JP5765625B2 - ロングアーク型放電ランプ - Google Patents

Description

この発明は、ロングアーク型放電ランプに関するものであり、特に、封止部内にスペーサガラスの両面に配置された金属箔を有するロングアーク型放電ランプに係わるものである。

従来、印刷業界や電子工業界においては、インキや塗料の乾燥、樹脂の硬化処理に使用する光化学反応用装置の紫外線光源として、或いは、半導体基板や液晶ディスプレイ用の液晶基板を露光するのに使用する露光装置の紫外線光源として、ロングアーク型放電ランプが使用されている。
その構造として、特開２００６−１３４７１０号公報（特許文献１）に示されるような、封止部内に２枚の金属箔を備えた構造のものが知られている。

図２にその構造が示されている。
図において、ロングアーク型放電ランプ１の発光管２の両端部にはシュリンクシールされた封止部３が形成されており、この発光管２内には一対の電極４が配置されている。
該電極４の後端部４ａは、上下部が平坦面形状となるように切削加工されていて、ほぼ角柱状となっている。
前記封止部３には、石英ガラス製の扁平状のスペーサガラス５が埋設され、該スペーサガラス５を挟むように、その上下面に一対の（２枚の）金属箔６、６が配置されている。
また、封止部３には、ガラス製の保持用筒体７が配置されていて、該保持用筒体７に電極４が挿通されおり、これによって該電極４が支持されている。
なお、金属箔６、６の後端には外部リード８が接続されている。
そして、紫外線を良好に放射するために、発光管２内には、水銀、鉄、タリウム等の金属が封入されている。

ところで、最近では、被処理物の大型化に伴い、ロングアーク型放電ランプ自体も発光長が長くなってきており、発光長が１ｍを超える大型のランプも出現してきている。
このような大型のロングアーク型放電ランプでは、電流値が２０Ａを超えるものがあり、金属箔を１枚だけ用いた封止構造では金属箔に大電流が流れて金属箔が溶断するなどの問題が発生するので、当該公報に記載されたような、スペーサガラスの両面に金属箔を用いた２枚箔構造の封止構造を有するものが使用されている。

一方で、省エネルギーの観点から、被処理物を処理する時は所定の光量の光を照射し、それ以外の時、具体的には被処理物を搬送する間には、電力を下げて光出力を下げ、省エネルギー対策を行うことが通常行われている。
つまり、定常点灯モードと待機点灯モードを切り替えて点灯する方式（所謂、フル・スタンバイ点灯方式）が多用されるようになってきている。

このようなロングアーク型放電ランプ、特に、フル・スタンバイ点灯されるランプにおいては、封止部に熱応力の増減が繰り返し加わることになり、スペーサガラスの両面に金属箔を用いた２枚箔構造の封止部の構造が複雑であるために、金属箔にシワが発生して封止部内に発光管内の発光物質である金属が侵入したり、金属箔がスペーサガラスから剥がれて箔浮きが発生したり、或いは、スペーサガラスが破損したりするという問題があった。
このスペーサガラスの破損について説明すると、図３（Ａ）には、封止部３のＸ−Ｘ断面でのスペーサガラス５と金属箔６が示されている。図３（Ｂ）に示すように、封止部３の温度変動によって、金属箔６は厚さ方向に膨張したり（Ａ）、収縮したり（Ｂ）を繰り返す。金属箔６はスペーサガラス５と溶着状態にあるので、この収縮時には、スペーサガラス５には引張応力Ｆが作用することになる。この引張応力Ｆはスペーサガラス５の両面で作用するので、該スペーサガラス５にはその厚さ方向に引張応力が作用し、スペーサガラス５は厚さ方向に引き剥がされて破損に至るものである。

特開２００６−１３４７１０号公報

この発明が解決しようとする課題は、封止部にスペーサガラスを用いた２枚箔構造の封止部を有するロングアーク型放電ランプにおいて、特に、フル・スタンバイ点灯などにより、封止部に熱応力の増減が繰り返し加わっても、金属箔にシワが発生せず、金属箔とスペーサガラスが常に密着し、更には、スペーサガラスが破損しないロングアーク型放電ランプを提供することにある。

上記課題を解決するために、本の発明に係るロングアーク型放電ランプは、封止部内にスペーサガラスの両面に金属箔を備えたロングアーク型放電ランプにおいて、前記金属箔の幅をＷ（ｍｍ）、厚みをＴｈ（ｍｍ）とし、前記スペーサガラスの厚みをＴｇ（ｍｍ）としたとき、１１４≦Ｗ／Ｔｈ≦４４４、かつ、Ｗ×Ｔｇ≦１３．６の関係を満足することを特徴とする。
また、前記ロングアーク型放電ランプは、定常点灯モードと待機点灯モードを切り換えて点灯され、定常点灯モード時の電流値が２０Ａ以上であることを特徴とする。

この発明のロングアーク型放電ランプによれば、フル・スタンバイ点灯などにより、ランプの封止部に繰り返しの熱応力変動が負荷されても、スペーサガラスが破損することなく、金属箔にシワが発生することもない。
また、金属箔とスペーサガラスの密着性が高く、箔が剥がれて箔浮きしてしまうこともない。

本発明のロングアーク型放電ランプの封止部の部分断面図。 従来のロングアーク型放電ランプの断面図。 図２のＸ−Ｘ断面図（Ａ）と応力説明図（Ｂ）。

本発明のロングアーク型放電ランプは、発光長が１ｍを超えるものであり、定常点灯モード時では、電流値が２０Ａを超えるものであり、スペーサガラスの両面に金属箔を用いた２枚箔構造の封止部を有するものである。
本発明では、図１に示す、封止部内のスペーサガラスと金属箔の構造について、スペーサガラス５の厚さＴｇ（ｍｍ）および、金属箔６の幅Ｗ（ｍｍ）と厚さＴｈ（ｍｍ）の最適関係について以下に説明する。

Ｗ／Ｔｈ≧１１４とすると、金属箔の幅Ｗに対して金属箔の厚みＴｈを小さくすることになり、頻繁に電力切り替え（定常点灯モードと待機点灯モードの切り替え）を行っても、スペーサガラス内部は、中心より両方の箔側に引っ張られる応力を小さくすることができ、スペーサガラスの破損を防止することができる。
図１において、スペーサガラス５は石英ガラス製であり、金属箔６はモリブデン製である。
つまり、スペーサガラス５と金属箔６は膨張係数が異なり、電力切り替えに伴い金属箔の温度が変化する。つまり、待機点灯モードになると金属箔に流れる電流値が小さくなり、金属箔が定常点灯モードの時より温度が低くなる。この結果、通常点灯時に膨張（Ａ）していたものが、この待機点灯モード時には、金属箔６が収縮（Ｂ）する。この時、金属箔６とスペーサガラス５の表面は溶着しているので、スペーサガラス５の表面がそれぞれの金属箔６方向に引っ張られる。この結果、スペーサガラス５は内部中心より両方の箔方向に引っ張られる応力（Ｆ）が発生するが、Ｗ／Ｔｈ≧１１４とすると、金属箔６の厚みＴｈを小さくすることになり、その結果として、前記引張応力Ｆを十分に小さくすることができ、スペーサガラス５が破損するまでに大きさの応力とならないものである。

以下、下記のランプ仕様で、実験１、２、３を行った。
＜ランプ仕様＞
定格入力：２４ｋＷ（ランプ電圧 ９００Ｗ、ランプ電流 ２６．７Ａ）
発光長：１５００ｍｍ
封入物質：水銀、ヨウ化鉄、希ガス
電力：定常点灯 １８ｋＷ（ランプ電圧８１５Ｗ、ランプ電流２２．１Ａ）
待機点灯 １２ｋＷ（ランプ電圧７７４Ｗ、ランプ電流１６．１Ａ）
（３０秒毎に切り替えて点灯）

＜実験１＞
金属箔６の幅Ｗと厚さＴｈを変えた場合のスペーサガラス５が破損した割合を示す実験１を行った。
スペーサガラス５が破損した割合は、シール部クラック発生率（％）で表現している。
また、それぞれのランプ群は同一構造のランプ２０本の作成し、実験を行った。
実験１の結果を、下記の表１に示す。
＜表１＞

Ｗ／Ｔｈ≦４４４とすると、金属箔の厚さＴｈに対して金属箔の幅Ｗを小さくすることになる。
シュリンクシールによって封止部を形成する場合、封止部は円柱状になる。
封止部が円柱状となると、金属箔も幅方向で見ると円弧状の曲線状となっている。つまり、金属箔の幅が広くなる（金属箔の幅Ｗの値が大きくなる）と、シール加熱時に、金属箔の長手方向沿ってシワが発生しやすくなる。
つまり、Ｗ／Ｔｈ≦４４４とすると、金属箔の厚さＴｈに対して金属箔の幅Ｗを小さくすることになり、シュリンクシールによって封止部が円柱状になっても、金属箔の長手方向沿ってシワが発生しなくなる。

＜実験２＞
金属箔の幅Ｗ、金属箔の厚さＴｈを変えた場合の封止部における金属箔のシワの発生割合を示す実験２を行った。
また、それぞれのランプ群は同一構造のランプ２０本の作成し、実験を行った。
実験２の結果を、下記の表２に示す。
＜表２＞

Ｗ×Ｔｇ≦１３．６とすると、金属箔の幅Ｗに対してスペーサガラスの厚さＴｇを小さくするものである。
通常、スペーサガラスの幅は、略金属箔の幅Ｗと同じであり、Ｗ×Ｔｇの関係は、言い換えると、スペーサガラスの幅とスペーサガラスの厚さの関係を規定したことになる。
Ｗ×Ｔｇは、略スペーサガラスの断面積のことであり、Ｗ×Ｔｇが、１３．６を超えるとスペーサガラスの断面積が大きくなり過ぎ、シール時にスペーサガラスの温度が十分に高くならず、スペーサガラスと金属箔が完全に密着せず、ランプ点灯中に金属箔がスペーサガラスから剥がれて箔浮きが発生する。
Ｗ×Ｔｇ≦１３．６とすると、スペーサガラスの断面積を小さくすることができ、シール時にスペーサガラスの温度を十分に高くすることができ、スペーサガラスと金属箔を完全に密着することができる。

＜実験３＞
金属箔の幅Ｗ、スペーサガラスの厚さＴｇを変えた場合の封止部における金属箔の箔浮きを示す実験３を行った。
実験３の結果を、下記の表３に示す。
＜表３＞

以上のように、金属箔の幅Ｗ（ｍｍ）と、厚さＴｈ（ｍｍ）と、スペーサガラスの厚さＴｇ（ｍｍ）の関係において、１１４≦Ｗ／Ｔｈ≦４４４とすることにより、金属箔の膨張収縮によるスペーサガラスの破損を防止することができるとともに、金属箔のシワの発生を防止でき、更に、Ｗ×Ｔｇ≦１３．６とすることにより、封止部での金属箔の箔浮きを回避することができるものである。

１ ロングアーク型放電ランプ
２ 発光管
３ 封止部
４ 電極
４ａ 電極後端部
５ スペーサガラス
６ 金属箔
７ 保持用筒体
８ 外部リード

Claims (2)

1. 発光管の両端にシュリンクシールによる封止部が形成され、当該封止部内には石英ガラス製のスペーサガラスの両面にモリブデン製の金属箔を有し、該金属箔が電極に接合されてなるロングアーク型放電ランプにおいて、
   前記金属箔の幅をＷ（ｍｍ）、厚みをＴｈ（ｍｍ）とし、前記スペーサガラスの厚みをＴｇ（ｍｍ）としたとき、
   １１４≦Ｗ／Ｔｈ≦４４４、かつ、８．５≦Ｗ×Ｔｇ≦１３．６
   の関係を満足することを特徴とするロングアーク型放電ランプ。
   
2. 前記ロングアーク型放電ランプは、定常点灯モードと待機点灯モードを切り替えて点灯され、定常点灯モード時の電流値が２０Ａ以上であることを特徴とする請求項１に記載のロングアーク型放電ランプ。
   
   
   

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