JP4662471B2 - ショートアーク型放電ランプの封止部構造とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ショートアーク放電型ランプの封止部構造に関し、特に、半導体や液晶の製造分野などで使用されるショートアーク型放電ランプの封止管内の構造に関する。

一重封止構造を有するショートアーク型放電ランプは、図13に示すような構造をしている。半導体や液晶の製造分野などで光源として使用されているショートアーク型放電ランプでは、封止部により電極を支持するとともに、発光管の気密状態を維持している。一重封止構造を有するショートアーク型放電ランプの封止部の構造について、図13を参照しながら説明する。

陽極２を支える電極支持棒４と封止管51との間には内部ガラス管６があり、電極支持棒４を保持している。電極支持棒４は、内部金属リング14に溶接されている。内部金属リング14は、内部ガラス管６とガラス棒18の間に介在している。内部金属リング14の円周面上には、複数枚の厚さ１mm以下の金属箔８が溶接されている。その円周面上にはさらに、金属箔（図示せず）が巻かれている。複数枚の金属箔８は、ガラス棒18と封止管51との間に、円周方向に各々離れて配置されている。複数枚の金属箔８は、それらに溶接された内部金属リング14を介して、互いに電気的に導通している。

複数枚の金属箔８は、外部金属リング15に溶接されている。その円周面上にはさらに、金属箔（図示せず）が巻かれている。外部金属リング15は、外部ガラス管７とガラス棒18との間に介在している。外部金属リング15には、リード棒５が溶接されており、リード棒５から電力を供給するようになっている。リード棒５から放電ランプの内部の陽極２へ電力を供給する一連の金属性部品と、これらを保持するガラス部品から構成される部品をまとめて、マウント部品と称する。マウント部品を封止管に溶着した部分を封止部と称する。このような封止部は、放電ランプの強度や寿命に密接に関連している。

金属箔８をガラス棒18と封止管51との間に挟んで、バーナーなどにより加熱して溶着して封止することにより、放電ランプ内部と外部の間の気密状態を実現している。図13において、内部ガラス管６の放電空間側端面と陽極２の先端面までの長さをA3とする。封止を行う際に、封止管51と内部ガラス管６との溶着が不十分であると、溶着端部56からクラックが発生して破裂の原因となるので、十分に加熱して溶着する必要がある。また、封止を行うときのバーナーなどの熱により発光管１が変形すると、放電ランプとしての性能が著しく低下してしまう。そのため、封止を行う際の溶着を十分に行いつつ発光管１の変形を防ぐには、溶着端部56は、発光管１からある程度離れている必要がある。したがって、内部ガラス管６の放電空間側端面と陽極２の先端面までの長さA3は、ある一定の距離が必要である。

一方、半導体や液晶の製造分野などでの生産効率を向上させるために、ショートアーク型放電ランプの大電力化が進んでいる。放電ランプが大電力化すると陽極２が大型化して重くなる。電極支持棒４を介して内部ガラス管６で電極が保持されている片持梁構造であるので、電極支持棒４から内部金属リング14などに大きな力がかかることになる。そのため、ランプ製造時等に金属箔８へ多大な応力がかかって封止部が破損するなど、新たな問題が生じてきた。その対策としては、封止部を二重封止構造とすることが有効である。二重封止構造では、ランプ製造時等に金属箔８へ多大な応力がかからないので、金属箔８が破断するような不具合が解消できる。また、電極が大型になり非常に重くなっても、マウント部品を封止管に正確に溶着でき、封止部の機械的強度が高まり、ランプ製造時や輸送時における破損の危険性が減少する。以下に、ショートアーク型放電ランプの二重封止構造の従来技術を説明する。

本出願人が特許文献１において提案した従来の二重封止構造のショートアーク型放電ランプを、図14〜図17を参照しながら説明する。図14は、従来の二重封止構造のショートアーク型放電ランプの封止部の断面図である。図14に示すように、放電空間を形成する発光管１があり、発光管１内には一対の電極(陽極２、陰極３)が対向配置されている。A2は、内部ガラス管６の放電空間側端面から陽極２の先端面までの長さである。

図14に示すような放電ランプは通常、封止部の外部金属リングの周辺を包み込むように、口金(ベース)を接着剤等により固着して製品として出荷される。放電ランプは、口金(ベース)を介して点灯装置に取り付けられて点灯する。点灯中は、放電ランプから放射した光は楕円ミラーにより反射して、所望の場所を照射する。楕円ミラーから反射した光の一部は、口金を照射して口金を加熱する。放電ランプの大電力化に伴い電極が大型化すると、電極を保持するために封止部の強度を高める。封止部の強度を高めるために、封止部の外径を大きくし、封止部を挿入する口金の内径を大きくする。

図15は、従来の二重封止構造のショートアーク型放電ランプの封止部の拡大断面図である。放電空間を形成する発光管１の両端に、外側封止管11が連接している。外側封止管11の内側に、同軸で内側封止管50が溶着されている。ショートアーク型放電ランプのマウント部品19は、電極に連接する電極支持棒４と、電極支持棒４を保持する内部ガラス管６と、電極支持棒４に電気的に接続された内部金属リング14と、内部金属リング14に溶接した金属箔８と、金属箔８が外周面上に配置されたガラス棒18と、ガラス棒18の外部側に配置され金属箔８に電気的に接続された外部金属リング15と、外部金属リング15に接続され外部から給電するリード棒５と、リード棒５を保持する外部ガラス管７とから構成されている。この放電ランプは、マウント部品19の外径より大きな内径を持つ内側封止管50で金属箔８を溶着したシール体が外側封止管11内に配置され、内側封止管50と外側封止管11とが溶着された構造を持つ。

図16は、従来の二重封止構造のショートアーク型放電ランプの封止部の部分拡大断面図である。図16において、外側溶着端部55は、内側封止管50と外側封止管11との溶着部の放電空間側の終端である。内側溶着端部54は、内部ガラス管６と内側封止管50との溶着部の放電空間側の終端である。B1は、内側封止管50が放電空間に露出している軸方向の長さである。

内側封止管50と内部ガラス管６との溶着部は、十分に加熱して馴染ませる必要がある。その理由は、内側封止管50と内部ガラス管６との溶着が不十分であると、内側溶着端部54からクラックが発生し、ランプ点灯時の破裂の起点となるからである。さらに、内側封止管50と外側封止管11との溶着部も、十分に加熱して馴染ませる必要がある。その理由は、内側封止管50と外側封止管11との溶着が不十分であると、外側溶着端部55からクラックが発生し、ランプ点灯時の破裂の起点となるからである。

この二重封止構造の製造方法を、図17(ａ)〜(ｃ)を参照しながら説明する。図17(ａ)は、マウント部品19を、溶着前の内側封止管60内に挿入した状態を示す図である。マウント部品19を溶着前の内側封止管60内に挿入して、溶着前の内側封止管60内を負圧状態としてバーナーなどにより加熱して、溶着前の内側封止管60とマウント部品19を溶着する。溶着前の内側封止管60をバーナーなどにより加熱して縮径させて、少なくとも内部ガラス管６の電極側の端部まで溶着する。内部ガラス管６に溶着した内側封止管は所望の位置で切断する。

図17(ｂ)は、内側封止管50を所望の位置で切断したマウント部品19を、溶着前の外側封止管21内に挿入した状態を示す図である。図17(ｃ)には、内側封止管50を所望の位置で切断したマウント部品19を、溶着前の外側封止管21内に挿入して、陽極２を放電空間Ｓ内の所望の位置に配置した状態を示す。溶着前の外側封止管21内（放電空間内）を負圧状態として、バーナーなどにより加熱して、溶着前の外側封止管21と内側封止管50を溶着する。放電空間において相対する陰極３に対しても、同様に封止を行う。

内側封止管50が溶着前の外側封止管21に十分に溶着されるためには、内側封止管50が放電空間に露出している軸方向の長さB1（図16）は、ある範囲の長さを有することが好ましい。そのため、図16に示すように、外側溶着端部55と内側溶着端部54は、長さB1だけ軸方向に離れている。また、一重封止構造と同様の理由により、外側溶着端部55は、発光管１からある距離を隔てて配設されることが好ましい。そのため、従来の二重封止構造における内部ガラス管の放電空間側端面から陽極２の先端面までの長さA2（図14）は、一重封止構造の場合の長さA3（図13）と比較して、長さB1だけ長くなる。つまり、A2≒B1＋A3となる。

放電ランプの製造工程における封止工程には、排気工程と溶着工程がある。排気工程は、封止管内を負圧状態とするための工程であり、溶着工程は、内部が負圧状態となった封止管をバーナーなどの熱により加熱して縮径させる工程である。一重管封止構造の封止工程は、封止管が１つであるので、封止工程が１回である。それに対し、従来の二重封止構造の封止工程は、図17に示すとおり、内側封止管の封止工程(図17(ａ))と、外側封止管の封止工程(図17(ｂ))とで、封止工程が２回必要である。
特願2005-279313号明細書

しかし、従来の二重封止構造では、以下のような問題がある。一重封止構造の場合よりも、電極から離れた位置に内部ガラス管が配設される。同じ重さの電極を、電極支持棒を介して、同じ形状の内部ガラス管で保持する場合でも、テコの原理により、一重封止構造の場合より大きな応力が内部ガラス管にかかる。そのため、内部ガラス管の破損が起こりやすくなり、放電ランプの大電力化に伴う電極の大型化により、このような破損の危険性は一層顕著になる。

一重封止構造では、ランプ点灯時の破裂の起点となる溶着端部は１箇所（１つの円周部分）である。それに対し、ランプ点灯時の破裂の起点となる溶着端部は、内側溶着端部と外側溶着端部とで２箇所（２つの円周部分）に増えた。破裂原因箇所が増えて信頼性が低下するのを避けるには、溶着部端部の溶着を入念に行う必要があり、多くの封止作業時間と検査作業時間がかかって、ランプ製造工程の効率が悪くなる。

内部ガラス管に溶着した内側封止管を任意の位置で切断すると、切断された内側封止管の切断面には、微小なカケやクラックが生じる。この微小なカケやクラックが、内側封止管の放電空間側の端部に残されていると、ランプ点灯時の破裂の起点となる。この微小なカケやクラックを十分に加熱して無くすために、多くの封止作業時間と検査作業時間がかかり、ランプ製造工程の効率が悪くなる。

封止部の強度を高めるためには封止部の外径を大きくする必要がある。口金の外径が大きくなると、点灯装置に取り付けた際に、楕円ミラーで反射した光が口金に当たる面積が大きくなる。そのため、口金の温度が異常に高くなり、ランプ破損の原因となる。その対策として、ランプの口金を冷却効率の高い構造とすると、ランプのコストが高くなる。また、点灯装置に口金の冷却を強める機構を付けると、ランニングコストが高くなる。封止部の強度を高めるためには封止部の外径を大きくする必要があるが、口金の過熱を防ぐためには封止部の外径を小さくする必要がある。この相反する条件を満たすことができない。

一重封止構造の場合と比較して封止工程が多くなり、生産効率が低い。また、同等の生産数を得るためには多くの設備が必要となる。内側封止管と外側封止管とを一度に封止しようとすると、内側封止管が軸方向へ動いてしまうので、一度に封止することは不可能である。これらの理由によりランプのコストが高くなる。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、ショートアーク型放電ランプの二重封止構造の信頼性と製造効率を高めることである。

上記の課題を解決するために、本発明では、ガラス製の発光管と、発光管に連接されたガラス製の外側封止管と、外側封止管の内側に同軸状に溶着された内側封止管と、発光管内に封じられた一対の電極と、電極を支持する金属製の電極支持棒と、電極に電気的に接続された内部金属リングと、電極に電力を供給するためのリード棒と、リード棒に電気的に接続された外部金属リングと、内部金属リングと外部金属リングに電気的に接続された複数枚の金属箔と、リード棒を支持する外部ガラス管と、リード棒と内部金属リングと外部金属リングと電極支持棒と金属箔とを支持するガラス棒と、電極支持棒を支持する内部ガラス管とを具備する二重封止構造のショートアーク型放電ランプの封止部構造の内側封止管の放電空間側の端部は、内部ガラス管の中間部に配置されて、内部ガラス管と外側封止管とに包まれて溶着されている構成とした。

また、内部ガラス管を、大径部および小径部を有する異径内部ガラス管とし、中間部は、小径部と大径部との間の傾斜部であり、傾斜部のテーパ角Ｒを、内部ガラス管の中心軸に対して、０°＜Ｒ≦90°とした。外部ガラス管と外部金属リングとガラス棒と内部金属リングの外径と異径内部ガラス管の小径部の外径をすべて等しくした。内側封止管を、複数種類の外径を有し、外径を異にする複数の部分内側封止管を軸方向に直列状に一体化した内側封止管とした。内側封止管のうち、外部金属リングを囲む部分の外径を、内部金属リングを囲む部分の外径より小さくした。外部ガラス管の軸方向外側に固定リングを設け、内側封止管の外部端部が固定リングに接するようにした。

また、ショートアーク型放電ランプの製造方法を、電極と、電極を支持する金属製の電極支持棒と、電極に電気的に接続される内部金属リングと、電極に電力を供給するリード棒と、リード棒に電気的に接続される外部金属リングと、内部金属リングと外部金属リングに電気的に接続される複数枚の金属箔と、リード棒を支持する外部ガラス管と、リード棒と内部金属リングと外部金属リングと電極支持棒と金属箔とを支持するガラス棒と、電極支持棒を支持する内部ガラス管とでマウント部を組み立てる工程と、内側封止管内にマウント部を挿入する工程と、マウント部が挿入された内側封止管を外側封止管内に挿入する工程と、マウント部が挿入された内側封止管を外側封止管内に挿入させた状態で外側封止管と内側封止管とを同時に縮径させてマウント部に溶着する工程とからなる方法とした。

上記のように構成したことにより、二重封止構造のショートアーク型放電ランプにおいて、従来と同じ形状の内部ガラス管を用いた場合においても、電極を支える電極支持棒から内部ガラス管にかかる応力を、一重封止構造の場合と同程度に小さくすることができる。また、破裂原因となる溶着端部が１つになって信頼性が向上し、溶着状態の検査時間も短縮できる。強度が必要な封止部の外径を大きくしても口金の外径は大きくならず、口金の過熱を防止できる。また、二重の封止管を一度に封止できるので、二重封止構造でも一重封止の場合と同等の封止工程となり、作業時間を短縮できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図12を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例１は、内側封止管の放電空間側の端部を内部ガラス管の中間部に配置して、内部ガラス管と外側封止管を溶着したショートアーク型放電ランプの封止部構造である。

図１は、本発明の実施例１におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す全体断面図である。図１において、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は、プラス側の電極である。陰極３は、マイナス側の電極である。A１は、内部ガラス管の放電空間側端面から陽極先端面までの長さである。

図２は、ショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す部分断面図である。図２において、電極支持棒４は、陽極を支持する金属部材である。リード棒５は、電力を供給するための導電性部材である。内側封止管10は、気密封止のための円筒状のガラス部材である。内部端部16は、内側封止管10の放電空間側の端部である。外部端部17は、内側封止管10の固定リング側の端部である。外側封止管11は、発光管の延長の円筒状部分である。ガラス棒18は、リード棒と電極支持棒４を構造的に連結するガラス部材である。内部ガラス管６は、電極支持棒４を保持するガラス部材である。外部ガラス管７は、リード棒５を保持するガラス部材である。金属箔８は、ガラス棒18と内側封止管１０との間に介在し、内部金属リングと外部金属リングを電気的に接続する金属製の部材である。固定リング９は、内側封止管の軸方向への動きを抑制する金属製の部材である。内部金属リング14は、電極支持棒４と金属箔８を電気的に接続する金属製の部材である。外部金属リング15は、リード棒と金属箔を電気的に接続する金属製の部材である。放電空間Ｓは、水銀および希ガスが封入されて放電が起こる空間である。

図３は、ショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す一部拡大断面図である。図３において、溶着端部24は、内部ガラス管と外側封止管との溶着部の放電空間側の終端である。L1は、内部ガラス管と内側封止管とが溶着される軸方向の長さである。L2は、内部ガラス管の軸方向の長さである。図４は、ショートアーク型放電ランプの封止部構造のマウント部品を内側封止管内に挿入した状態を示す断面図である。図４において、固定リング９は、内側封止管の軸方向の動きを抑制するための、リング状の部品である。溶着前の内側封止管20は、バーナーなどの熱により縮径して溶着される前の内側封止管である。内部端部26は、溶着前の内側封止管の放電空間側の端部である。外部端部27は、溶着前の内側封止管の放電空間とは反対側の端部である。

図５は、ショートアーク型放電ランプの封止部構造のマウント部品を外側封止管の中に挿入して所望の位置に配置した状態を示す断面図である。図５において、溶着前の外側封止管21は、バーナーなどの熱により縮径して溶着される前の外側封止管である。D3は、溶着前の内側封止管20の外径である。D4は、溶着前の外側封止管21の内径である。

上記のように構成された本発明の実施例１におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造と製造方法を説明する。最初に、図１〜図３を参照しながら、ショートアーク型放電ランプの全体構造を説明する。ショートアーク型放電ランプは、中央部が膨らんだ発光管１を有し、発光管１内に、相対して一対の陽極２と陰極３を有する。さらに、放電ランプの外部から内部の電極へ電力を供給する一連の金属性部品と、これらを保持するガラス部品とで構成されるマウント部品19を有する。マウント部品19は具体的には、陽極２、電極支持棒４、リード棒５、ガラス棒18、内部ガラス管６、外部ガラス管７、金属箔８、内部金属リング14、外部金属リング15で構成される。

図１に示すように、内部ガラス管６は、陽極先端面からの長さA１の位置に配設されている。ここで、内側封止管10が、放電空間Ｓに露出していないと、図１６に示す内側封止管が放電空間に露出している従来の二重封止構造のように、内側封止管が外側封止管に十分に溶着されるための軸方向の長さB1を必要としないので、内側封止管が放電空間に露出している従来の二重封止構造と比較して、内部ガラス管６の放電空間側の端面を、軸方向の陽極２側に近づけて配設できる。つまり、A1（図１）は、A2（図14）よりもB1（図14、16）だけ小さくすることができ、A3（図13）とほぼ等しくできる。すなわち、
A1≒A3≒A2−B1
となる。電極支持棒は、内部ガラス管に支持される片持梁であり、テコの原理により大きな力が内部ガラス管にかかるが、従来の二重封止構造と比較して、陽極に近い位置で電極支持棒を保持することで、内部ガラス管にかかる応力を、一重封止構造の場合と同程度に小さくでき、内部ガラス管の破損を防止できる。

図３に示すように、内側封止管10は、長さL1の範囲にわたって、外側封止管11と内部ガラス管６との間で溶着される。内部端部16より放電空間側では、外側封止管11と内部ガラス管６が溶着されている。内側封止管10の内部端部16は、放電空間Ｓに露出していない。内側封止管10が放電空間Ｓに露出していないので、二重封止構造でありながら、溶着端部は１箇所（１つの円周）のみとなり、一重封止構造の場合と同じとなる。その結果、クラックの発生要因となる部分が少なくなって信頼性が向上し、溶着状態の検査時間も短縮できる。

放電ランプの点灯時の圧力に対する強度（耐圧）を高めるためには、マウント部品19と両封止管とを十分に馴染ませて溶着する必要がある。そのため、内部金属リング14周辺のマウント部品19と内側封止管10とを十分に馴染ませて溶着することが好ましい。内側封止管10と内部ガラス管６が溶着している軸方向の長さL1（図３）は、十分に長いことが好ましい。

また、内部ガラス管６と外側封止管11との溶着端部24は、放電ランプ点灯時に破裂の原因になるクラックの起点となるので、内部ガラス管６と外側封止管11とを十分に馴染ませて溶着する必要がある。また、電極保持をより安定させるためにも、外側封止管11と内部ガラス管６とが溶着している軸方向長さ（L2−L1）（図３）は十分に長いことが好ましい。内部端部16は、溶着端部24から十分に離れていることが好ましい。つまり、０＜L1＜L2とする。

内部ガラス管６の外径は、金属箔８の厚さを無視すると、両金属リングの外径と等しい値となることが望ましい。その理由は次の通りである。外径が一致すると、一連の複数の部品が円柱状の１つの側面を有するようになるので、封止部内に配置される電極支持棒４やガラス部品などを、封止前に容易に組み立てられる。また、発光管１内部と外部との気密状態が、より確実に得られ、両金属リングの酸化を防ぐことができる。

次に、図４を参照しながら、マウント部品について説明する。従来のものと同様に作製したマウント部品19を、内側封止管20内に挿入する。マウント部品の最大の外径をD1とし、内側封止管の内径をD2とすると、D1＜D2とすることにより、マウント部品19を内側封止管20の中に挿入することができる。マウント部品19を内側封止管20の中に挿入する際には、マウント部品19を構成する部品の外径が全て等しいことが好ましいことは明らかである。

固定リング９を設けることにより、溶着前の内側封止管20が軸方向に電極とは反対側へ動くのを抑制できる。固定リング９は、リード棒５に固定される。固定リング９が金属の場合は、リード棒５に溶接するなどの方法により、軸方向の動きを抑制する。固定リング９がガラスである場合は、リード棒５にストッパで固定するなどの方法により、軸方向の動きを抑制する。固定リング９と内側封止管20の外部端部27が接した状態で、内側封止管20の内部端部26を所望の位置に配設できるように、固定リング９の位置を定める。そのため、封止を行う際は、固定リング９と内側封止管20の外部端部27が接した状態で行う。

次に、図５を参照しながら、マウント部品の配置方法について説明する。内側封止管20が保持されたマウント部品19を、溶着前の外側封止管21の中に挿入して、陽極２を放電空間Ｓ内の所望の位置に配置する。内側封止管20の外径をD3とし、外側封止管21の内径をD4とすると、D3＜D4とすることにより、内側封止管20が保持されたマウント部品19を、溶着前の外側封止管21の中に挿入することができる。外側封止管内（放電空間内）を負圧状態として、バーナーなどにより加熱して、外側封止管21と内側封止管20とを縮径して、外側封止管21と内側封止管20とマウント部品19とを溶着する。このように、二重封止構造の封止を一度に行えるので、二重封止構造でありながら、一重封止の場合と同等の封止工程となり、封止作業時間を短縮できる。

放電空間において相対する陰極３に対しても、同様に封止を行う。両電極が封止された状態の放電空間内を排気して、水銀および希ガスを封入する。その後、ダイヤモンドカッターなどにより、固定リング９周辺の不要な封止管をカットすることにより、図１に示すようなショートアーク型放電ランプが完成する。図１に示すショートアーク型放電ランプを、固定リング付近の外部ガラス管の部分でカットすると、ランプの全長を短くすることができ、コンパクトなショートアーク型放電ランプ(図示せず)とすることができる。この場合、内側封止管内にマウント部品を保持する際に、金属製の固定リングを内側封止管と接するだけの状態にすると、容易に内側封止管から固定リングを分離することができる。

上記のように、本発明の実施例１では、ショートアーク型放電ランプの封止部構造を、内側封止管の放電空間側の端部を内部ガラス管の中間部に配置して、内部ガラス管と外側封止管を溶着した構成としたので、内側封止管の放電空間側の端部が放電空間に露出せず、二重封止構造の信頼性が高まり、製造効率も向上する。

本発明の実施例２は、小径部と大径部がある異径内部ガラス管を用いてマウント部品を構成し、異径内部ガラス管の小径部と大径部の間に、内側封止管の放電空間側の端部を合わせて、内側封止管の放電空間側の端部が放電空間に露出しないように、内部ガラス管と外側封止管を溶着したショートアーク型放電ランプの封止部構造である。

図６は、本発明の実施例２におけるショートアーク型放電ランプの断面図である。図６において、異径内部ガラス管36は、２つの異なる外径を有する内部ガラス管である。図７は、ショートアーク型放電ランプの封止部の一部拡大図である。図７において、内側封止管10は、気密封止のための円筒状のガラス部材である。外側封止管11は、発光管の延長の円筒状部分である。小径部37は、異径内部ガラス管の径が小さい部分である。大径部38は、異径内部ガラス管の径が大きい部分である。傾斜部39は、異径内部ガラス管の大径部と小径部との間の部分である。異径内部ガラス管の小径部37の外径はC1であり、大径部38の外径はC2である。小径部37の軸方向の長さはL4であり、内部ガラス管の軸方向の長さはL3である。傾斜部39は、異径内部ガラス管の中心軸に対して角度Ｒの傾斜面を有する。なお、その他の部分は、図１や図２で示したマウント部品と同じであるので、説明を省略する

図８は、異径内部ガラス管を用いた異径マウント部品29を、溶着前の内側封止管20内に封入した状態を示す図である。溶着前の内側封止管20は、バーナーなどの熱により縮径して溶着される前の内側封止管である。内部端部26は、溶着前の内側封止管20の放電空間側の端部である。外部端部27は、溶着前の内側封止管20の固定リング側の端部である。

上記のように構成された本発明の実施例２におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造と製造方法を、図６〜図８を参照しながら説明する。図７と図８に示すように、小径部37の外径をC1とし、内側封止管20の内径をC3とし、大径部38の外径をC2とする。C1＜C3＜C2とすることにより、異径マウント部品29の大径部38より外側の部分を、溶着前の内側封止管20内に挿入することができる。溶着前の内側封止管20の内部端部26は、異径内部ガラス管の傾斜部39と接して止まる。傾斜部39は、内側封止管20の一端を係止するストッパの機能を果たすものである。溶着前の内側封止管20の外部端部27は、固定リング９に接している。そのため、傾斜部39と外部端部27により、溶着前の内側封止管20の軸方向への動きを抑制することができる。

異径内部ガラス管36を用いて、実施例１と同様に、異径マウント部品29を作製する。異径マウント部品29を、溶着前の内側封止管20内に挿入し、固定リング９で、軸方向の動きを止める。溶着前の内側封止管20が固定された異径マウント部品29は、実施例１と同様に、外側封止管に挿入して封止する。異径内部ガラス管と固定リングにより、内側封止管の軸方向への動きを止めることができるので、内側封止管が所望の位置にマウント部品を包み込んだ状態で、二重封止管構造の封止が一工程でできる。また、内側封止管が固定されているので、作業が容易である。

異径マウント部品29と内側封止管10と外側封止管11が、バーナーなどにより加熱されて溶着され、発光管内部と外部との間の気密状態を維持するように封止される。傾斜部39の角度Ｒを90°以下とすることにより、異径内部ガラス管36と内側封止管10と外側封止管11をよく馴染ませて溶着できる。その結果、傾斜部付近を起点とする破損が発生しにくくなる。

内部金属リング周辺のマウント部品と内側封止管も、十分に馴染ませて溶着する。また、異径内部ガラス管と外側封止管も、十分に馴染ませて溶着する。内側封止管と内部ガラス管が溶着している小径部の長さL1を、十分に長くする。外側封止管と異径内部ガラス管とが溶着している軸方向の長さも、十分に長くする。傾斜部39を、溶着端部24から十分に離す。つまり、０＜L4＜L3とする。

発光管１に連接された外側封止管11と異径マウント部品29の間には、異径内部ガラス管36の傾斜部39付近まで、内側封止管10が介在する。内側封止管10は、放電空間Ｓに露出していない。そのため、従来の二重封止構造と比較して、クラックの発生要因となる部分が少なくなって信頼性が向上し、溶着状態の検査時間も短縮できる。また、実施例１と同様に、異径内部ガラス管にかかる応力が、一重封止構造と同程度に小さくなるので、異径内部ガラス管の破損を防止できる。

上記のように、本発明の実施例２では、ショートアーク型放電ランプの封止部構造を、小径部と大径部がある異径内部ガラス管を用いてマウント部品を構成し、異径内部ガラス管の小径部と大径部の間に、内側封止管の放電空間側の端部を合わせて、内側封止管の放電空間側の端部が放電空間に露出しないように、内部ガラス管と外側封止管を溶着した構成としたので、二重封止構造の信頼性と製造効率を高めることができる。

本発明の実施例３は、外径が異なる２つの内側封止管を軸方向に直列に配列し、内部内側封止管の放電空間側の端部を異径内部ガラス管の小径部と大径部の間の傾斜部に合せて、内部内側封止管の放電空間側の端部が放電空間に露出しないように、異径内部ガラス管と外側封止管を溶着したショートアーク型放電ランプの封止部構造である。

図９は、本発明の実施例３におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す全体断面図である。図９において、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は、プラス側の電極である。陰極３は、マイナス側の電極である。内部内側封止管12は、外部内側封止管と比較して外径が大きい内側封止管である。外部内側封止管13は、内部内側封止管と比較して外径が小さい内側封止管である。

図10は、ショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す一部拡大断面図である。図10において、外側封止管11は、発光管の延長の円筒状部分である。内部内側封止管12は、外部内側封止管と比較して外径が大きい内側封止管である。外部内側封止管13は、内部内側封止管と比較して外径が小さい内側封止管である。内部金属リング14は、電極支持棒と金属箔を電気的に接続する金属製の部材である。内部端部16は、内部内側封止管の放電空間側の端部である。溶着端部24は、内部ガラス管と外側封止管との溶着部の放電空間側の終端である。接合側端部28は、内部内側封止管の外部内側封止管に接する端部である。異径内部ガラス管36は、２つの異なる外径を有する内部ガラス管である。傾斜部39は、異径内部ガラス管の大径部と小径部との間の部分である。放電空間Ｓは、水銀および希ガスが封入されて放電が起こる空間である。L5は、ガラス棒もしくは金属箔と内部内側封止管が溶着している長さである。

図11は、ショートアーク型放電ランプの封止部構造の異径内部ガラス管を用いた異径マウント部品を内側封止管内に挿入した状態を示す断面図である。図11において、固定リング９は、内側封止管の軸方向への動きを抑制する金属製の部材である。内部内側封止管22は、溶着前の内部内側封止管であり、外部内側封止管と比較して、内径は同じで外径が大きい内側封止管である。外部内側封止管23は、溶着前の外部内側封止管であり、内部内側封止管と比較して、内径は同じで外径が小さい内側封止管である。内部端部26は、溶着前の内部内側封止管の放電空間側の端部である。外部端部27は、溶着前の外部内側封止管の放電空間とは反対側の端部である。異径マウント部品29は、異径内部ガラス管を用いたマウント部品である。異径内部ガラス管36は、２つの異なる外径を有する内部ガラス管である。傾斜部39は、異径内部ガラス管の大径部と小径部との間の部分である。

上記のように構成された本発明の実施例３におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造について、図９〜図11を参照しながら詳しく説明する。図９に示すように、軸方向に直列に配列された外径が異なる２つの内側封止管を用いることにより、高い強度が必要とされる内側金属リング周辺の封止部の外径を大きくできる。この外径を大きくしても、外側金属リング周辺の封止部の外径は大きくならないので、口金を大きくする必要がない。口金が過熱しないので、リード棒が酸化することはなく、ランプが破損することはない。

図10に示すように、発光管１に連接された外側封止管11と異径マウント部品29の間には、異径内部ガラス管36の傾斜部39付近まで、内部内側封止管12が介在する。内部内側封止管12は、放電空間Ｓに露出しないようになっている。そのため、実施例１、２と同様に、一重封止構造と同等に、異径内部ガラス管36にかかる応力が小さくなり、異径内部ガラス管36の破損を防止することができる。また、従来の二重封止構造と比較して、クラックの発生要因となる部分が少なくなることにより、信頼性が向上し、溶着状態の検査時間も短縮することができる。

図10に示す内部内側封止管12と異径内部ガラス管36が溶着している長さを、十分に長くする。傾斜部39を、溶着端部24から十分に離す。また、内部金属リング14周辺のマウント部品と内部内側封止管12を、十分に馴染ませて溶着する。ガラス棒や金属箔と内部内側封止管22とが溶着している長さL5を、十分に長くする。

図11を参照しながら、２種類の内側封止管を用いる二重封止構造の製造方法を説明する。実施例２と同様に、異径内部ガラス管36を用いた異径マウント部品29を作製する。外径を異にする２つの内側封止管（内部内側封止管22と外部内側封止管23）を、軸方向に直列に配列する。２種類の内側封止管は、内部内側封止管22の外径が大きく、外部内側封止管23の外径は小さい。両内側封止管内に、異径マウント部品29を挿入し、固定リング９で軸方向の動きを止める。このとき、内部内側封止管22の内部端部26は、異径内部ガラス管36の傾斜部39と接している。外部内側封止管23の外部端部27は、固定リング９に接している。そのため、両内側封止管の軸方向への動きを抑制することができる。異径マウント部品29を両内側封止管内に容易に挿入できるようにするためには、両内側封止管の内径を同じにする。両内側封止管が固定された異径マウント部品29を、実施例２と同様に、外側封止管に挿入して封止する。

図11に示すように、異径内部ガラス管36と固定リング９により、両内側封止管の軸方向への動きを止めることができるので、２つの内側封止管が一体化されていなくても、両内側封止管が所望の位置に異径マウント部品29を包み込んだ状態で、二重封止管構造を封止する作業が一工程で容易にできる。外径の異なる２種類の内側封止管を用いる例について説明したが、必要な強度に応じて外径の異なる内側封止管を３種類以上用いることにより、所望の強度と形状を備えた二重封止構造を簡単に得ることもできる。

上記のように、本発明の実施例３では、ショートアーク型放電ランプの封止部構造を、外径が異なる２つの内側封止管を軸方向に直列に配列し、内部内側封止管の放電空間側の端部を異径内部ガラス管の小径部と大径部の間の傾斜部に合せて、内部内側封止管の放電空間側の端部が放電空間に露出しないように、異径内部ガラス管と外側封止管を溶着した構成としたので、二重封止構造の信頼性と製造効率を高めることができる。

本発明の実施例４は、２種類の外径をもつ異径内側封止管の放電空間側の端部が放電空間に露出しないように、異径内側封止管の放電空間側の端部を異径内部ガラス管の小径部と大径部の間の傾斜部に合せて、異径内部ガラス管と外側封止管を溶着したショートアーク型放電ランプの封止部構造である。

図12は、本発明の実施例４におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造の製造過程において、異径内部ガラス管を用いた異径マウント部品を異径内側封止管内に挿入した状態を示す断面図である。図12において、固定リング９は、異径内側封止管の軸方向への動きを抑制する金属製の部材である。内部端部26は、溶着前の異径内側封止管の放電空間側の端部である。外部端部27は、溶着前の異径内側封止管の放電空間とは反対側の端部である。異径マウント部品29は、異径内部ガラス管を用いたマウント部品である。異径内部ガラス管36は、２つの異なる外径を有する内部ガラス管である。傾斜部39は、異径内部ガラス管の大径部と小径部との間の部分である。異径内側封止管46は、２種類の外径をもつ内側封止管である。小径部47は、大径部と比較して、内径は同等の大きさで外径が小さい部分である。大径部48は、小径部と比較して、内径は同等の大きさで外径が大きい部分である。

上記のように構成された本発明の実施例４におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造について詳しく説明する。最初に、異径内側封止管の作製方法を説明する。内径と外径が均一なガラス管を、バーナーなどにより加熱して、内径を一定にしながら軸方向に焼き縮めることにより、外径の大きい部分を作製する。または、内径と外径が均一なガラス管を、バーナーなどにより加熱して、内径を一定にしながら軸方向に焼き伸ばすことにより、外径が小さい部分を作製する。または、内径が等しく外径が異なる複数のガラス管を、バーナーなどにより加熱溶着して作製する。

次に、図12を参照しながら、封止部構造の製造方法を説明する。実施例２と同様にして、異径内部ガラス管36を用いた異径マウント部品29を作製する。この異径マウント部品29を異径内側封止管46内に挿入し、固定リング９で軸方向の動きを止める。異径内側封止管46が固定された異径マウント部品29を、実施例２と同様にして、外側封止管に挿入して封止する。実施例３と同様に、異径内部ガラス管36と固定リング９により、異径内側封止管46の軸方向への動きを止めることができる。異径内側封止管46が所望の位置に異径マウント部品29を包み込んだ状態で、二重封止管構造の封止を一工程でできる。また、異径内側封止管46が固定されているので、作業が容易となる。完成した二重封止管構造は、実施例３の二重封止管構造とほぼ同じとなる。

発光管に連接された外側封止管と異径マウント部品29の間には、異径内部ガラス管36の傾斜部39付近まで、異径内側封止管46が介在する。異径内側封止管46は、放電空間に露出しない。そのため、従来の二重封止構造と比較して、クラックの発生要因となる部分が少なくなることにより信頼性が向上し、溶着状態の検査時間も短縮できる。また、異径内部ガラス管36にかかる応力が、一重封止構造の場合と同程度に小さくなり、異径内部ガラス管36の破損を防止できる。

実施例３で説明したように、異径内側封止管46と異径内部ガラス管36が溶着している長さを、十分に長くする。傾斜部39を、溶着端部から十分に離す。異径内側封止管46を用いることにより、実施例３と同様に、高い強度が必要とされる内側金属リング周辺の封止部の外径を大きくできる。この外径を大きくしても、外側金属リング周辺の封止部の外径が大きくならないので、口金を大きくする必要がない。口金が過熱することはなく、リード棒の酸化によってランプが破損することはない。

上記のように、本発明の実施例４では、ショートアーク型放電ランプの封止部構造を、２種類の外径をもつ異径内側封止管の放電空間側の端部が放電空間に露出しないように、異径内側封止管の放電空間側の端部を異径内部ガラス管の小径部と大径部の間の傾斜部に合せて、異径内部ガラス管と外側封止管を溶着した構成としたので、二重封止構造の信頼性と製造効率を高めることができる。

本発明のショートアーク放電型ランプの封止部構造は、半導体や液晶の製造分野などで使用されるショートアーク型放電ランプの封止部構造として最適である。

本発明の実施例１におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す全体断面図である。 本発明の実施例１におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す部分断面図である。 本発明の実施例１におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す一部拡大断面図である。 本発明の実施例１におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造のマウント部品を内側封止管内に挿入した状態を示す断面図である。 本発明の実施例１におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造のマウント部品を外側封止管の中に挿入して所望の位置に配置した状態を示す断面図である。 本発明の実施例２におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す全体断面図である。 本発明の実施例２におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す一部拡大断面図である。 本発明の実施例２におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造の異径内部ガラス管を用いた異径マウント部品を内側封止管内に挿入した状態を示す断面図である。 本発明の実施例３におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す全体断面図である。 本発明の実施例３におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造を示す一部拡大断面図である。 本発明の実施例３におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造の異径内部ガラス管を用いた異径マウント部品を内側封止管内に挿入した状態を示す断面図である。 本発明の実施例４におけるショートアーク型放電ランプの封止部構造の異径内部ガラス管を用いた異径マウント部品を内側封止管内に挿入した状態を示す断面図である。 従来の一重封止構造を有するショートアーク型放電ランプの構造を示す断面図である。 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の構造を示す断面図である。 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の封止部の拡大断面図である。 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の封止部の部分拡大断面図である。 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の封止部の製造工程を説明する図である。

符号の説明

１ 発光管
２ 陽極
３ 陰極
４ 電極支持棒
５ リード棒
６ 内部ガラス管
７ 外部ガラス管
８ 金属箔
９ 固定リング
10 内側封止管
11 外側封止管
12 内部内側封止管
13 外部内側封止管
14 内部金属リング
15 外部金属リング
16 内部端部
17 外部端部
18 ガラス棒
19 マウント部品
20 溶着前の内側封止管
21 溶着前の外側封止管
22 溶着前の内部内側封止管
23 溶着前の外部内側封止管
24 溶着端部
26 内部端部
27 外部端部
28 接合側端部
29 異径マウント部品
36 異径内部ガラス管
37 異径内部ガラス管小径部
38 異径内部ガラス管大径部
39 異径内部ガラス管傾斜部
46 異径内側封止管
47 異径内側封止管小径部
48 異径内側封止管大径部
49 異径内側封止管傾斜部
50 内側封止管
51 封止管
54 内側溶着端部
55 外側溶着端部
56 溶着端部
60 溶着前の内側封止管

Claims (9)

1. ガラス製の発光管と、前記発光管に連接されたガラス製の外側封止管と、前記外側封止管の内側に同軸状に溶着された内側封止管と、前記発光管内に封じられた一対の電極と、前記電極を支持する金属製の電極支持棒と、前記電極に電気的に接続された内部金属リングと、前記電極に電力を供給するためのリード棒と、前記リード棒に電気的に接続された外部金属リングと、前記内部金属リングと前記外部金属リングに電気的に接続された複数枚の金属箔と、前記リード棒を支持する外部ガラス管と、前記リード棒と前記内部金属リングと前記外部金属リングと前記電極支持棒と前記金属箔とを支持するガラス棒と、前記電極支持棒を支持する内部ガラス管とを具備する二重封止構造のショートアーク型放電ランプの封止部構造において、前記内側封止管の放電空間側の端部は、前記内部ガラス管の中間部に配置されて、前記内部ガラス管と前記外側封止管とに包まれて溶着されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプの封止部構造。
2. 前記内部ガラス管は、大径部および小径部を有する異径内部ガラス管であり、前記中間部は、前記小径部と前記大径部との間の傾斜部であ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の封止部構造。
3. 前記傾斜部のテーパ角Ｒは、前記内部ガラス管の中心軸に対して、０°＜Ｒ≦９０°であることを特徴とする請求項２に記載のショートアーク型放電ランプの封止部構造。
4. 前記外部ガラス管と前記外部金属リングと前記ガラス棒と前記内部金属リングの外径と前記異径内部ガラス管の小径部の外径はすべて等しいことを特徴とする請求項２または３に記載のショートアーク型放電ランプの封止部構造。
5. 前記内側封止管は、複数種類の外径を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプの封止部構造。
6. 前記内側封止管は、外径を異にする複数の部分内側封止管を軸方向に直列状に一体化した内側封止管であることを特徴とする請求項５記載のショートアーク型放電ランプの封止部構造。
7. 前記内側封止管のうち、前記外部金属リングを囲む部分の外径は、前記内部金属リングを囲む部分の外径より小さいことを特徴とする請求項５または６に記載のショートアーク型放電ランプの封止部構造。
8. 前記外部ガラス管の軸方向外側に固定リングを設け、前記内側封止管の外部端部が前記固定リングに接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のショートアーク型放電ランプの封止部構造。
9. 電極と、前記電極を支持する金属製の電極支持棒と、前記電極に電気的に接続される内部金属リングと、前記電極に電力を供給するリード棒と、前記リード棒に電気的に接続される外部金属リングと、前記内部金属リングと前記外部金属リングに電気的に接続される複数枚の金属箔と、前記リード棒を支持する外部ガラス管と、前記リード棒と前記内部金属リングと前記外部金属リングと前記電極支持棒と前記金属箔とを支持するガラス棒と、前記電極支持棒を支持する内部ガラス管とでマウント部を組み立てる工程と、内側封止管内に前記マウント部を挿入して前記内側封止管の放電空間側端部を前記内部ガラス管の中間部に配置する工程と、前記マウント部が挿入された内側封止管を外側封止管内に挿入する工程と、前記マウント部が挿入された内側封止管を前記外側封止管内に挿入させた状態で前記外側封止管と前記内側封止管とを同時に縮径させて前記内側封止管の放電空間側の端部が前記内部ガラス管と前記外側封止管とに包まれて前記マウント部に溶着する工程とからなる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。

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