JP6020607B2 - 両端封止型ショートアークフラッシュランプ - Google Patents

Description

この発明は両端封止型ショートアークフラッシュランプに関するものであり、特に、発光管の外部に口金を備えた両端封止型ショートアークフラッシュランプに係わるものである。

現在、半導体製造や薄膜トランジスタ製造などにおける、光加熱によるアニール処理用の光源としては、例えばロングアーク型のフラッシュランプが用いられている。
これらの用途とは異なり、新たな用途として点光源である真空紫外光源を、光学系を介することにより平行光として利用しようとする用途の開発がされている。
そのためには、フラッシュランプを、凹面反射鏡等により集光して平行光を形成することが望ましく、集光効率を高めるためには封止部の径が小さい両端封止型ショートアークフラッシュランプが有利である。

このような両端封止型ショートアークフラッシュランプが、特許第５３６００３３号公報に開示されている。
図６にその概略構造が示されていて、両端封止型ショートアークフラッシュランプにおいて、発光管１の両端に第１封止管２と第２封止管３が連設されている。そして、前記第２封止管３には封止用ガラス管４が挿入されていて、両者は溶着されている。
発光管１内に一対の第１主電極５と第２主電極６とが対向配置されている。前記第１主電極５は、その芯線７が第１封止管２に段継ガラスなどの手段により支持・封止されてその外方に導出されており、一方、前記第２主電極６は、その芯線８が前記封止用ガラス管４に段継ガラスなどの手段により支持・封止されてその外方に導出されている。

発光管１内の主電極５、６の間には、一対の第１始動補助電極１０と第２始動補助電極１１が配設されていて、それぞれの内部リード１２、１５と外部リード１３、１６とが、前記第２封止管３と封止用ガラス管４との間の溶着領域において、金属箔１４、１７を介して電気的に接続されている。
そして、発光管部１内には、発光ガスとして、例えばキセノンガスが封入されている。
このような両端封止型ショートアークフラッシュランプは、所定の電圧が印加されることにより、まず始動補助電極１０、１１間で予備放電し、主電極５、６間の放電を補助する荷電粒子を発光管１内に発生させる構成となっている。

このような両端封止型ショートアークフラシュランプは、例えば放物反射面鏡の焦点にランプの発光点（輝点）を一致させて配置することにより、ランプから放射される光を平行光として照射する光源装置が構成される。
このランプを反射鏡に固定するためには、ランプに口金を固定し、この口金を反射鏡に固定することでランプと反射鏡の高精度な位置合わせを行うことが行われている。
図７にその例が示されていて、ランプの封止管、この場合、第２封止管３に接着剤２１によって口金２０が固定されている。
前記始動補助電極１０、１１の外部リード１３、１６は、この口金２０内の接着剤２１に埋設されて外部に導出されている。

しかして、この種のフラッシュランプでは、始動補助電極１０、１１間に所定の高周波電圧を印加して予備放電を発生させ、この予備放電によりランプ内に荷電粒子が増えると、主電極５、６間で放電を行う際の絶縁破壊電圧が低下し、安定的なフラッシュ点灯が可能となるものである。そして、この高周波電圧値が高いほど安定的にフラッシュ点灯を行えることが過去の知見から分かっている。
このように、始動補助電極１０、１１に高周波電圧を印加すると、その外部リード１３、１５間で意図しない異常放電が発生することがあり、このような異常放電が発生すると、ランプ内で始動補助放電が発生せず、安定的なフラッシュ点灯が行えない。このような外部リード１３，１５間での異常放電を防止するためには、口金２０内に充填する接着剤４０は樹脂、シリコンゴム等を主原料とする絶縁性材料からなるものが使用される。

しかしながら、このような樹脂、シリコンゴム等からなる絶縁材料は、金属材料などと比較して温度上昇による剛性低下が発生しやすく、これをそのまま口金を固定するための接着剤として用いると、ランプ点灯による封止管部の動作温度の温度上昇によって、軟化してしまい、反射鏡など光学系内でのランプ位置が変動してしまうという問題がある。
ところで一方で、光学系内で高精度に位置決め固定される水銀ショートアークランプなどの放電ランプで口金を固定する際にはセラミック系接着剤に代表される無機系接着剤が用いられている。この無機系接着剤を本発明のランプに適用して、口金内に充填して封止管部に固定することが考えられるが、無機系接着剤中には残留水分やアルカリ金属などの成分、気泡（空孔）などが存在するため、始動補助電極への高周波電圧印加時に外部リード間が電気的に導通してしまい、始動補助電極管の放電が安定的に発生せず、ランプを安定点灯できないという問題が生じ、この無機系接着剤をそのまま適用することはできない。

特許第５３６００３３号公報

この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、ガラス製の発光管の内部に一対の主電極と、始動補助電極を有し、当該発光管の両端に第１封止管と第２封止管とを備え、前記第１封止管には、第１主電極の芯線が封止されて発光管外に導出され、前記第２封止管には、当該第２封止管の内部に挿入された封止用ガラス管が溶着され、該封止用ガラス管には、第２主電極の芯線が封止されて発光管外に導出され、前記始動補助電極の外部リードが前記第２封止管と前記封止用ガラス管の間を通して外部に導出されてなる両端封止型ショートアークフラッシュランプにおいて、口金を封止管に強固に固定するとともに、当該口金内で始動補助電極の外部リード間で導通してしまうことがなく、安定した点灯ができるようにした構造を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る両端封止型ショートアークフラッシュランプは、前記第２封止管に口金が固定され、該口金内部には、前記第２封止管との間の空隙に第１の接着剤が充填され、少なくとも前記封止用ガラス管との間の空隙には第２の接着剤が充填されていて、前記第１の接着剤により前記口金が前記第２封止管に固定され、前記始動補助電極の外部リードは、前記第２の接着剤中に埋設されて外部に導出されており、前記第１の接着剤は、前記第２の接着剤よりヤング率（Ｐａ）が大きく、前記第２の接着剤は、前記第１の接着剤より抵抗率（Ω・ｍ）が大きいことを特徴とする。

また、前記口金の内部には、前記第１の接着剤が充填される空隙と、前記第２の接着剤が充填される空隙とを区画する仕切り部材が配置されていることを特徴とする。
また、前記口金の内部に、前記仕切り部材を位置決めするための位置決め手段が設けられていることを特徴とする。
また、前記第１封止管及び／又は第２封止管の外部に外部トリガが配置され、該外部トリガのリード線も前記口金の内部に挿入されて外部に導出されていることを特徴とする。
また、前記口金の内部には、前記第１の接着剤が充填される空隙と、前記第２の接着剤が充填される空隙とを区画する仕切り部材が配置されるとともに、該仕切り部材には、前記外部トリガのリード線が貫通する貫通孔が穿設されていることを特徴とする。

また、前記口金の内部には、前記第２の接着剤の後端側に、該第２の接着剤よりヤング率（Ｐａ）の大きい第３の接着剤が充填されていることを特徴とする。
また、前記口金の後端に補助口金が設けられ、該補助口金には前記第２主電極の芯線が貫通する芯線保持筒部が設けられていることを特徴とする。

この発明の両端封止型ショートアークフラッシュランプによれば、前記第２封止管に固定される口金の内部において、該第２封止管との間の空隙には第１の接着剤が充填され、少なくとも前記封止用ガラス管との間の空隙には第２の接着剤が充填されていて、前記第１の接着剤は、前記第２の接着剤よりヤング率（Ｐａ）が大きいので、前記口金がこの第１の接着剤により第２封止管に強固に固定される。また、始動補助電極の外部リードが埋設される第２の接着剤は前記第１の接着剤より抵抗率（Ω・ｍ）が大きく絶縁性が高いので、外部リード間での不所望の異常放電が生成されることがなく、発光管内の始動補助電極間で安定的に放電が発生して、ランプの安定点灯がもたらされるという効果を奏するものである。

また、口金には仕切り部材が設けられ、前記第１の接着剤が充填される空隙と、前記第２の接着剤が充填される空隙とを区画しているので、接着剤の充填作業が簡便となり、互いの接着剤が混じり合うことも防止できる。
また、口金に、前記仕切り部材を位置決めするための位置決め手段が設けられているので、前記接着剤の充填作業がより簡便化される。
また、前記第１封止管及び／又は第２封止管の外部に配置された外部トリガのリード線も前記口金の内部に挿入されて外部に導出されているので、構造がコンパクト化し、リード線がいたずらに暴れて破断することもない。
また、前記外部トリガのリード線が仕切り部材穿設された貫通孔を貫通するので、口金内での位置決めがなされて、接着剤の充填作業に支障をきたすこともない。

本発明の両端封止型ショートアークフラッシュランプの断面図 図１を９０°回転させた断面図 本発明の第２の実施例の断面図 本発明の第３の実施例の断面図 本発明の第４の実施例の断面図 従来の両端封止型ショートアークフラッシュランプの断面図 図６のランプに口金を固定した断面図

図１は本発明の口金を固定した両端封止型ショートアークフラッシュランプの全体の断面図であり、図２は、図１を９０°回転させた断面図である。
このショートアーク型フラッシュランプは、いわゆる両端封止型のものであって、その基本的構成については図３に示す従来例と同様である。つまり、発光空間を形成する例えば楕円球形状の発光管１と、その発光管１の一端に連続して管軸方向に沿って外方に延びる第１封止管２と、発光管１の他端に連続して管軸方向に沿って外方に延びる第２封止管３を有していて、前記第２封止管３には封止用ガラス管４が挿入されており、その重なり領域において両者は溶着されている。

前記発光管１内には、一対の第１主電極５と第２主電極６とが対向配置されている。前記第１主電極５は、その芯線７が第１封止管２に段継ガラスなどの手段により封着されて外方に気密に導出されており、一方、前記第２主電極６は、その芯線８が前記封止用ガラス管４に段継ガラスなどの手段により封着されて外方に気密に導出されている。
ところで、本発明の説明においては、第１主電極５が陽極を構成し、第２主電極６が陰極を構成しているが、第１封止管２および第２封止管３との関係においては、逆の関係であってもよく、陰極である第２主電極６の芯線８が第１封止管２側から導出され、陽極である第１主電極５の芯線７が第２封止管３に溶着された封止用ガラス管４側から導出されるものであってもよい。

そして、前記発光管１内の一対の主電極５、６の間には、一対の第１始動補助電極１０と第２始動補助電極１１が配設されていて、それぞれの内部リード１２、１５と外部リード１３、１６とが、前記第２封止管３と封止用ガラス管４との間の溶着領域において、金属箔１４、１７を介して電気的に接続されている。
なお、この実施例では、前記封止用ガラス管４は、前記第２封止管４内に挿入されて重なり溶着される領域において、その外径が縮径されていて、指導補助電極１０、１１からの外部リード１３、１６は、この縮径された領域から第２封止管３の外部に導出されている。そして、この外部リード１３、１６は、その後方部において絶縁性の被覆材１３ａ、１６ａによって被覆されている。

また、第２封止管３の発光管１側の一端側領域の外周には外部トリガ３０が巻き付けられている。この外部トリガ３０は、例えばニクロム線、カンタル線などの金属ワイヤが第２封止管３と発光管１の境界部分近傍の外周面に、管軸に対して周方向に１周以上、例えば２〜１５周程度巻き回されて構成されている。

前記始動補助電極１０、１１の外部リード１３、１６が導出される側にある第２封止管３にはアルミニウム製などの口金２０が固定されている。この口金２０と第２封止管３との間の空隙には、第１の接着剤２１が充填され、口金２０と封止用ガラス管４との間の空隙には第２の接着剤２２が充填されている。
この第２の接着剤２２中には、第２封止管３から導出された外部リード１３、１６が埋設され、口金２０の後方から外部に導出されている。

そして、前記口金２０内には仕切り部材２３が設けられ、前記第１の接着剤２１が充填される空隙と、前記第２の接着剤２２が充填される空隙とを区画している。
さらには、前記口金２０には、前記仕切り部材２３を位置決めするための凸条からなる位置決め手段２５が設けられている。

前記第１の接着剤２１は、第２の接着剤２２よりもヤング率（Ｐａ）が大きい無機系（セラミック系）接着剤からなり、口金２０を第２封止管３に強固に固定する役割を担っている。なお、この第１の接着剤２１は無機系接着剤であることから、絶縁性に乏しいので、第２封止管３を越えて外部リード１３、１６が被覆されずに裸状態で延在する領域、つまり、封止用ガラス管４の領域にまで充填されることはない。
また一方、前記第２の接着剤２２は、第１の接着剤２２よりも抵抗率（Ω・ｍ）が大きい絶縁性の樹脂系接着剤やシリコーンシーラントからなり、該第２の接着剤中に埋め込まれる外部リード１３、１６間を絶縁してその間での異常放電を防止している。
この第２の接着剤２２は、少なくとも外部リード１３、１６が裸状態で導出される領域、即ち、口金２０と封止用ガラス管４との間の空隙に充填されるが、前記第２封止管３の領域にまで及んで第１の接着剤２１の近傍まで充填されていてもかまわないし、充填作業の面からはその方が好ましい。
以上の第１の接着剤２１および第２の接着剤２２の充填範囲は、第２封止管３の中間領域に配置された仕切り部材２３によって決定することができる。

図２を参照して、第２封止管３に巻回された外部トリガ３０のリード線３１は、口金２０内に延在していて、仕切り部材２３に穿設された貫通孔２４を貫通して後方に導出されている。そして、このリード線３１は第１の接着剤２１と第２の接着剤２２中に埋設する形で後方に延在していて、第１の接着剤２１によってその位置が固定され、第２の接着剤２２によって前記外部リード１３、１６との間の絶縁がなされている。

このような口金２０を第２封止管３に固定する工程について説明すると、口金２０内の凸条（位置決め手段）２５に仕切り部材２３を当接し、その貫通孔２４に外部トリガ３０のリード線３１を貫通した状態で口金２０を第２封止管３に被嵌し、仕切り部材２３が第２封止管３の途中にあるように位置させる。
このランプを立設した状態で、口金２０の前端側から無機系接着剤からなる第１の接着剤２１を注入・充填する。このとき、仕切り部材２３の寸法関係を適切に設定することで、液状の第１の接着剤２１が封止用ガラス管４の領域にまで流出することを防止できる。

この第１の接着剤２１が乾燥固化した後に、ランプを反転させ、口金２０の後端側から樹脂系接着剤からなる第２の接着剤を注入・充填して乾燥固化させる。
これにより、口金２０は第１の接着剤２１により第２封止管３に強固に固定されるとともに、始動補助電極１０、１１の外部リード１３、１６および外部トリガ３０のリード線３１が絶縁性の高い第２の接着剤２２中に埋設されて後方に導出される。

なお、上記実施例においては、外部トリガ３０は第２封止管３に巻回されたものを示したが、これに限られず、第１封止管２および／または第２封止管３、即ち、第１封止管２か第２封止管３のいずれか、あるいはその両方に巻回されたものであってもよい。

図３に他の第２の実施例が示されていて、この実施例では、口金２０内に充填された第２の接着剤２２の後端側に、前記第１の接着剤２１と同様の、第２の接着剤２２よりもヤング率（Ｐａ）が大きい無機系接着剤からなる第３の接着剤２６が充填されている。この第３の接着剤２６は、始動補助電極１０、１１の外部リード１３、１６の絶縁性被覆材１３ａ、１６ａが延在している領域に充填されるものであり、該外部リード１３、１６の被覆材が被覆されずに裸状態で延在する領域にまで充填されることはない。
こうすることで、外部リード１３，１６間での短絡を防止しつつ、口金２０が先端側の第１の接着剤２１と、後端側の第３の接着剤２６とによって第２封止管３および封止用ガラス管４に強固に固定される。また、電極芯線８も第３の接着剤２６によって強固に固定されるので、外力に対する耐性が向上する。

図４には他の第３の実施例が示されていて、この実施例では、口金２０の後端に補助口金２７が嵌合するように設けられている。そして、この補助口金２７には後方に延びる芯線保持筒部２８が形成されていて、前記第２主電極６の芯線８が貫通して保持されている。なお実際には、芯線８および、この芯線８に接続された図示しない給電線を被覆する被覆材８ａがこの芯線保持筒部２８を貫通している。
こうすることで、芯線８に対して後方で径方向への外力が働いても、芯線保持筒部２８によってその動きが規制されて、芯線８に直接的に力が作用することがなく、芯線８自体および封止用ガラス管４の封止部（段継ガラス部）の破損が防止される。
なお、この補助口金２７は、前記第２の接着剤２２を充填後に硬化する前に口金２０の後端側から該第２の接着剤２２中に埋め込まれて、固定されるものである。

図５には更に他の第４の実施例が示されていて、この実施例では、前記した第２の実施例（図３）と第３の実施例（図４）を組み合わせたものである。即ち、口金２０内の第２接着剤２２の後端側に第３の接着剤２６が充填されているとともに、口金２０の後端に補助口金２７が嵌合するように設けられているものである。
こうすることで、前記第２の実施例と第３の実施例の効果を併せた効果が奏せられる。

以上説明したように、本発明に係る両端封止型ショートアークフラッシュランプでは、口金を第２封止管に固定するにあたり、ヤング率（Ｐａ）が大きい第１の接着剤によって口金を第２封止管に強固に固定して、ランプを光学系に精確に取り付けられるようにし、一方、始動補助電極の外部リードを口金内に延在させて、絶縁性の高い第２の接着剤中に埋設することにより、外部リード間での異常放電を防止して、安定した始動補助機能を担保できるものである。

１ 発光管
２ 第１封止管
３ 第２封止管
４ 封止用ガラス管
５ 第１主電極
６ 第２主電極
７ 第１主電極の芯線
８ 第２主電極の芯線
１０ 第１始動補助電極
１１ 第２始動補助電極
１３ 第１始動補助電極の外部リード
１６ 第２始動補助電極の外部リード
２０ 口金
２１ 第１の接着剤
２２ 第２の接着剤
２３ 仕切り部材
２４ 貫通孔
２５ 位置決め手段
２６ 第３の接着剤
２７ 補助口金
２８ 芯線保持筒部
３０ 外部トリガ
３１ リード線

Claims (7)

1. ガラス製の発光管の内部に一対の主電極と、始動補助電極を有し、当該発光管の両端に第１封止管と第２封止管とを備え、
   前記第１封止管には、第１主電極の芯線が封止されて発光管外に導出され、
   前記第２封止管には、当該第２封止管の内部に挿入された封止用ガラス管が溶着され、該封止用ガラス管には、第２主電極の芯線が封止されて発光管外に導出され、
   前記始動補助電極の外部リードが前記第２封止管と前記封止用ガラス管の間を通して外部に導出されてなる両端封止型ショートアークフラッシュランプにおいて、
   前記第２封止管には口金が固定され、該口金内部には、前記第２封止管との間の空隙に第１の接着剤が充填され、少なくとも前記封止用ガラス管との間の空隙には第２の接着剤が充填されていて、前記第１の接着剤により前記口金が前記第２封止管に固定され、前記始動補助電極の外部リードは、前記第２の接着剤中に埋設されて外部に導出されており、
   前記第１の接着剤は、前記第２の接着剤よりヤング率（Ｐａ）が大きく、
   前記第２の接着剤は、前記第１の接着剤より抵抗率（Ω・ｍ）が大きいことを特徴とする両端封止型ショートアークフラシュランプ。
2. 前記口金の内部には、前記第１の接着剤が充填される空隙と、前記第２の接着剤が充填される空隙とを区画する仕切り部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の両端封止型ショートアークフラシュランプ。
3. 前記口金の内部に、前記仕切り部材を位置決めするための位置決め手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の両端封止型ショートアークフラシュランプ。
4. 前記第１封止管及び／又は第２封止管の外部に外部トリガが配置され、該外部トリガのリード線も前記口金の内部に挿入されて外部に導出されていることを特徴とする請求項１に記載の両端封止型ショートアークフラシュランプ。
5. 前記口金の内部には、前記第１の接着剤が充填される空隙と、前記第２の接着剤が充填される空隙とを区画する仕切り部材が配置されるとともに、該仕切り部材には、前記外部トリガのリード線が貫通する貫通孔が穿設されていることを特徴とする請求項４に記載の両端封止型ショートアークフラシュランプ。
6. 前記口金の内部には、前記第２の接着剤の後端側に、該第２の接着剤よりヤング率（Ｐａ）の大きい第３の接着剤が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の両端封止型ショートアークフラシュランプ。
7. 前記口金の後端に補助口金が設けられ、該補助口金には前記第２主電極の芯線が貫通する芯線保持筒部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の両端封止型ショートアークフラシュランプ。
   
   
   

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