高圧放電ランプ
【課題】環境汚染物質を用いずに、電極部材の消耗・変形を抑制でき、気密性容器の黒化、白濁を抑制することができる高圧放電ランプを提供すること。
【解決手段】紫外線透過性の材料からなり、少なくとも希ガスが封入された気密性容器１２の両端に、それぞれ一端を含むように２つのコイル巻装電極１３が設けられた高圧放電ランプ１１であって、２つのコイル巻装電極１３のうち、少なくとも一方のコイル巻装電極１３を構成する電極部材１３１は、タングステンを基材とし、これに少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有させる。
【解決手段】紫外線透過性の材料からなり、少なくとも希ガスが封入された気密性容器１２の両端に、それぞれ一端を含むように２つのコイル巻装電極１３が設けられた高圧放電ランプ１１であって、２つのコイル巻装電極１３のうち、少なくとも一方のコイル巻装電極１３を構成する電極部材１３１は、タングステンを基材とし、これに少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプに関し、特に、放電ランプに用いられるタングステン電極の材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶の製造工程中の硬化及び乾燥または、接着剤の硬化などには、交流放電方式の高圧放電ランプが使用されている。この交流放電方式の高圧放電ランプに用いられる電極は、電子を放出する陰極の特性と、消耗・変形し難い陽極の特性と、を同時に備える必要がある。これらの特性を同時に満たす電極として、酸化トリウムを含有したタングステン電極が知られている。（特許文献１参照）
この電極は、電極表面からの深さが５ｎｍの位置におけるトリウム（Ｔｈ）の含有率が０．２５〜４．９８ＡＣ％であるタングステン電極である。ここでＡＣ％（Ａｔｏｍｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ％）とは、電極表面からの深さが５ｎｍまでの範囲中に存在するタングステン（Ｗ）、トリウム（Ｔｈ）の原子数およびトリウム（Ｔｈ）酸化物の分子数等を含めた全ての原子数および分子数の合計に対するトリウム（Ｔｈ）の原子数を百分率で示したものである。
【０００３】
上述した酸化トリウムを含有したタングステン電極は、酸化トリウムが低い仕事関数を有するため、良好な陰極の特性を有する。すなわち、低い仕事関数を有するため、低電圧で電子を放出することができるとともに、ランプを放電させた時に長時間安定して動作させることが可能である。このように、酸化トリウムを含有したタングステン電極は、電子放出性が良く、比較的低い温度での電子放出が可能なため、電極の温度は上昇せず、酸化トリウムの蒸発による放電管の黒化・白濁を抑圧することが可能である。
【０００４】
さらに酸化トリウムは、酸化物の中で最も高い融点を持ち、電極の温度を下げる効果を有するため、良好な陽極の特性をも有する。すなわち、電極の温度を下げる効果を有するため、タングステンの消耗、耐変形性が向上する。さらに酸化トリウムは高い融点を持つため、蒸発量が少なく、放電管の材料である石英ガラスと反応し難い。従って、タングステンの消耗・変形を抑制することが可能であるとともに、放電管の黒化・白濁を抑制することが可能である。
【０００５】
このように、上述した酸化トリウムを含有したタングステン電極は、陰極と陽極に要求される特性を同時に高度に備えることが可能となる。従って、高圧放電ランプに酸化トリウムを含有したタングステン電極を用いることで、電極の消耗・変形及び、放電管の黒化、白濁などの現象などを抑制することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７９８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１に係る電極に対して用いられる酸化トリウムは放射性物質であるため、環境に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、環境汚染物質を用いずに、電極の消耗・変形が抑制でき、放電管の黒化、白濁を抑制することができる高圧放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による高圧放電ランプは、紫外線透過性の材料からなり、少なくとも希ガスが封入された放電管と、この放電管内の両端に、それぞれ一端を含むように設けられた２つの放電電極と、を有し、前記２つの放電電極の少なくとも一方は、タングステンを基材とし、この基材に少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有する放電電極からなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明による高圧放電ランプは、紫外線透過性の材料からなり、少なくとも水銀及び希ガスが封入された放電管と、この放電管内の両端に、それぞれ一端を含むように設けられた２つの放電電極と、を有し、前記２つの放電電極の少なくとも一方は、タングステンを基材とし、この基材に少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有する放電電極からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、環境汚染物質を用いずに、電極の消耗・変形が抑制でき、放電管の黒化、白濁を抑制することができる高圧放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る高圧放電ランプの軸に沿った断面図である。
【図２】図１に示す高圧放電ランプの要部を拡大した断面図である。
【図３】図１に示す高圧放電ランプを実験１により点灯させた場合のエミッタ材の濃度およびエミッタ材の粒径と、気密性容器の黒化、白濁との関係を示す表である。
【図４】図１に示す高圧放電ランプ実験２によりを点灯させた場合のエミッタ材の濃度およびエミッタ材の粒径と、気密性容器の黒化、白濁との関係を示す表である。
【図５】図１に示す高圧放電ランプの電極部材に沿った断面の顕微鏡写真である。
【図６Ａ】図１に示す高圧放電ランプの電極部材の結晶状態を示す顕微鏡写真である。
【図６Ｂ】図１に示す高圧放電ランプの電極部材の結晶状態を示す顕微鏡写真である。
【図７Ａ】図６Ａの結晶状態と比較するための顕微鏡写真である。
【図７Ｂ】図６Ｂの結晶状態と比較するための顕微鏡写真である。
【図８】図６Ａ、図６Ｂに示す結晶状態を簡略化した図である。
【図９】図７Ａ、図７Ｂに示す結晶状態を簡略化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態に係る高圧放電ランプについて、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る高圧放電ランプの軸に沿った断面図である。図２は、図１の高圧放電ランプの電極部分を拡大した断面図である。
【００１５】
図１に示す高圧放電ランプ１１において、気密性容器１２は、紫外線透過性の石英製の発光管である。この気密性容器１２の両端内部には、図１に示すように、コイル巻装電極１３が対向配置される。これらのコイル巻装電極１３は、それぞれ気密性容器１２の両端の外部のソケット１４に支持されている。
【００１６】
気密性容器１２の内部には、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス、水銀、そして、鉄、錫、ハロゲン化水銀、が封入されている。ハロゲン化水銀は、ヨウ化水銀（ＨｇＩ２）を用いることができる。水銀、鉄、錫、ヨウ化水銀が封入された場合は、波長３５８ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍ付近に発光ピークを有する。
【００１７】
また、気密性容器１２の内部には、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス、水銀、ハロゲン化タリウムが封入されてもよい。ハロゲン化タリウムとしては、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を用いてもよい。この種の高圧放電ランプ１１においては、波長３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍ付近に、特に、３５２ｎｍ、３７８ｎｍ付近に大きな発光ピークを有する。なお、ヨウ化タリウムに代えて、臭化タリウムを採用することもできる。
【００１８】
図２に示すように、コイル巻装電極１３は、電極部材１３１と、この電極部材１３１の一端に螺旋状に巻かれたコイル１３２からなる。このコイル１３２は、電極部材１３１の先端の表面積を増やすことにより、電極部材１３１の温度上昇を抑制するために設けられている。電極部材１３１の他端は、電極箔１３３と接合している。電極部材１３１の他端が一端に接続された電極箔１３３の他端は、ソケット１４の内部において、図１に示すように、外部リード１５に接続されている。
【００１９】
電極部材１３１は、タングステン（Ｗ）に、エミッタ材を含有されたものである。エミッタ材は、電極部材１３１から電子を放出させる能力を有するとともに、電極部材１３１の温度を下げる能力を有するものである。このエミッタ材は、例えばランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、プロセオジム（Ｐｒ）のうち、いずれか１種類の希土類元素の酸化物からなり、希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度で含有されている。この濃度の範囲は、下記に示す２種のランプの実験結果より導き出されたものである。この濃度範囲以外の濃度のエミッタ材を含有する電極１３を備えた高圧放電ランプを点灯させた場合、気密性容器１２は黒化または白濁する。
【００２０】
なお、上述したエミッタ材の濃度範囲は、気密性容器１２の外径φが４０ｍｍ未満の場合には、０．５〜２．５体積％であることが好ましい。また、気密性容器１２の外径φが４０ｍｍ以上の場合には、０．５〜５．０体積％であることが好ましい。
【００２１】
体積％は、以下の式により求めることができる。
Ｂ＝｛ｖｅｍ／（ｖｗ＋ｖｅｍ）｝×１００
＝［（ｍｅｍ／ρｅｍ）／｛（ｍｗ／ρｗ）＋（ｍｅｍ／ρｅｍ）｝］×１００
ここで上述の式のＢは、体積％を示す。ｖｗは、タングステンの体積、ｖｅｍは、タングステンに含有される希土類元素の体積を示す。すなわち、体積％とは、タングステンの体積に対する、含有された希土類元素の体積の割合を意味する。
【００２２】
これらの体積ｖｗ、ｖｅｍは、それぞれの質量（ｍｗ、ｍｅｍ）および密度（ρｗ、ρｅｍ）から求めることができる。ここで、電極部材１３１は、タングステンに希土類元素の酸化物を含有させることにより、タングステンに希土類元素を含有させて形成される。なお、上述の希土類元素の質量ｍｅｍは、タングステンに含有させる希土類酸化物の質量から算出される質量である。
【００２３】
以上に示した高圧放電ランプ１１を用い、以下の２種の実験を行った。
実験１に使用された高圧放電ランプ１１の気密性容器１２は、外管径φが２７．５ｍｍ、肉厚ｍが１．５ｍｍ、発光長Ｌが１０００ｍｍのものであり、ランプ電流値１１．０Ａの仕様のものである。この高圧放電ランプ１１を、定格電圧１１５０Ｖ、定格電流１０．５Ａ、定格電力１２ｋＷで定格点灯させた。そして、５００時間後の気密性容器１２の両端の黒化、白濁状態を観測した。この結果を図３に示す。
【００２４】
図３は、エミッタ材の種類毎に、異なる濃度および異なる平均粒径のエミッタ材をそれぞれタングステンに含有させた電極部材１３１を用い、これらのランプの黒化状態、白濁状態を５段階で評価したものである。図３において、黒化、白濁の評価については、数値が大きくなるほど特性が悪いことを示した。さらに、黒化状態と白濁状態の総合評価を、黒化状態と白濁状態との評価の和で示し、評価の和が４以下の場合は○、５の場合は△、６以上の場合は×を、それぞれ図３に示した。
【００２５】
次に、実験２使用された高圧放電ランプ１１の気密性容器１２は、外管径φが８４．０ｍｍ、肉厚ｍが１．５ｍｍ、発光長Ｌが１４９０ｍｍのものであり、ランプ電流値２３．４Ａの仕様のものである。この高圧放電ランプ１１を、定格電圧１９２５Ｖ、定格電流２３．４Ａ、定格電力４４ｋＷで定格点灯させた。そして、５００時間後の気密性容器１２の両端の黒化、白濁状態を観測した。この結果を、図４に示す。
【００２６】
図４は図３同様に、エミッタ材の種類毎に、異なる濃度のエミッタ材をそれぞれタングステンに含有させた電極部材１３１を用い、これらのランプの黒化状態、白濁状態を５段階で評価したものである。図４において、黒化、白濁の評価については、数値が大きくなるほど特性が悪いことを示した。さらに、黒化状態と白濁状態の総合評価を、黒化状態と白濁状態との評価の和で示し、評価の和が４以下の場合は○、５の場合は△、６以上の場合は×を、それぞれ図４に示した。
【００２７】
図３、図４の結果より、以下のことが判明した。
まず、総合評価が○であった高圧放電ランプ１１に使用された電極部材１３１のエミッタ材の含有量は、実験１に場合は、希土類元素単体の量に換算して０．５〜２．５体積％、実験２の場合は希土類元素単体の量に換算して０．５〜５．０体積％の範囲であることがわかった。
【００２８】
実験１においてエミッタ材が２．５体積％より高い濃度である場合、または、実験２においてエミッタ材が５．０体積％より高い濃度である場合は、気密性容器１２が白濁していた。これは、電極部材１３１の表面に存在するエミッタ材が多くなるため、点灯中にエミッタ材が飛散してしまったためである。これにより、飛散したエミッタ材は、気密性容器１２の内面などに付着し、照度の低下およびエミッタ材に起因する石英の結晶化が起こり、気密性容器１２の破損につながる可能性がある。
【００２９】
一方、両実験において、エミッタ材が０．５体積％より低い濃度である場合は、気密性容器１２が黒化していた。これは、電極部材１３１が純タングステンに近い状態になるため、電極部材１３１からの電子放出性が悪くなり、スポット温度が高くなったためである。これにより、電極部材１３１の劣化が促進されるとともに、タングステンが蒸発し、気密性容器１２を黒化させた。
【００３０】
また、両実験において、総合評価○であった高圧放電ランプ１１に使用された電極部材１３１に添加されたエミッタ材の平均粒径は、３μｍ未満であることがわかった。ここで平均粒径は、放電電極１３１を軸方向に沿って切断し、その断面をレーザ顕微鏡で１０００倍に拡大した図５に示すような画像を用いて求めた。すなわち、平均粒径とは、図５に示す画像内の任意の５０μｍの円中に含まれるエミッタ材粒子の最大径（フィレット径）を測定し、エミッタ材粒子の最大径の和をエミッタ材粒子の個数で割ることにより求めたものである。
【００３１】
エミッタ材の平均粒径が３μｍ以上であった場合には、気密性容器は黒化した。これは、エミッタ材の粒径大きいため、エミッタ材の粒子が電極部材１３１の表面の結晶化された領域を移動し難くなったためである。その結果、電極部材１３１の表面にエミッタ材が供給され難くなったため、エミッタ材を含有させることによって得られる効果は得られにくくなった。
【００３２】
すなわち、電極部材１３１の放電による消耗、変形を抑制するとともに、十分に気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することができるエミッタ材の平均粒径は上述の実験の結果から、３μｍ未満であることがわかった。この平均粒径は小さいほど望ましく、より好ましい範囲は、１．５μｍ以下である。
【００３３】
以上から、希土類元素単体の量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度の希土類の酸化物であり、平均粒径が３μｍ未満のエミッタ材を電極部材１３１に含有させることにより、電極部材１３１の放電による消耗・変形を抑制するとともに、十分に気密性容器１２の黒化・白濁を抑制することができることがわかった。
【００３４】
次に、上述した本実施例に係る電極部材１３１の製造方法について説明する。製造方法は特に限定されるものではないが、例えば次のような方法で製造できる。
【００３５】
まず、希土類金属の硝酸化物を水溶液状にしたものと、平均粒径２〜３μｍで純度９９．９５％以上のタングステン粉末を規定量、磁製皿の中で混ぜ合わせ、乾燥させる。その後、７００〜９００℃の水素雰囲気中で希土類金属の硝酸化物を分解させ、酸化物として微細に分散させると同時に、タングステン粉末を還元させる。エミッタ材粉末は、酸化物の形でタングステン粉末とボールミルで混合しても良いが、粗大なエミッタ材粒子がそのまま焼結体にしたときに残存し、結果として本発明のエミッタ材粒子径３μｍ未満にすることが困難となるため、粉末の製造方法は上記方法が好ましい。
【００３６】
続いて、金型で縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×長さ６５０ｍｍ程度の大きさにプレスし、所定の大きさの成形体を作成する。その後、水素雰囲気で通電焼結を行い、縦１２．５ｍｍ×横１２．５ｍｍ×高さ５４０ｍｍ程度の焼結体を得る。
【００３７】
次に、１４００〜１７００℃に加熱された焼結体を叩きながら引き伸ばすことによって、焼結体を細く引き伸ばす。続いて、細く引き伸ばされた焼結体を、径が一定の同心円状になるように研磨する。最後に、同心円状に研磨された焼結体の表面を電解処理により研磨することによって、電極部材１３１を形成する。
【００３８】
電極部材１３１を形成した後、気密性容器１２に対して、１２００〜１４００℃の水素雰囲気でクリーニングを行った後、２０００℃以下で真空処理を行う。そして、電極部材１３１の先端にコイル１３２を備えたコイル巻装電極１３を、この気密性容器１２に組み込むことにより、上述した高圧放電ランプ１１を得ることができる。
【００３９】
以上に示したコイル巻装電極１３を用いることにより、電極部材１３１の消耗、変形を抑制でき、気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することが可能な高圧放電ランプ１１を形成することができる。
【００４０】
ここで、上述した電極部材１３１の先端のタングステン結晶の長手方向を長軸（Ｌ）、この電極の断面方向を短軸（Ｗ）としたとき、Ｌ／Ｗを３．０以上とすることによって、さらに電極部材１３１の消耗、変形を抑制でき、気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することが可能となる。以下、この点について説明する。
【００４１】
電極部材１３１の先端は、放電の起点となるために溶融し、溶融層を形成する。ここで溶融層を、電極部材１３１の先端から軸方向に向かう長さをＭ、電極部材１３１の直径をＤとした時に、Ｍ／Ｄが０．０１以上０．５以下の範囲とする。この溶融層は、放電の起点（スポット）の一部分に形成される場合、または、電極部材１３１の先端部分全体に渡って形成される場合がある。しかし、どちらの場合であっても、溶融層が再結晶化するときに、タングステン結晶の粒径が粗大化する。この再結晶化したタングステン結晶は、図６Ａ、図６Ｂに示す顕微鏡写真に示されるように、軸方向に向かって長大になることが望ましい。これは、タングステン結晶が図６Ａ、図６Ｂに示すように長大になることにより、電極部材１３１に含有されるエミッタ材を、電極部材１３１の表面に容易に移動させることができるためである。反対に、図７Ａ、図７Ｂに示す顕微鏡写真のように、再結晶化したタングステン結晶が微細な状態になった場合、電極部材１３１内のエミッタ材を、電極部材１３１の表面に移動させることは困難になる。
【００４２】
これは、図６Ａ、図６Ｂを模式化した図８に示すように、長大なタングステン結晶の場合、タングステン結晶の粒界をエミッタ材が容易に移動できるため、電極部材１３１内のエミッタ材は、電極部材１３１の表面に移動し易いことによる。
【００４３】
反対に、図７Ａ、図７Ｂを模式化した図９に示すように、タングステン結晶が微細な場合、エミッタ材は、タングステン結晶の粒界を移動することが困難になるため、電極部材１３１内のエミッタ材は、その表面に移動し難くなる。
【００４４】
従って、この溶融層直下に形成される結晶の大きさは、電極部材１３１の長手方向を長軸（Ｌ）、電極部材１３１の断面方向を短軸（Ｗ）とした場合にＬ／Ｗが大きいことが望ましい。具体的には、３．０以上であることが望ましいく、より好ましいＬ／Ｗの値は５．０以上であることが、本願発明者によって確認されている。
【００４５】
また、上述した電極部材１３１にさらに、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも１種を０．００１〜０．０１質量％含ませることにより、電極部材１３１の耐変形性をさらに向上させることができる。以下、この点について説明する。
【００４６】
Ａｌ、Ｓｉ、Ｋはドープ材として用いられるものであり、上述の電極部材１３１にこれらを含有させることにより、電極部材１３１の耐変形性を向上させることができる。このドープ材の含有量は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋのいずれか１種を０．００１〜０．０１質量％含有させることが望ましいことが本願発明者によって確認されており、０．００１質量％未満では含有による効果を充分に得ることはできず、また、０．０１質量％を超えると焼結性や加工性に問題が発生する。
【００４７】
さらに、上述した各種ドープ材を電極部材１３１に含ませることにより、タングステンの結晶をより大きくすることができる。従って、電極部材１３１の内部のエミッタ材が移動することを促進すると推定される。
【００４８】
なお、このようなドープ材を含有した電極部材１３１の製造方法は、希土類金属の硝酸化物を水溶液にしたものと、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋを規定量ドープしたタングステンの粉末と、純水とを規定量、磁製皿の中で混ぜ合わせ、乾燥させる他は、上述した製造方法と同様である。
【００４９】
また、加工率が８０％以上である電極部材１３１を使用することにより、さらに電極部材１３１の消耗、変形を抑制でき、気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することが可能となる。以下、この点について説明する。
【００５０】
上述の加工率は、焼結体から電極形状に加工する際の加工する割合を示しており、焼結体の断面積をＳ１とし、電極部材１３１の断面積をＳ２としたとき、［（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ１］×１００（％）で示される量である。この加工率は、エミッタ材の電極部材１３１中への分散及び、電極部材１３１の先端に生成される結晶の大きさＬ／Ｗに影響を及ぼすものである。すなわち、加工率が高いほど、焼結体の状態から電極形状への加工が進むにつれて、タングステンマトリックス中で細かく砕かれていき、微細に分散するようになるため、電極部材１３１の表面にエミッタ材が供給され易くなる。さらに、加工率が高いほど、焼結体の状態から電極形状への加工などにより、電極部材１３１に負荷される熱エネルギーが増し、このエネルギーが溶融したタングステンの再結晶の駆動エネルギーとなるため、Ｌ／Ｗの大きな結晶が生成され易くなり、電極部材１３１の表面にエミッタ材が供給され易くなる。従って、加工率が高い電極部材１３１を使用することが望ましく、具体的には８０％以上の電極部材１３１を使用することが望ましい。
【００５１】
以上に示したように、本発明の高圧放電ランプ１１によれば、電極部材１３１の消耗、変形を抑制することができ、気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することができる。
【００５２】
以下に、上述した高圧放電ランプ１１の具体的な実施例を示す。
【実施例１】
【００５３】
実施例１に係る高圧放電ランプ１１は、体積％が０．６％、平均粒径３μｍのＣｅ２Ｏ３を含有したタングステン製の電極部材１３１を、気密性容器１２の両端に備えたメタルハライドランプ１１である。容器１２の内部には、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｓｎ、ＨｇＩ２を封入した。さらに封入ガスとしてＡｒを封入した。このランプにおいて、気密性容器１２は、紫外線透過性の高い石英管からなり、外径φが２７．５ｍｍ、発光長が１０００ｍｍの仕様のものである。
【００５４】
このメタルハライドランプ１１を、定格電圧が１３１０Ｖ、定格電流が１２．２Ａ、定格電力が１６ｋＷで定格点灯させた。そして、５００時間後の気密性容器１２の両端の黒化、白濁状態を観測した。その結果、電極部材１３１の消耗、変形は抑制され、気密性容器１２の黒化、白濁も抑制された。
【実施例２】
【００５５】
実施例２に係る高圧放電ランプ１１は、体積％が３．０％、平均粒径３μｍのＬａ２Ｏ３を含有したタングステン製の電極部材１３１を、気密性容器１２の両端に備えたメタルハライドランプ１１である。容器１２の内部には、Ｈｇ、ＴｌＩ、ＮａＩを封入した。さらに封入ガスとしてＮｅ−Ａｒの混合ガスを封入した。このランプにおいて、気密性容器１２は、光透過性の高い石英管からなり、外径φが８４ｍｍ、発光長が１４３０ｍｍの仕様のものである。さらに気密性容器１２は、この容器１２の外径より大きなφ１２０ｍｍからなる外観に封装された２重構造である。
【００５６】
このメタルハライドランプ１１を、定格電圧が１９２５Ｖ、定格電流が２３．４Ａ、定格電力が４４ｋＷで定格点灯させた。そして、５００時間後の気密性容器１２の両端の黒化、白濁状態を観測した。その結果、電極部材１３１の消耗、変形は抑制され、気密性容器１２の黒化、白濁も抑制された。
【００５７】
以上に、本発明の高圧放電ランプ１１について説明した。しかし本発明は、上述した各実施例に限定されるものではない。
【００５８】
例えば、電極部材１３１に添加するエミッタ材は、希土類の酸化物を２種類以上含有させてもよい。この場合であっても、希土類元素単体の量の合計が上述した範囲に含まれるように含有させれば、同様の効果を得ることが可能である。
【００５９】
また、ドープ材を２種または３種用いる場合であってもその合計量が０．００１〜０．０１質量％の範囲内であれば、同様の効果を得ることが可能である。
【００６０】
また、上述の気密性容器１２の内部には、放電媒体として、希ガス、水銀、メタルハライドがいずれも含まれた。しかし、本発明は、希ガス及び水銀または、希ガス及びメタルハライドが放電媒体として気密性容器１２の内部に含まれる高圧放電ランプ１１であっても、適用することができる。
【００６１】
また、上述の交流放電方式の各高圧放電ランプ１１において、エミッタ材の濃度およびエミッタ材の平均粒径を上述のように限定することにより、黒化・白濁を抑制できることがわかった。これは、エミッタ材として上述のような物質を用いることにより、電極部材１３１の温度が上昇することを抑制することができたためである。従って、上述の各高圧放電ランプ１１において示した電極部材１３１を、直流放電方式の高圧放電ランプの陰極に応用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１１・・・高圧放電ランプ
１２・・・気密性容器
１３・・・コイル巻装電極
１３１・・・電極部材
１３２・・・コイル
１３３・・・電極箔
１４・・・ソケット
１５・・・外部リード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプに関し、特に、放電ランプに用いられるタングステン電極の材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶の製造工程中の硬化及び乾燥または、接着剤の硬化などには、交流放電方式の高圧放電ランプが使用されている。この交流放電方式の高圧放電ランプに用いられる電極は、電子を放出する陰極の特性と、消耗・変形し難い陽極の特性と、を同時に備える必要がある。これらの特性を同時に満たす電極として、酸化トリウムを含有したタングステン電極が知られている。（特許文献１参照）
この電極は、電極表面からの深さが５ｎｍの位置におけるトリウム（Ｔｈ）の含有率が０．２５〜４．９８ＡＣ％であるタングステン電極である。ここでＡＣ％（Ａｔｏｍｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ％）とは、電極表面からの深さが５ｎｍまでの範囲中に存在するタングステン（Ｗ）、トリウム（Ｔｈ）の原子数およびトリウム（Ｔｈ）酸化物の分子数等を含めた全ての原子数および分子数の合計に対するトリウム（Ｔｈ）の原子数を百分率で示したものである。
【０００３】
上述した酸化トリウムを含有したタングステン電極は、酸化トリウムが低い仕事関数を有するため、良好な陰極の特性を有する。すなわち、低い仕事関数を有するため、低電圧で電子を放出することができるとともに、ランプを放電させた時に長時間安定して動作させることが可能である。このように、酸化トリウムを含有したタングステン電極は、電子放出性が良く、比較的低い温度での電子放出が可能なため、電極の温度は上昇せず、酸化トリウムの蒸発による放電管の黒化・白濁を抑圧することが可能である。
【０００４】
さらに酸化トリウムは、酸化物の中で最も高い融点を持ち、電極の温度を下げる効果を有するため、良好な陽極の特性をも有する。すなわち、電極の温度を下げる効果を有するため、タングステンの消耗、耐変形性が向上する。さらに酸化トリウムは高い融点を持つため、蒸発量が少なく、放電管の材料である石英ガラスと反応し難い。従って、タングステンの消耗・変形を抑制することが可能であるとともに、放電管の黒化・白濁を抑制することが可能である。
【０００５】
このように、上述した酸化トリウムを含有したタングステン電極は、陰極と陽極に要求される特性を同時に高度に備えることが可能となる。従って、高圧放電ランプに酸化トリウムを含有したタングステン電極を用いることで、電極の消耗・変形及び、放電管の黒化、白濁などの現象などを抑制することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７９８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１に係る電極に対して用いられる酸化トリウムは放射性物質であるため、環境に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、環境汚染物質を用いずに、電極の消耗・変形が抑制でき、放電管の黒化、白濁を抑制することができる高圧放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による高圧放電ランプは、紫外線透過性の材料からなり、少なくとも希ガスが封入された放電管と、この放電管内の両端に、それぞれ一端を含むように設けられた２つの放電電極と、を有し、前記２つの放電電極の少なくとも一方は、タングステンを基材とし、この基材に少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有する放電電極からなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明による高圧放電ランプは、紫外線透過性の材料からなり、少なくとも水銀及び希ガスが封入された放電管と、この放電管内の両端に、それぞれ一端を含むように設けられた２つの放電電極と、を有し、前記２つの放電電極の少なくとも一方は、タングステンを基材とし、この基材に少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有する放電電極からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、環境汚染物質を用いずに、電極の消耗・変形が抑制でき、放電管の黒化、白濁を抑制することができる高圧放電ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る高圧放電ランプの軸に沿った断面図である。
【図２】図１に示す高圧放電ランプの要部を拡大した断面図である。
【図３】図１に示す高圧放電ランプを実験１により点灯させた場合のエミッタ材の濃度およびエミッタ材の粒径と、気密性容器の黒化、白濁との関係を示す表である。
【図４】図１に示す高圧放電ランプ実験２によりを点灯させた場合のエミッタ材の濃度およびエミッタ材の粒径と、気密性容器の黒化、白濁との関係を示す表である。
【図５】図１に示す高圧放電ランプの電極部材に沿った断面の顕微鏡写真である。
【図６Ａ】図１に示す高圧放電ランプの電極部材の結晶状態を示す顕微鏡写真である。
【図６Ｂ】図１に示す高圧放電ランプの電極部材の結晶状態を示す顕微鏡写真である。
【図７Ａ】図６Ａの結晶状態と比較するための顕微鏡写真である。
【図７Ｂ】図６Ｂの結晶状態と比較するための顕微鏡写真である。
【図８】図６Ａ、図６Ｂに示す結晶状態を簡略化した図である。
【図９】図７Ａ、図７Ｂに示す結晶状態を簡略化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態に係る高圧放電ランプについて、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る高圧放電ランプの軸に沿った断面図である。図２は、図１の高圧放電ランプの電極部分を拡大した断面図である。
【００１５】
図１に示す高圧放電ランプ１１において、気密性容器１２は、紫外線透過性の石英製の発光管である。この気密性容器１２の両端内部には、図１に示すように、コイル巻装電極１３が対向配置される。これらのコイル巻装電極１３は、それぞれ気密性容器１２の両端の外部のソケット１４に支持されている。
【００１６】
気密性容器１２の内部には、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス、水銀、そして、鉄、錫、ハロゲン化水銀、が封入されている。ハロゲン化水銀は、ヨウ化水銀（ＨｇＩ２）を用いることができる。水銀、鉄、錫、ヨウ化水銀が封入された場合は、波長３５８ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍ付近に発光ピークを有する。
【００１７】
また、気密性容器１２の内部には、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス、水銀、ハロゲン化タリウムが封入されてもよい。ハロゲン化タリウムとしては、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を用いてもよい。この種の高圧放電ランプ１１においては、波長３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３７８ｎｍ付近に、特に、３５２ｎｍ、３７８ｎｍ付近に大きな発光ピークを有する。なお、ヨウ化タリウムに代えて、臭化タリウムを採用することもできる。
【００１８】
図２に示すように、コイル巻装電極１３は、電極部材１３１と、この電極部材１３１の一端に螺旋状に巻かれたコイル１３２からなる。このコイル１３２は、電極部材１３１の先端の表面積を増やすことにより、電極部材１３１の温度上昇を抑制するために設けられている。電極部材１３１の他端は、電極箔１３３と接合している。電極部材１３１の他端が一端に接続された電極箔１３３の他端は、ソケット１４の内部において、図１に示すように、外部リード１５に接続されている。
【００１９】
電極部材１３１は、タングステン（Ｗ）に、エミッタ材を含有されたものである。エミッタ材は、電極部材１３１から電子を放出させる能力を有するとともに、電極部材１３１の温度を下げる能力を有するものである。このエミッタ材は、例えばランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、プロセオジム（Ｐｒ）のうち、いずれか１種類の希土類元素の酸化物からなり、希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度で含有されている。この濃度の範囲は、下記に示す２種のランプの実験結果より導き出されたものである。この濃度範囲以外の濃度のエミッタ材を含有する電極１３を備えた高圧放電ランプを点灯させた場合、気密性容器１２は黒化または白濁する。
【００２０】
なお、上述したエミッタ材の濃度範囲は、気密性容器１２の外径φが４０ｍｍ未満の場合には、０．５〜２．５体積％であることが好ましい。また、気密性容器１２の外径φが４０ｍｍ以上の場合には、０．５〜５．０体積％であることが好ましい。
【００２１】
体積％は、以下の式により求めることができる。
Ｂ＝｛ｖｅｍ／（ｖｗ＋ｖｅｍ）｝×１００
＝［（ｍｅｍ／ρｅｍ）／｛（ｍｗ／ρｗ）＋（ｍｅｍ／ρｅｍ）｝］×１００
ここで上述の式のＢは、体積％を示す。ｖｗは、タングステンの体積、ｖｅｍは、タングステンに含有される希土類元素の体積を示す。すなわち、体積％とは、タングステンの体積に対する、含有された希土類元素の体積の割合を意味する。
【００２２】
これらの体積ｖｗ、ｖｅｍは、それぞれの質量（ｍｗ、ｍｅｍ）および密度（ρｗ、ρｅｍ）から求めることができる。ここで、電極部材１３１は、タングステンに希土類元素の酸化物を含有させることにより、タングステンに希土類元素を含有させて形成される。なお、上述の希土類元素の質量ｍｅｍは、タングステンに含有させる希土類酸化物の質量から算出される質量である。
【００２３】
以上に示した高圧放電ランプ１１を用い、以下の２種の実験を行った。
実験１に使用された高圧放電ランプ１１の気密性容器１２は、外管径φが２７．５ｍｍ、肉厚ｍが１．５ｍｍ、発光長Ｌが１０００ｍｍのものであり、ランプ電流値１１．０Ａの仕様のものである。この高圧放電ランプ１１を、定格電圧１１５０Ｖ、定格電流１０．５Ａ、定格電力１２ｋＷで定格点灯させた。そして、５００時間後の気密性容器１２の両端の黒化、白濁状態を観測した。この結果を図３に示す。
【００２４】
図３は、エミッタ材の種類毎に、異なる濃度および異なる平均粒径のエミッタ材をそれぞれタングステンに含有させた電極部材１３１を用い、これらのランプの黒化状態、白濁状態を５段階で評価したものである。図３において、黒化、白濁の評価については、数値が大きくなるほど特性が悪いことを示した。さらに、黒化状態と白濁状態の総合評価を、黒化状態と白濁状態との評価の和で示し、評価の和が４以下の場合は○、５の場合は△、６以上の場合は×を、それぞれ図３に示した。
【００２５】
次に、実験２使用された高圧放電ランプ１１の気密性容器１２は、外管径φが８４．０ｍｍ、肉厚ｍが１．５ｍｍ、発光長Ｌが１４９０ｍｍのものであり、ランプ電流値２３．４Ａの仕様のものである。この高圧放電ランプ１１を、定格電圧１９２５Ｖ、定格電流２３．４Ａ、定格電力４４ｋＷで定格点灯させた。そして、５００時間後の気密性容器１２の両端の黒化、白濁状態を観測した。この結果を、図４に示す。
【００２６】
図４は図３同様に、エミッタ材の種類毎に、異なる濃度のエミッタ材をそれぞれタングステンに含有させた電極部材１３１を用い、これらのランプの黒化状態、白濁状態を５段階で評価したものである。図４において、黒化、白濁の評価については、数値が大きくなるほど特性が悪いことを示した。さらに、黒化状態と白濁状態の総合評価を、黒化状態と白濁状態との評価の和で示し、評価の和が４以下の場合は○、５の場合は△、６以上の場合は×を、それぞれ図４に示した。
【００２７】
図３、図４の結果より、以下のことが判明した。
まず、総合評価が○であった高圧放電ランプ１１に使用された電極部材１３１のエミッタ材の含有量は、実験１に場合は、希土類元素単体の量に換算して０．５〜２．５体積％、実験２の場合は希土類元素単体の量に換算して０．５〜５．０体積％の範囲であることがわかった。
【００２８】
実験１においてエミッタ材が２．５体積％より高い濃度である場合、または、実験２においてエミッタ材が５．０体積％より高い濃度である場合は、気密性容器１２が白濁していた。これは、電極部材１３１の表面に存在するエミッタ材が多くなるため、点灯中にエミッタ材が飛散してしまったためである。これにより、飛散したエミッタ材は、気密性容器１２の内面などに付着し、照度の低下およびエミッタ材に起因する石英の結晶化が起こり、気密性容器１２の破損につながる可能性がある。
【００２９】
一方、両実験において、エミッタ材が０．５体積％より低い濃度である場合は、気密性容器１２が黒化していた。これは、電極部材１３１が純タングステンに近い状態になるため、電極部材１３１からの電子放出性が悪くなり、スポット温度が高くなったためである。これにより、電極部材１３１の劣化が促進されるとともに、タングステンが蒸発し、気密性容器１２を黒化させた。
【００３０】
また、両実験において、総合評価○であった高圧放電ランプ１１に使用された電極部材１３１に添加されたエミッタ材の平均粒径は、３μｍ未満であることがわかった。ここで平均粒径は、放電電極１３１を軸方向に沿って切断し、その断面をレーザ顕微鏡で１０００倍に拡大した図５に示すような画像を用いて求めた。すなわち、平均粒径とは、図５に示す画像内の任意の５０μｍの円中に含まれるエミッタ材粒子の最大径（フィレット径）を測定し、エミッタ材粒子の最大径の和をエミッタ材粒子の個数で割ることにより求めたものである。
【００３１】
エミッタ材の平均粒径が３μｍ以上であった場合には、気密性容器は黒化した。これは、エミッタ材の粒径大きいため、エミッタ材の粒子が電極部材１３１の表面の結晶化された領域を移動し難くなったためである。その結果、電極部材１３１の表面にエミッタ材が供給され難くなったため、エミッタ材を含有させることによって得られる効果は得られにくくなった。
【００３２】
すなわち、電極部材１３１の放電による消耗、変形を抑制するとともに、十分に気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することができるエミッタ材の平均粒径は上述の実験の結果から、３μｍ未満であることがわかった。この平均粒径は小さいほど望ましく、より好ましい範囲は、１．５μｍ以下である。
【００３３】
以上から、希土類元素単体の量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度の希土類の酸化物であり、平均粒径が３μｍ未満のエミッタ材を電極部材１３１に含有させることにより、電極部材１３１の放電による消耗・変形を抑制するとともに、十分に気密性容器１２の黒化・白濁を抑制することができることがわかった。
【００３４】
次に、上述した本実施例に係る電極部材１３１の製造方法について説明する。製造方法は特に限定されるものではないが、例えば次のような方法で製造できる。
【００３５】
まず、希土類金属の硝酸化物を水溶液状にしたものと、平均粒径２〜３μｍで純度９９．９５％以上のタングステン粉末を規定量、磁製皿の中で混ぜ合わせ、乾燥させる。その後、７００〜９００℃の水素雰囲気中で希土類金属の硝酸化物を分解させ、酸化物として微細に分散させると同時に、タングステン粉末を還元させる。エミッタ材粉末は、酸化物の形でタングステン粉末とボールミルで混合しても良いが、粗大なエミッタ材粒子がそのまま焼結体にしたときに残存し、結果として本発明のエミッタ材粒子径３μｍ未満にすることが困難となるため、粉末の製造方法は上記方法が好ましい。
【００３６】
続いて、金型で縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×長さ６５０ｍｍ程度の大きさにプレスし、所定の大きさの成形体を作成する。その後、水素雰囲気で通電焼結を行い、縦１２．５ｍｍ×横１２．５ｍｍ×高さ５４０ｍｍ程度の焼結体を得る。
【００３７】
次に、１４００〜１７００℃に加熱された焼結体を叩きながら引き伸ばすことによって、焼結体を細く引き伸ばす。続いて、細く引き伸ばされた焼結体を、径が一定の同心円状になるように研磨する。最後に、同心円状に研磨された焼結体の表面を電解処理により研磨することによって、電極部材１３１を形成する。
【００３８】
電極部材１３１を形成した後、気密性容器１２に対して、１２００〜１４００℃の水素雰囲気でクリーニングを行った後、２０００℃以下で真空処理を行う。そして、電極部材１３１の先端にコイル１３２を備えたコイル巻装電極１３を、この気密性容器１２に組み込むことにより、上述した高圧放電ランプ１１を得ることができる。
【００３９】
以上に示したコイル巻装電極１３を用いることにより、電極部材１３１の消耗、変形を抑制でき、気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することが可能な高圧放電ランプ１１を形成することができる。
【００４０】
ここで、上述した電極部材１３１の先端のタングステン結晶の長手方向を長軸（Ｌ）、この電極の断面方向を短軸（Ｗ）としたとき、Ｌ／Ｗを３．０以上とすることによって、さらに電極部材１３１の消耗、変形を抑制でき、気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することが可能となる。以下、この点について説明する。
【００４１】
電極部材１３１の先端は、放電の起点となるために溶融し、溶融層を形成する。ここで溶融層を、電極部材１３１の先端から軸方向に向かう長さをＭ、電極部材１３１の直径をＤとした時に、Ｍ／Ｄが０．０１以上０．５以下の範囲とする。この溶融層は、放電の起点（スポット）の一部分に形成される場合、または、電極部材１３１の先端部分全体に渡って形成される場合がある。しかし、どちらの場合であっても、溶融層が再結晶化するときに、タングステン結晶の粒径が粗大化する。この再結晶化したタングステン結晶は、図６Ａ、図６Ｂに示す顕微鏡写真に示されるように、軸方向に向かって長大になることが望ましい。これは、タングステン結晶が図６Ａ、図６Ｂに示すように長大になることにより、電極部材１３１に含有されるエミッタ材を、電極部材１３１の表面に容易に移動させることができるためである。反対に、図７Ａ、図７Ｂに示す顕微鏡写真のように、再結晶化したタングステン結晶が微細な状態になった場合、電極部材１３１内のエミッタ材を、電極部材１３１の表面に移動させることは困難になる。
【００４２】
これは、図６Ａ、図６Ｂを模式化した図８に示すように、長大なタングステン結晶の場合、タングステン結晶の粒界をエミッタ材が容易に移動できるため、電極部材１３１内のエミッタ材は、電極部材１３１の表面に移動し易いことによる。
【００４３】
反対に、図７Ａ、図７Ｂを模式化した図９に示すように、タングステン結晶が微細な場合、エミッタ材は、タングステン結晶の粒界を移動することが困難になるため、電極部材１３１内のエミッタ材は、その表面に移動し難くなる。
【００４４】
従って、この溶融層直下に形成される結晶の大きさは、電極部材１３１の長手方向を長軸（Ｌ）、電極部材１３１の断面方向を短軸（Ｗ）とした場合にＬ／Ｗが大きいことが望ましい。具体的には、３．０以上であることが望ましいく、より好ましいＬ／Ｗの値は５．０以上であることが、本願発明者によって確認されている。
【００４５】
また、上述した電極部材１３１にさらに、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも１種を０．００１〜０．０１質量％含ませることにより、電極部材１３１の耐変形性をさらに向上させることができる。以下、この点について説明する。
【００４６】
Ａｌ、Ｓｉ、Ｋはドープ材として用いられるものであり、上述の電極部材１３１にこれらを含有させることにより、電極部材１３１の耐変形性を向上させることができる。このドープ材の含有量は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋのいずれか１種を０．００１〜０．０１質量％含有させることが望ましいことが本願発明者によって確認されており、０．００１質量％未満では含有による効果を充分に得ることはできず、また、０．０１質量％を超えると焼結性や加工性に問題が発生する。
【００４７】
さらに、上述した各種ドープ材を電極部材１３１に含ませることにより、タングステンの結晶をより大きくすることができる。従って、電極部材１３１の内部のエミッタ材が移動することを促進すると推定される。
【００４８】
なお、このようなドープ材を含有した電極部材１３１の製造方法は、希土類金属の硝酸化物を水溶液にしたものと、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋを規定量ドープしたタングステンの粉末と、純水とを規定量、磁製皿の中で混ぜ合わせ、乾燥させる他は、上述した製造方法と同様である。
【００４９】
また、加工率が８０％以上である電極部材１３１を使用することにより、さらに電極部材１３１の消耗、変形を抑制でき、気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することが可能となる。以下、この点について説明する。
【００５０】
上述の加工率は、焼結体から電極形状に加工する際の加工する割合を示しており、焼結体の断面積をＳ１とし、電極部材１３１の断面積をＳ２としたとき、［（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ１］×１００（％）で示される量である。この加工率は、エミッタ材の電極部材１３１中への分散及び、電極部材１３１の先端に生成される結晶の大きさＬ／Ｗに影響を及ぼすものである。すなわち、加工率が高いほど、焼結体の状態から電極形状への加工が進むにつれて、タングステンマトリックス中で細かく砕かれていき、微細に分散するようになるため、電極部材１３１の表面にエミッタ材が供給され易くなる。さらに、加工率が高いほど、焼結体の状態から電極形状への加工などにより、電極部材１３１に負荷される熱エネルギーが増し、このエネルギーが溶融したタングステンの再結晶の駆動エネルギーとなるため、Ｌ／Ｗの大きな結晶が生成され易くなり、電極部材１３１の表面にエミッタ材が供給され易くなる。従って、加工率が高い電極部材１３１を使用することが望ましく、具体的には８０％以上の電極部材１３１を使用することが望ましい。
【００５１】
以上に示したように、本発明の高圧放電ランプ１１によれば、電極部材１３１の消耗、変形を抑制することができ、気密性容器１２の黒化、白濁を抑制することができる。
【００５２】
以下に、上述した高圧放電ランプ１１の具体的な実施例を示す。
【実施例１】
【００５３】
実施例１に係る高圧放電ランプ１１は、体積％が０．６％、平均粒径３μｍのＣｅ２Ｏ３を含有したタングステン製の電極部材１３１を、気密性容器１２の両端に備えたメタルハライドランプ１１である。容器１２の内部には、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｓｎ、ＨｇＩ２を封入した。さらに封入ガスとしてＡｒを封入した。このランプにおいて、気密性容器１２は、紫外線透過性の高い石英管からなり、外径φが２７．５ｍｍ、発光長が１０００ｍｍの仕様のものである。
【００５４】
このメタルハライドランプ１１を、定格電圧が１３１０Ｖ、定格電流が１２．２Ａ、定格電力が１６ｋＷで定格点灯させた。そして、５００時間後の気密性容器１２の両端の黒化、白濁状態を観測した。その結果、電極部材１３１の消耗、変形は抑制され、気密性容器１２の黒化、白濁も抑制された。
【実施例２】
【００５５】
実施例２に係る高圧放電ランプ１１は、体積％が３．０％、平均粒径３μｍのＬａ２Ｏ３を含有したタングステン製の電極部材１３１を、気密性容器１２の両端に備えたメタルハライドランプ１１である。容器１２の内部には、Ｈｇ、ＴｌＩ、ＮａＩを封入した。さらに封入ガスとしてＮｅ−Ａｒの混合ガスを封入した。このランプにおいて、気密性容器１２は、光透過性の高い石英管からなり、外径φが８４ｍｍ、発光長が１４３０ｍｍの仕様のものである。さらに気密性容器１２は、この容器１２の外径より大きなφ１２０ｍｍからなる外観に封装された２重構造である。
【００５６】
このメタルハライドランプ１１を、定格電圧が１９２５Ｖ、定格電流が２３．４Ａ、定格電力が４４ｋＷで定格点灯させた。そして、５００時間後の気密性容器１２の両端の黒化、白濁状態を観測した。その結果、電極部材１３１の消耗、変形は抑制され、気密性容器１２の黒化、白濁も抑制された。
【００５７】
以上に、本発明の高圧放電ランプ１１について説明した。しかし本発明は、上述した各実施例に限定されるものではない。
【００５８】
例えば、電極部材１３１に添加するエミッタ材は、希土類の酸化物を２種類以上含有させてもよい。この場合であっても、希土類元素単体の量の合計が上述した範囲に含まれるように含有させれば、同様の効果を得ることが可能である。
【００５９】
また、ドープ材を２種または３種用いる場合であってもその合計量が０．００１〜０．０１質量％の範囲内であれば、同様の効果を得ることが可能である。
【００６０】
また、上述の気密性容器１２の内部には、放電媒体として、希ガス、水銀、メタルハライドがいずれも含まれた。しかし、本発明は、希ガス及び水銀または、希ガス及びメタルハライドが放電媒体として気密性容器１２の内部に含まれる高圧放電ランプ１１であっても、適用することができる。
【００６１】
また、上述の交流放電方式の各高圧放電ランプ１１において、エミッタ材の濃度およびエミッタ材の平均粒径を上述のように限定することにより、黒化・白濁を抑制できることがわかった。これは、エミッタ材として上述のような物質を用いることにより、電極部材１３１の温度が上昇することを抑制することができたためである。従って、上述の各高圧放電ランプ１１において示した電極部材１３１を、直流放電方式の高圧放電ランプの陰極に応用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１１・・・高圧放電ランプ
１２・・・気密性容器
１３・・・コイル巻装電極
１３１・・・電極部材
１３２・・・コイル
１３３・・・電極箔
１４・・・ソケット
１５・・・外部リード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過性の材料からなり、少なくとも希ガスが封入された放電管と、
この放電管内の両端に、それぞれ一端を含むように設けられた２つの放電電極と、
を有し、
前記２つの放電電極の少なくとも一方は、タングステンを基材とし、この基材に少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有する放電電極からなることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記エミッタ材を含有する放電電極の先端のタングステン結晶は、この電極の長手方向を長軸（Ｌ）、この電極の断面方向を短軸（Ｗ）としたときのＬ／Ｗが、３．０以上であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記エミッタ材の平均粒径は、３μｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記エミッタ材は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、プロセオジム（Ｐｒ）の酸化物のうち、少なくとも１種類以上で構成されることを特徴とする請求項３に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記エミッタ材は、さらにアルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）のうち、少なくとも１種類を０．００１〜０．０１質量％含有することを特徴とする請求項４に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記放電管内に、さらにハロゲン化金属が含有されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
紫外線透過性の材料からなり、少なくとも水銀及び希ガスが封入された放電管と、
この放電管内の両端に、それぞれ一端を含むように設けられた２つの放電電極と、
を有し、
前記２つの放電電極の少なくとも一方は、タングステンを基材とし、この基材に少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有する放電電極からなることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記エミッタ材を含有する放電電極の先端のタングステン結晶は、この電極の長手方向を長軸（Ｌ）、この電極の断面方向を短軸（Ｗ）としたときのＬ／Ｗが、３．０以上であることを特徴とする請求項７に記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
前記エミッタ材の平均粒径は、３μｍ未満であることを特徴とする請求項８に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
前記エミッタ材は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、プロセオジム（Ｐｒ）の酸化物のうち、少なくとも１種類以上で構成されることを特徴とする請求項９に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
前記エミッタ材は、さらにアルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）のうち、少なくとも１種類を０．００１〜０．０１質量％含有することを特徴とする請求項１０に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１２】
前記放電管内に、さらにハロゲン化金属が含有されていることを特徴とする請求項７に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１】
紫外線透過性の材料からなり、少なくとも希ガスが封入された放電管と、
この放電管内の両端に、それぞれ一端を含むように設けられた２つの放電電極と、
を有し、
前記２つの放電電極の少なくとも一方は、タングステンを基材とし、この基材に少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有する放電電極からなることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記エミッタ材を含有する放電電極の先端のタングステン結晶は、この電極の長手方向を長軸（Ｌ）、この電極の断面方向を短軸（Ｗ）としたときのＬ／Ｗが、３．０以上であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記エミッタ材の平均粒径は、３μｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記エミッタ材は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、プロセオジム（Ｐｒ）の酸化物のうち、少なくとも１種類以上で構成されることを特徴とする請求項３に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記エミッタ材は、さらにアルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）のうち、少なくとも１種類を０．００１〜０．０１質量％含有することを特徴とする請求項４に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記放電管内に、さらにハロゲン化金属が含有されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
紫外線透過性の材料からなり、少なくとも水銀及び希ガスが封入された放電管と、
この放電管内の両端に、それぞれ一端を含むように設けられた２つの放電電極と、
を有し、
前記２つの放電電極の少なくとも一方は、タングステンを基材とし、この基材に少なくとも１種以上の希土類元素の酸化物を希土類元素の金属単体量に換算して０．５〜５．０体積％の濃度のエミッタ材を含有する放電電極からなることを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記エミッタ材を含有する放電電極の先端のタングステン結晶は、この電極の長手方向を長軸（Ｌ）、この電極の断面方向を短軸（Ｗ）としたときのＬ／Ｗが、３．０以上であることを特徴とする請求項７に記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
前記エミッタ材の平均粒径は、３μｍ未満であることを特徴とする請求項８に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
前記エミッタ材は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、プロセオジム（Ｐｒ）の酸化物のうち、少なくとも１種類以上で構成されることを特徴とする請求項９に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
前記エミッタ材は、さらにアルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）のうち、少なくとも１種類を０．００１〜０．０１質量％含有することを特徴とする請求項１０に記載の高圧放電ランプ。
【請求項１２】
前記放電管内に、さらにハロゲン化金属が含有されていることを特徴とする請求項７に記載の高圧放電ランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２００９−２５９７９０（Ｐ２００９−２５９７９０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６１６０４（Ｐ２００９−６１６０４）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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