JP4375247B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

この発明は、放電ランプに関するものである。特に、大電流用の放電ランプに適した封止構造に関する。

放電ランプのうち、高圧水銀ランプは、これより放射される紫外線を利用する分野、例えば半導体デバイスの製造分野、光化学産業分野、照明分野、その他の分野で広く用いられている。

例えば大電流用の高圧水銀ランプにおいては、発光ガスの主成分である水銀の封入量が大きくて点灯時における封体内の水銀蒸気圧が非常に高く、しかも発熱量が大きく、従って気密封止部においては高い耐熱性および耐圧性を有することが必要とされる。このような理由から、従来の高圧水銀ランプにおいては、ランプの封体を形成するガラスを給電用のリード棒に直接溶着することにより封体の気密封止部を形成するいわゆるロッドシール構造ではなく、封着用の金属箔を用いたいわゆる箔シール構造を採用することが一般的である。

図５は、従来の放電ランプの断面図を示す。図６は、図５に示す放電ランプの一部拡大図である。
放電ランプ５０は、球状の発光管部５１および該発光管部５１に繋がる側管部５２からなる封体５３を備えている。封体５３内には、電極マウント６０が配置されている。電極マウント６０は、陽極６１或いは陰極６２、内部リード棒６３、前方側保持部材６４、導電部材６５、ガラス部材６６、金属箔６７、導電板６８、外部リード棒６９、後方側保持部材７０を備えて構成される。

ガラス部材６６は、発光空間へ向かうに従い縮径する構造を有する縮径部６６１と、これに続く柱状の胴部６６２とからなる。縮径部６６１の発光空間側の端面６６３には導電部材６５が配置されている。内部リード棒６３は、導電部材６５に隣接する前方側保持部材６４の中央に設けられた貫通穴に挿通され、一端が導電部材６５に固定され、他端には陽極６１が設けられている。ガラス部材６６の周方向に互いに離間して、軸方向に伸びるように帯状の金属箔６７が、例えば６枚配置されている。
各々の金属箔６７は、ガラス部材６６の胴部６６２に当接する部分の幅が長手方向にて概ね同一であり、ガラス部材６６の縮径部６６１に当接する部分が、陽極６１側に向かうにつれて幅が狭くなるテーパー形状となっている。金属箔６７は、ガラス部材６６の縮径部６６１における角部６６５に沿うように折り曲げられるとともに、縮径部６６１の端面６６３に当接して配置された導電部材６５に沿って概ね９０°折り曲げられ、内部リード６３の形状に沿うように凹部が形成された一端を内部リード６３に当接させた状態で導電部材６５に接続される。金属箔６７の他端側は、ガラス部材６６の後端面６６４に隣接して配置された導電板６８に、例えばスポット溶接によって接続されている。
実用新案登録第２５８３３１７号

しかしながら、上記構造を有する放電ランプ５０は、輸送後に金属箔６７における折り曲げ部分にて金属箔６７が切断していたり、或いは、輸送後の段階では金属箔６７が切断してはいないものの、放電ランプ点灯中に金属箔６７における折曲げ部分にて金属箔６７が溶断したりする不具合が生じ、その結果、陽極６１若しくは陰極６２への給電が遮断することにより放電ランプを点灯できない、という問題が生じることが判明した。特に、このような問題は、陽極が５００ｇ以上の重量を有する場合において顕著に発生した。

その理由は、以下のように考えられる。
すなわち、金属箔６７は、導電部材６５との溶接代を確保するために、導電部材６５に沿って折り曲げられることにより皺が生じる。そして、かかる皺によって側管部５２にクラックが生じることを防止すべく、図６に示すように、導電部材６５の外径は前方側保持部材６４およびガラス部材６６よりも小さくなるよう構成されている。ところが、このような構成とすると輸送時に振動が生じ易くなるため、金属箔６７は、折り曲げ部分において折り曲げおよび折り返しが繰り返されることに起因して、金属疲労によって切断したり、或いは切断しない場合であっても、放電ランプ点灯中に切断しかかっている箇所に電流が集中することにより溶断することになる。
特に、陽極の重量が５００ｇを超える場合は、金属箔６７における折り曲げ部にかかるモーメントが大きくなることにより折り曲げおよび折り返しの力が強くなるため、金属箔の切断・溶断が顕著に生じることになる。

以上から、本発明は、放電ランプ輸送時における金属箔の切断、および放電ランプ点灯中における金属箔の溶断を確実に防止することが可能であり、しかも側管部が容易に破損せず、信頼性の高い放電ランプを提供することを目的とする。

本発明に係る放電ランプは、内部に発光空間を有する発光管部、および該発光管部の両端に繋がる側管部と、この側管部の内部に埋設され、発光空間側の先端側に縮径部を有するガラス部材と、側管部から発光空間内へ向けて伸びる内部リード棒と、この内部リード棒の発光空間側の先端に設けられ、発光空間内で互いに対向して配置された一対の電極と、内部リード棒を支持する前方側保持部材と、この前方側保持部材とガラス部材との間に配置されるとともに内部リード棒に電気的に接続された導電部材と、ガラス部材の外周に沿って配置され、一端が導電部材に電気的に接続された金属箔を備えてなり、前記導電部材は、放電ランプの中心軸を含む断面において、その稜線の傾きが前記ガラス部材の縮径部における稜線の傾きと略同一となる斜面部を有し、前記金属箔の一端が前記導電部材に沿って折り曲げられることなく前記導電部材の斜面部のみに接続されていることを特徴とする。

本発明の放電ランプによれば、導電部材が放電ランプの中心軸を含む断面において斜面部を有することにより、厚みが薄くても十分な溶接代を確保でき、その側周面に対し金属箔を折り曲げることなく溶接することができるため、金属箔に皺が生じることが防止される。これにより、導電部材の外径を前方側保持部材およびガラス部材の縮径部における外径よりも小さくする必要がないことにより、導電部材の周囲に存在する空間を最小限に抑えることができる。従って、放電ランプ輸送時の振動により金属箔の折り曲げおよび折り返しが繰り返されることに起因して、輸送時に金属箔が切断したり、或いは、放電ランプ点灯時に金属箔が溶断する、という不具合の発生を良好に防止することができる。

しかも、本発明の放電ランプは、前記導電部材の斜面部における稜線の傾きがガラス部材の縮径部における稜線の傾きと略同一であることにより、以下の作用効果を奏する。
すなわち、発光空間側へ向かうに従い縮径する形状の縮径部を備えたガラス部材と併せて使用することにより、前方側保持部材に対応する側管部において急峻な段差を生じることなく、陽極の最大径よりも小径の縮径部を形成することができる。
これにより、前方側保持部材に対応する側管部において急峻な段差が存在すると、応力集中が生じ易いことにより放電ランプの輸送時における振動などによって側管部が容易に破損するところ、本発明に係る放電ランプの側管部においては、このような急峻な段差を有しないことにより側管部が容易に破損する心配がない。従って、大電流対応仕様とすべく大径の陽極を用いた場合にも、側管部と前方側保持部材との溶着部分における耐圧性を十分に確保することができるため、放電ランプ内への封入水銀量を増すことにより、大出力の放電ランプを作製することが可能となる。

以下において、「前方」とは発光空間の中央側を意味し、「後方」とは外部リード棒側であって発光空間から離れる側を意味する。また、本発明は陽極側に適用することが好ましいことから、以下では陽極側への適用例についてのみ説明するが、陰極側にも当然に適用することができる。
図１は、本発明の放電ランプを説明するための中心軸を含む断面図である。放電ランプ１は、内部に発光空間を有する略球状の発光管部３と、該発光管部３の両端に繋がる側管部４とを有する、石英ガラスからなる封体２を備えている。封体２内には、陽極側の電極マウント１０が配置されている。電極マウント１０は、陽極１１、内部リード棒１２、前方側保持部材１３、導電部材１４、ガラス部材１５、金属箔１６、導電板１７、外部リード棒１８、後方側保持部材１９を備えて構成される。

ガラス部材１５は、発光空間へ向かうに従い縮径する構造を有する縮径部１５１と、これに続く柱状の胴部１５２とから構成され、胴部１５２には外部リード棒を嵌入するための有底孔１５３が設けられている。
ガラス部材１５の縮径部１５１の前方端面１５４には、例えばモリブデンからなる導電部材１４が隣接配置されている。導電部材１４における前方端面に隣接して配置された前方側保持部材１３は、例えば石英ガラスからなり、その中心には内部リード棒１２を挿入保持するための貫通孔１３１が設けられている。
例えばタングステンからなる内部リード棒１２は、前方側保持部材１３における貫通孔１３１に挿入されて支持されるとともに導電部材１４に電気的に接続され、その後方端がガラス部材１５の前方端面１５４に設けられた有底孔１５５に嵌入され、その前方端には、例えばタングステンからなる柱状の陽極１１を備えている。
ガラス部材１５には、周方向に互いに離間して軸方向に伸びるように帯状の金属箔１６が、例えば６枚配置されている。各々の金属箔１６は、ガラス部材１５の胴部１５２に当接する部分の幅が長手方向にて概ね同一であり、ガラス部材１５における縮径部１５１に当接する部分が、陽極１１側に向かうにつれて幅が狭くなるテーパー形状となっている。金属箔１６は、ガラス部材１５の縮径部１５１における角部１５６に沿うように折り曲げられるとともに、その一端１６１が導電部材１４の斜面部１４１において溶接されることにより電気的に接続されている。従って、金属箔１６は、図５および図６に示す従来構造の放電ランプと異なり、導電部材１４に斜面部１４１でのみ接続され、導電部材１４に沿って折り曲げられていない。
ガラス部材１５の胴部１５２における後方端面１５７に隣接して配置された導電板１７には、金属箔１６の他端１６２が電気的に接続されている。導電板１７は、例えばモリブデンからなり、その中心に外部リード棒を挿入するための貫通孔が設けられている。
外部リード棒１８は、例えばタングステンからなり、後方側保持部材１９および導電板１７における貫通孔に挿入されるとともに、その前方端がガラス部材１５における有底孔１５３の底部１５８に突き当てられて保持されている。

導電部材１４は、その全体が発光空間側へ向かうに従い縮径する円錐台形状を有し、その後方端面の径が縮径部１５１の前方端面１５４の径と略同一であり、その前方端面の径が前方側保持部材１３の径と略同一である（図１では、便宜上、金属箔１６の厚みを誇張して表現しているため、導電部材１４の端面の径と前方側保持部材１３の径が相違している。）。
斜面部１４１は、放電ランプの中心軸Ｙを含む断面において、その稜線Ｒの傾きがガラス部材１５の縮径部１５１における稜線Ｓの傾きと略同一である。本発明の放電ランプは、導電部材１４の斜面部１４１でのみ金属箔１６が、例えば溶接等によって電気的に接続された点が最大の特徴であり、各々の金属箔１６の一端が導電部材１４に沿って折り曲げられていない。

本発明の放電ランプの作製方法を示すと以下のとおりである。
上記電極マウント１０を、陽極１１が発光空間に配置されるよう封体２における側管部４内に挿入配置する。この状態で、封体２を回転させながら側管部４の外周から加熱を行うことによって、側管部４の内周とガラス部材１５の外周とを金属箔１６を介して気密に溶着させる。ガラス部材１５における胴部１５２は、陽極１１の外径と等しいか或いは陽極１１の外径よりも大径であることにより、溶着作業の際に側管部４を過剰に加熱収縮させる必要がないため、ガラス部材１５の中心を側管部４内の中心と確実に一致させることができる。そして、側管部４における前方側保持部材１３と対向する部分の石英ガラスを加熱押圧するか、或いは側管部４内を負圧状態として、側管部４と前方側保持部材１３とを溶着させることにより、陽極１１の最大径よりも径の小さい縮径部４１を形成する。さらに、側管部４における後方側保持部材１９と対向する部分の石英ガラスを加熱することにより、後方側保持部材１９と溶着させる。以上により、気密シール構造を有する放電ランプが構成される。

上記放電ランプ１の数値例を挙げると以下のとおりである。
封体２は、全長が１５０ｍｍ、発光管部３の最大外径が１２０ｍｍ、側管部４の最大外径が３５ｍｍ、側管部４における縮径部４１の外径が２６ｍｍである。発光管部３内における封入水銀密度は、２０ｍｇ／ｃｍ^３〜５０ｍｇ／ｃｍ^３の範囲であって、例えば４０ｍｇ／ｃｍ^３である。発光管部３内には、不活性ガスとしてキセノンガスが５０ｋＰａ〜３００ｋＰａ封入されている。
さらに、前方側保持部材１３の全長が２５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲であって、例えば３０ｍｍであり、外径が２０ｍｍ〜３５ｍｍの範囲であって、例えば３０ｍｍである。導電部材１４は、肉厚が１ｍｍ〜４ｍｍの範囲内であって、例えば２ｍｍである。ガラス部材１５は、全長が４０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲であって、例えば６０ｍｍであり、縮径部１５１の全長が５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲であって、例えば１０ｍｍであり、縮径部１５１の最小外径が２０．５ｍｍ、胴部１５２の外径が２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であって、例えば２３．５ｍｍである。陽極１１は、全長が５０ｍｍ、最大外径が３０ｍｍであって、重量が例えば６５０ｇである。

以上のような本発明の放電ランプ１によれば、導電部材１４が、放電ランプ１の中心軸を含む断面において斜面部１４１を有することにより、厚みが薄くても十分な溶接代を確保でき、その斜面部１４１に対し金属箔１６を折り曲げることなく溶接することができるため、金属箔１６に皺が生じることが防止される。これにより、側管部４にクラックが生じることを防止すべく、導電部材１４の外径を前方側保持部材１３およびガラス部材１５の縮径部１５１における外径よりも小さくする必要がないことにより、導電部材１４の周囲に存在する空間を最小限とすることができる。従って、放電ランプ輸送時の振動により、金属箔１６の折り曲げおよび折り返しが繰り返されることに起因して、輸送時に金属箔１６が切断したり、或いは、放電ランプ１の点灯時に金属箔１６が溶断したりする、という不具合の発生を良好に防止することができる、という作用効果を奏する。特に、本発明は、５００ｇを超えるような重量の大きい陽極１１を用いる場合に、金属箔１６の切断或いは溶断を防止する効果が絶大である。

しかも、本発明の放電ランプ１は、前記導電部材１４の斜面部１４１における稜線Ｒの傾きがガラス部材１５の縮径部１５１における稜線Ｓの傾きと略同一であることにより、以下の作用効果を奏する。
すなわち、発光空間側へ向かうに従い縮径する形状の縮径部１５１を備えたガラス部材１５と併せて使用することにより、前方側保持部材１３に対応する側管部４において急峻な段差を生じることなく、陽極１１の最大径よりも小径の縮径部４１を形成することができる。
これにより、前方側保持部材１３に対応する側管部４において急峻な段差が存在すると、応力集中が生じ易いことにより放電ランプ１の輸送時における振動などによって側管部４が容易に破損するところ、本発明に係る放電ランプ１の側管部４においては、このような急峻な段差を有しないことにより側管部４が容易に破損する心配がない。従って、大電流対応仕様とすべく大径の陽極１１を用いた場合にも、側管部４と前方側保持部材１３との溶着部分における耐圧性を十分に確保することができるため、放電ランプ１内への封入水銀量を増すことにより、大出力の放電ランプ１を作製することが可能となる。

図２は、本発明に係る放電ランプの他の実施形態を示す要部拡大断面図である。図１と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。
図２に示す形態における導電部材３０は、放電ランプの中心軸を含む断面において、その稜線Ｒの傾きがガラス部材３５の縮径部３６における稜線Ｓの傾きと略同一となる斜面部３１と、該斜面部３１に続く底面部３２とを有し、全体が皿形状である。
ガラス部材３５は、柱状の胴部３７に続き、前方側に向かうに従い縮径する形状を有する縮径部３６を備えて構成されている。縮径部３６は、導電部材３０における斜面部３１および底面部３２と適合する形状となるよう形成された突出部３８を備えている。
図２に示す形態において、図１に示す形態と異なる箇所について数値例を示す。導電部材３０は、底面部３２の肉厚が０．５ｍｍであり、斜面部３１の先端から底面部３２の前方端面までの間隔Ｔ_１が２〜３ｍｍである。

図２に示す形態によれば、図１に示す形態が有する作用効果に加え、図１に示す導電部材に比して、さらに肉薄の導電部材３０を用いていることにより、前方側保持部材１３とガラス部材１５の間隔を小さくすることが可能となるため、放電ランプ点灯時の応力集中を回避することによって放電ランプの耐圧性をさらに向上させることができる。

図３は、本発明に係る放電ランプの他の実施形態を示す断面図である。図１と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。
図３に示す形態における導電部材４０は、放電ランプの中心軸を含む断面において、その稜線Ｒの傾きがガラス部材４５の縮径部４６における稜線Ｓの傾きと略同一となる斜面部４１と、斜面部４１に続き曲線を形成する曲線部４２と、曲線部４２に続く直線部４３とを備えて構成される。
ガラス部材４５は、柱状の胴部４７に続き、前方側に向かうに従い縮径する形状の縮径部４６を備えて構成される。縮径部４６は、導電部材４０における曲線部４２および直線部４３に適合する形状となるよう形成された凹部４８を備えている。
図４に示す形態において、図１に示す形態と異なる箇所について数値例を示す。導電部材４０は、最大肉厚Ｔ_２が３ｍｍである。

図３に示す形態によれば、図１に示す形態が有する作用効果に加え、以下の効果を奏する。すなわち、導電部材における斜面部の後端部等に鋭利な部分が形成されていると、放電ランプ点灯時に当該部分に応力集中が生じ易くなるところ、図３に示す形態の如く、導電部材４０における斜面部４１に続いて丸みを有する曲面部４２を備えることにより、放電ランプ点灯時における応力集中を良好に防止することができる。

ここで、図１乃至図３に示す実施形態によれば、ガラス部材の胴部の径が保持用筒体の径よりも大きい構造が示されているが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、以下の図４に示すような形態も採用することができる。

図４は、本発明に係る放電ランプの他の実施形態を示す断面図である。図１と同一部分或いは対応する部分は同一符号で示す。
前方側保持部材１３は、後方側に向かうに従い縮径する構造の縮径部１３２と、縮径部１３２の前方側に続き、ガラス部材１５の胴部１５２よりも径の大きい胴部１３３とを備える。導電部材１４は、前方側に向かうに従い縮径する構造を有し、その前方端面が縮径部１３２の後方端面に当接するとともに、その後方端面が縮径部１５１の前方端面に当接して配置されている。縮径部１３２の後方端面の径は、導電部材１４の前方端面の径と概ね同一である。複数の帯状の金属箔１６は、ガラス部材１５の周方向に互いに離間して軸方向に伸びるように配置され、その一端１６１が導電部材１４の斜面部１４１に溶接されることにより、導電部材１４に電気的に接続されている。

図４に示す形態によれば、図１に示す形態が有する作用効果に加え、以下の効果を奏する。すなわち、前方側保持部材１３の胴部１３３の径を、ガラス部材１５の胴部１５２の径よりも大きい構成とすることにより、大電流対応仕様とすべく大径で重量の大きい陽極を使用した場合であっても、その先端に陽極１１を備えた内部リード棒１２を確実に保持することができるとともに、前方側保持部材１３が破損することもない。

本発明の放電ランプを示す断面図である。 本発明に係る放電ランプの他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る放電ランプの他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る放電ランプの他の実施形態を示す断面図である。 従来の放電ランプを示す断面図である。 図５に示す放電ランプの一部拡大図である。

符号の説明

１ 放電ランプ
２ 封体
３ 発光管部
４ 側管部
１０ 電極マウント
１１ 陽極
１２ 内部リード棒
１３ 前方側保持部材
１４ 導電部材
１５ ガラス部材
１６ 金属箔
１７ 導電板
１８ 外部リード棒
１９ 後方側保持部材
３０ 導電部材
４０ 導電部材

Claims (1)

1. 内部に発光空間を有する発光管部、および該発光管部の両端に繋がる側管部と、
   この側管部の内部に埋設され、発光空間側の先端側に縮径部を有するガラス部材と、
   側管部から発光空間内へ向けて伸びる内部リード棒と、
   この内部リード棒の発光空間側の先端に設けられ、発光空間内で互いに対向して配置された一対の電極と、
   内部リード棒を支持する前方側保持部材と、
   この前方側保持部材とガラス部材との間に配置されるとともに内部リード棒に電気的に接続された導電部材と、
   ガラス部材の外周に沿って配置され、一端が導電部材に電気的に接続された金属箔を備えた放電ランプであって、
   前記導電部材は、放電ランプの中心軸を含む断面において、その稜線の傾きが前記ガラ
   ス部材の縮径部における稜線の傾きと略同一となる斜面部を有し、
   前記金属箔の一端が前記導電部材に沿って折り曲げられることなく前記導電部材の斜面部のみに接続されていることを特徴とする放電ランプ。

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