JP3880447B2 - ショートアーク型放電灯 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショートアーク型放電灯に関し、特に、封止部における破壊を回避するように構成したものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路(IC)、液晶表示デバイス(LCD)、プリント基板(PCB)等の各種電子デバイスの製造工程で使用される露光装置等には、強力な紫外線を発光する放電灯を必要とし、このような放電灯として、ショートアーク型放電灯が広く使用されている。
【0003】
従来のショートアーク型放電灯は、図5に示すように、石英バルブ1の膨出部11の中に対向配置された陰極5および陽極6と、これら陰極5および陽極6を支持するとともに通電を行う内部リード棒7と、外部リード棒8と、内部リード棒7を夫々外部リード棒8に接続するモリブデン箔とにより構成されている。そして、発光管1の内部空間には、水銀と希ガスが封入されている。
【0004】
次に、先端に電極を取り付けた内部リード棒7を封止管部に挿入して、封止部を形成する手順を説明する。
【0005】
図6に示すラグビー・ボール状の膨出部11および2つの封止管部12よりなる石英バルブ1を用意する。図7の断面図に示すように、封止用ガラス棒3と石英製のビーズ管2とを予め作って用意しておく。封止用ガラス棒3は、石英バルブ1の封止管部12の内径より細く、先端部の周囲にテーパー部32が形成され、先端面の中心に内部リード棒7の後端を挿し込む円形の窪み31が形成され、後端部に外部リード棒8の先端を挿し込む円形の窪み33が形成されている。石英製のビーズ管2は、内部リード棒7を挿通させて保持する貫通穴21が形成されている。
【0006】
図8(a)の平面図に示す先端部が細くなった複数枚のモリブデン箔41と、図8(b)の斜視図に示すプレス加工により中央部に円筒状の突出部42bを形成した円形のタンタルディスク42とを作り、図8(c)の平面図に示すように、タンタルディスク42の平坦面42aに各モリブデン箔41の先端部をスポット溶接して放射状に配列したモリブデン箔4を作る。
【0007】
そして、図9の組立図に示すように、タンタルディスク42の円筒状の突出部42bを封止用ガラス棒3の円形の窪み31に挿し込み、予め石英製のビーズ管2を嵌め込んだ内部リード棒7の後端をタンタルディスク42の円筒状の突出部42bを介して、封止用ガラス棒3の円形の窪み31に圧入する。
【0008】
さらに、先端部にモリブデン箔を巻き付けた外部リード棒8を封止用ガラス棒3の円形の窪み33に圧入する。
【0009】
そして、図10の側面図に示すように、放射状に配列したモリブデン箔4を封止用ガラス棒3の外周面に沿わせて、封止用ガラス棒3の後端部まで導き、モリブデン箔4と外部リード棒8との間に、封止用ガラス棒3の後端部の形状に沿った複数の導線43を設け、これら導線43の一端部をモリブデン箔4の後端部に溶接し、導線43の他端部を線材44で外部リード棒8に巻き付けて固定することにより、封止アッセンブリの組み立てが完了する。
【0010】
このようにして組み立てられた封止アッセンブリを石英バルブ1の封止管部12に挿通して、石英バルブ1を排気しながら封止管部12の膨出部11に近い部分を加熱すると、封止管部12が軟化して収縮し、まず、ビーズ管2および封止用ガラス棒3のテーパー部32と溶着される。さらに、封止管部12の全体を加熱して軟化させて、図11の側面図に示すように、封止管部12でモリブデン箔4を埋没させるように封止用ガラス棒3と溶着させる。
【0011】
このとき、ビーズ管2と封止用ガラス棒3との対向面の間隔は、放射状に配列したモリブデン箔4およびタンタルディスク42の厚みによって決まる程度に極めて狭い。
【0012】
なお、ビーズ管2または封止用ガラス棒3と内部リード棒7との熱膨張係数が相違するので、溶着して一体に形成することができないので、ビーズ管2または封止用ガラス棒3と内部リード棒7との間に僅かな隙間が存在する。
【0013】
このような工程を経て陽極側の封止部が形成され、同様の工程を経て陰極側の封止部も形成される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ショートアーク型放電灯は、点灯中のランプ内蒸気圧が1.01MPa以上になるので、封止部構造の機械的強度が低い場合には、点灯中、点灯時、消灯直後に封止部付近から破壊することがあった。このような破壊の開始点として、従来より封止部全体が疑われていたが、破壊開始点が特定されておらず、対策を施す部位を絞り込めていなかった。そのために、封止部における破壊を回避する対策を立てることができなかった。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のショートアーク型放電灯は、ボール状の膨出部およびこのボール状の膨出部に続く2つの封止管部よりなる石英バルブと、上記膨出部の中に対向配置された陰極および陽極と、上記陰極および陽極を支持して通電する内部リード棒を支持する封止部とよりなる水銀および希ガスを封入したショートアーク型放電灯において、封止部は、上記封止管部内に挿入され、内部リード棒を挿通して保持するビーズ管と、内部リード棒の後端を挿し込む穴を有する封止管部に嵌め込まれる封止用ガラス棒とを具備し、上記ビーズ管、上記封止用ガラス棒および上記封止管部とにより囲まれる空間を形成し、この空間における上記封止管部の長さD(mm)が、バルブ内圧力をP(MPa)とするとき、P≦1.717・ln(D)+5.757を満たすように構成したものである。
【0016】
本発明のショートアーク型放電灯は、ボール状の膨出部および該ボール状の膨出部に続く2つの封止管部よりなる石英バルブと、上記膨出部の中に対向配置された陰極および陽極と、該陰極および陽極を支持して通電する内部リード棒を支持する封止部とよりなる水銀および希ガスを封入したショートアーク型放電灯において、上記封止部は、上記封止管部内に挿入され、上記内部リード棒を挿通して保持するビーズ管と、上記内部リード棒の後端を挿し込む穴を有する上記封止管部に嵌め込まれる封止用ガラス棒とを具備し、上記石英バルブ内に10mg/cc以上の水銀が封入され、上記ビーズ管、上記封止用ガラス棒および上記封止管部とにより囲まれる空間を形成し、この空間における上記封止管部の長さD(mm)と、発光されるi線の半値幅h(nm)との関係が、h≦2.4・ln(D)+17を満たすように構成してもよいのである。
【0017】
ビーズ管2、封止用ガラス棒3および封止管部 12 とにより囲まれる空間 13 における封止管部 12 の長さDを形成する手段としては、ビーズ管2と封止用ガラス棒3との対向面の周囲に段部を形成するか、ビーズ管と封止用ガラス棒との対向面の周囲にテーパーを形成すればよいのである。
【0018】
【発明の実施の形態】
従来のショートアーク型放電灯の封止部における破壊開始点を綿密に解析したところ、封止部において、ビーズ管2、封止用ガラス棒3および封止管部 12 とにより囲まれる空間 13 における封止管部 12 の長さDの部分が、高頻度で破壊の開始点となることが判明した。
【0019】
これは、図2の断面図に示すように、ビーズ管2と内部リード棒7との間に存在する隙間を経て、点灯中のランプ内蒸気圧が空間 13内に伝達して、ビーズ管2と封止用ガラス棒3との間を押し拡げるように作用し、封止管部12における長さDの部分に応力が集中することに起因するものと予想された。
【0020】
すなわち、ビーズ管2、封止用ガラス棒3および封止管部 12 とにより囲まれる空間 13 における封止管部 12 の長さDが極めて狭い場合には、封止管部12の内周面において長さDの部分が切欠きのように作用して、破断が始まるものと予想された。
【0021】
そこで、ビーズ管2、封止用ガラス棒3および封止管部 12 とにより囲まれる空間 13 における封止管部 12 の長さDが異なるサンプル(D=0 . 2、0 . 3、0 . 4mm)を作成して、破壊試験を行ったところ、次の表1に示す試験結果を得ることができた。
【0022】
【表1】
【0023】
なお、点灯中のランプ内蒸気圧の測定方法として、水銀蒸気から発生する“i線の半値幅”がランプ内蒸気圧により変化する現象に基づき、i線の半値幅を検出することにより点灯中のランプ内蒸気圧を間接的に測定した。
【0024】
表1に示す試験結果より明らかなように、空間 13 における封止管部 12 の長さD(=0 . 2、0 . 3、0 . 4mm)の部分から破壊に至る応力値が、約6.4MPaであることが認められたので、さらに、表1に示すサンプルとは別個の長さDが異なるサンプル(D=0 . 2〜5mm)を新たに作成して、長さDの部分の最大応力値が、約6.4MPaとなる“長さDと圧力との関係”を調べたところ、図3の特性曲線図に示すデータを得ることができた。
【0025】
なお、図3に示すデータの基になった長さDの部分の最大応力値が、約6.4MPaとなる点灯中の“間隙D(mm)とi線の半値幅との関係”は、図4の特性曲線図中に点線で示す近似曲線のとおりである。
【0026】
図3の特性曲線図中に点線で示す近似曲線の圧力P(MPa)が、“P≦1.717・ln(D)+5.757”を満たすとき、ランプ内蒸気圧が1.01MPa以上に達しても破壊が生じ難く、長さDの部分の強度が向上することが明らかになった。
【0027】
製造した放電灯が、このような条件を満たしているか否かを試験する際には、“長さD”が既知であるから、発光される“i線の半値幅”を測定することにより、“P≦1.717・ln(D)+5.757”を満たしているか否かを容易に検査することができる。
【0028】
即ち、ビーズ管2、封止用ガラス棒3および封止管部 12 とにより囲まれる空間 13 におけ る封止管部 12 の“長さD”と、発光される“i線の半値幅”h(nm)との関係が、h≦2.4・ln(D)+17を満たしているか否かを検査すればよいのである。
【0029】
空間 13 における封止管部 12 の長さDを拡げる手段としては、図1(a)の断面図に示すように、ビーズ管2の対向面の周囲に段部25を形成するか、図1(b)の断面図に示すように、封止用ガラス棒3の対向面の周囲に段部35を形成するか、ビーズ管2または封止用ガラス棒3の対向面にテーパー26を付ければよいのである。
【0030】
【発明の効果】
以上の実施の形態に基づく説明から明らかなように、本発明のショートアーク型放電灯によると、ビーズ管2、封止用ガラス棒3および封止管部 12 とにより囲まれる空間 13 における封止管部 12 の長さDを拡げることにより、封止部における破壊を著しく低減することができ、長寿命のショートアーク型放電灯を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるショートアーク型放電灯の封止部を拡大して示す縦断面図、
【図2】 ショートアーク型放電灯の封止部を拡大して示す縦断面図、
【図3】 ビーズ管、封止用ガラス棒および封止管部とにより囲まれる空間における封止管部の長さDの最大応力値が、約6.4MPaとなる“長さDの部分と圧力との関係”を示す特性曲線図、
【図4】 長さDの部分の最大応力値が、約6.4MPaとなる“長さD(mm)とi線の半値幅との関係”を示す特性曲線図、
【図5】 従来のショートアーク型放電灯の一例を示す縦断面図、
【図6】 ショートアーク型放電灯に用いる石英バルブを示す縦断面図、
【図7】 封止アッセンブリを示す縦断面図、
【図8】 封止部に使用するモリブデン箔を示す平面図、
【図9】 封止アッセンブリの組立図、
【図10】 封止アッセンブリを示す側面図、
【図11】 封止した状態を示す側面図である。
【符号の説明】
1 石英バルブ
2 ビーズ管
3 封止用ガラス棒
4 モリブデン箔
5 陰極
6 陽極
7 内部リード棒
8 外部リード棒
11 膨出部
12 封止管部
13 空間
Claims (4)
- ボール状の膨出部および該ボール状の膨出部に続く2つの封止管部よりなる石英バルブと、上記膨出部の中に対向配置された陰極および陽極と、該陰極および陽極を支持して通電する内部リード棒を支持する封止部とよりなる水銀および希ガスを封入したショートアーク型放電灯において、上記封止部は、上記封止管部内に挿入され、上記内部リード棒を挿通して保持するビーズ管と、上記内部リード棒の後端を挿し込む穴を有する上記封止管部に嵌め込まれる封止用ガラス棒とを具備し、上記ビーズ管、上記封止用ガラス棒および上記封止管部とにより囲まれる空間を形成し、該空間における上記封止管部の長さD(mm)と、バルブ内圧力P(MPa)との関係が、P≦1.717・ln(D)+5.757を満たすことを特徴とするショートアーク型放電灯。
- ボール状の膨出部および該ボール状の膨出部に続く2つの封止管部よりなる石英バルブと、上記膨出部の中に対向配置された陰極および陽極と、該陰極および陽極を支持して通電する内部リード棒を支持する封止部とよりなる水銀および希ガスを封入したショートアーク型放電灯において、上記封止部は、上記封止管部内に挿入され、上記内部リード棒を挿通して保持するビーズ管と、上記内部リード棒の後端を挿し込む穴を有する上記封止管部に嵌め込まれる封止用ガラス棒とを具備し、上記石英バルブ内に10mg/cc以上の水銀が封入され、上記ビーズ管、上記封止用ガラス棒および上記封止管部とにより囲まれる空間を形成し、該空間における上記封止管部の長さD(mm)と、発光されるi線の半値幅h(nm)との関係が、h≦2.4・ln(D)+17を満たすことを特徴とするショートアーク型放電灯。
- ビーズ管と封止用ガラス棒との対向面の周囲に段部を形成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のショートアーク型放電灯。
- ビーズ管と封止用ガラス棒との対向面の周囲にテーパーを形成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のショートアーク型放電灯。
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