放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブおよび同アークチューブの製造方法
【課題】ピンチシール部内で箔浮きの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。
【解決手段】電極棒16とモリブデン箔17とリード線18を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔17を含む領域がピンチシールされて、発光物質等を封入した密閉ガラス球12内に電極16が突出する水銀フリーアークチューブで、モリブデン箔17を、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔であって、酸化・還元エッチング処理して表面粗面化したもので構成する。モリブデン箔17の粗面17cに露出するＴｉＯ２粒子またはＴｉＯ２層が、ガラスとの化学的接合強度を高め、モリブデン箔表面の微小凹凸17bをより深くより複雑にして、ガラスとの機械的接合強度を高めるので、ピンチシール部のモリブデン箔とガラスとの界面に生じる熱応力が大きくても、箔浮きが生じない。
【解決手段】電極棒16とモリブデン箔17とリード線18を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔17を含む領域がピンチシールされて、発光物質等を封入した密閉ガラス球12内に電極16が突出する水銀フリーアークチューブで、モリブデン箔17を、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔であって、酸化・還元エッチング処理して表面粗面化したもので構成する。モリブデン箔17の粗面17cに露出するＴｉＯ２粒子またはＴｉＯ２層が、ガラスとの化学的接合強度を高め、モリブデン箔表面の微小凹凸17bをより深くより複雑にして、ガラスとの機械的接合強度を高めるので、ピンチシール部のモリブデン箔とガラスとの界面に生じる熱応力が大きくても、箔浮きが生じない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極が対設され発光物質等が封入された密閉ガラス球をもつ放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブおよび同アークチューブの製造方法に係わり、特に、電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーを石英ガラス管に挿入し、ガラス管のモリブデン箔を含む領域をピンチシールした放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブおよび同アークチューブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のアークチューブを光源とする放電ランプ装置は、絶縁性ベースの前方に突出する通電路でもあるリードサポートと、絶縁性ベースの前面に固定された金属製把持部材によって、アークチューブの前後端部が支持されて絶縁性ベースに一体化された構造となっている。
【０００３】
アークチューブは、前後一対のピンチシール部間に、電極棒を対設しかつ発光物質等を封入した密閉ガラス球が形成された構造となっている。ピンチシール部内には、密閉ガラス球内に突出する電極棒とピンチシール部から導出するリード線とを接続するモリブデン箔が封着されて、ピンチシール部における気密性が確保されている。
【０００４】
即ち、電極棒としては、耐久性に優れたタングステン製が最も望ましいが、タングステンはガラスと線膨張係数が大きく異なり、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に、ガラスと比較的なじみの良いモリブデン箔を接続し、モリブデン箔をピンチシール部で封着することで、ピンチシール部における気密性を確保している。
【０００５】
そして、特許文献１では、放電ランプ装置用アークチューブのピンチシール部で封着するモリブデン箔に、酸化と還元からなるエッチング処理を施してその表面を粗面化（微小凹凸を形成）することで、ガラスとの物理的密着性（機械的接合強度）が高められて、箔浮きが抑制されてアークチューブの寿命が延びるという技術が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２では、ガラス製電球を備えたハロゲンランプ等の電灯において、電極（フィラメント）と外部導体とを接続するモリブデン箔がガラスで封着されているが、モリブデン箔の表面にＴｉＯ２の不連続なランド領域をコーティングすることで、ＴｉＯ２とガラスとの化学的接合力が優れる分、モリブデン箔とガラスとの接合強度が改善されて、耐用期間（寿命）が延びるという技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−８６１３６
【特許文献２】特開２００２−３３０７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のアークチューブは、密閉ガラス球内に緩衝物質としての水銀を封入した水銀入りアークチューブを前提として開発されたもので、水銀入りアークチューブは当時では一般的であったが、最近では、環境有害物質である水銀を全く封入しない水銀フリーアークチューブが注目されている。
【０００８】
そこで、発明者は、特許文献１の技術が水銀フリーアークチューブにも有効であるかを検討したところ、フリッカー発生に対する寿命（図７の比較例）および光束維持率（図８の比較例）については特に問題がなかったが、箔浮き（封入物質のリーク）に対する寿命（図６の比較例）については、要求基準（２５００時間以上）に対し２１２７時間と短かった。
【０００９】
これは、水銀フリーアークチューブでは、水銀入りアークチューブよりも設定管電圧が低く、電極やモリブデン箔に流れる電流もそれだけ大きい。このため、ピンチシール部がより高温となって、モリブデン箔とガラス間の接合界面に生じる熱応力が大きく、それだけ箔浮きが発生し易いためと考えられる。
【００１０】
そこで発明者は、特許文献２に注目した。
【００１１】
即ち、「モリブデン箔の表面を粗面とすることで、ガラスとの機械的接合強度が高められ、ガラスとの密着性（機械的密着性）が改善されて、箔浮きが抑制される。」という特許文献１の技術に、「モリブデン箔の表面にＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティングすることで、ＴｉＯ２とガラスとの化学的接合強度が優れる分、ガラスとの密着性（化学的密着性）が改善される。」という特許文献２の技術を適用すれば（表面にＴｉＯ２の不連続なランド領域をコーティングしたモリブデン箔に酸化・還元処理からなる表面粗面化エッチング処理を施せば）、モリブデン箔とガラスとの密着性（接合強度）がさらに高められる、と考えた。特に、発明者は、ＴｉＯ２は安定物質であるため、酸化・還元処理したとしても、モリブデン箔の表面に露出しているＴｉＯ２は昇華されることなくそのまま残り、モリブデン箔表面のＴｉＯ２で覆われていない領域（モリブデン）だけが昇華される。このため、モリブデン箔の表面に露出して残っているＴｉＯ２は、ガラスとの化学的接合力（化学的密着性）を高めるだけでなく、モリブデン箔の表面に形成される微小凹凸をより深くかつより複雑な形状（特許文献１で形成される微小凹凸よりもより深くかつより複雑な形状）にして、ガラスとの物理的接合力（機械的密着性）も高めると考えた。
【００１２】
そして、実験を重ねた結果、箔浮き（封入物質のリーク）発生に対する寿命（図６），フリッカー発生に対する寿命（図７）および光束維持率（図８）の全てについて、要求基準をクリアできることが確認されたので、本発明を提案するに至ったものである。
【００１３】
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、ピンチシール部内で箔浮きの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】
【００１４】
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水銀フリーアークチューブにおいては、電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔を含む領域がガラスによってピンチシールされて、発光物質等を封入した密閉ガラス球内に電極が対設され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、前記電極アッシーを構成するモリブデン箔は、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔に酸化と還元からなるエッチング処理を施してその表面を粗面化したモリブデン箔で構成するようにした。
【００１５】
また、請求項２に係る放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法においては、電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔を含む領域をガラスによってピンチシールして、電極が対設され発光物質等が封入された密閉ガラス球をもつ水銀フリーアークチューブを製造する放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法において、前記電極アッシーを構成するモリブデン箔として、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔に酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理を施したモリブデン箔を用いるように構成した。
【００１６】
（作用）モリブデン箔は、その内部にＴｉＯ２分子が分散している（実施例１）か、またはその表面にＴｉＯ２が不連続なランド状にコーティングされ（実施例２）ており、大気にさらされることで、その表面は、図３（ａ），図４（ａ）に示すように、酸化被膜で覆われる。そして、モリブデン箔を、酸化と還元からなるエッチング処理することで、モリブデン箔の表面から酸化被膜が除去されるとともに、モリブデン箔の表層部の酸化されたモリブデンが昇華するが安定物質であるＴｉＯ２は昇華することなくそのまま残り、モリブデン箔表面には、微小凹凸形状の粗面が形成される。すなわち、モリブデン箔の粗面（エッチング処理面）には、図３（ｂ）に示すように、モリブデン箔内にドープされているＴｉＯ２分子が数多く表面に露出するか、または図４（ｂ）に示すように、モリブデン箔にコーティングされている不連続なランド状ＴｉＯ２層が表面に露出する。これは、特許文献１のモリブデン箔が酸化・還元エッチング処理されると、モリブデン箔の表面から酸化被膜が除去されるとともに、モリブデン箔表面には、微小凹凸形状の粗面が単に形成されている形態（図５（ａ），（ｂ））と、明らかに相違する。
【００１７】
このため、ピンチシール部では、第１には、モリブデン箔の粗面に分散して露出する、石英ガラスと化学的結合力の強いＴｉＯ２分子またはランド状ＴｉＯ２層が、石英ガラスとモリブデン箔との界面における化学的密着性（化学的接合強度）を高める。第２には、モリブデン箔の表層部の酸化されたモリブデンが昇華することで、モリブデン箔表面に微小凹凸形状の粗面が形成されるが、昇華することなく粗面に残るＴｉＯ２分子またはランド状ＴｉＯ２層がモリブデン箔表面に形成される微小凹凸を深くかつ複雑（特許文献１のモリブデン箔の粗面に形成される微小凹凸よりも深くかつ複雑）にして、この微小凹凸内に石英ガラスが隙間なく充填した形態となって、石英ガラスとモリブデン箔との界面における物理的密着性（機械的接合強度）を高める。この結果、ピンチシール部における箔浮きが確実に抑制されて、アークチューブの長寿命が保証される。
【００１８】
請求項３においては、請求項２に記載のアークチューブの製造方法において、前記モリブデン箔の酸化処理温度を、５００℃〜５５０℃の範囲内に設定するように構成した。
【００１９】
（作用）モリブデン箔の酸化処理温度が３００℃未満では、モリブデン箔の表面に酸化膜が形成されるまでに長時間がかかり、実用的でない。そして、温度が高い方が酸化の進行が速く、酸化処理時間が短くなって望ましい。また、酸化処理温度が高いと、酸化処理後のモリブデン箔表面の微小凹凸の深さや複雑度が増し、酸化・還元処理後のモリブデン箔表面の微小凹凸の深さや複雑度も増すため、ガラスとモリブデン箔間の機械的接合強度を上げる上では、酸化処理温度が高い方がよい。しかし、５５０℃を越えると、モリブデン箔が酸化され過ぎて脆弱（視覚的には表面が灰黒色）となって、電極棒との溶接性が低下したり、ピンチシール時に箔切れを起こすおそれがあるので、３００℃〜５５０℃の範囲でモリブデン箔を酸化処理することが望ましい。特に、酸化処理温度が５００℃〜５５０℃の範囲であれば、酸化処理時間と還元処理時間がほぼ一致するので、酸化処理と還元処理を連続して行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、請求項１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、ピンチシール部における石英ガラスとモリブデン箔との界面における化学的密着性（化学的接合強度）および物理的密着性（機械的接合強度）の双方が改善されて、ピンチシール部における箔浮きが確実に防止され、それだけアークチューブの長寿命化が達成される。
【００２１】
請求項２に係る放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法によれば、ピンチシール部における石英ガラスとモリブデン箔との界面における化学的密着性（化学的接合強度）および物理的密着性（機械的接合強度）の双方が改善されて、ピンチシール部における箔浮きの生じない長寿命のアークチューブを提供できる。
請求項３によれば、ピンチシール部における箔浮きの生じない長寿命のアークチューブの量産が可能となって、それだけ長寿命のアークチューブを安価に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２３】
図１〜図５は本発明に係る放電ランプ装置の実施例を示すもので、図１は実施例に係る放電ランプ装置の縦断面図、図２は同放電ランプ装置用アークチューブの断面図で、（ａ）は同アークチューブの縦断面図、（ｂ）は同アークチューブの水平断面図、図３〜５は、実施例１（ＴｉＯ２がドープされたモリブデン箔），実施例２（ＴｉＯ２がコーティングされたモリブデン箔）および比較例（特許文献１のモリブデン箔）がそれぞれ酸化・還元処理されてその表面形状が変化する様子を示す図で、（ａ）は酸化・還元処理前のモリブデン箔表層部の断面図、（ｂ）は酸化・還元処理したモリブデン箔表層部の断面図、（ｃ）はピンチシール部におけるモリブデン箔と石英ガラス界面近傍の断面図である。
【００２４】
図１において、放電ランプ装置は、絶縁性ベース２の前方に突出する通電路でもあるリードサポート３と、絶縁性ベース２の前面に固定された金属製把持部材４によって、アークチューブ１０の前後端部が支持されて絶縁性ベース２に一体化された構造となっている。
【００２５】
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Ｗの球状膨出部寄りがピンチシールされて、放電空間を形成する楕円体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（一次ピンチシール部１３Ａ、二次ピンチシール部１３Ｂ）が形成された構造で、密閉ガラス球１２内には、始動用希ガスとともに金属ハロゲン化物等の封入物質が封入されているが、従来では一般に封入されていた環境有害物質である水銀が全く封入されていない水銀フリー仕様で、コンパクトに構成されている。
【００２６】
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１６，１６が対向配置されており、電極棒１６，１６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の端部からはモリブデン箔１７に接続されたモリブテン製リード線１８が導出し、後端側リード線１８は非ピンチシール部である円パイプ形状部１４を挿通して外部に延びている。なお、電極棒１６とモリブデン箔１７とリード線１８は、予め直列に接続一体化した電極アッシーとして構成されており、石英ガラス管Ｗの球状膨出部寄りをピンチシールするピンチシール工程において、電極アッシーのモリブデン箔１７を含む領域がピンチシールされて、ピンチシール部１３に封着されている。
【００２７】
符号Ｇは、アークチューブ１０に溶着一体化された円筒形状の紫外線遮蔽用シュラウドガラスで、アークチューブ１０から発した光の中で人体に有害な波長域の紫外線成分がカットされる。また、シュラウドガラスＧとアークチューブ１０間の密閉空間には、不活性ガスまたは窒素が１気圧以下で封入されて密閉ガラス球１２が高温に保持されている。
【００２８】
アークチューブ１０の具体的なサイズとしては、密閉ガラス球１２の外径および内径が６．１ｍｍおよび２．５ｍｍ、密閉ガラス球１２の内容積は２２μｌ、電極棒１６は、先端側の１．２ｍｍまでの太さが０．３５ｍｍ、残りの軸部側の太さが０．３ｍｍの全長７．０ｍｍの段付き構造で、カリウムドープタングステンで構成されている。
【００２９】
密閉ガラス球１２内には、総重量０．３ｍｇの封入物質（ＮａＩ，ＳｃＩ３，ＳｃＢｒ３，ＩｎＩおよびＺｎＩ２）が１５気圧のＸｅガスとともに封入されている。封入物質の重量比は、ＮａＩ：ＳｃＩ３：ＳｃＢｒ３：ＩｎＩ：ＺｎＩ２＝６２：８．８：２０：０．２：９であり、アークチューブ１０を包囲するシュラウドガラスＧ内には、０．１気圧のＮ２ガスが封入されている。
【００３０】
また、アークチューブ１０では、密閉ガラス球１２に水銀が封入されていないため、水銀入りアークチューブに比べて管電圧が低く（管電流の値が大きく）設定されている。このため、ピンチシール部１３を含むアークチューブ１０の温度が水銀入りアークチューブの場合よりも高温となる条件で使用されることになるが、この厳しい条件においても箔浮き等が生じないように、ピンチシール部１３に封着したモリブデン箔１７として、ＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔または、ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔であって、酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理を施してその表面に深くかつ複雑な微小凹凸形状の粗面１７ｃを形成したモリブデン箔が用いられて、ガラスとモリブデン箔１７との接合強度が確保されている。
【００３１】
即ち、第１の実施例のアークチューブに使用されているモリブデン箔１７は、モリブデンとＴｉＯ２の総重量に対し２重量％のＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔が、酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理されて、その表面には、図３（ｂ）に示すような、深くかつ複雑な微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されている。一方、第２の実施例のアークチューブに使用されているモリブデン箔１７は、ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティング（面積比６．９μｇ/ｃｍ２）したモリブデン箔が、酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理されて、その表面に、図４（ｂ）に示すような、深くかつ複雑な微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されている。そして、第１，第２の実施例のいずれのアークチューブにおいても、ピンチシール部１３におけるモリブデン箔１７とガラスの接合界面では、モリブデン箔１７表面の深くかつ複雑な微小凹凸形状の粗面１７ｃにガラスが密着して、ガラスとモリブデン箔１７との接合強度が確保されている。
【００３２】
次に、第１，第２の実施例のアークチューブのピンチシール部１３に封着されているモリブデン箔１７のガラスとの密着性を詳しく説明する。
【００３３】
その前に、比較例のモリブデン箔（特許文献１のモリブデン箔）のガラスとの密着性を説明する。比較例のモリブデン箔は、大気にさらされることで、その表面は、図５（ａ）に示すように、酸化被膜で覆われる。そして、モリブデン箔に、酸化処理炉に所定時間入れた後、さらに水素ガスを満たした還元処理炉に所定時間入れるという酸化・還元処理（以下、エッチング処理という）を施すことで、モリブデン箔の表面から酸化被膜が除去されされるとともに、モリブデン箔の表層部の酸化されたモリブデンが昇華して、モリブデン箔表面には、図５（ｂ）に示すように、微小凹凸形状の粗面が形成される。そして、ピンチシール部では、モリブデン箔の微小凹凸内に石英ガラスが隙間なく充填した形態となって、石英ガラスとモリブデン箔との界面における物理的密着性（機械的接合強度）が高められている。
【００３４】
これに対し、第１の実施例のアークチューブに使用されているモリブデン箔１７は、ＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔で構成されている。このモリブデン箔１７は、大気にさらされることで、その表面は、図３（ａ）に示すように、酸化被膜１７ａで覆われる。そして、モリブデン箔１７に、酸化処理炉に所定時間入れた後、さらに水素ガスを満たした還元処理炉に所定時間入れるというエッチング処理を施す。これにより、モリブデン箔１７の表面から酸化被膜１７ａが除去されるとともに、モリブデン箔１７の表層部の酸化されたモリブデンは昇華するがＴｉＯ２粒子２０は昇華することなくそのまま残り、モリブデン箔表面には、図３（ｂ）に示すように、微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成される。粗面１７ｃには、酸化被膜１７ａが除去されることでモリブデン箔１７の表面にもともと露出していたＴｉＯ２粒子２０の他に、微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されることで、モリブデン箔内部に分散していたＴｉＯ２粒子２０も粗面１７ｃに露出する形態となる。これは、比較例（特許文献１）のモリブデン箔がエッチング処理されると、モリブデン箔の表面から酸化被膜が除去されるとともに、モリブデン箔表面に微小凹凸形状の粗面が単に形成されている形態（図５（ａ），（ｂ））とは、明らかに相違する。
【００３５】
このため、ピンチシール部１３において、モリブデン箔の粗面１７ｃに分散して露出する多数のＴｉＯ２粒子（石英ガラスと化学的結合力の強いＴｉＯ２粒子）２０が、石英ガラスとモリブデン箔との界面における化学的密着性（化学的接合強度）を高める。
【００３６】
また、モリブデン箔１７表層部のモリブデンが昇華することで、モリブデン箔表面に微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されるが、ＴｉＯ２粒子２０は昇華されずに粗面１７ｃ上にそのまま残るため、この残存するＴｉＯ２粒子２０がモリブデン箔表面に形成される微小凹凸１７ｂを深くかつ複雑（特許文献１のモリブデン箔の粗面に形成される微小凹凸よりも深くかつ複雑）にする。この結果、ピンチシール部１３において、図３（ｃ）に示すように、モリブデン箔粗面１７ｃの微小凹凸１７ｂ内に石英ガラスが隙間なく充填した形態となって、石英ガラスとモリブデン箔１７との界面における物理的密着性（機械的接合強度）も高められる。
【００３７】
一方、第２の実施例のアークチューブに使用されているモリブデン箔１７は、ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔で構成されている。このモリブデン箔１７は、大気にさらされることで、その表面は、図４（ａ）に示すように、酸化被膜１７ａで覆われる。そして、モリブデン箔１７に第１の実施例の場合と同様のエッチング処理を施すことで、モリブデン箔１７の表面から酸化被膜１７ａが除去されるとともに、モリブデン箔１７表層部の酸化されたモリブデンは昇華するがＴｉＯ２層２２は昇華することなくそのまま残り、モリブデン箔表面には、図４（ｂ）に示すように、微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成される。このため、ピンチシール部１３において、モリブデン箔１７の粗面１７ｃに分散して露出するＴｉＯ２層（石英ガラスと化学的結合力の強いＴｉＯ２層）２２が、石英ガラスとモリブデン箔１７との界面における化学的密着性（化学的接合強度）を高める。
【００３８】
また、モリブデン箔１７表層部のモリブデンが昇華することで、モリブデン箔表面に微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されるが、ＴｉＯ２層２２は昇華されずに粗面１７ｃ上にそのまま残るため、この残存するＴｉＯ２層がモリブデン箔表面に形成される微小凹凸１７ｂを深くかつ複雑（特許文献１のモリブデン箔の粗面に形成される微小凹凸よりも深くかつ複雑）にする。この結果、ピンチシール部１３において、図４（ｃ）に示すように、モリブデン箔粗面の微小凹凸１７ｂ内に石英ガラスが隙間なく充填した形態となって、石英ガラスとモリブデン箔１７との界面における物理的密着性（機械的接合強度）も高められる。
【００３９】
このように、第１，第２の実施例のいずれにおいても、ピンチシール部１３の石英ガラスとモリブデン箔１７間の接合界面では、この界面に生じる熱応力に十分対抗できる密着性（接合強度）をもつ。
【００４０】
また、このエッチング処理面（酸化・還元処理面）１７ｃをもつモリブデン箔１７を量産するには、帯状の長いモリブデン箔を捲回したモリブデン箔スプールを巻き解して、酸化処理炉および還元処理炉に順次通すことで、モリブデン箔スプール材の表面にエッチング処理を行い、そして再び巻き取ることで、表面にエッチング処理を施した帯状の長いモリブデン箔スプールが得られる。そして、エッチング処理済み帯状モリブデン箔スプールを巻き解して所定長さに切断すれば、エッチング処理面１７ｃをもつ所定寸法のモリブデン箔１７が得られる。そして、このエッチング処理面１７ｃをもつモリブデン箔１７に電極棒１６およびリード線１８を直列に溶接して、電極アッシーとして一体化する。
【００４１】
そして、モリブデン箔の酸化処理温度は、高い方が酸化の進行が速く、酸化処理時間が短くなって望ましいが、３００℃未満では、モリブデン箔の表面に酸化膜が形成されるまでに長時間がかかり、実用的でない。また、５５０℃を越えると、酸化しすぎにより、視覚的にはモリブデン箔の表面が灰黒色化し、脆弱となって、電極棒との溶接性が低下したり、ピンチシール時に箔切れを起こすおそれがあるので、３００℃〜５５０℃の範囲でモリブデン箔を酸化処理することが望ましい。そして、処理時間を考えると、モリブデン箔の酸化処理温度は、その後の還元処理時間にほぼ等しい処理時間となる５００℃〜５５０℃の範囲が最も望ましく、実施例では、後述するように、５００℃と５５０℃の２通りで実施したが、いずれの場合も望ましい粗面１７ｃが得られた。
【００４２】
図６〜９は、ＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔（実施例１），ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔（実施例２）および何の処理もしないモリブデン箔（比較例）について、酸化・還元処理条件を変えた場合のアークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間），アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）および光束維持率を示す図で、（ａ）はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係を表で示し、（ｂ）は（ａ）の図表をグラフで示す。図９はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係の総合評価を表で示している。
【００４３】
但し、図６〜８の酸化・還元処理条件としては、酸化・還元処理を全く施さない「なし」の場合、「５０５℃で酸化処理５０秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理１の場合、「５０５℃で酸化処理６５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理２の場合、「５０５℃で酸化処理９５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理３の場合のデータである。
【００４４】
また、処理１，２，３のデータは、酸化処理温度をそれぞれ５０５℃としているが、酸化処理温度をそれぞれ５０５℃よりも５℃低い５００℃とするとともに、酸化処理時間を処理１，２，３の各処理時間よりも１５秒，３０秒，９５秒だけ長くした「５００℃で酸化処理６５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理１’の場合、「５００℃で酸化処理９５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理２’の場合、「５００℃で酸化処理１９０秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理３’の場合も、図示しないが、アークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間），アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）および光束維持率については、処理１，２，３のデータとほぼ同様のデータが得られた。
【００４５】
これらの図６〜９において、まず、アークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間）については、図６に示すように、実施例１，２のいずれにおいても、処理１，２，３（処理１’，２’，３’）のいずれかの酸化・還元処理を施せば、箔浮き（封入物質のリーク）発生まで２０００時間を超えるが、基準とする２５００時間の寿命を満足するためには、実施例１，２のいずれの場合も、処理２（処理２’）で示す酸化・還元処理を施すことが必要である。
【００４６】
また、アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）については、図７に示すように、実施例１，２のいずれにおいても、処理１，２，３（処理１’，２’，３’）のいずれかの酸化・還元処理を施せば、フリッカーの発生まで２０００時間を超えるが、基準とする２５００時間の寿命を満足するためには、実施例１，２のいずれの場合も、処理２または処理３（処理２’または処理３’）で示す酸化・還元処理を施すことが必要である。
【００４７】
また、光束維持率については、図８に示すように、１５００時間経過後の光束維持率８０％を満足するためには、実施例１，２のいずれの場合も、処理２または処理３（処理２’または処理３’）で示す酸化・還元処理を施すことが必要である。
【００４８】
即ち、実施例１，２のいずれの場合も、処理１のように、モリブデン箔の酸化・還元処理が十分でないと、モリブデン箔中のＴｉＯ２の酸素成分が封入物質（Ｓｃ）と反応してＳｃの発光への寄与率が低下し、比較例と比べて光束維持率が劣る。しかし、処理２，３のように、モリブデン箔を十分に酸化・還元処理して、モリブデン箔表面の酸化被膜や余分なＴｉＯ２等の異物を除去することで、光束維持率が上昇する。
【００４９】
そして、実施例１，２の最も望ましい酸化・還元処理条件としては、図９に示すように、処理２「５０５℃で酸化処理６５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」、または、処理２と同様の効果が得られる処理２’「５００℃で酸化処理９５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」であり、これらの処理条件によれば、アークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間），アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）および光束維持率の全てについて満足できる。
【００５０】
なお、前記した実施例では、モリブデンとＴｉＯ２の総重量に対し２重量％のＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔（第１の実施例）と、ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティング（面積比６．９μｇ/ｃｍ２）したモリブデン箔（第２の実施例）が記載されているが、ドープするＴｉＯ２の量は、０．１〜３．０重量％、コーティングするＴｉＯ２の量は、面積比６〜８μｇ/ｃｍ２の範囲が望ましい。ＴｉＯ２の量が多すぎると、酸素成分が多いためフリッカーが発生しやすく、光束維持率が低下する。逆に、ＴｉＯ２の量が少なすぎると、モリブデン箔とガラスとの結合力が低下し、箔浮きが発生しやすく、寿命が低下する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例に係る放電ランプ装置の縦断面図である。
【図２】放電ランプ装置用アークチューブの断面図で、（ａ）は同アークチューブの縦断面図、（ｂ）は同アークチューブの水平断面図である。
【図３】実施例１（ＴｉＯ２がドープされたモリブデン箔）が酸化・還元処理されてその表面形状が変化する様子を示す図で、（ａ）は酸化・還元処理前のモリブデン箔表層部の断面図、（ｂ）は酸化・還元処理したモリブデン箔表層部の断面図、（ｃ）はピンチシール部におけるモリブデン箔と石英ガラス界面近傍の断面図である。
【図４】実施例２（ＴｉＯ２がコーティングされたモリブデン箔）が酸化・還元処理されてその表面形状が変化する様子を示す図で、（ａ）は酸化・還元処理前のモリブデン箔表層部の断面図、（ｂ）は酸化・還元処理したモリブデン箔表層部の断面図、（ｃ）はピンチシール部におけるモリブデン箔と石英ガラス界面近傍の断面図である。
【図５】比較例（特許文献１のモリブデン箔）が酸化・還元処理されてその表面形状が変化する様子を示す図で、（ａ）は酸化・還元処理前のモリブデン箔表層部の断面図、（ｂ）は酸化・還元処理したモリブデン箔表層部の断面図、（ｃ）はピンチシール部におけるモリブデン箔と石英ガラス界面近傍の断面図である。
【図６】実施例１，２および比較例について酸化・還元処理条件を変えた場合のアークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間），アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）および光束維持率を示す図で、（ａ）はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係を表で示す図、（ｂ）は（ａ）の図表をグラフで示す図である。
【図７】実施例１，２および比較例について酸化・還元処理条件を変えた場合のアークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）を示す図で、（ａ）はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係を表で示す図、（ｂ）は（ａ）の図表をグラフで示す図である。
【図８】実施例１，２および比較例について酸化・還元処理条件を変えた場合の光束維持率を示す図で、（ａ）はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係を表で示す図、（ｂ）は（ａ）の図表をグラフで示す図である。
【図９】図６〜８のモリブデン箔の仕様と酸化・還元処理条件との関係の総合評価を表で示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ アークチューブ
Ｇ シュラウドガラス
１２ 密閉ガラス球
１３ ピンチシール部
１３Ａ 一次ピンチシール部
１３Ｂ 二次ピンチシール部
１６ 電極棒
１７ モリブデン箔
１７ａ 酸化被膜
１７ｂ 酸化・還元処理したモリブデン箔表面の微小凹凸
１７ｃ 酸化・還元処理したモリブデン箔表面の粗面
１８ リード線
２０ ＴｉＯ２粒子
２２ ＴｉＯ２層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極が対設され発光物質等が封入された密閉ガラス球をもつ放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブおよび同アークチューブの製造方法に係わり、特に、電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーを石英ガラス管に挿入し、ガラス管のモリブデン箔を含む領域をピンチシールした放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブおよび同アークチューブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のアークチューブを光源とする放電ランプ装置は、絶縁性ベースの前方に突出する通電路でもあるリードサポートと、絶縁性ベースの前面に固定された金属製把持部材によって、アークチューブの前後端部が支持されて絶縁性ベースに一体化された構造となっている。
【０００３】
アークチューブは、前後一対のピンチシール部間に、電極棒を対設しかつ発光物質等を封入した密閉ガラス球が形成された構造となっている。ピンチシール部内には、密閉ガラス球内に突出する電極棒とピンチシール部から導出するリード線とを接続するモリブデン箔が封着されて、ピンチシール部における気密性が確保されている。
【０００４】
即ち、電極棒としては、耐久性に優れたタングステン製が最も望ましいが、タングステンはガラスと線膨張係数が大きく異なり、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に、ガラスと比較的なじみの良いモリブデン箔を接続し、モリブデン箔をピンチシール部で封着することで、ピンチシール部における気密性を確保している。
【０００５】
そして、特許文献１では、放電ランプ装置用アークチューブのピンチシール部で封着するモリブデン箔に、酸化と還元からなるエッチング処理を施してその表面を粗面化（微小凹凸を形成）することで、ガラスとの物理的密着性（機械的接合強度）が高められて、箔浮きが抑制されてアークチューブの寿命が延びるという技術が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２では、ガラス製電球を備えたハロゲンランプ等の電灯において、電極（フィラメント）と外部導体とを接続するモリブデン箔がガラスで封着されているが、モリブデン箔の表面にＴｉＯ２の不連続なランド領域をコーティングすることで、ＴｉＯ２とガラスとの化学的接合力が優れる分、モリブデン箔とガラスとの接合強度が改善されて、耐用期間（寿命）が延びるという技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−８６１３６
【特許文献２】特開２００２−３３０７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のアークチューブは、密閉ガラス球内に緩衝物質としての水銀を封入した水銀入りアークチューブを前提として開発されたもので、水銀入りアークチューブは当時では一般的であったが、最近では、環境有害物質である水銀を全く封入しない水銀フリーアークチューブが注目されている。
【０００８】
そこで、発明者は、特許文献１の技術が水銀フリーアークチューブにも有効であるかを検討したところ、フリッカー発生に対する寿命（図７の比較例）および光束維持率（図８の比較例）については特に問題がなかったが、箔浮き（封入物質のリーク）に対する寿命（図６の比較例）については、要求基準（２５００時間以上）に対し２１２７時間と短かった。
【０００９】
これは、水銀フリーアークチューブでは、水銀入りアークチューブよりも設定管電圧が低く、電極やモリブデン箔に流れる電流もそれだけ大きい。このため、ピンチシール部がより高温となって、モリブデン箔とガラス間の接合界面に生じる熱応力が大きく、それだけ箔浮きが発生し易いためと考えられる。
【００１０】
そこで発明者は、特許文献２に注目した。
【００１１】
即ち、「モリブデン箔の表面を粗面とすることで、ガラスとの機械的接合強度が高められ、ガラスとの密着性（機械的密着性）が改善されて、箔浮きが抑制される。」という特許文献１の技術に、「モリブデン箔の表面にＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティングすることで、ＴｉＯ２とガラスとの化学的接合強度が優れる分、ガラスとの密着性（化学的密着性）が改善される。」という特許文献２の技術を適用すれば（表面にＴｉＯ２の不連続なランド領域をコーティングしたモリブデン箔に酸化・還元処理からなる表面粗面化エッチング処理を施せば）、モリブデン箔とガラスとの密着性（接合強度）がさらに高められる、と考えた。特に、発明者は、ＴｉＯ２は安定物質であるため、酸化・還元処理したとしても、モリブデン箔の表面に露出しているＴｉＯ２は昇華されることなくそのまま残り、モリブデン箔表面のＴｉＯ２で覆われていない領域（モリブデン）だけが昇華される。このため、モリブデン箔の表面に露出して残っているＴｉＯ２は、ガラスとの化学的接合力（化学的密着性）を高めるだけでなく、モリブデン箔の表面に形成される微小凹凸をより深くかつより複雑な形状（特許文献１で形成される微小凹凸よりもより深くかつより複雑な形状）にして、ガラスとの物理的接合力（機械的密着性）も高めると考えた。
【００１２】
そして、実験を重ねた結果、箔浮き（封入物質のリーク）発生に対する寿命（図６），フリッカー発生に対する寿命（図７）および光束維持率（図８）の全てについて、要求基準をクリアできることが確認されたので、本発明を提案するに至ったものである。
【００１３】
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、ピンチシール部内で箔浮きの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】
【００１４】
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水銀フリーアークチューブにおいては、電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔を含む領域がガラスによってピンチシールされて、発光物質等を封入した密閉ガラス球内に電極が対設され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、前記電極アッシーを構成するモリブデン箔は、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔に酸化と還元からなるエッチング処理を施してその表面を粗面化したモリブデン箔で構成するようにした。
【００１５】
また、請求項２に係る放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法においては、電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔を含む領域をガラスによってピンチシールして、電極が対設され発光物質等が封入された密閉ガラス球をもつ水銀フリーアークチューブを製造する放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法において、前記電極アッシーを構成するモリブデン箔として、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔に酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理を施したモリブデン箔を用いるように構成した。
【００１６】
（作用）モリブデン箔は、その内部にＴｉＯ２分子が分散している（実施例１）か、またはその表面にＴｉＯ２が不連続なランド状にコーティングされ（実施例２）ており、大気にさらされることで、その表面は、図３（ａ），図４（ａ）に示すように、酸化被膜で覆われる。そして、モリブデン箔を、酸化と還元からなるエッチング処理することで、モリブデン箔の表面から酸化被膜が除去されるとともに、モリブデン箔の表層部の酸化されたモリブデンが昇華するが安定物質であるＴｉＯ２は昇華することなくそのまま残り、モリブデン箔表面には、微小凹凸形状の粗面が形成される。すなわち、モリブデン箔の粗面（エッチング処理面）には、図３（ｂ）に示すように、モリブデン箔内にドープされているＴｉＯ２分子が数多く表面に露出するか、または図４（ｂ）に示すように、モリブデン箔にコーティングされている不連続なランド状ＴｉＯ２層が表面に露出する。これは、特許文献１のモリブデン箔が酸化・還元エッチング処理されると、モリブデン箔の表面から酸化被膜が除去されるとともに、モリブデン箔表面には、微小凹凸形状の粗面が単に形成されている形態（図５（ａ），（ｂ））と、明らかに相違する。
【００１７】
このため、ピンチシール部では、第１には、モリブデン箔の粗面に分散して露出する、石英ガラスと化学的結合力の強いＴｉＯ２分子またはランド状ＴｉＯ２層が、石英ガラスとモリブデン箔との界面における化学的密着性（化学的接合強度）を高める。第２には、モリブデン箔の表層部の酸化されたモリブデンが昇華することで、モリブデン箔表面に微小凹凸形状の粗面が形成されるが、昇華することなく粗面に残るＴｉＯ２分子またはランド状ＴｉＯ２層がモリブデン箔表面に形成される微小凹凸を深くかつ複雑（特許文献１のモリブデン箔の粗面に形成される微小凹凸よりも深くかつ複雑）にして、この微小凹凸内に石英ガラスが隙間なく充填した形態となって、石英ガラスとモリブデン箔との界面における物理的密着性（機械的接合強度）を高める。この結果、ピンチシール部における箔浮きが確実に抑制されて、アークチューブの長寿命が保証される。
【００１８】
請求項３においては、請求項２に記載のアークチューブの製造方法において、前記モリブデン箔の酸化処理温度を、５００℃〜５５０℃の範囲内に設定するように構成した。
【００１９】
（作用）モリブデン箔の酸化処理温度が３００℃未満では、モリブデン箔の表面に酸化膜が形成されるまでに長時間がかかり、実用的でない。そして、温度が高い方が酸化の進行が速く、酸化処理時間が短くなって望ましい。また、酸化処理温度が高いと、酸化処理後のモリブデン箔表面の微小凹凸の深さや複雑度が増し、酸化・還元処理後のモリブデン箔表面の微小凹凸の深さや複雑度も増すため、ガラスとモリブデン箔間の機械的接合強度を上げる上では、酸化処理温度が高い方がよい。しかし、５５０℃を越えると、モリブデン箔が酸化され過ぎて脆弱（視覚的には表面が灰黒色）となって、電極棒との溶接性が低下したり、ピンチシール時に箔切れを起こすおそれがあるので、３００℃〜５５０℃の範囲でモリブデン箔を酸化処理することが望ましい。特に、酸化処理温度が５００℃〜５５０℃の範囲であれば、酸化処理時間と還元処理時間がほぼ一致するので、酸化処理と還元処理を連続して行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、請求項１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、ピンチシール部における石英ガラスとモリブデン箔との界面における化学的密着性（化学的接合強度）および物理的密着性（機械的接合強度）の双方が改善されて、ピンチシール部における箔浮きが確実に防止され、それだけアークチューブの長寿命化が達成される。
【００２１】
請求項２に係る放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法によれば、ピンチシール部における石英ガラスとモリブデン箔との界面における化学的密着性（化学的接合強度）および物理的密着性（機械的接合強度）の双方が改善されて、ピンチシール部における箔浮きの生じない長寿命のアークチューブを提供できる。
請求項３によれば、ピンチシール部における箔浮きの生じない長寿命のアークチューブの量産が可能となって、それだけ長寿命のアークチューブを安価に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２３】
図１〜図５は本発明に係る放電ランプ装置の実施例を示すもので、図１は実施例に係る放電ランプ装置の縦断面図、図２は同放電ランプ装置用アークチューブの断面図で、（ａ）は同アークチューブの縦断面図、（ｂ）は同アークチューブの水平断面図、図３〜５は、実施例１（ＴｉＯ２がドープされたモリブデン箔），実施例２（ＴｉＯ２がコーティングされたモリブデン箔）および比較例（特許文献１のモリブデン箔）がそれぞれ酸化・還元処理されてその表面形状が変化する様子を示す図で、（ａ）は酸化・還元処理前のモリブデン箔表層部の断面図、（ｂ）は酸化・還元処理したモリブデン箔表層部の断面図、（ｃ）はピンチシール部におけるモリブデン箔と石英ガラス界面近傍の断面図である。
【００２４】
図１において、放電ランプ装置は、絶縁性ベース２の前方に突出する通電路でもあるリードサポート３と、絶縁性ベース２の前面に固定された金属製把持部材４によって、アークチューブ１０の前後端部が支持されて絶縁性ベース２に一体化された構造となっている。
【００２５】
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Ｗの球状膨出部寄りがピンチシールされて、放電空間を形成する楕円体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（一次ピンチシール部１３Ａ、二次ピンチシール部１３Ｂ）が形成された構造で、密閉ガラス球１２内には、始動用希ガスとともに金属ハロゲン化物等の封入物質が封入されているが、従来では一般に封入されていた環境有害物質である水銀が全く封入されていない水銀フリー仕様で、コンパクトに構成されている。
【００２６】
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１６，１６が対向配置されており、電極棒１６，１６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の端部からはモリブデン箔１７に接続されたモリブテン製リード線１８が導出し、後端側リード線１８は非ピンチシール部である円パイプ形状部１４を挿通して外部に延びている。なお、電極棒１６とモリブデン箔１７とリード線１８は、予め直列に接続一体化した電極アッシーとして構成されており、石英ガラス管Ｗの球状膨出部寄りをピンチシールするピンチシール工程において、電極アッシーのモリブデン箔１７を含む領域がピンチシールされて、ピンチシール部１３に封着されている。
【００２７】
符号Ｇは、アークチューブ１０に溶着一体化された円筒形状の紫外線遮蔽用シュラウドガラスで、アークチューブ１０から発した光の中で人体に有害な波長域の紫外線成分がカットされる。また、シュラウドガラスＧとアークチューブ１０間の密閉空間には、不活性ガスまたは窒素が１気圧以下で封入されて密閉ガラス球１２が高温に保持されている。
【００２８】
アークチューブ１０の具体的なサイズとしては、密閉ガラス球１２の外径および内径が６．１ｍｍおよび２．５ｍｍ、密閉ガラス球１２の内容積は２２μｌ、電極棒１６は、先端側の１．２ｍｍまでの太さが０．３５ｍｍ、残りの軸部側の太さが０．３ｍｍの全長７．０ｍｍの段付き構造で、カリウムドープタングステンで構成されている。
【００２９】
密閉ガラス球１２内には、総重量０．３ｍｇの封入物質（ＮａＩ，ＳｃＩ３，ＳｃＢｒ３，ＩｎＩおよびＺｎＩ２）が１５気圧のＸｅガスとともに封入されている。封入物質の重量比は、ＮａＩ：ＳｃＩ３：ＳｃＢｒ３：ＩｎＩ：ＺｎＩ２＝６２：８．８：２０：０．２：９であり、アークチューブ１０を包囲するシュラウドガラスＧ内には、０．１気圧のＮ２ガスが封入されている。
【００３０】
また、アークチューブ１０では、密閉ガラス球１２に水銀が封入されていないため、水銀入りアークチューブに比べて管電圧が低く（管電流の値が大きく）設定されている。このため、ピンチシール部１３を含むアークチューブ１０の温度が水銀入りアークチューブの場合よりも高温となる条件で使用されることになるが、この厳しい条件においても箔浮き等が生じないように、ピンチシール部１３に封着したモリブデン箔１７として、ＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔または、ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔であって、酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理を施してその表面に深くかつ複雑な微小凹凸形状の粗面１７ｃを形成したモリブデン箔が用いられて、ガラスとモリブデン箔１７との接合強度が確保されている。
【００３１】
即ち、第１の実施例のアークチューブに使用されているモリブデン箔１７は、モリブデンとＴｉＯ２の総重量に対し２重量％のＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔が、酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理されて、その表面には、図３（ｂ）に示すような、深くかつ複雑な微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されている。一方、第２の実施例のアークチューブに使用されているモリブデン箔１７は、ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティング（面積比６．９μｇ/ｃｍ２）したモリブデン箔が、酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理されて、その表面に、図４（ｂ）に示すような、深くかつ複雑な微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されている。そして、第１，第２の実施例のいずれのアークチューブにおいても、ピンチシール部１３におけるモリブデン箔１７とガラスの接合界面では、モリブデン箔１７表面の深くかつ複雑な微小凹凸形状の粗面１７ｃにガラスが密着して、ガラスとモリブデン箔１７との接合強度が確保されている。
【００３２】
次に、第１，第２の実施例のアークチューブのピンチシール部１３に封着されているモリブデン箔１７のガラスとの密着性を詳しく説明する。
【００３３】
その前に、比較例のモリブデン箔（特許文献１のモリブデン箔）のガラスとの密着性を説明する。比較例のモリブデン箔は、大気にさらされることで、その表面は、図５（ａ）に示すように、酸化被膜で覆われる。そして、モリブデン箔に、酸化処理炉に所定時間入れた後、さらに水素ガスを満たした還元処理炉に所定時間入れるという酸化・還元処理（以下、エッチング処理という）を施すことで、モリブデン箔の表面から酸化被膜が除去されされるとともに、モリブデン箔の表層部の酸化されたモリブデンが昇華して、モリブデン箔表面には、図５（ｂ）に示すように、微小凹凸形状の粗面が形成される。そして、ピンチシール部では、モリブデン箔の微小凹凸内に石英ガラスが隙間なく充填した形態となって、石英ガラスとモリブデン箔との界面における物理的密着性（機械的接合強度）が高められている。
【００３４】
これに対し、第１の実施例のアークチューブに使用されているモリブデン箔１７は、ＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔で構成されている。このモリブデン箔１７は、大気にさらされることで、その表面は、図３（ａ）に示すように、酸化被膜１７ａで覆われる。そして、モリブデン箔１７に、酸化処理炉に所定時間入れた後、さらに水素ガスを満たした還元処理炉に所定時間入れるというエッチング処理を施す。これにより、モリブデン箔１７の表面から酸化被膜１７ａが除去されるとともに、モリブデン箔１７の表層部の酸化されたモリブデンは昇華するがＴｉＯ２粒子２０は昇華することなくそのまま残り、モリブデン箔表面には、図３（ｂ）に示すように、微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成される。粗面１７ｃには、酸化被膜１７ａが除去されることでモリブデン箔１７の表面にもともと露出していたＴｉＯ２粒子２０の他に、微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されることで、モリブデン箔内部に分散していたＴｉＯ２粒子２０も粗面１７ｃに露出する形態となる。これは、比較例（特許文献１）のモリブデン箔がエッチング処理されると、モリブデン箔の表面から酸化被膜が除去されるとともに、モリブデン箔表面に微小凹凸形状の粗面が単に形成されている形態（図５（ａ），（ｂ））とは、明らかに相違する。
【００３５】
このため、ピンチシール部１３において、モリブデン箔の粗面１７ｃに分散して露出する多数のＴｉＯ２粒子（石英ガラスと化学的結合力の強いＴｉＯ２粒子）２０が、石英ガラスとモリブデン箔との界面における化学的密着性（化学的接合強度）を高める。
【００３６】
また、モリブデン箔１７表層部のモリブデンが昇華することで、モリブデン箔表面に微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されるが、ＴｉＯ２粒子２０は昇華されずに粗面１７ｃ上にそのまま残るため、この残存するＴｉＯ２粒子２０がモリブデン箔表面に形成される微小凹凸１７ｂを深くかつ複雑（特許文献１のモリブデン箔の粗面に形成される微小凹凸よりも深くかつ複雑）にする。この結果、ピンチシール部１３において、図３（ｃ）に示すように、モリブデン箔粗面１７ｃの微小凹凸１７ｂ内に石英ガラスが隙間なく充填した形態となって、石英ガラスとモリブデン箔１７との界面における物理的密着性（機械的接合強度）も高められる。
【００３７】
一方、第２の実施例のアークチューブに使用されているモリブデン箔１７は、ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔で構成されている。このモリブデン箔１７は、大気にさらされることで、その表面は、図４（ａ）に示すように、酸化被膜１７ａで覆われる。そして、モリブデン箔１７に第１の実施例の場合と同様のエッチング処理を施すことで、モリブデン箔１７の表面から酸化被膜１７ａが除去されるとともに、モリブデン箔１７表層部の酸化されたモリブデンは昇華するがＴｉＯ２層２２は昇華することなくそのまま残り、モリブデン箔表面には、図４（ｂ）に示すように、微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成される。このため、ピンチシール部１３において、モリブデン箔１７の粗面１７ｃに分散して露出するＴｉＯ２層（石英ガラスと化学的結合力の強いＴｉＯ２層）２２が、石英ガラスとモリブデン箔１７との界面における化学的密着性（化学的接合強度）を高める。
【００３８】
また、モリブデン箔１７表層部のモリブデンが昇華することで、モリブデン箔表面に微小凹凸形状の粗面１７ｃが形成されるが、ＴｉＯ２層２２は昇華されずに粗面１７ｃ上にそのまま残るため、この残存するＴｉＯ２層がモリブデン箔表面に形成される微小凹凸１７ｂを深くかつ複雑（特許文献１のモリブデン箔の粗面に形成される微小凹凸よりも深くかつ複雑）にする。この結果、ピンチシール部１３において、図４（ｃ）に示すように、モリブデン箔粗面の微小凹凸１７ｂ内に石英ガラスが隙間なく充填した形態となって、石英ガラスとモリブデン箔１７との界面における物理的密着性（機械的接合強度）も高められる。
【００３９】
このように、第１，第２の実施例のいずれにおいても、ピンチシール部１３の石英ガラスとモリブデン箔１７間の接合界面では、この界面に生じる熱応力に十分対抗できる密着性（接合強度）をもつ。
【００４０】
また、このエッチング処理面（酸化・還元処理面）１７ｃをもつモリブデン箔１７を量産するには、帯状の長いモリブデン箔を捲回したモリブデン箔スプールを巻き解して、酸化処理炉および還元処理炉に順次通すことで、モリブデン箔スプール材の表面にエッチング処理を行い、そして再び巻き取ることで、表面にエッチング処理を施した帯状の長いモリブデン箔スプールが得られる。そして、エッチング処理済み帯状モリブデン箔スプールを巻き解して所定長さに切断すれば、エッチング処理面１７ｃをもつ所定寸法のモリブデン箔１７が得られる。そして、このエッチング処理面１７ｃをもつモリブデン箔１７に電極棒１６およびリード線１８を直列に溶接して、電極アッシーとして一体化する。
【００４１】
そして、モリブデン箔の酸化処理温度は、高い方が酸化の進行が速く、酸化処理時間が短くなって望ましいが、３００℃未満では、モリブデン箔の表面に酸化膜が形成されるまでに長時間がかかり、実用的でない。また、５５０℃を越えると、酸化しすぎにより、視覚的にはモリブデン箔の表面が灰黒色化し、脆弱となって、電極棒との溶接性が低下したり、ピンチシール時に箔切れを起こすおそれがあるので、３００℃〜５５０℃の範囲でモリブデン箔を酸化処理することが望ましい。そして、処理時間を考えると、モリブデン箔の酸化処理温度は、その後の還元処理時間にほぼ等しい処理時間となる５００℃〜５５０℃の範囲が最も望ましく、実施例では、後述するように、５００℃と５５０℃の２通りで実施したが、いずれの場合も望ましい粗面１７ｃが得られた。
【００４２】
図６〜９は、ＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔（実施例１），ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔（実施例２）および何の処理もしないモリブデン箔（比較例）について、酸化・還元処理条件を変えた場合のアークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間），アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）および光束維持率を示す図で、（ａ）はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係を表で示し、（ｂ）は（ａ）の図表をグラフで示す。図９はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係の総合評価を表で示している。
【００４３】
但し、図６〜８の酸化・還元処理条件としては、酸化・還元処理を全く施さない「なし」の場合、「５０５℃で酸化処理５０秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理１の場合、「５０５℃で酸化処理６５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理２の場合、「５０５℃で酸化処理９５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理３の場合のデータである。
【００４４】
また、処理１，２，３のデータは、酸化処理温度をそれぞれ５０５℃としているが、酸化処理温度をそれぞれ５０５℃よりも５℃低い５００℃とするとともに、酸化処理時間を処理１，２，３の各処理時間よりも１５秒，３０秒，９５秒だけ長くした「５００℃で酸化処理６５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理１’の場合、「５００℃で酸化処理９５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理２’の場合、「５００℃で酸化処理１９０秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」の処理３’の場合も、図示しないが、アークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間），アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）および光束維持率については、処理１，２，３のデータとほぼ同様のデータが得られた。
【００４５】
これらの図６〜９において、まず、アークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間）については、図６に示すように、実施例１，２のいずれにおいても、処理１，２，３（処理１’，２’，３’）のいずれかの酸化・還元処理を施せば、箔浮き（封入物質のリーク）発生まで２０００時間を超えるが、基準とする２５００時間の寿命を満足するためには、実施例１，２のいずれの場合も、処理２（処理２’）で示す酸化・還元処理を施すことが必要である。
【００４６】
また、アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）については、図７に示すように、実施例１，２のいずれにおいても、処理１，２，３（処理１’，２’，３’）のいずれかの酸化・還元処理を施せば、フリッカーの発生まで２０００時間を超えるが、基準とする２５００時間の寿命を満足するためには、実施例１，２のいずれの場合も、処理２または処理３（処理２’または処理３’）で示す酸化・還元処理を施すことが必要である。
【００４７】
また、光束維持率については、図８に示すように、１５００時間経過後の光束維持率８０％を満足するためには、実施例１，２のいずれの場合も、処理２または処理３（処理２’または処理３’）で示す酸化・還元処理を施すことが必要である。
【００４８】
即ち、実施例１，２のいずれの場合も、処理１のように、モリブデン箔の酸化・還元処理が十分でないと、モリブデン箔中のＴｉＯ２の酸素成分が封入物質（Ｓｃ）と反応してＳｃの発光への寄与率が低下し、比較例と比べて光束維持率が劣る。しかし、処理２，３のように、モリブデン箔を十分に酸化・還元処理して、モリブデン箔表面の酸化被膜や余分なＴｉＯ２等の異物を除去することで、光束維持率が上昇する。
【００４９】
そして、実施例１，２の最も望ましい酸化・還元処理条件としては、図９に示すように、処理２「５０５℃で酸化処理６５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」、または、処理２と同様の効果が得られる処理２’「５００℃で酸化処理９５秒、６３０℃で水素による還元処理９０秒」であり、これらの処理条件によれば、アークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間），アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）および光束維持率の全てについて満足できる。
【００５０】
なお、前記した実施例では、モリブデンとＴｉＯ２の総重量に対し２重量％のＴｉＯ２をドープしたモリブデン箔（第１の実施例）と、ＴｉＯ２を不連続なランド状にコーティング（面積比６．９μｇ/ｃｍ２）したモリブデン箔（第２の実施例）が記載されているが、ドープするＴｉＯ２の量は、０．１〜３．０重量％、コーティングするＴｉＯ２の量は、面積比６〜８μｇ/ｃｍ２の範囲が望ましい。ＴｉＯ２の量が多すぎると、酸素成分が多いためフリッカーが発生しやすく、光束維持率が低下する。逆に、ＴｉＯ２の量が少なすぎると、モリブデン箔とガラスとの結合力が低下し、箔浮きが発生しやすく、寿命が低下する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例に係る放電ランプ装置の縦断面図である。
【図２】放電ランプ装置用アークチューブの断面図で、（ａ）は同アークチューブの縦断面図、（ｂ）は同アークチューブの水平断面図である。
【図３】実施例１（ＴｉＯ２がドープされたモリブデン箔）が酸化・還元処理されてその表面形状が変化する様子を示す図で、（ａ）は酸化・還元処理前のモリブデン箔表層部の断面図、（ｂ）は酸化・還元処理したモリブデン箔表層部の断面図、（ｃ）はピンチシール部におけるモリブデン箔と石英ガラス界面近傍の断面図である。
【図４】実施例２（ＴｉＯ２がコーティングされたモリブデン箔）が酸化・還元処理されてその表面形状が変化する様子を示す図で、（ａ）は酸化・還元処理前のモリブデン箔表層部の断面図、（ｂ）は酸化・還元処理したモリブデン箔表層部の断面図、（ｃ）はピンチシール部におけるモリブデン箔と石英ガラス界面近傍の断面図である。
【図５】比較例（特許文献１のモリブデン箔）が酸化・還元処理されてその表面形状が変化する様子を示す図で、（ａ）は酸化・還元処理前のモリブデン箔表層部の断面図、（ｂ）は酸化・還元処理したモリブデン箔表層部の断面図、（ｃ）はピンチシール部におけるモリブデン箔と石英ガラス界面近傍の断面図である。
【図６】実施例１，２および比較例について酸化・還元処理条件を変えた場合のアークチューブの寿命（箔浮き発生までの時間），アークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）および光束維持率を示す図で、（ａ）はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係を表で示す図、（ｂ）は（ａ）の図表をグラフで示す図である。
【図７】実施例１，２および比較例について酸化・還元処理条件を変えた場合のアークチューブの寿命（フリッカー発生までの時間）を示す図で、（ａ）はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係を表で示す図、（ｂ）は（ａ）の図表をグラフで示す図である。
【図８】実施例１，２および比較例について酸化・還元処理条件を変えた場合の光束維持率を示す図で、（ａ）はモリブデン箔の仕様（実施例１，２および比較例）と酸化・還元処理条件との関係を表で示す図、（ｂ）は（ａ）の図表をグラフで示す図である。
【図９】図６〜８のモリブデン箔の仕様と酸化・還元処理条件との関係の総合評価を表で示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ アークチューブ
Ｇ シュラウドガラス
１２ 密閉ガラス球
１３ ピンチシール部
１３Ａ 一次ピンチシール部
１３Ｂ 二次ピンチシール部
１６ 電極棒
１７ モリブデン箔
１７ａ 酸化被膜
１７ｂ 酸化・還元処理したモリブデン箔表面の微小凹凸
１７ｃ 酸化・還元処理したモリブデン箔表面の粗面
１８ リード線
２０ ＴｉＯ２粒子
２２ ＴｉＯ２層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔を含む領域がガラスによってピンチシールされて、発光物質等を封入した密閉ガラス球内に電極が対設され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、前記電極アッシーを構成するモリブデン箔は、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔に酸化と還元からなるエッチング処理を施してその表面を粗面化したモリブデン箔で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】
電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔を含む領域をガラスによってピンチシールして、電極が対設され発光物質等が封入された密閉ガラス球をもつ水銀フリーアークチューブを製造する放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法において、前記電極アッシーを構成するモリブデン箔として、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔に酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理を施したモリブデン箔を用い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の製造方法。
【請求項３】
前記モリブデン箔の酸化処理温度が、５００℃〜５５０℃の範囲内に設定されたことを特徴とする請求項２記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法。
【請求項１】
電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔を含む領域がガラスによってピンチシールされて、発光物質等を封入した密閉ガラス球内に電極が対設され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、前記電極アッシーを構成するモリブデン箔は、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔に酸化と還元からなるエッチング処理を施してその表面を粗面化したモリブデン箔で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】
電極棒とモリブデン箔とリード線を直列に接続一体化した電極アッシーのモリブデン箔を含む領域をガラスによってピンチシールして、電極が対設され発光物質等が封入された密閉ガラス球をもつ水銀フリーアークチューブを製造する放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法において、前記電極アッシーを構成するモリブデン箔として、ＴｉＯ２をドープまたは不連続なランド状にコーティングしたモリブデン箔に酸化処理と還元処理からなる表面粗面化エッチング処理を施したモリブデン箔を用い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の製造方法。
【請求項３】
前記モリブデン箔の酸化処理温度が、５００℃〜５５０℃の範囲内に設定されたことを特徴とする請求項２記載の放電ランプ装置用水銀フリーアークチューブの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−７３３３０（Ｐ２０１０−７３３３０Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６３６５（Ｐ２００８−２３６３６５）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００１１３３）株式会社小糸製作所 (1,575)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００１１３３）株式会社小糸製作所 (1,575)
【Ｆターム（参考）】
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