JP3415533B2 - 高圧放電灯 - Google Patents
高圧放電灯Info
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電灯、さら
に詳しくは、長時間動作した場合でも、石英ガラス製バ
ルブが変形したり、石英ガラス製バルブの失透、黒化に
より放電灯の輝度が低下するのを防止できる高圧放電灯
に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高圧放
電灯は、例えば、発光空間膨出部と封止部とからなる石
英ガラス製バルブ内に一対の電極（陽極及び陰極）が対
向配置され、陽極及び陰極が、モリブデン箔と溶接等の
手段により接合された構造をしている。また、石英ガラ
ス製バルブの封止部は、モリブデン箔と溶接等の手段に
より気密封止されている。気密封止された石英ガラス製
バルブの発光空間膨出部には、水銀等の放電用ガス等が
封入されている。 【０００３】かかる高圧放電灯は、放電用ガスの蒸気圧
が極めて高く、また管壁負荷が極めて高いため、使用時
に短波長紫外線が多量に放射される。その結果、石英ガ
ラス製バルブは、この短波長紫外線を吸収して極めて高
温になる。石英ガラス製バルブとして従来の天然石英ガ
ラスを用いると、天然石英ガラスは高純度のものでも微
量の不純物の含有が避けられないため、使用時に変形し
やすいこと、また、失透、黒化が生じて寿命が短くなる
という問題がある。 【０００４】かかる問題を解決する手段として、例え
ば、一対の電極と、その一対の電極を内部に封止し、外
層が、１０２５℃で１０14.8ポイズ以上である天然石英
ガラスで形成され、内層が、少なくともアルカリ金属か
らなる不純物を含み、アルカリ金属の含有量がいずれも
０．２ｐｐｍ以下である合成石英ガラスで形成された複
合石英ガラス管とを備えたことを特徴とする高圧放電灯
の発光管（特開平６−１８７９４４号公報）が知られて
いる。 【０００５】しかしながら、かかる発光管は、複合石英
ガラス管が二重構造であるため、内径寸法のバラツキが
非常に大きく、そのため気密封止作業が困難である。そ
の結果、石英ガラス製バルブの内容積がバラツキ、動作
時の放電灯の圧力が大きく変動する。さらに、二重構造
にする際、天然石英ガラスのアルカリ成分が合成石英ガ
ラス側へ拡散するため、失透及び黒化抑制効果がほとん
どないという問題があった。さらに、かかる発光管は、
製造コストが高く、経済性にも問題があった。 【０００６】したがって、本発明は、長時間動作した場
合でも、石英ガラス製バルブの変形を防止でき、また石
英ガラス製バルブの失透、黒化による放電灯の輝度低下
を防止でき、容易に製造可能な高圧放電灯を提供するこ
とを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究した結果、石英ガラス製バルブとし
て、一体成形された合成石英ガラスであって、かつその
粘度が１２００℃で１０13ポイズ以上の石英ガラス製バ
ルブを用いれば、長時間動作した場合でも、石英ガラス
製バルブが変形したり、石英ガラス製バルブの失透、黒
化により放電灯の輝度が低下するのを防止でき、さらに
一体成形であるため、容易に高圧放電灯を製造できるこ
とを見出し、本発明を完成した。 【０００８】すなわち、本発明は、石英ガラス製バルブ
と、一対の電極と、モリブデン箔とを有し、該一対の電
極は対向配置されるとともに該モリブデン箔と接合され
ており、かつ該石英ガラス製バルブと該モリブデン箔と
が、該石英ガラス製バルブの封止部で気密封止されてな
り、内圧１００〜１８０気圧、内部温度１０００〜１２
００℃で使用される高圧放電灯であって、該石英ガラス
製バルブは合成石英で一体成形されたものであり、かつ
その粘度が１２００℃で１０１３ポイズ以上であり、該
石英ガラス製バルブ中のアルカリ金属の合計含有量が
０．０１ｐｐｍ以下であり、かつ該石英ガラス製バルブ
中の水酸基含有量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る高圧放電灯を提供するものである。 【０００９】 【発明の実施の形態】石英ガラス製炉芯管等の半導体工
業用の高耐熱性石英ガラスとしては、例えば水酸基濃度
が１０ｐｐｍ以下であり、かつ１２００℃での粘度が１
０13.0ポイズ以上のものが知られている（特開平８−８
１２２６号公報）。しかしながら、合成石英で一体成形
されたものであり、かつその粘度が１２００℃で１０13
ポイズ以上の特性を有する石英ガラス製バルブが、高圧
放電灯用として、１００〜１８０気圧程度の高圧下、１
０００〜１２００℃程度で長時間使用された場合でも、
変形したり、失透、黒化により放電灯の輝度が低下する
のを防止できることは、全く知られていなかった。 【００１０】図１は、本発明の高圧放電灯の一実施形態
を示す概略断面説明図である。一体成形された合成石英
ガラス製バルブ２の発光空間膨出部２１の形状は、球
状、楕円球状等いずれでもよい。陽極３及び陰極４の材
質は、タングステン、モリブデン及びタンタルが好まし
く、タングステンが特に好ましい。両電極の間隔に特に
制限はない。陽極３及び陰極４は、モリブデン箔５、
５’と溶接等の手段で接合されている。石英ガラス製バ
ルブ２は、封止部２２で、モリブデン箔５、５’と気密
封止されている。発光空間膨出部２１内には、水銀等の
放電用ガス等が封入されている。 【００１１】一体成形された石英ガラス製バルブは、そ
の粘度が１２００℃で１０13ポイズ以上であることが必
要であり、１０13.5ポイズ以上であることが好ましい。
１０ 13ポイズ以上のものを用いれば、石英ガラス製バル
ブの変形を防止でき、また石英ガラス製バルブの失透、
黒化による放電灯の輝度低下を防止でき、容易に高圧放
電灯を製造することができる。 【００１２】本発明に用いる石英ガラス製バルブは、ア
ルカリ金属含有量が０．０１ｐｐｍ以下であることが好
ましい。０．０１ｐｐｍ以下であれば、高圧放電灯を長
時間使用した場合でも、石英ガラス製バルブの変形や失
透をさらに防止することができる。ここでアルカリ金属
とは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等の第Ｉ族の元素をいう。本発明
においては、これら各アルカリ金属の合計含有量が０．
０１ｐｐｍ以下であることが好ましい。 【００１３】本発明に用いる石英ガラス製バルブは、水
酸基含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。１ｐ
ｐｍ以下であれば、高圧放電灯を長時間使用した場合で
も、石英ガラス製バルブの変形をさらに防止することが
できる。また、放出ガス、特に酸素の発生を抑制できる
ため、黒化をさらに防止することができる。 【００１４】本発明に用いる一体成形合成石英ガラス製
バルブは、例えば次のようにして製造することができる
（例えば特開平８−８１２２６号公報）。まず、精製四
塩化珪素やアルキルシリケート等の珪素化合物を原料と
して、気化した該原料を酸水素火炎中で加水分解させ、
得られたシリカ粉をターゲットに堆積、軸方向に成長さ
せることにより、シリカ多孔質体を形成させる。このと
き、珪素化合物に含有されるアルカリ金属、アルカリ土
類金属、遷移金属が５０ｐｐｂ以下、好ましくは２０ｐ
ｐｂ以下であることが重要である。かかる珪素化合物
は、例えば蒸留精製することにより容易に得ることがで
きる。 【００１５】このようにして得られたシリカ多孔質体
を、水素を含有する雰囲気にて嵩密度が０．９〜１．９
ｇ／ｃｍ3となるように加熱処理することにより、水酸
基濃度を１ｐｐｍ以下まで低減することができる。加熱
処理温度及び時間は、嵩密度が０．９〜１．９ｇ／ｃｍ
3となる条件であれば特に制限はないが、例えば１２０
０〜１３５０℃で３０分〜１５時間が好ましい。また、
水素濃度は、水酸基濃度低減の観点から、５０〜１００
ｖｏｌ％、特に７５〜１００ｖｏｌ％が好ましい。ま
た、かかる加熱処理は、電気炉からのアルカリ金属や水
素ガスにより還元される恐れのあるＦｅ、Ｃｒ等の汚染
を防止するため、石英ガラス製炉心管中で行うことが好
ましい。また、脱水酸基をその径方向及び軸方向におい
て均一に行うため、電気炉の均熱長（例えば温度差が１
０℃以内となる温度域）が、被処理物の長さより長い均
熱加熱方式の電気炉で加熱処理することが好ましい。 【００１６】次いで、上記加熱処理を行ったシリカ多孔
質体を、ヘリウム雰囲気または真空雰囲気下で１４５０
〜１６００℃程度で加熱処理することにより、本発明に
用いる石英ガラス製バルブを得ることができる。このと
き、かかる加熱処理は、石英ガラス製炉心管の熱変形を
防止するため、上記加熱処理とは別々の電気炉で行うこ
とが好ましい。また、残存気泡を少なくするため、特に
ヘリウム雰囲気で行うで加熱処理する場合、電気炉の均
熱長が、被処理物の長さより短いゾーン加熱方式の電気
炉で加熱処理することが好ましい。 【００１７】本発明の高圧放電灯の製造方法に特に制限
はないが、例えば以下の方法で製造することが好まし
い。まず電極とモリブデン箔を溶接等の手段により接合
する。次いで、電極、モリブデン箔の組立体を２つ形成
する。次いで、概略高圧放電灯の形状に成形された石英
ガラス製バルブの一方の封止部となる部分に前記組立体
を配置し、内部を真空にした後、当該部分を高温加熱処
理しながら収縮させ、封止する。次いで、他方の開口よ
り水銀等の発光物質を発光空間膨出部内に封入し、他方
の封止部となる部分に、もつ１つの組立体を配置して、
内部に１気圧以下の不活性ガスを満たし、同様に高温加
熱をしながら収縮封止することにより、本発明の放電高
圧灯を製造することができる。このとき、封入物質が蒸
発しないように発光空間膨出部を冷却することが好まし
い。 【００１８】本発明の高圧放電灯の特性の一例を示す
と、以下の通りである。 放電灯電力：１２０〜１８０Ｗ 放電灯電圧：５０〜１００Ｖ 電極間距離：１．０〜２．０ｍｍ 発光効率：４０〜７０ｌｍ／Ｗ 管壁負荷：８０〜１５０Ｗ／ｃｍ2 放射波長：３６０〜７００ｎｍ 本発明の高圧放電灯は、特に内圧１００〜１８０気圧、
内部温度１０００〜１２００℃の条件下で使用すること
が好ましい。 【００１９】本発明の高圧放電灯は、通常の高圧放電灯
と同様に使用することができる。すなわち、高圧放電灯
を電源に接続すると、陰極及び陽極端にトリガー電圧が
印加され、放電が開始される。これによって所定の輝度
が得られる。 【００２０】 【発明の効果】本発明の高圧放電灯を用いれば、長時間
動作した場合でも、石英ガラス製バルブの変形を防止で
き、また石英ガラス製バルブの失透、黒化による放電灯
の輝度低下を防止できる。また、本発明の高圧放電灯
は、石英ガラス製バルブが一体成形されたものであるた
め、容易に製造することができる。
に詳しくは、長時間動作した場合でも、石英ガラス製バ
ルブが変形したり、石英ガラス製バルブの失透、黒化に
より放電灯の輝度が低下するのを防止できる高圧放電灯
に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高圧放
電灯は、例えば、発光空間膨出部と封止部とからなる石
英ガラス製バルブ内に一対の電極（陽極及び陰極）が対
向配置され、陽極及び陰極が、モリブデン箔と溶接等の
手段により接合された構造をしている。また、石英ガラ
ス製バルブの封止部は、モリブデン箔と溶接等の手段に
より気密封止されている。気密封止された石英ガラス製
バルブの発光空間膨出部には、水銀等の放電用ガス等が
封入されている。 【０００３】かかる高圧放電灯は、放電用ガスの蒸気圧
が極めて高く、また管壁負荷が極めて高いため、使用時
に短波長紫外線が多量に放射される。その結果、石英ガ
ラス製バルブは、この短波長紫外線を吸収して極めて高
温になる。石英ガラス製バルブとして従来の天然石英ガ
ラスを用いると、天然石英ガラスは高純度のものでも微
量の不純物の含有が避けられないため、使用時に変形し
やすいこと、また、失透、黒化が生じて寿命が短くなる
という問題がある。 【０００４】かかる問題を解決する手段として、例え
ば、一対の電極と、その一対の電極を内部に封止し、外
層が、１０２５℃で１０14.8ポイズ以上である天然石英
ガラスで形成され、内層が、少なくともアルカリ金属か
らなる不純物を含み、アルカリ金属の含有量がいずれも
０．２ｐｐｍ以下である合成石英ガラスで形成された複
合石英ガラス管とを備えたことを特徴とする高圧放電灯
の発光管（特開平６−１８７９４４号公報）が知られて
いる。 【０００５】しかしながら、かかる発光管は、複合石英
ガラス管が二重構造であるため、内径寸法のバラツキが
非常に大きく、そのため気密封止作業が困難である。そ
の結果、石英ガラス製バルブの内容積がバラツキ、動作
時の放電灯の圧力が大きく変動する。さらに、二重構造
にする際、天然石英ガラスのアルカリ成分が合成石英ガ
ラス側へ拡散するため、失透及び黒化抑制効果がほとん
どないという問題があった。さらに、かかる発光管は、
製造コストが高く、経済性にも問題があった。 【０００６】したがって、本発明は、長時間動作した場
合でも、石英ガラス製バルブの変形を防止でき、また石
英ガラス製バルブの失透、黒化による放電灯の輝度低下
を防止でき、容易に製造可能な高圧放電灯を提供するこ
とを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究した結果、石英ガラス製バルブとし
て、一体成形された合成石英ガラスであって、かつその
粘度が１２００℃で１０13ポイズ以上の石英ガラス製バ
ルブを用いれば、長時間動作した場合でも、石英ガラス
製バルブが変形したり、石英ガラス製バルブの失透、黒
化により放電灯の輝度が低下するのを防止でき、さらに
一体成形であるため、容易に高圧放電灯を製造できるこ
とを見出し、本発明を完成した。 【０００８】すなわち、本発明は、石英ガラス製バルブ
と、一対の電極と、モリブデン箔とを有し、該一対の電
極は対向配置されるとともに該モリブデン箔と接合され
ており、かつ該石英ガラス製バルブと該モリブデン箔と
が、該石英ガラス製バルブの封止部で気密封止されてな
り、内圧１００〜１８０気圧、内部温度１０００〜１２
００℃で使用される高圧放電灯であって、該石英ガラス
製バルブは合成石英で一体成形されたものであり、かつ
その粘度が１２００℃で１０１３ポイズ以上であり、該
石英ガラス製バルブ中のアルカリ金属の合計含有量が
０．０１ｐｐｍ以下であり、かつ該石英ガラス製バルブ
中の水酸基含有量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る高圧放電灯を提供するものである。 【０００９】 【発明の実施の形態】石英ガラス製炉芯管等の半導体工
業用の高耐熱性石英ガラスとしては、例えば水酸基濃度
が１０ｐｐｍ以下であり、かつ１２００℃での粘度が１
０13.0ポイズ以上のものが知られている（特開平８−８
１２２６号公報）。しかしながら、合成石英で一体成形
されたものであり、かつその粘度が１２００℃で１０13
ポイズ以上の特性を有する石英ガラス製バルブが、高圧
放電灯用として、１００〜１８０気圧程度の高圧下、１
０００〜１２００℃程度で長時間使用された場合でも、
変形したり、失透、黒化により放電灯の輝度が低下する
のを防止できることは、全く知られていなかった。 【００１０】図１は、本発明の高圧放電灯の一実施形態
を示す概略断面説明図である。一体成形された合成石英
ガラス製バルブ２の発光空間膨出部２１の形状は、球
状、楕円球状等いずれでもよい。陽極３及び陰極４の材
質は、タングステン、モリブデン及びタンタルが好まし
く、タングステンが特に好ましい。両電極の間隔に特に
制限はない。陽極３及び陰極４は、モリブデン箔５、
５’と溶接等の手段で接合されている。石英ガラス製バ
ルブ２は、封止部２２で、モリブデン箔５、５’と気密
封止されている。発光空間膨出部２１内には、水銀等の
放電用ガス等が封入されている。 【００１１】一体成形された石英ガラス製バルブは、そ
の粘度が１２００℃で１０13ポイズ以上であることが必
要であり、１０13.5ポイズ以上であることが好ましい。
１０ 13ポイズ以上のものを用いれば、石英ガラス製バル
ブの変形を防止でき、また石英ガラス製バルブの失透、
黒化による放電灯の輝度低下を防止でき、容易に高圧放
電灯を製造することができる。 【００１２】本発明に用いる石英ガラス製バルブは、ア
ルカリ金属含有量が０．０１ｐｐｍ以下であることが好
ましい。０．０１ｐｐｍ以下であれば、高圧放電灯を長
時間使用した場合でも、石英ガラス製バルブの変形や失
透をさらに防止することができる。ここでアルカリ金属
とは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等の第Ｉ族の元素をいう。本発明
においては、これら各アルカリ金属の合計含有量が０．
０１ｐｐｍ以下であることが好ましい。 【００１３】本発明に用いる石英ガラス製バルブは、水
酸基含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。１ｐ
ｐｍ以下であれば、高圧放電灯を長時間使用した場合で
も、石英ガラス製バルブの変形をさらに防止することが
できる。また、放出ガス、特に酸素の発生を抑制できる
ため、黒化をさらに防止することができる。 【００１４】本発明に用いる一体成形合成石英ガラス製
バルブは、例えば次のようにして製造することができる
（例えば特開平８−８１２２６号公報）。まず、精製四
塩化珪素やアルキルシリケート等の珪素化合物を原料と
して、気化した該原料を酸水素火炎中で加水分解させ、
得られたシリカ粉をターゲットに堆積、軸方向に成長さ
せることにより、シリカ多孔質体を形成させる。このと
き、珪素化合物に含有されるアルカリ金属、アルカリ土
類金属、遷移金属が５０ｐｐｂ以下、好ましくは２０ｐ
ｐｂ以下であることが重要である。かかる珪素化合物
は、例えば蒸留精製することにより容易に得ることがで
きる。 【００１５】このようにして得られたシリカ多孔質体
を、水素を含有する雰囲気にて嵩密度が０．９〜１．９
ｇ／ｃｍ3となるように加熱処理することにより、水酸
基濃度を１ｐｐｍ以下まで低減することができる。加熱
処理温度及び時間は、嵩密度が０．９〜１．９ｇ／ｃｍ
3となる条件であれば特に制限はないが、例えば１２０
０〜１３５０℃で３０分〜１５時間が好ましい。また、
水素濃度は、水酸基濃度低減の観点から、５０〜１００
ｖｏｌ％、特に７５〜１００ｖｏｌ％が好ましい。ま
た、かかる加熱処理は、電気炉からのアルカリ金属や水
素ガスにより還元される恐れのあるＦｅ、Ｃｒ等の汚染
を防止するため、石英ガラス製炉心管中で行うことが好
ましい。また、脱水酸基をその径方向及び軸方向におい
て均一に行うため、電気炉の均熱長（例えば温度差が１
０℃以内となる温度域）が、被処理物の長さより長い均
熱加熱方式の電気炉で加熱処理することが好ましい。 【００１６】次いで、上記加熱処理を行ったシリカ多孔
質体を、ヘリウム雰囲気または真空雰囲気下で１４５０
〜１６００℃程度で加熱処理することにより、本発明に
用いる石英ガラス製バルブを得ることができる。このと
き、かかる加熱処理は、石英ガラス製炉心管の熱変形を
防止するため、上記加熱処理とは別々の電気炉で行うこ
とが好ましい。また、残存気泡を少なくするため、特に
ヘリウム雰囲気で行うで加熱処理する場合、電気炉の均
熱長が、被処理物の長さより短いゾーン加熱方式の電気
炉で加熱処理することが好ましい。 【００１７】本発明の高圧放電灯の製造方法に特に制限
はないが、例えば以下の方法で製造することが好まし
い。まず電極とモリブデン箔を溶接等の手段により接合
する。次いで、電極、モリブデン箔の組立体を２つ形成
する。次いで、概略高圧放電灯の形状に成形された石英
ガラス製バルブの一方の封止部となる部分に前記組立体
を配置し、内部を真空にした後、当該部分を高温加熱処
理しながら収縮させ、封止する。次いで、他方の開口よ
り水銀等の発光物質を発光空間膨出部内に封入し、他方
の封止部となる部分に、もつ１つの組立体を配置して、
内部に１気圧以下の不活性ガスを満たし、同様に高温加
熱をしながら収縮封止することにより、本発明の放電高
圧灯を製造することができる。このとき、封入物質が蒸
発しないように発光空間膨出部を冷却することが好まし
い。 【００１８】本発明の高圧放電灯の特性の一例を示す
と、以下の通りである。 放電灯電力：１２０〜１８０Ｗ 放電灯電圧：５０〜１００Ｖ 電極間距離：１．０〜２．０ｍｍ 発光効率：４０〜７０ｌｍ／Ｗ 管壁負荷：８０〜１５０Ｗ／ｃｍ2 放射波長：３６０〜７００ｎｍ 本発明の高圧放電灯は、特に内圧１００〜１８０気圧、
内部温度１０００〜１２００℃の条件下で使用すること
が好ましい。 【００１９】本発明の高圧放電灯は、通常の高圧放電灯
と同様に使用することができる。すなわち、高圧放電灯
を電源に接続すると、陰極及び陽極端にトリガー電圧が
印加され、放電が開始される。これによって所定の輝度
が得られる。 【００２０】 【発明の効果】本発明の高圧放電灯を用いれば、長時間
動作した場合でも、石英ガラス製バルブの変形を防止で
き、また石英ガラス製バルブの失透、黒化による放電灯
の輝度低下を防止できる。また、本発明の高圧放電灯
は、石英ガラス製バルブが一体成形されたものであるた
め、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高圧放電灯の一実施形態を示す概略
断面説明図である。 【符号の説明】 １：高圧放電灯 ２：石英ガラス製バルブ ２１：発光空間膨出部 ２２：封止部 ３：電極（陽極） ４：電極（陰極） ５、５’：モリブデン箔
断面説明図である。 【符号の説明】 １：高圧放電灯 ２：石英ガラス製バルブ ２１：発光空間膨出部 ２２：封止部 ３：電極（陽極） ４：電極（陰極） ５、５’：モリブデン箔
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 石英ガラス製バルブと、一対の電極と、
モリブデン箔とを有し、該一対の電極は対向配置される
とともに該モリブデン箔と接合されており、かつ該石英
ガラス製バルブと該モリブデン箔とが、該石英ガラス製
バルブの封止部で気密封止されてなり、内圧１００〜１
８０気圧、内部温度１０００〜１２００℃で使用される
高圧放電灯であって、 該石英ガラス製バルブは合成石英で一体成形されたもの
であり、かつその粘度が１２００℃で１０１３ポイズ以
上であり、該石英ガラス製バルブ中のアルカリ金属の合
計含有量が０．０１ｐｐｍ以下であり、かつ該石英ガラ
ス製バルブ中の水酸基含有量が１ｐｐｍ以下であること
を特徴とする高圧放電灯。
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