特許 7454134 放電ランプ及び放電ランプに用いられる陽極

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-13

(45)【発行日】2024-03-22

(54)【発明の名称】放電ランプ及び放電ランプに用いられる陽極

(51)【国際特許分類】

   H01J 61/073 20060101AFI20240314BHJP

【ＦＩ】

H01J61/073 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020164426

(22)【出願日】2020-09-30

(65)【公開番号】P2022056594

(43)【公開日】2022-04-11

【審査請求日】2023-03-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】團 雅史

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２５９６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１１９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２１１１３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ６１／００－６１／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光管の内部に、陽極と陰極が一軸上で対向配置される放電ランプであって、
前記陽極は、
前記一軸の回りに形成された外周面に接するとともに、前記陽極の先端から離れた位置に配置され、かつ、セラミックスを含む、第一被膜と、
前記第一被膜と前記先端の間の前記外周面に接するとともに、前記第一被膜の前記先端側の端部を覆うように配置され、かつ、前記セラミックスよりも高融点の金属を含む、第二被膜と、を備え、
前記第一被膜は、前記第二被膜に覆われていない露出領域を有することを特徴とする、放電ランプ。

【請求項2】

前記露出領域は、前記陽極の先端から３ｍｍ以上離れていることを特徴とする、請求項１に記載の放電ランプ。

【請求項3】

前記陽極は、外径が前記一軸の延びる方向に一定である陽極胴部を備え、
前記第一被膜の前記先端側の端部は、前記陽極胴部の外周面に接することを特徴とする、請求項１又は２に記載の放電ランプ。

【請求項4】

前記陽極は、外径が前記先端に向かうにつれて小さくなる陽極前部を備え、
前記第二被膜は、前記陽極前部の外周面に接することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の放電ランプ。

【請求項5】

前記第二被膜が前記第一被膜を覆う領域の、前記一軸の延びる方向における長さは、０．５ｍｍ以上、かつ、２．０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の放電ランプ。

【請求項6】

前記第二被膜は、２６００℃以上の融点を有する材料を主成分とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の放電ランプ。

【請求項7】

前記第二被膜の熱膨張係数と前記陽極の熱膨張係数の差は、前記第一被膜の熱膨張係数と前記陽極の熱膨張係数の差よりも、小さいことを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の放電ランプ。

【請求項8】

前記陽極の主成分及び前記第二被膜の主成分は、それぞれ、タングステンであることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の放電ランプ。

【請求項9】

前記セラミックスは、金属酸化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物及び金属窒化物のうち少なくともひとつを含むことを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の放電ランプ。

【請求項10】

放電ランプに用いられる陽極であって、
前記陽極は、
一軸の回りに形成された外周面に接するとともに、前記陽極の先端から離れた位置に配置され、かつ、セラミックスを含む、第一被膜と、
前記第一被膜と前記先端の間の前記外周面に接するとともに、前記第一被膜の前記先端側の端部を覆うように配置され、かつ、前記セラミックスよりも高融点の金属を含む、第二被膜と、を備え、
前記第一被膜は、前記第二被膜に覆われていない露出領域を有することを特徴とする、陽極。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放電ランプ及び放電ランプに用いられる陽極に関する。

【背景技術】

【0002】

特定のピーク波長を含む紫外線を放射するショートアーク型水銀ランプなど、発光管の内部に陽極と陰極を対向配置した構造の放電ランプが広く使用されている。そして、放電ランプの発光管内には、水銀、キセノンガス等の発光物質が封入されている。

【0003】

放電ランプにおいては、点灯時に陽極にかかる熱的負荷が高いことから、陽極の過熱等に起因する陽極材料の蒸発が生じ、この蒸発物が発光管の内壁に付着して、発光管の光透過率が低下する、いわゆる黒化が生じることが知られている。黒化が生じると、発光管の外に放射される紫外線の強度が低下し、放電ランプの使用寿命を悪化させる。

【0004】

このような問題を解決するため、陽極表面に放熱層を形成して電極の温度上昇を抑制する技術が知られており、下記特許文献１には陽極の外表面に金属の酸化物を少なくとも一種含む放熱層が形成されているランプが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００４－２５９６３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の放電ランプのように放熱層を形成したとしても、放電ランプの使用と共に発光管の内壁が黒化していく現象がみられ、紫外線の強度が徐々に低下していた。近年、市場より長寿命の放電ランプが求められていることから、発光管の内壁の黒化を低減するために、陽極の過熱についてさらなる対策が必要となっている。

【0007】

本発明は、上記の課題に鑑み、放熱性に優れる陽極を有する放電ランプおよび当該放電ランプに用いられる陽極を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

詳細は後述するが、本発明者の調査の結果、陽極の表面に設けられた放熱層が、放電ランプの使用に伴い、陽極の表面から剥離していることがわかった。特に、陽極の先端側の端部において放熱層の剥離が目立って多く発生していることが判明した。その理由について詳細は後述するが、放熱層の先端側の端部が、点灯時における発光ガスの熱対流の影響を受けているものと考察する。

【0009】

上記調査及び考察を踏まえ、本発明者は、以下の放電ランプを案出した。すなわち、
発光管の内部に、陽極と陰極が一軸上で対向配置される放電ランプであって、
前記陽極は、
前記一軸の回りに形成された外周面に接するとともに、前記陽極の先端から離れた位置に配置され、かつ、セラミックスを含む、第一被膜と、
前記第一被膜と前記先端の間の前記外周面に接するとともに、前記第一被膜の前記先端側の端部を覆うように配置され、かつ、前記セラミックスよりも高融点の金属を含む、第二被膜と、
を備える。

【0010】

前記第一被膜は放熱層であり、前記放熱層である前記第一被膜を覆い形成される第二被膜は、前記第一被膜の剥離や焼損を低減する保護膜として機能する。とりわけ第一被膜の剥離の起点となりやすい、第一被膜の陽極先端側の端部を、第一被膜よりも高融点の第二被膜で覆う。これにより、第二被膜は、放熱層である第一被膜の、熱対流に因る剥離を抑制する。加えて、第二被膜は、陽極表面よりも熱放射効果に優れているため、第二被膜は放熱層としても機能する。

【0011】

前記第一被膜は、前記第二被膜に覆われていない露出領域を有している。露出領域では熱放射効果が特に大きいため、露出領域を有することで、陽極の放熱性が向上する。

【0012】

前記第一被膜において前記第二被膜に覆われていない露出領域は、前記陽極の先端から３ｍｍ以上離れていても構わない。これにより、第一被膜の露出領域における剥離や焼損を生じにくくする。

【0013】

前記陽極は、外径が前記一軸の延びる方向に一定である陽極胴部を備え、前記第一被膜の前記先端側の端部は、前記陽極胴部の外周面に接していても構わない。

【0014】

前記陽極は、外径が前記先端に向かうにつれて小さくなる陽極前部を備え、前記第二被膜は、前記陽極前部の外周面に接しても構わない。

【0015】

前記第二被膜が前記第一被膜を覆う領域の、前記一軸の延びる方向における長さは、０．５ｍｍ以上、かつ、２．０ｍｍ未満であっても構わない。これにより、第一被膜の陽極からの剥離を第二被膜で効果的に抑えることができ、かつ、第二被膜２２の積層された第一被膜２１が、陽極２からの浮き上がりや剥離を効果的に抑えることができる。

【0016】

前記第二被膜は、２６００℃以上の融点を有する材料を主成分としても構わない。これにより、第二被膜の破損や焼損をより小さくできる。

【0017】

前記第二被膜の熱膨張係数と前記陽極の熱膨張係数の差は、前記第一被膜の熱膨張係数と前記陽極の熱膨張係数の差よりも、小さくても構わない。これにより、放電ランプの点灯と消灯を繰り返すことによって生じる、陽極に対する第一被膜の位置ずれに因る剥離を低減できる。

【0018】

前記陽極の主成分及び前記第二被膜の主成分は、それぞれ、タングステンであっても構わない。これにより、第二被膜の熱膨張係数と陽極の熱膨張係数との差を小さくして、温度変化による第二被膜の陽極に対する位置ずれを抑え、斯くして陽極からの第二被膜の剥離を防ぐ。

【0019】

前記セラミックスは、金属酸化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物及び金属窒化物のうち少なくともひとつを含んでいても構わない。これにより効果的に熱を放散させるとともに、第一被膜の焼損を抑えられる。

【0020】

放電ランプに用いられる陽極であって、
前記陽極は、
一軸の回りに形成された外周面に接するとともに、前記陽極の先端から離れた位置に配置され、かつ、セラミックスを含む、第一被膜と、
前記第一被膜と前記先端の間の前記外周面に接するとともに、前記第一被膜の前記先端側の端部を覆うように配置され、かつ、前記セラミックスよりも高融点の金属を含む、第二被膜と、
を備える。

【発明の効果】

【0021】

これにより、本発明は、陽極における放熱層（第一被膜）の剥離を抑制し、放熱性に優れる陽極と、当該陽極を有する放電ランプを提供できる。そして、陽極の過熱を防ぎ、発光管内壁の黒化を低減し、放電ランプの長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】放電ランプの一実施形態の概要を示す図である。

【図2】陽極の拡大図である。

【図3】陽極断面において、図２のＰ１部の拡大図である。

【図4】ランプ点灯時の発光管の内部の様子を模式的に示す図である。

【図5A】第二被膜を設けない陽極を使用する前の参考図である。

【図5B】図５ＡのＰ２部の拡大図である。

【図6A】第二被膜を設けない陽極を使用した後の参考図である。

【図6B】図６ＡのＰ３部の拡大図である。

【図7】放電ランプの第二実施形態における陽極を示す図である。

【図8A】放電ランプの第三実施形態の陽極を示す図である。

【図8B】放電ランプの第三実施形態の陽極の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

放電ランプの各実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

【0024】

以下において、ＸＹＺ座標系を適宜参照して説明される。また、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。

【0025】

＜第一実施形態＞
［放電ランプの概要］
図１を参照しながら、放電ランプの一実施形態の概要を説明する。本実施形態の放電ランプ１００は、発光管１と、発光管１の内部に軸Ｘ１上で対向配置される陽極２及び陰極３と、陽極２及び陰極３をそれぞれ支持する２本のリード棒４と、を備えるショートアーク型放電ランプである。

【0026】

ショートアーク型放電ランプとは、陽極２と陰極３とが４０ｍｍ以下の間隔（熱膨張をしていない常温時の値）を空けて配置されるものをいう。このような放電ランプの例として、半導体素子、液晶表示素子等の製造工程で使用される露光装置において使用される、定格電力が２ｋＷ～３５ｋＷの放電ランプがある。

【0027】

発光管１、陽極２、陰極３及びリード棒４は、いずれも軸Ｘ１を中心に配置されている。軸Ｘ１が延びる方向における発光管１の両端には、封止管部１１が設けられている。封止管部１１には、リード棒４に電気的に接続される口金７が取り付けられている。

【0028】

発光管１は、軸Ｘ１方向の両端から、それぞれ中央に向かうにつれて、その内径が大きくなるガラス管の領域を有し、その内部に発光空間Ｓ１が形成される。発光管１は、ガラス管の中央を膨らませることにより、球体又は楕円球体を呈する。発光空間Ｓ１には、水銀などの発光物質の他に、アルゴンガスやキセノンガスなどの始動補助用バッファガスが、適宜封入されている。

【0029】

［陽極］
図２は、陽極２の拡大図である。陽極２は、形状の異なる３つの部分に区分して説明される。３つの区分は、陰極３に近い陽極２の先端側（－Ｘ側）から順に、陽極前部２６、陽極胴部２７及び陽極後部２８から構成される。

【0030】

陽極前部２６は、軸Ｘ１を軸心とする円錐台形状を呈する。陽極前部２６では、－Ｘ側の陽極２の先端に向かうほど、軸Ｘ１回りの径が小さくなる。本実施形態において、陽極前部２６は、陰極３に対向する先端側（－Ｘ側）に、軸Ｘ１に交差する先端面２ａを有する。本実施形態において、先端面２ａは軸Ｘ１に直交する。しかしながら、陽極２の先端が尖っているなど、陽極２の先端は必ずしも面形状でなくてよい。

【0031】

本実施形態では、先端面２ａの直径は６ｍｍの円である。本実施形態では、陽極前部２６のＸ軸方向における長さは９．５ｍｍである。

【0032】

陽極胴部２７は、軸Ｘ１を軸心とする円柱形状を呈する。陽極胴部２７では、軸Ｘ１回りの径がＸ軸方向において一定である。本実施形態では、陽極胴部２７の直径は２５ｍｍである。

【0033】

陽極後部２８は、軸Ｘ１を軸心とする円錐台形状を呈する。陽極後部２８は、後端（＋Ｘ側）に向かうほど、軸Ｘ１回りの径が小さくなる。陽極後部２８の＋Ｘ側の後端面２ｂには、リード棒４（図２では不図示）が接続される。

【0034】

陽極前部２６、陽極胴部２７及び陽極後部２８は、後述する形状の違いに基づいて陽極２を区分したものであって、必ずしも、陽極２の各部分の材料組成や、各部分の製造方法が異なることを表すものではない。陽極２は、陽極前部２６、陽極胴部２７及び陽極後部２８を同じ材料で、又は、同じ製造方法で製造しても構わないし、陽極前部２６、陽極胴部２７及び陽極後部２８を、一体的に製造しても構わない。

【0035】

本実施形態では、陽極２の全ての部位は、主にタングステンを使用して一体的に製造されている。陽極２は、タングステンの他に、融点が２６００℃以上の高融点金属を主に構成されても構わない。しかしながら、陽極前部２６、陽極胴部２７及び陽極後部２８を、異なる材料で別々に製造しても構わない。

【0036】

図３は、軸Ｘ１を通る陽極２の断面図のうち、図２のＰ１部に対応する拡大図である。陽極２は、軸Ｘ１回りに形成された外周面２ｓを有する。陽極２の外周面２ｓは、陽極前部２６の側面（円錐台面）である外周面２６ｓ（図３参照）、陽極胴部２７の側面（円柱面）である外周面２７ｓ（図３参照）、及び陽極後部２８の側面（円錐台面）である外周面２８ｓ（図２参照）から構成される。

【0037】

本実施形態において、陽極前部２６の外周面２６ｓを構成し、最も径方向に離れた二つの母線の延長線がなす角θ１（頂角ともいう。図２参照）は、９０度である。

【0038】

図３に示されるように、本実施形態では、陽極前部２６の外周面２６ｓと陽極胴部２７の外周面２７ｓの境界２ｃは、外側に向かって一つの角をなすように構成されている。しかしながら、境界２ｃは、複数の広い角から構成された面取り形状で構成されても構わない。または、境界２ｃは、角を持たない、なだらかな曲線をなす面取り形状で構成されても構わない。

【0039】

［第一被膜］
図３において、第一被膜２１は、左上がりの斜線でハッチングして表されている。第一被膜２１は、陽極２の外周面２ｓに接し、陽極２の先端面２ａから離れた位置に形成されている。本実施形態では、図３に示されるように、第一被膜２１は、陽極前部２６の外周面２６ｓに接することなく、陽極胴部２７の外周面２７ｓに接するように構成されている。

【0040】

第一被膜２１には、熱放射効果の高いセラミックスを含む。第一被膜２１に熱放射効果の高いセラミックスを含ませることにより、効果的に熱を放散させることができる。

【0041】

第一被膜２１に含まれるセラミックスとして、金属酸化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物及び金属窒化物のうち、少なくとも一つを含む材料が例示される。これらの材料は、熱を効果的に放散させる。本実施形態では、第一被膜２１として酸化ジルコニウムを使用している。第一被膜２１として、酸化アルミニウム、炭化ジルコニウム、ホウ化ジルコニウム、ケイ化タンタル及び窒化ジルコニウムを使用しても構わない。セラミックスに含まれる金属として、融点が２０００℃以上の材料を使用しても構わない。これにより、陽極２の温度上昇に伴う第一被膜２１の焼損を抑えられる。

【0042】

第一被膜２１は、陽極２の中でも、高い温度に晒される先端面２ａとその近傍に配置されず、先端面２ａから離れた位置に設けられている。これにより、第一被膜２１の焼損を抑えられる。また、第一被膜２１が先端面２ａから離れた位置に設けられると、第一被膜２１は必ず、陽極２の外周面２ｓ上に、先端面２ａ側の端部２１ｅを有することになる（図３参照）。本実施形態では、図３に示されるように、端部２１ｅは、陽極胴部２７の外周面２ｓと陽極前部２６の外周面２６ｓとの境界２ｃに接している。第一被膜２１が陽極前部２６の外周面２６ｓ上に配置されないため、第一被膜２１の焼損や剥離を低減できる。

【0043】

第一被膜２１の厚みは１０μｍ以上、１００μｍ以下であると好ましく、２０μｍ以上、５０μｍ以下であるとより好ましい。

【0044】

［第二被膜］
第二被膜２２は、図３において、右上がりの斜線でハッチングして表されている。図３に示されるように、第二被膜２２は、陽極前部２６の外周面２６ｓから陽極胴部２７の外周面２７ｓにかけて形成されており、陽極胴部２７の外周面２７ｓにおいて第一被膜２１の端部２１ｅを覆うように形成されている。第二被膜２２は、第一被膜２１と先端面２ａとの間の外周面２ｓに接している。本実施形態では、第二被膜２２が、陽極前部２６の外周面２６ｓに接している。

【0045】

第二被膜２２は、第一被膜２１よりも高融点の金属を主に含むと好ましい。第二被膜２２は、２６００℃以上の融点を有する金属を主成分とすると、さらに好ましい。本明細書において、「主に含む」、または、「主成分」という表現は、被膜を構成する単位あたりの体積において最も原子の数の多い元素に対して用いられる。

【0046】

第二被膜２２の主成分として、タングステン（融点：３４１０℃）、レニウム（融点：３１８５℃）、タンタル（融点：２９９０℃）、又はモリブデン（融点：２６２０℃）が例示される。例示されたこれらの元素は、高融点であるため、第二被膜２２の剥離や焼損をさらに低減できる。

【0047】

第二被膜２２の厚みは１０μｍ以上、１００μｍ以下であると好ましく、２０μｍ以上、５０μｍ以下であるとより好ましい。

【0048】

図３に示される第二被膜２２は、第一被膜２１のうち、端部２１ｅのみを覆っている。すなわち、第一被膜２１は、第二被膜２２に覆われていない露出領域２１ｎを有する。露出領域２１ｎでは、放熱層である第一被膜２１の熱放射効果が特に大きい。そのため、露出領域２１ｎを有することで、陽極２の放熱性が向上する。

【0049】

［第二被膜で第一被膜の端部を覆う理由］
第二被膜２２で第一被膜２１の端部２１ｅを覆う理由を、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら説明する。

【0050】

図４は、放電ランプの点灯時における発光管１の内部の様子を模式的に示している。図４において－Ｘ方向が重力方向である。陰極３から陽極２に向かって延びる破線の矢印は、アーク放電の発生を表している。

【0051】

発光空間Ｓ１に封入されたガスは、アーク放電により加熱され、発光空間Ｓ１内を対流する（熱対流という）。図４において、発光空間Ｓ１において実線で示される矢印は、封入されたガスが熱対流により各場所において流れる方向を表している。

【0052】

図４において、陰極３から陽極２に向かって流れる、矢符Ｇ１で示されるガスの流れに注目する。矢符Ｇ１で示される流れのガスは、アーク放電の内部又は近傍を経たガスであるため、発光空間Ｓ１内部のガスの中でも、とりわけ高温状態にある。

【0053】

図５Ａ及び図５Ｂは、第二被膜２２を設けていない陽極８の状態を説明する参考図である。図５Ａは、ランプ点灯直後の陽極８の全体図であり、図５Ｂは、軸Ｘ１を通る陽極８の断面のうち、図５ＡのＰ２部の拡大図である。図５Ａに示される陽極８では、第一被膜２１が、陽極胴部２７の外周面２７ｓにのみ設けられている。

【0054】

矢符Ｇ１で示された高温のガスの流れの一部は、第二被膜がないため、第一被膜２１の端部２１ｅに衝突する。この衝突により、第一被膜２１の端部２１ｅは、陽極８の外周面２ｓから剥離することがある。

【0055】

図６Ａ及び図６Ｂは、第二被膜２２を設けていない陽極８を有する放電ランプを、一定時間使用した後を示している。図６Ａは、陽極８の全体図であり、図６Ｂは、軸Ｘ１を通る陽極８の断面のうち、図６ＡのＰ３部の拡大図である。図５Ｂで示された矢符Ｇ１のガスの流れにより、図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、第一被膜２１の端部２１ｅより剥離した領域が、欠落部分２３として表されている。

【0056】

以上の調査分析を踏まえ、本発明者は、図３に示される陽極を発明するに到った。陽極２では、第一被膜２１の剥離の起点となり易い端部２１ｅを、第一被膜２１よりも高融点の第二被膜２２で覆っている。これにより、第一被膜２１は、第二被膜２２に押さえられて剥離しにくくなるとともに、焼損を抑えられる。第二被膜２２は、第一被膜２１に比べて高融点であるため、第二被膜２２は、熱の影響により剥離や焼損しにくい。

【0057】

図３に示される陽極について、第二被膜２２が第一被膜２１を覆う領域（積層領域）の、陽極２のＸ軸方向における長さ（重なりしろ）をｄ１とする（図３参照）。長さｄ１は、０．５ｍｍ以上であるとよい。これにより、第一被膜２１の陽極２からの剥離を効果的に抑えることができる。

【0058】

また、第一被膜２１は、第二被膜２２に覆われている場合でも、温度によって第一被膜２１が陽極２の外周面２ｓから浮き上がったり、剥離したりすることがある。長さｄ１を２．０ｍｍ未満にすると、第二被膜２２の積層された第一被膜２１の、陽極２からの浮き上がりや剥離を効果的に抑えられる。そして、第一被膜２１の露出領域が増えるため、第一被膜２１の熱放射効果が大きくなる。

【0059】

陽極２のＸ軸方向における、第二被膜２２と先端面２ａとの間隔をｄ２とすると（図３参照）、間隔ｄ２は１ｍｍ以上であるとよい。これにより、第二被膜２２を先端面２ａから遠ざけて、第二被膜２２が特に高温の領域に位置しないようにする。これにより、第二被膜２２の熱による焼損や剥離をさらに小さくできる。

【0060】

ところで、放電ランプ１００の点灯と消灯を繰り返すと、繰り返した分だけ温度変化が生じる。そして、この温度変化により、熱膨張差の大きい陽極８と第一被膜２１との間に位置ずれが生じ、両者の接合力が低下することがある。両者の接合力の低下は、第一被膜２１の剥離を促進する。

【0061】

このような、放電ランプの点灯と消灯を繰り返しに伴う第一被膜２１の剥離を低減するには、第二被膜２２の材料を選択する際、第二被膜２２の熱膨張係数と陽極２の熱膨張係数の差が、第一被膜２１の熱膨張係数と陽極２の熱膨張係数の差よりも小さくなるように、第二被膜２２の材料を選択するとよい。放電ランプの点灯と消灯を繰り返しても、第一被膜２１は陽極２から剥離しにくい第二被膜２２に押さえられて、第一被膜２１は剥離しにくくなる。

【0062】

第二被膜２２の熱膨張係数と陽極２の熱膨張係数の差が、第一被膜２１の熱膨張係数と陽極２の熱膨張係数の差よりも小さくなる例を示す。例えば、第一被膜２１として使用され得る、酸化ジルコニウムの熱膨張係数は、７．９～１１．０×１０^－６／Ｋ、酸化アルミニウムの熱膨張係数は７．２～８．３×１０^－６／Ｋ、炭化ジルコニウムの熱膨張係数は７．０～７．４×１０^－６／Ｋ、窒化ジルコニウムの熱膨張係数は約７．２×１０^－６／Ｋである。
他方、陽極として使用され得るタングステンの熱膨張係数は、約５×１０^－６／Ｋである。

【0063】

第一被膜と陽極に前段落で例示した材料を使用するとき、第二被膜２２として使用され得る材料として、例えば、タングステン（熱膨張係数が約５×１０^－６／Ｋ）、タンタル（熱膨張係数が約６．４×１０^－６／Ｋ）、又はモリブデン（熱膨張係数が約４．８～６．７×１０^－６／Ｋ）を選択する。そうすると、第二被膜２２の熱膨張係数と陽極２の熱膨張係数の差が、第一被膜２１の熱膨張係数と陽極２の熱膨張係数の差よりも小さくなる。

【0064】

第二被膜２２の主成分に、陽極２の主成分と同じ材料を選択することで、第二被膜２２と陽極２との熱膨張係数差が実質的になくなる。これにより、温度変化による第二被膜２２の陽極２に対する位置ずれを抑えて、陽極２からの第二被膜２２の剥離を防ぐ。本実施形態では、第二被膜２２の主成分として、陽極２の主成分と同じタングステンを使用している。タングステンは特に融点が高いため、熱により破損又は焼損しにくい点からも、陽極２及び第二被膜２２の主成分として特に好ましい材料である。

【0065】

［第一被膜２１及び第二被膜２２の形成方法］
第一被膜２１及び第二被膜２２の形成方法の一例を、以下に示す。まず、第一被膜２１を構成する材料の粒子（例えば、粒径１０μｍ以下の酸化ジルコニウムの粒子）を溶媒（例えば、ニトロセルロースと酢酸ブチルからなる溶媒）に分散させた、第一分散液を作製する。第一分散液は、ペースト状の粘性流体を含む。

【0066】

作製した第一分散液を、陽極２の外周面２ｓに筆で塗布する。筆の他に、塗布ローラを使用しても構わないし、スプレー塗布しても構わない。第一分散液を塗布した後に、陽極２を乾燥及び焼結させることによって、第一被膜２１を得る。

【0067】

次に、第二被膜２２を構成する材料の粒子（例えば、粒径１０μｍ以下のタングステンの粒子）を溶媒（例えば、ニトロセルロースと酢酸ブチルからなる溶媒）に分散させて、第二分散液を作製する。第二分散液は、ペースト状の粘性流体を含む。

【0068】

作製した第二分散液を、陽極２の外周面２ｓに形成されている第一被膜２１の陽極２側の端部２１ｅを覆うように、筆で塗布する。筆の他に、塗布ローラを使用しても構わないし、スプレー塗布しても構わない。第二分散液を塗布した後に、陽極２を乾燥及び焼結させることによって、第二被膜２２を得る。

【0069】

上記において、第一被膜２１を塗布し乾燥させた後に焼結することなく、第二被膜２２を塗布し乾燥させて、その後で、第一被膜２１の焼結と第二被膜２２の焼結とを同時に行っても構わない。

【0070】

＜第二実施形態＞
図７を参照しながら、放電ランプの第二実施形態における陽極を示す。図７は、図３と同様の様式で示した、第二実施形態の陽極における断面拡大図である。

【0071】

第一被膜２１の端部２１ｅは、陽極前部２６と陽極胴部２７との境界２ｃの＋Ｘ側に位置している。第二被膜２２は、陽極胴部２７の外周面２ｓにおいて第一被膜２１の端部２１ｅを覆うように形成されているが、第二被膜２２は、陽極前部２６と陽極胴部２７との境界２ｃを超えるように形成されておらず、陽極胴部２７の外周面２７ｓ上のみに存在する。

【0072】

本実施形態では、第一被膜２１及び第二被膜２２は、共に、高温となるアーク放電の中心から離れているため、第一被膜２１及び第二被膜２２は、いずれも、熱による焼損や剥離をさらに低減できる。

【0073】

第二実施形態について、以上に説明した以外の事項は第一実施形態と同様の構造を有する。第三実施形態についても同様である。

【0074】

＜第三実施形態＞
図８Ａを参照しながら、放電ランプの第三実施形態における陽極を示す。図８Ａは、図３と同様の様式で示した、第三実施形態の陽極における断面拡大図である。第一被膜２１は、陽極前部２６と陽極胴部２７との境界２ｃを覆うように設けられている。その結果、第一被膜２１の端部２１ｅは、境界２ｃよりも－Ｘ側に位置する。第二被膜２２は、陽極前部２６の外周面２６ｓにのみ形成されている。本実施形態は、第一被膜２１が陽極２を広範囲に覆っているため、放熱性が高い。

【0075】

第二被膜２２に覆われていない第一被膜２１である露出領域と、陽極２の先端面２ａとの軸Ｘ１方向における間隔ｄ３は、３ｍｍ以上であるとよい。第一被膜２１は、剥離の起点となりやすい端部２１ｅ以外の部分でも剥離を生じることがある。間隔ｄ３が３ｍｍ以上であると、第一被膜２１の露出領域が、特に高温となる部分から遠ざけられ、第一被膜２１の露出部分における焼損や剥離を低減できる。

【0076】

図８Ｂは第三実施形態の陽極の変形例である。第一被膜２１は、陽極前部２６の外周面２６ｓに形成されているが、陽極胴部２７の外周面２７ｓに形成されていない。上記の各実施形態を総合すると、第一被膜２１は、陽極２の外周面２ｓにおいて、陽極２の先端面２ａから離れた位置にあればよい。

【0077】

以上で、放電ランプの陽極の各実施形態を説明したが、本発明は上記した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記の実施形態に種々の変更又は改良を加えることができる。

【0078】

上記の各実施形態では、垂直点灯の放電ランプ（軸Ｘ１が鉛直方向に向けられる放電ランプ）を例に説明したが、水平点灯の放電ランプ（軸Ｘ１が水平方向に向けられる放電ランプ）であっても構わない。

【0079】

上記の各実施形態では、第一被膜２１の端部２１ｅのＸ方向における位置が、陽極２の軸Ｘ１の周方向でほぼ同じ位置を示すことを想定している。しかしながら、第一被膜２１の端部２１ｅのＸ方向における位置が、陽極２の軸Ｘ１の周方向で変化しても構わない。

【0080】

上記の各実施形態では、ショートアーク型の放電ランプについて示したが、ショートアーク型以外の放電ランプであっても構わない。

【0081】

上記の各実施形態では、第一被膜２１は、陽極後部２８の外周面２ｓに設けられていないが、第一被膜２１を、陽極胴部２７に加えて、陽極後部２８の外周面２ｓに設けても構わない。

【符号の説明】

【0082】

１ ：発光管
２，８ ：陽極
２ａ ：（陽極の）先端面
２ｃ ：（陽極胴部と陽極前部の）境界
２ｓ ：（陽極の）外周面
２６ ：陽極前部
２６ｓ ：（陽極前部の）外周面
２７ ：陽極胴部
２７ｓ ：（陽極胴部の）外周面
２８ ：陽極後部
２ｓ ：外周面
３ ：陰極
４ ：リード棒
７ ：口金
１１ ：封止管部
２１ ：第一被膜
２１ｅ ：（第一被膜の）端部
２１ｎ ：（第一被膜の）露出領域
２２ ：第二被膜
２３ ：欠落部分
１００ ：放電ランプ
Ｓ１ ：発光空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】