JP5211712B2 - 放電ランプ - Google Patents
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Description
本発明は、液晶や半導体、プリント基板などの露光装置の光源に用いられる放電ランプに関する。特に、封止部がモリブデン（Ｍｏ）からなる金属箔によって封止された箔シール構造の放電ランプに関する。
放電ランプの給電構造として、電極が封止管に埋設された金属箔に接続され、金属箔の他端に外部リードが接続されて導通をとるものが知られている。このような箔シール構造の封止部を有する放電ランプは、封止管を構成する石英ガラスと外部リードを構成するモリブデン（Ｍｏ）あるいはタングステン（Ｗ）の膨張係数が異なることに起因して、封止管と外部リードの外周との間に微細な隙間が形成される。このような隙間が存在するため、金属箔や外部リードの表面まで大気が侵入し、点灯時に金属箔および外部リードの酸化が大幅に促進される、という問題があった。その結果、封止管にクラックが発生することや、金属箔が溶断するなどして、放電ランプの寿命を短くしていた。
このような問題を解決する手段として、特開２００４−３１９１７７公報に示す技術が知られている。図６に示すように、液晶プロジェクタ用に用いられる放電ランプにおいて、封止管２と外部リード９と金属箔５の外周に形成された隙間に、ルビジウム酸化物（Ｒｂ２Ｏ）よりなる封着材２２を充填し、封止管２の外端部に酸化ホウ素と酸化ビスマスを主成分とする低融点ガラス２０を付着している。このような構造にすることにより、封止管２の外端面の大気の侵入口を塞いで外部リード９および金属箔５を外気から遮断することができ、封止部の耐熱温度を向上させることができる。さらに、高温にさらされる状況下での使用寿命を延ばすこともできる。
特開２００４−３１９１７７公報
しかしながら、露光装置の光源に用いられる大型の放電ランプに、上記する構成、すなわち、封止管２と外部リード９と金属箔５の外周に形成された隙間に封着材２２を充填し、封止管２の外端面に低融点ガラス２０を付着させる構成を適用しても、大気の侵入を防ぐことができないという問題が発生した。液晶プロジェクタ用に用いられる放電ランプに比べて、露光装置の光源に用いられる放電ランプは大きいため、外部リード９の外周に形成される隙間も大きくなっている。加えて、露光装置の光源に用いられる放電ランプは、封止管２の外端面が電極から離れており、放電ランプの点灯時でもそれほど温度が高くならない。そのため、低融点ガラス２０は放電ランプの点灯中でも軟化点以下の温度に維持され、表面に微小クラックが発生している。
露光装置の光源に用いられる大型の放電ランプでは、低融点ガラス２０の表面に微小クラックが存在するため、封止管２の外端面に低融点ガラス２０を付着させるだけでは、外部リード９の外周に形成された隙間を完全に塞ぐことはできず、外気の流入により金属箔５が酸化される。
本発明は、上記の問題点に鑑み、露光装置の光源に用いられる放電ランプにおいて、低融点ガラスで大気の侵入口を塞いで金属箔を外気から遮断できる放電ランプを提供することを目的とする。
本発明は、上記の問題点に鑑み、露光装置の光源に用いられる放電ランプにおいて、低融点ガラスで大気の侵入口を塞いで金属箔を外気から遮断できる放電ランプを提供することを目的とする。
本願第１の発明は、発光管の両端に封止管が連設されてなる放電容器と、前記発光管の内部に配置された電極と、前記封止管の内部に配置されたガラス部材と、前記ガラス部材の外周面に配置された金属箔と、前記金属箔と電気的に接続し外部石英管の貫通孔に挿通される外部リードとを有し、前記封止管と前記ガラス部材とを金属箔を介して溶着して封止される放電ランプにおいて、前記外部石英管の貫通孔の内周面と前記外部リードの外周面との間に形成された隙間に、当該貫通孔の軸方向に少なくとも２ｍｍにわたって低融点ガラスを備え、当該貫通孔の外端に該貫通孔を拡開して設けられる凹部を有することを特徴とする。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記凹部は、前記貫通孔の開口側に広がるテーパ面によって形成されることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、本願第１の発明において、前記凹部は、前記貫通孔の内表面に段部を設けることによって形成されることを特徴とする。
また、本願第４の発明は、本願第１の発明において、前記低融点ガラスは、ドーナツ状の固体物であって、前記外部リードが貫通しているとともに、前記外部石英管の外端面に配置された状態において、加熱溶融されることにより形成されたものであることを特徴とする。
また、本願第５の発明は、本願第１の発明において、前記低融点ガラスは、ドーナツ状の固体物であって、前記外部リードが貫通しているとともに、前記凹部の内部に配置された状態において、加熱溶融されることにより形成されたものであることを特徴とする。
また、本願第６の発明は、本願第１の発明において、前記封止管は、前記外部石英管の外端面よりも管軸方向に突き出るように形成されることで、当該外部石英管の外周壁が形成されていることを特徴とする。
また、本願第７の発明は、本願第１の発明において、前記外部リードの外周面であって、前記隙間に相当する部位に巻き箔が形成されていることを特徴とする。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記凹部は、前記貫通孔の開口側に広がるテーパ面によって形成されることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、本願第１の発明において、前記凹部は、前記貫通孔の内表面に段部を設けることによって形成されることを特徴とする。
また、本願第４の発明は、本願第１の発明において、前記低融点ガラスは、ドーナツ状の固体物であって、前記外部リードが貫通しているとともに、前記外部石英管の外端面に配置された状態において、加熱溶融されることにより形成されたものであることを特徴とする。
また、本願第５の発明は、本願第１の発明において、前記低融点ガラスは、ドーナツ状の固体物であって、前記外部リードが貫通しているとともに、前記凹部の内部に配置された状態において、加熱溶融されることにより形成されたものであることを特徴とする。
また、本願第６の発明は、本願第１の発明において、前記封止管は、前記外部石英管の外端面よりも管軸方向に突き出るように形成されることで、当該外部石英管の外周壁が形成されていることを特徴とする。
また、本願第７の発明は、本願第１の発明において、前記外部リードの外周面であって、前記隙間に相当する部位に巻き箔が形成されていることを特徴とする。
本願第１の発明に係る放電ランプによれば、貫通孔の外端に該貫通孔を拡開して設けられる凹部を有することによって、外部石英管の貫通孔の内周面と前記外部リードの外周面との間に形成された隙間に低融点ガラスを入り込ませることができ、大気の侵入口を塞いで、集電板及びそれとの溶接部分における金属箔を外気から遮断して、酸化を防止することができる。
本願第２または３の発明に係る放電ランプによれば、貫通孔の開口側に広がるテーパ面や貫通孔の内表面に設けられた段部によって凹部を形成することにより、低融点ガラスを貫通孔の軸方向に長く形成することができ、確実に大気の侵入口を塞いで、集電板及びそれとの溶接部分における金属箔を外気から遮断して、酸化を防止することができる。
本願第４の発明に係る放電ランプによれば、ドーナツ状の固体物に外部リードを貫通させて、外部石英管の外端面に配置することによって、容易に位置決めでき、この状態において加熱溶融させることによって、隙間の開口部を低融点ガラスによって確実に塞ぐことができる。
本願第５の発明に係る放電ランプによれば、低融点ガラスを放電ランプの凹部の内部に予め低融点ガラスを充填して加熱溶融しているので、隙間を低融点ガラスによって確実に塞ぐことができる。
本願第６の発明に係る放電ランプによれば、外部石英管の外端面よりも管軸方向に突き出るように形成して、外部石英管の外周壁を形成することによって、低融点ガラスが加熱溶融されるときに封止管の外側に流出する液だれが発生しない。
本願第７の発明に係る放電ランプによれば、外部リードの外周面であって、隙間に相当する部位に巻き箔を形成することによって、石英ガラスよりなる外部石英管とタングステン（Ｗ）よりなる外部リードとが直接に接触することがない。石英ガラスと外部リードは線膨張率が異なるが、巻き箔によって互いの緩衝を抑えることができる。
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、放電ランプの構成の概略を示す断面図である。
放電ランプは、例えば石英ガラスなどの光透過性材料よりなり、概略球状の発光管３とその両端に連続して外方に伸びる封止管２とを有する放電容器１を備え、発光管３の内部には、各々例えばタングステン（Ｗ）からなる陽極６および陰極７が対向配置されている。放電容器１内には、発光物質としての水銀および始動補助用のバッファガスとしての例えばキセノンガスがそれぞれ所定の封入量で封入されている。水銀の封入量は、例えば１〜７０ｍｇ／ｃｍ３の範囲内、例えば２２ｍｇ／ｃｍ３とされ、キセノンガスの封入量は例えば０．０５〜０．５ＭＰａの範囲内、例えば０．１ＭＰａとされる。
放電ランプは、例えば石英ガラスなどの光透過性材料よりなり、概略球状の発光管３とその両端に連続して外方に伸びる封止管２とを有する放電容器１を備え、発光管３の内部には、各々例えばタングステン（Ｗ）からなる陽極６および陰極７が対向配置されている。放電容器１内には、発光物質としての水銀および始動補助用のバッファガスとしての例えばキセノンガスがそれぞれ所定の封入量で封入されている。水銀の封入量は、例えば１〜７０ｍｇ／ｃｍ３の範囲内、例えば２２ｍｇ／ｃｍ３とされ、キセノンガスの封入量は例えば０．０５〜０．５ＭＰａの範囲内、例えば０．１ＭＰａとされる。
放電容器１内には、陽極６または陰極７が先端に固定された内部リード８が封止管２内をその管軸に沿って伸びるよう配設されている。内部リード８の他端部は、封止管２内に配設された、例えば石英ガラスよりなる略円柱状のガラス部材４に支持されている。また、放電容器１の外部に導出、すなわち封止管２の外端より外方に突出して伸びるよう設けられた外部リード９の一端部がガラス部材４に支持されている。
ガラス部材４の外周面に、互いに周方向に離間して、複数枚例えば６枚の帯状の金属箔５が放電ランプの管軸方向に沿って互いに平行に配設されている。金属箔５は、例えばタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）等の高融点金属またはそれらの合金により構成することができるが、溶接のしやすさ、溶接熱の伝導性がよいことなどの理由から、モリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属により構成されていることが好ましい。各々の金属箔５は、厚みが例えば０．０２〜０．０６ｍｍ、幅が例えば６〜１５ｍｍである。また、ガラス部材４の外部石英管１３側の端面には、直径６ｍｍの外部リード９が挿入される穴が設けられている。
各々の金属箔５の一端が内部リード８に電気的に接続され、他端が外部リード９に電気的に接続される。そして、放電容器１における封止管２とガラス部材４とが金属箔５を介して溶着されて気密シール構造が形成されている。保持用筒体１０は、内部リード８が挿通された状態でこれを支持する例えば石英ガラス製の筒状の内部リード支持部材であって、放電容器１における封止管２と溶着されている。
電気的接続状態について具体的に説明すると、内部リード８が保持用筒体１０に挿通された状態で支持され、内部リード８の封止部側には金属板１１が固定されており、金属箔５が金属板１１に溶接されることにより、内部リード８と金属箔５とが電気的に接続される。ガラス部材４に挿入された外部リード９は外部石英管１３に挿通された状態で支持され、外部石英管１３の発光管側の端面から外周面を覆うように集電板１２が設けられ、金属箔５が集電板１２の外周面に溶接されることにより、外部リード９と金属箔５とが電気的に接続される。
この放電ランプにおいて、図示を省略した点灯電源によって陽極６および陰極７の電極間に高電圧例えば２０ｋＶが印加されることにより、電極間で絶縁破壊が生じて、それに続いて放電アークが形成され、例えば波長３６５ｎｍのｉ線や波長４３５ｎｍのｇ線を含む光が放射される。
図２は、放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図である。
外部リード９には、外方に開口する有底筒状の集電板１２が、外部リード９が底部を貫通する状態で、固定されており、この集電板１２の外周面に各々の金属箔５の他端部が溶接されて接合され、これにより、集電板１２を介して外部リード９と金属箔５とが電気的に接続されている。ここに、集電板１２を構成する材料としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）などが挙げられる。集電板１２の内部空間には、外部リード９が挿通された状態でこれを支持する例えば石英ガラス製の筒状の外部石英管１３が配設されている。
外部リード９には、外方に開口する有底筒状の集電板１２が、外部リード９が底部を貫通する状態で、固定されており、この集電板１２の外周面に各々の金属箔５の他端部が溶接されて接合され、これにより、集電板１２を介して外部リード９と金属箔５とが電気的に接続されている。ここに、集電板１２を構成する材料としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）などが挙げられる。集電板１２の内部空間には、外部リード９が挿通された状態でこれを支持する例えば石英ガラス製の筒状の外部石英管１３が配設されている。
集電板１２の外周面と金属箔５とは、各々が重なり合う部位においてスポットウェルダーなどにより溶接して電気的接続をしている。溶接する際に金属箔５を押さえつけるので、溶接部分の金属箔５が薄くなる場合がある。溶接部分の金属箔５が薄くなると、金属箔５を流れる電流の通路が狭くなるため、集電板１２との溶接部分における金属箔５は温度が上がり易いという特徴を有する。温度が高い部分では金属箔５が酸化しやすく、また、酸化の進行により電流の通路となり得る断面積も徐々に減少するので、電気抵抗が大きくなってさらに温度が高くなる。このような現象が生じるため、集電板１２との溶接部分における金属箔５は最も酸化を抑える必要がある部分である。
封止管２とガラス部材４とを金属箔５を介して溶着して封止することにより、発光空間と外気空間が分けられている。ガラス部材４より外端側は外気空間となっているため、外部石英管１３の貫通孔１６の内周面と外部リード９の外周面との間に形成された隙間３０は外部と連通している。タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの金属の熱膨張率と、石英ガラスの熱膨張率とは約１桁違うので、金属の熱膨張を許容すべく、金属と石英ガラスとの間に隙間３０を設けている必要があるためである。さらに、石英ガラスよりなる外部石英管１３とタングステン（Ｗ）よりなる外部リード９とが直接に接触しないように、外部リード９の外周面にモリブデン（Ｍｏ）よりなる巻き箔１５を設けて外部石英管１３に挿通されている。
外部石英管１３の略中央に設けられている貫通孔１６は、開口側に広がるテーパ面１７が形成されている。テーパ面１７が形成された箇所は、外部石英管１３の内周と外部リード９の外周との距離が大きくなり、貫通孔１６の外端を拡開して設けられたリング状の凹部１４となる。凹部１４は、外部リード９の外周に沿って軸方向に形成され、その最大外径は貫通孔１６の内径よりも大きくなっている。外部石英管１３の貫通孔１６の内周面と外部リード９の外周面との間に、外部リード９の軸方向にのびる隙間３０が形成されており、貫通孔１６を拡開して凹部１４を形成することによって、貫通孔１６の外端における隙間３０のスペースを大きくしている。
隙間３０を通じて大気が侵入することによって、集電板１２と金属箔５及びそれらの溶接部分における金属箔５が酸化することを防止するために、外部石英管１３の貫通孔１６の内周面と外部リード９の外周面との間に形成された隙間３０に、貫通孔１６の外端を拡開して設けられた凹部１４を満たすように、低融点ガラス２０が充填されている。低融点ガラス２０は外気の流入を抑えることを目的とするので、貫通孔１６の内周面と外部リード９の外周面との間に形成された隙間３０を塞ぐように、封止管２の径方向に切断した断面において密に配設される。低融点ガラス２０は、酸化ホウ素と酸化ビスマスを主成分とし、この主成分の合計重量が全体の重量の７０％以上となるものよりなる。
放電ランプの点灯時の外部石英管１３の外端の温度は、１５０〜２５０℃である。低融点ガラス２０の軟化点は４２０℃であるため、放電ランプの点灯中でも低融点ガラス２０は粘性を有さず、表面に微小クラックが存在している。低融点ガラス２０を形成する微小クラックにより、外部石英管１３の外端側と隙間３０の内部との間で大気が流通して、集電板１２との溶接部分における金属箔５が外気にさらされることを確実に防止できるように形成しなければならない。そのため、低融点ガラス２０は、微小クラックが形成される長さに対して十分厚く形成しなければならず、貫通孔１６の軸方向に少なくとも２ｍｍにわたって形成する必要がある。
貫通孔１６の外端を拡開して設けられる凹部１４を有することによって、外部石英管１３の貫通孔１６の内周面と外部リード９の外周面との間に形成された隙間３０が貫通孔１６の外端において大きくなり、低融点ガラス２０を効率よく注入して入り込ませることができる。このような隙間３０に注入された低融点ガラス２０によれば、大気の侵入口を塞いで、集電板１２との溶接部分における金属箔５を外気から遮断して、酸化を防止することができる。
また、ガラス部材４と外部リード９の外周に形成された隙間３０に、低融点ガラス２０が設けられていない空隙２１が形成されている。放電ランプの入力電力を増大させることや、封止部の軸方向の長さを短くすることにより、放電ランプの点灯条件を厳しくすると、外部石英管１３の外端側も高温になりやすくなる。このような条件下では、低融点ガラス２０が点灯時に消灯時に比べて４００℃以上の温度が上昇し、その温度差に当たる量の熱膨張をする。低融点ガラス２０の周囲に空隙２１を予め設けていれば、低融点ガラス２０が外部リード９の外周において、熱膨張によって膨らむことができる空間的余裕があり、ガラス部材４または周囲の低融点ガラス２０に負荷を与えない。
また、このような条件で放電ランプを点灯しても、低融点ガラス２０は高くても４５０℃程度にしかならないので、低融点ガラス２０は軟化するが、溶融はしない。そのため、低融点ガラス２０は初めに設けた位置に留まり、空隙２１が溶融した低融点ガラス２０で埋められることはない。
また、このような条件で放電ランプを点灯しても、低融点ガラス２０は高くても４５０℃程度にしかならないので、低融点ガラス２０は軟化するが、溶融はしない。そのため、低融点ガラス２０は初めに設けた位置に留まり、空隙２１が溶融した低融点ガラス２０で埋められることはない。
図３は、低融点ガラス２０の形成方法を示すための、製造途中の放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図である。図３は、隙間３０に低融点ガラス２０が形成されていない放電ランプに、ドーナツ状の固体物２４が外部リード９に挿通されている状態を示す。
固体物２４は、固形の低融点ガラスを成形したものである。凹部１４の上にドーナツ状の固体物２４を配置し、固体物２４を加熱して溶融させると、低融点ガラスが外部石英管１３の外端から通じる貫通孔１６に沿って形成される隙間３０に注入される。軸方向にのびる幅の狭い隙間３０において、隙間３０の径方向断面に低融点ガラスを密に配設して、確実に外気流入を防ぐように塞ぐことは難しい。しかし、固形の固体物２４を隙間３０の蓋をするように配置して溶かしているので、低融点ガラスの気密性を維持しやすく、外気の流入を確実に抑えられる。
固体物２４は、固形の低融点ガラスを成形したものである。凹部１４の上にドーナツ状の固体物２４を配置し、固体物２４を加熱して溶融させると、低融点ガラスが外部石英管１３の外端から通じる貫通孔１６に沿って形成される隙間３０に注入される。軸方向にのびる幅の狭い隙間３０において、隙間３０の径方向断面に低融点ガラスを密に配設して、確実に外気流入を防ぐように塞ぐことは難しい。しかし、固形の固体物２４を隙間３０の蓋をするように配置して溶かしているので、低融点ガラスの気密性を維持しやすく、外気の流入を確実に抑えられる。
凹部１４を形成することによって、外部石英管１３の外端から貫通孔１６に沿って通じる隙間３０の開口部が広くなるので、幅の狭い隙間３０に低融点ガラスを注入しやすくなる。溶融した低融点ガラスは、外部石英管１３の外端面１９において１段低くなっている凹部１４に選択的に効率よく注ぎ込まれる。ドーナツ状の固体物２４に外部リード９を貫通させて、外部石英管１３の外端面１９に配置することによって、容易に位置決めでき、この状態において加熱溶融させることによって、隙間３０の開口部を低融点ガラスによって確実に塞ぐことができる。
なお、上記した固体物を用いずに低融点ガラス２０を設けることもできる。例えば、溶融した低融点ガラスを封止管２の外端面１９から、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３０に注入する手法がある。小さな間隙に効率よく液体を注入するために、隙間３０の中の空気を外に出しつつ、低融点ガラスを滴下する。十分な量の低融点ガラスが注入されて自然冷却により固化されると、外部石英管１３と外部リード９の外周に形成された隙間３０に低融点ガラス２０が充填される。
つづいて、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図である。
外方に開口する有底筒状の集電板１２に代わって、中央に貫通孔が形成された集電ディスク１８が用いられている。ガラス部材４と外部石英管１３との間に集電ディスク１８が配置され、外部リード９が集電ディスク１８の貫通孔に、例えば圧入されることにより固定されている。集電ディスク１８を構成する材料としては、例えばタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属が挙げられる。集電ディスク１８の厚みは、例えば１〜５ｍｍである。
外方に開口する有底筒状の集電板１２に代わって、中央に貫通孔が形成された集電ディスク１８が用いられている。ガラス部材４と外部石英管１３との間に集電ディスク１８が配置され、外部リード９が集電ディスク１８の貫通孔に、例えば圧入されることにより固定されている。集電ディスク１８を構成する材料としては、例えばタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属が挙げられる。集電ディスク１８の厚みは、例えば１〜５ｍｍである。
集電ディスク１８の外周面に、各々の金属箔５の他端部が各々重なり合う部位においてスポットウェルダーなどにより溶接して電気的に接続している。このような手法により接合するため、溶接部分の金属箔５が薄くなりやすく、温度が上がり易いという特徴を有する。温度が高い部分では金属箔５が酸化しやすく、また、酸化の進行により電流の通路となり得る断面積も徐々に減少するので、電気抵抗が大きくなってさらに温度が高くなる。このような現象が生じるため、集電ディスク１８を用いて導通させる場合でも、集電ディスク１８との溶接部分における金属箔５が最も酸化を抑える必要がある部分となる。
集電ディスク１８と金属箔５との接合部、および、集電ディスク１８の外端を覆うように、有底円筒状のモリブデン（Ｍｏ）よりなるキャップ２３を配置している。キャップ２３を設けることにより、石英ガラスよりなる外部石英管１３と金属よりなる集電ディスク１８とが直接に接触することを防ぎ、さらに、集電ディスク１８の外周端面の角が封止管２に当接することを防ぐ。集電ディスク１８が外部石英管１３や封止管２に直接に接することがないので、外部石英管１３や封止管２を構成する石英ガラスに亀裂を発生させることを低減できる。なお、キャップ２３は、集電ディスク１８または金属箔５に溶接などによって固定されているのではなく、外部石英管１３と集電ディスク１８との間で移動しない程度に保持されている。
外部石英管１３の略中央に設けられている貫通孔１６には、内表面に段部２５が形成されている。貫通孔１６の径は外部リード９の径より０．５ｍｍ大きい程度であるが、貫通孔１６の段部２５より外端側の径は貫通孔１６の径より０．５ｍｍ〜３ｍｍ大きくなっている。貫通孔１６の段部２５より外端側は、外部石英管１３の内周と外部リード９の外周との離間距離が大きくなり、貫通孔１６の外端を拡開して設けられたリング状の凹部１４となる。凹部１４は、外部リード９の外周に沿って軸方向に形成され、その外径は貫通孔１６の内径よりも大きくなっている。隙間３０を形成する外部石英管１３の貫通孔１６の内周面と外部リード９の外周面との間を、貫通孔１６を拡開して凹部１４を形成することによって、貫通孔１６の外端における隙間３０を大きくしている。
貫通孔１６の外端を拡開して設けられる凹部１４を有することによって、外部石英管１３の貫通孔１６の内周面と外部リード９の外周面との間に形成された隙間３０が貫通孔１６の外端において大きくなり、低融点ガラス２０を効率よく注入して入り込ませることができ、大気の侵入口を塞いで、集電ディスク１８との溶接部分における金属箔５を外気から遮断して、酸化を防止することができる。
次に、低融点ガラス２０の形成方法を示す。貫通孔１６の内表面に段部２５が形成されてなる凹部１４は、固形の低融点ガラスを成形した固体物を凹部１４の内部に配置できるほど、内部空間を大きく取ることができる。したがって、隙間３０に低融点ガラス２０が形成されていない放電ランプに、ドーナツ状の固体物を外部リード９に挿通した状態で凹部１４の内部に配置することができる。固形の低融点ガラスを成形した固体物として、外径が凹部１４の径よりわずかに小さく、内径が外部リード９の径よりわずかに大きな部材を用いる。凹部１４の内部に固体物を配置して加熱溶融させると、凹部１４の内径との間と、外部リード９の外径との間とを低融点ガラス２０で満たし、低融点ガラス２０を密に配設して、確実に外気流入を防ぐように塞ぐ。
低融点ガラスを成形してなる固体物を、その外表面が溶融する程度に加熱するだけで、隙間３０の開口部を低融点ガラス２０によって塞ぐことができるため、溶融した低融点ガラス２０が他へ流出することを低減できる。また、固体物を外表面以外の部分において溶融せずにそのままの状態で低融点ガラス２０として利用できるので、加熱溶融時に発生する気孔抜けにより大気が侵入することを効果的に防止することができる。固体物を放電ランプの凹部１４の内部に予め充填して加熱溶融しているので、隙間３０の開口部を低融点ガラス２０によって確実に塞ぐことができる。
つづいて、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、封止管２を外部石英管１３の外端面１９より突き出るように形成された放電ランプの封止部の外端側を示す拡大断面図である。
第１の実施形態に示す放電ランプにおいて、封止管２を管軸方向外方に伸ばし、外部石英管１３の外端面１９よりも管軸方向に突き出るように形成することで、外部石英管１３の外周壁２６が形成されている。外周壁２６は、流動体が外部に流出しないように留める縁の機能を有する。そのため、図３に示す手法により固体物２４を外部石英管１３の外端面１９に配置された状態において加熱溶融させても、固体物２４が外周壁２６の内側に配置されるので、溶融した低融点ガラス２０は外周壁２６を越えて漏れ出すことがなく、低融点ガラス２０が封止管２の外側に流出する液だれが発生しない。
第１の実施形態に示す放電ランプにおいて、封止管２を管軸方向外方に伸ばし、外部石英管１３の外端面１９よりも管軸方向に突き出るように形成することで、外部石英管１３の外周壁２６が形成されている。外周壁２６は、流動体が外部に流出しないように留める縁の機能を有する。そのため、図３に示す手法により固体物２４を外部石英管１３の外端面１９に配置された状態において加熱溶融させても、固体物２４が外周壁２６の内側に配置されるので、溶融した低融点ガラス２０は外周壁２６を越えて漏れ出すことがなく、低融点ガラス２０が封止管２の外側に流出する液だれが発生しない。
さらに、金属箔５が大気に触れて酸化することを確実に防止するために、金属箔５の表面、特に、集電板１２との溶接部分における金属箔５の表面に、ルビジウム複合酸化物（Ｒｂ２ＭｏＯ４）よりなる封着材２２を形成している。封着材２２は、ルビジウム（Ｒｂ）、モリブデン（Ｍｏ）を含むルビジウム複合酸化物（Ｒｂ２ＭｏＯ４）であり、高温でも安定した化合物なので、放電ランプの点灯時でも金属箔５と反応せず侵食しない。低融点ガラス２０に加えて、集電板１２との溶接部分における金属箔５の表面に封着材２２を形成することによって、金属箔５を効果的に外気から遮断して酸化を防止することができる。封着材２２は、低融点ガラス２０との間に空隙２１となる空間を残すように形成される。
ルビジウム複合酸化物（Ｒｂ２ＭｏＯ４）よりなる封着材２２は、低融点ガラス２０を隙間３０に形成する前に、次のようにして設けることができる。
濃度が調整されたルビジウム硝酸塩（ＲｂＮｏ３）の水溶液を、封止管２の外端面１９の隙間３０から適量滴下する。隙間３０にルビジウム硝酸塩の水溶液が充填された放電ランプを約１５０℃に加熱して乾燥させることにより、水分が蒸発してルビジウム硝酸塩が生成する。蒸発した水分は放電ランプの外部に放出される。さらに水素バーナーで加熱すると、ＮＯＸガスが放出されてルビジウム酸化物（Ｒｂ２Ｏ）が生成され、高温化でモリブデン（Ｍｏ）よりなる金属箔５と反応してルビジウム複合酸化物（Ｒｂ２ＭｏＯ４）よりなる封着材２２が生成される。
濃度が調整されたルビジウム硝酸塩（ＲｂＮｏ３）の水溶液を、封止管２の外端面１９の隙間３０から適量滴下する。隙間３０にルビジウム硝酸塩の水溶液が充填された放電ランプを約１５０℃に加熱して乾燥させることにより、水分が蒸発してルビジウム硝酸塩が生成する。蒸発した水分は放電ランプの外部に放出される。さらに水素バーナーで加熱すると、ＮＯＸガスが放出されてルビジウム酸化物（Ｒｂ２Ｏ）が生成され、高温化でモリブデン（Ｍｏ）よりなる金属箔５と反応してルビジウム複合酸化物（Ｒｂ２ＭｏＯ４）よりなる封着材２２が生成される。
なお、ルビジウム硝酸塩（ＲｂＮｏ３）の水溶液は、例えば、濃度が２ｍｏｌ／Ｌとなるように純水と硝酸ルビジウムを秤量し、純水に硝酸ルビジウムを溶解させて形成される。ルビジウム硝酸塩の水溶液を均一な被膜が得られるように注入し、量が不足するときは乾燥後に追加注入することもできる。注入と乾燥を複数回繰り返せば、金属箔５の表面にルビジウム複合酸化物（Ｒｂ２ＭｏＯ４）よりなる封着材２２の厚い被膜を作ることができる。
なお、上記説明に用いた図面は、実際の放電ランプの封止部を簡略化したものであり、図示のために金属箔５の厚さなど誇張して示されている。また、図２に示す集電板１２を用いる封止形状と、図４に示す集電ディスク１８を用いる封止形状は、相互に自由に選択可能である。
また、本発明の放電ランプを低融点ガラス２０の軟化点を越えた温度域で使用することもできる。軟化点を越える温度域では、低融点ガラス２０の微小クラックは無くなり、外気の流入を防ぐので、低融点ガラス２０が更に効果的に作用することになる。
また、本発明の放電ランプを低融点ガラス２０の軟化点を越えた温度域で使用することもできる。軟化点を越える温度域では、低融点ガラス２０の微小クラックは無くなり、外気の流入を防ぐので、低融点ガラス２０が更に効果的に作用することになる。
１ 放電容器
２ 封止管
３ 発光管
４ ガラス部材
５ 金属箔
６ 陽極
７ 陰極
８ 内部リード
９ 外部リード
１０ 保持用筒体
１１ 金属板
１２ 集電板
１３ 外部石英管
１４ 凹部
１５ 巻き箔
１６ 貫通孔
１７ テーパ面
２０ 低融点ガラス
２１ 空隙
２２ 封着材
２ 封止管
３ 発光管
４ ガラス部材
５ 金属箔
６ 陽極
７ 陰極
８ 内部リード
９ 外部リード
１０ 保持用筒体
１１ 金属板
１２ 集電板
１３ 外部石英管
１４ 凹部
１５ 巻き箔
１６ 貫通孔
１７ テーパ面
２０ 低融点ガラス
２１ 空隙
２２ 封着材
Claims (7)
- 発光管の両端に封止管が連設されてなる放電容器と、前記発光管の内部に配置された電極と、前記封止管の内部に配置されたガラス部材と、前記ガラス部材の外周面に配置された金属箔と、前記金属箔と電気的に接続し外部石英管の貫通孔に挿通される外部リードとを有し、前記封止管と前記ガラス部材とを金属箔を介して溶着して封止される放電ランプにおいて、
前記外部石英管の貫通孔の内周面と前記外部リードの外周面との間に形成された隙間に、当該貫通孔の軸方向に少なくとも２ｍｍにわたって低融点ガラスを備え、当該貫通孔の外端に当該貫通孔を拡開して設けられる凹部を有することを特徴とする放電ランプ。
- 前記凹部は、前記貫通孔の開口側に広がるテーパ面によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
- 前記凹部は、前記貫通孔の内表面に段部を設けることによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
- 前記低融点ガラスは、ドーナツ状の固体物であって、前記外部リードが貫通しているとともに、前記外部石英管の外端面に配置された状態において、加熱溶融されることにより形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
- 前記低融点ガラスは、ドーナツ状の固体物であって、前記外部リードが貫通しているとともに、前記凹部の内部に配置された状態において、加熱溶融されることにより形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
- 前記封止管は、前記外部石英管の外端面よりも管軸方向に突き出るように形成されることで、当該外部石英管の外周壁が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
- 前記外部リードの外周面であって、前記隙間に相当する部位に巻き箔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
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