JP2019061817A

JP2019061817A - 放電ランプ

Info

Publication number: JP2019061817A
Application number: JP2017184349A
Authority: JP
Inventors: 武田　雄士; Yuji Takeda; 雄士武田; 正和堀内; Masakazu Horiuchi
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-04-18

Abstract

【課題】電極軸と金属箔の接続部付近へのランプ封入金属の侵入を抑制する放電ランプを提供する。【解決手段】放電ランプは、発光管の両端に、一対の電極２０および電極２０と接続される金属箔２６および金属箔２６と接続されるアウターリード２８とを有し、紫外線を放出する。電極２０は、電極２０の外周に設けられるガラスビーズ３２と、電極２０およびガラスビーズ３２の外周に設けられ、ガラスビーズ３２よりも軟化点が高い筒体３４と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、放電ランプに関する。

紫外線を放出する光源として、例えば、液晶製造工程での封止用接着剤の硬化や、印刷工程における紫外線硬化インクの硬化に用いる放電ランプが用いられている。放出する放電ランプには、紫外線を放出する水銀の他に、鉄、スズ、タリウム、マグネシウム、ビスマス等の金属とハロゲン物質の混合物であるメタルハライドを封入した、メタルハライドランプが開示されている。紫外線を放出するメタルハライドランプで、水銀と鉄は主な紫外光の放射源となる。一方、水銀と鉄以外の金属は、石英ガラスで構成される発光管の内表面へ侵入することによる鉄の消耗を抑制する。

特開２０１５−１８５２６１号公報特開２０１２−１６０３３０号公報

メタルハライドランプを長期間点灯すると、電極軸と金属箔の接続部付近に封入金属が継続して侵入して留まる。電極軸と金属箔の接続部付近に溜まった封入金属はランプ点灯中も蒸気にならず、ランプの発光に寄与しない。また、メタルハライドランプを長時間点灯すると、電極軸と金属箔の接続部付近に溜まる封入金属量が増えて発光管内の金属蒸気量が減少し、紫外線の発光に寄与する金属からの紫外線量が減少する。

本発明の実施形態は、金属箔と電極軸の接続部付近へのランプ封入金属の侵入を抑制する放電ランプを提供することである。

本発明の実施形態によれば、放電ランプは、発光管の両端に、一対の電極および電極と接続される金属箔および金属箔と接続されるアウターリードとを有し、紫外線を放出する。電極は、電極の外周に設けられるガラスビーズと、電極およびガラスビーズの外周に設けられ、ガラスビーズよりも軟化点が高い筒体と、を有する。

本発明の実施形態によれば、電極軸と金属箔の接続部付近へのランプ封入金属の侵入を抑制する放電ランプを提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る放電ランプを例示する模式図である。図２は、第１の実施形態に係る放電ランプ１の一方の電極２０の近傍を拡大した図である。図３は、従来の放電ランプ１００の一方の電極２０近傍を拡大した図である。図４は、第１の実施形態に係る放電ランプ１および従来の放電ランプ１００の点灯時間と紫外線照度維持率の関係を示す図である。

以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１は、発光管１０の両端に、一対の電極２０，２０および電極２０と接続される金属箔２６および金属箔２６と接続されるアウターリード２８とを有し、紫外線を放出する。電極２０は、電極２０の外周に設けられるガラスビーズ３２と、電極２０およびガラスビーズ３２の外周に設けられ、ガラスビーズ３２よりも軟化点が高い筒体４０と、を有する。

本実施形態によれば、電極軸２２と金属箔２６の第１接続部２３付近へのランプ封入金属の侵入を抑制することができる。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、ガラスビーズ３２には、金属酸化物を含む粉末を有する。

また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ１において、ガラスビーズの外径は、電極の発光管側に設けられる電極先端の外径よりも大きい。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）

第１の実施形態に係る放電ランプについて、図１を用いて説明する。図１は、放電ランプ１を例示している。

図１に示したように、本実施形態に係る放電ランプ１は、発光管１０と、一対の電極、２０、２０とを有する。

発光管１０は、直管状に形成され、内部に放電空間１２を有する。また、発光管１０の両端には封止部１４，１４が形成されることで、放電空間１２を気密に保つ。放電管１０、１０は、紫外線を透過する材料で構成されており、例えば石英ガラスで構成される。発光管１０は、外径が２６．１ｍｍ、長手方向の長さ（いずれかの発光管１０における一方の封止部１４−他方の封止部１４の距離）が１１１５ｍｍである。

放電空間１２には、封止部１４、１４の外部より電力が印加されることで、放電空間１２内に対向して設けられる一対の電極２０−２０間でアーク放電が生起されて発光する。放電空間１２は、例えば内径が２２．５ｍｍ、発光長（一対の電極２０−２０間の距離）が１０９５ｍｍで構成される。

封止部１４，１４は、放電空間１２の両端に形成される。封止部１４，１４は、発光管１０と同じ石英ガラスで構成される。封止部１４，１４は、電極２０、２０を所望の位置に設けた後に、不図示の減圧手段により放電空間１２を減圧したあとで不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融して成形する、いわゆるシュリンクシールにより形成される。なお、封止部１４，１４には、発光管１０と異なる石英ガラスなどで構成されても良い。また、封止部１４，１４は、不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融して、不図示のピンチャーなどの成形手段によりピンチして封止する、いわゆるピンチシールにより形成されてもよい。封止部１４，１４の長さは、例えば、４０ｍｍである。

放電空間１２には、封入金属１６および不図示の希ガスが封入される。封入金属１６、希ガスは、放電空間１２内でアーク放電が生起されることにより蒸発して発光に寄与する。封入金属１６は、水銀および金属ハロゲン化物の混合物として、一部が放電空間１２中に凝集し、残りが蒸気として放電空間１２中に存在する。封入金属１６は、水銀および金属ハロゲン化物を含む。水銀は、例えば１００ｍｇ封入される。金属ハロゲン化物は、例えば鉄が９ｍｇ、ヨウ化タリウム２ｍｇ、ヨウ化マグネシウムが１．５ｍｇ封入される。希ガスは、例えばキセノンが５ｋＰａ封入される。なお、金属ハロゲン化物として、例えばヨウ化水銀を３５ｍｇ、臭化水銀を６ｍｇ封入してもよい。また、希ガスは、アルゴン、クリプトン、キセノンなどのいずれか一種、または二種以上の混合ガスでよい。

ここで、電極２０，２０の構成について、図２を用いて更に詳しく説明する。なお、電極２０，２０は同一の構成であることから、以降は一方の電極２０についてのみ説明する。

封止部１４の内部には、電極２０として電極軸２２、コイル２４、金属箔２６、アウターリード２８が設けられる。

電極軸２２は、放電空間１２に電力を印加する。電極軸２２は、一端が放電空間１２に突出して構成され、他端が封止部１４に埋設される。また、電極軸２２の放電空間１２側に突出した電極先端２２ａにはコイル２４が設けられる。また、電極軸２２は、電極先端２２ａの側である電極末端２２ｂで第１接続部２３を介して金属箔２６と接続される。電極軸２２は、例えば電子放射性を良くする物質を含んだ、いわゆるドープタングステンにより構成される。なお、電極軸２２には、例えば、電子放射性を良くするため、例えば酸化トリウムを含むトリエーテッドタングステンで構成されても良い。電極軸２２は、一端側の電極先端２２ａの外径が２ｍｍ、他端側の電極末端２２ｂの外径が１．５ｍｍである。

第１接続部２３は、電極軸２２と後述する金属箔２６とを溶接により接続する。第１接続部２３は、例えば、電気溶接により設けられる。

コイル２４は、電極軸２２の一端側に設けられ、放電中の電極軸２２の先端から温度を放射することで、電極軸２２の温度上昇を抑制する。コイル２４は、一端が電極軸２２の一端側、すなわち、放電空間１２側に設けられ、他端が電極軸２２の他端側に設けられる。コイル２４は、電極軸２２の電極先端２２ａ側に、二重に巻回することにより設けられる、いわゆるダブルコイルである。コイル２４は、例えばタングステンにより構成される。

金属箔２６は、封止部１４に埋設されて封止されることにより、発光管１０を気密に保つ。金属箔２６は、一端が電極軸２２の他端と溶接され、他端がアウターリード２８の一端と溶接され、封止部１４に埋設して設けられる。金属箔２６は、例えばモリブデンにより構成される。なお、金属箔２６が複数枚設けられる場合は、セパレータガラス２７が設けられる。

セパレータガラス２７は、複数枚の金属箔２６,２６同士の接触を防止する。セパレータガラス２７は、例えば、金属箔２６の面積と同等か、より大きいことが望ましい。セパレータガラス２７は、例えば、石英ガラスにより構成される。

アウターリード２８，２８は、一部が封止部１４に埋設され、他端が不図示の点灯回路と接続され、発光管１０の内部と外部とが電気的に接続される。アウターリード２８は、一端が第２接続部２９を介して金属箔２６と接続され、他端が不図示の点灯回路と接続される。アウターリード２８は、例えば、モリブデンにより構成される。

第１接続部２９は、金属箔２６とアウターリード２８とを溶接により接続する。第２接続部２９は、例えば、電気溶接により設けられる。

このようにして設けられた放電ランプ１は、不図示の点灯回路から、放電ランプ１に電力が供給されることで、紫外線が放出される。

ここで、封止部１４と電極２０の構成について、更に詳しく説明する。

電極２０の外周には、ガラスビーズ３２、筒体３４が設けられる。

ガラスビーズ３２は、電極軸２２の外周、具体的には、電極軸２２の電極末端２２ｂ側の外周に設けられる。ガラスビーズ３２は、電極軸２２の材料であるタングステンと線膨張係数が近いことが望まれる。ガラスビーズ３２は、例えば、ホウケイ酸ガラスが用いられる。ホウケイ酸ガラスは、タングステンと線膨張係数が近いため、筒体３４を直接封止部１４に設けるときに比べて筒体３４が割れることを抑制することができる。

また、電極軸２２およびガラスビーズ３２の外周には、筒体３４が設けられる。筒体３４は、放電空間１２内に封入された金属ハロゲン化物が封止部１４へ侵入することを抑制する。筒体３４は、封止部１４の線膨張係数と近いことが望まれる。筒体３４は、例えば、石英ガラスで構成される。

ガラスビーズ３２を設けることによる効果は以下のとおりである。すなわち、封止部１４，１４を形成するとき、ガラスビーズ３２を設けず、筒体３４のみを設けた場合は、筒体３４と電極軸２２との間に隙間が生じる。また、筒体３４は石英ガラスで構成され、電極軸２２はタングステンで構成されることから、筒体３４よりも電極軸２２の方が、線膨張係数が約１０倍大きいため、筒体３４と電極軸２２とを直接封着すると筒体３４が破壊される可能性がある。仮に筒体３４が電極軸２２と封着できたとしても、放電ランプ１の点灯中に電極軸２２の膨張や収縮に筒体３４が耐えられなくなり、早期に筒体３４が破壊され、放電ランプ１の不点灯に至る可能性がある。

一方、電極軸２２周りにガラスビーズ３２を設けることで、放電ランプ１の製造時に筒体３４等を溶融して封止部１４を形成するとき、筒体３４を不図示のガスバーナーなどの溶融手段により溶融すると、ガラスビーズ３２よりも筒体３４の軟化点の方が高いため、ガラスビーズ３２は筒体３４を加熱した予熱により溶融することができる。また、ガラスビーズ３２は電極軸２２と線膨張係数が近いことから、筒体３４のみで構成される場合に比べて筒体３４の破壊を抑制することができる。更に、筒体３４のみで構成される場合に比べて、電極軸２２とガラスビーズ３２との隙間を抑制することができるため、電極軸２２と金属箔２６の第１接続部２３に封入金属１６が溜まることを抑制することができる。

また、ガラスビーズ３２には、金属酸化物を含む不図示の粉末を有していてもよい。粉末は、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）またはイットリア（酸化イットリウム）が用いられる。粉末は、封止部１４を封着して形成するため加熱したときに、ガラスビーズ３２と筒体３４とが融け込むのを抑制する。なお、不図示の粉末は、ガラスビーズ３２の外表面に設けられているが、放電ランプ１として形成されたときにはガラスビーズ３２および筒体３４との境界に存在していればよい。なお、ガラスビーズ３２が有する粉末は、例えば封止部１４を放電ランプ１長手方向に垂直な断面で切断し、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により分析することで同定することができる。ＥＰＭＡは、例えば、日本電子社製ＪＸＡ−８２００が用いられる。

また、ガラスビーズ３２の外径は、電極２０の発光管１０側に設けられる電極先端の外径よりも大きい方がよい。ガラスビーズ３２の外径が、電極２０の発光管１０側に設けられる電極先端２２ａの外径以下であると、放電ランプ１の製造時にガラスビーズ３２および筒体３４等を溶融して電極軸２２とガラスビーズ３２および筒体３４とを封着するとき、電極軸２２と筒体３４とが直接接触して筒体３４が破損するおそれが生じるため、好ましくない。

ここで、放電ランプ１において、ガラスビーズ３２の有無による寿命特性の比較を行った。評価条件は以下のとおりである。なお、照度維持率は、点灯０時間において、主たる波長３６５ｎｍの照度値（オーク製作所社製照度計ＵＶ−３５）を１００％として任意の時間の照度を規格化した。また、照度維持率の基準として、点灯時間３０００時間後に８０％以上であることが望まれる。

本実施形態の放電ランプ１：内径＝２２．５ｍｍ、放電空間１２の長さ＝１１１５ｍｍ、放電ランプ１の全体長さ＝１４００ｍｍ、ランプ電圧＝６２０Ｖ、ランプ電流＝２０Ａ、ランプ電力＝１２ｋＷ（定電力）、ガラスビーズ３２＝ホウケイ酸ガラス。

従来品の放電ランプ１００（電極２００の詳細を図３に示す）：本実施形態の放電ランプ１と同様の構成であるが、ガラスビーズ３２を有していない。

結果を図４に示す。なお、図４で、横軸は点灯時間（時間）、縦軸は照度維持率を示す。図４から明らかであるとおり、ガラスビーズ３２を有することで、点灯時間が３０００時間でも照度維持率が８０％以上を確保することができた。一方、ガラスビーズ３２を有していないと、点灯時間が１０００時間で照度維持率が８０％以下となった。以上のことから、放電ランプ１は、ガラスビーズ３２を設けることが望ましいことがわかる。

以上の実施形態に基づいて説明したように、本発明によれば、電極２０およびガラスビーズ３２の外周に、ガラスビーズ３２よりも軟化点が高い筒体３４を有することで、電極２０およびガラスビーズ３２の密着性を良くすることができ、電極２０とガラスビーズ３２との間に生じる隙間を抑制することから、電極軸２２と金属箔２６の第１接続部２３付近へのランプ封入金属の侵入を抑制することができる。

また、本発明によれば、ガラスビーズ３２に金属酸化物を含む粉末を有することで、ガラスビーズ３２と筒体３４とが溶け込むことを抑制することができることから、ガラスビーズ３２と筒体３４との間に隙間を生じることを抑制でき、結果電極軸２２と金属箔２６の第１接続部２３付近へのランプ封入金属の侵入を抑制することができる。

また、本発明によれば、ガラスビーズ３２の外径は、電極２０の電極先端の外径よりも大きいことで、筒体３４と電極軸２２とが接触することなく、筒体３４と電極軸２２の間に生じる可能性がある隙間を抑制することができるから、電極軸２２と金属箔２６の第１接続部２３付近への封入金属１６の侵入を抑制することができる。

なお、上記実施形態で、放電ランプ１は、封入金属１６にメタルハライドを用いた、いわゆるメタルハライドランプの構成であったが、封入金属１６に水銀以外の金属ハロゲン化物を有しない、即ち、水銀、ハロゲン化物、希ガスのみを封入した、いわゆる高圧水銀ランプであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…放電ランプ、
１０…発光管、
１２…放電空間、
１４…封止部、
１６…封入金属、
２０、２００…電極、
２２…電極軸、
２４…コイル、
２６…金属箔、
２８…アウターリード、
３２…ガラスビーズ、
３４…筒体。

Claims

発光管の両端に、一対の電極および前記電極と接続される金属箔および前記金属箔と接続されるアウターリードとを有し、紫外線を放出する放電ランプであって、
前記電極は、前記電極の外周に設けられるガラスビーズと；
前記電極および前記ガラスビーズの外周に設けられ、前記ガラスビーズよりも軟化点が高い筒体と；を有する
放電ランプ。
前記ガラスビーズには、金属酸化物を含む粉末を有する、請求項１記載の放電ランプ。
前記ガラスビーズの外径は、前記電極の前記発光管側に設けられる電極先端の外径よりも大きい、請求項１または２記載の放電ランプ。