JP2006216286A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】封着材の加熱溶融前から、封止部材の一部を発光管の開口端面に当接させることにより、封止工程において封着材の加熱溶融によっても封止部材が発光管側に移動しないことにより、電極間距離を確実に所定の距離に確保することができるとともに、電極が管軸に対して偏心しない放電ランプを提供すること。
【解決手段】透光性セラミックスよりなる発光管１の開口端部に電極構造体４が取り付けられた封止部材２を封着材３で封着してなる放電ランプにおいて、封止部材２は、封着材３による封着前にその一部が発光管１の開口端面において周方向の一部で当接し、封止部材２と発光管１の開口部間に形成される空隙５に封着材３が充填されることを特徴とする放電ランプである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電ランプに係わり、特に、発光管が透光性セラミックスよりなるフラッシュ放電ランプやセラミックメタルハライド放電ランプの封止部における構造を改善した放電ランプに関する。

図３は、透光性セラミックスからなる直管状の発光管を有するフラッシュ放電ランプの構成を示す断面図である。
同図に示すように、発光管１０１の両端の各々には、発光管１０１と同質の材料よりなる略円柱状の封止部材１０２が挿入されている。封止部材１０２の各々には、電極構造体１０４を構成する先端に電極１０４２を有する電極棒１０４１が発光管１０１の軸方向に沿って貫通して伸びるように設けられており、発光管１０１と封止部材１０２とは封着材１０３によって気密に封着されている。

このようなフラッシュ放電ランプは、半導体の製造工程等において、シリコンウエハ表層に浅い拡散層（ｐｎ接合）を形成する際のランプアニール等に用いられている。
ランプアニールは、シリコンウエハを１０００℃から１４００℃にまで昇温して加熱する必要があり、具体的には、７００μｓの短時間に３０Ｊ／ｃｍ^２以上のエネルギーを有する光を被照射物である半導体基板に照射するものである。その際、フラッシュ放電ランプに投入されるピークエネルギーは５×１０^６Ｗにまで達するため、フラッシュ放電ランプにとっては過酷な条件下での点灯が強いられことになる。
このような条件では発光管材料として、シリカガラスを用いると発光管の内壁が白濁し、被照射面における照度が極端に低下する問題が発生する。
このような不具合を解消するために、発光管１０１に透光性セラミックスを用いることが知られている。

また、図４は、透光性セラミックスよりなるセラミックメタルハライド放電ランプの構成を示す断面図である。
同図に示すように、発光管の両側の開口端面において、電極構造体２０４を構成する内部リード棒２０４２の先端に電極２０４３が取り付けられた封止部材２０２が、封着材２０３によって封着されている。
このようなセラミックメタルハライド放電ランプは、店舗照明等において、商品を華やかに演出するためのスポットライト用光源として利用されている。
セラミックメタルハライド放電ランプは、寿命途中における演色変化が少なく高演色性に優れ、石英発光管と比べて融点が高いためより高い温度での使用が可能であり、高効率、省エネルギー化が可能である。さらには、精度の高い発光管を加工できるためランプ特性のバラツキが少ないという利点がある。

特開２００３−１０９５３７号公報 特開平１１−３２９３６０号公報

しかしながら、上記のフラッシュ放電ランプやセラミックメタルハライド放電ランプには封止構造上共通した問題がある。
以下に、フラッシュ放電ランプを例にして封止構造上の問題点について説明する。
図５は従来技術に係るフラッシュ放電ランプの封止構造を示す断面図であり、図５（ａ）は発光管に封止部材を封着する前のフラッシュ放電ランプの封止構造を示す断面図、図５（ｂ）は正常な状態で発光管に封止部材が封着されたフラッシュ放電ランプの封止構造を示す断面図、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は異常な状態で発光管に封止部材が封着されたフラッシュ放電ランプの封止構造を示す断面図である。

発光管に封止部材を封着する前は、図５（ａ）に示すように、電極構造体１０４を構成する電極棒１０４１が封止部材１０２を気密に貫通しており、発光管１０１と封止部材１０２との間にはリング状の封着材１０３が挟まれた状態にあり、発光管１０１と封止部材１０２とは直接接していない状態にある。

このような状態から正常な状態で発光管１０１に封止部材１０２が封着された場合は、図５（ｂ）に示すように、封着材１０３が加熱溶融され、封止部材１０２が封着材１０３を均一に押しつぶすように鉛直下方向に落ち、発光管１０１と封止部材１０２とが封着材によって封止される。
ここで、封着材１０３には酸化ビスマスを主成分としたガラス材が用いられ、加熱方法は、窒素置換された容器内に未封止状態のランプを入れ、電気炉で５５０℃で約５分、封着材１０３を加熱することによって行われる。

しかし、異常な状態で発光管１０３に封止部材１０２が封着された場合の一例としては、図５（ｃ）に示すように、封着材１０３の粘度が大きく、封着材１０３が加熱によっても十分溶けないと、封止部材１０２の発光管方向への移動量が少ないため、発光管１０１と封止部材１０２とが当接されない状態で封着され、電極間距離が所定距離以上となってしまう。

また、他の異常な状態で発光管１０３に封止部材１０２が封着された場合の一例としては、図５（ｄ）に示すように、電気炉の中心に未封止状態のランプが位置せず、偏った位置にランプが配置されたような場合には、封着材１０３への加熱が均一に行われず、封止部材１０２の発光管１０１方向への移動量に差が生じてしまい、封止部材１０２が発光管１０１に当接する箇所と当接しない箇所とが生じてしまう。
これは、複数本のランプを同時に加熱する場合、電気炉内でのランプ位置が加熱炉の発熱部に近い箇所と遠い箇所との違いによって、封着材１０３の温度分布に偏りが生じてしまうためである。温度が高く封着材１０３の粘度の小さい部分に位置する封止部材１０２は発光管１０１の方向に十分に下方に移動するが、温度が低く封着材１０３の粘度の大きい部分に位置する封止部材１０２が発光管１０１の方向に十分に下方に移動しない場合は、電極１０４２が発光管１０１に対して大きく偏心してしまう。最悪の場合には、電極１０４２が発光管１０１の内壁に接してしまい、フラッシュ放電ランプの点灯時、アーク放電の偏りのためランプの性能を大きく低下させてしまう。

このような不具合は、セラミックメタルハライド放電ランプの封止工程においても同様に生じる。

本発明の目的は、上記の種々の問題点に鑑み、透光性セラミックスよりなる発光管の開口端部に電極構造体が取り付けられた封止部材が封着材によって封止される放電ランプにおいて、封着材の加熱溶融前から、封止部材の一部を発光管の開口端面に当接させることにより、封止工程において封着材の加熱溶融によっても封止部材が発光管側に移動させないことにより、電極間距離を確実に所定の距離に確保することができるとともに、電極が管軸に対して偏心しない放電ランプを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、透光性セラミックスよりなる発光管の開口端部に電極構造体が取り付けられた封止部材を封着材で封着してなる放電ランプにおいて、前記封止部材は、前記封着材による封着前にその一部が前記発光管の開口端面において周方向の一部で当接し、前記封止部材と前記発光管の開口部間に形成される空隙に前記封着材が充填されることを特徴とする放電ランプである。

第２の手段は、第１の手段において、前記封止部材は、発光管の開口内径より小径の閉塞部と該閉塞部から径方向に伸びる当接部とを有し、該当接部が発光管の開口端面に当接し、前記閉塞部と前記発光管の開口部間に形成される空隙に前記封着材が充填されることを特徴とする放電ランプである。

請求項１に記載の発明によれば、透光性セラミックスよりなる発光管の開口端部に電極構造体が取り付けられた封止部材を封着材で封着してなる放電ランプにおいて、前記封止部材は、前記封着材による封着前にその一部が前記発光管の開口端面において周方向の一部で当接し、前記封止部材と前記発光管の開口部間に形成される空隙に前記封着材が充填されるので、封止工程において封着材の加熱溶融によっても封止部材が発光管側に移動することがなく、電極間距離を確実に所定の距離に確保することができるとともに、電極が管軸に対して偏心しないようにすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記封止部材は、発光管の開口内径より小径の閉塞部と該閉塞部から径方向に伸びる当接部とを有し、該当接部が発光管の開口端面に当接し、前記閉塞部と前記発光管の開口部間に形成される空隙に前記封着材が充填されているので、封止部材の当接部を発光管の開口端面に当接させているので、封止工程において封着材の加熱溶融によっても封止部材が発光管側に移動することがなく、電極間距離を確実に所定の距離に確保することができるとともに、電極が管軸に対して偏心しないようにすることができる。

はじめに、本発明の第１の実施形態を図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係るフラッシュ放電ランプの封止構造を示す断面図である。図１（ａ）は発光管に封止部材を封着する前のフラッシュ放電ランプの封止構造を示す側面断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’から見たフラッシュ放電ランプの封止構造を示す平面断面図、図１（ｃ）は発光管に封止部材を封着した後のフラッシュ放電ランプの封止構造を示す側面断面図である。
これらの図において、１はフラッシュ放電ランプの発光管、２は発光管１の開口端面を封止する封止部材、２１は封止部材２の閉塞部、２２は封止部材２の当接部、３は当接部２２の上部に配置されたリング状の封着材、４は電極構造体、４１は電極構造体４を構成する電極棒、４２は電極棒４１の先端に取り付けられる電極、５は封止部材２の閉塞部２１と発光管１との間に形成され封着材３が充填される封着材充填空間（例えば、その間隙距離は０．４ｍｍ）である。

図１（ａ）、（ｂ）示すように、封止部材２は、発光管１の開口内径より小径の閉塞部２１と閉塞部２１から径方向に伸び発光管１の開口端面の周方向の一部で当接する当接部２２を有しており、封止部材２の中心には電極構造体４の電極棒４１が気密に貫通している。

ここで、フラッシュ放電ランプは、一例として外径が１３ｍｍ、内径が１０．４ｍｍのものが用いられ、発光管１内には６０ｋＰａのキセノンガスが封入されている。また発光管１としては透光性セラミックスの一種であるサファイアやイットリウム−アルミニウム−ガーネット単結晶体が用いられる。電極構造体４は、電極棒４１としてニオブ、ニッケル、コバール合金等の導電体を用い、電極４２はタングステンを用いる。また封止部材２はアルミナを用いる。また封止部材２と電極構造体４はロウ材で固定し、ロウ材としては封着材３より融点が高いものを用いる。また封着材３には酸化ビスマスを主成分としたガラス材を用いる。

発光管１に封止部材２を封止する場合は、図１（ａ）に示す状態で封着材３を加熱して溶かす。加熱方法は、窒素置換された容器内に未封止状態のランプを入れ、電気炉で５５０℃で約５分間、封着材３を加熱溶融する。
溶けた封着材３は、図１（ｃ）に示すように、封止部材２と発光管１の開口との隙間である封着材充填空間５の封止部材２の閉塞部２１と発光管１の開口内面に沿って垂れるように流れ込み固化する。

本実施形態の発明によれば、透光性セラミックスよりなる発光管１の開口端部に電極構造体４が取り付けられた封止部材２を封着材３で封止するフラッシュ放電ランプにおいて、封着材３の加熱溶融前から、封止部材２の当接部２２を発光管１の開口端面に当接させているので、封止工程において封着材３の加熱溶融によっても封止部材２が発光管１側に移動することがなく、電極間距離を確実に所定の距離に確保することができるとともに、電極４２を管軸に対して偏心しないようにすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態の発明に係るセラミックメタルハライド放電ランプの封止構造を示す断面図である。図２（ａ）は発光管に封止部材を封着する前のセラミックメタルハライド放電ランプの封止構造を示す側面断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’から見たセラミックメタルハライド放電ランプの封止構造を示す平面断面図、図２（ｃ）は発光管に封止部材を封着した後のセラミックメタルハライド放電ランプの封止構造を示す側面断面図である。
これらの図において、５１はセラミックメタルハライド放電ランプの発光管、５２は発光管５１の開口端面を封止する封止部材、５２１は封止部材５２の閉塞部、５２２は封止部材５２の当接部、５３は当接部５２２の上部に配置されたリング状の封着材、５４は電極構造体、５４１は電極構造体５４を構成する外部リード棒、５４２は電極構造体５４を構成する内部リード棒、５４３は内部リード棒５４２の先端に取り付けられる電極コイル、５５は封止部材５２の閉塞部５２１と発光管５１との間に形成され封着材５３が充填される封着材充填空間である。

図２（ａ）、（ｂ）示すように、封止部材５２は発光管５１の開口内径より小径の閉塞部５２１と閉塞部５２１から径方向に伸び発光管５１の開口端面の周方向の一部で当接する当接部５２２を有している。

ここで、セラミックメタルハライド放電ランプは、一例としてランプ全長が３６ｍｍ、電極間距離が６ｍｍ、定格電力が７５Ｗのものを用いる。また発光管５１としてはアルミナ多結晶体、イットリア多結晶体、イットリウム−アルミニウム−ガーネット多結晶体、マグネシア多結晶体等のいずれかの透光性セラミックスを用い、発光管５１の最大外径は８．７ｍｍ、内容積は０．３ｍｍ^３であり、発光管５１の両側の封止管部の外径は２．５ｍｍ、内径は０．８ｍｍである。電極構造体５４は、タングステン製の外部リード棒５４１とタングステン製の内部リード棒５４２と内部リード棒５４２の先端に設けられたモリブデン製の電極コイル５４３からなる。また封止部材５２は、発光管５１の材質である透光性セラミックスと線膨張率が同等又は近似したサーメットを用いる。また封止部材５２の一端側には先端に電極コイル５４３を有する内部リード棒５４２と他端側には外部リード棒５４１が固定されている。また封着材３には希土類酸化物−アルミナ−シリカ系の材料を用いる。

発光管５１に封止部材５２を封止する場合は、図２（ａ）に示す状態で封着材５３を加熱して溶かす。加熱方法は、窒素置換された容器内に未封止状態のランプを入れ、電気炉で１４００℃で約１分間、封着材５３を加熱溶融する。
溶けた封着材５３は、図２（ｃ）に示すように、封止部材５２と発光管５１の開口との隙間である封着材充填空間５５の封止部材５２の閉塞部５２１と発光管５１の開口内面に沿って垂れるように流れ込み固化する。

本実施形態の発明によれば、透光性セラミックスよりなる発光管５１の開口端部に電極構造体５４が取り付けられた封止部材５２を封着材５３で封止するセラミックメタルハライド放電ランプにおいて、封着材５３の加熱溶融前から、封止部材５２の当接部５２２を発光管５１の開口端面に当接させているので、封止工程において封着材５３の加熱溶融によっても封止部材５２が発光管５１側に移動することがなく、電極間距離を確実に所定の距離に確保することができるとともに、電極５４３を管軸に対して偏心しないようにすることができる。

第１の実施形態の発明に係るフラッシュ放電ランプの封止構造を示す断面図である。 第２の実施形態の発明に係るセラミックメタルハライド放電ランプの封止構造を示す断面図である。 透光性セラミックスよりなる直管状の発光管を有するフラッシュ放電ランプの構成を示す断面図である。 透光性セラミックスよりなるセラミックメタルハライド放電ランプの構成を示す断面図である。 従来技術に係るフラッシュ放電ランプの封止構造を示す断面図である。

符号の説明

１ フラッシュ放電ランプの発光管
２ 封止部材
２１ 閉塞部
２２ 当接部
３ 封着材
４ 電極構造体
４１ 電極棒
４２ 電極
５ 封着材充填空間
５１ セラミックメタルハライド放電ランプの発光管
５２ 封止部材
５２１ 閉塞部
５２２ 当接部
５３ 封着材
５４ 電極構造体
５４１ 外部リード棒
５４２ 内部リード棒
５４３ 電極コイル
５５ 封着材充填空間

Claims (2)

1. 透光性セラミックスよりなる発光管の開口端部に電極構造体が取り付けられた封止部材を封着材で封着してなる放電ランプにおいて、
   前記封止部材は、前記封着材による封着前にその一部が前記発光管の開口端面において周方向の一部で当接し、前記封止部材と前記発光管の開口部間に形成される空隙に前記封着材が充填されることを特徴とする放電ランプ。
2. 前記封止部材は、発光管の開口内径より小径の閉塞部と該閉塞部から径方向に伸びる当接部とを有し、該当接部が発光管の開口端面に当接し、前記閉塞部と前記発光管の開口部間に形成される空隙に前記封着材が充填されることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
   

Images