JP2016071928A - 放電器用パッケージおよび放電器 - Google Patents

Abstract

【課題】 要求される耐久性を有しながら小型化が可能な放電器用パッケージおよび放電器を提供することである。【解決手段】 放電器用パッケージは、上部が開口した、底面および内面からなる凹部を有するセラミック基体と、前記セラミック基体の前記底面上に設けられた、互いに電気的に絶縁した一対の電極と、前記セラミック基体の前記内面に設けられた、前記一対の電極と電気的に絶縁し、前記凹部からなる空間を挟む一対のトリガ電極と、を備えている。【選択図】 図２

Description

本発明は、希ガスを封入する放電器用パッケージおよび放電により光を発する放電器に関するものである。

近年、携帯電話などの携帯機器にカメラ機能が設けられており、夜間および室内などにおいても明るい画像を撮像することが求められている。携帯機器に設ける照明装置には小型化が必要であり、従来ではＬＥＤを用いた照明装置が設けられている。しかし、ＬＥＤでは光量が低く、要求される光量の照明光を放射することができなかった。そこで、瞬間的に大光量の光を放射可能なキセノン放電管を用いた閃光発光器を小型化することが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−１７１８２０号公報

しかし、特許文献１では、キセノン放電管の発光に用いる電力を充電するコンデンサの小型化を提案しているが、小型化の要求はさらに大きく、キセノン放電管そのものの小型化も求められる。しかし、キセノン放電管を単に小型化すると、キセノンを封入するガラスの耐久性、特に熱応力に対する耐久性が低下し得る。それゆえ、耐久性を考慮するとキセノン放電管の小型化には限界があり。結果として閃光発光器の小型化に限界があった。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、要求される耐久性を有しながら小型化が可能な放電器用パッケージおよび放電器を提供することである。

本発明の一実施形態に係る放電器用パッケージは、上部が開口した、底面および内面からなる凹部を有するセラミック基体と、前記セラミック基体の前記底面上に設けられた、互いに電気的に絶縁した一対の電極と、前記セラミック基体の前記内面に設けられた、前記一対の電極と電気的に絶縁し、前記凹部からなる空間を挟む一対のトリガ電極と、を備えている。

本発明の一実施形態に係る放電器は、上記放電器用パッケージと、前記セラミック基体の前記凹部を塞いだ光透過性部材と、前記凹部に封入された希ガスと、を備えている。

本発明によれば、要求される耐久性を有しながら小型化が可能な放電器用パッケージおよび放電器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る放電器を有する撮像装置の外観図である。 図１の放電器の分解斜視図であって、放電器用パッケージと光透過性部材を示している。 図２の放電器用パッケージの分解斜視図であって、放電器用パッケージを構成するセラミック基体の上層、中層および下層を示している。 図３のセラミック基体の中層の平面図である。 図３のセラミック基体の下層の平面図である。 図２の放電器用パッケージの平面図である。 図２の放電器用パッケージの側面図である。 図２の放電器用パッケージの下面図である。 図６のＡ−Ａ線に沿った、放電器用パッケージの断面図である。 図６の一変形例に係る放電器用パッケージの平面図である。

以下、本発明を適用した放電器の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る放電器を有する撮像装置の外観図である。放電器は、例えばスマートフォンなどの携帯端末やデジタルカメラなどの撮像装置１に内蔵するものである。放電器は、例えば、希ガスの放電作用を利用して、ＬＥＤと比較して、瞬間的に大光量の閃光を発することができる。放電器を発光させる回路構成は、従来公知のキセノン放電管を用いた閃光発光器と同様である。図１に示す撮像装置１は、スマートフォンであって、表示面の裏面側に撮像可能なレンズを有する光学装置２や放電器１０を内蔵した発光装置３が設けられている。

放電器１０は、図２に示すように、放電器用パッケージ１１と、放電器用パッケージ１１の凹部Ｐを塞ぐ光透過性部材１２と、凹部Ｐに封入される希ガスとを備えている。なお、放電器１０を分解した図２では、放電器用パッケージ１１と光透過性部材１２とを別々にした状態を示している。希ガスは、気体であるため、図２では示していない。希ガスは、例えばキセノンであり、光透過性部材１２および凹部Ｐにより塞がれた密閉空間に封止される。

光透過性部材１２は、例えば石英ガラスなどのガラスであり、少なくとも一部の帯域の可視光を透過する。光透過性部材１２は、平板状である。さらに、光透過性部材１２は、耐熱性を有する。なお、光透過性部材１２は、平面視して長辺および短辺を有し、長辺の長さが５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であって、短辺の長さが２ｍｍ以上８ｍｍ以下であって、上下方向の厚みが０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。

放電器用パッケージ１１は、図２に示すように、上部が開口した、底面および内面からなる凹部Ｐを有するセラミック基体１１１と、セラミック基体１１１の底面上に設けられた、互いに電気的に絶縁した一対の電極１１２，１１３と、セラミック基体１１１の内面に設けられた、一対の電極１１２，１１３と電気的に絶縁し、凹部Ｐからなる空間を挟む一対のトリガ電極１１４，１１５と、を備えている。なお、放電器用パッケージ１１は、平面視して長辺および短辺を有し、長辺の長さが５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であって、短辺の長さが２ｍｍ以上８ｍｍ以下であって、凹部Ｐを除いた縁における上下方向の厚みが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。

セラミック基体１１１は、複数のセラミック層を積層した構造である。図３に示す本実施形態に係るセラミック基体１１１は、三層構造であって、上層１１１ａ、中層１１１ｂおよび下層１１１ｃを示している。なお、本実施形態に係るセラミック基体１１１は、三層構造であるが、凹部Ｐを構成可能な構造であれば、これに限られない。

セラミック基体１１１の上層１１１ａは、枠状の部材である。上層１１１ａの内面には、凹部となる空間を挟む一対のトリガ電極１１４，１１５が設けられている。トリガ電極１１４，１１５は、放電器１０を発光させるためのものであって、外部のトリガ回路からの信号に応じて、凹部Ｐ内での放電を開始させるものである。一対のトリガ電極１１４，１１５は、対向して配置されている。なお、凹部Ｐとなる貫通孔は、平面視して長辺の長
さが４ｍｍ以上１４ｍｍ以下であって、短辺の長さが１ｍｍ以上７ｍｍ以下であって、上下方向の長さが０．２５ｍｍ以上４．５ｍｍ以下に設定されている。

凹部Ｐは、平面視して長辺および短辺を有する直方体状であり、一対のトリガ電極１１４，１１５が、長辺に位置する凹部Ｐの内面に設けられている。また、一対の電極１１２，１１３は、凹部Ｐの底面上であって、平面視して凹部Ｐの短辺側に配置されている。一対の電極１１２，１１３は、陰極または陽極として機能するため、両者の間の長さは、一対のトリガ電極１１４，１１５の長さよりも長くして、凹部Ｐの希ガス雰囲気中の電子が飛ぶ距離を長くして放電することによる光量を大きくしている。また、一対のトリガ電極１１４，１１５の間の距離は短くして、トリガ機能による放電作用の感度を向上することを実現している。

セラミック基体１１１の中層１１１ｂは、板状の部材である。中層１１１ｂは、セラミック基体１１１の底面となる上面を有している。中層１１１ｂ上に上層１１１ａを重ねあわせたときに、上層１１１ａの貫通孔から露出した箇所が、中層１１１ｂの上面の一部であって、セラミック基体１１１としたときに、セラミック基体１１１の底面に相当する。

中層１１１ｂは、上面に互いに電気的に絶縁した一対の電極１１２，１１３が設けられている。また、中層１１１ｂは、上面に長辺側に設けられたキャスタレーションｂ２，ｂ４の周囲に電気的に接続された中間電極１１６が設けられている。なお、本発明のキャスタレーションとは、中層１１１ｂの長辺側の側面に形成された溝の内面に設けられた電極を指す。中間電極１１６は、図４に示すように、キャスタレーションｂ２，ｂ４と電気的に接続している。そして、中間電極１１６は、上層１１１ａの貫通孔の内面に設けられた一対のトリガ電極１１４，１１５にそれぞれ電気的に接続されている。具体的には、中間電極１１６の上面と一対のトリガ電極１１４，１１５の下端とが、それぞれ電気的に接続されている。

一対の電極１１２，１１３のうち、一方電極１１２が陰極端子であって、他方電極１１３が陽極端子である。一対の電極１１２，１１３は、図４に示すように、接続部１１２ｂ、１１３ｂを介して中層１１１ｂの短辺側から側面に引き出されている。なお、中層１１１ｂの四辺には、それぞれ半円状のキャスタレーションｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４が設けられている。なお、キャスタレーションｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の内面には、上述のように電極が形成されている。

中層１１１ｂの短辺に設けられたキャスタレーションｂ１，ｂ３は、接続部によって中層１１１ｂの短辺側の側面にまで引き延ばされた一対の電極１１２，１１３を、中層１１１ｂの上面から下面にかけて電気的に導通させるためのものである。一対のキャスタレーションｂ１，ｂ３は、下層１１１ｃのキャスタレーションｃ１，ｃ３と連続し、それぞれが下層１１１ｃの下面の実装電極１１７と電気的に接続される。

一対の電極１１２，１１３のうち、陰極端子となる一方電極１１２上には、エミッタ膜１１２ａが設けられている。エミッタ膜１１２ａは、キセノンなどの希ガス雰囲気中において、トリガ電極１１４，１１５からの信号に起因して、放電現象を生じさせるものであるとともに、放電器１０を作動する際の一方電極１１２の母材であるタングステン等の蒸発や飛散を抑制できるものである。なお、エミッタ膜１１２ａは、例えば蒸着法を用いて形成され、例えばタングステン酸バリウムなどの電子放出性物質、ならびにタンタルおよびニオブの混合物の少なくとも一方を薄膜化した材料によって、少なくとも一部が被覆される。

セラミック基体１１１の下層１１１ｃは、板状の部材である。下層１１１ｃ上には、中
層１１１ｂが積層され、下層１１１ｃの上面は中層１１１ｂの下面と接続される。下層１１１ｃの上面には、平面電極１１８が設けられている。平面電極１１８は、セラミック基体１１１を平面透視したときに、セラミック基体１１１の底面と重なる箇所に設けられている。

平面電極１１８は、一対のトリガ電極１１４，１１５と電気的に接続されている。下層１１１ｃの四辺には、それぞれ半円状のキャスタレーションｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４が設けられている。なお、キャスタレーションｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４の内面には、上述のように電極が形成されている。

下層１１１ｃの長辺に設けられたキャスタレーションｃ２，ｃ４は、一対の接続部１１８ａによって下層１１１ｃの長辺側の側面にまで引き延ばされた平面電極１１８を、下層１１１ｃの上面から下面にかけて電気的に導通させるためのものである。一対のキャスタレーションｃ２，ｃ４は、それぞれが下層１１１ｃの下面の実装電極１１７と電気的に接続される。また、下層１１１ｃのキャスタレーションｃ１，ｃ３は、中層１１１ｂのキャスタレーションｂ１，ｂ３と電気的に接続される。なお、接続部１１８ａは、一方のみに接続部１１８ａと電気的に接続されるように設けられてもよく、中層１１１ｂと下層１１１ｃとの間に設けられる接続部１１８ａの面積を小さくできることから、中層１１１ｂ、下層１１１ｃおよび接続部１１８ａとの熱膨張係数差に起因して生じる熱応力を低減できる。また、前述のように平面電極１１８から下層１１１ｃの長辺側の側面にまで一対の接続部１１８ａが設けられ、一対の接続部１１８ａが一対のキャスタレーションｃ２，ｃ４および実装電極１１７と接続される場合には、放電器１０の作動時に凹部Ｐで生じる熱が中層１１ｂ、平面電極１１８、一対の接続部１１８ａ、一対のキャスタレーションｃ２，ｃ４および実装電極１１７を介して外部回路基板に効率よく伝達される。

また、平面電極１１８は、中層１１１ｂのキャスタレーションｂ２，ｂ４を介して中層１１１ｂ上の中間電極１１６と電気的に接続されている。さらに、中間電極１１６と一対のトリガ電極１１４，１１５とは接続されているため、平面電極１１８と一対のトリガ電極１１４，１１５とは電気的に接続されているとともに、同電位となる。

一対の電極１１２，１１３、一対のトリガ電極１１４，１１５、中間電極１１６、実装電極１１７、平面電極１１８、中層１１１ｂのキャスタレーションｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４の電極および下層１１１ｃのキャスタレーションｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４の電極は、例えばタングステンおよびモリブデンが用いられ、例えば酸化防止のためにニッケルおよびスズの少なくとも一方またはこれらを含む合金により被覆される。

次に、本発明の実施形態に係る放電器の製造方法を説明する。本発明の実施形態に係る放電器の製造方法は、成形ステップ、印刷ステップ、生成ステップおよび封入ステップを含んで構成される。図３に示すように、セラミック基体１１１は、例えば枠状の上層１１１ａ、板状の中層１１１ｂおよび板状の下層１１１ｃを積層させた積層体を用いて作製される。

成形ステップにおいては、加工前のセラミックグリーンシートを準備する。具体的には、上層１１１ａ、中層１１１ｂおよび下層１１１ｃそれぞれに対して予め定められた形状に成形する。上層１１１ａは、板状のセラミックグリーンシートの中央部を貫通して、枠状に成形する。中層１１１ｂおよび下層１１１ｃは、板状のセラミックグリーンシートの四辺のそれぞれに上下方向に貫通する半円状の溝を形成する。

ここで、加工前のセラミックグリーンシートは、従来公知の方法で形成される。例えば、加工前のセラミックグリーンシートの原料の主成分には、チタニア系酸化物、ジルコン
酸系酸化物等が用いられる。チタン酸バリウムを主成分とする焼結体を用いる場合には、例えば、チタン酸バリウム粉末に対して、所定量の酸化マグネシウム粉末、希土類元素の酸化物粉末および酸化マンガン粉末を配合し、さらに、必要に応じて焼結助剤としてガラス粉末を添加して素原量粉末を得る。次に、素原量粉末に有機ビヒクルを加えてセラミックスラリを調整し、次いで、ドクターブレード法またはダイコーダ法などの従来公知のシート成形法を用いて、加工前のセラミックグリーンシートが形成される。

成形ステップ後の印刷ステップにおいて、上層１１１ａの内面に、一対のトリガ電極１１４，１１５を印刷する。中層１１１ｂの板面上に、一対の電極１１２，１１３および中間電極１１６を印刷する。さらに、例えば、下層１１１ｃの板面上に、平面電極１１８を印刷する。図３においては、下層１１１ｃの板面上に平面電極１１８を印刷しているが、中層１１１ｂにおける一対の電極１１２，１１３の印刷面の反対側の面上に印刷してもよい。また、中層１１１ｂの四辺の溝に印刷して、キャスタレーションｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４を形成する。同様に、下層１１１ｃの四辺の溝に印刷して、キャスタレーションｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４を形成する。

印刷ステップにおける、各電極は、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀などの金属粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、従来公知のスクリーン印刷法を用いて印刷する。

印刷ステップにおいて、さらに、印刷した陰極となる電極１１２の少なくとも一部の上に、例えばタングステン酸バリウム、ならびにタンタルおよびニオブの混合物の少なくとも一方を、蒸着成膜または接合させ、エミッタ膜１１２を形成する。

印刷ステップ後の生成ステップにおいて、上層１１１ａ、中層１１１ｂおよび下層１１１ｃを、一対の電極１１２，１１３が上層１１１ａの貫通孔内に含まれ、平面電極１１８が中層１１１ｂおよび下層１１１ｃに挟持されるように、積層して積層体を形成する。次に、積層させた積層体を焼成して、セラミック基体１１１を生成する。

焼成条件としては、昇温速度を５℃／ｈから３００℃／ｈとして、脱脂を５００℃までの温度範囲で行い、次いで、昇温速度を２５℃／ｈから１０００℃／ｈとして、水素―窒素の混合ガスの還元雰囲気中にて１４００から１６００℃の範囲で０．５時間から４時間焼成する。さらに、焼成後の試料に対して、酸化雰囲気中、９００℃から１１００℃で再酸化処理を行う。

生成ステップ後の封入ステップにおいて、希ガス雰囲気下において、セラミック基体１１１の凹部Ｐが開放されている面を、平板状の光透過性部材１２と密着させ、希ガスを密閉空間に封入する。セラミック基体１１１および光透過性部材１２の密着には、光透過性部材１２に用いるガラスより融点の低いガラスが用いられる。

上記成形ステップ、印刷ステップ、生成ステップおよび封入ステップを経ることにより、本発明の実施形態の放電器を製造可能である。

以上のような構成の本発明の実施形態の放電器によれば、希ガスの封止において、セラミック基体１１１を用いるので、ガラス管のみで希ガスを封止する従来の放電管に比べて、耐久性が向上する。また、放電器１０においても光透過性部材１２としてガラスが用いられ得るが、希ガスの放電により発生する熱がガラスに比べて熱伝導性が高いセラミック基体１１１により放熱され、光透過性部材１２に発生する熱応力が低減される。それゆえ、光透過性部材１２も含めた放電器１０の耐久性が向上する。

本発明の実施形態の放電器１０または放電器用パッケージ１１によれば、セラミック基体１１１の内面に設けられた、凹部Ｐからなる空間を挟む一対のトリガ電極１１４，１１５を設けたことで、凹部Ｐ内にて露出したトリガ電極１１４，１１５からの信号を瞬時に受けることができる。また、平面電極１１８だけの構造と比較して、凹部Ｐ内にまでトリガ機能を有する一対のトリガ電極１１４,１１５を設けたことで、放電作用の感度を向上
させることができ、放電がより容易に誘発される。また、セラミック基体１１１は、光が透過しやすいセラミック材料を用いた場合は、光がセラミック基体１１１を介して漏れ出る可能性もあるが、凹部Ｐの内面に一対のトリガ電極を設けたことで、セラミック基体１１１の側面から漏れ出る光を抑制することができ、光透過性部材１２から外部に取り出される光量を良好に維持することができる。

また、本発明の実施形態の放電器１０または放電器用パッケージ１１によれば、一対のトリガ電極１１４，１１５は、凹部Ｐの長辺に位置する内面に設けられていることで、凹部Ｐ内の内面および底面の全体の表面積において、トリガ電極１１４，１１５が設けられている面積を大きく確保することができ、放電作用の感度を良好に維持することができる。

また、本発明の実施形態の放電器１０または放電器用パッケージ１１によれば、図６に示すように、セラミック基体１１１内には、平面透視して凹部Ｐの底面と重なる箇所に平面電極１１８が設けられており、平面電極１１８が一対のトリガ電極１１４，１１５と電気的に接続されていることで、凹部Ｐ内の希ガスに対して下方または側方の両方から信号を入力することができ、放電作用の感度を良好にすることができる。さらに、平面電極１１８は、平面透視して一対の電極１１２、１１３および一対のトリガ電極１１４，１１５と重ならない箇所に設けられてもよい。これにより、それぞれの電極間の絶縁性を保持できるとともに、セラミック基体１１１を介して生じる、熱膨張差に起因した熱応力を低減できる。また、セラミック基体１１１が少しでも光を透過する材料からなる場合は、放電時の光を下方においても漏れ出にくくすることができる。

本発明を図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々
の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、本発明の実施形態において、平面電極１１８はセラミック基体１１１に埋設される構成であるが、必ずしも埋設させる必要はない。それゆえ、セラミック基体１１１を、少なくとも１層のセラミックグリーンシートを用いて製造することも可能である。また、図１０に示すように、一対の電極１１２，１１３を図３、図４または図６に示したものよりも小さく形成してもよい。一対の電極１１２，１１３を小さく形成したことで、放電器１０の作動時において、一対の電極１１２，１１３の母材であるタングステン等が蒸発したり、飛散したりすることを抑制できることから、放電器１０から放射される光束や放電器１０の寿命が低下することを抑制できるという作用効果を奏する。なお、図６に示すように、一対の電極１１２，１１３が凹部Ｐの長辺側にわたって設けられる場合には、放電器１０の作動時に生じる電界分布を一対の電極１１２，１１３の間で一様に生じさせることができることから、放電器１０の発光効率を向上できる。

１ 撮像装置
２ 光学装置
３ 発光装置
１０ 放電器
１１ 放電器用パッケージ
１１１ セラミック基体
１１１ａ 上層
１１１ｂ 中層
１１１ｃ 下層
１１２，１１３ 一対の電極
１１２ａ エミッタ膜
１１４，１１５ 一対のトリガ電極
１１６ 中間電極
１１７ 実装電極
１１８ 平面電極
１２ 光透過性部材
Ｐ 凹部
ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４ 中層のキャスタレーション
ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４ 下層のキャスタレーション

Claims (5)

1. 上部が開口した、底面および内面からなる凹部を有するセラミック基体と、
   前記セラミック基体の前記底面上に設けられた、互いに電気的に絶縁した一対の電極と、前記セラミック基体の前記内面に設けられた、前記一対の電極と電気的に絶縁し、前記凹部からなる空間を挟む一対のトリガ電極と、を備えた放電器用パッケージ。
2. 請求項１に記載の放電器用パッケージであって、
   前記凹部は、平面視して長辺および短辺を有する直方体状であり、前記一対のトリガ電極は、前記長辺に位置する前記内面に設けられていることを特徴とする放電器用パッケージ。
3. 請求項１または請求項２に記載の放電器用パッケージであって、
   前記セラミック基体内には、平面透視して前記底面と重なる箇所に平面電極が設けられており、前記平面電極は、前記一対のトリガ電極と電気的に接続されていることを特徴とする放電器用パッケージ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放電器用パッケージと、
   前記セラミック基体の前記凹部を塞いだ光透過性部材と、
   前記凹部に封入された希ガスと、を備えた放電器。
5. 請求項４に記載の放電器であって、
   前記希ガスは、キセノンであることを特徴とする放電器。

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