JP2017117707A - ショートアーク型放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】電極側に向けて先細となるガラス管を用いたショートアーク型放電ランプについて、ガラス管外周面付近を起点としたクラックの発生を防ぐ。【解決手段】電極支持棒８を保持する先端側ガラス管１３の外周面は、電極側に向けて先細であって、ガラス管の軸方向に沿った断面にて径方向に向かって凹となる円弧状曲面であることにより、封止管５との溶着が確実に行え、ガラス管外周面付近を起点としたクラックの発生を防ぐことで、ショートアーク型放電ランプの封止構造の信頼性を高めることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、ショートアーク型放電ランプの封止部構造に関し、例えば半導体や液晶の製造分野などで使用されるショートアーク型放電ランプの封止管内の構造に関する。

半導体や液晶の製造分野などでの生産効率を向上させるために、ショートアーク型放電ランプの大電力化が進んでいる。そのため、ランプ製造時等に封止箔へ多大な応力がかかって封止部が破損するなど、問題が生じてきた。その対策としては、封止部を二重封止構造とすることが有効である。二重封止構造では、ランプ製造時等に封止箔へ多大な応力がかからないので、封止箔が破断するような不具合が解消できる。また、電極が大型で重くなっても、マウント部品を封止管に正確に溶着でき、封止部の機械的強度が高まり、ランプ製造時や輸送時における破損の危険性が減少する。以下に、ショートアーク型放電ランプの二重封止構造の従来技術を説明する。

従来の二重封止構造のショートアーク型放電ランプでは、小径部と大径部がある内部ガラス管を用いてマウント部品を構成し、内部ガラス管の小径部と大径部の間に、内側封止管の放電空間側の端部を合わせて、内側封止管の放電空間側の端部が放電空間に露出しないように、内部ガラス管と外側封止管を溶着した構成としたので、二重封止構造の信頼性と製造効率を高めることができた。更に、内部ガラス管の電極側の径を大径部より小さくして電極側小径部を設けることで、熱容量を小さくすることにより、安定点灯までの時間を短くし、破裂に対する信頼性を高くすることができた（特許文献１）。

このように電極側に先細となるガラス管としては、ガラス管（支持ロール）が外面において円錐形に成形されており、電極へ向かって先細に延びて、ガラス管の前方端部の外径が後方端部の外径よりも小さくなっていることにより、高い充填圧力に耐えることができるショートアーク型放電ランプがある（特許文献２）。

特開2009-224028号公報 特開平11-329358号公報

特許文献１に記載された従来の二重封止構造には、以下のような問題がある。内部ガラス管の電極側小径部と傾斜部との境界となる部分は、外側封止管との溶着が不十分となることでクラックの起点となって、ランプ破損の原因となるおそれがあった。ここで、内部ガラス管の軸方向に対する傾斜部の角度が大きいとき、即ち、大径部と電極側小径部との段差（外径の差）が大きいときは、上記境界となる部分の溶着が更に不確実となるおそれがある。また、内部ガラス管に電極側小径部を設けると、内部ガラス管が電極側小径部の軸方向長さ分だけ軸方向に長くなり、コンパクトな封止構造を提供することができなかった。

ここで、上記境界となる部分の溶着を十分に行うと、封止管が過熱されることにより、特許文献２に記載のような封止管（ガラス球首部）の縮小部が形成されてしまう。このように、封止管の軸方向の一部が細径となると、その細径部分（縮小部）に応力が集中して、ランプ破損の原因となるおそれがあった。このような問題は、ショートアーク型放電ランプの大電力化に伴う大型化により顕著となった。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、ショートアーク型放電ランプの封止構造の信頼性を高めることである。

本発明によるショートアーク型放電ランプは、内部に電極が配設された放電管と、放電管に連設された封止管と、電極を支持する電極支持棒と、電極支持棒を保持し、封止管と溶着したガラス管とを有し、ガラス管の外周面は、電極側に向けて先細であって、ガラス管の軸方向に沿った断面にて径方向に向かって凹となる円弧状曲面であることにより、ガラス管の封止管との溶着が確実に行え、ガラス管外周面付近を起点としたクラックの発生を防いだショートアーク型放電ランプを提供することができる。

更に、円弧状曲面の曲率半径をＲ［ｍｍ］としたとき、３０≦Ｒ≦６０ を満たすことにより、上記効果を顕著とすることができる。

また、ガラス管の軸方向に沿った断面にて、円弧状曲面の曲率中心をＣとし、ガラス管の電極側端をＢとし、ガラス管径方向に対する線分Ｂ−Ｃのなす角度をθ［°］としたとき、０≦θ≦１０ を満たすことにより、ガラス管の電極側端部の破損を防ぎ、封止管に細径部が発生することを防いだショートアーク型放電ランプを提供することができる。

封止管に連設され、放電管側に向けて拡径する封止管拡径部を有し、封止管拡径部の最大外径をＲ_２１［ｍｍ］、ガラス管が最大外径となる軸方向位置における封止管の外径をＲ_２２［ｍｍ］、ガラス管の電極側の先端面と同じ軸方向位置における封止管の外径をＲ_２３［ｍｍ］としたとき、Ｒ_２３＜Ｒ_２２≦Ｒ_２１ を満たす封止管拡径部であることにより、細径部を起点としたランプ破損を防いだショートアーク型放電ランプを提供することができる。

封止管の径方向の内側に同軸配設された内側封止管と、内側封止管の内周面と溶着するガラス管小径部とを有し、ガラス管の最大外径をＲ_３１［ｍｍ］、ガラス管の電極側の先端面の外径をＲ_３２［ｍｍ］、ガラス管の小径部の外径をＲ_３３［ｍｍ］としたとき、Ｒ_３３≦Ｒ_３２＜Ｒ_３１ を満たす二重封止構造を有することにより、安定点灯までの時間を短くし、破裂に対する信頼性を高くしたショートアーク型放電ランプを提供することができる。

上記のように構成したことにより、安定点灯までの時間を短くし、破裂に対する信頼性を高くしたショートアーク型放電ランプを提供することができる。

本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的断面図である。 陽極側における封止管の概略的断面図である。 先端側ガラス管付近を拡大した概略的断面図である。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態であるショートアーク型放電ランプの概略的断面図である。

図１において、ショートアーク型放電ランプ１は、透明な石英ガラス製の放電管２を備える。放電管２の内部の放電空間Ｓには、陽極３、陰極４が所定間隔をもって対向配置されている。放電管２の両側には、石英ガラス製の外側封止管５が対向するように放電管２と一体的に設けられており、外側封止管５の両端は、口金（図示せず）によって塞がれている。

図２は、陽極側における封止管の概略的断面図である。

図２に示すように、外側封止管５の内部には、陽極３を支持する電極支持棒８が設けられ、外側封止管５内の軸方向に延設されている。電極支持棒８は、電極側の石英製ガラス管（以下、先端側ガラス管という）１３に挿通され、外側封止管５と溶着した先端側ガラス管１３は、電極支持棒８を保持する。先端側ガラス管は、先端側（電極側）に向けて先細となるように、外径が小さくなっている。

電極支持棒８は、外側封止管５の端部まで延出しておらず、所定間隔を置いて金属製のリード棒１２が電極支持棒８と同軸的に対向配置されている。電極支持棒８、リード棒１２は、石英製の円筒状のガラス部材１４の両端の軸に沿って嵌挿され、ガラス部材１４は電極支持棒８、リード棒１２を保持する。リード棒１２は外部の電源部（図示せず）と繋がるリード線（図示せず）に接続される。

ガラス部材１４の両端には、金属リング９、１１がそれぞれ密着するように配置され、電極支持棒８、リード棒１２は軸穴に挿通される。放電管２に近い先端側金属リング９は、先端側ガラス管１３の後端部と当接する。他方の後端側金属リング１１は、石英製の後端側ガラス管１５と当接する。金属リング９、１１は、それぞれ電極支持棒８、リード棒１２と溶着により一体となっている。

先端側金属リング９、後端側金属リング１１の間には、軸方向に沿って複数の帯状封止箔１０がガラス部材１４の外表面に沿って軸方向に延び、その両端は、先端側金属リング９、後端側金属リング１１の外周面と溶接されている。後端側金属リング１１はリード棒１２と封止箔１０とを電気的に接続させ、先端側金属リング９は封止箔１０と電極支持棒８とを電気的に接続させる。

陰極４、陽極３の間に電圧が印加されると、放電空間S内の電極間でアーク放電が発生し、水銀による輝線（紫外光）が放電管２の発光部２７を透過して外部に放射される。

放電管２は、発光部２７と先端側くぼみ部２６からなる。外側封止管５は、封止管拡径部２５、後端側くぼみ部２４、封止管接続部２３、封止管縮径部２２、封止管大径部２１、封止管後端部２０からなる。

発光部２７は、軸方向に沿った断面にて径方向に向かって凸となるように曲面が形成されている。封止管拡径部２５は、軸方向に沿った断面にて径方向に向かって凸となるように曲面が形成され、外側封止管５から発光部２７（放電管２側）に向けて径が広がるような形状である。

発光部２７と封止管拡径部２５との接続部には、軸方向に沿った断面にて径方向に向かって凹となるように曲面（以下、先端側くびれという）２６が生じている。同様に、外側封止管５と封止管拡径部２５との接続部には、軸方向に沿った断面にて径方向に向かって凹となるように曲面（以下、後端側くびれという）２４が形成される。

石英ガラスから成る先端側の内側封止管６と後端側の内側封止管７は、外側封止管５の径方向の内側（中心軸側）に同軸配置されている。先端側の内側封止管６と後端側の内側封止管７は、封止箔１０を収容し、ガラス管小径部３５、ガラス部材１４、後端側ガラス管１５、外側封止管５とそれぞれ溶着することによって放電ランプ１内を封止する。石英製の固定リング１６は、後端側の内側封止管７の軸方向に沿った位置を固定し、外側封止管５の端部にて溶着する。

外側封止管５は、先端側ガラス管１３と溶着することにより、先端側ガラス管１３が先端側（電極側）に向けて先細となる外周形状に沿って、同様に先細となる曲面形状が形成される。ここで、外側封止管５の最大外径をＲ_２１［ｍｍ］とする。なお、外側封止管５の最大外径Ｒ_２１は、先端側くびれ部２６の外径が最小となる部位の外径、または、封止管拡径部２５の外径が最大となる部位の外径と近似させて推定しても良い。更に、先端側ガラス管１３が最大径となる軸方向位置における外側封止管の外径をＲ_２２［ｍｍ］とする。先端側ガラス管１３が最小径となる部位（電極側の先端面と同じ）の軸方向位置における外側封止管の外径をＲ_２３［ｍｍ］とする。ここで、外側封止管５の外径Ｒ_２３は、後端側くびれ部２４の外径が最小となる部位の外径、または、封止管拡径部２５の外径が最小となる部位の外径、または、封止管接続部２３の外径が最小となる部位の外径と近似させて推定しても良い。

このようなＲ_２１，Ｒ_２２，Ｒ_２３としたとき、 Ｒ_２３＜Ｒ_２２≦Ｒ_２１ を満たすように放電管２と外側封止管５を形成すると良い。

このような放電管２と外側封止管５とすることにより、先端側ガラス管１３が先端（電極）側に向かって先細となっていても、特許文献２に記載のように、封止管と放電管との接続部付近に細径部分が形成されることないので、細径部を起点としたランプ破損を防いだショートアーク型放電ランプを提供することができる。

図３は、先端側ガラス管１３付近を拡大した概略的断面図である。

電極に近い先端側ガラス管１３は、先端側の内側封止管６と外径を略同一としたガラス管大径部３１と、金属リング９側から電極３側に向けて先細になったガラス管縮径部３２と、電極側の先端には先端面３３が形成される。

先端側ガラス管の先端面３３には、円筒状凹部３４を形成することで、外側封止管５との溶着を確実にしている。

先端側ガラス管のガラス管大径部３１より後端側には、ガラス管大径部３１より小径であるガラス管小径部３５を設けて、先端側の内側封止管６の内周面と溶着する。更に、ガラス管大径部３１の後端面３６も先端側の内側封止管６の電極側端面と溶着する。このような構成とすることにより、先端側金属リング９付近を起点とするクラックの発生を防ぐことができる。

本実施形態においては、ガラス管大径部３１の外径をＲ_３１［ｍｍ］、先端側ガラス管１３（ガラス管縮径部３２）の先端面３３の外径をＲ_３２［ｍｍ］、ガラス管小径部３５の外径をＲ_３３［ｍｍ］としたとき、Ｒ_３３≦Ｒ_３２＜Ｒ_３１ を満たすとよい。このような構成を満たす二重封止構造を有することにより、安定点灯までの時間を短くし、破裂に対する信頼性を高くしたショートアーク型放電ランプを提供することができる。特に、２０≦Ｒ_３１≦４０となるような大径のガラス管を備えたショートアーク型放電ランプにおいて有効である。

ガラス管縮径部３２の外周面は、軸方向に沿った断面において、径方向に向かって凹となる円弧状の曲面である。この円弧状曲面は、応力集中を防ぐために、軸方向に沿った断面における曲率半径Ｒ_Ｂを３０ｍｍ〜６０ｍｍとするとよい。このような数値範囲に当て嵌まるショートアーク型放電ランプにおいて、本発明による効果は顕著とすることができる。

ここで、外側封止管５と溶着したガラス管縮径部３２の先端側の端部（即ち、ガラス管先端面３３）を点Ｂとして、軸方向断面における円弧状曲面の曲率中心を点Ｃとして、先端側ガラス管径方向（先端側ガラス管の軸に垂直となる方向）に対する線分Ｂ−Ｃのなす角度をθ［°］としたとき、０≦θ≦１０ とするとよい。即ち、θ＜０ とすると、円筒状凹部３４の円筒状側面が封止作業中に破損するおそれがあり、外側封止管５と確実に溶着できないおそれもある。また、１０＜θ とすると、後端側くびれ部２３付近に特許文献２に記載の細径部が形成されて、その細径部に応力が集中するおそれがある。

外側封止管５は、先端側ガラス管１３のガラス管大径部３１から先端面３３まで溶着により一体化しており、ガラス管大径部３１とガラス管縮径部３２に沿った封止管大径部２１と封止管縮径部２２が形成されている。

先端側ガラス管径方向に対する線分Ｂ−Ｃのなす角度をθ［°］を ０＜θ≦１０ の範囲とすることで、封止管縮径部２２と後端側くびれ部２４との間を接続する円筒状の封止管接続部２３を形成しても良い。このように、円筒状の封止管接続部２３を形成させることにより、後端側くびれ部２４の曲率半径が小さくなることを防ぐことができる。しかしながら、このような封止管接続部２３は、製造時の誤差により特許文献２に記載の細径部が形成されるおそれがある。そのため、封止管接続部２３は円筒状であって、電極側に向かって縮径しないことが好ましい。更に、好ましくは θ＝０ として、実質的に封止管接続部２３を形成しない（軸方向の長さが０となる）ように、封止管縮径部２２と後端側くびれ部２４とを隣接させると良い。このような構成とすることで、先端側ガラス管１３が軸方向に短くなるので、コンパクトな封止構造を備えたショートアーク型放電ランプを提供することができる。

本実施形態においては陽極側の封止構造について説明したが、陰極側の封止構造も陽極側と同様である。二重封止構造に限定されず、内側封止管６，７を用いない封止構造にも適用可能である。

本発明のショートアーク型放電ランプの封止部構造は、半導体や液晶の製造分野などで使用されるショートアーク型放電ランプの封止部構造として最適である。

１ 放電ランプ
Ｓ 放電空間
２ 放電管
３ 陰極
４ 陽極
５ 外側封止管
６ 先端側の内側封止管
７ 後端側の内側封止管
８ 電極支持棒
９ 先端側金属リング
１０ 封止箔
１１ 後端側金属リング
１２ リード棒
１３ 先端側ガラス管
１４ ガラス部材
１５ 後端側ガラス管
１６ 固定リング
２０ 封止管後端部
２１ 封止管大径部
２２ 封止管縮径部
２３ 封止管接続部
２４ 後端側くぼみ部
２５ 封止管拡径部
２６ 先端側くぼみ部
２７ 発光部
３１ ガラス管大径部
３２ ガラス管縮径部
３３ ガラス管先端面
３４ 円筒状凹部
３５ ガラス管小径部
３６ 大径部端面

Claims (5)

1. 内部に電極が配設された放電管と、前記放電管に連設された封止管と、前記電極を支持する電極支持棒と、前記電極支持棒を保持し、前記封止管と溶着したガラス管とを有するショートアーク型放電ランプにおいて、
   前記ガラス管の外周面は、前記電極側に向けて先細であって、前記ガラス管の軸方向に沿った断面にて径方向に向かって凹となる円弧状曲面であることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
2. 前記円弧状曲面は、曲率半径Ｒ［ｍｍ］としたとき、
   ３０≦Ｒ≦６０
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
3. 前記ガラス管の軸方向に沿った断面にて、前記円弧状曲面の曲率中心をＣとし、前記ガラス管の電極側端をＢとし、ガラス管径方向に対する線分Ｂ−Ｃのなす角度をθ［°］としたとき、
   ０≦θ≦１０
   を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のショートアーク型放電ランプ。
4. 前記封止管に連設され、前記放電管側に向けて拡径する封止管拡径部を有し、
   前記封止管拡径部の最大外径をＲ_２１［ｍｍ］、前記ガラス管が最大径となる軸方向位置における封止管の外径をＲ_２２［ｍｍ］、前記ガラス管の電極側の先端面と同じ軸方向位置における封止管の外径をＲ_２３［ｍｍ］としたとき、
   Ｒ_２３＜Ｒ_２２≦Ｒ_２１
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載のショートアーク型放電ランプ。
5. 前記封止管の径方向の内側に同軸配置された内側封止管と、前記内側封止管の内周面と溶着するガラス管小径部とを有し、
   前記ガラス管の最大外径をＲ_３１［ｍｍ］、前記ガラス管の電極側の先端面の外径をＲ_３２［ｍｍ］、前記ガラス管小径部の外径をＲ_３３［ｍｍ］としたとき、
   Ｒ_３３≦Ｒ_３２＜Ｒ_３１
   を満たすことを特徴とする請求項４に記載のショートアーク型放電ランプ。

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