JP2004510302A - 誘電体バリア放電ランプ - Google Patents

Abstract

誘電体バリア放電ランプの放電管（１）を円板状閉塞部材（７）により結合材なしで気密に閉塞するために、放電管（１）は円板状閉塞部材（７）の縁部を環状に包囲する狭窄部（１０）を備える。

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は請求項１の前文による誘電体バリア放電ランプに関する。
【０００２】
誘電体バリア放電ランプは、１極性の電極或いは全ての電極（即ち両極性の電極）が誘電体層により放電から隔離されている放電ランプである（いわゆる、片側もしくは両側を誘電体で妨害された放電）。このような電極は以下において簡略して「誘電体電極」とも称される。電極の極性は点灯中に完全に交替する、即ち各電極は交互に陽極としてもしくは陰極として機能する。勿論、全ての電極が誘電体妨害を行うのが有利である。その詳細については、誘電体バリア放電ランプに関する特に好ましい点灯方式が記載されているヨーロッパ特許第０７３３２６６号明細書を参照されたい。
【０００３】
最初に挙げた誘電体層は、電極を放電容器の外部に、例えば外壁に配置することにより、放電容器自体の壁によって形成される。他方、誘電体層は放電容器の内部に配置された少なくとも１つの電極（この電極は以下において略して内部電極とも称される）の少なくとも部分的な被覆或いは被膜の形でも実現される。これにより誘電体層の厚さを放電特性に合わせて最適化することができるという利点がある。もっとも、内部電極は気密なリードを必要とする。これにより付加的な製造工程が必要になる。
【０００４】
このような種類のランプは、特にオフィスオートメーション（ＯＡ）用機器（例えばカラーコピー機やカラースキャナ）において、信号照明用に（例えば自動車におけるブレーキ灯や方向指示灯として）、補助照明（例えば自動車の室内灯）用に並びに表示装置（例えば液晶表示装置）のバックライト用に、いわゆる「エッジ・タイプ・バックライト」として使用される。
【０００５】
これらの使用分野においては特に短い始動時間が、しかしまたできるだけ温度に無関係な光束も必要である。それ故、これらのランプは通常水銀を含んでいない。むしろ、これらのランプは典型的には希ガス（好ましくはキセノン）もしくは希ガス混合物を封入している。ランプの使用中に放電容器の内部に特にエキシマ（例えばＸｅ_２ ^＊）が発生し、これは約１７２ｎｍにおいて最大値を持つ分子帯光線を放出する。適用に応じてこのＶＵＶ光線は発光体により可視光線に変換される。
【０００６】
［従来の技術］
国際公開第９８／４９７１２号パンフレットには少なくとも１つの帯板状の内部電極を備えた管状のバリア放電ランプが開示されている。このランプの管状放電容器の一端部はガラスろうにより放電容器の内壁の一部に溶着された栓で気密に閉塞されている。帯板状の内部電極はガラスろうを通してリードとして外に引き出されている。この構成は栓と容器壁との間にガラスろう層が気密結合材として必要であるという欠点がある。
【０００７】
［発明の説明］
本発明の課題は、上記の欠点を回避し、請求項１の前文による誘電体バリア放電ランプを、結合材を必要としない改善された閉塞技術で製造することにある。
【０００８】
この課題は、請求項１の前文の構成要件を備えたランプにおいて、請求項１の特徴事項の構成要件により解決される。特に有利な実施態様はこれに続く請求項に記載されている。
【０００９】
さらに、本発明は、方法に関する請求項に記載の構成要件によるランプの製造方法に保護を求めるものである。
【００１０】
本発明によれば、誘電体バリア放電ランプの放電管はその両端部の少なくとも一端部が円板状閉塞部材により、その閉塞部材が放電管の内部においてその端部に配置され、その全周にわたって直接放電管の内壁に気密に結合されることにより、結合材なしで気密に閉塞される。さらに以下に詳しく説明するように、この気密結合は、内壁と円板状閉塞部材の縁部とがそれぞれの軟化温度にまで加熱されることにより行われる。これについては、簡単にするために、用語「溶着」も使用されるが、この用語は、結合される両部材の材料が必ずしも絶対に密に互いに溶着されている必要はないというように普遍化して理解されるものとする。重要なことは、ただ、気密結合が結合される両部材のそれぞれの軟化温度までの加熱及びそれに続いてそれらを互いに接触させることにより付加的な結合材なしで行われることである。
【００１１】
さらに、放電管はこの溶着範囲において全周に沿って狭窄されて、その狭窄部が円板状閉塞部材の縁部を環状に包囲するようにされている。なお、ここで用語「円板状閉塞部材」は、ただ、この閉塞部材が放電管に挿入され、管の端部が上述のように閉塞されるのに適していなければならないというように普遍化して理解されるべきものとする。これは最も簡単な事例では円板である。しかしまた、他の構成も、それが円形の周囲を持っている限り、例えば円筒状の栓等も適している。
【００１２】
本発明によるこの放電ランプの製造方法は、まず、直径が放電管の内径より僅かに小さい円板状閉塞部材を用意し、この円板状閉塞部材を放電管の閉塞される端部に環状の間隙（典型的には数百マイクロメータ、例えば約１００μｍ〜３００μｍの間隙）が残るように挿入する。このために適した間隙幅は、一方では、円板状閉塞部材ができるだけ良く放電管内に挿入可能であらねばならないという要請から生じる。他方では、この間隙は放電管の製造の終了時に再び気密に閉塞されねばならない。この限りにおいて、間隙が過度に大き過ぎないのが有利である。そうでないと、狭窄をそれだけ深くしなければならないからである。さらに、前もって円板状閉塞部材もまた放電管の閉塞される端部も予熱しておくのが有利である。次いで、閉鎖部材と放電管の閉鎖部材の範囲を軟化温度にまで加熱する。この軟化温度に達したら、放電管を最終的に狭窄し、閉鎖部材の全縁が放電管の内壁に狭窄部の範囲において互いに気密に結合されるようにする
【００１３】
狭窄のためには、例えば、高融点材料からなるローラ（例えばグラファイトローラ）により、放電管の壁の軟化した部分を、このローラを放電管の回りを転がして、閉塞部材の縁部に押し付ける。前記の典型的間隙幅の場合、狭窄の半径方向の深さは十分の数ミリメートル、典型的には、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲、好ましくは０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲、特に好ましくは０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲、例えば０．５ｍｍで充分である。
【００１４】
特に、放電管及び円板状閉塞部材として同一種類のガラスを使用するのがよい。それにより、同様に同一の膨張係数による応力は、従来の技術の場合のように付加的な結合材を使用する場合よりも小さい。従来の場合、結合材（例えばガラスろう）と例えばソーダガラスからなる放電管との間の膨張係数の差により、不可避の応力がそれだけ大きくなる。
【００１５】
溶着の際に通常生ずる熱応力は後で行なわれる焼戻しによって取り除くことができる。
【００１６】
ガラス溶着及びそれに続く焼戻しは、先ず焼結部材からなる結合材を追い出し或いはガラスフリットを溶融せねばならない従来の技術とは異なり、溶着される部分を直接加熱することができるので、比較的速く行うことができる。
【００１７】
さらに、本発明によるガラス溶着は、付加的な結合材を使わないでよいから、より安価である。
【００１８】
本発明の好ましい構成において、放電管の内部側に向いた円板状閉塞部材面を反射層（例えばＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３）或いは干渉層で被覆する。これにより、さもなければ放電容器の端面側から漏れ出る光が反射され、かくして縁部範囲における輝度が上がる。このことは、さもなければランプの端部方向に向かって通常輝度の低下が生ずるので、望ましい。
【００１９】
さらに、円板状閉塞部材は開口部を備え、この開口部にポンプ管が一体成形されるのが有効である。これによりランプは製造時にこのポンプ管により真空化もしくはガス封入を行うことができる。しかしまた、これらの開口部及びポンプ管は、ランプが真空化可能なチャンバ（例えば真空炉）内で製造されるときには、省略することができる。
【００２０】
本発明による誘電体バリア放電ランプの好ましい実施例は既に最初に述べた内部電極を使用する。その場合、少なくとも１つの電極が放電管の内壁に配置され、狭窄部の範囲で内壁と閉塞部材との結合部を通して気密に外に引き出されている。この放電管はこの狭窄部をいくらか越えて突き出て、内部電極の端子部のための接触面を提供している。本発明による結合部は、確かに、誘電体バリアをある程度押し潰すので、その限りにおいてまたこの誘電体内部電極の機能の障害も考えられる。しかし、驚くべきことに、誘電体で妨害された内部電極の局部的な変形は誘電体で妨害された放電に何らマイナスの作用を示さなかった。しかし、このための前提は、狭窄部が正確に円板状閉塞部材の範囲にあることである。より正確に言えば、この狭窄部の軸線方向の幅は、放電管の内壁に沿った円板状閉塞部材の軸線方向の幅にほぼ限定されなければならない。狭窄部のすぐ近くに必然的に生ずる、電極の放電管軸線の方向への半円形の湾曲は、確かに、局所的に火花長の短縮をもたらす。しかし、これによって、明らかに電界は溶着部に接する範囲で変形し、既に述べた国際公開第９８／４９７１２号パンフレットに記載された個別放電が円板状閉塞部材から離れる方向に曲がる。これによって有効火花長は拡大され、個別放電が不所望に主として円板状閉塞部材に沿って形成されることが回避される。その他の詳細は実施例を参照されたい。
【００２１】
［図面の説明］
以下において本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は一方の端部を閉塞された放電管、
図２ａは図１の放電管の閉塞されていない端部を閉塞部材と共に示す縦断面、
図２ｂは図２ａのＡ−Ａ横断図、
図３は図１の放電管の端部を閉塞部材が溶着された状態で示す概略縦断面図、
図４は本発明によるバリア放電ランプを製造する際の炉内部の時間的温度経過、
図５は完成したバリア放電ランプの一例を示す。
【００２２】
図１は、一方の端部２がまだ開放しており、他方の端部３が既に先端を丸めた溶着部４で閉塞されている、ソーダガラスからなる放電管１を示す。
【００２３】
図２ａ及び図２ｂは、放電管１の開放端部２を、それぞれ縦断面及びこの縦断面のＡ−Ａ線に沿った横断面で模式的に示す。放電管１の内壁は既に直径方向に配置された２つの線状の銀製内部電極５ａ，５ｂを備え、これらの電極はガラスからなる誘電体バリア６ａ，６ｂで覆われている。放電管１の開放端部２には、その他に、既に円板状閉塞部材７が中心に配置されている。この円板状閉塞部材７の外径は、放電管１の内径、即ちバリア６ａ，６ｂを含めた両内部電極５ａ，５ｂの厚さを差し引いた内径より少し小さいので、全周にわたって約１００μｍ〜３００μｍの間隙１１が残っている。閉塞部材７は中心開口部８を備え、これにポンプ管９が一体成形されている。
【００２４】
図３は、図２ａと同様に放電管１の開放端部２を縦断面で、円板状閉塞部材７の縁部をこれに対向する放電管１の内壁部分に溶着した後の状態で模式的に示している。本来の溶着は図３では見えていない。この縦断は、電極５ａ，５ｂつまりバリア６ａ，６ｂに沿って行われているからである。しかし、この図には、円板状閉塞部材７の縁部の回りに、より正確に言えば、その周面の回りに狭窄部１０が認められる。この狭窄部の深さは約０．５ｍｍである。さらに、両バリア６ａ，６ｂは狭窄部１０の範囲で僅かに圧潰され、並びに電極５ａ，５ｂの半円形の湾曲部１２ａ，１２ｂが放電空間内部の狭窄部１０に直接接している範囲に認められる。
【００２５】
図４は、本発明によるランプを製造する際に、炉（図示せず）内部の、応力なく溶着するのに適した時間的温度経過を示す。約５０秒間の加熱時間でほぼ直線的に約６４０℃の温度に加熱した後この温度は約１０秒間一定に保持される。それに続いて焼戻しが行われるが、この焼戻し中、温度は１１０秒の時間で約３７０℃の温度にほぼ指数的に低下する。図３に示された、円板状閉塞部材７とこれに接する放電管１の内壁との溶着は、溶融される成分とこれに接続する狭窄部１０の軟化温度にまで局部的に加熱することにより行われるが、この工程（ローラ押圧とも称する）は、約６４０℃の保持温度に達する直前始められ、標準的には約１０秒間行われる。
【００２６】
以下に、完成したランプ１３を示す図５を付加的に参照する。先の図と同じ部分は同じ記号を付してある。両内部電極及びこれに付設されたバリアはこの図では見えていない。放電管１にポンプ管９を介してガス封入した後ポンプ管９は溶融されてチップ１４に形成される。しかる後ランプは必要に応じて口金が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
一方の端部を閉塞された放電管を示す概略断面図
【図２】
図１の放電管の閉塞されていない端部を閉塞部材と共に示し、２ａはその縦断を、２ｂは２ａのＡ−Ａ横断面図
【図３】
図１の放電管の端部を閉塞部材が溶着された状態で示す概略縦断面図
【図４】
本発明によるバリア放電ランプを製造する際の炉内部の時間的温度経過を示す時間−温度特性図
【図５】
完成したバリア放電ランプの一例を示す概略図
【符号の説明】
１　　　　　　　放電管
２　　　　　　　放電管の一方の端部
３　　　　　　　放電管の他方の端部
４　　　　　　　閉塞部
５ａ，５ｂ　　　内部電極
６ａ，６ｂ　　　バリア
７　　　　　　　円板状閉塞部材
８　　　　　　　閉塞部材の開口部
９　　　　　　　ポンプ管
１０　　　　　　狭窄部
１１　　　　　　間隙
１３　　　　　　放電ランプ
１４　　　　　　ポンプ先端部

Claims (11)

1. 閉塞された管状放電容器（１，４，７）と細長の電極（５ａ；５ｂ）とを備え、この放電容器（１，４，７）が両端を閉塞された放電管（１）からなる誘電体バリア放電ランプ（１３）において、放電管（１）の少なくとも一端部が円板状閉鎖部材（７）により、その閉鎖部材（７）が放電管（１）の内部においてその端部（２）に配置され、その全周にわたって直接放電管（１）の内壁に気密に結合されることにより、結合材なしで気密に閉塞され、放電管（１）がこの結合範囲において全周に沿って狭窄されて、この狭窄部（１０）が円板状閉塞部材（７）の縁部を環状に包囲することを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
2. 狭窄部（１０）の軸線方向の幅が放電管の内壁に沿った円板状の閉鎖部材（７）の軸線方向の幅にほぼ限定されている請求項１記載の放電ランプ。
3. 狭窄部（１０）の半径方向の深さが０．１ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ、特に好ましくは０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲にある請求項１又は２に記載の放電ランプ。
4. 少なくとも１つの電極（５ａ；５ｂ）が放電管（１）の内壁に配置され、狭窄部（１０）の範囲において内壁と閉鎖部材（７）との結合部を通して外に向かって気密に引き出されている請求項１乃至３の１つに記載の放電ランプ。
5. 円板状閉塞部材（７）が開口部（８）を備え、この開口部にポンプ管（９）が一体成形されている請求項１乃至４の１つに記載の放電ランプ。
6. 放電容器の内部側に向いた円板状閉鎖部材面が反射層で被覆されている請求項１乃至５の１つに記載の放電ランプ。
7. 放電管（１）が円板状閉塞部材（７）を越えて突き出ている請求項１乃至６の１つに記載の放電ランプ。
8. 放電管（１）と円板状閉塞部材（７）とが同一種類のガラスからなる請求項１乃至７の１つに記載の放電ランプ。
9. ・直径が放電管（１）の内径より小さい円板状閉塞部材（７）を用意し、
   ・この円板状閉塞部材（７）を放電管（１）の閉塞される端部（２）に環状の間隙が残るように挿入し、
   ・円板状閉塞部材（７）と放電管（１）の閉塞部材の範囲とを軟化温度にまで加熱し、
   ・放電管（１）を狭窄して、その狭窄部（１０）の範囲において閉塞部材（７）の縁部が放電管（１）の内壁に互いに気密に結合されるようにする
   工程を備えた請求項１乃至８に記載の放電ランプの製造方法。
10. 狭窄のために高融点材料からなるローラにより壁の軟化した部分を閉鎖部材の縁部に押圧する請求項９に記載の方法。
11. 円板状閉塞部材（７）と放電管（１）の閉塞される端部（２）とが挿入前に予熱される請求項９又は１０に記載の方法。

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