JP3975826B2 - ランプ容器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体バリア放電等の放電によりエキシマ分子を形成して該エキシマ分子から放射する光を利用する放電ランプ等に好適に用いられ、径が異なるガラス管が略同軸に配置されて略円筒状の放電空間が形成されるランプ容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属、ガラス、その他の材料よりなる被処理体に波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射することにより、当該真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理体を処理する技術、例えば被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理技術が開発され、実用化されるに至っている。
【０００３】
このような紫外線処理を行うためのランプとしては、誘電体により構成されたランプ容器内に、適宜のエキシマ発光用ガスが充填され、当該ランプ容器内において放電（「オゾナイザ放電」あるいは「無声放電」。電気学会発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６月再版７刷発行第２６３頁参照。）を発生させることによりエキシマが生成されて、このエキシマが解離することで光が放出される放電ランプが利用されている。
【０００４】
上述の放電ランプにおいては、対向する電極の間に誘電体からなる壁を少なくとも一枚挟んで配置した形態であり図６を参照して説明する。図６はこの放電ランプの構成の一例を示す説明用断面図であって（ａ）ランプの管軸方向断面図（ｂ）ランプの管軸に垂直方向断面図である。
同図において、放電ランプは例えば誘電体バリア放電ランプであり、ランプ容器５０は、誘電体である石英ガラスよりなる円筒状の内側管５１と外側管５２とによる二重管構造を有し、内側管５１および外側管５２の各々の両端部が円環状の端壁部５３，５４によって接合されて構成され、内側管５１と外側管５２との間に円筒状の密閉空間Ｒが形成されている。このランプ容器の少なくとも一部は該誘電体バリア放電の誘電体を兼ねており、該誘電体の少なくとも一部は該エキシマ分子から放射される光に対して光透過性であり、この光透過性部分の一部に光取出し窓が形成される。
ランプ容器５０における内側管５１には、その内周面５５に密接して一方の電極６１が設けられていると共に、外側管５２には、その外周面５６に密接して、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の他方の電極６２が設けられている。このように、両電極（６１，６２）間に図示省略の電源より電圧が印加されると前記内部空間Ｒにおいて、ランプ管軸に垂直方向の放電が発生する。
【０００５】
上記放電ランプは、誘電体を介して放電を発生させるものであり、このために対向電極の配置方法に関連し、ランプ容器の形状は上述のごとく、内側管と外側管とを有するといった二重管構造が好ましく採用されている。このような構造のランプ容器は以下のような手法により作製される。
【０００６】
図７は、上記端壁部２３の形成方法を示すランプ容器における一方の端部を説明する図である。
同図において、７１はランプ容器における内側管を構成する比較的小径のガラス管であり、一方、７２はその内径が前記小径のガラス管７１の外径よりも大きな大径のガラス管である。内側管用の小径のガラス管７１においては、当初直管状であったものがその両端部においてバーナーで加熱されることにより、管軸に略直交する面方向に延在してフランジ部７１ａ，７１ｂが形成されている。係るフランジ部７１ａ，７１ｂは、ランプ容器における円環状の端壁部を形成するものである。このフランジ部７１ａ，７１ｂの外周縁は、前記大径のガラス管７２の周縁７２ａ、７２ｂにほぼ合致するように加工されている。なお、これらガラス管（７１，７２）の管軸方向の全長は、小径のガラス管７１の方が僅かに長いものとされている。
同図に示すように、外側管用の大径のガラス管７２の内部に前記小径のガラス管７１を各々管軸が一致するように挿入されフランジ部７１ａ，７１ｂの周縁と外側管の外周縁７２ａ，７２ｂとをバーナーで加熱して融着している。
【０００７】
これにより、径が異なる２本のガラス管により、内部が中空の円筒管が構成される。なおここでは示さないが、ランプ容器には当該ランプ容器内部と外部を連通する排気管が接合され、係る排気管によりランプ容器内部に所定の発光ガスが封入される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近時、上述の放電ランプは、ＬＣＤ（液晶パネル）やＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等、表示素子の基板表面に、該放電ランプからのエキシマ光を照射して有機化合物からなる汚染物質の分解、除去といったドライ洗浄プロセスに好適に利用されているが、近時の上記表示素子における大面積化に対応するために、有効発光長が長いランプが要求され、益々の長尺化が望まれている。例えば、従来は放電ランプの有効発光長が５４０ｍｍ程度であったが、８００×９５０ｍｍの大きなガラス基板を処理する場合には、有効発光長が約１０００ｍｍという長い放電ランプが必要になる。
【０００９】
然るに、上記長尺の放電ランプでは、製品として出荷する際の輸送時に、ランプ容器が割れるという致命的な事故が発生することがあると判明した。このような不具合に対して、輸送時に緩衝用部材を通常の短いランプの場合に比較して何倍にも配備して割れ防止を図ったが格別な効果を得るには至らなかった。
このような事情に鑑み、本願発明者らがランプの割れ発生の原因について検討したところ、割れの多くは、ランプ容器の内側管、外側管の両端部における円環状の端壁部近傍、とりわけ、その内側管の近傍において発生していることが判明した。
【００１０】
ランプ容器における内側管は、その両端の端壁部において外側管にのみ保持された状態であるため、ランプ容器の長さが１０００ｍｍにも及ぶと、ランプ容器を水平に保持したとき、内側管がたわみ、該内側管を支える、端壁部及び外側管に相応の応力が掛ってしまうと推察される。特に、内側管と端壁部との間には、引張り、圧縮の応力が局在することになる。ガラスは引張り応力に対して脆弱であるために、ランプ容器に衝撃が掛ると、上述の応力に由来してランプ容器が割れるに至ってしまう。とりわけ、内側管を熱加工して端壁部を形成しているために当該端壁部においては当初のガラス管の肉厚よりも厚みが小さくなっているうえ、肉厚も変位し易い。結果、ランプ容器の端壁部において薄肉の個所が形成されるとその部分に応力が集中して、割れの発生起点となってしまう。
【００１１】
そこで、本願発明が解決しようとする課題は、ランプ輸送時に衝撃が加わっても、ランプ容器が容易に破損するようなことが無い、耐衝撃性を有するランプ容器を提供することにある。
【００１２】
上記課題を解決する為に、
本願発明に係るランプ容器は、同軸に配置された小径のガラス管と大径のガラス管の端部において円環状の端壁部が形成され、前記小径のガラス管と前記大径のガラス管との間に密閉空間が形成されてなるランプ容器であって、前記小径のガラス管は管軸方向の長さが前記大径のガラス管より短く、前記端壁部は、前記小径のガラス管から伸び前記小径のガラス管とほぼ同じ内径でかつ管軸と垂直方向における前記小径のガラス管の肉厚より管軸と垂直方向における肉厚が大きな端壁部形成用ガラス管部と、該端壁部形成用ガラス管部の管軸と垂直な面方向に加熱して形成されると共に前記大径のガラス管端部と溶着されかつ管軸と垂直方向における前記小径のガラス管の肉厚より管軸方向における肉厚が大きなフランジ部とからなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、参考例に係るランプ容器の（ａ）管軸方向の断面図、（ｂ）側面図である。ランプ容器は例えば石英ガラスから構成される。同図において、ランプ容器１０は、円筒状の内側管１１と外側管１２とによる二重管構造を有し、内側管１１および外側管１２の各々の両端部が、管軸方向に直交する面上に形成された閉塞部材２１、２２に接合され、該ランプ容器の両端部において円環状の端壁部形成される。係る内側管１１と外側管１２の間に円筒形の密閉空間Ｓが形成されている。このランプ容器１０における端壁部２３は、管軸方向の厚みＴが、内側管１１の厚みＴ１よりも大きいものとされている。
【００１４】
ここで、上記端壁部２３の構成を、図２を参照して説明する。なお、図２においてはランプ容器１０における一方の端壁部２３のみ図示しているが他方においても同様である。閉塞部材２１は、例えば、円盤状のガラス板から構成されており、内径が小径のガラス管１１０の内径にほぼ一致すると共に、外径が大径のガラス管１２０の外径にほぼ一致している。係る閉塞部材２１の内端面２１ａと各ガラス管の外端面１１０ａ、１２０ａとが、バーナーによる加熱融着によって各ガラス管の全周方向に接合されることにより、ランプ容器における端部が気密に封止される。係る閉塞部材２１のガラスの厚みはほぼ均一で、約２ｍｍである。
【００１５】
上述したランプ容器１０について、具体的数値例を述べると、内側管１１は例えば外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍであり、すなわち厚みＴ１が１ｍｍのガラス管により構成されている。外側管１２はこれよりも大径のガラス管により構成され、例えば外径４０ｍｍ、内径３８ｍｍであり、従って厚みＴ２は１ｍｍとされている。なお、ここでのガラス管の厚みは平均値である。
【００１６】
以上説明した参考例によれば、ランプ容器における端壁部における管軸方向の厚みが、内側管を構成するガラス管の厚みよりも大きいので、内側管にたわみが発生しても当該端壁部において容易に割れが発生するようなことが無く、その結果、ランプ容器の破損を低減することができるようになる。
【００１７】
なおこのランプ容器は、従来技術において説明した誘電体バリア放電ランプ用途に好適に用いることができる。
図３を参照して係る放電ランプの構成を説明すると、上記ランプ容器における内側管１１の内周面に沿って一方の電極３１が配設されてこれと対向する他方の電極が外側管１２の外周面に沿って配設され、係るランプ容器の内部に放電ガスとしてキセノンガスが、３９．９ｋＰａ（２７℃基準）封入される。図中４はリード線であり、図示省略の電源に接続されている。そして、上記対向する電極（３１，３２）間に、前記電源より電圧が印加されると、放電空間Ｓにおいて放電が発生して、当該放電ランプが１７２ｎｍの真空紫外光を放射する。
【００１８】
このような放電ランプを輸送する際には、ランプ容器の内側管の内部に他方の電極が配置されているので、内側管にはこれを構成するガラス管の重さに前記他方の電極の重さが付加される。このため、内側管が下方向にたわみやすくてたわみ量も大きくなるが、参考例に係るランプ容器を用いることにより、該内側管を支持する端壁部はその全体において、内側管よりも厚みが大きいので、耐衝撃性が大きくて簡単に破損したりするような不具合を防止でき、安全かつ信頼性高く、放電ランプを輸送することが可能になる。また、参考例に係るランプ容器によれば、前記端壁部を、内側管或は外側管等を構成するためのガラス管と別の部材により構成しているので、ガラス管の熱加工に由来して局所的に薄肉の部分が形成されるといったガラスの加工精度上の問題点が解消され、高品質のランプを安定して提供できるようになる。
【００１９】
なお、参考例においては、上記実施形態にとどまらず、適宜変更が可能である。例えば、閉塞部材と各ガラス管とをフリットガラスを用いて接合することも可能である。
【００２０】
続いて図４は、本願発明に係り、上記とは異なる方法でランプ容器における端壁部を形成する方法を説明する図である。なお、先に示した図面で説明した構成と同様の構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。同図（ａ）において、３０は端壁部形成用のガラス管であり、上記小径のガラス管１１０とほぼ同じ内径でかつ肉厚が大きいものとされる。小径のガラス管１１０の肉厚は１ｍｍであり、端壁部形成用ガラス管３０の厚みは例えば２ｍｍである。係る端壁部形成用のガラス管３０は、前記小径のガラス管１１０よりも少なくとも大きくなければならないが、厚くなりすぎると加工が困難になるのでガラス管１１０の厚みの４００％以下であるのが好ましい。端壁部用ガラス管３０と前記小径のガラス管１１０とを同軸上に配置して、各々ガラス管の端面を付き合せてバーナーで加熱して溶着し、１本の内側管用ガラス管を製作する。同図はその様子である。なお、ここでは片側の端部のみ図示しているが、他端側も同様とされる。そして、係る端壁部用ガラス管３０の適当箇所を、バーナーで加熱して管軸と垂直な面方向にフランジ３０ａを形成し、同図（ｂ）のように該フランジ３０ａの外周縁部と外側管用の大径のガラス管１２０端部とを溶着して密閉したランプ容器とする。
【００２１】
以上の製法により得たランプ容器によれば、小径のガラス管に、当該小径のガラス及び前記大径のガラス管とは異なる他のガラス管を接合しているので、外側管と内側管のガラスの肉厚を従来と同等とすることができる。したがって、このランプ容器を誘電体バリア放電ランプに使用した場合には、当該ランプの電極間に介在する誘電体の厚さが、従来と同等であるので、印加電圧が高くなる、或は、紫外線の透過率が低くなるといった効率低下を生じさせることなく、従来どおりの点灯特性を維持できかつ、ランプ容器の破損を回避することが可能となる。同図（ｃ）においては、先に示したものに比較して端壁部用ガラス管３０の内径が小径のガラス管１１０よりも内径が小さい。この場合も、内側管のガラスの肉厚よりも端壁部のガラスの肉厚が大きいので、ランプ容器の破損を回避することができる。さらに、上記に係るランプ容器を誘電体バリア放電ランプのランプ容器として使用する場合、小径のガラス管と端壁部形成用ガラス管とのつなぎ目において、該端壁部用ガラス管３０の端面で段部３０ｂが形成されるので、係る段部３０ｂに前記内側電極を当接させて位置決めでき、当該内側電極のストッパーとして用いることができる。このようにストッパー機能を具備させることにより、ランプを点灯、消灯したときの温度変化によって内側電極を構成する金属部材が膨張、収縮したときも、当該内側電極が長さ方向に移動するのを確実に防止できる。
【００２２】
他の参考例に係る構成例を、図５を参照して説明する。図５（ａ）は他の参考例に係る実施形態である。同図において、閉塞部材２０の厚さは径方向に変位しており、その中心（つまり、内側管）に近づくに従って大きくなるよう構成されている。同図において、端壁部２３における管軸方向の厚みの最小値Ｌは、内側管１１を構成する小径のガラス管の厚さＴ１の厚さよりも大きいものとされている。本実施形態によれば、端壁部における内側管近傍の厚みが大きくて機械的強度が高いので、ランプ輸送時等の衝撃にも十分な耐性を有するランプ容器を提供できる。更に、本実施形態に係るランプ容器によれば、端部近傍における内側管１１のガラス管の肉厚が滑らかに変位しているので、当該端部に付与される応力が滑らかに変位して応力が集中することが防止され、耐衝撃性が向上する。図５（ｂ）に示す他の参考例は、閉塞部材２０の全部が、内側管１１と外側管１２の間に挿入された状態とされて、閉塞部材２０の周面２０ａ，２０ｂが各ガラス管の側周面の全体にわたって溶着されることにより、端壁部２３が形成されてなるランプ容器１０の例である。この実施形態における端壁部２３の最小の厚さは図中Ｌであり、このＬは、小径のガラス管の厚さＴ１ものとされている。なお閉塞部材２０は、内径が内側管１１を構成する小径のガラス管の外径よりも僅かに大きく、かつ、外径が外側管１２を構成する大径のガラス管の内径よりも僅かに小さいものとされている。この実施形態によれば、内側管１１と外側管１２との軸合せを高精度にかつ簡単に行えるようになる。図５（ｃ）に示す他の参考例は、閉塞部材２０が、その内周縁部２０ｃ及び外周縁部２０ｄにランプ容器１０の中心側に突出する環状の突出部２４ｃ，２４ｄを有し、これら環状突出部２４ｃ、２４ｄにガラス管が嵌合した状態で接合されている。ランプ容器１０における端壁部２３の厚さＬは、小径のガラス管の厚さ及び外側管１２の大径のガラス管の厚さよりも大きいものとされている。内側の環突出部２４ｃは小径のガラス管の内周面に沿って外周面が形成されており、外側の環状突出部２４ｄは大径のガラス管の外周面に沿って内周面が形成されている。このような形態によれば、内側管１１と外側管１２との管軸の位置決めを高精度に行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明に係るランプ容器によれば、ランプ容器の内側管を支持する端壁部は外側管或は内側管よりも管軸方向の厚みが大きいので、耐衝撃性が大きくてランプ輸送時において係るランプ容器が破損したりするような不具合を防止でき、安全かつ信頼性高く、放電ランプ輸送することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ランプ容器の管軸方向の（ａ）断面図，（ｂ）側面図である。
【図２】閉塞部材の説明図である。
【図３】放電ランプの構成の一例を示す図である。
【図４】他の実施形態に係るランプ容器の要部を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を説明する図である。
【図６】従来の放電ランプの構成の一例を示す説明用断面図であって（ａ）ランプの管軸方向断面図（ｂ）ランプの管軸と垂直方向断面図である。
【図７】従来のランプ容器の製造方法を説明する説明用図である。
【符号の説明】
１０ ランプ容器
１１ 内側管
１１０ 小径のガラス管
１２ 外側管
１２０ 大径のガラス管
２０、２１、２２ 閉塞部材
２３ 端壁部
３０ 端壁部用ガラス管
３０ａ フランジ
４ リード線

Claims (1)

1. 同軸に配置された小径のガラス管と大径のガラス管の端部において円環状の端壁部が形成され、前記小径のガラス管と前記大径のガラス管との間に密閉空間が形成されてなるランプ容器であって、
   前記小径のガラス管は管軸方向の長さが前記大径のガラス管より短く、
   前記端壁部は、前記小径のガラス管から伸び前記小径のガラス管とほぼ同じ内径でかつ管軸と垂直方向における前記小径のガラス管の肉厚より管軸と垂直方向における肉厚が大きな端壁部形成用ガラス管部と、該端壁部形成用ガラス管部の管軸と垂直な面方向に加熱して形成されると共に前記大径のガラス管端部と溶着されかつ管軸と垂直方向における前記小径のガラス管の肉厚より管軸方向における肉厚が大きなフランジ部とからなることを特徴とするランプ容器。

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