JP2021150176A - 高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電ランプの始動時に高圧放電ランプと保持部との間で放電の発生を抑制する高圧放電ランプを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、高圧放電ランプは、発光管と、リード線と、口金とを有する。発光管は、放電空間の両端に電極が設けられる封止部と、封止部の内部に埋設され一端が電極と接合される金属箔と、金属箔の他端と接合されるアウターリードとを有する。リード線は、発光管の外部で、アウターリードと接合される。口金は、発光管の封止部の一部およびアウターリードを覆い、リード線が貫通して設けられる。口金は、封止部側に設けられ封止部が収容される収容部と、収容部と対向する側に設けられる端面と、端面よりも収容部側に設けられ、リード線が貫通する貫通部とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、高圧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、印刷工程における紫外線硬化インクの硬化、乾燥工程における塗料の乾燥、半導体製造工程の露光や、液晶製造工程での封止用接着剤の硬化等に用いる高圧放電ランプが用いられている。紫外線を放出する高圧放電ランプには、水銀を封入した水銀ランプや、水銀の他に、例えば、鉄、スズ、タリウム、マグネシウム、ビスマス等の発光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。

特開２００９−２５９７９０号公報

高圧放電ランプは紫外線照射装置に取り付けて用いられる。高圧放電ランプを紫外線照射装置に取り付けるときに、高圧放電ランプを保持する保持部を用いる。保持部は、高圧放電ランプから照射される紫外線や、高圧放電ランプから放出される熱により劣化することがある。このため、保持部として金属などの導体が用いられる場合がある。保持部に導体を用いると、高圧放電ランプと保持部との間で放電が発生する場合がある。放電が発生する原因を調査したところ、高圧放電ランプが始動するとき、高圧放電ランプに設けられるリード線と保持部との間の距離が近接することでリード線と保持部との間で放電が発生することが判明した。更に詳しく調査したところ、リード線の端部と保持部とは離間して設けられるが、高圧放電ランプの製造ばらつきにより、リード線の端部と保持部とが十分に離間して設けられないことがあり、リード線の端部と保持部とが放電する距離に近接してしまうことから、リード線の端部と保持部との間で放電が発生することが判明した。

本発明が解決しようとする課題は、高圧放電ランプの始動時に高圧放電ランプと高圧放電ランプを保持する保持部との間で放電の発生を抑制する高圧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、高圧放電ランプは、発光管と、リード線と、口金とを有する。発光管は、放電空間の両端に電極が設けられる封止部と、封止部の内部に埋設され一端が電極と接合される金属箔と、金属箔の他端と接合されるアウターリードとを有する。リード線は、発光管の外部で、アウターリードと接合される。口金は、発光管の封止部の一部およびアウターリードを覆い、リード線が貫通して設けられる。口金は、封止部側に設けられ封止部が収容される収容部と、収容部と対向する側に設けられる端面と、端面よりも収容部側に設けられ、リード線が貫通する貫通部とを有する。

本発明の実施形態によれば、高圧放電ランプの始動時に高圧放電ランプと高圧放電ランプを保持する保持部との間で放電の発生を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る高圧放電ランプ１を例示する模式図である。 図２は、実施形態に係る高圧放電ランプ１の封止部２０および口金５０の拡大図である。 図３は、実施形態に係る高圧放電ランプ１の放電発生数を示す図である。 図４は、実施形態に係る高圧放電ランプ１の変形例を示す図である。 図５は、実施形態に係る高圧放電ランプ１の比較例を示す図である。

以下で説明する実施形態に係る高圧放電ランプ１は、発光管１０と、リード線３０と、口金５０とを有する。発光管１０は、放電空間１２の両端に電極２０が設けられる封止部１４と、封止部１４の内部に埋設され一端が電極２０と接合される金属箔２６と、金属箔２６の他端と接合されるアウターリード２８とを有する。リード線３０は、発光管１０の外部で、アウターリード２８と接合される。口金５０は、発光管１０の封止部１４の一部およびアウターリード２８を覆い、リード線３０が貫通して設けられる。口金５０は、封止部１４側に設けられ、封止部１４が収容される収容部５０ａと、収容部５０ａと対向する側に設けられる端面５０ｂと、端面５０ｂよりも収容部５０ａ側に設けられ、リード線３０が貫通する貫通部５０ｃとを有する。

本実施形態によれば、高圧放電ランプの始動時に高圧放電ランプと高圧放電ランプを保持する保持部との間で放電の発生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高圧放電ランプ１において、端面５０ｂおよび貫通部５０ｃの、リード線３０が伸びる方向の距離をＬ［ｍｍ］、高圧放電ランプ１を点灯する点灯回路の無負荷電圧をＶ_Ｏ［ｋＶ］としたとき、Ｌ／Ｖ_Ｏ≧１．０［ｍｍ／ｋＶ］の関係を満たす。

本実施形態によれば、高圧放電ランプの始動時に高圧放電ランプと高圧放電ランプを保持する保持部との間で放電の発生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高圧放電ランプ１において、端面５０ｂの、リード線が伸びる方向に垂直な方向の厚みｔ［ｍｍ］は２［ｍｍ］以上である。

本実施形態によれば、高圧放電ランプの始動時に高圧放電ランプと高圧放電ランプを保持する保持部との間で放電の発生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紫外線照射装置は、高圧放電ランプ１が保持部により保持され、保持部が導体である。

本実施形態によれば、高圧放電ランプの始動時に高圧放電ランプと高圧放電ランプを保持する保持部との間で放電の発生を抑制することができる。

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。

（実施形態）
実施形態に係る高圧放電ランプ１について、図１を用いて説明する。図１は、高圧放電ランプ１を例示している。

図１に示したように、本実施形態に係る高圧放電ランプ１は、発光管１０と、一対の電極２０、２０とを有する。高圧放電ランプ１の全長は、４８０［ｍｍ］である。高圧放電ランプ１は、ロングアーク型放電ランプである。

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。発光管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φが２３［ｍｍ］である。なお、図１に示すように、発光管１には封止部１４、電極２０が一対あるが、両方とも構成が同一であることから、以降説明は一方のみ行い、他方について省略する。

放電空間１２には、封止部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φが２０［ｍｍ］、発光長（一対の電極２０−２０間の距離）が３６０［ｍｍ］で構成される。

封止部１４は、放電空間１２の両端に形成される。封止部１４は、発光管１０と同じ石英ガラスで構成される。封止部１４は、電極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。

放電空間１２には、発光金属１６および不図示の希ガスが封入される。発光金属１６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。発光金属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。高圧放電ランプ１は、発光金属１６として、水銀およびハロゲンを含む、水銀ランプである。なお、高圧放電ランプ１は、発光金属１６として、水銀に加えて、例えば鉄、ヨウ化タリウム、ヨウ化水銀、臭化水銀が封入される、メタルハライドランプであってもよい。また、発光金属１６は上記に限定されず、上記以外の金属ハロゲン化物を含んでいてもよい。また、発光金属はハロゲン化金属に限定されず、金属単体が封入されていてもよい。

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発光に寄与する。希ガスは、例えばキセノンが封入される。なお、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。

発光管１０には、排気痕１８が設けられる。排気痕１８は、発光管１０において封止部１４が封止され、放電空間１２と高圧放電ランプ１との間で連通するように設けられた不図示の排気管で発光金属１６や不図示の希ガス等を封入後、焼き切った痕である。排気痕１８は、発光管１０と同じ石英ガラスで構成される。なお、排気痕１８の材料は、発光管１０と異なる材料で形成されてもよい。また、排気痕１８は設けられなくてもよい。

封止部１４には、一端側が放電空間１２に突出して設けられ、他端側が封止部１４に埋設される電極軸２２を有する電極２０を有する。また、封止部１４の内部には、金属箔２６、アウターリード２８が埋設されている。

電極軸２２は、放電空間１２に電力を印加する。電極軸２２は、一端側が放電空間１２に突出して設けられ、他端側が封止部１４に埋設される。電極軸２２の放電空間１２側に突出した一端側には後述するコイル２４が設けられる。電極軸２２の放電空間１２の反対側である他端側は後述する金属箔２６と接合される。電極軸２２は、例えば、主な材料としてタングステンを含む。また、電極軸２２は、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る。なお、電極軸２２は、高圧放電ランプ１の点灯中に、電極軸２２の主な材料として構成されるタングステンの再結晶化による電極軸２２の強度低下を抑制するため、微量の金属を含んだ、いわゆるドープタングステンにより構成されてもよい。電極軸２２は、他端側が平坦となるように加工されている。

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から温度を放射することで、電極先端を除く電極軸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の電極先端側に、例えばコイル２４を構成する線材１本を二重に巻回することにより設けられる、いわゆる二重巻構造である。コイル２４は、例えばドープ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の他端と接合され、他端が後述するアウターリード２８の一端と接合され、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、複数の金属箔２６の間に、絶縁部材として不図示のセパレータガラスが設けられてもよい。

アウターリード２８は、一部が封止部１４に埋設され、他端が後述するリード線３０と接合され、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、例えば、モリブデンにより構成される。アウターリード２８は、直径φが２［ｍｍ］の棒状体である。

リード線３０は、一端がアウターリード２８と接合され、他端に端子４０が設けられる。リード線３０の詳細については後述する。

端子４０は、リード線３０の他端に設けられ、不図示の紫外線照射装置に設けられた端子台を介して、不図示の点灯回路と接続される。端子４０は、銅により構成される。

口金５０は、封止部１４の放電空間１２と対向する側に設けられる。口金５０は、アウターリード２８とリード線３０との接続部分が外部に露出しないように、アウターリード２８とリード線３０とを覆う。口金５０は、封止部１４を収納できるように、封止部１４側が開口している、有底開口状の円筒である。口金５０の封止部１４側には、フランジ５２を有していてもよい。口金５０は、ステアタイトにより構成される。

このようにして設けられた高圧放電ランプ１は、不図示の紫外線照射装置に取り付けられ、不図示の点灯回路から、ランプ電圧５００［Ｖ］、ランプ電流７．５［Ａ］の条件で高圧放電ランプ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、アウターリード２８、リード線３０、口金５０の構成について、図２を用いて更に詳しく説明する。図２は、封止部１４、金属箔２６、アウターリード２８、リード線３０、口金５０近傍を、高圧放電ランプ１が伸びる方向に平行な断面で示す図である。

リード線３０は、芯線３２を被覆３４で覆うことで形成される。芯線３２は、スズめっき軟銅線を撚って形成した、撚り線である。

口金５０は、封止部１４側に、封止部１４が収容される収容部５０ａと、収容部５０ａと対向する側に設けられる端面５０ｂと、端面５０ｂよりも収容部５０ａ側に設けられ、リード線３０が貫通する貫通部５０ｃとを有する。このような構成とすることで、高圧放電ランプ１の始動時に高圧放電ランプ１と保持部との間で放電の発生を抑制することができる。なお、収容部５０ａには、口金５０に封止部１４を接着して固定するため、不図示のセメント等の充填剤が充填されていてもよい。

また、高圧放電ランプ１において、端面５０ｂおよび貫通部５０ｃの、リード線３０が伸びる方向の距離をＬ［ｍｍ］、高圧放電ランプ１を点灯する点灯回路の無負荷電圧をＶ_Ｏ［ｋＶ］としたとき、Ｌ／Ｖ_Ｏ≧１．０［ｍｍ／ｋＶ］の関係を満たす。このような構成とすることで、高圧放電ランプ１の始動時に高圧放電ランプ１と高圧放電ランプ１を保持する保持部との間で放電の発生を抑制することができる。本実施形態では、端面５０ｂおよび貫通部５０ｃの、リード線３０が伸びる方向の距離Ｌが４［ｍｍ］、無負荷電圧Ｖ_Ｏが３．５［ｋＶ］であり、Ｌ／Ｖ_Ｏ＝１．１４［ｍｍ／ｋＶ］であり、Ｌ／Ｖ_Ｏ≧１．０［ｍｍ／ｋＶ］を満たす。

また、端面５０ｂの、リード線３０が伸びる方向に垂直な方向の厚みｔ［ｍｍ］は２［ｍｍ］以上である。端面５０ｂの、リード線３０が伸びる方向に垂直な方向の厚みｔ［ｍｍ］が２［ｍｍ］未満であると、端面５０ｂが不図示の保持部で保持されるときに保持部との接触により割れや欠けが生じる可能性がある。このため、端面５０ｂの、リード線３０が伸びる方向に垂直な方向の厚みｔ［ｍｍ］は２［ｍｍ］以上であることが望ましい。

また、不図示の紫外線照射装置は、高圧放電ランプ１が不図示の保持部により保持され、保持部が導体である。保持部が導体であることで、より安価な構成で、熱や紫外光による劣化を抑制することができる。このことから、保持部が導体であることが望ましい。よって、保持部が導体であっても、高圧放電ランプの始動時に高圧放電ランプと高圧放電ランプを保持する保持部との間で放電の発生を抑制することができる。

ここで、高圧放電ランプ１において、口金５０で端面５０ｂよりも収容部５０ａ側に設けられる貫通部５０ｃの有無による放電発生有無について評価を行った。具体的には、図２に示すように口金５０で端面５０ｂよりも収容部５０ａ側に設けられる貫通部５０ｃを有する本実施形態を実施例として、また、図５に示すように口金５００で端面５０ｂと貫通部５０ｃとが同一平面である、すなわち、貫通部５０ｃが端面５０ｂよりも収容部５０ａ側にないものを比較例として制作し、不図示の点灯回路から、高圧放電ランプ１に電力を供給して、口金５０と保持部との間で放電が発生するか否か確認した。なお、比較例において、Ｌ／Ｖ_Ｏ＝０．０［ｍｍ／ｋＶ］である。評価としては、実施例および比較例を１０本製作し、不図示の保持部により保持した状態で、不図示の点灯回路により点灯を行い、高圧放電ランプ１と保持部との間で放電が発生する本数を計測した。高圧放電ランプ１と保持部との間で放電が発生しないことが望まれる。

図３に示すように、口金５０に端面５０ｂよりも収容部５０ａ側に設けられる貫通部５０ｃを有することで、高圧放電ランプ１と保持部との間で放電が発生しないことが判明した。この結果から、本実施形態の高圧放電ランプ１を用いても、高圧放電ランプ１の始動時に高圧放電ランプ１と高圧放電ランプ１を保持する保持部との間で放電の発生を抑制することが判明した。

（実施形態の変形例）
実施形態の変形例１〜変形例４に係る高圧放電ランプ１の口金５０について、図４を用いて説明する。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、高圧放電ランプ１の口金５０の変形例を例示している。なお、実施形態と同じ構成については符号を同一とし、以降の説明を省略する。

変形例１を図４（ａ）に示す。図４（ａ）に示したように、端面５０ｂおよび貫通部５０ｃの寸法は限定されない。例えば、実施形態と同様に、突出部５０ｂの、リード線３０が伸びる方向に垂直な方向の厚みｔ［ｍｍ］は２［ｍｍ］以上であればよい。また、変形例１において、貫通部５０ｃの直径Ｒは、リード線３０の線径よりも大きければ限定されず、例えば、Ｒ＝４．０［ｍｍ］である。なお、ここでいう「貫通部５０ｃの直径Ｒ」は、貫通部５０ｃが設けられる平面の最外直径である。

変形例２を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示したように、口金５０の端面５０ｂと貫通部５０ｃとがなす断面の形状は限定されない。例えば、図４（ｂ）に示したように、端面５０ｂと貫通部５０ｃとがなす断面の形状は、直線状に徐々に広がる、いわゆるテーパー形状であってもよい。

変形例３を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）に示したように、端面５０ｂは、貫通部５０ｃから円弧上に徐々に広がる形状であってもよい。このような場合でも、貫通部５０ｃの直径Ｒは、リード線３０の線径よりも大きければ限定されない。なお、変形例２、３において、「貫通部５０ｃの直径Ｒ」は、変形例１と同様に、貫通部５０ｃが設けられる平面の最外直径である。

変形例４を図４（ｄ）に示す。図４（ｄ）に示したように、貫通部５０ｃは平坦でなくてもよい。例えば、図４（ｄ）に示すように、貫通部５０ｃが、端面５０ｂから連続して形成される円弧状であってもよい。この場合でも、貫通部５０ｃの直径Ｒは、リード線３０の線径よりも大きければ限定されない。なお、変形例４において、「貫通部５０ｃの直径Ｒ」は、収容部５０ａの直径Ｒ_Ｓの５０％となる寸法とする。

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…高圧放電ランプ、
１０…発光管、
１２…放電空間、
１４…封止部、
１６…発光金属、
２０…電極、
２２…電極軸、
２４…コイル、
２６…金属箔、
２８…アウターリード、
３０…リード線、
３２…芯線、
３４…被覆、
４０…端子、
５０…口金。

Claims (4)

1. 放電空間の両端に電極が設けられる封止部と、前記封止部の内部に埋設され一端が前記電極と接合される金属箔と、前記金属箔の他端と接合されるアウターリードとを有する発光管と；
   前記発光管の外部で、前記アウターリードと接合されるリード線と；
   前記発光管の前記封止部の一部および前記アウターリードを覆い、前記リード線が貫通して設けられる口金と；
   を有する高圧放電ランプであって、
   前記口金は、前記封止部側に設けられ前記封止部が収容される収容部と、前記収容部と対向する側に設けられる端面と、前記端面よりも前記収容部側に設けられ、前記リード線が貫通する貫通部とを有する高圧放電ランプ。
2. 前記端面および前記貫通部の、前記リード線が伸びる方向の距離をＬ［ｍｍ］、前記高圧放電ランプを点灯する点灯回路の無負荷電圧をＶ_Ｏ［ｋＶ］としたとき、Ｌ／Ｖ_Ｏ≧１．０［ｍｍ／ｋＶ］の関係を満たす請求項１に記載の高圧放電ランプ。
3. 前記端面の、前記リード線が伸びる方向に垂直な方向の厚みｔ［ｍｍ］は２［ｍｍ］以上である請求項１または２に記載の高圧放電ランプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧放電ランプが保持部により保持され、前記保持部が導体である紫外線照射装置。
   

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