JP2021039850A - 放電ランプおよび放電ランプの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部リード線と外部リード線とを適切に接続する。【解決手段】放電ランプ５は、発光管６と、封止部１１と、金属箔１０と、内部リード線１２と、外部リード線１４と、被覆部材１６と、溶融部とを具備する。発光管は、内部に電極７が設けられている。封止部は、発光管の両端部に配置され、電極の端部を封止する。金属箔は、封止部に封止され、一端部が電極に接続されている。内部リード線は、一端部が金属箔の他端部に接続され、他端部が封止部から引き出されている。外部リード線は、内部リード線の他端部に接続される。被覆部材は、内部リード線と外部リード線との接触部分を覆う。溶融部は、被覆部材の表面側が窪み、被覆部材に接触する内部リード線および外部リード線が溶融している。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、放電ランプおよび放電ランプの製造方法に関する。

例えば、液晶パネルの接合工程や、配向膜の配向工程、ＵＶ（ultraviolet）インクやＵＶ塗料といった印刷材料の硬化工程等では、紫外線によって光化学反応を行うために、紫外線を発する光源としてロングアーク型放電ランプが用いられている。

この種の放電ランプには、発光管の両端部に電極が設けられており、例えば、発光管の内部に、希ガスと水銀を封入した水銀ランプや、水銀に加えて他の金属及びハロゲン元素等を封入したメタルハライドランプがある。

特開２０１２−１６９０９０号公報

ところで、放電ランプでは、発光管の両端部から引き出された内部リード線と、電源に接続される外部リード線とを接続する溶接時に発生した熱により、発光管が破損することがある。一方、溶接時における発光管の破損を抑えようとすると、溶接不良が発生し、放電ランプの発光によって生じる熱により接続が外れることがある。

そこで、本発明は、内部リード線と外部リード線とを適切に接続することができる放電ランプおよび放電ランプの製造方法を提供することを目的とする。

実施形態の放電ランプは、発光管と、封止部と、金属箔と、内部リード線と、外部リード線と、被覆部材と、溶融部とを具備する。発光管は、内部に電極が設けられている。封止部は、発光管の両端部に配置され、電極の端部を封止する。金属箔は、封止部に封止され、一端部が電極に接続されている。内部リード線は、一端部が金属箔の他端部に接続され、他端部が封止部から引き出されている。外部リード線は、内部リード線の他端部に接続される。被覆部材は、内部リード線と外部リード線との接触部分を覆う。溶融部は、被覆部材の表面側が窪み、被覆部材に接触する内部リード線および外部リード線が溶融している。

本発明によれば、内部リード線と外部リード線とを適切に接続することができる。

実施形態に係る放電ランプを示す模式図である。 実施形態に係る放電ランプの封止部近傍を示す断面図である。 被覆部材の溶融状態を模式的に示す、放電ランプの延びる方向に垂直な断面図である。 抵抗溶接装置の概略を示す図である。 抵抗溶接による接合状態を示す模式図である。 レーザ溶接装置の概略を示す図である。 レーザ溶接による接合状態を示す模式図である。

以下に説明する実施形態に係る放電ランプ５は、発光管６と、封止部１１と、金属箔１０と、内部リード線１２と、外部リード線１４と、被覆部材１６と、溶融部１８とを具備する。発光管６は、内部に電極７が設けられている。封止部１１は、発光管６の両端部に配置され、電極７の端部を封止する。金属箔１０は、封止部１１に封止され、一端部が電極７に接続されている。内部リード線１２は、一端部が金属箔１０の他端部に接続され、他端部が封止部１１から引き出されている。外部リード線１４は、内部リード線１２の他端部に接続される。被覆部材１６は、内部リード線１２と外部リード線１４との接触部分を覆う。溶融部１８は、被覆部材１６の表面側が窪み、被覆部材１６に接触する内部リード線１２および外部リード線１４が溶融している。

また、以下に示す実施形態に係る溶融部１８は、放電ランプ５の延びる方向に垂直な断面の寸法が被覆部材１６の表面から被覆部材の厚み方向に向かって小さくなる。

また、以下に示す実施形態に係る放電ランプ５の製造方法は、接続工程と、封止工程と、被覆工程と、溶融工程とを具備する。接続工程では、発光管６の内部に設けられた電極７と金属箔１０、金属箔１０と内部リード線１２、内部リード線１２と外部リード線１４とを接続する。封止工程では、内部リード線１２を発光管６の外部へ引き出すように電極７、金属箔１０および内部リード線１２の一部を埋設し、発光管６の内部を封止して封止部１１を形成する。被覆工程では、内部リード線１２と外部リード線１４との接触部分を被覆部材１６で覆う。溶融工程では、被覆部材１６を介して接触部分をレーザ溶接により溶融させる。

以下、実施形態に係る放電ランプについて、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は、一例を示すものであって、発明を限定するものではない。また、各図面の説明において、同一構成には同一符号を付与して後出の説明を適宜省略する。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る放電ランプを示す模式図である。図１に示すように、実施形態に係る放電ランプ５は、例えば、紫外線照射装置１が備える装着部３に装着されて、被照射体へ紫外線を照射するために使用される。装着部３は、放電ランプ５を保持する一対の保持部材４を有しており、一対の保持部材４によって、放電ランプ５が有する後述の一対の口金部材１３が保持される。

（放電ランプの構成）
実施形態に係る放電ランプ５は、ロングアーク型の水銀ランプあるいはロングアーク型のメタルハライドランプといったロングアーク型の放電ランプであり、いわゆる高輝度放電灯（ＨＩＤ：High Intensity Discharge lamp）である。図１に示すように、放電ランプ５は、発光管６と、口金部材１３と、外部リード線１４とを備える。

発光管６は、光透過性を有する石英ガラスによって円筒状に形成されており、内部に放電空間６ａを有する。放電空間６ａの内部には、例えば、アルゴンガス等の希ガス、高蒸気圧の水銀が封入され、これらに加えて、鉄、錫、ヨウ素等を含む金属ハロゲン化物が封入されている。

図２は、実施形態に係る放電ランプの封止部近傍を示す断面図である。図２に示すように、電極７は、電極軸８と、コイル９とを有する。電極軸８は、一端部側が放電空間６ａ側に向けられており、他端部が金属箔１０に溶接されて接合されている。コイル９は、電極軸８の一端部に巻回して設けられている。電極軸８およびコイル９は、トリエーテッドタングステンを主成分とする金属材料によって形成されている。

金属箔１０は、モリブデンによって矩形状に形成されている。また、金属箔１０の他端部には、内部リード線１２の一端部が接合されている。

内部リード線１２は、一端部が金属箔１０の他端部に接続され、他端部が封止部１１から引き出されている。内部リード線１２は、例えば、モリブデン棒である。

発光管６の両端部には、図１および図２に示すように、金属箔１０を覆うように放電空間６ａを封止した円柱状の封止部１１が形成されている。図２に示すように、封止部１１は、電極軸８の他端部及び金属箔１０、内部リード線１２の一端側を封止している。内部リード線１２の他端側は、封止部１１から引き出されている。また、封止部１１の外周部には、口金部材１３が設けられている。

図２に示すように、口金部材１３は、有底円筒状に形成されており、円筒部１３ａと、端面部１３ｂとを有する。端面部１３ｂは、円筒部１３ａの一端を塞いで形成されている。端面部１３ｂには、外部リード線１４が通される貫通穴１３ｃが、発光管６の軸方向（長さ方向）に沿って設けられている。貫通穴１３ｃは、発光管６の軸方向に沿って設けられる構成に限定されるものではなく、発光管６の軸方向に対して傾斜して設けられてもよい。また、口金部材１３の外形形状に応じて、貫通穴１３ｃは、例えば円筒部１３ａ等の他の部分に設けられてもよい。口金部材１３は、円筒部１３ａ内に充填された接着材１５によって、発光管６の封止部１１に接合されている。接着材１５は、例えば、アルミナである。

外部リード線１４は、発光管６の外部に配置されている。外部リード線１４の一端部は、封止部１１から引き出された内部リード線１２の他端部に接続されている。内部リード線１２の他端部と外部リード線１４の一端部とは、後述する被覆部材１６を介して接続されている。そして、放電ランプ５は、紫外線照射装置１の装着部３に装着されたときに、装着部３に設けられた一対の保持部材４によって口金部材１３が保持されて、外部リード線１４が電源部（図示せず）に接続される。

外部リード線１４は、芯線１４ａと、被覆部１４ｂとを有しており、いわゆるワイヤーハーネスが用いられている。被覆部１４ｂは、絶縁材料によって形成されており、芯線１４ａを覆っている。被覆部１４ｂは、口金部材１３の貫通穴１３ｃを通り、口金部材１３の円筒部１３ａ内へ突出している。口金部材１３の円筒部１３ａ内において、被覆部１４ｂから露出された芯線１４ａの一端部は、内部リード線１２の他端部に接続されている。芯線１４ａと内部リード線１２とは、被覆部材１６によって接続されている。

被覆部材１６は、内部リード線１２の他端部と外部リード線１４の一端部との接触部分を覆うように配置されている。被覆部材１６は、例えば、内部リード線１２と外部リード線１４との接触部分に巻回された金属バンドである。被覆部材１６は、例えば、ニッケル製または鉄製の金属箔または金属板である。被覆部材１６は、表面に複数の溶融痕が形成されており、溶融痕の下には、溶融部が形成されている。溶融痕および溶融部は、被覆部材１６を用いて内部リード線１２および外部リード線１４を接続する際に形成されたものである。なお、溶融痕および溶融部については後述する。

（内部リード線および外部リード線の接続）
次に、被覆部材１６を用いた内部リード線１２および外部リード線１４の接続について説明する。図３は、被覆部材の溶融状態を模式的に示す、放電ランプ５の延びる方向に垂直な断面図である。図３（ａ）は、参考形態に係る放電ランプが有する被覆部材１６を、図３（ｂ）は、実施形態に係る放電ランプ５が有する被覆部材１６を、それぞれ断面視したものである。なお、図３（ｂ）は、図２のＡ−Ａ断面図であり、図３（ａ）は、参考形態に係る放電ランプにおける、図２のＡ−Ａ断面に対応する断面図である。

図３（ａ）に示すように、内部リード線１２と外部リード線１４との接触部分に巻回された被覆部材１６は、抵抗溶接装置を用いた抵抗溶接によって内部リード線１２および外部リード線１４と接合され、固定される。ここで、抵抗溶接装置の概要および抵抗溶接によって形成される接合部分の接合状態につき、図４、図５を用いて説明する。

図４は、抵抗溶接装置の概略を示す図である。図４に示すように、抵抗溶接装置は、溶接電源１００に接続された一対の溶接棒１０１，１０２を有する。第１部材１１２としてのタングステン電極と第３部材１１６としてのモリブデン箔との間に第２部材１１４としての白金線を挟み込み、溶接棒１０１，１０２で加圧しながら通電させると、第１部材１１２および第３部材１１６と比較して融点が低い第２部材１１４が発熱して溶融し、溶融した第２部材１１４を介して第１部材１１２および第３部材１１６が接合される。第１部材１１２は、内部リード線１２の一例であり、第２部材１１４は、外部リード線１４の芯線１４ａの一例であり、第３部材１１６は、被覆部材１６の一例である。

図５は、抵抗溶接による接合状態を示す模式図である。図５（ａ）は、図４に示す抵抗溶接装置で溶接された接合部分を第３部材１１６側から見た図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第３部材１１６の表面には、第１部材１１２の形状に対応する溶接痕１１６ａが形成されている。一方、第２部材１１４に面した第３部材１１６の裏面および第１部材１１２は、溶接前後において形状の差異があまり認められない。すなわち、抵抗溶接では、通電により加熱された部分が局所的に溶融する。

図３（ａ）に戻り、さらに説明する。抵抗溶接では、被覆部材１６のうち、一対の溶接棒１０１，１０２によって加圧される部分１６ａに接触または近接する芯線１４ａが溶融する。一方、内部リード線１２や、部分１６ａから離れた場所に位置する芯線１４ａはほとんど溶融しない。このため、抵抗溶接による接合だけでは、放電ランプ５の継続的な使用によって通電不良が生じる可能性が高まる。

参考形態に係る放電ランプの製造時においては、抵抗溶接に続いて、銀ろう溶接を行うことにより、放電ランプの継続的な使用に伴う通電不良の発生を抑える。銀ろう溶接とは、芯線１４ａの溶融温度よりも低い温度で溶融させたろう材１７の一つである銀ろうを、被覆部材１６の内部に行き渡らせることで、内部リード線１２と芯線１４ａとを接合する手法である。銀ろう溶接によれば、抵抗溶接のみを行った場合と比較して内部リード線１２と芯線１４ａとの接続に対する信頼性が高まる反面、溶融したろう材１７が発光管６の封止部１１に接触し、破損してしまうことがある。

そこで、実施形態に係る放電ランプ５の製造時においては、銀ろう溶接に代えて、レーザ溶接を行う。ここで、レーザ溶接装置の概要およびレーザ溶接によって形成される接合部分の接合状態につき、図６、図７を用いて説明する。

図６は、レーザ溶接装置の概略を示す図である。図６に示すように、レーザ溶接装置は、レーザ発振装置２００に接続されたレーザ照射ヘッド２０１を有する。第１部材２１２としてのタングステン電極の上に第３部材２１６としてのモリブデン箔を載せ、第１部材２１２に所定の出力を有するレーザ光を照射すると、第３部材２１６および第１部材２１２が順に溶融しながら混ざり合い、第１部材２１２および第３部材２１６が接合される。

図７は、抵抗溶接による接合状態を示す模式図である。図７（ａ）は、図６に示すレーザ溶接装置で溶接された接合部分を第３部材２１６側から見た図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第３部材２１６の表面には、レーザ照射ヘッド２０１によるレーザ照射範囲に対応する複数の溶接痕２１６ａが形成されている。また、上述したように、溶接痕２１６ａの下には、第３部材２１６および第１部材２１２が溶融し、混ざり合った溶融部２１８が形成されている。このように、レーザ溶接では、レーザ光が到達した奥深くまで溶融する。また、溶融部２１８は、第３部材２１６の表面側が窪んでおり、溶接痕２１６ａとして視認できる。また、溶融部２１８は、断面の寸法が第３部材２１６の表面から第３部材２１６の厚み方向に位置する第１部材２１２側に向かって小さくなるように形成されている。

なお、図６および図７では図示していないが、第１部材２１２と第３部材２１６の間に、第２部材１１４（図４、５参照）に対応する第２部材を挟んでレーザ溶接をした場合には、第３部材２１６および第１部材２１２のほか、第２部材１１４に対応する第２部材が溶融しながら混ざり合い、これらの各部材が接合されることとなる。

図３（ｂ）に戻り、さらに説明する。レーザ溶接では、被覆部材１６とは接触していない外部リード線１４の芯線１４ａや、芯線１４ａよりも溶融温度が高い内部リード線１２が溶融し、溶融部１８が形成される。溶融部１８は、図７を用いて説明した溶融部２１８と同様に、被覆部材１６の表面側が窪んでいる。また、溶融部１８は、放電ランプ５の延びる方向に垂直な断面の寸法が被覆部材１６の表面から被覆部材１６の厚み方向に向かって小さくなるように形成されている。レーザ溶接で発生する熱は、短時間で冷却するため、銀ろう溶接と比較して封止部１１の破損は大幅に抑えられる。このため、実施形態に係る放電ランプ５によれば、内部リード線１２と外部リード線１４とを適切に接続することができる。

上述したように、実施形態に係る放電ランプ５は、発光管６と、封止部１１と、金属箔１０と、内部リード線１２と、外部リード線１４と、被覆部材１６と、溶融部１８とを具備する。発光管６は、内部に電極７が設けられている。封止部１１は、発光管６の両端部に配置され、電極７の端部を封止する。金属箔１０は、封止部１１に封止され、一端部が電極７に接続されている。内部リード線１２は、一端部が金属箔１０の他端部に接続され、他端部が封止部１１から引き出されている。外部リード線１４は、内部リード線１２の他端部に接続される。被覆部材１６は、内部リード線１２と外部リード線１４との接触部分を覆う。溶融部１８は、被覆部材１６の表面側が窪み、被覆部材１６に接触する内部リード線１２および外部リード線１４が溶融している。これにより、内部リード線１２と外部リード線１４とを適切に接続することができる。

（放電ランプの製造方法）
以上のように構成された放電ランプ５の製造方法について説明する。放電ランプ５の製造方法は、接続工程と、封止工程と、被覆工程と、溶融工程とを具備する。接続工程では、発光管６の内部に設けられた電極７と金属箔１０、金属箔１０と内部リード線１２、内部リード線１２と外部リード線１４とを接続する。封止工程では、内部リード線１２を発光管６の外部へ引き出すように電極７、金属箔１０および内部リード線１２の一部を埋設し、発光管６の内部を封止して封止部１１を形成する。被覆工程では、内部リード線１２と外部リード線１４との接触部分を被覆部材１６で覆う。溶融工程では、被覆部材１６を介して接触部分をレーザ溶接により溶融させる。これにより、溶融工程における封止部１１の破損を抑えつつ、内部リード線１２と外部リード線１４とを適切に接続することができる。なお、放電ランプ５の製造方法は、上記工程の順に限定されない。例えば、接続工程のうち、内部リード線１２と外部リード線１４との接続は、封止工程の前に行ってもよく、封止工程の後に行ってもよい。

（変形例）
上記した実施形態では、被覆部材１６は、内部リード線１２と外部リード線１４との接触部分に巻回された金属バンドであるとして説明したが、これに限らず、予め環状に成形された金属スリーブを被覆部材１６としてもよい。

また、上記した実施形態では、抵抗溶接の後にレーザ溶接を行うとして説明したが、これに限らず、レーザ溶接のみを行ってもよい。

本発明の実施形態を説明したが、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。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。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１ 紫外線照射装置
５ 放電ランプ
６ 発光管
７ 電極
１１ 封止部
１２ 内部リード線
１４ 外部リード線
１６ 被覆部材
１８ 溶融部

Claims (3)

1. 内部に電極が設けられた発光管と；
   前記発光管の両端部に配置され、前記電極の端部を封止する封止部と；
   前記封止部に封止され、一端部が前記電極に接続された金属箔と；
   一端部が前記金属箔の他端に接続され、他端部が前記封止部から引き出された内部リード線と；
   前記内部リード線の他端部に接続される外部リード線と；
   前記内部リード線と前記外部リード線との接触部分を覆う被覆部材と；
   前記被覆部材の表面側が窪み、前記被覆部材に接触する前記内部リード線および前記外部リード線が溶融した溶融部と；
   を具備する、放電ランプ。
2. 前記溶融部は、前記放電ランプの延びる方向に垂直な断面の寸法が前記被覆部材の表面から前記被覆部材の厚み方向に向かって小さくなる、請求項１に記載の放電ランプ。
3. 発光管の内部に設けられた電極と金属箔、前記金属箔と内部リード線、前記内部リード線と外部リード線とを接続する接続工程と；
   前記内部リード線を前記発光管の外部へ引き出すように前記電極、前記金属箔および前記内部リード線の一部を埋設し、前記発光管の内部を封止して封止部を形成する封止工程と；
   前記内部リード線と前記外部リード線との接触部分を被覆部材で覆う被覆工程と；
   前記被覆部材を介して前記接触部分をレーザ溶接により溶融させる溶融工程と；
   を具備する、放電ランプの製造方法。

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