JP2015065182A - メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 メタルハライドが封止部に滲入することを防止して長寿命のメタルハライドランプを提供すること、更にはランプを点灯する給電装置が電流を切り替えて点灯する場合でも、メタルハライドランプの封止部の不具合を回避できるメタルハライドランプ点灯装置を提供すること。
【解決手段】 石英ガラス製の発光管の内部に発光物質として鉄を含み、前記発光管の端部に電極の軸部を支持する保持用筒体が具備されると共に、封止部にモリブデン箔が埋設されてなるロングアーク型のメタルハライドランプであって、前記保持用筒体は石英ガラスからなり、前記保持用筒体の長さをＬ（ｍｍ）、ランプの電流をＩ（Ａ）とすると、Ｌ／Ｉ（ｍｍ／Ａ）が０．１７〜１．８９の範囲であるであると共に、前記発光管の内部に、鉄よりも蒸気圧の高い金属が封入されていることを特徴とする。また、発光管の内部に水銀が封入されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はメタルハライドランプに関する。

液晶ディスプレイパネルの製造工程においてガラス基板を貼り合わせる際、ガラス基板とガラス基板の間に塗布されたシール剤を硬化するための紫外線光源としてロングアーク型のメタルハライドランプが好適に利用されている。かかる製造工程においては、棒状のメタルハライドランプとその背面に配置された反射ミラーとを備えた光照射装置が使用される。

図４にこの装置を示す。ランプハウス６０内にメタルハライドランプ６１が配置される。メタルハライドランプ６１の上方には反射ミラー６２が配置されており、ランプからの放射光は下方に設置されたワークＷに照射する。ワークＷは上述したようにガラス基板６３とガラス基板６４の間にシール剤６５が塗布されたものである。
このような用途においてはシール剤６５の特性に由来して波長３００〜４００ｎｍ域の紫外線照射が要求されており、上記波長帯において良好な光放射が得られる鉄を発光管内部に封入したメタルハライドランプ６１が好適に使用されている。

近時、上述した液晶ディスプレイパネルの製造工程では、製造時にかかる電力量を低く抑えることを目的として、メタルハライドランプの入力電力をワーク照射時と非照射時との間で切り替え、非照射時の電力を低くするようにして行っている。例えば、１つのワークを処理するため、ワークに対して数十秒間、比較的高い電力でランプを点灯し、その後照射が終了したワークを移動して次のワークが搬送されてくるまでの間、数十秒間は光の照射を遮断して比較的低い電力に切り替えて点灯する。
このような点灯方法の一例を説明すると、ランプ点灯初期においては、上述した「比較的高い電力」は「比較的低い電力」と同程度であるが、ランプ使用経過と共にランプ劣化が生じて、ワークに照射される光放射量が減少すると、「比較的高い電力」とする期間における電力値のみを上げていく。例えば、ランプ初期の光放射量に対して５％減少した時点で、比較的高い電力について初期の光放射量に戻すような電力値に調整（上昇）することにより、ランプの積算点灯時間に伴う照度低下を補完している。このように、ランプの電流、電圧、電力はランプの使用と共に随時変化する。
なお、比較的高い電力とは、例えば定格消費電力に対して５０％以上となるような電力であり、比較的低い電力とは、比較的高い電力よりも低い電力となるよう設定された電力である。なおここでは、便宜的に比較的高い電力で点灯するモードを「定常電力点灯モード」と称し、この定常電力点灯モードよりも低い電力で電流を供給する、すなわち比較的低い電力で点灯するモードを「省電力点灯モード」と称す。
このような、定常電力点灯モードと省電力点灯モードとにより高い電力と低い電力とを交互に切り替えるいわば擬似的な間欠点灯を行うことで、メタルハライドランプを省電力で駆動することと同時に、ランプをＯＮ／ＯＦＦして切り替えるよりもランプの始動性を速やかに行い、多数のワークを連続的に処理することを実現している。

図５は、従来技術にかかるメタルハライドランプ５０の説明図であり、管軸を通過する面で切断した断面図である。
同図に示すように、メタルハライドランプ５０は発光管５１の両端に封止部５５ａを備え、封止部５５ａ内には、モリブデン箔５４が埋設されている。
電極５２はタングステンに酸化トリウムを含有したトリエーテッドタングステン製であり、電極５２の軸部が封止部に伸びて、前述したモリブデン箔５４に接続されている。電極軸部５３の周囲には、石英ガラス製の筒状の保持部材５６が配置されており、この保持部材５６の外周面と発光管５１の内周面とが溶着されて接合されている。
ここで、上記メタルハライドランプの具体的な数値例を表すと、発光管５１の外径は２６．１ｍｍ、内径は２２．５ｍｍ（肉厚１．８ｍｍ）、であり、封止部を含めた全長は６００ｍｍ、電極間距離（発光長）は５００ｍｍである。
電極５２の先端部分における太径部径は３．５ｍｍであり、比較的径が細く構成された軸部５３の径は２．５ｍｍである。
また、石英ガラス製の保持部材５６の内径は２．６ｍｍであり、その全長は２ｍｍとされている。
モリブデン箔５４は、ここでは１方の封止部に２枚配置されており、その全長は３１ｍｍであり、石英ガラスからなるロッド状のシール用部材を介在させてシュリンクシールされている。

また、発光管５１に封入された封入物は、希ガスと、所定量のハロゲンと、少なくとも鉄である。ランプの入力電力は７〜１４ｋＷであり、入力電流は７〜２８Ａである。

特開２００６−１３４７１０号公報

しかしながら、このメタルハライドランプを、上述のように高い入力と低い入力を交互に切り替える間欠点灯で動作させたところ、発光物質として封入したメタルハライドが、ランプ点灯中に比較的低温部となる封止部に偏在し、それら封入物（金属）の有効な発光が得られなくなって、照度が低下することがある。
さらには、封止部に偏析したメタルハライドが、封止部に埋設されたモリブデン箔と反応して腐食が生じ、導通を維持できなくなるといった不具合を生じることがある。なお、このようなモリブデン箔との反応を抑えるために、封止部温度を従来より高くする構造にしてメタルハライドの進入防止を施すことも可能である。しかしながら実際には、封入物の滲入を抑制できる程度にまで温度を上げると、モリブデン箔が高温にさらされて箔が溶断するという別の要因に由来した不具合が生じるため、封止部の温度を高くしたとしてもランプの長寿命化を図ることができない。

そこで、本発明は、ロングアーク型のメタルハライドランプにおける封止部へのメタルハライドの偏析、それによる箔腐食、高温化による箔溶断といった不具合を生じないよう、封止部温度を下げながらも、封入金属を工夫することで、メタルハライドが封止部に入らないメタルハライドランプを提供することを目的とする。

（１）
本発明にかかるメタルハライドランプは、
石英ガラス製の発光管の内部に発光物質として鉄を含み、
前記発光管の端部に電極の軸部を支持する保持用筒体が具備されると共に、封止部にモリブデン箔が埋設されてなるロングアーク型のメタルハライドランプであって、
前記保持用筒体は石英ガラスからなり、
前記保持用筒体の長さをＬ（ｍｍ）、ランプの電流をＩ（Ａ）とすると、Ｌ／Ｉ（ｍｍ／Ａ）が０．１７〜１．８９であると共に、
前記発光管の内部に鉄よりも蒸気圧の高い金属が封入されている ことを特徴とする。

（２）
また、本発明に係るメタルハライドランプは、水銀が封入されている
ことを特徴とする。

封止部へのメタルの入り込みを抑制することができて、箔の腐食および溶断を防止することができ、メタル発光を長時間維持することができる、長寿命のメタルハライドランプとすることができる。

本願に係るメタルハライドランプを示す管軸方向断面図である。 要部を説明する拡大図である。 実施例にかかるランプ、比較例に係るランプＬ／Ｉをまとめて示す表である。 液晶パネル製造に係る光照射装置を説明する図である。 従来技術に係るメタルハライドランプの構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基いて説明する。
図１は、この発明にかかるロングアーク型メタルハライドランプの基本的な構成を示す管軸方向で切断した断面図である。メタルハライドランプ１０は発光管１１の一方と他方の端部に封止部１１ａを備え、封止部１１ａ内には、モリブデン箔１４が電極１２と電気的に接続されている。発光管１１は紫外線の透過性に優れた石英ガラスからなる。
図２において、電極１２はタングステンに酸化トリウムを含有したトリエーテッドタングステン製であり、電極１２の軸部１３が封止部に伸びて、前述したモリブデン箔５４に接続され、外部リード棒１５に接続されている。電極軸部１３の周囲には、石英ガラス製の筒状の保持部材１６が配置されており、この保持部材１６の外周面と発光管１１の内周面とが溶着されて接合され、電極軸部１３が保持された状態となっている。

このメタルハライドランプ１０には、発光管１１の内部Ｓに少なくとも、発光物質として鉄を少なくとも含んでいる。鉄はこの種のメタルハライドランプ１０において主要な発光である波長３００〜４００ｎｍの範囲の紫外光を得るために封入される必須の発光物質である。また、鉄と同時に水銀を封入しても良い。

図２に封止部１１ａの拡大図を示す。本発明においては、電極軸部１３の周囲に配置された石英ガラス製の保持部材１６の長さをＬ（ｍｍ）、ランプの電流をＩ（Ａ）としたとき、関係Ｌ／Ｉ（ｍｍ／Ａ）が０．１７以上とされている。これは、ランプの電流値が大きい場合には電流密度が高いことから封止部１１ａ近傍の熱も高くなり、封止部１１ａに埋設されたモリブデン箔１４に対する熱的影響がより大きくなるため、保持部材１６の長さを、電流の大きさに応じて長くすることで、モリブデン箔１４の位置を放電空間Ｓから遠ざけるものである。この結果、モリブデン箔１４が高温化して溶断することを回避でき、電流供給状態を安定的に維持することができるようになる。
なお、上述したように、ランプ電流は、ランプの光放射量の減衰によって徐々に高くなるよう設定されることがあるため、最高到達電流はランプの積算点灯時間が経過するに従って変化する（高くなる）ものであるが、ランプの入力電流は常にランプの定格消費電流を超えて高く設定されることはない。従って、上記関係Ｌ／Ｉ（ｍｍ／Ａ）においては、Ｉ（Ａ）に関して定格消費電流の値を用いて保持部材１６の長さＬ（ｍｍ）を設定しておくことで、いかなる点灯状態でランプを駆動しても、封止部の過熱を防止することができ、安定に駆動することができるようになる。

一方で、上記関係Ｌ／Ｉ≧０．１７を満足するように保持部材１６の長さを従来のものと比べて長くした場合、保持部材１６が長くなるに従って放電空間Ｓとモリブデン箔１４の端部Ｋとの温度差が大きくなることに由来し、モリブデン箔１４の端部Ｋに滲入するメタルハライドの量が増大することになる。そうした場合には、放電空間Ｓ内の金属の発光量が減って照度が低下することになる。
そこでこのようなメタルハライドの損失を回避するため、本願発明では、直接的には発光に寄与しないが、鉄よりも蒸気圧の高い特定の金属を封入することを特徴とする。具体的には、錫、ビスマス、ガリウム、鉛及び亜鉛のいずれかの金属を封入している。これら特定の金属は、適宜のハロゲン化合物の状態で封入するのが簡便である。
前記特定の金属群は、鉄よりも蒸気圧が高い物質であるため、それらと鉄（Ｆｅ）とが複合化合物を生成することにより、ランプ点灯中、蒸気圧を高くすることができる。この結果、従来、シール部に滲入していた鉄を封止部１１ａのモリブデン箔１４の近傍Ｋに進入させることなく、放電空間Ｓにとどめることができるようになる。

ここで、鉄に対する上記金属の封入割合の一例を挙げると、原子比において錫（Ｓｎ）と鉄（Ｆｅ）の割合Ｓｎ／Ｆｅは０．２５であり、ビスマス（Ｂｉ）と鉄（Ｆｅ）割合Ｂｉ／Ｆｅでは０．１４である。無論、そのほかの金属においても、鉄との原子比において適切な範囲として封入することが好ましい。

このような本願発明によれば、メタルハライドランプを、定常電力点灯モードと定常電力点灯モードよりも低い省電力点灯モードとを交互に繰り返して点灯することに起因して、発光管の熱分布状態に著しくムラが生じるような場合にも、発光物質が封止部内部に滲入して照度が低下したり、封止部に埋設されたモリブデン箔とメタルハライドとが反応して腐蝕することで給電部の導通状態が損なわれたり、モリブデン箔が過熱して溶断する、といった全ての問題を解消することができ、長時間安定して照度を維持できるメタルハライドランプを提供することができるようになる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明においては下記構成に限定されるものではない。
図３で示したメタルハライドランプの構成を基本的に具備した種々のランプを製作した。
発光管の材質は石英ガラスであり、管の外径は２６．１ｍｍ、内径は２２．５ｍｍ（肉厚１．８ｍｍ）であった。
発光物質として、鉄を０．０１１ｍｇ／ｃｃの割合で封入し、水銀を０．１７ｍｇ／ｃｃの割合で封入した。鉄、錫は上記と同様に封入した。また、鉄よりも蒸気圧が高い金属として、錫（Ｓｎ）を、鉄に対する原子比でＳｎ／Ｆｅ＝０．２５の割合で封入した。

発光管の長さ及び電極間距離の長さを変えて電流が７〜２８（Ａ）であり、また、発光管の両端に配置された保持部材の長さＬが４．８〜１３．２（ｍｍ）、Ｌ／Ｉの大きさが０．１７〜１．８９の範囲である実施例１〜７のメタルハライドランプを作製した。

また、発光管の内部に上述した鉄よりも蒸気圧が高い特定の金属のいずれも封入せず、保持部材の長さＬがランプ電流に対して０．０７〜０．１３である比較例に係るメタルハライドランプを作製した。なお電流Ｉは１５〜２７Ａ、電極間距離１１００ｍｍ、保持部材長さ２ｍｍであった。

上記実施例１〜７及び比較例１のメタルハライドランプの各々を、定格消費電力と、定格消費電力に対して約５０％以下となるような電力との二段階に、３０秒毎に切り替えて点灯することを行った。この結果、比較例１のメタルハライドランプにおいては、５４２時間点灯後にモリブデン箔が過熱して溶断し、不点灯となった。他の実施例１〜７のメタルハライドランプにおいては、いずれも１０００時間点灯後も、モリブデン箔の状態に変化はなく、またメタルハライドが凝集した様子もみられなかった。

以上説明した本願発明によれば、封止部に埋設されたモリブデン箔の温度を低く維持するために、電極軸部の保持部材を長くし、ランプの電流に対して０．１７ｍｍ／Ａ以上となるように長くすることで、放電空間とモリブデン箔との距離を長くできて当該箔が溶断するような問題を回避できると共に、モリブデン箔の近傍がより低温化することで、放電空間内のメタルハライドがより滲入しやすくなるが、主要な発光物質である鉄に対してより蒸気圧の高い特定の金属を封入することで、封入した特定の金属と鉄（Ｆｅ）とが、複合化合物を生成して蒸気圧が高くなり、この結果、メタルハライドを安定的に放電空間にとどめることができるようになる。
なおこのような構成とすることで、高入力と低入力を交互に行う間欠点灯動作に対して強いメタルハライドランプとすることができるが、一方で、長時間使用すると、更なる問題として電極が間欠での伸び縮みにより、モリブデン箔と電極の接合が外れるという問題が生じることがある。このような問題に対しては、封止部に埋設されるモリブデン箔の枚数を増やして２枚以上とし、溶接部の強度を上げることで、いっそう長寿命のメタルハライドランプとすることができるようになる。

なお、本願発明は、上記実施形態及び実施例の内容に限定されることなく適宜変更を加えることが可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施例では発光物質として鉄と共に水銀を封入したが、鉄のみとすることも可能である。水銀を封入しない場合は、封入する希ガスを増量したり発光管の径を小さくしたりすることで、水銀を封入した場合と同様の電流値を得ることができる。

１０ メタルハライドランプ
１１ 発光管
１１ａ 封止部
１２ 電極
１３ 電極軸部
１４ モリブデン箔
１５ 外部リード棒
１６ 電極軸部保持部材
Ｓ 放電空間
Ｋ モリブデン箔 電極側端部

Claims (2)

1. 石英ガラス製の発光管の内部に発光物質として鉄を含み、
   前記発光管の端部に電極の軸部を支持する保持用筒体が具備されると共に、封止部にモリブデン箔が埋設されてなるロングアーク型のメタルハライドランプであって、
   前記保持用筒体は石英ガラスからなり、
   前記保持用筒体の長さをＬ（ｍｍ）、ランプの電流をＩ（Ａ）とすると、Ｌ／Ｉ（ｍｍ／Ａ）が０．１７〜１．８９の範囲であるであると共に、
   前記発光管の内部に、鉄よりも蒸気圧の高い金属が封入されている
   ことを特徴とするメタルハライドランプ。
2. 前記発光管の内部に水銀が封入されている
   ことを特徴とする請求項１記載のメタルハライドランプ。

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