JP2019149286A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】発光管の封止部のクラックを防ぐとともに、発光管内の表面に均一な膜を形成する技術を提供する。【解決手段】外側管２０、内側管３０とを一体的に溶着させた二重管構造の放電ランプにおいて、内側管３０の外表面から径方向に延び、外側管２０との溶着あるいは接触によって内側管３０を支持する支持部材９０Ａ、９０Ｂを設ける。支持部材９０Ａ、９０Ｂの対は、ランプ軸Ｘに関して回転対称であり、ランプ軸Ｘ方向から見て径方向の同一ラインに沿って配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、誘電体バリア放電あるいは容量結合型高周波放電によって放電するエキシマランプ、外部電極型蛍光ランプなどの放電ランプに関し、特に、二重管構造の放電ランプに関する。

内側管と外側管によって発光管を構成する二重管構造のエキシマランプなどでは、外側管と内側管とが封止部において溶着し、一体的になって封止されている。内側管はその端部で外側管に支持されるため、内側管が自重によって撓み、搬送時などに衝撃、振動がランプに伝えられると、外側管内表面が傷つき、封止部が破損する恐れがある。特に、細径で長尺化したランプの場合、封止部にかかる負荷が大きい。

これを防ぐため、内側管と外側管との間に平板を挟むランプ構造が知られている（特許文献１参照）。そこでは、リング状の平板がランプ軸方向に沿って複数配置され、内側管に溶着される。リング状板が外側管と接することで、内側管は、長さ方向全体に渡って支持される。

特開２００９−２３０８６８号公報

エキシマランプなどでは、蛍光体などを外側管内表面と内側管外表面に塗布等し、膜を形成する場合がある。しかしながら、リング状の平板が設けられると、その外周面全体に渡って外側管内表面と溶着あるいは接触しているため、蛍光体塗布を行うときに障害となり、均質な膜形成が困難になる。

したがって、内側管を確実に支持しながら、均質な膜を発光管内に形成可能なランプ構造を実現することが求められる。

本発明の放電ランプは、外側管と内側管とを備えた二重管構造の放電ランプであって、外側管と内側管との間に配置される棒状の支持部材の対を備える。そして支持部材は、内側管外表面から径方向に延び、外側管との溶着もしくは接触によって、内側管を支持する。

支持部材の対の数は、任意である。例えば一対、あるいは複数の対の支持部材で構成することが可能である。一対の支持部材は、対向配置してもよく、あるいは、ランプ軸に沿ってオフセットしていてもよい。例えば、ランプ軸に沿って異なる２か所でそれぞれ１つの支持部材を同じ側（すなわち向かい合わないように）に沿って配置することが可能であり、それ以上の箇所で、同じ側あるいは反対側に支持部材を配置し、一対あるいはそれ以上の対で支持部材を構成することが可能である。一方、支持部材の形状は、直線状、折れ線状、曲線状など様々な形状が適用可能である。支持部材は、外側管もしくは内側管と同じ材料で構成することができる。外側管の内表面と内側管の外表面の少なくとも一方に、膜を形成することも可能である。

支持部材の対は、力のつり合いを考慮し、ランプ軸に関して回転対称であるように構成することが可能である。例えば、同じ形状の支持部材を同一ライン上に配置すればよい。また、支持部材の対を、ランプ軸方向に沿った所定位置（同じ位置）に対向配置することができる。

支持部材と内側管の外表面との溶着部分は、曲面状に形成可能である。内側管が断面楕円形状である場合、溶着、安定した支持を考慮して、支持部材の対が、それぞれ内側管の長軸方向に沿って延びるように構成することができる。また、支持部材の幅を内側管の長軸長さよりも短くすることも可能である。

外側管には、ランプ軸方向に沿って延びる第１の導入管を一方の端部に形成し、ランプ軸方向とは異なる方向に延びる第２の導入管を他方の端部に形成することが可能である。支持部材の対は、第２の導入管よりも第１の導入管に近い位置に設けることができる。

放電ランプとしては、外側管と内側管とが一方のランプ端部で一体的に溶着しており、もう一方の端部では内側管の先端面と外側管の内表面との間に、隙間を形成することが可能である。この場合、支持部材の対が、隙間のランプ軸方向に沿った距離間隔よりも長い距離だけ内側管の先端面から離れた位置にあるように構成することができる。

本発明の一態様における放電ランプの製造方法は、外側管に対し、第１の導入管と第２の導入管を形成する工程と、内側管の外表面に、棒状の支持部材を溶着する工程と、外側管と内側管とを溶着して、一体的な二重管構造の発光管を形成する工程と、外側管と内側管の溶着前もしくは溶着後に、外側管と支持部材とを溶着させる工程と、第１の導入管から塗料を流入、流出させることにより、発光管内の表面に膜を形成する工程とを含む。

本発明によれば、発光管の封止部のクラックを防ぐとともに、発光管内に均一な膜を形成することができる。

本実施形態である放電ランプの概略的平面図である。 封止状態の放電ランプを示した図である。 図２の放電ランプの一部拡大図である。 図２のラインIV―IVに沿った放電ランプの断面図である。

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、本実施形態であるエキシマランプの概略的平面図である。図２は、封止状態の放電ランプを示した図である。

放電ランプ１０は、二重管構造のランプであり、有底の外側管２０と内側管３０とが封止部１２において一体的に溶着した発光管１５を備えている。ここでは細径、長尺のエキシマランプとして構成され、発光管１５の軸方向長さが３００〜１０５０ｍｍ、放電距離が１〜１７ｍｍ、外側管２０の内径が６〜４０ｍｍ、外側管２０の肉厚が０．７〜２ｍｍの範囲に定められている。

外側管２０と内側管３０との間には、キセノンガスなどの希ガスあるいは混合ガスが封入された放電空間Ｓが形成されている。発光管１５の内表面には蛍光体膜Ｃが形成されている。

内側管３０は断面楕円形状を有し、その内部には、ランプ軸Ｘ方向に沿って帯状の内側電極５０が配置されている。外側管２０の外表面には、螺旋状の外側電極４０がランプ軸Ｘ方向に沿って巻き付けられている。内側電極５０の端部に接続される給電線８０は、外部に設置された電源部（図示せず）と接続し、給電線８０を介して電力が放電ランプ１０に供給される。

外側電極４０、内側電極５０は、その極性がここでは陰極、陽極に定められており、誘電体である発光管１５を介在して対向配置されている。放電ランプ１０に対して電力が供給されると、誘電体バリア放電が外側電極４０、内側電極５０との間の放電空間Ｓで生じ、所定スペクトルのエキシマ光が放射される。蛍光体膜Ｃは、エキシマ光によって励起され、蛍光を発する。

外側管２０の一方の端部には、第１の導入管６０がランプ軸Ｘ上に形成されている。また、外側管２０の封止部１２付近には、第２の導入管７０がランプ軸Ｘから離れた箇所であって、ランプ軸Ｘに対して所定角度傾く方向に形成されている。ここでは、第２の導入管７０は、第１の導入管６０とは逆方向であってランプ軸Ｘに対し、４０°〜８０°の範囲で傾くように定められている。

外側管２０と内側管３０との間、すなわち放電空間Ｓには、支持部材９０、９５が配置されている。支持部材９０は、第１の導入管６０の近くに配置され、支持部材９５は、ランプ軸Ｘに沿った中央付近に配置されている。支持部材９０、９５は、内側管３０の外表面と外側管２０の内表面に溶着し、内側管３０を支持する。

図３は、図２の放電ランプの一部拡大図である。図４は、図２のラインIV―IVに沿った放電ランプの断面図である。

図４に示すように、ここでの支持部材９０は、一対の棒状部材９０Ａ、９０Ｂから構成されている。なお支持部材は、一対の棒状部材だけでなく、１つ乃至３つ以上の棒状部材から構成してもよい。棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、ここでは直線状の柱状部材であり、全体に渡って同サイズの断面形状（断面円形状）を有する。また、棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、互いに同じ断面形状を有する。棒状部材９０Ａ、９０Ｂと内側管３０の外表面との溶着部分は、ランプ軸Ｘ方向断面において曲面状に形成されており、ここでは裾野のように、溶着部分に近いほど径が大きくなる曲面形状になっている（図３参照）。

棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、外側管２０、内側管３０と同じ材料で構成されている。ここでの支持部材９０は、外側管２０、内側管３０と同じ光透過性のある石英ガラスによって成形されている。

棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、図１、２に示すように、ランプ軸Ｘの方向に沿って所定位置に配置されるとともに、図４に示すように、ランプ軸Ｘの方向から見て径方向の同一ライン上に沿って対向配置されている。また、棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、断面楕円形状の内側管３０の長軸方向ＬＹに沿うように、内側管３０の外表面に溶着している。棒状部材９０Ａ、９０Ｂの幅Ｗは、断面楕円形状の内側管３０の長軸長さＬよりも短い。

図３に示すように、内側管３０の先端面３０Ｔは、ランプ軸Ｘに沿って外側管２０（の内表面）と所定距離間隔Ｔ１だけ離れている。距離間隔Ｔ１は、第１の導入管６０の直径よりも大きい。この隙間部分Ｓ１では、蛍光体を塗布するときに蛍光体が発光管１５内に残ることなく流出するように、十分な空間を設けている。一方、支持部材９０は、内側管３０の先端面３０Ｔから所定距離間隔Ｔ２だけ離れた位置に設けられている。距離間隔Ｔ２は、距離間隔Ｔ１より長い。

このような放電ランプ１０は、以下のような工程によって製造される。

まず、外側管の一方の端部に、管軸に沿った第１の導入管（図２参照）を形成し、他方の端部の傍に、第１の導入管とは逆方向であって管軸に対して４０°〜８０°の角度をもつ第２の導入管（図２参照）を形成する。一方、内部に箔状の内側電極を埋設した内側管に対し、一対の支持部材を所定間隔あけて、根もとが曲面状となるように溶着させる。

そして、内側管と外側管とを溶着させ、一体となった発光管を成形する。内側管と外側管とを溶着させるとき、支持部材と外側管とを溶着させるようにする。このとき、内側管と外側管を溶着させた後に、支持部材と外側管とを溶着させるようにしてもよく、内側管と外側管を溶着させる前に、支持部材と外側管とを溶着させてもよい。その後、第１の導入管が鉛直方向下を向くように発光管を配置し、第２の導入管から吸引することで発光管内を負圧状態にし、第１の導入管から塗料（ここでは蛍光体塗料）を流入させる。その後、圧の調整によって塗料を流出させることで、蛍光体膜を発光管内に形成する。

第１の導入管と第２の導入管の一方を加熱溶融によって気密封止し、他方の導入管から発光管を真空引きして不純物を除去する。気密封止していない導入管を通じて放電ガスを発光管内に封入し、導入管を加熱溶融によって気密封止する。そして、外側電極を発光管の外表面に配設する。なお、支持部材を外側管に溶着させず、僅かな隙間が生じるようにしてもよい。この場合、支持部材が鉛直方向に沿うように放電ランプを水平方向に沿って配置することで、内側管は支持部材によって支持される。

このように本実施形態によれば、外側管２０、内側管３０とを一体的に溶着させた二重管構造の放電ランプ１０において、内側管３０の外表面から径方向に延び、外側管２０との溶着あるいは接触によって内側管３０を支持する支持部材９０、９５が設けられている。

棒状の支持部材９０、９５を設けることによって、内側管の撓みを抑え、外側管内表面を傷つけることがなく、封止部の破損を防ぐことができる。特に、支持部材９０、９５を外側管２０、内側管３０に溶着することで、内側管３０を強固に支持することができる。

さらに、支持部材９０、９５は、棒状であるために、外側管内表面、内側管外表面の所定箇所で周方向全体に渡って溶着するのではなく、ごく一部にだけ溶着する。これによって、蛍光体塗料が放電ランプ１０のランプ軸Ｘに沿ってその全体に渡り流入、流出することが可能となり、均質な蛍光体膜を形成することができる。特に、棒状部材９０Ａ、９０Ｂを柱状に形成することで、蛍光体塗料の流れの障害とならない。また、棒状部材９０Ａ、９０Ｂと内側管３０の外表面との溶着部分を裾野形状のような曲面状にすることで、溶着部分に蛍光体塗料が溜まり、いわゆるダマになるのを防ぐことができる。

均質な蛍光体膜が形成されると、蛍光体と発光管の熱膨張、熱収縮の違い、蛍光体に含まれる不純物の影響を小さくすることが可能となり、放電ランプ製造工程の中で導入管を気密封止するとき、導入管のクラックを防止することができる。

また、均質な蛍光体膜の形成によって、放電ランプ全体から蛍光を一様に放射させることを可能にする。さらに、支持部材９０、９５が放電ガスの流れの障壁とならず、放電ガスの対流によって偏りのない均一な放電を実現することができる。

本実施形態では、棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、ランプ軸Ｘ方向から見て同一ライン上に沿って配置されている。これにより、ランプ製造工程を経て、内側管３０を外側管２０に対して同軸的な位置で支持することができる。また、同軸的な位置で支持されることで、蛍光体を塗布するとき、蛍光体塗料がある一方向に偏ることなく流入出し、均質な蛍光体膜の形成を可能にする。また、棒状部材９０Ａ、９０Ｂが対向配置されているため、放電ランプの軸回り方向の位置決めを特に考慮する必要がない。

さらに、棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、断面楕円形状の内側管３０に対し、溶着面積が小さくなるように、その長軸方向ＬＹに沿って溶着されている。棒状部材９０Ａ、９０Ｂの幅Ｗが相対的に小さくなるため、支持部材９０が光を遮る影響が抑えられる。さらに、内側管３０に対して厚みのある方向（ＬＹ）に溶着しているため、溶着時に熱による内側管の変形、曲りを防止することができる。

支持部材９０、９５が外側管２０、内側管３０と同じ光透過性のある石英ガラスで成形されているため、光量低下を抑えることができる。また、オゾン生成が不要な放電ランプを提供する場合、例えば金属をドープした石英ガラスによって発光管を構成し、それに合わせて支持部材を成形することができる。

内側管３０と外側管２０との間に隙間部分Ｓ１を設けることにより、蛍光体を塗布するとき、内側管と外側管との間で蛍光体塗料が溜まることなく、均一な蛍光体膜の形成を可能にする。特に、蛍光体塗料を流出させるとき、内側管３０の先端面３０Ｔ付近に蛍光体塗料が溜まり、ダマになるのを防ぐことができる。

一方、支持部材９０は、隙間Ｓ１よりも離れた位置に配置されている。内側管３０が封止部１２による片持ち梁状の支持であることを考慮すれば、できる限り支持部材９０を内側管３０の先端面３０Ｔ付近に配置するのがよい。しかしながら、蛍光体塗料の円滑な流入出を考慮し、支持部材９０が隙間Ｓ１よりも離れた位置に配置されている（Ｔ１＜Ｔ２）。

支持部材９０を、第２の導入管７０よりも第１の導入管６０に近い位置に設けることで、支持部材９０にも蛍光体を確実に形成できる。また、第２の導入管７０がランプ軸Ｘに対して傾いていることにより、ランプ軸に対して垂直な第２の導入管に比べて、第２の導入管から吸引した際に第２の導入管に塗布される蛍光体の量を抑えることになり、第２の導入管を気密封止するときの導入管クラックを防ぐことができる。

棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、柱状に限定されず、また、断面形状サイズを長手方向に関して一定にしない形状も可能である。例えばテーパー状にしてもよく、この場合、外側管内表面に均一な蛍光膜を塗布して蛍光の放射効率を上げる、ランプ製造工程を容易にするため、外側管に向けて細くなるテーパー状にするのがよい。さらに、折れ線状、曲線状などにすることも可能である。棒状部材９０Ａ、９０Ｂについて、互いを同一形状にしなくてもよい。そして、支持部材９０、９５よりも多くの支持部材を設けてもよく、１つの支持部材だけで構成してもよい。

棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、内側管３０の短軸方向に沿って配置してもよい。一方で、内側管３０に関しては、断面楕円形状に限定されず、断面円形状など他の管状に構成することも可能である。一対の棒状部材９０Ａ、９０Ｂで支持部材９０を構成しなくてもよく、外側管２０に対して内側管３０を同軸上に支持する構成であればよい。例えば、少なくとも２つの棒状部材がランプ軸方向から見て径方向の同一ラインとなるように配置するのであれば、３つあるいはそれ以上の棒状部材を用意してもよい。また、棒状部材９０Ａ、９０Ｂは、ランプ軸Ｘに関して同一位置に配置（対向配置）することに限定されず、回転対称となるように一方をランプ軸Ｘに沿って前後にオフセットさせた位置で配置してもよい。あるいは、１つの棒状部材から構成される支持部材を、ランプ軸に沿って所定間隔空けて複数配置してもよい。

棒状部材９０Ａ、９０Ｂと内側管３０の外表面との溶着部分は、裾野のように広がる曲面形状でなくてもよく、ランプ軸Ｘ方向断面において、外側管に向けて盛り上がるような凸形状、例えばドーム状のような曲面形状も可能である。蛍光体塗料を溜まりにくくする曲面状が望ましいが、棒状部材９０Ａ、９０Ｂと内側管３０の外表面とのなす角度が９０°となるような直角に溶着してもよい。これは、棒状部材９０Ａ、９０Ｂを溶着させるときの加熱調整によって形成可能である。

本実施形態では、放電ランプ１０を長尺のエキシマランプで構成しているが、それ以外の放電ランプにしてもよい。上述したように、外側管２０に対して支持部材９０、９５を溶着させず、接触支持させてもよい。この場合、蛍光体を発光管１５の表面全体に塗布することが可能となる。あるいは、溶着時の加熱を調節して、棒状部材９０Ａ、９５Ｂと外側管２０の内表面との溶着部分の端部に、周方向に沿った小さな楔状の隙間を形成してもよい。この隙間にも蛍光体を塗布することで、棒状部材９０Ａ、９０Ｂの影響を限りなく小さくできる。蛍光体膜ではなく、紫外線反射膜など他の膜を形成することも可能である。

１０ 放電ランプ
２０ 外側管
３０ 内側管
９０ 支持部材
９０Ａ 棒状部材（支持部材）
９０Ｂ 棒状部材（支持部材）

Claims (12)

1. 外側管と内側管とを備えた二重管構造の放電ランプであって、
   前記外側管と前記内側管との間に配置される棒状の支持部材の対を備え、
   前記支持部材が、前記内側管外表面から径方向に延び、前記外側管との溶着もしくは接触によって、前記内側管を支持することを特徴とする放電ランプ。
2. 前記支持部材の対が、ランプ軸に関して回転対称であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記支持部材の対が、ランプ軸方向から見て径方向の同一ラインに沿って配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の放電ランプ。
4. 前記支持部材の対が、ランプ軸方向に沿った所定位置に対向配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電ランプ。
5. 前記支持部材と前記内側管外表面との溶着部分が、曲面状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放電ランプ。
6. 前記内側管が、断面楕円形状であり、
   前記支持部材の対が、それぞれ前記内側管の長軸方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放電ランプ。
7. 前記支持部材の幅が、前記内側管の長軸長さよりも短いことを特徴とする請求項６に記載の放電ランプ。
8. 前記支持部材が、前記外側管もしくは前記内側管と同じ材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の放電ランプ。
9. 前記外側管において、ランプ軸方向に沿って延びる第１の導入管が一方の端部に形成されるとともに、ランプ軸方向とは異なる方向に延びる第２の導入管が他方の端部に形成され、
   前記支持部材の対が、前記第２の導入管よりも前記第１の導入管に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の放電ランプ。
10. 前記外側管と前記内側管とが一方のランプ端部で一体的に溶着しており、もう一方の端部では前記内側管の先端面と前記外側管の内表面との間に、隙間が形成され、
    前記支持部材の対が、前記隙間のランプ軸方向に沿った距離間隔よりも長い距離だけ前記内側管の先端面から離れた位置にあることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の放電ランプ。
11. 前記外側管の内表面と前記内側管の外表面の少なくとも一方に、膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の放電ランプ。
12. 外側管に対し、第１の導入管と第２の導入管を形成する工程と、
    内側管の外表面に、棒状の支持部材を溶着する工程と、
    前記外側管と前記内側管とを溶着して、一体的な二重管構造の発光管を形成する工程と、
    前記外側管と前記内側管の溶着前もしくは溶着後に、前記外側管と前記支持部材とを溶着させる工程と、
    前記第１の導入管から塗料を流入、流出させることにより、前記発光管内の表面に膜を形成する工程と
    を含むことを特徴とする放電ランプの製造方法。

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