JP2021039851A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】殺菌性能を確保しつつ小型化する。【解決手段】放電ランプは、発光管と、電極芯材と、筒状部材と、コイルとを具備する。発光管は、封止部と、厚肉部とを有する。封止部は、放電空間を封止する。厚肉部は、封止部よりも放電空間側に位置している。厚肉部は、封止部の厚さよりも外径が大きい。電極芯材は、封止部に支持されている。筒状部材は、電極芯材の端部を保持している。筒状部材は、封止部に設けられている。コイルは、電極芯材に巻回されている。厚肉部における発光管の内面および外面は、コイルのうち、封止部側に位置する終端部に対向する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、放電ランプに関する。

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。

この種のロングアーク型紫外線ランプには、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２０１２−１６０３３０号公報

ところで、ロングアーク型放電ランプでは、点灯開始時に、電極のコイルからアーク放電（以下、放電と称する。）が生じる場合がある。このとき、コイルから生じた放電が発光管の内面に接触（干渉）することによって発光管が過熱し、機械的強度が低下することがある。

そこで、本発明は、機械的強度の低下を抑えることができる放電ランプ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、電極芯材と、筒状部材と、コイルとを具備する。発光管は、封止部と、厚肉部とを有する。封止部は、放電空間を封止する。厚肉部は、封止部よりも放電空間側に位置している。厚肉部は、封止部よりも外径が大きい。電極芯材は、封止部に支持されている。筒状部材は、電極芯材の端部を保持している。筒状部材は、封止部に設けられている。コイルは、電極芯材に巻回されている。厚肉部における発光管の内面および外面は、コイルのうち、封止部側に位置する終端部に対向する。

本発明によれば、機械的強度の低下を抑えることができる。

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における封止部近傍を示す断面図である。 実施形態に係る放電ランプにおける厚肉部の近傍を示す断面図である。 内外径率と破損発生率との関係を示す図である。

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、電極芯材８と、筒状部材（ホールディングチューブ１５）と、コイル９とを具備する。発光管６は、封止部１１と、厚肉部２０とを有する。封止部１１は、放電空間１６を封止する。厚肉部２０は、封止部１１よりも放電空間１６側に位置している。厚肉部２０は、封止部１１よりも外径が大きい。電極芯材８は、封止部１１に支持されている。筒状部材（ホールディングチューブ１５）は、電極芯材８の端部を保持している。筒状部材（ホールディングチューブ１５）は、封止部１１に設けられている。コイル９は、電極芯材８に巻回されている。厚肉部２０における発光管６の内面６ｂおよび外面６ａは、コイル９のうち、封止部１１側に位置する終端部９ａに対向する。

また、以下に示す実施形態に係る放電ランプ５は、厚肉部２０の外径Ｄ１と、厚肉部２０の内径Ｄ２の比率である内外径率Ｄ１／Ｄ２が１８１［％］以上２５１［％］以下である。

また、以下に示す実施形態に係る放電ランプ５は、内外径率Ｄ１／Ｄ２が１９４［％］以上２２１［％］以下である。

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）
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。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、接続線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１６を有する。放電空間１６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１に示すように、発光管６の放電空間１６の両端には、一対の電極７が設けられている。放電空間１６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。発光管６は、例えば、電極間距離が１６００［ｍｍ］、放電ランプ５の全長が１７４０［ｍｍ］、放電空間１６の内径がφ２２［ｍｍ］程度、放電空間１６の外径がφ２５．０［ｍｍ］程度、発光管６の肉厚が１．５［ｍｍ］程度に形成されている。放電空間１６に封入される金属の一例としては、Ｈｇが５５０［ｍｇ］、ＨｇＩ_２が５０［ｍｇ］、Ｆｅが９［ｍｇ］、Ｓｎが３［ｍｇ］封入されている。また、放電空間１６内には、アルゴンガスが１０［Ｔｏｒｒ］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、電極芯材８と、コイル９とを有する。電極芯材８は、一端部側が放電空間１６側に向けられており、一端部が放電空間１６に設けられている。電極芯材８の他端部は、金属箔１０に溶接されて接合されている。コイル９は、電極芯材８の一端部の外周面に巻回されており、放電空間１６内にコイル９全体が配置されている。電極芯材８及びコイル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。電極芯材８としては、軸径がφ１．５［ｍｍ］〜φ３．０［ｍｍ］程度の電極芯材８が用いられている。電極芯材８の軸径がφ１．５［ｍｍ］未満の場合には、長期点灯時に電極芯材８の消耗が激しくなるので好ましくない。

電極芯材８の他端部は、図２に示すように、筒状部材としてのホールディングチューブ１５によって保持されている。ホールディングチューブ１５は、例えば、石英ガラスによって円筒状に形成されている。ホールディングチューブ１５の内周部には、電極芯材８における金属箔１０側の他端部が保持されている。ホールディングチューブ１５は、例えば、外径がφ６［ｍｍ］、内径がφ２．１［ｍｍ］、長さが６．５［ｍｍ］に形成されている。本実施形態では、軸径がφ１．９［ｍｍ］、長さが２０［ｍｍ］の電極芯材８がホールディングチューブ１５によって保持されている。また、コイル９は、例えば、電極芯材８を含む外径が４．６［ｍｍ］程度となるように密に巻回されている。

発光管６の両端部には、図１および図２に示すように、放電空間１６を封止する封止部１１が形成されている。封止部１１は、発光管６の両端部が熱収縮（縮径）されて封止された、いわゆるシュリンクシールによって形成された円柱状のシュリンクシール部である。封止部１１は、電極芯材８を保持したホールディングチューブ１５と融着される。電極芯材８は、封止部１１が封止された状態でホールディングチューブ１５と完全に融着されずに固定されている。また、封止部１１は、図２に示すように、放電空間１６に隣接する位置に、ホールディングチューブ１５の外周側を封止する筒状部１１Ａを有しており、筒状部１１Ａが、例えば、外径がφ１１．５［ｍｍ］程度、内径がφ６．９［ｍｍ］程度に形成されている。

また、発光管６は、封止部１１よりも放電空間１６側に位置する厚肉部２０を有する。図２に示すように、厚肉部２０は、封止部１１よりも外径が大きい。なお、本実施形態の要部である厚肉部２０の位置および形状については後述する。

図２に示すように、封止部１１の内部には、金属箔１０が埋め込まれており、電極芯材８の他端部を保持するホールディングチューブ１５、及び金属箔１０、リード線（導線）１２の一端部が封止されている。金属箔１０は、例えば、モリブデンによって、長さが３８［ｍｍ］程度、幅が４［ｍｍ］程度の矩形状に形成されている。また、金属箔１０の他端部には、リード線１２の一端部の外周面が溶接されて接合されている。

また、金属箔１０に接合されたリード線１２の他端部は、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、図１に示すように、円筒状の口金部材１３が設けられている。口金部材１３は、接着剤によって発光管６の封止部１１に接合されている。

接続線１４は、発光管６の外部に配置されており、封止部１１から引き出されたリード線１２の他端部に接続線１４の一端部が接続されている。接続線１４の一端部とリード線１２の他端部は、例えば溶接により形成された接続部（図示せず）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、接続線１４が電源部（図示せず）に接続される。なお、電源部によって放電ランプ５に供給される電圧が１９００［Ｖ］、電流が１３．７［Ａ］程度（入力電力：２６［ｋＷ］）に設定されている。また、上記した定電力制御前の立ち上げ時には、電流が１７［Ａ］、始動パルス電圧が９［ｋＶ］に設定される。

（厚肉部の位置および形状）
次に、厚肉部２０の位置および形状について説明する。図２に示すように、コイル９から放出された放電は、発光管６の内面６ｂに干渉すると、放電に接触した内面６ｂおよびその近傍において発光管６が過熱し、クリストバライトの生成または溶融が生じることがある。クリストバライトが生成し、または溶融すると、発光管６の機械的な強度が低下し、破損する場合がある。

そこで、実施形態に係る放電ランプ５では、コイル９から放出された放電が接触しやすい発光管６の内面６ｂに対応する部分に、厚肉部２０を設ける。すなわち、厚肉部２０は、発光管６の内面６ｂが、コイル９のうち、封止部１１側の端部に位置する終端部９ａに対向する位置に設けられる。このため、発光管６の一部にクリストバライトが生成し、または溶融した場合であっても、機械的強度の低下を抑えることができる。

厚肉部２０は、発光管６の内面６ｂおよび外面６ａが、コイル９のうち、封止部１１側の終端に位置する終端部９ａに対向する位置に設けられる。なおここでいう「厚肉部２０は、発光管６の内面６ｂおよび外面６ａが、コイル９のうち、封止部１１側の終端に位置する終端部９ａに対向する位置に設けられる」とは、厚肉部２０の、発光管６の内面６ｂおよび外面６ａと完全に対向する位置にコイル９の終端部９ａが一致しているように設けられるものに限定されるものではなく、多少位置がずれているものも許容される。例えば、厚肉部２０とコイル９の終端部９ａとが、２，３［ｍｍ］ずれていても許容される。

厚肉部２０は、例えば、放電ランプ５の成形時に熱収縮（縮径）させた発光管６の両端部と、封止部１１を構成するシュリンクシール部との接合部、またはその近傍に形成される。ただし、厚肉部２０の形成方法は、これに限定されるものではなく、いかなる方法で形成されたものであってもよい。

図３は、実施形態に係る放電ランプにおける厚肉部の近傍を示す断面図である。図４は、内外径率と破損発生率との関係を示す図である。

図４中、「内外径率」とは、図３に示す厚肉部２０の外径Ｄ１と、厚肉部の内径Ｄ２の比率（Ｄ１／Ｄ２）である。ここで、厚肉部の内径Ｄ２は、４［ｍｍ］以上１０［ｍｍ］以下であることが望ましい。厚肉部の内径Ｄ２が４［ｍｍ］未満であると、発光管６の内面６ｂとコイル９の終端部９ａとが物理的に接近しすぎるため、好ましくない。一方、厚肉部の内径Ｄ２が１０［ｍｍ］を超えると、発光管６の封止部１１を形成する際に、ホールディングチューブ１５の融着と合わせて熱収縮させるときに加熱時間が延びてしまい、生産性が低下するため、好ましくない。よって、厚肉部２０の内径Ｄ２は、４［ｍｍ］以上１０［ｍｍ］以下であることが望ましい。また、「破損発生率」とは、内外径率（Ｄ１／Ｄ２）を同じにした３０本の放電ランプ５において、放電ランプ５の始動を１０００［回］繰り返したときの発光管６の様子を目視で確認し、発光管６に破損が認められたものの割合である。

図４に示すように、内外径率（Ｄ１／Ｄ２）が１８０［％］以下、および２６１［％］以上では、厚肉部２０を有しない場合（内外径率（Ｄ１／Ｄ２）＝１６８［％］）と同様の破損発生率［％］となり、十分な機械的強度は得られなかった。一方、内外径率（Ｄ１／Ｄ２）が１８１［％］以上２５１［％］以下では、厚肉部２０を有しない場合と比較して破損発生率［％］が低減し、機械的強度の低下を抑えることができた。特に、内外径率（Ｄ１／Ｄ２）が１９４［％］以上２２１［％］以下では、破損発生率［％］が０となり、機械的強度の低下を十分に抑えることができた。

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、電極芯材８と、筒状部材（ホールディングチューブ１５）と、コイル９とを具備する。発光管６は、封止部１１と、厚肉部２０とを有する。封止部１１は、放電空間１６を封止する。厚肉部２０は、封止部１１よりも放電空間１６側に位置している。厚肉部２０は、封止部１１よりも外径が大きい。電極芯材８は、封止部１１に支持されている。筒状部材（ホールディングチューブ１５）は、電極芯材８の端部を保持している。筒状部材（ホールディングチューブ１５）は、封止部１１に設けられている。コイル９は、電極芯材８に巻回されている。厚肉部２０における発光管６の内面６ｂおよび外面６ａは、コイル９のうち、封止部１１側に位置する終端部９ａに対向する。これにより、機械的強度の低下を抑えることができる。

また、実施形態に係る放電ランプ５は、厚肉部２０の外径Ｄ１と、厚肉部２０の内径Ｄ２の比率である内外径率Ｄ１／Ｄ２が１８１［％］以上２５１［％］以下である。これにより、厚肉部２０は適切な厚みを有することとなり、機械的強度の低下を抑えることができる。

また、実施形態に係る放電ランプ５は、内外径率Ｄ１／Ｄ２が１９４［％］以上２２１［％］以下である。これにより、厚肉部２０はさらに適切な厚みを有することとなり、機械的強度の低下をさらに抑えることができる。

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
８ 電極芯材
１１ 封止部
１６ 放電空間
２０ 厚肉部

Claims (3)

1. 放電空間を封止する封止部と、前記封止部よりも放電空間側に位置し、前記封止部よりも外径が大きい厚肉部とを有する発光管と；
   前記封止部に支持された電極芯材と；
   前記電極芯材の端部を保持し、前記封止部に設けられた筒状部材と；
   前記電極芯材に巻回されたコイルと；
   を具備し、
   前記厚肉部における前記発光管の内面および外面は、前記コイルのうち、封止部側に位置する終端部に対向する、放電ランプ。
2. 前記厚肉部の外径Ｄ１と、前記厚肉部の内径Ｄ２の比率である内外径率Ｄ１／Ｄ２が１８１［％］以上２５１［％］以下である、請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記内外径率Ｄ１／Ｄ２が１９４［％］以上２２１［％］以下である、請求項２に記載の放電ランプ。

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