JP4600541B2 - ショートアーク型放電ランプとその製造方法 - Google Patents
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Description
このようにモリブデン等の金属箔により封止された一重シール構造を有するショートアーク型放電ランプは、例えば特許文献1に開示されるように周知である。
このような要求に対し、露光用の光源に使用するショートアーク型放電ランプは、投入電力を従来以上に高くすることで対応している。これに伴って、電極が大型化し、電極が非常に重くなっている。
ショートアーク型放電ランプは、特許文献1に示すように、電極の一端のみが保持された片持梁構造である。そのため、電極が重くなると、製造時において、電極の軸部を介して金属箔に多大な応力がかかって、封止後の金属箔に皺が形成されたり、金属箔自体が破断することがあった。そして、金属箔に皺が形成された状態でショートアーク型放電ランプを点灯させると、封止部構造が破損するといった問題があった。
発光管1は、水銀を封入した石英ガラス製の管である。陽極2、陰極3は、それぞれ、発光管内に配置された本体部21、31と、外側封止管内に向けて伸びる軸部22、32とを有する。
ショートアーク型放電ランプは、外側封止管12、内側封止管11、金属箔10およびガラス部材6により気密に封止された二重封止構造を有する。以下で、陽極2側の封止部構造について説明するが、陰極側の封止部構造も陽極側と同様である。
外側封止管12は、発光管1の両端に連続する円筒状部分である。
内側封止管11は、気密封止のための円筒状のガラス部材である。
ガラス部材6は、2箇所に形成された有底穴において、軸部22と、外部リード棒7とを保持する。
電極保持体5は、軸部22を保持するための開口を有する筒状体である。
外部リード保持体9は、外部リード棒7を保持するための開口を有する筒状体である。
金属箔10は、ガラス部材6と内側封止管11との間に介在し、第1の集電板4と第2の集電板8とを電気的に接続する。
第1の集電板4は、軸部22と金属箔10とを電気的に接続する金属製の部材である。
第2の集電板8は、外部リード棒7と金属箔10とを電気的に接続する金属製の部材である。
(a)に示すように、軸部22、電極保持体5、第1の集電板4、ガラス部材6、金属箔10、第2の集電板8、外部リード棒7、外部リード棒保持体9、マウントリボン23により構成される電極マウント構成体を準備する。
(b)に示すように、電極マウント構成体を、排気用の枝管11aを備える内側封止管11の内部に挿入する。
(c)に示すように、内側封止管11の両端部をバーナー等で加熱して封止した後、排気用の枝管11aを介して内側封止管11内を排気して真空状態にする。
(d)に示すように、電極保持体5、ガラス部材6および外部リード棒保持体9の周囲の内側封止管11をバーナーで加熱することにより、電極保持体5、ガラス部材6および外部リード棒保持体9の3つの部品を内側封止管11に溶着する。内側封止管11とガラス部材6との間に複数の金属箔10を挟んで溶着して封止することにより、内側封止管11と外部の間の気密状態を実現している。
(e)に示す2箇所において内側封止管11を切断する。
(f)に示すように、軸部22の先端部を本体部21の有底穴21aに嵌入する。
(g)は、完成した電極マウント20´を示す。
(a)に示すように、電極マウント20´を外側封止管12内に挿入する。
(b)に示すように、陽極2の本体部21と軸部22の一部を発光管の内部に配置するとともに、本体部21を除く電極マウント20´の構成部品の全てを外側封止管12の内部に配置する。
(c)に示すように、外側封止管12の端部をバーナーで加熱することで封止し、発光管1に設けられた不図示の排気用の枝管を介して、発光管1と外側封止管12の内部を排気して真空状態にする。
(d)に示すように、外側封止管12のDの部分をバーナーなどで加熱することにより、内側封止管11と外側封止管12とを溶着する。前記したように、内側封止管11とガラス部材6とが、複数の金属箔10を内側封止管11とガラス部材6との間に挟んだ状態で加熱して溶着されている。したがって、内側封止管11と外側封止管12とが溶着されることにより、外側封止管12の内部と外部の間の気密状態が実現される。
しかしながら、従来の二重封止構造を有するショートアーク型放電ランプは、前記したように、外側封止管12と内側封止管11とが、内側封止管11の全長にわたってバーナーなどで加熱されて溶着されることから、以下のような問題が新たに生じた。
前記内側封止管が、前記第1の集電板の径方向外方に延在しているとともに、前記外部リード棒の基端部を超えて延在していることを特徴とする。
前記電極マウントを、前記第1の集電板の径方向外方には、前記内側封止管と前記外側封止管が延在すると共に、前記第2の集電板の径方向外方には、前記内側封止管のみが延在することで、前記内側封止管が外側封止管の端部から外部に伸び出るように、外側封止管内に挿入する手順と、
前記外側封止管と、当該外側封止管内に配置された前記内側封止管とを溶着する手順と、を行うことを特徴とする。
しかも、本発明のショートアーク型放電ランプは、前記内側封止管が、前記外側封止管に溶着されることなく外側封止管の端部から外部に伸び出す部位を有する。したがって、内側封止管が、その全長うちの限られた箇所でのみ外側封止管に溶着されるので、内側封止管と外側封止管とを加熱して溶着するために要する時間が短縮され、かつ、溶着するために必要となるエネルギーを低減することができる。よって、本発明の二重封止構造を採用することにより、ショートアーク型放電ランプの生産の効率を高めることができる。
同図のショートアーク型放電ランプは、概ね球状に形成された発光管1と、その両端に連続して形成された一対の外側封止管12とを備える。
発光管1の内部には、陽極2の本体部21と、陰極3の本体部31とが、互いに向き合って配置されるとともに、発光物質である水銀が封入されている。
陽極2は、その先端側に丸みが形成された本体部21と、当該本体部21の基端側に続く棒状の軸部22とにより構成される。軸部22の先端部が、本体部21の基端側に形成された有底穴21aに嵌入されている。
陰極3は、その先端側が、陽極2の本体部21に向かうにつれて次第に縮径するテーパー部を有する本体部31と、当該本体部31の基端側に続く棒状の軸部32とにより構成される。軸部32の先端部が、本体部31の基端側に形成された有底穴31aに嵌入されている。
陽極2および陰極3は、例えばタングステンよりなる各本体部21、31および各軸部22、32により構成される。
陽極2および陰極3は、上記のように各本体部21、31と各軸部22、32とが互いに別部材であっても良いし、各本体部と各軸部とが一体に形成されていても良い。
水銀の封入量は、例えば20mg/cc以上である。
軸部22の基端部には、金属製の第1の集電板4が設けられている。第1の集電板4は、その中央に貫通孔4aを有する円板形状を有している。軸部22は、その基端部が第1の集電板4の貫通孔4aを貫通して、第1の集電板4の基端面から伸びだすように配置され、例えば溶接などによって第1の集電板4の開口端部に固定されている。
電極保持体5は、例えば石英ガラスよりなる筒状の部材であり、その先端部が内側封止管11の先端部から伸び出ることなくその全体が内側封止管11の内方に収容され、第1の集電板4に隣接して配置される。軸部22は、電極保持体5の中央に形成された貫通孔5aを貫通して配置される。
ガラス部材6は、例えば石英ガラスよりなる柱状の部材であり、第1の集電板4に隣接して配置されている。ガラス部材6には、軸部22と外部リード棒7とを保持するための有底穴6a、6bが、先端側と基端側の双方にそれぞれ形成されている。ガラス部材6の先端側の有底穴6aには、軸部22の基端部が嵌入され、軸部22が保持される。ガラス部材6の基端側の有底穴6bには、外部リード棒7の先端部が嵌入され、外部リード棒7が保持される。
外部リード棒7は、例えばタングステンにより構成される棒状の部材であり、その先端部には、金属製の第2の集電板8が設けられている。第2の集電板8は、その中央に貫通孔8aを有する円板形状を有している。外部リード棒7は、その先端部が第2の集電板8の貫通孔8aを貫通して、第2の集電板8の先端面から伸び出すように配置され、例えば溶接などによって第2の集電板8の開口端部に固定されている。
外部リード棒保持体9は、例えば石英ガラスよりなる筒状の部材であり、第2の集電板8に隣接して配置される。外部リード棒7は、外部リード棒保持体9の貫通孔9aを貫通して配置される。
ガラス部材6の側周面には、複数の金属箔10が、互いに重なり合うことなく、外側封止管12の管軸方向と平行に並んで配置される。各金属箔10は、例えば、モリブデンなどの金属からなる。各金属箔10は、例えば溶接などによって、その先端部が第1の集電板4の側周面に電気的に接続されるとともにその基端部が第2の集電板8の側集面に電気的に接続される。
内側封止管11は、例えば石英ガラスからなる直管状の部材であり、電極保持体5、ガラス部材6および外部リード棒保持体9の径方向外方に延在するとともに、その先端が発光管1の内方に伸び出ることのないように配置される。内側封止管11とガラス部材6とが、複数の金属箔10を両者の間に挟んで、バーナーなどによって加熱されて溶着される。内側封止管11は、外側封止管12の基端部から外部に伸び出す部位11xを有する。
外側封止管12は、例えば石英ガラスによって直管状に形成され、その先端部が発光管1の端部に繋がっている。外側封止管12は、電極保持体5および第1の集電板4の径方向外方に延在していることが好ましい。外側封止管12の内部には、例えばバーナーなどで加熱されることにより、同軸で内側封止管11が溶着されている。内側封止管11は、外側封止管12よりも全長が長くなっており、外側封止管12と溶着されることなく、外側封止管12の基端部から外方に伸び出す部位11xを有している。
ショートアーク型放電ランプの点灯条件は、例えば、ランプ電力が10kW以上である。
陽極2の本体部21は、このような点灯条件に耐え得るようにするため、例えば、φ30mm以上、重量が800g以上である。
(a)は、電極マウント構成体を製造する手順を示す。先端側と基端側の双方に有底穴6a、6bが形成されたガラス部材6、基端部に第1の集電板4が固定された軸部22、電極保持体5、先端部に第2の集電板8が固定されるとともに基端側にマウントリボン23が設けられた外部リード棒7、外部リード棒保持体9、および複数の金属箔10を準備する。軸部22の基端部をガラス部材6の先端側の有底穴6aに嵌入するとともに、軸部22の先端部が電極保持体5の貫通孔5aを貫通するように電極保持体5を配置する。同時に、外部リード棒7の先端部をガラス部材6の基端側の有底穴6bに嵌入するとともに、外部リード棒7の基端部が外部リード棒保持体9の貫通孔9aを貫通するように外部リード保持体9を配置する。最後に、複数の金属箔10をガラス部材6の側周面上に互いに重なり合わないように配置し、各金属箔10の先端部を第1の集電板4の側周面に溶接などによって固定するとともに、各金属箔10の基端部を第2の集電板8の側周面に溶接などによって固定する。
(b)は、(a)で製造した電極マウント構成体を内側封止管11の内部に挿入する手順を示す。電極マウント構成体を内側封止管11内に挿入し、電極マウント構成体の全体が内側封止管11の内部に収容されるようにする。内側封止管11の全長は、電極マウント構成体の全長よりも相当に大きい。電極マウント構成体は、マウントリボン23の伸縮力を利用して、軸部22が内側封止管11の中心軸に一致するように配置される。
(c)は、内側封止管11の両端部を封止する手順を示す。内側封止管11の双方の端部をバーナーなどで加熱して封じ切る。そして、内側封止管11に設けられた排気用の枝管11aを通じて、内側封止管11内を排気して真空状態にする。内側封止管11の排気が完了した後に、排気用の枝管11aを封じ切る。
(d)は、内側封止管11を電極マウント構成体に溶着する手順を示す。複数の金属箔10をガラス部材6と内側封止管11との間に挟んだ状態で、内側封止管11の、ガラス部材6の径方向外方に延在する箇所をバーナーなどで加熱する。内側封止管11が、熱によって縮径してガラス部材6に溶着する。さらに、内側封止管11の、電極保持体5および外部リード棒保持体9の径方向に延在する箇所を、同様にして加熱して溶着する。
(e)は、電極マウント構成体に溶着した内側封止管11の端部を切断する手順を示す。同図(e)に示す2箇所において内側封止管を切断する。切断箇所は、電極保持体5の先端面よりもやや軸部22の先端寄りの箇所である。
(f)は、電極マウント構成体の軸部22に陽極2の本体部21を取付ける手順を示す。軸部22の先端部を、本体部21の基端側に設けられた有底穴21aに嵌入する。
図(g)は、完成した電極マウント20を示す。
(a)は、電極マウント20を外側封止管12の中心軸に対して位置合わせする手順を示す。一方の外側封止管12を一方の封止用旋盤41に固定する。同時に、電極マウント20の内側封止管11を他方の封止用旋盤42に固定する。このとき、内側封止管11の、外部リード棒7の基端部を超えて延在する部位11bを他方の封止用旋盤42に固定することによって、陽極2の軸部22を外側封止管12の中心軸に対して容易に一致させることができる。つまり、内側封止管11が、外部リード棒7の基端部を超えて延在する部位11bを有することにより、当該部位を封止用旋盤42によって保持することができるため、電極マウント20を外側封止管12に対して位置合わせする手順を容易に行うことができる。
(b)は、電極マウント20を発光管1および外側封止管12の内部に挿入する手順を示す。
電極マウント20が固定された他方の封止用旋盤42を一方の封止用旋盤41に向けて移動させることにより、電極マウント20を他方の外側封止管12内に挿入する。このとき、外側封止管12が電極保持体5および第1の集電板4の径方向外方に延在するとともに、内側封止管11の基端部が外側封止管12の基端部から外方に伸び出すようにする。
(c)は、外側封止管12を電極マウント20に溶着する手順を示す。希ガスや窒素などの不活性ガスを発光管1内に充満させた後に、外側封止管12の同図に示すBの箇所をバーナーなどで加熱する。外側封止管12が熱によって縮径して内側封止管11と溶着する。不活性ガスを発光管1に充満させる目的は、陽極2の本体部21や軸部22などの金属製の部材が酸化することを防止するためである。
なお、陰極側の二重封止構造については、上記した陽極側の二重封止構造と同じであるため、説明は省略する。
図5は、本発明の二重封止構造による効果を、従来の二重封止構造と比較して示す拡大断面図である。同図(b)に示すように、従来の二重封止構造は、外側封止管12の全長が相対的に内側封止管11の全長よりも長くなっている。よって、二次封止においては、外側封止管12の、内側封止管11の全長に相当する範囲Dをバーナーなどで加熱していた。
これに対し、同図(a)に示すように、本願の二重封止構造は、外側封止管12の全長が相対的に内側封止管11の全長よりも短いことにより、内側封止管11が外側封止管12の基端部から外方へ伸び出す部位11xを有する構造である。よって、二次封止においては、同図(a)に示すBの範囲をバーナーなどで加熱するだけで、二重シール構造を実現することができる。
同図(a)、(b)を対比すれば、本願のBの範囲が従来のDの範囲よりも短いことが明らかである。したがって、本発明の二重封止構造を採用することにより、外側封止管12の加熱に要する時間を短縮するとともに加熱に要するエネルギーを低減することができるため、ショートアーク型放電ランプの生産の効率を高めることができる。
外部リード棒7と外部リード棒保持体9との間には、微小な空隙が形成されるため、当該空隙を介して大気中の酸素が侵入する。モリブデンからなる各金属箔10が例えば350℃以上の高温状態になった場合は、金属箔10が上記の空隙を介して侵入した酸素と反応して酸化モリブデンを生成することによって劣化し、ショートアーク型放電ランプを点灯することができなくなる惧れがある。このような事情から、モリブデンからなる各金属箔10の温度を出来る限り低くすることが望ましい。
本発明の二重封止構造によれば、内側封止管11とガラス部材6との間に挟まれた複数の金属箔10が、外側封止管12の内部に配置されていない構造である。すなわち、金属箔10の周囲に内側封止管11のみを延在させることにより、点灯時の金属箔10の温度を従来の二重封止構造に比べて低くすることができる。
第1の集電板4の外径は、金属とガラスとの熱膨張係数の相違を考慮して、電極保持体5の外径に比べて相対的に小さくなっている。そのため、第1の集電板4の両側に配置された電極保持体5の基端部およびガラス部材6の先端部と、その径方向外方に延在するガラスとの間には、それぞれ不可避的に楔状の空隙が形成される。すなわち、第1の集電板4の周辺には、楔状の空隙が形成される。
第1の集電板4の周辺は、上記の空隙の発生によって、機械的に脆い箇所であると言える。ショートアーク型放電ランプの点灯時に発光管内の内圧が第1の集電板4の付近の空隙に印加された場合は、当該空隙の径方向外方に延在するガラスにクラックが生じ、このクラックがガラスの径方向に向けて進行するという問題が生じる。
したがって、本発明のショートアーク型放電ランプは、外側封止管12と内側封止管11の双方が、少なくとも第1の集電板4の径方向外方に延在するような構成とすることが好ましい。このように構成することによって、第1の集電板4の径方向外方に延在するガラスの厚みが大きくなって、発光管1の内圧に対する強度と機械的強度の双方を高くすることができるので、上記したクラックの進行を確実に防止することができる。
つまり、本発明の二重封止構造は、陽極側と陰極側の双方に適用することもできるし、陽極側又は陰極側の何れか一方のみに適用することもできる。
2 陽極
21 本体部
22 軸部
3 陰極
31 本体部
32 軸部
4 第1の集電板
5 電極保持体
6 ガラス部材
7 外部リード棒
8 第2の集電板
9 外部リード棒保持体
10 金属箔
11 内側封止管
11a 枝管
11b 外部リード棒の基端部を超えて延在する部位
11x 外側封止管の基端部から外部に伸び出している部位
12 外側封止管
20 電極マウント
23 マウントリボン
41 一方の封止用旋盤
42 他方の封止用旋盤
Claims (5)
- 発光管と、その両端に連続する一対の外側封止管と、前記外側封止管の内側に当該外側封止管と同軸上に配置されて前記外側封止管に溶着された内側封止管と、前記発光部の内部に対向して配置される本体部とその基端側に連続して外側封止管の基端側に向けて延びる軸部とよりなる一対の電極と、前記電極に電気的に接続され、円板形状を有している第1の集電板と、前記第1の集電板に電気的に接続された複数の金属箔と、前記複数の金属箔が互いに重なり合うことなく外周面に配置され、前記複数の金属箔を挟むよう前記内側封止管の内部に溶着されたガラス部材と、前記金属箔に電気的に接続され、円板形状を有している第2の集電板と、前記第2の集電板に電気的に接続された外部リード棒とを備えたショートアーク型放電ランプにおいて、
前記第1の集電板の径方向外方には、前記内側封止管と前記外側封止管が延在すると共に、前記第2の集電板の径方向外方には、前記内側封止管のみが延在することで、前記内側封止管は、前記外側封止管に溶着されることなく前記外側封止管の端部から外部に伸び出す部位を有することを特徴とするショートアーク型放電ランプ。 - 前記外側封止管の全長が、前記内側封止管の全長よりも短いことを特徴とする請求項1に記載のショートアーク型放電ランプ
- 前記発光管内に、発光物質として水銀が封入されていることを特徴とする請求項1に記載のショートアーク型放電ランプ。
- 請求項1ないし請求項3に記載のショートアーク型放電ランプを製造するために使用する電極マウントであって、
本体部とその基端側に連続する軸部とよりなる電極と、前記電極に電気的に接続された第1の集電板と、前記第1の集電板に電気的に接続された複数の金属箔と、前記複数の金属箔が互いに重なり合うことなく外周面に配置されたガラス部材と、前記複数の金属箔に電気的に接続された第2の集電板と、前記第2の集電板に電気的に接続された外部リード棒と、前記金属箔を挟むように前記ガラス部材の径方向外方に溶着された内側封止管とを有し、
前記内側封止管が、前記第1の集電板の径方向外方に延在しているとともに、前記外部リード棒の基端部を超えて延在していることを特徴とする電極マウント。 - 本体部とその基端側に連続する軸部とよりなる電極と、前記電極に電気的に接続され、円板形状を有している第1の集電板と、前記第1の集電板に電気的に接続された複数の金属箔と、前記複数の金属箔が互いに重なり合うことなく外周面に配置されたガラス部材と、前記複数の金属箔に電気的に接続され、円板形状を有している第2の集電板と、前記第2の集電板に電気的に接続された外部リード棒と、前記金属箔を挟むように前記ガラス部材の径方向外方に溶着された内側封止管とを有する電極マウントを組み立てる手順と、
前記電極マウントを、前記第1の集電板の径方向外方には、前記内側封止管と前記外側封止管が延在すると共に、前記第2の集電板の径方向外方には、前記内側封止管のみが延在することで、前記内側封止管が外側封止管の端部から外部に伸び出るように、外側封止管内に挿入する手順と、
前記外側封止管を、当該外側封止管内に配置された前記内側封止管に溶着する手順と、
を行うことを特徴とするショートアーク型放電ランプの製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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