１】
図３に示すように、保持用筒体１８の外周面と、絞り込み部１４の一部に形成された垂れ下がり部１４１との間には、保持用筒体１８の外周面に巻き回されたモリブデン箔２２が配置されている。このモリブデン箔２２の垂れ下がり部１４１側の表面には、例えば、レニウム、タンタル、タングステン、白金などのロジウムよりも原子半径の大きい高融点材料により表面処理されることによって、第１の層２３が形成されている。第１の層２３を構成する高融点材料として特に好ましいのは、レニウムである。また、第１の層２３は、ロジウムよりも原子半径の大きい２種類以上の高融点材料からなる合金によって形成しても良い。
ここで、ロジウムの原子半径は、０．１３３ｎｍであり、レニウム、タンタル、タングステン、白金の原子半径は、各々、０．１３７ｎｍ、０．１４３ｎｍ、０．１３７ｎｍ、０．１３９ｎｍである。
【００２２】
この第１の層２３の垂れ下がり部１４１側の表面には、ロジウムにより表面処理されることによって、第２の層２４が形成されている。モリブデン箔２２の表面処理の方法としては、例えば、メッキ、蒸着、溶射などが利用される。
【００２３】
第１の層２３の厚さは、１５０〜３００ｎｍであることが好ましく、第２の層２４の厚さは、１５０〜１０００ｎｍであることが好ましい。また、モリブデン箔２２と第１の層２３と第２の層２４との合計の厚さが、１５μｍ以下であることが好ましい。この厚さが１５μｍを超えると第１の層２３および第２の層２４の厚みが大きすぎるため、モリブデン箔２２を保持用筒体１８に巻き付ける際に第１の層２３および第２の層２４が剥離する場合がある。
【００２４】
以上のような請求項１の発明の放電ランプによると、保持用筒体１８の外周面に巻き回されたモリブデン箔２２の絞り込み部１４側の表面に、第１の層２３と、この第１の層２３の上に重なる第２の層２４とが形成された構造である。
このような構造によると、前述の作用の欄で述べたように、モリブデン原子と絞り込み部１４を構成する石英ガラスとが溶着することがないので、加工作業終了後に絞り込み部が自然冷却されることにより収縮しても、絞り込み部に局部歪が残存することがない。これにより、ランプの点灯および消灯動作を繰り返し行っても絞り込み部にクラックが生じることがない。
【００２５】
図４は、請求項２の発明である放電ランプ４０を管軸方向にて切断した断面図を示す。図５は、図４において破線で囲まれた部分Ａを拡大した図である。図６は、図４におけるＢ−Ｂ´断面図である。図１、２、３と同一符号は、同一部分を示すので説明は省略する。
保持用筒体１８とモリブデン箔２２との間には、モリブデンからなる緩衝膜２００が配置されている。保持用筒体１８と緩衝膜２００との間には空隙Ｇが存在している。その他の構成については、図１〜図３に示す放電ランプ１０と同様であるため、説明は省略する。
【００２６】
図７は、図５に示される緩衝膜２００を拡大した図である。図７に示すように、緩衝膜２００は、山部２０１と谷部２０２が連続した略波形状を有し、その厚みは、１０〜５０μｍであることが好ましい。緩衝膜２００の材質はモリブデンに限らず、その他高融点材料を用いても良い。緩衝膜２００は、山部２０１の頂点２０１ａと谷部２０２の底２０２ａとの距離Ｔ１が０．１〜１ｍｍであることが好ましい。さらに、山部２０１の頂点２０１ａ同士の距離Ｔ２が０．５〜２ｍｍであることが好ましい。
【００２７】
図８は、緩衝膜２００の他の形態を説明するための図である。
緩衝膜２００は、図８に示されるように略鋸歯状に山部２０１と谷部２０２が連続して形成された構造のものを採用しても良い。
【００２８】
尚、図５、６において、前記緩衝膜２００と、第１の層２３と第２の層２４とが形成されたモリブデン箔２２とは、別物である必要はない。したがって、図５、６において、緩衝膜２００として、第１の層と第２の層とが設けられたモリブデン箔を用いても良い。この場合には、保持用筒体１８の絞り込み部１４側の表面に当接する部分、すなわち、１巻目に相当する部分を略波状あるいは略鋸歯状に形成しておけば良い。
【００２９】
このような請求項２の発明の放電ランプ４０によれば、保持用筒体１８とモリブデン箔２２との間にモリブデンからなる緩衝膜２００が配置された構造である。これにより、保持用筒体１８とモリブデン箔２２との間には空隙Ｇが存在することにより、絞り込み部１４の加工作業時における応力を緩和することができる。
【００３０】
本発明の作用効果を確認する実験を行うために、図１の構成にしたがって、以下の数値例を有する実施例の放電ランプを５本製作した。
＜実施例＞
発光管部１１の最大外径、              ：４２ｍｍ
封止管部１２の外径、内径、長さ        ：
（陽極側）２２．５ｍｍ、１７．５ｍｍ、７０ｍｍ
（陰極側）２２．５ｍｍ、１７．５ｍｍ、７０ｍｍ
放電容器１３の内容積、長さ            ：３５．１７ｃｃ、２００ｍｍ
絞り込み部１４の外径、内径、長さ      ：
（陽極側）１７ｍｍ、１３ｍｍ、１５ｍｍ
（陰極側）１５ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ
電極芯棒１７の外径、長さ              ：
（陽極側）４ｍｍ、１０６．５ｍｍ
（陰極側）４ｍｍ、８９．５ｍｍ
陽極１５の最大外径、長さ              ：１５ｍｍ、３０ｍｍ
陰極１６の最大外径、長さ              ：８ｍｍ、１８ｍｍ
電極間距離                            ：３．７ｍｍ
封入ガス、封入ガス圧、点灯中ガス圧    ：
キセノンガス、２．３８ＭＰａ、８．１ＭＰａ
保持用筒体１８の材質、外径、内径、長さ：
（陽極側）石英ガラス、１３ｍｍ、４ｍｍ、１５ｍｍ
（陰極側）石英ガラス、１１ｍｍ、４ｍｍ、１２ｍｍ
モリブデン箔２２の厚み、長さ：
（陽極側）１３μｍ、１５ｍｍ、（陰極側）１３μｍ、１２ｍｍ
第１の層２３の材質、厚み    ：レニウム、１５０〜２００ｎｍ
第２の層２４の材質、厚み    ：ロジウム、２００〜３００ｎｍ
また、第１の層を設けないことの他は、実施例と同じ構造を有する比較例の放電ランプを１００本製作した。
【００３１】
このようにして製作された実施例の放電ランプは、製作後に絞り込み部１４に局部歪が生じることがなく、ランプ点灯および消灯動作を繰り返し行っても絞り込み部１４にクラックが発生しないことが確認された。
これに対し、比較例の放電ランプは、製作後に絞り込み部１４に局部歪が残存しており、ランプ点灯および消灯動作を繰り返し行うと絞り込み部１４にクラックが生じることが確認された。
【００３２】
尚、図１、図４に示される放電ランプによれば、封止管部１２を縮径することにより絞り込み部１４が形成されているが、保持用筒体１８を支持するために絞り込み部１４が必ずしも必要でない場合がある。この場合にも、本発明の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の放電ランプによれば、モリブデン箔の絞り込み部側の表面にロジウムよりも原子半径が大きい高融点材料からなる第１の金属層が形成され、この第１の金属層の絞り込み部側の表面にロジウムからなる第２の金属層が形成されているので、モリブデン箔を構成するモリブデン原子と、絞り込み部を構成する石英ガラスが密着することがない。その結果として、点灯消灯を繰り返しても絞り込み部にクラックが生じることがなく、安定した品質の放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の放電ランプを管軸方向にて切断した断面図である。
【図２】図１における破線で囲まれた部分Ａを拡大した図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ´断面図である。
【図４】請求項２の発明の放電ランプを管軸方向にて切断した断面図である。
【図５】図４における破線で囲まれた部分Ａを拡大した図である。
【図６】図４におけるＢ−Ｂ´断面図である。
【図７】緩衝膜を拡大した図である。
【図８】緩衝膜の他の形態を示す図である。
【図９】従来の放電ランプを管軸方向にて切断した断面図である。
【図１０】図９における破線で囲まれた部分Ａを拡大した図である。
【図１１】図９におけるＢ−Ｂ´断面図である。
【符号の説明】
１０      放電ランプ
１１      発光管部
１２      封止管部
１３      放電容器
１４      絞り込み部
１５      陽極
１６      陰極
１７      電極芯棒
１８      保持用筒体
１９      気密シール部
２０      楔状間隙
２２      モリブデン箔
２３      第１の層
２４      第２の層
４０      放電ランプ
１４１    垂れ下がり部
２００    緩衝膜
２０１    山部
２０２    谷部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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