JP2021150177A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】電極軸に設けるコイルの位置ずれを抑制する放電ランプを提供する。【解決手段】実施形態によれば、放電ランプは、発光管と、電極と、を有する。発光管は、放電空間および放電空間の両端に形成され放電空間を封止する封止部を有し、放電空間に封入金属および希ガスが封入される。電極は、一端側が放電空間に突出し他端側が封止部に埋設される電極軸と、電極軸の一端側にコイルとを有する。電極は、電極軸に孔が設けられ、コイルの端部が孔に挿入される。【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、印刷工程における紫外線硬化インクの硬化や、液晶製造工程での封止用接着剤の硬化等に用いられる放電ランプがある。紫外線を放出する放電ランプには、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、放電ランプが開示されている。

放電ランプは、放電空間に対向して一対の電極が設けられる。電極は、電極軸の放電空間側にコイルを有する。コイルは、放電ランプの始動開始時に放電の起点となる。また、コイルは、放電ランプの点灯中に、電極軸の温度を所定の温度範囲に保つように放熱する。電極軸にコイルを設けて固定する構成が特許文献１および２に開示されている。

特開平８−８７９７７号公報 特開２０１９−９０８８号公報

特許文献１および２に開示されている放電ランプで、コイルを固定するために電極軸に凹部を設ける構成では、コイルを確実に電極軸に固定することが困難であることが判明した。コイルを確実に電極軸に固定できないと、放電ランプを製造しているときに電極軸を取り扱うとコイルが電極軸の所望の位置から移動してしまうため、コイルが電極軸の温度を所定の温度範囲に保つように放熱する等の所望の機能を発揮できない。

本発明が解決しようとする課題は、電極軸に設けるコイルの位置ずれ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、発光管と、電極とを有する。発光管は、放電空間および放電空間の両端に形成され放電空間を封止する封止部を有し、放電空間に封入金属および希ガスが封入される。電極は、一端側が放電空間に突出し、他端側が封止部に埋設される電極軸と、電極軸の一端側にコイルとを有する。電極は、電極軸に孔が設けられ、コイルの端部が孔に挿入される。

本発明の実施形態によれば、電極軸に設けるコイルの位置ずれを抑制する放電ランプを提供することができる。

図１は、実施形態に係る放電ランプ１を例示する模式図である。 図２は、実施形態に係る放電ランプ１の電極２０の断面図である。 図３は、実施形態に係る放電ランプ１の電極２０の変形例を例示する模式図である。 図４は、実施形態に係る放電ランプ１の電極２０の変形例を例示する模式図である。

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と、電極２０とを有する。発光管１０は、放電空間１２および放電空間１２の両端に形成され放電空間１２を封止する封止部１４を有し、放電空間１２に封入金属１６および希ガスが封入される。電極２０は、一端側が放電空間１２に突出し、他端側が封止部１４に埋設される電極軸２２と、電極軸２２の一端側にコイル２４とを有する。電極軸２２は孔２２ａが設けられ、コイル２４の端部２４ａが孔２２ａに挿入される。

本実施形態によれば、電極軸２２に設けるコイル２４の位置ずれ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、封止部１４側と対向する側のコイル２４の端部２４ａが、孔２２ａに挿入される。

本実施形態によれば、電極軸２２に設けるコイル２４の位置ずれ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、コイル２４の端部２４ａおよび孔２２ａは、放電空間１２に設けられる。

本実施形態によれば、封止部１４や発光管１０へのアークの接触による放電ランプ１の破損の不具合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、コイル２４の中間部２４ｂに、コイル２４を電極軸２２に固定する固定部２２ｂを有する。

本実施形態によれば、電極軸２２に設けるコイル２４の位置ずれ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、電極軸の直径をＲ［ｍｍ］、前記コイルの線径をｒ［ｍｍ］、前記電極に設けられ、前記コイルの放電空間と対向する側の端部が挿入される前記孔の直径をｈｒ［ｍｍ］、前記孔の深さをＤ［ｍｍ］としたとき、１．５≦Ｒ、ｒ≦１．０、１．１ｒ≦ｈｒ、Ｄ≦０．５Ｒ、を満たす。

本実施形態によれば、電極軸２２に設けるコイル２４の位置ずれ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、放電ランプ１を備える。

本実施形態によれば、電極軸２２に設けるコイル２４の位置ずれを抑制する放電ランプ１を備える紫外線照射装置を得ることができる。

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。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２８［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２５［ｍｍ］、発光長（一対の電極２０−２０間の距離）が１０００［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。封止部１４の長さは、例えば、５０［ｍｍ］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。金属ハロゲン化物は、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。なお、封入金属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むメタルハライドランプであってもよい。また、放電ランプ１は、封入金属１６として、水銀およびハロゲン化物のみで構成される、水銀ランプであってもよい。

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、一端が放電空間１２に突出して設けられ、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側に突出した一端側にはコイル２４が設けられる。電極軸２２は、放電空間１２の反対側である他端側で金属箔２６と接続される。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、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、他端側が後述する金属箔２６との溶接を容易とするため、平坦となるように切削加工されている。なお、電極軸２２のコイル２４が設けられていない外周に、石英ガラスなどからなるガラス筒体を有していてもよい。

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。また、コイル２４は、放電ランプ１の点灯始動時に電極２０全体でグロー放電が安定して行われるために電極軸２２の表面積を増大させる。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本を巻回することにより設けられる。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の他端と溶接され、他端が後述するアウターリード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、複数の金属箔２６の間に、絶縁部材として図示しない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、他端がリード線３０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、例えば、モリブデン棒状体により構成される。

リード線３０は、一端がアウターリード２８と接続され、他端に後述する端子４０が設けられる。リード線３０は、被覆が設けられた銅線である。

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、銅またはニッケルにより構成される。

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、セラミックスにより構成される。なお、口金５０には、フランジ５０ａが設けられてもよい。

このようにして設けられた放電ランプ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、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、電極２０を構成する電極軸２２およびコイル２４の構成について、図２を用いて更に詳しく説明する。図２（ａ）は、電極軸２２およびコイル２４の、電極軸２２が伸びる方向に平行な断面の拡大模式図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ矢視断面図である。

電極軸２２には、孔２２ａが設けられている。孔２２ａは、電極軸２２が伸びる方向に略直交して設けられる。コイル２４の端部、具体的には、放電空間１２側と対向する側のコイル２４の端部２４ａが、孔２２ａに挿入される。コイル２４の端部２４ａは、孔２２ａの伸びる方向に略平行に挿入される。このような構成とすることで、コイル２４の端部２４ａが孔２２ａから外れることが抑制できることから、電極軸２２に設けるコイル２４の位置ずれを抑制することができる。

ここで、孔２２ａに挿入されるコイル２４の端部は、放電空間１２側と対向する側よりも封止部１４側と対向する側のコイル２４の端部２４ａであることが好ましい。放電空間１２側のコイル２４の端部を孔２４ａに挿入すると、放電空間１２で不図示の点灯回路から電力が供給されて電極２０−２０間でアーク放電が形成されたときに、コイル２４の端部がアークと向かい合う側となるため、高温となる。また、図２（ｂ）の、電極軸２２が伸びる方向に垂直な断面で示すように、電極軸２２に孔２２ａを設けることで電極軸２２の断面積が狭くなるためアークからの熱影響を受け易くなる。電極軸２２が高温となったりアークからの熱影響を受けやすくなったりすることで、電極軸２２が再結晶化などによる強度低下が懸念されることから、好ましくない。一方、封止部１４側のコイル２４の端部２４ａを孔２２ａにすることで、放電空間１２側のコイル２４の端部を孔２４ａに挿入する場合に比べて、アークからの距離を大きくすることができ、コイル２４からの熱放射を行うことができるため、熱影響を受けにくくなることから、電極軸２２が高温となる不具合を解消することができる。このため、孔２２ａに挿入されるコイル２４の端部は、放電空間１２側よりも封止部１４側と対向する側のコイル２４の端部２４ａであることが好ましい。

また、コイル２４の端部２４ａおよび孔２２ａは、放電空間１２に設けられる。すなわち、コイル２４は全体が放電空間１２に設けられる。コイル２４の端部２４ａおよび孔２２ａが封止部１４に埋設して設けられると、電極２０―２０間でアークが形成されたときにアークが封止部１４に接触する。アークが封止部１４や発光管１０に接触することで、封止部１４や発光管１０のガラスが溶融し、放電ランプ１が破損することから、好ましくない。一方、コイル２４の端部２４ａおよび孔２２ａが、放電空間１２に設けられることで、アークが形成されてもアークが封止部１４や発光管１０に接触しないため、封止部１４や発光管１０へのアークの接触による放電ランプ１の破損の不具合を抑制することができる。

また、コイル２４の中間部２４ｂに、コイル２４を電極軸２２に固定する固定部２２ｂを有していてもよい。固定部２２ｂは、例えば電極軸２２が伸びる方向に平行な断面が略楔形形状に設けられる。固定部２２ｂは、例えば、タングステンにより構成される。なお、固定部２２ｂが設けられない構成でもよい。

また、電極軸２２の直径をＲ［ｍｍ］、コイル２４の線径をｒ［ｍｍ］、電極２０に設けられ、コイル２４の放電空間１２と対向する側の端部２４ａが挿入される孔２２ａの直径をｈｒ［ｍｍ］、孔２２ａの深さをＤ［ｍｍ］としたとき、１．５≦Ｒ、ｒ≦１．０、１．１ｒ≦ｈｒ、Ｄ≦０．５Ｒを満たす。Ｒ＜１．５［ｍｍ］とすると、電極軸２２の直径が細くなり、孔２２ａを設けるための加工が難しく、また電極軸２２が細いことで機械的強度が弱くなることから、好ましくない。また、１．０＜ｒ［ｍｍ］とすると、コイル２４を電極軸２２に巻き付けるときに、コイル２２の線径ｒが大きくなり、巻き付け加工が難しくなることから、好ましくない。また、ｈｒ＜１．１ｒとすると、孔２２ａの直径ｈｒとコイル２４の線径ｒとの差が大きくなり、孔２２ａからコイル２４が抜け易くなることから、好ましくない。また、０．５Ｒ＜Ｄとすると、電極軸２２の直径Ｒよりも大きい深さの孔２２ａを設けることとなり、電極軸２２の機械的強度が落ちることから、好ましくない。よって、１．５≦Ｒ、ｒ≦１．０、１．１ｒ≦ｈｒ、Ｄ≦０．５Ｒを満たすことが望ましい。

（実施形態の変形例）
実施形態の変形例１〜４に係る放電ランプ１の電極軸２２およびコイル２４の変形例を、図３、図４を用いて説明する。図３（ａ）（ｂ）は、電極軸２２およびコイル２４の、電極軸２２が伸びる方向に平行な断面の拡大模式図の変形例１、２を示す。図４（ａ）（ｂ）は、図２（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ矢視断面図の変形例３、４を示す。なお、第１の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。

電極軸２２が伸びる方向に略平行な断面において、電極軸２２の孔２２ａが伸びる方向およびコイル２４の端部２４ａが挿入される方向は、特に限定されない。例えば、図３（ａ）に示すように、電極軸２２の孔２２ａが伸びる方向は封止部１４に向かう方向に傾いていてもよい。このような構成とすることで、コイル２４の挿入を容易とすることができる。なお、図３（ａ）のときの孔２２ａの深さＤ［ｍｍ］は、放電空間１２側の深さとする。また、図３（ｂ）に示すように、電極軸２２の孔２２ａが伸びる方向は放電空間１２に向かう方向に傾いていてもよい。このような構成とすることで、放電空間１２側へのコイル２４の脱落を防止することができる。なお、図３（ｂ）のときの孔２２ａの深さＤ［ｍｍ］は、放電空間１２側の深さとする。

また、電極軸２２が伸びる方向に略垂直な断面において、電極軸２２の孔２２ａが伸びる方向およびコイル２４の端部２４ａが挿入される方向は、特に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すように、電極軸２２の孔２２ａが伸びる方向はコイル２２が伸びる方向に沿って傾いていてもよい。このような構成とすることで、コイル２４の挿入を容易とすることができる。また、図４（ｂ）に示すように、電極軸２２の孔２２ａが伸びる方向はコイル２２が伸びる方向と反対に傾いていてもよい。このような構成とすることで、コイル巻き方向にテンションがかかってもコイルを軸から外れにくくすることができる。

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…放電ランプ、
１０…発光管、
１２…放電空間、
１４…封止部、
１６…封入金属、
１８…排気痕、
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、
４０…端子、
５０…口金。

Claims (6)

1. 放電空間および前記放電空間の両端に形成され前記放電空間を封止する封止部を有し、前記放電空間に封入金属および希ガスが封入される発光管と；
   一端側が前記放電空間に突出し他端側が前記封止部に埋設される電極軸と、前記電極軸の一端側にコイルとを有し、前記電極軸に孔が設けられ、前記コイルの端部が前記孔に挿入される電極と；
   を有する放電ランプ。
2. 前記封止部と対向する側の前記コイルの端部が、前記孔に挿入される
   請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記コイルの端部および前記孔は、前記放電空間に設けられる
   請求項１または２に記載の放電ランプ。
4. 前記コイルの中間部に、前記コイルを前記電極軸に固定する固定部を有する
   請求項１〜３のいずれか一つに記載の放電ランプ。
5. 前記電極軸の直径をＲ［ｍｍ］、前記コイルの線径をｒ［ｍｍ］、前記電極に設けられ、前記コイルの放電空間と対向する側の端部が挿入される前記孔の直径をｈｒ［ｍｍ］、前記孔の深さをＤ［ｍｍ］としたとき、
   １．５≦Ｒ
   ｒ≦１．０
   １．１ｒ≦ｈｒ
   Ｄ≦０．５Ｒ
   を満たす請求項１〜４のいずれか一つに記載の放電ランプ。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の放電ランプを備える紫外線照射装置。
   

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